[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

一種具有抽檢功能的全自動數控激光切割方法，步驟如下：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。

技術領域

激光加工技術在材料加工領域有廣泛的應用，如激光切割、打孔、激光輔助化學刻蝕等。石英屬于典型的硬脆材料，慣性傳感器如石英撓性加速度計、石英振梁加速度計等均采用精密石英結構作為關鍵的敏感單元，具有形狀復雜、幾何尺寸精度和表面質量要求高的特點。本發明涉及一種利用激光技術完成對石英玻璃的精密成形加工，主要應用于航空、航天及軍事應用領域的慣性傳感器用石英擺片。

背景技術

隨著慣性器件石英加速度計精度和穩定性的不斷提高，對石英擺片的加工精度和效率要求也隨之增高，石英擺片具有形狀復雜、幾何尺寸精度和表面質量要求高等特點。通常采用機械研磨、超聲落料、激光切割方法加工成形。機械研磨加工去除率低，尺寸精度差，成本高；超聲落料加工精度低，損傷嚴重會有崩邊出現，工具磨損嚴重；激光加工具有精度高，切口光潔、效率高等優點。

國外有多家公司生產石英撓性加速度計，其系列產品從低性能導航、飛行控制擴展到重力測量等高性能應用，技術上日趨成熟，應用上日益廣泛。如美國利頓公司的A-4型石英撓性加速度計，用于從姿態航行基準系統到每小時亞海里級的慣導系統；西斯特朗·道耐爾公司使用熔融石英結構開發了系列的石英撓性加速度計，用于一般的儀表、制導導航和控制系統。國外普遍采用德國Rofin 的激光切割設備對石英擺片進行加工，但由于其每次只能安裝一片石英擺片至工裝夾具內，且無法對加工精度進行檢測，需要每次加工完成后將石英擺片拆下，放置于顯微鏡下進行尺寸檢測，且如果設備精度出現偏差，無法快速識別檢測，導致加工成品率低、效率低，難以滿足使用要求，且限制國內企業及研究所采購該類型裝備，迫切需要研制新型全自動數控激光加工裝置，滿足國內日益使用的要求。

此外，擺片尺寸精確度也是限制加速度計發展的主要因素，文獻指出擺片質量擺中心和影響伺服電路系統的電磁力矩中心不一致時，當兩者相距 0.025mm時就會造成加速度計約5g的偏差。

發明內容

本發明的技術解決問題是：為克服現有技術的不足，提出一種智能化、自動化的全自動數控激光加方法，克服了傳統機械研磨、超聲落料等方式加工的缺點，能實現對石英擺片的高效率、高精度加工，又能實現對加工后的石英擺片幾何形狀進行檢測。

本發明的技術解決方案是：一種具有抽檢功能的全自動數控激光切割方法，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；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；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。

優選的，步驟1)通過下述方式對待加工工件位置進行識別定位：