CN111906451A - 一种cvd的激光加工设备及操作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种CVD的激光加工设备及操作方法，涉及激光束加工领域，解决了只能装夹固定尺寸较大的待加工件，很难对尺寸较小的待加工件进行装夹固定，比如小尺寸的CVD金刚石，使得很难通过激光切割的方式加工小尺寸的CVD金刚石的问题，其包括机架和激光发射组件，还包括设于机架上的装夹组件，所述装夹组件包括设于聚焦镜下侧的装夹架、固定于装夹架上的装夹块和通过吸气管与装夹块连接的抽气件，所述机架具有一支撑板，所述装夹架设于支撑板上，所述装夹块远离装夹架的一侧开设有与吸气管互相连通的吸附口。本申请具有实现了对小尺寸的待加工件装夹固定，以对CVD金刚石等小尺寸待加工进行激光切割的效果。

Description

一种CVD的激光加工设备及操作方法

技术领域

本申请涉及激光束加工的领域，尤其是涉及一种CVD的激光加工设备及操作方法。

背景技术

CVD金刚石是含碳气体和氢气的混合物在高温和低于标准大气压的压力下被激发分解，形成活性炭金刚石碳原子，并在基体上沉淀交互生长成聚晶金刚石，其使用范围比较广，利用其硬度可以用于刀具的制作，或者利用金刚石的化学稳定性制成各类生物传感器件。

如申请号为201210084336.1的中国专利，公开了一种激光切割用夹具，包括支架，该支架和活动支撑板之间设有水平调节弹簧及对称设置的水平支撑滚珠，活动支撑板上设置有左右对称的二个夹装部件，每个夹装部件的连接固定板分别垂直设置于活动支撑板的一侧，连接固定板和活动支撑板之间设置有弹簧导向杆固定板，其夹角30°≤α≤60°，弹簧导向杆固定板上设置的弹簧导向杆外套装有垂直调节弹簧，垂直调节弹簧上方设置有与连接固定板的上端活动连接的支撑架支撑板，支撑架支撑板上设置有支撑件。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有只能装夹固定尺寸较大的待加工件，很难对尺寸较小的待加工件进行装夹固定，比如小尺寸的CVD金刚石，使得很难通过激光切割的方式加工小尺寸的CVD金刚石的缺陷。

发明内容

为了能够装夹固定小尺寸的待加工件，本申请一方面提供一种CVD的激光加工设备。

本申请提供的一种CVD的激光加工设备采用如下的技术方案：

一种CVD的激光加工设备，包括机架和激光发射组件，还包括设于机架上的装夹组件，所述装夹组件包括设于聚焦镜下侧的装夹架、固定于装夹架上的装夹块和通过吸气管与装夹块连接的抽气件，所述机架具有一支撑板，所述装夹架设于支撑板上，所述装夹块远离装夹架的一侧开设有与吸气管互相连通的吸附口。

通过采用上述技术方案，抽气件抽取吸附口内的空气，形成负压，以将CVD金刚石等小尺寸的待加工件装夹于装夹块上，实现了对小尺寸的待加工件装夹固定，以对CVD金刚石等小尺寸待加工进行激光切割。

优选的，还包括设于机架上的除尘组件，所述除尘组件包括除尘喷嘴、通过除尘管与除尘喷嘴连接的吹气件、固定于聚焦镜上的支撑杆、一端套设于支撑杆上且与支撑杆滑移连接的悬挂杆、螺纹连接于悬挂杆的一端且压紧支撑杆的固定螺钉、穿设于悬挂杆的另一端且与悬挂杆转动连接的固定柱和螺纹连接于悬挂杆的另一端且压紧固定柱的锁定螺钉，所述除尘喷嘴靠近除尘管的一端插接于固定柱上，所述除尘喷嘴朝向吸附口设置。

通过采用上述技术方案，吹气件给除尘喷嘴供气，以通过除尘喷嘴将待加工件上的灰尘吹掉，进而方便对待加工件进行切割加工，降低了灰尘对激光切割的影响，提高了激光切割的精度。

优选的，还包括设于装夹架下方驱使装夹架平移的驱动组件，所述支撑板上设有通孔，所述驱动组件包括第一直线驱动件，所述第一直线驱动件的驱动端穿设于通孔内且与装夹架固定。

通过采用上述技术方案，方便通过第一直线驱动件调节装夹架的位置，以对待加工进行精确切割加工，提高了切割加工的精度。

优选的，所述驱动组件还包括固定于机架上且驱动端与第一直线驱动件固定的第二直线驱动件，所述第一直线驱动件驱动端的运动方向与第二直线驱动件驱动端的运动方向互相垂直。

通过采用上述技术方案，方便通过第二直线驱动件调节装夹架的位置，以对CVD金刚石进行精确切割加工，提高了切割加工的精度。

优选的，所述激光发射组件包括依次设于机架上的全反透镜、第一光阑、Q开关、激光模块、快门、输出腔镜、扩束镜头和聚焦镜，所述全反透镜、第一光阑、Q开关、激光模块、快门、输出腔镜、扩束镜头和聚焦镜设于同一条直线上。

通过采用上述技术方案，第一光阑的设置，过滤掉激光中的杂光，保留强度较高的光，提高了设备的切割能力。

优选的，所述激光发射组件还包括设于扩束镜头远离输出腔镜一侧的45°反射镜，所述45°反射镜设于聚焦镜的上方。

通过采用上述技术方案，45°反射镜的设置，使得全反透镜、Q开关、激光模块、快门、输出腔镜、扩束镜头无需设于聚焦镜的上方，而可以设于聚焦镜的一侧，降低了全反透镜、Q开关、激光模块、快门、输出腔镜、扩束镜头高度，方便进行校正调节，提高了设备的使用效率。

优选的，还包括设于机架上驱使聚焦镜升降的驱动件。

通过采用上述技术方案，驱动件驱动聚焦镜升降，以调节聚焦镜与45°反射镜之间的距离，进而根据切割的需要调节激光切割时的光斑大小以及激光切割时的强度。

优选的，还包括设于机架上且设于激光模块与快门之间的偏振片。

通过采用上述技术方案，偏振片的设置，把激光的线偏振状态变为圆偏振状态，使每个方向的加工能力都一样，提高了激光切割时的平整性。

优选的，还包括固定于机架上且设于°反射镜正上方的CCD相机以及与CCD相机连接以接收并显示待加工件图像的显示屏，所述CCD相机与聚焦镜呈同心设置。

通过采用上述技术方案，以方便通过显示屏观察待加工件图像，进而精确调节待加工件的加工位置，提高了待加工件的加工精度。

为了能够能够装夹固定小尺寸的待加工件，本申请另一方面提供一种CVD的激光加工设备操作方法。

本申请提供的一种CVD的激光加工设备操作方法，采用如下技术方案：

一种CVD的激光加工设备操作方法包括以下步骤：

S1、将待加工件放置于装夹块的吸附口上，控制抽气件开启将待加工件吸附于装夹块上；

S2、控制吹气件开启给除尘喷嘴供气，吹除待加工件表面的灰尘；

S3、控制CCD相机采集待加工件图像并通过显示屏显示；

S4、通过驱动件控制聚焦镜升降，调节显示屏内待加工件图像至合适大小；

S5、通过第一直线驱动件与第二直线驱动件调节显示屏上十字线的水平线与待加工件图像的上边缘对齐；

S6、根据工件的加工厚度将显示屏上十字线的水平线调节至待加工图像的对应位置，控制激光模块开启，对待加工件切割加工

通过采用上述技术方案，能够通过抽气件抽取吸附口内的空气，形成负压，以将CVD金刚石等小尺寸的待加工件装夹于装夹块上，同时能够根据显示屏内待加工件图像精确调节待加工件的加工位置，实现了待加工件的精确加工。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.实现了对小尺寸的待加工件装夹固定，以对CVD金刚石等小尺寸待加工进行激光切割；

2.吹气件给除尘喷嘴供气，以通过除尘喷嘴将待加工件上的灰尘吹掉，降低了灰尘对激光切割的影响，提高了激光切割的精度。

附图说明

图1是一种CVD的激光加工设备的结构示意图。

图2是安装架与全反透镜、Q开关、激光模块、快门、输出腔镜、扩束镜头、偏振片、第一光阑、第二光阑的爆炸示意图。

图3是机架与45°反射镜、输出腔镜、驱动件、装夹组件、除尘组件、驱动组件的局部结构示意图。

图4是聚焦镜与除尘组件、装夹组件的结构示意图。

图5是机架与驱动件、输出腔镜、装夹架、驱动组件的结构示意图。

附图标记说明：1、机架；11、燕尾槽；12、支撑板；121、通孔；13、安装架；14、螺栓；2、全反透镜；21、透镜底座；211、第一燕尾块；22、压紧螺栓；3、Q开关；31、开关底座；311、第二燕尾块；4、激光模块；41、激光底座；411、第三燕尾块；5、快门；51、快门底座；511、第四燕尾块；6、输出腔镜；61、腔镜底座；611、第五燕尾块；7、扩束镜头；8、聚焦镜；9、45°反射镜；10、第一光阑；101、第一底座；1011、第一滑移块；20、第二光阑；201、第二底座；2011、第二滑移块；30、驱动件；40、除尘组件；401、除尘喷嘴；403、支撑杆；404、悬挂杆；405、固定螺钉；406、固定柱；407、锁定螺钉；50、装夹组件；501、装夹架；502、装夹块；5021、吸附口；503、吸气管；60、驱动组件；601、第一直线驱动件；602、第二直线驱动件；603、盖板；70、偏振片；701、偏振片底座；7011、第三滑移块；80、CCD相机。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种CVD的激光加工设备。参照图1、2，CVD的激光加工设备包括机架1、全反透镜2、Q开关3、激光模块4、快门5、输出腔镜6和扩束镜头7头，全反透镜2、Q开关3、激光模块4、快门5、输出腔镜6和扩束镜头7头位于同一条直线上。

机架1上固定有安装架13，全反透镜2、Q开关3、激光模块4、快门5、输出腔镜6和扩束镜头7头依次安装于安装架13上且沿安装架13的长度方向设置；全反透镜2的下侧固定有透镜底座21，透镜底座21的下侧固定有至少一个第一燕尾块211，此处第一燕尾块211的数量优选为两个，两个第一燕尾的连线与安装架13的长度方向互相垂直；Q开关3的下侧固定有开关底座31，开关底座31的下侧固定有至少一个第二燕尾块311，第二燕尾块311的数量优选为两个，两个第二燕尾块311的连线与安装架13的长度方向互相垂直；激光模块4的下侧固定有激光底座41，激光底座41的下侧固定有至少一个第三燕尾块411，此处第三燕尾块411的数量优选为两个，两个第三燕尾块411的连线与安装架13的长度方向互相垂直；快门5的下侧固定有快门底座51，快门底座51的下侧固定有至少一个第四燕尾块511，此处第四燕尾块511的数量优选为两个，两个第四燕尾块511的连线与安装架13的长度方向互相垂直；输出腔镜6的下侧固定有腔镜底座61，腔镜底座61的下侧固定有至少一个第五燕尾块611，此处第五燕尾块611的数量优选为两个，两个第五燕尾块611的连线与安装架13的长度方向互相垂直，扩束镜头7头安装于腔镜底座61上，扩束镜头7头设于输出腔镜6远离快门5的一侧；安装架13的上侧开设有两个互相平行的燕尾槽11，燕尾槽11沿安装架13的长度方向设置，第一燕尾块211、第二燕尾块311、第三燕尾块411、第四燕尾块511与第五燕尾块611均嵌设于燕尾槽11内且与燕尾槽11滑移连接，以方便调节相邻零部件之间的距离，透镜底座21与开关底座31、激光底座41、快门底座51、腔镜底座61上均螺纹连接有压紧螺栓22，压紧螺栓22的螺柱压紧安装架13，以对透镜底座21与开关底座31、激光底座41、快门底座51、腔镜底座61进行锁定。

安装架13上还安装有第一光阑10与第二光阑20，第一光阑10设于全反透镜2与Q开关3之间，第二光阑20设于快门5与输出腔镜6之间，第一光阑10与第二光阑20均用于滤除激光中的杂光；第一光阑10的下侧固定有第一底座101，第一底座101的下侧固定有两个第一滑移块1011，第一滑移块1011沿燕尾状设置，两个第一滑移块1011分别嵌设并滑移连接于两个燕尾槽11内；第二光阑20的下侧固定有第二底座201，第二底座201的下侧固定有两个第二滑移块2011，第二滑移块2011呈燕尾状设置，两个第二滑移块2011分别嵌设并滑移连接于两个燕尾槽11内；第一底座101上与第二底座201上也都螺纹连接有压紧螺栓22，以对第一底座101与第二底座201进行锁定。

安装架13上还安装有偏振片70，偏振片70用于将激光的线偏振状态变为圆偏振状态，使每个方向的加工能力都一样，偏振片70的下侧固定有偏振片底座701，偏振片底座701的下侧固定有两个第三滑移块7011，第三滑移块7011呈燕尾块状设置，两个第三滑移块7011分别嵌设于两个燕尾槽11内且与燕尾槽11滑移连接，偏振片底座701上也螺纹连接有压紧螺栓22，压紧螺栓22压紧安装架13以对偏振片底座701进行锁定。

参照图1、3，机架1上还固定有45°反射镜9，45°反射镜9设于输出腔镜6远离第二光阑20的一侧，45°反射镜9用于将经输出腔镜6射出的激光反射呈竖直方向向下射出，机架1上还安装有聚焦镜8，聚焦镜8设于45°反射镜9的下方，以对经45°反射镜9射出的激光进行聚焦；机架1上还安装有驱动件30，驱动件30的输出端与聚焦镜8固定，以驱使聚焦镜8升降，调节聚焦镜8与45°反射镜9之间的距离，驱动件30可以为无杆气缸，也可以为直线电机，此处驱动件30优选为无杆气缸。

CVD的激光加工设备还包括CCD相机80和显示屏，CCD相机80固定于机架1上，CCD相机80设于45°反射镜9的正上方，CCD相机80与聚焦镜8呈同心设置，CCD相机80用于采集机架1内装夹的待加工件图像，即CVD金刚石块图像，显示屏与CCD相机80连接以接收并显示CCD相机80采集的待加工件图像。

参照图4、5，机架1内还安装有装夹组件50，装夹组件50用于装夹CVD金刚石块，装夹组件50包括装夹架501、装夹块502和抽气件，装夹架501设于聚焦镜8的正下方，装夹架501的一侧固定有装夹块502，装夹块502上开设有吸附口5021，抽气件通过吸气管503与装夹块502连接，吸气管503与吸附口5021互相连通，抽气件抽取吸附口5021内的空气形成负压，以将CVD金刚石块装夹于装夹块502的吸附口5021处，抽气件为气泵。

机架1内还安装有除尘组件40，除尘组件40用于通过吹气去除CVD金刚石块表面的灰尘，除尘组件40包括除尘喷嘴401、吹气件、支撑杆403、悬挂杆404、固定螺钉405、固定柱406和锁定螺钉407，支撑杆403固定于聚焦镜8的一侧，支撑杆403呈圆柱状设置，支撑杆403呈水平设置，悬挂杆404的一端套设于支撑杆403远离聚焦镜8的一侧，悬挂杆404可在支撑杆403上沿支撑杆403的轴线方向滑动以及绕支撑杆403的轴线转动，悬挂杆404靠近支撑杆403的一侧螺纹连接有固定螺钉405，固定螺钉405压紧支撑杆403以将悬挂杆404固定于支撑杆403上，固定柱406的一端穿设于悬挂杆404的另一端且与悬挂杆404转动连接，悬挂杆404的另一端螺纹连接有锁定螺钉407，锁定螺钉407压紧固定柱406以将固定柱406锁定于悬挂杆404上，除尘喷嘴401的出气口朝向装夹块502设置，除尘喷嘴401远离出气口的一端插接于固定柱406上，吹气件通过除尘管与除尘喷嘴401连接，吹气件为除尘喷嘴401提供高压气体，以将CVD金刚石块上的灰尘吹掉，吹气件为气泵。

参照图3、5，机架1内具有一支撑板12，装夹架501可以固定于支撑板12上，也可以滑移连接于支撑板12的上侧，此处装夹架501优选滑移连接于支撑板12上，机架1内设有驱使装夹架501平移的驱动组件60，驱动组件60包括第一直线驱动件601，第一直线驱动件601安装于机架1上且位于支撑板12的下侧，支撑板12上设有贯通的通孔121，第一直线驱动件601的输出端穿过通孔121与装夹架501固定连接，以驱使装夹架501移动，第一直线驱动件601可以为无杆气缸，也可以为直线电机，此处第一直线驱动件601优选为无杆气缸。

驱动组件60还包括第二直线驱动件602，第二直线驱动件602固定于机架1上，第二直线驱动件602的输出端与第一直线驱动件601固定，以驱使第一直线驱动件601运动，第二直线驱动件602的运动方向与第一直线驱动件601的运动方向互相垂直，第二直线驱动件602可以为无杆气缸，也可以为直线电机，此处第二直线驱动件602优选为无杆气缸。

支撑板12的上侧设有盖板603，盖板603用于盖合通孔121，盖板603的尺寸大于通孔121的尺寸，盖板603的下侧与支撑板12抵接滑移，使灰尘不易经通孔121进入CVD金刚石的装夹空间，第一直线驱动件601的输出端与盖板603的下侧固定，装夹架501固定于盖板603的上侧。

本申请实施例一种CVD的激光加工设备的实施原理为：连续激光从激光模块4发射出，Q开关3将连续激光转化为脉冲激光以提高激光的功率，脉冲激光经第一光阑10过滤掉杂光，脉冲激光经偏正片将线偏振状态变为圆偏振状态，快门5关闭时，全反透镜2、第一光阑10、Q开关3、激光模块4、偏振片70与快门5形成谐振腔，脉冲激光在谐振腔内来回反射增加强度，当脉冲激光达到指定的强度时，快门5打开，脉冲激光先经第二光阑20过滤，再经输出腔镜6射出，再经过扩束镜头7扩束，经45°反射镜9反射，经聚焦镜8聚焦然后对CVD金刚石切割；通过燕尾槽11与第一燕尾块211、第二燕尾块311、第三燕尾块411、第四燕尾块511、第五燕尾块611、第一滑移块1011、第二滑移块2011、第三滑移块7011的滑移连接，使得相邻零部件的间距可以调节，调节完成之后，再通过压紧螺栓22进行锁定。

本申请还公开了一种CVD的激光加工设备操作方法，包括以下步骤：

S1、将待加工件放置于装夹块502的吸附口5021上，控制抽气件开启将待加工件吸附于装夹块502上；

S2、控制吹气件开启给除尘喷嘴401供气，吹除待加工件表面的灰尘；

S3、控制CCD相机80采集待加工件图像并通过显示屏显示；

S4、通过驱动件30控制聚焦镜8升降，调节显示屏内待加工件图像至合适大小；

S5、通过第一直线驱动件601与第二直线驱动件602调节显示屏上十字线的水平线与待加工件图像的上边缘对齐；

S6、根据工件的加工厚度将显示屏上十字线的水平线调节至待加工图像的对应位置，控制激光模块4开启，对待加工件切割加工。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CVD的激光加工设备，包括机架（1）和激光发射组件，其特征在于：还包括设于机架（1）上的装夹组件（50），所述装夹组件（50）包括设于聚焦镜（8）下侧的装夹架（501）、固定于装夹架（501）上的装夹块（502）和通过吸气管（503）与装夹块（502）连接的抽气件，所述机架（1）具有一支撑板（12），所述装夹架（501）设于支撑板（12）上，所述装夹块（502）远离装夹架（501）的一侧开设有与吸气管（503）互相连通的吸附口（5021）。

2.根据权利要求1所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：还包括设于机架（1）上的除尘组件（40），所述除尘组件（40）包括除尘喷嘴（401）、通过除尘管与除尘喷嘴（401）连接的吹气件、固定于聚焦镜（8）上的支撑杆（403）、一端套设于支撑杆（403）上且与支撑杆（403）滑移连接的悬挂杆（404）、螺纹连接于悬挂杆（404）的一端且压紧支撑杆（403）的固定螺钉（405）、穿设于悬挂杆（404）的另一端且与悬挂杆（404）转动连接的固定柱（406）和螺纹连接于悬挂杆（404）的另一端且压紧固定柱（406）的锁定螺钉（407），所述除尘喷嘴（401）靠近除尘管的一端插接于固定柱（406）上，所述除尘喷嘴（401）朝向吸附口（5021）设置。

3.根据权利要求1所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：还包括设于装夹架（501）下方驱使装夹架（501）平移的驱动组件（60），所述支撑板（12）上设有通孔（121），所述驱动组件（60）包括第一直线驱动件（601），所述第一直线驱动件（601）的驱动端穿设于通孔（121）内且与装夹架（501）固定。

4.根据权利要求3所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：所述驱动组件（60）还包括固定于机架（1）上且驱动端与第一直线驱动件（601）固定的第二直线驱动件（602），所述第一直线驱动件（601）驱动端的运动方向与第二直线驱动件（602）驱动端的运动方向互相垂直。

5.根据权利要求1所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：所述激光发射组件包括依次设于机架（1）上的全反透镜（2）、第一光阑（10）、Q开关（3）、激光模块（4）、快门（5）、输出腔镜（6）、扩束镜头（7）和聚焦镜（8），所述全反透镜（2）、第一光阑（10）、Q开关（3）、激光模块（4）、快门（5）、输出腔镜（6）、扩束镜头（7）和聚焦镜（8）设于同一条直线上。

6.根据权利要求5所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：所述激光发射组件还包括设于扩束镜头（7）远离输出腔镜（6）一侧的45°反射镜（9），所述45°反射镜（9）设于聚焦镜（8）的上方。

7.根据权利要求6所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：还包括设于机架（1）上驱使聚焦镜（8）升降的驱动件（30）。

8.根据权利要求5所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：还包括设于机架（1）上且设于激光模块（4）与快门（5）之间的偏振片（70）。

9.根据权利要求6所述的一种CVD的激光加工设备，其特征在于：还包括固定于机架（1）上且设于45°反射镜正上方的CCD相机（80）以及与CCD相机（80）连接以接收并显示待加工件图像的显示屏，所述CCD相机（80）与聚焦镜（8）呈同心设置。

10.一种CVD的激光加工设备操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待加工件放置于装夹块（502）的吸附口（5021）上，控制抽气件开启将待加工件吸附于装夹块（502）上；

S2、控制吹气件开启给除尘喷嘴（401）供气，吹除待加工件表面的灰尘；

S3、控制CCD相机（80）采集待加工件图像并通过显示屏显示；

S4、通过驱动件（30）控制聚焦镜（8）升降，调节显示屏内待加工件图像至合适大小；

S5、通过第一直线驱动件（601）与第二直线驱动件（602）调节显示屏上十字线的水平线与待加工件图像的上边缘对齐；

S6、根据工件的加工厚度将显示屏上十字线的水平线调节至待加工图像的对应位置，控制激光模块（4）开启，对待加工件切割加工。

Images