[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

本發明公開了一種用于激光精密加工的裝置，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。本發明還公開了一種用于激光精密加工的裝置的加工方法，本發明解決了目前行業內無法自動精準地跟隨激光焦點位置的問題。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，涉及一種用于激光精密加工的裝置，本發明還涉及上述裝置的加工方法。

背景技術

近年來，強激光憑借其多種優良的性能，被廣泛應用于特種加工行業。隨著社會發展，技術進步，市場及客戶對強激光加工的精度提出更高要求。而強激光加工的精度與強激光焦點的位置有著密切關系，在強激光束對金屬工件進行切/刻/焊等加工操作時，保持工件待加工曲面始終處于激光束的焦平面處(簡稱“隨焦”)，是確保加工精度的關鍵技術。需要說明的是，本發明中所提到的“焦點”，更準確地說是激光對所加工材料而言的最佳燒蝕位置點，指的是距離激光頭的某位置處，具有最佳的燒蝕深度和效果，而非純光學意義上的焦點。

現有隨焦方法按其工作原理可分為建模法和測距法。建模法是根據待加工件模型來計算載物臺升降預設值的，因此該方法不能自適應工件尺寸容差；測距法目前最為常用，是基于電容或者激光三角測距原理來保持焦平面與待加工面的距離不變的，因此該方法不適用于曲率較大的曲面。上述方法均是以激光透鏡組焦距不變為前提，而忽略了強激光“熱透鏡”效應帶來的誤差，因此不能自適應加工過程中需不斷變化的激光功率調控。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于激光精密加工的裝置，解決了目前行業內無法自動精準地跟隨激光焦點位置的問題。

本發明的目的是還提供一種用于激光精密加工的裝置的加工方法。

本發明所采用的技術方案是，一種用于激光精密加工的裝置，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。

本發明采用的第一種技術方案的特點還在于：

光電傳感器陣列架包括圓形的架體，圓形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。

圓形架體上均勻開設有四個凹槽，四個凹槽將圓形架體分隔成了四個圓弧架。

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。

四個螺栓與激光頭的接觸處設有壓力緩沖墊。

本發明采用的第二種技術方案為：一種用于激光精密加工的裝置的加工方法，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；