一种高精度飞秒激光切割装置的制作方法

本发明涉及激光切割机领域，尤其涉及一种高精度飞秒激光切割装置。

背景技术：

激光具有方向性强、亮度高和能量集中的特点，随着激光技术的不断发展，越来越成熟的激光技术应用在各个技术领域，例如，激光打标、激光打印、激光雕刻、激光切割和激光测距等。

实际应用过程中，复合多层材料的层次差异加工是经常遇到的情况，例如对复合多层材料的最外几层刻蚀特定的纹路，而内部不用加工，这样的工作对于普通的激光切割机来说很难实现，因为普通的激光切割头发出的高功率密度的聚焦激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千甚至上万摄氏度，使材料瞬间熔化或汽化，从而达到切割材料的目的。

对于普通的激光器来说，无法识别复合多层材料的层次情况，因此可控地将激光作用于特定层次上很难实现，也就无法控制激光加工复合多层材料特定板层。因此，为了满足复合多层材料的层次差异加工需要提供一种高精度飞秒激光切割装置。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明一种高精度飞秒激光切割装置。

本发明提供的高精度飞秒激光切割装置，包括暗箱，其中，

所述暗箱上铰接有箱门，所述暗箱外部设置有控制机构；

所述暗箱的底部沿所述暗箱的宽度方向上设置第一电动滑轨，所述第一电动滑轨上可控滑动设置有固定座，所述固定座上设置有第一步进电机，所述第一步进电机的输出轴上设置有第一蜗杆，所述固定座内转动设置有转动台，所述转动台上设置有第一蜗轮，所述第一蜗杆连接于所述第一蜗轮，所述转动台的顶部设置有治具；

所述转动台上侧的所述暗箱内设置有垂直于所述第一电动滑轨的第二电动滑轨，所述第二电动滑轨上可控滑动设置伸缩臂，所述伸缩臂的端部设置有转动云台，所述转动云台上设置有扫描振镜激光切割头，所述扫描振镜激光切割头连接于飞秒激光器，所述飞秒激光器设置于所述暗箱的外侧；

所述转动云台上设置有连接杆，所述连接杆上固定有光谱探测机构；

所述控制机构电性连接所述第一电动滑轨、第一步进电机、第二电动滑轨、伸缩臂、转动云台、扫描振镜激光切割头、飞秒激光器以及所述光谱探测机构。

优选的，所述治具内设置有真空腔，所述真空腔的顶部设置有贯穿所述治具顶部的负吸孔，所述真空腔通过管道连接负压机。

优选的，所述箱门与所述暗箱的盖合处设置有触发开关，所述触发开关连接电源与提示灯。

优选的，所述扫描振镜激光切割头包括壳体，所述壳体上设置有光纤接头，所述光纤接头内侧的所述壳体内设置有准直透镜，所述壳体内设置有第一摆动电机，所述第一摆动电机上设置有x振镜，所述壳体内设置有第二摆动电机，所述第二摆动电机的输出轴上固定y振镜，所述壳体的底部设置有场镜，所述光纤接头连接于所述飞秒激光器。

优选的，所述壳体上设置有光束整形透镜。

优选的，所述转动云台包括设置于所述伸缩臂的连接座，所述连接座上摆动连接所述扫描振镜激光切割头，所述扫描振镜激光切割头通过多级减速齿轮连接有第二蜗轮，所述连接座上设置有第二步进电机，所述第二步进电机的输出轴上设置有第二蜗杆，所述第二蜗杆连接于所述第二蜗轮，所述连接座上连接所述连接杆。

优选的，所述连接杆的端部设置有测量筒，所述测量筒通过气管连接到气源，所述光谱探测机构设置于所述测量筒的筒口处。

优选的，所述控制机构储存有元素特征峰以及元素对应表。

与相关技术相比较，本发明的一种高精度飞秒激光切割装置具有如下有益效果：

本发明提供的一种高精度飞秒激光切割装置通过所述扫描振镜切割头将所述飞秒激光器发出的激光脉冲作用到代加工材料上，材料表面的物质受飞秒脉冲激光作用生成等离子体，达到切割的效果，同时，所述光谱探测机构探查生成的等离子体的光谱特征，对于复合材料来说不同层次中包含的元素不同，通过某层中含有的特定元素的特征光谱确定加工进行到复合材料的某一层，从而实现对复合材料的分层加工。本发明提供的一种高精度飞秒激光切割装置通过所述第一电动滑轨、第二电动滑轨、所述转动台、所述转动云台以及所述伸缩臂实现了所述扫描振镜激光切割头相对待加工材料的五轴运动，加工更加灵活全面，通过所述x振镜和y振镜控制脉冲激光的传递方向，实现脉冲激光的灵活扫描，方便加工复杂的结构。

附图说明

图1为本发明的一种高精度飞秒激光切割装置的一种较佳实施例的结构示意图；

图2为图1所示的暗箱内部的结构示意图；

图3为图2所示的固定座、第一步进电机以及转动台的结构示意图；

图4为图2所示的伸缩臂的结构示意图；

图5为图2所示的转动云台的结构示意图；

图6为图2所示的扫描振镜激光切割头的结构示意图；

图7为图2所示的光谱探测机构和所述测量筒的结构示意图。

图中标号：1、暗箱，11、箱门，12、控制机构，2、第一电动滑轨，21、固定座，3、第一步进电机，31、第一蜗杆，4、转动台，41、第一蜗轮，42、治具，43、负压机，5、第二电动滑轨，6、伸缩臂，61、滑动臂，62、连接臂，63、直线电机，7、转动云台，71、连接座，72、第二蜗轮，73、第二步进电机，74、第二蜗杆，75、连接杆，76、测量筒，8、扫描振镜激光切割头，81、壳体，82、光纤接头，83、准直透镜，84、第一摆动电机，85、x振镜，86、第二摆动电机，87、y振镜，88、场镜，89、光束整形透镜，9、光谱探测机构，10、飞秒激光器。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3、图4以及图5，其中图1为本发明的一种高精度飞秒激光切割装置的光纤盘散热部分一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的光纤冷却机构的结构示意图；图3为图2所示的第一半圆环腔以及第二曲微管的结构示意图；图4为图1所示的第一泵浦冷却机构的剖面图；图5为图1所示的第二泵浦冷却机构的剖面图。

结合参阅图1和图2所示，本发明提供的一种高精度飞秒激光切割装置，包括暗箱1，所述暗箱1为加工过程提供暗室环境，其中，

所述暗箱1上铰接有箱门11，所述箱门11与所述暗箱1的盖合处设置有触发开关，所述触发开关连接电源与提示灯，所述提示灯设置于所述暗箱1外部，所述箱门11完全盖合在所述暗箱1上，所述触发开关触发使得电源与所述提示灯连接，所述提示灯发光，用于判断所述箱门11是否完全盖合，所述暗箱1外部设置有控制机构12。所述控制机构12储存有元素特征峰以及元素对应表。

所述暗箱1的底部沿所述暗箱1的宽度方向上设置第一电动滑轨2，所述第一电动滑轨2为伺服电动滑轨，所述第一电动滑轨2上可控滑动设置有固定座21，参阅图3所示，所述固定座21上设置有第一步进电机3，所述第一步进电机3的输出轴上设置有第一蜗杆31，所述固定座21内转动设置有转动台4，所述转动台4水平设置，所述转动台4的底部设置有第一蜗轮41，所述第一蜗轮41的蜗轮齿咬合于所述第一蜗杆31，所述转动台4的顶部设置有治具42。所述治具42内设置有真空腔，所述真空腔的顶部设置有贯穿所述治具42顶部的负吸孔，所述真空腔通过管道连接负压机43，所述负压机43设置于所述暗箱1外。所述第一电动滑轨2，所述第一步进电机3以及所述负压机43受控连接于所述控制机构12。

所述转动台4上侧的所述暗箱1内设置有垂直于所述第一电动滑轨2的第二电动滑轨5，所述第二电动滑轨5上可控滑动设置伸缩臂6，具体实施过程中，参阅图4所示，所述伸缩臂6包括滑动臂61和连接臂62，所述连接臂62受控滑动设置于所述第二电动滑轨5上，所述连接臂62上滑动设置有所述滑动臂61，所述连接臂62内固定有直线电机63，所述直线电机63的输出轴连接在所述滑动臂61上，所述滑动臂61的端部设置有转动云台7。所述第二电动滑轨5，所述直线电机63受控连接于所述控制机构12。

具体实施过程中，参阅图5所示，所述转动云台7包括设置于所述滑动臂61的连接座71，所述连接座71上转动连接有转动轴，所述转动轴一端通过多级减速齿轮连接有第二蜗轮72，所述转动轴的另一端连接扫描振镜激光切割头8，所述连接座71上设置有第二步进电机73，所述第二步进电机73的输出轴上设置有第二蜗杆74，所述第二蜗轮72的蜗齿咬合于所述第二蜗杆74，所述转动轴上还连接所述连接杆75，具体实施过程中，所述连接杆75的端部设置有测量筒76，参阅图7所示，所述测量筒76通过气管连接到气源，所述测量筒76的筒口处设置所述光谱探测机构9，具体实施过程中，所述光谱探测机构9为高精度的光谱探头。具体实施过程中，参阅图6所示，所述扫描振镜激光切割头8包括壳体81，所述壳体81固定于所述转动轴，所述壳体81上设置有光纤接头82，所述光纤接头82通过光纤连接于飞秒激光器10，所述飞秒激光器10设置于所述暗箱1的外侧。所述光纤接头82内侧的所述壳体81内设置有准直透镜83，所述壳体81内设置有第一摆动电机84，所述第一摆动电机84上设置有x振镜85，所述x振镜85对准所述准直透镜83，所述壳体81内设置有第二摆动电机86，所述第二摆动电机86的输出轴上固定y振镜87，所述第一摆动电机84于所述第二摆动电机86高度相同，所述第一摆动电机84垂直于所述第二摆动电机86设置，所述壳体81的底部设置有场镜88，所述场镜88对准所述y振镜87。具体实施过程中，所述第二步进电机73、所述光谱探测机构9、所述飞秒激光器10、所述第一摆动电机84以及所述第二摆动电机86受控连接于所述控制机构12。

具体实施过程中，所述场镜88与所述y振镜87之间的所述壳体81上设置有光束整形透镜89。

本发明的一种高精度飞秒激光切割装置工作原理如下：

工作时，所述控制机构12控制所述负压机43工作，在所述治具42处产生负压将待加工的材料吸附固定，所述控制机构12控制所述第一电动滑轨2和所述第二电动滑轨5运行，所述控制机构12控制所述第一步进电机3转动使得所述转动台4带动转动，所述控制机构12控制所述伸缩臂6中的所述直线电机63转动，使得所述伸缩臂6的长度改变，所述控制机构12控制所述转动云台7上的所述第二步进电机73转动，实现所述转动云台7上的所述扫描振镜激光切割头8与待加工材料之间的相对运动，相对运动的轨迹为加工纹路；与此同时，所述控制机构12控制所述飞秒激光器10发出连续飞秒激光脉冲，激光脉冲将待加工材料的表面材料等离子体化，实现对待加工材料的切割；切割时，所述控制机构12控制所述第一摆动电机84和第二摆动电机86协作摆动，使得所述x振镜85和所述y振镜87配合摆动，改变连续激光脉冲的传播方向，实现轨迹的精细化控制，保证切割的效果；切割时产生的等离子体发出的光被所述光谱探测机构9探测，所述光谱探测机构9将光谱传递给所述控制机构12，所述控制机构12监控待加工层中的特有元素发出的特征光谱强度(随着待加工层的变薄光谱强度逐渐减弱)，所述控制机构12监控待加工层下一层中特有元素的特征光谱(随着待加工层的变薄，开始出现下一层中特有元素的特征光谱)，对两种元素的特征光谱设定一定的阈值作为加工结束的标准，从而实现对复合材料的分层加工。所述光谱探测机构9设置于所述测量筒76中，所述测量筒76连接气源，使得所述测量筒76保持高压，避免等离子体污染所述光谱探测机构9的镜头。所述暗箱1提供的暗室环境，避免了环境光的干扰，降低光谱噪声。

本发明提供的一种高精度飞秒激光切割装置通过所述扫描振镜切割头将所述飞秒激光器10发出的激光脉冲作用到代加工材料上，材料表面的物质受飞秒脉冲激光作用生成等离子体，达到切割的效果，同时，所述光谱探测机构9探查生成的等离子体的光谱特征，对于复合材料来说不同层次中包含的元素不同，通过某层中含有的特定元素的特征光谱确定加工进行到复合材料的某一层，从而实现对复合材料的分层加工。本发明提供的一种高精度飞秒激光切割装置通过所述第一电动滑轨2、第二电动滑轨5、所述转动台4、所述转动云台7以及所述伸缩臂6实现了所述扫描振镜激光切割头8相对待加工材料的五轴运动，加工更加灵活全面，通过所述x振镜85和y振镜87控制脉冲激光的传递方向，实现脉冲激光的灵活扫描，方便加工复杂的结构。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。