一种激光分束加工装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及激光加工领域，特别涉及一种激光分束加工装置。包括激光聚焦切换模块、激光分束模块和光束控制模块。本实用新型的激光分束加工装置通过激光分束模块能将单束激光加工变为多束激光，同时通过激光聚焦切换模块可以进行激光聚焦和激光焦点的空间位置高速切换，而上述两个模块的结合，实现了高速高效高精度阵列式激光加工；同时通过光束控制模块，进一步丰富了激光加工中的光束运动轨迹控制内容，可以满足各种加工环境、加工条件的需求。相比传统激光加工，本实用新型的技术方案在加工精度、加工效率、加工质量等方面均有大幅度提高，并同现代固态激光器的发展趋势相适应，可以在激光加工领域广泛使用。
【专利说明】一种激光分束加工装置【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光加工领域，特别涉及一种激光分束加工装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中，配置振镜扫描聚焦的激光加工装置，都是采用单光束激光加工，加工效率不够高，满足不了工业需求；而采用多光束激光加工的装置，都是基于静态聚焦方式，存在激光焦点切换位置速度慢的问题。而目前的固体激光器特别是光纤激光器，都朝着高脉冲重复频率、高功率超短脉宽方向发展，上述的加工方式，已经不能够与目前固体激光器的发展想适应，不能够充分发挥现有激光器的高脉冲重复频率和高功率超短脉宽的优势，因此必须找到更高效的激光加工方式，与目前的激光器发展水平相匹配。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种激光分束加工装置，解决了现有技术中激光加工装置加工效率低、加工速度慢的技术问题。[0004]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种激光分束加工装置，包括光束控制模块、激光分束模块和激光聚焦切换模块，所述入射光束依次经过所述光束控制模块、所述激光分束模块照射到所述激光聚焦切换模块；或者所述入射光束依次经过所述激光分束模块、所述光束控制模块照射到所述激光聚焦切换模块；
[0005]所述光束控制模块用于调节照射到其上的激光光束的状态；所述光束控制模块包括位置可互换的激光扩束单元和光束动态控制单元，所述激光扩束单元用于对所述照射到其上的激光光束进行扩束准直，所述光束动态控制单元用于调节照射到其上的激光光束的运动状态；
[0006]所述激光分束模块，用于对照射在其上的激光光束进行分束，形成多光束组，所述多光束组内的各光束与照射到所述激光分束模块上的所述激光光束同步静止或同步运动；
[0007]所述激光聚焦切换模块，包括聚焦镜和运动平台；所述聚焦镜为静态聚焦镜或者静态成像聚焦镜，所述聚焦镜用于对照射在其上的多光束组内的各光束进行静态聚焦或者成像聚焦，输出聚焦光束组；所述运动平台，包括一维运动平台或多维运动平台，所述运动平台用于控制所述聚焦光束组各光束的各个激光焦点在不同加工单元的空间位置切换，或者在一个加工单元处对所述聚焦光束组的各个激光焦点的扫描运动进行辅助运动控制。
[0008]本实用新型的有益效果是:本实用新型通过所述激光聚焦切换模块、所述激光分束模块与所述光束控制模块的结合，可以实现多光束激光进行同步聚焦加工，同时具备快速焦点切换和高精度焦点切换能力，可以高效率和高精度的多路激光聚焦同步加工，适用于激光切割、钻孔、铣削、焊接等领域，大幅度地提高了加工效率。同时，本实用新型的激光聚焦切换模块包括聚焦镜和运动平台，所述运动平台可以将经所述聚焦镜聚焦的光束组各光束的各个激光焦点在不同加工单元的空间位置切换，实现大幅面激光铣削加工；或者在一个加工单元处对所述聚焦光束组的各个激光焦点的扫描运动进行辅助运动控制，进一步丰富了激光束空间轨迹调制，实现更复杂激光加工方式。
[0009]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0010]所述激光分束模块为第一分束单元、第二分束单元、第三分束单元的任意一种；或者所述激光分束模块为第一分束单元、第二分束单元、第三分束单元中至少两种的串联组合，所述串联组合用于对照射到其上的激光光束进行分束，形成多光束组；
[0011]所述第一分束单元为微光学元件的任意一种或者多种的串联组合，所述微光学元件用于对照射在其上的激光光束进行分光；所述微光学元件包括二元光学元件、衍射光栅、微透镜阵列或全息光学元件；所述衍射光栅包括一维透射式衍射光栅、二维透射式衍射光栅、三维透射式衍射光栅或反射式光栅；
[0012]所述第二分束单元为光学薄膜分光器件与光学反射镜的串联组合；或者所述第二分束单元为光学薄膜分光器件、光学反射镜和玻片的串联组合；
[0013]所述第三分束器件为双折射晶体与光学反射镜的串联组合；或者所述第三分束单元为双折射晶体、光学反射镜和玻片的串联组合。
[0014]所述的微光学元件，是在光学和光电子技术的发展的上，研发出的新型光学元件，具有体积小、质量轻、造价低等优点，实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。所述的微光学元件，按照光传播的途径可分为衍射光学元件和折射性光学元件两大类，包括二元光学元件、衍射光栅、微透镜阵列或全息光学元件，应用在激光光学领域可以改变激光光束波面，实现光束变换，如光束的准直、整形、分束等等。
[0015]所述二元光学元件，为衍射光学元件的一种，它基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成(VLSI)电路制作工艺，在片基上(或传统光学器件表面)刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、同轴再现的衍射光学元件，其衍射效率高，光束整形效果好，分束均匀性好。
[0016]所述光栅，也称衍射光栅，主要有四个基本性质:色散、分束、偏振和相位匹配，光栅的绝大多数应用都是基于这四种特性。光栅的分束特性是指光栅能够将一束入射单色光分成多束出射光的本领，分为反射衍射光栅和透射衍射光栅两大类，可以应用在光互连、光藕合、均匀照明、光通讯、光计算等领域。光栅的性能评价指标有:衍射效率、分束比、压缩t匕、光斑非均匀性以及光斑模式等。所述透射式衍射光栅分为一维透射式衍射光栅、二维透射式衍射光栅、三维透射式衍射光栅，所述一维透射式衍射光栅对激光分束，分束后的激光束在同一平面内；所述二维透射式衍射光栅对激光分束，分束后的激光束不在同一平面内，所分光束可以矩形阵列分布，可以圆周阵列分布也可以在正交的两个平面内分布，以及其他情形空间分布等；所述三维透射式衍射光栅，分束后的激光束不仅是二维空间阵列分布，且随着激光传输方向，并经过激光聚焦后，每一束激光聚焦时可以呈现长焦深或者短焦深特点。
[0017]所述微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它将一个完整的激光波前在空间上分成许多微小的部分，每一部分都被相应的小透镜聚焦在焦平面上，一系列微透镜就可以得到由一系列焦点组成的平面，在波前传感、光聚能、光整形等多种系统可得到广泛应用，在本加工装置中，具备很好的分光效果。
[0018]所述全息光学元件采用全息照相方法制作，其基于光的干涉和衍射原理，能够完成准直、聚焦、成像、分束、光束偏转和光束扫描等功能，在本实用新型的加工装置中，具有较好的分光效果。
[0019]进一步，所述激光分束模块与所述激光聚焦切换模块的间距可调，能够调节所述多光束组内各光束在聚焦镜入口处的相对位置，从而可以调整所述聚焦光束组各激光焦点的相对位置；所述激光分束模块的分光面可以根据所述激光分束模块的转动而变化，所述激光分束模块绕着照射其上的激光光束的光轴转动，其输出的阵列光束分布也会沿着所述激光光束的光轴转动。
[0020]进一步，所述激光分束加工装置包含一个或多个串联的光束动态控制单元。
[0021]进一步，当所述入射光束依次经过所述激光分束模块、所述激光扩束单元、所述光束动态控制单元，照射到所述激光聚焦切换模块时；或者当所述入射光束依次经过所述激光分束模块、所述光束动态控制单元、所述激光扩束单元照射到所述激光聚焦切换模块时；或者当所述入射光束依次经过所述光束动态控制单元、所述激光扩束单元、所述激光分束模块照射到所述激光聚焦切换模块时，所述光束动态控制单元包括反射光学元件以及用于控制所述反射光学元件进行偏转或者平移的电机或压电陶瓷。
[0022]采用上述进一步方案的有益效果是:当所述激光扩束单元设置在所述光束动态控制单兀之后时，所述激光扩束单兀在完成激光扩束准直的冋时，也完成了将经过所述光束动态控制单元调制后的激光运动轨迹成像放大的工作，这样，在一定进入激光聚焦切换模块的光束运动轨迹前提下，所述光束动态控制单元只需要进行很小的调制即可，这样所述光束动态控制单元调制速度可以进一步提高。
[0023]由于经过所述激光分束模块进行分束后的各光束的夹角受限，例如经衍射光栅分束后，各光束的夹角就很难做的较大，例如达到30度，一般都在10度以内，所以所述激光分束模块与所述激光聚焦切换模块之间需要保留一定空间用于各激光光束的分离，如果把所述光束控制模块置于所述激光分束模块和所述激光聚焦切换模块之间，则整个装置结构会更为紧凑。
[0024]进一步，所述光束动态控制单元为第一控制子单元、第二控制子单元、第三控制子单元的任意一种；或者所述光束动态控制单元为第一控制子单元、第二控制子单元、第三控制子单元中至少两种的串联组合，所述串联组合用于调节照射到其上的激光光束的运动状态；
[0025]所述第一控制子单元包括透射光学元件以及用于控制所述透射光学元件进行摆动或者平移的电机或压电陶瓷；
[0026]所述第二控制子单元包括声光调制器，所述声光调制器通过改变驱动源的载波频率调节所述激光光束的布拉格光栅反射角，改变所述激光光束传输状态；
[0027]所述第三控制子单元包括一个激光光束旋转子单元或者至少两个串联的激光光束旋转子单元；所述激光光束旋转子单元包括旋转透射光学元件以及用于控制所述旋转透射光学元件做旋转运动的驱动装置；当所述第三控制子单元为两个或两个以上串联的激光光束旋转子单元时，所述激光光束旋转子单元各自独立控制旋转，所述前一激光光束旋转子单元输出光束的光轴沿着其入射光的光轴进行自转，后一激光光束旋转子单元的输出光束的光轴沿着前一激光光束旋转子单元输出光束的光轴进行公转，并且还沿着公转轨迹进行自转。[0028]采用上述进一步方案的有益效果是:对于所述光束动态控制单元，可以为上述子单元的任意一种或几种的串联组合。如果采用激光光束旋转子单元，则可以通过驱动电机对激光光束进行高速甚至超高速旋转控制，相比振镜摆动的方式，具有更高的加工速度和加工精度，在很多加工阈值低的材料或者薄膜材料的加工中，可以大幅提高激光加工效率
与质量。
[0029]进一步，所述透射光学元件为透射平板光学元件或透射棱镜光学元件；所述旋转透射光学元件为楔形棱镜、透镜、平板光学元件、一维透射式衍射光学元件、二维透射式衍射光学元件、三维透射式衍射光学元件、微透镜阵列的任意一种或者多种的串联组合。
[0030]所述透射式衍射光学元件分为一维透射式衍射光学元件、二维透射式衍射光学元件、三维透射式衍射光学元件，所述一维透射式衍射光学元件对激光分束，分束后的激光束在同一平面内；所述二维透射式衍射光学元件对激光分束，分束后的激光束不在同一平面内，所分光束可以矩形阵列分布，可以圆周阵列分布也可以在正交的两个平面内分布，以及其他情形空间分布等；所述三维透射式衍射光学元件，分束后的激光束不仅是二维空间阵列分布，且随着激光传输方向，并经过激光聚焦后，每一束激光聚焦时可以呈现长焦深或者短焦深特点。
[0031]进一步，所述激光光束旋转子单元的驱动装置为空心主轴电机，所述旋转透射光学元件安装在所述空心主轴电机的主轴上，所述电机主轴为空心轴；
[0032]或者，所述激光光束旋转子单元的驱动装置为电机皮带传动装置，所述电机皮带传动装置包括电机、主动轮、从动轮及套设在所述主动轮和从动轮上的同步带，所述电机安装在所述主动轮上，所述旋转透射光学元件固定安装在所述从动轮上。
[0033]进一步，所述空心主轴电机为气浮空心主轴电机、磁浮空心主轴电机、液压空心电主轴电机或伺服空心主轴电机。
[0034]当所述空心电主轴电机的空心电主轴安装在气浮轴承上，该空心电主轴电机也称为气浮空心电主轴电机，所述气浮轴承是指通过在轴承腔内导入压力空气实现空心电主轴在空气中悬浮的轴承。所述气浮轴承轴承腔内泄压的缝隙极小，保证了空心电主轴的高精度悬浮转动，并可以稳定地高精度地旋转，具备高转速、高精确度、无摩擦力、无磨损、不需要润滑油、有卓越的速度控制性能、结构紧凑、重量轻、振动小、噪声低、惯性小响应快等优点。
[0035]当所述空心电主轴电机的空心电主轴安装在液体动静压轴承上，该空心电主轴电机也称为液压空心电主轴电机。所述液体动静压轴承是指一种靠外部供给恒定压力油、在轴承内建立使电主轴从起动到停止始终悬浮高压静压承载油膜的轴承。所述液体动静压轴承具有没有磨损、使用寿命长、起动功率小、在极低，甚至为零的速度下也能应用的特点。此外，这种轴承还有旋转精度高、油膜刚度大、能抑制油膜震荡等优点。所述液压空心电主轴电机，由于采用了液体动静压轴承，因此具备很高的刚度和阻尼，具备较高转速和使用寿命O
[0036]当所述空心电主轴电机的空心电主轴安装在电磁悬浮轴承上，该空心电主轴电机也称为磁浮空心电主轴电机。所述电磁悬浮轴承是一种利用电磁力将电主轴悬浮于空间实现非接触式支承的轴承，具有无摩擦、无需润滑、无油污染、能耗低、噪声小、寿命长等优点，特别适用于真空、超静室、高速等特殊环境中。所述磁浮空心电主轴电机，由于采用电磁悬浮轴承，因此具备高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控等优点。
[0037]当所述空心电主轴电机的空心电主轴安装在陶瓷轴承上，该空心电主轴电机也称为陶瓷轴承空心电主轴电机。所述陶瓷轴承是指轴承的滚动体使用陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈的轴承，陶瓷轴承标准化程度高，在满足一定转速的条件下，具备成本低结构简单的优点。所述陶瓷轴承空心电主轴电机的空心电主轴安装在陶瓷轴承上，该陶瓷轴承的转速在每分钟一万转以上。
[0038]进一步，所述激光聚焦切换模块配置有光路同轴摄像头监控装置。
[0039]采用上述进一步方案的有益效果是:配置光路同轴摄像头监控装置，可以很方便的进行激光焦点位置的定位，并在激光加工过程中可以很方便地观察激光与材料相互作用的状态。
[0040]进一步,所述聚焦光束组中各个光束垂直于光轴的各个焦点光斑的横截面为椭圆形。
[0041]采用上述进一步方案的有益效果是:如果椭圆聚焦光斑的长轴方向为激光焦点运动方向，那么当激光脉冲重复频率一定时，可以提高激光划片速度、脉冲重叠度、切缝断面光滑程度；如果椭圆聚焦光斑的短轴方向为激光焦点运动方向，那么可以获得比较宽的切缝，在有些激光加工场合，宽的切缝有利于激光切割钻孔产生的材料熔渣有效地从切缝中嗔出。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0044]本实用新型的激光分束加工装置在进行激光聚焦与切换前，采用光束控制模块对入射光束进行扩束准直和运动调节，并采用激光分束模块对所述光束控制模块输出的激光光束进行分束，或者先采用激光分束模块对入射光束进行分束，分束后的光束组的各光束再经光束控制模块进行扩束准直和运动状态调节，从而实现对工件的多路激光同步加工；同时激光聚焦切换模块进一步丰富了激光束空间轨迹调制，实现更复杂激光加工方式。若控制所述各聚焦光束的垂直于光轴的焦点光斑的横截面为椭圆形，则非常适合于激光划线。
[0045]本实用新型的工作原理如下:入射光束经光束控制模块进行扩束准直和运动状态调节后，形成第一光束，所述第一光束照射到所述激光分束模块中，形成第二光束组，所述第二光束组内的各光束与所述入射光束、第一光束同步运动；或者入射光束经激光分束模块分束后，形成第一光束组，所述第一光束组的各光束经光束控制模块进行扩束准直和运动状态调节后，形成第二光束组，所述第一光束组相对入射光束静止，所述第二光束组相对第一光束组同步运动；所述第二光束组的各光束照射到所述激光聚焦切换模块，通过所述激光聚焦切换模块对各光束进行聚焦和高速位移切换，控制各激光焦点在不同加工单元之间进行切换或在一个加工单元处对激光焦点扫描运动进行辅助运动控制，达到对工件进行大范围、高速高质量激光加工的目的。
[0046]所述光束控制模块包括光束动态控制单元，所述光束动态控制单元对照射到其上的激光光束进行状态调节，所述状态包括光束运动状态、光束偏振状态和激光光束传输状态等，如光束偏转、光束平移或者旋转。
[0047]光束动态控制单元可以采用激光光束旋转子单元、压电陶瓷驱动透射镜等结构。所述激光光束旋转制子单元的结构通常采用电机带动旋转透射光学元件的方式，所述电机可为气浮空心主轴电机、磁浮空心主轴电机或伺服空心主轴电机，例如气浮主轴电机转速可达16万转/秒，带动旋转透射光学元件实现高速甚至超高速旋转，满足实际大量加工需求。此时，旋转透射光学元件旋转速度在5000转/分钟到5万转/分钟为高速，在5万转/分钟以上为超高速。
[0048]实施例1:
[0049]图1为本实用新型一种激光分束加工装置在氧化铝陶瓷钻孔中应用时的结构示意图，如图1所示:包括光束控制模块、激光分束模块和激光聚焦切换模块，所述待加工工件89为1000微米厚度三氧化二铝陶瓷片，固定安装在运动平台上。
[0050]本实施例的光束控制模块包括激光扩束单元(图中未标示)和光束动态控制单元。
[0051]本实施例的入射光束79为直径为10毫米的准直光束，其相关参数如下:激光波长532纳米，光束质量因子小于1.2，光斑圆度大于百分之九十，平均功率35瓦，单模高斯激光(横向场强为高斯分布)，脉冲重复频率50千赫兹。
[0052]本实施例的所述光束动态控制单元包括一个激光光束旋转子单元，所述激光光束旋转子单元包括旋转透射光学元件和用于带动所旋转述透射光学元件做旋转运动的驱动装置。优选的，所述旋转透射光学元件为楔形棱镜、透镜、平板光学元件、透射式衍射光学元件、微透镜阵列的任意一种或者多种串联组合。本实施例中，所述旋转透射光学元件为倾斜平板石英玻璃80，所述平板石英玻璃80厚度为6毫米，折射率为1.45，两面均镀有532纳米的增透膜。所述驱动装置可为空心主轴电机或电机皮带传动装置。若驱动装置为空心主轴电机，则可为气浮空心主轴电机、磁浮空心主轴电机、液压空心电主轴电机或伺服空心主轴电机，本实施例中采用气浮空心主轴电机，所述平板石英玻璃80倾斜固定在所述气浮空心主轴电机的空心主轴81上，气浮主轴81内孔直径15毫米，气浮主轴电机转速18万转/分钟。在其他实施例中，所述驱动装置还可以采用电机皮带传动装置，所述电机皮带传动装置包括电机、主动轮、从动轮及套设在所述主动轮和从动轮上的同步带，所述电机安装在所述主动轮上，所述平板石英玻璃80固定安装在所述从动轮上。
[0053]在其他实施例中，所述光束动态控制单元也可以由至少两个激光光束旋转子单元构成，所述激光光束旋转子单元各自独立控制旋转，前一激光光束旋转子单元的输出光束光轴沿着其入射光束的光轴进行自转，后一激光光束旋转子单元的输出光束的光轴沿着前一激光光束旋转子单元的输出光束的光轴进行公转，并且还沿着公转轨迹进行自转。
[0054]所述激光分束模块为透射式衍射光栅83，激光分束比设计为I分4，相邻衍射角度5度。在其他优选实施例中，所述激光分束模块可以由一个或者多个衍射元件串联组成，也可以采用二维甚至多维衍射分束元件替代，还可以由分立的光学元件构成，例如薄膜分光元件与反射镜、玻片的组合，或者双折射晶体与反射镜、玻片的组合等。
[0055]本实施例中，所述激光聚焦切换模块包括静态成像聚焦镜和三维运动平台(XYZ三维线性运动平台，XY方向运动范围500毫米*500毫米，Z轴升降范围20毫米)，所述静态成像聚焦镜用于对从所述激光分束模块83输出的第二光束组84内的各光束进行成像聚焦，输出聚焦光束组88 ;所述三维运动平台用于控制所述聚焦光束组各光束的各个激光焦点在不同加工单元的空间位置切换；或者在一个加工单元处对所述聚焦光束组88的各个激光焦点的扫描运动进行辅助运动控制，以及待加工工件89的升降运动。
[0056]本实施例的光路流程如下:经扩束准直的入射光束79照射到所述激光光束旋转子单兀，形成第一光束82,所述第一光束82经透射式衍射光栅83分光后,形成第二光束组84，第二光束组84经平面反射镜片85反射形成第三光束组86，所述第三光束组86经静态成像聚焦镜87进行成像聚焦，得到聚焦光束组88，所述聚焦光束组88直接作用于待加工工件89，所述待加工件89固定在所述三维运动平台(图中未标示)。
[0057]每批阵列孔加工完毕，所述三维运动平台就把聚焦光束组88的各光束焦点移动到下一个位置，这种过程中激光是闭光的；当所述三维运动平台(图中未标示)再一次锁定不动，此时激光出光。通过所述光束旋转子单元，形成高速旋转的第一光束82，高速旋转的第一光束82经透射式衍射光栅83衍射为四束高速旋转的第二光束组84，所述第二光束组84的四束光均做与第一光束82的同步运动，所述聚焦光束组88由于静态成像聚焦镜87的成像聚焦作用，会在待加工件89相应位置上刻划出相应的圆圈。在本实施例中，所述聚焦光束组88与三氧化二铝陶瓷片89进行钻孔加工时，所述三维运动平台(图中未标示)可以同时进行运动，包括在XY平面内的圆周运动和Z轴方向(所述聚焦光束组88的光束传输方向)的运动，所述三维线性平台(图中未标示)的Z轴方向的运动，是用于调整所述聚焦光束组88的各光束聚焦焦点与所述三氧化二铝陶瓷片89的相对位置关系，Imm厚度氧化铝陶瓷需要多次调整焦点才可以钻穿。
[0058]本实施例中，改变所述激光分束模块和激光聚焦切换模块的距离，可以改变所述聚焦光束组88内各激光焦点的位置关系，例如间距大小。所述激光分束模块和光束控制模块的位置也可以互换，当所述光束控制模块置于所述激光分束模块和所述激光聚焦切换模块之间时，不仅可以保证所述激光分束模块分束后的各光束的分离，实现加工效果，而且整个装置的结构更加紧凑，同时此时所述光束控制模块的激光扩束单元可单独拿出来置于所述激光分束模块之前或之后。在所述光束控制模块内部，所述激光扩束单元与所述光束动态控制单元位置也可互换，当所述激光扩束单元置于所述光束动态控制单元之后时，所述激光扩束单兀在完成激光扩束准直的冋时，也完成了将经过所述光束动态控制单兀调制后的激光运动轨迹成像放大的工作，这样，在保证进入激光聚焦切换模块的光束运动轨迹前提下，所述光束动态控制单元只需要进行很小的调制即可，这样所述光束动态控制单元调制速度可以进一步提闻。
[0059]所述激光分束模块的分光面可以根据所述激光分束模块的转动而变化，所述激光分束模块绕着照射其上的激光束的光轴转动，其输出的阵列光束分布也会沿着所述激光束的光轴转动。
[0060]本实施例这种加工方式的好处是，结合了激光旋转子单元的高速旋转优点、激光分束的单路加工变多路加工的优点、振镜扫描高速切换激光焦点的优点，实现了高速高效高精度激光阵列钻孔。
[0061]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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。
【权利要求】
1.一种激光分束加工装置，其特征在于:包括光束控制模块、激光分束模块和激光聚焦切换模块，入射光束依次经过所述光束控制模块、所述激光分束模块照射到所述激光聚焦切换模块；或者入射光束依次经过所述激光分束模块、所述光束控制模块照射到所述激光聚焦切换模块； 所述光束控制模块用于调节照射到其上的激光光束的状态；所述光束控制模块包括位置可互换的激光扩束单元和光束动态控制单元；所述激光扩束单元用于对所述照射到其上的激光光束进行扩束准直，所述光束动态控制单元用于调节照射到其上的激光光束的运动状态； 所述激光分束模块，用于对照射在其上的激光光束进行分束，形成多光束组，所述多光束组内的各光束与照射到所述激光分束模块上的激光光束同步静止或同步运动； 所述激光聚焦切换模块，包括聚焦镜和运动平台；所述聚焦镜为静态聚焦镜或者静态成像聚焦镜，所述聚焦镜用于对照射在其上的多光束组内的各光束进行静态聚焦或者成像聚焦，输出聚焦光束组；所述运动平台，包括一维运动平台或多维运动平台，所述运动平台用于控制所述聚焦光束组各光束的各个激光焦点在不同加工单元的空间位置进行切换，或者在一个加工单元处对所述聚焦光束组的各个激光焦点的扫描运动进行辅助运动控制。
2.根据权利要求1所述激光分束加工装置，其特征在于:所述激光分束模块为第一分束单元、第二分束单元、第三分束单元的任意一种；或者所述激光分束模块为第一分束单元、第二分束单元、第三分束单元中至少两种的串联组合，所述串联组合用于对照射到其上的激光光束进行分束，形成多光束组； 所述第一分束单元为微光学元件的任意一种或者多种的串联组合，所述微光学元件用于对照射在其上的激光光束进行分光；所述微光学兀件包括二兀光学兀件、衍射光栅、微透镜阵列或全息光学元件；所述衍射光栅包括一维透射式衍射光栅、二维透射式衍射光栅、三维透射式衍射光栅或反射式光栅； 所述第二分束单元为光学薄膜分光器件与光学反射镜的串联组合；或者所述第二分束单元为光学薄膜分光器件、光学反射镜和玻片的串联组合； 所述第三分束器件为双折射晶体与光学反射镜的串联组合；或者所述第三分束单元为双折射晶体、光学反射镜和玻片的串联组合。
3.根据权利要求1所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述激光分束模块与所述激光聚焦切换模块的间距可调；所述激光分束模块的分光面根据所述激光分束模块的转动而变化。
4.根据权利要求1~3任一所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述激光分束加工装置包含一个或多个串联的光束动态控制单元。
5.根据权利要求4所述的激光分束加工装置，其特征在于:当所述入射光束依次经过所述激光分束模块、所述激光扩束单元、所述光束动态控制单元，照射到所述激光聚焦切换模块时；或者当所述入射光束依次经过所述激光分束模块、所述光束动态控制单元、所述激光扩束单元照射到所述激光聚焦切换模块时；或者当所述入射光束依次经过所述光束动态控制单元、所述激光扩束单元、所述激光分束模块照射到所述激光聚焦切换模块时，所述光束动态控制单元包括反射光学元件以及用于控制所述反射光学元件进行偏转或者平移的电机或压电陶瓷。
6.根据权利要求4所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述光束动态控制单元为第一控制子单元、第二控制子单元、第三控制子单元的任意一种；或者所述光束动态控制单元为第一控制子单元、第二控制子单元、第三控制子单元中至少两种的串联组合，所述串联组合用于调节照射到其上的激光光束的运动状态； 所述第一控制子单元包括透射光学元件以及用于控制所述透射光学元件进行摆动或者平移的电机或压电陶瓷； 所述第二控制子单元包括声光调制器，所述声光调制器通过改变驱动源的载波频率调节所述激光光束的布拉格光栅反射角，改变所述激光光束传输状态； 所述第三控制子单元包括一个激光光束旋转子单元或者至少两个串联的激光光束旋转子单元；所述激光光束旋转子单元包括旋转透射光学元件以及用于控制所述旋转透射光学元件做旋转运动的驱动装置；当所述第三控制子单元为两个或两个以上串联的激光光束旋转子单元时，所述激光光束旋转子单元各自独立控制旋转，前一激光光束旋转子单元输出光束的光轴沿着其入射光的光轴进行自转，后一激光光束旋转子单元的输出光束的光轴沿着前一激光光束旋转子单元输出光束的光轴进行公转，并且还沿着公转轨迹进行自转。
7.根据权利要求6所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述透射光学元件为透射平板光学元件或透射棱镜光学元件；所述旋转透射光学元件为楔形棱镜、透镜、平板光学元件、一维透射式衍射光学元件、二维透射式衍射光学元件、三维透射式衍射光学元件、微透镜阵列的任意一种或者多种的串联组合。
8.根据权利要求6所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述激光光束旋转子单元的驱动装置为空心主轴电机，所述旋转透射光学元件安装在所述空心主轴电机的主轴上，所述电机主轴为空心轴； 或者，所述激光光束旋转子单元的驱动装置为电机皮带传动装置，所述电机皮带传动装置包括电机、主动轮、从动轮及套设在所述主动轮和从动轮上的同步带，所述电机安装在所述主动轮上，所述旋转透射光学元件固定安装在所述从动轮上。
9.根据权利要求8所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述空心主轴电机为气浮空心主轴电机、磁浮空心主轴电机、液压空心电主轴电机或伺服空心主轴电机。
10.根据权利要求5~9任一所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述激光聚焦切换模块配置有光路同轴摄像头监控装置。
11.根据权利要求10所述的激光分束加工装置，其特征在于:所述聚焦光束组中各个光束垂直于光轴的各个焦点光斑的横截面为椭圆形。
【文档编号】B23K26/067GK203712073SQ201320788521
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】张立国 申请人:张立国