紫外雷射微加工精確定位系統的製作方法

2023-05-09 13:42:56

專利名稱：紫外雷射微加工精確定位系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種紫外雷射微加工精確定位系統，屬於雷射微加工領域。
技術背景
雷射微加工一般所指加工尺寸在幾個到幾百微米的工藝過程。作為雷射加工的一個分 支，雷射微加工在過去十年被廣泛關注，它主要是利用高能量密度的雷射束對材料進行直 接的雷射燒蝕加工，微小區域的固體材料吸收雷射的能量使得材料熔化或者氣化並從加工 表面噴射出來，達到加工目的。雷射微加工技術的基本特點包括雷射束的能量密度高、 加工速度快、熱影響區小、非接觸、效率高、成本低、易於實現自動化等優點。
隨著科技水平的逐步提高，雷射微加工如雷射微打孔、雷射微切割、雷射打標、雷射 清洗等在電子、通訊、化工、食品、生物醫療等方面的應用也越來越廣；而對於紫外雷射 器，由於其波長短，聚焦雷射束可以得到更小的光斑尺寸，在雷射微加工領域被廣泛採用； 同時由於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，而且加工材料許多都比較昂貴，成品率都要求也比較高，這樣對加工工件的精確定位顯得尤為重要。
但是目前雷射精密加工中都缺少同軸的監視系統以及定位系統，定位精度不高，對於 精度要求很高的工件進行周期性結構加工精度不能夠滿足要求。這就需要設計一套適用於 雷射微加工的精密定位系統來滿足加工要求
實用新型內容
:
本實用新型的目的是設計一種適合於紫外雷射微加工的精密定位系統，來改進對於雷射微加工精確定位的需求。
為了實現上述目的，本實用新型採取了如下技術方案。包括紫外雷射器1、擴束光路 系統2、 45。反射鏡3、聚焦透鏡4、支撐架7、三維移動平臺8和計算機10;其特徵在於 還包括有精密轉盤9、同軸CCD顯微監視系統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，精密轉盤9設置在三位移動平臺8上；紫外雷射器l發
出的雷射束11經過擴束系統2後水平入射到支撐架7中的45°反射鏡3上，並經反射得到 的垂直向下的雷射束，再經過聚焦透鏡4把雷射束聚焦到放置在精密轉盤9上面的加工工 件12上；在45°反射鏡3的上方安裝有用於對加工工件12進行監視觀測的同軸CCD顯微 監視系統5和十字叉絲定位器6，通過計算機10控制三維移動平臺8移動和精密轉盤9轉 動實現對加工工件12的定位。
所述的紫外雷射器1的波長為157nm 390nm。
所述的45°反射鏡3—面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對於雷射束ll全反射，反射 鏡3對於自然光或者自然光範圍內的一些波段是透過的。
所述的同軸CCD顯微監視系統5包括同軸CCD探測器13和監視器14;其中，同軸CCD 顯微探測器13的放大倍數是5 200倍，同軸CCD顯微探測器13處於45°反射鏡3的正上 方，可以通過調整同軸CCD顯微探測器13中的光學組件，使得從加工工件12表面反射的 光，經過聚焦透鏡4和45。反射鏡3最後被同軸CCD顯微探測器13接收，並在監視器14 上得到清晰的像。
所述的十字叉絲定位器6的十字叉絲內置於同軸CCD顯微探測器13中，並和監視器 14 一起通過數據線連接到同軸CCD顯微探測器13上，十字叉絲和加工工件12平面都經 CCD顯微探測器13放大成像並顯示在監視器14上，並且可以通過調節十字叉絲定位器6 的兩個旋鈕15使得十字叉絲交點定位在加工工件表面某一位置。當雷射束11作用在加工 工件12上某一點時，調整十字叉絲交點，並使其位於雷射加工光斑位置，就可以實現激 光微加工的精確定位。
所述的精密轉盤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和旋轉部分31，固定部分30和旋轉部分31通 過水平齒輪和垂直齒輪與分度圓盤24咬合在一起；還可通過步進電機控制分度圓盤24的 轉動。
所述的軸芯25頂部安裝有三角爪28。
本實用新型的優點為 一種紫外雷射微加工精確定位系統，用同軸CCD顯微探測器、 監視器、十字叉絲定位器、精密三位移動平臺和精密轉盤構成紫外雷射的精密移動、轉動
和精確定位、監視系統，能夠提高雷射微加工的精度，能夠滿足目前對於高精度微小器件
的加工。


圖1是紫外雷射微加工精確定位系統裝置簡圖2是支撐架系統和同軸CCD顯微監視系統結構簡圖3是精密轉盤結構簡其中1、紫外雷射器；2、擴束光路系統；3、 45。反射鏡；4、聚焦透鏡；5、同軸CCD
顯微監視系統；6、十字叉絲定位器；7、支撐架；8、三維移動平臺；9、精密轉盤；10、 和計算機；11、雷射束；12、加工工件；13、同軸CCD顯微探測器；14、監視器；15、旋
鈕；16、固定板；17、連杆套筒；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、轉盤底座；28、三角爪； 29、旋鈕；30、固定部分；31、旋轉部分。
具體實施方式
下面結合圖l、圖2和圖3詳細說明本實施例。
如圖l所示，本實施例包括波長為355rai的紫外雷射器l、擴束光路系統2、 45°反射 鏡3、聚焦透鏡4、同軸CCD顯微監視系統5、十字叉絲定位器6、支撐架7、三維移動平 臺8、精密轉盤9和計算機10等部分。其中，紫外雷射器1發出的雷射束11經過擴束系 統2以後水平入射到支撐架7中的45°反射鏡3上，並經反射得到的垂直向下的雷射束11， 再經過聚焦透鏡4，把雷射束11聚焦到放置在三維移動平臺8和精密轉盤9上面的加工工 件12上；同時安裝在45°反射鏡3上方的同軸CCD顯微監視系統5和十字叉絲定位器6實 現對加工工件12顯微監視觀測，然後通過計算機10控制三維移動平臺8移動和精密轉盤 9轉動實現對加工工件12的精確定位、實現高精度紫外雷射微加工。
如圖2所示，本實施例中的45。反射鏡3—面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對於激 光束ll全反射，整個反射鏡對於自然光或者自然光範圍內的一些波段是透過的。45°反射 鏡3固定在支撐架7上，水平傳輸的雷射束11經過45°反射鏡3的鍍膜面全反射，傳輸方 向變為豎直向下。
同軸CCD顯微監視系統5包括同軸CCD探測器13和監視器14，其中同軸CCD顯微探 測器13的放大倍數是5 200倍。同軸CCD顯微探測器13處於45°反射鏡3的正上方，可 以通過調整同軸CCD顯微探測器13中的光學組件，使得從加工工件12表面反射的光，經 過聚焦透鏡4和45°反射鏡3最後被同軸CCD顯微探測器13接收，並在監視器14上得到 清晰的像。
十字叉絲定位器6的十字叉絲內置於同軸CCD顯微探測器13中，並和監視器14 一起 通過數據線連接到同軸CCD顯微探測器13上，十字叉絲和加工工件12平面都經CCD顯微 探測器13放大成像並顯示在監視器14上，並且可以通過調節十字叉絲定位器6的兩個旋 鈕15使得十字叉絲交點定位在加工工件表面某一位置。當雷射束11作用在加工工件12 上某一點時，調整十字叉絲交點，並使其位於雷射加工光斑位置，就可以實現雷射微加工 的精確定位。
支撐架7由固定板16、連杆套筒17和底座18三大部分組成。固定板16是一塊不鏽 鋼板，用來固定45°反射鏡3、聚焦透鏡4、同軸CCD顯微探測器5等部件；45°反射鏡3 被固定在一個中部是一個空心圓的鋁塊19上，鋁塊19再通過螺絲20固定在固定板16上 的一個45度斜面支柱21上；處於45°反射鏡3正上方的同軸CCD顯微探測器13固定在一 個柱狀鋁殼22上，鋁殼22 —側留有一個大圓孔以便水平傳輸的雷射束11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16上；固定板16跟底座18通 過連杆17連在一起，可以通過升降連杆套筒17上的螺圈23來調節固定板16的高度，以 便使水平傳輸的雷射束11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，本實施例中的精密轉盤9是由分度圓盤24、軸芯25、分度手柄26和轉盤 底座27組成，可以通過軟體控制，也可以通過轉動分度手柄26控制。
其中分度圓盤24的下半部分置於轉盤底座28中，並通過精密齒輪與被步進電機控制 轉動，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，更好使分度圓盤24表面形成一個平 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頂部有一個三角爪28，可以通過調節軸芯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和旋轉部分31，轉部分為一個柱狀分度盤， 一周對應分 度圓盤的5。，每1。被等分成60份，每份為l';固定部分與旋轉部分咬合，上面有12等分， 總弧度對應旋轉部分的11'，則精度可以達到5";另外固定部分30和旋轉部分31共軸， 並通過水平齒輪和垂直齒輪與分度圓盤24咬合在一起轉動。
本實施例能夠實現對紫外雷射的精確定位，提高了雷射微加工的精度。
權利要求1. 紫外雷射微加工精確定位系統，包括紫外雷射器(1)、擴束光路系統(2)、45°反射鏡(3)、聚焦透鏡(4)、支撐架(7)、三維移動平臺(8)和計算機(10)；其特徵在於還包括有精密轉盤(9)、同軸CCD顯微監視系統(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，轉盤(9)設置在三位移動平臺(8)上；紫外雷射器(1)發出的雷射束(11)經過擴束系統(2)後水平入射到支撐架(7)中的45°反射鏡(3)上，並經反射得到的垂直向下的雷射束，再經過聚焦透鏡(4)把雷射束聚焦到放置在轉盤(9)上面的加工工件(12)上；在45°反射鏡(3)的上方安裝有用於對加工工件(12)進行監視觀測的同軸CCD顯微監視系統(5)和十字叉絲定位器(6)，通過計算機(10)控制三維移動平臺(8)移動和精密轉盤(9)轉動實現對加工工件(12)的定位。
2、 根據權利要求1所述的紫外雷射微加工精確定位系統，其特徵在於所述的紫外雷射 器(1)的波長為157nra 390nm。
3、 根據權利要求1所述的紫外雷射微加工精確定位系統，其特徵在於所述的45。反射鏡 (3) —面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對於雷射束(11)全反射，反射鏡(3)對於自然光或者自然光範圍內的一些波段是透過的。
4、 根據權利要求1所述的紫外雷射微加工精確定位系統，其特徵在於所述的同軸CCD 顯微監視系統(5)包括同軸CCD探測器(13)和監視器(14);其中，同軸CCD顯微探測 器(13)的放大倍數是5 200倍，同軸CCD顯微探測器(13)處於45°反射鏡(3)的正 上方，可以通過調整同軸CCD顯微探測器(13)中的光學組件，使得從加工工件(12)表 面反射的光，經過聚焦透鏡(4)和45°反射鏡(3)最後被同軸CCD顯微探測器(13)接 收，並在監視器(14)上得到清晰的像。
5、 根據權利要求1所述的紫外雷射微加工精確定位系統，其特徵在於所述的十字叉絲 定位器(6)的十字叉絲內置於同軸CCD顯微探測器(13)中，並和監視器(14) 一起通 過數據線連接到同軸CCD顯微探測器(13)上，十字叉絲和加工工件(12)平面都經CCD 顯微探測器(13)放大成像並顯示在監視器(14)上，並且可以通過調節十字叉絲定位器(6)的兩個旋鈕(15)使得十字叉絲交點定位在加工工件表面某一位置。
6、 根據權利要求1所述的紫外雷射微加工精確定位系統，其特徵在於所述的精密轉盤 (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)和旋轉部分(31)，固定部分(30)和旋 轉部分(31)通過水平齒輪和垂直齒輪與分度圓盤(24)咬合在一起；還可通過步進電機 控制分度圓盤(24)的轉動。
7、 根據權利要求1所述的紫外雷射微加工精確定位系統，其特徵在於所述的軸芯<25)頂 部安裝有三角爪(28)。
專利摘要本實用新型是用於雷射微加工領域的紫外雷射微加工精確定位系統。本系統包含紫外雷射器、擴束光路系統、45°反射鏡、聚焦透鏡、同軸CCD顯微監視系統、十字叉絲定位器、支撐架、三維移動平臺和一個精密轉盤等部分。雷射器發出的雷射束經過一個擴束系統以後水平入射到支撐架中的45°反射鏡上，經過45°反射鏡反射得到的垂直向下的雷射束再經過聚焦透鏡，把雷射束匯聚到放置在三維移動平臺和精密轉盤上面的加工工件上，同時安裝在45°反射鏡上方的同軸CCD顯微監視系統和十字叉絲定位器實現對加工工件顯微監視觀測，然後通過移動三維移動平臺和轉動精密轉盤實現對加工工件的精確定位和高精度雷射微加工。
文檔編號B23K26/02GK201076969SQ20072017341
公開日2008年6月25日 申請日期2007年9月28日 優先權日2007年9月28日
發明者于振聲, 王旭葆, 翟立斌, 趙宏亮, 陳繼民 申請人:北京工業大學