CN212526480U - 一种高精度高效率的激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度高效率的激光加工装置，包括：基座，所述基座用于安装光路传输系统、三轴运动系统、以及控制系统；光路传输系统，所述光路传输系统用于发射光束和调整光束，并射向并行加工系统；三轴运动系统，所述三轴运动系统用于控制工件的二维运动及并行加工系统的上下移动；并行加工系统，所述并行加工系统用于对待工件进行加工；控制系统，所述控制系统用于控制光路传输系统、三轴运动系统。本实用新型通过采用并行加工系统实现多个工件采用同一设备进行加工，既提高工作效率又节省成本；同时采用旁轴定位系统和焦距测量模块，保证了加工的精准度。

Description

一种高精度高效率的激光加工装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，具体涉及一种高精度高效率的激光加工装置。

背景技术

近些年来，随着激光器的应用范围不断的扩大，各种激光器被广泛应用于激光加工、光谱分析和医疗领域。

随着激光器的不断发展以及超快激光器的诞生，激光加工的应用变得越来越普遍。超快激光器作为加工能源，超短脉冲激光依靠极高功率密度在极短时间内直接打断材料分子键，破、坏表层物质的微爆炸机理实现材料去除，由于作用时间短，使得能量以等离子体的形式被迅速带走，从而可实现无重铸层的高效、高精度的冷加工。

社会经济与科技的不断发展，工业4.0的提出，在满足加工要求的前提下，加工效率的提高也是需要考虑的，效率的提高，不仅是设备所能创造的价值的提高，也是科技发展速度的提高。

实用新型内容

本实用新型提供种高精度高效率的激光加工装置，可进行超快激光的高精密加工，同时可并行加工多个工件，用以提高生产效率。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其他优点，提供了一种高精度高效率的激光加工装置，包括：

基座，所述基座用于安装光路传输系统、三轴运动系统、以及控制系统，所述基座包括底座、设立在所述底座上的至少一个立柱、以及横梁；

光路传输系统，所述光路传输系统用于发射光束和调整光束，并射向并行加工系统，所述光路传输系统包括激光器、设立在所述激光器上的扩束镜组件、至少一个反射镜、以及至少一个二维光路平移组件；

三轴运动系统，所述三轴运动系统用于控制工件的二维运动及并行加工系统的上下移动，所述三轴运动系统包括X轴驱动模块、Y轴驱动模块、以及Z轴驱动模块，所述X轴驱动模块设立在所述基座的底座上，所述Y轴驱动模块设立在所述X轴驱动模块上且相互垂直，所述Z轴驱动模块设立在所述横梁上且与X轴驱动模块和Y轴驱动模块垂直；

并行加工系统，所述并行加工系统用于对待工件进行加工，所述并行加工系统包括至少一个加工模块，所述并行加工系统安装在所述三轴运动系统的Z轴驱动模块上；

控制系统，所述控制系统用于控制光路传输系统、三轴运动系统。

优选的，所述X轴驱动模块上还设有X轴运动连接板，所述X轴运动连接板上安装Y轴驱动模块。所述Y轴驱动模块上还设有Y轴运动连接板，所述Y轴运动连接板上安装工件连接板。所述Z轴驱动模块上还设有Z轴运动连接板，所述Z轴运动连接板上安装并行加工系统。所述X轴驱动模块、Y轴驱动模块、Z轴驱动模块分别采用集成好的高精度直线模组。

优选的，所述X轴驱动模块、Y轴驱动模块、Z轴驱动模块还可采用直线驱动机构，所述直线驱动机构包括导轨、驱动电机、丝杠以及高精度光栅尺模块。

优选的，所述加工模块包括分光模块和聚焦模块，所述分光模块对光束进行整形，调整光束偏振方向，并进行分光处理形成反射光和透射光，所述反射光键入与之配套的聚焦模块进行加工，所述透射光进入下一个加工模块的分光模块。

优选的，所述激光加工装置还包括用于检测加工过程中工件多次定位的旁轴定位系统。

优选的，所述激光加工装置还包括用于测量加工点距离并对距离偏差进行修正的焦距测量模块，所述焦距测量模块包括测距传感器和数控系统。

本实用新型与现有技术相比，本实用新型通过三轴运动系统和光路传输系统的结合，实现工件的加工技术，在三轴运动系统种，通过X/Y两轴控制工件的水平移动，Z轴控制并行加工系统的上下移动，尤其并行加工系统包括多个加工模块，这样光路传输系统发射的激光能够通过并行加工系统的多个加工模块实现多个工件的加工，提高工作效率又节省成本；同时采用旁轴定位系统和焦距测量模块，保证了加工的精准度。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型其中一个实施例的结构示意图。

图2为本实用新型其中一个实施例的光路组成图。

图3为本实用新型其中一个实施例的旁轴定位系统的结构示意图。

图4为本实用新型其中一个实施例的焦点测量模块的原理图。

图5为本实用新型其中一个实施例的测量结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本实实用新型实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。

下面结合附图，通过具体的实施例以及应用场景对本实用新型实施例提供的一种高精度高效率的激光加工装置进行详细地说明。

如图1、2所示，本实用新型提供一种高精度高效率的激光加工装置，包括：

基座100，所述基座100用于安装光路传输系统200、三轴运动系统300、以及控制系统，所述基座100包括底座101、设立在所述底座101上的至少一个立柱、以及横梁104；

在本实用新型中，立柱为两个：第一立柱102和第二立柱103。

在本实用新型的实施例中，可以理解，所述基座100呈现龙门式结构。可选的，所述基座100还可以根据不同的使用环境选择不同的结构。

在本实用新型的实施例中，可以理解，所述基座100的底座101可固定在地面上或固定在一些定制的地方。

光路传输系统200，所述光路传输系统200用于发射光束和调整光束，并射向并行加工系统400，所述光路传输系统200包括激光器201、设立在所述激光器201上的扩束镜组件202、至少一个反射镜、以及至少一个二维光路平移组件；

在本实用新型的实施例中，可以理解，所述光路传输系统200可根据实际需求进行反射镜和二维光路平移组件的增添或减少。

三轴运动系统300，所述三轴运动系统300用于控制工件的二维运动及并行加工系统400的上下移动，所述三轴运动系统300包括X轴驱动模块301、Y轴驱动模块303、以及Z轴驱动模块306，所述X轴驱动模块301设立在所述基座100的底座101上，所述Y轴驱动模块303设立在所述X轴驱动模块301上且相互垂直，所述Z轴驱动模块306设立在所述横梁104上且与X轴驱动模块301和Y轴驱动模块303垂直；

在本实用新型的实施例中，优选的，所述X轴驱动模块301上还设有X轴运动连接板302，所述X轴运动连接板302上安装Y轴驱动模块303。所述Y轴驱动模块303上还设有Y轴运动连接板304，所述Y轴运动连接板304上安装工件连接板。所述Z轴驱动模块306上还设有Z轴运动连接板307，所述Z轴运动连接板307上安装并行加工系统400。所述X轴驱动模块301、Y轴驱动模块303、Z轴驱动模块306分别采用集成好的高精度直线模组。

在本实用新型的实施例中，可选的，所述X轴驱动模块301、Y轴驱动模块303、Z轴驱动模块306还可采用直线驱动机构，所述直线驱动机构包括导轨、驱动电机、丝杠以及高精度光栅尺模块保证运行的精度。

并行加工系统400，所述并行加工系统400用于对待工件进行加工，所述并行加工系统400包括至少一个加工模块，所述并行加工系统400安装在所述三轴运动系统300的Z轴驱动模块306上；

在本实用新型的实施例中，可以理解，所述加工模块包括分光模块501和聚焦模块502，所述分光模块501对光束进行整形，调整光束偏振方向，并进行分光处理形成反射光和透射光，所述反射光键入与之配套的聚焦模块502进行加工，所述透射光进入下一个加工模块的分光模块501。

在本实用新型的实施例中，可以在满足加工需求的情况下，对加工模块可以进行增加或减少。

控制系统，所述控制系统用于控制光路传输系统200、三轴运动系统300。

在本实用新型的实施例中，优选的，所述激光加工装置还包括用于检测加工过程中工件多次定位的旁轴定位系统。

在本实用新型的实施例中，优选的，所述激光加工装置还包括用于测量加工点距离并对距离偏差进行修正的焦距测量模块，所述焦距测量模块包括测距传感器和数控系统。

本实用新型提供一个实施例，如图1、2所示，将本实用新型的激光加工装置基座100的底座101固定在地面上或固定在制定的地方，然后将三轴运动系统300、光路传输系统200以及控制系统安装在基座100上。

将三轴运动系统300的X轴驱动模块301安装在基座100的底座101上，X轴驱动模块301上安装X轴运动连接板302，X轴运动连接板302安装Y轴驱动模块303、Y轴驱动模块303上安装Y轴运动连接板304，Y轴运动连接板304上安装工件连接板，其中，X轴驱动模块301与Y轴驱动模块303的直线运动方向在水平面上成垂直状态。

将三轴运动系统300的Y轴驱动模块303安装在基座100的横梁104上，Z轴驱动模块306上安装有Z轴运动连接板307，Z轴运动连接板307上安装并行加工系统400，其中，Y轴驱动模块303的直线运动方向与X轴驱动模块301与Y轴驱动模块303的直线运动方向组成的平面垂直。

所述X轴驱动模块301、Y轴驱动模块303、Z轴驱动模块306分别采用集成好的高精度直线模组.

光路传输系统200由超快激光器201、扩束镜组件202、第一反射镜组件203、第二反射镜组件204、第三反射镜组件205、第五反射镜组件206和二维光路平移组件207组成。光路最终进入到并行加工系统400。

并行加工系统400由第一加工模块401、第二加工模块402、第三加工模块403、第四加工模块404组成。其中加工模块有分光模块501和聚焦模块502组成，所述分光模块501对入射光束进行整形，调整光束偏振方向，并进行分光处理形成反射光和透射光，所述反射光键入与之配套的聚焦模块502进行加工，所述透射光进入第二加工模块402的分光模块501，依次类推直至第四加工模块404。

分光模块501通过对入射光束进行的整形，使得各个加工模块输出的功率大致相同。

本实用新型还提供一个实施例，所述X轴驱动模块301、Y轴驱动模块303、Z轴驱动模块306采用集成好的高精度直线模组还可替换为直线驱动机构，所述直线驱动机构包括导轨、驱动电机、丝杠以及高精度光栅尺模块保证运行的精度。

本实用新型还提供一个实施例，在并行加工系统400中设立旁轴定位系统，旁轴定位系统中的相机感光元件1可以将镜头2会聚的被测工件4的光信号转化为电信号并传送给计算机，或相机输出模拟信号通过图像采集卡3将模拟信号转为数字信号传动给计算机，经过计算机处理后即可得到被测零件的图像信息，被测工件4的尺寸与其图像有一定的对应关系，经过图像处理软件的分析处理后即可得到所需要的测量结果。旁轴定位系统的相机成像系统光轴与激光刻蚀系统光轴非同轴放置，成像系统光轴与激光光轴平行，两轴相对位置固定互不影响，测量精度高，结构紧凑、可保证大工作距离远心成像，工作原理如图3所示。

本实用新型还提供一个实施例，在并行加工系统400中设立焦距测量模块的测距传感器5和CCD测量器6借助机床的运动将加工点移到测距传感器的位置(自动考虑X、Y、Z轴偏置量)，测距传感器根据工艺试验数据将加工点的距离偏差量反馈到数控系统，数控系统对距离偏差进行修正，保证自动加工时激光焦斑定位在被加工件的加工表面，焦距测量模块采用三角形测量法。如图4、5所示。尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，包括：

基座，所述基座用于安装光路传输系统、三轴运动系统、以及控制系统，所述基座包括底座、设立在所述底座上的至少一个立柱、以及横梁；

光路传输系统，所述光路传输系统用于发射光束和调整光束，并射向并行加工系统，所述光路传输系统包括激光器、设立在所述激光器上的扩束镜组件、至少一个反射镜、以及至少一个二维光路平移组件；

三轴运动系统，所述三轴运动系统用于控制工件的二维运动及并行加工系统的上下移动，所述三轴运动系统包括X轴驱动模块、Y轴驱动模块、以及Z轴驱动模块，所述X轴驱动模块设立在所述基座的底座上，所述Y轴驱动模块设立在所述X轴驱动模块上且相互垂直，所述Z轴驱动模块设立在所述横梁上且与X轴驱动模块和Y轴驱动模块垂直；

并行加工系统，所述并行加工系统用于对待工件进行加工，所述并行加工系统包括至少一个加工模块，所述并行加工系统安装在所述三轴运动系统的Z轴驱动模块上；

控制系统，所述控制系统用于控制光路传输系统、三轴运动系统。

2.如权利要求1所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，所述X轴驱动模块上还设有X轴运动连接板，所述X轴运动连接板上安装Y轴驱动模块。

3.如权利要求1所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，所述Y轴驱动模块上还设有Y轴运动连接板，所述Y轴运动连接板上安装工件连接板。

4.如权利要求1所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，所述Z轴驱动模块上还设有Z轴运动连接板，所述Z轴运动连接板上安装并行加工系统。

5.如权利要求1、2、3和4任一项所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，X轴驱动模块、Y轴驱动模块、Z轴驱动模块分别采用集成好的高精度直线模组。

6.如权利要求5所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，还可采用直线驱动机构，所述直线驱动机构包括导轨、驱动电机、丝杠以及高精度光栅尺模块。

7.如权利要求1所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，所述加工模块包括分光模块和聚焦模块，所述分光模块对光束进行整形，调整光束偏振方向，并进行分光处理形成反射光和透射光，所述反射光键入与之配套的聚焦模块进行加工，所述透射光进入下一个加工模块的分光模块。

8.如权利要求1所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括用于检测加工过程中工件多次定位的旁轴定位系统。

9.如权利要求1所述的一种高精度高效率的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括用于测量加工点距离并对距离偏差进行修正的焦距测量模块，所述焦距测量模块包括测距传感器和数控系统。

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