[发明专利]实时采集并三维扫描及验证的多轴联动加工设备及方法

说明书

本发明公开了实时采集并三维扫描及验证的多轴联动加工设备及方法，其设备包括加工平台、3D激光加工部件、加工路径规划部件、多轴运动部件，其中加工路径规划部件包括第一、二面阵扫描相机，第一面阵扫描相机用于扫描并预先获取工件待加工面的模型数据信息A，第二面阵扫描相机用于实时获取工件加工面的模型数据信息B，且在模型数据信息A、B的实时比对和验证下消除偏差并形成实时加工路径，激光发射器沿着实时加工路径实施3D激光加工工件待加工面。本发明不仅能够大幅度缩短数据处理时间、也降低数据处理需要的硬件和软件的造价，而且在消除偏差的模式下，能够准确的实施3D激光加工，以大幅度提升工件加工的合格率。

技术领域

本发明属于3D激光加工技术领域，具体涉及一种实时数据采集并三维激光扫描及验证的多轴联动加工设备，同时还涉及该多轴联动加工设备的加工方法。

背景技术

随着3D激光加工技术的发展，很多产品都采用了3D激光加工的模式进行激光刻蚀加工，具体的，激光与被加工材料相互作用引起物态变化形成的热物理效应，以及各种能量变化产生的综合结果，也就是说，激光束初始经过聚焦透镜后照射在处于焦平面的工件上，使被加工材料表面的温度迅速上升，当温度上升到接近于材料的蒸发温度时，激光对材料的去除加工开始进行，此时固态金属发生强烈的相变，最先金属开始融化，之后一部分开始汽化，随着温度不断上升，金属蒸汽携带着液相物质以极高的速度从液相底部猛烈的喷溅出来，从而将底部新的表面暴露在激光束照射之下，从而持续产生熔化、蒸发与喷溅，因此，通过这种不断的照射、熔化-蒸发、喷溅、照射，直至达到要求的激光刻蚀深度或穿透整个工件材料，与此同时，激光束按照设定的速度和路径移动，可以获得要求的激光刻蚀加工结构。

目前，在3D激光加工过程中，一般先获取待加工工件的表面阵列微结构图，然后，再进行虚拟布局和设计形成加工路径，接着，由激光束按设定的加工路径在X、Y、Z轴所构成坐标系中直线运动或绕着轴线转动，以实施工件表面的加工。

显然，若采用上述的加工方式，其存在以下缺陷：

1、一旦待加工产品的待加工面形状过于复杂，这样一来，形成表面阵列微结构图的过程也十分复杂，而且需要很长的时间进行数据的整理，然后数据建模形成加工路径，因此，不仅加工效率低，而且还需要一个庞大且复杂的数据库；

2、一旦曲面及其特定区域的特征与所提供的数据模型因制造精度原因会存在偏差时，该方法无法及时消除偏差，如直接使用数据模型进行激光加工，上述偏差会直接转换成加工偏差，这样一来，就会大幅度降低加工后工件的合格率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的实时数据采集并三维激光扫描及验证的多轴联动加工设备。

同时，本发明还涉及该多轴联动加工设备的加工方法。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种实时采集并三维扫描及验证的多轴联动加工设备，其包括加工平台；3D激光加工部件和加工路径规划部件；以及设置在加工平台上且能够驱动3D激光加工部件沿着或绕着X、Y、Z轴运动的多轴运动部件，其中3D激光加工部件包括与多轴运动部件的运动轴端部相连接的固定座、安装在固定座上的激光发射器、扫描振镜和合束镜片，加工路径规划部件与3D激光加工部件同步运动，且加工路径规划部件包括沿着加工路径移动方向前后设置且固定连接在固定座上的第一面阵扫描相机和第二面阵扫描相机，其中第一面阵扫描相机用于扫描并预先获取工件待加工面的模型数据信息A，第二面阵扫描相机用于实时获取工件加工面的模型数据信息B，且在模型数据信息B和模型数据信息A的实时比对和验证下消除偏差并形成实时加工路径，固定座在多轴运动部件驱使下，激光发射器沿着实时加工路径实施3D激光加工工件待加工面。

优选地，模型数据信息B由第二面阵扫描相机、扫描振镜、及合束镜片同步运动获取。这样能够准确的进行3D曲面的数据实时采集、对比和验证。