一种光束入射角可控的激光加工装置及激光加工方法与流程

文档序号:22810793发布日期:2020-11-04 05:06阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种光束入射角可控的激光加工装置,包括激光发生单元,其特征是:还包括中空单元;

激光发生单元发出焦距为f的光束,该光束的中心轴方向为轴向e,该光束经过中空单元后入射在工件表面;

所述中空单元设置第一反射镜与第二反射镜,激光发生单元发出的光束照射在第一反射镜面,经第一反射镜面反射后照射在第二反射镜面,经第二反射镜面反射后照射在工件表面;

轴向e与第一反射镜面的夹角th1为第一反射镜面倾角,即,轴向e逆时针旋转至第一次与第一反射镜面重合时所旋转的角度为th1;

轴向e与第二反射镜面的夹角th2为第二反射镜面倾角,即,轴向e逆时针旋转至第一次与第二反射镜面重合时所旋转的角度为th2;

光束照射在工件表面时光束的中心轴与轴向e的夹角th3为光束入射角,照射在第二反射镜面的光束与第二反射镜面的夹角为th4;

所述光束自激光发生单元发出至第一反射镜面的反射点中心的距离为l1,光束在第一反射镜面与第二反射镜面之间传播的距离为l2,光束自第二反射镜面至汇聚点的距离为l3,并且f>l1+l2,f=l1+l2+l3;

通过调节第一反射镜面倾角和/或第二反射镜面倾角调控光束至工件的入射角。

2.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:光束入射角大于0°,优选大于5°,进一步优选大于15°,更优选大于30°、更进一步优选大于45°、最优选大于60°。

3.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:15°≤th1≤60°、30°≤th2≤70°;

作为优选,30°≤th4≤80°。

4.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:第一反射镜面倾角大于或者等于15°,通过调节第二反射镜面倾角得到所需激光加工入射角。

5.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:第一反射镜面倾角大于或者等于45°,通过调节第二反射镜面倾角得到所需激光加工入射角。

6.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:所述中空单元与激光发生单元之间的距离可调,用于调节l1。

7.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:第一反射镜与第二反射镜之间间距可调。

8.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:工件与激光发生单元之间的距离可调。

9.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:所述中空单元与位移单元连接,可在位移单元进行位移。

10.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:所述中空单元还包括位移传感器,用于探测l1、l2、l3,以及激光发生单元与工件之间的距离中的一种或者几种距离。

11.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:所述中空单元绕轴向e旋转,旋转过程中第一反射镜与第二反射镜处于相对固定的状态一起参与旋转运动。

12.如权利要求11所述的激光加工装置,其特征是:所述激光加工包括激光打孔、激光铣削、激光抛光、激光切割、激光焊接中的一种。

13.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:第一反射镜和第二反射镜为一体化结构,形成反射镜结构单元。

14.如权利要求11所述的激光加工装置,其特征是:所述中空单元的旋转采用电机驱动的旋转、压缩气体驱动的旋转,或者传动带驱动的旋转。

15.如权利要求11所述的激光加工装置,其特征是:在中空单元中设置动平衡块,当旋转时第一反射镜与第二反射镜构成的整体与该动平衡块以旋转轴形成动平衡。

16.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:激光包括脉冲激光和连续激光;

作为优选,激光波长包括duv、uv、vis、nir、ir中的一种。

17.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:所述第一反射镜是棱镜反射镜或者普通圆形反射镜;

所述第二反射镜是棱镜反射镜或者普通圆形反射镜。

18.如权利要求1所述的激光加工装置,其特征是:激光发生单元包括产生激光的功能器件和激光聚焦的功能器件。

19.如权利要求18所述的激光加工装置,其特征是:激光发生单元还包括光学调制的功能器件。

20.如权利要求18所述的激光加工装置,其特征是:所述激光聚焦的功能器件包括扫描振镜和固定式聚焦光学系统;

作为优选,固定式聚焦光学系统包括球凸透镜、组合透镜、柱透镜中的一种或者几种。

21.如权利要求19所述的激光加工装置,其特征是:所述光学调制的功能器件包括扩束控制光学器件及散斑控制光学器件。

22.如权利要求19所述的激光加工装置,其特征是:激光加工单元设置气动接口和底部喷嘴,气体通过底部喷嘴后形成气流。

23.一种可控锥度的圆孔、圆环或者圆柱的激光加工方法,其特征是:利用权利要求11所述的激光加工装置进行激光打孔,光束汇聚点z的位置处于工件上方时形成正锥度加工,光束汇聚点z的位置处于工件下方时形成负锥度加工,实现可控锥度的圆孔、圆环或者圆柱的加工;

照射在工件上时光束的中心轴偏离旋转轴的距离为加工半径r;

通过控制光束入射角th3控制加工锥度。

24.一种加工半径可调控的激光加工方法,其特征是:利用权利要求11所述的激光加工装置进行激光打孔,光束汇聚点z的位置处于工件上方时形成正锥度加工,光束汇聚点z的位置处于工件下方时形成负锥度加工;

照射在工件上时光束的中心轴偏离旋转轴的距离为加工半径r;

当f、l2,以及th3一定时,通过调节l1调控加工半径r。

25.一种高精度微孔的激光加工方法,其特征是:利用权利要求11所述的激光加工装置进行激光打孔,光束汇聚点z的位置处于工件上方时形成正锥度加工,光束汇聚点z的位置处于工件下方时形成负锥度加工;

照射在工件上时光束的中心轴偏离旋转轴的距离为加工半径r;

当f、l2,以及th3一定时,通过调节l1调控加工半径r;

1°≤th3≤10°,所述微孔的半径小于0.25毫米。

26.如权利要求25所述的激光加工方法,其特征是:2°≤th3≤7°,优选3°≤th3≤5°。

27.如权利要求25所述的激光加工方法,其特征是:所述微孔的半径小于0.1毫米。

28.如权利要求25所述的激光加工方法,其特征是:l1的移动精度控制在10微米量级时,圆孔半径的控制精度达到1微米量级。

29.一种复杂形状的可控锥度加工方法,其特征是:利用权利要求11所述的激光加工装置进行激光加工;

中空单元旋转至一定位置静止,调整光束入射角为一定值,扫描振镜进行扫描。


技术总结
本发明提供一种光束入射角可控的激光加工装置及激光加工方法,包括激光发生单元,中空单元,激光发生单元发出焦距为F、方向为轴向E的光束,该光束经过中空单元后入射在工件表面;中空单元设置第一、二反射镜,激光发生单元发出的光束照射在第一反射镜面,经第一反射镜面反射后照射在第二反射镜面,经第二反射镜面反射后照射在工件表面;通过调节第一反射镜面倾角和/或第二反射镜面倾角能够调控光束入射角,从而可实现任意光束入射角的激光加工,尤其能够得到大角度光束入射,并且当中空单元旋转时可得到可控锥度的激光旋转加工,在激光打孔、激光铣削、激光抛光、激光切割、激光焊接等加工中具有良好的应用前景。

技术研发人员:张文武;张天润;章鹏
受保护的技术使用者:中国科学院宁波材料技术与工程研究所;宁波大艾激光科技有限公司
技术研发日:2020.07.30
技术公布日:2020.11.03
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