CN103128450A - 一种紫外激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外激光加工装置，包括紫外激光器、振镜系统、聚焦透镜，在紫外激光器和振镜X之间的光路上还设有分光片，在分光片的上方还设有同轴视觉系统，同轴光源设在加工工件的一侧；紫外激光器发出的紫外激光束水平入射到分光片上，经过分光片的透射、振镜系统的全反射、聚焦透镜的折射将紫外激光束汇聚到加工工件上；光源发出的光投射到加工工件上，加工工件依次经过聚焦透镜的折射、振镜系统的全反射后变成平行光再入射到分光片上，再经过分光片的全反射后被同轴视觉系统捕捉成像，工业控制计算机根据该成像数据调整振镜系统中的振镜X和振镜Y的偏向角度。本发明的紫外激光加工装置，加工精度高，能对加工工件进行精确打标和切割。

Description

一种紫外激光加工装置
[技术领域]
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种紫外激光加工装置。
[背景技术]
激光微加工是指产品加工(打标、切割)尺寸在几个到1000多微米的工艺过程,是激光加工的一个分支领域,目前已经在各行业得到广泛的应用,它主要是利用高能量密度的激光束对材料进行直接的烧蚀、炭化、雕刻加工,材料表面吸收激光的能量后出现炭化、融化、气化，实现加工目的，主要有激光能量高、效率高、效果好、成本低、环保等优点.
随着科技进步的提高,紫外激光的聚焦光斑直径可达0.005MM,加工的精度大大提高,但是传统激光定位方式(人工或机器夹具定位精确在0.05MM及以上)难以满足产品的打标及切割精度要求,例如在非金属去毛边的加工中,精度要求在0.03MM以内,这样,普通激光的定位无法满足。
[发明内容]
本发明提供了一种紫外激光加工装置，其加工精度高，能对加工工件进行精确打标和切割。
本发明的技术方案是：
一种紫外激光加工装置，包括紫外激光器、振镜系统、聚焦透镜，在紫外激光器和振镜X之间的光路上还设有分光片，在分光片的上方还设有同轴视觉系统，同轴视觉系统里的同轴光源设在加工工件的一侧；
紫外激光器发出的紫外激光束水平入射到分光片上，经过分光片的透射、再经过振镜系统的全反射、最后经过聚焦透镜的折射将紫外激光束汇聚到加工工件上；
同轴光源发出的光投射到加工工件上，加工工件的反射光依次经过聚焦透镜的折射、振镜系统的全反射后变成平行光再入射到分光片上，再经过分光片的全反射后被同轴视觉系统捕捉成像，同轴视觉系统将成像数据发送到工业控制计算机，工业控制计算机根据该成像数据调整振镜系统中的振镜X和振镜Y的偏向角度。
本发明在紫外激光器和振镜X之间的光路上设有分光片，在分光片的上方还设有同轴视觉系统，同轴视觉系统里的同轴光源设在加工工件的一侧；分光片可以透射紫外激光束，但对光源透射到加工工件上的反射光可以全部反射出去，从而可以在同轴视觉系统里捕捉加工工件的成像数据，并发送到工业控制计算机，工业控制计算机根据该成像数据调整振镜系统中的振镜X和振镜Y的偏向角度，实现激光按工业控制计算机指示的坐标位置值移动，满足加工精度高的要求，能对材料进行精确打标和切割。
[附图说明]
图1是本发明的紫外激光加工装置在一实施例中的结构原理图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明的具体实施例做一详细的阐述。
如图1，本发明的紫外激光加工装置，包括紫外激光器1、振镜系统、聚焦透镜7，在紫外激光器1和振镜X5之间的光路上还设有分光片4，在分光片4的上方还设有同轴视觉系统3，同轴视觉系统3里的同轴光源9设在加工工件8的一侧；
紫外激光器1发出的紫外激光束水平入射到分光片4上，经过分光片4的透射、再经过振镜系统的全反射、最后经过聚焦透镜7的折射将紫外激光束汇聚到加工工件8上，实现对加工工件8的精确打标和切割；
同轴光源9发出的光投射到加工工件8上，在加工工件8上形成反射光，加工工件8的反射光依次经过聚焦透镜7的折射、振镜系统的全反射后变成平行光再入射到分光片4上，再经过分光片4的全反射后被同轴视觉系统3捕捉成像，从而可以在同轴视觉系统3里捕捉到加工工件的成像数据，并可以通过同轴视觉系统3里的图形显示器查看加工工件的清晰的像；同轴视觉系统3将成像数据发送到工业控制计算机10，工业控制计算机10里安装有图像的标定软件，对该成像数据进行特征分析、位置捕捉、比对等处理后输出激光的定位数据到振镜系统，振镜系统根据该定位数据，调整振镜X和振镜Y的偏向角度；从而实现激光按工业控制计算机指示的坐标位置值移动，满足加工精度高的要求，能对材料进行精确打标和切割。
其中，所述分光片4可以对波长为355nm的紫外激光能全部透射,而对波长为390nm-1064nm之间的可见光(即同轴视觉光)全反射。从而可以在同轴视觉系统3里捕捉加工工件的成像数据，而且也不影响紫外激光束；该分光片4可以固定在激光腔内的零件上。在本发明中，所述紫外激光器1发出的紫外激光束的波长可以为355nm。
该分光片4具体实施时，包括石英薄片，在石英薄片的正反面分别涂覆有氧化锆层、二氧化硅层、氟化镁层，或者在石英薄片的正反面分别涂覆有由氧化锆、二氧化硅和氟化镁混合制成的反射透射层。在石英薄片的正反面分别涂覆有氧化锆层、二氧化硅层、氟化镁层，可以实现激光激光束全部透射，而自然可见光全反射。氧化锆层、二氧化硅层、氟化镁层涂覆在石英薄片上的里外顺序没有限制，氧化锆层可以位于最内层，二氧化硅层位于中间层，氟化镁层位于最外层。或者在石英薄片的正反面分别涂覆有由氧化锆、二氧化硅和氟化镁混合制成的反射透射层，也能实现同样的效果。
在一较优实施例中，所述分光片4与紫外激光器1发出的紫外激光束成45度角，同轴视觉系统3位于分光片4的正上方。可以实现最佳的成像效果，满足精确打标和切割的需求。
另外，在紫外激光器1和分光片4之间还设有扩束镜2，紫外激光器1发出的紫外激光束经过扩束镜2后水平入射到分光片4上。以扩展激光束的直径，减小激光束的发散角。
其中，同轴视觉系统3具体实施时，可以包括CCD硬件传感器、同轴视觉软件、图形显示器，其中CCD硬件传感器放大的倍数可以是2-600倍,安装在分光片的正上方,加工工件通过同轴光源的照明,再通过聚焦透镜透射和振镜系统的反射,最后再通过分光片的反射,被CCD硬件传感器接收到,并在图形显示器上得到清晰的像。
在工业控制计算机中安装有PC专业控制软件，可以采用现有的工业控制定制软件,用VB编程语言开发编写,其运行于工业控制计算机上,其集成CCD监控、模板学习记忆、物品位置扑捉、特征分析、数据判断、结果输出和振镜系统里固有的打标运行软件及紫外激光器通信的功能,从而实现对振镜系统的自动控制和紫外激光器的自动控制。
所述振镜系统主要由振镜X5、振镜Y6、电机、控制电机旋转的软件等构成。其工作原理是将激光束入射到两反射镜（振镜X、振镜Y）上，振镜X和振镜Y固定在旋转的电机轴上，控制电机轴的旋转可调整两反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转。
具体操作时，先将待加工工件移置到聚焦透镜下方的焦距上，同轴光源发出的光投射到加工工件上，提供照明光源,加工工件的发射光经过聚焦透镜的折射、振镜X和振镜Y的全反射,变成平行光再入射到分光片上,然后全部反射到同轴视觉系统里，被CCD硬件传感器扑捉成像，在图形显示器上取得清晰的影像；通过运行工业控制计算机里的控制软件对同轴视觉系统所成像的物体进行比对、特征及位置分析,得出定位数据后，控制启动紫外激光器,发出紫外激光束通过扩束镜进行放大和整形,然后平行入射到分光片上,接着紫外激光全部透射过分光片,再直射到振镜X,后又被反射到振镜Y,再反射到聚焦透镜,紫外激光束汇聚在加工工件特征位置进行作业,随着其坐标值位置的变化,相应调整振镜X和振镜Y的偏向角度,实现激光束在工作台面的X/Y坐标系里进行移动，上述硬件可以全部固定在机架和支架上。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种紫外激光加工装置，包括紫外激光器、振镜系统、聚焦透镜，其特征在于：在紫外激光器和振镜X之间的光路上还设有分光片，在分光片的上方还设有同轴视觉系统，同轴视觉系统里的同轴光源设在加工工件的一侧；
紫外激光器发出的紫外激光束水平入射到分光片上，经过分光片的透射、再经过振镜系统的全反射、最后经过聚焦透镜的折射将紫外激光束汇聚到加工工件上；
同轴光源发出的光投射到加工工件上，加工工件的反射光依次经过聚焦透镜的折射、振镜系统的全反射后变成平行光再入射到分光片上，再经过分光片的全反射后被同轴视觉系统捕捉成像，同轴视觉系统将成像数据发送到工业控制计算机，工业控制计算机根据该成像数据调整振镜系统中的振镜X和振镜Y的偏向角度。
2.根据权利要求1所述的紫外激光加工装置，其特征在于：所述分光片包括石英薄片，在石英薄片的正反面分别涂覆有氧化锆层、二氧化硅层、氟化镁层，或者在石英薄片的正反面分别涂覆有由氧化锆、二氧化硅和氟化镁混合制成的反射透射层。
3.根据权利要求1所述的紫外激光加工装置，其特征在于：所述分光片与紫外激光器发出的紫外激光束成45度角，同轴视觉系统位于分光片的正上方。
4.根据权利要求1所述的紫外激光加工装置，其特征在于：在紫外激光器和分光片之间还设有扩束镜，紫外激光器发出的紫外激光束经过扩束镜后水平入射到分光片上。
5.根据权利要求1所述的紫外激光加工装置，其特征在于：所述紫外激光器发出的紫外激光束的波长为355nm。
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