本实用新型专利技术提供一种皮秒激光加工装置，包括皮秒激光器、校准系统和螺旋光学加工系统，皮秒激光器的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜衔接第二反射镜，第二反射镜的输出端设置光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端衔接有第三反射镜，第三反射镜通过校准系统与螺旋光学加工系统相衔接。该装置适用于加工喷油嘴微孔，加工所产生的热效应小，喷孔边缘光滑，内壁无毛刺，加工效率及精度高，喷孔直径大小可调，最小可达６０ｕｍ；形状可保证为圆柱形，其径深比可达１∶２０，大大提高喷孔加工精度与质量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种新型皮秒激光加工装置，用于加工喷油嘴上的微孔。
技术介绍
喷油器装在发动机气缸盖上，作用是将燃油雾化成较细的颗粒，并喷 入到燃烧室中和空气形成良好的可燃混合汽，从而提高燃烧效率。喷油器 由上部的喷油器体和下部的喷油嘴组成，高压燃油经喷油器体从喷油嘴上 小孔出射形成雾化颗粒，颗粒大小由燃油压力与小孔直径决定，因而小孔 的质量对最终的燃烧效率有至关重要的作用。根据喷油嘴种类的不同，其小孔的形状也不同。小孔直径在0.15 lmm之间，目前常用喷油嘴上的小孔直径一般在0.15 0.55mm之间，小孔深度小于lmm，小孔数量小于15 个。目前，现有的机械加工技术在材料上打微型小孔一般只能加工孔径大 于0.25mm的小孔，利用高端机械钻孔机虽然可以钻孔径O.lmm左右的孔， 但其缺点在于价格昂贵、寿命较短，难以加工硬质合金，加工后的小孔内 壁有毛刺等缺点。电火花加工技术也常用来加工小孔。电火花技术可加工 直径O.lmm以下的微孔，其加工精度较高。缺点在于速度慢，电极寿命短 且越小成本越高。目前激光已被应用在微孔加工领域。利用光学系统可以 将激光聚焦到小于0.01mm的光点，光点处的功率密度可达到109W/cm2， 加工时材料被熔化、汽化，从而形成小孔。相比于机械与电火花加工方式， 激光加工技术有着显著的优势其加工速度快，每秒钟可加工上千个孔，且孔一致性较好；成本较低，无工具损耗；寿命长，工作稳定。目前工业 上激光钻微孔普遍使用的是光脉冲宽度为纳秒(10^)的激光器。由于纳秒 激光器所产生的光脉冲宽度为纳秒级，与材料相互作用时热效应明显，孔 边缘出现不光滑、烧焦、崩口、热裂纹等现象，导致加工精度降低。此外， 通常使用的振镜扫描式光学系统虽然可加工O.lmm左右的微孔，但其缺点 在于加工效率低，所能加工的小孔径深比有限，无法加工较深的小孔。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于喷油嘴 微孔加工的皮秒激光加工装置，旨在有效提高加工效率，增加喷孔径深比， 提高喷孔加工精度与质量。本技术的目的通过以下技术方案来实现新型皮秒激光加工装置，包括皮秒激光器、校准系统和螺旋光学加工 系统，特点是所述皮秒激光器的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜 衔接第二反射镜，第二反射镜的输出端设置光闸，光闸的输出端连接有扩 束镜，扩束镜的输出端衔接有第三反射镜，第三反射镜通过校准系统与螺 旋光学加工系统相衔接。进一步地，上述的新型皮秒激光加工装置，所述皮秒激光器输出的激光为皮秒级绿色激光，波长为532nm。更进一步地，上述的新型皮秒激光加工装置，所述扩束镜的放大倍率 为3 10倍可调。本技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 本技术采用波长为532nm、光脉冲宽度为皮秒级的激光器与螺旋 光学加工系统相结合组成加工装置，用于加工喷油嘴微孔，加工所产生的 热效应小，喷孔边缘光滑，内壁无毛刺，加工效率及精度高。喷孔直径大 小可调，最小可达60um;形状可保证为圆柱形，其径深比可达l: 20。显著减少了加工过程中的热效应，提高加工效率 质量。以下结合附图对本技术技术方案作进 图l:本技术光路结构的示意图； 图2:本技术装置的结构示意图。 图中各附图标记的含义见下表附图 标记含义附图 标记含义附图 标记含义1皮秒激光器2第一反射镜3第二反射镜4光闸扩束镜6第三反射镜7校准系统8螺旋光学加工 系统9工作平台具体实施方式本技术设计一种激光微孔加工装置，利用皮秒激光与螺旋光学加 工系统相结合加工喷油嘴上的微孔，皮秒激光经光学传输与校准系统后进 入螺旋光学加工系统，由软件控制螺旋光学系统将光束聚焦后进行微孔加工。如附图说明图1、图2所示，新型皮秒激光加工装置，包括皮秒激光器1、校 准系统7和螺旋光学加工系统8，皮秒激光器1的输出端布置有第一反射 镜2，第一反射镜2衔接第二反射镜3，第二反射镜3的输出端设置光闸4， 光闸4的输出端连接有扩束镜5，扩束镜5的输出端衔接有第三反射镜6， 第三反射镜6通过校准系统7与螺旋光学加工系统8相衔接。皮秒激光器1输出的激光波长为532nm绿色激光，金属物质对于此波 段的光束具有较高的吸收率，从而使聚焦光斑处能量得到充分利用，可减 少加工时的热效应。激光的脉冲宽度为皮秒级，其单脉冲功率是纳秒脉冲，大大改善喷孔加工精度与一歩说明:功率的1000倍，材料直接被气化而不经过熔融态，可有效的减少热效应 的发生。从而使小孔边缘光滑，内壁无毛刺等残留。光路传输中光闸4起到激光通断的外部控制，不处于加工状态时可对激光进行阻拦，也起到一定的保护作用，防止操作人员受到意外伤害。扩束镜5的放大倍率从3 10倍可调，其作用是将激光光束的直径扩 大并进行准直，使出射光束的平行度更佳，有利于将光束在后续的系统中 进行聚焦。扩束镜5的倍率与聚焦光斑的直径成反比，因此倍率可调能有 效的控制聚焦光斑的直径与能量大小。光路校准系统7用于双光路的光路校准，其原理是使激光通过处在同 一轴线上相隔一定距离的两个小孔以确定其传输路径，从而确保光束以最 佳路径进入螺旋光学加工系统8。螺旋光学加工系统8出射的光线高速绕自身的轴线旋转，这样避免了 因光束本身圆度不佳导致的喷孔圆度下降。光束经聚焦后出射光束沿一圆 锥面对加工材料进行高速环锯，使喷孔的加工径深比达到1: 20。在此过 程中，旋转的速度可以由软件控制进行实时调节。环锯圆的直径即为所需 加工喷孔的直径，可通过软件设置其大小，可加工喷孔的最小直径为60um。 与普通振镜式激光钻孔所钻出的孔呈锥形相比，螺旋光学加工系统出射的 光束与加工表面的夹角也可由软件进行控制，从而保证加工出的喷孔为圆 柱型孔。反射镜主要起到光路偏转的作用，反射镜与反射镜及反射镜与扩束镜 之间的距离没有特定的限制，但是其位置在机械设计时镜片的中心尽量保 持水平一致或是垂直一致(图中光路转角为直角)，以方便光路的调节。具体应用时，如图1，由皮秒激光器1输出脉冲宽度为皮秒 的绿色 532nm波长激光束，经过第一反射镜2、第二反射镜3后，通过光闸4进 入扩束镜5，经扩束后通过第三反射镜6进入校准系统7，使光速经过确 定路径进入螺旋光学加工系统8，最后经螺旋光学加工系统8聚焦于工作平台9上的喷油嘴，将聚焦点处的材料直接气化剥除，从而加工出喷孔。综上所述，选用532nm、光脉冲宽度达到皮秒级，功率密度达到 1012W/cm2的激光，可有效减少激光加工金属时产生的热效应。螺旋光学 加工系统不仅使加工喷孔的效率得到显著提高，同时喷孔直径的精度、喷 孔形状以及喷孔的加工深度，也都能得到很好的满足，其应用前景十分看 好。需要理解到的是上述说明并非是对本技术的限制，在本实用新 型构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本技术的保 护范围。权利要求1.新型皮秒激光加工装置，包括皮秒激光器、校准系统和螺旋光学加工系统，其特征在于所述皮秒激光器的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜衔接第二反射镜，第二反射镜的输出端设置光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端衔接有第三反射镜，第三反射镜通过校准系统与螺旋光学加工系统相衔接。2. 根据权利要求1所述的新型皮秒激本文档来自技高网...
【技术保护点】
新型皮秒激光加工装置，包括皮秒激光器、校准系统和螺旋光学加工系统，其特征在于：所述皮秒激光器的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜衔接第二反射镜，第二反射镜的输出端设置光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端衔接有第三反射镜，第三反射镜通过校准系统与螺旋光学加工系统相衔接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵裕兴，郭良，
申请(专利权)人：苏州德龙激光有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]
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