專利名稱：一種錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種可以實(shí)現(xiàn)微孔加工和錐度的可調(diào)控制的光束掃描裝置。
背景技術(shù)：
微孔加工是激光加工領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一，在微孔加工中，孔形常常會有一定的錐度要求，甚至要求是倒錐孔。例如在噴油嘴微孔加工中，為了提高噴油嘴小孔噴油的霧化效果，不但要求孔徑小，而且要求孔形具有一定的倒錐度；而在飛機(jī)葉片加工中，為了提高微孔的冷卻效果，要求孔為正錐形?，F(xiàn)有激光加工微孔的方法有固定光束單脈沖或多脈沖加工單兀微孔，振鏡掃描，工件旋轉(zhuǎn)打孔和旋轉(zhuǎn)雙光楔掃描。為了控制孔的錐度，需要在光路中加入一些光束位移模塊，例如平行平板、平行雙光楔等。最常見的組合形式有振鏡掃描+平行平板、振鏡掃描+平行雙光楔、旋轉(zhuǎn)雙光楔掃描+平行平板、旋轉(zhuǎn)雙光楔掃描+平行雙光楔等。但是上述現(xiàn)有技術(shù)都存在一定的缺陷①固定光束單脈沖或多脈沖加工微孔，可以得到激光加工光學(xué)系統(tǒng)所限的最小微孔直徑，不能實(shí)現(xiàn)光束的多孔徑加工，也不能實(shí)現(xiàn)倒錐孔。②振鏡掃描加工微孔，具有較高的響應(yīng)速度，定位速度較快，配合平行平板或者平行雙光楔，可以實(shí)現(xiàn)不同孔徑和不同錐度的孔加工。但是振鏡掃描在局部微小區(qū)域定位精度較低，不適合微小孔加工。另外在加工倒錐孔時(shí)，振鏡掃描需要與平行平板或平行雙光楔很高的同步旋轉(zhuǎn)精度，否則影響孔的圓度。旋轉(zhuǎn)雙光楔可以通過控制兩個光楔間的相對位置來實(shí)現(xiàn)不同孔徑的加工，而且只要楔角相同，可以加工出光學(xué)系統(tǒng)所限的最小微孔直徑，而且從雙光楔出射光束偏折角度與雙光楔夾角的余弦成正比，因此即使雙光楔同步精度不高，偏折角度變化也不會很大，因此孔徑一致性較好。其與平行平板組合，可以實(shí)現(xiàn)倒錐孔加工，但是由于平行平板光束平移量固定，打出的倒錐孔錐度不可調(diào)。平行雙光楔可以克服平行平板的缺點(diǎn)，但是旋轉(zhuǎn)雙光楔+平行雙光楔組合需要4個電機(jī)控制，不但造價(jià)高昂，而且需要四個光楔旋轉(zhuǎn)時(shí)同軸性較好，安裝精度要求較高。而且光束通過四個光楔，能量損耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于三光楔的錐度可控的激光光束掃描裝置，采用三光楔結(jié)構(gòu)光束掃描裝置。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，具體如下一種錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，包括激光器、45°反射鏡、第一大楔角光楔、第二大楔角光楔、小楔角光楔、聚焦鏡、待加工樣件，所述第一大楔角光楔的楔角與第二大楔角光楔的楔角不相等。進(jìn)一步地，激光光束依次穿過所述第一大楔角光楔、第二大楔角光楔和小楔角光楔。進(jìn)一步地，所述第一大楔角光楔的楔角小于第二大楔角光楔的楔角。進(jìn)一步地，小楔角光楔為
權(quán)利要求
1.一種錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，包括激光器(I)、45°反射鏡(3)、第一大楔角光楔(4)、第二大楔角光楔(5)、小楔角光楔(6)、聚焦鏡(7)、待加工樣件(8)，其特征在于所述第一大楔角光楔(4)的楔角與第二大楔角光楔(5)的楔角不相等。
2.如權(quán)利要求1所述的錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，其特征在于激光光束依次穿過所述第一大楔角光楔(4)、第二大楔角光楔(5)和小楔角光楔(6)。
3.如權(quán)利要求3所述的錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，其特征在于所述第一大楔角光楔(4)的楔角小于第二大楔角光楔(5)的楔角。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，其特征在于小楔角光楔(6)為
5.如權(quán)利要求1所述的錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，其特征在于激光光束依次穿過所述小楔角光楔￠)、第一大楔角光楔(4)和第二大楔角光楔(5)。
6.如權(quán)利要求5所述的錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，其特征在于所述第一大楔角光楔(4)的楔角大于第二大楔角光楔(5)的楔角。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置的控制方法， 其特征在于先同步驅(qū)動第一大楔角光楔(4)、第二大楔角光楔(5)和小楔角光楔(6)旋轉(zhuǎn)；判斷是否需要改變光束的橫向位移量，如需要，則改變第一大楔角光楔(4)、第二大楔角光楔(5)的間距；判斷是否需要改變光速的偏轉(zhuǎn)角，如需要，則改變小楔角光楔(6)的旋轉(zhuǎn)速度，使其與第一大光楔角光楔(4)、第二大光楔角光楔(5)的相對位置發(fā)生變化，直至偏轉(zhuǎn)角達(dá)到設(shè)置閾值。
8.如權(quán)利要求7所述的錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置的控制方法，其特征在于設(shè)所述相對位置的角度變化值為a，求得從小楔角光楔￠)出射光束與光軸的夾角^ =2rcos ( a/2)，經(jīng)聚焦鏡在經(jīng)平面畫出的圓環(huán)半徑為f*tg@，其中，f是聚焦鏡的焦距；當(dāng)a=0時(shí)，畫出最大圓半徑f*tg(2r);當(dāng)a = Ji時(shí)，畫出最小圓半徑O。
全文摘要
一種錐度可控的激光微孔加工光束掃描裝置，包括一臺激光器和一個待加工樣件，在所述激光器出射面上設(shè)有一個擴(kuò)束器，在所述擴(kuò)束器出射面上設(shè)有一個45°反射鏡，在45°反射鏡下方依次垂直分布有一個非平行雙光楔組和一個小角度光楔，小角度光楔下方依次垂直分布有一個聚焦鏡和一個待加工樣件。激光束經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束準(zhǔn)直后入射至45°反射鏡，經(jīng)45°反射鏡反射激光束垂直入射至下方非平行光楔組，光束經(jīng)非平行光楔組產(chǎn)生一定平移和偏折，偏折光束再經(jīng)小角度光楔折射至聚焦鏡上，最后聚焦鏡聚焦光束在待加工樣件上。本發(fā)明比振鏡掃描微孔加工掃描裝置精度高，而且比四光楔光楔數(shù)少了一個，不但安裝更方便，同時(shí)也少了一個驅(qū)動電機(jī)和楔鏡，控制更簡單，激光能量的損耗減少，成本也大大降低。
文檔編號B23K26/08GK103056519SQ20121057398
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者李朋, 楊小君, 李明, 趙華龍, 趙衛(wèi) 申請人:中科中涵激光設(shè)備(福建)股份有限公司