大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备。所述精密激光加工设备包括旋转式激光加工单元、运动发生单元、振动发生单元、控制单元，所述控制单元与所述旋转式激光加工单元、运动发生单元、振动发生单元连接，并至少用于调控所述旋转式激光加工单元、运动发生单元、振动发生单元的工作状态。本实用新型专利技术实施例提供的一种精密激光加工设备，可以实现大幅面激光加工的速度提升、加工精度控制、质量保证等效果，同时提高加工分辨率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备


[0001]本技术特别涉及一种大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备，属于激光高效精密加工


技术介绍

[0002]目前，激光加工中的激光器产生的光束经透镜聚焦后，加工光斑尺寸的可调范围和形式直接影响激光能量密度的调控；低功率下加工效率提升存在困难，因为低功率下常规光斑尺寸对应的激光能量密度有限，如达不到材料烧蚀阈值，则无法加工去除材料，同时，效率提升需要采用高的扫描速度，而低功率时的高速扫描会引入激光能量吸收不充分的问题，影响材料的加工效果；而脉宽较大时的高功率加工，可以实现一定的高速扫描加工，激光能量密度可以达到材料的烧蚀阈值，但同时会引入热影响区较大的问题。
[0003]一般情况下，经场镜聚焦处理的激光束用于材料去除时，较难控制加工分辨率，原因在于激光束聚焦束腰附近的一定空间范围都有材料加工能力，材料的激光加工分辨率不高。单点聚焦光斑的材料加工，加工去除率或表面处理效率低。因此，调控激光束形成的光斑尺寸与束腰加工的空间范围大小，提高材料加工分辨率，是促进激光精密加工的关键问题和技术需求。因此，大范围高速扫描精密加工对光斑尺寸覆盖面积、激光束聚焦能力的调控提出了技术要求。

技术实现思路

[0004]本技术的主要目的在于提供一种微透镜阵列组件、激光加工组件及精密激光加工设备，可实现可控短焦距聚焦、高精度激光束生成与高速激光加工应用，从而实现大幅面激光加工的速度提升、加工精度控制、质量保证等效果，同时提高加工分辨率，进而克服现有技术中的不足。
[0005]为实现前述技术目的，本技术采用的技术方案包括：
[0006]本技术实施例提供了一种大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备，包括：
[0007]旋转式激光加工单元，至少用于提供由激光光束形成的多个旋转式激光光斑对工件进行激光加工；
[0008]运动发生单元，至少用于驱使所述光斑与所述工件沿一三维坐标系的x、y、 z轴中的至少一者发生相对运动；
[0009]振动发生单元，至少用于驱使所述工件与所述光斑沿所述三维坐标系内的 xy平面方向发生相对振动；
[0010]控制单元，至少与所述旋转式激光加工单元、运动发生单元、振动发生单元连接，并至少用于调控所述旋转式激光加工单元、运动发生单元、振动发生单元的工作状态。
[0011]本技术实施例还提供了一种大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工方法，包括：
[0012]提供所述的大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备；
[0013]以旋转式激光加工单元提供的旋转式激光光斑对工件的加工面进行激光加工。
[0014]与现有技术相比，本技术的优点包括：
[0015]1)本技术实施例提供的一种精密激光加工设备，通过在异型或规则形状的结构腔体中，对多个球形或柱形微透镜进行单一阵列布局或复合阵列布局，可实现经光场调控、短聚焦高分辨率、高速旋转大范围覆盖的加工激光光斑；采用高功率、经光场调控的大直径激光束辐照，经微透镜阵列组件短焦距聚焦后，可实现对工件的高分辨率加工处理，从而提高了加工质量和加工效率；
[0016]2)本技术实施例提供的一种精密激光加工设备，具有多个方向上的自由度，可以实现各种位姿工况下的工件材料加工应用；
[0017]3)本技术实施例提供的一种精密激光加工设备，具有多自由度的运动驱动，加工姿态更加多样，加工空间范围更广；
[0018]4)本技术实施例提供的一种精密激光加工设备，可以实现大幅面激光加工的速度提升、加工精度控制、质量保证等效果，同时提高加工分辨率。
附图说明
[0019]图1a、图1b是本技术一典型实施案例中提供的一种呈四边形阵列排布的球形微透镜阵列的结构示意图；
[0020]图1c是图1a中沿A
‑
A处形成的剖面结构示意图；
[0021]图2a、图2b、图2c分别是本技术一典型实施案例中提供的一种分布在三边形、五边形、八边形收容腔室中的球形微透镜阵列的结构示意图；
[0022]图3a、图3c是本技术一典型实施案例中提供的一种分布在六边形收容腔室中的球形微透镜阵列的结构示意图；
[0023]图3b是图3a中沿B
‑
B处形成的剖面结构示意图；
[0024]图4a、图4b是本技术一典型实施案例中提供的一种呈椭圆环形轨迹排布的球形微透镜阵列的结构示意图；
[0025]图5a是本技术一典型实施案例中提供的一种呈圆环形轨迹排布的球形微透镜偏心阵列的结构示意图；
[0026]图5b、图5c是本技术一典型实施案例中提供的一种呈圆环形轨迹排布的柱形微透镜偏心阵列的结构示意图；
[0027]图6a、图6b是本技术一典型实施案例中提供的一种呈圆环形轨迹排布的圆形微透镜和柱形微透镜复合的同心阵列的结构示意图；
[0028]图7a、图7b是本技术一典型实施案例中提供的一种呈圆环形轨迹排布的圆形微透镜和柱形微透镜复合的偏心阵列的结构示意图；
[0029]图8a、图8c、图8d是本技术一典型实施案例中提供的一种呈圆环形和线形轨迹复合排布的柱形微透镜阵列的结构示意图；
[0030]图8b是本技术一典型实施案例中提供的一种呈圆环形轨迹排布的柱形微透镜阵列的结构示意图；
[0031]图8e、图8f是本技术一典型实施案例中提供的一种呈线形轨迹排布的柱形微
透镜阵列的结构示意图；
[0032]图9是聚焦透镜、球形微透镜以及柱形微透镜的聚焦特性示意图；
[0033]图10是本技术一典型实施案例中提供的一种旋转式激光加工组件的加工头的结构示意图；
[0034]图11是本技术一典型实施案例中提供的一种精密激光加工设备的结构示意图；
[0035]图12是本技术一典型实施案例中提供的一种以精密激光加工设备对工件进行激光加工的流程示意图。
具体实施方式
[0036]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0037]本技术实施例提供了一种通过异型或一定形状的结构腔体(即收容腔室，下同)中的球形或柱形微透镜阵列，球形或柱形微透镜可按线性阵列、环形阵列、平行阵列、交叉阵列中的任意一种方式或多种方式复合排布，同时可是同心或偏心分布，从而实现经光场调控的短聚焦高精度、高速旋转大覆盖范围的透镜阵列布局设计及其高效高分辨率激光加工应用，从而克服现有技术中的不足。
[0038]本技术实施例提供了一种大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备，包括：
[0039]旋转式激光加工单元，至少用于提供由激光光束形成的多个旋转式激光光斑对工件进行激光加工；
[0040]运动发生单元，至少用于驱使所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备，其特征在于包括：旋转式激光加工单元，至少用于提供由激光光束形成的多个旋转式激光光斑对工件进行激光加工；运动发生单元，至少用于驱使所述光斑与所述工件沿一三维坐标系的x、y、z轴中的至少一者发生相对运动；振动发生单元，至少用于驱使所述工件与所述光斑沿所述三维坐标系内的xy平面方向发生相对振动；控制单元，至少与所述旋转式激光加工单元、运动发生单元、振动发生单元连接，并至少用于调控所述旋转式激光加工单元、运动发生单元、振动发生单元的工作状态。2.根据权利要求1所述的大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备，其特征在于：所述旋转式激光加工单元包括激光光源以及依次设置在激光光源提供的激光光束光路上的光束整形器、激光扩束镜、激光反射镜、光场调制器、微透镜阵列组件，所述微透镜阵列组件包括多个微透镜，所述微透镜阵列组件与所述光场调制器转动连接，并能够相对于所述光场调制器绕自身轴线旋转；以及，第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述微透镜阵列组件传动连接，并用于驱使所述微透镜阵列组件绕自身的轴线旋转，以使所述激光光束形成的多个光斑能够绕自身轴线旋转。3.根据权利要求2所述的大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备，其特征在于：所述旋转式激光加工单元还包括激光水冷机构，所述激光水冷机构与所述激光光源导热连接。4.根据权利要求2所述的大幅面旋转激光高分辨率的精密激光加工设备，其特征在于：所述旋转式激光加工单元还包括透镜冷却机构，所述透镜冷却机构与所述微透镜阵列组件导热连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓晓，陈涛，张文武，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：