本实用新型实施例属于激光加工技术领域，尤其涉及一种紫外激光加工设备。
背景技术：
随着激光加工技术的不断发展，各种激光加工设备层出不穷。可以实现激光切割、激光打标、激光焊接等多种激光加工功能。
然而，现有的红外激光加工设备对加工材料的加工精度低，无法实现精细的激光加工，无法适用于对红外激光具有高反射或高透射率的非金属材料。
技术实现要素：
本实用新型实施例提供一种紫外激光加工设备，可以实现对非金属材料的精确定位和精细加工，有效提高加工质量，减少加工耗材，节约原料成本。
本实用新型实施例提供一种紫外激光加工设备，用于对非金属材料进行加工，其包括紫外激光振镜系统、机器视觉系统、控制系统、工作台、运动系统和运动驱动系统；
所述紫外激光振镜系统和所述机器视觉系统设置在所述工作台上方，所述紫外激光振镜系统和所述运动系统与所述运动驱动系统电性连接，所述运动系统与所述工作台机械连接，所述紫外激光振镜系统、所述机器视觉系统、所述工作台和所述运动驱动系统与所述控制系统电性连接；
所述工作台固定非金属材料；所述机器视觉系统实时采集所述非金属材料的图像数据；所述控制系统对所述图像数据进行处理分析和显示，得到加工位置信息；所述运动驱动系统根据加工位置信息驱动所述运动系统调整所述工作台的位置，并驱动所述紫外激光振镜系统将紫外激光束聚焦到所述非金属材料上的加工位置。
在一个实施例中，所述紫外激光加工设备还包括激光位移传感器，所述激光位移传感器设置在所述工作台上方、与所述紫外激光振镜系统机械连接并与所述控制系统电性连接；
所述激光位移传感器实时采集所述紫外激光振镜系统与所述非金属材料之间的距离信息；所述控制系统对所述距离信息进行处理分析，得到所述紫外激光振镜系统的聚焦位置信息；所述运动驱动系统根据所述聚焦位置信息，驱动所述紫外激光振镜系统将紫外激光束自动聚焦到所述非金属材料上的加工位置。
在一个实施例中，所述紫外激光振镜系统包括紫外激光器和激光振镜系统，所述激光振镜系统包括X方向扫描镜、Y方向扫描镜和聚焦镜，所述X方向扫描镜和Y方向扫描镜与所述运动驱动系统连接；
所述紫外激光器发射所述紫外激光束，所述运动驱动系统驱动所述X方向扫描镜在X方向上运动、驱动所述Y方向扫描镜在Y方向上运动，所述X方向扫描镜和所述Y方向扫描镜将所述紫外激光束反射到所述聚焦镜，所述聚焦镜将所述紫外激光束聚焦到所述非金属材料，在X-Y平面内对所述非金属材料进行扫描。
在一个实施例中，所述紫外激光器为工作功率为10W且激光波长为355nm 的风冷紫外激光器、工作功率为10W～18W且激光波长为355nm的全固态紫外钇铝石榴石晶体激光器、工作功率为20.5W且激光波长为266nm的全固态紫外钇铝石榴石晶体激光器或工作功率为12W且激光波长为355nm的全固态紫外掺钕钒酸钇晶体激光器中的任一个。
在一个实施例中，所述紫外激光加工设备还包括与所述控制系统电性连接的上料系统、裂片系统和下料系统；
所述上料系统将所述非金属材料运送至所述工作台，所述裂片系统对加工完成的所述非金属材料进行主料和残料分离，所述下料系统将分离后的所述主料和所述残料移出所述工作台。
在一个实施例中，所述控制系统包括PLC控制系统，所述PLC控制系统与所述工作台、所述上料系统、所述裂片系统和所述下料系统电性连接。
在一个实施例中，所述机器视觉系统包括CCD摄像机。
在一个实施例中，所述控制系统包括PC控制系统和PLC控制系统，所述 PC控制系统与所述紫外激光振镜系统、所述机器视觉系统和所述运动驱动系统电性连接，所述PLC控制系统与所述工作台和所述PC控制系统电性连接。
在一个实施例中，所述工作台为真空吸附平台。
在一个实施例中，所述运动系统包括全闭环交流直线电机系统，所述运动驱动系统包括X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器、X轴编码器、Y轴编码器、Z轴编码器和惯量测量仪；
所述X轴驱动器、所述Y轴驱动器和所述Z轴驱动器均与所述紫外激光振镜系统、所述运动系统和所述控制系统电性连接，所述X轴编码器与所述X轴驱动器电性连接，所述Y轴编码器与所述Y轴驱动器电性连接，所述Z轴编码器与所述Z轴驱动器电性连接，所述惯量测量仪与所述运动系统机械连接并与所述X轴编码器、所述Y轴编码器和所述Z轴编码器电性连接。
本实用新型实施例通过工作台固定非金属材料，通过机器视觉系统实时采集非金属材料的图像数据，通过控制系统对图像数据进行处理分析和显示，得到加工位置信息，通过运动驱动系统根据加工位置信息驱动运动系统调整工作台的位置，并驱动紫外激光振镜系统将紫外激光束聚焦到所述非金属材料上的加工位置，可以对加工位置进行精确定位；通过采用紫外激光振镜系统可以实现对非金属材料的精细加工，使加工精度达到亚微米级。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例一提供的紫外激光加工设备的结构示意图；
图2是本实用新型实施例二提供的紫外激光加工设备的结构示意图；
图3是本实用新型实施例三提供的紫外激光加工设备的结构示意图；
图4是本实用新型实施例四提供的紫外激光加工设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种紫外激光加工设备100，其包括紫外激光振镜系统10、机器视觉系统20、控制系统30、工作台40、运动系统50和运动驱动系统60。
在具体应用中，紫外激光加工设备具体用于对柔性电路板、覆盖膜等非金属材料进行打标或切割加工，由于紫外激光加工过程中所产生的热量较小，因而能够降低材料加工面的高温炭化程度，减小对加工面的损伤，从而可以实现较为光滑的加工面，实现精细加工，可以广泛应用于各种对加工精度要求较高的非金属材料。
在本实施例中，紫外激光振镜系统和机器视觉系统设置在工作台上方，工作台的上表面用于固定非金属材料，当工作台上用于固定非金属材料的位置为其侧面或底面时，对应的，紫外激光振镜系统和机器视觉系统也可以设置在工作台的侧面方向或底面方向。
在具体应用中，紫外激光振镜系统和机器视觉系统具体可以通过机械支架支撑固定在工作台上方，机器视觉系统与紫外激光振镜系统的位置可以相对固定，在激光加工过程中，机器视觉系统可跟随紫外激光振镜系统移动，以实时获取非金属材料上加工位置的图像数据。
如图1所示，图1中并未示出各系统的相对位置关系和机械连接关系，仅示出了各系统之间的电性连接关系，其中，紫外激光振镜系统10和运动系统 50与运动驱动系统60电性连接，运动系统50与工作台40机械连接，紫外激光振镜系统10、机器视觉系统20、工作台40和运动驱动系统60与控制系统 30电性连接。
在具体应用中，电性连接泛指各种通过传输电信号来实现信号交互的连接关系，电信号可以是电流信号、电压信号或者基于电压信号实现的脉冲信号，具体的，可以根据实际需要通过数据线、电缆线或对应的通信接口来实现电性连接，例如可通过RS232、RS485等类型的串行数据线和串行通信接口来实现串行信号的传输。机械连接泛指各种通过机械连接手段实现的直接或间接接触式连接，例如通过紧固件、连接件或胶水等实现的连接，或者是直接的卡合连接、一体化成型等。
本实施例中，工作台用于固定非金属材料。
在具体应用中，工作台具体可以为真空吸附平台，即可以通过抽真空吸附的原理来将非金属材料固定在工作台上，通常是固定在工作台的上表面，不排除在某些特殊情况下，工作台上用于固定非金属材料的固定面是工作台的侧面或底面；当然，工作台也可以是机械固定平台，可通过机械接触固定方式来实现对非金属材料的固定。
本实施例中，机器视觉系统用于实时采集非金属材料的图像数据。
在具体应用中，机器视觉系统开启之后即采集其视觉范围内的图像数据，通常非金属材料应当在机器视觉系统的视觉范围内，如果不在，则控制系统可以根据图像数据判断机器视觉系统的位置，并对机器视觉系统的位置和拍摄参数进行调整，以使其刚好可以采集到完整且清晰的非金属材料的图像数据。
在具体应用中，机器视觉系统具体可以包括CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)摄像机，还包括二轴或三轴云台，可以驱动摄像机在平面或三维空间内运动。
在本实施例中，控制系统用于对图像数据进行处理分析和显示，得到加工位置信息。在本实施例中，运动驱动系统用于根据加工位置信息驱动运动系统调整工作台的位置，并驱动紫外激光振镜系统将紫外激光束聚焦到非金属材料上的加工位置，紫外激光振镜系统用于发射紫外激光光束并对紫外激光光束进行聚焦，实现对非金属材料的激光扫描。
在具体应用中，运动系统可以包括交流或直流的全闭环伺服电机，对应的，运动驱动系统为电机驱动器。具体的，运动系统可以包括全闭环交流直线电机系统，当然其也可以包括开环交流或直流直线电机。运动系统具体可以根据实际需要设置在工作台的下方或侧面，可以实现驱动工作台在三维空间内运动，即实现驱动工作台向上、下、左、右、前或后运动。
在具体应用中，紫外激光振镜系统可以实现对非金属材料所在平面的二维紫外激光扫描。
本实施例通过工作台固定非金属材料，通过机器视觉系统实时采集非金属材料的图像数据，通过控制系统对图像数据进行处理分析和显示，得到加工位置信息，通过运动驱动系统根据加工位置信息驱动运动系统调整工作台的位置，并驱动紫外激光振镜系统将紫外激光束聚焦到所述非金属材料上的加工位置，可以对加工位置进行精确定位；通过采用紫外激光振镜系统可以实现对非金属材料的精细加工，使加工精度达到亚微米级。
实施例二：
如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，紫外激光加工设备100还包括激光位移传感器70，激光位移传感器70设置在工作台40上方、与紫外激光振镜系统10机械连接并与控制系统30电性连接。
在本实施例中，激光位移传感器用于实时采集紫外激光振镜系统与非金属材料之间的距离信息；控制系统对距离信息进行处理分析，得到紫外激光振镜系统的聚焦位置信息；运动驱动系统根据聚焦位置信息，驱动紫外激光振镜系统将紫外激光束自动聚焦到非金属材料上的加工位置。
在一个实施例中，激光位移传感器可以实现误差在±2um以内的聚焦定位精度，紫外激光加工设备可以实现误差在±20um以内的整机定位精度。
本实施例中通过设置激光位移传感器，可以实现对紫外激光振镜系统的精确的自动聚焦，从而进一步提高激光加工的精度。
如图2所示，在本实施例中，紫外激光加工设备100还包括与控制系统30 电性连接的上料系统80、裂片系统90和下料系统00。
在本实施例中，上料系统用于将非金属材料运送至工作台，裂片系统用于对加工完成的非金属材料进行主料和残料分离，下料系统用于将分离后的主料和残料移出工作台。
在具体应用中，上料系统、裂片系统和下料系统均可以通过机械夹爪或真空吸盘等能够对材料进行夹取或吸附的设备来实现，上料系统和下料系统还可以通过传送带或滚轮装置来实现。
本实施例中通过设置上料系统、裂片系统和下料系统可以实现对需要加工的非金属材料的自动上、下料以及已加工材料的自动分拣和残材分离，可以有效提高激光加工效率，自动化程度高。
实施例三：
如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，紫外激光振镜系统10包括紫外激光器11和激光振镜系统12；其中，激光振镜系统12与运动驱动系统60 电性连接，控制系统20通过运动驱动系统60来控制激光振镜系统12对非金属材料进行激光扫描，以实现激光加工。
在一个实施例中，激光振镜系统包括X方向扫描镜、Y方向扫描镜和聚焦镜，X方向扫描镜和Y方向扫描镜与运动驱动系统连接，紫外激光器用于发射紫外激光束，运动驱动系统驱动X方向扫描镜在X方向上运动、驱动Y方向扫描镜在Y方向上运动，X方向扫描镜和Y方向扫描镜将紫外激光束反射到聚焦镜，聚焦镜将紫外激光束聚焦到非金属材料，在X-Y平面内对非金属材料进行扫描。
在具体应用中，X方向和Y方向具体是指平行于工作台上用于固定非金属材料的表面的任意两个方向，X方向和Y方向相互垂直，X-Y平面即是指非金属材料所在的平面。
在一个实施例中，激光振镜系统可以实现大小为440mm*380mm的二维平面扫描，从而可以实现同等大小的激光加工幅面。
在具体应用中，紫外激光器的工作频率范围为10W～20.5W、激光波长范围为100mm～450mm。
在一个实施例中，紫外激光器为工作功率为10W且激光波长范围为355nm 的风冷紫外激光器，具体的，可以选用全固态紫外钇铝石榴石晶体激光器或全固态紫外掺钕钒酸钇晶体激光器。由于风冷激光器体积远小于水冷激光器的体积，可以有效减小紫外激光振镜系统的体积，从而减小整个设备的体积。
在一个实施例中，紫外激光器为工作功率为10W～18W且激光波长为 355nm的全固态紫外钇铝石榴石晶体激光器。具体的，紫外激光器的工作功率可以为10W～18W中的任意功率，例如，10W、15W或18W。
在一个实施例中，紫外激光器为工作功率为20.5W且激光波长为266nm的全固态紫外钇铝石榴石晶体激光器或者工作功率为12W且激光波长为355nm 的全固态紫外掺钕钒酸钇晶体激光器。
在一个实施例中，紫外激光器可以实现对厚度小于0.8mm的非金属材料的加工，还可以实现直径为20um的聚焦光斑。
在具体应用中，紫外激光器的工作频率、激光波长和晶体类型可以根据实际需要进行选择。
如图3所示，在本实施例中运动驱动系统60包括X轴驱动器61、Y轴驱动器62、Z轴驱动器63、X轴编码器64、Y轴编码器65、Z轴编码器66和惯量测量仪67；其中，X轴驱动器61、Y轴驱动器62和Z轴驱动器63均与紫外激光振镜系统10、运动系统50和控制系统30电性连接，X轴编码器64与X 轴驱动器63电性连接，Y轴编码器65与Y轴驱动器62电性连接，Z轴编码器 66与Z轴驱动器63电性连接，惯量测量仪67与运动系统50机械连接并与X 轴编码器64、Y轴编码器65和Z轴编码器66电性连接。
图3中不带箭头的实线表示机械连接关系。
在本实施例中，惯量测量仪用于检测运动系统运动过程中的重力、加速度等惯性量，编码器用于惯量测量仪检测到的惯性量转化为驱动器可以识别的电信号，驱动器将该电信号传递给控制系统进行分析处理，是控制系统获知运动系统的实际运动情况，控制系统发送驱动数据至驱动器，通过驱动器反馈控制运动系统的运动情况，从而实现对运动系统的闭环控制。
实施例四：
如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，控制系统30包括PLC (Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制系统31和PC (Personal Computer，个人计算机)控制系统32；其中，PC控制系统32与紫外激光振镜系统10、机器视觉系统20和运动驱动系统60电性连接，PLC控制系统31与工作台40和PC控制系统32电性连接。
在具体应用中，PLC控制系统具体可以通过PLC控制芯片，或者通过通用集成电路来实现；PC控制系统可以是平板电脑或者个人计算机等能够实现人机交互的设备，用户可以通过PC控制系统来控制PLC控制系统或者更改PLC控制系统中的软件程序，进而实现对于PLC控制系统连接的系统的间接控制。
如图4所示，PLC控制系统31还与上料系统80、裂片系统90和下料系统 00电性连接，PC控制系统32还与X轴驱动器61、Y轴驱动器62和Z轴驱动器63电性连接，从而实现对运动系统50的闭环控制。
本实用新型所有实施例中的带箭头实线均表示电性连接关系，带箭头虚线表示光路。
应当理解的是，本实用新型所提供的紫外激光加工设备必然还包括连接市电供电电源或者直流供电电源的供电电路或器件，其可以通过任意的常规供电电路方式来实现，本实用新型不对供电方式作特别限定。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。