[发明专利]一种激光间接冲击微成形的精密控制装置及方法

摘要

本发明提供了一种激光间接冲击微成形的精密控制装置及其方法，涉及到激光加工微机电系统零件技术领域，该装置包括激光加载系统、超声振动系统、调试光光斑—模具型腔对中组件、工件组件和控制系统；本发明装置可实现采用脉冲激光的冲击力作为能量源，同时将超声振动施加于模具和工件，提高工件的成形极限和成形质量，适用于常规激光冲击微成形方法难以成形或无法成形的材料；同时，本装置可通过编码器监测反馈电机的运动情况和光栅尺位移传感器监测反馈前后、左右平台的运动情况，提高三维移动平台的精密性；此装置适用于实现大面积模具成形和多工位激光冲击成形、使工件精确得复制出模具的形貌，或者同时完成工件的批量成形，提高了工作效率。

主权项

1.一种激光间接冲击微成形的精密控制装置，其特征在于，该装置包括激光加载系统、超声振动系统、调试光光斑—模具型腔对中组件、工件组件和控制系统；所述激光加载系统包括L型底座(1)、脉冲激光器(18)、透镜调整臂(9)、可调聚焦透镜(10)和全反镜(11)；所述脉冲激光器(18)发出的激光束经45°设置的全反镜(11)反射到可调聚焦透镜(10)上聚焦，聚焦后的激光束照射到调试光光斑—模具型腔对中组件调试好的中心位置上；所述可调聚焦透镜(10)安装在透镜调整臂(9)上，透镜调整臂(9)安装在L型底座(1)的竖直侧面上且与水平面平行，并可通过调整透镜调整臂(9)上的松紧螺栓来可调节聚焦透镜(10)的竖直方向高度；所述超声振动系统(7)包括支撑箱体(45)、第三垫块(46)、超声换能器(47)、振板(48)、超声发生器(55)、AD50T压电加速度传感器(58)、信号调理器(57)和示波器(56)；所述支撑箱体(45)安装在三维精密控制平台(2)上；所述支撑箱体(45)内左右对称安装有第三垫块(46)；第三垫块(46)上通过螺栓安装有振板(48)；振板(48)下表面安装有超声换能器(47)，且超声换能器(47)置于支撑箱体(45)内；振板(48)上表面安装有AD50T压电加速度传感器(58)，AD50T压电加速度传感器(58)通过信号调理器(57)与示波器(56)相连接，用来实时监测振板(48)的振幅；所述调试光光斑—模具型腔对中组件包括三维精密控制平台(2)、CCD传感器(16)；所述三维精密控制平台(2)设置在L型底座(1)上；利用激光控制器(17)控制脉冲激光器(18)发出一束调试光，由三维精密控制平台(2)控制前后左右和竖直方向的移动，将经全反镜(11)反射和可调聚焦透镜(10)聚焦后的调试光光斑与微模具(50)中的型腔对中；CCD传感器(16)将调试光光斑与工件组件(8)中的微模具(50)型腔的相对位置输入计算机(12)，计算机(12)再对三维精密控制平台(2)的移动做出控制；所述工件组件(8)从下至上包括夹具(49)、微模具(50)、工件(51)、软膜(52)、吸收层(53)和约束层(54)；所述夹具(49)通过螺纹连接安装在振板(48)上，且夹具(49)夹紧和定位微模具(50)、工件(51)、软膜(52)、吸收层(53)和约束层(54)；所述控制系统包括计算机(12)、激光控制器(17)、A/D转换器(3)、图像采集器(15)、液压控制系统(13)和三维移动平台控制器(14)；所述激光控制器(17)、A/D转换器(3)、图像采集器(15)、液压控制系统(13)、三维移动平台控制器(14)均与计算机(12)相连接，激光控制器(17)另一端与脉冲激光器(18)连接，用于控制脉冲激光器(18)的工作状态；A/D转换器(3)的另一端与光栅尺位移传感器(6)、第一编码器(4)、第二编码器(5)连接，用于监测反馈三维精密控制平台(2)在前后、左右方向移动装置的运动情况和第一电机(31)、第二电机(42)的运动情况；图像采集器(15)的另一端与CCD传感器(16)连接，将CCD传感器(16)采集到的信息通过图像采集器(15)处理后输入计算机(12)；液压控制系统(13)与液压缸(23)连接，用于控制三维精密控制平台(2)在竖直方向的移动；三维移动平台控制器(14)与三维精密控制平台(2)连接，用于精密控制三维精密控制平台(2)的前后、左右方向的移动。