[發明專利]一種高深徑比微孔的激光加工系統及加工方法

有效

• 申請號: 202011282858.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112453730B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 楊康;王自;田東坡
• 申請（專利權）人: 西安中科微精光子科技股份有限公司
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/064;B23K26/402
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

1.一種高深徑比微孔的激光加工方法，其特征在于，應用于一種激光加工系統；所述激光加工系統包括：超快激光器、變倍擴束器、1/4波片、第一反射鏡、光束旋切掃描模塊、第一半透半反鏡、第二半透半反鏡、聚焦鏡、氣嘴、第二反射鏡、光路切換模塊、第三反射鏡及準連續激光器，其中：

所述準連續激光器出射的準連續激光經所述第三反射鏡反射后進入可快速移動的第二反射鏡，再經所述光路切換模塊進入所述第二半透半反鏡，經所述第二半透半反鏡反射后形成的光束垂直入射進入所述第一半透半反鏡，并經所述聚焦鏡及所述氣嘴后聚焦在陶瓷材料上進行沖孔；

所述超快激光器出射的超短脈沖經所述變倍擴束器擴束后進入所述1/4波片，所述1/4波片將入射的線偏振光調整成圓偏振光，再依次經所述第一反射鏡、所述旋切掃描模塊、所述第一半透半反鏡后進入所述聚焦鏡，并經所述聚焦鏡及所述氣嘴后聚焦在陶瓷材料的沖孔位置處進行旋切掃描修孔；

所述激光加工系統首先利用所述準連續激光在陶瓷材料進行部分沖孔；然后轉換所述超快激光器的光路，利用所述光束旋切掃描模塊使聚焦后的超短脈沖激光進行螺旋掃描，在所述陶瓷材料的沖孔位置處進行旋切掃描修孔；最后下降焦點繼續重復沖孔-修孔操作，分段完成制孔過程；

所述激光加工方法包括下述步驟：

利用準連續激光對陶瓷材料進行沖孔，包括：所述準連續激光器出射的準連續激光經所述第三反射鏡反射后進入可快速移動的第二反射鏡，再經所述光路切換模塊進入所述第二半透半反鏡，經所述第二半透半反鏡反射后形成的光束垂直入射進入所述第一半透半反鏡，并經所述聚焦鏡及所述氣嘴后聚焦在陶瓷材料上進行材料去除，孔徑大小介于Φ0.5mm~Φ0.6mm之間；

轉換飛秒激光光路對陶瓷材料進行修孔，包括：所述超快激光器出射的超短脈沖經所述變倍擴束器擴束后進入所述1/4波片，所述1/4波片將入射的線偏振光調整成圓偏振光，再依次經所述第一反射鏡、所述旋切掃描模塊、所述第一半透半反鏡后進入所述聚焦鏡，并經所述聚焦鏡及所述氣嘴后聚焦在材料的原沖孔位置處進行旋切掃描修孔；

重復上述步驟完成制孔過程。

2.如權利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工系統還包括與所述第一半透半反鏡連接的功率監測模塊，所述第一半透半反鏡還將接受到的激光的一部分反射至所述功率監測模塊，所述功率監測模塊可對沖孔和修孔過程中激光能量進行監測。

3.如權利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工系統還包括與所述第一半透半反鏡連接的CCD相機，在沖孔和修孔過程中，與所述陶瓷材料作用的反射光反射至所述第一半透半反鏡，所述CCD相機獲取所述反射光以實現對打孔過程的穿透情況的顯示。

4.如權利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述變倍擴束器為1-4倍變倍擴束器。

5.如權利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述氣嘴為錐形氣嘴。

6.如權利要求1所述的加工方法，其特征在于，在利用準連續激光進行沖孔的步驟中，還包括，在沖孔過程中采用壓縮空氣對所述陶瓷材料表面進行同軸吹氣以輔助排渣。

7.如權利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述利用準連續激光對陶瓷材料進行沖孔之前還包括，對準連續激光器和超快激光器分別進行光路傳輸調試。

8.如權利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述光路傳輸調試包括以下步驟：

S101：確定擴束鏡位置，并在距擴束鏡安裝位置500mm之外的光路上放置一張同心圓靶紙，然后打開激光器，使激光光斑與靶紙中心重合；

S102：安裝上擴束鏡，然后調節擴束鏡，使激光光斑與擴束鏡入光口中心重合，且經過擴束鏡后的光斑繼續與靶紙中心保持重合；

S103：調整1/4撥片位置，使激光光斑從1/4撥片中心通過；

S104：安裝反射鏡，通過反射鏡將激光光束反射至同軸光路中。