一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法技术方案

本发明专利技术提供了一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法，首先将准连续激光与超短脉冲激光复合对非透明材料进行微孔加工，利用准连续激光进行部分冲孔，设置合适的准连续激光能量和持续时间，在非透明材料上冲孔；然后转换飞秒激光光路，利用旋切扫描模块使聚焦后的超短脉冲激光进行螺旋扫描，在非透明材料的冲孔位置处进行旋切扫描修孔；最后下降焦点继续重复冲孔

【技术实现步骤摘要】
一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法


[0001]本专利技术涉及激光精细微孔加工
，特别涉及一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法。

技术介绍

[0002]陶瓷材料在航空航天、光电器件、医疗器械等领域都有着极其重要的应用，但由于某些加工方式会引入微裂纹，引起应力高度集中，使得裂纹扩展导致材料断裂。为在严苛的使用环境提高使役性能，对陶瓷材料加工的质量提出较高的要求。以上述领域中，经常有满足高深径比(不低于20:1)且极小微裂纹的指标要求。
[0003]陶瓷孔主要加工方法为：机械加工为接触式加工，容易引起钻头断裂,且难以保证微孔的尺寸精度；利用电火花加工存在着不能加工非导电材料的问题；激光加工作为新型加工技术，对材料无选择性，其中准连续激光能够加工20:1以上的高深径比微孔，但由于准连续激光利用热效应去除材料会在孔口形成热影响区、微裂纹，孔口质量较差；超短脉冲激光由于其短作用时间和超高峰值功率的性质，和材料反应时能直接打断材料分子键，实现无热传导的材料去除方式。

技术实现思路

[0004]有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]一种高深径比微孔的激光加工系统，包括：超快激光器、变倍扩束器、1/4波片、第一反射镜、光束旋切扫描模块、第一半透半反镜、第二半透半反镜、聚焦镜、气嘴、第二反射镜、光路切换模块、第三反射镜及准连续激光器，其中：
[0007]所述准连续激光器出射的准连续激光经所述第三反射镜反射后进入可快速移动的第二反射镜，再经所述光路切换模块进入所述第二半透半反镜，经所述第二半透半反镜反射后形成的光束垂直入射进入所述第一半透半反镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料上进行冲孔；
[0008]所述超快激光器出射的超短脉冲经所述变倍扩束器扩束后进入所述1/4波片，所述1/4波片将入射的线偏振光调整成圆偏振光，再依次经所述第一反射镜、所述旋切扫描模块、所述第一半透半反镜后进入所述聚焦镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料的冲孔位置处进行旋切扫描修孔。
[0009]在一些较佳的实施例中，还包括与所述第一半透半反镜连接的功率监测模块，所述第一半透半反镜还将接收到的激光的一部分反射至所述功率监测模块，所述功率监测模块可对冲孔和修孔过程中激光能量进行实时监测。
[0010]在一些较佳的实施例中，还包括与所述第一半透半反镜连接的CCD相机，在冲孔和修孔过程中，与所述陶瓷材料作用的反射光反射至所述第一半透半反镜，所述CCD相机获取
所述反射光以实现对打孔过程的穿透情况的显示。
[0011]在一些较佳的实施例中，所述变倍扩束器为1-4倍变倍扩束器。
[0012]在一些较佳的实施例中，所述气嘴为锥形气嘴。
[0013]另外，本专利技术还提供了一种所述高深径比微孔的激光加工系统的加工方法，包括下述步骤：
[0014]利用准连续激光对陶瓷材料进行冲孔，包括：所述准连续激光器出射的准连续激光经所述第三反射镜反射后进入可快速移动的第二反射镜，再经所述光路切换模块进入所述第二半透半反镜，经所述第二半透半反镜反射后形成的光束垂直入射进入所述第一半透半反镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料上进行材料去除，孔径大小介于Φ0.5mm～Φ0.6mm之间；
[0015]转换飞秒激光光路对材料的孔道雏形进行扩孔，包括：所述超快激光器出射的超短脉冲经所述变倍扩束器扩束后进入所述1/4波片，所述1/4波片将入射的线偏振光调整成圆偏振光，再依次经所述第一反射镜、所述旋切扫描模块、所述第一半透半反镜后进入所述聚焦镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料的冲孔位置处进行旋切扫描修孔；
[0016]重复上述步骤完成制孔过程。
[0017]在一些较佳的实施例中，在利用准连续激光进行部分冲孔的步骤中，还包括，在冲孔过程中采用压缩气体对所述陶瓷材料表面进行吹气以辅助排渣。
[0018]在一些较佳的实施例中，所述利用准连续激光对陶瓷材料进行冲孔之前还包括，对准连续激光器和超快激光器分别进行光路传输调试。
[0019]所述光路传输调试包括以下步骤：
[0020]S101：确定扩束镜位置，并在距扩束镜安装位置500mm之外的光路上放置一张同心圆靶纸，然后打开激光器，使激光光斑与靶纸中心重合；
[0021]S102：安装上扩束镜，然后调节扩束镜，使激光光斑与扩束镜入光口中心重合，且经过扩束镜后的光斑继续与靶纸中心保持重合；
[0022]S103：调整1/4拨片位置，使激光光斑从1/4拨片中心通过；
[0023]S104：安装反射镜，通过反射镜将激光光束反射至同轴光路中。
[0024]本专利技术采用上述技术方案的优点是：
[0025](1)能够充分结合准连续激光和超快激光的优势，在大功率冲孔获得排渣通道雏形后，采用飞秒激光进行精细修孔，获得兼具大深径比和高表面完整性的孔结构；(2)采用分段冲孔-修孔工艺，可以减小由于大能量一次性穿透造成的毫米级热影响区、微米级裂纹，提升了孔壁加工质量，满足了航空航天领域要求无微裂纹、无热影响区的技术指标。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例1提供的高深径比微孔的激光加工系统的光路结构示意图。
[0028]图2为本专利技术实施例2提供的高深径比微孔的激光加工方法的步骤流程示意图。
[0029]图3为本专利技术实施例2提供的分段冲孔-修孔过程示意图。
[0030]图4为本专利技术实施例2提供的冲孔、修孔正面效果图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]实施例1
[0033]请参阅图1，为本专利技术实施例1提供的一种激光加工系统的结构示意图，包括：超快激光器110、变倍扩束器120、1/4波片130、第一反射镜140、光束旋切扫描模块150、第一半透半反镜160、第二半透半反镜170、聚焦镜180、气嘴190、第二反射镜210、光路切换模块220、第三反射镜230及准连续激光器240。
[0034]本专利技术上述实施例提供的激光加工系统的工作方式如下：
[0035]所述准连续激光器240出射的准连续激光经所述第三反射镜230反射后进入可快速移动的第二反射镜2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高深径比微孔的激光加工系统，其特征在于，包括：超快激光器、变倍扩束器、1/4波片、第一反射镜、光束旋切扫描模块、第一半透半反镜、第二半透半反镜、聚焦镜、气嘴、第二反射镜、光路切换模块、第三反射镜及准连续激光器，其中：所述准连续激光器出射的准连续激光经所述第三反射镜反射后进入可快速移动的第二反射镜，再经所述光路切换模块进入所述第二半透半反镜，经所述第二半透半反镜反射后形成的光束垂直入射进入所述第一半透半反镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料上进行冲孔；所述超快激光器出射的超短脉冲经所述变倍扩束器扩束后进入所述1/4波片，所述1/4波片将入射的线偏振光调整成圆偏振光，再依次经所述第一反射镜、所述旋切扫描模块、所述第一半透半反镜后进入所述聚焦镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料的冲孔位置处进行旋切扫描修孔。2.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，还包括与所述第一半透半反镜连接的功率监测模块，所述第一半透半反镜还将接受到的激光的一部分反射至所述功率监测模块，所述功率监测模块可对冲孔和修孔过程中激光能量进行监测。3.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，还包括与所述第一半透半反镜连接的CCD相机，在冲孔和修孔过程中，与所述陶瓷材料作用的反射光反射至所述第一半透半反镜，所述CCD相机获取所述反射光以实现对打孔过程的穿透情况的显示。4.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述变倍扩束器为1-4倍变倍扩束器。5.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述气嘴为锥形气嘴。6.一种高深径比微孔的激光加工方法，其特征在于，包括下述步骤：利用准连续激光对陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨康，王自，田东坡，
申请(专利权)人：西安中科微精光子制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：