[发明专利]一种超快激光可控孔型的群孔精密加工装置和方法

说明书

本发明公开了一种超快激光可控孔型的群孔精密加工装置和方法，用于激光精密加工领域，装置由超快激光器、激光位移传感器、反射镜、聚焦透镜、三维数控运动平台A和B、手动摆动滑台、数控旋转台、工装夹具和计算机控制器组成；该技术方案原理是激光不动，数控旋转台带动工件旋转进行钻孔。孔径主要由激光光轴与数控旋转台的旋转轴之间的距离决定，孔型主要有数控旋转台的倾斜角度决定，通过三维数控运动平台A和B、手动摆动滑台进行调整。又有激光位移传感器辅助精准定位，同时提出了激光光轴与数控旋转台同轴精准定位的方法。本发明可以实现定孔型、定孔径、群孔高质量精密灵活加工。

技术领域

本发明属于激光精密加工领域，尤其涉及一种超快激光可控孔型的群孔精密加工装置和方法。

背景技术

如今，随着激光技术的不断成熟和快速发展，加之激光具有非直接接触、无材料选择、无机械应力、加工精密、质量好、效率高等优势，在微小孔加工、精细切割等工业领域被越来越广泛应用。比如传统的机械钻孔难以提供细小耐用的钻头，在大深径比孔的钻削过程中容易折断且难以排屑，还难以加工硬脆材料。电火花钻孔又只能加工导电材料，且在加工表面会产生重铸层。针对这些情形，激光钻孔则显现出了无与伦比的优势，渐渐发挥出不可或缺的重要作用。

目前，连续激光和长脉冲激光加工的孔尺寸较大，且质量精度不佳。而超快激光擅长加工精细结构，质量精度高。但由于目前超快激光器发出的激光大多都是线偏振态的高斯光束，直接加工的孔往往呈入口大、出口小的锥孔状，难以加工直孔。并且旋切或螺旋加工的孔出口还不圆，会变扁，扁的方向与线偏振的方向有关。因此，激光钻孔对于孔型的精密控制较为困难。

针对这些问题，目前有增加波片将线偏振光调整为圆偏振进行钻孔的，出口的圆度问题可以解决，但是无法解决锥度问题。锥度解决目前主流采用多光楔倾斜光束旋转头来实现，但设备精密性要求高，制造困难，价格昂贵。也有少量研究倾斜旋转台进行钻孔，但只是提出了初步设想，没有给出具体可行的操作方案，对孔型的控制能力差，难以重复加工相同的两个孔。

发明内容

为解决上述的这些问题，本发明提供了一种超快激光可控孔型的群孔精密加工装置和方法，可以对工件上微孔的锥度、孔径、孔型、群孔加工和一致性实现精密控制，并且操作简单高效。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超快激光可控孔型的群孔精密加工装置，包括超快激光器、激光位移传感器、数控运动平台和计算机控制器；

所述超快激光器产生激光能够依次经过反射镜、聚焦透镜汇聚到工件上，工件经过工装夹具固定在数控运动平台上，激光位移传感器发射激光在反射镜上的入射角为45°，透过反射镜后与超快激光器发射激光同轴，计算机控制器用于连接控制超快激光器和数控运动平台。

本发明进一步的改进在于，所述数控运动平台包括三维数控运动平台A、手动摆动滑台、数控旋转台和三维数控运动平台B；

所述三维数控运动平台A能实现x,y,z三个方向上的运动，上面安装有手动摆动滑台，并通过螺纹连接固定；

所述手动摆动滑台能绕y轴摆动，摆动最大角度±10°，分辨率5′，上面安装有数控旋转台，并通过螺纹连接固定；

所述数控旋转台旋转速度最大12s/r，旋转角度分辨率1′，上面安装有三维数控运动平台B，并通过螺纹连接固定；

所述三维数控运动平台B能实现x,y,z三个方向上的运动，上面安装有工装夹具，并通过螺纹连接固定。

本发明进一步的改进在于，所述超快激光器为飞秒激光器，波长800nm，重复频率1000Hz，最大功率4W。

本发明进一步的改进在于，所述反射镜为单波长800nm反射镜，激光在反射镜上的入射角为45°。

本发明进一步的改进在于，所述聚焦透镜为平凸透镜，焦距200mm。