[发明专利]用于利用激光操作形成内部空腔的系统和方法

说明书

联邦赞助研究声明

这个发明是在由能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643下由政府支持做出的。在这个发明中，政府具有一定的权利。

技术领域

本公开涉及用于材料处理的系统和方法，并且具体地，涉及利用激光来成形内部空腔的系统和方法。

背景技术

从人们使用工具开始，已经通过加工技术实现了这一点，即通过去除一些材料来改变由多种材料制成的对象的形状和尺寸。虽然加工曾经主要在金属上进行，然而现今经常能加工更多的高级材料，诸如高级合金、陶瓷以及可组合金属、陶瓷和其它材料的复合材料。加工的方式也在发展，超越了通过诸如铣削、钻孔等的过程来从对象物理地抽取材料，达到了包括诸如放电加工、电化学加工、电子束加工、光化学加工、激光加工以及超声加工之类的新技术。即使有了加工和材料技术的进步，某些类型的加工仍然提出了挑战。在这些挑战中，有难以将加工装置控制在其中没有可用的视觉通路的空间中（例如，内部空腔），以及难以将加工装置控制在这样的空间中，使得能在加工过程中达到准确的深度和形状。

发明内容

根据本发明的一方面，公开用于激光加工的系统、方法以及设备，其包括：激光生成器；杆（rod），配置成从激光生成器延伸并且向其缩回，万向转镜（articulated mirror），安装在杆上并且配置成反射由激光生成器生成的激光束；一个或多个热传感器，以及控制器，该控制器可从热传感器（一个或多个）接收数据，并且确定如何和是否基于数据来操作杆和万向转镜以指引由激光生成器生成的激光束。由控制器接收的数据可包括激光束与其被指向的对象进行接触的接触点的二维或三维坐标。接收的数据也可以（或取代）为控制器能够用以确定这样的坐标的数据。控制器可指示、指引或者另外引起杆相对于激光生成器延伸和缩回以及/或者绕着由激光束形成的轴旋转。控制器也可指示、指引或另外引起万向转镜绕着由万向转镜的直径所形成的轴旋转。

根据本发明的另一个方面，可使用多个热传感器来检测或生成接触点的三维坐标。备选地，可通过控制器来使用来自多个热传感器的数据以确定三维坐标。在一些实施例中，可使用单个热传感器并且可基于二维坐标和诸如反射率时间测量、检测到的热等的附加数据来确定三维坐标。

在本发明的另一个方面，控制器可将接触点的确定的位置与配置在控制器上的一个或多个绘图、示意图、设计图等进行比较，以确定在接触点处是否有附加的材料待去除。如果没有附加的材料从接触点待去除，那么控制器可通过操作万向转镜和杆的一个或多个来移动接触点，使得材料可以从激光束正从其去除材料的对象的其它区域去除。如果完全没有附加的材料从对象待去除，则控制器可指示、指引或另外引起激光生成器停止发射激光束。

在结合附图来阅读时会更好地理解前述的概要，以及以下详细描述。出于示出所要求保护的主题的目的，在附图中示出说明多种实施例示例；然而，本发明不限于公开的特定的系统和方法。

附图说明

在参照附图来阅读以下详细描述时，本主题的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中：

图1为根据本公开的一个实施例的非限制性示范性激光加工系统的框图；

图2为根据本公开的一个实施例的非限制性示范性激光加工系统的另一个框图；

图3为根据本公开的一个实施例的非限制性示范性激光加工系统的另一个框图；

图4为根据本公开的一个实施例的非限制性示范性激光加工系统的另一个框图；

图5为根据本公开的一个实施例的非限制性示范性激光加工系统的另一个框图；

图6为根据本公开的一个实施例的非限制性示范性激光加工系统的另一个框图；

图7为进行本公开的实施例的非限制性示范性方法；

图8为本公开的实施例可实现的非限制性示范性处理器的框图。

具体实施方式