激光加工系统的智能加工组件的制作方法

本发明涉及激光加工系统，更具体地涉及激光加工系统的智能加工组件。

背景技术：

激光加工技术由于其优越的加工性能已经被广泛地应用于工业生产和生活中。通常，激光加工系统使用一个光学元件101将激光光束102传输(例如聚焦)到加工件103以便进行加工，如图1所示。上述光学元件可以是聚焦透镜/透镜组、或者与扫描振镜相结合的扫描聚焦镜组。如今，激光越来越多地用于多维立体材料的加工处理，由于待加工材料的形状和材料组合趋于复杂，这也使得激光加工的难度变得更大了。同时，越来越多地要求在同一待加工工件上实现多功能和多加工步骤，例如脆性材料周边的切割、倒角、切/钻孔、切/钻槽等。

现有的激光加工系统在一个时间点只能实现对一个工件进行加工或者同时对多个工件操作同一个加工步骤，并且在不同的加工步骤之间常需要重新校正加工件的位置，这就延长了工件的加工时间，并且极大地降低了成品率和生产效率。

例如国际公开号为WO2011/158539A1的PCT专利申请，其中激光加工装置101的光学部113包括：扩束器171、检流计扫描器172a、172b以及透镜173(参见WO2011/158539A1说明书0046段及附图7)。该光学部113在一个时间点只能对一个薄膜太阳能电池板1.02进行加工。如果要对下一个薄膜太阳能电池板机进行加工，则需要先将加工完毕的太阳能电池板从台座上移走。或者，如果要对加工完毕的太阳能电池板进行其他处理操作，则需要更换光学部113内的各个光学元件。可见，现有的激光加工系统已经难以满足现代工业生产和生活对脆性材料提出的新形态及新设计的更高需求。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种智能加工组件， 包括控制装置以及与所述控制装置连接的一个或多个功能元件载体装置，其中，所述功能元件载体装置包括多个承载部件，所述承载部件用于承载功能元件，并且每个所述功能元件载体装置上的至少一个所述承载部件在每次加工处理时被移入激光传输路径；以及所述控制装置用于所述功能元件的电气和/或机械控制，并且用于将所述功能元件载体装置上的所述承载部件移入所述激光传输路径或者将所述承载部件从所述激光传输路径中移开。

在一个实施例中，所述承载部件可不承载任何所述功能元件。所述功能元件可包括光学元件、电气元件和机械元件中的一种或多种。所述光学元件可以是以下各项中的一个或多个：滤波片、偏振波片、偏振调制、反射镜、折射镜、棱镜、挡光片、透镜、衍射片、光学调制器、光学整形元件以及光学开关；所述电气元件可以是以下各项中的一个或多个：电调制器、电触发器以及电显示器；并且所述机械元件可以是以下各项中的一个或多个：机械开关、机械挡板。

在另一个实施例中，如果只包括一个所述功能元件载体装置，那么所述多个承载部件所承载的所述功能元件在每次加工处理时被移入所述激光传输路径。

其中，在加工处理之前，所述控制装置根据加工工艺要求确定所需的所述功能元件，控制所述功能元件载体装置移动以将对应的所述承载部件移入所述激光传输路径，并且启动或打开所需的所述功能元件。并且，在加工处理之后，所述控制装置停用或关闭所使用的所述功能元件，并且将对应的所述承载部件从所述激光传输路径中移开。

在一个实施例中，所述功能元件载体装置体现为转盘，并且所述承载部件在所述转盘上呈均匀或对称分布。其中，所述功能元件载体装置可通过顺时针或逆时针旋转使得对应的所述承载部件移入所述激光传输路径或从所述激光传输路径移开。

附图说明

包括附图是为提供对本公开内容的进一步的理解。附图示出了本公开内容的实施例，并与本说明书一起起到解释本公开内容原理的作用。在结合附图并阅读了下面的对特定的非限制性本公开内容的实施例之后，本公开内容的技术方案及其优点将变得显而易见。其中：

图1示出了现有技术中激光通过光学元件对加工件进行处理的示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的智能加工组件的结构示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的功能元件的种类的示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的功能元件的作用的示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的光学元件的种类的示意图。

图6示出了功能元件在本发明的一个实施例中的工作原理的示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的智能加工组件的示意图。

图8-1示出了根据本发明的另一个实施例的智能加工组件的示意图。

图8-2示出了对两个加工件同时进行的加工处理流程的示意图。

图8-3示出了用于图8-2所示的加工处理流程的功能元件载体装置的示意图。

图8-4示出了对两个加工件进行不同的加工处理流程的示意图。

图8-5示出了用于图8-4所示的加工处理流程的功能元件载体装置的示意图。

图9示出了根据本发明的一个实施例的功能元件包括光学元件与电气元件的组合的示意图

图10示出了根据本发明的另一个实施例的功能元件仅包括光学元件的示意图。

图11示出了根据本发明的一个实施例的加工处理流程的示意图。

图12示出了根据本发明的一个实施例的功能元件载体装置的示意图。

图13示出了根据本发明的另一个实施例的功能元件载体装置的示意图。

具体实施方式

参考在附图中示出和在以下描述中详述的非限制性实施例，更完整地说明本公开内容的多个技术特征和有利细节。并且，以下描述忽略了对公知的原始材料、处理技术、组件以及设备的描述，以免不必要地混 淆本公开内容的技术要点。然而，本领域技术人员能够理解到，在下文中描述本公开内容的实施例时，描述和特定示例仅作为说明而非限制的方式来给出。

在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开内容中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开内容的说明书中所提及的一些术语可能是公开内容人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开内容。

图2示出了根据本发明的一个实施例的智能加工组件的结构示意图。其中，智能加工组件200包括控制装置204和多个功能元件载体装置205。该功能元件载体装置205包括一个或多个承载部件，该承载部件用于承载一个或多个功能元件201，该控制装置204用于控制该功能元件载体装置205的移动，并且用于位于该功能元件载体装置205上的各个功能元件201的电气和/或机械控制与驱动。

上述功能元件201包括但不限于光学元件、电气元件和机械元件，如图3所示。单个功能元件也可以是光学元件、电气元件和机械元件的组合。其中，光学元件主要用于激光光束的控制与调制，电气元件主要用于激光加工系统的其他组件或系统的电气控制，并且机械元件主要用于激光加工系统的其他组件或系统的机械控制。上述功能元件的功能包括但不限于调制、整形以及控制，如图4所示。

当功能元件是光学元件时，其可包括但不限于滤波片、偏振波片、偏振调制、反射镜、折射镜、棱镜、挡光片、透镜、衍射片、光学调制器、光学整形元件等，如图5所示。光学元件可以是某一个波长的，也可以是两个或两个以上波长的。光学功能元件可以在时间和空间上顺序地排列于激光传输路径中，也可以在时间和空间上并列地排列于激光传输路径中，这一点在本文后面的各个实施例中会加以详细的说明。光学功能元件可以接受控制装置的单独的控制，也可与其他光学功能元件一起受到控制装置的同步协调控制。

本发明的智能加工组件中的电气功能元件包括但不限于电调制器、电触发器、电显示器以及其它电子组件或系统控制部件等。与光学功能元件类似的，电气功能元件可以被控制装置单独控制，也可以与其他电 气功能元件共同受控制装置的同步协调控制。

本发明的智能加工组件中的机械功能元件包括但不限于机械快门开关、机械挡板等。与光学功能元件类似的，机械功能元件可以被控制装置单独控制，也可以与其他机械功能元件共同受控制装置的同步协调控制。

图9示出了根据本发明的一个实施例的功能元件包括光学元件与电气元件的组合的示意图，具体是对脆性材料进行切割处理的功能元件组成的示意图。其中机械开关、电调制器、光学衰减元件、光学整形元件、聚焦透镜、扫描振镜和衍射片都属于功能元件。首先，将机械开关从激光传输路径中移开，以使激光束通过(即此次激光加工处理不需要机械元件)。接下来，将电调制器移入激光传输路径，调制工艺要求的激光束频率和/或激光脉冲串；将光学衰减元件移入激光传输路径，调整工艺要求的激光束功率或能量；将光学整形元件移入激光传输路径，调整工艺要求的激光束空间形状；将聚焦透镜移入激光传输路径，以将激光束会聚到加工件；将扫描振镜从激光传输路径中移开，因为脆性材料切割通常不需要扫描振镜；并且，将衍射片移入激光传输路径，以控制及优化激光聚焦。由此可见，智能加工组件中包含的功能元件可以是光学元件与电气元件的组合。本领域技术人员可以理解，功能元件也可同时包括光学元件、电气元件和机械元件这三者、或者光学元件与机械元件和电气元件的组合。当然，光学元件、电气元件和机械元件的种类不限于图9中所示的。

图10示出了根据本发明的另一个实施例的功能元件仅包括光学元件的示意图，具体涉及对脆性材料进行倒角/钻孔处理的功能元件组成的示意图。具体而言，由于脆性材料倒角/钻孔的加工工艺无需使用机械开关、电调制器、光学衰减元件、光学整形元件、聚焦透镜以及衍射片，因此将它们从激光传输路径中移开，但需要将扫描振镜移入激光传输路径中。由此可见，本发明中的功能元件可以仅包含光学元件。本领域技术人员能够理解的是，可以包括多个光学元件，而不限于图10所示的一个。

图6示出了功能元件在本发明的一个实施例中的工作方式的示意图。其中，当需要相应的功能元件601在激光加工系统中发挥其作用时，则使其移入对应的激光传输路径中；当不需要该功能元件601对例如激 光光束602进行处理或控制时，则使其从激光传输路径中移开。采用这种工作方式的一个优势是激光束与加工件的位置通常不发生改变，在不同的加工步骤之间不需要重新校正加工件的位置，这就极大地缩短了工件的加工时间，并且提高了成品率和生产效率。

图7示出了本发明的功能元件载体装置的一种实现方式的示意图。其中，功能元件载体装置701是一个呈正多边形的转盘，其上包括6个承载部件7021-7026，该承载部件用于承载功能元件，并且可以顺时针或逆时针旋转，当然也可以水平或竖直地移动。本领域技术人员可以理解的是，图7所示仅是示例性的，功能元件载体装置并非必须呈正多边形，也可以是其他形状，例如圆形、矩形或其他不规则形状。功能元件载体装置上承载部件的数目也不一定是六个，而是可根据加工工艺的需要设置为多于6个(例如8个、10个或更多个)或少于6个(例如3-5个)。而承载部件在功能元件载体装置上的分布也不必是均匀或对称分布的。

对于每次激光加工处理，激光束通过功能元件载体装置上的一个承载部件所承载的功能元件。在图7中，实线圆圈表示的承载部件代表有光束通过的承载部件(即承载部件7021)，虚线圆圈表示的承载部件代表光束不通过的承载部件(即承载部件7022-7026)。应当注意的是，承载部件也可以不承载任何功能元件(即为空)，以使激光束直接通过。在一个实施例中，可在功能元件载体装置的各个承载部件上设置不同种类的功能元件，并且上述功能元件都是激光加工工艺所需要的。例如，加工步骤1需要使用位于承载部件7021上的功能元件，加工步骤2需要使用位于承载部件7022上的功能元件，加工步骤3需要使用位于承载部件7023上的功能元件，以此类推。

那么，在进行加工步骤1时，使功能元件载体装置701上的承载部件7021对准(或移入)激光传输路径；进行加工步骤2时，顺时针旋转功能元件载体装置701，以使功能元件载体装置701上的承载部件7022对准(或移入)激光传输路径；以此类推。本领域技术人员可以理解的是，由于激光加工处理过程往往在一个加工步骤中需要使用多个不同种类的功能元件，因此激光加工系统需要包括多个功能元件载体装置，因而可能出现的情况是其中某个加工步骤所需要的功能元件数目较少(例如1-2个)，那么只需使得除提供相关功能元件的功能元件载体 装置以外的其他功能元件载体装置上的为空的承载部件移入激光传输路径即可。采用这种工作方式的一个优势是激光束与加工件的位置通常不发生改变，在不同的加工步骤之间不需要重新校正加工件的位置。如此，对加工件可实现连续完成多个加工步骤，极大地提高了生产效率，并缩短了加工时间。

以图11为例，现需要对脆性材料进行先切割后倒角/钻孔的处理。那么，在图9和10所示的实施例中，本发明提出的智能加工组件可包括6个功能元件载体装置(由于图9和10均未使用机械开关，因此省略承载机械开关的功能元件载体装置)，其上的承载部件依次设置有功能元件901，即电调制器、光学衰减元件、光学整形元件、聚焦透镜、扫描振镜和衍射片，即按照从上至下的顺序，第1个功能元件载体装置的一个承载部件上设置有电调制器，第2个功能元件载体装置的一个承载部件上设置有光学衰减元件，第3个功能元件载体装置的一个承载部件上设置有光学整形元件，第4个功能元件载体装置的一个承载部件上设置有聚焦透镜，第5个功能元件载体装置的一个承载部件上设置有扫描振镜，第6个功能元件载体装置的一个承载部件上设置有衍射片。另外，每个功能元件载体装置还设置有为空位的承载部件，智能加工组件中的控制装置记录上述功能元件及其对应的功能元件载体装置和对应的承载部件。

在对脆性加工件进行切割处理时，控制装置根据加工工艺流程和要求使得每个功能元件载体装置移动到指定的位置，即令第1个功能元件载体装置上承载的电调制器移入激光传输路径，令第2个功能元件载体装置上承载的光学衰减元件移入激光传输路径，以此类推。其中，由于在切割处理中不需要使用扫描振镜，因此控制装置使得第5个功能元件载体装置上被设置为空位的承载部件移入激光传输路径，以使光束直接通过。

在切割处理完毕之后，控制装置根据加工工艺流程进行倒角处理，即需要将电调制器、光学衰减元件、光学整形元件、聚焦透镜和衍射片从激光传输路径中移开，并将上述功能元件所在的功能元件载体装置上的空位承载部件移入激光传输路径，同时将第5个功能元件载体装置上承载的扫描振镜移入激光传输路径，以进行倒角处理。采用这种工作方式的一个优势是激光束与加工件的位置通常不发生改变，在不同的加工 步骤之间，例如切割和倒角，不需要重新校正加工件的位置。如此，对加工件可实现连续完成多个加工步骤，极大地提高了生产效率，并缩短了加工时间。

可以理解的是，所需的功能元件在功能元件载体装置上的排列顺序不必与激光加工工艺流程完全对应。即，功能元件在功能元件载体装置上可按照与工艺流程相对应的顺序依次顺时针或逆时针排列，也可以被任意地设置在各承载部件上，只要本发明的智能加工组件中的控制装置记录下每个功能元件载体装置上的各个功能元件及其对应的承载部件，就可以根据此次执行的加工工艺流程确定各步骤所需要的功能元件，并将对应承载部件上的各功能元件移入激光传输路径。

图8-1示出了本发明的功能元件载体装置的另一种实现方式的示意图。其中，图8-1与图7的差别为在图7中，功能元件载体装置701仅有一个承载部件7021允许光束通过；而在图8-1中，功能元件载体装置801允许两个承载部件8021、8025同时处于激光传输路径中。本领域技术人员能够理解的是，还可以允许两个以上承载部件同时处于激光传输路径中。当然，承载部件的数目可以多于或少于6个。此外，功能元件载体装置上可以有一个或多个被设置为空位的承载部件。图8-1所示的功能元件载体装置还能够支持同时对多个加工件进行加工处理。

图8-2示出了对两个加工件同时进行的加工处理流程的示意图。图8-3示出了用于图8-2所示的加工处理流程的功能元件载体装置的示意图。如图8-2所示，对加工件1和2的加工处理流程相同，都是先进行切割处理再进行倒角处理。如图8-3的左图所示，功能元件载体装置801的承载部件8021和8025上设置的是相同的切割功能元件8031，承载部件8022和8026上设置的是相同的倒角功能元件8032。

在进行切割处理时(如图8-3左图所示)，使得承载部件8021和8025上的切割功能元件8031处于激光传输路径中，从而同时对加工件1和2进行切割处理。在切割处理完毕之后(如图8-3右图所示)，功能元件载体装置801可通过顺时针旋转使得承载部件8021和8025上的切割功能元件8031从激光传输路径中移开，并且使得承载部件8022和8026上的倒角功能元件8032处于激光传输路径中，从而继续同时对加工件1和2进行倒角处理。本领域技术人员能够理解的是，上述加工过程也可以同时对2个以上加工件进行处理，而且加工工艺流程也不限 于两个操作步骤，可以支持两个以上加工步骤的工艺流程，本领域技术人员只需根据实际工艺流程的需要在功能元件载体装置的承载部件上设置相应的功能元件即可。如此，通过控制一个功能元件载体装置就能实现同时对多个加工件进行加工处理，因此极大地提高了生产效率。

图8-4示出了对两个加工件进行不相同的加工处理流程的示意图。图8-5示出了用于图8-4所示的加工处理流程的功能元件载体装置的示意图。如图8-4所示，对加工件1先进行切割处理A再进行倒角处理A，对加工件2先进行切割处理B再进行倒角处理B。需要注意的是，虽然对两个加工件都是先切割再倒角，但是图8-4所示的两个切割处理A和B可以是不相同的，同样上述两个倒角处理A和B也可以不相同。

如图8-5的左图所示，功能元件载体装置801的承载部件8021上设置有切割功能元件A(8031)，承载部件8022上设置有倒角功能元件A(8032)，承载部件8025上设置有切割功能元件B(8033)，承载部件8026上设置有倒角功能元件B(8034)。其中切割功能元件A(8031)和B(8033)可以不相同，并且倒角功能元件A(8032)和B(8034)也可以不相同。在进行切割处理时，承载部件8021上的切割功能元件A(8031)和承载部件8025上的切割功能元件B(8033)处于激光传输路径中，即可同时对两个加工件进行不同的切割操作。

在切割操作结束之后(如图8-5右图所示)，功能元件载体装置801通过顺时针旋转使得承载部件8021上的切割功能元件A(8031)和承载部件8025上的切割功能元件B(8033)从激光传输路径中移开，同时使得承载部件8022上的倒角功能元件A(8032)和承载部件8026上的倒角功能元件B(8034)移入激光传输路径，即可实现同时对两个加工件进行不同的倒角操作。与图8-2、8-3相同的是，加工件的数目不限于2个，可以是2个以上；加工工艺流程也不限于两个操作步骤，可以支持两个以上加工步骤的工艺流程，本领域技术人员只需根据实际工艺流程的需要在功能元件载体装置的承载部件上设置相应的功能元件即可。

图12示出了根据本发明的一个实施例的功能元件载体装置的示意图。如图12所示，第1个功能元件载体装置1201的承载部件上设置一个或多个电调制器1203。当设置有多个电调制器时，这多个电调制器具有不同的技术参数，以便处理不同的加工件。该第1个功能元件载体装 置1201上可以有0个或1个承载部件为空，这可以根据加工工艺流程而定。同样地，第2个功能元件载体装置1201的承载部件上设置一个或多个光学衰减元件1204。当设置有多个光学衰减元件时，这多个光学衰减元件具有不同的技术参数，以便处理不同的加工件。该第2个功能元件载体装置1201上也可以有0个或1个承载部件为空。第3个功能元件载体装置1201的承载部件上设置一个或多个衍射片1205。当设置有多个衍射片时，这多个衍射片具有不同的技术参数，以便处理不同的加工件。该第3个功能元件载体装置上也可以根据工艺流程将0个或1个承载部件设置为空。

在一个实施例中，在各个功能元件载体装置1201的各承载部件上设置所需的功能元件，并使得控制装置记录各个功能元件以及对应的功能元件载体装置和对应的承载部件。加工处理开始时，控制装置根据此次的工艺要求将各个功能元件载体装置1201上承载了所需功能元件的承载部件移入激光传输路径，如图12所示，即将3个功能元件载体装置1201的承载部件1移入激光传输路径(其他承载部件均没有光束1202通过)，然后开始加工处理。

对此次处理的加工件操作结束后，控制装置对相关的功能元件进行电气和/或机械控制与驱动，例如对相应的功能元件断电(或关闭)。接下来，智能加工组件对下一加工件(可具有与前一加工件不同的材料、厚度等)进行加工处理。控制装置根据对这下一加工件的工艺要求选择相应技术参数的电调制器1203、光学衰减元件1204和衍射片1205(或者也可以是这三者中的一个或两个，对于无需提供相应功能元件的功能元件载体装置，使其为空的承载部件移入激光传输路径即可)，并将承载了上述所需功能元件的承载部件移入激光传输路径。然后对相关的功能元件进行电气和/或机械控制与驱动，例如启动(或打开)相应的功能元件。

在上述实施例中，只需一次加载多个功能元件载体装置上的功能元件，就能实现对多个加工件的连续多次的加工处理，而无需每次加工都要手动更换所需的功能元件和/或手动调节所需的功能元件的参数，大大节省了加工时间，提高了生产效率。

图13示出了根据本发明的另一个实施例的功能元件载体装置的示意图。图13与图12的区别在于，图12每次仅对一个加工件进行处理， 而图13可同时对多个加工件进行处理。与图12类似地，图13中的3个功能元件载体装置1301上分别设置有不同技术参数的电调制器1303、光学衰减元件1304和衍射片1305，并且每个功能元件载体装置1301可设置有0个或1个为空的承载部件。

如图13所示，在一个实施例中，控制装置记录具有不同技术参数的功能元件及其对应的功能元件载体装置1301和对应的承载部件以及多个加工件的位置，并且在每次加工处理之前，控制装置根据此次要处理的多个加工件(彼此可能具有不同的材料、厚度等)的工艺要求将所需功能元件分别移入对应的激光传输路径，即图13中承载部件1、3所对应的。然后对相关的功能元件进行电气和/或机械控制与驱动，例如启动(或打开)相应的功能元件，加工处理开始。

本领域技术人员可以理解的是，加工件的数目不限于2个，可以多于2个；功能元件载体装置的数目也不必是3个，可以多于或少于3个；同时，功能元件的种类亦不必限于图13中所示的几种，也可以是本文前述的光学元件、电气元件和机械元件中的一种或多种、或者是本文未提及但本领域中常用的功能元件。

图13所示的实施例相比图12所示的实施例，可在一次处理多个加工件的同时，实现对更多个加工件的连续多次的处理，进一步提高了生产效率，缩短了生产时间。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以描述，但是对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。