本發明涉及一種雙光束激光加工系統及其方法，屬于激光加工技術領域。

背景技術：

隨著激光加工技術的發展和不斷進步，客戶對于激光設備的使用提出了越來越高的要求，滿足客戶需求的情況下，減少設備的投入；意味著資金投入的減少，同時可以節省人力、物力等資源。

目前，市場上使用的設備為一個振鏡對應一套光學系統，為了提升切割效率，通常做成雙振鏡兩套光學系統切割方式保證產量，但是設備資金投入及人力投入給企業帶來了較大資金負擔，同時，設備也顯得較為笨重，提高設備的利用率及切割效率顯得尤為關鍵。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種雙光束激光加工系統及其方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

雙光束激光加工系統，特點是：依光路方向設置有：

激光器，輸出光束；

擴束單元，對激光器發出的光束進行擴束并根據需要改變擴束光斑的大小；

第一反射單元，將擴束后光束射入衰減模組；

衰減模組，改變擴束后激光的偏振態以及將入射光分成平行方向和垂直方向的兩束光；

第二反射單元，將分光后的垂直方向光入射至偏光裝置；

偏光裝置，重新匯聚兩束光并使兩束光分別偏移一角度；

掃描單元，將光束進行聚焦。

進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述激光擴束單元為布置于激光器出射端光路上的擴束鏡。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述第一反射單元包含依光路方向依次布置的第一反射鏡和第二反射鏡。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述衰減模組包含三只偏振玻片以及一只偏光立方體分光器，第一偏振玻片位于偏光立方體分光器入射光口，第二偏振玻片、第三偏振玻片分別位于偏光立方體分光器的兩個出光口。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述第一偏振玻片改變入射光束的偏振態，調節光束中p偏光與s偏光的比例使得兩方向的光強相當，偏光立方體分光器根據光的偏振態將光分成兩個互相垂直的方向出射，p偏光從平行方向出射并由第三偏振玻片再次偏振，s偏光從垂直方向出射并由第二偏振玻片再次偏振，可分別旋轉第二偏振玻片、第三偏振玻片使得兩個方向的光強分別至最大直至相當。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述第二反射單元包含依光路方向依次布置的第三反射鏡和第四反射鏡。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述偏光裝置包含兩只圓楔形棱鏡和一只偏光立方體分光器，第一圓楔形棱鏡和第二圓楔形棱鏡分別位于偏光立方體分光器的兩個入射光口，通過旋轉圓楔形棱鏡可改變光的角偏移方向。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，衰減模組出來的垂直方向的光束經反射單元反射后進入第二圓楔形棱鏡使光束偏移一角度，進入偏光立方體分光器；衰減模組出來的水平方向光束進入第一圓楔形棱鏡并偏移同樣的角度進入偏光立方體分光器，光束沿原來方向從偏光立方體分光器出射。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述掃描單元包含依光路方向依次布置的振鏡和場鏡，偏光裝置出射的兩束光同時射到振鏡的鏡片上，由場鏡聚焦至加工對象上，聚焦到加工對象的兩束光斑的間距由偏光裝置的圓楔形棱鏡的旋轉角度決定。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述振鏡為入光口孔徑20mm以上的振鏡。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述激光器為窄脈寬皮秒激光器。

更進一步地，上述的雙光束激光加工系統，其中，所述激光器出射端光路上設有控制開關光的光閘。

本發明雙光束激光加工方法，激光器輸出的光經過擴束單元將光斑進行放大，經第一反射單元反射后進入衰減模組；

衰減模組的第一偏振玻片改變入射到衰減模組的光束的偏振態，第一偏振玻片可調節光束中p偏光與s偏光的比例使得兩個方向的光強相當，偏振之后的光束進入衰減模組的偏光立方體分光器，p偏光從平行方向出射并由衰減模組的第三偏振玻片再次偏振，s偏光從垂直方向出射并由衰減模組的第二偏振玻片再次偏振，分別旋轉第二偏振玻片、第三偏振玻片使得兩個方向的光強分別至最大直至相當；

從衰減模組出來的垂直方向的光束經第二反射單元反射后進入偏光裝置的第二圓楔形棱鏡并使光束偏移一角度，然后進入偏光裝置的偏光立方體分光器后進入掃描單元；

從衰減模組出來的水平方向光束進入偏光裝置的第一圓楔形棱鏡并偏移同樣的角度進入偏光裝置的偏光立方體分光器，此時光束沿原來方向從偏光立方體分光器出射并進入掃描單元；

兩束光同時進入掃描單元將光束進行聚焦，實現對材料的加工。

再進一步地，上述的雙光束激光加工方法，其中，所述第一反射單元包含依光路方向依次布置的第一反射鏡和第二反射鏡，將光束反射后進入衰減模組。

再進一步地，上述的雙光束激光加工方法，其中，所述第二反射單元包含依光路方向依次布置的第三反射鏡和第四反射鏡，將從衰減模組出來的垂直方向的光束反射后進入偏光裝置的第二圓楔形棱鏡。

再進一步地，上述的雙光束激光加工方法，其中，所述掃描單元包含依光路方向依次布置的振鏡和場鏡，兩束光同時進入掃描單元的振鏡并打在鏡片上的不同位置處，經由場鏡聚焦后分別打在加工材料上，隨著振鏡的作用做相同的運動，實現對材料的加工。

本發明與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果，具體體現在以下方面：

①激光器輸出的光進入擴束鏡，對光束進行擴束，放大后的光斑不會對反射鏡及后續其他光學器件帶來損傷；

②衰減模組設有三個偏振玻片，通過旋轉三個偏振玻片來改變后面分出的兩個方向的光的強弱，使得兩個方向的光強可以分別控制，有利于適當調整；

③偏光裝置的圓楔形棱鏡改變了光束進入振鏡的入射角度，使得兩束光聚焦后分開一定的距離，由同一個振鏡控制運行相同的軌跡，同時切割兩粒產品，加工效率是傳統切割方法的兩倍，顯著提高生產率；

④偏光裝置的圓楔形棱鏡的旋轉角度可以分別調節，這樣可以根據產品的大小來調節兩束光聚焦后的距離及位置，使得兩個聚焦光斑的位置可以以相同的圓周運動靈活改變；

⑤針對性強，主要滿足切割小尺寸的產品要求，如指紋識別的ic、油墨玻璃蓋板等，也可以用于雙線加工大尺寸產品，如太陽能劃片等，通過旋轉第一圓楔形棱鏡f1和第二圓楔形棱鏡f2的角度來改變兩個聚焦光斑的位置，最大間距即圓楔形棱鏡旋轉一周的光斑軌跡圓直徑，小尺寸雙片加工時最大尺寸不超過此軌跡圓直徑，大尺寸加工時雙線線型相同且間距不超過此軌跡圓直徑。

附圖說明

圖1：本發明系統的結構示意圖。

圖中各附圖標記的含義見下表：

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明具體實施方案。

如圖1所示，雙光束激光加工系統，依光路方向設置有：

激光器a，為窄脈寬皮秒激光器，輸出光束，具有較高的重復頻率；激光器a出射端光路上設有控制開關光的光閘；

擴束單元，為布置于激光器出射端光路上的擴束鏡b，對激光器發出的光束進行擴束并根據需要改變擴束光斑的大小；

第一反射單元，包含依光路方向依次布置的第一反射鏡c1和第二反射鏡c2，將擴束后光束射入衰減模組；

衰減模組，改變擴束后激光的偏振態以及將入射光分成平行方向和垂直方向的兩束光；衰減模組包含三只偏振玻片以及一只偏光立方體分光器，第一偏振玻片d1位于偏光立方體分光器e1入射光口，第二偏振玻片d2、第三偏振玻片d3分別位于偏光立方體分光器e1的兩個出光口。第一偏振玻片d1改變入射光束的偏振態，調節光束中p偏光與s偏光的比例使得兩方向的光強相當，即功率誤差在5％以內，偏光立方體分光器e1根據光的偏振態將光分成兩個互相垂直的方向出射，p偏光從平行方向出射并由第三偏振玻片d3再次偏振，s偏光從垂直方向出射并由第二偏振玻片d2再次偏振，可分別旋轉第二偏振玻片d2、第三偏振玻片d3使得兩個方向的光強分別至最大直至相當，即功率誤差在5％以內；

第二反射單元，包含依光路方向依次布置的第三反射鏡c3和第四反射鏡c4，將分光后的垂直方向光入射至偏光裝置；

偏光裝置，重新匯聚兩束光并使兩束光分別偏移一角度；偏光裝置包含兩只圓楔形棱鏡和一只偏光立方體分光器，第一圓楔形棱鏡f1和第二圓楔形棱鏡f2分別位于偏光立方體分光器e2的兩個入射光口，通過旋轉圓楔形棱鏡可改變光的角偏移方向；衰減模組出來的垂直方向的光束經反射單元反射后進入第二圓楔形棱鏡f2使光束偏移一角度，進入偏光立方體分光器e2；衰減模組出來的水平方向光束進入第一圓楔形棱鏡f1并偏移同樣的角度進入偏光立方體分光器e2，光束沿原來方向從偏光立方體分光器e2出射；

掃描單元，將光束進行聚焦；包含依光路方向依次布置的振鏡g和場鏡h，偏光裝置出射的兩束光同時射到振鏡g的鏡片上，無擋光或缺光現象，由場鏡h聚焦至加工對象上，聚焦到加工對象的兩束光斑的間距由偏光裝置的圓楔形棱鏡的旋轉角度決定；振鏡g為入光口孔徑20mm以上的振鏡。

上述裝置用于加工時，激光器a輸出的光經過擴束單元(擴束鏡b)將光斑進行放大，經第一反射單元(第一反射鏡c1和第二反射鏡c2)反射后進入衰減模組；

衰減模組的第一偏振玻片d1改變入射到衰減模組的光束的偏振態，第一偏振玻片d1可調節光束中p偏光與s偏光的比例使得兩個方向的光強相當，即功率誤差在5％以內，偏振之后的光束進入衰減模組的偏光立方體分光器e1，p偏光從平行方向出射并由衰減模組的第三偏振玻片d3再次偏振，s偏光從垂直方向出射并由衰減模組的第二偏振玻片d2再次偏振，分別旋轉第二偏振玻片d2、第三偏振玻片d3使得兩個方向的光強分別至最大直至相當，即功率誤差在5％以內；

從衰減模組出來的垂直方向的光束經第二反射單元(第三反射鏡c3和第四反射鏡c4)反射后進入偏光裝置的第二圓楔形棱鏡f2并使光束偏移一角度，然后進入偏光裝置的偏光立方體分光器e2后進入掃描單元；

從衰減模組出來的水平方向光束進入偏光裝置的第一圓楔形棱鏡f1并偏移同樣的角度進入偏光裝置的偏光立方體分光器e2，此時光束沿原來方向從偏光立方體分光器e2出射并進入掃描單元；

兩束光同時進入掃描單元的振鏡g并打在鏡片上的不同位置處，經由場鏡h聚焦后分別打在加工材料上，隨著振鏡g的作用做相同的運動，實現對材料的加工。

可以看出，激光器輸出的光進入擴束鏡，對光束進行擴束，放大后的光斑不會對反射鏡及后續其他光學器件帶來損傷。

衰減模組設有三個偏振玻片，通過旋轉三個偏振玻片來改變后面分出的兩個方向的光的強弱，使得兩個方向的光強可以分別控制，有利于適當調整。

偏光裝置的圓楔形棱鏡改變了光束進入振鏡的入射角度，使得兩束光聚焦后分開一定的距離，由同一個振鏡控制運行相同的軌跡，同時切割兩粒產品或者一個產品同時雙線加工，效率是傳統切割方法的兩倍。

偏光裝置的圓楔形棱鏡的旋轉角度可以分別調節，這樣可以根據產品的大小來調節兩束光聚焦后的距離及位置，使得兩個聚焦光斑的位置可以以相同的圓周運動靈活改變。

本發明針對性較強，主要滿足切割小尺寸的產品要求，如指紋識別的ic、油墨玻璃蓋板等，也可以用于雙線加工大尺寸產品，如太陽能劃片等，通過旋轉第一圓楔形棱鏡f1和第二圓楔形棱鏡f2的角度來改變兩個聚焦光斑的位置，最大間距即圓楔形棱鏡旋轉一周的光斑軌跡圓直徑，小尺寸雙片加工時最大尺寸不超過此軌跡圓直徑，大尺寸加工時雙線線型相同且間距不超過此軌跡圓直徑。

由于針對性較強，本發明加工效率是傳統方式的兩倍，顯著提高了生產率。

還可用于加工玻璃、陶瓷及其他材料。

需要說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施方式，并非用以限定本發明的權利范圍；同時以上的描述，對于相關技術領域的專門人士應可明了及實施，因此其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利范圍中。