CN111906434A

CN111906434A - 激光加工方法及其装置、计算机存储介质及激光加工设备

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Publication number: CN111906434A
Application number: CN202010588729.0A
Authority: CN
Inventors: 谢世全; 郭启军; 占传福; 王振华; 刘光伍; 高云峰
Original assignee: Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Current assignee: Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: CN111906434B

Abstract

本发明实施例公开了一种激光加工方法及其装置、计算机存储介质及激光加工设备，该方法用于在具有环状内壁的工件上加工凹槽，包括以下步骤：获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率；获取工件的目标内径，调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距；根据所述目标内径，调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度；以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率，根据所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率激光加工所述工件，以实现工件的自动对焦，避免了调试人员手动调节，自动进行工件的目标线速度调整，以形成较好的激光加工标准，可得到较优的激光加工效果。

Description

激光加工方法及其装置、计算机存储介质及激光加工设备

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工方法及其装置、计算机存储介质及激光加工设备。

背景技术

激光加工方法是一种应用较为广泛的加工手段，例如，采用激光对缸套等工件的内壁进行凹槽加工，在工件内壁激光加工形成均匀分布的凹槽。

传统的激光加工方法，为获取较佳的加工质量，需要保证激光的焦距固定，一般情况下，需要人工手动调节焦距位置，但人工手动调节焦距难度大、调整时间长，需要调试人员具备较强的激光应用技术，且在调节过程激光光束对于调试人员眼睛具有很大的伤害。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种激光加工方法及其装置、计算机存储介质及激光加工设备，旨在解决现有现有的激光加工方法中，人工手动调节焦距难度大、调整时间长，且在调节过程激光光束对于调试人员眼睛具有很大的伤害的问题。

一种激光加工方法，用于在具有环状内壁的工件上加工凹槽，包括以下步骤：

获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率；

获取工件的目标内径，调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距；

根据所述目标内径，调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度；

以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率，根据所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率激光加工所述工件。

在其中一种实施例中，步骤获取工件的目标内径，调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距中，具体包括：

获取在所述基准内径下进行加工的基准激光发射位置；

根据所述目标内径与所述基准内径的差值，调整所述基准激光发射位置至所述目标激光发射位置，以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距。

在其中一种实施例中，步骤根据所述目标内径与所述基准内径的差值，调整所述基准激光发射位置至所述目标激光发射位置，以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距中，具体包括：

所述基准激光发射位置激发出的激光沿第一方向射出，且所述第一方向在所述环状内壁的径向的方向上；

根据所述目标内径与所述基准内径的差值，沿所述第一方向调整所述基准激光发射位置至所述目标激光发射位置，以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距。

在其中一种实施例中，步骤根据所述目标内径，调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度中，具体包括：

获取在所述基准内径下进行加工的基准角速度；

所述基准线速度根据所述基准内径和所述基准角速度计算；

根据所述目标内径调整所述基准角速度为目标角速度，以使所述目标内径和所述目标角速度计算得到的所述目标线速度为所述基准线速度。

在其中一种实施例中，步骤以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率，根据所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率激光加工所述工件中，还包括光路转换组件，所述光路转换组件将一束激光转换成二束激光。

在其中一种实施例中，步骤获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率中，具体包括：

获取加工标准；

所述加工标准根据所述基准线速度和所述基准激光频率计算；

根据所述基准线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定。

在其中一种实施例中，步骤根据所述基准线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定中，具体包括：

所述基准线速度包括加速状态的第一阶段、匀速状态的第二阶段及减速状态的第三阶段；

根据所述第一阶段的线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定；

根据所述第二阶段的线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定；

根据所述第三阶段的线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定。

一种激光加工装置，包括：

获取部，用于获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率，所述获取部还用于获取工件的目标内径，并以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率；

第一调整部，根据所述目标内径调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距；

第二调整部，根据所述目标内径调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度；和

执行部，根据所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率激光加工所述工件。

一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述激光加工方法的步骤。

一种激光加工设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述激光加工方法的步骤。

采用本发明实施例，具有如下有益效果：

采用本发明的激光加工方法及其装置、计算机存储介质及激光加工设备，根据工件的目标内径调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距，以实现工件的自动对焦，避免了调试人员手动调节，根据所述目标内径调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度，以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率，自动进行工件的目标线速度调整，以形成较好的激光加工标准，可得到较优的激光加工效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中激光加工方法的流程图。

图2为一个实施例中确定目标焦距的步骤的流程图。

图3为一个实施例中确定目标焦距的步骤的控制流程图。

图4为一个实施例中确定目标线速度的步骤的流程图。

图5为一个实施例中确定加工标准的步骤的流程图。

图6为一个实施例中激光加工装置的结构框图。

图7为一个实施例中激光加工设备的示意图。

图8为一个实施例中激光加工设备拆除壳体的示意图。

图9为图7所示的激光加工设备中光路转换组件示意图。

图10为图9所示光路转换组件的一角度示意图。

图11为图9所示光路转换组件的另一角度示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一实施例的激光加工方法主要用于在具有环状内壁的工件上加工凹槽，具体包括以下步骤：

S100、获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率，在该基准焦距、基准线速度及基准激光频率的加工条件下，可以将基准内径条件下的工件进行较佳加工标准的激光加工，并获取指定的产品加工参数。

S200、获取工件的目标内径，调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距，进行自动对焦，根据目标内径与基准内径数值的变化，调整工件的目标焦距为基准焦距，以保证较佳的加工效果，避免了调试人员手动调节。

S300、根据所述目标内径，调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度，进行工件的目标线速度自动调整，根据目标内径与基准内径数值的变化，调整工件的目标线速度为所述基准线速度，以使工件的目标线速度与基准内径下基准线速度相同。

S400、以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率，根据所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率激光加工所述工件，在所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率条件下，进行工件的激光加工，可以形成较好的激光加工标准，可得到较优的激光加工效果。

采用本发明激光加工方法，可进行焦距的自动调整，可保证较优的激光加工效果，以应用于任何尺寸缸套等工件的内壁激光打点形成均布的凹槽。另外，与传统采用机械加工缸套等工件内壁凹槽的工艺相比，解决了对结构进行了较大的改动严重缩短产品的使用寿命的缺点。

如图2所示，在步骤S200中具体包括：

S210、获取在所述基准内径下进行加工的基准激光发射位置，激光发射位置射出的激光束在工件的内壁激光加工形成凹槽，因此，激光发射位置是调整目标焦距的控制变量之一。

S220、根据所述目标内径与所述基准内径的差值，调整所述基准激光发射位置至所述目标激光发射位置，以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距，可以在工件径向方向所在的平面内，对激光发射位置实现位置调整，调整激光发射位置，可以将目标焦距的值与所述基准焦距的值相同，以利于形成较好的激光加工标准，得到较优的激光加工效果。

通过数据运算自动生成激光处于焦点的加工中心数据，以实现自动对焦。

具体的，如图3所示，在步骤S220中具体包括：

S221、基准激光发射位置位于工件的内部，所述基准激光发射位置激发出的激光沿第一方向射出，且所述第一方向在所述环状内壁的径向的方向上，以使激光发射位置发射的激光束在工件环状内壁的径向的方向上，以使目标焦距的位置在第一方向上，以利于目标焦距数值的调整。

S222、根据所述目标内径与所述基准内径的差值，沿所述第一方向调整所述基准激光发射位置至所述目标激光发射位置，以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距，将基准激光发射位置至目标激光发射位置的位置调整，从平面上二维空间的位置调整，限定为直线上一维空间的位置调整，简化了调整参数，以利于目标焦距的调节。

对于不同尺寸缸套等工件的加工，调整至固定的激光加工焦距，以获取最佳的加工工艺。

具体的，若第一方向为Y轴方向，则建立XY轴水平坐标系，并设定工件的轴线与坐标系X轴及Y轴坐所在的平面垂直，且XY轴水平坐标系的原点在工件的轴线所在的直线上，基准内径R1内壁上的点(x0，y0)，此时，基准激光发射位置的坐标为(x1，y1)，目标内径R2，则保证焦距不变，调整基准激光发射位置的坐标(x1，y1)至目标激光发射位置的坐标(x2，y2)，因目标焦距的位置在第一方向上，且第一方向为Y轴方向，则x2＝x1，当y0＞0，焦距＝|y0-y1|＝R1-y1＝R2-y2，则y2＝R2-R1+y1，即目标激光发射位置的坐标(x2，y2)为(x1，R2-R1+y1)，当y0＜0，焦距＝|y0-y1|＝-(-R1-y1)＝-(-R2-y2)，则y2＝R1-R2+y1，即目标激光发射位置的坐标(x2，y2)为(x1，R1-R2+y1)，进行调整以保证最好的加工效果。

如图4所示，在步骤S300中具体包括：

S310、获取在所述基准内径下进行加工的基准角速度，以用于基准线速度的计算。

S320、所述基准线速度根据所述基准内径和所述基准角速度计算。

S330、根据所述目标内径调整所述基准角速度为目标角速度，以使所述目标内径和所述目标角速度计算得到的所述目标线速度为所述基准线速度，为保证目标线速度与基准线速度相同，根据目标线速度根据目标内径和目标角速度计算的关系，调整目标角速度，以进行目标线速度的重新调整。

在本实施例中，在步骤S400中还包括光路转换组件，所述光路转换组件将一束激光转换成二束激光，二束激光可以使工件的激光加工具有双倍的激光加工效果。当然，在其他实施例中，所述光路转换组件还可将一束激光转换成三束激光或更多，以满足指定的激光加工设计需求。优选的，该光路转换组件为梯形分光光学仪器。

如图5所示，在步骤S100中具体包括：

S110、获取加工标准，在此加工标准下，可得到较优的激光加工效果。

S120、所述加工标准根据所述基准线速度和所述基准激光频率计算。

S130、根据所述基准线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定，即，若基准线速度变大，为了保证加工标准恒定，基准激光频率也需要变大，相对的，若基准线速度变小，为了保证加工标准恒定，基准激光频率也需要变小。

在一实施例中，当工件为缸套时，根据每种缸套的工作行程不同，激光加工点坑织构范围距离缸套上口长度为10mm，下口长度为20mm，激光点坑织构的面积率为48％-52％，点坑的直径0.48-0.52mm，以实现缸套内壁凹槽的均匀加工。当然，在其他实施实施例中，激光加工点坑织构范围距离气缸套上口长度还可以为8mm、12mm或其他数值，下口长度还可以为15mm、25mm或其他数值，激光点坑织构的面积率也可为55％-60％或其他范围内，点坑的直径为0.55-0.60mm或其他范围内，以能满足缸套的加工要求即可。

缸套加工的线速度为V、缸套旋转的角速度为w、缸套半径为r、激光频率为f，则在线速度为V恒定的情况下，缸套半径为r与缸套旋转的角速度为w呈反比，在激光频率为f恒定的情况下，缸套半径为r与缸套旋转的角速度为w呈反比，线速度为V与激光频率为f呈正比。激光加工头转换出的间距为l，激光工艺是每个点加工两次以形成标准凹槽，且采用双水平光路进行激光加工，第一次的双激光束加工出两个凹槽，第二次的双激光束一个加工出一个凹槽，另一个与第一次加工的两个凹槽中的一者重复加工，以将该点加工两次形成标准凹槽，重复进行激光加工，故可以得出此处线速度为V＝f×l，通过算法计算：w＝V/R从而实现对于角速度与频率的匹配，以保证加工效果。当然，在其他实施例中，也可以第一次的双激光束加工出两个凹槽，第二次的双激光束分别与第一次加工的两个凹槽重合，以加工两次形成两个标准凹槽，第三次的双激光束加工出两个新的凹槽，第四次的双激光束分别与第三次加工的两个凹槽重合，以加工两次形成两个标准凹槽，第五次的双激光束加工出两个新的凹槽，以重复进行激光加工。

另外，激光工艺也可以是每个点加工一次、三次或其他指定次数以形成标准凹槽，且采用激光光路还可以是单光路、三光路或其他指定数量的光路，以进行激光加工工艺设计。在步骤S130中具体包括：

S131、所述基准线速度包括加速状态的第一阶段、匀速状态的第二阶段及减速状态的第三阶段，在工件环状内壁的具体加工中，其基准线速度会具有静止到指定移动速度的加速阶段、匀速移动的匀速阶段、指定移动速度到静止的减速阶段。

S132、根据所述第一阶段的线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定，在静止到指定移动速度的加速阶段，同步调整基准激光频率从零到指定频率，以使加工标准恒定。

S133、根据所述第二阶段的线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定，在匀速移动的匀速阶段，同步调整基准激光频率恒定在指定频率，以使加工标准恒定。

S134、根据所述第三阶段的线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定，在指定移动速度到静止的减速阶段，同步调整基准激光频率从指定频率至零，以使加工标准恒定。

在实际情况中，在工件半径恒定的情况下，线速度通常是通过电机驱动控制角速度改变得到的，电机都存在启动加速、匀速、停止减速的阶段。当启动加速和停止减速的斜率固定为k，初始角速度为w0，时间为t，则电机可控制的角速度w＝w0+kt，故要激光频率在启动加速、匀速、停止减速的三个阶段也满足上述规律。线速度慢激光频率就慢，线速度快激光频率就快，以使激光加工的凹槽间距均匀，通常采用pwm信号来改变频率的电平变化快慢，解决了若在启动加速和停止减速对于激光频率不做控制，激光频率恒定，会使激光加工凹槽形成的点很密集，影响加工效果的缺点。

如图6所示，一实施例的激光加工装置主要用于在具有环状内壁的工件上加工凹槽，具体包括：获取部101、第一调整部102、第二调整部103和执行部104，获取部101用于获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率，在该基准焦距、基准线速度及基准激光频率的加工条件下，可以将基准内径条件下的工件进行较佳加工标准的激光加工，并获取指定的加工参数产品，所述获取部101还用于获取工件的目标内径，并以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率；第一调整部102根据所述目标内径调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距，进行自动对焦，根据目标内径与基准内径数值的变化，调整工件的目标焦距为基准焦距，以保证较佳的加工效果，避免了调试人员手动调节。第二调整部103根据所述目标内径调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度，进行工件的目标线速度自动调整，根据目标内径与基准内径数值的变化，调整工件的目标线速度为所述基准线速度，以使工件的目标线速度与基准内径下基准线速度相同，执行部104根据所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率激光加工所述工件，可以形成较好的激光加工标准，可得到较优的激光加工效果。

在一实施例中，如图7至图11所示，一激光加工装置主要用于在具有环状内壁的工件上加工凹槽，具体包括：机架510、第一机械手520、第二机械手530、激光组件540、第三机械手560和第四机械手570，第一机械手520与机架510连接，并用于驱动第二机械手530沿第二方向移动移动，第二机械手530与第一机械手520连接，并用于驱动激光组件540沿第三方向移动，激光组件540用于激发出激光束，并采用该激光束加工工件内壁形成均布的凹槽，第三机械手560与机架510连接，并用于驱动工件沿第一方向移动，第四机械手570与第三机械手560连接，并用于驱动工件旋转，以实现工件内壁的激光加工，所述第一方向与第二方向及第三方向垂直，所述第二方向与第三方向垂直。

优选的，第一机械手520为X轴机械手，且第二方向为X轴方向，第二机械手530为Z轴机械手，且第三方向为Z轴方向，第三机械手560为Y轴机械手，且第一方向为Y轴方向，第四机械手570为U轴机械手，用于驱动工件旋转。

在本实施例中，激光加工装置还包括壳体550，壳体550设置在第三机械手560和第四机械手570外部，对其进行防护，且外部伺服机构的所有运动轴均采用精密模组，为了保证工件组装的精度要求。

在本实施例中，激光组件540包括激光器580、光路转换组件、斜台581及固定件590，采用固定件590将激光器580、斜台581固定在第二机械手530上，激光器580垂直向下发射激光束，光路转换组件将该一束激光转换成二束激光，斜台581上具有的反射镜将该二束激光反射，形成双水平光路，以提高激光加工效率，可节省一倍的工作效率。优选的，激光器580具有QBH光纤输出端头。当然，在其他实施例中，激光器580也可沿水平方向或其他方向发射激光束，并采用引导光学元件将该激光束引导至光路转换组件，以利于激光器580的布局设置。

采用本发明的激光加工方法及激光加工装置，基于高精度的机械手结对各种缸套等工件加工的设计的双光路激光束，控制系统通过第一机械手520、第三机械手560实现工件一维平面内任意位置运动，在软件内通过运算自动生成激光处于焦点的加工中心数据，以实现自动对焦，在驱动系统上运行自动计算加工焦点的控制系统，取消原来工件产品换型对于激光焦点的调试及产品打样时间，提高了调试效率，杜绝激光光束对于维护人员产生的伤害，降低维护成本。控制系统只需用户在人机交互界面加载工件产品规格参数就可实现智能加工，快速切换缸套换型，为少批量、多类型的产品节省生产时间提供的效益。自动操作系统取消技术人工的介入，杜绝了操作人员被激光伤害的可能性。

在一实施例中，一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

S100、获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率，在该基准焦距、基准线速度及基准激光频率的加工条件下，可以将基准内径条件下的工件进行较佳加工标准的激光加工，并获取指定的加工参数产品。

在一实施例中，一种激光加工设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种激光加工方法，用于在具有环状内壁的工件上加工凹槽，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，步骤获取工件的目标内径，调整以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距中，具体包括：

获取在所述基准内径下进行加工的基准激光发射位置；

3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，步骤根据所述目标内径与所述基准内径的差值，调整所述基准激光发射位置至所述目标激光发射位置，以使所述工件的目标焦距为所述基准焦距中，具体包括：

4.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，步骤根据所述目标内径，调整以使所述工件的目标线速度为所述基准线速度中，具体包括：

获取在所述基准内径下进行加工的基准角速度；

所述基准线速度根据所述基准内径和所述基准角速度计算；

5.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，步骤以所述基准激光频率为所述工件的目标激光频率，根据所述目标焦距、所述目标线速度及所述目标激光频率激光加工所述工件中，还包括光路转换组件，所述光路转换组件将一束激光转换成二束激光。

6.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，步骤获取在基准内径下进行加工的基准焦距、基准线速度及基准激光频率中，具体包括：

获取加工标准；

7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，步骤根据所述基准线速度调整所述基准激光频率，以使所述加工标准恒定中，具体包括：

8.一种激光加工装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述激光加工方法的步骤。

10.一种激光加工设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述激光加工方法的步骤。