[發(fā)明專利]一種提高激光打孔深度的裝置及其方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910040482.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN109702326A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏凱波;任乃飛;石春輝;李濤;田佳男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/064
• 分類號(hào): B23K26/064;B23K26/382;B23K26/70
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種提高激光打孔深度的裝置及其方法，包括加工平臺(tái)、夾具、工件、雙聚焦透鏡、聲光可變焦透鏡、分色鏡、擴(kuò)束器、激光器、激光控制器、聲光可變焦透鏡控制器、計(jì)算機(jī)、加工平臺(tái)控制器和CCD相機(jī)。本發(fā)明采用雙焦聚焦鏡對(duì)光束進(jìn)行聚焦，使聚焦光束獲得兩個(gè)焦點(diǎn)，并借助聲光可變焦透鏡連續(xù)快速變焦能力實(shí)現(xiàn)兩個(gè)焦點(diǎn)在垂直方向上的快速往復(fù)移動(dòng)。本發(fā)明可以明顯增加激光微孔加工深度，增加深度在毫米量級(jí)，并可將更厚的材料打通。此外，本發(fā)明可以避免能量過度集中對(duì)微孔質(zhì)量的影響，減小熱影響，提高打孔質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光打孔領(lǐng)域，特別是涉及一種提高激光打孔深度的裝置及其方法。

背景技術(shù)

激光打孔是通過對(duì)高能激光束進(jìn)行聚焦，在焦點(diǎn)位置獲得數(shù)千攝氏度的溫度，從而使工件材料在這種高溫的作用下會(huì)被迅速的熔化、汽化，最后形成微孔。激光打孔技術(shù)具有打孔速度快、經(jīng)濟(jì)效益高、加工材料范圍廣、無污染等優(yōu)點(diǎn)，尤其在航天航空工業(yè)的激光群孔加工中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

但隨著工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，高深徑比微孔的應(yīng)用越來越多，尤其是在國防等重要領(lǐng)域，如何進(jìn)一步提高激光打孔的深度已成為該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究問題。公開號(hào)為CN104907712A的中國專利《一種增加不銹鋼激光打孔深度的新方法》通過在不銹鋼表面自組裝金納米金屬顆粒層,隨后激光處理，使打孔位置溫度急劇增高，進(jìn)而增加打孔深度。但該專利提出的方法操作復(fù)雜，適用材料有限，且對(duì)微孔深度的增加有限。公開號(hào)為CN102825382A的中國專利《激光加工裝置》針對(duì)晶片加工中存在的效率問題，提供了改變改質(zhì)層的厚度來形成改質(zhì)層的激光加工裝置。通過用脈沖激光光線掃描一次而能夠在半導(dǎo)體晶片的內(nèi)部形成期望厚度(例如50～200μm)的改質(zhì)層。采用本裝置所獲得改質(zhì)層厚度雖然增加了，但如果應(yīng)用到激光打孔中，相應(yīng)的微孔深度增加值將在微米量級(jí)，且由于激光打孔一般是去除材料形成微孔，相對(duì)于晶片改質(zhì)，其深度增加更難，所以實(shí)際增加的深度會(huì)更小，這對(duì)于激光打孔毫米量級(jí)深度的微孔而言，其增加的厚度太小。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種提高激光打孔深度的裝置及其方法，該裝置通過采用雙聚焦透鏡與聲光可變焦透鏡可明顯提高激光打孔的深度，另外，雙聚焦透鏡與聲光可變焦透鏡的結(jié)合使用，使得焦點(diǎn)不會(huì)長時(shí)間作用在工件上的同一位置，進(jìn)而減小熱影響，提高打孔質(zhì)量。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

一種提高激光打孔深度的裝置，包括加工平臺(tái)、夾具、工件、雙聚焦透鏡、聲光可變焦透鏡、分色鏡、擴(kuò)束器、激光器、激光控制器、聲光可變焦透鏡控制器、計(jì)算機(jī)、加工平臺(tái)控制器和CCD相機(jī)；

所述CCD相機(jī)位于最上方、且與計(jì)算機(jī)電連接，CCD相機(jī)正下方依次放置分色鏡、聲光可變焦透鏡、雙聚焦透鏡和工件；所述工件固定在夾具上，所述夾具的安裝固定在加工平臺(tái)上；

所述激光器、擴(kuò)束器和分色鏡依次位于同一光路上；所述激光控制器的一端與激光器電連接，另一端與計(jì)算機(jī)電連接；

所述加工平臺(tái)控制器的一端與加工平臺(tái)電連接，另一端與計(jì)算機(jī)電連接。

上述方案中，所述分色鏡與水平方向呈45度角；所述激光器發(fā)射的激光依次通過擴(kuò)束器、分色鏡、聲光可變焦透鏡和雙焦聚焦鏡作用在工件上。

上述方案中，所述分色鏡只對(duì)激光器發(fā)出波長的激光進(jìn)行全反射，而對(duì)其他波長的光可透。

上述方案中，所述聲光可變焦透鏡采用聲光的方式控制，焦點(diǎn)軸向往復(fù)移動(dòng)距離在毫米量級(jí)，往復(fù)移動(dòng)頻率可高達(dá)1000KHz。

上述方案中，所述雙聚焦透鏡包括外部曲面與中間曲面，且外部曲面包裹住中間曲面，中間部分的焦距較長(稱為下焦距，焦點(diǎn)為下焦點(diǎn))，外面部分焦距較短(稱為上焦距，焦點(diǎn)為上焦點(diǎn))；中間曲面的焦距大于外部曲面焦距。