一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置，包括：激光光源，用于输出激光；光束整形装置，置于激光光路中用于调整激光束为能量近似均匀分布的光；光路传输装置，置于激光光源射出光路中，用于将激光传输至预设空间位置方向；光路聚焦装置，置于光路传输装置的输出光路中，用于将将激光汇聚照射至产品表面。通过光束整形改变了普通激光的能量分布不均的问题，实现建立孔径与焦距之间、孔洞深度与激光能量之间的一一对应关系，另一方面就是通过大量的实验数据获知所要打孔的能量阈值，通过精准的阈值来辅助后续的生产打孔工作。

【技术实现步骤摘要】
一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置和方法
：本专利技术属于激光束成型
，特别涉及一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置和方法。
技术介绍
：一般非金属材料的细棒物体打孔，从打孔效率和打孔效果上来说，目前还都是采用脉冲式CO2激光器，对其发出的脉冲式激光光束进行聚焦，在细棒物体表面形成孔洞。但是，由于CO2激光器输出光束中的能量分布为高斯分布，如图2所示，即光束中心处的激光能量密度远大于光束边缘的能量密度，该高斯分布的激光经过透镜聚焦后所形成的聚焦光点也具有类似的分布特性，在精密穿孔过程中，往往会形成聚焦光点中心形成了孔洞，光点边缘的细棒表面材料没有完全穿透，形成一种似穿非穿似透非透的--半穿透状态，也由于存在这样一个半穿透状态的不确定性，造成了孔洞参数数据的波动和失稳，尽管设备运行时可以通过聚焦透镜的焦距调整能够一定程度的减少其影响，孔径的设定越大，边缘能量越低，低于穿透表面材料所需的能量阈值时，半穿透的面积会增加，反之，半穿透的面积会减少，且一方面增加了设备维护调整所需的时间降低了设备使用效率，另一方面却也不能根本上杜绝该情况的发生。另外，设备运行中增加或者减少激光能量，会使得光束边缘的能量出现大于或者小于穿透表面材料所需的能量阈值的情况，当能量大于阈值时，孔边缘半穿透的情况减少、当能量小于阈值时，孔边缘的半穿透的情况增多，从而使得孔径大小随能量的增加或者减少而变化。可见，这样的使用状态下，调整焦距调整装置、调整激光能量的大小，都会引起孔洞直径的变化，即孔洞的直径既与焦距调整装置存在相关性、也与激光能量的大小存在相关性，多重的相关性增加了调整难度。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置，从而克服上述现有激光打孔技术中关于精密穿孔中存在的技术缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种在线细棒物体打孔的聚焦调节系统，包括：聚焦调节装置，用于将被整形至能量近似分布均匀的光束、调节汇聚至产品表面，获得设定的光斑直径；孔型检测装置，用于测量产品表面的激光成孔数据；控制系统，通过孔型检测装置获得的数据调节聚焦调节装置射出的激光能量以及焦距或者是光斑直径。优选地，上述技术方案中，孔型检测装置主要由显微镜或者其他图像放大检测装置组成，用于检测产品表面孔洞的参数。一种在线细棒物体打孔的聚焦调节方法，获得用光束整形后的激光在预设产品上形成指定尺寸孔洞所需的激光能量阈值，然后用大于或等于该能量阈值的光束整形后的激光在产品上进行打孔。优选地，上述技术方案中，按照如下步骤进行：S1，调节聚焦装置的焦距，确保光束整形后的激光光束在细棒表面聚焦获得预设大小的孔型光斑；S2，调节激光能量大小，利用光束整形装置整形后的激光使得细棒表面材料刚被击穿，并确定形成预设孔洞直径大小时的激光能量值，该值为激光能量阈值；S3，用大于该能量阈值的激光在细棒表面加工形成生产。优选地，上述技术方案中，S2还包括S2.1激光能量阈值的确认:确定如下三个状态的激光能量值：无法穿透细棒表面材料的激光能量值、刚穿透细棒表面材料的激光能量值和形成预设孔洞深度时的激光能量值。优选地，上述技术方案中，S2还包括S2.2通风度优化步骤：激光能量在阈值基础上缓慢增加，持续测量孔洞深度的数值，当孔洞深度的数值达到预设要求是确定此时的激光能量为生产所需能量值。优选地，上述技术方案中，步骤S2.2具体为：当激光能量在阈值基础上增加时、通风度与激光能量的变化显正比例，根据实测通风度所要达到的数值来确定①在阈值≤激光能量≤1.50倍阈值的情况下，孔型大小几乎没有变化，但是孔深随激光能量的增加而增加，通风度与激光能量的变化显正比例；②在激光能量>1.5倍阈值的情况下，孔型大小随激光能量的增加稍有增加（因激光穿孔的热边缘效应，），但是孔深随激光能量的增加而明显增加，通风度与激光能量的变化、与孔深的变化显正比例关系。激光能量在阈值≤激光能量≤1.5倍阈值之间变化时，孔径大小不随能量而变化几乎保持恒定，而孔的深度随能量而变化；当能量继续增加时，激光的热效应使得孔径也随激光能量的增加而略有增加，同时深度也增加，如此，就实现了本技术方案实施后，形成的光束汇聚装置负责控制孔洞直径，激光能量负责孔洞深度的控制优势，而常规的光路是无论改变焦距或者激光能量，孔洞大小和直径都同时发生改变。此时，可以通过借助孔型检测装置观察，并调整聚焦装置，使得孔洞维持几乎不变，从而维持孔深与激光能量的线性关系。一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置，包括：激光光源，用于输出激光；光束整形装置，置于激光光路中用于调整激光束为能量近似均匀分布的光；光路传输装置，置于激光光源射出光路中，用于将激光传输至预设空间位置方向；光路聚焦装置，置于光路传输装置的输出光路中，用于将激光汇聚照射至产品表面。优选地，上述技术方案中，还包括孔型检测装置，用于测量产品表面的激光成孔数据。优选地，上述技术方案中，光路聚焦装置内设焦距调节装置，用于调整激光汇聚在产品表面的光斑直径。优选地，上述技术方案中，所述光束整形装置为或采用多片镜片式的光束整形器，所述的光束整形装置置于激光光路中用于调整激光束为能量近似均匀分布的光；或采用单片式的光束整形器，安置于光路聚焦装置中聚焦透镜之前，将光束整形后再通过聚焦镜聚焦。优选地，上述技术方案中，所述光束整形装置安置于激光器的光束出口位置。优选地，上述技术方案中，多片式光束整形装置为采用多片镜片顺序安装而构成的平顶光整形器，包括DOE衍射片与其他至少一片镜片的组合构成平顶光整形器、以及由扩束镜和光阑构成的具有平顶整形功能的光束整形器。优选地，上述技术方案中，单片式的光束整形器，由DOE光学衍射镜片构成，安置于光路聚焦装置中聚焦透镜之前，将光束整形后再通过聚焦镜聚焦；或者安置于光路聚焦装置中聚焦透镜之后，将聚焦镜聚焦的光束再整形。优选地，上述技术方案中，将单片式光束DOE整形器与聚焦镜进行组合加工，而形成的具有平或平凸外形的、激光光束整形和聚焦功能的镜片。优选地，上述技术方案中，具有平凸外形的激光光束整形和聚焦功能的镜片为DOE聚焦镜或者非球面聚焦镜。优选地，上述技术方案中，平顶光整形器的输出光束的光斑直径为0.5-2.5倍的入射光斑直径。优选地，上述技术方案中，平顶光整形器的输出光束的光斑直径为0.8-1.5倍的入射光斑直径。优选地，上述技术方案中，光束整形器由扩束镜和光阑构成的，其中的扩束镜的扩束倍数为1.2-2.5倍，光阑内孔直径为0.5-2.0倍的入射光斑直径。优选地，上述技术方案中，光阑内孔直径0.8-1.5倍。优选地，上述技术方案中，焦距调节装置为手动焦距调节装置或者电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线细棒物体打孔的聚焦调节系统，其特征在于：包括：/n聚焦调节装置，用于将被整形至能量近似分布均匀的光束、调节汇聚至产品表面，获得设定的光斑直径；/n孔型检测装置，用于测量产品表面的激光成孔数据；/n控制系统，通过孔型检测装置获得的数据调节聚焦调节装置射出的激光能量以及焦距或者是光斑直径。/n

【技术特征摘要】
1.一种在线细棒物体打孔的聚焦调节系统，其特征在于：包括：
聚焦调节装置，用于将被整形至能量近似分布均匀的光束、调节汇聚至产品表面，获得设定的光斑直径；
孔型检测装置，用于测量产品表面的激光成孔数据；
控制系统，通过孔型检测装置获得的数据调节聚焦调节装置射出的激光能量以及焦距或者是光斑直径。


2.根据权利要求1所述的细棒物体打孔的聚焦调节系统，其特征在于：孔型检测装置主要由显微镜或者其他图像放大检测装置组成，用于检测产品表面孔洞的参数并形成具体数据。


3.一种在线细棒物体打孔的聚焦调节方法，其特征在于：获得用光束整形后的激光在预设产品上形成指定尺寸孔洞所需的激光能量阈值，然后用大于或等于该能量阈值的光束整形后的激光在产品上进行打孔。


4.根据权利要求3所述的细棒物体打孔的聚焦调节方法，其特征在于：按照如下步骤进行：
S1，调节聚焦装置的焦距，确保光束整形后的激光光束在细棒表面聚焦获得预设大小的光斑；
S2，调节激光能量大小，利用光束整形装置整形后的激光使得细棒表面材料刚被击穿，并确定形成预设孔洞直径大小时的激光能量值，该值为激光能量阈值；
S3，用大于该能量阈值的激光在细棒表面加工形成生产。


5.根据权利要求4所述的在线细棒物体打孔的聚焦调节方法，其特征在于：S2还包括S2.1激光能量阈值的确认:确定如下三个状态的激光能量值：无法穿透细棒表面材料的激光能量值、刚穿透细棒表面材料的激光能量值和形成预设孔洞深度时的激光能量值。


6.根据权利要求4所述的在线细棒物体打孔的聚焦调节方法，其特征在于：S2还包括S2.2通风度优化步骤：激光能量在阈值基础上缓慢增加，持续测量孔洞深度的数值，当孔洞深度的数值达到预设要求是确定此时的激光能量为生产所需能量值。


7.根据权利要求6所述的在线细棒物体打孔的聚焦调节方法，其特征在于：步骤S2.2具体为：当激光能量在阈值基础上增加时、与孔洞深度的数值激光能量的变化显正比例，根据实测孔洞深度的数值所要达到的数值来确定①在阈值≤激光能量≤1.50倍阈值的情况下，孔型大小几乎没有变化，但是孔洞深度的数值随激光能量的增加而增加，呈现比例的对应关系；②在激光能量>1.5倍阈值的情况下，孔洞深度的数值也随激光能量的增加而明显增加外，孔的直径大小随激光能量的增加也稍有增加，通过调节聚焦装置的焦距，减小此时的孔径，使得孔径维持恒定，孔洞深度的数值与激光能量呈现比例的对应关系。


8.一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置，其特征在于：包括：
激光光源，用于输出激光；
光束整形装置，置于激光光路中用于调整激光束为能量近似均匀分布的光；
光路传输装置，置于激光光源射出光路中，用于将激光传输至预设空间位置方向；
光路聚焦装置，置于光路传输装置的输出光路中，用于将...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅林，韩梅玲，吴君映，
申请(专利权)人：梅林，韩梅玲，
类型：发明
国别省市：江苏;32