[发明专利]一种激光钻孔与钻孔填充系统及方法

权利要求书

1.一种激光钻孔与钻孔填充系统，其特征在于，包括激光光源模块、入射光束旋转运动模块、光束旋转角度压缩倍率可调模块和激光聚焦与焦点切换模块；

所述激光光源模块，用于产生入射光束，并入射所述入射光束旋转运动模块；

所述入射光束旋转运动模块，用于对入射光束进行旋转调制以输出旋转光束，形成绕所述入射光束的光轴进行旋转的第一光束，所述第一光束入射所述光束旋转角度压缩倍率可调模块，其中，所述第一光束光轴旋转全角小于30毫弧度；所述入射光束旋转运动模块包括至少一个激光光束旋转单元，所述激光光束旋转单元包括旋转透射光学元件和用于带动所述旋转透射光学元件作旋转运动的驱动装置；

所述光束旋转角度压缩倍率可调模块，用于对第一光束进行扩束并对所述第一光束的空间旋转角度进行压缩，输出旋转角度压缩的第二光束并入射所述激光聚焦与焦点切换模块；

所述激光聚焦与焦点切换模块，用于对所述第二光束进行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束的聚焦焦点在不同加工单元之间进行切换或者在一个加工单元处对所述聚焦光束的聚焦焦点扫描运动进行辅助运动控制；

其中，针对不同孔径的通孔钻孔，所述光束旋转角度压缩倍率可调模块对所述第一光束的空间旋转角度进行压缩，获得与通孔孔径对应空间旋转角度的第二光束；当所述光束旋转角度压缩倍率可调模块采用不同的旋转角度压缩倍率对所述第一光束的空间旋转角度进行压缩时，所述聚焦光束的聚焦焦点中心的圆形旋转轨迹的直径不同；

针对盲孔钻孔，所述光束旋转角度压缩倍率可调模块对所述第一光束的空间旋转角度进行连续压缩，使得所述聚焦光束的聚焦焦点运动轨迹为螺旋线或者近似螺旋线；或者，所述光束旋转角度压缩倍率可调模块对所述第一光束的空间旋转角度进行多次离散压缩，使得所述第二光束在盲孔钻孔阶段形成多个旋转角度，进而使得所述聚焦光束的聚焦焦点获得对应的同心圆轨迹。

2.如权利要求1所述的激光钻孔与钻孔填充系统，其特征在于，所述旋转透射光学元件为楔形棱镜或衍射体光栅或光楔，所述驱动装置为空心主轴电机，所述旋转透射光学元件安装在所述空心主轴电机的电机主轴上；所述空心主轴电机为气浮空心主轴电机或磁浮空心主轴电机。

3.如权利要求1所述的激光钻孔与钻孔填充系统，其特征在于，所述激光聚焦与焦点切换模块为振镜扫描平场聚焦单元，所述振镜扫描平场聚焦单元包括扫描振镜和扫描平场聚焦镜；

所述光束旋转角度压缩倍率可调模块输出的第二光束经扫描振镜反射后射入扫描平场聚焦镜，再经所述扫描平场聚焦镜聚焦形成聚焦光束，其中，所述扫描振镜通过扫描振镜反射镜片偏转达到控制所述聚焦光束的聚焦焦点在不同加工单元之间的切换，或者在一个加工单元处的激光出光加工过程中，所述扫描振镜通过扫描振镜反射镜片辅助偏转对所述聚焦光束的聚焦焦点扫描运动进行辅助运动控制。

4.如权利要求3所述的激光钻孔与钻孔填充系统，其特征在于，所述光束旋转角度压缩倍率可调模块包含壳体和透镜组，所述透镜组安装于壳体内，所述透镜组包含至少四个串联的透镜，通过改变所述透镜组内的多个透镜之间的间距实现对所述第一光束的空间旋转角度的压缩，还可以同时调整所述第二光束的发散角从而调整聚焦光束的聚焦焦点的空间位置，使得所述聚焦焦点始终处于待加工工件表面。

5.如权利要求3所述的激光钻孔与钻孔填充系统，其特征在于，所述光束旋转角度压缩倍率可调模块包含壳体和棱镜组，所述棱镜组安装于壳体内，所述棱镜组包含至少二个串联的棱镜，通过改变所述棱镜组内的多个棱镜之间的空间位置关系实现对所述第一光束的空间旋转角度的压缩，还可以同时调整所述第二光束的发散角从而调整所述聚焦光束的聚焦焦点的空间位置，使得所述聚焦焦点始终处于待加工工件表面。

6.如权利要求1-5任一项所述的激光钻孔与钻孔填充系统，其特征在于，还包括扩束倍率补偿模块，所述扩束倍率补偿模块位于所述激光光源模块与所述入射光束旋转运动模块之间，用于对所述激光光源模块产生的入射光束进行扩束，扩束后的光束入射所述入射光束旋转运动模块；

其中，当所述光束旋转角度压缩倍率可调模块对第一光束旋转角度进行大倍率压缩时，所述扩束倍率补偿模块对入射光束进行小倍率扩束，或者，当所述光束旋转角度压缩倍率可调模块对第一光束旋转角度进行小倍率压缩时，所述扩束倍率补偿模块对入射光束进行大倍率扩束，使得第二光束的光束直径保持恒定或者基本恒定，进而使得聚焦光束的聚焦焦点光斑直径保持恒定或者基本恒定。