[发明专利]一种基于CCD视觉定位的复杂零件制造方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工设备，具体是一种基于CCD视觉定位的复杂零件制造方法及其设备。

背景技术

目前用于加工金属零件的技术包括车床加工、铣床加工等传统机加工技术和包括激光熔覆、电子束选区激光熔化选择性激光烧结和选区激光熔化等新兴激光快速成型技术。其中选区激光熔化快速成型技术激光聚焦后具有细小的光斑，容易获得高密度、高的尺寸精度(达0.1mm)及良好的表面粗糙度(Ra30-50μm)的金属零件。

机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。按被加工的工件处于的温度状态，分为冷加工和热加工。一般在常温下加工，并且不引起工件的化学或物相变化，称冷加工。一般在高于常温状态的加工，会引起工件的化学或物相变化，称热加工。冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加工。热加工常见有热处理、锻造、铸造和焊接。

加工所需要的机械包括数显铣床、数显成型磨床、数显车床、电火花机、万能磨床、钻床、冲压机、压铸机等专用机械设备，此类机械擅长金属零件的车、铣、刨、磨等加工，可以加工各种不规则形状零件，加工精度可达2μm。

选区激光熔化是一种目前较为先进的激光快速成型技术，它的基本原理是先在计算机上设计出零件的三维实体模型，然后通过专用软件对该三维模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据，将这些数据导入快速成型设备，设备将按照这些轮廓数据，控制激光束选择性地熔化各层的金属粉末材料，逐步堆叠成三维金属零件。

选区激光熔化制造个性化零件的优势

（1）个性化：适合各种复杂形状的零件，尤其适合带有非线性曲面的或者内部有复杂异型结构（如空腔）、用传统方法无法制造的个性化工件；

（2）快速制造：直接制成终端金属零件，省掉中间过渡环节；

（3）精度高：使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束照射金属粉末，使得加工出来的个性化金属零件具有很高的尺寸精度（达0.1mm）以及好的表面粗糙度（Ra 30-50μm）；

（4）致密度高：在选区内熔化金属制造出来的零件具有冶金结合的实体，相对致密度接近100%，力学性能甚至超过铸造件；

（5）材料种类多：由于激光光斑直径很小，因此能以较低的功率熔化高熔点的金属，使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能，而且可供选用的金属粉末种类也得到拓展。

目前，很多尺寸较大的零件都是分为结构复杂的部分和结构简单的部分。

这样的零件用传统机加工方法加工，外形复杂的部分难于成型，难于满足精度要求。若是用选区激光熔化方法加工的话，成型时间太长，耗材较大，成本很高，体现不出选区激光熔化快速成型的优势。

发明内容

本发明的目的在于针对机加工和选区激光熔化两种方法各自存在的缺陷和不足，提供一种基于CCD视觉定位的复杂零件制造方法及其设备。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于CCD视觉定位的复杂金属零件制造设备，包括光纤激光器、光束聚焦系统、同轴视觉定位系统、粉末铺设系统；

所述光束聚焦系统，包括扩束镜、扫描振镜和F-θ组合透镜；

所述同轴视觉定位系统，包括镀膜反射镜片、CCD和照明装置；

所述粉末铺设系统，包括成型缸、粉末缸、铺粉刮板、控制系统，所述成型缸和粉末缸设有粉末升降机构，铺粉刮板设置于成型缸和粉末缸的上方；所述成型缸、粉末缸和铺粉刮板置于密封成型室内；所述铺粉刮板、粉末升降机构与控制系统相连接；

所述光纤激光器与光束聚焦系统相连接，并聚焦扫描于成型缸；

所述照明装置分别安装在成型缸上部的两侧；

所述同轴视觉定位系统、光纤激光器分别与控制系统相连接。

所述铺粉刮板和粉末升降机构通过驱动电机与控制系统相连接。

所述密封成型室内充装有惰性气体，惰性气体采用氩气或氮气中的一种。

一种基于CCD视觉定位的复杂金属零件制造方法，包括如下步骤：

首先用机加工方法加工出零件外形的简单部分，将零件固定在成型缸中，接着用CAD三维软件设计出零件外形的复杂部分，然后将三维模型进行切片，并利用软件生成扫描路径；