[实用新型]旋转双光楔激光微孔加工装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种旋转双光楔激光微孔加工装置，属于激光精细加工技术应用领域

背景技术

激光微孔加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行微钻孔加工，涉及到光、机、电、计算机控制、材料特性及检测等多学科综合技术。激光打孔在汽车、微电子、光通讯、航天航空、生物医学、太阳能及燃料电池新能源等高新技术产业领域有广泛应用，改进或取代了某些传统加工方式。目前世界上半导体集成电路产业发展迅猛，计算机、手机电路板、便携式消费电子产品采用高密度多层PCB，体积紧凑并向小型化发展；半导体芯片制作、测试和封装要求不断提高，其结构更加紧凑、外形体积不断缩小。传统的机械打孔或冲孔等加工方式无法满足需求。

先进的DPSS激光器，利用其纳秒级的超短脉冲和几十到几百千瓦的峰值功率输出特性，能成功地应用于宝石、氧化铝陶瓷、不锈钢及一些碳钢等不同材料上的精细加工。在激光加工过程中，材料产生蒸汽或等离子体而非液体，在蒸汽或等离子体内部具有极大的压力使得被加工材料产生喷射过程。此外，每个激光脉冲引起的材料内部热传导也极为有限，再加上加工过程产生的等离子体对激光束的传导存在屏蔽效应，使得每个激光脉冲去除的材料层厚度只几个微米。由此，我们可以提高激光束强度深入材料内部加工而不会损坏微孔周围的材料。

激光精细加工微孔成型技术目前主要有三种：固定光束单脉冲加工单元微孔、振镜扫描和工件旋转打孔。固定光束单脉冲加工单元微孔是由固定激光聚焦镜结合高精度位移平台移动工件来完成，提供了高精度和高准确性，并能得到激光加工光学系统所限的最小微孔直径。但在一个点上激光烧灼一段相当长的时间，小孔的边缘肯定有着热效应引起的碳化层、熔化层，或在材料顶部存在堆积物的现象。还有一个问题是要想得到不同的微孔直径，在这种方式下，只能靠换聚焦镜头来实现。振镜扫描加工微孔，定位速度快，由于振镜的高速响应，打数量众多的列阵孔比较合适。而且孔的大小可以很方便地用软件来控制，走出各种事先设定好的轨迹，所以可以加工各种异型孔，比如方孔、三角形孔、星型孔等，但由于它们缺乏在大范围的局部小区域内的高定位精度，因此在小孔直径小于250微米时不宜采用此方案。另外在激光精细加工时，经常把激光光束扩束以达到聚焦光点足够小的目的，这时的振镜反射片尺寸相对较大，也会影响系统响应频率和加工效率。微孔加工还有一种方法是采用固定光束聚焦，工件高速旋转，其旋转轴偏离加工光轴，调节偏离距离就能得到不同尺寸的小孔。这种方案能减少微孔成型过程中小孔边缘的热影响，但由于工件旋转时惯量大，而且只能打单一孔，只能应用于在小的圆形同轴零件上加工单个微孔的场合。

发明内容

为了克服现有装置在激光精细加工列阵微孔成型中孔径边缘的热影响和孔型精度不够高的缺点，提供一种旋转双光楔激光微孔加工装置。

技术方案

一种旋转双光楔激光微孔加工装置，其特点是它包括：由激光器、扩束镜及激光传输系统组成的超短脉冲的激光输出系统，由两个光楔、双光楔支承旋转机构及控制系统组成的双光楔光束偏转系统，由一个激光聚焦镜组及调焦机构组成的激光聚焦系统，由加工件安装机构及二维位移平台组成的加工件吸附定位位移系统和计算机系统；由激光器发出的激光束即入射光经由扩束镜和由光路传导和反射镜组成的激光传输系统的传输至双光楔光束偏转系统的双光楔支承旋转机构处，经双光楔支承旋转机构中的相互平行放置并与入射光轴垂直的两个相同的第一光楔和第二光楔偏折后，由激光聚焦镜组会聚获得聚焦光束于二维位移平台上的加工件上。

所述的双光楔支承旋转机构包括电机、电机座、第一同步带轮、同步齿形带、第二同步带轮、第一光楔片、光楔主动旋转体、第一光楔支承座、离合器、光楔从动旋转体、第二光楔支承座、第二光楔片、聚焦透镜组和聚焦透镜组座，电机座、第一光楔支承座和第二光楔支承座及聚焦透镜组座均固定在调焦机构上；两个相同的第一光楔片和第二光楔片分别胶合在光楔主动旋转体和光楔从动旋转体里；电机(8固定在电机座上，第一同步带轮安装在电机的轴上，另一个相同的第二同步带轮安装在光楔主动旋转体上，第一、第二同步带轮和通过同步齿形带连接，光楔主动旋转体固定在带有轴承的第一光楔支承座上，光楔从动旋转体固定在带有轴承的第二光楔支承座上，光楔主动旋转体和光楔从动旋转体通过离合器同轴联接。

所述的激光器为一台输出纳秒级脉冲平行光的DPSS固态激光器。

所述的计算机系统中装有运动控制卡，同步控制激光器开关、激光器输出功率和重复频率调节、控制双光楔片绕入射光轴分别或共同旋转、激光调焦及二维工作位移平台的运动和定位套准。