CN103495805A - 激光打点装置 - Google Patents

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CN103495805A CN201310447619.2A CN201310447619A CN103495805A CN 103495805 A CN103495805 A CN 103495805A CN 201310447619 A CN201310447619 A CN 201310447619A CN 103495805 A CN103495805 A CN 103495805A
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赵裕兴
狄建科
李金泽
姜尧
张伟
蔡仲云
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Abstract

本发明提供一种激光打点装置，包括激光器、分束镜和聚焦镜，所述分束镜在所述激光器的光路上设置于所述激光器和所述聚焦镜之间，所述聚焦镜在所述激光器的光路上设置于所述分束镜和加工工件之间。通过在激光器的光路上，设置于该激光器与加工工件之间的分束镜和聚焦镜，激光器发出的激光光束进入分束镜，由分束镜将一个激光光束分成两个或两个以上的激光光束，进而在聚焦镜的作用之下，两个或两个以上的激光光束聚焦在加工工件上，以形成多个激光光束同时作业，使得加工工件受热形成微坑，一定数量的微坑可以形成沟槽，这样，可使设计出来的图形直接就加工在加工工件上，工序简单，且不容易使加工工件变形，从而提高了效率和成品率。

Description

激光打点装置
技术领域
本发明涉及一种激光打点装置，尤其涉及一种用于在导光板上加工图案的激光打点装置。
背景技术
目前，在导光板上加工图案的方法主要有印刷工艺方法。先根据光学要求出一份菲林，然后将该菲林转移到一个丝网模板上，导光板放到丝网模板的下面。把专用油墨印在菲林上刮动，从而透过菲林在导光板上形成网点图，然后再用烘箱烘烤。这种工艺的工序复杂，且烘烤容易使导光板变形，导致了效率和成品率的降低。而且，油墨有毒不环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过激光在导光板上加工图案的装置。
为解决上述问题，本发明一实施方式中的一种激光打点装置，包括：
激光器、分束镜和聚焦镜，所述分束镜在所述激光器的光路上设置于所述激光器和所述聚焦镜之间，所述聚焦镜在所述激光器的光路上设置于所述分束镜和加工工件之间。
作为本发明的进一步改进，所述激光打点装置还包括一第一运动平台和一第二运动平台，所述激光器、所述分束镜和所述聚焦镜设置于所述第一运动平台上，所述加工工件设置于所述第二运动平台上，所述第一运动平台与所述第二运动平台可相对运动。
作为本发明的进一步改进，
所述第一运动平台带动带动所述激光器、所述分束镜和所述聚焦镜在水平方向运动；
所述第二运动平台带动所述加工工件在竖直方向运动。
作为本发明的进一步改进，所述分束镜在所述光路上可转动地设置于所述激光器和所述聚焦镜之间。
作为本发明的进一步改进，所述激光打点装置还包括一反射镜，所述反射镜在所述光路上设置于所述激光器和所述分束镜之间。
作为本发明的进一步改进，所述激光打点装置还包括一扩束镜，所述扩束镜在所述光路上设置于所述激光器和所述分束镜之间。
作为本发明的进一步改进，所述激光打点装置还包括一反射镜，所述反射镜在所述光路上设置于所述扩束镜和所述分束镜之间。
作为本发明的进一步改进，所述反射镜与水平面的夹角为45度。
作为本发明的进一步改进，所述激光打点装置还包括一第一运动平台和一第二运动平台，所述反射镜、所述分束镜和所述聚焦镜设置于所述第一运动平台上，所述加工工件设置于所述第二运动平台上，所述第一运动平台与所述第二运动平台可相对运动。
作为本发明的进一步改进，所述分束镜在所述光路上可转动地设置于所述激光器和所述聚焦镜之间。
作为本发明的进一步改进，所述激光打点装置还包括一光闸，所述光闸在所述光路上设置于所述激光器和所述分束镜之间。
作为本发明的进一步改进，所述激光打点装置还包括一光闸，所述光闸在所述光路上设置于所述激光器和所述扩束镜之间。
作为本发明的进一步改进，所述聚焦镜为平凸聚焦镜。
相较于现有技术，本发明的技术方案可使设计出来的图形直接就加工在导光板上，工艺简单，制作周期短。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图2为本发明第二实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图3为本发明第三实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图4为本发明第四实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图5为本发明第五实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图6为本发明第六实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图7为本发明第七实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图8A~图8G为本发明第八实施例提供的激光打点装置的原理示意图；
图9为本发明第一实施例提供的激光打点装置在加工工件上的光斑示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
图1为本发明第一实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图1所示。激光打点装置包括激光器10、分束镜20和聚焦镜30，所述分束镜10在所述激光器10的光路上设置于所述激光器10和所述聚焦镜30之间，所述聚焦镜30在所述激光器10的光路上设置于所述分束镜20和加工工件40之间。优选地，所述激光器10为CO2激光器。从所述CO2激光器发出的光束为 CO2激光光束。
具体地，所述分束镜20可以利用衍射效应，将单个激光光束分成两个或两个以上的激光光束。
可选地，在本实施例的一个可能的实现方式中，所述分束镜20在所述光路上可转动地设置于所述激光器10和所述聚焦镜30之间。所述分束镜20可绕其纵轴旋转一定的角度d，那么，激光打点装置在加工工件上的光斑以旋转之前的光斑的中心为圆心，旋转相同的角度d，使得光斑的在沟槽的宽度方向上的间距发生变化，如图9所示。通过该方法，可以控制加工工件上由光斑形成的微坑在沟槽的宽度方向上的间距，能够得到较小的线间距。
具体地，所述聚焦镜30可以为凸透镜，例如，平凸透镜等。
一般来说，所述加工工件40为导光板，是背光源的一部分。例如，亚克力材料的浇注板或挤压板，可以用于大幅面平板显示器行业、灯箱广告的光源行业和均匀照明行业等。
可选地，在本实施例的一个可能的实现方式中，激光器10具体可以采用波长为10640纳米（nm）的脉冲激光器，亚克力材料对此波长的激光有很好的吸收率，这样，能够产生质量较高的沟槽以利于导光。激光器10的功率为100瓦（W），能够有效保证加工的速度。激光的光斑大小可以通过调节，以满足本实施例的要求，例如，直径0.3毫米（mm），深度0.05mm。
可选地，在本实施例的一个可能的实现方式中，具体可以通过调整所述聚焦镜30的焦距，在所述加工工件40上产生满足需求的光斑的大小和能量，从而在所述加工工件40上开设沟槽。
本实施例中，通过在激光器的光路上，设置于该激光器与加工工件之间的分束镜和聚焦镜，激光器发出的激光光束进入分束镜，由分束镜将一个激光光束分成两个或两个以上的激光光束，进而在聚焦镜的作用之下，两个或两个以上的激光光束聚焦在加工工件上，以形成多个激光光束同时作业，使得加工工件受热形成微坑，一定数量的微坑可以形成沟槽，这样，可使设计出来的图形直接就加工在加工工件上，工序简单，且不容易使加工工件变形，从而提高了效率和成品率。
另外，采用本发明的技术方案，无需使用油墨等有毒材料，更加有利于环保。
图2为本发明第二实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图2所示。在图1对应的实施例所提供的激光打点装置基础上，该激光打点装置还可以进一步包括一第一运动平台51和一第二运动平台52，所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30设置于所述第一运动平台51上；所述加工工件40设置于所述第二运动平台52。所述第一运动平台51与所述第二运动平台52可相对运动。
具体地，所述第一运动平台51和加工工件40所在的第二运动平台52具体可以结合运动，以实现所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30相对于加工工件40进行运动。这样，加工方便，控制简单，能够进一步提高效率。
例如，所述第一运动平台51可以带动所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30在水平方向x运动，相应地，加工工件40所在的第二运动平台52带动加工工件40在竖直方向y运动。具体地，所述第一运动平台51具体可以包括x方向传送单元，例如，x方向滑轨和控制x方向滑轨的电机；所述加工工件40所在的第二运动平台52具体可以包括基板和y方向传送单元，例如，y方向滑轨和控制y方向滑轨的电机。其中，所述基板可以为耐高温的铝制基板。
或者，再例如，所述第一运动平台51可以带动所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30在竖直方向y运动，相应地，加工工件40所在的第二运动平台52带动加工工件40在水平方向x运动。具体地，所述第一运动平台51具体可以包括y方向传送单元，例如，y方向滑轨和控制y方向滑轨的电机；所述加工工件40所在的第二运动平台52具体可以包括基板和x方向传送单元，例如，x方向滑轨和控制x方向滑轨的电机。其中，所述基板可以为耐高温的铝制基板。
或者，再例如，所述第一运动平台51可以带动所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30在水平方向x和竖直方向y运动，加工工件40所在的第二运动平台52也可以带动加工工件40在水平方向x和竖直方向y运动。具体地，所述第一运动平台51具体可以包括x方向传送单元，例如，x方向滑轨和控制x方向滑轨的电机，以及还可以进一步包括y方向传送单元，例如，y方向滑轨和控制y方向滑轨的电机；所述加工工件40所在的第二运动平台52具体可以包括基板和x方向传送单元，例如，x方向滑轨和控制x方向滑轨的电机，以及还可以进一步包括y方向传送单元，例如，y方向滑轨和控制y方向滑轨的电机。其中，所述基板可以为耐高温的铝制基板。
这里所指的水平方向x和竖直方向y是相对于水平面而言。
优选地，在水平方向x的运动速度最大可以达到4米/秒（m/s），在竖直方向y的运动速度最大可以达到为50毫米/秒（mm/s）。由于在水平方向x的运动速度最大可以达到4m/s，可以满足大幅面的要求，例如，1100mm×1800mm。
可以理解的是，水平方向x与竖直方向y的运动是有先后顺序的。例如，如果将沟槽的长度方向设置为水平方向x，那么，则可以首先在水平方向x上运动，一行加工完毕之后，再在竖直方向y上运动。或者，再例如，如果将沟槽的宽度方向设置为水平方向x，那么，则可以首先在竖直方向y上运动，一行加工完毕之后，再在水平方向x上运动。
可选地，所述第二运动平台52还可以进一步不移动，所述第一运动平台51可以带动所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30在水平方向x和竖直方向y运动，以实现所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30相对于加工工件40进行运动。
具体地，所述第一运动平台51具体可以包括x方向传送单元，例如，x方向滑轨和控制x方向滑轨的电机；还可以进一步包括y方向传送单元，例如，y方向滑轨和控制y方向滑轨的电机。
可选地，所述第一运动平台51还可以进一步不移动，由加工工件40所在的第二运动平台52带动加工工件40在水平方向x和竖直方向y运动，同样也可以实现所述激光器10、所述分束镜20和所述聚焦镜30相对于加工工件40进行运动。
具体地，所述加工工件40所在的第二运动平台52具体可以包括基板和x方向传送单元，例如，x方向滑轨和控制x方向滑轨的电机；还可以进一步包括y方向传送单元，例如，y方向滑轨和控制y方向滑轨的电机。其中，所述基板可以为耐高温的铝制基板。
优选地，在水平方向x的运动速度最大可以达到4米/秒（m/s），在竖直方向y的运动速度最大可以达到为50毫米/秒（mm/s）。由于在水平方向x的运动速度最大可以达到4m/s，可以满足大幅面的要求，例如，1100mm×1800mm。
可以理解的是，水平方向x与竖直方向y的运动是有先后顺序的。例如，如果将沟槽的长度方向设置为水平方向x，那么，则可以首先在水平方向x上运动，一行加工完毕之后，再在竖直方向y上运动。或者，再例如，如果将沟槽的宽度方向设置为水平方向x，那么，则可以首先在竖直方向y上运动，一行加工完毕之后，再在水平方向x上运动。
可选地，所述分束镜20则可以可转动地连接于所述第一运动平台51上。所述分束镜20的详细描述可以参见图1对应的实施例中的相关内容，此处不再赘述。
本实施例中，通过第一运动平台带动激光器、分束镜和聚焦镜在水平方向x和/或竖直方向y运动，以及加工工件所在的第二运动平台带动加工工件在竖直方向y和/或水平方向x运动，能够在加工工件上形成许多不同密度分布的沟槽，沟槽的长度为200微米（μm）~400μm，宽度为100μm~200μm，深度为40μm~100μm。
一般情况下，为了稳定输出，需要将激光器10固定。这样，相对来说，激光光束的传输方向也是固定的。但是为了不断变化的需求，可以采取某些方式，根据需要来改变激光光束的传输方向，使激光光束的传输成为一个动态的传输。通常采取的措施就是在光路上增设反射镜。图3为本发明第三实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图3所示。在图1对应的实施例所提供的激光打点装置基础上，该激光打点装置还可以进一步包括一反射镜60，所述反射镜60在所述光路上设置于所述激光器10和所述分束镜20之间。
优选地，所述反射镜60与水平面的夹角可以设置为45度，以保证光路垂直反射。
本实施例中，通过在激光器的光路上，设置于激光器和分束镜之间的反射镜，可以改变激光光束的传输方向，从而实现了激光光束的动态传输。
图4为本发明第四实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图4所示。在图3对应的实施例所提供的激光打点装置基础上，该激光打点装置还可以进一步包括一第一运动平台53和一第二运动平台54，所述反射镜60、所述分束镜20和所述聚焦镜30设置于所述第一运动平台53上；所述加工工件40设置于所述第二运动平台54上。所述第一运动平台53与所述第二运动平台54可相对运动。该第一运动平台53的详细描述可以参见图2对应的实施例中的第一运动平台51的相关内容，第二运动平台54的详细描述可以参见图2对应的实施例中的第二运动平台52的相关内容，此处不再赘述。这样，由于激光器的位置不动，所述反射镜60、所述分束镜20和所述聚焦镜30运动，因此，实现了激光器10的飞行光路。
可选地，所述分束镜20则可以可转动地连接于所述第一运动平台53上。所述分束镜20的详细描述可以参见图1对应的实施例中的相关内容，此处不再赘述。
图5为本发明第五实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图5所示。在图1对应的实施例所提供的激光打点装置基础上，该激光打点装置还可以进一步包括一扩束镜70，所述扩束镜40在所述光路上设置于所述激光器10和所述分束镜20之间。
本实施例中，通过在激光器的光路上，设置于激光器和分束镜之间的扩束镜，以放大激光光束，从而降低了激光光束的发散角，进而能够进一步减小所述聚焦镜30的聚焦焦点位置的光斑直径。
一般情况下，为了稳定输出，需要将激光器10固定。这样，相对来说，激光光束的传输方向也是固定的。但是为了不断变化的需求，可以采取某些方式，根据需要来改变激光光束的传输方向，使激光光束的传输成为一个动态的传输。通常采取的措施就是在光路上增设反射镜。图6为本发明第六实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图6所示。在图3对应的实施例所提供的激光打点装置基础上，该激光打点装置还可以进一步包括一反射镜80，所述反射镜80在所述光路上设置于所述扩束镜70和所述分束镜20之间。
优选地，所述反射镜80与水平面的夹角可以设置为45度，以保证光路垂直反射。
本实施例中，通过在激光器的光路上，设置于激光器和分束镜之间的反射镜，可以改变激光光束的传输方向，从而实现了激光光束的动态传输。
图7为本发明第七实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图7所示。在图6对应的实施例所提供的激光打点装置基础上，该激光打点装置还可以进一步包括一第一运动平台55和一第二运动平台56，所述反射镜80、所述分束镜20和所述聚焦镜30设置于所述第一运动平台55上；所述加工工件40设置于所述第二运动平台56上。所述第一运动平台55与所述第二运动平台56可相对运动。该第一运动平台55的详细描述可以参见图2对应的实施例中的第一运动平台51的相关内容，第二运动平台56的详细描述可以参见图2对应的实施例中的第二运动平台52的相关内容，此处不再赘述。这样，由于激光器的位置不动，所述反射镜80、所述分束镜20和所述聚焦镜30运动，因此，实现了激光器10的飞行光路。
可选地，所述分束镜20则可以可转动地连接于所述第一运动平台55上。所述分束镜20的详细描述可以参见图1对应的实施例中的相关内容，此处不再赘述。
图8A~图8G为本发明第八实施例提供的激光打点装置的原理示意图，如图8A~图8G所示。在图1~图7对应的实施例所提供的任一激光打点装置基础上，该激光打点装置还可以进一步包括一光闸90，所述光闸90在所述光路上设置于所述激光器10和所述分束镜20之间。这样，通过光闸可以控制激光光束的高速开关，每秒钟可以打2000~4000微坑，在时间上形成串微坑。
本实施例中，通过在激光器的光路上，设置于激光器和分束镜之间的光闸，以控制激光光束的高速开关，从而进一步提高了效率。
在本发明的上述实施例中，可以理解的是，激光打点装置还可以进一步包括控制设备（图中未示出），所述控制设备与所述激光器10和第一运动平台和/或加工工件所在的第二运动平台电性连接，该控制设备通过计算机系统协调控制。
综上所述，本发明利用激光的高密度能量，使材料表面熔化、并汽化，照射中心的熔化物均匀向四周溢出。接合到计算机控制第一运动平台，使设计出来的图形直接就加工在材料上，特点，工艺简单：只需要把图形导入电脑，通过控制软件控制网点的深度及大小就可以直接加工在产品上，制做周期短，如果设计不合理可以立即改图或者改变设备的加工工艺参数立即制做另一个样品，直到满意为止，一般1～2次即可成功，达到半小时出合格的样品。
尤其是本发明采用了分束镜和聚焦镜，可同时在加工工件表面形成多个激光点，更加有效地提高了加工效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置，包括：激光器、分束镜和聚焦镜，所述分束镜在所述激光器的光路上设置于所述激光器和所述聚焦镜之间，所述聚焦镜在所述激光器的光路上设置于所述分束镜和加工工件之间。
2.根据权利要求1所述的激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置还包括一第一运动平台和一第二运动平台，所述激光器、所述分束镜和所述聚焦镜设置于所述第一运动平台上，所述加工工件设置于所述第二运动平台上，所述第一运动平台与所述第二运动平台可相对运动。
3.根据权利要求2所述的激光打点装置，其特征在于，
所述第一运动平台带动带动所述激光器、所述分束镜和所述聚焦镜在水平方向运动；
所述第二运动平台带动所述加工工件在竖直方向运动。
4.根据权利要求2或3所述的激光打点装置，其特征在于，所述分束镜在所述光路上可转动地设置于所述激光器和所述聚焦镜之间。
5.根据权利要求1所述的激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置还包括一反射镜，所述反射镜在所述光路上设置于所述激光器和所述分束镜之间。
6.根据权利要求1所述的激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置还包括一扩束镜，所述扩束镜在所述光路上设置于所述激光器和所述分束镜之间。
7.根据权利要求6所述的激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置还包括一反射镜，所述反射镜在所述光路上设置于所述扩束镜和所述分束镜之间。
8.根据权利要求5或7所述的激光打点装置，其特征在于，所述反射镜与水平面的夹角为45度。
9.根据权利要求5或7所述的激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置还包括一第一运动平台和一第二运动平台，所述反射镜、所述分束镜和所述聚焦镜设置于所述第一运动平台上，所述加工工件设置于所述第二运动平台上，所述第一运动平台与所述第二运动平台可相对运动。
10.根据权利要求9所述的激光打点装置，其特征在于，所述分束镜在所述光路上可转动地设置于所述激光器和所述聚焦镜之间。
11.根据权利要求1所述的激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置还包括一光闸，所述光闸在所述光路上设置于所述激光器和所述分束镜之间。
12.根据权利要求6所述的激光打点装置，其特征在于，所述激光打点装置还包括一光闸，所述光闸在所述光路上设置于所述激光器和所述扩束镜之间。
13.根据权利要求1所述的激光打点装置，其特征在于，所述聚焦镜为平凸聚焦镜。
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