一种激光在线测量加工检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光测量技术领域，具体为一种激光在线测量加工检测装置。
【背景技术】
[0002]随着激光加工尺寸精度、质量稳定性、重复性和一致性不断提高的需求，激光加工前后的几何尺寸精度及粗糙度质量均需要进行严格测量和检测。目前的测量和检测方法均是采用离线方式通过接触式机电测量或非接触式光学方式的轮廓仪对加工对象进行几何尺寸精度和质量测量和检测。这种离线测量和检测方式均存在如下问题:首先是激光加工前后由激光对加工材料引起的热变形量无法获知，导致激光加工几何尺寸精度不可避免的存在误差；其次，只能测量和检测平面尺寸精度和粗糙度而无法测量和检测曲面尺寸精度和粗糙度，测量和检测范围受到限制；此外，当检测的深度、宽度及粗糙度如不符合指标要求需要继续加工时，加工样品必须要重新返回激光加工台上进行重新定位加工，不但费时费力，同时也增加了加工尺寸精度的不确定性和一致性；最后，这两种测量和检测仪不仅结构复杂，体积庞大而笨重，而且测量和检测尺寸范围有限，不能对较大尺寸样品进行测量和检测且对检测环境要求极高，无法用于在线测量和检测。这些问题都将成为激光加工技术向跨尺度加工的高精度、高质量稳定和一致性以及高效率方面发展的阻碍。
[0003]目前，在激光测量方面CN202928523U公开了 “一种用于在线测量的激光测量系统”，它包括测量台以及激光装置，所述激光装置包括相对地设置在所述测量台的两侧处的发射部及接收部，所述测量台包括:测量底板，所述测量底板上形成有多个第一凹口，所述多个第一凹口中分别设置有高度调整装置。该技术方案是代替机械探针接触式测量方式，仅用于测量平面底板凹口的一种方法，无法测量三维空间几何尺寸，用途极为有限，而且该技术方案并未提供任何有关激光测量的方法、原理和精度，实际上是无法应用。CN103900489A公开了“一种线激光扫描三维轮廓测量方法及相应的装置”，该装置将物体置于水平参考面上，一字线激光器在磁致伸缩微位移控制器的控制下摆动，形成对被检测物体的扫描面，摆动角度ω由物体的大小决定，保证一字线激光器完整扫描被检测物体的轮廓。该发明存在如下问题:首先，由于一字线激光器通过磁致伸缩微位移控制器进行摆动运动，而获取激光漫反射的相机却是静止不动，因此，一字线激光束与相机之间的物理几何尺寸关系不是固定值，导致无法精确标定激光器与相机之间的位置关系；其次，由于激光器是作为来回摆动运动，因此，微小的震动和正反方向摆动的转换等因素均导致摆动角速度是一个变量，故无法获得所谓的匀速摆动来精确测量计算曲面空间各点坐标值和法线方向，存在着随机测量计算误差；最后，由于测量物体和相机的静止不动以及激光器只进行微小的摆动，因此，受到相机景深和相机成像平面的限制，导致测量范围小，无法用于大尺寸三维轮廓测量，更不说用于在线三维高精度测量和检测应用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供了一种激光在线测量加工检测装置，目的在于解决现有测量技术存在的问题，以提高激光加工精度和质量。
[0005]本实用新型提供的一种激光在线测量加工检测装置，包括依次位于同一光路上的加工激光器、光路系统和激光加工头；其特征在于，该系统还包括激光测距系统，计算机控制系统，移动组件和工作台；
[0006]激光测距系统用于获取工件加工前、后的测量数据，包括工件每点的空间坐标值和法线角度，并提供给计算机控制系统；激光测距系统与激光加工头通过连接件刚性连接并固定在移动组件上，工作台位于激光加工头下方，用于安装所述工件；所述激光测距系统、激光加工头和工件能够随移动组件和工作台进行三维空间运动；
[0007]所述计算机控制系统与加工激光器、激光加工头、激光测距系统、移动组件和工作台电信号连接，用于控制各部件工作，并对来自激光测距系统、移动组件和和四轴工作台的数据进行处理，以获取加工数据与检测数据。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述激光测距系统由发出点或线激光束的测量激光器、均光准直会聚透镜光路、聚焦透镜和光线收集器组成；所述均光准直会聚透镜光路包括准直镜和会聚透镜，用于将测量激光器发出的光束先均光准直后再通过会聚透镜聚焦，再投射到待加工工件上；聚焦透镜用于接收工件的反射光，缩小其光斑直径或光束宽度；工作时，由测量激光器对加工前或加工后工件发射一束点或线激光束，并通过均光准直会聚透镜光路聚焦于工件表面，工件表面将激光束反射到聚焦透镜，聚焦成像在光线收集器上形成光斑，通过光线收集器将光线信号传变为电信号，经过处理后将测量结果输出到计算机控制系统。
[0009]作为上述技术方案的进一步改进，所述移动组件为Z轴移动机构，所述工作台为四轴工作台。
[0010]本实用新型具有以下技术优点:
[0011]1.本实用新型将激光测量、加工和检测集于一体，可实现激光加工前在线测量待加工工件的平面或曲面几何尺寸形貌，获得真实平面或空间结构尺寸和特征，消除待加工工件因在前期加工处理流程中产生的变形或时效变形所引起与理论数模之间的误差，提高了激光加工精度和质量；
[0012]2.激光加工后，无需离线检测，可实现在线迅速检测加工尺寸精度和质量以及变形量，如达不到指标要求，可在线再次加工，直至满足指标要求，节省人力和时间，提高了激光加工制作效率，稳定性、重复性和一致性；
[0013]3.本实用新型装置在线测量、加工和检测功能不仅可以用于两维平面测量和检测尺寸精度和质量，而且还可用于三维曲面测量和检测尺寸精度和质量，因而增加了测量和检测的应用范围；
[0014]4.本实用新型装置在线测量、加工和检测功能不受待加工工件的尺寸限制，因而扩大了测量和检测尺寸范围。
【附图说明】
[0015]图1为第一种激光在线测量加工检测装置【具体实施方式】的结构示意图；
[0016]图2为激光测距系统测量和检测装置【具体实施方式】的结构示意图；
[0017]图3(a)、(b)为步骤(A3)所使用的点集示意图；
[0018]图4为第一种激光在线加工装置【具体实施方式】的结构示意图；
[0019]图5为第二种激光在线测量加工检测装置【具体实施方式】的结构示意图；
[0020]图6为第二种激光在线加工装置【具体实施方式】的结构示意图；
[0021]图7为第三种激光在线测量加工检测装置【具体实施方式】的结构示意图；
[0022]图8为第三种激光在线加工装置【具体实施方式】的结构示意图；
[0023]图9为激光在线测量装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]本实用新型第一个实例提供的装置如图1所示，该装置包括加工激光器1，光路系统2，激光加工头3，激光测距系统4，计算机控制系统6，Z轴移动机构12和四轴工作台5。激光测距系统4与激光加工头3通过连接件8刚性连接并固定在Z轴移动机构12上，能够随Z轴移动机构12 —起沿Z轴方向上下移动，待加工工件7固定在四轴工作台5上。
[0026]如图2所示，激光测距系统4是由发出点或线激光束的测量激光器20、均光准直会聚透镜光路21、聚焦透镜22和光线收集器23组成。
[0027]均光准直会聚透镜光路21包括准直镜和会聚透镜，可将测量激光器20发出的光束先均光准直后再通过会聚透镜聚焦，再投射到待加工工件7上。
[0028]聚焦透镜22用于接收工件7的反射光，缩小其光斑直径或光束宽度，如使光斑直径聚焦至20微米左右或将线光束宽度聚焦到20微米