CN107052596B - 纯金属或合金产品微孔加工方法 - Google Patents
纯金属或合金产品微孔加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107052596B CN107052596B CN201710439036.3A CN201710439036A CN107052596B CN 107052596 B CN107052596 B CN 107052596B CN 201710439036 A CN201710439036 A CN 201710439036A CN 107052596 B CN107052596 B CN 107052596B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- laser pulse
- laser beam
- spot
- pure metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 101
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 101
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 38
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 9
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 15
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 7
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 description 1
- 206010021033 Hypomenorrhoea Diseases 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
- B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
- B23K26/0734—Shaping the laser spot into an annular shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
- B23K26/389—Removing material by boring or cutting by boring of fluid openings, e.g. nozzles, jets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
- B23K2103/05—Stainless steel
Abstract
本发明提供了一种纯金属或合金产品微孔加工方法，涉及微孔加工领域。该纯金属或合金产品加工方法实现了减少了初次等离子体的排放时间以及初次等离子体排放过程中的残留物，提高了微孔的孔壁的光滑程度，加深了对微孔的打孔极限深度；分两次进行小能量脉冲激光实现能量注入，比相同总能量的单次大能量脉冲激光更有利于微孔口径尺寸的减小，同时降低了产生裂纹的可能性，并且聚焦后的第二激光束的环形光斑的中心环线的直径与聚焦后的第一激光束形成的高斯光斑的中心环线的直径之比大于1，可提高激光能量的注入效率。
Description
技术领域
本发明涉及微孔加工领域，具体而言，涉及一种纯金属或合金产品微孔加工方法。
背景技术
在金属及合金材料的微孔加工领域，激光微深孔加工技术被广泛应涡轮叶片、油泵、油嘴、滤网、喷丝板、水刀、模具、医疗用具、钟表零件、印制电路板等微孔加工领域。飞秒激光自从20世纪80年代诞生以来，各种超短激光脉冲特别是飞秒脉冲激光被广泛应物理、化学、机械及生物等学科。激光波长覆盖几乎红外到极紫外波段，脉冲宽度也减小到几个光周期。由于飞秒激光的加工机理不同于以往的长脉冲激光加工，能够在极短的时间内(通常～100fs)将其全部能量注入到很小的作用区域(通常10～100um2量级)，瞬间的高能量密度沉积将使电子的吸收和运动方式发生变化，可以避免激光线性吸收、能量转移和扩散过程等的影响，从而在根本上改变了激光与物质相互作用的机制；再加上材料的阈值特性，使得加工区域远小于激光作用区域，加工尺寸可以突破衍射极限等，使其加工方式成为具有超高精度、超高空间分辨率和加工材料范围的无选择性。
现有技术中的飞秒激光微孔加工，由于受到临界等离子体屏蔽的影响，其小孔极限深度通常都在300um以内，极限深度不够深，烧蚀孔径均在100um以上，烧蚀孔径较大，重铸层厚度厚、厚裂纹较多并且超短激光脉冲能量利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯金属或合金产品微孔加工方法，其旨在改善上述的问题。
本发明实施例提供了一种纯金属或合金产品微孔加工方法，所述纯金属或合金产品微孔加工方法的步骤包括：
利用一超短激光脉冲发生器产生超短激光脉冲，并将超短激光脉冲输出至一激光状态调整装置；
利用所述激光状态调整装置调节所述超短激光脉冲发生器输入的超短激光脉冲包含的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至一高斯激光脉冲生成装置、一环形激光脉冲生成装置，其中，第一激光束、第二激光束单位时间的光脉冲的个数为预设定的阈值；
利用所述高斯激光脉冲生成装置调节第一激光束的功率，并准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，然后将调节后的第一激光束进行延迟从而生成高斯激光脉冲，并输出至所述激光脉冲合成装置；且所述高斯激光脉冲生成装置所构成的光臂与所述环形激光脉冲生成装置所述构成的光臂的光程差在预设定的阈值范围内；
利用所述环形激光脉冲生成装置调节第二激光束的功率，并准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，然后将调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲，再对环形激光脉冲进行预聚焦，并输出至一激光脉冲合成装置；
利用所述激光脉冲合成装置将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲进行聚焦，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品。
进一步地，所述激光状态调整装置包括可变孔径光阑、光学快门、第一控制终端以及分光棱镜，所述第一控制终端与所述光学快门电连接，利用所述激光状态调整装置调节所述超短激光脉冲发生器输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至一高斯激光脉冲生成装置、一环形激光脉冲生成装置的步骤包括：
利用所述可变孔径光阑调节所述超短激光脉冲发生器输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分别输出至所述光学快门；
利用所述第一控制终端控制所述光学快门每隔预设定的时间开启，从而将单位时间输入所述分光棱镜的光脉冲的个数控制为预设定的阈值；
利用所述分光棱镜将通过所述光学快门的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至所述高斯激光脉冲生成装置、所述环形激光脉冲生成装置。
进一步地，所述激光状态调整装置包括可变孔径光阑以及分光棱镜，
所述将超短激光脉冲输出至一激光状态调整装置的步骤包括：将飞秒超短激光脉冲输出至所述可变孔径光阑，其中，所述超短激光脉冲单位时间输入所述可变孔径光阑的光脉冲的个数控制为预设定的阈值；
利用所述激光状态调整装置调节所述超短激光脉冲发生器输入的超短激光脉冲包含的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至一高斯激光脉冲生成装置、一环形激光脉冲生成装置的步骤包括：
利用所述可变孔径光阑调节所述超短激光脉冲发生器输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并调节后的激光脉冲输出至所述分光棱镜；
利用所述分光棱镜调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至所述高斯激光脉冲生成装置、所述环形激光脉冲生成装置。
进一步地，所述高斯激光脉冲生成装置包括第一光能量控制组件、第一望远镜组件、第二控制终端、第一三维微位移驱动平台、直角棱镜，所述第二控制终端与所述第一三维微位移驱动平台电连接，所述直角棱镜安装于所述第一三维微位移驱动平台，利用所述高斯激光脉冲生成装置调节第一激光束的功率，并准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，然后将调节后的第一激光束进行延迟从而生成高斯激光脉冲，并输出至所述激光脉冲合成装置；且所述高斯激光脉冲生成装置所构成的光臂与所述环形激光脉冲生成装置所述构成的光臂的光程差在预设定的阈值范围内的步骤包括：
利用所述第一光能量控制组件接收所述激光状态调整装置输入的第一激光束并调节第一激光束的功率，并将第一激光束输出至所述第一望远镜组件；
利用所述第一望远镜组件准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，并调节后的第一激光束输出至所述直角棱镜；
利用所述第二控制终端控制所述第一三维微位移驱动平台带动所述直角棱镜发生位移，以使调节后的第一激光束延迟预设定的时间并生成高斯激光脉冲，并将延迟后的第一激光束输出至所述激光脉冲合成装置。
进一步地，所述环形激光脉冲生成装置包括第二光能量控制组件、第二望远镜组件、环形激光脉冲调制组件以及一维凸透镜，利用所述环形激光脉冲生成装置调节第二激光束的功率，并准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，然后将调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲，再对环形激光脉冲进行预聚焦，并输出至一激光脉冲合成装置的步骤包括：
利用所述第二光能量控制组件接收所述激光状态调整装置输入的第二激光束并调节第二激光束的功率，并将第二激光束输出至所述第二望远镜组件；
利用所述第二望远镜组件准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，并调节后的第二激光束输出至所述环形激光脉冲调制组件；
利用所述环形激光脉冲调制组件调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲；
利用所述一维凸透镜对环形激光脉冲进行预聚焦，并将预聚焦后的环形激光脉冲输出至所述激光脉冲合成装置。
进一步地，所述环形激光脉冲生成装置还包括第三控制终端以及第一空间光调制器，所述第三控制终端与所述第一空间光调制器电连接，在所述第二光能量控制组件将第二激光束输出至所述第二望远镜组件之前，所述纯金属或合金产品微孔加工方法还包括：
利用所述第一空间光调制器接收所述第二光能量控制组件输入的第二激光束；
利用所述第三控制终端控制所述第一空间光调制器对第二激光束进行调制以使第二激光束的能量分布均匀化；
利用所述第一空间光调制器将调制后的第二激光束输出至所述第二望远镜组件。
进一步地，所述环形激光脉冲调制组件为锥镜，且所述第二激光束垂直于所述锥镜的平面的表面输出、所述环形激光脉冲生成装置构成的光臂的光轴与所述锥镜的光轴重合；
或所述环形激光脉冲调制组件为第二空间光调制器，所述第三控制终端用于控制所述第二空间光调制器将所述第二激光束调制为环形激光脉冲。
进一步地，所述激光脉冲合成装置包括合光棱镜、激光功率计以及长焦显微物镜，利用所述激光脉冲合成装置将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲进行聚焦、，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品的步骤包括：
利用所述合光棱镜将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲输出至激光功率计；
利用所述激光功率计检测混合超短激光脉冲的功率；
利用所述长焦显微物镜接收透过激光功率计的混合超短激光脉冲，并对混合超短激光脉冲进行聚焦，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品。
进一步地，在利用所述激光脉冲合成装置将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲进行聚焦从而生成混合超短激光脉冲，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品的步骤之后，所述纯金属或合金产品微孔加工方法还包括：
利用一光斑成像检测与调整装置采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像，并依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则调整聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度至预设定的第一长度阈值且环形光斑至预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度至预设定的第二长度阈值且高斯光斑至预设定的第二焦点位置。
进一步地，所述光斑成像检测与调整装置包括图像采集模块、第四控制终端、第二三维微位移驱动平台，所述第四控制终端分别与所述图像采集模块、所述第二三维微位移驱动平台电连接，所述利用一光斑成像检测与调整装置采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像，并依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则调整聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度至预设定的第一长度阈值且环形光斑至预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度至预设定的第二长度阈值且高斯光斑至预设定的第二焦点位置的步骤包括：
利用所述图像采集模块采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像；
利用所述第四控制终端依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则控制所述第二三维微位移驱动平台移动以使聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度为预设定的第一长度阈值且环形光斑在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度为预设定的第二长度阈值且高斯光斑在预设定的第二焦点位置。
本发明提供的纯金属或合金产品微孔加工方法的有益效果是：当混合超短激光脉冲按所述延迟时间垂直输出至所述纯金属或合金产品的待检测表面时，能够将更多的能量注入到在待检测表面形成的微孔底部，在微孔底部位可产生二次等离子体，这样有利于微孔的加深，从而提高了孔深达到所需的极限深度或深度要求；第一激光束首先到达待检测表面注入能量产生初次等离子体，在初次等离子体产生以后且在初次等离子体消失以前这段时间内，此时延迟的第二激光束到达待检测表面，此时环形超短激光脉冲穿透和越过初次等离子体实现二次能量注入并在微孔底部产生二次等离子体，通过延迟的环形超短激光脉冲来注入能量，中间的空心区域更有利于初次等离子体排出通道的形成；局域化的二次等离子体产生的后向冲击波能加速初次等离子体的快速排放，减少了初次等离子体的排放时间，减少了初次等离子体排放过程中的残留物，提高了孔壁的光滑程度，局域化的二次等离子体产生的前向冲击波能进一步加深微孔深度；分两次小能量脉冲激光实现能量注入比相同总能量下单次大能量脉冲激光更有利于微孔口径尺寸的减小，同时降低了产生裂纹的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1、图2为本发明实施例提供的纯金属或合金产品微孔加工方法的流程图。
图3为本发明实施例提供的纯金属或合金产品微孔加工系统的结构框图；
图4为本发明实施例提供的激光状态调整装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的步骤S102的子步骤的流程图；
图6为本发明实施例提供的高斯激光脉冲激光生成装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的步骤S103的子步骤的流程图；
图8为本发明实施例提供的环形激光脉冲生成装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的步骤S104的子步骤的流程图；
图10为本发明实施例提供的激光脉冲合成装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的步骤S105的子步骤的流程图
图12为本发明实施例提供的光斑成像检测与调整装置的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的纯金属或合金产品微孔加工方法的工作原理示意图。
图标：101-超短激光脉冲发生器；102-激光状态调整装置；103-高斯激光脉冲生成装置；104-环形激光脉冲生成装置；105-激光脉冲合成装置；106-光斑成像检测与调整装置；107-可变孔径光阑；108-光学快门；109-第一控制终端；110-分光棱镜；111-第一光能量控制组件；112-第一望远镜组件；113-第二控制终端；114-第一三维微位移驱动平台；115-直角棱镜；116-第二光能量控制组件；117-第二望远镜组件；118-环形激光脉冲调制组件；119-一维凸透镜；120-长焦点显微物镜；121-第一空间光调制器；122-图像采集模块；123-第四控制终端；124-第二三维微位移驱动平台；125-介质反射镜；126-不锈钢板；127-微孔中心轴线；128-前向冲击波；129-后向冲击波；130-二次等离子体；131-欠密等离子体区域；132-环形激光脉冲；133-临界密度表面；134-稠密等离子体区域；135-高斯激光脉冲；136-合光棱镜；137-激光功率计；138-第三控制终端。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例
请参阅图1、图2，本发明实施例一种纯金属或合金产品微孔加工方法，应一纯金属或合金产品加工系统。如图3所示，该纯金属或合金产品加工系统包括超短激光脉冲发生器101、激光状态调整装置102、高斯激光脉冲生成装置103、环形激光脉冲生成装置104以及激光脉冲合成装置105。所述纯金属或合金产品微孔加工方法包括：
步骤S101：利用超短激光脉冲发生器101产生超短激光脉冲，并将超短激光脉冲输出至激光状态调整装置102。
其中，本实施例中，飞秒超短激光脉冲的各项参数为：中心波长800nm，激光线宽40nm，激光脉冲宽度120fs，重复频率1kHz，输出功率1W，功率抖动小于5％，激光偏振方向为水平偏振状态。
步骤S102：利用激光状态调整装置102调节超短激光脉冲发生器101输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至高斯激光脉冲生成装置103、环形激光脉冲生成装置104，其中，第一激光束、第二激光束单位时间的光脉冲的个数为预设定的阈值。
具体地，如图4所示，本实施例中，激光状态调整装置102包括可变孔径光阑107、光学快门108、第一控制终端109以及分光棱镜110，第一控制终端109与光学快门108电连接。如图5所示，步骤S102具体包括：
步骤S1021：利用可变孔径光阑107调节超短激光脉冲发生器101输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲输出至光学快门108。在本实施例中可变孔径光阑107的孔径设置为10mm。
步骤S1022：利用第一控制终端109控制光学快门108每隔预设定的时间开启，从而将单位时间输入分光棱镜110的光脉冲的个数控制为预设定的阈值。本实施例中，脉冲个数设置在10个脉冲以上连续可调，快门3的开关响应时间为1/10000s。
步骤S1023：利用分光棱镜110将通过光学快门108的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至高斯激光脉冲生成装置103、环形激光脉冲生成装置104。本实施例中，分光棱镜110的波长为800nm波长的分光棱镜110，将一束波长为800nm的激光分为等能量的两束800nm激光。
作为另外一种实施例方式，激光状态调整装置102也可以仅包括可变孔径光阑107以及分光棱镜110，此时，步骤S101包括利用超短激光脉冲发生器101产生飞秒超短激光脉冲，并将飞秒超短激光脉冲输出至可变孔径光阑107，其中，飞秒超短激光脉冲单位时间输入可变孔径光阑107的光脉冲的个数控制为预设定的阈值。
步骤S102还可以包括利用可变孔径光阑107调节超短激光脉冲发生器101输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并调节后的激光脉冲输出至分光棱镜110；利用分光棱镜110调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至高斯激光脉冲生成装置103、环形激光脉冲生成装置104。
步骤S103：利用高斯激光脉冲生成装置103调节第一激光束的功率，并准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，然后将调节后的第一激光束进行延迟从而生成高斯激光脉冲，并输出至激光脉冲合成装置105。
具体地，如图6所示，本实施例中，高斯激光脉冲生成装置103包括第一光能量控制组件111、第一望远镜组件112、第二控制终端113、第一三维微位移驱动平台114、直角棱镜115，第二控制终端113与第一三维微位移驱动平台114电连接，直角棱镜115安装于第一三维微位移驱动平台114。如图7所示，步骤S103包括：
步骤S1031：利用第一光能量控制组件111接收分光棱镜110输入的第一激光束并调节第一激光束的功率，并将第一激光束输出至第一望远镜组件112。
步骤S1032：利用第一望远镜组件112准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，并调节后的第一激光束输出至直角棱镜115。
步骤S1033：利用第二控制终端113控制第一三维微位移驱动平台114带动直角棱镜115发生位移，以使调节后的第一激光束延迟预设定的时间并生成高斯激光脉冲，并将延迟后的第一激光束输出至激光脉冲合成装置105。
具体地，本实施例中，第一能量控制组件为中性密度滤镜组与可变光衰减片的集合，当然地，第一能量控制组件还可以为半波片与偏振片组合或可变光衰减器，在此不做限制；第一望远镜组件112包括凸透镜和凹透镜，凸透镜焦距为400mm，凹透镜焦距为负200mm，凸透镜和凹透镜的右侧焦点重合构成第一望远镜组件112，第一三维微位移驱动平台114的调节范围为±25mm，调整精度为1um；在直角棱镜115反射光束路径上放置有一个800nm介质反射镜125，将第一激光束反射入激光脉冲合成装置105。
步骤S104：利用环形激光脉冲生成装置104调节第二激光束的功率，并准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，然后将调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲，再对环形激光脉冲进行预聚焦，并输出至激光脉冲合成装置105。
具体地，如图8所示，本实施例中，环形激光脉冲生成装置104包括第二光能量控制组件116、第二望远镜组件117、环形激光脉冲调制组件118以及一维凸透镜119。如图9所示，步骤S104包括：
步骤S1041：利用第二光能量控制组件116接收分光棱镜110输入的第二激光束并调节第二激光束的功率，并将第二激光束输出至第二望远镜组件117。
步骤S1042：利用第二望远镜组件117准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，并调节后的第二激光束输出至环形激光脉冲调制组件118。
步骤S1043：利用环形激光脉冲调制组件118调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲。
步骤S1044：利用一维凸透镜119对环形激光脉冲进行预聚焦，并将预聚焦后的环形激光脉冲输出至激光脉冲合成装置105。
本实施例中，第二光能量控制组件为中性密度滤镜组与可变光衰减片的集合，当然地，第二光能量控制组件还可以为半波片与偏振片组合或可变光衰减器，在此不做限制；第二望远镜组件117也包括凸透镜和凹透镜，凸透镜焦距为400mm，凹透镜焦距为负200mm，凸透镜和凹透镜的右侧焦点重合构成第二望远镜组件117；环形激光脉冲调制组件118采用锥镜，锥镜安装于一个手动调节的二维微位移驱动平台，且第二激光束垂直于锥镜的平面的表面输出、环形激光脉冲生成装置104构成的光臂的光轴与锥镜的光轴重合；当然地，环形激光脉冲调制组件118还可以采用第二空间光调制器，此时，第二控制终端113用于控制第一空间光调制器121将第二激光束调制为环形激光脉冲。二维微位移驱动平台沿x和y轴方向位移精度为5um/step，锥镜的锥顶角为179度，环形激光脉冲生成装置104还包括有两个介质反射镜125，两个介质反射镜125将第二激光束从锥镜反射入一维凸透镜119，一维凸透镜119的焦距为400mm，且一维凸透镜119安装于固定在一个手动的一维微位移运动平台，一维微位移运动运动平台沿光的传播方向调节范围为±25mm，调整精度为1um。
较佳地，环形激光脉冲生成装置104还包括第三控制终端138以及第一空间光调制器121，第三控制终端138与第一空间光调制器121电连接。第一空间光调制器121接收第二光能量控制组件116输入的第二激光束；第三控制终端138控制第一空间光调制器121对第二激光束进行调制以使第二激光束的能量分布均匀化；第一空间光调制器121还将调制后的第二激光束输出至第二望远镜组件117。
高斯激光脉冲生成装置103所构成的光臂与环形激光脉冲生成装置104构成的光臂的光程差在预设定的阈值范围内，本实施例中，光程差为36μm；第二激光束包含的激光脉冲相对于第一激光束包含的激光脉冲的时间延时为120fs，其中，延时零点由干涉条纹确定。
步骤S105：利用激光脉冲合成装置105将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲进行聚焦，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品，且聚焦后的第二激光束的环形光斑的中心环线的直径与聚焦后的第一激光束形成的高斯光斑的中心环线的直径之比大于1。具体地，如图10所示，本实施例中，激光脉冲合成装置105包括合光棱镜136、激光功率计137以及长焦显微物镜120，如图11所示，步骤S105包括：
步骤S1051：利用合光棱镜136将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲输出至激光功率计137。
步骤S1052：利用激光功率计137检测混合超短激光脉冲的功率。其中，功率计测量精度小于1nW，测量范围大于1W，遮挡高斯激光脉冲生成装置103构成的光臂时可测量第二激光脉冲的激光功率，遮挡环形激光脉冲生成装置104构成的光臂时可测量高斯光斑的激光功率。
步骤S1053：利用长焦显微物镜120接收透过激光功率计137的激光脉冲，并对激光脉冲进行聚焦从而生成混合超短激光脉冲，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品。长焦显微物镜120安装于一个手动二维位移驱动平台，聚焦后的第二激光束的环形光斑的中心环线的直径与聚焦后的第一激光束形成的高斯光斑的中心环线的直径之比大于1，例如，聚焦后的第二激光束的环形光斑的中心环线的直径与聚焦后的第一激光束形成的高斯光斑的中心环线的直径之比为1.5，通过调整手动二维位移驱动平台和长焦显微物镜120沿z轴的位置，使得得高斯光斑焦点在环形光斑的焦点的前方50um，且环形激光脉冲的光斑直径与高斯激光脉冲的光斑直径均小于长焦显微物镜120的几何孔径。
另外，纯金属或合金产品加工系统还包括：光斑成像检测与调整装置106，所述纯金属或合金产品加工方法还包括：
步骤S106：采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像。
步骤S107：依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则执行步骤S108。
步骤S108：调整聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度至预设定的第一长度阈值且环形光斑至预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度至预设定的第二长度阈值且高斯光斑至预设定的第二焦点位置。
具体地，如图12所示，光斑成像检测与调整装置106包括图像采集模块122、第四控制终端123、第二三维微位移驱动平台124，第三控制终端123分别与图像采集模块122、第二三维微位移驱动平台124电连接。步骤S106包括利用图像采集模块122采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像。步骤S107包括利用第四控制终端123依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则执行步骤S108。
步骤S108包括：利用第四控制终端123控制第二三维微位移驱动平台124移动以使聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度为预设定的第一长度阈值且高斯光斑在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度为预设定的第二长度阈值且高斯光斑在预设定的第二焦点位置。
本实施例中，待检测纯金属或合金产品安装于第二三维微位移驱动平台124，通过第四控制终端123可控制第二三维微位移平台待检测纯金属或合金产品处于环形光斑的瑞利长度前端位置，以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑在预设定的第一焦点位置以及第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑在预设定的第二焦点位置。另外，图像采集装置的空间分辨率小于2um；待检测的纯金属或合金产品为304#不锈钢板126，厚度可以为0.300mm或0.400mm或0.500mm，表面粗糙度Ra<100nm。
在实施该纯金属或合金产品微孔加工方法之前对的纯金属或合金产品微孔加工系统的操作过程可以为如下：调整第一激光脉冲(即高斯激光脉冲135)、第二激光脉冲(即环形激光脉冲132)使之处于共线传输状态，即位于微孔中线轴线127，并保证高斯激光脉冲135与环形激光脉冲132的光斑中心重合并与激光中心轴线重合；再将所需打的孔的微孔中线轴线127和激光中心轴线调整至重合状态，保证不锈钢板126的待打孔区域表面垂直于激光中心轴线。
再设置高斯激光脉冲135与环形激光脉冲132的激光参数，使高斯激光脉冲135与环形激光脉冲132满足加工要求；其中，高斯激光脉冲135的激光参数包括单脉冲激光能量、脉冲宽度、脉冲重复频率、激光中心波长、焦斑大小和激光离焦量；本实施例中，高斯激光脉冲135的单脉冲激光能量小于10mJ，例如优选为0.01～1mJ；脉冲宽度(FWHM)小于10ps，例如优选但不限于为10～200fs；重复频率小于10kHz，例如优选但不限于为1kHz、2kHz；激光中心波长小于1.5μm，例如优选但不限于为1.064μm、0.8μm和0.79μm；聚焦后的焦斑直径小于25μm，例如优选但不限于为2～10μm；聚焦后的焦斑相对于不锈钢板126表面的离焦量小于±100μm，例如优选但不限于为-50μm～0μm。
环形激光脉冲132的参数包括单脉冲激光能量、脉冲宽度、脉冲重复频率、激光中心波长、焦斑大小和激光离焦量、环形激光脉冲132相对于高斯激光脉冲135的延迟时间；本实施例中，环形激光脉冲132的单脉冲激光能量小于10mJ，典型值0.01～1mJ；脉冲宽度(FWHM)小于10ps，例如优选但不限于为10～200fs；重复频率小于10kHz，例如优选但不限于为1kHz、2kHz；激光中心波长小于1.5μm，例如优选但不限于为1.064μm、0.8μm、0.79μm、0.532μm、0.4μm、0.395μm；聚焦后的焦斑圆环的内直径略小于或等于25μm，例如优选但不限于为，2～10μm，聚焦后的焦斑圆环的外直径小于50μm，例如优选但不限于为5～25μm，；聚焦后的焦斑相对于不锈钢板126表面的离焦量小于±100μm，例如优选但不限于为-25μm～0μm；环形激光脉冲132相对于高斯激光脉冲135的延迟时间小于高斯激光脉冲135所产生的等离子体寿命，延迟时间的优选但不限于为1倍～100倍的激光脉冲的脉宽。
如图13所示，该纯金属或合金产品微孔加工方法对不锈钢板126进行加工的工作原理如下：使产生的混合超短激光脉冲包含的高斯激光脉冲135辐照至不锈钢板126前表面或先前已产生的微孔内(本实施例以先前已产生的微孔内进行举例说明)，从而使得不锈钢板126的微孔产生初次等离子体，初次等离子体包括稠密等离子体、临界等离子体密度面和欠密等离子体，前表面已产生的微孔是指在使用多脉冲辐照打孔中先前辐照的脉冲已打出的微孔。混合超短激光脉冲包含的环形激光脉冲132的中心区域可避开稠密等离子体区域134的“等离子体镜”效应，减小延迟环形激光脉冲132的反射和散射能量损耗；欠密等离子体区域131可实现环形激光脉冲132的能量注入第一过程；同时基于临界密度表面133等离子体波传输特性，利用欠密等离子体与工件材料的界面可实现环形激光脉冲132的能量注入第二过程，从而可以提高环形激光脉冲132的能量注入效率，同时再次产生等离子体以及后向冲击波129，再次产生的等离子体产生的后向冲击波129加速了初次等离子体沿混合超短激光脉冲输出的反方向排出；同时利用环形激光脉冲132的中心区域打通了初次等离子体的排放通道，从而提高材料的排放效率；利用再次产生的等离子体及其产生的前向冲击波128可进一步加深微孔的深度，从而提高激光能量利用率，后续的混合超短激光脉冲重复上述过程，直至孔深达到所需的极限深度或深度要求，从而实现仅改变超短激光脉冲数的条件下所能达到的微孔深度极限。
综上所述，本发明提供的纯金属或合金产品微孔加工方法实现了当混合超短激光脉冲按延迟时间垂直输出至纯金属或合金产品的待检测表面时，能够将更多的能量注入到在待检测表面形成的微孔底部，在微孔底部位可产生二次等离子体130有利于微孔的加深，提高了孔深达到所需的极限深度要求；第一激光束首先到达待检测表面注入能量产生初次等离子体，在初次等离子体产生以后且在初次等离子体消失以前这段时间内，延迟的第二激光束到达待检测表面，此时环形激光脉冲132穿透和越过初次等离子体实现二次能量注入并在微孔底部产生二次等离子体130，通过延迟的环形激光脉冲132来注入能量，中间的空心区域更有利于初次等离子体排出通道的形成；局域化的二次等离子体130产生的后向冲击波129加速初次等离子体的快速排放，减少了初次等离子体的排放时间，也减少了初次等离子体排放过程中的残留物，提高了微孔的孔壁的光滑程度，局域化的二次等离子体130产生的前向冲击波128能进一步加深微孔深度；分两次进行小能量脉冲激光实现能量注入，比相同总能量的单次大能量脉冲激光更有利于微孔口径尺寸的减小，降低了产生裂纹的可能性，并且聚焦后的第二激光束的环形光斑的中心环线的直径与聚焦后的第一激光束形成的高斯光斑的中心环线的直径之比大于1，可提高激光能量的注入效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述纯金属或合金产品微孔加工方法的步骤包括：
利用一超短激光脉冲发生器产生超短激光脉冲，并将超短激光脉冲输出至一激光状态调整装置；
利用所述激光状态调整装置调节所述超短激光脉冲发生器输入的超短激光脉冲包含的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至一高斯激光脉冲生成装置、一环形激光脉冲生成装置，其中，第一激光束、第二激光束单位时间的光脉冲的个数为预设定的阈值；
利用所述高斯激光脉冲生成装置调节第一激光束的功率，并准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，然后将调节后的第一激光束进行延迟从而生成高斯激光脉冲，并输出至所述激光脉冲合成装置；且所述高斯激光脉冲生成装置所构成的光臂与所述环形激光脉冲生成装置所述构成的光臂的光程差在预设定的阈值范围内；
利用所述环形激光脉冲生成装置调节第二激光束的功率，并准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，然后将调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲，再对环形激光脉冲进行预聚焦，并输出至一激光脉冲合成装置；
利用所述激光脉冲合成装置将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲进行聚焦从而生成混合超短激光脉冲，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品。
2.根据权利要求1所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述激光状态调整装置包括可变孔径光阑、光学快门、第一控制终端以及分光棱镜，所述第一控制终端与所述光学快门电连接，利用所述激光状态调整装置调节所述超短激光脉冲发生器输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至一高斯激光脉冲生成装置、一环形激光脉冲生成装置的步骤包括：
利用所述可变孔径光阑调节所述超短激光脉冲发生器输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分别输出至所述光学快门；
利用所述第一控制终端控制所述光学快门每隔预设定的时间开启，从而将单位时间输入所述分光棱镜的光脉冲的个数控制为预设定的阈值；
利用所述分光棱镜将通过所述光学快门的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至所述高斯激光脉冲生成装置、所述环形激光脉冲生成装置。
3.根据权利要求1所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述激光状态调整装置包括可变孔径光阑以及分光棱镜，
所述将超短激光脉冲输出至一激光状态调整装置的步骤包括：将超短激光脉冲输出至所述可变孔径光阑，其中，所述超短激光脉冲单位时间输入所述可变孔径光阑的光脉冲的个数控制为预设定的阈值；
利用所述激光状态调整装置调节所述超短激光脉冲发生器输入的超短激光脉冲包含的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并将调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至一高斯激光脉冲生成装置、一环形激光脉冲生成装置的步骤包括：
利用所述可变孔径光阑调节所述超短激光脉冲发生器输入的光斑直径的大小至所需求的第一光斑直径值，并调节后的激光脉冲输出至所述分光棱镜；
利用所述分光棱镜调节后的超短激光脉冲分束为第一激光束与第二激光束，并将第一激光束、第二激光束分别输出至所述高斯激光脉冲生成装置、所述环形激光脉冲生成装置。
4.根据权利要求1所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述高斯激光脉冲生成装置包括第一光能量控制组件、第一望远镜组件、第二控制终端、第一三维微位移驱动平台、直角棱镜，所述第二控制终端与所述第一三维微位移驱动平台电连接，所述直角棱镜安装于所述第一三维微位移驱动平台，利用所述高斯激光脉冲生成装置调节第一激光束的功率，并准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，然后将调节后的第一激光束进行延迟从而生成高斯激光脉冲，并输出至所述激光脉冲合成装置；且所述高斯激光脉冲生成装置所构成的光臂与所述环形激光脉冲生成装置所述构成的光臂的光程差在预设定的阈值范围内的步骤包括：
利用所述第一光能量控制组件接收所述激光状态调整装置输入的第一激光束并调节第一激光束的功率，并将第一激光束输出至所述第一望远镜组件；
利用所述第一望远镜组件准直第一激光束以及调节第一激光束的光斑大小以达到所需求的第二光斑直径值，并调节后的第一激光束输出至所述直角棱镜；
利用所述第二控制终端控制所述第一三维微位移驱动平台带动所述直角棱镜发生位移，以使调节后的第一激光束延迟预设定的时间并生成高斯激光脉冲，并将延迟后的第一激光束输出至所述激光脉冲合成装置。
5.根据权利要求1所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述环形激光脉冲生成装置包括第二光能量控制组件、第二望远镜组件、环形激光脉冲调制组件以及一维凸透镜，利用所述环形激光脉冲生成装置调节第二激光束的功率，并准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，然后将调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲，再对环形激光脉冲进行预聚焦，并输出至一激光脉冲合成装置的步骤包括：
利用所述第二光能量控制组件接收所述激光状态调整装置输入的第二激光束并调节第二激光束的功率，并将第二激光束输出至所述第二望远镜组件；
利用所述第二望远镜组件准直第二激光束以及调节第二激光束的光斑大小以达到所需求的第三光斑直径值，并调节后的第二激光束输出至所述环形激光脉冲调制组件；
利用所述环形激光脉冲调制组件调节后的第二激光束调整为环形激光脉冲；
利用所述一维凸透镜对环形激光脉冲进行预聚焦，并将预聚焦后的环形激光脉冲输出至所述激光脉冲合成装置。
6.根据权利要求5所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述环形激光脉冲生成装置还包括第三控制终端以及第一空间光调制器，所述第三控制终端与所述第一空间光调制器电连接，在所述第二光能量控制组件将第二激光束输出至所述第二望远镜组件之前，所述纯金属或合金产品微孔加工方法还包括：
利用所述第一空间光调制器接收所述第二光能量控制组件输入的第二激光束；
利用所述第三控制终端控制所述第一空间光调制器对第二激光束进行调制以使第二激光束的能量分布均匀化；
利用所述第一空间光调制器将调制后的第二激光束输出至所述第二望远镜组件。
7.根据权利要求6所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述环形激光脉冲调制组件为锥镜，且所述第二激光束垂直于所述锥镜的平面的表面输出、所述环形激光脉冲生成装置构成的光臂的光轴与所述锥镜的光轴重合；
或所述环形激光脉冲调制组件为第二空间光调制器，所述第三控制终端用于控制所述第二空间光调制器将所述第二激光束调制为环形激光脉冲。
8.根据权利要求1所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述激光脉冲合成装置包括合光棱镜、激光功率计以及长焦显微物镜，利用所述激光脉冲合成装置将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲进行聚焦，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品的步骤包括：
利用所述合光棱镜将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲输出至激光功率计；
利用所述激光功率计检测混合超短激光脉冲的功率；
利用所述长焦显微物镜接收透过激光功率计的混合超短激光脉冲，并对混合超短激光脉冲进行聚焦，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品。
9.根据权利要求1所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，在利用所述激光脉冲合成装置将高斯激光脉冲、环形激光脉冲进行合束生成混合超短激光脉冲，并将混合超短激光脉冲进行聚焦从而生成混合超短激光脉冲，并将聚焦后的混合超短激光脉冲打到一待检测的纯金属或合金产品的步骤之后，所述纯金属或合金产品微孔加工方法还包括：
利用一光斑成像检测与调整装置采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像，并依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则调整聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度至预设定的第一长度阈值且环形光斑至预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度至预设定的第二长度阈值且高斯光斑至预设定的第二焦点位置。
10.根据权利要求9所述的纯金属或合金产品微孔加工方法，其特征在于，所述光斑成像检测与调整装置包括图像采集模块、第四控制终端、第二三维微位移驱动平台，所述第四控制终端分别与所述图像采集模块、所述第二三维微位移驱动平台电连接，利用一所述光斑成像检测与调整装置采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像，并依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则调整聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度至预设定的第一长度阈值且环形光斑至预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度至预设定的第二长度阈值且高斯光斑至预设定的第二焦点位置的步骤包括：
利用所述图像采集模块采集混合超短激光脉冲在纯金属或合金产品表面形成的光斑在纯金属或合金产品的待检测表面所处平面的图像；
利用所述第四控制终端依据采集到的图像判断聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度是否为预设定的第一长度阈值且环形光斑是否在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度是否为预设定的第二长度阈值且高斯光斑是否在预设定的第二焦点位置，如果否，则控制所述第二三维微位移驱动平台移动以使聚焦后的第二激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的环形光斑的瑞利长度为预设定的第一长度阈值且环形光斑在预设定的第一焦点位置以及第一激光束在纯金属或合金产品的待检测表面的高斯光斑的瑞利长度为预设定的第二长度阈值且高斯光斑在预设定的第二焦点位置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710439036.3A CN107052596B (zh) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | 纯金属或合金产品微孔加工方法 |
| US15/966,082 US10850349B2 (en) | 2017-06-12 | 2018-04-30 | Method for machining micro-holes in metal or alloy product |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710439036.3A CN107052596B (zh) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | 纯金属或合金产品微孔加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107052596A CN107052596A (zh) | 2017-08-18 |
| CN107052596B true CN107052596B (zh) | 2019-04-30 |
Family
ID=59594389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710439036.3A Expired - Fee Related CN107052596B (zh) | 2017-06-12 | 2017-06-12 | 纯金属或合金产品微孔加工方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10850349B2 (zh) |
| CN (1) | CN107052596B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109648193A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-19 | 西安中科微精光子制造科技有限公司 | 一种激光冲孔装置及方法 |
| US11043239B2 (en) * | 2019-03-20 | 2021-06-22 | Kla Corporation | Magneto-optic Kerr effect metrology systems |
| CN114074231A (zh) * | 2020-08-11 | 2022-02-22 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种微孔激光加工方法及激光加工设备 |
| CN113020820B (zh) * | 2021-03-24 | 2022-01-28 | 中南大学 | 一种分段式回转扫描微孔阵列加工方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10186240A (ja) * | 1996-12-19 | 1998-07-14 | Bunshi Bio Photonics Kenkyusho:Kk | 暗視野落射顕微鏡装置 |
| US6809291B1 (en) * | 2002-08-30 | 2004-10-26 | Southeastern Universities Research Assn., Inc. | Process for laser machining and surface treatment |
| CN103878496A (zh) * | 2014-04-15 | 2014-06-25 | 北京理工大学 | 一种飞秒激光高效率加工大深径比高质量微孔的方法 |
| CN103972780A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-06 | 上海理工大学 | 一种通过可调光阑快速找到激光脉冲时域重合位置的方法 |
| CN204504504U (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-29 | 温州职业技术学院 | 一种基于锥透镜的激光打孔加工头 |
| CN104889576A (zh) * | 2015-06-26 | 2015-09-09 | 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所 | 一种高深径比微孔的制备方法及制备装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3419321A (en) * | 1966-02-24 | 1968-12-31 | Lear Siegler Inc | Laser optical apparatus for cutting holes |
| JP5160372B2 (ja) | 2008-10-17 | 2013-03-13 | オリンパス株式会社 | レーザ顕微鏡装置 |
| WO2011115243A1 (ja) | 2010-03-16 | 2011-09-22 | アイシン精機株式会社 | パルスレーザ装置、透明部材溶接方法及び透明部材溶接装置 |
| PL2567202T3 (pl) * | 2010-03-23 | 2023-04-17 | Ophir Optronics Solutions Ltd. | Aparat do monitorowania lasera poprzez rozpraszanie wiązki |
| CN103862168B (zh) * | 2014-03-24 | 2016-03-30 | 北京工业大学 | 飞秒激光三维微加工的紧聚焦光斑能量优化方法及装置 |
| CN204209284U (zh) | 2014-09-11 | 2015-03-18 | 深圳英诺激光科技有限公司 | 一种硬质材料激光深加工设备 |
| CN105591280A (zh) | 2014-11-17 | 2016-05-18 | 南京诺派激光技术有限公司 | 一种超短脉冲激光产生装置和方法 |
| CN206169491U (zh) | 2016-11-02 | 2017-05-17 | 国神光电科技（上海）有限公司 | 一种激光划片的系统 |
| EP3382826A1 (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-03 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH | Method and device for creating a phase modulated ultrashort laser pulse |
-
2017
- 2017-06-12 CN CN201710439036.3A patent/CN107052596B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2018
- 2018-04-30 US US15/966,082 patent/US10850349B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10186240A (ja) * | 1996-12-19 | 1998-07-14 | Bunshi Bio Photonics Kenkyusho:Kk | 暗視野落射顕微鏡装置 |
| US6809291B1 (en) * | 2002-08-30 | 2004-10-26 | Southeastern Universities Research Assn., Inc. | Process for laser machining and surface treatment |
| CN103878496A (zh) * | 2014-04-15 | 2014-06-25 | 北京理工大学 | 一种飞秒激光高效率加工大深径比高质量微孔的方法 |
| CN103972780A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-06 | 上海理工大学 | 一种通过可调光阑快速找到激光脉冲时域重合位置的方法 |
| CN204504504U (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-29 | 温州职业技术学院 | 一种基于锥透镜的激光打孔加工头 |
| CN104889576A (zh) * | 2015-06-26 | 2015-09-09 | 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所 | 一种高深径比微孔的制备方法及制备装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20180354068A1 (en) | 2018-12-13 |
| CN107052596A (zh) | 2017-08-18 |
| US10850349B2 (en) | 2020-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107052596B (zh) | 纯金属或合金产品微孔加工方法 | |
| CN107030403B (zh) | 纯金属或合金产品微孔加工系统 | |
| CN206811328U (zh) | 金属或合金产品微孔加工系统 | |
| Durfee III et al. | Development of a plasma waveguide for high-intensity laser pulses | |
| EP3037246A2 (en) | Composite beam generator and powder melting or sintering method using the same | |
| KR20100136473A (ko) | 가우스 펄스를 이용하여 구멍을 레이저 드릴링하기 위한 방법 및 장치 | |
| KR101004497B1 (ko) | 낮은 흡광 물질로 구성된 소재 내로 방사 에너지를 유도하기 위한 빔 형성 유닛을 포함하는 장치 | |
| CN103613278B (zh) | 一种基于电子动态调控的飞秒激光刻蚀玻璃的方法 | |
| CN106457467A (zh) | 具有叶片、掩模和透镜系统的用于飞秒和皮秒激光束的掩模投射的设备 | |
| CN104690432B (zh) | 一种精密激光切割及微孔加工装置 | |
| KR102327735B1 (ko) | 레이저 가공장치 및 그 가공방법 | |
| CN101811227A (zh) | 一种激光打孔方法和装置 | |
| KR101962300B1 (ko) | 유체 제트를 발생시키기 위한 방법 및 장치와 제트를 플라즈마로 변환하기 위한 시스템 및 상기 시스템의 용도 | |
| CN104889576A (zh) | 一种高深径比微孔的制备方法及制备装置 | |
| An et al. | Experimental investigation of the shock loss and temporal evolution of hot plume resulting from dual-pulse laser-induced breakdown in quiescent air | |
| KR20160010041A (ko) | 레이저 회절빔의 필라멘테이션을 이용한 취성 소재 가공 방법 및 이를 위한 레이저 가공 장치 | |
| KR20230112153A (ko) | 고에너지 유리 절단 | |
| Jeong et al. | Drilling of sub-100 μm hourglass-shaped holes in diamond with femtosecond laser pulses | |
| CN111098043A (zh) | 水导激光加工装置和加工系统 | |
| US20200039005A1 (en) | Device and method for laser-based separation of a transparent, brittle workpiece | |
| Heins et al. | Shock-induced concentric rings in femtosecond laser ablation of glass | |
| CN109967896A (zh) | 短脉冲激光诱导超声水流等离子体超精细切割装置及方法 | |
| KR20160001818U (ko) | 레이저 회절빔의 필라멘테이션을 이용한 취성 소재 가공을 위한 레이저 가공 장치 | |
| US11576251B2 (en) | Reflective optical system | |
| KR101736693B1 (ko) | 레이저 회절빔의 필라멘테이션을 이용한 취성 소재 가공 방법 및 이를 위한 레이저 가공 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190430 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |