用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置和方法与流程

本发明涉及激光加工，特别是涉及用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置和方法。

背景技术：

1、在航空发动机、燃气轮机中，广泛使用边界层冷却法提高发动机内部的耐受温度，通常在高温部件上加工出一系列分布的的气膜孔，通过气膜孔生成的工件表面的冷气膜可以隔绝热量传递至工件。有些新型发动机会同时使用陶瓷的热障涂层覆盖在工件表面，从而进一步提高工件耐受温度。然而由于热障涂层的不导电特性，因此对于常规的电火花加工的技术手段就十分困难，因此，业界广泛使用激光加工气膜孔的方式。

2、控制激光光束运动加工的方式有很多种，每种都有独特的优势和劣势，四光楔可以控制激光的加工角度，因此可以良好的控制加工的孔型，很好的控制孔锥度，包括加工出倒锥孔，然而由于使用高功率激光器快速加工气膜孔，强大的热量积累会导致热量在孔周围积累，由于涂层的热胀系数和基体不尽相同，并且不断的会有应力积累，会导致涂层和基底之间出现裂纹甚至涂层脱落或者剥离现象的发生，涂层和基底的粘附性下降，从而导致气膜孔质量下降，影响发动机稳定性和工作寿命，因此亟需一种用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置和方法来解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置和方法，以解决上述问题，达到提高气膜孔的质量，降低涂层和基底之间出现裂纹、涂层脱落、剥离现象发生的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，包括机架，所述机架上固接有平行激光发生组件、四光楔系统、同轴成像模组、振镜系统，所述四光楔系统位于所述振镜系统上方，所述振镜系统下方设有工件，所述工件安装在工件多轴移动平台上。

3、优选的，所述平行激光发生组件包括激光器，所述激光器与所述机架固接，所述激光器发射端设有激光器准直透镜，所述激光器准直透镜远离所述激光器一侧设有45°全反射镜，所述激光器发出的激光经过所述激光器准直透镜形成准直后的准平行激光束。

4、优选的，所述四光楔系统包括角度偏转光楔组件和位置光楔组件，所述位置光楔组件位于所述角度偏转光楔组件下方；所述角度偏转光楔组件包括第一光楔和第二光楔，所述第一光楔的斜面和所述第二光楔的斜面互相远离，所述第一光楔和所述第二光楔之间呈角度设置；所述位置光楔组件包括第三光楔和第四光楔，所述第三光楔的斜面和所述第四光楔的斜面互相靠近，所述第三光楔和所述第四光楔呈中心对称设置。

5、优选的，所述同轴成像模组包括同轴监控系统和双色镜，同轴监控系统用于生成工件的图像，双色镜用于反射所述准直后的准平行激光束。

6、优选的，所述振镜系统包括振镜x轴反射镜和振镜y轴反射镜，所述振镜x轴反射镜旋转轴线与所述振镜y轴反射镜旋转轴线空间垂直，所述振镜x轴反射镜一端固接有振镜x轴驱动电机的输出轴，所述振镜y轴反射镜一端固接有振镜y轴驱动电机的输出轴，所述振镜x轴驱动电机和所述振镜y轴驱动电机均与所述机架固接。

7、优选的，所述振镜y轴反射镜下方设有聚焦透镜，所述准直后的准平行激光束通过所述聚焦透镜后形成旋转的激光束。

8、用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工方法，基于所述用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，包括以下步骤：

9、步骤一：使所述四光楔系统和所述振镜系统处于复位状态，通过同轴成像模组观测所述工件的位置，通过所述工件多轴移动平台调整好工件状态和聚焦位置；

10、步骤二：通过所述振镜系统在所述工件表面加工出有锥度气膜孔；

11、步骤三：使所述振镜系统处于复位状态，通过所述四光楔系统进而将所述有锥度气膜孔加工为无锥度气膜孔。

12、本发明具有如下技术效果：高速振镜系统在加工气膜孔时，激光入口相较于激光出口孔径大，这种方式非常不利于气膜孔在发动机中的空气流动和加工高深径比的孔，但是由于光束的角度内偏，有利于涂层部分的散热，加工带涂层的工件时，对涂层的损伤较低，合适的参数可以使得涂层和基底的剥离长度低于0.2毫米甚至没有任何剥离。另一方面，利用四光楔系统加工，可以得到很好的深径比和很小的孔锥度，但是由于光线的外扩，容易在涂层连接处造成热量累积，非常容易导致涂层的损伤。在本发明中，将振镜系统和四光楔系统有序结合，分步骤加工的方式，有机整合了振镜和光楔的优点，先使用振镜加工出有锥度，不损伤热障涂层的情况下，然后使用光楔加工出无锥度的孔，达到满足要求的孔型。该设备能使用计算机协同控制，自动进行加工，加工效率高，并且设备集成简单，能够直接应用在激光头上，无需更复杂改造和精确的控制设备。

技术特征：

1.用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，其特征在于：包括机架，所述机架上固接有平行激光发生组件、四光楔系统(2)、同轴成像模组、振镜系统(3)，所述四光楔系统(2)位于所述振镜系统(3)上方，所述振镜系统(3)下方设有工件(6)，所述工件(6)安装在工件多轴移动平台(111)上。

2.根据权利要求1所述用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，其特征在于：所述平行激光发生组件包括激光器(1)，所述激光器(1)与所述机架固接，所述激光器(1)发射端设有激光器准直透镜(11)，所述激光器准直透镜(11)远离所述激光器(1)一侧设有45°全反射镜(13)，所述激光器(1)发出的激光经过所述激光器准直透镜(11)形成准直后的准平行激光束(12)。

3.根据权利要求1所述用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，其特征在于：所述四光楔系统(2)包括角度偏转光楔组件(21)和位置光楔组件(22)，所述位置光楔组件(22)位于所述角度偏转光楔组件(21)下方；所述角度偏转光楔组件(21)包括第一光楔(211)和第二光楔(212)，所述第一光楔(211)的斜面和所述第二光楔(212)的斜面互相远离，所述第一光楔(211)和所述第二光楔(212)之间呈角度设置；所述位置光楔组件(22)包括第三光楔(221)和第四光楔(222)，所述第三光楔(221)的斜面和所述第四光楔(222)的斜面互相靠近，所述第三光楔(221)和所述第四光楔(222)呈中心对称设置。

4.根据权利要求2所述用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，其特征在于：所述同轴成像模组包括同轴监控系统(4)和双色镜(41)，同轴监控系统(4)用于生成工件(6)的图像，双色镜(41)用于反射所述准直后的准平行激光束(12)。

5.根据权利要求2所述用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，其特征在于：所述振镜系统(3)包括振镜x轴反射镜(32)和振镜y轴反射镜(33)，所述振镜x轴反射镜(32)旋转轴线与所述振镜y轴反射镜(33)旋转轴线空间垂直，所述振镜x轴反射镜(32)一端固接有振镜x轴驱动电机(31)的输出轴，所述振镜y轴反射镜(33)一端固接有振镜y轴驱动电机(34)的输出轴，所述振镜x轴驱动电机(31)和所述振镜y轴驱动电机(34)均与所述机架固接。

6.根据权利要求5所述用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，其特征在于：所述振镜y轴反射镜(33)下方设有聚焦透镜(5)，所述准直后的准平行激光束(12)通过所述聚焦透镜(5)后形成旋转的激光束(56)。

7.用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工方法，基于权利要求1-6任一项所述用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及用于气膜孔加工的四光楔和振镜一体化加工装置和方法，包括机架，机架上固接有平行激光发生组件、四光楔系统、同轴成像模组、振镜系统，四光楔系统位于振镜系统上方，振镜系统下方设有工件，工件安装在工件多轴移动平台上。本发明可以达到提高气膜孔的质量，降低涂层和基底之间出现裂纹、涂层脱落、剥离现象发生的目的。

技术研发人员：徐红星,贾天卿,张福平,陈龙,曹凯强,姜巍,王文强,杨振伟
受保护的技术使用者：星控激光科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13