[发明专利]激光加工锥孔的装置和方法

权利要求书

1.一种激光加工锥孔的装置，其特征在于，包括激光器、光传输模块和加工控制平台；

激光器，用于输出激光；

光传输模块，用于将输出的激光传输至加工控制平台；

加工控制平台，用于利用光传输模块传输的激光控制加工孔的孔径尺寸和锥度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加工控制平台包括直线轴和旋转轴；

所述直线轴包括X轴、Y轴、Z轴；

所述旋转轴选自A轴、B轴、C轴中的任意两个轴，所述A轴为绕X轴旋转的旋转轴，所述B轴为绕Y轴旋转的旋转轴，C轴为绕Z轴旋转的旋转轴；

所述直线轴和旋转轴，用于控制所述激光与工件之间的入射角度，进而控制位于所述工件上的加工孔的孔径尺寸和锥度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括振镜，用于控制激光的运动路径。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括场镜，用于激光聚焦。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器是一种超快脉冲激光器。

6.一种激光加工锥孔的方法，其特征在于，包括：

确定待加工孔的孔径的位置坐标；

确定待加工孔的孔径的锥度信息；

根据所述位置坐标和所述锥度信息，利用激光对所述待加工孔进行加工，得到激光孔。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用激光对所述待加工孔进行加工，具体为：

利用激光对所述待加工孔采用多脉冲迂回螺旋打孔或逐层环切方式进行加工打孔。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定待加工孔的孔径的位置坐标，包括：

确定工件的待加工孔在工件坐标系中的位置坐标；

测量工件坐标系原点与机床坐标系原点之间的距离，根据所述距离确定待所述加工孔在机床坐标系中的位置坐标。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述孔径的锥度信息包括激光光轴与待加工孔之间的入射夹角信息；

所述确定待加工孔的孔径的锥度信息，具体为：

将待加工件经A轴或者B轴相对激光焦点方向矢量偏移预设距离，结合C轴旋转运动，确定激光与待加工孔之间的入射角度；

所述A轴为绕X轴旋转的旋转轴，所述B轴为绕Y轴旋转的旋转轴，C轴为绕Z轴旋转的旋转轴；

优选地，所述确定激光与工件之间的入射角度，通过以下运动学方程实现：

式Ⅰ由坐标xyz平移到x’y’z’平移方程

式Ⅱ绕Z轴变换方程

式Ⅲ绕Y轴变换方程

式Ⅳ绕X轴变换方程

其中，在式Ⅰ中，x'、y'、z'分别表示坐标经平移后获得新坐标数值；

x、y、z分别表示原坐标点数值；

t_x、t_y、t_z分别表示x、y、z三个方向平移数值；

在式Ⅱ中，x'、y'、z'分别表示坐标绕Z轴旋转变换后获得新坐标数值；

x、y、z分别表示原坐标点数值；

γ表示绕Z旋转变换角度；

在式Ⅲ中，x'、y'、z'分别表示坐标绕Y轴旋转变换后获得新坐标数值；

x、y、z分别表示原坐标点数值；

α表示绕Y旋转变换角度；

在式Ⅳ中，x'、y'、z'分别表示坐标绕X轴旋转变换后获得新坐标数值；

x、y、z分别表示原坐标点数值；

β表示绕X旋转变换角度；

优选地，所述入射角度为θ，θ的取值范围为-90°＜θ＜90°。

10.根据权利要求6所述的激光加工锥孔的方法，其特征在于，所述激光孔为0锥孔或者反锥孔；

其中，所述0锥孔为沿激光的入射方向孔内径固定的孔；

所述反锥孔为沿激光的入射方向孔内径逐渐增大的孔；

优选地，所述激光孔的入孔直径小于2mm；

所述激光孔的深径比可达20～10：1；

优选地，所述反锥孔的锥度为0～60°；

优选地，所述激光的波长为355-1064nm；

所述激光光束的脉冲频率为200～2000KHz；

激光光束的功率为45～50w；

激光脉冲能量为200～300微焦；

脉宽为10～15皮秒。