一种双激光加工系统及方法与流程

1.本发明涉及激光加工领域，特别是一种双激光加工系统及方法。


背景技术：

2.一般来说，脉宽较宽的激光可以做到更高的单脉冲能量，加工材料的效率更高，而脉宽较窄的激光脉冲能量小，加工效率相对更低，但是可以实现更高精细度的材料加工，获得的加工质量也更高。
3.激光器所使用的脉宽范围可以包含从微秒到飞秒的不同量级的脉宽。若要同时实现较高的加工效率和较高的加工质量，通常可以采用的方法是，利用脉宽较宽的激光器进行高效率的粗加工，再利用脉宽较窄的激光器进行精加工以提高加工质量。
4.但是，采用这种方式进行加工，需要先后分别地采用不同脉宽的脉冲激光进行加工，这种加工方式至少存在以下问题。在不同的光路或不同的工位之间需要频繁切换，工序繁琐，且不能保证粗、精加工工序中加工位置的高重合度，加工精度无法保证，此外，粗加工完成之后，对材料造成的损伤较大，在精加工工序中难以修复，往往得不到预期的加工质量。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：解决上述所提出的至少一个技术问题。
6.本发明解决其技术问题的解决方案是：
7.一种双激光加工系统，包括：第一激光器、第二激光器和合束模块；所述第一激光器用于产生第一脉冲激光；所述第二激光器用于产生第二脉冲激光；所述合束模块用于接收所述第一脉冲激光和第二脉冲激光并使第一脉冲激光和第二脉冲激光合并成第三激光束。
8.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一脉冲激光和所述第二脉冲激光的偏振方向不同，所述合束模块为pbs偏振分光镜。
9.作为上述技术方案的进一步改进，所述合束模块为二向色镜所述第一脉冲激光与所述第二脉冲激光的波长不相同。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一激光器和所述合束模块之间还设有第一调整模块，所述第一调整模块用于调整所述第一脉冲激光的出射位置与方向。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述第二激光器和所述合束模块之间还设有第二调整模块，所述第二调整模块用于调整所述第二脉冲激光的出射位置与方向。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一调整模块包括第一反射镜、第二反射镜，所述第一反射镜设置于第二反射镜的光路上游，所述第二反射镜用于接收第一反射镜的光束并反射到合束模块，所述第一反射镜和第二反射镜可分别沿各自反射面表面所在平面内的正交方向调整倾斜角度。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述第二调整模块包括第三反射镜和第四反射
镜，所述第三反射镜设置于第四反射镜的光路上游，所述第四反射镜用于接收第三反射镜的光束并反射到合束模块，所述第三反射镜和第四反射镜可分别沿各自的反射面所在平面的正交方向调整倾斜角度。
14.作为上述技术方案的进一步改进，双激光加工系统还包括检测器，所述检测器用于检测所述第三激光束中的第一脉冲激光和第二脉冲激光的同轴度。
15.本发明还提供了一种双激光加工方法，设定第一激光器和第二激光器分别所产生的第一脉冲激光和第二脉冲激光的参数；产生第一脉冲激光和第二脉冲激光，使得第一脉冲激光和第二脉冲激光同轴设置。
16.作为上述技术方案的进一步改进，所述参数具体为，第一脉冲激光的开始出光的时间为t1、脉冲能量为e1、脉宽为τ1、频率为f1；第二脉冲激光的开始出光的时间为t2、脉冲能量为e2、脉宽为τ2、频率为f2；所述e1大于e2，所述t2不早于t1，所述τ1大于τ2。
17.本发明的有益效果是，在本发明中的多激光加工系统中，第一激光器可用于产生第一脉冲激光，第二激光器可用于产生第二脉冲激光，第一脉冲激光和第二脉冲激光中之间存在差异，例如，可以是第一脉冲激光和第二脉冲激光两者之间的波长不同，或第一脉冲激光和第二脉冲激光两者的偏振方向不同等等，从而合束模块能使其中一束激光透光，而使另外一束激光反射，使用时，第一激光和第二激光可从不同的角度下入射到合束模中，通过合束模块对其中一束激光透光，而另外一束激光反射一定的角度，使得两束激光合并，进而可利用两种不同的激光同时对工件进行加工。
18.本发明中的双激光加工方法，通过第一脉冲激光和第二脉冲激光配合使用，且第一脉冲激光和第二脉冲激光同轴设置，有效提高加工效率并保证加工精度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
20.图1是本发明的激光系统的一种实施例的系统结构示意图；
21.图2是本发明的激光系统的一种实施例的系统结构示意图；
22.图3是本发明的激光系统的一种实施例的系统结构示意图；
23.图4是本发明的激光系统的一种实施例中的第一调节模块的示意图；
24.图5是本明发的激光系统的一种实施例中的第二调整模块的示意图；
25.图6是本发明的激光系统的一种实施例中的第一调节模块或第二调节模块的示意图；
26.图7所示为本发明中的激光方法的第一脉冲激光、第二脉冲激光，以及第一脉冲激光与第二脉冲激光合并的参数示意图。
27.附图中：1
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第一激光器，2
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第二激光器，3
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合束模块，4
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第一调整模块，41
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第一反射镜，42
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第二反射镜，5
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第二调整模块，51
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第三反射镜，52
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第四反射镜，6
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偏摆镜。
具体实施方式
28.以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
29.参照图1～图6，一种双激光加工系统，包括：第一激光器1、第二激光器2和合束模块3；所述第一激光器1用于产生第一脉冲激光；所述第二激光器2用于产生第二脉冲激光；所述合束模块用于接收所述第一脉冲激光和第二脉冲激光并使第一脉冲激光和第二脉冲激光合并成第三激光束。
30.由上述可得，第一激光器1可用于产生第一脉冲激光，第二激光器2可用于产生第二脉冲激光，第一脉冲激光和第二脉冲激光中之间存在差异，例如，可以是第一脉冲激光和第二脉冲激光两者之间的波长不同，或第一脉冲激光和第二脉冲激光两者的偏振方向不同等等，从而合束模块3能使其中一束激光透光，而使另外一束激光反射，使用时，第一激光和第二激光可从不同的角度下入射到合束模块中，通过合束模块3对其中一束激光透光，而另外一束激光反射一定的角度，使得两束激光合并，进而可利用两种不同的激光同时对工件进行加工。
31.本发明中还可以包括控制单元，例如可以是单片机或可编程控制器等。通过控制单元可控制第一激光器1的脉冲频率、触发时间、脉冲数量等。同理的，也可以通过控制单元控制第二激光器2产生的激光的脉冲频率、触发时间，以及脉冲数量等。使用者可利用两个控制单元分别控制第一激光器1和第二激光器2，还可以是通过一个控制单元同时控制第一激光器1和第二激光器2，其使用十分方便。
32.在一些实施例中，所述第一脉冲激光和所述第二脉冲激光的偏振方向不同，所述合束模块3为pbs偏振分光镜。优选的，第一脉冲激光和第二脉冲激光的偏振方向互相垂直。例如，第一脉冲激光的偏振方向沿左右方向，第二脉冲激光的偏振方向沿前后方向。在本实施例中，第一激光器1和第二激光器2分别产生不同偏振方向的第一脉冲激光和第二脉冲激光。
33.优选的，通过pbs偏振分光镜使第一脉冲激光反射，使得入射到pbs偏振分光镜的角度为45度。第一脉冲激光和第二脉冲激光两者入射到pbs分光镜的光束相互垂直。
34.作为另一种实施方式，在某些实施例中，所述合束模块3为二向色镜，所述第一脉冲激光与所述第二脉冲激光的波长不相同。第一脉冲激光和第二脉冲激光的波长不同，从而二向色镜对其中一束激光的大部分透射穿过二向色镜，而另外一束激光则大部分被二向色镜反射，从而达到对光线进行合束作用，在本实施例中，使用者可调整好二向色镜的设置角度，从而使得第一脉冲激光和第二脉冲激光可合并成一束激光。
35.在一些实施例中，所述第一激光器1和所述合束模块3之间还设有第一调整模块4，所述第一调整模块4用于调整所述第一脉冲激光的出射位置和方向。
36.在一些实施例中，所述第一激光器1和所述合束模块3之间还设有第二调整模块5，
所述第二调整模块5用于调整所述第二脉冲激光的出射位置和方向。
37.可选的，第一调整模块4和第二调整模块5可以同时存在，也可以是只存在第一调整模块4或第二调整模块5。
38.当第一调整模块4和第二调整模块5同时存在时，第一调整模块4可对第一脉冲激光的飞行方向以及出射的位置进行调整，第二调整模块5可对第二脉冲激光的飞行方向以及出射的位置进行调整，其调整十分灵活，例如，使用者可通过调整第一调整模块4和第二调整模块5使得合束模块3出射的第一脉冲激光和第二脉冲激光同轴地设置。
39.当仅存在第一调整模块4或第二调整模块5时，使用者可相应地只对第一调整模块4或第二调整模块5进行调整。例如，只存在第一调整模块4时，使用者可通过第一调整模块4调整第一脉冲激光的飞行方向及从第一调整模块4出射的位置，从而调整第一脉冲激光入射到合束模块3的方向以及位置，使得从合束模块3从出射的第一脉冲激光与第二脉冲激光同轴设置。
40.在一些实施例中，所述第一调整模块4包括第一反射镜41、第二反射镜42，所述第一反射镜41设置于第二反射镜42的光路上游，所述第二反射镜用于接收第一反射镜的光束并反射到合束模块，所述第一反射镜和第二反射镜可分别沿各自的反射面所在平面内的正交方向调整倾斜角度。通过第一反射镜41和第二反射镜42的位置调整，可使第一脉冲激光平移或调整第一脉冲激光的飞行方向。
41.在一些实施例中，所述第二调整模块5包括第三反射镜51和第四反射镜52，所述第三反射镜51设置于第四反射镜52的光路上游，所述第四反射镜52用于接收第三反射镜51的光束并反射到合束模块，所述第三反射镜51和第四反射镜52可分别沿各自的反射面的所在平面内的正交方向调整倾斜角度。使用时，通过第三反射镜51接收第二脉冲激光，第二脉冲激光入射到第三反射镜51后，第三反射镜51反射第二脉冲激光到第四反射镜52，然后再通过第四反射镜52把第二脉冲激光反射向合束模块3。同理的，第三反射镜51和第四反射镜52的位置调整可使第二脉冲激光平移或调整第二脉冲激光的飞行方向。
42.在一些实施例中，第一调整模块4上的第一反射镜41可设置于二维调整镜架上，同理的，第二反射镜42可设置于另外的一个二维调整镜架上，使用者可通过手动调整二维调整镜架从而调整第一反射镜41和第二反射镜42的光束出射反向。同理地，第二调整模块5中的第三反射镜51和第四反射镜52也可一一对应地参照第一反射镜41和第二反射镜42设置，即，第三反射镜51和第四反射镜52也相应地设置一个与之配合的二维调整镜架，从而可独立地调整第三反射镜51和第四反射镜52。此外，第一调整模块4和第二调整模块5还可以采用其它的实施方式。第一调整模块4和第二调整模块5可分别采用相同或不同的实施方式。以下，以第一调整模块4进行举例说明，第二调整模块5也可采用以下某一个或多个组合进行实施。
43.例如，第一调整模块4两个沿光路输送上下游依次设置的偏摆镜6，上游的偏摆镜6用于传递光束到下游的偏摆镜6，上游的偏摆镜6可用于接收第一脉冲激光，下游的偏摆镜6可用于把激光传递到合束模块，偏摆镜6受电压驱动可以实现对光束传输方向的改变。
44.再例如，上述实施例中，第一调整模块4所包含的第一反射镜41和第二反射镜42，第一反射镜41可沿左右方向运动并沿左右方向摆动，第二反射镜42可沿前后方向运动并沿前后方向摆动，从而使第一调整模块4达到相同的调整第一脉冲激光的出射位置与方向的
效果。
45.在一些实施例中，在第一脉冲激光1与第一调整模块4，以及第二脉冲激光2与第二调整模块5之间还包括扩束镜和波片，分别用于改变光束直径和偏振状态。扩束镜和波片两者的相对上游或下游的位置互换。
46.在一些实施例中，双激光加工系统还包括检测器，所述检测器用于检测所述第三激光束中的第一脉冲激光和第二脉冲激光的同轴度。
47.一种双激光合束方法，包括上述任意技术方案组合的双激光加工系统，还包括如下步骤：步骤一，产生第一脉冲激光和第二脉冲激光；步骤二，调整第一脉冲激光和第二脉冲激光的飞行路径；步骤三，使第一脉冲激光和第二脉冲激光合并成一束激光。
48.由于上述已经针对双激光加工系统进行了相关的文字描述，本领域的技术人员结合附图应当能够理解，故此处不再针对该系统进行展开描述。
49.在一些实施例中，所述步骤二具体为，调整第一脉冲激光的飞行角度，以及入射位置；调整第二激光的飞行角度，以及入射位置。
50.如图7所示，本发明还提供了一种双激光加工方法，设定第一激光器和第二激光器分别所产生的第一脉冲激光和第二脉冲激光的参数；产生第一脉冲激光和第二脉冲激光，使得第一脉冲激光和第二脉冲激光同轴设置。
51.进一步的，所述参数具体为，第一脉冲激光的开始出光的时间为t1、脉冲能量为e1、脉宽为τ1、频率为f1；第二脉冲激光的开始出光的时间为t2、脉冲能量为e2、脉宽为τ2、频率为f2；所述e1大于e2，所述t2不小于t1，所述τ1大于τ2；通过t1、t2、f1、f2的组合设置，可以使第一脉冲激光和第二脉冲激光同步或交替加工的效果。
52.在实际使用中，可把第二脉冲激光的聚焦光斑调整至大于或等于第一激光的聚焦光斑，优选的第二脉冲激光的聚焦光斑略大于第一脉冲激光的光斑。调整第一脉冲激光和第二脉冲激光的频率，使第二脉冲激光的频率与第一脉冲激光的频率不相等，优选地，第二脉冲激光的频率大于第一脉冲激光的频率，使得第一脉冲激光可与第二脉冲激光在某一时间点同步发射，或第一脉冲激光的相邻两个脉冲之间穿插一个或多个第二脉冲激光的脉冲，可提高加工质量，例如是穿插在第一脉冲激光之间的第二脉冲激光可把第一脉冲激光的加工效果细化，去除材料表面产生的损伤层。
53.例如是通过该方法进行钻孔加工时，通过第一脉冲激光钻孔会在孔的内壁上形成重铸层，可通过第二脉冲激光对重铸层进行去除，去除重铸层可能需要一次或多次的第二脉冲激光，该方法可提高激光开孔的加工质量，实现粗加工和精加工同步进行。
54.以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。