CN106392308B - 一种飞秒激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞秒激光加工装置，沿激光的光路方向依次包括飞秒激光装置、水平光路装置、竖直光路装置、激光加工设备和加工平台；通过使用飞秒激光装置降低了激光的光斑直径，通过设置在水平光路装置内的探头和激光加工设备内的微型摄像头，使得激光光束以及样品的状态得以实时观测，通过设置在水平光路装置内的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，使得水平光路装置内位于各个反射镜之间的装置得以进行合理设置，加工装置的结构更为紧凑，通过在加工平台上设置X、Y、Z三个方向的滑动平台，使得加工平台在加工过程中可移动并进行调节。

Description

一种飞秒激光加工装置

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种飞秒激光加工装置。

背景技术

随着激光加工技术的提升和应用范围的扩大，激光加工在生产活动中越来越普及，而现有的激光加工装置光斑直径大，无法对加工物品进行精细加工，精度较低，无法对激光的光路与加工样品进行实时观测，激光加工装置内的光学部件较多，位置固定，占用空间大，不便于移动，加工平台多为单个固定式，没有调节功能，且现有激光加工在加工过程中无法实现加工参数、加工过程、激光参数的数字化控制，大多只能加工简单的平面图形，加工效率低。

发明内容

为此，需要提供一种飞秒激光加工装置，来解决目前现有激光加工装置光斑直径大、精度低、无法对光路与加工样品进行实时观测、加工装置结构不紧凑和加工平台没有移动调节功能的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种飞秒激光加工装置，沿激光的光路方向依次包括飞秒激光装置、水平光路装置、竖直光路装置、激光加工设备和加工平台；

所述飞秒激光装置包括泵浦光源、谐振腔、振荡器和激光放大器，所述激光放大器设置在泵浦光源的光路上，所述谐振腔和振荡器依次设置在所述泵浦光源和所述激光放大器之间的光路上，并将激光射向水平光路装置的进光口；

所述水平光路装置包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，第一反射镜设置在水平光路装置的进光口，第二反射镜设置在第一反射镜激光反射的光路上，第三反射镜设置在第二反射镜激光反射的光路上，第四反射镜设置在第三反射镜激光反射的光路上，第五反射设置在第四反射镜激光反射的光路上，第二反射镜和第三反射镜之间的光路上设置有1/2波片，第三反射镜和第四反射镜之间的光路上依次设有格兰偏振片、分光镜和电动快门，激光经所述格兰偏振片分为寻常光和非寻常光，寻常光朝向所述分光镜，非寻常光的光路上设有激光终止器，激光经所述分光镜分为透射光束和反射光束，透射光束朝向所述电动快门，反射光束的光路上设有探头；第四反射镜和第五反射镜之间设有1/4波片，所述第五反射镜将激光反射至竖直光路装置的进光口；

所述竖直光路装置包括第六反射镜和扩束镜，所述第六反射镜设置在竖直光路装置的进光口，所述扩束镜设置在所述第六反射镜反射的激光光路上，所述第六反射镜将激光反射至激光加工设备的进光口；

所述激光加工设备的进光口设有二向色镜，激光经所述二向色镜分为近红外光和可视光，近红外光的光路上设有激光头，可视光的光路上设有第七反射镜，第七反射镜反射的光路上设有微型摄像头；

所述加工平台由下至上依次包括X方向滑动平台、Y方向滑动平台和Z方向升降样品台，所述X方向滑动平台包括第一基座、第一丝杆、第一伺服电机和第一移动面板，所述第一伺服电机设置在第一基座上，第一伺服电机的动力输出轴与第一丝杆连接，并通过第一丝杆带动第一移动面板在X轴方向上移动，所述Y方向滑动平台包括第二基座、第二丝杆、第二伺服电机和第二移动面板，所述第二伺服电机设置在第二基座上，第二伺服电机的动力输出轴与第二丝杆连接，并通过第二丝杆带第二动移动面板在Y轴方向上移动，所述Z方向升降样品台包括第三基座、第三丝杆、第三伺服电机和第三移动面板，所述第三伺服电机设置在第三基座上，第三伺服电机的动力输出轴与第三丝杆连接，并通过第三丝杆带动第三移动面板在Z轴方向上移动；

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过使用飞秒激光装置，降低了光斑直径，通过设置探头和微型摄像头，使得激光光束以及样品的实时状态得以观测，通过在水平光路装置内设置第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，使得位于各个反射镜之间的装置得以进行合理设置，加工装置的结构更为紧凑，通过在加工平台上设置X、Y、Z三个方向的滑动平台，使得加工平台在加工过程中可移动并进行调节。

进一步地，所述飞秒激光装置上设有水冷装置，所述水冷装置包括输送泵和液体循环管路，所述液体循环管路与泵浦光源连接。

通过设置水冷装置，通过液体循环管路向泵浦光源进行液体循环，使得泵浦光源在工作时的温度降低，保护元件不受高温破坏。

进一步地，所述激光加工设备的侧面设有LED照明灯，LED照明灯的光路上设有第八反射镜。

通过LED照明灯向样品提供照明光，使得加工中的样品被照亮，便于进行加工时的观测。

进一步地，所述激光加工设备的近红外光的光路上设有可调物镜。

通过在激光加工设备的近红外光的光路上设置可调物镜，便于对激光束进行对焦。

进一步地，所述加工平台底部设有减震块，所述减震块包括蜂窝结构台面和气浮隔震腿，所述蜂窝结构台面设置在气浮隔震腿的上方。

通过在加工平台底部设置减震块，蜂窝结构台面提高了加工平台的刚性，气浮隔震腿阻隔来自底面的震动，提高了加工的精确度。

附图说明

图1为本发明实施例中飞秒激光加工装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中加工平台的结构示意图。

附图标记说明：

101、飞秒激光装置；102、泵浦光源；103、谐振腔；

104、振荡器；105、激光放大器；106、水冷装置；

1061、液体循环管路；1062、输送泵；

201、水平光路装置；202、第一反射镜；203、第二反射镜；

204、1/2波片；205、第三反射镜；206、格兰偏振片；

207、激光终止器；208、分光镜；209、探头；210、电动快门；

211、第四反射镜；212、1/4波片；213、第五反射镜；

301、垂直光路装置；302、第六反射镜；303、扩束镜；

401、激光加工装置；402、二向色镜；403、可调物镜；

404、激光头；405、微型摄像头；406、第七反射镜；

407、LED照明灯；408、第八反射镜；

501、加工平台；502、X方向滑动平台；5021、第一基座；

5022、第一伺服电机；5023、第一丝杆；5024、第一移动面板；

503、Y方向滑动平台；5031、第二基座；5032、第二伺服电机；

5033、第二丝杆；5034、第二移动面板；504、Z方向升降平台；

5041、第三基座；5042、第三伺服电机；5043、第三丝杆；

5044、第三移动面板；505、蜂窝结构台面；506、气浮隔震腿。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请一并参阅图1和图2，图1为本实施例的飞秒激光加工装置的结构示意图，飞秒激光装置101内设有泵浦光源102，激光放大器105设置在泵浦光源102的光路上，谐振腔103和振荡器104依次设置在泵浦光源102与激光放大器105之间的光路上，水冷装置106的液体循环管路1061连接泵浦光源102和输送泵1062；

水平光路装置201为一个四边形箱体结构，设置在飞秒激光装置101的一侧，第一反射镜202设置在水平光路装置201的进光口，第二反射镜203、第三反射镜205、第四反射镜211和第五反射镜213沿顺时针方向依次设置在水平光路装置201箱体的四个角上，并且第二反射镜203设置在第一反射镜202激光反射的光路上，第三反射镜205设置在第二反射镜203激光反射的光路上，第四反射镜211设置在第三反射镜205激光反射的光路上，第五反射镜213设置在第四反射镜211激光反射的光路上，1/2波片设置在第二反射镜203与第三反射镜205之间的光路上，格兰偏振片206、分光镜208和电动快门210依次设置在第三反射镜205与第四反射镜211之间的光路上，激光终止器207设置在箱体中部格兰偏振片206激光反射的光路上，探头209设置在箱体中部分光镜208反射的光路上，1/4波片212设置在第四反射镜211和第五反射镜213反射的光路上；

竖直光路装置301设置在水平光路装置201的顶部，第六反射镜302设置在竖直光路装置301的进光口，扩束镜303设置在第六反射镜302反射的光路上；

激光加工装置401设置在竖直光路装置301的一侧，二向色镜402设置在激光加工装置401的进光口，二向色镜402将激光分为可视光和近红外光，激光头404设置在二向色镜402的近红外光的光路上，可调物镜403设置在二向色镜402与激光头404之间的光路上，第七反射镜406设置在二向色镜402可视光的光路上，微型摄像头405设置在第七反射镜406反射的光路上，LED照明灯407设置在激光加工装置401的侧壁上，第八反射镜408设置在LED照明灯407的光路上；

如图2所示、图2为本发明实施例中加工平台的结构示意图，加工平台501设置在激光加工装置401的下方，底部设有4个气浮隔震腿506，蜂窝结构台面505设置在气浮隔震腿506的上方，X方向滑动平台502的第一基座5021设置在蜂窝结构台面505的上方，第一伺服电机5022设置在第一基座5021的侧面，第一丝杆5023与第一伺服电机5022的动力输出轴连接，第一移动面板5024的底部与第一丝杆5023的螺纹相适配，Y方向活动平台503的第二基座5031设置在第一移动面板5024的上方，第二伺服电机5032设置在第二基座5031的侧面，第二丝杆5033与第二伺服电机5032的动力输出轴连接，第二移动面板5034的底部与第二丝杆5033的螺纹相适配，Z方向升降平台504的第三基座5041设置在第二移动面板5034的上方，第三伺服电机5042设置在第三基座5041的侧面，第三丝杆5043的一端与第三伺服电机5042的动力输出轴连接，另一端与第三移动面板5044连接。

根据上述结构，在具体操作时，飞秒激光装置内的泵浦光源经谐振腔形成激光，经振荡器转换输出波形，并射出激光束，激光放大器将激光的能量和功率提高后投射至水平光路装置的进光口，水冷装置通过液体循环管路连接泵浦光源以及输送泵进行降温处理，位于水平光路装置的第一反射镜将激光折射至第二反射镜上，第二反射镜反射的激光经过1/2波片调整偏振态及偏振态的比例后照射至第三反射镜，第三反射镜反射的激光经过格兰偏振片分为寻常光和非寻常光，寻常光照射至分光镜，非寻常光照射至激光终止器上，激光终止器开关泵浦光源，分光镜将激光透射光束和反射光束，透射光束朝向电动快门，电动快门控制透射光束是否继续传输，反射光束照射至探头，探头接收激光束的成像，透射光束经过电动快门照射至第四反射镜，第四反射镜反射的透射光束经过1/4波片再次调整偏振态及偏振态的比例后照射至第五反射镜，第五反射镜反射的透射光束输出至竖直光路装置的进光口，第六反射镜设置在竖直光路装置的进光口，经第六反射镜反射的激光射入扩束镜内，扩束镜放大激光光束直径后输出至激光加工设备的进光口，激光加工设备的进光口设有二向色镜，二向色镜将激光束分为近红外光和可视光，近红外光经可调物镜取焦后进入激光头，激光头将激光束投射置加工平台上对物品进行加工，LED照明灯通过第八反射镜向样品台反射灯光便于进行实时观测(在某些实施例中，照明灯可选用荧光灯)，在加工过程中，加工平台的X方向滑动平台、Y方向滑动平台分别通过第一伺服电机和第二伺服电机驱动第一丝杆和第二丝杆，第一丝杆、第二丝杆使第一移动面板、第二移动面板沿X轴及Y轴方向移动，Z方向升降台通过第三伺服电机驱动第三丝杆使第三移动平台沿Z轴方向移动，减震块设置在加工平台底部，气浮隔震腿设置在蜂窝结构台面的下方，蜂窝结构台面提高加工平台的刚性，气浮隔震腿阻隔来自底面的震动。

在某些实施例中，所述飞秒激光加工装置外接有电脑，电脑通过交换机分别与第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机通过以太网线连接，在电脑制图软件(3DMAX、PROE等)预先输入样品参数来实现飞秒激光加工装置的高精度重复加工；通过交换机用以太网线连接探头和微型摄像头(微型摄像头选用CCD)实时采集激光光束的图像信号和样品的实时数字信号；通过交换机用以太网线连接电动快门和激光终止器控制激光的开关。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种飞秒激光加工装置，沿激光的光路方向依次包括飞秒激光装置、水平光路装置、竖直光路装置、激光加工设备和加工平台；

所述飞秒激光装置包括泵浦光源、谐振腔、振荡器和激光放大器，所述激光放大器设置在泵浦光源的光路上，所述谐振腔和振荡器依次设置在所述泵浦光源和所述激光放大器之间的光路上，并将激光射向水平光路装置的进光口；

所述水平光路装置包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，第一反射镜设置在水平光路装置的进光口，第二反射镜设置在第一反射镜激光反射的光路上，第三反射镜设置在第二反射镜激光反射的光路上，第四反射镜设置在第三反射镜激光反射的光路上，第五反射镜设置在第四反射镜激光反射的光路上，第二反射镜和第三反射镜之间的光路上设置有1/2波片，第三反射镜和第四反射镜之间的光路上依次设有格兰偏振片、分光镜和电动快门，激光经所述格兰偏振片分为寻常光和非寻常光，寻常光朝向所述分光镜，非寻常光的光路上设有激光终止器，激光经所述分光镜分为透射光束和反射光束，透射光束朝向所述电动快门，反射光束的光路上设有探头，第四反射镜和第五反射镜之间设有1/4波片，所述第五反射镜将激光反射至竖直光路装置的进光口；

所述竖直光路装置包括第六反射镜和扩束镜，所述第六反射镜设置在竖直光路装置的进光口，所述扩束镜设置在所述第六反射镜反射的激光光路上，所述第六反射镜将激光反射至激光加工设备的进光口；

所述激光加工设备的进光口设有二向色镜，激光经所述二向色镜分为近红外光和可视光，近红外光的光路上设有激光头，可视光的光路上设有第七反射镜，第七反射镜激光反射的光路上设有微型摄像头；

所述加工平台由下至上依次包括X方向滑动平台、Y方向滑动平台和Z方向升降样品台，所述X方向滑动平台包括第一基座、第一丝杆、第一伺服电机和第一移动面板，所述第一伺服电机设置在第一基座上，第一伺服电机的动力输出轴与第一丝杆连接，并通过第一丝杆带动第一移动面板在X轴方向上移动，所述Y方向滑动平台包括第二基座、第二丝杆、第二伺服电机和第二移动面板，所述第二伺服电机设置在第二基座上，第二伺服电机的动力输出轴与第二丝杆连接，并通过第二丝杆带第二动移动面板在Y轴方向上移动，所述Z方向升降样品台包括第三基座、第三丝杆、第三伺服电机和第三移动面板，所述第三伺服电机设置在第三基座上，第三伺服电机的动力输出轴与第三丝杆连接，并通过第三丝杆带动第三移动面板在Z轴方向上移动。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光加工装置，其特征在于，所述飞秒激光装置上设有水冷装置，所述水冷装置包括输送泵和液体循环管路，所述液体循环管路与泵浦光源连接。

3.根据权利要求1所述的飞秒激光加工装置，其特征在于，所述激光加工设备的侧面设有LED照明灯，LED照明灯的光路上设有第八反射镜。

4.根据权利要求1所述的飞秒激光加工装置，其特征在于，所述激光加工设备的近红外光的光路上设有可调物镜。

5.根据权利要求1所述的飞秒激光加工装置，其特征在于，所述加工平台底部设有减震块，所述减震块包括蜂窝结构台面和气浮隔震腿，所述蜂窝结构台面设置在气浮隔震腿的上方。