[发明专利]应用于激光加工的旋转光学设计

说明书

技术领域

本发明一种应用于激光加工的旋转光学设计，涉及一种应用于激光钻孔、激光切割等激光加工设备的激光旋转光学设计，属于激光精密加工领域。

背景技术

随着航空航天、电子、仪表及医疗器械等工业的发展，许多高精尖产品的关键零部件，如飞机防冰系统、航空发动机气冷式叶片、陀螺仪表零件、计算机打印头、发动机喷油嘴、陶瓷钻孔、心血管支架等都由许多微孔组成，以完成特定功能，从而提高产品的性能。这些微孔的特点是：尺寸微小，数量巨大，费工费时，加工精度要求高，形状复杂，加工难度大。因此，微小孔的优质、高效、低成本加工已成为现代制造技术的关键之一。

激光钻孔(切割)是一种最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的主要领域之一。激光钻孔具有效果好、通用性强、效率高、成本低和工装少等优点。激光钻孔的经济效益随着加工孔的深径比增大而增加；对于超硬工件孔的加工，采用激光经济效益最为显著。

传统的激光钻孔方式使用脉冲进行加工，或采用激光和运动平台插补方式来钻孔。该种加工方式加工出来的孔的边缘效果很粗糙，且加工的孔有锥度圆度不高，而且由于聚焦镜的特性，不能加工小而深的孔，而且加工效率低下。目前最先进的钻孔方式为旋转钻孔，由德国人申请专利(WO 2007/000194A1)，该专利通过在高速转动电机中空的中轴上固定棱镜或反射镜组，使激光光束高速旋转；同时通过楔形镜片组实现光束倾角调节和钻孔大小控制。该旋转钻孔专利采用了中空中轴电机以及多片镜片实现激光钻孔功能，不仅技术难度大、装配复杂，而且成本高昂。

在旋转钻孔方面，国内也有厂家进行了相关技术的研究。苏州德龙激光有限公司申请并公开了一个“应用于激光加工设备的激光螺旋旋转光学模组”(申请号：201010537114.1)，该专利中介绍了旋转光学模组各部件实现的功能，但没有介绍其实现的光学原理。

发明内容

本发明的目的在于提出一个相对简洁的旋转光学设计方案，可以实现高质量孔形、高径深比、锥度可调微孔高效加工，并对于降低旋转光学实现难度，降低成本实现产业化，具有重要的实际意义。

本发明一种应用于激光加工的旋转光学设计由偏振器，λ/4波片，高速旋转电机，全反镜，聚焦镜组等组成。入射激光经过偏振片的反射，透过过λ/4波片，由全反镜反射后，第二次透过λ/4波片改变偏振方向后，透过偏振片，经过聚焦镜聚焦到工件上进行加工。全反镜片固定于高速旋转电机的旋转轴上可实现俯仰调节，而偏振器也可俯仰调节，二者相互配合用于调整微孔的锥度；偏振器的水平平移则可以控制钻孔的直径大小；而聚焦镜组的高低控制可以实现焦点上下微调。偏振器和全反镜三维配合调节实现了钻孔直径和锥度精确控制。

本发明实现了对高质量高径深比微孔的加工，并可精确调节加工孔锥度，大大提高了钻孔的加工效率，具有使用光学元件少，成本低，控制简单等优点。

附图说明

附图为旋转光学设计示意图

具体实施方式：

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明

偏振方向为s偏振的入射激光经过偏振器1的反射，透过过λ/4波片2，激光偏振方向变为圆偏振光，圆偏振光由固定于高速旋转电机上4的全反镜3反射后，第二次透过λ/4波片2，偏振方向变为p偏振光，p偏振激光透过偏振器1经过聚焦镜组5聚焦到工件上进行加工。俯仰调节全反镜片3和偏振器1可调整微孔锥度；偏振器1的水平平移则可控制钻孔直径大小；而聚焦镜组5的高低控制可以实现焦点上下微调。