[發明專利]一種利用激光技術完成對石英玻璃的精密成形加工方法

有效

• 申請號: 201911358909.3
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN110936031B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 李廣;王軍龍;李本海;李凱;侯振興;雷名威;馮巧玲
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/064;B23K26/142;B23K26/70;B23K37/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種利用激光技術完成對石英玻璃的精密成形加工方法，方法依托的設備包括一個工作平臺、機器人單元和調焦裝置：所述的工作平臺為待加工工件提供加工區域并使加工區域達到激光切割環境，包括基臺、X/Y運動平臺、用于存放工件的儲料盤、工裝夾具、吹氣裝置、除塵裝置；機器人單元實現自動上下料；調焦裝置用于調整激光束作用至工件表面的距離；其特征在于方法通過下述方式實現：

1）在切割前對待加工工件位置進行識別定位：

2）控制機器人單元向加工區域上料，并控制工作平臺使加工區域達到激光切割環境，并控制激光器發射符合切割工藝的激光束，控制調焦裝置使激光焦點位置作用于待加工工件上；

3）按照預設的切割圖像對待加工工件進行切割，切割完成后由機器人單元完成自動下料及上料；當前切割完成數量是否達到預設檢測值時執行步驟4）；

4）對加工區域內的切割完成的工件進行尺寸偏差檢測，若偏差檢測滿足要求，則繼續等待后續檢測；否則，利用檢測的尺寸偏差重新對待加工工件位置進行識別定位，從步驟2）重新開始執行；

所述的儲料盤，根據工件尺寸設計專用儲料盤，同時為了自動識別工裝內工件型號及尺寸，在儲料盤底部安裝有傳感器，識別工件；

所述吹氣裝置產生氣體的壓力為2MPa~6Mpa，在激光加工的過程中，需要將氣體通入激光切割頭內，并與激光束同時從激光切割嘴的中心射出；

步驟1）通過下述方式對待加工工件位置進行識別定位：

按照切割圖像尺寸參數，生成預設切割圖形，所述預設切割圖形的中心位于加工區域的原點處，根據預設切割圖像加工標準件，并在標準件上設置標記點；

將所述標準件放置在加工區域，并控制工作平臺帶動標準件移動至圖像檢測的視場下方，對標準件標記點進行提取，確定當前中心位置；

根據當前中心位置與預設切割圖形的中心，確定位移量A；

在加工區域完成一次工件的激光切割，控制工作平臺帶動切割好工件移動至圖像檢測的視場下方，對工件中心點進行提取，確定工件中心位置；進而確定加工區域原點與預設切割圖形的中心之間的位移量B；

根據位移量A、位移量B對待加工工件位置進行補償，完成識別定位。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：預先設置的切割數量取值5-10片。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的符合切割工藝的激光束通過下述方式得到：

激光器根據預先設置的平均功率、重復頻率、脈沖寬度信號，并發送符合參數設置的激光發送到合束器，合束器同時接收可見光指示器發出的指示光，并將激光與指示光在合束器中進行激光的合束，再擴束、整形，濾除雜散光，經合束及擴束后的光束入射到反射鏡后進入反射式相位延遲器，將激光線偏振光改變成圓偏振光，再進入激光切割頭，激光切割頭將圓偏振光束射到聚焦鏡上并接收吹氣裝置的氣體，激光束與氣體一起即為符合切割工藝的激光束。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：根據激光切割工藝最佳效果，通過調節擴束器倍率改變激光器輸出光斑直徑，從而改變聚焦鏡后的光斑直徑，具體計算公式如下：

D=4λf/πd

其中f為焦距；λ為激光器波長；D為激光器輸出光斑直徑；d為聚焦光斑直徑。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的工作平臺包括基臺、X/Y運動平臺、用于存放工件的儲料盤、工裝夾具、吹氣裝置、除塵裝置；

所述的基臺為工作平臺上其余部件提供安裝基礎，基臺上安裝帶有通氣嘴的X/Y運動平臺，工裝夾具安裝在所述X/Y運動平臺上，所述工裝夾具上安裝待加工工件；所述吹氣裝置的輸出分成兩路，一路直接通過所述通氣嘴通入X/Y運動平臺的內部，在X/Y運動平臺內部形成正壓環境，另一路與激光束同軸輸出，作用于待加工工件表面；所述的除塵裝置對加工過程中的粉塵進行回收處理。