CN2772711Y

CN2772711Y - 一种激光打孔刻痕装置

Info

Publication number: CN2772711Y
Application number: CN 200420114954
Authority: CN
Inventors: 黄涛; 王智勇; 邹玉贤; 左铁钏; 李东江; 王益泉
Original assignee: Beijing University of Technology; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Beijing University of Technology; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2014-12-28

Abstract

一种激光打孔刻痕装置，对运动的薄型板材进行高速度激光打孔兼刻痕，包括双脉冲激光器、光学变换***、转镜及F－θ聚焦光学***；双脉冲激光器输出长、短脉冲；光学变换***包括两个焦距不同的透镜组成，前透镜焦距短，后透镜焦距长，对脉冲激光进行扩束变换；转镜为一维转镜，将经光学变换***变换后的激光光束发生偏转，偏转方向与板材的运动方向相同；F－θ聚焦光学***包括两个非球面透镜，前一个非球面透镜将激光光束进行进一步的偏折，并改变激光光束的波前形状，后一个透镜将激光光束进行聚焦，经聚焦后打在运动板材上，短脉冲激光来打孔，而长脉冲激光来刻痕。

Description

一种激光打孔刻痕装置

技术领域

本实用新型涉及一种激光打孔刻痕的装置，特别涉及对高速度移动的薄型板材等进行高速度激光打孔刻痕的装置。

背景技术

现在能够对移动薄型板材激光打孔的方案是采用移动激光光束来跟随板材的运动，使得激光聚焦光点与板材的相对位置在一个激光短脉冲时间内保持不变来实现打孔。而对移动板材的激光划痕的方法是采用长脉冲或连续输出激光方法，通过板材的运动来实现激光光束与板材的相对移动从而在板材上留下划痕。如中国专利公开号2474263所公开的“一种激光打孔装置”，该发明为一种激光打孔装置，其包括有一台长脉冲的长波长激光器和一台短脉冲的短波长激光器，在进行打孔加工时，每个孔的加工均分两步，即先用长波长激光快速穿孔，再用短波长激光扩出成形孔。

由于激光打孔使用的是短脉冲的激光器，而激光划痕采用的是长脉冲或连续激光器，这样如果要在板材上实现激光的打孔兼划痕，就需要两台激光器。这将使得***庞大而且复杂，造成浪费。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种简单的对高速度运动板材进行高速度激光打孔兼划痕的装置，该装置只使用一台激光器就能实现激光的打孔兼划痕。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种激光打孔刻痕装置，对运动的薄型板材进行高速度激光打孔兼刻痕，包括双脉冲激光器、光学变换***、转镜及F-θ聚焦光学***；其中，双脉冲激光器，其输出激光脉冲为一个短脉冲和一个长脉冲；光学变换***，其为一倒置望远镜结构，包括两个焦距不同的透镜组成，前透镜焦距短，后透镜焦距长，设置于双脉冲激光器射出光路上，对脉冲激光进行扩束变换；转镜，其为一维转镜，设置于光学变换***后，将经光学变换***变换后的激光光束发生偏转，偏转方向与板材的运动方向相同；F-θ聚焦光学***，包括两个非球面透镜，前一个非球面透镜将激光光束进行进一步的偏折，并改变激光光束的波前形状，而后一个非球面透镜将激光光束进行聚焦。

所述的高速移动板材激光打孔兼刻痕装置，激光器是一个双脉冲激光器，其输出激光脉冲为一个短脉冲和一个长脉冲，短脉冲脉冲时间短，峰值功率高，用于激光打孔，而长脉冲脉冲时间长，峰值功率低用于激光刻痕，短脉冲和长脉冲的宽度、幅值以及它们之间的时间间隔可调。

所述的高速移动板材激光打孔兼刻痕装置，转镜是一维的，且偏转方向和板材的运动方向相同。

所述的双脉冲激光器包括长脉冲激光电源、短脉冲激光电源、激光谐振腔、脉冲信号控制单元；其中，所述的长脉冲激光电源和短脉冲激光电源并联连接在开关控制器上；激光谐振腔，包括全反射镜、输出耦合镜、激光晶体、泵浦灯；所述的全反射镜、输出耦合镜相对，激光晶体设置于其中，泵浦灯对应于激光晶体设置，并通过导线连接于开关控制器；脉冲信号控制单元，分别对长脉冲激光电源和短脉冲激光电源进行控制。

本实用新型从双脉冲激光器输出激光通过光学变换***和转镜反射后，入射在F-θ聚焦光学***上，经聚焦后打在运动板材上，实现打孔和刻痕。可见该激光打孔刻痕装置结构简单、功能完备。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的激光脉冲序列图；

图3为本实用新型双脉冲激光器的结构示意图；

图4为本实用新型双脉冲激光器的开关控制器电路图。

具体实施方案

参见图1，本实用新型的激光打孔刻痕装置，包括双脉冲激光器1、光学变换***2、转镜3及F-θ聚焦光学***4；其中，双脉冲激光器1，其输出激光脉冲为一个短脉冲和一个长脉冲；光学变换***2，其为一倒置望远镜结构，包括两个焦距不同的透镜组成，前透镜焦距短，后透镜焦距长，设置于双脉冲激光器射出光路上，对脉冲激光进行扩束变换；转镜3，其为一维转镜，设置于光学变换***2后，将经光学变换***变换后的激光光束发生偏转，偏转方向与板材的运动方向相同；F-θ聚焦光学***4，包括两个非球面透镜，前一个非球面透镜将激光光束进行进一步的偏折，并改变激光光束的波前形状，而后一个非球面透镜将激光光束进行聚焦。

参见图1，双脉冲激光器1所输出的脉冲激光进入光束经光学变换***2，进行扩束变换。光学变换***2的光学***为倒置望远镜结构，包括两个焦距不同的透镜，前透镜焦距短，后透镜焦距长。激光器射出的激光的光束直径小发散角大，光学变换***2将该激光光束进行变换，使得出射激光光束的直径变大，发散角变小，有利于激光传输到比较远的位置。经光学变换***2变换后的激光光束进入一维转镜3，转镜3的偏转方向与钢板5的运动方向相同。并与激光的两个脉冲相配合。

假定钢板的运动方向为从左向右，在未发出激光脉冲前，转镜3位于使得激光光束偏转在3′的位置，在双脉冲激光器1发出第一个脉冲6时，转镜3沿钢板5的运动方向进行偏转。这时激光光束是以一定的偏转角度入射到F-θ聚焦光学***4上。F-θ聚焦光学***4的前一个非球面透镜将激光光束进行进一步的偏折，并改变激光光束的波前形状，而后一个非球面透镜将激光光束进行聚焦。其聚焦焦面与钢板5的上表面重合。这样配合的结果是，当激光光束以一定的偏转角度入射时，F-θ聚焦镜将把激光光束聚焦在聚焦焦面上偏离中心位置O不同距离的位置O′或O″。这个偏离中心位置O的距离与入射激光光束的偏转角度成正比。当转镜不发生偏转时，激光光束通过转镜后与光轴8重合，光束入射到F-θ聚焦镜上的角度为零，聚焦位置就在中心位置O处。

因此通过转镜3的从左向右的偏转，入射激光光束的入射角度与光轴的夹角从大变小再变大，在F-θ聚焦光学***4的焦面上，通过F-θ聚焦镜后的聚焦光斑将从O′的位置通过中心位置O扫描到O″的位置。这样调节转镜3的偏转速度大小，就可使得激光光束经F-θ聚焦镜聚焦后激光聚焦光斑在钢板5上保持静止，即与钢板5的运动速度相同。这将保证激光打孔的圆度。

当转镜3运动到3″位置时，停止，而第一个激光脉冲6在这段时间内完成输出。在双脉冲激光器1发射出第二个脉冲前，转镜3返回到位置3′，然后再运动到位置3″时停止。在这一段时间内，第二个脉冲7完成。从而实现在运动的钢板上激光打孔的后面又打出刻痕用以标记打孔的位置。

转镜3的偏转速度与所需要刻痕的长度和钢板5的运动速度相关。当需要刻比较长的刻痕而钢板5的运动速度比较慢时，转镜3的运动速度变块，反之，当需要刻比较长的刻痕而钢板5的运动速度比较快时，转镜3的运动速度变慢。而当需要刻比较短的刻痕时，而钢板5的运动速度比较慢时，转镜3的运动速度变慢，反之，当需要刻比较短的刻痕而钢板5的运动速度比较快时，转镜3的运动速度变快。

参见图2，其为双脉冲激光器1所输出的激光脉冲序列示意图。激光脉冲6为第一个脉冲，脉冲时间短，峰值功率高，用于激光打孔，而激光脉冲7为第二个脉冲，脉冲时间长，峰值功率低，用于激光刻痕。这两个脉冲的顺序可以颠倒，相应的前面所述转镜3的运动也将改变，从而实现先打出刻痕再激光打孔。

再请参见图3，本实用新型所述的双脉冲激光器1包括长脉冲激光电源16、短脉冲激光电源17、激光谐振腔、脉冲信号控制单元18；其中，所述的长脉冲激光电源16和短脉冲激光电源17并联连接在开关控制器15上；激光谐振腔，包括全反射镜11、输出耦合镜12、激光晶体13、泵浦灯14；所述的全反射镜11、输出耦合镜12相对，激光晶体13设置于其中，泵浦灯14对应于激光晶体13设置，并通过导线连接于开关控制器15；脉冲信号控制单元18，分别对长脉冲激光电源16和短脉冲激光电源17进行控制。

再请参见图3、图4，脉冲信号控制单元18所发出的控制信号分别控制开关控制器15，长脉冲激光电源16和短脉冲激光电源17。当需要长脉冲激光19输出时，脉冲信号控制单元18对长脉冲激光电源输入所需发出的脉冲宽度和幅值，然后再发出触发信号，同时对开关控制器15发出信号，使得开关控制器接通长脉冲激光电源16与泵浦灯14的连线，而断开短脉冲激光电源17与泵浦灯14的连线，从而输出长脉冲激光19，而避免长脉冲激光电源16对短脉冲激光电源17的冲击。同理，当要输出短脉冲激光10时，脉冲信号控制单元18对短脉冲激光电源输入所需发出的脉冲宽度和幅值，然后再发出触发信号，同时对开关控制器15发出信号，使得开关控制器接通短脉冲激光电源17与泵浦灯14的连线，而断开长脉冲激光电源16与泵浦灯14的连线，从而输出短脉冲激光10，而避免短脉冲激光电源17对长脉冲激光电源16的冲击，不存在串扰。由于长脉冲激光电源16和短脉冲激光电源17分别对应不同的激光长脉冲和短脉冲的输出，因而可以很容易实现脉冲宽度差异很大的双脉冲激光输出。而且脉冲信号控制单元18分别对长脉冲激光电源16和短脉冲激光电源17进行控制，使得控制容易、简单。

参见图4，其为开关控制器15的具体实施电路图。图中长脉冲输出连接到长脉冲激光电源，使得长脉冲激光电源实现长脉冲输出；短脉冲输出连接到短脉冲激光电源，使得短脉冲激光电源实现短脉冲输出。该开关控制器15包括信号输入电路151、逻辑判断电路152和放大电路153，信号输入电路151中信号通过光隔输入，并采用发光二极管来显示信号输入；逻辑判断电路152采用与非门判断方式，目的是确保长脉冲和短脉冲输入信号不能同时输入；放大电路153是将经过判断的信号进一步放大，达到一定的电流和电压值，以便能驱动脉冲激光电源工作。

具体工作如下：由脉冲信号控制单元18所发出的控制信号到控制开关控制器15时，首先发出门控输入高电平信号控制与非门电路U9D和U9B，分别使得长脉冲触发输入和短脉冲触发输入成为可能。当输入长脉冲触发时，如果短脉冲触发信号为低电平，那么U9C输出信号10就为低电平，这使得长脉冲通过U9A输出高电平，使得有长脉冲输出来控制长脉冲激光电源，发出长脉冲激光。反之，如果短脉冲触发信号为高电平，这表示正在输出短脉冲，那么U9C输出信号10就为高电平，这必然使得长脉冲通过U9A输出为低电平，使得长脉冲输出不可能，长脉冲激光电源就不工作。这样长脉冲和短脉冲就不可能实现同时输出。同样，单输入短脉冲触发时，如果长脉冲触发信号为低电平，那么U9A输出信号3就为低电平，这使得短脉冲通过U9C输出高电平，使得有短脉冲输出来控制短脉冲激光电源，发出短脉冲激光。反之，如果长脉冲触发信号为高电平，这表示正在输出长脉冲，那么U9A输出信号3就为高电平，这必然使得长脉冲通过U9C输出为低电平，使得短脉冲输出不可能，短脉冲激光电源就不工作。这样长脉冲和短脉冲就不可能实现同时输出，长脉冲激光电源和短脉冲激光电源就不能同时打开，避免相互造成冲击而造成串扰，从而达到控制的目的。

本实用新型用一台激光器，其可输出长脉冲和短脉冲激光，短脉冲激光来打孔，而长脉冲激光来刻痕。

Claims

1.一种激光打孔刻痕装置，对运动的薄型板材进行高速度激光打孔兼刻痕，其特征是，包括，

双脉冲激光器，其输出激光脉冲为一个短脉冲和一个长脉冲；

光学变换***，其为一倒置望远镜结构，包括两个焦距不同的透镜组成，前透镜焦距短，后透镜焦距长，设置于双脉冲激光器射出光路上，对脉冲激光进行扩束变换；

转镜，其为一维转镜，设置于光学变换***后，将经光学变换***变换后的激光光束发生偏转，偏转方向与板材的运动方向相同；

F-θ聚焦光学***，包括两个非球面透镜，前一个非球面透镜将激光光束进行进一步的偏折，并改变激光光束的波前形状，而后一个非球面透镜将激光光束进行聚焦。

2.如权利要求1所述的激光打孔刻痕装置，其特征是，所述的双脉冲激光器包括长脉冲激光电源、短脉冲激光电源、激光谐振腔、脉冲信号控制单元；其中，所述的长脉冲激光电源和短脉冲激光电源并联连接在开关控制器上；激光谐振腔，包括全反射镜、输出耦合镜、激光晶体、泵浦灯；所述的全反射镜、输出耦合镜相对，激光晶体设置于其中，泵浦灯对应于激光晶体设置，并通过导线连接于开关控制器；脉冲信号控制单元，分别对长脉冲激光电源和短脉冲激光电源进行控制。