CN114273782A - 一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于变换入射光源的激光‑砂带协同加工装置及方法。该加工系统主要由控制系统、激光器、激光光源切换传输系统、反射镜、砂带磨削装置、四轴运动平台、视觉检测系统等组成。该加工方法包含两种不同光源的激光与砂带的协同去除材料以形成不同的微纳结构表面。通过可选通器件，采用高斯光束激光或顶帽光束，与砂带的协同加工。本发明根据可形成不同的微纳结构，从而满足了不同的加工要求。
Description
技术领域
本发明涉及激光砂带磨削技术领域，具体地涉及一种不同入射光源的激光砂带协同加工装置及方法。
背景技术
激光加工技术已经在车削、铣削、磨削等加工制造业领域得到了广泛的应用。与传统的机械加工相比，激光加工具有切削力小、可延长刀具寿命、提升表面完整性、改善组织性能等方面的优异性能。尤其是激光砂带协同加工，砂带的优越性能以及融合了激光加工的技术决定了其广泛的应用范围。在激光砂带协同加工中，根据加工工艺的要求即在激光砂带协同加工后形成不同的微纳结构表面，需要采用不同激光波长、光斑直径等的激光束，进行复杂产品的高效率、高精度加工。
但是，现有的激光加工系统不能满足在高效率、高精度的前提下，形成不同微纳结构表面。因此，有必要提供一种协同加工装置和方法来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置，其特征在于:包括激光发生系统、砂带磨削系统(M)和控制系统。
所述激光发生系统包括激光器、激光光源切换传输系统(M)、反射镜。
所述激光器发出的光束进入激光光源切换传输系统(M)后，通过所述控制系统的控制功能，使得激光光源切换传输系统(M)的输出光束为高斯激光光束或顶帽激光光束。
所述输出光束通过可调节角度的反射镜入射到加工工件表面。
所述砂带磨削系统(M)包括可调节的砂带磨头。
通过所述控制系统，控制反射镜的角度和砂带磨头的运动，使得磨头与激光光束动态匹配，对加工工件进行协同加工。
本发明提出的一种基于变换入射光源的激光砂带协同加工装置及方法可以根据所需加工表面结构，从而变换入射激光束。既解决了单一激光束加工的问题，又实现了高效率、高精度的加工。
进一步，所述激光光源切换传输系统(M)具有两条可选通的光路，分别记为路径H1和路径H2。
激光器发出的光束选择通过路径H1出射后，为高斯激光光束。激光器发出的光束选择通过路径H2出射后，为顶帽激光光束。
进一步，所述激光器为短脉冲皮秒激光器。
进一步，路径H1上具有高斯光束聚焦透镜和高斯光束扩束器，进入路径H1的光束为皮秒激光器直接发射出的高斯激光光束，通过高斯光束聚焦透镜和高斯光束扩束器出射，在焦平面外形成聚焦高斯光束；
进一步，路径H2上具有激光整形器、顶帽光束聚焦透镜和顶帽光束扩束器；进入路径H2的光束在激光整形器的作用下变换为顶帽光束，再通过顶帽光束聚焦透镜和顶帽光束扩束器出射，在焦平面外可形成聚焦顶帽光束
进一步，路径H1上具有高斯光束聚焦透镜和高斯光束扩束器，进入路径H1的光束为皮秒激光器直接发射出的高斯激光光束，通过高斯光束聚焦透镜和高斯光束扩束器出射，在焦平面外形成聚焦高斯光束。
进一步，路径H2上具有激光整形器、顶帽光束聚焦透镜和顶帽光束扩束器。进入路径H2的光束在激光整形器的作用下变换为顶帽光束，再通过顶帽光束聚焦透镜和顶帽光束扩束器出射，在焦平面外可形成聚焦顶帽光束。
进一步，还包括CDD相机。
所述CDD相机面向工件表面。通过CDD相机获取的位置信息，所述控制系统通过调节反射镜的角度，使得激光束入射到工件表面，并与砂带磨削系统(M)进行协同加工。
进一步，所述砂带磨削装置(M)包括，接触轮、砂带，摇杆、整个装置通过螺栓固定在机床砂带磨头垂直导轨上，砂带磨头垂直导轨可沿Z轴上下移动，可通过摇杆使装置沿水平移动，从而使磨头装置与激光动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工。
本发明还要求保护一种基于上述装置的激光-砂带协同加工方法，其特征在于：
通过控制面板向控制系统中设定加工激光参数，通过激光器发射激光，激光束经过路径H1或H2，在反射镜的作用下照射到工件表面上。磨头装置与激光动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工。
在加工过程中，根据所需加工的表面结构，通过控制系统切换激光束为高斯激光束或者顶帽激光束。
进一步，通过控制面板选取所要加工激光参数，默认的激光为高斯激光束，激光束经过路径H1，在反射镜的作用下照射到工件表面上。
在加工开始或加工过程中，可以控制面板选取所要加工激光参数，通过激光光源切换传输系统(M)，在路径H2的作用下实现高斯光束与顶帽光束的切换，在反射镜的作用下照射到工件表面。
进一步，根据入射到加工工件高斯激光束或者顶帽光束，砂带磨削装置可以实现水平和竖直方向的移动，从而方便使激光与砂带实现动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工。
本发明的有益效果在于：
1.本发明基于激光光源控制，一方面，使激光加工系统变得更加简单；另一方面，可以大大减少加工成本。
2.本发明可实现选通激光砂带协同加工，一方面，满足了不同加工工艺需求；另一方面，可以实现复杂表面高效率、高精度加工。
3.本发明的砂带磨削装置可以实现水平和竖直方向的移动，从而方便使激光与砂带实现动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工。
附图说明
图1为本发明激光砂带协同加工装置结构图；
图2为砂带磨削装置结构图；
图3为高斯光束加工时激光砂带融合示意图；
图4为顶帽光束加工时激光砂带融合示意图；
图5为不同光源的激光砂带协同加工方法的流程图。
图中：控制面板1、激光器2、激光光源切换传输系统M1、激光整形器3、顶帽光束聚焦透镜4、顶帽光束扩束器5、高斯光束聚焦透镜6、高斯光束扩束器7、反射镜8、CDD相机9、加工工件10、砂带磨削装置M2、磨头11、垂直导轨12、滚轮1011、砂带1012、摇杆1013。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置，其特征在于:包括激光发生系统、砂带磨削系统M2和控制系统。
所述激光发生系统包括激光器2、激光光源切换传输系统M1、反射镜8。
参见图1，所述控制面板1可控制激光的输出，可选择需要加工激光参数。
所述激光器2发出激光后，通过光路切换系统M1选择需要的激光束，在反射镜8的反射作用下激光束可入射到加工工件10表面。
所述激光器2为短脉冲皮秒激光器，通过光路H1可发出高斯光束的激光。
所述激光光源切换传输系统M1包括，激光路径H1、H2，其中路径H1为皮秒激光器直接发射出的高斯激光光束，通过高斯光束聚焦透镜4，经过高斯光束扩束器5，在焦平面外形成聚焦高斯光束。
所述砂带磨削系统M2包括可调节的砂带磨头。
通过所述控制系统，控制反射镜的角度和砂带磨头的运动，使得磨头与激光光束动态匹配，对加工工件10进行协同加工。
实施例2
本实施例公开了一种不同入射光源的激光砂带协同加工装置及方法，包括控制面板1、激光器2、激光光源切换传输系统M1、反射镜、砂带磨削装置M2。
参见图1、图2，所述控制面板1选取所要加工激光参数，通过激光器发射激光，默认的激光为高斯激光束，激光束经过路径H1，在反射镜8的作用下照射到工件表面上。
所述控制面板选取所要加工激光参数，通过激光器发射激光，通过激光光源切换传输系统M1，在路径H2的作用下实现高斯光束与顶帽光束的切换，在反射镜8的作用下照射到工件表面。
所述砂带磨削装置M2包括，接触轮、砂带，摇杆、整个装置通过螺栓固定在机床砂带磨头垂直导轨上，根据入射到加工工件高斯激光束或者顶帽光束，砂带磨头垂直导轨可沿Z轴上下移动，可通过摇杆1013使装置沿水平移动，从而使磨头装置11与激光动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工。
实施例3
本实施例公开了一种不同入射光源的激光砂带协同加工装置及方法，包括控制面板1、激光器2、激光光源切换传输系统M1、反射镜、砂带磨削装置M2。
参考图1、图3，所述激光器2发射出高斯激光束，经路径H1，通过高斯光束聚焦透镜6，经过高斯光束扩束器7，在焦平面外形成聚焦高斯光束，在反射镜8的反射下将高斯光束照射到工件10表面，通过调整磨头装置水平与竖直方向的位置，进而使高斯光束激光与砂带融合实现协同加工，最终形成一种微纳结构表面，满足加工工艺要求。
实施例4
本实施例主要结构同实施例3，进一步，参考图4，所述激光器2发射出激光，经路径H2，通过激光整形器3，经过顶帽光束聚焦透镜4，再通过顶帽光束扩束器5，在焦平面外形成聚焦顶帽光束，在反射镜8的反射下将高斯光束照射到工件10表面，通过调整磨头装置水平与竖直方向的位置，进而使顶帽光束激光与砂带融合实现协同加工，最终形成另一种微纳结构表面，满足加工工艺要求。
实施例5
本实施例主要结构同实施例3，进一步，参考图5，本实施例提供了不同入射光源下激光砂带协同加工方法，其中包括：发射激光束；根据加工工艺要求切换所需激光束；通过反射镜将输出激光光束反射到工件表面；调整磨头装置，使磨头与激光实现动态匹配，实现协同加工。
Claims (8)
1.一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置，其特征在于:包括所述激光发生系统、砂带磨削系统(M2)和控制系统；
所述激光发生系统包括激光器(2)、激光光源切换传输系统(M1)、反射镜(8)；
所述激光器(2)发出的光束进入激光光源切换传输系统(M1)后，通过所述控制系统的控制功能，使得激光光源切换传输系统(M1)的输出光束为高斯激光光束或顶帽激光光束；
所述输出光束通过可调节角度的反射镜入射到加工工件(10)表面；
所述砂带磨削系统(M2)包括可调节的砂带磨头；
通过所述控制系统，控制反射镜的角度和砂带磨头的运动，使得磨头与激光光束动态匹配，对加工工件(10)进行协同加工。
2.根据权利要求1所述的一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置，其特征在于：
所述激光光源切换传输系统(M1)具有两条可选通的光路，分别记为路径H1和路径H2；
激光器(2)发出的光束选择通过路径H1出射后，为高斯激光光束；激光器(2)发出的光束选择通过路径H2出射后，为顶帽激光光束。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置，其特征在于：所述激光器(2)为短脉冲皮秒激光器。
4.根据权利要求1所述的一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置，其特征在于：还包括CDD相机(9)；
所述CDD相机(9)面向工件(10)表面；通过CDD相机(9)获取的位置信息，所述控制系统通过调节反射镜的角度，使得激光束入射到工件表面，并与砂带磨削系统(M2)进行协同加工。
5.根据权利要求1或3所述的一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工装置，其特征在于：所述砂带磨削装置(M2)包括，接触轮(1011)、砂带(1012)，摇杆(1013)、整个装置通过螺栓固定在机床砂带磨头垂直导轨(12)上，砂带磨头垂直导轨可沿Z轴上下移动，可通过摇杆(1013)使装置沿水平移动，从而使磨头装置与激光动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工。
6.一种基于1～5任意一项权利要求所述装置的激光-砂带协同加工方法，其特征在于：
通过控制面板(1)向控制系统中设定加工激光参数，通过激光器(2)发射激光，激光束经过路径H1或H2，在反射镜(8)的作用下照射到工件表面上；磨头装置与激光动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工；
在加工过程中，根据所需加工的表面结构，通过控制系统切换激光束为高斯激光束或者顶帽激光束。
7.根据权利要求6所述的一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工方法，其特征在于：通过控制面板(1)选取所要加工激光参数，默认的激光为高斯激光束，激光束经过路径H1，在反射镜(8)的作用下照射到工件表面上。
在加工开始或加工过程中，可以控制面板(1)选取所要加工激光参数，通过激光光源切换传输系统(M1)，在路径H2的作用下实现高斯光束与顶帽光束的切换，在反射镜(8)的作用下照射到工件表面。
8.根据权利要求6所述的一种基于变换入射光源的激光-砂带协同加工方法，其特征在于：根据入射到加工工件高斯激光束或者顶帽光束，砂带磨削装置可以实现水平和竖直方向的移动，从而方便使激光与砂带实现动态匹配，进而实现激光与砂带的协同加工。
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