[發明專利]一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工方法及裝置

有效

• 申請號: 202011120966.0
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112276339B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 曹宇;胡龍;楊文鋒;朱德華;陳潔;劉文文;孫兵濤
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/04;B23K26/08;B23K26/70
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 陳孝政

本發明提供了一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工方法，包括：將激光加工頭掛載在多軸運動機構上；在激光加工頭上安裝N個激光測距傳感器；激光測距傳感器每隔時間T測量一次，通過多個測量點坐標實時構建測量點對應的曲面擬合三角形面片或多邊形面片，求解其擬合法線和法線?面片焦點作為參考激光入射基準方向和參考聚焦基準點；并控制多軸運動機構實時連續調整激光加工頭的空間姿態和方位。本發明可以實現自動跟蹤曲面外形而自動調整加工頭相對姿態，足夠精確地保證激光加工焦距準確和近似垂直方向入射，自動完成大曲面工件的掃描加工，實現智能化曲面隨形激光掃描加工效果。本發明還同時提供了一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工裝置。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，具體涉及一種曲面工件的隨形激光掃描加工方法及裝置。

背景技術

激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性，對材料（包括金屬與非金屬）進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術。激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經濟重要部門，對提高產品質量、勞動生產率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。激光加工利用激光束易于聚焦、導向、便于自動化控制的優點，不接觸加工工件，不會對材料造成機械擠壓或機械應力，幾乎可對任何材料進行精確細致的加工。

激光加工一般要求激光束以聚焦形式作用于工件表面，故其加工頭一般包括一個聚焦鏡（物鏡），為了保證足夠的激光能量密度與材料發生相互作用，加工時應盡量保證激光束以接近垂直的方向入射到工件表面，且聚焦點位于工件表面附近（即在一定的離焦量范圍內）。

對于如上的垂直聚焦入射加工條件，目前的激光加工設備對于平面工件容易滿足，但對于曲面工件則難以滿足，一般需要先針對曲面工件三維模型進行復雜的曲面加工軌跡預編程（如機器人離線示教等，要求預先提供工件外形數據），實際工件的裝夾要求與三維模型精準一致，加工過程中只能按照設定的程序進行掃描加工，而不能自動感知曲面的外形變化，無法實現靈活的智能曲面隨形加工。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工方法；本發明還同時提供了一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工裝置。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種曲面工件的智能隨形激光掃描加工方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）將激光加工頭掛載在能夠調整其空間姿態的多軸運動機構上；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還能實現一維線掃描或者二維面掃描；所述激光加工頭上安裝有N個激光測距傳感器，N為大于等于2的整數，N個激光測距傳感器輸出的測量光束均與激光加工頭輸出的加工光束平行；

（2）確定基準坐標系；

（3）裝夾曲面工件，通過多軸運動機構調整激光加工頭的位置，使得激光加工頭對準待加工區域的起始位置；

（4）啟動激光加工，加工裝置協同加工運動，即激光加工頭輸出激光，同時激光加工頭被多軸運動機構帶動前行，以實現面掃描；同時N個激光測距傳感器每隔時間T測量一次，且使得在激光加工過程中至少兩個激光測距傳感器的測量點始終位于曲面工件上；任意選擇位于曲面工件上的兩個測量點，并實時計算出兩個測量點在基準坐標系內的測量點坐標；

（5）令i=1，設激光測距傳感器第1次測量時，激光測距傳感器的兩個測量點坐標為P_{1_1}和P_{1_2}；