[发明专利]一种提高激光打孔深度的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种提高激光打孔深度的装置及其方法，包括加工平台、夹具、工件、双聚焦透镜、声光可变焦透镜、分色镜、扩束器、激光器、激光控制器、声光可变焦透镜控制器、计算机、加工平台控制器和CCD相机。本发明采用双焦聚焦镜对光束进行聚焦，使聚焦光束获得两个焦点，并借助声光可变焦透镜连续快速变焦能力实现两个焦点在垂直方向上的快速往复移动。本发明可以明显增加激光微孔加工深度，增加深度在毫米量级，并可将更厚的材料打通。此外，本发明可以避免能量过度集中对微孔质量的影响，减小热影响，提高打孔质量。

技术领域

本发明属于激光打孔领域，特别是涉及一种提高激光打孔深度的装置及其方法。

背景技术

激光打孔是通过对高能激光束进行聚焦，在焦点位置获得数千摄氏度的温度，从而使工件材料在这种高温的作用下会被迅速的熔化、汽化，最后形成微孔。激光打孔技术具有打孔速度快、经济效益高、加工材料范围广、无污染等优点，尤其在航天航空工业的激光群孔加工中具有明显的优势。

但随着工业的进一步发展，高深径比微孔的应用越来越多，尤其是在国防等重要领域，如何进一步提高激光打孔的深度已成为该领域的一个重要研究问题。公开号为CN104907712A的中国专利《一种增加不锈钢激光打孔深度的新方法》通过在不锈钢表面自组装金纳米金属颗粒层,随后激光处理，使打孔位置温度急剧增高，进而增加打孔深度。但该专利提出的方法操作复杂，适用材料有限，且对微孔深度的增加有限。公开号为CN102825382A的中国专利《激光加工装置》针对晶片加工中存在的效率问题，提供了改变改质层的厚度来形成改质层的激光加工装置。通过用脉冲激光光线扫描一次而能够在半导体晶片的内部形成期望厚度(例如50～200μm)的改质层。采用本装置所获得改质层厚度虽然增加了，但如果应用到激光打孔中，相应的微孔深度增加值将在微米量级，且由于激光打孔一般是去除材料形成微孔，相对于晶片改质，其深度增加更难，所以实际增加的深度会更小，这对于激光打孔毫米量级深度的微孔而言，其增加的厚度太小。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种提高激光打孔深度的装置及其方法，该装置通过采用双聚焦透镜与声光可变焦透镜可明显提高激光打孔的深度，另外，双聚焦透镜与声光可变焦透镜的结合使用，使得焦点不会长时间作用在工件上的同一位置，进而减小热影响，提高打孔质量。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种提高激光打孔深度的装置，包括加工平台、夹具、工件、双聚焦透镜、声光可变焦透镜、分色镜、扩束器、激光器、激光控制器、声光可变焦透镜控制器、计算机、加工平台控制器和CCD相机；

所述CCD相机位于最上方、且与计算机电连接，CCD相机正下方依次放置分色镜、声光可变焦透镜、双聚焦透镜和工件；所述工件固定在夹具上，所述夹具的安装固定在加工平台上；

所述激光器、扩束器和分色镜依次位于同一光路上；所述激光控制器的一端与激光器电连接，另一端与计算机电连接；

所述加工平台控制器的一端与加工平台电连接，另一端与计算机电连接。

上述方案中，所述分色镜与水平方向呈45度角；所述激光器发射的激光依次通过扩束器、分色镜、声光可变焦透镜和双焦聚焦镜作用在工件上。

上述方案中，所述分色镜只对激光器发出波长的激光进行全反射，而对其他波长的光可透。

上述方案中，所述声光可变焦透镜采用声光的方式控制，焦点轴向往复移动距离在毫米量级，往复移动频率可高达1000KHz。

上述方案中，所述双聚焦透镜包括外部曲面与中间曲面，且外部曲面包裹住中间曲面，中间部分的焦距较长(称为下焦距，焦点为下焦点)，外面部分焦距较短(称为上焦距，焦点为上焦点)；中间曲面的焦距大于外部曲面焦距。