[发明专利]一种三维形貌精确控制加工系统及加工方法

权利要求书

1.一种三维形貌精确控制加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在激光加工头上设置共焦位移传感器，所述激光加工头包括二维扫描振镜和远心平场镜；

步骤二、激光加工头对单层材料进行试加工，确定加工该材料的激光单脉冲能量和脉冲重叠率范围；

步骤三、确定脉冲重叠率后，建立激光单脉冲能量与加工深度、底面粗糙度的映射关系；

步骤四、寻找激光焦点，标定共焦位移传感器与激光焦点之间的相对位置，得到共焦位移传感器的标定值，同时，记录此时加工平台XY轴的坐标值为激光焦点的初始位置；

步骤五、将加工件放置在加工平台上，调整加工件的空间姿态，使得加工件四个边角形成的平面与加工平台的XY坐标平面平行；

步骤六、根据步骤三获取的激光单脉冲能量和加工深度的映射关系，对加工件的三维结构进行分层；

步骤七、依据步骤六分层的结果，通过正交式逐层扫描和变单脉冲能量方式，实现不同深度、不同粗糙度的三维结构加工；

7.1)依据分层结果，选择对应加工深度的激光单脉冲能量和脉冲重叠率，二维扫描振镜在X方向实现单层扫描加工，此时，实现X方向扫描加工的激光单脉冲能量为a；

7.2)X方向扫描完成后，在XY坐标平面内移动加工平台，使共焦位移传感器移动至X方向扫描加工区域，依据共焦位移传感器的实时显示值和标定值的差值，移动机床Z轴，使激光焦点跟随已加工的表面；

7.3)共焦位移传感器对X方向扫描加工区域进行再次测量，测量X方向扫描加工区域的形貌数据，得到X方向扫描加工区域的深度和粗糙度，在XY坐标平面内移动加工平台，使激光焦点回到初始位置；

7.4)依据测量得到的X方向扫描加工区域的深度和粗糙度，选择合适的激光单脉冲能量和脉冲重叠率实现Y方向的单层扫描加工，此时，此时Y方向扫描加工的激光单脉冲能量为b，且b＜a；

7.5)Y方向扫描完成后，在XY坐标平面内移动加工平台，使共焦位移传感器移动至Y方向扫描加工区域，依据共焦位移传感器的实时显示值与标定值的差值，移动机床Z轴，使激光焦点跟随已加工的表面；

7.6)共焦位移传感器对Y方向扫描加工区域进行测量，测量得到Y方向扫描加工区域的形貌数据，得到Y方向扫描加工区域的深度和粗糙度，为下一层的激光单脉冲能量选择提供依据；在XY坐标平面内移动加工平台，使激光焦点回到初始位置；

步骤八、重复步骤七，实现一定结构深度和粗糙度要求的三维结构精密加工。

2.根据权利要求1所述的三维形貌精确控制加工方法，其特征在于：步骤五中，将加工件放置在加工平台上，移动加工平台，共焦位移传感器测量加工件四个边角的空间位置，根据共焦位移传感器测量的数据调整加工件的空间姿态，使得加工件四个边角形成的平面与加工平台的XY坐标平面平行，从而完成加工件的高精度定位和基准校正。

3.根据权利要求2所述的三维形貌精确控制加工方法，其特征在于：步骤一中，远心平场镜的焦距为60mm以内。

4.根据权利要求1或2或3所述的三维形貌精确控制加工方法，其特征在于：步骤7.4)中，a为2～4倍的b。

5.根据权利要求4所述的三维形貌精确控制加工方法，其特征在于：步骤二中，在脉冲重叠率范围的参数内，加工的材料表面无重铸层、无微裂纹、无再结晶，且加工区域表面粗糙度Ra≤0.2。