[发明专利]一种激光加工方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光精密加工的技术领域，尤其是激光对玻璃、太阳能硅片、LED晶元、PCB以及FPCB板的切割、划线、打孔等加工领域，具体涉及一种激光加工方法和装置。

背景技术

激光精密加工技术具有非接触、加工材料范围广、精度高、重复率高、热影响区域小、形状与尺寸加工柔性高等优点，广泛应用于微机械、微电子器件、医疗器械、航空精密制造等领域。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接摩擦产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此，激光加工可应用到不同层面和范围上。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。

目前的激光加工通常利用F-θ透镜对加工光束进行聚焦，使焦点光斑直径尽可能的小，利用焦点处的高能量密度对材料进行加工。因此，在精密加工前需要对焦点位置进行确定，焦点位置控制不好会极大的影响激光加工的效果，另外对非平面材料进行加工时，需要对焦点位置实时控制，确保焦点位置始终在材料表面，这就对控制技术提出了更高的要求，增加了加工成本。加工光束在沿直径方向上的能量分布是高斯型的，即光束中心能量最高，沿半径方向能量逐渐降低，边缘部分和中心部分的能量差异较大，在加工过程中会形成一定的尖锥角，这对激光精密加工是不利的。传统的激光加工中，深径比（孔径深度/孔径宽度）有一定的限制，受限于传统激光加工透镜焦深与焦斑大小的矛盾关系，分辨率与加工深度很难同时获得提升。

鉴于以上考虑，寻找一种长焦深、大深径比、高分辨率的激光加工系统就显得尤为必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光精密加工的方法和装置，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。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种激光加工方法，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。

所述激光器为355nm紫外激光器。

所述激光器为皮秒或飞秒的超短脉冲的激光器。

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。

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。

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。

所述移动平台一侧设有吹气或吸气装置。

一种激光加工装置，包括激光器、小孔光阑、透镜Ⅰ、透镜Ⅱ、轴棱锥光学元件、振镜系统和三维运动平台，所述激光器、小孔光阑、透镜Ⅰ、透镜Ⅱ、轴棱锥光学元件和振镜系统的中心在一个平面上，三维运动平台位于振镜系统的下方。

所述小孔光阑为可调小孔光阑。

一种激光加工装置，包括激光器、小孔光阑、透镜Ⅰ、透镜Ⅱ、轴棱锥光学元件、反射镜和三维运动平台，所述激光器、小孔光阑、透镜Ⅰ、透镜Ⅱ和反射镜的中心在水平面上，轴棱锥光学元件和反射镜的中心所在的平面垂直于水平面，三维运动平台位于轴棱锥光学元件的下方。

本发明由工控机控制的激光器发射的激光光束通过小孔光阑，再通过准直扩束系统后，经过轴棱锥光学元件，再通过振镜系统直接入射在被加工材料表面，被加工材料放置在由工控机控制的三维移动平台上。本发明把激光器出射的激光光束通过轴棱锥光学元件变换为贝塞尔光束，再利用贝塞尔光束进行加工，其有益效果为加工时无需调节焦点位置，加工精度高，可实现大深径比、无尖锥角的激光加工。

附图说明