[发明专利]一种利用激光技术完成对石英玻璃的精密成形加工方法

说明书

一种具有抽检功能的全自动数控激光切割方法，步骤如下：1)在切割前对待加工工件位置进行识别定位：2)控制机器人单元向加工区域上料，并控制工作平台使加工区域达到激光切割环境，并控制激光器发射符合切割工艺的激光束，控制调焦装置使激光焦点位置作用于待加工工件上；3)按照预设的切割图像对待加工工件进行切割，切割完成后由机器人单元完成自动下料及上料；当前切割完成数量是否达到预设检测值时执行步骤4)；4)对加工区域内的切割完成的工件进行尺寸偏差检测，若偏差检测满足要求，则继续等待后续检测；否则，利用检测的尺寸偏差重新对待加工工件位置进行识别定位，从步骤2)重新开始执行。

技术领域

激光加工技术在材料加工领域有广泛的应用，如激光切割、打孔、激光辅助化学刻蚀等。石英属于典型的硬脆材料，惯性传感器如石英挠性加速度计、石英振梁加速度计等均采用精密石英结构作为关键的敏感单元，具有形状复杂、几何尺寸精度和表面质量要求高的特点。本发明涉及一种利用激光技术完成对石英玻璃的精密成形加工，主要应用于航空、航天及军事应用领域的惯性传感器用石英摆片。

背景技术

随着惯性器件石英加速度计精度和稳定性的不断提高，对石英摆片的加工精度和效率要求也随之增高，石英摆片具有形状复杂、几何尺寸精度和表面质量要求高等特点。通常采用机械研磨、超声落料、激光切割方法加工成形。机械研磨加工去除率低，尺寸精度差，成本高；超声落料加工精度低，损伤严重会有崩边出现，工具磨损严重；激光加工具有精度高，切口光洁、效率高等优点。

国外有多家公司生产石英挠性加速度计，其系列产品从低性能导航、飞行控制扩展到重力测量等高性能应用，技术上日趋成熟，应用上日益广泛。如美国利顿公司的A-4型石英挠性加速度计，用于从姿态航行基准系统到每小时亚海里级的惯导系统；西斯特朗·道耐尔公司使用熔融石英结构开发了系列的石英挠性加速度计，用于一般的仪表、制导导航和控制系统。国外普遍采用德国Rofin 的激光切割设备对石英摆片进行加工，但由于其每次只能安装一片石英摆片至工装夹具内，且无法对加工精度进行检测，需要每次加工完成后将石英摆片拆下，放置于显微镜下进行尺寸检测，且如果设备精度出现偏差，无法快速识别检测，导致加工成品率低、效率低，难以满足使用要求，且限制国内企业及研究所采购该类型装备，迫切需要研制新型全自动数控激光加工装置，满足国内日益使用的要求。

此外，摆片尺寸精确度也是限制加速度计发展的主要因素，文献指出摆片质量摆中心和影响伺服电路系统的电磁力矩中心不一致时，当两者相距 0.025mm时就会造成加速度计约5g的偏差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提出一种智能化、自动化的全自动数控激光加方法，克服了传统机械研磨、超声落料等方式加工的缺点，能实现对石英摆片的高效率、高精度加工，又能实现对加工后的石英摆片几何形状进行检测。

本发明的技术解决方案是：一种具有抽检功能的全自动数控激光切割方法，方法依托的设备包括一个工作平台、机器人单元和调焦装置：所述的工作平台为待加工工件提供加工区域并使加工区域达到激光切割环境；机器人单元实现自动上下料；调焦装置用于调整激光束作用至工件表面的距离；方法通过下述方式实现：

1)在切割前对待加工工件位置进行识别定位：

2)控制机器人单元向加工区域上料，并控制工作平台使加工区域达到激光切割环境，并控制激光器发射符合切割工艺的激光束，控制调焦装置使激光焦点位置作用于待加工工件上；

3)按照预设的切割图像对待加工工件进行切割，切割完成后由机器人单元完成自动下料及上料；当前切割完成数量是否达到预设检测值时执行步骤4)；

4)对加工区域内的切割完成的工件进行尺寸偏差检测，若偏差检测满足要求，则继续等待后续检测；否则，利用检测的尺寸偏差重新对待加工工件位置进行识别定位，从步骤2)重新开始执行。

优选的，步骤1)通过下述方式对待加工工件位置进行识别定位：