本發(fā)明屬于非金屬材料的激光加工，具體涉及一種雙向激光加工的工藝。

背景技術(shù)：

1、激光切割、激光打孔是激光加工的重要領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式，激光加工以其非接觸、高精度、高準(zhǔn)直效果、高效率的特點(diǎn)，在越來(lái)越多的場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)了加工應(yīng)用。對(duì)于金屬材料，目前常規(guī)的大功率光纖激光器可以實(shí)現(xiàn)不同金屬材料、不同厚度的加工。而對(duì)于非金屬材料來(lái)說(shuō)，加工需求變得復(fù)雜很多。比如硬脆材料不耐高溫，激光功率過(guò)大容易炸裂；有機(jī)材料容易碳化，熱效應(yīng)過(guò)大容易碳化甚至燃燒等。

2、目前針對(duì)上述材料，常用的方式是使用納秒或皮秒激光設(shè)備，使用短脈沖或者超短脈沖激光，從單個(gè)方向加工，這一類短脈沖或超短脈沖激光作用在加工位置，待加工材料吸收激光能量，在極短的時(shí)間內(nèi)形成熾熱的等離子體，最終變?yōu)榈入x子態(tài)氣體，從切縫位置溢出，從而完成打孔或切割加工，因整體加工熱效應(yīng)較小，切縫側(cè)壁不會(huì)形成熔融層；但是，對(duì)于厚度超過(guò)0.3mm的材料來(lái)說(shuō)，這種加工方式面臨一個(gè)難題，伴隨著切縫越來(lái)越深，越來(lái)越多的等離子態(tài)氣體聚集在縫隙內(nèi)無(wú)法順利排出，滯留于切縫內(nèi)的等離子態(tài)氣體會(huì)阻擋激光并吸收激光能量，使切削效率不斷降低；同時(shí)等離子態(tài)氣體吸收激光能量后，轉(zhuǎn)化為熱能，使切縫內(nèi)溫度劇烈提升，材料整體存在碳化或者炸裂的風(fēng)險(xiǎn)。

3、為解決該問題，目前常見的做法是通過(guò)多開幾條切縫，來(lái)擴(kuò)大切縫寬度，以此來(lái)確保等離子態(tài)氣體有更大的出口，得以順利溢出。為了保證開出的切縫能順利合并，切縫的間距不得超過(guò)光斑直徑大小，否則會(huì)出現(xiàn)切縫分離，無(wú)法合并的情況；一般等離子態(tài)氣體能順利排出的深徑比(切縫深度與切縫開口寬度的比值)最大為20:1，比如切縫深度達(dá)到0.3mm時(shí)，切縫寬度最小20um，否則加工效率會(huì)直線下降；其次，對(duì)于厚度在0.3mm以下的材料均可采用一道切割縫隙完成打孔作業(yè)；當(dāng)厚度達(dá)到0.4mm，一般需要兩道切割縫隙來(lái)完成；當(dāng)厚度達(dá)到0.5mm，則需要4道切割縫隙；當(dāng)厚度達(dá)到0.6mm，則需要6道切割縫隙，然而每增加一道切割縫隙，都需要額外的激光來(lái)做加工，導(dǎo)致加工效率呈幾何倍數(shù)降低；另外，激光切割的切縫從剖面上觀察是個(gè)v字形槽，v形槽的頂部寬度約等于切縫開口寬度，v形槽的底部寬度無(wú)限趨近于0，難以實(shí)現(xiàn)材料形貌尺寸的一致性；對(duì)于激光打孔工藝來(lái)說(shuō)，加工出孔的錐度明顯增加；對(duì)于激光切割工藝來(lái)說(shuō)，切割件的斜率也會(huì)明顯增加。因此，加工效率低，打孔的孔錐度大，切割的斜率高，這是困擾高厚度非金屬材料激光切割、打孔等加工工藝的難題，常規(guī)單向加工工藝無(wú)法解決該問題，急需一種新加工方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種雙向激光加工的工藝來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中非金屬材料激光切割打孔時(shí)加工效率低，打孔的孔錐度大，切割的斜率高等問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種雙向激光加工的工藝，包括以下步驟：

4、步驟一、將待加工物件吸附到垂直的吸附平臺(tái)上；

5、其中，吸附平臺(tái)在需要打孔的位置提前開好通槽，確保不阻礙激光行進(jìn)方向；

6、步驟二、兩束激光從兩個(gè)相對(duì)的方向同時(shí)加工，至兩束激光在加工物件中心位置匯合；

7、步驟三、兩束激光匯合后，關(guān)閉其中一束激光，由另外一束激光對(duì)孔壁進(jìn)行修整。

8、優(yōu)選地，兩束激光的光路通過(guò)光路系統(tǒng)控制，所述光路系統(tǒng)包括激光器、分光鏡、1/2玻片、反射鏡、eom和振鏡；

9、在利用激光對(duì)待加工物件進(jìn)行切割或者打孔時(shí)，通過(guò)激光器發(fā)射激光光束，通過(guò)分光鏡將激光光束分為兩道，分別為p偏振光和s偏振光，其中p偏振光依次經(jīng)過(guò)eom和振鏡，投射在待加工物件的一側(cè)，s偏振光先經(jīng)過(guò)1/2玻片轉(zhuǎn)化為p偏振光，再依次經(jīng)過(guò)eom和振鏡，投射在待加工物件的另一側(cè)；

10、其中，eom能夠控制p偏振光的強(qiáng)弱和開關(guān)，振鏡能夠使激光能夠按設(shè)定路線行進(jìn)。

11、優(yōu)選地，兩束激光的加工過(guò)程中，還設(shè)置有激光控制系統(tǒng)、工裝集塵系統(tǒng)和精度校準(zhǔn)系統(tǒng)。

12、優(yōu)選地，所述激光控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

13、兩束激光由光路系統(tǒng)進(jìn)行控制，在移動(dòng)到待加工物件的加工位置之前，都不出光；

14、移動(dòng)到待加工物件的加工位置后，同時(shí)出光，相向加工；兩束激光在待加工物件的加工位置中心位置匯合之前，其中的一束激光停止出光，待移至下一個(gè)加工位置出光進(jìn)行提前加工；

15、另外一束激光繼續(xù)加工當(dāng)前區(qū)域，修飾孔壁效果；

16、在修飾孔壁完成后，移至下一個(gè)加工位置，與進(jìn)行提前加工的激光進(jìn)行相向共同加工，依次類推。

17、優(yōu)選地，所述工裝集塵系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

18、將待加工部件吸附在垂直吸附平臺(tái)上，兩束激光設(shè)置在待加工部件的左右兩側(cè)，從待加工部件的左右兩側(cè)相向照射，在光路系統(tǒng)附近增加集塵裝備，收集粉塵。

19、優(yōu)選地，所述精度校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

20、步驟(1)將一張薄的玻璃鏡片貼附到垂直的吸附平臺(tái)上；

21、步驟(2)在玻璃鏡片一側(cè)的指定坐標(biāo)位置，使用第一束激光，加工出光刻標(biāo)識(shí)(圓形或十字形的圖形陣列)；

22、步驟(3)在玻璃鏡片另一側(cè)的指定坐標(biāo)位置，使用第二束激光，加工出光刻標(biāo)識(shí)(圓形或十字形的圖形陣列)；

23、步驟(4)利用玻璃的透光特性，使用相機(jī)識(shí)別出兩組圖形陣列的偏差，得出不同坐標(biāo)位置上的兩組光學(xué)系統(tǒng)精度偏差值(δx11、δy11)、(δx12、δy12)，依次類推；

24、步驟(5)將偏差值補(bǔ)償?shù)郊す獾恼耒R控制系統(tǒng)中去，從而實(shí)現(xiàn)兩束激光加工精度方面的高度同步。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

26、相較于常規(guī)的單向激光加工，雙向激光加工方式在厚度較大材料的切割或打孔方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；

27、通過(guò)激光雙向加工的方式，成倍提高切割或打孔的加工效率，成倍降低錐度或斜率；

28、通過(guò)雙向激光的垂直度調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)高度靈活的異形孔加工。

技術(shù)特征：

1.一種雙向激光加工的工藝，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向激光加工的工藝，其特征在于，兩束激光的光路通過(guò)光路系統(tǒng)控制，所述光路系統(tǒng)包括激光器、分光鏡、1/2玻片、反射鏡、eom和振鏡；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向激光加工的工藝，其特征在于，兩束激光的加工過(guò)程中，還設(shè)置有激光控制系統(tǒng)、工裝集塵系統(tǒng)和精度校準(zhǔn)系統(tǒng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙向激光加工的工藝，其特征在于，所述激光控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙向激光加工的工藝，其特征在于，所述工裝集塵系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙向激光加工的工藝，其特征在于，所述精度校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于非金屬材料的激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙向激光加工的工藝。相較于常規(guī)的單向激光加工，雙向激光加工方式在厚度較大材料的打孔方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有效率更高、切割位置錐度更小、激光垂直度可控的特點(diǎn)，在激光打孔方面，可以加工出多種剖面形貌的孔。

技術(shù)研發(fā)人員：趙景平,韓植,王一璋,鐘建榮,宋文棟,邵明磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京藍(lán)牧激光科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6