[发明专利]一种多轴旋切扫描系统的使用方法

说明书

本发明涉及一种多轴旋切扫描系统及其使用方法，属于激光旋切打孔技术领域，多轴旋切扫描系统包括第一快反镜、第二快反镜、第三快反镜和F‑theta透镜，所述第一快反镜和第二快反镜平行且间隔设置，且第一快反镜和第二快反镜镜像联动，所述第三快反镜对应F‑theta透镜设置，且第三快反镜与F‑theta透镜的主面的距离等于F‑theta透镜的焦距，光束依次经第一快反镜、第二快反镜、第三快反镜入射至F‑theta透镜，并经F‑theta透镜透射聚焦至工作面，本发明通过控制第一快反镜、第二快反镜、第三快反镜联动实现多种旋切扫描方式以及加工角度自由控制，实现光束由F‑theta透镜聚焦后光斑在工作面位置及锥角变化，相较于光楔模式具有可任意调节性。

技术领域

本发明属于激光旋切打孔技术领域，具体地说涉及一种多轴旋切扫描系统及其使用方法。

背景技术

随着工业技术的高速发展，高准确度微小孔逐步应用在各行业中，相应发展了多种微孔加工技术，主要包括机械加工、电火花、化学腐蚀、超声波打孔等。随着高精度、大深径比、多材料等加工需求的提出，传统的微孔加工技术已经无法满足更高的微孔加工需求。激光钻孔凭借其效率高、极限孔径小、准确度高、成本低、几乎无材料选择性等优点，现已成为微孔加工的主流技术之一。

目前，激光钻孔最常用的加工方式为振镜扫描，可逐层环切扫描或螺旋扫描，但振镜扫描的不足之处是无法改变入射激光的锥度，因此，在深孔加工制孔过程中，受焦斑发散、多次反射以及孔内等离子体等多因素的影响，材料烧蚀速率会随着制孔深度的增加急剧下降，振镜扫描无法制备较大深径比的零锥甚至倒锥孔。因此，得到高深径比（≧10:1）、加工质量高、零锥甚至倒锥的微孔是具有挑战的，对于此类需求，最合适的加工方法是采用旋切扫描技术，使光束绕光轴高速旋转，同时改变光束相对材料表面的倾角，从而实现从正锥到零锥甚至倒锥的变化。

常用的旋切扫描技术主要有四光楔扫描头、道威棱镜扫描头和平行平板扫描头等，通过光学器件折射实现使进入聚焦镜的光束进行适当的平移和倾斜，依靠高速电机的旋转使光束绕光轴旋转。旋切扫描打孔多采用双光楔、三光楔、四光楔、光楔组配合平板玻璃组以及道威棱镜等。旋切扫描通过光楔间的角度变化，控制激光光束通过光楔后的出射角变化，从而在加工面上形成一个旋切扫描螺旋线，控制激光光束通过光楔后的离轴，形成不同锥角入射，最终实现微孔加工。但是，由于旋切扫描装置的旋转速度基本不变，每圈的旋转时间基本一致，在激光器的输出功率不变时，内圈单位面积上的激光能量就会比外圈高，会出现旋切扫描螺旋线内圈部分比外圈部分先打穿的情况，造成对壁损伤。如果保持线速度一致，内圈转速会过大，对于光楔等旋转运动而言难以实现。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种多轴旋切扫描系统及其使用方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多轴旋切扫描系统，包括第一快反镜、第二快反镜、第三快反镜和F-theta透镜（即激光扫描聚焦镜），所述第一快反镜和第二快反镜平行且间隔设置，且第一快反镜和第二快反镜镜像联动，所述第三快反镜对应F-theta透镜设置，且第三快反镜与F-theta透镜的主面的距离等于F-theta透镜的焦距，光束依次经第一快反镜、第二快反镜、第三快反镜入射至F-theta透镜，并经F-theta透镜透射聚焦至工作面。

另，本发明还提供一种多轴旋切扫描系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤S100、根据旋切扫描方式，确定经F-theta透镜透射聚焦至工作面的光斑坐标，其中，x表示X轴上的位移量，y表示Y轴上的位移量、θx表示锥角在X轴上的分量，θy表示锥角在Y轴上的分量，所述锥角表示光束入射至工作面的入射角；

步骤S200、根据步骤S100确定的光斑坐标，确定第一快反镜、第二快反镜和第三快反镜的加载电压。

进一步，控制第三快反镜实现光束加工位置变化，控制第一快反镜和第二快反镜镜像联动实现锥角变化。