1.一种可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置,其特征在于,包括激光发射系统、空间位置调整系统、控制系统和微零件成形系统;
所述激光发射系统包括脉冲激光器(8)、平面反射镜(13)、可调焦透镜(14)、透镜支架(15);所述脉冲激光器(8)发出的激光束经45°设置的平面反射镜(13)反射后经过可调焦透镜(14)辐照在微零件成形系统上;
所述空间位置调整系统包括三维摄影机支架(9)、三维摄影机(10)、超声波发射器(16)、超声波感应器(17)、超声波反射平台(24);所述三维摄影机支架(9)固定于三维移动平台(1)上,三维摄影机(10)安装于三维摄影机支架(9)上,用于确定三维移动平台(1)的水平位置;所述超声波发射器(16)与超声波感应器(17)安装于透镜支架(15)上,超声波反射平台(24)固定于三位移动平台(1)上,用于反射超声波发射器(16)发射的超声波,进而确定三维移动平台(1)的竖直位置;
所述控制系统包括激光控制器(7)、计算机(5)、三维移动平台控制器(2)、三维摄影机控制器(3)、超声波发射装置控制器(4)、电流控制器(6);所述激光控制器(7)、三维移动平台控制器(2)、三维摄影机控制器(3)、超声波发射装置控制器(4)、电流控制器(6)均与计算机(5)相连;所述激光控制器(7)与脉冲激光器(8)相连,用于控制脉冲激光器(8)的工作状态;所述三维移动平台控制器(2)与三维移动平台(1)相连,用于控制三维移动平台(1)的移动;所述三维摄影机控制器(3)与三维摄影机(10)相连,用于控制三维摄影机(10)的工作状态及与计算机(5)之间的信息传递;所述超声波发射装置控制器(4)与超声波发射器(16)和超声波感应器(17)相连接,用于控制超声波发射器(16)的工作状态及与计算机(5)之间的信息传递;所述电流控制器(6)与磁吸装置(25)及箔材(22)两端相连接,用于控制磁吸装置(25)的工作状态及向箔材(22)施加脉冲电流;
所述微零件成形系统包括三维移动平台(1)、限位盖(12)、滑柱(18)、弹簧(19)、压板(11)、约束层(20)、吸收层(21)、凹模(23)、支撑座(26)、磁吸装置(25);所述支撑座(26)安装在三维移动平台(1)上;
所述支撑座(26)中心位置开设有凹模定位槽(32),凹模定位槽(32)内放置有凹模(23),凹模(23)内放置有约束层(20),约束层(20)一侧涂覆有吸收层(21);
所述支撑座(26)四周位置上还开设有螺纹孔(30)和磁吸装置凹槽(31);所述磁吸装置凹槽(31)内安装有磁吸装置(25);所述螺纹孔(30)内安装有滑柱(18)的一端,滑柱(18)的另一端安装有压板(11),压板(11)通过限位盖(12)限位,在磁力的作用下,压板(11)可沿滑柱(18)上下滑动,从而压紧约束层(20),滑柱(18)上还安装有弹簧(19),在弹簧力的作用下,压板(11)上行。
2.根据权利要求1所述的可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置,其特征在于,所述磁吸装置(25)包括铁芯(28)、电磁线圈(29)和线圈挡板(27);磁吸装置(25)数量为四个。
3.根据权利要求1所述的可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置,其特征在于,所述凹模(23)中心位置开设有凹模槽(36),凹模(23)圆周边缘位置上开设有槽孔(33),该槽孔(33)与凹模定位槽(32)内圈上的凸起(34)配合。
4.根据权利要求3所述的可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置,其特征在于,所述凹模(23)上还设置有定位图案(35);凹模(23)表面涂有一层耐高温绝缘漆。
5.根据权利要求1所述的可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置,其特征在于,所述压板(11)材料为铁磁性材料。
6.根据权利要求1所述的可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置,其特征在于,所述超声波反射平台(24)所用材料为硬质塑料,以达到较好的超声波反射效果;且超声波反射平台(24)的区域足够大,当三维移动平台(1)位于水平方向的极限位置时超声波反射平台(24)也能反射超声波发射器(16)产生的超声波。
7.根据权利要求1所述的可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置,其特征在于,所述约束层(20)为K9光学玻璃或者有机玻璃或者硅胶或者合成树脂,约束层(20)一侧表面均匀的喷涂有黑色吸收层(21)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的可自动对中及调整光斑直径的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合微成形装置的使用方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:激光控制器(7)、三维移动平台控制器(2)、三维摄影机控制器(3)、超声波发射装置控制器(4)、电流控制器(6)均于计算机(5)连通,将三维摄影机支架(9)固定于三维移动平台(1)上,并将三维摄影机(10)安装在三维摄影机支架(9)上;超声波反射平台(24)固定在三维移动平台(1)上;可调焦透镜(14)和超声波发射器(16)、超声波感应器(17)安装于透镜支架(15)上;
S2:使用螺栓将支撑座(26)固定于三维移动平台(1)上;将凹模(23)放置在凹模定位槽(32)内;将磁吸装置(25)放置在磁吸装置凹槽(31)内;
S3:在凹模(23)表面贴一张黑色感光纸,在三位移动平台(1)垂直方向上取有限个位置,并在每个位置分别让激光冲击一次,记录相应光斑大小;利用计算机(5)控制超声波发射器(16)发射超声波,经过超声波反射平台(24)的反射后的超声波被超声波感应器(17)接收,并将相关数据传回计算机(5),通过一系列计算即可得出三维移动平台(1)与可调焦透镜(14)之间的距离;将一系列的对应光斑大小与距离的数据输入软件则可自动拟合出光斑大小与距离之间的函数关系;数据记录完成后,将黑色感光纸从凹模(23)表面撕下;
S4:在计算机(5)上将理论激光作用点设置于凹模(23)的中心点,并设置误差阈值,当凹模(23)实际位置与理论位置之间的差值小于误差阈值时则停止三维移动平台(1)的移动;调整三维摄影机(10)的角度,使凹模(23)完全在其视野范围内;
S5:使三维摄影机(10)开始工作,时刻读取凹模(23)上特征图案位置与理论位置之间的关系并将数据传回计算机(5),经过计算后通过三维移动平台控制器(2)控制三维移动平台(1)在水平方向上移动,直至特征图案位置与理论位置间的差值小于误差阈值;
S6:在计算机(5)内输入所需的激光光斑直径,则可通过计算机(5)由之前获得的光斑大小与距离之间的函数关系式自动调整三维移动平台(1)在垂直方向上的位置,此过程中超声波发射器(16)不断发射超声波,超声波感应器(17)时刻将数据传递回计算机(5)以计算距离,直至达到相应的理论距离;
S7:将箔材(22)放置于凹模(23)表面;将喷涂有黑色吸收层(21)的约束层(20)放置于箔材(22)表面;通过计算机(5)控制电流控制器(6)向磁吸装置(25)中的电磁线圈(29)施加电流从而产生磁力,使压板(11)在磁力的吸引作用下压紧约束层(20);通过计算机(5)控制电流控制器(6)向箔材(22)两端施加脉冲电流;
S8:调整可调焦透镜(14),调整脉冲激光器(8)参数,通过计算机(2)发送指令给激光控制器(7)控制脉冲激光器(8)发射脉冲激光;脉冲激光被吸收层(21)吸收,吸收层(21)产生汽化和电离后产生大量等离子体,在约束层(20)的限制下,等离子体快速向外膨胀产生冲击压力,在冲击压力和凹模(23)的作用下,金属箔材(22)产生塑性变形,形成微零件;
S9:断开箔材(22)两端与电磁线圈(29)中的电流,则压板(11)受到弹簧(19)的作用力沿滑柱(18)高度方向向上抬起;之后则可以取出约束层(20)与微零件;
S10:若需要重复进行加工,则只需重复S5至S9的步骤。