[发明专利]一种误差在机检测校正的多轴激光加工系统

说明书

本发明公开了一种误差在机检测校正的多轴激光加工系统，包括五轴数控机床、飞秒激光系统、三维振镜扫描系统、原位视觉检测系统、光束稳定系统和工控机，具备对于复杂构件的在机原位测量能力、光束实时自动准直功能，能够实现构建的位姿误差检测与校正，只需一次装夹且无需设计专用夹具，三维振镜可实时控制激光焦点位置，不仅具有表面刻蚀的能力，同样适用于深孔加工，提高了加工柔性，飞秒激光加工精度高、加工质量好，五轴数控机床行程大、负载能力强、自由度大，可实现大幅面复杂曲面构件的精密加工。

技术领域

本发明属于激光精密加工设备领域，具体涉及到一种误差在机检测校正的多轴激光加工系统，用于实现对三维复杂曲面工件表面纹理的激光精密刻蚀。

背景技术

航天器天线固面反射器、雷达部件频率选择器、石英半球谐振陀螺静电激励罩、航空发动机陶瓷型芯、机匣以及模具等构件表面均需要精细的纹理制造，影响着国家重大军民工程的成败，我国表面纹理精细制造技术落后于欧美，主要体现在加工制造装备的落后。我国所需的众多曲面纹理精密激光制造装备价格昂贵近千万元，且精度、效率都达不到实际加工要求；但国内装备与国外装备差距明显，更无法满足复杂曲面纹理精密制造的需求。曲面纹理精密激光制造装备的性能由激光及其光学系统、运动系统和光电控制系统共同决定，为了提升自研激光加工装备的加工性能，本发明意在通过光机电控制系统在多轴激光加工系统上实现一种误差在机检测校正。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种加工幅面大、精度高、曲面加工能力强的误差在机检测校正的多轴激光加工系统。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种误差在机检测校正的多轴激光加工系统，包括工控机、三维振镜扫描系统、飞秒激光系统、原位视觉测量系统和五轴数控机床；其中，工控机通过PCI接口与三维振镜扫描系统通讯，通过EtherCAT以太网与飞秒激光系统、原位视觉测量系统及五轴数控机床通讯，通过运行在工控机上的光机电协同控制软件实现对激光光束通断控制与工艺参数设置，并控制五轴数控机床带动工件运动至加工位置，原位视觉测量系统检测获取三维点云模型传输至工控机并计算位姿误差，工控机控制五轴数控机床来校正位姿误差，第二工业CCD相机采集激光检测光束信息传输至工控机，光机电协同控制软件计算出激光加工光束偏移误差后与三维振镜扫描系统通讯，校正激光加工光束指向，而后将扫描轨迹点位信息下发至三维振镜扫描系统的RTC5振镜控制卡，RTC5振镜控制卡控制三维振镜扫描系统进行激光加工。

本发明进一步的改进在于，所述的三维振镜扫描系统包括二维振镜扫描头、动态聚焦镜及RTC5振镜控制卡，RTC5振镜控制卡安装在工控机内部，二维振镜扫描头与动态聚焦镜通过DB接口与RTC5控制卡通讯，完成对二维振镜扫描头X、Y轴及动态聚焦镜Z轴的三轴联动，实现激光扫描轨迹的高速、精确控制。

本发明进一步的改进在于，所述的飞秒激光系统包括大理石底座，底座上安装有飞秒激光器、扩束镜、第一级反射镜、光阑、1/4波片、第二级反射镜、功率检测装置与第三级反射镜，第四级反射镜安装在Z向立柱底座，第五级反射镜安装在Z轴托板座，激光经光路传输系统扩束、滤光、准直及前三级反射镜后入射至五轴数控机床Z向立柱底部的第四级反射镜，经由Z轴托板座上的第五级反射镜入射至三维振镜扫描系统的动态聚焦镜，动态聚焦镜的移动能够实现激光焦点Z向的移动。

本发明进一步的改进在于，所述五轴数控机床包括底座，底座上安装有Y向平动轴，Y向运动台上安装有X向平动轴，A、C向摇篮式双转台安装于X向运动台上，底座后部安装有立式Z向运动轴，Z向托板机构上安装有三维振镜扫描系统、原位视觉测量系统与光束稳定系统，飞秒激光经由光路系统出射后，通过Z向运动轴底部与Z向托板机构上安装的第四级反射镜与第五级反射镜反射进入三维振镜扫描系统，在工控机上设置激光参数，控制三维振镜扫描系统与控制五轴数控机床调整工件位姿。

本发明进一步的改进在于，所述X、Y、Z向运动平台均为伺服电机带动丝杆旋转驱动螺母座带动托板座移动的机构，X、Y、Z轴丝杆在各自托板机构上均安装有风琴防护罩。