CN115805365B - 一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备。其系统包括：第一偏转维为无机械惯性光束偏转维，其用于接收入射激光束并对入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束；第二偏转维为有机械惯性光束偏转维，其用于接收第一激光束并对第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束；扫描平场聚焦镜用于接收第二激光束并对第二激光束进行聚焦后输出用于对待加工工件进行填充扫描加工的第三激光束；第一偏转维控制入射激光束的偏转平面法线与第二偏转维控制第一激光束的偏转平面法线处于空间正交或者偏离空间正交于预设范围内。本发明可以在保证扫描均匀性的同时提高扫描速度。

Description

一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备。

背景技术

激光加工领域经常涉及薄层材料的激光填充扫描清除，且要求清除面积速度要快，激光填充扫描要均匀，例如线路板的激光干法蚀刻，大面积激光清洗，激光3D打印等等。传统的振镜扫描，由于机械惯性，振镜扫描速度不均匀（起始阶段和末尾阶段因机械惯性导致扫描速度存在加速度），因此填充面临激光脉冲重叠率不均匀的问题，解决这一问题的办法通常是采用振镜扫描延时、激光开光延时、激光关光延时等手段，但是如此也解决不了另一个问题，即由于扫描速度有限，激光光斑较小，因此单位时间内激光清除的材料面积有限，产能上不去，限制了这类激光干蚀刻清除材料的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备，可以在保证扫描均匀性的同时提高扫描速度。

第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合偏转激光填充扫描系统；该系统包括第一偏转维、第二偏转维和扫描平场聚焦镜；

所述第一偏转维为无机械惯性光束偏转维，其用于接收入射激光束，并对所述入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束；

所述第二偏转维为有机械惯性光束偏转维，其用于接收所述第一激光束，并对所述第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束；

所述扫描平场聚焦镜用于接收所述第二激光束，并对所述第二激光束进行聚焦后输出用于对待加工工件进行带状填充扫描加工的第三激光束；

其中，所述第一偏转维控制所述入射激光束的偏转平面法线与所述第二偏转维控制所述第一激光束的偏转平面法线处于空间正交或者偏离空间正交于预设范围内。

第二方面，为解决上述技术问题，本发明还提供了一种复合偏转激光填充扫描方法；该方法包括如下步骤，

接收入射激光束，采用无机械惯性光束偏转的方式对所述入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束；

接收所述第一激光束，采用有机械惯性光束偏转的方式对所述第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束；

接收所述第二激光束，并对所述第二激光束进行聚焦后输出第三激光束对待加工工件进行带状填充扫描加工；

其中，采用无机械惯性光束偏转的方式控制所述入射激光束的偏转平面法线与采用有机械惯性光束偏转的方式控制所述第一激光束的偏转平面法线处于空间正交或者偏离空间正交于预设范围内。

第三方面，为解决上述技术问题，本发明还提供了一种复合偏转激光填充扫描装置；该装置包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行实现上述所述的复合偏转激光填充扫描方法。

第四方面，为解决上述技术问题，本发明还提供了一种复合偏转激光填充扫描设备；该设备包括机台、拍摄装置、激光加工头装置以及上述所述的复合偏转激光填充扫描装置；

所述机台用于以负压吸附的方式固定待加工工件；

所述拍摄装置用于获取位于所述机台上的所述待加工工件的定位图像；

所述激光加工头装置，用于基于所述定位图像且在所述复合偏转激光填充扫描装置的控制下对所述待加工工件进行带状填充扫描加工。

本发明的有益效果是：在本发明一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备中，第二偏转维能实现长距离高速直线扫描，第一偏转维实现小距离超高速直线扫描，第一偏转维与第二偏转维的偏转面垂直，第二偏转维在高速直线扫描时，第一偏转维采用无机械惯性光束偏转维进行超高速小距离偏转，就能实现超高速均匀填充区域扫描效果；因此，本发明可以在保证扫描均匀性的同时提高扫描速度，提高激光加工的效率和精度。

附图说明

图1为本发明一种复合偏转激光填充扫描系统的结构框图；

图2为标准两轴扫描振镜的结构示意图；

图3为本发明发明一种复合偏转激光填充扫描系统的结构示意图；

图4为激光焦点在第一偏转维、第二偏转维和激光焦点飞行填充位移跟随偏转维的驱动下的运动状态图；

图5为本发明一种复合偏转激光填充扫描方法的流程图。

实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

如图1所示，一种复合偏转激光填充扫描系统，包括第一偏转维、第二偏转维和扫描平场聚焦镜；

所述第一偏转维为无机械惯性光束偏转维，其用于接收入射激光束，并对所述入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束；

所述第二偏转维为有机械惯性光束偏转维，其用于接收所述第一激光束，并对所述第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束；

所述扫描平场聚焦镜用于接收所述第二激光束，并对所述第二激光束进行聚焦后输出用于对待加工工件进行带状填充扫描加工的第三激光束；

其中，所述第一偏转维控制所述入射激光束的偏转平面法线与所述第二偏转维控制所述第一激光束的偏转平面法线处于空间正交或者偏离空间正交于预设范围内。

本发明系统的优势在于，采用无机械惯性的光束偏转方式对入射激光束进行超高速偏转运动调制获得超高速扫描速度的第一激光束，但这类系统的缺点就是扫描幅面很小；采用有机械惯性偏转方式对第一激光束进行高速偏转得到第二激光束，第二激光束也具备大范围的光束偏转扫描能力。这种小幅面与大范围的空间光束扫描能力、超高速与高速光束偏转扫描能力的结合，形成了超高速大范围幅面的带状区域的激光填充扫描能力，具备意想不到的效果。

在本具体实施例中，还具有如下优选方案：

优选的，所述第一偏转维具体为声光偏转模块，所述声光偏转模块包括声光偏转器和声光偏转器驱动控制器；所述声光偏转器用于接收所述入射激光束，并通过衍射输出所述第一激光束；所述声光偏转器驱动控制器用于控制所述声光偏转器的超声波驱动频率，从而改变所述声光偏转器输出的所述第一激光束的偏转角，进而使所述声光偏转器输出的所述第一激光束偏转扫描；

或，所述第一偏转维具体为电光偏转模块；所述电光偏转模块包括电光偏转器和电光偏转器驱动控制器，所述电光偏转器用于通过电光晶体材料接收所述入射激光束，并输出所述第一激光束；所述电光偏转器驱动控制器用于通过在所述电光晶体材料上施加电场来控制所述电光晶体材料折射率（电光晶体材料折射率随着电压变化而产生线性变化），从而改变所述电光偏转器输出的所述第一激光束的偏转角，进而使所述电光偏转器输出的所述第一激光束偏转扫描。

声光偏转用于激光光束控制是成熟的技术，具备光束偏转速度极快，可达百米每秒的扫描速度，没有机械惯性等优势，但是扫描范围极小，一般偏转3毫弧度到60毫弧度，激光焦点声光偏转扫描范围在200微米到6毫米左右；声光偏转的优点是：具备超快速填充扫描能力，声光偏转的缺点是：不具备大范围尺度扫描能力。

电光偏转器是效率高的光束角度改变器件，可以在一定范围内改变光线的偏转角度，并高精度地控制光线的偏转角度。电光偏转在电光材料上加上电场来产生使得折射率随着加的电压而产生线性变化。电光偏转器器件内没有可移动附件，长期使用下也不会有疲劳效应。优点：具备超快速填充扫描能力，缺点：不具备大范围尺度扫描能力。

不论是声光偏转还是电光偏转，都是无机械惯性超高速光束偏转的技术手段，缺点就是扫描幅面太小。

优选的，所述复合偏转激光填充扫描系统还包括在线激光检测装置；所述在线激光检测装置用于接收所述声光偏转器或所述电光偏转器输出的零级激光，并根据所述声光偏转器或所述电光偏转器输出的零级激光对激光平均功率、激光脉冲能量、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率以及激光光束横向场强分布中的一项或多项进行在线监测。

对激光平均功率、激光脉冲能量、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率以及激光光束横向场强分布中的一项或多项进行在线监测，为调节激光填充扫描的扫描参数提供依据，保证激光填充扫描顺利进行。

优选的，所述第二偏转维具体为振镜偏转模块，所述振镜偏转模块包括振镜以及振镜偏转驱动装置；具体的，所述振镜具体为反射镜或折射镜；

所述振镜用于接收所述第一激光束，并通过反射或折射的方式输出所述第二激光束；

所述振镜偏转驱动装置用于控制所述振镜偏转，从而控制所述振镜输出的所述第二激光束偏转扫描。

优选的，所述振镜偏转驱动装置具体为单轴振镜扫描驱动电机，所述振镜安装在所述单轴振镜扫描驱动电机的驱动轴上。

振镜扫描用于激光光束控制是成熟技术，具备扫描范围宽，扫描速度比XY平台快，高端振镜一般2~3米每秒速度（该速度是有精度的扫描速度），但是由于机械惯性的局限，存在加、减速不均匀以及振镜镜片抖动等固有缺点（电机特性）。例如：如图2所示，一个标准两轴扫描振镜，包括安装支架1以及安装在安装支架1上的入射振镜电机2和出射振镜电机5，入射振镜电机2的入射振镜电机轴3上安装有入射振镜4，出射振镜电机5的出射振镜电机轴6上安装有出射振镜7，入射激光束8射入入射振镜4，经入射振镜镜片4输出第一激光束9，第一激光束9射入出射振镜7，经出射振镜7输出第二激光束10。假设其中入射振镜电机轴3保持不动，出射振镜电机轴6偏转带动出射振镜7偏转扫描，扫描平场聚焦镜（图中没有标注）焦距100微米，激光焦点直径20微米，振镜扫描速度控制在300毫米每秒，理论上此时从扫描平场聚焦镜射出的第三激光束在工件表面划出来是直线，实际画出来是波浪线，这是因为入射振镜电机轴3虽然没有偏转，但是由于电机是负反馈锁定的，入射振镜4依然在抖动，从而导致最终的直线变为波浪线，这种波动周期大概在130微秒，波动的幅度大概在5微米左右，甚至更大，波动的幅度与振镜电机刚性调校有关系。如果采用了250毫米焦距的扫描平场聚焦镜，那么这种波动幅度可达十几微米，这种精度是不能用于高精度拼接扫描填充的。

如果采用一轴扫描振镜（在图2中去掉入射振镜电机2以及安装在入射振镜电机轴3上的入射振镜4就构成了一轴扫描振镜，入射激光束8直接射入出射振镜7），那么理论上扫描直线，实际呈现的结果就是直线，不会出现波浪线，但只能一维扫描。这种一维扫描振镜，优点：具备大范围扫描能力，扫描直线度高且只能扫描直线；缺点：由于机械惯性的原因，不具备快速均匀往返填充扫描能力，起始点和终点振镜运动速度不均匀。

如果将一维扫描振镜与一维的声光或电光偏转扫描结合在一起形成如图3所示的复合偏转激光填充扫描系统。如图3所示，该复合偏转激光填充扫描系统包括安装支架1以及安装在安装支架1上的第一偏转维11和出射振镜电机5；第一偏转维11具体可以为包括声光偏转器或电光偏转器的偏转维，出射振镜电机5的出射振镜电机轴6上安装有出射振镜7（在此处，出射振镜7即为上述所述的振镜，出射振镜电机5及其出射振镜电机轴6即为上述所述的振镜偏转驱动装置，出射振镜电机5以及安装在出射振镜电机轴6上的出射振镜7构成上述所述的第二偏转维），入射激光束8射入第一偏转维11，经第一偏转维11输出第一激光束9，第一激光束9射入出射振镜7，经出射振镜7输出第二激光束10，此时的第二激光束10经扫描平场聚焦镜（图3中没有示出）聚焦输出第三激光束射向待加工工件就会出现意想不到的填充扫描效果，它可以实现激光光斑大范围长途奔袭的高速扫描（一维扫描振镜的扫描速度一般为2~3米每秒），又可以在一维扫描振镜大范围扫描中实现“沿途”的“左右区域”超快速填充扫描（一维声光或电光偏转扫描，扫描速度可达数百米每秒）。这种高速大范围激光填充扫描的组合效果，是这两种激光偏转方式单独都不能实现的，只有组合在一起才可以实现这种激光扫描填充效果。这种复合扫描方法，用于线路板的激光干蚀刻等领域，由于填充效率快，扫描精度高，可以改善目前的曝光显影等一系列传统湿制程，节省线路板生产周期与成本。

优选的，所述第一偏转维在所述第二偏转维偏转的过程中输出偏转扫描的所述第一激光束;

所述第一偏转维与所述第二偏转维配合经所述扫描平场聚焦镜聚焦输出的所述第三激光束在所述待加工工件表面进行图形加工，所述待加工工件表面进行图形加工产生的图形尺寸小于或等于所述第一偏转维的偏转扫描范围。

在第二偏转维驱动下，第三激光束在待加工工件上划直线；如果此时第一偏转维对入射激光束进行另一个方向的超高速偏转控制，所述第一偏转维在第二偏转维偏转的时候输出偏转的第一激光束，那么第三激光束将在待加工工件表面形成超高速带状激光填充扫描。

所述第一偏转维与所述第二偏转维配合进行图形加工，这里所述的图形，包括但不限于三角形、多边形、圆形以及各种异形图形。

本发明不是简单的将声光或电光偏转与振镜偏转简单组合在一起，而是二者对激光偏转平面也有要求，两者对激光偏转平面的法线需要空间正交或者接近空间正交，这样，一维的声光或电光偏转“搭上”一维扫描振镜的“长途快车”后进行超高速的“左右区域”填充扫描，获得非常快的填充扫描效果。例如，扫描平场聚焦镜焦距为100毫米，振镜扫描速度2~3米属于高速振镜，在一维振镜2~3米每秒扫描的直线方向的垂直方向，一维声光或电光偏转扫描速度可达数百米每秒。进一步计算数据，如果采用传统二维电机振镜，填充扫描只能扫描一维直线，速度是3米每秒乘以激光焦点直径（20微米）等于60平方毫米每秒的面积扫描速度；如果采用本发明方案，假设声光或电光偏转扫描角度选择5毫弧度，那么其偏转扫描范围为500微米，那么本发明扫描的面积速度是500微米乘以3米每秒等于1500平方毫米每秒；后者的面积扫描速度是前者的面积扫描速度的25倍。

优选的，所述复合偏转激光填充扫描系统还包括XY直线运动平台；所述XY直线运动平台用于搭载并固定所述待加工工件，并当所述第三激光束在所述待加工工件的当前区域填充扫描加工完毕后，驱动所述待加工工件运动，使所述第三激光束在所述待加工工件的下一区域进行（直线）填充扫描加工。直线扫描速度与距离根据设备软件自动设定。

由于一维振镜只能走一维直线运动，因此更大范围的扫描，需要XY平台辅助，在一维振镜扫描完后，XY平台将待加工工件平移一个距离，一维振镜继续扫直线，一维声光或电光偏转器继续在另一个方向进行填充扫描。由于一维振镜扫描，所扫描激光光斑轨迹是直线，有别于二维振镜扫描直线，但是呈现的是波浪线的结果；XY平台运动后，不同填充区域之间拼接的均匀性，一维振镜效果（扫描直线呈现为直线）一般优于二维振镜效果（扫描直线呈现为波浪线），这是本发明另一个意想不到的效果。

当然，本发明第二偏转维，即有机械惯性光束偏转维，还可以是正交的二维振镜，这样带状扫描填充区域的拼接切换速度要快于XY平台的拼接切换，但此时的带状区域拼接精度就没有那么高。

优选的，所述复合偏转激光填充扫描系统还包括安装支架，所述第一偏转维、所述第二偏转维和所述扫描平场聚焦镜按照激光传输方向依次安装在所述安装支架上。

如图3所示，本实施例中第一偏转维11包括声光偏转器，安装在安装支架1上，第二偏转维也固定于固定支架1上，本实施例第二偏转维是出射振镜电机5控制出射振镜电机轴6偏转，出射振镜7固定于出射振镜电机轴6上，因而也被偏转控制；入射激光束8进入第一偏转维11的声光偏转器后，被声光晶体内的超声波场建立的布拉格光栅衍射，输出第一激光束6（第一激光束6为一级衍射光束），由于衍射效率问题，还有一部分光束沿着原有光路继续传输形成零级光束12（这部分光最终需要使用激光垃圾槽挡住），第一激光束6入射第二偏转维的出射振镜7，输出第二激光束10，第二激光束10入射扫描平场聚焦镜（图3中没有标示），扫描平场聚焦镜输出第三激光束对待加工工件进行填充扫描加工。实际工作中，出射振镜电机5驱动出射振镜电机轴6偏转，出射振镜电机轴6带动出射振镜7偏转，出射振镜7驱动第二激光束偏转，第二激光束输入扫描平场聚焦镜，扫描平场聚焦镜输出第三激光束，第三激光束在待加工工件上扫描加工。

优选的，所述第一偏转维与所述第二偏转维以飞行光路的形式连接，所述第二偏转维与所述扫描平场聚焦镜固定连接。

所述第一偏转维11输出第一激光束6，所述第一激光束6采用飞行光路入射第二偏转维的出射振镜7，第二偏转维的出射振镜电机5与扫描平场聚焦镜（图3没有示出）固定于安装支架1上。

优选的，所述入射激光束为脉冲激光，所述脉冲激光的激光脉冲发射时序与所述第一偏转维的偏转方位具有时空对应关系。

脉冲激光每发出一个激光脉冲，第一偏转维已经提前或者同步偏转动作到位（对应偏转角度），使得激光脉冲在待加工工件表面落到设定的位置。或者，第一偏转维偏转动作到位（对应偏转角度），脉冲激光同步或滞后极短时间发出一个激光脉冲，使得激光脉冲在待加工工件表面落到设定的位置。

优选的，所述第一偏转维与所述第二偏转维之间设有用于吸收除所述第一激光束之外的其他激光束的第一激光垃圾槽；或/和，所述第二偏转维与所述扫描平场聚焦镜设有用于吸收除所述第二激光束之外的其他激光束的第二激光垃圾槽；或/和，所述扫描平场聚焦镜与所述待加工工件之间设有用于吸收除所述第三激光束之外的其他激光束的第三激光垃圾槽。

声光偏转是基于布拉格衍射实现一级光的形成与偏转，但是还有二级衍射光和更高级衍射光，还有零级光，都是加工中不用的，因此这些无用的激光可以用激光垃圾槽收集。

优选的，所述复合偏转激光填充扫描系统还包括激光焦点飞行填充位移跟随偏转维，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维用于使所述第三激光束的激光焦点在所述待加工工件表面的填充扫描方向与所述第二偏转维的偏转方向垂直或偏离垂直于预设范围内。

优选的，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维具体为无机械惯性光束偏转维。即激光焦点飞行填充位移跟随偏转维具体为声光偏转器及其驱动控制器，或者为电光偏转器及其驱动器。只有这种无机械惯性的超高光束运动调制速度的器件才可以实现这个能力。

在第一偏转维和第二偏转维同时对传输的激光进行正交偏转控制的时候，第二和第三激光束会有两个方向的偏转运动，其中沿着第一偏转维超高速偏转方向维填充方向，但是激光焦点有一个沿着第二偏转维偏转方向的运动分量，可以设置激光焦点飞行填充位移跟随偏转维，在每一个横向填充扫描阶段，对入射激光束附加一个与第二偏转维方向相反且速度相同或相近的运动分量，使得激光焦点在待加工工件表面的填充运动方向与第二偏转维的偏转方向垂直或接近垂直，在第二偏转维偏转调制方向上在待加工工件表面形成更好的纵向填充分布效果。

具体的，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维位于所述第二偏转维之前；具体的，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维设置在所述第一偏转维之前，或设置在第一偏转维之后且设置在所述第二偏转维之前。所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维具体用于对所述入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的中间激光束；此时所述第一偏转维具体用于接收所述中间激光束，并对所述中间激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束。或所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维具体用于对所述第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的中间激光束；此时所述第二偏转维具体用于接收所述中间激光束，并对所述中间激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束。其中，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维控制的偏转方向与所述第二偏转维控制的偏转方向相反，且所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维控制的偏转速度与所述第二偏转维控制的偏转速度相同。

为了进一步说明，请见图4：21为第三激光束在待加工工件表面的激光焦点的第一位置，22为位于第一位置21的激光焦点在第二偏转维驱动下的运动矢量（该运动矢量表征运动方向和运动速度，且运动速度一般为2~3米每秒），26为位于第一位置21的激光焦点在第一偏转维驱动下的运动矢量（该运动矢量表征运动方向和运动速度，且运动速度一般可达数百米每秒）。

当位于第一位置21的激光焦点在运动矢量22和运动矢量26两个方向运动合成下，最终位于第一位置21的激光焦点会运动到第二位置29，其实际运动方向与运动矢量22的运动方向不是完全垂直关系。那么在位于第一位置21的激光焦点开始运动的时候，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维在位于第一位置21的激光焦点上连续施加与运动矢量22的运动方向相反且运动速度一致的运动矢量24，确保位于第一位置21的激光焦点运动到第三位置30位置，第一位置21与第三位置30的连线与位于第一位置21的激光焦点的运动矢量22的运动方向垂直或基本垂直。

此时，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维以最快的光束偏转速度将位于第三位置30处的激光焦点搬运到第二位置29。28为位于第二位置29的激光焦点在第二偏转维驱动下的运动矢量，25为位于第二位置29的激光焦点在第一偏转维驱动下的运动矢量。当位于第二位置29处的激光焦点在运动矢量25和运动矢量28的驱动下开始运动的时候，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维在位于第二位置29处的激光焦点上连续施加与运动矢量28的运动方向相反且运动速度一致的运动矢量27，确保位于第二位置29处的激光焦点运动到第四位置23，第二位置29与第四位置23的连线与位于第二位置29处的激光焦点的运动矢量28的运动方向垂直或基本垂直。

这样，所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维完成了更加均匀的激光填充扫描动作。

为了进一步描述本发明应用场景，举一个线路板线路蚀刻的例子对本发明进行说明。

用于输出入射激光束的激光光源采用532纳米，脉冲重复频率2000KHz，脉冲宽度50纳秒，平均功率50W，MOPA（主参量放大）绿光激光器。

第一偏转维采用声光偏转器，声光偏转器采用石英晶体，偏转扫描角度范围5毫弧度，衍射效率90%，入射激光束平均功率100瓦，第一激光束平均功率90瓦。

扫描平场聚焦镜采用德国LINOS公司330毫米焦距场镜。

第二偏转维采用美国CTI扫描振镜（单轴扫描振镜），振镜扫描速度3米每秒。

所述的声光偏转器，CIT扫描振镜，扫描平场聚焦镜都安装于安装支架上，固定直接设计成一个密封的盒子，防止灰尘污染光学器件。

待加工工件为线路板，表面铜箔4微米厚度，下层绝缘材料为BT材料（耐高温环氧玻纤板），材料宽250毫米，长400毫米。

XY平台承载待加工工件范围500毫米宽600毫米长，重复定位精度1微米，直接定位精度5微米以内。待加工工件被负压吸附在XY平台上。

第三激光束在待加工工件表面的激光焦点直径30微米。

先把需要制作的线路在电脑软件中处理完毕，形成需要填充扫描的区域，并根据设备填充扫描宽度能力（本实施例是1650微米）分成带状拼接区域，CIT扫描振镜纵向直线扫描，声光偏转器就在横向超高速填充扫描，每一次CIT扫描振镜扫描250毫米长度的带状填充区域，区域内没有被扫描的铜箔就是线路，在500毫米宽度方向上需要扫描一次，然后XY平台移动待加工工件1600微米，CIT扫描振镜进入下一个带状区域的填充扫描，直到整个线路板被制作出来。

如果采用传统振镜及逆行扫描填充，振镜在划直线的时候的波动值就有十几微米，不适合高精度填充拼接。而采用本发明中第二偏转维的单轴振镜技术方案就避免了这个问题。

实施例

如图5所示，一种复合偏转激光填充扫描方法，包括如下步骤，

接收入射激光束，采用无机械惯性光束偏转的方式对所述入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束；

接收所述第一激光束，采用有机械惯性光束偏转的方式对所述第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束；

接收所述第二激光束，并对所述第二激光束进行聚焦后输出第三激光束对待加工工件进行带状填充扫描加工；

其中，采用无机械惯性光束偏转的方式控制所述入射激光束的偏转平面法线与采用有机械惯性光束偏转的方式控制所述第一激光束的偏转平面法线处于空间正交或者偏离空间正交于预设范围内。

在本发明的一种复合偏转激光填充扫描方法中，各步骤的详解解释参见本发明的一种复合偏转激光填充扫描系统，在此不再赘述。

实施例

一种复合偏转激光填充扫描装置，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行实现如上述所述的复合偏转激光填充扫描方法。

实施例

一种复合偏转激光填充扫描设备，包括机台、拍摄装置、激光加工头装置以及如上述所述的复合偏转激光填充扫描装置；

所述机台用于以负压吸附的方式固定待加工工件；

所述拍摄装置用于获取位于所述机台上的所述待加工工件的定位图像；

所述激光加工头装置，用于基于所述定位图像且在所述复合偏转激光填充扫描装置的控制下对所述待加工工件进行带状填充扫描加工。

本发明巧妙的采用了单轴高速振镜大范围直线扫描和声光偏转器或电光偏转器的超高速小范围直线扫描相结合，获得了一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备，具有如下优势与效果：

1、具备长距离高速直线运动能力，变“线型填充”为“带状填充”；

2、具备超高速横向填充能力，直接数量级提升的填充扫描运动速度；

3、单轴振镜扫描实现真正直线扫描，配合XY平台，直接提升填充扫描拼接精度；

4、设置激光焦点飞行填充位移跟随偏摆维，实现更为均匀的纵向填充分布。

在本发明一种复合偏转激光填充扫描系统、方法、装置及设备中，第二偏转维能实现长距离高速直线扫描，第一偏转维实现小距离超高速直线扫描，第一偏转维与第二偏转维的偏转面垂直，第二偏转维在高速直线扫描时，第一偏转维采用无机械惯性光束偏转维进行超高速小距离偏转，就能实现超高速均匀填充区域扫描效果；因此，本发明可以在保证扫描均匀性的同时提高扫描速度，提高激光加工的效率和精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：包括第一偏转维、第二偏转维和扫描平场聚焦镜；

所述第一偏转维为无机械惯性光束偏转维，其用于接收入射激光束，并对所述入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束；

所述第二偏转维为有机械惯性光束偏转维，其用于接收所述第一激光束，并对所述第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束；

所述扫描平场聚焦镜用于接收所述第二激光束，并对所述第二激光束进行聚焦后输出用于对待加工工件进行带状填充扫描加工的第三激光束；

其中，所述第一偏转维控制所述入射激光束的偏转平面法线与所述第二偏转维控制所述第一激光束的偏转平面法线处于空间正交或者偏离空间正交于预设范围内；

所述复合偏转激光填充扫描系统还包括激光焦点飞行填充位移跟随偏转维；所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维用于使所述第三激光束的激光焦点在所述待加工工件表面的填充扫描方向与所述第二偏转维的偏转方向垂直或偏离垂直于预设范围内。

2.根据权利要求1所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述第一偏转维具体为声光偏转模块，所述声光偏转模块包括声光偏转器和声光偏转器驱动控制器；所述声光偏转器用于接收所述入射激光束，并通过衍射输出所述第一激光束；所述声光偏转器驱动控制器用于控制所述声光偏转器的超声波驱动频率，从而改变所述声光偏转器输出的所述第一激光束的偏转角，进而使所述声光偏转器输出的所述第一激光束偏转扫描；

或，所述第一偏转维具体为电光偏转模块；所述电光偏转模块包括电光偏转器和电光偏转器驱动控制器，所述电光偏转器用于通过电光晶体材料接收所述入射激光束，并输出所述第一激光束；所述电光偏转器驱动控制器用于通过在所述电光晶体材料上施加电场来控制所述电光晶体材料折射率，从而改变所述电光偏转器输出的所述第一激光束的偏转角，进而使所述电光偏转器输出的所述第一激光束偏转扫描。

3.根据权利要求2所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述复合偏转激光填充扫描系统还包括在线激光检测装置；所述在线激光检测装置用于接收所述声光偏转器或所述电光偏转器输出的零级激光，并根据所述声光偏转器或所述电光偏转器输出的零级激光对激光平均功率、激光脉冲能量、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率以及激光光束横向场强分布中的一项或多项进行在线监测。

4.根据权利要求1所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述第二偏转维具体为振镜偏转模块，所述振镜偏转模块包括振镜以及振镜偏转驱动装置；

所述振镜用于接收所述第一激光束，并通过反射或折射的方式输出所述第二激光束；

所述振镜偏转驱动装置用于控制所述振镜偏转，从而控制所述振镜输出的所述第二激光束偏转扫描。

5.根据权利要求4所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述振镜偏转驱动装置具体为单轴振镜扫描驱动电机，所述振镜安装在所述单轴振镜扫描驱动电机的驱动轴上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述第一偏转维在所述第二偏转维偏转的过程中输出偏转扫描的所述第一激光束；

所述第一偏转维与所述第二偏转维配合经所述扫描平场聚焦镜聚焦输出的所述第三激光束在所述待加工工件表面进行图形加工，所述待加工工件表面进行图形加工产生的图形尺寸小于或等于所述第一偏转维的偏转扫描范围。

7.根据权利要求1至5任一项所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述复合偏转激光填充扫描系统还包括XY直线运动平台；

所述XY直线运动平台用于搭载并固定所述待加工工件，并当所述第三激光束在所述待加工工件的当前区域填充扫描加工完毕后，驱动所述待加工工件运动，使所述第三激光束在所述待加工工件的下一区域进行填充扫描加工。

8.根据权利要求1至5任一项所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述复合偏转激光填充扫描系统还包括安装支架，所述第一偏转维、所述第二偏转维和所述扫描平场聚焦镜按照激光传输方向依次安装在所述安装支架上。

9.根据权利要求1至5任一项所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述第一偏转维与所述第二偏转维以飞行光路的形式连接，所述第二偏转维与所述扫描平场聚焦镜固定连接。

10.根据权利要求1至5任一项所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述入射激光束为脉冲激光，所述脉冲激光的激光脉冲发射时序与所述第一偏转维的偏转方位具有时空对应关系。

11.根据权利要求1至5任一项所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述第一偏转维与所述第二偏转维之间设有用于吸收除所述第一激光束之外的其他激光束的第一激光垃圾槽；

或/和，所述第二偏转维与所述扫描平场聚焦镜设有用于吸收除所述第二激光束之外的其他激光束的第二激光垃圾槽；

或/和，所述扫描平场聚焦镜与所述待加工工件之间设有用于吸收除所述第三激光束之外的其他激光束的第三激光垃圾槽。

12.根据权利要求1至5任一项所述的复合偏转激光填充扫描系统，其特征在于：所述激光焦点飞行填充位移跟随偏转维具体为无机械惯性光束偏转维。

13.一种复合偏转激光填充扫描方法，其特征在于：包括如下步骤，

接收入射激光束，采用无机械惯性光束偏转的方式对所述入射激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第一激光束；

接收所述第一激光束，采用有机械惯性光束偏转的方式对所述第一激光束进行角度偏转控制后输出偏转扫描的第二激光束；

接收所述第二激光束，并对所述第二激光束进行聚焦后输出第三激光束对待加工工件进行带状填充扫描加工；

其中，采用无机械惯性光束偏转的方式控制所述入射激光束的偏转平面法线与采用有机械惯性光束偏转的方式控制所述第一激光束的偏转平面法线处于空间正交或者偏离空间正交于预设范围内；

接收所述第三激光束，使所述第三激光束的激光焦点在所述待加工工件表面的填充扫描方向与所述第一激光束的偏转方向垂直或偏离垂直于预设范围内。

14.一种复合偏转激光填充扫描装置，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行实现如权利要求13所述的复合偏转激光填充扫描方法。

15.一种复合偏转激光填充扫描设备，其特征在于：包括机台、拍摄装置、激光加工头装置以及如权利要求14所述的复合偏转激光填充扫描装置；

所述机台用于以负压吸附的方式固定待加工工件；

所述拍摄装置用于获取位于所述机台上的所述待加工工件的定位图像；

所述激光加工头装置，用于基于所述定位图像且在所述复合偏转激光填充扫描装置的控制下对所述待加工工件进行带状填充扫描加工。

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