一种水导激光垂直度自动校正方法与流程

本发明属于水导激光加工，具体涉及一种水导激光垂直度自动校正方法。

背景技术：

1、本发明。水导激光技术是一种将高能激光束耦合进入极细的高压水射流（通常直径在30μm-100μm）中，利用水射流作为能量传输和冷却介质的先进加工技术。该技术结合了传统激光加工的高精度和水射流加工的冷加工特性，具有热影响区小、无热损伤、无粉尘污染、切割质量高等显著优点，被广泛应用于半导体、医疗器械、脆性材料等高端制造领域。

2、在水导激光系统中，激光水线的垂直度（即水射流轴线与加工工件表面的理论法线之间的夹角）是决定加工精度和孔型质量的核心因素之一。理想情况下，绝对垂直的激光水线可以加工出侧壁垂直、形状规则的高质量微孔或切缝。然而，在实际系统中，由于喷嘴制造误差、安装偏差、系统振动以及高压水流的不稳定性等多种因素，激光水线不可避免地会存在一定角度的倾斜。这种倾斜会导致一系列加工缺陷，严重制约了水导激光技术在超高精度应用中的潜力。

3、现有技术主要有三种测量校正方案：

4、直接视觉测量：通过两个正交放置的垂直于工作台的高速相机，直接对激光水线进行拍照，通过图像处理识别激光水线，直接计算其在每个方向上的倾斜角度，然后进行修正。该方法对相机硬件要求高，需要保证相机自身的严格垂直，并对相机进行标定，且校正精度存在不稳定性，容易受外界环境干扰。

5、手动观测调整：在无激光输出的情况下，仅喷射纯水线，操作人员通过移动水线使其冲击到一个校正平板（如玻璃或硅片）边缘，观察水线破碎程度，使得水线与校正平板刚好接触，记录坐标，然后移动z轴，再次移动水线使得水线与校正平板再次刚好接触，记录坐标，通过两组坐标计算水线在某一方向上的倾斜角度。该方法精度相对较高，但完全依赖操作人员经验，不具有普适性，同时影响加工效率。

6、加工标定方法：通过在不同加工高度下，在标定板上使用低功率加工圆孔，然后识别圆孔圆心，计算圆心之间的偏差，得到水线倾斜角度。该方法受加工质量与识别精度影响，精度无法稳定保证，不能满足日益增长的超精密加工需求。

7、但上述现有技术均存在各项不足，因此亟需一种测量精度高、自动化且不依赖人工经验的水导激光垂直度校正方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种水导激光垂直度自动校正方法。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种水导激光垂直度自动校正方法，所述方法包括：

4、控制激光水线处于第一高度并沿x轴方向朝向校正板的边缘匀速移动，并实时监测激光功率信号；

5、当所述激光功率信号下降超过预设阈值时，判定所述激光水线与校正板的边缘接触，并记录所述激光水线处于所述第一高度时的第一临界点坐标；

6、在所述激光水线沿z轴方向移动预设高度差到达第二高度后，使所述激光水线沿x轴方向再次朝向所述校正板的边缘匀速移动，并实时监测所述激光功率信号；

7、当所述激光功率信号下降超过所述预设阈值时，判定所述激光水线与所述校正板的边缘接触，并记录所述激光水线处于所述第二高度时的第二临界点坐标；

8、根据所述第一临界点坐标和所述第二临界点坐标，计算所述激光水线在所述x轴方向与z轴方向所在投影平面内的第一倾斜角度；

9、控制所述激光水线分别处于第一高度和第二高度下沿y轴方向再次执行上述步骤，得到对应的第三临界点坐标和第四临界点坐标；

10、根据所述第三临界点坐标和所述第四临界点坐标得到所述激光水线在y轴方向与z轴方向所在投影平面内的第二倾斜角度；

11、根据所述第一倾斜角度和所述第二倾斜角度对所述激光水线进行补偿校正。

12、本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

13、在上述技术方案中，本发明能够捕获在激光水线破裂瞬间的监测激光功率信号，进而能够得到高精度的用于补偿矫正的倾斜角度；整个流程无需任何人工干预，消除了人为误差，保证了结果的一致性和可重复性；整个校正过程可在数分钟内完成，远快于传统方法，可方便地集成到设备每日开机自检或加工过程中的定期校准流程中；以激光功率的物理突变作为唯一判断依据，信号明确，避免了基于图像处理或人工判断的主观性和不确定性，并且成本低廉，易于在新旧设备上实现升级改造。

14、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

1.一种水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，当所述激光水线沿x轴方向移动时，所述激光水线在所述第一高度下的第一临界点坐标记录为，所述激光水线在所述第二高度下的第二临界点坐标记录为，所述第一倾斜角度按照如下公式计算：

3.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，当所述激光水线沿y轴方向移动时，所述激光水线在所述第一高度下的第三临界点坐标记录为，所述激光水线在所述第二高度下的第四临界点坐标记录为，所述第二倾斜角度按照如下公式计算：

4.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，所述控制所述激光水线分别处于第一高度和第二高度下沿y轴方向再次执行上述步骤，得到对应的第三临界点坐标和第四临界点坐标，包括：

5.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，所述根据所述第一倾斜角度和所述第二倾斜角度对所述激光水线进行补偿校正，包括：

6.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，所述校正板固定安装于所述高精度运动机床的工作台上，所述校正板由陶瓷材料制成，所述校正板的边缘经过精密研磨形成锋利边缘，用于与所述激光水线接触时使所述激光水线破裂，所述高精度运动机床用于带动所述激光水线在x轴、y轴和z轴方向上移动。

7.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，所述当所述激光功率信号下降超过预设阈值时，判定所述激光水线与校正板的边缘接触，包括：

8.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，所述激光水线根据激光器输出的激光和高压水泵产生的水线耦合得到。

9.根据权利要求1所述的水导激光垂直度自动校正方法，其特征在于，所述激光功率信号根据激光功率探测器进行检测，所述激光功率探测器设置于所述校正板下方。