[發明專利]一種激光加工方法和裝置

有效

• 申請號: 201510579225.1
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105081586B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 張培;姜利英;方潔;閆艷霞;鄧瑋;崔光照;肖小楠;周鵬磊
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/382;B23K26/064
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,張真真

技術領域

本發明涉及激光精密加工的技術領域，尤其是激光對玻璃、太陽能硅片、LED晶元、PCB以及FPCB板的切割、劃線、打孔等加工領域，具體涉及一種激光加工方法和裝置。

背景技術

激光精密加工技術具有非接觸、加工材料范圍廣、精度高、重復率高、熱影響區域小、形狀與尺寸加工柔性高等優點，廣泛應用于微機械、微電子器件、醫療器械、航空精密制造等領域。激光的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。激光加工系統與計算機數控技術相結合可構成高效自動化加工設備，已成為企業實行適時生產的關鍵技術，為優質、高效和低成本的加工生產開辟了廣闊的前景。

激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表面性能。由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面直接摩擦產生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而且不會產生噪音。由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節，因此，激光加工可應用到不同層面和范圍上。激光能適應任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特別場合和特種材料的加工制造方面起著無可替代的作用。

目前的激光加工通常利用F-θ透鏡對加工光束進行聚焦，使焦點光斑直徑盡可能的小，利用焦點處的高能量密度對材料進行加工。因此，在精密加工前需要對焦點位置進行確定，焦點位置控制不好會極大的影響激光加工的效果，另外對非平面材料進行加工時，需要對焦點位置實時控制，確保焦點位置始終在材料表面，這就對控制技術提出了更高的要求，增加了加工成本。加工光束在沿直徑方向上的能量分布是高斯型的，即光束中心能量最高，沿半徑方向能量逐漸降低，邊緣部分和中心部分的能量差異較大，在加工過程中會形成一定的尖錐角，這對激光精密加工是不利的。傳統的激光加工中，深徑比（孔徑深度/孔徑寬度）有一定的限制，受限于傳統激光加工透鏡焦深與焦斑大小的矛盾關系，分辨率與加工深度很難同時獲得提升。

鑒于以上考慮，尋找一種長焦深、大深徑比、高分辨率的激光加工系統就顯得尤為必要。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種激光精密加工的方法和裝置，加工時無需確定焦點位置，同時具有大深徑比、高精度等特點，其實現方法簡單、光路易調節，在激光加工領域有較好的應用前景。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種激光加工方法，其步驟如下：

（1）由工控機控制系統打開激光器，使激光器發射激光光束；

（2）使激光光束通過小孔光闌，實現對激光光束起選模和控制半徑的作用；

（3）經過小孔光闌后的激光光束通過準直擴束系統進行準直擴束；

（4）準直擴束的激光通過軸棱錐光學元件變換為貝塞爾光束；

（5）貝塞爾光束通過振鏡系統入射到被加工材料的表面。

所述激光器為355nm紫外激光器。

所述激光器為皮秒或飛秒的超短脈沖的激光器。

所述透鏡組包括至少兩個透鏡，透鏡表面鍍有與激光器出射光束波長相同的增透膜。

所述軸棱錐光學元件的底角為0.5°，軸棱錐光學元件的表面鍍有與激光器出射光束波長相同的增透膜。

所述被加工材料的表面設置在移動平臺上，被加工材料通過真空吸附裝置或機械裝夾方式固定在移動平臺。

所述移動平臺一側設有吹氣或吸氣裝置。

一種激光加工裝置，包括激光器、小孔光闌、透鏡Ⅰ、透鏡Ⅱ、軸棱錐光學元件、振鏡系統和三維運動平臺，所述激光器、小孔光闌、透鏡Ⅰ、透鏡Ⅱ、軸棱錐光學元件和振鏡系統的中心在一個平面上，三維運動平臺位于振鏡系統的下方。

所述小孔光闌為可調小孔光闌。

一種激光加工裝置，包括激光器、小孔光闌、透鏡Ⅰ、透鏡Ⅱ、軸棱錐光學元件、反射鏡和三維運動平臺，所述激光器、小孔光闌、透鏡Ⅰ、透鏡Ⅱ和反射鏡的中心在水平面上，軸棱錐光學元件和反射鏡的中心所在的平面垂直于水平面，三維運動平臺位于軸棱錐光學元件的下方。

本發明由工控機控制的激光器發射的激光光束通過小孔光闌，再通過準直擴束系統后，經過軸棱錐光學元件，再通過振鏡系統直接入射在被加工材料表面，被加工材料放置在由工控機控制的三維移動平臺上。本發明把激光器出射的激光光束通過軸棱錐光學元件變換為貝塞爾光束，再利用貝塞爾光束進行加工，其有益效果為加工時無需調節焦點位置，加工精度高，可實現大深徑比、無尖錐角的激光加工。

附圖說明