CN220093368U - 一种激光复合加工装置、激光机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光复合加工装置、激光机。该激光复合加工装置包括第一激光发射器、第二激光发射器、快门、反射镜和合束镜，所述第一激光发射器的激光脉宽与所述第二激光发射器的激光脉宽不同，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器均通过所述快门控制激光的输出，所述反射镜和所述合束镜设于所述快门前方，输出的激光通过所述反射镜调整传播方向，多束激光通过所述合束镜耦合至工件，所述第一激光发射器、所述第二激光发射器和所述快门均连接控制器，该激光复合加工装置能够有效地平衡加工效率和加工热累积的关系，具有加工无损伤、加工精度高的优点。

Description

一种激光复合加工装置、激光机

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光复合加工装置、激光机。

背景技术

随着汽车、电子、能源、医疗器械、航空航天等领域的高速发展，对半导体产业(低k材料)、太阳能产业(薄膜技术)、医疗植入器械等行业的零部件加工也有了更高的要求。硬脆材料具有抗腐蚀、耐高温、抗磨损、硬度高、脆性大等特点；玻璃、陶瓷、蓝宝石等硬脆材料是智能电子装备显示及防护零部件的核心材料，石墨是制造精密3D弯曲模具、模具电极、太阳能电池制造热场和石墨舟的核心材料。这类典型硬脆材料切削加工时易变形、易断裂、易损伤，导致加工时零部件易崩碎断裂、亚表面损伤严重、表面一致性差、尺寸和形状位置精度难以保证，刀具磨损快寿命短，在大规模生产中尤为突出，是高效精密加工的热点和难题之一。且对于无损伤加工的要求，市场对加工质量及加工效率的要求不断提高。

目前，采用了非接触式加工工艺，如离子束、电火花、激光等对材料进行加工，并采用超声振动、电、磁辅助的方式来改善最终加工质量。虽然加工工艺具有较好的加工精度和加工效率，但仍然存在加工热影响区较大，难以实现高效和无损伤两方面的加工问题。尽管飞秒激光可以显著减小材料加工影响区，但由于成本高昂，系统复杂再加上功率稳定性不足，其在工业应用上处于劣势，且其在高频脉冲加工过程中依然存在热累积现象；尽管皮秒激光系统的稳定性达到较高的水平，但其加工的精度以及加工效率无法达到加工的要求。因此，现有技术仍难以平衡加工效率和热影响的关系，实现高效无损伤加工。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种激光复合加工装置，该激光复合加工装置能够有效地平衡加工效率和加工热累积的关系，具有加工无损伤、加工精度高的优点。

本实用新型的目的之二在于提供一种激光机。

为实现上述目的之一，本实用新型提供以下技术方案：

提供一种激光复合加工装置，包括第一激光发射器、第二激光发射器、快门、反射镜和合束镜，所述第一激光发射器的激光脉宽与所述第二激光发射器的激光脉宽不同，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器均通过所述快门控制激光的输出，所述反射镜和所述合束镜设于所述快门前方，输出的激光通过所述反射镜调整传播方向，多束激光通过所述合束镜耦合至工件，所述第一激光发射器、所述第二激光发射器和所述快门均连接控制器。

在一些实施方式中，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器选自皮秒激光发射器、飞秒激光发射器、微米激光发射器或纳秒激光发射器，其中第一激光发射器与第二激光发射器不同。

在一些实施方式中，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器分别通过扩束镜入射至所述快门。

在一些实施方式中，所述第一激光发射器的激光射出方向与所述第二激光发射器的激光射出方向平行，所述反射镜设于所述第一激光发射器的正下方，所述合束镜设于所述第二激光发射器的正下方。

在一些实施方式中，所述工件放置于加工平台上，所述加工平台包括支架和设于所述支架上的超声振动台，所述超声振动台与所述控制器连接。

在一些实施方式中，所述超声振动台的超声振动波的方向包括X轴向、Y轴向和Z轴向中的一种或任意组合。

在一些实施方式中，所述超声振动波的振动范围大于200×200mm，振幅不大于10μm，频率大于20kHz。

本实用新型一种激光复合加工装置的有益效果：

(1)本实用新型的激光复合加工装置，其第一激光发射器和第二激光发射器的激光脉宽不相同，不同的激光器能提供不同的加工精度以及加工热量不同，能更灵活地加工工件；另外，第一激光发射器和第二激光发射器在快门的控制下能够交替地对工件进行加工，防止单个激光连续高频加工造成热影响区域过大，保持甚至提高加工效率；并且第一激光发射器和第二激光发射器通过合束镜能耦合加工工件，将不同脉宽的激光脉冲同轴复合，有效地提高了加工灵活度以及加工的效率。

(2)本实用新型的激光复合加工装置，其利用快门实现不同脉宽的激光脉冲对同一位置进行交替加工，若用手动完成两种激光的交替则牺牲了加工效率，并且间断的加工过程会对加工质量造成一定的影响。而控制器与快门进行相互作用，不仅能够达到降低热影响的目的，而且也缩短了两激光交替所需时间，减少对加工效率的影响，提高工件最终加工效果。

为实现上述目的之二，本实用新型提供以下技术方案：

提供一种激光机，包括上述的激光复合加工装置。

附图说明

图1是实施例的激光复合加工装置的工作状态示意图。

附图标记

第一激光发射器1；第二激光发射器2；快门3；反射镜4；合束镜5；控制器6；支架7；超声振动台8；工件9；扩束镜10。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。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。

实施例1

相关技术中，采用了非接触式加工工艺，如离子束、电火花、激光等，进行材料加工，虽然该加工工艺具有较好的加工精度和加工效率，但仍然存在加工热影响区较大，难以实现高效和无损伤两方面的加工问题。长期以来，飞秒激光可以显著减小材料加工影响区，但由于成本高昂，系统复杂再加上功率稳定性不足，其在工业应用上处于劣势，且其在高频脉冲加工过程中依然存在热累积现象；皮秒激光系统的稳定性达到较高的水平，但其加工的精度以及加工效率无法达到加工的要求。因此，现有技术仍难以平衡加工效率和热影响的关系，实现高效无损伤加工。

针对上述问题，本实施例公开的激光复合加工装置，能够平衡加工效率和热影响的关系，实现高效无损伤加工。

参见图1，激光复合加工装置包括第一激光发射器1、第二激光发射器2、快门3、反射镜4和合束镜5，所述第一激光发射器1的激光脉宽与所述第二激光发射器2的激光脉宽不同，所述第一激光发射器1和所述第二激光发射器2均通过所述快门3控制激光的输出，所述反射镜4和所述合束镜5设于所述快门3前方，输出的激光通过所述反射镜4调整传播方向，多束激光通过所述合束镜5耦合至工件9，所述第一激光发射器1、所述第二激光发射器2和所述快门3均连接控制器6。

上述的控制器6为市面上现有的控制器6，控制器6根据编码的加工指令控制激光器的脉冲数量和加工通道顺序，以对激光器和开关设置加工参数，且能够根据待加工工件9的材料特性调整各工作参数，从而以一套匹配待加工工件9材料特性的加工方案对其进行加工，进而在不损伤待加工工件9的情况下，完成高效加工。

所述快门3用于阻断或打开所述第一激光发射器1和所述第二激光发射器2发出的激光分别到达反射镜4和合束镜5的通道。例如，快门3若只开启左边通道，则仅有所述第一激光发射器1发出的激光可到达工件9；若只开启右边通道，则仅有所述第二激光发射器2发出的激光可到达工件9。所述快门3的快速切换是通过控制器6进行控制，通过软件编辑脉冲数量和加工通道顺序，从而实现第一激光发射器1和第二激光发射器2的皮秒/飞秒/纳秒脉冲数量柔性输出。

所述反射镜4能够对激光发射器发出的激光的传播方向进行调整，例如，图1所示，第一激光发射器1和第二激光发器呈平行设置，从而第一激光发射器1和第二激光发射器2发出的激光相互平行，通过设置反射镜4，使得第二激光发射器2发出的激光的传播路径发生90°的弯折，从而使得第一激光发射器1和第二激光发射器2发出的激光沿着同一路径传播，形成共路激光束。而合束镜5则将所述第一激光发射器1和所述第二激光发射器2发出的激光进行耦合，形成共路激光束。

本实施例中，所述第一激光发射器1和所述第二激光发射器2选自皮秒激光发射器、飞秒激光发射器、纳秒激光发射器或微秒激光发射器，其中第一激光发射器1与第二激光发射器2不同。例如，第一激光发射器1是皮秒激光发射器，第二激光发射器2则为飞秒激光发射器，其中，第一激光发射器1和第二激光发射器2的产生的激光的脉冲宽度还可调。

上述对于第一激光发射器1和第二激光发射器2的描述仅是本申请实施例中的一种示例，在实际应用中，第一激光发射器1和第二激光发射器2是其他激光发射器，即第一激光发射器1和第二激光发射器2的选型不构成对本申请的唯一限定。

本实施例中，所述第一激光发射器1和所述第二激光发射器2分别通过扩束镜10入射至所述快门3。

所述扩束镜10能够改变激光器发射出的激光光束的直径和发散角，使激光聚焦效果更好。

本实施例中，所述工件9放置于加工平台上，所述加工平台包括支架7和设于所述支架7上的超声振动台8，所述超声振动台8与所述控制器6连接。

利用超声振动台8产生的超声振动波带动加工平台发生高频振动，产生多能场加工的效果，进而将附着在待加工工件9表面的加工碎屑振动去除，以免其影响激光的加工效果。

本实施例中，所述超声振动台8的超声振动波的方向包括X轴向、Y轴向和Z轴向中的一种或任意组合。

所述超声振动台8方向可调；例如，以加工平台所在平面作为x轴和z轴所形成的平面，以垂直加工平台的方向作为y轴方向建立三维坐标系，所述超声振动台8能够产生沿x轴、y轴和z轴中一个或多个方向传播的超声振动波，从而使得加工平台能够沿任一个或多个方向振动，提高除屑的效率。

本实施例中，所述超声振动波的振动范围大于200×200mm，振幅不大于10μm，频率大于20kHz。体的超声振动频率和振幅的取值可以根据实际情况进行调整，此处不作限定。

实施例2

本实施例公开的激光机，其包括实施例1所述的激光复合加工装置。

实施例3

本实施例公开的激光加工的控制方法，采用上述的激光复合加工装置，包括以下步骤，

S1.根据待加工的工件9材质，在控制器6上调整加工参数；S2.控制器6根据工作参数调整第一激光发射器1、第二激光发射器2的激光脉冲数量，调整快门3的开关顺序，以使不同脉宽的激光脉冲单独对工件9的同一位置进行交替加工或使不同脉宽的激光脉冲耦合对工件9进行加工，这样使得第一激光发射器1和第二激光发射器2能够按照一定的间隔时长分别输出不同脉宽的激光脉冲对加工平台上的待加工工件9的同一位置进行加工，实现了例如皮秒/飞秒/纳秒等脉冲数量柔性输出。用不同脉宽的激光脉冲连续交替加工，不仅提高了加工效率，且防止连续高频加工造成热影响区域过大

本实施例中，所述工件9材质为玻璃、陶瓷、蓝宝石或石墨，该工件9材质不作唯一限定，其能根据实际情况作出选择。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光复合加工装置，其特征是：包括第一激光发射器、第二激光发射器、快门、反射镜和合束镜，所述第一激光发射器的激光脉宽与所述第二激光发射器的激光脉宽不同，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器均通过所述快门控制激光的输出，所述反射镜和所述合束镜设于所述快门前方，输出的激光通过所述反射镜调整传播方向，多束激光通过所述合束镜耦合至工件，所述第一激光发射器、所述第二激光发射器和所述快门均连接控制器。

2.根据权利要求1所述的激光复合加工装置，其特征是：所述第一激光发射器和所述第二激光发射器选自皮秒激光发射器、飞秒激光发射器、微米激光发射器或纳秒激光发射器，其中第一激光发射器与第二激光发射器不同。

3.根据权利要求1所述的激光复合加工装置，其特征是：所述第一激光发射器和所述第二激光发射器分别通过扩束镜入射至所述快门。

4.根据权利要求1所述的激光复合加工装置，其特征是：所述第一激光发射器的激光射出方向与所述第二激光发射器的激光射出方向平行，所述反射镜设于所述第一激光发射器的正下方，所述合束镜设于所述第二激光发射器的正下方。

5.根据权利要求1所述的激光复合加工装置，其特征是：所述工件放置于加工平台上，所述加工平台包括支架和设于所述支架上的超声振动台，所述超声振动台与所述控制器连接。

6.根据权利要求5所述的激光复合加工装置，其特征是：所述超声振动台的超声振动波的方向包括X轴向、Y轴向和Z轴向中的一种或任意组合。

7.根据权利要求6所述的激光复合加工装置，其特征是：所述超声振动波的振动范围大于200×200mm，振幅不大于10μm，频率大于20kHz。

8.一种激光机，其特征是：包括权利要求1-7任一项所述的激光复合加工装置。