一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统，包括：选择性原位激光辅助模块，用于根据待加工复合材料在加工过程中的材料基体类型，选择不同的加工方式进行切削加工，即当材料基体类型为脆性颗粒时，采用原位激光辅助切削方式进行切削加工，可实现脆性颗粒的超精密加工；当材料基体类型为软金属基体时，采用金刚石切削方式进行切削加工，可实现软金属基体的超精密加工；激光高频调控模块，包括激光调控器和聚焦透镜，用于对激光光束光斑尺寸、形状、能量分布的精准调控，满足不同工件对激光光束质量的要求。本发明专利技术能实现复合材料不同区域的超精密加工以及原位激光辅助切削过程中实现激光光斑的精确调控。助切削过程中实现激光光斑的精确调控。助切削过程中实现激光光斑的精确调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统


[0001]本专利技术属于超精密加工
，更具体地，涉及一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统。

技术介绍

[0002]复合材料如铝基碳化硅、硅铝合金等，由软金属基体和脆性颗粒(硅、碳化硅等)组成，具有优异的机械性能、物理性能和化学性能，广泛应用于航空航天、电子封装等领域。随着应用领域的不断拓展，复合材料的加工表面质量要求越来越高，实现复合材料高表面质量加工具有重要意义。
[0003]单点金刚石切削通过精确控制切削工艺参数，可实现难加工材料的塑性域加工，常用于难加工材料的高质量成形和高表面质量加工中。对于单晶硅等硬脆材料，单点金刚石切削难以实现工艺参数的精准控制以实现塑性域加工，故材料仍以脆性断裂的方式去除，表面质量较低。原位激光辅助切削技术将单点金刚石切削技术和激光辅助加工技术相结合，高能激光光束通过金刚石刀具后作用于工件表面实现难加工材料的软化改性，增大材料临界塑脆转变深度，从而提高材料可加工性能。原位激光辅助切削技术在提高加工表面质量、减少刀具磨损、提高加工效率等方面显现出极大的优势，被广泛用于硬脆材料的高质量成形中。复合材料使用单点金刚石切削的方式加工时，硬脆性颗粒大大降低了延性铝基体的变形行为，容易造成脆性颗粒剥落，加工表面质量较低；使用原位激光辅助切削加工时，加工过程中产生的高温可能会导致材料铝基部分熔化，造成材料表面及亚表面损伤等现象。另一方面，材料熔化会造成黏刀，降低加工表面质量，同时加剧刀具磨损。因此亟需一种既能满足复合材料硬脆性颗粒改性，又能保证软金属基体超精密加工的方法。
[0004]且原位激光辅助加工过程中，不同激光光斑形状、光斑尺寸、能量分布将会对工件表面产生不同的影响。对于不同的工件，需采用不同的激光光束进行加工，然而现有微激光辅助加工对于激光质量的调控并没有太多的研究，大多局限于激光功率的调节。
[0005]因此，如何实现复合材料不同区域的超精密加工以及原位激光辅助切削过程激光光斑的精确调控是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统，既能实现复合材料不同区域的超精密加工，还能在原位激光辅助切削过程中实现激光光斑的精确调控。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统，包括：
[0008]选择性原位激光辅助模块，包括材料高速识别模块、激光发射装置和金刚石刀具，所述激光发射装置的激光谐振腔内设有电光调制器，所述激光发射装置用于发射激光，所述电光调制器用于根据所述材料高速识别模块识别到的待加工工件的材料基体类型，实时
控制所述激光加载的启停，从而实现对待加工工件不同基体的选择性加工；当识别到的材料基体类型为脆性颗粒时，利用聚焦激光辅助所述金刚石刀具进行切削加工；当识别到的材料基体类型为软金属基体时，直接利用所述金刚石刀具实现切削加工；
[0009]激光高频调控模块，包括激光调控器和聚焦透镜，所述激光调控器用于对所述激光发射装置发射的激光光斑形状、尺寸、能量进行高频调控；所述聚焦透镜用于将高频调控后的激光聚焦在所述金刚石刀具的切削刃口处，从而满足对不同待加工工件的辅助切削加工。
[0010]本专利技术提供的基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统，能实现复合材料不同区域的超精密加工以及原位激光辅助切削过程中实现激光光斑的精确调控。其中，采用选择性原位激光辅助加工的方式，可实现同一工件不同区域不同方式加工，即对于脆性颗粒，采用原位激光辅助加工的方式，利用激光加热软化材料，可有效提高脆性材料的塑性流动能力，抑制裂纹扩展、降低切削力，从而实现高效率高质量硬脆材料元件的超精密成形制造；对于软金属基体，采用普通切削的方式，可有效避免激光使材料变软造成黏刀等现象。同时还增设有激光高频调控模块，通过调节激光高频调控模块中激光调控器与聚焦透镜的距离，可实现激光光束质量的调整，满足不同工件对激光光束质量的要求，可适用于对不同工件的辅助切削加工。
[0011]在其中一个实施例中，所述光斑形状包括圆形光斑、椭圆形光斑或方形光斑；所述光斑直径为20～1000μm；所述能量分布包括均匀分布、高斯分布、椭圆高斯分布、超高斯分布或平顶高斯分布。
[0012]在其中一个实施例中，所述激光高频调控模块还包括保护窗口，所述保护窗口设置在所述聚焦透镜远离所述激光调控器的一侧。
[0013]在其中一个实施例中，所述激光发射装置的功率设置为0～100W。
[0014]在其中一个实施例中，所述激光发射装置采用光纤激光器。
[0015]在其中一个实施例中，所述材料高速识别模块包括信息快速采集单元和数据处理单元，其中，
[0016]所述信息快速采集单元，安装在所述金刚石刀具的前端，用于快速采集待加工工件的表面数据信息；
[0017]所述数据处理单元，与所述信息快速采集单元相连，用于收集和处理所述信息快速采集单元采集到的信息，并将采集到的信息处理为所述电光调制器的控制信号。
[0018]在其中一个实施例中，所述信息快速采集单元采用高速相机或光纤传感器。
[0019]在其中一个实施例中，所述数据处理单元采用工业级IPC，对所述高速相机采用二值化的图像识别处理，对所述光纤传感器采用光通量阈值比较处理。
附图说明
[0020]图1是一实施例中选择性加工系统的技术原理框图；
[0021]图2是一实施例中选择性加工系统辅助加工过程示意图；
[0022]图3是一实施例中选择性加工系统的结构示意图；
[0023]图4是一实施例中选择性加工系统辅助加工过程框图；
[0024]图5是一实施例中不同激光光束质量分布示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]本专利技术提供了一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统，可用于任何材料、形状的工件进行选择性加工，本专利技术以该系统用于对复合材料工件进行选择性加工为例进行详细说明。
[0027]参见图1～图3，本专利技术一实施例提供的基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统包括选择性原位激光辅助模块100和激光高频调控模块，其中，选择性原位激光辅助模块100用于根据待加工复合材料50在加工过程中的材料基体类型，选择不同的加工方式进行切削加工，即当材料基体类型为脆性颗粒时，采用原位激光辅助切削方式进行切削加工；当材料基体类型为软金属基体时，采用金刚石切削方式进行切削加工。
[0028]具体地，本实施例提供的选择性原位激光辅助模块100可包括材料高速识别模块110(图中未示出)、激光发射装置120和金刚石刀具130。
[0029]其中，材料高速识别模块110，采用微米级高速识本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统，其特征在于，包括：选择性原位激光辅助模块，包括材料高速识别模块、激光发射装置和金刚石刀具，所述激光发射装置的激光谐振腔内设有电光调制器，所述激光发射装置用于发射激光，所述电光调制器用于根据所述材料高速识别模块识别到的待加工工件的材料基体类型，实时控制所述激光加载的启停，从而实现对待加工工件不同基体的选择性加工；当识别到的材料基体类型为脆性颗粒时，利用聚焦激光辅助所述金刚石刀具进行切削加工；当识别到的材料基体类型为软金属基体时，直接利用所述金刚石刀具实现切削加工；激光高频调控模块，包括激光调控器和聚焦透镜，所述激光调控器用于对所述激光发射装置发射的激光光斑形状、尺寸、能量进行高频调控；所述聚焦透镜用于将高频调控后的激光聚焦在所述金刚石刀具的切削刃口处，满足对不同待加工工件的辅助切削加工。2.根据权利要求1所述的基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统，其特征在于，所述光斑形状包括圆形光斑、椭圆形光斑或方形光斑；所述光斑直径为20～1000μm；所述能量分布包括均匀分布、高斯分布、椭圆高斯分布、超高斯分布或平顶高斯分布。3.根据权利要求1或2所述的基于原位激光高频调控技术的选择性加工系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：许剑锋，林创挺，陈肖，郑正鼎，黄凯，张建国，肖峻峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：