激光打孔与传统的打孔方式相比存在极大的优势,它在工业中的应用非常广泛。随着激光打孔技术应用范围的逐渐增加,被加工的材料已经可以从薄板扩充到烟支、缓释药片等,此类材料厚度不大但表面呈曲面,且一般加工数量较多,对速度要求较高,这对激光打孔设备和工艺提出较高的要求,传统的激光打孔设备由于只能在平面上打孔极大限制了其应用范围。鉴于烟支表面打孔这种应用需求,本文研究了一种在柱面这类曲面上的扫描聚焦方式来实现激光打孔。为了实现在曲面上激光打孔的目的,提升激光打孔的质量,本文提出了一种扫描弧形柱面聚焦激光打孔系统。首先分析了激光的特点和激光与物质作用的规律,对传统的激光打孔聚焦方式的特点和光束整形原理以及光束传输特性进行了研究,并基于上述几点设计扫描柱面聚焦激光打孔的总体方案。总体方案中首先选择了最大输出功率为250W,波长为10.6μm的CO₂激光器,针对此类大功率激光器采用了水冷的方案,控制系统应用的是成熟的基于ARM和CPLD的联合控制,而机械系统则是设计了一套基于负压吸风鼓轮带烟装置,这类装置将会结合光学聚焦系统实现在柱面上打孔的目的。接下来在光学系统中使用光学软件建模并仿真了用于激光柱面聚焦的两种透镜,这两种透镜前一种是将光斑压缩为线性光斑,后一种则是将前面压缩的线性光斑通过旋转棱镜扫描的方式在曲面上聚焦为点光斑,优化后这两类透镜均实现了对光斑聚焦为0.15mm线宽的要求。紧接着分析了用于制作光学系统材料,得知ZnSe晶体的光学性能和机械性能较为适合CO₂激光聚焦镜的加工,然后对其加工工艺进行了简要说明。因诸如烟支此类激光打孔为提高效率一般采用双激光打双排孔,最后利用光学软件模拟了光学系统的打孔光斑,分析了双聚焦光斑效果和曲面光斑能量,得到直径0.15mm大小的光斑且光强分布均匀,聚焦效果良好,满足烟支激光打孔的要求。最后对脉冲宽度、激光功率、脉冲数量等激光打孔工艺参数对烟支激光打孔的影响进行了研究。本文的研究将会给激光打孔在柱面此类曲面的应用尤其是烟支嘴棒激光打孔的工业应用提供技术支撑。