[发明专利]双摆头激光加工光束指向的高精度调节方法及激光加工系统

说明书

本发明提供一种双摆头激光加工光束指向的高精度调节方法及激光加工系统，解决现有激光加工设备中双摆轴激光加工头难以调节以及维护成本高的问题。该方法包括：步骤一、设置第一光阑和第二光阑；步骤二、设置聚焦镜和光束质量分析仪；步骤三、将第一光阑和第二光阑的孔径调至最大；步骤四、调节第一反射镜的俯仰位置，直至激光束在光束质量分析仪上形成的圆环形激光轨迹的半径小于设定值；步骤五、逐渐缩小第一光阑和第二光阑的孔径；步骤六、调节第一反射镜的水平位置，直至激光光斑中心与随着光阑孔径变化的光斑图案边沿同心，激光光束轴线与C轴轴线重合。该方法易于实现自动化，维护方便，适合激光加工设备中双摆轴激光束指向的高精度调节。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种双摆头激光加工光束指向的高精度调节方法及激光加工系统。

背景技术

激光加工是将激光束照射到工件的表面，通过高能量密度的激光来切除、熔化材料以及改变物体表面性能的方法。由于其采用高能激光束实现材料的加工，因此具有以下特点：(1)属于非接触加工，无加工应力；(2)激光束能量密度高、热影响区小、边沿整齐；(3)可加工材料范围广泛，可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点材料；(4)激光束易于导向、聚焦，可与数控系统配合对复杂零部件进行加工。由于激光加工具有以上的优势，已被广泛应用于航空、航天、航海、汽车、半导体等多个领域。

大型薄壁零部件的加工是航空、航天等领域的关键环节，由于传统机械加工存在加工应力，容易使工件变形，从而导致加工精度较差。由于激光加工的优势，其特别适用于解决采用传统机械加工存在的工件变形、超硬材料微结构难加工等问题，因此，激光加工近年来被越来越多地用于航空航天领域。

五轴联动激光加工机床的调试过程中，当激光束指向与机床轴存在位置及角度偏差时，会导致双摆头激光加工头在旋转时，激光焦点发生偏移，也即刀尖点发生位移，极大地影响加工精度。另外，由于五轴参数的标定是实现五轴联动的关键步骤，当激光束指向与机床轴存在位置及角度偏差时，刀尖点发生位移，会极大地影响其标定精度，进而影响机床可达到的最高精度。目前，大部分激光双摆轴的标定通过结合专利中国申请CN201811287825.0及中国专利申请CN108838563A实现激光的指向调节及五轴标定。然而，当激光加工头安装至安装法兰后，若光束指向发生变动，需要重新拆装激光加工头以调节激光束指向至要求的误差值，因此，双摆轴激光加工头难以调节、光束精度无法二次调节。同时，该方法不易于实现自动化，维护及其复杂，费时费力，不能满足五轴联动激光加工机床的使用要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有激光加工设备中双摆轴激光加工头难以调节、光束精度无法二次调节以及维护成本高的问题，提供一种双摆头激光加工光束指向的高精度调节方法及激光加工系统。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种双摆头激光加工光束指向的高精度调节方法，包括以下步骤：

步骤一、在第一反射镜的出光光路上设置第一光阑，在第二反射镜的入光光路上设置第二光阑，且第一光阑和第二光阑的中心线与C轴轴线重合；

步骤二、在第三反射镜的出光光路上设置聚焦镜，在双摆轴激光加工头前安装光束质量分析仪，且光束质量分析仪的探测面与激光焦点重合；

步骤三、将第一光阑和第二光阑的孔径调至最大，不影响激光束指向的调节；

步骤四、激光器发出激光束，旋转A轴，若激光束在光束质量分析仪上形成圆环形激光轨迹，则激光束轴线与C轴轴线存在夹角，调节第一反射镜的俯仰位置，直至激光束在光束质量分析仪上形成的圆环形激光轨迹的半径小于设定值，此时，激光束轴线与C轴轴线平行；

步骤五、A轴停止旋转，并逐渐缩小第一光阑和第二光阑的孔径，光束质量分析仪上的光斑图案会随着光阑孔径的缩小而逐渐缩小；