紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)技術(shù)方案

本實用新型專利技術(shù)是用于激光微加工領(lǐng)域的紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)。本系統(tǒng)包含紫外激光器、擴束光路系統(tǒng)、４５°反射鏡、聚焦透鏡、同軸ＣＣＤ顯微監(jiān)視系統(tǒng)、十字叉絲定位器、支撐架、三維移動平臺和一個精密轉(zhuǎn)盤等部分。激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過一個擴束系統(tǒng)以后水平入射到支撐架中的４５°反射鏡上，經(jīng)過４５°反射鏡反射得到的垂直向下的激光束再經(jīng)過聚焦透鏡，把激光束匯聚到放置在三維移動平臺和精密轉(zhuǎn)盤上面的加工工件上，同時安裝在４５°反射鏡上方的同軸ＣＣＤ顯微監(jiān)視系統(tǒng)和十字叉絲定位器實現(xiàn)對加工工件顯微監(jiān)視觀測，然后通過移動三維移動平臺和轉(zhuǎn)動精密轉(zhuǎn)盤實現(xiàn)對加工工件的精確定位和高精度激光微加工。（*該技術(shù)在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，屬于激光微加工領(lǐng)域。技術(shù)背景激光微加工一般所指加工尺寸在幾個到幾百微米的工藝過程。作為激光加工的一個分 支，激光微加工在過去十年被廣泛關(guān)注，它主要是利用高能量密度的激光束對材料進行直 接的激光燒蝕加工，微小區(qū)域的固體材料吸收激光的能量使得材料熔化或者氣化并從加工 表面噴射出來，達到加工目的。激光微加工技術(shù)的基本特點包括激光束的能量密度高、 加工速度快、熱影響區(qū)小、非接觸、效率高、成本低、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。隨著科技水平的逐步提高，激光微加工如激光微打孔、激光微切割、激光打標、激光 清洗等在電子、通訊、化工、食品、生物醫(yī)療等方面的應(yīng)用也越來越廣；而對于紫外激光 器，由于其波長短，聚焦激光束可以得到更小的光斑尺寸，在激光微加工領(lǐng)域被廣泛采用； 同時由于加工精度的要求越來越高，例如在MEMS器件的加工中，工件的加工精度都以微 米甚至亞微米來計，而且加工材料許多都比較昂貴，成品率都要求也比較高，這樣對加工工件的精確定位顯得尤為重要。但是目前激光精密加工中都缺少同軸的監(jiān)視系統(tǒng)以及定位系統(tǒng)，定位精度不高，對于 精度要求很高的工件進行周期性結(jié)構(gòu)加工精度不能夠滿足要求。這就需要設(shè)計一套適用于 激光微加工的精密定位系統(tǒng)來滿足加工要求
技術(shù)實現(xiàn)思路
:本技術(shù)的目的是設(shè)計一種適合于紫外激光微加工的精密定位系統(tǒng)，來改進對于激光微加工精確定位的需求。為了實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)采取了如下技術(shù)方案。包括紫外激光器1、擴束光路 系統(tǒng)2、 45。反射鏡3、聚焦透鏡4、支撐架7、三維移動平臺8和計算機10;其特征在于 還包括有精密轉(zhuǎn)盤9、同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5、十字叉絲定位器6;其中，45。反射鏡3 和聚焦透鏡4安裝在支撐架7上，精密轉(zhuǎn)盤9設(shè)置在三位移動平臺8上；紫外激光器l發(fā)出的激光束11經(jīng)過擴束系統(tǒng)2后水平入射到支撐架7中的45°反射鏡3上，并經(jīng)反射得到 的垂直向下的激光束，再經(jīng)過聚焦透鏡4把激光束聚焦到放置在精密轉(zhuǎn)盤9上面的加工工 件12上；在45°反射鏡3的上方安裝有用于對加工工件12進行監(jiān)視觀測的同軸CCD顯微 監(jiān)視系統(tǒng)5和十字叉絲定位器6，通過計算機10控制三維移動平臺8移動和精密轉(zhuǎn)盤9轉(zhuǎn) 動實現(xiàn)對加工工件12的定位。所述的紫外激光器1的波長為157nm 390nm。所述的45°反射鏡3—面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對于激光束ll全反射，反射 鏡3對于自然光或者自然光范圍內(nèi)的一些波段是透過的。所述的同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5包括同軸CCD探測器13和監(jiān)視器14;其中，同軸CCD 顯微探測器13的放大倍數(shù)是5 200倍，同軸CCD顯微探測器13處于45°反射鏡3的正上 方，可以通過調(diào)整同軸CCD顯微探測器13中的光學(xué)組件，使得從加工工件12表面反射的 光，經(jīng)過聚焦透鏡4和45。反射鏡3最后被同軸CCD顯微探測器13接收，并在監(jiān)視器14 上得到清晰的像。所述的十字叉絲定位器6的十字叉絲內(nèi)置于同軸CCD顯微探測器13中，并和監(jiān)視器 14 一起通過數(shù)據(jù)線連接到同軸CCD顯微探測器13上，十字叉絲和加工工件12平面都經(jīng) CCD顯微探測器13放大成像并顯示在監(jiān)視器14上，并且可以通過調(diào)節(jié)十字叉絲定位器6 的兩個旋鈕15使得十字叉絲交點定位在加工工件表面某一位置。當激光束11作用在加工 工件12上某一點時，調(diào)整十字叉絲交點，并使其位于激光加工光斑位置，就可以實現(xiàn)激 光微加工的精確定位。所述的精密轉(zhuǎn)盤9包括有分度圓盤24、插入分度圓盤24中的軸芯25和分度手柄26， 分度手柄26包括有共軸連接的固定部分30和旋轉(zhuǎn)部分31，固定部分30和旋轉(zhuǎn)部分31通 過水平齒輪和垂直齒輪與分度圓盤24咬合在一起；還可通過步進電機控制分度圓盤24的 轉(zhuǎn)動。所述的軸芯25頂部安裝有三角爪28。本技術(shù)的優(yōu)點為 一種紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，用同軸CCD顯微探測器、 監(jiān)視器、十字叉絲定位器、精密三位移動平臺和精密轉(zhuǎn)盤構(gòu)成紫外激光的精密移動、轉(zhuǎn)動和精確定位、監(jiān)視系統(tǒng)，能夠提高激光微加工的精度，能夠滿足目前對于高精度微小器件的加工。附圖說明圖1是紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)裝置簡圖2是支撐架系統(tǒng)和同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖3是精密轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)簡其中1、紫外激光器；2、擴束光路系統(tǒng)；3、 45。反射鏡；4、聚焦透鏡；5、同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)；6、十字叉絲定位器；7、支撐架；8、三維移動平臺；9、精密轉(zhuǎn)盤；10、 和計算機；11、激光束；12、加工工件；13、同軸CCD顯微探測器；14、監(jiān)視器；15、旋鈕；16、固定板；17、連桿套筒；18、底座；19、鋁塊；20、螺絲；21、 45度斜面；22、鋁殼；23、螺圈；24、分度圓盤；25、軸芯；26、分度手柄；27、轉(zhuǎn)盤底座；28、三角爪； 29、旋鈕；30、固定部分；31、旋轉(zhuǎn)部分。具體實施方式下面結(jié)合圖l、圖2和圖3詳細說明本實施例。如圖l所示，本實施例包括波長為355rai的紫外激光器l、擴束光路系統(tǒng)2、 45°反射 鏡3、聚焦透鏡4、同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5、十字叉絲定位器6、支撐架7、三維移動平 臺8、精密轉(zhuǎn)盤9和計算機10等部分。其中，紫外激光器1發(fā)出的激光束11經(jīng)過擴束系 統(tǒng)2以后水平入射到支撐架7中的45°反射鏡3上，并經(jīng)反射得到的垂直向下的激光束11， 再經(jīng)過聚焦透鏡4，把激光束11聚焦到放置在三維移動平臺8和精密轉(zhuǎn)盤9上面的加工工 件12上；同時安裝在45°反射鏡3上方的同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5和十字叉絲定位器6實 現(xiàn)對加工工件12顯微監(jiān)視觀測，然后通過計算機10控制三維移動平臺8移動和精密轉(zhuǎn)盤 9轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對加工工件12的精確定位、實現(xiàn)高精度紫外激光微加工。如圖2所示，本實施例中的45。反射鏡3—面鍍膜，另外一面不鍍膜，鍍膜面對于激 光束ll全反射，整個反射鏡對于自然光或者自然光范圍內(nèi)的一些波段是透過的。45°反射 鏡3固定在支撐架7上，水平傳輸?shù)募す馐?1經(jīng)過45°反射鏡3的鍍膜面全反射，傳輸方 向變?yōu)樨Q直向下。同軸CCD顯微監(jiān)視系統(tǒng)5包括同軸CCD探測器13和監(jiān)視器14，其中同軸CCD顯微探 測器13的放大倍數(shù)是5 200倍。同軸CCD顯微探測器13處于45°反射鏡3的正上方，可 以通過調(diào)整同軸CCD顯微探測器13中的光學(xué)組件，使得從加工工件12表面反射的光，經(jīng) 過聚焦透鏡4和45°反射鏡3最后被同軸CCD顯微探測器13接收，并在監(jiān)視器14上得到 清晰的像。十字叉絲定位器6的十字叉絲內(nèi)置于同軸CCD顯微探測器13中，并和監(jiān)視器14 一起 通過數(shù)據(jù)線連接到同軸CCD顯微探測器13上，十字叉絲和加工工件12平面都經(jīng)CCD顯微 探測器13放大成像并顯示在監(jiān)視器14上，并且可以通過調(diào)節(jié)十字叉絲定位器6的兩個旋 鈕15使得十字叉絲交點定位在加工工件表面某一位置。當激光束11作用在加工工件12 上某一點時，調(diào)整十字叉絲交點，并使其位于激光加工光斑位置，就可以實現(xiàn)激光微加工 的精確定位。支撐架7由固定板16、連桿套筒17和底座18三大部分組成。固定板16是一塊不銹 鋼板，用來固定45°反射鏡3、聚焦透鏡4、同軸CCD顯微探測器5等部件；45°反射鏡3 被固定在一個中部是一個空心圓的鋁塊19上，鋁塊19再通過螺絲20固定在固定板16上 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
紫外激光微加工精確定位系統(tǒng)，包括紫外激光器（１）、擴束光路系統(tǒng)（２）、４５°反射鏡（３）、聚焦透鏡（４）、支撐架（７）、三維移動平臺（８）和計算機（１０）；其特征在于：還包括有精密轉(zhuǎn)盤（９）、同軸ＣＣＤ顯微監(jiān)視系統(tǒng)（５）、十字叉絲定位器（６）；其中，４５°反射鏡（３）和聚焦透鏡（４）安裝在支撐架（７）上，轉(zhuǎn)盤（９）設(shè)置在三位移動平臺（８）上；紫外激光器（１）發(fā)出的激光束（１１）經(jīng)過擴束系統(tǒng)（２）后水平入射到支撐架（７）中的４５°反射鏡（３）上，并經(jīng)反射得到的垂直向下的激光束，再經(jīng)過聚焦透鏡（４）把激光束聚焦到放置在轉(zhuǎn)盤（９）上面的加工工件（１２）上；在４５°反射鏡（３）的上方安裝有用于對加工工件（１２）進行監(jiān)視觀測的同軸ＣＣＤ顯微監(jiān)視系統(tǒng)（５）和十字叉絲定位器（６），通過計算機（１０）控制三維移動平臺（８）移動和精密轉(zhuǎn)盤（９）轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對加工工件（１２）的定位。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳繼民，翟立斌，趙宏亮，王旭葆，于振聲，
申請(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學(xué)，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]