基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法與裝置制造方法
【專利摘要】基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法與裝置。微細(xì)切削在微靶結(jié)構(gòu)制造中發(fā)揮著重要作用，但加工效率低且會產(chǎn)生接觸力，容易使靶丸產(chǎn)生微裂紋，在加工過程中切屑、熔渣等進(jìn)入靶丸腔體內(nèi)部，在靶丸內(nèi)的切屑和熔渣無法徹底排除，影響靶丸的后續(xù)使用。本發(fā)明的方法：利用紫外激光、超短脈沖激光或飛秒激光對靶丸進(jìn)行打孔；通過激光器電源調(diào)節(jié)激光的重復(fù)頻率、功率、脈寬；通過高分辨率CCD實(shí)時監(jiān)測靶丸加工情況；利用顯微物鏡將激光聚焦到待加工靶丸表面；靶丸放置在具有加熱功能的吸盤上，控制吸盤上的三維精密微動工作臺沿X/Y/Z三個方向移動，實(shí)現(xiàn)對靶丸的微動調(diào)節(jié)。本發(fā)明用于能避免在靶丸內(nèi)進(jìn)入的切屑和熔渣的加工。
【專利說明】基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于慣性約束激光核聚變靶丸微孔加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于靶丸整體溫升控制的去除激光加工微孔過程中靶丸內(nèi)部熔屑的加工方法和裝備原理，具體涉及慣性約束激光核聚變靶丸激光打孔方法以及控制靶丸升溫的加熱系統(tǒng)，應(yīng)用該方法和系統(tǒng)能夠得到可控的錐形孔，滿足靶丸充氣及堵膠工藝性的要求。
【背景技術(shù)】
[0002]核能可以分為聚變能和裂變能，現(xiàn)今的核電站是裂變能受控釋放裝置，為了最終解決人類的能源危機(jī)問題，核物理學(xué)家們正在進(jìn)行核聚變的研究，所使用的原料是地球上非常豐富氫元素的同位素一氘(D)和氚(T)。慣性約束激光核聚變是實(shí)現(xiàn)人工可控核聚變的重要方式之一，他是基于氫彈的原理，利用高能激光束，在極短的時間內(nèi)將聚變?nèi)剂闲∏?慣性約束激光核聚變靶丸，以下簡稱靶丸)加熱并壓縮到高溫、高密度使之在中心點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)受控核聚變。慣性約束激光核聚變基本原理就是利用多路強(qiáng)激光同時照射到含有核燃料(氘一氚燃料)的微小靶丸上，利用強(qiáng)激光壓縮核燃料使其產(chǎn)生核聚變，激光核聚變需要在高真空、強(qiáng)輻射的條件下，用非常復(fù)雜的機(jī)構(gòu)與裝置，同時實(shí)現(xiàn)多束強(qiáng)激光的高精度光束引導(dǎo)、頻率轉(zhuǎn)換和精密聚焦，保持多路強(qiáng)激光在時間、空間和能量方面的高度對稱，以獲得最終的打靶精度，產(chǎn)生瞬間的極高能量密度。
[0003]針對靶丸的加工目前采用先成型靶丸，接著在靶丸上加工錐形孔，充入氘(D)和氚(T)氣體后將孔用膠封堵。而靶丸的錐形孔目前采用的加工方法主要有精密車削加工、精密銑削加工、電火花微細(xì)加工、激光微細(xì)加工等加工技術(shù)。這些方法各具所長，構(gòu)成了該類微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)群，承擔(dān)著豐富多樣的制造任務(wù)。微細(xì)切削可以加工復(fù)雜微結(jié)構(gòu)，加工精度和效率高，在微靶結(jié)構(gòu)制造中發(fā)揮著重要作用，其缺點(diǎn)是加工效率低且會產(chǎn)生接觸力，容易使靶丸產(chǎn)生微裂紋；電火花微細(xì)加工具有非接觸、可操控性強(qiáng)、與材料硬度強(qiáng)度無關(guān)、無切削力等優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)電材料的微孔、微槽等的加工中具有強(qiáng)大的微尺度制造能力，其缺點(diǎn)是無法加工非金屬材料；激光微細(xì)加工可進(jìn)行微孔、窄縫等的精密加工，紫外激光和飛秒激光可以依靠光蝕效應(yīng)進(jìn)行去除加工，不存在表面燒蝕和熱影響區(qū)，尤其在非金屬材料的上述加工中極具技術(shù)優(yōu)勢，但加工出孔的錐度小，不利于微孔的堵膠工藝。另外上述加工方法的共同缺點(diǎn)是在加工過程中切屑、熔渣等進(jìn)入靶丸腔體內(nèi)部，在靶丸內(nèi)的切屑和熔渣無法徹底排除，影響靶丸的后續(xù)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法與裝置，通過溫升調(diào)控去除內(nèi)部熔屑，激光加工微孔過程中慣性約束核聚變靶丸。
[0005]一種基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法:
利用紫外激光、超短脈沖激光或飛秒激光對靶丸進(jìn)行打孔；
通過激光器電源調(diào)節(jié)激光的重復(fù)頻率、功率、脈寬； 通過高分辨率CXD實(shí)時監(jiān)測靶丸加工情況；
利用顯微物鏡將激光聚焦到待加工靶丸表面；
靶丸放置在具有加熱功能的吸盤上，控制吸盤上的三維精密微動工作臺沿X/Y/Z三個方向移動，實(shí)現(xiàn)對靶丸的微動調(diào)節(jié)；
通過溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)加熱吸盤的溫度，控制靶丸溫度，使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力大于外界壓強(qiáng)對靶丸的壓力以及重力和激光沖擊力的合力，避免了在加工過程中最后一層被加工材料產(chǎn)生的熔屑進(jìn)入靶丸內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了高精度、高效率的激光打孔。
[0006]所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所述的利用紫外激光對靶丸進(jìn)行打孔時，通過控制激光脈沖個數(shù)蝕除固定尺寸的靶丸材料。
[0007]所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所采用的激光為紫外激光、超短脈沖激光或飛秒激光，與靶丸作用時通過發(fā)生光熱、光化學(xué)消融，精確控制靶丸微孔的蝕除量。
[0008]所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所述的孔為充氣微孔，所述的孔的形狀滿足良好的堵膠工藝性，具有錐度或者呈階梯孔形式。
[0009]所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所述的打孔時使用使靶丸升溫的加熱系統(tǒng)，所述的加熱系統(tǒng)包括具有加熱功能的吸盤，所述的靶丸放置在所述的吸盤上面，所述的吸盤底部具有加熱恒溫裝置，使靶丸穩(wěn)定在一定溫度范圍內(nèi)，并使得所述的靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)18KPa，通過對靶丸加熱使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng)，保證加工孔的最后一層時產(chǎn)生的熔屑不進(jìn)入靶丸內(nèi)部。
[0010]一種基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工裝置，其組成包括:一個激光發(fā)生器(3)和一個能夠安裝加熱吸盤(9)的精密微動工作臺(10)，所述的激光發(fā)生器(3)與反射鏡(12 )、反射鏡(13 )、軸組件(14)、分辨率三維CXD (4 )同軸并且焦點(diǎn)位置重合；靶丸(7 )的空間位置信號通過高分辨率三維CCD (4)電連接到靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器(2);計(jì)算機(jī)(5 )電連接精密微動工作臺控制器(8 )，所述的精密微動工作臺控制器(8 )連接精密微動工作臺(10);所述的計(jì)算機(jī)(5)電連接聚焦頭(6);溫度控制系統(tǒng)(11)連接加熱吸盤(9)。
[0011]所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工裝置，所述的激光發(fā)生器(3)產(chǎn)生的激光，通過反射鏡(12)和反射鏡(13)以及同軸組件(14)使激光光束軸線與高分辨率三維CXD
(4)軸線同軸并且焦點(diǎn)位置重合，靶丸(7)的空間位置由高分辨率三維CXD (4)輸送到靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器(2)中，并通過計(jì)算機(jī)(5)控制精密微動工作臺控制器(8)調(diào)節(jié)精密微動工作臺(10)的位置；通過激光光束檢測分析系統(tǒng)(I)對激光光束進(jìn)行分析，然后通過計(jì)算機(jī)(5)控制聚焦頭(6)調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)位置；由溫度控制系統(tǒng)(11)調(diào)節(jié)加熱吸盤
(9)的溫度，使靶丸溫度控制在固定范圍之內(nèi)；控制激光的軸線與靶丸表面最高點(diǎn)法線重合同時能夠保證激光聚焦焦平面在靶丸最高點(diǎn)。
[0012]有益效果:
本發(fā)明的理論依據(jù):通過激光對慣性約束核聚變靶丸充氣微孔進(jìn)行加工，激光主要采用紫外激光、超短脈沖激光或者飛秒激光，短波長激光和超短脈沖激光與材料相互作用時會形成光化學(xué)消融的材料去除方式，加工后的熱影響區(qū)小，通過調(diào)控激光能量、脈沖個數(shù)、重復(fù)頻率和占空比可以精確控制靶丸表面層的蝕除深度，避免激光能量打穿靶丸或者燒蝕靶丸內(nèi)表面。為了滿足靶丸微孔充氣及其堵膠工藝性的要求，需要得到較準(zhǔn)確的錐形孔，通過控制激光的能量和脈沖個數(shù)來實(shí)現(xiàn)，激光能量、脈沖個數(shù)、占空比、重復(fù)頻率等參數(shù)由激光器電源控制，通過高分辨率三維CCD與精密微動工作臺配合調(diào)整使靶丸最高點(diǎn)表面法線與激光軸線重合，利用光學(xué)聚焦鏡將激光聚焦到待加工靶丸試件表面，通過計(jì)算機(jī)控制激光能量、重復(fù)頻率、占空比以及作用脈沖個數(shù)，采用分層去除的方法進(jìn)行微孔的加工。
[0013]基于靶丸加工微孔的錐度和靶丸內(nèi)部熔屑無法排除這兩個問題，本專利提出通過控制靶丸整體溫度，提升靶丸內(nèi)部壓力，通過靶丸內(nèi)外壓差在激光加工過程中排出熔渣的方法，并設(shè)計(jì)了一種基于溫升調(diào)控去除內(nèi)部熔屑的慣性約束核聚變靶丸微孔激光加工技術(shù)和裝置，能夠解決上述兩個問題，且大大提高勞動生產(chǎn)率、提高激光打孔質(zhì)量。
[0014]用于解決靶丸充氣時，需要在靶丸表面形成中心線與靶丸表面法線重合的微孔。利用高倍率顯微觀測系統(tǒng)檢測靶丸球心位置，系統(tǒng)主要由高分辨率CCD、顯微鏡組件、同軸光源組成，高分辨率CXD與顯微鏡組件同軸，且焦點(diǎn)位置相同。先通過高分辨率CXD觀測靶丸位置，確定出靶丸邊緣4個切點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)切點(diǎn)計(jì)算出圓心坐標(biāo)，即為靶丸球心在XY平面的坐標(biāo)，再通過調(diào)節(jié)高分辨率CCD使激光焦平面與靶丸表面最高點(diǎn)重合，使其中心線與靶丸表面法線重合。
[0015]對靶丸進(jìn)行打孔時，針對不同的靶丸材料，結(jié)合紫外激光、超短脈沖激光、飛秒激光等與材料作用的光熱、光熱一光化學(xué)、光化學(xué)作用原理，對靶丸進(jìn)行固定脈沖個數(shù)的激光加工，對材料被激光作用后的物理化學(xué)性質(zhì)變化進(jìn)行分析，確定單位脈沖個數(shù)激光作用后作用區(qū)域的橫向尺寸、縱向深度和表面形態(tài)，精確控制靶丸表面層的蝕除深度。
[0016]本發(fā)明能夠滿足充氣微孔良好的堵膠工藝性，充氣微孔需要有一定的錐度或者呈階梯孔形式。先設(shè)定激光功率與重復(fù)頻率加工微孔，蝕除深度為靶丸壁厚的一半；再將激光參數(shù)降低，對剩余材料進(jìn)行加工，形成通孔，孔的形狀為具有一定錐度的階梯孔。
[0017]本發(fā)明用于去除內(nèi)部熔屑時，通過加熱吸盤對靶丸進(jìn)行加熱,使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng)，由于激光蝕除靶丸材料是單位深度的蝕除，故只有最后一層被加工材料產(chǎn)生的熔屑會進(jìn)入靶丸內(nèi)部，且激光產(chǎn)生的沖擊力相對于壓強(qiáng)變化引起的壓力非常小，因此只要保證內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力大于外界壓強(qiáng)對靶丸的壓力以及重力和激光沖擊力的合力即可保證熔屑不進(jìn)入靶丸內(nèi)部。
[0018]本發(fā)明提出的一種基于溫升調(diào)控去除內(nèi)部熔屑的慣性約束核聚變靶丸微孔激光加工技術(shù)具有以下特點(diǎn):
(1)可以排除孔錐底產(chǎn)生的熔屑，保證靶丸聚變時的穩(wěn)定性；
(2)打孔的效率高，能夠精確控制孔的形狀與深度，還可以通過實(shí)驗(yàn)選取加工中的各種工藝參數(shù)，使加工參數(shù)容易控制；
(3)孔型為外大內(nèi)小的階梯孔，完全符合堵膠工藝要求，且熱影響區(qū)小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0020]圖1為激光加熱去除靶丸內(nèi)部熔屑的打孔方法的原理圖。
[0021]圖2為高倍率顯微鏡的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]其中:I一激光光束檢測分析系統(tǒng)，2—靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器，3—激光發(fā)生器，4一高分辨率三維CXD及同軸光源，5—計(jì)算機(jī)，6—顯微鏡組件，7—靶丸，8—精密微動工作臺控制器，9一加熱吸盤，10—精密微動工作臺，11一溫度控制系統(tǒng)，12和13—反射鏡，14 一冋軸組件。
[0023]圖2中的高倍率顯微鏡主要由高分辨率三維CXD及同軸光源4、顯微鏡組件6、發(fā)射鏡13、同軸組件14，可以實(shí)現(xiàn)對微孔內(nèi)壁的高分辨率觀測。
[0024]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
一種基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法:
利用紫外激光、超短脈沖激光或飛秒激光對靶丸進(jìn)行打孔；
通過激光器電源調(diào)節(jié)激光的重復(fù)頻率、功率、脈寬；
通過高分辨率CXD實(shí)時監(jiān)測靶丸加工情況；
利用顯微物鏡將激光聚焦到待加工靶丸表面；
靶丸放置在具有加熱功能的吸盤上，控制吸盤上的三維精密微動工作臺沿X/Y/Z三個方向移動，實(shí)現(xiàn)對靶丸的微動調(diào)節(jié)；
通過溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)加熱吸盤的溫度，控制靶丸溫度，使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力大于外界壓強(qiáng)對靶丸的壓力以及重力和激光沖擊力的合力，避免了在加工過程中最后一層被加工材料產(chǎn)生的熔屑進(jìn)入靶丸內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了高精度、高效率的激光打孔。
[0025]實(shí)施例2:
實(shí)施例1所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所述的利用紫外激光對靶丸進(jìn)行打孔時，通過控制激光脈沖個數(shù)蝕除固定尺寸的靶丸材料。
[0026]實(shí)施例3:
實(shí)施例1或2所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所采用的激光為紫外激光、超短脈沖激光或飛秒激光，與靶丸作用時通過發(fā)生光熱、光化學(xué)消融，精確控制靶丸微孔的蝕除量。
[0027]實(shí)施例4:
實(shí)施例1或2或3所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所述的孔為充氣微孔，所述的孔的形狀滿足良好的堵膠工藝性，具有錐度或者呈階梯孔形式。
[0028]實(shí)施例5:
實(shí)施例1或2或3或4所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，所述的打孔時使用使靶丸升溫的加熱系統(tǒng)，所述的加熱系統(tǒng)包括具有加熱功能的吸盤，所述的靶丸放置在所述的吸盤上面，所述的吸盤底部具有加熱恒溫裝置，使靶丸穩(wěn)定在一定溫度范圍內(nèi)，并使得所述的靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)18KPa，通過對靶丸加熱使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng)，保證加工孔的最后一層時產(chǎn)生的熔屑不進(jìn)入靶丸內(nèi)部。
[0029]實(shí)施例6:
基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工裝置，其組成包括:一個激光發(fā)生器3和一個能夠安裝加熱吸盤9的精密微動工作臺10，所述的激光發(fā)生器3與反射鏡12、反射鏡13、軸組件14、分辨率三維CCD，5個構(gòu)件同軸，并且焦點(diǎn)位置重合；靶丸7的空間位置信號通過高分辨率三維CXD電連接到靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器2 ;計(jì)算機(jī)5電連接精密微動工作臺控制器8，所述的精密微動工作臺控制器8連接精密微動工作臺10 ;所述的計(jì)算機(jī)5電連接聚焦頭6 ;溫度控制系統(tǒng)11連接加熱吸盤9。[0030]工作時，所述的激光發(fā)生器3產(chǎn)生的激光，通過反射鏡12和反射鏡13以及同軸組件14使激光光束軸線與高分辨率三維CCD軸線同軸并且焦點(diǎn)位置重合，靶丸7的空間位置由高分辨率三維CCD輸送到靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器2中，并通過計(jì)算機(jī)5控制精密微動工作臺控制器8調(diào)節(jié)精密微動工作臺10的位置；通過激光光束檢測分析系統(tǒng)I對激光光束進(jìn)行分析，然后通過計(jì)算機(jī)5控制聚焦頭6調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)位置；由溫度控制系統(tǒng)11調(diào)節(jié)加熱吸盤9的溫度，使靶丸溫度控制在固定范圍之內(nèi)；控制激光的軸線與靶丸表面最高點(diǎn)法線重合同時能夠保證激光聚焦焦平面在靶丸最高點(diǎn)。
[0031]實(shí)施例7:
實(shí)施例6所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工裝置，能夠控制激光的軸線與靶丸表面最高點(diǎn)法線重合同時能夠保證激光聚焦焦平面在靶丸最高點(diǎn)。
[0032]實(shí)施例8:
實(shí)施例6或7所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工裝置，通過對靶丸加熱使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng)，保證加工孔的最后一層時產(chǎn)生的熔屑不進(jìn)入靶丸內(nèi)部。
[0033]實(shí)施例9:
一種基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，即基于溫升調(diào)控去除內(nèi)部熔屑的慣性約束核聚變靶丸微孔激光加工技術(shù)，包括利用激光系統(tǒng)產(chǎn)生紫外激光、超短脈沖激光、飛秒激光等，以及利用恒溫?zé)嵩醇訜岚型枋蛊錅囟壬邚亩箖?nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)的加熱裝置。
[0034]實(shí)施例10:
基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，適用于激光慣性約束聚變中靶丸充氣微孔的加工，激光發(fā)生器3產(chǎn)生激光，通過反射鏡12、反射鏡13以及同軸組件14使激光光束軸線與高分辨率三維CCD的軸線同軸并且焦點(diǎn)位置重合，靶丸7的空間位置由高分辨率三維CCD輸送到靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器2中，利用高分辨率CCD確定出靶丸邊緣4個切點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)邊緣切點(diǎn)計(jì)算出圓心坐標(biāo)，即為靶丸球心在XY平面的坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)5控制精密微動工作臺控制器8調(diào)節(jié)精密微動工作臺10的位置使激光軸線移動到靶丸球心位置，再通過調(diào)節(jié)高分辨率CCD使激光焦平面與靶丸表面最高點(diǎn)重合，使其中心線與靶丸表面法線重合；通過激光光束檢測分析系統(tǒng)I對激光光束進(jìn)行分析，調(diào)節(jié)激光參數(shù)至合理加工范圍；由溫度控制系統(tǒng)11調(diào)節(jié)加熱吸盤9的溫度，控制靶丸溫度在固定范圍之內(nèi)，使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力大于外界壓強(qiáng)對靶丸的壓力以及重力和激光沖擊力的合力，防止最后一層被加工材料產(chǎn)生的熔屑會進(jìn)入靶丸內(nèi)部。
[0035]在加工過程中，靶丸一直放置在加熱吸盤9上，利用激光對靶丸進(jìn)行固定激光脈沖個數(shù)的加工，對材料被激光作用后的物理化學(xué)性質(zhì)變化進(jìn)行分析，確定單位脈沖個數(shù)激光作用后作用區(qū)域的橫向尺寸、縱向深度和表面形態(tài)，精確控制靶丸表面層的蝕除深度，避免激光能量打穿靶丸或燒蝕靶丸內(nèi)表面。
[0036]本發(fā)明基于溫升調(diào)控去除內(nèi)部熔屑的慣性約束核聚變靶丸微孔激光加工技術(shù)，同時涉及慣性約束激光核聚變靶丸激光打孔方法以及控制靶丸升溫的加熱系統(tǒng)，能夠得到準(zhǔn)確的錐狀孔型，滿足微孔充氣及其堵膠工藝性的要求。該方法利用紫外激光、超短脈沖激光、飛秒激光的光熱、光化學(xué)消融原理去除材料，進(jìn)行加工。
【權(quán)利要求】
1.一種基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，其特征是: 利用紫外激光、超短脈沖激光或飛秒激光對靶丸進(jìn)行打孔； 通過激光器電源調(diào)節(jié)激光的重復(fù)頻率、功率、脈寬； 通過高分辨率CXD實(shí)時監(jiān)測靶丸加工情況； 利用顯微物鏡將激光聚焦到待加工靶丸表面； 靶丸放置在具有加熱功能的吸盤上，控制吸盤上的三維精密微動工作臺沿X/Y/Z三個方向移動，實(shí)現(xiàn)對靶丸的微動調(diào)節(jié)； 通過溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)加熱吸盤的溫度，控制靶丸溫度，使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力大于外界壓強(qiáng)對靶丸的壓力以及重力和激光沖擊力的合力，避免在加工過程中最后一層被加工材料產(chǎn)生的熔屑進(jìn)入靶丸內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的激光打孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，其特征是:所述的利用紫外激光對靶丸進(jìn)行打孔時，通過控制激光脈沖個數(shù)蝕除固定尺寸的靶丸材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，其特征是:所采用的激光為紫外激光、超短脈沖激光或飛秒激光，與靶丸作用時通過發(fā)生光熱、光化學(xué)消融，精確控制靶丸微孔的蝕除量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，其特征是:所述的孔為充氣微孔，所述的孔的形狀滿足良好的堵膠工藝性，具有錐度或者呈階梯孔形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工方法，其特征是:所述的打孔時使用使靶丸升溫的加熱系統(tǒng)，所述的加熱系統(tǒng)包括具有加熱功能的吸盤，所述的靶丸放置在所述的吸盤上面，所述的吸盤底部具有加熱恒溫裝置，使靶丸穩(wěn)定在一定溫度范圍內(nèi)，并使得所述的靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)18KPa，通過對靶丸加熱使靶丸內(nèi)部壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng)，保證加工孔的最后一層時產(chǎn)生的熔屑不進(jìn)入靶丸內(nèi)部。
6.一種基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工的裝置，其組成包括:一個激光發(fā)生器(3)和一個能夠安裝加熱吸盤(9)的精密微動工作臺(10)，其特征是:所述的激光發(fā)生器(3)與反射鏡(12)、反射鏡(13)、軸組件(14)、分辨率三維CXD (4)同軸，并且焦點(diǎn)位置重合；靶丸(7)的空間位置信號通過高分辨率三維CCD (4)電連接到靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器(2)；計(jì)算機(jī)(5)電連接精密微動工作臺控制器(8)，所述的精密微動工作臺控制器(8)連接精密微動工作臺(10);所述的計(jì)算機(jī)(5)電連接聚焦頭(6);溫度控制系統(tǒng)(11)連接加熱吸盤(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于溫升調(diào)控的靶丸微孔激光加工的裝置，其特征在于:所述的激光發(fā)生器(3)產(chǎn)生的激光，通過反射鏡(12)和反射鏡(13)以及同軸組件(14)使激光光束軸線與高分辨率三維CXD (4)軸線同軸并且焦點(diǎn)位置重合，靶丸(7)的空間位置由高分辨率三維C⑶(4 )輸送到靶丸位置數(shù)據(jù)采集及調(diào)整控制器(2 )中，并通過計(jì)算機(jī)(5 )控制精密微動工作臺控制器(8)調(diào)節(jié)精密微動工作臺(10)的位置；通過激光光束檢測分析系統(tǒng)(I)對激光光束進(jìn)行分析，然后通過計(jì)算機(jī)(5 )控制聚焦頭(6 )調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)位置；由溫度控制系統(tǒng)(11)調(diào)節(jié)加熱吸盤(9)的溫度，使靶丸溫度控制在固定范圍之內(nèi)；控制激光的軸線與靶丸表面最高點(diǎn)法線重合同時能夠保證激光聚焦焦平面在靶丸最高點(diǎn)。
【文檔編號】B23K26/16GK103769754SQ201410047583
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】王揚(yáng), 楊立軍, 張宏志, 劉俊巖, 王懋露 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)