CN208358024U - 一种适用于加工超硬材料的激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于加工超硬材料的激光加工装置。所述装置包括多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。本实用新型可大幅提高加工效率，明显提高加工质量，对较厚的超硬材料进行加工更有优势。

Description

一种适用于加工超硬材料的激光加工装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，特别涉及一种适用于加工超硬材料的激光加工装置。

背景技术

随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。

金刚石材料是一种超硬材料，加工金刚石材料的方法有砂轮机械加工、电火花放电线切割加工、激光切割加工，并且激光切割加工的方式现在逐步增多，但是常规的激光切割的方式是通过轴运动的方式移动待切割材料，激光聚焦光束在材料上进行切割。一般切割的运动速度为每秒几百毫米，切割速度虽然较前两种方式快很多，但是还是耗时较长。另外，在有些切割方式采用扫描振镜进行激光切割，但是扫描振镜的速度最高也就是到每秒几米，耗时也较长，而且扫描切割的方式无法切割较厚的材料。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中对超硬材料的加工耗时较长的技术问题，提出一种适用于加工超硬材料的激光加工装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种适用于加工超硬材料的激光加工装置，包括：多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

在一些优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元设有可对所述入射激光进行聚焦的第一光学元件，所述焦点调节单元通过改变所述第一光学元件在光路中的位置或者改变所述第一光学元件的光学参数来改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

在进一步优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元包括聚焦单元和多面体单元，所述聚焦单元为所述第一光学元件，所述聚焦单元用于对所述入射激光进行聚焦形成聚焦光束，所述多面体单元用于将所述聚焦光束反射至所述材料表面形成焦点，所述旋转单元可驱动所述多面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动。

在进一步优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元可驱动所述多曲面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动。

在进一步优选的实施方式中，所述焦点调节单元为直线运动机构，所述聚焦单元和/或所述多面体单元设置在所述直线运动机构上；所述直线运动机构可改变所述聚焦单元和/或所述多面体单元在所述入射激光传播的方向上的位置，从而改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

在进一步优选的实施方式中，所述多面体单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述聚焦单元和所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点。

在进一步优选的实施方式中，所述曲面元件的曲面曲率可调。

在进一步优选的实施方式中，所述焦点调节单元为可与所述曲面元件的曲面接触的伸缩机构或为通过非接触的方式对所述曲面元件的曲面曲率进行调整的曲率调节机构。

在一些优选的实施方式中，还包括用于使所述入射激光发散的第二光学元件，所述第二光学元件设置在所述多面体聚焦单元的前方；或者，还包括扩束单元，所述扩束单元设置在所述多面体聚焦单元的前方；或者，还包括准直单元，所述准直单元设置在所述多面体聚焦单元的前方。

在一些优选的实施方式中，所述多面体聚焦单元为具有三个、四个、五个、六个、七个、八个面的结构或者为具有至少九个面的结构；所述旋转单元的旋转速度和/或方向可调；所述旋转单元的速度为8-15m/s；所述激光加工装置可加工的超硬材料的厚度为0.1-10mm；所述超硬材料的类型包括金刚石材料和工程陶瓷材料，所述金刚石材料包括PCD金刚石、CBN金刚石、CVD金刚石；所述激光加工装置的具体类型包括激光切割装置、激光雕刻装置、激光打印装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

通过多面体聚焦单元使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，再通过旋转单元的旋转运动使焦点在材料表面往复运动，也就是说在旋转单元的作用下多面体聚焦单元的至少一部分可旋转，提高旋转的转速即可在材料表面快速移动焦点，从而对材料进行加工。配合焦点调节单元使焦点在材料上从上往下地移动，可在厚度方向上对材料进行激光加工。本实用新型可用于加工各种材料，特别适用于对超硬材料进行加工：由于焦点可在材料表面快速移动且可在材料上从上往下地移动，可结合高峰值功率的激光脉冲，可对超硬材料比如金刚石料片进行加工，比如开片加工，可大幅提高加工效率，明显提高加工质量，另外对较厚的超硬材料进行加工也更有优势。

在优选的实施方式中，本实用新型还具有如下有益效果：

进一步地，在多面体聚焦单元上设有曲面曲率可调的曲面元件，通过焦点调节单元对曲面元件的曲面曲率进行调节，可改变焦点在材料表面的厚度方向上的位置，从而在厚度方向上对材料进行加工，具有结构紧凑、节省安装空间的优势。

附图说明

图1为本实用新型的适用于加工超硬材料的激光加工装置的结构示意图；

图2为本实用新型的激光加工装置的一种变型方式的结构示意图；

图3为本实用新型的激光加工装置的另一种变型方式的结构示意图；

图4为本实用新型的激光加工装置的第三种变型方式的结构示意图；

图5示出焦点在材料厚度方向上的变化；

图6示出具有不同曲面曲率的曲面元件的多面体聚焦单元；

图7为本实用新型的激光加工装置的第四种变型方式的结构示意图；

图8为本实用新型的激光加工装置的第五种变型方式的结构示意图；

图9为本实用新型的激光加工方法的流程图。

具体实施方式

本实用新型可对各种材料进行激光加工，比如金属材料、非金属材料，特别适用于对超硬材料进行激光加工，超硬材料的类型包括金刚石材料和工程陶瓷材料，金刚石材料包括PCD金刚石(Polycrystalline diamond，PCD)、CBN金刚石(Cubic Boron Nitride，CBN)、CVD金刚石(Chemical Vapor Deposition，CVD)。激光加工的具体类型包括激光切割、激光雕刻、激光打印。下面主要以金刚石料片的切割加工为例，对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

参考图1，适用于加工超硬材料的激光加工装置包括多面体聚焦单元1、旋转单元2和焦点调节单元3。

多面体聚焦单元1用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点101。入射激光100从多面体聚焦单元1出射后，在材料表面上聚焦成焦点101，也就是说多面体聚焦单元1具有对入射激光100进行聚焦的功能。而且，多面体聚焦单元1为多面体结构，为具有三个、四个、五个、六个、七个、八个面的结构或者为具有至少九个面的结构，面的具体数量可以根据焦点在材料表面的移动长度来设置。

旋转单元2通过驱动多面体聚焦单元1的至少一部分旋转从而使焦点在材料表面往复运动。也就是说，旋转单元2可以是驱动整个多面体聚焦单元1旋转，也可以是驱动多面体聚焦单元1的一部分结构旋转，其原则是：在旋转单元2的作用下，入射激光100从多面体聚焦单元1出射后形成的焦点101可在材料表面往复运动。这里的往复运动可以是往复直线运动，也可以是往复曲线运动或者往复折线运动，具体可以根据实际加工需求来设置，本实用新型不以此为限，其中往复直线运动更有利于对超硬材料进行快速加工，比如高速切割。旋转单元2驱动多面体聚焦单元1的至少一部分旋转的方式可以是接触式的，比如旋转单元2与多面体聚焦单元1通过轴连接，也可以是非接触式，比如旋转单元2通过磁场力驱动多面体聚焦单元1旋转。此外，旋转单元2的旋转速度和/或方向可调，如此可以改变激光加工装置的加工速度和/或加工方向，旋转单元2的旋转速度可以为8-15m/s，该旋转速度可满足大多加工场合的要求。

焦点调节单元3用于调节多面体聚焦单元1以改变焦点101在材料表面的厚度方向上的位置，从而使得激光加工装置可以在材料的厚度方向上进行加工。焦点调节单元3可通过改变多面体聚焦单元1在光路中的位置或者改变多面体聚焦单元1的光学参数来改变焦点在材料表面的厚度方向上的位置。

在另一方面，本实用新型提供一种适用于加工超硬材料的激光加工方法，该方法可以不采用上述的激光加工装置，也可采用上述的激光加工装置。下面结合本实用新型的激光加工方法对本实用新型上述的激光加工装置进行说明。参考图9，本实用新型的激光加工方法包括步骤S100至步骤S300。

步骤S100、使入射激光100在材料表面上聚焦成焦点。示例的，使入射激光100入射至多面体聚焦单元1，入射激光100从多面体聚焦单元1出射后在材料表面上聚焦成焦点101。

步骤S200、通过旋转运动改变入射激光的出射方向使焦点在材料表面往复运动。示例的，启动旋转单元2，驱动多面体聚焦单元1的至少一部分旋转，该旋转运动可改变入射激光100的出射方向，从而使焦点在材料表面往复运动。当然，如前所述，往复运动可以是往复直线运动，也可以是往复曲线运动或者往复折线运动。

步骤S300、改变焦点在材料表面的厚度方向上的位置。入射激光100在多面体聚焦单元1和旋转单元2的作用下，对材料表面进行加工，比如切割加工，当需要在材料的厚度方向上进行加工时，通过焦点调节单元3改变多面体聚焦单元1在光路中的位置或者改变多面体聚焦单元1的光学参数，即可改变焦点在材料表面的厚度方向上的位置，比如使得焦点在材料表面上往下移动0.5mm，从而使入射激光100可以切割掉0.5mm厚的材料。在加工的过程中，可以不断改变焦点在材料表面的厚度方向上的位置，比如使得焦点在材料表面上再往下移动0.5mm，从而再切割掉0.5mm厚的材料，如此重复。

此外，参考图2，还可以设置聚焦控制***8，根据提前设定的参数，多面体聚焦单元1的至少一部分旋转一定圈数后，输出一个信号到聚焦控制***8，聚焦控制***8控制焦点调节单元3使焦点101移动设定的距离和次数，从而实现自动化加工。焦点调节单元3、多面体聚焦单元1与聚焦控制***8之间的信号传输可以为有线传输，比如焦点调节单元3、多面体聚焦单元1分别与聚焦控制***8连接，也可以为无线传输。

当然，在对材料进行加工时，可以先从材料的一面进行加工，在对材料切割了一半深度的时候，再从材料的另一面进行加工，期间可以重新调节多面体聚焦单元1使得入射激光100在材料的另一面形成焦点101，这样可以更高效地切割材料，也能切割更厚的材料。

本实用新型的激光加工方法的步骤不限于上述顺序，比如步骤S300可以位于步骤S200的前面。

根据上述可知，参考图1，通过多面体聚焦单元1使入射激光100在材料表面上聚焦成焦点101，再通过旋转单元2的旋转运动使多面体聚焦单元1对聚焦的激光束进行偏转移动，改变入射激光100的出射角度，从而使焦点101在材料表面往复运动，也就是说在旋转单元2的作用下多面体聚焦单元1的至少一部分可旋转，提高旋转的转速即可在材料表面快速移动焦点101，比如使焦点101高速直线移动，从而对材料进行加工。配合焦点调节单元3使焦点101在材料上从上往下地移动，可在厚度方向上对材料进行激光加工。由于焦点101可在材料表面快速移动且可在材料上从上往下地移动，可结合具有高峰值功率的激光脉冲对材料进行快速加工，可大幅提高加工效率，明显提高加工质量，可用于加工各种材料，比如切割分片或材料清除加工，对较厚的材料进行加工更有优势。

以下对本实用新型作进一步的说明：

在激光加工方法上，先使入射激光100形成聚焦光束200，再将聚焦光束200反射至材料表面形成焦点。下面结合本实用新型的激光加工装置来具体说明。

参考图1，多面体聚焦单元1设有可对入射激光100进行聚焦的第一光学元件10。也就是说第一光学元件10具有聚焦的功能，具体可以是凸透镜、曲面镜、曲面膜或者其它可对入射激光100进行聚焦的光学元件，示例的，第一光学元件10的聚焦焦距为125mm。焦点调节单元3通过改变第一光学元件10在光路中的位置或者改变第一光学元件10的光学参数来改变焦点在材料表面的厚度方向上的位置。其中，光学参数包括光学元件的曲面曲率、折射率、聚焦焦距，比如更换不同聚焦焦距的第一光学元件10。

参考图1，多面体聚焦单元1包括聚焦单元11和多面体单元12。聚焦单元11为第一光学元件，聚焦单元11用于对入射激光100进行聚焦形成聚焦光束200，示例的，聚焦单元11为凸透镜。多面体单元12可绕其中心旋转，多面体单元12用于将聚焦光束200反射至材料表面也即金刚石料片300的表面301形成焦点101，其中，表面301也就是激光加工的工作平面。多面体单元12可以是在各个面上镀有对应激光波段的反射膜的多面转镜，还可以是设有多个反射镜的多面体结构。旋转单元2可驱动多面体单元12旋转，多面体单元12是多面体聚焦单元1的一部分，也即旋转单元2驱动多面体聚焦单元1的一部分旋转，多面体单元12比如多面转镜对聚焦光束200起反射作用，通过多面转镜的转动来改变反射聚焦光束200的角度，从而使焦点101在金刚石料片300的表面301上做往复直线运动，示例的，旋转单元2通过轴与多面体单元12连接，旋转单元2转动时可带动多面体单元12高速旋转。

对于改变焦点101在材料厚度方向上的位置，在激光加工方法上，可通过机械运动改变第一光学元件在光路中的位置，位置改变的范围可以是0-10mm，从而改变焦点101在金刚石料片300的表面301的厚度方向上的位置。示例的，参考图1，焦点调节单元3为直线运动机构比如直线运动轴，聚焦单元11设置在焦点调节单元3上。焦点调节单元3可改变聚焦单元11在入射激光100传播的方向上的位置，从而改变焦点101在金刚石料片300的表面301的厚度方向上的位置。

参考图1，金刚石料片300固定在旋转治具7上，旋转治具7可夹持各种形状的料片，比如方形和圆形料片，旋转治具7还具有旋转的功能。入射光100先经过聚焦单元11变成聚焦光束200，然后聚焦光束200入射至多面体单元12，旋转单元2驱动多面体单元12高速旋转，聚焦光束200被多面体单元12的各个面反射至金刚石料片300的表面301形成焦点101且在表面301做快速直线运动，从而对金刚石料片300进行切割。调节焦点调节单元3也即直线运动机构使聚焦单元11沿入射激光100传播的方向直线移动，可使焦点101在金刚石料片300的表面301上向下移动，反之则向上移动，从而对金刚石料片300沿厚度方向切割，如此重复，越切越深，最终将金刚石料片300切断。也可通过旋转治具7使金刚石料片300翻转到另一面，从而对另一面进行切割。

以上对本实用新型进行了说明，但本实用新型还可以有一些变型的方式，比如：

聚焦单元11还可以是曲面镜，平行的入射激光100照射在曲面镜上，曲面镜对入射激光100进行聚焦形成聚焦光束200，该聚焦光束入射至多面体单元12，多面体单元12将聚焦光束200反射至即金刚石料片300的表面301形成焦点101。通过焦点调节单元3改变曲面镜在光路中的位置或者改变曲面镜的曲面曲率，可改变焦点101在金刚石料片300的表面301的厚度方向上的位置。

还可以是多面体单元12设置在直线运动机构比如直线运动轴上，改变多面体单元12在入射激光100传播的方向上的位置，由于光束角度的变化会让聚焦光束200的焦点101相应的向上或向下移动，也就可改变焦点101在金刚石料片300的表面301的厚度方向上的位置；或者，聚焦单元11和多面体单元12均设置在直线运动机构上，改变聚焦单元11和多面体单元12在入射激光100传播的方向上的位置，均可改变焦点101在金刚石料片300的表面301的厚度方向上的位置；这样可以应用于不同的场合，有利于扩大适用范围。

旋转单元2还可以通过磁场力驱动多面体单元12旋转，示例的，多面体单元12可转动地安装在支架上，多面体单元12的一侧设有第一磁铁，旋转单元2的一侧也设有可旋转的第二磁铁，旋转单元2旋转时，第二磁铁也旋转，在磁场力的作用下，第二磁铁带动第一磁铁旋转，从而使多面体单元12旋转。这样的好处在于便于设备的拆卸和安装。

参考图3，多面体单元12为设有多个曲面元件13的多曲面体单元，聚焦单元11和曲面元件13为第一光学元件，曲面元件13可将入射激光100在金刚石料片300的表面301上聚焦成焦点101。也就是说入射激光100经过聚焦单元11聚焦成聚焦光束200之后，入射至曲面元件13的曲面，曲面元件13对入射激光100进行反射并使其在表面301上聚焦成焦点101。

本实用新型还可以这样实现：

在激光加工方法上，通过反射的方式使入射激光100在材料表面上聚焦成焦点101。下面结合激光加工装置来具体说明。

参考图4，多面体聚焦单元1为设有多个曲面元件13的多曲面体单元，也就是说多面体聚焦单元1具有多个曲面，各多面体的面的曲率一致，曲面的形状可以是圆形或者方形。曲面元件13用来对激光束进行反射和聚焦，可对激光束出射的角度进行调节。曲面元件13为第一光学元件，曲面元件13可将入射激光100在金刚石料片300的表面301上聚焦成焦点101，示例的，曲面元件可以是曲面反射镜、曲面反射膜或者其它可以对入射激光100进行反射并聚焦的光学元件。旋转单元2可驱动多面体聚焦单元1旋转，也即旋转单元2驱动整个多面体聚焦单元1旋转，多面体聚焦单元1上的曲面元件13反射偏转移动激光束，从而使焦点101在金刚石料片300的表面301往复直线运动。

对于改变焦点101在材料厚度方向上的位置，在激光加工方法上，改变第一光学元件的光学参数，从而改变焦点101在金刚石料片300的表面301的厚度方向上的位置。参考图4，示例的，曲面元件13的曲面曲率可调，从而使激光加工装置可在厚度方向上对金刚石料片300进行切割。焦点调节单元3为可对曲面元件13的曲面曲率进行调整的机构，可以是与曲面元件13的曲面接触的伸缩结构，也可以是通过非接触的方式对曲面元件13的曲面曲率进行调整的曲率调节机构。对于伸缩机构，具体可以是液压伸缩机构，也可以是气压伸缩机构。对于曲率调节机构，具体可以是气压调节机构，比如：多面体聚焦单元1内部通过抽真空方式使得曲面表面的内压力小于外部大气压力，外部大气压力压迫曲面使得曲面曲率减小，或在多面体聚焦单元1中充气增压，使得曲面的内压力大于外部大气压力，内压力压迫曲面使得曲面曲率增大；多面体聚焦单元1的每个曲面单独加工，然后组合成多面体结构，也可以使用整体模块加工制作，多面体聚焦单元1的内部位置挖空充气，内置压力传感器装置以对压力进行检测；曲率调节机构还可以是磁场调节机构，比如曲面元件13的内曲面131设有磁铁，多面体聚焦单元1的内部设有磁场强度可调节的磁性元件，磁性元件产生磁场吸引设置在内曲面131上的磁铁，这样也可以对曲面曲率进行调节。示例的，参考图4，焦点调节单元3为与曲面元件13的曲面接触的液压伸缩机构，设置在多面体聚焦单元1的内部，焦点调节单元3与曲面元件13的内曲面131接触，焦点调节单元3伸缩时可使内曲面131的曲率变大或变小。

曲面元件13的曲面曲率r的变化数值依据于需要加工的材料厚度，参考图5和图6，可实现曲率从r1、r2、r3、r4、r5、r6…rn等的变化。通过曲率变化，使得焦点101从材料上表面往下表面移动，从而使激光加工装置在厚度方向上对金刚石料片300进行切割。示例的，多面体聚焦单元1的聚焦工作距离为100mm，金刚石料片300的厚度为3mm，曲面元件13的曲面曲率设定值分别为r1＝100mm、r2＝100.5mm、r3＝101mm、r4＝101.5mm、r5＝102mm、r6＝102.5mm，变化原则是按照焦点101的加工深度0.5mm进行对应变化，但不局限于此数值，在不同激光参数条件下依据激光束焦点可加工深度范围来进行调节，逐步下移焦点101的位置，直到加工材料完成，可加工的超硬材料的厚度为0.1-10mm。

如此可以简化激光加工装置的结构，使其结构更紧凑。

本实用新型还可以这样实现：

还可以设置一个调节单元使焦点101在材料表面上增加一个运动自由度，从而使焦点101在材料表面上做二维运动。比如可使多面体聚焦单元1在竖直方向上移动的结构，当然，此时入射激光100也应当相应的在竖直方向上移动；或者设置可使多面体聚焦单元1偏转的结构。如此，可使焦点101在材料表面做往复曲线运动或者往复折线运动，实现二维切割，配合焦点调节单元3则可实现三维切割。

在一些应用场合中，参考图1，还可以设置扩束单元4，扩束单元4用来对激光束进行扩束和调试激光束的发散角度，可选用2-10倍扩束镜，屈光度可调。扩束单元4设置在多面体聚焦单元1的前方，入射激光100经过扩束单元4之后入射至多面体聚焦单元1。

在一些应用场合中，参考图7，还可以设置准直单元5，准直单元5设置在多面体聚焦单元1的前方，入射激光100经过准直单元5之后入射至多面体聚焦单元1。准直单元5用于对从传输光纤传输出射的激光束进行准直，准直单元5可以和聚焦单元11比如聚焦镜组合使用，比如选用准直焦距为100mm的准直单元和聚焦焦距为125mm的聚焦镜组合成准直聚焦镜组50，将准直聚焦镜组50安装在直线运动机构上，通过机械运动让准直聚焦镜组50在光束方向进行移动，移动范围为0-10mm，也可以实现焦点在材料厚度方向上的位置改变。

在一些应用场合中，参考图8，激光加工方法包括：先使入射激光100形成发散光束，再将发散光束反射至材料表面形成焦点101。可以设置用于使入射激光100发散的第二光学元件6，第二光学元件6具有至少一个可以使入射光发射的面，示例的，可以是凹透镜、曲面发射镜、设置在其它结构上的曲面反射膜或者其它使入射激光100发散的光学元件。光学元件6设置在多面体聚焦单元1的前方，通过第二光学元件6使入射激光100形成发散光束600，发散光束600入射至多面体聚焦单元1，由多面体聚焦单元1将发散光束600反射至材料表面形成焦点101。

本实用新型的激光加工装置的具体类型包括激光切割装置、激光雕刻装置、激光打印装置。

根据上述可知，由于焦点可在材料表面快速移动且可在材料上从上往下地移动，比如按照可调速度从上往下移动，与具有高峰值功率的激光脉冲配合使用，大功率配合高速移动切割，有利于散热以及对材料进行切割或清除，特别适用于对超硬材料进行加工，比如对金刚石料片进行高速切割，比如开片加工，可大幅提高加工效率，明显提高加工质量，对较厚的超硬材料进行加工也更有优势。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于加工超硬材料的激光加工装置，其特征在于包括：多面体聚焦单元、旋转单元和焦点调节单元，所述多面体聚焦单元用于使入射激光在材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元通过驱动所述多面体聚焦单元的至少一部分旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动，所述焦点调节单元用于调节所述多面体聚焦单元以改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体聚焦单元设有可对所述入射激光进行聚焦的第一光学元件，所述焦点调节单元通过改变所述第一光学元件在光路中的位置或者改变所述第一光学元件的光学参数来改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体聚焦单元包括聚焦单元和多面体单元，所述聚焦单元为所述第一光学元件，所述聚焦单元用于对所述入射激光进行聚焦形成聚焦光束，所述多面体单元用于将所述聚焦光束反射至所述材料表面形成焦点，所述旋转单元可驱动所述多面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动。

4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体聚焦单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点，所述旋转单元可驱动所述多曲面体单元旋转从而使所述焦点在所述材料表面往复运动。

5.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于：所述焦点调节单元为直线运动机构，所述聚焦单元和/或所述多面体单元设置在所述直线运动机构上；所述直线运动机构可改变所述聚焦单元和/或所述多面体单元在所述入射激光传播的方向上的位置，从而改变所述焦点在所述材料表面的厚度方向上的位置。

6.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体单元为设有多个曲面元件的多曲面体单元，所述聚焦单元和所述曲面元件为所述第一光学元件，所述曲面元件可将所述入射激光在所述材料表面上聚焦成焦点。

7.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于：所述曲面元件的曲面曲率可调。

8.根据权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于：所述焦点调节单元为可与所述曲面元件的曲面接触的伸缩机构或为通过非接触的方式对所述曲面元件的曲面曲率进行调整的曲率调节机构。

9.根据权利要求1或2或4所述的激光加工装置，其特征在于：还包括用于使所述入射激光发散的第二光学元件，所述第二光学元件设置在所述多面体聚焦单元的前方；或者，还包括扩束单元，所述扩束单元设置在所述多面体聚焦单元的前方；或者，还包括准直单元，所述准直单元设置在所述多面体聚焦单元的前方。

10.根据权利要求1至8任一项所述的激光加工装置，其特征在于：所述多面体聚焦单元为具有三个、四个、五个、六个、七个、八个面的结构或者为具有至少九个面的结构；所述旋转单元的旋转速度和/或方向可调；所述旋转单元的速度为8-15m/s；所述激光加工装置可加工的超硬材料的厚度为0.1-10mm；所述超硬材料的类型包括金刚石材料和工程陶瓷材料，所述金刚石材料包括PCD金刚石、CBN金刚石、CVD金刚石；所述激光加工装置的具体类型包括激光切割装置、激光雕刻装置、激光打印装置。