CN213827478U - 一种高速转动硅基镜片的稳固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速转动硅基镜片的稳固结构，由以下三个部分构成：硅镜片、支架、固定夹头；其中，硅镜片为薄片状，且其正面经抛光并进行金属化表面电镀形成镜面；所述支架通过胶水粘贴固定于硅镜片的背面，支架具有沿轴线方向的主干；硅镜片为非对称结构，镜片和支架结合的结构沿轴线两侧的质量相互平衡；所述固定夹头为铝或铝合金夹头。本实用新型的一种高速转动硅基镜片的稳固结构，成本低，在振镜片性能基本符合技术要求的情况下，用以替代价格高昂的传统振镜片结构。

Description

一种高速转动硅基镜片的稳固结构

技术领域

本实用新型属于激光加工设备技术领域，具体涉及一种用于激光打标/切割/雕刻设备中的高速往复转动硅基振镜的稳固结构。

背景技术

基于激光的应用设备广泛应用于各行各业中。目前主要包括利用激光对目标物体进行打标、切割、雕刻等设备，该类设备主要利用了激光的高度集中的能量属性，对物体的表面进行“灼烧”，通过控制激光能量和加工的时间，达到工艺目的。

其中，该类设备必不可少的一项核心部件为振镜腔，主要负责改变激光的方向，使激光精准射于目标物体的特定坐标上，并快速改变激光方向，从而在目标物体上打出特定的加工形状/图案。可见，加工速度一直是影响生产效率的非常关键的因素。振镜腔内至少具有两块振镜片，用于协作改变激光的射出方向，振镜片由电机驱动转动，振镜片需要高速转动，才能提高加工效率。目前振镜的转动速度要求已经比较高，通常达到每分钟几千转以上；欲提高加工速度，则必提高振镜片的转动速度，然而振镜片转速越高，则对镜片本身以及电机等设备的其他部件的要求也同步提高。

如现有技术CN201420685767.8，公开了一种激光打标振镜片的防抖结构及包含其的振镜腔，高速振动的振镜片，其本身在高速转动的情况下的防抖要求是非常高的。高速振动的振镜片的末端会有轻微的飘逸/颤动，然而在高精度的激光出射坐标方向的要求下，即使轻微的飘逸/颤动也是需要尽量避免的，因为会造成出射方向的不准。该现有技术中为了解决该问题，在振镜的末端设置了类似轴承的结构限定末端的抖动问题。经实践对问题确实有一定的改善，但对末端的安装精度要求更高，难以满足工业化批量大规模生产。

现有技术中的振镜片通常如上述现有技术(附图)中提到的，振镜片为一个整体，其采用SiC材料作为镜片主体，碳化硅具有优良的常温力学性能、高抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高抗磨损以及低摩擦系数特点，同时碳化硅陶瓷的热传导能力较高，而且质地坚硬轻巧，因此惯量小，摆动速度快，非常适合应用于振镜这种高温高频振动的矢量扫描器件。碳化硅振镜的制造工艺精密技术要求相当高，研发投入成本大，目前主要由国外厂家掌握并生产，国内暂时没有生产厂家生产这一类振镜，国际上比较常用的是德国RAYLASE振镜，德国SCANLAB振镜，美国CIT振镜，价格昂贵，维修难，使用过程中损坏，很大概率就要换一片全新的振镜，维护成本高。这种现有振镜片的缺点和优点都很明显，SiC主体的振镜片非常昂贵，当前市场售价在几万人民币一块镜片，并且该工艺主要掌握在国外，导致终端的激光打标/切割/雕刻设备整体价格居高不下，大大的阻碍了设备的推广应用。目前市场上一些低端的激光打标/切割/雕刻设备价格虽然相对较低，主要是其振镜片采用了劣等的替代品，镜面效果不好，防抖性能差，而且质量差/寿命短，需要经常更换维修。

又如现有技术CN201810189260.6公开了一种用于激光加工设备的新型振镜，正对以上问题设计了一种振镜主体由铝或铝合金制成的新型振镜片，该镜片的成本在一千人民币以内，是上述传统振镜片价格的几十分之一，该镜片首先解决了成本高的问题，其次还解决了防抖的问题，而且还解决了转动惯性的问题(质量轻，惯性低，利于提高转速及反应)，非常适合于激光打标/切割/雕刻领域的推广应用。但是由于铝材的表面比较粗糙且易磨损，经表面电镀后，其光学镜面的效果距离上述传统振镜片稍差，这个问题上还需要技术研究解决才能完美替代传统振镜片，以解决价格高昂的问题。

现有技术中最大困境是SiC材料的振镜价格高昂，而又暂时无法找到其他合适的替代方案，该问题影响了高端激光设备的大规模推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种高速往复转动硅基振镜的稳固结构，在振镜片性能基本符合技术要求的情况下，用以替代价格高昂的传统碳化硅振镜片结构。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案实现如下：一种高速转动硅基镜片的稳固结构，由以下三个部分构成：硅镜片、支架、固定夹头；其中，

所述硅镜片为薄片状，且其正面经抛光并进行镀膜形成激光反射面；

所述支架通过胶水粘贴固定于所述硅镜片的背面，支架具有沿轴线方向的主干，以及自主干向左右两侧延伸的支干；

所述硅镜片为非对称结构，镜片和支架结合的镜架结构沿轴线两侧的质量相互平衡；

所述固定夹头为铝或铝合金夹头，夹头一端从轴线的一端将硅镜片和支架一并夹紧固定，夹头的另一端用于与转动电机的输出端连接，使镜架结构的轴线与转动电机的转动轴线对齐。

优先的，所述硅镜片的背面为平面状或非平面状，例如沿其轴线中间高而两侧渐低。

优先的，还包括副支架，副支架具有若干个，依次自所述支架背面叠起或平面分布。

优先的，所述副支架沿所述支架的主干延伸，或沿所述支架的主干和支干延伸。

优先的，所述支架具有多个，多个支架依次自镜片背面叠起或平面分部、组合分布。

优先的，位于上层的支架比靠近镜片的下层的支架小或等同。

优先的，所述支架为空心支架，或为镂空支架。

优先的，所述固定夹头一端为夹缝，镜片和支架的一端共同插入夹缝内固定，夹缝和镜片、支架的缝隙中填充有胶水；所述固定夹头的另一端为活动锁夹，活动锁夹包括左右加持块，左右加持块通过螺丝连接，通过旋紧螺丝使左右加持块夹紧电机的输出端。

优先的，所述夹头包括一指状延伸凸起，其沿支架的背面贴合延伸。

优先的，所述夹头与镜架结构的结合缝隙之间填充有胶水。

优先的，所述支架为单质硅、钛合金、铝、铝合金、玻璃、石英或陶瓷支架。

优先的，所述胶水为AB胶、金属胶或者陶瓷胶。

本实用新型的硅基镜片稳固结构，相对于现有技术至少具有以下优点：

1、原材料成本降低。振镜的镜片和支架是独立的两部分粘合而成，振镜的镜片采取硅片，支架可选择硅片、钛合金，铝合金，氧化锆(陶瓷)，玻璃，石英等，支架和振镜片可由AB胶、陶瓷胶、金属胶等其他胶水粘合，原材料的成本降低很多。

2、对生产工艺的要求降低。硅片的制造工艺比碳化硅的制造工艺难度降低，可以采用CNC数控机床加工方式，比起碳化硅的高温烧结工艺，CNC加工精度高，具有稳定的加工质量、精度高、刚性大，生产率高，成本较低，成本可降低为碳化硅振镜的几十分之一。

3、保证了振镜的摆动快、惯量小优点。硅片的密度比碳化硅低，本实用新型的思路是将硅片打磨成较薄的镜片，背面由一个形状不固定的支架支撑加强了镜片的稳固性，因此达到了减轻整体振镜的重量，减小惯量，保证了振镜的高强度的摆动速度。

4、保证了振镜稳定性。由硅片打磨成较薄的镜片，重量减轻，保证了振镜的高速摆动；支架固定在背后位置，不固定其形状，达到稳固效果即可。振镜振动的时候，背面的支架可对镜片形成一种支撑力度，保证了整个振镜的牢固，也加强了振镜片的稳固不易碎，稳定的效果不比碳化硅振镜差，整体性能不低于碳化硅振镜。

5、维修难度与成本降低。由镜片和支架这两部分粘合的这种新颖设计工艺，方便了后期维护与维修，难度与成本均降低。硅片镜片损坏，更换镜片即可，支架损坏，置换支架即可，维护成本相比起碳化硅振镜进一步降低。

附图说明

图1为本实用新型实施例一硅基镜片的立体结构图；

图2为本实用新型实施例一中固定夹头的立体结构图

图3为本实用新型硅基镜片的制造工艺流程图；

图4为本实用新型实施例二硅基镜片的立体结构图；

图5为图4的结构分解图；

图6为本实用新型实施例三硅基镜片的立体结构图；

图7为本实用新型实施例四硅基镜片的立体结构图；

图8为本实用新型实施例五硅基镜片的立体结构图；

图9为图8的结构分解图；

图10为本实用新型实施例六硅基镜片的立体结构图；

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加详细的描述。

实施例一

如图1和2所示，本实用新型具体实施的一种高速转动硅基镜片的稳固结构，起特征在于，由以下三个部分构成：硅镜片1、支架2、固定夹头3，所述硅镜片1为薄片状单质硅，且其正面经抛光并进行镀膜形成激光反射面。

所述支架2通过胶水粘贴固定于所述硅镜片1的背面，支架具有沿轴线方向的主干201，以及自主干向左右两侧延伸的支干202。所述硅镜片1为非对称结构，硅镜片1和支架2结合的镜架结构沿轴线两侧的质量相互平衡。

所述固定夹头3为铝或铝合金夹头，固定夹头3一端从轴线的一端将硅镜片1和支架2一并夹紧固定，夹头3的另一端用于与转动电机的输出端连接，使镜架结构的轴线与转动电机的转动轴线对齐。

所述支架2的材料优先为单质硅、钛合金、铝、铝合金、玻璃、石英或陶瓷(氧化锆)。

所述胶水采用AB胶、金属胶或者陶瓷胶，镜片1和支架2相互粘合后加热固化，其他胶水也可等同替换。

所述夹头3的材料为铝或铝合金，夹头3与镜架结构的结合缝隙之间填充有胶水。

在本实施例中，所述硅镜片的背面为平面状。在其他实施例中，镜片可沿其轴线中间高而两侧渐低。

所述固定夹头3的一端为夹缝304，硅镜片1和支架2的一端共同插入夹缝304内固定，夹缝304和硅镜片1、支架2的缝隙中填充有胶水进一步固定；所述固定夹头3的另一端为活动锁夹，活动锁夹包括左右加持块301，302，左加持块301为活动块，右加持块302为固定块，固定于夹头本体上，左右加持块301，302通过螺丝孔303利用螺丝连接，左右加持块301，302之间预留有用于夹紧电机输出端的空间，通过旋紧螺丝使左右加持块夹紧电机的输出端。

如图3所示为本实施例高速往复转动硅基振镜片的制造工艺，如下，

步骤A、制作硅镜片，将单质硅片打磨成薄片状，且其具有沿位于薄片上的轴线左右平衡的质量；对单质硅片的一个面抛光并进行金属化表面电镀形成镜面；

步骤B、制作支架，在一个定型表面上制作树状的支架，支架具有沿轴线方向的主干，以及自主干向左右两侧延伸的支干；

步骤C、镜架贴合，将支架利用胶水粘贴固定于硅镜片的背面，并沿轴线方向粘贴固定；

步骤D、检查质量平衡，检查沿轴线方向的镜架结构两侧的质量平衡，如有不平衡则沿质量多的一侧的边缘切削部分；

步骤E、装固定夹头，夹头为金属夹头，夹头一端从轴线的一端将硅镜片和支架一并夹紧固定，夹头的另一端用于与转动电机的输出端连接，使镜架结构的轴线与转动电机的转动轴线对齐。

在以上步骤中，步骤A、B先后顺序可互换。

实施例二

如图4至5所示，为本实施例二的高速转动硅基镜片的稳固结构一种实施方式。

本实施例为实施例一基础上的进一步优化，包括硅镜片11、支架21和固定夹头31，与实施例一的不同/改进在于，支架21上设有若干空心结构213，由于支架本身比较薄，需要在支架粘贴上硅镜片之前先在支架上打空心孔。空心结构一方面不影响支架的稳定性，另方面减轻重量，再方面利于镜片散热。

实施例三

如图6所示，为本实施例三的高速转动硅基镜片的稳固结构一种实施方式。

包括硅镜片12、支架22和固定夹头32，支架22包括主干221和支干222。本实施例基本等同于实施例一，区别在于树状支架的变形。

实施例四

如图7所示，为本实施例四的高速转动硅基镜片的稳固结构一种实施方式。

包括硅镜片13、支架23和固定夹头33，支架23包括主干231和支干232。本实施例基本等同于实施例一，区别在于树状支架的变形。

实施例五

如图8和9所示，为本实施例五的高速转动硅基镜片的稳固结构一种实施方式。

包括硅镜片14、树状支架24a和固定夹头34，树状支架24a包括主干241和支干242。还包括副支架24b，副支架24b沿树状支架24a的主干241延伸。副支架24b的次要作用是对硅镜片进一步支撑加固，更主要的作用是可用于后期安装/调试硅镜片时对镜架结构整体的质量分布进行微调。树状支架24a和副支架24b依次自硅镜片14背面叠起，其端部同时被固定夹头34所固定。

作为本实施例的简单变换，所示副支架还可以沿树状支架的支干延伸，或设置多个。

实施例六

如图10所示，为本实施例六的高速转动硅基镜片的稳固结构一种实施方式。

包括硅镜片15、树状支架25a和固定夹头35，树状支架25a包括主干251和支干252。还包括副支架25b，副支架25b沿树状支架25a的主干251延伸。树状支架24a和副支架24b依次自硅镜片14背面叠起，其端部同时被固定夹头34所固定。

本实施例与实施例五基本等同，区别在于支架形状的简单变换。

实施例七

在上述实施例的基础上，夹头包括一体成型的指状延伸凸起，其沿支架的背面贴合延伸；夹头与镜架结构的结合缝隙之间填充有胶水。

本实用新型的振镜片及其制造工艺，相对于现有技术至少具有以下优点：

1、原材料成本降低。振镜的镜片和支架是独立的两部分粘合而成，振镜的镜片采取硅片，支架可选择硅片、钛合金，铝合金，氧化锆(陶瓷)，玻璃，石英等，支架和振镜片可由AB胶、陶瓷胶、金属胶等其他胶水粘合，原材料的成本降低很多。

2、对生产工艺的要求降低。硅片的制造工艺比碳化硅的制造工艺难度降低，可以采用CNC数控机床加工方式，比起碳化硅的高温烧结工艺，CNC加工精度高，具有稳定的加工质量、精度高、刚性大，生产率高，成本较低，成本可降低为碳化硅振镜的几十分之一。

3、保证了振镜的摆动快、惯量小优点。硅片的密度比碳化硅低，表面镜面效果差不多，但硅片的钢性和韧性不如碳化硅，本实用新型的思路是将硅片打磨成较薄的镜片，背面由一个形状不固定的支架支撑加强了镜片的稳固性，因此达到了减轻整体振镜的重量，减小惯量，同时保证了振镜的高强度的摆动速度。

4、保证了振镜稳定性。由硅片打磨成较薄的镜片，重量减轻，保证了振镜的高速摆动；支架固定在背后位置，不固定其形状，达到稳固效果即可。振镜振动的时候，背面的支架可对镜片形成一种支撑力度，保证了整个振镜的牢固，也加强了振镜片的稳固不易碎，稳定的效果不比碳化硅振镜差，整体性能不低于碳化硅振镜。

5、维修难度与成本降低。由镜片和支架这两部分粘合的这种新颖设计工艺，方便了后期维护与维修，难度与成本均降低。硅片镜片损坏，更换镜片即可，支架损坏，置换支架即可，维护成本相比起碳化硅振镜进一步降低。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准，根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种高速转动硅基镜片的稳固结构，起特征在于，由以下三个部分构成：硅镜片、支架、固定夹头；其中，

所述硅镜片为薄片状，且其正面经抛光并进行镀膜形成激光反射面；

所述支架通过胶水粘贴固定于所述硅镜片的背面，支架具有沿轴线方向的主干，以及自主干向左右两侧延伸的支干；

所述硅镜片为非对称结构，镜片和支架结合的镜架结构沿轴线两侧的质量相互平衡；

所述固定夹头为铝或铝合金夹头，夹头一端从轴线的一端将硅镜片和支架一并夹紧固定，夹头的另一端用于与转动电机的输出端连接，使镜架结构的轴线与转动电机的转动轴线对齐。

2.根据权利要求1所述的稳固结构，其特征在于，所述硅镜片的背面为平面状或非平面状。

3.根据权利要求1所述的稳固结构，其特征在于，还包括副支架，副支架具有若干个，依次自所述支架背面叠起或平面分布。

4.根据权利要求3所述的稳固结构，其特征在于，所述副支架沿所述支架的主干延伸，或沿所述支架的主干和支干延伸。

5.根据权利要求1所述的稳固结构，其特征在于，所述支架为空心支架，或为镂空支架。

6.根据权利要求1所述的稳固结构，其特征在于，所述固定夹头一端为夹缝，镜片和支架的一端共同插入夹缝内固定，夹缝和镜片、支架的缝隙中填充有胶水；所述固定夹头的另一端为活动锁夹，活动锁夹包括左右加持块，左右加持块通过螺丝连接，通过旋紧螺丝使左右加持块夹紧电机的输出端。

7.根据权利要求1所述的稳固结构，其特征在于，所述夹头包括一指状延伸凸起，其沿支架的背面贴合延伸。

8.根据权利要求1或7所述的稳固结构，其特征在于，所述夹头与镜架结构的结合缝隙之间填充有胶水。

9.根据权利要求1所述的稳固结构，其特征在于，所述支架为单质硅、钛合金、铝、铝合金、玻璃或陶瓷支架。

10.根据权利要求1所述的稳固结构，其特征在于，所述胶水为AB胶、金属胶或者陶瓷胶。

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