这篇文档属于类型a，是一篇关于压电雾化器中微锥孔群加工性能研究的原创性学术论文。以下是针对该研究的详细学术报告：
该研究由广州大学机电工程学院的Fan Zhang、Xi Huang、Bochuan Chen等团队合作完成，通讯作者为Zhenzhen Gui（邮箱：zhenzhengui@gzhu.edu.cn）。论文发表于期刊《Sensors》2022年第22卷，文章编号7891，出版日期为2022年10月17日，采用开放获取（CC BY 4.0）许可协议。
研究领域：压电雾化器（piezoelectric atomizer）的核心部件是带有微锥孔群（micro-tapered hole group）的金属雾化片，其加工精度直接影响雾化效果（如液滴尺寸、雾化均匀性）。工业应用中，微锥孔的大端和小端直径与设计值的偏差分别高达15.25%和15.83%，严重制约雾化性能。
研究动机：现有研究多聚焦于压电激励参数或雾化器结构优化，而忽视了微锥孔加工工艺及精度对雾化性能的影响。因此，本研究旨在揭示影响微锥孔加工质量的两大因素——外部振动干扰和激光加工系统内部误差，并提出改进方法。
科学目标：
1. 建立加工设备的振动模型和激光钻孔模型，量化两类误差对孔径偏差的贡献率；
2. 提出改进方案（阻尼系统与激光光斑直径校正），提升加工精度。
（1）振动模型
- 模型基础：将激光加工设备简化为悬臂梁结构（Euler-Bernoulli梁方程），分析外部振动（如环境噪声）导致的位移误差。
- 关键参数：激光入射角θ、微透镜长度j、设备与工件的距离h，推导振动位移Δh1（向上）和Δh2（向下）对孔径的影响公式（式16-17）。
- 实验验证：通过激光位移传感器测量设备末端振动位移（误差区间±2.96~5.29 μm），发现振动导致大端直径偏差0.61 μm（占总误差20%）。
（2）激光钻孔模型
- 加工原理：采用红外激光（IR laser）热加工技术，通过三工序（three working procedures）分步熔融材料形成锥孔。
- 能量平衡模型：将熔融区分为主熔区（v1）和次熔区（v2、v3），基于材料比热容、熔化潜热等参数（表2），建立孔径与激光能量关系（式30）。
- 系统误差分析：通过单工序凹坑实验发现初始光斑直径设定过大（15.67 μm vs. 设计值14.72 μm），导致最终孔径超差2.07 μm（占误差67.87%）。
（1）孔径测量
- 样本：随机选取5片工业雾化片，每片测量中心及边缘共50个孔的直径（大端和小端）。
- 设备：超景深显微镜（Keyence VHX-600，放大倍率1000×~2000×）。
- 结果：大端平均直径23.05 μm（偏差15.25%），小端6.95 μm（偏差15.83%），方差分别为5.2 μm和0.24 μm，远超允许范围（β=0.05）。
（2）误差源实验
- 外部振动：频谱分析显示22 kHz附近振幅峰值（邻近设备干扰），导致设备末端振动位移±9.15 μm。
- 内部系统误差：激光聚焦偏差、能量波动及材料表面粗糙度导致孔径分布离散（方差1.86 μm）。
科学价值：
- 首次建立压电雾化片微锥孔加工的振动-激光联合模型，为高精度加工提供理论工具。
- 揭示了外部振动与系统误差的协同作用机制，填补了加工工艺对雾化性能影响的研究空白。
应用价值：
- 改进后的加工方案可直接用于工业化生产，提升雾化片一致性（如医药吸入器5 μm以下液滴的达标率）。
- 为超声雾化、喷墨打印等领域的微孔加工提供方法论参考。
（报告总字数：约1600字）