本實用新型涉及一種加工系統(tǒng)，特別是涉及一種雷射加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

雷射加工是利用雷射光聚焦形成的高功率光斑以移除材料，屬于一種常見的非接觸式的加工方式，其中雷射光依據(jù)其輸出方式可區(qū)分為連續(xù)波形式與脈沖形式。當(dāng)雷射光以連續(xù)波形式或是長脈沖形式輸出以加工材料時，材料會吸收雷射光的能量，通過固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的相變化形成缺口，然而連續(xù)波形式或是長脈沖形式的輸出方式雖加工速度快，但在加工過程中，雷射光的能量會使得材料溫度提升，熱效應(yīng)所造成的材料熔化變形降低了加工精度；當(dāng)雷射光以短脈沖形式輸出以加工材料時，雷射光可直接打斷材料原子或分子間的鍵結(jié)，使得材料來不及將熱傳遞出去就被汽化，因此有效地避免了材料熔化變形以提升加工精度，然而相較連續(xù)波形式或是長脈沖形式的雷射，短脈沖形式的雷射單次脈沖所能移除的材料較少，因此加工速度較慢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本實用新型的目的在于提供一種雷射加工系統(tǒng)，可同時兼顧加工速度以及加工精度，以解決上述問題。

為達(dá)成上述目的，本實用新型公開一種雷射加工系統(tǒng)，包含有第一雷射光源、第二雷射光源、偏振片以及光耦合組件，所述第一雷射光源用以發(fā)射第一雷射光，所述第二雷射光源用以發(fā)射第二雷射光，所述偏振片用以偏振由所述第二雷射光源所發(fā)出的所述第二雷射光，所述光耦合組件用以接收且耦合由所述第一雷射光源所發(fā)出的所述第一雷射光與被所述偏振片所偏振的所述第二雷射光，以輸出第三雷射光，借以加工工件。

根據(jù)本實用新型其中之一實施例，所述雷射加工系統(tǒng)進(jìn)一步包含有雷射擴束器以及雷射加工頭，所述雷射擴束器用以減少由所述光耦合組件所發(fā)出的所述第三雷射光的發(fā)散，所述雷射加工頭用以聚焦由所述雷射擴束器所發(fā)出的所述第三雷射光，以加工所述工件。

根據(jù)本實用新型其中之一實施例，所述雷射加工系統(tǒng)進(jìn)一步包含有第一反射組件，所述第一反射組件用以將由所述第一雷射光源所發(fā)出的所述第一雷射光反射至所述光耦合組件。

根據(jù)本實用新型其中之一實施例，所述雷射加工系統(tǒng)進(jìn)一步包含有第二反射組件，所述第二反射組件用以將由所述第二雷射光源所發(fā)出的所述第二雷射光反射穿過所述偏振片至所述光耦合組件。

根據(jù)本實用新型其中之一實施例，所述雷射加工系統(tǒng)進(jìn)一步包含有第三反射組件，所述第三反射組件用以將由所述光耦合組件所發(fā)射的所述第三雷射光反射至所述雷射擴束器。

根據(jù)本實用新型其中之一實施例，所述光耦合組件為具有偏極性的分光鏡。

根據(jù)本實用新型其中之一實施例，所述第一雷射光具有第一偏極特性，被所述偏振片偏振后的所述第二雷射光具有第二偏極特性，所述第一偏極特性與所述第二偏極特性相異。

根據(jù)本實用新型其中之一實施例，所述第一雷射光源以第一脈沖發(fā)射所述第一雷射光，所述第二雷射光源以第二脈沖發(fā)射所述第二雷射光，所述第二脈沖大于所述第一脈沖。

綜上所述，本實用新型利用偏振片以及光耦合組件來耦合具有短脈沖的第一雷射光以及長脈沖的第二雷射光，以形成第三雷射光來加工工件，因此第三雷射光同時具有短脈沖的第一雷射光的高峰值能量以及長脈沖的第二雷射光的高脈沖能量，因此本實用新型的雷射加工系統(tǒng)在加工時，尤其是在加工硬脆性材料時，可同時提升加工速度、優(yōu)化加工質(zhì)量且可增加材料吸收率，進(jìn)而達(dá)到避免漏孔或錯位的效果，故可提高良率和生產(chǎn)率。有關(guān)本實用新型的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考附圖的實施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例雷射加工系統(tǒng)的組件配置圖。

圖2為本實用新型實施例第三雷射光的時間-功率關(guān)系圖。

圖3為本實用新型另一實施例第三雷射光的時間-功率關(guān)系圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

1 雷射加工系統(tǒng)

11 第一雷射光源

12 第二雷射光源

13 偏振片

14 光耦合組件

15 雷射擴束器

16 雷射加工頭

17 第一反射組件

18 第二反射組件

19 第三反射組件

2 工件

L1、L1’ 第一雷射光

L2、L2’ 第二雷射光

L3、L3’ 第三雷射光

M 平面鏡

P 功率

T 時間

AT 材料剝蝕門坎

具體實施方式

請參閱圖1，圖1為本實用新型實施例雷射加工系統(tǒng)的組件配置圖。如圖1所示，本實用新型的雷射加工系統(tǒng)1用來加工工件2，尤其適合用來加工由硬脆性材質(zhì)(如陶瓷、藍(lán)寶石、玻璃等材料)所制成的工件2，雷射加工系統(tǒng)1包含有第一雷射光源11、第二雷射光源12、偏振片13、光耦合組件14、雷射擴束器15、雷射加工頭16、第一反射組件17、第二反射組件18以及第三反射組件19。

在此實施例中，第一雷射光源11以第一脈沖寬度(pulse width)發(fā)射第一雷射光L1，第二雷射光源12以第二脈沖寬度發(fā)射第二雷射光L2，所述第二脈沖寬度可大于所述第一脈沖寬度，也就是說，第一雷射光L1的峰值能量(peak power)較第二雷射光為高，但第二雷射光L2的脈沖能量(pulse energy)較第一雷射光L1為高，第一雷射光源11可為短脈沖雷射光發(fā)射裝置，第二雷射光源12可為長脈沖雷射光發(fā)射裝置，然本實用新型并不局限在此。舉例來說，在另一實施例中，第二雷射光源12也可為連續(xù)波雷射光發(fā)射裝置，端視實際需求而定。此外，使用者另可依據(jù)工件2的材料特性調(diào)整第一雷射光L1與第二雷射光L2的功率(power)、重復(fù)率(repetition rate)、波長(wave length)、占空比(duty cycle)等參數(shù)，以達(dá)到不同的加工效果。例如使用者可依據(jù)工件2的材料特性將第一雷射光L1以及第二雷射光L2的波長調(diào)整至特定波長，有助材料吸收第一雷射光L1以及第二雷射光L2。

第一反射組件17設(shè)置在第一雷射光源11與光耦合組件14之間且用以改變第一雷射光L1的光路徑，以在特定的空間內(nèi)將由第一雷射光源11所發(fā)出之第一雷射光L1反射至光耦合組件14。第二反射組件18設(shè)置在第二雷射光源12與偏振片13之間且用以改變第二雷射光L2的光路徑，以在特定的空間內(nèi)將由第二雷射光源12所發(fā)出的第二雷射光L2反射至偏振片13。偏振片13用以偏振由第二反射組件18所反射的第二雷射光L2，光耦合組件14用以接收且耦合由第一反射組件17所反射的第一雷射光L1與被偏振片13所偏振的第二雷射光L2，以輸出第三雷射光L3至第三反射組件19。第三反射組件19設(shè)置在光耦合組件14與雷射擴束器15之間且用以改變第三雷射光L3的光路徑，以在特定的空間內(nèi)將由光耦合組件14所發(fā)出的第三雷射光L3反射至雷射擴束器15。由于從雷射光源所發(fā)出的雷射光具有一定的發(fā)散角，雷射擴束器15用以減少由光耦合組件14所發(fā)出的第三雷射光L3的發(fā)散，以使通過雷射擴束器15的第三雷射光近似平行光束，雷射加工頭16用以聚焦由雷射擴束器15所發(fā)出的第三雷射光L3在工件2，而焦距端視實際加工需求而定。

在此實施例中，光耦合組件14為具有偏極性的分光鏡，然本實用新型并不局限在此。再者，在此實施例中，第一反射組件17、第二反射組件18、第三反射組件19分別可包含有至少一平面鏡M，以反射相對應(yīng)的雷射光，然本實用新型的反射組件并不局限在此。再者，在另一實施例中，雷射加工系統(tǒng)1也可不包含有第一反射組件17，意即光耦合組件14與第一雷射光源11沿第一雷射光L1的前進(jìn)方向設(shè)置，使得第一雷射光源11所發(fā)出的第一雷射光L1可直接朝光耦合組件14直線前進(jìn)，而不需要經(jīng)過第一反射組件17反射。同理，在其他實施例中，雷射加工系統(tǒng)1也可通過改變第二雷射光源12與偏振片13間的設(shè)置關(guān)系或光耦合組件14與雷射擴束器15間的設(shè)置關(guān)系而不包含有第二反射組件18或第三反射組件19。此外，本實用新型的第一反射組件17、第二反射組件18、第三反射組件19的設(shè)置位置以及其所包含的平面鏡M數(shù)量并不局限本實用新型實施例附圖所繪示，其端視實際設(shè)計需求而定。舉例來說，當(dāng)偏振片13與光耦合組件14并非沿第二雷射光L2的前進(jìn)方向設(shè)置時，第二反射組件18可進(jìn)一步包含有設(shè)置在偏振片13與光耦合組件14之間的至少一平面鏡，以使通過偏振片13的第二雷射光L2可再通過所述至少一平面鏡反射而朝光耦合組件14前進(jìn)。

如圖1所示，當(dāng)欲利用雷射加工系統(tǒng)1加工由硬脆型材料所制成的工件2時，第一雷射光源11與第二雷射光源12分別朝第一反射組件17與第二反射組件18發(fā)出第一雷射光L1與第二雷射光L2，第一反射組件17將第一雷射光L1反射至光耦合組件14，第二反射組件18將第二雷射光L2反射至偏振片13。在此實施例中，由第一雷射光源11所發(fā)出的第一雷射光L1與由第二雷射光源12所發(fā)出的第二雷射光L2可均具有第一偏極特性，而被偏振片13偏振后的第二雷射光L2具有相異于所述第一偏極特性的第二偏極特性，以使光耦合組件14將由第一雷射光源11所發(fā)出且具有第一偏極特性的第一雷射光L1以及由第二雷射光源12所發(fā)出且具被偏振片13偏振后而具有第二偏極特性的第二雷射光L2耦合，其中所述第一偏極特性與所述第二偏極特性可分別為水平極化(P-polarized)與垂直極化(S-polarized)，然本實用新型并不局限在此。

當(dāng)光耦合組件14接收來自第一反射組件17所反射的第一雷射光L1與被偏振片13偏振的第二雷射光L2時，由于第一雷射光L1與第二雷射光L2分別具有相異的所述第一偏極特性與所述第二偏極特性，因此具有所述第一偏極特性的第一雷射光L1可直接被光耦合組件14反射至第三反射組件19，而被偏振片13偏振后的具有所述第二偏極特性的第二雷射光L2則會穿透光耦合組件14朝第三反射組件19前進(jìn)。換句話說，被光耦合組件14所反射的第一雷射光L1與穿透光耦合組件14的第二雷射光L2會互相重迭而耦合形成第三雷射光L3。接著，第三雷射光L3借由第三反射組件19反射至雷射擴束器15，雷射擴束器15用以調(diào)整由第三反射組件19反射的第三雷射光L3，以使第三雷射光L3近似平行光束，并將第三雷射光L3發(fā)射至雷射加工頭16，雷射加工頭16再將由雷射擴束器15所發(fā)出的第三雷射光L3聚焦在工件2，以進(jìn)行加工。

請參閱圖2，圖2為本實用新型實施例第三雷射光L3的時間T-功率P關(guān)系圖。如圖2所示，由于第三雷射光L3實質(zhì)上由第一雷射光L1與第二雷射光L2耦合而成，因此當(dāng)用戶利用第三雷射光L3加工工件2時，第三雷射光L3中具有所述較短的第一脈沖寬度的第一雷射光L1具有較高的峰值能量，其可突破材料剝蝕門坎(ablation threshold)AT，瞬間直接移除被加熱的材料以減少熱效應(yīng)擴散至他處，進(jìn)而對材料表面進(jìn)行改質(zhì)與粗化，而第三雷射光L3中具有所述較長的第二脈沖寬度的第二雷射光L2具有較高脈沖能量，其通過熔蝕(melting)或汽化(vaporization)材料，來達(dá)到快速加工工件的目的，借此本實用新型的雷射加工系統(tǒng)1可提升加工速度、優(yōu)化加工質(zhì)量且可增加材料吸收率，進(jìn)而達(dá)到避免漏孔或錯位效果，故可提高良率和生產(chǎn)率。然本實用新型并不局限在本實施例，請參閱圖3，圖3本實用新型另一實施例第三雷射光L3’的時間T-功率P關(guān)系圖。如圖3所示，在另一實施例中，第三雷射光L3’實質(zhì)上由具有高峰值能量、短脈沖寬度的第一雷射光L1’與具有高能量連續(xù)波的第二雷射光L2’耦合而成，相似地，第三雷射光L3’中具有高峰值能量、短脈沖寬度的第一雷射光L1’可對材料表面進(jìn)行改質(zhì)與粗化，使得材料表面在受到第一雷射光L1’破壞后可更有效地吸收第三雷射光L3’中具有高能量連續(xù)波的第二雷射光L2’，進(jìn)而提升加工速度。

相較現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型利用偏振片以及光耦合組件來耦合具有短脈沖的第一雷射光以及長脈沖第二雷射光，以形成第三雷射光，再利用第三雷射光來加工工件，因此第三雷射光同時具有短脈沖的第一雷射光的高峰值能量以及長脈沖的第二雷射光的高脈沖能量，因此本實用新型的雷射加工系統(tǒng)在加工時，尤其是在加工硬脆性材料時，可同時提升加工速度、優(yōu)化加工質(zhì)量且可增加材料吸收率，進(jìn)而達(dá)到避免漏孔或錯位的效果，故可提高良率和生產(chǎn)率。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。