[发明专利]一种激光微孔加工吹气装置

说明书

本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，从上至下分别安装有聚焦镜头、电动旋转台以及吹气模块，其中，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动，且吹气模块包括同轴吹气嘴、吹气针、电动促动器、铰链以及软管；本发明通过自动化调节离轴吹气的倾斜角度，能够解决高深径比微孔加工过程中离轴吹气点偏离微孔入口的问题，进而实现高深径比微孔的高效、精密加工；同时，本发明通过吹气模块的旋转，能够解决大角度倾斜孔加工时，待加工样品与离轴吹气嘴之间的空间干涉问题，尤其是当加工曲面上的微孔时，可根据实际需要通过电动旋转台转动吹气模块的位置，从而实现较优的加工效果。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光微孔加工吹气装置。

背景技术

随着微机电系统、微纳光学、汽车产业等领域的不断发展，数十到几百微米尺寸的精密微孔在汽车发动机喷油嘴、微纳光学器件、半导体功能器件、精密喷嘴等方面有着广阔的应用前景。其发展趋势是小孔径、大深径比和高精度。超快激光产生的光场经过聚焦后，作用于材料可直接电离形成等离子体，被视为无材料选择性的冷加工方式。在精密微孔制造技术的未来发展趋势中，超快激光加工将有望成为主流技术。

超快激光精密微孔加工主要采用螺旋钻孔法，通过螺旋扫描结合步进的方式进行加工，将材料逐层去除。对于高深径比微孔，步进量和样品厚度一致。无论是采取激光加工头步进或者是样品步进，都会导致步进的过程中激光加工头和样品距离逐渐变小。当前加工高深径比微孔一般采用离轴吹气的方式，吹气嘴固定在激光加工头上，在整个加工过程中相对激光加工头的位置不变。微孔加工过程中，随激光加工头和样品距离逐渐变小，吹气嘴的吹气点会偏离微孔的入口，微孔内部吹气量的减少会造成材料去除率的下降和微孔加工质量恶化。另外，倾斜孔加工一般是通过样品台旋转控制样品的倾斜度，对于大角度的倾斜孔，样品会与离轴吹气的气嘴空间干涉。

发明内容

为解决高深径比微孔加工过程中离轴吹气点偏离微孔入口的问题，本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，能够实现高深径比微孔的高效、精密加工。

一种激光微孔加工吹气装置，从上至下分别安装有聚焦镜头、电动旋转台以及吹气模块，其中，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动，且吹气模块包括同轴吹气嘴、吹气针、电动促动器、铰链以及软管；

所述同轴吹气嘴安装于电动旋转台上，铰链安装于同轴吹气嘴的侧壁，且铰链可沿一维方向转动；所述吹气针的中段安装于铰链上，并能够以铰链为支点进行转动，同时，吹气针的进气口端固定在电动促动器上，且吹气针的吹气角度由安装于电动旋转台上的电动促动器调节，使得加工开始时至加工完成时吹气针的延长线始终对准待加工微孔的前孔中心；软管的一端连接吹气针的进气口端，另一端连接外部产气设备。

进一步地，加工开始时至加工完成时吹气针与同轴吹气嘴中心轴线夹角的变化量Δθ为：

其中，H1为铰链与待加工样品上表面的距离，G为铰链与同轴吹气嘴中心轴线之间的垂直距离，ΔH为待加工微孔的深度。

进一步地，一种激光微孔加工吹气装置，还包括气管和安装于同轴吹气嘴侧壁的快接头；

外部的同轴吹气设备通过气管与快接头连接，使得同轴气流接入快接头后，经同轴吹气嘴吹出，其中，同轴气流的压力小于吹气针出射的气流压力的50％。

进一步地，吹气针出射的气流为离轴吹气，且离轴吹气角度由电动促动器调节。

进一步地，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动±180°。

有益效果：