CN108526732A - 一种同步双输出激光半程加工导光板的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种同步双输出激光半程加工导光板的装置和方法，包括机架、移动吸附平台、自动对焦单元、激光加工单元、激光头移动单元、除静电装置、集尘装置。激光分束后经反射镜反射，射入聚焦镜在板材上聚焦。激光头移动单元有两个移动系统，其一为直线电机系统，用于带动激光头沿X轴方向往复运动。其二为伺服电机滚珠丝杠系统，用于精确调节激光头之间距离。本发明在X轴方向布置两个激光头，使得激光头只需移动网点图一半的宽度即可加工完一排网点。本发明有益效果：两个激光头分别加工板材左右各1/2的区域，使得激光头仅需移动传统单激光头情况下1/2的行程就可加工完一排网点，明显提升加工效率。

Description

一种同步双输出激光半程加工导光板的装置和方法

技术领域

本发明涉及激光加工制造技术领域，具体说涉及一种激光加工导光板的装置和方法。

背景技术

液晶显示器的广泛使用，也促使了导光板加工行业的兴起。现如今，随着环境污染的日益严峻以及液晶显示的发展趋势，比如大尺寸、高亮度、薄型化等，激光加工导光板的优势正在凸显出来，比如亮度高、寿命长、均匀性好、工艺成本低、对环境无污染等。但激光加工导光板有一个不足之处，就是加工效率较低，尤其是在加工大尺寸导光板时，加工时间非常长，严重制约了激光加工导光板企业的生产效率。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种同步双输出激光半程加工导光板的装置和方法,将一束激光分束成两束，通过两个聚焦镜同时加工导光板，从而使加工效率提高。

本发明采用的技术方案如下。

一种同步双输出激光半程加工导光板的装置，包括机架、移动吸附平台、自动对焦单元、激光加工单元、激光头移动单元、除静电装置、集尘装置组成。

所述激光加工单元包括激光器、扩束镜、分束镜、传输管道、反射镜、镜筒。扩束镜将激光器发射的激光进行扩束准直，经过分束镜后分束成两束，再经过反射镜反射后使其通过镜筒在移动吸附平台上聚焦。

进一步地，所述镜筒有两个，分别安装于激光头移动单元的支撑架和移动滑块上。

进一步地，所述激光头移动单元有两个装置，其一为带动激光头沿X轴向导轨往复运动的直线电机运动装置，其二为调节两个激光头X轴向距离的伺服电机滚珠丝杠运动装置。

自动对焦单元采用超声波距离传感器，自动确定激光头高度，实现自动对焦。

移动吸附平台用于放置、吸附导光板，带动其沿Y轴方向移动。

进一步地，所述移动吸附平台上设有小孔，实现导光板真空吸附。

除静电装置用于消除板材静电，其高度和倾角可以改变。

集尘装置用于收集加工时的粉尘。

本发明还公布了一种同步双输出激光半程加工导光板装置的工作方法，包括：

步骤1：将激光网点设计图导入控制计算机中；

步骤2：根据网点图尺寸，通过调节激光移动单元上的伺服电机调整两激光头位置，使各个激光头加工网点图左右各1/2的加工区域；

步骤3：放入待加工板，对焦单元自动对焦；

步骤4：以位于激光头移动单元支撑架上的激光头为准进行定位；

步骤5：定位完毕后，吸附平台启动吸附；

步骤6：激光器开始工作，两个激光头开始输出。除静电装置和集尘装置开始工作。直线电机随之沿X轴方向往复运动。加工完一排点，移动吸附平台沿Y轴方向移动一个工位距离，开始下一排网点的加工，直至加工完成，取下导光板。

本发明的优点：

1.将激光分束后经过两个激光头输出，分别加工板材左右各1/2的区域，使得激光头仅需移动单激光头情况下1/2的行程就可加工完一排网点，明显缩短在加工时间；

2.网点的疏密，直接按照单激光头情况下的网点密度加工即可，不需要对密度做额外调整；

3.两个激光头之间的距离由伺服电机和滚珠丝杠精确控制，能够实现两激光头的精确距离定位，不会导致左右网点区域交界处的间距出现变窄或者变宽；

4.在加工小尺寸板时，可以将分束镜移开，停止分束，实现单激光头加工；

5.自动对焦单元自动精确对焦，减小了手动对焦的误差；

6.除静电装置的高度和倾角可调，可以在最佳方位实现静电去除。

附图说明

图1 发明原理图；

图2 发明整体图；

图3 机架；

图4 升降工作台；

图5 激光加工单元细节图；

图6 激光移动单元细节图一；

图7 激光移动单元细节图二；

图8 激光路径图；

图9 激光移动单元的支撑架和移动滑块细节图；

图10 除静电装置细节图；

图11 集尘装置细节图。

图中具体结构的名称如下：

1是机架；2是吸附平台；3是定位块；4、10是吸附平台导轨；5、7、11、12、39为滑块；6、22、37是滚珠丝杠滑块；8、21、48是伺服电机；9是丝杠固定支座；13、15是直线电机导轨；14是直线电机定子；16是圆柱导轨；17是立柱；18是缓冲限位块；19是限位开关；20是桥架；23、38是滚珠丝杠；24是升降工作台；25、27、32、34是镜箱；26、28、31、33是传输管道；29是二氧化碳激光器；30是扩束镜；35是支撑架；36是固定板；40、45、50、51、52、53、54、56是反射镜；41、44是镜筒；42、43是束筒架；46是直线电机动子；47是超声波距离传感器；49是水平移动工作台；55是分束镜；57是L形固定架；58是L形开槽底座；59是T型槽管；60是离子风棒；61是集尘装置吸入口；62是集尘分管；63是U形支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步介绍。

首先，简要说明一下本发明工作原理。如今，大多数的导光板加工厂家多采用单激光头加工，加工方式为逐点扫描加工，即激光头沿X轴方向运动，将点打在导光板上，打完一排点，移动工作台沿Y方向运动一个工位距离，激光头再次沿X轴方向运动，将点打在导光板上,周而复始，直到导光板加工完成，如图1左图所示。但当加工大尺寸导光板时，激光头移动单元沿X轴方向移动距离太长，往复运动的时间变长，导致加工效率变低。因此，本发明将在X轴方向布置两个相距一定距离的激光头，使得激光头只需移动原先的一半距离即可加工完一排网点，比原来的加工方式节省一半时间，如图1右图所示。下面进行详细介绍。

本发明提供了一种同步双输出激光半程加工导光板的装置和方法，包括机架、移动吸附平台、自动对焦单元、激光加工单元、激光头移动单元、除静电装置、集尘装置，总体架构如图2所示。

机架1材质为Q235。如图3所示，机架1上有导轨4、10以及伺服电机8。移动吸附平台2用于放置吸附导光板，其上有小孔，连接真空机实现真空吸附。所述的移动吸附平台2下部有滑块5、7、11、12，与导轨4、10配合。滑块6固定在移动吸附平台2下部。伺服电机8通过丝杠带动滑块6，使得移动吸附平台2沿Y轴方向移动。

自动对焦单元用于自动对焦。如图4所示，立柱17（两根）焊接在机架1上，材质为Q235。顶端安装桥架20，用于安装伺服电机21。圆柱导轨16与立柱平行放置，由机架1和桥架20固定，与升降工作台24两端的滑块相配合。在升降工作台背后24还安装有滚珠丝杠滑块22，使得伺服电机21可以通过滚珠丝杠23来移动升降工作台。安装于束筒架42上的超声波距离传感器47用于进行距离检测，当放入导光板后，其检测到厚度信息，向计算机发出信号，控制伺服电机21带动升降工作台24上升或下降至设定值（激光焦距），实现自动对焦。另外，在立柱17（右边立柱）上还安装有限位开关19，当升降工作台24位置过低时自动控制伺服电机21停止转动，避免下降过低而导致危险发生。

激光加工单元，包括二氧化碳激光器29、扩束镜30、传输管道（26、28、31、33）、镜箱（25、27、32、34）、束筒架（42、43）以及安装在其上的反射镜（40、45） 和镜筒（41、44）。激光器为二氧化碳红外水冷激光器（水冷机图中未画出）。激光器、扩束镜、传输管道、镜箱的位置如图5所示，镜筒以及束筒架位置如图7所示。镜箱内装有反射镜或分束镜55。激光器29发射激光，经过扩束镜30扩束准直，经过反射镜54一次反射后，分束镜55将其分束成两束，然后两束光分别沿各自线路，通过反射镜组最终射入镜筒41、44，从而在导光板上聚焦。光线在传输管道内传播，防止外界对激光造成干扰，也避免了人员受伤。反射镜、分束镜的布置以及激光的传输线路如图8所示。需要指出的是：

1.反射镜40、45分别安装于束筒架42、43上，其余的反射镜和分束镜均安装于镜箱内；

2.所述的分束镜为中性分束镜；

3.传输管道26为可伸缩管；

4.镜箱25安装于升降工作台24上，可随工作台上下移动；

5.反射镜40和反射镜45为一低一高布置，反射镜40的高度不得对反射镜45的入光产生影响；

6.当加工小尺寸板时，可以将分束镜55从镜箱34中取出，从而实现单激光头加工。

激光头移动单元，用于激光头X轴向的移动进给。其包括两个装置。

其一为直线电机移动装置。结合图4、图6和图7,其包括直线电机导轨（13、15）、直线电机定子14、缓冲限位块18、直线电机动子46、水平移动工作台49以及安装在其上的滑块39。直线电机动子46安装在水平移动工作台49上，直线电机导轨（13、15）和直线电机定子14均通过螺栓安装在升降工作台24上，滑块39与直线电机导轨（13、15）配合，使得直线电机带动水平移动工作台49沿导轨（13、15）往复运动。缓冲限位块18用于缓冲停止直线电机的运动，防止直线电机移出规定范围。

其二为伺服电机驱动装置，作用是精确控制两激光头距离。结合图6、图7，其包括支撑架35、固定板36、伺服电机48、丝杠滑块37、滚珠丝杠38以及与滑块37配合的导轨。固定板36上开有四个小孔和一个大孔，小孔用于通过螺栓安装伺服电机48，大孔用于通过伺服电机48主轴。支撑架35与固定板36焊接在一起。其中，如图9所示，支撑架35上开有螺纹孔，结合图7，中间的两个孔用于安装束筒架42，上下共四个孔用于将支撑架35安装在水平移动工作台49上。丝杠滑块37上也开有螺纹孔，用于安装束筒架43。上述安装均通过螺栓连接。

工作时，激光移动单元的伺服驱动装置，用来精确调节两激光头位置，调好后，直线电机装置启动，带动激光头沿X轴往复运动。其中，镜筒41所在的激光头负责板材左边起0~1/2区域打点，镜筒42所在的激光头负责板材左边起1/2~1的区域打点。

需要注意，束筒架42和束筒架43的Y轴坐标务必相同，使得两镜筒聚焦后各自打出的两段网点线能够连成一条直线。

除静电装置用于消除板材静电。其位置如图2所示，细节如图10所示，包括L形固定架57、L形开槽底座58、T型槽管59、离子风棒60。离子风棒60安装在T型槽管59的下方，其圆柱形物体为出风口。T型槽管59内部安有滑块，其滑块上有螺纹孔，用以和L形固定架上部的螺栓配合，使得T型槽管59安装在L形固定架57上。L形开槽底座58上有长开槽，L形固定架57侧面的螺栓穿过长开槽，螺母锁紧。事实表明，除静电时，离子风棒固定方向最好不要垂直于被消物体面，而是在垂直方向上往物料去向方向倾15°角度固定，这样除静电效果最佳，所以，本发明此处设计的特点在于可以调节离子风棒60的高度和倾角，使得吹出的离子能恰好飞向静电区域，更好的消除静电。另外，由于离子风棒的风是弱风，所以还要加装可调节气量大小的气阀。

集尘装置用于收集加工时产生的灰尘，包括集尘装置吸入口61、集尘分管62以及U型支架63。其位置如图2所示，外形如图11所示，U型支架63下端安装在机架1上，上端安装集尘装置吸入口61。两者均采用螺栓连接。集尘分管62安装在集尘装置吸入口62后端，上接抽风机。其为多管式结构，使得集尘时产生的风均匀分布。

本发明还公布了一种同步双输出激光半程加工导光板装置的工作方法，包括：

步骤1：将激光网点设计图导入控制计算机中；

步骤2：根据网点图尺寸，通过调节激光移动单元上的伺服电机调整两激光头位置，使各个激光头刚好加工左右各1/2的加工区域；

步骤3：放入待加工板，对焦单元自动对焦；

步骤4：以位于激光头移动单元支撑架上的激光头为准进行定位；

步骤5：定位完毕后，吸附平台启动吸附；

步骤6：激光器开始工作，两个激光头开始输出。除静电装置和集尘装置开始工作。直线电机随之沿X轴方向往复运动。加工完一排点，移动吸附平台沿Y轴方向移动一个工位距离，开始下一排网点的加工，直至加工完成，取下导光板。

本发明在上述实施例所涉及到的镜筒，以单镜筒单聚焦的镜筒为例进行说明的，但本发明的机构和机理同样适合单镜筒双聚焦的镜筒。单镜筒双聚焦的镜筒在单聚焦镜筒的基础上加上了分束镜，使得一束光变成两束光然后分别聚焦。当单镜筒双聚焦的镜筒用于本发明时，激光器发出的光，先由分束镜55分束成两束，分束后的激光再由两个镜筒内的分束镜进行再次分束，实现一光四束，效率可为传统单光束加工方式效率的4倍。

以上虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明不限于上述具体实例。凡在本发明的基础上，没有付出创造性劳动而做出的各种修改和变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种同步双输出激光半程加工导光板的装置，其特征在于，包括括机架、移动吸附平台、自动对焦单元、激光加工单元、激光头移动单元、除静电装置、集尘装置；

所述的激光加工单元，包括激光器、扩束镜、分束镜、反射镜、镜筒，光束通过扩束镜扩束准直，经过分束镜分束后经多个反射镜，射入两个沿X轴向相距一定距离的镜筒内，聚焦于待加工板上；

所述的镜筒有两个，实现双输出，其安装在同一个水平工作台上，镜筒在X轴向（水平工作台移动方向）距离可调，两者同步运动；

所述激光头移动单元有两个移动装置，其一为直线电机移动装置，带动上述水平工作台沿X轴向移动，两个镜筒相距一定距离使得激光束输出时水平工作台在X轴向只需半程进给即可加工完一排网点；

所述的自动对焦单元可以自动确定激光头高度，实现自动对焦；

所述的除静电装置包括T型槽管、L形固定架、L形开槽底座、离子风棒和若干螺栓，离子风棒安装在T型槽管的下方，T型槽管内部安有滑块，其滑块上有螺纹孔，用以和L形固定架上部的螺栓配合，使得T型槽管安装在L形固定架上，L形开槽底座上有长开槽，L形固定架侧面的螺栓穿过长开槽，螺母锁紧，从而使其高度和倾角可调。

2.如权利要求书1所述的一种同步双输出激光半程加工导光板的装置，其特征在于：所述分束镜为中性分束镜。

3.如权利要求书1所述的一种同步双输出激光半程加工导光板的装置，其特征在于：所述激光加工单元中的反射镜(40)和反射镜(45)为一低一高布置。

4.如权利要求书1所述的一种同步双输出激光半程加工导光板的装置，其特征在于：激光加工单元中的镜筒(41)、镜筒（44）均通过束筒架安装于伺服电机滚珠丝杠运动系统上，两者X轴向距离通过伺服电机精确控制。

5.如权利要求书4所述的一种同步双输出激光半程加工导光板的装置，其特征在于：其两个镜筒的Y轴（X轴垂直方向）坐标相同，使得两镜筒聚焦后各自打出的两段网点线能够连成一条直线。

6.如权利要求书1所述的一种同步双输出激光半程加工导光板的装置，其特征在于：自动对焦单元采用超声波距离传感器自动确定激光头高度，驱动伺服电机（21）带动升降工作台（24）升降，从而实现激光自动对焦。

7.如权利要求书1所述的一种同步双输出激光半程加工导光板的装置的工作方法，其特征在于：

步骤1：将激光网点设计图导入控制计算机中；

步骤2：根据网点图尺寸，通过调节激光移动单元上的伺服电机调整两激光头位置，使各个激光头加工网点图左右各1/2的加工区域；

步骤3：放入待加工板，对焦单元自动对焦；

步骤4：以位于激光头移动单元支撑架上的激光头为准进行定位；

步骤5：定位完毕后，吸附平台启动吸附；

步骤6：激光器开始工作，两个激光头开始输出，除静电装置和集尘装置开始工作，直线电机随之沿X轴方向往复运动，加工完一排点，移动吸附平台沿Y轴方向移动一个工位距离，开始下一排网点的加工，直至加工完成，取下导光板。