CN1978120B - 激光加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光加工系统，其包括：一第一激光装置，用于输出一第一波长激光束，该第一波长激光束的波长为λ1；一第一光学构件，用于将第一波长激光束汇聚至待加工件的第一目标加工位置；一第二激光装置，用于输出一第二波长激光束，该第二波长激光束的波长为λ2，λ2≠λ1；一第二光学构件，用于将第二波长激光束汇聚至待加工件的第二目标加工位置，第二目标加工位置与第一目标加工位置的吸收波长不同；一第三激光装置，用于输出一监测激光束至第一目标加工位置与第二目标加工位置两者中吸收波长较短的目标加工位置，该监测激光束的波长位于可见光范围内；及一光侦测装置，用于接收经由该目标加工位置反射的监测激光束以产生一监测讯息。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种对材料进行高精度加工的激光加工系统。
【背景技术】
目前，激光加工系统已广泛应用于各种材料的精加工，如对金属、塑料、玻璃及陶瓷等材料进行切割、焊接、表面处理、打标、打孔等精加工；其具有加工速度快，精度高等特点。由于不同材料具有不同的吸收波长；因此，对于不同材料的激光精加工，需要选择不同的激光加工系统来提供具有合适波长的激光束以用于材料加工。例如，对于玻璃及陶瓷等材料，一般选择二氧化碳激光系统；对于金属及塑料等材料，一般选用固体激光系统，如掺铷钇铝石榴石(Nd:YAG)激光系统。
然而，目前已广泛应用的高性能材料一般是由多种材料复合而成，如印制线路板。现有技术中，对于该种高性能材料的激光加工，通常是通过多个激光加工系统共同来执行，操作人员根据待加工件的目标加工位置的材质来选择合适的激光加工系统以进行加工。但是，由于对待加工件的不同材质的目标加工位置不能进行同步加工，待加工件必须在多个激光加工系统之间来回切换才可完成加工需求，而在每次切换过程中需对待加工件的目标加工位置进行重新定位，定位次数过于频繁，进而导致加工精度不高；并且，待加工件在多个激光加工系统之间的切换也是一种时间浪费。另外，多个激光加工系统的采用，将导致总体设备投资成本较高。
有鉴于此，有必要提供一种激光加工系统，其可实现高精度的激光加工。
【发明内容】
下面将以实施例说明一种激光加工系统，其可实现高精度的激光加工。
一种激光加工系统，用于待加工件的激光加工，其包括：
一第一激光装置，用于输出一第一波长激光束，该第一波长激光束的波长为λ1；一第一光学构件，用于将第一波长激光束汇聚至待加工件的第一目标加工位置，该第一光学构件包括一聚焦装置、一设于该聚焦装置的光入射侧的阻断光阀及位于该阻断光阀的光输出侧与该聚焦装置的光输入侧之间的光学偏转构件，该聚焦装置根据待加工工件的目标位置改变其焦距，以将第一波长激光束汇聚成一个具有预定大小的聚焦光斑，该阻断光阀用于调节第一波长激光束入射至该聚焦装置的光斑大小，该光学偏转构件用于将第一波长激光束引导至聚焦装置，且其从该阻断光阀的光输出侧至该聚焦装置的光输入侧依次包括聚焦透镜组、全反射镜、聚焦透镜组及全反射镜；一第二激光装置，用于输出一第二波长激光束，该第二波长激光束的波长为λ2，λ2≠λ1；一第二光学构件，用于将第二波长激光束汇聚至待加工件的第二目标加工位置，该第二目标加工位置与第一目标加工位置的吸收波长不同；一第三激光装置，用于输出一监测激光束至第一目标加工位置与第二目标加工位置两者中吸收波长较短的目标加工位置，该监测激光束的波长位于可见光范围内；及一光侦测装置，用于接收经由该目标加工位置反射的监测激光束以产生一监测讯息。
相对于现有技术，所述激光加工系统，通过设置第一及第二激光装置以输出适于不同材质加工的不同波长的激光束，其可同步执行待加工件不同材质的目标加工位置的激光加工，待加工件无须在多个激光加工系统之间切换，从而避免对待加工件目标加工位置的重新定位；另外，第三激光装置及光侦测装置的设置，可实现对待加工件的目标加工位置进行监测；故该激光加工系统可大大增加待加工件的加工精度，并提升加工速度。
【附图说明】
图1是本发明实施例激光加工系统的示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
参见图1，本发明实施例提供激光加工系统100，其包括：第一激光装置10，第一光学构件，第二激光装置20，第二光学构件，第三激光装置30，及光侦测装置40。
第一激光装置10用于输出一待加工件200加工用第一波长激光束，该第一波长激光束的波长λ1较长，通常位于2.4-15微米的波长范围内，较适合于吸收波长较长的玻璃及陶瓷等材质的激光加工。该第一激光装置10包括第一激光器102，控制器104及冷却器106。该第一激光器102用于产生一待加工件200加工用第一波长激光束；控制器104可用于精确设置第一激光器102的工作参数；冷却器106可用于在第一激光器102工作过程中对其实施冷却，以使第一激光器102保持在最佳工作温度状态。该第一激光装置10通常为分子气体激光装置，其输出的激光束的波长较长，位于中、远红外区(3.0-15微米)；如二氧化碳激光装置，其具有一二氧化碳激光器，输出波长为10.6微米，输出功率范围可为5瓦(W)-25千瓦(kW)，工作模式可为连续波模式。
第一光学构件用于将第一激光装置10产生的第一波长激光束汇聚至待加工件200的目标加工位置202；该目标加工位置202的吸收波长较长，通常位于2.4-15微米的波长范围内。该第一光学构件包括阻断光阀(BlockingShutter)12，及聚焦装置19。该阻断光阀12可用于调节第一波长激光束入射至聚焦装置19的光斑大小。该聚焦装置19用于将第一波长激光束汇聚成一具有预定大小的聚焦光斑；其优选为一变焦镜头，如二组元变焦镜头，其可根据待加工件的目标加工位置202适当改变自身的焦距。该聚焦装置19与阻断光阀12的配合，可实现对第一波长激光束投射至待加工件200的目标加工位置202的光斑大小的调节。优选的，在阻断光阀12与聚焦装置19之间，从阻断光阀12的光输出侧起至聚焦装置19的光输入侧，依次可设置有聚焦透镜组14、全反射镜16a、聚焦透镜组18、及全反射镜16b。该聚焦透镜组14、全反射镜16a、聚焦透镜组18、及全反射镜16b的组合构成一光学偏转构件，用于将第一波长激光束引导至聚焦装置19。
第二激光装置20用于输出一待加工件200加工用第二波长激光束，该第二波长激光束的波长λ2较短，通常位于200-1200纳米的波长范围内，较适合于吸收波长较短的金属及塑料等材质的激光加工。该第二激光装置20包括第二激光器202，控制器204及冷却器206。该第二激光器202用于产生一待加工件200加工用第二波长激光束；控制器204可用于精确设置激光器202的工作参数；冷却器206可用于在第二激光器202工作过程中对其实施冷却，以使第二激光器202保持在最佳工作温度状态。该第二激光装置20通常为固体激光装置，其产生的激光束的波长较短，如掺铷钇铝石榴石(Nd:YAG)激光装置，及掺铷钒酸钇(Nd:YVO4)激光装置，其分别包括一掺铷钇铝石榴石激光器，及掺铷钒酸钇激光器，输出波长均可为1064纳米，输出功率可为1毫瓦(mW)-5千瓦(kW)，工作模式可为脉冲波模式。另外，为获取更短波长的激光束，可在上述固体激光装置中设置一倍频器，如内设有磷酸二氢钾(Potassium Dihydrogen Phosphate，KDP)晶体的倍频器，使其产生的激光束的波长减半，也即其输出波长可为532纳米。
第二光学构件用于将第二激光装置20产生的第二波长激光束汇聚至待加工件200的目标加工位置204；该目标加工位置204相对于目标加工位置202的吸收波长较短，其通常位于200-1200纳米的波长范围内。该第二光学构件包括阻断光阀(Blocking Shutter)22，及聚焦装置29。该阻断光阀22可用于调节第二波长激光束入射至聚焦装置29的光斑大小。该聚焦装置29用于将第二波长激光束汇聚成一具有预定大小的聚焦光斑；其优选为一变焦镜头，如一二组元变焦透镜，其可根据待加工件200的目标加工位置204适当改变自身的焦距。该聚焦装置29与阻断光阀22的配合，可实现对第二波长激光束投射至待加工件200的加工目标位置204的光斑大小的调节。优选的，在阻断光阀22与聚焦装置29之间，从阻断光阀22的光输出侧起至聚焦装置29的光输入侧，依次可设置有聚焦透镜组24、二色镜26、聚焦透镜组28、及全反射镜27。该聚焦透镜组24、二色镜26、聚焦透镜组28、及全反射镜27的组合构成一光学偏转构件，用于将第二波长激光束引导至聚焦装置29。
第三激光装置30用于输出一监测激光束至待加工件200的目标加工位置204；该目标加工位置204具有相对于目标加工位置202较短的吸收波长。该第三激光装置30通常选用输出波长在可见光范围内(波长约为380-780纳米)的激光装置，如原子气体激光装置之一的氦氖(He-Ne)激光装置，其输出波长为632.5纳米，输出功率范围可为0.5-100mW(毫瓦)；及离子(如Ar+，Kr+等)气体激光装置，其输出波长在可见光红光区域。在激光加工系统100的工作过程中，该第三激光装置30产生一可见的监测激光束并投射至待加工件200的目标加工位置204。本实施例中，该第三激光装置30产生的可见激光束依次经由全反射镜32，棱镜34、二色镜26、聚焦透镜组28、全反射镜27、及聚焦装置29投射至待加工件200的目标加工位置204。
光侦测装置40用于接收经由待加工件200的目标加工位置204反射的监测激光束以产生一监测讯息，进而实现对待加工件200的目标加工位置204进行监测。在激光加工系统100的工作过程中，该光侦测装置40接收由第三激光装置30产生，并经待加工件200的目标加工位置204反射的可见的监测激光束，并产生一监测讯息；操作人员可根据监测讯息得知待加工件200的加工表面的具体状态，如表面光洁度，进而可对第二激光装置20的工作参数进行最优化处理。本实施例中，该被待加工件200的目标加工位置204反射的监测激光束依次经由聚焦装置29、全反射镜27、聚焦透镜组28、二色镜26、及棱镜34传送至光侦测装置40。
进一步的，该激光加工系统100还包括一工作台50，该工作台50可作水平、垂直及左右倾斜运动，以移动待加工件200的目标加工位置至聚焦光斑位置，进而实现对待加工件200的激光加工。
本发明实施例通过设置第一激光装置10及第二激光装置20以产生适于不同材质加工的不同波长的激光束，其可同步执行待加工件200的不同材质的目标加工位置的激光加工，待加工件200无须在多个激光加工系统之间切换，从而避免对待加工件200目标加工位置的重新定位；另外，第三激光装置30及光侦测装置40的设置，可实现对待加工件200的加工表面进行监测；故该激光加工系统100可大大增加待加工件的加工精度，并提升加工速度。
另，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，如适当变激光加工系统的第一光学构件，及第二光学构件以用于本发明等设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (17)
1.一种激光加工系统，用于待加工件的激光加工，其包括：
一第一激光装置，用于输出一第一波长激光束，该第一波长激光束的波长为λ1；
一第一光学构件，用于将第一波长激光束汇聚至待加工件的第一目标加工位置，该第一光学构件包括一聚焦装置、一设于该聚焦装置的光入射侧的阻断光阀及位于该阻断光阀的光输出侧与该聚焦装置的光输入侧之间的光学偏转构件，该聚焦装置根据待加工工件的目标位置改变其焦距，以将第一波长激光束汇聚成一个具有预定大小的聚焦光斑，该阻断光阀用于调节第一波长激光束入射至该聚焦装置的光斑大小，该光学偏转构件用于将第一波长激光束引导至聚焦装置，且其从该阻断光阀的光输出侧至该聚焦装置的光输入侧依次包括聚焦透镜组、全反射镜、聚焦透镜组及全反射镜；一第二激光装置，用于输出一第二波长激光束，该第二波长激光束的波长为λ2，λ2≠λ1；
一第二光学构件，用于将第二波长激光束汇聚至待加工件的第二目标加工位置，该第二目标加工位置与第一目标加工位置的吸收波长不同；
一第三激光装置，用于输出一监测激光束至第一目标加工位置与第二目标加工位置两者中吸收波长较短的目标加工位置，该监测激光束的波长位于可见光范围内；及
一光侦测装置，用于接收经由该目标加工位置反射的监测激光束以产生一监测讯息。
2.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于所述λ1的范围为2.4-15微米。
3.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于所述λ2的范围为200-1200纳米。
4.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于所述第一激光装置为一分子气体激光装置。
5.如权利要求4所述的激光加工系统，其特征在于所述分子气体激光装置为一二氧化碳激光装置。
6.如权利要求4所述的激光加工系统，其特征在于所述第一激光装置包括：
一分子气体激光器，用于输出第一波长激光束；
一控制器，用于控制激光器的工作参数；及
一冷却器，用于冷却该激光器。
7.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于所述第二激光装置为一固体激光装置。
8.如权利要求7所述的激光加工系统，其特征在于所述固体激光装置选自掺铷钇铝石榴石激光装置及掺铷钒酸钇激光装置。
9.如权利要求7所述的激光加工系统，其特征在于所述固体激光装置包括：
一固体激光器，用于产生第二波长激光束；
一控制器，用于控制激光器的工作参数；及
一冷却器，用于冷却该激光器。
10.如权利要求9所述的激光加工系统，其特征在于所述固体激光器还包括一倍频器，用于对该固体激光器的产生的第二波长进行倍频。
11.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于所述第三激光装置选自离子气体激光装置及原子气体激光装置。
12.如权利要求11所述的激光加工系统，其特征在于所述原子气体激光装置为一氦氖激光装置。
13.如权利要求1项所述的激光加工系统，其特征在于所述聚焦装置为一变焦镜头。
14.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于所述第二光学构件包括一聚焦装置。
15.如权利要求14所述的激光加工系统，其特征在于所述第二光学构件还包括一阻断光阀，其设于聚焦装置的光入射侧。
16.如权利要求14所述的激光加工系统，其特征在于所述聚焦装置为一变焦镜头。
17.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于该激光加工系统还包括一工作台，其可沿水平及垂直方向运动。
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