[發(fā)明專利]一種三維形貌精確控制加工系統(tǒng)及加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110603258.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113319424B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明;李晨晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): B23K26/0622
• 分類號(hào): B23K26/0622;B23K26/046;B23K26/70
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

1.一種三維形貌精確控制加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、在激光加工頭上設(shè)置共焦位移傳感器，所述激光加工頭包括二維掃描振鏡和遠(yuǎn)心平場(chǎng)鏡；

步驟二、激光加工頭對(duì)單層材料進(jìn)行試加工，確定加工該材料的激光單脈沖能量和脈沖重疊率范圍；

步驟三、確定脈沖重疊率后，建立激光單脈沖能量與加工深度、底面粗糙度的映射關(guān)系；

步驟四、尋找激光焦點(diǎn)，標(biāo)定共焦位移傳感器與激光焦點(diǎn)之間的相對(duì)位置，得到共焦位移傳感器的標(biāo)定值，同時(shí)，記錄此時(shí)加工平臺(tái)XY軸的坐標(biāo)值為激光焦點(diǎn)的初始位置；

步驟五、將加工件放置在加工平臺(tái)上，調(diào)整加工件的空間姿態(tài)，使得加工件四個(gè)邊角形成的平面與加工平臺(tái)的XY坐標(biāo)平面平行；

步驟六、根據(jù)步驟三獲取的激光單脈沖能量和加工深度的映射關(guān)系，對(duì)加工件的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層；

步驟七、依據(jù)步驟六分層的結(jié)果，通過(guò)正交式逐層掃描和變單脈沖能量方式，實(shí)現(xiàn)不同深度、不同粗糙度的三維結(jié)構(gòu)加工；

7.1)依據(jù)分層結(jié)果，選擇對(duì)應(yīng)加工深度的激光單脈沖能量和脈沖重疊率，二維掃描振鏡在X方向?qū)崿F(xiàn)單層掃描加工，此時(shí)，實(shí)現(xiàn)X方向掃描加工的激光單脈沖能量為a；

7.2)X方向掃描完成后，在XY坐標(biāo)平面內(nèi)移動(dòng)加工平臺(tái)，使共焦位移傳感器移動(dòng)至X方向掃描加工區(qū)域，依據(jù)共焦位移傳感器的實(shí)時(shí)顯示值和標(biāo)定值的差值，移動(dòng)機(jī)床Z軸，使激光焦點(diǎn)跟隨已加工的表面；

7.3)共焦位移傳感器對(duì)X方向掃描加工區(qū)域進(jìn)行再次測(cè)量，測(cè)量X方向掃描加工區(qū)域的形貌數(shù)據(jù)，得到X方向掃描加工區(qū)域的深度和粗糙度，在XY坐標(biāo)平面內(nèi)移動(dòng)加工平臺(tái)，使激光焦點(diǎn)回到初始位置；

7.4)依據(jù)測(cè)量得到的X方向掃描加工區(qū)域的深度和粗糙度，選擇合適的激光單脈沖能量和脈沖重疊率實(shí)現(xiàn)Y方向的單層掃描加工，此時(shí)，此時(shí)Y方向掃描加工的激光單脈沖能量為b，且b＜a；

7.5)Y方向掃描完成后，在XY坐標(biāo)平面內(nèi)移動(dòng)加工平臺(tái)，使共焦位移傳感器移動(dòng)至Y方向掃描加工區(qū)域，依據(jù)共焦位移傳感器的實(shí)時(shí)顯示值與標(biāo)定值的差值，移動(dòng)機(jī)床Z軸，使激光焦點(diǎn)跟隨已加工的表面；

7.6)共焦位移傳感器對(duì)Y方向掃描加工區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量得到Y(jié)方向掃描加工區(qū)域的形貌數(shù)據(jù)，得到Y(jié)方向掃描加工區(qū)域的深度和粗糙度，為下一層的激光單脈沖能量選擇提供依據(jù)；在XY坐標(biāo)平面內(nèi)移動(dòng)加工平臺(tái)，使激光焦點(diǎn)回到初始位置；

步驟八、重復(fù)步驟七，實(shí)現(xiàn)一定結(jié)構(gòu)深度和粗糙度要求的三維結(jié)構(gòu)精密加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形貌精確控制加工方法，其特征在于：步驟五中，將加工件放置在加工平臺(tái)上，移動(dòng)加工平臺(tái)，共焦位移傳感器測(cè)量加工件四個(gè)邊角的空間位置，根據(jù)共焦位移傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)調(diào)整加工件的空間姿態(tài)，使得加工件四個(gè)邊角形成的平面與加工平臺(tái)的XY坐標(biāo)平面平行，從而完成加工件的高精度定位和基準(zhǔn)校正。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維形貌精確控制加工方法，其特征在于：步驟一中，遠(yuǎn)心平場(chǎng)鏡的焦距為60mm以內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的三維形貌精確控制加工方法，其特征在于：步驟7.4)中，a為2～4倍的b。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維形貌精確控制加工方法，其特征在于：步驟二中，在脈沖重疊率范圍的參數(shù)內(nèi)，加工的材料表面無(wú)重鑄層、無(wú)微裂紋、無(wú)再結(jié)晶，且加工區(qū)域表面粗糙度Ra≤0.2。