紫外激光織構汽缸套內壁專用加工裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光加工設備技術領域，具體涉及一種紫外激光織構汽缸套內壁專用加工裝置。
技術背景
[0002]激光表面微織構技術大量用于提高材料的硬度、耐磨、耐高溫、抗氧化等性能，具有加工快、成本低、無污染、非接觸式、無工具磨損、優良的尺寸控制精度等優點，廣泛應用于汽車制造、航空、航天、航海、軍事等工業生產制造領域。
[0003]激光表面微織構處理技術使用的激光光源主要有連續激光和脈沖激光，傳統應用較為廣泛的激光主要有二氧化碳激光、光纖激光和YAG固體激光等；目前，也有采用皮秒、飛秒等激光對材料表面開展微織構加工技術研宄。
[0004]傳統YAG激光織構裝置的基本原理是采用聲光調Q的YAG激光器作為脈沖激光發生源，由激光器發射出的脈沖激光束經光路系統聚焦后，直接作用于被加工的工件的表面進行微造型；通過控制調Q頻率與工件的轉速，實現所要求的表面微凹坑分布。如江蘇大學開發的一種激光表面微造型裝置及方法(200810155787.3)，就是采用聲光調Q的Nd:YAG激光器作為加工光源對材料表面進行激光處理的；采用聲光調Q的YAG激光器其聲光調器件具有較高的脈沖頻率，但其衍射效率有限，當激光增益很高時，聲光調Q器件無法提供足夠高的損耗使激光器的振蕩有效關斷，這使聲光調Q脈沖激光器的單脈沖能量和平均功率都較低，從而導致在較深儲油坑要求下生產效率較低，如江蘇大學申請公開的“一種激光表面微造型方法”(200610039758.1)，難以滿足實際生產需求。
[0005]二氧化碳激光和光纖激光屬于長波激光，其波長分布在紅外光長區域，加工時熱效應明顯，對材料的熱影響較大，影響材料表面性能。
[0006]飛秒激光由于具有超短脈沖，超高能量密度等特性，所以采用飛秒激光進行材料加工時，具有對材料損傷小，加工質量好，加工速度快等特點；目前，已有飛秒激光處理技術在汽缸內表面加工處理的技術研宄，溫州大學申報了“一種激光復合微織構缸套內表面的方法和裝置” (201310013106.0),開發出了一種激光復合微織構缸套內表面的方法，該方法首先通過飛秒激光加工得到所需微織構結構，為了進一步提高激光織構區域缸套的硬度、耐磨性，提升缸套使用壽命，又采用納秒脈沖激光對缸套內表面飛秒激光加工區域進行沖擊強化處理，從而增強飛秒激光加工區域材料的力學性能；但飛秒激光器與其它幾種傳統常用的激光器相比，價格十分昂貴，目前使用飛秒激光器進行相關產品的工業生產，從經濟性的和生產成本角度考慮，還遠不能達到要求。
[0007]為了獲得較高的加工效率，產生足夠深的儲油微凹坑，也有采用兩個或多個激光器并聯的激光加工裝置來提高加工效率和速度的相關技術；武漢市凱瑞迪激光技術有限公司公布了一種“固體激光珩磨加工裝置”(203265910U)，該裝置采用兩個或兩個以上脈沖串固體激光器并聯的固體激光珩磨加工裝置，通過該裝置獲得較高的教工效率、產生足夠深的儲油微凹坑；但該“固體激光珩磨加工裝置”珩磨機床是采用二維平移導軌來控制其移動和定位的，這種結構在進行汽缸套裝夾和加工定位時需要浪費大量時間，且每換一只缸套進行加工時都需要重新進行加工定位，大大增加了加工準備時間，不利于提高生產效率。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于:提出一種紫外激光織構汽缸套內壁專用加工裝置，該加工裝置結構簡單，成本低廉，操作、調試簡便，實現一次定位重復加工，紫外激光波長短，能量高，與材料相互作用時熱影響區域小，屬于冷光加工，具有較大加工優勢。
[0009]本發明的技術解決方案是:該加工裝置包括激光器、光路準直器、若干個光路調整反射鏡、激光頭、激光頭運動平臺和汽缸套旋轉運動平臺；激光器的后位經氣動閘安裝光路準直器，光路準直器后位根據光路調整線路安裝若干個調整反射鏡，激光頭固定安裝在激光頭運動平臺上，激光頭的直筒上端口正對最后一個調整反射鏡的光路；所述激光頭運動平臺包括運動底座、水平運動導軌、豎直運動導軌、水平運動電機和豎直運動電機，水平運動導軌、豎直運動導軌固定于運動底座，水平運動電機安裝在水平運動導軌右側，通過水平運動導軌內的絲桿連接控制豎直運動導軌及運動底座水平方向運動，豎直運動電機安裝在豎直運動導軌上端，通過豎直運動導軌內的絲桿連接控制固定底座的上下運動，激光頭運動平臺固定于整個裝置的支架上；所述的激光頭包括直筒、直角腔體、聚焦透鏡和反射鏡；直筒通過固定座與固定螺孔配合安裝在運動底座上，直筒的頂端對準最后一個調整反射鏡的光路，該調整反射鏡固定于激光頭上下運動導軌的上端；激光頭在做水平運動時直筒的頂端開口始終對準最后一個調整反射鏡的光路，直筒的底端連接直角腔體的其中一角，直角腔體內經定位環安裝聚焦透鏡，直角腔體內位于聚焦透鏡的下方設透光孔，直角腔體側蓋的內壁上安裝反射鏡，直角腔體的另一角上設激光噴嘴。
[0010]其中，在直角腔體上設輔助氣體接口。
[0011]其中，在直角腔體上通過固定扣安裝成像系統，所述成像系統包括筒體、成像反射鏡和成像攝像頭，筒體的底部設成像光入口，成像光入口與激光噴嘴指向保持一致，筒體的底部安裝成像反射鏡，筒體上端攝像頭固定孔通過固定螺釘螺孔與成像攝像頭連接，整個成像系統通過直角扣定位直角腔體激光噴嘴的正上方。
[0012]其中，激光器為半導體端面泵浦紫外激光器，激光輸出波長:355 nm，激光輸出功率:0-10W可變，重復頻率20KHz-100KHz，發散角.,( 2mrad@TEM00，功率不穩定度..( ±3%(均方差)，脈沖寬度25nsi30kHzo
[0013]其中，所述汽缸套旋轉運動平臺位于激光頭運動平臺的正下方，汽缸套旋轉運動平臺由旋轉驅動電機、旋轉底座和汽缸套定位三角卡盤組成，旋轉驅動電機通過齒輪配合驅動旋轉底座，旋轉底座上固定安裝三角卡盤；汽缸套被三角卡盤固定后做旋轉運動時，汽缸套是繞其自身的中心軸做旋轉運動的，汽缸套旋轉運動平臺固定于整個裝置的支架上。
[0014]工作時，激光器的激光束經光路準直器調節后，再經若干調整反射鏡反射，最后由直筒的上端口沿直筒的軸線方向射入直筒；直角腔體內聚焦透鏡用于聚焦直筒內傳輸的準直化激光束，直角腔體內反射鏡將聚焦后的激光束傳播方向改變90度沿激光噴嘴噴出；
在進行調校聚焦時，豎直運動導軌、運動底座連同整個激光頭裝置在水平運動電機驅動下沿水平運動導軌做水平運動；此時，通過筒體內的成像反射鏡經成像攝像頭，觀測到汽缸套內壁的影像情況，當所呈影像清晰時，表示激光頭到達激光織構加工焦距位置；確定激光織構加工焦距位置后，運動底座連同激光頭，通過豎直絲杠在豎直運動電機的驅動下，沿著豎直運動導軌向上運動預設的偏移量，此時激光噴嘴所正對的汽缸套內壁的位置即為偏移前成像系統所成影像的汽缸套內壁所在位置，保證汽缸套內壁激光噴嘴所正對的位置為汽缸套內壁的初始加工點，實現精確定位；加工時，旋轉運動平臺帶動汽缸套沿順時針或逆時針方向做旋轉運動，結合激光頭上下運動，實現在汽缸套內壁加工出所需微結構。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點是:1、紫外激光波長短，能量高，與材料相互作用時熱影響區域小，在進行材料加工時屬于冷光加工，減少了激光對材料的熱影響，降低激光加工時對材料性能的破壞，與飛秒激光器相比價格低，在進行材料表面微織構加工時具有較大的優勢；2、該加工裝置結構簡單，成本低廉，操作、調試簡便，工作效率高；3、激光非接觸加工避免了刀具磨損，降低生產成本；4、激光加工時清潔衛生，減少加工過程對環境的污染；5、激光頭伴隨有真空吸附裝置，用于吸附加工時所產生的熔渣、蒸汽及其電離產生的等離子體等物質，以防止此類物質逸入直角腔體，損傷或破壞直角腔體內的聚焦透鏡和反射鏡；6、直筒內設有聚焦透鏡，用于聚焦直筒內傳輸的準直化激光束，同時該透鏡還有密封作用，當通入輔助氣體時，能阻止輔助氣體進入直筒向上傳播，在進行激光加工織構時保護激光頭，保證材料表面加工質量；7、在加工相同規格的汽缸套產品時，只需進行一次調校，即可進行反復的加工過程，節約了調校時間，大大提高了生產效率。
【附圖說明】
[0016]圖1為發明裝置光路調節系統光路圖。
[0017]圖2為本發明激光頭運動平臺不意圖。
[0018]圖3為本發明的激光頭側視圖。
[0019]圖4為本發明的激光頭正視圖。
[0020]圖5為直角腔體正面結構圖。
[0021]圖6為直角腔體側面結構剖視圖。
[0022]圖7為成像系統筒體正面結構示意圖。
[0023]圖8為成像系統