[发明专利]应用多束激光束的工件加工方法

说明书

本发明涉及在同一加工位置上用多束激光束来加工工件的方法。

当今激光在工业上有各种用途：

-以极高的能量密度来焊接或切割十分不同的材料，包括像钢那样很硬的材料；及

-以与到达材料表面时相比要低的能量密度，通过表面材料的蒸发和燃烧来刻蚀材料。

在这方而的一个特例是以改变塑料的初色，使之变成灰色或黑色，用于塑料卡片上形成图象或标示及符号，如信用卡，身份证或类似塑料卡上的表示；但也可用于其它材料，如纸状或织物状的材料上，像护照等。

对于采用的激光源及其附属设备有不同的要求。

当焊接、气割及一部分蚀刻作业取决于被蚀刻材料的硬度时，单位时间能够去除材料的最大值的决定因素主要是对激光束最大可能的能量密度。

在这方面，与激光的吸收程度，就是说被加工材料的吸收能力有很大关系，它对加工结果的影响比激光器输出功率还大。

连续工作的激光器，即所谓的连续波(CW)激光器，与脉冲激光器相比，它在单位照射时间内进入工件材料的能量密度低。

在比较中看出，脉冲激光器在单位照射时间内输入材料的能量很高，但在这方面，单只闪光灯使用寿命很短，闪光灯也能用来加工低熔点材料。

为了提高效率，适用的等离子云的生产和维护在实际上得到应用，例如从EP-A-0481270可知，用运行成本小的，连续波激光器来加工材料，如果将一台CO₂脉冲激光器射向CW-CO₂激光器的加工位置或沿激光前进方向射到该加工位置正前方的话，则其吸收程度及其效率都得到改进。其特征在于，脉冲激光器的脉冲能量及脉冲频率明显地不能完成要求的加工作业，但却能在加工位置产生少量等离子云，从而提高由CW-CO₂激光器的实际加工效果。

在这种情况下，脉冲激光器与作为逆向工作的光束分配器的CW-CO₂激光器结合起来，并借助于普通射束导向器和其它光学系统作为加工光束射到工件上。

这样显然没有这二个激光束的线性偏振产生。

众所周知，随着入射角的不同，线性偏振激光束在工作材料中的吸收效果好于随机偏振或循环偏振激光束的吸收水平。因此，值得将这样的随机偏振的激光束作线性偏振处理，当加工质量被提高时，只使用其输出能量的50％。

在对低熔点材料，如塑料卡进行划线或作标记时，问题不在于加工位置上产生的密度最高有多少，而在于尽快产生加工深度，就是说变黑的深度，以便使加工过程，即对此塑料卡产生图象及或标记的时间缩短到最低。

考虑到这种塑料卡是批生产的物品，其单价必须很低，但这种卡片仍然只用激光器这一昂贵的激光标刻装置一张一张的作标记。在这方面已对加工期内单件有十分不利的影响。

这种塑料卡一般还可用连续波缴光器进行加工。因为当用连续波照射时，变黑效应所需能量密度太高，以致会使卡片材料燃烧。

为了消除使用脉冲激光器所需装置和费用，特别是其冷却装置，价格昴贵的消耗品，如闪光灯、高压开关等，尤其是为了不必采用相对低的30-2000Hz的脉冲频率工作，实现了用所谓的质量转换激光器(Q转换激光器)。这种Q转换激光器的特点在于，共振器的质量是改变的，然后产生脉冲，其在激光脉冲内单位时间的能量密度明显高于连续作业时的数值，但这种Q转换激光器优点在于每秒1000-100,000个脉冲的高频率，因此，通过使变黑表面光栅化，有可能以相对高的操作速度工作。

但由于激光单位脉冲进入工件的能量，随着脉冲频率的提高而降低，操作速度的提高受到限制。因此，不可能在实践中使用理论上能达到的100KHz的频率。因为在标刻工序中不能再实现足够的变黑作用。即在蚀刻工序中，达不到材料的去除深度，也就是说材料去除深度不够。

所以，本发明的目的是提供一种加工工件的方法。具体说是用于蚀刻金属或使塑料变黑的方法，不管加工脉冲频率有多高，每个脉冲都提供最低的能量。

权利要求1和19的特征可实现这个目的，在权利要求书中描述了优选实施例。

作用到材料上的高脉冲频率及单位脉冲高的能量水平可通过将几个，至少二个激光束组合起来；形成的加工光束通过普通光束导向器及光束聚焦装置射到工件上。

在这方面，最好以互成90°的线偏振Q转换激光器作为激光源，光束通过一台光束合并器汇集，通常是反向操作偏振光分光镜，或半透明反射镜。

在这方面，可采用同样的激光光源，但不一定必须这样。