CN104972221B - 一种激光加工设备及激光加工寻焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种激光加工设备，其包括依次顺序放置的合束镜、扫描振镜及聚焦镜，所述合束镜的两侧分别入射主激光束和辅助激光束，其还包括对所述辅助激光束的发散角进行调节的发散角修正装置，所述发散角修正装置放置于所述辅助激光束射向所述合束镜的光路中。所述激光加工设备可以综合实现精确寻找焦点位置，并能实现实时跟踪加工位置，且两束激光具有共同的焦平面，解决现有技术方案存在的问题，提高加工效率。本发明另外提供一种激光加工寻焦方法。

Description

一种激光加工设备及激光加工寻焦方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光加工设备及激光加工寻焦方法。

背景技术

近几年，随着工业加工应用的激光器不断开发，激光工业应用得到不断发展。激光器的加工技术是基于激光的单色性、高亮度的特点将激光聚焦到um量级的焦斑上，形成高能量密度的激光源，可以瞬间加温材料表面，从而引起材料熔化，蒸发等物理及化学反应变化，达到材料加工的目的。包括激光雕刻，激光焊接，激光切割等工业加工应用。

在加工应用中，无论何种激光，都存在一个加工定位及寻找焦平面的问题。众所周知，加工用激光器存在着各种不同波段，红外激光在使用过程中由于其不可见，焦点位置无法目视获得，因此需要依赖其他辅助可见光来达到加工指示的目的。当前常用的方法主要有依赖双束可见激光例如635nm红光半导体激光器来辅助寻焦(如图1)，或采用辅助同轴635nm红光半导体激光器来辅助寻焦（如图2），将主激光与辅助激光通过合束镜同轴输入扫描转镜，然后进入聚焦镜，由此辅助激光与主激光即可同步跟踪。

但是，现有技术存在以下缺点：其一、无法实现主加工激光与辅助寻焦激光共轴输出；其二、无法保证主加工激光与辅助寻焦激光共焦平面（因为激光波长不一样，对应于透射式加工镜头材料的折射率就不一样，因此焦平面就不一样），在实际生产中，严重制约着加工效率，导致生产效益难以提高。

具体地，请参阅图1，现有技术方案一中，虽然可以做到辅助指示平面与实际加工平面一致，但由于双束635nm可见激光的波长与主加工激光不同轴，主激光加工位置点发生变化时，无法实现指示跟踪，制约了加工的灵活性。请参阅图2，对于现有技术方案二，虽然能够实现实时跟踪加工位置，但该方法的局限在于两束激光的波长不一样，通过聚焦系统的焦点焦距位置不一致，因此这时辅助激光只能起到辅助轨迹显示的作用，无法达到精确寻找焦平面的寻迹功能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种激光加工设备及激光加工寻焦方法，可以综合实现精确寻找焦点位置，并能实现实时跟踪加工位置，且两束激光具有共同的焦平面，解决现有技术方案存在的问题，提高加工效率。

一种激光加工设备，其包括依次顺序放置的合束镜、扫描振镜及聚焦镜，所述合束镜的两侧分别入射主激光束和辅助激光束，其还包括对所述辅助激光束的发散角进行调节的发散角修正装置，所述发散角修正装置放置于所述辅助激光束射向所述合束镜的光路中。

本发明一较佳实施方式中，还包括发射所述主激光束的主激光器，所述主激光器采用扩束装置。

本发明一较佳实施方式中，还包括发射所述辅助激光束的辅助激光器。

本发明一较佳实施方式中，所述发散角修正装置设置于所述辅助激光器的输出窗口朝向所述合束镜的一侧。

本发明一较佳实施方式中，所述发散角修正装置为可调式变发散角装置。

本发明一较佳实施方式中，所述主激光束为平行光束。

本发明一较佳实施方式中，所述辅助激光束为发散光束或平行光束。

本发明一较佳实施方式中，所述辅助激光束为波长635nm的可见激光。

本发明另外提供一种激光加工寻焦方法，其包括如下步骤：

S101、开启主激光器，利用主激光束按照预设图案对工件样品进行实时加工，直到加工的线条符合预设条件；

S103、开启辅助激光器，观察所述工件样品上的加工图案；

S105、通过发散角修正装置调节辅助激光束的发散角，直到观察到的所述加工图案达到预设清晰要求。

相对于现有技术，所述激光加工设备可以实现辅助激光束与主激光束的同轴随动输出；且通过发散角修正装置改变辅助激光束的发散角，可以达到两束激光（辅助激光束与主激光束）聚焦在同一平面的目的。因此，利用所述激光加工设备，在加工中只需用目测的方式，即可判断焦点位置，在标刻应用中甚至可以预览加工后的尺寸，由此可以显著提高加工的灵活性及加工效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术一的激光加工设备的示意图；

图2为现有技术二的激光加工设备的示意图；

图3为本发明第一实施例提供的激光加工设备的示意图；

图4为本发明第二实施例提供的激光加工寻焦方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图3，本发明第一实施例提供一种激光加工设备100，其包括依次顺序放置的合束镜10、扫描振镜20、聚焦镜30及发散角修正装置40，所述合束镜10的两侧分别入射主激光束和辅助激光束，所述发散角修正装置40放置于所述辅助激光束射向所述合束镜10的光路中，用于对所述辅助激光束的发散角进行调节。

本实施例中，所述激光加工设备100还包括主激光器50和辅助激光器60，所述主激光器50和所述辅助激光器60分别放置于所述合束镜10的两侧，所述主激光器50用于发射用于主加工的所述主激光束，其采用扩束装置，以使所述主激光束达到平行或近平行的状态，保证加工的质量；所述辅助激光器60用于发射所述辅助激光束。所述主激光器50发射的主激光束和所述辅助激光器60发射的辅助激光束分别从所述合束镜10的两侧射入。

优选地，所述辅助激光束为波长635nm的可见激光。

本实施例中，所述发散角修正装置40设置于所述辅助激光器60的输出窗口朝向所述合束镜10的一侧，即所述发散角修正装置40放置于所述辅助激光器60的输出窗口前，由此，可以对入射到所述合束镜10之前的辅助激光束进行发散角的调节。

优选地，所述发散角修正装置40为可调式变发散角装置。

可以理解的是，激光加工设备中镜头的设计在几何光学方面都是基于平行光为设计输入条件的，因此本实施例中所述主激光器50采用扩束装置，以使所述主激光束达到平行或近平行光状态。所述辅助激光器60输出的辅助激光束的为发散角随机的发散光束、平行光束或近平行光束。

可以理解的是，进入所述聚焦镜30的两束不同波长的激光中，一束是呈发散传输的辅助激光束，一束是呈平行传输的主激光束，通过所述发散角修正装置40调节辅助激光束的发散角后，这两束激光进入所述聚焦镜30后会聚的焦点可以在共同的焦平面上，由此，只要目视找到辅助激光束的焦平面就可以确定主激光束的焦平面。

可以理解的是，所述主激光器50并不局限于红外激光器，也可以为紫外激光器、绿光激光器或其他激光器。同样地，所述辅助激光器60也可以为其它可见波长的激光器，如可以为670nm、650nm等波长的激光器。

请参阅图4，本发明第二实施例提供一种激光加工寻焦方法，其包括如下步骤：

S101、开启主激光器，利用主激光束按照预设图案对工件样品进行实时加工，直到加工的线条符合预设条件。

本实施例中，所述预设条件为对工件样品进行实时加工时加工的线条粗细程度，比如加工的线条粗细达到Xmm，可以根据实际加工需求进行设置或判断。

S103、开启辅助激光器，观察所述工件样品上的加工图案。

S105、通过发散角修正装置调节辅助激光束的发散角，直到观察到的所述加工图案达到预设清晰要求。

本实施例中，所述清晰要求为所述加工图案的观察清晰程度，可根据实际加工情况进行判断。

实施例

以下以激光打标应用为例进一步说明，首先通过工控系统，在控制软件中输入需要打标的字符，例如“焦点”二字；然后，开启主激光器50，进行重复加工，使用调试工件样品进行实时加工，同时调整场镜与工件样品之间的加工距离，直至雕刻的“焦点”二字线条最细，此时表明现有的工作距离为最合适的焦点距离；其后，开启辅助激光器60和扫描振镜20，则扫描振镜20将按“焦点”二字的轨迹重复运动，经过聚焦镜30在工件样品的表面目视观察到“焦点”两字的连续显示；之后，调整辅助激光器60前的发散角修正装置40，以改变辅助激光束的发散角，直至“焦点”二字可以目测到最清晰的显示位置，此时表明该位置也成为辅助激光束的焦点位置，至此，两束激光（主激光束和辅助激光束）即达到了共焦平面的要求。

可以理解的是，无论后续加工何种高度的工件，只需要调节场镜与加工面的距离，至辅助激光束显示最清晰的位置即可，因为此位置必然也是主激光束的焦点位置，故，达到了利用可见的辅助激光束寻迹不可见的主激光束的焦平面的作用。

相对于现有技术，所述激光加工设备可以实现辅助激光束与主激光束的同轴随动输出；且通过发散角修正装置改变辅助激光束的发散角，可以达到两束激光（辅助激光束与主激光束）聚焦在同一平面的目的。因此，利用所述激光加工设备，在加工中只需用目测的方式，即可判断焦点位置，在标刻应用中甚至可以预览加工后的尺寸，由此可以显著提高加工的灵活性及加工效率。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种激光加工设备，其包括依次顺序放置的合束镜、扫描振镜及聚焦镜，所述合束镜的两侧分别入射主激光束和辅助激光束，其特征在于，还包括对所述辅助激光束的发散角进行调节的发散角修正装置，所述发散角修正装置放置于所述辅助激光束射向所述合束镜的光路中；

所述激光加工设备用于加工寻焦的过程包括：开启主激光器，利用主激光束按照预设图案对工件样品进行实时加工，直到加工的线条符合预设条件；开启辅助激光器，观察所述工件样品上的加工图案；通过发散角修正装置调节辅助激光束的发散角，直到观察到的所述加工图案达到预设清晰要求；

进入所述聚焦镜的两束不同波长的激光中，一束是呈发散传输的辅助激光束，一束是呈平行传输的主激光束，通过所述发散角修正装置调节辅助激光束的发散角后，这两束激光进入所述聚焦镜后会聚的焦点可以在共同的焦平面上；

所述激光加工设备还包括发射所述主激光束的主激光器，所述主激光器采用扩束装置，以使所述主激光束达到平行或近平行的状态。

2.如权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于，还包括发射所述辅助激光束的辅助激光器。

3.如权利要求2所述的激光加工设备，其特征在于，所述发散角修正装置设置于所述辅助激光器的输出窗口朝向所述合束镜的一侧。

4.如权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于，所述发散角修正装置为可调式变发散角装置。

5.如权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于，所述辅助激光束为发散光束或平行光束。

6.如权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于，所述辅助激光束为波长635nm的可见激光。

7.一种激光加工寻焦方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101、开启主激光器，利用主激光束按照预设图案对工件样品进行实时加工，直到加工的线条符合预设条件；

S103、开启辅助激光器，观察所述工件样品上的加工图案；

S105、通过发散角修正装置调节辅助激光束的发散角，直到观察到的所述加工图案达到预设清晰要求；

进入聚焦镜的两束不同波长的激光中，一束是呈发散传输的辅助激光束，一束是呈平行传输的主激光束，通过所述发散角修正装置调节辅助激光束的发散角后，这两束激光进入所述聚焦镜后会聚的焦点可以在共同的焦平面上。