[實(shí)用新型]基于自適應(yīng)光學(xué)的激光微細(xì)加工設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320035333.9
• 申請(qǐng)日: 2013-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN203124969U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉茂珍;李喜錦;李育華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉茂珍;李喜錦;李育華
• 主分類號(hào): B23K26/38
• 分類號(hào): B23K26/38;B23K26/06;B23K26/08
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于自適應(yīng)光學(xué)的激光微細(xì)加工設(shè)備。?

背景技術(shù)

目前，激光加工設(shè)備廣泛應(yīng)用于金屬、陶瓷、玻璃、印刷電路的激光切割和激光打孔。目前的激光加工設(shè)備的工作平臺(tái)主要有兩種結(jié)構(gòu)方式，一種是整體式x，y兩維平臺(tái)，另一種是分離式x，y二維平臺(tái)。隨著技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用的需求，激光加工設(shè)備也漸漸向分離式方向發(fā)展。這是因?yàn)椋蛛x式平臺(tái)更適應(yīng)自動(dòng)化以及流水線生產(chǎn)的需要。但是這種方式也給激光光路帶來了很大的挑戰(zhàn)，其中最主要是飛行光路帶來的以下幾個(gè)方面的變化：（1）由于目前的激光器的出射光都為高斯光束，它具有一定的發(fā)散角，當(dāng)飛行光路長度改變時(shí)，在聚焦物鏡射光中發(fā)散角也不一樣，聚焦透鏡表面的光束橫截面積也隨著變化，對(duì)光束的聚焦效果產(chǎn)生了影響。（2）激光器的出射光并不是一個(gè)理想的光束，會(huì)具有一定的像差，同時(shí)，光路系統(tǒng)也存著一點(diǎn)的像差，當(dāng)飛行光路位置改變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的衍射效果，對(duì)光束的聚焦產(chǎn)生影響。（3）飛行光路都是固定于一個(gè)可移動(dòng)平臺(tái)上的，平臺(tái)在x-y,y-z-z-x幾個(gè)方向的平整度會(huì)對(duì)光束的入射角度產(chǎn)生影響，從而使得焦點(diǎn)位置產(chǎn)生變化。因此，飛行光路會(huì)對(duì)激光聚焦焦點(diǎn)大小，焦點(diǎn)深度、焦點(diǎn)位置都會(huì)產(chǎn)生變化，這必然會(huì)對(duì)加工產(chǎn)生很大的影響，嚴(yán)重地影響了激光切割特別是激光打孔的性能。?

為了解決飛行光路帶來的問題，人們提出了很多方法，如（1）采用擴(kuò)束鏡進(jìn)行光路準(zhǔn)直，通過增加光束的束腰來減少遠(yuǎn)場發(fā)散角，但是光束的大小不能無限擴(kuò)大，而且擴(kuò)束鏡也會(huì)帶來額外的系統(tǒng)像差以及功率損耗。（2）采用變曲率半徑鏡片（VRM），變曲率半徑能夠在光路長度改變時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整光束的特征參數(shù)，來保持焦點(diǎn)的半徑和焦點(diǎn)嘗試的穩(wěn)定，但是這種方法不能夠很好地調(diào)整個(gè)光路系統(tǒng)誤差。（3）伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的等光程系統(tǒng)，它具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，但是不能有效地校正電機(jī)平整度的影響，只能調(diào)整激光設(shè)備的焦點(diǎn)半徑和焦深的大小。?

目前，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)廣泛地應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡，激光光束整形等領(lǐng)域，美國專利US?Pat.No.8,198,564和US.Pat.No.US2012/0250134提出了利用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于激光加工設(shè)備的技術(shù)，動(dòng)態(tài)地調(diào)整激光光束的質(zhì)量，可以獲得很好的激光切割，激光打孔效果，同時(shí)，利用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，還可以對(duì)激光光束進(jìn)行整形，獲得平頂光輸出，有利于獲得良好的激光打孔?效果，但是該實(shí)用新型采用雙波前傳感器，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，而且他們的機(jī)械平臺(tái)采用的是整體式二維平移臺(tái)，不能很好地于自動(dòng)化上下料結(jié)合，不利于提高激光加工效率。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題決是現(xiàn)有激光微細(xì)加工設(shè)備采用飛行光路所帶來的焦點(diǎn)大小、焦深改變和焦點(diǎn)位置偏移等問題，提供一種基于自適應(yīng)光學(xué)的激光微細(xì)加工設(shè)備。?

為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：?

一種基于自適應(yīng)光學(xué)的激光微細(xì)加工設(shè)備，主要由激光器、擴(kuò)束器、第一反射鏡、變形鏡、第二反射鏡、垂直支架、x軸電機(jī)、第三反射鏡、x軸平臺(tái)、分光鏡、第四反射鏡、z軸電機(jī)、z軸平臺(tái)、二維掃描振鏡、掃描物鏡、水平支架、y軸電機(jī)、y軸平臺(tái)、第一透鏡、第二透鏡、波前傳感器和計(jì)算機(jī)組成；?

第四反射鏡、二維掃描振鏡和掃描物鏡位于z軸平臺(tái)上；z軸平臺(tái)、分光鏡、第一透鏡、第二透鏡和波前傳感器位于x軸平臺(tái)上；x軸平臺(tái)、第三反射鏡、第二反射鏡、變形鏡、第一反射鏡、擴(kuò)束器和激光器位于垂直支架上；y軸平臺(tái)位于水平支架上；?

x軸電機(jī)、z軸電機(jī)和y軸電機(jī)與計(jì)算機(jī)相連；z軸平臺(tái)與z軸電機(jī)相連，z軸電機(jī)在計(jì)算機(jī)的控制下帶動(dòng)z軸平臺(tái)在x軸平臺(tái)上做上下移動(dòng)；x軸平臺(tái)與x軸電機(jī)相連，x軸電機(jī)在計(jì)算機(jī)的控制下帶動(dòng)x軸平臺(tái)在垂直支架上做左右移動(dòng)；y軸平臺(tái)與y軸電機(jī)相連，y軸電機(jī)在計(jì)算機(jī)的控制下帶動(dòng)y軸平臺(tái)在水平支架上做前后移動(dòng)；?

波前傳感器和變形鏡連接計(jì)算機(jī)；激光器發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束后依次由第一反射鏡、變形鏡、第二反射鏡、第三反射鏡入射到分光鏡進(jìn)行分光，一部分的光依次經(jīng)第一透鏡和第二透鏡進(jìn)入波前傳感器、由波前傳感器探測光束波前特性后送入計(jì)算機(jī)中，另一部分的光經(jīng)第四反射鏡入射到二維掃描振鏡、由二維掃描振鏡反射到掃描物鏡并聚焦到y(tǒng)軸平臺(tái)上。?

上述方案中，所述變形鏡可以為分立式變形鏡、連續(xù)式變形鏡，雙電壓變形鏡、MEMS變形鏡、薄膜變形鏡、液晶空間光調(diào)制器或快速傾斜鏡中的一種。?

上述方案中，所述變形鏡的出射光在焦點(diǎn)位置附近的目標(biāo)光斑為高斯光、超高斯光束或平頂光。?