CN104858550A - 背光源加工的co2激光多光束高速划槽装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置及方法，激光器的光路输出端布置有扩束镜，扩束镜的光路输出端设有45度平面反射镜，45度平面反射镜的反射输出端布置有分束镜，分束镜的光路输出端布置平凸聚焦透镜，平凸聚焦透镜的透射输出端正对于高速精确运动平台。CO2激光器发出的激光经过光学扩束聚焦变换处理，使其产生需要大小的激光光斑及能量；再通过运动平台以合适的高速运动驱动加工材料的移动，从而在加工材料上形成所需大小的及长度、宽度及深度的沟槽用以导光；通过引入分束镜，实现多光束同时加工，既提高了加工效率又可提高能源利用率。

Description

背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置及其方法，属于激光设备技术领域。
背景技术
目前，用于大幅面背光源加工的方法有以下几种：
1)印刷工艺方法：先根据光学要求出一份菲林，然后转移到一个丝网模板上，清洗丝干净丝网板(因为丝网板是用酸腐蚀出来的，要将酸清洗掉)，再把丝网板对位好放在工作板上，在丝网板上面刮一种专用油墨，最后用烘箱烘干。此工艺方法的工序多，有腐蚀性酸产生，油墨有毒，不环保，手动印刷的起点地方和最后提起的地方油墨较多，会影响质量导光质量，烘箱烘产品易变形且成品率较低，但效率较快。
2)传统的运动平台移动与CO2激光加工工艺：这种工艺克服了印刷工艺的许多不良地方，无腐蚀性酸，无油墨产生的毒，无印刷起点和终点重油墨现象，也无工序多的问题，由于运动平台速度有限且单光束加工，故效率较低。
3)高速振镜扫与CO2激光加工工艺：此工艺由光学扫描装置带动反射镜片(质量很轻，约100克)，通过镜片反射激光而形成激光运动，因此在运动上速度可以有很大的提高，比传统的运动平台的整体速度提高1～2倍。此工艺方法，无腐蚀性酸，无油墨产生的毒，无起点终点重油墨现象，无废品率，效率较高，不过该工艺方法只适用于加工浇注板。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其特征在于：激光器的光路输出端布置有扩束镜，扩束镜的光路输出端设有45度平面反射镜，45度平面反射镜的反射输出端布置有分束镜，分束镜的光路输出端布置平凸聚焦透镜，平凸聚焦透镜的透射输出端正对于高速精确运动平台，所述高速精确运动平台包含X轴传送单元、Y轴传送单元和耐高温铝制基板，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，耐高温铝制基板置于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温铝制基板上固定导光板样品，所述45度平面反射镜、分束镜和平凸聚焦透镜作为一个整体固定于X轴传送单元的X轴滑轨上。
进一步地，上述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其中，所述激光器与扩束镜之间光路设置有用于控制激光开关光的光闸。
更进一步地，上述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其中，所述激光器是波长为10.6μm的CO2微秒脉冲激光器。
更进一步地，上述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其中，所述分束镜是用于将单束激光束分成两个或以上多个光束的衍射整形元件。
本发明高速划槽的方法，激光器发出激光由光闸控制开关光，开光时进入扩束镜，经过可调倍数的扩束镜实现光束的放大，经过45度平面反射镜后进入分束镜，分束镜将单个激光光束分成两束或以上的多个光束，多个光束的照射方向存在角度，通过平凸聚焦透镜均聚焦于高速精确运动平台上，当光束到达高速精确运动平台时，由于照射方向角度的存在，光束间具有间隔，且相邻光束间的间隔相等；另外，分束镜在所处水平面内进行旋转，使得到的多个光束在水平面方向上进行旋转，即其在高速精确运动平台上得到的多个光斑以原多个光斑的中心为圆点与分束镜同步旋转，即通过改变分束后点的角度改变Y轴方向上垂直距离；到达高速精确运动平台，激光作用于被加工材料上，被加工材料受热形成微坑，光闸控制高速开关激光，每秒钟打出4000～8000个微坑，再通过高速精确运动平台的运动使之在空间平面上形成数个微坑。
再进一步地，上述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽的方法，其中，所述激光器是波长为10.6μm的CO2微秒脉冲激光器。
再进一步地，上述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽的方法，其中，高速精确运动平台在X轴向移动速度为4m/s，X轴方向上加工完成后，Y轴向以100mm/s移动到下一行，继续加工；通过控制高速精确运动平台的运动速度并结合计算机控制扫描运动的路径，在被加工材料平面上形成数个不同密度分布的微坑。
再进一步地，上述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽的方法，其中，所述微坑的长度为150～900μm，宽度为100～200μm，深度为80～150μm。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
结合激光打点工艺和高速扫描运动控制工艺，通过将CO2激光器发出的激光经过光学扩束聚焦变换处理，使其产生需要大小的激光光斑及能量；再通过运动平台以合适的高速运动驱动加工材料的移动，从而在加工材料上形成所需大小的及长度、宽度及深度的沟槽用以导光；通过引入分束镜，实现多光束同时加工，既提高了加工效率又可提高能源利用率。可广泛应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。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，激光器1的光路输出端依次布置有光闸2、扩束镜3，激光器1是波长为10.6μm的CO2微秒脉冲激光器，光闸2用于控制激光开关光，扩束镜3的光路输出端设有45度平面反射镜4，45度平面反射镜4的反射输出端布置有分束镜5，分束镜5是用于将单束激光束分成两个或以上多个光束的衍射整形元件，分束镜5的光路输出端布置平凸聚焦透镜6，平凸聚焦透镜6的透射输出端正对于高速精确运动平台7，高速精确运动平台7包含X轴传送单元、Y轴传送单元和耐高温铝制基板，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，耐高温铝制基板置于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温铝制基板上固定导光板样品，所述45度平面反射镜4、分束镜5和平凸聚焦透镜6作为一个整体固定于X轴传送单元的X轴滑轨上。
具体应用时，待加工工件固定于高速精确运动平台7上，CO2微秒脉冲激光器1发出激光由光闸2控制开关光，开光时进入扩束镜3，经过可调倍数的扩束镜3实现光束的放大，经过45度平面反射镜4后进入分束镜5，分束镜5将单个激光光束分成两束或以上的多个光束，多个光束的照射方向存在角度，通过平凸聚焦透镜6均聚焦于高速精确运动平台7上，当光束到达高速精确运动平台7时，由于照射方向角度的存在，光束间具有间隔，且相邻光束间的间隔相等；另外，分束镜5在所处水平面内进行旋转，使得到的多个光束在水平面方向上进行旋转，即其在高速精确运动平台7上得到的多个光斑以原多个光斑的中心为圆点与分束镜5同步旋转，即通过改变分束后点的角度改变Y轴方向上垂直距离；到达高速精确运动平台7，激光作用于被加工材料上，被加工材料受热形成微坑，光闸2控制高速开关激光，每秒钟打出4000～8000个微坑，再通过高速精确运动平台7的运动使之在空间平面上形成数个微坑。高速精确运动平台7在X轴向移动速度为4m/s，X轴方向上加工完成后，Y轴向以100mm/s移动到下一行，继续加工；通过控制高速精确运动平台7的运动速度并结合计算机控制扫描运动的路径，在被加工材料平面上形成数个不同密度分布的微坑。微坑的长度为150～900μm，宽度为100～200μm，深度为80～150μm。
采用CO2激光进行加工，CO2这种波长的激光(波长为10.6um)对亚克力材料来说很容易吸收，高峰值功率提供的高能量密度能够通过热效应作用于材料表面来达到材料消融效果，产生的微坑可用于导光；由于使用的CO2激光器的功率大于150W，因此为加工速度提供了保证，另外加工的微坑的大小也可以通过调节激光器能量实现从而满足加工要求。
运动扫描部分采用XY高速精确运动平台7，此平台在X轴方向上移动速度可达到4m/s。为了满足幅面要求，幅面最大为1290mm×1900mm。
本发明结合激光打点工艺和高速扫描运动控制工艺，通过将CO2激光器发出的激光经过光学扩束聚焦变换处理以及根据扫描角度实时进行焦距调整，使其产生需要大小的激光光斑及能量。再通过移动平台以合适的高速运动驱动样品的移动，从而在加工材料上形成所需大小的长度、宽度及深度的微坑用以导光，多个光束同时进行作业，生产效率大大提高。本发明可广泛应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。
由于多光束同时加工的介入，效率提高数倍，同时采用高速运动平台显著提高效率。不仅可用于加工浇注板，还可用于加工挤压板。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其特征在于：激光器(1)的光路输出端布置有扩束镜(3)，扩束镜(3)的光路输出端设有45度平面反射镜(4)，45度平面反射镜(4)的反射输出端布置有分束镜(5)，分束镜(5)的光路输出端布置平凸聚焦透镜(6)，平凸聚焦透镜(6)的透射输出端正对于高速精确运动平台(7)，所述高速精确运动平台(7)包含X轴传送单元、Y轴传送单元和耐高温铝制基板，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，耐高温铝制基板置于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温铝制基板上固定导光板样品，所述45度平面反射镜(4)、分束镜(5)和平凸聚焦透镜(6)作为一个整体固定于X轴传送单元的X轴滑轨上。
2.根据权利要求1所述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其特征在于：所述激光器(1)与扩束镜(3)之间光路设置有用于控制激光开关光的光闸(2)。
3.根据权利要求1所述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其特征在于：所述激光器(1)是波长为10.6μm的CO2微秒脉冲激光器。
4.根据权利要求1所述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽装置，其特征在于：所述分束镜(5)是用于将单束激光束分成两个或以上多个光束的衍射整形元件。
5.利用权利要求1所述装置实现高速划槽的方法，其特征在于：激光器(1)发出激光由光闸(2)控制开关光，开光时进入扩束镜(3)，经过可调倍数的扩束镜(3)实现光束的放大，经过45度平面反射镜(4)反射改变方向射向分束镜(5)，分束镜(5)将单个激光光束分成两束或以上的多个光束，多个光束的照射方向存在角度，通过平凸聚焦透镜(6)均聚焦于高速精确运动平台(7)上，当光束到达高速精确运动平台(7)时，由于照射方向角度的存在，光束间具有间隔，且相邻光束间的间隔相等；另外，分束镜(5)在所处水平面内进行旋转，使得到的多个光束在水平面方向上进行旋转，即其在高速精确运动平台(7)上得到的多个光斑以原多个光斑的中心为圆点与分束镜(5)同步旋转，即通过改变分束后点的角度改变Y轴方向上垂直距离；到达高速精确运动平台(7)，激光作用于被加工材料上，被加工材料受热形成微坑，光闸(2)控制高速开关激光，每秒钟打出4000～8000个微坑，再通过高速精确运动平台(7)的运动使之在空间平面上形成数个微坑。
6.根据权利要求5所述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽的方法，其特征在于：所述激光器(1)是波长为10.6μm的CO2微秒脉冲激光器。
7.根据权利要求5所述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽的方法，其特征在于：高速精确运动平台(7)在X轴向移动速度为4m/s，X轴方向上加工完成后，Y轴向以100mm/s移动到下一行，继续加工；通过控制高速精确运动平台(7)的运动速度并结合计算机控制扫描运动的路径，在被加工材料平面上形成数个不同密度分布的微坑。
8.根据权利要求5所述的背光源加工的CO2激光多光束高速划槽的方法，其特征在于：所述微坑的长度为150～900μm，宽度为100～200μm，深度为80～150μm。
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