弗劳恩霍夫—增强可控性及可重复性满足更高加工精度要求的精密旋转光学技术

弗劳恩霍夫—增强可控性及可重复性满足更高加工精度要求的精密旋转光学技术

文章来源：瑞德科技咨询

导读：增强可控性及可重复性满足更高加工精度要求的精密旋转光学技术

研发背景

旋转光学自投入工业领域以来，已成功应用于金属材料（碳钢，不锈钢，钛合金等）及玻璃、半导体以及陶瓷等难加工材料的精密钻孔及切割中。随着现代化工业产品及其零部件的微型化与高度集成化，设备在加工过程中的可控性和稳定性对批量生产至关重要。同时，工业应用也对精密加工特别是钻孔和切割中的孔径和缝宽提出了更严苛的要求。在这种背景下，基于数代旋转钻孔光学系统的开发和应用经验，旋转光学Helical Optic v6s在加工尺寸的可控性及加工质量的可重复性方面得到了进一步的提升与加强。Helical Optic v6s不仅具备微孔锥度可控的灵活性，用于制备无锥度或者带正负锥度的微孔以及控制切割加工中切缝的倾角及宽度。此外，还以更高的加工稳定性作为核心特征。它提供了一种在金属材料以及包括半导体，高硬脆度玻璃与陶瓷等非金属材料上实现更高精度和可靠性加工的解决方案。

工作原理

旋转光学的核心部件是安装于高速空心轴电机的道威棱镜。激光束通过高速旋转的道威棱镜绕光轴旋转，出射的激光束相对于工件表面以圆形路径运动。如果出射激光束与光轴有一定偏移，则聚焦后的激光束与工件形成倾角，从而形成带一定锥度的微孔或切缝。通过专门开发的控制软件，可精确改变激光束偏移量和偏转角度，从而控制微孔或切缝的直径和锥度等。利用道威棱镜作为像旋转器具有根本性的优势：首先，光束同轴旋转使钻孔质量并不依赖于激光束截面特征。其次，由于棱镜成像特点，出射的激光束以两倍于电机运转速率旋转，提高了钻孔效率。

技术发展

自从2008年第一套旋转光学投入市场以来，旋转钻孔技术在光学及系统方面已经历经数次发展更新，使之适用于当前乃至未来更高的加工需求。第六代旋转光学加工系统可应用于三种不同的波段范围：330-380nm，500-550nm，1000-1100nm，其中500-550nm与1000-1100nm波段的组合最为常用与实用，可实现激光光源的灵活切换，做到两种波长，一套光学的既换即用或者两种波长的复合加工。此外，第六代旋转光学加工系统成功使用模块化设计，将核心旋转组件和加工观测组件分离，且标准化接口使之能完全集成于不同的加工中心。加工观测组件集成同轴照相机辅助光学模块与搭载聚焦镜的加工头。这种紧凑型的设计相比于之前版本节省了百分之十五的体积，使光学系统能更好地集成于激光加工中心。

性能增强后的HelicalOptics v6s不仅保持原有优势，而且还具备多个附加的特点。其中最为显著的特征包括：

第一，道威棱镜保持架的设计改良。使入射激光能量损失将至最低，从而能工作于更高的激光强度，提高激光效能。

第二，核心光学部件自动化程度提高。高速空心轴电机安装位置编码器，使光学调节过程中，道威棱镜定位误差最小化。同时给可活动反射镜装备高精度电机，实现旋转直径等参数的精密调节。

第三，友好的用户操作界面，一目了然的界面布局，提高用户工作效率。

技术参数

• 几何尺寸：500*270*185mm（长*宽*高）

• 产品重量：23kg（钻孔光学）

• 旋转速度：36000r/Min（光学）

• 旋转直径：0-1mm（取决于聚焦光学）

• 钻孔锥度：1:5-5:1（以1毫米材料厚度为例）

• 孔深宽比：可达30:1

• 控制单元：通过数控软件控制钻孔直径，锥度及旋转电机等参数

• 适用激光：波长：355,532,1064nm ；脉宽：飞秒至毫秒