CN111843246B - 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法 - Google Patents

一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111843246B
CN111843246B CN202010777322.2A CN202010777322A CN111843246B CN 111843246 B CN111843246 B CN 111843246B CN 202010777322 A CN202010777322 A CN 202010777322A CN 111843246 B CN111843246 B CN 111843246B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
dimensional reflecting
workpiece
vibration mirror
wavefront
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.)
Active
Application number
CN202010777322.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111843246A (zh
Inventor
孙喜博
胡东霞
黄晚晴
王德恩
张颖
耿远超
刘兰琴
邓学伟
王文义
袁晓东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Original Assignee
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics filed Critical Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority to CN202010777322.2A priority Critical patent/CN111843246B/zh
Publication of CN111843246A publication Critical patent/CN111843246A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111843246B publication Critical patent/CN111843246B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment

Abstract

本发明涉及一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法，属于激光钻孔技术领域，激光经导光光路传输后入射至聚焦透镜，聚焦透镜将激光聚焦至工件上，完成钻孔，聚焦至工件上的焦斑沿着Z向往复移动且沿着X－Y平面移动，本发明采用离焦波前控制技术促使焦斑Z向往复移动，实现kHz的波前调控频率，完成纵向快速切削，提高加工频率，同时，焦斑沿着X－Y平面以相对较低的频率扫描移动，激光运动以孔深方向为主，产生的纹理方向沿孔深方向，对于导流型孔相较环切扫描具有较好的导流效果。

Description

一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法
技术领域
本发明属于激光钻孔技术领域，具体地说涉及一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法。
背景技术
激光钻孔常用方法有环切和螺旋扫描等方式，通过振镜实现xy方向的快速旋转，层层环切，镜头或透镜空间移动实现加工点z向逐层缓慢下降，从而完成激光钻孔。
目前，常用方法存在两方面的问题：一方面，由于目前国内外振镜的振动频率约在百Hz量级，想要进一步提升钻孔效率，需要优化振镜的振动频率，但是目前振镜技术尚不能满足需求，即无法通过提升振镜振动频率来提高钻孔效率。另一方面，环切方式会产生垂直于孔深方向的纹理，影响通道气流流动，对振镜的振动精度提出了较高的要求。因此，在现有振镜技术条件下，如何提高钻孔效率并降低气流方向粗糙度成为激光钻孔的重要需求。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法，以Z向(即纵向)扫描为主，辅以X－Y平面移动的扫描加工方式，能够大大降低对振镜调节频率的要求，取代了传统激光钻孔中的螺旋环切加工方式，通过该方法可以提高加工效率，达到优化孔深加工纹理的效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法，激光经导光光路传输后入射至聚焦透镜，聚焦透镜将激光聚焦至工件上，完成钻孔，聚焦至工件上的焦斑沿着Z向往复移动且沿着X－Y平面移动。
进一步，沿着激光的传输方向，所述导光光路依次包括波前控制器、二维反射振镜一、二维反射振镜二和二维反射振镜三，所述二维反射振镜一倾斜设置，以改变激光的传输方向，且二维反射振镜一与二维反射振镜二的镜面平行设置，二维反射振镜二反射后的激光经二维反射振镜三入射至聚焦透镜。
进一步，对波前控制器施加控制电压，预设激光的离焦波前，使得聚焦至工件上的焦斑沿着Z向往复移动。
进一步，设定工件上钻孔的孔深为d，离焦波前产生的焦斑的离焦量为DA，则所需的离焦量为
Figure BDA0002618923280000021
当焦斑位于钻孔中心时，离焦量为0。
进一步，对二维反射振镜三施加电压，使得聚焦至工件上的焦斑沿着X－Y平面移动。
进一步，对二维反射振镜一和二维反射振镜二施加同步电压，使得二维反射振镜一和二维反射振镜二同步转动，调节离轴量，改变激光入射至工件的入射角。
本发明的有益效果是：
采用离焦波前控制技术促使焦斑Z向往复移动，实现kHz的波前调控频率，完成纵向快速切削，提高加工频率，同时，焦斑沿着X－Y平面以相对较低的频率扫描移动，激光运动以孔深方向为主，产生的纹理方向沿孔深方向，对于导流型孔相较环切扫描具有较好的导流效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是螺旋环切钻孔示意图；
图3是本发明的钻孔示意图。
附图中：1－波前控制器、2－二维反射振镜一、3－二维反射振镜二、4－二维反射振镜三、5－聚焦透镜。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
如图1所示，一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法，激光经导光光路传输后入射至聚焦透镜5，聚焦透镜5将激光聚焦至工件上，完成钻孔，同时，聚焦至工件上的焦斑沿着Z向往复扫描移动且沿着X－Y平面扫描移动，实现纵向快速扫描环切。
沿着激光的传输方向，所述导光光路依次包括波前控制器1、二维反射振镜一2、二维反射振镜二3和二维反射振镜三4，其中，二维反射振镜一2倾斜设置，以改变激光的传输方向，且二维反射振镜一2与二维反射振镜二3的镜面平行设置，二维反射振镜二3反射后的激光经二维反射振镜三4入射至聚焦透镜5。
对波前控制器1施加控制电压，预设激光的离焦波前，使得聚焦至工件上的焦斑沿着Z向往复移动，能够实现kHz的波前调控频率，相较于振镜的控制提升了一个量级，充分利用波前控制器1具有的高调控频率的特点，获得焦斑纵向快速移动效果，从而实现纵向快速切削。设定工件上钻孔的孔深为d，离焦波前产生的焦斑的离焦量为DA，则所需的离焦量为
Figure BDA0002618923280000041
当焦斑位于钻孔中心时，离焦量为0。对二维反射振镜三4施加电压，使得聚焦至工件上的焦斑沿着X－Y平面移动，也就是说，以纵向扫描为主，辅以X－Y平面移动的扫描加工方式，大大降低对振镜调节频率的要求，提高效率。同时，激光运动以孔深方向为主，产生的纹理方向沿孔深方向(如图3所示)，对于导流型孔相较环切扫描(如图2所示)具有较好的导流效果。对二维反射振镜一2和二维反射振镜二3施加同步电压，使得二维反射振镜一2和二维反射振镜二3同步转动，调节离轴量，改变激光入射至工件的入射角。
实施例二：
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
以传统高斯光束聚焦加工为例，设定激光的波长为λ，聚焦透镜的焦距为f，入射光束直径为D，聚焦后用于加工的理想高斯光束束腰宽度为ω0，满足ω0＝2.44λf/D。根据高斯光束的特性可知，距离束腰位置z位置的高斯光束具有球面波前，其波前的曲率R半径满足，
Figure BDA0002618923280000051
在预设离焦波前时需补偿一个互补的波前，即曲率半径为-R的波前。当所需的离焦量为
Figure BDA0002618923280000052
即束腰位置z需在
Figure BDA0002618923280000053
之间变换，相应可以得到预设离焦波前曲率半径的变化范围。通过压电陶瓷等手段快速变化预设离焦波前曲率半径，从而实现光束z向的快速移动。同时，加工过程辅以二维反射振镜三两维偏摆，使得光束在横向(x，y)移动，从而实现不同于以往“之”字型扫描的类似正弦形式的扫描效果。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (2)

1.一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法，其特征在于，激光经导光光路传输后入射至聚焦透镜，聚焦透镜将激光聚焦至工件上，聚焦至工件上的焦斑沿着Z向往复移动且沿着X-Y平面移动，完成钻孔；
沿着激光的传输方向，所述导光光路依次包括波前控制器、二维反射振镜一、二维反射振镜二和二维反射振镜三，所述二维反射振镜一倾斜设置，以改变激光的传输方向，且二维反射振镜一与二维反射振镜二的镜面平行设置，二维反射振镜二反射后的激光经二维反射振镜三入射至聚焦透镜，对波前控制器施加控制电压，预设激光的离焦波前，使得聚焦至工件上的焦斑沿着Z向往复移动，同时，对二维反射振镜三施加电压，使得聚焦至工件上的焦斑沿着X-Y平面移动；
对于传统高斯光束，设定激光的波长为λ，聚焦透镜的焦距为f，入射光束直径为D，聚焦后用于加工的理想高斯光束束腰宽度为ω0，满足ω0＝2.44λf/D，根据高斯光束的特性可知，距离束腰位置z位置的高斯光束具有球面波前，其波前的曲率半径R满足
Figure FDA0003463843510000011
在预设离焦波前时需补偿曲率半径为-R的波前，设定工件上钻孔的孔深为d，离焦波前产生的焦斑的离焦量为DA，则所需的离焦量为
Figure FDA0003463843510000012
当焦斑位于钻孔中心时，离焦量为0，束腰位置z需在
Figure FDA0003463843510000013
之间变换，得到预设离焦波前曲率半径的变化范围。
2.根据权利要求1所述的激光纵向钻孔方法，其特征在于，对二维反射振镜一和二维反射振镜二施加同步电压，使得二维反射振镜一和二维反射振镜二同步转动，调节离轴量，改变激光入射至工件的入射角。
CN202010777322.2A 2020-08-05 2020-08-05 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法 Active CN111843246B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010777322.2A CN111843246B (zh) 2020-08-05 2020-08-05 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010777322.2A CN111843246B (zh) 2020-08-05 2020-08-05 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111843246A CN111843246A (zh) 2020-10-30
CN111843246B true CN111843246B (zh) 2022-02-25

Family

ID=72971076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010777322.2A Active CN111843246B (zh) 2020-08-05 2020-08-05 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111843246B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113102901A (zh) * 2021-04-14 2021-07-13 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 材料加工方法、装置和存储介质及电子设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006248075A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Tohoku Pioneer Corp レーザ光を用いた基板の加工方法および加工装置
CN103086597A (zh) * 2012-10-26 2013-05-08 航天科工惯性技术有限公司 一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法
CN105798456A (zh) * 2016-05-19 2016-07-27 深圳市光大激光科技股份有限公司 一种变焦激光扫描切割装置及其变焦方法
CN107442930A (zh) * 2017-07-13 2017-12-08 华中科技大学 一种激光焦点动态加工方法及装置
CN108127249A (zh) * 2017-12-20 2018-06-08 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） 一种焦点控制激光焊接方法
CN109702326A (zh) * 2019-01-16 2019-05-03 江苏大学 一种提高激光打孔深度的装置及其方法
CN110773885A (zh) * 2019-11-05 2020-02-11 济南邦德激光股份有限公司 一种激光穿孔方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006248075A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Tohoku Pioneer Corp レーザ光を用いた基板の加工方法および加工装置
CN103086597A (zh) * 2012-10-26 2013-05-08 航天科工惯性技术有限公司 一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法
CN105798456A (zh) * 2016-05-19 2016-07-27 深圳市光大激光科技股份有限公司 一种变焦激光扫描切割装置及其变焦方法
CN107442930A (zh) * 2017-07-13 2017-12-08 华中科技大学 一种激光焦点动态加工方法及装置
CN108127249A (zh) * 2017-12-20 2018-06-08 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） 一种焦点控制激光焊接方法
CN109702326A (zh) * 2019-01-16 2019-05-03 江苏大学 一种提高激光打孔深度的装置及其方法
CN110773885A (zh) * 2019-11-05 2020-02-11 济南邦德激光股份有限公司 一种激光穿孔方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111843246A (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105081586B (zh) 一种激光加工方法和装置
US11292082B2 (en) Method of laser processing of a metallic material with high dynamic control of the movement axes of the laser beam along a predetermined processing path, as well as a machine and a computer program for the implementation of said method
CN105750728A (zh) 一种激光选区零件加工过程变光斑光学扫描方法及装置
TW201008689A (en) Method and apparatus for controlling the size of a laser beam focal spot
CN103197420B (zh) 一种激光聚焦装置
CN110681992B (zh) 一种可调变的宽带激光加工光学系统及加工方法
CN109702326A (zh) 一种提高激光打孔深度的装置及其方法
CN111843246B (zh) 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法
CN106312335A (zh) 一种激光钻孔与钻孔填充系统及方法
CN206230159U (zh) 一种激光钻孔与钻孔填充系统
CN112008239A (zh) 一种螺旋扫描激光加工装置及加工方法
CN217142702U (zh) 一种表面结构激光加工装置
CN113634769A (zh) 基于高斯光束、光束整形复合光束的金属slm打印系统
CN112475638A (zh) 一种基于轴锥透镜的激光微孔加工系统和方法
CN203178573U (zh) 一种激光聚焦装置
CN101497149A (zh) 一种激光飞行聚焦扫描系统
CN112643222A (zh) 一种激光切割方法及激光切割系统
CN116372360B (zh) 一种微孔旋切扫描加工光学系统
CN114505602B (zh) 一种多轴旋切扫描系统的使用方法
US8558136B2 (en) Method and device for the production of a swaging
CN214641005U (zh) 可变光斑激光切割头装置
CN212470238U (zh) 一种激光加工设备
CN112355484B (zh) 基于高斯光束聚焦直写的表面周期性锥形微结构加工方法
CN105112860B (zh) 一种基于激光诱导冲击波聚焦的空化植入方法及装置
CN114559167A (zh) 一种基于逆压电效应调节的变焦激光切割头

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