一種聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)，包括コ字形支撐架、導(dǎo)光機(jī)構(gòu)、聚焦透鏡、聚焦透鏡座、聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)筒和固定套筒；聚焦透鏡為變曲率透鏡，外形為圓片形，表面為非球面，聚焦透鏡固定安裝在聚焦透鏡座上，與聚焦透鏡座聯(lián)動(dòng)，固定套筒的上端緊固連接在頂板的內(nèi)側(cè)，固定套筒的下端通過(guò)軸承與旋轉(zhuǎn)筒連接，使得旋轉(zhuǎn)筒可自由旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)光機(jī)構(gòu)與聚焦透鏡座的安裝方位應(yīng)使得外部入射的激光束經(jīng)過(guò)45度反射鏡的轉(zhuǎn)折之后，垂直進(jìn)入聚焦透鏡，之后聚焦在工件表面。本實(shí)用新型的加工焦距隨著鏡片旋轉(zhuǎn)而連續(xù)周期性變化，結(jié)合光束移動(dòng)，使得激光始終聚焦在激光燒蝕而露出來(lái)的新表面，能量更集中，刻蝕更精細(xì)，效率更高。
【專利說(shuō)明】一種聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于激光刻蝕加工領(lǐng)域，具體涉及一種聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光刻蝕加工在激光加工中屬于激光去除類，也可以稱之為蒸發(fā)加工，是基于激光與被加工材料相互作用引起物態(tài)變化形成的熱物理效應(yīng)，以及各種能量變化產(chǎn)生的綜合結(jié)果。影響加工質(zhì)量的主要因素取決于激光的波長(zhǎng)、激光功率密度、光束質(zhì)量、聚焦?fàn)顟B(tài)和被加工材料本身的物理特性等參數(shù)。
[0003]激光束初始經(jīng)過(guò)聚焦透鏡后照射在處于焦平面的工件上，使被加工材料表面的溫度迅速上升。當(dāng)溫度上升到接近于材料的蒸發(fā)溫度時(shí)，激光對(duì)材料的去除加工開始進(jìn)行。此時(shí)固態(tài)金屬發(fā)生強(qiáng)烈的相變，最先金屬開始融化，之后一部分開始汽化。隨著溫度不斷上升，金屬蒸汽攜帶著液相物質(zhì)以極高的速度從液相底部猛烈的噴濺出來(lái)，從而將底部新的表面暴露在激光束照射之下，從而持續(xù)產(chǎn)生熔化、蒸發(fā)與噴濺。通過(guò)這種不斷的照射、熔化-蒸發(fā)、噴濺、照射，直至達(dá)到要求的激光刻蝕深度或穿透整個(gè)工件材料。與此同時(shí)，激光束按照設(shè)定的速度和路徑移動(dòng)，以獲得要求的激光刻蝕加工溝槽。
[0004]顯然，在激光刻蝕過(guò)程中，隨著激光照射、熔化-蒸發(fā)、噴濺的不斷進(jìn)行，新生成的被照射表面越來(lái)越矮，亦即距離激光束的初始焦平面越來(lái)越遠(yuǎn)，從而產(chǎn)生越來(lái)越大的離焦量，這種離焦量的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致激光光斑變大、能量分散，進(jìn)一步使得加工的溝槽變寬、加工效率降低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種焦距動(dòng)態(tài)變化、能量更集中、刻蝕更精細(xì)、效率更高的聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)，包括-字形支撐架、導(dǎo)光機(jī)構(gòu)、聚焦透鏡、聚焦透鏡座、聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)筒和固定套筒；
[0008]所述-字形支撐架包括頂板、底板和連接頂板與底板的豎直支撐板，所述豎直支撐板上開設(shè)有激光入射孔和用于將-字形支撐架固定到加工機(jī)床上的多個(gè)螺釘孔；
[0009]所述聚焦透鏡為一變曲率透鏡，外形為圓片形，表面為非球面，其曲率特征是沿距其中心R的圓周上，其曲率半徑沿該圓周連續(xù)變化，使得對(duì)特定激光波長(zhǎng)，沿該圓周上的焦距連續(xù)變化；
[0010]所述聚焦透鏡座呈圓環(huán)形，所述聚焦透鏡固定安裝在聚焦透鏡座的圓環(huán)中空部分，與聚焦透鏡座聯(lián)動(dòng)，所述聚焦透鏡的中心軸線與聚焦透鏡座的中心軸線重合；
[0011]所述固定套筒的上端緊固連接在頂板的內(nèi)側(cè)，固定套筒的下端通過(guò)軸承與旋轉(zhuǎn)筒連接，使得旋轉(zhuǎn)筒可自由旋轉(zhuǎn)；[0012]所述固定套筒的上端緊固連接在頂板的內(nèi)側(cè)，固定套筒的下端通過(guò)軸承與旋轉(zhuǎn)筒連接，使得旋轉(zhuǎn)筒可自由旋轉(zhuǎn)；
[0013]所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)45度反射鏡，所述45度反射鏡安裝在固定套筒內(nèi)，所述固定套筒的側(cè)面上設(shè)置有導(dǎo)光孔；
[0014]所述45度反射鏡的安裝方位應(yīng)該使得從激光入射孔和導(dǎo)光孔入射的激光束經(jīng)45度反射鏡的反射后，其光路行進(jìn)方向轉(zhuǎn)折到豎直向下，即與聚焦透鏡座的中心軸線平行；
[0015]所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪和從動(dòng)輪,所述主動(dòng)輪由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述從動(dòng)輪與主動(dòng)輪嚙合；
[0016]所述從動(dòng)輪中心設(shè)置有圓孔，其上端面邊沿與旋轉(zhuǎn)筒下端的法蘭固定連接在一起，圓孔的內(nèi)壁上設(shè)置有有用于安裝聚焦透鏡座的第一環(huán)形臺(tái)階；旋轉(zhuǎn)筒為空心環(huán)形，環(huán)形內(nèi)腔的底部設(shè)置有第二環(huán)形臺(tái)階，所述聚焦透鏡座的直徑恰好與第一環(huán)形臺(tái)階和第二環(huán)形臺(tái)階匹配，使得聚焦透鏡座可以水平擱置在第一環(huán)形臺(tái)階上，由第二環(huán)形臺(tái)階壓緊，并且使得聚焦透鏡座的中心軸線與從動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)軸線重合；
[0017]所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)與聚焦透鏡座的安裝方位應(yīng)使得外部入射的激光束經(jīng)過(guò)45度反射鏡的轉(zhuǎn)折之后，垂直進(jìn)入聚焦透鏡，之后聚焦在工件表面。
[0018]優(yōu)選的，所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)輪為蝸桿，從動(dòng)輪為蝸輪。
[0019]本實(shí)用新型所述的聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)的加工焦距隨著鏡片旋轉(zhuǎn)而連續(xù)周期性變化 ，結(jié)合工件相對(duì)于光束的移動(dòng)，使得激光始終聚焦在激光燒蝕而露出來(lái)的新表面，能量更集中，刻蝕更精細(xì)，效率更高。光路自旋轉(zhuǎn)也有益于聚焦鏡片散熱，旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的鏡片附近空氣流動(dòng)加快，散熱更好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型所述聚焦光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為聚焦透鏡座的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖中各標(biāo)號(hào)的含義為:
[0023]聚焦透鏡1、45度反射鏡2、旋轉(zhuǎn)筒3、固定套筒4、^字形支撐架5、推力滾子軸承6、導(dǎo)光孔7、激光入射孔8、螺釘孔9、驅(qū)動(dòng)電機(jī)10、主動(dòng)輪11、從動(dòng)輪12。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)，其特征在于，包括〕字形支撐架5、導(dǎo)光機(jī)構(gòu)、聚焦透鏡1、聚焦透鏡座、聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)筒3和固定套筒4;
[0026]所述口字形支撐架5包括頂板、底板和連接頂板與底板的豎直支撐板，所述豎直支撐板上開設(shè)有激光入射孔8和用于將口字形支撐架5固定到加工機(jī)床上的多個(gè)螺釘孔9。
[0027]所述聚焦透鏡I為一變曲率透鏡，外形為圓片形，表面為非球面，其曲率特征是沿距其中心R(R小于透鏡半徑)的圓周上，其曲率半徑沿該圓周連續(xù)變化，使得對(duì)特定激光波長(zhǎng)，沿該圓周上的焦距連續(xù)變化；
[0028]所述聚焦透鏡座呈圓環(huán)形，所述聚焦透鏡I固定安裝在聚焦透鏡座的圓環(huán)中空部分，與聚焦透鏡座聯(lián)動(dòng)，所述聚焦透鏡I的中心軸線與聚焦透鏡座的中心軸線重合；
[0029]所述固定套筒4的上端通過(guò)螺釘緊固連接在頂板的內(nèi)側(cè)，固定套筒4的下端通過(guò)推力滾子軸承6與旋轉(zhuǎn)筒3連接，這樣使得旋轉(zhuǎn)筒3可以自由旋轉(zhuǎn)。
[0030]所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)45度反射鏡2，所述45度反射鏡2安裝在固定套筒4內(nèi)，所述固定套筒4的側(cè)面上設(shè)置有導(dǎo)光孔7。
[0031]所述45度反射鏡2的安裝方位應(yīng)該使得從激光入射孔8和導(dǎo)光孔7入射的激光束經(jīng)45度反射鏡2的反射后，其光路行進(jìn)方向轉(zhuǎn)折到豎直向下，即與聚焦透鏡座的中心軸線平行。
[0032]所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)10、主動(dòng)輪11和從動(dòng)輪12,所述主動(dòng)輪11由驅(qū)動(dòng)電機(jī)10帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),所述從動(dòng)輪12與主動(dòng)輪11嚙合實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞；
[0033]所述從動(dòng)輪12中心設(shè)置有圓孔，其上端面邊沿通過(guò)螺釘與旋轉(zhuǎn)筒3下端的法蘭固定連接在一起，圓孔的內(nèi)壁上設(shè)置有有用于安裝聚焦透鏡座的第一環(huán)形臺(tái)階；旋轉(zhuǎn)筒3為空心環(huán)形，環(huán)形內(nèi)腔的底部設(shè)置有第二環(huán)形臺(tái)階，所述聚焦透鏡座的直徑恰好與第一環(huán)形臺(tái)階和第二環(huán)形臺(tái)階匹配，使得聚焦透鏡座可以水平擱置在第一環(huán)形臺(tái)階上，由第二環(huán)形臺(tái)階壓緊，并且使得聚焦透鏡座的中心軸線與從動(dòng)輪12的旋轉(zhuǎn)軸線重合；
[0034]所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)與聚焦透鏡座的安裝方位應(yīng)使得外部入射的激光束經(jīng)過(guò)45度反射鏡2的轉(zhuǎn)折之后，垂直入射進(jìn)入聚焦透鏡1，其在聚焦透鏡I上的入射位置位于與聚焦透鏡I的中心距為R(R小于透鏡半徑)的圓周上，之后聚焦在工件表面，聚焦透鏡I的曲率半徑沿該圓周連續(xù)變化，使得對(duì)特定激光波長(zhǎng)，沿該圓周上的焦距連續(xù)變化。
[0035]進(jìn)一步的，所述聚焦透鏡I也可以是由多片組合的、可變曲率的透鏡組，通過(guò)膠合透鏡形式構(gòu)成組合透鏡，只要其滿足曲率特征是沿距其中心距離為R(R小于透鏡半徑)的圓周上，其曲率半徑沿該圓周連續(xù)變化，使得對(duì)特定激光波長(zhǎng)，沿該圓周上的焦距連續(xù)變化。
[0036]由于聚焦透鏡I為非球面、變曲率透鏡，不同部位的聚焦焦距不同。因此通過(guò)聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)使得聚焦透鏡座和聚焦透鏡I旋轉(zhuǎn)，可以使得加工焦距隨著鏡片旋轉(zhuǎn)而連續(xù)周期性變化，結(jié)合工件相對(duì)于光束的移動(dòng)，使得激光始終聚焦在激光燒蝕而露出來(lái)的新表面。
[0037]本實(shí)施例中所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)輪11為蝸桿，從動(dòng)輪12為蝸輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)10固定在豎直支撐板上，其輸出軸與蝸桿的一端相連，蝸桿的另一端通過(guò)軸承支撐安裝在底板上；所述蝸桿和蝸輪嚙合。當(dāng)然聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還可以采用其他結(jié)構(gòu)，只要其能驅(qū)動(dòng)聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)即可。
[0038]本實(shí)用新型可改變?yōu)槎喾N方式對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認(rèn)為脫離本實(shí)用新型的范圍。所有這樣的對(duì)所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)，其特征在于，包括-字形支撐架(5)、導(dǎo)光機(jī)構(gòu)、聚焦透鏡(I)、聚焦透鏡座、聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)筒(3)和固定套筒(4)； 所述-字形支撐架(5)包括頂板、底板和連接頂板與底板的豎直支撐板，所述豎直支撐板上開設(shè)有激光入射孔(8)和用于將-字形支撐架(5)固定到加工機(jī)床上的多個(gè)螺釘孔(9)； 所述聚焦透鏡(I)為一變曲率透鏡，外形為圓片形，表面為非球面，其曲率特征是沿距其中心為R的圓周上，曲率半徑沿該圓周連續(xù)變化； 所述聚焦透鏡座(2)呈圓環(huán)形，所述聚焦透鏡(I)固定安裝在聚焦透鏡座(2)的圓環(huán)中空部分，與聚焦透鏡座(2)聯(lián)動(dòng)，所述聚焦透鏡(I)的中心軸線與聚焦透鏡座(2)的中心軸線重合； 所述固定套筒(4)的上端緊固連接在頂板的內(nèi)側(cè)，固定套筒(4)的下端通過(guò)軸承(6)與旋轉(zhuǎn)筒(3)連接，使得旋轉(zhuǎn)筒(3)可自由旋轉(zhuǎn)； 所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)45度反射鏡(2)，所述45度反射鏡(2)安裝在固定套筒(4)內(nèi)，所述固定套筒(4)的側(cè)面上設(shè)置有導(dǎo)光孔(7)； 所述45度反射鏡(2)的安裝方位應(yīng)該使得從激光入射孔(8)和導(dǎo)光孔(7)入射的激光束經(jīng)45度反射鏡(2)的反射后，其光路行進(jìn)方向轉(zhuǎn)折到豎直向下，即與聚焦透鏡座的中心軸線平行； 所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(10)、主動(dòng)輪(11)和從動(dòng)輪(12),所述主動(dòng)輪(11)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(10)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),所述從動(dòng)輪(12)與主動(dòng)輪(11)嚙合； 所述從動(dòng)輪(12)中心設(shè)置有圓孔，其上端面邊沿通過(guò)螺釘與旋轉(zhuǎn)筒(3)下端的法蘭固定連接在一起，圓孔的內(nèi)壁上設(shè)置有有用于安裝聚焦透鏡座(2)的第一環(huán)形臺(tái)階；旋轉(zhuǎn)筒(3)為空心環(huán)形，環(huán)形內(nèi)腔的底部設(shè)置有第二環(huán)形臺(tái)階，所述聚焦透鏡座(2)的直徑恰好與第一環(huán)形臺(tái)階和第二環(huán)形臺(tái)階匹配，使得聚焦透鏡座(2)可以水平擱置在第一環(huán)形臺(tái)階上，由第二環(huán)形臺(tái)階壓緊，并且使得聚焦透鏡座(2)的中心軸線與從動(dòng)輪(12)的旋轉(zhuǎn)軸線重合； 所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)與聚焦透鏡座(2)的安裝方位應(yīng)使得外部入射的激光束經(jīng)過(guò)45度反射鏡(2)的轉(zhuǎn)折之后，垂直進(jìn)入聚焦透鏡(I)，之后聚焦在工件表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦鏡旋轉(zhuǎn)的激光刻蝕加工光路系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)輪(11)為蝸桿，從動(dòng)輪(12)為蝸輪。
【文檔編號(hào)】B23K26/046GK203778968SQ201420172971
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】余婷婷, 曹宇, 魏鑫磊, 蔡豐勇, 李峰平, 余德格 申請(qǐng)人:溫州大學(xué), 溫州百岸汽車零部件有限公司