[發(fā)明專利]一種激光束旋轉(zhuǎn)加工微小圓錐形孔的系統(tǒng)及方法

無效

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• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102950385A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 李明;程光華;楊小君
• 申請（專利權(quán)）人: 中科中涵激光設備（福建）股份有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/04;B23K26/08
• 代理公司: 西安西交通盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 61217
• 代理人: 申美鵑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種激光束旋轉(zhuǎn)加工微小圓錐形孔的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代制造技術(shù)是一個國家發(fā)展經(jīng)濟的重要手段之一，也是衡量一個國家工業(yè)水平高低的重要依據(jù)。從目前來看，現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展主要呈現(xiàn)兩個趨勢：一個是追求制造系統(tǒng)自動化的計算機集成制造技術(shù)；另一個就是尋求制造系統(tǒng)微細加工極限的微機械制造技術(shù)。

隨著國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，人們對產(chǎn)品小型化和精密化的要求也越來越高，作為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展兩大趨勢之一的微細加工技術(shù)，在航空航天、醫(yī)學、傳感器、精密模具、生物技術(shù)、微電子器件制造等方面有著廣泛的應用。

例如：隨著人類社會不斷發(fā)展進步，人們的環(huán)保意識正越來越強，各國對柴油機排放的廢氣所造成的環(huán)境污染越來越重視，柴油機的排放法規(guī)日趨嚴格，而噴油嘴噴孔加工質(zhì)量直接影響柴油機的燃油噴射和燃燒性能，所用的噴油嘴噴孔直徑也越來越小，目前10μm量級的直徑尺寸的小孔，鉆削加工噴孔或電火花加工噴孔的方式將越來越難以適應。

激光加工是一門21世紀發(fā)展極快的制造新技術(shù),各國政府和工業(yè)部門都非常重視激光器和激光加工技術(shù)設備的發(fā)展。在微細加工領(lǐng)域，激光加工還具備其他任何技術(shù)都無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢，它區(qū)別于傳統(tǒng)的激光材料加工，它是一個多光子吸收的過程，非線性作用過程占主導地位，因此具有不可比擬的優(yōu)點。

在制造尺寸很小的孔的方面，已經(jīng)有一系列非接觸、無摩擦的技術(shù)，它們使用了緊密聚焦的光束，這些技術(shù)已經(jīng)在微電子制造工藝和發(fā)動機零件的制造中建立了一定地位。如果小孔必須是圓錐形，將遇到特別的困難，因為在打孔方向上直徑不斷在增加。為了進行螺旋式打孔，專門打孔的光學裝置能夠以可變的旋轉(zhuǎn)直徑來對激光光束進行旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種激光束旋轉(zhuǎn)加工微小圓錐形孔的系統(tǒng)及方法，其采用超短脈沖激光旋轉(zhuǎn)微加工制作精細圓孔，能夠解決傳統(tǒng)的機械和電火花加工精細圓孔等加工手段的技術(shù)缺陷，徹底改變目前精細圓錐形孔毛刺多，精度難以控制以及可靠性不強等缺點。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的：

這種激光束旋轉(zhuǎn)加工微小圓錐形孔的系統(tǒng)，包括：激光發(fā)生單元、激光偏轉(zhuǎn)單元、激光旋轉(zhuǎn)單元、錐度控制單元和激光加工單元；所述激光發(fā)生單元產(chǎn)生一束短脈沖激光給激光偏轉(zhuǎn)單元的入射端，所述激光偏轉(zhuǎn)單元將短脈沖激光進行偏轉(zhuǎn)后由其出射端發(fā)送給激光旋轉(zhuǎn)單元的入射端；所述激光旋轉(zhuǎn)單元使激光光束旋轉(zhuǎn)并由其出射端射向錐度控制單元的入射端，所述錐度控制單元修正激光束與光軸之間的水平距離，然后激光束由錐度控制單元出射端射向激光加工單元上的被加工工件。

上述激光偏轉(zhuǎn)單元包括激光全反鏡、楔形鏡和楔形鏡驅(qū)動電機，所述激光全反鏡將激光發(fā)生單元產(chǎn)生的超短脈沖激光反射至楔形鏡上；所述楔形鏡由楔形鏡驅(qū)動電機帶動能夠繞垂直于光軸的軸線旋轉(zhuǎn)。

上述激光旋轉(zhuǎn)單元包括棱鏡以及帶動所述棱鏡繞光軸旋轉(zhuǎn)的空心軸傳動電動機。所述棱鏡為道威棱鏡、阿貝棱鏡、V-棱鏡、施密特棱鏡、雙斜方棱鏡或雙光楔。

上述錐度控制單元包括平板玻璃和平板玻璃驅(qū)動電機，所述平板玻璃驅(qū)動電機驅(qū)動平板玻璃旋轉(zhuǎn)消除出射光線偏離的距離。

上述激光加工單元包括聚焦透鏡和三維移動平臺；所述聚焦透鏡水平設置在三維移動平臺的上方，所述三維移動平臺上設置有調(diào)整樣品處于水平位置的調(diào)整架。

本發(fā)明還提出一種激光束旋轉(zhuǎn)加工微小圓錐形孔的方法，包括以下步驟：

1）產(chǎn)生一束超短脈沖激光；

2）將超短脈沖激光束通過激光全反鏡反射后，通過楔形鏡垂直向下射出，以此時超短脈沖激光束所在的直線為激光旋轉(zhuǎn)軸；

3）將超短脈沖激光束通過棱鏡后射向平板玻璃，平板玻璃通過偏轉(zhuǎn)來修正激光束與光軸之間的水平距離后，再經(jīng)過聚焦透鏡使激光束射向被加工工件，所述棱鏡的入射光束與出射光束的光束方向一致，且入射點與出射點的連線與激光旋轉(zhuǎn)軸平行；此時調(diào)整加工工件使超短脈沖激光束與加工工件表面垂直；

4）以垂直于光軸的軸線為旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動楔形鏡，使楔形鏡的出射光線與激光旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生夾角；同時旋轉(zhuǎn)棱鏡，使棱鏡的出射光線繞激光旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；棱鏡與平板玻璃必須同步旋轉(zhuǎn)，同時偏轉(zhuǎn)的平板玻璃修正光束與光軸之間的水平距離且楔形鏡和平板玻璃同步偏轉(zhuǎn)；

5）由平板玻璃射出的激光束通過聚焦透鏡后對被加工工件進行螺旋式打孔。

本發(fā)明具有以下有益效果：