补偿超快激光光路回转误差的方法及其装置和机床制造方法及图纸

一种补偿超快激光光路回转误差的方法，传感器接收从转台中出射的激光，并感知激光光束的实时入射信息，并将实时入射信息传送至控制器，控制器将此实时入射信息与设定位置信息进行比较，得到偏移值，当偏移值超出设定阈值时，则驱动反射机构，实时调整激光光路进行补偿，使补偿后入射振镜的激光光路与转台回转轴心线的相对位置得以保持。应用本发明专利技术提供的方法制成的装置安装于多轴机床上，消除转台转动、应力、振动、弹性形变或温度等因素导致光束与转台回转轴相对位置无法保持的情形，提高了激光加工精度。光加工精度。光加工精度。

【技术实现步骤摘要】
补偿超快激光光路回转误差的方法及其装置和机床


[0001]本专利技术涉及一种调整激光光路的方法，尤其涉及一种对激光偏离预设方向进行补偿的方法，以及采用此方法的装置和机床。

技术介绍

[0002]超快激光器是高精密仪器，发生器通过硬光路或连接激光头的光纤传输至场镜(或激光聚焦镜)。硬光路需要精密调节且通常不可频繁移动，光纤也只能在较小范围的空间内轻缓运动，并容易因牵拉扭折受损，因而难以满足多轴(如：三轴、四轴、五轴和六轴等)精密加工对效率和精度的需求。
[0003]为了提高超快激光的机加工效率，一种摇摆头结构被应用到多轴机加工中，适用于XA+YZB的多轴激光加工。这对于通常脉冲激光器是可行的，但超快激光器受技术条件制约，其光纤不具有足够的可运动特性(其可允许弯折半径过大，光纤最大总长过短)，无法安装于摆头上，这使得在五轴加工中心上集成超快激光器进行加工难以实现，为了解决这一问题，提出了一些光束穿过转台中心后借由置于转台中心反射镜射出的飞行光路方案(如：CN202020298469.9和CN202020298514.0)，在该系列方案中光束经过调整后与转台转轴同轴，因此无论转台上的光路部分如何随转台旋转，光束始终都以相同方向射向转台中心反射镜上同一点并借此实现从转台上射出的光束于转台回转中心轴线的夹角始终不变。但当未能正确调整，或由于应力、振动、弹性形变和温度等因素导致光束不再与转台中心保持同轴时，转台的旋转会导致激光经转台中心反射镜反射出的光束随着旋转发生发生角度偏转和位置偏移，进而导致最终光斑空间位置的变化并导致精度不良，无法满足精密加工的需求。
[0004]现实生产中，前述应力、振动和弹性形变等因素无法避免，因而现有方案虽然解决了超快激光器应用于五轴加工中心上，但是仍不可避免地需要经常性地重调光路，花费大量的时间，不利于成本控制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种方法，以消除超快激光光路回转误差，以满足精密加工的需要。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种方法，以消除超快激光光路回转误差导致转台在不同角度下时，射入振镜的激光光路与转台回转轴心线的距离和角度无法保持的问题，以满足精密加工的需要。
[0007]本专利技术的再一个目的在于提供一种方法，自动调节激光的光路，使得激光能与转台回转轴保持同轴，避免经常性地光路重调。
[0008]本专利技术的又一个目的在于提供一种方法，应用于多轴加工设备(如：五轴机床)上，对激光光路进行补偿，消除转台转动、应力、振动、弹性形变、温度及回转误差等因素对聚焦后激光指向和光斑位置的影响，使补偿后的入射振镜的激光光路与转台回转轴心线的相对
位置得以保持，利于对各种规格零件/工件(如：长轴类工件)实施激光精密加工。
[0009]本专利技术的第五目的在于提供一种以激光实施机加工的装置，对激光光路进行补偿，使补偿后的入射振镜的激光光路与转台回转轴心线的相对位置得以保持，利于以转台回转方式实施机加工，既提高加工精度，有效控制加工成本。
[0010]通常理解的激光，系原子因受激而辐射的光，原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。激光的形态可分为连续激光和脉冲激光。依据激光的脉冲宽度特性分为热激光和冷激光。
[0011]激光发射器如：但不限于纳秒、飞秒或皮秒激光器，产生的激光如：红外、红外、蓝光、绿光、紫光或极紫光。
[0012]超快激光是指输出激光的脉冲宽度数十纳秒以下，即皮秒级别或小于皮秒级别的脉冲激光。超快激光器涉及的核心部件包括振荡器、展宽器、放大器和压缩器等。
[0013]在机加工中，所称的工件通常是用于制造零件或部件的材料或半成品，是机械加工过程中的加工对象。即对工件实施机加工后，得到符合加工或设计要求的产品。
[0014]精密加工，指加工精度和表面质量达到极高程度的加工技术。比如：刀具加工中，尺寸、直线度、轮廓度、表面粗糙度、刃尖圆弧半径、加工精度均高于达到微米级。
[0015]轴类工件，即具有长度是直径至少3倍。
[0016]机加工设备(或机加工中心)，系具有多个运动轴的加工设备。即在右手直角坐标系中，沿直线方向移动的X、Y和Z轴，以及分别绕X、Y和Z轴的回转的A轴、B轴和C轴。
[0017]机加工设备，如：数控机床，通常加载了各项控制软件，以代码形式接收和发出各项指令对工件实施自动化加工。
[0018]超快激光器射出的激光先射入一段腔道，再自腔道射出后，再进入激光投射中继部件，激光投射中继部件改变激光的光路后再射出激光，最后由出光部件接收后射出，用于对工件实施加工。激光在腔道内传播，在腔道的出口端沿着直线传播，自出光部件射出的激光聚焦于该回转轴范围内，即激光束聚焦光斑落在以回转轴为中心半径100mm的圆柱形空间内。
[0019]为了满足精密加工的要求，激光光路与一条回转轴(如：转台的回转轴)的交角要求保持在0
°
～5
°
，最佳的为0
°
～2
°
，如：0
°
(即平行或共轴)、1
°
和2
°
。由于应力、振动、弹性形变、温度及回转误差等因素，转台转动时激光光路与转台轴线不再同轴，由此产生回转误差。
[0020]入射振镜的激光光路与转台回转轴心线具有设定距离和设定夹角，由于应力、振动、弹性形变、温度及回转误差等因素致使入射振镜的激光光路与转台回转轴心线的实际距离和实际夹角偏离设定距离和设定夹角，当转台回转时将影响激光精度。因此，需要对入射振镜的激光光路进行补偿。经补偿后入射振镜的激光光路与转台回转轴心线具有第二距离和第二夹角，当第二距离和设定距离相比，差值相比≤1μm，以及第二夹角和设定夹角相比，差值≤0.05mrad，则认为(补偿后)入射振镜的激光光路与转台回转轴心线的相对位置得以保持。
[0021]激光投射中继部件至少对激光进行1次反射以改变激光光束方向。
[0022]出光部件至少包括场镜及振镜、聚焦镜、扩束镜和反射镜之一，其可通过市售获得，或者取自现有激光器中。
[0023]本专利技术的方法实施时，回转轴为A轴、B轴或C轴，使出光部件射出的激光绕(转台)回转轴方向分布，实现激光光路以回转运动及定位至指定角度实施机加工。
[0024]本专利技术的方法实施时，转台及设置于转台上的激光投射中继部件、传感器和出光部件沿直线轴同步移动，以使绕所述的回转轴方向分布的激光根据指令沿直线轴同步移动并实施工件的机加工。
[0025]传感器用于感知激光的入射信息，即包括激光碰触传感元件时，激光的入射角信息，以及激光在传感元件上的位置信息。通常，以传感元件上的激光光斑所处二维坐标系的信息作为位置信息。激光光束在传感器上具有设定位置信息，由于应力、振动、弹性形变、温度及回转误差等因素致使激光光速在传感器上的实际位置与设定位置相比发生偏差。当传感器感知入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补偿超快激光光路回转误差的方法，其特征在于转台转动时，传感器随转台一同绕转台回转轴线转动，并接收从转台中出射的激光，并感知激光光束的实时入射信息，并将实时入射信息传送至控制器，控制器将此实时入射信息与设定位置信息进行比较，得到偏移值，当偏移值超出设定阈值时，则驱动反射机构，实时调整激光光路进行补偿，使补偿后入射振镜的激光光路与转台回转轴心线的相对位置得以保持。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的传感器设置于激光从转台中出射的一端的反射镜之后，接收由反射镜折射的激光信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在激光从转台出射的一端设置传感器，接收激光信息，并将实时入射信息传送至控制器，控制器将此实时入射信息与设定位置信息进行比较，得到偏移值，当偏移值超出设定阈值时，则驱动反射机构；反射机构反射来自超快激光器射出的激光，并在获得控制器的指令后，对激光光路进行补偿，使补偿后入射振镜的激光光路与转台回转轴心线的相对位置得以保持。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在激光从转台出射的一端设置传感器，接收激光信息，并将实时入射信息传送至控制器，控制器将此实时入射信息与设定位置信息进行比较，得到偏移值，当偏移值超出设定阈值时，则驱动反射机构；反射机构反射来自从转台出射的激光，并在获得控制器的指令后，调整反射镜角度对转台回转造成的激光光路偏差进行补偿。5.根据权利要求1所述的方法应用于具有多个运动轴的加工设备，消除激光光路的回转误差，提高激光加工的精密度。6.一种机加工设备，其特征在于采用权利要求1所述的方法加工工件。7.一种装置，用于实施权利要求1所述的方法，其特征在于包括：中空转台，其包括腔道，其腔道用于容纳激光的光路；超快激光器，其射出的激光经所述的腔道通过所述的中空转台；激光投射中继部件，设置于转台上并随转台一同绕转台回转轴线转动，接收来自腔道出射端的激光，使激光的光路方向发生改变后，再射出激光；出光部件，设置于转台上并随转台一同绕转台回转轴线转动，接收由激光投射中继部件射出的激光，并聚焦于回转轴范围内；传感器，设置于转台上并随转台一同绕转台回转轴线转动，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙思叡，
申请(专利权)人：上海名古屋精密工具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：