[發明專利]一種參數可變式激光加工裝置

有效

• 申請號: 201610394138.3
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN105855699B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉強;侯強;王翠;孫厚野;李玉強;曲正坤;潘勝利;孫宇
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23Q1/34
• 分類號: B23Q1/34;B23Q1/25;B23K26/066;B23K26/08;B23K26/38;B23K26/362;B23K26/402;B28D1/22
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于激光加工技術及精密運動平臺領域，特別涉及一種可變焦點大小及位置的激光加工裝置。

背景技術

復雜光學自由曲面的制造是精密制造領域的重要研究內容，具有光學自由曲面的零件在航空航天、軍事等領域具有廣泛的應用。但是，傳統加工技術不能滿足相對復雜的光學自由曲面表面的加工制備要求，加工出的表面微結構深度相對較小，且存在設備成本較高，制備長周期長等問題。

激光加工是一種清潔、高效的技術手段，在加工過程中，將激光束照射到工件表面時釋放的能量來使工件融化并蒸發，以達到切割和雕刻的目的，具有精度高，加工快速，加工成本低等特點，是一種加工復雜光學自由曲面的理想技術。目前激光加工藍寶石等難加工材料有兩種方法，一種是采用納秒激光，尤其是紫外納秒激光對藍寶石進行加工。另一種是采用超快激光比如皮秒、飛秒激光，直接加工，即逐層燒蝕或切割加工的方式，高脈沖能量的激光束聚焦在試件表面，通過材料的融化、氣化等方式得以去除，從而獲得孔、槽、切割邊等精細結構。

但是目前用于藍寶石等難加工材料的激光加工系統存在以下幾個方面的問題：第一，試件運動平臺大多不具備多軸運動功能且運動精度較低；第二，激光焦點的大小和能量無法調節，無法在快速低精度加工或慢速局部高精度加工之間切換；第三，焦點位置無法大范圍移動，導致難以加工較大面積的工件，所以，目前的技術難以適用于加工不同精度要求的難加工材料的復雜自由曲面。

發明內容

本發明提供一種參數可變式激光加工裝置，以解決目前存在的精度較低、激光焦點的大小和能量無法調節、焦點位置無法大范圍移動的問題。

本發明采取的技術方案是：包括：二維擋片運動系統和三維試件運動系統，二維擋片運動系統安裝在三維試件運動系統上；

所述二維擋片運動系統的結構是：Y向大導軌支架一通過緊定螺釘一安裝在三維試件運動系統的基體上，Y向大導軌支架二通過緊定螺釘二安裝在三維試件運動系統的基體上，Y向大導軌一安裝在Y向大導軌支架一上，Y向大導軌二安裝在Y向大導軌支架二上，Y向滑板安裝在Y向大導軌一和Y向大導軌二上，Y向滑板沿Y向大導軌一和Y向大導軌二移動，Y向滑板的位置由緊定螺釘三和緊定螺釘四固定，X向步進電機安裝在Y向滑板上，X向步進電機的電機軸上安裝有齒輪一，X向小導軌一和X向小導軌二安裝在Y向滑板上，X向齒條板與X向小導軌一和X向小導軌二上方滑動連接，X向步進電機的電機軸上的齒輪一與X向齒條板的齒條嚙合，Y向步進電機安裝在X向齒條板上，Y向步進電機的電機軸上安裝有齒輪二，Y向小導軌一和Y向小導軌二安裝在X向齒條板上，Y向齒條板與Y向小導軌一和Y向小導軌二上方滑動連接，Y向步進電機的電機軸上的齒輪二與Y向齒條板的齒條嚙合，Y向滑板、Y向齒條板、X向齒條板均留有較大的激光通過孔，X向擋片小導軌一和X向擋片小導軌二安裝在Y向齒條板上，主動擋片與X向擋片小導軌一滑動連接，從動擋片與X向擋片小導軌二滑動連接，主動擋片和從動擋片可相對運動，主動擋片的安裝位置比從動擋片的低，以便于兩個擋片相對移動，齒輪箱安裝在Y向齒條板上，擋片相對運動電機安裝在齒輪箱上，主動雙聯齒輪固定安裝在擋片相對運動電機的電機軸上，主動雙聯齒輪中的大主動齒輪在小主動齒輪的下方，小主動齒輪與主動擋片的齒條嚙合，從動雙聯齒輪空套在齒輪箱中的從動軸上，其中大從動齒輪在小從動齒輪的下方，小從動齒輪與從動擋片的齒條嚙合。

本發明所述三維試件運動系統的結構是：基體安裝在底板上，X向楔形塊限位體由緊定螺釘五安裝在基體的X向凸臺上，X向楔形預緊塊通過X向直板型柔性鉸鏈一與基體連為一體；X向楔形塊置于X向楔形預緊塊和X向楔形塊限位體之間，X向壓電疊堆被壓緊在基體的X向直板型柔性鉸鏈二與X向楔形預緊塊之間，通過X向擰緊預緊螺釘使X向楔形塊推動X向楔形預緊塊沿X向移動，從而預緊X向壓電疊堆，X向電容位移傳感器沿X向由緊定螺釘六安裝在基體上，X向電容位移傳感器用于測量試件運動平臺的X向位移，Y向楔形塊限位體由緊定螺釘七安裝在基體的Y向凸臺上，Y向楔形預緊塊通過Y向直板型柔性鉸鏈一與基體連為一體，Y向楔形塊置于Y向楔形預緊塊和Y向楔形塊限位體之間，Y向壓電疊堆被壓緊在基體的Y向直板型柔性鉸鏈二與Y向楔形預緊塊之間，通過擰緊預緊螺釘二可使Y向楔形塊推動Y向楔形預緊塊沿Y向移動，從而預緊Y向壓電疊堆，Y向電容位移傳感器由緊定螺釘八沿Y向安裝在基體上，Y向電容位移傳感器用于測量試件運動平臺的Y向位移。