[發明專利]實現激光掃描加工監測和加工定位的裝置及方法、激光加工設備

在審

• 申請號: 201811595135.1
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109664017A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 李明;梅雪松;李晨晨
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所;西安交通大學
• 主分類號: B23K26/042
• 分類號: B23K26/042;B23K26/03;B23K26/064;B23K26/082
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

為解決傳統定位測量裝置相機觀測范圍較小和成像質量不高的問題，本發明提供了一種實現激光掃描加工監測和加工定位的裝置及方法、激光加工設備。實現激光掃描加工監測和加工定位的裝置包括反射鏡、CCD相機和環形照明光源；反射鏡設置在激光加工設備中場鏡的出光口，用于將從場鏡出射的激光束反射至工件上；CCD相機設置在反射鏡的上方；環形照明光源設置在反射鏡的反射光路上，環形照明光源中部通孔用于激光束通過；環形照明光源光線波長與激光束波長不相等；反射鏡為半透半反的鏡片，對激光束有99％以上的平均反射率，對環形照明光源發出的照明光線有90％以上的平均透過率。利用CCD相機直接成像，避免了傳統方案中引入遠心場鏡造成的像差，成像質量更高。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，涉及一種實現激光掃描加工監測和加工定位的裝置及方法、激光加工設備。

背景技術

由于激光加工技術具有無接觸應力、加工精度高、易于實現自動化控制的優點，因而在薄壁件、具有精細微結構零件的加工方面應用越來越廣泛，逐漸替代了原有機械加工技術，成為一種重要的精細微結構加工技術。激光加工過程中，工件的定位精度及特征檢測精度是激光加工設備的重要技術指標，也是決定最終工件加工質量的重要因素。

激光加工監測和加工定位，主要有同軸法定位測量和旁軸法定位測量兩種。

傳統的同軸法定位測量裝置，其激光光束與相機鏡頭部分同軸，由于掃描振鏡入光口徑、掃描振鏡鏡片尺寸以及CCD鏡頭與觀測面鏡頭距離遠等因素的限制，使得相機的觀測范圍較小；同時，由于遠心場鏡會引來光學像差，對相機成像質量存在影響。

傳統的旁軸法定位測量裝置，相機鏡頭與觀測面成一定夾角，所形成的圖像存在畸變，成像精度不高。

發明內容

為了解決傳統定位測量裝置相機觀測范圍較小和成像質量不高的技術問題，本發明提供了一種實現激光掃描加工監測和加工定位的裝置及方法、激光加工設備。

本發明的技術方案是：

實現激光掃描加工監測和加工定位的裝置，其特殊之處在于：包括反射鏡、CCD相機和環形照明光源；

反射鏡設置在激光加工設備中場鏡的出光口，用于將從所述場鏡出射的激光束反射至工件上；CCD相機設置在反射鏡的上方；環形照明光源設置在反射鏡的反射光路上，環形照明光源的中部通孔用于激光束通過；環形照明光源的光線波長與激光束的波長不相等；

所述反射鏡為半透半反的鏡片，對激光束有99％以上的平均反射率，對環形照明光源發出的照明光線有90％以上的平均透過率。

進一步地，所述反射鏡為大幅面反射鏡，可涵蓋從振鏡和場鏡出射的激光束的掃描范圍。

進一步地，為提高成像質量，所述環形照明光源的軸線與所述相機軸線平行。

進一步地，環形照明光源的光照強度可調，使裝置可適應多種加工工況，利于工件基準的識別。

本發明同時提供了一種基于上述實現激光掃描加工實時監測和加工定位的裝置進行激光加工實時監測的方法，其特殊之處在于，包括步驟：

1)利用反射鏡將場鏡的出射光束反射至被加工工件上，進行激光加工；

2)利用環形照明光源照亮被加工工件；

3)CCD相機實時拍攝被加工工件表面圖像；

4)從被加工工件表面圖像中提取已加工特征尺寸，并將提取的已加工特征尺寸與設計值比較，若偏差在閾值范圍內，則以當前工藝參數繼續進行激光加工；若偏差不在閾值范圍內，則返回用于調節工藝參數的偏差值。

本發明還提供了一種基于上述實現激光掃描加工實時監測和加工定位的裝置進行加工定位的方法，其特殊之處在于，包括步驟：