CN110076450A - 双光束激光加工光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光加工领域，公开了一种双光束激光加工光学系统，包括用于发射主激光的脉冲光纤激光器(1)、用于发射辅助激光的连续激光器(2)、可调偏转方向的反射镜(3)、合束器(4)、聚焦组件和激光扫描组件；辅助激光经由可调偏转方向的反射镜(3)与主激光合束后形成双光束激光，该双光束激光被传输至待处理的工件进行激光加工，在工件激光加工路径上始终维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置不变。本发明通过对该系统里各个组件的构成及它们的相互作用关系等进行改进，引入在工件激光加工路径上聚焦光斑始终与主激光聚焦光斑保持相对位置不变的辅助激光，实现双光束，能够克服高功率光纤激光器价格昂贵等问题。

Description

双光束激光加工光学系统
技术领域
本发明属于激光加工领域，更具体地，涉及一种双光束激光加工光学系统。
背景技术
光纤激光器结构简单，体积小巧，操作和维护动行简单可靠，不需要像半导体激光泵浦固体激光器系统中的水冷结构等的复杂设备。与灯泵浦激光器相比，光纤激光器消耗的电能仅约为灯泵浦激光器系统的1％，并且因为光纤只能传输基本的空间模式，所以光纤激光器的光束质量不受激光功率运作的影响。光纤激光器是所有固体激光器之中最稳定和易于使用的，高功率脉冲光纤激光器与传统加工和其他类型的加工相比优势突显，纳秒高功率脉冲光纤激光器成为激光深雕和激光清洗等应用的首选。
但目前的纳秒高功率脉冲光纤激光器与连续激光器相比价格昂贵的多，且纳秒高功率脉冲光纤激光器技术突破难，平均功率更高的脉冲光纤激光器的价格甚至要翻倍。如，一台平均功率200W的纳秒高功率光纤激光器报价35万元，而1000W的连续半导体激光器的价格还不到它的1/3。一台平均功率300W的纳秒高功率光纤激光器则比上面两个激光器价格加在一起要贵的多，可以看到只靠高功率脉冲光纤激光器产生的主激光进行激光加工的方式价格昂贵。以往的连续激光器作为辅助激光的方式主要是为了消除激光加工的微裂纹，提高加工效率，但是往往不能灵活调节辅助激光与主激光的相对位置，进一步提高加工效率，且很多辅助激光的光路设计过于复杂不便安装调节。这些缺点限制了纳秒高功率脉冲光纤激光器在激光加工，尤其是激光清洗和激光深雕等的直接应用和推广。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种双光束激光加工光学系统，通过对激光加工光学系统里各个组件的构成及它们的相互作用关系等进行改进，引入在工件激光加工路径上聚焦光斑始终与主激光聚焦光斑保持相对位置不变的辅助激光，实现双光束，能够克服高功率光纤激光器价格昂贵、以往的连续激光器作为辅助激光的方式往往不能灵活调节辅助激光与主激光的相对位置进一步提高加工效率、很多辅助激光的光路设计过于复杂不便安装调节等问题，本发明利用双光束激光进行激光加工，降低成本，辅助激光的光路设计相对简单便于安装调节，可以灵活调节辅助激光与主激光的相对位置，提高激光加工效率，尤其是激光清洗和激光深雕的加工效率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双光束激光加工光学系统，其特征在于，包括脉冲光纤激光器(1)、连续激光器(2)、可调偏转方向的反射镜(3)、合束器(4)、聚焦组件和激光扫描组件；其中，
所述脉冲光纤激光器(1)用于发射主激光，所述连续激光器(2)用于发射辅助激光，该辅助激光经由所述可调偏转方向的反射镜(3)与所述主激光一同入射到所述合束器(4)中进行合束形成双光束激光，其中所述可调偏转方向的反射镜(3)用于调节所述辅助激光与主激光的相对位置；合束后的双光束激光用于通过所述聚焦组件和所述激光扫描组件传输至待处理的工件，从而用于对工件进行激光加工，并且在工件激光加工路径上始终维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置不变。
按照本发明的另一方面，本发明提供了一种双光束激光加工光学系统，其特征在于，包括脉冲光纤激光器(1)、连续激光器(2)、可调偏转方向的反射镜(3)、合束器(4)、聚焦组件和可移动机床；其中，
所述脉冲光纤激光器(1)用于发射主激光，所述连续激光器(2)用于发射辅助激光，该辅助激光经由所述可调偏转方向的反射镜(3)与所述主激光一同入射到所述合束器(4)中进行合束形成双光束激光，其中所述可调偏转方向的反射镜(3)用于调节所述辅助激光与主激光的相对位置；合束后的双光束激光用于通过聚焦组件传输至待处理的工件，从而用于对工件进行激光加工；
所述可移动机床用于放置待处理的工件，并能够带动该待处理的工件移动，从而实现对该待处理的工件不同区域的激光加工；并且，在工件激光加工路径上始终维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置不变。
作为本发明的进一步优选，所述可调偏转方向的反射镜(3)包括反射镜安装板和固定在该反射镜安装板上的反射镜(35)；其中，所述反射镜安装板上设置有支点钢珠(31)，并且该反射镜安装板还与压电陶瓷位移驱动器(32，33)相连，所述压电陶瓷位移驱动器(32，33)用于带动所述反射镜安装板绕所述支点钢珠(31)偏转，从而实现所述反射镜(35)偏转方向的调节，进而调节在工件激光加工路径上辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置。
作为本发明的进一步优选，所述辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置具体为主激光聚焦光斑与辅助激光聚焦光斑同心，或者为辅助激光聚焦光斑在前、且主激光聚焦光斑在后，或者为辅助激光聚焦光斑在后、且主激光聚焦光斑在前。
作为本发明的进一步优选，所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑均为圆光斑，并且辅助激光聚焦光斑的面积大于所述主激光聚焦光斑；此外，所述双光束激光的扫描运动方向平行于所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑的圆心连线。
作为本发明的进一步优选，所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑均为圆光斑，并且辅助激光聚焦光斑的面积大于所述主激光聚焦光斑；此外，所述待处理的工件其移动方向平行于所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑的圆心连线。
作为本发明的进一步优选，所述激光扫描组件为扫描振镜组，该扫描振镜组包括至少一组由振镜和扫描镜组成的振镜-扫描镜组，用于实现所述辅助激光和所述主激光的共同扫描运动。
作为本发明的进一步优选，所述脉冲光纤激光器(1)为纳秒脉冲光纤激光器；
所述连续激光器(2)为连续光纤激光器或连续半导体激光器；
所述合束器(4)为透射/反射滤光片，或波长合束器，或偏振合束器。
作为本发明的进一步优选，所述聚焦组件为长焦镜或场镜；其中，所述长焦镜放置在所述合束器(4)和所述激光扫描组件之间；所述场镜放置在所述激光扫描组件和所述待处理的工件之间。
作为本发明的进一步优选，所述聚焦组件为场镜，所述场镜放置在所述合束器(4)和所述待处理的工件之间。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于以脉冲光纤激光器作为主激光器，以连续激光器作为辅助激光器，并通过设置可调偏转方向的反射镜，以控制辅助激光与主激光的相对位置，能够根据辅助激光的不同功能需求，在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的不同相对位置。辅助激光器发出的辅助激光经可调偏转方向的反射镜反射后和主激光器发出的主激光同时入射合束器进行合束，主激光和辅助激光经合束器合束后可以通过聚焦镜和扫描振镜组至工件，根据辅助激光的功能需求，在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置。在工件激光加工路径上始终维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置，也即确保了在工件激光加工路径上双光束的共同运动。在工件上，主激光和辅助激光可按照设定高效运转，两者可以都为圆光斑，辅助激光的光斑面积优选比主激光稍微大一些，主激光与辅助激光的圆心连线即为双光束的共同运动方向。
工件激光加工路径上辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置可以利用可调偏转方向的反射镜实现灵活调整，相对位置大致可分为以下几类：i)主激光聚焦光斑与辅助激光聚焦光斑同心，例如用于同步作用；或者ii)辅助激光聚焦光斑在前，主激光聚焦光斑在后，例如用于预热辅热作用；或者iii)辅助激光聚焦光斑在后，主激光聚焦光斑在前，例如用于保温作用。主激光器的波长可以根据应用需要选择，辅助激光器的波长也可以根据应用需要选择，两者的波长可以不同。
可调偏转方向的反射镜中可优选设置压电陶瓷位移驱动器(如，X方向压电陶瓷位移驱动器和Y方向压电陶瓷位移驱动器)，利用压电陶瓷位移驱动器调节可调偏转方向的反射镜微小偏转，使其绕支点钢珠X方向和Y方向组合任意调节，小角度灵活偏转，进而控制在工件激光加工路径上辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置。
整体说来，本发明提供的上述双光束激光加工光学系统，与现有技术相比具有以下优点：
(1)显著提高激光加工效率。可调偏转方向的反射镜(高速响应可动态调整方向的反射镜)，不管主激光相对工件的运动方向如何改变，可以在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置，实现主激光聚焦光斑与辅助激光聚焦光斑同心，辅助激光聚焦光斑在前主激光聚焦光斑在后，辅助激光聚焦光斑在后主激光聚焦光斑在前的固定方位，满足不同应用需求，如同步作用，预热辅热作用或保温作用等，从而提高双光束激光的加工效率，例如对于激光清洗和激光深雕的应用，可保持辅助激光聚焦光斑在主激光聚焦光斑的前面，通过辅助激光的预先加热作用，可以大大提高工件对主激光的吸收率，使主激光的加工效率可以提高数倍。
(2)利用双光束激光进行激光加工，大幅降低设备成本。本发明优选采用纳秒脉冲光纤激光器(如，纳秒脉宽光纤激光器)作为主激光器，以较为廉价的连续激光器作为辅助激光器(连续激光器比脉冲激光器价格低很多，不论是连续光纤还是连续半导体激光器)，在实现相同功率的大功率激光的前提下，相较于单独的、价格昂贵的大功率纳秒脉冲光纤激光器，这种双光束激光加工光学系统能大大降低激光器的成本。如，一台平均功率200W的纳秒高功率光纤激光器报价35万元，而1000W的连续半导体激光器的价格还不到它的1/3。一台平均功率300W的纳秒高功率光纤激光器则比上面两个激光器价格加在一起要贵的多。利用平均功率200W的纳秒高功率光纤激光器和1000W的连续激光器进行双光束激光加工，能够达到一台平均功率500W的纳秒高功率光纤激光器的效果，由此可降低成本。
(3)本发明的双光束激光加工光学系统可以非常方便的移植到现有单光束激光加工系统中，只需要一个可调偏转方向的反射镜和一个合束器就可以完成，改造现有加工系统简单方便。
(4)辅助激光与主激光的相对位置可以自由调节，可以满足不同激光加工应用的需求，采用压电陶瓷位移驱动器，可以快速调节辅助激光反射镜的偏转方向，可以通过计算机根据激光与工件的运动方向进行同步控制，自动化控制，降低操作难度；例如，可调偏转方向的反射镜中的压电陶瓷位移驱动器就可以通过计算机来控制，可调偏转方向的反射镜和扫描振镜组通过计算机进行自动化控制，保证该系统易于控制，高效自动化运转。而脉冲光纤激光器和连续激光器也可以通过计算机进行自动化控制，使得主激光和辅助激光几乎同时到达合束器，最后几乎同时到达工件位置。
(5)主激光与辅助激光可以选择各种不同的光源，光源选择范围广。不同波长的光源可以通过波长合束器件实现合束，相同波长的激光光源可以采用偏振合束器件实现合束。
附图说明
图1为本发明的双光束激光加工光学系统的第一种实施例(即实施例一)的示意图。
图2为本发明的双光束激光加工光学系统的可调偏转方向的反射镜的示意图。
图3为本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束上下左右方向运动时，用于激光深雕和激光清洗时，辅助激光在前主激光在后的相对位置示意图；其中，图3中的(a)对应于本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束向右运动，图3中的(b)对应于本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束向左运动，图3中的(c)对应于本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束向上运动，图3中的(d)对应于本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束向下运动。
图4为本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束任意方向运动(以右上运动为例)时，不同辅助激光的功能需求下，辅助激光和主激光的相对位置示意图；其中，图4中的(a)对应于辅助激光聚焦光斑在前、主激光聚焦光斑在后的情形，图4中的(b)对应于主激光聚焦光斑与辅助激光聚焦光斑同心的情形，图4中的(c)对应于辅助激光聚焦光斑在后、主激光聚焦光斑在前的情形。
图5为本发明的双光束激光加工光学系统的第二种实施例(即实施例二)的示意图。
图6为本发明的双光束激光加工光学系统的第三种实施例(即实施例三)的示意图。
图7为本发明的双光束激光加工光学系统的第四种实施例(即实施例四)的示意图。
图8为本发明的双光束激光加工光学系统的第五种实施例(即实施例五)的示意图。
图9为本发明的双光束激光加工光学系统的第六种实施例(即实施例六)的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记表示相同的组成部分，其中：1-脉冲光纤激光器(如，纳秒脉冲光纤激光器)，2-连续激光器(如，连续半导体激光器)，3-可调偏转方向的反射镜，31-支点钢珠，32-X方向压电陶瓷位移驱动器，33-Y方向压电陶瓷位移驱动器，34-拉紧弹簧，35-反射镜，4-合束器(如，波长合束器)，5-X扫描镜，6-X振镜，7-Y扫描镜，8-Y振镜，9-场镜，10-工件，11-长焦镜，12-主激光，13-辅助激光。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一：
本发明的双光束激光加工光学系统的第一种实施例示意图如图1所示，所述双光束激光加工光学系统由纳秒脉冲光纤激光器1、连续半导体激光器2、可调偏转方向的反射镜3、波长合束器4、长焦镜11、扫描振镜组(包括X振镜6、X扫描镜5和Y振镜8、Y扫描镜7)和工件10构成，长焦镜11放置在波长合束器4和包括X振镜6、X扫描镜5和Y振镜8、Y扫描镜7的扫描振镜组之间，连续半导体激光器2发射的辅助激光经可调偏转方向的反射镜3反射后入射波长合束器4，纳秒脉冲光纤激光器1发射的主激光入射波长合束器4，主激光和辅助激光经波长合束器合束后通过长焦镜11和包括X振镜6、X扫描镜5和Y振镜8、Y扫描镜7的扫描振镜组至工件10。根据辅助激光的功能需求，在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置。所述双光束激光加工光学系统的纳秒脉冲光纤激光器1和连续半导体激光器2可以通过计算机进行自动化控制，使得主激光和辅助激光几乎同时到达合束器4，最后几乎同时到达工件10位置，所述双光束激光加工光学系统的可调偏转方向的反射镜3和包括X振镜6、X扫描镜5和Y振镜8、Y扫描镜7的扫描振镜组也可以通过计算机进行自动化控制，保证该系统易于控制，高效自动化运转。所述包括X振镜6、X扫描镜5和Y振镜8、Y扫描镜7的扫描振镜组用于控制辅助激光与主激光的共同运动方向，所述可调偏转方向的反射镜3用于控制辅助激光与主激光的相对位置。
如图2所示为本发明的双光束激光加工光学系统的可调偏转方向的反射镜的示意图，表明了可调偏转方向的反射镜的结构，可调偏转方向的反射镜3由X方向压电陶瓷位移驱动器32、Y方向压电陶瓷位移驱动器33、支点钢珠31、拉紧弹簧34和反射镜35构成，可以通过计算机控制其背面的X方向压电陶瓷位移驱动器和Y方向压电陶瓷位移驱动器，调节可调偏转方向的反射镜微小偏转，使其绕支点钢珠31X方向和Y方向组合任意调节，小角度灵活偏转，用于控制在工件激光加工路径上辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置。
如图3所示为本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束上下左右方向运动时，用于激光深雕和激光清洗时，辅助激光在前主激光在后的相对位置示意图。所述双光束激光加工光学系统的工件上，主激光和辅助激光按照设定高效运转，辅助激光总是在主激光的正前方，两者都为圆光斑，辅助激光的光斑面积比主激光稍微大一些，辅助激光可以把主激光包住，辅助激光与主激光的圆光斑内切，主激光与辅助激光的圆心连线为双光束的运动方向。图3中的(a)、(b)、(c)和(d)分别表示双光束向右、向左、向上、向下运动时，辅助激光和主激光的相对位置。
如图4所示为本发明的双光束激光加工光学系统的工件上双光束任意方向运动(以右上运动为例)时，不同辅助激光的功能需求下，辅助激光和主激光的相对位置示意图。所述双光束激光加工光学系统的工件上，主激光和辅助激光按照设定高效运转，根据辅助激光的功能需求，在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置：图4中的(a)为辅助激光聚焦光斑在前，主激光聚焦光斑在后，用于激光深雕和激光清洗的预热辅热作用；图4中的(b)为主激光聚焦光斑与辅助激光聚焦光斑同心，用于同步作用；图4中的(c)为辅助激光聚焦光斑在后，主激光聚焦光斑在前，用于保温作用。主激光与辅助激光都为圆光斑，辅助激光的光斑面积比主激光稍微大一些，主激光与辅助激光的圆心连线为双光束的运动方向。
实施例二：
本发明的双光束激光加工光学系统的第二种实施例示意图如图5所示，所述双光束激光加工光学系统由纳秒脉冲光纤激光器、连续半导体激光器、可调偏转方向的反射镜、波长合束器、场镜、包括X振镜X扫描镜和Y振镜Y扫描镜的扫描振镜组和工件构成，场镜放置在包括X振镜X扫描镜和Y振镜Y扫描镜的扫描振镜组和工件之间，连续半导体激光器发射的辅助激光经可调偏转方向的反射镜反射后入射波长合束器，纳秒脉冲光纤激光器发射的主激光入射波长合束器，主激光和辅助激光经波长合束器合束后通过包括X振镜X扫描镜和Y振镜Y扫描镜的扫描振镜组和场镜至工件，根据辅助激光的功能需求，在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置。所述双光束激光加工光学系统的纳秒脉冲光纤激光器和连续半导体激光器通过计算机进行自动化控制，使得主激光和辅助激光几乎同时到达合束器，最后几乎同时到达工件位置，所述双光束激光加工光学系统的可调偏转方向的反射镜和包括X振镜X扫描镜和Y振镜Y扫描镜的扫描振镜组通过计算机进行自动化控制，保证该系统易于控制，高效自动化运转。所述包括X振镜X扫描镜和Y振镜Y扫描镜的扫描振镜组用于控制辅助激光与主激光的共同运动方向，所述可调偏转方向的反射镜用于控制辅助激光与主激光的相对位置。
与实施例一的区别在于所述聚焦镜为场镜，放置在包括X振镜X扫描镜和Y振镜Y扫描镜的扫描振镜组和工件之间。其他如，双光束运动方向控制，主激光与辅助激光相对位置控制，可调偏转方向的反射镜的结构等均与实施例一相一致。
实施例三：
本发明的双光束激光加工光学系统的第三种实施例示意图如图6所示，与实施例一的区别在于，使用的扫描振镜组仅包括X振镜X扫描镜。在工件上双光束激光共同运动方向仅能左右运动。以辅助激光聚焦光斑在前，主激光聚焦光斑在后，用于预热辅热作用为例，工件上主激光和辅助激光的位置如图3(a)和(b)所示。可把双光束激光加工光学系统封装起来，做成手持式或加机械移动手臂，用于激光清洗。其他如，主激光与辅助激光相对位置控制，可调偏转方向的反射镜的结构等均与实施例一相一致。
实施例四：
本发明的双光束激光加工光学系统的第四种实施例示意图如图7所示，与实施例二的区别在于，使用的扫描振镜组仅包括X振镜X扫描镜。在工件上双光束激光共同运动方向仅能左右运动。以辅助激光聚焦光斑在前，主激光聚焦光斑在后，用于预热辅热作用为例，工件上主激光和辅助激光的位置如图3(a)和(b)所示。可把双光束激光加工光学系统封装起来，做成手持式或加机械移动手臂，用于激光清洗。其他如，主激光与辅助激光相对位置控制，可调偏转方向的反射镜的结构等均与实施例二相一致。
实施例五：
本发明的双光束激光加工光学系统的第五种实施例示意图如图8所示，与实施例一的区别在于，使用的扫描振镜组仅包括Y振镜Y扫描镜。在工件上双光束激光共同运动方向仅能左右运动。以辅助激光聚焦光斑在前，主激光聚焦光斑在后，用于预热辅热作用为例，工件上主激光和辅助激光的位置如图3(a)和(b)所示。可把双光束激光加工光学系统封装起来，做成手持式或加机械移动手臂，用于激光清洗。其他如，主激光与辅助激光相对位置控制，可调偏转方向的反射镜的结构等均与实施例一相一致。
实施例六：
本发明的双光束激光加工光学系统的第六种实施例示意图如图9所示，与实施例二的区别在于，使用的扫描振镜组仅包括Y振镜Y扫描镜。在工件上双光束激光共同运动方向仅能左右运动。以辅助激光聚焦光斑在前，主激光聚焦光斑在后，用于预热辅热作用为例，工件上主激光和辅助激光的位置如图3中的(a)和图3中的(b)所示。可把双光束激光加工光学系统封装起来，做成手持式或加机械移动手臂，用于激光清洗。其他如，主激光与辅助激光相对位置控制，可调偏转方向的反射镜的结构等均与实施例二相一致。
实施例七：
本发明的双光束激光加工光学系统，与实施例一的区别在于，无扫描振镜组，工件机床运动，控制辅助激光和主激光相对工件的共同运动方向。其他如，主激光与辅助激光相对位置控制，可调偏转方向的反射镜的结构等均与实施例一相一致。
实施例八：
以上实施例一至七，所述连续激光器还可以是连续光纤激光器。合束器除了采用波长合束器外，也可采用现有技术中常规的合束器，如偏振合束器、透射/反射滤光片(该透射/反射滤光片能够透射主激光、并反射辅助激光)。
总体而言，本发明通过双光束激光加工光学系统，利用双光束激光进行激光加工，降低成本，辅助激光的光路设计相对简单便于安装调节，可以在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置，实现主激光聚焦光斑与辅助激光聚焦光斑同心，辅助激光聚焦光斑在前主激光聚焦光斑在后，辅助激光聚焦光斑在后主激光聚焦光斑在前的固定方位，满足不同应用需求，如同步作用，预热辅热作用或保温作用等，从而提高激光加工效率，尤其是激光清洗和激光深雕的加工效率，自动化控制降低操作难度。所述双光束激光加工光学系统由脉冲光纤激光器(主激光器)、连续激光器(辅助激光器)、可调偏转方向的反射镜、合束器、聚焦镜、扫描振镜组和工件构成，辅助激光器发出的辅助激光经可调偏转方向的反射镜反射后和主激光器发出的主激光同时入射合束器进行合束，主激光和辅助激光经合束器合束后通过聚焦镜和扫描振镜组至工件，根据辅助激光的功能需求，在工件激光加工路径上维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置。所述可调偏转方向的反射镜，可以通过计算机控制其背面的X方向压电陶瓷位移驱动器和Y方向压电陶瓷位移驱动器，调节可调偏转方向的反射镜微小偏转，使其绕支点钢珠X方向和Y方向组合任意调节，小角度灵活偏转，用于控制在工件激光加工路径上辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑的相对位置。所述双光束激光加工光学系统的扫描振镜组，用于控制辅助激光和主激光的共同运动方向。
本发明的双光束激光加工光学系统中，扫描振镜组的组成可以包括X振镜-X扫描镜和Y振镜-Y扫描镜，或只包括X振镜-X扫描镜，或只包括Y振镜-Y扫描镜。对于只包含X振镜-X扫描镜，或只包括Y振镜-Y扫描镜的双光束激光加工光学系统，可以把双光束激光加工光学系统封装起来，做成手持式或加机械移动手臂，用于例如激光清洗。当然，也可以不采用扫描振镜组，利用工件机床实现激光光斑与工件的相对运动，从而实现对待处理工件不同区域的激光加工。
本发明中的双光束激光加工光学系统，除了采用计算机进行自动化控制外，也可以通过人工手动调节来控制。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双光束激光加工光学系统，其特征在于，包括脉冲光纤激光器(1)、连续激光器(2)、可调偏转方向的反射镜(3)、合束器(4)、聚焦组件和激光扫描组件；其中，
所述脉冲光纤激光器(1)用于发射主激光，所述连续激光器(2)用于发射辅助激光，该辅助激光经由所述可调偏转方向的反射镜(3)与所述主激光一同入射到所述合束器(4)中进行合束形成双光束激光，其中所述可调偏转方向的反射镜(3)用于调节所述辅助激光与主激光的相对位置；合束后的双光束激光用于通过所述聚焦组件和所述激光扫描组件传输至待处理的工件，从而用于对工件进行激光加工，并且在工件激光加工路径上始终维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置不变。
2.一种双光束激光加工光学系统，其特征在于，包括脉冲光纤激光器(1)、连续激光器(2)、可调偏转方向的反射镜(3)、合束器(4)、聚焦组件和可移动机床；其中，
所述脉冲光纤激光器(1)用于发射主激光，所述连续激光器(2)用于发射辅助激光，该辅助激光经由所述可调偏转方向的反射镜(3)与所述主激光一同入射到所述合束器(4)中进行合束形成双光束激光，其中所述可调偏转方向的反射镜(3)用于调节所述辅助激光与主激光的相对位置；合束后的双光束激光用于通过聚焦组件传输至待处理的工件，从而用于对工件进行激光加工；
所述可移动机床用于放置待处理的工件，并能够带动该待处理的工件移动，从而实现对该待处理的工件不同区域的激光加工；并且，在工件激光加工路径上始终维持辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置不变。
3.如权利要求1或2所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述可调偏转方向的反射镜(3)包括反射镜安装板和固定在该反射镜安装板上的反射镜(35)；其中，所述反射镜安装板上设置有支点钢珠(31)，并且该反射镜安装板还与压电陶瓷位移驱动器(32，33)相连，所述压电陶瓷位移驱动器(32，33)用于带动所述反射镜安装板绕所述支点钢珠(31)偏转，从而实现所述反射镜(35)偏转方向的调节，进而调节在工件激光加工路径上辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置。
4.如权利要求1或2所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述辅助激光聚焦光斑与主激光聚焦光斑两者的相对位置具体为主激光聚焦光斑与辅助激光聚焦光斑同心，或者为辅助激光聚焦光斑在前、且主激光聚焦光斑在后，或者为辅助激光聚焦光斑在后、且主激光聚焦光斑在前。
5.如权利要求1所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑均为圆光斑，并且辅助激光聚焦光斑的面积大于所述主激光聚焦光斑；此外，所述双光束激光的扫描运动方向平行于所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑的圆心连线。
6.如权利要求2所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑均为圆光斑，并且辅助激光聚焦光斑的面积大于所述主激光聚焦光斑；此外，所述待处理的工件其移动方向平行于所述主激光聚焦光斑和所述辅助激光聚焦光斑的圆心连线。
7.如权利要求1所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述激光扫描组件为扫描振镜组，该扫描振镜组包括至少一组由振镜和扫描镜组成的振镜-扫描镜组，用于实现所述辅助激光和所述主激光的共同扫描运动。
8.如权利要求1或2所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述脉冲光纤激光器(1)优选为纳秒脉冲光纤激光器；
所述连续激光器(2)优选为连续光纤激光器或连续半导体激光器；
所述合束器(4)优选为透射/反射滤光片，或波长合束器，或偏振合束器。
9.如权利要求1所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述聚焦组件为长焦镜或场镜；其中，所述长焦镜放置在所述合束器(4)和所述激光扫描组件之间；所述场镜放置在所述激光扫描组件和所述待处理的工件之间。
10.如权利要求2所述双光束激光加工光学系统，其特征在于，所述聚焦组件为场镜，所述场镜放置在所述合束器(4)和所述待处理的工件之间。
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