專利名稱：一種激光表面微造型裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光微加工領(lǐng)域，特別涉及一種能夠在工件表面加工出微凹腔和微凹槽的 激光表面微造型技術(shù)。
背景技術(shù)：
在摩擦副表面加工出適當(dāng)?shù)谋砻嫖⒂^形貌，可以顯著改善摩擦副的潤滑性能，提高摩 擦副的使用壽命。為了達(dá)到這些要求，就必須保證形貌的表面加工質(zhì)量；同時(shí)，為了能在 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，還必須盡可能的提高加工效率、降低成本。
激光表面微造型技術(shù)是一種易控制、高效率的現(xiàn)代化加工方法。但是現(xiàn)有技術(shù)用于工 業(yè)生產(chǎn)實(shí)際還不成熟，特別是對(duì)于金屬材料的表面微造型，其加工質(zhì)量更是難以控制。例 如①傳統(tǒng)的C02激光器和YAG激光器，其輸出波長處于紅外波段，聚焦光斑較大，因此 加工尺寸也相應(yīng)較大，而且其激光與材料之間的相互作用是熱過程，會(huì)導(dǎo)致材料的碳化和 表面加工質(zhì)量變差。②銅蒸發(fā)激光器能輸出波長為藍(lán)光511nra和黃光578nm，輸出功率可 達(dá)幾百瓦，光束質(zhì)量好，可以聚焦成幾至幾十微米很小的光斑，用于對(duì)陶瓷、金剛石、硅、 高分子聚合物以及各種金屬材料進(jìn)行微細(xì)加工。但銅蒸發(fā)激光器外形尺寸龐大，價(jià)格昂貴， 可靠性差，維護(hù)保養(yǎng)工作量大，不適合用于大量的工業(yè)生產(chǎn)。O申請(qǐng)?zhí)枮?00310111573.3 的專利申請(qǐng)公開了一種準(zhǔn)分子激光電化學(xué)微結(jié)構(gòu)制造方法及其裝置，可以在半導(dǎo)體、金屬 等基片上加工微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)，但這種方法存在著運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、穩(wěn)定性不夠、難以加工 陶瓷材料等缺點(diǎn)。④申請(qǐng)?zhí)枮?3116837. x的專利申請(qǐng)公開了一種利用飛秒激光在金屬薄膜 上加工周期性微結(jié)構(gòu)的方法，但飛秒激光器體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，其穩(wěn)定性和 可靠性在較差。
目前，由于一個(gè)激光脈沖所能去除材料的量有限，這樣為了達(dá)到表面形貌的預(yù)定深度， 用脈沖激光進(jìn)行加工時(shí)，需要在同一個(gè)點(diǎn)處打多個(gè)脈沖，傳統(tǒng)的打脈沖方式是"單脈沖連 續(xù)多次"，即用脈沖激光在同一個(gè)點(diǎn)處連續(xù)重復(fù)打多次，這種方式由于是連續(xù)打，時(shí)間較長， 熱影響的負(fù)面效應(yīng)比較嚴(yán)重，加工面的質(zhì)量較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種加工質(zhì)量高的激光表面微 造型裝置及方法，
本發(fā)明裝置采用的技術(shù)方案是由激光器、外光路部件、旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)工件部件、控制
激光器和控制工件的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的控制部分組成，沿所述激光器的光路方向依次內(nèi)置了激光 裝置、兩塊可調(diào)方向全反鏡、聲光調(diào)Q開關(guān)、光闌、光閘、激光發(fā)生器和輸出鏡；所述外 光路部件通過導(dǎo)光管連接激光器且從上到下依次安裝有CCD攝像頭、反光鏡和激光頭，外 光路部件一側(cè)固定與伺服電機(jī)連接的Z向立式移動(dòng)導(dǎo)軌，伸縮架固定在導(dǎo)軌上；所述旋轉(zhuǎn) 和移動(dòng)工件部件位于激光頭下方，包含旋轉(zhuǎn)主軸和平面二維導(dǎo)軌，分別連接伺服電機(jī)，在 主軸同軸方向安裝一增量編碼器；控制部分包括工控機(jī)、伺服電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 本發(fā)明方法采用的技術(shù)方案是包括如下步驟
(A) 將待加工工件固定于主軸上，隨主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；由增量編碼器輸出反映工件轉(zhuǎn) 過位置的脈沖信號(hào)，經(jīng)編碼器計(jì)數(shù)卡四倍頻、計(jì)數(shù)處理，使激光器脈沖發(fā)出時(shí)間和工件旋 轉(zhuǎn)時(shí)間耦合，即在兩個(gè)或多個(gè)脈沖的空隙時(shí)間內(nèi)正好走過工件上兩個(gè)加工點(diǎn)之間的旋轉(zhuǎn)距 離；
(B) 由工控機(jī)分頻后輸出聲光調(diào)Q開關(guān)的控制信號(hào)控制激光器輸出單脈沖激光束；激 光束通過光路系統(tǒng)聚焦照射在工件表面；由四軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制二維導(dǎo)軌和導(dǎo)軌的移動(dòng)， 使激光束和工件表面產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；
(C) 借助于D/A卡和編碼器計(jì)數(shù)卡對(duì)主軸和激光器的控制以及工件與激光束產(chǎn)生的進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)，在工件表面的同一個(gè)點(diǎn)處間隔反復(fù)地打多個(gè)激光脈沖，加工出可控制深度的微凹 腔和微凹槽。
本發(fā)明的有益效果是-
1、 通過調(diào)整工件上同一個(gè)點(diǎn)處多個(gè)脈沖作用時(shí)間上的間隔，可使加工時(shí)由激光帶來的 熱負(fù)面效應(yīng)降到最低，在兼顧加工效率、加工成本的同時(shí)最大程度地保證形貌的表面加工 質(zhì)量。
2、 能夠在例如氣缸套等桶類工件的內(nèi)外壁表面進(jìn)行微坑或凹槽的造型，微坑或凹槽的 間距及深度可控，在工件工作狀態(tài)下，在其表面形成流體動(dòng)壓潤滑，從而降低磨損，延長 使用壽命。
3、 能夠在平面類工件表面進(jìn)行微坑造型，微坑間距及深度可控，適合用于機(jī)械密封、 推力軸承，密布在密封環(huán)表面的大量微坑成為儲(chǔ)油的凹腔，可使機(jī)械密封工作在零泄漏、 非接觸狀態(tài)下，大大延長其使用壽命。
4、 能夠在如凸輪軸凸輪、球關(guān)節(jié)等空間曲面類工件表面進(jìn)行微坑造型，在工作狀態(tài)下, 在其表面形成彈流潤滑，可取得減磨、延壽的效果。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中激光器2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3為圖1中外部光路結(jié)構(gòu)圖，其中(a)為彎頭型激光頭，(b)為直頭型激光頭； 圖4為圖1的控制部分框圖； 圖5為本發(fā)明加工工藝示意圖6為用本發(fā)明方法加工出的微凹腔39的橫斷面示意圖； 圖7為用本發(fā)明方法加工出的微凹槽38的橫斷面示意圖； 圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中的對(duì)缸套工件35微造型示意圖； 圖9為圖8中缸套工件35的展開圖； 圖10為本發(fā)明實(shí)施例2中密封環(huán)工件36的微造型示意圖11為寬螺旋槽40的加工原理圖12為圖11中寬螺旋槽40的A局部放大圖。
圖中l(wèi).激光器電源；2.激光器；3.尾架；4.調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器；5.導(dǎo)光管；6.激光頭； 7.CCD攝像頭；8.伺服電機(jī)；9.前蓋；IO.Z向立式導(dǎo)軌；ll.伸縮架；12.套筒；13.伺服電 機(jī)；14.主軸；15.伺服電機(jī)；16. Y向移動(dòng)導(dǎo)軌；17.伺服電機(jī)；18. X向移動(dòng)導(dǎo)軌；19.底座；
20.激光裝置；21、 22.方向可調(diào)全反鏡；23.全反鏡；24.聲光調(diào)Q開關(guān)；25.光闌；26.光
閘；27.激光發(fā)生器；28.輸出鏡；29.反射鏡；30.聚焦透鏡；31.全反鏡；32.保護(hù)鏡；33.
外光路系統(tǒng)；34.激光；35.缸套工件；36.密封環(huán)工件；37.工作臺(tái)；38.微凹槽；39.微凹 腔；肌寬螺旋槽；IV微凹腔半徑；hp.微凹腔深度；bs.微凹槽寬度；h8.微凹槽深度；1'， 2， ， 3'……n-1' ， n'.凹腔個(gè)數(shù)編號(hào)。
具體實(shí)施例方式
如圖1-3所示，本發(fā)明的激光表面微造型裝置主要包括激光器2與外光路部件、工作 臺(tái)部件、用于控制工作臺(tái)和激光器2的控制部分組成。激光器2固定于尾架3上方，沿光 路方向依次內(nèi)置了HeNe激光裝置20、兩塊方向可調(diào)全反鏡21和22、全反鏡23、聲光調(diào)Q 開關(guān)24、光闌25、光閘26激光發(fā)生器27和輸出鏡28。激光器電源1和調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器4 固定于尾架3上。外光路部件位于激光器2的右方并和前蓋9固定，從上到下依次為CCD 攝像頭7、反光鏡29和激光頭6，激光頭6依次由聚焦透鏡30、全反鏡31、保護(hù)鏡32組 成。金屬套筒12與激光頭6連接。外光路部件的側(cè)向帶有輔助氣體噴射裝置，固定于伸縮 架11上，伸縮架11固定于Z向立式移動(dòng)導(dǎo)軌10上，導(dǎo)軌由伺服電機(jī)8通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)； 激光器2和外光路部件是通過導(dǎo)光管5連接。安裝在底座19上的工作臺(tái)37部件位于激光
頭6下方，包含旋轉(zhuǎn)主軸14和平面X、 Y方向的二維移動(dòng)導(dǎo)軌16、 18，分別由伺服電機(jī)13、 15、 17驅(qū)動(dòng)；主軸14同軸方向安裝一高精度增量編碼器。
如圖4，控制部分包括工控機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)；工控機(jī)內(nèi)ISA總線上并 聯(lián)裝有一塊四軸運(yùn)動(dòng)控制卡、 一塊電隔離D/A卡、 一塊編碼器計(jì)數(shù)卡；四軸運(yùn)動(dòng)控制卡控 制X、 Y、 Z伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，D/A卡控制主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，編碼器計(jì)數(shù)卡控制調(diào)Q開 關(guān)驅(qū)動(dòng)器4、光閘26和氣閥。
如圖l、 5所示，將待加工工件固定于主軸14上，隨主軸14做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；由安裝在主 軸14同軸方向的高精度增量編碼器輸出反映工件轉(zhuǎn)過位置的脈沖信號(hào)，經(jīng)編碼器計(jì)數(shù)卡四 倍頻、計(jì)數(shù)處理，使激光器2脈沖發(fā)出時(shí)間和工件旋轉(zhuǎn)時(shí)間耦合，即在兩個(gè)或多個(gè)脈沖的 空隙時(shí)間內(nèi)正好走過工件上兩個(gè)加工點(diǎn)之間的旋轉(zhuǎn)距離，再由工控機(jī)分頻后輸出聲光調(diào)Q 開關(guān)24的控制信號(hào)，控制激光器發(fā)生器27輸出單脈沖激光34;激光束再通過外光路系統(tǒng) 33、全反鏡22反射后再經(jīng)激光頭聚焦透鏡30照射在工件表面；由四軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制Y 向移動(dòng)導(dǎo)軌16和X向移動(dòng)導(dǎo)軌18這兩個(gè)二維導(dǎo)軌和Z向立式導(dǎo)軌10的移動(dòng)，使激光束 34和工件表面產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；借助于D/A卡和編碼器計(jì)數(shù)卡對(duì)主軸14和激光器2的協(xié)同 控制以及工件與激光束產(chǎn)生的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并結(jié)合單脈沖同點(diǎn)間隔多次的激光加工新工藝， 即通過在同一個(gè)點(diǎn)處，間隔反復(fù)地打多個(gè)激光脈沖，在工件表面加工出可控制深度的微凹 腔39和微凹槽38。
如圖5，具體加工時(shí)先在工件上面打一圈n'個(gè)微凹腔39，每個(gè)微凹腔39需要打m個(gè) 脈沖，其中1'點(diǎn)是起始點(diǎn)，脈沖激光在起始點(diǎn)l'處打一個(gè)脈沖后，接著打下一個(gè)點(diǎn)2', 依次順序打完第一圈n'個(gè)微凹腔39;然后工件轉(zhuǎn)動(dòng)第二圈回到l'時(shí)，對(duì)r點(diǎn)打第二次 個(gè)脈沖，接著對(duì)2'點(diǎn)打第二個(gè)脈沖，依次類推，直到轉(zhuǎn)完m圈，對(duì)每個(gè)微凹腔39打完m 個(gè)脈沖。該方法實(shí)現(xiàn)激光器脈沖發(fā)出時(shí)間和工件旋轉(zhuǎn)時(shí)間耦合，即在兩個(gè)或多個(gè)脈沖的空 隙時(shí)間內(nèi)正好走過工件上兩個(gè)加工點(diǎn)之間的旋轉(zhuǎn)距離，完成在工件表面規(guī)定位置上的激光 單脈沖輸出，這樣可以充分保證加工時(shí)的效率。
如圖6、7,所加工微凹腔39的直徑rv和深度hp可控，rv在20um 60um之間，h。在lum 20um之間；所加工微凹槽38寬度bg和深度h^可控，bg在40um 120um之間，h^在lum 20um 之間。
本發(fā)明在各種工件上加工宏觀形貌的寬凹槽，方法是先將微凹腔39重疊加工成窄凹 槽，再由窄凹槽重疊加工成寬凹槽，即得到表面宏觀造型的寬凹槽。
本發(fā)明可用于大多數(shù)金屬材料和非金屬材料工件的表面微造型，對(duì)加工工件的形狀等
沒有特殊要求，比如可用來加工缸套/活塞環(huán)摩擦副系統(tǒng)中缸套表面的微凹腔和微凹槽；還 可以用來加工機(jī)械密封環(huán)端面的微觀潤滑腔和宏觀泵送槽等等。
下面通過2個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明 實(shí)施例1
如圖8，本實(shí)施例是在缸套工件/活塞環(huán)系統(tǒng)中的缸套工件35表面加工微凹腔，或交 叉微凹腔或兩者的組合。
采用一平面底座19，在其上固定X方向?qū)к?8，型號(hào)為MSMA102A1G的伺服電機(jī)17通 過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)Y方向?qū)к壠脚_(tái)沿導(dǎo)軌18左右移動(dòng)；型號(hào)為MSMA102A1G的伺服電機(jī)15通 過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)沿導(dǎo)軌16做前后移動(dòng)；型號(hào)為MSMA102A1C的伺服電機(jī)13通過皮帶傳 動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸14做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在主軸14同軸方向安裝一型號(hào)為lfa-500a-25000的增量編碼 器；型號(hào)為MSMA022A1A的伺服電機(jī)8通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)伸縮架11沿Z向立式導(dǎo)軌10做上 下移動(dòng)，在伸縮架11上固定激光頭6，激光頭6與金屬套筒12通過螺紋連接。
在所述摩擦副零件表面形貌的激光微造型設(shè)備的尾架3上方放置激光器2，下方放置 激光器電源1和調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器4;在激光器內(nèi)部光路中，設(shè)置HeNe激光裝置20;沿主光 路方向，依次設(shè)置全反鏡23、聲光調(diào)Q開關(guān)24、光閘25、光閘26、激光發(fā)生器27和輸出 鏡28。所述CCD攝像頭7安置在前蓋9上方，在其下方固定一可調(diào)角度的反射鏡29。激光 頭分為如圖3 (a)的水平聚焦型和如圖3 (b)的垂直聚焦型，水平聚焦型光頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)中， 沿光路方向依次為聚焦透鏡30、全反鏡31、保護(hù)鏡32;垂直聚焦型激光頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)中， 沿光路方向依次為聚焦透鏡30、保護(hù)鏡32。
工控機(jī)內(nèi)ISA總線上插有編碼器計(jì)數(shù)卡、型號(hào)是MC8041A的4軸運(yùn)動(dòng)控制卡和型號(hào)為 的PCL728D/A卡，增量編碼器信號(hào)輸入編碼器計(jì)數(shù)卡，通過四倍頻、計(jì)數(shù)處理，由工控機(jī) 分頻后輸出信號(hào)至調(diào)Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器4，控制調(diào)Q開關(guān)24的開合。4軸運(yùn)動(dòng)控制卡輸出脈沖/ 方向信號(hào)至伺服電機(jī)8、 15、 17工作在位置控制模式。D/A卡輸出電壓信號(hào)至型號(hào)為 MSDA103A1A的伺服電機(jī)13的驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)13工作在速度控制模式。其他輔助裝置如 光閘26等由編碼器計(jì)數(shù)卡上的繼電器控制?？刂撇糠值年P(guān)系如圖4所示。
如圖5所示，將待加工工件固定于主軸14上，隨主軸14做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；由安裝在主軸 14同軸方向的高精度增量編碼器輸出反映工件轉(zhuǎn)過位置的脈沖信號(hào)，經(jīng)編碼器計(jì)數(shù)卡四倍 頻、計(jì)數(shù)處理，再由工控機(jī)分頻后輸出調(diào)Q開關(guān)24控制信號(hào)，控制激光器2輸出單脈沖激 光；激光束通過反射鏡29反射經(jīng)激光頭6聚焦照射在工件表面；由四軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制二 維導(dǎo)軌16、 18和Z向立式導(dǎo)軌10的移動(dòng)，使激光束和工件表面產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)圖8、 9所示的加工示意圖，利用激光表面微造型加工系統(tǒng)分別在區(qū)域I 、 III處加 工微凹腔39，在區(qū)域II處加工微凹槽38。在區(qū)域I、 III加工微凹腔39時(shí)可通過控制每一 個(gè)微凹腔39處所打激光脈沖個(gè)數(shù)來控制深度hp，由于采用了單脈沖同點(diǎn)間隔多次工藝，hp 可以根據(jù)每個(gè)激光脈沖所形成的材料去除量線性疊加，hp—般可以從lum 20咖；通過控制 激光波長長短，或聚焦鏡焦距和聚焦點(diǎn)位置來控制微凹腔39的半徑r"rp—般可以由20um 60um;而凹腔之間的間距可以由軟件預(yù)先設(shè)定來實(shí)現(xiàn)。具體加工過程是這樣的先調(diào)整到 加工起始位置，同時(shí)根據(jù)要求，由控制軟件設(shè)置好加工參數(shù)，然后開始加工。比如在加工 高度H處每一個(gè)微凹腔需要打5個(gè)脈沖才能達(dá)到深度要求，則保持z軸不移動(dòng)，在這個(gè)H 高度位置需要轉(zhuǎn)5圈，然后再沿z軸向加工方向移動(dòng)，至下一個(gè)加工位置的加工。圖6顯 示了加工的微凹腔39的橫斷面示意圖。
在區(qū)域II加工交叉微凹槽38，微凹槽38是通過一系列微凹腔39的重疊成槽來實(shí)現(xiàn)的， 其深度K通過微凹腔39的重疊程度來控制，其重疊程度由重疊系數(shù)nX來表示，0%從75 % 95%，其深度一般可以從lum 20um;同樣也可通過控制激光波長，或聚焦鏡焦距和 聚焦點(diǎn)位置來控制微凹槽38寬度bs， bg—般可由40um 120ura;而微凹槽38交叉角度、圓 周方向槽距可由軟件預(yù)先設(shè)定來實(shí)現(xiàn)。具體過程是這樣的先調(diào)整到加工起始位置，同時(shí) 根據(jù)要求，設(shè)置好加工參數(shù)，然后開始加工。與上面加工微凹腔39所不同的是，在加工微 凹槽38時(shí)，z軸不會(huì)停在某個(gè)高度，而是勻速運(yùn)動(dòng)，通過匹配z軸移動(dòng)速度和缸套轉(zhuǎn)速來 控制z方向每個(gè)重疊微凹腔39之間距離，從而控制微凹槽38深度。當(dāng)加工完一個(gè)方向后， z軸反方向返回可形成微凹槽38。圖7顯示了加工的微凹槽38的橫斷面示意圖。 實(shí)施例2
如圖10-12所示，在零泄漏非接觸式新型機(jī)械密封環(huán)工件36上加工微凹腔39和微凹 槽38，其基本原理同實(shí)施例1中缸套工件35的加工，只是由于密封環(huán)端面是平面，所以 激光加工噴嘴由圖3 (a)中的彎頭變成圖3 (b)中的直頭。如圖11，當(dāng)加工深度為lum 20um微米量級(jí)、寬度為lmra以上毫米量級(jí)的寬螺旋槽40時(shí)，可以通過凹腔重疊成窄凹槽， 再由窄凹槽重疊成寬凹槽的方法來完成，這種宏觀淺槽的外形，如圓弧槽、螺旋槽等可以 由控制軟件實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1. 一種激光表面微造型裝置，由激光器(2)、外光路部件、旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)工件部件、控制激光器(2)和控制工件的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的控制部分組成，其特征在于沿所述激光器(2)的光路方向依次內(nèi)置了激光裝置(20)、兩塊可調(diào)方向全反鏡(21、22)、全反鏡(23)、聲光調(diào)Q開關(guān)(24)、光闌(25)、光閘(26)、激光發(fā)生器(27)和輸出鏡(28)；所述外光路部件通過導(dǎo)光管(5)連接激光器(2)且從上到下依次安裝有CCD攝像頭(7)、反光鏡(29)和激光頭(6)，外光路部件一側(cè)固定與伺服電機(jī)(8)連接的Z向立式移動(dòng)導(dǎo)軌(10)，伸縮架(11)固定在導(dǎo)軌(10)上；所述旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)工件部件位于激光頭(6)下方，包含旋轉(zhuǎn)主軸(14)和平面二維導(dǎo)軌(16、18)，分別連接伺服電機(jī)(13、15、17)，在主軸(14)同軸方向安裝一增量編碼器；控制部分包括工控機(jī)、伺服電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光表面微造型裝置，其特征在于所述工控機(jī)內(nèi)的ISA總線 上并接一塊四軸運(yùn)動(dòng)控制卡、 一塊電隔離D/A卡和一塊編碼器計(jì)數(shù)卡。
3. —種激光表面微造型方法，其特征主要是依次包括如下步驟(A) 將待加工工件固定于主軸(14)上，隨主軸(14)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；由增量編碼器輸 出反映工件轉(zhuǎn)過位置的脈沖信號(hào)，經(jīng)編碼器計(jì)數(shù)卡四倍頻、計(jì)數(shù)處理，使激光器(2)脈沖發(fā) 出時(shí)間和工件旋轉(zhuǎn)時(shí)間耦合，即在兩個(gè)或多個(gè)脈沖的空隙時(shí)間內(nèi)正好走過工件上兩個(gè)加工點(diǎn) 之間的旋轉(zhuǎn)距離；(B) 由工控機(jī)分頻后輸出聲光調(diào)Q開關(guān)(24)的控制信號(hào)控制激光器輸出單脈沖激光 束；激光束通過光路系統(tǒng)聚焦照射在工件表面；由四軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制二維導(dǎo)軌(16、 18) 和導(dǎo)軌(10)的移動(dòng)，使激光束和工件表面產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；(C) 借助D/A卡和編碼器計(jì)數(shù)卡對(duì)主軸(14)和激光器(2)的控制以及工件與激光束 產(chǎn)生的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在工件表面的同一個(gè)點(diǎn)處間隔反復(fù)地打多個(gè)激光脈沖，加工出可控制深度 的微凹腔(39)和微凹槽(38)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種激光表面微造型的方法，其特征在于步驟(C)所加工的微 凹腔(39)的直徑為20 60um，深度為1 20um;微凹槽(38)的寬度為40 120um，深度 為1 20um。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種激光表面微造型的方法，其特征在于先將微凹腔(39)重疊 加工成窄凹槽，再由窄凹槽重疊加工成寬凹槽可得到表面宏觀造型的寬凹槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光表面微造型裝置及方法，由激光器、外光路部件、旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)工件部件、控制激光器和控制工件的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的控制部分組成，待加工工件隨主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；由增量編碼器輸出反映工件轉(zhuǎn)過位置的脈沖信號(hào)，使激光器脈沖發(fā)出時(shí)間和工件旋轉(zhuǎn)時(shí)間耦合，在兩個(gè)或多個(gè)脈沖的空隙時(shí)間內(nèi)正好走過工件上兩個(gè)加工點(diǎn)之間的旋轉(zhuǎn)距離；由工控機(jī)分頻后輸出聲光調(diào)Q開關(guān)的控制信號(hào)控制激光器輸出單脈沖激光束，由四軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制二維導(dǎo)軌和導(dǎo)軌的移動(dòng)，使激光束和工件表面產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工出微凹腔和微凹槽；本發(fā)明可使加工時(shí)由激光帶來的熱負(fù)面效應(yīng)降到最低，在兼顧加工效率、加工成本的同時(shí)最大程度地保證形貌的表面加工質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K26/04GK101380692SQ20081015578
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者符永宏, 濤 米 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)