CN210649091U - 一种激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例适用于激光加工技术领域，提供了一种激光加工系统，包括第一工位系统，第一工位系统包括激光系统、控制系统以及移动平台，激光系统包括激光器、传输光纤、准直镜头、振镜以及切割头，激光器发射的激光射入准直镜头，再进入振镜后经振镜照射进入切割头中进行聚焦焦点并照射在陶瓷基板上，当移动平台带动陶瓷基板沿Y轴方向移动时，控制系统控制振镜绕平行于X轴Y轴平面的转轴转动使焦点随陶瓷基板同步移动至相应微孔加工完成为止，当振镜在完成单个微孔的加工后控制系统控制振镜绕转轴跳转回到起始位置对下一个微孔进行激光照射。本实用新型能够实现微孔的连续加工，故能大大提高微孔加工的效率。

Description

一种激光加工系统

技术领域

本实用新型属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工系统。

背景技术

随着现代科技的飞速发展和进步，陶瓷基片应用也越来越广泛，与金属基片和树脂基片相比较，陶瓷基片作为电子器件衬底具有许多较突出的电绝缘性能、优异的高频特性、较好的导热率和较低的热膨胀率，较强的硬度与电子元件兼容、化学性能稳定等优点，所以未来陶瓷应用将会不可估量。其中，陶瓷基板在电子产品和LED照明等行业中的应用最为广泛。

如今，器件朝着微型化，便携式的方向发展，对电路板小型化提出了越来越高的需求。对于陶瓷基板，传统的加工方式通常会采用平台插补的方式打孔，但是这种加工方式效率比较低，加工一片数千个小孔的陶瓷基板往往需要1小时以上，效率一般只有1-2孔/秒。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于提供一种激光加工系统，旨在解决现有技术对陶瓷基板进行打孔效率较低的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种激光加工系统，其包括第一工位系统，所述第一工位系统包括激光系统、控制系统以及用于放置有陶瓷基板的移动平台，所述控制系统用于控制所述移动平台沿X轴方向或Y轴方向移动；

所述激光系统包括激光器、传输光纤、准直镜头、振镜以及切割头，所述控制系统与所述激光器和所述振镜分别电连接，陶瓷基板设置于所述振镜下方，所述激光器发射的激光通过所述传输光纤射入所述准直镜头后形成准直光束，所述准直光束进入所述振镜后经所述振镜照射进入所述切割头中进行聚焦焦点并照射在陶瓷基板上加工微孔，当所述移动平台带动陶瓷基板沿Y轴方向移动时，所述控制系统控制所述振镜绕平行于X轴Y轴平面的转轴转动使所述焦点随陶瓷基板同步移动至相应所述微孔加工完成为止，当所述振镜在完成单个所述微孔的加工后所述控制系统控制所述振镜绕所述转轴跳转回到起始位置对下一个所述微孔进行激光照射。

进一步地，陶瓷基板上的所述微孔呈现矩形阵列分布，当一纵列的所述微孔加工完成后，所述移动平台沿X轴移动至下一纵列的所述微孔，此时，所述移动平台在该列所述微孔加工过程中沿Y轴反向移动，且所述焦点与陶瓷基板同步移动至相应所述微孔加工完成为止。

进一步地，所述激光加工系统还包括用于实现陶瓷基板在所述移动平台上的精定位的CCD定位系统，所述CCD定位系统设置在所述移动平台的上方，所述CCD定位系统与所述控制系统电连接。

进一步地，所述第一工位系统还包括自动上下料系统；

所述自动上下料系统包括上料框、下料框、用于抓取陶瓷基板的机械手、用于对所述机械手进行移动导向的机械手导轨以及机械手支架，所述上料框用于放置未加工的陶瓷基板，所述下料框用于放置加工后的陶瓷基板，所述机械手安装在所述机械手支架上，所述机械手支架可移动地与所述机械手导轨连接，所述机械手与所述控制系统电连接。

进一步地，所述机械手的与陶瓷基板接触实现抓取的工作部为真空吸盘。

进一步地，所述第一工位系统还包括喷嘴；

所述喷嘴安装在所述切割头下方且与激光同轴，所述喷嘴侧面开设有高压辅助气体接口，所述高压辅助气体接口与气体增压装置连通，所述气体增压装置通过所述高压辅助气体接口向所述喷嘴通入高压辅助气体，所述喷嘴用于向下喷射高压辅助气体至陶瓷基板上。

进一步地，所述移动平台为直线电机平台。

进一步地，所述激光加工系统还包括第二工位系统，所述第二工位系统与所述第一工位系统的组成结构相同，且所述第一工位系统与所述第二工位系统并列设置。

本实用新型实施例与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型针对数量较多的微孔加工，首先控制系统获取众多微孔中心坐标，对于每个单独的微孔，在移动平台沿Y轴运动带动陶瓷基板到切割头下时，微孔中心位置提前触发振镜转动一定角度，并开激光器进行照射，进入振镜后经振镜照射进入切割头中进行聚焦焦点并照射在陶瓷基板上加工微孔，当移动平台带动陶瓷基板沿Y轴方向移动时，控制系统控制振镜绕平行于X轴Y轴平面的转轴转动使焦点随陶瓷基板同步移动至相应微孔加工完成为止，这样，在陶瓷基板上需要钻微孔的位置，始终是保持同一静止点射出激光的。而在加工完一个微孔之后，控制系统控制振镜绕上述转轴跳转回到起始位置，等待下一次被触发并对下一个微孔进行激光照射，以此实现连续加工，故能大大提高微孔加工的效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的激光加工系统的部分结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的激光加工系统加工微孔的加工路径示意图；

图3是本实用新型实施例提供的激光加工系统的自动上下料系统结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

1、控制系统；2、振镜；3、准直镜头；4、激光器；5、切割头；6、传输光纤；7、喷嘴；8、移动平台；9、CCD定位系统；10、上料框；11、下料框；12、机械手导轨；13、机械手支架；14、机械手；15、微孔；16、焦点；71、高压辅助气体接口。

具体实施方式

为了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以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

解释说明：X轴、Y轴组成平面直角坐标系，并且X轴、Y轴确定的平面为移动平台8的放置工件的平面。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的一种激光加工系统，包括第一工位系统，第一工位系统包括激光系统、控制系统1以及用于放置陶瓷基板的移动平台8，控制系统1用于控制移动平台8沿X轴方向或Y轴方向移动，激光系统包括激光器4、传输光纤6、准直镜头3、振镜2以及切割头5，控制系统1与激光器4和振镜2分别电连接，陶瓷基板设置于振镜2下方，激光器4发射的激光通过传输光纤6射入准直镜头3后形成准直光束，准直光束进入振镜2后经振镜2照射进入切割头5中进行聚焦焦点16并照射在陶瓷基板上加工微孔15，当移动平台8带动陶瓷基板沿Y轴方向移动时，控制系统1控制振镜2绕平行于X轴Y轴平面的转轴转动使焦点16随陶瓷基板同步移动至相应微孔15加工完成为止，当振镜2在完成单个微孔15的加工后控制系统1控制振镜2绕转轴跳转回到起始位置对下一个微孔15进行激光照射。其中，控制系统1可以采用现有技术中应用成熟的计算机微机系统、PLC控制模块、MCU芯片控制模块等。

具体的，切割头5下方安装有喷嘴7，喷嘴7与激光同轴，喷嘴7的侧面开设有高压辅助气体接口71，高压辅助气体接口71与气体增压装置连通，气体增压装置通过高压辅助气体接口71向喷嘴7通入高压辅助气体，喷嘴7用于向下喷射高压辅助气体至陶瓷基板上。喷射高压辅助气体，作用一是加工时吹除溅射的熔渣，防止污染切割聚焦镜片，二是当激光加热材料形成熔池时，高压辅助气体向下吹气，热量向下渗透，大量熔渣从下孔吹走，从而形成通孔。另外，激光器采用进口1070nm波段的红外连续激光器作为镭射源，传输光纤则采用特定芯径的光纤传输激光，避免了传统飞行光路组件的不稳定性因素，并能够获得所需的光斑大小，无需扩束整形光斑。切割头5内部设置有球面镜组，能够将平行高斯光束聚焦成能量密度极高的高斯光斑，且外部有手动调节焦点的刻度线，通过顺时针/逆时针旋转旋钮，可改变焦点上下离焦位置，从而实现不同加工孔径大小。

在本实施例中，如图2所示，陶瓷基板上的微孔15呈现矩形阵列分布，当一纵列的微孔15加工完成后，移动平台沿X轴移动至下一纵列的微孔15，此时，移动平台在该列微孔15加工过程中沿Y轴反向移动，且焦点16与陶瓷基板同步移动至相应微孔15加工完成为止，以此实现整个矩形阵列的微孔15的连续加工，大大提高了加工效率。对于每个单独的微孔15，在加工前，振镜2转动到起始位置的转动距离可自由设置，但一般小于喷嘴7口径的1/2，以防止过早触发振镜2时，控制系统1计算的振镜2偏转角度过大而使激光被喷嘴7挡住，影响加工。一般激光出光加工一个微孔15到振镜2跳转回初始位置所需要的时间在1-2ms左右，而移动平台以100mm/s的速度运行，一般陶瓷基板上两个微孔之间的孔间距>0.3mm，所以移动平台运动到下一个微孔15位置的时间足够振镜2反应，这样就可以实现移动平台带动陶瓷基板连续运动而不停歇地进行单列打孔加工。经过实际验证得出：采用100mm/s的同步运动速度，微孔15平均间距0.45mm时，打Φ40-Φ110um微孔15的效率可达到40孔/s,大大提升了加工效率。优选的，为了移动平台8的运行速度能够达到要求地匀速状态，采用直线电机平台。

在本实施例的激光加工系统中，如图3所示，第一工位系统还包括自动上下料系统，自动上下料系统包括上料框10、下料框11、用于抓取陶瓷基板的机械手14、用于对机械手14进行移动导向的机械手导轨12以及机械手支架13，上料框10用于放置未加工的陶瓷基板，下料框11用于放置加工后的陶瓷基板，机械手14安装在机械手支架13上，机械手支架13可移动地与机械手导轨12连接，机械手14与控制系统1电连接。优选的，机械手14的与陶瓷基板接触实现抓取的工作部为真空吸盘，可增加机械手14对陶瓷基板的抓取吸附力。上料时，将未加工的陶瓷裸片堆叠放入上料框10中，上料框10随着升降装置自动移动，检测装置检测料片数量，当自动化程序启动时，上料框10停在适当高度，机械手14开始取料，取走一片后，上料装置上升一片料片厚度的高度，等待下一次机械手14取料，直至加工完全部料片后，检测装置感应到无料片后，报警提示。下料时，陶瓷基板的全部加工程序走完后，机械手14移动到位，取走料片，并放入新的料片继续加工，接着机械手14抓着加工好的料片移动到下料框11上方，按照设定好的路径，放下料片，下料装置随后下降一片陶瓷基板厚度的高度，等待下一次放料，直至加工完全部料片。

另外，激光加工系统还包括用于实现陶瓷基板在移动平台8上的精定位的CCD定位系统9，CCD定位系统9设置在移动平台的上方，CCD定位系统9与控制系统1电连接，CCD定位系统9能够扫描陶瓷基板边缘实现精确定位加工。激光加工系统还包括第二工位系统，第二工位系统与第一工位系统的组成结构相同，且第一工位系统与第二工位系统并列设置。

综上所述，本实用新型实施例提供的激光加工系统工作过程大致如下：

第一阶段：将陶瓷基板批量涂附一定配比的红色涂层，将陶瓷基板放入上料框10中；

第二阶段：设置好加工参数，启动自动化加工模式，机械手14自动抓取料片放至移动平台上，采用定位桩粗定位后吸紧陶瓷基板，再采用CCD定位系统9寻边实现精确定位，第一工位系统和第二工位系统开始自动加工陶瓷基板，互不干扰；

第三阶段：加工完后，机械手14到位，解除真空吸盘吸附力，机械手14下料至下料框11，同时放入下一片，持续加工；

第四阶段：以此循环，直到上料框10中料片被全部加工完成，上料框10检测无料，加工完最后一片自动停止加工。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统包括第一工位系统，所述第一工位系统包括激光系统、控制系统(1)以及用于放置有陶瓷基板的移动平台(8)，所述控制系统(1)用于控制所述移动平台(8)沿X轴方向或Y轴方向移动；

所述激光系统包括激光器(4)、传输光纤(6)、准直镜头(3)、振镜(2)以及切割头(5)，所述控制系统(1)与所述激光器(4)和所述振镜(2)分别电连接，陶瓷基板设置于所述振镜(2)下方，所述激光器(4)发射的激光通过所述传输光纤(6)射入所述准直镜头(3)后形成准直光束，所述准直光束进入所述振镜(2)后经所述振镜(2)照射进入所述切割头(5)中进行聚焦焦点(16)并照射在陶瓷基板上加工微孔(15)，当所述移动平台(8)带动陶瓷基板沿Y轴方向移动时，所述控制系统(1)控制所述振镜(2)绕平行于X轴Y轴平面的转轴转动使所述焦点(16)随陶瓷基板同步移动至相应所述微孔(15)加工完成为止，当所述振镜(2)在完成单个所述微孔(15)的加工后所述控制系统(1)控制所述振镜(2)绕所述转轴跳转回到起始位置对下一个所述微孔(15)进行激光照射。

2.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，陶瓷基板上的所述微孔(15)呈现矩形阵列分布，当一纵列的所述微孔(15)加工完成后，所述移动平台沿X轴移动至下一纵列的所述微孔(15)，此时，所述移动平台在该列所述微孔(15)加工过程中沿Y轴反向移动，且所述焦点(16)与陶瓷基板同步移动至相应所述微孔(15)加工完成为止。

3.如权利要求2所述的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统还包括用于实现陶瓷基板在所述移动平台(8)上的精定位的CCD定位系统(9)，所述CCD定位系统(9)设置在所述移动平台(8)的上方，所述CCD定位系统(9)与所述控制系统(1)电连接。

4.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一工位系统还包括自动上下料系统；

所述自动上下料系统包括上料框(10)、下料框(11)、用于抓取陶瓷基板的机械手(14)、用于对所述机械手(14)进行移动导向的机械手导轨(12)以及机械手支架(13)，所述上料框(10)用于放置未加工的陶瓷基板，所述下料框(11)用于放置加工后的陶瓷基板，所述机械手(14)安装在所述机械手支架(13)上，所述机械手支架(13)可移动地与所述机械手导轨(12)连接，所述机械手(14)与所述控制系统(1)电连接。

5.如权利要求4所述的激光加工系统，其特征在于，所述机械手(14)的与陶瓷基板接触实现抓取的工作部为真空吸盘。

6.如权利要求1到5中任一项所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一工位系统还包括喷嘴(7)；

所述喷嘴(7)安装在所述切割头(5)下方且与激光同轴，所述喷嘴(7)侧面开设有高压辅助气体接口(71)，所述高压辅助气体接口(71)与气体增压装置连通，所述气体增压装置通过所述高压辅助气体接口(71)向所述喷嘴(7)通入高压辅助气体，所述喷嘴(7)用于向下喷射高压辅助气体至陶瓷基板上。

7.如权利要求6所述的激光加工系统，其特征在于，所述移动平台(8)为直线电机平台。

8.如权利要求7所述的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统还包括第二工位系统，所述第二工位系统与所述第一工位系统的组成结构相同，且所述第一工位系统与所述第二工位系统并列设置。

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