本實用新型涉及激光加工領域，具體涉及一種激光鉆孔與鉆孔填充系統(tǒng)。

背景技術：

激光鉆孔領域，激光焦點在孔和孔之間切換，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。二維位移平臺是很慢的一種方式，一般很少采用了。

采用高速旋轉光學元件旋轉獲得旋轉光束用于激光加工，由于動平衡問題，光學元件做不到很復雜，尺寸也做不大，因此高速旋轉光束的旋轉角度做不到可調整，但是實際應用中，所需要加工的孔的直徑確實隨時需要改變的，在高速旋轉鉆孔和孔徑需要柔性改變之間存在巨大挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型一種激光鉆孔與鉆孔填充系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術的缺陷和不足。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：提供了一種激光鉆孔和鉆孔填充系統(tǒng)，包括激光光源模塊、入射光束旋轉運動模塊、光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊和激光聚焦與焦點切換模塊；

所述激光光源模塊，用于產生入射光束，并入射所述入射光束旋轉運動模塊；

所述入射光束旋轉運動模塊，用于對入射光束進行旋轉調制以輸出旋轉光束，形成繞所述入射光束的光軸進行旋轉的第一光束，所述第一光束入射所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊，其中，所述第一光束光軸旋轉全角小于30毫弧度；所述入射光束旋轉運動模塊包括至少一個激光光束旋轉單元，所述激光光束旋轉單元包括旋轉透射光學元件和用于帶動所述旋轉透射光學元件作旋轉運動的驅動裝置；

所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊，用于對第一光束進行擴束并對所述第一光束的空間旋轉角度進行壓縮，輸出旋轉角度壓縮的第二光束并入射所述激光聚焦與焦點切換模塊；

所述激光聚焦與焦點切換模塊，用于對所述第二光束進行聚焦，以形成聚焦光束，并控制所述聚焦光束的聚焦焦點在不同加工單元之間進行切換或者在一個加工單元處對所述聚焦光束的聚焦焦點掃描運動進行輔助運動控制；

其中，針對不同孔徑的通孔鉆孔，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對所述第一光束的空間旋轉角度進行壓縮，獲得與通孔孔徑對應空間旋轉角度的第二光束；當所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊采用不同的旋轉角度壓縮倍率對所述第一光束的空間旋轉角度進行壓縮時，所述聚焦光束的聚焦焦點中心的圓形旋轉軌跡的直徑不同；

針對盲孔鉆孔，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對所述第一光束的空間旋轉角度進行連續(xù)壓縮，使得所述聚焦光束的聚焦焦點運動軌跡為螺旋線或者近似螺旋線；或者，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對所述第一光束的空間旋轉角度進行多次離散壓縮，使得所述第二光束在盲孔鉆孔階段形成多個旋轉角度，進而使得所述聚焦光束的聚焦焦點獲得對應的同心圓軌跡。

本實用新型的有益效果為：在整個鉆孔填充系統(tǒng)中引入了光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊，使得激光高速旋轉時，調整光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊的光束旋轉角度壓縮倍率，實現(xiàn)聚焦光束的聚焦焦點的旋轉運動軌跡直徑的調整，使得焦點旋轉運動軌跡直徑與鉆孔孔徑可調完美結合，提高激光的加工效率，也可以柔性改變高速旋轉激光鉆孔的孔徑大小。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以作如下改進。

進一步的，所述旋轉透射光學元件為楔形棱鏡或衍射體光柵或光楔，所述驅動裝置為空心主軸電機，所述旋轉透射光學元件安裝在所述空心主軸電機的電機主軸上；所述空心主軸電機為氣浮空心主軸電機或磁浮空心主軸電機。

所述進一步的有益效果為：由于驅動裝置可以采用氣浮空心主軸電機或者磁浮空心主軸電機，可以控制激光光束旋轉單元高速或超高速旋轉，極大提高其激光運動加工效率。

其中，當所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊采用不同的旋轉角度壓縮倍率對所述第一光束的空間旋轉角度進行壓縮時，所述聚焦光束的聚焦焦點光斑直徑跟隨調整，在沒有其他措施條件下，第二光束光束直徑會變大，對應的述聚焦光束的聚焦焦點光斑直徑會變小，需要采取包括調整入射光束的脈沖能量大小或者脈寬長短在內的措施，維持激光聚焦焦點激光峰值功率密度基本恒定。第二光束光束直徑會變大，對應的述聚焦光束的聚焦焦點光斑直徑會變小，這是高斯光束基本的激光傳輸聚焦規(guī)律。對于不同直徑的激光聚焦光斑，入射激光的激光能量、激光脈沖重復頻率和激光脈沖寬度等激光參數(shù)需要對應調整，對于獲得優(yōu)質的激光鉆孔效果是有好處的。

進一步的，所述激光聚焦與焦點切換模塊為振鏡掃描平場聚焦單元，所述振鏡掃描平場聚焦單元包括掃描振鏡和掃描平場聚焦鏡；

所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊輸出的第二光束經掃描振鏡反射后射入掃描平場聚焦鏡，再經所述掃描平場聚焦鏡聚焦形成聚焦光束，其中，所述掃描振鏡通過掃描振鏡反射鏡片偏轉達到控制所述聚焦光束的聚焦焦點在不同加工單元之間的切換，或者在一個加工單元處的激光出光加工過程中，所述掃描振鏡通過掃描振鏡反射鏡片輔助偏轉對所述聚焦光束的聚焦焦點掃描運動進行輔助運動控制。

所述進一步的有益效果為：本申請采用了平場掃描聚焦鏡作為平場掃描聚焦手段，平場掃描聚焦鏡對光束進行聚焦后，激光焦點在平場掃描聚焦鏡焦平面上的移動距離與平場掃描聚焦鏡焦距成正比，與平場掃描聚焦鏡入口光束和平場掃描聚焦鏡光軸夾角或者夾角的變化值成正比，一旦平場掃描聚焦鏡選定，平場掃描聚焦鏡焦距就確定，那么激光焦點在平場掃描聚焦鏡焦平面上的移動距離理論上只與平場掃描聚焦鏡入口光束和平場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平場聚焦鏡且平行激光束入射平場聚焦鏡的方位(角度與位移)均在所述平場掃描聚焦鏡設計范圍內時，所有平行入射的激光束均聚焦于平場聚焦鏡焦平面上同一個點。光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對激光束旋轉角度的壓縮，直接體現(xiàn)在聚焦光束的激光焦點旋轉直徑的變化上面。光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊配合振鏡掃描平場聚焦單元對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，可以達到大范圍、高速高質量、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。

進一步的，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊包含殼體和透鏡組，所述透鏡組安裝于殼體內，所述透鏡組包含至少四個串聯(lián)的透鏡，通過改變所述透鏡組內的多個透鏡之間的間距實現(xiàn)對所述第一光束的空間旋轉角度的壓縮，還可以同時調整所述第二光束的發(fā)散角從而調整聚焦光束的聚焦焦點的空間位置，使得所述聚焦焦點始終處于待加工工件表面。

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

進一步的，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊包含殼體和棱鏡組，所述棱鏡組安裝于殼體內，所述棱鏡組包含至少二個串聯(lián)的棱鏡，通過改變所述棱鏡組內的多個棱鏡之間的空間位置關系實現(xiàn)對所述第一光束的空間旋轉角度的壓縮，還可以同時調整所述第二光束的發(fā)散角從而調整所述聚焦光束的聚焦焦點的空間位置，使得所述聚焦焦點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(2個棱鏡構成)，或者由3到4個棱鏡構成的棱鏡組，具備激光擴束功能。與透鏡組構成的擴束器一樣，棱鏡組的擴束倍率就是光束旋轉角度壓縮倍率，旋轉棱鏡角度可以實現(xiàn)擴束倍率的變化。

所述進一步的有益效果為：同一工序條件下，高速進行不同孔徑的通孔或者盲孔加工，光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊能夠通過調整多個透鏡之間的間距或者調整多個棱鏡之間的空間位置關系來實現(xiàn)實時對高速旋轉激光光束的空間旋轉角度的壓縮，或者進一步調整第二光束的發(fā)散角從而調整激光焦點的空間位置，使得激光聚焦焦點始終處于待加工工件表面，提高激光加工效率。

進一步的，還包括擴束倍率補償模塊，所述擴束倍率補償模塊位于所述激光光源模塊與所述入射光束旋轉運動模塊之間，用于對所述激光光源模塊產生的入射光束進行擴束，所述擴束后的光束入射所述入射光束旋轉運動模塊；

其中，當所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對第一光束旋轉角度進行大倍率壓縮時，所述擴束倍率補償模塊對入射光束進行小倍率擴束，或者，當所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對第一光束旋轉角度進行小倍率壓縮時，所述擴束倍率補償模塊對入射光束進行大倍率擴束，使得第二光束的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進而使得聚焦光束的聚焦焦點光斑直徑保持恒定或者基本恒定。

所述進一步的有益效果為：在第二光束的光束直徑基本不變的條件下，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對光束旋轉角度的壓縮倍率范圍可以增加，進而增加了聚焦光束的聚焦焦點的鉆孔孔徑范圍。

進一步的，所述擴束倍率補償模塊包含殼體和透鏡組，所述透鏡組安裝于殼體內，所述透鏡組包含至少二個串聯(lián)的透鏡，通過改變所述透鏡組內的多個透鏡之間的間距實現(xiàn)對所述入射光束擴束倍率的調整或者發(fā)散角的調整，通過發(fā)散角的調整改變所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊的入射光束的入口光斑直徑。

其中，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊與所述擴束倍率補償模塊協(xié)調動作會有更好的效果，比如，快速切換鉆孔孔徑。

本申請的工作原理如下：入射激光經過入射光束旋轉運動模塊后，輸出高速旋轉光束，即第一光束，所述第一光束入射所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊，輸出第二光束，所述第二光束入射激光聚焦與焦點切換模塊，獲得聚焦光束，在聚焦鏡焦距確定情況下，聚焦光束的運動圓周軌跡直徑由聚焦光束激光焦點光斑直徑和所述第二光束旋轉全角決定。入射光束旋轉運動模塊一旦確定，所述第一光束的旋轉全角就確定了，因而由所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊調整光束旋轉角度壓縮倍率獲得所需要的第二光束旋轉全角決定；如果激光焦點需要進行一系列同心圓軌跡運動，則由所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊調整光束旋轉全角壓縮倍率，獲得一系列對應旋轉全角的第二光束即可；如果激光焦點需要進行螺旋線軌跡運動，則由所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊連續(xù)調整光束旋轉全角壓縮倍率，使得第二光束的旋轉全角連續(xù)調整，從而達到本申請的目的。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的一種硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為實施例1中激光焦點同心圓軌跡圖；

圖3為實施例1中激光焦點螺旋線軌跡圖；

圖4為實施例1中激光聚焦焦點鉆孔軌跡圖；

圖5為實施例2的一種低溫共燒陶瓷激光鉆孔系統(tǒng)結構示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件名稱如下：

1、激光光源模塊，2、擴束倍率補償模塊，21、第一殼體，22、補償凹透鏡，23、補償凸透鏡，3、入射光束，5、入射光束旋轉運動模塊，51、氣浮主軸電機的空心主軸，52、旋轉楔形棱鏡，6、第一光束，7、光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊，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、激光聚焦與焦點切換模塊，91、第二電機的電機主軸，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97的電機主軸，98、遠心掃描平場聚焦鏡，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、激光聚焦焦點中心1304的旋轉軌跡，1302、鉆孔中心，1303、激光聚焦焦點，1304、激光聚焦焦點中心。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。

實施例1、一種硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)。下面結合圖1-圖4對本實施例進行詳細說明。

參見圖1，本實施例的一種硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)包括激光光源模塊1、入射光束旋轉運動模塊5、光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7和激光聚焦與焦點切換模塊9；

所述激光光源模塊1，用于產生入射光束3，并入射所述入射光束旋轉運動模塊5；

所述入射光束旋轉運動模塊5，用于對入射光束3進行旋轉調制以輸出旋轉光束，形成繞所述入射光束3的光軸進行旋轉的第一光束6，所述第一光束6入射所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7，其中，所述第一光束6光軸旋轉全角小于30毫弧度；所述入射光束旋轉運動模塊5包括至少一個激光光束旋轉單元，所述激光光束旋轉單元包括旋轉透射光學元件和用于帶動所述旋轉透射光學元件作旋轉運動的驅動裝置；

所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7，用于對第一光束6進行擴束并對所述第一光束6的空間旋轉角度進行壓縮，輸出旋轉角度壓縮的第二光束8并入射所述激光聚焦與焦點切換模塊9；

所述激光聚焦與焦點切換模塊9，用于對所述第二光束8進行聚焦，以形成聚焦光束10，并控制所述聚焦光束10的聚焦焦點在不同加工單元之間進行切換或者在一個加工單元處對所述聚焦光束10的聚焦焦點掃描運動進行輔助運動控制；

其中，針對不同孔徑的通孔鉆孔，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對所述第一光束6的空間旋轉角度進行壓縮，獲得與通孔孔徑對應空間旋轉角度的第二光束8；當所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7采用不同的旋轉角度壓縮倍率對所述第一光束6的空間旋轉角度進行壓縮時，所述聚焦光束10的聚焦焦點中心的圓形旋轉軌跡的直徑不同；

針對盲孔鉆孔，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對所述第一光束6的空間旋轉角度進行連續(xù)壓縮，使得所述聚焦光束10的聚焦焦點運動軌跡為螺旋線或者近似螺旋線；或者，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對所述第一光束6的空間旋轉角度進行多次離散壓縮，使得所述第二光束8在盲孔鉆孔階段形成多個旋轉角度，進而使得所述聚焦光束10的聚焦焦點獲得對應的同心圓軌跡。

所述入射光束旋轉運動模5包括一個激光光束旋轉單元，所述激光光束旋轉單元包括旋轉透射光學元件和用于帶動所旋轉透射光學元件做旋轉運動的驅動裝置。旋轉透射光學元件為旋轉楔形棱鏡52，旋轉楔形棱鏡52的折射率為1.45，厚度3毫米，其兩面均鍍355納米增透膜。驅動裝置為帶空心主軸的氣浮空心主軸電機，氣浮空心主軸電機也可以用帶空心主軸的磁浮空心主軸電機替代。所述旋轉楔形棱鏡52固定安裝在氣浮主軸電機的空心主軸51內，并一起做旋轉運動。氣浮主軸電機的空心主軸51內孔直徑為10毫米，氣浮主軸電機轉速可達18萬轉/分鐘。若選擇更小通孔孔徑的，氣浮主軸電機轉速可達36萬轉/分鐘。入射光束旋轉運動模塊5對透射的入射光束3進行旋轉調制以輸出旋轉光束，形成繞所述入射光束3的光軸進行旋轉的第一光束6，所述第一光束6光軸旋轉全角小于30毫弧度。

在入射光束旋轉運動模塊5之后還設置有光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7，用于對高速旋轉運動第一光束6的旋轉角度進行旋轉角度倍率壓縮(也可以同時進行第二光束6的發(fā)散角角度補償)，輸出旋轉全角減小的第二光束6。本實施例中，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7包括四個串聯(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，所述四個串聯(lián)透鏡安裝于第二殼體71內，所述第二殼體71為組合體(圖中沒有標示)，使得四個串聯(lián)的透鏡之間的間距可調，實現(xiàn)對透射旋轉光束，即第一光束6旋轉全角的角度壓縮，從而實現(xiàn)聚焦光束10的聚焦焦點鉆孔運動軌跡直徑的調整。

所述激光聚焦與焦點切換模塊9為振鏡掃描平場聚焦單元，所述振鏡掃描平場聚焦單元包括掃描振鏡和掃描平場聚焦鏡，所述掃描平場聚焦鏡為普通平場掃描聚焦鏡或遠心平場掃描聚焦鏡等類型。本實施例中，掃描平場聚焦鏡采用遠心掃描聚焦鏡98，遠心平場掃描聚焦鏡98的焦距為100毫米，平場聚焦范圍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97的電機主軸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的電機主軸91上。

整個硅晶圓激光鉆孔系統(tǒng)的光路流程如下：激光光源模塊1產生入射光束3，并經入射光束旋轉運動模塊輸出第一光束6，第一光束6入射所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7，輸出光束旋轉全角壓縮的第二光束8，第二光束8經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經遠心平場掃描聚焦鏡98進行聚焦，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毫米的入射擴束準直光束。

聚焦光束10的相關參數(shù)如下：激光波長355納米，光束質量因子小于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(橫向場強為高斯分布)，脈沖重復頻率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，每加工完畢一個孔，就把聚焦光束10的聚焦焦點移動到下一個位置，這種跳轉過程中激光是閉光的；當所述第一反射鏡片95與第二反射鏡片92再一次鎖定不動，此時激光出光，所述旋轉楔形棱鏡52還在高速旋轉，所述旋轉楔形棱鏡52由于設計好一定楔角，使得第一光束6旋轉全角為5毫弧度，且光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的旋轉角度壓縮倍率為5(激光擴束倍率5倍，擴束器倍率為N倍，那么出射光束運動旋轉角度就縮減到入射光束的旋轉角度的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(焦點光斑直徑12微米加上100微米的光斑中心旋轉直徑)。

如果光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的旋轉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，激光焦點光斑中心旋轉直徑分別是100微米、111微米、125微米、143微米、167微米，激光焦點光斑中心旋轉軌跡形成同心圓，分別對應圖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。

如果光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的旋轉角度壓縮倍率從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動。

可以參見圖4，為激光聚焦焦點鉆孔時的旋轉運動軌跡圖，其中，第二光束8經過激光聚焦與焦點切換模塊9聚焦形成激光聚焦焦點1303，該激光聚焦焦點1303的中心1304的旋轉軌跡為1301，圍繞著鉆孔中心1302進行運動加工，13為鉆孔孔徑。光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對第一光束6進行旋轉全角壓縮，使得最終形成的激光聚焦焦點1303的中心1304的旋轉軌跡直徑對鉆孔孔徑13進行完美對應，提高激光鉆孔效果。

本實施例采用了平場聚焦鏡作為平場掃描聚焦手段，包括普通平場掃描聚焦鏡和遠心平場掃描聚焦鏡，所述普通平場掃描聚焦鏡或者遠心平場掃描聚焦鏡對光束進行聚焦后，激光焦點在平場掃描聚焦鏡焦平面上的移動距離與平場掃描聚焦鏡焦距成正比，與平場掃描聚焦鏡入口光束和平場掃描聚焦鏡光軸夾角或者夾角的變化值成正比，一旦平場掃描聚焦鏡選定，平場掃描聚焦鏡焦距就確定，那么激光焦點在平場掃描聚焦鏡焦平面上的移動距離理論上只與平場掃描聚焦鏡入口光束和平場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平場聚焦鏡且平行激光束入射平場聚焦鏡的方位(角度與位移)均在所述平場聚焦鏡設計范圍內時，所有平行入射的激光束均聚焦于平場聚焦鏡焦平面上同一個點。因此，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對光束的傳輸角度改變對激光焦點在平場聚焦鏡的聚焦平面的移動距離有貢獻，在改變光束傳輸角度的同時帶來的光束平移，對激光焦點在平場聚焦鏡的聚焦平面的移動距離沒有貢獻。

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

本實施例這種加工方式的好處是，用高斯激光實現(xiàn)平頂激光加工效果，同時保留高斯激光長焦深和高斯分布光強的激光加工特點等優(yōu)點，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域，加工效果優(yōu)于平頂激光且控制非常簡單。

實施例2、一種低溫共燒陶瓷激光鉆孔系統(tǒng)。

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

與實施例1不同的是，在入射光束旋轉運動模塊5之前還設置有擴束倍率補償模塊2；當所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對第一光束6旋轉角度進行大倍率壓縮時，所述擴束倍率補償模塊2對出口激光束4進行小倍率擴束，或者，當所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對第一光束6旋轉角度進行小倍率壓縮時，所述擴束倍率補償模塊2對出口激光束4進行大倍率擴束，使得第二光束6的光束直徑保持恒定或者基本恒定，進而使得聚焦光束10的聚焦焦點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，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7對光束旋轉角度的壓縮倍率范圍可以增加，進而增加了聚焦光束10的聚焦焦點的鉆孔孔徑范圍。

所述擴束倍率補償模塊2，包括兩個串聯(lián)的補償凹透鏡22和補償凸透鏡23，串聯(lián)的補償凹透鏡22和補償凸透鏡23安裝于第一殼體21內，所述殼體21為組合體(圖中沒有標示)，使得補償凹透鏡22和補償凸透鏡23之間的間距可調，實現(xiàn)對入射光束3發(fā)散角的調整，改變了第一光束6在光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的入口光斑直徑。更好的方式是，采用四透鏡的可調倍率擴束器進行改變第一光束6在光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的入口光斑直徑，這樣可以確保第一光束6盡可能準直入射光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7。

例如，如果光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的旋轉角度壓縮倍率分別變?yōu)?倍、4.5倍、4倍、3.5倍、3倍，所述擴束倍率補償模塊2的擴束倍率分別對應調整為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，激光焦點光斑中心旋轉直徑分別是100微米、111微米、125微米、143微米、167微米，分別對應圖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。本實施例采用擴束倍率補償模塊2和光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊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，進而使得聚焦光束10的聚焦焦點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，通過擴束倍率補償模塊2和光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的協(xié)同工作，使得最終形成的激光聚焦焦點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，所述光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的倍率調節(jié)范圍為1～20倍，對應的所述擴束倍率補償模塊2的擴束倍率補償范圍為20～1倍。

如果光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊7的旋轉角度壓縮倍率從5倍到3倍按照一定速度連續(xù)變化，所述擴束倍率補償模塊2的擴束倍率分別對應從1倍到5/3倍對應連續(xù)變化，以此確保聚焦光束10的聚焦焦點大小基本保持不變，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動。

本實用新型提出的一種激光鉆孔與鉆孔填充系統(tǒng)，引入了光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊，使得在激光高速旋轉時，通過光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊調整光束旋轉角度壓縮倍率，實現(xiàn)聚焦光束的聚焦焦點旋轉運動軌跡直徑的調整，使得高速旋轉光束的旋轉運動軌跡直徑與鉆孔孔徑可調完美結合，實現(xiàn)不同孔徑鉆孔名的激光加工；以及引入擴束倍率補償模塊，使得光束旋轉角度壓縮倍率可調模塊對透射旋轉光束進行旋轉角度壓縮時，對應的改變了激光束在光束旋轉角度壓縮倍率可調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。

同時本實用新型配置了激光聚焦與焦點切換模塊，使得本實用新型適合于大面積的群孔鉆孔(通孔和盲孔)，以及盲槽的加工，本實用新型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量大幅度提高。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。