CN111716008A - 基于高速偏振控制的激光加工系统 - Google Patents

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李念
刘强
陈强
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Abstract

本发明提出一种基于高速偏振控制的激光加工系统，包括：激光器，用于输出激光脉冲；高速偏振控制器，用于接收所述激光器发射的激光脉冲并快速调节所述激光脉冲的偏振方向后输出；激光加工装置，用于将所述高速偏振控制器输出的激光导向被加工材料，使激光脉冲作用于被加工材料；控制器，电性连接所述激光器、高速偏振控制器及激光加工装置，以同步控制所述激光器、高速偏振控制器及激光加工装置，其中，所述高速偏振控制器、激光加工装置依次设于所述激光脉冲光路方向。采用上述方案的激光加工系统基于高速偏振控制实现高精度、连续同步调节偏振方向，提高偏振方向调节速度，使激光加工可适用于偏振相关图样精细表面的处理。

Description

基于高速偏振控制的激光加工系统
技术领域
本发明属于激光打标技术领域，尤其涉及一种基于高速偏振控制的激光加工系统。
背景技术
激光被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”，具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特点，其中单色性、方向性的优势使其能够聚焦获得非常小的焦斑，配合亮度高的特点能够获得非常高的能量密度，所以激光在激光切割、打标、表面处理等加工领域广泛应用。
许多激光加工工艺利用激光偏振性好的特点进行光栅刻蚀、表面处理等加工，但是通常这些应用都使用固定的某个偏振方向，调节偏振方向时使用手动/电动旋转λ/2波片的方式来控制，如专利文献CN110385522A所公开的激光加工控制方法以及控制系统，采用传统的机械转波片的方式调整偏振。
但上述方法的控制方式存在调节速度慢、精度低、无法连续同步控制偏振方向与加工状态等缺点。在加工过程中，针对偏振相关图样精细的材料表面处理，在不同区域，需要不同偏振方向激光进行加工，若在加工过程中暂停加工来调节偏振方向，重新加工时容易使图形纹理错位，导致被加工材料报废，部分图样还进一步需要激光偏振方向随加工位置连续变化。
因此，在加工过程中，亟待一种高精度、连续同步调节偏振方向的加工系统，扩展激光加工应用范围。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提出一种激光加工系统，基于高速偏振控制实现高精度、连续同步调节偏振方向，提高偏振方向调节速度，使激光加工可适用于偏振相关图样精细表面的处理。
本发明公开了一种基于高速偏振控制的激光加工系统，包括：
激光器，用于输出激光脉冲；
高速偏振控制器，用于接收所述激光器发射的激光脉冲并快速调节所述激光脉冲的偏振方向后输出；
激光加工装置，用于将所述高速偏振控制器输出的激光导向被加工材料，使激光脉冲作用于被加工材料；
控制器，电性连接所述激光器、高速偏振控制器及激光加工装置，以同步控制所述激光器、高速偏振控制器及激光加工装置，
其中，所述高速偏振控制器、激光加工装置依次设于所述激光脉冲光路方向。
进一步地，所述激光加工系统还包括一运动控制载具，电性连接所述控制器，用于接收移动控制指令并承载所述被加工材料作左右、前后或上下方向的移动及旋转。
进一步地，所述激光器采用固体激光器、光纤激光器或气体激光器，所述激光脉冲的波长为红外或可见光或紫外。
进一步地，所述被加工材料包括平面材料或曲面材料。
进一步地，所述激光加工装置采用振镜加工装置或物镜加工装置。
进一步地，所述高速偏振控制器采用但不限于空间光调制器。
进一步地，所述控制器为计算机或板卡或其他控制设备。
进一步地，所述运动控制载具采用载物台或多维运动装置或其他可承载所述被加工材料运动的装置。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明的技术方案通过控制器控制高速偏振控制器直接快速调节激光脉冲的偏振方向，偏振控制速度快(<1ms)，使本激光加工系统制作精度高，以满足更高要求的精细化加工；
通过控制器控制所述激光器、高速偏振控制器、激光加工装置协同工作，实现了在被加工材料的不同区域高精度、连续地进行偏振相关加工的功能，使上述偏振相关工艺能够实用化，拓展了激光加工的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例激光加工系统结构示意图；
图2为本发明实施例优选激光加工系统结构示意图；
图3为本发明实施例另一优选激光加工系统结构示意图；
图4为本发明实施例被加工材料偏振相关图样示例；
图5为本发明实施例另一被加工材料偏振相关图样示例。
其中：1、控制器；11、计算机；2、激光器；3、高速偏振控制器；31、空间光调制器；4、激光加工装置；41、振镜加工装置；42、物镜加工装置；5、运动控制载具；51、载物台；6、第一片镇区；7、第二偏振区；8、第三偏振区；9、偏振渐变区。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
图1为本发明实施例的激光加工系统结构示意图，参考图1所示，本发明实施例公开了一种基于高速偏振控制的激光加工系统，包括：
激光器2，用于输出激光脉冲；高速偏振控制器3，用于接收激光器2发射的激光脉冲并快速调节激光脉冲的偏振方向后输出；激光加工装置4，用于将高速偏振控制器3输出的激光导向被加工材料，使激光脉冲作用于被加工材料；控制器1，电性连接激光器2、高速偏振控制器3及激光加工装置4，以同步控制激光器2、高速偏振控制器3及激光加工装置4，及一运动控制载具5，被加工材料置于或固定连接运动控制载具5，运动控制载具5电性连接控制器1以接收控制器1的运动指令并承载被加工材料根据该运动指令作左右、前后或上下方向的移动，其中，高速偏振控制器3、激光加工装置4依次设于激光脉冲光路方向，激光器2采用固体激光器、光纤激光器或气体激光器，所述激光脉冲的波长为红外或可见光或紫外。
图2为本发明实施例优选激光加工系统结构示意图，参考图2所示，本实施例的被加工材料采用平面材料，控制器1采用计算机11，运动控制载具5采用载物台51，激光加工装置4采用振镜加工装置41，高速偏振控制器3采用空间光调制器31，以在控制器1的指令下通过偏振面的旋转调节激光偏振方向，也可以使用其他可以进行激光脉冲偏振调节的装置或设备。
图4为本发明实施例被加工材料偏振相关图样示例，参考图4所示，该图例至少包括第一偏振区6、第二偏振区7、第三偏振区8及偏振渐变区9，其中，第一偏振区6、第二偏振区7及第三偏振区8需要不同偏振方向的激光加工，偏振渐变区9则需要激光偏振方向随加工位置连续变化。采用本实施例进行如图2所示的加工偏振相关图样表面处理时，计算机11一方面控制激光器2输出相应参数的激光脉冲，另一方面控制空间光调制器31快速调节激光脉冲偏振方向，同时还控制振镜加工装置41在被加工材料上扫描出如图2所示的偏振相关图样。在扫描过程中，空间光调制器31会在偏振相关图样不同区域调节激光脉冲偏振方向，因此，在整个加工过程中，通过空间光调制器31实现连续、同步地调节偏振方向，通过计算机11控制载物台51运动实现被加工材料位置变化。
本实施例的激光加工系统，通过控制器1控制高速偏振控制器3直接快速调节激光脉冲的偏振方向，偏振控制速度快(<1ms)，使本激光加工系统制作精度高，以满足更高要求的精细化加工；通过控制器1控制激光器2、高速偏振控制器3、激光加工装置4协同工作，同步进行，实现了在被加工材料的不同区域高精度、连续地进行激光加工功能，使上述偏振相关工艺能够实用化，拓展了激光加工的应用范围。
具体实施例二：
图3为本发明实施例另一优选结构示意图，图5为本发明实施例被加工材料偏振相关图样示例，参考图3、图5所示，以下仅描述两实施例的不同之处，相同之处不再赘述，本实施例与具体实施例一的不同之处在于：
本实施例的被加工材料采用曲面材料，激光加工装置4采用物镜加工装置42。该曲面材料至少包括第一偏振区6、第二偏振区7、第三偏振区8，其中，第一偏振区6、第二偏振区7及第三偏振区8需要不同偏振方向的激光加工。同时，由于本实施例的被加工材料为曲面样品材料，需要在曲面上连续加工且激光入射、偏振方向与加工曲面的法线、切线方向相关。在加工过程中，计算机11控制载物台51承载被加工材料不断运动，使激光脉冲聚焦在被加工材料上的不同区域。在如图5所示被加工材料的相应区域，由计算机11控制激光器2输出不同激光脉冲，并同步控制空间调制器31调制激光脉冲为指定偏振方向，整个过程连续加工、同步调制，从而完成该被加工材料的偏振相关图样加工。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于高速偏振控制的激光加工系统，包括：
激光器，用于输出激光脉冲；
高速偏振控制器，用于接收所述激光器发射的激光脉冲并快速调节所述激光脉冲的偏振方向后输出；
激光加工装置，用于将所述高速偏振控制器输出的激光导向被加工材料，使激光脉冲作用于被加工材料；
控制器，电性连接所述激光器、高速偏振控制器及激光加工装置，以同步控制所述激光器、高速偏振控制器及激光加工装置，
其中，所述高速偏振控制器、激光加工装置依次设于所述激光脉冲光路方向。
2.如权利要求1所述的基于高速偏振控制的激光加工系统，其特征在于，还包括一运动控制载具，电性连接所述控制器，用于接收移动控制指令并承载所述被加工材料作左右、前后或上下方向的移动及旋转。
3.如权利要求2所述的基于高速偏振控制的激光加工系统，其特征在于，所述激光器采用固体激光器、光纤激光器或气体激光器，所述激光脉冲的波长为红外或可见光或紫外。
4.如权利要求1-3中任一项所述的基于高速偏振控制的激光加工系统，其特征在于，所述被加工材料至少包括平面材料或曲面材料。
5.如权利要求1-3中任一项所述的基于高速偏振控制的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工装置采用振镜加工装置或物镜加工装置。
6.如权利要求1-3中任一项所述的基于高速偏振控制的激光加工系统，其特征在于，所述高速偏振控制器采用但不限于空间光调制器。
7.如权利要求1-3中任一项所述的基于高速偏振控制的激光加工系统，其特征在于，所述控制器为计算机、板卡或其他控制设备。
8.如权利要求1-3中任一项所述的基于高速偏振控制的激光加工系统，其特征在于，所述运动控制载具采用载物台或其他可承载所述被加工材料运动的多维运动装置。
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