[实用新型]一种飞秒激光加工锥度可控的打孔装置

说明书

本实用新型公开了一种飞秒激光加工锥度可控的打孔装置，包括飞秒激光器和精密运动平台，所述精密运动平台的主轴上设有支撑机构，支撑机构的顶部设有夹具；所述飞秒激光器的输出端设有扩束器，所述扩束器的输出端设有反射镜，反射镜的输出端设有光束扫描模块，所述光束扫描模块的输出端设有半聚焦镜，半聚焦镜的输出端设有45度设置的半透反射镜，半透反射镜的反射输出端设有高精度三维在线监测模块，半透反射镜的透射输出端正对精密运动平台上的夹具。本实用新型通过高精度三维在线监测模块来对加工过程中的光束偏移量进行实时检测，并进行相应的调整，有效的提高加工质量与精度；此外本实用新型还具有加工精度高、稳定性高的优点。

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，特别涉及一种飞秒激光加工锥度可控的打孔装置。

背景技术

在汽车行业中，燃油喷射结构中的喷油孔是直接影响内燃机燃烧性能的重要因数。喷孔的几何精度包括位置度、圆度、孔壁的表面粗糙度、孔的相关角度。喷油嘴的喷口锥度对燃油雾化有重要的影响，高度雾化的汽油燃烧效率高，节约燃油。另外，航空发动机叶片在高温燃气中高速旋转，承受气体负荷、质量负荷和热负荷，工作环境恶劣。在高温区工作的叶片叶身上有气膜孔，高温气流通过气膜孔在叶身表面形成快速流动的低温气膜，隔离高温燃气，对叶片起冷却保护作用。气膜孔加工极易产生再铸层，再铸层质量对叶片工作的可靠性和寿命影响很大。

目前，用于锥孔加工的方法主要有四种：在变频或风动高速台上采用手工钻削；采用数控高速多轴钻床钻削；采用电火花喷孔机床加工喷孔；采用激光钻系统加工喷孔。但是，上述方法的缺点比较多。钻削加工工艺加工后喷孔毛刺较大、表面质量不好，加工小孔径、大深径比孔局限性等；电火花加工工艺，其加工孔径受电极丝限制，加工倒锥孔需要增加特殊机构且有不可避免的误差；激光加工效率高，极限孔径准确度高、成本低、无材料选择性等优点。

常规的激光加工锥孔装置由偏转电机、主轴电机、夹具构成。该方法的基本原理是在偏转工作台使激光与工件表面有合适的夹角之后，主轴带动工件旋转，在激光作用下加工出锥孔，在加工方法方面，采用试加工并测量加工的同心圆的半径并结合激光光斑距离，计算工件在激光控制平台下的坐标位置，经过位置补偿后进行加工。在切削速度的控制方面，激光采用高速自转达到切削速度的要求，降低了对主轴电机转速的要求。

上述方法中并没有提到对高深径比孔加工的方法，同时利用旋转电机旋转进行锥孔加工会出现加工定位问题，虽然会在加工前经过位置补偿后进行加工，但是无法避免在加工过程中的机械振动，缺乏进行实时检查并进行调整的能力，从而存在着打孔质量、精度不足的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种飞秒激光加工锥度可控的打孔装置。本实用新型通过高精度三维在线监测模块来对加工过程进行实时检测，使之能够有效对加工过程产生的误差进行调整，提高了加工质量与精度；此外本实用新型还具有加工精度高、稳定性高的优点。

本实用新型的技术方案：一种飞秒激光加工锥度可控的打孔装置，包括飞秒激光器和精密运动平台，所述精密运动平台的主轴上设有支撑机构，支撑机构的顶部设有夹具；所述飞秒激光器的输出端设有扩束器，所述扩束器的输出端设有反射镜，反射镜的输出端设有光束扫描模块，所述光束扫描模块的输出端设有半聚焦镜，半聚焦镜的输出端设有45度设置的半透反射镜，半透反射镜的反射输出端设有高精度三维在线监测模块，半透反射镜的透射输出端正对精密运动平台上的夹具。

上述的飞秒激光加工锥度可控的打孔装置中，所述光束扫描模块包括位移光楔组和偏转光楔组，位移光楔组包括楔角相同的第一位移光楔和第二位移光楔，第一位移光楔和第二位移光楔经上下直线运动机构联动；所述偏转光楔组包括楔角相同的第一偏转光楔和第二偏转光楔，所述第一偏转光楔和第二偏转光楔经旋转机构等距分布在位移光楔组的两侧。

前述的飞秒激光加工锥度可控的打孔装置中，所述飞秒激光器的光脉冲中心波长接近于1053nm，脉宽为20fs。