專利名稱：一種基于pzt的激光掃描微圓孔的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光加工領(lǐng)域，特別是一種基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置。
背景技術(shù)：
激光微圓孔加工在汽車、微電子，航天航空，生物醫(yī)學(xué)，太陽(yáng)能及燃料電池新能源等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。其加工切面整齊，無(wú)微裂紋和冶金缺陷，加工速度快， 效率高，有著傳統(tǒng)的機(jī)械加工，以及電火花加工所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。目前世界上半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，計(jì)算機(jī)，手機(jī)電路板，便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品采用高密度多層PCB，體積緊湊并向小型化發(fā)展；半導(dǎo)體芯片制作，測(cè)試和封裝要求不斷提高，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，外形體積不斷縮小，傳統(tǒng)的鉆孔方法已無(wú)法滿足需求。現(xiàn)有的激光加工微圓孔的方法有固定光束單脈沖加工單元微圓孔，振鏡掃描，工件旋轉(zhuǎn)打孔和旋轉(zhuǎn)雙光楔掃描。①固定光束單脈沖加工單元微圓孔可以得到激光加工光學(xué)系統(tǒng)所限的最小微圓孔直徑，但是要想得到不同的微圓孔直徑，只能通過(guò)換聚焦鏡頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。②振鏡掃描加工微圓孔，其定位速度很快，因其的高速響應(yīng)，很適合打數(shù)量比較多的陣列孔。但是振鏡掃描的方法在大范圍的局部小區(qū)域內(nèi)缺乏高速的定位精度，因此在小孔的直徑小于250um時(shí)不宜采用改方法。另外，在激光精細(xì)加工時(shí)，經(jīng)常把激光光束擴(kuò)束以達(dá)到聚焦光點(diǎn)足夠小的目的，此時(shí)，振鏡反射片尺寸相對(duì)較大，會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)頻率和加工效率。③工件高速旋轉(zhuǎn)加工微圓孔是采用固定光束聚焦，工件高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸偏離加工光軸，調(diào)節(jié)偏離距離課得到不同尺寸的小孔。由于工件旋轉(zhuǎn)時(shí)慣量大，故此方法只能打單一孔，只能用于在小的圓形通軸零件上加工單個(gè)微圓孔的場(chǎng)合。④旋轉(zhuǎn)雙光楔掃描，是利用兩個(gè)完全相同的光楔相對(duì)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)的單一楔角，使得光束動(dòng)態(tài)偏轉(zhuǎn)角度，同時(shí)再整體旋轉(zhuǎn)，出射光束經(jīng)聚焦物鏡聚焦后掃描加工出半徑可調(diào)的圓孔，其加工精度與電機(jī)的控制精度密切相關(guān)，光束通過(guò)兩個(gè)光楔其能量損耗相對(duì)較大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于PZT (鋯鈦酸鉛陶瓷)的激光掃描微圓孔的裝置。利用新的激光掃描微圓孔裝置，按照正余弦的參數(shù)方程分別給PZT光學(xué)平臺(tái)的X，Y方向逐步加壓，驅(qū)動(dòng)PZT光學(xué)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)出射光束掃描出圓孔，其激光的能量損失小，可在確保高精度的同時(shí)更加簡(jiǎn)單易行。本實(shí)用新型目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！N基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置，包括一個(gè)激光器和一個(gè)待加工的工件， 在所述激光器出射激光束面上設(shè)有兩塊成一定間距垂直分布的平面反射鏡，與平面反射鏡反射的入射激光束相對(duì)應(yīng)處設(shè)有一個(gè)PZT光學(xué)平臺(tái)，在PZT光學(xué)平臺(tái)下方依次垂直分布有聚焦物鏡和工件。本實(shí)用新型的進(jìn)一步特征在于[0009]所述PZT光學(xué)平臺(tái)由四個(gè)對(duì)稱分布的PZT支撐構(gòu)成，PZT光學(xué)平臺(tái)的端面與平面反射鏡反射的入射激光束夾角為45°，且入射激光束在PZT光學(xué)平臺(tái)表面上的投影與PZT 光學(xué)平臺(tái)表面四個(gè)對(duì)稱分布的PZT構(gòu)成的X，Y方向分別成45°夾角。所述PZT光學(xué)平臺(tái)與計(jì)算機(jī)電連接。所述兩塊平面反射鏡鏡面與激光束成傾斜角度設(shè)置，兩塊鏡面的傾斜角度相同， 均為45°。本實(shí)用新型利用PZT光學(xué)平臺(tái)進(jìn)行加工微圓孔的激光掃描，通過(guò)將兩塊相同傾斜角度的平面反射鏡按照加工微圓孔需要設(shè)定一定距離，將激光器發(fā)出的激光束反射至PZT 光學(xué)平臺(tái)，PZT光學(xué)平臺(tái)通過(guò)裝有PZT驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)按照正余弦的參數(shù)方程分別給PZT光學(xué)平臺(tái)的x，Y方向給PZT逐步加電壓，驅(qū)動(dòng)PZT光學(xué)平臺(tái)圓形運(yùn)動(dòng)軌跡，經(jīng)反射后出射光束通過(guò)聚焦物鏡聚焦至加工工件。該裝置具有下述特點(diǎn)1、本裝置優(yōu)于固定光束單脈沖加工方式，能夠得到不同直徑的微圓孔；2、采取PZT光學(xué)平臺(tái)，反射片較小，系統(tǒng)響應(yīng)頻率快，加工效率高；3、本裝置優(yōu)于工件高速旋轉(zhuǎn)加工微圓孔，能量損失小，加工精度高，加工簡(jiǎn)單易行。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是PZT光學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3入射激光束在PZT光學(xué)平臺(tái)上的投影示意圖；圖4是光束入射角度非45°光路示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例光路原理圖。圖中1、激光器；2、平面反射鏡；3、平面反射鏡；4、PZT光學(xué)平臺(tái)；5、聚焦物鏡；6、 工件；7、計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，該基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置，包括一個(gè)激光器1和一個(gè)待加工的工件6，在所述激光器1出射激光束面上設(shè)有兩塊成一定間距垂直分布的平面反射鏡 2和平面反射鏡3，兩塊平面反射鏡的傾斜角度相同均為45°，與平面反射鏡反射的激光束相對(duì)應(yīng)處設(shè)有一個(gè)PZT光學(xué)平臺(tái)4，在PZT光學(xué)平臺(tái)4下方依次垂直分布有聚焦物鏡5和工件6。激光器1發(fā)出的激光束經(jīng)兩平面反射鏡反射后入射至PZT光學(xué)平臺(tái)4上，經(jīng)PZT 光學(xué)平臺(tái)4反射后出射激光束通過(guò)聚焦物鏡5聚焦至工件6。如圖2所示，為PZT光學(xué)平臺(tái)4的結(jié)構(gòu)示意圖，選用PI公司的S_330. 4SL系列PZT 光學(xué)平臺(tái)，PZT光學(xué)平臺(tái)4由四個(gè)對(duì)稱分布的PZT支撐構(gòu)成，PZT光學(xué)平臺(tái)4的端面與平面反射鏡反射的入射激光束夾角為45°，見圖1所示；且入射激光束在PZT光學(xué)平臺(tái)4表面上的投影與PZT光學(xué)平臺(tái)4表面四個(gè)對(duì)稱分布的PZT構(gòu)成的X，Y方向分別成45°夾角；見圖3所示。PZT光學(xué)平臺(tái)4與計(jì)算機(jī)7電連接。通過(guò)計(jì)算機(jī)7驅(qū)動(dòng)控制PZT光學(xué)平臺(tái)4的運(yùn)動(dòng)軌跡。本實(shí)用新型實(shí)施過(guò)程如下搭建如圖1所示的裝置，由激光器1、平面反射鏡2、平面反射鏡3、PI的S-330.4SL 系列PZT光學(xué)平臺(tái)4、聚焦物鏡5、工件6及裝有PZT驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)7組成。通過(guò)裝有PZT 驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)7按照正余弦的參數(shù)方程分別給PZT光學(xué)平臺(tái)4的X，Y方向逐步加電壓，驅(qū)動(dòng)PZT光學(xué)平臺(tái)4的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓。激光器1發(fā)出的激光束經(jīng)平面發(fā)射鏡2、3反射后入射到PZT光學(xué)平臺(tái)4上，經(jīng)PZT光學(xué)平臺(tái)4反射后出射光束通過(guò)聚焦物鏡5聚焦。伴隨PZT 光學(xué)平臺(tái)4的圓軌跡運(yùn)動(dòng)，入射激光束在PZT光學(xué)平臺(tái)4鏡面上的法線也做相同的運(yùn)動(dòng)， 出射光束同步的在水平面方向上掃描出圓形軌跡。逐步改變電壓振幅，則可掃描出不同半徑的微圓孔?；赑ZT加工微圓孔的激光掃描方法原理PZT光學(xué)平臺(tái)傾斜放置，與水平面夾角成45°，分別給PZT的X，Y方向按照正余弦參數(shù)逐步加壓。令
{ x=Asin6 y=AcosU則有x2+y2 = A2, A為電壓的振幅，PZT按照?qǐng)A的軌跡方程運(yùn)動(dòng)。激光束沿水平方向入射到PZT光學(xué)平臺(tái)上，與PZT光學(xué)平臺(tái)的表面夾角為45°，當(dāng)PZT光學(xué)平臺(tái)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，入射激光束在PZT光學(xué)平臺(tái)面上的法線也做相同的圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)反射后出射激光束通過(guò)聚焦物鏡聚焦后在水平面上可掃出一個(gè)圓。調(diào)節(jié)振幅，可掃描加工出半徑可變的圓孔。 系統(tǒng)裝置光路原理如圖5所示。若入射激光束與PZT光學(xué)平臺(tái)表面的夾角不嚴(yán)格成45°，則會(huì)在水平面上掃描出一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的橢圓，光路原理如圖4所示。
權(quán)利要求1.一種基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置，包括一個(gè)激光器(1)和一個(gè)待加工的工件 (6)，其特征在于在所述激光器(1)出射激光束面上設(shè)有兩塊成一定間距垂直分布的平面反射鏡，與平面反射鏡反射的入射激光束相對(duì)應(yīng)處設(shè)有一個(gè)PZT光學(xué)平臺(tái)(4)，在PZT光學(xué)平臺(tái)(4)下方依次垂直分布有聚焦物鏡( 和工件(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置，其特征在于所述 PZT光學(xué)平臺(tái)(4)由四個(gè)對(duì)稱分布的PZT支撐構(gòu)成，PZT光學(xué)平臺(tái)(4)的端面與平面反射鏡反射的入射激光束夾角為45°，且入射激光束在PZT光學(xué)平臺(tái)(4)表面上的投影與PZT光學(xué)平臺(tái)(4)表面四個(gè)對(duì)稱分布的PZT構(gòu)成的X，Y方向分別成45°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置，其特征在于所述 PZT光學(xué)平臺(tái)(4)與計(jì)算機(jī)(7)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置，其特征在于所述兩塊平面反射鏡鏡面與激光束成傾斜角度設(shè)置，兩塊鏡面的傾斜角度相同，均為45°。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于PZT的激光掃描微圓孔的裝置，包括一個(gè)激光器和一個(gè)待加工的工件，在所述激光器出射光束面上設(shè)有兩塊成一定間距垂直分布的平面反射鏡，與平面反射鏡折射的激光束相對(duì)應(yīng)處設(shè)有一個(gè)PZT光學(xué)平臺(tái)，在PZT光學(xué)平臺(tái)下方依次垂直分布有聚焦物鏡和工件。激光束經(jīng)兩平面反射鏡反射后入射至PZT光學(xué)平臺(tái)上，經(jīng)PZT光學(xué)平臺(tái)反射后出射光束通過(guò)聚焦物鏡聚焦至工件。該激光掃描裝置按照正余弦的參數(shù)方程分別給PZT光學(xué)平臺(tái)的X，Y方向逐步加電壓，驅(qū)動(dòng)PZT光學(xué)平臺(tái)圓周運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電壓振幅，實(shí)現(xiàn)出射光束掃描出圓孔，其激光的能量損失小，加工微圓孔精度高，簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)B23K26/36GK202021422SQ20112011925
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者張曉 , 李明, 楊小君, 程光華, 趙衛(wèi) 申請(qǐng)人:中科中涵激光設(shè)備(福建)股份有限公司