本發(fā)明涉及激光打孔領(lǐng)域，尤其是一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔方法及裝置。

背景技術(shù)：

飛秒脈沖激光具有極短的脈沖寬度和極高的峰值功率。飛秒激光打孔就是利用飛秒脈沖激光在材料表面以脈沖的方式去除材料從而在工件表面形成孔的過程。由于飛秒脈沖激光的能量極大,而且作用時(shí)間極短,能量還沒有來得及擴(kuò)散,材料已經(jīng)被加熱到極高的溫度,材料直接汽化蒸發(fā)，因此飛秒脈沖激光的熱效應(yīng)小，對被加工材料氧化、變形、熱影響區(qū)域均較小，而且加工精度非常高，可以達(dá)到納米量級。

但是飛秒脈沖激光加工時(shí)每個(gè)脈沖去除的材料非常少，加工一個(gè)孔往往耗時(shí)很久，這就造成了飛秒脈沖激光的加工效率較低，不適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)，因此不利于飛秒脈沖激光的推廣和使用?，F(xiàn)有研究表明，大部分金屬材料對激光的吸收率會隨著材料的溫度上升而上升，因此本發(fā)明從提高飛秒激光的吸收率的角度設(shè)計(jì)一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔方法及裝置，以提高飛秒脈沖激光的加工效率。

專利申請?zhí)?01410251135.5的中國專利《一種雙激光系統(tǒng)打孔方法》提出了一套應(yīng)用于激光打孔的系統(tǒng)，首先利用功率密度低、脈寬長的脈沖激光輻照在工件表面產(chǎn)生熔池，并在熔池上方產(chǎn)生等離子體，然后功率密度高、脈寬短的脈沖激光作用于等離子體，等離子體吸收短脈沖高能激光后產(chǎn)生等離子體爆炸，爆炸產(chǎn)生的沖擊波向孔內(nèi)部和孔外兩個(gè)方向傳播，其中向內(nèi)傳播的沖擊波作用于熔池，使熔融材料快速噴出孔外，如此重復(fù)，實(shí)現(xiàn)雙激光系統(tǒng)打孔。但是該專利提出的方法和裝置要先使用功率密度低、脈寬長的脈沖激光輻照在工件表面產(chǎn)生熔池，即材料在功率密度高、脈寬短的脈沖激光作用前先發(fā)生固液相變，后續(xù)的功率密度高、脈寬短的脈沖激光作用在等離子上，這樣容易導(dǎo)致孔周圍材料發(fā)生改變且降低材料的表面質(zhì)量，因此并不適應(yīng)于飛秒脈沖激光的超微細(xì)打孔，尤其是在微米和納米級打孔時(shí)對孔及孔周圍的質(zhì)量要求很高，采用該專利無法滿足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決目前飛秒脈沖激光打孔加工速度慢的問題，提供一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔方法及裝置。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所提供的技術(shù)方案如下：

一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔裝置，包括計(jì)算機(jī)工作臺控制器、連續(xù)激光控制器、連續(xù)激光器、第二擴(kuò)束器、分束鏡、反射平面鏡、第一擴(kuò)束器、飛秒脈沖激光器、凸透鏡、飛秒脈沖激光控制器、夾具、工件、可移動工作臺和ccd相機(jī)；

所述連續(xù)激光控制器輸入端與計(jì)算機(jī)相連接，連續(xù)激光控制器輸出端與連續(xù)激光器輸入端相連接，連續(xù)激光器輸出端與第二擴(kuò)束器相連接，第二擴(kuò)束器將光束照射到45°設(shè)置的分束鏡上，分束鏡鏡將來自第二擴(kuò)束器的光反射到凸透鏡上；

所述飛秒脈沖激光控制器輸入端與計(jì)算機(jī)相連接，飛秒脈沖激光控制器輸出端與飛秒脈沖激光器輸入端相連接，飛秒脈沖激光器輸出端與第一擴(kuò)束器相連接，第一擴(kuò)束器將光束照射到45°設(shè)置的反射平面鏡上，反射平面鏡將來自第一擴(kuò)束器的光束反射到分束鏡上，從而將來自第一擴(kuò)束器的光反射到凸透鏡上；

所述凸透鏡上的光束作用于正下方的工件上，所述工件通過夾具安裝在可移動工作臺上，可移動工作臺通過工作臺控制器與計(jì)算機(jī)相連接；可移動工作臺正上方設(shè)置有ccd相機(jī)。

進(jìn)一步的，所述連續(xù)激光器(4)為co2連續(xù)激光器或者光纖連續(xù)激光器

一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔方法，包括如下步驟：

步驟一)對工件表面進(jìn)行研磨拋光處理；

步驟二)將步驟一處理過的工件固定在夾具上，通過ccd相機(jī)的監(jiān)測，利用工作臺控制器控制可移動工作臺，調(diào)整工件的位置；

步驟三)通過連續(xù)激光控制器設(shè)定連續(xù)激光器輸出用于加熱的低能量連續(xù)激光束的輸出參數(shù)；打開連續(xù)激光器對工件待加工位置進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間由計(jì)算機(jī)控制；

步驟四)將步驟三的工件預(yù)加熱一定時(shí)間后，打開飛秒脈沖激光器對工件待加工位置輸出飛秒脈沖激光束，在材料加工區(qū)域形成小孔；

步驟五)關(guān)閉飛秒脈沖激光器和連續(xù)激光器，工作臺控制器控制可移動工作臺移動到下一個(gè)位置；

步驟六)重復(fù)以上步驟，對工件下一個(gè)位置進(jìn)行加工。

本發(fā)明的有益效果是：

1、在保證飛秒激光的加工優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，采用連續(xù)激光對加工區(qū)域進(jìn)行局部加熱，材料不發(fā)生相變并且溫度可控，對材料其余部分不會產(chǎn)生影響，因此可以保證飛秒激光打孔的加工精度高、熱影響區(qū)域小的優(yōu)點(diǎn)。

2、提高材料對飛秒脈沖激光的吸收率，降低了材料的燒蝕閾值，從而提高了材料的切除效率，即提高了飛秒脈沖激光的加工效率。

3、本發(fā)明自動化程度較高，只需將工件定位好，通過計(jì)算機(jī)編程便可以實(shí)現(xiàn)自動化加工。

附圖說明

圖1為一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔裝置的示意圖；

附圖標(biāo)記如下：1.計(jì)算機(jī)，2.工作臺控制器，3.連續(xù)激光控制器，4.連續(xù)激光器，5.第二擴(kuò)束器，6.分束鏡，7.反射平面鏡，8.第一擴(kuò)束器，9.飛秒脈沖激光器，10.凸透鏡，11.飛秒脈沖激光控制器，12.夾具，13.工件，14.可移動工作臺，15.ccd相機(jī)。

具體實(shí)施方式

為對本發(fā)明做進(jìn)一步的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖做進(jìn)一步的說明：

實(shí)施例一：

一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔裝置，如圖1所示，包括計(jì)算機(jī)1、工作臺控制器2、連續(xù)激光控制器3、連續(xù)激光器4、第二擴(kuò)束器5、分束鏡6、反射平面鏡7、第一擴(kuò)束器8、飛秒脈沖激光器9、凸透鏡10、飛秒脈沖激光控制器11、夾具12、工件13、可移動工作臺14、ccd相機(jī)15。

ccd相機(jī)15位于最上方，其正下方依次為反射平面鏡7、分束鏡6和凸透鏡10；飛秒脈沖激光控制器11與飛秒脈沖激光器9相連，連續(xù)激光控制器3與連續(xù)激光器4相連，工作臺控制器2與可移動工作臺14相連；飛秒脈沖激光控制器11、連續(xù)激光控制器3與工作臺控制器14通過信號線與計(jì)算機(jī)1相連；工件13固定在夾具12上，夾具12固定在可移動工作臺14上。

一種激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔方法：其主要特征是，在飛秒脈沖激光器對工件加工之前采用連續(xù)激光器對要加工區(qū)域進(jìn)行加熱。根據(jù)上述激光輔助加熱飛秒脈沖激光打孔裝置，主要包括以下步驟：

1.對工件13表面進(jìn)行研磨拋光處理；

2.將工件13固定在夾具12上，夾具12固定在可移動工作臺14上；

3.在ccd相機(jī)15監(jiān)測下，利用工作臺控制器2控制可移動工作臺，調(diào)整工件的位置；

4.通過連續(xù)激光控制器3設(shè)定連續(xù)激光器輸出用于加熱作用的低能量連續(xù)激光束的輸出參數(shù)；

5.打開連續(xù)激光器對工件13待加工位置進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間由計(jì)算機(jī)控制；

6.預(yù)熱一段時(shí)間后，打開飛秒脈沖激光器9對工件13待加工位置輸出飛秒脈沖激光束，在材料加工區(qū)域形成小孔；

7.關(guān)閉飛秒脈沖激光器9和連續(xù)激光器4，工作臺控制器2控制可移動工作臺14移動到下一個(gè)位置；

8.重復(fù)以上步驟，對工件13下一個(gè)位置進(jìn)行加工

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。