CN201076969Y - 紫外激光微加工精确定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是用于激光微加工领域的紫外激光微加工精确定位系统。本系统包含紫外激光器、扩束光路系统、45°反射镜、聚焦透镜、同轴CCD显微监视系统、十字叉丝定位器、支撑架、三维移动平台和一个精密转盘等部分。激光器发出的激光束经过一个扩束系统以后水平入射到支撑架中的45°反射镜上，经过45°反射镜反射得到的垂直向下的激光束再经过聚焦透镜，把激光束汇聚到放置在三维移动平台和精密转盘上面的加工工件上，同时安装在45°反射镜上方的同轴CCD显微监视系统和十字叉丝定位器实现对加工工件显微监视观测，然后通过移动三维移动平台和转动精密转盘实现对加工工件的精确定位和高精度激光微加工。

Description

紫外激光微加工精确定位系统

技术领域：

本实用新型涉及一种紫外激光微加工精确定位系统，属于激光微加工领域。

背景技术：

激光微加工一般所指加工尺寸在几个到几百微米的工艺过程。作为激光加工的一个分支，激光微加工在过去十年被广泛关注，它主要是利用高能量密度的激光束对材料进行直接的激光烧蚀加工，微小区域的固体材料吸收激光的能量使得材料熔化或者气化并从加工表面喷射出来，达到加工目的。激光微加工技术的基本特点包括：激光束的能量密度高、加工速度快、热影响区小、非接触、效率高、成本低、易于实现自动化等优点。

随着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、激光打标、激光清洗等在电子、通讯、化工、食品、生物医疗等方面的应用也越来越广；而对于紫外激光器，由于其波长短，聚焦激光束可以得到更小的光斑尺寸，在激光微加工领域被广泛采用；同时由于加工精度的要求越来越高，例如在MEMS器件的加工中，工件的加工精度都以微米甚至亚微米来计，而且加工材料许多都比较昂贵，成品率都要求也比较高，这样对加工工件的精确定位显得尤为重要。

但是目前激光精密加工中都缺少同轴的监视系统以及定位系统，定位精度不高，对于精度要求很高的工件进行周期性结构加工精度不能够满足要求。这就需要设计一套适用于激光微加工的精密定位系统来满足加工要求。

实用新型内容：

本实用新型的目的是设计一种适合于紫外激光微加工的精密定位系统，来改进对于激光微加工精确定位的需求。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。包括紫外激光器1、扩束光路系统2、45°反射镜3、聚焦透镜4、支撑架7、三维移动平台8和计算机10；其特征在于：还包括有精密转盘9、同轴CCD显微监视系统5、十字叉丝定位器6；其中，45°反射镜3和聚焦透镜4安装在支撑架7上，精密转盘9设置在三位移动平台8上；紫外激光器1发出的激光束11经过扩束系统2后水平入射到支撑架7中的45°反射镜3上，并经反射得到的垂直向下的激光束，再经过聚焦透镜4把激光束聚焦到放置在精密转盘9上面的加工工件12上；在45°反射镜3的上方安装有用于对加工工件12进行监视观测的同轴CCD显微监视系统5和十字叉丝定位器6，通过计算机10控制三维移动平台8移动和精密转盘9转动实现对加工工件12的定位。

所述的紫外激光器1的波长为157nm～390nm。

所述的45°反射镜3一面镀膜，另外一面不镀膜，镀膜面对于激光束11全反射，反射镜3对于自然光或者自然光范围内的一些波段是透过的。

所述的同轴CCD显微监视系统5包括同轴CCD探测器13和监视器14；其中，同轴CCD显微探测器13的放大倍数是5～200倍，同轴CCD显微探测器13处于45°反射镜3的正上方，可以通过调整同轴CCD显微探测器13中的光学组件，使得从加工工件12表面反射的光，经过聚焦透镜4和45°反射镜3最后被同轴CCD显微探测器13接收，并在监视器14上得到清晰的像。

所述的十字叉丝定位器6的十字叉丝内置于同轴CCD显微探测器13中，并和监视器14一起通过数据线连接到同轴CCD显微探测器13上，十字叉丝和加工工件12平面都经CCD显微探测器13放大成像并显示在监视器14上，并且可以通过调节十字叉丝定位器6的两个旋钮15使得十字叉丝交点定位在加工工件表面某一位置。当激光束11作用在加工工件12上某一点时，调整十字叉丝交点，并使其位于激光加工光斑位置，就可以实现激光微加工的精确定位。

所述的精密转盘9包括有分度圆盘24、插入分度圆盘24中的轴芯25和分度手柄26，分度手柄26包括有共轴连接的固定部分30和旋转部分31，固定部分30和旋转部分31通过水平齿轮和垂直齿轮与分度圆盘24咬合在一起；还可通过步进电机控制分度圆盘24的转动。

所述的轴芯25顶部安装有三角爪28。

本实用新型的优点为：一种紫外激光微加工精确定位系统，用同轴CCD显微探测器、监视器、十字叉丝定位器、精密三位移动平台和精密转盘构成紫外激光的精密移动、转动和精确定位、监视系统，能够提高激光微加工的精度，能够满足目前对于高精度微小器件的加工。

附图说明

图1是紫外激光微加工精确定位系统装置简图；

图2是支撑架系统和同轴CCD显微监视系统结构简图；

图3是精密转盘结构简图；

其中：1、紫外激光器；2、扩束光路系统；3、45°反射镜；4、聚焦透镜；5、同轴CCD显微监视系统；6、十字叉丝定位器；7、支撑架；8、三维移动平台；9、精密转盘；10、和计算机；11、激光束；12、加工工件；13、同轴CCD显微探测器；14、监视器；15、旋钮；16、固定板；17、连杆套筒；18、底座；19、铝块；20、螺丝；21、45度斜面；22、铝壳；23、螺圈；24、分度圆盘；25、轴芯；26、分度手柄；27、转盘底座；28、三角爪；29、旋钮；30、固定部分；31、旋转部分。

具体实施方式

下面结合图1、图2和图3详细说明本实施例。

如图1所示，本实施例包括波长为355nm的紫外激光器1、扩束光路系统2、45°反射镜3、聚焦透镜4、同轴CCD显微监视系统5、十字叉丝定位器6、支撑架7、三维移动平台8、精密转盘9和计算机10等部分。其中，紫外激光器1发出的激光束11经过扩束系统2以后水平入射到支撑架7中的45°反射镜3上，并经反射得到的垂直向下的激光束11，再经过聚焦透镜4，把激光束11聚焦到放置在三维移动平台8和精密转盘9上面的加工工件12上；同时安装在45°反射镜3上方的同轴CCD显微监视系统5和十字叉丝定位器6实现对加工工件12显微监视观测，然后通过计算机10控制三维移动平台8移动和精密转盘9转动实现对加工工件12的精确定位、实现高精度紫外激光微加工。

如图2所示，本实施例中的45°反射镜3一面镀膜，另外一面不镀膜，镀膜面对于激光束11全反射，整个反射镜对于自然光或者自然光范围内的一些波段是透过的。45°反射镜3固定在支撑架7上，水平传输的激光束11经过45°反射镜3的镀膜面全反射，传输方向变为竖直向下。

同轴CCD显微监视系统5包括同轴CCD探测器13和监视器14，其中同轴CCD显微探测器13的放大倍数是5～200倍。同轴CCD显微探测器13处于45°反射镜3的正上方，可以通过调整同轴CCD显微探测器13中的光学组件，使得从加工工件12表面反射的光，经过聚焦透镜4和45°反射镜3最后被同轴CCD显微探测器13接收，并在监视器14上得到清晰的像。

十字叉丝定位器6的十字叉丝内置于同轴CCD显微探测器13中，并和监视器14一起通过数据线连接到同轴CCD显微探测器13上，十字叉丝和加工工件12平面都经CCD显微探测器13放大成像并显示在监视器14上，并且可以通过调节十字叉丝定位器6的两个旋钮15使得十字叉丝交点定位在加工工件表面某一位置。当激光束11作用在加工工件12上某一点时，调整十字叉丝交点，并使其位于激光加工光斑位置，就可以实现激光微加工的精确定位。

支撑架7由固定板16、连杆套筒17和底座18三大部分组成。固定板16是一块不锈钢板，用来固定45°反射镜3、聚焦透镜4、同轴CCD显微探测器5等部件；45°反射镜3被固定在一个中部是一个空心圆的铝块19上，铝块19再通过螺丝20固定在固定板16上的一个45度斜面支柱21上；处于45°反射镜3正上方的同轴CCD显微探测器13固定在一个柱状铝壳22上，铝壳22一侧留有一个大圆孔以便水平传输的激光束11能够通过圆孔入射到45°反射镜3上，铝壳再通过螺丝20固定在固定台16上；固定板16跟底座18通过连杆17连在一起，可以通过升降连杆套筒17上的螺圈23来调节固定板16的高度，以便使水平传输的激光束11正好穿过铝壳2中的大圆孔再入射到45°反射镜3上。

如图3示，本实施例中的精密转盘9是由分度圆盘24、轴芯25、分度手柄26和转盘底座27组成，可以通过软件控制，也可以通过转动分度手柄26控制。

其中分度圆盘24的下半部分置于转盘底座28中，并通过精密齿轮与被步进电机控制转动，分度圆盘24一周被分成360等分，一等分为1°；分度圆盘24的中心有一个同轴的中空部分用来插轴芯25；

轴芯25分为两种：一种轴芯插入分度圆盘中时，更好使分度圆盘24表面形成一个平面，以便使加工工件水平地放在分度圆盘25的轴心位置；另一种轴芯25顶部有一个三角爪28，可以通过调节轴芯25中部的旋钮29使得三角爪28张开或者抓紧，以便夹持同轴的被加工工件12；

分度手柄26分为固定部分30和旋转部分31，转部分为一个柱状分度盘，一周对应分度圆盘的5°，每1°被等分成60份，每份为1′；固定部分与旋转部分咬合，上面有12等分，总弧度对应旋转部分的11′，则精度可以达到5¨；另外固定部分30和旋转部分31共轴，并通过水平齿轮和垂直齿轮与分度圆盘24咬合在一起转动。

本实施例能够实现对紫外激光的精确定位，提高了激光微加工的精度。

Claims (7)

1.紫外激光微加工精确定位系统，包括紫外激光器(1)、扩束光路系统(2)、45°反射镜(3)、聚焦透镜(4)、支撑架(7)、三维移动平台(8)和计算机(10)；其特征在于：还包括有精密转盘(9)、同轴CCD显微监视系统(5)、十字叉丝定位器(6)；其中，45°反射镜(3)和聚焦透镜(4)安装在支撑架(7)上，转盘(9)设置在三位移动平台(8)上；紫外激光器(1)发出的激光束(11)经过扩束系统(2)后水平入射到支撑架(7)中的45°反射镜(3)上，并经反射得到的垂直向下的激光束，再经过聚焦透镜(4)把激光束聚焦到放置在转盘(9)上面的加工工件(12)上；在45°反射镜(3)的上方安装有用于对加工工件(12)进行监视观测的同轴CCD显微监视系统(5)和十字叉丝定位器(6)，通过计算机(10)控制三维移动平台(8)移动和精密转盘(9)转动实现对加工工件(12)的定位。

2.根据权利要求1所述的紫外激光微加工精确定位系统，其特征在于：所述的紫外激光器(1)的波长为157nm～390nm。

3.根据权利要求1所述的紫外激光微加工精确定位系统，其特征在于：所述的45°反射镜(3)一面镀膜，另外一面不镀膜，镀膜面对于激光束(11)全反射，反射镜(3)对于自然光或者自然光范围内的一些波段是透过的。

4.根据权利要求1所述的紫外激光微加工精确定位系统，其特征在于：所述的同轴CCD显微监视系统(5)包括同轴CCD探测器(13)和监视器(14)；其中，同轴CCD显微探测器(13)的放大倍数是5～200倍，同轴CCD显微探测器(13)处于45°反射镜(3)的正上方，可以通过调整同轴CCD显微探测器(13)中的光学组件，使得从加工工件(12)表面反射的光，经过聚焦透镜(4)和45°反射镜(3)最后被同轴CCD显微探测器(13)接收，并在监视器(14)上得到清晰的像。

5.根据权利要求1所述的紫外激光微加工精确定位系统，其特征在于：所述的十字叉丝定位器(6)的十字叉丝内置于同轴CCD显微探测器(13)中，并和监视器(14)一起通过数据线连接到同轴CCD显微探测器(13)上，十字叉丝和加工工件(12)平面都经CCD显微探测器(13)放大成像并显示在监视器(14)上，并且可以通过调节十字叉丝定位器(6)的两个旋钮(15)使得十字叉丝交点定位在加工工件表面某一位置。

6.根据权利要求1所述的紫外激光微加工精确定位系统，其特征在于：所述的精密转盘(9)包括有分度圆盘(24)、插入分度圆盘(24)中的轴芯(25)和分度手柄(26)，分度手柄(26)包括有共轴连接的固定部分(30)和旋转部分(31)，固定部分(30)和旋转部分(31)通过水平齿轮和垂直齿轮与分度圆盘(24)咬合在一起；还可通过步进电机控制分度圆盘(24)的转动。

7.根据权利要求1所述的紫外激光微加工精确定位系统，其特征在于：所述的轴芯(25)顶部安装有三角爪(28)。

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