一種基于擺角壓縮的精密激光加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于擺角壓縮的精密激光加工
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]激光微加工日新月異，激光光源、外光路、視覺(jué)定位、振鏡、線性運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等配套資源越來(lái)越完善。在微加工光束空間控制方面，線性運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可以高精度運(yùn)動(dòng)，但是由于慣性很大，運(yùn)動(dòng)范圍很小，運(yùn)動(dòng)速度與加速度上不去，振鏡有很快的光束掃描能力，但是，振鏡在進(jìn)行精細(xì)掃描的時(shí)候，例如進(jìn)行50微米以下的掃描運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，為了保障掃描的精度，掃描頻率就上不去，目前最高掃描速度CPS不超過(guò)125，即采用160mm焦距的平場(chǎng)掃描鏡每秒鐘掃描Imm線段不超過(guò)125個(gè)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于擺角壓縮的精密激光加工裝置，適合于激光精細(xì)微加工。
[0004]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:
[0005]本實(shí)用新型提供了一種基于擺角壓縮的精密激光加工裝置，包括高速掃描振鏡、光束擺角壓縮模塊、角度切換振鏡、光束平場(chǎng)聚焦模塊和振鏡實(shí)時(shí)控制模塊；
[0006]所述高速掃描振鏡與所述光束擺角壓縮模塊通過(guò)光路耦合，所述高速掃描振鏡將入射光束進(jìn)行角度調(diào)制后形成的第一光束輸出至所述光束擺角壓縮模塊;所述光束擺角壓縮模塊與所述角度切換振鏡通過(guò)光路耦合，所述光束擺角壓縮模塊將第一光束的擺角幅度進(jìn)行壓縮后形成的第二光束輸出至所述角度切換振鏡;所述角度切換振鏡與所述光束平場(chǎng)聚焦模塊通過(guò)光路耦合，所述角度切換振鏡將第二光束進(jìn)行角度切換后形成的第三光束輸出至所述光束平場(chǎng)聚焦模塊，所述光束平場(chǎng)聚焦模塊將第三光束進(jìn)行平場(chǎng)聚焦后入射待加工工件進(jìn)行激光加工;所述振鏡實(shí)時(shí)控制模塊分別與所述高速掃描振鏡和所述角度切換振鏡連接，采用同一時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)控制所述高速掃描振鏡和所述角度切換振鏡協(xié)調(diào)工作。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果為:通過(guò)高速掃描振鏡對(duì)入射光束進(jìn)行角度調(diào)制，使高速掃描振鏡工作在最佳掃描頻率范圍內(nèi)獲得最快掃描頻率，經(jīng)光束擺角壓縮模塊壓縮光束擺動(dòng)角度幅度獲得精細(xì)掃描角度分辨率，再經(jīng)角度切換振鏡和光束平場(chǎng)聚焦模塊配合進(jìn)行大面積掃描聚焦，振鏡實(shí)時(shí)控制模塊實(shí)時(shí)控制高速掃描振鏡和角度切換振鏡，形成超精細(xì)、高速、大面積、多振鏡實(shí)時(shí)同步掃描精密微加工效果，非常符合實(shí)際激光加工的需求。
[0008]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以作如下改進(jìn)。
[0009]進(jìn)一步的，所述高速掃描振鏡包括至少兩套空間交叉放置的高速掃描振鏡單元，每一套所述高速掃描振鏡單元包括高速掃描振鏡反射鏡以及用于控制所述高速掃描振鏡反射鏡進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的高速掃描振鏡電機(jī)；
[0010]所述高速掃描振鏡單元由振鏡打標(biāo)卡輸出電壓信號(hào)控制高速掃描振鏡單元鏡片的擺動(dòng)角度，即高速掃描振鏡單元反射鏡的擺動(dòng)角度是由高速掃描振鏡單元以外的板卡信號(hào)控制。
[0011]所述角度切換振鏡包括至少兩套空間交叉放置的切換振鏡單元，每一套所述切換振鏡單元包括切換振鏡反射鏡以及用于控制所述切換振鏡反射鏡進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的切換振鏡電機(jī)。
[0012]進(jìn)一步的，所述振鏡實(shí)時(shí)控制模塊包括中央處理器CPU單元和與所述CPU單元連接的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列FPGA單元，所述FPGA單元與所述高速掃描振鏡以及所述角度切換振鏡分別連接。
[0013]所述進(jìn)一步的有益效果為:采用振鏡實(shí)時(shí)控制模塊進(jìn)行高速掃描振鏡和角度切換振鏡的協(xié)調(diào)控制，使兩者實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)工作，兩者之間不存在相互等待，實(shí)現(xiàn)高速高效的激光微加工。
[0014]進(jìn)一步的，所述空間交叉放置是指空間正交放置。
[0015]進(jìn)一步的，所述高速掃描振鏡每秒掃描字符數(shù)大于500。
[0016]所述進(jìn)一步的有益效果為:尚速掃描振鏡的掃描頻率尚，可以提尚后續(xù)激光加工效率。
[0017]進(jìn)一步的，所述光束擺角壓縮模塊為角度壓縮率固定或者角度壓縮率可調(diào)的光束擺角壓縮模塊。
[0018]所述進(jìn)一步的有益效果為:光束擺角壓縮模塊的壓縮率可以固定，也可以調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)方式靈活。
[0019]進(jìn)一步的，當(dāng)所述光束擺角壓縮模塊的角度壓縮率固定時(shí)，所述光束擺角壓縮模塊包括外殼以及安裝于所述外殼內(nèi)的多個(gè)串聯(lián)的透鏡；
[0020]當(dāng)所述光束擺角壓縮模塊的角度壓縮率可調(diào)時(shí)，所述光束擺角壓縮模塊包括外殼、安裝于所述外殼內(nèi)的多個(gè)串聯(lián)的透鏡以及調(diào)節(jié)所述多個(gè)透鏡之間間距的驅(qū)動(dòng)單元。
[0021]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)單元為手動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元或者電動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元。
[0022]進(jìn)一步的，所述光束擺角壓縮模塊的角度壓縮率為5%?20%。
[0023]所述進(jìn)一步的有益效果為:將光束擺角幅度壓縮到一個(gè)合適的幅度，既能實(shí)現(xiàn)激光的快速加工，也能夠?qū)崿F(xiàn)超精細(xì)、高速以及大幅度掃描加工。
[0024]進(jìn)一步的，所述光束擺角壓縮模塊的光束入口距離所述高速掃描振鏡小于300毫米。
[0025]所述進(jìn)一步的有益效果為:縮短光束擺角壓縮模塊的光束入口與高速掃描振鏡的距離，有利于減少第一光束在光束擺角壓縮模塊的光束入口的位移，從而減少后續(xù)激光聚焦像差，有利于后續(xù)激光聚焦質(zhì)量。
[0026]進(jìn)一步，所述高速掃描振鏡為共振振鏡。共振振鏡是一款小巧、高頻的掃描振鏡，其標(biāo)稱頻率可達(dá)3938或7910Hz，甚至更高。共振振鏡的鏡片擺動(dòng)是由共振振鏡本身共振驅(qū)動(dòng)的，鏡片的共振使得照射其上的激光光束進(jìn)行擺動(dòng)。該共振振鏡由兩根旋轉(zhuǎn)棒構(gòu)成，可在相反相位上形成共振。這種扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生相同或相反的扭矩，并在其連接的外殼上抵消。理論上來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械振動(dòng)能消除所有外接的振動(dòng)。為了使不穩(wěn)定性降到最低，旋轉(zhuǎn)棒頂端鏡片的扭轉(zhuǎn)慣量必須與振鏡轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)慣量相同。因此共振振鏡能在4KHz和8KHz頻率下分別達(dá)到20和15度的掃描角度。美國(guó)CTI公司生產(chǎn)的共振振鏡，可以輸出振鏡擺角相位同步信號(hào)，可以動(dòng)態(tài)改變共振振鏡鏡片擺角大小，擁有速度反饋，使振幅更為穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)易損部件，低功耗，散發(fā)熱量少，體積小巧，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此很適合一些領(lǐng)域的激光光束掃描。
[0027]進(jìn)一步，所述光束平場(chǎng)聚焦模塊為普通平場(chǎng)掃描聚焦鏡或者遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡，所述普通平場(chǎng)掃描聚焦鏡或者遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡對(duì)光束進(jìn)行聚焦后，激光光束焦點(diǎn)在平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦平面上的移動(dòng)距離與平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦距成正比，與平場(chǎng)掃描聚焦鏡入口光束和平場(chǎng)掃描聚焦鏡光軸夾角成正比，一旦平場(chǎng)掃描聚焦鏡選定，平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦距就確定，那么激光光束焦點(diǎn)在平場(chǎng)掃描聚焦鏡焦平面上的移動(dòng)距離理論上只與平場(chǎng)掃描聚焦鏡入口光束和平場(chǎng)掃描聚焦鏡光軸夾角成正比。由于所述光束擺角壓縮模塊對(duì)所述高速掃描振鏡高頻率掃描的激光光束掃描角度進(jìn)行了壓縮，因而獲得精細(xì)分辨率的光束擺角角度，經(jīng)過(guò)所述光束平場(chǎng)聚焦模塊后，獲得精細(xì)的激光焦點(diǎn)位移分辨率。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的一種基于擺角壓縮的精密激光加工裝置示意圖；
[0029]圖2為實(shí)施例1中振鏡實(shí)時(shí)控制模塊與高速掃描振鏡以及角度切換振鏡之間的連接示意圖；
[0030]圖3為實(shí)施例1中振鏡實(shí)時(shí)控制模塊采用同一時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)控制高速掃描振鏡和角度切換振鏡的示意圖。
[0031 ]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0032]1、入射光束，2、高速掃描振鏡，201、高速掃描振鏡第二電機(jī)主軸，202、高速掃描振鏡第二反射鏡，203、高速掃描振鏡第一反射光束，204、高速掃描振鏡第一電機(jī)，205、高速掃描振鏡第一電機(jī)主軸，206、高速掃描振鏡第一反射鏡，3、第一光束，31、第一出射光線，4、光束擺角壓縮模塊，401、外殼，402、凹透鏡，403、凸透鏡，5、第二光束，6、角度切換振鏡，601、角度切換振鏡第二電機(jī)主軸，602、角度切換振鏡第二反射鏡，603、角度切換振鏡第一反射光束，604、角度切換振鏡第一電機(jī)，605、角度切換振鏡第一電機(jī)主軸，606、角度切換振鏡第一反射鏡，7、第三光束，8、光束平場(chǎng)