一种旋切打孔装置

技术领域

本发明涉及激光打孔技术领域，具体为一种旋切打孔装置。

背景技术

微小孔在主要应用在半导体行业和航空航天领域，对于孔的圆度和锥度的要求都十分的高。传统的打孔工艺采用电火花打孔或者机械打孔，电火花打孔存在不稳定性和高耗能等问题，使用此方法打出的孔会有烧边现象，有锥度等，而机械打孔存在精度不够，因此使得打出的孔的良品率不高，对于工业发展也存在限制。

针对上述问题，目前常用的处理方法为振镜扫描打孔，与传统的方法相比这种方法的优点是精度高，通过将激光进行聚焦后能将精度调整至微米级别，解决了传统工艺中存在的精度问题。且因为激光的能量高，方向性好等特点，故采用这种办法打孔的材料表面的热影响是较小的；同时激光打孔是无接触式的，因此最后打孔的材料的结构不会被破坏，能够最大程度上保持孔的各方面特点。但由于聚焦激光的发散，光束的在孔内部的反射等问题，会导致孔的锥度无法进行调节与材料后表面的孔的质量无法得到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋切打孔装置，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种旋切打孔装置，包括用于输出激光的激光器，还包括可转动的光楔以及用于聚焦激光光束的透镜组件，所述光楔具有可调整激光的出射角度的光路通道，所述透镜组件包括彼此之间间距可调的至少两个凸透镜，所述激光器、所述光楔、第一个凸透镜以及第二个凸透镜沿激光的传输方向依次布设。

进一步，还包括用于驱使所述光楔转动的驱动机构。

进一步，所述驱动机构包括空心电机，所述光楔连于所述空心电机的输出端上。

进一步，所述光楔与所述驱动机构的连接为可拆卸连接。

进一步，还包括用于调整两个所述凸透镜之间的距离的距离调节机构。

进一步，所述光楔为可调整倾斜姿态的方形光楔。

进一步，还包括用于调整所述方形光楔的倾斜姿态的倾角调节机构。

进一步，所述方形光楔具有四个侧面，各所述侧面均垂直入射面，且在方形光楔的倾斜姿态调整过程中，其中一组相对的两个所述侧面始终位于各自对应的平面内。

进一步，所述方形光楔的楔角小于1度，且所述方形光楔的倾斜方向与竖直方向的夹角小于20度。

进一步，还包括用于固定所述光楔的连接固定物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种旋切打孔装置，光楔高速转动，通过光楔的折射效果，使其通过光路通道后射出的激光具有偏移和倾角，以调节打孔的锥度，而通过透镜组件两个凸透镜之间的距离调整，可以调整打孔的孔径，最终得到可控制孔径的无锥度孔隙；整体结构简单，大大降低了安装、定位以及精度的调整，同时也大大降低了加工成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种旋切打孔装置的第一种激光束偏折的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种旋切打孔装置的第二种激光束偏折的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种旋切打孔装置的焦点的位置螺旋式下降的示意图；

附图标记中：1-空心电机；2-连接固定物；3-方形光楔；4-激光；5-第一个凸透镜；6-第二个凸透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种旋切打孔装置，包括用于输出激光4的激光器、可转动的光楔以及用于聚焦激光光束的透镜组件，所述光楔具有可调整激光的出射角度的光路通道，所述透镜组件包括彼此之间间距可调的至少两个凸透镜，所述激光器、所述光楔、第一个凸透镜5以及第二个凸透镜6沿激光的传输方向依次布设。在本实施例中，由于光楔自身的材质的原因，由于楔角的存在，优选的，预设楔角小于1度，在光束从光路通道通过该光楔后，可以发生折射现象，最后光束从光楔中通过后形成偏移和倾角，从而改变激光的出射角度，以调整打孔的维度，接着激光束进入到透镜组件中，通过调整两个凸透镜之间的距离，可以改变激光束的聚焦程度，进而控制打孔孔径的大小，最终得到可控制孔径的无锥度孔隙。凸透镜的数量可以根据实际的情况来选择。整个装置较之现有复杂的光学结构来说，更为简单，大大降低了安装、定位以及精度的调整，且这种组合式的结构，后期扩展性更强，灵活性高，实现简单，同时也大大降低了加工成本。通常聚焦光打在待加工材料表面，由于激光的能量作用在表面后，材料内部接收到的能量不足，而导致无法完全击穿材料，因此在打孔时下降焦点的位置，使得焦点从刚开始的材料上表面慢慢下降至材料下表面，请参阅图3，可以实现螺旋式下降打孔，而相对于现有的定点打孔，由于光汇聚的特点，在汇聚之后会扩散，孔的背面孔径可能会大于正面，而螺旋式下降的方式中下降焦点，使得正面和反面都被同一特性的能量所辐射到，使得孔的整体的打孔效果提高，便于调节孔正反面的锥度，而且相较于振镜扫描打孔，可以打出无锥度的孔，灵活满足不同要求的微小孔，而由于螺旋下降的原因，孔内部的区域都是经过焦点处的能量进行灼烧，可极大地提高孔内壁的去除效果，优化孔内部的质量，同时这种螺旋式的打孔方式可以使得激光的利用率达到最高，那么打孔的效率也会大大地提高。从光楔中出来的具有倾角的光束入射进入透镜组件后，由于光束存在倾角，因此光束聚焦的位置是偏离光轴的，通过方形光楔3的作用使得光束的位置发生偏移，在经过透镜组后，光束的一边与要汇聚的焦点处在同一垂直线上，因此不会产生偏转，垂直入射到材料表面进行旋切；由于光束垂直入射进入材料，因此光束的能量会直接到焦点，不会因为激光存在倾斜而导致作用到区域旁边，导致热效应的存在，在经过透镜组单元后，使得激光束的一边为垂直入射，当材料放置在焦点时，能量聚集，能快速将材料融化，能提高最终产品的美观度。另外，图1和图2中的箭头为光楔和凸透镜的运动方向。

以下为具体实施例：

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，所述驱动机构包括空心电机，所述光楔连于所述空心电机的输出端上。在本实施例中，光楔被驱使转动的形式采用的是空心电机，利用现有空心电机的性能可以实现光楔高速且稳定地旋转。当然，现有的其他能够带动它们进行高速旋转的设备均可以用在此处，此处对其不作限制。

作为本发明实施例的优化方案，所述光楔与所述驱动机构的连接为可拆卸连接。在本实施例中，采用可拆卸连接，可以便于安装和拆卸，可以根据实际的情况来选择合适型号的光楔和透明组件，使得本装置适用于各种孔隙的加工。至于可拆卸连接的形式，现有的例如卡接、螺纹连接、磁接等等形式均可行，本实施例对此不作限制。

作为本发明实施例的优化方案，本装置还包括用于调整两个所述凸透镜之间的距离的距离调节机构。在本实施例中，上述实施例提及可以通过调整两个凸透镜之间的距离来调整聚焦程度，进而控制打孔的孔径的大小，而两个凸透镜之间的间距除了可以采用手动调整以外，还可以采用更为精准地距离调节机构来进行调整，距离调节机构实际上就是一个具有调整刻度的夹持机构，通过调整两个夹持部之间的间距来调整两个凸透镜之间的距离，通过其限定的刻度来控制调整的距离，此处的调节可以用电动调节。刻度可以采用类似于齿条的结构形式来实现。这个是现有调整结构，此处就不再详述。

作为本发明实施例的优化方案，所述光楔为可调整倾斜姿态的方形光楔3。优选的，所述方形光楔3具有四个侧面，各所述侧面均垂直入射面，且在方形光楔3的倾斜姿态调整过程中，其中一组相对的两个所述侧面始终位于各自对应的平面内。本装置还包括用于调整所述方形光楔3的倾斜姿态的倾角调节机构。优选的，所述方形光楔的倾斜方向与竖直方向的夹角小于20度。在本实施例中，光楔采用的是方形光楔3，其具有厚度，因此不管是左右摆动还是前后摆动都是可以的，只需要保证入射面在上，出射面在下即可。相对于圆柱形光楔来说，本方形光楔3更容易安装定位和设计旋切打孔的维度。优选的，摆放角度变化的端面与其主截面平行，通过调节光楔摆放的角度来改变光束的在入射时的角度。方形光楔3自身的距离会影响偏移量，同时光楔的摆放角等价于调节光束的入射角度，因此可以通过手动或者是倾角调节结构进行调整摆放角，光束在通过后所偏移的方向由楔角和摆放角而定，因此偏移方向就可以根据实际的情况进行灵活调整。本实施例所述的倾角调节机构也是现有机构，可以采用遥控的电池驱动偏转电机实现转动，以实现摆放倾角调节，使用偏转电机能提高偏转的精度，随着偏转精度的提高，装置调节上下表面孔锥度的精度也会随着提高，不需要在旋转结构上使用电刷结构进行偏转电机的控制，提高了厚的光楔偏转调节的可靠性，并且能够实现旋切打孔的实时锥度调节，加工复杂结构的孔。至此，具体地打孔方式可以看做，激光在方形光楔3中偏移且光出射后存在偏角，当光束再通过透镜组件后，由于光束存在偏移加偏角，最后光束到达焦点的光路会存在一边光路方向为垂直，一边为倾斜的情况，通过调节方形光楔3和透镜组的组合方式，可出现倾斜的一边经过光轴，电机带动旋转即可以出现垂直的边在外侧，这会有利于打出无锥度的孔。

作为本发明实施例的优化方案，本装置还包括用于固定所述光楔的连接固定物2。在本实施例中，光楔可以采用一连接固定物2来固定，具体地是该连接固定物2将光楔包裹在其中，留出供光束进入的通道即可，然后该连接固定物2再与驱动机构连接，以保护光楔不会磨损，也便于了光楔与驱动机构(即空心电机1)的连接，具体是空心电机1安装在该连接固定物2的上方，二者同轴设置。该连接固定物2优选为金属器件。

作为本发明实施例的优化方案，本装置还包括用于搁置待打孔材料的工作平台，所述工作平台设于所述第二个凸透镜6远离所述第一个凸透镜5的一侧。在本实施例中，工作平台用于搁置待打孔的材料，经过两个凸透镜聚焦后的激光直接作用于该工作平台上，进而实现材料的激光打孔。

以下为一个具体的实施例：

其中，光源为激光器；采用方形光楔3和两个凸透镜；根据激光器的参数得知，激光束通过聚焦后的光斑大小为27μm。

具体的，如图2所示，在旋切打孔装置中，方形光楔3是可以左右旋转来变换摆放角度，两个凸透镜可以上下移动来调节间距，从而控制其整体的焦距。整个装置的中心都位于光轴线上。激光束通过方形光楔3后发生偏移且存在倾角，激光束偏移出射后经过凸透镜聚焦后在进行作业。在本实施例中，预设方形光楔3的楔角为0.17°，摆放角为8.9°，透镜组件中的单个凸透镜的焦距为20cm，两凸透镜的间距为60cm，通过计算透镜组件而成的焦距为20cm；方形光楔3逆时针旋转5°，相当于光束以5°的角度入射进入光楔，在通过光楔后光束往右边偏移1.47cm，同时光束存在微小角度0.08°的倾斜出射，在经过透镜聚焦，光束聚焦的焦点偏移光轴的位置为28μm，再加上聚焦光斑的作用，形成一个83μm的孔，最后通过透镜组件后光路以一边垂直一边倾斜的角度打在材料上，再次下降焦点，使得整个孔的上下孔径相同，打出一个无锥度的孔。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。