CN114012268A - 一种光伏增效微结构紫外激光加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光伏增效微结构紫外激光加工装置及方法，所述装置包括有工件，工件设置在工作箱内底部，所述工作箱下方通过螺纹连接安装有Y直线运动模块，所述Y直线运动模块安装在平台框架上；所述平台框架横梁上安装有X直线运动模块，所述X直线运动模块上安装有Z直线运动模块；Z直线运动模块上通过铝制连接件安装有激光器，所述平台框架的一侧通过耐酸碱水管连接有耐酸碱水箱，所述耐酸碱水管上从靠近工作箱一侧依次设置有压力表、耐酸碱水泵和过滤器；本发明的优点是采用微结构加工的一次成形方法，在激光纳秒级脉冲内，溶液层下紫外激光通过光化学刻蚀去除玻璃材料、形成表面微结构。

Description

一种光伏增效微结构紫外激光加工装置及方法
技术领域
本发明属于机械加工生产技术领域，尤其涉及一种光伏增效微结构紫外激光加工装置及方法。
背景技术
激光技术是20世纪的重大发明之一。在电子与玻璃等非金属材料加工领域中，激光技术作为一种高效率、成本低、稳定性好的微细加工新技术，在工业应用和科学研究中占有举足轻重的地位；相较于传统加工技术，激光技术更适合硬脆材料的加工。然而针对不同材料的工艺开发需要使用不同波长的激光，加工硬脆材料常需要使用短波长的紫外激光或者超短脉冲激光，针对材料的复合加工与辅助加工措施也在不断的研发创新。
现有激光技术对于玻璃材料的加工，由于近年来国产化红外皮秒与紫外皮秒激光的出现，使激光器价格大幅下降，出现了超快激光器取代紫外纳秒激光器的说法。但由于这两种激光器的应用对象具有一定的重复性，单在晶圆划片，蓝宝石切割等微加工领域，紫外纳秒激光以其较低的采购成本、较快的加工效率依旧活跃在市场应用端客户，因此使用紫外纳秒激光可以保证所加工出来的微结构的精度要求，更是一个具有性价比的选择，因此，本发明使用纳秒紫外激光加工光伏玻璃表面的微结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏增效微结构紫外激光加工方法及装置，采用微结构加工的一次成形方法，在激光纳秒级脉冲内，溶液层下紫外激光通过光化学刻蚀去除玻璃表面材料，形成表面微结构。
为达到上述目的，一方面，本发明涉及的技术方案为：一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，包括平台框架和工件，其技术要点是：所述工件设置在工作箱内底部，并通过夹具安装固定，所述工作箱下方通过螺纹连接安装有Y直线运动模块，所述Y直线运动模块安装在平台框架上；
所述平台框架上方设置有平台框架横梁，所述平台框架横梁上安装有X直线运动模块，所述X直线运动模块上安装有Z直线运动模块；
所述Z直线运动模块上通过铝制连接件安装有激光器，所述激光器的出光口前端设置有激光扫描振镜，所述激光扫描振镜下方设置有聚焦镜；
所述平台框架的一侧通过耐酸碱水管连接有耐酸碱水箱。
优选地，所述耐酸碱水管一端与工作箱相连，另一端与耐酸碱水箱相连。
优选地，所述耐酸碱水管上从靠近工作箱一侧依次设置有压力表、耐酸碱水泵和过滤器。
优选地，所述工作箱内设置有缓流碱性溶液。
优选地，所述缓流碱性溶液成分为氢氧化钠，溶液温度为70℃～90℃，缓流碱性溶液质量浓度为3g/L～7g/L。
优选地，所述缓流碱性溶液高出工件表面1～3mm。
另一方面，本发明还保护了一种光伏增效微结构紫外激光加工方法，其技术要点是：包括如下步骤：
S1：将工件安装在工作箱内；
S2：打开耐酸碱水泵，并调节其流量，使工作箱中的碱性溶液层高出工件表面1～3mm，在压力表中观察碱性溶液流量的压力信息；
S3：调整Z直线运动模块，将激光聚焦的平面调到工件表面上；
S4：在计算机上设置激光出光参数，加工速度，同时设置X直线运动模块和Y直线运动模块的运动轨迹路线等参数；
S5：开始加工，激光出光加工工件表面微结构；
S6：加工完成，取下工件擦拭工件并烘干。
本发明的优点及有益效果是：本发明所提供的一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，包含运动模块、聚焦装置和耐酸碱水箱，所述运动模块包括有X直线运动模块、Y直线运动模块和Z直线运动模块，所述聚焦装置包括有聚焦镜、激光扫描振镜和激光器，所述运动模块和聚焦装置配合作用，完成对光伏玻璃表面微结构的雕刻；所述耐酸碱水箱通过耐酸碱水管与工作箱相连，工作箱内放置有缓流碱性溶液，所述缓流碱性溶液利用化学腐蚀方法及时去除激光产生的纳米级毛化层，获得带表面微结构的高透明玻璃，提高微加工效率和光伏玻璃的透光性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明立体结构示意图；
图3是本发明加工路径示意图；
图4是本发明拼接运动路线示意图；
图5是本发明光栅微结构示意图；
附图标记如下：1、工件2、夹具3、Y直线运动模块4、工作箱5、缓流碱性溶液6、 X直线运动模块7、聚焦镜8、激光扫描振镜9、激光器10、Z直线运动模块11、压力表12、耐酸碱水泵13、过滤器14、耐酸碱水管15、耐酸碱水箱。
具体实施方式
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
如图1-2所示，一方面，本发明保护了一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，包括有工件1、夹具2、Y直线运动模块3、工作箱4、缓流碱性溶液5、X直线运动模块6、聚焦镜7、激光扫描振镜8、激光器9、Z直线运动模块10、压力表11、耐酸碱水泵12、过滤器13、耐酸碱水管14和耐酸碱水箱15；
所述工件1安装在工作箱4底部，并使用夹具2安装固定；
所述工作箱4通过螺纹连接安装在Y直线运动模块3上，所述Y直线运动模块3安装在平台框架上；
所述压力表11、耐酸碱水泵12和过滤器13安装在耐酸碱水管14上；
所述缓流碱性溶液5从耐酸碱水箱15中由耐酸碱水泵12抽取，经过过滤器13流入工作箱4中，其中压力表11安装在耐酸碱水管14上，用于显示水流量压力；
所述X直线运动模块6安装于平台框架横梁上；
所述激光器9使用铝制连接件，通过螺纹连接安装在Z直线运动模块10上；
所述激光扫描振镜8安装在激光器9的出光口前端，实现激光束的反射偏折传输；
所述聚焦镜7安装在激光扫描振镜8下方，用于将激光束聚焦；
所述Z直线运动模块10使用螺纹安装在X直线运动模块6上；
本发明包括有运动模块、聚焦装置和耐酸碱水箱，所述运动模块包括有X直线运动模块 6、Y直线运动模块3和Z直线运动模块10，所述聚焦装置包括有聚焦镜7、激光扫描振镜8和激光器9，所述聚焦装置配合X直线运动模块6、Y直线运动模块3，实现对光伏玻璃水平面的刻蚀，所述聚焦装置配合Z直线运动模块10，实现对光伏玻璃上下竖直面的移动和刻蚀。
所述Z直线运动模块10上设置有激光器9，激光器9的下方均依次设置有激光扫描振镜8和聚焦镜7；所述激光扫描振镜8通过螺纹旋转连接安装在激光器9出光口处，所述聚焦镜7通过螺栓连接在激光扫描振镜8下方。
所述激光扫描振镜8通过螺纹与激光器9连接，旋转安装在激光器9出光口处，激光器 9发射出的激光束聚焦至工件1表面进行加工，保护聚焦镜7通过螺栓连接在激光扫描振镜8 下方，用于将激光束聚焦，起到保护聚激光扫描振镜8不受污染；所述激光器9使用铝制连接件，通过螺纹连接安装在Z直线运动模块10上。
本发明中的缓流碱性溶液成分为氢氧化钠，溶液温度为70℃～90℃，缓流碱性溶液质量浓度为3g/L～7g/L，缓流碱性溶液是利用化学腐蚀方法，及时去除激光产生的纳米级毛化层，获得带表面微结构的高透明玻璃，提高微加工效率和光伏玻璃透光性；同时，在激光脉冲时间内，激光加工效率要大于碱性溶液的化学腐蚀效率。
另一方面，本发明还保护一种光伏增效微结构紫外激光化学制备方法，激光器9发射出激光束，进入激光扫描振镜8中，激光扫描振镜由两个电机安装反射镜组成，激光束经反射镜反射至聚焦镜7中，聚焦镜7使激光束聚焦至工件1表面，进行加工。加工步骤如下：
S1：将工件使用无水乙醇溶液擦拭表面去除表面杂质，松开工装夹具，将工件安装在工作箱内，并压紧工件；
S2：打开耐酸碱水泵，通过调节流量开关，将流量调节至2～5m3/h，使工作箱中的缓流碱性溶液层高出工件表面1～3mm，形成缓流在工件表面溶液流动，可以在压力表中观察到缓流碱性溶液流量的压力信息；
S3：通过预设好的激光焦点高度位置，调整Z直线运动模块，将激光聚焦的平面调到工件表面上；
S4：在计算机上设置激光参数：激光功率为8～40W；激光频率为20～50kHz；加工速度为500～2000mm/min；，同时设置X直线运动模块和Y直线运动模块的拼接运动路线，通过振镜下加工区域与XY平台的移动，完成工件整个表面的加工路径规划；
S5：开始加工，激光出光加工工件表面微结构，可以通过调整加工轨迹和激光参数的改变，加工出多种微结构形式；
S6：加工完成，关闭耐酸碱水泵，取下工件擦拭工件并烘干。
实施例一：首先对工件表面进行无水乙醇溶液擦拭，去除表面杂质，擦拭后将其安装在工作箱内；打开耐酸碱水泵，调节流量开关，将流量调节至3m3/h，使工作箱中的缓流碱性溶液层高出工件表面2mm，使得缓流碱性溶液在工件表面流动，并在压力表中观察缓流碱性溶液流量的压力信息；通过预设好的激光焦点高度位置，调整Z直线运动模块，将激光聚焦的平面调到工件表面上；在计算机上设置激光出光功率为25W，激光频率为30kHz，加工速度设置为1200mm/min，加工路径如图3，其中实线为激光出光时路径，虚线为不出光路径，且加工路径不限于此一种，同时设置X直线运动模块和Y直线运动模块的拼接运动路线如图4，通过振镜下加工区域与XY平台的移动，完成工件整个表面的加工路径规划；开始加工，激光出光加工工件表面微结构，如图5为光栅微结构，可以通过调整加工轨迹和激光参数的改变，加工出多种微结构形式，不限于光栅结构；加工完成，取下工件擦拭工件并烘干。
本发明保护的一种光伏增效微结构紫外激光加工装置及方法，包含X直线运动模块、Y 直线运动模块、Z直线运动模块和聚焦装置，激光器发射出激光束，进入激光扫描振镜中，激光扫描振镜由两个电机安装反射镜组成，激光束经反射镜反射至聚焦镜中，聚焦镜使激光束聚焦至工件表面，从而实现对光伏玻璃表面进行微结构刻蚀；本发明保护的光伏增效微结构紫外激光加工装置还包括有耐酸碱水箱，所述耐酸碱水箱通过耐酸碱水管与工作箱相连，工作箱内放置有缓流碱性溶液，所述缓流碱性溶液利用化学腐蚀方法及时去除激光产生的纳米级毛化层，获得带表面微结构的高透明玻璃，提高微加工效率和光伏玻璃的透光性。
本发明采用微结构加工的一次成形方法，在激光纳秒级脉冲内，缓流碱性溶液层下紫外激光通过光化学刻蚀去除玻璃材料、形成表面微结构；在激光脉冲间隔(微秒级)内，缓流碱性溶液利用化学腐蚀方法及时去除激光产生的纳米级毛化层，获得带表面微结构的高透明玻璃，提高微加工效率、玻璃透光性。同时激光脉冲时间内，激光加工效率大于缓流碱性溶液化学腐蚀。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，包括平台框架和工件，其特征在于：
所述工件(1)设置在工作箱(4)内底部，并通过夹具(2)安装固定，所述工作箱(4)下方通过螺纹连接安装有Y直线运动模块(3)，所述Y直线运动模块(3)安装在平台框架上；
所述平台框架上方设置有平台框架横梁，所述平台框架横梁上安装有X直线运动模块(6)，所述X直线运动模块(6)上安装有Z直线运动模块(10)；
所述Z直线运动模块(10)上通过铝制连接件安装有激光器(9)，所述激光器(9)的出光口前端设置有激光扫描振镜(8)，所述激光扫描振镜(8)下方设置有聚焦镜(7)；
所述平台框架的一侧通过耐酸碱水管(14)连接有耐酸碱水箱(15)。
2.根据权利要求1所述的一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，其特征在于：所述耐酸碱水管(14)一端与工作箱(4)相连，另一端与耐酸碱水箱(15)相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，其特征在于：所述耐酸碱水管(14)上从靠近工作箱(4)一侧依次设置有压力表(11)、耐酸碱水泵(12)和过滤器(13)。
4.根据权利要求1所述的一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，其特征在于：所述工作箱(4)内设置有缓流碱性溶液(5)。
5.根据权利要求4所述的一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，其特征在于：所述缓流碱性溶液(5)成分为氢氧化钠，溶液温度为70℃～90℃，缓流碱性溶液(5)质量浓度为3g/L～7g/L。
6.根据权利要求4所述的一种光伏增效微结构紫外激光加工装置，其特征在于：所述缓流碱性溶液(5)高出工件表面1～3mm。
7.一种光伏增效微结构紫外激光加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将工件安装在工作箱内；
S2：打开耐酸碱水泵，并调节其流量，使工作箱中的碱性溶液层高出工件表面1～3mm，在压力表中观察碱性溶液流量的压力信息；
S3：调整Z直线运动模块，将激光聚焦的平面调到工件表面上；
S4：在计算机上设置激光出光参数，加工速度，同时设置X直线运动模块和Y直线运动模块的运动轨迹路线等参数；
S5：开始加工，激光出光加工工件表面微结构；
S6：加工完成，取下工件擦拭工件并烘干。
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