自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置，包括光电传感器阵列架，光电传感器阵列架的中心处设有激光头，激光头的正下方设有加工平台，加工平台上设有加工工件，激光头经激光出光口发射的激光束垂直照射至加工工件上，所述激光束对加工工件进行烧蚀产生等离子体辐射光信号；加工平台的下方设有三自由度平移台。本实用新型专利技术解决了目前行业内无法自动精准地跟随激光焦点位置的问题。业内无法自动精准地跟随激光焦点位置的问题。业内无法自动精准地跟随激光焦点位置的问题。

【技术实现步骤摘要】
自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置


[0001]本技术属于激光加工
，涉及一种自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置。

技术介绍

[0002]近年来，强激光凭借其多种优良的性能，被广泛应用于特种加工行业。随着社会发展，技术进步，市场及客户对强激光加工的精度提出更高要求。而强激光加工的精度与强激光焦点的位置有着密切关系，在强激光束对金属工件进行切/刻/焊等加工操作时，保持工件待加工曲面始终处于激光束的焦平面处(简称“随焦”)，是确保加工精度的关键技术。需要说明的是，本技术中所提到的“焦点”，更准确地说是激光对所加工材料而言的最佳烧蚀位置点，指的是距离激光头的某位置处，具有最佳的烧蚀深度和效果，而非纯光学意义上的焦点。
[0003]现有随焦方法按其工作原理可分为建模法和测距法。建模法是根据待加工件模型来计算载物台升降预设值的，因此该方法不能自适应工件尺寸容差；测距法目前最为常用，是基于电容或者激光三角测距原理来保持焦平面与待加工面的距离不变的，因此该方法不适用于曲率较大的曲面。上述方法均是以激光透镜组焦距不变为前提，而忽略了强激光“热透镜”效应带来的误差，因此不能自适应加工过程中需不断变化的激光功率调控。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置，解决了目前行业内无法自动精准地跟随激光焦点位置的问题。
[0005]本技术所采用的技术方案是，自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置，包括光电传感器阵列架，光电传感器阵列架的中心处设有激光头，激光头的正下方设有加工平台，加工平台上设有加工工件，激光头经激光出光口发射的激光束垂直照射至加工工件上，所述激光束对加工工件进行烧蚀产生等离子体辐射光信号；加工平台的下方设有三自由度平移台。
[0006]本技术的特点还在于：
[0007]光电传感器阵列架包括圆形的架体，圆形架体被均匀分成四部分圆弧架，位于同一对角线上的两个圆弧架上分别同时设有宽禁带紫外传感器和硅光电传感器，架体朝向加工工件的一侧设有摄像头，摄像头、宽禁带紫外传感器及硅光电传感器位于架体的同一侧；宽禁带紫外传感器及硅光电传感器分别依次连接有加法器、积分器、ADC处理器器及微控制器，微控制器还连接摄像头。
[0008]圆形架体上均匀开设有四个凹槽，四个所述凹槽将圆形架体分隔成了四个圆弧架。
[0009]激光头的四周分别通过四个螺栓与架体连接，四个螺栓恰好嵌在四个凹槽内。
[0010]四个螺栓与激光头的接触处设有压力缓冲垫。
[0011]本技术的有益效果为：本技术自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置利用光电传感器阵列架装置上的宽禁带光电传感器的日盲特性，对激光烧蚀产生的等离子体的紫外分量进行响应，通过积分加法器电路对测得的信号处理，记录处理等离子体辐射强度值，从而根据强度值与离焦量的关系达到精准随焦的目的。系统能自适应激光功率变化、工件容差、温度变化、环境光变化、低频振动，可用于精准随焦。本技术系统具有高精度，高自适应性的优点。
附图说明
[0012]图1是本技术自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置的结构示意图；
[0013]图2是本技术自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置中光电传感器阵列架的仰视图；
[0014]图3是本技术自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置中辐射信号处理框；
[0015]图4是本技术自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置中三自由度平移台的结构示意图；
[0016]图5是本技术自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置的加工方法实施例加工所得的视图。
[0017]1.激光头，2.激光出光口，3.激光束，4.加工平台，5.加工工件，6.等离子体，8.螺栓，9.压力缓冲垫，10.光电传感器阵列架，12.宽禁带紫外传感器，15.硅光电传感器，17.加法器，18.积分器，19.ADC处理器,20.微控制器，22.电源信号总线；
[0018]23.三自由度平移台，23
‑
1.X方向位移平台，23
‑
2.Z方向位移平台，23
‑
3.Y方向位移平台；
[0019]24.架体，27.摄像头。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。
[0021]本技术自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置，如图1～2所示，包括光电传感器阵列架10，光电传感器阵列架10的中心处设有激光头1，激光头1的正下方设有加工平台4，加工平台4上为加工工件5。激光头1经激光出光口2发射的激光束3照射至加工工件5上，激光束3对加工工件5进行烧蚀产生等离子体6辐射光信号。
[0022]光电传感器阵列架10包括圆形的架体24，圆形架体24被均匀分成四部分圆弧架，位于同一对角线上的两个圆弧架上分别同时设有宽禁带紫外传感器12和硅光电传感器15，架体24朝向加工工件的一侧设有摄像头27，摄像头27、宽禁带紫外传感器12及硅光电传感器15位于架体的同一侧；如图3所示，宽禁带紫外传感器12及硅光电传感器15分别依次连接有加法器17、积分器18、ADC处理器器19及微控制器20，微控制器20还连接摄像头27。
[0023]激光头1的四周分别通过四个螺栓8与架体24连接，四个螺栓8与激光头1的接触处设有压力缓冲垫9。
[0024]宽禁带紫外传感器12采集不同方位加工下的等离子体6紫外辐射光信号，并通过加法器17累加同一时刻下的紫外辐射信号和，通过积分器18计算单位脉冲下的紫外辐射强
度，采集固定时间间隔的信号通过ADC处理器19采集积分结果，把采集的结果传输到微控制器20。在随焦过程中，有可能因为激光焦点与加工平面距离(下称离焦量)过大导致紫外辐射光信号过小，此时选通硅光电传感器15，采集不同方位加工下的等离子体6辐射光信号，采集的信号通过加法器17、积分器18、ADC处理器19。当硅光电传感器15与宽禁带紫外传感器12接收到信号均小于阈值时，读取摄像头27图像信号，拍摄激光光斑几何尺寸，采集的结果传输到微控制器20。
[0025]如图4所示，加工平台4下方设有三自由度平移台23，电源信号总线22提供三自由度平移台23、光电传感器阵列架10工作电源、摄像头27工作电源，电源信号总线22传输加工平台4的位移距离信号、光电传感器阵列架10上的等离子体辐射信号以及摄像头27图像信号，以及控制加工平台4的移动信号。利用强激光束高精度随焦加工工件曲面方法如下。三自由度平移台23包括X方向位移平台23
‑
1、Z方向位移平台23
‑
2、Y方向位移平台23
‑
3。
[0026]步骤1，调整加工平台4向下移动，至加工平台4最低位置处，并固定光电传感器阵列架10在激光头上。设定加工过程中宽禁带紫外传感器12采集数据的期望值为Ex1、允许误差为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置，其特征在于：包括光电传感器阵列架，光电传感器阵列架的中心处设有激光头，激光头的正下方设有加工平台，加工平台上设有加工工件，激光头经激光出光口发射的激光束垂直照射至加工工件上，所述激光束对加工工件进行烧蚀产生等离子体辐射光信号；加工平台的下方设有三自由度平移台。2.根据权利要求1所述的自适应任意金属曲面的强激光精密加工装置，其特征在于：所述光电传感器阵列架包括圆形的架体，架体被均匀分成四部分圆弧架，位于同一对角线上的两个圆弧架上分别同时设有宽禁带紫外传感器和硅光电传感器，架体朝向加工工件的一侧设有摄像头，摄像头、宽禁带紫外传...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊培羽，王伟，刘旭阳，陈炜龙，罗玉鹏，陈学琰，党博涛，姚乐，王馨梅，张翔，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：新型
国别省市：