Исследование режимов лазерной обработки неметаллических материалов

Аннотация

При обработке материалов с использованием лазера одной из актуальных проблем является обеспечение определенного уровня шероховатости поверхности изделия. Особенно это важно для материалов природного происхождения (дерево, кожа, пластмассы, кости, камни и др.). Одним из подходов выбора режимов обработки лазером является предварительная апробация режимов на образцах изделий. Это приводит к значительным временным затратам, а также к использованию большого количества образцов (до нескольких десятков). Предлагается использовать обработку результатов исследований образцов изделий с применением вероятностно-статистической обработки данных. Приведен пример использования такого подхода на обработке изделий из дерева. Показаны результаты обработки изделий лазером с оценкой шероховатости поверхности изделия с использованием алгоритмов вероятностной обработки результатов экспериментов. Проведенный эксперимент содержал три этапа. Сначала подготавливается модель образца изделия, представляющая ступенчатый клин с различной шероховатостью, затем модель устанавливается на лазер и происходит ее лазерная обработка. На третьем этапе производятся измерения шероховатости поверхности, и на компьютере выполняется статистическая обработка результатов экспериментов. Применение рассматриваемого подхода позволяет ускорить разработку режимов лазерной обработки изделий из дерева в 3-4 раза в сравнении с известными подходами. В работе приведены основные алгоритмы вероятностно-статистической обработки результатов экспериментов, показаны диаграммы зависимости шероховатости от различных режимов лазерной обработки для различных материалов (дерево, стекло, кожа): глубина абляции, дисперсия неровностей профиля, зависимость дисперсии неровностей от мощности излучения лазера. Для проведения эксперимента использовался лазер TrotecSpeedy 300, микроденситометр, микроинтерферометр МИИ 4, фотоэлектрический блескомер ФБ-2. Для обработки данных была построена регрессионная модель, связывающая режимы лазерной обработки и свойства поверхности различных материалов. Статья будет полезна студентам, специалистам, использующим лазерную обработку материалов природного происхождения.