[發明專利]一種多軸旋切掃描系統的使用方法

有效

• 申請號: 202210410019.8
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114505602B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 孫喜博;張穎;馬文靜;耿遠超;王凌芳;王文義;黃晚晴;劉蘭琴
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/064;B23K26/082
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 于晶晶

本發明涉及一種多軸旋切掃描系統及其使用方法，屬于激光旋切打孔技術領域，多軸旋切掃描系統包括第一快反鏡、第二快反鏡、第三快反鏡和F?theta透鏡，所述第一快反鏡和第二快反鏡平行且間隔設置，且第一快反鏡和第二快反鏡鏡像聯動，所述第三快反鏡對應F?theta透鏡設置，且第三快反鏡與F?theta透鏡的主面的距離等于F?theta透鏡的焦距，光束依次經第一快反鏡、第二快反鏡、第三快反鏡入射至F?theta透鏡，并經F?theta透鏡透射聚焦至工作面，本發明通過控制第一快反鏡、第二快反鏡、第三快反鏡聯動實現多種旋切掃描方式以及加工角度自由控制，實現光束由F?theta透鏡聚焦后光斑在工作面位置及錐角變化，相較于光楔模式具有可任意調節性。

技術領域

本發明屬于激光旋切打孔技術領域，具體地說涉及一種多軸旋切掃描系統及其使用方法。

背景技術

隨著工業技術的高速發展，高準確度微小孔逐步應用在各行業中，相應發展了多種微孔加工技術，主要包括機械加工、電火花、化學腐蝕、超聲波打孔等。隨著高精度、大深徑比、多材料等加工需求的提出，傳統的微孔加工技術已經無法滿足更高的微孔加工需求。激光鉆孔憑借其效率高、極限孔徑小、準確度高、成本低、幾乎無材料選擇性等優點，現已成為微孔加工的主流技術之一。

目前，激光鉆孔最常用的加工方式為振鏡掃描，可逐層環切掃描或螺旋掃描，但振鏡掃描的不足之處是無法改變入射激光的錐度，因此，在深孔加工制孔過程中，受焦斑發散、多次反射以及孔內等離子體等多因素的影響，材料燒蝕速率會隨著制孔深度的增加急劇下降，振鏡掃描無法制備較大深徑比的零錐甚至倒錐孔。因此，得到高深徑比（≧10:1）、加工質量高、零錐甚至倒錐的微孔是具有挑戰的，對于此類需求，最合適的加工方法是采用旋切掃描技術，使光束繞光軸高速旋轉，同時改變光束相對材料表面的傾角，從而實現從正錐到零錐甚至倒錐的變化。

常用的旋切掃描技術主要有四光楔掃描頭、道威棱鏡掃描頭和平行平板掃描頭等，通過光學器件折射實現使進入聚焦鏡的光束進行適當的平移和傾斜，依靠高速電機的旋轉使光束繞光軸旋轉。旋切掃描打孔多采用雙光楔、三光楔、四光楔、光楔組配合平板玻璃組以及道威棱鏡等。旋切掃描通過光楔間的角度變化，控制激光光束通過光楔后的出射角變化，從而在加工面上形成一個旋切掃描螺旋線，控制激光光束通過光楔后的離軸，形成不同錐角入射，最終實現微孔加工。但是，由于旋切掃描裝置的旋轉速度基本不變，每圈的旋轉時間基本一致，在激光器的輸出功率不變時，內圈單位面積上的激光能量就會比外圈高，會出現旋切掃描螺旋線內圈部分比外圈部分先打穿的情況，造成對壁損傷。如果保持線速度一致，內圈轉速會過大，對于光楔等旋轉運動而言難以實現。

發明內容

針對現有技術的種種不足，為了解決上述問題，現提出一種多軸旋切掃描系統及其使用方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種多軸旋切掃描系統，包括第一快反鏡、第二快反鏡、第三快反鏡和F-theta透鏡（即激光掃描聚焦鏡），所述第一快反鏡和第二快反鏡平行且間隔設置，且第一快反鏡和第二快反鏡鏡像聯動，所述第三快反鏡對應F-theta透鏡設置，且第三快反鏡與F-theta透鏡的主面的距離等于F-theta透鏡的焦距，光束依次經第一快反鏡、第二快反鏡、第三快反鏡入射至F-theta透鏡，并經F-theta透鏡透射聚焦至工作面。

另，本發明還提供一種多軸旋切掃描系統的使用方法，包括如下步驟：

步驟S100、根據旋切掃描方式，確定經F-theta透鏡透射聚焦至工作面的光斑坐標，其中，x表示X軸上的位移量，y表示Y軸上的位移量、θx表示錐角在X軸上的分量，θy表示錐角在Y軸上的分量，所述錐角表示光束入射至工作面的入射角；

步驟S200、根據步驟S100確定的光斑坐標，確定第一快反鏡、第二快反鏡和第三快反鏡的加載電壓。

進一步，控制第三快反鏡實現光束加工位置變化，控制第一快反鏡和第二快反鏡鏡像聯動實現錐角變化。