CN111590207A - 一种激光抛光方法及激光抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种激光抛光方法及激光抛光装置，包括以下步骤S1、设置密封舱，将金属件放置在密封舱内；S2、将密封舱内的空气抽出；S3、检测密封舱内氧气浓度是否低于阈值，若低于阈值，则进行下一步，若高于阈值，则返回步骤S2；S4、控制激光器对金属件的表面进行抛光。抛光时，需要先将密封舱内的空气抽出，之后再进行抛光。这样激光抛光是在真空状态下进行的，抛光过程中没有空气进入，金属件表面不会被氧化，不会产生微小的裂纹，提高了抛光质量。而且，相比现有抛光方法的缺陷来说(向密封舱内通入过长时间的保护气体导致浪费)，本抛光方法中抽气时间过长会使密封舱内氧气浓度更低，不仅提高了抛光质量，而且还不会造成浪费，降低成本。

Description

一种激光抛光方法及激光抛光装置

技术领域

本发明涉及金属的激光抛光，具体涉及一种激光抛光方法及激光抛光装置。

背景技术

激光抛光技术作为一种新的激光加工应用技术，是利用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。熔化的材料在材料本身的表面张力和重力的作用下发生流动，填补金属表面凹陷处并凝固，最终得到理想的抛光材料表面。

研究人员发现在普通空气环境中进行激光抛光会导致金属表面产生不规则的微小裂纹，若是在氮气、氩气等保护气体环境下进行激光抛光，则可以有效抑制金属表面微小裂纹的出现。在现有的抛光过程中，通常将金属放置在密封罩内，然后向密封罩内通入氮气或氩气等保护气体，当氮气或氩气等惰性气体的浓度达到要求后再进行抛光。

现有的抛光技术存在以下几个问题：若密封罩中的保护气体纯度没有达到要求，抛光的金属表面容易出现氧化；另外一方面，若等待过长通气时间再进行抛光，虽然保护气体纯度达到了，但是浪费了大量的保护气体，也浪费了人力和财力，成本较高。

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，提供一种激光抛光方法，克服现有抛光技术因保护气体易浪费，导致成本较高的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光抛光方法，包括以下步骤S1、设置密封舱，将金属件放置在密封舱内；S2、将密封舱内的空气抽出；S3、检测密封舱内氧气浓度是否低于阈值，若低于阈值，则进行下一步，若高于阈值，则返回步骤S2；S4、控制激光器对金属件的表面进行抛光。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S3中氧气浓度的阈值为0.01％。

本发明的更进一步优选方案是：在步骤S3中，选用扩散式氧气检测仪来检测氧气浓度。

本发明的更进一步优选方案是：本激光抛光方法还包括步骤S0、预设抛光范围和抛光路径。

本发明的更进一步优选方案是：本激光抛光方法还包括步骤S11、对金属件进行预览，并调整金属件的位置。

本发明的更进一步优选方案是：本激光抛光方法还包括步骤S40、控制视觉检测机构对金属件的表面进行检测。

本发明的更进一步优选方案是：本激光抛光方法还包括步骤S20、设置旋转机构，将密封舱安装在旋转机构上；以及步骤S41、控制旋转机构转动。

本发明的还提供一种激光抛光装置，包括密封舱，用于收容待抛光的金属件；抽气机构，用于抽出密封舱内的空气，并通过第一管道与密封舱连接；扩散式氧气检测仪，用于检测密封舱内氧气的浓度，并通过第二管道与密封舱连接；旋转机构，所述密封舱可拆卸的安装在旋转机构上；视觉检测机构，用于对金属件的表面进行检测；激光器，用于对金属件的表面进行抛光；以及控制机构，所述控制机构分别与旋转机构、视觉检测机构以及激光器连接，用以开启视觉检测机构、预设激光器的抛光范围和抛光路径，并控制旋转机构转动。

本发明的更进一步优选方案是：所述旋转机构包括旋转件和电机，所述旋转件包括承板、旋转部、底座和限位件；所述旋转部为圆球状，所述底座呈半球状，所述底座内部设有滚珠，所述旋转部活动的设置在底座上，所述承板安装在旋转部上，所述限位件安装在底座上。

本发明的更进一步优选方案是：所述视觉检测机构包括CCD镜头和支撑臂，所述CCD镜头安装在支撑臂上。

本发明的有益效果在于，利用本发明的激光抛光方法进行抛光时，需要先将密封舱内的空气抽出，之后再进行抛光。这样激光抛光是在真空状态下进行的，抛光过程中没有空气进入，金属件的表面不会被氧化，不会产生微小的裂纹，提高了抛光质量。而且，相比现有抛光方法的缺陷来说(向密封舱内通入过长时间的保护气体导致浪费)，本抛光方法中抽气时间过长会使密封舱内氧气浓度更低，不仅提高了抛光质量，而且还不会造成浪费，降低成本。

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是本发明抛光方法的流程示意图；

图2是本发明抛光方法进一步的流程示意图；

图3是本发明抛光方法抛光方式的结构示意图；

图4是本发明抛光方法更进一步的流程示意图；

图5是本发明抛光方法的完成流程示意图；

图6是本发明抛光装置的结构示意图；

图7是本发明抛光装置的另一视角结构示意图；

图8是本发明抛光装置无保护壳的结构示意图；

图9是本发明密封舱的结构示意图；

图10是本发明旋转件的爆炸示意图。

其中，附图标记说明如下:

金属件10 正方形101

激光抛光装置20

密封舱1 舱体11 密封盖12 卡扣13

氧气检测仪2 第二管道21

旋转机构3 旋转件31 承板311 旋转部312 底座313

限位件314

抽气机构4 第一管道41

视觉检测机构5 CCD镜头51 支撑臂52

激光器6

控制机构7

保护壳8 防爆玻璃窗81 顶灯82 照明灯83 报警器84

水冷机9

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，本发明的激光抛光方法，包括以下步骤：

S1、设置密封舱，将金属件放置在密封舱内；

S2、将密封舱内的空气抽出，使金属件处于真空中；

S3、检测密封舱内氧气浓度是否低于阈值，若低于阈值，则进行下一步，若高于阈值，则返回步骤S2；

S4、控制激光器对金属件的表面进行抛光。

利用本发明的激光抛光方法进行抛光时，需要先将密封舱内的空气抽出，之后再进行抛光。这样激光抛光是在真空状态下进行的，抛光过程中没有空气进入，金属件的表面不会被氧化，不会产生微小的裂纹，提高了抛光质量。而且，相比现有抛光方法的缺陷来说(向密封舱内通入过长时间的保护气体导致浪费)，本抛光方法中抽气时间过长会使密封舱内氧气浓度更低，不仅提高了抛光质量，而且还不会造成浪费，降低成本。

参见图2，本方法还可以包括：步骤S0、预设抛光范围和抛光路径。抛光前，根据加工需求预设抛光范围和抛光路径。需要抛光时，激光器按照预设的范围与路径对金属件进行抛光。

本方法还包括步骤S11、对金属件进行预览，并调整金属件的位置。之后将金属件放在密封舱内，对金属件进行预览。预览时，激光器会发出一束普通光，该光束照射在密封舱上，调节金属件的位置，使金属件的抛光起点与该光束照射的位置重合，这样使金属件的抛光起点与预设的抛光起点重合，预览完成，之后再将密封舱关闭密封。

下面以S136D模具钢为例对激光抛光过程进行详细说明。首先预设抛光范围和抛光路径，本实施例中的抛光范围为10mm*10mm的正方形，激光的抛光路径为先横向抛光，后纵向抛光。

参考图3，假设金属件10是需要抛光的S136D模具钢，正方形101是需要抛光的部分，激光的抛光路径是先沿X轴方向抛光，从第一列到最后一列；之后回到抛光起点，沿Y轴方向开始抛光，从第一行开始到最后一行结束，完成一次抛光。

在步骤S3中，选用扩散式氧气检测仪(以下简称为氧气检测仪)来检测氧气浓度。举例而言，密封舱内的氧气浓度的阈值为0.01％，即当氧气检测仪的读数小于0.01时，可以开始抛光。

参见图4，本方法还包括步骤S40、控制视觉检测机构对金属件的表面进行检测。视觉检测机构可以记录金属件抛光前后的表面质量变化，即可以记录金属件表面粗糙度的变化及金属件表面形貌的变化。当抛光后的金属件的表面粗糙度不满足需求时，需要进行再次抛光。如S136D模具钢，初始的表面粗糙度为4.33微米，抛光后的表面粗糙度需要达到0.2微米。利用视觉检测机构进行检测时，若抛光后的表面粗糙度大于0.2微米时，则需要再次进行抛光。

参见图5，本方法还包括步骤S20、设置旋转机构，将密封舱安装在旋转机构上。还包括步骤S41，控制旋转机构转动。需要抛光多个金属件时，将多个金属件放置在密封舱内，当一个金属件抛光件完成后，控制旋转装置转动，从而带动密封舱转动，将未抛光的金属件转动至抛光位置，对未金属件进行抛光，这样可以对多个金属件抛光，提高了抛光效率。

为了实施本发明的激光抛光方法，本发明同时提供一种激光抛光装置。

如图6、图7和图8所示，本发明的激光抛光装置20包括用于收容待抛光的金属件10的密封舱1、扩散式氧气检测仪2、旋转机构3、抽气机构4、用于对金属件的表面进行检测的视觉检测机构5、用于对金属件的表面进行抛光的激光器6、控制机构7、保护壳8和水冷机9。

密封舱1可拆卸的安装在旋转机构3上，抽气机构4通过第一管道41与密封舱1连接，可将密封舱1内的空气抽出，扩散式氧气检测仪2通过第二管道21与密封舱1连接，可检测密封舱1内的氧气。

控制机构7分别与旋转机构3、视觉检测机构5以及激光器6连接，用于开启视觉检测机构5、预设激光器6的抛光范围和抛光路径，并控制旋转机构3转动。

如图9所示，密封舱1包括舱体11和密封盖12，密封盖12由玻璃制成，密封盖12与舱体11通过卡扣13连接。使用时，打开密封盖11将金属件10(结合参见图3)放入舱体11内，当调整好金属件10的位置后，再将密封盖12安装在密封舱12上。

旋转机构3包括旋转件31和电机(图未显示)，电机与旋转件31传动连接，可驱动旋转件31转动，控制机构7与电机电连接。如图10所示，旋转件31包括承板311、旋转部312、底座313和限位件314。承板311安装在旋转部312上，旋转部312活动的设置在底座313上，限位件314安装在底座313上，可限制旋转部312的旋转角度，底座313与电机连接。具体地，旋转部312为圆球状，底座313呈半球状，底座313内部设有滚珠，方便旋转部312转动。旋转部312转动，带动承板311转动，当旋转部312旋转至一定角度时，承板311与限位板314抵靠，可以避免旋转部312继续旋转。

如图6和图8所示，视觉检测机构5包括CCD镜头51和支撑臂52，CCD镜头51安装在支撑臂52上。

如图6、图7和图8所示，密封舱1、扩散式氧气检测仪2、旋转机构3、抽气机构4、视觉检测机构5以及激光器6均设置在保护壳8内。保护壳8上设有防爆玻璃窗81，以保证使用者的人身安全。在保护壳8内还设有顶灯82，以及用于照明密封舱1内部的照明灯83。保护壳8的上方还设有警报器84。水冷机9设置在保护壳8外，以保证激光器6的温度在工作状态时处于正常温度。当激光器6的温度过高时，警报器84会发出警报。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光抛光方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、设置密封舱，将金属件放置在密封舱内；

S2、将密封舱内的空气抽出；

S3、检测密封舱内氧气浓度是否低于阈值，若低于阈值，则进行下一步，若高于阈值，则返回步骤S2；

S4、控制激光器对金属件的表面进行抛光。

2.根据权利要求1所述的激光抛光方法，其特征在于：所述步骤S3中氧气浓度的阈值为0.01％。

3.根据权利要求1所述的激光抛光方法，其特征在于：在步骤S3中，选用扩散式氧气检测仪来检测氧气浓度。

4.根据权利要求1所述的激光抛光方法，其特征在于：本激光抛光方法还包括步骤S0、预设抛光范围和抛光路径。

5.根据权利要求4所述的激光抛光方法，其特征在于：本激光抛光方法还包括步骤S11、对金属件进行预览，并调整金属件的位置。

6.根据权利要求5所述的激光抛光方法，其特征在于：本激光抛光方法还包括步骤S40、控制视觉检测机构对金属件的表面进行检测。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的激光抛光方法，其特征在于：本激光抛光方法还包括步骤S20、设置旋转机构，将密封舱安装在旋转机构上；以及步骤S41、控制旋转机构转动。

8.一种激光抛光装置，其特征在于：包括，

密封舱，用于收容待抛光的金属件；

抽气机构，用于抽出密封舱内的空气，并通过第一管道与密封舱连接；

扩散式氧气检测仪，用于检测密封舱内氧气的浓度，并通过第二管道与密封舱连接；

旋转机构，所述密封舱可拆卸的安装在旋转机构上；

视觉检测机构，用于对金属件的表面进行检测；

激光器，用于对金属件的表面进行抛光；以及

控制机构，所述控制机构分别与旋转机构、视觉检测机构以及激光器连接，用以开启视觉检测机构、预设激光器的抛光范围和抛光路径，并控制旋转机构转动。

9.根据权利要求8所述的激光抛光装置，其特征在于：所述旋转机构包括旋转件和电机，所述旋转件包括承板、旋转部、底座和限位件；所述旋转部为圆球状，所述底座呈半球状，所述底座内部设有滚珠，所述旋转部活动的设置在底座上，所述承板安装在旋转部上，所述限位件安装在底座上。

10.根据权利要求9所述的激光抛光装置，其特征在于：所述视觉检测机构包括CCD镜头和支撑臂，所述CCD镜头安装在支撑臂上。

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