[发明专利]一种用于切割倒锥度孔或槽的激光加工装置及其使用方法

说明书

本发明提供了一种用于切割倒锥度孔或槽的激光加工装置及其使用方法，所述用于切割倒锥度孔或槽的激光加工装置包括：激光器、旋转波片、第一等效透镜、二维光束旋光系统、第二透镜、外控电机及软件系统、XYZ电动平移台。所述激光器为飞秒激光器；所述旋转波片为置于转速可控的旋转中空电机的可旋转波片，旋转波片高速运动可将所述激光器发出的线偏振光在空间内变为近圆偏振光；所述第一等效透镜是一种可调的扩束镜结构；所述旋光系统可以调节光束的切割孔径；所述第二透镜用于将光束聚焦；所述XYZ电动平移台用于放置待加工工件以及调整激光高度。本发明的有益效果是：材料适用强、切割精准、噪声小无污染，有很高的工业价值。

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种用于切割倒锥度孔或槽的激光加工装置及其使用方法。

背景技术

如图1所示，在注塑模具产业中，经常需要加工倒锥度孔或者槽，或者增加一些隐形穿透孔(包覆后不可见，而且不影响骨架强度)来增大注塑材料A与A之间由内部的原子或分子之间的结合力而产生的聚合力；或者是增大注塑材料A与B之间由两种材料之间通过分子相互作用而产生的粘附力，从而提高注塑产品的质量，进而延长其使用寿命。目前已有多种加工倒锥度孔的方法，如冲床、火焰切割、高压水切割、等离子体切割等，不过冲床方法难以加工厚度大、硬度高的材料，而且具有模具损坏率高、模具开发周期长，噪音大、不环保的缺点；火焰切割方法热变形大、切缝宽，仅适用于加工质量要求不高的粗加工；高压水切割方法污染严重，同样不环保。除此之外，以上方法还具有工序繁琐、工艺复杂的缺点。

相比较传统的切割方法，激光加工材料适应性强、柔性化程度高，属于非接触式加工，且具有无刀具磨损、加工噪声低、热变形极弱、切割精度非常高的优点。然而一般的激光器输出为基模，其光束在传输方向的横截面呈现出光强的高斯分布，如图2所示，即表现为中间强、周边逐渐减弱的分布。因此，利用高斯辐照度分布的激光进行孔或者槽加工时，由于中间区域和边缘区域的光强的大小不同，或出现中间区域预先达到合适的能量密度进行物质加工，而边缘区域能量密度不足导致边缘易产生熔融现象以及中间区域去除率大于边缘区域去除率，将产生去除区域呈正锥度等现象，具体表现为上孔径大、下孔径小的特点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于形成倒锥度孔或者倒锥度槽的激光加工装置及其使用方法，解决激光加工倒锥度孔技术复杂和注塑行业中由于基底材料与注塑材料的吸附作用力低导致应用难的问题。

本发明提供的一种用于切割倒锥度孔或槽的激光加工装置，具体包括：激光器、旋转波片、第一等效透镜、二维光束反射机构、旋光系统、第二透镜、XYZ电动平移台，所述激光器用于输出激光，所述旋转波片、第一等效透镜、旋光系统、第二透镜以及XYZ电动平移台依次沿着激光的传输路径放置；所述第一等效透镜为可调的扩束镜结构，所述第一等效透镜将激光光束扩成平行光束；所述二维光束反射机构将平行光束反射进入旋光系统；所述旋光系统包括振镜和相背布置的第一楔棱镜、第二楔棱镜；所述第一楔棱镜和第二楔棱镜与第二透镜的中心轴重合；所述第一楔形棱镜和第二楔棱镜与所述振镜相连，调节第一楔棱镜、第二楔棱镜的相对距离可以控制光线偏离轴线的角度，进而控制倒锥度孔切割锥度；所述旋光系统与第二透镜均固定在XYZ电动平移台的Z轴之上，可随XYZ电动平移台的Z轴上下移动，实现三维空间螺旋式切割。

进一步，所述旋转波片放置在一旋转中空电机的中空部的上方，所述旋转中空电机转动带动旋转波片运动，所述旋转波片运动将所述激光器发出的线偏振光在空间内变为近圆偏振光。

进一步，所述旋转波片为半波片或四分之一波片。

进一步，所述第一等效透镜包括第一聚焦镜和第二聚焦镜；所述第一聚焦镜具有负的焦距f′₁，焦距f′₁范围是-10～-1000mm；所述第二聚焦镜具有正的焦距f′₂，焦距f′₂范围是10～1000mm；所述第一聚焦镜与第二聚焦镜的焦距之比表示为：M的取值范围是2～10。