CN115647619A - 一种激光复合切割的高精度制孔系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光复合切割的高精度制孔系统，涉及激光加工领域。该激光复合切割的高精度制孔系统，包括激光器，所述激光器用以发射稳定的激光光束，准直整形模块，所述准直整形模块用以将所述激光器发射的激光光束进行准直整形并进行传输，扫描组件，所述扫描组件用以进行光束扫描，同时将扫描轨迹与光束能量之间进行协同控制，所述扫描组件包括扫描控制模块和扫描模块，所述扫描控制模块和所述扫描模块相连，聚焦模块，所述聚焦模块用以光束的聚焦并射在工件上进行加工。通过入射的激光光束依次通过第一反射模块和第二反射模块以及聚焦模块后对工件进行孔的高精度加工。该操作大幅度提升现有扫描模块加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体为一种激光复合切割的高精度制孔系统。
背景技术
半导体或者是陶瓷制孔的时候，一般通过是通过两种方式：一是激光光斑进行一个冲击加工，但此种加工方式，可加工尺寸是比较固定的，一般情况根据光波来定，光斑效果越好，加工效果越好，但若光斑效果较差时，加工误差相对而言就比较大；二是，是属于电机这种运动切割这种方式，它第一个速度比较慢，第二个精度又比较差。
现如今，由于激光加工具有无切削应力、精度高、柔性化等特点，已被广泛的用于航空航天、电子等领域，可实现零部件的精密钻孔。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光复合切割的高精度制孔系统，解决了现有半导体、陶瓷加工制孔时精度不高以及加工尺寸比较固定的的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种激光复合切割的高精度制孔系统，包括激光器，所述激光器用以发射稳定的激光光束；
准直整形模块，所述准直整形模块用以将所述激光器发射的激光光束进行准直整形并进行传输；
扫描组件，所述扫描组件用以进行光束扫描，同时将扫描轨迹与光束能量之间进行协同控制，所述扫描组件包括扫描控制模块和扫描模块，所述扫描控制模块和所述扫描模块相连；
聚焦模块，所述聚焦模块用以光束的聚焦并射在工件上进行加工；
所述扫描模块包括第一反射模块和第二反射模块，所述第一反射模块通过M1控制偏转，所述第二反射模块通过M2控制偏转；
所述扫描控制模块包括第一反射控制单元和第二反射控制单元，所述第一反射控制单元与所述M1连接，所述第二反射控制单元与所述M2连接。
优选的，还包括驱动扫描模块上下运动的运动机构，所述扫描模块设置在运动机构上，所述扫描控制模块还包括Z轴运动控制单元，所述Z轴运动控制单元与所述运动机构连接。
优选的，还包括提供人机交互接口的上位机，所述上位机分别与扫描组件和激光器相连接。
优选的，所述扫描模块包括光楔式扫描模块、振镜式扫描模块振镜、以及压电陶瓷式扫描模块其中的一种或多种组合。
优选的，所述系统的加工使用方法，包括以下步骤：
S1、激光器根据上位机设定的初始功率发射激光光束；
S2、激光器发射的激光光束经准直整形模块进行光束整形传输，然后射向扫描组件的扫描模块；
S3、扫描模块根据上位机设定的激光初始功率以及扫描区域，制定扫描轨迹和扫描区域，并将扫描轨迹及扫描区域的实时数据反馈至扫描控制模块；
S4、扫描控制模块根据扫描模块反馈的扫描轨迹及扫描区域的实时数据通过第一反射控制单元、第二反射控制单元和Z轴运动控制单元分别控制扫描模块中的第一反射模块和第二反射模块以及运动机构之间进行协同动作；
S5、重复S1-S4，直至加工完成。
优选的，所述加工使用方法的步骤S1前还包括：钻孔装置自检回零，激光器预热，光束扫描模块回零，以及机床平台回零，并将待加工工件固定好，并调整至水平位置。
工作原理：通过本高精度直孔系统进行孔加工时，首先将装置自检回零，激光器预热，扫描模块回零，随后将机床平台回零，并将待加工工件固定好，并调整至水平位置，进行加工前准备；随后开启激光器，根据上位机设定的初始功率发射激光光束，激光器发射的激光光束经准直整形模块进行光束整形传输，然后射向扫描组件的扫描模块，扫描模块根据上位机设定的激光初始功率以及扫描区域，制定扫描轨迹和扫描区域，并将扫描轨迹及扫描区域的实时数据反馈至扫描控制模块，扫描控制模块根据扫描模块反馈的扫描轨迹及扫描区域的实时数据通过第一反射控制单元、第二反射控制单元和Z轴运动控制单元分别控制扫描模块中的第一反射模块和第二反射模块以及运动机构之间进行协同动作，重复上述激光发出至设在工件上步骤，直至加工完成。
本发明提供了一种激光复合切割的高精度制孔系统。具备以下有益效果：
本发明通过扫描控制模块中第一反射控制单元通过控制M1动作驱动第一反射模块，第二反射控制单元通过控制M2动作驱动第二反射模块，进而分别驱动第一反射模块和第二反射模块按照上位机预设的扫描轨迹进行同步运动，使得入射的激光光束依次通过第一反射模块和第二反射模块以及聚焦模块后对工件进行孔的高精度加工。该操作大幅度提升现有扫描模块加工精度，同时扩大孔可加工尺寸。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的扫描组件结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一：
如图1-2所示，本发明实施例提供一种激光复合切割的高精度制孔系统，包括激光器，激光器用以发射稳定的激光光束；其中，激光器具体为1030nm波长的飞秒激光器，激光功率50mw-10w，脉宽≤190fs，重复频率1K-1MHz可调。
准直整形模块，准直整形模块用以将激光器发射的激光光束进行准直整形并进行传输；其中，通过准直整形模块将激光器发出的高丝光波光束，转变成平顶光波，使其能量均匀。
扫描组件，扫描组件用以进行光束扫描，同时将扫描轨迹与光束能量之间进行协同控制，扫描组件包括扫描控制模块和扫描模块，扫描控制模块和扫描模块相连；
聚焦模块，聚焦模块用以光束的聚焦并射在工件上进行加工；
扫描模块包括第一反射模块和第二反射模块，第一反射模块通过M1控制偏转，第二反射模块通过M2控制偏转；
扫描控制模块包括第一反射控制单元和第二反射控制单元，第一反射控制单元与M1连接，第二反射控制单元与M2连接。
具体的，扫描控制模块中第一反射控制单元通过控制M1动作驱动第一反射模块，第二反射控制单元通过控制M2动作驱动第二反射模块，进而分别驱动第一反射模块和第二反射模块按照上位机预设的扫描轨迹进行同步运动，使得入射的激光光束依次通过第一反射模块和第二反射模块以及聚焦模块后对工件进行孔的高精度加工。该操作大幅度提升现有扫描模块加工精度，同时扩大孔可加工尺寸。
还包括提供人机交互接口的上位机，上位机分别与扫描组件和激光器相连接；其中上位机用以控制扫描组件以及激光器，同时接收扫描控制模块反馈信息。
扫描模块包括光楔式扫描模块、振镜式扫描模块振镜、以及压电陶瓷式扫描模块其中的一种或多种组合。
实施例二：
本实施例与上述实施例区别在于：
一种激光复合切割的高精度制孔系统，还包括驱动扫描模块上下运动的运动机构，扫描模块安装在运动机构上，扫描控制模块还包括Z轴运动控制单元，Z轴运动控制单元与运动机构连接。
具体的，在实施例一中通过扫描控制模块控制扫描模块动作的同时，还可通过扫描模块中的Z轴运动控制单元控制运动机构进行上下运动，从而带动扫描模块上下运动，用以实现大幅度提升现有扫描模块加工精度，同时扩大孔可加工尺寸。
实施例三：
一种激光复合切割的高精度制孔系统的加工使用方法，包括以下步骤：
S1、钻孔装置自检回零，激光器预热，光束扫描模块回零；
S2、机床平台回零，并将待加工工件固定好，并调整至水平位置；
S3、激光器根据上位机设定的初始功率发射激光光束；
S4、激光器发射的激光光束经准直整形模块进行光束整形传输，然后射向扫描组件的扫描模块；
S5、扫描模块根据上位机设定的激光初始功率以及扫描区域，制定扫描轨迹和扫描区域，并将扫描轨迹及扫描区域的实时数据反馈至扫描控制模块；
S6、扫描控制模块根据扫描模块反馈的扫描轨迹及扫描区域的实时数据通过第一反射控制单元、第二反射控制单元和Z轴运动控制单元分别控制扫描模块中的第一反射模块和第二反射模块以及运动机构之间进行协同动作；
S5、重复S3-S6，直至加工完成。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种激光复合切割的高精度制孔系统，其特征在于：包括激光器，所述激光器用以发射稳定的激光光束；准直整形模块，所述准直整形模块用以将所述激光器发射的激光光束进行准直整形并进行传输；扫描组件，所述扫描组件用以进行光束扫描，同时将扫描轨迹与光束能量之间进行协同控制，所述扫描组件包括扫描控制模块和扫描模块，所述扫描控制模块和所述扫描模块相连；聚焦模块，所述聚焦模块用以光束的聚焦并射在工件上进行加工；所述扫描模块包括第一反射模块和第二反射模块，所述第一反射模块通过M1控制偏转，所述第二反射模块通过M2控制偏转；所述扫描控制模块包括第一反射控制单元和第二反射控制单元，所述第一反射控制单元与所述M1连接，所述第二反射控制单元与所述M2连接。
2.根据权利要求1所述的一种激光复合切割的高精度制孔系统，其特征在于：还包括驱动扫描模块上下运动的运动机构，所述扫描模块设置在运动机构上，所述扫描控制模块还包括Z轴运动控制单元，所述Z轴运动控制单元与所述运动机构连接。
3.根据权利要求1所述的一种激光复合切割的高精度制孔系统，其特征在于：还包括提供人机交互接口的上位机，所述上位机分别与扫描组件和激光器相连接。
4.根据权利要求1所述的一种激光复合切割的高精度制孔系统，其特征在于：所述扫描模块包括光楔式扫描模块、振镜式扫描模块振镜、以及压电陶瓷式扫描模块其中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种激光复合切割的高精度制孔系统，其特征在于：所述系统的加工使用方法，包括以下步骤：
S1、激光器根据上位机设定的初始功率发射激光光束；
S2、激光器发射的激光光束经准直整形模块进行光束整形传输，然后射向扫描组件的扫描模块；
S3、扫描模块根据上位机设定的激光初始功率以及扫描区域，制定扫描轨迹和扫描区域，并将扫描轨迹及扫描区域的实时数据反馈至扫描控制模块；
S4、扫描控制模块根据扫描模块反馈的扫描轨迹及扫描区域的实时数据通过第一反射控制单元、第二反射控制单元和Z轴运动控制单元分别控制扫描模块中的第一反射模块和第二反射模块以及运动机构之间进行协同动作；
S5、重复S1-S4，直至加工完成。
6.根据权利要求5所述的一种激光复合切割的高精度制孔系统，其特征在于：所述加工使用方法的步骤S1前还包括：钻孔装置自检回零，激光器预热，光束扫描模块回零，以及机床平台回零，并将待加工工件固定好，并调整至水平位置。
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