专利名称：一种基于液晶掩模技术的激光微细加工方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面微细加工领域，特指一种基于液晶掩模技术的激光微细加工的方法和装置。
背景技术：
常见的激光表面微细加工技术是采用微细激光束照射工件表面，使被照射部位材料汽化蒸发掉，形成一定的凹坑。通过工作台控制装置使工件按照一定的轨迹移动，在工件表面逐点加工，最终使工件表面达到所要求的微观形貌。这种加工方式一方面效率低下，另一方面要根据不同的表面加工点的排列方式编制相应的程序以便控制工件按一定的轨迹移动。
与本发明最为接近的技术是掩模光刻技术。掩模光刻技术根据工件表面要加工的形状制作相应的掩模，激光通过掩模上的孔隙照射到工件表面，并烧蚀出需要的形状。但当加工线度很小的时候掩模制作困难且激光通过掩模时会产生衍射现象，使加工质量下降甚至无法加工。
发明内容
本发明的目的是要提供一种激光表面微细加工的方法和装置。它可以在工件表面加工出任意形状和线度的微观形貌，无需针对不同的凹坑形状和排列方式分别制作相应掩模，且效率与逐点烧蚀相比大为提高。
本发明的特征在于利用液晶显示屏作为掩模，通过显示屏上显示的图形阻断激光通过，以保护工件表面不需要加工的地方。
实施该方法的装置包括依次相连的激光发生器、激光发生器控制装置、散光系统、聚焦系统、工件夹具系统，其特征在于在散光系统与聚焦系统之间设有液晶显示屏及显示屏图像控制装置，其中散光系统由一组凹透镜和一片大曲率的凸透镜组成；聚焦系统包括一组凸透镜和一片大曲率的凹透镜组成；工件夹具系统由工件、夹具、工作台及工作台控制装置依次相连而成。
本发明的实施过程如下1.根据工件表面要加工的凹坑形状、尺寸及排列方式编制液晶显示屏的显示图形文件。
2.根据工件表面加工部位外形尺寸和加工深度确定激光光斑直径和能量等工艺参数。
3.根据激光能量和液晶屏损坏阈值调节散光系统焦距。
4.根据工件表面加工部位外形尺寸调节聚焦系统焦距。
5.由激光发生器控制装置控制激光发生器按优化好的参数产生的激光脉冲，经散光系统照射到液晶屏上，液晶屏上显示图象部位阻断激光通过，使通过显示屏后的激光束成为与显示屏图像成反转关系的镂空图形光斑，照射到工件表面并烧蚀出所需要的图形凹坑。
6.根据工件表面要求的加工深度，可进行重复烧蚀，直到达到要求为止。
本发明由于采用液晶显示屏作为掩模，可以显示任意图形以适应不同形状的表面加工，同时显示屏显示的是加工部位形状的放大图形，避免了加工线度太小时激光束通过掩模产生衍射而导致无法加工的缺陷，因而更适用于小尺度的表面微细加工，可以获得更好的表面微观形貌。
下面结合图1对本发明作进一步说明图1为本发明提出的基于液晶掩模的激光微细加工装置的示意图。
1.激光发生器控制装置 2.激光发生器 3.激光束 4.散光系统 5.液晶显示屏 6.显示屏控制装置 7.聚焦系统 8.上件 9.夹具 10.工作台 11.工作台控制装置12.数字控制系统 13.计算机
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。
本发明进行激光表面微细加工的装置包括激光发生器控制装置1、激光发生器2、散光系统4、液晶显示屏5及显示屏控制装置6、聚焦系统7以及工件夹具系统及与激光发生器控制装置1、显示屏控制装置6、工作台控制装置11相连的数字控制系统12、计算机13。其中散光系统4由一组凹透镜和一片大曲率的凸透镜组成；聚焦系统7由一组凸透镜和一片大曲率的凹透镜组成；工件夹具系统包括工件8、夹具9、工作台10及工作台控制装置11。
激光发生器产生能量在10～100焦尔、持续时间为8～80纳秒的激光脉冲，激光束(3)的光斑模式可以是基模、多模等多种模式，其由激光发生器控制装置(1)调节和控制。由激光发生器(2)产生的平行激光束通过散光系统，被散光系统中的凹透镜发散直径变大同时能量密度降低，再经凸透镜会聚成低能量密度的大直径平行光束并照射到液晶显示屏(5)上，显示屏(5)显示着工件表面加工部位形状的反转放大图像，即工件上不需要加工的部位在显示屏上的图形显示黑色，需要加工的部位呈无色。激光束通过显示屏后由于显示屏图形的阻断作用，而形成形状与工件加工部位外形一致的镂空光斑，然后经过聚焦系统(7)，被聚焦系统中的凸透镜会聚光斑直径缩小，同时能量密度增加，再经凹透镜发散成与工件表面加工部位尺寸一致的平行镂空光斑，最后照射到工件(8)表面。工件表面材料吸收加工能量产生汽化、蒸发形成所需形状的凹坑，根据加工深度不同可进行多次烧蚀加工。
由于采用液晶掩模，可以任意改变所显示的图形，因此加工不同形状的表面凹坑不需要分别制作掩模，灵活性大，可以适应不同加工形状的需要。且一次可以进行多点加工，与逐点烧蚀法相比，效率大为提高。同时因显示屏上显示的是要加工的凹坑形状的放大图形，激光束通过液晶掩模时不会因线度太小产生衍射，可以得到很好的加工效果。
权利要求
1.一种基于液晶掩模技术的激光表面微细加工方法，其特征在于利用液晶显示屏作为掩模；由激光发生器控制装置控制激光发生器按优化好的参数产生的激光脉冲，经散光系统照射到液晶屏上，液晶屏上显示图象部位阻断激光通过，使通过显示屏后的激光束成为与显示屏图像成反转关系的镂空图形光斑，照射到工件表面并烧蚀出所需要的图形凹坑。
2.一种基于液晶掩模技术的激光表面微细加工装置，包括依次相连的激光发生器控制装置(1)、激光发生器(2)、散光系统(4)、聚焦系统(7)、工件夹具系统，其特征在于在散光系统(4)与聚焦系统(7)之间设有液晶显示屏(5)及显示屏控制装置(6)，其中散光系统(4)由一组凹透镜和一片大曲率的凸透镜组成；聚焦系统(7)包括一组凸透镜和一片大曲率的凹透镜组成；工件夹具系统由工件(8)、夹具(9)、工作台(10)及工作台控制装置(11)依次相连而成。
全文摘要
本发明涉及表面微细加工领域，特指一种基于液晶技术的激光表面微细加工的方法和装置，尤其适合加工线度很小的表面微细加工。本方法提出的装置由激光发生器及导光系统、激光发生器控制装置、散光系统、液晶显示屏及显示屏控制装置、聚焦系统以及工件夹具系统组成。由于液晶屏可以显示任意形状的图形，因而可以适应不同形状的表面加工。同时因其显示的是放大图形，避免了表面加工线度太小时产生衍射的缺陷，尤其适用于线度很小的表面微细加工。
文档编号B23K26/00GK1762641SQ200510094160
公开日2006年4月26日 申请日期2005年8月31日 优先权日2005年8月31日
发明者张永康, 顾永玉 申请人:江苏大学