CN109434278B - 一种激光加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于激光加工技术领域，公开了一种激光加工装置，包括：激光器,用于发射激光束；分光元器件,用于将所述激光器射出的激光束分成N(N＝2、3、4……)束呈发散角度且沿与所述激光束的传播方向垂直的方向等间距分布的子激光束；激光调整组件,用于将呈发散角度的子激光束转化成呈收缩角度的子激光束,使得所述呈收缩角度的子激光束能够进入所述聚焦镜；聚焦镜,用于将射入的多个子激光束聚焦后等间距射向待加工工件,对待加工工件进行加工。还公开了一种激光加工方法，本申请提供的方法和装置，与现有的单轨道加工相比，实现了多轨道加工，极大的提高了激光加工效率，以激光切割晶元为例，一次可以切割多条切割道，加工效率成倍提高。

Description

一种激光加工装置及方法

技术领域

本申请实施例属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工装置及方法。

背景技术

在晶元精密加工领域，随着激光加工技术越来越成熟，对效率要求也越来越高的背景下，如何进一步有效、大幅度地提高激光加工效率，是很值得研究的问题。目前晶元加工都采用单轨加工的方式，即单束激光束进行加工的方式，且加工技术已经很成熟，想要进一步提升效率，只有依赖提升加工速度，而且考虑到工艺效果、精密平台的运动性能，也不可能大幅度改变加工速度，想要进一步提升效率已经几乎不可能。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种激光加工装置及方法，以解决现有单轨道激光加工装置以及方法在效率方面比较低且难以进一步提高的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种激光加工装置，包括：

激光器,用于发射激光束；

分光元器件,设置于所述激光束的输出光路上，用于将所述激光器射出的激光束分成N(N＝2、3、4……)束呈发散角度且沿与所述激光束的传播方向垂直的方向等间距分布的子激光束；

激光调整组件,设置于所述分光元器件的输出光路上，用于将呈发散角度的子激光束转化成呈收缩角度的子激光束；

聚焦镜,设置于所述激光调整组件的输出光路上，用于将射入的呈收缩角度的N束子激光束聚焦后等间距射向待加工工件,对所述待加工工件进行加工。

进一步的，所述激光调整组件,包括顺序设置于所述激光束的输出光路上的第一物镜、光阑以及第二物镜；

所述分光元器件、第一物镜、光阑、第二物镜以及聚焦镜的轴线同心设置；

所述第一物镜和第二物镜为双凸透镜或者平凸透镜。

进一步的，所述第一物镜中心到所述分光元器件的中心的距离、所述第一物镜中心到所述光阑中心的距离、所述光阑中心到所述第二物镜中心的距离、所述第二物镜中心到所述聚焦镜的中心的距离均相等。

进一步的，所述激光加工装置还包括用于安装固定分光元器件的间距调整机构，用于调整射向所述待加工工件待加工表面的N束所述子激光束中的每两束所述子激光束之间实际有效加工的划痕间距。

进一步的，所述间距调整机构包括用于安装架、驱动轴和皮带；

将所述分光元器件放置于所述安装架内；

所述驱动轴与所述分光元器件的轴线平行，且通过皮带相连接，所述驱动轴转动带动所述皮带转动进而带动所述分光元器件转动。

可选的，所述激光加工装置还包括用于自动寻找激光加工的焦点的自动寻焦组件、工件轮廓识别校正组件以及工件位置修正组件；

所述轮廓识别校正组件包括第一CCD图像传感器、第一处理模块、显示装置、盛放所述待加工工件的工作台以及驱动所述工作台移动的第一驱动件；

所述第一CCD图像传感器用于获取待加工工件的图像信息，通过所述第一处理模块将获得的图像信息进行处理并传入所述显示装置显示，识别出待加工工件的轮廓，然后根据选定的待加工工件的位置得出水平校正的参数，通过第一驱动件驱动所述工作台转动对所述待加工工件进行水平校正；

所述工件位置修正组件包括第二CCD图像传感器、第二处理模块、第二控制器、显示装置、盛放所述待加工工件的工作台以及驱动所述工作台移动的第二驱动件；

所述第二CCD图像传感器用于获取待加工工件的位置信息，将所述第二图像传感器获取待加工工件的位置信息经过所述第二处理模块的处理，根据得到的位置信息对所述待加工工件进行位置修正，通过所述第二控制器控制所述第二驱动件驱动所述工作台运动到待加工位置。

可选的，所述激光加工装置还包括第四处理模块，用于计算同一待加工工件一次加工后再次加工时，所述加工平台带动待加工工件移动的距离参数，其中，所述距离参数等于所述子激光束的数量N与两束子激光束之间的间距相乘。

第二方面，本申请实施例提供一种激光加工方法，包括：

将激光器射出的一束激光束入射到分光元器件；

通过所述分光元器件将所述激光束分成N(N＝2、3、4……)束呈发散角度且沿与所述激光束的方向垂直的方向等间距分布的子激光束；

所述呈发散角度的子激光束再经过激光调整组件转化成呈收缩角度的子激光束；

所述呈收缩角度的子激光束经过聚焦镜聚焦后等间距射向所述待加工工件待加工表面,对所述待加工工件进行加工。

进一步的，在将激光器射出的一束激光束入射到分光元器件的步骤之前，还包括：对待加工工件的轮廓进行识别再进行待加工工件的水平校正，具体包括：

识别出待加工工件的轮廓，根据识别出的待加工工件的轮廓确定用于水平校正的区域范围；

依据预先设定好的模版为参考，选定待加工工件上的区域范围内的一个位置进行匹配，通过工作台的旋转对待加工工件进行初步水平校正；

选择待加工工件的区域范围内的沿平行于切割道方向的第一点位置作为基准参考点，再将同一切割道方向的另一点位置作为第二参考点，通过Δ切割道方向的位移和Δ垂直于切割道方向的位移的arctanα关系算出角度α，再通过工作台的旋转对待加工工件进行精准水平校正，不断重复此过程直到切割道与加工平台切割运动方向所在直线的角度小于设定范围。

进一步的，在从所述聚焦镜出射的多束子激光束等间距射向所述待加工工件,对所述待加工工件进行加工的步骤之后，还包括：

通过工件位置修正组件对待加工工件的剩余未加工部分进行位置修正；计算同一待加工工件一次加工后再次加工时运动平台带动待加工工件移动的距离；

根据所计算的距离，将待加工工件移动到对应位置，或者将聚焦后等间距射向待加工工件的子激光束射到对应位置时，再次对待加工工件进行激光加工。

相比于现有技术，本发明实施例提供的激光加工装置以及方法具有以下进步：

激光器射出的一束激光束依次经过分光元器件、激光调整组件、聚焦镜的作用之后射向待加工工件，在待加工工件的内部形成等间距的N个焦点，当加工平台在移动过程中，可以产生N条切割痕迹，在待加工工件上同时进行加工，实现了多轨道的激光加工，与现有的单轨道加工相比，极大的提高了激光加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例总光路原理图；

图2为本申请实施例具体的光路原理图；

图3为本申请实施例提供的激光加工装置的第一种实施例的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的激光加工装置的第二种实施例的结构示意图；

图5为本申请实施例中的间距调整机构的结构示意图；

图6为本申请实施例中的子激光束两个焦点之间的间距与切割轨迹的关系示意图；

图7为放大环境下的晶元图像的照片。

1-激光束、2-分光元器件、3-激光调整组件、31-第一物镜、32-光阑、 33-第二物镜、4-聚焦镜、5-待加工工件、6-间距调整机构、61-安装架、611- 底板、612-立板、62-调节圈、63-驱动轴、64-皮带、7-反射镜。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1,图1为本申请提供的总光路原理图,本申请实施例提供了一种激光加工装置，包括：

激光器(图中未标示出),激光器用于发射激光束1；

分光元器件2,设置于所述激光束的输出光路上，用于将所述激光器射出的激光束1分成N(N＝2、3、4……)束呈发散角度且沿与所述激光束的传播方向垂直的方向等间距分布的子激光束；

激光调整组件3,设置于所述分光元器件2的输出光路上，用于将呈发散角度的子激光束转化成呈收缩角度的子激光束；

聚焦镜4,设置于所述激光调整组件3的输出光路上，用于将射入的呈收缩角度的N束子激光束聚焦后等间距射向待加工工件5,对所述待加工工件5 进行加工。

激光器射出的一束激光束1依次经过分光元器件2、激光调整组件3、聚焦镜4的作用之后射向待加工工件5，在待加工工件5的内部形成等间距的N 个焦点，当加工平台在移动过程中，可以产生N条切割痕迹，在待加工工件5 同时进行切割加工，实现了多轨道的激光切割加工，与现有的单轨道加工相比，极大的提高了激光加工效率。

具体的，本申请实施例中的激光加工装置可以用于待加工工件5的钻孔，切割等加工。

在本实施例中，以切割LED晶元为例，对本申请实施例进行阐述说明：

在本实施例中，激光加工装置包括有分光元器件2,用于将所述激光器射出的激光束1分成N(N＝2、3、4……)束呈发散角度且沿与所述激光束的传播方向垂直的方向等间距分布的子激光束；

更具体的，将所述激光器射出的一束激光束1入射到分光元器件2,激光束1被分成N(N＝2、3、4……)束呈发散角度且沿与所述激光束1的方向垂直的方向等间距分布的子激光束；进一步的，在本实施例中，所述分光元器件2 为衍射光学元器件。具体的,激光器发射出的激光束1为直线型,经过分光元器件2的作用呈发散角度射出分光元器件2且被分成至少两束子激光束,用N 代表子激光束的数量,N可以为整数2、3、4……,N束子激光束在与激光束1 的直线传播方向垂直的方向上等间距分布,更具体的,在本实施例中，所有的子激光束的焦点位于一条直线(垂直于激光束1的传输方向上),且每两束子激光束的焦点之间的间距相等。

本实施例中的激光加工装置包括有激光调整组件3,用于将呈发散角度的子激光束转化成呈收缩角度的子激光束；由于子激光束呈发散角度，当子激光束传输一端距离后，无法完全进入聚焦镜4的入瞳，为了使子激光束1全部射入聚焦镜4的入瞳，在分光元器件2与聚焦镜4之间设置对应的激光调整组件3，将呈发散角度的子激光束转化成呈收缩角度的子激光束，更具体的，参阅图2，图2为本申请实施例具体的光路原理图；所述激光调整组件3,包括顺序设置于所述激光束1的输出光路上的第一物镜31、光阑32以及第二物镜33；所述分光元器件2、第一物镜31、光阑32、第二物镜33以及聚焦镜4 的轴线同心设置；所述第一物镜31将呈发散角度的N束子激光束转化成N束呈平行传输的子激光束，所述光阑32采用孔径光阑，过滤掉高阶衍射光束，通过所述光阑32的子激光束经过第二物镜33将N束呈平行传输的子激光束呈收缩角度进行传输，使得所述呈收缩角度的子激光束能够完全进入所述聚焦镜4的入瞳。

同时为了使激光束1在传输的过程中不发生失真，使呈收缩角度的子激光束与呈发散角度的子激光束对称设置，具体的，呈发散的角度与呈收缩的角度两个角度的大小相等。在本实施例中，所述第一物镜31中心到所述分光元器件2的中心的距离、所述第一物镜31中心到所述光阑32中心的距离、所述光阑32中心到所述第二物镜33中心的距离、所述第二物镜33中心到所述聚焦镜4的中心的距离均相等。

可选的，所述第一物镜31、第二物镜33均可以采用双凸透镜或平凸透镜。

本实施例中的激光加工装置还包括有聚焦镜4,设置于所述激光调整组件 3的输出光路上，用于将射入的呈收缩角度的N束子激光束聚焦后等间距射向待加工工件5,对所述待加工工件5进行加工。

可选的,作为本申请第一种可选的实施例,整个激光加工装置设置在一条直线上，激光束1沿直线方向传播到达待加工工件5待加工表面。

可选的，参阅图3，图3为本申请实施例的第一种实施例的结构示意图；在本实施例中，分光元器件2、激光调整组件3、聚焦镜4以及待加工工件5 沿水平直线方向顺序排布，激光器发射出的激光束1为水平方向,分光元器件 2为竖直方向放置,激光束1水平穿过分光元器件2,得到多束在一条与水平方向垂直的直线上的子激光束，再经过激光调整组件3和聚焦镜4的处理后水平射向待加工工件5。

可选的，在其他一些实施例中，激光器发射出的激光束1为竖直方向,分光元器件2为水平方向放置,激光束1竖直穿过分光元器件2,得到多束在一条水平直线上的子激光束，再经过激光调整组件3和聚焦镜4的处理后竖直射向待加工工件5。

可选的，激光器发射出的激光束1也可以为除水平方向和竖直方向以外的其他方向,同时分光元器件2、激光调整组件3、聚焦镜4以及待加工工件5 需要做适应性修改即可。

作为本申请第二种可选的实施例,在激光加工装置中加入反射镜7，改变激光束1的传播方向。

可选的，参阅图4，图4为本申请实施例的第二种实施例的结构示意图；在本实施例中，激光器发射出的激光束1为水平方向,在激光加工装置中加入一个反射镜7或者多个反射镜7，将水平传播的激光改为竖直传播的激光，竖直射向待加工工件5。

可选的，在其他一些实施例中，激光器发射出的激光束1可以为除水平方向以外的其他方向,激光束1的方向也可以改变为除竖直方向以外的其他方向。

本实施例中的激光加工装置还包括用于安装固定分光元器件2的间距调整机构6，用于调整射向所述待加工工件5待加工表面的N束所述子激光束中的每两束所述子激光束之间的实际有效加工的划痕间距。

进一步的，请参阅图5，图5为本申请实施例中的间距调整机构的结构示意图；在本实施例中，将分光元器件2放置于间距调整机构6内，所述间距调整机构6包括用于安装固定分光元器件2的安装架61，将所述分光元器件 2放置于所述安装架61内；具体的，参阅图5，本实施例中的安装架61包括水平方向的底板611和位于底板611上的竖直方向的立板612，分光元器件2 装设于立板612的一侧，且分光元器件2的中心轴线垂直于立板612。在所述立板612的侧面装设有安装并可以转动进而带动分光元器件2一起旋转的调节圈62。通过手动转动调节圈62使分光元器件2旋转一定的角度，以改变射向所述待加工工件5待加工表面的多束所述子激光束中的每两束所述子激光束之间的实际有效加工的划痕间距，直到调到所需要的间距为止。

参阅图6，图6为本申请实施例中的子激光束两个焦点之间的间距与切割轨迹的关系示意图，在本实施例中，分光元器件2射出的子激光束的焦点在与激光束传播方向垂直的方向上形成一条直线，且等间距分布，当子激光束的焦点所在的直线与待加工工件5的直线切割轨迹(与加工平台运动方向平行)重合时，将此时分光元器件2所处的位置作为起始角度0°，两束子激光束的焦点之间的间距最大为L(对于一个选定后的分光元器件2此值就固定不变)，当转动分光元器件2，使其转动一定的角度θ(0°〈θ〈90°)，从分光元器件2射出的子激光束的焦点所在直线与初始角度0°射出的子激光束的焦点所在直线呈一定的角度θ,射向待加工工件5的子激光束的焦点之间的垂直有效间距为H,三者之间的关系可以由公式H＝L*sinθ,得出θ＝arcsin(H/L),

其中分光元器件2的型号，以及整个激光加工装置确定以后，从分光元器件2可以得到的子激光束的焦点之间的最大间距L是已知固定的，需要射向待加工工件5的子激光束的焦点之间的间距H根据需要的切割轨迹之间的间距H而定，例如在本实施例中，切割轨迹之间的间距H为切割出来的晶元单元的尺寸，具体等于晶元单元的长度或者宽度方向的尺寸，因此射向待加工工件5的子激光束的焦点之间的间距为切割出来的晶元单元的尺寸，等于晶元单元的长度或者宽度方向的尺寸。

根据公式θ＝arcsin(H/L),确定分光元器件2的转动角度θ，只需要去调试分光元器件2即可改变射向所述待加工工件5的多束子激光束中的每两束所述子激光束的焦点之间的实际有效加工的划痕间距。

在本实施例中，所述间距调整机构6还进一步包括驱动轴63和皮带64，所述驱动轴63与所述分光元器件2的轴线平行，且通过皮带64相连接，驱动轴63转动带动皮带64转动进而带动所述分光元器件2转动；通过转动分光元器件2，使其转动一定的角度，改变射向所述待加工工件5的多束所述子激光束中的每两束所述子激光束的焦点之间的实际有效加工的划痕间距。

具体的，在本实施例中，驱动轴63与电机类驱动机构相连接，通过软件控制电机的转动，进而控制驱动轴63的转动，假定最大间距脉冲数为S,需要的间距脉冲数为P,根据P＝(S/90)*arcsin(H/L),可以得出需要的间距脉冲数，只需要根据需要设置好参数例如要切割的宽度H值即可。采用软件程序控制驱动轴63转动进而带动分光元器件2转动，可以实现自动化控制，相比手动调节更加准确，精度更高，本例最终H精度可以达到±0.1um。

可选的，所述激光加工装置还进一步包括工件轮廓识别校正组件，所述工件轮廓识别校正组件包括第一CCD图像传感器、第一处理模块、显示装置、盛放所述待加工工件的工作台以及驱动所述工作台移动的第一驱动件；

所述第一CCD图像传感器设置于所述在正对所述工作台的位置，用于获取待加工工件5的图像信息，通过所述第一处理模块将获得的图像信息进行处理并传入所述显示装置显示，实现待加工工件5的轮廓自动识别功能，根据识别出的待加工工件5的轮廓确定用于水平校正的区域范围，具体的所述区域范围包括待加工工件的轮廓边以及位于轮廓内部的区域，然后在所述区域范围内选定待加工工件5上的不同位置得出水平校正的参数，通过第一驱动件驱动所述工作台转动对所述待加工工件5进行水平校正，本申请中的水平校正是指使待加工工件5的预设切割道与加工平台切割运动方向所在直线平行的水平。

水平校正具体步骤如下：

水平校正第一步：依据预先设定好的模版为参考，选定待加工工件5上的区域范围内的一个位置进行匹配，通过工作台的旋转对待加工工件5进行初步水平校正；具体的，本实施例中将能够进行视觉识别的方形模版置于待加工工件5上的区域范围内的一个位置，通过视觉相似度或者灰度算法等将待加工工件5上位于模版内的区域与模版进行匹配，确定预设切割道(参阅图7，图7为放大环境下的晶元图像的照片，晶元生长有一定的纹路，切割时需要顺着晶元的纹路进行切割，将可以进行切割的具有一定宽度的纹路称为预设切割道)与加工平台运动方向所沿的直线之间的偏差角度，通过工作台的旋转使预设切割道与加工平台切割运动方向所在直线的角度达到较小的水平；

水平校正第二步：选择待加工工件5的区域范围内的沿平行于切割道方向上的第一点位置作为基准参考点，再将同一切割道方向的另一点位置作为第二参考点，通过Δ切割道方向的位移和Δ垂直于切割道方向的位移的 arctanα关系算出角度α，再通过工作台的旋转对待加工工件5进行精准校正，具体的，使切割道与加工平台切割运动方向所在直线进一步平行，不断重复此过程直到切割道与加工平台切割运动方向所在直线的角度小于设定范围，则认为待加工工件5的切割道与加工平台切割运动方向所在直线已经平行，自动水平校正完成。

本实施例中的水平不是通常意义上的水平，而是使待加工工件5的切割道与加工平台切割运动方向所在直线平行的水平。本实施例中，由于晶元生长是有一定的纹路，切割时需要顺着晶元的纹路进行切割，因此需要使切割道与加工平台的运动方向所在的直线平行，这样加工平台在相对激光直线运动的过程产生实际的切割道。

本实施例中的显示装置可以是电脑显示屏。

可选的，所述激光加工装置还包括工件位置修正组件，所述工件位置修正组件包括第二CCD图像传感器、第二处理模块、第二控制器、显示装置、盛放所述待加工工件5的工作台以及驱动所述工作台移动的第二驱动件；

所述第二CCD图像传感器设置于在正对工作台的位置，用于获取待加工工件5的位置信息，所述待加工工件位置修正组件将所述第二CCD图像传感器获取待加工工件5的位置信息经过所述第二处理模块的处理，根据得到的位置信息对所述待加工工件5进行位置修正并将信息传送给第二控制器；通过所述第二控制器控制所述第二驱动件驱动所述工作台运动进而带着所述待加工工件5运动到待加工位置。

当待加工工件5切割一定数量切割道后，由于待加工工件5在切割的过程中预裂导致微量膨胀受力等会发生轻微移动，导致位置误差越来越大，及运动平台在运动过程中存在一定的微小累计误差，本实施例中采用工件位置修正组件对待加工工件5的位置进行修正，本实施例中的工件位置修正组件可以设置在切割多少次之后自动进行位置修正。

可选的，所述激光加工装置还包括自动寻焦组件，用于自动寻找激光加工的焦点，所述自动寻焦组件包括第三CCD图像传感器、第三处理模块、第三控制器、显示装置、盛放所述待加工工件5的工作台以及驱动所述工作台移动的第三驱动件；当待加工工件5的位置固定好之后，需要将激光加工的焦点调到所需要的位置，在本实施例中，射向待加工工件5待加工表面的激光为竖直方向，激光的焦点需要在待加工工件5的内部某一个位置，具体指焦点到待加工工件5待加工表面一定距离的位置，根据这个焦点的位置以及焦点到待加工工件5待加工表面的距离可以算出聚焦镜4到待加工工件5待加工表面的距离，通过第三控制器控制第三驱动件驱动工作台移动。

所述激光加工装置中包括所述激光加工装置还包括第四处理模块，用于计算同一待加工工件5一次加工后再次加工时，所述运动平台带动待加工工件移动的距离参数，其中，所述距离参数等于所述子激光束的数量N与两个子激光束之间的间距相乘。在本实施例中，切割轨迹之间的间距H为切割出来的晶元单元的尺寸，具体等于晶元单元的长度或者宽度方向的尺寸，则距离参数等于晶元单元的长度或者宽度方向的尺寸与子激光束的数量N相乘。

本实施例中实现轮廓自动识别、位置修正、自动寻焦功能以及切割完一次后需要发生的相对移动的距离参数自动计算设置功能，使得操作简单而且自动化程度更高，减少了人力操作时间与复杂程度，提高了工作效率。

本申请实施例还提供了一种激光加工方法，包括下述步骤：

将所述激光器射出的一束激光束入射到分光元器件2；

通过所述分光元器件2将所述激光束分成N(N＝2、3、4……)束呈发散角度且沿与所述激光束的方向垂直的方向等间距分布的子激光束；

所述呈发散角度的子激光束再经过所述激光调整组件3转化成呈收缩角度的子激光束；

所述呈收缩角度的子激光束经过聚焦镜4聚焦后等间距射向所述待加工工件5待加工表面,对所述待加工工件5进行加工。

将待加工工件5放上工作台之后，在将激光器射出的一束激光束1入射到分光元器件2的步骤之前，识别出待加工工件5待加工表面的轮廓，根据识别出的待加工工件的轮廓确定用于水平校正的区域范围，具体的所述区域范围包括待加工工件的轮廓边以及位于轮廓内部的区域，然后所述区域范围内选定待加工工件5上的不同位置得出水平校正的参数，通过第一驱动件驱动所述工作台转动对所述待加工工件5进行水平校正。

水平校正具体步骤如下：

水平校正第一步：依据预先设定好的模版为参考，选定待加工工件5上的区域范围内的一个位置进行匹配，通过工作台的旋转对待加工工件5进行初步水平校正；具体的，本实施例中将能够进行视觉识别的方形模版置于待加工工件5上的区域范围内的一个位置，通过视觉相似度或者灰度算法等将待加工工件5上位于模版内的区域与模版进行匹配，确定预设切割道(参阅图7，图7为放大环境下的晶元图像的照片，晶元生长有一定的纹路，切割时需要顺着晶元的纹路进行切割，将可以进行切割的具有一定宽度的纹路称为预设切割道)与加工平台运动方向所沿的直线之间的偏差角度，通过工作台的旋转使预设切割道与加工平台切割运动方向所在直线的角度达到较小的水平；

水平校正第二步：选择待加工工件5的沿平行于切割道方向上的第一点位置作为基准参考点，再将同一切割道方向的另一点位置作为第二参照点，通过Δ切割道方向的位移和Δ垂直于切割道方向的位移的arctanα关系算出角度α，再通过工作台的旋转对待加工工件5进行精准水平校正，不断重复此过程直到切割道与加工平台切割运动方向所在直线的角度小于设定范围，则认为待加工工件5的切割道与加工平台切割运动方向所在直线已经平行，即自动水平校正完成。

本实施例中的水平不是通常意义上的水平，而是使待加工工件5的切割道与加工平台切割运动方向所在直线平行的水平。本实施例中，由于晶元生长是有一定的纹路，切割时需要顺着晶元的纹路进行切割，因此需要使切割道与加工平台的运动方向所在的直线平行，这样加工平台在相对激光直线运动的过程产生实际的切割道。

在从所述聚焦镜4出射的多束子激光束等间距射向所述待加工工件5待加工表面,对所述待加工工件5进行加工的步骤之后，还包括：

通过工件位置修正组件对加工后的待加工工件5的剩余未加工部分进行位置修正；

计算同一待加工工件5一次加工后再次加工时运动平台带动待加工工件移动的距离；

根据所计算的距离，将待加工工件5移动到对应位置，或者将聚焦后等间距射向待加工工件5的子激光束射到对应位置时，再次对待加工工件5进行激光加工。

相比于现有技术，本申请实施例提供的激光加工装置以及方法具有以下进步：

激光器射出的一束激光束1依次经过分光元器件2、激光调整组件3、聚焦镜4的作用之后射向待加工工件5，在待加工工件5的内部形成等间距的N 个焦点，当加工平台带动待加工工件5移动过程中，可以产生N个切割痕迹，在待加工工件5上同时进行加工，实现了多轨道的激光加工，与现有的单轨道加工相比，极大的提高了激光加工效率。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光加工装置，其特征在于，包括：

激光器,用于发射激光束；

分光元器件, 设置于所述激光束的输出光路上，用于将所述激光器射出的激光束分成N束呈发散角度且沿与所述激光束的传播方向垂直的方向等间距分布的子激光束，N为大于或等于2的整数，分光元器件射出的子激光束的焦点在与激光束传播方向垂直的方向上形成一条直线，

当子激光束的焦点所在的直线与待加工工件的直线切割轨迹重合时，同一分光元器件发射出的两束子激光束的焦点之间的最大间距为L，此时分光元器件所处的位置作为起始角度0°，当分光元器件转动一定角度θ后，射向待加工工件的子激光束的焦点之间的垂直有效间距为H，三者之间的关系满足：H=L*sinθ，其中，0°〈θ〈90°；

激光调整组件, 设置于所述分光元器件的输出光路上，用于将呈发散角度的子激光束转化成呈收缩角度的子激光束；

聚焦镜, 设置于所述激光调整组件的输出光路上，用于将射入的呈收缩角度的N束子激光束聚焦后等间距射向待加工工件,对所述待加工工件进行加工；

所述激光加工装置还包括用于安装固定分光元器件的间距调整机构，用于调整射向所述待加工工件待加工表面的N束所述子激光束中的每两束所述子激光束之间实际有效加工的划痕间距；

所述间距调整机构包括安装架、驱动轴和皮带；

将所述分光元器件放置于所述安装架内；

所述驱动轴与所述分光元器件的轴线平行，且两者通过皮带相连接，所述驱动轴转动带动所述皮带转动进而带动所述分光元器件转动；

驱动轴与电机类驱动机构相连接，通过软件程序控制电机的转动，进而控制驱动轴的转动，在软件程序中设置H，根据P=（S/90）*arcsin(H/L)，计算出需要的间距脉冲数P，其中S为最大间距脉冲数。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光调整组件,包括顺序设置于所述激光束的输出光路上的第一物镜、光阑以及第二物镜；

所述分光元器件、第一物镜、光阑、第二物镜以及聚焦镜的轴线同心设置；

所述第一物镜和第二物镜为双凸透镜或者平凸透镜。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，所述第一物镜中心到所述分光元器件的中心的距离、所述第一物镜中心到所述光阑中心的距离、所述光阑中心到所述第二物镜中心的距离、所述第二物镜中心到所述聚焦镜的中心的距离均相等。

4.根据权利要求1至3任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括用于自动寻找激光加工的焦点的自动寻焦组件、工件轮廓识别校正组件及工件位置修正组件；

所述工件轮廓识别校正组件包括第一CCD图像传感器、第一处理模块、显示装置、盛放所述待加工工件的工作台以及驱动所述工作台转动的第一驱动件；

所述第一CCD图像传感器用于获取待加工工件的图像信息，通过所述第一处理模块将获得的图像信息进行处理并传入所述显示装置显示，识别出待加工工件的轮廓，然后根据选定的待加工工件的位置得出水平校正的参数，通过第一驱动件驱动所述工作台转动对所述待加工工件进行水平校正；

所述工件位置修正组件包括第二CCD图像传感器、第二处理模块、第二控制器、显示装置、盛放所述待加工工件的工作台以及驱动所述工作台移动的第二驱动件；

所述第二CCD图像传感器用于获取待加工工件的位置信息，将所述第二CCD图像传感器获取待加工工件的位置信息经过所述第二处理模块的处理，根据得到的位置信息对所述待加工工件进行位置修正，通过所述第二控制器控制所述第二驱动件驱动所述工作台移动到待加工位置。

5.一种使用如权利要求1至4任一项所述的激光加工装置进行加工的激光加工方法，其特征在于，包括下述步骤：

将激光器射出的一束激光束入射到分光元器件；

通过所述分光元器件将所述激光束分成N束呈发散角度且沿与所述激光束的方向垂直的方向等间距分布的子激光束，N为大于或等于2的整数;

所述呈发散角度的子激光束再经过激光调整组件转化成呈收缩角度的子激光束；

所述呈收缩角度的子激光束经过聚焦镜聚焦后等间距射向所述待加工工件待加工表面,对所述待加工工件进行加工；

其中，分光元器件射出的子激光束的焦点在与激光束传播方向垂直的方向上形成一条直线，当子激光束的焦点所在的直线与待加工工件的直线切割轨迹重合时，同一分光元器件发射出的两束子激光束的焦点之间的最大间距为L，此时分光元器件所处的位置作为起始角度0°，当分光元器件转动一定角度θ后，射向待加工工件的子激光束的焦点之间的垂直有效间距为H，三者之间的关系满足：H=L*sinθ，其中，0°〈θ〈90°。

6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，在将激光器射出的一束激光束入射到分光元器件的步骤之前，还包括：对待加工工件的轮廓进行识别再进行待加工工件的水平校正，具体包括：

识别出待加工工件的轮廓，根据识别出的待加工工件的轮廓确定用于水平校正的区域范围；

依据预先设定好的模版为参考，选定待加工工件上的区域范围内的一个位置进行匹配，通过工作台的旋转对待加工工件进行初步水平校正；

选择待加工工件的区域范围内的沿平行于切割道方向的第一点位置作为基准参考点，再将同一切割道的另一点位置作为第二参考点，通过Δ切割道方向的位移和Δ垂直于切割道方向的位移的arctanα关系算出角度α，再通过工作台的旋转对待加工工件进行精准水平校正，不断重复此过程直到切割道与工作台切割运动方向所在直线的角度小于设定范围。

7.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，在从所述聚焦镜出射的多束子激光束等间距射向所述待加工工件,对所述待加工工件进行加工的步骤之后，还包括：

通过工件位置修正组件对待加工工件的剩余未加工部分进行位置修正；

计算同一待加工工件一次加工后再次加工时工作台带动待加工工件移动的距离；

根据所计算的距离，将待加工工件移动到对应位置，或者将聚焦后等间距射向待加工工件的子激光束射到对应位置时，再次对待加工工件进行激光加工。

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