一种四振镜群孔加工方法技术

本发明专利技术提供了一种四振镜群孔加工方法；包括沿光路依次设置的振镜组、聚焦镜和加工平台；振镜组包括联动控制的X1振镜、Y1振镜、X2振镜和Y2振镜，X1振镜偏转实现光束在聚焦镜X方向的偏移，X2振镜补偿X1振镜的偏转角度后实现光束在X方向的角度偏移，Y1振镜偏转实现光束在聚焦镜Y方向的偏移，Y2振镜补偿Y1振镜的偏转角度后实现光束在Y方向的角度偏移，通过调节振镜的摆放角度来调节孔的位置、锥度和孔径，通过调节机构对聚焦镜或加工平台进行升降来调节聚焦位置；整个装置通过精准控制光束焦点位置的同时在所有的群孔上重复作用以减少等离子体对于打孔的影响，同时加速打孔效率；使用该装置进而完成孔径和锥度可调的异形微孔阵列。孔阵列。孔阵列。

【技术实现步骤摘要】
一种四振镜群孔加工方法


[0001]本专利技术涉及激光加工
，尤其涉及一种四振镜群孔加工方法。

技术介绍

[0002]微小孔主要应用在半导体行业和航空航天领域，对于孔的圆度和锥度的要求都十分的高，常用的激光打孔方法为单振镜组扫描和多光楔组合旋切打孔，通过逐层环切扫描或螺旋扫描。这两种方法的优点在于能够解决传统打孔方法中存在的问题，并且能处理微米级别的微小孔，但两者都需要通过确定每一个孔的中心位置后才能完成打孔，打孔效率低下，同时上述办法的激光是连续作用的，导致在打孔的过程中等离子体干扰激光能量的传递，降低了微小孔完成的效率，对于工业打孔领域极为不实用。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了四振镜群孔加工方法，其目的在于解决现有打孔技术中，无法解决的打孔效率低下和质量不达标的问题，进而通过本专利技术对现有的打孔进行调节优化，本专利技术提供了一种四振镜群孔加工方法，包括如下步骤：
[0004]S1：将振镜组、聚焦镜和加工平台沿光路依次设置，所述振镜组包括联动控制的X1振镜、Y1振镜、X2振镜和Y2振镜，所述聚焦镜和所述加工平台之间的间距可通过调节机构进行调节；
[0005]S2：在打孔软件中导入群孔所包含的特征，通过软件内置的计算振镜偏转角度的公式将在打孔过程中每个振镜的运动进行计算，再对振镜组进行调控；X1振镜偏转实现光束在聚焦镜X方向的偏移，X2振镜补偿X1振镜的偏转角度后实现光束在X方向的偏移，Y1振镜偏转实现光束在聚焦镜Y方向的偏移，Y2振镜补偿Y1振镜的偏转角度后实现光束在Y方向的角度偏移，通过控制振镜的偏转角度来控制小孔所在的具体位置及打孔的锥度和大小，满足孔径、锥度可调的异形群孔微小孔阵加工需求；
[0006]S3：依次加工每个孔的同一层的区域，等到每一层加工完后，调节升降机构，使得光束焦点向孔的下一层移动，进行下一层的加工，重复上述步骤直至完成群孔加工。
[0007]在加工不同锥度深孔时，精准控制光束焦点位置的同时，聚焦光束不会被上层的孔壁遮挡，可以很好的对孔的内部进行加工。
[0008]在打孔过程中，通过控制振镜组中振镜的偏转角度，来对所加工孔的位置、锥度及孔径进行控制，最后再通过调节机构调节聚焦镜的聚焦作用完成打孔。
[0009]较佳地，所述调节机构为Z轴升降机构。
[0010]较佳地，所述Z轴升降机构可以使加工平台或聚焦镜进行升降。
[0011]工件放置在加工平台上，一种方式是通过对聚焦镜进行升降，改变焦点在工件上的位置，另一种方式是通过对加工平台进行升降，改变焦点在工件上的位置，进行孔的更深度加工。
[0012]较佳地，所述X1振镜与X2振镜的距离和Y1振镜与Y2振镜的距离相同。
[0013]较佳地，在步骤S2中，加工零锥矩形孔时振镜偏转角度的公式为，微孔的坐标位置为(L1，L2)，光束半径为d，聚焦镜焦距为f，孔的X方向半径为a，Y方向的半径为b，X1振镜和X2振镜之间的距离为L
x1x2
，X2振镜与聚焦镜的距离L
x2
f，Y1振镜和Y2振镜之间的距离为L
y1y2
，θ
x1
、θ
x2
、θ
y1
、θ
y2
为四个振镜的角度，振镜组偏转的计算公式为：
[0014](θ
x1
+θ
x2
)*f＝x
[0015][0016](θ
y1
+θ
y2
)*f＝y
[0017][0018]振镜X1的偏转角
[0019]振镜Y1的偏转角
[0020]振镜X2的偏转角
[0021]振镜Y2的偏转角
[0022]较佳地，在步骤S3中，依次加工每个孔的同一层的部分或全部区域，每个孔的单次加工时间为10～1000μs，每个孔的加工时间总和不超过总时间的50％。
[0023]在加工过程中，同步对所有的微孔进行加工，通过重复对微孔进行加工以减少等离子体对与加工的影响，一次性完成孔阵的加工，进一步提高了打孔质量和效率。
[0024]较佳地，在步骤S3中，完成每一层加工后，均设置停光等待时间；随着打孔的深度加深，逐步增加每次的停光等待时间。
[0025]停光等待时间适用于群孔孔阵较少的情况，可以设置停光等待时间，如果群孔孔阵较多的情况下，无需设置停光等待时间，根据具体的打孔需求对停光等待时间进行设定。
[0026]较佳地，在步骤S3中，在加工每一层时，将每个异形孔的轮廓范围进行分区处理，对激光填充的路径进行规划，使得振镜控制光束移动到同一个异形孔的相邻区域时，振镜的摆动角度较小；通过控制激光在相邻异形孔的分块区域进行扫描时，激光在材料上的开关光位置是最近相接的，减少激光束的空程时间，提高加工效率。
[0027]通过振镜组的四个振镜来对平面进行控制，每两个振镜控制一个方向，将平面分解为X方向和Y方向，在孔的轮廓上的每一个点的位置都被分解为两个方向上的激光加工位置，同时激光束在照射到每一个点上时四个振镜的偏转角度都会不一样，四个振镜由一个控制卡进行调控，并通过专门的软件进行控制，四个振镜的偏转是相互独立的，整体控制的软件根据孔的位置和轮廓来对振镜的偏转角度进行调整。
[0028]本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0029]1)本专利技术提供的四振镜群孔加工方法，相较于现有的打孔设备只能单孔逐个加工，本专利技术可以在工件上加工群孔孔阵，提高打孔的效率；
[0030]2)本专利技术提供的四振镜群孔加工方法，通过四个振镜的角度变化来调节孔的位置、大小和锥度变化，简化了调节的难度，同时可以调节偏移的位置来调节打孔的形状，进而打出异形孔；
[0031]3)本专利技术提供的四振镜群孔加工方法，四个振镜由同一块控制卡进行控制，可减少外部因素对于振镜的影响，使得四个振镜在打孔过程中协同运动，改善打孔的质量；
[0032]4)本专利技术提供的四振镜群孔加工方法，在加工孔阵时，通过对单个孔进行分区处理，减少等离子体对打孔过程的影响，同时对光束的轨迹进行优化，使得激光在相邻异形孔的分块区域进行扫描时，激光在材料上的开关光位置是最近相接的，减少激光束的空程时间，可以减少激光束的闲置时间，提高打孔的效率；
[0033]5)本专利技术提供的四振镜群孔加工方法，在群孔加工时的单孔对称加工，给加工倒锥留下更多的调整余地，对于大倒锥孔的加工更为有利。
[0034]6)本专利技术提供的四振镜群孔加工方法，在加工群孔孔阵时，激光束先对上层工件进行镂空，同时随着表面的镂空，将焦点的位置逐渐下移，使得工件被镂空的位置逐渐下降，最终完成打孔，此过程可以降低激光能量对下层材料照射时的损耗，优化了打孔的流程，提高打孔的效率。
附图说明
[0035]图1为本专利技术四振镜群孔加工方法的结构示意图；
[0036]图2为本专利技术四振镜群孔加工方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四振镜群孔加工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将振镜组、聚焦镜和加工平台沿光路依次设置，所述振镜组包括联动控制的X1振镜、Y1振镜、X2振镜和Y2振镜，所述聚焦镜和所述加工平台之间的间距可通过调节机构进行调节；S2：在打孔软件中导入群孔所包含的特征，通过软件内置的计算振镜偏转角度的公式将在打孔过程中每个振镜的运动进行计算，再对振镜组进行调控；X1振镜偏转实现光束在聚焦镜X方向的偏移，X2振镜补偿X1振镜的偏转角度后实现光束在X方向的偏移，Y1振镜偏转实现光束在聚焦镜Y方向的偏移，Y2振镜补偿Y1振镜的偏转角度后实现光束在Y方向的角度偏移，满足孔径、锥度可调的异形群孔微小孔阵加工需求,单孔优化规则为X1振镜、Y1振镜、X2振镜和Y2振镜偏转角度的原则保证光束不被孔壁上层材料所遮挡，单孔对称加工，所有振镜摆动角度之和小；S3：依次加工每个孔的同一层的区域，根据其轮廓特征控制激光对内部进行填充，同时将每一层进行分区加工，避开等离子体的影响，等到每一层加工完后，调节升降机构，使得光束焦点向孔的下一层移动，进行下一层的加工，重复上述步骤直至完成群孔加工。2.根据权利要求1所述的四振镜群孔加工方法，其特征在于，所述调节机构为Z轴升降机构。3.根据权利要求2所述的四振镜群孔加工方法，其特征在于，所述Z轴升降机构可以使加工平台或聚焦镜进行升降。4.根据权利要求1所述的的四振镜群孔加工方法，其特征在于，所述X1振镜与X2振镜的距离和Y1振镜与Y2振镜的距离相同。5.根据权利要求1所述的四振镜群孔加工方法，其特征在于，在步骤S2中，加工零锥矩形孔时振镜偏转角度的公式为，小孔的坐标位置为(L1，L2)，光束半径为d，聚焦镜焦距为f，孔的X方向半径为a...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦应雄，龙宙，许文强，秦庆全，段光前，黄树平，童杰，
申请(专利权)人：江苏先河激光研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：