提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置及提高方法与流程

本发明属于激光加工技术领域，尤其是涉及一种提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置及提高方法。

背景技术：

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。它采用光、机、电技术相结合的形式，在加工过程中能有效地保证效率以及具有适用于特殊加工等优点，已在机械加工、汽车制造、电子半导体和航空航天等工业领域得到了广泛的应用。随着激光扫描振镜系统的引入，可以有效地提高激光加工的效率和质量。目前振镜扫描系统已经广泛应用于汽车、冶金、纺织、化工及微电子等众多的领域。激光扫描振镜的工作原理是：一束激光被X、Y两片扫描振镜反射，并且通过一片聚焦镜场镜。振镜片在马达的带动下高速的来回沿轴旋转,达到改变激光光束路径的目的。

然而激光扫描振镜系统在实际加工过程中也会遇到了一些问题。例如，在激光打孔和微细加工时，由于激光的脉冲时间很短，以及光斑直径小(一般在10～20um)，每个脉冲能量作用在被加工件表面，由于激光能量的作用，使得被加工件的被剥离基体，形成非常细小的颗粒。细小的颗粒在激光加工瞬间产生的冲量作用下以一定的速度向上脱离基体，然后在重力作用下又会落下。当孔或槽的深度达到一定阈值时，激光冲量产生的初速度不足以使细小颗粒克服重力作用抛出孔或槽，这些颗粒将堆积在孔或槽中， 被接下来的脉冲激光反复加工。所以实际作用在工件基体上的激光能量将大大降低，在这种情况下，扫描振镜激光加工的效率会大幅下降，进而限制了孔和槽的加工深度。

目前传统手段采用的办法是在聚焦镜后增加一个正压的保护气体(同轴添加保护气)，或者是在激光头侧边加一个侧向正压的保护气体。这两种方法都有他们自身的问题，同轴添加保护气的方法是在镜片下方加了一个向下吹的气流，这个气流产生的向下的推力跟重力为同一方向，这样使得激光脉冲能量作用于基体产生的瞬间冲量给颗粒的作用力将小于或等于重力于气流推力之和，这样虽然解决了镜片不被损坏，却不利于颗粒从孔或槽排出，反而一定程度上降低了加工效率和加工深度。侧向加保护气的方法虽然可以起到及时将颗粒物沿一个方向排出孔或槽，但是对微孔、深孔和微槽、深槽等情况时就显得力不从心。

因此为了保护扫描振镜系统的场镜免受烟尘和飞溅物的损伤，及时将堆积在孔中的粉尘和纳米颗粒最大限度地排出，使得激光能量能一直作用在被加工件的表面，减小因为粉尘堆积在孔内不能及时排出而影响激光打孔的深度和质量，有必要提出一种切实可行、效果明显的方法和装置，从而大幅提高扫描振镜激光的打孔深度、加工效率，突破扫描振镜激光打孔深度的局限。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计更合理,能提高打孔深度和加工效率且使用寿命长的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置。

本发明的另外一个目的是针对上述问题，提供一种方法简单且能提高打孔深度和加工效率的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置，扫描振镜系统包括依次设置的扫描振镜和聚焦镜，且当入射激光依次经过扫描振镜和聚焦镜后能在工件上加工出至少一个孔或槽，本辅助装置包括设置在聚焦镜的射光方向且具有激光经过通道的辅助加工头，在辅助加工头上设有能实时将加工过程中滞留在孔或槽内的加工废弃物排出并迫使加工废弃物远离聚焦镜从而将所述加工废弃物吸离至激光经过通道外的复合型排离机构。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置中，所述的复合型排离机构包括能够将所述的激光经过通道分隔成正压腔和负压腔的分隔结构，所述的正压腔位于聚焦镜和负压腔之间且该正压腔与负压腔连通形成复合型腔，在辅助加工头上设有与正压腔连通的至少一个正压保护气入口，在辅助加工头上还设有与负压腔连通的至少一个负压吸离口。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置中，所述的分隔结构包括设置在激光经过通道内的分隔体，在分隔体的轴向中心设有能使正压腔与负压腔连通的第一喷口。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置中，所述的分隔体为锥形分隔体，且该分隔体的外径从正压腔侧向负压腔侧逐渐缩小。锥形分隔体具有分隔和导流的两作用。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置中，所述的辅助加工头远离聚焦镜的一端具有外端小内端大的第二喷口，第一喷口和第二喷口均呈外端小内端大锥形喷口结构，所述第二喷口轴心线与第一喷口轴心线重合且第一喷口小头端的口径小于或等于第二喷口小头端的口径。在第二喷口的小头端设有倒角。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置中，所述的正压保护气入口设置在辅助加工头的周向且通过第一管路与正压 保护气供给部件相连；所述的负压吸离口数量至少两个且沿辅助加工头的周向均匀分布，所述的负压吸离口通过第二管路与负压发生部件相连，在第二管路上设有位于负压吸离口和负压发生部件之间的负压吸尘部件。负压吸尘部件用于过滤和沉淀从负压吸离口中吸取的加工废弃物，防止加工废弃物进入到负压发生部件中。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置中，所述的辅助加工头包括具有正压腔的加工头上腔体和具有负压腔的加工头下腔体，所述的加工头上腔体和加工头下腔体之间通过第一可拆卸连接结构或焊接方式相连；或者所述的辅助加工头包括具有复合型腔且为一体式结构的一体式加工头基体。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置中，所述的辅助加工头通过第二可拆卸连接结构与扫描振镜相连；或者所述的辅助加工头通过第三可拆卸连接结构连接在固定支架上，所述的扫描振镜通过第四可拆卸连接结构与固定支架相连。

本提高扫描振镜系统加工能力的提高方法包括如下步骤：

A、排出孔或槽内的加工废弃物：正压腔和负压腔通过第一喷口连通，正压保护气依次经过正压保护气入口、正压腔、第一喷口、负压腔和第二喷口并吹向工件，通过正压保护气实时将加工过程中滞留在孔或槽内的加工废弃物排出至孔或槽外，且正压腔内的气压大于负压腔中的气压从而防止加工废弃物进入至正压腔中；正压腔能够防止加工过程中飞溅的加工废弃物和被排出至孔或槽外的加工废弃物进入至正压腔中。

B、吸离加工废弃物：通过负压吸离气的作用使负压腔中的加工废弃物从负压吸离口排出至负压腔外。加工废弃物包括加工时的飞溅加工废弃物和被排出至孔或者槽外的加工废弃物。

在上述的提高扫描振镜系统加工能力的提高方法中，在上述 的A步骤中，所述的第一喷口为外端小内端大的结构，所述的第二喷口为外端小内端大的结构，所述的第一喷口轴心线与第二喷口轴心线重合且第一喷口小头端的口径小于或等于第二喷口小头端的口径。

与现有的技术相比，本提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置及提高方法的优点在于：1、设计更合理，能够有效将孔或者槽中的加工废弃物排出，提高了打孔或者槽的深度，进一步提高了扫描振镜系统加工孔或者槽的加工能力，同时，提高了产品加工质量和加工效率，无形中降低了企业的生产成本。2、能够有效防止加工废弃物损伤聚焦镜，延长了聚焦镜的使用寿命，其次，还降低了后续的维修成本，使用成本降低。3、结构简单且易于制造，实用性强，易于被推广应用。4、符合当前社会技术的发展趋势。

附图说明

图1为本发明提供的结构示意图。

图2为本发明提供的喷口第一种结构示意图。

图3为本发明提供的喷口第二种结构示意图。

图4为本发明提供的喷口第三种结构示意图。

图5为本发明提供的实施例二结构示意图。

图6为本发明提供的实施例三结构示意图。

图7为本发明提供的实施例四结构示意图。

图中，扫描振镜11、聚焦镜12、辅助加工头2、激光经过通道21、正压腔22、加工头上腔体22a、加工头下腔体22b、负压腔23、正压保护气入口24、负压吸离口25、第二喷口26、复合型排离机构3、分隔体31、第一喷口32、第一管路41、正压保护气供给部件42、第二管路43、负压发生部件44、负压吸尘部件45、固定支架5、工件a。

具体实施方式

以下是发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示，本提高扫描振镜系统加工能力的辅助装置,扫描振镜系统包括依次设置的扫描振镜11和聚焦镜12，且当入射激光依次经过扫描振镜11和聚焦镜12后能在工件a上加工出至少一个孔或槽，本辅助装置包括设置在聚焦镜12的射光方向且具有激光经过通道21的辅助加工头2，在辅助加工头2上设有能实时将加工过程中滞留在孔或槽内的加工废弃物排出并迫使加工废弃物远离聚焦镜12从而将所述加工废弃物吸离至激光经过通道21外的复合型排离机构3。加工废弃物包括粉尘、烟尘和纳米颗粒等等在内的加工废弃物。由于设置了复合型排离机构3，复合型排离机构3具有：①能够将滞留在孔或槽内的加工废弃物排出至孔或槽外；②能防止加工过程中飞溅的加工废弃物、以及排出孔或槽外的加工废弃物向上飞溅从而损伤聚焦镜12；③能够将加工废弃物排离至辅助加工头2外的三个作用。

具体地，本实施例的复合型排离机构3包括能够将所述的激光经过通道21分隔成正压腔22和负压腔23的分隔结构，正压腔22位于聚焦镜12和负压腔23之间且该正压腔22与负压腔23连通形成复合型腔，这里的正压腔22呈漏斗状结构，负压腔23呈V形状结构。优化方案，该分隔结构包括设置在激光经过通道21内的分隔体31，在分隔体31的轴向中心设有能使正压腔22与负压腔23连通的第一喷口32。其次，分隔体31为锥形分隔体，且该分隔体31的外径从正压腔22侧向负压腔23侧逐渐缩小。锥形分隔体的外表面为一环形倾斜导流面，该环形倾斜导流面能够提 高加工废弃物排离的顺畅性，同时也大幅提高了排离效率。分隔体31与辅助加工头2连为一体式结构。

为了能够提高吸附能力和排离速度，在辅助加工头2远离聚焦镜12的一端具有外端小内端大的第二喷口26，第一喷口32和第二喷口26均呈外端小内端大锥形喷口结构，所述第二喷口26轴心线与第一喷口32轴心线重合且第一喷口32小头端的口径小于第二喷口26小头端的口径。在第二喷口的小头端设有倒角。该结构不仅可以防止加工废弃物进入至正压腔中，同时，还能够提高负压腔的吸离能力，另外，轴心线重合能够便于制造和组装，同时还能提高吸离效率。还有，第一喷口32和第二喷口26的截面形状相同，能够进一步提高排离的高效性。第一喷口32和第二喷口26的截面形状及尺寸大小根据常用的工件激光加工所需的扫描振镜扫描范围的大小形成一个系列，在实际的激光加工过程中就可以选择合适的截面形状及尺寸大小，即所述的辅助加工头2是可以更换的。如图2-4所示，另外，第一喷口32和第二喷口26的截面形状包括长方形、正方形和圆形中的任意一种，同样还可以是各种不规则的形状，而激光束运动范围和方向的形状包括长方形或三角形或各种不规则的形状，根据实际的产品加工要求进行设定。

如图1所示，在辅助加工头2上设有与正压腔22连通的至少一个正压保护气入口24，正压保护气入口24设置在辅助加工头2的周向且通过第一管路41与正压保护气供给部件42相连。第一喷口32能够提高正压保护气入口24从正压腔22进入至负压腔23中的气压压强。正压保护气包括氮气和氩气中的任意一种。正压保护气进入至正压腔22后在正压腔22内形成一个正压P₁。在正压P₁的作用下使得加工废弃物向上无法穿过第一喷口32。

在辅助加工头2上还设有与负压腔23连通的至少一个负压吸 离口25。本实施例的负压吸离口25数量至少两个且沿辅助加工头2的周向均匀分布，所述的负压吸离口25通过第二管路43与负压发生部件44相连，在第二管路43上设有位于负压吸离口25和负压发生部件44之间的负压吸尘部件45。负压发生部件44启动时，在负压腔23中形成一个负压P₂,工件a在激光加工中产生和被排出至孔或槽外的加工废弃物在负压P₂吸附作用下，加工废弃物通过负压吸离口25被吸离辅助加工头2外。另外，通过调整负压P₂的大小，使得加工废弃物可以通过负压吸离口25被有效吸离。而负压吸尘部件45用于过滤和沉淀从负压吸离口25中吸取的加工废弃物，防止加工废弃物进入到负压发生部件44中。第一喷口32为锥形结构，在负压吸离口25的作用下第一喷口32能够提高吸附能力。周向均匀分布的负压吸离口25能够保证吸离的高效性。

优化方案，为了便于拆装，本实施例的辅助加工头2包括具有正压腔22的加工头上腔体22a和具有负压腔23的加工头下腔体22b，所述的加工头上腔体22a和加工头下腔体22b之间通过第一可拆卸连接结构相连。第一可拆卸连接结构包括设置在加工头上腔体22a上的外螺纹，在加工头下腔体22b上设有与所述的外螺纹螺纹相连的内螺纹。当然，这里的外螺纹也可以设置在加工头下腔体22b上，而内螺纹则可以设置在加工头上腔体22a上。可以根据实际的要求进行设计制造。第一可拆卸连接结构还包括相互配合的法兰。

其次，辅助加工头2通过第二可拆卸连接结构与扫描振镜11相连；第二可拆卸连接结构包括设置在辅助加工头2上的内螺纹，在扫描振镜11上设有与内螺纹螺纹相连的外螺纹。

本实施例的工作原理如下：来之激光器的入射激光依次经过扫描振镜11、聚焦镜12和辅助加工头2的激光经过通道21，然 后打在工件a上，通过扫描振镜11的作用从而在工件a上加工出孔或者槽；

当孔或者槽深度不断加深时，通过正压保护气供给部件42启动，通过过第一管路41将正压保护气从正压保护气入口24输入至正压腔22内，在正压腔22内形成一个正压P₁，同时，正压保护气将滞留在孔或者槽内的加工废弃物排出至孔或者槽外，在正压P₁的作用下使得加工废弃物向上无法穿过第一喷口32；

启动负压发生部件44使负压腔23中形成一个负压P₂,工件a在激光加工中产生和被排出至孔或槽外的加工废弃物在负压P₂吸附作用下，加工废弃物通过第二管路43和负压吸离口25被吸离辅助加工头2外，为了防止加工废弃物进入到负压发生部件44中和保证生产作业的环境，设置了负压吸尘部件45能够有效防止加工废弃物进入到负压发生部件44中，同时，通过周期性的清理负压吸尘部件45能够满足生产秩序性的要求。

另外，锥形分隔体具有分隔和导流的两作用。

本提高扫描振镜系统加工能力的提高方法包括如下步骤：

A、排出孔或槽内的加工废弃物：正压腔22和负压腔23通过第一喷口32连通，正压保护气依次经过正压保护气入口24、正压腔22、第一喷口32、负压腔23和第二喷口26并吹向工件，通过正压保护气实时将加工过程中滞留在孔或槽内的加工废弃物排出至孔或槽外，且正压腔22内的气压大于负压腔23中的气压从而防止加工废弃物进入至正压腔22中；正压腔能够防止加工过程中飞溅的加工废弃物和被排出至孔或槽外的加工废弃物进入至正压腔中。

B、吸离加工废弃物：通过负压吸离气的作用使负压腔23中的加工废弃物从负压吸离口25排出至负压腔23外。

在上述的A步骤中，所述的第一喷口32为外端小内端大的结 构，所述的第二喷口26为外端小内端大的结构，所述的第一喷口32轴心线与第二喷口26轴心线重合且第一喷口32小头端的口径小于第二喷口26小头端的口径。

实施例二

如图5所示，本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，固在此不作赘述，而不一样的地方在于：加工头上腔体22a和加工头下腔体22b之间通过焊接方式相连。

实施例三

如图6所示，本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，固在此不作赘述，而不一样的地方在于：辅助加工头2包括具有复合型腔且为一体式结构的一体式加工头基体。

实施例四

如图7所示，本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，固在此不作赘述，而不一样的地方在于：辅助加工头2通过第三可拆卸连接结构连接在固定支架5上，所述的扫描振镜11通过第四可拆卸连接结构与固定支架5相连。第三可拆卸连接结构和第四可拆卸连接结构均为内外螺纹配合的连接结构。

实施例五

本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，固在此不作赘述，而不一样的地方在于：第一喷口32小头端的口径等于第二喷口26小头端的口径。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了扫描振镜11、聚焦镜12、辅助加工头2、激光经过通道21、正压腔22、加工头上腔体22a、加工头下 腔体22b、负压腔23、正压保护气入口24、负压吸离口25、第二喷口26、复合型排离机构3、分隔体31、第一喷口32、第一管路41、正压保护气供给部件42、第二管路43、负压发生部件44、负压吸尘部件45、固定支架5、工件a等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。