[实用新型]用于激光微孔加工的棱镜式光束扫描装置及系统

说明书

本实用新型涉及一种用于激光微孔加工的棱镜式光束扫描装置、系统及光束扫描方法，该光束扫描装置包括：第一异型光楔、第二异型光楔、第一旋转驱动件、第二旋转驱动件；该光束扫描装置采用两个异型光楔控制激光光束的横向位移量和倾斜角度，改变两个异型光楔之间的夹角可以同时改变激光光束的倾斜角度和横向位移量，不但可以用来加工倒锥孔，而且解决了现有透射型和组合型装置深孔加工中存在的中心光束先擦边现象，大大提高了深孔加工能力。具备上述光束扫描装置的光束扫描系统及其光束扫描方法同样具有上述技术效果。

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，具体而言，涉及一种用于激光微孔加工的棱镜式光束扫描装置及系统。

背景技术

目前微小孔加工手段主要有机械钻头、电液束流、电火花、激光等几种。相对于其他加工手段，激光加工具有加工效率高、可加工材料范围广、无刀具磨损、非接触、对材料型面影响小、易于导向、灵活等特点。尤其是随着皮秒、飞秒激光器的应用，激光加工质量进一步提升，不仅加工精度高、内壁质量好，且无热影响、无重铸层、无微裂纹、无材料选择性，激光加工成为越来越多人的选择。

激光加工微小孔的方式主要有三种：冲击钻孔、圆扫描钻孔和螺旋线扫描钻孔，相比而言，圆扫描钻孔和螺旋线扫描钻孔质量更优。为实现圆扫描运动或螺旋线扫描运动，一种是控制工件运动，一种是控制光束运动，相较而言控制光束运动更简单、灵活。目前控制光束二维运动装置有很多，主要分为三类：反射型(例如振镜、PZT)、透射型(例如四光楔或平行平板+双光楔)、反射+透射组合型(例如PZT+平行平板、反射镜+道威棱镜)。反射型装置虽然运动扫描速度较高，但是只能实现正锥孔加工，无法实现圆柱或倒锥孔加工，因此只适用于表面打标、刻蚀或无锥度要求浅孔加工；透射型装置可以实现圆柱或倒锥孔加工，但是结构复杂、驱动电机需要3～4个；反射+透射型要么成本高，要么安装精度要求较高，同步精度不高。而且透射型和组合型都有同一个问题，深孔加工时都会存在加工中间位置比加工边缘位置更容易挡光的现象，如图1所示，现有技术加工过程中横向位移量基本不发生变化，加工到一定深度后，中心扫描光束被孔入口处边沿遮挡，导致激光到达不了深孔中心，无法去除中心位置的材料，最终影响孔深径比的提升。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种用于激光微孔加工的棱镜式光束扫描装置及系统，以至少解决现有透射型和组合型装置深孔加工中存在的中心光束先擦边现象的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种用于激光微孔加工的棱镜式光束扫描装置，所述光束扫描装置与外部的控制系统相连接，所述光束扫描装置包括：第一异型光楔、第二异型光楔、第一旋转驱动件、第二旋转驱动件；

所述第一异型光楔包括一个角度为α的第一光楔部分和一个倾斜角为β的第一平行平板部分，所述第一光楔部分的主截面与所述第一平行平板部分的主截面两者的投影之间的夹角为γ；

所述第二异型光楔包括一个角度为α的第二光楔部分和一个倾斜角为β的第二平行平板部分，所述第二光楔部分的主截面与所述第二平行平板部分的主截面两者的投影之间的夹角为-γ；

其中，所述γ角取-90°<γ<90°；

所述第一旋转驱动件、第二旋转驱动件由所述控制系统控制依次驱动所述第一异型光楔、第二异型光楔旋转使得外部的激光光束依次通过所述第一异型光楔、第二异型光楔后产生预定的横向位移量和倾斜角度。

进一步的，所述γ角取30°≤|γ|≤60°。

进一步的，所述第一旋转驱动件驱动所述第一异型光楔的旋转轴与所述第二旋转驱动件驱动所述第二异型光楔的旋转轴平行。

进一步的，所述α角取0°<α<5°，所述β角取20°<β<60°。

进一步的，所述第一旋转驱动件、第二旋转驱动件均包括驱动电机。