本發(fā)明涉及激光打孔領(lǐng)域，尤其是一種激光打孔系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

新能源電池行業(yè)迅速發(fā)展，導(dǎo)致對(duì)有密集孔的銅箔及鋁箔做電極的需求量巨大。如圖1所示，在電池制造中，需要在銅箔及鋁箔上加工數(shù)量眾多的小孔，現(xiàn)在主要的加工方式為激光打孔。

激光打孔是達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，激光打孔的主要過程如圖2所示。

現(xiàn)有激光打孔主要分為：

1、激光割孔：加工表面形狀由振鏡控制激光光束x、y軌跡及時(shí)間，沿所需孔直徑邊沿切割完成，這種方式加工效率太低，最高才能達(dá)到幾十個(gè)/秒。

2、激光爆孔：以多脈沖的方式將工件所需直徑的激光光斑照射到工件固定的一點(diǎn)上。這種方式采用普通激光器時(shí)效率為幾千個(gè)/秒。

激光打孔存在的主要限制：

1、只能一次脈沖打一個(gè)孔；

2、受振鏡的最高工作速度限制，每秒最高只能做到幾千個(gè)孔。

3、受激光器脈沖功率的限制，每秒最高只能做到幾千個(gè)孔。

4、較大孔徑時(shí)中間激光能源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種既能夠節(jié)約能源，又能使打孔效率呈幾何倍數(shù)提高的激光打孔系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明公開的激光打孔系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的多路分光裝置、環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置和振鏡，所述多路分光裝置產(chǎn)生的各光路上分別設(shè)置有所述環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置；

所述多路分光裝置包括用于分出多路光束的多棱錐鏡和用于將多路光束折轉(zhuǎn)平行的三棱鏡，所述多棱錐分光鏡和三棱鏡沿光路依次設(shè)置；

所述環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置包括用于將光束轉(zhuǎn)換成環(huán)形光束的錐鏡、用于將環(huán)形光束折轉(zhuǎn)平行的平凹圓錐鏡、用于聚集光束的聚焦鏡和用于調(diào)直光束的第二調(diào)直鏡；所述錐鏡、平凹圓錐鏡、聚焦鏡和第二調(diào)直鏡沿光路依次設(shè)置。

優(yōu)選地，所述多路分光裝置之前還設(shè)置有光束擴(kuò)束裝置，所述光束擴(kuò)束裝置包括依次沿光路設(shè)置的擴(kuò)散鏡和第一調(diào)直鏡。

優(yōu)選地，在工件打孔作業(yè)位置的下方設(shè)置有低壓倉(cāng)，所述低壓倉(cāng)連接有真空泵。

優(yōu)選地，所述多棱錐鏡具有4～12個(gè)分光面。

本發(fā)明公開的采用所述的激光打孔系統(tǒng)的打孔方法，包括如下步驟：

a、將工件輸送至預(yù)設(shè)的打孔作業(yè)位置；

b、接入打孔激光，激光依次通過多棱錐鏡形成至少兩路實(shí)心激光束，各路激光束分別通過三棱鏡轉(zhuǎn)換成平行的多路實(shí)心激光束，各路實(shí)心激光束通過錐鏡轉(zhuǎn)換成擴(kuò)散的環(huán)形光束，擴(kuò)散的環(huán)形光束通過平凹圓錐鏡轉(zhuǎn)換成平行的環(huán)形光束，再通過聚焦鏡聚焦、第二調(diào)直鏡調(diào)直，調(diào)整成直的圓筒形的光束；

c、圓筒形的光束通過振鏡偏轉(zhuǎn)光束的角度到達(dá)工件上實(shí)現(xiàn)打孔。

優(yōu)選地，通過分別調(diào)整各光路上的三棱鏡、環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置使各路光束形成矩陣陣列。

本發(fā)明的有益效果是：該激光打孔系統(tǒng)中設(shè)置有多路分光裝置和環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置，其中多路分光裝置可以將一束光束分成多個(gè)光束，多個(gè)光束一次性加工出多個(gè)孔，從而極大地提高了打孔效率；環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置可以將光束轉(zhuǎn)換成環(huán)形，使激光爆孔時(shí)中間浪費(fèi)的激光能量有效利用起來，提高激光能源的利用率。同時(shí)可以有效的將中間浪費(fèi)的激光能量聚集到環(huán)形光束上，彌補(bǔ)環(huán)形光束上的能量不足。如加工0.3mm的孔，通過聚焦成0.005mm的環(huán)形光束，能量利用率經(jīng)實(shí)測(cè)提高15倍。

附圖說明

圖1電極打孔的示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的激光打孔的過程圖；

圖3是本發(fā)明的激光打孔系統(tǒng)的示意圖；

圖4是激光打孔系統(tǒng)光束陣列的調(diào)整示意圖；

圖5是激光束四孔排列的調(diào)整示意圖；

圖6是激光束六孔排列的調(diào)整示意圖；

圖7是激光束八孔排列的調(diào)整示意圖；

圖8是激光束九孔排列的調(diào)整示意圖；

圖9是激光光斑爆孔的示意圖；

圖10是本發(fā)明的激光光環(huán)爆孔的示意圖。

附圖標(biāo)記：光束擴(kuò)束裝置10，擴(kuò)散鏡101，第一調(diào)直鏡102，多路分光裝置20，多棱錐鏡201，三棱鏡202，環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置30，錐鏡301，平凹圓錐鏡302，聚焦鏡303，第二調(diào)直鏡304，振鏡4，工件5，低壓倉(cāng)6，真空泵7，孔徑φ，孔距d，寬度b。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖3所示，本發(fā)明公開的激光打孔系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的多路分光裝置20、環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置30和振鏡4，所述多路分光裝置20產(chǎn)生的各光路上分別設(shè)置有所述環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置30；

所述多路分光裝置20包括用于分出多路光束的多棱錐鏡201和用于將多路光束折轉(zhuǎn)平行的三棱鏡202，所述多棱錐鏡201和三棱鏡202沿光路依次設(shè)置；

所述環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置30包括用于將光束轉(zhuǎn)換成環(huán)形光束的錐鏡301、用于將環(huán)形光束折轉(zhuǎn)平行的平凹圓錐鏡302、用于聚集光束的聚焦鏡303和用于調(diào)直光束的第二調(diào)直鏡304；所述錐鏡301、平凹圓錐鏡302、聚焦鏡303和第二調(diào)直鏡304沿光路依次設(shè)置。

采用該激光打孔系統(tǒng)的打孔方法，包括如下步驟：

a、將工件5輸送至預(yù)設(shè)的打孔作業(yè)位置；

b、接入打孔激光，激光依次通過多棱錐鏡201形成至少兩路實(shí)心激光束，各路激光束分別通過三棱鏡202轉(zhuǎn)換成平行的多路實(shí)心激光束，各路實(shí)心激光束通過錐鏡301轉(zhuǎn)換成擴(kuò)散的環(huán)形光束，擴(kuò)散的環(huán)形光束通過平凹圓錐鏡302轉(zhuǎn)換成平行的環(huán)形光束，再通過聚焦鏡303聚焦、第二調(diào)直鏡304調(diào)直，調(diào)整成直的圓筒形的光束；

c、圓筒形的光束通過振鏡4偏轉(zhuǎn)光束的角度到達(dá)工件5上實(shí)現(xiàn)打孔。

如圖5～圖8所示，這種打孔方式將激光分成多個(gè)光束，再將各個(gè)光束的光斑均轉(zhuǎn)換成環(huán)形光束，多個(gè)環(huán)形光束同時(shí)加工多個(gè)孔，使得孔加工效率呈幾何倍的提升。

對(duì)于能量利用率而言，如圖9和10所示，傳統(tǒng)的激光爆孔時(shí)，激光光斑加工0.3mm的孔，整個(gè)光斑照射到所需加工孔的整個(gè)面上，除邊緣部分被有效利用外，其余絕大部分能量都被無效浪費(fèi)。而采用本發(fā)明的激光打孔系統(tǒng)，激光環(huán)形光束加工0.3mm的孔，形成寬度b為0.005mm的環(huán)形光束照射到所需加工的面，在孔的邊緣形成高能量的激光光束照射，同樣光強(qiáng)下，能量利用率提高15倍，有效提高了激光能量的利用。

為了便于多路分光裝置20的分光，所述多路分光裝置20之前還設(shè)置有光束擴(kuò)束裝置10，所述光束擴(kuò)束裝置10包括依次沿光路設(shè)置的擴(kuò)散鏡101和第一調(diào)直鏡102。將激光擴(kuò)散調(diào)直后，可以增大激光的截面積，截面積更大則更有利于多路分光裝置20的激光分束。

在打孔時(shí)，部分汽化和液化的材料以及切割后的多余材料若不能及時(shí)排出，累積起來會(huì)影響打孔作業(yè)，為解決這一問題，在工件5打孔作業(yè)位置的下方設(shè)置有低壓倉(cāng)6，所述低壓倉(cāng)6連接有真空泵7，如此可以將打孔過程中的汽化材料及液相排除，并使光環(huán)切割后的多余材料排除。

多路分光裝置20所分出的光束數(shù)量取決于多棱錐鏡201的分光面的數(shù)量，分光面數(shù)量越多則分出的光束越多，但是經(jīng)試驗(yàn)，4～12路分光最為合適，對(duì)應(yīng)地，所述多棱錐鏡201具有4～12個(gè)分光面。

一般而言，電極打孔通常為矩陣陣列，但是通過多路分光裝置20分出的光束多為環(huán)形陣列，為了使激光打孔系統(tǒng)產(chǎn)生矩陣陣列的光束，可以通過分別調(diào)整各光路上的三棱鏡202、環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置30使各路光束形成矩陣陣列。如圖4所示，通過調(diào)整單個(gè)光路上的三棱鏡202、環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置30的x和y的位置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)打孔光束的排列的調(diào)整。如圖5～圖8所示，分別為四孔排列、六孔排列、八孔排列以及9孔排列的調(diào)整方式?，F(xiàn)有振鏡4的通光孔徑主要有φ10mm～φ30mm；工件5打孔孔徑φ為0.3mm，孔距d為0.5mm。通過將實(shí)心光束擴(kuò)束裝置10、環(huán)形光束轉(zhuǎn)換裝置30移動(dòng)到離振鏡4較遠(yuǎn)的位置，使形成的矩陣式環(huán)形光束通過振鏡4的通光孔，作用到工件5上打出符合要求間距、直徑的孔。