CN115319295A - 一种激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光加工装置，该激光加工装置包括激光光源，用于发出激光；光路切换组件，相邻激光光源设置，用于将激光在第一光路和第二光路中进行切换；振镜组件，设于第一光路中，相邻光路切换组件设置，用于控制激光在位于第一光路中的靶材表面形成扫描轨迹；其中，扫描轨迹包括加速段、匀速段和减速段；以及控制器，与振镜组件和光路切换组件电连接，用于根据扫描轨迹所属区间控制光路切换组件对激光在第一光路和第二光路进行切换；其中，当振镜组件在匀速段扫描时，激光位于第一光路；当振镜组件在加速段或减速段扫描时，至少部分激光位于第二光路。通过上述方式，可以降低扫描轨迹边缘过烧的情况。

Description

一种激光加工装置

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工装置。

背景技术

激光清洗技术是将高能量密度激光光束作用于靶材表面，从而对靶材表面进行处理。

控制激光扫描轨迹的驱动方式通常为往返式，但是在激光轨迹的行走开端和停留末端，通常要求驱动扫描振镜往返的驱动电机进行加速和减速的动作，使得激光光斑在开端和末端不均匀，造成扫描轨迹或者扫描图案的边缘过烧的情况。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本申请提供了一种激光加工装置，可以降低扫描轨迹边缘过烧的现象。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：

一种激光加工装置，用于对靶材表面进行处理，包括：激光光源，用于发出激光；光路切换组件，相邻激光光源设置，用于将激光在第一光路和第二光路中进行切换；振镜组件，设于第一光路中，相邻光路切换组件设置，用于控制激光在位于第一光路中的靶材表面形成扫描轨迹；其中，扫描轨迹包括加速段、匀速段和减速段；以及控制器，与振镜组件和光路切换组件电连接，用于根据扫描轨迹所属区间控制光路切换组件对激光在第一光路和第二光路进行切换；其中，当振镜组件在匀速段扫描时，激光位于第一光路；当振镜组件在加速段或减速段扫描时，至少部分激光位于第二光路。

在本申请的一实施例中，光路切换组件包括：旋转平台；多个第一反射镜，以旋转平台的旋转中心间隔设于旋转平台上；以及第一驱动件，与旋转平台连接，用于驱动旋转平台转动，进而带动多个第一反射镜依次经过光路切换工位；其中，当第一反射镜位于光路切换工位时，第一反射镜将激光反射至第二光路；当第一反射镜不位于光路切换工位时，激光经过第一光路传输至振镜组件；其中，控制器与第一驱动件电连接，用于当振镜组件在加速段或减速段扫描时，控制第一反射镜位于光路切换工位；用于当振镜组件在匀速段扫描时，控制第一反射镜不位于光路切换工位。

在本申请的一实施例中，振镜组件包括第二反射镜和第二驱动件，第二驱动件与第二反射镜连接，用于驱动第二反射镜往返动作，以在靶材表面形成扫描轨迹；其中，第二驱动件在加速转动时，在靶材表面形成扫描轨迹的加速段；第二驱动件在匀速转动时，在靶材表面形成扫描轨迹的匀速段；第二驱动件在减速转动时，在靶材表面形成扫描轨迹的减速段；其中，控制器与第二驱动件电连接，用于当第二驱动件的转速变大或者变小时，控制第一驱动件带动第一反射镜进入光路切换工位；用于当第二驱动件的转速保持不变时，控制第一驱动件带动第一反射镜移出光路切换工位。

在本申请的一实施例中，控制器用于控制第一驱动件和第二驱动件同步转动；其中，第一驱动件驱动相邻两个第一反射镜依次进出光路切换工位所需的时间t₀与第二驱动件驱动第二反射镜在靶材表面完成一次扫描轨迹所需时间t₁相同。

在本申请的一实施例中，第一驱动件为伺服电机，第一反射镜的数量为M，伺服电机旋转一个圆周所需脉冲个数为N_all，单个脉冲触发间隔时间为T，相邻两个第一反射镜依次进出光路切换工位所需脉冲个数为

第二驱动件为振镜电机，振镜电机的单次最大扫描长度为L_max、最大扫描速度为V_max、调幅参数为K₁、调速参数分别为K₂，

其中，

其中，K₁，K₂的取值范围为1％～100％。

在本申请的一实施例中，光路切换组件包括：第三反射镜，相邻激光光源设置；第三驱动件，与第三反射镜连接，用于驱动第三反射镜偏转，从而将激光交替反射至第一光路和第二光路中；以及光程延长组件，相邻偏转反射镜设置，用于增大第一光路和第二光路的偏移量，使得第二光路不经过振镜组件；其中，控制器与第三驱动件电连接，用于当振镜组件在加速段或减速段扫描时，控制第三驱动件调整第三反射镜偏转角度，使得反射的激光位于第二光路中；用于当振镜组件在匀速段扫描时，控制第三驱动件调整第三反射镜偏转角度，使得反射的激光位于第一光路中。

在本申请的一实施例中，光程延长组件包括两组相互平行设置的反射镜组，两个反射镜组的反射面相对设置，使得激光在两个反射镜组之间能够多次反射。

在本申请的一实施例中，还包括散射镜，散射镜位于第二光路，用于接收经过第一反射镜反射的激光并进行散射。

在本申请的一实施例中，光路切换组件包括声光晶体和第四驱动件，第四驱动件设于声光晶体的一侧，用于工作时对声光晶体产生机械扰动，使得激光在经过声光晶体后产生布拉格衍射，从而将部分激光从第一光路切换到第二光路；其中，控制器与第四驱动件电连接，用于当振镜组件在加速段或减速段扫描时，控制第四驱动件工作；用于当振镜组件在匀速段扫描时，控制第四驱动件不工作。

为解决上述技术问题，本申请提出的一种解决方案是：

一种激光加工装置，用于对靶材表面进行处理，包括：激光光源，用于发出激光；振镜组件，相邻光路切换组件设置，用于控制激光在靶材表面形成扫描轨迹；其中，扫描轨迹包括加速段、匀速段和减速段；聚焦场镜，相邻以及振镜组件设置，用于将激光汇聚至靶材表面；其中，聚焦场镜的焦距可调；以及控制器，与振镜组件和聚焦场镜电连接，用于根据扫描轨迹所属区间控制聚焦场镜的焦平面与靶材的相对位置；其中，当振镜组件在匀速段扫描时，聚焦场镜的焦平面与靶材所处平面重合；当振镜组件在加速段或减速段扫描时，聚焦场镜的焦平面与靶材所处平面不重合。

为解决上述技术问题，本申请提出的一种解决方案是：

一种激光加工装置，用于对靶材表面进行处理，包括：激光光源，用于发出激光；振镜组件，设于第一光路中，相邻光路切换组件设置，用于控制激光在位于第一光路中的靶材表面形成扫描轨迹；其中，扫描轨迹包括加速段、匀速段和减速段；以及控制器，与振镜组件和激光光源电连接，用于根据扫描轨迹所属区间控制激光光源的开启和关闭；其中，当振镜组件在匀速段扫描时，激光光源开启；当振镜组件在加速段或减速段扫描时，激光光源关闭。

本申请与现有技术相比，其有益效果是：

区别于现有技术，本申请中，激光加工装置中的控制器可以根据当前扫描轨迹所处的区间控制光路切换组件对激光进行切换，使得原本完整的扫描轨迹，将加速段和匀速段从靶材表面移除或者降低位于加速段和匀速段的激光能量，最终实现了靶材表面的均匀烧蚀，从而避免了边缘过烧的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请所属领域的激光扫描方式轨迹示意图；

图2是本申请中激光加工装置的结构示意图；

图3是图2中的激光加工装置在另一个状态下的结构示意图；

图4是图2中的光路切换组件的结构示意图；

图5是本申请中激光加工装置的另一个实施例的结构示意图；

图6是本申请中控制器与其他元器件的模块电连接示意图；

图7是本申请中的聚焦场镜为液体透镜在调节焦距时的示意图；

图8是本申请中的聚焦场镜能够相对靶材运动的结构示意图；

图9是本申请中激光加工装置的另一个实施例的结构示意图；

图10是图9中的激光加工装置在另一个状态下的结构示意图；

图11是图9中的声光晶体的原理示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，图1是本申请所属领域中常规的激光扫描轨迹示意图。激光在填充靶材表面时，一般采用往返式线性扫描。即，扫描振镜反射激光到靶材表面，随着扫描振镜的转动，激光在靶材表面完成行轨迹后，形成烧蚀区域；在完成一行的扫描后，扫描振镜控制激光束跳转至下一行继续进行扫描，从而以往返式的线扫实现在靶材表面的面填充。然而，在扫描轨迹的边缘附近，激光束在扫描振镜的驱动下，需要进行换向动作，使得激光束在边缘停留时间较长。在激光能量保持不变的情况下，会使得扫描轨迹的边缘烧蚀更加严重。

以脉冲激光为例，脉冲激光以单位时间内发出的激光脉冲作用在靶材表面。扫描振镜驱动脉冲激光束往返时，会在靶材表面形成一个个相互搭接的圆形光斑10(需要考虑圆形光斑的有效覆盖面积)。在扫描轨迹边缘时，扫描振镜做减速动作，使得单位时间内脉冲数量叠加过多，从而造成边缘过烧的情况。

基于此，在本申请中，扫描振镜摆动一次的周期中，会依次经过 V1启动加速、V2匀速扫描和V3减速换向的基本步骤。对应在激光的扫描轨迹上，依次形成了加速段D1、匀速段D2和减速段D3三个区间。也就是说，扫描振镜的速度变化与扫描轨迹所属区间段是直接对应的。

作为往返式扫描，加速段D1和减速段D3在多段扫描轨迹中的位置可以互换。即，以图1为例，在起始阶段，扫描振镜先从左侧往右依次经历加速、匀速、减速的动作，形成第一条扫描线段，对应的扫描轨迹从左往右依次为加速段D1、匀速段D2和减速段D3；在完成第一条扫描线段，扫描振镜控制激光跳转到下一行，从右往左依次经历加速、匀速、减速的动作，形成第二条扫描线段，对应的扫描轨迹从右往左依次为加速段D1、匀速段D2和减速段D3。

请参阅图2、图3和图6，其中，图2是本申请中激光加工装置的结构示意图，图3是图2中的激光加工装置在另一个状态下的结构示意图，图6是本申请中控制器与其他元器件的模块电连接示意图。为解决扫描轨迹中的加速段D1和减速段D3出现过烧的技术问题，本申请中的激光加工装置100可以包括激光光源110、光路切换组件120、振镜组件130和控制器。其中，激光光源110用于发出激光111；光路切换组件120相邻激光光源110设置，用于将激光111在第一光路11和第二光路12中进行切换；振镜组件130设于第一光路11中，并相邻光路切换组件120设置，用于控制激光111在靶材表面的扫描动作，从而在靶材表面形成扫描轨迹。如前所述，本申请中的扫描轨迹包括了加速段D1、匀速段D2和减速段D3。

控制器与振镜组件130和光路切换组件120电连接，用于根据激光当前扫描时所处的区间来控制光路切换组件120对激光在第一光路11 和第二光路12中进行切换。当振镜组件130控制激光111位于匀速段D2扫描时，激光111位于第一光路11，当振镜组件130控制激光111 位于加速段D1或者减速段D3时，激光111位于第二光路12。

第一光路11与第二光路12不同。第一光路11为正常加工时激光 111通过的光路，且靶材位于第一光路11中；第二光路12为不经过靶材的光路。

本申请中所指的激光光源110按照增益介质划分可以是气体激光器、固体激光器、半导体激光器等；发出的激光可以是连续激光或者脉冲激光。可以理解地，本领域的技术人员可以根据实际情况做适应性调整，选择合适的激光光源110，并对激光光源110的诸如波长、重复频率等相关参数做调整，在此不一一赘述。

在本申请中，激光加工装置100中的控制器可以根据当前扫描轨迹所处的区间控制光路切换组件120对激光111进行切换，使得原本完整的扫描轨迹，将加速段D1和减速段D3从靶材表面移除，仅在靶材表面保留了匀速段D2，最终实现了靶材表面的均匀烧蚀，从而避免了边缘过烧的情况。

光路切换组件120可以包括旋转平台121、多个第一反射镜123和第一驱动件122。其中，多个第一反射镜123以旋转平台121的旋转轴均匀分布在旋转平台121的边缘；第一驱动件122的输出轴与旋转平台 121的旋转轴连接，驱动旋转平台121转动，从而带动第一反射镜123 依次间隔地进出光路切换工位13。当第一反射镜123位于光路切换工位13时，从激光光源110射出的激光111被第一反射镜123反射进入第二光路12；当第一反射镜123不位于光路切换工位13时，从激光光源110射出的激光111能够通过两个第一反射镜123之间的间隙在第一光路11中传输，并最终通过振镜组件130照射到靶材表面。

旋转平台121所处平面与激光光源110的入射将呈非90°设置，以避免第一反射镜123在光路切换工位13将激光反射至激光光源110，造成损坏激光光源110的情况。当然，也可以通过将第一反射镜123与旋转平台121所处平面呈夹角设置来避免上述缺陷。

振镜组件130可以包括第二反射镜131和第二驱动件132，第二驱动件132与第二反射镜131连接，用于驱动第二反射镜131往返运动来反射激光111，使得激光111在靶材表面形成“弓”型扫描轨迹。结合图1，扫描轨迹位于加速段D1，对应的第二驱动件132做加速转动的动作；扫描轨迹位于匀速段D2时，对应的第二驱动件132做匀速转动的动作；扫描轨迹位于减速段D3时，对应的第二驱动件132做减速转动的动作。

控制器判断当前扫描轨迹所属区间可以通过检测第二驱动件132的驱动轴的加速度来实现。第二驱动件132的驱动轴上可以设有加速度传感器，当加速度传感器检测到驱动轴的加速度为正时，对应的第二驱动件132做加速转动的动作；当加速度传感器检测到驱动轴的加速度为 0时，对应的第二驱动件132做匀速转动的动作；当加速度传感器检测到驱动轴的加速度为负时，对应的第二驱动件132做减速转动的动作。

控制器在通过加速度传感器获得第二驱动件132的旋转状态，从而实时获知扫描轨迹所属的区间。其中，当第二驱动件132的加速度为正或者为负时(即，第二驱动件132做加速或者减速的动作)，说明对应的扫描轨迹已经到了边缘区域(加速段D1或减速段D3)，控制器控制第一驱动件122带动第一反射镜123进入光路切换工位13，使得激光被反射进入第二光路12中；当第二驱动件132的加速度为0时(即，第二驱动件132做运动转动的动作)，说明对应的扫描轨迹进入匀速段 D2，控制器控制第一驱动件122带动第一反射镜123移出光路切换工位13，使得激光从新进入第一光路11中。

第一驱动件122和第二驱动件132的转动动作可以同时进行。请结合图2-3并参阅图4，图4是图2中的光路切换组件120的结构示意图。其中，第一反射镜123的数量可以是8个，沿着旋转平台121的旋转重心均匀分布在边缘，并以此被旋转平台121带动经过光路切换工位13。在第一驱动件122和第二驱动件132同步转动的过程中，相邻两个第一反射镜123进出光路切换工位13所需时间t₀与第二驱动件132带动第二反射镜131完成一次扫描轨迹所需时间t₁相同。

也就是说，相邻两个第一反射镜123对应的间隙区域，正好与扫描轨迹的匀速段D2对应；而每个第一扫描镜123本身的宽度形成的反射区域，正好与扫描轨迹的加速段D1或减速段D3对应。控制扫描轨迹切换到下一行的是由另一个反射镜(Y轴偏移量)进行切换，第二反射镜131在扫描过程中被第二驱动件132带动持续往返运动(X轴偏移量)，因此第二驱动件132在扫描过程中没有时间间隔；而多个第一反射镜123被第一驱动件122同向驱动依次经过光路切换工位13，也没有时间间隔。因此，在将第一驱动件122和第二驱动件132设置为同步转动后，可以极大提高本申请中激光加工装置100的工作效率。

下面对第一驱动件122和第二驱动件132同步转动的实现方式做说明。

在本申请中，第一驱动件122为伺服电机。伺服电机为增量式定位电机，通过发送脉冲控制电机增量式转动到所需角度位置。第二驱动件132为振镜电机，振镜电机式绝对式定位电机，通过发送指令控制振镜偏摆到指定位置。

设定，第一反射镜123的数量为M，伺服电机旋转一个圆周所需脉冲个数为N_all，单个脉冲触发间隔时间为T，相邻两个第一反射镜 123依次进出光路切换工位13脉冲个数为

则，

设定，振镜电机的单次最大扫描幅值(即本申请中的一行扫描轨迹)为L_max、最大扫描速度为V_max、调幅参数为K₁、调速参数分别为 K₂。则，

令

K₁，K₂的取值范围为1％～100％， L_max，V_max，N_all，M为伺服电机和振镜电机自身的硬件参数。

因此，在K₁，K₂选定后，伺服电机的单个脉冲触发时间间隔T可以被确定。

举例来说，本装置采用XX品牌的500W脉冲激光器，振镜电机的最大扫描速度为V_max＝10m/s，扫描最大幅面为L_max＝100mm。伺服电机选择XX品牌XX系列的100W伺服电机，伺服电机转动一圈需要脉冲数为N_all＝50个脉冲，光路切换组件120中的第一反射镜123单元数量M＝8。

则代入对应的公式可得，

因此，

激光清洗实际应用中为获得更高的激光清洗效率，因此尽可能将振镜电机的扫描速度满速运转，即K₂＝1，则T＝K₁*1600us。

由此可得，振镜电机的扫描幅值与伺服电机的脉冲控制宽度T呈一次线型关联。当K₁为100％时，伺服电机脉冲宽度为1600us，伺服电机转动一圈输出50个脉冲折算出转速为12.5r/s，对应转速为 750r/min；当K₁为50％时，则转速需要提高至1500r/min。通过上述方式，即可以将第一驱动件和第二驱动件设置为同步转动，由此提高激光加工装置100的运行效率。

激光加工装置100还可以包括聚焦场镜140，用于将经过振镜组件 130偏转的激光111聚焦到靶材表面。第二光路12中还可以设有第四反射镜160，第四反射镜160的数量和位置可以根据实际情况做调整，使得经过第一反射镜123反射的激光111能够进入到散射镜150中。

本申请中的激光加工装置100设置了光路切换组件120，并根据振镜组件130的加速、匀速、减速的动作，同步控制光路切换组件120进出光路切换工位13，使得最终在靶材表面的扫描轨迹仅保留了匀速段 D2，不仅降低了激光加工过程中边缘过烧的缺陷，还可以使得本申请中的激光加工装置100适配高速扫描的使用场镜。

光路切换组件120除了采用上述转盘式的实现方式，还可以是另一种实现方式。请参阅图5和图6，图5是本申请中激光加工装置200的另一个实施例的结构示意图。光路切换组件220包括第三反射镜221、第三驱动件222和光程延长组件223；第三驱动件222与第三反射镜 221连接，用于驱动第三反射镜221偏转，从而将激光211交替反射至第一光路11和第二光路12中；光程延长组件223相邻第三反射镜221 设置，用于增大第一光路11和第二光路12的偏移量，使得第二光路12不经过振镜组件230。

具体的，激光光源210的入射角度恒定，第三反射镜221通过第三驱动件222调整激光211的反射角度，为了满足高速扫描的使用场镜，第三反射镜221的偏转角度不能过大，否在需要消耗较长的时间。因此，需要在较小的偏转角度前提下，将第一光路11和第二光路12间隔开。光程延长组件223用于对激光211进行多次反射，从而放大第一光路 11和第二光路12的初始偏移量，使得最终从光程延长组件223出射的激光211在第一光路11中经过振镜振镜230，在第二光路12中不经过振镜组件230。

光程延长组件223可以包括两组并排设置的反射镜组，且该两组反射镜的反射面相对设置，从而可以使得激光211在光程延长组件223中能够多次反射。

相应地，控制器分别于第三驱动件222和第二驱动件232电连接，用于根据第二驱动件232的转动状态，控制第三驱动件222带动第三反射镜221的偏转角度。当振镜组件230在匀速段D2扫描时，控制器用于控制第三驱动件222带动第三反射镜221位于第一光路11中；当振镜组件230在加速段D1或减速段D3扫描时，控制器用于控制第三驱动件222带动第三反射镜221位于第二光路12中。

如果仅把激光211偏转到第二光路12，可能会损坏激光加工装置 200的其他元器件。因此，在第二光路12中还可以设置散射镜250，用于对位于第二光路12中的激光211进行散射，从而削减或降低激光 211的能量，起到保护其他元器件的效果。其中，聚焦场镜240能够在第一光路11中将激光211汇聚到靶材表面；第四反射镜260用于调整激光211的反射角度，使得其能够朝向散射镜250照射。

为了解决扫描轨迹边缘过烧的技术问题，除了将位于边缘的激光 211偏转到另一个独立的光路中，基于相似的发明构思，还可以通过降低激光211在扫描轨迹边缘的能量来实现。请结合图6并参阅图7和图8，其中一种示例方案为，聚焦场镜240的焦距可调。控制器分别于聚焦场镜240和振镜组件230电连接，用于根据振镜组件230在靶材表面形成的扫描轨迹的所属区间来控制聚焦场镜240的焦平面与靶材之间的距离。

其中，聚焦场镜240为液体透镜，例如液晶透镜。在施加不同的电场强度下，液体透镜的曲率方式改变，从而调整自身的焦距.。图7中示出了液体透镜焦距调节的方式。其中，正常状态下聚焦场镜的焦距为f1，施加正向电场后的焦距为f2，施加反向电场后的焦距为f3。则， f3>f1>f2。因此，当聚焦场镜240的焦距改变后，原本集中的激光能量会被发散，从而降低扫描轨迹边缘高能量密度叠加的效果，由此可以降低扫描轨迹边缘的过烧现象。

其中，聚焦场镜240与靶材之间的距离可调。图8示出了聚焦场镜 240与靶材之间不同距离下的聚焦效果。其中，正常状态下聚焦场镜 240与靶材的距离为d1，d1等于聚焦场镜240的焦距，使得聚焦场镜 240的焦平面与靶材的表面重合；当聚焦场镜240靠近或者远离靶材后，原本汇聚的激光会被发散。则，d3>d1>d2。因此，当聚焦场镜240与靶材之间的距离改变后，会降低激光光斑的聚集程度，从而可以降低扫描轨迹边缘的过烧现象。

当然，至于施加电场的时机，以及何时驱动聚焦场镜240靠近或远离靶材，可以参考上述实施例，在此不做进一步说明；至于如何设置驱动聚焦场镜靠近或远离靶材的机构，本领域的技术人员可以根据实际情况进行设计，在此不一一赘述。

为了解决扫描轨迹边缘过烧的技术问题，除了将位于边缘的激光 211偏转到另一个独立的光路中，基于相似的发明构思，还可以通过将原本位于第一光路11中的激光部分转移到第二光路12，以降低位于第一光路11中激光的能量来实现。结合图6并参阅图9-10，图9示出了本申请的激光装置300的另一种实现方式，图10是图9中的激光加工装置300在另外一个状态下的示意图。其中，激光装置300中的光路切换组件320可以通过声光效应控制入射激光311的所处光路和能量分布。

参阅图11，图11是图9中的光路切换组件320的声光效果的原理图。其中，光路切换组件320可以包括第四驱动件321和声光晶体322，第四驱动件321设于声光晶体322的一侧，在通电后，会形成一个激励源，对声光晶体322产生一个高频机械振动。声光晶体322受到第四驱动件321激励后，其内部的晶体会在振动机械波传输的垂直方向形成疏密间隔的聚集效应，从而形成类似光栅的效果。

当激光311以α角度(布拉格角)入射到声光晶体的表面后，会产生布拉格衍射，形成两束能量相同的但传播方向不同的激光束。结合图10，该两束激光分别进入到第一光路11和第二光路12中，但相较于入射激光311的能量，已经进入到第一光路11中的能量已经被衰减了1/2。位于第二光路12中的激光最终被散射镜350发散，以免损坏激光装置300的其他零部件。

其中，第四驱动件321可以包括压电陶瓷，压电陶瓷在通入交流电后，表面会产生周期性的形变，从而作为高频振动的激励源。

控制器与第四驱动件321电连接，用于根据振镜组件330当前在靶材表面形成的扫描轨迹的所属区间来控制第四驱动件321的开启和关闭。当扫描轨迹位于加速端D1或者减速端D3时，控制第四驱动件321开启，使得声光晶体322产生声光效应，从而将激光311分成两束并行的激光同时在第一光路11和第二光路12中传输(图10)；当扫描轨迹位于匀速端D2时，控制第四驱动件321关闭，使得声光晶体322作为普通的传输介质进行激光传输，不会对激光311的传输方向和能量进行调整。激光311最终通过第一光路11经过振镜组件330以及聚焦场镜 340作用到靶材表面(图9)。

至于获得振镜振镜330当前在靶材表面形成的扫描轨迹的所属区间的实现方式，可以参考前述实施例中通过检测第二驱动件332的加速度来判断。当然，在其他实施例中，也可以额外设置高速相机(未示出)，控制器与高速相机电连接，持续拍摄靶材表面扫描轨迹的形状，通过定标的方式设置虚拟的边界，当高速相机记录到扫描轨迹到达或超出虚拟边界后，控制第一驱动件(见图2或图5)调整激光在第一光路 11和第二光路12中的分布特征。本领域的技术人员可以根据实际情况进行调整。

为了解决扫描轨迹边缘过烧的技术问题，除了将位于边缘的激光 211偏转到另一个独立的光路中，基于相似的发明构思，还可以通过直接关闭激光光源210的激光来实现。结合图5和图6，控制器可以分别与激光光源210和振镜组件230电连接，用于根据振镜组件230在靶材表面的扫描轨迹所处区间控制激光光源210的开启和关闭。其中，当振镜组件230处于匀速转动状态(即，对应的扫描轨迹处于匀速段D2)时，控制器控制激光光源210处于开启状态；当振镜组件230处于加速或减速状态(即，对应的扫描轨迹处于加速段D1或减速段D3)时，控制器控制激光光源210处于关闭状态。

这样，可以直接将扫描到扫描轨迹边缘的激光211关闭，从而使得靶材表面仅保留了匀速段D2的扫描轨迹，由此避免了扫描轨迹边缘过烧的情况。

进一步，本申请中的控制器可以包括通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、 ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，控制器还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，用于对靶材表面进行处理，其特征在于，包括：

激光光源，用于发出激光；

光路切换组件，相邻所述激光光源设置，用于将所述激光在第一光路和第二光路中进行切换；

振镜组件，设于所述第一光路中，相邻所述光路切换组件设置，用于控制所述激光在所述位于所述第一光路中的所述靶材表面形成扫描轨迹；其中，所述扫描轨迹包括加速段、匀速段和减速段；以及

控制器，与所述振镜组件和所述光路切换组件电连接，用于根据所述扫描轨迹所属区间控制所述光路切换组件对所述激光在所述第一光路和所述第二光路进行切换；

其中，当所述振镜组件在所述匀速段扫描时，所述激光位于第一光路；当所述振镜组件在所述加速段或所述减速段扫描时，至少部分所述激光位于所述第二光路。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路切换组件包括：

旋转平台；

多个第一反射镜，以所述旋转平台的旋转中心间隔设于所述旋转平台上；以及

第一驱动件，与所述旋转平台连接，用于驱动所述旋转平台转动，进而带动多个所述第一反射镜依次经过光路切换工位；

其中，当所述第一反射镜位于所述光路切换工位时，所述第一反射镜将所述激光反射至所述第二光路；当所述第一反射镜不位于所述光路切换工位时，所述激光经过所述第一光路传输至所述振镜组件；

其中，所述控制器与所述第一驱动件电连接，用于当所述振镜组件在所述加速段或所述减速段扫描时，控制所述第一反射镜位于所述光路切换工位；用于当所述振镜组件在所述匀速段扫描时，控制所述第一反射镜不位于所述光路切换工位。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述振镜组件包括第二反射镜和第二驱动件，所述第二驱动件与所述第二反射镜连接，用于驱动所述第二反射镜往返动作，以在所述靶材表面形成所述扫描轨迹；

其中，所述第二驱动件在加速转动时，在所述靶材表面形成所述扫描轨迹的所述加速段；所述第二驱动件在匀速转动时，在所述靶材表面形成所述扫描轨迹的所述匀速段；所述第二驱动件在减速转动时，在所述靶材表面形成所述扫描轨迹的所述减速段；

其中，所述控制器与所述第二驱动件电连接，用于当所述第二驱动件的转速变大或者变小时，控制所述第一驱动件带动所述第一反射镜进入所述光路切换工位；用于当所述第二驱动件的转速保持不变时，控制所述第一驱动件带动所述第一反射镜移出所述光路切换工位。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器用于控制所述第一驱动件和所述第二驱动件同步转动；

其中，所述第一驱动件驱动相邻两个所述第一反射镜依次进出所述光路切换工位所需的时间t₀与所述第二驱动件驱动所述第二反射镜在所述靶材表面完成一次所述扫描轨迹所需时间t₁相同。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一驱动件为伺服电机，所述第一反射镜的数量为M，所述伺服电机旋转一个圆周所需脉冲个数为N_all，单个脉冲触发间隔时间为T，相邻两个所述第一反射镜依次进出所述光路切换工位所需脉冲个数为

所述第二驱动件为振镜电机，所述振镜电机的单次最大扫描幅值为L_max、最大扫描速度为V_max、调幅参数为K₁、调速参数分别为K₂，

其中，

K₁，K₂的取值范围为1％～100％。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路切换组件包括：

第三反射镜，相邻所述激光光源设置；

第三驱动件，与所述第三反射镜连接，用于驱动所述第三反射镜偏转，从而将所述激光交替反射至所述第一光路和所述第二光路中；以及

光程延长组件，相邻所述第三反射镜设置，用于增大所述第一光路和所述第二光路的偏移量，使得所述第二光路不经过所述振镜组件；

其中，所述控制器与所述第三驱动件电连接，用于当所述振镜组件在所述加速段或所述减速段扫描时，控制所述第三驱动件调整所述第三反射镜偏转角度，使得反射的激光位于所述第二光路中；用于当所述振镜组件在所述匀速段扫描时，控制所述第三驱动件调整所述第三反射镜偏转角度，使得反射的激光位于所述第一光路中。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光程延长组件包括两组相互平行设置的反射镜组，两个所述反射镜组的反射面相对设置，使得所述激光在两个所述反射镜组之间能够多次反射。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路切换组件包括声光晶体和第四驱动件，所述第四驱动件设于所述声光晶体的一侧，用于工作时对所述声光晶体产生机械扰动，使得所述激光在经过所述声光晶体后产生布拉格衍射，从而将部分所述激光从所述第一光路切换到所述第二光路；

其中，所述控制器与所述第四驱动件电连接，用于当所述振镜组件在所述加速段或所述减速段扫描时，控制所述第四驱动件工作；用于当所述振镜组件在所述匀速段扫描时，控制所述第四驱动件不工作。

9.一种激光加工装置，用于对靶材表面进行处理，其特征在于，包括：

激光光源，用于发出激光；

振镜组件，相邻所述光路切换组件设置，用于控制所述激光在靶材表面形成扫描轨迹；其中，所述扫描轨迹包括加速段、匀速段和减速段；

聚焦场镜，相邻以及振镜组件设置，用于将所述激光汇聚至所述靶材表面；其中，所述聚焦场镜的焦距可调；以及

控制器，与所述振镜组件和所述聚焦场镜电连接，用于根据所述扫描轨迹所属区间控制所述聚焦场镜的焦平面与所述靶材的相对位置；

其中，当所述振镜组件在所述匀速段扫描时，所述聚焦场镜的焦平面与所述靶材所处平面重合；当所述振镜组件在所述加速段或所述减速段扫描时，所述聚焦场镜的焦平面与所述靶材所处平面不重合。

10.一种激光加工装置，用于对靶材表面进行处理，其特征在于，包括：

激光光源，用于发出激光；

振镜组件，设于所述第一光路中，相邻所述光路切换组件设置，用于控制所述激光在位于所述第一光路中的所述靶材表面形成扫描轨迹；其中，所述扫描轨迹包括加速段、匀速段和减速段；以及

控制器，与所述振镜组件和所述激光光源电连接，用于根据所述扫描轨迹所属区间控制所述激光光源的开启和关闭；

其中，当所述振镜组件在所述匀速段扫描时，所述激光光源开启；当所述振镜组件在所述加速段或所述减速段扫描时，所述激光光源关闭。

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