[发明专利]一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置和方法

说明书

本发明公开了一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置，包括：激光光源，用于输出激光；光束整形装置，置于激光光路中用于调整激光束为能量近似均匀分布的光；光路传输装置，置于激光光源射出光路中，用于将激光传输至预设空间位置方向；光路聚焦装置，置于光路传输装置的输出光路中，用于将将激光汇聚照射至产品表面。通过光束整形改变了普通激光的能量分布不均的问题，实现建立孔径与焦距之间、孔洞深度与激光能量之间的一一对应关系，另一方面就是通过大量的实验数据获知所要打孔的能量阈值，通过精准的阈值来辅助后续的生产打孔工作。

技术领域：

本发明属于激光束成型技术领域，特别涉及一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置和方法。

背景技术：

一般非金属材料的细棒物体打孔，从打孔效率和打孔效果上来说，目前还都是采用脉冲式CO2激光器，对其发出的脉冲式激光光束进行聚焦，在细棒物体表面形成孔洞。

但是，由于CO2激光器输出光束中的能量分布为高斯分布，如图2所示，即光束中心处的激光能量密度远大于光束边缘的能量密度，该高斯分布的激光经过透镜聚焦后所形成的聚焦光点也具有类似的分布特性，在精密穿孔过程中，往往会形成聚焦光点中心形成了孔洞，光点边缘的细棒表面材料没有完全穿透，形成一种似穿非穿似透非透的--半穿透状态，也由于存在这样一个半穿透状态的不确定性，造成了孔洞参数数据的波动和失稳，尽管设备运行时可以通过聚焦透镜的焦距调整能够一定程度的减少其影响，孔径的设定越大，边缘能量越低，低于穿透表面材料所需的能量阈值时，半穿透的面积会增加，反之，半穿透的面积会减少，且一方面增加了设备维护调整所需的时间降低了设备使用效率，另一方面却也不能根本上杜绝该情况的发生。

另外，设备运行中增加或者减少激光能量，会使得光束边缘的能量出现大于或者小于穿透表面材料所需的能量阈值的情况，当能量大于阈值时，孔边缘半穿透的情况减少、当能量小于阈值时，孔边缘的半穿透的情况增多，从而使得孔径大小随能量的增加或者减少而变化。

可见，这样的使用状态下，调整焦距调整装置、调整激光能量的大小，都会引起孔洞直径的变化，即孔洞的直径既与焦距调整装置存在相关性、也与激光能量的大小存在相关性，多重的相关性增加了调整难度。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种在线细棒物体打孔的聚焦调节装置，从而克服上述现有激光打孔技术中关于精密穿孔中存在的技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种在线细棒物体打孔的聚焦调节系统，包括：

聚焦调节装置，用于将被整形至能量近似分布均匀的光束、调节汇聚至产品表面，获得设定的光斑直径；

孔型检测装置，用于测量产品表面的激光成孔数据；

控制系统，通过孔型检测装置获得的数据调节聚焦调节装置射出的激光能量以及焦距或者是光斑直径。

优选地，上述技术方案中，孔型检测装置主要由显微镜或者其他图像放大检测装置组成，用于检测产品表面孔洞的参数。

一种在线细棒物体打孔的聚焦调节方法，获得用光束整形后的激光在预设产品上形成指定尺寸孔洞所需的激光能量阈值，然后用大于或等于该能量阈值的光束整形后的激光在产品上进行打孔。

优选地，上述技术方案中，按照如下步骤进行：

S1，调节聚焦装置的焦距，确保光束整形后的激光光束在细棒表面聚焦获得预设大小的孔型光斑；

S2，调节激光能量大小，利用光束整形装置整形后的激光使得细棒表面材料刚被击穿，并确定形成预设孔洞直径大小时的激光能量值，该值为激光能量阈值；