[发明专利]一种微裂纹控制的激光加工装置

说明书

本发明公开一种微裂纹控制的激光加工装置，包括激光器、反射镜、扩束镜、旋转电机、整形元件和切割头，其中，所述整形元件固定在旋转电机上，所述旋转电机根据加工路径的方向旋转相应角度，带动所述整形元件旋转。本发明引入一个特殊定制的光学整形元件，来达到微裂纹控制的效果。所述整形元件的根本原理是在寻常激光加工的光路中加入一个光阑作为整形元件，对入射光进行整形。这个引入的光阑可以对入射光的光强分布进行整形，改变聚焦光斑的形状，从而达到改变切割工艺效果和控制光斑间微裂纹的效果。

技术领域

本发明涉及激光微加工技术领域，尤其涉及利用多个控制器实现同步控制加工，使得激光加工玻璃、蓝宝石等多种材料时，对其产生的微裂纹进行控制，优化其切割的工艺效果等，具体为一种微裂纹控制的激光加工装置。

背景技术

在激光器对于蓝宝石和玻璃切割的运用方面，很多时候需要根据加工方向调整切割参数，包括了激光器的功率、激光器出光的偏振态、电机移动速度等。传统的激光器产生的高斯分布的光束，在切割的工艺上通常表现为一个对称的圆形光斑，并在光斑间产生微裂纹；如果参数一致，在切割过程中沿不同切割方向的微裂纹分布就不会发生改变。尤其在蓝宝石切割时，由于蓝宝石晶像的存在，如果使用统一参数，其各个方向的切割效果就会有较大差距，极大影响加工效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种微裂纹控制的激光加工装置，通过控制切割时产生的微裂纹的方向和大小，优化不同轨迹切割的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种微裂纹控制的激光加工装置，包括激光器、反射镜、扩束镜、旋转电机、整形元件和切割头，其中，所述整形元件固定在旋转电机上，所述旋转电机根据加工路径的方向旋转相应角度，带动所述整形元件旋转。

本发明引入一个特殊定制的光学整形元件，来达到微裂纹控制的效果。所述整形元件的根本原理是在寻常激光加工的光路中加入一个光阑作为整形元件，对入射光进行整形。这个引入的光阑可以对入射光的光强分布进行整形，改变聚焦光斑的形状，从而达到改变切割工艺效果和控制光斑间微裂纹的效果。

优选地，所述整形元件为下列任一者：椭圆光阑、矩形光阑、长条形叉丝。

优选地，所述激光器发射的激光光束，依次通过反射镜、扩束镜、整形元件和切割头，作用于待加工平面上。

优选地，所述整形元件、旋转电机和切割头作为一个整体进行加工。

优选地，所述扩束镜、整形元件、旋转电机和切割头作为一个整体进行加工。

优选地，所述扩束镜和切割头作为一个整体进行加工，所述整形元件和旋转电机安装在所述一个整体的前面。

优选地，所述整形元件由径向波片和偏振分光棱镜构成。

进一步地，径向波片和偏振分光棱镜构成的整形元件除了能够达到光束整形效果外，还可以实现双头分光的应用，其玻璃切割的能量利用率更高。

具体地，所述激光器发射出的线性偏振光，通过径向波片后再通过偏振分光棱镜分光可以产生两个方向的互相垂直90度形状的光斑，故可以实现分光的效果。产生的径向偏振态的激光，其偏振态的能量利用率更高，即使因为偏振分光棱镜的特性在每一路里面损耗一半能量，其加工效果也能得到保证。

优选地，所述激光器发射的激光光束，依次通过反射镜、径向波片、偏振分光棱镜、扩束镜和切割头，作用于待加工平面上。

优选地，样品的运动通过步进电机实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过引入特殊的光学整形元件对激光光束进行整形，再结合激光加工装置的控制系统的同步搭配，可以实现根据加工轨迹的变化，改变光斑分布方向，实现微裂纹的控制。