[发明专利]一种硬脆材料的激光钻孔装置及钻孔方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种硬脆材料的激光钻孔装置及钻孔方法。

背景技术

自1960年激光器诞生以来，激光加工在航空、航天、汽车和电子领域的应用已经越来越广泛。同时，硬脆材料由于其特殊的机械性能，在航空航天的零部件制造领域已经开始大量使用。因此，研究激光在非平面的硬脆材料上进行钻孔的工艺方法是十分必要和重要的。

现有的半球形空腔硬脆材料钻孔一般采用机械钻孔或者化学腐蚀的方式。机械钻孔使用合金钻头或者金刚石钻头实现，但在空腔零件上进行钻孔时，由于接触应力，很容易导致零件变形，从而导致成品率低，尤其在一个零件上需要实现数千甚至上万个孔的海量群孔加工时，零件的加工几乎很难完成。化学腐蚀加工则可以有效的解决机械加工的接触应力问题，但在复杂形状的零件上很难实现化学腐蚀加工。

对于厚度较薄、直径较大的半球形硬脆材料的零件，如果需要在零件上加工海量群孔，且孔间距较小的情况下，使用机械钻孔时零件会严重变形；使用化学腐蚀加工孔则必须先在平板上腐蚀群孔，然后使用磨具冲压成型，这种情况下，孔与孔之见的“筋”很容易在冲压过程中发生断裂。

发明内容

有鉴如此，有必要提供一种硬脆材料的激光钻孔装置，从而避免了钻孔过程中的接触应力造成的空腔零件形变问题以及孔间距较小带来的孔间“筋”断裂的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种硬脆材料的激光钻孔装置，所述激光钻孔装置安装于机床平台上，所述激光钻孔装置包括激光器、沿所述激光器出射的激光光束依次设置的扩束器、λ/4玻片、反射镜、光束扫描系统，承载硬脆材料的定位平台以及与所述激光器、扩束器、λ/4玻片、反射镜、光束扫描系统，定位平台均信号连接的控制单元；

所述激光器出射的激光光束入射进入所述扩束器，经所述扩束器后的激光光束形成扩束光束，所述扩束光束入射进入所述λ/4玻片形成圆偏振光，所述圆偏振光经所述反射镜进入所述光束扫描系统，经所述光束扫描系统后的圆偏振光沿预先设定轨迹传输，并聚焦于所述定位平台上的载硬脆材料上。

另外本发明还提供了一种硬脆材料的激光钻孔方法，包括下述步骤：

根据硬脆材料需要加工的孔参数，确定加工工艺参数，所述孔参数包括孔径、孔间距及孔总数量，所述加工工艺参数，包括激光功率、频率、扫描速度和加工时间；

根据控制单元控制钻孔装置的自检回零，激光器的预热和光束扫描系统的回零，以及机床平台的回零；

将所述硬脆材料固定于定位平台上，并调整至水平位置；

选定所述硬脆材料上某个位置为坐标原点，建立直角坐标系；

根据所述直角坐标系确定所述硬脆材料上需要加工的钻孔坐标；

根据所述直角坐标系和机床平台的坐标系转换关系，将所述钻孔坐标转换为所述机床平台的坐标系下的钻孔坐标；

根据所述加工工艺参数和所述机床平台的坐标系下的钻孔坐标，采用所述激光钻孔装置对所述硬脆材料上需要加工的孔逐次加工。

在一些实施例中，其中，将所述硬脆材料固定于所述定位平台上，并调整至水平位置具体为：通过控制单元控制所述定位平台的方向，使所述硬脆材料水平于所述定位平台上。

在一些实施例中，在完成激光钻孔后还包括下述步骤：

在完成硬脆材料加工后，取下已加工的硬脆材料，对孔的孔参数进行检测。

在一些实施例中，所述硬脆材料的厚度为0.05mm—8mm。

在一些实施例中，所述硬脆材料的厚度为0.05mm—1mm。

在一些实施例中，所述硬脆材料为金属、陶瓷或者玻璃。

本发明采用上述技术方案带来的技术效果在于：

一方面，本发明提供的硬脆材料的激光钻孔装置，所述激光器出射的激光光束入射进入所述扩束器，经所述扩束器后的激光光束形成扩束光束，所述扩束光束入射进入所述λ/4玻片形成圆偏振光，所述圆偏振光经所述反射镜进入所述光束扫描系统，经所述光束扫描系统后的圆偏振光沿预先设定轨迹传输，并聚焦于所述定位平台上的载硬脆材料上，从而实现了对硬脆材料激光钻孔的精确加工，提高了加工精度。