一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头制造技术

本实用新型专利技术提供一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头，包括：贝塞尔光束发生器、第一中继透镜、第二中继透镜和聚焦镜，其中所述第一中继透镜为正光焦度，第二中继透镜为负光焦度，通过驱动贝塞尔光束发生器与和第一中继透镜一起沿光轴方向移动，同时驱动第二中继透镜沿光轴方向移动，以使第一和第二中继透镜之间的距离和第二中继透镜与聚焦镜之间的距离发生改变，达到第一和第二中继透镜的组合焦距f发生变化。本实用新型专利技术可根据不同材料厚度实时选取不同的焦深，从而增大了激光切割的工艺参数的调控范围，如激光功率、重复频率、切割速度等的调控范围，保证了激光切割不同厚度材料的质量良好，因此激光切割材料的种类增多。

【技术实现步骤摘要】
一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头
本技术涉及激光加工领域，尤其涉及一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光切割头。
技术介绍
随着3C和半导体行业的蓬勃发展，用于该行业的基材大多数为透明脆硬性材料，例如玻璃，不同产品所需的脆硬性材料的厚度各不相同。目前，脆硬性材料的切割越来越多的使用激光加工来完成，激光加工虽然加工效率高，但客户对激光加工要求越来越苛刻，其中激光加工引起材料切割的崩边量和切割材料断面的粗糙度是客户关注的重点。在激光加工中，若激光切割头的焦深远大于被切割材料的厚度，容易使被加工材料的崩边量增大，另外激光能量分散到该焦深上，使被切割材料厚度范围内的激光能量被削弱，如同钝刀切割物体一样，使被切割材料断面的粗糙度变差；若激光切割头的焦深小于被切割材料的厚度，需要多次改变激光切割头的焦面位置实现激光切割，致使激光加工效率降低，同时，被切割材料的断面留有加工痕迹，因此被切割材料断面的粗糙度不符合要求。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于克服上述技术缺陷，提供一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光切割头，解决现有激光切割头无法实现变焦深引起激光切割材料存在较大崩边量和粗糙度不符合要求的问题。为了解决现有技术中问题，本技术提供了一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头：依照光路顺序包括贝塞尔光束发生器、第一中继透镜、第二中继透镜和聚焦镜；所述贝塞尔光束发生器将平行激光束形成贝塞尔激光束，且在贝塞尔激光束之外的空间区域被调制成空心的环形激光束，环形激光束光斑沿光轴方向逐渐发散，且其环形宽度为所述贝塞尔光束发生器入射端激光束光斑的半径；所述第一中继透镜将发散的环形激光束进行会聚；所述第二中继透镜改变会聚激光束的聚焦位置；所述第二中继透镜位于所述第一中继透镜和所述第一中继透镜的后焦平面之间；所述第一中继透镜与所述第二中继透镜构成摄远光学系统，通过改变所述第一中继透镜与所述第二中继透镜之间的距离，以使组合焦距值发生改变；所述聚焦镜将环形的激光束聚焦，实现激光切割；且所述第一中继透镜、所述第二中继透镜与所述聚焦镜构成开普勒望远系统，所述第一中继透镜、所述第二中继透镜组成的组合透镜的焦平面与所述聚焦镜的前焦平面重合；三者之间的关系用于压缩贝塞尔激光束区间，使要求的焦深满足激光切割能力；所述贝塞尔光束发生器与所述第一中继透镜一起固定在一个直线导轨上，所述第二中继透镜固定在另一个直线导轨上，同时驱动电机使所述贝塞尔光束发生器与和所述第一中继透镜以及所述第二中继透镜移动，所述第一中继透镜和所述第二中继透镜每次的运动行程不同，以使第一中继透镜和所述第二中继透镜之间的距离发生改变，从而所述第一中继透镜和所述第二中继透镜的焦距发生改变。作为本技术的进一步改进，所述贝塞尔光束发生器为凸锥形透镜，其锥顶角大小决定了焦线的长度。作为本技术的进一步改进，所述第一中继透镜为正光焦度透镜。作为本技术的进一步改进，所述第二中继透镜为负光焦度透镜。作为本技术的进一步改进，所述聚焦镜为球差严格校正的光学系统。作为本技术的进一步改进，所述贝塞尔光束发生器之后放置所述第一中继透镜，两者之间的距离为d1，有：d1＝L+f1(1)其中L为所述贝塞尔光束发生器产生贝塞尔激光束区间的长度，f1为所述第一中继透镜的焦距，即贝塞尔激光束区间边缘位于所述中继透镜02的前焦面上。作为本技术的进一步改进，所述第二中继透镜位于所述第一中继透镜与所述聚焦镜之间，且所述第一中继透镜与所述第二中继透镜之间的距离为d2，有：d2＜f1(2)因此，所述第一中继透镜与所述第二中继透镜在移动过程中始终满足(2)式要求，即为两者移动的边界约束条件。作为本技术的进一步改进，所述第二中继透镜与所述聚焦镜之间的距离为d3，所述第一中继透镜与所述第二中继透镜组成的组合透镜的后焦面为l，有如下关系：其中f3为所述聚焦镜的焦距，所述第一中继透镜和所述第二中继透镜的焦平面与所述聚焦镜的前焦面重合，其焦平面为所述激光切割头的孔径光阑。作为本技术的进一步改进，所述第一中继透镜与所述第二中继透镜组成的组合透镜的焦距为f，有如下关系：其中所述第二中继透镜的焦距为f2。作为本技术的进一步改进，激光切割头的焦深Δ满足如下公式：本技术的有益效果是：同现有技术相比，本技术的激光头可根据不同材料厚度实时选取不同的焦深，从而增大了激光切割的工艺参数的调控范围，如激光功率、重复频率、切割速度等的调控范围，保证了激光切割不同厚度材料的质量良好，因此激光切割材料的种类增多。附图说明图1是本技术一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头的结构示意图。图中各部件名称如下：贝塞尔光束发生器01、第一中继透镜02、第二中继透镜03、聚焦镜04。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步说明。如图1所示，本技术提供一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光切割头，包括贝塞尔光束发生器01、第一中继透镜02、第二中继透镜03和聚焦镜04。高斯激光束通过所述贝塞尔光束发生器01后，首先形成聚焦的贝塞尔激光束区间，并在该空间区域之外的区域被调制成发散的空心环形激光束，该环形激光束经由所述第一中继透镜02和所述第二中继透镜03准直后，准直的环形激光束通过所述聚焦镜04聚焦后形成“丝状”聚焦线。所述贝塞尔光束发生器01之后放置所述第一中继透镜02，两者之间的距离为d1，有：d1＝L+f1(1)其中L为所述贝塞尔光束发生器01产生贝塞尔激光束区间的长度，f1为所述第一中继透镜02的焦距，即贝塞尔激光束区间边缘位于所述中继透镜02的前焦面上；所述第二中继透镜03位于所述第一中继透镜02与所述聚焦镜04之间，且所述第一中继透镜02与所述第二中继透镜03之间的距离为d2，有：d2＜f1(2)因此，所述第一中继透镜02与所述第二中继透镜03在移动过程中始终满足(2)式要求，即为两者移动的边界约束条件；所述第二中继透镜03与所述聚焦镜04之间的距离为d3，所述第一中继透镜02与所述第二中继透镜03组成的组合透镜的后焦面为l，有如下关系：其中f3为所述聚焦镜的焦距，所述第一中继透镜02和所述第二中继透镜03的焦平面与所述聚焦镜04的前焦面重合，其焦平面为所述激光切割头的孔径光阑；所述第一中继透镜02与所述第二中继透镜03组成的组合透镜的焦距为f，有如下关系：其中所述第二中继透镜03的焦距为f2，(3)式和(4)式确定了所述贝塞尔光束发生器01和所述第一中继透镜02共同移动的移动距离，同时确定了所述第二中继透镜03的移动距离。所述贝塞尔光束发生器01和所述第一中继透镜02放置在同一直线导轨上，所述第二中继透镜03放置在另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头，其特征在于：/n依照光路顺序包括贝塞尔光束发生器、第一中继透镜、第二中继透镜和聚焦镜；/n所述贝塞尔光束发生器将平行激光束形成贝塞尔激光束，且在贝塞尔激光束之外的空间区域被调制成空心的环形激光束，环形激光束光斑沿光轴方向逐渐发散，且其环形宽度为所述贝塞尔光束发生器入射端激光束光斑的半径；/n所述第一中继透镜将发散的环形激光束进行会聚；/n所述第二中继透镜改变会聚激光束的聚焦位置；所述第二中继透镜位于所述第一中继透镜和所述第一中继透镜的后焦平面之间；/n所述第一中继透镜与所述第二中继透镜构成摄远光学系统，通过改变所述第一中继透镜与所述第二中继透镜之间的距离，以使组合焦距值发生改变；/n所述聚焦镜将环形的激光束聚焦，实现激光切割；且所述第一中继透镜、所述第二中继透镜与所述聚焦镜构成开普勒望远系统，所述第一中继透镜、所述第二中继透镜组成的组合透镜的焦平面与所述聚焦镜的前焦平面重合；三者之间的关系用于压缩贝塞尔激光束区间，使要求的焦深满足激光切割能力；/n所述贝塞尔光束发生器与所述第一中继透镜一起固定在一个直线导轨上，所述第二中继透镜固定在另一个直线导轨上，同时驱动电机使所述贝塞尔光束发生器与和所述第一中继透镜以及所述第二中继透镜移动，所述第一中继透镜和所述第二中继透镜每次的运动行程不同，以使第一中继透镜和所述第二中继透镜之间的距离发生改变，从而所述第一中继透镜和所述第二中继透镜的焦距发生改变。/n...

【技术特征摘要】
1.一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头，其特征在于：
依照光路顺序包括贝塞尔光束发生器、第一中继透镜、第二中继透镜和聚焦镜；
所述贝塞尔光束发生器将平行激光束形成贝塞尔激光束，且在贝塞尔激光束之外的空间区域被调制成空心的环形激光束，环形激光束光斑沿光轴方向逐渐发散，且其环形宽度为所述贝塞尔光束发生器入射端激光束光斑的半径；
所述第一中继透镜将发散的环形激光束进行会聚；
所述第二中继透镜改变会聚激光束的聚焦位置；所述第二中继透镜位于所述第一中继透镜和所述第一中继透镜的后焦平面之间；
所述第一中继透镜与所述第二中继透镜构成摄远光学系统，通过改变所述第一中继透镜与所述第二中继透镜之间的距离，以使组合焦距值发生改变；
所述聚焦镜将环形的激光束聚焦，实现激光切割；且所述第一中继透镜、所述第二中继透镜与所述聚焦镜构成开普勒望远系统，所述第一中继透镜、所述第二中继透镜组成的组合透镜的焦平面与所述聚焦镜的前焦平面重合；三者之间的关系用于压缩贝塞尔激光束区间，使要求的焦深满足激光切割能力；
所述贝塞尔光束发生器与所述第一中继透镜一起固定在一个直线导轨上，所述第二中继透镜固定在另一个直线导轨上，同时驱动电机使所述贝塞尔光束发生器与和所述第一中继透镜以及所述第二中继透镜移动，所述第一中继透镜和所述第二中继透镜每次的运动行程不同，以使第一中继透镜和所述第二中继透镜之间的距离发生改变，从而所述第一中继透镜和所述第二中继透镜的焦距发生改变。


2.根据权利要求1所述的一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头，其特征在于：
所述贝塞尔光束发生器为凸锥形透镜，其锥顶角大小决定了焦线的长度。


3.根据权利要求1所述的一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头，其特征在于：
所述第一中继透镜为正光焦度透镜。


4.根据权利要求1所述的一种实现切割不同厚度脆硬性材料的激光头，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹武兵，李璟，张德安，段家露，吴飞龙，
申请(专利权)人：深圳市韵腾激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44