[发明专利]一种变直径工件连续激光毛化方法

权利要求书

1.一种变直径工件连续激光毛化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)在变直径工件的中心水平面建立基坐标系及动坐标系；

(2)根据母线方向的线密度及母线方程获得各条螺旋线起点和终点的基坐标及切向角；

(3)根据聚焦光束中心线与工件母线的夹角、圆周方向的线密度、微坑运动速率、基坐标及切向角获得各条螺旋线起点和终点对应的动坐标及转速，获得各条螺旋线包含的微坑数量；

(4)按各螺旋线的顺序及毛化轨迹依次对变直径工件进行毛化；

其中，

所述步骤(1)中的基坐标系是在变直径工件的中心水平面建立的两维直角坐标系；所述动坐标系设置三个运动轴，包括一个旋转轴、以及移动轴a和移动轴b组成的两个移动轴，所述三个运动轴中的移动轴a、移动轴b分别沿变直径工件的轴向和径向移动，旋转轴的轴线和变直径工件的中心水平面垂直相交于支点，旋转轴绕支点旋转，通过三个运动轴联动调节焦点的位置和聚焦光束中心线相对变直径工件母线的角度；

所述步骤(4)中的毛化的具体步骤如下：

首先，移动轴a、移动轴b和旋转轴组成的三个运动轴运动到第一条螺旋线的起点的动坐标，主轴按第一条螺旋线起点的转速转动；

其次，主轴旋转一周，激光器以主轴旋转的角度为基准，按第一条螺旋线包含的微坑数量均匀发出脉冲激光；通过脉冲激光同步控制，从第一条螺旋线起点的动坐标与转速线性调整为第一条螺旋线终点的动坐标与转速；

采用插补的方法同步控制转速及动坐标的变化，具体步骤如下：采用编码器检测主轴旋转的位置，主轴旋转一周，产生脉冲的基准信号，通过将基准信号变分频的方法，主轴旋转一周，激光器近似均匀地发出m个光脉冲在第一条螺旋线形成m个微坑，由于m个光脉冲近似等分了一个圆周，通过光脉冲同步控制转速n、动坐标z’、动坐标x’的变化，每个光脉冲转速n增加公式为(下一螺旋线转速n-上一螺旋线转速n)/微坑数m；每个光脉冲动坐标z’增加公式为(下一螺旋线z’-上一螺旋线z’)/微坑数m；每个光脉冲动坐标x’增加公式为(下一螺旋线x’-上一螺旋线x’)/微坑数m；

然后，按第一条螺旋线毛化的方法毛化第二条螺旋线；

依次类推，直到完成所有螺旋线的毛化，主轴停止旋转。

2.根据权利要求1所述的一种变直径工件连续激光毛化方法，其特征在于：

所述各条螺旋线起点和终点分别为毛化的起点Ps、毛化的终点Pe，从毛化的起点Ps到毛化的终点Pe，数条与主轴的垂直线稍有偏斜的直线段为变直径工件连续激光毛化产生的数条短螺旋线轨迹在变直径工件的中心水平面上的投影，数条短螺旋线轨迹组成一条长螺旋线轨迹。

3.根据权利要求1所述的一种变直径工件连续激光毛化方法，其特征在于：

所述步骤(2)根据毛化的起点及母线方程获得第一条螺旋线起点的基坐标及切向角，再根据母线切线方向的线密度计算下一条螺旋线的起点的基坐标及切向角，毛化的起点是第一条螺旋线的起点，前一条螺旋线的终点是下一条螺旋线的起点，依次获得各条螺旋线起点和终点的基坐标和切向角。

4.根据权利要求1所述的一种变直径工件连续激光毛化方法，其特征在于：

所述步骤(3)根据聚焦光束中心线与工件母线的夹角、基坐标和切向角获得各条螺旋线起点和终点对应的动坐标；根据基坐标和微坑运动速率获得各条螺旋线起点和终点对应的转速；根据基坐标和圆周方向的线密度获得各条螺旋线包含的微坑数量。