双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置、系统及方法与流程

本发明属于激光加工领域，涉及背光模组导光板镭射加工领域，具体涉及一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置、系统及方法。

背景技术：

导光板的作用是引导光的散射方向，用来提高亮度和控制亮度的均匀性，因此，导光板的设计与制造是背光模组的关键技术之一。导光板中散射网点的大小和密度决定着输出光的亮度和均匀度。

目前，导光板散射网点的制造方法有模具成型法、油墨印刷法和激光加工法等。激光加工是一种非接触加工方式，具有能量高、方向性好、高相干性、热影响区小等优点，在工业加工领域中备受青睐。随着科学技术的不断进步，工业用高功率激光器不断向前发展，激光器功率不断的提高，随之带来的是传统单光束单聚焦激光加工头的激光利用率过低的问题。传统的激光加工主要利用单束激光聚焦或者同一聚焦物镜对分束后的光束分别聚焦，进行材料加工，由于激光器出射的光束能量过大，常需要利用衰减器件对激光功率进行衰减，因此单束激光聚焦加工过程中能量利用率并不高；而单通道单物镜双聚焦的方式容易引起光束的干涉，激光光束不能在透镜的中心位置聚焦，同样也会造成激光能量的利用率不足，无法达到对两排大小和深度不同的网点同时加工的目的。

综上所述，现有技术中对于单通道单物镜双聚焦的方式无法达到对两排大小和深度不同的网点同时加工问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置、系统及方法，可以有效提高加工速度和加工效率，同时提高了激光能量的利用率，能够将加工效率提高一个数量级以上，显著缩短加工时间，大大节省加工成本；还能解决两排不同大小和不同深度网点同时加工的难题。

本发明所采用的技术方案是：

一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置，包括横向桥架、直线电动机、激光头快速聚焦装置和激光加工头；所述横向桥架的上部固定安装有第一横向导轨，所述横向桥架的下部固定安装有第二横向导轨；所述直线电动机的定子固定安装在所述横向桥架的中部，所述直流电动机的动子固定设置在所述直线电动机的定子上；所述第一横向导轨和第二横向导轨上设置有横向滑块，所述横向滑块与所述直线电动机的动子连接，通过直流电动机带动横向滑块沿横向导轨来回运动；所述激光头快速聚焦装置设置在横向滑块上，用于调节激光束焦点位置，所述激光加工头通过激光头固定板与激光头快速聚焦装置固定连接，用于将激光束聚焦在导光板的网点面上加工网点。

进一步的，所述激光头快速聚焦装置包括第一轴承座、第二轴承座、滚珠丝杆、伺服电机和滚珠丝杆调焦滑块，所述第一轴承座固定设置在所述横向滑块的上部，所述第二轴承座固定设置在所述横向滑块的下部，所述滚珠丝杆调焦滑块设置在横向滑块上，且位于第一轴承座和第二轴承座之间，所述滚珠丝杆的一端与伺服电机连接，另一端穿过第一轴承座和滚珠丝杆调焦滑块与第二轴承座连接；所述激光头固定板与滚珠丝杆调焦滑块固定连接。

进一步的，还包括辅助传动装置，所述辅助传动装置包括两个光杆，所述两个光杆位于所述滚珠丝杆的两侧，所述光杆的一端与第一轴承座连接，另一端穿过滚珠丝杆调焦滑块的通孔与第二轴承座连接。

进一步的，所述激光加工头包括激光头腔体，所述激光头腔体通过激光头固定板与滚珠丝杆调焦滑块连接，所述激光头腔体的内部对称设置有两个光束通道，所述光束通道的下部设置有物镜放置板，所述物镜放置板上设有聚焦物镜。

进一步的，所述激光加工头还包括设置在所述激光头腔体的顶部的反射镜支架，所述反射镜支架包括纵向设置的第一支撑板和倾斜设置的第二支撑板，所述第二支撑板和第一支撑板固定连接，所述第一支撑板与所述激光头腔体后侧壁固定连接，所述第二支撑板和第一支撑板之间夹角呈135°；所述第二支撑板上设置有两个入腔反射镜，所述入腔反射镜位于光束通道的正上方，所述入腔反射镜与光束通道之间夹角呈45°。

进一步的，还包括焦距微调装置，所述焦距微调装置包括两个焦距微调螺母，所述焦距微调螺母顶部设置有螺纹，所述焦距微调螺母通过螺纹与光束通道的底部固定连接。

进一步的，所述焦距微调装置还包括设置在所述物镜放置板两端的微调弹簧，通过微调弹簧对物镜放置板进行压紧固定。

一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工系统，包括双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置、激光器、扩束器、分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，所述扩束器位于激光器的正后方，所述分束镜位于扩束器的正后方，所述激光器输出的激光经过扩束器后转化成激光束，激光束入射至分束镜，经过分束镜反射和透射后，形成两条光束，分别为反射激光束和透射激光束；所述反射激光束由分束镜分束后竖直入射到第一反射镜，经过第一反射镜反射后转化为水平激光束，入射至第二反射镜，经第二反射镜反射后垂直入射到第三反射镜上，经第三反射镜反射后水平入射到双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置的一入腔反射镜上；所述透射激光束由分束镜分束后水平入射到第四反射镜，经过第四反射镜反射后转化为竖直光束，入射至第五反射镜，经第五反射镜反射后转为水平激光束，水平入射到双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置的另一入腔反射镜上。

进一步的，所述激光器采用脉冲激光器；所述分束镜采用半透半反分束镜，数量可为多个。

一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工方法，包括以下步骤：

步骤1、测量待加工的导光板的厚度，启动伺服电机，通过滚珠丝杠带动滚珠丝杆调焦滑块上下移动，进而带动激光加工头移动到位；

步骤2、开启激光器，激光器输出的激光经过扩束器得到理想直径的激光束，激光束入射至分束镜，经过分束镜的反射和透射后，形成反射激光束和透射激光束；

步骤3、反射激光束和透射激光束分别经过多个反射镜后，入射至激光加工头的两个入腔反射镜上，经过两个入腔反射镜的反射后垂直入射至两个光路通道中，在经过两个聚焦物镜将激光束聚焦后在导光板的网点面上，形成两个焦点；

步骤3、通过比较两个焦点的距离判断是否符合导光板的网点加工要求，若不符合要求，则通过焦距微调螺母调整激光束焦点位置，直至符合导光板的网点加工要求；

步骤4、将待加工的导光板平整放置导光板放置平台上，通过直线电动机带动横向滑块沿横向导轨来回运动，进而带动激光加工头横向直线运动，同时进行两排网点的加工，通过导光板放置平台带动导光板进给，进行各排网点的错位加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在激光头腔体内设置两个光束通道，对分束后的激光光束进行双光束通道传输，通过控制双光束通道的孔径，减少进入光束通道的杂散光，避免产生两光路间光束和光斑的干涉，使得两激光束能量更加稳定；通过两个聚焦物镜对激光束进行分别聚焦，能够将激光束的能量有效的利用，在实现一束光分多光束时，聚焦效果会更加明显；

(2)本发明采用激光头快速聚焦装置对加工不同厚度的导光板板材进行快速的初步聚焦，排除人工调焦的读数误差和操作误差，提高自动化程度和加工效率；

(3)本发明采用焦距微调螺母对初步聚焦后的网点加工效果不达标时进一步对焦点微调，实现精确定位减少加工误差，提高物镜聚焦的准确性；

(4)本发明通过合理的布置双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工系统中每一个光学器件的位置，最大限度的节省空间，可实现缩小整个加工设备的体积的目的；

(5)本发明采用分束镜对激光束进行分束，提高激光能量利用率，对激光能量严格控制，提高导光板散射网点加工的精度以及加工的质量；双排网点采用错位加工的方式，可以减小各排网点的间距，缩短单排网点加工所用的时间，提高了加工效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例公开的双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置结构示意图；

图2是本发明实施例公开的激光加工头结构示意图；

图3是本发明实施例公开的激光加工头剖面图；

图4是本发明实施例公开的焦距微调装置局部放大图；

图5是本发明实施例公开的焦距微调螺母结构图；

图6是本发明实施例公开的双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工系统结构示意图；

图7是本发明的采用双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工方法加工的导光板散射网点效果图；

其中，1、第一轴承座，2、激光头固定板，3、滚珠丝杠调焦滑块，4、直线电机动子，5、光杠ⅰ，6、横向滑块，7、伺服电机，8、第二轴承座，9、滚珠丝杠，10、光杠ⅱ，11、第一横向导轨，12、横向桥架，13、直线电动机的定子，14、第二横向导轨，15、入腔反射镜ⅰ，16、入腔反射镜ⅱ，17、反射镜支架，18、焦距微调螺母ⅱ，19、导光板，20、网点，21、焦距微调螺母ⅰ，22、激光头腔体，23、光束通道ⅰ，24、聚焦物镜ⅰ，25、微调弹簧ⅰ，26、物镜放置板ⅰ，27、激光束ⅰ，28、激光束ⅱ，29、物镜放置板ⅱ，30、微调弹簧ⅱ，31、聚焦物镜ⅱ，32、光束通道ⅱ，33、螺纹，34、激光器，35、扩束器，36、分束镜，37、反射镜ⅰ，38、反射镜ⅱ，39、反射镜ⅲ，40、反射镜ⅳ，41、反射镜ⅴ。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法实现对两排大小和深度不同的网点同时加工不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置、系统及方法，可以有效提高加工速度和加工效率，同时提高了激光能量的利用率，能够将加工效率提高一个数量级以上，显著缩短加工时间，大大节省加工成本；还能解决两排不同大小和不同深度网点同时加工的难题。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置，包括横向桥架12、直线电动机、激光头快速聚焦装置和激光加工头。

所述横向桥架12用于为激光加工头的横向直线运动提供支撑的装置，所述横向桥架的上部固定安装有第一横向导轨11，所述横向桥架的下部固定安装有第二横向导轨14；所述直线电动机是利用电磁作用原理将电能直接转换成直线运动动能的驱动装置，是一种能实现往复直线运动的电动机；所述直线电动机的定子13固定安装在所述横向桥架的中部，所述直流电动机的动子4固定设置在所述直线电动机的定子上；所述第一横向导轨和第二横向导轨上设置有横向滑块6，所述横向滑块6与所述直线电动机的动子连接，通过直流电动机带动横向滑块沿横向导轨来回运动；所述激光头快速聚焦装置设置在横向滑块6上，用于调节激光束焦点位置，所述激光加工头通过激光头固定板2与激光头快速聚焦装置固定连接，将激光束聚焦在导光板的网点面上加工网点。

本实施例提出的双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置，采用直线电动机带动激光加工头横向直线运动，采用激光头快速聚焦装置带动激光加工头上下移动，调节激光束焦点位置，在激光加工头的激光头腔体内设置两个光束通道，两个激光束进入激光加工头的两个光束通道，采用两个聚焦物镜形成两个聚焦点，提高激光能量的利用率，提高加工深度，改善激光加工质量以及实现激光加工导光板散射网点不同大小和深度的特殊要求。

在本实施例中，如图1所示，所述激光头快速聚焦装置包括第一轴承座1、第二轴承座8、滚珠丝杆9、伺服电机7和滚珠丝杆调焦滑块3，所述第一轴承座1固定设置在所述横向滑块的上部，所述第二轴承座8固定设置在所述横向滑块的下部，所述滚珠丝杆调焦滑块3设置在横向滑块上，且位于第一轴承座和第二轴承座之间，所述滚珠丝杆9的一端与伺服电机7连接，另一端穿过第一轴承座和滚珠丝杆调焦滑块与第二轴承座8连接；所述滚珠丝杆调焦滑块上连接有激光头固定板2，所述激光头固定板2为激光头腔体22和滚珠丝杆调焦滑块3的中间连接零件，把激光头腔体固22定在滚珠丝杆调焦滑块3上，滚珠丝杆调焦滑块3通过滚珠丝杆9的移动来调节激光加工头的位置，改变焦点光斑的位置和大小。

在上述实施例的基础上，本发明一个实施例中所提供的双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置还包括辅助传动装置，所述辅助传动装置包括光杆ⅰ5和光杆ⅱ10，所述光杆ⅰ5和光杆ⅱ10位于所述滚珠丝杆的两侧，所述光杆ⅰ5的一端与第一轴承座连接，另一端穿过滚珠丝杆调焦滑块的通孔与第二轴承座连接，所述光杆ⅱ10的一端与第一轴承座连接，另一端穿过滚珠丝杆调焦滑块的通孔与第二轴承座连接。通过光杆ⅰ5和光杆ⅱ10辅助滚珠丝杠和滚珠丝杆调焦滑块的传动和进给。

在本实施例中，如图2所示，所述激光加工头包括激光头腔体22和反射镜支架17，所述激光头腔体22通过激光头固定板2与滚珠丝杆调焦滑块3连接，所述反射镜支架17设置在所述激光头腔体的顶部，所述反射镜支架17用于接收之前光路传输过来的激光束，所述反射镜支架包括纵向设置的第一支撑板和倾斜设置的第二支撑板，所述第二支撑板和第一支撑板固定连接，所述第一支撑板与所述激光头腔体后侧壁连接，所述第二支撑板和第一支撑板之间夹角呈135°；所述第二支撑板上设置有两个入腔反射镜，所述入腔反射镜位于光束通道的正上方，所述入腔反射镜与光束通道之间夹角呈45°，将平行激光束反射成垂直向下的激光束，以便后续激光束的聚焦加工。

在上述实施例的基础上，如图3所示，本发明一个实施例中所述激光头腔体的内部对称设置有两个光束通道，分别为光束通道ⅰ23和光束通道ⅱ32；所述光束通道ⅰ的下部设置有物镜放置板ⅰ26，所述物镜放置板ⅰ上设有聚焦物镜ⅰ24；所述光束通道ⅱ的下部设置有物镜放置板ⅱ29，所述物镜放置板ⅱ上设有聚焦物镜ⅱ31，通过聚焦物镜ⅰ24和聚焦物镜ⅱ31对激光束ⅰ27和激光束ⅱ28分别进行聚焦，可以提高网点的加工质量，提高了网点圆度。

本实施例提出的中激光头腔体为激光加工头对激光束传输的重要通道，将激光头腔体设计成双通道物镜的腔体，能够避免两光束的相互干涉，能够更容易的控制单光束的能量；采用两个聚焦物镜分别对两激光束进行聚焦，提高网点的加工质量，提高了网点圆度。在激光能量足够大，条件允许的情况下，本申请也可以对四光束甚至更多光束同时进行聚焦，这样不仅能提高激光能量的利用率，还可以提高网点的加工效率。

在上述实施例的基础上，如图3-5所示，本发明一个实施例中所提供的双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置还包括焦距微调装置，所述焦距微调装置包括焦距微调螺母ⅰ21和第二焦距微调螺母ⅱ18，所述焦距微调螺母ⅰ21和第二焦距微调螺母ⅱ18的顶部设置有螺纹33，所述焦距微调螺母ⅰ21通过螺纹与光束通道ⅰ的底部固定连接，所述焦距微调螺母ⅱ18通过螺纹与光束通道ⅱ的底部固定连接；还包括设置在所述物镜放置板ⅰ两端的微调弹簧ⅰ25和设置在所述物镜放置板ⅱ两端的微调弹簧ⅱ30。本申请利用焦距微调螺母的螺纹对聚焦物镜的聚焦位置进行微调，同时利用微调弹簧对物镜放置板进行压紧固定，提高聚焦物镜的稳定性；通过双重调节的方式，实现加工焦点的准确快速定位，可以有效的避免人工读取游标卡尺的数据时出现的误差和人工操作的不准确性，缩短在加工不同厚度板材变更时调节焦点位置的校准时间。

在本实施例中，所述激光头腔体上开设气流孔，通入保护气体，防止刻蚀网点时灰尘的飞入后对光路的阻碍，保持聚焦物镜的透光性。

本申请的另一种典型实施方式，如图6所示，提供了一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工系统，该系统包括双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置、激光器34、扩束器35、分束镜36、反射镜ⅰ37、反射镜ⅱ38、反射镜ⅲ39、反射镜ⅳ40和反射镜ⅴ41，所述扩束器35位于激光器的正后方，所述分束镜36位于扩束器的正后方，所述激光器输出的激光经过扩束器得到理想直径的激光束，激光束入射至分束镜36，经过分束镜的反射和透射后，形成两条光束，分别为反射激光束和透射激光束；本申请采用半透半反分束镜，在实际应用中可以根据实际工作的需要按照一定比例分配两个激光束；在激光能量允许的情况下，可以采用二级三级分束镜，甚至更多的分束镜。

所述反射激光束由分束镜36分束后竖直入射到反射镜ⅰ37，经过反射镜ⅰ37反射后转化为水平光束，入射至反射镜ⅱ38，经反射镜ⅱ38反射后垂直入射到反射镜ⅲ39上，经反射镜ⅲ39反射后水平入射到双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置的入腔反射镜ⅰ上，经反射镜ⅰ15的反射后垂直入射至光路通道ⅰ23中，在经过聚焦物镜ⅰ24将激光束聚焦后在导光板19的网点面上形成第一焦点。

所述透射激光束由分束镜36分束后水平入射到反射镜ⅳ40，经过反射镜ⅳ40反射后转化为竖直光束，入射至反射镜ⅴ41，经反射镜ⅴ41反射后转为水平光束，水平入射到双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工装置的入腔反射镜ⅱ上，经反射镜ⅱ16的反射后竖直入射至光路通道ⅱ32中，在经过聚焦物镜ⅱ31将激光束聚焦后在导光板19的网点面上形成第二焦点。

所述第一焦点和第二焦点之间有一定的距离，由于激光头两通道的距离是非常小的，所以两光斑的距离也可以进行一定的限制；使用脉冲激光器时，还可以通过对光路中各个反射镜位置的调整，控制两条光束传输路径的长度，使得两个焦点的形成可以同时形成，需要时也可以一前一后形成两个焦点。

本申请的另一种典型实施方式，提供了一种双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工方法，包括以下步骤：

步骤1、测量待加工的导光板的厚度，启动伺服电机，通过滚珠丝杠带动滚珠丝杆调焦滑块上下移动，进而带动激光加工头移动到位；

步骤2、开启激光器，激光器输出的激光经过扩束器得到理想直径的激光束，激光束入射至分束镜，经过分束镜的反射和透射后，形成反射激光束和透射激光束；

步骤3、反射激光束和透射激光束分别经过多个反射镜后，入射至激光加工头的两个入腔反射镜上，经过两个入腔反射镜的反射后垂直入射至两个光路通道中，在经过两个聚焦物镜将激光束聚焦后在导光板的网点面上，形成两个焦点；

步骤3、通过比较两个焦点的距离判断是否符合导光板的网点加工要求，若不符合要求，则通过焦距微调螺母调整激光束焦点位置，直至符合导光板的网点加工要求；

步骤4、将待加工的导光板平整放置导光板放置平台上，通过直线电动机带动横向滑块沿横向导轨来回运动，进而带动激光加工头横向直线运动，同时进行两排网点的加工，通过导光板放置平台带动导光板进给，进行各排网点的错位加工，如图7所示。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明在激光头腔体内设置两个光束通道，对分束后的激光光束进行双光束通道传输，通过控制双光束通道的孔径，减少进入光束通道的杂散光，避免产生两光路间光束和光斑的干涉，使得两激光束能量更加稳定；通过两个聚焦物镜对激光束进行分别聚焦，能够将激光束的能量有效的利用，在实现一束光分多光束时，聚焦效果会更加明显；

(2)本发明采用激光头快速聚焦装置对加工不同厚度的导光板板材进行快速的初步聚焦，排除人工调焦的读数误差和操作误差，提高自动化程度和加工效率；

(3)本发明采用焦距微调螺母对初步聚焦后的网点加工效果不达标时进一步对焦点微调，实现精确定位减少加工误差，提高物镜聚焦的准确性；

(4)本发明通过合理的布置双通道物镜聚焦导光板网点分束激光加工系统中每一个光学器件的位置，最大限度的节省空间，可实现缩小整个加工设备的体积的目的；

(5)本发明采用分束镜对激光束进行分束，提高激光能量利用率，对激光能量严格控制，提高导光板散射网点加工的精度以及加工的质量；双排网点采用错位加工的方式，可以减小各排网点的间距，缩短单排网点加工所用的时间，提高了加工效率。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。