一種基于飛秒激光機器人磨拋系統及磨拋方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于飛秒激光機器人磨拋系統及磨拋方法，包括機器人、飛秒激光發射模塊、三維形貌測量裝置、安裝工件的固定裝置、無損檢測裝置、X射線接收端、以及控制器，使用三維形貌測量裝置生成被加工工件表面完整的三維模型，并將三維模型數據傳給控制器；再利用機器人控制飛秒激光發射模塊自由移動，使發射的飛秒激光照射待加工材料表面的突起與不平部位將其灼燒；利用無損檢測裝置和X射線接收端配合對加工過程中可能出現的裂紋進行原位監測，由于飛秒激光時間極短，范圍也小，不會對工件產生熱應力破壞，對被加工工件進行實時監測和動態磨拋，提高了拋光的精度并利用機器人高柔性、高重復精度的特點，實現了自由曲面的高精度拋光。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術專利屬于材料表面磨拋加工領域，具體涉及。
技術介紹
當前成熟的磨拋工藝主要是傳統的砂輪與砂帶等接觸式磨拋技術。傳統技術對于自由曲面或一般平面的磨拋精加工在精度上無法達到要求，無法對微觀的裂紋缺陷進行消除，且打磨時間過長。工藝費時、費用高且產品一致性差，嚴重者阻礙了生產力的發展。機器人是一種具有高柔性、高重復精度的機電系統。在工業中已經開始用于零件的磨拋工藝。但是現在機器人磨拋系統基本上還在使用傳統的砂輪與砂帶等磨拋工具，在磨拋加工中還必須使用冷卻液對工件與加工工具進行冷卻防止由于過熱產生過大的熱應力破壞工件。較少研究所正在研究新一代的拋光工具以解決上訴問題。并且現階段的磨拋裝置大多無法做到加工過程中對被加工件進行實時在線的監測，導致加工中出現的錯誤只能在加工完成后才能被發現，但到時已經造成了很大的經濟損失。目前，關于磨拋已經有CN204123252U《研磨拋光裝置》、CN104608043A《一種漩渦式無縫隙研磨拋光機》、CN104084866A《一種砂帶研磨拋光裝置》、CN203738559U《一種研磨拋光裝置》等專利。這些專利對于拋光質量和效率的提高方法都是從機械結構上進行改進或直接將傳統的磨拋裝置安裝到機器人手臂上。雖然這些方法都對提高磨拋的質量和磨拋的效率有著一定的積極作用，但是這些專利都沒有提出一種完全新型，前所未有的磨拋加工方法來大幅度提高磨拋質量。
技術實現思路
本專利技術提供了一種全新的磨拋工藝技術和設備，克服了傳統磨拋工藝技術中工件由于過熱帶來的應力破壞以及無法對正在磨拋過程中工件進行實時監測的問題，其具體技術方案是: 一種基于飛秒激光機器人磨拋系統，包括多自由度運動的機器人、與機器人自由端相連的飛秒激光發射模塊、三維形貌測量裝置、安裝工件的固定裝置、無損檢測裝置、X射線接收端、以及控制器。作為改進，所述固定裝置上夾持裝置為三爪卡盤、虎鉗、通用夾具或專門定制的專業夾持工具，所述機器人為開環單臂工業機器人或龍門架形式的機器人。作為改進，所述三維形貌測量裝置為干涉顯微鏡原理的三維測量裝置、使用聚焦檢測原理的三維測量裝置或使用激光散射原理的三維測量裝置。作為改進，所述無損檢測裝置為超聲波無損檢測裝置。作為改進，所述加工工件可以是平面、陽性曲面或陰性曲面。 一種利用基于飛秒激光機器人磨拋系統對工件進行磨拋方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、將待加工工件通過固定裝置上夾持裝置固定，使用三維形貌測量裝置生成被加工工件表面完整的三維模型，并將三維模型數據傳給控制器； 步驟二、再利用多自由度運動的機器人控制飛秒激光發射模塊自由移動，使飛秒激光發射模塊發射的飛秒激光照射待加工材料表面的突起與不平部位； 步驟三、利用無損檢測裝置和X射線接收端配合對加工過程中可能出現的裂紋進行原位監測，將實時監測數據傳遞給控制器，控制器經過對比得到精確的三維數據，然后通過控制器控制機器人帶動飛秒激光發射模塊自由移動，并精確控制飛秒激光照射時間與照射位置實現材料表面的精密拋光工藝。所述被加工工件材料可以是不銹鋼、鈦合金、鋁合金、工程塑料或天然礦石。本專利技術工作原理為:工作時，將需要磨拋的工件固定在固定裝置上。利用三維形貌測量裝置對工件進行實時的形貌測量。生成工件的三維模型，傳入控制器電腦內。固定在機器人自由端手臂上的飛秒激光發射模塊發射飛秒激光，根據由控制器電腦內的程式計算出所需除去的表面不平與突起部位位置，利用機器人手臂的高柔性將激光對準工件上任意需要拋光的表面位置。利用飛秒激光脈沖寬度很短以至于熱能來不及擴散到激光焦點以外的區域，沉積的熱能被限定在金屬表面的淺層區域的特性，使金屬在超高能量下經熔融態直接氣化。甚至材料在吸收光子因為產生的能量后生成的電子溫度遠遠高于氣化溫度而導致其最終成為高密度、超熱、高壓的等離子體狀態。激光與金屬相互作用時間很短，被激光加工的結構邊緣幾乎沒有損傷并且加工區內部由于來不及吸收熱量加工就已經結束，故不會產生過大的熱應力破壞工件。在其他需要拋光的金屬表面都重復這一過程，就可以達到精細拋光金屬表面的目的。并且在加工過程中使用原位監測技術對加工中的被加工件進行實時在線監測，及時向控制系統和操作人反饋加工情況，控制系統和操作人可以根據原位監測反饋的信息確定加工操作是否正確。 本專利技術的有益效果是: 1、由于使用了多自由度機械手臂，該裝置可以加工其它普通磨拋設備所不能加工的具有復雜曲率分布的自由曲面。2、由于使用了飛秒激光進行磨拋手段，該裝置可以避免其它普通磨拋設備加工過程中可能出現的工件與加工設備過熱現象，故工件與加工設備在加工過程中不會受到熱應力的危害。3、由于使用了飛秒激光進行磨拋手段，該裝置擁有明顯高于其他普通磨拋裝置的加工精度。【附圖說明】圖1為本專利技術專利的整體示意圖； 圖2為使用本專利技術專利對待加工工件進行表面磨拋的示意圖； 圖3為使用本專利技術專利對陰性表面工件進行加工的示意圖。I機器人，2飛秒激光發射模塊，3三維形貌測量裝置，4固定裝置，5無損檢測裝置，6X射線接收端，7底座，8工件，9陰性表面工件。【具體實施方式】下面結合附圖，對本專利技術專利做進一步的說明 如圖所示，一種基于飛秒激光機器人磨拋系統，包括多自由度運動的機器人1、與機器人自由端相連的飛秒激光發射模塊2、三維形貌測量裝置3、安裝工件的固定裝置4、無損檢測裝置5、X射線接收端6、以及控制器。所述機器人I，用于移動飛秒激光發射模塊2，使之對準工件上需要進行磨拋的部位。附圖中所示的為工業用機械手臂，但根據需要，也可以選擇龍門架等多種形式的載體。所述飛秒激光發射模塊2用于發射飛秒激光。所述三維形貌測量裝置3用于形成待加工工件表面的完整三維模型，其可以為干涉顯微鏡原理的三維測量裝置、使用聚焦檢測原理的三維測量裝置或使用激光散射原理的三維測量裝置。所述安裝工件的固定裝置4用于固定待加工工件。圖中所示的固定裝置4上夾持裝置為懸臂梁形式，但是在具體應用中，可以根據實際需要更改其形式。所述加工工件可以是平面、陽性曲面或陰性曲面。本圖為說明方便，所述無損檢測裝置5選定X射線無損檢測裝置做原位監測裝置。當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于飛秒激光機器人磨拋系統，包括多自由度運動的機器人(1)、與機器人自由端相連的飛秒激光發射模塊(2)、三維形貌測量裝置(3)、安裝工件的固定裝置(4)、無損檢測裝置(5)、X射線接收端(6)、以及控制器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉勝，蘇丹，占必紅，曹祥東，鄭懷，王春喜，廖道坤，鄭晨居，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42