專利名稱：一種手持式激光打孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光打孔領(lǐng)域，具體涉及一種可專用于手持式的激光打孔的方法。
背景技術(shù)：
激光打孔已經(jīng)很普遍，激光打孔可以用于對銅、鋼、鋁合金等金屬材料的打孔，也 可以對塑料、陶瓷等非金屬材料進行打孔；由于激光打孔通常具有許多其它傳統(tǒng)打孔方法 所無法比擬的優(yōu)越性，如激光打孔時，其熱影響區(qū)小，打出的孔徑小，孔壁光滑平整等諸多 優(yōu)點。這使得激光打孔有著廣闊的應(yīng)用范圍。目前的激光打孔有各種各樣。但是，目前的激光打孔都是針對工作臺上的待打孔 件，還不能對處于工作臺之外的工件進行打孔。在實際中，我們常常需要對處于墻壁、屋頂 或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部件進行打孔。這種打孔需求，目前市面上的 激光打孔裝置是無能為力的。針對目前激光打孔技術(shù)中存在的這種不足，本發(fā)明設(shè)計一種新型的、手持式的激 光打孔方法及裝置，可以對處于墻壁、屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部 件進行激光打孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種手持式激光打孔方法及其裝置，可以對處于墻壁、屋頂 或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部件進行激光打孔。這個激光打孔方法除了具 有普通激光打孔的特點外，還具有很多優(yōu)點，如打孔所能達到的空間和角度大，能對處于墻 壁、屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部進行打孔，用于打孔的激光頭輕巧， 可以手持進行打孔等優(yōu)點。本發(fā)明在用手持式激光打孔裝置打孔的過程中，握在手里的手持式激光打孔頭發(fā) 出的激光束要聚焦于待打孔零部件的相應(yīng)部位。打孔過程中采用指示紅光空間定位的方 式。手持式激光打孔頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束 的激光器)產(chǎn)生的激光束外，還要輸出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的打孔 用激光束的焦平面中心處會合相交，在其它任何位置不相交。用這兩束能會合相交于一點 的指示紅光來指示打孔。所述的手持式激光打孔裝置，由光纖、光纖耦合器、擴束準直鏡、打孔頭、調(diào)整螺 釘、全反鏡、透鏡、組合開關(guān)、可見光激光器、手柄、半透半反鏡、保護鏡片、電纜、激光器組 成，激光器與光纖、電纜連接，電纜與組合開關(guān)連接，光纖與光纖耦合器連接，光纖耦合器與 打孔頭連接，在打孔頭里裝有擴束準直鏡和帶調(diào)整螺釘?shù)娜寸R、透鏡、可見光激光器、半 透半反鏡，打孔頭前裝有保護鏡片，打孔頭下面裝有手柄，還配備了可移動的刻度尺。所述的組合開關(guān)是3個開關(guān)的連接線紐合在一起。本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點和效果本發(fā)明提供了一種手持式的激光打孔方法及裝置，可以對處于墻壁、屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來到工作臺面的零部件進行激光打孔。這個激光打孔裝置除了具有普通 激光打孔的特點外，還具有很多優(yōu)點，如打孔所能達到的空間和角度大，能對處于墻壁上或 屋頂上等不能拿到工作臺面的零部件進行打孔，用于打孔的激光頭輕巧，可以手持進行打 孔等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式附圖1中，在由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器) 構(gòu)成的打孔裝置的主體25中輸出的激光束通過光纖1傳輸?shù)绞殖质郊す獯蚩最^5的光纖 耦合器2，經(jīng)過光纖耦合器2耦合后的激光束3再經(jīng)過擴束準直鏡4，然后經(jīng)聚焦透鏡9聚 焦后會聚于透鏡焦平面的待打孔點22。手持式激光打孔的過程中，為了很好的對準待打孔部位22，用可見光18作為指示 激光束。由可見光激光器11發(fā)出的指示激光束經(jīng)過半透半反鏡17后，透射后的一部分激 光束18與擴束后用于打孔的激光束20平行，經(jīng)過透鏡9后到達待打孔部位22 ；經(jīng)過半透 半反鏡17反射后的激光束19再經(jīng)過全反鏡7后，獲得與打孔激光束20基本平行的指示 激光束8，再經(jīng)過透鏡9后到達待打孔部位22。全反鏡7上配備可調(diào)整的螺釘6，用于調(diào)整 反射后指示激光束8的方向。如果用于指示的可見光激光束18(或激光束8)和用于打孔 的激光束3 (或激光束20)的波長差不多，則調(diào)整全反鏡7的方位，使反射后的指示激光束 8以及經(jīng)過半透半反鏡的指示激光束18平行于用于打孔的激光束20，則兩束指示激光束8 和18經(jīng)過透鏡9后的會聚點就是22，和打孔激光束20的焦點一致。但是，由于指示激光 束8 (或激光束18)和打孔用激光束20的波長的差異，必然存在色差，使得兩束指示激光束 的會聚點和打孔用激光束20的焦點有一點點差異。所以，可以通過調(diào)整螺釘6調(diào)整全反鏡 7的方位，使兩束指示激光束在透鏡9后的會聚點與打孔用激光束的焦點重合，以便對后續(xù) 打孔進行指示。為了定位的方便，還配備了可移動的刻度尺21，可以通過調(diào)節(jié)刻度尺伸出部分的 長度，來指示打孔用激光束20的焦平面位置。手持式激光打孔頭上還有用于手持的手柄15，用于單次打孔的按鈕開關(guān)16，用于 可見光指示激光器電源的開關(guān)12，總電源開關(guān)13，開關(guān)12、13、16的連接線14紐合在一起 為10，再通過電纜24和光纖1 一起并行傳輸一定距離連接到激光器25。為了防止打孔過程中金屬殘渣對聚焦透鏡9的損壞，在聚焦透鏡的外面設(shè)置保護 鏡片23。具體的實施方式可結(jié)合附圖1描述如下。由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器)構(gòu)成的打孔 裝置的主體25輸出的激光束經(jīng)過光纖1的遠距離柔性傳輸后，到手持式激光打孔頭5的光 纖耦合部件2，經(jīng)耦合輸出后的激光束3進入擴束準直鏡4，擴束準直后的激光束20再由聚 焦透鏡9聚焦于焦點22處。整個系統(tǒng)的控制信號、可見光指示激光器的電源及控制信號等 都由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器)構(gòu)成的打孔裝置的
4主體25輸出，經(jīng)過電纜24、10傳給手持式激光打孔頭5的手柄5里面進行處理。打孔時，先打開總電源開關(guān)13和可見光指示激光器電源的開關(guān)12，通過移動刻度 尺21、可見光指示激光器11發(fā)出的可見指示光，將待打孔部位對準于焦點22處，然后按動 激光輸出按鈕16，用預先在打孔裝置的主體25上設(shè)置好的參數(shù)，進行打孔。指示激光器11發(fā)出的指示用可見光經(jīng)過半透半反鏡17分束后再經(jīng)過聚焦透鏡9 后會聚，通過調(diào)整螺釘6使其在焦點22處會合，用于指示打孔用的不可見激光束。通常，當聚焦透鏡9的焦距一定時，焦點22的位置是一定的。所以，一套手持式激 光打孔設(shè)備在出廠前可以先調(diào)整螺釘6，使指示激光器11發(fā)出的指示用可見光經(jīng)過半透半 反鏡17分束后再經(jīng)過聚焦透鏡9后會聚在焦點22處。之所以設(shè)置可微調(diào)的調(diào)整螺釘6，是 由于與激光束20平行的兩束調(diào)整光8和18經(jīng)過透鏡9后的會聚點與激光束20經(jīng)過透鏡9 后的會聚點不完全重合，這是由于色差所引起的。譬如，如果激光束20的波長為l.Oeym， 兩束調(diào)整光8和18的波長為0. 6328 u m (氦氖激光器發(fā)出的紅色指示光)，透鏡9的焦距為 100mm的話，則由于色差所引起的差異大概在1 2mm，所以，通過可調(diào)節(jié)的調(diào)整螺釘6的微 調(diào)即可。可見指示激光器也可以裝在打孔裝置的主體25中，然后通過光纖傳輸變換后再 作指示光。也可以通過其他方式指示打孔用激光束20聚焦后的焦點位置。為了減輕手持式打孔激光頭的重量，將用于調(diào)整激光束參數(shù)的控制面板等安放到 打孔裝置的主體25 —起。不考慮增加手持式打孔激光頭的重量的前提下，也可以將用于調(diào) 整激光束參數(shù)的控制面板等安放在手持式打孔激光頭上，或者另加一個與手持式激光打孔 頭并聯(lián)的控制部件。利用以上裝置，選用5 300w脈沖或連續(xù)光纖激光器或Nd:YAG激光器，經(jīng)過透鏡 對激光束進行聚焦，獲得106 lCTW/cm2的激光功率密度，可以對一定厚度的鋁及鋁合金、 銅、不銹鋼等金屬材料進行打孔。打孔的過程中根據(jù)不同情況也可以吹入高壓空氣、氧氣或 氬氣等輔助。通常情況下，打穿一個孔只需要一個激光脈沖(即單激光脈沖打孔)，有時也需用 多個脈沖激光才能打一個孔(即多激光脈沖打孔)。單激光脈沖打孔，根據(jù)材料的特性和厚 度的不同，所選用的脈沖激光的單脈沖能量一般在幾焦耳到幾十焦耳之間，單脈沖激光打 孔的孔深通常小于1mm。也可以用多個激光脈沖作用而打一個孔，多脈沖激光打孔時，每個 激光脈沖的能量可以相對低一些，但是要選用合適的、較高的脈沖激光頻率。如用100w的SPI脈沖光纖激光器，(打孔過程中可以吹入高壓空氣或氧氣)，用焦 距為50mm的聚焦透鏡對激光束聚焦后，可以對厚度為0. 1mm以下的不銹鋼板進行打孔。如 用300w的脈沖Nd:YAG激光器，(打孔過程中可以吹入高壓空氣或氧氣)，用焦距為50mm的 聚焦透鏡對激光束聚焦后，可以對厚度為0. 07mm的氧化鋁陶瓷進行打孔。
權(quán)利要求
一種手持式激光打孔的方法，其特征是在用手持式激光打孔裝置打孔的過程中，握在手里的手持式激光打孔頭發(fā)出的激光束要聚焦于待打孔零部件的相應(yīng)部位；打孔過程中采用指示紅光空間定位的方式；手持式激光打孔頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的打孔用激光束的焦平面中心處會合相交，在其它任何位置不相交；用這兩束能會合相交于一點的指示紅光來指示打孔。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式激光打孔方法及其裝置，其特征是所述的手持式激光打 孔裝置，由由光纖、光纖耦合器、擴束準直鏡、打孔頭、調(diào)整螺釘、全反鏡、透鏡、組合開關(guān)、可 見光激光器、手柄、半透半反鏡、保護鏡片、電纜、激光器組成，激光器(25)與光纖(1)、電纜 (24)連接，電纜(24)與(10)連接，光纖⑴與光纖耦合器(2)連接，光纖耦合器(2)與打 孔頭(5)連接，在打孔頭(5)里裝有擴束準直鏡⑷和帶調(diào)整螺釘(6)的全反鏡(7)、透鏡 (9)、可見光激光器(11)、半透半反鏡(17)，打孔頭(5)前裝有保護鏡片(23)，打孔頭(5)下 面裝有手柄(15)，還配備了可移動的刻度尺(12)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式激光打孔方法及其裝置，其特征是所述的(10)是開關(guān) (12)、開關(guān)(13)、開關(guān)(16)的連接線(14)紐合在一起。
全文摘要
一種手持式激光打孔的方法，在用手持式激光打孔裝置打孔的過程中，握在手里的手持式激光打孔頭發(fā)出的激光束要聚焦于待打孔零部件的相應(yīng)部位；打孔過程中采用指示紅光空間定位的方式；手持式激光打孔頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的打孔用激光束的焦平面中心處會合相交，在其它任何位置不相交；用這兩束能會合相交于一點的指示紅光來指示打孔。本發(fā)明對處于墻壁、屋頂或某些設(shè)備上不能拿下來到工作臺面的零部件進行激光打孔，用于打孔的激光頭輕巧等優(yōu)點。
文檔編號B23K26/04GK101862912SQ20101012654
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者安芬菊, 師文慶 申請人:廣東海洋大學