CN210024108U - 激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光加工系统，本激光加工系统包括：激光模块、光路切换模块以及光束聚焦扫描模块；其中所述激光模块发射激光束后，经所述光路切换模块对激光束进行分束成若干激光分束，并选择任一激光分束输出至所述光束聚焦扫描模块；所述光束聚焦扫描模块适于控制该激光分束对零件进行加工；本实用新型通过对激光束进行分束并切换相应激光分束对零件进行加工，本系统在加工中可选择任意一路激光束，并可在多路激光束之间中实现快速切换，各路激光束在切换输出后光路相互重合，保证聚焦后后焦点位置保持不变，满足了激光材料加工中应用多种不同光学特性（波长、直径等）激光束的需求。

Description

激光加工系统

技术领域

本实用新型涉及一种激光制造领域，尤其涉及一种激光加工系统。

背景技术

在激光加工中，根据加工工艺的要求，需要采用不同激光波长、光斑直径等的激光束，进行复杂产品的高效高精度加工。现有的激光加工系统一般只包含一路激光束。对于上述的加工需求，需要建立多个相互独立的激光加工系统，各个系统的激光束具有不同的光学特性，它们相互配合完成加工。然而，除激光束之外，每个系统都会采用功能类似或相同的功能模块（光束聚焦、扫描、运动平台等），增加了整个系统的成本。而且，零件需要在各个系统中转移、重新定位，增加了定位误差和加工时间，影响了加工精度和效率。

另外一种方式是通过调节激光器的输出及更换光路中的光学器件改变原有激光束的光学特性。这种方式的缺点是激光束的切换效率低，无法满足快速响应的要求。

因此，亟需开发一种新的激光加工系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了满足激光材料加工中应用多种不同光学特性（波长、直径等）激光束的需求，提供一种激光加工系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光加工系统，其包括：激光模块、光路切换模块以及光束聚焦扫描模块；其中所述激光模块发射激光束后，经所述光路切换模块对激光束进行分束成若干激光分束，并选择任一激光分束输出至所述光束聚焦扫描模块；所述光束聚焦扫描模块适于控制该激光分束对零件进行加工。

进一步，所述光路切换模块包括：第一分束器，若干前置扩束器和合束器；从所述激光模块发射出的激光束经所述第一分束器分为至少两激光分束，各激光分束分别通过相应前置扩束器进行扩束后通过所述合束器进行输出。

进一步，所述光路切换模块还包括：设置在所述第一分束器与各前置扩束器之间的若干遮光器；通过各遮光器遮挡其中多束激光分束后，以使剩余一束激光分束射入所述光束聚焦扫描模块中。

进一步，所述遮光器包括：遮光片、音圈电机；所述音圈电机适于带动所述遮光片移动至任一激光分束的相应照射路径上以遮挡该激光分束。

进一步，在所述第一分束器与遮光器之间，各前置扩束器和遮光器之间，以及各前置扩束器和合束器之间分别设置有若干反射镜；各反射镜适于分别调整相应激光分束的传播姿态、入射角度、位置，即各激光分束的光路。

进一步，所述激光加工系统还包括：设置在所述光路切换模块与所述光束聚焦扫描模块之间的光束重合检测模块；所述光束重合检测模块适于检测通过所述合束器的多股激光分束是否重合射入所述光束聚焦扫描模块。

进一步，所述光束重合检测模块包括：若干后置分束器，与各后置分束器对应的CCD相机；通过所述合束器的各激光分束都依次经过各后置分束器分束，且分束光束分别射入相应CCD相机，即当各分束光束分别射入相应CCD相机的中心时，判定通过所述合束器的射出的多股激光分束的光路相互重合。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过对激光束进行分束并切换相应激光分束对零件进行加工，本系统在加工中可选择任意一路激光束，并可在多路激光束之间中实现快速切换，各路激光束在切换输出后光路相互重合，保证聚焦后后焦点位置保持不变，满足了激光材料加工中应用多种不同光学特性（波长、直径等）激光束的需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的激光加工系统的结构图；

图2是本实用新型的遮光器的结构图；

图3是本实用新型的激光加工系统的一种优选实施例的结构图；

图4是本实用新型的激光加工系统的另一种优选实施例的结构图；

图5是本实用新型的激光加工系统的工作方法的流程图。

图中：第一分束器1、遮光器2、遮光片201、音圈电机202、第一扩束器3、第二扩束器4、合束器5、第一CCD相机6、第二分束器7、第二CCD相机8、第三分束器9、反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4、反射镜M5、反射镜M6。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例

图1是本实用新型的激光加工系统的结构图。

在本实施例中，如图1所示，本实施例提供了一种激光加工系统，其包括：激光模块、光路切换模块以及光束聚焦扫描模块；其中所述激光模块发射激光束后，经所述光路切换模块对激光束进行分束成若干激光分束，并选择任一激光分束输出至所述光束聚焦扫描模块；所述光束聚焦扫描模块适于控制该激光分束对零件进行加工。

在本实施例中，本实施例通过对激光束进行分束并切换相应激光分束对零件进行加工，本系统在加工中可选择任意一路激光束，并可在多路激光束之间中实现快速切换，各路激光束在切换输出后光路相互重合，保证聚焦后后焦点位置保持不变，满足了激光材料加工中应用多种不同光学特性（波长、直径等）激光束的需求。

为了对激光束进行分束，所述光路切换模块包括：第一分束器1，若干前置扩束器和合束器5；从所述激光模块发射出的激光束经所述第一分束器1分为至少两激光分束，各激光分束分别通过相应前置扩束器进行扩束后通过所述合束器5进行输出。

在本实施例中，激光分束在通过分束镜或合束镜时波长会发生改变，可以采用二向色分束镜/合束镜、偏振分束镜/合束镜对通过的激光分束波长进行控制。

在本实施例中，扩束器可以采用小倍率扩束镜、大倍率扩束镜，以对通过的激光分束的直径、形状进行控制。

在本实施例中，如图1所示，虚线表示为激光分束A、实线表示为激光分束B。

图2是本实用新型的遮光器2的结构图。

为了实现多路激光分束间快速切换，如图2所示，所述光路切换模块还包括：所述光路切换模块还包括：设置在所述第一分束器1与各前置扩束器之间的若干遮光器2；通过各遮光器2遮挡其中多束激光分束后，以使剩余一束激光分束射入所述光束聚焦扫描模块中。

在本实施例中，作为一种优选实施例方式，第一分束器将从所述激光模块发射出的激光束分为两激光分束，两激光分束分别通过第一扩束器3、第二扩束器4进行扩束后通过所述合束器5进行输出。

为了切换其中任意一路激光分束，如图2所示，所述遮光器2包括：遮光片201、音圈电机202；所述音圈电机202适于带动所述遮光片201移动至任一激光分束的相应照射路径上以遮挡该激光分束。

在本实施例中，如图2所示，虚线部分表示遮光片201可移动位置。

在本实施例中，通过采用音圈电机可以实现快速切换功能，保证加工的高效、稳定。

为了调整相应激光分束的光路，在所述第一分束器1与遮光器2之间，各前置扩束器和遮光器2之间，以及各前置扩束器和合束器5之间设置有若干反射镜；各反射镜适于分别调整相应激光分束的传播姿态、入射角度、位置，即各激光分束的光路。

在本实施例中，如图1所示，反射镜M1适于调整激光分束B射入第二扩束器4的传播姿态、入射角度、位置，反射镜M2适于调整激光分束A射入遮光器2的传播姿态、入射角度、位置，反射镜M3适于调整激光分束A射入第一扩束器3的传播姿态、入射角度、位置，反射镜M4适于调整激光分束A从第一扩束器3中射出的传播姿态、入射角度、位置，反射镜M5适于调整激光分束A射入合束器5的传播姿态、入射角度、位置，反射镜M6适于调整激光分束B射入合束器5的传播姿态、入射角度、位置。

为了检测通过任意所选激光束在输出后的光路相互重合，所述激光加工系统还包括：设置在所述光路切换模块与所述光束聚焦扫描模块之间的光束重合检测模块；所述光束重合检测模块适于检测通过所述合束器5的多股激光分束的光路是否重合射入所述光束聚焦扫描模块。

具体的，所述光束重合检测模块包括：若干后置分束器，与各后置分束器对应的CCD相机；通过所述合束器5的各激光分束都依次经过各后置分束器分束，且分束光束分别射入相应CCD相机，即当各分束光束分别射入相应CCD相机的中心时，判定通过所述合束器5的射出的多股激光分束的光路相互重合。

在本实施例中，通过所述合束器5的各激光分束依次经过第二分束器、第三分束器后射入对应的第一、第二CCD相机；通过调节光路切换模块内激光分束的光路，使分束激光均能位于两个CCD相机的中心位置；逐一切换输出其他的激光分束，使其光路都符合上述标准，从而保证任意所选激光分束在输出后的光路相互重合，经光束聚焦扫描模块，激光焦点能照射在工件的同一位置，无需再次定位。

图3是本实用新型的激光加工系统的一种优选实施例的结构图。

在本实施例中，作为一种可选实施例，如图3所示，本激光加工系统在零件的内部采用大光斑加工，得到较高的加工效率，在零件的边缘位置采用小光斑加工，得到较高的加工精度，本激光加工系统中的激光分束A采用扩束倍率较高的扩束镜，将激光分束A直径扩束至8mm，激光分束B采用扩束倍率较低的扩束镜，将激光分束B直径扩束至4mm。直径较大的激光束聚焦后可得到更小的光斑。第一分束器1和合束器5采用偏振分光棱镜（PBS）。通过控制遮光器2遮挡激光分束A或激光分束B选用不同大小的光斑进行加工。

图4是本实用新型的激光加工系统的另一种优选实施例的结构图。

在本实施例中，作为另一种可选实施例，如图4所示，待加工对材料是由材料层A和材料层B组成的复合材料。在本激光加工系统加工过程中，材料层A需采用355nm波长激光，材料层B需采用532nm波长激光。为此，本激光加工系统中的激光分束A与激光分束B的波长分别为355nm和532nm，采用适用各自波长的光学器件进行光学整形。第一分束器1和合束器5采用二向色镜。通过控制遮光器2遮挡激光分束A或激光分束B选用不同波长的激光进行加工。

综上所述，本实用新型通过对激光束进行分束并切换相应激光分束对零件进行加工，本系统在加工中可选择任意一路激光束，并可在多路激光束之间中实现快速切换，各路激光束在切换输出后光路相互重合，保证聚焦后后焦点位置保持不变，满足了激光材料加工中应用多种不同光学特性（波长、直径等）激光束的需求；本激光加工系统包括多路具有不同光学特性的激光束，各路激光束的光路固定，相互之间任意快速切换，可满足多种激光束加工的需求；多路激光束的光学特性差异可体现在波长、光束直径、光束形状、能量分布等方面；用于光路切换的遮光器采用音圈电机驱动，动态响应快，切换速度快；在进行光束聚焦、扫描之前保证任意所选激光束在输出后的光路均能重合，经光束聚焦扫描模块，激光焦点能照射在工件的同一位置，无需多次定位。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种激光加工系统，其特征在于，包括：

激光模块、光路切换模块以及光束聚焦扫描模块；其中

所述激光模块发射激光束后，经所述光路切换模块对激光束进行分束成若干激光分束，并选择任一激光分束输出至所述光束聚焦扫描模块；

所述光束聚焦扫描模块适于控制该激光分束对零件进行加工。

2.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，

所述光路切换模块包括：第一分束器，若干前置扩束器和合束器；

从所述激光模块发射出的激光束经所述第一分束器分为至少两激光分束，各激光分束分别通过相应前置扩束器进行扩束后通过所述合束器进行输出。

3.如权利要求2所述的激光加工系统，其特征在于，

所述光路切换模块还包括：设置在所述第一分束器与各前置扩束器之间的若干遮光器；

通过各遮光器遮挡其中多束激光分束后，以使剩余一束激光分束射入所述光束聚焦扫描模块中。

4.如权利要求3所述的激光加工系统，其特征在于，

所述遮光器包括：遮光片、音圈电机；

所述音圈电机适于带动所述遮光片移动至任一激光分束的相应照射路径上以遮挡该激光分束。

5.如权利要求3所述的激光加工系统，其特征在于，

在所述第一分束器与遮光器之间，各前置扩束器和遮光器之间，以及各前置扩束器和合束器之间分别设置有若干反射镜；

各反射镜适于分别调整相应激光分束的传播姿态、入射角度、位置，即各激光分束的光路。

6.如权利要求5所述的激光加工系统，其特征在于，

所述激光加工系统还包括：设置在所述光路切换模块与所述光束聚焦扫描模块之间的光束重合检测模块；

所述光束重合检测模块适于检测通过所述合束器的多股激光分束的光路是否重合射入所述光束聚焦扫描模块。

7.如权利要求5所述的激光加工系统，其特征在于，

所述光束重合检测模块包括：若干后置分束器，与各后置分束器对应的CCD相机；

通过所述合束器的各激光分束都依次经过各后置分束器分束，且分束光束分别射入相应CCD相机，即

当各分束光束分别射入相应CCD相机的中心时，判定通过所述合束器的射出的多股激光分束的光路相互重合。

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