CN110883436A - 实现大幅面多路激光并行刻划的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种实现大幅面多路激光并行刻划的方法和装置，涉及激光刻线领域。该实现大幅面多路激光并行刻划的装置包括激光发射模块、激光衍射模块和激光聚焦模块，激光发射模块、激光衍射模块和激光聚焦模块依次设置，激光衍射模块用于将激光分成至少两束子光束，激光聚焦模块用于对至少两束子光束聚焦，聚焦后的子光束用于对基板刻线。上述的实现大幅面多路激光并行刻划的方法和装置能够实现多路激光并行加工，有利于提高激光划刻平行凹槽的效率。

Description

实现大幅面多路激光并行刻划的方法和装置

技术领域

本发明涉及激光刻线领域，具体而言，涉及一种实现大幅面多路激光并行刻划的方法和装置。

背景技术

在太阳能电池中，薄膜电池具有生产成本低、易于大规模连续化生产、弱光效应好等优点，但存在电池转化效率低等缺点。在薄膜电池中，激光刻线在薄膜电池中起着非常重要的作用，为了增大薄膜电池的转化效率，需要在基板上划刻出多个平行凹槽，现有实现并行刻线的装置结构复杂，不利于调节。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种实现大幅面多路激光并行刻划的方法和装置，其具有结构简单和使用方便的特点，能够实现多路激光并行加工，有利于提高激光划刻平行凹槽的效率。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，实施例提供一种实现大幅面多路激光并行刻划的装置，用于激光并行刻线装置，所述激光并行刻线装置包括用于发射激光的激光发射模块，所述实现大幅面多路激光并行刻划的装置包括激光衍射模块和激光聚焦模块，所述激光发射模块、所述激光衍射模块和所述激光聚焦模块依次设置，所述激光衍射模块用于将所述激光分成至少两束子光束，所述激光聚焦模块用于对所述至少两束子光束聚焦，聚焦后的所述子光束用于对基板刻线。

在可选的实施方式中，所述激光衍射模块包括衍射光学元件和旋转电机，所述旋转电机与所述衍射光学元件传动连接，用于调节所述衍射光学元件对所述激光的衍射角度，以调节相邻两束所述子光束在所述基板上的间距。

在可选的实施方式中，所述激光衍射模块还包括直线机构，所述直线机构与所述旋转电机传动连接，用于使所述衍射光学元件靠近或远离所述激光聚焦模块。

在可选的实施方式中，所述激光聚焦模块包括聚焦镜和调节结构，所述调节结构与所述聚焦镜传动连接，用于调节所述聚焦镜与所述激光衍射模块的距离。

在可选的实施方式中，所述实现大幅面多路激光并行刻划的装置还包括基座，所述激光衍射模块和所述激光聚焦模块均安装于所述基座上。

在可选的实施方式中，所述基座上设置有至少一个激光衍射安装位置或者至少一个激光聚焦安装位置，所述激光衍射模块安装于所述至少一个激光衍射安装位置中的一者，所述激光聚焦模块安装于所述至少一个激光聚焦安装位置中的一者。

在可选的实施方式中，所述激光聚焦模块包括用于对所述子光束聚焦的远心透镜或激光场镜。

在可选的实施方式中，所述激光并行刻线装置还包括激光反射模块，所述激光反射模块用于发射由所述激光发射模块发出的所述激光，所述激光衍射模块用于衍射所述激光反射模块反射后的所述激光。

在可选的实施方式中，所述激光并行刻线装置还包括激光分光模块，所述激光分光模块用于对所述激光发射模块发出的所述激光分光，所述激光衍射模块用于衍射所述激光分光模块分光后的所述激光。

第二方面，实施例提供一种实现大幅面多路激光并行刻划的方法，包括：

控制激光发射模块发出光线；

调节激光衍射模块，以使所述光线经所述激光衍射模块衍射后的相邻两所述光线之间的间距为预设间距；

控制所述基板相对所述激光衍射模块移动，以使所述光线在所述基板上形成凹槽。

在可选的实施方式中，所述调节所述激光衍射模块，以使所述光线经所述激光衍射模块衍射后的相邻两所述光线之间的间距为预设间距的步骤包括：

控制所述激光衍射模块的旋转电机，以使所述旋转电机带动所述激光衍射模块的衍射光学元件转动，从而调节相邻两光线之间的间距。

本发明实施例的有益效果包括，例如：通过激光发射模块发出一束激光，该激光在激光衍射模块的作用下分成至少两束子光束，在激光聚焦模块的作用下这些子光束聚焦，并打在基板上，实现对基板的刻线。本发明实施例能够实现多路激光并行加工，有利于提高激光划刻平行凹槽的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例所述的激光并行刻线装置的结构示意图；

图2为图1中实现大幅面多路激光并行刻划的装置的结构示意图；

图3为图1中的激光并行刻线装置的子光束垂直入射基板时的间距的示意图；

图4为图1中的激光并行刻线装置的子光束成一定角度入射基板时的间距的示意图。

图标：100-实现大幅面多路激光并行刻划的装置；110-激光发射模块；120-激光衍射模块；130-激光聚焦模块；140-基板；150-激光分光模块；160-激光反射模块；200-入射激光；201-第一子光束；202-第二子光束；203-第三子光束；204-第四子光束。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1和图2，本实施例提供了一种实现大幅面多路激光并行刻划的装置100，其具有结构简单和使用方便的特点，能够实现多路激光并行加工，有利于提高激光划刻平行凹槽的效率。

在本发明实施例中，该实现大幅面多路激光并行刻划的装置100包括激光发射模块110、激光衍射模块120和激光聚焦模块130，激光发射模块110、激光衍射模块120和激光聚焦模块130依次设置，激光发射模块110用于发射激光，激光衍射模块120用于将激光分成至少两束子光束，激光聚焦模块130用于对至少两束子光束聚焦，聚焦后的子光束用于对基板140刻线。

可以理解的是，上述的激光发射模块110用于发射激光，该激光的波段可以为1064nm、805nm、532nm、355nm等，激光的脉冲宽度可以为ms级、ns级、ps级或者fs级等。激光衍射模块120用于对激光发射模块110发出的激光分光，以将激光发射模块110发出的一束激光分光为两束、三束或者多束激光子光束。激光聚焦模块130用于对这些激光子光束进行聚焦，以使这些激光子光束打在基板140上时对基板140刻线。

以图3的实施例进行说明。在图3所示的方案中，入射激光200经过激光衍射模块120后分成四束激光子光束，分别为第一子光束201、第二子光束202、第三子光束203和第四子光束204。在这些子光束经过激光聚焦模块130后，打在基板140上。当基板140相对激光衍射模块120运动时，这些子光束在基板140上留下刻痕。

需要说明的是，在其他实施例中，激光衍射模块120分光后也可以形成其他数量的子光束，比如六束、九束等。本发明实施例对于分光的子光束的数量不做具体限定。

也需要说明的是，本发明实施例所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置100在使用时：通过激光发射模块110发出一束激光，该激光在激光衍射模块120的作用下分成至少两束子光束，在激光聚焦模块130的作用下这些子光束聚焦，并打在基板140上，实现对基板140的刻线。

同时，在本发明实施例中，该基板140可以为薄膜太阳能面板。通过该激光并行刻线装置能够在该薄膜太阳能面板制作多个平行刻痕，并且能够提高激光划刻平行凹槽的效率。

需要说明的是，相较于现有技术中的激光刻线装置来说，本发明实施例能够形成多路激光并行加工，而现有技术中的激光刻线装置：由于划刻的平行凹槽的间隔较小，一般在11mm以内，故而无法让聚焦镜齐头排列，因此通常采用错位排列，让聚焦采用多路分光的方式，将激光通过多个分光镜，然后分别进入到各路的聚焦头中，再在基板140上形成错位的多个焦斑。这些焦斑可以用于在该基板140相对于分光装置移动时，在该基板140上同时划刻出多个平行凹槽。现有技术中的这种方式：一方面分光镜及镜座尺寸较大，导致这些焦斑存在较大的错位，该错位会拉低激光在基板140上的划刻效率，另一方面平行凹槽的间距调节困难，基板140的使用效率低，不能满足不同基板140划线需求。

显然，本发明实施例能够实现激光并行刻线，无需错位设置，每一激光聚焦模块130均能对至少两束激光子光束聚焦，从而减少了零部件数量，使得结构更加简单。

本发明实施例提供的实现大幅面多路激光并行刻划的方法，包括：

步骤S100：控制激光发射模块110发出光线；

步骤S200：调节激光衍射模块120，以使光线经激光衍射模块120衍射后的相邻两光线之间的间距为预设间距；该预设间距为刻划作业中所要求的刻线间距。

步骤S300：控制基板140相对激光衍射模块120移动，以使光线在基板140上形成凹槽。

在可选的实施方式中，上述的激光衍射模块120可以包括衍射光学元件和旋转电机，旋转电机与衍射光学元件传动连接，用于调节衍射光学元件对激光的衍射角度，以调节相邻两束子光束在基板140上的间距。

进一步地，该步骤S200可以包括子步骤S210：控制激光衍射模块120的旋转电机，以使旋转电机带动激光衍射模块120的衍射光学元件转动，从而调节相邻两光线之间的间距。其中，旋转电机与衍射光学元件传动连接，通过调节衍射光学元件的角度，调节基板140上相邻两光线之间的间距，从而调节基板140上刻痕或凹槽的间距。

通过旋转衍射光学元件，调节相邻两束子光束在基板140上的间距，该调节方式简单、可控性高，也克服了现有技术中间距调节困难的问题，从而满足不同基板140刻线的要求。

对于子光束照射到基板140上的角度，其可以为垂直照射，也可以成一定夹角。如图所示，其中图3为垂直照射，图4为成夹角A照射。

入射激光200通过激光衍射模块120后产生的多束激光子光束经激光聚焦模块130聚焦在基板140上的点，其连成的直线与基板140相对于装置移动方向垂直，此时可以在基板140上划刻最大间距的平行凹槽，即为刻线最大间距L1，而通过旋转激光衍射模块120，如旋转角度为A，此时入射激光200通过激光衍射模块120后产生的多束激光子光束经激光聚焦模块130聚焦在基板140上的点，其连成的直线与基板140相对于装置移动方向不再垂直，而是成(π/2-A)的角度，此时可以在基板140上划刻间距为L2的平行凹槽；

此时的划刻间距L2与刻线最大间距L1存在以下数学关系：

L2＝L1*|cosA|；

由于旋转角度A是由旋转电机带动激光衍射模块120绕自身光轴旋转的角度，角度A值是连续可调，刻线最大间距L1是跟激光聚焦模块130焦距及激光衍射模块120分光后的子光束的分开角度相关。

特别地，当A＝0时，此时L2＝L1，具有最大间距的刻线，而当A＝π/2时，L2＝0，此时在基板140上可以完成单条刻线，适合基板140的另外一轴方向的划线；

L1＝F*θ；

其中，F为激光聚焦模块130的焦距，θ为相邻子光束之间的分开夹角；

结合上述的两个式子，可以得到：

L2＝F*θ*|cosA|；

一行焦斑的错位距离

L3＝(n-1)F*θ*|sinA|；

其中，L3表示基板140上的一行焦斑的错位距离，n为子光束的数量(图示n＝4)，如果激光衍射模块120旋转的角度A为0°时，其最大的错位距离为L3＝0mm，此时划刻凹槽的间隔为最大值L1。

采用该技术方案，可通过激光衍射模块120对入射激光200进行分光，形成多路激光并行加工的方案，相对于现有采用能量分光的方式，此方案形成的焦斑错位距离是大大减小，其还可以实现连续调节在基板140上划刻的平行凹槽的间距，提高基板140的使用效率，满足不同基板140划线需求。

此外，在可选的其他实施例中，该激光衍射模块120还可以包括直线机构，直线机构与旋转电机传动连接，用于使衍射光学元件靠近或远离激光聚焦模块130。也就是说，可以通过直线机构调节衍射光学元件与激光聚焦模块130之间的距离，从而满足不同的激光聚焦模块130对于激光衍射模块120与激光聚焦模块130之间距离的要求。

可选地，该直线机构可以为液压缸、气缸或者齿轮齿条机构、丝杠螺母副等。

在可选的实施方式中，上述的激光聚焦模块130可以包括聚焦镜和调节结构，调节结构与聚焦镜传动连接，用于调节聚焦镜与激光衍射模块120的距离。

需要说明的是，在本发明的实施例中，激光聚焦模块130可以仅包括聚焦镜和用于安装聚焦镜的安装结构，而不设置调节结构，也就是说，对于激光聚焦模块130来说，其位置可以是固定的。激光聚焦模块130与激光衍射模块120之间的距离可以是保持不变的，需要特别说明的是，调节子光束在基板140上刻线的间距由上述的旋转电机带动激光衍射模块120转动实现，而激光聚焦模块130与激光延伸模块之间的距离与聚焦镜的焦距等参数有关。

在可选的实施方式中，上述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置100还可以包括基座，激光衍射模块120和激光聚焦模块130均安装于基座上。

需要说明的是，用于安装上述的激光发射模块110、激光衍射模块120和激光聚焦模块130的平台也可以理解为基座，其可以为地面或者其他平台。

进一步地，基座上设置有至少一个激光衍射安装位置或者至少一个激光聚焦安装位置，激光衍射模块120安装于至少一个激光衍射安装位置中的一者，激光聚焦模块130安装于至少一个激光聚焦安装位置中的一者。

可选地，上述激光聚焦模块130可以包括用于对子光束聚焦的远心透镜或激光场镜。

需要说明的是，对于具有多个激光衍射模块120，可以设置多个激光发射模块110，也可以设置一个激光发射模块110，并通过具有反射或分光功能的模块实现将一束激光分光为需要的多束激光。比如图1中所示，该激光并行刻线装置还可以包括激光分光模块150和激光反射模块160，激光分光模块150用于对激光发射模块110发出的激光分光，激光衍射模块120用于衍射激光分光模块150分光后的激光。激光反射模块160用于发射由激光发射模块110发出的激光，激光衍射模块120用于衍射激光反射模块160反射后的激光。

可选地，激光分光模块150包括分光镜及其安装结构，激光反射模块160包括反射镜及其安装结构。其中，激光分光模块150可以为多个，激光反射模块160可以为一个。

需要说明的是，如图1所示的方案中，调节基板140上刻线的间距一方面需要调节激光衍射模块120，比如上述的通过旋转电机实现，另一方面可以调节相邻两个实现大幅面多路激光并行刻划的装置100的间距，以使相邻两个激光衍射模块120的相邻两束子光束之间的间距与所要求的间距相同。

请结合参考图1至图4，综上所述，本发明实施例通过激光发射模块110发出一束激光，该激光在激光衍射模块120的作用下分成至少两束子光束，在激光聚焦模块130的作用下这些子光束聚焦，并打在基板140上，实现对基板140的刻线。本发明实施例能够实现多路激光并行加工，有利于提高激光划刻平行凹槽的效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，包括激光发射模块、激光衍射模块和激光聚焦模块，所述激光发射模块、所述激光衍射模块和所述激光聚焦模块依次设置，所述激光发射模块用于发射激光，所述激光衍射模块用于将所述激光分成至少两束子光束，所述激光聚焦模块用于对所述至少两束子光束聚焦，聚焦后的所述子光束用于对基板刻线。

2.根据权利要求1所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，所述激光衍射模块包括衍射光学元件和旋转电机，所述旋转电机与所述衍射光学元件传动连接，用于调节所述衍射光学元件对所述激光的衍射角度，以调节相邻两束所述子光束在所述基板上的间距。

3.根据权利要求2所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，所述激光衍射模块还包括直线机构，所述直线机构与所述旋转电机传动连接，用于使所述衍射光学元件靠近或远离所述激光聚焦模块。

4.根据权利要求1所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，所述实现大幅面多路激光并行刻划的装置还包括基座，所述激光衍射模块和所述激光聚焦模块均安装于所述基座上。

5.根据权利要求4所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，所述基座上设置有至少一个激光衍射安装位置或者至少一个激光聚焦安装位置，所述激光衍射模块安装于所述至少一个激光衍射安装位置中的一者，所述激光聚焦模块安装于所述至少一个激光聚焦安装位置中的一者。

6.根据权利要求1所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，所述激光聚焦模块包括用于对所述子光束聚焦的远心透镜或激光场镜。

7.根据权利要求1所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，所述激光并行刻线装置还包括激光反射模块，所述激光反射模块用于发射由所述激光发射模块发出的所述激光，所述激光衍射模块用于衍射所述激光反射模块反射后的所述激光。

8.根据权利要求1所述的实现大幅面多路激光并行刻划的装置，其特征在于，所述激光并行刻线装置还包括激光分光模块，所述激光分光模块用于对所述激光发射模块发出的所述激光分光，所述激光衍射模块用于衍射所述激光分光模块分光后的所述激光。

9.一种实现大幅面多路激光并行刻划的方法，其特征在于，包括：

控制激光发射模块发出光线；

调节激光衍射模块，以使所述光线经所述激光衍射模块衍射后的相邻两所述光线之间的间距为预设间距；

控制基板相对所述激光衍射模块移动，以使所述光线在所述基板上形成凹槽。

10.根据权利要求9所述的实现大幅面多路激光并行刻划的方法，其特征在于，所述调节所述激光衍射模块，以使所述光线经所述激光衍射模块衍射后的相邻两所述光线之间的间距为预设间距的步骤包括：

控制所述激光衍射模块的旋转电机，以使所述旋转电机带动所述激光衍射模块的衍射光学元件转动，从而调节相邻两光线之间的间距。

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