本發(fā)明涉及旋切打孔技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于旋切打孔的光學(xué)裝置。

背景技術(shù)：

在材料上打孔傳統(tǒng)方法是用機(jī)械打孔的方式，但機(jī)械打孔對(duì)一些脆性材料和軟材料加工結(jié)果并不理想，對(duì)一些精密微孔更是無(wú)法加工。由于與傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)相比，激光鉆孔更有優(yōu)勢(shì)，因而在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。其優(yōu)勢(shì)包括非接觸式處理、材料中輸入的熱量低、鉆孔的材料范圍廣、精確、一致性好。常用的鉆孔技術(shù)有定點(diǎn)沖擊鉆孔和旋切鉆孔。其中，沖擊鉆孔指在一個(gè)位置上用脈沖激光束不停地加工，直至得到所需要的深度的孔。高速飛行鉆孔也是一種定點(diǎn)沖擊鉆孔技術(shù)，通常用于濾光片和導(dǎo)流板鉆孔。

普通的激光打孔如圖1所示，此類打孔的光是垂直工作面，而光的匯聚是有一定的角度的，所以在打孔時(shí)，上面的激光會(huì)作用于待加工物，形成打孔錐度，而錐度常常超過(guò)6°，使得打孔效果較差，而由于材料的吸收，導(dǎo)致激光的熱影響區(qū)也比較大。

普通旋切無(wú)法得到無(wú)錐度的孔型，無(wú)法滿足越來(lái)越高的加工要求，從減少孔錐度的角度出發(fā)也有一些公司提出了自己的解決方法，其中，蘇州一家公司提出了一種利用四片棱鏡加聚焦鏡的方式(CN102218605A)，其中通過(guò)旋轉(zhuǎn)棱鏡來(lái)消除激光打孔形成的錐度的問(wèn)題，但是這種方式對(duì)激光器本身有一定的限制，光楔棱鏡本身就是一種限制，不好安裝，而且這個(gè)模塊會(huì)非常沉重，運(yùn)動(dòng)速度慢，加工效率不高。也有人為了減輕這個(gè)重量提出利用兩個(gè)光楔加旋轉(zhuǎn)聚焦鏡的方式，這種方式存在問(wèn)題是調(diào)節(jié)兩個(gè)光楔的角度的時(shí)候，聚焦鏡的尺寸同時(shí)需要變化，而且光楔本身的制造誤差將會(huì)對(duì)后面的影響非常大，所以需要利用后面的聚焦鏡是傾斜的，這樣會(huì)非常難保證。且調(diào)節(jié)兩個(gè)光楔的角度需要額外的傳動(dòng)裝置，笨重又不實(shí)用，還會(huì)增加額外的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種調(diào)節(jié)方便，成本低廉且加工效果良好的用于旋切打孔的光學(xué)裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案為，包括激光器、振鏡、4F光學(xué)系統(tǒng)和大孔徑聚焦鏡，所述激光器發(fā)射的激光經(jīng)振鏡偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入4F光學(xué)系統(tǒng)，所述激光經(jīng)所述4F光學(xué)系統(tǒng)改變波前以后進(jìn)入大孔徑聚焦鏡，所述大孔徑聚焦鏡對(duì)所述激光進(jìn)行處理后輸出具有傾角的工作激光光束，所述工作激光光束的傾角為銳角，所述4F光學(xué)系統(tǒng)和大孔徑聚焦鏡的中心軸重合，所述振鏡輸出的激光光軸與所述4F光學(xué)系統(tǒng)中心軸不重合。

進(jìn)一步的，所述4F光學(xué)系統(tǒng)包括第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡的光軸重合。

進(jìn)一步的，所述4F光學(xué)系統(tǒng)第一透鏡的焦距f1與第二透鏡距f1與第二透鏡的焦距f2之比在0.5-5之間。

進(jìn)一步的，所述4F光學(xué)系統(tǒng)的焦距在50mm-1000mm之間。

進(jìn)一步的，所述大孔徑聚焦鏡包括從前到后依次排列的平凹透鏡、平凸透鏡和凸透鏡，所述平凹透鏡和平凸透鏡的平面朝向光束入射端，所述平凹透鏡、平凸透鏡和凸透鏡的光軸重合。

進(jìn)一步的，所述大孔徑聚焦鏡的焦距在50mm-100mm之間。

本發(fā)明的有益效果：將振鏡偏轉(zhuǎn)后的激光束經(jīng)4F光學(xué)系統(tǒng)和大孔徑聚焦鏡處理，能使工作激光從傳統(tǒng)的垂直于工作面轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)于工作面傾斜入射。利用該具有傾角的工作激光光束進(jìn)行打孔時(shí)，工作激光光束的外緣不會(huì)與待加工物件相互接觸，從而能有效的防止打孔時(shí)錐度的產(chǎn)生，同時(shí)避免了熱效應(yīng)的積累。而通過(guò)調(diào)節(jié)4F光學(xué)系統(tǒng)f1與f2的比例或調(diào)節(jié)大孔徑聚焦鏡內(nèi)各透鏡的間隔，能夠改變工作激光光束的出射角度和出瞳位置，以滿足更多的加工需求。4F光學(xué)系統(tǒng)f1與f2的比例和調(diào)節(jié)大孔徑聚焦鏡內(nèi)各透鏡的間隔相較于傳統(tǒng)的旋切加工系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)更為簡(jiǎn)便，且無(wú)需增加額外的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1為普通的激光打孔示意圖；

圖2為本發(fā)明用于旋切打孔的光學(xué)裝置；

圖3為4F光學(xué)系統(tǒng)第一透鏡和第二透鏡示意圖；

如圖4所示為激光束經(jīng)大孔徑聚焦鏡的光路示意圖。

圖中：1—激光器、2—振鏡、3—4F光學(xué)系統(tǒng)、301—第一透鏡、302—第二透鏡、4—大孔徑聚焦鏡、401—平凹透鏡、402—平凸透鏡、403—凸透鏡、404—保護(hù)鏡、5—待加工物。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

如圖2所示，發(fā)明用于旋切打孔的光學(xué)裝置包括激光器1、振鏡2、4F光學(xué)系統(tǒng)3和大孔徑聚焦鏡4。激光器1發(fā)射的激光經(jīng)振鏡2偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入4F光學(xué)系統(tǒng)3，激光經(jīng)4F光學(xué)系統(tǒng)3改變波前以后進(jìn)入大孔徑聚焦鏡4，大孔徑聚焦鏡4對(duì)激光進(jìn)行處理后輸出具有傾角θ的工作激光光束，工作激光光束的傾角θ為銳角。其中4F光學(xué)系統(tǒng)3和大孔徑聚焦鏡4的中心軸重合，而振鏡2輸出的激光光軸與4F光學(xué)系統(tǒng)3和大孔徑聚焦鏡4的中心軸不重合。

如圖3所示，本發(fā)明一種本實(shí)施例中，4F光學(xué)系統(tǒng)3包括位于入射端的第一透鏡301和位于出射端的第二透鏡302。第一透鏡301和第二透鏡302的光軸重合，激光光束經(jīng)第一透鏡301聚焦于第一透鏡301的焦點(diǎn)，后光束發(fā)散射入第二透鏡302，輸出波前被改變的激光束至大孔徑聚焦鏡4。其中第一透鏡的焦距f1與第二透鏡的焦距f2之比在0.5-5之間。4F光學(xué)系統(tǒng)的單片焦距在50mm-1000mm之間。

本發(fā)明一種本實(shí)施例中，大孔徑聚焦鏡4包括從前到后依次排列的平凹透鏡401、平凸透鏡402、凸透鏡403和保護(hù)鏡404，平凹透鏡和平凸透鏡的平面朝向光束入射端，平凹透鏡401、平凸透鏡402、凸透鏡403和保護(hù)鏡404的光軸重合。大孔徑聚焦鏡的焦距在50mm-100mm之間。

在進(jìn)行待加工物5加工時(shí)，首先對(duì)本發(fā)明光學(xué)裝置輸出的工作激光光束進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整包括傾角調(diào)整、激光加工的視場(chǎng)和出瞳位置調(diào)整。

傾角調(diào)整：即調(diào)節(jié)工作激光光束相對(duì)于待加工物5表面的傾斜角度。傳統(tǒng)工作激光光束的光軸垂直于待加工物5表面，傾角θ為0°。為了防止打孔時(shí)，上部的激光作用于待加工物5非打孔區(qū)，需要將傾角θ調(diào)節(jié)成一個(gè)合適的銳角，從而避免打孔錐度。如圖4所示，平行于主中心軸的平行激光束經(jīng)大孔徑聚焦鏡4后，能夠形成傾斜射出的光束，而傾角θ的大小由4F光學(xué)系統(tǒng)3和大孔徑聚焦鏡4之間的距離或者是4F系統(tǒng)的兩組透鏡的比例決定，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)4F系統(tǒng)與大孔徑聚焦鏡的距離或者4F系統(tǒng)兩組透鏡的比例，可以實(shí)現(xiàn)傾角θ大小的調(diào)整，從而可以滿足不同孔徑大小的加工需求。

激光加工的視場(chǎng),即相對(duì)于待加工物5的加工孔的大小,由振鏡的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而滿足加工不同孔徑的孔。

出瞳位置：調(diào)節(jié)工作激光光束出瞳位置可以滿足不同深度的加工，出瞳位置的調(diào)整通過(guò)調(diào)節(jié)4F光學(xué)系統(tǒng)f1與f2的比例和/或調(diào)節(jié)大孔徑聚焦鏡內(nèi)各透鏡的間隔實(shí)現(xiàn)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。