CN106271118A - 一种提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法，装置包括：激光器；扩束镜，设于激光器之后；旋转双棱镜组件，设于扩束镜之后，用调节激光光束中心的偏移距离；聚焦镜，设于旋转双棱镜组件之后；平台，朝向聚焦镜的出光侧，用于放置工件或带动工件移动；以及计算机，在计算机的控制下，旋转双棱镜组件旋转调节激光光束中心作用位于平台上工件的半径，完成快速孔型加工。该提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法，采用固体激光器，保证加工质量和精度，同时采用双棱镜调节装置，降低了加工设备的成本，并可实现不同孔径微孔加工的快速调节，进一步提高了加工品质和效率，搭配X‑Y移动平台可设置加工路径，满足多样化图形加工需求。

Description

一种提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法
技术领域
本发明涉及激光加工设备技术领域，尤其涉及一种提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法。
背景技术
近年来，激光加工技术被广泛应用于多种材料的钻孔、切割工艺，尤其是精细加工领域，激光器工作机理为经聚焦的高功率密度激光束照射材料表面，使被照射的材料迅速熔化或汽化，形成凹槽。钻孔加工时，光束重复扫描封闭图形边缘或填充图形后，去除图形中材料，从而实现工件通孔和盲孔的激光加工。
目前市场上材料的钻孔、切割多是采用二氧化碳激光或者光纤激光器的机构进行加工，该方法切割效率高，对于大尺寸的钻孔、切割比较有效，但是其激光模式差，聚焦光斑大的特点，导致在加工精细孔时，出现孔型效果差及尺寸精度差的情况。固体激光器的光束模式佳，聚焦光斑小，在精细加工领域，加工效果和尺寸精度都要优于二氧化碳激光器和光纤激光器，但是固体激光器功率普遍不高导致切割效率低。现有的激光加工设备，由于平台移动速度的限制，会导致激光能量累积，不但形成较大热效应区域，并且对于硬脆材料，容易造成材料碎裂，无法加工。并且仅平台移动的加工方式限制了多种孔型的加工需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法，用于解决现有激光加工装置成本高品质差的技术问题。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：
本发明的一种提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其包括：
一激光器，用于发射激光；
一扩束镜，设激光器之后，用于对激光进行扩束；
一旋转双棱镜组件，设于扩束镜之后，用调节激光光束中心的偏移距离；
一聚焦镜，设于旋转双棱镜组件之后，用于对光束进行聚焦；
一平台，朝向聚焦镜的出光侧，用于放置工件或带动工件移动；以及
一计算机，控制激光器、扩束装置以及平台，以设置激光参数和加工参数；
其中，在所述计算机的控制下，所述旋转双棱镜组件旋转调节激光光束中心作用位于平台上工件的半径，激光扫描完成快速孔型加工。
其中，所述的激光器为固体激光器。
其中，所述旋转双棱镜组件与聚焦镜之间还设有一改变激光光束方向的反射镜。
其中，所述的平台为X-Y轴移动平台，在同一工件上连续加工微孔时，所述X-Y轴移动平台带动工件移动；在加工单孔时，所述X-Y轴移动平台可以设置微动路径。
其中，所述的旋转双棱镜组件包括：双棱镜调节装置，设于所述双棱镜调节装置上的二棱镜，以及驱动所述双棱镜调节装置旋转的驱动电机。
其中，所述的二棱镜为两个楔形棱镜。
其中，所述的双棱镜调节装置包括：用于固定棱镜的棱镜镜筒，用于固定另一棱镜的棱镜调节镜筒，所述棱镜镜筒与棱镜调节镜筒之间通过一连接件连接；其中，所述棱镜调节镜筒的外壁套装有至少一轴承，所述轴承的外壁抵顶所述连接件，所述棱镜调节镜筒与连接件之间还设有一止动螺钉，当旋转棱镜调节镜筒至适当位置时，旋紧所述止动螺钉，固定棱镜调节镜筒与连接件。
其中，所述的轴承为滚针轴承，所述滚针轴承的数目为二，二滚针轴承平行套装于棱镜调节镜筒上。
一种提高材料激光加工品质的方法，其包括以下步骤：
第一步，将待加工的硬脆工件放置于加工的平台上；
第二步，根据需要加工微孔的半径调节双棱镜的相对位置；
第三步，设置激光参数和加工参数，开启激光器，使光束在工件上加工微孔。
其中，所述的激光器为固定激光器，所述双棱镜相对位置的调节装置包括：用于固定棱镜的棱镜镜筒，用于固定另一棱镜的棱镜调节镜筒，所述棱镜镜筒与棱镜调节镜筒之间通过一连接件连接；其中，所述所述棱镜调节镜筒的外壁套装有至少一轴承，所述轴承的外壁抵顶所述连接件，所述棱镜调节镜筒与连接件之间还设有一止动螺钉，当旋转棱镜调节镜筒至适当位置时，旋紧所述止动螺钉，固定棱镜调节镜筒与连接件。
本发明公开的提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法，其相比现有技术而言的有益效果在于，采用新型的可快速调节双棱镜调节装置，提高钻孔加工效率，降低了微孔加工设备的成本，减少加工材料产生的热影响，提高了加工品质。并且可实现不同孔径微孔加工的快速调节，搭配X-Y移动平台可设置不同加工路径，可满足多样化图形需求。
附图说明
图1为本发明提高多孔径微孔激光加工质量的装置的功能模块框图。
图2为本发明提高多孔径微孔激光加工质量的装置的旋转双棱镜组件部分剖视图。
图3为本发明提高材料激光加工品质的方法的流程图。
具体实施方式
以下参考附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
请参阅附图1至附图2，在本实施例中，该提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其包括：
一激光器11，用于发射激光；
一扩束镜12，设激光器11之后，用于对激光进行扩束；
一旋转双棱镜组件13，设于扩束镜之后，用调节激光光束中心的偏移距离；
一聚焦镜15，设于旋转双棱镜组件13之后，用于对光束进行聚焦；
一平台16，朝向聚焦镜15的出光侧，用于放置工件或带动工件移动；以及
一计算机17，控制激光器11、扩束装置12以及平台16，以设置激光参数和加工参数；
其中，在所述计算机的控制下，根据所需激光参数控制激光器11发射激光，所述旋转双棱镜组件13旋转调节激光光束中心作用位于平台上工件的半径，激光扫描完成对工件10的快速孔型加工。
为了节约设备成本，在本实施例中，所述的激光器11采用固体激光器。
其中，所述旋转双棱镜组件13与聚焦镜15之间还设有一改变激光光束方向的反射镜14。
其中，所述的平台16为X-Y轴移动平台，在同一工件上连续加工微孔时，所述X-Y轴移动平台带动工件移动，即完成一个孔的加工之后，通过平台移动，继续加工另一位置的孔；平台在加工单个孔的时候也可以设置微动路径。
请再次参阅附图2，所述的旋转双棱镜组件13包括：双棱镜调节装置，设于所述双棱镜调节装置上的二棱镜，以及驱动所述双棱镜调节装置旋转的驱动电机。在本实施例中，所述的二棱镜为两个楔形棱镜，该二楔形棱镜同轴转动，从而带动激光光束做圆周运动，从而完成圆孔加工。当需要改变加工圆孔的直径时，调节该二楔形棱镜的相对角度即可。
其中，附图2位所述的双棱镜调节装置的剖视图，其包括：用于固定棱镜的棱镜镜筒1，用于固定另一棱镜的棱镜调节镜筒5，所述棱镜镜筒1与棱镜调节镜筒5之间通过一连接件2连接；其中，所述棱镜调节镜筒5的外壁套装有至少一轴承，在本实施例中轴承的数目为二，分别为轴承3和轴承4，所述轴承的外壁抵顶所述连接件2，所述棱镜调节镜筒5与连接件2之间还设有一止动螺钉8，当旋转棱镜调节镜筒5至适当位置时，旋紧所述止动螺钉8，固定棱镜调节镜筒5与连接件2。其中，第一棱镜6固定安装于楔形的棱镜镜筒1内，第二棱镜9固定安装于棱镜调节镜筒5上。棱镜调节镜筒5的一端还设有一固定挡片7，用于固定上述的轴承3和轴承4。当需要调整第一棱镜6和第二棱镜9的相对角度时，手动旋转上述的棱镜调节镜筒5至需要的位置，根据双棱镜对光束的折射作用，从而改变光束中心的偏移距离。当双棱镜高速同轴转动时，偏移的光束便形成一圆形轨迹，从而实现圆孔加工。
在本实施例中，所述的轴承为滚针轴承，所述滚针轴承的数目为二，二滚针轴承平行套装于棱镜调节镜筒5上。
本实施例还公开了一种提高材料激光加工品质的方法，其包括以下步骤：
第一步S1，将待加工的硬脆工件放置于加工的平台上；该平台可沿X-Y轴运动，根据需要，若对工件进行连续多孔加工时，由平台移动带动工件移动，从而在不同位置进行微孔加工。
第二步S2，根据需要加工微孔的半径调节双棱镜的相对角度；由于不同工件需要加工不同大小的孔，因此通过该调节双棱镜之间的相对角度，改变激光的偏移距离，在棱镜高速旋转时，实现快速圆孔加工。
第三步S3，设置激光参数和加工参数，开启激光器，使光束在工件上扫描高速旋转加工微孔。
该提高材料激光加工品质的方法采用上述提高多孔径微孔激光加工质量的装置。
进一步的，所述的激光器为固定激光器，所述双棱镜相对位置的调节装置包括：用于固定棱镜的棱镜镜筒1，用于固定另一棱镜的棱镜调节镜筒5，所述棱镜镜筒1与棱镜调节镜筒5之间通过一连接件2连接；其中，所述棱镜调节镜筒5的外壁套装有至少一轴承，在本实施例中轴承的数目为二，分别为轴承3和轴承4，所述轴承的外壁抵顶所述连接件2，所述棱镜调节镜筒5与连接件2之间还设有一止动螺钉8，当旋转棱镜调节镜筒5至适当位置时，旋紧所述止动螺钉8，固定棱镜调节镜筒5与连接件2。其中，第一棱镜6固定安装于楔形的棱镜镜筒1内，第二棱镜9固定安装于棱镜调节镜筒5上。棱镜调节镜筒5的一端还设有一固定挡片7，用于固定上述的轴承3和轴承4。
本提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法，通过加装双棱镜调节装置，使激光束高速旋转，减小激光热影响，提高钻孔效率，同时可通过调节装置，快速实现不同孔径的孔加工，配合X-Y移动平台的运动，实现多种孔型的加工，满足多样化图形的加工需求。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，包括：
一激光器，用于发射激光；
一扩束镜，设于激光器之后，用于对激光进行扩束；
一旋转双棱镜组件，设于扩束镜之后，用调节激光光束中心的偏移距离；
一聚焦镜，设于旋转双棱镜组件之后，用于对光束进行聚焦；
一平台，朝向聚焦镜的出光侧，用于放置工件或带动工件移动；以及
一计算机，控制激光器、平台，以设置激光参数和加工参数；
其中，在所述计算机的控制下，由所述旋转双棱镜组件旋转调节激光光束中心作用位于平台上工件的半径，激光扫描完成快速孔型加工。
2.如权利要求1所述的提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，所述的激光器为固体激光器。
3.如权利要求1所述的提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，所述旋转双棱镜组件与聚焦镜之间还设有一改变激光光束方向的反射镜。
4.如权利要求1所述的提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，所述的平台为X-Y轴移动平台，在同一工件上连续加工微孔时，所述X-Y轴移动平台带动工件移动；在加工单孔时，所述X-Y轴移动平台可以设置微动路径。
5.如权利要求1所述的提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，所述的旋转双棱镜组件包括：双棱镜调节装置，设于所述双棱镜调节装置上的二棱镜，以及驱动所述双棱镜调节装置旋转的驱动电机。
6.如权利要求5所述的提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，所述的二棱镜为两个楔形棱镜。
7.如权利要求5所述的提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，所述的双棱镜调节装置包括：用于固定棱镜的棱镜镜筒，用于固定另一棱镜的棱镜调节镜筒，所述棱镜镜筒与棱镜调节镜筒之间通过一连接件连接；其中，所述棱镜调节镜筒的外壁套装有至少一轴承，所述轴承的外壁抵顶所述连接件，所述棱镜调节镜筒与连接件之间还设有一止动螺钉，当旋转棱镜调节镜筒至适当位置时，旋紧所述止动螺钉，固定棱镜调节镜筒与连接件。
8.如权利要求7所述的提高多孔径微孔激光加工质量的装置，其特征在于，所述的轴承为滚针轴承，所述滚针轴承的数目为二，二滚针轴承平行套装于棱镜调节镜筒上。
9.一种提高材料激光加工品质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将待加工的工件水平放置于加工的平台上；
第二步，根据需要加工微孔的半径调节双棱镜的相对位置；
第三步，设置激光参数和加工参数，开启激光器，使光束在工件上加工微孔。
10.如权利要求9所述的提高材料激光加工品质的方法，其特征在于，所述的激光器为固定激光器，所述双棱镜相对位置的调节装置包括：用于固定棱镜的棱镜镜筒，用于固定另一棱镜的棱镜调节镜筒，所述棱镜镜筒与棱镜调节镜筒之间通过一连接件连接；其中，所述所述棱镜调节镜筒的外壁套装有至少一轴承，所述轴承的外壁抵顶所述连接件，所述棱镜调节镜筒与连接件之间还设有一止动螺钉，当旋转棱镜调节镜筒至适当位置时，旋紧所述止动螺钉，固定棱镜调节镜筒与连接件。
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