CN114012274A - 激光雕刻装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雕刻装置及系统，涉及激光技术领域，该激光雕刻装置可以包括激光器阵列、和合束机构，所述激光器阵列中设置有多个激光器以输出多束不同波长或脉宽的激光束；所述合束机构与所述激光器阵列中的每个所述激光器连接，用于接收每个所述激光器输出的激光束，聚合多束所述激光束。能够对不同波长的激光进行合束以提高激光的光束质量，从而解决目前对辊筒加工效果差的问题。

Description

激光雕刻装置及系统

技术领域

本申请涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种激光雕刻装置及系统。

背景技术

不同波长激光对于材料的加工响应特性不一样，不同脉宽的激光对于材料的加工响应特性也不一样。红外激光对金属材料进行去除或加工因为高效率一般认为是理想的激光波长。但是，金属材料对绿光和紫外光的吸收较高，因此使用绿光和紫外光将对金属的加工和去除会有更好的效果。

现有的微结构辊筒激光加工系统均是采用单色激光实现，常规的微结构辊筒雕刻系统一般采用红外波长的激光进行雕刻加工，虽然可以进行脉冲宽度调整控制，但可调节范围有限，因此存在对辊筒加工效果差的问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光雕刻装置及系统，用以解决目前在激光技术领域中对辊筒加工效果差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种激光雕刻装置，包括：

激光器阵列，所述激光器阵列中设置有多个激光器以输出多束不同波长或脉宽的激光束；

合束机构，所述合束机构与所述激光器阵列中的每个所述激光器连接，用于接收每个所述激光器输出的激光束，聚合多束所述激光束。

在上述实现过程中，通过合束机构对不同波长的激光进行合束以提高激光的光束质量，提高激光光束的聚焦程度，在加工的过程中通过确定不同激光加工的时序和位置等工艺信息，调整使用激光的波长以及聚焦程度，从而能够解决对辊筒加工效果差的问题。

可选地，所述合束机构包括多个透镜，所述多个透镜并列设置，接收所述激光器阵列输出的所述激光束，以聚合多束所述激光束。

可选地，所述合束机构还包括多个空间光调制器，所述空间光调制器与所述激光器一一对应设置，所述空间光调制器设置在所述激光器与所述透镜之间，所述空间光调制器用于调整所述激光束的空间位置。

在上述实现过程中，在激光器与透镜之间设置空间光调制器，调整通过空间光调制器的激光束的参量，如光场的振幅、相位或偏振态，能够进一步对激光束进行调制，从而提高对辊筒加工效果。

可选地，一个激光器输出所述激光束从所述第一方向依次通过每个所述透镜，另外的所述激光器分别与一个透镜对应设置，分别从所述第二方向照射所述透镜，所述透镜用于接收并聚合从所述激光器阵列输出的多束激光束。

可选地，所述装置还包括光束整形器，所述光束整形器设置于所述合束机构与所述辊筒之间，所述光束整形器用于调整所述激光束的形状。

在上述实现过程中，采用光束整形器改变激光光束的空间性质，能够实现激光能量均匀分布，消除激光的通过透镜后的材料色散以及减小激光脉冲的展宽，从而使辊筒的加工部位平整，能够减少毛刺，进一步提高辊筒的加工质量。

可选地，所述激光雕刻装置还包括第一电源，所述第一电源分别与所述激光器阵列中的每一个所述激光器连接，以向所述激光器供电。

第二方面，本申请实施例提供一种激光雕刻系统，可以包括上述实现过程中的激光雕刻装置、夹持机构、转动机构和导轨，所述激光雕刻装置设置于所述导轨上，所述夹持机构和所述转动机构设置于所述导轨径向的两端，用于将所述辊筒固定在所述导轨上方以及夹持所述辊筒进行转动，以通过所述激光雕刻装置对所述辊筒进行雕刻。

可选地，所述导轨为直线导轨。

可选地，所述导轨上设置有电机，所述电机与所述激光雕刻装置连接，用于驱动所述激光雕刻装置在所述导轨上移动。

在上述实现过程中，通过激光雕刻装置对不同波长的激光进行合束以提高激光的光束质量，提高激光光束的聚焦程度，在加工的过程中通过确定不同激光加工的时序和位置等工艺信息，通过夹持机构和转动机构调整辊筒的位置以对其进行雕刻，通过调整激光雕刻装置使用激光的波长以及聚焦程度，从而能够解决对辊筒加工效果差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种激光雕刻装置的连接结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种激光雕刻系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

申请人在研究的过程中发现，长脉冲宽度激光使材料熔化并持续蒸发，虽然激光束可以被聚焦成很小的光斑，但是对材料的热冲击依然很大，限制加工的精度，当激光脉冲宽度为皮秒量级时，加工效果会发生显著变化。由于激光与材料的相互作用时间短，随着脉冲能量上升，离子在将能量传递到周围材料之前就已经在材料表面被烧蚀掉，因此不会对周围的材料产生热影响。可以对同时输出的多种波长的激光进行合束处理以提高脉冲能量，能够区别于目前技术方案中多次采用不同波长激光进行加工的套准、从而提升对辊筒加工效果。

请参看图1，图1为本申请实施例提供的一种激光雕刻装置的连接结构示意图，该激光雕刻装置10可以包括：激光器阵列11，所述激光器阵列11中设置有多个激光器以输出多束不同波长或脉宽的激光束；

合束机构12，所述合束机构12与所述激光器阵列11中的每个所述激光器连接，用于接收每个所述激光器输出的激光束，聚合多束所述激光束。

由此可见，本申请实施例中通过合束机构对不同波长的激光进行合束以提高激光的光束质量，提高激光光束的聚焦程度，在加工的过程中通过确定不同激光加工的时序和位置等工艺信息，调整使用激光的波长以及聚焦程度，从而能够解决对辊筒加工效果差的问题。

可选地，所述合束机构12包括多个透镜，所述多个透镜并列设置，接收所述激光器阵列11输出的所述激光束，以聚合多束所述激光束。

示例性地，请继续参看图1，多个透镜可以为透镜121、透镜122、透镜123和透镜124。透镜121接收激光器111和112输出的激光，透镜122接收激光器113输出的激光，透镜123接收激光器114输出的激光，透镜124接收激光器115输出的激光，通过合束机构12中的多个透镜对多个激光器输出的激光束进行合束处理。

在一可选的实施例中，所述合束机构12还可以包括多个空间光调制器，所述空间光调制器与所述激光器一一对应设置，所述空间光调制器设置在所述激光器与所述透镜之间，所述空间光调制器用于调整所述激光束的空间位置。

可选地，一个激光器输出所述激光束从所述第一方向依次通过每个所述透镜，另外的所述激光器分别与一个透镜对应设置，分别从所述第二方向照射所述透镜，所述透镜用于接收并聚合从所述激光器阵列输出的多束激光束。

示例性地，激光器阵列11中的激光器可以是激光器111、激光器112、激光器113、激光器114和激光器115，第一方向可以是水平面上的某一方向，第二方向可以在水平面上垂直于第一方向。

多个激光器能够分别输出不同波长的激光，并通过合束机构12提高激光的光束质量，从而对辊筒20进行雕刻。

示例性地，请继续参看图1，多个空间光调制器可以为空间光调制器125、空间光调制器126、空间光调制器127、空间光调制器128和空间光调制器129，空间光调制器125设置在激光器111和透镜121之间，空间光调制器126设置在激光器112和透镜121之间，空间光调制器127设置在激光器113和透镜122之间，空间光调制器128设置在激光器114和透镜123之间，空间光调制器129设置在激光器115和透镜124之间，以在对辊筒20进行加工的过程中对激光器输出的激光束进行空间位置调整。

由此可见，本申请实施例中在激光器与透镜之间设置空间光调制器，调整通过空间光调制器的激光束的参量，如光场的振幅、相位或偏振态，能够进一步对激光束进行调制，从而提高对辊筒加工效果。

在一可选的实施例中，激光雕刻装置10还可以包括光束整形器120，所述光束整形器120设置于所述合束机构12与所述辊筒20之间，所述光束整形器用于调整所述激光束的形状。

其中，光束整形器(或者光束转换器)是可以改变激光光束形状的光学装置，即改变激光光束的空间性质，能够将激光光束的高斯光转变为平顶光，从而使激光能量均匀分布。示例性地，请继续参看图1，光束整形器120具体设置于合束机构12中的透镜124与辊筒20之间，透镜124将合束后的激光输出至光束整形器120中，通过光束整形器使激光能量均匀分布，最后照射在辊筒20上，以进行雕刻。

由此可见，本申请实施例采用光束整形器改变激光光束的空间性质，能够实现激光能量均匀分布，消除激光的通过透镜后的材料色散以及减小激光脉冲的展宽，从而使辊筒的加工部位平整，能够减少毛刺，进一步提高辊筒的加工质量。

可选地，激光雕刻装置10还可以包括第一电源30，所述第一电源30分别与所述激光器阵列11中的每一个所述激光器连接，以向所述激光器供电。

第一电源30可以设置在激光雕刻装置10内部，也可以作为独立的电源与激光雕刻装置10连接使用。请继续参看图1，第一电源30分别与激光器111、激光器112、激光器113、激光器114和激光器115连接，以向每个激光器供电。在具体的实施过程中，也可以根据激光器的数量以及第一电源的功率具体设置第一电源的数量，如一个第一电源分别为一个、两个或更多个激光器供电。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种激光雕刻系统200，请参看图2，图2为本申请实施例提供的一种激光雕刻系统的结构示意图，该激光雕刻系统200可以包括上述实现过程中的激光雕刻装置10、夹持机构201、转动机构202和导轨203，所述激光雕刻装置10设置于所述导轨203上，所述夹持机构201和所述转动机构202设置于所述导轨203径向的两端，用于将所述辊筒20固定在所述导轨203上方以及夹持所述辊筒20进行转动，以通过所述激光雕刻装置10对所述辊筒20进行雕刻。

在一可选的实施例中，导轨203可以为直线导轨，可以为并列在一起的多个直线导轨，一个激光雕刻系统200中可以有一个激光雕刻装置10，也可以有多个激光雕刻装置10，每个激光雕刻装置10可以对应一条导轨。

可选地，所述导轨上设置有电机，所述电机与所述激光雕刻装置10连接，用于驱动所述激光雕刻装置10在所述导轨203上移动。

由此可见，本申请实施例中通过激光雕刻装置对不同波长的激光进行合束以提高激光的光束质量，提高激光光束的聚焦程度，在加工的过程中通过确定不同激光加工的时序和位置等工艺信息，通过夹持机构和转动机构调整辊筒的位置以对其进行雕刻，通过调整激光雕刻装置使用激光的波长以及聚焦程度，从而能够解决对辊筒加工效果差的问题。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

可以替换的，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光雕刻装置，其特征在于，包括：

激光器阵列，所述激光器阵列中设置有多个激光器以输出多束不同波长或脉宽的激光束；

合束机构，所述合束机构与所述激光器阵列中的每个所述激光器连接，用于接收每个所述激光器输出的激光束，聚合多束所述激光束。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述合束机构包括多个透镜，所述多个透镜并列设置，接收所述激光器阵列输出的所述激光束，以聚合多束所述激光束。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述合束机构还包括多个空间光调制器，所述空间光调制器与所述激光器一一对应设置，所述空间光调制器设置在所述激光器与所述透镜之间，所述空间光调制器用于调整所述激光束的空间位置。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，一个激光器输出所述激光束从第一方向依次通过每个所述透镜，另外的所述激光器分别与一个透镜对应设置，分别从第二方向照射所述透镜，所述透镜用于接收并聚合从所述激光器阵列输出的多束激光束。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括光束整形器，所述光束整形器设置于所述合束机构与辊筒之间，所述光束整形器用于调整所述激光束的形状。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光雕刻装置还包括第一电源，所述第一电源分别与所述激光器阵列中的每一个所述激光器连接，以向所述激光器供电。

7.一种激光雕刻系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的激光雕刻装置、夹持机构、转动机构和导轨，所述激光雕刻装置设置于所述导轨上，所述夹持机构和所述转动机构设置于所述导轨径向的两端，用于将辊筒固定在所述导轨上方以及夹持所述辊筒进行转动，以通过所述激光雕刻装置对所述辊筒进行雕刻。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述导轨为直线导轨。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述导轨上设置有电机，所述电机与所述激光雕刻装置连接，用于驱动所述激光雕刻装置在所述导轨上移动。

Images