CN203956334U - 一种激光钻孔机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光钻孔机，包括激光器、激光准直和扩束光学系统、聚焦光学系统、加工平台和激光钻孔机控制系统，所述激光钻孔机控制系统控制聚焦激光束与加工平台的相对位置，其特征在于：所述激光器为波长1.8微米到2.2微米的光纤激光器，所述激光器输出的激光经激光准直和扩束光学系统、聚焦光学系统后聚焦在加工平台上的加工件的待钻孔处。本实用新型的钻孔机具有系统设计简单，造价低廉，可靠性高、波长独特等优点，是一种具有实用价值的激光钻孔系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光加工装置，具体涉及一种激光钻孔机，尤其是一种采用光纤激光器的激光钻孔机，属于激光材料加工领域。
背景技术
激光的材料钻孔加工是激光技术应用于现代工业、医疗器械和高端设备制造等领域的一种重要加工工艺。
传统上对材料（如金属材料、无机材料、 有机材料、半导体材料和复合材料等）进行钻孔加工通常采用机械、化学等方法，这些方法存在着很多缺点或不足，例如加工精度不高（孔直径粗）、加工效率低、加工工件容易碎裂、加工口粗燥、环境污染等。随着激光技术的迅猛发展，采用激光对材料的钻孔加工技术在最近十多年也得到发展，这就是激光钻孔技术。激光钻孔技术采用计算机控制的激光束聚焦在材料表面并控制聚焦激光束的移动，聚焦激光束与材料（如金属、有机、无机、半导体等）发生作用从而产生聚焦点材料液化或汽化，借助其它辅助气体，从而达到材料钻孔的目的。激光钻孔技术具有现有其它钻孔技术无法比拟的优点，不仅加工精度高、加工效率高、加工工件不容易碎裂，而且钻孔加工切口细腻一致，无环境污染等，同时可以实现高速自动化生产。无论是现代装备制造工业还是半导体制造工业、材料等领域都存在大量需要钻孔的材料，如由金属材料，无机材料、有机材料、半导体材料和复合材料等构成的板材，拄型材和特种形材等等，这些孔的直径从微米级到毫米级不等，对上述这些大量需要进行钻孔的材料进行激光精密钻孔加工对这些工业领域的大规模、高精度、自动化生产等具有重大意义。
为了实现对上述这些各种材料等的激光钻孔，现有工业加工行业通常采用的激光器是二氧化碳激光器、紫外固体激光器、固体Nd：YAG激光器、固体Nd：YVO3激光器和大功率1微米光纤激光器等。现有采用上述这些激光器的激光钻孔技术存在着各种不同的缺陷，如1微米波长的固体Nd：YAG激光器、固体Nd：YVO3激光器和1微米光纤激光器由于有机材料对这些波长激光的吸收很低，因此这些激光器对含有有机成分的材料的钻孔效果就很差；而紫外激光器存在着寿命短、对人体有危害、效率低等缺点；二氧化碳激光器也存在着效率低、热效应大、钻孔截面粗糟等缺陷，不适合精密钻孔加工。
因此，需要对现有的激光钻孔装置进行改进，以适用各种材料的激光钻孔，提高装置的稳定性和可靠性，保证钻孔质量。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种激光钻孔机，以适应对各种材料特别是有机材料的钻孔需求，提高激光钻孔机的稳定性和可靠性。
为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种激光钻孔机，包括激光器、激光准直和扩束光学系统、聚焦光学系统、加工平台和激光钻孔机控制系统，所述激光钻孔机控制系统控制聚焦激光束与加工平台的相对位置，所述激光器为波长1.8微米到2.2微米的光纤激光器，所述激光器输出的激光经激光准直和扩束光学系统、聚焦光学系统后聚焦在加工平台上的加工件上。
上述技术方案中，所述激光器为脉冲宽度从几十飞秒到毫秒量级的脉冲光纤激光器。
激光聚焦焦距为5毫米到5000毫米。
上述技术方案中，所述聚焦光学系统可以是反射式聚焦光学系统，也可以是透镜聚焦光学系统，或者由高速扫描振镜和远心场镜光学聚焦系统组合构成。
本实用新型的激光钻孔机可以用于金属材料、无机材料、有机材料、半导体材料和复合材料的钻孔加工。
所述的孔可以是通孔和没有打通的孔。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、本实用新型的钻孔机具有结构简单、稳定性高、可靠性高、运行费用低和高功率的特点，适合工业环境使用。
2、采用高重复率的脉冲激光，可以使钻孔加工的切口更为平滑，加工质量更好，并提高加工效率。
3、本实用新型的激光钻孔机既可以用于金属材料的钻孔，也可以对无机材料、有机材料、半导体材料和复合材料进行钻孔；特别适合一些对2微米波长激光有特征吸收、含有有机成分和氢氧根(OH-) 的生物材料的激光钻孔加工。
4、本实用新型采用人眼安全激光波长, 绿色环保。
附图说明
图1是实施例一的激光钻孔机原理示意图。
图2是实施例二的激光钻孔机原理示意图。
图3是实施例三的激光钻孔机原理示意图。
其中：1、光纤激光器；2、激光准直和扩束光学系统；3、激光钻孔机控制系统；4、反射式聚焦光学系统；5、加工平台；6、加工件；7、透镜聚焦光学系统；8、高速扫描振镜；9、远心场镜光学聚焦系统。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种采用2微米光纤激光的钻孔机，主要结构包括： 输出1.8到2.2微米波长激光的光纤激光器1 、激光准直和扩束光学系统2、 激光钻孔机控制系统3 、反射式聚焦光学系统4、加工平台5。图中，需要钻孔的是材料加工件6。
钻孔机各部分的连接关系为：2微米波长的光纤激光器1输出激光经过激光准直和扩束光学系统2后激光束得到准直和光束扩大；准直和扩束后的脉冲光纤激光进入反射式聚焦光学系统4后聚焦到需要钻孔的材料加工件6上；聚焦的光纤激光束在激光钻孔机控制系统3 控制下在需要钻孔的材料加工件6上按钻孔程序移动完成钻孔加工，激光钻孔机控制系统3还提供加工光源与加工平台5之间的同步控制。
上述激光钻孔机中的2微米波长光纤激光器的波长是1.8微米到2.2微米；所述激光为连续光纤激光, 也可以为脉冲光纤激光，脉冲宽度从几十飞秒到毫秒量级。
本实施例钻孔的材料可以是金属材料，无机材料, 有机材料，半导体材料和复合材料。
激光聚焦所使用的反射式聚焦光学系统的焦距可以从5毫米到5000毫米。
实施例二：
参见图2所示，一种采用2微米光纤激光的钻孔机，一种采用2微米光纤激光的钻孔机，主要结构包括： 输出1.8到2.2微米波长激光的光纤激光器1 、激光准直和扩束光学系统2、 激光钻孔机控制系统3 、透镜聚焦光学系统7、加工平台5。
本实施例采用透镜聚焦光学系统，装置的布置方式与实施例一不同，但工作原理类似。
实施例三：
参见图3所示，一种采用2微米光纤激光的钻孔机，主要结构包括：一种采用2微米光纤激光的钻孔机，包括：输出的1.8到2.2微米波长光纤激光器1、激光准直和扩束光学系统2、激光钻孔机控制系统3 、高速扫描振镜8、远心场镜光学聚焦系统9、加工平台5。需要钻孔的是材料加工件6。
2微米波长的光纤激光器1输出激光经过激光准直和扩束光学系统2后激光束得到准直和光束扩大；准直和扩束后的光纤激光束进入到一个高速扫描振镜8中，高速扫描振镜8在激光钻孔机控制系统3的控制下按钻孔程序使光纤激光束在需要钻孔材料（固定在加工平台5上）上移动实现激光钻孔动作；经过高速扫描振镜8后的光纤激光束进入一个远心场镜光学聚焦系统9后激光束聚焦到需要钻孔的材料6上，聚焦后的激光光斑直径为几十到几百微米大小的光斑，这种远心场镜光学聚焦系统的特点是在整个材料加工面聚焦激光束都垂直入射到需要钻孔加工的材料界面上，从而保证所有材料钻孔大小均匀，截面光滑。
Claims (6)
1. 一种激光钻孔机，包括激光器、激光准直和扩束光学系统、聚焦光学系统、加工平台和激光钻孔机控制系统，所述激光钻孔机控制系统控制聚焦激光束与加工平台的相对位置，其特征在于：所述激光器为波长1.8微米到2.2微米的光纤激光器，所述激光器输出的激光经激光准直和扩束光学系统、聚焦光学系统后聚焦在加工平台上的加工件上。
2. 根据权利要求1所述的激光钻孔机，其特征在于：所述激光器为脉冲宽度从几十飞秒到毫秒量级的脉冲光纤激光器。
3. 根据权利要求1所述的激光钻孔机，其特征在于：激光聚焦焦距为5毫米到5000毫米。
4. 根据权利要求1所述的激光钻孔机，其特征在于：所述聚焦光学系统为反射式聚焦光学系统。
5. 根据权利要求1所述的激光钻孔机，其特征在于：所述聚焦光学系统为透镜聚焦光学系统。
6. 根据权利要求1所述的激光钻孔机，其特征在于：所述聚焦光学系统由高速扫描振镜和远心场镜光学聚焦系统组合构成。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108971775A (zh) * | 2017-06-02 | 2018-12-11 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种用于金属的激光打孔方法及设备 |
| CN112008261A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-01 | 深圳市浩创盛科技有限公司 | 一种激光钻孔机 |
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