一种复合激光器和激光加工系统的制作方法

本发明涉及激光加工，更具体地，涉及一种复合激光器和激光加工系统。

背景技术：

1、近年来，随着激光加工技术不断发展，在工业加工领域，激光加工被越来越多的广泛应用，同时，对激光加工技术也不断提出了更高的要求。

2、传统激光加工的激光束一般是高斯分布；在激光束是高斯分布的情况下，加工中心的温度过高，导致加工过程中易产生飞溅而损坏加工工件周围的电子元件，同时，由于加工过程中加工中心和周围出现较大温度差，形成温度梯度，使得工件受热不均匀，导致工件容易出现变形、气泡以及裂纹等各种问题。

3、为了解决上述问题，当前，激光器厂商通常需要在原有的激光器的基础上额外设置一种环形光辅助加工系统，对原有激光器进行辅助，即在原加工位置外围形成一环形加热场，降低温度梯度，以减轻出现飞溅、气泡和裂纹等问题。

4、当前较为常见的环形光辅助加工系统包括两种，一种是直接另外再设置一个环形光激光器，形成环形光斑进行辅助加工；还有一种是ipg创设的具有环形光纤的激光器加工系统，具体为所述激光器的光纤结构包括中心光纤和环形光纤两部分，通过激光器分别控制中心光纤和环形光纤形成中央光束和环形光束，中央光束进行激光加工，环形光束进行辅助加工。以上两种常见的激光加工系统均较为复杂，生产成本较高。

5、基于此，有必要发明一种结构简单、成本低廉、操控方便的复合激光器，同样也可以减轻激光加工过程中出现工件卷曲、飞溅、气泡和裂纹等问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种复合激光器和激光加工系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种复合激光器，依次包括激光器、准直器、第二分束镜、第一分束镜和聚焦透镜，所述第一分束镜外围靠近第二分束镜的一侧设有第一反射膜，所述第二分束镜靠近第一分束镜的一侧的外围设有第二反射膜，所述第一分束镜和第二分束镜均具有通孔。所述激光器的输出光路上设置准直器，准直器用于将激光器发出的激光调整为准直平行光，所述准直器的输出光路上依次设置第二分束镜和第一分束镜，第一分束镜和第二分束镜用于将准直器输出的准直平行激光束进行分束，一部分光束穿过第二分束镜的通孔，到达第一分束镜的第一反射膜后，第一次被反射扩束至第二分束镜的第二反射膜上，再被第二反射膜反射扩束放大为环形光束，另一部分光束穿过第一分束镜和第二分束镜的通孔，到达聚焦透镜后，被聚焦为中央光束。该中央光束用于对工件进行激光加工，环形光束用于对工件进行辅助加热。

3、本申请的复合激光器设计的巧妙之处在于，所述复合激光器的第二分束镜的通孔比第一分束镜的通孔大，以保证准直平行光从准直器穿过第二分束镜时，可以全部通过第二分束镜，而不被第二反射膜，再到达第一分束镜时，部分光束可以被第一反射膜反射至第二反射膜。同时，本申请的第一分束镜的第一反射膜由内向外向远离第二反射膜的一侧倾斜，这样才能保证从第一反射膜扩束的光束到达第二反射膜上形成扩束效果，且能被第二反射膜再次以扩束的方式反射。

4、本申请还提供一种激光加工系统，该激光加工系统包括上述复合激光器，还包括加工工件和一个移动台，所述移动台用于将所述环形光束、中央光束和所述工件相对于彼此至少在两个不同的轴线上移动。

5、在可选的方案中，本申请所述的复合激光器和激光加工系统可以用于激光切割、激光焊接、激光雕刻、激光清洗以及激光增材制造等多种激光加工应用领域。

6、通过上述结构设计，本申请的复合激光器和激光加工系统可以将环形光束进行扩束，与中央光束分离开，分离形成两部分的光束。进而，通过环形光束形成辅助加热场，使得激光加工位置与其周围位置的温度梯度降低，进而，使得本申请提供的复合激光器和激光加工系统既成本低廉，又可以减轻激光加工过程中出现工件卷曲、飞溅、气泡和裂纹等问题。

技术特征：

1.一种复合激光器，其特征在于,依次包括激光器(1)、准直器(2)、第二分束镜(4)、第一分束镜(3)和聚焦透镜(5)；

2.根据权利要求1所述的复合激光器，其特征在于,所述第一分束镜(3)和第二分束镜(4)至少有一个镜片可在光路输出方向上前后移动。

3.根据权利要求1所述的复合激光器，其特征在于,所述第一分束镜(3)由内至外曲率逐渐减少。

4.根据权利要求1所述的复合激光器，其特征在于,所述第一分束镜(3)可以以准直平行光(l)输出方向为旋转轴进行旋转，且旋转时，第一分束镜(3)在旋转时表现出在由中心指向固定方向厚度发生变化，曲率也发生变化。

5.根据权利要求1所述的复合激光器，其特征在于,还包括调光镜(9)，所述调光镜(9)位于准直器(2)和聚焦透镜(5)之间，所述调光镜(9)为圆筒型结构，中央具有调光孔(91)，在调光镜(9)内侧的调光孔(91)上设有第三反射膜(92)，所述调光镜(9)在光路方向上前后偏转。

6.一种激光加工系统，其特征在于,包括权利要求1-5中的一种复合激光器，还包括工件(6)和一个移动台，所述移动台用于将所述环形光束(l1)、中央光束(l2)和工件(6)相对于彼此至少在两个不同的轴线上移动。

7.根据权利要求6所述的激光加工系统，其特征在于,还包括第一反射镜(7)和第二反射镜(8)，所述第一反射镜(7)和第二反射镜(8)位于第一分束镜(3)和聚焦透镜(5)之间，且通过第一反射镜(7)和第二反射镜(8)的摆动或者移动控制所述环形光束(l1)和中央光束(l2)在作用的工件(6)上的至少两个不同的轴线上移动。

8.如权利要求6所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一反射镜(7)和第二反射镜(8)控制所述环形光束(l1)和中央光束(l2)进行移动的轴线相互垂直。

9.如权利要求6所述的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统生成的环形光束l1在工件(6)上的光斑的直径为d，中央光束l2在工件(6)上的光斑的直径为d，满足2d≤d≤10d。

10.如权利要求6所述的激光加工系统，其特征在于，还包括一个温度反馈调节机构，通过红外探测的方式探测作用的工件(6)的加工位置和温度辅助场位置的温度，且根据实时温度反馈对环形光束(l1)和中央光束(l2)进行调节。

技术总结
本申请提供一种复合激光器和激光加工系统，依次包括激光器、准直器、第二分束镜、第一分束镜和聚焦透镜，所述第一分束镜外围靠近第二分束镜的一侧设有第一反射膜，所述第二分束镜靠近第一分束镜的一侧的外围设有第二反射膜。所述激光器的第一分束镜和第二分束镜用于将准直器输出的准直平行激光束进行分束，一部分光束穿过第二分束镜的通孔，被反射扩束放大为环形光束，另一部分光束被聚焦为中央光束。该中央光束用于对工件进行激光加工，环形光束用于对工件进行辅助加热。使得本申请提供的复合激光器和激光加工系统成本低廉，且能够减轻激光加工过程中出现工件卷曲、飞溅、气泡和裂纹等问题。

技术研发人员：周威云,黄国溪,张帆
受保护的技术使用者：深圳公大激光有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13