[发明专利]一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置，其特征在于：包括控制装置、激光发生装置、复合滤光装置和磨床；

所述控制装置用于控制激光发生装置、复合滤光装置和磨床动作；

所述激光发生装置包括激光器和聚焦模块，激光器产生的激光光束经聚焦模块聚焦后射向设置在磨床上的常规砂轮外圆周面且通过常规砂轮轴心，对常规砂轮外圆周面进行激光烧蚀；

所述复合滤光装置包括复合滤光条和用于传送复合滤光条的传送模块，复合滤光装置设置在激光发生装置和磨床砂轮之间，用于使射向常规砂轮的激光光束按照复合滤光条的图案对常规砂轮周面进行激光烧蚀；

所述的磨床用于夹持常规砂轮并驱动常规砂轮转动，所述的磨床的驱动轴上还设置有用于采集常规砂轮线速度的转速计，转速计的输出端与控制装置的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置，其特征在于：所述的聚焦模块在激光器出光孔外依次排列的扩束镜、扫描振镜和聚焦透镜；

扩束镜用于扩大激光器产生的激光光束直径；

扫描振镜用于改变激光光束的传播方向，使激光光束在二维平面上进行扫描；扫描振镜的控制输入端通过激光器主控模块与控制装置的控制输出端连接；

聚焦透镜用于将激光光束聚焦成光斑。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置，其特征在于：所述的激光器采用脉冲光纤激光器，所述的脉冲光纤激光器和聚焦模块设置在三维坐标调节平台上，所述的三维坐标调节平台用于精密调节激光光束在砂轮上的聚焦位置，所述脉冲光纤激光器的控制输入端通过激光器主控模块与控制装置的控制输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置，其特征在于：所述的传送模块由传送电机和导轮组件构成，所述的导轮组件包括三角形排列的一个主动轮和两个从动轮，传送电机用于驱动主动轮转动，且传送电机的控制输入端与控制装置的输出端连接；复合滤光条张紧在导轮组件上，且在传送电机的作用下随导轮组件的转动而转动。

5.根据权利要求4所述的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置，其特征在于：所述的复合滤光条由环状的遮光条和透光条组成，遮光条附在透光条表面，遮光条上的图案与设计的砂轮表面磨粒有序排布图案相同；遮光条与透光条的长度和宽度相等；其中，遮光条的长度等于砂轮周长的整数倍，遮光条的宽度B：

其中，W_s为砂轮宽度，F为扫描振镜到砂轮的距离，D为导轮组的离焦量。

6.根据权利要求5所述的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置，其特征在于：还包括冷却装置；所述的冷却装置包括第一冷却模块和第二冷却模块；第一冷却模块包括第一导流管、第一流量控制器和第一液流发射头，第一导流管用于提供冷却液，第一流量控制器设置在第一导流管上用于控制第一导流管提供的冷却液的流量，第一液流发射头用于喷出冷却液，第一液流发射头的出液口朝向复合滤光条；第二冷却模块包括第二导流管、第二流量控制器和第二液流发射头，第二导流管用于提供冷却液，第二流量控制器设置在第二导流管上用于控制第二导流管提供的冷却液的流量，第二液流发射头用于喷出冷却液，第二液流发射头的出液口朝向砂轮外圆的切线方向；所述第一流量控制器和第二流量控制器的控制输入端与控制装置的输出端连接，接收控制装置指令而动作；所述的第一液流发射头和第二液流发射头的出液口均为扁平状。

7.根据权利要求1所述的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置，其特征在于：还包括差异检测装置，所述的差异检测装置包括用于扫描常规砂轮磨粒层图像的线型位移传感器和设置在磨床驱动轴上的角度编码器，线型位移传感器和角度编码器的输出端均与控制装置的输入端连接。

8.根据权利要求6所述的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置所进行的一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按照常规电镀工艺制造常规砂轮；

步骤2：将步骤1按照常规电镀工艺制造的常规砂轮安装在磨床上，启动磨床主轴带动常规砂轮旋转，转速计和角度编码器实时获得常规砂轮的实际转速和回转角度，并传输至控制装置，同时，将设计的磨粒或磨粒族排布图案在常规砂轮表面上的位置与常规砂轮回转角度对应；

步骤3：手动旋转三维坐标调节平台上的调节杆，调节平台三维坐标，使脉冲光纤激光器发射的激光光束依次经扩束镜、扫描振镜、聚焦透镜后沿常规砂轮径向射向常规砂轮并通过常规砂轮轴心，同时使聚焦透镜与常规砂轮上照射光斑点的距离等于聚焦透镜的焦距，即常规砂轮上照射光斑点为激光光束的焦点位置；

步骤4：通过控制装置在激光器主控模块中设置脉冲光纤激光器的功率、Q频、脉宽，设置扫描振镜的扫描距离、扫描速度，使通过聚焦透镜的激光光束沿常规砂轮轴向往复扫描，扫描范围完全覆盖常规砂轮宽度；

步骤5：调节导轮组件的相对位置，使激光光束透过复合滤光条的部位有至少1/3的离焦量；

步骤6：根据设计的磨粒或磨粒族排布图案加工复合滤光条的遮光条；

步骤7：复合滤光条的透光条长度与遮光条长度相同，透光条和遮光条叠加组成复合滤光条，然后将复合滤光条张紧在导轮组件上，设复合滤光条的总长度为L，主动轮直径为d，则主动轮驱动电机每旋转度，复合滤光条滚动1度；

步骤8：通过控制装置设置主动轮驱动电机的转速，控制主动轮驱动电机带动主动轮，进而带动导轮组件旋转，使复合滤光条匀速滚动，滚动线速度与转速计实测的常规砂轮的线速度保持一致，滚动转换角度与角度编码器实测的角度值保持一致；

步骤9：调节第一液流发射头和第二液流发射头的位置，使第一液流发射头扁平口朝向复合滤光条滚动切向方向，使第二液流发射头扁平口朝向砂轮切向方向，开启冷却液，在复合滤光条和常规砂轮表面形成流动的液膜；

步骤10：通过控制装置向激光器主控模块发送指令，常规砂轮低速旋转，激光束沿砂轮轴向在常规砂轮宽度范围内高速往复扫描，透过复合滤光条的光束聚焦在砂轮表面烧蚀去除砂轮材料，实现磨粒或磨粒族有序化排布的加工；

步骤11：对经过激光烧蚀的常规砂轮进行修整，直至线型激光位移传感器检测的常规砂轮磨粒层表面三维廓形图与设计的磨粒或磨粒族排布图案一致时停止。