CN117773355A - 一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备，包括载物台、激光组件；所述载物台用于承载待加工工件；所述激光组件包括第一激光器、第二激光器、第一反射镜、第二反射镜以及激光聚焦镜，所述第一反射镜用于反射由所述第一激光器发射的第一波长激光，所述第二反射镜用于反射由所述第二激光器发射的第二波长激光，经反射后的所述第一波长激光和经反射后的所述第二波长激光共光路输出，并经所述激光聚焦镜对所述载物台上的所述待加工工件进行加工。本发明公开的多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备，能够满足更高的加工质量要求和复杂的加工需求，并能够提高加工效率和增强加工质量。

Description

一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备。

背景技术

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的，利用激光束的高能量和高聚焦性质，通过对工件表面进行加热、熔化、蒸发、燃烧等处理方式，实现对材料的切割、雕刻、焊接、打孔、表面改性以及磨平等操作，具有加工速度快、表面变形小，可加工各种材料等优点，因此广泛应用于各种工业制造领域。

随着激光加工技术的发展，现有技术中仅采用单波长激光对工件加工的方法难以满足对于工件加工效率和加工质量越来越严格的要求，而是更多趋向采用双波长或多波段激光对工件进行加工，但现有双波长或多波段激光加工技术尚不成熟，仍然存在一些不利于满足复杂加工需求的问题。

因此，为了解决现有采用双波长或多波段激光加工技术存在的不利于满足复杂加工需求的问题，本专利提出一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备。

发明内容

本发明提出的一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备，能够满足更高的加工质量要求和复杂的加工需求，并能够提高加工效率和增强加工质量。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备，包括载物台、激光组件；

所述载物台用于承载待加工工件；

所述激光组件包括第一激光器、第二激光器、第一反射镜、第二反射镜以及激光聚焦镜，所述第一反射镜用于反射由所述第一激光器发射的第一波长激光，所述第二反射镜用于反射由所述第二激光器发射的第二波长激光，经反射后的所述第一波长激光和经反射后的所述第二波长激光共光路输出，并经所述激光聚焦镜对所述载物台上的所述待加工工件进行加工。

可选地，所述激光组件采用V型开口式的加工工艺对所述待加工工件进行加工。

可选地，包括C轴模组，所述C轴模组与所述待加工工件连接，所述C轴模组可使所述待加工工件绕加工平面的轴线进行回转运动。

可选地，包括B轴模组，所述B轴模组通过所述C轴模组与所述待加工工件连接，所述B轴模组可使所述待加工工件在加工平面内进行倾斜运动。

可选地，所述激光组件包括激光切割头，所述激光切割头的输出端朝向所述待加工工件，所述第一激光器或所述第二激光器发出的激光经所述激光切割头的调节后，聚焦在所述待加工工件上。

可选地，包括Z轴移动模组，所述Z轴移动模组与所述激光切割头连接，通过所述Z轴移动模组可竖直移动所述激光切割头。

可选地，包括顶板、底板、立柱、方通架,所述底板上放置有所述载物台，所述顶板通过所述立柱和所述底板连接，所述顶板、所述底板以及所述立柱合围成用于对所述待加工工件进行加工的工作空间，所述方通架与所述底板底部连接并起到支撑作用。

可选地，所述载物台包括X轴移动模组和Y轴移动模组，所述待加工工件放置在所述X轴移动模组和所述Y轴移动模组上，通过所述X轴移动模组和所述Y轴移动模组可水平移动所述待加工工件。

可选地，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间可拆卸连接。

可选地，所述第一激光器和所述第二激光器之间可拆卸连接。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

通过设置第一激光器、第二激光器、第一反射镜、第二反射镜以及激光聚焦镜，第一激光器发射的第一波长激光经第一反射镜反射后，与第二激光器发射的经第一反射镜反射的第二波长激光共光路输出，并汇聚到激光聚焦镜，经过激光聚焦镜的聚焦作用后对载物台上的待加工工件进行加工，从而可综合两种波长的加工优势，以满足更高的加工质量要求和复杂的加工需求；并且共光路布局具有结构简单、易于调整、可降低成本的优点；此外，经过激光聚焦镜的聚焦作用，能够进一步增强共光路输出的双波长激光的强度，从而起到进一步提高加工效率和增强加工质量的效果。

附图说明

图1为本发明提供的一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备的结构示意图；

图2为本发明提供的双波长激光共光路聚焦的结构示意简图；

图3为本发明的设备进行激光加工时待加工工件的运动示意图；

图4为本发明的待加工工件加工成斜圆柱时中心轴线和底面的位置关系示意图；

图5为本发明采用分层加工时的轨迹示意图；

图中：

第一激光器1、第二激光器2、第一反射镜3、第二反射镜4、激光聚焦镜5、载物台6、X轴移动模组61、Y轴移动模组62、待加工工件7、B轴模组8、C轴模组9、激光切割头10、Z轴移动模组11、顶板12、底板13、立柱14、方通架15、V型开口16、激光束17、激光焦点18、B轴模组摆动角度19。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备，包括载物台6、激光组件；

载物台6用于承载待加工工件7；

激光组件包括第一激光器1、第二激光器2、第一反射镜3、第二反射镜4以及激光聚焦镜5，第一反射镜3用于反射由第一激光器1发射的第一波长激光，第二反射镜用于反射由第二激光器2发射的第二波长激光，经反射后的第一波长激光和经反射后的第二波长激光共光路输出，并经激光聚焦镜5对载物台6上的待加工工件7进行加工。

具体地，通过设置第一激光器1、第二激光器2、第一反射镜3、第二反射镜4以及激光聚焦镜5，第一激光器1发射的第一波长激光经第一反射镜3反射后，与第二激光器2发射的经第一反射镜3反射的第二波长激光共光路输出，并汇聚到激光聚焦镜5，经过激光聚焦镜5的聚焦作用后对载物台6上的待加工工件7进行加工，从而可综合两种波长的加工优势，以满足更高的加工质量要求和复杂的加工需求；并且共光路布局具有结构简单、易于调整、可降低成本的优点；此外，经过激光聚焦镜5的聚焦作用，能够进一步增强共光路输出的双波长激光的强度，从而起到进一步提高加工效率和增强加工质量的效果。

其中，如图2所示，第一激光器1和第二激光器2发出的第一波长激光和第二波长激光，这两种不同波长的激光分别平行射向第一反射镜3和第二反射镜4。由于第二反射镜4是极薄的反射镜，且第二反射镜4经镀膜处理后，对第一波长激光具有全透过性，而对第二波长激光具有全反射性。因此第一波长激光经第一反射镜3反射以后，进入第二反射镜4，从而使第一波长激光经第一反射镜3反射弧穿过第二反射镜4，并与经第二反射镜4反射的第二波长激光沿着同一条光路射出，最终共同汇聚到激光聚焦镜5中，经激光聚焦镜5聚焦而对待加工工件7发射。

进一步地，第一波长激光可为红外光，第二波长激光可为绿光，同时，可分别独立调整第一激光器1和第二激光器2的参数，使第一波长激光和第二波长激光与加工工艺相匹配，以达到最优的加工效果和效率。

在一个可选的实施例中，如图3所示，所述激光组件采用V型开口式的加工工艺对所述待加工工件进行加工。

具体地，在对碳化硅晶锭这类厚度大、硬度高的材料进行加工时，本实施例的设备在设置双波长或多波段共光路，并利用激光聚焦镜的聚焦作用的基础上，通过采用V型开口式的加工工艺，能够有效增大的加工深度，从而保障对厚度大、硬度高的材料的激光加工效果。

进一步地，如图1所示，包括C轴模组9，C轴模组9与待加工工件7连接，C轴模组9可使待加工工件7绕加工平面的轴线进行回转运动。

具体地，C轴模组9通过与待加工工件7底部连接，能够使待加工工件7绕其轴线进行回转。

进一步地，如图1所示，包括B轴模组8，B轴模组8与待加工工件7连接，B轴模组8可使待加工工件7在加工平面内进行倾斜运动。

具体地，B轴模组8通过从两侧夹持C轴模组9，并对C轴模组9进行摆动，从而通过C轴模组9带动待加工工件7在加工平面内倾斜摆动。

在采用V型开口式加工工艺时，由于V型开口式加工工艺形成的激光光斑自上而下范围逐渐缩小，因此在需要对待加工工件7加工以获得圆柱体工件时，需要先设置B轴模组8倾斜摆动一计算角度，并在进行激光加工的同时，通过C轴模组9连续360°旋转运动并配合X轴移动模组61的X轴直线移动及Z轴移动模组11向下直线移动从而消除激光光斑对待加工工件7作用而产生的锥度，保障待加工工件7经加工后为圆柱面，而非上小下大的圆锥面，以获得一个如图4所示的底面与中心轴线不垂直的圆柱体工件，如斜圆柱工件。进一步地，本发明在进行激光加工时采用分层加工的方法，具体的分层加工过程如图5所示，通过分层加工的方法能够按照既定轨迹对待加工工件7进行精确的加工，有利于节省加工时间而提高激光加工效率。

因此，通过设置B轴模组8和C轴模组9，能够对待加工工件7进行灵活的调节，有利于进一步满足各种加工需求和提升加工质量和加工效果。

此外，在本实施例中，可设置工控机对加工过程进行调控，通过工控机上的软件设置好激光参数、要获得的工件尺寸信息、V型开口数据等相关参数，其中，激光参数有功率、脉宽、频率等；工件尺寸信息有直径、厚度；V型开口数据包括上开口尺寸和下开口尺寸等；并可对B轴模组8和C轴模组9以及下述的X轴移动模组61、Y轴移动模组62、Z轴移动模组11的运动相关参数进行设置和调节。当激光开始加工的同时X轴移动模组61、Y轴移动模组62、Z轴移动模组11可沿各自方向移动，如图3所示，激光束17对待加工工件7加工出V型开口16，B轴模组8可携带待加工工件7倾斜摆动，C轴模组9可携带待加工工件7作360度的连续旋转运动。

在一个可选的实施例中，如图1所示，激光组件包括激光切割头10，激光切割头10的输出端朝向待加工工件7，第一激光器1或第二激光器2发出的激光经激光切割头10的调节后，聚焦在待加工工件7上。

具体地，激光切割头10内部可包括激光聚焦镜5等结构部件，激光切割头10的主要功能是通过激光聚焦镜5将从激光器发出的激光束聚集到一个非常小的点即焦点上，对材料进行切割和雕刻等加工工序。

在一个可选的实施例中，如图1所示，包括Z轴移动模组11，Z轴移动模组11与激光切割头10连接，通过Z轴移动模组11可竖直移动激光切割头10。

具体地，Z轴移动模组11与激光切割头10连接，通过外设驱动组件对Z轴移动模组11进行驱动，则可驱使激光切割头10沿Z轴竖直方向移动。通过Z轴移动模组11可以调节激光切割头10与载物台6上的待加工工件7的垂直距离，从而实现对工件加工深度的精确控制。

在一个可选的实施例中，如图1所示，包括顶板12、底板13、立柱14、方通架15,底板13上放置有载物台6，顶板12通过立柱14和底板13连接，顶板12、底板13以及立柱14合围成用于对待加工工件7进行加工的工作空间，方通架15与底板13底部连接并起到支撑作用。

具体地，在本实施例中，通过设置顶板12、底板13以及立柱14并合围成放置待加工工件7的加工工作空间，第一激光器1和第二激光器2则放置在顶板12上方，并设置方通架15对设备整体起到稳固的支撑作用，这种整体结构设置方式具有结构简单，易于安装的优点。

在一个可选的实施例中，如图1所示，载物台6包括X轴移动模组61和Y轴移动模组62，待加工工件7放置在X轴移动模组61和Y轴移动模组62上，通过X轴移动模组61和Y轴移动模组62可水平移动待加工工件7。

具体地，X轴移动模组61和Y轴移动模组62上下相连，Y轴移动模组62设于X轴移动模组61上方，通过设置驱动组件分别对X轴移动模组61和Y轴移动模组62进行驱动，则可分别驱使放置在X轴移动模组61和Y轴移动模组62上待加工工件7沿X轴和Y轴的水平方向移动，从而便于在进行激光加工时，对待加工工件7进行移动，从而完成对待加工工件7表面全覆盖的加工。

在一个可选的实施例中，第一反射镜3和第二反射镜4之间可拆卸连接。

具体地，通过将第一反射镜3和第二反射镜4之间设置成可拆卸连接，能够便于对第一反射镜3和第二反射镜4进行安装和更换。

在一个可选的实施例中，第一激光器1和第二激光器2之间可拆卸连接。

具体地，通过将第一激光器1和第二激光器2之间设置成可拆卸连接，能够便于对第一激光器1和第二激光器2进行安装和更换。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多波段激光共聚焦碳化硅晶锭加工设备，其特征在于，包括载物台、激光组件；

所述载物台用于承载待加工工件；

所述激光组件包括第一激光器、第二激光器、第一反射镜、第二反射镜以及激光聚焦镜，所述第一反射镜用于反射由所述第一激光器发射的第一波长激光，所述第二反射镜用于反射由所述第二激光器发射的第二波长激光，经反射后的所述第一波长激光和经反射后的所述第二波长激光共光路输出，并经所述激光聚焦镜对所述载物台上的所述待加工工件进行加工。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述激光组件采用V型开口式的加工工艺对所述待加工工件进行加工。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：包括C轴模组，所述C轴模组与所述待加工工件连接，所述C轴模组可使所述待加工工件绕加工平面的轴线进行回转运动。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：包括B轴模组，所述B轴模组通过所述C轴模组与所述待加工工件连接，所述B轴模组可使所述待加工工件在加工平面内进行倾斜运动。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述激光组件包括激光切割头，所述激光切割头的输出端朝向所述待加工工件，所述第一激光器或所述第二激光器发出的激光经所述激光切割头的调节后，聚焦在所述待加工工件上。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：包括Z轴移动模组，所述Z轴移动模组与所述激光切割头连接，通过所述Z轴移动模组可竖直移动所述激光切割头。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：包括顶板、底板、立柱、方通架,所述底板上放置有所述载物台，所述顶板通过所述立柱和所述底板连接，所述顶板、所述底板以及所述立柱合围成用于对所述待加工工件进行加工的工作空间，所述方通架与所述底板底部连接并起到支撑作用。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述载物台包括X轴移动模组和Y轴移动模组，所述待加工工件放置在所述X轴移动模组和所述Y轴移动模组上，通过所述X轴移动模组和所述Y轴移动模组可水平移动所述待加工工件。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一反射镜和所述第二反射镜之间可拆卸连接。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一激光器和所述第二激光器之间可拆卸连接。