CN119857926A - 一种微型压电陶瓷激光精密加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，旨在提供一种加工精度高、简单高效、非接触加工、兼容性好的微型压电陶瓷激光精密加工方法。本发明使用到三维形貌扫描装置、激光高度测量装置及激光加工系统，本发明包括如下步骤：a、初始产品形貌三维扫描；b、激光加工高度确认；c、激光加工位置确定；d、激光加工；e、加工尺寸确认。本发明应用于加工微型压电陶瓷的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电陶瓷加工方法,特别涉及一种微型压电陶瓷激光精密加工方法。
背景技术
压电陶瓷是工业、医疗、军事及航空航天领域中常用的器件。他利用压电陶瓷的压电效应，进行超声波的发射和接收。随着科学技术的发展，尤其工业及医疗器械等领域产品的持续小型化，对压电陶瓷的尺寸提出了新的要求，不仅尺寸上需要满足小型化，且加工精度上要求也越来越高，这给传统的机械加工方式带来了挑战。
压电陶瓷虽然具有其他材料无法比拟的优越性能，但也有显著的缺点，即脆性。压电陶瓷要实现所具备的优异性能，就必须加工成一定形状精度和尺寸精度的元件。但是由于压电陶瓷硬度和脆性等原因，传统机械加工难度很高，尤其是要满足高精度的加工，传统的机械加工在加工效率、加工精度以及良率等方面都存在很大的问题。
以实际的工程需求为例，某压电陶瓷产品，要求加工成外形尺寸为 3.5mm x1.2mm x 0.9mm的长方体，加工精度为±0.005mm，即 5μm，加工前产品尺寸略大0.2-0.5mm不等，由于陶瓷烧结收缩的原因，每个产品的尺寸都不一样，且表面状态平面度不佳，呈凹凸不平，如图1所示。传统的机械加工存在以下问题：
①产品装夹定位问题，机械加工需要对产品进行牢固的装夹和定位，但是由于产品本身的脆性和尺寸的不一致，同时由于产品 6 个面均需要加工，需要多次装夹，导致装夹定位及加工过程中造成产品崩边、碎裂等，导致产品不良或报废；
②加工质量问题，由于产品的加工精度要求较高，机械加工容易出现尺寸精度超差问题，造成产品功能性能无法到达预期效果；
③加工效率问题，由于机械加工需要多次装夹定位，且加工过程中需要反复测量尺寸加工状态，生产效率较低，同时，精密机械加工对操作工人的技术水平要求较高，影响效率和良率；
④耗材成本，产品机械加工工程中磨削材料会不断损耗，需要定期更换，由于陶瓷材料本身硬度较高，对磨削材料的消耗要比一般材料要高，导致耗材成本增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种加工精度高、简单高效、非接触加工、兼容性好的微型压电陶瓷激光精密加工方法。
本发明所采用的技术方案是：本发明使用到三维形貌扫描装置、激光高度测量装置及激光加工系统，所述微型压电陶瓷激光精密加工方法包括如下步骤：
a、初始产品形貌三维扫描：在激光加工前使用三维形貌扫描装置对待加工表面进行三维扫描，并按照预设的单次激光加工量进行分层形成激光加工图档；
b、激光加工高度确认：使用激光高度测量装置对产品初始加工高度进行测量，激光加工系统根据反馈的高度数值进行调整，确保激光加工焦点在产品表面；使用激光高度测量装置在加工过程中及加工后产品进行尺寸量测，确保加工后满足尺寸及精度要求；
c、激光加工位置确定：激光加工系统的同轴定位相机对产品进行定位，并将定位信息传送给激光加工系统，激光加工系统根据定位信息确定加工位置；
d、激光加工：激光根据三维形貌生成的加工图档，结合高度和位置信息对产品进行一次或多次加工；
e、加工尺寸确认：激光高度测量装置对产品高度进行测量，与初始值进行比较，是否满足预设加工要求，满足则加工完成，否则重复上述过程。
进一步，所述三维形貌扫描装置为线扫相机。
进一步，所述激光高度测量装置为激光同轴位移计。
进一步，在步骤b、e中，激光同轴位移计的测量范围比加工精度要求高一个数量级。
进一步，微型压电陶瓷产品的加工精度达到±5μm，激光同轴位移计测量范围为±1.6mm，分辨率为 0.25μm。
进一步，所述激光加工系统包括激光器、可调变倍扩束镜、光束整形装置、反射镜、高速高精度振镜、远心透镜、同轴定位相机及具有加工夹治具的精密运动平台；微型压电陶瓷产品安放在所述精密运动平台上的加工夹治具上；所述激光器发出的激光依次经过所述可调变倍扩束镜、所述光束整形装置、所述反射镜、所述高速高精度振镜、所述远心透镜后对微型压电陶瓷产品进行加工；经过所述反射镜的光线一部分进入所述同轴定位相机，一部分进入所述高速高精度振镜。
进一步，所述激光器为紫外皮秒激光器，使用紫外皮秒激光器对压电陶瓷加工，单次加工量最小达到 2μm。
进一步，所述三维形貌扫描装置、所述激光高度测量装置和所述激光加工系统的激光振镜加工头安装在同一个固定组件上，保证测量系统和加工系统的基准保持一致。
附图说明
图1是压电陶瓷加工前的产品结构示意图；
图2是激光加工系统的结构示意图；
图3是本发明的加工流程图。
具体实施方式
如图2和图3所示，在本实施例中，针对传统机械加工存在的这些问题，提出使用超快激光器对微型压电陶瓷元件进行激光加工的方法，整体系统由以下几个部分组成：
1.三维形貌扫描装置：激光加工前使用线扫相机对待加工表面进行三维扫描，将扫描的结果通过自制软件生成激光可加工文档；
2.激光高度测量装置：使用激光同轴位移计加工过程中及加工后产品进行尺寸量测，确保加工后满足尺寸及精度要求；由于产品加工精度要求达到±5μm，因此位移计的选择要比加工精度要求高一个数量级，本方案选择的位移计测量范围±1.6mm，分辨率为0.25μm，能够满足产品的尺寸和精度加工要求；
3.激光加工系统：激光加工系统如图2所示。所述激光加工系统包括激光器1、可调变倍扩束镜2、光束整形装置3、反射镜4、高速高精度振镜5、远心透镜6、同轴定位相机7及具有加工夹治具的精密运动平台8；微型压电陶瓷产品9安放在所述精密运动平台8上的加工夹治具上；所述激光器1发出的激光依次经过所述可调变倍扩束镜2、所述光束整形装置3、所述反射镜4、所述高速高精度振镜5、所述远心透镜6后对微型压电陶瓷产品9进行加工；经过所述反射镜4的光线一部分进入所述同轴定位相机7，一部分进入所述高速高精度振镜5。
在本实施例中，使用紫外皮秒激光器对压电陶瓷加工，通过调整工艺参数，单次加工量最小可以达到 2μm。
在本实施例中，三维形貌扫描装置、激光高度测量装置和激光振镜加工头安装在同一个固定组件上，保证测量系统和加工系统的基准保持一致。
本发明的有效果有：
1、激光加工精度高，单次加工量可达到 2μm；
2、根据三维形貌生成激光加工文档，自动定位加工产品，操作简单，效率高；
3、激光非接触加工，无机械应力，不会产品崩边或损坏；
4、激光加工可兼容其他各种形状的产品，兼容性好。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (8)
1.一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，该方法使用到三维形貌扫描装置、激光高度测量装置及激光加工系统，其特征在于：所述微型压电陶瓷激光精密加工方法包括如下步骤：
a、初始产品形貌三维扫描：在激光加工前使用三维形貌扫描装置对待加工表面进行三维扫描，并按照预设的单次激光加工量进行分层形成激光加工图档；
b、激光加工高度确认：使用激光高度测量装置对产品初始加工高度进行测量，激光加工系统根据反馈的高度数值进行调整，确保激光加工焦点在产品表面；使用激光高度测量装置在加工过程中及加工后产品进行尺寸量测，确保加工后满足尺寸及精度要求；
c、激光加工位置确定：激光加工系统的同轴定位相机对产品进行定位，并将定位信息传送给激光加工系统，激光加工系统根据定位信息确定加工位置；
d、激光加工：激光根据三维形貌生成的加工图档，结合高度和位置信息对产品进行一次或多次加工；
e、加工尺寸确认：激光高度测量装置对产品高度进行测量，与初始值进行比较，是否满足预设加工要求，满足则加工完成，否则重复上述过程。
2.根据权利要求1所述的一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，其特征在于：所述三维形貌扫描装置为线扫相机。
3.根据权利要求1所述的一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，其特征在于：所述激光高度测量装置为激光同轴位移计。
4.根据权利要求3所述的一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，其特征在于：在步骤b、e中，激光同轴位移计的测量范围比加工精度要求高一个数量级。
5.根据权利要求4所述的一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，其特征在于：微型压电陶瓷产品的加工精度达到±5μm，激光同轴位移计测量范围为±1.6mm，分辨率为 0.25μm。
6.根据权利要求1所述的一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，其特征在于：所述激光加工系统包括激光器（1）、可调变倍扩束镜（2）、光束整形装置（3）、反射镜（4）、高速高精度振镜（5）、远心透镜（6）、同轴定位相机（7）及具有加工夹治具的精密运动平台（8）；微型压电陶瓷产品（9）安放在所述精密运动平台（8）上的加工夹治具上；所述激光器（1）发出的激光依次经过所述可调变倍扩束镜（2）、所述光束整形装置（3）、所述反射镜（4）、所述高速高精度振镜（5）、所述远心透镜（6）后对微型压电陶瓷产品（9）进行加工；经过所述反射镜（4）的光线一部分进入所述同轴定位相机（7），一部分进入所述高速高精度振镜（5）。
7.根据权利要求6所述的一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，其特征在于：所述激光器（1）为紫外皮秒激光器，使用紫外皮秒激光器对压电陶瓷加工，单次加工量最小达到 2μm。
8.根据权利要求1所述的一种微型压电陶瓷激光精密加工方法，其特征在于：所述三维形貌扫描装置、所述激光高度测量装置和所述激光加工系统的激光振镜加工头安装在同一个固定组件上，保证测量系统和加工系统的基准保持一致。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204747769U (zh) * | 2015-05-27 | 2015-11-11 | 华中科技大学 | 一种激光在线测量加工检测装置 |
| CN106563880A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-04-19 | 华中科技大学 | 一种多光源、多功能、多轴激光加工头及装备 |
| CN115213568A (zh) * | 2021-03-31 | 2022-10-21 | 宁波大艾激光科技有限公司 | 一种复合激光加工系统及加工方法 |
| CN116673618A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-09-01 | 珠海市申科谱工业科技有限公司 | 医疗塑料导管激光打孔工艺 |
| CN118752077A (zh) * | 2024-07-29 | 2024-10-11 | 西安交通大学 | 基于3d激光超焦深处理的复杂结构表面激光抛光方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204747769U (zh) * | 2015-05-27 | 2015-11-11 | 华中科技大学 | 一种激光在线测量加工检测装置 |
| CN106563880A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-04-19 | 华中科技大学 | 一种多光源、多功能、多轴激光加工头及装备 |
| CN115213568A (zh) * | 2021-03-31 | 2022-10-21 | 宁波大艾激光科技有限公司 | 一种复合激光加工系统及加工方法 |
| CN116673618A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-09-01 | 珠海市申科谱工业科技有限公司 | 医疗塑料导管激光打孔工艺 |
| CN118752077A (zh) * | 2024-07-29 | 2024-10-11 | 西安交通大学 | 基于3d激光超焦深处理的复杂结构表面激光抛光方法 |
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