[發明專利]一種大幅面微孔高速鉆孔系統

有效

• 申請號: 201310068726.4
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103203552A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 張立國
• 申請（專利權）人: 張立國
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/04
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及激光加工領域，尤其涉及一種大幅面微孔高速鉆孔系統裝置。

背景技術

激光鉆孔領域，激光焦點在孔和孔之間切換，無疑振鏡掃描是最快的切換方式，表現在高的加減速和位移線速度，以及定位速度。二維位移平臺無疑是很慢的一種方式，一般很少采用了。

申請號為201010183539.7的專利，所采用的光束旋轉模塊，在加工過程中不可以動態改變光束旋轉直徑，只適合在同一加工件表面鉆孔孔徑較少變化的情形使用。因此有一定局限性。

申請號為200380110303.9的專利，振鏡用于激光焦點的切換是沒有問題的，但是，振鏡前面的光束圓周調制運動是用反射鏡片方式，反射調制激光做圓周運動，其缺點是激光是做錐形旋轉運動，特別是2片以及2片以上的反射鏡組合使用，且反射鏡片間距稍大的時候，激光束被反射來反射去，激光光束調制軌跡非常不好控制，進行精細加工時候不好控制，這種方式對100微米以下的小孔徑高速高精度鉆孔是不理想的，且由于反射鏡對光束的反射掃描軌跡是空間圓錐形，所鉆小孔為倒錐形孔，這種孔形在實際中應該避免。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種大幅面、高速高精度且能動態改變激光掃描填充或激光環切形狀和大小的能進行微細結構加工的微孔高速鉆孔系統。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種大幅面微孔高速鉆孔系統，包括光束空間調制模塊和振鏡掃描平場聚焦模塊，所述光束空間調制模塊包括一個或者多個透明光學元件，每個所述透明光學元件安裝在一個與其相對應的驅動裝置上，每個所述透明光學元件均可在與其相對應的驅動裝置的驅動下獨立進行擺動和/或平移的驅動裝置。

所述光束空間調制模塊用于對入射激光束進行空間運動軌跡調制，形成按照設定軌跡運動的第一光束，并將該第一光束發射到所述振鏡掃描平場聚焦模塊。

所述振鏡掃描平場聚焦模塊，位于所述光束空間調制模塊輸出第一光束的一側，用于接收從所述光束空間調制模塊輸出第一光束，并對第一光束進行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束的激光焦點在不同加工單元之間進行切換或在一個加工單元處對所述聚焦光束的激光焦點掃描運動進行輔助運動控制。

所述掃描平場聚焦鏡包括普通平場掃描鏡和遠心掃描聚焦鏡。

進一步，所述透明光學元件為透明平板光學元件，所述透明平板光學元件可在與其相對應的驅動裝置的帶動下進行擺動，并通過所述透明平板光學元件的擺動實現表面法線與入射激光束的夾角變化，來調整入射激光束與出射激光束的位移偏移量，控制激光束的空間掃描軌跡。透明平板光學元件的表面法線與其入射激光束之間形成的入射角度α的范圍為負45度至正45度。

進一步，所述透明平板光學元件的表面鍍有增透膜。所述透明平板光學元件的表面經過研磨拋光，并鍍有增透膜，優選鍍寬入射角度的增透膜。

進一步，所述透明光學元件為透明棱鏡光學元件，所述透明棱鏡光學元件可在與其相對應的驅動裝置的帶動下進行擺動和/或平移，并通過透明棱鏡的擺動和/或平移來調整入射激光束與出射激光束的位移偏移量，并且控制光束的空間掃描軌跡。掃描振鏡控制激光焦點在不同加工單元之間的高速切換，或掃描振鏡控制激光焦點在一個加工單元內部對已經被透明棱鏡光學元件調制了的激光束進行輔助空間掃描軌跡調制。

進一步，所述透明光學元件材料為普通光學玻璃或者石英玻璃或者藍寶石。

進一步，所述驅動裝置為電機，所述透明光學元件安裝在所述電機主軸上。

或者，所述驅動裝置為電致伸縮元件，所述透明光學元件安裝在電致伸縮元件上，電致伸縮元件在外加電場作用下發生長度伸縮，驅動所述透明光學元件擺動或者平移。

或者，所述驅動裝置為多個電致伸縮元件，所述所述透明光學元件安裝在所述多個電致伸縮元件上，電致伸縮元件在外加電場作用下發生長度伸縮，驅動所述透明光學元件擺動和/或平移。以電致伸縮元件壓電陶瓷為例，利用三塊壓電陶瓷形成壓電陶瓷伸縮支架，可以控制透明平板光學元件做二維角度偏轉和一維位移伸縮運動。所述組合結構或者支架為多個電致伸縮元件并排或者串聯排列或者串并聯排列組成的結構。

進一步，所述電致伸縮元件為壓電陶瓷。

進一步，所述光束空間調制模塊包括三個或三個以上的透明光學元件，相對于透過的激光束而言，透明光學元件是串聯的，即多個透明光學元件沿著激光束傳輸方向依次排列。光束運動軌跡將是眾多透明光學元件控制光束運動的運動合成軌跡，激光填充掃描加工特性無限接近平頂激光光束加工效果。