CN112496532A - 激光加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有总光轴的激光加工系统，激光加工系统包括沿总光轴依次设置的激光器、贝塞尔光束发生器以及工作台，激光器用于朝向贝塞尔光束发生器发射激光光束，工作台用于承载工件；贝塞尔光束发生器用于将激光光束转换为贝塞尔激光束，以对工作台上的工件进行加工：其中，贝塞尔光束发生器包括多个衍射位，且多个衍射位相对于激光器是可移动的，以使不同的衍射位能够对准总光轴，从而形成线长不同的贝塞尔激光束。本实施例的激光加工系统，通过设置具有多个衍射位的贝塞尔光束发生器，在加工过程中，可以根据工件的特性调整输出的贝塞尔激光束的线长，从而实现一次性切割不同厚度的透明材料或变厚度的透明材料的激光加工。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工系统。
背景技术
激光加工以其加工效率和加工精度高的优势，成为近年来兴起的一门新兴技术。使用传统的激光加工设备对例如玻璃等透明材料进行激光加工的过程中，由于激光加工设备一般采用固定焦深的激光加工光路，在加工过程中，当透明材料厚度大于激光加工设备的预设焦深时，则无法实现一次性完成对透明材料的切割，需要在加工过程多次改变激光加工设备的焦面位置，从而通过多次切割完成加工，如果不对焦面位置进行调节，那么透明材料的加工精度便无法保证，并且传统的激光加工设备也无法针对变厚度的材料进行加工，加工效率受到不利降低。
因此有必要设计一种新型激光加工设备，以改变现状。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种激光加工系统，用于解决传统激光加工设备在加工透明材料时无法调节焦深，从而影响加工效率的问题。
本发明提出一种激光加工系统，具有总光轴，所述激光加工系统包括沿所述总光轴依次设置的激光器、贝塞尔光束发生器以及工作台，所述激光器用于朝向所述贝塞尔光束发生器发射激光光束，所述工作台用于承载工件；
所述贝塞尔光束发生器用于将所述激光光束转换为贝塞尔激光束，以对所述工作台上的工件进行加工：其中，所述贝塞尔光束发生器包括多个衍射位，且多个所述衍射位相对于所述激光器是可移动的，以使不同的所述衍射位能够对准所述总光轴，从而形成线长不同的所述贝塞尔激光束。
在本发明的一些实施例中，所述衍射位的轮廓为圆形，且所述轮廓的直径范围为10mm～15mm。
在本发明的一些实施例中，所述贝塞尔光束发生器包括与所述激光器相对活动设置的衍射件，多个所述衍射位沿闭环的路径均匀排布在所述衍射件上，且所述路径为圆形或正方形；其中，所述衍射件沿所述总光轴的径向方向做直线运动，或以所衍射件的中心轴线为圆心做旋转运动。
在本发明的一些实施例中，所述衍射位通过雕刻加工形成。
在本发明的一些实施例中，所述衍射位包括安装槽和锥形透镜，多个所述安装槽设于所述衍射件上，且每一个所述锥形透镜对应嵌设于一个所述安装槽内。
在本发明的一些实施例中，至少两个所述锥形透镜的锥顶角不相同。
在本发明的一些实施例中，所述激光加工系统还包括反射镜，所述反射镜设于所述贝塞尔光束发生器与所述工作台之间，所述反射镜用于将所述总光轴改变为第一光轴和第二光轴，所述激光器和所述贝塞尔光束发生器沿所述第一光轴依次排布，所述反射镜和所述工作台沿所述第二光轴依次排布。
在本发明的一些实施例中，所述第一光轴与所述第二光轴之间正交。
在本发明的一些实施例中，所述激光加工系统还包括沿所述总光轴设置的扩束镜，所述扩束镜设于所述激光器与所述贝塞尔激光发生器之间。
在本发明的一些实施例中，所述贝塞尔光束发生器具有加工面，多个所述衍射位设于所述加工面上，且所述加工面朝向所述扩束镜。
在本发明的一些实施例中，所述激光加工系统还包括沿所述总光轴依次设置的准直镜和聚焦镜，且所述准直镜和所述聚焦镜设于所述贝塞尔激光发生器与所述工作台之间。
在本发明的一些实施例中，所述准直镜的焦距大于所述聚焦镜的焦距。
在本发明的一些实施例中，所述聚焦镜的焦距与所述准直镜的焦距的比值不大于0.5。
在本发明的一些实施例中，所述衍射位的数量为四个。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本实施例的激光加工系统中，通过设置具有多个衍射位的贝塞尔光束发生器与激光器的配合，根据工作台上工件的材质、厚度等规格，以改变对应于总光轴的衍射位，从而使本激光加工系统能够输出线长不同的贝塞尔激光束，以满足不同的激光加工需求。本实施例的激光加工系统，通过设置具有多个衍射位的贝塞尔光束发生器，在加工过程中，可以根据工件的特性调整输出的贝塞尔激光束的线长，从而实现一次性切割不同厚度的透明材料或变厚度的透明材料的激光加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本发明的实施例中激光加工系统的光路示意图；
图2是本发明的一实施例中衍射件的结构示意图；
图3是本发明的另一实施例中衍射件的结构示意图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
参阅图1所示，本发明实施例提供了一种激光加工系统10，该激光加工系统10具有总光轴100，且激光加工系统10包括沿总光轴100依次设置的激光器200、贝塞尔光束发生器300以及工作台400，激光器200用于朝向贝塞尔光束发生器300发射激光光束，工作台400用于承载工件；贝塞尔光束发生器300用于将激光光束转换为贝塞尔激光束，以对工作台400上的工件进行加工：进一步地，参阅图2和图3所示，贝塞尔光束发生器300包括多个衍射位311，且多个衍射位311相对于激光器200是可移动的，以使不同的衍射位311能够对准总光轴100，从而形成线长不同的贝塞尔激光束。
在本实施例的激光加工系统10中，通过设置具有多个衍射位311的贝塞尔光束发生器300与激光器200的配合，根据工作台400上工件的材质、厚度等规格，以改变对应于总光轴100的衍射位311，从而使本激光加工系统10能够输出线长不同的贝塞尔激光束，以满足不同的激光加工需求。本实施例的激光加工系统10，通过设置具有多个衍射位311的贝塞尔光束发生器300，在加工过程中，可以根据工件的特性调整输出的贝塞尔激光束的线长，从而实现一次性切割不同厚度的透明材料或变厚度的透明材料的激光加工。
在一些实施例中，激光器200可以采用例如皮秒激光器等能够产生高重复频率、高峰值脉冲的激光光束。
需要说明的是，在使用本实施例的激光加工系统10时，承载工件的工作台400需要保持水平，并以工作台400作为激光加工系统10的基准面。
参阅图2和图3所示，具体在一实施例中，衍射位311的数量为四个。通过设置四个衍射位311，以使本贝塞尔光束发生器30具有四个对准总光轴100的状态，由此使贝塞尔光束发生器300能够分别输出四种线长的贝塞尔激光束。
在其他实施例中衍射位311的数目也可以是两个、三个或四个以上，通过设置不同数目的衍射位311，可以使贝塞尔光束发生器300对应衍射位311的线长输出模式，从而满足不同的加工需求。
具体地，衍射位311的轮廓为圆形，且轮廓的直径范围为10mm～15mm。
参阅图2和图3所示，贝塞尔光束发生器300包括与激光器200相对活动设置的衍射件310，多个衍射位311沿闭环的路径320均匀排布在衍射件310上，且路径320为圆形或正方形；其中，衍射件310沿总光轴100的径向方向做直线运动，或以路径320的中心轴线330做旋转运动。
参阅图2所示，在一实施例中，路径320为正方形，且四个衍射位311分别位于正方形的四个顶角处，使用本实施例的衍射件310时，可以通过驱动衍射件310沿图2中所示的Y方向和/X方向移动，以调整不同的衍射位311对应于总光轴100。在一些实施例中，也可以驱动衍射件310沿Z方向移动，以满足加工需求。
参阅图3所示，在另一实施例中，路径320为圆形，且四个衍射位311沿路径320均匀设置，衍射件310以其自身的中心轴线330为圆心做旋转运动。可以理解地是，通过旋转衍射件310，可以使不同的衍射位311对准总光轴100，从而实现切换贝塞尔光束发生器300产生的贝塞尔激光束的线长。
具体在一实施例中，衍射位311通过雕刻加工形成。具体地，在本实施例中，衍射件310可以通过光刻、离子束刻蚀或纳米压印等加工方法形成衍射位311，从而实现对激光光束进行衍射。
在另一实施例中，衍射位311包括安装槽以及嵌设于安装槽内的锥形透镜，多个安装槽设于衍射件310上，且每一个锥形透镜对应于一个安装槽。在本实施例中，通过在衍射件310上开设安装槽，可以对锥形透镜的安装进行定位。
进一步地，至少两个锥形透镜的锥顶角不相同。由此设置，当衍射件310在移动的过程中，可以使不同的锥形透镜对激光光束进行衍射，从而实现切换贝塞尔光束发生器300产生的贝塞尔激光束的线长。
在一些实施例中，多个锥形透镜的锥顶角可以各不相同。由此设置，当每一个锥形透镜对应于总光轴100时均可以改变贝塞尔光束发生器300的贝塞尔激光束的线长。在其他实施例中，多个锥形透镜中也可以有部分锥形透镜的锥顶角相同，由此设置，衍射件310可以根据实际需要在部分安装槽内嵌设相同的锥形透镜，由于在衍射件310上设置有部分相同的锥形透镜，在调整衍射件310的过程中，可以减少移动距离，同时也可以降低使用成本。
需要说明的是，参阅图2和图3所示，在前述实施例中，衍射件310的轮廓可以为圆形、矩形，也可以根据实际加工需求设置为对应的例如多边形、弧形等轮廓结构形式，以满足加工需求，在此不做唯一限定。
进一步地，参阅图1所示，激光加工系统10还包括反射镜600，反射镜600设于贝塞尔光束发生器300与工作台400之间，反射镜600用于将总光轴100改变为第一光轴110和第二光轴120，激光器200和贝塞尔光束发生器300沿第一光轴110依次排布，反射镜600和工作台400沿第二光轴120依次排布。
在本实施例中，贝塞尔光束发生器300调制生成的贝塞尔激光束可以通过反射镜600进行反射，以改变激光光束的传输方向，也就是将总光轴100改变为第一光轴110和第二光轴120，参阅图1所示，由此设置，可以避免激光加工系统10在Z方向上的尺寸堆积，从而充分利用激光加工系统10的Y方向上的空间，以使激光加工系统10具有更为紧凑的结构。
参阅图1所示，在本实施例中，第一光轴110与第二光轴120之间正交。本实施例的反射镜600在反射表面上镀有高反、抗激光损伤介质膜，从而避免在使用本激光加工系统10的过程中对反射镜600的反射面造成损伤，使用效果好。
进一步地，激光加工系统10还包括沿总光轴100设置的扩束镜500，扩束镜500设于激光器200与贝塞尔激光发生器之间。
通过设置扩束镜500，在激光器200发出激光光束之后，扩束镜500可以对激光光束进行光斑放大和减小激光光束的发散角，从而避免其后续光学元件出现激光损伤。
具体地，贝塞尔光束发生器300具有加工面，多个衍射位311设于加工面上，且加工面朝向扩束镜500。
进一步地，参阅图1所示，激光加工系统10还包括沿总光轴100依次设置的准直镜700和聚焦镜800，且准直镜700和聚焦镜800设于贝塞尔激光发生器与工作台400之间。
需要说明的是，在本实施例中，准直镜700和聚焦镜800均获取的是环形空心激光束，准直镜700与聚焦镜800组成4F光学系统，并组成压缩贝塞尔激光束光斑大小的开普勒望远镜。
在一些实施例中，准直镜700的焦距大于聚焦镜800的焦距。具体地，聚焦镜800的焦距与准直镜700的焦距的比值不大于0.5。
进一步地，本实施例中激光加工系统的焦深δ的计算公式为：
δ＝M2·L
M为准直镜700和聚焦镜800组成光学系统的放大倍率，L为贝塞尔光束发生器300产生贝塞尔激光束的线长；当M固定不变时，激光加工系统10的焦深δ与贝塞尔激光束的线长L满足一阶线性关系。本发明的激光加工系统10通过改变贝塞尔激光束的线长实现调节聚焦的焦深。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (14)
1.一种激光加工系统，具有总光轴，其特征在于，所述激光加工系统包括沿所述总光轴依次设置的激光器、贝塞尔光束发生器以及工作台，所述激光器用于朝向所述贝塞尔光束发生器发射激光光束，所述工作台用于承载工件；
所述贝塞尔光束发生器用于将所述激光光束转换为贝塞尔激光束，以对所述工作台上的工件进行加工：其中，所述贝塞尔光束发生器包括多个衍射位，且多个所述衍射位相对于所述激光器是可移动的，以使不同的所述衍射位能够对准所述总光轴，从而形成线长不同的所述贝塞尔激光束。
2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述衍射位的轮廓为圆形，且所述轮廓的直径范围为10mm～15mm。
3.根据权利要求2所述的激光加工系统，其特征在于，所述贝塞尔光束发生器包括与所述激光器相对活动设置的衍射件，多个所述衍射位沿闭环的路径均匀排布在所述衍射件上，且所述路径为圆形或正方形；其中，所述衍射件沿所述总光轴的径向方向做直线运动，或以所衍射件的中心轴线为圆心做旋转运动。
4.根据权利要求3所述的激光加工系统，其特征在于，所述衍射位通过雕刻加工形成。
5.根据权利要求3所述的激光加工系统，其特征在于，所述衍射位包括安装槽和锥形透镜，多个所述安装槽设于所述衍射件上，且每一个所述锥形透镜对应嵌设于一个所述安装槽内。
6.根据权利要求5所述的激光加工系统，其特征在于，至少两个所述锥形透镜的锥顶角不相同。
7.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统还包括反射镜，所述反射镜设于所述贝塞尔光束发生器与所述工作台之间，所述反射镜用于将所述总光轴改变为第一光轴和第二光轴，所述激光器和所述贝塞尔光束发生器沿所述第一光轴依次排布，所述反射镜和所述工作台沿所述第二光轴依次排布。
8.根据权利要求7所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一光轴与所述第二光轴之间正交。
9.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统还包括沿所述总光轴设置的扩束镜，所述扩束镜设于所述激光器与所述贝塞尔激光发生器之间。
10.根据权利要求9所述的激光加工系统，其特征在于，所述贝塞尔光束发生器具有加工面，多个所述衍射位设于所述加工面上，且所述加工面朝向所述扩束镜。
11.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统还包括沿所述总光轴依次设置的准直镜和聚焦镜，且所述准直镜和所述聚焦镜设于所述贝塞尔激光发生器与所述工作台之间。
12.根据权利要求11所述的激光加工系统，其特征在于，所述准直镜的焦距大于所述聚焦镜的焦距。
13.根据权利要求12所述的激光加工系统，其特征在于，所述聚焦镜的焦距与所述准直镜的焦距的比值不大于0.5。
14.根据权利要求1-13任意一项所述的激光加工系统，其特征在于，所述衍射位的数量为四个。
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