一種激光鉆孔的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光鉆孔機，包括激光器、激光準直和擴束光學系統(tǒng)、聚焦光學系統(tǒng)、加工平臺和激光鉆孔機控制系統(tǒng)，所述激光鉆孔機控制系統(tǒng)控制聚焦激光束與加工平臺的相對位置，其特征在于：所述激光器為波長1.8微米到2.2微米的光纖激光器，所述激光器輸出的激光經(jīng)激光準直和擴束光學系統(tǒng)、聚焦光學系統(tǒng)后聚焦在加工平臺上的加工件的待鉆孔處。本實用新型的鉆孔機具有系統(tǒng)設(shè)計簡單，造價低廉，可靠性高、波長獨特等優(yōu)點，是一種具有實用價值的激光鉆孔系統(tǒng)。
【專利說明】一種激光鉆孔機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種激光加工裝置，具體涉及一種激光鉆孔機，尤其是一種采用光纖激光器的激光鉆孔機，屬于激光材料加工領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]激光的材料鉆孔加工是激光技術(shù)應用于現(xiàn)代工業(yè)、醫(yī)療器械和高端設(shè)備制造等領(lǐng)域的一種重要加工工藝。
[0003]傳統(tǒng)上對材料(如金屬材料、無機材料、有機材料、半導體材料和復合材料等)進行鉆孔加工通常采用機械、化學等方法，這些方法存在著很多缺點或不足，例如加工精度不高(孔直徑粗)、加工效率低、加工工件容易碎裂、加工口粗燥、環(huán)境污染等。隨著激光技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用激光對材料的鉆孔加工技術(shù)在最近十多年也得到發(fā)展，這就是激光鉆孔技術(shù)。激光鉆孔技術(shù)采用計算機控制的激光束聚焦在材料表面并控制聚焦激光束的移動，聚焦激光束與材料(如金屬、有機、無機、半導體等)發(fā)生作用從而產(chǎn)生聚焦點材料液化或汽化，借助其它輔助氣體，從而達到材料鉆孔的目的。激光鉆孔技術(shù)具有現(xiàn)有其它鉆孔技術(shù)無法比擬的優(yōu)點，不僅加工精度高、加工效率高、加工工件不容易碎裂，而且鉆孔加工切口細膩一致，無環(huán)境污染等，同時可以實現(xiàn)高速自動化生產(chǎn)。無論是現(xiàn)代裝備制造工業(yè)還是半導體制造工業(yè)、材料等領(lǐng)域都存在大量需要鉆孔的材料，如由金屬材料，無機材料、有機材料、半導體材料和復合材料等構(gòu)成的板材，拄型材和特種形材等等，這些孔的直徑從微米級到毫米級不等，對上述這些大量需要進行鉆孔的材料進行激光精密鉆孔加工對這些工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模、高精度、自動化生產(chǎn)等具有重大意義。
[0004]為了實現(xiàn)對上述這些各種材料等的激光鉆孔，現(xiàn)有工業(yè)加工行業(yè)通常采用的激光器是二氧化碳激光器、紫外固體激光器、固體Nd:YAG激光器、固體Nd:￥￥03激光器和大功率I微米光纖激光器等?，F(xiàn)有采用上述這些激光器的激光鉆孔技術(shù)存在著各種不同的缺陷，如I微米波長的固體Nd =YAG激光器、固體Nd =YVO3激光器和I微米光纖激光器由于有機材料對這些波長激光的吸收很低，因此這些激光器對含有有機成分的材料的鉆孔效果就很差；而紫外激光器存在著壽命短、對人體有危害、效率低等缺點；二氧化碳激光器也存在著效率低、熱效應大、鉆孔截面粗糟等缺陷，不適合精密鉆孔加工。
[0005]因此，需要對現(xiàn)有的激光鉆孔裝置進行改進，以適用各種材料的激光鉆孔，提高裝置的穩(wěn)定性和可靠性，保證鉆孔質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的發(fā)明目的是提供一種激光鉆孔機，以適應對各種材料特別是有機材料的鉆孔需求，提高激光鉆孔機的穩(wěn)定性和可靠性。
[0007]為達到上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種激光鉆孔機，包括激光器、激光準直和擴束光學系統(tǒng)、聚焦光學系統(tǒng)、加工平臺和激光鉆孔機控制系統(tǒng)，所述激光鉆孔機控制系統(tǒng)控制聚焦激光束與加工平臺的相對位置，所述激光器為波長1.8微米到2.2微米的光纖激光器，所述激光器輸出的激光經(jīng)激光準直和擴束光學系統(tǒng)、聚焦光學系統(tǒng)后聚焦在加工平臺上的加工件上。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述激光器為脈沖寬度從幾十飛秒到毫秒量級的脈沖光纖激光器。
[0009]激光聚焦焦距為5毫米到5000毫米。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述聚焦光學系統(tǒng)可以是反射式聚焦光學系統(tǒng)，也可以是透鏡聚焦光學系統(tǒng)，或者由高速掃描振鏡和遠心場鏡光學聚焦系統(tǒng)組合構(gòu)成。
[0011]本實用新型的激光鉆孔機可以用于金屬材料、無機材料、有機材料、半導體材料和復合材料的鉆孔加工。
[0012]所述的孔可以是通孔和沒有打通的孔。
[0013]由于上述技術(shù)方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
[0014]1、本實用新型的鉆孔機具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、可靠性高、運行費用低和高功率的特點，適合工業(yè)環(huán)境使用。
[0015]2、采用高重復率的脈沖激光，可以使鉆孔加工的切口更為平滑，加工質(zhì)量更好，并提高加工效率。
[0016]3、本實用新型的激光鉆孔機既可以用于金屬材料的鉆孔，也可以對無機材料、有機材料、半導體材料和復合材料進行鉆孔；特別適合一些對2微米波長激光有特征吸收、含有有機成分和氫氧根(0H_)的生物材料的激光鉆孔加工。
[0017]4、本實用新型采用人眼安全激光波長，綠色環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是實施例一的激光鉆孔機原理不意圖。
[0019]圖2是實施例二的激光鉆孔機原理示意圖。
[0020]圖3是實施例二的激光鉆孔機原理不意圖。
[0021]其中:1、光纖激光器；2、激光準直和擴束光學系統(tǒng)；3、激光鉆孔機控制系統(tǒng)；4、反射式聚焦光學系統(tǒng)；5、加工平臺；6、加工件；7、透鏡聚焦光學系統(tǒng)；8、高速掃描振鏡；9、遠心場鏡光學聚焦系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述:
[0023]實施例一:參見圖1所示，一種采用2微米光纖激光的鉆孔機，主要結(jié)構(gòu)包括:輸出1.8到2.2微米波長激光的光纖激光器1、激光準直和擴束光學系統(tǒng)2、激光鉆孔機控制系統(tǒng)3、反射式聚焦光學系統(tǒng)4、加工平臺5。圖中，需要鉆孔的是材料加工件6。
[0024]鉆孔機各部分的連接關(guān)系為:2微米波長的光纖激光器I輸出激光經(jīng)過激光準直和擴束光學系統(tǒng)2后激光束得到準直和光束擴大；準直和擴束后的脈沖光纖激光進入反射式聚焦光學系統(tǒng)4后聚焦到需要鉆孔的材料加工件6上；聚焦的光纖激光束在激光鉆孔機控制系統(tǒng)3控制下在需要鉆孔的材料加工件6上按鉆孔程序移動完成鉆孔加工，激光鉆孔機控制系統(tǒng)3還提供加工光源與加工平臺5之間的同步控制。
[0025]上述激光鉆孔機中的2微米波長光纖激光器的波長是1.8微米到2.2微米；所述激光為連續(xù)光纖激光，也可以為脈沖光纖激光，脈沖寬度從幾十飛秒到毫秒量級。
[0026]本實施例鉆孔的材料可以是金屬材料，無機材料，有機材料,半導體材料和復合材料。
[0027]激光聚焦所使用的反射式聚焦光學系統(tǒng)的焦距可以從5毫米到5000毫米。
[0028]實施例二:
[0029]參見圖2所示，一種采用2微米光纖激光的鉆孔機，一種采用2微米光纖激光的鉆孔機，主要結(jié)構(gòu)包括:輸出1.8到2.2微米波長激光的光纖激光器1、激光準直和擴束光學系統(tǒng)2、激光鉆孔機控制系統(tǒng)3、透鏡聚焦光學系統(tǒng)7、加工平臺5。
[0030]本實施例采用透鏡聚焦光學系統(tǒng)，裝置的布置方式與實施例一不同，但工作原理類似。
[0031]實施例三:
[0032]參見圖3所示，一種采用2微米光纖激光的鉆孔機，主要結(jié)構(gòu)包括:一種采用2微米光纖激光的鉆孔機，包括:輸出的1.8到2.2微米波長光纖激光器1、激光準直和擴束光學系統(tǒng)2、激光鉆孔機控制系統(tǒng)3、高速掃描振鏡8、遠心場鏡光學聚焦系統(tǒng)9、加工平臺5。需要鉆孔的是材料加工件6。
[0033]2微米波長的光纖激光器I輸出激光經(jīng)過激光準直和擴束光學系統(tǒng)2后激光束得到準直和光束擴大；準直和擴束后的光纖激光束進入到一個高速掃描振鏡8中，高速掃描振鏡8在激光鉆孔機控制系統(tǒng)3的控制下按鉆孔程序使光纖激光束在需要鉆孔材料(固定在加工平臺5上)上移動實現(xiàn)激光鉆孔動作；經(jīng)過高速掃描振鏡8后的光纖激光束進入一個遠心場鏡光學聚焦系統(tǒng)9后激光束聚焦到需要鉆孔的材料6上，聚焦后的激光光斑直徑為幾十到幾百微米大小的光斑，這種遠心場鏡光學聚焦系統(tǒng)的特點是在整個材料加工面聚焦激光束都垂直入射到需要鉆孔加工的材料界面上，從而保證所有材料鉆孔大小均勻，截面光滑。
【權(quán)利要求】
1.一種激光鉆孔機,包括激光器、激光準直和擴束光學系統(tǒng)、聚焦光學系統(tǒng)、加工平臺和激光鉆孔機控制系統(tǒng)，所述激光鉆孔機控制系統(tǒng)控制聚焦激光束與加工平臺的相對位置，其特征在于:所述激光器為波長1.8微米到2.2微米的光纖激光器，所述激光器輸出的激光經(jīng)激光準直和擴束光學系統(tǒng)、聚焦光學系統(tǒng)后聚焦在加工平臺上的加工件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光鉆孔機，其特征在于:所述激光器為脈沖寬度從幾十飛秒到毫秒量級的脈沖光纖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光鉆孔機，其特征在于:激光聚焦焦距為5毫米到5000毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光鉆孔機，其特征在于:所述聚焦光學系統(tǒng)為反射式聚焦光學系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光鉆孔機，其特征在于:所述聚焦光學系統(tǒng)為透鏡聚焦光學系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光鉆孔機，其特征在于:所述聚焦光學系統(tǒng)由高速掃描振鏡和遠心場鏡光學聚焦系統(tǒng)組合構(gòu)成。
【文檔編號】B23K26/06GK203956334SQ201320702331
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】蔣仕彬 申請人:蘇州圖森激光有限公司