CN212858196U - 一种用于复杂构件激光抛光的振镜装置和工作台 - Google Patents

Abstract

本申请适用于激光抛光技术领域，提供了一种用于复杂构件激光抛光的振镜装置和工作台，振镜装置包括支架、连接支架的激光输出件、连接支架的第一振镜组件、设置于激光输出件输出的激光的光路上的整形镜，以及连接支架且能够控制整形镜在第一方向上移动的第一位移驱动器；第一振镜组件能够引导激光向以预设的角度偏折于第一方向的方向出射，整形镜用于改变激光的光束波前。第一位移驱动器控制整形镜在第一方向上的移动，第一振镜组件偏折经过整形镜整形后的激光，进而控制激光在三维空间内的灵活移动，将激光聚焦在三维空间内的任一位置；可以在不必移动其他组件的前提下，实现激光汇聚点在第一方向上的移动，定位快速而准确。

Description

一种用于复杂构件激光抛光的振镜装置和工作台

技术领域

本申请涉及激光抛光技术领域，特别涉及一种用于复杂构件激光抛光振镜装置和工作台。

背景技术

现代制造业中常常需要对工件表面进行抛光，尤其对于通过SLM(Selectivelaser melting，选择性激光熔化)等3D打印技术获得的金属零件，其表面非常粗糙，后续的抛光是十分必要的。抛光工作传统意义上采用手工作业的方式，抛光精度差、效率低、抛光质量缺乏一致性和稳定性；而且，手工抛光的工作极其单调枯燥。针对这些问题，激光抛光应运而生，激光抛光属于非接触加工过程，通过计算机程序控制即可可以实现加工过程的自动化，可控性强，具有高精度、高效率和高稳定性等优点。

激光抛光技术离不开振镜对于激光束的控制。振镜对于激光并非完全反射，激光在振镜处存在能量损失，这部分能量损失会以热能的形式被传递至振镜本身；但是激光抛光又需要极高的功率密度，照射到振镜的激光需要进行进一步的聚焦才能够实现激光抛光。传统方案中，聚焦透镜本身的体积和质量较大，不便移动，即使有振镜的存在，激光往往也只能聚焦在特定的球面或者弧面上，激光的聚焦点无法在三维空间内任意移动。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种用于复杂构件激光抛光的振镜装置，旨在解决激光设备中激光的聚焦点无法在三维空间内任意移动的技术问题。

本申请是这样实现的，一种用于复杂构件激光抛光的振镜装置，包括支架、连接所述支架的激光输出件、连接所述支架的第一振镜组件、设置于所述激光输出件输出的激光的光路上的整形镜，以及连接所述支架且能够控制所述整形镜的移动的第一位移驱动器；所述第一振镜组件能够引导所述激光向以预设的角度偏折于第一方向的方向出射，所述整形镜用于改变所述激光的光束波前。

在本申请的一个实施例中，所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括连接所述支架的第二振镜组件和第三振镜组件，所述激光能够依次经过所述第一振镜组件、所述第二振镜组件和所述第三振镜组件的偏折后，向以预设的角度偏折于所述第一方向的方向出射。

在本申请的一个实施例中，所述第一振镜组件包括用于反射所述激光的第一反射镜片，以及用于控制所述第一反射镜片的转动的第一电机；所述第二振镜组件包括用于反射所述激光的第二反射镜片，以及用于控制所述第二反射镜片的转动的第二电机；所述第三振镜组件包括用于反射所述激光的第三反射镜片，以及用于控制所述第三反射镜片的转动的第三电机；所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机均连接所述支架。

在本申请的一个实施例中，所述第一反射镜片包括具有两个相互平行的底面的第一基底，以及贴合所述第一基底的其中一个底面设置的第一反射膜层；所述第二反射镜片包括具有两个相互平行的底面的第二基底，以及贴合所述第二基底的其中一个底面设置的第二反射膜层；所述第三反射镜片包括具有两个相互平行的底面的第三基底，以及贴合所述第三基底的其中一个底面设置的第三反射膜层；所述第一反射膜层、所述第二反射膜层和所述第三反射膜层对于所述激光的反射率均大于或者等于98％。

在本申请的一个实施例中，所述整形镜采用非球面反射镜，且所述激光能够依次经过所述第一反射镜片、所述整形镜、所述第二反射镜片和所述第三反射镜片的反射后，向以预设的角度偏折于所述第一方向的方向出射。

在本申请的一个实施例中，所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括非接触式温度计，所述非接触式温度计贴合所述激光输出件设置，且所述非接触式温度计与所述第一振镜组件相对设置。

在本申请的一个实施例中，所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括能够驱动所述支架在第二方向上移动的第二位移驱动器，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括能够驱动所述支架在第三方向上移动的第三位移驱动器，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向共同所在的平面。

在本申请的一个实施例中，所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括用于监测所述第一位移驱动器的位置的第一位置传感器、用于检测所述第二位移驱动器的位置的第二位置传感器，以及用于检测所述第三位移驱动器的位置的第三位置传感器。

在本申请的一个实施例中，所述第一位移驱动器、所述第二位移驱动器和所述第三位移驱动器均采用步进电机。

本申请的另一目的在于提供一种包括了如上所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，所述工作台还包括架设所述支架和所述第一位移驱动器的横梁、设置于所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置输出的所述激光照射的方向上的移动台、与所述激光输出件连接且用于产生激光的激光发生器，以及用于控制所述支架的移动的控制系统；所述移动台用于移动待加工的工件，所述激光发生器设置于所述移动台的一侧，所述控制系统设置于所述移动台的一侧；当所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括第二位移驱动器和第三位移驱动器时，所述第二位移驱动器和所述第三位移驱动器均连接所述横梁。

实施本申请任一实施例提供的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，至少能够达到以下有益技术效果：

本申请任一实施例提供的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，设置第一位移驱动器控制整形镜在第一方向上的移动，同时设置第一振镜组件偏折经过整形镜整形后的激光，进而可以控制激光在三维空间内的灵活移动，可以将激光聚焦在三维空间内的任一位置；第一位移驱动器驱动整形镜移动，可以在不必移动支架、激光输出件和其他组件的前提下，实现激光汇聚点在第一方向上的移动，定位快速而准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请的一个实施例提供的用于复杂构件激光抛光的振镜装置的结构示意图；

图2是本申请的一个实施例提供的工作台的结构示意图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

1-支架；2-激光输出件；31-第一振镜组件；311-第一反射镜片；312-第一电机；32-第二振镜组件；321-第二反射镜片；322-第二电机；33-第三振镜组件；331-第三反射镜片；332-第三电机；4-整形镜；51-第一位移驱动器；61-横梁； 62-移动工作台；63-激光发生器；64-控制系统。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1，本申请的一个实施例提供了一种用于复杂构件激光抛光的振镜装置，包括支架1、连接支架1的激光输出件2、连接支架1的第一振镜组件 31、设置于激光输出件2输出的激光的光路上的整形镜4，以及连接支架1且能够控制整形镜4的移动的第一位移驱动器51；第一振镜组件31能够引导激光向以预设的角度偏折于第一方向的方向出射，整形镜4用于改变激光的光束波前。

具体而言，本实施例提供的用于复杂构件激光抛光的振镜装置是这样工作的：

激光输出件2输出的激光，经过整形镜4的整形和第一振镜组件31的偏折后，在整形镜4的一倍焦距上形成高功率密度的平顶聚焦光斑，光斑在用于复杂构件激光抛光的振镜装置的控制下扫描过待加工工件的表面，即可实现激光抛光、激光打标和激光焊接等功能，尤其能够适用于对激光聚焦位置要求更为严格的激光抛光作业。经过整形镜4整形后的激光，会在预设的距离上汇聚成为高功率密度的光斑，通过第一位移驱动器51控制整形镜4移动，即可改变控制在激光在第一方向上汇聚的位置；通过控制第一振镜组件31的空间姿态，即可控制激光的照射方向，使得激光能够在一个锥角的范围内移动(该锥角的角平分线所指的方向即为第一方向)，这样，即可实现激光光斑聚焦位置在三维空间内的任意移动。

实施本实施例提供的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，至少能够达到以下有益技术效果：

本实施例提供的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，设置第一位移驱动器 51控制整形镜4在第一方向上的移动，同时设置第一振镜组件31偏折经过整形镜4整形后的激光，进而可以控制激光在三维空间内的灵活移动，可以将激光聚焦在三维空间内的任一位置；第一位移驱动器51驱动整形镜4移动，可以在不必移动支架1、激光输出件2和其他组件的前提下，实现激光汇聚点在第一方向上的移动，定位快速而准确。

在本实施例中，平顶聚焦光斑指的是，激光光斑各处的光功率密度是十分接近的，这样，在平面坐标-激光强度的关系图中，激光强度呈具有平顶的高凸起状，故称作平顶聚焦光斑。

作为本实施例的一个具体方案，第一位移驱动器51可以是被配置为驱动整形镜4在第二方向上移动的，其中，第二方向垂直于第一方向；激光输出件2 输出的激光首先照射到整形镜4，激光经过整形镜4后被第一振镜组件31反射后，照射到待加工工件的表面。

这样，第一位移驱动器51驱动整形镜4在第二方向上移动，即可控制激光在第一方向上最终的聚焦位置，进一步通过第一振镜组件31控制激光的偏折方向，即可控制激光在三维空间的任一位置聚焦。

请参阅图1，在本申请的一个实施例中，用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括连接支架1的第二振镜组件32和第三振镜组件33，激光能够依次经过第一振镜组件31、第二振镜组件32和第三振镜组件33的偏折后，向以预设的角度偏折于第一方向的方向出射。

对于一般的采用转动电机控制的振镜组件而言，单一振镜组件往往只能在一个维度上改变激光的照射方向，如果需要用一个振镜控制激光在二维方向上的移动，则需要十分复杂的控制软件和可以多维度运动的机械平台，这无疑会大大增加用于复杂构件激光抛光的振镜装置的成本。在本实施例中，在设置第一振镜组件31的基础上，额外设置第二振镜组件32和第三振镜组件33用于共同控制激光的光路，这样，三个振镜组件可以分别控制激光在多个维度上的转动，可以简化光路设计和硬件设备、也可以简化用于复杂构件激光抛光的振镜装置的控制程序，结构更加简单可靠。

请参阅图1，在本申请的一个实施例中，第一振镜组件31包括用于反射激光的第一反射镜片311，以及用于控制第一反射镜片311的转动的第一电机312；第二振镜组件32包括用于反射激光的第二反射镜片321，以及用于控制第二反射镜片321的转动的第二电机322；第三振镜组件33包括用于反射激光的第三反射镜片331，以及用于控制第三反射镜片331的转动的第三电机332；第一电机312、第二电机322和第三电机332均连接支架1。

作为本实施例的一个具体方案，第一电机312、第二电机322和第三电机 332均采用类似电流表计的电机结构，第一反射镜片311、第二反射镜片321 和第三反射镜片331则取代电流表计中的表针。这样，即可通过控制第一电机 312的输入电压控制第一反射镜片311的偏转角度，通过控制第二电机322的输入电压控制第二反射镜片321的偏转角度，通过控制第三电机332的输入电压控制第三反射镜片331的偏转角度。

请参阅图1，在本申请的一个实施例中，第一反射镜片311包括具有两个相互平行的底面的第一基底，以及贴合第一基底的其中一个底面设置的第一反射膜层；第二反射镜片321包括具有两个相互平行的底面的第二基底，以及贴合第二基底的其中一个底面设置的第二反射膜层；第三反射镜片331包括具有两个相互平行的底面的第三基底，以及贴合第三基底的其中一个底面设置的第三反射膜层；第一反射膜层、第二反射膜层和第三反射膜层对于激光的反射率均大于或者等于98％。

在第一基底上设置具备高反射率的第一反射膜层，在第二基底上设置具备高反射率的第二反射膜层，在第三基底上设置具备高反射率的第三反射膜层，能够提高激光输出件2输出的激光的利用效率的同时，还能够减少激光在第一反射镜片311、第二反射镜片321和第三反射镜片331处转化为热能的比例，提高第一反射镜片311、第二反射镜片321和第三反射镜片331的最大激光功率密度的阈值，从而能够耐受更高功率的激光，有助于激光设备的功率的进一步提高。

作为本实施例的一个具体方案，第一基底、第二基底和第三基底均采用厚度范围为2-7mm的石英基底、硅基底或者碳化硅基底。更为优选的，第一基底、第二基底和第三基底均采用碳化硅基底，碳化硅基底制成的第一基底、第二基底和第三基底具备远高于传统反射镜基底的刚度、更高的熔点和更低的质量密度，其应力设计也更容易处理。

在本申请的一个实施例中，整形镜4采用非球面反射镜，整形镜4可以是通过第一位移驱动器51连接支架1的，且激光能够依次经过第一反射镜片311、整形镜4、第二反射镜片321和第三反射镜片331的反射后，向以预设的角度偏折于第一方向的方向出射。

作为本实施例的一个具体方案，激光输出件2沿第二方向输出激光，激光首先照射到第一反射镜片311，被反射后的激光沿第一方向照射到整形镜4后，以接近原路返回的方向被反射，而后依次经过第二反射镜片321和第三反射镜片331的反射后，向以预设的角度偏折于第一方向的方向出射。

在本申请的一个实施例中，用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括非接触式温度计(图中未示出)，非接触式温度计贴合激光输出件2设置。

非接触式温度计通常是通过探测光谱实现非接触式温度测量的，在本实施例中，非接触式温度计贴合激光输出件2设置，被加工的工件反射的光能够直接沿原路返回并被非接触式温度计探测到。这样一来，不管用于复杂构件激光抛光的振镜装置的光路如何设置，激光输出件2发出的光必然是能够被非接触式温度计接收并测量的，从而无需设置单独的设备和控制程序对非接触式温度计进行控制，降低用于复杂构件激光抛光的振镜装置的成本。

在本申请的一个实施例中，用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括能够驱动支架1在第二方向上移动的第二位移驱动器(图中未示出)，第二方向垂直于第一方向；用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括能够驱动支架1在第三方向上移动的第三位移驱动器(图中未示出)，第三方向垂直于第一方向和第二方向共同所在的平面。这样能够进一步提高激光汇聚点在三维空间内的活动范围，且能够使得激光从不同的角度照射到待加工的工件表面。

在本申请的一个实施例中，用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括用于监测第一位移驱动器51的位置的第一位置传感器(图中未示出)、用于检测第二位移驱动器的位置的第二位置传感器(图中未示出)，以及用于检测第三位移驱动器的位置的第三位置传感器(图中未示出)。更为具体的，第一位移驱动器51、第二位移驱动器和第三位移驱动器均采用步进电机。步进电机具有更高的控制精度，第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器分别用于检测第一位移驱动器51、第二位移驱动器和第三位移驱动器的工作状态，形成实时的负反馈回路，进一步提高了第一位移驱动器51、第二位移驱动器和第三位移驱动器的控制精度。

请参阅图2，本申请的另一目的在于提供一种包括了如上所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置的工作台，工作台还包括架设支架1和第一位移驱动器51的横梁61、设置于用于复杂构件激光抛光的振镜装置输出的激光照射的方向上的移动台62、与激光输出件2连接且用于产生激光的激光发生器63，以及用于控制支架1的移动的控制系统64；移动台62用于移动待加工的工件，激光发生器63设置于移动台62的一侧，控制系统64设置于移动台62的一侧；当用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括第二位移驱动器和第三位移驱动器时，第二位移驱动器和第三位移驱动器均连接横梁61。

本申请各实施例提供的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，能够适配于大功率的激光发生器63，且能够控制激光的会聚点在三维空间内移动，具有高能量密度、高控制精度，以及响应快速等优点，能够适用于复杂构件的激光抛光，同时也能够适用于激光打标、激光切割和激光焊接等其他各种激光加工作业。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，包括支架、连接所述支架的激光输出件、连接所述支架的第一振镜组件、设置于所述激光输出件输出的激光的光路上的整形镜，以及连接所述支架且能够控制所述整形镜的移动的第一位移驱动器；所述第一振镜组件能够引导所述激光向以预设的角度偏折于第一方向的方向出射，所述整形镜用于改变所述激光的光束波前。

2.如权利要求1所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述振镜装置还包括连接所述支架的第二振镜组件和第三振镜组件，所述激光能够依次经过所述第一振镜组件、所述第二振镜组件和所述第三振镜组件的偏折后，向以预设的角度偏折于所述第一方向的方向出射。

3.如权利要求2所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述第一振镜组件包括用于反射所述激光的第一反射镜片，以及用于控制所述第一反射镜片的转动的第一电机；所述第二振镜组件包括用于反射所述激光的第二反射镜片，以及用于控制所述第二反射镜片的转动的第二电机；所述第三振镜组件包括用于反射所述激光的第三反射镜片，以及用于控制所述第三反射镜片的转动的第三电机；所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机均连接所述支架。

4.如权利要求3所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述第一反射镜片包括具有两个相互平行的底面的第一基底，以及贴合所述第一基底的其中一个底面设置的第一反射膜层；所述第二反射镜片包括具有两个相互平行的底面的第二基底，以及贴合所述第二基底的其中一个底面设置的第二反射膜层；所述第三反射镜片包括具有两个相互平行的底面的第三基底，以及贴合所述第三基底的其中一个底面设置的第三反射膜层；所述第一反射膜层、所述第二反射膜层和所述第三反射膜层对于所述激光的反射率均大于或者等于98％。

5.如权利要求3所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述整形镜采用非球面反射镜，且所述激光能够依次经过所述第一反射镜片、所述整形镜、所述第二反射镜片和所述第三反射镜片的反射后，向以预设的角度偏折于所述第一方向的方向出射。

6.如权利要求1-5任一项所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述振镜装置还包括非接触式温度计，所述非接触式温度计贴合所述激光输出件设置。

7.如权利要求1-5任一项所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述振镜装置还包括能够驱动所述支架在第二方向上移动的第二位移驱动器，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述振镜装置还包括能够驱动所述支架在第三方向上移动的第三位移驱动器，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向共同所在的平面。

8.如权利要求7所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述振镜装置还包括用于监测所述第一位移驱动器的位置的第一位置传感器、用于检测所述第二位移驱动器的位置的第二位置传感器，以及用于检测所述第三位移驱动器的位置的第三位置传感器。

9.如权利要求7所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，其特征在于，所述第一位移驱动器、所述第二位移驱动器和所述第三位移驱动器均采用步进电机。

10.一种工作台，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的用于复杂构件激光抛光的振镜装置，所述工作台还包括架设所述支架和所述第一位移驱动器的横梁、设置于所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置输出的所述激光照射的方向上的移动台、与所述激光输出件连接且用于产生激光的激光发生器，以及用于控制所述支架的移动的控制系统；所述移动台用于移动待加工的工件，所述激光发生器设置于所述移动台的一侧，所述控制系统设置于所述移动台的一侧；当所述用于复杂构件激光抛光的振镜装置还包括第二位移驱动器和第三位移驱动器时，所述第二位移驱动器和所述第三位移驱动器均连接所述横梁。

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