[发明专利]一种激光间接冲击微成形的装置及方法

摘要

一种新型激光间接冲击微成形的装置及方法，主要应用于精微零件的塑性成形技术和制造，适用于常规激光冲击微成形方法难以成形或无法成形材料的微成形。本装置包括模具—调试光光斑对中组件、工件定位组件、工件组件、用于冲击成形的Nd：YAG脉冲激光器系统、用于加热的CW光纤激光器系统、超声振动系统、控制系统七部分；本发明装置可实现采用脉冲激光的冲击力作为能量源，同时将超声振动施加于模具和工件，或者利用CW光纤激光器发出的激光束对工件表面进行非接触式准静态加热，或者在这二者的共同作用下实现工件的微成形。该装置设计提高了工作效率、设计合理、控制性能好，保证了微成形件的质量和精度，适用于工业化应用。

主权项

1.一种激光间接冲击微成形的装置，其特征在于：包括模具—调试光光斑对中组件、工件定位组件、工件组件、用于冲击成形的Nd：YAG脉冲激光器系统、用于加热的CW光纤激光器系统、超声振动系统和控制系统；所述模具—调试光光斑对中组件包括三维移动工作台(2)和CCD传感器(10)；所述三维移动工作台(2)安装在L型底座(1)上，三维移动工作台(2)上安装有伸缩缸(3)和电机(4)；利用Nd：YAG脉冲激光控制器(28)控制Nd：YAG脉冲激光器(19)发出一束调试光，利用伸缩缸(3)控制三维移动工作台(2)高度，利用电机(4)控制三维移动工作台(2)前后左右方向水平移动，通过CCD传感器(10)将调试光光斑与模具(34)型腔的相对位置进行监测并反馈到计算机(22)，计算机(22)再对三维移动工作台(2)的移动做出控制；所述工件定位组件包括微机械手(6)和CCD传感器(10)；通过CCD传感器(10)将工件(35)相对于模具(34)型腔的放置位置进行检测并反馈到计算机(22)，计算机(22)再通过对微机械手(6)的控制实现工件(35)的定位、放置以及取出；所述工件组件(7)从上到下依次排列包括约束层(38)、吸收层(37)、软膜(36)、工件(35)、成形件微模具(34)和夹具(33)；所述夹具(33)以螺纹连接安装在超声振动系统中的振板(32)上平面上；夹具(33)夹紧和定位约束层(38)、吸收层(37)、软膜(36)、工件(35)、成形件微模具(34)；所述用于冲击成形的Nd：YAG脉冲激光器系统包括Nd：YAG脉冲激光器(19)、第一全反镜(17)、第一可调聚焦透镜(12)、第一聚焦透镜调整臂(11)和压力传感器(8)；所述Nd：YAG脉冲激光器(19)发出的激光束经过45°设置的第一全反镜(17)反射到第一可调聚焦透镜(12)上聚焦，经第一可调聚焦透镜(12)聚焦的激光束垂直照射到工件组件(7)上；所述第一可调聚焦透镜(12)通过第一聚焦透镜调整臂(11)安装在L型底座(1)的竖直侧板上，其中，第一聚焦透镜调整臂(11)高度可调节；压力传感器(8)感应脉冲激光冲击作用于工件(35)，并将信号反馈给计算机(22)，计算机(22)控制关闭Nd：YAG脉冲激光器(19)；所述用于加热的CW光纤激光器系统包括CW光纤激光器(18)、第二全反镜(15)、第二可调聚焦透镜(13)、透镜支架(25)、第二透镜调整臂(14)、红外测温仪(9)和CCD传感器(10)；所述CW光纤激光器(18)发出的激光束经第二全反镜(15)反射到第二可调聚焦透镜(13)上聚焦，经第二可调聚焦透镜(13)聚焦后的激光束照射到工件(35)上；所述第二可调聚焦透镜(13)安装在第二透镜调整臂(14)上，第二透镜调整臂(14)安装在透镜支架(25)上，所述透镜支架(25)垂直固定在L型底座(1)上，其中，第二透镜调整臂(14)高度可调节；用CCD传感器(10)对加热区域的位置、温度分布以及成形过程进行监测并反馈到计算机(22)；通过红外测温仪(9)实时监测加热区域的温度，当加热温度达到预定温度，则计算机(22)控制关闭CW光纤激光器(18)；所述超声振动系统(5)安装在三维移动工作台(2)上；所述超声振动系统(5)包括支撑箱体(29)、垫块(30)、超声换能器(31)、振板(32)、超声发生器(39)、AD50T压电加速度传感器(42)、信号调理器(41)和示波器(40)；所述支撑箱体(29)安装在三维移动工作台(2)上；所述支撑箱体(29)内左右对称安装有垫块(30)；垫块(30)上通过螺栓安装有振板(32)；振板(32)下表面安装有超声换能器(31)，且超声换能器(31)置于支撑箱体(29)内；振板(32)上表面安装有AD50T压电加速度传感器(42)，AD50T压电加速度传感器(42)通过信号调理器(41)与示波器(40)相连接，用来实时监测振板(32)的振幅；所述控制系统包括计算机(22)、D/A转换器(21)、A/D转换器(26)、图像采集器(20)、CW光纤激光控制器(27)、Nd：YAG脉冲激光控制器(28)、微机械手控制器(16)、液压控制系统(23)和三维移动平台控制器(24)；所述D/A转换器(21)、A/D转换器(26)、图像采集器(20)、CW光纤激光控制器(27)、Nd：YAG脉冲激光控制器(28)、微机械手控制器(16)、液压控制系统(23)、三维移动平台控制器(24)的一端均与计算机(22)相连接；其中，A/D转换器(26)另一端与红外测温仪(9)和压力传感器(8)相连，红外测温仪(9)和压力传感器(8)测得的信号通过A/D转换器(26)处理后输入计算机(22)；图像采集器(20)另一端与CCD传感器(10)相连，CCD传感器(10)采集到的信息通过图片采集器(20)处理后输入计算机(22)；CW光纤激光控制器(27)另一端与CW光纤激光器(18)相连，用于控制CW光纤激光器(18)的工作状态；Nd：YAG脉冲激光控制器(28)与Nd：YAG脉冲激光器(19)相连，用于控制Nd：YAG脉冲激光器(19)的工作状态；液压控制系统(23)与伸缩缸(3)相连接，用于控制伸缩缸(3)的上下运动，调节三维移动工作台(2)的高度；三维移动平台控制器(24)与电机(4)相连接，用于控制三维移动工作台(2)的前后左右水平移动；微机械手控制器(16)的两端分别与微机械手(6)和D/A转换器(21)相连，用于控制微机械手(6)的动作。