一种五轴四联动打孔装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及激光加工领域，尤其涉及一种五轴四联动打孔装置；该装置沿激光光路依次设置有一个可调节焦距的动态透镜组、一个第一振镜组和一个第二振镜组和一个第一聚焦透镜，动态透镜组包括一个固定的第二聚焦透镜和一个可沿激光光路移动的动态透镜，第一振镜组包含X1振镜和Y1振镜，第二振镜组包含X2振镜和Y2振镜，X1振镜、Y1振镜、X2振镜、Y2振镜通过一个控制卡联动控制。本实用新型专利技术提供的打孔装置通过调节振镜的摆放角度来调节孔的锥度和孔径；同时根据打孔深度调节动态透镜组的焦距，使得聚焦焦点逐渐下移，调节焦斑的大小，加速打孔进程；该装置组合使用进而完成在一个工件内刻画微小异形孔。画微小异形孔。画微小异形孔。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴四联动打孔装置


[0001]本技术涉及激光加工领域，尤其涉及一种五轴四联动打孔装置。

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。传统的打孔工艺采用电火花打孔或者机械打孔，电火花打孔存在不稳定性以及高耗能等问题，使用此方法打出的孔会有烧边现象，而机械打孔存在精度不够，因此使得打出的孔的良品率不高，对于工业发展也存在限制。激光加工的原理是将激光聚焦在工件表面，使激光与工件相互作用，激光光束的高斯分布以及激光与物体相互作用的机制，激光与工件作用后在物体上形成正锥形激光钻孔，在加工时，对于微小孔，传统的激光打孔方式很难进行调节。
[0003]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，同时激光的能量高，方向性好等特点，故采用激光打孔的工件表面的热影响是较小的，并且能处理微米级别的微小孔，但单振镜组扫描的缺点是在聚焦激光的发散和光束在孔内部的反射，使得孔的锥度无法调节，影响工件背面的打孔质量，而多光楔组合旋切打孔在制备圆孔方面有较好效果，同时可以通过工艺方面调节微小孔的锥度，但由于此设备是通过电机带动旋转，因此不适合用于异形小孔的制备。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本技术提供了一种五轴四联动打孔装置，其目的在于解决现有打孔技术中，无法同时解决微小孔的锥度和形状的问题，进而对现如今的打孔进行调节优化。
[0005]该五轴四联动打孔装置，包括用于输出激光的激光器，其特征在于，沿激光光路依次设置有一个可调节焦距的动态透镜组、一个第一振镜组、一个第二振镜组和一个第一聚焦透镜，所述动态透镜组包括一个可沿激光光路移动的动态透镜，第一振镜组包括X1振镜和Y1振镜，第二振镜组包括X2振镜和Y2振镜，X1振镜和X2振镜以及Y1振镜和Y2振镜分别控制X方向和Y方向的激光光束。
[0006]X1振镜偏转实现光束在聚焦透镜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第一聚焦透镜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。
[0007]较佳地，所述动态透镜可沿激光光路移动以使激光光束焦点位置朝工件方向移动。
[0008]较佳地，所述动态透镜组还包括一个固定设置的第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜和所述动态透镜沿激光光路设置。
[0009]可调节焦距的动态透镜组可包含一个动态透镜，或者包含一个第二聚焦透镜和一
个动态透镜，通过调节动态透镜的位置来调节整个动态透镜组的焦距；在加工时工件表面首先被熔蚀，工件内部则不再焦平面上，激光熔蚀的效率则会降低；如果只是通过机械设备来调节焦平面的位置，这对于机械设备的精度要求十分的高，同时也会降低设备加工的效率；通过动态透镜的位置来变换动态透镜组的焦距，调节焦平面的位置，同时还能调节焦点光斑的大小和焦深，大幅提高打孔的质量和效率。
[0010]较佳地，所述第二聚焦透镜和所述动态透镜之间的间距可调节。
[0011]较佳地，还包括用于移动所述动态透镜的调节机构。
[0012]较佳地，所述调节机构为振镜电机。
[0013]动态透镜在振镜电机的驱动下移动，优选高精度的振镜电机。
[0014]较佳地，所述X1振镜、Y1振镜、X2振镜及Y2振镜由一个控制卡进行联动控制。
[0015]第一振镜组和第二振镜组的作用是分别控制激光光束的偏移距离、补偿激光光束同时控制激光光束的偏移角度，每个振镜组中的两个振镜分别控制X方向和Y方向的激光光束，进而通过控制振镜的偏转角度来控制打孔的大小和锥度，同时根据打孔的深度调节动态透镜组的焦距，改变焦斑大小。
[0016]通过使用四个振镜对工作平面进行控制，将平面分解为X方向和Y方向，X1振镜和X2振镜控制X方向，Y1振镜和Y2振镜控制Y方向，每两个振镜控制一个方向，通过控制软件对振镜的偏转角度进行调整，使得光束完成打孔。
[0017]进一步地，X1振镜、Y1振镜、X2振镜及Y2振镜由一个控制卡进行联动控制，可以减少外部因素对于打孔的影响；控制四个振镜的控制卡和可调节焦距的动态透镜由一个软件进行控制；
[0018]进一步地，通过双振镜系统控制光束的位置，让光束在微孔轮廓内部进行来回运动，将轮廓内部的材料进行镂空，提高打孔质量和效率；若是光束直接对微孔轮廓进行熔蚀，光束的能量在材料内部的传递会随着熔蚀深度的增加而急剧下降，打孔效率也会下降，同时内部的熔蚀区域也变得狭小，进而导致内部的熔渣无法排出；激光光束在微孔轮廓内部来回运动，使得光束对于内部的材料作用面积的加大，能够有助于打孔效率的提高。
[0019]本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：
[0020]1)本技术提出了一种五轴四联动打孔装置，相较于现行的打孔设备无法灵活的调节孔的大小、锥度及形状，本技术提出的打孔装置可以在工件上加工形状可变、锥度可调、孔径大小可调的微孔；
[0021]2)本技术提出了一种五轴四联动打孔装置，通过X1振镜和X2振镜以及Y1振镜和Y2振镜分别控制激光光束在X方向和Y方向的偏移距离和偏转角度，调控激光光束在平面内的运动，同时，X1振镜、Y1振镜控制激光光束的偏移距离，进而控制小孔的锥度变化，X2振镜、Y2振镜控制激光光束的偏转角度，通过动态透镜聚焦来调节焦点的偏移位置，进而控制小孔的孔径大小，通过四个振镜的角度变化来调节孔的大小和锥度变化，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；
[0022]3)本技术提出了一种五轴四联动打孔装置，四个振镜由一个控制卡进行控制，可以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；
[0023]4)本技术提出了一种五轴四联动打孔装置，通过专门的软件将控制卡和可调
焦距的动态透镜进行联动，使各个部分形成一个整体，同时打孔软件将打孔需求转化为各种电信号，传递到各个控制部分，完成打孔，提高打孔的效率，简化了打孔的流程。
附图说明
[0024]图1为本技术五轴四联动打孔装置的结构示意图；
[0025]图2为本技术五轴四联动打孔装置的部分结构示意图；
[0026]图3为本技术五轴四联动打孔装置中激光光束在镂空工件表面的运动轨迹；
[0027]图4为本技术五轴四联动打孔装置中激光光束在镂空工件表面的另一种运动轨迹；
[0028]图5为本技术五轴四联动打孔装置中激光光束在平面内的定位示意图；
[0029]图6为本技术实施例1中打孔样式及激光光束运动轨迹。
[0030]1‑
动态透镜组；101
‑
动态透镜；102
‑
第二聚焦透镜；2
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五轴四联动打孔装置，包括用于输出激光的激光器，其特征在于，沿激光光路依次设置有一个可调节焦距的动态透镜组、一个第一振镜组、一个第二振镜组和一个第一聚焦透镜，所述动态透镜组包括一个可沿激光光路移动的动态透镜，第一振镜组包括X1振镜和Y1振镜，第二振镜组包括X2振镜和Y2振镜，X1振镜和X2振镜以及Y1振镜和Y2振镜分别控制X方向和Y方向的激光光束；X1振镜偏转实现光束在聚焦透镜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第一聚焦透镜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。2.根据权利要求1所述的五轴四联动打孔装置，其特征在于，所...

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