本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種激光鉆孔與鉆孔填充系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

激光鉆孔領(lǐng)域，激光焦點(diǎn)在孔和孔之間切換，目前振鏡掃描是比較成熟的最快的切換方式，表現(xiàn)在高的加減速、位移線速度以及定位速度。二維位移平臺(tái)是很慢的一種方式，一般很少采用了。

采用高速旋轉(zhuǎn)光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)獲得旋轉(zhuǎn)光束用于激光加工，由于動(dòng)平衡問(wèn)題，光學(xué)元件做不到很復(fù)雜，尺寸也做不大，因此高速旋轉(zhuǎn)光束的旋轉(zhuǎn)角度做不到可調(diào)整，但是實(shí)際應(yīng)用中，所需要加工的孔的直徑確實(shí)隨時(shí)需要改變的，在高速旋轉(zhuǎn)鉆孔和孔徑需要柔性改變之間存在巨大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種激光鉆孔與鉆孔填充系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明提供了一種激光鉆孔與鉆孔填充系統(tǒng)，包括激光光源模塊、入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊、光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊和激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

所述激光光源模塊，用于產(chǎn)生入射光束，并入射所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊；

所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊，用于對(duì)入射光束進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制以輸出旋轉(zhuǎn)光束，形成繞所述入射光束的光軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第一光束，所述第一光束入射所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，其中，所述第一光束光軸旋轉(zhuǎn)全角小于30毫弧度；所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊包括至少一個(gè)激光光束旋轉(zhuǎn)單元，所述激光光束旋轉(zhuǎn)單元包括旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件和用于帶動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；

所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，用于對(duì)第一光束進(jìn)行擴(kuò)束并對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，輸出旋轉(zhuǎn)角度壓縮的第二光束并入射所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊，用于對(duì)所述第二光束進(jìn)行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)在不同加工單元之間進(jìn)行切換或者在一個(gè)加工單元處對(duì)所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)掃描運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助運(yùn)動(dòng)控制；

其中，針對(duì)不同孔徑的通孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，獲得與通孔孔徑對(duì)應(yīng)空間旋轉(zhuǎn)角度的第二光束；當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊采用不同的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮時(shí)，所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)中心的圓形旋轉(zhuǎn)軌跡的直徑不同；

針對(duì)盲孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行連續(xù)壓縮，使得所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線或者近似螺旋線；或者，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行多次離散壓縮，使得所述第二光束在盲孔鉆孔階段形成多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而使得所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)獲得對(duì)應(yīng)的同心圓軌跡。

本發(fā)明的有益效果為：在整個(gè)鉆孔填充系統(tǒng)中引入了光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，使得激光高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)整光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊的光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率，實(shí)現(xiàn)聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡直徑的調(diào)整，使得焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡直徑與鉆孔孔徑可調(diào)完美結(jié)合，提高激光的加工效率，也可以柔性改變高速旋轉(zhuǎn)激光鉆孔的孔徑大小。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件為楔形棱鏡或衍射體光柵或光楔，所述驅(qū)動(dòng)裝置為空心主軸電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件安裝在所述空心主軸電機(jī)的電機(jī)主軸上；所述空心主軸電機(jī)為氣浮空心主軸電機(jī)或磁浮空心主軸電機(jī)。

所述進(jìn)一步的有益效果為：由于驅(qū)動(dòng)裝置可以采用氣浮空心主軸電機(jī)或者磁浮空心主軸電機(jī)，可以控制激光光束旋轉(zhuǎn)單元高速或超高速旋轉(zhuǎn)，極大提高其激光運(yùn)動(dòng)加工效率。

其中，當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊采用不同的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮時(shí)，所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑跟隨調(diào)整，在沒(méi)有其他措施條件下，第二光束光束直徑會(huì)變大，對(duì)應(yīng)的述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑會(huì)變小，需要采取包括調(diào)整入射光束的脈沖能量大小或者脈寬長(zhǎng)短在內(nèi)的措施，維持激光聚焦焦點(diǎn)激光峰值功率密度基本恒定。第二光束光束直徑會(huì)變大，對(duì)應(yīng)的述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑會(huì)變小，這是高斯光束基本的激光傳輸聚焦規(guī)律。對(duì)于不同直徑的激光聚焦光斑，入射激光的激光能量、激光脈沖重復(fù)頻率和激光脈沖寬度等激光參數(shù)需要對(duì)應(yīng)調(diào)整，對(duì)于獲得優(yōu)質(zhì)的激光鉆孔效果是有好處的。

進(jìn)一步的，所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊為振鏡掃描平場(chǎng)聚焦單元，所述振鏡掃描平場(chǎng)聚焦單元包括掃描振鏡和掃描平場(chǎng)聚焦鏡；

所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊輸出的第二光束經(jīng)掃描振鏡反射后射入掃描平場(chǎng)聚焦鏡，再經(jīng)所述掃描平場(chǎng)聚焦鏡聚焦形成聚焦光束，其中，所述掃描振鏡通過(guò)掃描振鏡反射鏡片偏轉(zhuǎn)達(dá)到控制所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)在不同加工單元之間的切換，或者在一個(gè)加工單元處的激光出光加工過(guò)程中，所述掃描振鏡通過(guò)掃描振鏡反射鏡片輔助偏轉(zhuǎn)對(duì)所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)掃描運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助運(yùn)動(dòng)控制。

所述進(jìn)一步的有益效果為：本申請(qǐng)采用了平場(chǎng)掃描聚焦鏡作為平場(chǎng)掃描聚焦手段，平場(chǎng)掃描聚焦鏡對(duì)光束進(jìn)行聚焦后，激光焦點(diǎn)在平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦平面上的移動(dòng)距離與平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦距成正比，與平場(chǎng)掃描聚焦鏡入口光束和平場(chǎng)掃描聚焦鏡光軸夾角或者夾角的變化值成正比，一旦平場(chǎng)掃描聚焦鏡選定，平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦距就確定，那么激光焦點(diǎn)在平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦平面上的移動(dòng)距離理論上只與平場(chǎng)掃描聚焦鏡入口光束和平場(chǎng)掃描聚焦鏡光軸夾角或者夾角變化值成正比。所有平行激光束在入射同一個(gè)平場(chǎng)聚焦鏡且平行激光束入射平場(chǎng)聚焦鏡的方位(角度與位移)均在所述平場(chǎng)掃描聚焦鏡設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，所有平行入射的激光束均聚焦于平場(chǎng)聚焦鏡焦平面上同一個(gè)點(diǎn)。光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)激光束旋轉(zhuǎn)角度的壓縮，直接體現(xiàn)在聚焦光束的激光焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)直徑的變化上面。光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊配合振鏡掃描平場(chǎng)聚焦單元對(duì)激光束的高速位移切換能力和大范圍區(qū)域掃描加工能力，可以達(dá)到大范圍、高速高質(zhì)量、孔徑可變的微孔鉆孔的目的，也非常適合于橫截面變化的盲槽或者一次加工多種孔徑的盲孔激光銑削加工。

進(jìn)一步的，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊包含殼體和透鏡組，所述透鏡組安裝于殼體內(nèi)，所述透鏡組包含至少四個(gè)串聯(lián)的透鏡，通過(guò)改變所述透鏡組內(nèi)的多個(gè)透鏡之間的間距實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度的壓縮，還可以同時(shí)調(diào)整所述第二光束的發(fā)散角從而調(diào)整聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)的空間位置，使得所述聚焦焦點(diǎn)始終處于待加工工件表面。

所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊最典型的表現(xiàn)形式就是電動(dòng)可調(diào)擴(kuò)束器，可以隨時(shí)電控調(diào)整擴(kuò)束倍率的大小。一般而言，擴(kuò)束倍率就是光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率，在調(diào)整光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率時(shí)，注意保持第二光束的光束發(fā)散角，確保激光焦點(diǎn)始終保持在待加工工件的待加工位置。

進(jìn)一步的，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊包含殼體和棱鏡組，所述棱鏡組安裝于殼體內(nèi)，所述棱鏡組包含至少二個(gè)串聯(lián)的棱鏡，通過(guò)改變所述棱鏡組內(nèi)的多個(gè)棱鏡之間的空間位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度的壓縮，還可以同時(shí)調(diào)整所述第二光束的發(fā)散角從而調(diào)整所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)的空間位置，使得所述聚焦焦點(diǎn)始終處于待加工工件表面。

所述棱鏡組，最典型的就是棱鏡對(duì)(2個(gè)棱鏡構(gòu)成)，或者由3到4個(gè)棱鏡構(gòu)成的棱鏡組，具備激光擴(kuò)束功能。與透鏡組構(gòu)成的擴(kuò)束器一樣，棱鏡組的擴(kuò)束倍率就是光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率，旋轉(zhuǎn)棱鏡角度可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束倍率的變化。

所述進(jìn)一步的有益效果為：同一工序條件下，高速進(jìn)行不同孔徑的通孔或者盲孔加工，光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊能夠通過(guò)調(diào)整多個(gè)透鏡之間的間距或者調(diào)整多個(gè)棱鏡之間的空間位置關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)高速旋轉(zhuǎn)激光光束的空間旋轉(zhuǎn)角度的壓縮，或者進(jìn)一步調(diào)整第二光束的發(fā)散角從而調(diào)整激光焦點(diǎn)的空間位置，使得激光聚焦焦點(diǎn)始終處于待加工工件表面，提高激光加工效率。

進(jìn)一步的，還包括擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊位于所述激光光源模塊與所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊之間，用于對(duì)所述激光光源模塊產(chǎn)生的入射光束進(jìn)行擴(kuò)束，所述擴(kuò)束后的光束入射所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊；

其中，當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行大倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊對(duì)入射光束進(jìn)行小倍率擴(kuò)束，或者，當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行小倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊對(duì)入射光束進(jìn)行大倍率擴(kuò)束，使得第二光束的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進(jìn)而使得聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑保持恒定或者基本恒定。

所述進(jìn)一步的有益效果為：在第二光束的光束直徑基本不變的條件下，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)光束旋轉(zhuǎn)角度的壓縮倍率范圍可以增加，進(jìn)而增加了聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)的鉆孔孔徑范圍。

進(jìn)一步的，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊包含殼體和透鏡組，所述透鏡組安裝于殼體內(nèi)，所述透鏡組包含至少二個(gè)串聯(lián)的透鏡，通過(guò)改變所述透鏡組內(nèi)的多個(gè)透鏡之間的間距實(shí)現(xiàn)對(duì)所述入射光束擴(kuò)束倍率的調(diào)整或者發(fā)散角的調(diào)整，通過(guò)發(fā)散角的調(diào)整改變所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊的入射光束的入口光斑直徑。

其中，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊與所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊協(xié)調(diào)動(dòng)作會(huì)有更好的效果，比如，快速切換鉆孔孔徑。

本申請(qǐng)的工作原理如下：入射激光經(jīng)過(guò)入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊后，輸出高速旋轉(zhuǎn)光束，即第一光束，所述第一光束入射所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，輸出第二光束，所述第二光束入射激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊，獲得聚焦光束，在聚焦鏡焦距確定情況下，聚焦光束的運(yùn)動(dòng)圓周軌跡直徑由聚焦光束激光焦點(diǎn)光斑直徑和所述第二光束旋轉(zhuǎn)全角決定。入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊一旦確定，所述第一光束的旋轉(zhuǎn)全角就確定了，因而由所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊調(diào)整光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率獲得所需要的第二光束旋轉(zhuǎn)全角決定；如果激光焦點(diǎn)需要進(jìn)行一系列同心圓軌跡運(yùn)動(dòng)，則由所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊調(diào)整光束旋轉(zhuǎn)全角壓縮倍率，獲得一系列對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)全角的第二光束即可；如果激光焦點(diǎn)需要進(jìn)行螺旋線軌跡運(yùn)動(dòng)，則由所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊連續(xù)調(diào)整光束旋轉(zhuǎn)全角壓縮倍率，使得第二光束的旋轉(zhuǎn)全角連續(xù)調(diào)整，從而達(dá)到本申請(qǐng)的目的。

另一方面，還提供了一種激光鉆孔與鉆孔填充方法，包括：

S1，由激光光源模塊產(chǎn)生的入射光束入射至入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊；

S2，入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊對(duì)入射光束進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制以輸出旋轉(zhuǎn)光束，形成繞所述入射光束的光軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第一光束，所述第一光束入射所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，其中，所述第一光束光軸旋轉(zhuǎn)全角小于30毫弧度；

S3，光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束進(jìn)行擴(kuò)束并對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，輸出旋轉(zhuǎn)角度壓縮的第二光束并入射所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

S4，激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊對(duì)所述第二光束進(jìn)行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)在不同加工單元之間進(jìn)行切換或者在一個(gè)加工單元處對(duì)所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)掃描運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助運(yùn)動(dòng)控制；

其中，針對(duì)不同孔徑的通孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，獲得與通孔孔徑對(duì)應(yīng)空間旋轉(zhuǎn)角度的第二光束；當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊采用不同的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮時(shí)，所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)中心的圓形旋轉(zhuǎn)軌跡的直徑不同；

針對(duì)盲孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行連續(xù)壓縮，使得所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線或者近似螺旋線；或者，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行多次離散壓縮，使得所述第二光束在盲孔鉆孔階段形成多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而使得所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)獲得對(duì)應(yīng)的同心圓軌跡。

本發(fā)明的有益效果為：對(duì)入射光束進(jìn)行傳輸方位旋轉(zhuǎn)調(diào)制，第一光束可以運(yùn)轉(zhuǎn)到6萬(wàn)轉(zhuǎn)以上，甚至幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘，提供了強(qiáng)大的高效高質(zhì)量鉆孔潛力；引入了光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，實(shí)現(xiàn)了不同孔徑的通孔的旋切鉆孔，不同孔徑的盲孔填充鉆孔；輔以激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊，實(shí)現(xiàn)大范圍群孔快速位置切換。激光的高速旋轉(zhuǎn)(光束旋轉(zhuǎn)角度固定)與光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)，兩者缺一不可，否則無(wú)法進(jìn)行高效的不同孔徑通孔或者盲孔的激光加工。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還可以作如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，在所述激光光源模塊與所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊之間設(shè)置擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊，對(duì)所述激光光源模塊產(chǎn)生的入射光束進(jìn)行擴(kuò)束，所述擴(kuò)束后的光束入射所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊；

其中，當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行大倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊對(duì)入射光束進(jìn)行小倍率擴(kuò)束，或者，當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行小倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊對(duì)入射光束進(jìn)行大倍率擴(kuò)束，使得第二光束的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進(jìn)而使得聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)聚焦光斑直徑保持恒定或者基本恒定。

所述進(jìn)一步的有益效果為：在第二光束的光束直徑基本不變條件下，這樣的好處是除了保持激光加工工藝的穩(wěn)定性外，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)光束旋轉(zhuǎn)角度的壓縮倍率范圍還可以增加，進(jìn)而增加了聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)的鉆孔孔徑范圍。

進(jìn)一步的，所述待加工工件由不同材料的加工層組成的，所述入射光束根據(jù)加工層的不同材料，其脈沖能量或者脈沖峰值功率可動(dòng)態(tài)調(diào)整。

所述進(jìn)一步的有益效果為：入射激光脈沖能量動(dòng)態(tài)變化，大大拓寬了激光鉆孔工藝的延展性，加大了激光鉆孔范圍，提高激光鉆孔質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的一種硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1中激光焦點(diǎn)同心圓軌跡圖；

圖3為實(shí)施例1中激光焦點(diǎn)螺旋線軌跡圖；

圖4為實(shí)施例1中激光聚焦焦點(diǎn)鉆孔軌跡圖；

圖5為實(shí)施例2的一種低溫共燒陶瓷激光鉆孔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實(shí)施例3的一種激光鉆孔與鉆孔填充方法流程圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件名稱如下：

1、激光光源模塊，2、擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊，21、第一殼體，22、補(bǔ)償凹透鏡，23、補(bǔ)償凸透鏡，3、入射光束，5、入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊，51、氣浮主軸電機(jī)的空心主軸，52、旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡，6、第一光束，7、光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，71、第二殼體，72、第一凸透鏡，73、第一凹透鏡，74、第二凹透鏡，75、第二凸透鏡，8、第二光束，9、激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊，91、第二電機(jī)的電機(jī)主軸，92、第二反射鏡片，93、第二反射光束，94、第一反射光束，95、第一反射鏡片，96、第一電機(jī)97的電機(jī)主軸，98、遠(yuǎn)心掃描平場(chǎng)聚焦鏡，10、聚焦光束，11、待加工工件，12、同心圓環(huán)軌跡圖，1201、鉆孔第五環(huán)，1202、鉆孔第四環(huán)，1203、鉆孔第三環(huán)，1204、鉆孔第二環(huán)，1205、鉆孔第一環(huán)，13、鉆孔孔徑，1301、激光聚焦焦點(diǎn)中心,1304的旋轉(zhuǎn)軌跡，1302、鉆孔中心，1303、激光聚焦焦點(diǎn)，1304、激光聚焦焦點(diǎn)中心。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1、一種硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)。下面結(jié)合圖1-圖4對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見圖1，本實(shí)施例的一種硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)包括激光光源模塊1、入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊5、光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7和激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊9；

所述激光光源模塊1，用于產(chǎn)生入射光束3，并入射所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊5；

所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊5，用于對(duì)入射光束3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制以輸出旋轉(zhuǎn)光束，形成繞所述入射光束3的光軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第一光束6，所述第一光束6入射所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7，其中，所述第一光束6光軸旋轉(zhuǎn)全角小于30毫弧度；所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊5包括至少一個(gè)激光光束旋轉(zhuǎn)單元，所述激光光束旋轉(zhuǎn)單元包括旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件和用于帶動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；

所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7，用于對(duì)第一光束6進(jìn)行擴(kuò)束并對(duì)所述第一光束6的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，輸出旋轉(zhuǎn)角度壓縮的第二光束8并入射所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊9；

所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊9，用于對(duì)所述第二光束8進(jìn)行聚焦，以形成聚焦光束10，并控制所述聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)在不同加工單元之間進(jìn)行切換或者在一個(gè)加工單元處對(duì)所述聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)掃描運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助運(yùn)動(dòng)控制；

其中，針對(duì)不同孔徑的通孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)所述第一光束6的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，獲得與通孔孔徑對(duì)應(yīng)空間旋轉(zhuǎn)角度的第二光束8；當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7采用不同的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率對(duì)所述第一光束6的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮時(shí)，所述聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)中心的圓形旋轉(zhuǎn)軌跡的直徑不同；

針對(duì)盲孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)所述第一光束6的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行連續(xù)壓縮，使得所述聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線或者近似螺旋線；或者，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)所述第一光束6的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行多次離散壓縮，使得所述第二光束8在盲孔鉆孔階段形成多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而使得所述聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)獲得對(duì)應(yīng)的同心圓軌跡。

所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模5包括一個(gè)激光光束旋轉(zhuǎn)單元，所述激光光束旋轉(zhuǎn)單元包括旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件和用于帶動(dòng)所旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。旋轉(zhuǎn)透射光學(xué)元件為旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡52，旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡52的折射率為1.45，厚度3毫米，其兩面均鍍355納米增透膜。驅(qū)動(dòng)裝置為帶空心主軸的氣浮空心主軸電機(jī)，氣浮空心主軸電機(jī)也可以用帶空心主軸的磁浮空心主軸電機(jī)替代。所述旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡52固定安裝在氣浮主軸電機(jī)的空心主軸51內(nèi)，并一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。氣浮主軸電機(jī)的空心主軸51內(nèi)孔直徑為10毫米，氣浮主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)18萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘。若選擇更小通孔孔徑的，氣浮主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)36萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘。入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊5對(duì)透射的入射光束3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制以輸出旋轉(zhuǎn)光束，形成繞所述入射光束3的光軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第一光束6，所述第一光束6光軸旋轉(zhuǎn)全角小于30毫弧度。

在入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊5之后還設(shè)置有光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7，用于對(duì)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)第一光束6的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度倍率壓縮(也可以同時(shí)進(jìn)行第二光束6的發(fā)散角角度補(bǔ)償)，輸出旋轉(zhuǎn)全角減小的第二光束6。本實(shí)施例中，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7包括四個(gè)串聯(lián)的透鏡，組成透鏡組，其中包括第一凸透鏡72、第一凹透鏡73、第二凹透鏡74、第二凸透鏡75，所述四個(gè)串聯(lián)透鏡安裝于第二殼體71內(nèi)，所述第二殼體71為組合體(圖中沒(méi)有標(biāo)示)，使得四個(gè)串聯(lián)的透鏡之間的間距可調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)透射旋轉(zhuǎn)光束，即第一光束6旋轉(zhuǎn)全角的角度壓縮，從而實(shí)現(xiàn)聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)鉆孔運(yùn)動(dòng)軌跡直徑的調(diào)整。

所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊9為振鏡掃描平場(chǎng)聚焦單元，所述振鏡掃描平場(chǎng)聚焦單元包括掃描振鏡和掃描平場(chǎng)聚焦鏡，所述掃描平場(chǎng)聚焦鏡為普通平場(chǎng)掃描聚焦鏡或遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡等類型。本實(shí)施例中，掃描平場(chǎng)聚焦鏡采用遠(yuǎn)心掃描聚焦鏡98，遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡98的焦距為100毫米，平場(chǎng)聚焦范圍50毫米×50毫米。掃描振鏡包括第一反射鏡片95和第二反射鏡片92。

所述掃描振鏡的第一反射鏡片95安裝在掃描振鏡的第一電機(jī)97的電機(jī)主軸96上。所述掃描振鏡的第二反射鏡片92安裝在掃描振鏡的第二電機(jī)的電機(jī)主軸91上。

整個(gè)硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)的光路流程如下：激光光源模塊1產(chǎn)生入射光束3，并經(jīng)入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊輸出第一光束6，第一光束6入射所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7，輸出光束旋轉(zhuǎn)全角壓縮的第二光束8，第二光束8經(jīng)掃描振鏡第一反射鏡片95得到第一反射光束94，所述第一反射光束94經(jīng)掃描振鏡的第二反射鏡片92得到第二反射光束93，所述第二反射光束93經(jīng)遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡98進(jìn)行聚焦，得到聚焦光束10，所述聚焦光束10直接作用于待加工工件11。所述待加工工件11為50微米厚度8英寸硅晶圓。

所述入射光束3為直徑為1毫米的入射擴(kuò)束準(zhǔn)直光束。

聚焦光束10的相關(guān)參數(shù)如下：激光波長(zhǎng)355納米，光束質(zhì)量因子小于1.2，光斑圓度大于百分之九十，平均功率20瓦，單模高斯激光(橫向場(chǎng)強(qiáng)為高斯分布)，脈沖重復(fù)頻率100千赫茲。

掃描振鏡的兩片反射鏡片即第一反射鏡片95與第二反射鏡片92相配合，每加工完畢一個(gè)孔，就把聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)移動(dòng)到下一個(gè)位置，這種跳轉(zhuǎn)過(guò)程中激光是閉光的；當(dāng)所述第一反射鏡片95與第二反射鏡片92再一次鎖定不動(dòng)，此時(shí)激光出光，所述旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡52還在高速旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡52由于設(shè)計(jì)好一定楔角，使得第一光束6旋轉(zhuǎn)全角為5毫弧度，且光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率為5(激光擴(kuò)束倍率5倍，擴(kuò)束器倍率為N倍，那么出射光束運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度就縮減到入射光束的旋轉(zhuǎn)角度的N分之一)，那么，聚焦光束10在待加工工件11上的聚焦光斑直徑約為12微米，形成直徑112微米直徑圓圈(焦點(diǎn)光斑直徑12微米加上100微米的光斑中心旋轉(zhuǎn)直徑)。

如果光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率分別變?yōu)?倍、4.5倍、4倍、3.5倍、3倍，那么聚焦光束7在待加工工件8上的聚焦光斑直徑分別約為12微米、13.5微米、15微米、17微米、20微米，激光焦點(diǎn)光斑中心旋轉(zhuǎn)直徑分別是100微米、111微米、125微米、143微米、167微米，激光焦點(diǎn)光斑中心旋轉(zhuǎn)軌跡形成同心圓，分別對(duì)應(yīng)圖2中鉆孔第一環(huán)1205、鉆孔第二環(huán)1204、鉆孔第三環(huán)1203、鉆孔第四環(huán)1202、鉆孔第五環(huán)1201。

如果光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率從5倍到3倍按照一定速度連續(xù)變化，那么聚焦光束10在待加工工件11上的聚焦光斑直徑的軌跡請(qǐng)見圖3，為螺旋線軌跡，這種軌跡非常適合盲孔鉆孔和盲槽銑削的填充掃描運(yùn)動(dòng)。

可以參見圖4，為激光聚焦焦點(diǎn)鉆孔時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖，其中，第二光束8經(jīng)過(guò)激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊9聚焦形成激光聚焦焦點(diǎn)1303，該激光聚焦焦點(diǎn)1303的中心1304的旋轉(zhuǎn)軌跡為1301，圍繞著鉆孔中心1302進(jìn)行運(yùn)動(dòng)加工，13為鉆孔孔徑。光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)第一光束6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)全角壓縮，使得最終形成的激光聚焦焦點(diǎn)1303的中心1304的旋轉(zhuǎn)軌跡直徑對(duì)鉆孔孔徑13進(jìn)行完美對(duì)應(yīng)，提高激光鉆孔效果。

本實(shí)施例采用了平場(chǎng)聚焦鏡作為平場(chǎng)掃描聚焦手段，包括普通平場(chǎng)掃描聚焦鏡和遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡，所述普通平場(chǎng)掃描聚焦鏡或者遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡對(duì)光束進(jìn)行聚焦后，激光焦點(diǎn)在平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦平面上的移動(dòng)距離與平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦距成正比，與平場(chǎng)掃描聚焦鏡入口光束和平場(chǎng)掃描聚焦鏡光軸夾角或者夾角的變化值成正比，一旦平場(chǎng)掃描聚焦鏡選定，平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦距就確定，那么激光焦點(diǎn)在平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦平面上的移動(dòng)距離理論上只與平場(chǎng)掃描聚焦鏡入口光束和平場(chǎng)掃描聚焦鏡光軸夾角或者夾角變化值成正比。所有平行激光束在入射同一個(gè)平場(chǎng)聚焦鏡且平行激光束入射平場(chǎng)聚焦鏡的方位(角度與位移)均在所述平場(chǎng)聚焦鏡設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，所有平行入射的激光束均聚焦于平場(chǎng)聚焦鏡焦平面上同一個(gè)點(diǎn)。因此，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)光束的傳輸角度改變對(duì)激光焦點(diǎn)在平場(chǎng)聚焦鏡的聚焦平面的移動(dòng)距離有貢獻(xiàn)，在改變光束傳輸角度的同時(shí)帶來(lái)的光束平移，對(duì)激光焦點(diǎn)在平場(chǎng)聚焦鏡的聚焦平面的移動(dòng)距離沒(méi)有貢獻(xiàn)。

所述遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡98的加工范圍畢竟還是有限，如果加工幅面還不夠大，實(shí)際上還可以把所述待加工工件11置于移動(dòng)平臺(tái)上，這樣可以實(shí)現(xiàn)大范圍的激光加工，實(shí)踐中激光加工掃描范圍面積一般超過(guò)200毫米×200毫米的通常稱為大面積。

本實(shí)施例這種加工方式的好處是，用高斯激光實(shí)現(xiàn)平頂激光加工效果，同時(shí)保留高斯激光長(zhǎng)焦深和高斯分布光強(qiáng)的激光加工特點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于需要平頂激光加工或者微小范圍均勻快速填充掃描的領(lǐng)域，加工效果優(yōu)于平頂激光且控制非常簡(jiǎn)單。

實(shí)施例2、一種低溫共燒陶瓷激光鉆孔系統(tǒng)。

本實(shí)施例的激光鉆孔系統(tǒng)如圖5所示，除了包含上述實(shí)施例1中的模塊外，還包括擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2，激光光源模塊1發(fā)射出口激光束4，出口激光束4入射擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2，并輸出入射光束3。

與實(shí)施例1不同的是，在入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊5之前還設(shè)置有擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2；當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)第一光束6旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行大倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2對(duì)出口激光束4進(jìn)行小倍率擴(kuò)束，或者，當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)第一光束6旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行小倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2對(duì)出口激光束4進(jìn)行大倍率擴(kuò)束，使得第二光束6的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進(jìn)而使得聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑保持恒定或者基本恒定。這樣，在第二光束6的光束直徑基本不變條件下，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7對(duì)光束旋轉(zhuǎn)角度的壓縮倍率范圍可以增加，進(jìn)而增加了聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)的鉆孔孔徑范圍。

所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2，包括兩個(gè)串聯(lián)的補(bǔ)償凹透鏡22和補(bǔ)償凸透鏡23，串聯(lián)的補(bǔ)償凹透鏡22和補(bǔ)償凸透鏡23安裝于第一殼體21內(nèi)，所述殼體21為組合體(圖中沒(méi)有標(biāo)示)，使得補(bǔ)償凹透鏡22和補(bǔ)償凸透鏡23之間的間距可調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光束3發(fā)散角的調(diào)整，改變了第一光束6在光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的入口光斑直徑。更好的方式是，采用四透鏡的可調(diào)倍率擴(kuò)束器進(jìn)行改變第一光束6在光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的入口光斑直徑，這樣可以確保第一光束6盡可能準(zhǔn)直入射光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7。

例如，如果光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率分別變?yōu)?倍、4.5倍、4倍、3.5倍、3倍，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2的擴(kuò)束倍率分別對(duì)應(yīng)調(diào)整為1倍、5/4.5倍、5/4倍、5/3.5倍、5/3倍，那么聚焦光束10在待加工工件11上的聚焦光斑直徑基本約為12微米，激光焦點(diǎn)光斑中心旋轉(zhuǎn)直徑分別是100微米、111微米、125微米、143微米、167微米，分別對(duì)應(yīng)圖2中鉆孔第一環(huán)1205、鉆孔第二環(huán)1204、鉆孔第三環(huán)1203、鉆孔第四環(huán)1202、鉆孔第五環(huán)1201。本實(shí)施例采用擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2和光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7協(xié)同作用使得第二光束6的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進(jìn)而使得聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑保持恒定或者基本恒定，其好處是聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑保持基本不變，有利于激光加工工藝的穩(wěn)定?？蓞⒁妶D4，通過(guò)擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2和光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的協(xié)同工作，使得最終形成的激光聚焦焦點(diǎn)1303的直徑保持恒定或者基本恒定，有利于激光加工的穩(wěn)定性。

其中，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的倍率調(diào)節(jié)范圍為1～20倍，對(duì)應(yīng)的所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2的擴(kuò)束倍率補(bǔ)償范圍為20～1倍。

如果光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率從5倍到3倍按照一定速度連續(xù)變化，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2的擴(kuò)束倍率分別對(duì)應(yīng)從1倍到5/3倍對(duì)應(yīng)連續(xù)變化，以此確保聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)大小基本保持不變，且聚焦光束10在待加工工件11上的聚焦光斑直徑的軌跡請(qǐng)見圖3，為螺旋線軌跡，這種軌跡非常適合盲孔鉆孔和盲槽銑削的填充掃描運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施例3、一種激光鉆孔與鉆孔填充方法。

參見圖6，本實(shí)施例提供的鉆孔填充方法包括以下步驟：

S1，由激光光源模塊產(chǎn)生的入射光束入射至入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊；

S2，入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊對(duì)入射光束進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制以輸出旋轉(zhuǎn)光束，形成繞所述入射光束的光軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的第一光束，所述第一光束入射所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，其中，所述第一光束光軸旋轉(zhuǎn)全角小于30毫弧度；

S3，光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束進(jìn)行擴(kuò)束并對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，輸出旋轉(zhuǎn)角度壓縮的第二光束并入射所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

S4，激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊對(duì)所述第二光束進(jìn)行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)在不同加工單元之間進(jìn)行切換或者在一個(gè)加工單元處對(duì)所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)掃描運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輔助運(yùn)動(dòng)控制；

其中，針對(duì)不同孔徑的通孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮，獲得與通孔孔徑對(duì)應(yīng)空間旋轉(zhuǎn)角度的第二光束；當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊采用不同的旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行壓縮時(shí)，所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)中心的圓形旋轉(zhuǎn)軌跡的直徑不同；

針對(duì)盲孔鉆孔，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行連續(xù)壓縮，使得所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線或者近似螺旋線；或者，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)所述第一光束的空間旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行多次離散壓縮，使得所述第二光束在盲孔鉆孔階段形成多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而使得所述聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)獲得對(duì)應(yīng)的同心圓軌跡。

其中，還包括：在所述激光光源模塊與所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊之間設(shè)置擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊，對(duì)所述激光光源模塊產(chǎn)生的入射光束進(jìn)行擴(kuò)束，所述擴(kuò)束后的光束入射所述入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊；

當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行大倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊對(duì)入射光束進(jìn)行小倍率擴(kuò)束，或者，當(dāng)所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)第一光束旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行小倍率壓縮時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊對(duì)入射光束進(jìn)行大倍率擴(kuò)束，使得第二光束的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進(jìn)而使得聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)聚焦光斑直徑保持恒定或者基本恒定。

本實(shí)施例的入射光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊對(duì)入射光束進(jìn)行傳輸方位旋轉(zhuǎn)調(diào)制，第一光束可以運(yùn)轉(zhuǎn)到6萬(wàn)轉(zhuǎn)以上，甚至幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘，提供了強(qiáng)大的高效高質(zhì)量鉆孔潛力；引入了光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，實(shí)現(xiàn)了不同孔徑的通孔的旋切鉆孔，不同孔徑的盲孔填充鉆孔；輔以激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊，實(shí)現(xiàn)大范圍群孔快速位置切換。其中，激光的高速旋轉(zhuǎn)(光束旋轉(zhuǎn)角度固定)與光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)，兩者缺一不可，否則無(wú)法進(jìn)行高效的不同孔徑通孔或者盲孔的激光加工。

在入射光束旋轉(zhuǎn)調(diào)制之前，對(duì)入射激光束進(jìn)行擴(kuò)束倍率補(bǔ)償，使得第二光束光束直徑保持恒定或者基本恒定，進(jìn)而使得聚焦光束的聚焦光斑直徑保持恒定或者基本恒定。在第二光束的光束直徑基本不變條件下，這樣的好處是除了保持激光加工工藝的穩(wěn)定性外，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)光束旋轉(zhuǎn)角度的壓縮倍率范圍還可以增加，進(jìn)而增加了聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)的鉆孔孔徑范圍。

本實(shí)施例中，所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊的倍率調(diào)節(jié)范圍為1～20倍，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊的擴(kuò)束倍率補(bǔ)償范圍為20～1倍。所述光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊的對(duì)第一光束旋轉(zhuǎn)角度的倍率壓縮范圍為1～20倍(其中1倍就是旋轉(zhuǎn)角度不壓縮，20倍就是旋轉(zhuǎn)角度壓縮到原來(lái)的二十分之一，即第二光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)全角是第一光束旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)全角的二十分之一)，此時(shí)，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊對(duì)第一光束的擴(kuò)束倍率范圍也是1～20倍(1倍就是對(duì)第一光束不擴(kuò)束，二十倍就是對(duì)第一光束擴(kuò)束二十倍)，對(duì)應(yīng)的，所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊的擴(kuò)束倍率補(bǔ)償范圍為20～1倍(所述20倍，就是對(duì)入射激光3擴(kuò)束20倍，所述1倍，就是對(duì)入射激光3不擴(kuò)束)?？傊龉馐D(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊和所述擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊協(xié)調(diào)工作，既滿足激光焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)鉆孔的孔徑要求，又滿足激光聚焦焦點(diǎn)光斑直徑基本恒定要求。采用擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊2和光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊7協(xié)同作用使得第二光束6的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進(jìn)而使得聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑保持恒定或者基本恒定，其好處是聚焦光束10的聚焦焦點(diǎn)光斑直徑保持基本不變，有利于激光加工工藝的穩(wěn)定。

上述實(shí)施例中的待加工工件由不同材料的加工層組成的，所述入射光束根據(jù)加工層的不同材料，其脈沖能量或者脈沖峰值功率可動(dòng)態(tài)調(diào)整。入射激光脈沖能量動(dòng)態(tài)變化，大大拓寬了激光鉆孔工藝的延展性，加大了激光鉆孔范圍，提高激光鉆孔質(zhì)量。

本發(fā)明提出的一種激光鉆孔與鉆孔填充系統(tǒng)及方法，引入了光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊，使得在激光高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊調(diào)整光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率，實(shí)現(xiàn)聚焦光束的聚焦焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡直徑的調(diào)整，使得高速旋轉(zhuǎn)光束的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡直徑與鉆孔孔徑可調(diào)完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同孔徑鉆孔名的激光加工；以及引入擴(kuò)束倍率補(bǔ)償模塊，使得光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊對(duì)透射旋轉(zhuǎn)光束進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度壓縮時(shí)，對(duì)應(yīng)的改變了激光束在光束旋轉(zhuǎn)角度壓縮倍率可調(diào)模塊的入口光斑直徑，確保第二光束光束直徑保持恒定或者基本不變，從而保障了聚焦光束聚焦焦點(diǎn)光斑直徑的穩(wěn)定，有利于激光加工工藝的穩(wěn)定和加工效果。

同時(shí)本發(fā)明配置了激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊，使得本發(fā)明適合于大面積的群孔鉆孔(通孔和盲孔)，以及盲槽的加工，本發(fā)明特別適合于薄材料群孔加工，也特別適合用于一些脆硬材料的銑削與鉆孔加工，相比傳統(tǒng)激光銑削加工，本方案加工均勻性、加工效率以及加工質(zhì)量大幅度提高。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“實(shí)施例一”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體方法、裝置或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、方法、裝置或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。