CN202021422U - 一种基于pzt的激光扫描微圆孔的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于PZT的激光扫描微圆孔的装置，包括一个激光器和一个待加工的工件，在所述激光器出射光束面上设有两块成一定间距垂直分布的平面反射镜，与平面反射镜折射的激光束相对应处设有一个PZT光学平台，在PZT光学平台下方依次垂直分布有聚焦物镜和工件。激光束经两平面反射镜反射后入射至PZT光学平台上，经PZT光学平台反射后出射光束通过聚焦物镜聚焦至工件。该激光扫描装置按照正余弦的参数方程分别给PZT光学平台的X，Y方向逐步加电压，驱动PZT光学平台圆周运动，调节电压振幅，实现出射光束扫描出圆孔，其激光的能量损失小，加工微圆孔精度高，简单易行。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光加工领域，特别是一种基于PZT的激光扫描微圆孔的装置。
背景技术
激光微圆孔加工在汽车、微电子，航天航空，生物医学，太阳能及燃料电池新能源等高新技术产业领域有着广泛应用。其加工切面整齐，无微裂纹和冶金缺陷，加工速度快，效率高，有着传统的机械加工，以及电火花加工所无法比拟的优越性。目前世界上半导体集成电路产业发展迅速，计算机，手机电路板，便携式消费电子产品采用高密度多层PCB，体积紧凑并向小型化发展；半导体芯片制作，测试和封装要求不断提高，其结构更加紧凑，外形体积不断缩小，传统的钻孔方法已无法满足需求。
现有的激光加工微圆孔的方法有固定光束单脉冲加工单元微圆孔，振镜扫描，工件旋转打孔和旋转双光楔扫描。
①固定光束单脉冲加工单元微圆孔可以得到激光加工光学系统所限的最小微圆孔直径，但是要想得到不同的微圆孔直径，只能通过换聚焦镜头来实现。②振镜扫描加工微圆孔，其定位速度很快，因其的高速响应，很适合打数量比较多的阵列孔。但是振镜扫描的方法在大范围的局部小区域内缺乏高速的定位精度，因此在小孔的直径小于250um时不宜采用改方法。另外，在激光精细加工时，经常把激光光束扩束以达到聚焦光点足够小的目的，此时，振镜反射片尺寸相对较大，会影响系统的响应频率和加工效率。③工件高速旋转加工微圆孔是采用固定光束聚焦，工件高速旋转，旋转轴偏离加工 光轴，调节偏离距离课得到不同尺寸的小孔。由于工件旋转时惯量大，故此方法只能打单一孔，只能用于在小的圆形通轴零件上加工单个微圆孔的场合。④旋转双光楔扫描，是利用两个完全相同的光楔相对旋转，产生一个动态的单一楔角，使得光束动态偏转角度，同时再整体旋转，出射光束经聚焦物镜聚焦后扫描加工出半径可调的圆孔，其加工精度与电机的控制精度密切相关，光束通过两个光楔其能量损耗相对较大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于PZT(锆钛酸铅陶瓷)的激光扫描微圆孔的装置。利用新的激光扫描微圆孔装置，按照正余弦的参数方程分别给PZT光学平台的X，Y方向逐步加压，驱动PZT光学平台运动实现出射光束扫描出圆孔，其激光的能量损失小，可在确保高精度的同时更加简单易行。
本实用新型目的是通过下述技术方案来实现的。
一种基于PZT的激光扫描微圆孔的装置，包括一个激光器和一个待加工的工件，在所述激光器出射激光束面上设有两块成一定间距垂直分布的平面反射镜，与平面反射镜反射的入射激光束相对应处设有一个PZT光学平台，在PZT光学平台下方依次垂直分布有聚焦物镜和工件。
本实用新型的进一步特征在于：
所述PZT光学平台由四个对称分布的PZT支撑构成，PZT光学平台的端面与平面反射镜反射的入射激光束夹角为45°，且入射激光束在PZT光学平台表面上的投影与PZT光学平台表面四个对称分布的PZT构成的X，Y方向分别成45°夹角。
所述PZT光学平台与计算机电连接。
所述两块平面反射镜镜面与激光束成倾斜角度设置，两块镜面的倾斜角度相同，均为45°。
本实用新型利用PZT光学平台进行加工微圆孔的激光扫描，通过将两块相同倾斜角度的平面反射镜按照加工微圆孔需要设定一定距离，将激光器发出的激光束反射至PZT光学平台，PZT光学平台通过装有PZT驱动的计算机按照正余弦的参数方程分别给PZT光学平台的X，Y方向给PZT逐步加电压，驱动PZT光学平台圆形运动轨迹，经反射后出射光束通过聚焦物镜聚焦至加工工件。
该装置具有下述特点：
1、本装置优于固定光束单脉冲加工方式，能够得到不同直径的微圆孔；
2、采取PZT光学平台，反射片较小，系统响应频率快，加工效率高；
3、本装置优于工件高速旋转加工微圆孔，能量损失小，加工精度高，加工简单易行。
附图说明
图1是本实用新型实施例1结构示意图；
图2是PZT光学平台结构示意图；
图3入射激光束在PZT光学平台上的投影示意图；
图4是光束入射角度非45°光路示意图；
图5是本实用新型实施例光路原理图。
图中：1、激光器；2、平面反射镜；3、平面反射镜；4、PZT光学平台；5、聚焦物镜；6、工件；7、计算机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，该基于PZT的激光扫描微圆孔的装置，包括一个激光器1和一个待加工的工件6，在所述激光器1出射激光束面上设有两块成一定间距垂直分布的平面反射镜2和平面反射镜3，两块平面反射镜的倾斜角度相同均为45°，与平面反射镜反射的激光束相对应处设有一个PZT光学平台4，在PZT光学平台4下方依次垂直分布有聚焦物镜5和工件6。
激光器1发出的激光束经两平面反射镜反射后入射至PZT光学平台4上，经PZT光学平台4反射后出射激光束通过聚焦物镜5聚焦至工件6。
如图2所示，为PZT光学平台4的结构示意图，选用PI公司的S-330.4SL系列PZT光学平台，PZT光学平台4由四个对称分布的PZT支撑构成，PZT光学平台4的端面与平面反射镜反射的入射激光束夹角为45°，见图1所示；且入射激光束在PZT光学平台4表面上的投影与PZT光学平台4表面四个对称分布的PZT构成的X，Y方向分别成45°夹角；见图3所示。
PZT光学平台4与计算机7电连接。通过计算机7驱动控制PZT光学平台4的运动轨迹。
本实用新型实施过程如下：
搭建如图1所示的装置，由激光器1、平面反射镜2、平面反射镜3、PI的S-330.4SL系列PZT光学平台4、聚焦物镜5、工件6及装有PZT驱动的计算机7组成。通过装有PZT驱动的计算机7按照正余弦的参数方程分别给PZT光学平台4的X，Y方向逐步加电压，驱动PZT光学平台4的运动轨迹为圆。激光器1发出的激光束经平面发射镜2、3反射后入射到PZT光学平台4上，经PZT光学平台4反射后出射光束通过聚焦物镜5聚焦。伴随PZT光 学平台4的圆轨迹运动，入射激光束在PZT光学平台4镜面上的法线也做相同的运动，出射光束同步的在水平面方向上扫描出圆形轨迹。逐步改变电压振幅，则可扫描出不同半径的微圆孔。
基于PZT加工微圆孔的激光扫描方法原理：
PZT光学平台倾斜放置，与水平面夹角成45°，分别给PZT的X，Y方向按照正余弦参数逐步加压。令
则有x2+y2＝A2，A为电压的振幅，PZT按照圆的轨迹方程运动。激光束沿水平方向入射到PZT光学平台上，与PZT光学平台的表面夹角为45°，当PZT光学平台做圆周运动时，入射激光束在PZT光学平台面上的法线也做相同的圆周运动，经反射后出射激光束通过聚焦物镜聚焦后在水平面上可扫出一个圆。调节振幅，可扫描加工出半径可变的圆孔。系统装置光路原理如图5所示。
若入射激光束与PZT光学平台表面的夹角不严格成45°，则会在水平面上扫描出一个非标准的椭圆，光路原理如图4所示。
Claims (4)
1.一种基于PZT的激光扫描微圆孔的装置，包括一个激光器(1)和一个待加工的工件(6)，其特征在于：在所述激光器(1)出射激光束面上设有两块成一定间距垂直分布的平面反射镜，与平面反射镜反射的入射激光束相对应处设有一个PZT光学平台(4)，在PZT光学平台(4)下方依次垂直分布有聚焦物镜(5)和工件(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于PZT的激光扫描微圆孔的装置，其特征在于：所述PZT光学平台(4)由四个对称分布的PZT支撑构成，PZT光学平台(4)的端面与平面反射镜反射的入射激光束夹角为45°，且入射激光束在PZT光学平台(4)表面上的投影与PZT光学平台(4)表面四个对称分布的PZT构成的X，Y方向分别成45°夹角。
3.根据权利要求1所述的一种基于PZT的激光扫描微圆孔的装置，其特征在于：所述PZT光学平台(4)与计算机(7)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于PZT的激光扫描微圆孔的装置，其特征在于：所述两块平面反射镜镜面与激光束成倾斜角度设置，两块镜面的倾斜角度相同，均为45°。
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| CN 201120119253 CN202021422U (zh) | 2011-04-21 | 2011-04-21 | 一种基于pzt的激光扫描微圆孔的装置 |
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Publications (1)
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| CN202021422U true CN202021422U (zh) | 2011-11-02 |
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| CN 201120119253 Expired - Lifetime CN202021422U (zh) | 2011-04-21 | 2011-04-21 | 一种基于pzt的激光扫描微圆孔的装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN202021422U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091107A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-09-23 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法 |
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2011
- 2011-04-21 CN CN 201120119253 patent/CN202021422U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115091107A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-09-23 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法 |
| CN115091107B (zh) * | 2022-08-24 | 2023-04-25 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法 |
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