CN108672922A - 一种激光雕刻装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光雕刻装置和方法，包括激光器、扩束镜组和聚焦镜组，所述激光器发出的激光光束经过扩束镜组进入功率调整器，所述功率调整器另一端设有聚焦镜组，所述聚焦镜组上还安装有检测装置和调节装置。本发明的方法和装置，激光输出稳定，在材料上的雕刻尺寸小，能够应用于透明材料上的激光雕刻。

Description

一种激光雕刻装置及方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光雕刻装置及方法。
背景技术
激光雕刻是利用高能量的激光束照射在材料表面，一小部分的激光反射，大部分的光线通过材料表面，在材料内转化为热能，对材料加热，由于材料的热效应，材料被充足功率密度的激光束照射，达到材料表面熔化和汽化的温度，使材料汽化或熔化，雕刻出所需的图形与文字，作为永久标记。
随着电子产品的飞速发展，电子屏幕的可视区变大，可隐藏线路或标记的空间越来越小，现有的激光雕刻工艺可做到的标记尺寸较大，肉眼仍可发觉，无法作为透明材料上可视区的标记使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于提供一种激光雕刻装置及方法，其雕刻的标记尺寸较小、稳定性高，能够应用于透明材料可视区的标记制作。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种激光雕刻装置，包括，
激光器和扩束镜组，所述扩束镜组改变所述激光器发出的激光光束的发散角；
功率调整器，所述功率调整器接收经过所述扩束镜组后的激光光束，调节激光光束的功率并反馈到扩束镜组，所述扩束镜组根据反馈数据重新调节激光光束的发散角；
聚焦镜组，所述聚焦镜组接收经过所述功率调整器的激光光束并对激光光束进行聚焦。
检测装置，所述检测装置检测所述聚焦镜组与待加工件之间的距离；
调节装置，所述调节装置对所述聚焦镜组的位置进行调节；
所述激光器、扩束镜组、功率调整器与聚焦镜组依次排列连接。
在一种优选的实施方式中，所述功率调整器与聚焦镜组之间设有振镜组，所述振镜组接收经过所述功率调整器的激光光束并改变激光光束的方向，所述聚焦镜组接收经过振镜组后的激光光束，所述调节装置对所述聚焦镜组和/或振镜组的位置进行调节。
在一种优选的实施方式中，所述激光器发出的激光光束与所述功率调整器发出的激光光束的方向平行于X轴，所述振镜组发出的激光光束与所述聚焦镜组发出的激光光束的方向平行于Z轴且与待加工件的加工表面垂直。
在一种优选的实施方式中，经过所述扩束镜组后的激光光束的发散角度不小于未进入所述扩束镜组的激光光束的发散角度，经过所述扩束镜组后的激光光束的直径不大于未进入所述扩束镜组的激光光束的直径。
在一种优选的实施方式中，经过所述聚焦镜组后的激光光束的直径不大于未进入所述聚焦镜组的激光光束的直径。
在一种优选的实施方式中，所述检测装置检测聚焦镜组与所述待加工件之间的距离并反馈到所述调节装置，所述调节装置驱动所述振镜组和聚焦镜组进行X、Y或Z方向的移动。
在一种优选的实施方式中，所述待加工件位于所述经过聚焦镜组后的激光光束的非焦点处。
本发明还提供了一种激光雕刻方法，包括以下步骤，
S1：调节激光的光斑直径及发散角度；
S2：设定激光功率，并过滤多余的激光能量；
S3：对激光光束进行聚焦；
S4：调整激光与被加工件之间的距离；
S5：在被加工件的指定位置进行激光雕刻。
在一种优选的实施方式中，所述步骤S2与S3之间还包括偏转激光方向的步骤。
在一种优选的实施方式中，在执行步骤S4之前，所述激光光束的方向与待加工件的加工表面垂直。
本发明的有益效果是：本发明采用了一种激光雕刻装置及方法，激光输出稳定，在材料上的雕刻尺寸小，能够应用于透明材料上的激光雕刻。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的激光雕刻装置组成结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
图1是本发明一种激光雕刻装置一个实施例的结构组成示意图，参照图1，激光雕刻装置包括激光器1，激光器1用于发射对待加工件进行雕刻的激光光束，激光器1发出的激光光束经过扩束镜组2，扩束镜组2包含一个或多个扩束镜，扩束镜组2通过一个或多个扩束镜的组合使用可以改变激光光束发散角，使激光光束的焦距长度变短，而且光斑直径缩小，缩小光斑直径，从而控制激光光束在材料上作用的范围。因激光器输出的激光光束的发散角度与光斑直径乘机近似为定值，因此激光光束的发散角度与光斑直径呈反比，若发散角扩大为原来的x倍，则光斑直径为原来光斑直径的1/x，因此在经过扩束镜对激光光束的扩束后，激光光束的发散角变大，光斑直径变小，从而更有利于聚焦。
优选的，扩束镜组2中还设有光学镀膜(图中未示出)，经过定制的光学镀膜应用于扩束镜组2后，能够过滤多余的激光光束能量，并可以调整聚焦光斑的直径。
而后激光光束经过振镜组3，振镜组3能够将激光光束导向至指定方向，振镜组3内包括数个反射镜(图中未示出)，通过将反射镜设置不同的角度，可以实现激光光束方向的偏转，可根据实际情况中的被加工材料与激光器1的相对位置与连接关系调节振镜组3，将激光光束导向至指定方向和位置。本实施例中的激光器1发出的激光光束方向平行于X轴，经过振镜组3后的激光光束方向平行于Z轴且垂直于待加工件5。经过扩束镜组2增大发散角的激光光束再经过振镜组3偏转激光光束的发射方向，更有利于激光光束的聚焦。
方向偏转后的激光光束经过聚焦镜组4，聚焦镜组4将激光光束聚焦，经聚焦镜组4聚焦后的激光光束边缘入射到探测器的能力提高、入射的通量变大且光束更加均匀，同时光斑直径变小，之后激光光束在待加工件5上进行雕刻。
优选的，振镜组3上还安装有检测装置9和调节装置10，检测装置9能够测量聚焦镜组4与待加工件5之间的距离，并将所测数据反馈给调节装置10，调节装置10根据检测装置9所测数据对振镜组3、聚焦镜组4或振镜组3与聚焦镜组4二者的位置进行调整，使得对待加工件5进行雕刻的激光光束符合生产要求，因激光光束在其焦点位置处的能量值最高，因此为避免激光光束在对待加工件5进行雕刻时因能量过高对待加工件的材料造成破坏，待加工件5的位置优选设置在经过聚焦后的激光光束的非焦点处。
另外，本发明中的扩束镜组2后还设有功率调整器7，功率调整器7能够控制激光光束的输出能量及功率，并使激光光束的能量及功率保持稳定，功率调整器7接收从扩束镜组2发出的激光光束，将激光光束能量与实际工艺要求中的激光光束能量进行比对，并将结果反馈到扩束镜组2，根据反馈结果调节扩束镜组2，即对激光光束的光斑直径及发散角度进行调节，经过调节后的激光光束再次进入功率调整器7，直至满足实际工艺中对激光光束能量的要求。经过功率调整器7的激光光束能够保证激光光束能量的恒定输出，因此当激光光束作用于待加工件5时，待加工件5的加工高度及作用范围稳定，有效保证了激光雕刻的质量。
若经过聚焦镜组4发出的激光光束光斑直径仍不符合工艺需求，可重复进行对扩束镜组2与功率调整器7的调整，重新设定激光功率，而后再结合检测装置9和调节装置10调节振镜组3与聚焦镜组4，直至激光光束满足实际工艺需求。
本发明中还设有自动对焦装置(图中未示出)，能够自动确认雕刻高度，确保激光光束对待加工件5雕刻的稳定性，优选的，可选择为精度小于1um的高精度激光自动对焦***。
现有的激光雕刻工艺能够做到的最小尺寸为0.4mm◇0.4mm，但该标记尺寸仍然能够被肉眼发现，因此无法应用于透明材料上，对可视区进行标记。本发明的激光雕刻装置，通过将扩束镜组2、功率调整器7、振镜组3、聚焦镜组4以及检测装置9、调节装置10的组合使用，使作用于被加工件5的标记尺寸不大于100um◇100um，处于肉眼不可视的范围内，因此解决了现有激光在材料上作用后尺寸太大造成肉眼可见而无法在更小区域雕刻标记的问题。
本发明还公开了一种激光雕刻方法，该方法包括以下步骤，
S1：调节出射激光光束的光斑直径及发散角度；
此步骤中可依照光学设计对激光光束的光斑直径及发散角度进行调整，缩小光斑直径，从而控制激光光束在待加工件上的作用范围。
S2：设定激光功率，并过滤多余的激光能量，使激光能量恒定输出；
此步骤用于检测S1中，经调节后的激光光束是否符合设定的激光功率要求，并对激光光束的能量进行调节。
S3：对激光光束进行聚焦；
经聚焦后的激光光束更加均匀，同时光斑直径变小，有利于对待加工件的激光雕刻。
S4：调整激光与被加工件之间的距离；
激光光束与被加工件之间的距离需在一合理范围内，若距离太短，被加工件受激光光束的影响，产生反作用力，影响对溅散切割产物质点的驱散能量，若距离太长，则会造成不必要的能量损失，因此，激光光束与被加工件之间的距离应满足实际工艺要求，且激光光束在其焦点处的能量最高，为避免激光光束对待加工件材料造成损坏，可将待加工件位置设置在激光光束的非焦点处。
S5：在被加工件的指定位置进行激光雕刻。
优选的，步骤S2与S3之间还设有偏转激光方向，使激光光束与被加工件的表面垂直的步骤，在激光光束与被加工件的表面垂直时，激光光束的能量最高且作用于被加工件表面的光斑直径最小。当激光光束与被加工表面不垂直时，需对激光光束进行偏转操作。
步骤S1与S2循环进行，在达到设定激光功率要求后进行步骤S3-S5，在进行S5步骤之后，若激光光束的光斑直径未达到工艺要求，则需重新进行步骤S1-S5，直至符合激光雕刻要求则进行步骤S6，进而完成激光雕刻。
以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种激光雕刻装置，其特征在于，包括，
激光器和扩束镜组，所述扩束镜组改变所述激光器发出的激光光束的发散角；
功率调整器，所述功率调整器接收经过所述扩束镜组后的激光光束，调节激光光束的功率并反馈到扩束镜组，所述扩束镜组根据反馈数据重新调节激光光束的发散角；
聚焦镜组，所述聚焦镜组接收经过所述功率调整器的激光光束并对激光光束进行聚焦。
检测装置，所述检测装置检测所述聚焦镜组与待加工件之间的距离；
调节装置，所述调节装置对所述聚焦镜组的位置进行调节；
所述激光器、扩束镜组、功率调整器与聚焦镜组依次排列连接。
2.如权利要求1所述的激光雕刻装置，其特征在于，所述功率调整器与聚焦镜组之间设有振镜组，所述振镜组接收经过所述功率调整器的激光光束并改变激光光束的方向，所述聚焦镜组接收经过振镜组后的激光光束，所述调节装置对所述聚焦镜组和/或振镜组的位置进行调节。
3.如权利要求2所述的激光雕刻装置，其特征在于，所述激光器发出的激光光束与所述功率调整器发出的激光光束的方向平行于X轴，所述振镜组发出的激光光束与所述聚焦镜组发出的激光光束的方向平行于Z轴且与待加工件的加工表面垂直。
4.如权利要求1所述的激光雕刻装置，其特征在于，经过所述扩束镜组后的激光光束的发散角度不小于未进入所述扩束镜组的激光光束的发散角度，经过所述扩束镜组后的激光光束的直径不大于未进入所述扩束镜组的激光光束的直径。
5.如权利要求1所述的激光雕刻装置，其特征在于，经过所述聚焦镜组后的激光光束的直径不大于未进入所述聚焦镜组的激光光束的直径。
6.如权利要求2所述的激光雕刻装置，其特征在于，所述检测装置检测聚焦镜组与所述待加工件之间的距离并反馈到所述调节装置，所述调节装置驱动所述振镜组和聚焦镜组进行X、Y或Z方向的移动。
7.如权利要求1所述的激光雕刻装置，其特征在于，所述待加工件位于所述经过聚焦镜组后的激光光束的非焦点处。
8.一种激光雕刻方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：调节激光的光斑直径及发散角度；
S2：设定激光功率，并过滤多余的激光能量；
S3：对激光光束进行聚焦；
S4：调整激光与被加工件之间的距离；
S5：在被加工件的指定位置进行激光雕刻。
9.如权利要求8所述的激光雕刻方法，其特征在于，所述步骤S2与S3之间还包括偏转激光方向的步骤。
10.如权利要求8或9所述的激光雕刻方法，其特征在于，在执行步骤S4之前，所述激光光束的方向与待加工件的加工表面垂直。
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