【摘 要】
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计算机技术因具有高效和智能化等优点,广泛应用于激光微纳制造领域。然而,目前市面上缺少集设计和制造于一体且简单易操作的软件系统,导致微纳加工的效率较低。此外,与设备配套的原软件没有预留可扩展的接口,使设备之间无法联用交互。因此,开发一套简单可交互且功能完备的软件系统是提高微纳制造效率和质量的关键。本研究通过提出“数字代码”的设计思想,构造一种简便的参数模板,以解决结构设计复杂、坐标转换繁琐和编程困难
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计算机技术因具有高效和智能化等优点,广泛应用于激光微纳制造领域。然而,目前市面上缺少集设计和制造于一体且简单易操作的软件系统,导致微纳加工的效率较低。此外,与设备配套的原软件没有预留可扩展的接口,使设备之间无法联用交互。因此,开发一套简单可交互且功能完备的软件系统是提高微纳制造效率和质量的关键。本研究通过提出“数字代码”的设计思想,构造一种简便的参数模板,以解决结构设计复杂、坐标转换繁琐和编程困难的问题;将数字代码和各种设备集成于软件系统中,以克服设备之间无法交互、通信的缺点。以激光微纳加工为例,探索数字代码对微纳加工效率的优化,并通过面向过程的方法,研究从结构设计到数字代码的转换算法及其在软件系统中的实现。数字代码是通过简单的参数调控或图像导入实现任意结构自动化加工的一种参数模板,本研究将其应用于微纳结构的单点加工和并行加工中,并与软件系统集成。首先,在单点加工中,深入研究点阵、线结构、三维结构和图像数字代码的实现。其中,通过路径优化提高点阵加工效率;通过提取几何特征对线结构进行数据结构化处理;通过等层厚切片算法和轮廓扫描填充算法对三维结构进行处理;通过二值化、边缘提取和路径填充算法对图像进行处理。然后,在并行加工中,针对现有的计算机生成的全息图算法能量均一性低,导致微纳结构制备不均匀的问题,提出可以提高能量均一性的自适应标准化Weighted Gerchberg-Saxton算法。该算法的均一性在二维结构中达到0.8104,相比于Gerchberg-Saxton（GS）算法提高了29.79%;在三维结构中达到0.1085,提高至GS算法的4.13倍。最后,根据微纳加工的流程,构建了一套集结构设计和设备控制于一体的软件系统,并通过应用实例验证了软件系统的实用性与完备性。该研究有望为其他软硬件结合领域的软件编程技术提供一种可扩展的新方法。
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