[发明专利]同轴实时检测的振镜扫描激光加工方法及装置

说明书

本发明提供了一种同轴实时检测的振镜扫描激光加工方法，包括：(1)配置加工激光束L1、检测激光束L2、透反镜M1和振镜扫描聚焦系统的空间方位；(2)对工件进行高度标定；(3)同时打开加工激光束L1和检测激光束L2，进行激光加工，计算当前激光加工所产生的加工深度ΔZ；(4)判断ΔZ是否满足加工要求，若不满足，则实时优化调整激光加工的工艺参数，跳转至步骤3；(5)若需要多遍加工，则重复执行步骤2至步骤4。本发明所述的振镜扫描激光加工方法实现了振镜扫描激光加工过程的实时同轴加工深度检测，结合实时在线调整激光加工工艺参数，解决了加工深度的智能控制技术难题。本发明还提供了一种同轴实时检测的振镜扫描激光加工装置。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种同轴实时检测的振镜扫描激光加工方法及装置。

背景技术

使用激光技术进行的检测具有快速性、非接触和非破坏性等特点，因此三维成像激光雷达使用在现代城市三维建模、数字水利、森林探测等领域，扩大了现代工农业生产、医学和生命科学、海洋开发等的应用，产生了可观的经济效益。目前存在多种光学三维获取技术，按照获取的过程可将他们分为两大类别：实体轮廓描述和光场捕获。实体轮廓描述技术又分为脉冲飞行时间法、相位测距法、三角测量法和条纹管法等多种方法。

脉冲飞行时间法基于激光脉冲测距的方式获取像素点距离值，通过对目标表面轮廓的横向像素划分进行离散采样，分别获取各像素的角度-角度-距离信息对其空间位置进行确定，所有测量像素点组合在一起构成的点云便可以对目标外形轮廓进行描述。

相位测距法是将距离测量方式替换为相位测距，通过将激光信号调制上连续的正弦信号进行探测，反射的回波信号根据目标距离加载上相位延迟，再经过和本地振荡进行比对鉴相得到2π内的相位差，通过改变调制频率多次测量，可以计算出整数相位，从而获取目标真实位置，实现扫描式三维获取。

三角测量法是基于三角测距的三维获取方式，是目前近场测量中最主流的技术，也是各种技术中商用产品最成熟的一种。三角测量法的基本原理为：设A为待测物体表面，激光束照射物体后反射形成光点，通过成像光学透镜，物体表面上的光点成像在探测器的位置B处。当物体表面在光束方向发生位置移动后，光点由A点变为A’点，它经由同一光学透镜成像位置相应变为B’。由于这两个变化是一一对应的，根据系统的空间几何关系，便可以通过像点移动量计算出探测点位移量。在单点三角测距方式中，物体表面反射光斑的成像只在在探测器和光源的连线方向(轴)移动，因此只需要放置一个线阵探测器即可，但每次只能测量一个点。为了提高速度，将激光器在垂直方向扩展为线状光源，并使用阵列探测器，可以同时测量光源上多点的距离值。

激光加工技术是激光应用最有发展前景的领域之一，国内外已开发出二十余种激光加工技术，主要包括：激光快速成形、激光焊接、激光打孔、激光切割、激光打标和激光表面处理技术等。目前，激光加工已经广泛应用在微电子、液晶、分离膜、测量、汽车、航空、纳米材料、航天等领域。

激光加工过程是激光与物质相互作用的结果，加工质量的优劣受到激光功率、扫描速度等工艺参数的影响。为了提高激光加工质量，保证激光加工的稳定性，对激光加工过程进行监测是一个行之有效的方法。通过过程监测和控制技术，可以将加工状态信息反馈到系统控制端，并与输入状态信息进行对比，根据产生的偏差来调整工艺参数。目前，人们主要将激光加工过程中的光、声、电信号作为监测信号，并通过传感器、采集卡，输入计算机作进一步处理。