CN113199138A - 一种复合激光加工方法及复合激光加工装置 - Google Patents

一种复合激光加工方法及复合激光加工装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113199138A
CN113199138A CN202110552789.1A CN202110552789A CN113199138A CN 113199138 A CN113199138 A CN 113199138A CN 202110552789 A CN202110552789 A CN 202110552789A CN 113199138 A CN113199138 A CN 113199138A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
beams
light
composite
processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110552789.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113199138B (zh
Inventor
张衍
高辉
吴泽锋
闫大鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Original Assignee
Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd filed Critical Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority to CN202110552789.1A priority Critical patent/CN113199138B/zh
Publication of CN113199138A publication Critical patent/CN113199138A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113199138B publication Critical patent/CN113199138B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0673—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into independently operating sub-beams, e.g. beam multiplexing to provide laser beams for several stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Abstract

本申请公开了一种复合激光加工方法及复合激光加工装置，所述方法是将N束激光以非同轴的方式复合以获得复合激光，N束激光中各束激光分别对应一加工工序，复合激光在待加工目标上形成N个光斑，N个光斑沿着加工方向呈线性排列，并且相邻光斑之间具有预设的间距，以对待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序，其中，N为大于等于2的正整数，所述方法可以实现将任意波长、具有任意加工特性的N束激光相复合，具有简化加工工序的优点。本申请实施例的复合激光加工装置可以采用所述方法进行加工，具有整体结构布局合理、适用于工业化生产需求的优点。

Description

一种复合激光加工方法及复合激光加工装置
技术领域
本申请涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种复合激光加工方法及复合激光加工装置。
背景技术
激光加工属于无接触加工，其是利用光的能量经过透镜聚焦后在待加工目标上形成具有高能量密度的光斑，依靠光斑的光热效应对待加工目标进行如切割、表面处理、焊接、打标和打孔等的加工操作，其中，表面处理包括激光熔敷、激光表面合金化、激光相变硬化和激光表面熔凝等加工操作。激光加工尤其适用于对高硬度、高脆性以及高熔点的材料进行加工。
目前，通常采用单激光束进行激光加工，虽然单激光加工技术发展的较为成熟，但单激光加工技术具有明显的局限性。以单激光焊接技术为例，采用单激光焊接技术焊接板材前一般需要增设板材清洗、板材预热等工序，板材焊接后一般需要增设板材冷却、板材清洗等工序，造成整个加工过程工序繁琐，并且存在易出现咬边、焊缝成型差、焊接处易产生气泡等问题。以单激光熔覆技术为例，经单激光熔覆处理后的板材存在气孔率较多、晶粒粗大、粉末熔化不均匀、熔覆表面不平整等问题。
因此，提供一种加工效果理想、经济可靠的复合激光加工方法及激光加工装置，成为当前激光加工技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有单激光加工技术的不足之处，本申请提供了一种复合激光加工方法及复合激光加工装置。
第一方面，本申请提供了一种复合激光加工方法，所述复合激光加工方法包括如下步骤：
分别获取N束激光，所述N束激光中各束激光分别对应一加工工序，且所述N束激光中至少有两者对应的加工工序不相同；
将所述N束激光以非同轴的方式复合，获得复合激光；以及
将所述复合激光作用于待加工目标上，所述复合激光在所述待加工目标上形成N个光斑，所述N个光斑沿着加工方向呈线性排列，并且所述N个光斑中相邻光斑之间具有预设的间距，以对所述待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序；
其中，N为大于等于2的正整数。
可选的，当N为大于2的正整数时，所述N束激光中至少有两者对应的加工工序相同。
可选的，所述将所述N束激光以非同轴的方式复合，包括步骤：
将所述N束激光中各束激光分别准直形成平行激光束，获得N束平行光；
将所述N束平行光中的(N-1)束平行光分别反射形成反射激光束，以获得(N-1)束反射光，余下一束平行光保持出射方向不变，所述(N-1)束反射光中各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向相交，且所述各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向之间具有锐角夹角；以及
将所述各束反射光以及所述余下一束平行光分别聚焦，以形成N束聚焦光，所述N束聚焦光中各束聚焦光的光轴均不相同，然后将所述N束聚焦光相复合以形成复合激光。
可选的，所述N束激光包括连续式光纤激光、脉冲式光纤激光以及连续式半导体激光中的至少两者。
可选的，所述连续式光纤激光的波长范围为1000纳米至1100纳米，且所述连续式光纤激光对应焊接或熔覆工序；所述脉冲式光纤激光的波长范围为1000纳米至1100纳米，且所述脉冲式光纤激光对应清洗工序；所述连续式半导体激光的波长范围为800纳米至1000纳米，且所述连续式半导体激光对应加热工序。
第二方面，本申请提供了一种复合激光加工装置，所述复合激光加工装置包括：
N个激光器，用于提供N束激光，所述N束激光中各束激光分别对应一加工工序，且所述N束激光中至少有两者对应的加工工序不相同；
N个准直器，各个所述准直器分别设置于所述各束激光的出射方向，以使所述各束激光分别准直形成平行光而获得N束平行光；
(N-1)个反射器，所述N束平行光中的(N-1)束平行光分别作为入射光进入各个所述反射器，余下一束平行光保持出射方向不变，出自各个所述反射器的各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向相交，且所述各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向之间具有锐角夹角；
至少一个聚焦器，至少一个聚焦器，所述聚焦器设置于所述各束反射光的出射方向与所述余下一束平行光的出射方向的相交处，以将所述各束反射光以及所述余下一束平行光分别聚焦而获得N束聚焦光，所述N束聚焦光中各束聚焦光的光轴不相同；以及
一输出器，所述输出器的位置对应于所述聚焦器，以将所述N束聚焦光复合形成复合激光，并将所述复合激光射出至待加工目标上，所述复合激光在所述待加工目标上形成N个光斑，所述N个光斑沿着加工方向呈线性排列，并且所述N个光斑中相邻光斑之间具有预设的间距，以对所述待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序；
其中，N为大于等于2的正整数。
可选的，用于形成所述(N-1)束平行光的(N-1)个准直器对称布设于余下一个准直器的两侧，以达到降低光线损失的目的。
可选的，所述反射器包括间隔设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜设置于激光经由所述准直器后形成的平行光的出射方向上，所述第二反射镜设置于所述余下一束平行光的出射方向的一侧。
可选的，所述第一反射镜绕第一轴线旋转，和/或所述第二反射镜绕第二轴线旋转，所述第一轴线和所述第二轴线均垂直于对应平行光的光路所形成的平面。
可选的，所述第一反射镜和所述第二反射镜中的至少一者被配置为在所述平行光的出射方向上的位置可调。
本申请的有益效果：本申请提供了一种复合激光加工方法及复合激光加工装置，所述方法是将N束激光以非同轴的方式复合以获得复合激光，N束激光中各束激光分别对应一加工工序，复合激光在待加工目标上形成N个光斑，N个光斑沿着加工方向呈线性排列，并且相邻光斑之间具有预设的间距，以对待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序，其中，N为大于等于2的正整数。所述方法可以实现将任意波长、具有任意加工特性的N束激光相复合，改变仅将不同加工特性的激光以同轴聚焦方式相复合的传统模式，具有加工高效、加工效果理想、简化加工工序、节省成本的优点。本申请实施例的复合激光加工装置可以采用所述方法进行加工，具有整体结构布局合理、适用于工业化生产需求的优点。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种复合激光加工方法的流程示意图。
图2为图1中步骤B2的流程示意图。
图3为本申请一个实施例提供的一种复合激光加工方法中N个光斑在待加工目标上的排列示意图。
图4为本申请另一个实施例提供的一种复合激光加工方法中N个光斑在待加工目标上的排列示意图。
图5为本申请另一个实施例提供的一种复合激光加工方法中N个光斑在待加工目标上的排列示意图。
图6为本申请一个实施例提供的一种复合激光加工装置的结构示意图。
图7为本申请另一个实施例提供的一种复合激光加工装置的结构示意图。
具体实施方式
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。显然，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。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种复合激光加工方法及复合激光加工装置，以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。在本申请实施例中，以一范围形式的描述代表已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值，涉及的数值范围是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第N”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应理解为可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
在本申请实施例中，术语“多个”表示两个以上。
在本申请实施例中，术语“上”、“下”、“水平”、“一侧”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
本申请实施例提供了一种利用复合激光加工的方法，通过将至少两种类型的激光以非同轴聚焦的方式相复合以形成复合激光，复合激光兼具了至少两种类型激光的特性，充分发挥了至少两种类型激光的优势，具有简化加工工序、加工效果理想的优点。
如图1所示，所述利用复合激光加工的方法包括如下步骤：
B1、分别获取N束激光，分别为第一激光至第N激光，第一激光至第N激光分别对应一加工工序，且第一激光至第N激光中至少有两者对应的加工工序不相同；
B2、将步骤B1获取的N束激光以非同轴的方式复合，获得复合激光；
B3、将步骤B2获得的复合激光作用于待加工目标上，所述复合激光在待加工目标上形成N个光斑，所述N个光斑沿着加工方向呈线性排列，并且相邻光斑之间具有预设的间距，以对待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序。
具体的，N为大于等于2的正整数，示例N为2、3、4、5、6、7、8、9、10等。
在一些实施方案中，如图2所示，所述步骤B2包括如下步骤：
B2.1、将第一激光至第N激光分别准直形成平行激光束，获得N束平行光；
B2.2、将步骤B2.1获得的N束平行光中的(N-1)束平行光分别反射形成反射激光束，以获得(N-1)束反射光，余下一束平行光保持出射方向不变，所述(N-1)束反射光中各束反射光的出射方向均与余下一束平行光的出射方向相交，且各束反射光的出射方向均与余下一束平行光的出射方向之间具有锐角夹角；
B2.3、将各束反射光以及余下一束平行光分别聚焦，以形成N束聚焦光，N束聚焦光中各束聚焦光的光轴均不相同，然后将N束聚焦光相复合以形成复合激光。
需要说明的是，第一激光至第N激光彼此之间的加工特性可以完全不相同，也可以部分相同。第一激光至第N激光彼此之间的波长可以完全不相同，也可以部分相同，还可以全部相同，以实现将任意波长、具有任意加工特性的N束激光相复合，以达到简化加工工序、提高加工效果的目的。
在一些实施方案中，第一激光至第N激光可以包括连续式光纤激光、脉冲式光纤激光以及连续式半导体激光中的至少两者。
进一步的，连续式光纤激光的波长范围为1000纳米至1100纳米，以对应焊接或熔覆工序；脉冲式光纤激光的波长范围为1000纳米至1100纳米，以对应清洗工序；连续式半导体激光的波长范围为800纳米至1000纳米，以对应加热工序。
作为示例，取N的数值为2，对应N束激光分别为第一激光和第二激光，其中，第一激光是波长为1064纳米的连续式光纤激光，第二激光是波长为1064纳米的脉冲式光纤激光。将第一激光和第二激光以非同轴方式复合而获得复合激光，所述复合激光可以综合利用连续式光纤激光的焊接或熔覆特性，以及脉冲式光纤激光的清洁特性。
将复合激光作用于待加工目标上，复合激光在待加工目标上形成两个光斑，两个光斑沿着加工方向呈线性排列，这两个光斑分别为第一激光和第二激光。如图3所示，在加工方向F1上，第一激光所对应的光斑101在前，第二激光所对应的光斑102在后，以对待加工的位置(位于对待加工目标10上)按照先进行焊接或熔覆工序、再进行清洗工序的顺序进行加工。
可以理解的是，在加工方向上，两个光斑的配置顺序还可以是：第二激光所对应的光斑在前，第一激光所对应的光斑在后，以对待加工的位置(位于对待加工目标上)按照先进行清洗工序、再进行焊接或熔覆工序的顺序进行加工。
作为示例，取N的数值为2，对应N束激光分别为第一激光和第二激光，其中，第一激光是波长为1064纳米的连续式光纤激光，第二激光是波长为915纳米的连续式半导体激光。将第一激光和第二激光以非同轴方式复合而获得复合激光，所述复合激光可以综合利用连续式光纤激光的焊接或熔覆特性，以及连续式半导体激光的加热特性。
将复合激光作用于待加工目标上，复合激光在待加工目标上形成两个光斑，两个光斑沿着加工方向呈线性排列，这两个光斑分别为第一激光和第二激光。两个光斑的配置顺序无具体限定，可以为：第一激光所对应的光斑在前，第二激光所对应的光斑在后，以对待加工的位置(位于对待加工目标上)按照先进行焊接或熔覆工序、再进行加热工序的顺序进行加工，其中，在焊接或熔覆工序之后设置加热工序的目的在于：连续式半导体激光可以降低熔池的冷却速度，从而降低产生裂纹的风险，并且可以改善成型。两个光斑的配置顺序还可以为：第二激光所对应的光斑在前，第一激光所对应的光斑在后，以对待加工的位置(位于对待加工目标上)按照先进行预热工序、再进行焊接或熔覆工序的顺序进行加工，预热工序具有改善加工成型的作用。
作为示例，取N的数值为3，对应N束激光分别为第一激光至第三激光，其中，第一激光是波长为1064纳米的连续式光纤激光，第二激光是波长为1064纳米的脉冲式光纤激光，第三激光是波长为915纳米的连续式半导体激光。将第一激光至第三激光以非同轴方式复合而获得复合激光，所述复合激光可以综合利用连续式光纤激光的焊接或熔覆特性、脉冲式光纤激光的清洁特性以及连续式半导体激光的加热特性。
将复合激光作用于待加工目标上，复合激光在待加工目标上形成三个光斑，三个光斑沿着加工方向呈线性排列，这三个光斑分别为第一激光、第二激光和第三激光。如图4所示，在加工方向F1上，第二激光所对应的光斑102在前、第一激光所对应的光斑101在中间以及第三激光所对应的光斑103在后，以对待加工的位置(位于对待加工目标10上)按照先进行清洗工序、再进行焊接或熔覆工序、最后进行加热工序的顺序进行加工。
可以理解的是，在加工方向上，三个光斑的配置顺序还可以是：第三激光所对应的光斑在前、第一激光所对应的光斑在中间、第二激光所对应的光斑在后，以对待加工的位置(位于对待加工目标上)按照先进行预热工序、再进行焊接或熔覆工序、最后进行清洗工序的顺序进行加工。在加工方向上，三个光斑的配置顺序还可以是：第二激光所对应的光斑在前、第三激光所对应的光斑在中间以及第一激光所对应的光斑在后，以对待加工的位置(位于对待加工目标上)按照先进行清洗工序、再进行预热工序、最后进行焊接或熔覆工序的顺序进行加工。
作为示例，取N的数值为3，对应N束激光分别为第一激光、第二激光和第三激光，其中，第一激光是波长为1064纳米的连续式光纤激光，第二激光和第三激光均是波长为1064纳米的脉冲式光纤激光。将第一激光至第三激光以非同轴方式复合而获得复合激光，所述复合激光可以综合利用连续式光纤激光的焊接或熔覆特性，以及脉冲式光纤激光的清洁特性。
将复合激光作用于待加工目标上，复合激光在待加工目标上形成三个光斑，三个光斑沿着加工方向呈线性排列，这三个光斑分别为第一激光、第二激光和第三激光。在加工方向上，第一激光所对应的光斑位于第二激光所对应的光斑与第三激光所对应的光斑之间，第二激光所对应的光斑与第三激光所对应的光斑的前后顺序不限，以对待加工的位置(位于对待加工目标上)按照先进行清洗工序、再进行焊接或熔覆工序、最后再次进行清洗工序的顺序进行加工。
作为示例，取N的数值为3，对应N束激光分别为第一激光、第二激光和第三激光，其中，第一激光是波长为1064纳米的连续式光纤激光，第二激光和第三激光均是波长为915纳米的连续式半导体激光。将第一激光至第三激光以非同轴方式复合而获得复合激光，所述复合激光可以综合利用连续式光纤激光的焊接或熔覆特性，以及连续式半导体激光的制热特性。
将复合激光作用于待加工目标上，复合激光在待加工目标上形成三个光斑，三个光斑沿着加工方向呈线性排列，这三个光斑分别为第一激光、第二激光和第三激光。在加工方向上，第一激光所对应的光斑位于第二激光所对应的光斑与第三激光所对应的光斑之间，第二激光所对应的光斑与第三激光所对应的光斑的前后顺序不限，以对待加工的位置(位于对待加工目标上)按照先进行预热工序、再进行焊接或熔覆工序、最后进行加热工序的顺序进行加工。
作为示例，取N的数值为5，对应N束激光分别为第一激光、第二激光、第三激光、第四激光和第五激光，其中，第一激光是波长为1064纳米的连续式光纤激光，第二激光和第三激光均是波长为915纳米的连续式半导体激光，第四激光和第五激光均是波长为1064纳米的脉冲式光纤激光。将第一激光至第五激光以非同轴方式复合而获得复合激光，所述复合激光可以综合利用连续式光纤激光的焊接或熔覆特性、脉冲式光纤激光的清洁特性以及连续式半导体激光的加热特性。
将复合激光作用于待加工目标上，复合激光在待加工目标上形成五个光斑，五个光斑沿着加工方向呈线性排列，这五个光斑分别为第一激光、第二激光、第三激光、第四激光和第五激光。在加工方向F1上，如图5所示，第四激光所对应的光斑104在前，紧接着是第二激光所对应的光斑102，再接着是第一激光所对应的光斑101，再接着是第三激光所对应的光斑103，最后是第五激光所对应的光斑105，以对待加工的位置(位于对待加工目标10上)按照先进行清洗工序、再进行预热工序、再进行焊接或熔覆工序、再进行加热工序、最后进行清洗工序的顺序进行加工。
可以理解的是，第二激光所对应的光斑和第三激光所对应的光斑的排列顺序可以交换，以及第四激光所对应的光斑和第五激光所对应的光斑的排列顺序可以交换。
对上述各个实施例需要说明的是，复合激光在待加工目标上形成的N个光斑在加工方向上的排列顺序不作具体限定，可以依据实际需要自行设定。此外，所述N个光斑中相邻光斑之间的间距不作具体限定，可以依据实际需要自行设定，例如可以设定连续式半导体激光所对应的光斑与连续式光纤激光所对应的光斑之间的间距为1至5毫米，脉冲式光纤激光所对应的光斑与连续式光纤激光所对应的光斑之间的间距为2至10毫米。
本申请实施例还提供了一种复合激光加工装置，所述复合激光加工装置可以采用本申请实施例提供的复合激光加工方法对待加工目标进行加工，加工包括但不限于切割、表面处理、焊接、打标、打孔等。
所述复合激光加工装置包括：N个激光器、N个准直器、(N-1)个反射器、至少一个聚焦器以及一输出器，其中，N为大于等于2的正整数。
N个激光器分别对应为第一激光器至第N激光器。N个激光器用于提供N束激光(对应为第一激光至第N激光)，其中，第一激光至第N激光分别对应一加工工序，且第一激光至第N激光中至少有两者对应的加工工序不相同。
各个准直器包括一个或多个准直透镜，例如各个准直器包括一个准直透镜。各个准直器分别设置于各束激光的出射方向，以使各束激光分别准直形成平行光而获得N束平行光。
各个反射器包括一个或多个反射镜。所述N束平行光中的(N-1)束平行光分别作为入射光进入各个所述反射器，余下一束平行光保持出射方向不变，出自各个所述反射器的各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向相交，且所述各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向之间具有锐角夹角。
在本申请的一些实施例中，各个反射器包括间隔设置的第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜设置于激光经由对应准直器后形成的平行光的出射方向，第二反射镜设置于余下一束平行光的出射方向的一侧。第一反射镜绕第一轴线旋转，和/或所述第二反射镜绕第二轴线旋转，第一轴线和第二轴线均垂直于对应平行光的光路所形成的平面，即：第一反射镜和第二反射镜中的至少一者被配置为可以自由旋转，并且第一反射镜和第二反射镜中的至少一者被配置为在所述平行光的出射方向上的位置可调，以便于调整所述平行光的反射角度，以及调节在待加工目标上形成的N个光斑中相邻光斑之间的间距。
聚焦器包括一个或多个聚焦透镜。聚焦器设置于各束反射光的出射方向与余下一束平行光的出射方向的相交处，以将各束反射光以及余下一束平行光分别聚焦而获得N束聚焦光，N束聚焦光中各束聚焦光的光轴均不相同。
输出器的位置对应于聚焦器。输出器用于将N束聚焦光复合形成复合激光，并将复合激光射出至待加工目标上，使得复合激光在待加工目标上形成N个光斑，N个光斑沿着加工方向呈线性排列，且相邻光斑之间具有预设的间距，以对待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序。
下面以双激光复合加工装置(N的取值为2)和三激光复合加工装置(N的取值为3)为例，对本申请实施例的复合激光加工装置进行详细说明。
图6示出了一种复合激光加工装置，所述复合激光加工装置100包括：一第一激光器1、一第二激光器2、一第一光纤3、一第二光纤4、一复合腔体5以及一输出器23，其中，复合腔体5上设有一第一传输口51和一第二传输口52，第一激光器1通过第一光纤3与第一传输口51连接，第二激光器2通过第二光纤4与第二传输口52连接。
第一激光器1提供的激光所具有的加工特性，与第二激光器2提供的激光所具有的加工特性不相同。例如：第一激光器1用于提供连续式光纤激光，第二激光器2用于提供脉冲式光纤激光。又如：第一激光器1用于提供连续式光纤激光，第二激光器2用于提供连续式半导体激光。
复合腔体5内设有一第一准直器6、一第二准直器7、一第一反射器8和一聚焦器9，其中，第一准直器6和第二准直器7分别为一准直透镜，反射器8由间隔设置的两个反射镜组成，聚焦器9为一聚焦透镜。
第一准直器6对应设置于第一传输口51的正下方。第一激光器1提供的第一激光经由第一光纤3和第一传输口51进入复合腔体5内，并通过第一准直器6形成第一平行光11。
第二准直器7对应设置于第二传输口52的正下方。第二激光器2提供的第一激光经由第二光纤4和第二传输口52进入复合腔体5内，并通过第二准直器7形成第二平行光12，第二平行光12与第一平行光11相平行。
所述两个反射镜分别为第一反射镜81和第二反射镜82。第一反射镜81设置于第二平行光12的出射方向，并且第一反射镜81与第二平行光12的出射方向之间具有一预设的夹角，夹角的度数可以依据实际光路进行相应的设置。第二反射镜82设置于第一平行光11的一侧，并且位于第一准直器6和第二准直器7之间，第二反射镜82与第二平行光12的出射方向之间也具有一预设的夹角，夹角的度数可以依据实际光路进行相应的设置，仅需满足条件：第二平行光12依次经第一反射镜81和第二反射镜82反射后所形成的第一反射光13的出射方向与第一平行光11的出射方向相交，并且第一反射光13的出射方向与第一平行光11的出射方向之间具有锐角夹角。
第一反射镜81可绕第一轴线旋转，第一轴线垂直于对应第二平行光12光路所形成的平面。第二反射镜82可绕第二轴线旋转，第二轴线垂直于对应第二平行光12光路所形成的平面。第一反射镜81和第二反射镜82均被配置为在第二平行光12的出射方向上的位置可调，即：在图6中，第一反射镜81和第二反射镜82均可以顺时针或逆时针转动，且第一反射镜81和第二反射镜82均可以上下移动，以便于调整第二平行光12的反射角度，以及调节在待加工目标10上形成的两个光斑之间的间距。
聚焦器9对应设置于第一准直器6的正下方。聚焦器9将第一反射光13和第一平行光11分别聚焦，以形成两束聚焦光，且两束聚焦光中各束聚焦光的光轴不相同。
输出器23设置于复合腔体5上，且输出器23的位置对应于聚焦器9。输出器23将两束聚焦光以非同轴的方式复合以获得复合激光，并将复合激光通过同一通道射出至待加工目标10上。复合激光作用于待加工目标10上，并在待加工目标10上形成第一光斑14和第二光斑15，第一光斑14和第二光斑15沿着加工方向F1线性排列，配置顺序为：第一光斑14在前，第二光斑15在后。第一光斑14和第二光斑15之间具有一预设的间距。
图7示出了另一种复合激光加工装置，所述复合激光加工装置是在图6所示复合激光加工装置的基础上，增设了一第三激光器16、一第三光纤17、一第二传输口53、一第三准直器18和一第二反射器19。
第一激光器1、第二激光器2以及第三激光器16提供的激光所具有的加工特性可以是互不相同的，例如：第一激光器1用于提供连续式光纤激光，第二激光器2用于提供脉冲式光纤激光，第三激光器16用于提供连续式半导体激光。第一激光器1、第二激光器2以及第三激光器16提供的激光所具有的加工特性可以是部分相同的，例如：第一激光器1用于提供连续式光纤激光，第二激光器2和第三激光器16均用于提供脉冲式光纤激光。
第三传输口53设置于复合腔体5上，并且第一传输口51位于第二传输口52和第三传输口53之间。第三激光器16通过第三光纤17与第三传输口53连接，使得第三激光器16提供的第三激光经由第三光纤17和第三传输口53进入复合腔体5内。
第三准直器18设置于第三传输口53的正下方。进入复合腔体5内的第三激光经由第三准直器18形成第三平行光20，并且第一平行光11、第二平行光12以及第三平行光20相互平行。
第二反射器19由两个反射镜组成，一反射镜191参照第一反射镜81配置，另一反射镜192参照第二反射镜82配置。第三平行光20经第二反射器19反射后形成第二反射光21，第二反射光21的出射方向与第一平行光11的出射方向相交，并且第二反射光21的出射方向与第一平行光11的出射方向之间具有锐角夹角。
聚焦器9将第一平行光11、第一反射光13和第二反射光21分别聚焦，以形成三束聚焦光，且三束聚焦光中各束聚焦光的光轴不相同。复合激光作用于待加工目标10上，并在待加工目标10上形成第一光斑14、第二光斑15和第三光斑22，第一光斑14、第二光斑15和第三光斑22沿着加工方向F1呈线性排列，排列顺序为：第三光斑22在前，第二光斑15在后，第一光斑14在第二光斑15和第三光斑22之间。第一光斑14与第二光斑15之间具有一预设的间距，且第二光斑15和第三光斑22之间具有另一预设的间距。
本领域技术人员可以理解的是，本申请实施例的复合激光加工装置还可以包括其他为实施激光加工操作所需要的常规元器件，例如：驱动第一反射镜和/或第二反射镜旋转的电机、用于输出复合激光的吹气嘴等，本领域技术人员通过现有技术和公知常识容易想到常规元器件的布设方案。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例提供的一种复合激光加工方法及复合激光加工装置，进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例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同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种复合激光加工方法，其特征在于，所述复合激光加工方法包括如下步骤：
分别获取N束激光，所述N束激光中各束激光分别对应一加工工序，且所述N束激光中至少有两者对应的加工工序不相同；
将所述N束激光以非同轴的方式复合，获得复合激光；以及
将所述复合激光作用于待加工目标上，所述复合激光在所述待加工目标上形成N个光斑，所述N个光斑沿着加工方向呈线性排列，并且所述N个光斑中相邻光斑之间具有预设的间距，以对所述待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序；
其中，N为大于等于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的复合激光加工方法，其特征在于，当N为大于2的正整数时，所述N束激光中至少有两者对应的加工工序相同。
3.根据权利要求1所述的复合激光加工方法，其特征在于，所述将所述N束激光以非同轴的方式复合，包括步骤：
将所述N束激光中各束激光分别准直形成平行激光束，获得N束平行光；
将所述N束平行光中的(N-1)束平行光分别反射形成反射激光束，以获得(N-1)束反射光，余下一束平行光保持出射方向不变，所述(N-1)束反射光中各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向相交，且所述各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向之间具有锐角夹角；以及
将所述各束反射光以及所述余下一束平行光分别聚焦，以形成N束聚焦光，所述N束聚焦光中各束聚焦光的光轴均不相同，然后将所述N束聚焦光相复合以形成复合激光。
4.根据权利要求1至3任一项中所述的复合激光加工方法，其特征在于，所述N束激光包括连续式光纤激光、脉冲式光纤激光以及连续式半导体激光中的至少两者。
5.根据权利要求4所述的复合激光加工方法，其特征在于，所述连续式光纤激光的波长范围为1000纳米至1100纳米，且所述连续式光纤激光对应焊接或熔覆工序；所述脉冲式光纤激光的波长范围为1000纳米至1100纳米，且所述脉冲式光纤激光对应清洗工序；所述连续式半导体激光的波长范围为800纳米至1000纳米，且所述连续式半导体激光对应加热工序。
6.一种复合激光加工装置，其特征在于，所述复合激光加工装置包括：
N个激光器，用于提供N束激光，所述N束激光中各束激光分别对应一加工工序，且所述N束激光中至少有两者对应的加工工序不相同；
N个准直器，各个所述准直器分别设置于所述各束激光的出射方向，以使所述各束激光分别准直形成平行光而获得N束平行光；
(N-1)个反射器，所述N束平行光中的(N-1)束平行光分别作为入射光进入各个所述反射器，余下一束平行光保持出射方向不变，出自各个所述反射器的各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向相交，且所述各束反射光的出射方向均与所述余下一束平行光的出射方向之间具有锐角夹角；
至少一个聚焦器，所述聚焦器设置于所述各束反射光的出射方向与所述余下一束平行光的出射方向的相交处，以将所述各束反射光以及所述余下一束平行光分别聚焦而获得N束聚焦光，所述N束聚焦光中各束聚焦光的光轴不相同；以及
一输出器，所述输出器的位置对应于所述聚焦器，以将所述N束聚焦光复合形成复合激光，并将所述复合激光射出至待加工目标上，所述复合激光在所述待加工目标上形成N个光斑，所述N个光斑沿着加工方向呈线性排列，并且所述N个光斑中相邻光斑之间具有预设的间距，以对所述待加工目标上的一个或多个位置依序实施N道加工工序。
7.根据权利要求6所述的复合激光加工装置，其特征在于，用于形成所述(N-1)束平行光的(N-1)个准直器对称布设于余下一个准直器的两侧。
8.根据权利要求6或7中所述的复合激光加工装置，其特征在于，所述反射器包括间隔设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜设置于激光经由所述准直器后形成的平行光的出射方向上，所述第二反射镜设置于所述余下一束平行光的出射方向的一侧。
9.根据权利要求8所述的复合激光加工装置，其特征在于，所述第一反射镜绕第一轴线旋转，和/或所述第二反射镜绕第二轴线旋转，所述第一轴线和所述第二轴线均垂直于对应所述平行光的光路所形成的平面。
10.根据权利要求9所述的复合激光加工装置，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜中的至少一者被配置为在所述平行光的出射方向上的位置可调。
CN202110552789.1A 2021-05-20 2021-05-20 一种复合激光加工方法及复合激光加工装置 Active CN113199138B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110552789.1A CN113199138B (zh) 2021-05-20 2021-05-20 一种复合激光加工方法及复合激光加工装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110552789.1A CN113199138B (zh) 2021-05-20 2021-05-20 一种复合激光加工方法及复合激光加工装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113199138A true CN113199138A (zh) 2021-08-03
CN113199138B CN113199138B (zh) 2022-03-08

Family

ID=77032075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110552789.1A Active CN113199138B (zh) 2021-05-20 2021-05-20 一种复合激光加工方法及复合激光加工装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113199138B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114131211A (zh) * 2021-11-10 2022-03-04 苏州热工研究院有限公司 激光去污与切割复合系统及激光去污与切割方法
CN114406478A (zh) * 2022-01-17 2022-04-29 苏州迈为科技股份有限公司 一种显示面板的加工装置、方法、显示面板和控制器

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60184488A (ja) * 1984-03-05 1985-09-19 Toshiba Corp レ−ザ加工装置及び加工方法
DE19634190A1 (de) * 1996-08-23 1998-02-26 Karl Baasel Lasertechnik Gmbh Mehrkopf-Lasergravuranlage
DE102008027891A1 (de) * 2008-03-12 2009-04-23 Rofin Sinar Laser Gmbh Vorrichtung zum simultanen Laserbearbeiten eines oder einer Mehrzahl von Bauteilen
CN204524549U (zh) * 2015-04-17 2015-08-05 温州职业技术学院 一种双焦点复合激光焊接加工头
CN104858547A (zh) * 2015-04-17 2015-08-26 温州职业技术学院 一种基于双光束空间特性调节的激光加工头
CN106808087A (zh) * 2017-02-13 2017-06-09 江苏华博数控设备有限公司 一种减小激光熔覆后工件形变量的方法
CN108526685A (zh) * 2018-07-06 2018-09-14 温州大学激光与光电智能制造研究院 激光加工光路分光系统
CN110170742A (zh) * 2019-06-25 2019-08-27 华中科技大学 一种铝合金中厚板激光焊接装置及方法
CN110465741A (zh) * 2019-08-09 2019-11-19 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种同轴双激光电弧复合焊接装置及方法
CN111347158A (zh) * 2020-03-20 2020-06-30 华中科技大学 一种半导体蓝光激光和光纤激光的复合焊接装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60184488A (ja) * 1984-03-05 1985-09-19 Toshiba Corp レ−ザ加工装置及び加工方法
DE19634190A1 (de) * 1996-08-23 1998-02-26 Karl Baasel Lasertechnik Gmbh Mehrkopf-Lasergravuranlage
DE102008027891A1 (de) * 2008-03-12 2009-04-23 Rofin Sinar Laser Gmbh Vorrichtung zum simultanen Laserbearbeiten eines oder einer Mehrzahl von Bauteilen
CN204524549U (zh) * 2015-04-17 2015-08-05 温州职业技术学院 一种双焦点复合激光焊接加工头
CN104858547A (zh) * 2015-04-17 2015-08-26 温州职业技术学院 一种基于双光束空间特性调节的激光加工头
CN106808087A (zh) * 2017-02-13 2017-06-09 江苏华博数控设备有限公司 一种减小激光熔覆后工件形变量的方法
CN108526685A (zh) * 2018-07-06 2018-09-14 温州大学激光与光电智能制造研究院 激光加工光路分光系统
CN110170742A (zh) * 2019-06-25 2019-08-27 华中科技大学 一种铝合金中厚板激光焊接装置及方法
CN110465741A (zh) * 2019-08-09 2019-11-19 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种同轴双激光电弧复合焊接装置及方法
CN111347158A (zh) * 2020-03-20 2020-06-30 华中科技大学 一种半导体蓝光激光和光纤激光的复合焊接装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114131211A (zh) * 2021-11-10 2022-03-04 苏州热工研究院有限公司 激光去污与切割复合系统及激光去污与切割方法
CN114406478A (zh) * 2022-01-17 2022-04-29 苏州迈为科技股份有限公司 一种显示面板的加工装置、方法、显示面板和控制器

Also Published As

Publication number Publication date
CN113199138B (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11673212B2 (en) Optical path/beam splitting unit and coaxial-wire-feed cladding head thereof
CN113199138B (zh) 一种复合激光加工方法及复合激光加工装置
CA2924823C (en) Laser processing systems capable of dithering
CN103399405A (zh) 一种激光宽带熔覆装置及方法
US20210031301A1 (en) Welding method and welding apparatus
CN110977152A (zh) 一种slm双激光复合加工系统
CN106808087A (zh) 一种减小激光熔覆后工件形变量的方法
WO2021027658A1 (zh) 基于多个光纤输出激光模块的中心送料激光系统及加工头
CN112091213A (zh) 兼顾成形效率和成形精度的双光束slm成形装置及方法
CN214768946U (zh) 一种三光束丝粉混合激光熔覆系统
CN114460740B (zh) 一种单镜环形光斑光学系统
WO2021027206A1 (zh) 一种同轴双激光电弧复合焊接装置及方法
CN113634769A (zh) 基于高斯光束、光束整形复合光束的金属slm打印系统
JP2000042779A (ja) レーザ加工装置
CN113664222A (zh) 一种用于定向能量沉积设备的复合激光装置与方法
CN211564508U (zh) 一种slm双光斑成形装置
CN106711765B (zh) 一种具有三光斑照射一次成型功能的半导体激光熔覆光源结构
CN110587118A (zh) 一种双激光合束装置及双激光复合加工的光束系统
CN113102781A (zh) 一种三光束丝粉混合激光熔覆系统
CN104551387A (zh) 多束光合成聚焦装置
CN213476103U (zh) 一种基于反射式带状积分镜的内孔熔覆激光系统
CN111736355A (zh) 一种基于微透镜组可调能量分布光学系统
CN114012248B (zh) 一种激光切割头的光路系统
CN215238570U (zh) 复合激光熔覆头以及熔覆装置
CN116038104A (zh) 激光加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant