CN216264030U - 一种激光加工装置和激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光加工装置和激光加工系统，其中，激光加工装置包括控制器、电光调制器和多个光学调节结构，电光调制器包括电光晶体和偏振器；控制器用于调节电光晶体的状态，以使入射激光光束经过处于不同状态的电光晶体后偏振状态发生变化；偏振器用于将偏振状态不同的入射激光光束转化为对应的多个子光束；各光学调节结构位于对应子光束的光路上，光学调节结构用于调节对应子光束的光斑大小和/或焦点位置，各子光束经过对应光学调节结构后，分别形成加工光束；通过改变入射激光光束的偏振状态，即可获得的多路加工光束，多路加工光束能够各自独立的进行加工，减少了等待的时间从而提高了加工效率，从而提高了产能。

Description

一种激光加工装置和激光加工系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工装置和激光加工系统。

背景技术

随着太阳能电池硅片的大小逐渐增大、激光开槽加工图形日益复杂，单张硅片的实际开槽面积逐渐增大，在加工速度、开槽线宽不变的情况下，必然导致加工时间的增长。与此同时，激光开槽设备要保证相对较高的加工精度。

为保证较高的加工精度，现有的硅片激光加工设备，一般采用一台激光器对应一台振镜进行加工，设备的加工速度取决于激光雕刻加工时间和硅片传输时间，由于硅片的传输只能采用机械方法，单个工位加工时，下一片硅片必须等候加工位上的硅片加工完毕才能传输到位，加工效率不够高，使得太阳能电池硅片产能难以提高。

实用新型内容

本实用新型的目标在于提供一种激光加工装置和激光加工系统，以解决硅片激光加工设备加工效率不够高，使得产能难以提高的问题。

提供一种激光加工装置，包括控制器、电光调制器和多个光学调节结构，电光调制器包括电光晶体和偏振器；

控制器用于调节电光晶体的状态，以使入射激光光束经过处于不同状态的电光晶体后偏振状态发生变化；偏振器用于将偏振状态不同的入射激光光束转化为对应的多个子光束；

各光学调节结构位于对应子光束的光路上，光学调节结构用于调节对应子光束的光斑大小和/或焦点位置，各子光束经过对应光学调节结构后，分别形成加工光束。

可选地，多个光学调节结构包括反射镜和扩束镜，反射镜用于调节各子光束的光路路径和准直情况，扩束镜用于调节子光束的光斑大小和/或焦点位置。

可选地，入射激光光束经过电光晶体调节后，入射激光光束经过处于不同状态的电光晶体后，形成具有不同偏振状态的第一光束和第二光束，第一光束和第二光束的光路重合；

第一光束经过偏振器后形成反射光束，第二光束经过偏振器后形成透射光束。

可选地，多个光学调节结构包括第一光学调节结构和第二光学调节结构；

第一光学调节结构位于反射光束的光路上，第一光学调节结构包括依次排列的第一反射镜、第一扩束镜和第二反射镜；

第二光学调节结构位于透射光束的光路上，第二光学调节结构包括依次排列的第三反射镜、第二扩束镜和第四反射镜。

可选地，第二光学调节结构还包括第五反射镜，第五反射镜、第三反射镜、第二扩束镜和第四反射镜依次排列在透射光束的光路上。

可选地，激光加工装置还包括第一调光光阑，第一调光光阑位于电光调制器的前方。

可选地，激光加工装置还包括第二调光光阑、第三调光光阑，第二调光光阑和第三调光光阑分别位于反射光束、透射光束的光路上。

可选地，激光加工装置还包括准直调节单元，准直调节单元位于光源和电光调制器之间，光源射出的激光光束经过准直调节单元调节准直后，形成电光调制器的入射激光光束。

可选地，准直调节单元包括依次排列的第六反射镜和第七反射镜。

提供一种激光加工系统，包括用于发出激光光束的光源、多个振镜和上述激光加工装置，激光加工装置位于激光光束的光路上，光源发出的激光光束经激光加工装置后，形成多个加工光束并投射至对应振镜上，经振镜作用后投射至对应的加工工位。

本实用新型实施例提供的激光加工装置和激光加工系统的有益效果在于：

本实施例中的激光加工装置包括控制器、电光调制器和多个光学调节结构，电光调制器包括电光晶体和偏振器，其中，控制器用于调节电光晶体的状态，以使入射激光光束经过处于不同状态的电光晶体后偏振状态发生变化；偏振器用于将偏振状态不同的入射激光光束转化为对应的多个子光束；各光学调节结构位于对应子光束的光路上，光学调节结构用于调节对应子光束的光斑大小和/或焦点位置，各子光束经过对应光学调节结构后，分别形成加工光束；本实施例中的激光加工装置，通过控制器调节电光晶体的状态以改变入射激光光束的偏振状态，即可将入射激光光束转化为多个子光束，再经过光学调节结构进行光斑大小和/或焦点位置的调节，最终分别形成加工光束，多路加工光束具有各自独立的光路，能够各自独立的进行加工，减少了等待的时间从而提高了加工效率，从而提高了产能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中激光加工装置和激光加工系统的一结构示意图；

图2为图1中电光调制器的一原理图。

其中，图中各附图标记：

1- 光源；2-电光调制器；21-电光晶体；22-偏振器；

01-反射光束；02-透射光束；11-第一加工光束；12-第二加工光束；

31-第一反射镜；32-第一扩束镜；33-第二反射镜；34-第三反射镜；35-第二扩束镜；36-第四反射镜；37-第五反射镜；38-第六反射镜；39-第七反射镜；

41-第一振镜；42-第二振镜。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图2，现对本实施例提供的激光加工装置进行说明。

本实施例中提供一种激光加工装置，该激光加工装置包括控制器、电光调制器（EOM）2和多个光学调节结构。电光调制器2包括依次排列的电光晶体21和偏振器22。其中，控制器与电光调制器2电连接，控制器用于调节电光晶体21的状态，以使入射激光光束经过处于不同状态的电光晶体后，入射激光光束的偏振状态发生变化；偏振器22用于将偏振状态不同的入射激光光束转化为对应的多个子光束，各子光束的光路不同；光学调节结构用于调节对应子光束的光斑大小和/或焦点位置，各光学调节结构位于对应子光束的光路上，各子光束经过对应光学调节结构后，分别形成加工光束。光源1发出的激光光束后构成入射激光光束射入电光调制器2，经过电光晶体21和偏振器22后形成第一子光束，此时控制器不对电光晶体21的状态进行调节，预设间隔后（该预设间隔较小，小于1毫秒）后，通过控制器调节电光晶体21的状态，使得入射至电光晶体21的入射激光光束的偏振状态改变，并经过偏振器22形成第二子光束，第二子光束与第一子光束光路不同，依次类推，在预设间隔后，还可以继续调节电光晶体21的状态，以此改变入射激光光束的偏振状态，进而经偏正器22作用形成第N子光束，N为大于2正数。 通过控制器调节电光晶体21的状态，以此改变入射激光光束的偏振状态，进而使得经过偏正器22的入射激光光束被快速转化为多路子光束，各路子光束经过对应光路上的光学调节结构后，进行光斑大小和/或焦点位置的调节，使得各路子光束的光斑大小和/或焦点位置满足激光加工要求，从而分别形成加工光束。

本实施例中采用激光加工装置，对持续入射的入射激光光束进行转化，产生光路不同的多路子光束，由于各子光束均具有各自独立的光路，能够各自独立的进行加工，因此能够在不增加光源1的前提下，在不同工位上同步对多个产品进行加工，从而提高了加工效率。尤其是在自动化加工设备中，多个工位上的产品需要经过上料、加工、下料的过程，为了便于叙述，将加工过程称为加工状态，将除了加工以外的过程统称为等待加工状态。在一个具体的实施方式中，在其中一路子光束处于加工状态时，另一路子光束已经处于等待加工的状态，通过合理设计自动化即可节省载台转动的时间和等待时间，大大节省了加工时间，从而提高了加工效率，并提高了光源1的利用率，进而提高了产能。

本实施例中，光源1可以是可调节激光参数的激光器，通过激光器调节激光光束的激光参数，可以使其他多路子光束具有预设的激光参数，从而可以根据实际加工需求对不同加工工位上的加工零件进行加工。其中，激光参数包括激光的功率、发散角、中心波长及谱线宽度、功率波动（或能量波动）、光斑大小等相关参数。

在一个具体的实施例中，各子光束具有相同的激光功率，也即光源（激光器）1发出的激光光束被分为多路功率相同的子光束，各路子光束具有相同的激光功率，如此，采用各路子光束构成的加工光束进行加工，可提供相同的加工效果，适合对批量零件采用同种加工工艺时采用。在其他的实施方式中，也可以按照预设的比例将光源1发出的激光光束分为多个具有不同激光功率的自光束，例如母光束的激光功率为A，被分为三路子光束的激光功率依次为：0.5A、0.3A、0.2A，如此，可提供不同激光功率的自子光束，适合对零件采用不同加工工艺时采用。

在一个具体的实施例中，如图2所示，入射激光光束经过处于不同状态的电光晶体21后，形成具有不同偏振状态的第一光束和第二光束，第一光束和第二光束的光路重合；第一光束经过偏振器22后形成反射光束01，第二光束经过偏振器后形成透射光束02。本实施例中，控制器可以通过对电光晶体21施加高电压，以改变电光晶体21的状态：当控制器不对电光晶体21施加高电压时，入射激光光束经过电光晶体21后形成第一光束，第一光束进偏振器22后形成反射光束01；预设间隔后，当控制器对电光晶体21施加高电压时，电光晶体21的状态改变使得入射激光光束的偏振状态改变，入射激光光束经过电光晶体21后形成第二光束，第二光束进偏振器22后形成透射光束02。仅需要控制器在一定周期内适当地对电光晶体21施加高电压，即可快速通过电光晶体21调节激光光束的偏振状态，从而快速将激光光束快速转化为不同光路的反射光束01和透射光束02，使得反射光束01或透射光束02未完成加工时，另一光束即处于等待加工状态，减少等待时间，从而提高加工效率。通过间隔控制控制器施加高电压的时间，即可根据需要获得满足加工需要的两束加工光束，控制逻辑简单，结构少。

在某些实施例中，光学调节结构具体包括反射镜和扩束镜，光学结构构建子光束的传递路径，以将子光束引导输入振镜后投射至加工工位。其中，反射镜用于调节对应子光束的光路路径和准直情况，扩束镜用于调节对应子光束的光斑大小和/或焦点位置，以使加工光束的满足切割要求。

在一个具体的实施例中，如图1所示，以多路子光束包括反射光束01和透射光束02为例，反射光束01的光路与透射光束02的光路由两个反射镜和扩束镜组成，两个反射镜用于调光路准直，扩束镜调节光斑大小及焦点位置。即多个光学调节结构包括第一光学调节结构和第二光学调节结构，其中，第一光学调节结构位于反射光束01的光路上，第一光学调节结构包括依次排列的第一反射镜31、第一扩束镜32和第二反射镜33，反射光束01依次经过第一反射镜31、第一扩束镜32和第二反射镜33，形成具有一定光斑大小及焦点位置的加工光束，并引导加工光束射入对应振镜，便于后续激光加工。第二光学调节结构位于透射光束02的光路上，第二光学调节结构包括依次排列的第三反射镜34、第二扩束镜35和第四反射镜36，透射光束02依次经过第三反射镜34、第二扩束镜35和第四反射镜36后，形成具有一定光斑大小及焦点位置的加工光束，并引导加工光束射入对应振镜。在其他实施例中，光学调节结构还可以根据机械设计要求和切割要求，设置其他数量的反射镜和扩束镜，多个光学调节结构的数量根据具体子光束的数量设置，在此不再赘述。

在一个具体的实施例中，如图1所示，出于机械设计方便及美观的需要，光学结构在透射光束02的光路上增加一个反射镜，使得反射光束01的光路与透射光束02光路形成对称的两路光。即，第二光学调节结构还包括第五反射镜37，第五反射镜37、第三反射镜34、第二扩束镜35和第四反射镜36依次排列在透射光束02的光路上，透射光束02依次经过第五反射镜37、第三反射镜34、第二扩束镜35和第四反射镜36后，形成具有一定光斑大小及焦点位置的加工光束，并引导加工光束射入对应振镜。

在一个具体的实施例中，激光加工装置还包括准直调节单元，准直调节单元位于光源1和电光调制器2之间，光源1射出的激光光束经过准直调节单元调节准直后，形成电光调制器2的入射激光光束。由于电光调制器2中电光晶体21本身对激光光束入射角度比较敏感，而激光光束入射角度直接影响反射光束01和透射光束02的功率及其他参数的一致性，因此，需要在光源1和电光调制器2之间设置准直调节单元，调节电光调制器2的入射激光光束的准直情况，以使入射至电光调制器2的激光光束的准直达到要求，以确保后续各子光束的激光参数的一致性，提高后续加工效果。本实施例中，准直调节单元可以为一反射镜，即在电光调制器2的前方设置一反射镜，即可调节电光调制器2的入射激光光束的准直。

在一个具体的实施例中，为进一步提高电光调制器2的入射激光光束的准直效果，可以在光源1和电光调制器2之间设置两个反射镜，即准直调节单元包括依次排列的第六反射镜38和第七反射镜39。如图1所示，光源1（激光器）发出激光光束后，依次经过第六反射镜38、第七反射镜39，能够进行二次光束准直调节，提高入射至电光调制器2的激光光束的准直效果，以确保后续各子光束的激光参数的一致性，从而提高加工效果。

在一个具体的实施例中，激光加工装置还包括调光光阑，在安装完成光源、电光调制器2和准直调节单元之后，正式进行加工之前，还需要通过调光光阑确认各光束的准直情况，通过调光光阑调节上述各个结构的安装位置，直至各光束的准直情况满足要求，则完成安装，此时撤除调光光阑，调光光阑无需参与加工。调光光阑包括用于确认电光调制器2的入射激光光束准直情况的第一调光光阑，以及用于确认各子光束准直情况的其他调光光阑。

在一个具体的实施例中，激光加工装置还包括第一调光光阑，第一调光光阑位于电光调制器2的前方，第一调光光阑用于确认入射激光光束的准直情况，在安装光源、电光调制器2和准直调节单元时，正式进行加工之前，需要对射入电光调制器2的入射激光光束进行准直情况确认，通过第一调光光阑确认射入电光调制器2的入射激光光束的准直情况是否满足要求，若通过第一调光光阑确认入射激光光束的准直情况未满足要求，则需要通过准直调节单元调整入射激光光束的准直情况直至满足要求，以确保入射激光光束输入电光调制器2的角度，从而确保后续各子光束的激光参数满足加工要求。在准直调节单元与电光调制器2之间设置第一调光光阑，激光光束通过准直调节单元进行准直调节后，还需要通过第一调光光阑确认入射激光光束的准直情况，当入射激光光束的准直情况满足要求时，射入电光调制器2进行激光光束转化得到多个子光束，从而确保后续各子光束的激光参数满足加工要求。

在其他实施例中，在电光调制器2外（即偏振器22后）的各子光束光路上，还设有其他调光光阑，该调光光阑设置在各光学调节结构的前方，以经调节电光调制器2转化后的各子光束的准直情况，保证各子光束的光路准直未发生偏离，从而保证后续的加工精度。

在一个具体的实施例中，激光加工装置还包括第二调光光阑、第三调光光阑，第二调光光阑和第三调光光阑分别位于反射光束01、透射光束02的光路上。第二调光光阑和第三调光光阑分别用于确认反射光束01、透射光束02的准直情况，以确保反射光束01的加工精度。

在其他的实施例中，还可以将子光束进一步转化形成二级子光束，也即在子光束的光路上设置二级电光调制器2，子光束经过二级电光调制器2后形成多路二级子光束，各二级子光束的光路上设有二级光学调节结构。二级子光束相当于母光束经过两次转化后形成，能够将持续发射的母光束进一步转化形成更多的激光，用于适应更多的工位加工需要，具体原理和结构可参考前述内容。

请一并参阅图1和图2，现对本实施例提供的激光加工系统说明。

本实施例中提供一种激光加工系统，该激光加工系统包括用于发出激光光束的光源1（激光器）、多个振镜和上述激光加工装置，激光加工装置位于激光光束的光路上，光源1发出的激光光束经激光加工装置后，形成多个加工光束并投射至对应振镜上，经振镜作用后投射至对应的加工工位。

其中，在进行激光加工之前，安装光源1、电光调制器2和各反射镜和扩束镜的时候，需要通过第一调光光阑、第二调光光阑和第二调光光阑，确认上述激光加工装置的光束准直情况，待确认上述激光加工装置的光束准直情况满足加工要求之后，撤掉上述调光光阑进入实际的激光加工过程。

激光加工过程如图1和图2所示，使用本实施例中的激光加工系统进行激光加工，激光器发出激光光束后，依次经过第六反射镜38、第七反射镜39调节准直后，形成入射激光光束射入电光调制器2的电光晶体21，并通过控制器向电光晶体21施加高电压以调节电光晶体21的状态，以此改变入射激光光束的偏振状态，后经偏振器22转化处理，从而形成为两束子光束，分别为反射光束01和透射光束02，其中，反射光束01依次经过第一反射镜31、第一扩束镜32和第二反射镜33，以调节准直并调节光束的光斑大小和焦点位置后，形成第一加工光束11投射至第一振镜41上，然后经第一振镜41作用后投射至第一加工工位，以对第一加工工位上的零件进行激光加工；同时，透射光束02经过第五反射镜37调节光路，使得其光路与反射光束01的光路相互对称，然后依次经过第三反射镜34、第二扩束镜35和第四反射镜36，以调节准直并调节光束的光斑大小和焦点位置后，形成第二加工光束12投射至第二振镜42上，然后经第二振镜42作用后投射至第二加工工位，以对第二加工工位上的零件进行激光加工，或者进入等待加工状态，以在第一加工工位的完成加工后，在第二加工工位进行加工。本实施例中的激光加工系统，各子光束均具有各自独立的光路，能够各自独立的进行加工，因此能够在不增加光源1的前提下，在不同工位上同步对多个产品同时进行加工，从而提高了加工效率。尤其是在自动化加工设备中，当一路子光束处于加工状态时，另一路子光束已经处于等待加工的状态，通过合理设计自动化即可节省载台转动的时间和等待时间，大大节省了加工时间，从而提高了加工效率，并提高了光源1（激光器）的利用率，进而提高了产能，在此基础上，由于是同一光源1发出的光束，激光效率等激光参数基本未发生变化，能够确保两路加工光束的激光参数基本一致，确保了加工精度、加工效果的一致性有利于提高批量化产能。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，其特征在于，包括控制器、电光调制器和多个光学调节结构，所述电光调制器包括电光晶体和偏振器；

所述控制器用于调节所述电光晶体的状态，以使入射激光光束经过处于不同状态的所述电光晶体后偏振状态发生变化；所述偏振器用于将偏振状态不同的所述入射激光光束转化为对应的多个子光束；

各所述光学调节结构位于对应所述子光束的光路上，所述光学调节结构用于调节对应所述子光束的光斑大小和/或焦点位置，各所述子光束经过对应所述光学调节结构后，分别形成加工光束。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述多个光学调节结构包括反射镜和扩束镜，所述反射镜用于调节各所述子光束的光路路径和准直情况，所述扩束镜用于调节所述子光束的光斑大小和/或焦点位置。

3.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述入射激光光束经过处于不同状态的所述电光晶体后，形成具有不同偏振状态的第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束的光路重合；

所述第一光束经过所述偏振器后形成反射光束，所述第二光束经过所述偏振器后形成透射光束。

4.如权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，所述多个光学调节结构包括第一光学调节结构和第二光学调节结构；

所述第一光学调节结构位于所述反射光束的光路上，所述第一光学调节结构包括依次排列的第一反射镜、第一扩束镜和第二反射镜；

所述第二光学调节结构位于所述透射光束的光路上，所述第二光学调节结构包括依次排列的第三反射镜、第二扩束镜和第四反射镜。

5.如权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，所述第二光学调节结构还包括第五反射镜，所述第五反射镜、所述第三反射镜、所述第二扩束镜和第四反射镜依次排列在所述透射光束的光路上。

6.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括第一调光光阑，所述第一调光光阑位于所述电光调制器的前方。

7.如权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括第二调光光阑、第三调光光阑，所述第二调光光阑和所述第三调光光阑分别位于所述反射光束、所述透射光束的光路上。

8.如权利要求1-7任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括准直调节单元，所述准直调节单元位于光源和所述电光调制器之间，所述光源射出的激光光束经过所述准直调节单元调节准直后，形成所述电光调制器的入射激光光束。

9.如权利要求8所述的激光加工装置，其特征在于，所述准直调节单元包括依次排列的第六反射镜和第七反射镜。

10.一种激光加工系统，其特征在于，包括用于发出激光光束的光源、多个振镜和如权利要求1-9任一项所述的激光加工装置，所述激光加工装置位于所述激光光束的光路上，所述光源发出的激光光束经所述激光加工装置后，形成多个加工光束并投射至对应所述振镜上，经所述振镜作用后投射至对应的加工工位。

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