CN212587848U - 一种激光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光装置，其包括：产生高斯激光光束的激光器；将高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束的转换组件；使贝塞尔激光光束形成环形光束的准直透镜；位于环形光束中间位置的调制件，该调制件的两端穿过环形光束的边界，以使环形光束的能量场重新分布以产生分离光束，且该调制件可相对于环形光束的轴心进行轴向旋转；将分离光束进行聚焦的聚焦镜，聚焦后的分离光束形成切割光束以切割待加工材料，其中，切割光束呈椭圆形，切割光束的长轴方向为切割光束的切割方向，该切割方向与调制件相垂直。通过在该激光装置中设置调制件，使该激光装置产生切割光束，再通过使该切割光束的切割方向与调制件相垂直以切割待加工材料。

Description

一种激光装置

技术领域

本实用新型涉及激光切割领域，特别是一种激光装置。

背景技术

现有的激光切割脆性材料时，越来越多的开始使用贝塞尔激光光束，它能在很长的距离上保持分布不变化的传输，因此常用来切割玻璃或蓝宝石等脆性材料。但是，在切割一些晶向不对称等特殊脆性材料时，如A向或C向蓝宝石，切割产生的圆点和圆点之间的裂纹不能沿着切割道方向连接，且裂纹有可能走向产品内部，如图1所示，为现有的贝塞尔激光装置切割晶向不对称材料时的示意图，虚线为切割道方向，实线为裂纹方向，这种情况会造成后续裂片困难、崩边大、产品裂片后的强度性能低，因此需要设计一种装置，使其产生的激光在切割晶向不对称材料时，切割的移动方向和切割产生的裂纹方向能保持一致，使后续的裂片变得简单，使切割边缘的崩边减小，使产品裂片后的强度得到保证。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光装置，旨在解决现有的贝塞尔激光光束切割晶向不对称材料时，切割的裂纹不能沿着切割道方向连接的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光装置，其包括：激光器、转换组件、准直透镜、调制件和聚焦镜，激光器用于产生高斯激光光束；转换组件设置在所述高斯激光光束的光路上，用于将所述高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束；准直透镜设置在所述贝塞尔激光光束的光路上，所述贝塞尔激光光束射入所述准直透镜后形成环形光束；调制件设置在所述环形光束的光路上，位于所述环形光束的中间位置，所述调制件的两端穿过所述环形光束的边界以使所述环形光束的能量场重新分布形成分离光束，且所述调制件可相对于所述环形光束的轴心进行轴向旋转；聚焦镜设置在所述分离光束的光路上，经所述聚焦镜聚焦后形成切割光束以切割待加工材料，其中，所述切割光束呈椭圆形，所述椭圆形的长轴方向为所述切割光束的切割方向，所述切割方向与所述调制件相垂直。

进一步的，所述调制件为不透光材料制成。

进一步的，所述调制件为挡光条。

进一步的，所述调制件为位相片。

进一步的，所述调制件的宽度为所述环形光束内径的0.2-0.7倍。

进一步的，所述调制件的宽度为所述环形光束内径的0.35-0.55倍。

进一步的，还包括：旋转电机，所述调制件与所述旋转电机连接，以使所述调制件相对于所述环形光束的轴心进行轴向旋转。

进一步的，所述转换组件包括：扩束系统和锥透镜，所述扩束系统设置在所述高斯激光光束的光路上，所述扩束系统用于将所述高斯激光光束的光斑直径扩大；所述锥透镜设置在光斑直径扩大后的所述高斯激光光束的光路上，所述锥透镜用于将高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束。

进一步的，经过所述扩束系统的所述高斯激光光束的光斑直径为5-15mm。

进一步的，还包括反射镜，所述反射镜设置在激光光路中，用于改变所述激光光路的角度。

本实用新型的有益效果在于，通过在产生贝塞尔激光光束的装置中设有调制件，该调制件设置在该产生贝塞尔激光光束的装置的准直透镜和聚焦镜之间，该调制件破坏了环形光束通过聚焦镜聚焦以后形成贝塞尔激光光束的干涉条件，使形成贝塞尔激光光束的能量场重新分布产生了分离光束，再通过聚焦镜产生切割光束，该切割光束呈椭圆形，由于椭圆形的切割光束作用于待加工材料时具有方向性，裂纹会沿着椭圆形切割光束的长轴方向产生，进一步的，通过控制切割光束的长轴方向与切割道方向保持一致，即控制切割道方向与调制件垂直，就可以控制切割光束之间的裂纹走向，使裂纹沿着切割道方向有序分布，通过控制切割光束产生的裂纹有序分布，即可使切割后的待加工材料后续裂片方便，产出的产品崩边减小，可保持产品的强度性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，附图中：

图1是现有贝塞尔激光束加工晶向非对称材料时切割方向与裂纹产生方向的示意图；

图2是本实用新型的整体结构示意图；

图3是本实用新型的聚焦系统的结构示意图；

图4是本实用新型调制件与环形光束的结构示意图；

图5是椭圆形切割光束切割弧线时的示意图；

图6是椭圆形切割光束切割直线时的示意图；

图7是本实用新型调制件水平放置时产生的切割光束加工时产生的加工点位示意图；

图8是本实用新型调制件45°放置时产生的切割光束加工时产生的加工点位示意图；

图9是本实用新型调制件垂直放置时产生的切割光束加工时产生的加工点位示意图；

图中：1、激光器；2、扩束系统；3、锥透镜；4、准直透镜；41、环形光束；5、调制件；6、聚焦镜；7、反射镜；8、待加工材料。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

参见图2-4，本实用新型提供了一种激光装置，其包括：激光器1、转换组件、准直透镜4、调制件5和聚焦镜6，激光器1用于产生高斯激光光束；转换组件设置在高斯激光光束的光路上，用于将高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束；准直透镜4设置在贝塞尔激光光束的光路上，贝塞尔激光光束射入准直透镜4后形成环形光束41；调制件5设置在环形光束41的光路上，位于环形光束41的中间位置，调制件5的两端穿过环形光束41的边界以使环形光束41的能量场重新分布形成分离光束，且调制件5可相对于环形光束41的轴心进行轴向旋转；聚焦镜6设置在分离光束的光路上，经聚焦镜6聚焦后形成切割光束以切割待加工材料8，其中，切割光束呈椭圆形，椭圆形切割光束的长轴方向为切割光束的切割方向，切割光束的切割方向与所述调制件5相垂直。

通过在产生贝塞尔激光光束的装置中设有调制件5，该调制件5设置在该产生贝塞尔激光光束的装置的准直透镜4和聚焦镜6之间，该调制件5破坏了环形光束41通过聚焦镜6聚焦以后形成贝塞尔激光光束的干涉条件，使形成贝塞尔激光光束的能量场重新分布产生了分离光束，再通过聚焦镜6产生切割光束，参见图5和图6，实线为裂纹方向与切割方向，该切割光束呈椭圆形，由于椭圆形的切割光束作用于待加工材料8时具有方向性，裂纹会沿着椭圆形切割光束的长轴方向产生，进一步的，通过控制切割光束的长轴方向与切割道方向保持一致，即控制切割道方向与调制件5垂直，就可以控制切割光束之间的裂纹走向，使裂纹沿着切割道方向有序分布，通过控制切割光束产生的裂纹有序分布，可使切割后的待加工材料8裂片方便，产出的产品崩边减小，可保持产品的强度。

在其中一个实施例中，调制件5为不透光材料制成。在本实施例中，将环形光束41中间位置的激光遮挡，可直接破坏贝塞尔激光的干涉条件，使环形光束41产生分离光束，再通过聚焦镜6产生切割光束。

在其中一个实施例中，调制件5为挡光条。在本实施例中，挡光条可为铝条或其它金属条或其它不透光材料，可直接将激光遮挡形成分离光束，以铝条或其它金属条或其它不透光材料制作制作调制件5较为方便，可节约成本。

在其中一个实施例中，调制件5为位相片。在本实施例中，位相片为镜片，在该镜片的局部区域内镀上一层具有一定厚度和折射率的膜层，使透过该区域的光比通过非镀层区的光相位超前或滞后。由于该位相片的折射率和空气不同或者和其它区域不同，经过该位相片的一部分光束光程改变，从而改变了环形光束41的相位，以此破坏了贝塞尔激光的干涉条件，使环形光束41产生分离光束，再通过聚焦镜6产生切割光束，在此实施例中，只是改变了光的路径，因此相对于不透光材料制作的调制件5来说可以最大限度保证激光束的能量，提升工作效率。但是此种镀膜的方案造价较高，调制件5可根据实际需求采用位相片或者采用不透光材料。

在其中一个实施例中，调制件5的宽度为环形光束41内径的0.2-0.7倍。在本实施例中，使用0.2-0.7倍环形光束41内径的调制件5可使环形光束41的相位产生0.25π-π的变化，使用改变环形光束41不同相位的调制件5可达到加工不同路径或材料的效果。

在其中一个实施例中，调制件5的宽度为环形光束41内径的0.35-0.55倍。在调制件5的宽度为环形光束41内径的0.35-0.55倍时，所形成的椭圆形切割光束能量密度较优，这种椭圆形切割光束的加工效果较优，此时的切割光束不会较集中，因为较集中时易形成圆形切割光束，会导致裂纹不易于控制；也不会较分散，因为激光的能量是一定的，过于分散则切割能力不够。

在其中一个实施例中，还包括旋转电机，调制件5与旋转电机连接，以使调制件5相对于环形光束41的轴心进行轴向旋转。通过旋转电机控制调制件5的旋转可使控制其与加工路径垂直更加精确。以下列举三个优选的实施例对加工路径的调整进行说明：

如图7所示，从上往下观察时，调制件5为水平放置在环形光束41上，此时通过移动待加工材料8或该激光装置，使加工点位在水平方向并列和在竖直方向相连，将在竖直方向形成的加工点位之间相连，即可形成竖直方向上的加工路径，即可以在竖直方向对材料进行切割；

如图8所示，从上往下观察时，调制件5为呈45度放置在环形光束41上，此时通过移动待加工材料8或该激光装置，使加工点位在水平方向和竖直方向倾斜并排相连，进一步的，通过移动待加工材料8或激光装置，使加工点位在倾斜方向相连，即可以形成曲线的路径，则可以对材料进行曲线切割；

如图9所示，从上往下观察时，调制件5为竖直放置在环形光束41上，通过移动待加工材料8或该激光装置，使加工点位在水平方向相连并列和在竖直方向并列，将在水平方向形成的加工点位之间相连，即可形成水平方向上的加工路径，即可以在水平方向对材料进行切割；

因此，结合以上三种加工路径以及通过旋转电机调整调制件5在环形光束41上的位置，使加工点位的方向与切割轨迹方向重合，即可以形成不同的加工路径，即可以在待加工材料8上形成任意加工轨迹，实现达到加工任意形状的效果。

在其中一个实施例中，转换组件包括：扩束系统2和锥透镜3，扩束系统2设置在高斯激光光束的光路上，扩束系统2用于将高斯激光光束的光斑直径扩大；锥透镜3设置在光斑直径扩大后的高斯激光光束的光路上，锥透镜3用于将高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束。在本实施例中，该扩束系统2可由扩束镜或扩束器组成。

在其中一个实施例中，经过所述扩束系统2的所述高斯激光光束的光斑直径为5-15mm。在本实施例中，通过将高斯激光光束的光斑直径扩大，使高斯激光光束通过锥透镜3后能产生适用于切削加工的贝塞尔激光光束，使贝塞尔激光光束能产生适用于切削加工的切割光束。

在其中一个实施例中，还包括反射镜7，反射镜7设置在激光光路中，用于改变激光光路的角度。通过反射镜7可以改变激光的光路，可优化激光光路中的各个设备的结构设计，让激光切割装置的结构更加紧密。

通过在产生贝塞尔激光光束的装置中设有调制件5，该调制件5设置在该产生贝塞尔激光光束的装置的准直透镜4和聚焦镜6之间，该调制件5破坏了环形光束41通过聚焦镜6聚焦以后形成贝塞尔激光光束的干涉条件，使形成贝塞尔激光光束的能量场重新分布产生了分离光束，再通过聚焦镜6产生切割光束，该切割光束呈椭圆形，由于椭圆形的切割光束作用于待加工材料8时具有方向性，裂纹会沿着椭圆形切割光束的长轴方向产生，进一步的，通过控制切割光束的长轴方向与切割道方向保持一致，即控制切割道方向与调制件5垂直，就可以控制切割光束之间的裂纹走向，使裂纹沿着切割道方向有序分布，通过控制切割光束产生的裂纹有序分布，即可使切割后的待加工材料8裂片方便，产出的产品崩边减小，可保持产品的强度。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光装置，其特征在于，包括：

激光器，其用于产生高斯激光光束；

转换组件，其设置在所述高斯激光光束的光路上，用于将所述高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束；

准直透镜，其设置在所述贝塞尔激光光束的光路上，所述贝塞尔激光光束射入所述准直透镜后形成环形光束；

调制件，其设置在所述环形光束的光路上，位于所述环形光束的中间位置，所述调制件的两端穿过所述环形光束的边界以使所述环形光束的能量场重新分布形成分离光束，且所述调制件可相对于所述环形光束的轴心进行轴向旋转；

聚焦镜，其设置在所述分离光束的光路上，经所述聚焦镜聚焦后形成切割光束以切割待加工材料，其中，所述切割光束呈椭圆形，所述椭圆形的长轴方向为所述切割光束的切割方向，所述切割方向与所述调制件相垂直。

2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述调制件为不透光材料制成。

3.根据权利要求2所述的激光装置，其特征在于，所述调制件为挡光条。

4.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述调制件为位相片。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的激光装置，其特征在于，所述调制件的宽度为所述环形光束内径的0.2-0.7倍。

6.根据权利要求5所述的激光装置，其特征在于，所述调制件的宽度为所述环形光束内径的0.35-0.55倍。

7.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，还包括：旋转电机，所述调制件与所述旋转电机连接，以使所述调制件相对于所述环形光束的轴心进行轴向旋转。

8.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述转换组件包括：

扩束系统，其设置在所述高斯激光光束的光路上，所述扩束系统用于将所述高斯激光光束的光斑直径扩大；

锥透镜，其设置在光斑直径扩大后的所述高斯激光光束的光路上，所述锥透镜用于将高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束。

9.根据权利要求8所述的激光装置，其特征在于，经过所述扩束系统的所述高斯激光光束的光斑直径为5-15mm。

10.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜设置在激光光路中，用于改变所述激光光路的角度。

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