CN116275471B - 一种激光加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种激光加工装置及方法，所述的激光加工装置包括：传送单元，设置在工作台上。支撑架固定连接在工作台上，其用于支撑和安装。激光处理件滑动设置在支撑架上，用于发射激光对工件多角度进行处理；激光处理件包括激光发生器，激光发生器用于发射激光对工件进行处理；升降转角调节件用于调节激光发生器的高度和倾斜角度；转动调节件用于调节激光发生器的旋转角度。横向驱动件用于驱动激光处理件横向移动。摄像单元用于对放置在传送单元上的工件进行拍摄获取图片。控制器，控制激光发生器对工件进行角度调整和加工。本发明通过对激光发生器进行角度控制，加工处理精确且能量利用率高。

Description

一种激光加工装置及方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光加工装置及方法。

背景技术

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目--粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能级相对应的差，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能。激光头是激光加工设备重要的功能部件，对激光设备的使用方式和加工效果有重要影响。

现有的工件有时候具有一定的斜面，传统的激光加工不能随着角度变化进行调整，造成加工质量差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光加工装置，所述的激光加工装置包括：

工作台；

传送单元，设置在工作台上，其用于对工件进行传送；

支撑架，固定连接在工作台上，其用于支撑和安装；

激光处理件，滑动设置在支撑架上，其用于发射激光对工件多角度进行处理；激光处理件包括升降转角调节件、激光发生器、转动调节件；激光发生器用于发射激光对工件进行处理；升降转角调节件用于调节激光发生器的高度和倾斜角度；转动调节件用于调节激光发生器的旋转角度；

横向驱动件，其用于驱动激光处理件横向移动；

摄像单元，安装在支撑架上，其用于对放置在传送单元上的工件进行拍摄获取图片；

控制器，其用于构建空间坐标系；传送单元对工件进行传送，摄像单元获得工件拍摄图片，并对图片进行处理获得处理坐标(x，y，z，q)，其中q为处理强度；传送单元继续对工件进行传送且传送距离为X-x，X为激光处理件的纵向坐标；横向驱动件驱动激光处理件横向移动，移动距离为y；对坐标(x，y，z)进行求导获得z’和y’；计算获得水平转动斜率竖直转动斜率/>转动调节件转动且转动斜率为θ₁，控制升降转角调节件升降且转动斜率为θ₂；根据q控制激光发生器加工强度进行加工。

优选的：所述横向驱动件包括转动驱动件、滑动槽、丝杆和滑动基座，滑动槽开设在支撑架的顶部下表面，滑动基座配合滑动放置在滑动槽的内部，滑动槽的内部转动设置有丝杆，滑动基座配合嵌套在丝杆上；转动驱动件安装在支撑架上并与丝杆连接，在转动驱动件的驱动下，丝杆转动带动滑动基座在支撑架上滑动，以此完成激光处理件的横向驱动。

优选的：所述转动驱动件包括第一驱动电机、主动皮带轮和从动皮带轮，第一驱动电机固定安装在支撑架上，第一驱动电机的输出轴同轴固定连接有主动皮带轮，丝杆的一端同轴固定连接从动皮带轮，从动皮带轮与主动皮带轮之间通过皮带进行连接。

优选的：所述滑动槽的内部固定设置有导向杆，导向杆轴向与滑动基座滑动方向一致，滑动基座的内部设置有直线轴承，直线轴承滑动嵌套导向杆。

优选的：所述的转动调节件包括第二驱动电机和转动台，转动台转动设置在滑动基座的下表面，升降转角调节件安装在转动台上，滑动基座的内部固定安装有第二驱动电机，第二驱动电机的输出轴与转动台同轴固定连接，转动台和滑动基座之间设置有位置标定件，位置标定件用于标定转动台位置。

优选的：所述的位置标定件包括凸出和按压感应器，凸出固定在转动台的外沿，按压感应器设置在滑动基座上，转动台在滑动基座内部转动，使凸出和按压感应器接触，完成转动台转动角度初始化。

优选的：所述的升降转角调节件包括第一伸缩件、第二伸缩件、齿轮、安装架，第一伸缩件和第二伸缩件固定安装在转动调节件上，第二伸缩件的输出端转动设置有安装架，激光发生器固定安装在安装架上，安装架的至少一端同轴固定连接有齿轮，第一伸缩件输出端固定连接有齿条，齿条与齿轮一一对应且啮合；当第一伸缩件和第二伸缩件调节量相同时，调节激光发生器的高度，当第一伸缩件和第二伸缩件存在高度差时，使齿条带动齿轮转动，以此调节激光发生器的倾斜角度。

优选的：所述激光加工装置还包括距离感应器，距离感应器用于感应激光处理件的横向位置。

本发明还提供一种激光加工方法，应用于上述所述的激光加工装置，所述激光加工方法包括如下步骤：

S1、构建空间坐标系；

S2、传送单元对工件进行传送，摄像单元获得工件拍摄图片，并对图片进行处理获得处理坐标(x，y，z，q)，其中q为处理强度；

S3、传送单元继续对工件进行传送且传送距离为X-x，X为激光处理件的纵向坐标；

S4、横向驱动件驱动激光处理件横向移动，移动距离为y；

S5、对坐标(x，y，z)进行求导获得z’和y’；

S6、计算获得水平转动斜率竖直转动斜率/>

S7、转动调节件转动且转动斜率为θ₁，控制升降转角调节件升降且转动斜率为θ₂；

S8、根据q控制激光发生器加工强度进行加工。

优选的：在所述的S7中升降转角调节件升降且转动斜率为θ₂的方法为：

S71、根据θ₂查找一个预先设置的向量-距离差信息表，获得第一伸缩件和第二伸缩件的伸缩距离差ΔL；

S72、第一伸缩件和第二伸缩件伸缩且的伸缩差为ΔL；

S73、第一伸缩件和第二伸缩件同时移动，使激光发生器高度坐标为z+z₀，其中z₀为其中z₁为一个预先设置的作业距离。

本发明的技术效果和优点：通过对激光发生器进行角度控制，使激光可以垂直加工面进行作业，加工处理精确且能量利用率高，避免了角度造成工件损伤，加工质量高。通过距离差控制激光发生器的角度，控制范围广且适用能力强，便于精确控制。通过构建坐标系，实现了精准作业位置控制。

附图说明

图1为本发明提出的一种激光加工装置的立体结构示意图。

图2为本发明提出的一种激光加工装置的俯视结构示意图。

图3为图2中A-A截面的局部剖视结构示意图。

图4为图2中B-B截面的局部剖视结构示意图。

图5为本发明提出的一种激光加工装置中升降转角调节件的立体结构示意图。

图6为图3中a的局部放大结构示意图。

图7为本发明提出的一种激光加工方法的流程图。

附图标记说明：工作台1，传送带2，摄像单元3，支撑架4，激光处理件5，横向驱动件6，工件7，滑动槽8，第一驱动电机9，主动皮带轮10，从动皮带轮11，丝杆12，滑动基座13，升降转角调节件14，激光发生器15，转动调节件16，第一伸缩件17，第二伸缩件18，齿条19，齿轮20，安装架21，导向杆22，第二驱动电机23，转动台24，凸出25，按压感应器26。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

参考图1～图4，在本实施例中提出了一种激光加工装置，用于对工件7表面进行多角度激光加工处理，所述的激光加工装置包括：

工作台1，形成工作平台，工作台1可以是长方体板状结构，工作台1的侧壁固定设置有支撑腿。支撑腿对工作台1进行四角进行支撑，使工作台1形成水平支撑，支撑腿可以是可伸缩结构，从而便于工作台1的水平调节。

传送单元，设置在工作台1上，用于对工件7进行传送，所述的传送单元可以是传动带2、传送滚筒等结构，其中以传动带2为宜，传送平稳且摩擦力强。

支撑架4，固定连接在工作台1上，用于支撑和安装，支撑架4所在的平面可以与传送单元的传送方向垂直，具体在此不做赘述。支撑架4可以是倒置的凹字型机构，其下端固定连接在工作台1的侧边，从而实现了固定连接，安装稳定性好，当然也可以是L字形结构，具体在此不做赘述。

激光处理件5，滑动设置在支撑架4上，用于发射激光对工件7多角度进行处理。

横向驱动件6，用于驱动激光处理件5横向移动，所述的横向驱动件6可以包括转动驱动件、滑动槽8、丝杆12和滑动基座13，滑动槽8开设在支撑架4的顶部下表面，滑动基座13配合滑动放置在滑动槽8的内部，滑动槽8的内部转动设置有丝杆12，滑动基座13配合嵌套在丝杆12上，转动驱动件安装在支撑架4上，并与丝杆12连接；在转动驱动件的驱动下，丝杆12转动带动滑动基座13在支撑架4上滑动，以此完成激光处理件5的横向驱动，当然横向驱动件6还可以为皮带驱动、电动伸缩杆驱动，具体在此不做赘述。转动驱动件可以包括第一驱动电机9、主动皮带轮10和从动皮带轮11，第一驱动电机9固定安装在支撑架4上，第一驱动电机9的输出轴同轴固定连接有主动皮带轮10，丝杆12的一端同轴固定连接从动皮带轮11，从动皮带轮11与主动皮带轮10之间通过皮带进行连接，在第一驱动电机9的驱动下，主动皮带轮10带动从动皮带轮11转动以此完成丝杆12的转动驱动。滑动槽8的内部可以固定设置有导向杆22，导向杆22轴向与滑动基座13滑动方向一致，滑动基座13的内部设置有直线轴承，直线轴承滑动嵌套导向杆22，从而实现了滑动基座13滑动顺畅且稳定。

参考图5～图6，激光处理件5可以包括升降转角调节件14、激光发生器15、转动调节件16，激光发生器15用于发射激光对工件7进行处理；升降转角调节件14，用于调节激光发生器15的高度和倾斜角度；转动调节件16，用于调节激光发生器15的旋转角度。激光发生器15可以为激光加热、激光切割仪、激光雕刻仪等，结构为现有技术，具体在此不做赘述。所述的转动调节件16可以包括第二驱动电机23和转动台24，转动台24转动设置在滑动基座13的下表面，升降转角调节件14安装在转动台24上，滑动基座13的内部固定安装有第二驱动电机23，第二驱动电机23的输出轴与转动台24同轴固定连接，转动台24和滑动基座13之间设置有位置标定件，位置标定件用于标定转动台24位置，所述的位置标定件可以包括凸出25和按压感应器26，凸出25固定在转动台24的外沿，按压感应器26设置在滑动基座13上，转动台24在滑动基座13内部转动，使凸出25和按压感应器26接触，完成转动台24转动角度初始化，转动调节件16在初始化状态下进行角度调整。所述的升降转角调节件14可以包括第一伸缩件17、第二伸缩件18、齿轮20、安装架21，第一伸缩件17和第二伸缩件18固定安装在转动调节件16上，第二伸缩件18的输出端转动设置有安装架21，激光发生器15固定安装在安装架21上，安装架21的至少一端同轴固定连接有齿轮20，第一伸缩件17输出端固定连接有齿条19，齿条19与齿轮20一一对应且啮合，当第一伸缩件17和第二伸缩件18调节量相同时，可以调节激光发生器15的高度，当第一伸缩件17和第二伸缩件18存在高度差时，从而可以使齿条19带动齿轮20转动，以此调节激光发生器15的倾斜角度。当然升降转角调节件14还可以是其他结构，具体在此不做赘述。

距离感应器，可以安装在支撑架4上，用于感应激光处理件5的横向位置，距离感应器为现有技术，具体在此不做赘述。

摄像单元3，可以固定安装在支撑架4上，用于对放置在传送单元上的工件7进行拍摄照片，摄像单元3可以是自动聚焦摄像机、光学摄像头，通过聚焦等拍摄模具各个位置的照片，具体在此不做赘述。

控制器，可以与横向驱动件6、摄像单元3、升降转角调节件14、转动调节件16电连接也可以无线连接。控制器用于构建空间坐标系，空间坐标系可以传送单元的上表面为xy面，垂直传送单元平面为z轴，具体在此不做赘述。可以传送单元的中线或者边角为原点，具体在此不做赘述。将工件7放置在传送单元上，控制器控制传送单元对工件7进行传送，传送单元将工件7传送到摄像单元3拍摄覆盖位置，摄像单元3获得工件7拍摄图片，并对图片进行处理获得处理坐标(x，y，z，q)，其中q为处理强度。控制器控制传送单元继续对工件7进行传送且传送距离为X-x，X为激光处理件5的纵向坐标。控制器控制横向驱动件6驱动激光处理件5横向移动，当距离感应器感应距离为y时，横向驱动件6停止移动，也可以通过输出量进行控制，具体在此不做赘述。控制器对坐标(x，y，z)进行求导获得z’和y’，其中和控制器控制转动调节件16转动且水平转动斜率/>控制器计算竖直转动斜率然后根据θ₂查找一个预先设置的向量-距离差信息表，从而获得第一伸缩件17和第二伸缩件18的伸缩距离差。控制器根据坐标z控制第一伸缩件17和第二伸缩件18同时移动，使激光发生器15高度坐标为z+z₀，其中z₀为/>其中z₁为一个预先设置的作业距离。控制器根据q控制激光发生器15进行加工。通过对激光发生器15进行角度控制，使激光可以垂直加工面进行作业，加工处理精确且能量利用率高，避免了角度造成工件损伤，且加工质量高。通过距离差控制激光发生器15的角度，控制范围广且适用能力强，便于精确控制。通过构建坐标系，实现了精准作业位置控制，作业精确。

实施例2

参考图7，在本实施例中提出了一种激光加工方法，包括如下步骤：

S1、构建空间坐标系。

S2、传送单元对工件7进行传送，摄像单元3获得工件7拍摄图片，并对图片进行处理获得处理坐标(x，y，z，q)，其中q为处理强度。

S3、传送单元继续对工件7进行传送且传送距离为X-x，X为激光处理件5的纵向坐标。

S4、横向驱动件6驱动激光处理件5横向移动，移动距离为y。

S5、对坐标(x，y，z)进行求导获得z’和y’。

S6、计算获得水平转动斜率竖直转动斜率/>

S7、转动调节件16转动且转动斜率为θ₁，控制升降转角调节件14升降且转动斜率为θ₂。

S8、根据q控制激光发生器15加工强度进行加工。

在所述的S7中升降转角调节件14升降且转动斜率为θ₂的方法为：

S71、根据θ₂查找一个预先设置的向量-距离差信息表，获得第一伸缩件17和第二伸缩件18的伸缩距离差ΔL。

S72、第一伸缩件17和第二伸缩件18伸缩且的伸缩差为ΔL。

S73、第一伸缩件17和第二伸缩件18同时移动，使激光发生器15高度坐标为z+z₀，其中z₀为其中z₁为一个预先设置的作业距离。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，其特征在于，所述的激光加工装置包括：

工作台；

传送单元，设置在工作台上，其用于对工件进行传送；

支撑架，固定连接在工作台上，其用于支撑和安装；

激光处理件，滑动设置在支撑架上，其用于发射激光对工件多角度进行处理；激光处理件包括升降转角调节件、激光发生器、转动调节件；激光发生器用于发射激光对工件进行处理；升降转角调节件用于调节激光发生器的高度和倾斜角度；转动调节件用于调节激光发生器的旋转角度；

横向驱动件，其用于驱动激光处理件横向移动；

摄像单元，安装在支撑架上，其用于对放置在传送单元上的工件进行拍摄获取图片；

控制器，其用于构建空间坐标系；传送单元对工件进行传送，摄像单元获得工件拍摄图片，并对图片进行处理获得处理坐标(x，y，z，q)，其中q为处理强度；传送单元继续对工件进行传送且传送距离为X-x，X为激光处理件的纵向坐标；横向驱动件驱动激光处理件横向移动，移动距离为y；对坐标(x，y，z)进行求导获得z’和y’；计算获得水平转动斜率竖直转动斜率/>转动调节件转动且转动斜率为θ₁，控制升降转角调节件升降且转动斜率为θ₂；根据q控制激光发生器加工强度进行加工。

2.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于，所述横向驱动件包括转动驱动件、滑动槽、丝杆和滑动基座，滑动槽开设在支撑架的顶部下表面，滑动基座配合滑动放置在滑动槽的内部，滑动槽的内部转动设置有丝杆，滑动基座配合嵌套在丝杆上；转动驱动件安装在支撑架上并与丝杆连接，在转动驱动件的驱动下，丝杆转动带动滑动基座在支撑架上滑动。

3.根据权利要求2所述的一种激光加工装置，其特征在于，所述转动驱动件包括第一驱动电机、主动皮带轮和从动皮带轮，第一驱动电机固定安装在支撑架上，第一驱动电机的输出轴同轴固定连接有主动皮带轮，丝杆的一端同轴固定连接从动皮带轮，从动皮带轮与主动皮带轮之间通过皮带进行连接。

4.根据权利要求2所述的一种激光加工装置，其特征在于，所述滑动槽的内部固定设置有导向杆，导向杆轴向与滑动基座滑动方向一致，滑动基座的内部设置有直线轴承，直线轴承滑动嵌套导向杆。

5.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于，所述的转动调节件包括第二驱动电机和转动台，转动台转动设置在滑动基座的下表面，升降转角调节件安装在转动台上，滑动基座的内部固定安装有第二驱动电机，第二驱动电机的输出轴与转动台同轴固定连接，转动台和滑动基座之间设置有位置标定件，位置标定件用于标定转动台位置。

6.根据权利要求5所述的一种激光加工装置，其特征在于，所述的位置标定件包括凸出和按压感应器，凸出固定在转动台的外沿，按压感应器设置在滑动基座上，转动台在滑动基座内部转动，使凸出和按压感应器接触，完成转动台转动角度初始化。

7.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于，所述的升降转角调节件包括第一伸缩件、第二伸缩件、齿轮、安装架，第一伸缩件和第二伸缩件固定安装在转动调节件上，第二伸缩件的输出端转动设置有安装架，激光发生器固定安装在安装架上，安装架的至少一端同轴固定连接有齿轮，第一伸缩件输出端固定连接有齿条，齿条与齿轮一一对应且啮合；当第一伸缩件和第二伸缩件调节量相同时，调节激光发生器的高度，当第一伸缩件和第二伸缩件存在高度差时，使齿条带动齿轮转动，以此调节激光发生器的倾斜角度。

8.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括距离感应器，距离感应器用于感应激光处理件的横向位置。

9.一种激光加工方法，应用于权利要求1-8任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工方法包括如下步骤：

S1、构建空间坐标系；

S2、传送单元对工件进行传送，摄像单元获得工件拍摄图片，并对图片进行处理获得处理坐标(x，y，z，q)，其中q为处理强度；

S3、传送单元继续对工件进行传送且传送距离为X-x，X为激光处理件的纵向坐标；

S4、横向驱动件驱动激光处理件横向移动，移动距离为y；

S5、对坐标(x，y，z)进行求导获得z’和y’；

S6、计算获得水平转动斜率竖直转动斜率/>

S7、转动调节件转动且转动斜率为θ₁，控制升降转角调节件升降且转动斜率为θ₂；

S8、根据q控制激光发生器加工强度进行加工。

10.根据权利要求9所述的一种激光加工方法，其特征在于，在所述的S7中升降转角调节件升降且转动斜率为θ₂的方法为：

S71、根据θ₂查找一个预先设置的向量-距离差信息表，获得第一伸缩件和第二伸缩件的伸缩距离差ΔL；

S72、第一伸缩件和第二伸缩件伸缩且的伸缩差为ΔL；

S73、第一伸缩件和第二伸缩件同时移动，使激光发生器高度坐标为z+z₀，其中z₀为其中z₁为一个预先设置的作业距离。