一种三维真空激光加工装置及采用该装置进行激光加工的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光加工装置及方法，更确切地说，本发明涉及一种在真空条件下进行激光加工的装置及方法，隶属真空激光加工范畴。
【背景技术】
[0002]激光作为一种快速，高效、优质的加工工具近年来在工业生产中的应用比例越来越大，在工业生产中常用的激光加工方法包括:激光焊接、激光增材制造和激光修补等。一般情况下激光加工是在大气环境下进行的，不需要真空环境。随着高品质，大功率的激光器的出现，研究发现大功率激光焊接由于等离子体的屏蔽效应在大气环境下很难获得良好的焊缝成形和较大的熔深，但是在真空环境下激光焊接可以获得类似电子束焊接具有极大深宽比、焊缝成形良好的焊缝。另一方面，一些对加工质量要求极高产品的激光加工和一些需要特殊保护材料的激光加工同样需要在真空环境下进行。
[0003]公开号为CN101264554A的专利公开了一种用于激光加工的真空系统，该套系统激光通过位于真空室上方的激光透射窗口进入真空室内，依靠工作台的运动实现二维平面内的激光加工。
[0004]公开号为CN101733552A的专利公开了用于激光焊接的装置，该装置将激光焊接头设计在真空室内，通过激光头的运动，或者通过工作台的运动实现真空激光焊接实现三维的激光焊接加工。
[0005]公开号为CN1025130702A的专利公开了一种真空激光焊接设备，该装置将激光头安装在真空室内的三轴联动装置，通过移动激光头实现二维真空激光焊接。
[0006]上述专利中，将激光头置于真空室外部，依靠工作台的运动不能实现三维的真空激光加工；而将激光头置于真空室内部，依靠激光头和工作台的运动可实现部分三维真空激光加工，造成真空室庞大、浪费空间和增加能耗等问题。而激光头不论置于真空室外部还是真空室内部，都需要依靠机器人或联动装置等机械装置控制激光头移动，不仅装置复杂，而且无法快速精确地实现三维真空激光加工。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决现有的真空激光加工装置机械运动装置复杂，难以快速精确实现三维真空激光加工的问题，提供一种三维真空激光加工装置及两种采用该装置进行激光加工的方法。
[0008]本发明所述的一种三维真空激光加工装置包括激光器1、激光振镜装置3、真空室4、真空抽气装置5、水冷循环装置7和数字化控制装置9 ;
[0009]激光器1为工业激光器，包括加工用的加工激光器和校准用的校准激光器；
[0010]激光振镜装置3上设置有光纤适配接口 3-2，激光器1通过光纤2与光纤适配接口
3-2相连接；
[0011]真空室4位于激光振镜装置3下方，真空室4内部设置有工作台4-1，且真空室4顶部与激光振镜装置3底部之间设置有激光透射窗口 3-1 ;
[0012]真空抽气装置5内部设置有机械栗5-1和分子栗5-2，机械栗5_1和分子栗5_2用于对真空室4进行抽真空；
[0013]水冷循环装置7用于对激光振镜装置3进行制冷；
[0014]数字化控制装置9用于控制激光振镜装置3和真空抽气装置5。
[0015]激光振镜装置内部设置有准直镜3-3、聚焦镜3-4、反射镜3-5、一号振镜3_7、一号振镜驱动装置3-6、二号振镜3-8和二号振镜驱动装置3-9 ；
[0016]从光纤适配接口 3-2入射的激光经准直镜3-3准直后，经反射镜3-5反射至聚焦镜3-4，再经聚焦镜3-4聚焦到一号振镜3-7和二号振镜3-8，一号振镜3_7和二号振镜3_8反射的激光经底部的激光透射窗口 3-1透射至真空室4内工作台4-1上的待加工工件上；
[0017]—号振镜驱动装置3-6用于带动一号振镜3-7移动，二号振镜驱动装置3-9用于带动二号振镜3-8移动；
[0018]—号振镜驱动装置3-6和二号振镜驱动装置3-9的控制信号输入端分别连接通过数字化控制装置9的两个振镜控制信号输出端。
[0019]激光透射窗口 3-1的周围设置有与水冷循环装置7相连接的透射窗水冷通道。
[0020]真空室4的侧壁上设置有折页门4-10，折页门4-10上设置有观察窗4_9，折页门
4-10周围设置有折页门密封条4-11。
[0021]真空室4侧壁上设置有旁抽阀4-7，机械栗5-1通过旁抽管道5_4与旁抽阀4_7相连通，分子栗5-2通过闸板阀5-5与真空室4相连通，机械栗5-1与分子栗5-2之间通过电磁阀5-6相连通。
[0022]数字化控制装置9包括振镜控制单元9-1和抽气装置控制单元9-2，所述振镜控制单元9-1用于控制一号振镜驱动装置3-6和二号振镜驱动装置3-9，抽气装置控制单元9-2用于控制电磁阀5-6、机械栗5-1和分子栗5-2。
[0023]采用上述三维真空激光加工装置进行激光加工的方法包括以下步骤:
[0024]步骤一、打开折页门4-10，将待加工工件置于工作台4-1上，利用激光振镜控制单元9-1控制校准激光器的激光传输路径，对激光加工路径进行示校，并在线编辑控制程序；
[0025]步骤二、关闭折页门4-10，启动水冷循环装置7 ;
[0026]步骤三、关闭闸板阀5-5、电磁阀5-6和放气阀4_8，打开旁抽阀4_7，抽气装置控制单元9-2控制机械栗5-1启动；
[0027]步骤四、当真空度达到加工过程所需真空度时，关闭旁抽阀4-7，并通过抽气装置控制单元9-2控制机械栗5-1关闭；
[0028]步骤五、振镜控制单元9-1控制加工激光器出光，并按照步骤一编辑好的控制程序控制一号振镜3-7和二号振镜3-8移动，实施三维真空激光加工过程；
[0029]步骤六、加工完成后，打开放气阀4-8，并关闭水冷循环装置7，待真空室内达到标准大气压后，打开折页门4-10，取出工件。
[0030]另一种采用上述三维真空激光加工装置进行激光加工的方法包括以下步骤:
[0031]步骤一、打开折页门4-10，将待加工工件置于工作台4-1上，利用激光振镜控制单元9-1控制校准激光器的激光传输路径，对激光加工路径进行示校，并在线编辑控制程序；
[0032]步骤二、关闭折页门4-10,启动水冷循环装置7 ;
[0033]步骤三、关闭闸板阀5-5、电磁阀5-6和放气阀4-8，打开旁抽阀4-7，抽气装置控制单元9-2控制机械栗5-1启动；
[0034]步骤四、当真空度达到5kPa时，通过抽气装置控制单元9-2控制分子栗5-2启动；
[0035]步骤五、当分子栗5-2的工作频率达到400Hz时，关闭旁抽阀4-7,抽气装置控制单元9-2控制电磁阀5-6和闸板阀5-5依次打开，并控制分子栗5-2对真空室进行抽气，达到所需真空度后，关闭闸板阀5-5 ;
[0036]步骤六、振镜控制单元9-1控制加工激光器出光，并按照步骤一编辑好的控制程序控制一号振镜3-7和二号振镜3-8移动，实施三维真空激光加工过程；
[0037]步骤七、加工完成后，抽气装置控制单元9-2控制分子栗5-2停止工作；
[0038]步骤八、T时间后抽气装置控制单元9-2控制电磁阀5-6关闭、并控制机械栗5-1停止工作，打开放气阀4-8,关闭水冷循环装置7,待真空室内达到标准大气压后，打开折页门4-10,取出工件。
[0039]本发明的有益效果:1、本发明采用激光振镜装置代替机器人或联动装置等机械装置进行真空激光加工，能够快速精确实现三维真空激光加工，而且真空室内部结构设计合理，不存在机器人或联动装置等机械装置，真空空间利用率高；2、本发明可实现包括真空激光焊接、真空激光增材制造和真空激光修复等多种真空激光加工过程；3、本发明的抽真空装置采用机械栗和分子栗相配合的抽真空方式，并且由数字化控制系统控制，可快速实现不同真空度的真空环境；4、本发明配有水冷循环装置，可保证三维真空激光加工装置长时间稳定工作。
【附图说明】
[0040]图1为本发明所述的一种三维真空激光加工装置的整体结构示意图；
[0041]图2为真空室4及真空抽气装置5的主视图；
[0042]图3为图2的左视图；
[0043]图4为图2中真空室4和真空抽气装置5的俯视图；
[0044]图5为真空抽气装置5的原理图；
[0045]图6为激光振镜装置3的结构示意图。
【具体实施方