一种用于激光加工的光束旋转装置及其加工方法.pdf

本发明的目的在于，提供一种使用一块平面镜使透射激光束能在工件上打直圆柱
孔的光束旋转装置及其加工方法。

本发明的目的由以下方式来实现。

本发明用于激光加工的光束旋转装置，包括光学镜、镜筒及其支承旋转装置，其
特征在于，所述光学镜是平面透镜，在该镜的夹持架上设有两根同轴线的支承轴，该
两支承轴分别套装在旋转镜筒壁面上的同轴线孔内，构成平面透镜能环绕该支承轴转
动一定角度的回转支承；在平面透镜的夹持架上还连接有一根用于调节角度的转动杆，
该杆的另一端伸在镜筒壁外，在该杆的外圆面上设有与圆形镜筒壁孔内螺纹相配合的
螺纹。

使用上述光束旋转装置进行激光加工的方法，包括将所用激光器及其聚焦系统放
置在待加工件近处，所述光束旋转装置放置于聚焦后的激光光路上，镜筒与聚焦后的
激光束同轴线，其特征在于，此后的工作过程是，根据需要加工孔的半径r，调节光束
旋转装置的转动杆，使激光束轴线与平面透镜入射面法线之间的夹角θ满足下列公式：
r D = sin θ - 1 2 sin 2 θ n 2 - sin 2 θ ]]>
或
θ = - ArcSin [ 1 a ( b + c ( e + 6 3 f ) 1 / 3 - ( e + 6 3 f ) 1 / 3 ) ] ]]>
其中：
a＝6Dr，b＝-D²+D²n²-r²，c＝(-12D²n²r²-b²)
e＝D⁶-3D⁶n²+3D⁶n⁴-D⁶n⁶+3D⁴r²+12D⁴n²r²
-15D⁴n⁴r²+3D²r⁴-39D²n²r⁴+r⁶
f＝-D⁸n²r⁴+2D⁸n⁴r⁴-D⁸n⁶r⁴-3D⁶n²r⁶-14D⁶n⁴r⁶
+D⁶n⁶r⁶-3D⁴n²r⁸+11D⁴n⁴r⁸-D²n²r¹⁰

式中n是平面透镜对所用激光波长的折射率，D为平面透镜厚度，r为需要加工
的圆孔的半径。

使用本发明的光束旋转装置对工件进行激光加工时，调节平面透镜的设置角度，
就可方便地加工出不同直径的孔。由于激光束穿过平面透镜直接射到加工件的表面上，
只要激光束轴线与平面透镜入射平面处于非垂直状态，出射光束轴线就发生平移，但
其方向仍然保持不变，结果使它在工件上加工形成的孔即是直圆柱面孔。平面透镜倾
斜的角度不同，则加工的孔径就不相同。使用十分方便。另一方面由于激光束仅穿过
一块平面透镜，相比现有技术中使用的组合棱镜，具有激光能量损失小的优点。

本发明的光束旋转装置及其加工方法，能够方便地用于飞机涡轮发动机涡扇表面
等装置的细微孔的加工。

下面通过实施例及其附图作进一步描述。