[發(fā)明專利]異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定裝置及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011090263.8
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN112091414A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余滿江;馮愛新;吳旭浩;黃旭環(huán);張成龍;徐國秀;吳成萌
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/046
• 分類號(hào): B23K26/046;B23K26/064
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 王玉國

1.異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定裝置，其特征在于：激光測距儀(8)和激光加工頭單元置于六軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)上，激光加工頭單元包含聚焦鏡(3)、準(zhǔn)直鏡(5)和半透半反射鏡(11)，激光器(9)輸出光束通過光纖與激光加工頭單元的光纖接口(7)銜接，激光器(9)的輸出光路上布置準(zhǔn)直鏡(5)，準(zhǔn)直鏡(5)的準(zhǔn)直輸出光路上布置半透半反射鏡(11)，半透半反射鏡(11)的反射光路上布置聚焦鏡(3)，激光測距儀(8)的輸出光路對應(yīng)半透半反射鏡(11)的透射光路，聚焦鏡(3)正對于加工平臺(tái)(1)上的被加工工件(2)，數(shù)據(jù)采集模塊(10)的輸入端與激光測距儀(8)相連，輸出端與計(jì)算機(jī)(12)相連，計(jì)算機(jī)(12)分別與六軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)和激光器(9)控制連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定裝置，其特征在于：激光器(9)為光纖激光器或半導(dǎo)體激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定裝置，其特征在于：激光測距儀(8)為相位式激光測距儀。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定裝置，其特征在于：激光測距儀(8)位于激光加工頭單元上部，其發(fā)出的光束與激光器(9)發(fā)出的光束經(jīng)過半透半反射鏡(11)后同軸，投射至被加工工件(2)的表面形成光斑。

5.利用權(quán)利要求1所述的裝置實(shí)現(xiàn)異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定方法，其特征在于：包括以下步驟：

(a)激光測距儀(8)發(fā)出的光束與激光器(9)發(fā)出的光束經(jīng)過半透半反射鏡(11)后保持同軸，投射到曲面所在的被加工工件表面，形成光斑；

(b)激光測距儀(8)實(shí)時(shí)采集過光斑中心并沿X方向的n個(gè)Z值，坐標(biāo)原點(diǎn)位于激光加工頭單元軸線上的聚焦鏡(3)中心，軸線為Z軸，并記錄所對應(yīng)的n個(gè)點(diǎn)的X值，將光斑中心的Z值與聚焦鏡(3)所確定的焦距做比較，計(jì)算機(jī)(12)控制六軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)帶動(dòng)激光加工頭單元移動(dòng)，使二者差值小于一閾值，完成初始對焦；

(c)依據(jù)n個(gè)點(diǎn)的(X_n，Z_n)坐標(biāo)，擬合一(n-1)次多項(xiàng)式輪廓函數(shù)，計(jì)算出所對應(yīng)的光斑內(nèi)沿X方向的輪廓函數(shù)，對輪廓函數(shù)求偏導(dǎo)，得到輪廓函數(shù)過光斑中心處的斜率；

(d)依據(jù)X方向過光斑中心處的斜率與Z值調(diào)整激光加工頭單元的偏轉(zhuǎn)角，使激光加工頭單元軸線位于輪廓函數(shù)在光斑中心處的法向量方向，完成X方向?qū)梗?/p>

依上述方法進(jìn)行Y方向?qū)梗瑢雇瓿珊笥涗浖す饧庸ゎ^單元的空間三維坐標(biāo)，坐標(biāo)原點(diǎn)為激光加工初始點(diǎn)，從而對曲面內(nèi)光斑中心點(diǎn)的自動(dòng)對焦標(biāo)定完成。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定方法，其特征在于：激光器(9)發(fā)出的光束為指示光，激光測距儀(8)投射到曲面的光斑尺寸小于指示光的光斑尺寸。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定方法，其特征在于：確定光斑中心的Z值與聚焦鏡(3)所決定的焦距之間的差值，當(dāng)差值的絕對值大于閾值時(shí)移動(dòng)激光加工頭單元使Z值梯度逼近焦距，當(dāng)差值小于閾值時(shí)完成初始對焦，閾值越小，初始對焦越準(zhǔn)確。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定方法，其特征在于：所擬合的(n-1)次多項(xiàng)式為：

M＝a(n-1)X^(n-1)+a(n-2)X^(n-2)+…+a(1)X+a(0)

其中，M為光斑內(nèi)沿X方向的輪廓函數(shù)，多項(xiàng)式計(jì)算所選取的n值越大，所得到的輪廓函數(shù)越準(zhǔn)確。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定方法，其特征在于：依據(jù)輪廓函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)與光斑中心坐標(biāo)求得光斑中心處的斜率k，則激光加工頭單元的偏轉(zhuǎn)角a為：

a＝arctank

當(dāng)Z₁小于Z_n時(shí)，激光加工頭單元在X方向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)a；當(dāng)Z₁大于Z_n時(shí)，激光加工頭單元在X方向逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)a。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異形曲面激光加工的自動(dòng)對焦標(biāo)定方法，其特征在于：等間距標(biāo)定激光加工頭單元的空間三維坐標(biāo)，依據(jù)標(biāo)定的激光加工頭單元坐標(biāo)信息生成激光加工軌跡。