[发明专利]一种大型三维零件表面并行激光刻蚀加工方法和装置

说明书

本发明公开了一种大型三维零件表面并行激光刻蚀加工方法和装置，属于工业机器人和激光振镜扫描加工领域。本发明提供的并行激光刻蚀加工方法，通过将大型三维零件表面划分为多个加工区域，每个加工区域分配给并行激光刻蚀加工装置中的一个激光振镜扫描刻蚀加工机器人，从而实现大型三维零件表面分片定位、分区振镜扫描高精度并行激光刻蚀加工。本发明提供的装置包括多个激光振镜扫描刻蚀加工机器人和激光并行刻蚀加工CAM系统。本发明实现了对大型三维零件表面的高精度并行激光振镜扫描刻蚀加工，在兼顾加工精度的情况下，能成倍提高大型三维零件表面的激光刻蚀加工效率。

技术领域

本发明属于先进制造领域中工业机器人和激光加工领域，特别涉及一种采用多个激光振镜扫描刻蚀加工机器人进行大型三维零件表面并行激光刻蚀加工的方法和装置。

背景技术

激光先进制造技术具有非接触、高能束、反射镜偏转扫描加工等特点，将激光技术与传统的机械加工领域已经广泛采用的多轴数控机床或工业机器人相结合就可以实现大尺度复杂工件表面的三维激光加工系统。

申请号为201710029392的发明专利申请“基于多自由度激光机器人的FSS雷达罩加工方法和装置”，通过将光纤激光头安装到工业机器人的末端，采用工业机器人自带的控制系统控制机器人三维运动，运载光纤激光束实现对大尺寸三维工件表面FSS单元结构的激光刻蚀加工。申请号201310447904.4的发明专利“多机器人光纤激光切割系统”设计了一种带全局三目视觉定位装置的多机器人三维光纤激光切割系统，他们将多个六自由度工业机器人倒立安装到龙门框架上，每个机器人末端手部上安装一个激光切割头。前述的这类基于工业机器人的三维激光加工系统，硬件结构较为简单，控制系统采用工业机器人自带的系统，软硬件集成易于实现。不足之处在于，由于未采用高速扫描振镜装置，加工速度只是由机器人机械运动速度决定，没有发挥出激光振镜高速偏转扫描加工的高效率优势。

专利号为200810197661.2的发明专利“一种振镜式激光三维扫描系统”，将激光振镜固定在Z轴移动机构上来实现激光焦点在Z轴位置的灵活调节，来实现振镜扫描激光三维立体加工。专利申请号为201010115968.0的中国发明专利“一种自由曲面上的投影式激光刻蚀方法”，设计了三轴数控机床+二轴偏转振镜的三维投影式激光刻蚀系统，在数据处理时将工件曲面投影到水平面然后进行分层加工，通过三轴数控机床调整激光头的XYZ空间位置定位到各层，然后振镜扫描激光加工。公开号为CN 102151984 A的发明专利“一种适用于复杂曲面的激光加工方法及装置”，设计了具有标准数控机床拉刀接口的三坐标激光刻蚀加工头(包括两轴激光振镜和Z轴)，将该激光刻蚀加工头安装至五轴联动数控机床的标准拉刀刀座上，成为五轴机床的一个标准刀具，可以方便的装载到五轴机床上完成对复杂自由曲面的3D激光表面纹理刻蚀加工。

目前，基于振镜扫描的三维复杂曲面激光刻蚀加工方案，局限于采用单个激光振镜扫描加工头与多轴数控机床或工业机器人组合进行复杂曲面扫描刻蚀加工，其原因在于系统硬件结构复杂、涉及光机电软件等多交叉学科技术、空间运动组合了多轴机械运动和光学扫描运动、CAM软件设计开发难度大等，目前的系统在加工大型三维零件时依然存在加工时间长效率较低的问题。

因此，针对大型三维零件表面激光刻蚀加工的需要和现有方案局限，需要开发一种采用多激光振镜扫描刻蚀加工机器人来实现并行激光扫描刻蚀加工的方法和系统。

发明内容

针对应用的需要和现有技术的局限，本发明提供了一种大型三维零件表面并行激光刻蚀加工方法和装置，通过采用多个激光振镜扫描刻蚀加工机器人协作实现大型三维零件表面并行激光振镜刻蚀加工，其能同时兼顾加工精度和加工效率，可确实在工程实践中应用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三维零件表面并行激光刻蚀加工方法，其包括如下步骤：