专利名称：一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光打孔设备，尤其涉及一种大幅面无缝拼接精 密激光打孔装置。
背景技术：
目前，用于模具打孔的方法有以下几种
O化学蚀刻方法先用图出一张菲林，根据模具材料配好化学腐蚀 药品，然后进行几天的腐蚀，形成圆柱孔；再进行多工序的清洗后用设备
烘干。工艺比较成熟，但工序多，设计周期长，需处理产生的腐蚀性液体， 产品不具有再现性。
2) 机械钻孔方法用金刚石球形关或钻头在数控钻床或加工中心上 压孔或钻孔。钻头易坏，中途损坏后不能更换，导致整个产品报废，接 触加工，易伤材料。
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匀向四周溢出。由于激光能量分布是高斯圆形分
布，所以照射一定时间(lms)移开冷却后就形成一个圆球坑。整个设计
周期短，工艺还不够成熟，工艺参数比较多。
可见，设计一种点阵打孔设备，是急需解决的重大技术课题。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种大幅面无缝 拼接精密激光打孔装置。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装置，包括激光器、扩束镜、 振镜及聚焦镜，特点是激光器的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端 设置有振镜，振镜的输出端连接有聚焦镜；激光器发出的光束射入扩束镜， 扩束镜输出平行光束，振镜对平行光束进行全反射，由聚焦镜聚焦，其焦 点分布在真空吸附平台的加工工件上。
进一步地，上述的一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装置，所述
激光器的输出波长为1064nm，激光功率为IOW，光束直径在0.8mm。
更进一步地，上述的一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装置，扩 束镜为7倍扩束镜。
本实用新型技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 本实用新型设计新颖，该装置的打孔幅面可达20英寸，孔个数为500 万个，在钢板或模具钢上加工直径30 120um、深度0 80um群孔，孔的位 置排序可以是无规则的，可在几小时内完成高效高精度的激光打孔。对于 大幅面的打孔加工，光学效果检测不出拼接缝隙。适用于液晶显示器行业 的加工(起主导作用的背光板模具制造)，如手机行业的小尺寸，掌上电 脑的中尺寸，笔记本显示器的中、大尺寸，以及液晶电视的大尺寸。为一 实用的新设计，应用前景广阔。以下结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明 图l:本实用新型装置的结构示意图。 图中各附图标记的含义见下表
附图 标记含义附图 标记含义附图 标记含义
1激光器2扩束镜3振镜
4聚焦镜5加工工件具体实施方式
激光打孔属于材料去除加工范畴，利用激光功率密度高的特点，将其 聚焦，使加工的材料瞬间加热熔化、汽化，熔化物质被蒸气的剩余压力排 挤出来，形成孔洞。即利用激光的光斑形状在相同位置进行重复打孔，激 光器出来的光经过扩束整形成平行光(以利于聚焦更细)，然后经过两个 方向的转动反射镜面形成平面扫描。再经过适当聚焦镜聚焦在焦平面(工
件的表面)。有图形的地方激光Q开关打开以高频(20KHz)的重复频率 进行出光打孔。
如
图1所示，大幅面无缝拼接精密激光打孔装置，包括激光器1、扩 束镜2、振镜3及聚焦镜4，激光器l的输出端设置有扩束镜2，扩束镜2 的输出端设置有振镜3，振镜3的输出端连接有聚焦镜4;激光器1发出 的光束射入扩束镜2，扩束镜2输出平行光束，振镜3对平行光束进行全 反射，由聚焦镜4聚焦，其焦点分布在真空吸附平台的加工工件5上。其 中，加工时，通过软件控制图形分块和控制XY平台系统来进行定位和无 缝拼接。通过真空吸附平台系统来固定工件(板材)，通过计算机系统协 调控制。设备控制软件有识别DXF、 BMP、 GBR等格式的文件及图形格 式转换，图形编辑，图形的工艺参数精确控制等功能，对光学图纸进行分 析，当加工的实际幅面超过60mmx60mm时进行图形分块。对多块图形进 行分层打孔加工，令实际拼接的点不在同一直线式，从光学视觉上避免出 现拼接缝。激光器1波长为1064nm (模具钢及不锈钢板对此波长的激光 有很好的吸收率)，M2<1.1，激光功率为IOW，电光调Q (峰值功率达几 十KW);全风冷，全封闭，模块化设计；整个激光器电功率为200W，工 作频率在10 100KHz，光束直径0.8mm。激光传输系统采用7倍扩束镜2 对光进行准直，以减小发散角，扩束后光斑直径约为6mm。采用高精度调 整度扫描振镜3，每秒可达1000字符(lmm高)，通光孔径及镜片7mm， 镜片镀膜为1064nm全反，重复精度〈2.2um，为抗干扰强的数字信号传输式振镜。光学聚焦采用远心聚焦镜4，使整个工作范围内光垂直入射到工 件表面，不会产生斜孔。工作距离为F=100，此配置下使小孔直径控制在
50~65um，适合市场需求，整个光路采用全封闭防尘，大大减少了激光器 的损坏。整个XY滑台系统采用直线马达传输，并带光栅尺反馈功能。保 证了重复精度在lum，定位精度在2um，最大速度可达1000mm/s，提高 了工作效率。为使工作面每次精确处于正焦的地方，采用CCD激光位移 传感器来进行测距，重复精度可以精确到lum，对焦调节系统采用电动控 制Z轴平移台，移动速度可以随时调节，当差距大时加大速度运动，快运 动到焦距位置时停下更换为低度速运动进行微调。计算机控制软件还对 XY滑台功能进行精密控制，进行自动图形分割及拼接，使拼接精度在 10um，还有图形的分层等功能。
振镜扫描振镜即振动镜，其原理类似于检流计，在接到电信号后， 转动轴带动振动镜片(反射镜片)发生偏转，如果接收到交变电信号，则 镜片发生振动，使光线扫描出一条直线，两个垂直安装的镜片组成则形成 XY方向的扫描，这与电视机成像原理相同。
光学聚焦激光是方向性最好的光源，但是它仍然有一定的发散角； 也是光强度和光功率密度最高的光源，必须通过光学聚焦系统将激光束聚 焦在很小的区域(几十微米)，其中有一种F-e聚焦镜，起到了平场作用 (使焦距处于同一水平面)，但会带来图形的失真，这一点可以通过软件 进行校正。这样就将高能高密度的激光聚焦到需的的区域(光斑大小)。 使得能量更高，密度更高，聚焦处于同一平面。
图形分块当一个图形文件很大，超过一定参数范围时，控制软件不 能对其进行操作，打不开图形，或者打开后不能进行其它的操作，或者显 示内存不够。此时就要把一个图形文件分成几个小的图形文件，分几次加 工，这样就解决了图形文件过大的问题。
图形拼接当一个图形文件的幅面过大时由于激光扫描幅度不够，所以这时要把一个大图通过软件的方法分割成为几块小幅面的图形，然后通 过一定的XY平台依次移动来把每块按时进行顺序加工拼接成一幅图。
具体应用时， 一个大幅面的图形文件导入设备操作软件，若加工尺寸
超过60mmx60mm，计算机控制系统将对其图形文件进行分块。把加工工 件放置在真空吸附平台上，设置好加工的起止坐标以及焦距，计算机控 制系统发出相应的指令，使真空吸附平台系统移动到位，激光测距对焦系 统运作后，振镜扫描系统的Z轴升降到位。XY振镜进行扫描运动，运动 到图形指定的孔的位置，等几微秒时间使振镜停稳之后，此时计算机根据 要求(每个孔刻蚀的时间，如lms，激光频率如20KHz)发出激光信号 给激光器1，激光器1以要求的频率发出激光脉冲序列，激光器1发出的 光束射入扩束镜2，形成平行光束，再通过振镜3进行全反射，聚焦镜4 聚焦，其焦点在真空吸附平台的加工工件上，打一个孔。完成一个孔之后 计算机再接着控制振镜3以一定的速度(4000mm/s)扫描移至图形中下一 个孔位置重复上述过程，直到完成要求的幅面大小(如10mm正方形)内 的全部孔。此时计算机控制系统发出指令，使真空吸附平台系统向一个方 向移动相应大小(10mm)再开始重复上面的工作。完成一行的移动之后 移动一列，这样两个方向的移动形成了一个大面积的加工。以上所有机械 的运动与指令传输由电气控制系统完成。加工完成一个文件之后平台移回 初始位置再加工下一个文件的图形(下一个图形的拼接位置要和上一个错 位一定距离进行拼接)；直至加工完一个完整的大幅面图形为止。
打孔幅面可达20英寸，孔个数为500万个，在钢板或模具钢上加工 直径30 120um、深度0 80um群孔，孔的位置排序可以是无规则的，在几 小时内完成高效高精度的激光打孔。对于大幅面的打孔加工，光学效果检 测不出拼接缝隙。适用于液晶显示器行业的加工(起主导作用的背光板模 具制造)，如手机行业的小尺寸，掌上电脑的中尺寸，笔记本显示器的中、 大尺寸，以及液晶电视的大尺寸。
7需要理解到的是上述说明并非是对本实用新型的限制，在本实用新 型构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本实用新型的保 护范围。
权利要求1.一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装置，包括激光器、扩束镜、振镜及聚焦镜，其特征在于激光器的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端设置有振镜，振镜的输出端连接有聚焦镜；激光器发出的光束射入扩束镜，扩束镜输出平行光束，振镜对平行光束进行全反射，由聚焦镜聚焦，其焦点分布在真空吸附平台的加工工件上。
2. 根据权利要求1所述的一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装 置，其特征在于所述激光器的输出波长为1064nm，激光功率为IOW， 光束直径在0.8mm。
3. 根据权利要求1所述的一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装 置，其特征在于扩束镜为7倍扩束镜。
专利摘要本实用新型提供一种新型大幅面无缝拼接精密激光打孔装置，包括激光器、扩束镜、振镜及聚焦镜，激光器的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端设置有振镜，振镜的输出端连接有聚焦镜；激光器发出的光束射入扩束镜，扩束镜输出平行光束，振镜对平行光束进行全反射，由聚焦镜聚焦，其焦点分布在真空吸附平台的加工工件上。该装置的打孔幅面可达20英寸，孔个数为500万个，在钢板或模具钢上加工直径30～120um、深度0～80um群孔，孔的位置排序可以是无规则的，可在几小时内完成高效高精度的激光打孔；对于大幅面的打孔加工，光学效果检测不出拼接缝隙。
文档编号B23K26/00GK201357288SQ20092003601
公开日2009年12月9日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者余建华, 赵裕兴 申请人:苏州德龙激光有限公司