CN116840952A - 一种雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，涉及雾化器金属基片的微锥孔激光加工技术领域，包括软透镜本体、支架和注液结构，软透镜本体包括镜体、可调折射腔体和透光流体，镜体为空心可变形凸透镜，内部设有可调折射腔体，软透镜可调折射腔体内可存储透光率高的流体，注液结构与支架固定在一起，通过注液结构可以往可调折射腔体内注入或抽出透光流体，可调折射腔体及注液结构实现软透镜的焦距可调，加工时可根据激光每次发射打孔所达的不同深度调整软透镜的焦点分离量，以不断缩小孔径，最终获得同时具有大锥顶角θ和小端直径D 2的微锥孔，从而保证雾化器要求大流量、小雾化颗粒的雾化效果。
Description
技术领域
本发明涉及雾化器金属基片的微锥孔激光加工技术领域，尤其涉及到一种雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜。
背景技术
雾化装置在航空航天、医疗卫生、绿色环保、安全节能等国计民生诸多领域具有广泛应用。微锥孔雾化片利用超声振动原理将液体雾化，是目前大多数雾化装置中的关键装置。微锥孔雾化片由压电陶瓷和金属基片组成。雾化时，金属基片上加工有微锥孔，通过压电效应使金属基片产生高频振动，将流过微锥孔的液体变为细小的雾滴喷出。因此，雾化片的微锥孔的结构直接决定了雾化器的雾化量、雾化颗粒度等关键性能指标。
有研究表明，雾化片微锥孔的锥顶角θ在30°时，雾化量最小趋近于0；在大于55°甚至达到60°之后随着锥顶角θ的增大，雾化片的强度和寿命又会急剧降低。因此通常雾化片微锥孔的锥顶角θ取值在40-55°之间，这样就既可保证雾化片具有一定的寿命又可获得较大的雾化量。
雾化器的另一个重要指标是雾滴的颗粒度，颗粒度越小雾化的效果就越好，而颗粒度的大小主要是受雾化片微锥孔的小端直径D 2的影响，根据雾化器应用场景不同，微锥孔小端直径D 2通常为1μm～0.1mm。
目前，雾化片微锥孔的加工主要是采用激光加工的方法，即采用的是10nm～400nm之间的短波激光或600 nm～1.1μm之间的长波激光。另外因为雾化金属基片具有一定的厚度t，激光需要多次发射才能打穿。
CN110324985B公开了一种超声波雾化片生产工艺，压合好的产品使用激光机对FPC柔性电路板的中心的PI薄膜上均匀打若干微米级小孔，微米级小孔上部的直径尺寸为2μm～8μm、下部的直径尺寸为50μm～60μm，但诸如此类现有的激光机采用长波激光打孔时，激光经聚焦后作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料融化或气化继而蒸发形成孔洞，此时生成的微锥孔锥顶角θ可满足40-55°之间的要求，但是小端的直径D 2也较大，不能达到雾化颗粒度小的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在激光发生器和雾化片之间增加凸透镜变焦，将激光光束聚焦，每次打孔时通过调整焦点分离量来不断缩小孔径，这样使用长波激光打孔获得大锥顶角θ的同时也可获得较小的锥孔小端直径D 2，从而达到雾化要求大流量、小雾化颗粒的效果。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，包括软透镜本体，其特征在于：所述软透镜本体包括镜体和可调折射腔体，所述镜体为空心的可变形凸透镜结构，所述镜体内部设有可调折射腔体，所述可调折射腔体与注液结构紧密配合，所述注液结构固定连接支架，通过注液结构向可调折射腔体内注入或抽出透光流体，以改变软透镜本体的焦距。
作为优选地，所述镜体为透明高分子软材料。
作为优选地，所述可调折射腔体侧端设有注液结构，所述注液结构包括注液管，所述注液管通过粘接剂粘结固定在支架上，每个所述的软透镜本体紧密配合的注液结构不少于三组，所述注液结构在软透镜本体圆周方向均匀分布。
作为优选地，所述可调折射腔体存储有透光流体，通过注入或抽出不同体积的透光流体改变软透镜本体的曲率半径，从而改变软透镜本体的曲率，从而改变其焦距。
作为优选地，所述透光流体为高透光率的液体或气体。
作为优选地，所述支架和注液管为透明或透光的硬质材料制成。
作为优选地，通过改变软透镜本体的焦距调节激光的焦点分离距离，依次获得不同大小的锥孔，以加工出具有大锥顶角和小锥孔端口直径的微锥孔。
作为优选地，所述软透镜本体的镜体与注液管之间设有液体进出口。
作为优选地，所述注液结构与支架的内腔相通，所述透镜本体通过与支架内腔相通的注液结构注入或压出的透光流体以及与可调折射腔体相通的注液结构压出或注入的透光流体，可以改变软透镜的曲率，从而改变其焦距。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明软透镜本体包括软透镜本体、支架和注液结构，所述软透镜本体包括镜体、可调折射腔体、和透光流体，所述镜体为空心的可变形凸透镜，内部设有可调折射腔体，所述软透镜可调折射腔体内可存储透光率高的流体，所述注液结构由注液管与粘接剂组成，注液结构与支架通过粘接剂连接固定在一起，通过注液结构的注液管可以往软透镜本体的可调折射腔体内注入或抽出透光流体，可调折射腔体及注液结构实现软透镜的焦距可调，加工时可根据激光每次发射打孔所达的不同深度调整软透镜的焦点分离量，以不断缩小孔径，最终获得同时具有大锥顶角θ和小端直径D 2的微锥孔，从而保证雾化器要求大流量、小雾化颗粒的雾化效果。
本发明解决了现有技术中长波激光打孔获得较大锥顶角但锥孔小端直径较大的问题。本发明通过在激光光路上增加可变焦软透镜,并配合注液结构调节透镜的焦距,可以在使用长波激光打孔的同时,通过变焦调节每次获得不同大小的锥孔,最终可以加工出锥顶角较大而小端直径较小的微锥孔,从而获得了较小的雾化颗粒度。
本发明提供了一种简单、灵活的调节透镜焦距的方法。通过注入或抽出不同量的透光流体至透镜的可调折射腔体中,可以连续地、精确地改变透镜的焦距,无需进行机械调节或更换透镜,大大简化了调节过程。
本发明提高了微锥孔加工的质量和成功率。可变焦软透镜能够根据每次激光打孔的深度和孔径大小,动态调整透镜焦距和焦点分离距离,从而有效控制激光参数,确保每次加工都能获得理想的锥孔结构,整体提升了微锥孔的加工质量。
本发明拓宽了适用的激光波长范围。本发明中的可变焦软透镜,既可以用于长波激光,也可以运用于短波激光的微锥孔加工过程,大大拓宽了其应用范围。
本发明提高了雾化片的性能。采用该可变焦软透镜加工的微锥孔雾化片,能够实现较大的雾化量和较小的雾化颗粒度,满足对雾化性能优异的需求。
本发明降低了制作成本。与机械调焦结构相比,该可变焦软透镜无需精密机械部件,制作简单,大大降低了制作难度和成本。
本发明提高了生产效率。该软透镜灵活简便的变焦方式,使每片雾化片的微锥孔加工过程快速、高效,整体上大大提升了雾化片的生产效率。
综上所述,本发明较现有技术而言,取得了调节简单、加工质量高、应用范围广、性能优异、成本低廉以及效率提高的显著有益技术效果。
附图说明
图1 为中心区域带微锥孔的压电陶瓷雾化片的结构示意图。
图2为微锥孔的结构示意图。
图3、图4为激光光束强度分布及孔深特点示意图。
图5、图6为在激光发生器和雾化片之间增加凸透镜变焦加工的示意图。
图7、图8为第一实施例软透镜在注液管注入和抽出透光流体时的变焦结构示意图。
图9为第一实施例可变焦软透镜整体结构示意图。
图10为图9中注液结构放大示意图。
图11为第二实施例可变焦软透镜整体结构示意图。
图12为第二实施例软透镜在注液管注入和抽出透光流体时的变焦结构示意图。
图13为第三实施例可变焦软透镜整体结构示意图。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。
参照图1所示，中心区域带微锥孔的压电陶瓷雾化片，其金属基片7上的微锥孔4，是通过激光打孔的方式加工的，激光打孔时通常需要多次发射才能打通金属基片。
参照图2所示，微锥孔4的结构，激光加工后微锥孔4的上孔口404、下孔口405和孔壁406的表面轮廓呈现出凹凸不平的波纹度特征，受激光光束强度的均变特征影响，激光分次作用下加工出的孔，每次孔深也呈现出与光束强度变化相对应的中心位置深度一401最大，四周位置深度二402、深度三403逐渐减小的特征。
参照图3、图4所示，激光光束6的强度分布呈中心位置光束一601强度最高，从中心至四周光束二602、光束三603的强度逐渐递减的特征。
参照图4所示，微锥孔4的结构，有研究表明，雾化片微锥孔的锥顶角407在30°时的雾化量最小趋近于0，在大于55°甚至达到60°之后随着锥顶角407的增大，雾化片的强度和寿命又会急剧降低，因此通常雾化片微锥孔的锥顶角407取值在40-55°之间，这样就可保证雾化片既具有一定的寿命又可获得较大的雾化量；雾化器的另一个重要指标是雾滴的颗粒度，颗粒度越小雾化的效果就越好，而颗粒度的大小主要是受雾化片微锥孔的小端直径408的影响，根据雾化器应用场景不同，微锥孔小端直径408通常为1μm ~ 0.1mm。
参照图5、图6所示，因为长波激光能量较大，打出的微锥孔4的小端直径408也较大，满足不了小颗粒度的要求，为了达到大雾化量、小雾化颗粒度的效果，采用长波激光打孔时，本发明在激光发生器和基片之间增加软透镜变焦，将激光光束6聚焦，因为基片7的厚度701需要多次发射激光光束6才能打穿，每次发射时通过控制软透镜本体1的焦点分离量5来不断缩小孔径，这时软透镜本体1采用可变形的结构达到变焦的目的，这样就可以在使用长波激光打孔时通过调整焦点分离量5来缩小小端直径408，在得到较大的锥顶角407的同时获得较小的锥孔小端直径408，从而达到雾化要求大流量、小雾化颗粒度的效果。
参照图7、图8所示，所述软透镜包括软透镜本体1、注液结构2和支架3，所述软透镜本体1圆周方向均匀分布的不少于三组的注液结构2，通过注液结构2可以往透镜内部注入或者抽出流体，所述注液结构2包括注液管201和粘接剂202，注液管201通过粘接剂202与支架3固定连接，所述软透镜本体1包括镜体101、可调折射腔体102和透光流体103，软透镜的镜体101上与注液结构对应开有进液口104，软透镜的镜体101紧套在注液管201上，软透镜本体1通过圆周方向均匀分布的注液结构2固定在支架3内。
参照图8、图9所示，所述软透镜本体1包括镜体101、可调折射腔体102和透光流体103，所述镜体101为空心的可变形软凸透镜，内部设有可调折射腔体102，所述软透镜可调折射腔体102内可存储透光率高的流体103，通过注液管101可以往可调折射腔体102内注入或抽出透光流体103，改变软透镜镜体101的曲率，从而实现软透镜的焦距可调。
参照图9所示，为软透镜曲率增大的变形过程，当注液管201注入透光流体103时，可调折射腔体102内部的流体变多，软透镜镜体101内部压力增大，当内部压力大于大气压时，内部压力则会推动镜体101向外扩张变形，曲率增大，软透镜的焦距变小，加工时的焦点分离量5就会随之增大。
参照图10所示，为软透镜4曲率减小的变形过程，当注液管201往外抽出透光流体103时，可调折射腔体102内部的流体减少，软透镜镜体101内部压力减小，当内部压力低于大气压时，外部气压则会推动镜体101向内压缩变形，曲率减小，软透镜的焦距变大，加工时的焦点分离量5就会随之减小。
参照图9、图10所示，加工过程中可以根据需要方便地调节焦点分离量5，从而获得理想的微锥孔锥顶角407和小端直径408，满足雾化器既具有较大的流量，又具有较小的雾化颗粒度的极佳雾化效果的需求。
参照图11、图12所示，所述注液结构2与支架3的内腔相通，每个所述的软透镜本体1紧密配合的注液结构2不少于三组，所述透镜本体1通过与支架3内腔相通的注液结构2压出的透光流体103以及与可调折射腔体102相通的注液结构2注入的透光流体103，可以改变软透镜101的曲率，从而改变其焦距。
参照图13所示，所述注液结构2与支架3的内腔相通，每个所述的软透镜本体1紧密配合的注液结构2不少于三组，所述透镜本体1通过与支架3内腔相通的注液结构2注入的透光流体103以及与可调折射腔体102相通的注液结构2压出的透光流体103，可以改变软透镜101的曲率，从而改变其焦距。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体的使用方式对本发明的上述技术方案进行详细说明。
具体工作过程为：软透镜本体1由镜体101、可调折射腔体102和透光流体103组成,镜体101为可变形的空心凸透镜结构，内部是可调折射腔体102。通过注液结构2往可调折射腔体102内注入或压出透光流体103，改变腔体内透光流体的体积，使镜体101发生形变，改变软透镜的曲率半径。曲率半径改变会导致软透镜的焦距发生变化，从而达到调节软透镜焦距的目的。首先，将软透镜安装在激光器和金属基片7之间的光路上，激光器发出长波激光，透过软透镜照射金属基片7，进行第一次打孔，根据第一孔的大小，判断焦距是否需要调整，如果需要，通过注液结构2往可调折射腔体内102注入或压出一定量的透光流体103，调整软透镜的焦距后，激光器再次发出激光，透过调整焦距后的软透镜继续照射金属基片7，进行第二次打孔，依次调节软透镜焦距，逐步获得不同大小的锥形孔，以此类推，直至金属基片7打通，最终得到大锥顶角和小锥孔端口直径的微锥孔。
将软透镜应用于所有需要该结构微锥孔的金属基片的激光打孔过程，完成所有雾化片的加工。
综上所述,该软透镜通过改变透镜的焦距,精确调控激光打孔的参数，可制备出理想结构的微锥孔，实现大流量小颗粒雾化的效果。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，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装置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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所述发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，包括软透镜本体（1），其特征在于：所述软透镜本体（1）包括镜体（101）和可调折射腔体（102），所述镜体（101）为空心的可变形凸透镜结构，所述镜体（101）内部设有可调折射腔体（102），所述可调折射腔体（102）与注液结构（2）紧密配合，所述注液结构（2）固定连接支架（3），通过注液结构（2）向可调折射腔体（102）内注入或抽出透光流体（103），以改变软透镜本体（1）的焦距。
2.根据权利要求1所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：所述镜体（101）为透明高分子软材料。
3.根据权利要求1所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：所述可调折射腔体（102）侧端设有注液结构（2），所述注液结构（2）包括注液管（201），所述注液管（201）通过粘接剂（202）粘结固定在支架（3）上，每个所述的软透镜本体（1）紧密配合的注液结构（2）不少于三组，所述注液结构（2）在软透镜本体（1）圆周方向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：所述可调折射腔体（102）存储有透光流体（103），通过注入或抽出不同体积的透光流体（103）改变软透镜本体的曲率半径，以改变软透镜本体（1）的曲率，从而改变其焦距。
5.根据权利要求1所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：所述透光流体（103）为高透光率的液体或气体。
6.根据权利要求3所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：所述支架（3）和注液管（201）为透明或透光的硬质材料制成。
7.根据权利要求1所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：通过改变软透镜本体（1）的焦距调节激光的焦点分离距离，依次获得不同大小的锥孔，以加工出具有大锥顶角和锥孔小端口直径的微锥孔。
8.根据权利要求6所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：所述软透镜本体（1）的镜体（101）与注液管（201）之间设有流体进出口（104）。
9.根据权利要求1所述的雾化器基片微锥孔激光加工用可变焦软透镜，其特征在于：所述注液结构（2）与支架（3）的内腔相通，所述透镜本体（1）通过与支架（3）内腔相通的注液结构（2）注入或压出的透光流体（103）以及与可调折射腔体（102）相通的注液结构（2）压出或注入的透光流体（103），可以改变软透镜（101）的曲率，从而改变其焦距。
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2023
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