[发明专利]一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法

说明书

本发明提供了一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法，包括激光器、调焦镜组、振镜组、工作平台和PC控制系统，所述PC控制系统分别连接所述调焦镜组与振镜组，用于控制调焦镜组与振镜组；所述调焦镜组包括第一衍射光学元件、第二衍射光学元件和驱动装置，所述第一衍射光学元件固定安装，所述第二衍射光学元件与所述驱动装置连接，用于调整与第一衍射光学元件之间的相对角度，改变焦距；所述工作平台用于放置待加工件；通过调整调焦镜组中两个衍射光学元件之间的相对角度改变系统的焦距，高速实现系统的动态调焦。

技术领域

本发明涉及光学整形和激光加工技术领域，特别涉及一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法。

背景技术

近年来，随着激光加工技术的发展，逐渐对三维高精度的激光加工技术和设备提出了更高的要求。

目前主流的三维激光动态聚焦方案有以下两种：一种是基于二维振镜加Z轴动态聚焦加F-theta透镜的结构，Z轴方向上的动态调焦主要是在普通聚焦镜前加了一个Z方向运动的动态聚焦镜，随着扫描位置的不同而改变动态聚焦镜的前后移动位置，通过微调动态聚焦镜和聚焦之间的距离来实现聚焦补偿，使远离焦点的激光束的光斑直径再次与焦点的光斑达到同样大小，确保扫描平面上的聚焦准确性。

例如专利：激光动态聚焦机构(专利公开号：CN210121681U)，这种利用机械结构实现动态调焦的方法不仅速度慢，精度低，而且体积大、可靠性和稳定性差。另外，由于透镜尺寸的限制，通过F-theta平场透镜来克服像质一致和等角速度入射光来实现线性扫描，扫描范围不宜过大，扫描范围过大时扫描面边缘光束聚焦特性已经变得很差，而且透镜的入瞳口径越大，成本越高。

另一种是基于可调焦的液态透镜进行调焦，例如专利：一种三维动态聚焦激光标识系统及工作方法(专利公开号：CN113857655A)所述方法，利用电信号驱动改变透镜的曲率半径，高速实现Z轴方向的动态调焦，但是这种调焦方法易受环境温度的影响，同时，由于激光照射到液态透镜上会导致温度变化，这将影响其聚焦的效果。

基于上述问题，本发明从激光加工的加工原理和处理流程出发进行改进和改善，采用三维动态调焦镜组替代传统机械调焦和液态透镜调焦结构，有利于消除传统机械结构由于大幅度移动造成的不稳定以及温度对液态调焦造成的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法，通过调整调焦镜组中两个衍射光学元件之间的相对角度改变系统的焦距，高速实现系统的动态调焦。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统，包括激光器、调焦镜组、振镜组、工作平台和PC控制系统，所述PC控制系统分别连接所述调焦镜组与振镜组，用于控制调焦镜组与振镜组；所述调焦镜组包括第一衍射光学元件、第二衍射光学元件和驱动装置，所述第一衍射光学元件固定安装，所述第二衍射光学元件与所述驱动装置连接，用于调整与第一衍射光学元件之间的相对角度，改变焦距；所述工作平台用于放置待加工件。

进一步，所述PC控制系统包括软件控制单元、激光工作单元和调焦驱动单元，所述调焦驱动单元与调焦镜组连接，用于控制第一衍射光学元件与第二衍射光学元件之间的相对角度；所述激光工作单元与振镜组连接，用于控制X轴振镜与Y轴振转动，将激光反射至聚焦镜。

进一步，所述第二衍射光学元件外部设有外齿镜框，所述外齿镜框与所述驱动装置连接，通过驱动装置带动第二衍射光学元件转动，进而调整与第一衍射光学元件之间的相对角度，改变焦距。

进一步，所述振镜组包括X轴振镜和Y轴振镜，所述X轴振镜与Y轴振镜均设有驱动电机，用于转动，将激光反射至聚焦镜。