[发明专利]用于激光加工的动态光斑控制方法、系统及激光加工设备

说明书

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种用于激光加工的动态光斑控制方法、系统及激光加工设备，该方法包括：对振镜振荡频率及激光器光强进行调制，以使激光光束在加工件上生成至少一个动态光斑，所述动态光斑的能量密度沿加工方向呈最佳分布。在现有对振镜的振荡频率进行调制的基础上，增加了对激光器的光强进行调制的过程，通过借助激光器的高频率资源，降低了生成复杂光斑时对振镜调制频率的要求，从而解决了对振镜器件的响应带宽的瓶颈问题。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种用于激光加工的动态光斑控制方法、系统及激光加工设备。

背景技术

目前，主流的激光加工方法采用静态加工的方式，该方式存在以下问题：热量分布受到光斑分布的限制，导致优化难度较高；激光加工的切缝受到光斑自身尺寸的限制；受到激光发散角的影响，加工深度方向的垂直度裂化，以及加工深度方向的功率密度严重降低。

最近，产生了一种新的技术，也即采用动态光斑的方式加工材料，如在专利CN201710568597.3中，基本原理是在激光钻孔、切割、焊接、刻蚀和热裂分离加工过程中，激光焦点不再是固定某一位置静止不动，而是以一定的速度沿待加工工件厚度光轴方向向下或向上移动，或以一定的频率线性或摆动或螺旋式上下移动。本发明还提供了实现如上方法激光焦点动态加工方法及装置。本发明方法和装置克服了传统加工方式中激光光轴能量密度分布不均匀造成的系列加工问题。相比采用静态加工的方式，采用动态光斑的方式具有以下优点：可以将光斑聚集得更小，以提高功率密度，并且能够结合光斑的横向和纵向的振荡来控制功率的空间分布，突破了光斑自身的尺寸和光想分布对加工质量的限制。

然而，理论计算表明，目前所采用动态光斑的方式对光源的振荡频率有一定的要求，若需要保证一定的加工速度，光源的振荡频率需要达到1～4kHz，这对于高功率的振镜器件已经具有较大的难度。如果加工质量要求动态扫描的光斑更为复杂，则需要更高的光源振荡频率，例如控制信号的二次谐波甚至是高次谐波，这对于振镜器件的响应带宽的挑战将是巨大的，甚至是难以实现的。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种用于激光加工的动态光斑控制方法、系统以及激光加工设备，以解决现有技术中动态光斑的加工方式对振镜器件的响应带宽要求较高的技术问题。

本发明实施例解决其技术问题采用以下技术方案：提供一种用于激光加工的动态光斑控制方法，该方法包括：

对振镜振荡频率及激光器光强进行调制，使激光光束在加工件上生成至少一个动态光斑，所述动态光斑的能量密度沿加工方向呈最佳分布。

进一步，所述振镜振荡频率调制信号与所述激光器光强调制信号保持固定的相位关系，所述动态光斑为可重复的周期性光斑；

所述激光器光强的调制频率响应范围为10Hz-GHz，以实现高速的图像调制，所述激光器光强调制信号为单频的正弦信号或包含高次谐波的周期信号，且所述激光器光强调制信号的初相位可调整。

本发明实施例解决其技术问题还采用以下技术方案：提供一种用于激光加工的动态光斑控制方法，该方法包括：

对振镜振荡频率进行二维方向的调制，所述二维方向包括与加工方向一致的x方向以及相垂直的y方向，使激光光束在加工件上生成至少一个动态光斑，所述动态光斑为利萨茹图形光斑；

所述振镜振荡调制频率在x方向和y方向为倍数关系；

对激光器光强进行调制，所述激光器光强调制频率与所述振镜沿x方向上的振荡调制频率为倍数关系，以使所述动态光斑的能量密度沿x方向呈最佳分布。

进一步，所述振镜振荡频率调制信号与所述激光器光强调制信号保持固定的相位关系，所述动态光斑为可重复的周期性光斑；