一种基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统及方法与流程

文档序号:11073633阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,包括开窗铣削激光器、选择铣削激光器、激光合束器和激光聚焦与焦点切换模块;

所述开窗铣削激光器,用于产生第一开窗铣削激光束,并入射激光合束器;

所述选择铣削激光器,用于产生第一选择铣削激光束,并入射激光合束器;

所述激光合束器,用于对入射的所述第一开窗铣削激光束和第一选择铣削激光束进行合束,输出相同方向平行传输的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束,并分别入射所述激光聚焦与焦点切换模块;

所述激光聚焦与焦点切换模块,用于对所述相同方向平行传输的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行聚焦,获得空间组合激光聚焦焦点,并控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的不同孔位之间进行切换,或者,控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的一个孔位处进行铣削运动;其中,所述空间组合激光聚焦焦点包括开窗铣削激光聚焦焦点和选择铣削激光聚焦焦点,当所述空间组合激光聚焦焦点处于静态时,所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心的离散度小于10毫米;

所述待加工工件为多层材料叠加而成的薄片板,其中,多层材料分为激光破坏阈值高材料和激光破坏阈值低材料;当所述空间组合激光聚焦焦点铣削所述待加工工件的盲孔时,所述待加工工件包含至少三层,激光传输最先遇到的一层材料和所述盲孔的孔底材料为激光破坏阈值高材料,加工盲孔时最后被铣削的一层材料为激光破坏阈值低材料;

在盲孔加工过程中,所述开窗铣削激光器出光,由形成的开窗铣削激光聚焦焦点,通过控制包含开窗铣削激光器激光出光时间、开窗铣削激光焦点运动速度在内的工艺条件控制激光铣削深度,对待加工工件的除了加工盲孔时最后被铣削的一层材料外的其他材料层完成铣削加工;然后所述选择铣削激光器出光,由形成的选择铣削激光聚焦焦点对待加工工件的加工盲孔时最后被铣削的一层材料完成铣削加工;

所述开窗铣削激光聚焦焦点的激光峰值功率密度高于所述选择铣削激光聚焦焦点的激光峰值功率密度,且足以铣削所述激光破坏阈值高材料,所述选择铣削激光聚焦焦点激光峰值功率密度足以铣削所述激光破坏阈值低材料,但不足以铣削所述激光破坏阈值高材料。

2.如权利要求1所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,所述开窗铣削激光器为短激光脉冲激光器,所述选择铣削激光器为长激光脉冲激光器。

3.如权利要求1所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,还包括光束整形器;所述光束整形器位于所述选择铣削激光器与所述激光合束器之间,用于对第一选择铣削激光束进行光束整形,使得经过所述激光聚焦与焦点切换模块聚焦后的选择铣削激光聚焦焦点横向场强分布为平顶光斑或者准平顶光斑;或者所述光束整形器位于所述开窗铣削激光器与所述激光合束器之间,用于对第一开窗铣削激光束进行光束整形,使得经过所述激光聚焦与焦点切换模块聚焦后的开窗铣削激光聚焦焦点为平顶光斑或者准平顶光斑。

4.如权利要求3所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,在所述待加工工件表面,所述选择铣削激光聚焦焦点的光斑直径大于所述开窗铣削激光聚焦焦点的光斑直径。

5.如权利要求4所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,还包括激光精细调制运动模块,所述激光精细调制运动模块位于所述开窗铣削激光器和所述激光合束器之间,用于对所述第一开窗铣削激光束进行运动调制,进而带动对应的开窗铣削激光聚焦焦点进行铣削运动;或者,

所述激光精细调制运动模块位于所述选择铣削激光器和所述激光合束器之间,用于对所述第一选择铣削激光束进行运动调制,进而带动对应的选择铣削激光聚焦焦点进行铣削运动;或者,

所述激光精细调制运动模块位于所述激光合束器和所述激光聚焦与焦点切换模块之间,用于对合束后的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行运动调制,进而带动选择铣削激光聚焦焦点和选择铣削激光聚焦焦点进行铣削运动。

6.如权利要求5所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削钻孔系统,其特征在于,当所述激光精细调制运动模块位于所述开窗铣削激光器和所述激光合束器之间时,或者,当所述激光精细调制运动模块位于所述选择铣削激光器和所述激光合束器之间时,所述激光精细调制运动模块,还用于调制所述第一开窗铣削激光束或者调制所述第一选择铣削激光束,使得所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心向待加工孔位中心靠拢,从而调整所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心的离散度;

当所述激光精细调制运动模块位于所述激光合束器和所述激光聚焦与焦点切换模块之间时,所述激光精细调制运动模块,还用于调制所述第二开窗铣削激光束或者第二选择铣削激光束,使得所述开窗铣削激光聚焦焦点或所述选择铣削激光聚焦焦点向待加工孔位中心靠拢,从而调整所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心的离散度。

7.如权利要求5或6所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,所述激光精细调制运动模块为声光偏转器或电光偏转器或压电陶瓷驱动反射镜或电流计驱动反射镜或折射棱镜或电主轴电机驱动旋转折射棱镜或其中任意两者或多者的组合;

当所述激光精细调制运动模块为声光偏转器时,声光偏转器通过改变声光偏转器的驱动源的载波频率调节所述入射激光的布拉格光栅反射角,改变入射激光传输方向;

当所述激光精细调制运动模块为电光偏转器时,通过改变电光偏转器的驱动源的电压调节所述入射激光传输方向。

8.如权利要求7所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,所述激光合束器为偏振合束元件或者为至少两个反射镜的组合。

9.如权利要求8所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,所述激光聚焦与焦点切换模块为振镜扫描聚焦单元或平台移动静态聚焦单元;

所述振镜扫描聚焦单元包括扫描平场聚焦镜和扫描振镜;所述扫描平场聚焦镜用于对从所述激光合束器输出的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行聚焦,获得空间组合激光聚焦焦点;所述扫描振镜用于控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的不同加工孔位之间的高速切换,或者在一个孔位对激光焦点运动进行运动调制;

或者,所述振镜扫描聚焦单元包括扫描平场聚焦镜、扫描振镜和二维运动平台;所述扫描平场聚焦镜对从所述激光合束器输出的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行聚焦,获得空间组合激光聚焦焦点;所述扫描振镜用于控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的不同加工孔位之间的高速切换,或者在一个孔位对激光焦点运动进行运动调制;所述二维运动平台用于承载待加工工件以及加工区域的切换或者与振镜扫描进行复合联动;

所述平台移动静态聚焦单元包括静态聚焦镜和线性移动平台,所述静态聚焦镜用于对从所述激光合束器输出的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行聚焦,获得空间组合激光聚焦焦点;所述线性移动平台用于控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的不同加工孔位之间的切换。

10.如权利要求9所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,当空间组合激光焦点对同一个孔位进行加工时,如果所述开窗铣削激光聚焦焦点和/或选择铣削激光聚焦焦点没有进入孔位加工位置,则需要所述激光聚焦与焦点切换模块或者所述激光精细调制运动模块把对应的激光焦点切换到对应孔位进行加工。

11.如权利要求10所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,其特征在于,所述待加工工件为多层电路板基材,所述激光破坏阈值高材料为铜或者金或者银,所述激光破坏阈值低材料为聚酰亚胺、聚酯、丙烯酸粘接层或改良型环氧树脂。

12.如权利要求1或3或4或5或6所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统,所述开窗铣削激光器和所述选择铣削激光器可以为同一台激光器,该激光器发出激光经过光路切换光开关进行光路切换,分别产生第一开窗铣削激光束和第一选择铣削激光束。

13.一种基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削钻孔方法,其特征在于,包括:

S1,由开窗铣削激光器产生的第一开窗铣削激光束以及由选择铣削激光器产生的第一选择铣削激光束分别入射激光合束器;

S2,激光合束器对所述第一开窗铣削激光束和第一选择铣削激光束进行合束,输出相同方向平行传输的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束,并入射激光聚焦与焦点切换模块;

S3,激光聚焦与焦点切换模块对所述相同方向平行传输的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行聚焦,获得空间组合激光聚焦焦点,并控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的不同孔位之间进行切换,或者,控制所述空间组合激光聚焦焦点在待加工工件的一个孔位处进行铣削运动;其中,所述空间组合激光聚焦焦点包括开窗铣削激光聚焦焦点和选择铣削激光聚焦焦点,当所述空间组合激光聚焦焦点处于静态时,所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心的离散度小于10毫米;

所述待加工工件为多层材料叠加而成的薄片板,其中,多层材料分为激光破坏阈值高材料和激光破坏阈值低材料;当所述空间组合激光聚焦焦点铣削所述待加工工件的盲孔时,所述待加工工件包含至少三层,激光传输最先遇到的一层材料和所述盲孔的孔底材料为激光破坏阈值高材料,加工盲孔时最后被铣削的一层材料为激光破坏阈值低材料;

在盲孔加工过程中,所述开窗铣削激光器出光,由形成的开窗铣削激光聚焦焦点,通过控制包含开窗铣削激光器激光出光时间、开窗铣削激光焦点运动速度在内的工艺条件控制激光铣削深度,对待加工工件的除了加工盲孔时最后被铣削的一层材料外的其他材料层完成铣削加工;然后所述选择铣削激光器出光,由形成的选择铣削激光聚焦焦点对待加工工件的加工盲孔时最后被铣削的一层材料完成铣削加工;

所述开窗铣削激光聚焦焦点的激光峰值功率密度高于所述选择铣削激光聚焦焦点的激光峰值功率密度,且足以铣削所述激光破坏阈值高材料,所述选择铣削激光聚焦焦点激光峰值功率密度足以铣削所述激光破坏阈值低材料,但不足铣削所述激光破坏阈值高材料。

14.如权利要求13所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工方法,其特征在于,还包括:

在所述选择铣削激光器与所述激光合束器之间设置光束整形器,对第一选择铣削激光束进行光束整形,使得经过所述激光聚焦与焦点切换模块聚焦后的选择铣削激光聚焦焦点为平顶光斑或者准平顶光斑。

15.如权利要求14所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削钻孔方法,其特征在于,还包括:

在所述开窗铣削激光器和所述激光合束器之间设置激光精细调制运动模块,对所述第一开窗铣削激光束进行运动调制,进而带动对应的开窗铣削激光聚焦焦点进行铣削运动;或者,

在所述选择铣削激光器和所述激光合束器之间设置激光精细调制运动模块,对所述第一选择铣削激光束进行运动调制,进而带动对应的选择铣削激光聚焦焦点进行铣削运动;或者,

在所述激光合束器和所述激光聚焦与焦点切换模块之间设置激光精细调制运动模块,对合束后的第二开窗铣削激光束和第二选择铣削激光束进行运动调制,进而带动选择铣削激光聚焦焦点和选择铣削激光聚焦焦点进行铣削运动。

16.如权利要求15所述的基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削钻孔方法,其特征在于,当所述激光精细调制运动模块位于所述开窗铣削激光器和所述激光合束器之间时,或者,当所述激光精细调制运动模块位于所述选择铣削激光器和所述激光合束器之间时,所述激光精细调制运动模块还对所述第一开窗铣削激光束或者调制所述第一选择铣削激光束进行调制,使得所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心向待加工孔位中心靠拢,从而调整所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心的离散度;

当所述激光精细调制运动模块位于所述激光合束器和所述激光聚焦与焦点切换模块之间时,所述激光精细调制运动模块还对所述第二开窗铣削激光束或者第二选择铣削激光束进行调制,使得所述开窗铣削激光聚焦焦点或所述选择铣削激光聚焦焦点向待加工孔位中心靠拢,从而调整所述开窗铣削激光聚焦焦点的中心和所述选择铣削激光聚焦焦点的中心的离散度。

当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1