多轴联动激光加工(MLPES)系统在光学微结构加工领域的应用
机械工程资助企业: 霖鼎光学(上海)有限公司
企业导师: 张弘昊
指导教师: 张鑫泉
项目成员: 林哲立、陈锦荣、王乐桐
项目概述
随着芯片制造、智能传感、消费电子等领域的不断发展,光学器件对于超精密光学制造的要求越来越高,传统的加工方法已经很难满足其品质、结构复杂度等方面不断攀升的标准。飞秒激光作为超精密光学制造的新手段,能够对传统加工方式难以加工的硬脆材料进行加工,而且不断在透明材料的内雕技术中取得新的进展。本项目将飞秒激光能场作用与超精密多轴联动控制相结合,构建了多轴联动激光加工装备系统(MLPES),实现了激光空间坐标的精确反馈控制,飞秒激光的随动控制以及大幅面纹理结构的精准拼接,大幅提升了超精密光学微结构的加工质量和制造效率。
项目目标
完成多轴联动激光加工平台的设计与搭建,满足轴系定位精度及运动控制要求,并实现轴系运动速度的精准平稳控制。
完成多自由度精密轴系的空间坐标的统一控制与反馈,并实现大幅面纹理结构的有效拼接加工。
完成激光系统与多轴系的联动控制,实现精确空间坐标点的随动加工,根据加工需求实现开/关光、脉冲数、作用区的自由控制。
形成完整的多轴联动激光加工装备系统,并进行闪耀光栅、微透镜阵列、柱状透镜阵列等光学微结构加工实验以验证其加工能力
项目成果
本项目成功构建了高精度多轴联动激光加工平台系统,实现了微米级加工精度,稳定运动控制及激光控制等性能需求。
开发了三轴联动控制软件与加工路径自动规划程序,实现了激光空间坐标控制与反馈。
完成了激光系统的自由控制,实现了激光脉冲随动选择性输出,完成了轴系与激光器脉冲的协同控制。
开发了表面纹理结构高低频拼接加工算法,实现了大幅面结构的有效拼接加工。
完成了玻璃内部十二生肖光栅结构,玻璃表面微透镜阵列及柱状透镜阵列等光学微结构的超精密加工,进一步验证了系统性能。