CN114905145A - 一种多光路切换的飞秒激光加工***及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多光路切换的飞秒激光加工***及加工方法，飞秒激光加工***包括飞秒激光器、第一聚焦扫描模块、第二聚焦扫描模块、第一传输光路、第二传输光路和光路切换装置，通过光路切换装置可以实现激光的光路的切换，从而实现同一台设备在不同的工作台进行不同的加工工序，进而实现了一机多用、一机多工序流程化作业，通过***配置多光路多属性的光学***，实现多工序的有机结合，当其中一个工作台在进行工作时，另一个工作台可以进行装卸等准备工作，这样就能够有效的缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本；并且能够对加工过程进行监控，根据监控采集的数据对飞秒激光器的功率进行调整，满足不同的生产工序的要求。

Description

一种多光路切换的飞秒激光加工***及加工方法

技术领域

本发明属于飞秒激光加工技术领域，具体涉及一种多光路切换的飞秒激光加工***及加工方法。

背景技术

近几年，金属3D激光打印机在国内得到迅速发展，具有巨大的经济效益，广泛应用于航空航天、机械制造、汽车制造、航海和石油化工等领域。但金属增材制件的表面改性处理、表面微加工及精细加工存在加工工序多、周期长、成本高及质量不可控等问题。

目前，金属增材制件的表面改性及打孔，如打孔及微加工、激光冲击强化都是采用独立的设备进行处理。设备一般自成***，配备独自激光器，成套设备存在占地面积大，设备购置成本及维护成本高等问题；若零件需要进行多工序组合加工，如打孔、微加工、激光冲击强化，须同时配套这些设备或经多个加工厂转运，存在加工中转时间较长，加工效率较低及质量不可控等问题，同时，多个设备也造成了占地面积大、维护成本高的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种多光路切换的飞秒激光加工***，能够实现多光路的切换，满足零件多工序组合加工的要求，并且有效的缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种多光路切换的飞秒激光加工***，包括：飞秒激光器，用于发射飞秒激光；第一聚焦扫描模块，用于对激光进行聚焦扫描加工；第二聚焦扫描模块，用于对激光进行聚焦扫描加工；第一传输光路，用于将激光传输至第一聚焦扫描模块中；其中，所述第一传输光路包括第一半透半反镜，所述第一聚焦扫描模块设于第一半透半反镜的透射端，且所述第一半透半反镜的反射端后设有第一检测仪；第二传输光路，用于将激光传输至第二聚焦扫描模块中；其中，所述第二传输光路包括分束镜、平行设于所述分束镜后方的第二扩束镜和第三扩束镜、用于对所述第二扩束镜和第三扩束镜传输的激光进行合束的合束镜以及设于所述合束镜后方的第二半透半反镜，所述第二聚焦扫描模块设于所述第二半透半反镜的透射端，且所述第二半透半反镜的反射端后设有第二检测仪；光路切换装置，用于将飞秒激光器发射的激光传输至所述第一半透半反镜或分束镜。

进一步的，所述光路切换装置为可在水平面和45度倾斜面之间转动的旋转反射镜，所述旋转反射镜转动至水平面时，避让开激光以使激光传输进入第一半透半反镜；所述旋转反射镜转动至45度倾斜面时，遮挡住激光并对激光进行反射，以使激光传输进入合束镜。

进一步的，所述飞秒激光器和光路切换装置之间还依次设有第一扩束镜和波长板。

进一步的，所述第一传输光路还包括至少一个设于所述光路切换装置与第一半透半反镜之间并用于传输和转换传输路径的反射镜。

进一步的，所述第二传输光路还包括设于所述分束镜与第二扩束镜和第三扩束镜的传输连线上的遮光器，以控制分别进入第二扩束镜和第三扩束镜的两路激光的通断。

进一步的，还包括分别位于所述第一聚焦扫描模块和第二聚焦扫描模块下方的第一加工平台和第二加工平台。

进一步的，所述第一检测仪与所述飞秒激光器电连接，所述第二检测仪分别与所述遮光器和飞秒激光器电连接。

还提供了一种多光路切换的飞秒激光加工方法，采用如上所述的多光路切换的飞秒激光加工***进行加工，所述加工方法包括以下步骤：

S1、开启飞秒激光器发射飞秒激光；

S2、利用光路切换装置使激光传输至第一传输光路或者第二传输光路；

S3、经过第一传输光路传输的激光进入第一聚焦扫描模块中，利用第一聚焦扫描模块聚焦后发射出的激光对位于其下方的工件进行加工；经过第二传输光路传输的激光进入第二聚焦扫描模块中，利用第二聚焦扫描模块聚焦后发射出的激光对位于其下方的工件进行加工。

本发明具有以下有益效果：

本发明的多光路切换的飞秒激光加工***通过光路切换装置可以实现激光的光路的切换，从而实现不同的加工工序，实现了一机多用的目的，同时，通过光路切换装置可以实现激光的光路的快速切换，从而实现同一台设备在不同的工作台进行不同的加工工序，进而实现了一机多工序流程化作业，通过***配置多光路多属性的光学***，实现多工序的有机结合，当其中一个工作台在进行工作时，另一个工作台可以进行装卸等准备工作，这样就能够有效的缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本；并且能够对加工过程进行监控，根据监控采集的数据对飞秒激光器的功率进行调整，满足不同的生产工序的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的多光路切换的飞秒激光加工***的光路示意图。

图中标识说明：

1－飞秒激光器、2－第一扩束镜、3－波长板、4－光路切换装置、5－第一反射镜、6－第二反射镜、7－第三反射镜、8－第一半透半反镜、9－第一检测仪、10－第一聚焦扫描模块、11－第一加工平台、12－第四反射镜、13－分束镜、14－遮光器、15－第二扩束镜、16－第六反射镜、17－第五反射镜、18－第三扩束镜、19－合束镜、20－第二半透半反镜、21－第二检测仪、22－第二聚焦扫描模块、23－第二加工平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例1

请参阅图1所示，本发明实施例提供的多光路切换的飞秒激光加工***，包括飞秒激光器1，用于发射飞秒激光；第一聚焦扫描模块10，用于对激光进行聚焦扫描加工；第二聚焦扫描模块22，用于对激光进行聚焦扫描加工；第一传输光路，用于将激光传输至第一聚焦扫描模块10中；其中，第一传输光路包括第一半透半反镜8，第一聚焦扫描模块10设于第一半透半反镜8的透射端，且第一半透半反镜8的反射端后设有第一检测仪9；第二传输光路，用于将激光传输至第二聚焦扫描模块22中；其中，第二传输光路包括分束镜13、平行设于分束镜13后方的第二扩束镜15和第三扩束镜18、用于对第二扩束镜15和第三扩束镜18传输的激光进行合束的合束镜19以及设于合束镜19后方的第二半透半反镜20，第二聚焦扫描模块22设于第二半透半反镜20的透射端，且第二半透半反镜20的反射端后设有第二检测仪21；光路切换装置4，用于将飞秒激光器1发射的激光传输至第一半透半反镜8或分束镜13；还包括位于第一聚焦扫描模块10下方的第一加工平台11以及位于第二聚焦扫描模块22下方的第二加工平台23。

通过上述结构，在实际应用中，采用本发明的多光路切换的飞秒激光加工***，飞秒激光器1发射出的激光经光路切换装置4传输至第一半透半反镜8，从而使得激光沿着第一传输光路传输，进入第一半透半反镜8的激光通过反射进入第一检测仪9，通过透射进入第一扫描模块10，从而可以在位于第一聚焦扫描模块10下端的第一加工平台11上进行打孔加工；当利用光路切换装置4将飞秒激光器1发射的激光传输至分束镜13，从而切换光路并使得激光沿着第二传输光路传输，进入分束镜13的激光分为两路并相互平行传输，两路激光分别进入第二扩束镜15和第三扩束镜18内，第二扩束镜15和第三扩束镜18采用不同的倍率，能够对通过其的激光分束的直径、形状进行控制，满足了激光材料加工中应用多种不同光学特性的激光的需求，然后两路激光都进入合束镜19内并在合束镜19处合束，合束后的激光进入第二半透半反镜20，进入第二半透半反镜20的激光通过反射进入第二检测仪21，通过透射进入第二聚焦扫描模块22，从而可以在位于第二聚焦扫描模块22下端的第二加工平台23上进行微加工和冲击强化的操作。

具体的，光路切换装置4为可在水平面和45度倾斜面之间转动的旋转反射镜，当旋转反射镜转动至水平面时，避让开激光以使激光传输进入第一半透半反镜8；当旋转反射镜转动至45度倾斜面时，遮挡住激光并对激光进行反射，以使激光传输进入合束镜19，光路切换装置4通过旋转使得激光可以穿过光路切换装置4或者反射，从而能够切换激光的传播方向，使得飞秒激光器1发射的激光传输至第一传输光路或者第二传输光路。

具体的，在飞秒激光器1和光路切换装置4之间还依次设有第一扩束镜2和波长板3，飞秒激光器1发射出的激光经第一扩束镜2后实现激光直径和发散角的改变，达到需要的直径和发散角后进入波长板3并投射至光路切换装置4，

具体的，第一传输光路还包括设于光路切换装置4与第一半透半反镜8之间并用于传输和转换传输路径的第一反射镜5、第二反射镜6和第三反射镜7，第一反射镜5、第二反射镜6和第三反射镜7便于转换激光的传输路径，从而便于整个***的布局和摆放。

具体的，第二传输光路还包括设于光路切换装置4与分束镜13之间的第四反射镜12、设于分束镜13与第三扩束镜18之间的第五反射镜17、设于分束镜13与第二扩束镜15和第三扩束镜18的传输连线上的遮光器14，遮光器14能够通过遮挡其中任意一路激光的光路，从而控制进入第二扩束镜15和第三扩束镜18的两路激光的分别通断，使得同一时间只有一路激光通过，第四反射镜12和第五反射镜17便于转换激光的传输路径，从而便于整个***的布局和摆放。

具体的，第一检测仪9与飞秒激光器1电连接，第二检测仪21分别与遮光器14和飞秒激光器1电连接，第一检测仪9能够对加工过程进行监控，根据监控采集的数据对飞秒激光器1的功率进行调整，第二检测仪21能够对加工过程进行监控，根据监控采集的数据对遮光器14进行调整，选择性的让其中一路激光通过并最终进入第二聚焦扫描模块22，第二检测仪21也能够根据监控采集的数据对飞秒激光器1的功率进行调整，用以满足不同的生产工序的要求。

实施例2

如图1所示，本发明实施例提供的多光路切换的飞秒激光加工方法，采用如实施例1所述的多光路切换的飞秒激光加工***，该加工方法包括以下步骤：

S1、开启飞秒激光器发射飞秒激光；

S2、利用光路切换装置使激光传输至第一传输光路或者第二传输光路；

S3、经过第一传输光路传输的激光进入第一聚焦扫描模块中，利用第一聚焦扫描模块聚焦后发射出的激光对位于其下方的工件进行加工；经过第二传输光路传输的激光进入第二聚焦扫描模块中，利用第二聚焦扫描模块聚焦后发射出的激光对位于其下方的工件进行加工。

采用本发明的多光路切换的飞秒激光加工***，飞秒激光器1发射出的激光经第一扩束镜2、波长板3后到达光路切换装置4，当旋转光路切换装置4转动至水平面，避让开激光以使激光传输经第一反射镜5、第二反射镜6和第三反射镜7反射后进入第一半透半反镜8，进入第一半透半反镜8的激光通过反射进入第一检测仪9，通过透射进入第一扫描模块10，从而可以在位于第一聚焦扫描模块10下端的第一加工平台11上进行打孔加工。

当旋转光路切换装置4转动至45度倾斜面，激光经光路切换装置4反射后再经第四反射镜12反射进入分束镜13，进入分束镜13的激光分为两路，其中一路经第五反射镜17反射后与另一路相互平行传导，两路激光分别进入第二扩束镜15和第三扩束镜18内，遮光器14能够通过遮挡其中任意一路激光的光路，从而控制进入第二扩束镜15和第三扩束镜18的两路激光的分别通断，使得同一时间只有一路激光通过，第二扩束镜15和第三扩束镜18采用不同的倍率，对通过其的激光分束的直径、形状进行控制，通过第二扩束镜15后的激光经第六反射镜16反射后能够进入合束镜19，通过第三扩束镜18后的激光也能够进入合束镜19，进入合束镜19的激光合束后进入第二半透半反镜20，进入第二半透半反镜20的激光通过反射进入第二检测仪21，通过透射进入第二聚焦扫描模块22，第二聚焦扫描模块22发射出激光在第二加工平台23上实现微加工或冲击强化。

当通过光路切换反射镜4实现激光光路的快速切换时，便可以实现同一台设备不同工位打孔和微加工、强化处理等工序，一个工作台在进行工作时，另一个工作台可进行装卸准备工作，这样就能有效的缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多光路切换的飞秒激光加工***，其特征在于，包括：

飞秒激光器，用于发射飞秒激光；

第一聚焦扫描模块，用于对激光进行聚焦扫描加工；

第二聚焦扫描模块，用于对激光进行聚焦扫描加工；

第一传输光路，用于将激光传输至第一聚焦扫描模块中；其中，所述第一传输光路包括第一半透半反镜，所述第一聚焦扫描模块设于第一半透半反镜的透射端，且所述第一半透半反镜的反射端后设有第一检测仪；

第二传输光路，用于将激光传输至第二聚焦扫描模块中；其中，所述第二传输光路包括分束镜、平行设于所述分束镜后方的第二扩束镜和第三扩束镜、用于对所述第二扩束镜和第三扩束镜传输的激光进行合束的合束镜以及设于所述合束镜后方的第二半透半反镜，所述第二聚焦扫描模块设于所述第二半透半反镜的透射端，且所述第二半透半反镜的反射端后设有第二检测仪；

光路切换装置，用于将飞秒激光器发射的激光传输至所述第一半透半反镜或分束镜。

2.如权利要求1所述的多光路切换的飞秒激光加工***，其特征在于，所述光路切换装置为可在水平面和45度倾斜面之间转动的旋转反射镜，所述旋转反射镜转动至水平面时，避让开激光以使激光传输进入第一半透半反镜；所述旋转反射镜转动至45度倾斜面时，遮挡住激光并对激光进行反射，以使激光传输进入合束镜。

3.如权利要求2所述的多光路切换的飞秒激光加工***，其特征在于，所述飞秒激光器和光路切换装置之间还依次设有第一扩束镜和波长板。

4.如权利要求3所述的多光路切换的飞秒激光加工***，其特征在于，所述第一传输光路还包括至少一个设于所述光路切换装置与第一半透半反镜之间并用于传输和转换传输路径的反射镜。

5.如权利要求4所述的多光路切换的飞秒激光加工***，其特征在于，所述第二传输光路还包括设于所述分束镜与第二扩束镜和第三扩束镜的传输连线上的遮光器，以控制分别进入第二扩束镜和第三扩束镜的两路激光的通断。

6.如权利要求1-5任一项所述的多光路切换的飞秒激光加工***，其特征在于，还包括分别位于所述第一聚焦扫描模块和第二聚焦扫描模块下方的第一加工平台和第二加工平台。

7.如权利要求6所述的多光路切换的飞秒激光加工***，其特征在于，所述第一检测仪与所述飞秒激光器电连接，所述第二检测仪分别与所述遮光器和飞秒激光器电连接。

8.一种多光路切换的飞秒激光加工方法，采用如权利要求1-7任一项所述的多光路切换的飞秒激光加工***进行加工，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：

S1、开启飞秒激光器发射飞秒激光；

S2、利用光路切换装置使激光传输至第一传输光路或者第二传输光路；

S3、经过第一传输光路传输的激光进入第一聚焦扫描模块中，利用第一聚焦扫描模块聚焦后发射出的激光对位于其下方的工件进行加工；经过第二传输光路传输的激光进入第二聚焦扫描模块中，利用第二聚焦扫描模块聚焦后发射出的激光对位于其下方的工件进行加工。

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