[发明专利]一种锥度可控的激光微孔加工光束扫描装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种可以实现微孔加工和锥度的可调控制的光束扫描装置。

背景技术

微孔加工是激光加工领域的重要应用之一，在微孔加工中，孔形常常会有一定的锥度要求，甚至要求是倒锥孔。例如在喷油嘴微孔加工中，为了提高喷油嘴小孔喷油的雾化效果，不但要求孔径小，而且要求孔形具有一定的倒锥度；而在飞机叶片加工中，为了提高微孔的冷却效果，要求孔为正锥形。

现有激光加工微孔的方法有：固定光束单脉冲或多脉冲加工单元微孔，振镜扫描，工件旋转打孔和旋转双光楔扫描。为了控制孔的锥度，需要在光路中加入一些光束位移模块，例如平行平板、平行双光楔等。最常见的组合形式有振镜扫描+平行平板、振镜扫描+平行双光楔、旋转双光楔扫描+平行平板、旋转双光楔扫描+平行双光楔等。

但是上述现有技术都存在一定的缺陷：

①固定光束单脉冲或多脉冲加工微孔，可以得到激光加工光学系统所限的最小微孔直径，不能实现光束的多孔径加工，也不能实现倒锥孔。

②振镜扫描加工微孔，具有较高的响应速度，定位速度较快，配合平行平板或者平行双光楔，可以实现不同孔径和不同锥度的孔加工。但是振镜扫描在局部微小区域定位精度较低，不适合微小孔加工。另外在加工倒锥孔时，振镜扫描需要与平

行平板或平行双光楔很高的同步旋转精度，否则影响孔的圆度。

旋转双光楔可以通过控制两个光楔间的相对位置来实现不同孔径的加工，而且只要楔角相同，可以加工出光学系统所限的最小微孔直径，而且从双光楔出射光束偏折角度与双光楔夹角的余弦成正比，因此即使双光楔同步精度不高，偏折角度变化也不会很大，因此孔径一致性较好。其与平行平板组合，可以实现倒锥孔加工，但是由于平行平板光束平移量固定，打出的倒锥孔锥度不可调。平行双光楔可以克服平行平板的缺点，但是旋转双光楔+平行双光楔组合需要4个电机控制，不但造价高昂，而且需要四个光楔旋转时同轴性较好，安装精度要求较高。而且光束通过四个光楔，能量损耗大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三光楔的锥度可控的激光光束扫描装置，采用三光楔结构光束扫描装置。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的，具体如下：

一种锥度可控的激光微孔加工光束扫描装置，包括：激光器、45°反射镜、第一大楔角光楔、第二大楔角光楔、小楔角光楔、聚焦镜、待加工样件，所述第一大楔角光楔的楔角与第二大楔角光楔的楔角不相等。

进一步地，激光光束依次穿过所述第一大楔角光楔、第二大楔角光楔和小楔角光楔。

进一步地，所述第一大楔角光楔的楔角小于第二大楔角光楔的楔角。

进一步地，小楔角光楔为

m=arcsin{n×sin[b-arcsinsin[arcsin(n×sin(a))+b-a]n]}]]>

其中，a是第一大光楔的楔角，b是第二大光楔的楔角，三个光楔的折射率相等，均为n。

进一步地，激光光束依次穿过所述小楔角光楔、第一大楔角光楔和第二大楔角光楔。

进一步地，所述第一大楔角光楔的楔角大于第二大楔角光楔的楔角。

进一步地，先同步驱动第一大楔角光楔、第二大楔角光楔、小楔角光楔旋转；判断是否需要改变光束的横向位移量，如需要，则改变第一大楔角光楔、第二大楔角光楔的间距；判断是否需要改变光速的偏转角，如需要，则改变小楔角光楔的旋转速度，使其与第一大光楔角光楔、第二大光楔角光楔的相对位置发生变化，直至偏转角达到设置阈值。