弗勞恩霍夫—增強可控性及可重複性滿足更高加工精度要求的精密旋轉光學技術
導讀：增強可控性及可重複性滿足更高加工精度要求的精密旋轉光學技術
研發背景
旋轉光學自投入工業領域以來，已成功應用於金屬材料（碳鋼，不鏽鋼，鈦合金等）及玻璃、半導體以及陶瓷等難加工材料的精密鑽孔及切割中。隨著現代化工業產品及其零部件的微型化與高度集成化，設備在加工過程中的可控性和穩定性對批量生產至關重要。同時，工業應用也對精密加工特別是鑽孔和切割中的孔徑和縫寬提出了更嚴苛的要求。在這種背景下，基於數代旋轉鑽孔光學系統的開發和應用經驗，旋轉光學Helical Optic v6s在加工尺寸的可控性及加工質量的可重複性方面得到了進一步的提升與加強。Helical Optic v6s不僅具備微孔錐度可控的靈活性，用於製備無錐度或者帶正負錐度的微孔以及控制切割加工中切縫的傾角及寬度。此外，還以更高的加工穩定性作為核心特徵。它提供了一種在金屬材料以及包括半導體，高硬脆度玻璃與陶瓷等非金屬材料上實現更高精度和可靠性加工的解決方案。
工作原理
旋轉光學的核心部件是安裝於高速空心軸電機的道威稜鏡。激光束通過高速旋轉的道威稜鏡繞光軸旋轉，出射的激光束相對於工件表面以圓形路徑運動。如果出射激光束與光軸有一定偏移，則聚焦後的激光束與工件形成傾角，從而形成帶一定錐度的微孔或切縫。通過專門開發的控制軟體，可精確改變激光束偏移量和偏轉角度，從而控制微孔或切縫的直徑和錐度等。利用道威稜鏡作為像旋轉器具有根本性的優勢：首先，光束同軸旋轉使鑽孔質量並不依賴於激光束截面特徵。其次，由於稜鏡成像特點，出射的激光束以兩倍於電機運轉速率旋轉，提高了鑽孔效率。
技術發展
自從2008年第一套旋轉光學投入市場以來，旋轉鑽孔技術在光學及系統方面已經歷經數次發展更新，使之適用於當前乃至未來更高的加工需求。第六代旋轉光學加工系統可應用於三種不同的波段範圍：330-380nm，500-550nm，1000-1100nm，其中500-550nm與1000-1100nm波段的組合最為常用與實用，可實現激光光源的靈活切換，做到兩種波長，一套光學的既換即用或者兩種波長的複合加工。此外，第六代旋轉光學加工系統成功使用模塊化設計，將核心旋轉組件和加工觀測組件分離，且標準化介面使之能完全集成於不同的加工中心。加工觀測組件集成同軸照相機輔助光學模塊與搭載聚焦鏡的加工頭。這種緊湊型的設計相比於之前版本節省了百分之十五的體積，使光學系統能更好地集成於激光加工中心。
性能增強後的HelicalOptics v6s不僅保持原有優勢，而且還具備多個附加的特點。其中最為顯著的特徵包括：
第一，道威稜鏡保持架的設計改良。使入射激光能量損失將至最低，從而能工作於更高的激光強度，提高激光效能。
第二，核心光學部件自動化程度提高。高速空心軸電機安裝位置編碼器，使光學調節過程中，道威稜鏡定位誤差最小化。同時給可活動反射鏡裝備高精度電機，實現旋轉直徑等參數的精密調節。
第三，友好的用戶操作界面，一目了然的界面布局，提高用戶工作效率。
技術參數
幾何尺寸：500*270*185mm（長*寬*高）
產品重量：23kg（鑽孔光學）
旋轉速度：36000r/min（光學）
旋轉直徑：0-1mm（取決於聚焦光學）
鑽孔錐度：1:5-5:1（以1毫米材料厚度為例）
孔深寬比：可達30:1
控制單元：通過數控軟體控制鑽孔直徑，錐度及旋轉電機等參數
適用激光：波長：355,532,1064nm ；脈寬：飛秒至毫秒
