一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统和方法技术方案

一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统和方法，包括激光发生器、扩束镜、动态偏转扫描模块、平移模块、移动平台和协同控制模块；所述动态偏转扫描模块将从所述扩束镜输出的光线进行偏转和焦点移动；所述平移模块将从所述动态偏转扫描模块输出的光线进行平移实现光线不同锥度的倾斜；所述移动平台对被加工件进行高精度大范围自由移动；所述协同控制模块与所述激光发生器、所述动态偏转扫描模块、所述平移模块和所述移动平台相连实现运动的协同控制以对被加工件进行负锥度加工。本发明专利技术提高了激光加工的效率，拓宽了激光加工微结构的结构范围。构范围。构范围。

【技术实现步骤摘要】
一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统和方法


[0001]本专利技术涉及激光加工微结构领域，特别是指一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统和方法。

技术介绍

[0002]激光制造技术是激光应用最广泛的领域之一，从计算机芯片到飞机大型结构件制造几乎都使用了激光制造技术。激光制造技术与传统机械制造技术相比，具有非接触、能量集中性好、操作简单、效率高和节能环保等众多突出优势。
[0003]但由于激光光斑通常呈高斯分布，且激光加工是一种至上而下的加工方式，对于负锥度角度的微结构加工较难实现。然而微纳技术快速发展，对加工范围和精度也有，对圆孔的圆度的要求和上宽下窄的负锥度结构种类需求也大大增加，从而限制了激光加工技术的实际应用。
[0004]为了解决上述问题，也有专利技术将激光头安装在五轴机械臂上，实现不同角度激光加工，这种方法设备占用空间大，成本较高，且加工效率有限，实际应用存在一定局限性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统和方法，能实现负锥度激光加工，在保证加工效率和精度同时，实现大面积加工的激光加工。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统，包括激光发生器和扩束镜，所述激光发生器产生激光束后进入所述扩束镜，所述扩束镜对激光束进行准直并控制激光束的发散度或者控制焦点工作平面高度；其特征在于：还包括有动态偏转扫描模块、平移模块、移动平台和协同控制模块；所述动态偏转扫描模块将从所述扩束镜输出的光线进行偏转和焦点移动；所述平移模块将从所述动态偏转扫描模块输出的光线进行平移实现光线不同锥度的倾斜；所述移动平台驱动被加工件进行移动；所述协同控制模块与所述激光发生器、所述动态偏转扫描模块、所述平移模块和所述移动平台相连实现运动的协同控制以对被加工件进行负锥度加工。
[0008]优选的，所述扩束镜控制所述激光束的焦点垂直移动范围为20mm以内。
[0009]优选的，所述动态偏转扫描模块包括X轴扫描反射镜、Y轴扫描反射镜和第一旋转驱动单元；所述第一旋转驱动单元连接控制所述X轴扫描反射镜和所述Y轴扫描反射镜动作以驱使光线在X
‑
Y平面范围内进行偏转扫描。
[0010]优选的，所述X轴扫描反射镜和所述Y轴扫描反射镜分别安装于不同平面，所述第一旋转驱动单元控制所述X轴扫描反射镜和所述Y轴扫描反射镜旋转的方向垂直，旋转角度范围为
‑
30
°
至+30
°
。
[0011]优选的，所述平移模块包括上楔形镜、下楔形镜、直线驱动单元和第二旋转驱动单
元；所述上楔形镜和下楔形镜为上下平行间隔设置；所述直线驱动单元连接驱动所述上楔形镜或下楔形镜线性移动以改变相对位置；所述第二旋转驱动单元连接驱动所述上楔形镜和所述下楔形镜分别旋转以改变斜面夹角。
[0012]优选的，所述上楔形镜和所述下楔形镜的线性移动范围为100mm内；所述上楔形镜和所述下楔形镜旋转的旋转角度范围为
‑
90
°
至+90
°
。
[0013]优选的，所述移动平台包括工作台和三轴驱动装置，所述三轴驱动装置连接驱动所述工作台沿三个方向移动。
[0014]优选的，所述协同控制模块包括有三维模型识别单元、加工路径规划单元和模块控制单元；所述三维模型识别单元用于识别输入的被加工件的三维模型，所述加工路径规划单元根据三维模型进行自动规划并分配移动路径；所述模块控制单元根据移动路径控制所述动态偏转扫描模块、所述平移模块和所述移动平台协同运动。
[0015]一种负锥度微结构快速制造的激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0016]1)启动激光发生器，将被加工件的三维模型导入协同控制模块；
[0017]2)所述协同控制模块根据所述三维模型进行自动规划并分配移动路径；
[0018]3)所述协同控制模块控制所述激光发生器、所述动态偏转扫描模块、所述平移模块和所述移动平台按照移动路径协同运动以对被加工件进行负锥度加工：
[0019]4)所述动态偏转扫描模块根据分配的移动路径将从所述扩束镜输出的光线进行偏转和焦点移动；所述平移模块根据分配的移动路径将从所述动态偏转扫描模块输出的光线进行平移实现光线不同锥度的倾斜；所述移动平台根据分配的移动路径驱动被加工件进行移动。
[0020]优选的，所述被加工件的微结构的锥度范围为
‑5°
至+5
°
。
[0021]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0022]本专利技术中，包括激光发生器、扩束镜、动态偏转扫描模块、平移模块、移动平台和协同控制模块等；动态偏转扫描模块将从扩束镜输出的光线进行偏转和焦点移动；平移模块将从动态偏转扫描模块输出的光线进行平移实现光线不同锥度的倾斜；移动平台对被加工件进行高精度大范围自由移动；协同控制模块与激光发生器、动态偏转扫描模块、平移模块和移动平台相连实现运动的协同控制以对被加工件进行负锥度加工，提高了激光加工的效率，拓宽了激光加工微结构的结构范围。
附图说明
[0023]图1为本专利技术系统组成图；
[0024]图2为本专利技术方法流程图；
[0025]图3为平移模块的平移示意图；
[0026]图4为本专利技术的激光倾角示意图；
[0027]图5为一种被加工件加工后俯视图(面积小)；
[0028]图6为图5的A
‑
A剖视图；
[0029]图7为图5的三维示意图；
[0030]图8为另一种被加工件加工后的三维示意图(面积大)；
[0031]其中：
[0032]1、激光发生器，2、扩束镜,3、反射镜，4、动态偏转扫描模块，5、平移模块，6、聚焦镜，7、被加工件，8、移动平台，9、协同控制模块。
[0033]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。
具体实施方式
[0034]以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。
[0035]本专利技术中，对于术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0036]另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统，包括激光发生器和扩束镜，所述激光发生器产生激光束后进入所述扩束镜，所述扩束镜对激光束进行准直并控制激光束的发散度或者控制焦点工作平面高度；其特征在于：还包括有动态偏转扫描模块、平移模块、移动平台和协同控制模块；所述动态偏转扫描模块将从所述扩束镜输出的光线进行偏转和焦点移动；所述平移模块将从所述动态偏转扫描模块输出的光线进行平移实现光线不同锥度的倾斜；所述移动平台驱动被加工件进行移动；所述协同控制模块与所述激光发生器、所述动态偏转扫描模块、所述平移模块和所述移动平台相连实现运动的协同控制以对被加工件进行负锥度加工。2.如权利要求1所述的一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统，其特征在于：所述扩束镜控制所述激光束的焦点垂直移动范围为20mm以内。3.如权利要求1所述的一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统，其特征在于：所述动态偏转扫描模块包括X轴扫描反射镜、Y轴扫描反射镜和第一旋转驱动单元；所述第一旋转驱动单元连接控制所述X轴扫描反射镜和所述Y轴扫描反射镜动作以驱使光线在X
‑
Y平面范围内进行偏转扫描。4.如权利要求3所述的一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统，其特征在于：所述X轴扫描反射镜和所述Y轴扫描反射镜分别安装于不同平面，所述第一旋转驱动单元控制所述X轴扫描反射镜和所述Y轴扫描反射镜旋转的方向垂直，旋转角度范围为
‑
30
°
至+30
°
。5.如权利要求1所述的一种负锥度微结构快速制造的激光加工系统，其特征在于：所述平移模块包括上楔形镜、下楔形镜、直线驱动单元和第二旋转驱动单元；所述上楔形镜和下楔形镜为上下平行间隔设置；所述直线驱动单元连接驱动所述上楔形镜或下楔形镜线性移动以改变相对位置；所述第二旋转驱动单元连接驱动所述上楔...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，马尧，徐文俊，陈锐，罗涛，吴粦静，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：