一种自适应激光刻型方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应激光刻型方法，包括：获得激光器的激光输出功率、激光占空比与保护胶层加工深度之间的映射关系并建立工艺参数库模板；调整激光头与待加工板材之间的位置并进行加工参数初始化；利用所述激光头对待加工板材的保护胶层进行刻型并实时测量所述保护胶层的当前厚度；根据所述保护胶层的当前厚度调用所述工艺参数库模板并计算当前位置的实际加工功率和实际加工频率；利用所述实际加工功率和实际加工频率对当前位置的保护胶层进行刻型。本发明专利技术通过构建工艺参数库模板，能够根据保护胶层的当前厚度实施调整激光加工参数，实现了保护胶层的精准刻蚀，避免对金属基材产生损伤。属基材产生损伤。属基材产生损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应激光刻型方法


[0001]本专利技术属于航空航天表面制造
，具体涉及一种自适应激光刻型方法。

技术介绍

[0002]航空航天薄壁类金属结构零件在切削加工后常采用化学铣削(简称化铣)工艺再进行材料去除加工，即通过化学溶液腐蚀的方式去除零件上多余的材料，形成设计要求的加强筋、凸台等结构，以获得减重效果，同时不改变零件应力状态。在化铣工艺中，需先在工件表面涂覆保护胶，然后在需要化铣部分的保护胶层上刻出设计图案并将胶层剥离，使化铣表面暴露出来，该过程称为刻型加工(简称为刻型)。
[0003]数控激光刻型是近年来发展起来的一种新的刻型加工方法，它在多轴联动数控机床上以激光束作为刻型加工的“刀具”，按照基于化铣几何图案(或数模)和工艺参数预先编制的数控加工程序，在光机电协同控制系统的控制下，用激光烧蚀方法在保护胶层上刻划出几何图案，去除胶层，完成刻型加工。激光刻型将激光加工与数控技术、数字化制造工艺相结合，实现程序自动控制的刻型加工，具有高精度、高效率、数字化和柔性化等特点，并且可适应复杂曲面上的一次/二次刻型，为解决航空航天复杂薄壁类结构件化铣工艺中刻型加工的瓶颈问题，提供了一个新的解决方案。
[0004]随着工业设计能力的不断优化提升，航空航天化铣零件的基体材料由铝合金演变成了高温合金、钛合金等多种新型航空金属材料。传统激光刻型工艺是以CO2激光对胶皮材料的吸收率高而对基材铝合金吸收率极低为原理进行加工，从而不会对基材区域造成损伤。而高温合金和钛合金对CO2激光的吸收率提高，若使用传统工艺参数加工，由于胶皮厚度变化较大，会对基材区域形成损伤，无法满足零件性能指标。
[0005]目前，在国内外激光刻型设备中，西班牙M.Torres公司的TORRESLASER数控激光刻型设备市场占比最高，常用于0.4
±
0.2mm的铝合金化铣飞机蒙皮刻型。由于化铣加工工艺中的保护胶由人工进行喷涂，厚度一致性较差，激光功率只能选择最大厚度0.6mm进行加工，在0.2mm保护胶刻穿后有60W左右的激光功率作用于基材，铝合金对CO2激光吸收率小于10％，刻型过程激光作用时间、铝合金短吸收少不会对基材形成损伤。加工过程激光功率保持，机床加减速时通过减少激光频率调节光斑重叠率恒定来保证切割质量。目前国内外激光刻型设备大多用于加工铝合金类型的飞机蒙皮，然而在加工高合金、钛合金等保护胶蒙皮时会出现基材损伤，部分要求较高零件不能满足使用性能。
[0006]现有的设备和工艺加工高温合金、钛合金等化铣材料主要有以下缺点：蒙皮类零件体积较大，易变形，无法在线下测量胶皮厚度；使用刻型设备测量后再进行加工，严重影响加工效率；工艺参数单一，只针对最大厚度，保护胶厚度不均会对基材形成损伤，无法满足零件需求。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种自适应激光刻型方法。
本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0008]本专利技术提供了一种自适应激光刻型方法，包括：
[0009]获得激光器的激光输出功率、激光占空比与保护胶层加工深度之间的映射关系并建立工艺参数库模板；
[0010]调整激光头与待加工板材之间的位置并进行加工参数初始化；
[0011]利用所述激光头对待加工板材的保护胶层进行刻型并实时测量所述保护胶层的当前厚度；
[0012]根据所述保护胶层的当前厚度调用所述工艺参数库模板并计算当前位置的实际加工功率和实际加工频率；
[0013]利用所述实际加工功率和实际加工频率对当前位置的保护胶层进行刻型。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，获得激光器的激光输出功率、激光占空比与保护胶层加工深度之间的映射关系并建立工艺参数库模板，包括：
[0015]在正式加工之前，每改变预设比例的激光占空比对测试板材进行多次保护胶层刻型加工，对同一激光占空比下的多次加工进行深度测量获取深度平均值，并获得激光占空比、激光实测功率与所述深度平均值之间的映射关系表；
[0016]根据所述映射关系表获得保护胶层厚度区间、激光占空比以及激光实验功率之间的关系并建立工艺参数库模板。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，根据所述映射关系表获得保护胶层厚度区间、激光占空比以及激光实验功率之间的关系并建立工艺参数库模板，包括：
[0018]将每个激光占空比下对测试板材进行加工的所述深度平均值作为当前激光占空比下的加工厚度最大值，从而建立保护胶层厚度区间与激光占空比之间的对应关系；
[0019]将每个激光占空比下对测试板材进行加工的激光实测功率作为激光实验功率，进而建立保护胶层厚度区间、激光占空比以及激光实验功率一一对应的工艺参数库模板。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，调整激光头与待加工板材之间的位置并进行加工参数初始化，包括：
[0021]利用安装在激光器立柱下端随动模块上的电容传感器标定板材与激光头之间的位置；
[0022]标定安装在激光器立柱下端随动模块上的同轴测距传感器的初始位置和初始显示数值，所述同轴测距传感器用于实时获得所述保护胶层的厚度。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，利用安装在激光器立柱下端随动模块上的电容传感器标定板材与激光头之间的位置，包括：
[0024]将所述随动模块调节至其上下移动行程的中间位置，再移动机床Z轴使气嘴与板材的距离保持在理论焦点位置，记录机床Z轴的当前坐标H0，随后在H0±
1mm的范围内每隔预设距离在所述保护胶层上进行激光划线后检测线宽，以最小线宽对应的机床Z轴坐标H1作为修正后的焦点位置。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，标定安装在激光器立柱下端随动模块上的同轴测距传感器的初始位置和初始显示数值，包括：
[0026]在待加工板材的金属基材上进行同轴测距传感器零位标定，调整同轴测距传感器的机械装配位置，使所述同轴测距传感器在金属基材处的初始显示数值为0。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，利用所述激光头对待加工板材的保护胶层进行刻型并实时测量所述保护胶层的当前厚度，包括：
[0028]根据需要加工的几何图案，利用控制模块控制激光头对待加工板材的保护胶层进行刻型，并利用所述电容传感器控制激光头与待加工板材表面相对距离保持不变；
[0029]利用所述同轴测距传感器实时获取保护胶层的当前厚度。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，根据所述保护胶层的实际当前厚度调用所述工艺参数库模板并计算当前位置的实际加工功率和实际加工频率，包括：
[0031]根据所述保护胶层的当前厚度和所述工艺参数库模板计算获得加工当前厚度的保护胶层所需的实际加工功率，计算公式为：
[0032]P1＝P0+(T2‑
T1)/
△
h0[0033]其中，P0表示所述保护胶层的当前厚度在所述工艺参数库模板中对应的实验功率，T1表示所述保护胶层的当前厚度，T2表示所述保护胶层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应激光刻型方法，其特征在于，包括：获得激光器的激光输出功率、激光占空比与保护胶层加工深度之间的映射关系并建立工艺参数库模板；调整激光头与待加工板材之间的位置并进行加工参数初始化；利用所述激光头对待加工板材的保护胶层进行刻型并实时测量所述保护胶层的当前厚度；根据所述保护胶层的当前厚度调用所述工艺参数库模板并计算当前位置的实际加工功率和实际加工频率；利用所述实际加工功率和实际加工频率对当前位置的保护胶层进行刻型。2.根据权利要求1所述的自适应激光刻型方法，其特征在于，获得激光器的激光输出功率、激光占空比与保护胶层加工深度之间的映射关系并建立工艺参数库模板，包括：在正式加工之前，每改变预设比例的激光占空比对测试板材进行多次保护胶层刻型加工，对同一激光占空比下的多次加工进行深度测量获取深度平均值，并获得激光占空比、激光实测功率与所述深度平均值之间的映射关系表；根据所述映射关系表获得保护胶层厚度区间、激光占空比以及激光实验功率之间的关系并建立工艺参数库模板。3.根据权利要求2所述的自适应激光刻型方法，其特征在于，根据所述映射关系表获得保护胶层厚度区间、激光占空比以及激光实验功率之间的关系并建立工艺参数库模板，包括：将每个激光占空比下对测试板材进行加工的所述深度平均值作为当前激光占空比下的加工厚度最大值，从而建立保护胶层厚度区间与激光占空比之间的对应关系；将每个激光占空比下对测试板材进行加工的激光实测功率作为激光实验功率，进而建立保护胶层厚度区间、激光占空比以及激光实验功率一一对应的工艺参数库模板。4.根据权利要求1所述的自适应激光刻型方法，其特征在于，调整激光头与待加工板材之间的位置并进行加工参数初始化，包括：利用安装在激光器立柱下端随动模块上的电容传感器标定板材与激光头之间的位置；标定安装在激光器立柱下端随动模块上的同轴测距传感器的初始位置和初始显示数值，所述同轴测距传感器用于实时获得所述保护胶层的厚度。5.根据权利要求4所述的自适应激光刻型方法，其特征在于，利用安装在激光器立柱下端随动模块上的电容传感器标定板材与激光头之间的位置，包括：将所述随动模块调节至其上下移动行程的中间位置，再移动机床Z轴使气嘴与板材的距离保持在理论焦点位置，记录机床Z轴的当前坐标H0，随后在H0±
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【专利技术属性】
技术研发人员：燕国强，张洪帅，王三龙，郭跃文，
申请(专利权)人：西安中科微精光子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：