[发明专利]激光加工系统和方法

说明书

技术领域

本公开一般涉及激光加工，以及更具体来说涉及将具有均匀束剖面和窄束发散的激光束用于形成零和负锥度加工切口的激光加工系统和方法。

背景技术

在激光加工中，激光束生成装置与光学系统结合用来将激光束引导到待加工的工件上。激光束对工件的照射局部熔化和/或汽化工件材料，以产生或延展工件中的孔或切口。激光束照射点在工件上的位置可通过将激光束和工件其中之一或两者相对彼此移动来控制，由此控制孔或切口的几何结构。

工件的激光加工常常沿切口特征产生呈现锥度的边缘。避免锥度边缘的一种方式是使用特殊套孔头(trepanning head)在光斑位置以固定倾斜角来旋转激光束。部件保持为固定。这种方式仅对小孔钻进是有益的。另一种方式是物理地旋转该部件，同时将激光束保持在相同入射角，这需要高精确CNC台架(通常4-5轴)和复杂控制软件来取得零锥度切口。

需要将具有均匀束剖面和窄束发散的激光束用于形成零和负锥度加工切口的系统和方法。

发明内容

本公开在第一方面提供一种用于对工件进行激光加工的方法。该方法包括从具有大于大约250毫米的长焦距的F-θ透镜将具有顶帽剖面(top hat profile)和大约1度与大约3度之间的窄束发散角的激光束以与透镜的光轴的非垂直束倾斜角引导到设置在至少沿X方向和Y方向可活动的台架上的工件，从而将所引导激光束与设置在可用视场中的工件接合，由此将工件和所引导激光束相对彼此移动，并且采用所引导激光束去除工件的部分，以限定加工表面。

本公开在第二方面提供一种用于对工件进行激光加工的激光微加工系统。该激光微加工系统包括激光器、转换器、F-θ透镜、台架束导引装置和控制器。激光器可操作以生成具有高斯剖面的激光束。转换器可操作以将具有高斯剖面的激光束转换为具有顶帽剖面的激光束。F-θ透镜具有大于大约250毫米的长焦距。台架可操作以支承和移动沿至少X方向和Y方向可活动的工件。束导引装置可操作以用于接收具有顶帽剖面的激光束，并且通过F-θ透镜以与透镜的光轴的某个角度将激光束引导到台架上的工件。激光束在与限定具有周界的可用视场的透镜的光轴的角度范围上可引导，并且具有大约1度与大约3度之间的窄束发散角。控制器可操作以控制所述台架和/或所述束导引装置的运动，以便通过F-θ透镜来定向具有顶帽剖面的激光束并且定向到工件上，从而采用所引导激光束去除工件的部分，以限定加工表面。

技术方案1：一种用于对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

从具有大于大约250毫米的长焦距的F-θ透镜将具有顶帽剖面和大约1度与小于3度之间的窄束发散角的激光束以与所述透镜的光轴的非垂直束倾斜角引导到设置在至少沿X方向和Y方向可活动的台架上的工件；

将所述引导的激光束与所述工件接合；

将所述工件和所述引导的激光束相对彼此移动；以及

采用所述引导的激光束去除所述工件的部分，以限定加工表面。

技术方案2：如技术方案1所述的方法，其中，所述引导包括以大约3度与大约6度之间的非垂直束倾斜角来引导所述激光束，使得所述加工表面相对于Z方向大体具有零锥度。

技术方案3：如技术方案1所述的方法，其中，所述引导包括从具有大于大约420毫米的长焦距的所述F-θ透镜进行引导。

技术方案4：如技术方案1所述的方法，其中，所述激光束在限定具有周界的可用视场的束倾斜角范围上可引导，并且所述接合包括将所述引导的激光束与设置在所述可用视场中的所述工件接合，其中所述引导的激光束的轴与所述可用场的周界间隔开，以及所述去除包括采用所述引导的激光束去除所述工件的部分，使得所述加工表面相对于Z方向大体具有零锥度。

技术方案5：如技术方案1所述的方法，其中，所述激光束在限定具有周界的可用视场的、与所述光轴的束倾斜角范围上可引导，并且所述接合包括将所述引导的激光束与设置在所述可用视场中的所述工件接合，其中所述引导的激光束的轴与所述可用场的周界间隔开大约15毫米至大约30毫米之间，以及所述去除包括采用所述引导的激光束去除所述工件的部分，使得所述加工表面相对于Z方向大体具有零锥度。