[发明专利]一种激光飞行聚焦扫描系统

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，特别是大幅面激光三维扫描加工领域。

背景技术

目前市场上的大幅面激光扫描加工系统，要么采用价格昂贵的进口动态聚焦系统，要么采用大幅面XY工作台方式。

采用进口动态聚焦系统，其原理是聚焦镜与振镜系统之间距离保持不变，通过扩束镜改变激光光束发散角，或者改变扩束器和聚集镜之间的距离，来实现聚焦补偿，其优点是响应速度快，加工幅面大，主要应用在激光快速成型等领域，但对于一些对于焦点位置变化响应速度不要求那么高的应用领域而言，采用动态聚焦系统的方案，采购成本太高，存在配置严重浪费的情况。

采用大幅面XY工作台的系统，主要又分为两种情况，一种是工件动，激光焦点不动，一种是工件不动，采用飞行光路。前者的优点是焦点位置精度高，但是由于工作台惯性很大，因此加工速度很慢；后者加工速度方面较前者有较大提高，但是还是要使用较长行程的直线电机(前进速度快)，因此还是存在成本过高导致市场竞争力不强的情况。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新的应用于大幅面激光三维扫描的外光路系统，具备结构简单可靠、成本低、控制简便、高效率激光扫描等特点，特别应用于对激光扫描焦点变化响应速度要求不高，但是激光扫描加工幅面较大的领域，例如非晶硅薄膜太阳能电池板清边加工、大幅面玻璃内雕、非晶硅薄膜太阳能电池板透光层加工、非晶硅薄膜太阳能电池板四周激光划线绝缘等。

本发明的目的是这样实现的：请见图1，1是激光振镜扫描镜片，也就是激光扫描原点，2、3分别是激光扫描最外的位置与激光扫描中间位置，汇聚态激光经振镜1扫描后回形成球形焦球面4，5是加工平面，为了使得焦球面4上的激光焦点在振镜扫描过程中全部落到加工平面5上，必须实现激光焦点在扫描过程中的动态变化，这就是本发明要解决的问题。请见图2，6是激光光源，7是底板，8是激光扩束装置，11是激光振镜系统，12是激光束，在激光光束扩束器8与激光振镜系统11之间，设置一系列的光学透镜，这一系列光学透镜构成激光聚焦镜，改变激光聚焦镜与激光振镜系统11之间的距离，9、10分别是聚焦镜的不同位置，激光焦点离开振镜系统的距离相应跟着改变相同距离，聚焦镜位于位置9时，激光焦点在13位置，聚焦镜位于位置10时，激光焦点在14位置，加上振镜系统11的一维或者二维扫描，达到控制激光焦点在三维空间位置的目的。

本发明，一种激光飞行聚焦扫描系统，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明提出一种激光飞行聚焦扫描系统，与大幅面二维移动工作平台工作方式相比，由于采用了振镜，其突出优点是激光扫描加减速极大提高，且结构简单，成本降低，激光加工系统结构简单。

2.本发明这种飞行聚焦系统，与采用动态聚焦大幅面扫描系统相比，在一些对焦点位置变化响应速度要求不高的领域，可以极大的降低设备成本，并且结构也简单，易于维护保养。当然，如果增加聚焦镜移动的驱动机构成本，例如采用直线电机，也可以大大提高焦点位置变化响应速度。

3.本发明这种飞行聚焦系统，对于整个加工系统焦点的位置精度很容易控制，相反，移动扩束器的入射镜片改变激光发散角进而改变焦点位置这种方法，对移动运动部件控制精度以及光轴与运动轨迹的相对位置要求都很高。

4.本发明提出的这种方法，与“振镜+平场镜”方案相比，本发明方案由于采用的其实是静态聚焦，具有聚焦光学相差小，更易于获得更小的聚焦光斑或者更大幅面的加工范围。

5.本发明提出的这种方法，适合于大幅面激光扫描切割和三维激光打标、雕刻等领域。

6.本发明提出的这种方法，适合于各种波长的激光加工系统。

附图说明

通过以下对本发明，一种一种激光飞行聚焦扫描系统的若干实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1聚焦激光经振镜扫描截面图

图2发明技术方案图

图3实施例二图

具体实施方式