一种三光楔激光旋切光学系统技术方案

本实用新型专利技术一种三光楔激光旋切光学系统，属于激光应用技术领域，其包括沿光的入射方向依次设置的第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜以及聚焦镜，第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜以及聚焦镜同轴设置，且三个楔形镜皆绕系统中心轴旋转，第一楔形镜的楔面与第二楔形镜的楔面相对设置或相背设置，第二楔形镜的楔面与第三楔形镜的楔面相对设置或相背设置，三个楔形镜的平面保持平行放置本实用新型专利技术采用简单、易行的结构，能够有效避免加工深孔时，激光被孔上表面遮挡出现锥形孔的情况；确保加工出的孔为直孔，保证加工孔的质量。保证加工孔的质量。保证加工孔的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种三光楔激光旋切光学系统


[0001]本技术属于激光应用
，涉及激光打孔技术，具体为一种三光楔激光旋切光学系统。

技术介绍

[0002]激光打孔是激光加工的主要应用领域之一。随着近代工业和科技水平的迅速发展，使用硬度大，熔点高的材料越来越多，尤其在航空领域，材料的性能必须具有高强度、高硬度、高耐磨等特性，这就需要无接触激光加工来实现。
[0003]随着加工技术的发展，越来越多的工件上需要加工深径比大的孔，传统的激光打孔方法是激光束本身固定不动，重复打在工件固定一点上，称之为冲击钻孔，这种方法的缺点是在打深径比大的孔时，会出现上孔孔径比下孔孔径大的问题，无法加工出竖直孔，这是由于激光束聚焦后只有在焦点处是最小的，当激光焦点深入材料后，处在材料表面的光斑就比较大，导致上孔变大。还有的方法是利用扫描振镜，利用振镜使激光束环形扫描或者螺旋形扫描加工小孔，该方法的缺点是：由于扫描振镜精度的限制，加工直径300微米以内的小孔，圆弧一般为多边形，与冲击钻孔相似，孔锥度大，入射面孔径大、出孔直径小，通常不能满足加工需求。因此，现有技术通过激光打孔的方式加工深径比大的孔时，加工出来的上孔孔径比下孔孔径大，不符合加工要求。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术通过激光打孔的方式加工深径比大的孔时，加工出来的上孔孔径比下孔孔径大的问题，本技术提出了一种三光楔激光旋切光学系统。
[0005]本技术三光楔激光旋切光学系统，通过调节第一楔形镜和第二楔形镜的相位差，配合同步旋转来实现光束在聚焦镜的聚焦平面上扫描图形的半径大小连续可调，通过调节第二楔形镜和第三楔形镜之间的间距实现聚焦光束与旋转中心轴(第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜以及聚焦镜的中心轴)之间夹角的连续可调，避免加工深孔时，激光被孔上表面遮挡出现锥形孔的情况，保证加工的孔为直孔；其具体技术方案如下：
[0006]一种三光楔激光旋切光学系统，包括沿光的入射方向依次设置的第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜以及聚焦镜，所述第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜以及聚焦镜同轴设置，所述第一楔形镜的楔面与第二楔形镜的楔面相对设置或相背设置，所述第二楔形镜的楔面与第三楔形镜的楔面相对设置或相背设置。
[0007]进一步限定，所述第一楔形镜与第二楔形镜之间的相位差为60
°
～91
°
；所述第二楔形镜与第三楔形镜之间的相位差为大于0
°
且小于等于2
°
。
[0008]进一步限定，所述第一楔形镜的楔面与第二楔形镜的楔面之间的相位每改变1
°
，所述聚焦镜的聚焦平面上扫描图形的半径对应改变0
‑
10um。
[0009]进一步限定，所述聚焦镜的聚焦平面上扫描图形的半径的范围是0
‑
300um。
[0010]进一步限定，所述第二楔形镜的楔角与第三楔形镜的楔角相等，所述第二楔形镜
的楔角与第三楔形镜的楔角的取值范围是5
°
～30
°
；所述第二楔形镜与第三楔形镜之间的间距为0～90mm。
[0011]进一步限定，所述聚焦镜出射光的旋切锥角为
‑
12
°
～12
°
。
[0012]进一步限定，所述第一楔形镜上的入射光束为准直激光束。
[0013]进一步限定，所述第二楔形镜的楔面对应的楔角大于第一楔形镜的楔面对应的楔角。
[0014]进一步限定，所述第一楔形镜的楔面对应的楔角为0
°
～0.8
°
。
[0015]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0016]1、本技术三光楔激光旋切光学系统，其包括沿光的入射方向依次设置的第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜以及聚焦镜，在加工孔时，通过调节第一楔形镜和第二楔形镜的相位差，配合同步旋转来实现光束在聚焦镜的聚焦平面上扫描图形的半径大小连续可调；同步调节第二楔形镜与第三楔形镜之间的间距，可以调节聚焦后光束与第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜以及聚焦镜形成的中心轴之间的夹角，间距越大，夹角也就越大，能够有效避免加工深孔时，激光被孔上表面遮挡出现锥形孔的情况；确保加工出的孔为直孔，保证加工孔的质量。本技术的激光扫描光学系统，可加工深径比高达20:1，例如航空发动机叶片上的气膜孔，其孔为几百微米孔径和几毫米孔深的孔。
[0017]2、本技术第二楔形镜与第三楔形镜之间的相位差为0
°
～2
°
，不包括0
°
，该相位差能够对第一楔形镜对光束的偏折进行补偿，使得光束在焦平面上画出的最小圆接近于0；进一步确保加工孔的质量。
[0018]3、本技术使用第一楔形镜和第二楔形镜之间较大的相位差转化为焦平面上较小的半径变化。达到高精度控制打孔半径的效果。
附图说明
[0019]图1为本技术三光楔激光旋切光学系统的光学元件布置示意图；
[0020]图2为本技术三光楔激光旋切光学系统的初始相位调节示意图；
[0021]图3为本技术三光楔激光旋切光学系统的打孔示意图；其中，a表示第二楔形镜与第三楔形镜之间相位变大时的打孔孔径，b第二楔形镜与第三楔形镜之间相位变小时的打孔孔径；
[0022]图4为第一楔形镜与第二楔形镜之间的相位差或者第二楔形镜与第三楔形镜之间的相位差示意图；其中，a为相位差为0
°
时的示意图，b为相位差为180
°
时的示意图，c相位差为θ时的示意图，θ介于0
°
～180
°
之间。
[0023]其中，1
‑
第一楔形镜，2
‑
第二楔形镜，3
‑
第三楔形镜，4
‑
聚焦镜，5
‑
激光束，6
‑
CCD探头，7
‑
待加工样品。
具体实施方式
[0024]下面结合附图及实施例对本技术的技术方案进行进一步地解释说明，但本技术并不限于以下说明的实施方式。
[0025]实施例1
[0026]参见图1，本实施例一种三光楔激光旋切光学系统，包括沿光的入射方向依次设置
的第一楔形镜1、第二楔形镜2、第三楔形镜3以及聚焦镜4，第一楔形镜1、第二楔形镜2、第三楔形镜3以及聚焦镜4同轴设置，第一楔形镜1的楔面与第二楔形镜2的楔面相对设置或相背设置，第二楔形镜2的楔面与第三楔形镜3的楔面相对设置或相背设置，第一楔形镜1的所在平面、第二楔形镜2的所在平面与第三楔形镜3的所在平面平行。
[0027]本实施例中，第一楔形镜1、第二楔形镜2和第三楔形镜3均是一面为楔面的结构，第一楔形镜1上与楔面相对的面为第一平面，第二楔形镜2上与楔面相对的面为第二平面；参见图4，第三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三光楔激光旋切光学系统，其特征在于，包括沿光的入射方向依次设置的第一楔形镜(1)、第二楔形镜(2)、第三楔形镜(3)以及聚焦镜(4)，所述第一楔形镜(1)、第二楔形镜(2)、第三楔形镜(3)以及聚焦镜(4)同轴设置，所述第一楔形镜(1)的楔面与第二楔形镜(2)的楔面相对设置或相背设置，所述第二楔形镜(2)的楔面与第三楔形镜(3)的楔面相对设置或相背设置。2.如权利要求1所述的三光楔激光旋切光学系统，其特征在于，所述第一楔形镜(1)与第二楔形镜(2)之间的相位差为60
°
～91
°
；所述第二楔形镜(2)与第三楔形镜(3)之间的相位差为大于0
°
且小于等于2
°
。3.如权利要求2所述的三光楔激光旋切光学系统，其特征在于，所述第一楔形镜(1)的楔面与第二楔形镜(2)的楔面之间的相位每改变1
°
，所述聚焦镜(4)的聚焦平面上扫描图形的半径对应改变0
‑
10um。4.如权利要求3所述的三光楔激光旋切光学系统，其特征在于，所述聚焦镜(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯鑫瑞，周强，张轩，陈绪诚，贺磊，李望望，
申请(专利权)人：西安尚泰光电科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：