旋转双光楔激光微孔加工装置制造方法及图纸

本实用新型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。本实用新型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，因此本实用新型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。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本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 不断缩小。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，只能应用于在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—种旋转双光楔激光微孔加工装置，其特点是它包括由激光器、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；由激光器发出 的激光束即入射光经由扩束镜和由光路传导和反射镜组成的激光传输系统的传输至双光 楔光束偏转系统的双光楔支承旋转机构处，经双光楔支承旋转机构中的相互平行放置并与 入射光轴垂直的两个相同的第一光楔和第二光楔偏折后，由激光聚焦镜组会聚获得聚焦光 束于二维位移平台上的加工件上。所述的双光楔支承旋转机构包括电机、电机座、第一同步带轮、同步齿形带、第二 同步带轮、第一光楔片、光楔主动旋转体、第一光楔支承座、离合器、光楔从动旋转体、第二 光楔支承座、第二光楔片、聚焦透镜组和聚焦透镜组座，电机座、第一光楔支承座和第二光 楔支承座及聚焦透镜组座均固定在调焦机构上；两个相同的第一光楔片和第二光楔片分别 胶合在光楔主动旋转体和光楔从动旋转体里；电机(8固定在电机座上，第一同步带轮安装 在电机的轴上，另一个相同的第二同步带轮安装在光楔主动旋转体上，第一、第二同步带轮 和通过同步齿形带连接，光楔主动旋转体固定在带有轴承的第一光楔支承座上，光楔从动 旋转体固定在带有轴承的第二光楔支承座上，光楔主动旋转体和光楔从动旋转体通过离合 器同轴联接。所述的激光器为一台输出纳秒级脉冲平行光的DPSS固态激光器。所述的计算机系统中装有运动控制卡，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。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5。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6 = (n-1) a当光楔围绕入射光的光轴同轴旋转时，出射光线也围绕光轴旋转，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\和，两个光楔的相对偏角为0，这时入射光通过两个光楔后的总转 折角S为6 2 = 6 2+ 6 22+2 6 6 2cos ^选择两个光楔完全相同，即有S工=62= 6 ^，我们可以得到合成的转折角为6=28 Ocos 3/2当0彡 3 ^ 2 n 时，有0 彡 | S | 彡 2一束平行入射光与聚焦镜光轴夹角为0，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)r = 8 f 4所以有r= 2 δ。 · cos β/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1)。双光楔分别绕入射光轴旋转时， 改变了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。具体实施方式本技术具体实施方式结合附图作一说明由图4-7所示，一种旋转双光楔激光微孔加工装置它包括由激光器1、扩束镜2 及激光传输系统组成的超短脉冲的激光输出系统、由第一光楔13和第二光楔19两个光楔、 双光楔支承旋转机构4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20及 调焦机构7组成的激光聚焦系统、由加工件安装机构及二维位移平台6组成的加工件吸附 定位位移系统和计算机系统；由激光器1发出的激光束即入射光经由扩束镜2和由光路传 导和反本文档来自技高网...

【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：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；由激光器（１）发出的激光束即入射光经由扩束镜（２）和由光路传导和反射镜（３）组成的激光传输系统的传输至双光楔光束偏转系统的双光楔支承旋转机构（４）处，经双光楔支承旋转机构（４）中的相互平行放置并与入射光轴垂直的两个相同的第一光楔（１３）和第二光楔（１９）偏折后，由激光聚焦镜组（２０）会聚获得聚焦光束于二维位移平台（６）上的加工件（５）上。

【技术特征摘要】
一种旋转双光楔激光微孔加工装置，其特征在于，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；由激光器(1)发出的激光束即入射光经由扩束镜(2)和由光路传导和反射镜(3)组成的激光传输系统的传输至双光楔光束偏转系统的双光楔支承旋转机构(4)处，经双光楔支承旋转机构(4)中的相互平行放置并与入射光轴垂直的两个相同的第一光楔(13)和第二光楔(19)偏折后，由激光聚焦镜组(20)会聚获得聚焦光束于二维位移平台(6)上的加工件(5)上。2.根据权利要求1所述的旋转双光楔激光微孔加工装置，其特征在于，所述的双光楔 支承旋转机构⑷包括电机(8)、电机座(9)、第一同步带轮(10)、同步齿形带(11)、第二同 步带轮(12)、第一光楔片(13)、光楔主动旋转体(14)、第一光楔支承座(15)、离合器(16)、 光楔从动旋转体(17)、第二光...

【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：实用新型
国别省市：31[中国|上海]