[go: up one dir, main page]

CN116140835A - 一种激光微孔加工吹气装置 - Google Patents

一种激光微孔加工吹气装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116140835A
CN116140835A CN202310144766.6A CN202310144766A CN116140835A CN 116140835 A CN116140835 A CN 116140835A CN 202310144766 A CN202310144766 A CN 202310144766A CN 116140835 A CN116140835 A CN 116140835A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blowing
processing
air
coaxial
needle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310144766.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张健
刘虹君
金会良
汪圣飞
樊非
张清华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Original Assignee
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics filed Critical Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority to CN202310144766.6A priority Critical patent/CN116140835A/zh
Publication of CN116140835A publication Critical patent/CN116140835A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，从上至下分别安装有聚焦镜头、电动旋转台以及吹气模块，其中，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动，且吹气模块包括同轴吹气嘴、吹气针、电动促动器、铰链以及软管；本发明通过自动化调节离轴吹气的倾斜角度，能够解决高深径比微孔加工过程中离轴吹气点偏离微孔入口的问题，进而实现高深径比微孔的高效、精密加工；同时，本发明通过吹气模块的旋转，能够解决大角度倾斜孔加工时，待加工样品与离轴吹气嘴之间的空间干涉问题，尤其是当加工曲面上的微孔时，可根据实际需要通过电动旋转台转动吹气模块的位置，从而实现较优的加工效果。

Description

一种激光微孔加工吹气装置
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光微孔加工吹气装置。
背景技术
随着微机电系统、微纳光学、汽车产业等领域的不断发展，数十到几百微米尺寸的精密微孔在汽车发动机喷油嘴、微纳光学器件、半导体功能器件、精密喷嘴等方面有着广阔的应用前景。其发展趋势是小孔径、大深径比和高精度。超快激光产生的光场经过聚焦后，作用于材料可直接电离形成等离子体，被视为无材料选择性的冷加工方式。在精密微孔制造技术的未来发展趋势中，超快激光加工将有望成为主流技术。
超快激光精密微孔加工主要采用螺旋钻孔法，通过螺旋扫描结合步进的方式进行加工，将材料逐层去除。对于高深径比微孔，步进量和样品厚度一致。无论是采取激光加工头步进或者是样品步进，都会导致步进的过程中激光加工头和样品距离逐渐变小。当前加工高深径比微孔一般采用离轴吹气的方式，吹气嘴固定在激光加工头上，在整个加工过程中相对激光加工头的位置不变。微孔加工过程中，随激光加工头和样品距离逐渐变小，吹气嘴的吹气点会偏离微孔的入口，微孔内部吹气量的减少会造成材料去除率的下降和微孔加工质量恶化。另外，倾斜孔加工一般是通过样品台旋转控制样品的倾斜度，对于大角度的倾斜孔，样品会与离轴吹气的气嘴空间干涉。
发明内容
为解决高深径比微孔加工过程中离轴吹气点偏离微孔入口的问题，本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，能够实现高深径比微孔的高效、精密加工。
一种激光微孔加工吹气装置，从上至下分别安装有聚焦镜头、电动旋转台以及吹气模块，其中，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动，且吹气模块包括同轴吹气嘴、吹气针、电动促动器、铰链以及软管；
所述同轴吹气嘴安装于电动旋转台上，铰链安装于同轴吹气嘴的侧壁，且铰链可沿一维方向转动；所述吹气针的中段安装于铰链上，并能够以铰链为支点进行转动，同时，吹气针的进气口端固定在电动促动器上，且吹气针的吹气角度由安装于电动旋转台上的电动促动器调节，使得加工开始时至加工完成时吹气针的延长线始终对准待加工微孔的前孔中心；软管的一端连接吹气针的进气口端，另一端连接外部产气设备。
进一步地，加工开始时至加工完成时吹气针与同轴吹气嘴中心轴线夹角的变化量Δθ为：
Figure BDA0004088780950000021
其中，H1为铰链与待加工样品上表面的距离，G为铰链与同轴吹气嘴中心轴线之间的垂直距离，ΔH为待加工微孔的深度。
进一步地，一种激光微孔加工吹气装置，还包括气管和安装于同轴吹气嘴侧壁的快接头；
外部的同轴吹气设备通过气管与快接头连接，使得同轴气流接入快接头后，经同轴吹气嘴吹出，其中，同轴气流的压力小于吹气针出射的气流压力的50％。
进一步地，吹气针出射的气流为离轴吹气，且离轴吹气角度由电动促动器调节。
进一步地，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动±180°。
有益效果：
1、本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，通过自动化调节离轴吹气的倾斜角度，能够解决高深径比微孔加工过程中离轴吹气点偏离微孔入口的问题，进而实现高深径比微孔的高效、精密加工；同时，本发明通过吹气模块的旋转，能够解决大角度倾斜孔加工时，待加工样品与离轴吹气嘴之间的空间干涉问题，尤其是当加工曲面上的微孔时，可根据实际需要通过电动旋转台转动吹气模块的位置，从而实现较优的加工效果。
2、本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，增加了同轴吹气，同轴吹气由气管接入快接头后，经同轴吹气嘴吹出，能够防止加工产生的粉尘和碎屑被离轴吹气气流带入聚焦镜头。
3、本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，吹气针的进气口端和软管相连接，这种柔性连接方式能保证吹气针旋转时进气量的稳定性。
附图说明
图1为一种激光微孔加工吹气装置的结构示意图；
图2为离轴吹气位置随不同方向倾斜孔加工变化的示意图；
图3为吹气针倾斜角度随激光加工头和样品距离变化的示意图；
图4为吹气针和同轴吹气中心轴线的夹角计算方法示意图；
图5为实施例中加工倾斜孔离轴吹气位置变化的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
为实现高深径比微孔高效和精密加工，本发明提出了一种激光微孔加工吹气装置，通过自动化调节离轴吹气的倾斜角度，解决高深径比微孔加工过程中离轴吹气点偏离微孔入口的问题；通过吹气模块的旋转，解决大角度倾斜孔加工时，样品与离轴吹气嘴空间干涉的问题。
具体的，如图1所示，一种激光微孔加工吹气装置，从上至下分别安装有聚焦镜头、电动旋转台以及吹气模块，其中，电动旋转台固定在聚焦镜头上，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动，且可转动角度范围为Φ1，在±180°之间，如图2所示，能够防止大角度倾斜孔加工时样品与离轴吹气针之间的空间干涉问题；进一步地，吹气模块包括同轴吹气嘴、吹气针、电动促动器、铰链以及软管；
所述同轴吹气嘴安装于电动旋转台上，铰链安装于同轴吹气嘴的侧壁，且铰链可沿一维方向转动；所述吹气针的中段安装于铰链上，并能够以铰链为支点进行转动，且可调节角度范围为Φ2，同时，吹气针的进气口端固定在电动促动器上，且吹气针出射的气流为离轴吹气，同时离轴吹气角度由安装于电动旋转台上的电动促动器调节，使得加工开始时至加工完成时吹气针的延长线始终对准待加工微孔的前孔中心；软管的一端连接吹气针的进气口端，另一端连接外部产气设备。
需要说明的是，加工过程中，随激光加工头和样品距离逐渐变小，为了保证离轴吹气点始终在微孔的入口，需要吹气针和同轴吹气中心轴线的夹角逐渐变大，如图4所示；如图3所示为吹气针和同轴吹气中心轴线夹角随激光加工头和样品距离变化过程，开始加工时，铰链与待加工样品上表面的距离为H1，同轴吹气嘴中心轴线到铰链的距离为G，吹气针与同轴吹气中心轴线夹角为θ1，当待加工微孔的深度为ΔH时，吹气针与同轴吹气中心轴线夹角为θ2，则可以得到加工开始时至加工完成时吹气针与同轴吹气嘴中心轴线夹角的变化量Δθ为：
Figure BDA0004088780950000051
进一步地，为了防止加工产生的粉尘和碎屑被离轴吹气气流带入聚焦镜头，本发明的激光微孔加工吹气装置还包括气管和安装于同轴吹气嘴侧壁的快接头，其中，外部的同轴吹气设备通过气管与快接头连接，使得同轴气流接入快接头后，经同轴吹气嘴吹出，同时，同轴气流的压力小于吹气针出射的气流压力的50％。
对于大角度倾斜孔加工，样品会与离轴吹气嘴产生空间干涉，具体的，如图5所示，本实施例中吹气针与吹气嘴中心法线夹角为14°，样品平面与吹气嘴中心法线夹角小于14°或与吹气针距离太小时，易产生空间干涉，在加入电动旋转台后，通过旋转180°解决了倾斜孔加工时，样品与离轴吹气嘴空间干涉的问题。
综上，本发明提供一种激光微孔加工吹气装置，通过自动化调节离轴吹气的倾斜角度，能够解决高深径比微孔加工过程中离轴吹气点偏离微孔入口的问题，通过吹气模块的旋转，解决大角度倾斜孔加工时，样品与离轴吹气嘴空间干涉的问题，进而实现高深径比微孔的高效、精密加工。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光微孔加工吹气装置，其特征在于，从上至下分别安装有聚焦镜头、电动旋转台以及吹气模块，其中，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动，且吹气模块包括同轴吹气嘴、吹气针、电动促动器、铰链以及软管；
所述同轴吹气嘴安装于电动旋转台上，铰链安装于同轴吹气嘴的侧壁，且铰链可沿一维方向转动；所述吹气针的中段安装于铰链上，并能够以铰链为支点进行转动，同时，吹气针的进气口端固定在电动促动器上，且吹气针的吹气角度由安装于电动旋转台上的电动促动器调节，使得加工开始时至加工完成时吹气针的延长线始终对准待加工微孔的前孔中心；软管的一端连接吹气针的进气口端，另一端连接外部产气设备。
2.如权利要求1所述的一种激光微孔加工吹气装置，其特征在于，加工开始时至加工完成时吹气针与同轴吹气嘴中心轴线夹角的变化量Δθ为：
Figure FDA0004088780940000011
其中，H1为铰链与待加工样品上表面的距离，G为铰链与同轴吹气嘴中心轴线之间的垂直距离，ΔH为待加工微孔的深度。
3.如权利要求1所述的一种激光微孔加工吹气装置，其特征在于，还包括气管和安装于同轴吹气嘴侧壁的快接头；
外部的同轴吹气设备通过气管与快接头连接，使得同轴气流接入快接头后，经同轴吹气嘴吹出，其中，同轴气流的压力小于吹气针出射的气流压力的50％。
4.如权利要求1所述的一种激光微孔加工吹气装置，其特征在于，吹气针出射的气流为离轴吹气，且离轴吹气角度由电动促动器调节。
5.如权利要求1～4任一权利要求所述的一种激光微孔加工吹气装置，其特征在于，吹气模块可随电动旋转台的旋转而转动±180°。
CN202310144766.6A 2023-02-21 2023-02-21 一种激光微孔加工吹气装置 Pending CN116140835A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310144766.6A CN116140835A (zh) 2023-02-21 2023-02-21 一种激光微孔加工吹气装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310144766.6A CN116140835A (zh) 2023-02-21 2023-02-21 一种激光微孔加工吹气装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116140835A true CN116140835A (zh) 2023-05-23

Family

ID=86355953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310144766.6A Pending CN116140835A (zh) 2023-02-21 2023-02-21 一种激光微孔加工吹气装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116140835A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117102705A (zh) * 2023-09-08 2023-11-24 西安中科微精光子科技股份有限公司 一种激光加工方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005296967A (ja) * 2004-04-07 2005-10-27 Amada Co Ltd レーザ加工ヘッド
CN201950369U (zh) * 2011-01-18 2011-08-31 深圳市大族激光科技股份有限公司 折弯式吹气管激光焊接头
CN103252585A (zh) * 2013-05-15 2013-08-21 深圳市大族激光科技股份有限公司 激光切割头及使用该激光切割头进行小孔加工的方法
US20180345416A1 (en) * 2016-07-08 2018-12-06 Boe Technology Group., Ltd. Laser Cutting Device
CN111037096A (zh) * 2020-03-17 2020-04-21 广东电网有限责任公司东莞供电局 一种半导体激光加工装置
CN111644743A (zh) * 2020-07-05 2020-09-11 常州市兆晟自动化科技有限公司 一种铜箔与不锈钢板片的激光焊接吹气保护装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005296967A (ja) * 2004-04-07 2005-10-27 Amada Co Ltd レーザ加工ヘッド
CN201950369U (zh) * 2011-01-18 2011-08-31 深圳市大族激光科技股份有限公司 折弯式吹气管激光焊接头
CN103252585A (zh) * 2013-05-15 2013-08-21 深圳市大族激光科技股份有限公司 激光切割头及使用该激光切割头进行小孔加工的方法
US20180345416A1 (en) * 2016-07-08 2018-12-06 Boe Technology Group., Ltd. Laser Cutting Device
CN111037096A (zh) * 2020-03-17 2020-04-21 广东电网有限责任公司东莞供电局 一种半导体激光加工装置
CN111644743A (zh) * 2020-07-05 2020-09-11 常州市兆晟自动化科技有限公司 一种铜箔与不锈钢板片的激光焊接吹气保护装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117102705A (zh) * 2023-09-08 2023-11-24 西安中科微精光子科技股份有限公司 一种激光加工方法及系统
CN117102705B (zh) * 2023-09-08 2025-11-18 西安中科微精光子科技股份有限公司 一种激光加工方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7863542B2 (en) Laser processing apparatus and laser processing method as well as debris extraction mechanism and debris extraction method
WO2021036270A1 (zh) 一种飞秒激光加工锥度可控的打孔装置及其打孔工艺
JP5650896B2 (ja) 基板処理装置および基板処理方法
CN116140835A (zh) 一种激光微孔加工吹气装置
US20070234951A1 (en) Methods and apparatus for cleaning a substrate
CN108422109A (zh) 一种可控椭圆度微孔的激光加工装置与激光加工方法
CN108526091B (zh) 一种射流激光复合清洗方法和清洗系统
CN113695646B (zh) 一种薄壁球壳类微小构件全表面微坑结构的加工装置
CN103962341B (zh) 一种用于清除静电吸盘表面异物的吹扫装置
WO2009131020A1 (ja) ノズル、ノズルユニット及びブラスト加工装置
CN107739027A (zh) 一种连续制备多孔石墨烯薄膜的方法及装置
CN116689204A (zh) 一种基于谐振腔的非接触雾化装置与光刻胶涂胶方法
US20180071865A1 (en) Laser machining device and laser machining scrap removal device
CN110695521A (zh) 激光微孔加工的光束扫描系统
CN111890235A (zh) 一种旋转射流抛光装置及方法
US11504751B2 (en) Substrate cleaning method, processing container cleaning method, and substrate processing device
JP2007007724A (ja) レーザ加工装置とその加工方法及びデブリ回収機構とその回収方法
US20090303840A1 (en) Method for removing micro-debris and device of the same
CN2774694Y (zh) 一种激光焊接超音速横向气帘装置
CN204570041U (zh) 一种光纤激光同轴送粉嘴
JP2020026554A (ja) 蒸着マスク及び蒸着マスクの製造方法
CN116652416B (zh) 一种激光数控机床加工无锥度群孔的装置和方法
Zhu et al. Preparation of high positioning accuracy lattice patterns with polymeric microfibers derived from near‐field electrospinning
CN106684019A (zh) 一种二相流雾化清洗装置
CN116275468A (zh) 一种高精度溶液辅助激光加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination