[發明專利]一種用于激光精密加工的裝置及其方法

在審

• 申請號: 202110349241.7
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112935529A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 王馨梅;王偉;熊培羽;陳煒龍;劉旭陽;邢毓華;張翔;申曉昂;趙晨晨
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B23K26/04
• 分類號: B23K26/04;B23K26/08;B23K26/362;B23K26/70
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 寧文濤

1.一種用于激光精密加工的裝置，其特征在于：包括光電傳感器陣列架，光電傳感器陣列架的中心處設有激光頭，激光頭的正下方設有加工平臺，加工平臺上設有加工工件，激光頭經激光出光口發射的激光束垂直照射至加工工件上，所述激光束對加工工件進行燒蝕產生等離子體輻射光信號；加工平臺的下方設有三自由度平移臺。

2.根據權利要求1所述的一種用于激光精密加工的裝置，其特征在于：所述光電傳感器陣列架包括圓形的架體，架體被均勻分成四部分圓弧架，位于同一對角線上的兩個圓弧架上分別同時設有寬禁帶紫外傳感器和硅光電傳感器，架體朝向加工工件的一側設有攝像頭，攝像頭、寬禁帶紫外傳感器及硅光電傳感器位于架體的同一側；寬禁帶紫外傳感器及硅光電傳感器分別依次連接有加法器、積分器、ADC處理器器及微控制器，微控制器還連接攝像頭。

3.根據權利要求2所述的一種用于激光精密加工的裝置，其特征在于：所述架體上均勻開設有四個凹槽，四個所述凹槽將圓形架體分隔成了四個圓弧架。

4.根據權利要求3所述的一種用于激光精密加工的裝置，其特征在于：所述激光頭的四周分別通過四個螺栓與架體連接，四個螺栓恰好嵌在四個凹槽內。

5.根據權利要求4所述的一種用于激光精密加工的裝置，其特征在于：四個所述螺栓與激光頭的接觸處設有壓力緩沖墊。

6.一種用于激光精密加工的裝置的加工方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

步驟1，通過三自由度平移臺帶動加工平臺向下移動，至加工平臺最低位置處，將激光頭固定在光電傳感器的中心處，設定加工過程中寬禁帶紫外傳感器采集數據的期望值為Ex1、允許誤差為Err1、攝像頭拍攝激光光斑期望幾何尺寸為R、加工時X方向最小步進長度為Dx、Z方向最小步進長度為Dz；設加工時寬禁帶紫外傳感器的最小信號值為pmin、硅光電傳感器的最小信號值為smin，加工平臺沿z軸正方向的最大移動長度為L；

步驟2，激光頭經激光出光口發射的激光束照射至加工工件上，激光束對加工工件進行燒蝕產生等離子體輻射光信號和等離子體輻射紫外光信號，攝像頭拍攝加工工件表面激光光斑、硅光電傳感器采集等離子體輻射可見光信號、寬禁帶紫外傳感器采集等離子體輻射紫外光信號一并發送至微控制器；加工平臺向上移動L后停止并轉為向下移動；

步驟3，激光束燒蝕加工工件，寬禁帶紫外傳感器采集加工過程中的等離子體輻射紫外光信號，等離子體輻射紫外光信號依次通過加法器、積分器、ADC處理器獲得當前等離子體紫外光輻射值Lnow，發送至微控制器20，若|Lnow–Ex1|≤Err1，加工平臺停止下降；若|Lnow–Ex1|Err1,加工平臺繼續下降；

步驟4，對加工工件5在加工過程中進行實時隨焦；

步驟5，步驟5.重復執行步驟4直至加工完成，關閉激光，裝置回車。

7.根據權利要求6所述的一種用于激光精密加工的裝置的加工方法，其特征在于：所述步驟4的具體過程為：

4.1，激光束對加工工件進行加工，三自由度平移臺按照加工要求在X方向以位移Dx步進，寬禁帶紫外傳感器采集加工過程中的等離子體輻射紫外光信號，等離子體輻射紫外光信號依次通過加法器、積分器及ADC處理器獲得當前等離子體紫外光輻射值Lnow，發送至微控制器20，若|Lnow–Ex1|≤Err1，重復步驟4.1；若|Lnow–Ex1|Err1，執行步驟4.2.

4.2，微控制器控制加工平臺沿z軸正方向位移距離Dz，若|Lnow–Ex1|逐漸減小，則加工平臺沿z軸正方向位移Dz；若|Lnow–Ex1|未減小，則加工平臺沿z軸負方向位移Dz，重復步驟4.2，直至|Lnow–Ex1|≤Err1；若Lnowpmin，執行步驟4.3.

4.3，選通硅光電傳感器，采集此時燒蝕產生的等離子體輻射信號Lnow；調整加工平臺高度，使Lnowpmin，關斷硅光電傳感器，執行步驟4.2，若Lnowsmin，執行步驟4.4；

4.4，使用攝像頭27傳回圖像數據發送至微控制器20，判斷激光光斑幾何尺寸，調節加工平臺移動，使激光光斑幾何尺寸等于R，執行步驟4.3。