本申請涉及光學(xué)，特別是涉及一種激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，激光加工系統(tǒng)在半導(dǎo)體和微電子產(chǎn)業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、航天工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于激光是通過聚焦之后進行切割、焊接、打孔等加工，因此激光束焦點與被加工工件表面的相對位置也顯得異常重要。常規(guī)的激光對焦方法主要有：手動調(diào)焦、紅外攝像法、小孔掃描法等。其中手動調(diào)焦最為常用，通常采用導(dǎo)電玻璃。然而，現(xiàn)有的方法無法實現(xiàn)自動跟焦，導(dǎo)致加工效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對激光加工過程中的自動跟焦的問題，提供一種激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)。

2、一種激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，所述激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)包括：

3、加工單元，包括激光器、透鏡模塊以及加工平臺，所述加工平臺用于承載工件，所述透鏡模塊包括動態(tài)聚焦鏡組，所述激光器發(fā)出的激光能夠經(jīng)過所述透鏡模塊正向射向所述工件；

4、通信連接的信號探測單元和控制單元，所述工件表面的反射光能夠反向經(jīng)所述透鏡模塊射入所述信號探測單元，所述信號探測單元用于將采集到的所述反射光信息輸送至所述控制單元，所述控制單元根據(jù)所述反射光信息調(diào)控所述動態(tài)聚焦鏡組的位置。

5、在其中一個實施例中，所述透鏡模塊包括偏振分光棱鏡、四分之一波片和掃描透鏡；所述激光器發(fā)出的激光能夠依次經(jīng)過所述偏振分光棱鏡、所述四分之一波片、所述動態(tài)聚焦鏡組、所述掃描透鏡射向所述工件；所述反射光能夠依次經(jīng)所述掃描透鏡、所述動態(tài)聚焦鏡組、所述四分之一波片和所述偏振分光棱鏡射入所述信號探測單元。

6、在其中一個實施例中，所述動態(tài)聚焦鏡組包括負透鏡和正透鏡，所述四分之一波片射出的激光能依次經(jīng)過所述負透鏡和所述正透鏡后射入所述掃描透鏡；

7、所述激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)還包括連接于所述控制單元的位置調(diào)節(jié)單元，所述位置調(diào)節(jié)單元連接于所述負透鏡，以調(diào)節(jié)所述負透鏡和所述正透鏡的相對位置。

8、在其中一個實施例中，所述位置調(diào)節(jié)單元包括相連接的驅(qū)動源和直線導(dǎo)軌，所述直線導(dǎo)軌連接于所述負透鏡，且所述直線導(dǎo)軌的移動方向平行于光軸。

9、在其中一個實施例中，所述負透鏡與所述正透鏡的焦距比為1:3。

10、在其中一個實施例中，當所述直線導(dǎo)軌帶動所述負透鏡移動時，所述激光的焦點變化范圍為0-10微米。

11、在其中一個實施例中，所述加工單元還包括掃描振鏡組，所述掃描振鏡組包括相連接的第一葉片和第一驅(qū)動件，以及相連接的第二葉片和第二驅(qū)動件，所述動態(tài)聚焦鏡組射出的激光依次經(jīng)過所述第一葉片和所述第二葉片后射入所述掃描透鏡；

12、所述第一驅(qū)動件能夠驅(qū)動所述第一葉片繞第一方向轉(zhuǎn)動，所述第二驅(qū)動件能夠驅(qū)動所述第二葉片繞第二方向轉(zhuǎn)動，其中所述第一方向和所述第二方向垂直。

13、在其中一個實施例中，所述加工單元還包括擴束鏡組，所述激光器射出的激光經(jīng)過所述擴束鏡組后射入所述偏振分光棱鏡。

14、在其中一個實施例中，所述信號探測單元包括多個探測器，多個所述探測器共軛點的位置覆蓋激光焦點的上方、焦點處和焦點下方。

15、在其中一個實施例中，所述探測器包括光纖頭，所述光纖頭的光纖纖芯直徑在1-10微米內(nèi)。

16、上述激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，將工件設(shè)置于加工平臺上，加工單元的激光器發(fā)出的激光經(jīng)過透鏡模塊正向射向工件，從而對工件進行激光加工。而通過設(shè)置信號探測單元和控制單元，激光射在工件表面的反射光能反向經(jīng)過透鏡模塊射入信號探測單元，激光在工件表面的反射光作為反饋信號，信號探測單元采集該反射光信息，可以得到激光掃描加工過程離焦信息的實時反饋，信號探測單元將該反射光信息傳遞至控制單元，控制單元根據(jù)反射光信息調(diào)控動態(tài)聚焦鏡組的位置，實現(xiàn)激光自動跟焦。

技術(shù)特征：

1.一種激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡模塊包括偏振分光棱鏡(200)、四分之一波片(300)和掃描透鏡(600)；所述激光器(100)發(fā)出的激光能夠依次經(jīng)過所述偏振分光棱鏡(200)、所述四分之一波片(300)、所述動態(tài)聚焦鏡組(400)、所述掃描透鏡(600)射向所述工件；所述反射光能夠依次經(jīng)所述掃描透鏡(600)、所述動態(tài)聚焦鏡組(400)、所述四分之一波片(300)和所述偏振分光棱鏡(200)射入所述信號探測單元(800)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述動態(tài)聚焦鏡組(400)包括負透鏡(410)和正透鏡(420)，所述四分之一波片(300)射出的激光能依次經(jīng)過所述負透鏡(410)和所述正透鏡(420)后射入所述掃描透鏡(600)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述位置調(diào)節(jié)單元包括相連接的驅(qū)動源和直線導(dǎo)軌(910)，所述直線導(dǎo)軌(910)連接于所述負透鏡(410)，且所述直線導(dǎo)軌(910)的移動方向平行于光軸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述負透鏡(410)與所述正透鏡(420)的焦距比為1:3。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，當所述直線導(dǎo)軌(910)帶動所述負透鏡(410)移動時，所述激光的焦點變化范圍為0-10微米。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述加工單元還包括掃描振鏡組(500)，所述掃描振鏡組(500)包括相連接的第一葉片(510)和第一驅(qū)動件(520)，以及相連接的第二葉片(530)和第二驅(qū)動件(540)，所述動態(tài)聚焦鏡組(400)射出的激光依次經(jīng)過所述第一葉片(510)和所述第二葉片(530)后射入所述掃描透鏡(600)；

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述加工單元還包括擴束鏡組，所述激光器(100)射出的激光經(jīng)過所述擴束鏡組后射入所述偏振分光棱鏡(200)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號探測單元(800)包括多個探測器(810)，多個所述探測器(810)共軛點的位置覆蓋激光焦點的上方、焦點處和焦點下方。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器(810)包括光纖頭，所述光纖頭的光纖纖芯直徑在1-10微米內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種激光三維自動跟焦掃描加工光學(xué)系統(tǒng)，包括加工單元、相連接的信號探測單元和控制單元，加工單元包括激光器、透鏡模塊以及加工平臺，加工平臺用于承載工件，透鏡模塊包括動態(tài)聚焦鏡組，激光器發(fā)出的激光能夠經(jīng)過透鏡模塊正向射向工件；工件表面的反射光能夠反向經(jīng)過透鏡模塊射入信號探測單元，信號探測單元用于將采集到的反射光信息輸送至控制單元，控制單元根據(jù)反射光信息調(diào)控動態(tài)聚焦鏡組的位置。激光在工件表面的反射光作為反饋信號，信號探測單元采集該反射光信息，可以得到激光掃描加工過程離焦信息的實時反饋，信號探測單元將該反射光信息傳遞至控制單元，控制單元根據(jù)反射光信息調(diào)控動態(tài)聚焦鏡組的位置，實現(xiàn)激光自動跟焦。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧磊敏,葉亞光,陳天庭,陸王榮,馬浩然,劉翌,楊紫荊,陳喬丹,楊貴陽,吳思,蘇曉慧
受保護的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19