CN203003347U - 一种脉冲激光穿孔装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了激光穿孔装置领域内的一种脉冲激光穿孔装置，包括激光发生器，所述激光发生器的光路上依次设置有超脉冲转换器、汇聚透镜组以及夹具，所述激光发生器的信号输入端经激光发生器控制装置与数控箱的信号输出端相连，所述超脉冲转换器的信号输入端经超脉冲转换器控制装置于数控箱的信号输出端相连，所述数控箱与计算机相连，本实用新型利用若干个功率密度值呈递增趋势的短脉冲激光束，通过汇聚透镜组聚焦成为一个激光焦点，并辐照工件表面，进行穿孔，本实用新型提高了孔加工的形状精度并保证孔的加工质量，可用于激光穿孔中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种穿孔装置，特别涉及一种激光穿孔装置。
背景技术
常规激光穿孔技术采用连续激光束对工件进行烧蚀使工件融穿形成工艺孔。其不足之处在于：利用连续激光束进行孔加工因材料连续溶化，工件熔液不断向基体材料传热，在工件表面熔池直径远大于光斑直径，而熔池底部的熔池直径与光斑直径接近，因此形成的孔往往呈现锥形，孔的形状精度不易控制；同时因工件连续受热，孔壁材料受热影响较大；另外，因金属气化物的压力影响，金属熔液容易在孔两端堆积，冷却后形成凸起，影响工件的加工质量，因此常需后续加工才能保证工件质量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种脉冲激光穿孔装置，解决了现有技术中的不足，提高孔加工的形状精度并保证孔的加工质量。
本实用新型的目的是这样实现的：一种脉冲激光穿孔装置，包括激光发生器，所述激光发生器的光路上依次设置有超脉冲转换器、汇聚透镜组以及夹具，所述激光发生器的信号输入端经激光发生器控制装置与数控箱的信号输出端相连，所述超脉冲转换器的信号输入端经超脉冲转换器控制装置于数控箱的信号输出端相连，所述数控箱与计算机相连。
本实用新型工作时，激光发生器发出长脉冲激光束，经超脉冲转换器转换成短脉冲激光束，再经汇聚透镜组聚焦成一个焦点辐照工件表面，进行工件的穿孔加工，工作过程中，计算机发出控制指令给数控箱，数控箱分别通过各控制装置控制相应仪器工作，加工过程中先用峰值功率密度小于激光诱导冲击波阀值功率密度的脉冲激光辐照工件表面，此时工件表面起烧蚀作用，熔化形成熔池，再调节脉冲激光的峰值功率密度使其大于激光诱导冲击波阀值功率密度，此时辐照在工件表面的脉冲激光使所述熔池内的熔液急剧气化、离化形成冲击波，在冲击波作用下工件材料的气化物携带工件熔液快速冲出熔池，从而在工件表面上产生一定深度的凹坑，脉冲激光结束后凹坑周围的材料快速冷却；下一个脉冲激光继续辐照工件凹坑，使得凹坑深度增加，直至形成穿孔。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用脉冲激光束穿孔，通过控制激光脉冲的占空比可以控制工件基体材料的最高温度从而减小工件基体热影响区的范围；由于每一个孔都是由若干个脉冲激光逐层加工形成的，因此不会形成连续激光穿孔时产生的锥孔现象，孔的形状精度得到保证；再在脉冲激光作用过程中利用冲击波将工件熔液从孔中高速带出，工件熔液不会在孔两端汇集形成凸起，不需要后续加工。并且通过先用低峰值功率密度的脉冲激光加热溶化再用高峰值功率密度的脉冲激光冲孔的方法，使得工件溶液急剧气化、离化从凹坑内冲出，形成光滑的孔口，消除了直接使用高峰值功率密度的脉冲激光直接辐照工件表面时引起的工件穿孔表面喷渣太多的问题。本实用新型可用于激光穿孔中。
为了提高穿孔的精度，所述超脉冲转换器与汇聚透镜组之间的光路上设置有气压变焦反射镜，所述气压变焦反射镜经气压阀控制装置控制，所述气压阀控制装置的信号输入端与控制箱的信号输出端相连。通过调节气压变焦反射镜调节照射在工件表面的脉冲激光的焦点，使其随着穿孔的深度增加而变化，从而确保高能量的脉冲激光照射在孔内。
为了使得穿孔更加方便，所述夹具固定安装在数控工作台上，所述数控工作台的信号输入端经工作台控制装置与数控箱的信号输出端相连。当穿完一个孔后，通过调节工作台换个工位继续进行穿孔。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1激光发生器控制装置，2激光发生器，3长脉冲激光束，4超脉冲转换器，5短脉冲激光束，6汇聚透镜组，7汇聚激光束，8工件，9夹具，10数控工作台，11工作台控制装置，12计算机，13数控箱，14超脉冲转换器控制装置，15气压变焦反射镜，16气压控制阀控制装置，17气压控制阀。
具体实施方式
如图1所示的一种脉冲激光穿孔装置，该装置包括激光发生器，激光发生器的光路上依次设置有超脉冲转换器、气压变焦反射镜、汇聚透镜组以及夹具，激光发生器的信号输入端经激光发生器控制装置与数控箱的信号输出端相连，气压变焦反射镜经气压阀控制装置控制，气压阀控制装置的信号输入端与控制箱的信号输出端相连，超脉冲转换器的信号输入端经超脉冲转换器控制装置于数控箱的信号输出端相连，夹具固定安装在数控工作台上，数控工作台的信号输入端经工作台控制装置与数控箱的信号输出端相连，数控箱与计算机相连。
本实用新型工作时包括以下步骤：
1）将工件8安装在夹具9上；
2）计算机12发出控制指令给数控箱13，数控箱13接受计算机12的指令后控制通过工作台控制装置11控制数控工作台10移动，使激光束焦点位于工件8上待加工孔的中心；
3）计算机12发出指令给激光发生器控制装置1，激光发生器控制装置1接受计算机12的指令后控制激光发生器2按照激光功率密度呈递增趋势和工艺要求的脉冲宽度产生一个长脉冲激光束3此长脉冲激光束3发射给超脉冲转换器4；
4）计算机12在向激光发生器控制装置1发出指令的同时向超脉冲转换器控制装置14发出控制指令，超脉冲转换器控制装置14接受计算机指令后控制超脉冲转换器4将一个长脉冲激光束3转换成若干个短脉冲激光束5；
5）短脉冲激光束5经气压变焦反射镜15后，通过汇聚透镜组6形成激光功率密度极高的汇聚激光束；
6）汇聚激光束7辐照工件8表面，在激光功率密度小于激光诱导冲击波的功率密度阈值使激光束使工件8表面材料融化形成熔池，当汇聚激光束的功率密度超过激光诱导冲击波的功率密度阈值后工件8熔液急剧气化、离化形成冲击波，工件气化物在冲击波压力作用下携带工件熔液从熔池中冲出；
7）当前短脉冲激光束作用结束后，工件8表面的熔池及其周围材料冷却，形成一定深度的凹坑凹坑深度由短脉冲激光束的功率密度、脉冲宽度决定；
8）当接下来的短脉冲激光束5到来时，经汇聚透镜组6汇聚后的汇聚激光束7辐照第一个汇聚激光束7作用形成的凹坑底部的材料，高能量的脉冲激光使凹坑底部材料融化、气化、离化并由气化物带出凹坑中；
9）经后续多个短脉冲激光束5的反复作用，凹坑深度逐渐增加，直至工件穿透形成工艺孔；
10）随着孔深的增加，数控箱13控制气压控制阀17调节进气压力，改变气压变焦反射镜15的曲率，从而调节激光束的焦点位置，使焦点位置适应加工工艺的要求；
11）当第一个长脉冲激光束3作用结束后即第一个孔加工完成，计算机12发出指令给数控箱13，数控箱13接受计算机12的指令后通过工作台控制装置11控制数控工作台10使激光束焦点位于工件8上第二个待加工孔的中心位置；
12）重复步骤3至9直至工件上所有孔加工完成。
采用本激光穿孔装置，每一个孔都是由若干个短脉冲激光束逐层加工完成，在相邻的两个短脉冲激光束之间有一定时间间隔，使工件基体材料得以冷却，通过调整短脉冲激光脉冲的占空比可以调节基体材料的激光辐照时间和冷却时间，从而使基体材料的温升得到控制，有效减小基体材料受激光脉冲的热影响作用，保证基体材料的原始机械性能；并且采用本实用新型进行穿孔，工件材料逐层融化，熔池深度很小，不会形成锥孔。
本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1. 一种脉冲激光穿孔装置，其特征在于，包括激光发生器，所述激光发生器的光路上依次设置有超脉冲转换器、汇聚透镜组以及夹具，所述激光发生器的信号输入端经激光发生器控制装置与数控箱的信号输出端相连，所述超脉冲转换器的信号输入端经超脉冲转换器控制装置于数控箱的信号输出端相连，所述数控箱与计算机相连。
2. 根据权利要求1所述的一种脉冲激光穿孔装置，其特征在于，所述超脉冲转换器与汇聚透镜组之间的光路上设置有气压变焦反射镜，所述气压变焦反射镜经气压阀控制装置控制，所述气压阀控制装置的信号输入端与控制箱的信号输出端相连。
3. 根据权利要求1或2所述的一种脉冲激光穿孔装置，其特征在于，所述夹具固定安装在数控工作台上，所述数控工作台的信号输入端经工作台控制装置与数控箱的信号输出端相连。
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