一种多光束复合激光冲击微造型加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光加工领域，具体涉及一种多光束复合激光冲击微造型加工装置。
【背景技术】
[0002]早在20世纪60年代，相关研宄人员发现，当激光脉冲辐照在固体材料表面时，激光与材料相互作用产生冲击波的现象。随后激光诱导冲击波的力学效应便逐步应用到工程技术领域，如材料表面的激光冲击强化处理，即利用激光诱导的冲击波，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能；以及激光层裂发涂层界面结合强度的检测，即利用激光诱导的冲击波在不同材料结合界面处反射时产生拉应力的特性，来检测涂层与基体的结合强度。
[0003]随着对激光冲击波力学效应和光力耦合关系研宄的深入和发展，开拓了一个全新的制造和加工领域一以激光的力学效应为主的光力制造理论与技术，在国防和民用工业中具有广泛的应用前景，如激光冲击成形、激光冲击强化、激光冲击消除有害残余应力、激光冲击表面微加工、激光冲击高压合成、激光层裂检测等。其中，激光冲击表面微加工又称激光冲击波微造型，它是利用激光诱导的冲击波作为成形力源，使金属板料发生微观塑性变形的技术，是一种全新的快速成形方法，也是激光冲击加工技术的一个重要应用领域。
[0004]激光冲击波微造型是一种近年来发展较快的现代化加工方法。但是，现有技术中的激光冲击波微造型受到若干缺点的限制，由于激光冲击波对其造型作用微区的高速高压冲压行为，使得加工塑性较差的金属材料时，微造型凹坑边缘部分发生冲击微裂纹甚至表面破裂飞溅，造成微造型加工质量差且难以控制，同时所需的激光脉冲能量要求很高，经常需要多脉冲重叠冲击才能满足微造型要求，加工效率不高。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种加工效率更高、加工质量更好的多光束复合激光冲击微造型加工装置。
[0006]本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0007]一种多光束复合激光冲击微造型加工装置，其特征在于，包括用于输出冲击波激光束的第一激光器、用于输出连续激光束或长脉宽脉冲激光束的第二激光器、复合加工头和加工头驱动机构；
[0008]所述复合加工头呈中空套筒状，安装在加工头驱动机构上，由加工头驱动机构驱动其绕自身轴线整体旋转；
[0009]所述复合加工头包括环形筒壁、上盖板、下盖板、第一 45度反射镜、第二 45度反射镜、第三45度反射镜、第四45度反射镜、反射式聚焦镜、聚焦透镜和保护镜；
[0010]所述环形筒壁的侧壁上开设有穿透环形筒壁的第一激光入射口，所述第一激光入射口的外表面安装有可透过冲击波激光束的镀膜玻璃；所述第一激光器输出的冲击波激光束透过镀膜玻璃经由第一激光入射口进入到环形筒壁内部；
[0011]所述反射式聚焦镜通过一镜片夹具和一位置调整机构安装在环形筒壁的内表面上，所述位置调整机构使得反射式聚焦镜能够沿着水平方向移动；
[0012]上盖板和下盖板分别安装在环形筒壁的上下两端，将环形筒壁的内腔封闭；所述上盖板的中心位置开设有穿透上盖板的第二激光入射口；
[0013]所述第一 45度反射镜通过一镜片夹具和一位置调整机构安装在上盖板的下表面，第一 45度反射镜的反射面与第二激光入射口的位置对应；所述位置调整机构使得第一45度反射镜能够沿着水平方向移动；所述第二 45度反射镜通过一镜片夹具固定安装在上盖板的下表面；
[0014]所述第四45度反射镜的反射面与第一激光入射口的位置对应；所述第四45度反射镜固定在安装架上，所述安装架伸出第二激光入射口之外固定在外部机架上，第四45度反射镜与安装架独立于复合加工头的旋转运动；
[0015]所述下盖板的中心位置开设有穿透下盖板的透光孔，透光孔与下盖板的外边缘之间开设有透光环槽，所述透光孔和透光环槽上均安装有保护镜；所述第三45度反射镜和聚焦透镜通过一镜片夹具固定安装在所述下盖板的上表面；
[0016]所述第一激光入射口、第四45度反射镜、聚焦透镜和保护镜的安装方位应使得第一激光器发射的冲击波激光束透过第一激光入射口沿水平方向入射到第四45度反射镜，经过第四45度反射镜的转折之后，向下沿竖直重力方向入射进入聚焦透镜，经过聚焦透镜的聚焦后，透过保护镜入射到工件表面的冲击波模板的待冲击区域上；
[0017]所述第二激光入射口、第一 45度反射镜、第二 45度反射镜、第三45度反射镜和反射式聚焦镜的安装方位应使得第二激光器发射的连续激光束或长脉宽脉冲激光束，透过第二激光入射口沿竖直重力方向入射到第一 45度反射镜，经过第一 45度反射镜的转折之后，沿水平方向入射进入第二 45度反射镜，经过第二 45度反射镜的转折之后，向下沿竖直重力方向入射进入第三45度反射镜，经过第三45度反射镜的转折之后，沿水平方向入射进入反射式聚焦镜，经过反射式聚焦镜的反射和聚焦后，输出至工件表面的冲击波模板的非冲击区域。
[0018]本实用新型具有如下有益效果:
[0019]1、本实用新型采用了多光束复合激光冲击波微造型的方式，连续激光束先对微造型位置周围区域进行了加热，使其温度上升(但保持熔点以下)，同时以微造型区域位置也被热传导加热到稍低一点温度，众所周知钢铁材料温度升高则变形抗力降低、塑性增大，更有利于其压力成型，因此在具有周围区域预热效果的激光冲击波压力作用下，微造型坑更深，或者说同等深度的微造型坑所需的激光脉冲能量更低，即同等脉冲激光能量的加工效率更高，有利于脉冲激光束进行冲击波时的微造型加工效率的提升。
[0020]2、本实用新型中采用连续激光束先对微造型位置周围区域进行了加热，使其温度上升，变形抗力下降，塑性增大；同时微造型区域位置也被加热，塑性大大变好，使得在微造型时更不易在微造型坑附近发生裂纹现象，可显著提升微造型加工质量。
[0021]3、本实用新型中的复合加工头可以整体旋转，使得复合加工头散热更好，更有利于在复合加工头保护镜附近形成气流保护层，保护镜不易脏。
[0022]4、本实用新型中反射式聚焦镜可沿水平方向径向移动，通过移动反射式聚焦镜，可以调节各个激光束的焦点相对位置，配合复合加工头的旋转，可以实现不同直径的微造型坑，这种调节方式比现有传统激光冲击微造型单纯靠调焦斑直径的方式更为灵活，适应范围更广。
[0023]5、本实用新型装置的结构紧凑，易于拆装校准。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型所述多光束复合激光冲击微造型加工装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细的说明。
[0026]如图1所示，本实用新型提供了一种多光束复合激光冲击微造型加工装置，包括用于输出冲击波激光束的第一激光器、用于输出连续激光束或长脉宽(脉冲宽度在毫秒量级及以上)脉冲激光束的第二激光器、复合加工头和加工头驱动机构；
[0027]所述复合加工头呈中空套筒状，安装在加工头驱动机构上，由加工头驱动机构驱动其绕自身轴线(图中虚线所示)整体旋转；其中，加工头驱动机构可以由数控机床主轴等机构来实现，复合加工头通过常规拉刀结构或安装支架结构与数控机床的主轴相连。
[0028]所述复合加工头包括环形筒壁1、上盖板2、下盖板3、第一 45度反射镜4、第二 45度反射镜5、第三45度反射镜6、第四45度反射镜7、反射式聚焦镜8、聚焦透镜9和保护镜10 ；
[0029]所述环形筒壁I的侧壁上开设有穿透环形筒壁I的第一激光入射口 11，所述第一激光入射口 11的外表面安装有可透过冲击波激光束的镀膜玻璃；所述第一激光器输出的冲击波激光束透过镀膜玻璃经由第一激光入射口 11进入到环形筒壁I内部；所述反射式聚焦镜8通过一镜片夹具和一位置调整机构安装在环形筒壁I的内表面上，所述位置调整机构使得反射式聚焦镜8能够沿着水平方向移动；其中，位置调整机构可以由调节螺栓、滚珠丝杠等机构来实现。
[0030]上盖板2和下盖板3分别安装在环形筒壁I的上下两