[發(fā)明專利]一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011120966.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN112276339B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹宇;胡龍;楊文鋒;朱德華;陳潔;劉文文;孫兵濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/04;B23K26/08;B23K26/70
• 代理公司: 北京中北知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11253
• 代理人: 陳孝政

1.一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工方法，其特征在于，包括智能隨形激光掃描加工裝置，該智能隨形激光掃描加工裝置包括激光加工頭、激光測(cè)距傳感器和多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述激光加工頭通過連接件掛載在多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，使得激光加工頭的空間姿態(tài)能夠根據(jù)需要自由調(diào)整；

所述智能隨形激光掃描加工方法具體包括如下步驟：

（1）將激光加工頭掛載在能夠調(diào)整其空間姿態(tài)的多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上；所述激光加工頭要求能輸出加工光束，所述加工光束指聚焦激光束，或者在輸出聚焦激光束的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)一維線掃描或者二維面掃描；所述激光加工頭上安裝有N個(gè)激光測(cè)距傳感器，N為大于等于2的整數(shù)，N個(gè)激光測(cè)距傳感器輸出的測(cè)量光束均與激光加工頭輸出的加工光束平行；

（2）確定基準(zhǔn)坐標(biāo)系；

（3）裝夾曲面工件，通過多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整激光加工頭的位置，使得激光加工頭對(duì)準(zhǔn)待加工區(qū)域的起始位置；

（4）啟動(dòng)激光加工，加工裝置協(xié)同加工運(yùn)動(dòng)，即激光加工頭輸出激光，同時(shí)激光加工頭被多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)前行，以實(shí)現(xiàn)面掃描；同時(shí)N個(gè)激光測(cè)距傳感器每隔時(shí)間T測(cè)量一次，且使得在激光加工過程中至少兩個(gè)激光測(cè)距傳感器的測(cè)量點(diǎn)始終位于曲面工件上；任意選擇位于曲面工件上的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，并實(shí)時(shí)計(jì)算出兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)；

（5）令i=1，設(shè)激光測(cè)距傳感器第1次測(cè)量時(shí)，激光測(cè)距傳感器的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)為P_{1_1}和P_{1_2}；

（6）第i+1次測(cè)量時(shí)，設(shè)兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)為P_{i+1_1}和P_{i+1_2}，前一時(shí)刻兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)為P_{i_1}和P_{i_2}，則以P_{i_1}、P_{i+1_1}、P_{i_2}三點(diǎn)計(jì)算P_{i_1}、P_{i+1_1}、P_{i_2}所構(gòu)成的三角形面片的法線向量N_{i_1}及該法線與三角形面片的交點(diǎn)K_{i_1}；以P_{i_1}、P_{i+1_2}、P_{i_2}三點(diǎn)計(jì)算P_{i_1}、P_{i+1_2}、P_{i_2}所構(gòu)成的三角形面片的法線向量N_{i_2}及該法線與三角形面片的交點(diǎn)K_{i_2}；要求N_{i_1}與N_{i_2}的夾角要小于定值A(chǔ)；N_{i_1}、K_{i_1}和N_{i_2}、K_{i_2}成為激光加工頭在掃描當(dāng)前位置的參考激光入射基準(zhǔn)方向和參考聚焦基準(zhǔn)點(diǎn)；

設(shè)定第一個(gè)調(diào)整目標(biāo)為將激光加工頭輸出的加工光束光軸方向矢量R₀調(diào)整為與N_{i_1}重合，并且將加工光束的聚焦基準(zhǔn)點(diǎn)F₀調(diào)整為與K_{i_1}重合；設(shè)定第二個(gè)調(diào)整目標(biāo)為將激光加工頭輸出的加工光束光軸方向矢量R₀調(diào)整為與N_{i_2}重合，并且將加工光束的聚焦基準(zhǔn)點(diǎn)F₀調(diào)整為K_{i_2}與重合；

（7）控制多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)連續(xù)調(diào)整激光加工頭的空間姿態(tài)和方位，執(zhí)行第一個(gè)調(diào)整目標(biāo)，然后同時(shí)輸出加工光束及掃描動(dòng)作，并朝著第二個(gè)調(diào)整目標(biāo)進(jìn)行姿態(tài)和方位調(diào)整；

（8）令i=i+1；

（9）反復(fù)執(zhí)行步驟（6）-（8），實(shí)時(shí)計(jì)算序列化的N_{i_1}、K_{i_1}和N_{i_2}、K_{i_2}，同時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)整激光加工頭的空間姿態(tài)和方位，即可自動(dòng)跟蹤曲面外形，自動(dòng)調(diào)整激光加工頭姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化曲面隨形激光掃描加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面工件的智能隨形激光掃描加工方法，其特征在于，所述激光測(cè)距傳感器為3個(gè)以上，激光加工過程中3個(gè)以上激光測(cè)距傳感器的測(cè)量點(diǎn)始終位于曲面工件上，實(shí)時(shí)計(jì)算出每個(gè)測(cè)量點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)；步驟（6）中根據(jù)激光測(cè)距傳感器3個(gè)以上的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，直接構(gòu)建其對(duì)應(yīng)的曲面擬合三角形面片或多邊形面片，并求解其擬合法線和法線-面片焦點(diǎn)作為參考激光入射基準(zhǔn)方向和參考聚焦基準(zhǔn)點(diǎn)。