一种激光加工头、激光加工装置及其加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的激光加工头，包括连接板、第一旋转轴、第二旋转轴、连接件、线性模组、反射镜组件、扫描振镜，第一旋转轴定子固定在连接板上，连接件固定在第一旋转轴转子上，第二旋转轴的定子固定在连接件上，线性模组固定在第二旋转轴转子上，扫描振镜固定于线性模组的滑块上，滑块沿导轨直线运动，激光光束通过连接板后沿第一旋转轴的轴心入射进入第一反射镜，经第一反射镜反射后沿第二旋转轴的轴心进入第二反射镜，经第二反射镜反射后入射进入扫描振镜，再通过聚焦镜聚焦，实现对待加工件的曲面加工，由于第一旋转轴、第二旋转轴可以±100°回转，再配合机床的移动可到达被加工零件的任意位置，提高了加工效率及加工质量。另外，本发明专利技术还提供了一种激光加工装置及方法。

Laser processing head, laser processing device and processing method thereof

The laser processing head is provided, comprising a connecting plate, a first rotation shaft, second rotating shaft, connecting piece, linear module, mirror, scanning mirror, the first rotary shaft stator is fixed on the connecting plate, the connecting piece is fixed on the first axis of rotation of the rotor, the stator rotating shaft second is fixed on the connecting piece second, linear module is fixed on the rotating shaft of a rotor, a scanning mirror is fixed on the sliding block linear module, slide along the guide rail linear motion, the laser beam passes through the connecting plate along the axis of the incident after the first rotary shaft into the first reflector, the first reflector along the axis of rotation axis second after entering the second mirror, the the second mirrors the incident into the scanner, and then focused by a focusing mirror, to realize surface machining processing, since the first rotary shaft, the rotary shaft can be second + 100 Turning, and then with the movement of the machine tool, it can reach any position of the machined part, thus improving the processing efficiency and processing quality. In addition, the invention also provides a laser processing device and method.

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工头、激光加工装置及其加工方法
本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种激光加工头、激光加工装置及其加工方法。
技术介绍
随着激光加工技术的发展越来越成熟，激光刻蚀加工系统也越来越成熟，主要有二维刻蚀系统与三维刻蚀加工系统。传统的二维刻蚀系统通常针对平面零件的加工，请参阅图1为现有二维刻蚀系统，该刻蚀系统在完成调焦之后，通过2D扫描振镜实现平面图形的刻蚀加工，随着技术的发展，2D扫描振镜最大扫描范围已经达到500*500mm，但是如果加工工件尺寸大于这个范围，并且工件模型具有复杂表面特征的则需要搭配五轴甚至多轴工件变位设备以完成复杂曲面的刻蚀加工。专利号为CN201110048935.3提供了“一种适用于复杂曲面的激光加工方法及装置”介绍了利用2D扫描振镜配合五轴联动数控机床来实现复杂曲面的扫描加工，通过将装载在数控机床Z轴上的2D扫描振镜并配合工件的旋转平移来实现曲面加工。该方法首先根据激光振镜的加工范围将复杂曲面划分为多个曲面片，然后再根据激光焦深原则对每个曲面片划分子块，最后将各个子块投影成平面图形交给激光振镜加工。但是这种“复杂曲面的激光加工方法及装置”也存在如下问题：首先，在对曲面模型划分曲面片并建立曲面片坐标系时需要满足“在该曲面片坐标系下曲面片外表面任意位置的法线正方向与Z轴正方向的夹角小于90°”，出现这种局限性的原因在于该专利技术的扫描振镜固定安装于Z轴上，只能靠旋转工件来对各个分块曲面加工，然而一般旋转工作台行程有限，因此在加工陡峭曲面时(夹角大于90°的情况)需要划分多个曲面片，这必然会增加设备及加工的工作时间，降低效率。其次，加工大型三维曲面零件时需要增加旋转工作台尺寸，因此加工设备的总尺寸,重量及制造成本也会相应增加，结构形式很不灵活。
技术实现思路
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和问题，本专利技术提供一种加工效率高且加工质量好的激光加工头。一种激光加工头，包括：连接板；第一旋转轴，包括第一定子及可绕所述第一定子旋转的第一转子，所述第一定子固定于所述连接板上；连接件，其一端固定于所述第一转子上；第二旋转轴，包括第二定子及可绕所述第二定子旋转的第二转子，所述第二定子固定于所述连接件的另一端；线性模组，包括固定连接于所述第二转子的丝杆、套设于所述丝杆上的导轨，及可沿所述导轨滑动的滑块；反射镜组件，包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜固定连接于所述连接件上，所述第二反射镜固定连接于所述第二转子上；扫描振镜，固定连接于所述滑块；及聚焦镜；激光光束通过所述连接板后沿所述第一旋转轴的轴心入射进入所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后沿所述第二旋转轴的轴心进入所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射后入射进入所述扫描振镜，再通过所述聚焦镜聚焦。本专利技术一较佳实施方式中，还包括与所述线性模组固定连接的伺服电机，所述伺服电机通过驱动所述丝杆转动而使得所述滑块沿所述导轨滑动。本专利技术一较佳实施方式中，所述第一反射镜及第二反射镜的镜面方向可调。本专利技术一较佳实施方式中，还包括与所述线性模组信号连接的控制器，以及信号连接于所述控制器的位置传感器，所述位置传感器用于探测待加工件的位置，所述控制器根据待加工件的位置信息控制所述线性模组的移动以改变激光焦点的位置，使所述焦点与待加工件的加工面重合。另外，本专利技术还提供了一种激光加工装置，包括：激光器、激光加工头及固定所述激光加工头的机床，其中：所述激光器用于提供激光光束；所述激光加工头，包括：连接板；第一旋转轴，包括第一定子及可绕所述第一定子旋转的第一转子，所述第一定子固定于所述连接板上；连接件，其一端固定于所述第一转子上；第二旋转轴，包括第二定子及可绕所述第二定子旋转的第二转子，所述第二定子固定于所述连接件的另一端；线性模组，包括固定连接于所述第二转子的丝杆、套设于所述丝杆上的导轨，，及可沿所述导轨滑动的滑块；反射镜组件，包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜固定连接于所述连接件上，所述第二反射镜固定连接于所述第二转子上；扫描振镜，固定连接于所述滑块；及聚焦镜；所述激光器出射的光束通过所述连接板后沿所述第一旋转轴的轴心入射进入所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后沿所述第二旋转轴的轴心进入所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射后入射进入所述扫描振镜，再通过所述聚焦镜聚焦。本专利技术一较佳实施方式中，所述机床采用龙门定柱结构，包括：X轴、Y轴、Z轴及用于放置待加工件的工作台，其中，所述X轴用于驱动所述工作台做纵向移动，所述Y轴设置于所述机床的龙门横梁上，用于驱动所述激光器Z轴做横向运动，所述第一旋转轴和第二旋转轴安装于所述Z轴的下端，通过所述Z轴的运动带动所述第一旋转轴和第二旋转轴做垂直方向运动。此外，本专利技术还提供了一种激光加工方法，其包括如下步骤：S101、对待加工件的三维曲面模型进行分块处理；S102、提取每个分块曲面的中心点法向矢量坐标，并把各个分块曲面按照中心点法向矢量方向投影成平面图形，生成所述扫描振镜调用的图形格式；S103、将所述X轴、Y轴、Z轴、所述第一旋转轴和第二旋转轴所在的轴线定位于各个平面图形中心点的法向矢量方向上；S104、所述机床根据待加工件的表面距离控制所述线性模组的移动使所述激光器出射的光束聚焦于所述待加工件表面；S105、所述扫描振镜根据上述图形格式加工所述待加工件；S106、重复上述步骤S103至S105，实现所述待加工的加工。本专利技术一较佳实施方式中，其中，步骤S101中，分块处理的规则为：各个分块曲面的弦高不超过激光束焦深并且分块曲面大小在所述扫描振镜的加工范围内。本专利技术一较佳实施方式中，所述激光束焦深为0.95mm，所述扫描振镜的扫描范围为50*50mm。相对于现有技术，本专利技术提供的激光加工头，包括连接板、第一旋转轴、第二旋转轴、连接件、线性模组、反射镜组件、扫描振镜，第一旋转轴定子固定在连接板上，连接件固定在第一旋转轴转子上，第二旋转轴的定子固定在连接件上，丝杆固定在第二旋转轴转子上，扫描振镜固定于丝杆的滑块上，滑块沿导轨直线运动，激光光束通过连接板后沿第一旋转轴的轴心入射进入所述第一反射镜，经第一反射镜反射后沿第二旋转轴的轴心进入第二反射镜，经第二反射镜反射后入射进入扫描振镜，再通过聚焦镜聚焦，实现对待加工件的曲面加工，由于第一承轴、第二旋转轴可以±100°回转，再配合机床的移动可到达被加工零件的任意位置，提高了加工效率及加工质量。本专利技术还提供了一种激光加工装置，包括激光器、加工头及机床，由于加工头的第一旋转轴、第二旋转轴可以旋转，从而使得其加工不依赖于现有技术的旋转工作台，这样在加工具有复杂曲面的不同尺寸工件时，装置便于改造，结构灵活；且通过加工头的线性模组调整扫描振镜的移动，当第一旋转轴和第二旋转轴旋转到不同位姿时可通过移动线性模组实现聚焦加工，聚焦方式灵活。本专利技术还提供了一种激光加工方法，通过对待加工件的三维曲面模型进行分块处理，再提取每个分块曲面的中心点法向矢量坐标，并把各个分块曲面按照中心点法向矢量方向投影成平面图形，生成所述扫描振镜调用的图形格式，将所述X轴、Y轴、Z轴、所述第一旋转轴和第二旋转轴所在的轴线定位于各个平面图形中心点的法向矢量方向上，所述机床根据待加工件的表面距离控制所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工头，其特征在于，包括：连接板；第一旋转轴，包括第一定子及可绕所述第一定子旋转的第一转子，所述第一定子固定于所述连接板上；连接件，其一端固定于所述第一转子上；第二旋转轴，包括第二定子及可绕所述第二定子旋转的第二转子，所述第二定子固定于所述连接件的另一端；线性模组，包括固定连接于所述第二转子的丝杆、套设于所述丝杆上的导轨，可沿所述导轨滑动的滑块；反射镜组件，包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜固定连接于所述连接件上，所述第二反射镜固定连接于所述第二转子上；扫描振镜，固定连接于所述滑块；及聚焦镜；激光光束通过所述连接板后沿所述第一旋转轴的轴心入射进入所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后沿所述第二旋转轴的轴心进入所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射后入射进入所述扫描振镜，再通过所述聚焦镜聚焦。

【技术特征摘要】
1.一种激光加工头，其特征在于，包括：连接板；第一旋转轴，包括第一定子及可绕所述第一定子旋转的第一转子，所述第一定子固定于所述连接板上；连接件，其一端固定于所述第一转子上；第二旋转轴，包括第二定子及可绕所述第二定子旋转的第二转子，所述第二定子固定于所述连接件的另一端；线性模组，包括固定连接于所述第二转子的丝杆、套设于所述丝杆上的导轨，可沿所述导轨滑动的滑块；反射镜组件，包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜固定连接于所述连接件上，所述第二反射镜固定连接于所述第二转子上；扫描振镜，固定连接于所述滑块；及聚焦镜；激光光束通过所述连接板后沿所述第一旋转轴的轴心入射进入所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后沿所述第二旋转轴的轴心进入所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射后入射进入所述扫描振镜，再通过所述聚焦镜聚焦。2.如权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，还包括与所述线性模组信号连接的伺服电机，所述伺服电机通过驱动所述丝杆转动而使得所述滑块沿所述导轨滑动。3.如权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，所述第一反射镜及第二反射镜的镜面方向可调。4.如权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，还包括与所述线性模组信号连接的控制器，以及信号连接于所述控制器的位置传感器，所述位置传感器用于探测待加工件的位置，所述控制器根据待加工件的位置信息控制所述线性模组的移动以改变激光焦点的位置，使所述焦点与待加工件的加工面重合。5.一种激光加工装置，其特征在于，包括：激光器、激光加工头及固定所述激光加工头的机床，其中：所述激光器用于提供激光光束；所述激光加工头，包括：连接板；第一旋转轴，包括第一定子及可绕所述第一定子旋转的第一转子，所述第一定子固定于所述连接板上；连接件，其一端固定于所述第一转子上；第二旋转轴，包括第二定子及可绕所述第二定子旋转的第二转子，所述第二定子固定于所述连接件的另一端；线性模组，包括固定连接于所述第二转子的丝杆，套设于所述丝杆上的导轨，...

【专利技术属性】
技术研发人员：江浩，石涛，杨小君，李明，武杰杰，王强，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61