一种激光加工系统及其进行激光加工的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光加工设备和方法技术领域，具体而言，涉及一种激光加工系统及 其进行激光加工的方法。
【背景技术】
[0002] 由于激光技术及其应用的不断发展，激光加工技术越来越受到人们的重视，经过 40多年的发展，至今已经成为先进制造技术的重要组成部分，目前被广泛应用于汽车、电 子、电器、航空、冶金、机械制造等领域，有着巨大的经济效益和社会效益，应用前景十分的 广阔。激光加工为无接触加工，加工速度快，无噪声，可以实现各种复杂面型的高精度的加 工目的。且加工过程中无"道具"磨损，对工件无"切削力"。具体的应用主要有：激光焊接， 激光打孔，激光切割，激光表面热处理等。
[0003] 对于复杂工件的加工，通常情况下是结合机械设计等，利用激光束易于导向、聚焦 和发散的特点，根据加工的要求，设计得到不同的光斑尺寸和密度。并通过外光路系统来改 变光束的方向，构成各种加工系统，用于加工各种复杂元件。对于有特殊结构的元件，往往 需要改变外光路系统进而避开不需要加工的部分。外光路系统的稳定性对于激光的加工影 响很大，而且一定程度上限制了加工的效率。
[0004] 对于工件的打孔，传统的激光加工器由于其聚焦后具有较大的发散角，准直度有 所降低，因此打出的孔壁会具有一定的倾斜角度，旋转打孔虽然一定程度上解决了垂直度 的问题，但是其加工效率低，稳定性不高。
[0005] 所以，传统的激光加工器存在对于复杂元件的加工效率低、稳定性差的缺点。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种加工效率高、稳定性好的激光 加工系统及其进行激光加工的方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] 一种激光加工系统，包括框架、激光器、激光头、第一固定架和反射镜；
[0009] 所述框架包括横梁和支撑梁，所述激光器固定连接在所述框架上；
[0010] 所述激光头内设有聚焦透镜和双轴晶体，所述聚焦透镜和聚焦透镜的焦点分别位 于所述双轴晶体的两侧；
[0011] 所述第一固定架设于横梁上，所述反射镜和激光头均与第一固定架固定连接，按 照激光传输路径依次排列为：激光器、反射镜、聚焦透镜和双轴晶体，所述激光器输出的激 光与所述双轴晶体的光轴平行。
[0012] 进一步，所述激光加工系统还包括第二固定框架，所述第二固定架设于所述横梁 上，所述反射镜为3个，其中2个所述反射镜与第二固定架固定连接，按照激光传输路径依 次排列为：激光器、反射镜、聚焦透镜和双轴晶体。
[0013] 进一步，所述激光加工系统还包括2个伺服电机，所述横梁上设有水平方向的第 一导轨，所述第一固定架内侧和第二固定架内侧均设有第一滑块，所述第一滑块与所述第 一导轨相配合，所述伺服电机分别固定连接于横梁的两端，所述伺服电机的轴分别与第一 固定架和第二固定架固定连接。
[0014] 进一步，所述框架为"门"形，所述支撑梁为2个，所述支撑梁底部均设有第二导轨 和第二滑块，所述第二导轨和所述第二滑块相配合，所述第二导轨与所述第一导轨垂直，所 述伺服电机为4个，其中2个伺服电机的轴分别与所述支撑梁固定连接。
[0015] 进一步，所述反射镜表面镀有对激光器输出的激光高反射率的膜。
[0016] 进一步，所述激光头还包括变焦系统，所述变焦系统设置在所述双轴晶体的一侧， 所述聚焦透镜的焦点位于双轴晶体和变焦系统之间。
[0017] 进一步，所述变焦系统由共光轴设置的第一凸透镜和第二凸透镜组成。
[0018] 另，一种利用如上所述的激光加工系统进行激光加工的方法，包括以下步骤：
[0019] (1)根据加工的需要，调节第一固定架的位置，确定光路长度；
[0020] (2)由激光器输出的激光依次经过反射镜反射后，将激光引入激光头，得到入射光 束；
[0021] (3)入射光束透过聚焦透镜后，得到会聚光束；
[0022] (4)会聚光束入射到双轴晶体，入射时会聚光束与双轴晶体光轴平行，透过双轴晶 体后，得到瓶状光束，所述瓶状光束具有双焦点，并且焦像平面处呈环形；
[0023] (5)利用瓶状光束的焦点加工或者利用焦像平面的环形光束打孔。
[0024] 本发明的有益效果如下：
[0025] 1、利用双轴晶体的圆锥折射作用，将经过聚焦透镜后的高斯光束转变成为圆锥折 射光束，相比于传统的高斯光束，在光束传播方向上先后形成两个焦点，且两焦点之间光束 先发散成环形后再次汇聚，根据这样的特性，利用空心环形部分绕过小尺寸的障碍物，后焦 点直接作用于工件加工面进行加工，加工效率提高；
[0026] 2、利用双轴晶体的圆锥折射作用，将经过聚焦透镜后的高斯光束转变成为圆锥折 射光束，在焦像平面处，环形光束的发散角几乎为〇,即波矢方向发散角很小，用于激光切割 得到的孔垂直度较好，稳定性高；
[0027] 3、利用变焦系统将瓶状光束成像，根据需要调节第一凸透镜和第二凸透镜之间的 距离，即可得到不同光场半径的环形光束，适用于各种工件的加工，无需改变外光路系统， 加工效率高；
[0028] 4、采用第一固定架、第二固定架和框架可滑动的设计，实现二维方向上移动激光 头，移动后无需再调节反射镜，提高加工效率；
[0029] 5、根据待加工工件的厚度、材质等，调节第一固定架和第二固定架的位置，即调节 激光光路长度，得到适合的激光能量，调节快速简便，提高加工效率，同时不破坏激光光路 的稳定性。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0031] 图2为本发明的光束传输路线示意图；
[0032] 图3为本发明的激光头内部结构示意图；
[0033] 图4为瓶状光束照片。
[0034] 图中：1一框架，11-横梁，12-支撑梁，13-第一导轨，14-第二导轨，2-激光器， 3-激光头，31-聚焦透镜，32-双轴晶体，33-第一凸透镜，34-第二凸透镜，35-瓶状光 束，36-前焦点，37-焦像平面，38-后焦点，39-像面，4一第一固定架，5-第二固定架， 61一反射镜，62-反射镜，63-反射镜，71-伺服电机，72-伺服电机，8-入射光束。
【具体实施方式】
[0035] 为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对 本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0036] 实施例一：
[0037] 如图1和图2所示，一种激光加工系统，包括框架1、激光器2、激光头3、第一固定 架4、第二固定架5、反射镜61、反射镜62、反射镜63、2个伺服电机71和2个伺服电机72 ; 所述框架1为"门"形，包括横梁11和2个支撑梁12,所述激光器2固定连接在所述框架1 上。所述横梁11上设有水平方向的第一导轨13,所述第一固定架4和第二固定架5均为 "工"形，第一固定架4和第二固定架5均横跨于横梁11上，所述第一固定架4内侧和第二 固定架5内侧均设有第一滑块，所述第一滑块与所述第一导轨13相配合，横梁11为槽型结 构，伺服电机72位于横梁11的槽内，所述伺服电机72的轴分别与第一固定架4和第二固 定架5固定连接，分别带动第一固定架4和第二固定架5沿第一导轨13移动，反射镜63和 激光头3均与第一固定架4固定连接，反射镜61和反射镜62固定连接于第二固定架5的 一端。所述支撑梁12底部均设有第二导轨14和第二滑块，所述第二导轨14和所述第二滑 块相配合，所述第二导轨14与所述第一导轨13垂直，2个伺服电机71的轴分别与所述支撑 梁12固定连接，伺服电机72固定连接于工作台上，伺服电机72带动框架1移动。
[0038] 如图3所示，所述激光头3内设有聚焦透镜31、双轴晶体32和变焦系统，所述变焦 系统设置在所述双轴晶体32的一侧，所述聚焦透镜31的焦点位于双轴晶体32和变焦系统 之间，所述聚焦透镜31和其焦点分别位于所述双轴晶体32的两侧；所述变焦系统由共光轴 设置的第一凸透镜33和第二凸透镜34组成。各个部件按照激光传输路径依次排列为：激 光器1、反射镜61、反射镜62、反射镜63、聚焦透镜31、双轴晶体32、第一凸透镜33和第二 凸透镜34。所述激光器2输出的激光与所述双轴晶体32的光轴平行。所述反射镜61、反 射镜62和反射镜63表面均镀有对激光器2输出的激光高反射率的膜。
[0039] 激光器2为固体激光器或气体激光器，发射的激光光束波长范围为全波段，激光 器的能量范围，依据不同的加工方式需要选择输出能量，若是焦点加工需控制焦像平面处 的功率密度小于损伤阈值，若是焦像平面加工需提高输出能量实现加工效果。
[0040] 另，本发明还提供一种利用如上所述的激光加工系统进行激光加工的方法，包括 以下步骤：
[0041] (1)如图2所示，根据加工的需要，调节第一固定架4和第二固定架5的位置，确定 光路长度z = ，其中，I1S激光器2与反射镜61的距尚，12为反射镜61与反射 镜62的距离，13为反射镜62与反射镜63的距离，1 4为反射镜63与激光头3的距离；
[0042] (2)由激光器2输出的激光依次经过反射镜61、反射镜62和反射镜63反射后，将 激光引入激光头3,得到入射光束8 ;
[0043] (3)入射光束8透过聚焦透