[发明专利]一种基于扫描振镜的激光原位加工装备及方法

说明书

本发明公开了一种基于扫描振镜的激光原位加工装备及方法，该装备包括工业相机、五轴运动平台、激光器、工业控制计算机以及由二维振镜和动态聚焦镜组成的三维振镜；该方法包括步骤：相机标定、工件三维形貌位姿测量、原位加工路径生成、三维激光原位加工、加工结果检测。本发明采用三维振镜加五轴运动平台的硬件设计，充分满足工业需求，激光器发射激光或指示光通过三维振镜在工件上扫描激光线，利用三维结构光原理在线生成工件的三维形貌，生成原位加工路径后进行激光原位三维加工。因此，本发明提供的一种基于扫描振镜的激光原位加工装备及方法，实现了激光三维加工过程中的三维建模、加工、检测一体化，提高了工件的定位精度及操作的便捷性。

技术领域

本发明属于数控机床激光加工技术领域，具体涉及一种基于扫描振镜的激光原位加工装备及方法。

背景技术

激光加工的原理是激光经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应进行加工，数控机床激光加工技术将多轴机床、振镜与激光相结合，充分利用了激光非接触加工、能量密度高等优点，用于包括激光焊接、切割、雕刻、表面改性、打标、钻孔和微加工以及传统难加工材料的加工。

传统的二维振镜加工三维工件时，需要采用分层或者增加旋转轴的方式，难以保证加工精度及效率，不能灵活地应用于三维激光加工，而三维振镜需要事先获得工件的三维模型，目前大都采用独立的扫描设备获取物体三维模型后导入三维振镜控制软件用于生成三维加工轨迹，操作流程繁琐，且需要人为将工件摆放于特定位置，摆放精度难以保证。

发明内容

本发明的目的在于克服以上的不足，提供了一种基于扫描振镜的激光原位加工装备及方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于扫描振镜的激光原位加工装备，包括五轴运动平台、工业相机、激光器、工业控制计算机以及由二维振镜和动态聚焦镜组成的三维振镜；其中，

激光器用于发出相应波长的激光或指示光，依次经过动态聚焦镜和二维振镜，聚焦在五轴运动平台上；五轴运动平台用于调整其上工件的位姿；工业相机用于获得五轴运动平台上激光或指示光的光斑位置；工业控制计算机用于控制三维振镜的运动、激光器的通断、工业相机采集图像、五轴运动平台的运动以及完成工件三维形貌测量及激光加工联动控制。

本发明进一步的改进在于，激光器发出的激光或指示光通过三维振镜实现五轴运动平台上工件的三维加工，五轴运动平台用于调整工件的位姿，并在不同位姿处进行激光三维加工。

一种基于扫描振镜的激光原位加工方法，该方法基于上述一种基于扫描振镜的激光原位加工装备，包括以下步骤：

步骤1，相机标定：在振镜坐标系O_振-X_振Y_振平面内进行标定得到相机内参、外参以及振镜坐标系与相机坐标系的转换矩阵；通过测量已知高度的标定件在振镜坐标系Z_振方向上进行标定；

步骤2，工件三维形貌位姿测量：激光器发射低能量的激光或指示光，经过三维振镜后在工件上扫描出激光线，使得激光线遍历工件，工业相机获取一系列激光线图像，利用三维结构光原理得到工件的三维形貌模型及位姿信息；

步骤3，原位加工路径生成：根据不同的应用，在步骤2中生成的三维形貌模型上提取、设计、生成三维振镜的原位加工路径；

步骤4，三维激光原位加工：激光通过三维振镜在工件上按照步骤3生成的原位加工路径进行原位加工；

步骤5，加工结果检测：再次通过步骤2中的方法进行三维建模或者通过二维图像检测技术对加工效果进行检测。