CN109894737A - 一种金属曲面的激光抛光装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种金属曲面的激光抛光装置以及方法，激光抛光装置包括用于产生脉冲激光的脉冲激光器、用于产生连续激光的连续激光器、用于混合脉冲激光和连续激光的合束镜以及用于带动金属转动的转动机构；脉冲激光器发射脉冲激光到合束镜，连续激光器发射连续激光到合束镜，合束镜混合脉冲激光和连续激光后形成混合激光，然后传输到由转动机构带动的金属曲面进行抛光。合束镜混合脉冲激光器发送的脉冲激光和连续激光器发送的连续激光，再传输到运动的金属表面的曲面上，脉冲激光可为金属曲面抛光，连续激光可为金属曲面预热，简化了金属曲面的抛光工序以及缩短了金属曲面的抛光时间，大大提高效率。

Description

一种金属曲面的激光抛光装置以及方法

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种金属曲面的激光抛光装置以及方法。

背景技术

随着现代制造业的逐步发展，对金属曲面的要求越来越高。在金属曲面的加工过程中，例如工具钢、不锈钢、镍合金和钛合金等，常常涉及抛光这一工序。目前，产品的抛光工序大多数还依赖手工抛光，抛光精度差、效率低，产品质量缺乏一致性和稳定性。

激光加工作为一种新型加工技术，具有高效率、高柔性等优点。目前，也常通过激光抛光金属曲面。该过程是通过一个聚焦的激光束斑作用在粗糙的原始金属表面，造成金属材料表面凸起薄层的熔化和蒸发。熔化的材料由于材料本身的表面张力和重力的作用发生流动，填补金属表面凹陷处并发生凝固，最终得到理想的抛光材料表面。通过激光器的控制，激光抛光时的输出能量与金属材料的作用层厚度很小，只在微米厚度的材料层上发生，因此不会像一般的激光束加工金属那样造成大面积的粗糙表面。激光抛光技术中普遍使用Nd∶YAG激光器或者脉冲激光器等抛光金属表面，但是，需要先对金属曲面预热一段时间后，再对金属曲面进行抛光操作，存在抛光时间较长，抛光效率不高，曲面抛光困难等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种金属曲面的激光抛光装置以及方法，解决金属曲面抛光工序复杂以及抛光时间较长的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种金属曲面的激光抛光装置，所述激光抛光装置包括用于产生脉冲激光的脉冲激光器、用于产生连续激光的连续激光器、用于混合脉冲激光和连续激光的合束镜以及用于带动金属转动的转动机构；所述脉冲激光器发射脉冲激光到合束镜，所述连续激光器发射连续激光到合束镜，所述合束镜混合脉冲激光和连续激光后形成混合激光，然后传输到由转动机构带动的金属曲面进行抛光。

其中，较佳方案是，所述转动机构包括绕着第一方向转动的第一转动平台和绕着第二方向转动的第二转动平台，所述金属放置在第一转动平台上，所述第一转动平台设在第二转动平台上。

其中，较佳方案是，所述激光抛光装置还包括用于固定金属的夹具，所述夹具固定安装在第一转动平台上。

其中，较佳方案是，所述激光抛光装置还包括第一反射镜和第二反射镜，所述脉冲激光器、第一反射镜和第二反射镜沿着脉冲激光路径依次设置；所述脉冲激光器将脉冲激光发射到第一反射镜，所述第一反射镜将脉冲激光反射到第二反射镜，所述第二反射镜将脉冲激光反射到合束镜。

其中，较佳方案是，所述第一反射镜可沿第三方向调整位置，所述第二反射镜可沿第四方向调整位置。

其中，较佳方案是，所述激光抛光装置还包括第一扩束镜，所述第一扩束镜设在脉冲激光器和第一反射镜之间，所述脉冲激光器将脉冲激光发射到第一扩束镜，所述第一扩束镜将脉冲激光扩束后传输到第一反射镜。

其中，较佳方案是，所述激光抛光装置还包括第二扩束镜，所述第二扩束镜设在连续激光器和合束镜之间，所述连续激光器将连续激光发射到第二扩束镜，所述第二扩束镜将连续激光扩束后传输到合束镜。

其中，较佳方案是，所述激光抛光装置还包括振镜，所述振镜与合束镜邻近设置，所述合束镜将混合激光发射到振镜，所述振镜将混合激光传输到金属曲面。

其中，较佳方案是，所述脉冲激光器的功率为20W，所述脉冲激光的波长为355nm，所述连续激光器的功率为1000W，所述连续激光的波长为1064nm。

本发明还提供一种金属曲面的激光抛光方法，所述激光抛光方法用于如上所述的激光抛光装置，所述激光抛光方法具体包括以下步骤：脉冲激光器发射脉冲激光到合束镜，连续激光器发射连续激光到合束镜；合束镜混合脉冲激光和连续激光后形成混合激光；混合激光传输到由转动平台带动的金属曲面进行抛光。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种金属曲面的激光抛光装置以及方法，合束镜混合脉冲激光器发送的脉冲激光和连续激光器发送的连续激光，再传输到运动的金属表面的曲面上，脉冲激光可为金属曲面抛光，连续激光可为金属曲面预热，简化了金属曲面的抛光工序以及缩短了金属曲面的抛光时间，大大提高效率；

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明激光抛光装置的示意图；

图2是本发明激光抛光方法的流程框图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本发明提供一种金属曲面的激光抛光装置的优选实施例。

具体地，参考图1，一种金属11曲面的激光抛光装置，所述激光抛光装置只用于为表面是曲面的金属11抛光。所述激光抛光装置包括用于产生脉冲激光的脉冲激光器1、用于产生连续激光的连续激光器7、用于混合脉冲激光和连续激光的合束镜5以及用于带动金属11转动的转动机构。脉冲激光指的是间隔相同时间发出的激光信号，连续激光指的是持续长时间发出的激光信号，所述合束镜5表面设有一层特殊的膜，所述合束镜5一侧可高透射脉冲激光以及另一侧可高反射连续激光，将脉冲激光和连续激光合在同一光路上，两束激光重叠在一起之后，能够实现连续激光预热，脉冲激光熔化，快速抛光金属表面的作用。

其中，所述脉冲激光器1在产生脉冲激光后，将脉冲激光发射到合束镜5上，以及，所述连续激光器7在产生连续激光后，将连续激光发射到合束镜5上。所述合束镜5混合脉冲激光和连续激光，将脉冲激光透射出去以及将连续激光反射出去，两者激光形成一道混合激光，混合激光具有反射和高透视光束作用，然后混合激光一直沿着同一方向传输，而转动机构带动金属11曲面在混合激光的下方进行转动，混合激光持续传输到金属11曲面，脉冲激光可为金属11曲面抛光，连续激光可为金属11曲面预热。所述合束镜5混合脉冲激光器1发送的脉冲激光和连续激光器7发送的连续激光，再传输到运动的金属11表面的曲面上，可同时为金属11曲面提供预热以及抛光操作，无需先后进行，简化了金属11曲面的抛光工序以及缩短了金属11曲面的抛光时间，大大提高了金属11曲面的抛光效率。

具体地，参考图1，所述转动机构包括绕着第一方向转动的第一转动平台9和绕着第二方向转动的第二转动平台10，所述金属11放置在第一转动平台9上，所述第一转动平台9设在第二转动平台10上。当金属11放置在第一转动平台上时，所述第一转动平台9带动金属11绕着第一方向转动，此时第一转动平台9可转动一整圈；随后，所述第二转动平台10带动金属11和第一转动平台9同步转动，此时第二转动平台10无需转动一整圈，只需转动一定角度，使混合激光传输到金属11侧面，实现抛光。

在本实施例中，所述第一方向和第二方向相互垂直，例如，参考图1，三维参考系已标出，所述第一方向为Z轴方向，所述第二方向为X轴方向。当然，所述第一方向和第二方向也可以为其他，此处不一一赘述。

以及，所述激光抛光装置还包括用于带动金属11直线移动的运动机构，所述运动机构可带动金属11曲面沿着X轴做直线运动以及沿着Y轴做直线运动，所述第一转动平台9和运动机构联动，以及，所述第二转动平台10和运动机构联动，保证在最终金属11曲面均已抛光。

再具体地，所述激光抛光装置还包括用于固定金属11的夹具，所述夹具与金属11相互适配，金属11固定在夹具上，所述夹具固定安装在第一转动平台9上，防止后续第一转动平台9和第二转动平台10带动金属11转动时，金属11发生偏移或者倾落。

进一步地，参考图1，所述激光抛光装置还包括具有全反射率的第一反射镜3和第二反射镜4，所述脉冲激光器1、第一反射镜3和第二反射镜4沿着脉冲激光路径依次设置，上述的脉冲激光路径指的是脉冲激光的传输路径。所述第一反射镜3和传输过来的脉冲激光呈45度，所述第二反射镜4和传输过来的脉冲激光也呈45度。所述脉冲激光器1将脉冲激光发射到第一反射镜3，然后，所述第一反射镜3将脉冲激光反射到第二反射镜4，随后，所述第二反射镜4将脉冲激光反射到合束镜5。通过第一反射镜3和第二反射镜4的反射作用，保证脉冲激光一定传输到合束镜5上。

其中，所述第一反射镜3可沿第三方向任意调整位置，通过人工手动方式，可在第三方向上拖动第一反射镜3，但不得改变第一反射镜3的放置角度。所述第二反射镜4可沿第四方向任意调整位置，通过人工手动方式，可在第四方向上拖动第二反射镜4，但不得改变第二反射镜4的放置角度。而随着第一反射镜3和第二反射镜4的位置改变，同样会改变脉冲激光器1传输到第一反射镜3和第二反射镜4上的光斑大小、发散角度等。优选地，所述第一反射镜3和第二反射镜4分别由高精度高密度的第一伺服电机31和第二伺服电机41驱动，所述第一伺服电机31和第二伺服电机41均由自动控制系统控制，可分别调节第一反射镜3朝向第一方向移动以及调节第二反射镜4朝向第二方向移动。所述第一伺服电机31和第二伺服电机41的精密调节作用，使得脉冲激光和连续激光经过合束镜5之后，能够实现连续激光预热，脉冲激光熔化，快速抛光金属表面的作用。

在本实施例中，所述第三方向和第四方向相互垂直，例如，参考图1，所述第三方向为Z轴方向，所述第四方向为X轴方向。当然，所述第三方向和第四方向也可以为其他，此处不一一赘述。

更进一步地，参考图1，所述激光抛光装置还包括第一扩束镜2，所述第一扩束镜2设在脉冲激光器1和第一反射镜3之间，所述脉冲激光器1将脉冲激光发射到第一扩束镜2，所述第一扩束镜2将脉冲激光扩束后传输到第一反射镜3。再进一步地，参考图1，所述激光抛光装置还包括第二扩束镜6，所述第二扩束镜6设在连续激光器7和合束镜5之间，所述连续激光器7将连续激光发射到第二扩束镜6，所述第二扩束镜6将连续激光扩束后传输到合束镜5。

其中，所述第一扩束镜2和第二扩束镜6指的是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件。而在本实施例中，所述第一扩束镜2和第二扩束镜6的扩束倍数在2-8倍范围内。

具体地，参考图1，所述激光抛光装置还包括振镜8，所述振镜8由X-Y光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片组成，所述振镜8与合束镜5邻近设置，所述合束镜5将混合激光发射到振镜8，所述振镜8实现混合激光的偏转，将混合激光传输到金属11曲面，进行抛光操作。

在本实施例中，所述脉冲激光器1的功率为20W，所述脉冲激光的波长为355nm，所述连续激光器7的功率为1000W，所述连续激光的波长为1064nm。当然，所述脉冲激光器1的功率可以为其他，所述脉冲激光的波长可以为其他，所述连续激光器7的功率可以为其他，所述连续激光的波长可以为其他，此处不一一赘述。

如图2所示，本发明还提供一种金属曲面的激光抛光方法的较佳实施例。

具体地，一种金属曲面的激光抛光方法，所述激光抛光方法用于如上所述的激光抛光装置，参考图2，所述激光抛光方法具体包括以下步骤：

步骤1、脉冲激光器发射脉冲激光到合束镜，连续激光器发射连续激光到合束镜；

步骤2、合束镜混合脉冲激光和连续激光后形成混合激光；

步骤3、混合激光传输到由转动机构带动的金属曲面进行抛光。

其中，脉冲激光器在产生脉冲激光后，将脉冲激光发射到合束镜上，以及，连续激光器在产生连续激光后，将连续激光发射到合束镜上。合束镜混合脉冲激光和连续激光，将脉冲激光透射出去以及将连续激光反射出去，两者激光形成一道混合激光，然后混合激光一直沿着同一方向传输，而转动机构带动金属曲面在混合激光的下方进行转动，混合激光持续传输到金属曲面，脉冲激光可为金属曲面抛光，连续激光可为金属曲面预热。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属曲面的激光抛光装置，其特征在于，所述激光抛光装置包括用于产生脉冲激光的脉冲激光器、用于产生连续激光的连续激光器、用于混合脉冲激光和连续激光的合束镜以及用于带动金属转动的转动机构；所述脉冲激光器发射脉冲激光到合束镜，所述连续激光器发射连续激光到合束镜，所述合束镜混合脉冲激光和连续激光后形成混合激光，然后传输到由转动机构带动的金属曲面进行抛光。

2.根据权利要求1所述的激光抛光装置，其特征在于，所述转动机构包括绕着第一方向转动的第一转动平台和绕着第二方向转动的第二转动平台，所述金属放置在第一转动平台上，所述第一转动平台设在第二转动平台上。

3.根据权利要求2所述的激光抛光装置，其特征在于，所述激光抛光装置还包括用于固定金属的夹具，所述夹具固定安装在第一转动平台上。

4.根据权利要求1所述的激光抛光装置，其特征在于，所述激光抛光装置还包括第一反射镜和第二反射镜，所述脉冲激光器、第一反射镜和第二反射镜沿着脉冲激光路径依次设置；所述脉冲激光器将脉冲激光发射到第一反射镜，所述第一反射镜将脉冲激光反射到第二反射镜，所述第二反射镜将脉冲激光反射到合束镜。

5.根据权利要求4所述的激光抛光装置，其特征在于，所述第一反射镜可沿第三方向调整位置，所述第二反射镜可沿第四方向调整位置。

6.根据权利要求4所述的激光抛光装置，其特征在于，所述激光抛光装置还包括第一扩束镜，所述第一扩束镜设在脉冲激光器和第一反射镜之间，所述脉冲激光器将脉冲激光发射到第一扩束镜，所述第一扩束镜将脉冲激光扩束后传输到第一反射镜。

7.根据权利要求6所述的激光抛光装置，其特征在于，所述激光抛光装置还包括第二扩束镜，所述第二扩束镜设在连续激光器和合束镜之间，所述连续激光器将连续激光发射到第二扩束镜，所述第二扩束镜将连续激光扩束后传输到合束镜。

8.根据权利要求1-7任一所述的激光抛光装置，其特征在于，所述激光抛光装置还包括振镜，所述振镜与合束镜邻近设置，所述合束镜将混合激光发射到振镜，所述振镜将混合激光传输到金属曲面。

9.根据权利要求8所述的激光抛光装置，其特征在于，所述脉冲激光器的功率为20W，所述脉冲激光的波长为355nm，所述连续激光器的功率为1000W，所述连续激光的波长为1064nm。

10.一种金属曲面的激光抛光方法，其特征在于，所述激光抛光方法用于如权利要求1-9任一所述的激光抛光装置，所述激光抛光方法具体包括以下步骤：

脉冲激光器发射脉冲激光到合束镜，连续激光器发射连续激光到合束镜；

合束镜混合脉冲激光和连续激光后形成混合激光；

混合激光传输到由转动平台带动的金属曲面进行抛光。