[發(fā)明專利]一種分段式回轉(zhuǎn)掃描微孔陣列加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110315682.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN113020820B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王聰;康濤;段吉安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/382
• 分類號(hào): B23K26/382;B23K26/06;B23K26/064;B23K26/082;B23K26/70
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李崇章

1.一種分段式回轉(zhuǎn)掃描微孔陣列加工方法，使用一種分段式回轉(zhuǎn)掃描微孔陣列加工裝置，其特征在于，該裝置包括：

高重頻超快激光器，所述高重頻超快激光器產(chǎn)生超快脈沖激光；

光闌，所述光闌設(shè)于所述高重頻超快激光器的射出端，所述光闌調(diào)整所述超快脈沖激光的光路；

凸透鏡，所述凸透鏡設(shè)有兩個(gè)且平行設(shè)置，所述凸透鏡設(shè)于所述光闌的射出端；

激光振鏡，所述激光振鏡設(shè)于所述凸透鏡遠(yuǎn)離所述光闌的一端；

復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)于所述激光振鏡的射出端，所述復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和所述激光振鏡之間還設(shè)有一物鏡，所述超快脈沖激光水平射出所述激光振鏡后通過所述物鏡并聚焦在所述復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；

所述高重頻超快激光器與所述光闌之間，所述光闌與所述凸透鏡之間均設(shè)有一反射鏡；

所述光闌電連接有電光調(diào)制曝光開關(guān)或者聲光調(diào)制曝光開關(guān)，所述電光調(diào)制曝光開關(guān)或者聲光調(diào)制曝光開關(guān)通過連接計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制；

兩個(gè)所述凸透鏡之間的間距滿足出射光為平行光；

所述復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有交叉的X軸與Y軸，所述Y軸上固定有一旋轉(zhuǎn)臺(tái)；所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有加工工件，所述加工工件通過一夾具固定在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上；

所述分段式回轉(zhuǎn)掃描微孔陣列加工方法包括如下步驟：

步驟一、將旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸與激光光軸對(duì)準(zhǔn)，加工工件利用夾具固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，根據(jù)加工工件的形狀與大小設(shè)定初始加工半徑為R₀；

步驟二、開啟旋轉(zhuǎn)臺(tái)，初始角速度按照初始加工半徑R₀計(jì)算設(shè)定為ω₀；等待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，啟動(dòng)高重頻超快激光器產(chǎn)生超快脈沖激光，垂直射入并聚焦在加工工件表面外圍的起始加工位置，分段式算法程序運(yùn)行開始；分段式算法程序預(yù)先設(shè)定微孔陣列的間隔為Δs，初始角速度ω₀，Y軸步進(jìn)速度設(shè)定為v₀，為了使每次分段區(qū)域微孔陣列間隔均勻，分段的依據(jù)為每次加工前后的半徑比值為定值，設(shè)為1：(1-p)，則每次分段步進(jìn)終止條件為徑向步進(jìn)距離ΔR_k＝p·R_k，p1，達(dá)到終止條件的同時(shí)關(guān)閉激光曝光，徑向步進(jìn)停止；

步驟三、加工完第一個(gè)近環(huán)形分段，可視為又從加工半徑R₁＝(1-p)·R₀開始掃描，此時(shí)角速度和步進(jìn)速度重新調(diào)整，調(diào)整至ω₁＝ω₀/(1-p)，v₁＝v₀/(1-p)，等角速度穩(wěn)定后，再次開啟激光曝光和Y軸徑向步進(jìn)；經(jīng)過k次加工，半徑R_k＝(1-p)^k·R₀，角速度調(diào)整至ω₀/(1-p)^k，步進(jìn)速度調(diào)整為v₀/(1-p)^k，由于旋轉(zhuǎn)臺(tái)角速度有最大值，故R_k有最小值；初始選用高重復(fù)頻率加工，可選用更低重復(fù)頻率使半徑R_k更小；

步驟四、當(dāng)通過調(diào)整角速度、重復(fù)頻率加工至最小半徑R_min小于1mm時(shí)，關(guān)閉旋轉(zhuǎn)臺(tái)，停止步進(jìn)，使用激光振鏡掃描加工完剩余面積；此時(shí)在R_min已知的情況下，利用激光振鏡逐點(diǎn)曝光的方式，控制激光振鏡的兩軸和復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的X軸即可完成掃描加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式回轉(zhuǎn)掃描微孔陣列加工方法，其特征在于，當(dāng)所述加工工件的形狀非圓形時(shí)，在分段式算法程序中跟據(jù)加工工件的形狀劃分好空行程區(qū)域，然后在空行程中設(shè)置關(guān)閉曝光。