本实用新型属于激光加工技术领域，特别涉及一种密集孔激光精密加工装置，利用激光在单平面、多平面或曲面材料上加工出密集孔(微群孔)，可应用于航天航空、军事、化工、医疗、环保等多种行业。
背景技术：
当前激光打孔已广泛应用于航空航天、医疗器械、五金零件等高精端的产品的关键零部件加工工艺中。激光打孔指激光经聚焦后作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料融化或气化继而蒸发从而形成孔洞的激光加工过程。利用透镜聚焦使激光束在空间和时间上高度集中，可将激光光斑直径缩小至105～1015瓦每平方厘米的功率密度，在如此高的功率密度下激光即可对几乎所有材料进行打孔加工。如利用激光打孔技术可在高熔点的钼板上加工出微米量级的孔，亦可在硬质合金(碳化钨)上加工几十微米量级的小孔。
激光打孔仅限于在薄板上加工疏密度低的群孔时，才可以保证加工速度，且能够加工出较大的孔深径比。当需要进行大面积的群孔加工，密度孔(加工孔的面积与加工材料面积之比)占比达到0.5～0.785时，如加工发动机上的冷却孔及燃烧孔，由于现有激光打孔装置的激光加工头受垂直方向运动范围的限制，无法进行大曲面的随动打孔加工，也无法加工倾斜表面的小孔，难以实现高密度的群孔加工；同时，以激光加工中常用以控制激光光束的振镜为例，其可适用的加工范围小，无法进行大面积的工件加工。因此，现有的激光打孔工艺难以在极短的时间内精准定位孔位置并在大面积的曲面上完成群孔加工。
现有激光打孔技术多采用脉冲激光作用于工件表面，用于加工的脉冲激光功率密度通常为106～108瓦每平方厘米，由于激光作用时间短，对于厚板和散热快的材料，去除材料能力差；现有的激光脉冲打孔系统难以实现对工件上的加工孔位精确定位；在加工高深孔时，相同的功率下熔化的金属量少，难以达到所需加工深度；在没有保护气体和吹扫气体辅助下进行激光脉冲打孔，孔的边缘毛刺多，内壁不光滑，且由于热量集中易引起加工件变形。因此，现有的激光脉冲打孔技术还存在加工出的群孔质量不够高的问题。
另外，现有激光打孔技术由于激光本身的高能量密度的特性，不易精确控制加工深度，实现盲孔加工具有一定的困难。
有鉴于此，亟待开发一种新的激光精密加工工艺，可高质高效的完成多种类型群孔的加工，更好的满足大面积高密度群孔加工的需求。
技术实现要素：
实用新型目的：本实用新型的目的在于解决上述现有技术激光打孔工艺中存在的难以适用于大面积高密度群孔加工场合，且加工效率低下以及孔质量不高等问题，提供一种密集孔激光精密加工装置，可在平面及复杂曲面上打出高质量的群孔，泛用性强，且加工时间短，打孔效率高。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：一种密集孔激光精密加工装置，包括激光加工头、激光发生器、执行机构和控制机构，所述激光加工头安装在所述执行机构上，所述激光发生器向所述激光加工头输入激光，所述控制机构分别控制所述激光加工头、所述执行机构和所述激光发生器；
所述激光加工头包括导光光路和喷嘴，所述激光发生器输入的激光经所述导光光路聚焦形成照射基材的激光光束，所述喷嘴用于喷射高速射流吹扫基材被所述激光光束熔化后残余的熔渣；
所述执行机构包括长程运动机构和微动机构，激光加工头安装在微动机构上，微动机构安装在长程运动机构上，所述长程运动机构用于移动所述激光加工头使激光光束定位至基材上待加工孔的孔中心位置，所述微动机构用于移动所述激光加工头使激光光束环绕所述孔中心按照待加工孔的孔型扫描形成孔边界并按照待加工孔的孔型螺旋下降扫描照射基材使孔成型。
进一步的，所述喷嘴具有多个喷口，多个所述喷口喷射方向汇聚于一点。
进一步的，所述激光加工头还包括光强探测器，所述光强探测器用于检测基材上所述激光光束照射位置的光强，并将光强信号反馈至所述控制机构。
进一步的，所述激光加工头还包括激光测距单元和/或同轴ccd摄像单元，用于实时测量所述激光光束在基材上的当前打孔深度并将数据反馈至所述控制机构。
进一步的，所述长行程运动机构为多轴机器人或桁架机床。
进一步的，所述微动机构为微动机械手。
有益效果：
(1)该加工装置通过长行程运动机构带动激光加工头移动至基材待加工孔位置，通过微动机构带动激光加工头在基材待加工孔位置进行激光打孔，便于高效精确的定位待加工孔位；
(2)通过长行程运动机构和微动机构配合来驱动激光加工头，适用于平面及多种曲面的垂直孔和深孔、盲孔的垂直加工，其加工的过程时间短，加工效率高，加工过程群孔定位精确；
(3)适用于多种形式基材的微孔加工，既可用于大幅面的大型重型零件加工，也可在材料一局部集中加工出密集的微群孔，还可以在大幅面的材料上分散加工群孔；
(4)在射流体辅助下进行激光打孔，加工出的微群孔表面毛刺少，光洁度高，垂直性好。
附图说明
图1为本实用新型的密集孔激光精密加工装置的外形结构图。
图2为本实用新型的密集孔激光精密加工装置的连接示意图；
图3为本实用新型的密集孔激光精密加工装置的喷嘴结构示意图；
图4为本实用新型的密集孔激光精密加工装置的激光加工头结构示意图一；
图5为本实用新型的密集孔激光精密加工装置的激光加工头结构示意图二；
图中：1-激光加工头；11-喷嘴；111-喷口，12-光强探测器；13-激光测距单元；14-同轴ccd摄像单元；2-激光发生器；31-长程运动机构；32-微动机构；4-控制机构。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。
如图1和2所示，本实用新型的包括激光加工头1、激光发生器2、执行机构和控制机构4，激光加工头1安装在执行机构上，激光发生器2向激光加工头1输入激光，控制机构4分别控制激光加工头1、运动机构和激光发生器2，具体包括：
激光发生器2在控制机构4控制下切换输出连续激光和脉冲激光，作为具体的实施方式，激光发生器2可包括光纤输出、泵浦发生源、频率调节器、冷却装置等核心器件，应具备输出连续激光及脉冲激光的功能，激光发生器2具体结构为本领域公知，在此不再赘述。
激光加工头1包括导光光路和喷嘴11，激光发生器2输入的激光经导光光路聚焦形成照射工件基材的激光光束；喷嘴11用于喷射高速射流吹扫基材被激光光束熔化后残余的熔渣，如图3和4所示，作为更佳的实施方式，喷嘴11有多个喷口111，多个喷口111喷射方向汇聚于一点，在激光出光扫描打孔的同时，多个喷口111喷射的高速射流高速吹扫孔内去除熔渣。
如图4和5所示，激光加工头1还包括光强探测器12、激光测距单元13和同轴ccd摄像单元14，其中：光强探测器12用于检测基材上激光光束照射位置的光强，并将光强信号反馈至控制机构4，控制机构4根据光强信号调制激光发生器2输出激光的脉冲频率。激光测距单元13和同轴ccd摄像单元14用于实时测量激光光束在基材上的当前打孔深度并将数据反馈至控制机构4，控制机构4根据当前打孔深度控制微动机构32以调节打孔过程中激光光束的离焦量，实现激光打孔过程中的动态离焦。
执行机构包括长程运动机构31和微动机构32，激光加工头1安装在微动机构32上，微动机构32安装在长程运动机构31上，长程运动机构31和微动机构32均在控制机构4控制下带动激光加工头1完成加工动作，其中：长程运动机构31用于移动激光加工头1使激光光束定位至基材上待加工孔的孔中心位置，微动机构32用于移动激光加工头1使激光光束环绕孔中心按照待加工孔的孔型扫描形成孔边界并按照待加工孔的孔型螺旋下降扫描照射基材使孔成型。现有技术中常用的激光脉冲振镜打孔加工的范围通常仅为300×300mm，难以进行大面积工件的密集孔加工，本实施例中，长程运动机构31使用各种机器人和机床，常用多轴机器人或桁架机床，大大的扩展了加工范围。
本实用新型的激光加工密集孔的装置，长行程运动机构31可采用多轴机器人或桁架机床。所述微动机构32可采用微动机械手。长行程运动机构31可带动激光加工头进行长距离的平移以及升降运动，可用于大幅面的大型重型零件加工，通过带动激光加工头升降运动可适用于多平面或曲面材料加工。微动机构32可带动激光加工头进行小幅度的平移以及升降运动。
如图1所示，本实施例中，采用多轴机器人搭载微动机械手，激光加工头1固定在微动机械手上，随多轴机器人和微动机构移动。工作时，由多轴机器人带动激光加工头1使输出的激光光束定位在待加工孔的中心位置，再由微动机构32带动激光加工头1使激光光束扫描成型待加工孔，通常微动机构32的位移精度可控制在0.01mm以内，足以保证孔成型精度。
上述实施例中，采用6轴机器人作为长程运动机构，适用于在2米范围内对工件上进行密集孔加工。作为其他的实施方式，长程运动机构还可使用具有5米导轨的桁架机床，可保证5米范围内的大型工件上的密集孔加工，配合高精度的微动机构，可实现微米级的孔加工。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
1.一种密集孔激光精密加工装置，包括激光加工头(1)、激光发生器(2)、执行机构和控制机构(4)，所述激光加工头(1)安装在所述执行机构上，所述激光发生器(2)向所述激光加工头(1)输入激光，所述控制机构(4)分别控制所述激光加工头(1)、所述执行机构和所述激光发生器(2)；其特征在于：
所述激光加工头(1)包括导光光路和喷嘴(11)，所述激光发生器(2)输入的激光经所述导光光路聚焦形成照射基材的激光光束，所述喷嘴(11)用于喷射高速射流吹扫基材被所述激光光束熔化后残余的熔渣；
所述执行机构包括长程运动机构(31)和微动机构(32)，激光加工头(1)安装在微动机构(32)上，微动机构(32)安装在长程运动机构(31)上，所述长程运动机构(31)用于移动所述激光加工头(1)使激光光束定位至基材上待加工孔的孔中心位置，所述微动机构(32)用于移动所述激光加工头(1)使激光光束环绕所述孔中心按照待加工孔的孔型扫描形成孔边界并按照待加工孔的孔型螺旋下降扫描照射基材使孔成型。
2.根据权利要求1所述的一种密集孔激光精密加工装置，其特征在于：所述喷嘴(11)具有多个喷口(111)，多个所述喷口(111)喷射方向汇聚于一点。
3.根据权利要求1所述的一种密集孔激光精密加工装置，其特征在于：所述激光加工头(1)还包括光强探测器(12)，所述光强探测器(12)用于检测基材上所述激光光束照射位置的光强，并将光强信号反馈至所述控制机构(4)。
4.根据权利要求3所述的一种密集孔激光精密加工装置，其特征在于：所述激光加工头(1)还包括激光测距单元(13)和/或同轴ccd摄像单元(14)，用于实时测量所述激光光束在基材上的当前打孔深度并将数据反馈至所述控制机构(4)。
5.根据权利要求1所述的一种密集孔激光精密加工装置，其特征在于：所述长程运动机构(31)为多轴机器人或桁架机床。
6.根据权利要求1所述的一种密集孔激光精密加工装置，其特征在于：所述微动机构(32)为微动机械手。
技术总结