CN106252857A - 一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法，包括光纤激光器、扩束器、动态聚焦镜、X振镜、Y振镜和平场聚焦镜，所述的光纤激光器产生光纤激光进入扩束器，所述的扩束器对激光进行空间整形，扩束器下行与动态焦距镜连接，动态焦距镜下行与X振镜和Y振镜连接，所述的Y振镜下行设有将聚焦平面由原来的空间球面变为平面的平场聚焦镜，所述的平场聚焦镜正下方设有EBD镭雕化镀的Pattern表面，本发明利用特殊的激光三维制作设备和方法在EBD镭雕化镀的Pattern表面切割出宽度为0.08mm至0.2mm的超窄缝隙，工艺简单，控制精确，利用光纤激光作为切刀，不会产生溢镀、飞溅等现象，有效提高了天线的性能。

Description

一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，尤其涉及一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法。

背景技术

窄缝隙天线具有轮廓低、重量轻、加工简单、易于与物体共形、批量生产、电性能多样化、宽带和与有源器件和电路集成为统一的组件等诸多特点，适合大规模生产，能简化整机的制作与调试，从而大大降低成本。现有的天线制作方法通常是在LDS或EBD的表面制作缝隙，然后将该缝隙与天线进行耦合，但是由于技术手段的限制，最小线宽度和最小线宽度也受到了极大的限制。LDS方法最小线宽度为0.2mm，最小线间距为0.3mm，而EBD最小线宽度为0.1mm，最小线间距为0.2mm。这在一定程度上限制了天线的性能调试。同时普通的LDS因为工艺技术达不到，在加工的过程中会伴有溢镀、飞溅等现象，无法完成加工，增加5G天线对更细缝隙的需求，由于频率更高，所以缝隙要更细。

发明内容

本发明提供了一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法，结构简单，使用方便，利用特殊的激光三维制作设备和方法在EBD镭雕化镀的Pattern表面切割出宽度为0.08mm至0.2mm的超窄缝隙，工艺简单，控制精确，利用光纤激光作为切刀，不会产生溢镀、飞溅等现象，是一种革新的方法，原有的工艺没有办法做出这种三维的细缝天线有效提高了天线的性能。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法，包括光纤激光器、扩束器、动态聚焦镜、X振镜、Y振镜和平场聚焦镜，其特征在于，所述的扩束器对激光进行空间整形，扩大光束直径压缩发散角，扩束器与动态焦距镜连接，动态焦距镜与X振镜和Y振镜连接，所述的Y振镜下行设有将聚焦平面由原来的空间球面变为平面的平场聚焦镜，所述的平场聚焦镜正下方设有EBD镭雕化镀的Pattern表面。

作为本方案的优选实施例，所述的动态聚焦镜和X振镜和Y振镜之间设有CCD监控系统，所述的CCD监控系统由成像光纤电路和CCD元件组成。

作为本方案的优选实施例，所述的加工装置还设有FPGA+PLC控制模块，所述的FPGA+PLC控制模块与光纤激光器、动态聚焦镜、振镜以及CCD监控系统进行连接并控制上述部分配合完成加工过程，所述的FPGA+PLC控制模块上行与外部输入设备连接。

作为本方案的优选实施例，所述的EBD镭雕化镀的Pattern表面上部设有三维扫描系统，所述的三维扫描系统通过FPGA+PLC控制器控制并由CCD监控系统进行监控，三维扫描系统与外部输入设备之间设有数据整合装置。

作为本方案的优选实施例，该加工方法的步骤包括：第一，将需要加工的工程塑料零件安装在激光照射区域内的工装卡具上面；第二，将需要激光照射的区域路径通过绘图软件绘制好，并通过外部输入设备传输给FPGA+PLC控制系统，三维扫描系统对加工部位进行三维扫描生成图像，通过数据整合装置将绘图软件图和实际零件进行整合，然后形成加工效果图，判断是否合理，若合理进行下一步操作，若不合理，可在数据整合装置内直接进行调整；第三，通过CCD检测系统观察待加工零件是否安装到位，是否需要进一步校正补偿；第四，FPGA+PLC输出控制信号，使得光纤激光器配合发出高峰值功率的准连续激光；第五，FPGA+PLC控制动态聚焦镜改变聚焦高度和两个振镜的偏转角度，使得激光焦点可以在三维空间内任意移动，从而在被加工物体表面完成一条路径的加工；第六，FPGA+PLC控制动态聚焦镜改变聚焦高度和两个振镜的偏转角度，使得加工位置移动至下一待加工路径开始处；通过第四、第五和第六步骤地往复循环，从而在被加工零件表面完成所有的缝隙加工。

作为本方案的优选实施例，所述的EBD镭雕化镀的Pattern表面的三维表面通过激光照射完成超窄耦合缝隙的切割，整个过程通过FPGA+PLC控制模块完成自动加工。

作为本方案的优选实施例，所述的FPGA+PLC控制模块控制光纤激光器产生高峰值功率的准连续激光，通过动态聚焦镜的移动完成对Z方向的移动，通过X振镜的移动完成X方向的移动，通过Y振镜的移动完成Y方向的移动。

作为本方案的优选实施例，所述的加工方法也可用于普通EBD化镀层，其工艺方法为利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的普通EBD化镀层表面迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，从而实现将工件割开。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

结构简单，使用方便，利用特殊的激光三维制作设备和方法在EBD镭雕化镀的Pattern表面切割出宽度为0.08mm至0.2mm的超窄缝隙，工艺简单，控制精确，利用光纤激光作为切刀，不会产生溢镀、飞溅等现象，有效提高了天线的性能。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施的结构示意图；

图2是本申请实施的FPGA+PLC控制模块结构示意图；

图1-图2中，1、光纤激光器，2、扩束镜，3、动态聚焦镜，4、CCD监控系统，5、X振镜，6、Y振镜，7、平场聚焦镜，8、EBD镭雕化镀的Pattern表面，9、三维扫描系统，10、光纤电路，11、CCD元件，12、FPGA+PLC控制器，13、外部输入设备，14、数据整合装置。

具体实施方式

本发明提供了一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法，结构简单，使用方便，利用特殊的激光三维制作设备和方法在EBD镭雕化镀的Pattern表面切割出宽度为0.08mm至0.2mm的超窄缝隙，工艺简单，控制精确，利用光纤激光作为切刀，不会产生溢镀、飞溅等现象，有效提高了天线的性能。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1-图2所示，一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法，包括光纤激光器1、扩束器2、动态聚焦镜3、X振镜5、Y振镜6和平场聚焦镜7，其特征在于，所述的扩束器2对激光进行空间整形，扩大光束直径压缩发散角，扩束器2与动态焦距镜3连接，动态焦距镜3与X振镜5和Y振镜6连接，所述的Y振镜6下行设有将聚焦平面由原来的空间球面变为平面的平场聚焦镜7，所述的平场聚焦镜7正下方设有EBD镭雕化镀的Pattern表面8。

其中，在实际应用中，所述的动态聚焦镜3和X振镜5和Y振镜6之间设有CCD监控系统4，所述的CCD监控系统4由成像光纤电路10和CCD元件11组成。

其中，在实际应用中，所述的加工装置还设有FPGA+PLC控制模块12，所述的FPGA+PLC控制模块12与光纤激光器1、动态聚焦镜3、振镜以及CCD监控系统4进行连接并控制上述部分配合完成加工过程，所述的FPGA+PLC控制模块12上行与外部输入设备13连接。

其中，在实际应用中，所述的EBD镭雕化镀的Pattern表面8上部设有三维扫描系统9，所述的三维扫描系统9通过FPGA+PLC控制器12控制并由CCD监控系统4进行监控，三维扫描系统9与外部输入设备13之间设有数据整合装置14。

其中，在实际应用中，该加工方法的步骤包括：第一，将需要加工的工程塑料零件安装在激光照射区域内的工装卡具上面；第二，将需要激光照射的区域路径通过绘图软件绘制好，并通过外部输入设备13传输给FPGA+PLC控制器12，三维扫描系统9对加工部位进行三维扫描生成图像，通过数据整合装置14将绘图软件图和实际零件进行整合，然后形成加工效果图，判断是否合理，若合理进行下一步操作，若不合理，可在数据整合装置内直接进行调整；第三，通过CCD监控系统4观察待加工零件是否安装到位，是否需要进一步校正补偿；第四，FPGA+PLC控制器12输出控制信号，使得光纤激光器1发出高峰值功率的准连续激光；第五，FPGA+PLC控制器12控制动态聚焦镜3改变聚焦高度和两个振镜的偏转角度，使得激光焦点可以在三维空间内任意移动，从而在被加工物体表面完成一条缝隙的加工；第六，FPGA+PLC控制器12控制动态聚焦镜3改变聚焦高度和两个振镜的偏转角度，使得加工位置移动至下一待加工路径开始处；通过第四、第五和第六步骤地往复循环，从而在被加工零件表面完成所有的缝隙加工。

其中，在实际应用中，所述的EBD镭雕化镀的Pattern表面8的三维表面通过激光照射完成超窄耦合缝隙的切割，整个过程通过FPGA+PLC控制器12完成自动加工。

其中，在实际应用中，所述的FPGA+PLC控制器12控制光纤激光器1产生高峰值功率的准连续激光，通过动态聚焦镜3的移动完成对Z方向的移动，通过X振镜5的移动完成X方向的移动，通过Y振镜6的移动完成Y方向的移动。

其中，在实际应用中，所述的加工方法也可用于普通EBD化镀层，其工艺方法为利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的普通EBD化镀层表面迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，从而实现将工件割开。

其中，在本实施例中，具体激光工艺参数如下：脉宽为4ns、功率为5W、速度为200mm/s、频率为20KHz。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备，包括光纤激光器(1)、扩束器(2)、动态聚焦镜(3)、X振镜(5)、Y振镜(6)和平场聚焦镜(7)，其特征在于，所述的扩束器(2)对激光进行空间整形，扩大光束直径压缩发散角，扩束器(2)与动态焦距镜(3)连接，动态焦距镜(3)与X振镜(5)和Y振镜(6)连接，所述的Y振镜(6)下行设有将聚焦平面由原来的空间球面变为平面的平场聚焦镜(7)，所述的平场聚焦镜(7)正下方设有EBD镭雕化镀的Pattern表面(8)。

2.根据权利要求1所述的一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备，其特征在于，所述的动态聚焦镜(3)和X振镜(5)和Y振镜(6)之间设有CCD监控系统(4)，所述的CCD监控系统(4)由成像光纤电路(10)和CCD元件(11)组成。

3.根据权利要求1所述的一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备，其特征在于，所述的加工装置还设有FPGA+PLC控制模块(12)，所述的FPGA+PLC控制模块(12)与光纤激光器(1)、动态聚焦镜(3)、振镜以及CCD监控系统(4)进行连接并控制上述部分配合完成加工过程，所述的FPGA+PLC控制模块(12)上行与外部输入设备(13)连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备，其特征在于，所述的EBD镭雕化镀的Pattern表面(8)上部设有三维扫描系统(9)，所述的三维扫描系统(9)通过FPGA+PLC控制器(12)控制并由CCD监控系统(4)进行监控，三维扫描系统(9)与外部输入设备(13)之间设有数据整合装置(14)。

5.根据权利要求1所述的一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作方法，其特征在于，该加工方法的步骤包括：第一，将需要加工的工程塑料零件安装在激光照射区域内的工装卡具上面；第二，将需要激光照射的区域路径通过绘图软件绘制好，并通过外部输入设备(13)传输给FPGA+PLC控制器(12)，三维扫描系统(9)对加工部位进行三维扫描生成图像，通过数据整合装置(14)将绘图软件图和实际零件进行整合，然后形成加工效果图，判断是否合理，若合理进行下一步操作，若不合理，可在数据整合装置内直接进行调整；第三，通过CCD监控系统(4)观察待加工零件是否安装到位，是否需要进一步校正补偿；第四，FPGA+PLC控制器(12)输出控制信号，使得光纤激光器(1)发出高峰值功率的准连续激光；第五，FPGA+PLC控制器(12)控制动态聚焦镜(3)改变聚焦高度和两个振镜的偏转角度，使得激光焦点可以在三维空间内任意移动，从而在被加工物体表面完成一条缝隙的加工；第六，FPGA+PLC控制器(12)控制动态聚焦镜(3)改变聚焦高度和两个振镜的偏转角度，使得加工位置移动至下一待加工路径开始处；通过第四、第五和第六步骤地往复循环，从而在被加工零件表面完成所有的缝隙加工。

6.根据权利要求5所述的一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作方法，其特征在于，所述的EBD镭雕化镀的Pattern表面(8)的三维表面通过激光照射完成超窄耦合缝隙的切割，整个过程通过FPGA+PLC控制器(12)完成自动加工。

7.根据权利要求5所述的一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作方法，其特征在于，所述的FPGA+PLC控制器(12)控制光纤激光器(1)产生高峰值功率的准连续激光，通过动态聚焦镜(3)的移动完成对Z方向的移动，通过X振镜(5)的移动完成X方向的移动，通过Y振镜(6)的移动完成Y方向的移动。

8.根据权利要求5所述的一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作方法，其特征在于，所述的加工方法也可用于普通EBD化镀层，其工艺方法为利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的普通EBD化镀层表面迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，从而实现将工件割开。