[发明专利]一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备及方法

权利要求书

1.一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备，其特征在于：包括计算机控制系统、位移系统、三维扫描系统、图案设计系统、加工规划系统、激光刻蚀系统和收集系统；

所述计算机控制系统连接位移系统、三维扫描系统、图案设计系统、加工规划系统、激光刻蚀系统和收集系统；

位移系统用于带动激光头在三维空间上的动态位移，以配合激光头对加工物体进行三维扫描与激光刻蚀加工，包括：双轨道、导轨、滑块、机械手臂、转动机构、激光头转换器、电机；

三维扫描系统用于对待加工物体进行扫描，同时记录物体表面大量的、密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，从而快速复建出被扫描目标的三维模型，包括：激光器、扫描激光头、接收器、激光头转换器；

图案设计系统用于对物体表面结构进行设计，也可以在已经保存的加工案例中提取图案数据，可设计微纳尺度表面结构以及宏观尺度表面结构，将图案添加到三维模型表面进行预览、修改和确认后，此数据信息传输给计算机控制系统；

加工规划系统用于根据在图案设计系统中设计好的三维模型表面结构，对激光头的加工路线进行规划，尽可能使第一激光头和第二激光头同时进行激光刻蚀，演算出最高效率加工路线，并将规划后的加工路线传输给计算机控制系统；

激光刻蚀系统用于根据在图案设计系统中设计好的三维模型表面结构和加工规划系统演算出的最高效率加工路线，激光头在位移系统的带动下对三维复杂曲面进行结构制造加工，包括：激光器、水冷机、第一激光头、第二激光头、激光头转换器；

收集系统用于收集激光刻蚀过程中的加工废屑，确保加工平台的清洁，以待下一次的加工使用，包括：加工平台、升降柱、电机、吹风装置、收集盒。

2.根据权利要求1所述一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备，其特征在于：所述位移系统中，导轨安装在双轨道上，可在轨道长度范围内进行平移，机械手臂包括可转动底座、可伸缩臂、转动机构，可转动底座与导轨滑块相接，并且可使机械手臂自身进行360°转动，可伸缩臂与可转动底座相接，可伸缩臂前端与转动机构铰接，转动机构能够围绕轴心进行旋转，转动机构前端固定连接有激光头转换器，在转动机构的工作下激光头转换器可向左右两边进行90°转动。

3.根据权利要求1所述一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备，其特征在于：所述位移系统中，导轨在双轨道上的移动、滑块在导轨上的滑动、机械手臂自身的转动、可伸缩臂的自由伸缩、转动机构的转动、激光头转换器的转动和运作均在计算机控制系统控制电机驱动下共同作用、协同配合，以实现激光头在空间上的自由移动，确保激光能够对三维复杂曲面进行扫描和加工。

4.根据权利要求1所述一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备，其特征在于：所述三维扫描系统中，扫描激光头位于激光头转换器中心，三个接收器平均分布在激光头转换器外壳，利用激光测距的原理，扫描激光头不断发出低能量脉冲激光，照射到物体表面后反射回来被接收器接收，通过记录每个脉冲发出和接收的时间差、接收反射光线的角度以及接收的能量大小等信息，推断出被测物体表面大量点的三维坐标、纹理、反射率等数据信息，来对其线面体和三维模型等数据进行重建。

5.根据权利要求1所述一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备，其特征在于：所述激光刻蚀系统中，第一激光头和第二激光头皆为复合激光头，普通脉冲激光光路与超快脉冲激光光路集成于同一光路中，使得复合激光头可在发射普通脉冲激光和发射超快脉冲激光两种模式之间快速切换，普通脉冲激光可用于加工宏观尺度的表面结构，超快脉冲激光可用于加工微纳尺度的表面结构，激光头转换器可使激光头进行自由升降，并且两个激光头的升降独立进行、彼此互不影响，第一激光头与第二激光头对称分布在两边，其底座可围绕中心进行旋转，也可进行升降，旋转同时进行，升降互相独立。