[实用新型]一种用于复杂曲面的飞秒激光微孔加工定位装置

说明书

本实用新型涉及飞秒激光微孔加工技术领域。一种用于复杂曲面的飞秒激光微孔加工定位装置，包括激光调整模块、聚焦加工模块和成像定位监测模块。所述激光调整模块用于对飞秒激光进行光束调整；所述聚焦加工模块设置在激光调整模块的出光侧；所述成像定位监测模块用于对整个飞秒激光加工过程实施定位监测。本实用新型通过CCD成像原理进行定位，能够得到准确的发动机叶片气膜孔的加工位置和方向，便于对复杂曲面进行微孔加工，可以有效解决气膜孔在曲面上的微孔加工定位问题。

技术领域

本实用新型涉及飞秒激光微孔加工技术领域，特别涉及一种用于复杂曲面的飞秒激光微孔加工定位装置。

背景技术

在航空发动机叶片气膜孔加工孔时，要求加工孔定位准确、对壁无损伤、加工无重铸层、无微裂纹等要求，传统的气膜孔加工方法如长脉冲激光加工、电火花加工和电液束加工三种。前两种加工方法都存在较大的重铸层；电液束加工能做到无重铸层，但是加工效率较低且加工的一致性较差。飞秒激光微加工技术作为新兴的特种加工技术，具有加工精度高、热影响区小、重铸层薄，无毛刺、材料适用性强等优点，是实现超精密航空发动机叶片气膜孔加工的一种新方案。由于气膜孔除了上述要求外，定位精度也要求极高，传统的气膜孔加工中通过工装定位来建立工装坐标系，再在工装坐标系下进行气膜孔的加工，由于存在叶片铸造误差、加工误差、工装夹具制造误差等，采用该方法会导致气膜孔位置及角度与设计值有一定偏差，这对航空发动机的冷效性能和使用寿命产生了较大影响，而且复杂曲面微孔定位精度对仅仅依靠加工机床和夹具的理论模型的位置来加工，很难实现。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决上述背景技术中提出的技术问题之一，提供一种用于复杂曲面的飞秒激光微孔加工定位装置，其结构合理，能够提高航空发动机叶片气膜孔的加工定位精度。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于复杂曲面的飞秒激光微孔加工定位装置，包括激光调整模块、聚焦加工模块和成像定位监测模块；

所述激光调整模块用于对飞秒激光进行光束调整；

所述聚焦加工模块设置在激光调整模块的出光侧，包括第一聚焦光路凸透镜、聚焦光路凹透镜、第二聚焦光路凸透镜、发动机叶片、三维移动平台和控制器，所述发动机叶片位于所述三维移动平台上；飞秒激光脉冲经过第一聚焦光路凸透镜、聚焦光路凹透镜、第二聚焦光路凸透镜后光束变小，将飞秒激光聚焦在所述三维移动平台上的发动机叶片上表面，所述控制器控制所述三维移动平台移动；

所述成像定位监测模块用于对整个飞秒激光加工过程实施定位监测；所述成像定位监测模块包括第一成像装置凸透镜、成像装置凹透镜、第二成像装置凸透镜、CCD成像仪和步进电机，所述CCD成像仪安置在步进电机上，用于沿光轴方向前后移动进行调焦；所述控制器分别与所述CCD成像仪和步进电机电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制器包括第一存储单元、第二存储单元、图像处理单元、计数单元、自动生成单元、比较单元、控制单元；所述第一存储单元用以存储发动机叶片上若干特征点的理论模型坐标系；所述第二存储单元与CCD成像仪通讯，对CCD成像仪所采集的发动机叶片图像进行同步存储；所述图像处理单元对图像进行边缘处理，提取出发动机叶片的轮廓线；所述计数单元，根据所述图像处理单元处理过的图像计算微孔的数量；所述自动生成单元，根据所述图像处理单元处理过的图像自动生成实际坐标系；所述比较单元，将所述第一存储单元存储的发动机叶片的理论模型坐标系与实际坐标系进行比较；所述控制单元，当实际坐标系与理论模型坐标系不一致时，对三维移动平台发送控制信号使三维移动平台移动以调整发动机叶片的位置。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光调整模块包括沿飞秒激光脉冲的光路上设置的分光板。

作为本实用新型的进一步改进，所述分光板与飞秒激光光路方向成40～45°的夹角。