[实用新型]一种Z轴动态移动的激光高速错位打孔装置

说明书

本实用新型为一种Z轴动态移动的激光高速错位打孔装置。其技术方案为，一种Z轴动态移动的激光高速错位打孔装置，包括X‑Y‑Z三轴外部运动系统和工控机，X‑Y‑Z三轴外部运动系统包括X‑Y平面运动装置和Z轴升降装置，Z轴升降装置上安装有激光发生系统，X‑Y平面运动装置上安装有加工平台；工控机用于控制X‑Y‑Z三轴外部运动系统和激光发生系统，Z轴升降装置能够驱动激光发生系统在加工过程中沿Z轴匀速上下移动。本实用新型的有益效果为，实现在加工过程中动态改变离焦量，提高打孔质量以及材料去除率，且能够实现微孔的错位排列，增加微孔密度，同时激光脉冲之间的间距减小，形成比传统矩形排列更高效的热量分布，大大提高打孔效率。

技术领域

本实用新型涉及激光切割领域，特别是涉及一种Z轴动态移动的激光高速错位打孔装置。

背景技术

激光打孔是目前微孔加工中不可缺少且应用广泛的激光加工方法之一，随着现今加工靶料厚度减小，加工微孔孔径减小，以及群孔密度增加，传统的机械加工已经不能满足微孔加工的需求，而激光加工具有亮度高、方向性强、靶料形变小等优点，尤其是短脉冲激光，光斑半径更小，适合于微孔加工。

影响激光打孔质量的因素很多，比如脉宽、脉冲波形、脉冲能量、束截面光强分布、脉冲重复率，靶料各项热参数，加工离焦度等，目前的激光加工设备，工作时的离焦度都是固定的，而且加工热参数难以控制。所以如何实现激光加工材料表面热量的高效分布，并将产生的热效应用于提高激光加工效率，以及研究离焦度的改变对激光加工过程中产生的重要影响已经是激光加工过程中亟待解决的问题。

申请人经过研究，发现在打孔过程中匀速改变离焦量能够提高微孔质量；另一方面，传统的打孔方式，微孔的排列如图1所示，微孔在靶料上为矩形设置，而错位打孔能够在靶料上形成相比与传统矩形打孔方式更高效的热量分布，基于此，申请人提出了一种通过改善热量分布并控制离焦量变化的打孔方法，但是目前的激光打孔设备在加工过程中无法动态改变离焦量，而且靶料只能单轴运动，不能满足加工需求。

发明内容

本实用新型为提高激光加工群孔效率，实现材料表面热量高效分布，解决加工过程中焦点不变引起的孔形貌和锥度难以优化的问题，提供了一种基于转镜高速扫描下，通过能够动态改变离焦度和改变微孔布置方式，以实现提高微孔质量并优化靶料热量分布的Z轴动态移动的激光高速错位打孔装置。

为解决以上问题，本实用新型采用的技术方案为，一种Z轴动态移动的激光高速错位打孔装置，包括X-Y-Z三轴外部运动系统和工控机，X-Y-Z三轴外部运动系统包括X-Y平面运动装置和Z轴升降装置，Z轴升降装置上安装有激光发生系统，X-Y平面运动装置上安装有加工平台；工控机用于控制X-Y-Z三轴外部运动系统和激光发生系统，Z轴升降装置能够驱动激光发生系统在加工过程中沿Z轴匀速上下移动。本装置通过X-Y-Z三轴外部运动系统及工控机的程序控制实现在加工过程中动态改变离焦量，提高打孔质量以及材料去除率，而且使加工平台能够在X轴、Y轴两个方向上运动，能够实现微孔的错位排列，增加微孔密度，同时激光脉冲之间的间距减小，能够形成比传统矩形排列更高效的热量分布，大大提高打孔效率。

优选的，激光发生系统包括激光发生装置，激光发生装置的发射源与光束整形器通过光路连接，光束整形器的出光孔与转镜激光同步扫描装置通过光路连接，转镜激光同步扫描装置的输出端设有f-θ聚焦透镜组，转镜激光同步扫描装置的输出端与f-θ聚焦透镜组的输入端垂直共线，f-θ聚焦透镜组的输出端位于加工平台的上方，且输出激光束指向加工平台。

优选的，转镜激光同步扫描装置包括电动机、转镜扫描仪和振镜扫描仪，电动机能够驱动转镜扫描仪和振镜扫描仪转动，转镜扫描仪的扫描方向与振镜扫描仪的扫描方向相互垂直。高速转镜扫描设备因其扫描速度高，加工精度高；转镜扫描速度和脉冲重复频率完成同步，可控制加工过程中脉冲注入量。

优选的，f-θ聚焦透镜组的焦距为420mm。