[發明專利]一種微裂紋控制的激光加工裝置

有效

• 申請號: 201910388538.7
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110253155B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 王建剛;王曉峰;張義;程偉;李曾卓
• 申請（專利權）人: 武漢華工激光工程有限責任公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/06;B28D5/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

本發明公開一種微裂紋控制的激光加工裝置，包括激光器、反射鏡、擴束鏡、旋轉電機、整形元件和切割頭，其中，所述整形元件固定在旋轉電機上，所述旋轉電機根據加工路徑的方向旋轉相應角度，帶動所述整形元件旋轉。本發明引入一個特殊定制的光學整形元件，來達到微裂紋控制的效果。所述整形元件的根本原理是在尋常激光加工的光路中加入一個光闌作為整形元件，對入射光進行整形。這個引入的光闌可以對入射光的光強分布進行整形，改變聚焦光斑的形狀，從而達到改變切割工藝效果和控制光斑間微裂紋的效果。

技術領域

本發明涉及激光微加工技術領域，尤其涉及利用多個控制器實現同步控制加工，使得激光加工玻璃、藍寶石等多種材料時，對其產生的微裂紋進行控制，優化其切割的工藝效果等，具體為一種微裂紋控制的激光加工裝置。

背景技術

在激光器對于藍寶石和玻璃切割的運用方面，很多時候需要根據加工方向調整切割參數，包括了激光器的功率、激光器出光的偏振態、電機移動速度等。傳統的激光器產生的高斯分布的光束，在切割的工藝上通常表現為一個對稱的圓形光斑，并在光斑間產生微裂紋；如果參數一致，在切割過程中沿不同切割方向的微裂紋分布就不會發生改變。尤其在藍寶石切割時，由于藍寶石晶像的存在，如果使用統一參數，其各個方向的切割效果就會有較大差距，極大影響加工效果。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種微裂紋控制的激光加工裝置，通過控制切割時產生的微裂紋的方向和大小，優化不同軌跡切割的效果。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種微裂紋控制的激光加工裝置，包括激光器、反射鏡、擴束鏡、旋轉電機、整形元件和切割頭，其中，所述整形元件固定在旋轉電機上，所述旋轉電機根據加工路徑的方向旋轉相應角度，帶動所述整形元件旋轉。

本發明引入一個特殊定制的光學整形元件，來達到微裂紋控制的效果。所述整形元件的根本原理是在尋常激光加工的光路中加入一個光闌作為整形元件，對入射光進行整形。這個引入的光闌可以對入射光的光強分布進行整形，改變聚焦光斑的形狀，從而達到改變切割工藝效果和控制光斑間微裂紋的效果。

優選地，所述整形元件為下列任一者：橢圓光闌、矩形光闌、長條形叉絲。

優選地，所述激光器發射的激光光束，依次通過反射鏡、擴束鏡、整形元件和切割頭，作用于待加工平面上。

優選地，所述整形元件、旋轉電機和切割頭作為一個整體進行加工。

優選地，所述擴束鏡、整形元件、旋轉電機和切割頭作為一個整體進行加工。

優選地，所述擴束鏡和切割頭作為一個整體進行加工，所述整形元件和旋轉電機安裝在所述一個整體的前面。

優選地，所述整形元件由徑向波片和偏振分光棱鏡構成。

進一步地，徑向波片和偏振分光棱鏡構成的整形元件除了能夠達到光束整形效果外，還可以實現雙頭分光的應用，其玻璃切割的能量利用率更高。

具體地，所述激光器發射出的線性偏振光，通過徑向波片后再通過偏振分光棱鏡分光可以產生兩個方向的互相垂直90度形狀的光斑，故可以實現分光的效果。產生的徑向偏振態的激光，其偏振態的能量利用率更高，即使因為偏振分光棱鏡的特性在每一路里面損耗一半能量，其加工效果也能得到保證。

優選地，所述激光器發射的激光光束，依次通過反射鏡、徑向波片、偏振分光棱鏡、擴束鏡和切割頭，作用于待加工平面上。

優選地，樣品的運動通過步進電機實現。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明通過引入特殊的光學整形元件對激光光束進行整形，再結合激光加工裝置的控制系統的同步搭配，可以實現根據加工軌跡的變化，改變光斑分布方向，實現微裂紋的控制。