[发明专利]一种监测激光功率变化的激光加工系统及方法

权利要求书

1.一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：

包括激光器(101)、扩束镜(102)、第一分束镜(103)、正透镜(104)、第二分束镜(105)、积分棒(106)、能量探测器(107)、负透镜(108)、PSD探测器(109)、激光切割头(110)和工件台(111)；

所述激光器(101)为激光加工系统提供激光加工光源，所述激光器(101)产生激光束；

所述扩束镜(102)用于将所述激光器(101)出射的激光束光斑扩大并压缩激光束的发散角；

所述第一分束镜(103)将激光束反射到激光切割头(110)中，同时将激光束折射到监测系统中；

所述正透镜(104)压缩从所述第一分束镜(103)上出射的激光束光斑，以使激光束光斑直径变小；

所述第二分束镜(105)将从所述正透镜(104)上出射的激光束反射到所述负透镜(108)上，同时将激光束折射到所述积分棒(106)上；

所述积分棒(106)将压缩的激光束进行整形和光能量分布匀化；

所述能量探测器(107)接收所述积分棒(106)后端面上出射的激光束，所述能量探测器(107)读取激光束的功率大小；

所述负透镜(108)将所述正透镜(104)压缩的激光束进行准直；

所述激光切割头(110)将所述第一分束镜(103)反射的激光束聚焦，同时切割材料；

所述工件台(111)放置被切割的材料；

所述正透镜(104)、所述第二分束镜(105)、所述积分棒(106)和所述能量探测器(107)组成激光能量监测系统，通过对所述激光切割头(110)出射的功率值与激光能量监测系统监测到的功率进行比对以此判断所述激光器功率变化过程，以此调整所述激光器的出射功率，使激光加工过程中的激光功率保持稳定；所述正透镜(104)、所述第二分束镜(105)、所述负透镜(108)和所述PSD探测器(109)组成位置探测系统，监测激光器(101)出射激光束的位置变化情况；其中所述第一分束镜(103)和所述激光切割头(110)分别放置在各自的一维移动平台上，两个一维移动平台正交放置，通过驱动所述第一分束镜(103)沿水平方向运动，驱动所述激光切割头(110)沿水平正交方向运动，以此保持激光束通过所述激光切割头(110)的光轴。

2.根据权利要求1所述的一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：所述激光器(101)为皮秒激光器，或飞秒激光器。

3.根据权利要求1所述的一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：所述第一分束镜(103)的分光比为99.5：0.5，所述第一分束镜(103)的工作面与激光束光轴形成45度夹角。

4.根据权利要求1所述的一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：所述第二分束镜(105)的分光比为1：1，所述第一分束镜(103)的工作面与激光束光轴形成45度夹角。

5.根据权利要求1所述的一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：所述积分棒(106)的端面为正方形。

6.根据权利要求5所述的一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：所述积分棒(106)的长度由所述正透镜(104)的数字孔径大小确定，激光束在所述积分棒(106)内至少反射两次。

7.根据权利要求1所述的一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：所述正透镜(104)和所述负透镜(108)构成倒置的伽利略望远系统，所述正透镜(104)和所述负透镜(108)的焦距比值由所述PSD探测器(109)的探测面大小确定。

8.根据权利要求7所述的一种监测激光功率大小和位置变化的激光加工系统，其特征在于：从所述负透镜(108)上出射的激光束光斑直径至少小于所述PSD探测器(109)的探测面尺寸的1/4。