17434

17434

بررسي عوامل مؤثر بر كيفيت حكاكي ليزري

كارشناسي ارشد

فوتونيك

بهمن‌ماه 1395

دكتر مهدي شايگان منش

فيزيك

چكيده حكاكي ليزري، روشي براي برداشتن ماده از سطح نمونه به عمق مشخص است. باريكه ليزر با نفوذ به درون ماده، توسط مكانيسم‌هاي مختلف ازجمله ذوب، تبخير و كندگي باعث مي‌شود بخشي از ماده از روي سطح نمونه برداشته شود. شبيه‌سازي فيزيكي فرايند حكاكي ليزري، منجر به درك عميقي از فيزيك اين فرايند مي‌شود. روش طراحي آزمايش‌ها، بيشترين توصيف از متغير خروجي فرايند مورد نظر را با استفاده از حداقل تعداد آزمايش ارائه مي‌كند. روش رويه‌ي پاسخ، يكي از روش‌هاي طراحي آزمايش‌ها است و براي مدل‌سازي و تحليل مسائلي كه يك ويژگي كيفي، تحت تأثير چند عامل وجود دارد، مفيد است. در مقابل، شبكه‌هاي عصبي مصنوعي، ابزار قدرتمندي براي ايجاد ارتباط بـين اطلاعـات انبوه و پيچيده ناشي از عامل‌هاي مؤثر بر آزمايش و خروجي آزمايش‌ هستند. در اين پژوهش، ابتدا فرايند حكاكي ليزري، به ‌عنوان يك مسئله‌ي انتقال حرارت در نظر گرفته شده و به شبيه‌سازي فيزيكي آن پرداخته مي¬شود. در بخش تجربي تحقيق، تعداد مشخصي آزمايش با استفاده از روش طراحي آزمايش‌ها، طراحي و سپس فرايند حكاكي ليزري با استفاده از ليزر Nd:YAG مجهز به سوييچ Q بر روي نمونه‌هايي از جنس كامپوزيت آلومينيوم- كاربيد سيليسيم توليدشده به روش نورد تجمعي پيوندي، بر مبناي اين طرح آزمايش انجام مي‌پذيرد. ويژگي‌هاي كيفي ناحيه‌ي حكاكي(عرض، عمق و تباين ايجادشده در ناحيه‌ي حكاكي) اندازه‌گيري مي‌شود. عامل‌هاي دبي گاز كمكي، فاصله‌ي نمونه از محل كانون باريكه، فركانس تكرار پالس ليزر و جريان دمش ليزر به ‌عنوان عوامل مؤثر بر عرض، عمق و تباين ايجادشده در ناحيه‌ي حكاكي تعيين مي‌شوند. سپس، رابطه بين عامل‌هاي آزمايش و هريك از ويژگي‌هاي سه‌گانه كيفيت حكاكي، با استفاده از روش رويه پاسخ، مدل‌سازي و اثر هر عامل بر هر ويژگي كيفي، با استفاده از آناليز واريانس مورد آزمون قرار مي‌گيرد. اثرهاي تكي و اثرهاي متقابل عامل‌ها بر روي هر يك از ويژگي‌هاي كيفي، به ‌طور شهودي بررسي مي‌شود. مقادير بهينه‌ي عامل‌هاي آزمايش كه منجر به قرارگيري هم‌زمان ويژگي‌هاي كيفي بر روي هدف (حداقل عرض، حداكثر عمق و حداكثر تباين حكاكي) مي‌شود، تعيين و به‌ منظور تخمين مقدار ويژگي‌هاي كيفي حكاكي ليزري، از روش شبكه‌هاي عصبي مصنوعي استفاده مي‌شود. سرانجام، نتيجه حاصل از روش‌هاي رويه پاسخ و شبكه‌هاي عصبي مصنوعي با مقادير تجربي مقايسه مي‌شود. واژه‌هاي كليدي: حكاكي ليزري، كامپوزيت آلومينيوم- كاربيد سيليسيم روش رويه پاسخ، آناليز واريانس، شبكه‌هاي عصبي مصنوعي

1396/03/20

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Laser engraving is an approach for the material removal from the surface into a specific depth. The laser beam penetrates the surface and removes material in the laser path through melting displacement, ablation and evaporation. Physical simulation of laser engraving leads to a deep understanding of the physics of process. Design of experiments approach describes the output variable of the studied process through the minimum of available expriments. Response surface methodology is one of the design of experiments approaches, applied for the modeling and analyzing of problems in which a qualitative charactereristic is affected by a number of factors. Also, artificial neural network is a powerfull approach for creating relationship between massive and complicated information, cassed by a number of factors and output of experiment. In this research, the laser engraving process is considered as a heat transfer problem and simulated physically. In the experimental part of research, a certain number of expriments are designed through design of expriments approach. Then, the laser engraving process is applied for Al- SiC composite sampeles, which are produced through accumulative roll bonding process, using Q-switched Nd: YAG laser. The qualitative characteristics of engraved zone (width, depth and contrast of engraved zone) are measured. The factors, including assistant gas flow, distance of sample frome beam focus location, pulse repetition frequency, and pumping current considered as effective factors on width, depth, and contrast of engraved zone. The relationships between factors and each of the qualitative characteristics will be modelled through response surface methodology, and the effect of factors on each of qualitative charecteristics will be tested through analysis of variance.Then, the main effects and the interaction effects of factors will be displayed. The optimal setting of factors, producing qualitative characteristics on target values (minimum width, maximum depth, and maximum contrast) will be determined, and the artificial neural network will be used for estimaing the qualitative characteristics of laser engraving process. Finally, the results of response surface methodology and artificial neural networks approach will be compared with experimental values of output. Keywords: laser engraving, Al- SiC composite, Design of experiments, Analysis of variance, artificial neural networks