激光加工方法及激光加工设备与流程

本发明涉及激光加工，特别涉及一种激光加工方法及激光加工设备。

背景技术：

1、激光加工技术广泛应用于切割、钻孔等机械加工场景。目前，传统激光加工一般采用单一激光束诸如高斯光束或平顶光束对工件进行加工，高斯光束的能量集中但分布不均，适合微细孔但边缘热影响大，平顶光束的能量分布均匀，适合大孔径但能量集中度不足。

2、相关技术中，为兼顾能量均匀性和中心峰值能量密度，已有部分技术通过多激光器合束的方式，将不同光束叠加在一起用于加工。然而，多激光器合束方案需要配备多套独立的激光发射器及配套光路，设备结构复杂、成本高昂，且多台激光器之间的功率同步和光轴对准的控制难度大，系统的稳定性差。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种激光加工方法。

2、本发明还提出一种激光加工设备。

3、根据本发明第一方面实施例的激光加工方法，包括：

4、将平顶光束分束形成多束子光束；

5、分别调制各所述子光束，以使各所述子光束的焦面位置不同，其中，部分所述子光束的焦面位于待加工件表面、部分所述子光束的焦面位于所述待加工件表面之外；

6、将各所述子光束合束形成目标激光束；

7、使用所述目标激光束加工待加工件。

8、根据本发明第一方面实施例的激光加工方法，至少具有如下有益效果：

9、本申请实施例的激光加工方法中，首先将平顶光束分束为多束子光束，接着分别调制各子光束，使各子光束的焦面位置不同，使部分子光束的焦面位于待加工件表面、部分子光束的焦面位于待加工件表面之外，而后将各子光束合束为目标激光束，通过目标激光束加工待加工件。本申请通过对各子光束进行调制，使目标激光束中的各子光束成分所对应的焦面位置不同，各子光束成分在待加工件表面具有不同能量分布，从而目标激光束融合了各子光束成分的能量分布，一方面，能够弥补传统单一高斯光束加工时能量分布不均、且易导致加工面局部过烧的问题，另一方面，能够弥补传统单一平顶光束加工时能量均匀但中心能量密度不足、加工效率受限的问题，实现了加工能量分布均匀性与中心能量密度的兼顾。相比于相关技术中采用多激光器合束加工，本申请通过对平顶光束进行先分束、调制、再合束形成目标激光束，仅需配置一套激光发射器，即单激光发射器加工，减少了激光发射器的数量，有效简化了激光加工设备的结构，降低了激光加工设备的成本；而且，无需多台激光器的时序同步控制，大幅简化了控制复杂度。此外，本申请将平顶光束后再进行分束和调制，而不是通过高斯光束进行分束调制，平顶光束具有更均匀的基底能量，提高合束后目标激光束的能量稳定性，进而提升加工质量的一致性。

10、根据本发明的一些实施例，多束子光束包括第一子光束和第二子光束；其中，所述部分所述子光束的焦面位于待加工件表面、部分所述子光束的焦面位于所述待加工件表面之外包括：

11、调节所述第一子光束的光程长度大于所述第二子光束的光程长度，且所述第一子光束的焦面位于所述待加工件表面，所述第二子光束的焦面位于所述待加工件表面之外。

12、根据本发明的一些实施例，所述第二子光束的焦面与所述待加工件表面之间的轴向距离为第一离焦量，以在所述待加工件表面形成类高斯光斑。

13、根据本发明的一些实施例，所述第二子光束的焦面与所述待加工件表面之间的轴向距离为第二离焦量，以在所述待加工件表面形成环形光斑。

14、根据本发明的一些实施例，所述将平顶光束分束形成多束子光束包括：

15、按照预设分光比例将所述平顶光束分束为所述第一子光束和所述第二子光束。

16、根据本发明的一些实施例，所述分束的分光比例可调，通过调节所述分光比例，使所述目标激光束在所述待加工件表面的能量分布连续可调。

17、根据本发明的一些实施例，所述将平顶光束分束形成多束子光束之前，所述激光加工方法还包括：

18、将单个激光发射器输出的入射激光束匀化为平顶光束。

19、根据本发明第二方面实施例的激光加工设备，包括激光发射器，用于输出入射激光束；

20、匀化器，设置于所述激光发射器的发射端，所述匀化器用于将所述入射激光束匀化为平顶光束；

21、分束器，设置于所述匀化器的出光侧，所述分束器用于将所述平顶光束分束为多束子光束；

22、调制组件，设置于所述分束器的出光侧，所述调制组件能分别调制各所述子光束，以使各所述子光束的焦面位置不同，其中，部分所述子光束的焦面位于待加工件表面、部分所述子光束的焦面位于所述待加工件表面之外；

23、合束器，设置于所述调制组件的出光侧，所述合束器用于将各所述子光束合束为目标激光束。

24、根据本发明的一些实施例，所述分束器为电控可变分束器，以调节各所述子光束的能量占比，使所述目标激光束在所述待加工件表面的能量分布连续可调。

25、根据本发明的一些实施例，多束所述子光束包括第一子光束和第二子光束，所述调制组件包括：

26、第一调制件，设置于所述第一子光束的路径上，所述第一子光束自所述分束器射出、且经所述第一调制件射至所述合束器的光程长度为第一长度；

27、第二调制件，设置于所述第二子光束的路径上，所述第二子光束自所述分束器射出、且经所述第二调制件射至所述合束器的光程长度为第二长度；

28、其中，所述第一长度大于所述第二长度，以使所述第一子光束和所述第二子光束的焦面位置不同，且所述第一子光束的焦面位于所述待加工件表面、所述第二子光束的焦面位于所述待加工件表面之外。

29、根据本发明的一些实施例，所述第一调制件和所述第二调制件设置为反射镜或空间光调制器，所述第一调制件的数量大于所述第二调制件的数量。

30、根据本发明的一些实施例，所述激光加工设备还包括振镜和场镜；其中：

31、所述振镜设置于所述合束器的出光侧、且位于所述场镜的入光侧，用于控制所述目标激光束的扫描轨迹；

32、所述场镜设置于所述振镜的出光侧，所述场镜用于将所述目标激光束会聚至所述待加工件，且使所述第一子光束的焦面位于所述待加工件表面、所述第二子光束的焦面位于所述待加工件表面之外。

33、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.激光加工方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，多束子光束包括第一子光束和第二子光束；其中，所述部分所述子光束的焦面位于待加工件表面、部分所述子光束的焦面位于所述待加工件表面之外包括：

3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，所述第二子光束的焦面与所述待加工件表面之间的轴向距离为第一离焦量，以在所述待加工件表面形成类高斯光斑。

4.根据权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，所述第二子光束的焦面与所述待加工件表面之间的轴向距离为第二离焦量，以在所述待加工件表面形成环形光斑。

5.根据权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，所述将平顶光束分束形成多束子光束包括：

6.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述分束的分光比例可调，通过调节所述分光比例，使所述目标激光束在所述待加工件表面的能量分布连续可调。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的激光加工方法，其特征在于，所述将平顶光束分束形成多束子光束之前，所述激光加工方法还包括：

8.激光加工设备，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的激光加工设备，其特征在于，所述分束器为电控可变分束器，以调节各所述子光束的能量占比，使所述目标激光束在所述待加工件表面的能量分布连续可调。

10.根据权利要求8所述的激光加工设备，其特征在于，多束所述子光束包括第一子光束和第二子光束，所述调制组件包括：

11.根据权利要求10所述的激光加工设备，其特征在于，所述第一调制件和所述第二调制件设置为反射镜或空间光调制器，所述第一调制件的数量大于所述第二调制件的数量。

12.根据权利要求10所述的激光加工设备，其特征在于，所述激光加工设备还包括振镜和场镜；其中：