專利名稱：一種透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光器，尤其涉及一種加工玻璃等透明體的精細(xì)內(nèi)雕機(jī)。
(2)背景技術(shù)現(xiàn)有的內(nèi)雕機(jī)存在的主要問(wèn)題有兩個(gè)方面其一加工頭只有2-4個(gè)，效率很低，隨著市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，這樣的加工效率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足相關(guān)領(lǐng)域的需要；其二是激光器不夠穩(wěn)定，由于該機(jī)通常24小時(shí)工作，且工作環(huán)境極其惡劣，現(xiàn)有機(jī)型均是通過(guò)移動(dòng)光路來(lái)達(dá)到三維成像的目的。這樣就造成長(zhǎng)期使用過(guò)程中光路因振動(dòng)而穩(wěn)定性差，調(diào)試難度高。本申請(qǐng)人在1997年6月27日申請(qǐng)的一“加工玻璃表面和玻璃體內(nèi)的激光雕刻機(jī)”(專利號(hào)ZL97234928.6)中，采用了一種氟化鋰(LiF)晶體或鉻(Cr+4)晶體的調(diào)Q器件，但這兩種晶體調(diào)Q在高重復(fù)頻率(30Hz以上)情況下容易漂白(特性失效)的缺點(diǎn)。由于這兩種晶體透過(guò)率僅為10％～20％，從而激光器的閾值比較高(即晶體上所承受的能量較高)。1997年所生產(chǎn)的機(jī)器重復(fù)頻率為20Hz左右，其工作特性不會(huì)失效?，F(xiàn)在市場(chǎng)要求機(jī)器快，因此LiF晶體，Cr+4晶體不適應(yīng)。
(3)發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種高效率且穩(wěn)定工作的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，采用陣列分光法，使其生產(chǎn)效率大幅提高，產(chǎn)量成倍增長(zhǎng)。
本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于，采用獨(dú)立的三維移動(dòng)工作臺(tái)，工作臺(tái)與激光器分別安裝，以避免其將工作時(shí)的振動(dòng)傳遞到激光器上，而激光器的獨(dú)立性使其光路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，工作穩(wěn)定。
本實(shí)用新型的又一目的在于，調(diào)Q器件采用磷酸二氘鉀(KD*P)，解決了傳統(tǒng)器件在高重復(fù)頻率(30Hz以上)情況下容易漂白(特性失效)的問(wèn)題，使得激光器輸出特點(diǎn)更適應(yīng)高重復(fù)頻率工作，并且獲得一個(gè)比較穩(wěn)定的脈寬(10ns左右)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案，一種透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，包括放置工件的工作臺(tái)、位于所述工作臺(tái)上方的激光器，通過(guò)屏蔽線與激光器電源和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器相連的一計(jì)算機(jī)，所述平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器與所述工作臺(tái)電氣連接，其特征在于，還包括m個(gè)縱向分光鏡，縱向均勻設(shè)置在所述激光器輸出鏡的光路上；陣列分光組件，由m×n個(gè)橫向分光鏡組成陣列結(jié)構(gòu)，均勻排布在所述各縱向分光鏡的光路上。
(4)
下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
圖1是一種透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例中凹凸型虛共焦非穩(wěn)腔激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型另一較佳實(shí)施例中半共心腔型激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)主體結(jié)構(gòu)包括兩部分，一部分是由工作臺(tái)101、102、103組成的三維工作臺(tái)，工件104放在該三維臺(tái)上，激光器107布置在三維工作臺(tái)之上正對(duì)工件104的位置，冷卻水箱109放置在該三維臺(tái)一側(cè)，與激光器107相連接。另一部分包括一計(jì)算機(jī)105、與平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器106相連控制其動(dòng)作，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器106與工作臺(tái)101、102、103電氣連接，激光器電源108與激光器107電氣連接，為該激光器107提供電能。為節(jié)省空間，計(jì)算機(jī)105的顯示屏安放在激光器電源108和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器106的上方，如圖所示。
本實(shí)用新型的工作原理大致如下，由計(jì)算機(jī)105根據(jù)設(shè)計(jì)圖案的要求給出三維運(yùn)動(dòng)指令，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器106接受指令輸出給電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，三維工作臺(tái)的三只電機(jī)接受驅(qū)動(dòng)器給出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)。工件104在工作臺(tái)101、工作臺(tái)102、工作臺(tái)103的帶動(dòng)下進(jìn)行三維移動(dòng)。每次定位完成后計(jì)算機(jī)105發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)給激光電源108，激光電源108為激光器107提供能量，激光器107輸出一次激光，從而在工件104上形成一個(gè)立體圖案。
圖2給出激光器107一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括二大部分其一，主光路。它由YAG晶體1、腔鏡2、腔鏡3、輸出鏡4、電光調(diào)Q器件5、偏振片6、氙燈7組成一個(gè)凹凸型虛共焦非穩(wěn)腔激光器，激光電源108、冷卻水箱109配合其工作。工作原理由激光電源108輸出給氙燈7一個(gè)放電脈沖，由YAG晶體1、腔鏡2、腔鏡3及中間帶小孔的輸出鏡4形成振蕩，輸出一束脈沖激光。同時(shí)，激光電源108退掉或加上給磷酸二氘鉀(KD*P)為材料的電光調(diào)Q器件5一個(gè)2KV～5KV的高電壓，使磷酸二氘鉀(KD*P)為材料的電光調(diào)Q器件5和偏振片6以一定的相位將這束激光的脈寬控制在10ns左右。這樣的光束特性既可以得到細(xì)小的損傷點(diǎn)，又能工作在高重復(fù)頻率下。冷卻水箱109對(duì)YAG晶體1和氙燈7組成的激光腔體工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量進(jìn)行冷卻散熱。
其二，陣列分光組件。它包括設(shè)置在輸出鏡4光路上的11、12、13等三個(gè)縱向分光鏡，在這些分光鏡光路上依次設(shè)置的擴(kuò)束鏡61、62、63，橫向分光鏡20、21...29與縱向分光鏡20、30、40等組成了一個(gè)10×3分光鏡陣列。
該激光器107的工作過(guò)程如下，激光器輸出鏡輸出的激光通過(guò)縱向分光鏡11、12、13按一定百分比反射90度后均勻分配給擴(kuò)束鏡61、62、63，由擴(kuò)束鏡放大后輸出給10×3陣列組成的橫向分光鏡20、21...29，30、31...39，40、41...49，這些橫向分光鏡按一定百分比分配給聚焦鏡加工頭，使每個(gè)加工頭都獲得一個(gè)比較均勻的能量。這種陣列分光既提高了生產(chǎn)效率又使每個(gè)分光鏡都獲得比較均勻能量。同時(shí)這種分別擴(kuò)束的方法又使每組加工頭都能得到較高的光束質(zhì)量。
以上陣列分光方法同時(shí)適用于532nm波長(zhǎng)的激光。工作原理在縱向分光鏡11、12、13與擴(kuò)束鏡61、62、63之間分別插入三組倍頻器件51、52、53，在其KTP，BBO，LBO等之后都改用532nm波長(zhǎng)的擴(kuò)束鏡、分光鏡和聚焦鏡，這樣即可在激光器107的輸出端獲得532nm波長(zhǎng)的激光，使加工點(diǎn)更細(xì)微。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是由于倍頻器件是分別插入縱向分光鏡11、12、13之后，因此每個(gè)倍頻器件51、52、53所承受的能量值要比先技術(shù)將該器件插入在輸出鏡4，YAG晶體1之間或YAG晶體1與輸出鏡4之間小得多。(如果將倍頻器件插入輸出鏡4，YAG晶體1之間或YAG晶體1與輸出鏡4之間，在輸出鏡4處也能得到532nm激光，但倍頻晶體要承受100％能量；而本實(shí)用新型是先分光再倍頻，這樣倍頻器件所承受的能量是原來(lái)的100/n。)這樣倍頻器件的損壞率大大下降，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
上述實(shí)施例中的激光器107還可以采用平凸型非穩(wěn)腔激光器的結(jié)構(gòu)，工作原理類似。
圖3給出另一個(gè)較佳實(shí)施例，采用半共心腔型激光器的結(jié)構(gòu)，它由YAG晶體1、腔鏡2、輸出鏡3、中間帶小孔的45度反射鏡4、及磷酸二氘鉀(KD*P)為材料的電光調(diào)Q器件5、偏振片6和氙燈7組成。陣列分光組件與上一較佳實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)相同。其工作原理由氙燈7泵浦YAG晶體1能量，經(jīng)腔鏡2與有一定反射量的平面輸出鏡3振蕩由輸出鏡3透射出脈沖光束，再由帶小孔的呈45度的反射鏡4反射得到一個(gè)環(huán)形光斑。這種腔型輸出效率低于本人先技術(shù)描述的兩種腔型，(效率稍低但不影響實(shí)際應(yīng)用)。陣列分光工作原理與上述其二相同。
以上諸實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇?wèi)?yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，包括放置工件的工作臺(tái)、位于所述工作臺(tái)上方的激光器，通過(guò)屏蔽線與激光器電源和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器相連的一計(jì)算機(jī)，所述平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器與所述工作臺(tái)電氣連接，其特征在于，還包括m個(gè)縱向分光鏡，縱向均勻設(shè)置在所述激光器輸出鏡的光路上；陣列分光組件，由m×n個(gè)橫向分光鏡組成陣列結(jié)構(gòu)，均勻排布在所述各縱向分光鏡的光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，還包括m個(gè)擴(kuò)束鏡，橫向設(shè)置在各縱向分光鏡之后、m×n個(gè)橫向分光鏡之前的光路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，還包括m個(gè)倍頻器件，分別插入各縱向分光鏡之后、各擴(kuò)束鏡之前的光路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，所述激光器為半共心腔結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，所述激光器為凹凸型虛共焦非穩(wěn)腔激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，所述激光器為平凸型非穩(wěn)腔激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，所述工作臺(tái)為三維工作臺(tái)，分別與平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器電氣連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，所述調(diào)Q器件為磷酸二氘鉀材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，其特征在于，所述n、m＞＝1。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，包括放置工件的工作臺(tái)、位于工作臺(tái)上方的激光器，通過(guò)屏蔽線與激光器電源和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器相連的一計(jì)算機(jī)，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器與工作臺(tái)電氣連接，還包括m個(gè)縱向分光鏡，縱向均勻設(shè)置在激光器輸出鏡的光路上；陣列分光組件，由m×n個(gè)橫向分光鏡組成陣列結(jié)構(gòu)，均勻排布在各縱向分光鏡的光路上。本實(shí)用新型提供一種高效率且穩(wěn)定工作的透明體精細(xì)內(nèi)雕機(jī)，采用陣列分光法，使其生產(chǎn)效率大幅提高，產(chǎn)量成倍增長(zhǎng)。此外采用獨(dú)立的三維移動(dòng)工作臺(tái)，工作臺(tái)與激光器分別安裝，以避免其將工作時(shí)的振動(dòng)傳遞到激光器上，而激光器的獨(dú)立性使其光路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，工作穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01S3/00GK2585770SQ02283429
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者陳亭 申請(qǐng)人:陳亭