CN110052723A - 一种同光源双振镜皮秒激光振镜设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同光源双振镜皮秒激光振镜设备，包括机架、大理石基座、配电柜、控制***、显示***、门控机构、外罩组件、真空发生器、真空吸附***、XYZ轴移动***，激光器、光路集成、振镜、远心可变聚焦镜；大理石基座由底座、立座、顶座一体组成，上依次设置有设置有Y轴移动***，X轴移动***，两个Z轴移动***、真空吸附***；远心可变聚焦镜与振镜为同轴心安装；轴心之间的距离相一致；激光器为皮秒级别的激光发生装置。本发明同光源保障了产品质量一致性；大理石基座采取一体式结构，通过振镜配合远心可变聚焦镜实现高精度曲线切割、打孔、挖槽、磨边；提高了加工精度、产品质量和生产效率；工艺适应性好，具有显著的实用效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光加工设备，特别是涉及一种皮秒激光振镜精密设备，主要涉及用于切割玻璃的精密切割设备技术领域。
背景技术
目前玻璃制品被使用在日常生活的方方面面各个领域内，需求量很大。相应的不同玻璃材质的切割加工也有着大量的市场需求。
随着技术的发展，玻璃的切割方法也在不断更新，目前主要以激光切割工艺方法为主，相比传统机械切割方法具有很多的优越性，主要有熔融切割，应力切割（裂纹控制法），烧蚀（消融）切割等几种切割方法。（1）熔融切割法需要的激光器功率较高，切割尺寸难以精确控制，切割面粗糙，加工质量有待提高。（2）应力切割法无法解决了曲面和异形切割的问题。（3）激光烧蚀（消融）切割加工速度比较慢，加工效率不高。
随着市场对玻璃曲线切割的需求量越来越大，尤其在手机制造行业，制造商们希望生产几何形状更复杂的屏幕，包括在材料上打孔来容纳按键、控制键、LED 和相机镜头；同时手机触屏、盖板以及显示器面板等玻璃的加工厚度范围从0.03mm到20mm以上；玻璃材质也是各异：有些玻璃经过了化学强化。所以现有玻璃进行曲线切割、打孔、挖槽、弯曲、磨边等各种曲面及异型形状的切割加工其加工精度要求越来越高。现有的切割玻璃的激光设备，大理石基座结构单一、其构造无法满足强度及稳定度的要求；同时振镜***通常都安装在移动的Y或Z轴运动平台上，无法全面满足玻璃在切割轮廓、切割精度、加工效率、切割裂纹、切割强度、工艺适应性等方面的高精度要求，存在较大的局限性。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种结构稳固、工艺适应性强、切割精度高，生产效率高的同光源双振镜皮秒激光振镜设备。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种同光源双振镜皮秒激光振镜设备，包括机架、大理石基座、配电柜、控制***、显示***、门控机构、外罩组件、真空发生器、真空吸附***、X轴移动***、Y轴移动***、Z轴移动***，还包括：激光器、光路集成、振镜、远心可变聚焦镜；所述机架上方左右两侧设有配电柜，中间安装有大理石基座；所述大理石基座由底座、左右两个立座、顶座一体组成，左右两个立座设置在底座的后端左右部位，长条状顶座设置在左右立座的前端上面；
在所述底座上设置有Y轴移动***，在Y轴移动***的上方设有X轴移动***，在X轴移动***上并列设置有两个Z轴移动***；所述Z轴移动***的上方安装有真空吸附***；所述真空吸附***与真空发生器相连接；
所述光路集成是将从激光器发出的激光通过分光晶体分成同光源的两条光路的***，安装在顶座上，后端连接有激光器，前端连接有沿X轴方向并列排列的两个振镜，所述振镜下方安装有远心可变聚焦镜，所述远心可变聚焦镜与振镜为同轴心安装；所述两个振镜轴心之间的距离与两个Z轴移动***中心之间的距离一致；在右侧振镜外侧，在顶座前侧面上安装有视觉定位***；所述激光器为皮秒激光发生装置。
优化的，所述光路集成包括光路底板、光路封板，反射镜、反射镜基座、分光晶体、分体晶体基座、扩束镜、扩束镜支架；在所述光路底板上设置有纵横相交、相互垂直的沟槽；所述反射镜基座及分体晶体基座都装在光路路线上的沟槽里；所述反射镜安装在反射镜基座上，第一组反射镜将从激光器发出的激光反射90度投射到第二组反射镜上，第二组反射镜上将激光90度反射至分光晶体上；分光晶体安装在分体晶体基座上，并安装在一组扩束镜后面；所述分光晶体将激光分射成两条光路，一条光路直接通过扩束镜至前端的振镜，另一条经过设置的第三组反射镜，反射到另一组扩束镜再至前端的振镜。所以，双振镜的激光，来自同光源，功率相同，可以同时实现对双振镜下的产品相同质量的加工，保障双振镜双工位加工产品的一致性。沟槽的特定设计，可以用于光路的快速定位，配合基座的安装定位，可以从工艺加工角度实现对光路的精确角度定位；调节更换也十分方便。
具体来讲，所述Y轴移动***，包括：两条移动导轨、Y轴移动平台、Y轴驱动电机，底座的前后端设有Y轴行程限位条；所述 X轴移动***，包括：X轴固定平台、两条X轴移动导轨、X轴驱动电机、X轴移动平台，所述X轴固定平台固定连接在Y轴移动平台上，上面依次设有X轴移动导轨，X轴移动平台，左右两侧安装有X轴行程限位条；所述Z轴移动***安装在X轴移动平台上，包括Z轴驱动装置、升降平台。
优化的，所述Y轴驱动电机，X轴驱动电机均设置在底座的后端位置上。
优化的，所述立座设有中空结构，真空发生器安装在中空结构中。
优化的，所述机架为凸台式构造的金属结构件，大理石基座安装在中间凸台上，配电柜设置在左右两侧低平台处。这样的设置，可以有效的缩小设备的整体高度尺寸，结构更紧凑合理。
有益效果：与现有技术相比，本发明的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，同光源激光的双振镜，功率相同，保障了产品质量一致性；大理石基座采取一体式结构，整个设备的Y、X、Z轴移动***从下向上依次有序叠加排列，振镜光路集成也安装在大理石基座的顶座上，结构上满足了强度及稳定性的要求，通过振镜配合远心可变聚焦镜实现对各种材质玻璃包括强化玻璃的高精度曲线切割、打孔、挖槽、磨边；提高了加工精度、产品质量和生产效率；工艺适应性好，特别适合电子行业玻璃激光的精密加工；具有显著的实用效果。
附图说明
图1是本发明的主要部件结构布局图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明的局部结构示意图;
图4时本发明中光路集成部分的结构布局立体示意图；
图5是本发明中光路集成部分的结构布局俯视图。
其中：1 配电柜，2 激光器，3 光路集成，4 大理石基座，5 Y轴移动***，6 X轴移动***（X轴固定平台61 、X轴移动导轨62、 X轴移动平台64、 X轴行程限位条63），7 Z轴移动***，8视觉定位***，9 振镜，10 远心可变聚焦镜，11 机架，12真空发生器，13真空吸附***、14 门控机构、15 外罩组件、16 控制***、17显示***；
在光路集成3中：31光路底板、32光路封板、33反射镜、34反射镜底座、35分光晶体、36分光晶体基座、37扩束镜、38扩束镜支架；
在4大理石基座中：41底座、42立座、43顶座；
在5 Y轴移动***中：51移动导轨、52移动平台、53Y轴行程限位条；
在6 X轴移动***中：61 X轴固定平台、62 X轴移动导轨、64 X轴移动平台、63 X轴行程限位条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1、图2、图3所示，一种同光源双振镜皮秒激光振镜设备，包括机架11、大理石基座4、配电柜1、控制***16、显示***17、门控机构14、外罩组件15、真空发生器12、真空吸附***13、X轴移动***6、Y轴移动***5、Z轴移动***7，还包括：激光器2、光路集成3、振镜9、远心可变聚焦镜10；机架11上方左右两侧设有配电柜1，中间安装有大理石基座4；大理石基座4由底座41、左右两个立座42、顶座43一体组成，左右两个立座42设置在底座41的后端左右部位，长条状顶座43设置在左右立座42的前端上面；大理石基座的一体化构造方式这的设置，可以是左右立座与顶座牢靠稳固的连接在底座上，确保以此为安装基准的其他设备部件安装稳固，满足设备强度及稳定度的要求，提升了加工精度。
在底座41上设置有Y轴移动***5，在Y轴移动***5的上方设有X轴移动***6，在X轴移动***6上并列设置有两个Z轴移动***7；Z轴移动***7的上方安装有真空吸附***13；真空吸附***13与真空发生器12相连接；这样的设置，加工工件的X、Y、Z三个方向的运行均设立在Y轴平台运动的基准上，大大提高了加工工件切割的精度。
光路集成3是将从激光器发出的激光通过分光晶体分成同光源的两条光路的***，安装在顶座43上，后端连接有激光器2，前端连接有沿X轴方向并列排列的两个振镜9，振镜9下方安装有远心可变聚焦镜10，远心可变聚焦镜10与振镜9为同轴心安装；两个振镜9轴心之间的距离与两个Z轴移动***7中心之间的距离一致；在右侧振镜9外侧，在顶座前侧面上安装有视觉定位***8；激光器2为皮秒激光发生装置。振镜光路集成安装在固定不动的顶座上，牢固稳定，通过振镜激光不动、加工工件运动从而实现相对运动的切割作业。
如图4、图5所示，光路集成3包括光路底板31、光路封板32，反射镜33、反射镜基座34、分光晶体35、分体晶体基座36、扩束镜37、扩束镜支架38；在所述光路底板31上设置有纵横相交、相互垂直的沟槽；反射镜基座34及分体晶体基座36都装在光路路线上的沟槽里；反射镜33安装在反射镜基座34上，第一组反射镜33将从激光器发出的激光反射90度投射到第二组反射镜33上，第二组反射镜33上将激光90度反射至分光晶体上；分光晶体35安装在分体晶体基座36上，并安装在一组扩束镜37后面；分光晶体35将激光分射成两条光路，一条光路直接通过扩束镜37至前端的振镜9，另一条经过设置的第三组反射镜33，反射到另一组扩束镜37再至前端的振镜9。所以，双振镜的激光，来自同光源，功率相同，可以同时实现对双振镜下的产品相同质量的加工，保障双振镜双工位加工产品的一致性。沟槽的特定设计，可以用于光路的快速定位，配合基座的安装定位，可以从工艺加工角度实现对光路的精确角度定位；调节更换也十分方便。
如图3所示：具体的，Y轴移动***5，包括：两条移动导轨51、Y轴移动平台52、Y轴驱动电机，底座41的前后端设有Y轴行程限位条53； X轴移动***6，包括：X轴固定平台61、两条X轴移动导轨62、X轴驱动电机、X轴移动平台64，X轴固定平台61固定连接在Y轴移动平台52上，上面依次设有X轴移动导轨62，X轴移动平台64，左右两侧安装有X轴行程限位条63；Z轴移动***7安装在X轴移动平台64上，包括Z轴驱动装置、升降平台。
优化的，Y轴驱动电机，X轴驱动电机均设置在底座41的后端位置上。
优化的，立座42设有中空结构，真空发生器12安装在中空结构中。
优化的，机架11为凸台式构造金属结构件，大理石基座4安装在中间凸台上，配电柜1设置在左右两侧低平台处。这样的设置，可以有效的缩小设备的整体高度尺寸，结构更紧凑合理。
真空吸附***为内部为空腔的小型吸附平台，其上表面设有多个与空腔连通的小孔，侧面或下部开有与空腔连通的多个通孔，其中至少一个通孔与真空发生器连接。进行精密玻璃制品加工时，将工件吸附于吸附平台上，完成加工。
为保证加工的精度，左右两个振镜位于同一X方向的轴线上，前后距离偏差由视觉定位***进行对位检测后调整到较小偏差范围内，由此可以保证左右真空吸附***上的玻璃加工件加工质量和精度一致。
本发明的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，整个设备的Y、X、Z轴移动***从下向上依次有序叠加排列，三个维度的移动***结构排列新颖紧凑，适用于高精度加工要求的小型玻璃制品的激光加工，通过Y、X轴移动***组合，形成二个维度的运行平台，可任意实现曲线切割、弯曲、磨边等加工要求；在二个维度的运行平台基础上，增加Z轴移动***后，三个维度运动平台的组合运动，可实现玻璃切割中的打孔、挖槽等高精度加工，如上下移动通过间距错层嵌入式加工，可满足不同深度不同厚度玻璃材质的加工要求。
同时激光器、光路集成、振镜、远心可变聚焦镜组成的激光光路***，安装位置固定不动，避免了因移动或振动或安装固定部件的安装误差造成的聚焦影响，聚焦稳定持续性好；振镜与高精度的远心可变聚焦镜同轴心组合结构，获得的聚焦光斑更细小，可以满足高精度的加工要求。（1）通过振镜配合远心可变聚焦镜实现皮秒应力切割和消融切割的同光路同切割头激光输出；（2）通过消融切割实现玻璃的打孔、挖槽甚至磨边；（3）通过振镜和应力切割实现曲面轮廓、切割精度、加工效率、切割强度得到极大的提升；（4）通过间距错层嵌入的形式,实现深厚玻璃加工，让玻璃容易分开,且裂纹很小。综合解决了现有熔融切割的精度及强度，加工后需要磨边除渣等现有技术问题；解决了应力切割无法打孔、挖槽和在曲面上切割的技术难题；同时也解决了激光烧蚀消融切割设备低效的问题。利用本发明，可以实现从0.03mm到20mm的各种材质玻璃包括强化玻璃的高精度曲线切割、打孔、挖槽、磨边。
本发明的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，，同光源激光的双振镜，功率相同，保障了产品质量一致性；大理石基座采取一体式结构，整个设备的Y、X、Z轴移动***从下向上依次有序叠加排列，振镜光路集成也安装在大理石基座的顶座上，结构上满足了强度及稳定性的要求，通过振镜配合远心可变聚焦镜实现对各种材质玻璃包括强化玻璃的高精度曲线切割、打孔、挖槽、磨边；提高了加工精度、产品质量和生产效率；工艺适应性好，特别适合电子行业玻璃激光的精密加工；具有显著的实用效果。
Claims (6)
1.一种同光源双振镜皮秒激光振镜设备，包括机架（11）、大理石基座（4）、配电柜（1）、控制***（16）、显示***（17）、门控机构（14）、外罩组件（15）、真空发生器（12）、真空吸附***（13）、X轴移动***（6）、Y轴移动***（5）、Z轴移动***（7），其特征在于：还包括激光器（2）、光路集成（3）、振镜（9）、远心可变聚焦镜（10）；所述机架（11）上方左右两侧设有配电柜（1），中间安装有大理石基座（4）；所述大理石基座（4）由底座（41）、左右两个立座（42）、顶座（43）一体组成，左右两个立座（42）设置在底座（41）的后端左右部位，长条状顶座（43）设置在左右立座（42）的前端上面；
在所述底座（41）上设置有Y轴移动***（5），在Y轴移动***（5）的上方设有X轴移动***（6），在X轴移动***（6）上并列设置有两个Z轴移动***（7）；所述Z轴移动***（7）的上方安装有真空吸附***（13）；所述真空吸附***（13）与真空发生器（12）相连接；
所述光路集成（3）是将从激光器发出的激光通过分光晶体分成同光源的两条光路的***，安装在顶座（43）上，后端连接有激光器（2），前端连接有沿X轴方向并列排列的两个振镜（9），所述振镜（9）下方安装有远心可变聚焦镜（10），所述远心可变聚焦镜（10）与振镜（9）为同轴心安装；所述两个振镜（9）轴心之间的距离与两个Z轴移动***（7）中心之间的距离一致；在右侧振镜（9）外侧，在顶座前侧面上安装有视觉定位***（8）；所述激光器（2）为皮秒激光发生装置。
2.根据权利要求1所述的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，其特征在于：所述光路集成（3）包括光路底板（31）、光路封板（32），反射镜（33）、反射镜基座（34）、分光晶体（35）、分体晶体基座（36）、扩束镜（37）、扩束镜支架（38）；在所述光路底板（31）上设置有纵横相交、相互垂直的沟槽；所述反射镜基座（34）及分体晶体基座（36）都装在光路路线上的沟槽里；所述反射镜（33）安装在反射镜基座（34）上，第一组反射镜（33）将从激光器发出的激光反射90度投射到第二组反射镜（33）上，第二组反射镜（33）上将激光90度反射至分光晶体（35）上；所述分光晶体（35）安装在分体晶体基座（36）上，并安装在一组扩束镜37后面；所述分光晶体（35）将激光分射成两条光路，一条光路直接通过扩束镜（37）至前端的振镜（9），另一条经过设置的第三组反射镜（33），反射到另一组扩束镜（37）再至前端的振镜（9）。
3.根据权利要求1所述的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，其特征在于：所述Y轴移动***（5），包括：两条移动导轨（51）、Y轴移动平台（52）、Y轴驱动电机，所述底座（41）的前后端设有Y轴行程限位条（53）；所述 X轴移动***（6），包括：X轴固定平台（61）、两条X轴移动导轨（62）、X轴驱动电机、X轴移动平台（64），所述X轴固定平台（61）固定连接在Y轴移动平台（52）上，上面依次设有X轴移动导轨（62），X轴移动平台（64），左右两侧安装有X轴行程限位条（63）；所述Z轴移动***（7）安装在X轴移动平台（64）上，包括Z轴驱动装置、升降平台。
4.根据权利要求3所述的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，其特征在于：所述Y轴驱动电机，X轴驱动电机均设置在底座（41）的后端位置上。
5.根据权利要求1所述的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，其特征在于：所述立座（42）设有中空结构，真空发生器（12）安装在中空结构中。
6.根据权利要求1所述的同光源双振镜皮秒激光振镜设备，其特征在于：所述机架（11）为凸台式构造的金属结构件，大理石基座（4）安装在中间凸台上，配电柜（1）设置在左右两侧低平台处。
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