专利名称：双激光头划片装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及划片装置，特别涉及一种双激光头划片装置。
背景技术：
激光作为光刀，可用于划片、切割，相比其它加工方式，具有割线小、切割速度快、 割缝边缘垂直度好、切割时无机械应力等优点，如现有先进的划片/切割机研究是基于紫 外激光“冷”加工的基础，所谓的“冷”是与YAG和C02激光通过热效应来切割不同，紫外激 光直接破坏被加工材料的化学键，从而达到切割目的，它的热影响区域小、割缝更小，并且 在切割面的平整度和切割质量上也有较大提高。因此激光在精密切割和微加工领域已经被 认可，且大力发展。然而，对于精密切割线条要求效果均勻，边缘锐利，应该选用平顶光束，且最好的 方形平顶光束。但目前现在大多数激光器无法提供平顶光束，一般通过将高斯光束经光束 整形器整形为平顶光束。而通常光束整形器的“有效平顶距离”(即输出光束保持平顶分布 的工作距离范围)有限，因此给应用系统的设计带来很多不便，如需要设计一分二系统(一 个激光器分出两路光提高效率)或一分四系统(一个激光器分出四路光提高效率)等。在 实际应用中，通过整形获得的平顶光束在聚焦时，平顶光束的焦深小于高斯光束的焦深，稍 稍离开焦点后平顶的效果即大打折扣，这使得激光切片的效果非常差，使得问题更严重。现有技术中有些激光器输出激光形貌可以调节为方形平顶、矩形平顶、高斯平顶， 其“有效平顶距离”及“平顶焦深”均大过光束整形器产生的光束，如德国Edge Wave公司 的INN0SLAB激光器，是一种基于“板条”概念的激光技术，结合了传统端面泵浦固体激光器 结构的泵浦体积与基模体积的有效重合以及薄片激光器与传统板条的结合。这种激光器的 具体激光参数为光束质量为M2 < 2，最高脉冲能量为60mJ，脉冲宽度为可达到4ns，最高峰 值功率为4MW，最高脉冲重复频率为IOOkHz，最高平均功率为600W，波长为1064nm、532nm、 355nm、266nm。这种激光器虽能满足“有效平顶距离”及“平顶焦深”均大过光束整形器产 生的光束的要求，但现有技术中与其配套使用的划片装置不能有效满足复杂轨迹的划片加 工要求。在对划片质量要求不断提高的实际应用中，对划片形状的复杂性也提出了新的要 求，虽然目前已经针对复杂轨迹的划片提出不同划片工艺方式，但是这些技术都存在着以 下缺陷降低了划片工作范围增加空程的方式或者工艺方式在一定程度上降低了划片效 率。因此，面对复杂的工艺要求，高效率高质量的划片方式，必须不断对划片装置进行改进， 以满足加工的需求。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合 理，可以进行复杂曲线或复杂形状划片的双激光头划片装置。为达上述目的，本实用新型采用如下的技术方案双激光头划片装置，包括光路系统、调整滑轨机构、工作台机构和控制系统，所述光路系统包括激光发射装置以及与所述激 光发射装置连接的两个激光头，两个激光头分别固定在调整滑轨机构上，调整滑轨机构与 工作台机构连接，工作台机构设置于两个激光头的下方；所述光路系统、工作台机构和调整 滑轨机构均分别与控制系统连接。所述激光发射装置包括依次光路连接的激光器、扩束镜、反光镜和声光调制器，所 述声光调制器与两个激光头分别通过光路连接。所述激光器优选为INN0SLAB激光器等。 INN0SLAB激光器，即德国Edge Wave公司所提出的部分端面泵浦的混合腔板条激光器，这 种结构结合了传统端面泵浦固体激光器结构的泵浦体积与基模体积的有效重合以及薄片 激光器与传统板条的结合。所述激光头包括依次光路连接的反射镜、振镜和f_ θ扫描透镜，所述反射镜与声 光调制器通过光路连接，f" θ扫描透镜与调整滑轨机构连接。所述调整滑轨机构包括与工作台机构平行设置的水平调整滑轨以及与工作台机 构垂直设置的两个上下调整滑轨，在水平调整滑轨上滑动地连接有两个滑块；两个上下调 整滑轨分别与两个滑块滑动连接，且分别与两个激光头连接，即两个上下调整滑轨分别与 两个激光头的f- θ扫描透镜连接；水平调整滑轨通过支架固定于工作台机构上方。所述工作台机构包括由上而下依次设置的旋转平台、进给平台和基座，所述旋转 平台对应地设置在两个激光头的下方；水平调整滑轨通过支架固定于基座上方。旋转平台 优选为精密旋转平台。所述控制系统包括激光头控制机构、工作台控制系统、CCD定位系统和振镜控制 系统，所述激光头控制机构和CCD定位系统都与调整滑轨机构连接，工作台控制系统与工 作台机构连接，振镜控制系统与激光头连接，作为优选，振镜控制系统与激光头中的振镜连接。所述激光头控制机构为三个伺服电机，三个伺服电机分别与镶嵌于水平调整滑轨 内的丝杆以及镶嵌于两个上下调整滑轨内的丝杆连接；两个滑块与水平调整滑轨内的丝杆 连接，且分别与两个上下调整滑轨内的丝杆连接。伺服电机驱动丝杆，并在丝杆的带动下， 实现水平调整滑轨与滑块之间的水平相对运动、上下调整滑轨与滑块之间的上下相对运 动，从而调整激光头与工作台机构平面的距离。所述工作台控制系统包括依次连接的运动控制卡、伺服驱动器和工作台伺服电 机，所述工作台伺服电机与工作台机构连接。所述运动控制卡通过伺服驱动器控制伺服电 机，改变工作台机构的旋转和进给运动。所述CXD定位系统包括图像处理模块和两个CXD摄像头；所述图像处理模块分别 与两个CXD摄像头连接，两个CXD摄像头分别设置于两个上下调整滑轨的下端。所述两个 CCD摄像头分别将工况影像传输到图像处理模块中；所述图像处理模块计算工件平移量、 旋转量，获得工件的位置，以实现对工件的定位。所述振镜控制系统包括依次连接的运动控制器、数模转换器和电机，电机分别与 两个激光头连接，作为优选，电机与激光头中的振镜连接。所述运动控制器通过数模转换器 将信号传输到电机中，以控制振镜摆动。本实用新型的工作原理激光器发射出来的光通过扩束镜扩束，再通过反光镜改 变光路，进入声光调制器；声光调制器将光束一分为二，分别进入两个激光头；反射镜接收声光调制器所发射的光束，并改变其光路，到达振镜，控制系统控制振镜摆动，振镜通过摆 动改变光路，从而实现小范围的划片，f-θ扫描透镜校正激光的聚焦；旋转平台通过旋转 来更换工件，进给平台带动旋转平台实现大范围划片；控制系统分别控制上下调整滑轨和 水平调整滑轨实现上下或水平运动，进行调整的激光头位置，从而调整激光头与工作台机 构平面的距离。本实用新型可以进行复杂曲线、复杂形状的划片，特别适合于小面积的薄膜太阳 能电池、LED衬底、柔性电路板以及各种玻璃材料的划片。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果1、本实用新型采用调整滑轨机构和双激光头结合使用，使得双激光头可以调节， 在满足划片需要的同时，也大大提高了划片效率，同时使得划片更加灵活。2、本实用新型采用设有振镜的激光头，通过振镜聚焦扫描划片，特别适合于复杂 曲线的划线要求。3、本实用新型采用旋转平台进行划片加工，不但提高了划片效率，而且也非常适 合小面积工件的加工。4、本实用新型可以采用具有多波长、光束无需整形的激光器(如INN0SLAB激光 器等)，具有非常好的兼容性。
图1是本实用新型装置的总体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。实施例1如图1所示，本双激光头划片装置包括光路系统、调整滑轨机构、工作台机构和控 制系统1，所述光路系统包括激光发射装置以及与所述激光发射装置连接的两个激光头，两 个激光头分别固定在调整滑轨机构上，调整滑轨机构与工作台机构连接，工作台机构设置 于两个激光头的下方；所述光路系统、工作台机构和调整滑轨机构均分别与控制系统1连接。所述激光发射装置包括依次光路连接的激光器2、扩束镜3、反光镜9和声光调制 器10，所述声光调制器10与两个激光头分别通过光路连接。所述激光器2为INN0SLAB激 光器(即德国Edge Wave公司所提出的部分端面泵浦的混合腔板条激光器，这种结构结合 了传统端面泵浦固体激光器结构的泵浦体积与基模体积的有效重合以及薄片激光器与传 统板条的结合)。如图1所示，位于右侧的激光头包括依次光路连接的反射镜6、振镜5和f_ θ扫 描透镜4，位于左侧的激光头包括依次光路连接的反射镜14、振镜15和f- θ扫描透镜16， 所述反射镜6和反射镜14都分别与声光调制器10通过光路连接，f- θ扫描透镜4和f- θ 扫描透镜16都分别与调整滑轨机构连接。所述调整滑轨机构包括与工作台机构平行设置的水平调整滑轨11以及与工作台机构垂直设置的两个上下调整滑轨，两个上下调整滑轨分别为上下调整滑轨7和上下调整 滑轨13，在水平调整滑轨11上滑动地连接有两个滑块，分别为滑块8和滑块12 ；上下调整 滑轨7与滑块8滑动连接(即滑动地安装在滑块8上)，上下调整滑轨13与滑块12滑动 连接(即滑动地安装在滑块12上)，且上下调整滑轨7和上下调整滑轨13分别与激光头 的f_ θ扫描透镜4和f- θ扫描透镜16连接；水平调整滑轨11通过支架固定于工作台机 构上方。所述工作台机构包括由上而下依次设置的旋转平台17、进给平台18和基座19，所 述旋转平台17对应地设置在两个激光头的下方；水平调整滑轨11通过支架固定于基座19 上方。旋转平台17为精密旋转平台。所述控制系统1包括激光头控制机构、工作台控制系统、CCD定位系统和振镜控制 系统，所述激光头控制机构和CCD定位系统都与调整滑轨机构连接，工作台控制系统与工 作台机构连接，振镜控制系统与激光头中的振镜5和振镜15连接。所述激光头控制机构为三个伺服电机，三个伺服电机分别与镶嵌于水平调整滑轨 11内的丝杆以及镶嵌于上下调整滑轨7和上下调整滑轨13内的丝杆连接；滑块8和滑块 12都与水平调整滑轨11内的丝杆连接，且滑块8和滑块12分别与上下调整滑轨7和上下 调整滑轨13内的丝杆连接。伺服电机驱动丝杆，并在丝杆的带动下，实现水平调整滑轨11 与滑块8和滑块12之间的水平相对运动、上下调整滑轨7与滑块8之间的上下相对运动、 上下调整滑轨13与滑块12之间的上下相对运动，从而调整激光头与工作台机构平面的距 罔。所述工作台控制系统包括依次连接的运动控制卡、伺服驱动器和工作台伺服电 机，所述工作台伺服电机与工作台机构连接。所述运动控制卡通过伺服驱动器控制伺服电 机，以改变工作台机构的旋转和进给运动。所述CXD定位系统包括图像处理模块和两个CXD摄像头；所述图像处理模块分别 与两个CXD摄像头连接，两个CXD摄像头分别设置于两个上下调整滑轨的下端。两个CXD摄 像头分别将工况影像传输到图像处理模块中；所述图像处理模块计算工件平移量、旋转量， 获得工件的位置，以实现工件的定位。振镜控制系统包括运动控制器、数模转换器和电机，电机分别与激光头中的振镜5 和振镜15连接；所述运动控制器通过数模转换器将信号传输到电机中，控制振镜摆动。本实施例的工作原理激光器2发射出来的光通过扩束镜3扩束，再通过反光镜9 改变光路，进入声光调制器10 ；声光调制器10将光束一分为二，分别进入两个激光头；反射 镜6和反射镜14接收声光调制器10所发射的光束，并改变其光路，到达振镜5和振镜15， 控制系统控制振镜5和振镜15摆动，振镜5和振镜15通过摆动改变光路，从而实现小范围 的划片，f-θ扫描透镜4和f-θ扫描透镜16校正激光的聚焦；旋转平台17通过旋转来更 换工件，进给平台18带动旋转平台17实现大范围划片；控制系统1分别控制上下调整滑轨 7、上下调整滑轨13和水平调整滑轨11实现上下或水平运动，进行调整的激光头位置，从而 调整激光头与工作台机构平面的距离。本实施例可以进行复杂曲线、复杂形状的划片，特别适合于小面积的薄膜太阳能 电池、LED衬底、柔性电路板以及各种玻璃材料的划片。实施例2[0040]本实施例除下述特征外其他结构同实施例1 所述激光器为光纤激光器。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.双激光头划片装置，包括光路系统、调整滑轨机构、工作台机构和控制系统，其特征 在于所述光路系统包括激光发射装置以及与所述激光发射装置连接的两个激光头，两个 激光头分别固定在调整滑轨机构上，调整滑轨机构与工作台机构连接，工作台机构设置于 两个激光头的下方；所述光路系统、工作台机构和调整滑轨机构均分别与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的双激光头划片装置，其特征在于所述激光发射装置包括依 次光路连接的激光器、扩束镜、反光镜和声光调制器，所述声光调制器与两个激光头分别通 过光路连接。
3.根据权利要求2所述的双激光头划片装置，其特征在于所述激光头包括依次光路 连接的反射镜、振镜和9扫描透镜，所述反射镜与声光调制器通过光路连接，f-9扫描 透镜与调整滑轨机构连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的双激光头划片装置，其特征在于所述调整滑轨机构 包括与工作台机构平行设置的水平调整滑轨以及与工作台机构垂直设置的两个上下调整 滑轨，在水平调整滑轨上滑动地连接有两个滑块；两个上下调整滑轨分别与两个滑块滑动 连接，且分别与两个激光头连接；水平调整滑轨通过支架固定于工作台机构上方。
5.根据权利要求4所述的双激光头划片装置，其特征在于所述工作台机构包括由上 而下依次设置的旋转平台、进给平台和基座，所述旋转平台对应地设置在两个激光头的下 方；水平调整滑轨通过支架固定于基座上方。
6.根据权利要求4所述的双激光头划片装置，其特征在于所述控制系统包括激光头 控制机构、工作台控制系统、CCD定位系统和振镜控制系统，所述激光头控制机构和CCD定 位系统都与调整滑轨机构连接，工作台控制系统与工作台机构连接，振镜控制系统与激光 头连接。
7.根据权利要求6所述的双激光头划片装置，其特征在于所述激光头控制机构为三 个伺服电机，三个伺服电机分别与镶嵌于水平调整滑轨内的丝杆以及镶嵌于两个上下调整 滑轨内的丝杆连接；两个滑块与水平调整滑轨内的丝杆连接，且分别与两个上下调整滑轨 内的丝杆连接。
8.根据权利要求6所述的双激光头划片装置，其特征在于所述工作台控制系统包括 依次连接的运动控制卡、伺服驱动器和工作台伺服电机，所述工作台伺服电机与工作台机 构连接。
9.根据权利要求6所述的双激光头划片装置，其特征在于所述CCD定位系统包括图 像处理模块和两个CCD摄像头；所述图像处理模块分别与两个CCD摄像头连接，两个CCD摄 像头分别设置于两个上下调整滑轨的下端。
10.根据权利要求6所述的双激光头划片装置，其特征在于所述振镜控制系统包括依 次连接的运动控制器、数模转换器和电机，电机分别与两个激光头连接。
专利摘要本实用新型提供了一种双激光头划片装置，包括光路系统、调整滑轨机构、工作台机构和控制系统，所述光路系统包括激光发射装置以及与所述激光发射装置连接的两个激光头，两个激光头分别固定在调整滑轨机构上，调整滑轨机构与工作台机构连接，工作台机构设置于两个激光头的下方；所述光路系统、工作台机构和调整滑轨机构均分别与控制系统连接。本实用新型采用调整滑轨机构和双激光头结合使用，使得双激光头可以调节，在满足划片需要的同时，也大大提高了划片效率，同时使得划片更加灵活，具有结构简单、合理、可以进行复杂曲线或复杂形状划片等优点。
文档编号B23K26/08GK201783761SQ20102050716
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者刘杰, 宋长辉, 杨永强, 苏旭彬 申请人:华南理工大学