一种适用于复杂曲面的激光加工方法及装置

摘要

本发明提供了一种适用于复杂曲面的激光加工方法，通过采用对复杂曲面划分曲面片并建立各曲面片坐标系的处理步骤，使得在后续的划分子块和加工图形平行投影处理步骤中，可按照各曲面片坐标系分别处理，从而有效解决了现有技术只能采用单一坐标系进行整体投影而对背靠激光入射方向的加工型面或者与光轴方向平行的陡直面无法加工的局限，并且提高了加工效率、拓展了加工适用范围。本发明还提供了一种激光加工装置，采用具备两轴激光振镜和Z轴移动机构的“2+1轴”的激光加工头结构，解决了现有系统必须依赖三轴机床的问题，使得加工单元独立、紧凑、易拆装，可以将常规的五轴联动铣床改变成激光刻蚀加工机床，而功能兼容，具有重要的实用价值。

主权项

一种适用于复杂曲面的激光加工方法，包括以下步骤：（1）将待加工复杂曲面工件的三维曲面模型划分为曲面片，对每个曲面片建立曲面片坐标系，在该曲面片坐标系下曲面片外表面任意位置的法线正方向与Z轴正方向的夹角小于90度，且曲面片内包含的待加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X‑Y基准平面，得到的投影图形所占区域在待使用的激光振镜的扫描范围内；所述曲面片坐标系指以曲面片的最小长方体包围盒中与曲面片外表面相对的底面为X‑Y基准平面，以该底面几何中心处的法线正方向为Z轴正方向的坐标系； （2）将各曲面片划分为子块，使在各曲面片坐标系下各子块内部的Z坐标最大差值小于待使用的激光振镜输出的激光束焦深；子块划分完成后，对每个子块计算其内部的最大Z坐标和最小Z坐标的平均值，将该平均值与待使用的激光振镜的工作焦距相加所得的数值作为该子块对应的激光加工焦距；（3）将各曲面片内的待加工图形依据步骤（3）划分的子块区域进行拆分，得到子块加工图形；（4）将各曲面片内的所有子块加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X‑Y基准平面，获得各曲面片内的子块投影加工图形，作为激光振镜的扫描轨迹；（5）将待使用的激光器所发射出的激光束经过导光系统，通过激光振镜中X、Y轴激光平面反射镜的反射和扫描聚焦透镜的会聚，在待加工工件表面按照步骤（4）中的扫描轨迹对各曲面片进行扫描加工。