[发明专利]在激光增材制造中利用光敏元件定位实际加工点的方法

说明书

本发明属于增材制造相关技术领域，并公开了一种在激光增材制造中利用光敏元件定位实际加工点的方法。该方法包括下列步骤：S1建立初始的工具坐标系，原点为机械手末端中心，坐标轴的方向与机械手的坐标轴方向相同；确定激光焦点在工具坐标系中的坐标；S2沿Z轴方向调整机械手的位置，使得激光的光圈覆盖待加工丝材的直径，此时机械手Z轴方向的位移即为激光的离焦量，光圈的中心为实际加工点；S3将光圈的中心作为工具坐标系的原点，各个坐标轴方向不变，以此更新工具坐标系。通过本发明，解决激光增材制造中默认的工具坐标系与实际加工坐标系，以及实际加工点与工具坐标系原点不统一，加工精度低，误差大的问题。

技术领域

本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种在激光增材制造中利用光敏元件定位实际加工点的方法。

背景技术

增材制造技术经过多年的发展，技术不断更新，增材制造设备层出不穷，分层实体制造(LOM)，激光选区烧结(SLS)，激光选区融化(SLM)，熔融沉积(FDM)，光固化(SLA)等。上述增材制造设备中均采用离散堆积的原理，即先将三维实体模型降维成二位平面，一维点线(俗称切片)，生成代码，指导设备逐点-逐线-逐面生成三维实体。基于此成型原理，增材制造零件具有显著各向异性，尤其是水平方向与Z轴方向，Z方向力学性能不佳是增材制造中的一个难点。

针对上面提出的问题，研究人员将六轴机械手，两轴变位机及加压装置引入增材制造中。机械手和变位机的灵活性，使得随行制造成为可能，切片方式也不再局限于平面结构。加压装置等的引入有效解决了Z轴方向强度弱的现象，但随之而来的是高精度定位的需求。有别于现有激光制造方式，机械手增材制造方式，机械手作为运动部件，带动成型喷头移动。

在激光增材制造中，不管工具坐标系的原点在哪里，机械手的运动都是绕工具坐标系的原点运动的，一般默认工具坐标系为机械手末端的中心，但是该中心并不是实际激光加工的实际加工点，若以机械手末端的中心作为实际加工点，将会带来较大的加工误差，因此，需要将工具坐标系的原点变换至实际加工点处。

机械手默认的工具坐标系成型原点位于终端正中心，为了将中心转移到成形喷头，机械手往往自带了四点定位法，通过旋转机械手，测试多个数据点，耦合后算出新的工具坐标原点。无论是测试过程中，计算过程中，都存在一定的误差，尤其是测试过程中，凭借肉眼观察，随机误差很大。然而，增材制造过程是一个精细的过程，这里的误差和丝材的直径想当，对于实际生产及实验是无法接受的。因此，需要一种能精确定位实际加工点并确定工具坐标系的定位方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在激光增材制造中利用光敏元件定位实际加工点的方法，解决激光增材制造中默认的工具坐标系与实际加工坐标系，以及实际加工点与工具坐标系原点不统一，加工精度低，误差大的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种在激光增材制造中利用光敏元件定位实际加工点的方法，该方法包括下列步骤：

S1确定激光焦点坐标

建立初始的工具坐标系，该工具坐标系的原点为机械手末端中心，坐标轴的方向与机械手自身坐标系的坐标轴方向相同；确定激光焦点在所述工具坐标系中的坐标；

S2确定离焦量

沿所述工具坐标系的Z轴方向，上下调整机械手的位置，使得所述激光的光圈刚好覆盖待加工丝材的直径，此时机械手Z轴方向的位移即为激光的离焦量，根据该离焦量确定所述光圈的中心在所工具坐标系中的坐标，所述光圈的中心即为实际加工点；

S3工具坐标系的更新

将所述光圈的中心作为所述工具坐标系的原点，各个坐标轴方向不变，以此更新所述工具坐标系，此时的工具坐标系即为实际加工坐标系，实现工具坐标系与实际加工坐标系的统一，以及实际加工点的定位。

进一步优选地，在步骤S1中，确定激光焦点在所述工具坐标中的坐标按照下列步骤进行：