MID激光直接成型设备结构及仿真系统研究开发

摘要

本课题来源于中国国家自然科学基金项目(50975241):MID器件机电集成数字化设计关键问题的研究。
　　在机电一体化领域，3D-MID(ThreeDimensional-MoldedInterconnectDevices，三维模塑互连器件)指的是一种创新性的工艺技术，它抛弃了传统的电路板，直接在注塑成型的塑料壳体上集成机械和电子功能。与常规机电产品相比，显示了许多技术优势。激光直接成型(LDS)技术工艺是目前MID器件最先进的制造工艺，但是其激光直接成型设备目前还不成熟，存在较大缺陷。
　　本文分析了国内外现有MID激光直接成型设备的现状及其存在的缺陷，结合现有的激光加工设备及五轴数控机床的优缺点，完成激光直接成型设备的机械结构原型设计研究，通过振镜扫描系统与机械五轴工作台的配合，实现五轴激光加工，以此来满足MID三维基体表面进行激光直接成型电路的工艺技术要求，并基于OpenCASCADE进行激光加工仿真系统开发，主要研究内容如下:
　　(1)采用模块化设计思想对MID激光直接成型设备整体方案进行设计，主要完成了设备总体布局设计、关键部件设计、进给驱动系统设计和光学系统设计等。利用SoildWorks完成激光直接成型设备整机建模设计及装配。
　　(2)对设计的MID激光直接成型设备进行运动学分析，包括五轴工作台运动学分析、振镜扫描系统运动学分析，为本文的仿真系统的开发奠定基础。
　　(3)基于OpenCASCADE进行MID激光直接成型加工仿真系统开发，在系统中实现了实体选取操作、基本体建模、布尔运算、CAD模型数据交换等基本功能模块。
　　(4)完成激光直接成型加工过程仿真模块的开发，在该模块中实现了设备装配建模、电路加工路径生成、电路图案加工路径生成、激光加工路径规划等功能，并通过激光加工过程仿真实例，验证了电路加工路径生成及路径规划的正确性和合理性，为后续的MID激光直接成型设备的实际加工奠定基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及研究背景

1．2 本课题的国内外研究现状

1．2．1 激光直接成型技术

1．2．2 激光直接成型设备的研究现状

1．2．3 激光加工仿真系统的研究现状

1．3 课题研究的意义及目标

1．4 本文研究的主要内容

第二章 MID激光直接成型设备整体方案设计

2．1 MID激光直接成型设备基本构架

2．2 设备结构模块化设计

2．2．1 模块化设计

2．2．2 设备结构模块化划分

2．3 设备结构总体布局方案设计

2．3．1 设备部件的运动配置确定

2．3．2 设备结构的总体布局方案

2．4 振镜扫描系统

2．4．1 振镜扫描系统的组成和工作原理

2．4．2 激光器的选择

2．4．3 扫描振镜的选择

2．4．4 动态聚焦镜的选择

2．5 双转台设计

2．5．1 双转台结构设计

2．5．2 双螺距渐厚蜗杆调隙机构

2．5．3 锁紧油缸的选型

2．5．4 伺服系统选择

2．6 十字工作台设计

2．6．1 十字工作台方案设计

2．6．2 直线导轨的选型

2．6．3 滚珠丝杠的选型

第三章 MID激光直接成形设备运动学分析

3．1 五轴工作台运动学分析

3．1．1 齐次坐标变换

3．1．2 D-H法

3．1．3 五轴工作台的运动学求解

3．2 振镜扫描系统运动学分析

3．2．1 振镜扫描系统的运动学正解

3．2．2 振镜扫描系统的运动字逆群

第四章 基于Open CASCADE的仿真系统开发

4．1 仿真系统开发平台确定

4．1．1 开发平台分析

4．1．2 Visual Studio 2010

4．1．3 Open CASCADE几何内核

4．2 基于MFC的OCAF应用程序框架生成

4．2．1 OCAF介绍

4．2．2 OCAF工程与MFC工程比较

4．2．3 基于MFC的OCAF应用程序框架生成

4．3 MID激光直接成型设备的仿真系统设计

4．3．1 仿真系统功能需求分析

4．3．2 仿真系统结构设计

4．3．3 仿真系统用户界面设计

4．4 可视化技术

4．4．1 可视化技术的基本组成

4．4．2 实体选取操作

4．5 几何建模

4．5．1 三维模型建模流程

4．5．2 基本体建模

4．5．3 布尔运算

4．6 CAD模型数据交换

4．6．1 CAD模型数据交换标准

4．6．2 IGES格式文件导入

第五章 激光直接成型设备加工仿真的实现

5．1 激光直接成型设备装配建模

5．2 激光加工路径生成

5．2．1 电路加工路径生成

5．2．2 电路图案加工路径生成

5．3 激光加工路径规划

5．4 激光加工过程仿真

5．5 激光加工仿真实例

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

附录A 基于MFC的OCAF应用程序框架生成