CN112828480A - 一种曲线细长孔反射斜面加工装置 - Google Patents

Abstract

一种曲线细长孔反射斜面加工装置，智能控制中心分别与激光发射控制器、遮光板驱动电机控制器、工件导轨电机控制器、凸透镜滑块电机控制器、垂直深孔探测器等相互通信，各控制器分别控制对应的机械传动部分、聚焦凸透镜移动机械部分和工件移动机械部分；遮光板驱动电机控制器控制遮光板的移动，激光发射控制器、工件导轨电机控制器和凸透镜滑块电机控制器配合控制投射出与加工面积相匹配的光斑直径；智能控制中心计算出加工反射斜面所需要的驱动电机的转速、激光束能量的大小和凸透镜焦距，将数据传输至各自的控制器，令其控制遮光板、凸透镜滑块和工件导轨的移动方式，控制激光束聚焦光斑的大小、加工面积、时间，保证加工斜面倾角的准确度。

Description

一种曲线细长孔反射斜面加工装置

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种曲线细长孔反射斜面加工装置。

背景技术

经过40多年的快速发展，我国在直线细长孔的中端制造领域取得了一定的成果，但是在高精度曲线细长孔的高精密制造领域仍是空白。对于细长孔反射斜面的加工仍然存在方案设计缺陷、加工技术不成熟、技术指标达不到相关要求、加工成本高等问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种曲线细长孔反射斜面加工装置，该装置针对不同熔点材料，加工深度能够自动调节激光能量大小，实现自动调焦，将加工出的斜面形状展现在显示控制面板上，解决了曲线细长孔加工技术的难题，满足下一代航空发动机、高精尖医疗设备、微电子、微机械液压等设备中的高精度曲线细长孔的加工。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种曲线细长孔反射斜面加工装置，包括工作台15，工作台15的一端安装有遮光板驱动电机1，遮光板驱动电机1的旁侧安装有控制遮光板驱动电机1的遮光板驱动电机控制器3，遮光板驱动电机1的动力输出轴上配置一个驱动电机输出齿轮5，驱动电机输出齿轮5与减速箱7输入轴上的减速器输入齿轮6啮合传动，减速箱输出齿轮9与遮光板齿条10左端啮合，遮光板齿条10右端与齿条支架11啮合连接；遮光板齿条10上设置遮光板12；

在工作台15另一端且遮光板12行程末端的上方设置有智能控制中心22，智能控制中心22的下方安装有激光发射器20，激光发射器20正下方的工作台15上安装有工件导轨13，工件导轨13的左侧安装有工件导轨电机14，工件导轨13与工件导轨电机14的导轨电机输出齿轮16齿条传动，工件导轨电机14的信号接收端连接工件导轨控制器26的信号控制端；

激光发射器20旁侧安装有控制激光发射器20的激光发射控制器21，激光发射器20的另一侧安装有凸透镜导轨17，凸透镜导轨17内部设有凸透镜导轨电机28，凸透镜导轨电机28通过凸透镜滑块电机控制器27控制，凸透镜导轨电机28与凸透镜导轨17连接控制凸透镜导轨17上凸透镜滑块18的移动，凸透镜滑块18与凸透镜19连接；

智能控制中心22的右侧安装有垂直深孔探测器24，智能控制中心22通过通信线23分别与激光发射控制器21、电机微控制器3、工件导轨电机控制器26、凸透镜滑块电机控制器27、垂直深孔探测器24、显示器控制面板25、控制按钮4相互通信。

所述遮光板驱动电机1为伺服电机，遮光板驱动电机1的驱动电机输出齿轮5的齿轮数为30、齿宽为78mm，减速箱7的减速箱输入轴轮6的齿数为78、齿宽为70mm，传动比为2.367，中心距155mm，传递功率7.5P/kW，转速1300n/(r/min)。

所述垂直深孔探测器24安装在智能控制中心22的右侧，垂直深孔探测器24的信号控制端经过通信线23与智能控制中心22连接，垂直深孔探测器24发射红外光纤测激光孔深度。

所述遮光板12是SmBO3材质。

所述聚焦凸透镜19是K9(H-K9L，N-BK7)材质。

所述减速箱7为PL型精密减速箱，安装于工作台15的左侧，传动比为7，满载效率≥95，最低工作温度-10℃，最高工作温度90℃，防护等级IP65,精密回程间隙≤3，标准回程间隙≤5，抗扭刚度等级7。

本发明的有益效果：

1、遮光板驱动电机控制器3主要是控制驱动电机1的启动及工作方式(匀速、匀减速等)，主要接受智能控制中心22的启动或停止信号，且带有检测功能，实时对电机转速及工作状态进行监控，并通过通信线23传输之至显示器控制面板25，可以实时了解驱动遮光板电机的工作状态。

2、智能控制中心22通过神经网络算法训练，基于人工神经网络算法优化不同材料熔点、硬度的选择区间，经过神经网络训练后的智能控制中心22可以预测出所有加工材料的熔点和硬度，减少使用者的工作量，同时扩大了加工范围，增强了设备的实用性。

3、根据智能控制中心22计算出加工反射斜面所需要的驱动电机1的转速、激光束能量的大小和凸透镜焦距，将数据传输至各自的控制器，令其控制遮光板12、凸透镜滑块18和工件导轨13的移动方式，控制激光束聚焦光斑的大小，进而控制加工的面积和时间，保证加工斜面倾角的准确度。

4、减速箱7使用调速精密的减速箱7与遮光板驱动电机1匹配，满足遮光板12的速度条件，使激光切割出平整的斜面和精确的斜面角度。

5、垂直深孔探测器24利用红外光纤测激光孔深度，测量数据经过通信线23传递到智能控制中心22，测量数据经过智能控制中心22的处理以图像形式显示在智能控制中心22的显示器控制面板25上，实现打孔深度、加工斜面光滑度可视化。

6、遮光板齿条10与调速精密的减速箱7配合，在智能控制中心22的控制下，使得对遮光板12的运动速度控制的更加精准。遮光板齿条10对速度的控制准确、工作平稳、可靠性高、使用寿命更长、适合中距离的传动机构。

附图说明

图1是本发明反射斜面加工原理图。

图2是本发明结构示意图。

图3是本发明传动部分示意图。

图4是本发明聚焦凸透镜移动装置图。

图5是本发明工件移动导轨图。

图6是本发明智能控制中心22的控制关系图。

图7是垂直深孔探测器的红外光纤测激光孔深度原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做出更加详细的描述。

参照图2、图3、图4、图5，一种曲线细长孔反射斜面加工装置，包括工作台15，工作台15一端安装有遮光板驱动电机1，遮光板驱动电机1坐落在电机底座2上，遮光板驱动电机1的旁侧安装有信号控制遮光板驱动电机1的遮光板驱动电机控制器3，遮光板驱动电机1的动力输出轴上配置一个驱动电机输出齿轮5，驱动电机输出齿轮5与减速箱7输入轴上的减速器输入齿轮6啮合传动，减速箱7坐落在减速箱底座8上，减速箱输出齿轮9与遮光板齿条10左端啮合，遮光板齿条10右端与齿条支架11啮合连接；齿条10上设置遮光板12；

参照图5，在工作台15另一端且遮光板12行程末端的上方设置有智能控制中心22，智能控制中心22的下方安装有激光发射器20，激光发射器20正下方的工作台15上安装有工件导轨13，工件导轨13的左侧安装有工件导轨电机14，工件导轨13与工件导轨电机14的导轨电机输出齿轮16齿条传动，工件导轨电机14的信号接收端连接工件导轨控制器26的信号控制端；工件导轨电机控制器26的信号控制端由通信线23与智能控制中心22连接。工件导轨13的移动滑块与导轨电机14通过齿轮齿条传动。工件导轨13可以控制工件的左右移动。

参照图4，激光发射器20旁侧安装有控制激光发射器20的激光发射控制器21，激光发射器20的另一侧安装有凸透镜导轨17，凸透镜导轨17内部设有凸透镜导轨电机28，凸透镜导轨电机28通过凸透镜滑块电机控制器27控制，凸透镜导轨电机28与凸透镜导轨17连接控制凸透镜导轨17上凸透镜滑块18的移动，凸透镜滑块18与凸透镜19连接。激光发射控制器21接收智能控制中心22发出的信号，控制激光发射器20和聚焦凸透镜19进行对焦。激光发射器20是激光的信号源。

参照图6，智能控制中心22的右侧安装有垂直深孔探测器24，智能控制中心22通过通信线23分别与激光发射控制器21、电机微控制器3、工件导轨电机控制器26、凸透镜滑块电机控制器27、垂直深孔探测器24、显示器控制面板25、控制按钮4相互通信。

所述遮光板驱动电机1为伺服电机，遮光板驱动电机1的驱动电机输出齿轮5的齿轮数为30、齿宽为78mm，减速箱7的减速箱输入轴轮6的齿数为78、齿宽为70mm，传动比为2.367，中心距155mm，传递功率7.5P/kW，转速1300n/(r/min)。

所述智能控制中心22安装在激光发射器20的上方，基于人工神经网络算法优化不同材料熔点、硬度的选择区间；智能控制中心22的控制信号通过串口连接通信线23分别与激光发射控制器21、遮光板驱动电机控制器3、工件导轨电机控制器26、凸透镜滑块电机控制器27、垂直深孔探测器24、显示器控制面板25、控制按钮4相互通信，智能控制中心22的核心部件是单片机，智能控制中心22所发出的信号及其收到的反馈信号都要经过单片机的加工处理，处理后的信号再由通信线15进行输出。

参照图7，所述垂直深孔探测器24安装在智能控制中心22的右侧，垂直深孔探测器24的信号控制端经过通信线23与智能控制中心22连接，垂直深孔探测器24发射红外光纤测激光孔深度。

所述遮光板12是SmBO3材质，遮光板驱动电机1的信号接收端连接遮光板电机控制器3的信号控制端；遮光板电机微控制器3的信号控制端由通信线23与智能控制中心22连接。其能够抵挡激光束带来的破坏性能量，并将激光束的能量吸收，既能及时阻拦激光又可以防止激光束发生反射现象。

所述聚焦凸透镜19是K9(H-K9L，N-BK7)材质,K9(H-K9L，N-BK7)是性能优异的光学材料，从可见光到近红外光(350-2000nm)具有优异的透过率，在激光领域有广泛的应用。能够抵挡激光束带来的破坏性能量，通过控制焦距可以投射出需要直径的光斑。

所述减速箱7为PL型精密减速箱，安装于工作台15的左侧，传动比为7，满载效率≥95，最低工作温度-10℃，最高工作温度90℃，防护等级IP65,精密回程间隙≤3，标准回程间隙≤5，抗扭刚度等级7，精密减速箱和遮光板驱动电机配合控制遮光板的移动。

本发明的工作原理是：

参照图1，首先确定被加工材料的材质、需要加工的直孔斜面倾角以及需要加工直孔斜面的大小等数据。

将上述加工材料的数据通过显示器控制面板25输入到智能控制中心22。智能控制中心22根据输入的条件启用与之相对应的算法，操控控制按钮4，智能控制中心22将启动信号经通信线23分别传递电机微控制器3、激光发射控制器21、凸透镜滑块控制器27、工件导轨电机控制器26和垂直深孔探测器24，下发指令给电机微控制器3、激光发射控制器21、凸透镜滑块电机控制器27、工件导轨电机控制器26和垂直深孔探测器24。

电机微控制器3控制遮光板驱动电机1开始运转，同时激光发射控制器21控制激光发射器20开始运作，凸透镜滑块电机控制器27控制凸透镜滑块18导轨进行焦距调整，进而投射出与加工面积相匹配的光斑直径。

遮光板驱动电机控制器3对遮光板驱动电机1的转速进行实时监控并将转速信号反馈给智能控制中心22，激光发射控制器21对激光束能量进行实时监控并将能量信号反馈给智能控制中心22，进而智能控制中心22将反馈信号与模态参数进行对比，并将调节信号经过通讯线23传递给遮光板驱动电机控制器3、激光发射控制器21和凸透镜滑块控制器27，进而调节遮光板驱动电机1的转速和激光束能量的大小。

遮光板驱动电机1经过减速器输入齿轮6将转速传递到减速箱7，经过减速箱7对速度的调节，由减速箱输出齿轮9将调节后转速传递给遮光板齿条10。

遮光板齿条10带动遮光板12缓慢移动，遮光板12与激光发射器20、聚焦凸透镜19协同运作，控制激光束的能量大小及切割面积。经过智能控制中心22的反馈调节，利用激光束光斑的不完整性加工出带有一定给精度的所需斜面孔。

智能控制中心22向工件导轨控制器26发出信号，工件导轨控制器26控制工件导轨电机14，工件导轨13带动工件向右移动。

垂直深孔探测器24发出红外光纤测激光孔的深度及孔斜面的平整度。并将测量信号反馈给智能控制中心22，经过智能控制中心22的处理，以图像的形式呈现在显示器控制面板25上，通过对显示器控制面板25图像的观察，判断孔斜面的加工精度是否符合要求，若不符合要求，则重复以上加工步骤，直至加工完成。

将加工好的工件取出，将工作台上的切割碎屑清理，结束任务。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种曲线细长孔反射斜面加工装置，包括工作台(15)，其特征在于，工作台(15)一端安装有遮光板驱动电机(1)，遮光板驱动电机(1)的旁侧安装有控制遮光板驱动电机(1)的遮光板驱动电机控制器(3)，遮光板驱动电机(1)的动力输出轴上配置一个驱动电机输出齿轮(5)，驱动电机输出齿轮(5)与减速箱(7)输入轴上的减速器输入齿轮(6)啮合传动，减速箱输出齿轮(9)与遮光板齿条(10)左端啮合，遮光板齿条(10)右端与齿条支架(11)啮合连接；遮光板齿条(10)上设置遮光板(12)；

在工作台(15)另一端且遮光板(12)行程末端的上方设置有智能控制中心(22)，智能控制中心(22)的下方安装有激光发射器(20)，激光发射器(20)正下方的工作台(15)上安装有工件导轨(13)，工件导轨(13)的左侧安装有工件导轨电机(14)，工件导轨(13)与工件导轨电机(14)的导轨电机输出齿轮(16)齿条传动，工件导轨电机(14)的信号接收端连接工件导轨控制器(26)的信号控制端；

激光发射器(20)旁侧安装有控制激光发射器(20)的激光发射控制器(21)，激光发射器(20)的另一侧安装有凸透镜导轨(17)，凸透镜导轨(17)内部设有凸透镜导轨电机(28)，凸透镜导轨电机(28)通过凸透镜滑块电机控制器(27)控制，凸透镜导轨电机(28)与凸透镜导轨(17)连接控制凸透镜导轨(17)上凸透镜滑块(18)的移动，凸透镜滑块(18)与凸透镜(19)连接；

智能控制中心(22)的右侧安装有垂直深孔探测器(24)，智能控制中心(22)通过通信线(23)分别与激光发射控制器(21)、电机微控制器(3)、工件导轨电机控制器(26)、凸透镜滑块电机控制器(27)、垂直深孔探测器(24)、显示器控制面板(25)、控制按钮(4)相互通信。

2.根据权利要求1所述的一种曲线细长孔反射斜面加工装置，其特征在于，所述遮光板驱动电机(1)为伺服电机，遮光板驱动电机(1)的驱动电机输出齿轮(5)的齿轮数为30、齿宽为78mm，减速箱(7)的减速箱输入轴轮(6)的齿数为78、齿宽为70mm，传动比为2.367，中心距155mm，传递功率7.5P/kW，转速1300n/(r/min)。

3.根据权利要求1所述的一种曲线细长孔反射斜面加工装置，其特征在于，所述垂直深孔探测器(24)安装在智能控制中心(22)的右侧，垂直深孔探测器(24)的信号控制端经过通信线(23)与智能控制中心(22)连接，垂直深孔探测器(24)发射红外光纤测激光孔深度。

4.根据权利要求1所述的一种曲线细长孔反射斜面加工装置，其特征在于，所述遮光板(12)是SmBO3材质。

5.根据权利要求1所述的一种曲线细长孔反射斜面加工装置，其特征在于，所述聚焦凸透镜(19)是K9(H-K9L，N-BK7)材质。

6.根据权利要求1所述的一种曲线细长孔反射斜面加工装置，其特征在于，所述减速箱(7)为PL型精密减速箱，安装于工作台(15)的左侧，传动比为7，满载效率≥95，最低工作温度-10℃，最高工作温度90℃，防护等级IP65,精密回程间隙≤3，标准回程间隙≤5，抗扭刚度等级7。

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