[发明专利]一种变线宽激光振镜扫描快速刻蚀方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，涉及激光振镜扫描精密加工技术，具体为一种变线宽激光振镜扫描快速刻蚀方法及装置。 

背景技术

在激光先进制造领域，人们越来越多地通过将激光振镜扫描加工头串接到机器人或机床运动轴上组成更为灵活的三维激光加工系统，以完成更复杂的三维激光加工功能。如公开号为CN201881047U发明名称为“一种多轴数控激光加工装置”的中国专利文献，通过将激光加工头并接到数控机床的末端，从而完成对更大尺寸零件的加工。专利申请号为CN102151984A发明名称为“一种适用于复杂曲面的激光加工方法及装置”的中国专利，通过将具备两轴激光振镜和Z轴移动的激光加工头并接到五轴联动机床，完成对自由曲面的表面激光加工。 

然而通常的激光精密刻蚀加工方法是对利用焦点处的最小光斑来对零件表面进行刻蚀。如公开号为CN101138926A，发明名称为“一种仿形激光雕刻加工方法及其激光雕刻机”的中国专利文献，通过PID控制激光头的位置，确保激光焦点位于被加工零件表面，实现对异型材料进行激光切割和雕刻。公开号为CN101419336A，发明名称为“一种振镜多激光三维扫描系统”的中国专利文献，通过固定在可沿Z轴方向上下移动的Z轴移动机构的扫描聚焦透镜以调节激光聚焦点在Z轴方向的位置，实现三维立体加工功能。公开号为CN101786200A，发明名称为“一种自由曲面上的投影式激光刻蚀方法”的中国专利文献，利用激光振镜和三轴坐标定位技术相结合，基于激光 加工在聚焦镜焦深范围内光斑形状尺寸、能量分布等加工特性保持不变的特点，实现自由曲面上的投影式激光刻蚀方法。公开号为CN103358028A，发明名称为“水射流激光刻划脆性材料超薄片的方法及系统”的中国专利文献，利用水射激光刻划脆性材料超薄片的方法，激光束聚焦于工件表面进行加工。公开号为CN103358027A，发明名称为“水射流和气流复合辅助激光加工的方法和系统”的中国专利文献，也是利用水射流束气体的扩张，将激光束聚焦于工件表面进行刻蚀加工。 

但是随着激光器功率的提高，激光器能量密度越来越高，利用激光焦点对一些多层复合材料进行加工刻蚀时激光功率密度不能太大，否则容易损伤基底材料。如何充分利用大功率激光器的能量提高激光加工效益一直是激光先进制造技术领域的前沿课题。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种变线宽激光振镜扫描快速刻蚀方法及装置，目的在于利用振镜反射聚焦后的高斯激光束焦点附近不同宽度的激光“刀锋”实现更快速高效的精密激光刻蚀(变锋光刻)。 

本发明提供的一种变线宽激光振镜扫描快速刻蚀方法，其特征在于，该方法包括下述步骤： 

(1)将要刻蚀的图案制作成图形文件，并设置图形的激光刻蚀线宽，确定其对应的激光加工距离及其激光功率和振镜扫描参数； 

(2)将待加工工件放置在激光刻蚀的工作平台上并定位； 

(3)通过控制系统移动激光加工头与工件表面相对距离到某一激光刻蚀线宽对应的激光加工距离处，调用该激光加工距离对应的激光功率和振镜扫描参数以及振镜扫描定位表，精确控制振镜扫描图形文件中对应该激光刻蚀线宽的图形，线条图形直接采用矢量扫描，填充图形的刻蚀路径采用光栅扫描； 

(4)通过控制系统调整激光加工头到下一激光刻蚀线宽对应的激光加工距离处，调用对应的振镜扫描参数和激光功率参数以及振镜扫描定位表，对该激光加工距离处的所有加工图形进行扫描刻蚀； 

(5)重复步骤(4)直至所有图形全部加工完毕。 

本发明提供的变线宽激光振镜扫描快速刻蚀装置，其特征在于，该装置包括激光器、导光系统、激光加工头、工作台、控制系统和上下移动机构； 

工作台安装在上下移动机构上，控制系统用于控制激光器和激光加工头工作；激光加工头由X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜和扫描聚焦透镜组成； 

激光器工作时，发出激光束，激光束经导光系统通过X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜，经聚焦透镜汇聚到工作台上的待加工工件的表面；控制系统控制上下移动机构以调节激光加工头与待加工工件表面之间的激光加工距离。 

本发明所述的激光离焦刻蚀方法具有如下有益效果： 

(1)利用振镜反射聚焦后的高斯激光束焦点附近不同激光束宽进行不同粗细线宽精密刻蚀，提高了设备的加工灵活性和加工效率。 

(2)通过在不同激光加工距离处进行振镜扫描误差矫正行程精确的振镜扫描定位表，实现了多工作距离处的激光束的精确扫描定位，保证了不同离焦位置处振镜扫描激光束的定位精度相同。