CN109604819B - 一种激光加工方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种激光加工方法及系统，方法主要包括位移测量装备安装布局、对焦、预加工、数据采集、数据分析及处理、激光实际加工等步骤，解决因工件变形、工件轴向漂移、倾斜等因素造成激光加工尺寸精度不可控或精度低的问题，具有可适应检测材料不受限、精度高、效率高、成本低等优点，可应用在航空航天、汽车、3C、模具等精细制造领域。

Description

一种激光加工方法及系统

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种激光加工方法及系统。

背景技术

我国航空航天、汽车、3C、模具领域均存在大量精细制造需求，这类构件作为航天飞行器、雷达、飞机、汽车等的关键部件，其制造品质不但关系到新型航天器、飞机等国家重大工程的成败，也决定我国在电子、汽车等民用经济主战场的胜败。激光精细加工技术由于其超精细、环保绿色、可实现柔性加工等优势，在国外已经成为主流加工方式之一，而我国作为世界第一的制造业大国，目前处于制造产业结构优化升级的紧迫关头，激光加工技术取代传统制造加工方式成为未来的必然趋势。目前激光加工已经从打标、切割等中低制造需求向极端尺寸、极端制造品质的高端制造方向发展，因此研究影响激光精细制造品质的各类技术尤为必要，其中由于工件的变形、轴向漂移、倾斜等因素，造成激光加工过程中加工品质不一，尺寸精度不可控的技术难题研究也尤为必要。

目前，针对工件变形的问题，现有激光装备采用三坐标或者三维扫描设备进行扫描测量，然后将测量过后的实际模型输入装备，使装备按照此模型进行加工，但是这种方式存在设备昂贵、测量耗时长等问题，或者是采用电容传感器进行实时测量实时反馈矫正，但是电容传感器测量距离有限，在1mm-2mm范围才能保证高精度，且该电容传感器的测量方式由于其原理，使得只能用于金属材料的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光加工方法及装置，解决因工件变形、工件轴向漂移、倾斜等因素造成激光加工尺寸精度不可控或精度低的问题，具有可适应检测材料不受限、精度高、效率高、成本低等优点。

本发明的技术解决方案是提供一种激光加工方法，包括以下步骤：

S1：位移测量装备安装布局；

在激光加工装备的激光加工头部分布局位移测量装备，确保位移测量装备与激光加工头同轴；

S2：对焦；

将激光加工光束对焦至待加工工件表面，位移测量装备测量位移测量装备端面到激光焦点的位置(X，Y，L)，将激光测量装备端面到激光焦点的纵向距离L作为标准值；

S3：预加工；

在不打开加工激光的情况下，按照实际加工路径对整个工件加工表面进行预加工；

S4：数据采集；

位移测量装备在激光预加工过程中获取整个工件加工表面每一个加工点的三维坐标值{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}，并将该数据反馈至激光加工装备的控制系统；

S5：数据分析及处理；

将激光加工装备的控制系统获取的{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}进行修正，即将(L1、L2、L3…Ln)中不等于L的所有值进行修正为L；

S6：激光实际加工；

开激光，控制系统控制激光加工装备按照步骤S5修正过后加工路径数据{(X1、Y1、L)、(X2、Y2、L)、…(Xn、Yn、L)}进行加工。

进一步地，上述位移测量装备为三角测量位移传感器、光谱共聚焦位移传感器或锥光全息位移传感器等根据实际检测精度需求选择各类原理的位移传感器。

进一步地，步骤S5具体为：

首先将激光加工装备控制系统获取的{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}数据导出；

然后将(L1、L2、L3…Ln)中不等于L的所有值修正为L；

最后将修整后的{(X1、Y1、L)、(X2、Y2、L)、…(Xn、Yn、L)}数据重新导入激光加工装备的控制系统。

本发明还提供一种激光加工装备，包括光学二向色镜、激光加工头与控制系统，其特殊之处在于：还包括与激光加工头同轴的位移测量装备；

上述位移测量装备用于采集激光测量装备到待加工工件加工点的(X、Y、L)空间坐标点数据；

上述控制系统用于接收位移测量装备采集的空间坐标点数据，并根据修正后的空间坐标点数据控制激光加工头进行加工。

进一步地，上述位移测量装备为三角测量位移传感器、光谱共聚焦位移传感器或锥光全息位移传感器。

本发明的有益效果是：

本方法化繁为简，即无论工件变形、或是构件倾斜偏移，影响加工质量的是激光“刀尖”，及激光最佳加工点位置，只要加工系统时刻能够保持在激光最佳加工位置点位置即可，因此，从最终使用需求出发，开发的上述方法，具有可适应检测材料不受限、精度高、效率高、简单等优点。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明系统示意图；

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

为满足激光超精密加工需求，本发明提出了一种激光在线加工方法，用以解决工件变形、工件轴向漂移、倾斜等因素造成激光加工尺寸精度不可控的问题。具体如下：

1)位移测量装备安装布局：在激光超精密加工装备的激光加工头部分布局位移测量装备，调节激光加工头的机械固定结构与测量装备的机械装夹结构使得位移测量装备与激光加工头同轴；此位移传感器可以根据测量精度的要求选择不同测量原理、测量精度、市场成熟/科研产品，包括各类三角测量位移传感器、光谱共聚焦位移传感器、锥光全息位移传感器等，测量精度从毫米至纳米不等；

2)对焦：将激光超精密加工光束对焦至待加工工件表面，并将位移测量装备此时采集的位移测量装备端面到激光焦点的距离确定为标准值L；

3)预加工：在不打开加工激光的情况下，按照实际加工路径对整个构件加工表面进行预加工；

4)数据采集：对激光超精密加工装备的控制系统进行二次开发，位移测量装备在激光预加工过程中获取整个工件加工表面的激光空间测距数据{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}，并将该数据反馈至激光超精密加工装备的控制系统；

5)数据分析及处理：将激光超精密加工装备的控制系统中{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}数据导出，并将(L1、L2、L3…Ln)中不等于L的所有值手动修正为L，即获得{(X1、Y1、L)、(X2、Y2、L)、…(Xn、Yn、L)}数据；将修正后的数据重新反馈至激光超精密加工装备的控制系统；

6)激光实际加工，开激光，控制系统控制激光加工装备按照重新修正后加工路径数据进行加工。

为了实现上述方法，本实施例还提供一种激光加工系统，从图2可以看出，主要包括光学二向色镜、位移测量装备、激光加工头与控制系统；位移测量装备与激光加工头同轴设置；

在加工过程中，首先对焦，此时位移测量装备采集位移测量装备端面到激光焦点的距离，并将该距离值确定为标准值L；

预加工过程中，位移测量装备采集整个工件加工表面的激光空间测距数据{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}，并将该数据反馈至激光超精密加工装备的控制系统；

实际加工工程中控制系统根据修正后的{(X1、Y1、L)、(X2、Y2、L)、…(Xn、Yn、L)}数据控制激光加工装备进行加工。

Claims (3)

1.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：位移测量装备安装布局；

在激光加工装备的激光加工头部分布局位移测量装备，确保位移测量装备与激光加工头同轴；

S2：对焦；

将激光加工光束对焦至待加工工件表面，位移测量装备采集此时位移测量装备端面到激光焦点的位置(X，Y，L)，并将该位置的L值确定为标准值；

S3：预加工；

在不打开加工激光的情况下，按照实际加工路径对整个工件加工表面进行预加工；

S4：数据采集；

位移测量装备在激光预加工过程中获取整个工件加工表面每一个加工点的三维坐标值{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}，并将该数据反馈至激光加工装备的控制系统；

S5：数据分析及处理；

将激光加工装备的控制系统获取的{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}进行修正，即将(L1、L2、L3…Ln)中不等于L的所有值均修正为L；

S6：激光实际加工；

开激光，激光加工装备按照步骤S5修正过后加工路径数据{(X1、Y1、L)、(X2、Y2、L)、…(Xn、Yn、L)}进行加工。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于：所述位移测量装备为三角测量位移传感器、光谱共聚焦位移传感器或锥光全息位移传感器。

3.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，步骤S5具体为：

首先将激光加工装备控制系统获取的{(X1、Y1、L1)、(X2、Y2、L2)、…(Xn、Yn、Ln)}数据导出；

然后将(L1、L2、L3…Ln)中不等于L的所有值修正为L；

最后将修整后的{(X1、Y1、L)、(X2、Y2、L)、…(Xn、Yn、L)}数据重新导入激光加工装备的控制系统。