基于微棱镜的反光结构及反光膜原始模超声加工研究

发布时间：2017-04-28 06:00

  本文关键词：基于微棱镜的反光结构及反光膜原始模超声加工研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的发展和科技的进步，交通、服装、广告等领域对微棱镜反光材料的需求越来越大。微棱镜结构尺寸小、加工难度大，国内尚没有掌握其核心技术。为了缩小国内与国外的技术差距，增强我国在微棱镜反光膜方面的技术实力，对微棱镜反光结构光学性能及其加工的研究显得尤为迫切。 本文以微棱镜反光结构为研究对象，对单个角锥的正入射光学特性、斜入射光学特性、角锥阵列光学特性、角锥改进结构等进行分析。同时，搭建超声弯曲振动刨削试验系统，对角锥结构的加工进行研究。主要内容如下： (1)采用几何光学和数学分析方法对立方角锥棱镜的正入射光学轨迹进行了分析。建立了合理的立方角锥棱镜分析模型。对正入射时光线在角锥内部的传播进行了分析。分析了正入射时无效光产生的原因，对无效光最终的出射方式进行了研究。研究了角锥各表面失效对底面有效面积的影响，发现侧面上靠近顶点的区域比外沿区域对于角锥正入射有效面积的影响更大。 (2)利用数学分析和软件仿真方法对光线斜入射时角锥棱镜逆反射率进行了分析。对射入角锥内部的折射光线进行了分类。给出了全反射条件对折射光线方向向量的限制。使用光学软件对特定平面内斜入射光线逆反射率随入射角度的变化进行了仿真分析，给出了逆反射率数据和逆反射率随入射角度变化的曲线。发现特定平面内能逆反射的光线入射角度位于角度范围在－70°~＋50°之间范围内。在－67°~－69°范围内时，逆反射率曲线产生了次波峰。 (3)对角锥阵列中的无效光进行了分析。建立了立方角锥棱镜阵列模型，分析了角锥排列特点。对带连接层的角锥阵列无效光线传播规律进行了分析。发现角锥阵列中的无效光可以沿着与入射方向反向平行的方向射回。运用光学仿真软件对单个无效区域及角锥阵列的逆反射率随连接层厚度的变化规律进行了分析，给出了逆反射率随着连接层厚度变化的曲线。证明连接层对阵列的逆反射率有重要影响。给出了合理设计角锥阵列的建议。 (4)研究了以立方角锥结构为基础改进的角锥结构及各种结构阵列的可加工性。分析了两种以立方角锥结构为基础改进的角锥结构：六边形角锥结构及矩形角锥结构。对改进结构的正入射光学特性进行了研究。对各种角锥结构阵列的可加工性进行了分析和比较。最终选择矩形角锥结构阵列作为加工研究对象。 (5)研究了超声弯曲振动刀座的设计。基于弯曲变幅杆的理论及振动刨削要求，对刀座进行了初步设计。使用有限元分析软件进行了仿真分析。按照分析和设计结果，加工了刀座实物并进行了振幅、频率、阻抗的测量。测量结果显示，刀座频率偏差为0.2%，刀尖振幅为12.7μm。刀座具有一定的振幅放大倍数，能满足使用要求。 (6)对矩形角锥阵列进行了加工试验。介绍了矩形角锥结构阵列加工所用的加工装置和检测装置，，分析了矩形角锥结构的加工尺寸，加工方案。设计了加工需要用到的刀具。在进行了工艺设计的基础上，使用薄紫铜片进行了试验加工。对加工后的结果进行了观测和分析。通过将观测图和模拟图进行对比，发现加工第二个工序时，铜片间间隙增大，导致加工时材料刚性过低是产生毛刺的主要原因。
【关键词】：微棱镜 无效光 角锥阵列 超声弯曲振动 微细加工
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH74;TG663
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 微棱镜角锥结构及超声加工技术研究背景12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 微棱镜角锥结构的研究现状12-13
• 1.2.2 微棱镜阵列加工方法的研究现状13-14
• 1.2.3 超声振动切削加工的研究现状14-15
• 1.3 选题依据及研究中存在的主要问题15-16
• 1.3.1 选题依据15-16
• 1.3.2 研究中存在的问题16
• 1.4 主要的研究内容16-18
• 第2章 单个立方角锥棱镜正入射光线轨迹分析18-28
• 2.1 立方角锥模型18-20
• 2.1.1 假设条件及相关计算公式18-19
• 2.1.2 模型介绍19-20
• 2.2 正入射光线在角锥内部的传播20-24
• 2.2.1 光线的 3 次反射区域20-22
• 2.2.2 无效区产生的原因22
• 2.2.3 底面有效区及有效光线方向变化顺序22-24
• 2.3 无效光线轨迹分析24-25
• 2.3.1 无效光第 3 次反射区域24
• 2.3.2 无效光出射方式24-25
• 2.4 各表面失效对有效面积的影响25-27
• 2.4.1 无效区域表面失效对有效面积的影响25-26
• 2.4.2 有效区域表面失效对有效面积的影响26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 光线斜入射时立方角锥棱镜逆反射率分析28-43
• 3.1 折射光线的分类及全反射限制条件28-30
• 3.1.1 折射光线分类28
• 3.1.2 全反射条件对方向向量的限制28-29
• 3.1.3 不同折射向量的取值范围29-30
• 3.2 在特定平面内的斜入射光线分析30-41
• 3.2.1 斜入射光线的入射向量和折射向量30-36
• 3.2.2 斜入射光在介质界面的反射率和透射率36-39
• 3.2.3 斜入射光线逆反射率随入射角度的变化39-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第4章 正入射时立方角锥棱镜阵列无效光分析43-54
• 4.1 角锥阵列模型43-46
• 4.1.1 单个角锥坐标系到角锥阵列坐标系的转换43-45
• 4.1.2 角锥阵列特点分析45-46
• 4.2 带连接层的角锥阵列无效光传播规律46-48
• 4.3 立方角锥棱镜逆反射率随阵列连接层厚度变化的规律48-52
• 4.3.1 单个无效区域的逆反射率随底厚的变化规律48-49
• 4.3.2 角锥阵列的逆反射率随底厚的变化情况49-52
• 4.4 合理设计立方角锥阵列的建议52
• 4.5 本章小结52-54
• 第5章 立方角锥的改进型结构及各种结构阵列的可加工性分析54-62
• 5.1 以立方角锥结构为基础改进的角锥结构54-56
• 5.1.1 底面为正六边形的改进结构54-55
• 5.1.2 底面为矩形的改进结构55-56
• 5.2 改进型角锥结构的光学特性分析56-58
• 5.2.1 六边形角锥结构的正入射光线轨迹分析56-57
• 5.2.2 矩形角锥结构正入射光线轨迹分析57-58
• 5.3 各种角锥结构阵列的可加工性分析58-61
• 5.3.1 立方角锥结构的可加工性分析58-59
• 5.3.2 六边形角锥结构阵列的可加工性分析59-60
• 5.3.3 矩形角锥结构阵列的可加工性分析60-61
• 5.4 角锥结构的选择61
• 5.5 本章小结61-62
• 第6章 超声弯曲振动刨削刀座设计62-70
• 6.1 刀座初步设计62-66
• 6.1.1 弯曲振动变幅杆的相关理论62-63
• 6.1.2 刀座尺寸的初步计算63-64
• 6.1.3 刨削刀座的初步设计64-66
• 6.2 有限元仿真分析66-68
• 6.2.1 仿真方法及过程66-67
• 6.2.2 节点的确定67-68
• 6.3 测试结果68-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第7章 矩形角锥阵列的加工试验70-79
• 7.1 加工及检测系统70-73
• 7.1.1 超声加工装置70-71
• 7.1.2 数控机床71
• 7.1.3 检测系统71-73
• 7.2 工艺设计73-76
• 7.2.1 矩形角锥的尺寸73
• 7.2.2 加工方案73-74
• 7.2.3 刀具设计74-75
• 7.2.4 切削深度75-76
• 7.3 切削试验76-78
• 7.3.1 加工参数76
• 7.3.2 试验结果76-77
• 7.3.3 结果分析77-78
• 7.4 本章小结78-79
• 第8章 研究总结与展望79-81
• 8.1 结论79-80
• 8.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 在学期间发表的学术论文85

【参考文献】

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本文编号：332213