CN114799494B - 一种激光分光装置及激光加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光分光装置，包括分光组件和高速光开关组件，分光组件用于反射且透射接收后的激光束，透射过每一分光组件的激光束形成透射光路，每一分光组件反射透射光路中的激光束形成反射光路，各高速光开关组件一一对应布置于各反射光路中；每一高速光开关组件均包括声光调制器、第一反射镜和光阑，反射光路经声光调制器形成零级衍射光和一级衍射光，一级衍射光经第一反射镜反射后由光阑中心射出，零级衍射光经第一反射镜反射后由光阑拦截。该发明通过分光组件可以调整激光的功率比例，可以在实现多头独立加工的同时实现对激光功率的充分利用，且通过高速光开关组件可以实现对加工中图档的进行实时匹配，实现对每路激光的独立控制。
Description
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种激光分光装置及激光加工设备。
背景技术
目前，随着激光技术的不断更新，激光应用场合越来越广泛。传统激光设备的单激光设备不能满足工件的复杂性及产能的需求，此时需要将单束激光变成多束激光以满足使用需求。分光通常采用分光镜，但分光镜很难将光分成两束或者更多功率或者能量一致的光束；在使用过程中，分光镜镀膜会有一定程度的损失，进而导致多光路光束功率或者能量不一致，且无法对单个分路调节；而且每路分光后，每路光路同时出光，无法对每路光路的出光时机和能量大小进行控制，导致应用场景有限。
另外，现有激光分光设备中只能实现多路同步加工，并不能实现单路独立加工即无法实现激光的多路异步加工；而常规的时间分光光路可以实现多路独立加工，但每路激光必须使用激光器的全部性能无法提高加工效率。
中国专利CN109407328A中提到利用振镜进行独立加工分光的方案，虽然可以实现多路异步独立加工，但由于其第一全反镜在运动过程中无法保持完全静止（第一全反镜会由电机自身原因带来抖动），会导致后续激光对工件进行加工时在材料表面出现色差或者去除时出现深度不一致的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光分光装置，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种激光分光装置，包括多个分光组件和多个高速光开关组件，所述分光组件用于反射且透射接收后的激光束，透射过每一所述分光组件的激光束形成透射光路，每一所述分光组件反射所述透射光路中的激光束形成反射光路，各所述高速光开关组件一一对应布置于各反射光路中，用于对每路反射光路的激光束开关独立控制；
每一所述高速光开关组件均包括沿光路依次布置的声光调制器、第一反射镜和光阑，反射光路经声光调制器形成零级衍射光和一级衍射光，一级衍射光经第一反射镜反射后由光阑中心射出，零级衍射光经第一反射镜反射后由光阑拦截。
进一步的，每一所述分光组件均包括偏振分光棱镜以及可旋转的零级半波片，所述零级半波片和所述偏振分光棱镜沿透射光路的方向依次间隔排布，且所述透射光路由偏振分光棱镜中引出；通过调整零级半波片光轴与偏振分光棱镜的光偏振方向的角度控制透射光路和反射光路两束激光的比例。
进一步的，每一所述分光组件均还包括驱动零级半波片旋转的电机，所述电机的数量与零级半波片的数量相同且一一对应。
进一步的，所述声光调制器的衍射角为θ，所述第一反射镜中心位于声光调制器的一级衍射光路上，其水平方向上与声光调制器中心位置的偏离距离为L1，所述第一反射镜中心和声光调制器中心的垂直距离为d，其中L1=tanθ×d。
进一步的，所述光阑与第一反射镜的水平距离L2，产生的光斑直径为ω,其中L2＞ω/θ-d。
另外，本发明还提供了一种激光加工设备，包括用于提供加工所需激光的激光器，以及上述激光分光装置；所述激光分光装置的多个分光组件依次排布，所述激光器位于各分光组件排布的前端。
进一步的，所述激光器与分光组件之间的光路上设有第二反射镜和第三反射镜，所述激光器和第二反射镜间隔排列且位于同一条水平轴线上，所述第三反射镜与第二反射镜间隔排列且位于同一条垂直轴线上，所述分光组件与第三反射镜位于同一条水平轴线上。
进一步的，上述激光加工设备还包括与多个光阑出射光路一一对应的振镜组件，以及可控制各高速光开关组件和各振镜组件独立工作的控制器；每一所述振镜组件设于与其对应的光阑出射光路中，且位于所述光阑的出光口处。
进一步的，每一所述振镜组件均包括扩束镜和扫描振镜，所述光阑出射光经扩束镜后入射至扫描振镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种激光分光装置通过分光组件可以调整激光的功率比例，可以在实现多头独立加工的同时实现对激光功率的充分利用，且通过高速光开关组件可以实现对加工中图档的进行实时匹配，实现对每路激光的独立控制。
(2)本发明提供的这种激光分光装置在高速光开关组件对每路激光的独立控制中，声光调制器通过磁场改变晶体内部的排列结构，利用光衍射效应实现光路偏转，有效避免现有技术中光器件在运动过程中无法保持完全静止而对后续激光加工精度造成影响的问题。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的激光加工设备的结构示意图。
附图标记说明：1、激光器；2、第二反射镜；3、第三反射镜；4、零级半波片；5、偏振分光棱镜；6、透射光路；7、反射光路；8、声光调制器；9、第一反射镜；10、光阑；11、扩束镜；12、扫描振镜。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实施例提供了一种激光分光装置，包括多个分光组件和多个高速光开关组件，所述分光组件用于反射且透射接收后的激光束，透射过每一所述分光组件的激光束形成透射光路6，每一所述分光组件反射所述透射光路6中的激光束形成反射光路7，各所述高速光开关组件一一对应布置于各反射光路7中，用于对每路反射光路7的激光束开关独立控制；每一所述高速光开关组件均包括沿光路依次布置的声光调制器8、第一反射镜9和光阑10，反射光路7经声光调制器8形成零级衍射光和一级衍射光，一级衍射光经第一反射镜9反射后由光阑10中心射出，零级衍射光经第一反射镜9反射后由光阑10拦截。
在本实施例中，激光经过多个分光组件，一部分透射过去形成透射光路6，即主光路，而另外一部分被反射形成了多条反射光路7，即支路。每一个分光组件都能够分出一条支路，然后它们透射出的激光即形成了透射光路6。在分光过程中，每一个分光组件的支路上声光调制器8工作时，通过调节各支路上的第一反射镜9，使声光调制器8衍射出的一级衍射光经过该支路上的光阑10中心射出，声光调制器8衍射出的零级衍射光被光阑10拦截，从而通过控制声光调制器8工作状态即可实现对每支路上激光开关的独立控制。其中，声光调制器8通过电场转换成磁场，利用磁场改变晶体内部的排列结构，然后光通过衍射效应实现光路偏转，从而实现分光，本实施例的这种分光过程有效避免了现有技术中光器件在运动过程中无法保持完全静止而对后续激光加工精度造成影响的问题。
一种具体的实施方式，每一所述分光组件均包括偏振分光棱镜5以及可旋转的零级半波片4，所述零级半波片4和所述偏振分光棱镜5沿透射光路6的方向依次间隔排布，且所述透射光路6由偏振分光棱镜5中引出。在本实施例中，通过偏振分光棱镜5实现分光，分为水平方向和竖直向下的两束光，即透射光和反射光，同时在分光的过程中需要进行支路激光的功率比例调整时，通过调整零级半波片4光轴与偏振分光棱镜5的光偏振方向的角度即可控制透射光路6和反射光路7两束激光的比例，使得该激光分到支路中后能够具有指定的功率比例，因此可以在实现独立加工的同时实现对激光功率的充分利用。其中，沿光路传输方向上的最后一组分光组件的偏振分光棱镜5上仅镀反射膜，即最后一个偏振分光棱镜5仅对激光进行反射形成反射光路7，其余分光组件的偏振分光棱镜5上镀有反射膜和透射膜。
优化的，每一所述分光组件均还包括驱动零级半波片4旋转的电机，所述电机的数量与零级半波片4的数量相同且一一对应。在本实施例中，对于上述分光组件分光的调整可以通过手动调节，也可以通过本实施例中的电机进行自动调节。
一种具体的实施方式，各声光调制器8位于对应偏振分光棱镜5的反射光路7上，且与偏振分光棱镜5间隔排列，所述声光调制器8的衍射角为θ，经声光调制器8的激光形成零级衍射光和一级衍射光，所述第一反射镜9中心位于声光调制器8的一级衍射光路上，其水平方向上与声光调制器8中心位置的偏离距离为L1，所述第一反射镜9中心和声光调制器8中心的垂直距离为d，则第一反射镜9布置位置需要满足关系式L1=tanθ×d。进一步的，所述光阑10位于第一反射镜9后，且与第一反射镜9的水平距离L2，产生的光斑直径为ω，光阑10布置位置需满足关系式：L2＞ω/θ-d。
本发明实施例提供了一种激光加工设备，如图1所示，包括用于提供加工所需激光的激光器1，以及上述激光分光装置；所述激光分光装置的多个分光组件依次排布，所述激光器1位于各分光组件排布的前端。在本实施例中，激光器1用来发射激光束，发射的激光束由上述激光分光装置接收后即可进行分光，使得本激光加工设备兼具了上述激光分光装置的调整每个支路中激光加工功率，通过高速光开关组件实现对每个支路激光的独立控制的功能。
进一步优化上述激光加工设备，在所述激光器1与分光组件之间的光路上依次设置第二反射镜2和第三反射镜3，所述激光器1和第二反射镜2间隔排列且位于同一条水平轴线上，所述第三反射镜3与第二反射镜2间隔排列且位于同一条垂直轴线上，所述分光组件与第三反射镜3位于同一条水平轴线上，通过第二反射镜2和第三反射镜3对激光器1发出的水平方向的偏振光的传播方向进行调节。
进一步优化上述激光加工设备，上述激光加工设备还包括与多个光阑10出射光路一一对应的振镜组件，以及可控制各高速光开关组件和各振镜组件独立工作的控制器；每一所述振镜组件设于与其对应的光阑10出射光路中，且位于所述光阑10的出光口处。具体的，每一所述振镜组件均包括扩束镜11和扫描振镜12，所述光阑10出射光经扩束镜11后入射至扫描振镜12。在本实施例中，每个支路都配备一个振镜组件，用来对图档进行加工。在本激光加工设备中，通过控制器来控制加工作业，它能够单独地控制各高速光开关组件的工作状态以及单独地控制各振镜组件的加工，具体的，各个支路加工时，每个振镜组件可以独立控制，根据加工图档参数，同时将其与高速光开关组件的控制信号进行匹配，实现对加工中图档进行实时匹配，以及控制支路激光的关断，实现支路的独立加工控制，以达到各支路之间不干扰独立加工的目的。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种激光分光装置，其特征在于：包括多个分光组件和多个高速光开关组件，所述分光组件用于反射且透射接收后的激光束，透射过每一所述分光组件的激光束形成透射光路，每一所述分光组件反射所述透射光路中的激光束形成反射光路，各所述高速光开关组件一一对应布置于各反射光路中，用于对每路反射光路的激光束开关独立控制；
每一所述高速光开关组件均包括沿光路依次布置的声光调制器、第一反射镜和光阑，反射光路经声光调制器形成零级衍射光和一级衍射光，一级衍射光经第一反射镜反射后由光阑中心射出，零级衍射光经第一反射镜反射后由光阑拦截；
所述声光调制器的衍射角为θ，所述第一反射镜中心位于声光调制器的一级衍射光路上，其水平方向上与声光调制器中心位置的偏离距离为L1，所述第一反射镜中心和声光调制器中心的垂直距离为d，其中L1＝tanθ×d，所述光阑与第一反射镜的水平距离L2，产生的光斑直径为ω，其中L2＞ω/θ-d。
2.如权利要求1所述的激光分光装置，其特征在于：每一所述分光组件均包括偏振分光棱镜以及可旋转的零级半波片，所述零级半波片和所述偏振分光棱镜沿透射光路的方向依次间隔排布，且所述透射光路由偏振分光棱镜中引出；通过调整零级半波片光轴与偏振分光棱镜的光偏振方向的角度控制透射光路和反射光路两束激光的比例。
3.如权利要求2所述的激光分光装置，其特征在于：每一所述分光组件均还包括驱动零级半波片旋转的电机，所述电机的数量与零级半波片的数量相同且一一对应。
4.一种激光加工设备，其特征在于：包括用于提供加工所需激光的激光器，以及权利要求1～3任一项所述激光分光装置；所述激光分光装置的多个分光组件依次排布，所述激光器位于各分光组件排布的前端。
5.如权利要求4所述的激光加工设备，其特征在于：所述激光器与分光组件之间的光路上设有第二反射镜和第三反射镜，所述激光器和第二反射镜间隔排列且位于同一条水平轴线上，所述第三反射镜与第二反射镜间隔排列且位于同一条垂直轴线上，所述分光组件与第三反射镜位于同一条水平轴线上。
6.如权利要求4所述的激光加工设备，其特征在于：还包括与多个光阑出射光路一一对应的振镜组件，以及可控制各高速光开关组件和各振镜组件独立工作的控制器；每一所述振镜组件设于与其对应的光阑出射光路中，且位于所述光阑的出光口处。
7.如权利要求6所述的激光加工设备，其特征在于：每一所述振镜组件均包括扩束镜和扫描振镜，所述光阑出射光经扩束镜后入射至扫描振镜。
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