一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法，激光拉絲模打孔機(jī)包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、編碼及驅(qū)動(dòng)單元、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、激光器、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、聚焦成像系統(tǒng)、光束傳輸系統(tǒng)、模具，還包括支撐平臺(tái)。本發(fā)明的一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法，采用線性變頻控制方法，激光打孔過程中實(shí)現(xiàn)了材料的均勻去除，提高加工精度，沒有過度加工，保證孔形質(zhì)量。
【專利說明】
一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法，尤其是一種用于高精 度激光打孔的激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展也帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是上游基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展， 作為集成電路、大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵材料，隨著集成電路及半導(dǎo)體器件向封裝多引線化、 高集成度和小型化發(fā)展，鍵合金絲的技術(shù)指標(biāo)也越來越高，高純度、高溫、超細(xì)、超長的絲材 需求量迅速增長，因此，對集成電路引線模具的需求量大大增加。金剛石及人造單晶金剛石 是集成電路引線模具理想的材料，一般地金剛石集成電路精密引線模具包括連續(xù)的幾個(gè)區(qū) 域，最初的孔一般通過激光加工技術(shù)完成，為了得到亞微米級精度和鏡面光潔度，一般要經(jīng) 過研磨和拋光工藝。但是金剛石材料的研磨和拋光非常困，激光加工后的孔型和質(zhì)量決定 著研磨和拋光的去除量，影響模具的質(zhì)量和加工效率。
[0003] 金剛石引線模具的激光加工一般采用高頻率、窄脈寬的激光束。每個(gè)脈沖具有較 高的能量密度，但是總的能量不大。這使得微小區(qū)域的材料可以在瞬間內(nèi)可靠地氣化，在模 具上留下一個(gè)微坑。在激光加工過程中，經(jīng)常采用數(shù)控掃描的方法，大量的微坑連成一片， 最終便得到了三維的孔型。對于集成電路精密引線模具來說，其孔型一般包括入口、潤滑、 壓縮、定徑、倒錐和出口區(qū)。
[0004] 傳統(tǒng)的激光打孔方式為輪廓成型法，它是目前經(jīng)常采用的激光打孔方法，其基本 原理如圖1所示:激光束在模具表面聚焦，工件以一定的轉(zhuǎn)速沿 Z軸旋轉(zhuǎn)，激光束沿徑向從模 具中心到邊緣進(jìn)行掃描，R是掃描半徑，其合成軌跡為阿基米德螺旋線，當(dāng)一層材料去除后， 激光焦距下降A(chǔ) Z，掃描半徑減為R-A R，激光去除另一層材料，直至整個(gè)厚度H的材料被蝕 除。
[0005] 傳統(tǒng)的激光打孔模型工件的轉(zhuǎn)速不變，激光輸出的頻率不變，點(diǎn)的線速度隨著掃 描半徑的減小而變小，蝕除坑的重疊變得更密，如圖2所示，因此激光束越接近孔的中心，去 除的材料越多，這將導(dǎo)致工件中心過度去除，激光加工過程中中心燒蝕比邊緣嚴(yán)重，在數(shù)控 程序結(jié)束之前，孔的中心會(huì)過早穿透，燒蝕疤痕嚴(yán)重，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，因此，精確的孔型 很難得到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法。本 發(fā)明所采用的設(shè)計(jì)方案如下：
[0007] 提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于：包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、編碼及驅(qū)動(dòng)單 元、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、激光器、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、聚焦成像系統(tǒng)、光束傳輸系統(tǒng)、模具;運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括X軸平 移臺(tái)、Y軸平移臺(tái)、Z軸平移臺(tái)，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)、定心卡具、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，聚焦成像系統(tǒng)包 括聚焦鏡頭、(XD、顯示器，編碼及驅(qū)動(dòng)單元包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元、坐 標(biāo)測量單元、激光驅(qū)動(dòng)單元;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分別與編碼及驅(qū)動(dòng)單元、聚焦成像系統(tǒng)連接， 編碼及驅(qū)動(dòng)單元分別與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、激光器、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元連接旋轉(zhuǎn)系 統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元與坐標(biāo)測量單元連接運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，激光驅(qū)動(dòng)單元連接激光器，激光器經(jīng) 過光束傳輸系統(tǒng)連接聚焦成像系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的X軸平移臺(tái)上，模具通過定心 卡具安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，模具上方對應(yīng)安裝Z軸平移臺(tái)，聚焦鏡頭安裝在Z軸平移臺(tái)上，運(yùn)動(dòng)系 統(tǒng)還包括坐標(biāo)反饋系統(tǒng)，坐標(biāo)反饋系統(tǒng)與坐標(biāo)測量單元連接。
[0008] 如以上所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:還包括支撐平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)安 裝在支撐平臺(tái)上，支撐平臺(tái)采用大理石支撐框架結(jié)構(gòu)。
[0009] 如以上所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:定心卡具5采用自定心卡具， 轉(zhuǎn)臺(tái)采用高精度高速轉(zhuǎn)臺(tái)，聚焦成像系統(tǒng)可以采用顯微聚焦成像系統(tǒng)。
[0010] 如以上所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于：激光器采用的激光波長為 1.064M1、10.6wn、0.532微米、0.355微米、0.266微米。
[0011] 如以上所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:激光器采用固體激光器、氣體 激光器或光纖激光器。
[0012] 如以上所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:坐標(biāo)反饋系統(tǒng)采用光柵尺、電 機(jī)編碼器。
[0013] 提供一種如以上所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)的線性變頻控制方法，其特征在 于:包括以下步驟：
[0014] 用戶將所需要的加工孔形參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定參 數(shù)計(jì)算控制參數(shù)輸入給編碼及驅(qū)動(dòng)單元，參數(shù)包括加工孔形參數(shù)、激光功率參數(shù)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 參數(shù)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)參數(shù);旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定后，激 光驅(qū)動(dòng)單元控制激光器工作，包括控制激光器輸出功率和激光初始工作頻率，還包括模具 圓心處激光工作頻率，同時(shí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)指令驅(qū)動(dòng)X軸平移臺(tái)按 設(shè)定速度和加速度移動(dòng);移動(dòng)過程中坐標(biāo)反饋系統(tǒng)測量位移量，并將位移編碼實(shí)時(shí)傳輸給 坐標(biāo)測量單元，坐標(biāo)測量單元將位置坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理傳輸給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)根據(jù)輸入的加工孔形參數(shù)及激光功率參數(shù)，計(jì)算變頻數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)控制激光驅(qū)動(dòng)單 元改變激光頻率，控制激光器實(shí)時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)坐標(biāo)位置關(guān)系變頻輸出，變頻過程始終跟 隨X軸平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，直至一層平面加工完成，X軸平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)回歸原點(diǎn)；計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)判定X軸平移臺(tái)回歸原點(diǎn)后，指令運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元驅(qū)動(dòng)Z軸平移臺(tái)下降一層加工厚度， 重復(fù)X軸平移臺(tái)移動(dòng)變頻加工打孔過程，控制激光光束線性變頻、逐層累積加工，使激光光 束按阿基米德曲線軌跡加工孔形，最后形成所設(shè)置的加工孔形。
[0015] 本發(fā)明提供的一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法，其有益效果為：
[0016] 采用線性變頻控制方法，激光打孔過程中實(shí)現(xiàn)了材料的均勻去除，提高加工精度， 沒有過度加工，保證孔形質(zhì)量。激光拉絲模打孔機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、操作方便、精度高、效率 高、安全可靠，功耗低、降低用戶的使用成本。
【附圖說明】
[0017] 圖1現(xiàn)有激光打孔原理圖
[0018] 圖2現(xiàn)有激光打孔效果圖
[0019] 圖3激光拉絲模打孔機(jī)整體圖
[0020] 圖4激光拉絲模打孔機(jī)側(cè)視圖 [0021 ]圖5激光拉絲模打孔系統(tǒng)圖 [0022]圖6激光線性變頻流程圖 [0023]圖7激光線性變頻打孔原理圖 [0024]圖8激光線性變頻打孔效果圖
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖中：
[0026] 1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、2編碼及驅(qū)動(dòng)單元、3運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、3IX軸平移臺(tái)、32Y軸平移臺(tái)、33Z 軸平移臺(tái)、4激光器、5旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、51旋轉(zhuǎn)臺(tái)、52定心卡具、53驅(qū)動(dòng)電機(jī)、6聚焦成像系統(tǒng)、61聚 焦鏡頭、62(XD、63顯示器、7光束傳輸系統(tǒng)、8模具、9支撐平臺(tái)、21旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元、22運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)控制單元、23坐標(biāo)測量單元、24激光驅(qū)動(dòng)單元;621激光光束、622加工孔形、623阿基米 德曲線軌跡、311坐標(biāo)反饋系統(tǒng)。
[0027] 實(shí)施例1
[0028]如圖3所示，提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，包括:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1、編碼及驅(qū)動(dòng)單 元2、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3、激光器4、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5、聚焦成像系統(tǒng)6、光束傳輸系統(tǒng)7、模具8;運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3包 括X軸平移臺(tái)31、Y軸平移臺(tái)32、Z軸平移臺(tái)33,旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)51、定心卡具52、驅(qū)動(dòng)電 機(jī)53，聚焦成像系統(tǒng)6包括聚焦鏡頭61、(XD62、顯示器63，編碼及驅(qū)動(dòng)單元2包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控 制單元21、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22、坐標(biāo)測量單元23、激光驅(qū)動(dòng)單元24;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1分別 與編碼及驅(qū)動(dòng)單元2、聚焦成像系統(tǒng)6連接，編碼及驅(qū)動(dòng)單元2分別與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3、激光器4、 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元21連接旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22與坐標(biāo)測量單 元23連接運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3,激光驅(qū)動(dòng)單元24連接激光器4,激光器4經(jīng)過光束傳輸系統(tǒng)7連接聚焦 成像系統(tǒng)6,旋轉(zhuǎn)臺(tái)51安裝在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3的X軸平移臺(tái)31上，模具8通過定心卡具52安裝在旋 轉(zhuǎn)臺(tái)51上，模具8上方對應(yīng)安裝Z軸平移臺(tái)33,聚焦鏡頭61安裝在Z軸平移臺(tái)33上，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3 包括坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311，坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311與坐標(biāo)測量單元23連接。
[0029] 實(shí)施例2
[0030]提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1、編碼及驅(qū)動(dòng)單 元2、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3、激光器4、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5、聚焦成像系統(tǒng)6、光束傳輸系統(tǒng)7、模具8、支撐平臺(tái)9; 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3包括X軸平移臺(tái)31、Y軸平移臺(tái)32、Z軸平移臺(tái)33,旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)51、定心卡 具52、驅(qū)動(dòng)電機(jī)53,聚焦成像系統(tǒng)6包括聚焦鏡頭61、(XD62、顯示器63,編碼及驅(qū)動(dòng)單元2包 括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元21、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22、坐標(biāo)測量單元23、激光驅(qū)動(dòng)單元24;計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)1分別與編碼及驅(qū)動(dòng)單元2、聚焦成像系統(tǒng)6連接，編碼及驅(qū)動(dòng)單元2分別與運(yùn)動(dòng)系 統(tǒng)3、激光器4、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元21連接旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22 與坐標(biāo)測量單元23連接運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3,激光驅(qū)動(dòng)單元24連接激光器4,激光器4經(jīng)過光束傳輸系 統(tǒng)7連接聚焦成像系統(tǒng)6,旋轉(zhuǎn)臺(tái)51安裝在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3的X軸平移臺(tái)31上，模具8通過定心卡具 52安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)51上，模具8上方對應(yīng)安裝Z軸平移臺(tái)33,聚焦鏡頭61安裝在Z軸平移臺(tái)33 上，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3包括坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311，坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311與坐標(biāo)測量單元23連接;運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3 安裝在支撐平臺(tái)9上。
[0031]提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，支撐平臺(tái)9采用大理石支撐框架結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更穩(wěn) 固，減少振動(dòng)，利于提尚加工精度。
[0032] 實(shí)施例3
[0033] 提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，定心卡具52可以采用自定心卡具，轉(zhuǎn)臺(tái)模具卡具52 具有自定心功能，能夠根據(jù)模具外圓自動(dòng)將模具圓心與旋轉(zhuǎn)心對正，對心精度小于10微米。 轉(zhuǎn)臺(tái)采用高精度高速轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)軸承可以是機(jī)械滾珠軸承、氣浮軸承、油壓軸承，轉(zhuǎn)臺(tái)的旋 轉(zhuǎn)速度1 -3000轉(zhuǎn)/分鐘，徑向跳動(dòng)小于1微米。
[0034] 實(shí)施例4
[0035]提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，聚焦成像系統(tǒng)可以采用顯微聚焦成像系統(tǒng)。顯微成 像系統(tǒng)由光學(xué)放大和CCD放大組成，其中光學(xué)放大物鏡同時(shí)是激光聚焦透鏡，透鏡焦距 10mm-200mm，激光聚焦焦點(diǎn)5微米一20微米。顯微聚焦成像系統(tǒng)放大倍率10-1000倍。
[0036] 實(shí)施例5
[0037] 提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311采用光柵尺、電機(jī)編碼器，坐標(biāo)測 量單元23采用單片機(jī)、CPLD、FPGA處理器等。
[0038] 實(shí)施例6
[0039] 提供一種激光拉絲模打孔機(jī)，激光器4采用固體激光器、氣體激光器、光纖激光器 等。使用激光波長包括：10.6微米，1.064WI1，0.532微米，0.355微米，0.266微米等。激光器采 用調(diào)Q技術(shù)，調(diào)Q方式為聲光調(diào)Q或電光調(diào)Q，輸出激光脈沖寬度5-200ns，輸出頻率10Hz-lOOKHz，激光器也可采用鎖模激光器，皮秒或飛秒脈寬輸出。
[0040]本發(fā)明的激光拉絲模打孔機(jī)采用了先進(jìn)的激光變頻去除技術(shù)，在激光打孔過程 中，實(shí)現(xiàn)了材料的均勻去除，其工作原理如下：
[0041 ]從圖中可以知道工件上某一點(diǎn)的線速度可表示為：
[0043] 工件的線速度與材料蝕除區(qū)的形狀有關(guān)，其關(guān)系可以用下式表示：
[0044] v = f X A (2)
[0045] 其中A是兩相鄰蝕除點(diǎn)的距離，f?是激光重復(fù)頻率，如果f?是定值，A將隨v的增大 而增大，隨著v的減小而減小。
[0046] -般的激光加工激光頻率f為定值，或者隨著Z方向分層變頻，都避免不了去除不 均勻的問題。而我們采用先進(jìn)的激光變頻技術(shù)，也就是激光頻率隨著加工件X方向的移動(dòng)， 線性的改變，從而實(shí)現(xiàn)兩相鄰蝕除點(diǎn)的距離△恒定，可以達(dá)到均勻去除的目的，尤其更適合 高精度的孔形加工中。
[0047]本發(fā)明的激光拉絲模打孔機(jī)，其線性變頻控制方法包括以下步驟：
[0048]用戶將所需要的加工孔形參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定 參數(shù)計(jì)算控制參數(shù)輸入給編碼及驅(qū)動(dòng)單元2,參數(shù)包括加工孔形參數(shù)、激光功率參數(shù)、運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)參數(shù)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)參數(shù);旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元21控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)53，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)51轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn) 速恒定后，激光驅(qū)動(dòng)單元24控制激光器4工作，包括控制激光器輸出功率和激光初始工作頻 率，還包括模具8圓心處激光工作頻率，同時(shí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)指令 驅(qū)動(dòng)X軸平移臺(tái)31按設(shè)定速度和加速度移動(dòng);移動(dòng)過程中坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311測量位移量，并 將位移編碼實(shí)時(shí)傳輸給坐標(biāo)測量單元23，坐標(biāo)測量單元23將位置坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理傳輸給 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1根據(jù)輸入的加工孔形參數(shù)及激光功率參數(shù)，計(jì)算變頻 數(shù)據(jù)量，即時(shí)控制激光驅(qū)動(dòng)單元24改變激光頻率，控制激光器4實(shí)時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3坐標(biāo)位 置關(guān)系變頻輸出，變頻過程始終跟隨X軸平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，直至一層平面加工完成，X軸平 移臺(tái)運(yùn)動(dòng)回歸原點(diǎn)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1判定X軸平移臺(tái)回歸原點(diǎn)后，指令運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元 22驅(qū)動(dòng)Z軸平移臺(tái)33下降一層加工厚度，重復(fù)X軸平移臺(tái)移動(dòng)變頻加工打孔過程，控制激光 光束621線性變頻、逐層累積加工，使得激光光束按阿基米德曲線軌跡623加工孔形，最后形 成所設(shè)置的加工孔形。
[0049] 采用本發(fā)明的激光拉絲模打孔機(jī)，其加工孔形622的控制方法包括以下步驟：
[0050] 系統(tǒng)開機(jī)后，初始化，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3坐標(biāo)歸零，輸出控制命令 給編碼及驅(qū)動(dòng)單元2,控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3回歸代加工狀態(tài);手動(dòng)安裝模具8到自定心卡盤上52; 模具厚度及高度參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)計(jì)算調(diào)整啟動(dòng)Z軸平移臺(tái)33運(yùn) 動(dòng)，調(diào)整聚焦成像系統(tǒng)6移動(dòng)到模具8上，成像清晰加工面，同時(shí)清晰成像激光加工的焦平 面;啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)51工作旋轉(zhuǎn)，根據(jù)顯示器63顯示的旋轉(zhuǎn)軸心，控制調(diào)整X移動(dòng)臺(tái)31和Y移動(dòng)臺(tái) 32,使得激光焦點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)軸心重合;輸入激光加工孔形參數(shù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)加工程 序，激光器4啟動(dòng)，激光光束621通過聚焦鏡頭61聚焦于加工孔形622上，轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)模具8轉(zhuǎn) 動(dòng)，同時(shí)X軸平移臺(tái)31運(yùn)動(dòng)，使得激光按阿基米德曲線軌跡623加工，完成平面的去除；當(dāng)一 層加工完后，Z軸屏移臺(tái)33向下移動(dòng)，激光開始加工下一層，逐層累積加工，最后形成所設(shè)置 的加工孔形。
[0051] 本發(fā)明的激光拉絲模打孔機(jī)及其打孔方法，可加工的工件材料包括:金剛石、人造 金剛石、聚晶材料、陶瓷、玻璃、藍(lán)寶石、紅寶石、金屬等。
[0052]本發(fā)明提供的一種激光拉絲模打孔機(jī)及其線性變頻控制方法，其有益效果為:采 用線性變頻控制方法，激光打孔過程中實(shí)現(xiàn)了材料的均勻去除，提高加工精度，沒有過度加 工，保證孔形質(zhì)量。激光拉絲模打孔機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、操作方便、精度高、效率高、安全可靠， 功耗低、降低用戶的使用成本。
[0053]隨著制造行業(yè)的不斷發(fā)展提高，對激光打孔的要求也越來越高，在孔形的控制、孔 的圓度、內(nèi)壁的光潔度都到了微米甚至納米精度的要求。因此傳統(tǒng)的加工工藝越來越無法 滿足要求。我們通過對設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，提高精度，及特有的線性激光加工方法的使用，達(dá) 到了傳統(tǒng)工藝無法實(shí)現(xiàn)的水平。在微孔領(lǐng)域，我們實(shí)現(xiàn)了微米級的微孔，內(nèi)壁光潔度達(dá)到納 米水平。在中大孔領(lǐng)域，在未經(jīng)研磨的情況下，我們在行業(yè)里直接激光實(shí)現(xiàn)了加工內(nèi)壁磨砂 感甚至鏡面感的加工效果，引起了行業(yè)的廣泛關(guān)注。
[0054]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1、編碼及驅(qū)動(dòng)單元2、運(yùn) 動(dòng)系統(tǒng)3、激光器4、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5、聚焦成像系統(tǒng)6、光束傳輸系統(tǒng)7、模具8;運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3包括X軸 平移臺(tái)31、Y軸平移臺(tái)32、Z軸平移臺(tái)33,旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)51、定心卡具52、驅(qū)動(dòng)電機(jī)53， 聚焦成像系統(tǒng)6包括聚焦鏡頭61、(XD62、顯示器63,編碼及驅(qū)動(dòng)單元2包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單 元21、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22、坐標(biāo)測量單元23、激光驅(qū)動(dòng)單元24;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1分別與編 碼及驅(qū)動(dòng)單元2、聚焦成像系統(tǒng)6連接，編碼及驅(qū)動(dòng)單元2分別與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3、激光器4、旋轉(zhuǎn)系 統(tǒng)5連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元21連接旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)5,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22與坐標(biāo)測量單元23連 接運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3,激光驅(qū)動(dòng)單元24連接激光器4,激光器4經(jīng)過光束傳輸系統(tǒng)7連接聚焦成像系 統(tǒng)6,旋轉(zhuǎn)臺(tái)51安裝在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3的X軸平移臺(tái)31上，模具8通過定心卡具52安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)51 上，模具8上方對應(yīng)安裝Z軸平移臺(tái)33,聚焦鏡頭61安裝在Z軸平移臺(tái)33上，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3還包括 坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311，坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311與坐標(biāo)測量單元23連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:還包括支撐平臺(tái)9，運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)3安裝在支撐平臺(tái)9上，支撐平臺(tái)9采用大理石支撐框架結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:定心卡具52采用自定心 卡具，轉(zhuǎn)臺(tái)采用高精度高速轉(zhuǎn)臺(tái)，聚焦成像系統(tǒng)可以采用顯微聚焦成像系統(tǒng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:激光器4采用的激光波 長為1·064μπι、10.6μπι、0· 532微米、0.355微米、0.266微米。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:激光器4采用固體激光 器、氣體激光器或光纖激光器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光拉絲模打孔機(jī)，其特征在于:坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311采用 光柵尺、電機(jī)編碼器。7. -種激光拉絲模打孔機(jī)的線性變頻控制方法，其特征在于:具體包括以下步驟:用戶 將所需要的加工孔形參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定參數(shù)計(jì)算控制 參數(shù)輸入給編碼及驅(qū)動(dòng)單元2,參數(shù)包括加工孔形參數(shù)、激光功率參數(shù)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)、旋轉(zhuǎn) 系統(tǒng)參數(shù);旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制單元21控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)53，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)51轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定后，激光 驅(qū)動(dòng)單元24控制激光器4工作，包括控制激光器輸出功率和激光初始工作頻率，還包括模具 8圓心處激光工作頻率，同時(shí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)指令驅(qū)動(dòng)X軸平移臺(tái) 31按設(shè)定速度和加速度移動(dòng);移動(dòng)過程中坐標(biāo)反饋系統(tǒng)311測量位移量，并將位移編碼實(shí)時(shí) 傳輸給坐標(biāo)測量單元23,坐標(biāo)測量單元23將位置坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理傳輸給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 1，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1根據(jù)輸入的加工孔形參數(shù)及激光功率參數(shù)，計(jì)算變頻數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)控制 激光驅(qū)動(dòng)單元24改變激光頻率，控制激光器4實(shí)時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3坐標(biāo)位置關(guān)系變頻輸出， 變頻過程始終跟隨X軸平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，直至一層平面加工完成，X軸平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)回歸原點(diǎn)； 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1判定X軸平移臺(tái)回歸原點(diǎn)后，指令運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制單元22驅(qū)動(dòng)Ζ軸平移臺(tái)33 下降一層加工厚度，重復(fù)X軸平移臺(tái)移動(dòng)變頻加工打孔過程，控制激光光束621線性變頻、逐 層累積加工，使激光光束按阿基米德曲線軌跡623加工孔形，最后形成所設(shè)置的加工孔形。
【文檔編號】B23K26/382GK106001941SQ201610289706
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】張玉峰
【申請人】張玉峰