飞秒激光微部件加工系统集成软件的研究与开发

论文摘要

快速成型作为上世纪末发展起来的新型制造技术,与传统的机械技术相比,具有快速、准确地制造复杂模型的特点,在越来越多的制造领域得到了广泛的应用。激光快速成型技术是近年来发展起来的先进制造技术,本文阐述了飞秒激光微部件加工系统的主要研究内容,概括了硬件的结构以及主要选用的设备,阐述了上位机软件的主要模块及实现方法。本文给出了该飞秒激光微部件加工系统的软件实现,解决了处理三维实体模型进而得到激光加工轨迹过程中会遇到的一些问题,获得了在一定精度要求下的合适的加工方案,并给出了加工仿真效果。本文系统地探讨了快速成型系统的原理、结构以及加工轨迹的算法。该系统基于快速成型技术,通过对三维模型切片获取基于环的DXF文件,解读DXF文件并设计算法得出激光的加工运动轨迹,得到加工G代码,并进行加工仿真。系统采用面向对象的编程方法,界面友好,操作简单,功能完善;模拟实验效果良好,具有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 主要研究工作
• 1.5 论文安排
• 第二章 快速成型在微加工中的应用
• 2.1 快速成型基础
• 2.1.1 快速成型系统组成及工作原理
• 2.1.2 几种典型的快速成型工艺
• 2.1.3 快速成型技术的特点
• 2.2 快速成型的工业应用
• 2.3 快速成型制造技术（RP&M）的发展前景
• 2.3.1 开发概念模型机
• 2.3.2 研究新的成形方法和工艺
• 2.3.3 基于RP& M 的远程设计与制造集成系统研究
• 2.4 飞秒激光微部件加工系统介绍
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统的整体设计
• 3.1 系统整体框架
• 3.2 光学系统及扫描运动部分
• 3.2.1 激光器
• 3.2.2 光路设计
• 3.3 控制系统硬件
• 3.4 软件系统
• 3.4.1 成型对象的文件管理
• 3.4.2 参数设定模块
• 3.4.3 数据运算处理、管理模块
• 3.4.4 图形显示控制模块
• 3.4.5 成型仿真模块
• 3.4.6 串行通讯模块
• 3.5 系统用户界面设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 加工路径设计
• 4.1 切片方案的确定
• 4.1.1 快速成型的数码堆积原理
• 4.1.2 快速成型制造中的STL 数据格式
• 4.1.3 STL 模型分层处理的基本过程
• 4.2 快速成型技术中截面扫描填充算法
• 4.2.1 激光快速成型的填充
• 4.2.2 STL 文件分层截面的数据结构及预处理
• 4.2.3 分层截面的单调分割
• 4.2.4 单调区域中激光运动的轨迹规划
• 4.3 环的等距运算和自交处理
• 4.3.1 平面等距线的定义[8]
• 4.3.2 平面等距线的算法
• 4.3.3 环的等距运算
• 4.3.4 环的集合运算
• 4.4 OpenGL 概述
• 4.4.l OpenGL 的功能
• 4.4.2 快速成型软件中的OpenGL 技术
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统软件的介绍
• 5.1 系统软件开发环境概述
• 5.2 软件介绍
• 5.2.1 软件界面的组成部分
• 5.2.2 软件主要模块
• 5.3 飞秒激光微部件加工系统集成软件的使用
• 5.4 软件的应用实例
• 5.5 成果展示
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文