[发明专利]加工非金属轻质小球表面微结构的加工系统及加工方法

权利要求书

1.一种加工非金属轻质小球表面微结构的加工系统，其特征在于：

包括加工单元(1)、工件装夹单元(2)、工件位置定位单元以及导线；

所述加工单元(1)包括加工激光单元以及设置在加工激光单元输出光路上的三轴运动平台(15)；

所述加工激光单元包括沿光路依次设置的激光器(11)、光传系统(12)、聚焦单元(13)以及振镜加工头(14)，或者包括沿光路依次设置的激光器、光传系统、振镜加工头以及聚焦单元；

所述激光器(11)为飞秒激光器或皮秒激光器；

所述工件装夹单元(2)包括装夹底座(21)、弹片(22)、支撑座(23)以及静电发生器；

所述装夹底座(21)固定设置在三轴运动平台(15)的工作台上；所述装夹底座(21)的上表面设置有第一凸台(211)和第二凸台(212)；

所述弹片(22)一端与第二凸台(212)固连，另一端可在水平方向摆动；

所述支撑座(23)设置在装夹底座(21)的上表面，且位于第一凸台(211)与弹片(22)另一端围城的第一凹槽内，通过第一凸台(211)与弹片(22)另一端对支撑座(23)在水平四个方向进行限位；所述支撑座(23)的顶端中心设置有球面凹槽(231)，所述球面凹槽(231)的尺寸与待加工非金属轻质小球(01)的尺寸相适配；所述支撑座(23)由电绝缘材料制成；

所述静电发生器的静电输出端与待加工非金属轻质小球(01)接触连接，用于给待加工非金属轻质小球(01)施加电荷，将待加工非金属轻质小球(01)通过静电吸附方式吸附在所述球面凹槽(231)内；

所述工件位置定位单元用于监控待加工非金属轻质小球(01)的位置，并将位置信息传递给三轴运动平台(15)，使三轴运动平台(15)带动待加工非金属轻质小球(01)运动，对待加工非金属轻质小球(01)进行定位；

所述导线用于将非金属轻质小球(01)和支撑座(23)的接触处与地面导通，移除所述电荷，取下非金属轻质小球(01)。

2.根据权利要求1所述的加工非金属轻质小球表面微结构的加工系统，其特征在于：

所述工件位置定位单元包括第一相机(31)、第二相机(32)以及控制装置；

定义：加工激光单元输出激光的光轴方向为加工激光光轴(02)；平行于加工激光光轴(02)的方向为Z轴方向；通过所述球面凹槽(231)的球面中心点且垂直于加工激光光轴(02)的平面为XOY平面，且XOY平面的X轴、Y轴分别与三轴运动平台(15)在水平方向的两个轴对应平行；所述三轴运动平台(15)的竖直轴与Z轴平行；

所述第一相机(31)的光轴垂直于XOZ平面；所述第一相机(31)用于采集待加工非金属轻质小球(01)在XOZ平面的投影图像，并将该XOZ平面的投影图像反馈给所述控制装置；

所述第二相机(32)的光轴垂直于YOZ平面；所述第二相机(32)用于采集待加工非金属轻质小球(01)在YOZ平面的投影图像，并将该YOZ平面的投影图像反馈给所述控制装置；

所述控制装置：依据反馈的XOZ平面的投影图像和YOZ平面的投影图像，进行图像识别并计算待加工非金属轻质小球(01)球心在X轴方向上偏移加工激光光轴(02)的距离△X及偏移方向、待加工非金属轻质小球(01)球心在Y轴方向上偏移加工激光光轴(02)的距离△Y和偏移方向以及加工激光聚焦点在Z轴方向上偏移待加工非金属轻质小球(01)顶端中心位置的距离△Z及偏移方向；并控制三轴运动平台(15)运动，使△X、△Y及△Z等于零后，控制加工单元(1)进行加工工作。

3.根据权利要求2所述的加工非金属轻质小球表面微结构的加工系统，其特征在于：所述支撑座(23)下端为圆柱形，上端为圆锥形，且所述圆锥形的底圆径向尺寸小于等于圆柱形的径向尺寸。

4.根据权利要求3所述的加工非金属轻质小球表面微结构的加工系统，其特征在于：所述电荷为正电荷。