一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，包括大功率連續(xù)激光器、高峰值功率脈沖激光器、耦合單元、控制單元和光纖耦合單元，所述控制單元分別與大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器電性連接，所述耦合單元接收大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器發(fā)射的激光并將其輸出給光纖耦合單元。本發(fā)明專利技術(shù)可達(dá)到提升加工速度，實現(xiàn)輸出參數(shù)調(diào)節(jié)，擴展可加工材料范圍，并實現(xiàn)激光切割、清潔、打標(biāo)的一體化設(shè)計的效果。

Composite system laser processing system

The invention discloses a composite type laser processing system, including high power CW laser, high peak power pulse laser, a coupling unit, a control unit and a fiber coupling unit, the control unit is respectively connected with the high power CW laser and high peak power pulse laser is electrically connected with the coupling unit receives a high power CW laser and high the peak power laser pulse laser and its output to the optical fiber coupling unit. The invention can improve the processing speed, realize the adjustment of output parameters, extend the range of Machinable materials, and realize the integrated design effect of laser cutting, cleaning and marking.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)
本專利技術(shù)屬于激光加工
，特別涉及一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
目前現(xiàn)有的激光加工系統(tǒng)采用的激光光源或為脈沖模式(如激光打標(biāo)機)，或為連續(xù)模式(如激光切割系統(tǒng))，形式較為單一，激光參數(shù)可調(diào)性差，單機應(yīng)用范圍較窄。已知脈沖激光和連續(xù)激光在激光加工過程中的工作機制不同，脈沖激光具有很高的峰值功率，例如在激光加工金屬過程中，利用高的峰值功率使得金屬汽化，可瞬間對金屬材料的表面形成損傷，但是，高峰值功率激光往往輸出功率有限，這就造成了激光加工過程中能量積累不足，加工速度有限，一般僅能造成金屬表面毛化，提升金屬表面的粗糙度；連續(xù)激光可以具有很大的輸出功率，激光加工過程中主要利用激光能量在金屬表面的進行熱積累，靠熔化機制進行金屬加工，但是高強度激光束照射至材料表面時，金屬表面將會有60％-80％的激光能量反射而損失掉，且由于積累熱熔化金屬的過程是一個時間較長的過程，而金屬熱導(dǎo)率較高，這樣不僅容易造成了激光能量的浪費，擴大了激光加工熱影響區(qū)，影響工件的后續(xù)使用，而且影響激光加工面平整度。再者，高功率的激光輸出，意味著高的技術(shù)難度與成本投入，且系統(tǒng)使用維護工程中風(fēng)險較高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的激光加工系統(tǒng)的激光參數(shù)可調(diào)性差、單機應(yīng)用范圍面窄的技術(shù)問題，提供一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，可達(dá)到提升加工速度，實現(xiàn)輸出參數(shù)調(diào)節(jié)，擴展可加工材料范圍，并實現(xiàn)激光切割、清潔、打標(biāo)的一體化設(shè)計的有益效果。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，包括大功率連續(xù)激光器、高峰值功率脈沖激光器、耦合單元、控制單元和光纖耦合單元，所述控制單元分別與大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器電性連接，所述耦合單元接收大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器發(fā)射的激光并將其輸出給光纖耦合單元。作為優(yōu)選，所述耦合單元由偏振耦合輸出鏡和高斯光束整形聚焦透鏡組組成，或由波長耦合輸出鏡和高斯光束整形聚焦透鏡組組成。作為優(yōu)選，所述大功率連續(xù)激光器提供大功率連續(xù)激光，采用保偏型或普通型的激光器，包含但不限于光纖激光器，也可為可提供高功率激光的固體、氣體、半導(dǎo)體、準(zhǔn)分子或其他類型激光器；當(dāng)后續(xù)耦合方式采用偏振耦合方式時，采用保偏型激光器，當(dāng)后續(xù)結(jié)構(gòu)采用波長耦合方式時，采用普通型激光器。作為優(yōu)選，所述高峰值功率脈沖激光器提供高峰值功率脈沖激光，采用保偏型或普通型的激光器，主要指采用調(diào)Q、鎖模或調(diào)Q鎖模等調(diào)制方式產(chǎn)生脈沖激光的激光器，激光器類型包含且不限于固體、光纖、氣體、半導(dǎo)體等類型。當(dāng)后續(xù)耦合方式采用偏振耦合方式時，需采用保偏型激光器，當(dāng)后續(xù)結(jié)構(gòu)采用波長耦合方式時，采用普通型激光器。作為優(yōu)選，所述耦合單元包含激光準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)，使得連續(xù)激光與脈沖激光的光斑有效重合。作為優(yōu)選，所述控制單元包括系統(tǒng)供能裝置；所述控制單元通過控制大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器的供電電流，實現(xiàn)對輸出激光的功率的控制。作為優(yōu)選，所述光纖耦合單元將復(fù)合激光耦合進傳輸光纖中，實現(xiàn)復(fù)合激光的傳輸性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)所具有的有益效果是：本專利技術(shù)將高峰值功率脈沖激光、高輸出功率連續(xù)激光進行了結(jié)合，充分利用兩者的特點，不僅可以有效提升系統(tǒng)的加工速度，而且可以實現(xiàn)輸出激光峰值功率、輸出功率等參數(shù)的調(diào)節(jié)，大大擴展了可加工材料的范圍，可實現(xiàn)激光切割、清潔、打標(biāo)的一體化設(shè)計。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)的偏振耦合原理圖；圖3為本專利技術(shù)的波長耦合原理圖。具體實施方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本專利技術(shù)作詳細(xì)說明。本專利技術(shù)的實施例公開了一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，包括大功率連續(xù)激光器、高峰值功率脈沖激光器、耦合單元、控制單元和光纖耦合單元，控制單元分別與大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器電性連接，耦合單元接收大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器發(fā)射的激光并將其輸出給光纖耦合單元。耦合單元包含激光準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)，使得連續(xù)激光與脈沖激光的光斑有效重合。控制單元包括系統(tǒng)供能裝置；控制單元通過控制大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器的供電電流，實現(xiàn)對輸出激光的功率的控制。光纖耦合單元將復(fù)合激光耦合進傳輸光纖中，實現(xiàn)復(fù)合激光的傳輸性。實施例1：當(dāng)連續(xù)激光與脈沖激光的波長相等時，耦合單元由偏振耦合輸出鏡和高斯光束整形聚焦透鏡組組成。大功率連續(xù)激光器提供大功率連續(xù)激光，采用保偏型的光纖激光器，也可為可提供高功率激光的保偏型的固體、氣體、半導(dǎo)體、準(zhǔn)分子或其他類型激光器。高峰值功率脈沖激光器提供高峰值功率脈沖激光，采用保偏型激光器，主要指采用調(diào)Q、鎖模或調(diào)Q鎖模等調(diào)制方式產(chǎn)生脈沖激光的激光器，激光器類型包含且不限于固體、光纖、氣體、半導(dǎo)體等類型。在耦合單元，連續(xù)激光器與脈沖激光器提供的激光為偏振激光，并且兩者的偏振方向相互垂直，例如，采用偏振片作為合束器主體，其原理如圖2所示，偏振方向平行于紙面的連續(xù)激光(或脈沖激光)與垂直于紙面的脈沖激光(或連續(xù)激光)分別從偏振片兩側(cè)分別以布魯斯特角θ1和θ2入射。易知，當(dāng)兩者激光波長相等的時候，θ1＝θ2＝θ3，兩光可重合。另外，耦合系統(tǒng)中包含激光準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)，可使得連續(xù)激光與脈沖激光輸出激光在有效工作距離范圍內(nèi)光斑能夠有效的重合。實施例2：當(dāng)連續(xù)激光與脈沖激光的波長不相等或兩者的偏振狀態(tài)較難實現(xiàn)時，耦合單元由波長耦合輸出鏡和高斯光束整形聚焦透鏡組組成。大功率連續(xù)激光器提供大功率連續(xù)激光，采用普通型的光纖激光器，也可為可提供高功率激光的普通型的固體、氣體、半導(dǎo)體、準(zhǔn)分子或其他類型激光器。高峰值功率脈沖激光器提供高峰值功率脈沖激光，采用普通型激光器，主要指采用調(diào)Q、鎖模或調(diào)Q鎖模等調(diào)制方式產(chǎn)生脈沖激光的激光器，激光器類型包含且不限于固體、光纖、氣體、半導(dǎo)體等類型。在耦合單元，對激光的偏振狀態(tài)沒有要求，采用二向色鏡為合束器主體，其原理如圖3所示，連續(xù)激光與脈沖激光分別以折射和反射，或脈沖激光與連續(xù)激光以折射和反射的方式通過二向色鏡，入射角度為θ1和θ2分別為二向色鏡膜層要求角度，且θ1＝θ2＝θ3，兩光可重合。另外，耦合系統(tǒng)中包含激光準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)，可使得連續(xù)激光與脈沖激光輸出激光在有效工作距離范圍內(nèi)光斑能夠有效的重合。本專利技術(shù)采用脈沖激光和連續(xù)激光結(jié)合的方式進行激光加工。例如在激光切割過程中，利用脈沖激光的高峰值功率，造成待加工金屬表面的損傷，制造切口，利用連續(xù)激光高輸出功率的特點，提供能量支持，進行深度切割；在激光清潔過程中，利用脈沖激光高峰值功率特點，深度到金屬表面，在金屬表面和污染層之間形成沖擊波，使得污染物分離，利用連續(xù)激光達(dá)功率的特點，使得污染物燒蝕。這樣可以使得多種激光加工機理共同起作用，即可以提升激光加工速度，擴大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，又可以降低對激光器的指標(biāo)要求，從而降低成本。本專利技術(shù)將高峰值功率脈沖激光、高輸出功率連續(xù)激光進行了結(jié)合，充分利用兩者的特點，不僅可以有效提升系統(tǒng)的加工速度，而且可以實現(xiàn)了輸出激光峰值功率、輸出功率等參數(shù)的調(diào)節(jié)，大大擴展了可加工材料的范圍，可實現(xiàn)激光切割、清潔、打標(biāo)的一體化設(shè)計。以上通過實施例對本專利技術(shù)進行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本專利技術(shù)的示例性實施例，不能被認(rèn)為用于限定本專利技術(shù)的實施范圍。本專利技術(shù)的保護范圍由本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，包括大功率連續(xù)激光器、高峰值功率脈沖激光器、耦合單元、控制單元和光纖耦合單元，其特征在于，所述控制單元分別與大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器電性連接，所述耦合單元接收大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器發(fā)射的激光并將其輸出給光纖耦合單元。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，包括大功率連續(xù)激光器、高峰值功率脈沖激光器、耦合單元、控制單元和光纖耦合單元，其特征在于，所述控制單元分別與大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器電性連接，所述耦合單元接收大功率連續(xù)激光器和高峰值功率脈沖激光器發(fā)射的激光并將其輸出給光纖耦合單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合單元由偏振耦合輸出鏡和高斯光束整形聚焦透鏡組組成，或由波長耦合輸出鏡和高斯光束整形聚焦透鏡組組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合制式激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述大功率連續(xù)激光器提供大功率連續(xù)激光，采用保偏型或普通型的激光器。4.根據(jù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王強，段云峰，喬遷，
申請(專利權(quán))人：天津東方銳鐳科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12