[发明专利]一种激光光束像散补偿方法及激光加工系统有效

专利信息
申请号: 202010783928.7 申请日: 2020-08-06
公开(公告)号: CN112025088B 公开(公告)日: 2022-04-15
发明(设计)人: 王雪辉;冯新康;雷桂明;喻浩;王建刚 申请(专利权)人: 武汉华工激光工程有限责任公司
主分类号: B23K26/064 分类号: B23K26/064;B23K26/073;B23K26/70
代理公司: 北京汇泽知识产权代理有限公司 11228 代理人: 代婵
地址: 430223 湖北省武汉市*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 激光 光束 补偿 方法 加工 系统
【说明书】:

发明公开了一种激光光束像散补偿方法及激光加工系统,通过在激光加工系统的外光路中加入像散补偿装置,激光光束经过像散补偿装置后,产生像散;调节像散补偿装置中的光学元件的旋转角度,改变像散补偿装置产生像散的大小和方向,使像散补偿装置产生的像散与原激光加工系统的像散大小相等、方向相反,对整个激光加工系统的像散进行反向补偿。本发明可以减小最终到达加工台面的激光光束的像散,使聚焦及离焦光斑均为一个圆形光斑,在离焦状态下进行激光加工时任意方向的划线宽度和深度一致性提高,消除激光光束的像散问题可以显著提高激光加工质量,提升加工效果,提高良率,降低加工成本。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域,具体涉及一种激光光束像散补偿方法及激光加工系统。

背景技术

随着激光加工技术的不断发展,其应用范围越来越广,相应的激光加工工艺效果对激光束本身质量的要求也越来越高。激光光束由激光器产生配合设计的外光路来对样品进行加工,外光路常见的光学元件如全反射镜、扩束镜、分光元件、振镜、场镜等,激光在传输过程中,由于光学元件本身制造工艺上或者安装结构过程中的一些缺陷如面型、镀膜质量等不能达到理想状态,会对激光光束质量产生不利的影响,其中较为突出的就是激光光束的像散问题。

对于很多激光应用,采取的工艺方法是进行离焦加工,对离焦加工时的线宽一致性、深度一致性等指标影响最大的就是离焦光斑的圆度。图1为激光加工中产生像散的示意图及表现出像散的聚焦光斑形态,若激光光束有明显的像散问题,当对激光光束进行聚焦时,虽然聚焦光斑是一个圆形,但在离焦状态下会是一个明显的椭圆光斑,用这样的光斑对材料进行离焦加工会导致在不同方向划线时的线宽和深度不一致,严重影响激光加工质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷,提供一种激光光束像散补偿方法及激光加工系统,通过在外光路中增加一个像散补偿装置,可以减小最终到达加工台面的激光光束的像散,使离焦光斑的圆度增加,提高了在离焦状态下进行激光加工时任意方向的划线宽度和深度一致性,达到提高激光加工质量的目的。

本发明是这样实现的:本发明公开了一种激光光束像散补偿方法,包括如下步骤:

在激光加工系统的外光路中加入像散补偿装置,激光光束经过像散补偿装置后,产生像散;

调节像散补偿装置中的光学元件的旋转角度,改变像散补偿装置产生像散的大小和方向,使像散补偿装置产生的像散与原激光加工系统的像散大小相等、方向相反,对整个激光加工系统的像散进行反向补偿。

进一步地,通过光束质量分析仪观察最终的光斑在离焦状态下的椭圆度来调节像散补偿装置,当离焦状态下光斑最大程度为一个圆形光斑时,对应的像散补偿装置旋转角度即为需要的角度,此时像散补偿装置的补偿量即为像散补偿值。

进一步地,通过一带位置反馈的步进电机带动像散补偿装置中的光学元件旋转,光束质量分析仪自动测量光斑椭圆度,并通过计算机将椭圆度数据进行记录和判断,若没有达到预设的椭圆度数值,则给步进电机发出旋转调节的信号,步进电机旋转后光束质量分析仪重新测量和记录光斑椭圆度数据,并再次进行判断,形成闭环,直至最终得到一个符合预设椭圆度的光斑,此时步进电机旋转的角度即为像散补偿元件的最优调节量。

进一步地,所述像散补偿装置采用平板玻璃。

进一步地,所述像散补偿装置采用单片光楔。

进一步地,所述像散补偿装置采用两片光楔,调节两片光楔的旋转角度,改变两片光楔组合产生像散的大小和方向;

调节两片光楔的旋转角度,改变两片光楔组合产生像散的大小和方向,具体包括:当第一片光楔不动时,旋转第二片光楔的角度,对两片光楔组合产生的像散的大小进行调整,当第二片光楔旋转到与第一片光楔呈180°时,两片光楔组合产生的像散为0,像散补偿装置正好不存在像散。

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