專利名稱：：大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種激光打孔設(shè)備，尤其涉及一種大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置。
背景技術(shù)：
：目前，用于模具打孔的方法有以下幾種1)化學(xué)蝕刻方法先用圖出一張菲林，根據(jù)模具材料配好化學(xué)腐蝕藥品，然后進(jìn)行幾天的腐蝕，形成圓柱孔；再進(jìn)行多工序的清洗后用設(shè)備烘干。工藝比較成熟，但工序多，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，需處理產(chǎn)生的腐蝕性液體，產(chǎn)品不具有再現(xiàn)性。2)機(jī)械鉆孔方法用金剛石球形關(guān)或鉆頭在數(shù)控鉆床或加工中心上壓孔或鉆孔。鉆頭易壞，中途損壞后不能更換，導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品報(bào)廢，接觸加工，易傷材料。3)激光熔刻方法利用激光的高密度能量，使材料表面熔化、并汽化，照射中心的熔化物均勻向四周溢出。由于激光能量分布是高斯圓形分布，所以照射一定時(shí)間(lms)移開冷卻后就形成一個(gè)圓球坑。整個(gè)設(shè)計(jì)周期短，工藝還不夠成熟，工藝參數(shù)比較多?？梢?，設(shè)計(jì)一種點(diǎn)陣打孔設(shè)備，是急需解決的重大技術(shù)課題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，包括激光器、擴(kuò)束鏡、振鏡及聚焦鏡，特點(diǎn)是激光器的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端設(shè)置有振鏡，振鏡的輸出端連接有聚焦鏡；激光器發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡輸出平行光束，振鏡對(duì)平行光束進(jìn)行全反射，由聚焦鏡聚焦，其焦點(diǎn)分布在真空吸附平臺(tái)的加工工件上。進(jìn)一步地，上述的大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，所述激光器的輸出波長(zhǎng)為1064nm，激光功率為IOW，光束直徑在0.8mm。更進(jìn)一步地，上述的大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，擴(kuò)束鏡為7倍擴(kuò)束鏡本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在本發(fā)明設(shè)計(jì)新穎，該裝置的打孔幅面可達(dá)20英寸，孔個(gè)數(shù)為500萬(wàn)個(gè)，在鋼板或模具鋼上加工直徑30~120um、深度080um群孔，孔的位置排序可以是無(wú)規(guī)則的，可在幾小時(shí)內(nèi)完成高效高精度的激光打孔。對(duì)于大幅面的打孔加工，光學(xué)效果檢測(cè)不出拼接縫隙。適用于液晶顯示器行業(yè)的加工(起主導(dǎo)作用的背光板模具制造)，如手機(jī)行業(yè)的小尺寸，掌上電腦的中尺寸，筆記本顯示器的中、大尺寸，以及液晶電視的大尺寸。為一實(shí)用的新設(shè)計(jì)，應(yīng)用前景廣闊。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明圖1:本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>具體實(shí)施例方式激光打孔屬于材料去除加工范疇，利用激光功率密度高的特點(diǎn)，將其聚焦，使加工的材料瞬間加熱熔化、汽化，熔化物質(zhì)被蒸氣的剩余壓力排擠出來(lái)，形成孔洞。即利用激光的光斑形狀在相同位置進(jìn)行重復(fù)打孔，激光器出來(lái)的光經(jīng)過擴(kuò)束整形成平行光(以利于聚焦更細(xì))，然后經(jīng)過兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡面形成平面掃描。再經(jīng)過適當(dāng)聚焦鏡聚焦在焦平面(工件的表面)。有圖形的地方激光Q開關(guān)打開以高頻(20KHz)的重復(fù)頻率進(jìn)行出光打孔。如圖1所示，大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，包括激光器1、擴(kuò)束鏡2、振鏡3及聚焦鏡4，激光器1的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡2，擴(kuò)束鏡2的輸出端設(shè)置有振鏡3，振鏡3的輸出端連接有聚焦鏡4;激光器1發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡2，擴(kuò)束鏡2輸出平行光束，振鏡3對(duì)平行光束進(jìn)行全反射，由聚焦鏡4聚焦，其焦點(diǎn)分布在真空吸附平臺(tái)的加工工件5上。其中，加工時(shí)，通過軟件控制圖形分塊和控制XY平臺(tái)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行定位和無(wú)縫拼接。通過真空吸附平臺(tái)系統(tǒng)來(lái)固定工件(板材)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。設(shè)備控制軟件有識(shí)別DXF、BMP、GBR等格式的文件及圖形格式轉(zhuǎn)換，圖形編輯，圖形的工藝參數(shù)精確控制等功能，對(duì)光學(xué)圖紙進(jìn)行分析，當(dāng)加工的實(shí)際幅面超過60mmx60mm時(shí)進(jìn)行圖形分塊。對(duì)多塊圖形進(jìn)行分層打孔加工，令實(shí)際拼接的點(diǎn)不在同一直線式，從光學(xué)視覺上避免出現(xiàn)拼接縫。激光器1波長(zhǎng)為1064nm(模具鋼及不銹鋼板對(duì)此波長(zhǎng)的激光有很好的吸收率)，M2<1.1，激光功率為IOW，電光調(diào)Q(峰值功率達(dá)幾十KW);全風(fēng)冷，全封閉，模塊化設(shè)計(jì)；整個(gè)激光器電功率為200W，工作頻率在10100KHz，光束直徑0.8mm。激光傳輸系統(tǒng)采用7倍擴(kuò)束鏡2對(duì)光進(jìn)行準(zhǔn)直，以減小發(fā)散角，擴(kuò)束后光斑直徑約為6mm。采用高精度調(diào)整度掃描振鏡3，每秒可達(dá)1000字符(lmm高)，通光孔徑及鏡片7mm，鏡片鍍膜為1064nm全反，重復(fù)精度〈.2um，為抗干擾強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)傳輸式振鏡。光學(xué)聚焦采用遠(yuǎn)心聚焦鏡4，使整個(gè)工作范圍內(nèi)光垂直入射到工件表面，不會(huì)產(chǎn)生斜孔。工作距離為F=100，此配置下使小孔直徑控制在50~65um，適合市場(chǎng)需求，整個(gè)光路采用全封閉防塵，大大減少了激光器的損壞。整個(gè)XY滑臺(tái)系統(tǒng)采用直線馬達(dá)傳輸，并帶光柵尺反饋功能。保證了重復(fù)精度在lum，定位精度在2um，最大速度可達(dá)1000mm/s，提高了工作效率。為使工作面每次精確處于正焦的地方，采用CCD激光位移傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)距，重復(fù)精度可以精確到lum，對(duì)焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電動(dòng)控制Z軸平移臺(tái)，移動(dòng)速度可以隨時(shí)調(diào)節(jié)，當(dāng)差距大時(shí)加大速度運(yùn)動(dòng)，快運(yùn)動(dòng)到焦距位置時(shí)停下更換為低度速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行微調(diào)。計(jì)算機(jī)控制軟件還對(duì)XY滑臺(tái)功能進(jìn)行精密控制，進(jìn)行自動(dòng)圖形分割及拼接，使拼接精度在10um，還有圖形的分層等功能。振鏡掃描振鏡即振動(dòng)鏡，其原理類似于檢流計(jì)，在接到電信號(hào)后，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)振動(dòng)鏡片(反射鏡片)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果接收到交變電信號(hào)，則鏡片發(fā)生振動(dòng)，使光線掃描出一條直線，兩個(gè)垂直安裝的鏡片組成則形成XY方向的掃描，這與電視機(jī)成像原理相同。光學(xué)聚焦激光是方向性最好的光源，但是它仍然有一定的發(fā)散角；也是光強(qiáng)度和光功率密度最高的光源，必須通過光學(xué)聚焦系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域(幾十微米)，其中有一種F-e聚焦鏡，起到了平場(chǎng)作用(使焦距處于同一水平面)，但會(huì)帶來(lái)圖形的失真，這一點(diǎn)可以通過軟件進(jìn)行校正。這樣就將高能高密度的激光聚焦到需的的區(qū)域(光斑大小)。使得能量更高，密度更高，聚焦處于同一平面。圖形分塊當(dāng)一個(gè)圖形文件很大，超過一定參數(shù)范圍時(shí)，控制軟件不能對(duì)其進(jìn)行操作，打不開圖形，或者打開后不能進(jìn)行其它的操作，或者顯示內(nèi)存不夠。此時(shí)就要把一個(gè)圖形文件分成幾個(gè)小的圖形文件，分幾次加工，這樣就解決了圖形文件過大的問題。圖形拼接當(dāng)一個(gè)圖形文件的幅面過大時(shí)由于激光掃描幅度不夠，所以這時(shí)要把一個(gè)大圖通過軟件的方法分割成為幾塊小幅面的圖形，然后通過一定的XY平臺(tái)依次移動(dòng)來(lái)把每塊按時(shí)進(jìn)行順序加工拼接成一幅圖。具體應(yīng)用時(shí)，一個(gè)大幅面的圖形文件導(dǎo)入設(shè)備操作軟件，若加工尺寸超過60mmx60mm，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將對(duì)其圖形文件進(jìn)行分塊。把加工工件放置在真空吸附平臺(tái)上，設(shè)置好加工的起止坐標(biāo)以及焦距，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，使真空吸附平臺(tái)系統(tǒng)移動(dòng)到位，激光測(cè)距對(duì)焦系統(tǒng)運(yùn)作后，振鏡掃描系統(tǒng)的Z軸升降到位。XY振鏡進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到圖形指定的孔的位置，等幾微秒時(shí)間使振鏡停穩(wěn)之后，此時(shí)計(jì)算機(jī)根據(jù)要求(每個(gè)孔刻蝕的時(shí)間，如lms，激光頻率如20KHz)發(fā)出激光信號(hào)給激光器1，激光器1以要求的頻率發(fā)出激光脈沖序列，激光器1發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡2，形成平行光束，再通過振鏡3進(jìn)行全反射，聚焦鏡4聚焦，其焦點(diǎn)在真空吸附平臺(tái)的加工工件上，打一個(gè)孔。完成一個(gè)孔之后計(jì)算機(jī)再接著控制振鏡3以一定的速度(4000mm/s)掃描移至圖形中下一個(gè)孔位置重復(fù)上述過程，直到完成要求的幅面大小(如10mm正方形)內(nèi)的全部孔。此時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使真空吸附平臺(tái)系統(tǒng)向一個(gè)方向移動(dòng)相應(yīng)大小(10mm)再開始重復(fù)上面的工作。完成一行的移動(dòng)之后移動(dòng)一列，這樣兩個(gè)方向的移動(dòng)形成了一個(gè)大面積的加工。以上所有機(jī)械的運(yùn)動(dòng)與指令傳輸由電氣控制系統(tǒng)完成。加工完成一個(gè)文件之后平臺(tái)移回初始位置再加工下一個(gè)文件的圖形(下一個(gè)圖形的拼接位置要和上一個(gè)錯(cuò)位一定距離進(jìn)行拼接)；直至加工完一個(gè)完整的大幅面圖形為止。打孔幅面可達(dá)20英寸，孔個(gè)數(shù)為500萬(wàn)個(gè)，在鋼板或模具鋼上加工直徑30120um、深度080um群孔，孔的位置排序可以是無(wú)規(guī)則的，在幾小時(shí)內(nèi)完成高效高精度的激光打孔。對(duì)于大幅面的打孔加工，光學(xué)效果檢測(cè)不出拼接縫隙。適用于液晶顯示器行業(yè)的加工(起主導(dǎo)作用的背光板模具制造)，如手機(jī)行業(yè)的小尺寸，掌上電腦的中尺寸，筆記本顯示器的中、大尺寸，以及液晶電視的大尺寸。需要理解到的是上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)，所進(jìn)行的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，包括激光器、擴(kuò)束鏡、振鏡及聚焦鏡，其特征在于激光器的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端設(shè)置有振鏡，振鏡的輸出端連接有聚焦鏡；激光器發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡輸出平行光束，振鏡對(duì)平行光束進(jìn)行全反射，由聚焦鏡聚焦，其焦點(diǎn)分布在真空吸附平臺(tái)的加工工件上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，其特征在于所述激光器的輸出波長(zhǎng)為1064nm，激光功率為IOW，光束直徑在0.8mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，其特征在于擴(kuò)束鏡為7倍擴(kuò)束鏡。全文摘要本發(fā)明提供一種大幅面無(wú)縫拼接精密激光打孔裝置，包括激光器、擴(kuò)束鏡、振鏡及聚焦鏡，激光器的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端設(shè)置有振鏡，振鏡的輸出端連接有聚焦鏡；激光器發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡輸出平行光束，振鏡對(duì)平行光束進(jìn)行全反射，由聚焦鏡聚焦，其焦點(diǎn)分布在真空吸附平臺(tái)的加工工件上。該裝置的打孔幅面可達(dá)20英寸，孔個(gè)數(shù)為500萬(wàn)個(gè)，在鋼板或模具鋼上加工直徑30～120um、深度0～80um群孔，孔的位置排序可以是無(wú)規(guī)則的，可在幾小時(shí)內(nèi)完成高效高精度的激光打孔；對(duì)于大幅面的打孔加工，光學(xué)效果檢測(cè)不出拼接縫隙。文檔編號(hào)B23K26/00GK101508054SQ200910025480公開日2009年8月19日申請(qǐng)日期2009年3月6日優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日發(fā)明者余建華,趙裕興申請(qǐng)人:蘇州德龍激光有限公司