[發明專利]一種激光鉆孔系統及激光鉆孔方法

有效

• 申請號: 201610570764.3
• 申請日: 2016-07-19
• 公開（公告）號: CN106141457B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 張立國
• 申請（專利權）人: 張立國
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/70;B23K26/08;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,陳振玉

1.一種激光鉆孔系統，其特征在于，包括入射光束旋轉運動模塊、高速旋轉激光焦點空間位置補償模塊和激光聚焦與焦點切換模塊；

所述入射光束旋轉運動模塊，用于對透射的入射光束進行旋轉調制以輸出旋轉光束，形成繞所述入射光束的光軸進行旋轉的第一光束，且所述第一光束光軸旋轉全角小于30毫弧度；所述入射光束旋轉運動模塊包括至少一個激光光束旋轉單元，所述激光光束旋轉單元包括旋轉透射光學元件和用于帶動所述激光光束旋轉單元作旋轉運動的驅動裝置；所述旋轉透射光學元件的旋轉速度大于6萬轉每分鐘，所述旋轉透射光學元件承受旋轉離心力從而對透射光束產生光束發散功能，且轉速越高，光束發散功能越強，使得所述第一光束的光束發散程度大于所述入射光束；

所述高速旋轉激光焦點空間位置補償模塊，用于對所述第一光束的光束發散角隨著所述入射光束旋轉運動模塊旋轉速度的變化而變化產生的聚焦光束的激光焦點空間位置的變化進行補償，使得經過所述激光聚焦與焦點切換模塊聚焦后的聚焦光束的激光焦點始終處于待加工工件表面或特定空間位置；

所述高速旋轉激光焦點空間位置補償模塊可以為高速旋轉運動光束發散補償單元和/或激光平場聚焦工作距補償單元；

所述高速旋轉運動光束發散補償單元，位于所述入射光束旋轉運動模塊之前或者位于所述入射光束旋轉運動模塊之后，用于對所述入射光束或所述第一光束的光束發散角進行發散角補償，使得聚焦光束的聚焦焦點始終處于待加工工件表面或者特定空間位置；

所述激光平場聚焦工作距補償單元，用于根據所述入射光束旋轉運動模塊輸出的第一光束的旋轉速度對掃描平場聚焦鏡與待加工工件之間的間距進行調整，使得不論第一光束的旋轉速度增加或者降低，所述聚焦光束的聚焦焦點始終處于所述待加工工件表面或者特定空間位置；

所述激光聚焦與焦點切換模塊，用于對所述高速旋轉運動光束發散補償單元或者所述入射光束旋轉運動模塊的輸出光束進行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束在不同加工單元之間進行切換或者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。

2.如權利要求1所述的一種激光鉆孔系統，其特征在于，所述旋轉透射光學元件為楔形棱鏡或衍射體光柵或光楔，所述驅動裝置為空心主軸電機，所述旋轉透射光學元件安裝在所述空心主軸電機的電機主軸上；所述空心主軸電機為氣浮空心主軸電機或磁浮空心主軸電機。

3.如權利要求2所述的一種激光鉆孔系統，其特征在于，所述入射光束旋轉運動模塊，包括兩個或兩個以上的串聯的激光光束旋轉單元，每一個所述激光光束旋轉單元各自獨立旋轉，第一個激光光束旋轉單元中的旋轉透射光學元件接收所述入射光束，所述第一個激光光束旋轉單元輸出激光束光軸沿著其入射激光的光軸進行自轉，后一激光光束旋轉單元的輸出光束的光軸沿著前一激光光束旋轉單元的輸出的光束的光軸進行公轉，并且還沿著該公轉軌跡進行自轉。

4.如權利要求1所述的一種激光鉆孔系統，其特征在于，所述激光聚焦與焦點切換模塊為振鏡掃描平場聚焦單元，所述振鏡掃描平場聚焦單元包括掃描振鏡和掃描平場聚焦鏡；

所述高速旋轉運動光束發散補償單元或者所述入射光束旋轉運動模塊的輸出光束經掃描振鏡反射后射入掃描平場聚焦鏡，經所述掃描平場聚焦鏡聚焦形成聚焦光束，所述掃描振鏡通過掃描振鏡反射鏡片偏轉達到控制激光焦點在不同加工單元之間的切換，或在一個加工單元處的激光出光加工過程中，所述掃描振鏡通過掃描振鏡反射鏡片輔助偏轉對激光焦點掃描運動進行輔助運動控制。

5.如權利要求1所述的一種激光鉆孔系統，其特征在于，所述高速旋轉運動光束發散補償單元包含殼體和透鏡組，所述透鏡組安裝于殼體內，所述透鏡組包含至少兩個串聯的透鏡，通過改變所述透鏡組內的多個透鏡之間的間距實現對所述入射光束或所述第一光束的發散角補償角度的調整。

6.如權利要求5所述的一種激光鉆孔系統，其特征在于，所述透鏡組為一個凹透鏡和至少一個凸透鏡的組合，或者為至少兩個凸透鏡的組合。

7.如權利要求1所述的一種激光鉆孔系統，其特征在于，還包括激光光束偏轉運動模塊，所述激光光束偏轉運動模塊位于所述入射光束旋轉運動模塊之后，用于采用偏轉方式調節所述第一光束的運動軌跡輪廓大小，以形成第二光束，所述第二光束的運動由所述入射光束旋轉運動模塊單獨調制或者由所述入射光束旋轉運動模塊和所述激光光束偏轉運動模塊共同調制。