CN206732372U - 一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，包括加工平台、加工头组件以及移动导轨；加工平台上设置有XY方向直线电机高精密运动平台；XY方向直线电机高精密运动平台包括第一方向导轨、第二方向导轨及加工盘；加工头组件包括光路板、至少一个第三方向运动模组以及激光切割头；该第三方向运动模组包括CCD聚焦定位器以及靠近CCD聚焦定位器设置的两个激光光学振镜；光路板上设置有激光发生器、激光扩束器以及若干个控制改变激光传输方向和路线的反光片；本设计实现了多个激光光学振镜、多个激光切割头集成到一套装备上，并且可相互独立工作，互不干扰，在光路中巧妙地布置分光组件和光闸，实现激光波长之间的相互切换，提高加工效率。

Description

一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备

[技术领域]

本实用新型涉及激光精密加工制造技术领域，尤其涉及一种结构稳定、紧凑、集成度高、多功能化的大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备。

[背景技术]

蓝宝石、石英玻璃、陶瓷、半导体晶片、硅片等硬脆性材料已经广泛应用于消费类电子产品、移动智能终端和可穿戴产品等领域。由于硬脆性材料特殊的物理和化学性质，传统的切割方法如金刚石切割、化学腐蚀法已越来越不能满足切割要求。激光切割，是一种绿色环保的先进加工技术，由于具有聚焦后光斑小，能量密度高，切割速度快，加工精度高，可实现众多复杂零件的切割等优点，已广泛应用于上述硬脆性材料的切割加工。然而，CO₂激光、光纤激光、半导体激光以及准分子激光等面向工业应用的主流激光器脉宽多在微秒(μs)、纳秒级(ns)水平，此脉宽量级的激光器作用于材料时，加工区域热影响区较大，工件易崩边、有裂纹，存在重凝层、断面的锥度较大等缺陷。而且，纳秒激光对蓝宝石玻璃、强化玻璃等透明材料加工效率偏低，且加工精度和表面质量不能满足产品要求。

当激光脉宽达到10皮秒(ps)量级，进行材料加工时，因为脉宽足够短，材料中的电子与晶格之间没有足够的时间产生温度平衡，能够实现真正意义上的材料“冷”加工，加工效果和精度都会大幅提升，可实现硬脆性材料的高质量、高精度的激光切割。

硬脆性材料的超快皮秒激光精密加工技术是取代传统切割和激光热加工的新工艺。但是，由于目前皮秒激光器成本昂贵，光路设计及整体装备方面缺乏关键技术突破，使得皮秒激光应用受到限制，目前，工厂里很少有皮秒激光精密加工装备规模化生产。

基于上述问题，本领域的技术人员有针对性的进行了大量的研发和实验，并取得了较好的效果。

[实用新型内容]

为克服现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种结构稳定、紧凑、集成度高、多功能化的大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备。

本实用新型解决技术问题的方案是提供一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，包括加工平台、加工头组件以及设置于加工平台上的移动导轨；所述加工头组件设置于移动导轨上，且能在移动导轨上平行移动；

在所述加工平台上设置有XY方向直线电机高精密运动平台；该XY方向直线电机高精密运动平台包括第一方向导轨、第二方向导轨以及放置于第二方向导轨上的加工盘；所述加工盘在沿第二方向导轨直线移动；第二方向导轨连同加工盘一起在第一方向导轨上直线移动；

所述加工头组件包括位于移动导轨上侧的光路板、至少一个第三方向运动模组以及激光切割头；该第三方向运动模组包括CCD聚焦定位器以及靠近CCD聚焦定位器设置的两个激光光学振镜；所述光路板上设置有激光发生器、激光扩束器以及若干个控制改变激光传输方向和路线的反光片；

激光发生器发出的激光通过激光扩束器后，照射到反光片上，通过反光片反射的激光分为两路传输，一路经过多个反光片反射后到达激光光学振镜部位，另一路经过多个反光片反射后到达激光切割头部位。

优选地，所述一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备还包括靠近激光切割头设置、用于净化激光加工过程中烟尘的抽尘管以及烟尘净化机；所述烟尘净化机与抽尘管相连。

优选地，所述第三方向运动模组、激光切割头、第二方向导轨以及加工盘都连接有驱动气缸，由驱动气缸驱动加工盘在第二方向导轨上移动、第二方向导轨连同加工盘一起在第一方向导轨上直线移动、第三方向运动模组和激光切割头的上下移动；

还包括空气压缩装置；所述空气压缩装置与驱动气缸相连通。

优选地，所述第一方向导轨的行程为800mm，第二方向导轨的行程为500mm，第三方向运动模组和激光切割头的行程为150mm。

优选地，所述加工盘上阵列开设有若干个用于放置待加工物料的物料槽。

优选地，所述加工平台为大理石平台；加工盘上各加工部位开设有真空吸附开口。

优选地，所述第三方向运动模组的数量为两个。

优选地，所述一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备还包括用于对激光切割头进行冷却降温处理的激光器冷水机。

与现有技术相比，本实用新型一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备通过在所述加工头组件中设置光路板、至少一个第三方向运动模组以及激光切割头，配合带有第一方向导轨和第二方向导轨的XY方向直线电机高精密运动平台，在驱动电机的驱动下，第三方向运动模组和激光切割头可上下移动，第二方向导轨可在第一方向导轨上直线移动，加工盘可以在第二方向导轨上移动，这样就实现了多个激光光学振镜、多个激光切割头集成到一套装备上，并且可相互独立工作，互不干扰，在光路中巧妙地布置分光组件和光闸，实现激光波长之间的相互切换，互不干扰的激光加工，提高加工效率。

[附图说明]

图1是本实用新型一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备的立体状态结构示意图。

图2是本实用新型一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备中光路板的原理示意图。

[具体实施方式]

为使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定此实用新型。

请参阅图1和图2，本实用新型一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备1包括加工平台11、加工头组件以及设置于加工平台11上的移动导轨16；所述加工头组件设置于移动导轨16上，且能在移动导轨16上平行移动；

在所述加工平台11上设置有XY方向直线电机高精密运动平台；该XY方向直线电机高精密运动平台包括第一方向导轨13、第二方向导轨15以及放置于第二方向导轨15上的加工盘14；所述加工盘14在沿第二方向导轨15直线移动；第二方向导轨15连同加工盘14一起在第一方向导轨13上直线移动；

所述加工头组件包括位于移动导轨上侧的光路板18、至少一个第三方向运动模组19以及激光切割头12；该第三方向运动模组19包括CCD聚焦定位器以及靠近CCD聚焦定位器设置的两个激光光学振镜191；所述光路板18上设置有激光发生器17、激光扩束器171以及若干个控制改变激光传输方向和路线的反光片173；

激光发生器17发出的激光通过激光扩束器171后，照射到反光片173上，通过反光片173反射的激光分为两路传输，一路经过多个反光片173反射后到达激光光学振镜191部位，另一路经过多个反光片173反射后到达激光切割头12部位。

通过在所述加工头组件中设置光路板18、至少一个第三方向运动模组19以及激光切割头12，配合带有第一方向导轨13和第二方向导轨15的XY方向直线电机高精密运动平台，在驱动电机的驱动下，第三方向运动模组19和激光切割头12可上下移动，第二方向导轨15可在第一方向导轨13上直线移动，加工盘14可以在第二方向导轨15上移动，这样就实现了多个激光光学振镜191、多个激光切割头12集成到一套装备上，并且可相互独立工作，互不干扰，在光路中巧妙地布置分光组件和光闸，实现激光波长之间的相互切换，互不干扰的激光加工，提高加工效率。

优选地，所述一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备1还包括靠近激光切割头12设置、用于净化激光加工过程中烟尘的抽尘管以及烟尘净化机；所述烟尘净化机与抽尘管相连。

优选地，所述第三方向运动模组19、激光切割头12、第二方向导轨15以及加工盘14都连接有驱动气缸，由驱动气缸驱动加工盘14在第二方向导轨15上移动、第二方向导轨15连同加工盘14一起在第一方向导轨13上直线移动、第三方向运动模组19和激光切割头12的上下移动；

还包括空气压缩装置；所述空气压缩装置与驱动气缸相连通。

优选地，所述第一方向导轨13的行程为800mm，第二方向导轨15的行程为500mm，第三方向运动模组19和激光切割头12的行程为150mm。运动速度最大为400mm/s，定位精度可达±3μm，重复精度±2μm。通过拼接加工，三个激光头单独工作时，加工幅面可大于400mm*400mm*150mm。

优选地，所述加工盘14上阵列开设有若干个用于放置待加工物料的物料槽。

优选地，所述加工平台11为大理石平台；加工盘14上各加工部位开设有真空吸附开口。

优选地，所述第三方向运动模组19的数量为两个。

优选地，所述一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备1还包括用于对激光切割头12进行冷却降温处理的激光器冷水机。

多激光头共用XY方向直线电机高精密运动平台，实现XYZ轴方向的高精密、大幅面运动，装备加工定位方面，采用CCD定位装置，通过Z轴运动模组的调节，实现多个激光头和CCD的聚焦定位。

本实用新型的激光发生器17为多波长输出的超快皮秒激光器，激光脉宽为1-50ps，可输出激光波长为355nm、532nm和1064nm，激光平均功率为：0.1-100W。

本实用新型所述的XY方向直线电机高精密运动平台，通过拼接加工，单个激光头加工幅面可大于600mm*600mm*300mm，定位精度为0到±10μm，重复精度为0到±10μm。

激光光路能做到完全密封，装备整体结构稳定、紧凑，集成度高、多功能化。所述装备不仅可以对硬脆性材料进行精密加工，还可用于未来新材料实现亚微米甚至纳米级超精密拓展加工，以及新工艺技术的探索。

与现有技术相比，本实用新型一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备1通过在所述加工头组件中设置光路板18、至少一个第三方向运动模组19以及激光切割头12，配合带有第一方向导轨13和第二方向导轨15的XY方向直线电机高精密运动平台，在驱动电机的驱动下，第三方向运动模组19和激光切割头12可上下移动，第二方向导轨15可在第一方向导轨13上直线移动，加工盘14可以在第二方向导轨15上移动，这样就实现了多个激光光学振镜191、多个激光切割头12集成到一套装备上，并且可相互独立工作，互不干扰，在光路中巧妙地布置分光组件和光闸，实现激光波长之间的相互切换，互不干扰的激光加工，提高加工效率。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：包括加工平台、加工头组件以及设置于加工平台上的移动导轨；所述加工头组件设置于移动导轨上，且能在移动导轨上平行移动；

在所述加工平台上设置有XY方向直线电机高精密运动平台；该XY方向直线电机高精密运动平台包括第一方向导轨、第二方向导轨以及放置于第二方向导轨上的加工盘；所述加工盘在沿第二方向导轨直线移动；第二方向导轨连同加工盘一起在第一方向导轨上直线移动；

所述加工头组件包括位于移动导轨上侧的光路板、至少一个第三方向运动模组以及激光切割头；该第三方向运动模组包括CCD聚焦定位器以及靠近CCD聚焦定位器设置的两个激光光学振镜；所述光路板上设置有激光发生器、激光扩束器以及若干个控制改变激光传输方向和路线的反光片；

激光发生器发出的激光通过激光扩束器后，照射到反光片上，通过反光片反射的激光分为两路传输，一路经过多个反光片反射后到达激光光学振镜部位，另一路经过多个反光片反射后到达激光切割头部位。

2.如权利要求1所述的一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：还包括靠近激光切割头设置、用于净化激光加工过程中烟尘的抽尘管以及烟尘净化机；所述烟尘净化机与抽尘管相连。

3.如权利要求1所述的一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：所述第三方向运动模组、激光切割头、第二方向导轨以及加工盘都连接有驱动气缸，由驱动气缸驱动加工盘在第二方向导轨上移动、第二方向导轨连同加工盘一起在第一方向导轨上直线移动、第三方向运动模组和激光切割头的上下移动；

还包括空气压缩装置；所述空气压缩装置与驱动气缸相连通。

4.如权利要求3所述的一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：所述第一方向导轨的行程为800mm，第二方向导轨的行程为500mm，第三方向运动模组和激光切割头的行程为150mm。

5.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：所述加工盘上阵列开设有若干个用于放置待加工物料的物料槽。

6.如权利要求1所述的一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：所述加工平台为大理石平台；加工盘上各加工部位开设有真空吸附开口。

7.如权利要求3所述的一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：所述第三方向运动模组的数量为两个。

8.如权利要求1所述的一种大幅面多激光头超快皮秒激光精密加工装备，其特征在于：还包括用于对激光切割头进行冷却降温处理的激光器冷水机。