用于激光雕刻的多源激光头制造技术

一种光学装置包括：第一连接器，所述第一连接器用于传输来自第一激光源的第一激光束的第一光纤；第二连接器，所述第二连接器用于传输来自第二激光源的第二激光束的第二光纤；以及一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件将第一激光束从第一连接器引导到第一光束准直器并将第二激光束从第二连接器引导到第一光束准直器，其中第一光束准直器：基于第一激光束产生第一准直光束，将第一准直光束引导到激光扫描装置，基于第二激光束产生第二准直光束，并将第二准直光束引导到激光扫描装置。置。置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光雕刻的多源激光头

技术介绍

[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年9月18日提交的名称为“MULTI
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SOURCE LASER HEAD”的序列号为63/080,644的美国临时专利申请的优先权权益并要求2021年9月15日提交的名称为“MULTI
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SOURCE LASER HEAD FOR LASER ENGRAVING”的序列号为17/476,233的美国专利申请的优先权权益。这些相关申请的主题据此以引用方式并入本文。


[0003]各种实施方案总体涉及激光雕刻，并且更具体地涉及用于激光雕刻的多源激光头。
[0004]相关技术描述
[0005]激光雕刻是一种使用聚焦激光束在材料的表面上产生特定几何图案的技术。通过经由聚焦激光束将能量注入到材料表面上，材料表面上的离散位置被加热，并且材料的部分被置换和/或气化。以这种方式形成的图案化表面几何形状可以在材料表面上呈现期望的美学纹理和/或形成改变所述表面的材料属性的几何微结构。目前，在激光雕刻操作期间采用的纳秒脉冲宽度激光源能够在各种材料上准确地产生表面纹理，并且其中分辨率大约为几十微米。
[0006]为了在工件表面上雕刻特定的表面几何形状，在工件表面上执行一个或多个激光扫描操作。每个激光扫描操作通常使用包括在不同激光扫描站中的不同激光源来执行。例如，可以用较高功率和/或较长脉冲宽度的激光源(诸如纳秒脉冲宽度激光器)来执行初始粗加工操作，以从工件表面去除大量材料。随后可以用较低功率和/或较短脉冲宽度的激光源(诸如飞秒脉冲宽度激光器)来执行后续精加工操作，以在工件表面上产生高分辨率纹理化。
[0007]上述激光雕刻方法的一个缺点是，与各种激光扫描操作相关联的激光源通常定位在不同激光扫描站处。因此，在激光雕刻过程期间，通常需要在不同激光扫描站之间移动工件，以便执行不同激光扫描操作。当将工件从一个激光雕刻站重新定位到另一个激光雕刻站时，由先前激光扫描操作产生的现有表面几何形状与在当前激光扫描操作中应用的表面几何形状之间的错位，如果不能完全避免，则必须将其显著减轻。因此，将工件重新定位到新的激光扫描站涉及探测、配准，然后将工件精确地定位在新的激光扫描站上，这可能是耗时的过程。此外，重新定位的工件可以被定位在新的激光扫描站上的准确度通常远低于常规激光扫描系统可用的分辨率。例如，具有大约微米大小和较小特征的纹理可以由纳秒、皮秒或飞秒脉冲宽度的激光源产生。然而，以小于约50微米或更高的任意准确度在激光扫描站上重复地定位工件即使并非不可能，也是不切实际的。因此，当前可用的激光扫描系统无法产生工件表面上由多个激光扫描操作产生并包括高分辨率特征的纹理化。
[0008]如前所述，本领域需要更有效的方式来在经激光雕刻的工件表面上产生较高分辨率特征。

技术实现思路

[0009]一种光学装置包括：第一连接器，所述第一连接器用于传输来自第一激光源的第一激光束的第一光纤；第二连接器，所述第二连接器用于传输来自第二激光源的第二激光束的第二光纤；以及一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件将第一激光束从第一连接器引导到第一光束准直器并将第二激光束从第二连接器引导到第一光束准直器，其中第一光束准直器：基于第一激光束产生第一准直光束，将第一准直光束引导到激光扫描装置，基于第二激光束产生第二准直光束，并将第二准直光束引导到激光扫描装置。
[0010]所公开的系统相对于现有技术的至少一个技术优势是，所公开的系统使得能够在给定的工件表面上执行多个激光扫描操作，而不必将工件移动到不同的激光扫描站。因此，利用所公开的系统，不需要在激光扫描操作之间重新定位工件。因此，即使需要多个激光源和多个激光扫描操作来生成这些特征，也可以在工件表面上生成可由纳秒、皮秒和飞秒激光源形成的高分辨率特征。另一个优点是，可以在工件上执行多个激光扫描操作，而不会出现与将工件重新定位在不同的激光扫描站上相关联的延迟。这些技术优势提供优于现有技术方法的一种或多种技术进步。
附图说明
[0011]为了能够详细理解各种实施方案的上述特征的方式，上文简要概括的本专利技术构思的更具体的描述可以通过参考各种实施方案来获得，其中一些实施方案在所附的附图中示出。然而，应注意，附图仅示出专利技术构思的典型实施方案，并且因此不应被视为以任何方式限制范围，并且还存在其他等效的实施方案。
[0012]图1示出了被配置为实现各种实施方案的一个或多个方面的激光雕刻系统。
[0013]图2是根据各种实施方案的图1的多源接口模块的更详细图示。
[0014]图3是根据其他各种实施方案的图1的多源接口模块的更详细图示。
[0015]图4是根据其他各种实施方案的图1的多源接口模块的更详细图示。
[0016]图5是根据其他各种实施方案的图1的多源接口模块的更详细图示。
[0017]为清楚起见，已尽可能使用相同的附图标记来指代附图中通用的相同元件。可以设想，一个实施方案的特征可以结合到其他实施方案中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0018]在以下描述中，阐述了许多具体细节以有助于更透彻地理解各种实施方案。然而，对于本领域技术人员将明显的是，专利技术概念可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下实践。
[0019]具有多个激光源的激光雕刻系统
[0020]图1示出了被配置为实现各种实施方案的一个或多个方面的激光雕刻系统100。激光雕刻系统100是被配置为在工件190的表面191上产生表面几何形状和/或纹理的激光雕刻设备或站。更具体地，激光雕刻系统100被配置为经由多个激光扫描操作产生此类几何形状和/或纹理，其中每个激光扫描操作采用不同的激光源。因此，可以在表面191上产生经由多个激光扫描操作形成的特定表面几何形状或纹理，而无需将工件190移动到多个激光雕刻站。在图1所示的实施方案中，激光雕刻系统100包括底座110、激光源120、激光雕刻头组
件130以及如图所示耦接到底座接头101、肘接头102和腕接头103的臂104和臂105。在其他实施方案中，激光雕刻系统100包括多于或少于两个臂和/或多于或少于三个接头。激光雕刻系统100还包括将激光源120光学耦接到激光雕刻头组件130的光纤106。光纤106可以包括任何技术上可行的光纤光学部件或晶体光子光纤。
[0021]底座110经由底座接头101耦接到臂104。在一些实施方案中，底座110相对于工件190固定在适当位置，例如固定到支撑表面(未示出)。在其他实施方案中，底座110被配置为相对于工件190移动，例如在两个或三个维度上。此外，底座接头101、肘接头102和腕接头103被配置为在一个或多个维度上相对于工件190定位激光雕刻头组件130。底座接头101、肘接头102、腕接头103以及臂104和臂105一起形成多轴定位设备，其使雕刻头组件130相对于工件190在两个或三个维度上定位和定向。在操作时，定位设备依次将雕刻头组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学装置，其包括：第一连接器，所述第一连接器用于传输来自第一激光源的第一激光束的第一光纤；第二连接器，所述第二连接器用于传输来自第二激光源的第二激光束的第二光纤；以及一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件将所述第一激光束从所述第一连接器引导到第一光束准直器并将所述第二激光束从所述第二连接器引导到所述第一光束准直器，其中所述第一光束准直器：基于所述第一激光束产生第一准直光束，将所述第一准直光束引导到激光扫描装置，基于所述第二激光束产生第二准直光束，并且将所述第二准直光束引导到所述激光扫描装置。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述一个或多个光学元件具有固定位置并且在所述光学装置内不移动。3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述一个或多个光学元件包括至少一个可移动反射镜，所述至少一个可移动反射镜将所述第一激光束和所述第二激光束两者引导到所述第一光束准直器。4.根据权利要求3所述的光学装置，其中所述至少一个可移动反射镜耦接到旋转致动器，所述旋转致动器使所述至少一个可移动反射镜相对于所述第一激光束和所述第二激光束旋转。5.根据权利要求3所述的光学装置，其中所述至少一个可移动反射镜耦接到第一平移致动器，所述第一平移致动器使所述至少一个可移动反射镜相对于所述第一激光束和所述第二激光束沿第一轴线线性移动。6.根据权利要求5所述的光学装置，其中所述第一平移致动器进一步使所述至少一个可移动反射镜相对于所述第一激光束和所述第二激光束沿第二轴线线性平移。7.根据权利要求3所述的光学装置，其中所述第一平移致动器使所述至少一个可移动反射镜在所述第一激光束离开所述第一光纤之后在垂直于所述第一激光束的平面内移动，并且在所述第二激光束离开所述第二光纤之后在垂直于所述第二激光束的平面内移动。8.根据权利要求1所述的光学装置，其还包括第二光束准直器，所述第二光束准直器：基于所述第一激光束产生第三准直光束；将所述第三准直光束引导到另一激光扫描装置；基于所述第二激光束产生第四准直光束；并且将所述第四准直光束引导到所述另一激光扫描装置。9.根据权利要求8所述的光学装置，其还包括控制器，所述控制器被配置为使所述一个或多个光学元件将所述第一激光束选择性地引导到所述第一光束准直器或所述第二光束准直器。10.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述第二准直光束还将所述第三准直光束与和...

【专利技术属性】
技术研发人员：马西米利亚诺，
申请(专利权)人：斯丹迪斯国际公司，
类型：发明
国别省市：