CN103624404B - 一种激光图案加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光图案加工设备，包括：钢轨放置台；固定于钢轨放置台上的环形轨道；垂直支架；固定于垂直支架上的直线轨道，直线轨道垂直于环形轨道所在平面；用于放置导光板的加工平台，加工平台由第一控制电机驱动可沿直线轨道移动；用于对加工平台上的导光板进行激光加工的集光透镜模组，集光透镜模组由第二控制电机驱动可沿环形轨道移动；激光发射器；反射镜，激光发射器发出的光束经过反射镜集中到激光透镜模组上。上述激光图案加工设备在工作过程中，集光透镜可以在环形轨道上匀速移动，从而避免了加减速惯性带来的震动问题，同时避免了加减速过程中的时间损耗，提高了设备的可生产性。

Description

一种激光图案加工设备

技术领域

本发明涉及IT(Information Technology，信息技术)产品制造技术领域，特别涉及一种激光图案加工设备。

背景技术

在IT产品的显示器中，广泛使用LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）。由于液晶面板本身不会发光，因此需要提供一背光源。背光模组的光源主要有CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamp，冷阴极萤光灯管）和LED（Light Emitting Diode，发光二极管），其中，以LED为发光源的背光源因为能耗低、解析度高、大型化等原因占据主流市场。

LED是无法自发光后成像的，需经过成像装置才能实现成像，但使用成像装置需要有背光源来提供光源。背光源根据光源的位置分布分为直下式和侧入光式，其中，侧入光式背光源作为轻薄化的代表，占据着主要的中、高端市场。为了使侧入光式背光源的光源从线光源变成均匀的面光源，需要对导光板进行精密地图案加工。导光板是整体背光源的传播媒介，是背光的效率中心，导光板性能优劣决定了出射光源的亮度效率及分布上均一性的表现。导光板的图案加工方式有印刷、蚀刻和注塑等物理性的方法，以及利用激光光束的激光加工方法。

如图1所示，现有的激光图案加工设备中：为了吸收X轴往返运动而引起的振动，在设备下部构成大理石材质的石平台3；石平台3的上部有Y轴钢轨4，使移动平台2可以沿Y轴运动；移动平台2由接收控制命令的直线电机5与刻度尺来感知Y轴位置；石平台3的上部有激光发射器1以及多个光学反射镜6，并在X轴内放入钢轨（X轴钢轨10），并设置了能承受其振动的石框7；从激光发射器1发出的光束通过多个光学反射镜6依次反射后依靠集光透镜12集光；导光板11放置在移动平台2上，并依靠真空泵固定，以防止导光板11在加工过程中移动；集光透镜12依靠接收控制命令的直线电机在X轴钢轨10上往返运动。

上述激光图案加工设备作动方式（原理）（请参考图2所示的一个激光发射器1发出的光束路径示意图）：从激光发射器1开始发射的光束，通过光学反射镜6照射在集光透镜12上，这时，集光透镜12通过接收控制命令的直线电机在X轴钢轨上进行往返运动，并利用照射的激光光束在导光板11上开始进行一行一行的图案雕刻，这时，在加工完一行的时点，直线电机通过接收控制器的命令把导光板11移送到下一个步幅。

图4是现有技术中的激光图案加工设备在激光图案加工进行状态的流程示意图，设备的图案加工阶段出现为“图案程序输入—LGP（Light Guide Plate，导光板）放置在移动平台2后开始加工—X轴图案加工—Y轴导光板移动—图案加工完成”。可见，通过设计后的数据输入设备后，控制器按照已设计的数值，控制集光透镜12上在X轴钢轨10上往返运动且控制移动平台2在Y轴钢轨4上直线运动来进行图案加工。完成加工的导光板11上的图案，如图5所示。

如上述，现有技术中的激光图案加工设备是通过集光透镜12在X轴钢轨上左右往返运动一行一行地进行图案加工，并且，移动平台2沿Y轴钢轨方向步进来反复加工的设备。这种情况下，每一行加工过程都需要加速和减速，如图2和图3所示，图2中，a区域和c区域分别为加速和减速时需要的非加工区段，只有在b区域才进行导光板的图案加工；图3中，y轴表示集光透镜12在X轴钢轨上的移动速度，x轴为时间轴。在实际生产过程中，设备容易因为加减速的惯性而引起震动，这样的震动会加大对精密图案加工的误差。

因此，为了解决上述震动问题，需要使用硬度强的石材，从而加大了设备重量，出现移动困难和价格大幅度上涨的问题。另外，如图3所示，每行加工时都需要有加速和减速的时间，而加速和减速的时间是无法加工图案的，并且，Y轴移送时间点也无法加工图案，从而，存在大量的时间损耗，降低了生产性。

在IT产品中，显示设备大型化导致导光板也大型化。这时，为了加工大型化的导光板，X轴钢轨的移动距离也需要加大，但是，移动距离的增加会引起激光功率的损失，从而发生激光功率上的差异，这对于在大型导光板上加工出图案的均匀性存在直接的不良影响。

此外，现有的激光图案加工设备中，集光透镜12在X轴钢轨10上的高速运动，使装在X轴钢轨10上的轴承经常由于磨损而需要更换，引起费用上升以及设备的可动率降低等问题。而且，为了提高设备的生产性，需要设置复数的激光发生器以及光学设备，这时，制造成本将会大幅增加。

因此，如何降低激光图案加工设备的生产成本，同时保证大型化导光板的良率，以及如何提高设备的生产性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种激光图案加工设备，在工作过程中，集光透镜可以在环形轨道上匀速移动，从而避免了加减速惯性带来的震动问题，同时避免了加减速过程中的时间损耗，提高了设备的可生产性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光图案加工设备，包括：

钢轨放置台；

固定于所述钢轨放置台上的环形轨道；

垂直支架；

固定于所述垂直支架上的直线轨道，所述直线轨道垂直于所述环形轨道所在平面；

用于放置导光板的加工平台，所述加工平台由第一控制电机驱动可沿所述直线轨道移动；

用于对所述加工平台上的所述导光板进行激光加工的集光透镜模组，所述集光透镜模组包括用于对所述加工平台上的所述导光板进行激光加工的集光透镜和用于与所述环形轨道滑动连接的连接组件，所述集光透镜模组由第二控制电机驱动可沿所述环形轨道移动；

激光发射器；

反射镜，所述激光发射器发出的光束经过所述反射镜集中到所述激光透镜模组上。

优选地，在上述激光图案加工设备中，还包括固定螺丝和环形布置的移动导轨，所述移动导轨的侧面设置有第一啮合齿，所述固定螺丝的周侧设置有与所述第一啮合齿适配的第二啮合齿，所述固定螺丝由所述第二控制电机驱动旋转并带动所述移动导轨沿环形轨迹旋转，所述移动导轨与所述环形轨道同轴布置，所述集光透镜模组固连于所述移动导轨上。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述环形轨道设置有T型卡槽，所述T型卡槽内部包括第一卡接面、第二卡接面和第三卡接面，所述第一卡接面和所述第三卡接面平行，所述第二卡接面位于所述第一卡接面和所述第三卡接面之间且与所述第一卡接面和所述第三卡接面垂直；

所述连接组件中固连有轴承组，所述轴承组位于所述T型卡槽内，且包括通过连接件固连在一起的第一轴承、第二轴承和第三轴承，所述第一轴承可沿所述第一卡接面滚动，所述第二轴承可沿所述第二卡接面滚动，所述第三轴承可沿所述第三卡接面滚动。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述加工平台上设置有多个用于放置所述导光板的安装位置，多个所述安装位置依次相接呈环形布置。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述环形轨道为多边形轨道，所述反射镜有多个且分别布置于所述多边形轨道的折角外侧，所述环形轨道上，位于相邻两个所述折角之间的轨道部分为直线轨道部分，每段所述直线轨道部分对应一个所述安装位置。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述安装位置为吸附板，所述吸附板通过真空泵控制所述导光板的吸附或脱离。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述加工平台利用滚珠丝杠结构沿所述直线轨道移动，所述滚珠丝杠结构与所述第一控制电机相连。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述激光发射器位于所述环形轨道下方。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，所述第二反射镜有多个且均匀布置于所述环形轨道周边，所述第一反射镜将所述激光发射器发出的光束反射到所述第二反射镜上，所述第二反射镜将所述光束反射到所述集光透镜模组中的集光透镜中。

优选地，在上述激光图案加工设备中，所述直线轨道位于所述环形轨道的中心位置。

本发明实施例提供的激光图案加工设备中，从激光发射器发射的激光光束通过反射镜传导至集光透镜模组上的集光透镜，经过集光透镜折射到加工平台上的导光板上进行图案加工，对导光板进行图案雕刻加工时，开始位置和结束位置均根据计算机程序进行控制。加工一行后，根据已定的程序步进加工平台，使之连续加工并完成整个导光板的成品加工。在上述过程中，由于集光透镜模组始终在环形轨道上移动，从而在加工过程中可以始终保+持匀速移动，避免了现有技术中在加工过程中的加减速设置，从而避免了加减速惯性带来的震动问题，同时避免了加减速过程中的时间损耗，提高了设备的可生产性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的激光图案加工设备的结构示意图；

图2为现有技术中的激光图案加工设备中的激光光束的工作路径示意图；

图3为现有技术中的激光图案加工设备中的集光透镜移动过程中速度/时间坐标图；

图4为现有技术中的激光图案加工设备在激光图案加工进行状态的流程示意图；

图5为完成加工的导光板上的图案；

图6为本发明实施例提供的激光图案加工设备工作状态下的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的激光图案加工设备的整体结构示意图；

图8为本发明实施例中一次照射的激光光束通过四个第二反射镜传导到集光透镜的工作路径示意图；

图9为图8中圆形区域的局部放大图；

图10为本发明实施例提供的轴承组的机构示意图；

图11为本发明实施例提供的环形轨道的T型卡槽结构的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的激光图案加工设备的俯视图；

图13为本发明实施例提供的激光图案加工设备的左视图；

图14为本发明实施例提供的激光图案加工设备的正视图；

图15为本发明实施例提供的激光图案加工设备的右视图。

具体实施方式

本发明公开了一种激光图案加工设备，在工作过程中，集光透镜可以在环形轨道上匀速移动，从而避免了加减速惯性带来的震动问题，同时避免了加减速过程中的时间损耗，提高了设备的可生产性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图6-图15，图6为本发明实施例提供的激光图案加工设备工作状态下的结构示意图，图7为本发明实施例提供的激光图案加工设备的整体结构示意图，图8为本发明实施例中一次照射的激光光束（L）通过四个第二反射镜传导到集光透镜的工作路径示意图，图9为图8中圆形区域的局部放大图，图10为本发明实施例提供的轴承组的机构示意图，图11为本发明实施例提供的环形轨道的T型卡槽结构的结构示意图，图12为本发明实施例提供的激光图案加工设备的俯视图，图13为本发明实施例提供的激光图案加工设备的左视图，图14为本发明实施例提供的激光图案加工设备的正视图，图15为本发明实施例提供的激光图案加工设备的右视图。

需要进行说明的是，在本发明提供的激光图案加工设备中，集光透镜模组604实际上只需要一个，但是，为了说明集光透镜模组604在各个位置进行加工时的状态，本发明提供的各附图中均示意了四个集光透镜模组604。

本发明实施例提供的激光图案加工设备，包括钢轨放置台103、固定于钢轨放置台103上的环形轨道104、垂直支架105、固定于垂直支架105上的直线轨道106、用于放置导光板109的加工平台107、集光透镜模组604、激光发射器601和反射镜。其中，集光透镜模组604包括用于对加工平台107上的导光板109进行激光加工的集光透镜和用于与环形轨道104滑动连接的连接组件，直线轨道106垂直于环形轨道104所在平面，加工平台107由第一控制电机108驱动可沿直线轨道106上下移动，集光透镜模组604由第二控制电机202驱动可沿环形轨道104移动；激光发射器601发出的光束经过反射镜集中到激光透镜模组105上，集光透镜模组604接收激光光束并对加工平台107上的导光板109进行激光加工。

本发明实施例提供的激光图案加工设备中，从激光发射器601发射的激光光束通过反射镜传导至集光透镜模组604上的集光透镜，经过集光透镜折射到加工平台107上的导光板109上进行图案加工，对导光板109进行图案雕刻加工时，开始位置和结束位置均根据计算机程序进行控制。加工一行后，根据已定的程序步进加工平台107，使之连续加工并完成整个导光板109的成品加工。在上述过程中，由于集光透镜模组604始终在环形轨道104上移动，从而在加工过程中可以始终保持匀速移动，避免了现有技术中在加工过程中的加减速设置，从而避免了加减速惯性带来的震动问题，同时避免了加减速过程中的时间损耗，提高了设备的可生产性。

在优选地具体实施例中，本发明实施例提供的激光图案加工设备，还包括固定螺丝203和环形布置的移动导轨201（请参阅图8和图9）。其中，移动导轨201的内侧面设置有第一啮合齿，固定螺丝203的周侧设置有与第一啮合齿适配的第二啮合齿，固定螺丝203由第二控制电机202驱动旋转并带动移动导轨201沿环形轨迹旋转，移动导轨201与环形轨道104同轴布置，集光透镜模组604固连于移动导轨201上，随着移动导轨201的旋转移动，集光透镜模组604在环形导轨104上匀速移动。对此，本领域技术人员容易获知的是，移动导轨201和固定螺丝203的配合关系并不局限于此，还可以是通过摩擦传动或者其它传动方式，本发明对此并不做具体限定。

为了进一步优化上述技术方案，如图9、图10和图11所示，环形轨道104为形状，其内部设置为T型卡槽，T型卡槽内部包括第一卡接面401、第二卡接面402和第三卡接面403，第一卡接面401和第三卡接面403平行，第二卡接面402位于第一卡接面401和第三卡接面403之间且与第一卡接面401和第三卡接面403垂直；集光透镜模组604上的连接组件包括支架601和轴承组30，轴承组30和集光透镜均分别固连于支架601的上下两端，并且，集光透镜模组604通过支架601与移动导轨201固连，该轴承组30与支架601紧密结合，并且，轴承组30位于环形轨道104的T型卡槽内，包括通过连接件固连在一起的第一轴承301、第二轴承302和第三轴承303，第一轴承301可沿第一卡接面401滚动，第二轴承302可沿第二卡接面402滚动，第三轴承303可沿第三卡接面403滚动。通过上述设置，实现了集光透镜模组604在环形轨道104上的无缝旋转运动，并且，轴承组30中的各个轴承不易磨损，从而节省了维修成本，同时提高了设备可动性。

以一个具体实施例中为例进行举例说明，如图6-图8所示，直线轨道106位于环形轨道104的中心位置，激光发射器601位于环形轨道104下方；反射镜包括第一反射镜602和第二反射镜603，第二反射镜603有多个且均匀布置于环形轨道104周边，第一反射镜602将激光发射器601发出的光束反射到第二反射镜603上，第二反射镜603将光束反射到集光透镜模组604中的集光透镜中。其中，每个反射镜均可以对激光光束进行调焦设置，从而避免激光光束在传输过程中功率上的差异，提高加工图案的均匀性。

在具体实施例中，加工平台107上设置有多个用于放置导光板109的安装位置，多个安装位置依次相接呈环形布置；并且，环形轨道104为多边形轨道，第二反射镜603有多个且分别布置于多边形轨道的折角外侧，环形轨道104上，位于相邻两个折角之间的轨道部分为直线轨道部分，每段直线轨道部分对应一个安装位置。以加工平台107上设置有四个导光板109为例，如图6和图8所示，环形轨道104对应设置为四边形，四边形的四个折角处分别设置一个第二反光镜603。

请参阅图8，工作过程激光光束的传导路径为：从激光发射器601发射的激光光束通过第一反射镜602向上折射，由第一个第二反射镜603接收并反射；一次折射的激光光束依次通过四个第二反射镜603，沿环形轨道104的延伸方向无限照射；传导至集光透镜模组604中的集光透镜，使传导的激光光束照射到加工平台107上的多个导光板109上，进行雕刻加工。在工作过程中，通过设计程序控制激光开关。

假设图8中激光光束到达的第二个第二反射镜603所在的位置为二号位置，如集光透镜模组604到达二号位置时，通过该位置的第二反射镜603变更90度方向后，折射到该位置的集光透镜604，然后再折射到加工平台107上与该集光透镜604位置对应的导光板109上进行雕刻加工。

在具体实施例中，加工平台107利用滚珠丝杠结构沿直线轨道106移动，滚珠丝杠结构与第一控制电机108相连。加工平台107上的安装位置为吸附板，吸附板通过真空泵控制导光板109的吸附或脱离。导光板109加工完成后，根据加工平台107上各安装位置设置的真空解除按钮，使导光板109脱离，然后重新放置新的未加工的导光板109继续进行加工。

此外，在具体实施例中，还设置有能承受外部震动的机座101，机座101和钢轨放置台103之间设置有竖直放置的支撑台102，垂直支架105垂直组装在机座101上，钢轨放置台103使用石质产品减小震动引起的问题。

但是，本发明提供的激光图案加工设备的具体结构并不局限于此，例如，加工平台107上设置有多个用于放置导光板109的安装位置还可以是三个、五个或其他数量，激光发射器601的固定位置并不局限于在环形轨道104下方，等等，本发明对此并不做具体限定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种激光图案加工设备，其特征在于，包括：

钢轨放置台(103)；

固定于所述钢轨放置台(103)上的环形轨道(104)；

垂直支架(105)；

固定于所述垂直支架(105)上的直线轨道(106)，所述直线轨道(106)垂直于所述环形轨道(104)所在平面；

用于放置导光板(109)的加工平台(107)，所述加工平台(107)由第一控制电机(108)驱动可沿所述直线轨道(106)移动；

集光透镜模组(604)，所述集光透镜模组(604)包括用于对所述加工平台(107)上的所述导光板(109)进行激光加工的集光透镜和用于与所述环形轨道(104)滑动连接的连接组件，所述集光透镜模组(604)由第二控制电机(202)驱动可沿所述环形轨道(104)移动；

激光发射器(601)；

反射镜，所述激光发射器(601)发出的光束经过所述反射镜集中到所述激光透镜模组(105)上；

还包括固定螺丝(203)和环形布置的移动导轨(201)，所述移动导轨(201)的侧面设置有第一啮合齿，所述固定螺丝(203)的周侧设置有与所述第一啮合齿适配的第二啮合齿，所述固定螺丝(203)由所述第二控制电机(202)驱动旋转并带动所述移动导轨(201)沿环形轨迹旋转，所述移动导轨(201)与所述环形轨道(104)同轴布置，所述集光透镜模组(604)固连于所述移动导轨(201)上；

所述环形轨道(104)设置有T型卡槽，所述T型卡槽内部包括第一卡接面(401)、第二卡接面(402)和第三卡接面(403)，所述第一卡接面(401)和所述第三卡接面(403)平行，所述第二卡接面(402)位于所述第一卡接面(401)和所述第三卡接面(403)之间且与所述第一卡接面(401)和所述第三卡接面(403)垂直；

所述连接组件中固连有轴承组(30)，所述轴承组(30)位于所述T型卡槽内，且包括通过连接件固连在一起的第一轴承(301)、第二轴承(302)和第三轴承(303)，所述第一轴承(301)可沿所述第一卡接面(401)滚动，所述第二轴承(302)可沿所述第二卡接面(402)滚动，所述第三轴承(303)可沿所述第三卡接面(403)滚动。

2.根据权利要求1所述的激光图案加工设备，其特征在于，所述加工平台(107)上设置有多个用于放置所述导光板(109)的安装位置，多个所述安装位置依次相接呈环形布置。

3.根据权利要求2所述的激光图案加工设备，其特征在于，所述环形轨道(104)为多边形轨道，所述反射镜(603)有多个且分别布置于所述多边形轨道的折角外侧，所述环形轨道(104)上，位于相邻两个所述折角之间的轨道部分为直线轨道部分，每段所述直线轨道部分对应一个所述安装位置。

4.根据权利要求2所述的激光图案加工设备，其特征在于，所述安装位置为吸附板，所述吸附板通过真空泵控制所述导光板(109)的吸附或脱离。

5.根据权利要求1所述的激光图案加工设备，其特征在于，所述加工平台(107)利用滚珠丝杠结构沿所述直线轨道(106)移动，所述滚珠丝杠结构与所述第一控制电机(108)相连。

6.根据权利要求1所述的激光图案加工设备，其特征在于，所述激光发射器(601)位于所述环形轨道(104)下方。

7.根据权利要求6所述的激光图案加工设备，其特征在于，所述反射镜包括第一反射镜(602)和第二反射镜(603)，所述第二反射镜(603)有多个且均匀布置于所述环形轨道(104)周边，所述第一反射镜(602)将所述激光发射器(601)发出的光束反射到所述第二反射镜(603)上，所述第二反射镜(603)将所述光束反射到所述集光透镜模组(604)中的集光透镜中。

8.根据权利要求1-7任一项所述的激光图案加工设备，其特征在于，所述直线轨道(106)位于所述环形轨道(104)的中心位置。