CN210548947U - 一种变焦冲孔装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变焦冲孔装置，包括用于发出高斯激光束的激光器，以及沿光路依次设置的变束装置、整形装置、电动变倍扩束装置和激光振镜，所述高斯激光束经变束装置改变激光束尺寸和发散角后进入整形装置整形为平顶激光束/超高斯激光束，再经电动变倍扩束装置后改变激光束尺寸和发散角，最后经激光振镜偏转得到用于微孔加工的激光束。本实用新型使用变束装置，使整形器能兼容更多型号的激光器，使用电动变倍扩束镜，可实时获得不同尺寸的平顶聚焦光斑，增大加工不同尺寸微导孔的适用范围。同时改变现有激光加工装置的结构，减少零部件的使用，提高机器结构的稳定性。集成的聚焦光斑分析仪，可实时检测平顶聚焦效果，保证加工质量的一致性。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光加工设备技术领域，特别涉及一种变焦冲孔装置。
背景技术
高密度集成已经成为PCB行业目前的发展趋势，为在相同尺寸条件下尽可能获得更多的线路布置，在更小尺寸的微孔加工时，机械钻孔或者二氧化碳激光器等红外激光钻孔方法已无法加工更小的微孔，可见或紫外激光由于衍射效应远小于红外光，相同条件下可获得更小的聚焦光斑及更长的焦深，利用该特性进行激光冲孔加工具有极大优势。
在专利文献中，授权公告号为CN 104570363 B，名称为一种高斯激光束整形方法和装置及精密激光微孔加工装置的发明公开了一种包括用于发出高斯激光束的激光器，其特征在于：还包括沿光路依次设置的扩束装置、整形装置、初聚透镜、小孔光阑、准直装置、光束偏转装置及聚焦透镜，所述高斯激光束经扩束装置扩束后进入整形装置整形为平顶激光束，所述平顶激光束先经小孔光阑拦截、初聚透镜初步会聚后进入准直装置进行准直，再经光束偏转装置改变其传播方向后，由聚焦透镜聚焦得到用于微孔加工的激光束。但在目前的激光加工过程中，由于整形器对输入的激光尺寸有较高的指定要求，单一的扩束镜很多时候无法兼容光束整形器对激光束的入射要求的同时控制聚焦光斑尺寸；同时针对公开装置其零散部件过多，在生产或者维护过程中带来极大不便，以及没有光斑控制装置，无法实现复杂的激光加工工艺。
实用新型内容
为克服上述技术中激光加工设备的兼容性差，零散部件多，无法实现复杂激光加工的缺陷，本实用新型提出一种变焦冲孔装置，其功能是通过如下技术方案实现的。
一种变焦冲孔装置，包括用于发出高斯激光束的激光器，还包括沿光路依次设置的变束装置，整形装置，电动变倍扩束装置和激光振镜，所述高斯激光束经变束装置改变激光束尺寸和发散角后进入整形装置整形为平顶激光束/超高斯激光束，所述平顶激光束/超高斯激光束经电动变倍扩束装置后改变激光束尺寸和发散角，最后经激光振镜及聚焦镜得到用于微孔加工的激光束。
进一步的，所述电动变倍扩束装置包括沿激光束光路布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜和第三透镜为可沿激光束光轴移动的可动透镜，第二透镜为沿激光束光轴布置的固定透镜。
进一步的，所述变焦冲孔装置还包括用于测量激光束光斑尺寸和焦距的聚焦光斑分析仪，分别与激光器、电动变倍扩束装置、激光振镜和聚焦光斑分析仪通讯连接的主机。
进一步的，所述变焦冲孔装置还包括位于激光振镜下方的工作平台，聚焦光斑分析仪固定于所述工作平台侧边，所述工作平台与所述主机通讯连接。
进一步的，所述变束装置包括至少两片沿激光束光轴前后设置的扩束镜/ 缩束镜，所述任一扩束镜/缩束镜可沿激光束光轴移动。
进一步的，所述变焦冲孔装置还包括位于整形装置出射光路上的光束偏转装置，光束偏转装置包括至少一片反第一射镜。
进一步的，所述光束偏转装置具有两片第一反射镜，位于整形装置和电动变束装置之间，与整形装置和电动变束装置整体移动。
进一步的，所述整形装置包括沿激光束光路依次设置的扩束镜、第二反射镜、空间滤波器、整形镜和聚焦镜；激光光束通过所述整形镜，将从所述激光器发出的高斯光束由后续光路的聚焦镜聚焦之后，获得平顶光束。
进一步的，所述整形镜为圆形柱体结构，包括前表面和后表面，整形镜靠近空间滤波器一侧的圆形截面为前表面，相对所述前表面的另一侧为后表面，所述前表面刻有若干凹槽，所述凹槽呈方形设置，所述后表面设置为平面。
进一步的，所述若干凹槽呈同心设置。
本实用新型的有益效果是：
使用变束装置，使整形器能兼容更多型号的激光器，同时实现多种孔径的小孔加工工艺，同时改变激光加工装置的现有结构，减少零散部件的安装和使用，避免使用过程中造成的零散部件的遗失和掉落。
附图说明
图1是本实用新型具体实施例结构示意图。
图2是本实用新型具体实施例变束装置结构示意图。
图3是本实用新型具体实施例电动变倍扩束装置结构示意图。
图4是本实用新型具体实施例整形装置结构示意图。
图5是本是实用新型具体实施例整形镜结构示意图。
其中：1—激光器；2—变束装置；3—整形装置；31—扩束镜；32—空间滤波器；33—整形镜；331—凹槽；34—聚焦镜；4—电动变倍扩束装置；41 —第一透镜；42—第二透镜；43—第三透镜；5—激光振镜；6—聚焦光斑分析仪；7—工作平台；8—光束偏转装置；81—第一反射镜；82—第二反射镜。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参阅附图1至图5，一种变焦冲孔装置，包括用于发出高斯激光束的激光器1，还包括沿光路依次设置的变束装置2，整形装置3，电动变倍扩束装置4和激光振镜5，所述高斯激光束经变束装置2改变激光束尺寸和发散角后进入整形装置3整形为平顶激光束/超高斯激光束，所述平顶激光束/超高斯激光束经电动变倍扩束装置4后改变激光束尺寸和发散角，最后经激光振镜5 偏转得到用于微孔加工的激光束。
所述变束装置2包括至少两片沿激光束光轴前后设置的扩束镜/缩束镜，所述任一扩束镜/缩束镜可沿激光束光轴移动。在具体实施例中，为增加整形装置3的兼容性，变束装置2为带有刻盘的圆柱结构，其入光侧和出光侧可根据需要放置扩束镜或者缩束镜。优选为，入光侧放置可移动的扩束镜/缩束镜，出光侧放置固定的扩束镜/缩束镜。变束装置2如图2所示，主要用于改变激光束的直径和发散角，如一束被扩展的激光束，其发散角和扩束比呈反比关系，同时和未经扩束的光束相比，扩束后的光束可被聚焦得更小。
整形装置3用于将激光束整形为平顶激光束或者超高斯激光束，整形装置3两个表面都镀有高透射膜层，整形装置3可以为衍射型光学器件或者采用折射方式改变光束光强分布的器件，或者为非球面透镜、透镜组。
电动变倍扩束装置4设置于整形装置3与激光振镜5之间，主要改变经整形装置3后的平顶激光束或超高斯激光束的直径和发散角，使其成为能符合加工要求的激光束。
激光振镜5也叫激光扫描器，由X-Y光学扫描头,电子驱动放大器和光学反射镜片组成。通过信号驱动放大电路驱动光学扫描头,从而在X-Y平面控制激光束的偏转。
为满足复杂激光加工工艺的需求，在具体实施例中，所述电动变倍扩束装置4如图3所示，包括沿激光束光路布置的第一透镜41、第二透镜42和第三透镜43，第一透镜41和第三透镜43为可沿激光束光轴移动的可动透镜，第二透镜42为沿激光束光轴布置的固定透镜。其中第一透镜41为输入透镜，第三透镜43为输出透镜，根据加工时不同孔径的微孔分类和孔径尺寸类型顺序分类，改变第一透镜41和第三透镜43的运动量，而得到符合要求的激光束。
为进一步保证输出激光束达到加工需求，所述变焦冲孔装置还包括用于测量激光束光斑尺寸和焦距的聚焦光斑分析仪6，分别与激光器1、电动变倍扩束装置4、激光振镜5和聚焦光斑分析仪6通讯连接的主机。其中，主机未在附图中示出，聚焦光斑分析仪6用于测量光束聚焦后的光斑尺寸及焦距，聚焦光斑分析仪6通过使用成像透镜并在透镜后进行衰减，利用透镜系统的放大作用，可精确测量小聚焦光斑。聚焦光斑分析仪将测量的小聚焦光斑数据通讯传输至主机，主机根据加工时不同孔径的微孔分类和孔径尺寸类型顺序分类调整电动变倍扩束装置内的可移动透镜，从而得到满足需求的加工激光束。
在具体实施例中，所述变焦冲孔装置还包括位于激光振镜5下方的工作平台7，聚焦光斑分析仪6固定于所述工作平台7侧边，所述工作平台7与所述主机通讯连接。
所述变焦冲孔装置还包括位于整形装置3出光光路上的光束偏转装置8，光束偏转装置包括至少一片第一反射镜81。在具体实施例中，所述光束偏转装置8具有两片第一反射镜81，位于整形装置3和电动变束装置4之间，两片第一反射镜81相邻设置，其中一片第一反射镜81与整形装置3的出射光线入射角为45度，另一片第一反射镜81与电动变束装置4的入射光线出射角为45度。第一反射镜81与整形装置3和电动变束装置4整体移动。工作平台7接收主机信号，可根据需求移动。光束偏转装置8主要用于改变经整形装置3后的平顶激光束或超高斯激光束的方向。
参阅图4，在具体实施例中，所述整形装置3包括沿激光束光路依次设置的扩束镜31、第二反射镜82、空间滤波器32、整形镜33和聚焦镜34；所述激光光束通过所述整形镜33，将从所述激光器1发出的高斯光束变为平顶光束。进一步的，所述整形镜33为圆形柱体结构，包括前表面和后表面，其中，靠近空间滤波器一侧的圆形截面为前表面，另一侧为后表面，所述前表面刻有若干凹槽331，所述凹槽呈方形设置，所述后表面设置为平面。进一步的，所述若干凹槽331呈同心设置。在具体使用过程中，整形装置3也可为其他符合要求的整形装置3，而不限于公开内容。
如图4所示，整形装置工作原理如下：激光器1发出能量分布为高斯分布的激光光束射向扩束镜31，获得准直的能量分布为高斯分布的激光光束，进入第二反射镜82，改变激光束的传播方向的同时还延长了光程，这有利于检测光的发射角是否符合要求，然后激光束进入空间滤波器32，空间滤波器 32是个平面结构的小孔，其孔的直径为4.2mm，激光束通过小孔将杂波滤除，得到光滑纯净的球面或平面波，这种经过空间滤波器32优化的能量分布为高斯分布的激光光束紧接着入射整形镜33，整形镜33在朝向激光光束的入射方向的前表面在靠近圆心的位置刻有若干深浅不一的凹槽331，凹槽331为方形，呈同心设置，能量分布为高斯分布的激光光束直接经过凹槽331被转换成能量分布均匀的平顶激光光束。
整形装置3可获得能量分布均匀、边界陡峭，同时具有特定形状的平顶激光束。该平顶激光束具有高度均匀性，高光效和边缘陡峭，同时具有高能量阈值或高损伤阈值，适用于大功率激光器1。在激光加工过程中，能够得到非常精密的加工效果，消除热效应效应等因素的影响。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种变焦冲孔装置，包括用于发出高斯激光束的激光器，其特征在于：还包括沿光路依次设置的变束装置，整形装置，电动变倍扩束装置和激光振镜，所述高斯激光束经变束装置改变激光束尺寸和发散角后进入整形装置整形为平顶激光束/超高斯激光束，所述平顶激光束/超高斯激光束经电动变倍扩束装置后改变激光束尺寸和发散角，最后经激光振镜偏转得到用于微孔加工的激光束。
2.根据权利要求1所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述电动变倍扩束装置包括沿激光束光路布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜和第三透镜为可沿激光束光轴移动的可动透镜，第二透镜为沿激光束光轴布置的固定透镜。
3.根据权利要求1所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述变焦冲孔装置还包括用于测量激光束光斑尺寸和焦距的聚焦光斑分析仪，分别与激光器、电动变倍扩束装置、激光振镜和聚焦光斑分析仪通讯连接的主机。
4.根据权利要求3所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述变焦冲孔装置还包括位于激光振镜下方的工作平台，聚焦光斑分析仪固定于所述工作平台侧边，所述工作平台与所述主机通讯连接。
5.根据权利要求1—4任意一项所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述变束装置包括至少两片沿激光束光轴前后设置的扩束镜/缩束镜，所述任一扩束镜/缩束镜可沿激光束光轴移动。
6.根据权利要求1—4任意一项所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述变焦冲孔装置还包括位于整形装置出射光路上的光束偏转装置，光束偏转装置包括至少一片第一反射镜。
7.根据权利要求6所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述光束偏转装置具有两片第一反射镜，位于整形装置和电动变束装置之间，与整形装置和电动变束装置整体移动。
8.根据权利要求1—4任意一项所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述整形装置包括沿激光束光路依次设置的扩束镜、第二反射镜、空间滤波器、整形镜和聚焦镜；激光光束通过所述整形镜，将从所述激光器发出的高斯光束变为平顶光束。
9.根据权利要求8所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述整形镜为圆形柱体结构，包括前表面和后表面，整形镜靠近空间滤波器一侧的圆形截面为前表面，相对所述前表面的另一侧为后表面，所述前表面刻有若干凹槽，所述凹槽呈方形设置，所述后表面设置为平面。
10.根据权利要求9所述的一种变焦冲孔装置，其特征在于，所述若干凹槽呈同心设置。
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