[实用新型]一种激光钻孔与钻孔填充系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，具体涉及一种激光钻孔与钻孔填充系统。

背景技术

激光钻孔领域，激光焦点在孔和孔之间切换，目前振镜扫描是比较成熟的最快的切换方式，表现在高的加减速、位移线速度以及定位速度。二维位移平台是很慢的一种方式，一般很少采用了。

采用高速旋转光学元件旋转获得旋转光束用于激光加工，由于动平衡问题，光学元件做不到很复杂，尺寸也做不大，因此高速旋转光束的旋转角度做不到可调整，但是实际应用中，所需要加工的孔的直径确实随时需要改变的，在高速旋转钻孔和孔径需要柔性改变之间存在巨大挑战。

实用新型内容

本实用新型一种激光钻孔与钻孔填充系统，解决了现有技术的缺陷和不足。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：提供了一种激光钻孔和钻孔填充系统，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。

本实用新型的有益效果为：在整个钻孔填充系统中引入了光束旋转角度压缩倍率可调模块，使得激光高速旋转时，调整光束旋转角度压缩倍率可调模块的光束旋转角度压缩倍率，实现聚焦光束的聚焦焦点的旋转运动轨迹直径的调整，使得焦点旋转运动轨迹直径与钻孔孔径可调完美结合，提高激光的加工效率，也可以柔性改变高速旋转激光钻孔的孔径大小。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以作如下改进。

进一步的，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。

所述进一步的有益效果为：由于驱动装置可以采用气浮空心主轴电机或者磁浮空心主轴电机，可以控制激光光束旋转单元高速或超高速旋转，极大提高其激光运动加工效率。

其中，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光斑直径跟随调整，在没有其他措施条件下，第二光束光束直径会变大，对应的述聚焦光束的聚焦焦点光斑直径会变小，需要采取包括调整入射光束的脉冲能量大小或者脉宽长短在内的措施，维持激光聚焦焦点激光峰值功率密度基本恒定。第二光束光束直径会变大，对应的述聚焦光束的聚焦焦点光斑直径会变小，这是高斯光束基本的激光传输聚焦规律。对于不同直径的激光聚焦光斑，入射激光的激光能量、激光脉冲重复频率和激光脉冲宽度等激光参数需要对应调整，对于获得优质的激光钻孔效果是有好处的。

进一步的，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；