CN105522278B - 激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置及方法 - Google Patents

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史国权
许金凯
张宝庆
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Abstract

本发明涉及激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置，包括玻璃基底、镀铬膜层、镀铝膜层、用于机械刻划的金刚石刀具，所述镀铝膜层通过镀铬膜层连接于玻璃基底上，所述玻璃基底底面四周固定连接于固定支撑件；还包括保持与金刚石刀具同向同步移动的激光，所述激光通过光学元件形成能量聚焦并透过玻璃基底垂直照射在机械刻划区域。本发明还提供了其加工方法。本发明在金刚石刀具机械刻划大面积、大槽深的原刻母版光栅毛坯的过程中，透过玻璃基底的聚焦激光对镀铬膜层和镀铝膜层底部的材料进行加热改性，从而达到改善机械刻划大面积、大槽深的原刻母版光栅槽形质量的目的。

Description

激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置及方法
技术领域
本发明涉及光栅机械刻划技术领域，具体是涉及激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置及方法。
背景技术
研究表明(已公开文献：机械工程学报，第48卷第20期，2012年10月发表的名为“中阶梯光栅铝膜的大压深纳米压痕试验”的文章，其作者为长春理工大学机电工程学院的石广丰、史国权、徐志伟、刘哲、蔡洪彬、张宝庆)：大面积、大槽深的原刻母版光栅在机械刻划过程中往往由于毛坯镀铝膜层较厚，镀膜工艺难以保持镀铝膜层材料、力学性质的上下一致，常常造成镀铝膜层上部材料较疏松，底部材料较密实。另外，由于较厚的镀铝膜层通过一层薄且硬的镀铬膜层连接于玻璃基底上，玻璃基底及镀铬膜层会对上层较厚的镀铝膜层产生硬基底效应，从而改变金刚石刀具刻划过程中底部材料的变形特性，使得槽形难以控制。相关的硬基底效应对镀铝膜层材料、力学性质的影响规律已经通过标准化纳米压痕、划痕测试进行了表征。此外，机械刻划过程中所产生的镀铝膜层内部较硬的滞留区会造成刻划槽面的非线性变形影响。因此，如何对光栅毛坯的膜层底部材料进行改性对保证刻划质量十分重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置及方法，用以解决上述不足。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置，包括玻璃基底、镀铬膜层、镀铝膜层、用于机械刻划的金刚石刀具，所述镀铝膜层通过镀铬膜层连接于玻璃基底上，所述玻璃基底底面四周固定连接于固定支撑件；还包括保持与金刚石刀具同向同步移动的激光，所述激光通过光学元件形成能量聚焦并透过玻璃基底垂直照射在机械刻划区域。
在上述方案基础上优先，光学元件采用会聚透镜。
激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划方法，包括：
(1)将玻璃基底底面四周固定在固定支撑件上；
(2)玻璃基底下部设有垂直照射的激光，激光通过光学元件形成能量聚焦并透过玻璃基底垂直照射在机械刻划区域；
(3)激光随金刚石刀具在机械刻划区域内同向同步移动，通过透玻璃基底的聚焦激光对镀铬膜层和镀铝膜层底部的材料进行加热改性。
在上述方案基础上优先，光学元件采用会聚透镜。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明将传统的玻璃基底底面全约束形式改成底面四周约束形式，约束支撑接触面不会遮挡机械刻划区域；在金刚石刀具机械刻划大面积、大槽深的原刻母版光栅毛坯的过程中，透过玻璃基底的聚焦激光对镀铬膜层和镀铝膜层底部的材料进行加热改性，从而达到改善机械刻划大面积、大槽深的原刻母版光栅槽形质量的目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中标号为：1-金刚石刀具，2-玻璃基底，3-镀铬膜层，4-镀铝膜层，5-机械刻划区域，6-激光，7-光学元件，8-固定支撑件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1可知，激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置，包括玻璃基底2、镀铬膜层3、镀铝膜层4、用于机械刻划的金刚石刀具1，所述镀铝膜层4通过镀铬膜层3连接于玻璃基底2上，所述玻璃基底2底面四周固定连接于固定支撑件8；还包括保持与金刚石刀具1同向同步移动的激光6，所述激光6通过光学元件7形成能量聚焦并透过玻璃基底2垂直照射在机械刻划区域5。其中，光学元件可采用会聚透镜。
其加工方法，包括：
(1)将玻璃基底2底面四周固定在固定支撑件8上；
(2)玻璃基底2下部设有垂直照射的激光6，激光6通过光学元件7形成能量聚焦并透过玻璃基底2垂直照射在机械刻划区域5；
(3)激光6随金刚石刀具1在机械刻划区域5内同向同步移动，通过透玻璃基底2的聚焦激光6对镀铬膜层3和镀铝膜层4底部的材料进行加热改性。
本发明将传统的玻璃基底2底面全约束形式改成底面四周约束形式，约束支撑接触面不会遮挡机械刻划区域。通入垂直照射的激光6，使之能够透过玻璃基底1照射在机械刻划区域5。激光6经光学元件7实现一定程度的能量聚焦，对金刚石刀具1底部与镀铝膜层4的作用区域进行加热改性，并随同金刚石刀具1的刻划运动进行同向同步移动。其中激光的离焦量、聚焦光斑大小、功率、波长、以及聚焦点位置距离刀尖点的方位和远近、移动速度等参数视具体的刻划工艺而定。
本发明在金刚石刀具机械刻划大面积、大槽深的原刻母版光栅毛坯的过程中，透过玻璃基底的聚焦激光对镀铬膜层和镀铝膜层底部的材料进行加热改性，从而达到改善机械刻划大面积、大槽深的原刻母版光栅槽形质量的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置，包括玻璃基底、镀铬膜层、镀铝膜层、用于机械刻划的金刚石刀具，所述镀铝膜层通过镀铬膜层连接于玻璃基底上，其特征在于：所述玻璃基底底面四周固定连接于固定支撑件；还包括保持与金刚石刀具同向同步移动的激光，所述激光通过光学元件形成能量聚焦并透过玻璃基底垂直照射在机械刻划区域。
2.根据权利要求1所述的激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置，其特征在于：所述光学元件为会聚透镜。
3.激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划方法，其特征在于，包括：
(1)将玻璃基底底面四周固定在固定支撑件上；
(2)玻璃基底下部设有垂直照射的激光，激光通过光学元件形成能量聚焦并透过玻璃基底垂直照射在机械刻划区域；
(3)激光随金刚石刀具在机械刻划区域内同向同步移动，通过透玻璃基底的聚焦激光对镀铬膜层和镀铝膜层底部的材料进行加热改性。
4.根据权利要求3所述的激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划方法，其特征在于，步骤(2)中的光学元件为会聚透镜。
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