一种用于身管内壁的激光毛化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于身管内壁的激光毛化方法和装置，属于激光表面处理相关技术领域，该方法包括如下步骤：将身管内壁的阳线、阴线或倒转侧作为待加工面，在待加工面上激光束对毛化单元内的点阵群按照横向弓形路径进行高速毛化，并且对纵向相邻毛化单元通过激光束的高速跳转实现毛化单元点阵群之间的快速接续毛化处理。本发明专利技术利用扫描振镜的高速扫描运动实现群点阵的高速激光毛化，并且相邻毛化单元之间通过扫描振镜的高速跳转实现毛化单元阵点群之间的快速跳转和接续排列，进而通过群点阵快速毛化+螺旋连续毛化的复合毛化方式大幅提高身管内壁的激光毛化质量和效率，解决了身管内壁难以进行高速激光毛化的难题。身管内壁难以进行高速激光毛化的难题。身管内壁难以进行高速激光毛化的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于身管内壁的激光毛化方法和装置


[0001]本专利技术属于激光表面处理相关
，更具体地，涉及一种用于身管内壁的激光毛化方法和装置。

技术介绍

[0002]激光毛化是一种精密激光加工方法，具有较高的定位精度要求。身管内壁的激光毛化，通常采用快速旋转的运动方式进行毛化处理。身管内壁存在阳线、阴线和倒转侧时，在旋转毛化的情况下，由于阳线与阴线之间的高度差大大超过激光束焦点的许可变化范围，将导致激光毛化处理无法正常进行。如果沿着身管内壁的阳线与阴线按照直线运动的形式进行毛化处理，需要运动速度达到40m/min以上，在直径较小的身管内壁，由于导轮尺寸较小，难以实现这种高速直线运动。另外，由于身管内壁的直线度存在一定挠度，会导致内壁圆心中心点偏移，进而影响激光毛化处理的质量。
[0003]因此，采用高能量密度激光束对存在高度差的身管内壁进行激光毛化处理时，如何解决身管内壁激光毛化时的中心定位和走形误差问题，并提高毛化质量和生产效率，一直是该领域面临的难题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于身管内壁的激光毛化方法和装置，旨在解决现有的激光毛化方法无法对存在高度差的身管内壁进行快速和高质量激光毛化处理的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于身管内壁的激光毛化方法，该方法包括如下步骤：
[0006]S1将身管内壁的阳线、阴线或倒转侧作为待加工面，并将待加工面沿长度方向分为N个毛化单元，每个毛化单元有n竖列的加工单元，每竖列有m个加工单元，每个加工单元之间的距离及每个毛化单元之间的距离均为
△
W，加工单元在工件上的位置坐标为D(k,j,q)，其中，k为毛化单元序号的变量，j为毛化单元中竖列序号的变量，q为毛化单元中横排序号的变量，设当前时间为t0，毛化时间的变量为t，每个加工单元的耗费时间为τ；
[0007]S2利用扫描振镜将激光束辐照到当前待加工面，按照弓形路径对当前毛化单元中各个加工单元进行快速扫描处理，然后通过扫描振镜偏转将激光束跳转到下一毛化单元继续进行快速扫描处理，具体为：
[0008]S21对当前毛化单元进行快速扫描处理，经过扫描振镜后的激光束辐照到D(k,j,1)位置，激光束开始进行Y轴的正方向运动，当t
‑
t0＝mτ时，表示第j竖列的加工单元完成毛化；
[0009]S22令j＝j+1，通过扫描振镜偏转将激光束向X轴的正方向移动ΔW的距离到达D(k,j,m)位置，令当前的时间为t1，激光束开始进行Y轴的负方向运动，当t
‑
t1＝mτ时，表示第j+1竖列的加工单元完成毛化；
[0010]S23令j＝j+1，通过扫描振镜偏转将激光束向X轴的正方向移动ΔW的距离到达D(k,j,1)位置，令当前的时间为t2，激光束开始进行Y轴的正方向运动，当t
‑
t2＝mτ时，表示第j+2竖列的加工单元完成毛化；
[0011]S24令j＝j+1,重复步骤S22
‑
S23直至当前毛化单元内第n竖列的加工单元完成毛化，然后通过扫描振镜偏转将激光束向X轴的负方向移动(2n+1)
·
ΔW的距离，从而跳转到下一毛化单元继续进行快速扫描处理；
[0012]S3令k＝k+1，所述激光束在扫描振镜的带动下沿当前待加工面的旋转角度进行扫描，重复步骤S2直到k＝N时表示当前待加工面的激光毛化处理完成，
[0013]S4激光束在扫描振镜的带动下对下一待加工面进行激光毛化处理，重复步骤S2至S3，直至身管内壁的所有待加工面均完成激光毛化处理。
[0014]按照本专利技术的另一方面，提供了一种用于身管内壁的激光毛化装置，该装置包括沿加工前进方向依次连接的视觉测量单元、加工头、旋转轴套、检测模块、行走模块和光纤接头，其中所述视觉测量单元用于检测激光毛化装置的偏转误差，并通过所述旋转轴套带动加工头旋转以进行调整；所述加工头包括筒体以及设置在筒体内部的旋转电机、动态聚焦镜头、反射镜和扫描振镜，所述旋转电机用于带动所述动态聚焦镜头、反射镜和扫描振镜沿着阳线、阴线或倒转侧的轨迹旋转，工作时所述动态聚焦镜头根据阳线、阴线或倒转侧的光程差调节入射激光的焦距以形成满足要求的激光束，并通过所述反射镜反射进入扫描振镜，进而利用所述扫描振镜带动激光束进行跳转；所述检测模块用于检测激光毛化装置的同心度，并通过所述行走模块调整所述激光毛化装置的同心度，同时该行走模块还用于带动所述激光毛化装置沿加工方向前进；所述光纤接头用于向加工头传输入射激光。
[0015]作为进一步优选的，所述检测模块包括前检测单元和后检测单元，所述前检测单元设置在所述视觉测量单元的后侧，包括前旋转环和前测距仪，其中所述前旋转环带动所述前测距仪沿圆周旋转，以测量所述激光毛化装置前部的同心度；所述后检测单元设置在光纤接头的前侧，包括后旋转环和后测距仪，其中所述后旋转环带动所述后测距仪沿圆周旋转，以测量所述激光毛化装置后部的同心度。
[0016]作为进一步优选的，所述行走模块包括通过长筒体连接的前行走单元和后行走单元，所述前行走单元和后行走单元的结构相同，均包括驱动电机、驱动轴以及分别与所述驱动轴连接的预设组的行走模块，每组行走模块均包括驱动涡轮、驱动同步带、驱动轮、支撑轮、支撑板和支杆组件，其中所述驱动电机通过驱动轴带动驱动涡轮旋转，所述驱动涡轮通过驱动同步带将动力传递给驱动轮，以带动所述激光毛化装置沿加工方向前进；同时所述支撑轮通过支撑板与驱动轮并排设置，所述支撑板在支杆组件的带动下抬升或下压，进而通过调节所述支撑轮的伸长量以调整激光毛化装置的同心度。
[0017]作为进一步优选的，所述支杆组件包括支杆、支杆压力传感器和支杆电机，其中所述支杆的一端与支撑板连接，其另一端与支杆电机连接；所述支杆压力传感器安装在支杆的内部，用于实时检测所述支撑轮的接触压力；所述支杆电机用于根据接触压力和同心度的测量结果驱动支杆前后移动，进而带动支撑板向上抬升或向下压缩，以此调节所述支撑轮的伸长量。
[0018]作为进一步优选的，所述驱动轮还包括轴承附件，该轴承附件包括空腔以及设置在所述空腔内部的支撑弹簧和轴承圈，所述支撑弹簧顶住轴承圈，使驱动轮贴紧身管内壁
并传递驱动力。
[0019]作为进一步优选的，所述支撑轮的外圆弧半径与身管内壁的阳线圆弧半径尺寸相同，并且所述支撑轮的宽度保证所述支撑轮的外圆弧跨越三个以上的阳线圆弧。
[0020]作为进一步优选的，所述视觉测量单元包括线结构光和CCD相机，所述线结构光用于在身管内壁的阳线、阴线和倒转侧上形成不同角度的线条，所述CCD相机用于提取线条图案并进行比较，以检测激光毛化装置的偏转误差。
[0021]作为进一步优选的，所述激光毛化装置的光纤接头与光纤收放机构连接，所述光纤收放机构包括导轨、前轮支架、后轮支架和光纤，所述前轮支架和后轮支架固定在导轨上，并且该前轮支架和后轮支架各安装有三组滑轮组，每组所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于身管内壁的激光毛化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1将身管内壁的阳线、阴线或倒转侧作为待加工面，并将待加工面沿长度方向分为N个毛化单元，每个毛化单元有n竖列的加工单元，每竖列有m个加工单元，每个加工单元之间的距离及每个毛化单元之间的距离均为
△
W，加工单元在工件上的位置坐标为D(k,j,q)，其中，k为毛化单元序号的变量，j为毛化单元中竖列序号的变量，q为毛化单元中横排序号的变量，设当前时间为t0，毛化时间的变量为t，每个加工单元的耗费时间为τ；S2利用扫描振镜将激光束辐照到当前待加工面，按照弓形路径对当前毛化单元中各个加工单元进行快速扫描处理，然后通过扫描振镜偏转将激光束跳转到下一毛化单元继续进行快速扫描处理，具体为：S21对当前毛化单元进行快速扫描处理，经过扫描振镜后的激光束辐照到D(k,j,1)位置，激光束开始进行Y轴的正方向运动，当t
‑
t0＝mτ时，表示第j竖列的加工单元完成毛化；S22令j＝j+1，通过扫描振镜偏转将激光束向X轴的正方向移动ΔW的距离到达D(k,j,m)位置，令当前的时间为t1，激光束开始进行Y轴的负方向运动，当t
‑
t1＝mτ时，表示第j+1竖列的加工单元完成毛化；S23令j＝j+1，通过扫描振镜偏转将激光束向X轴的正方向移动ΔW的距离到达D(k,j,1)位置，令当前的时间为t2，激光束开始进行Y轴的正方向运动，当t
‑
t2＝mτ时，表示第j+2竖列的加工单元完成毛化；S24令j＝j+1,重复步骤S22
‑
S23直至当前毛化单元内第n竖列的加工单元完成毛化，然后通过扫描振镜偏转将激光束向X轴的负方向移动(2n+1)
·
ΔW的距离，从而跳转到下一毛化单元继续进行快速扫描处理；S3令k＝k+1，所述激光束在扫描振镜的带动下沿当前待加工面的旋转角度进行扫描，重复步骤S2直到k＝N时表示当前待加工面的激光毛化处理完成；S4激光束在扫描振镜的带动下对下一待加工面进行激光毛化处理，重复步骤S2至S3，直至身管内壁的所有待加工面均完成激光毛化处理。2.一种实现如权利要求1所述的激光毛化方法的装置，其特征在于，该装置包括沿加工前进方向依次连接的视觉测量单元(5
‑
1)、加工头(5
‑
3)、旋转轴套(5
‑
5)、检测模块、行走模块和光纤接头(5
‑
11)，其中所述视觉测量单元(5
‑
1)用于检测激光毛化装置的偏转误差，并通过所述旋转轴套(5
‑
5)带动加工头(5
‑
3)旋转以进行调整；所述加工头(5
‑
3)包括筒体(5
‑3‑
4)以及设置在筒体(5
‑3‑
4)内部的旋转电机(5
‑3‑
1)、动态聚焦镜头(5
‑3‑
3)、反射镜(5
‑3‑
5)和扫描振镜(5
‑3‑
2)，所述旋转电机(5
‑3‑
1)用于带动所述动态聚焦镜头(5
‑3‑
3)、反射镜(5
‑3‑
5)和扫描振镜(5
‑3‑
2)沿着阳线、阴线或倒转侧的轨迹旋转，工作时所述动态聚焦镜头(5
‑3‑
3)根据阳线、阴线或倒转侧的光程差调节入射激光的焦距以形成满足要求的激光束，并通过所述反射镜(5
‑3‑
5)反射进入扫描振镜(5
‑3‑
2)，进而利用所述扫描振镜(5
‑3‑
2)带动激光束进行跳转；所述检测模块用于检测激光毛化装置的同心度，并通过所述行走模块调整所述激光毛化装置的同心度，同时该行走模块还用于带动所述激光毛化装置沿加工方向前进；所述光纤接头(5
‑
11)用于向加工头(5
‑
3)传输入射激光。3.如权利要求2所述的用于身管内壁的激光毛化装置，其特征在于，所述检测模块包括前检测单元(5
‑
2)和后检测单元(5
‑
10)，所述前检测单元(5
‑
2)设置在所述视觉测量单元(5
‑
1)的后侧，包括前旋转环(5
‑2‑
1)和前测距仪(5
‑2‑
2)，其中所述前旋转环(5
‑2‑
1)带动
所述前测距仪(5
‑2‑
2)沿圆周旋转，以测量所述激光毛化装置前部的同心度；所述后检测单元(5
‑
10)设置在光纤接头(5
‑
11)的前侧，包括后旋转环(5
‑
10
‑
1)和后测距仪(5
‑
10
‑
2)，其中所述后旋转环(5
‑
10
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1)带动所述后测距仪(5
‑
10
‑
2)沿圆周旋转，以测量所述激光毛化装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，胡乾午，刘明坪，牛莅，许晓明，曾晓雁，
申请(专利权)人：武汉飞能达激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：