别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，通过对光束的精确控制对物体进行加工。工作台面可以是三维移动平台，可以为步进电机或直线电机驱动的运动平台，主要作用是放置被加工材料，可通过真空吸附装置或机械装夹方式将被加工材料固定在平台上。必要时还要通过吹气和吸气装置对加工过程中产生的粉尘进行处理。
[0032]实施例2
如图2所示，一种激光加工装置，包括激光器1、小孔光阑2、透镜I 3、透镜II 4、轴棱锥光学元件5、振镜系统6和三维运动平台8。所述激光器1、小孔光阑2、透镜I 3、透镜II 4、轴棱锥光学元件5和振镜系统6的中心在一个平面上，三维运动平台8位于振镜系统6的下方。
[0033]小孔光阑2为可调光阑，其中心为可调的光阑中心。激光器I出射光束经小孔光阑2，变成单模的光束半径可调的激光光束。处理后的光束经透镜I 3和透镜II 4，透镜I 3和透镜II 4的焦距分别为LI和L2，调节光路时确保光束经过透镜I 3和透镜II 4的中心，且透镜I 3和透镜II 4的距离为L1+L2，保证激光器I的出射光束经过透镜I 3和透镜II 4后为近似平行的光束，透镜I 3和透镜II 4的扩束倍数由L2/L1决定，例如当需要扩束倍数为10倍时，可选择LI为1mm和L2为100mm。经透镜I 3和透镜II 4后的近似平行光束再垂直入射到轴棱锥光学元件5，轴棱锥的底角应选择0.5°或小于0.5°。激光器I发出的高斯光束经轴棱锥光学元件5后会产生一定距离的贝塞尔光束，利用产生的贝塞尔光束对材料进行加工。通过调节小孔光阑的半径，使轴棱锥光学元件5的入射光斑半径为4mm、底角等于0.5°时，贝塞尔光束的距离约为lm。贝塞尔光束的主光斑宽度小、能量集中，无需聚焦，且在最大无衍射距离内不发散，相当于一根“极细”的光束对材料进行加工，完全满足加工的要求。透镜I 3、透镜II 4和轴棱锥光学元件5的表面均镀有与激光器I出射波长相同的增透膜。
[0034]振镜系统6是一种由驱动板与高速摆动电机组成的一个高精度、高速度伺服控制系统，具有扫描的特性。振镜系统6将轴棱锥光学元件5产生的贝塞尔光束进行90°的翻转，经振镜系统6后扫描在被加工材料7的表面，被加工材料7通过真空吸附装置固定在三维运动平台8上。利用振镜系统6实现光的位置的移动，从而可以实现对加工材料7的加Xo “极细”的贝塞尔光束的主光斑携带大量的能量，具有能量密度高的优点，同时在传播过程中不发散，可消除加工过程中形成的尖锥角等不良影响，增大激光加工的深径比，还可对复杂工件进行加工。
[0035]其原理与实施例1相同。
[0036]实施例3
如图3所示，一种激光加工装置，包括激光器1、小孔光阑2、透镜I 3、透镜II 4、轴棱锥光学元件5、反射镜6和三维运动平台8，所述激光器1、小孔光阑2、透镜I 3、透镜II 4和反射镜6的中心在水平面上，轴棱锥光学元件5和反射镜6的中心所在的平面垂直于水平面，三维运动平台8位于轴棱锥光学元件5的下方。
[0037]激光器I的出射光束经小孔光阑2的中心，小孔光阑2为可调光阑，其中心为可调的光阑中心。当激光器I的出射光束为多模时，调节小孔光阑2的孔径挡住外圈的高阶模，只允许一阶模通过，消除激光多模对加工效果的影响。经小孔光阑2后的光束经透镜组中的透镜I 3和透镜II 4准直扩束。透镜I 3、透镜II 4和反射镜6镀有与激光器I出射波长相同的高反射膜。准直扩束后的光束再经过反射镜6，反射后的光束垂直入射到轴棱锥光学元件5上，便于调节光斑，与实施例2中介绍的原理相同，激光光束经轴棱锥光学元件后变换为贝塞尔光束，贝塞尔光束直接入射被加工材料7表面，被加工材料通过机械夹具9固定在三维运动平台8上，通过计算机控制系统控制三维运动平台8可以沿设定的轨迹路线运动，以便得到所需要的加工效果。
[0038]其原理与实施例1相同。
[0039]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种激光加工方法，其特征在于，其步骤如下: (1)由工控机控制系统打开激光器，使激光器发射激光光束； (2)使激光光束通过小孔光阑，实现对激光光束起选模和控制半径的作用； (3)经过小孔光阑后的激光光束通过准直扩束系统进行准直扩束； (4)准直扩束的激光通过轴棱锥光学元件变换为贝塞尔光束； (5)贝塞尔光束通过振镜系统入射到被加工材料的表面。2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光器为355nm紫外激光器。3.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光器为皮秒或飞秒的超短脉冲的激光器。4.根据权利要求2或3所述的激光加工方法，其特征在于，所述透镜组包括至少两个透镜，透镜表面镀有与激光器出射光束波长相同的增透膜。5.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述轴棱锥光学元件的底角为0.5°，轴棱锥光学元件的表面镀有与激光器出射光束波长相同的增透膜。6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，所述被加工材料的表面设置在移动平台上，被加工材料通过真空吸附装置或机械装夹方式固定在移动平台。7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，所述移动平台一侧设有吹气或吸气装置。8.—种激光加工装置，其特征在于，包括激光器(1)、小孔光阑(2)、透镜I(3)、透镜II (4)、轴棱锥光学元件(5)、振镜系统(6)和三维运动平台(8)，所述激光器(1)、小孔光阑(2)、透镜I (3)、透镜II (4)、轴棱锥光学元件(5)和振镜系统(6)的中心在一个平面上，三维运动平台(8)位于振镜系统(6)的下方。9.根据权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，所述小孔光阑(2)为可调小孔光阑。10.一种激光加工装置，其特征在于，包括激光器(1)、小孔光阑(2)、透镜I (3)、透镜II (4)、轴棱锥光学元件(5)、反射镜(6)和三维运动平台(8)，所述激光器(1)、小孔光阑(2)、透镜I (3)、透镜II (4)和反射镜(6)的中心在水平面上，轴棱锥光学元件(5)和反射镜(6)的中心所在的平面垂直于水平面，三维运动平台(8)位于轴棱锥光学元件(5)的下方。
【专利摘要】本发明公开了一种激光加工方法，其步骤如下：由计算机控制系统打开激光器，使激光器发射激光光束；激光光束通过小孔光阑，实现对激光光束起选模和控制半径的作用；经过小孔光阑后的激光光束通过透镜组进行准直扩束；准直扩束的激光通过轴棱锥光学元件变换为贝塞尔光束；贝塞尔光束通过振镜系统入射到被加工材料的表面。本发明还公开了激光加工装置。本发明加工时无需确定焦点位置，同时具有大深径比、高精度等特点，其实现方法简单、光路易调节，在激光加工领域有较好的应用前景。
【IPC分类】B23K26/38, B23K26/382, B23K26/064
【公开号】CN105081586
【申请号】CN201510579225
【发明人】张培, 姜利英, 方洁, 闫艳霞, 邓玮, 崔光照, 肖小楠, 周鹏磊
【申请人】郑州轻工业学院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月14日