CN203778974U - 一种多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统，包括コ字形支撑架、导光机构、多片聚焦透镜、聚焦透镜座、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒和固定套筒；多片聚焦透镜的焦距互不相同；多个聚焦透镜分别固定安装在多个圆形安装孔上，聚焦透镜座旋转机构可驱动聚焦透镜座旋转；导光机构与聚焦透镜座的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜的转折之后，垂直入射进入任意一个聚焦透镜，之后聚焦在工件表面。本实用新型通过聚焦透镜座的旋转，使得脉冲激光束依次穿透不同焦距的聚焦镜片，焦距可以实现渐进变化，从而使得激光始终聚焦在激光刻蚀或打孔过程中露出来的新表面，能量更集中，打孔深度更大，效率更高。
Description
技术领域
本实用新型属于激光打孔领域，具体涉及一种多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统。
背景技术
激光打孔是一项最早用激光进行加工的技术，它可以用于很多工艺材料的打孔，包括木材、塑料塑胶、陶瓷、玻璃、晶体、石材、水泥、金属及特种合金等，应用在国防科技、化学化工、电子电路、仪器仪表、医学设备、铸造业、飞机、汽车、轮船制造业等诸多领域，使得激光打孔成为一项人们很重视的技术。
激光打孔在现实中应用受到限制的一个很大问题便是小孔质量的问题，就是在用毫秒级激光器进行打孔时，在加工之后会有相对大量的熔融物存在。要想获得较好小孔质量，有两个途径可以实现：一是缩短激光脉冲的脉宽，从而降低重铸层的厚度，如利用纳秒激光脉冲、皮秒激光脉冲、飞秒激光脉冲应用于打孔；二是改变打孔的工作方式，例如利用高速旋转光学系统和精确灵活的光束调节系统，进行激光旋转打孔。2009年美国公开了一个激光旋转打孔和材料去除的专利[Welf Wawers，Arnold Gillner.Device for drilling and for removing material usinglaser beam.United States，Pub.No.US2009／0045176A1，2009]，此专利采用了由成像偏转系统(道威棱镜)、光束操作系统、光束补偿系统(三光楔旋转)、聚焦系统组成的光学系统。2010年上海激光技术研究所申请的《旋转双光楔激光微孔加工装置》的中国专利[潘涌，姜兆华，张伟等；旋转双光楔激光微孔加工装置，中国，国家实用新型专利，专利公开号：CN101670486A，2010]，介绍了由超短脉冲激光输出系统、双光楔光束偏转系统、激光聚焦系统和工件吸附位移定位系统及计算机系统组成的激光微孔加工装置。该装置通过控制两个光楔片的相对角度，可以获得0～2δ的角度偏离，从而获得不同半径的小孔。但是，这两个专利中的旋转光路都利用光楔实现光路偏转来实现“切孔”的加工效果，光路结构复杂，不易拆装，偏转量固定而无法调整(即“切孔”的孔径无法调整)，并且不能实时调整加工焦距，没有解决打孔时熔融物的问题，无法获得最佳的加工质量。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统；其可以实现多脉冲渐进式激光打孔，光路结构简单，易拆装，加工焦距动态调整，可以获得最佳的加工质量。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统，包括コ字形支撑架、导光机构、多片聚焦透镜、聚焦透镜座、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒和固定套筒；
所述コ字形支撑架包括顶板、底板和连接顶板与底板的竖直支撑板，所述竖直支撑板上开设有激光入射孔和用于将コ字形支撑架固定到加工机床上的多个螺钉孔；
所述聚焦透镜座呈圆盘形，聚焦透镜座的边沿内侧沿圆周方向均匀设置有多个尺寸相同的圆形安装孔，多个圆形安装孔的圆心位于同一圆周上；多个圆形安装孔的中心轴线应该与聚焦透镜座的中心轴线平行；
所述多片聚焦透镜的焦距互不相同；多个聚焦透镜分别固定安装在多个圆形安装孔上，其安装方位使得所述多个聚焦透镜的中心轴线，以及聚焦透镜座的中心轴线均相互平行；
所述多个聚焦透镜在多个圆形安装孔的安装顺序是：以顺时针方向按照焦距从长到短或从短到长的次序依次安装在多个圆形安装孔上；
所述固定套筒的上端紧固连接在顶板的内侧，固定套筒的下端通过推力滚子轴承与旋转筒连接；
所述导光机构包括至少一个45度反射镜，所述45度反射镜安装在固定套筒内，所述固定套筒的侧面上设置有导光孔；
所述45度反射镜的安装方位应该使得从激光入射孔和导光孔入射的激光束经45度反射镜的反射后，其光路行进方向转折到竖直向下，即与聚焦透镜座的中心轴线平行；
所述聚焦透镜座旋转机构包括驱动电机、主动轮和从动轮，所述主动轮由驱动电机带动旋转，所述从动轮与主动轮啮合实现运动和动力的传递；所述聚焦透镜座旋转机构用于驱动聚焦透镜座沿其自身中心轴线旋转；
所述从动轮中心设置有圆孔，其上端面边沿与旋转筒下端的法兰固定连接在一起，圆孔的内壁上设置有有用于安装聚焦透镜座的第一环形台阶；旋转筒为空心环形，环形内腔的底部设置有第二环形台阶，所述聚焦透镜座的直径恰好与第一环形台阶和第二环形台阶匹配，使得聚焦透镜座可以水平搁置在第一环形台阶上，由第二环形台阶压紧，并且使得聚焦透镜座的中心轴线与从动轮的旋转轴线重合；
所述导光机构与聚焦透镜座的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜的转折之后，垂直入射进入任意一个聚焦透镜，之后聚焦在工件表面。
优选的，聚焦透镜座的中心位置还设置有一吹气孔，吹气孔的中心轴线与聚焦透镜座的中心轴线平行。
优选的，所述主动轮和从动轮均为齿轮。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型通过聚焦透镜座的旋转，使得脉冲激光束依次穿透不同焦距的聚焦镜片，焦距可以实现渐进变化，从而使得激光始终聚焦在激光刻蚀或打孔过程中露出来的新表面，能量更集中，打孔深度更大，效率更高。
2、众所周知，激光加工头中的光学镜片是易耗品，主要原因是热损伤。本实用新型中多个聚焦透镜镜片轮流使用，同时镜片的旋转也可以使得镜片附近空气流动加快，聚焦透镜座中心设置的吹气孔也可以有效带走周围安装的聚焦透镜镜片热量，因此比传统没有中心吹气孔、始终使用的单个镜片形式的散热效果更好，激光加工头的光学镜片寿命大大延长，可以有效减轻因透镜受热膨胀产生的热透镜效应，可以防止镜片表面镀膜因温度过高而损坏剥落，对于低功率激光加工场合甚至可以省去传统加工头必不可少的镜头冷却组件。
附图说明
图1为本实用新型所述聚焦光路系统的结构图；
图2为聚焦透镜座和旋转筒部分的结构图；
图3为聚焦透镜座和聚焦透镜的结构图；
图4为旋转筒的结构图；
图中各标号的含义为：
コ字形支撑架1、聚焦透镜座2、45度反射镜3、固定套筒4、旋转筒5、推力滚子轴承6、导光孔7、激光入射孔8、螺钉孔9、驱动电机10、主动轮11、从动轮12、圆形安装孔21、吹气孔22。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1-4所示，一种多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统，包括コ字形支撑架1、导光机构、多片聚焦透镜、聚焦透镜座2、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒5和固定套筒4；
所述コ字形支撑架1包括顶板、底板和连接顶板与底板的竖直支撑板，所述竖直支撑板上开设有激光入射孔8和用于将コ字形支撑架1固定到加工机床上的多个螺钉孔9。
所述聚焦透镜座2呈圆盘形，聚焦透镜座2的边沿内侧沿圆周方向均匀设置有多个尺寸相同的圆形安装孔21，多个圆形安装孔21的圆心位于同一圆周上；多个圆形安装孔21的中心轴线应该与聚焦透镜座2的中心轴线平行；
所述多片聚焦透镜的焦距互不相同；多个聚焦透镜分别固定安装在多个圆形安装孔21上，其安装方位使得所述多个聚焦透镜的中心轴线，以及聚焦透镜座21的中心轴线均相互平行；
所述多个聚焦透镜在多个圆形安装孔21的安装顺序是：将多个聚焦透镜按焦距长短排序，即以顺时针方向按照焦距从长到短或从短到长的次序依次安装在多个圆形安装孔21上。
所述固定套筒4的上端通过螺钉紧固连接在顶板的内侧，固定套筒4的下端通过推力滚子轴承6与旋转筒5连接，这样使得旋转筒5可以自由旋转。
所述导光机构包括至少一个45度反射镜3，所述45度反射镜3安装在固定套筒4内，所述固定套筒4的侧面上设置有导光孔7。
所述45度反射镜3的安装方位应该使得从激光入射孔8和导光孔7入射的激光束经45度反射镜3的反射后，其光路行进方向转折到竖直向下，即与聚焦透镜座2的中心轴线平行。
所述聚焦透镜座旋转机构包括驱动电机10、主动轮11和从动轮12，所述主动轮11由驱动电机10带动旋转，所述从动轮12与主动轮11啮合实现运动和动力的传递；
所述聚焦透镜座旋转机构5用于驱动聚焦透镜座2沿其自身中心轴线旋转，从而使得多个聚焦透镜也绕聚焦透镜座2的中心轴线公转。
所述从动轮12中心设置有圆孔，其上端面边沿通过螺钉与旋转筒5下端的法兰固定连接在一起，圆孔的内壁上设置有有用于安装聚焦透镜座2的第一环形台阶；旋转筒5为空心环形，环形内腔的底部设置有第二环形台阶，所述聚焦透镜座2的直径恰好与第一环形台阶和第二环形台阶匹配，使得聚焦透镜座2可以水平搁置在第一环形台阶上，由第二环形台阶压紧，并且使得聚焦透镜座2的中心轴线与从动轮12的旋转轴线重合；
所述导光机构与聚焦透镜座2的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜3的转折之后，垂直入射进入任意一个聚焦透镜，之后聚焦在工件表面。
优选的，聚焦透镜座2的中心位置还设置有一吹气孔22，吹气孔22的中心轴线与聚焦透镜座2的中心轴线平行；用于激光加工的过程中的辅助吹气。
激光打孔加工时，激光束发射的脉冲频率应该与聚焦透镜座2的旋转运动匹配，即每N(N>0，N为整数)个脉冲结束后，聚焦透镜座2要旋转一定角度，使下N个脉冲激光束入射到下一个聚焦透镜上。当然也可以通过调节聚焦透镜座2的旋转速度和激光脉冲的重复频率，来选择性使用某几个聚焦透镜，兼顾加工质量和效率。
同时，如果采用该聚焦光路系统打深孔时，通过聚焦透镜座2的旋转，使得加工焦距可以实现渐进变化，从而使得激光始终聚焦在激光烧蚀而露出来的新表面，能量更集中，打孔深度更大，效率更高。
本实施例中采用的聚焦透镜座旋转机构为一齿轮传动机构，主动轮11和从动轮12均为齿轮，驱动电机10固定在竖直支撑板上，其输出轴与主动齿轮的齿轮轴相连，所述主动齿轮与被动齿轮啮合。当然还可以采用其他旋转机构来实现聚焦透镜座2的旋转。
本实用新型可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本实用新型的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (3)
1.一种多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统，其特征在于，包括コ字形支撑架(1)、导光机构、多片聚焦透镜、聚焦透镜座(2)、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒(5)和固定套筒(4)；
所述コ字形支撑架(1)包括顶板、底板和连接顶板与底板的竖直支撑板，所述竖直支撑板上开设有激光入射孔(8)和用于将コ字形支撑架(1)固定到加工机床上的多个螺钉孔(9)；
所述聚焦透镜座(2)呈圆盘形，聚焦透镜座(2)的边沿内侧沿圆周方向均匀设置有多个尺寸相同的圆形安装孔(21)，多个圆形安装孔(21)的圆心位于同一圆周上；多个圆形安装孔(21)的中心轴线应该与聚焦透镜座(2)的中心轴线平行；
所述多片聚焦透镜的焦距互不相同；多个聚焦透镜分别固定安装在多个圆形安装孔(21)上，其安装方位使得所述多个聚焦透镜的中心轴线，以及聚焦透镜座(21)的中心轴线均相互平行；
所述多个聚焦透镜在多个圆形安装孔(21)的安装顺序是：以顺时针方向按照焦距从长到短或从短到长的次序依次安装在多个圆形安装孔(21)上；
所述固定套筒(4)的上端紧固连接在顶板的内侧，固定套筒(4)的下端通过推力滚子轴承(6)与旋转筒(5)连接；
所述导光机构包括至少一个45度反射镜(3)，所述45度反射镜(3)安装在固定套筒(4)内，所述固定套筒(4)的侧面上设置有导光孔(7)；
所述45度反射镜(3)的安装方位应该使得从激光入射孔(8)和导光孔(7)入射的激光束经45度反射镜(3)的反射后，其光路行进方向转折到竖直向下，即与聚焦透镜座(2)的中心轴线平行；
所述聚焦透镜座旋转机构包括驱动电机(10)、主动轮(11)和从动轮(12)，所述主动轮(11)由驱动电机(10)带动旋转，所述从动轮(12)与主动轮(11)啮合实现运动和动力的传递；所述聚焦透镜座旋转机构(5)用于驱动聚焦透镜座(2)沿其自身中心轴线旋转；
所述从动轮(12)中心设置有圆孔，其上端面边沿与旋转筒(5)下端的法兰固定连接在一起，圆孔的内壁上设置有有用于安装聚焦透镜座(2)的第一环形台阶；旋转筒(5)为空心环形，环形内腔的底部设置有第二环形台阶，所述聚焦透镜座(2)的直径恰好与第一环形台阶和第二环形台阶匹配，使得聚焦透镜座(2)可以水平搁置在第一环形台阶上，由第二环形台阶压紧，并且使得聚焦透镜座(2)的中心轴线与从动轮(12)的旋转轴线重合；
所述导光机构与聚焦透镜座(2)的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜(3)的转折之后，垂直入射进入任意一个聚焦透镜，之后聚焦在工件表面。
2.根据权利要求1所述的多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统，其特征在于，聚焦透镜座(2)的中心位置还设置有一吹气孔(22)，吹气孔(22)的中心轴线与聚焦透镜座(2)的中心轴线平行。
3.根据权利要求1所述的多脉冲渐进激光打孔的聚焦光路系统，其特征在于，所述主动轮(11)和从动轮(12)均为齿轮。
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