[發明專利]一種復雜曲面微織構激光加工裝置及方法

在審

• 申請號: 202211414029.5
• 申請日: 2022-11-11
• 公開（公告）號: CN116038127A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 顧春興;江小輝;郭維誠;丁子珊;戴黎
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/70
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 崔雙雙

本發明公開了一種復雜曲面微織構激光加工裝置及方法，包括：終端、與所述終端信號連接的激光器組件及運動控制器、與運動控制器信號連接的運動工作臺、固接于運動工作臺上的工件固定器及通過工件固定器固定于運動工作臺上的工件；所述激光器組件包括激光器、沿激光器的光線路徑依次設置有多個反射鏡組件、設置于反射鏡之間的功率衰減器與調整孔件、掃描振鏡及固接于掃描振鏡上的輪廓掃描儀，且所述輪廓掃描儀位于工件的正上方，掃描振鏡上設置有聚焦透鏡。根據本發明，使得沖擊點的法線與激光入射光束重合，激光功率密度達到最大值，沖擊波壓力也達到最大值，沖擊效果好，提高了激光能量的利用率。

技術領域

本發明涉及特種加工技術的技術領域，特別涉及一種復雜曲面微織構激光加工裝置及方法。

背景技術

在機械系統中，各相對運動副之間的摩擦、磨損和潤滑性能對機械系統的功能、效率和使用壽命等有著直接的影響。據統計，世界上使用的能源約有30％-50％消耗于摩擦，而摩擦導致的磨損是機械設備失效的主要原因。隨著工業技術的不斷發展，對極端工況下的接觸潤滑提出的要求不斷提高。為了降低接觸表面的摩擦磨損，提高工件在極端工況下工作時的穩定性，可靠性、工作壽命，節約能源和資源，多種減摩手段被提出。其一，將超細固體顆粒(聚合物、有機材料、無機材料、金屬單質等)加入到潤滑油中，可以有效的提高磨合質量，減小磨損。其二，激光表面微織構技術因其加工效率高、加工質量高、無污染，可控性好等優點近年來以及發展最為快速的一種表面加工技術，為接觸表面摩擦副提供了一種新的潤滑方式。表面織構是源自于自然界生物非光滑表面的微納米結構，這些微觀結構使得生物在進化過程中呈現出優異的自潤滑和抗磨減摩性能。國內外研究也一致表明，表面織構是改善表界面摩擦學特性的一種有效手段,可使材料表面實現自潤滑效果,并且能夠減少摩擦磨損帶來的機械設備提前失效和能源耗損。

發明內容

針對現有技術中存在的不足之處，本發明的目的是提供一種復雜曲面微織構激光加工裝置及方法，使得沖擊點的法線與激光入射光束重合，激光功率密度達到最大值，沖擊波壓力也達到最大值，沖擊效果好，提高了激光能量的利用率。為了實現根據本發明的上述目的和其他優點，提供了一種復雜曲面微織構激光加工裝置，包括：

終端、與所述終端信號連接的激光器組件及運動控制器、與運動控制器信號連接的運動工作臺、固接于運動工作臺上的工件固定器及通過工件固定器固定于運動工作臺上的工件；

所述激光器組件包括激光器、沿激光器的光線路徑依次設置有多個反射鏡組件、設置于反射鏡之間的功率衰減器與調整孔件、掃描振鏡及固接于掃描振鏡上的輪廓掃描儀，且所述輪廓掃描儀位于工件的正上方，掃描振鏡上設置有聚焦透鏡。

優選的，所述反射鏡組件包括第一反射鏡、位于第一反射鏡正上方的第二反射鏡、位于第二反射鏡一側的第三反射鏡及位于第三反射鏡正下方的第四反射鏡，所述第四反射鏡的一側設置有掃描振鏡。

優選的，第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡及第四反射鏡均呈45度角傾斜，且第一反射鏡與第二反射鏡傾斜的方向相同，第三反射鏡與第四反射鏡傾斜的方向相同，第一反射鏡與第四反射鏡對稱設置，第二反射鏡與第三反射鏡對稱設置。

優選的，第二反射鏡與第三反射鏡之間設置有功率衰減器，第三反射鏡與第四反射鏡之間設置有調整孔件。

一種復雜曲面微織構激光加工方法，包括以下步驟：

S1、根據工件表面織構的形狀、織構覆蓋的范圍，將編好的程序輸入到終端的控制軟件中；

S2、通過工件表面織構的尺寸大小，設置激光器的參數大小，開啟激光器；

S3、通過輪廓掃描儀在線掃描工件的加工區域，通過非接觸測量，通過最小二乘法擬合曲面輪廓，獲得表面織構加工處曲面法向量；

S4、終端控制運動控制器調整運動工作臺，使激光入射角與曲面法向量重合；