激光跳跃式多轴加工控制方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明适用于激光加工领域，提供一种激光多轴加工控制方法和系统，该方法包括：在分光器保持在工作状态下，控制器控制激光器发出持续时长为t1的激光束，同时控制分光器在激光器发光时驱动偏振晶体的第一偏振角度为θ1；在经过间隔时长t后，控制器控制激光器发出持续时长为t2的激光束，同时控制分光器在激光器发光时所驱动偏振晶体的第二偏振角度为θ2；其中，t>0，t1＝t2>0，90°>θ1>0，90°>θ2>0，且θ1与θ2的大小不同。本发明经过偏振晶体后到达加工材料的激光光束功率能够保留大部分激光器输出的激光光束功率，从而能够提高加工效率，避免造成加工材料加工边缘烧焦炭化或不能完成盲孔加工的现象。
【专利说明】激光跳跃式多轴加工控制方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光多轴加工控制，特别是涉及一种高效、高功率的激光跳跃式多轴加工控制方法和系统。
【背景技术】
[0002]在目前的印刷电路板盲孔激光光束多轴加工控制中，如图1所示，一般的控制方法是通过分光镜片102将一束光分为多束或采用多个激光器101同时加工。分光镜片102的方式是将一束激光光束平均的分为多束激光，激光功率也同样均分，这样到达加工材料的激光光束功率很低，需要重复在一个位置加工，导致加工材料加工边缘烧焦炭化或不能气化加工材料完成盲孔加工；多个激光器的方式则成本过高，占用面积过大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种高效、高功率的激光跳跃式多轴加工控制方法和系统，以解决现有技术使用分光镜片分光时需要重复在一个位置加工，导致加工材料加工边缘烧焦炭化或不能气化加工材料完成盲孔加工的问题。
[0004]本发明是这样实现的，一种激光跳跃式多轴加工控制方法，所述方法包括:
[0005]在分光器保持在工作状态下，控制器向激光器发送持续时长为^的第一脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为^的激光束，与此同时，向所述分光器发送第一控制信号，控制所述分光器在激光器发光时驱动偏振晶体的第一偏振角度为Θ 1 ;
[0006]在经过间隔时长t后，控制器向激光器发送持续时长为t2的第二脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为t2的激光束，与此同时，向所述分光器发送第二控制信号，控制所述分光器在激光器发光时所驱动偏振晶体的第二偏振角度为Θ 2 ；
[0007]其中，= t2>0，90° )0,0,90° > Θ 2>0，且所述第一偏振角Θ i与第二偏振角Θ 2的大小不同。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种激光跳跃式多轴加工控制系统，所述系统包括控制器、激光器、分光器，所述控制器分别连接所述激光器及所述分光器；所述激光器发出的激光光束经过偏振晶体时，所述偏振晶体根据分光器控制信号对激光光束产生不同的偏振角度，所述控制器用于:
[0009]在分光器保持在工作状态下，控制器向激光器发送持续时长为^的第一脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为^的激光束，与此同时，向所述分光器发送第一控制信号，控制所述分光器在激光器发光时驱动偏振晶体的第一偏振角度为Θ 1 ;
[0010]在经过间隔时长t后，控制器向激光器发送持续时长为t2的第二脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为t2的激光束，与此同时，向所述分光器发送第二控制信号，控制所述分光器在激光器发光时所驱动偏振晶体的第二偏振角度为Θ 2;
[0011]其中，= t2>0，90。> Θ ^0,90° > θ2>0，且所述第一偏振角Θ i与第二偏振角Θ 2的大小不同。
[0012]在本发明中，在所述分光器保持在工作状态；向激光器输出第一脉冲调制信号，使所述激光器开始发出激光光束；在经过发光时间^后，停止向所述激光器输出第一脉冲调制信号；在经过间隔时间t后，向所述激光器及分光器输出第二脉冲调制信号，所述激光器开始发出激光光束；在经过发光时间t2后，停止向所述激光器及分光器输出第二脉冲调制信号；分光器工作状态下控制偏振晶体的偏振角度分别为Θ i和Θ 2 ;其中，t>0，ti = t2>0,90° > Θ ^0,90° > θ2>0, Q1古θ2。经过偏振晶体后到达加工材料的激光光束功率能够保留大部分的激光器输出激光光束功率，可达到95%左右，从而能够提高加工效率，避免造成加工材料加工边缘烧焦炭化或不能完成盲孔加工的现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是现有技术提供的采用一个或者多个激光器进行多轴加工的结构示意图；
[0014]图2是本发明实施例提供的激光跳跃式多轴加工控制方法的实现流程图；
[0015]图3是本发明实施例提供的激光跳跃式多轴加工控制的结构示意图；
[0016]图4为本发明实施例提供的用于分光器工作信号、分光器脉冲调制select信号以及激光器的脉冲调制信号时序图；
[0017]图5为本发明实施例提供的激光跳跃式多轴加工控制系统的工作结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]本发明所述激光跳跃式多轴加工控制，主要用于通过一个激光光源进行跳跃式多轴加工,通过控制激光的能量对待加工的物件,如电路板等,完成不同的加工要求。所述方法如图2所示，包括以下步骤:
[0020]在步骤S201中，在分光器保持在工作状态下，控制器向激光器发送持续时长为h的第一脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为h的激光束，与此同时，向所述分光器发送第一控制信号，控制所述分光器在激光器发光时驱动偏振晶体的第一偏振角度为θ 10
[0021]在步骤S202中，在经过间隔时长t后，控制器向激光器发送持续时长为t2的第二脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为t2的激光束，与此同时，向所述分光器发送第二控制信号，控制所述分光器在激光器发光时所驱动偏振晶体的第二偏振角度为θ2 ；
[0022]其中，= t2>0，90° )0,0,90° > Θ 2>0，且所述第一偏振角Θ i与第二偏振角Θ 2的大小不同。
[0023]下面，对本发明所述方法具体介绍如下:
[0024]如图3所示为本发明实施例所述的激光跳跃式多轴加工控制方法的光路图，以及图4所示为本发明实施例用于分光器工作信号、分光器脉冲调制select信号以及激光器的脉冲调制信号时序图。
[0025]当所述控制器没有向所述分光器提供高电平的工作信号时，偏振晶体302不工作，功率为P的激光光束从所述激光器301发出后，经过偏振晶体302，不发生偏振，直接以激光光束a到达加工材料表面，此时达到加工材料表面的激光光束功率为Pa，损坏功率为P耗，且P = Pa+P耗，P耗随P变化而变化。
[0026]当控制器开始工作，向分光器提供高电平工作信号时，偏振晶体302进入工作状态。
[0027]此时,控制器向激光器301发出第一脉冲调制信号Laserl,激光器开始发出激光光束，激光光束经过偏振晶体302后发生偏振，偏振角度为Θ i，激光光束由一束分为两束，分别是未偏振的激光光束a和偏振后的激光光束b，其功率大小P = Pa+Pb+Pfi,Pb最大可以达到P的95%以上；
[0028]经过间隔时间t后，控制器向激光器301及分光器发出第二脉冲调制信号Laser2，激光器开始发出激光光束，激光光束经过偏振晶体302后发生偏振,偏振角度为Θ 2，激光光束由一束分为两束，分别是未偏振的激光光束a和偏振后的激光光束C，其功率大小Pa+Pe+P
P。最大可以达到P的95%以上；
[0029]其中，第一脉冲调制信号脉宽为h，第二脉冲调制信号脉宽为t2，当h = t2时，激光器输出激光光束功率均为P，因偏振角度不一样，工作环境影响，Pb与P。有可能不相等，此时可能通过调节分光器上的偏振效率旋钮实现Pb = P。，从而实现轴与轴之间加工功率的平衡，保证多轴间加工材料加工效果的统一。
[0030]在本实施例中，激光器可以为C02射频激光器，发出红外激光光束。两路脉冲调制信号的周期可以为T，两种脉冲信号的脉宽(t1、t2)及延迟时间t可以在控制器中进行设置。
[0031]两路脉冲调制信号的周期相同，且不能大于激光器所允许的工作周期，延迟时间t与两路脉冲调制信号的关系是固定的。
[0032]即:第一脉冲信号下降沿相对所述第二脉冲信号上升沿的延迟时间均为t。
[0033]激光器在接收到第一脉冲信号与第二脉冲信号时发光。
[0034]分光器在接受到高电平工作信号时，开始驱动偏振晶体工作。
[0035]偏振晶体在Select信号为低电平时的偏振角度为Θ p Select信号为高电平时的偏振角度为θ2。
[0036]现有的单激光器多轴加工方式为:在激光器接收到脉冲调制信号时开始发光，激光光束经过分光镜片时，激光光束一分为二后到达加工材料表面开始加工，且Pa = Pb，Pa+Pb+P*= P，激光光束的加工功率只有不到一半的激光器出光功率，严重影响加工效率，降低加工品质。
[0037]而在本实施例中，分光器工作信号为低电平时，偏振晶体不工作，激光器接收到外部脉冲调制信号Laserl或Laser2时(信号由低电平O翻转为高电平I)，激光光束直线通过偏振晶体，经过发光持续时间^或t2后停止发光，不能分为多路激光光束进行加工；分光器接收到外部输入的高电平工作信号Work (Work信号由低电平O翻转为高电平I)时开始驱动偏振晶体工作，激光器接收到外部输入信号第一脉冲调制信号Laserl时(第一脉冲调制信号Laserl由低电平O翻转为高电平I)开始发光,此时偏振角度选择信号Select为低电平，分光器驱动偏振晶体工作在Θ I偏振角度；激光器发光持续时间为h，发光持续时间到后激光器停止发光(第一脉冲调制信号Laserl由高电平I翻转为低电平O)，经过延迟时间t，激光器接收到外部输入信号第二脉冲调制信号Laser2时(第二脉冲调制信号Laser2由低电平O翻转为高电平I)开始发光，此时偏振角度选择信号Select为高电平(Select信号即为Laser2信号)，分光器驱动偏振晶体工作在92偏振角度；激光器发光持续时间为t2，发光持续时间到后激光器停止发光(第二脉冲调制信号Laser2由高电平1翻转为低电平0)。在这样不断重复的第一、第二脉冲调制信号循环中，实现激光光束在不同的偏振角度间“跳跃”，达到多轴加工的目标。如果需要单轴加工，则只需要接收到第一或第二脉冲调制信号即可实现单轴加工。偏振晶体的偏振效率可以通过分光器上的调节旋钮调节，两种不同偏振角度得到的最大红外激光光束功率为入射的激光功率的95%左右(两种不同脉冲出光时脉冲信号的周期T相同，脉宽h = t2)。因而，能够提高激光的加工功率，在加工材料表面形成“爆炸”式的气化或灼烧，避免了因加工功率强度不够而造成加工材料的加工边缘烧焦炭化，从而实现激光跳跃式多轴加工的控制。
[0038]上述激光跳跃式多轴加工控制方法通过向分光器输入高电平工作信号，当激光器接收到第一脉冲调制信号时开始发光，偏振晶体工作在θ 1偏振角度，发光时间为h，发光停止后，经过延迟时间t，开始接收第二脉冲调制信号发光，偏振晶体工作在Θ 2，发光时间为七2，这样偏振晶体在01与θ2之间切换工作，即光路在不同的偏振角度跳跃，实现激光高功率、高效率跳跃式多轴加工。因此，在加工过程中，能在印刷电路板基材上形成“爆炸”式的气化或灼烧加工效果，从而能够避免因功率不高影响加工效率，并造成加工材料加工边缘烧焦炭化或不能气化加工材料的现象。
[0039]如图5所示，为激光跳跃式多轴加工控制系统的模块示意图。
[0040]—种激光跳跃式多轴加工控制系统,包括控制器501、激光器502、分光器503及偏振晶体504 ;所述控制器501分别连接所述激光器502及所述分光器503 ;所述激光器502发出的激光光束经过偏振晶体504时，偏振晶体504根据分光器503控制信号对激光光束产生不同的偏振角度，所述控制器用于:
[0041]在分光器503保持在工作状态下，控制器501向激光器502发送持续时长为Α的第一脉冲调制信号，控制所述激光器502发出持续时长为h的激光束，与此同时，向所述分光器503发送第一控制信号，控制所述分光器503在激光器502发光时间驱动偏振晶体的第一偏振角度为Θ1 ;
[0042]在经过间隔时长t后，控制器501向激光器502发送持续时长为t2的第二脉冲调制信号，控制所述激光器502发出持续时长为t2的激光束,与此同时，向所述分光器503发送第二控制信号，控制所述分光器在激光器发光时所驱动偏振晶体的第二偏振角度为θ2 ；
[0043]其中，= t2>0，90° )0,0,90° > Θ 2>0，且所述第一偏振角Θ i与第二偏振角Θ 2的大小不同。
[0044]当控制器501开始工作，向分光器503提供高电平工作信号时，偏振晶体504进入工作状态。
[0045]控制器501向激光器502发出第一脉冲调制信号Laserl,激光器开始发出激光光束，激光光束经过偏振晶体504后发生偏振，偏振角度为Θ i，激光光束由一束分为两束，分别是未偏振的激光光束a和偏振后的激光光束b，其功率大小P = Pa+Pb+Pfi,Pb最大可以达到P的95%以上.
[0046]控制器501向激光器502及分光器503发出第二脉冲调制信号Laser2,激光器502开始发出激光光束，激光光束经过偏振晶体504后发生偏振，偏振角度为Θ 2，激光光束由一束分为两束，分别是未偏振的激光光束a和偏振后的激光光束c，其功率大小P^Pe+Pji，P。最大可以达到P的95%以上；
[0047]两路脉冲调制信号的周期相同，且不能大于激光器502的工作周期，延迟时间t亦可自行设定。
[0048]第一脉冲信号下降沿相对所述第二脉冲信号上升沿的延迟时间均为t。
[0049]激光器502在接收到第一脉冲信号与第二脉冲信号时发光。
[0050]偏振晶体504在Select信号为低电平时的偏振角度为θ n Select信号为高电平时的偏振角度为θ2。
[0051]基于上述实施例，激光跳跃式多轴加工控制系统的工作原理如图5所示:
[0052]控制器501发出工作信号，分光器503驱动偏振晶体504进入工作状态，控制器501同时向激光器502和分光器503发出两路脉冲调制信号(第一脉冲调制信号Laserl和第二脉冲调制信号Laser2)。激光器502接收到外部输入信号第一脉冲信号Laserl时(第一脉冲信号Laserl由低电平O翻转为高电平I)开始发光，此时偏振角度选择信号Select为低电平，分光器503驱动偏振晶体504工作在Θ !偏振角度；激光器502发光持续时间为h，发光持续时间到后激光器502停止发光(第一脉冲信号Laserl由高电平I翻转为低电平O)，经过延迟时间t，激光器502接收到外部输入信号第二脉冲信号Laser2时(第二脉冲信号Laser2由低电平O翻转为高电平I)开始发光，此时偏振角度选择信号Select为高电平(Select信号即为Laser2信号),分光器503驱动偏振晶体504工作在Θ 2偏振角度；激光器502发光持续时间为t2,发光持续时间到后激光器502停止发光(第一脉冲信号Laser2由高电平I翻转为低电平O)，一个发光周期完成。在这样不断重复的第一、第二脉冲调制信号循环中，实现激光光束在不同的偏振角度间“跳跃”，达到多轴加工的目标。如果需要单轴加工，则只需要接收到第一或第二脉冲调制信号即可实现单轴加工。偏振晶体504的偏振效率可以通过分光器503上的调节旋钮调节，两种不同偏振角度得到的最大红外激光光束功率为Pa = Pb?95% *P(两种不同脉冲出光时脉冲信号的周期T相同，脉宽h =t2)。即是，通过调节偏振效率旋钮调节器不同轴间的加工激光光束功率，达到轴间功率平衡，保障多轴之间达到相同的加工效果。因而，能够提高激光的加工功率，在加工材料表面形成“爆炸”式的气化或灼烧，避免了因加工功率强度不够而造成加工材料的加工边缘烧焦炭化，从而实现激光跳跃式多轴加工的控制。
[0053]综上所述，激光跳跃式多轴控制器实现了激光器502接收到外部输入脉冲调制信号Laserl时开始发光,偏振晶体504工作在θ ι偏振角度；发光持续时间为h,发光持续时间到后激光器502停止发光；当经过延迟时间t，激光器502接收到外部输入信号第二脉冲信号Laser2时开始发光,此时偏振角度选择信号Select为高电平(Select信号即为Laser2信号)，分光器503驱动偏振晶体504工作在Θ 2偏振角度；激光器502发光持续时间为t2，发光持续时间到后激光器502停止发光，一个发光周期完成。在这样不断重复的第一、第二脉冲调制信号循环中，实现了激光光束在不同的偏振角度间“跳跃”，达到多轴加工的目标。如果需要单轴加工，则只需要接收到第一或第二脉冲调制信号即可实现单轴加工。因而，能够提高激光的加工功率，在加工材料表面形成“爆炸”式的气化或灼烧，避免了因加工功率强度不够而造成加工材料的加工边缘烧焦炭化，从而实现激光跳跃式多轴加工的控制。
[0054]上述激光跳跃式多轴加工控制系统通过向分光器输入高电平工作信号，当激光器502接收第一脉冲调制信号时开始发光，偏振晶体504工作在Θ ^扁振角度，发光时间为t1;发光停止后，经过延迟时间t，开始接收第二脉冲调制信号发光，偏振晶体504工作在Θ 2，发光时间为t2，这样偏振晶体在01与θ2之间切换工作，即光路在不同的偏振角度跳跃，实现激光高功率、高效率跳跃式多轴加工。因此，在加工过程中，能在印刷电路板基材上形成“爆炸”式的气化或灼烧加工效果，从而能够避免因功率不高影响加工效率，并造成加工材料加工边缘烧焦炭化或不能气化加工材料的现象。
[0055]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种激光跳跃式多轴加工控制方法，其特征在于，所述方法包括: 在分光器保持在工作状态下，控制器向激光器发送持续时长为的第一脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为的激光束，与此同时，向所述分光器发送第一控制信号，控制所述分光器在激光器发光时驱动偏振晶体的第一偏振角度为Θ I ; 在经过间隔时长t后，控制器向激光器发送持续时长为t2的第二脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为t2的激光束，与此同时，向所述分光器发送第二控制信号，控制所述分光器在激光器发光时所驱动偏振晶体的第二偏振角度为Θ 2; 其中，t>0，= t2>0，90° > Θ ^0,90° > θ2>0，且所述第一偏振角Θ i与第二偏振角θ 2的大小不同。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述激光器为脉冲调制射频激光器，第一脉冲调制信号持续时长h与第二脉冲调制信号持续时长t2在所述激光器的工作时长允许范围之内。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述控制器向所述分光器发送控制信号，控制所述分光器在激光器发光时驱动偏振晶体的偏振角度，具体为: 控制器向所述分光器发送控制信号，根据所述控制信号，控制所述分光器在激光器发光时，输出不同频率的调频信号以驱动所述偏振晶体工作在的不同偏振角度。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括: 分光器接收偏振效率调节指令，调节激光光束经过所述分光器的偏振晶体的偏振效率。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述方法还包括通过调节所述分光器上的偏振效率旋钮，控制不同轴间的加工激光光束功率，使不同轴间功率平衡。
6.一种激光跳跃式多轴加工控制系统，其特征在于，所述系统包括控制器、激光器、分光器和偏振晶体，所述控制器分别连接所述激光器及所述分光器；所述激光器发出的激光光束经过偏振晶体时，所述偏振晶体根据分光器控制信号对激光光束产生不同的偏振角度，所述控制器用于: 在分光器保持在工作状态下，控制器向激光器发送持续时长为^的第一脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为的激光束，与此同时，向所述分光器发送第一控制信号，控制所述分光器在激光器发光时驱动偏振晶体的第一偏振角度为Θ I ; 在经过间隔时长t后，控制器向激光器发送持续时长为t2的第二脉冲调制信号，控制所述激光器发出持续时长为t2的激光束，与此同时，向所述分光器发送第二控制信号，控制所述分光器在激光器发光时所驱动偏振晶体的第二偏振角度为Θ 2; 其中，t>0，= t2>0，90° > Θ ^0,90° > θ2>0，且所述第一偏振角Θ i与第二偏振角θ 2的大小不同。
7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述激光器为脉冲调制射频激光器，第一脉冲调制信号持续时长h与第二脉冲调制信号持续时长t2在所述激光器的工作时长允许范围之内。
8.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述控制器还具体用于: 控制器向所述分光器发送控制信号，根据所述控制信号，控制所述分光器在激光器发光时驱动，输出不同频率的调频信号驱动所述偏振晶体工作在的不同偏振角度。
9.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述分光器还用于接收偏振效率调节指令，调节激光光束经过所述分光器的偏振晶体的偏振效率。
10.根据权利要求9所述系统，其特征在于，所述分光器上具有偏振效率旋钮，用于调节偏振效率，控制不同轴间的加工激光光束功率，使不同轴间功率平衡。
【文档编号】B23K26/067GK104400219SQ201410658719
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】方志鑫, 吴超森, 翟学涛, 杨朝辉, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族数控科技有限公司