用于旋切打孔的光学装置的制作方法

本发明涉及旋切打孔技术领域，具体涉及一种用于旋切打孔的光学装置。

背景技术：

在材料上打孔传统方法是用机械打孔的方式，但机械打孔对一些脆性材料和软材料加工结果并不理想，对一些精密微孔更是无法加工。由于与传统的钻孔技术相比，激光钻孔更有优势，因而在许多领域得到了应用。其优势包括非接触式处理、材料中输入的热量低、钻孔的材料范围广、精确、一致性好。常用的钻孔技术有定点冲击钻孔和旋切钻孔。其中，冲击钻孔指在一个位置上用脉冲激光束不停地加工，直至得到所需要的深度的孔。高速飞行钻孔也是一种定点冲击钻孔技术，通常用于滤光片和导流板钻孔。

普通的激光打孔如图1所示，此类打孔的光是垂直工作面，而光的汇聚是有一定的角度的，所以在打孔时，上面的激光会作用于待加工物，形成打孔锥度，而锥度常常超过6°，使得打孔效果较差，而由于材料的吸收，导致激光的热影响区也比较大。

普通旋切无法得到无锥度的孔型，无法满足越来越高的加工要求，从减少孔锥度的角度出发也有一些公司提出了自己的解决方法，其中，苏州一家公司提出了一种利用四片棱镜加聚焦镜的方式(CN102218605A)，其中通过旋转棱镜来消除激光打孔形成的锥度的问题，但是这种方式对激光器本身有一定的限制，光楔棱镜本身就是一种限制，不好安装，而且这个模块会非常沉重，运动速度慢，加工效率不高。也有人为了减轻这个重量提出利用两个光楔加旋转聚焦镜的方式，这种方式存在问题是调节两个光楔的角度的时候，聚焦镜的尺寸同时需要变化，而且光楔本身的制造误差将会对后面的影响非常大，所以需要利用后面的聚焦镜是倾斜的，这样会非常难保证。且调节两个光楔的角度需要额外的传动装置，笨重又不实用，还会增加额外的成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种调节方便，成本低廉且加工效果良好的用于旋切打孔的光学装置。

本发明的技术方案为，包括激光器、振镜、4F光学系统和大孔径聚焦镜，所述激光器发射的激光经振镜偏转后进入4F光学系统，所述激光经所述4F光学系统改变波前以后进入大孔径聚焦镜，所述大孔径聚焦镜对所述激光进行处理后输出具有倾角的工作激光光束，所述工作激光光束的倾角为锐角，所述4F光学系统和大孔径聚焦镜的中心轴重合，所述振镜输出的激光光轴与所述4F光学系统中心轴不重合。

进一步的，所述4F光学系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜的光轴重合。

进一步的，所述4F光学系统第一透镜的焦距f1与第二透镜距f1与第二透镜的焦距f2之比在0.5-5之间。

进一步的，所述4F光学系统的焦距在50mm-1000mm之间。

进一步的，所述大孔径聚焦镜包括从前到后依次排列的平凹透镜、平凸透镜和凸透镜，所述平凹透镜和平凸透镜的平面朝向光束入射端，所述平凹透镜、平凸透镜和凸透镜的光轴重合。

进一步的，所述大孔径聚焦镜的焦距在50mm-100mm之间。

本发明的有益效果：将振镜偏转后的激光束经4F光学系统和大孔径聚焦镜处理，能使工作激光从传统的垂直于工作面转变为相对于工作面倾斜入射。利用该具有倾角的工作激光光束进行打孔时，工作激光光束的外缘不会与待加工物件相互接触，从而能有效的防止打孔时锥度的产生，同时避免了热效应的积累。而通过调节4F光学系统f1与f2的比例或调节大孔径聚焦镜内各透镜的间隔，能够改变工作激光光束的出射角度和出瞳位置，以满足更多的加工需求。4F光学系统f1与f2的比例和调节大孔径聚焦镜内各透镜的间隔相较于传统的旋切加工系统，其调节更为简便，且无需增加额外的传动机构，结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为普通的激光打孔示意图；

图2为本发明用于旋切打孔的光学装置；

图3为4F光学系统第一透镜和第二透镜示意图；

如图4所示为激光束经大孔径聚焦镜的光路示意图。

图中：1—激光器、2—振镜、3—4F光学系统、301—第一透镜、302—第二透镜、4—大孔径聚焦镜、401—平凹透镜、402—平凸透镜、403—凸透镜、404—保护镜、5—待加工物。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图2所示，发明用于旋切打孔的光学装置包括激光器1、振镜2、4F光学系统3和大孔径聚焦镜4。激光器1发射的激光经振镜2偏转后进入4F光学系统3，激光经4F光学系统3改变波前以后进入大孔径聚焦镜4，大孔径聚焦镜4对激光进行处理后输出具有倾角θ的工作激光光束，工作激光光束的倾角θ为锐角。其中4F光学系统3和大孔径聚焦镜4的中心轴重合，而振镜2输出的激光光轴与4F光学系统3和大孔径聚焦镜4的中心轴不重合。

如图3所示，本发明一种本实施例中，4F光学系统3包括位于入射端的第一透镜301和位于出射端的第二透镜302。第一透镜301和第二透镜302的光轴重合，激光光束经第一透镜301聚焦于第一透镜301的焦点，后光束发散射入第二透镜302，输出波前被改变的激光束至大孔径聚焦镜4。其中第一透镜的焦距f1与第二透镜的焦距f2之比在0.5-5之间。4F光学系统的单片焦距在50mm-1000mm之间。

本发明一种本实施例中，大孔径聚焦镜4包括从前到后依次排列的平凹透镜401、平凸透镜402、凸透镜403和保护镜404，平凹透镜和平凸透镜的平面朝向光束入射端，平凹透镜401、平凸透镜402、凸透镜403和保护镜404的光轴重合。大孔径聚焦镜的焦距在50mm-100mm之间。

在进行待加工物5加工时，首先对本发明光学装置输出的工作激光光束进行调整，该调整包括倾角调整、激光加工的视场和出瞳位置调整。

倾角调整：即调节工作激光光束相对于待加工物5表面的倾斜角度。传统工作激光光束的光轴垂直于待加工物5表面，倾角θ为0°。为了防止打孔时，上部的激光作用于待加工物5非打孔区，需要将倾角θ调节成一个合适的锐角，从而避免打孔锥度。如图4所示，平行于主中心轴的平行激光束经大孔径聚焦镜4后，能够形成倾斜射出的光束，而倾角θ的大小由4F光学系统3和大孔径聚焦镜4之间的距离或者是4F系统的两组透镜的比例决定，因此，通过调节4F系统与大孔径聚焦镜的距离或者4F系统两组透镜的比例，可以实现倾角θ大小的调整，从而可以满足不同孔径大小的加工需求。

激光加工的视场,即相对于待加工物5的加工孔的大小,由振镜的旋转来实现，从而满足加工不同孔径的孔。

出瞳位置：调节工作激光光束出瞳位置可以满足不同深度的加工，出瞳位置的调整通过调节4F光学系统f1与f2的比例和/或调节大孔径聚焦镜内各透镜的间隔实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。