專利名稱：紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，屬于激光微加工領(lǐng)域。
技術(shù)背景
激光微加工一般所指加工尺寸在幾個(gè)到幾百微米的工藝過程。作為激光加工的一個(gè)分 支，激光微加工在過去十年被廣泛關(guān)注，它主要是利用高能量密度的激光束對(duì)材料進(jìn)行直 接的激光燒蝕加工，微小區(qū)域的固體材料吸收激光的能量使得材料熔化或者氣化并從加工 表面噴射出來，達(dá)到加工目的。激光微加工技術(shù)的基本特點(diǎn)包括激光束的能量密度高、 加工速度快、熱影響區(qū)小、非接觸、效率高、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。
隨著科技水平的逐步提高，激光微加工如激光微打孔、激光微切割、激光打標(biāo)、激光 清洗等在電子、通訊、化工、食品、生物醫(yī)療等方面的應(yīng)用也越來越廣；而對(duì)于紫外激光 器，由于其波長(zhǎng)短，聚焦激光束可以得到更小的光斑尺寸，在激光微加工領(lǐng)域被廣泛采用； 同時(shí)由于加工精度的要求越來越高，例如在MEMS器件的加工中，工件的加工精度都以微 米甚至亞微米來計(jì)，而且加工材料許多都比較昂貴，成品率都要求也比較高，這樣對(duì)加工工件的精確定位顯得尤為重要。
但是目前激光精密加工中都缺少同軸的監(jiān)視系統(tǒng)以及定位系統(tǒng)，定位精度不高，對(duì)于 精度要求很高的工件進(jìn)行周期性結(jié)構(gòu)加工精度不能夠滿足要求。這就需要設(shè)計(jì)一套適用于 激光微加工的精密定位系統(tǒng)來滿足加工要求
實(shí)用新型內(nèi)容
:
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種適合于紫外激光微加工的精密定位系統(tǒng)，來改進(jìn)對(duì)于激光微加工精確定位的需求。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。包括紫外激光器1、擴(kuò)束光路 系統(tǒng)2、 45。反射鏡3、聚焦透鏡4、支撐架7、三維移動(dòng)平臺(tái)8和計(jì)算機(jī)10;其特征在于 還包括有精密轉(zhuǎn)盤9、同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5、十字叉絲定位器6;其中，45。反射鏡3 和聚焦透鏡4安裝在支撐架7上，精密轉(zhuǎn)盤9設(shè)置在三位移動(dòng)平臺(tái)8上；紫外激光器l發(fā)
出的激光束11經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)2后水平入射到支撐架7中的45°反射鏡3上，并經(jīng)反射得到 的垂直向下的激光束，再經(jīng)過聚焦透鏡4把激光束聚焦到放置在精密轉(zhuǎn)盤9上面的加工工 件12上；在45°反射鏡3的上方安裝有用于對(duì)加工工件12進(jìn)行監(jiān)視觀測(cè)的同軸CCD顯微 監(jiān)視系統(tǒng)5和十字叉絲定位器6，通過計(jì)算機(jī)10控制三維移動(dòng)平臺(tái)8移動(dòng)和精密轉(zhuǎn)盤9轉(zhuǎn) 動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件12的定位。
所述的紫外激光器1的波長(zhǎng)為157nm 390nm。
所述的45°反射鏡3—面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對(duì)于激光束ll全反射，反射 鏡3對(duì)于自然光或者自然光范圍內(nèi)的一些波段是透過的。
所述的同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5包括同軸CCD探測(cè)器13和監(jiān)視器14;其中，同軸CCD 顯微探測(cè)器13的放大倍數(shù)是5 200倍，同軸CCD顯微探測(cè)器13處于45°反射鏡3的正上 方，可以通過調(diào)整同軸CCD顯微探測(cè)器13中的光學(xué)組件，使得從加工工件12表面反射的 光，經(jīng)過聚焦透鏡4和45。反射鏡3最后被同軸CCD顯微探測(cè)器13接收，并在監(jiān)視器14 上得到清晰的像。
所述的十字叉絲定位器6的十字叉絲內(nèi)置于同軸CCD顯微探測(cè)器13中，并和監(jiān)視器 14 一起通過數(shù)據(jù)線連接到同軸CCD顯微探測(cè)器13上，十字叉絲和加工工件12平面都經(jīng) CCD顯微探測(cè)器13放大成像并顯示在監(jiān)視器14上，并且可以通過調(diào)節(jié)十字叉絲定位器6 的兩個(gè)旋鈕15使得十字叉絲交點(diǎn)定位在加工工件表面某一位置。當(dāng)激光束11作用在加工 工件12上某一點(diǎn)時(shí)，調(diào)整十字叉絲交點(diǎn)，并使其位于激光加工光斑位置，就可以實(shí)現(xiàn)激 光微加工的精確定位。
所述的精密轉(zhuǎn)盤9包括有分度圓盤24、插入分度圓盤24中的軸芯25和分度手柄26， 分度手柄26包括有共軸連接的固定部分30和旋轉(zhuǎn)部分31，固定部分30和旋轉(zhuǎn)部分31通 過水平齒輪和垂直齒輪與分度圓盤24咬合在一起；還可通過步進(jìn)電機(jī)控制分度圓盤24的 轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的軸芯25頂部安裝有三角爪28。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為 一種紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，用同軸CCD顯微探測(cè)器、 監(jiān)視器、十字叉絲定位器、精密三位移動(dòng)平臺(tái)和精密轉(zhuǎn)盤構(gòu)成紫外激光的精密移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)
和精確定位、監(jiān)視系統(tǒng)，能夠提高激光微加工的精度，能夠滿足目前對(duì)于高精度微小器件
的加工。


圖1是紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)圖2是支撐架系統(tǒng)和同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3是精密轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)其中1、紫外激光器；2、擴(kuò)束光路系統(tǒng)；3、 45。反射鏡；4、聚焦透鏡；5、同軸CCD
顯微監(jiān)視系統(tǒng)；6、十字叉絲定位器；7、支撐架；8、三維移動(dòng)平臺(tái)；9、精密轉(zhuǎn)盤；10、 和計(jì)算機(jī)；11、激光束；12、加工工件；13、同軸CCD顯微探測(cè)器；14、監(jiān)視器；15、旋
鈕；16、固定板；17、連桿套筒；18、底座；19、鋁塊；20、螺絲；21、 45度斜面；22、
鋁殼；23、螺圈；24、分度圓盤；25、軸芯；26、分度手柄；27、轉(zhuǎn)盤底座；28、三角爪； 29、旋鈕；30、固定部分；31、旋轉(zhuǎn)部分。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖l、圖2和圖3詳細(xì)說明本實(shí)施例。
如圖l所示，本實(shí)施例包括波長(zhǎng)為355rai的紫外激光器l、擴(kuò)束光路系統(tǒng)2、 45°反射 鏡3、聚焦透鏡4、同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5、十字叉絲定位器6、支撐架7、三維移動(dòng)平 臺(tái)8、精密轉(zhuǎn)盤9和計(jì)算機(jī)10等部分。其中，紫外激光器1發(fā)出的激光束11經(jīng)過擴(kuò)束系 統(tǒng)2以后水平入射到支撐架7中的45°反射鏡3上，并經(jīng)反射得到的垂直向下的激光束11， 再經(jīng)過聚焦透鏡4，把激光束11聚焦到放置在三維移動(dòng)平臺(tái)8和精密轉(zhuǎn)盤9上面的加工工 件12上；同時(shí)安裝在45°反射鏡3上方的同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5和十字叉絲定位器6實(shí) 現(xiàn)對(duì)加工工件12顯微監(jiān)視觀測(cè)，然后通過計(jì)算機(jī)10控制三維移動(dòng)平臺(tái)8移動(dòng)和精密轉(zhuǎn)盤 9轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件12的精確定位、實(shí)現(xiàn)高精度紫外激光微加工。
如圖2所示，本實(shí)施例中的45。反射鏡3—面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對(duì)于激 光束ll全反射，整個(gè)反射鏡對(duì)于自然光或者自然光范圍內(nèi)的一些波段是透過的。45°反射 鏡3固定在支撐架7上，水平傳輸?shù)募す馐?1經(jīng)過45°反射鏡3的鍍膜面全反射，傳輸方 向變?yōu)樨Q直向下。
同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5包括同軸CCD探測(cè)器13和監(jiān)視器14，其中同軸CCD顯微探 測(cè)器13的放大倍數(shù)是5 200倍。同軸CCD顯微探測(cè)器13處于45°反射鏡3的正上方，可 以通過調(diào)整同軸CCD顯微探測(cè)器13中的光學(xué)組件，使得從加工工件12表面反射的光，經(jīng) 過聚焦透鏡4和45°反射鏡3最后被同軸CCD顯微探測(cè)器13接收，并在監(jiān)視器14上得到 清晰的像。
十字叉絲定位器6的十字叉絲內(nèi)置于同軸CCD顯微探測(cè)器13中，并和監(jiān)視器14 一起 通過數(shù)據(jù)線連接到同軸CCD顯微探測(cè)器13上，十字叉絲和加工工件12平面都經(jīng)CCD顯微 探測(cè)器13放大成像并顯示在監(jiān)視器14上，并且可以通過調(diào)節(jié)十字叉絲定位器6的兩個(gè)旋 鈕15使得十字叉絲交點(diǎn)定位在加工工件表面某一位置。當(dāng)激光束11作用在加工工件12 上某一點(diǎn)時(shí)，調(diào)整十字叉絲交點(diǎn)，并使其位于激光加工光斑位置，就可以實(shí)現(xiàn)激光微加工 的精確定位。
支撐架7由固定板16、連桿套筒17和底座18三大部分組成。固定板16是一塊不銹 鋼板，用來固定45°反射鏡3、聚焦透鏡4、同軸CCD顯微探測(cè)器5等部件；45°反射鏡3 被固定在一個(gè)中部是一個(gè)空心圓的鋁塊19上，鋁塊19再通過螺絲20固定在固定板16上 的一個(gè)45度斜面支柱21上；處于45°反射鏡3正上方的同軸CCD顯微探測(cè)器13固定在一 個(gè)柱狀鋁殼22上，鋁殼22 —側(cè)留有一個(gè)大圓孔以便水平傳輸?shù)募す馐?1能夠通過圓孔 入射到45。反射鏡3上，鋁殼再通過螺絲20固定在固定臺(tái)16上；固定板16跟底座18通 過連桿17連在一起，可以通過升降連桿套筒17上的螺圈23來調(diào)節(jié)固定板16的高度，以 便使水平傳輸?shù)募す馐?1正好穿過鋁殼2中的大圓孔再入射到45°反射鏡3上。
如圖3示，本實(shí)施例中的精密轉(zhuǎn)盤9是由分度圓盤24、軸芯25、分度手柄26和轉(zhuǎn)盤 底座27組成，可以通過軟件控制，也可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)分度手柄26控制。
其中分度圓盤24的下半部分置于轉(zhuǎn)盤底座28中，并通過精密齒輪與被步進(jìn)電機(jī)控制 轉(zhuǎn)動(dòng)，分度圓盤24—周被分成360等分， 一等分為1°；分度圓盤24的中心有一個(gè)同軸的 中空部分用來插軸芯25;
軸芯25分為兩種 一種軸芯插入分度圓盤中時(shí)，更好使分度圓盤24表面形成一個(gè)平 面，以便使加工工件水平地放在分度圓盤25的軸心位置；另一種軸芯25頂部有一個(gè)三角爪28，可以通過調(diào)節(jié)軸芯25中部的旋鈕29使得三角爪28張開或者抓緊，以便夾持同軸 的被加工工件12;
分度手柄26分為固定部分30和旋轉(zhuǎn)部分31，轉(zhuǎn)部分為一個(gè)柱狀分度盤， 一周對(duì)應(yīng)分 度圓盤的5。，每1。被等分成60份，每份為l';固定部分與旋轉(zhuǎn)部分咬合，上面有12等分， 總弧度對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)部分的11'，則精度可以達(dá)到5";另外固定部分30和旋轉(zhuǎn)部分31共軸， 并通過水平齒輪和垂直齒輪與分度圓盤24咬合在一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
本實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)紫外激光的精確定位，提高了激光微加工的精度。
權(quán)利要求1. 紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，包括紫外激光器(1)、擴(kuò)束光路系統(tǒng)(2)、45°反射鏡(3)、聚焦透鏡(4)、支撐架(7)、三維移動(dòng)平臺(tái)(8)和計(jì)算機(jī)(10)；其特征在于還包括有精密轉(zhuǎn)盤(9)、同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)(5)、十字叉絲定位器(6)；其中，45°反射鏡(3)和聚焦透鏡(4)安裝在支撐架(7)上，轉(zhuǎn)盤(9)設(shè)置在三位移動(dòng)平臺(tái)(8)上；紫外激光器(1)發(fā)出的激光束(11)經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)(2)后水平入射到支撐架(7)中的45°反射鏡(3)上，并經(jīng)反射得到的垂直向下的激光束，再經(jīng)過聚焦透鏡(4)把激光束聚焦到放置在轉(zhuǎn)盤(9)上面的加工工件(12)上；在45°反射鏡(3)的上方安裝有用于對(duì)加工工件(12)進(jìn)行監(jiān)視觀測(cè)的同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)(5)和十字叉絲定位器(6)，通過計(jì)算機(jī)(10)控制三維移動(dòng)平臺(tái)(8)移動(dòng)和精密轉(zhuǎn)盤(9)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件(12)的定位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的紫外激光 器(1)的波長(zhǎng)為157nra 390nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的45。反射鏡 (3) —面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對(duì)于激光束(11)全反射，反射鏡(3)對(duì)于自然光或者自然光范圍內(nèi)的一些波段是透過的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的同軸CCD 顯微監(jiān)視系統(tǒng)(5)包括同軸CCD探測(cè)器(13)和監(jiān)視器(14);其中，同軸CCD顯微探測(cè) 器(13)的放大倍數(shù)是5 200倍，同軸CCD顯微探測(cè)器(13)處于45°反射鏡(3)的正 上方，可以通過調(diào)整同軸CCD顯微探測(cè)器(13)中的光學(xué)組件，使得從加工工件(12)表 面反射的光，經(jīng)過聚焦透鏡(4)和45°反射鏡(3)最后被同軸CCD顯微探測(cè)器(13)接 收，并在監(jiān)視器(14)上得到清晰的像。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的十字叉絲 定位器(6)的十字叉絲內(nèi)置于同軸CCD顯微探測(cè)器(13)中，并和監(jiān)視器(14) 一起通 過數(shù)據(jù)線連接到同軸CCD顯微探測(cè)器(13)上，十字叉絲和加工工件(12)平面都經(jīng)CCD 顯微探測(cè)器(13)放大成像并顯示在監(jiān)視器(14)上，并且可以通過調(diào)節(jié)十字叉絲定位器(6)的兩個(gè)旋鈕(15)使得十字叉絲交點(diǎn)定位在加工工件表面某一位置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的精密轉(zhuǎn)盤 (9)包括有分度圓盤(24)、插入分度圓盤(24)中的軸芯(25)和分度手柄(26)，分度手柄(26)包括有共軸連接的固定部分(30)和旋轉(zhuǎn)部分(31)，固定部分(30)和旋 轉(zhuǎn)部分(31)通過水平齒輪和垂直齒輪與分度圓盤(24)咬合在一起；還可通過步進(jìn)電機(jī) 控制分度圓盤(24)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的軸芯<25)頂 部安裝有三角爪(28)。
專利摘要本實(shí)用新型是用于激光微加工領(lǐng)域的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)。本系統(tǒng)包含紫外激光器、擴(kuò)束光路系統(tǒng)、45°反射鏡、聚焦透鏡、同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)、十字叉絲定位器、支撐架、三維移動(dòng)平臺(tái)和一個(gè)精密轉(zhuǎn)盤等部分。激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過一個(gè)擴(kuò)束系統(tǒng)以后水平入射到支撐架中的45°反射鏡上，經(jīng)過45°反射鏡反射得到的垂直向下的激光束再經(jīng)過聚焦透鏡，把激光束匯聚到放置在三維移動(dòng)平臺(tái)和精密轉(zhuǎn)盤上面的加工工件上，同時(shí)安裝在45°反射鏡上方的同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)和十字叉絲定位器實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件顯微監(jiān)視觀測(cè)，然后通過移動(dòng)三維移動(dòng)平臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)精密轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件的精確定位和高精度激光微加工。
文檔編號(hào)B23K26/02GK201076969SQ20072017341
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者于振聲, 王旭葆, 翟立斌, 趙宏亮, 陳繼民 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)