一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法。所述装置包括多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。所述加工方法包括：使入射激光在材料表面上聚焦成焦点；通过旋转运动改变入射激光的出射方向使所述焦点在所述材料表面往复运动；改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。本发明专利技术可大幅提高加工效率，明显提高加工质量，对较厚的超硬材料进行加工更有优势。

A laser processing device and machining method for machining superhard materials

The invention provides a laser processing device and a processing method suitable for processing superhard materials. The device comprises a polyhedron focusing unit, a rotating unit and a focus adjusting unit for focusing an incident laser on a material surface into a focal point, and the rotating unit causes the focal point to move back and forth on the material surface by driving at least a portion of the polyhedron focusing unit to rotate. The focus adjusting unit is used to adjust the polyhedron focusing unit to change the position of the focus in the thickness direction of the material surface. The processing method comprises: focusing an incident laser on a material surface into a focal point; changing the direction of the incident laser emission by rotating the focal point to and fro on the material surface; and changing the position of the focal point in the thickness direction of the material surface. The invention can greatly improve the processing efficiency, obviously improve the processing quality, and has more advantages in processing thick superhard materials.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法
本专利技术涉及激光加工
，特别涉及一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法。
技术介绍
随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。金刚石材料是一种超硬材料，加工金刚石材料的方法有砂轮机械加工、电火花放电线切割加工、激光切割加工，并且激光切割加工的方式现在逐步增多，但是常规的激光切割的方式是通过轴运动的方式移动待切割材料，激光聚焦光束在材料上进行切割。一般切割的运动速度为每秒几百毫米，切割速度虽然较前两种方式快很多，但是还是耗时较长。另外，在有些切割方式采用扫描振镜进行激光切割，但是扫描振镜的速度最高也就是到每秒几米，耗时也较长，而且扫描切割的方式无法切割较厚的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中对超硬材料的加工耗时较长的技术问题，提出一种适用于加工超硬材料的激光加工装置及加工方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于加工超硬材料的激光加工装置，包括：多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。在一些优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元设有可对所述入射激光进行聚焦的第一光学元件，所述焦点调节单元通过改变所述第一光学元件在光路中的位置或者改变所述第一光学元件的光学参数来改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。在进一步优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元包括聚焦单元和多面体单元，所述聚焦单元为所述第一光学元件，所述聚焦单元用于对所述入射激光进行聚焦形成聚焦光束，所述多面体单元用于将所述聚焦光束反射至所述材料表面形成焦点，所述旋转单元可驱动所述多面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动。在进一步优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元可驱动所述多曲面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动；所述曲面元件的曲面曲率可调。在进一步优选的实施方式中，所述多面体单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述聚焦单元和所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点。在一些优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元为具有三个、四个、五个、六个、七个、八个面的结构或者为具有至少九个面的结构；所述旋转单元的旋转速度和/或方向可调；所述旋转单元的速度为8-15m/s；所述激光加工装置可加工的超硬材料的厚度为0.1-10mm；所述超硬材料的类型包括金刚石材料和工程陶瓷材料，所述金刚石材料包括PCD金刚石、CBN金刚石、CVD金刚石；所述激光加工装置的具体类型包括激光切割装置、激光雕刻装置、激光打印装置。在另一方面，本专利技术提供一种适用于加工超硬材料的激光加工方法，包括：使入射激光在材料表面上聚焦成焦点；通过旋转运动改变入射激光的出射方向使所述焦点在所述材料表面往复运动；改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。在一些优选的实施方式中，所述使入射激光在材料表面上聚焦成焦点包括：先使所述入射激光形成聚焦光束，再将所述聚焦光束反射至所述材料表面形成焦点；或者，先使所述入射激光形成发散光束，再将所述发散光束反射至所述材料表面形成焦点；或者，通过反射的方式将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点。在一些优选的实施方式中，所述改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置包括：通过机械运动改变可对所述入射激光进行聚焦的第一光学元件在光路中的位置，从而改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置；或者，改变可对所述入射激光进行聚焦的第一光学元件的光学参数，从而改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。在一些优选的实施方式中，先从材料的一面进行加工，再从所述材料的另一面进行加工；所述激光加工的具体类型包括激光切割、激光雕刻、激光打印。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：通过多面体聚焦单元使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，再通过旋转单元的旋转运动使焦点在材料表面往复运动，也就是说在旋转单元的作用下多面体聚焦单元的至少一部分可旋转，提高旋转的转速即可在材料表面快速移动焦点，从而对材料进行加工。配合焦点调节单元使焦点在材料上从上往下地移动，可在厚度方向上对材料进行激光加工。本专利技术可用于加工各种材料，特别适用于对超硬材料进行加工：由于焦点可在材料表面快速移动且可在材料上从上往下地移动，可结合高峰值功率的激光脉冲，可对超硬材料比如金刚石料片进行加工，比如开片加工，可大幅提高加工效率，明显提高加工质量，另外对较厚的超硬材料进行加工也更有优势。在优选的实施方式中，本专利技术还具有如下有益效果：进一步地，在多面体聚焦单元上设有曲面曲率可调的曲面元件，通过焦点调节单元对曲面元件的曲面曲率进行调节，可改变焦点在材料表面的厚度方向上的位置，从而在厚度方向上对材料进行加工，具有结构紧凑、节省安装空间的优势。附图说明图1为本专利技术的适用于加工超硬材料的激光加工装置的结构示意图；图2为本专利技术的激光加工装置的一种变型方式的结构示意图；图3为本专利技术的激光加工装置的另一种变型方式的结构示意图；图4为本专利技术的激光加工装置的第三种变型方式的结构示意图；图5示出焦点在材料厚度方向上的变化；图6示出具有不同曲面曲率的曲面元件的多面体聚焦单元；图7为本专利技术的激光加工装置的第四种变型方式的结构示意图；图8为本专利技术的激光加工装置的第五种变型方式的结构示意图；图9为本专利技术的激光加工方法的流程图。具体实施方式本专利技术可对各种材料进行激光加工，比如金属材料、非金属材料，特别适用于对超硬材料进行激光加工，超硬材料的类型包括金刚石材料和工程陶瓷材料，金刚石材料包括PCD金刚石(Polycrystallinediamond，PCD)、CBN金刚石(CubicBoronNitride，CBN)、CVD金刚石(ChemicalVaporDeposition，CVD)。激光加工的具体类型包括激光切割、激光雕刻、激光打印。下面主要以金刚石料片的切割加工为例，对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参考图1，适用于加工超硬材料的激光加工装置包括多面体聚焦单元1、旋转单元2和焦点调节单元3。多面体聚焦单元1用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点101。入射激光100从多面体聚焦单元1出射后，在材料表面上聚焦成焦点101，也就是说多面体聚焦单元1具有对入射激光100进行聚焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于加工超硬材料的激光加工装置，其特征在于包括：多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

【技术特征摘要】
1.一种适用于加工超硬材料的激光加工装置，其特征在于包括：多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体聚焦单元设有可对所述入射激光进行聚焦的第一光学元件，所述焦点调节单元通过改变所述第一光学元件在光路中的位置或者改变所述第一光学元件的光学参数来改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体聚焦单元包括聚焦单元和多面体单元，所述聚焦单元为所述第一光学元件，所述聚焦单元用于对所述入射激光进行聚焦形成聚焦光束，所述多面体单元用于将所述聚焦光束反射至所述材料表面形成焦点，所述旋转单元可驱动所述多面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动。4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体聚焦单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元可驱动所述多曲面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动；所述曲面元件的曲面曲率可调。5.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述聚焦单元和所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点。6.根据权利要求1至5任一项所述的激光加工装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，马建立，李游，
申请(专利权)人：深圳光韵达光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44