【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种锥度可调的激光钻孔装置及钻孔方法，属于激光钻孔。
技术介绍
1、在工业生产中，微孔的应用遍布各行各业在电子行业中微孔可应用与电子元器件的生产，如印刷电路板(pcb)、芯片封装等，在连接电子元件、传导电流或信号，提高电子设备的性能和可靠性。在光学行业中，微孔可用于光学元器件的制造，如光纤连接器、光学透镜的等。在光信号的传输、聚焦和耦合等，提高光学设备的性能和稳定性。在医疗行业中，微孔制造可用于医疗器械的制造，如微型导管、植入式器械等，在医疗诊断，治疗和手术等领域，提高医疗器械的精确性和可操作性。在汽车行业中，微孔可用于汽车零部件的制造，如汽车喷油嘴、气缸套等，对与燃油喷射、气缸密封等关键部件，提高汽车发动机的效率和排放性能。在航天航空行业，微孔可用于涡轮叶片、航空发动机部件等，提高航空航天器件的性能和可靠性，满足极端工况下的要求。
2、随着制造行业的快速发展，设计者对微孔的孔径、锥度、深度、加工质量等问题提出了更高的要求。目前，孔的加工方法主要包括电火花加工、电解加工、机械加工、激光加工等。电火花加工利用电火花放电的高能量脉冲对材料进行加工，通过电极与工件之间的放电间隙形成微孔但加工速度慢，孔径尺寸和形状受电极形状和放电参数限制。电解加工利用电解液中的电流通过工和电极之间的间隙进行加工、通过腐蚀材料形成微孔同样存在加工速度慢，且需要控制电解液的成分和温度。机械加工利用机械刀具或钻头对材料进行切削或钻孔，形成微孔，优点加工速度快且可应用各种材料，但存在加工精度低无法实现高精度的微孔加工过且切削力会引起机械变
3、专利cn109434288a中公开的超快激光锥孔打孔装置及打孔工艺，其基本原理是在偏转工作台使激光与工件表面有合适的夹角之后，主轴带动工件旋转，在激光作用下加工出锥孔。在加工方法方面，采用试加工并测量加工的同心圆的半径并结合激光光斑距离，计算工件在激光控制平台下的坐标位置，经过位置补偿后进行加工。但该装置的加工深度上限小，当工件厚度大时，无法保持激光束焦点始终在工件表面，从而存在打孔精度不足，无法穿透材料的问题。
4、此外，激光helical钻孔技术是另一种具有高加工效率且加工质量更好的钻孔方式，其工作原理是通过将激光束与工件表面垂直入射，并使其在轴向方向旋转，形成一个旋转的激光束。激光束旋转的过程中不断照射和烧蚀工件表面，从而实现钻孔目的。但是该技术存在设备成本高，激光钻孔操作技术复杂，维护费用高的缺点。
技术实现思路
1、为了解决目前激光打孔过程中钻孔质量不佳、锥度不可控以及深直孔加工、面对厚度更大的工件激光束无法进一步钻孔的问题，根据本申请的一个方面，提供了一种锥度可调的激光钻孔装置，包括依次设置的激光源、调焦装置、扫描振镜系统、场镜和旋转台；
2、所述旋转台上固定有工件夹具，将待加工工件固定于旋转台上；
3、所述旋转台底部设置有角度调节装置，控制所述角度调节装置对所述待加工工件和所述激光束的夹角进行调节。
4、所述角度调节装置可以实现正负不同角度的偏转，其偏转方向平行于x轴，控制所述角度调节装置对所述待加工工件和所述激光束的夹角进行调节，可以实现不同锥度的锥孔。
5、可选地，所述激光源选用355nm～1064nm的激光器，所述激光源可使用不同波长和不同脉冲宽度的激光器。
6、可选地，所述调焦装置对发散角进行动态调节，控制焦点位置在z轴方向移动，以使工作焦段更长。
7、可选地，所述扫描振镜系统，根据所述待加工工件的位置，控制激光束在二维平面的出光位置，确定圆心位置从而控制锥孔的孔径大小。
8、可选地，设置所述扫描振镜系统的参数，控制锥孔的加工质量和加工速度；
9、所述参数包括扫描速度和扫描路径。
10、可选地，所述场镜将激光束聚焦于所述待加工工件表面。
11、可选地，所述旋转台为电控旋转台，通过伺服电机控制所述旋转台连续旋转，通过控制不同旋转速度和加速度参数，从而改善钻孔质量和效率。
12、该装置的工作过程原理如下：
13、所述激光源发射激光束，激光束进入所述调焦装置，再经过所述扫描振镜系统和所述场镜，随后垂直出射。
14、所述调焦装置可通过调节发散角的大小从而控制焦点在z轴方向上移动。
15、所述扫描振镜系统，可调节激光束在二维平面的出光位置，确定圆心位置从而设置锥孔加工半径。
16、所述角度调节装置，可以使激光束与固定在所述工件夹具上的所述待加工工件形成一定夹角，再配合固定在所述角度调节装置上的旋转台旋转加工，从而加工出相应的锥孔。
17、根据本申请的另一方面，还提供一种锥度可调的激光钻孔方法，选用上述任一项所述的激光钻孔装置进行加工，包括如下步骤：
18、s1：锥孔预钻孔，使用工件夹具将待加工工件固定在旋转台上，调节调焦装置，确保所述待加工工件位于激光束焦点范围内；
19、启动装置，所述旋转台带动所述待加工工件连续旋转，在激光束作用下加工出锥孔；
20、激光钻孔过程，由于光束聚焦特性直接进行钻孔，会不可避免产生一定锥角，故应先进行预钻孔。
21、s2：利用扫描振镜系统标刻确定锥孔圆心位置，显微镜下测量所述锥孔圆心到所述扫描振镜系统工作平面原点的距离，并在所述工作平面设置出光位置进行补偿，使所述锥孔圆心与所述出光位置重合；
22、s3：计算确定补偿角θ1，将所述角度调节装置调节至0°，启动装置，测量出入口孔径大小，并计算补偿角大小，公式如下：
23、
24、式中，r为入口半径，r为出口半径，l为工件厚度；
25、s4：计算确定加工角度，根据所述待加工工件锥孔的目标锥度θ，调节所述角度调节装置至加工角度θ2，公式如下：
26、θ2＝θ+θ1
27、式中，θ1为补偿角；
28、s5：确定补偿后的出光位置在x轴上的移动的距离x1，以及所述调焦装置在z轴上移动的距离z1，公式如下：
29、x1＝r*cosθ2
30、
31、|x1|≥l*sinθ2
32、式中，r为入口半径，l为工件厚度，θ2为加工角度；
33、s6：锥孔钻孔，启动装置，所述旋转台带动所述待加工工件旋转，在激光束作用下加工出锥孔，根据实际钻孔效果相应调整所述激光源、所述调焦装置、所述扫描振镜系统参数及所述角度调节装置。
34、经过步骤s2的调整，激光束、待加工工件表面、待加工工件垂线交于一点。
35、对于所述步骤s5，加工正负不同锥度的锥孔可改变出补偿后光位置在x轴上的位置，正锥度锥孔将补偿后的出光位置往x轴负方向移动，负锥度孔往x轴正方向移动，须注意的是，出光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，包括依次设置的激光源、调焦装置、扫描振镜系统、场镜和旋转台；
2.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述激光源选用355nm～1064nm的激光器。
3.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述调焦装置对发散角进行动态调节，控制焦点位置在Z轴方向移动。
4.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述扫描振镜系统，根据所述待加工工件的位置，控制激光束在二维平面的出光位置，确定圆心位置从而控制锥孔的孔径大小。
5.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，设置所述扫描振镜系统的参数，控制锥孔的加工质量和加工速度；
6.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述场镜将激光束聚焦于所述待加工工件表面。
7.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述旋转台为电控旋转台，通过伺服电机控制所述旋转台连续旋转。
8.一种锥度可调的激光钻孔
9.根据权利要求8所述的一种锥度可调的激光钻孔方法，其特征在于，在所述待加工工件厚度较厚、激光束无法完全穿透时，重复所述步骤S3～S6，直至完全穿透所述待加工工件。
...【技术特征摘要】
1.一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，包括依次设置的激光源、调焦装置、扫描振镜系统、场镜和旋转台；
2.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述激光源选用355nm～1064nm的激光器。
3.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述调焦装置对发散角进行动态调节，控制焦点位置在z轴方向移动。
4.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特征在于，所述扫描振镜系统，根据所述待加工工件的位置，控制激光束在二维平面的出光位置，确定圆心位置从而控制锥孔的孔径大小。
5.根据权利要求1所述的一种锥度可调的激光钻孔装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄震超，刘华刚，黄海洲，陈崇滨，蔡云平，林文雄，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：
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