光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，包含沿光路依次布置的激光器、準直鏡、旋光系統(tǒng)和聚焦鏡，激光器發(fā)出激光，經(jīng)過準直鏡后由發(fā)散的光轉(zhuǎn)為平行光束；準直后的光束經(jīng)旋光系統(tǒng)進行整形，旋光系統(tǒng)將平行光光束形成能量均勻分布的圓形光圈；整形后光束進入聚焦鏡實現(xiàn)激光匯聚，由輔助定位影像系統(tǒng)配合控制激光打孔位置，進行高精度打孔并對打孔過程進行實時監(jiān)控。實現(xiàn)陶瓷鉆孔、劃線和切割功能，激光單點沖出不同微孔(D≤1mm)，具有光斑小、效率高和成本低等優(yōu)點。
【專利說明】光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，陶瓷在電子產(chǎn)品和120照明等行業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛。根據(jù)陶瓷的應(yīng)用范圍，可將其分為兩種:一種是功能陶瓷，因其具有特殊的本征物理特性(導(dǎo)電性、磁性、介電性、鐵電性和光學(xué)性等)，可作為元器件應(yīng)用于電子工程領(lǐng)域；另一種是結(jié)構(gòu)陶瓷，因其熔點高、強度、化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)熱學(xué)性能，以及使用壽命和可靠性等多個方面具有顯著優(yōu)勢，被廣泛作為結(jié)構(gòu)件來用。
[0003]對于燒結(jié)后陶瓷，機械加工(金剛石磨削加工)至今被認為是最為可靠和理想的加工手段，可以滿足高尺寸精度以及高表面光潔度的成品要求。但是對于硬度僅次于金剛石的陶瓷來說，高額的加工成本(約占總加工成本的60?90% )以及較長加工周期導(dǎo)致高質(zhì)量高精度陶瓷成本的價格居高不下；而機械磨削加工后，陶瓷表面殘余應(yīng)力以及塑性變形已經(jīng)成為影響陶瓷成品質(zhì)量的主要問題。
[0004]當今學(xué)者對燒結(jié)后的硬脆性陶瓷進行成形加工成為近年來的研宄熱點，其加工方式包括超聲速振動磨削、水射流加工、化學(xué)加工、電化學(xué)加工、等離子束加工以及激光加工等。相比其他加工方式，激光加工采用聚焦獲得高功率光能量到材料表面，使局部材料加熱、熔化、分解、氣化實現(xiàn)對材料的去除，對外界環(huán)境要求不高，其加工質(zhì)量取決于使用的工藝參數(shù)、材料的光學(xué)和熱學(xué)特性。激光加工具有非接觸性、柔性化，高效率、易實現(xiàn)數(shù)字化控制點，易于機床集成實現(xiàn)三維加工，基本無損耗，低成本。
[0005]隨著器件朝著微型化、便攜式的方向發(fā)展，對電路板小型化提出了越來越高的需求。例如，在陶瓷基板的線寬在50 V?。?！以下，小孔的精度在以下，鉆孔孔徑在80^以下。相比(?激光器加工，由于其波長較長、受到透鏡像差、衍射等因素的制約，加工出來的光斑(含熱影響區(qū))都將近100 V?。。?，很難滿足陶瓷的應(yīng)用；而對于波長加工較短紫外激光(35511111)和綠光(53211111)雖然光斑較小，但是受到納秒脈寬，高頻率，較低激光器功率(? 501)以及激光器價格昂貴等因素制約，使得其在陶瓷加工的效率大幅降低以及無法開展工業(yè)級應(yīng)用。對于以上要求，傳統(tǒng)的加工方法與裝置難以勝任。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置。
[0007]本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，特點是:包含沿光路依次布置的激光器、擴束鏡、旋光系統(tǒng)和聚焦鏡，激光器是106411111紅外光纖激光器，旋光系統(tǒng)安裝于角度調(diào)整架之下，聚焦鏡輸出端正對于用于放置氧化鋁陶瓷的三維平臺，所述三維平臺上方設(shè)有吸收劑涂覆裝置。
[0009]進一步地，上述的光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，所述激光器是1064=0紅外光纖激光器。
[0010]更進一步地，上述的光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，所述旋光系統(tǒng)包含兩片楔形鏡片，其中每片楔形鏡片的兩面分別是平面和傾斜面，兩片楔形鏡片的平面向外，傾斜面向內(nèi)，由機械部件固定楔形鏡片位置，電機與安裝在楔形鏡片上的皮帶驅(qū)動連接。
[0011]更進一步地，上述的光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，所述三維平臺上方布置有輔助定位影像系統(tǒng)。
[0012]本實用新型技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在:
[0013]①采用1064鹽紅外光纖激光器與普通的連續(xù)激光器相比，具有很高的峰值功率和比較長的脈寬，尤其是在與材料作用時通過瞬間高峰值功率熱，較低占空比與材料發(fā)生高溫燒蝕去除物質(zhì)，使用這種方式可以極大地減小熱影響區(qū)域；可以獲得很好的邊緣效果；
[0014]②旋光系統(tǒng)將能量分布為高斯分布的激光光束通過其內(nèi)部的楔形鏡片改變角度，即獲得截面能量密度均勻的不同直徑圓形光斑(05 1皿)，經(jīng)過整形后的光束可以獲得更好的打孔效果及效率；加工的小孔不僅圓度優(yōu)良，而且效率很高(無需使用平臺插補)；
[0015]③吸收劑涂覆裝置將吸收劑涂覆在氧化鋁陶瓷面位置，增加激光加工所在陶瓷表面區(qū)域?qū)す獾奈招?，使加工過程中無跳點；
[0016]④實現(xiàn)陶瓷鉆孔、劃線和切割等功能，激光單點沖出不同微孔(0 ( 1皿)，具有光斑小、效率高和成本低等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型技術(shù)方案作進一步說明:
[0018]圖1:本實用新型的光路不意圖；
[0019]圖2:旋光系統(tǒng)的工作示意圖；
[0020]圖3:加工過程示意圖。

【具體實施方式】
[0021]采用經(jīng)過優(yōu)化的激光光束進行加工，可獲得更高的加工效率，不僅提升效率、降低成本，還可加工更小更密的微孔。
[0022]如圖1所示，光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，包含沿光路依次布置的激光器1、準直鏡2、角度調(diào)整腳3、旋光系統(tǒng)4和聚焦鏡5，激光器1是1064=111紅外光纖激光器，旋光系統(tǒng)4安裝于角度調(diào)整架3之下，旋光系統(tǒng)4包含兩片楔形鏡片，其中每片楔形鏡片的兩面分別是平面和傾斜面，兩片楔形鏡片的平面向外，傾斜面向里，通過機械部件固定鏡片位置，通過電機帶動固定在鏡片上的皮帶轉(zhuǎn)動，改變相應(yīng)的參數(shù)后使得鏡片呈現(xiàn)出不同的夾角，光束通過旋光系統(tǒng)掃描出不同直徑的圓形光；聚焦鏡5輸出端正對于用于放置氧化鋁陶瓷的三維平臺6，三維平臺6上方設(shè)有吸收劑涂覆裝置，三維平臺上方還布置有輔助定位影像系統(tǒng)。
[0023]激光器1為106411111光纖激光器，含有兩種出光模式，即和001，脈寬為微秒到暈秒量級。106411111紅外光纖激光器與普通的連續(xù)激光器相比，具有較高的峰值功率和較長的脈寬，尤其是在與材料作用時通過高峰值功率，較低占空比，以高溫的形式順江熔融材料，這樣能夠減小熱影響區(qū)域和很好的邊緣效果；降低陶瓷背面掛渣的硬度。
[0024]圖2為旋光系統(tǒng)的工作示意圖，旋光系統(tǒng)4將能量分布為高斯分布的激光光束八通過其內(nèi)部的楔形鏡片改變角度，即獲得截面能量密度均勻的不同直徑圓形光斑8(0^ 1皿)，經(jīng)過整形后的光束可以獲得更好的打孔效果及效率，如圖3所示，單光斑通過平臺插補實現(xiàn)鉆孔6，單光斑通過旋光形成需要加工的圓形光斑直接沖孔實現(xiàn)鉆孔X，旋光系統(tǒng)4使準直好的平行光優(yōu)先通過楔形鏡片，聚焦在三維平臺6上以單點沖孔的方式加工微孔。對比平臺插補劃圓的方式，采用這樣方式加工的小孔不僅圓度優(yōu)良，而且效率也很尚。
[0025]吸收劑涂覆裝置將吸收劑涂覆在切割頭噴嘴附近所對應(yīng)的氧化鋁陶瓷面位置，用于增加激光加工所在的陶瓷表面區(qū)域?qū)す獾奈招裕员ＷC材料在加工過程中無跳點。
[0026]高精度三維平臺和高分辨率輔助定位影像系統(tǒng)，以確保打孔的位置精度，可使設(shè)備的整體打孔精度控制在5 以內(nèi)。輔助定位影像系統(tǒng)由兩部分組成，其一是旁軸影像:用于激光出光中心與樣品加工中心的對位；其二，記錄影像:記錄激光加工的整個過程，從而用于樣品加工完成后激光與樣品作用原理的分析。
[0027]具體應(yīng)用時，激光器1發(fā)出激光，經(jīng)過準直鏡2獲得平行光束；準直后的光束經(jīng)角度調(diào)整架，保證激光的垂直入射后，再經(jīng)旋光系統(tǒng)4進行整形，旋光系統(tǒng)4將平行光光束形成環(huán)形能量均勻分布的環(huán)形光圈，通過調(diào)整旋光系統(tǒng)4的兩片楔形鏡片角度實現(xiàn)獲得不同孔徑的圓形光斑；整形后光束進入聚焦鏡5實現(xiàn)激光匯聚，由輔助定位影像系統(tǒng)配合控制激光打孔位置，進行高位置精度打孔并對打孔過程進行實時監(jiān)控。在兼顧劃線和快速打孔同時，采用集塵裝置收集加工過程中產(chǎn)生的粉塵。
[0028]綜上所述，本實用新型實現(xiàn)陶瓷鉆孔、劃線和切割，激光單點沖出不同微孔(0 ( 1皿)，解決了激光鉆小孔過程中的效率及效果問題，同時也擴大了激光單點打孔在微制造領(lǐng)域的應(yīng)用。特別適用于(1)8420照明等行業(yè)，對比于傳統(tǒng)和(?激光設(shè)備，本實用新型具有光斑小、效率高和成本低等優(yōu)點。
[0029]需要理解到的是:以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，其特征在于:包含沿光路依次布置的激光器、準直鏡、角度調(diào)整架、旋光系統(tǒng)和聚焦鏡，激光器是106411111紅外光纖激光器，旋光系統(tǒng)安裝于角度調(diào)整架之下，聚焦鏡輸出端正對于用于放置氧化鋁陶瓷的三維平臺，所述三維平臺上方設(shè)有吸收劑涂覆裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，其特征在于:所述激光器是1064鹽紅外光纖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，其特征在于:所述旋光系統(tǒng)包含兩片楔形鏡片，其中每片楔形鏡片的兩面分別是平面和傾斜面，兩片楔形鏡片的平面向外，傾斜面向內(nèi)，由機械部件固定楔形鏡片位置，電機與安裝在楔形鏡片上的皮帶驅(qū)動連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加工氧化鋁陶瓷的裝置，其特征在于:所述三維平臺上方布置有輔助定位影像系統(tǒng)。
【文檔編號】B23K26/402GK204234973SQ201420692594
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】張凱, 雷春翔, 張士磊, 尹洪峰 申請人:蘇州德龍激光股份有限公司, 江陰德力激光設(shè)備有限公司