[發(fā)明專利]同軸實(shí)時(shí)檢測的振鏡掃描激光加工方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611197180.2
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106735864B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 溫州大學(xué)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11253
• 代理人: 段秋玲

本發(fā)明提供了一種同軸實(shí)時(shí)檢測的振鏡掃描激光加工方法，包括：(1)配置加工激光束L1、檢測激光束L2、透反鏡M1和振鏡掃描聚焦系統(tǒng)的空間方位；(2)對工件進(jìn)行高度標(biāo)定；(3)同時(shí)打開加工激光束L1和檢測激光束L2，進(jìn)行激光加工，計(jì)算當(dāng)前激光加工所產(chǎn)生的加工深度ΔZ；(4)判斷ΔZ是否滿足加工要求，若不滿足，則實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整激光加工的工藝參數(shù)，跳轉(zhuǎn)至步驟3；(5)若需要多遍加工，則重復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟4。本發(fā)明所述的振鏡掃描激光加工方法實(shí)現(xiàn)了振鏡掃描激光加工過程的實(shí)時(shí)同軸加工深度檢測，結(jié)合實(shí)時(shí)在線調(diào)整激光加工工藝參數(shù)，解決了加工深度的智能控制技術(shù)難題。本發(fā)明還提供了一種同軸實(shí)時(shí)檢測的振鏡掃描激光加工裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同軸實(shí)時(shí)檢測的振鏡掃描激光加工方法及裝置。

背景技術(shù)

使用激光技術(shù)進(jìn)行的檢測具有快速性、非接觸和非破壞性等特點(diǎn)，因此三維成像激光雷達(dá)使用在現(xiàn)代城市三維建模、數(shù)字水利、森林探測等領(lǐng)域，擴(kuò)大了現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)、海洋開發(fā)等的應(yīng)用，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前存在多種光學(xué)三維獲取技術(shù)，按照獲取的過程可將他們分為兩大類別：實(shí)體輪廓描述和光場捕獲。實(shí)體輪廓描述技術(shù)又分為脈沖飛行時(shí)間法、相位測距法、三角測量法和條紋管法等多種方法。

脈沖飛行時(shí)間法基于激光脈沖測距的方式獲取像素點(diǎn)距離值，通過對目標(biāo)表面輪廓的橫向像素劃分進(jìn)行離散采樣，分別獲取各像素的角度-角度-距離信息對其空間位置進(jìn)行確定，所有測量像素點(diǎn)組合在一起構(gòu)成的點(diǎn)云便可以對目標(biāo)外形輪廓進(jìn)行描述。

相位測距法是將距離測量方式替換為相位測距，通過將激光信號調(diào)制上連續(xù)的正弦信號進(jìn)行探測，反射的回波信號根據(jù)目標(biāo)距離加載上相位延遲，再經(jīng)過和本地振蕩進(jìn)行比對鑒相得到2π內(nèi)的相位差，通過改變調(diào)制頻率多次測量，可以計(jì)算出整數(shù)相位，從而獲取目標(biāo)真實(shí)位置，實(shí)現(xiàn)掃描式三維獲取。

三角測量法是基于三角測距的三維獲取方式，是目前近場測量中最主流的技術(shù)，也是各種技術(shù)中商用產(chǎn)品最成熟的一種。三角測量法的基本原理為：設(shè)A為待測物體表面，激光束照射物體后反射形成光點(diǎn)，通過成像光學(xué)透鏡，物體表面上的光點(diǎn)成像在探測器的位置B處。當(dāng)物體表面在光束方向發(fā)生位置移動后，光點(diǎn)由A點(diǎn)變?yōu)锳’點(diǎn)，它經(jīng)由同一光學(xué)透鏡成像位置相應(yīng)變?yōu)锽’。由于這兩個(gè)變化是一一對應(yīng)的，根據(jù)系統(tǒng)的空間幾何關(guān)系，便可以通過像點(diǎn)移動量計(jì)算出探測點(diǎn)位移量。在單點(diǎn)三角測距方式中，物體表面反射光斑的成像只在在探測器和光源的連線方向(軸)移動，因此只需要放置一個(gè)線陣探測器即可，但每次只能測量一個(gè)點(diǎn)。為了提高速度，將激光器在垂直方向擴(kuò)展為線狀光源，并使用陣列探測器，可以同時(shí)測量光源上多點(diǎn)的距離值。

激光加工技術(shù)是激光應(yīng)用最有發(fā)展前景的領(lǐng)域之一，國內(nèi)外已開發(fā)出二十余種激光加工技術(shù)，主要包括：激光快速成形、激光焊接、激光打孔、激光切割、激光打標(biāo)和激光表面處理技術(shù)等。目前，激光加工已經(jīng)廣泛應(yīng)用在微電子、液晶、分離膜、測量、汽車、航空、納米材料、航天等領(lǐng)域。

激光加工過程是激光與物質(zhì)相互作用的結(jié)果，加工質(zhì)量的優(yōu)劣受到激光功率、掃描速度等工藝參數(shù)的影響。為了提高激光加工質(zhì)量，保證激光加工的穩(wěn)定性，對激光加工過程進(jìn)行監(jiān)測是一個(gè)行之有效的方法。通過過程監(jiān)測和控制技術(shù)，可以將加工狀態(tài)信息反饋到系統(tǒng)控制端，并與輸入狀態(tài)信息進(jìn)行對比，根據(jù)產(chǎn)生的偏差來調(diào)整工藝參數(shù)。目前，人們主要將激光加工過程中的光、聲、電信號作為監(jiān)測信號，并通過傳感器、采集卡，輸入計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理。