一种被动变焦激光加工透明材料的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种被动变焦激光加工透明材料的系统及方法，本发明专利技术所述的系统包括激光源、激光源支撑立柱、振镜扫描头、扫描透镜、上位机、马达、电控升降平台、平台底板、运动控制卡及振镜控制卡；本发明专利技术所述的方法包括以下步骤：(1)上位机控制电控升降平台运转；(2)上位机控制振镜扫描头的X/Y轴运动；(3)激光源发出的激光束通过振镜扫描头X/Y方向摆动；(4)激光束通过扫描透镜聚焦到透明材料上，对材料进行加工。本发明专利技术所述的系统光路结构简单，光学器件少，大大降低了成本；所述的方法对激光束的聚焦点进行被动变焦，实现透明材料自下往上、逐层加工，提高了加工效率及加工效果，扩大了待加工材料的厚度范围。

【技术实现步骤摘要】
一种被动变焦激光加工透明材料的系统及方法
本专利技术涉及激光加工系统及方法，尤其涉及一种用于玻璃、石英和蓝宝石等透明材料的被动变焦激光加工系统及方法。
技术介绍
使用激光加工透明材料如玻璃、石英和蓝宝石时，现有的方法通常采用自动变焦来实现激光三维切割和钻孔，主要包括以下步骤：(1)激光器发射激光光束，激光光束进入激光切割头中，经第一变曲率反射装置反射和第二变曲率反射装置反射后，再经透镜组聚焦作用在工件表面；(2)调节第一变曲率反射装置和第二变曲率反射装置中气缸的气压，使两个反射镜的变形曲率发生改变，进而实现了激光束焦距的自动调节。目前市场上也有专门采用这样自动变焦的方法用于激光加工的设备，如三维动态聚焦激光振镜扫描系统就是通过自动变焦来实现对厚度不同的材料进行切割和打孔等加工工艺。而现有的采用自动变焦来进行激光加工的方法，其技术装置系统存在光路复杂、光学器件较多、器件出现损坏概率较高、加工厚度容易受限制、成本较高的问题。因此，亟待解决上述问题。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种被动变焦激光加工透明材料的系统及方法，替代主动动态变焦的三维动态聚焦激光振镜扫描系统，实现对透明材料自下往上、逐层切割或钻孔的加工方法，在降低成本的同时，达到需要的三维切割和钻孔等加工的效果。技术方案：为实现以上目的，本专利技术所述的被动变焦激光加工透明材料的系统包括激光源、激光源支撑立柱、振镜扫描头、扫描透镜、上位机、马达、电控升降平台、平台底板、运动控制卡及振镜控制卡；激光源支撑立柱位于电控升降平台上侧，并与平台底板固定连接。进一步地，激光源固定连接在激光源支撑立柱上。进一步地，平台底板与电控升降平台连接；激光源的顶面与平台底板平行，其侧面与平台底板垂直。进一步地，待加工的透明材料放置在电控升降平台上，所述电控升降平台采用高负压真空机吸附该透明材料。本专利技术所述的被动变焦激光加工透明材料的方法包括以下步骤：(1)上位机通过马达控制电控升降平台运转；(2)上位机控制电控升降平台运转的同时，控制振镜扫描头的X/Y轴运动；(3)振镜控制卡发出控制信号，控制激光源射出激光束的能量及频率；激光束通过振镜扫描头X/Y方向的摆动，使激光束根据需要的图形变动；(4)经振镜扫描头调整后的激光束通过扫描透镜聚焦到透明材料上，对材料进行加工。进一步地，步骤(1)中，上位机发送控制指令给运动控制卡，运动控制卡发送脉冲串给马达，马达根据接收的脉冲串进行运转，从而实时带动电控升降平台进行上升下降运动。进一步地，步骤(2)中，上位机发送控制指令给振镜控制卡，振镜控制卡控制振镜扫描头的X/Y轴运动。进一步地，步骤(4)中，激光束从下而上，对透明材料逐层进行切割和钻孔加工。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：(1)结构简单、成本低：本专利技术通过实时调整升降平台对激光束的聚焦点进行被动变焦的方法，相比较采用传统自动变焦的方法用于激光加工的技术装置，其光路结构简单，光学器件少；使用的马达和电动升降平台的价格是三维动态聚焦激光振镜扫描系统的三分之一到六分之一，总成本远远低于传统激光加工装置的成本；(2)设备维修简单：本专利技术的光路结构简单，光学器件少，因此光学器件出现损坏概率低；且因器件成本较低，可以预备库存，因此售后、维修简单快捷；而传统三维动态聚焦激光振镜扫描系统光路复杂、光学器件较多，器件出现损坏概率较高，而且维修难度相对较大，周期较长；(3)加工材料厚度范围大：本专利技术的方法可以通过电控升降平台来调整所加工的透明材料的厚度范围，材料的最大厚度在12mm左右，远大于采用传统三维动态聚焦激光振镜扫描系统进行加工时，材料的最大加工厚度5mm左右；(4)加工精度、效率高：电控升降平台采用高负压真空机吸附产品，使材料位置保持稳定；同时，下层材料切割或钻孔时产生的粉末、碎屑等自动下落，并被高负压真空机吸附，有效避免了粉末、碎屑在切口处堆积，大大提高了切割、钻孔效率及切口质量；通过三轴联动控制，在切割材料的过程中，使光斑焦点始终位于加工轨迹上，从而实现高精度、高质量的异形玻璃切割，使其加工出来的材料切口和边缘质量能够满足特定行业的高标准要求。附图说明图1为本专利技术被动变焦激光加工透明材料的系统示意图；图2为本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，本专利技术所述的被动变焦激光加工透明材料的系统包括激光源1、激光源支撑立柱2、振镜扫描头3、扫描透镜4、上位机5、马达6、电控升降平台7、平台底板8、运动控制卡9和振镜控制卡10。平台底板8与电控升降平台7弹性连接；激光源支撑立柱2位于电控升降平台7上侧，并与平台底板8固定连接；激光源1固定连接在激光源支撑立柱上2，平台底板8通过精密加工保证其上下两面的平面度和平行度，从而使激光源1的顶面与平台底板8平行，其侧面与平台底板8垂直；电控升降平台7上面放置需加工的透明材料，采用高负压真空机吸附产品，保证定位稳定性。如图2所示，本专利技术还公开了一种使用上述被动变焦激光加工透明材料的系统，来进行被动变焦激光加工透明材料的方法，其步骤包括：(1)上位机5发送控制指令给运动控制卡9，运动控制卡9发送脉冲串给马达6，马达6根据接收的脉冲串进行运转，从而实时带动执行机构即电控升降平台7进行上升下降运动；(2)上位机5通过马达6控制电控升降平台7运转的同时，发送控制指令给振镜控制卡10，控制振镜扫描头3的X/Y轴运动；(3)振镜控制卡10在控制振镜扫描头3的同时，发出控制信号，控制激光源1射出激光束的能量及频率，激光束通过振镜扫描头3的X/Y方向的摆动，使激光束根据需要的图形变动，保证激光光斑与预定材料加工路线精密吻合；(4)经振镜扫描头调整后的激光束通过扫描透镜4聚焦到透明材料上，从下而上、逐层进行切割和钻孔加工。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动变焦激光加工透明材料的系统，其特征在于：包括激光源(1)、激光源支撑立柱(2)、振镜扫描头(3)、扫描透镜(4)、上位机(5)、马达(6)、电控升降平台(7)、平台底板(8)、运动控制卡(9)及振镜控制卡(10)；激光源支撑立柱(2)位于电控升降平台(7)上侧，并与平台底板(8)固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种被动变焦激光加工透明材料的系统，其特征在于：包括激光源(1)、激光源支撑立柱(2)、振镜扫描头(3)、扫描透镜(4)、上位机(5)、马达(6)、电控升降平台(7)、平台底板(8)、运动控制卡(9)及振镜控制卡(10)；激光源支撑立柱(2)位于电控升降平台(7)上侧，并与平台底板(8)固定连接。2.根据权利要求1所述的被动变焦激光加工透明材料的系统，其特征在于：激光源(1)固定连接在激光源支撑立柱(2)上。3.根据权利要求2所述的被动变焦激光加工透明材料的系统，其特征在于：平台底板(8)与电控升降平台(7)连接；激光源(1)的顶面与平台底板(8)平行，其侧面与平台底板(8)垂直。4.根据权利要求1所述的被动变焦激光加工透明材料的系统，其特征在于：待加工的透明材料放置在电控升降平台(7)上，所述电控升降平台(7)采用高负压真空机吸附该透明材料。5.一种基于权利要求1-4中任一项所述系统的被动变焦激光加工透明材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)上位机(5)通过马达(6)控制电控升降平...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华杰，刘三定，高冉，
申请(专利权)人：苏州艾可镭光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32