[發(fā)明專利]一種微曲率半徑天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010273752.0
• 申請日: 2020-04-09
• 公開（公告）號: CN111515548B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建偉;賀廣智;賈振元;韓東旭;姜文文;劉巍;司立坤
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/082;B23K26/70;G06F17/18
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種微曲率半徑天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化方法屬于特種加工領(lǐng)域，涉及一種慮及蝕槽輪廓非對稱問題的微曲率半徑天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化方法。該方法基于納秒激光加工復(fù)雜圖案零件表面能量動態(tài)分布模型，求解零件表面能量密度極大值位置，計(jì)算最大燒蝕深度位置偏移量。依據(jù)理想天線帶線設(shè)計(jì)曲線Frenet標(biāo)架方程，計(jì)算實(shí)際最大燒蝕深度曲線，求解優(yōu)化后激光掃描軌跡。根據(jù)圓形圖案激光掃描軌跡優(yōu)化結(jié)果，求解基于密切圓離散近似策略的復(fù)雜掃描軌跡優(yōu)化曲線，實(shí)現(xiàn)微曲率半徑天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化。該方法有效可靠，可應(yīng)用于具有微曲率半徑特征飛行器高性能天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化中，對提高該類天線服役性能具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于特種加工領(lǐng)域，涉及一種慮及蝕槽輪廓非對稱問題的微曲率半徑天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

高性能天線是飛行器等高端裝備關(guān)鍵器件。該類天線以表面覆銅聚酰亞胺殼體為毛坯，通過納秒級多脈沖激光燒蝕覆銅層形成截面高斯形對稱微槽，在其表層形成高精度復(fù)雜幾何特征銅質(zhì)天線帶線。為滿足飛行器性能提升需求，該天線常設(shè)計(jì)有局部微曲率半徑帶線結(jié)構(gòu)，局部微曲率半徑帶線精準(zhǔn)成形是保證高性能天線電氣性能的關(guān)鍵，逐漸成為該類天線激光加工研究熱點(diǎn)。激光蝕直槽加工時(shí)，光斑重疊規(guī)律取決于激光光源和機(jī)床運(yùn)動參數(shù)，沿掃描直線軌跡均勻分布，零件表面能量累積量在激光輻射區(qū)域內(nèi)關(guān)于光斑中心對稱，直槽具有截面輪廓高斯對稱特征。然而，局部微曲率半徑帶線激光加工時(shí)，激光光斑沿復(fù)雜掃描軌跡投射至零件表面，光斑重疊率最高位置由光斑中心偏移向掃描軌跡曲率中心，即激光光斑中心并非激光最大能量累積位置，致使激光加工時(shí)零件表面激光能量累積喪失對稱性，誘發(fā)激光蝕槽最大燒蝕深度位置偏移，進(jìn)而導(dǎo)致最大燒蝕深度曲線偏離理想天線帶線設(shè)計(jì)曲線，直接影響該類天線的性能。因此，考慮微曲率半徑天線激光加工微槽輪廓非對稱問題，進(jìn)行激光加工掃描軌跡優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)微曲率半徑天線納秒級多脈沖激光精密加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對提高該類天線加工質(zhì)量和提升飛行器服役性能具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)1湛年軍等人專利公開號CN101508055的“一種激光加工校正方法”，使用激光加工設(shè)備對預(yù)定尺寸零件進(jìn)行加工，根據(jù)加工結(jié)果偏差值繪制樣條曲線，校正加工參數(shù)，并重新加工，重復(fù)上述過程直至激光加工精度滿足零件技術(shù)要求。該方法理論依據(jù)薄弱，試驗(yàn)結(jié)果局限于該類材料的特定加工工況，且對于小曲率半徑特征圖案的激光精準(zhǔn)加工缺乏指導(dǎo)意義。技術(shù)文獻(xiàn)2“An approach to minimize build errors in directmetal laser sintering”，Y.Ning等，IEEE Transactions on Automation Science andEngineering，2006，3(1)：73-80，該文獻(xiàn)考慮零件的幾何形狀對金屬激光燒結(jié)(DMLS)精度的影響，通過補(bǔ)償幾何形狀對DMLS的影響優(yōu)化激光掃描速度，提高零件的尺寸精度。該方法探索了零件幾何形狀對加工精度的影響，然而對于復(fù)雜幾何特征零件激光加工規(guī)律，提出的掃描速度優(yōu)化方法無法根本上解決微曲率半徑圖案的激光加工質(zhì)量難以滿足需求的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的局限性和缺陷，發(fā)明了一種微曲率半徑天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化方法。該方法考慮納秒級多脈沖激光加工過程中激光蝕槽輪廓幾何特征與掃描軌跡曲率半徑關(guān)聯(lián)性，基于納秒級多脈沖激光加工復(fù)雜圖案零件表面能量動態(tài)分布模型，求解零件表面能量密度極大值位置，計(jì)算最大燒蝕深度位置偏移量；然后依托理想天線帶線設(shè)計(jì)曲線各位置Frenet標(biāo)架方程，計(jì)算實(shí)際最大燒蝕深度曲線，并通過二階偏微分方程組求解優(yōu)化后激光加工掃描軌跡；最終根據(jù)圓形圖案激光掃描軌跡優(yōu)化結(jié)果，求解基于密切圓離散近似策略的復(fù)雜掃描軌跡優(yōu)化曲線，實(shí)現(xiàn)微曲率半徑天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化。方法有效可靠地改善納秒級多脈沖激光加工微曲率半徑天線時(shí)產(chǎn)生的最大燒蝕深度位置偏離理想天線帶線設(shè)計(jì)位置的問題，可應(yīng)用于具有微曲率半徑特征飛行器高性能天線激光加工掃描軌跡優(yōu)化中，對提高該類天線加工質(zhì)量和提升飛行器服役性能具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。