CN112269261A - 一种高速往复转动振镜的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速往复转动振镜的制造工艺，由以下三个部分构成：硅镜片、支架、固定夹头；该工艺包括以下步骤，步骤一、制作硅镜片，将单质硅片打磨成薄片状，且其具有沿位于薄片上的轴线左右平衡的质量；步骤二、制作支架，在一个定型表面上制作树状支架；步骤三、镜架贴合，将支架利用胶水粘贴固定于硅镜片的背面；步骤四、检查质量平衡，检查沿轴线方向的镜架结构两侧的质量平衡；步骤五、装固定夹头，夹头为金属夹头，夹头一端从轴线的一端将硅镜片和支架一并夹紧固定。本发明的一种高速往复转动振镜的制造工艺，工艺成本低，在振镜片性能基本符合技术要求的情况下，用以替代价格高昂的传统振镜片。

Description

一种高速往复转动振镜的制造工艺

技术领域

本发明属于激光加工设备技术领域，具体涉及一种用于激光打标/切割/雕刻设备中的高速往复转动振镜的制造工艺。

背景技术

基于激光的应用设备广泛应用于各行各业中。目前主要包括利用激光对目标物体进行打标、切割、雕刻等设备，该类设备主要利用了激光的高度集中的能量属性，对物体的表面进行“灼烧”，通过控制激光能量和加工的时间，达到工艺目的。

其中，该类设备必不可少的一项核心部件为振镜腔，主要负责改变激光的方向，使激光精准射于目标物体的特定坐标上，并快速改变激光方向，从而在目标物体上打出特定的加工形状/图案。可见，加工速度一直是影响生产效率的非常关键的因素。振镜腔内至少具有两块振镜片，用于协作改变激光的射出方向，振镜片由电机驱动转动，振镜片需要高速转动，才能提高加工效率。目前振镜的转动速度要求已经比较高，通常达到每分钟几千转以上；欲提高加工速度，则必提高振镜片的转动速度，然而振镜片转速越高，则对镜片本身以及电机等设备的其他部件的要求也同步提高。

如现有技术CN201420685767.8，公开了一种激光打标振镜片的防抖结构及包含其的振镜腔，高速振动的振镜片，其本身在高速转动的情况下的防抖要求是非常高的。高速振动的振镜片的末端会有轻微的飘逸/颤动，然而在高精度的激光出射坐标方向的要求下，即使轻微的飘逸/颤动也是需要尽量避免的，因为会造成出射方向的不准。该现有技术中为了解决该问题，在振镜的末端设置了类似轴承的结构限定末端的抖动问题。经实践对问题确实有一定的改善，但对末端的安装精度要求更高，难以满足工业化批量大规模生产。

现有技术中的振镜片通常如上述现有技术(附图)中提到的，振镜片为一个整体，其采用SiC材料作为镜片主体，碳化硅具有优良的常温力学性能、高抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高抗磨损以及低摩擦系数特点，同时碳化硅陶瓷的热传导能力较高，而且质地坚硬轻巧，因此惯量小，摆动速度快，非常适合应用于振镜这种高温高频振动的矢量扫描器件。但是碳化硅振镜的制造工艺精密，技术要求非常高，研发投入成本大，目前主要由国外厂家掌握并生产，国内暂时没有生产厂家生产这一类振镜，国际上比较常用的是德国RAYLASE振镜，德国SCANLAB振镜，美国CIT振镜，价格昂贵，维修难，使用过程中损坏，很大概率就要换一片全新的振镜，维护成本高。这种现有振镜片的缺点和优点都很明显，SiC主体的振镜片非常昂贵，当前市场售价在几万人民币一块镜片，并且该工艺主要掌握在国外，导致终端的激光打标/切割/雕刻设备整体价格居高不下，大大的阻碍了设备的推广应用。目前市场上一些低端的激光打标/切割/雕刻设备价格虽然相对较低，主要是其振镜片采用了劣等的替代品，镜面效果不好，防抖性能差，而且质量差/寿命短，需要经常更换维修。

又如现有技术CN201810189260.6公开了一种用于激光加工设备的新型振镜，正对以上问题设计了一种振镜主体由铝或铝合金制成的新型振镜片，该镜片的成本在一千人民币以内，是上述传统振镜片价格的几十分之一，该镜片首先解决了成本高的问题，其次还解决了防抖的问题，而且还解决了转动惯性的问题(质量轻，惯性低，利于提高转速及反应)，非常适合于激光打标/切割/雕刻领域的推广应用。但是由于铝材的表面比较粗糙且易磨损，经表面电镀后，其光学镜面的效果距离上述传统振镜片稍差，这个问题上还需要技术研究解决才能完美替代传统振镜片，以解决价格高昂的问题。

现有技术中最大困境是SiC材料的振镜价格高昂，而又暂时无法找到其他合适的替代方案，该问题影响了高端激光设备的大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高速往复转动振镜的制造工艺及由该工艺制成的振镜，在振镜片性能基本符合技术要求的情况下，用以替代价格高昂的传统碳化硅振镜片。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案实现如下：一种高速往复转动振镜的制造工艺，由以下三个部分构成：硅镜片、支架、固定夹头；该工艺包括以下步骤，

步骤A、制作硅镜片，将单质硅片打磨成薄片状，且其具有沿位于薄片上的轴线左右平衡的质量；对单质硅片的一个面抛光并进行镀膜形成激光反射面；

步骤B、制作支架，在一个定型表面上制作支架，支架具有沿轴线方向的主干，以及自主干向左右两侧延伸的支干；

步骤C、镜架贴合，将支架利用胶水粘贴固定于硅镜片的背面，并沿轴线方向粘贴固定；

步骤D、检查质量平衡，检查沿轴线方向的镜架结构两侧的质量平衡，如有不平衡则沿质量多的一侧的边缘切削部分；

步骤E、装固定夹头，夹头为金属夹头，夹头一端从轴线的一端将硅镜片和支架一并夹紧固定，夹头的另一端用于与转动电机的输出端连接，使镜架结构的轴线与转动电机的转动轴线对齐。

优先的，所述支架的材料为单质硅、钛合金、铝、铝合金、玻璃、陶瓷或石英。

优先的，所述胶水采用AB胶、陶瓷胶或者金属胶，加热可固化。

优先的，所述夹头的材料为铝或铝合金。

优先的，所述夹头包括一指状延伸凸起，其沿支架的背面贴合延伸。

优先的，所述夹头与镜架结构的结合缝隙之间填充有胶水。

优先的，所述硅镜片的背面为平面状或非平面状，例如沿其轴线中间高而两侧渐低。

优先的，所述支架为空心支架，或为镂空支架。

优先的，还包括副支架，副支架具有若干个，依次自所述支架背面叠起、平面分布或组合分布。

优先的，所述副支架沿所述支架的主干延伸，或沿所述支架的主干和支干延伸。

优先的，所述支架具有多个，多个支架依次自镜片背面叠起、平面分布或组合分布；多个支架中，至少其中一个支架是具有主干和支干的不固定形状支架。

优先的，位于上层的支架比靠近镜片的下层的支架小或等同。

本发明的振镜片及其制造工艺，相对于现有技术至少具有以下优点：

1、原材料成本降低。振镜的镜片和支架是独立的两部分粘合而成，振镜的镜片采取硅片，支架可选择硅片、钛合金，铝合金，氧化锆(陶瓷)，玻璃，石英等，支架和振镜片可由AB胶、陶瓷胶、金属胶等其他胶水粘合，原材料的成本降低很多。

2、对生产工艺的要求降低。硅片的制造工艺比碳化硅的制造工艺难度降低，可以采用CNC数控机床加工方式，比起碳化硅的高温烧结工艺，CNC加工精度高，具有稳定的加工质量、精度高、刚性大，生产率高，成本较低，成本可降低为碳化硅振镜的几十分之一。

3、保证了振镜的摆动快、惯量小优点。硅片的密度比碳化硅低，表面镜面效果差不多，但硅片的钢性和韧性不如碳化硅，本发明的思路是将硅片打磨成较薄的镜片，背面由一个形状不固定的支架支撑加强了镜片的稳固性，因此达到了减轻整体振镜的重量，减小惯量，同时保证了振镜的高强度的摆动速度。

4、保证了振镜稳定性。由硅片打磨成较薄的镜片，重量减轻，保证了振镜的高速摆动；支架固定在背后位置，不固定其形状，达到稳固效果即可。振镜振动的时候，背面的支架可对镜片形成一种支撑力度，保证了整个振镜的牢固，也加强了振镜片的稳固不易碎，稳定的效果不比碳化硅振镜差，整体性能不低于碳化硅振镜。

5、维修难度与成本降低。由镜片和支架这两部分粘合的这种新颖设计工艺，方便了后期维护与维修，难度与成本均降低。硅片镜片损坏，更换镜片即可，支架损坏，置换支架即可，维护成本相比起碳化硅振镜进一步降低。

附图说明

图1为本发明振镜制造工艺的流程图；

图2为本发明振镜制造工艺所制造振镜的一种结构图；

图3为本发明振镜制造工艺所制造振镜的一种结构的爆炸图

图4为本发明振镜制造工艺所制造振镜的另一种结构图；

图5为本发明振镜制造工艺所制造振镜的另一种结构的爆炸图；

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加详细的描述。

如图1至3所示，本发明具体实施的一种高速往复转动振镜的制造工艺，所制造的振镜由以下三个部分构成：硅镜片1、支架2、固定夹头3；该工艺包括以下步骤，

步骤A、制作硅镜片1，将单质硅片打磨成薄片状，且其具有沿位于薄片上的轴线左右基本平衡的质量；对单质硅片的一个面抛光并进行金属化表面电镀形成镜面；

步骤B、制作支架2，在一个定型表面上制作树状的支架，支架具有沿轴线方向的主干，以及自主干21向左右两侧延伸的支干22；

步骤C、镜架贴合，将支架2利用胶水粘贴固定于硅镜片1的背面，并沿轴线方向粘贴固定；

步骤D、检查质量平衡，检查沿轴线方向的镜架结构两侧的质量平衡，如有不平衡则沿质量多的一侧的边缘切削部分；

步骤E、装固定夹头3，夹头为金属夹头，夹头一端从轴线的一端将硅镜片和支架一并夹紧固定，夹头的另一端用于与转动电机的输出端连接，使镜架结构的轴线与转动电机的转动轴线对齐。

在以上步骤中，步骤A、B先后顺序可等同互换。

在本制造工艺中，所述支架的材料优先为单质Si、钛合金、铝、铝合金、玻璃、石英或氧化锆。

所述胶水采用AB胶、金属胶或者陶瓷胶，镜片和支架相互粘合后加热固化，也可采用其他胶水。

所述夹头的材料为铝合金，夹头包括一指状延伸凸起，其沿支架的背面贴合延伸；夹头与镜架结构的结合缝隙之间填充有胶水。

在本实施例中，所述单晶Si镜片的背面为平面状。在其他实施例中，镜片可沿其轴线中间高而两侧渐低。

所述支架为空心支架，或为镂空支架。

在本实施例中，所述支架为1个。

在另一种实施例中，所述支架还可具有多个，至少其中一个为副支架，如图4和图5所示。

其包括硅镜片11、树状支架21a、副支架21b、固定夹头31；树状支架21a和副支架21b依次自镜片背面叠起；所述树状支架21a包括主干211和支干212。

所述副支架21b沿树状支架21a的主干211延伸。

本发明的振镜片及其制造工艺，相对于现有技术至少具有以下优点：

1、原材料成本降低。振镜的镜片和支架是独立的两部分粘合而成，振镜的镜片采取硅片，支架可选择硅片、钛合金，铝合金，氧化锆(陶瓷)，玻璃，石英等，支架和振镜片可由AB胶、陶瓷胶等其他胶水粘合，原材料的成本降低很多。

2、对生产工艺的要求降低。硅片的制造工艺比碳化硅的制造工艺难度降低，可以采用CNC数控机床加工方式，比起碳化硅的高温烧结工艺，CNC加工精度高，具有稳定的加工质量、精度高、刚性大，生产率高，成本较低，成本可降低为碳化硅振镜的几十分之一。

3、保证了振镜的摆动快、惯量小优点。硅片的密度比碳化硅低，表面镜面效果差不多，但硅片的钢性和韧性不如碳化硅，本发明的思路是将硅片打磨成较薄的镜片，背面由一个形状不固定的支架支撑加强了镜片的稳固性，因此达到了减轻整体振镜的重量，减小惯量，同时保证了振镜的高强度的摆动速度。

4、保证了振镜稳定性。由硅片打磨成较薄的镜片，重量减轻，保证了振镜的高速摆动；支架固定在背后位置，不固定其形状，达到稳固效果即可。振镜振动的时候，背面的支架可对镜片形成一种支撑力度，保证了整个振镜的牢固，也加强了振镜片的稳固不易碎，稳定的效果不比碳化硅振镜差，整体性能不低于碳化硅振镜。

5、维修难度与成本降低。由镜片和支架这两部分粘合的这种新颖设计工艺，方便了后期维护与维修，难度与成本均降低。硅片镜片损坏，更换镜片即可，支架损坏，置换支架即可，维护成本相比起碳化硅振镜进一步降低。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准，根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种高速往复转动振镜的制造工艺，起特征在于，由以下三个部分构成：硅镜片、支架、固定夹头；该工艺包括以下步骤，

步骤A、制作硅镜片，将单质硅片打磨成薄片状，且其具有沿位于薄片上的轴线左右基本平衡的质量；对单质硅片的一个面抛光并进行镀膜形成激光反射面；

步骤B、制作支架，在一个定型表面上制作支架，支架具有沿轴线方向的主干，以及自主干向左右两侧延伸的支干；

步骤C、镜架贴合，将支架利用胶水粘贴固定于硅镜片的背面，并沿轴线方向粘贴固定；

步骤D、检查质量平衡，检查沿轴线方向的镜架结构两侧的质量平衡，如有不平衡则沿质量多的一侧的边缘切削部分；

步骤E、装固定夹头，夹头为金属夹头，夹头一端从轴线的一端将硅镜片和支架一并夹紧固定，夹头的另一端用于与转动电机的输出端连接，使镜架结构的轴线与转动电机的转动轴线对齐。

2.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述支架的材料为单质硅、钛合金、铝、铝合金、玻璃、陶瓷或石英。

3.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述胶水采用AB胶、陶瓷胶或者金属胶。

4.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述夹头的材料为铝或铝合金。

5.根据权利要求1或4所述的制造工艺，其特征在于，所述夹头包括一指状延伸凸起，其沿支架的背面贴合延伸。

6.根据权利要求1或4所述的制造工艺，其特征在于，所述夹头与镜架结构的结合缝隙之间填充有胶水。

7.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述硅镜片的背面为平面状或非平面状。

8.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述支架为空心支架，或为镂空支架。

9.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，还包括副支架，副支架具有若干个，依次自所述支架背面叠起、平面分布或组合分布。

10.根据权利要求9所述的制造工艺，其特征在于，所述副支架沿所述支架的主干延伸，或沿所述支架的主干和支干延伸。

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