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1、 实验设计与分析课程作业正交试验报告 学 院 机电工程学院 专 业 机械工程 年级班级 2013级（1）班 学 号 211301014 学生姓名 罗志强 任课教师 郭钟宁 2014年 9 月一、 实验基本原理与方法1.1正交试验设计的基本概念 正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。 正交试验设计的基本特点是：用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。1.2正交表正交表是利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基
2、本原理，从大量的全面实验方案（点）中，为挑选出少量具有代表性的试验点，所制成的排列整齐的规格化表格。正交表用 L为正交表的代号，n为试验的次数，t为水平数，c为列数，也就是可能安排最多的因素个数。正交表的基本性质为：（1）正交性：任一列中，各水平都出现，而且出现次数相等；任两列之间各种不同水平的所有可能组合都出现，且对出现的次数相等。（2）代表性：任一列的各水平都出现，使得部分试验中包括了所有因素的所有水平；任两列的所有水平组合都出现，使任意两因素间的试验组合为全面试验。（3）综合可比性：任一列的各水平出现的次数相等；任两列间所有水平组合出现次数相等，使得任一因素各水平的试验条件相同。这就保证
3、了在每列因素各水平的效果中，最大限度地排除了其他因素的干扰。从而可以综合比较该因素不同水平对试验指标的影响情况。1.3正交试验的结果分析1、直观分析法极差分析法：计算简便，直观，简单易懂，是正交试验结果分析最常用方法。2、正交试验结果的方差分析：方差分析基本思想是将数据的总变异分解成因素引起的变异和误差引起的变异两部分，构造F统计量，作F检验，即可判断因素作用是否显著。二、 实验内容及要求本试验数据为本人实验所得，运用正交试验来分析335nm激光对钛酸锶陶瓷的划切工艺，并通过共聚焦三维显微镜来对切槽进行观测与测量。本试验主要考察3个因素，分别为扫描速度、扫描次数、脉冲能量。为了更好的分析各个因
4、素激光划切钛酸锶陶瓷的工艺规律，每个因素取3个水平，确定的因素水平表如表1所示。本实验主要研究不同的激光工艺参数对划切钛酸锶陶瓷的切槽槽宽以及槽深以及切槽质量这三方面的影响。2.1实验器材加工器材：过波长为335nm的UV激光晶圆划切装置检测器材：共聚焦显微镜实验材料：钛酸锶陶瓷2.1实验因素如表1所示，本试验主要考察3个因素，分别为扫描速度、扫描次数、脉冲能量。为了更好的分析各个因素激光划切钛酸锶陶瓷的工艺规律，每个因素取3个水平。表1 因素水平表 因素 水平脉冲能量（j）扫描速度（mm/s）扫描次数1302012404053506010由于以上实验为三因素三水平所以选取4因子3状态的正交表
5、。三、 正交实验及结果分析表2激光加工工艺试验结果表因素水平脉冲能量（j）扫描速度（mm/s）扫描次数槽宽(m)槽深(m)13020131.3347.15123040525.6614.752330601029.83426.7994402053836.718540401046.6640.8964060127.8616.454750201041.6649.03785040131.167895060533.83320.369（1） 直观分析根据表2结果对表3激光加工工艺试验槽宽槽宽脉冲能量（j）扫描速度（mm/s）扫描次数K186.828110.99490.362K2112.521103.48797
6、.493K3106.6691.528118.154k128.9426666736.99830.12066667k237.50734.4956666732.49766667k335.5533333330.5093333339.38466667极差R8.5643333336.4886666679.264主次顺序kA1kA3kA2kB3kB2kB1kC1KC2kA3kA1KB1kB3kB2KC3KC2kC1其中Kij表示第j列（j=A,B,C）上水平号为i(i=1,2,3)时，所对应的试验结果之和。例如KA3表示第三列因素第一水平试验结果之和。kij表示第j列上第i水平的效应，可用下式计算(n为第j
7、列上各水平出现的次数)： kij = Kij / n （1）Rj称为极差，可用下式表示： Rj = max(Kij) - min(Kij) (2)根据表4-4中的极差大小可以判定出因素对试验指标影响的大小。Rj越大，表示第j列的因素对试验指标的影响越大；反之Rj越小其对应的因素影响越小。所以各因素对激光切槽槽宽的影响顺序为：扫描次数脉冲能量扫描速度各因素对激光切槽槽宽的影响顺序为：扫描次数脉冲能量扫描速度并且对于槽深来说扫描次数对其影响尤为明显。因此可以判断影响切槽的槽深与槽宽的主要因素扫描次数，扫描次数越多加工的切槽槽深也就越深，但同时也会增大切槽宽度。图1 个因数对个加工工艺影响折线图（2
8、） 方差分析直观分析法具有简单直观，计算量小等优点，但直观分析不能估计误差的大小，不能精确的估计各因素的试验结果影响的重要程度，为了弥补这些不足，可以对实验结果进行方差分析。表4 方差分析结果表差异源离差平方和（SS）自由度（df）均方（MS）F值槽宽A120.8655327260.4327663369.1281284B64.25532067232.1276603336.79350312C138.902594269.45129779.57961115槽深A235.39461692117.6973084135.5753806B277.77941692138.8897084158.4031386C
9、1509.589132754.7945648864.593178 从方差分析的结果中可以判断，扫描次数的变化无论对切槽宽度还是切槽深度都有显著的影响，另外各因素的F临界值和自由度都相同，因而可以通过比较各因素的F值来判断因素对抛光效果影响的主次关系，F值越大，表明对切槽的深度和欢度的影响越大。因而可从表得影响关系的主次顺序分别为：扫描次数脉冲能量扫描速度。从直观分析和方差分析这两种分析的结果可知，两种分析的结果是相同的，说明了试验和测定中必然存在的误差的大小不影响区分某因素各水平所对应的试验结果间的差异。考虑到实际生产加工中，切槽深度应尽可能深，切槽宽度应尽可能小，但由实验中的结果可以看出，当改变不同的工艺参数时，切槽的宽度深度的变化趋势基本上是一致的，将两结果加权后可得最优的工艺参数组合为A3B1C3。
