[發明專利]同軸實時檢測的振鏡掃描激光加工方法及裝置

有效

• 申請號: 201611197180.2
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106735864B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 曹宇;何安;孫軻;徐文俊;張健;劉文文;薛偉;陳益豐
• 申請（專利權）人: 溫州大學激光與光電智能制造研究院
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/046;B23K26/60;B23K26/70;B23K26/03
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 段秋玲

1.一種同軸實時檢測的振鏡掃描激光加工方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：配置好波長為λ1的加工激光束L1、波長為λ2的檢測激光束L2、透反鏡M1和振鏡掃描聚焦系統的空間方位，所述檢測激光束L2與加工激光束L1垂直；λ1≠λ2；所述振鏡掃描聚焦系統包括振鏡系統M2和聚焦物鏡M3；使得由加工用激光器輸出的波長為λ1的加工激光束L1入射至與其相對45度方位設置的透反鏡M1，經透反鏡M1透射或反射后水平入射至振鏡掃描聚焦系統，經振鏡掃描聚焦系統反射后，垂直輸出聚焦在工件表面；同時使得由高精度激光位移傳感器輸出的波長為λ2的檢測激光束L2入射至與其相對45度方位設置的透反鏡M1，經透反鏡M1反射或透射后水平入射至振鏡掃描聚焦系統，經振鏡掃描聚焦系統反射后，垂直輸出聚焦在工件表面；經透反鏡M1透射或反射的加工激光束L1與經透反鏡M1反射或透射的檢測激光束L2同軸；

步驟2：將振鏡系統M2的振鏡掃描加工焦平面作為基準面，以基準面作為XOY平面，依右手螺旋法則建立XYZ三維直角坐標系；

對工件進行高度標定，通過高精度激光位移傳感器獲得工件表面振鏡掃描加工范圍內任意k個位置點的空間數據P_i(Xi,Y_i,Z_i)，i＝1～k；其中，X_i,Y_i表示工件表面上的第i個點的位置信息，Z_i表示第i個點的高度信息；

步驟3：同時打開加工激光束L1和檢測激光束L2，按照預設的激光加工工藝參數和路徑進行激光加工，當加工位置到達步驟2中的某個P_i(X_i,Y_i,Z_i)時，讀取高精度激光位移傳感器的讀數Z_i'，計算ΔZ＝Z_i－Z_i'，可知當前激光加工所產生的加工深度ΔZ；

步驟4：判斷ΔZ是否滿足加工要求，若不滿足，則實時優化調整激光加工的工藝參數，跳轉至步驟3繼續進行加工；若滿足加工要求，進入步驟5；

步驟5：判斷是否需要多遍加工，若需要，則重復執行步驟2至步驟4，直至加工完成；否則，本方法結束。

2.根據權利要求1所述的一種同軸實時檢測的振鏡掃描激光加工方法，其特征在于，在步驟3的激光加工過程中，還可以動態調節振鏡系統M2與工件之間的Z向距離，使得加工激光束L1和檢測激光束L2保持聚焦在工件表面，設調節量為ΔZ”，那么ΔZ＝Z_i－Z_i'+ΔZ”。

3.根據權利要求1所述的一種同軸實時檢測的振鏡掃描激光加工方法，其特征在于，加工完成后，再執行一次步驟2，即可獲得加工表面輪廓信息，用于檢測評估加工表面質量是否達標。

4.一種同軸實時檢測的振鏡掃描激光加工裝置，其特征在于，包括激光器、高精度激光位移傳感器、透反鏡M1和振鏡掃描聚焦系統，所述激光器輸出波長為λ1的加工激光束L1，所述激光位移傳感器輸出波長為λ2的檢測激光束L2，要求λ1≠λ2；所述加工激光束L1與檢測激光束L2相互垂直；所述透反鏡M1要求可以透射波長為λ1的激光，同時可以反射波長為λ2的激光；或者所述透反鏡M1可以反射波長為λ1的激光，同時可以透射波長為λ2的激光；所述振鏡掃描聚焦系統包括振鏡系統M2和聚焦物鏡M3；

波長為λ1的加工激光束L1入射至與其相對45度方位設置的透反鏡M1，經透反鏡M1透射或反射后水平入射至振鏡掃描聚焦系統，經振鏡掃描聚焦系統的反射，垂直聚焦在工件表面；

波長為λ2的檢測激光束L2入射至與其相對45度方位設置的透反鏡M1，經透反鏡M1反射或透射后水平入射至振鏡掃描聚焦系統，經振鏡掃描聚焦系統的反射，垂直聚焦在工件表面；

經透反鏡M1透射或反射后的加工激光束L1與經透反鏡M1反射或透射后的檢測激光束L2同軸。

5.根據權利要求4所述的同軸實時檢測的振鏡掃描激光加工裝置，其特征在于，所述振鏡系統M2是一維振鏡系統或者二維振鏡系統，要求其表面鍍有對波長為λ1、λ2均全反射的光學全反膜。