旋转双光楔激光微孔加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种旋转双光楔激光微孔加工装置，其特点它包括由激光器、扩束镜及激光传输系统组成的超短脉冲的激光输出系统；由两个光楔、双光楔支承旋转机构及控制系统组成的双光楔光束偏转系统；由一个激光聚焦镜组及调焦机构组成的激光聚焦系统；由加工件安装机构及二维位移平台组成的加工件吸附定位位移系统和计算机系统。本发明专利技术选择高质量光束的ＤＰＳＳ激光器，用达到或接近衍射极限的激光聚焦系统，获得精细的聚焦光束，利用双光楔高速旋转加工微孔，因此本发明专利技术的优点是降低孔径边缘的热影响区，提高了孔型精度和工作效率。

Rotating double optical wedge laser micro hole processing device

The invention discloses a rotary dual wedge laser micro machining device, the characteristics of it consists of laser, laser beam expander and transmission system of the ultrashort pulse laser output system; double wedge is composed of two optical wedge, double wedge bearing rotating mechanism and control system of laser beam deflection system; the focusing system consists of a laser focusing lens and a focusing mechanism; processing by processing and installation mechanism of 2D displacement platform consisting of displacement adsorption positioning system and computer system. The invention selects DPSS laser with high beam quality, laser focusing system at or close to the diffraction limit, obtained fine focused beam, using the double wedge high-speed rotating micro, so the invention has the advantages that the heat affected zone of lower edge of aperture, improves the accuracy and efficiency of pass.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种旋转双光楔激光微孔加工装置，属于激光精细加 工技术应用领域
技术介绍
激光微孔加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料 (包括金属与非金属)进行微钻孔加工，涉及到光、机、电、计算机 控制、材料特性及检测等多学科综合技术。激光打孔在汽车、微电子、 光通讯、航天航空、生物医学、太阳能及燃料电池新能源等高新技术 产业领域有广泛应用，改进或取代了某些传统加工方式。目前世界上 半导体集成电路产业发展迅猛，计算机、手机电路板、便携式消费电 子产品采用高密度多层PCB,体积紧凑并向小型化发展；半导体芯片 制作、测试和封装要求不断提高，其结构更加紧凑、外形体积不断縮 小。传统的机械打孔或冲孔等加工方式无法满足需求。先进的DPSS激光器，利用其纳秒级的超短脉冲和几十到几百千 瓦的峰值功率输出特性，能成功地应用于宝石、氧化铝陶瓷、不锈钢 及一些碳钢等不同材料上的精细加工。在激光加工过程中，材料产生 蒸汽或等离子体而非液体，在蒸汽或等离子体内部具有极大的压力使 得被加工材料产生喷射过程。此外，每个激光脉冲引起的材料内部热 传导也极为有限，再加上加工过程产生的等离子体对激光束的传导存在屏蔽效应，使得每个激光脉冲去除的材料层厚度只几个微米。由此，我们可以提高激光束强度深入材料内部加工而不会损坏微孔周围的材料。激光精细加工微孔成型技术目前主要有三种固定光束单脉冲加工单元微孔、振镜扫描和工件旋转打孔。固定光束单脉冲加工单元微孔是由固定激光聚焦镜结合高精度位移平台移动工件来完成，提供了高精度和高准确性，并能得到激光加工光学系统所限的最小微孔直径。但在一个点上激光烧灼一段相当长的时间，小孔的边缘肯定有着热效应引起的碳化层、熔化层，或在材料顶部存在堆积物的现象。还有一个问题是要想得到不同的微孔直径，在这种方式下，只能靠换聚焦镜头来实现。振镜扫描加工微孔，定位速度快，由于振镜的高速响应，打数量众多的列阵孔比较合适。而且孔的大小可以很方便地用软件来控制，走出各种事先设定好的轨迹，所以可以加工各种异型孔，比如方孔、三角形孔、星型孔等，但由于它们缺乏在大范围的局部小区域内的高定位精度，因此在小孔直径小于250微米时不宜采用此方案。另外在激光精细加工时，经常把激光光束扩束以达到聚焦光点足够小的目的，这时的振镜反射片尺寸相对较大，也会影响系统响应频率和加工效率。微孔加工还有一种方法是采用固定光束聚焦，工件高速旋转，其旋转轴偏离加工光轴，调节偏离距离就能得到不同尺寸的小孔。这种方案能减少微孔成型过程中小孔边缘的热影响，但由于工件旋转时惯量大，而且只能打单一孔，只能应用于 小的圆形同轴零件上加工单个微孔的场合。
技术实现思路
为了克服现有装置在激光精细加工列阵微孔成型中孔径边缘的热影响和孔型精度不够高的缺点，提供一种旋转双光楔激光微孔加工装置。技术方案一种旋转双光楔激光微孔加工装置，其特点是它包括1. 由激光器、扩束镜及激光传输系统组成的超短脉冲的激光输出系统:所述激光器为一台输出纳秒级脉冲平行光的DPSS固态激光器，采用电脑控制激光器的开关信号及调节激光器的输出功率和重复频率，经由扩束镜扩束和激光传输系统的传输至双光楔光束偏转系统处；2. 包括两个光楔、双光楔支承旋转机构及控制系统的双光楔光束偏转系统两个光楔片完全相同，光楔片的支承旋转机构使得两个光楔片互相平行并与入射光束的光轴垂直，两个光楔片能绕入射光束的光轴分别旋转或共同旋转；支承旋转机构的电气控制系统控制两个光楔片绕入射光束的光轴分别或共同旋转，能控制两个光楔片的相对角度使得平行光束经过两个光楔片后产生0 2 S 。角度偏离；所述双光楔支承旋转机构最大转速达3000转/分；3. 包括一个激光聚焦镜组及调焦机构的激光聚焦系统所述激光聚焦镜组达到或接近衍射极限，所述调焦机构用于调节激光聚焦镜组与加工工件之间的距离，保证加工面位于激光聚焦镜组的焦平面上；4. 包括加工件安装机构及二维位移平台的加工件吸附定位位移系统所述的安装机构用于定位套准，并能使加工件的表面水平及平整；微孔加工的中心位置是由高精度的二维工作位移平台来实现；5. 计算机系统所述的计算机系统中加装运动控制卡，同步控制激光器开关、激光器输出功率和重复频率调节、控制双光楔片绕入射光轴分别或共同旋转、激光调焦及二维工作位移平台的运动和定位套准。所述的计算机系统其软件主要包括-(1) .激光器控制模块控制激光器的开关、控制激光器输出功率和重复频率调节等工作参数；(2) .旋转机构控制模块调节两个光楔片的相对角度，控制两个光楔片绕入射光束的光轴分别或共同同轴旋转；(3) .调焦模块控制调焦机构调节激光聚焦镜组与加工工件之间的距离，保证加工面位于激光聚焦镜组的焦平面上；(4) .位移控制模块控制高精度二维工作位移平台定点移动，实现微孔列阵中心点位置的确定。旋转双光楔激光微孔加工装置工作原理一个折射率为n的棱镜，顶角为a，入射光线经棱镜偏折后的转折角为S 。当折射棱镜的顶角足够小，以致使所产生的色散觉察不出来时，这种折射棱镜通常称为光楔或楔形镜(如图2所示)。这时有5- (n-l) a当光楔围绕入射光的光轴同轴旋转时，出射光线也围绕 轴旋转，并在与光轴垂直的平面上描绘出一个圆周；把两个这样的光楔平行放置，并与入射光光轴垂直，假设它们的转折角分别为S,和S2，两个光楔的相对偏角为g ,这时入射光通过两个光楔后的总转折角S为S 2= S ,2+ S 22+2 S , S 2cos e选择两个光楔完全相同，g卩有S产SfS()，我们可以得到合成的转折角为S =2 S ocos P /2当0《P《2兀时，有0《I S I《2S0一束平行入射光与聚焦镜光轴夹角为P ，经焦距为f的聚焦镜会聚后聚焦于焦平面偏离光轴的某点处，该点与聚焦镜中心焦点之间有距离r (如图3所示)所以有r=2S0fcos3/2由此可见，双光楔共同绕入射激光光轴同轴旋转，并经由激光聚焦透镜组会聚至工作面上，使得激光在工作面上进行精确螺旋加工(图l)。双光楔分别绕入射光轴旋转时，改变它们之间的相对偏角，也即改变了工作面上的圆周直径。螺旋钻孔的优势是扩大激光钻孔的范围而得到较大的直径并能保持孔的圆度，螺旋钻孔的另一个显著优点是只需去除一个圆环内的材料，而不是整个圆内的材料，提高了工作效率。由于本专利技术选择高质量光束的DPSS激光器，用达到或接近衍射极限的激光聚焦系统，获得精细的聚焦光束，利用双光楔高速旋转加工微孔，因此本专利技术的优点是降低孔径边缘的热影响区，提高了孔型精度和工作效率。附图说明图1为精确螺旋钻孔示意图；图2为光楔或楔形镜示意图；图3为激光聚焦原理图；图4为双光楔旋转原理示意图；图5为旋转双光楔激光微孔加工装置原理框图；图6为旋转双光楔激光微孔加工装置光路示意图；图7为双光楔旋转机构示意图。具体实施例方式本专利技术具体实施方式结合附图作一说明由图5所示， 一种旋转双光楔激光微孔加工装置，其特点是它包括-'1.由激光器、扩束镜及激光传输系统组成的超短脉冲的激光输出系统:所述激光器为一台输出纳秒级脉冲平行光的DPSS固态激光器，采用电脑控制激光器的开关信号及调节激光器的输出功率和重复频率，经由扩束镜扩束和激光传输系统的传输至双光楔光束偏转系统处；2.由两个光楔、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转双光楔激光微孔加工装置，其特征在于，它包括：（１）．由激光器、扩束镜及激光传输系统组成的超短脉冲的激光输出系统：所述激光器为一台输出纳秒级脉冲平行光的ＤＰＳＳ全固态激光器，采用电脑控制激光器的开关信号及调节激光器的输出功率和重复频率，经由扩束镜扩束和激光传输系统的传输至双光楔光束偏转系统处；（２）．由两个光楔、双光楔支承旋转机构及控制系统组成的双光楔光束偏转系统：两个光楔片完全相同，光楔片的支承旋转机构使得两个光楔片互相平行并与入射光束的光轴垂直，两个光楔片能绕入射光束的光轴分别旋转或共同旋转；支承旋转机构的电气控制系统控制两个光楔片绕入射光束的光轴分别或共同旋转，能控制两个光楔片的相对角度使得平行光束经过两个光楔片后产生０～２δ０角度偏离；所述双光楔支承旋转机构最大转速达３０００转／分；（３）．由一个激光聚焦镜组及调焦机构组成的激光聚焦系统：所述激光聚焦镜组达到或接近衍射极限，所述调焦机构用于调节激光聚焦镜组与加工工件之间的距离，保证加工面位于激光聚焦镜组的焦平面上；（４）．由加工件安装机构及二维位移平台组成的加工件吸附定位位移系统：所述的安装机构用于定位套准，并能使加工件的表面水平及平整；微孔加工的中心位置是由高精度的二维工作位移平台来实现；（５）．计算机系统：所述的计算机系统中加装运动控制卡，同步控制激光器开关、激光器输出功率和重复频率调节、控制双光楔片绕入射光轴分别或共同旋转、激光调焦及二维工作位移平台的运动和定位套准。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘涌，姜兆华，张伟，王又良，张同兴，王健超，沈冠群，
申请(专利权)人：上海市激光技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]