[发明专利]一种基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削钻孔系统及钻孔方法，铣削钻孔系统包括开窗铣削激光器、选择铣削激光器、激光合束器和激光聚焦与焦点切换模块，实现了在同一个钻孔光学聚焦系统下，即激光聚焦与焦点切换模块，设置了空间组合激光焦点，在加工多层不同材料的薄片板时，不同特性的激光焦点，可以用来加工不同层材料，这样可以大幅度提高激光加工效率和激光加工品质，特别是在加工多层不同材料叠加的薄片板的盲孔钻孔时候，在盲孔最后一层激光破坏阈值低材料的铣削时，采用选择铣削激光焦点去除该材料，不用担心损伤下一层激光破坏阈值高材料，带来很好的工艺稳定区间，节省了加工时间提高了加工效率，获得很好的加工效果。

主权项

一种基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统，其特征在于，包括开窗铣削激光器、选择铣削激光器、激光合束器和激光聚焦与焦点切换模块；所述开窗铣削激光器，用于产生第一开窗铣削激光束，并入射激光合束器；所述选择铣削激光器，用于产生第一选择铣削激光束，并入射激光合束器；所述激光合束器，用于对入射的所述第一开窗铣削激光束和第一选择铣削激光束进行合束，输出相同方向平行传输的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束，并分别入射所述激光聚焦与焦点切换模块；所述激光聚焦与焦点切换模块，用于对所述相同方向平行传输的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行聚焦，获得空间组合激光聚焦焦点，并控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的不同孔位之间进行切换，或者，控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的一个孔位处进行铣削运动；其中，所述空间组合激光聚焦焦点包括开窗铣削激光聚焦焦点和选择铣削激光聚焦焦点，当所述空间组合激光聚焦焦点处于静态时，所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心的离散度小于10毫米；所述待加工工件为多层材料叠加而成的薄片板，其中，多层材料分为激光破坏阈值高材料和激光破坏阈值低材料；当所述空间组合激光聚焦焦点铣削所述待加工工件的盲孔时，所述待加工工件包含至少三层，激光传输最先遇到的一层材料和所述盲孔的孔底材料为激光破坏阈值高材料，加工盲孔时最后被铣削的一层材料为激光破坏阈值低材料；在盲孔加工过程中，所述开窗铣削激光器出光，由形成的开窗铣削激光聚焦焦点，通过控制包含开窗铣削激光器激光出光时间、开窗铣削激光焦点运动速度在内的工艺条件控制激光铣削深度，对待加工工件的除了加工盲孔时最后被铣削的一层材料外的其他材料层完成铣削加工；然后所述选择铣削激光器出光，由形成的选择铣削激光聚焦焦点对待加工工件的加工盲孔时最后被铣削的一层材料完成铣削加工；所述开窗铣削激光聚焦焦点的激光峰值功率密度高于所述选择铣削激光聚焦焦点的激光峰值功率密度，且足以铣削所述激光破坏阈值高材料，所述选择铣削激光聚焦焦点激光峰值功率密度足以铣削所述激光破坏阈值低材料，但不足以铣削所述激光破坏阈值高材料。