[发明专利]一种激光钻孔系统及激光钻孔方法

权利要求书

1.一种激光钻孔系统，其特征在于，包括入射光束旋转运动模块、高速旋转激光焦点空间位置补偿模块和激光聚焦与焦点切换模块；

所述入射光束旋转运动模块，用于对透射的入射光束进行旋转调制以输出旋转光束，形成绕所述入射光束的光轴进行旋转的第一光束，且所述第一光束光轴旋转全角小于30毫弧度；所述入射光束旋转运动模块包括至少一个激光光束旋转单元，所述激光光束旋转单元包括旋转透射光学元件和用于带动所述激光光束旋转单元作旋转运动的驱动装置；所述旋转透射光学元件的旋转速度大于6万转每分钟，所述旋转透射光学元件承受旋转离心力从而对透射光束产生光束发散功能，且转速越高，光束发散功能越强，使得所述第一光束的光束发散程度大于所述入射光束；

所述高速旋转激光焦点空间位置补偿模块，用于对所述第一光束的光束发散角随着所述入射光束旋转运动模块旋转速度的变化而变化产生的聚焦光束的激光焦点空间位置的变化进行补偿，使得经过所述激光聚焦与焦点切换模块聚焦后的聚焦光束的激光焦点始终处于待加工工件表面或特定空间位置；

所述高速旋转激光焦点空间位置补偿模块可以为高速旋转运动光束发散补偿单元和/或激光平场聚焦工作距补偿单元；

所述高速旋转运动光束发散补偿单元，位于所述入射光束旋转运动模块之前或者位于所述入射光束旋转运动模块之后，用于对所述入射光束或所述第一光束的光束发散角进行发散角补偿，使得聚焦光束的聚焦焦点始终处于待加工工件表面或者特定空间位置；

所述激光平场聚焦工作距补偿单元，用于根据所述入射光束旋转运动模块输出的第一光束的旋转速度对扫描平场聚焦镜与待加工工件之间的间距进行调整，使得不论第一光束的旋转速度增加或者降低，所述聚焦光束的聚焦焦点始终处于所述待加工工件表面或者特定空间位置；

所述激光聚焦与焦点切换模块，用于对所述高速旋转运动光束发散补偿单元或者所述入射光束旋转运动模块的输出光束进行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束在不同加工单元之间进行切换或者在一个加工单元处对所述聚焦光束的激光焦点扫描运动进行辅助运动控制。

2.如权利要求1所述的一种激光钻孔系统，其特征在于，所述旋转透射光学元件为楔形棱镜或衍射体光栅或光楔，所述驱动装置为空心主轴电机，所述旋转透射光学元件安装在所述空心主轴电机的电机主轴上；所述空心主轴电机为气浮空心主轴电机或磁浮空心主轴电机。

3.如权利要求2所述的一种激光钻孔系统，其特征在于，所述入射光束旋转运动模块，包括两个或两个以上的串联的激光光束旋转单元，每一个所述激光光束旋转单元各自独立旋转，第一个激光光束旋转单元中的旋转透射光学元件接收所述入射光束，所述第一个激光光束旋转单元输出激光束光轴沿着其入射激光的光轴进行自转，后一激光光束旋转单元的输出光束的光轴沿着前一激光光束旋转单元的输出的光束的光轴进行公转，并且还沿着该公转轨迹进行自转。

4.如权利要求1所述的一种激光钻孔系统，其特征在于，所述激光聚焦与焦点切换模块为振镜扫描平场聚焦单元，所述振镜扫描平场聚焦单元包括扫描振镜和扫描平场聚焦镜；

所述高速旋转运动光束发散补偿单元或者所述入射光束旋转运动模块的输出光束经扫描振镜反射后射入扫描平场聚焦镜，经所述扫描平场聚焦镜聚焦形成聚焦光束，所述扫描振镜通过扫描振镜反射镜片偏转达到控制激光焦点在不同加工单元之间的切换，或在一个加工单元处的激光出光加工过程中，所述扫描振镜通过扫描振镜反射镜片辅助偏转对激光焦点扫描运动进行辅助运动控制。

5.如权利要求1所述的一种激光钻孔系统，其特征在于，所述高速旋转运动光束发散补偿单元包含壳体和透镜组，所述透镜组安装于壳体内，所述透镜组包含至少两个串联的透镜，通过改变所述透镜组内的多个透镜之间的间距实现对所述入射光束或所述第一光束的发散角补偿角度的调整。

6.如权利要求5所述的一种激光钻孔系统，其特征在于，所述透镜组为一个凹透镜和至少一个凸透镜的组合，或者为至少两个凸透镜的组合。

7.如权利要求1所述的一种激光钻孔系统，其特征在于，还包括激光光束偏转运动模块，所述激光光束偏转运动模块位于所述入射光束旋转运动模块之后，用于采用偏转方式调节所述第一光束的运动轨迹轮廓大小，以形成第二光束，所述第二光束的运动由所述入射光束旋转运动模块单独调制或者由所述入射光束旋转运动模块和所述激光光束偏转运动模块共同调制。