椭圆贝塞尔切割头装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116021168A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202211589906.2(22)申请日2022.12.12(71)申请人苏州德龙激光股份有限公司地址215021江苏省苏州市工业园区杏林街98号申请人江阴德力激光设备有限公司(72)发明人赵裕兴王承伟(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师王玉国(51)Int.Cl.B23K26/38(2014.01)B23K26/08(2014.01)B23K26/064(2014.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称椭圆贝塞尔切割头装置(57)摘要本发明公开了椭圆贝塞尔切割头装置，直接驱动电机通过转接件连接二维平移台，二维平移台通过转接块固定切割头，可驱动切割头旋转和二维平移运动；切割头包含沿光路设置的衍射式锥透镜和聚焦镜，将高斯分布的激光束整形为椭圆贝塞尔分布光束；衍射式锥透镜元件表面具有微结构，微结构呈环形光栅结构；采用椭圆分布的衍射式锥透镜，结合聚焦镜，将高斯分布的超短脉冲激光整形为椭圆贝塞尔光束，在蓝宝石和玻璃引导出沿椭圆长轴方向的裂纹；沿图案切线角度旋转切割头，实现任意图案的加工，避免普通贝塞尔光束加工产生的斜裂纹。提高了激光传输效率、结构十分紧凑。CN116021168ACN116021168A权利要求书1/2页1.椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：直接驱动电机(5)通过转接件(4)连接二维平移台(3)，二维平移台(3)通过转接块(2)固定切割头(1)，可驱动切割头(1)旋转和二维平移运动；所述切割头(1)包含沿光路设置的衍射式锥透镜(12)和聚焦镜(13)，将高斯分布的激光束(11)整形为椭圆贝塞尔分布光束(14)。2.根据权利要求1所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：衍射式锥透镜(12)元件表面具有微结构，微结构呈环形光栅结构，光栅周期d与锥角γ的关系式为：d＝λ/sin[γ(n‑1)]式中，λ为激光波长，n为材料折射率；锥角γ范围是0.5°～20°，对应的顶角范围是179°～140°。3.根据权利要求2所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：微结构为G阶的环形光栅结构，G为整数，每个周期内G个台阶的宽度均为d/G，每个周期内G个台阶相对相位依次构成首项0、末项2(G‑1)π/G和公差为2π/G的等差数列。4.根据权利要求2所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：微结构为G阶的环形光栅结构，G为整数，每个周期内G个台阶相对深度构成首项为0、末项为(G‑1)λ/[G(n‑1)]和公差为λ/[G(n‑1)]的等差数列，n为材料折射率。5.根据权利要求1或2所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：衍射式锥透镜(12)的材质为熔融石英玻璃、BK7玻璃或S‑LAH64玻璃，室温下，熔融石英玻璃、BK7玻璃和S‑LAH64玻璃在1064nm处的折射率分别为1.4496、1.5066、1.7688。6.根据权利要求3或4所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：G≥2。7.根据权利要求1所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：衍射式锥透镜(12)上镀膜；椭圆方程，长轴和短轴半径分别为a和ell×a，ell表示椭圆的圆度，0％<ell≤100％；坐标(x,y)处的长轴半径a，坐标x和y的步长Δ＝d/G，G表示阶数，矩阵长度M为：R表示衍射式锥透镜元件半径，坐标x和y均由‑(M‑1)Δ/2为首项、Δ为公差、(M‑1)Δ/2为末项的等差数列构成；椭圆贝塞尔相位Φ，a∈[0,R]；2CN116021168A权利要求书2/2页转换为直角坐标系，相位对2π同余，每个周期宽度d内，根据阶数G分为G段区域，每个周期内区域深度构成首项为0、末项为(G‑1)λ/[G(n‑1)]和公差为λ/[G(n‑1)]的等差数列；相位图按阶数拆分为log2G副图，2、4、8、16阶分别1次、2次、3次和4次镀膜、光刻、刻蚀和清洗制程。3CN116021168A说明书1/5页椭圆贝塞尔切割头装置技术领域[0001]本发明涉及一种椭圆贝塞尔切割头装置，用于将超短脉冲激光从高斯分布整形成椭圆贝塞尔分布，属于激光加工领域。背景技术[0002]普通贝塞尔光束加工各向异性的蓝宝石，易产生斜裂纹。专利公开号CN212587848U公开了一种激光装置，采用挡光条等调制器件，获得与调制器件相垂直的椭圆形切割光束，通过轴向旋转调制器件，控制切割方向；但挡光条阻挡了部分光束，降低了加工能量。[0003]本发明采用无阻挡、高透过率的椭圆分布的衍射式锥透镜，结合聚焦镜获得椭圆贝塞尔光束，在蓝宝石和玻璃中引导出沿椭圆长轴方向的裂纹，沿图案切线角度旋转切割头，实现任意图案的加工。发明内容[0004]本发明的目的是克服现有技术