一種液態金屬加工系統技術方案

本發明專利技術公開了一種液態金屬加工系統，該系統包括軟硬件控制模塊、定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊、脈沖激光聚焦模塊，所述控制模塊電連接所述定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐懸浮模塊和脈沖激光聚焦模塊；所述定位反饋系統用于對液態金屬進行實時定位；所述PID控制模塊用于實時采集液態金屬在聲懸浮操作過程中的位置；所述超聲駐懸浮模塊用于形成輻射聲場，使液態金屬置于駐波聲場中的物體在高輻射的聲壓之下達到懸浮效果；所述脈沖激光聚焦模塊用于對懸浮的液態金屬進行加工。本發明專利技術將超聲駐波懸浮技術與激光調制聚焦技術復合形成超聲激光聚焦復合場技術來實現液態金屬的加工，使得應用領域更廣泛，加工效果更好。

A Liquid Metal Processing System

The invention discloses a liquid metal processing system, which comprises hardware and software control module, positioning feedback module, PID control module, ultrasonic standing wave suspension module and pulse laser focusing module, and the control module electrically connects the positioning feedback module, PID control module, ultrasonic standing suspension module and pulse laser focusing module; the positioning feedback system is used for liquid gold. The PID control module is used for real-time acquisition of the position of liquid metal in the process of acoustic levitation operation; the ultrasonic levitation module is used for forming the radiated sound field, so that the liquid metal objects placed in the standing wave sound field can achieve the levitation effect under the high radiated sound pressure; and the pulsed laser focusing module is used for processing the suspended liquid metal. The invention combines the ultrasonic standing wave suspension technology with the laser modulation focusing technology to form the ultrasonic laser focusing compound field technology to realize the processing of liquid metal, so that the application field is wider and the processing effect is better.

【技術實現步驟摘要】
一種液態金屬加工系統
本專利技術涉及金屬加工
，尤其涉及一種液態金屬加工系統。
技術介紹
液態金屬(一種新型金屬合金)有類似于玻璃的獨特的原子結構，擁有獨特的非結晶分子結構，與傳統金屬的結晶結構截然不同。目前液態金屬由于有高硬度、高耐磨、熔點低等特點，現有的液態金屬加工方法一般都是熔融后塑形。由于液態金屬熔點低，同時還具有在受激光作用后有粘性流體流動，流動不穩定，從而造成激光切割液態金屬的不便，且切割出的液態金屬的切口流體多、毛刺大，效果不好。在微重力環境下，由浮力驅動的自然對流和流體靜壓力基本消失；無容器環境避免了樣品與容器壁的接觸；高真空環境可以最大限度地避免氧化以及雜質的干擾。目前，常用的空間環境地面模擬實驗技術有超聲懸浮、靜電懸浮、電懸浮和氣動懸浮等在內的各種懸浮技術。在以上各種技術中，超聲懸浮實質上是通過高強度駐波場的粒子非線性效應產生的聲輻射力來實現液態金屬的懸浮。利用聲懸浮技術可以模擬空間環境中的無容器狀態，在地面上對材料進行無容器熔煉，可以防止坩堝材料對熔煉材料的接觸污染，這對于材料的分析研究具有重要的現實意義。公開號為CN103817435A的專利公開了一種應用于激光切割液態金屬的冷卻裝置及使用該冷卻裝置進行切割液態金屬的加工工藝，所述冷卻裝置包括冷卻軟管、風嘴、加工臺和水箱，所述冷卻軟管與風嘴相連通，加工時，該風嘴正對于所述加工臺上的液態金屬加工件，使從風嘴中流出的水性涂料正好落到液態金屬的切口處；該水箱設置于所述加工臺的下方，使該加工臺上的水性涂料回流至該水箱中，且該水箱與冷卻軟管相連通；在動力驅動下，該水箱中的水性涂料上升至該冷卻軟管中，并從所述風嘴中流出。所述冷卻裝置可以使水性涂料循環使用，節約能源，減少污染。該方案還雖然在一定程度上可以改善激光切割液態金屬的不變，但是利用該方案對液態金屬進行切割還是存在毛刺大，加工效果不好的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術的缺陷，提供了一種液態金屬加工系統，將超聲駐波懸浮技術與激光調制聚焦技術復合形成超聲激光聚焦復合場技術來實現液態金屬的加工。為了實現以上目的，本專利技術采用以下技術方案：一種液態金屬加工系統，包括控制模塊、定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊、脈沖激光聚焦模塊，所述控制模塊通訊連接所述定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊和脈沖激光聚焦模塊；所述定位反饋系統用于對液態金屬進行實時定位；所述PID控制模塊用于實時采集液態金屬在聲懸浮操作過程中的位置；所述超聲駐波懸浮模塊用于形成輻射聲場，使液態金屬置于駐波聲場中的物體在高輻射的聲壓之下達到懸浮效果；所述脈沖激光聚焦模塊用于對懸浮的液態金屬進行加工。進一步的，所述控制模塊包括輸入單元、數據存儲單元、數據處理單元、輸出單元、控制器和顯示器，所述輸入單元與所述數據存儲單元采用接口連接，所述數據存儲單元與所述數據處理單元、輸出單元、控制器和顯示器采用接口連接。進一步的，所述輸出單元采用CAN總線連接所述脈沖激光聚焦模塊。進一步的，所述定位反饋模塊包括超聲波位置傳感器、第一單片機和第一模數轉換單元，所述超聲波位置傳感器與所述第一模數轉換單元的輸入端電連接，所述第一模數轉換單元的輸出端與所述第一單片機電連接，所述第一單片機通過USB連接所述輸入單元。進一步的，所述PID控制模塊包括液態金屬位置傳感器操作機構、第二單片機和第二模數轉換單元，所述液態金屬位置傳感器操作機構與所述第二模數轉換單元的輸入端電連接，所述第二模數轉換單元的輸出端與所述第二單片機電連接，所述第二單片機通過USB連接所述輸入單元。進一步的，所述超聲駐波懸浮模塊包括超聲波發生器、超聲換能器、外部輔助設備和反射端，所述超聲波發生器通過USB連接所述輸入單元，所述超聲波發生器與所述超聲換能器電連接，所述超聲換能器的輻射端和所述反射端構成諧振腔。進一步的，所述脈沖激光聚焦模塊包括激光器、光闌、準直鏡和聚焦透鏡，所述激光器、光闌、準直鏡和聚焦透鏡依次平行放置。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：(1)本專利技術將超聲駐波懸浮技術與脈沖激光聚焦技術復合行成超聲復合場加工技術對微粒進行懸浮加工，對微粒無污染，對微粒沒有導電導磁的要求，沒有固液態限制，沒有透明性的要求，應用領域更廣泛。(2)本專利技術的激光通過光闌、準直鏡和聚焦透鏡得到的理想光斑半徑激光能對微小的駐波懸浮點進行全方位控制加工，利用多重激光聚焦加熱技術可以分別對多個對象進行脈沖激光點蝕加工。(3)本專利技術使處于微重力聲場狀態下液態金屬在激光聚焦作用下達到系統加工的目的。液態金屬在超聲場中均勻充分作用，激光反應生成的微孔將會更加均勻，從而達到更光滑的加工效果。附圖說明圖1是本專利技術提供的一種液態金屬加工系統結構示意圖；圖2是本專利技術提供的脈沖激光聚焦模塊結構示意圖；圖3是本專利技術提供的一種液態金屬加工系統框架圖。具體實施方式下面結合附圖以及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明，應當理解，此描述的具體實施例僅用于解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術是將超聲駐波懸浮技術與激光調制聚焦技術復合形成超聲激光聚焦復合場技術。超聲駐波懸浮技術是利用超聲換能器的輻射端產生高頻的活塞式振動，在介質中形成聲場，在聲波傳輸路徑上放置反射端，使聲波反射回來與入射聲波相互疊加，調節輻射端面與反射端面之間的距離，使之為超聲波半波長的整數倍，入射波與反射波在聲場空間中反復多次疊加形成高強駐波聲場，并形成輻射聲壓，置于駐波聲場中的微粒在輻射聲壓的作用下，達到懸浮狀態；激光調制聚焦技術是運用半導體脈沖激光器在較短時間內進行金屬的激光點蝕。半導體脈沖激光作為一種超短脈沖光源，具有脈沖時間短、峰值功率高的特點，因此可以用于激光加工的理想光源。激光諧振腔發出的基膜輻射場，其中橫截面的振幅分布遵循高斯函數，稱為高斯光束。在傳播方向上的光斑半徑最小值稱為腰斑半徑，即用此激光進行微小孔的加工。根據高斯光束的傳播特點，為得到優質的激光束，將在光路中加入光闌濾掉振幅較低的部分。二者相互結合，對超穩定無容器的懸浮物進行靶向定位，從而做到定位準確，超聲激光結合的方式，對于沒有導電導磁要求、固液相的限制，而且對于非透明材料也能進行激光靶向定位，使得定位更精準，對于靶向激光定位和超聲超靜定系統的研究和液態材料物理化性質的高精密加工定位系統測量提供了良好的實驗條件。本專利技術提供一種液態金屬加工系統，如圖1所示，包括控制模塊、定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊、脈沖激光聚焦模塊，所述控制模塊通訊連接所述定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐懸浮模塊和脈沖激光聚焦模塊；所述定位反饋系統用于對液態金屬進行實時定位；所述PID控制模塊用于實時采集液態金屬在聲懸浮操作過程中的位置；所述超聲駐懸浮模塊用于形成輻射聲場，使液態金屬置于駐波聲場中的物體在高輻射的聲壓之下達到懸浮效果；所述脈沖激光聚焦模塊用于對懸浮的液態金屬進行加工。具體的，所述控制模塊包括輸入單元、數據存儲單元、數據處理單元、輸出單元、控制器和顯示器，所述輸入單元與所述數據存儲單元采用接口連接，所述數據存儲單元與所述數據處理單元、輸出單元、控制器和顯示器采用接口連接。控制器控制數據存儲單元完成對輸出單元、數據處理單元、顯示器等的信號轉換和處理。數本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種液態金屬加工系統，其特征在于，包括控制模塊、定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊、脈沖激光聚焦模塊，所述控制模塊通訊連接所述定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊和脈沖激光聚焦模塊；所述定位反饋系統用于對液態金屬進行實時定位；所述PID控制模塊用于實時采集液態金屬在聲懸浮操作過程中的位置；所述超聲駐波懸浮模塊用于形成輻射聲場，使液態金屬置于駐波聲場中的物體在高輻射的聲壓之下達到懸浮效果；所述脈沖激光聚焦模塊用于對懸浮的液態金屬進行加工。

【技術特征摘要】
1.一種液態金屬加工系統，其特征在于，包括控制模塊、定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊、脈沖激光聚焦模塊，所述控制模塊通訊連接所述定位反饋模塊、PID控制模塊、超聲駐波懸浮模塊和脈沖激光聚焦模塊；所述定位反饋系統用于對液態金屬進行實時定位；所述PID控制模塊用于實時采集液態金屬在聲懸浮操作過程中的位置；所述超聲駐波懸浮模塊用于形成輻射聲場，使液態金屬置于駐波聲場中的物體在高輻射的聲壓之下達到懸浮效果；所述脈沖激光聚焦模塊用于對懸浮的液態金屬進行加工。2.根據權利要求1所述的一種液態金屬加工系統，其特征在于，所述控制模塊包括輸入單元、數據存儲單元、數據處理單元、輸出單元、控制器和顯示器，所述輸入單元與所述數據存儲單元采用接口電連接，所述數據存儲單元與所述數據處理單元、輸出單元、控制器和顯示器采用接口連接。3.根據權利要求2所述的一種液態金屬加工系統，其特征在于，所述輸出單元采用CAN總線連接所述脈沖激光聚焦模塊。4.根據權利要求2所述的一種液態金屬加工系統，其特征在于，所述定位反饋模塊包括超聲...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳立群，孫飛龍，李文斌，吳浩，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33