CN102259236A

CN102259236A - 一种微水导激光耦合对准装置

Info

Publication number: CN102259236A
Application number: CN2011101832247A
Authority: CN
Inventors: 高爱梅; 赵志伟
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明公开了一种用于微水导激光耦合系统的对准装置，包括安装在立板（6）上的反射镜座（5）、调焦机构（8）和耦合头（12）。其中，CCD（1）固定在反射镜座（5）的上方；聚焦镜（9）固定在调焦机构（8）上；耦合头（12）内部包括一个喷嘴（18），外壁上均布三个微调旋钮（13）。通过CCD系统识别并记录激光光斑位置和喷嘴（18）的位置，调节微调旋钮（13），使得光斑和喷嘴（18）中心重合，就可以实现激光与水束的耦合。本发明能够快速准确的实现激光光斑与喷嘴中心的对准，方法简单，调试快捷。

Description

一种微水导激光耦合对准装置

技术领域

本发明涉及一种精密调节机构和CCD识别技术相结合，进行激光光斑与喷嘴的精确对位，从而实现激光与水束耦合的微水导激光切割机的耦合对准装置。

技术背景

激光制造技术已渗入到诸多高新技术领域和产业，并开始取代或改造某些传统的加工行业。激光加工体现出很多优点，但也有其局限性，其中最难解决的是热影响区过大及熔渣喷溅污染的问题，这些缺点足以影响或破坏晶片的电性能参数。水导激光技术的出现解决了这一难题，它巧妙的将激光导入高压微水柱中，利用水束带走加工中多余的热量和残渣，切割道干净整齐。水束激光耦合装置是设备的核心功能部件，如何使得激光聚焦光斑与喷嘴精确同轴对准，从而实现水束与激光的完美耦合，是保证耦合效率和划切效果的关键因素。高能量的绿光激光非常刺眼，传统的目测调试方法，速度慢，效果不佳。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种微水导激光切割机的耦合对准装置，其结合CCD图像识别技术，能够快速准确的实现激光光斑与喷嘴中心的对准，方法简单，调试快捷。

本发明的技术方案为：

本发明装置包括从上到下依次安装在立板上的反射镜座、调焦机构和耦合头三大部分；其中，在反射镜座的上方固定有CCD系统；在反射镜座内安装有半透半反镜；在调焦机构上固定有聚焦镜；CCD系统、聚焦镜和喷嘴的中心保持同轴。聚焦镜安装在调焦机构上，可随调焦机构上下升降，达到精确调焦的目的。

本发明中所述的CCD系统，包括CCD图像传感器，以及连接套筒和管镜，管镜设在连接套筒内且和连接套筒间设为可以相对移动的结构，所述管镜和其下方的聚焦镜同轴，管镜的焦距是聚焦镜的2倍，其共同组成一个2倍的成像系统。

本发明中所述的半透半反镜的下表面设有能够对532nm的激光全反射，并对625nm的照明光源透射的镀膜。

本发明中所述的调焦机构上安装一个夹持座，聚焦镜通过夹持座固定，在夹持座下方安装有一个能为CCD系统提供照明的红色环形光源。

本发明中所述的耦合头内部包括装配在一起的耦合腔体、耦合座、喷嘴组件、防护窗；所述耦合腔体和耦合座间均匀布设有至少三个能调节锁紧耦合座相对位置的调节锁紧结构，使得激光光斑与喷嘴孔中心重合，就能将激光导入水束中，形成加工用的水束光纤；在耦合座中央开设的通孔两端的阶梯槽孔内配套安装有防护窗和喷嘴组件，在耦合腔体和耦合座的侧壁上对应开设有联通耦合座中央所开设通孔的入水口。

本发明的有益效果为：

水束与激光的耦合是水导激光加工设备的关键核心技术，其耦合效果直接影响着加工质量。其原理是去离子水以一定压力和速度进入喷嘴，形成高压水束，同时激光以一定角度入射进水束，在水束与空气界面上发生全反射，从而形成加工用的水束光纤。由于喷嘴孔径很小，最小可做到φ50um，且高功率绿光激光非常刺眼，传统的目测光路调试方法，速度慢，效果不佳。而本发明结合三维精密微调和CCD图像识别技术，图像系统和激光水导装置同轴设计，显示器上将呈现100倍放大后的图像，调节的同时可清楚观测到喷嘴和激光聚焦光斑的位置，只要将两者调到完全重合，即可实现激光与水束的精确对准和完美耦合。结合激光功率计的测量，激光耦合效率较高，也验证了该装置结构合理，调节方便的优点。

目前，国内外研究水导激光加工技术的机构较少，本发明是在理论研究和工艺试验的基础上，研究出的一套水束激光耦合对准的高效设备。

附图说明

图1.本发明实施例微水导激光耦合对准装置剖视图。

图2.本发明实施例中耦合头剖视示意图。

具体实施例

以下参照图1和图2说明本发明的一个较佳实施例，以助于对本发明的理解。

如附图1、2所示本发明实施例该微水导激光耦合对准装置包括从上到下依次安装在立板6上的反射镜座5、调焦机构8和耦合头12三大部分；其中，在反射镜座5的上方固定有CCD系统；在反射镜座5内安装有半透半反镜4；在调焦机构8上固定有聚焦镜9；CCD系统、聚焦镜9和喷嘴18的中心保持同轴。所述的CCD系统，包括CCD图像传感器1，以及连接套筒2和管镜3，管镜3设在连接套筒2内且和连接套筒2间设为可以相对移动的结构，所述管镜3和其下方的聚焦镜9同轴，管镜3的焦距是聚焦镜9的2倍，其共同组成一个2倍的成像系统。所述的半透半反镜4的下表面设有能够对532nm的激光7全反射，并对625nm的照明光源透射的镀膜。所述的调焦机构8上安装一个夹持座10，聚焦镜9通过夹持座10固定，在夹持座10下方安装有一个能为CCD系统提供照明的红色环形光源11。如图2所示所述的耦合头12包括装配在一起的耦合腔体15、耦合座16、喷嘴组件18、防护窗17；所述耦合腔体15和耦合座16间均匀布设有至少三个能调节锁紧耦合座16相对位置的调节锁紧结构，在耦合座16中央开设的通孔两端的阶梯槽孔内配套安装有防护窗17和喷嘴组件18，在耦合腔体15和耦合座16的侧壁上对应开设有联通耦合座16中央所开设通孔的入水口14。

本发明实施例的原理和工作工程：

如图1所示。加工用的532nm的激光7扩束光斑沿立板6上的开孔入射进反射镜座5，经过半透半反镜4下表面反射，入射到聚焦镜9，聚焦后的光斑达20um-50um。

调节调焦机构8，使得激光聚焦光斑落在喷嘴18入口处。具体实施中，将激光功率调至较小，观察视频界面中的光点形状，同时调节焦点，当激光光点最圆最亮的时候，即为焦点位置。记录下此时光斑的中心坐标（x_0,y₀）。

打开环形照明光源11，松开连接套筒2上紧定螺钉，上下调节连接套筒2，直至图像中清晰观测到喷嘴18的形状，锁紧紧定螺钉。记录此时喷嘴18的中心坐标（x_1,y₁）。

耦合腔体15的外侧壁均匀分布三个微调旋钮13，通过微调旋钮13的调节，可以使包括喷嘴18在内的耦合座16在二维平面内移动，直至喷嘴18的中心坐标（x_1,y₁）与激光光斑中心坐标（x_0,y₀）重合，即完成了耦合对准过程。

在水导激光加工过程中，高压水束从入水口14进入耦合座16，进而压入喷嘴18，同时，聚焦后的激光光束也进入喷嘴18，在水束与空气界面上发生全反射，沿水束流向方向传播，形成加工用的水束光纤。通过对水束耦合前后的激光功率测量，可以确定耦合效率，确定最佳加工位置。结合划切试验，说明该耦合对准装置能得到能量均匀稳定的水束光纤，满足切割需求。

Claims

1.一种微水导激光耦合对准装置，其特征在于：该微水导激光耦合对准装置包括从上到下依次安装在立板（6）上的反射镜座（5）、调焦机构（8）和耦合头（12）三大部分；其中，在反射镜座（5）的上方固定有CCD系统；在反射镜座（5）内安装有半透半反镜（4）；在调焦机构（8）上固定有聚焦镜（9）；CCD系统、聚焦镜（9）和喷嘴（18）的中心保持同轴。

2.根据权利要求1所述的一种微水导激光耦合对准装置，其特征在于：所述的CCD系统，包括CCD图像传感器（1），以及连接套筒（2）和管镜（3），管镜（3）设在连接套筒（2）内且和连接套筒（2）间设为可以相对移动的结构，所述管镜（3）和其下方的聚焦镜（9）同轴，管镜（3）的焦距是聚焦镜（9）的2倍，其共同组成一个2倍的成像系统。

3.根据权利要求1所述的一种微水导激光耦合对准装置，其特征在于：所述的半透半反镜（4）的下表面设有能够对532nm的激光（7）全反射，并对625nm的照明光源透射的镀膜。

4.根据权利要求1所述的一种微水导激光耦合对准装置，其特征在于：所述的调焦机构（8）上安装一个夹持座（10），聚焦镜（9）通过夹持座（10）固定，在夹持座（10）下方安装有一个能为CCD系统提供照明的红色环形光源（11）。

5.根据权利要求1所述的一种微水导激光耦合对准装置，其特征在于：所述的耦合头（12）包括装配在一起的耦合腔体（15）、耦合座（16）、喷嘴组件（18）、防护窗（17）；所述耦合腔体（15）和耦合座（16）间均匀布设有至少三个能调节锁紧耦合座（16）相对位置的调节锁紧结构，在耦合座（16）中央开设的通孔两端的阶梯槽孔内配套安装有防护窗（17）和喷嘴组件（18），在耦合腔体（15）和耦合座（16）的侧壁上对应开设有联通耦合座（16）中央所开设通孔的入水口（14）。