准分子激光直写在曲面加工情形下的加工效果将呈现出加工不均匀、加工线宽不一致等现象。为了实现准分子激光曲面微加工过程中对加工位置的监测补偿。在装置运行前选取基准距离, 在装置运行过程中, 对每一刻的加工位置进行跟踪。当加工点位于曲面下偏点或上偏离点时, 电动平移台进行反向补偿将该点拉回至基准线上, 以此保证每一刻的加工距离相等, 即加工平台实时随同工件表面发生相同起伏变化, 使得工件表面上作用光斑的大小保持不变。为了达成这一目的, 进行了补偿装置硬件方案的搭建, 以及传感器参数匹配和随动跟踪软件的开发。研制出了一套移动速度大于100 μm/s、补偿误差小于20 μm, 能够适用于金属和非金属材料加工的准分子激光曲面微加工过程补偿装置。并且, 通过实验对该装置的补偿性能和补偿加工效果进行了验证。在连续进行100次的补偿性能测试中, 最大偏差大于20 μm的次数共有18次, 大于30 μm的次数占其中2次。该装置由六轴电动平移台、运动控制卡、激光感测头、激光感测控制器以及PC电脑构成。其次, 基于MFC框架由C++语言编写了准分子曲面加工的随动跟踪软件, 该软件发送的控制信号能够灵活控制电动平移台做出响应。

针对准分子激光加工PMMA薄板上的微孔形貌进行研究, 首先分析了激光脉冲数目对微孔深度的影响, 进一步探究了激光脉冲数、激光单脉冲能量和激光脉冲频率等参数对微孔锥度的影响。利用光学显微镜和扫描电镜对打孔效果进行观察, 结果表明, 在一定范围内, 微孔深度随激光脉冲数目线性增加, 而微孔锥度随激光脉冲数目线性降低, 微孔锥度随激光单脉冲能量线性降低, 且影响效果显著; 激光脉冲频率对微孔锥度无影响。通过合理选择激光脉冲个数, 适当选择较低的单脉冲能量, 可以得到较大深度和一定锥度且加工质量良好的锥形微孔。

首先用波长为10.6 μm的二氧化碳激光对TC4合金表面进行抛光。利用三维形貌仪测量材料表面粗糙度, 结合抛光前后材料表面微观形貌特征分析激光功率、离焦量、扫描速度、扫描间距等因素对该材料表面粗糙度的影响。获得理想的工艺参数, TC4合金表面粗糙度具有最小值117.62 nm。但二氧化碳激光抛光TC4合金容易出现热积累严重和表面裂纹等问题。然后用波长为1 080 nm的光纤激光对TC4合金进行抛光, 同样分析了金属表面形貌、离焦量和扫描路径等因素对该材料表面粗糙度的影响规律。创新性地使用多重移动扫描抛光, 获得理想的抛光效果, TC4合金表面粗糙度最佳为148.91 nm。以上实验结果表明, 使用光纤激光器进行多重移动扫描可以快速有效抛光TC4合金, 且激光能量密度较小, 表面无明显形变和裂纹。