[發(fā)明專利]一種在線細棒物體打孔的聚焦調(diào)節(jié)裝置和方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010856681.7
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112222645A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅林;韓梅玲;吳君映
• 申請（專利權(quán)）人: 梅林;韓梅玲
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/04;B23K26/06;B23K26/073
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 徐振興

本發(fā)明公開了一種在線細棒物體打孔的聚焦調(diào)節(jié)裝置，包括：激光光源，用于輸出激光；光束整形裝置，置于激光光路中用于調(diào)整激光束為能量近似均勻分布的光；光路傳輸裝置，置于激光光源射出光路中，用于將激光傳輸至預(yù)設(shè)空間位置方向；光路聚焦裝置，置于光路傳輸裝置的輸出光路中，用于將將激光匯聚照射至產(chǎn)品表面。通過光束整形改變了普通激光的能量分布不均的問題，實現(xiàn)建立孔徑與焦距之間、孔洞深度與激光能量之間的一一對應(yīng)關(guān)系，另一方面就是通過大量的實驗數(shù)據(jù)獲知所要打孔的能量閾值，通過精準的閾值來輔助后續(xù)的生產(chǎn)打孔工作。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于激光束成型技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在線細棒物體打孔的聚焦調(diào)節(jié)裝置和方法。

背景技術(shù)：

一般非金屬材料的細棒物體打孔，從打孔效率和打孔效果上來說，目前還都是采用脈沖式CO2激光器，對其發(fā)出的脈沖式激光光束進行聚焦，在細棒物體表面形成孔洞。

但是，由于CO2激光器輸出光束中的能量分布為高斯分布，如圖2所示，即光束中心處的激光能量密度遠大于光束邊緣的能量密度，該高斯分布的激光經(jīng)過透鏡聚焦后所形成的聚焦光點也具有類似的分布特性，在精密穿孔過程中，往往會形成聚焦光點中心形成了孔洞，光點邊緣的細棒表面材料沒有完全穿透，形成一種似穿非穿似透非透的--半穿透狀態(tài)，也由于存在這樣一個半穿透狀態(tài)的不確定性，造成了孔洞參數(shù)數(shù)據(jù)的波動和失穩(wěn)，盡管設(shè)備運行時可以通過聚焦透鏡的焦距調(diào)整能夠一定程度的減少其影響，孔徑的設(shè)定越大，邊緣能量越低，低于穿透表面材料所需的能量閾值時，半穿透的面積會增加，反之，半穿透的面積會減少，且一方面增加了設(shè)備維護調(diào)整所需的時間降低了設(shè)備使用效率，另一方面卻也不能根本上杜絕該情況的發(fā)生。

另外，設(shè)備運行中增加或者減少激光能量，會使得光束邊緣的能量出現(xiàn)大于或者小于穿透表面材料所需的能量閾值的情況，當(dāng)能量大于閾值時，孔邊緣半穿透的情況減少、當(dāng)能量小于閾值時，孔邊緣的半穿透的情況增多，從而使得孔徑大小隨能量的增加或者減少而變化。

可見，這樣的使用狀態(tài)下，調(diào)整焦距調(diào)整裝置、調(diào)整激光能量的大小，都會引起孔洞直徑的變化，即孔洞的直徑既與焦距調(diào)整裝置存在相關(guān)性、也與激光能量的大小存在相關(guān)性，多重的相關(guān)性增加了調(diào)整難度。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種在線細棒物體打孔的聚焦調(diào)節(jié)裝置，從而克服上述現(xiàn)有激光打孔技術(shù)中關(guān)于精密穿孔中存在的技術(shù)缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種在線細棒物體打孔的聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：

聚焦調(diào)節(jié)裝置，用于將被整形至能量近似分布均勻的光束、調(diào)節(jié)匯聚至產(chǎn)品表面，獲得設(shè)定的光斑直徑；

孔型檢測裝置，用于測量產(chǎn)品表面的激光成孔數(shù)據(jù)；

控制系統(tǒng)，通過孔型檢測裝置獲得的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)聚焦調(diào)節(jié)裝置射出的激光能量以及焦距或者是光斑直徑。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，孔型檢測裝置主要由顯微鏡或者其他圖像放大檢測裝置組成，用于檢測產(chǎn)品表面孔洞的參數(shù)。

一種在線細棒物體打孔的聚焦調(diào)節(jié)方法，獲得用光束整形后的激光在預(yù)設(shè)產(chǎn)品上形成指定尺寸孔洞所需的激光能量閾值，然后用大于或等于該能量閾值的光束整形后的激光在產(chǎn)品上進行打孔。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，按照如下步驟進行：

S1，調(diào)節(jié)聚焦裝置的焦距，確保光束整形后的激光光束在細棒表面聚焦獲得預(yù)設(shè)大小的孔型光斑；

S2，調(diào)節(jié)激光能量大小，利用光束整形裝置整形后的激光使得細棒表面材料剛被擊穿，并確定形成預(yù)設(shè)孔洞直徑大小時的激光能量值，該值為激光能量閾值；