CN216882238U - 激光加工结构及激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光加工结构及激光加工设备，包括：激光器、同轴组件、振镜头、检测组件以及场镜；所述同轴组件具有第一透光端和两个相对设置的第二透光端，且第一透光端设置于两个所述第二透光端之间；所述激光器和所述振镜头分别与两个所述第二透光端连接，所述检测组件与所述第一透光端连接，且所述振镜头与所述场镜连接；以及所述激光器产生的激光能够依次经过所述同轴组件、所述振镜头和所述场镜聚焦至待加工工件；所述待加工工件上的反射光能够依次经过所述场镜、所述振镜头和所述同轴组件传递至所述检测组件成像。综上可知，本申请提供的激光加工结构能够很好地消除检测组件成像时的色差和畸变，提高检测组件的成像质量。

Description

激光加工结构及激光加工设备

技术领域

本申请属于激光加工技术领域，更具体地说，是涉及一种激光加工结构及激光加工设备。

背景技术

激光加工是利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光清洁、激光钻孔等，激光作用于材料表面或内部，产生大量的热，可使激光作用位置材料达到气化或熔融状态，从而达到预期加工效果。

为了提高激光加工的精确度，通常在激光加工设备中配置CCD(电荷耦合器件)相机进行辅助加工。CCD相机抓拍待加工区域，将位置信息传递给激光加工设备，再根据位置信息进行加工。现有的激光加工设备中，CCD相机和激光通常都不是同轴的，因此CCD相机的定位信息和激光加工位置有一定的偏差，导致加工不够精确，影响后续加工质量。为了提高加工精度，可以将CCD相机和激光做成同轴***。

目前也有一些设备采用同轴***，但一般都是“伪同轴”，比如在振镜和场镜之间加入CCD，这种同轴***视野范围小，超过一定的范围，成像就会出现色差、模糊，变形，甚至看不见的情况如图1所示，对于这种质量的成像， CCD相机无法进行识别定位。

实用新型内容

本申请在于提供激光加工结构及激光加工设备，以解决上述背景技术所提到的技术问题。

本申请采用的技术方案是一种激光加工结构，包括：激光器、同轴组件、振镜头、检测组件以及场镜；

所述同轴组件具有第一透光端和两个相对设置的第二透光端，且第一透光端设置于两个所述第二透光端之间；所述激光器和所述振镜头分别与两个所述第二透光端连接，所述检测组件与所述第一透光端连接，且所述振镜头与所述场镜连接；以及

所述激光器产生的激光能够依次经过所述同轴组件、所述振镜头和所述场镜聚焦至待加工工件；所述待加工工件上的反射光能够依次经过所述场镜、所述振镜头和所述同轴组件传递至所述检测组件成像；

其中，所述场镜的工作波长为266nm-1900nm、入射光瞳为5mm-20mm、扫描范围为10mm-500mm、以及聚焦光斑直径为5um-100um。

综上可知，本申请提供的激光加工结构在激光器与检测组件同轴设置的基础上，将场镜的工作波长设置为266nm-1900nm；场镜的入射光瞳设置为5mm -20mm；场镜的扫描范围设置为10mm-500mm；以及场镜的聚焦光斑直径设置为 5um-100um，能够进一步消除检测组件成像时的色差和畸变，提高检测组件的成像质量。

进一步地，所述场镜的工作波长为512nm、入射光瞳为8mm、扫描范围为 360*360mm、以及20mm<聚焦光斑直径<50um。

进一步地，所述同轴组件包括镜座、镜片；

所述镜座具有镜腔以及与所述镜腔连通的所述第一透光端和第二透光端；所述镜片设置于所述镜腔内；

所述激光器产生的激光能够穿过所述镜片并经所述振镜头和所述场镜聚焦至待加工工件；所述待加工工件上的反射光能够依次经过所述场镜、所述振镜头后在所述镜片的反射下传递至所述检测组件成像。

进一步地，所述镜片为沿45度角设置的双色镜。

进一步地，所述检测组件包括检测镜头和透镜组，所述透镜组位于所述检测镜头与所述同轴组件之间。

进一步地，还包括光源，所述光源与所述场镜同轴设置，并位于所述工件上方。

进一步地，所述光源为单色光源。

进一步地，所述振镜头包括沿第一方向设置第一反射镜，且所述第一反射镜能够绕自身的中轴线转动；

所述振镜头包括沿第二方向设置的第二反射镜，且所述第二反射镜能够绕自身的中轴线转动；所述第二方向与所述第一方向呈角度设置。

进一步地，所述激光加工结构还包括扩束镜，所述扩束镜安装于所述激光器与同轴组件之间。

一种激光加工设备，包括以上所述的激光加工结构。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中检测组件的成像示意图；

图2为本申请中激光加工结构的结构示意图；

图3为图2中所述激光加工结构的侧视图；

图4为图2中所述激光加工结构中透镜组的位置示意图；

图5为图2中所述激光加工结构中检测组件的成像示意图。

附图标记：

100、激光器；200、同轴组件；300、振镜头；400、检测组件；410、检测镜头；420、透镜组；500、场镜；600、扩束镜；700、光源；800、工件。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元结构被称为“固定于”或“设置于”另一个元结构，它可以直接在另一个元结构上或者间接在该另一个元结构上。当一个元结构被称为是“连接于”另一个元结构，它可以是直接连接到另一个元结构或间接连接至该另一个元结构上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在一些申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请提供一种激光加工结构，其一般设置于激光加工设备上以实现对产品进行加工。

参阅图2，本申请的激光加工结构包括激光器100、同轴组件200、振镜头 300、检测组件400以及场镜500。其中，同轴组件200包括第一透光端和两个相对设置的第二透光端，且第一透光端设置于两个第二透光端之间；激光器100 和振镜头300分别与两个第二透光端连接，检测组件400与第一透光端连接；振镜头300与场镜500连接；激光器100产生的激光能够依次经过同轴组件200、振镜头300和场镜500聚焦至待加工工件800上，对工件800进行加工；而待加工工件800所反射的反射光能够依次经过场镜500、振镜头300和同轴组件 200后传递至检测组件400成像。

具体地，激光器100的出光端与其中一个第二透光端连接，从而将激光器 100与同轴组件200连接；另一个第二透光端与振镜头300连接，从而将同轴组件200和振镜头300连接；同时振镜头300还与场镜500连接。而检测组件 400通过第一透光端与同轴组件200连接。从而，激光器100、同轴组件200、振镜头300和场镜500共同形成一个完整的激光光路，同时场镜500、振镜头 300、同轴组件200和检测组件400共同形成一个完整的检测光路。

在实际使用时，激光器100发出的激光经过同轴组件200传递至振镜头 300，经过振镜头300反射至场镜500，而后通过场镜500聚焦在待加工工件800 上，以便于进行激光加工。同时，待加工工件800上的照明光能够反射至场镜500，并经过场镜500进入振镜头300，并在振镜头300的反射作用下传递至同轴组件200，经过同轴组件200的第一透光端传递至检测组件400，并在检测组件400上进行成像。也就是说，本申请提供的激光加工结构，通过同轴组件200、振镜头300以及场镜500的配合，使得激光器100发出的激光能够与检测组件400获取的反射光同轴，从而能够提高激光加工的精度以及能够缩短激光加工的耗时，提高加工的效率。

进一步地，参阅图5，为了实现检测组件400大范围的高质量成像，即需要消除检测组件400大范围成像时所产生的色差以及畸变，场镜500采用消色差、降畸变场镜500。

具体地，场镜500的工作波长可设置为266nm-1900nm；场镜500的入射光瞳可设置为5mm-20mm；场镜500的扫描范围可设置为10mm-500mm；以及场镜 500的聚焦光斑直径可设置为5um-100um。

可理解，场镜500的工作波长：主要是看激光器100的波长，场镜500是在给定的激光波长镀膜的。如果不在给定的波长范围内用场镜500，场镜500 会被激光烧坏的。

场镜500的入射光瞳：最大可用光束的直径等于入射光瞳的直径。

场镜500的扫描范围：场镜500能扫描到的范围越大，当然越受使用者的欢迎。但是如果增加扫描范围，聚焦光点变大，失真度也要加大。另外加大扫描范围，场镜500焦距和工作距也要加大。工作距离的加长，必然导致激光能量的损耗。还有聚焦后的光斑直径跟焦距成正比，这意味着加大扫描范围，聚焦光斑直径跟着加大，光斑聚得不够细，激光的功率密度下降非常快(功率密度跟光斑直径的2次方成反比)，不利于加工。所以使用者要根据不同的加工面积选用最适合的场镜500，同时要考虑检测组件400能够对工件800清晰成像。

场镜500的聚焦光斑直径：对于入射激光束直径D、场镜500焦距F和光束质量因子Q的扫描***，聚焦光斑直径d＝13.5QF/D(mm)。

因此在本申请的第一实施例中，场镜500的工作波长可设置为266nm；场镜500的入射光瞳可设置为5mm；场镜500的扫描范围可设置为10*10mm；以及 5mm<聚焦光斑直径<20um。针对激光器100所发射的激光波长为266nm或在激光波长小于266nm时，将场镜500的入射光瞳设置为5mm，场镜500的扫描范围设置为10mm；以及场镜500的聚焦光斑直径设置为5um，能够使工件800反射的照明光经场镜500后变形小，消除所产生的色差，使成像更加清晰。

在本申请的第二实施例中，场镜500的工作波长可设置为512nm；场镜500 的入射光瞳可设置为8mm；场镜500的扫描范围可设置为360*360mm；以及20mm <场镜500的聚焦光斑直径<50um。针对激光器100所发射的激光波长设置为 512nm；场镜500的入射光瞳设置为8mm；场镜500的扫描范围设置为360*360mm；以及20mm<聚焦光斑直径<50um，能够使工件800反射的照明光经场镜500后变形小，消除所产生的色差，使成像更加清晰。

在本申请的第三实施例中，场镜500的工作波长可设置为1900nm；场镜500 的入射光瞳可设置为20mm；场镜500的扫描范围可设置为500*500mm；以及50mm <聚焦光斑直径<100um。针对激光器100所发射的激光波长为1250nm或在激光波长在1250nm-1900nm时，将场镜500的入射光瞳设置为20mm，场镜500的扫描范围设置为500*500mm；以及50mm<聚焦光斑直径<100um，能够使工件800 反射的照明光经场镜500后变形小，消除所产生的色差，使成像更加清晰。

参阅图2，同轴组件200包括镜座、镜片。其中镜座具有镜腔以及与镜腔连通的第一透光端和第二透光端；镜片设置于镜腔内。

具体地，第一透光端便于检测组件400与镜座连接，第二透光端便于激光器100和振镜头300与镜座连接；镜片用于将激光器100发射的激光传递至振镜头300，以及用于将工件800所反射的照明光传递至检测组件400内成像。

在一个具体实施例中，镜座呈四方体结构，包括四个侧面，顶面和底面，其中两个第二透光端设置于镜座上两个相对设置的第二侧面上，第一透光端设置于两个第二侧面之间的一个第一侧面上。

在实际使用过程中，激光器100产生的激光能够穿过镜片并经振镜头300 和场镜500聚焦至待加工工件800；待加工工件800上的反射光能够依次经过所述场镜500、振镜头300后在镜片的反射下传递至检测组件400成像，以确保检测组件400的检测光路与激光器100的激光光路同轴。

进一步地，镜片可以为双色镜。在一些实施例中，由于两个第二透光端设置于镜座上两个相对设置的第二侧面上，第一透光端设置于两个第二侧面之间的一个第一侧面上，而第一透光端用于检测组件400与镜座连接，第二透光端用于激光器100和振镜头300与镜座连接，因此该双色镜可以沿45度角设置于镜腔内。

具体地，激光器100所发射的激光可直接穿过双色镜进入到振镜头300内；而工件800上所反射的照明光经场镜500和振镜头300反射至镜腔内后，镜腔内设置的双色镜将该照明光反射进入检测组件400内成像。

参阅图4，检测组件400还包括检测镜头410和透镜组420，透镜组420 设置于检测镜头410与同轴组件200之间。

工件800上所反射的照明光经场镜500和振镜头300反射至镜腔内后，镜腔内设置的双色镜将该照明光反射进入透镜组420内，透镜组420进一步地对该照明光进行整形将该照明光传递进检测镜头410内成像，以提高检测镜头410 的成像质量。

在具体实施例中，检测镜头410可以采用CCD检测相机。

参阅图2，激光加工结构还可包括光源700，其设置于工件800的上方，用于向工件800发射照明光。

具体地，光源700向工件800发射照明光后，工件800将该照明光反射进照明光路内，并最终在检测镜头410内成像。

进一步地，光源700可以是环形光源700，其与场镜500同轴设置于，并位于工件800的上方，该类型的光源700能够保证工件800将尽可能多的照明光束反射进照明光路内，以提高检测镜头410的成像质量。

进一步地，为了减少色差对检测镜头410成像的影响，光源700可采用单色光源700，例如白色光源700，红色光源700，紫色光源700等。

如图2所示，在一些实施例中，振镜头300包括沿第一方向设置第一反射镜，且第一反射镜能够绕自身的中轴线转动。以图1中的方式方位为例，第一方向为xx’方向。具体的，振镜头300内设置有用于驱动第一反射镜转动的驱动件，从而促使第一反射镜绕X轴(即xx’方向的轴)旋转，从而形成加工路线。同时，在一些实施例中，振镜头300包括沿第二方向设置的第二反射镜，且第二反射镜能够绕自身的中轴线转动；第二方向与第一方向呈角度设置。第二方向为yy’方向。也就是说，振镜头300内设置有用于驱动第二反射镜转动的驱动件，从而促使第二反射镜绕Y轴(即yy’方向的轴)旋转。可以旋转的第一反射镜和第二反射镜的配合使用，能够形成加工路线，而且不同方向的转动能够形成各种异型加工，从而便于将反射光通过场镜500聚焦在待加工工件 800上进行加工。而且，通过上述第一反射镜和第二反射镜的偏摆，可以实现大视野范围图像获取。需要说明的是，振镜头300的具体结构设置是现有成熟的技术，并不属于本申请的改进点，本申请仅从多种型号的振镜头300中选用适合的振镜头300即可。

如图2所示，在一些实施例中，激光加工结构还包括扩束镜600，扩束镜 600安装于激光器100与同轴组件200之间。具体而言，扩束镜600能够改变激光光束直径和发散角，扩束镜600安装在激光器100与同轴组件200的第二透光端之间，从而对激光器100发出的激光进行直径和发散角的改变，以便于后期光线的传递。当然，扩束镜600的具体结构设置是现有成熟的技术，并不属于本申请的改进点，本申请仅从多种型号的扩束镜600中选用适合的扩束镜 600即可。

综上可知，本申请提供的激光加工结构在激光器100与检测组件400同轴设置的基础上，将场镜500的工作波长设置为266nm-1900nm；场镜500的入射光瞳设置为5mm-20mm；场镜500的扫描范围设置为10mm-500mm；以及场镜500 的聚焦光斑直径设置为5um-100um，能够进一步消除检测组件400成像时的色差和畸变，提高检测组件400的成像质量。

此外，本申请还提供一种激光加工设备，其包括以上所述的激光加工结构。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在一些申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在一些申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光加工结构，其特征在于，包括：激光器、同轴组件、振镜头、检测组件以及场镜；

所述同轴组件具有第一透光端和两个相对设置的第二透光端，且第一透光端设置于两个所述第二透光端之间；所述激光器和所述振镜头分别与两个所述第二透光端连接，所述检测组件与所述第一透光端连接，且所述振镜头与所述场镜连接；以及

所述激光器产生的激光能够依次经过所述同轴组件、所述振镜头和所述场镜聚焦至待加工工件；所述待加工工件上的反射光能够依次经过所述场镜、所述振镜头和所述同轴组件传递至所述检测组件成像；

其中，所述场镜的工作波长为266nm-1900nm、入射光瞳为5mm-20mm、扫描范围为10mm-500mm、以及聚焦光斑直径为5um-100um。

2.如权利要求1所述的激光加工结构，其特征在于，所述场镜的工作波长为512nm、入射光瞳为8mm、扫描范围为360*360mm、以及20mm＜聚焦光斑直径＜50um。

3.如权利要求2所述的激光加工结构，其特征在于，所述同轴组件包括镜座、镜片；

所述镜座具有镜腔以及与所述镜腔连通的所述第一透光端和第二透光端；所述镜片设置于所述镜腔内；

所述激光器产生的激光能够穿过所述镜片并经所述振镜头和所述场镜聚焦至待加工工件；所述待加工工件上的反射光能够依次经过所述场镜、所述振镜头后在所述镜片的反射下传递至所述检测组件成像。

4.如权利要求3所述的激光加工结构，其特征在于，所述镜片为沿45度角设置的双色镜。

5.如权利要求1所述的激光加工结构，其特征在于，所述检测组件包括检测镜头和透镜组，所述透镜组位于所述检测镜头与所述同轴组件之间。

6.如权利要求1所述的激光加工结构，其特征在于，还包括光源，所述光源与所述场镜同轴设置，并位于所述工件上方。

7.如权利要求6所述的激光加工结构，其特征在于，所述光源为单色光源。

8.如权利要求1所述的激光加工结构，其特征在于，所述振镜头包括沿第一方向设置第一反射镜，且所述第一反射镜能够绕自身的中轴线转动；

所述振镜头包括沿第二方向设置的第二反射镜，且所述第二反射镜能够绕自身的中轴线转动；所述第二方向与所述第一方向呈角度设置。

9.如权利要求1所述的激光加工结构，其特征在于，所述激光加工结构还包括扩束镜，所述扩束镜安装于所述激光器与同轴组件之间。

10.一种激光加工设备，包括权利要求1至9任意一项所述的激光加工结构。

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