[发明专利]一种多光源、多功能、多轴激光加工头及装备

摘要

本发明公开了一种激光加工头及其包括该加工头的多光源、多功能、多轴激光加工装备。所述激光加工头包括壳体、光路系统、定位锥盘状连接机构、激光测距仪、电机驱动机构和吸尘保护罩，具有多种加工模式、可灵活选择激光器、容易更换特点。所述多光源、多功能、多轴激光加工装备包括装备控制操作系统平台、多轴联动数控机床和前述激光加工头，激光加工头通过刀柄式定位锥装置固定于高精度多轴联动机床上，进行大幅面、跨尺度的激光精细加工只需通过激光光源、激光光路和激光加工头的切换，即可实现至少三种以上大型复杂构件精细表面加工应用，特别适用于航空航天领域。本发明具有制造成本低，应用范围广，便于批量生产等优点。

主权项

1.一种多光源、多功能和多轴激光精密制造装备，其特征在于，包括激光加工头、装备控制操作系统、多轴联动数控机床；所述激光加工头包括壳体(51)、光路系统、定位锥盘状连接机构、激光测距仪(20)、电机驱动机构(18)和吸尘保护罩(22)；其中：所述壳体(51)开设有外部激光进光孔、光纤激光进光孔、出光孔和测距孔；出光孔和测距孔位于激光加工头壳体底面，进光孔、出光孔和测距孔分别用于外部激光入射、光纤激光入射、聚焦后激光和激光测距仪检测光通过；所述光路系统用于对激光整形并使其投射到加工焦平面上，根据不同波长激光选用匹配的光学器件，集成在不同激光加工头内；光路系统可灵活拆装更换，以适用于不同波长激光；所述定位锥盘状连接机构(17)安装于壳体(51)侧壁外部，用于与数控机床固定连接，不同激光加工头可通过定位锥盘状连接机构(17)灵活拆装更换；定位锥盘状连接机构(17)中部开有通光孔，该孔与壳体外部激光进光孔正对，用于外部激光馈入加工头；所述激光测距仪(20)安装在壳体(51)内，工作时其出射的检测激光束和反射激光束均通过壳体底面测距孔，激光测距仪出射的检测激光束在激光加工焦平面上的光斑与激光加工光斑重合，用于测量激光加工焦平面高度偏差；所述电机驱动机构(18)安装在壳体(51)内部，用于驱动光路系统和激光测距仪在工件表面的法线方向移动；所述吸尘保护罩(22)位于激光加工头底部，围绕壳体(51)出光口安装，通过与外部吸尘管连接以吸走加工过程中产生的烟尘并防止激光外泄，保护工作环境卫生和防止人员损伤；所述激光加工头还包括光束指向/功率检测模块，用于对激光光束指向和激光功率进行实时监测；光束指向/功率检测模块安装在光路系统中90°反射镜的后部，从90°反射镜透射出的部分激光入射进入光束指向/功率检测模块的检测窗口，实现对激光光束指向和激光功率进行实时监测；所述装备控制操作系统基于PC机构成，用于控制多轴联动数控机床和激光加工头的整体运行，包括但不限于实现大型复杂曲面模型的非规则分区规划、曲面加工图形精度补偿、加工路径模拟仿真和防碰撞实时监测功能；所述多轴联动数控机床采用至少有五轴的高精度联动数控机床，包括X、Y、Z三维直线移动轴、旋转轴C和摆动轴A；所述激光加工头安装在摆动轴A上；所述多轴联动数控机床的Z轴上预留有安装气体激光器及其光路系统位置，加工时，可根据材料特性选择使用气体激光器或光纤激光器；使用中，当采用动态聚焦方式工作时，激光加工头在数控机床带动下动作，激光光斑的移动由数控机床控制；加工激光从激光头壳体入光孔进入，经光路系统整形聚焦，由壳体底部吸尘保护罩内的出光口射出，聚焦在工件表面；所述激光测距仪发出测距激光，通过外壳测距孔投射到工件表面，测量工件高度数据，送入装备控制操作系统，由装备控制操作系统实时调整加工激光的焦点高度到工件表面，实现动态跟踪聚焦；当采用三维扫描方式工作时，激光加工头在数控机床带动下动作，激光光斑移动由二维高速扫描振镜控制；加工激光从激光头壳体入光孔进入，经反射镜、扫描振镜和场镜，经由壳体底部吸尘保护罩射出，聚焦在工件表面；所述激光测距仪发出测距激光，通过外壳测距孔投射到工件表面，测量工件高度数据，送入装备控制操作系统，由装备控制操作系统调整加工激光的焦点高度。