[实用新型]一种用于微孔加工的飞秒激光光束轨迹扫描装置

说明书

本实用新型涉及飞秒激光加工技术领域。一种用于微孔加工的飞秒激光光束轨迹扫描装置，包括用于发射飞秒激光光束的飞秒激光器，还包括激光器控制模块、光束偏转模块、光束平移模块、聚焦镜和协同控制模块。本实用新型通过控制偏转光楔组与平行平板组的同步运动，激光束在加工过程中实现同步动态平移，并且改变偏转角可使光束横移量发生改变，从而实现加工孔锥度精准可控，实现光束扫描位置的精确控制，提高孔径及锥度的控制精度。

技术领域

本实用新型涉及飞秒激光加工技术领域，特别涉及一种用于微孔加工的飞秒激光光束轨迹扫描装置。

背景技术

目前喷油孔的加工大多采用电火花工艺，部分采用长脉冲激光加工方式。这两种加工方式都属于热熔加工，加工过程中会在孔边缘和孔壁上形成毛刺、残渣等缺陷，加工准确度也很难满足相关的排放标准要求。国内外很多机构对喷油孔相关加工工艺和设备进行了大量的开发研究工作，但要实现这种高准确度倒锥喷孔加工的工程应用还有待进一步研究。

传统的微孔加工技术主要包括机械加工、电火花、化学腐蚀、超声波打孔等技术，这些技术各有特点，但已经无法满足更高的微孔加工需求。为了获得最佳的喷油雾化效果，提升燃油燃烧效率，部分汽车类喷射零件上要求加工不同孔型锥度的喷孔。针对此类加工情况，目前普遍采用的加工方式是通过光束扫描头在加工平面内进行旋切扫描配合法向方向进给，最终实现整个孔的加工。工作时，将聚焦镜的入射光束进行平移，使平移方向与光束偏摆方向相反，且平移的距离至少大于光束直径的一半，保证光束的边缘在光线传播方向上与孔轴线大于零度，绕光轴旋转且逐层进给，就可实现倒锥孔的成形。同时，在X/Y/Z三个方向上进行协调编程控制，并进行包括功率、焦点位置、扫描时间等影响锥度因素的工艺试验，实现制孔锥度的控制。为了对锥度进行控制，现有的光楔式光束扫描协同控制系统，其实现方法为在运动协同控制模块的协调下控制伺服电机驱动各光楔，完成各个光楔之间的协同运动，达到对光束指向控制的目的。此方法的缺点在于存在小空腔的加工情况，由于孔型原因，孔底会出现部分区域先穿透，部分区域后穿透的情况，当已经有部分区域穿透时，持续加工会造成对壁损伤，且系统结构复杂，孔径及锥度的控制精度不高，已无法满足更高要求的微孔加工需求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决上述背景技术中提出的技术问题之一，提供一种用于微孔加工的飞秒激光光束轨迹扫描装置，实现了光束扫描位置的精确控制，能够提高孔径及锥度的控制精度，改善微孔加工质量。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于微孔加工的飞秒激光光束轨迹扫描装置，包括用于发射飞秒激光光束的飞秒激光器，还包括激光器控制模块、光束偏转模块、光束平移模块、聚焦镜和协同控制模块；其中：

所述激光器控制模块包括沿光路方向依次设置的扩束器和全反射棱镜，所述扩束镜设置在所述飞秒激光器出射面上，所述全反射棱镜设置在所述扩束镜的出射面上；所述全反射棱镜的下方依次垂直分布有所述光束偏转模块、光束平移模块和聚焦镜；

所述光束偏转模块包括一偏转光楔组；所述偏转光楔组包括相对设置的上偏转光楔和下偏转光楔；

所述光束平移模块包括一平行平板组；所述平行平板组包括上平板和下平板；

所述协同控制模块分别与所述飞秒激光器、激光器控制模块、光束偏转模块、光束平移模块、聚焦镜电性连接；控制入射的飞秒激光光速依次通过所述激光器控制模块、光束偏转模块、光束平移模块、聚焦镜后对待加工工件进行微孔加工。

作为本实用新型的进一步改进，所述上偏转光楔和下偏转光楔的旋转轴以及光轴两两互相垂直。

作为本实用新型的进一步改进，所述上平板和下平板为厚度相等的平行平板。

作为本实用新型的进一步改进，所述上平板和下平板相互平行设置，且上平板和下平板相对于水平方向倾斜的角度范围为0～90°。