專利名稱：新型皮秒激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型皮秒激光加工裝置，用于加工噴油嘴上的微孔。
背景技術(shù)：
噴油器裝在發(fā)動機氣缸蓋上，作用是將燃油霧化成較細的顆粒，并噴 入到燃燒室中和空氣形成良好的可燃混合汽，從而提高燃燒效率。噴油器 由上部的噴油器體和下部的噴油嘴組成，高壓燃油經(jīng)噴油器體從噴油嘴上 小孔出射形成霧化顆粒，顆粒大小由燃油壓力與小孔直徑?jīng)Q定，因而小孔 的質(zhì)量對最終的燃燒效率有至關(guān)重要的作用。根據(jù)噴油嘴種類的不同，其
小孔的形狀也不同。小孔直徑在0.15 lmm之間，目前常用噴油嘴上的小
孔直徑一般在0.15 0.55mm之間，小孔深度小于lmm，小孔數(shù)量小于15 個。
目前，現(xiàn)有的機械加工技術(shù)在材料上打微型小孔一般只能加工孔徑大 于0.25mm的小孔，利用高端機械鉆孔機雖然可以鉆孔徑O.lmm左右的孔， 但其缺點在于價格昂貴、壽命較短，難以加工硬質(zhì)合金，加工后的小孔內(nèi) 壁有毛刺等缺點。電火花加工技術(shù)也常用來加工小孔。電火花技術(shù)可加工 直徑O.lmm以下的微孔，其加工精度較高。缺點在于速度慢，電極壽命短 且越小成本越高。目前激光已被應(yīng)用在微孔加工領(lǐng)域。利用光學(xué)系統(tǒng)可以 將激光聚焦到小于0.01mm的光點，光點處的功率密度可達到109W/cm2， 加工時材料被熔化、汽化，從而形成小孔。相比于機械與電火花加工方式， 激光加工技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢其加工速度快，每秒鐘可加工上千個孔，且孔一致性較好；成本較低，無工具損耗；壽命長，工作穩(wěn)定。目前工業(yè) 上激光鉆微孔普遍使用的是光脈沖寬度為納秒(10^)的激光器。由于納秒 激光器所產(chǎn)生的光脈沖寬度為納秒級，與材料相互作用時熱效應(yīng)明顯，孔 邊緣出現(xiàn)不光滑、燒焦、崩口、熱裂紋等現(xiàn)象，導(dǎo)致加工精度降低。此外， 通常使用的振鏡掃描式光學(xué)系統(tǒng)雖然可加工O.lmm左右的微孔，但其缺點 在于加工效率低，所能加工的小孔徑深比有限，無法加工較深的小孔。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于噴油嘴 微孔加工的皮秒激光加工裝置，旨在有效提高加工效率，增加噴孔徑深比， 提高噴孔加工精度與質(zhì)量。
本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
新型皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器、校準系統(tǒng)和螺旋光學(xué)加工 系統(tǒng)，特點是所述皮秒激光器的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡 銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端設(shè)置光閘，光閘的輸出端連接有擴 束鏡，擴束鏡的輸出端銜接有第三反射鏡，第三反射鏡通過校準系統(tǒng)與螺 旋光學(xué)加工系統(tǒng)相銜接。
進一步地，上述的新型皮秒激光加工裝置，所述皮秒激光器輸出的激
光為皮秒級綠色激光，波長為532nm。
更進一步地，上述的新型皮秒激光加工裝置，所述擴束鏡的放大倍率 為3 10倍可調(diào)。
本實用新型技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在 本實用新型采用波長為532nm、光脈沖寬度為皮秒級的激光器與螺旋 光學(xué)加工系統(tǒng)相結(jié)合組成加工裝置，用于加工噴油嘴微孔，加工所產(chǎn)生的 熱效應(yīng)小，噴孔邊緣光滑，內(nèi)壁無毛刺，加工效率及精度高。噴孔直徑大 小可調(diào)，最小可達60um;形狀可保證為圓柱形，其徑深比可達l: 20。顯著減少了加工過程中的熱效應(yīng)，提高加工效率 質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖對本實用新型技術(shù)方案作進 圖l:本實用新型光路結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2:本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中各附圖標記的含義見下表
附圖 標記含義附圖 標記含義附圖 標記含義
1皮秒激光器2第一反射鏡3第二反射鏡
4光閘擴束鏡6第三反射鏡
7校準系統(tǒng)8螺旋光學(xué)加工 系統(tǒng)9工作平臺
具體實施方式
本實用新型設(shè)計一種激光微孔加工裝置，利用皮秒激光與螺旋光學(xué)加 工系統(tǒng)相結(jié)合加工噴油嘴上的微孔，皮秒激光經(jīng)光學(xué)傳輸與校準系統(tǒng)后進 入螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)，由軟件控制螺旋光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦后進行微孔加工。
如
圖1、圖2所示，新型皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器1、校 準系統(tǒng)7和螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8，皮秒激光器1的輸出端布置有第一反射 鏡2，第一反射鏡2銜接第二反射鏡3，第二反射鏡3的輸出端設(shè)置光閘4， 光閘4的輸出端連接有擴束鏡5，擴束鏡5的輸出端銜接有第三反射鏡6， 第三反射鏡6通過校準系統(tǒng)7與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8相銜接。
皮秒激光器1輸出的激光波長為532nm綠色激光，金屬物質(zhì)對于此波 段的光束具有較高的吸收率，從而使聚焦光斑處能量得到充分利用，可減 少加工時的熱效應(yīng)。激光的脈沖寬度為皮秒級，其單脈沖功率是納秒脈沖
，大大改善噴孔加工精度與
一歩說明:功率的1000倍，材料直接被氣化而不經(jīng)過熔融態(tài)，可有效的減少熱效應(yīng) 的發(fā)生。從而使小孔邊緣光滑，內(nèi)壁無毛刺等殘留。
光路傳輸中光閘4起到激光通斷的外部控制，不處于加工狀態(tài)時可對
激光進行阻攔，也起到一定的保護作用，防止操作人員受到意外傷害。
擴束鏡5的放大倍率從3 10倍可調(diào)，其作用是將激光光束的直徑擴 大并進行準直，使出射光束的平行度更佳，有利于將光束在后續(xù)的系統(tǒng)中 進行聚焦。擴束鏡5的倍率與聚焦光斑的直徑成反比，因此倍率可調(diào)能有 效的控制聚焦光斑的直徑與能量大小。
光路校準系統(tǒng)7用于雙光路的光路校準，其原理是使激光通過處在同 一軸線上相隔一定距離的兩個小孔以確定其傳輸路徑，從而確保光束以最 佳路徑進入螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8。
螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8出射的光線高速繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，這樣避免了 因光束本身圓度不佳導(dǎo)致的噴孔圓度下降。光束經(jīng)聚焦后出射光束沿一圓 錐面對加工材料進行高速環(huán)鋸，使噴孔的加工徑深比達到1: 20。在此過 程中，旋轉(zhuǎn)的速度可以由軟件控制進行實時調(diào)節(jié)。環(huán)鋸圓的直徑即為所需 加工噴孔的直徑，可通過軟件設(shè)置其大小，可加工噴孔的最小直徑為60um。 與普通振鏡式激光鉆孔所鉆出的孔呈錐形相比，螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)出射的 光束與加工表面的夾角也可由軟件進行控制，從而保證加工出的噴孔為圓 柱型孔。
反射鏡主要起到光路偏轉(zhuǎn)的作用，反射鏡與反射鏡及反射鏡與擴束鏡 之間的距離沒有特定的限制，但是其位置在機械設(shè)計時鏡片的中心盡量保 持水平一致或是垂直一致(圖中光路轉(zhuǎn)角為直角)，以方便光路的調(diào)節(jié)。
具體應(yīng)用時，如
圖1，由皮秒激光器1輸出脈沖寬度為皮秒 的綠色 532nm波長激光束，經(jīng)過第一反射鏡2、第二反射鏡3后，通過光閘4進 入擴束鏡5，經(jīng)擴束后通過第三反射鏡6進入校準系統(tǒng)7，使光速經(jīng)過確 定路徑進入螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8，最后經(jīng)螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8聚焦于工作平臺9上的噴油嘴，將聚焦點處的材料直接氣化剝除，從而加工出噴孔。
綜上所述，選用532nm、光脈沖寬度達到皮秒級，功率密度達到 1012W/cm2的激光，可有效減少激光加工金屬時產(chǎn)生的熱效應(yīng)。螺旋光學(xué) 加工系統(tǒng)不僅使加工噴孔的效率得到顯著提高，同時噴孔直徑的精度、噴 孔形狀以及噴孔的加工深度，也都能得到很好的滿足，其應(yīng)用前景十分看 好。
需要理解到的是上述說明并非是對本實用新型的限制，在本實用新 型構(gòu)思范圍內(nèi)，所進行的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本實用新型的保 護范圍。
權(quán)利要求1.新型皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器、校準系統(tǒng)和螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于所述皮秒激光器的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端設(shè)置光閘，光閘的輸出端連接有擴束鏡，擴束鏡的輸出端銜接有第三反射鏡，第三反射鏡通過校準系統(tǒng)與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)相銜接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型皮秒激光加工裝置，其特征在于所 述皮秒激光器輸出的激光為皮秒級綠色激光，波長為532nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型皮秒激光加工裝置，其特征在于所 述擴束鏡的放大倍率為3 10倍可調(diào)。
專利摘要本實用新型提供一種皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器、校準系統(tǒng)和螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)，皮秒激光器的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端設(shè)置光閘，光閘的輸出端連接有擴束鏡，擴束鏡的輸出端銜接有第三反射鏡，第三反射鏡通過校準系統(tǒng)與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)相銜接。該裝置適用于加工噴油嘴微孔，加工所產(chǎn)生的熱效應(yīng)小，噴孔邊緣光滑，內(nèi)壁無毛刺，加工效率及精度高，噴孔直徑大小可調(diào)，最小可達60um；形狀可保證為圓柱形，其徑深比可達1∶20，大大提高噴孔加工精度與質(zhì)量。
文檔編號B23K26/00GK201357287SQ200920036010
公開日2009年12月9日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者趙裕興, 良 郭 申請人:蘇州德龍激光有限公司