專利名稱：分布式激光加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套激光加工系統(tǒng)，尤其涉及能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)激光加工作業(yè)的分布式激光加工系統(tǒng)，屬于激光精密加工制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光加工是一種能束加工方式，具有亮度高、方向性好和單色性好等特點(diǎn)。在理論上可聚焦到尺寸與光的波長相近的小斑點(diǎn)上，焦點(diǎn)處的功率密度可達(dá)107～1011W/cm2，溫度高達(dá)萬度以上。激光加工使材料在激光聚焦照射下瞬時(shí)急劇熔化和汽化，并產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波，使被熔化的物質(zhì)爆炸式地噴濺，實(shí)現(xiàn)材料的去除。與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，激光加工技術(shù)已成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)，擁有普通加工技術(shù)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，例如，激光加工為非接觸式加工，速度快、無噪聲，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜形狀的高精度加工，且無通常意義上的“刀具”磨損，無需更換“刀頭”。
激光加工主要應(yīng)用于打孔和切割，此外還有劃線、修邊、動(dòng)平衡校正、熱處理、焊接、切割和打標(biāo)等多種用途。通常，激光加工設(shè)備由激光器、光束整形聚焦系統(tǒng)、振鏡、工作平臺(tái)構(gòu)成。激光器發(fā)出的激光，經(jīng)光束整形聚焦系統(tǒng)處理后達(dá)到工業(yè)加工的要求，對(duì)工作平臺(tái)上的待加工件進(jìn)行加工。目前一臺(tái)激光器需配備一套光束整形聚焦系統(tǒng)、一個(gè)振鏡、一個(gè)加工平臺(tái)，為了能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)加工作業(yè)，必須購買相應(yīng)數(shù)量的激光加工設(shè)備，因此設(shè)備配置成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)加工作業(yè)的分布式激光加工系統(tǒng)，使生產(chǎn)成本得到顯著降低。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)分布式激光加工系統(tǒng)，包括激光器、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡，其特征在于激光器的輸出端設(shè)置有分光鏡，分光鏡有兩個(gè)輸出端，包括光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，連接在分光鏡的一個(gè)輸出端，分光鏡的另一個(gè)輸出端與下一級(jí)分光鏡或全反鏡連接，下一級(jí)分光鏡的一輸出端或全反鏡的輸出端也連接有光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，每一振鏡都與計(jì)算機(jī)相連；工作時(shí)，激光器輸出的單路光束由分光鏡分成多路光束，每一路光束分別經(jīng)過各自的光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡所構(gòu)成的支路以后而射出，對(duì)工作平臺(tái)上的工件進(jìn)行加工。
進(jìn)一步地，上述的分布式激光加工系統(tǒng)，所述的分光鏡是鍍有透射率膜層的平面鏡。
更進(jìn)一步地，上述的分布式激光加工系統(tǒng)，所述可旋轉(zhuǎn)半波片繞垂直半波片表面的方向旋轉(zhuǎn)。
更進(jìn)一步地，上述的分布式激光加工系統(tǒng)，光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路有2～6條。
本發(fā)明技術(shù)方案的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在本發(fā)明分布式激光加工系統(tǒng)，僅用一個(gè)能滿足多個(gè)激光加工作業(yè)總功率要求的激光器來進(jìn)行多個(gè)加工作業(yè)，其成本遠(yuǎn)低于相應(yīng)數(shù)量的滿足每個(gè)加工作業(yè)功率要求的激光器成本之和。這種分布式激光加工系統(tǒng)，通過合理的分光來進(jìn)行多個(gè)加工作業(yè)，結(jié)構(gòu)新穎，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)顯著，具有很好的應(yīng)用前景。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明圖1本發(fā)明等分四光路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表

具體實(shí)施方式
分布式激光加工系統(tǒng)，包含一臺(tái)激光器，其輸出功率能滿足多個(gè)激光加工作業(yè)的總功率要求；多個(gè)分光鏡和一個(gè)全反鏡，可將單路光束分成多路光束；數(shù)量與光束路數(shù)相一致的頻率調(diào)制器，可根據(jù)需要調(diào)制每路激光的脈沖重復(fù)頻率；數(shù)量與光束路數(shù)相一致的可旋轉(zhuǎn)半波片，可連續(xù)改變每路激光的偏振方向；數(shù)量與光束路數(shù)相一致的偏振片，每路激光經(jīng)過偏振片，垂直于偏振片偏振方向的分量被吸收，而平行于偏振片偏振方向的分量則輸出；數(shù)量與光束路數(shù)相一致的光束整形聚焦系統(tǒng)，可將每路激光整形聚焦達(dá)到工業(yè)加工的要求；數(shù)量與光束路數(shù)相一致的振鏡及計(jì)算機(jī)，可由計(jì)算機(jī)控制振鏡，精確移動(dòng)激光加工點(diǎn)；數(shù)量與光束路數(shù)相一致的工作平臺(tái)，其上可放置待加工件。分光鏡靠鍍膜來達(dá)到所需的透射率。光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式可構(gòu)成2～6條支路。
本發(fā)明可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)加工作業(yè)，以四等分光路激光打標(biāo)設(shè)備為例，如圖1所示，激光器1的輸出端設(shè)置分光鏡2，分光鏡2為反射率25％的部分透射鏡，在分光鏡2的一輸出端連接有光閘6、頻率調(diào)制器10、可旋轉(zhuǎn)半波片14、偏振片18、光束整形聚焦系統(tǒng)22和振鏡26以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，分光鏡2的另一輸出端連接下一級(jí)分光鏡3；分光鏡3為反射率33％的部分透射鏡，分光鏡3的一輸出端連接有光閘7、頻率調(diào)制器11、可旋轉(zhuǎn)半波片15、偏振片19、光束整形聚焦系統(tǒng)23和振鏡27以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，分光鏡3的另一輸出端連接再下一級(jí)分光鏡4；分光鏡4為反射率50％的部分透射鏡，分光鏡4的一輸出端連接有光閘8、頻率調(diào)制器12、可旋轉(zhuǎn)半波片16、偏振片20、光束整形聚焦系統(tǒng)24和振鏡28以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，分光鏡4的另一輸出端連接全反鏡5；分光鏡5的輸出端連接有光閘9、頻率調(diào)制器13、可旋轉(zhuǎn)半波片17、偏振片21、光束整形聚焦系統(tǒng)25和振鏡29以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路。振鏡26與計(jì)算機(jī)30相連，振鏡27與計(jì)算機(jī)31相連，振鏡28與計(jì)算機(jī)32相連，振鏡29與計(jì)算機(jī)33相連。工作時(shí)，激光器輸出的單路光束由分光鏡分成多路光束，每一路光束分別經(jīng)光閘、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)及振鏡后對(duì)工作平臺(tái)上的工件進(jìn)行加工。
具體應(yīng)用時(shí)，激光器1輸出激光經(jīng)反射率25％的部分透射鏡2分成兩路，一路轉(zhuǎn)折方向后經(jīng)頻率調(diào)制器10調(diào)制激光脈沖重復(fù)頻率，經(jīng)可旋轉(zhuǎn)半波片14和偏振片18調(diào)節(jié)激光功率，再經(jīng)光束整形系統(tǒng)22和計(jì)算機(jī)30控制的振鏡26對(duì)工作平臺(tái)34上的待加工件進(jìn)行激光打標(biāo)作業(yè)；另一路繼續(xù)沿原方向傳播，經(jīng)反射率33％的部分透射鏡3再分成兩路，一路轉(zhuǎn)折方向后經(jīng)頻率調(diào)制器11調(diào)制激光脈沖重復(fù)頻率，經(jīng)可旋轉(zhuǎn)半波片15和偏振片19調(diào)節(jié)激光功率，再經(jīng)光束整形系統(tǒng)23和計(jì)算機(jī)31控制的振鏡27對(duì)工作平臺(tái)35上的待加工件進(jìn)行激光打標(biāo)作業(yè)；另一路繼續(xù)沿原方向傳播，經(jīng)反射率50％的部分透射鏡4再分成兩路，一路轉(zhuǎn)折方向后經(jīng)頻率調(diào)制器12調(diào)制激光脈沖重復(fù)頻率，經(jīng)可旋轉(zhuǎn)半波片16和偏振片20調(diào)節(jié)激光功率，再經(jīng)光束整形系統(tǒng)24和計(jì)算機(jī)32控制的振鏡28對(duì)工作平臺(tái)36上的待加工件進(jìn)行激光打標(biāo)作業(yè)；另一路繼續(xù)沿原方向傳播，經(jīng)全反鏡5轉(zhuǎn)折方向后經(jīng)頻率調(diào)制器13調(diào)制激光脈沖重復(fù)頻率，經(jīng)可旋轉(zhuǎn)半波片17和偏振片21調(diào)整激光功率，再經(jīng)光束整形系統(tǒng)25和計(jì)算機(jī)33控制的振鏡29對(duì)工作平臺(tái)37上的待加工件進(jìn)行激光打標(biāo)作業(yè)。每路激光分別由光閘6、7、8、9控制激光的輸出和關(guān)斷。
本系統(tǒng)激光器輸出的單路激光，由分光鏡和全反鏡分成多路光束，每一路光束經(jīng)一個(gè)頻率調(diào)制器調(diào)制激光脈沖重復(fù)頻率，經(jīng)一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的波片和一個(gè)偏振片調(diào)節(jié)激光功率，經(jīng)一個(gè)光束整形系統(tǒng)整形達(dá)到工業(yè)加工的要求，再由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制一個(gè)振鏡，精確移動(dòng)該路光束的加工點(diǎn)，對(duì)一個(gè)工作平臺(tái)上的加工件進(jìn)行加工作業(yè)。每路加工作業(yè)可相同，也可不同。
綜上所述，本發(fā)明采用一臺(tái)能滿足多個(gè)激光加工作業(yè)總功率要求的激光器，輸出的激光經(jīng)恰當(dāng)?shù)姆止夂驼魏螅瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)激光加工作業(yè)，節(jié)省了大量成本，技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要更改分光數(shù)、刪減頻率調(diào)制器從而放棄頻率調(diào)制功能、刪減可旋轉(zhuǎn)半波片和偏振片從而放棄功率調(diào)節(jié)功能、更換光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡，從而實(shí)現(xiàn)焊接、切割、雕刻等加工作業(yè)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)顯著，應(yīng)用前景看好。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.分布式激光加工系統(tǒng)，包括激光器、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡，其特征在于激光器的輸出端設(shè)置有分光鏡，分光鏡有兩個(gè)輸出端，包括光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，連接在分光鏡的一個(gè)輸出端，分光鏡的另一個(gè)輸出端與下一級(jí)分光鏡或全反鏡連接，下一級(jí)分光鏡的一輸出端或全反鏡的輸出端也連接有光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，每一振鏡都與計(jì)算機(jī)相連；工作時(shí)，激光器輸出的單路光束由分光鏡分成多路光束，每一路光束分別經(jīng)過各自的光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡所構(gòu)成的支路以后而射出，對(duì)工作平臺(tái)上的工件進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述分光鏡是鍍有透射率膜層的平面鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述可旋轉(zhuǎn)半波片繞垂直半波片表面的方向旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式激光加工系統(tǒng)，其特征在于包括光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路有2～6條。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分布式激光加工系統(tǒng)，在激光器的輸出端設(shè)置有分光鏡，光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路連接在分光鏡的一輸出端，分光鏡的另一輸出端連接下一級(jí)分光鏡或全反鏡，在下一級(jí)分光鏡的一輸出端或全反鏡的輸出端也連接有光閘、頻率調(diào)制器、可旋轉(zhuǎn)半波片、偏振片、光束整形聚焦系統(tǒng)和振鏡以串聯(lián)方式所構(gòu)成的支路，每一振鏡都與計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明采用一臺(tái)能滿足多個(gè)激光加工作業(yè)總功率要求的激光器，輸出的激光經(jīng)分光、頻率調(diào)制、功率調(diào)節(jié)、整形后，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)激光加工作業(yè)，顯著降低了生產(chǎn)成本，廣泛適用于焊接、切割、雕刻等不同的加工作業(yè)。
文檔編號(hào)G02B27/10GK101020277SQ200710020698
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者趙裕興, 覃斌 申請(qǐng)人:蘇州德龍激光有限公司