CN204954168U

CN204954168U - 运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统

Info

Publication number: CN204954168U
Application number: CN201520752595.6U
Authority: CN
Inventors: 李雨澄; 靖贤; 王冬雪; 周晓勤; 林洁琼
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2015-09-27
Filing date: 2015-09-27
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2025-09-27

Abstract

本实用新型涉及一种运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统，属于飞秒激光加工技术领域。飞秒激光器、经衰减器、光快门、扩束镜、反射镜一、光阑、反射镜二、反射镜三、分束镜、聚焦物镜顺序光连接，数字摄像机和凸透镜位于分束镜上方，运动台位于聚焦物镜的下方，照明光源和反射镜位于运动台下方，椭圆运动工作台位于运动台上方。优点是结构新颖，在飞秒激光加工中易于实施，可以在工件作快速进给的过程中对工件中预期曝光的位置进行高效曝光。

Description

运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统

技术领域

本实用新型属于飞秒激光加工技术领域，特别是涉及一种运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统。

背景技术

飞秒激光加工技术主要涉及利用飞秒激光束进行工件表面烧蚀、体内爆炸、折射率改变、两光子聚合等加工工艺，不仅可用于制备三维纳微结构功能表面器件，还可用于改变材料内部性质，并可制备体内三维纳微结构功能器件，在许多重要的工程领域受到了广泛关注。无论利用飞秒激光束对材料是进行去除、改性、还是成形，飞秒激光束作用于工件都必须具有充分的光通量。为了获得大面积的三维纳微结构功能器件，飞秒激光束必须相对于工件作扫描运动，或者工件相对于飞秒激光束作进给运动。

现有的扫描或进给实施，主要涉及两种基本类型：其一是工件不动，通过一维或二维振镜偏转飞秒激光束，使飞秒激光束相对于工件作扫描运动；其二是激光束不动，装夹工件的运动台相对于飞秒激光束作平动进给运动。无论是第一种扫描方法还是第二种进给方法，飞秒激光束与工件之间的相互作用主要涉及两种曝光技术方案：其一，飞秒激光束与工件之间作点位曝光(Pinpointexposure)，这要求激光束相对于工件必须在期望的曝光位置处于相对静止，然而作高速偏转的激光束或快速平动进给的运动台在运动中迅速停止并稳定是十分困难的；其二，激光束与工件之间作连续曝光(Continuousexposure)，然而为了使得工件材料获得足够的光通量，飞秒激光束相对于待加工件的扫描速度必须限定在特定范围内，这限制了加工效率的提高。

发明内容

本发提供一种运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统，以解决装载飞秒激光束或工件的运动台由于运动惯性难以急停的问题，以及避免连续曝光中飞秒激光束扫描速度或运动台进给速度受限于光通量难以提高的问题，从而更好地满足三维纳微结构高效加工的要求。

本实用新型采取的技术方案是，飞秒激光器、经衰减器、光快门、扩束镜、反射镜一、光阑、反射镜二、反射镜三、分束镜、聚焦物镜顺序光连接，数字摄像机和凸透镜位于分束镜上方，运动台位于聚焦物镜的下方，照明光源和反射镜位于运动台下方，椭圆运动工作台位于运动台上方。

所述椭圆运动工作台的结构是：侧挡板一通过螺钉三、螺钉四与底板连接，侧挡板二通过螺钉五、螺钉六与底板连接，具有铰链结构的工作台的固定端一通过螺钉七、螺钉八安装在侧挡板一之上；固定端二通过螺钉九、螺钉十安装在侧挡板二之上，X向压电叠堆一通过预紧螺钉一与X向驱动块顶接，Y向压电叠堆二通过预紧螺钉二与Y向驱动块顶接，Z向挡块通过固定螺钉一、固定螺钉二固定在X向驱动块上，Z向压电叠堆三安装在Z向挡块之上，通过下部预紧螺钉三与载物台顶接；X向位移传感器与X向压电叠堆一方向一致，安装在X向压电叠堆一一侧通孔内，由紧固螺钉三固定；Y向位移传感器与Y向压电叠堆二方向一致，安装在Y向压电叠堆二一侧通孔内，由紧固螺钉四固定；Z向位移传感器与Z向压电叠堆三方向一致，安装在Z向挡块之上，在Z向压电叠堆三一侧，由紧固螺钉五固定；

所述具有铰链结构的工作台由载物台、X向驱动块、Y向驱动块、固定端一、固定端二通过它们之间的柔性铰链连接而成，所述载物台通过柔性铰链一、柔性铰链二、柔性铰链三、柔性铰链四与X向驱动块相接，X向驱动块由复合铰链一、复合铰链二、复合铰链三、复合铰链四与Y向驱动块相连接，复合铰链一与复合铰链二相对于主体Y向中心位置为对称结构，复合铰链三与复合铰链四相对于主体Y向中心位置为对称结构；复合铰链一与复合铰链二、复合铰链三与复合铰链四对称分布在X向驱动块两端，与Y向驱动块相连接，复合铰链五与复合铰链六相对于主体X向中心位置为对称结构，复合铰链七与复合铰链八相对于主体X向中心位置为对称结构，复合铰链五与复合铰链六、复合铰链七与复合铰链八对称分布在Y向驱动块两端，两侧分别与固定端一、固定端二相连接；

所述复合铰链一、复合铰链二、复合铰链三或复合铰链四分别由四个直梁型铰链首尾相连组成。

通过对压电叠堆一、压电叠堆二、压电叠堆三的振幅、频率和相位的主动控制，实现工作台在空间中做二维椭圆运动或三维椭圆运动。

本实用新型的优点是结构新颖，利用所述系统可以在装夹工件的运动台相对于飞秒激光束的快速进给中、对运动工件的预期曝光位置进行曝光，不仅可解决装载飞秒激光束或工件的运动台由于运动惯性难以急停的问题，也可避免连续曝光中飞秒激光束扫描速度或运动台进给速度受限于光通量难以提高的问题，从而更好地满足三维纳微结构高效加工的要求。本实用新型在飞秒激光加工中易于实施，可以在工件作快速进给的过程中对工件中预期曝光的位置进行高效曝光。

附图说明

图1是本实用新型系统的结构图；

图2是本实用新型运动台的结构示意图；

图3是本实用新型椭圆运动工作台的结构示意图；

图4是本实用新型椭圆运动工作台去掉底板后的仰视轴测图；

图5是本实用新型椭圆运动工作台具有柔性铰链的工作台主体的轴测图；

图6是本实用新型中椭圆运动工作台由偶数个直梁型铰链首尾相连组成的复合铰链对称分布于受力两侧的示意图；

图7是本实用新型椭圆运动工作台具有柔性铰链的工作台主体的俯视图。

具体实施方式

飞秒激光器1、经衰减器3、光快门4、扩束镜5、反射镜一6、光阑7、反射镜二8、反射镜三19、分束镜16、聚焦物镜15顺序光连接，数字摄像机18和凸透镜17位于分束镜16上方，运动台12位于聚焦物镜15的下方，照明光源10和反射镜9位于运动台12下方，椭圆运动工作台2位于运动台12上方。

所述椭圆运动工作台2的结构是：侧挡板一201通过螺钉三225、螺钉四227与底板224连接，侧挡板二214通过螺钉五212、螺钉六215与底板224连接，具有铰链结构的工作台209的固定端一20903通过螺钉七202、螺钉八208安装在侧挡板一201之上；固定端二20911通过螺钉九211、螺钉十213安装在侧挡板二214之上，X向压电叠堆一222通过预紧螺钉一223与X向驱动块20907顶接，Y向压电叠堆二206通过预紧螺钉二205与Y向驱动块20906顶接，Z向挡块219通过固定螺钉一207、固定螺钉二210固定在X向驱动块20907上，Z向压电叠堆三217安装在Z向挡块219之上，通过下部预紧螺钉三226与载物台20916顶接；X向位移传感器220与X向压电叠堆一222方向一致，安装在X向压电叠堆一222一侧通孔内，由紧固螺钉三221固定；Y向位移传感器203与Y向压电叠堆二206方向一致，安装在Y向压电叠堆二206一侧通孔内，由紧固螺钉四204固定；Z向位移传感器218与Z向压电叠堆三217方向一致，安装在Z向挡块219之上，在Z向压电叠堆三217一侧，由紧固螺钉五216固定；

所述具有铰链结构的工作台209由载物台20916、X向驱动块20907、Y向驱动块20906、固定端一20903、固定端二20911通过它们之间的柔性铰链连接而成，所述载物台20916通过柔性铰链一20902、柔性铰链二20904、柔性铰链三20912、柔性铰链四20914与X向驱动块20907相接，X向驱动块20907由复合铰链一20908、复合铰链二20909、复合铰链三20915、复合铰链四20917与Y向驱动块20906相连接，复合铰链一20908与复合铰链二20909相对于主体Y向中心位置为对称结构，复合铰链三20915与复合铰链四20917相对于主体Y向中心位置为对称结构；复合铰链一20908与复合铰链二20909、复合铰链三20915与复合铰链四20917对称分布在X向驱动块两端，与Y向驱动块相连接，复合铰链五20901与复合铰链六20905相对于主体X向中心位置为对称结构，复合铰链七20910与复合铰链八20913相对于主体X向中心位置为对称结构，复合铰链五20901与复合铰链六20905、复合铰链七20910与复合铰链八20913对称分布在Y向驱动块两端，两侧分别与固定端一20903、固定端二20911相连接；

所述复合铰链一、复合铰链二20909、复合铰链三20915或复合铰链四分别由四个直梁型铰链首尾相连组成。

通过对压电叠堆一222、压电叠堆二206、压电叠堆三217的振幅、频率和相位的主动控制，实现工作台在空间中做二维椭圆运动或三维椭圆运动。

Claims

1.一种运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统，飞秒激光器、经衰减器、光快门、扩束镜、反射镜一、光阑、反射镜二、反射镜三、分束镜、聚焦物镜顺序光连接，数字摄像机和凸透镜位于分束镜上方，运动台位于聚焦物镜的下方，照明光源和反射镜位于运动台下方，其特征在于：椭圆运动工作台位于运动台上方。

2.根据权利要求1所述的一种运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统，其特征在于：所述椭圆运动工作台的结构是：侧挡板一通过螺钉三、螺钉四与底板连接，侧挡板二通过螺钉五、螺钉六与底板连接，具有铰链结构的工作台的固定端一通过螺钉七、螺钉八安装在侧挡板一之上；固定端二通过螺钉九、螺钉十安装在侧挡板二之上，X向压电叠堆一通过预紧螺钉一与X向驱动块顶接，Y向压电叠堆二通过预紧螺钉二与Y向驱动块顶接，Z向挡块通过固定螺钉一、固定螺钉二固定在X向驱动块上，Z向压电叠堆三安装在Z向挡块之上，通过下部预紧螺钉三与载物台顶接；X向位移传感器与X向压电叠堆一方向一致，安装在X向压电叠堆一一侧通孔内，由紧固螺钉三固定；Y向位移传感器与Y向压电叠堆二方向一致，安装在Y向压电叠堆二一侧通孔内，由紧固螺钉四固定；Z向位移传感器与Z向压电叠堆三方向一致，安装在Z向挡块之上，在Z向压电叠堆三一侧，由紧固螺钉五固定。

3.根据权利要求2所述的一种运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统，其特征在于：所述具有铰链结构的工作台由载物台、X向驱动块、Y向驱动块、固定端一、固定端二通过它们之间的柔性铰链连接而成，所述载物台通过柔性铰链一、柔性铰链二、柔性铰链三、柔性铰链四与X向驱动块相接，X向驱动块由复合铰链一、复合铰链二、复合铰链三、复合铰链四与Y向驱动块相连接，复合铰链一与复合铰链二相对于主体Y向中心位置为对称结构，复合铰链三与复合铰链四相对于主体Y向中心位置为对称结构；复合铰链一与复合铰链二、复合铰链三与复合铰链四对称分布在X向驱动块两端，与Y向驱动块相连接，复合铰链五与复合铰链六相对于主体X向中心位置为对称结构，复合铰链七与复合铰链八相对于主体X向中心位置为对称结构，复合铰链五与复合铰链六、复合铰链七与复合铰链八对称分布在Y向驱动块两端，两侧分别与固定端一、固定端二相连接。

4.根据权利要求3所述的一种运动工件飞秒激光加工中椭圆运动曝光系统，其特征在于：所述复合铰链一、复合铰链二、复合铰链三或复合铰链四分别由四个直梁型铰链首尾相连组成。