CN203778968U - 一种聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统，包括コ字形支撑架、导光机构、聚焦透镜、聚焦透镜座、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒和固定套筒；聚焦透镜为变曲率透镜，外形为圆片形，表面为非球面，聚焦透镜固定安装在聚焦透镜座上，与聚焦透镜座联动，固定套筒的上端紧固连接在顶板的内侧，固定套筒的下端通过轴承与旋转筒连接，使得旋转筒可自由旋转；导光机构与聚焦透镜座的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜的转折之后，垂直进入聚焦透镜，之后聚焦在工件表面。本实用新型的加工焦距随着镜片旋转而连续周期性变化，结合光束移动，使得激光始终聚焦在激光烧蚀而露出来的新表面，能量更集中，刻蚀更精细，效率更高。

Description

一种聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统

技术领域

本实用新型属于激光刻蚀加工领域，具体涉及一种聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统。

背景技术

激光刻蚀加工在激光加工中属于激光去除类，也可以称之为蒸发加工，是基于激光与被加工材料相互作用引起物态变化形成的热物理效应，以及各种能量变化产生的综合结果。影响加工质量的主要因素取决于激光的波长、激光功率密度、光束质量、聚焦状态和被加工材料本身的物理特性等参数。

激光束初始经过聚焦透镜后照射在处于焦平面的工件上，使被加工材料表面的温度迅速上升。当温度上升到接近于材料的蒸发温度时，激光对材料的去除加工开始进行。此时固态金属发生强烈的相变，最先金属开始融化，之后一部分开始汽化。随着温度不断上升，金属蒸汽携带着液相物质以极高的速度从液相底部猛烈的喷溅出来，从而将底部新的表面暴露在激光束照射之下，从而持续产生熔化、蒸发与喷溅。通过这种不断的照射、熔化-蒸发、喷溅、照射，直至达到要求的激光刻蚀深度或穿透整个工件材料。与此同时，激光束按照设定的速度和路径移动，以获得要求的激光刻蚀加工沟槽。

显然，在激光刻蚀过程中，随着激光照射、熔化-蒸发、喷溅的不断进行，新生成的被照射表面越来越矮，亦即距离激光束的初始焦平面越来越远，从而产生越来越大的离焦量，这种离焦量的产生会导致激光光斑变大、能量分散，进一步使得加工的沟槽变宽、加工效率降低。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种焦距动态变化、能量更集中、刻蚀更精细、效率更高的聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统，包括コ字形支撑架、导光机构、聚焦透镜、聚焦透镜座、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒和固定套筒；

所述コ字形支撑架包括顶板、底板和连接顶板与底板的竖直支撑板，所述竖直支撑板上开设有激光入射孔和用于将コ字形支撑架固定到加工机床上的多个螺钉孔；

所述聚焦透镜为一变曲率透镜，外形为圆片形，表面为非球面，其曲率特征是沿距其中心R的圆周上，其曲率半径沿该圆周连续变化，使得对特定激光波长，沿该圆周上的焦距连续变化；

所述聚焦透镜座呈圆环形，所述聚焦透镜固定安装在聚焦透镜座的圆环中空部分，与聚焦透镜座联动，所述聚焦透镜的中心轴线与聚焦透镜座的中心轴线重合；

所述固定套筒的上端紧固连接在顶板的内侧，固定套筒的下端通过轴承与旋转筒连接，使得旋转筒可自由旋转；

所述固定套筒的上端紧固连接在顶板的内侧，固定套筒的下端通过轴承与旋转筒连接，使得旋转筒可自由旋转；

所述导光机构包括至少一个45度反射镜，所述45度反射镜安装在固定套筒内，所述固定套筒的侧面上设置有导光孔；

所述45度反射镜的安装方位应该使得从激光入射孔和导光孔入射的激光束经45度反射镜的反射后，其光路行进方向转折到竖直向下，即与聚焦透镜座的中心轴线平行；

所述聚焦透镜座旋转机构包括主动轮和从动轮，所述主动轮由驱动电机带动旋转，所述从动轮与主动轮啮合；

所述从动轮中心设置有圆孔，其上端面边沿与旋转筒下端的法兰固定连接在一起，圆孔的内壁上设置有有用于安装聚焦透镜座的第一环形台阶；旋转筒为空心环形，环形内腔的底部设置有第二环形台阶，所述聚焦透镜座的直径恰好与第一环形台阶和第二环形台阶匹配，使得聚焦透镜座可以水平搁置在第一环形台阶上，由第二环形台阶压紧，并且使得聚焦透镜座的中心轴线与从动轮的旋转轴线重合；

所述导光机构与聚焦透镜座的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜的转折之后，垂直进入聚焦透镜，之后聚焦在工件表面。

优选的，所述聚焦透镜座旋转机构中的主动轮为蜗杆，从动轮为蜗轮。

本实用新型所述的聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统的加工焦距随着镜片旋转而连续周期性变化，结合工件相对于光束的移动，使得激光始终聚焦在激光烧蚀而露出来的新表面，能量更集中，刻蚀更精细，效率更高。光路自旋转也有益于聚焦镜片散热，旋转带来的镜片附近空气流动加快，散热更好。

附图说明

图1为本实用新型所述聚焦光路系统的结构图；

图2为聚焦透镜座的结构图；

图中各标号的含义为：

聚焦透镜1、45度反射镜2、旋转筒3、固定套筒4、コ字形支撑架5、推力滚子轴承6、导光孔7、激光入射孔8、螺钉孔9、驱动电机10、主动轮11、从动轮12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统，其特征在于，包括コ字形支撑架5、导光机构、聚焦透镜1、聚焦透镜座、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒3和固定套筒4；

所述コ字形支撑架5包括顶板、底板和连接顶板与底板的竖直支撑板，所述竖直支撑板上开设有激光入射孔8和用于将コ字形支撑架5固定到加工机床上的多个螺钉孔9。

所述聚焦透镜1为一变曲率透镜，外形为圆片形，表面为非球面，其曲率特征是沿距其中心R(R小于透镜半径)的圆周上，其曲率半径沿该圆周连续变化，使得对特定激光波长，沿该圆周上的焦距连续变化；

所述聚焦透镜座呈圆环形，所述聚焦透镜1固定安装在聚焦透镜座的圆环中空部分，与聚焦透镜座联动，所述聚焦透镜1的中心轴线与聚焦透镜座的中心轴线重合；

所述固定套筒4的上端通过螺钉紧固连接在顶板的内侧，固定套筒4的下端通过推力滚子轴承6与旋转筒3连接，这样使得旋转筒3可以自由旋转。

所述导光机构包括至少一个45度反射镜2，所述45度反射镜2安装在固定套筒4内，所述固定套筒4的侧面上设置有导光孔7。

所述45度反射镜2的安装方位应该使得从激光入射孔8和导光孔7入射的激光束经45度反射镜2的反射后，其光路行进方向转折到竖直向下，即与聚焦透镜座的中心轴线平行。

所述聚焦透镜座旋转机构包括驱动电机10、主动轮11和从动轮12，所述主动轮11由驱动电机10带动旋转，所述从动轮12与主动轮11啮合实现运动和动力的传递；

所述从动轮12中心设置有圆孔，其上端面边沿通过螺钉与旋转筒3下端的法兰固定连接在一起，圆孔的内壁上设置有有用于安装聚焦透镜座的第一环形台阶；旋转筒3为空心环形，环形内腔的底部设置有第二环形台阶，所述聚焦透镜座的直径恰好与第一环形台阶和第二环形台阶匹配，使得聚焦透镜座可以水平搁置在第一环形台阶上，由第二环形台阶压紧，并且使得聚焦透镜座的中心轴线与从动轮12的旋转轴线重合；

所述导光机构与聚焦透镜座的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜2的转折之后，垂直入射进入聚焦透镜1，其在聚焦透镜1上的入射位置位于与聚焦透镜1的中心距为R(R小于透镜半径)的圆周上，之后聚焦在工件表面，聚焦透镜1的曲率半径沿该圆周连续变化，使得对特定激光波长，沿该圆周上的焦距连续变化。

进一步的，所述聚焦透镜1也可以是由多片组合的、可变曲率的透镜组，通过胶合透镜形式构成组合透镜，只要其满足曲率特征是沿距其中心距离为R(R小于透镜半径)的圆周上，其曲率半径沿该圆周连续变化，使得对特定激光波长，沿该圆周上的焦距连续变化。

由于聚焦透镜1为非球面、变曲率透镜，不同部位的聚焦焦距不同。因此通过聚焦透镜座旋转机构驱动使得聚焦透镜座和聚焦透镜1旋转，可以使得加工焦距随着镜片旋转而连续周期性变化，结合工件相对于光束的移动，使得激光始终聚焦在激光烧蚀而露出来的新表面。

本实施例中所述聚焦透镜座旋转机构中的主动轮11为蜗杆，从动轮12为蜗轮，驱动电机10固定在竖直支撑板上，其输出轴与蜗杆的一端相连，蜗杆的另一端通过轴承支撑安装在底板上；所述蜗杆和蜗轮啮合。当然聚焦透镜座旋转机构还可以采用其他结构，只要其能驱动聚焦透镜座旋转即可。

本实用新型可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本实用新型的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (2)

1.一种聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统，其特征在于，包括コ字形支撑架(5)、导光机构、聚焦透镜(1)、聚焦透镜座、聚焦透镜座旋转机构、旋转筒(3)和固定套筒(4)；

所述コ字形支撑架(5)包括顶板、底板和连接顶板与底板的竖直支撑板，所述竖直支撑板上开设有激光入射孔(8)和用于将コ字形支撑架(5)固定到加工机床上的多个螺钉孔(9)；

所述聚焦透镜(1)为一变曲率透镜，外形为圆片形，表面为非球面，其曲率特征是沿距其中心为R的圆周上，曲率半径沿该圆周连续变化；

所述聚焦透镜座(2)呈圆环形，所述聚焦透镜(1)固定安装在聚焦透镜座(2)的圆环中空部分，与聚焦透镜座(2)联动，所述聚焦透镜(1)的中心轴线与聚焦透镜座(2)的中心轴线重合；

所述固定套筒(4)的上端紧固连接在顶板的内侧，固定套筒(4)的下端通过轴承(6)与旋转筒(3)连接，使得旋转筒(3)可自由旋转；

所述导光机构包括至少一个45度反射镜(2)，所述45度反射镜(2)安装在固定套筒(4)内，所述固定套筒(4)的侧面上设置有导光孔(7)；

所述45度反射镜(2)的安装方位应该使得从激光入射孔(8)和导光孔(7)入射的激光束经45度反射镜(2)的反射后，其光路行进方向转折到竖直向下，即与聚焦透镜座的中心轴线平行；

所述聚焦透镜座旋转机构包括驱动电机(10)、主动轮(11)和从动轮(12)，所述主动轮(11)由驱动电机(10)带动旋转，所述从动轮(12)与主动轮(11)啮合；

所述从动轮(12)中心设置有圆孔，其上端面边沿通过螺钉与旋转筒(3)下端的法兰固定连接在一起，圆孔的内壁上设置有有用于安装聚焦透镜座(2)的第一环形台阶；旋转筒(3)为空心环形，环形内腔的底部设置有第二环形台阶，所述聚焦透镜座(2)的直径恰好与第一环形台阶和第二环形台阶匹配，使得聚焦透镜座(2)可以水平搁置在第一环形台阶上，由第二环形台阶压紧，并且使得聚焦透镜座(2)的中心轴线与从动轮(12)的旋转轴线重合；

所述导光机构与聚焦透镜座(2)的安装方位应使得外部入射的激光束经过45度反射镜(2)的转折之后，垂直进入聚焦透镜(1)，之后聚焦在工件表面。

2.根据权利要求1所述的聚焦镜旋转的激光刻蚀加工光路系统，其特征在于，所述聚焦透镜座旋转机构中的主动轮(11)为蜗杆，从动轮(12)为蜗轮。