CN110756989B - 一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置 - Google Patents

一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，包括壳体，所述壳体的内顶端设置有激光发射器，所述激光发射器的主光轴处设置有第一凸透镜、半反射镜和第二凸透镜，所述壳体的底端与激光发射器主光轴对应的位置开设有透光口；所述半反射镜的反射主光轴处设置有全反射镜，所述全反射镜连接有可调节其反射角度的调节卡套。本发明通过设置激光发射器、第一凸透镜、半反射镜和第二凸透镜，通过激光发射器发射激光，激光经由第一凸透镜转化为平行光线并照射至半反射镜上，一部分激光透过半反射镜，并穿过开口，照射在第二凸透镜上，并在第二凸透镜上聚焦，将待加工工件设置在焦点处对其进激光加工。

Description

一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置
技术领域
本发明涉及微造型加工技术领域，尤其涉及一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置。
背景技术
早在20世纪60年代，相关研究人员发现，当激光脉冲辐照在固体材料表面时，激光与材料相互作用产生冲击波的现象。随后激光诱导冲击波的力学效应便逐步应用到工程技术领域，如材料表面的激光冲击强化处理，即利用激光诱导的冲击波，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能；以及激光层裂发涂层界面结合强度的检测，即利用激光诱导的冲击波在不同材料结合界面处反射时产生拉应力的特性，来检测涂层与基体的结合强度。
随着对激光冲击波力学效应和光力耦合关系研究的深入和发展，开拓了一个全新的制造和加工领域一以激光的力学效应为主的光力制造理论与技术，在国防和民用工业中具有广泛的应用前景，如激光冲击成形、激光冲击强化、激光冲击消除有害残余应力、激光冲击表面微加工、激光冲击高压合成、激光层裂检测等。其中，激光冲击表面微加工又称激光冲击波微造型，它是利用激光诱导的冲击波作为成形力源，使金属板料发生微观塑性变形的技术，是一种全新的快速成形方法，也是激光冲击加工技术的一个重要应用领域。激光冲击波微造型是一种近年来发展较快的现代化加工方法。
但是，现有技术中的激光冲击波微造型受到若干缺点的限制，由于激光冲击波对其造型作用微区的高速高压冲压行为，使得加工塑性较差的金属材料时，高能量的激光冲击容易造成其表面破裂飞溅，造成微造型加工质量差，无法对其进行调节，从而针对塑形较差和塑形较好的材料进行分开加工。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的问题，而提出的一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，包括壳体，所述壳体的内顶端设置有激光发射器，所述激光发射器的主光轴处设置有第一凸透镜、半反射镜和第二凸透镜，所述壳体的底端与激光发射器主光轴对应的位置开设有透光口；
所述半反射镜的反射主光轴处设置有全反射镜，所述全反射镜连接有可调节其反射角度的调节卡套，所述全反射镜通过调节卡套固定连接在固定杆上，所述固定杆固定连接在壳体内；
所述半反射镜与第二凸透镜之间设置有吸光隔板，所述吸光隔板开设有供激光穿过的开口，所述开口内设置有调节挡光件，所述壳体底部与半反射镜反射主光轴对应处设置有外齿圆盘，且外齿圆盘转动连接在壳体的底端，所述外齿圆盘内设置有多个微型半反射镜组，所述外齿圆盘连接有带动其轴向旋转的旋转驱动件；通过设置两种激光分流，将其中一种经第二凸透镜聚集后射出，适用于塑形较好的材料，提供能量强度，将另一部分激光经微型半反射镜组射出，适用于塑形较差的材料，将激光能量均匀的分散在加工件的表面。
优选地，所述调节卡套包括丝杠、异形螺母和固定套，所述丝杠的数量为两个，所述丝杠的端口与全反射镜的背部转动连接，所述异形螺母与丝杠螺纹连接，所述异形螺母转动连接在固定套上，所述固定套与固定杆固定连接。
优选地，所述调节挡光件包括工形块、挡光块、连杆、滑槽、连接块、调节螺杆和旋钮；
所述工形块固定连接在开口的内壁上，所述工形块上对称竖直设置有两个调节螺杆，且调节螺杆转动连接在工形块上，所述调节螺杆的顶端穿过工形块并与旋钮固定连接，所述调节螺杆上螺纹连接有连接块，所述工形块的两侧对称开设有滑槽，所述连接块滑动连接在滑槽内，连接块远离滑槽的一侧转动连接有连杆，所述连杆远离连接块的一侧转动连接在挡光块的上端。
优选地，所述挡光块采用耐高温陶瓷材质，且其表面涂覆有黑色油墨。
优选地，所述挡光块的底端固定连接有滑块，所述滑块滑动连接有滑杆，且滑杆固定连接在工形块上。
优选地，所述微型半反射镜组包括微型全反射镜和微型半反射镜，且二者均固定连接在外齿圆盘的内壁上，所述全反射镜反射的光线一部分穿过微型半反射镜，另一部分反射至微型全反射镜上。
优选地，所述旋转驱动件包括驱动马达、蜗杆和蜗轮，所述驱动马达的输出轴与蜗杆固定连接，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述蜗轮通过转轴与齿轮固定连接，所述齿轮与外齿圆盘啮合，外齿圆盘通过外表面与壳体之间通过轴承转动连接。
本发明具备以下优点：
本发明通过设置激光发射器、第一凸透镜、半反射镜和第二凸透镜，通过激光发射器发射激光，激光经由第一凸透镜转化为平行光线并照射至半反射镜上，一部分激光透过半反射镜，并穿过开口，照射在第二凸透镜上，并在第二凸透镜上聚焦，将待加工工件设置在焦点处对其进激光加工。
本发明通过设置全反射镜和微型半反射镜组，另一部分激光经由半反射镜反射，半反射镜反射后的光线照射在全反射镜上，全反射镜将光线反射至微型半反射镜组处，微型半反射镜组由微型全反射镜和微型半反射镜两部分构成，一部分反射光线透过微型半反射镜并照射在待加工工件上，另一部分反射光线经由微型全反射镜二次反射后照射在待加工工件上，同时全反射镜可进行角度调节，从而调节其反射角度，对其进行造型加工。
本发明通过设置驱动马达、蜗杆和蜗轮，开启驱动马达，驱动马达进而通过蜗杆带动与之啮合的蜗轮转动，蜗轮进而通过转轴带动齿轮转动，齿轮带动与之啮合的外齿圆盘转动，从而实现旋转光束造型加工。
本发明通过设置两种激光分流，其中一种适用于塑形较好的材料，提供能量强度，另一种适用于塑形较差的材料，将激光能量均匀的分散在加工件的表面，防止材料在激光的冲击下飞溅。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中调节卡套部分示意图；
图3为本发明中调节挡光件部分示意图；
图4为本发明中微型半反射镜组部分示意图。
图中：1壳体、2激光发射器、3第一凸透镜、4半反射镜、5吸光隔板、6开口、7固定杆、8全反射镜、9第二凸透镜、10透光口、11调节卡套、111丝杠、112异形螺母、113固定套、12调节挡光件、121工形块、122挡光块、123滑块、124滑杆、125连杆、126滑槽、127连接块、128调节螺杆、129旋钮、13旋转驱动件、131驱动马达、132蜗杆、133蜗轮、134齿轮、14外齿圆盘、15微型半反射镜组、151微型全反射镜、152微型半反射镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-4，一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，包括壳体1，壳体1的内顶端设置有激光发射器2，激光发射器2的主光轴处设置有第一凸透镜3、半反射镜4和第二凸透镜9，壳体1的底端与激光发射器2主光轴对应的位置开设有透光口10。
半反射镜4的反射主光轴处设置有全反射镜8，全反射镜8连接有可调节其反射角度的调节卡套11，全反射镜8通过调节卡套11固定连接在固定杆7上，固定杆7固定连接在壳体1内。
具体地，参照图2，调节卡套11包括丝杠111、异形螺母112和固定套113，丝杠111的数量为两个，丝杠111的端口与全反射镜8的背部转动连接，异形螺母112与丝杠111螺纹连接，异形螺母112转动连接在固定套113上，固定套113与固定杆7固定连接。
半反射镜4与第二凸透镜9之间设置有吸光隔板5，吸光隔板5开设有供激光穿过的开口6，开口6内设置有调节挡光件12。
参照图3，调节挡光件12包括工形块121、挡光块122、连杆125、滑槽126、连接块127、调节螺杆128和旋钮129，调节挡光件12通过旋钮129带动调节螺杆128转动，通过连接块127的上下运动，经由连杆125传动，实现两侧的挡光块122位移，从而可对光线进行遮挡，起到切换光线的作用，具体连接方式如下：
工形块121固定连接在开口6的内壁上，工形块121上对称竖直设置有两个调节螺杆128，且调节螺杆128转动连接在工形块121上，调节螺杆128的顶端穿过工形块121并与旋钮129固定连接，调节螺杆128上螺纹连接有连接块127，工形块121的两侧对称开设有滑槽126，连接块127滑动连接在滑槽126内，连接块127远离滑槽126的一侧转动连接有连杆125，连杆125远离连接块127的一侧转动连接在挡光块122的上端。
优选地，挡光块122采用耐高温陶瓷材质，且其表面涂覆有黑色油墨，黑色油墨可以吸热，高温陶瓷可以耐高温。
进一步地，挡光块122的底端固定连接有滑块123，滑块123滑动连接有滑杆124，且滑杆124固定连接在工形块121上。滑块123和滑杆124的设置起到了限位的作用，从而使得挡光块122只能沿着滑杆124轴向滑动。
壳体1底部与全反射镜8反射主光轴对应处设置有外齿圆盘14，且外齿圆盘14转动连接在壳体1的底端，外齿圆盘14内设置有多个微型半反射镜组15，外齿圆盘14连接有带动其轴向旋转的旋转驱动件13。
具体地，参照图4，微型半反射镜组15包括微型全反射镜151和微型半反射镜152，且二者均固定连接在外齿圆盘14的内壁上，全反射镜8反射的光线一部分穿过微型半反射镜152，另一部分反射至微型全反射镜151上。
具体地，参照图4，旋转驱动件13包括驱动马达131、蜗杆132和蜗轮133，驱动马达131的输出轴与蜗杆132固定连接，蜗杆132与蜗轮133啮合，蜗轮133通过转轴与齿轮134固定连接，齿轮134与外齿圆盘14啮合，外齿圆盘14通过外表面与壳体1之间通过轴承转动连接。
激光发射器2发射激光，激光经由第一凸透镜3转化为平行光线并照射至半反射镜4上，此时分反射和透射两种情况讨论：
一部分激光透过半反射镜4，并穿过开口6，照射在第二凸透镜9上，并在第二凸透镜9上聚焦，将待加工工件设置在焦点处对其进激光加工。
另一部分激光经由半反射镜4反射，半反射镜4反射后的光线照射在全反射镜8上，全反射镜8将光线反射至微型半反射镜组15处，微型半反射镜组15由微型全反射镜151和微型半反射镜152两部分构成，一部分反射光线透过微型半反射镜152并照射在待加工工件上，另一部分反射光线经由微型全反射镜151二次反射后照射在待加工工件上，同时全反射镜8可进行角度调节，从而调节其反射角度，对其进行造型加工。
与此同时，可开启驱动马达131，驱动马达131进而通过蜗杆132带动与之啮合的蜗轮133转动，蜗轮133进而通过转轴带动齿轮134转动，齿轮134带动与之啮合的外齿圆盘14转动，从而实现旋转光束造型加工。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“罩盖”、“嵌装”、“连接”、“固定”、“分布”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，包括壳体（1），其特征在于，所述壳体（1）的内顶端设置有激光发射器（2），所述激光发射器（2）的主光轴处设置有第一凸透镜（3）、半反射镜（4）和第二凸透镜（9），所述壳体（1）的底端与激光发射器（2）主光轴对应的位置开设有透光口（10）；
所述半反射镜（4）的反射主光轴处设置有全反射镜（8），所述全反射镜（8）连接有可调节其反射角度的调节卡套（11），所述全反射镜（8）通过调节卡套（11）固定连接在固定杆（7）上，所述固定杆（7）固定连接在壳体（1）内；所述半反射镜（4）与第二凸透镜（9）之间设置有吸光隔板（5），所述吸光隔板（5）开设有供激光穿过的开口（6），所述开口（6）内设置有调节挡光件（12），所述壳体（1）底部与全反射镜（8）反射主光轴对应处设置有外齿圆盘（14），且外齿圆盘（14）转动连接在壳体（1）的底端，所述外齿圆盘（14）内设置有多个微型半反射镜组（15），所述外齿圆盘（14）连接有带动其轴向旋转的旋转驱动件（13）；
通过设置两种激光分流，将其中一种经第二凸透镜聚集后射出，适用于塑形较好的材料，将另一部分激光经微型半反射镜组射出，适用于塑形较差的材料，将激光能量均匀的分散在加工件的表面。
2.根据权利要求1所述的一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，其特征在于，所述调节卡套（11）包括丝杠（111）、异形螺母（112）和固定套（113），所述丝杠（111）的数量为两个，所述丝杠（111）的端口与全反射镜（8）的背部转动连接，所述异形螺母（112）与丝杠（111）螺纹连接，所述异形螺母（112）转动连接在固定套（113）上，所述固定套（113）与固定杆（7）固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，其特征在于，所述调节挡光件（12）包括工形块（121）、挡光块（122）、连杆（125）、滑槽（126）、连接块（127）、调节螺杆（128）和旋钮（129）。
4.根据权利要求3所述的一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，其特征在于，所述挡光块（122）采用耐高温陶瓷材质，且其表面涂覆有黑色油墨。
5.根据权利要求3所述的一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，其特征在于，所述挡光块（122）的底端固定连接有滑块（123），所述滑块（123）滑动连接有滑杆（124），且滑杆（124）固定连接在工形块（121）上。
6.根据权利要求1所述的一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，其特征在于，所述微型半反射镜组（15）包括微型全反射镜（151）和微型半反射镜（152），且二者均固定连接在外齿圆盘（14）的内壁上，所述全反射镜（8）反射的光线一部分穿过微型半反射镜（152），另一部分反射至微型全反射镜（151）上。
7.根据权利要求1所述的一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，其特征在于，所述旋转驱动件（13）包括驱动马达（131）、蜗杆（132）和蜗轮（133），所述驱动马达（131）的输出轴与蜗杆（132）固定连接，所述蜗杆（132）与蜗轮（133）啮合，所述蜗轮（133）通过转轴与齿轮（134）固定连接，所述齿轮（134）与外齿圆盘（14）啮合，外齿圆盘（14）的外表面与壳体（1）之间通过轴承转动连接。
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