本发明专利技术公开了一种适用于CFRP的激光制孔装置及激光制孔方法，该激光制孔装置包括：保持装置，其能够可靠地保持待加工的CFRP板材；用于提供高速自旋的初始激光束的激光束源装置；光学系统，其能够将初始激光束分束为能量相等的第一激光束和第二激光束，并且能够将第一激光束和第二激光束设定为分别自被保持在保持装置上的CFRP板材的相对侧投射至CFRP板材上的同一待成形孔处。根据本发明专利技术的适用于CFRP的激光制孔装置及激光制孔方法，能够适用于针对加工深度较大或者深径比较大的孔进行激光制孔加工并避免或至少缓解制孔产生的锥度问题，改善了制孔加工效率和加工质量，提升了激光加工制孔技术的制孔质量、经济性和适用性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
适用于CFRP的激光制孔装置及激光制孔方法
[0001]本专利技术涉及碳纤维复合材料(全称为Carbon Fiber Reinforced Plastic，简称为CFRP)的激光加工，尤其涉及一种适用于CFRP的激光制孔装置及激光制孔方法。
技术介绍
[0002]碳纤维复合材料是一种由树脂作为基体，碳纤维作为增强体的复合材料，由于其具有强度高、刚性好且比重小等特点，在诸如航空工业与汽车制造领域拥有越来越广泛的应用。在采用刀具切削、钻孔等传统机械加工CFRP时，会面临刀具磨损快、孔壁分层、孔边撕裂、环境污染严重等突出问题，这些问题严重制约了CFRP的应用。
[0003]激光加工是利用高能束对材料进行去除的特种加工方法之一，属于非接触式加工方式，具有无机械应力、热变形小和加工精度高等特点。激光加工技术不仅能够加工金属工件，也能够对非金属工件进行加工。
[0004]激光制孔属于激光加工方法之一。短脉冲激光制孔具有精度和分辨率高、通用性强、速度快等优势。然而，随着制孔加工深度的增加，激光制孔特别容易产生锥度问题，特别是对于大深径比的孔的加工，制孔产生的锥度成为制约其加工效率和质量的关键问题。这对于涉及碳纤维复合材料的激光制孔加工而言是亟待解决的关键问题。
[0005]因此，亟需提供一种适用于CFRP的激光制孔装置及激光制孔方法。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有的可应用于CFRP的激光制孔加工技术在针对加工深度较大或者深径比较大的孔进行加工时容易产生锥度问题，因而制孔加工效率和质量不佳的缺陷，提出一种新的适用于CFRP的激光制孔装置及激光制孔方法。
[0007]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0008]本专利技术提供了一种适用于CFRP的激光制孔装置，其特点在于，所述激光制孔装置包括：
[0009]保持装置，所述保持装置被构造为能够可靠地保持待加工的CFRP板材；
[0010]用于提供高速自旋的初始激光束的激光束源装置；
[0011]光学系统，所述光学系统被构造为能够将所述初始激光束分束为能量相等的第一激光束和第二激光束，并且能够将所述第一激光束和所述第二激光束设定为分别自被保持在所述保持装置上的所述CFRP板材的相对侧投射至所述CFRP板材上的同一待成形孔处。
[0012]根据本专利技术的一种实施方式，所述光学系统还被构造为能够使得所述第一激光束和所述第二激光束沿相反方向沿着所述CFRP板材上的同一待成形孔的圆周同步转动。
[0013]根据本专利技术的一种实施方式，所述光学系统包括：
[0014]半透半反镜，所述半透半反镜被配置为能够将所述初始激光束分束为反射形成的所述第一激光束和透射形成的所述第二激光束；
[0015]第一全反射镜，所述第一全反射镜被配置为能够通过反射将所述第一激光束的投
射方向调整为第一射束方向；
[0016]第二和第三全反射镜，所述第二和第三全反射镜被配置为能够通过两次反射将所述第二激光束的投射方向调整为第二射束方向；
[0017]其中，所述第一和第二射束方向沿同一轴线且方向相反。
[0018]根据本专利技术的一种实施方式，所述光学系统还包括：
[0019]第一和第二聚焦镜，所述第一和第二聚焦镜沿所述轴线对称地布置于被保持在所述保持装置上的所述CFRP板材的两侧。
[0020]根据本专利技术的一种实施方式，所述保持装置还被构造为能够调节所述CFRP板材的固定位置。
[0021]根据本专利技术的一种实施方式，所述激光制孔装置还包括：
[0022]光学器件安装机构，所述光学系统被安置在所述光学器件安装机构上，其中，所述光学器件安装机构被构造为能够使所述第一和第二聚焦镜沿所述轴线的方向位移，以使得所述CFRP板材和所述第一和第二聚焦镜之间的间距与当前的制孔深度之和能够与所述第一和第二聚焦镜的焦距相匹配，从而补偿随制孔深度的增加而产生的焦距偏差。
[0023]根据本专利技术的一种实施方式，所述光学器件安装机构被构造为能够沿所述轴线的方向以对称的方式同步移动所述第一和第二聚焦镜。
[0024]根据本专利技术的一种实施方式，所述激光束源装置被构造为能够提供自旋转速在10
‑
1000RPM的范围内的所述初始激光束；和/或
[0025]所述初始激光束为短脉冲激光束。
[0026]根据本专利技术的一种实施方式，所述激光束源装置包括激光器控制系统和脉冲激光器，所述激光器控制系统被配置为能够经由其设置所述脉冲激光器的操作参数，所述操作参数包括输出功率、输出频率、激光束自旋速度、激光束自旋半径。
[0027]根据本专利技术的一种实施方式，所述激光束源装置还包括被构造为能够在设定的扫描半径内扫描激光束的扫描振镜。
[0028]本专利技术还提供了一种适用于CFRP的激光制孔方法，所述激光制孔方法采用如上所述的适用于CFRP的激光制孔装置产生短脉冲激光双光束，以在所述待成形孔处在CFRP板材的相对侧同步进行制孔操作。
[0029]本专利技术还提供了一种适用于CFRP的激光制孔方法，其特点在于，所述激光制孔方法包括以下步骤：
[0030]将由激光束源装置提供的初始激光束分束为能量相等的第一激光束和第二激光束；
[0031]通过光学系统调整所述第一激光束和所述第二激光束的射束方向，以使得所述第一激光束和所述第二激光束分别自固定的CFRP板材的相对侧沿相反方向沿着所述CFRP板材上的同一待成形孔的圆周同步转动。
[0032]根据本专利技术的一种实施方式，所述初始激光束为高速自旋的激光束。
[0033]根据本专利技术的一种实施方式，所述激光制孔方法还包括以下步骤：
[0034]在所述第一激光束和所述第二激光束沿着待成形孔的圆周同步转动期间，分别通过第一聚焦镜和第二聚焦镜将所述第一激光束和所述第二激光束聚焦至所述待成形孔的位置，以及，根据所述CFRP板材和所述第一和第二聚焦镜之间的间距与当前的制孔深度之
和，沿所述射束方向移置所述第一聚焦镜和所述第二聚焦镜，以补偿当前的制孔深度所造成的焦距偏差。
[0035]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。
[0036]本专利技术的积极进步效果在于：
[0037]根据本专利技术的适用于CFRP的激光制孔装置及激光制孔方法，能够适用于针对加工深度较大或者深径比较大的孔进行激光制孔加工并避免或至少缓解制孔产生的锥度问题，改善了制孔加工效率和加工质量，提升了激光加工制孔技术的制孔质量、经济性和适用性。
附图说明
[0038]图1为根据本专利技术的优选实施方式的适用于CFRP的激光制孔装置的示意图。
[0039]图2为根据本专利技术的优选实施方式的适用于CFRP的激光制孔装置所包含的第一光学子系统的局部放大示意图。
[0040]图3为根据本专利技术的优选实施方式的适用于CFRP的激光制孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于CFRP的激光制孔装置，其特征在于，所述激光制孔装置包括：保持装置，所述保持装置被构造为能够可靠地保持待加工的CFRP板材；用于提供高速自旋的初始激光束的激光束源装置；光学系统，所述光学系统被构造为能够将所述初始激光束分束为能量相等的第一激光束和第二激光束，并且能够将所述第一激光束和所述第二激光束设定为分别自被保持在所述保持装置上的所述CFRP板材的相对侧投射至所述CFRP板材上的同一待成形孔处。2.如权利要求1所述的激光制孔装置，其特征在于，所述光学系统还被构造为能够使得所述第一激光束和所述第二激光束沿相反方向沿着所述CFRP板材上的同一待成形孔的圆周同步转动。3.如权利要求1所述的激光制孔装置，其特征在于，所述光学系统包括：半透半反镜，所述半透半反镜被配置为能够将所述初始激光束分束为反射形成的所述第一激光束和透射形成的所述第二激光束；第一全反射镜，所述第一全反射镜被配置为能够通过反射将所述第一激光束的投射方向调整为第一射束方向；第二和第三全反射镜，所述第二和第三全反射镜被配置为能够通过两次反射将所述第二激光束的投射方向调整为第二射束方向；其中，所述第一和第二射束方向沿同一轴线且方向相反。4.如权利要求3所述的激光制孔装置，其特征在于，所述光学系统还包括：第一和第二聚焦镜，所述第一和第二聚焦镜沿所述轴线对称地布置于被保持在所述保持装置上的所述CFRP板材的两侧。5.如权利要求4所述的激光制孔装置，其特征在于，所述保持装置还被构造为能够调节所述CFRP板材的固定位置。6.如权利要求4所述的激光制孔装置，其特征在于，所述激光制孔装置还包括：光学器件安装机构，所述光学系统被安置在所述光学器件安装机构上，其中，所述光学器件安装机构被构造为能够使所述第一和第二聚焦镜沿所述轴线的方向位移，以使得所述CFRP板材和所述第一和第二聚焦镜之间的间距与当前的制孔深度之和能够与所述第一和第二聚焦镜的焦距相匹配，从而补偿随制孔深度的增加而产生的焦距偏差。7.如权利要求6所述的激光制孔装置，其特征在于，所述光...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛恩德，凡志磊，王耀，杨育鑫，冯庆珠，焦俊科，刘登伟，杨悦，
申请(专利权)人：上海飞机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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