一种金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法技术

本发明专利技术提供了一种金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法，主要解决了传统激光刻蚀路径设计方法无法实现不规则形状刻痕加工以及网格点集填充激光刻蚀路径导致加工效率较低的问题。本发明专利技术首先对Ω形刻痕图样进行规则图形的拆分和还原，其次采用点集制图软件生成Ω形刻痕点集群，并基于点集群进行Ω形刻痕路径的设计并进行初步绘制；再次使用皮秒激光加工工艺进行Ω形刻痕的加工；最后对出现的缺陷进行修正后完成金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工。本发明专利技术提供的设计方法可用于大尺寸、任意刻痕深度、任意材料的Ω形刻痕金属膜片的皮秒激光加工，进而将带有Ω形刻痕的金属膜片应用于液体火箭发动机膜片阀。膜片应用于液体火箭发动机膜片阀。膜片应用于液体火箭发动机膜片阀。

【技术实现步骤摘要】
一种金属膜片
Ω
形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法


[0001]本专利技术涉及金属带材或者箔材的皮秒激光加工方法，尤其涉及一种金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法。

技术介绍

[0002]Ω形刻痕的金属膜片是在金属带材或者板材上加工出形状为Ω形、一定深度的盲槽，焊接配套于液体火箭发动机膜片阀上。膜片阀是保证液体火箭发动机可靠工作的重要部件，在推进剂加注贮存时，膜片阀为常闭状态，将推进剂与发动机内腔隔离开；在发动机工作时，膜片阀在一定的正向压力差作用下，于Ω形刻痕处破裂打开。
[0003]皮秒激光刻蚀工艺可以实现金属膜片刻痕的加工并保证设计要求性能。目前膜片阀产品配套的C形刻痕金属膜片已形成一套成熟的激光刻蚀路径设计方法：1)采用点集制图软件绘制圆形点集；2)采用CAD制图软件修正出“C形”；3)采用CAD制图软件进行刻痕剩余厚度、刻痕底部形貌的修正。但是，上述方法仅能满足“C形”刻痕或者其它规则形状刻痕的激光路径设计，对于不规则形状的刻痕则完全不适用。
[0004]由于产品设计需求，Ω形刻痕因其铰接长度较大，可以避免金属膜片沿刻痕破裂后脱落形成发动机多余物的风险，越来越多被应用至尺寸大、刻痕深度大的金属膜片设计中。由于点集制图软件只能生成基于圆形和矩形等规则图形以及圆环、矩形环等延伸图形的点集，因此Ω形刻痕无法通过上述方法进行激光刻蚀路径的绘制。
[0005]针对不规则形状的激光刻蚀路径点集设计，常规方法是采用网格线点集填充去除，但是，对于膜片阀产品配套的金属膜片，由于其刻痕尺寸大、宽度窄、深度大，该种激光刻蚀路径的设计方式会导致激光器的频繁启停并进一步导致金属膜片的生产效率降低，无法应用至工业生产中。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法，主要解决了传统的激光刻蚀路径设计方法无法实现不规则形状刻痕的加工以及网格点集填充激光刻蚀路径导致加工精度及效率低的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0008]一种金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1，依据金属膜片Ω形刻痕的图样，进行规则图形的拆分和还原，将Ω形拆分成圆弧段和直线段，并将圆弧段还原成对应的圆形；
[0010]步骤2，采用点集制图软件定义步骤1中所述圆心的坐标、圆形的半径、点集圈数、单圈点个数及相位，形成圆形点集群，其中相位的定义可使相邻两条或者多条单线的点间隔分布；采用CAD制图软件定义步骤1中所述直线段的起始点和终止点的坐标，形成直线段点集群；
[0011]步骤3，采用CAD制图软件基于步骤2所形成的点集群进行Ω形的单线激光刻蚀路径的设计；
[0012]步骤4：采用CAD制图软件在单线激光刻蚀路径的基础上，将多个相邻的不同相位的单线Ω形激光刻蚀路径组合在一起，形成Ω形刻痕基体；针对Ω形刻痕基体，采用偏移复制实现Ω形刻痕刻蚀路径的初步绘制，得到Ω形刻痕的设计数据；
[0013]步骤5，采用步骤4所得设计数据，使用皮秒激光加工工艺进行金属膜片Ω形刻痕的加工；
[0014]步骤6，对步骤5所得的Ω形刻痕，采用3D激光测量仪对刻痕深度及其底部形貌进行测量分析，得到不同位置局部刻痕深度均值和底部形貌的数据；
[0015]若所得数据与Ω形刻痕的设计数据一致，则完成金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工；
[0016]若所得数据与Ω形刻痕的设计数据不一致，则执行步骤7；
[0017]步骤7，对测量数据与Ω形刻痕的设计数据不一致的位置进行局部缺陷修正，完成金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工，得到所需要的金属膜片Ω形刻痕。
[0018]进一步地，皮秒激光刻蚀时通过扫描系统识别点集进行路线的规划和加工，步骤2中，为了保证Ω形不同位置处激光刻蚀去除体积的稳定一致，所述单圈点个数根据不同曲率圆形点集的点间距d
i
来确定，d
i
需满足公式：d
i
＝d0·
r0/r
i
，其中，d0为所拆分的任意圆形点集的点间距，r0为与d0对应圆形的半径，r
i
为与d
i
对应圆形的半径。
[0019]进一步地，为提升激光刻蚀加工的效率，同时保证刻蚀加工过程中的安全性，所述点间距d0和d
i
分别满足：0.2mm≤d0≤0.5mm且0.2mm≤d
i
≤0.5mm。
[0020]进一步地，步骤3具体为，通过将点集群综合导入CAD制图软件中，采用分解及修剪功能实现Ω形的单线点集绘制；采用合并及拟合功能实现Ω形的单线点集向多段线拟合的转化，实现Ω形的单线激光刻蚀路径的设计。
[0021]进一步地，步骤4中，所述不同相位的单线是指点分布存在相位差的单线，单线的相位P
i
依据公式P
i
＝2π[r
i
+(i
‑
1)
△
D]·
(i
‑
1)/(d
i
·
N)进行计算，其中：
△
D为两条单线之间的距离,i为刻痕基体中单线的顺序数，i取值集合为{i
∝
[0022]Z|1≤i≤N}；N为基体内单线数量。
[0023]进一步地，步骤4中，所述偏移复制的偏移距离offset＝N
·
△
D，所述偏移复制的次数N
offset
＝[H
‑
(N
‑
1)
△
D]/(N
·
△
D)，其中：H为刻痕的宽度。
[0024]进一步地，所述两条单线的间距
△
D需满足：0.01mm≤
△
D≤0.1mm，当
△
D值偏大容易造成刻痕底部表面粗糙度差，
△
D偏小容易导致刻痕底部热输入量偏大而过度烧蚀，并进一步影响产品的破裂压力。
[0025]进一步地，为提升激光刻蚀加工过程的顺利进行，步骤5中，所述皮秒激光加工工艺参数包括激光功率、激光扫描速率、激光加工次数、激光器开启延时、激光器关闭延时及扫描器跳转延时的参数设置。
[0026]进一步地，所述激光器开启、关闭延时选择范围为120μs～180μs；所述扫描器跳转延时选择范围为200μs～800μs。
[0027]进一步地，由于激光刻蚀过程中的骤停会产生烧蚀体积过量引入二次局部缺陷，步骤7的缺陷修正方法具体为：通过分析不同位置刻痕深度散差以及底部倾斜的数据，采用
CAD制图软件首先绘制出需要修正的Ω形刻痕局部激光刻蚀路径，进而将其进行分割，形成向激光终止点逐渐过渡的多个刻蚀路径，刻蚀路径的个数根据需要修正的刻痕深度进行设定，保证单个刻蚀路径的加工次数≤10；最后再次使用皮秒加工工艺进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，依据金属膜片Ω形刻痕的图样，进行规则图形的拆分和还原，将Ω形拆分成圆弧段和直线段，并将圆弧段还原成对应的圆形；步骤2，采用点集制图软件定义步骤1中所述圆心的坐标、圆形的半径、点集圈数、单圈点个数及相位，形成圆形点集群；采用CAD制图软件定义步骤1中所述直线段的起始点和终止点的坐标，形成直线段点集群；步骤3，采用CAD制图软件基于步骤2所形成的点集群进行Ω形的单线激光刻蚀路径的设计；步骤4：采用CAD制图软件在单线激光刻蚀路径的基础上，将多个相邻的不同相位的单线Ω形激光刻蚀路径组合在一起，形成Ω形刻痕基体；基于Ω形刻痕基体采用偏移复制实现Ω形刻痕刻蚀路径的初步绘制，得到Ω形刻痕的设计数据；步骤5，采用步骤4所得设计数据，使用皮秒激光加工工艺进行金属膜片Ω形刻痕的加工；步骤6，对步骤5所得的Ω形刻痕，采用3D激光测量仪对刻痕深度及其底部形貌进行测量分析，得到不同位置局部刻痕深度均值和底部形貌的数据；若所得数据与Ω形刻痕的设计数据一致，则完成金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工；若所得数据与Ω形刻痕的设计数据不一致，则执行步骤7；步骤7，对测量数据与Ω形刻痕的设计数据不一致的位置进行局部缺陷修正，完成金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工，得到所需要的金属膜片Ω形刻痕。2.根据权利要求1所述的金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法，其特征在于：步骤2中，所述单圈点个数根据不同曲率圆形点集的点间距d
i
来确定，d
i
需满足公式：d
i
＝d0·
r0/r
i
，其中，d0为所拆分的任意圆形点集的点间距，r0为与d0对应圆形的半径，r
i
为与d
i
对应圆形的半径。3.根据权利要求2所述的金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法，其特征在于：所述点间距d0和d
i
分别满足：0.2mm≤d0≤0.5mm且0.2mm≤d
i
≤0.5mm。4.根据权利要求3所述的金属膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蚀加工方法，其特征在于：步骤3具体为，通过将点集群综合导入CAD制图软件中，采用分解及修剪功能实现Ω形的单线点集绘制；采用合并及拟合功能实现Ω形的单线点集向多段线拟合的转化，实现Ω形的单线激光刻蚀路径的设计。5.根据权利要求4所述的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨祎，常涛，解庆，刘伟，张春红，张亮，张玻溶，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：