[发明专利]一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置

说明书

本发明提供了一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，包括激光发射装置、空心转轴以及驱动装置；其中，所述激光发射装置包括激光器，用于发射作用于柱形工件的激光束；所述空心转轴，用于供所述激光器发射的激光束从内部穿过；所述驱动装置，用于驱动所述空心转轴绕轴转动。与直接通过反射镜周向转动的内腔加工方式相比，该装置可以充分发挥激光器高重频、振镜高速摆动、工业机器人重复定位精度的多重优势，实现柱形内腔结构的高速加工。并且，本装置结构紧凑，工作效率高。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体地，涉及一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置。

背景技术

激光在加工制造领域应用十分广泛，可以广泛用于零件表面材料去除、表面清理以及表面强化，效果显著。各种激光加工技术用于柱形内腔结构表面加工应用前景广阔。例如，采用高重频脉冲激光可以实现发动机缸体内部的表面织构化，显著提高减摩和耐磨性能。此外，高重频脉冲激光还可以用于发动机内腔残留物去除，通过激光表面清洗技术，实现绿色表面清理，提高内腔表面清理效果与清理效率。

内腔表面激光加工与传统常见的开敞结果表面激光加工不同。如发动机缸体等为代表性的内腔尺寸一般尺寸较小，常规用于开敞结构的激光加工光学装置一般尺寸较大，难以进入内腔壁面有效实现表面激光加工。此外，内腔表面激光加工要实现激光束在内壁加工区域的覆盖，需要通过周向和轴向两个方向的连续运动，并与激光束脉冲重复频率相配合。目前，还少有专门用于内腔结构壁面激光加工的产品。专利文献CN201910478922.6公开了一种用于工件内壁表面的激光淬火装置，该方法通过圆锥反射镜伸入工件的内腔中，在激光辐照下将激光束变为环形激光束聚焦在待处理工件内壁表面。这种方法结构简单，但是由于环形激光束覆盖面积大，对于激光功率要求较高。在目前激光器的功率输出水平下，环形激光束难以满足众多激光加工应用的要求。而且，现在激光器重复频率可达数万赫兹，由于圆锥反射镜在轴向的运动由电机控制，移动速度难以与激光脉冲重复频率匹配，激光器的性能不能得到有效发挥，难以实现高速激光加工。专利文献CN201811484694.5公开了一种用于立柱油缸内壁的激光表面处理装置，该装置将激光加工头直接安装在驱动杆上在内腔直线运动，实现内壁不同位置的覆盖。这种方法采用的激光头与驱动杆在结构上相互独立，激光头结构尺寸大，容易受内壁尺寸限制。从现有文献分析来看，现有的内腔结构表面激光加工在结构紧凑设计和加工效率保证两方面存在不足。

为了搭建完善的内腔结构表面激光加工装置，以实现柱形内腔结构表面激光加工处理，需要提供一种结构紧凑、高效的装置。该装置将振镜高速往复摆动、高速旋转运动与间歇轴向进给运动结合，实现激光束在柱形内腔结构周向和轴向的覆盖。目前尚未发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，解决上述技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，包括激光发射装置、空心转轴以及驱动装置；其中，所述激光发射装置包括激光器，用于发射作用于柱形工件的激光束；所述空心转轴，用于供所述激光器发射的激光束从内部穿过；所述驱动装置，用于驱动所述空心转轴绕轴转动。

在一些实施方式中，还包括托座，所述托座用于将所述空心转轴与外部设备相对固定。

在一些实施方式中，所述托座通过轴承环设于所述空心转轴的外壁。

在一些实施方式中，所述激光发射装置还包括准直镜，所述准直镜设于所述空心转轴的上端外部，所述激光器发射的激光束经准直镜后与所述空心转轴的中轴线重合。

在一些实施方式中，所述激光发射装置还包括振镜，所述振镜设于所述空心转轴的内部下端，其能绕轴往复摆动，所述激光器发射的激光束经所述振镜折射后作用于柱形工件。

在一些实施方式中，所述激光发射装置还包括用于聚焦激光束的场镜，所述场镜设于所述空心转轴的下端，且位于所述振镜和柱形工件之间。