一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置的制作方法

本技术及激光表面加工，具体为一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置。

背景技术：

1、激光精密加工技术作为一种现代先进加工技术手段已经日益成熟，而提高激光加工精度，优化材料切割边缘质量，消除熔渣挂壁残留，减小切割锥度，同时最大化激光加工效率，是所有激光设备生产厂商及其终端用户不断改进、共同追求的目标。

2、激光精密加工设备一般采用中小功率皮秒或纳秒激光器，激光器出口原始光斑大小为1-3mm居多，通常需要使用扩束镜扩束后再聚焦获得小的焦点光斑。聚焦光斑越小，单位面积能量密度越高，激光刀具越“锋利”，破坏材料能力越强，加工材料的切缝越小，切割边缘质量越好，被加工材料的激光切割路径边缘热影响范围越小，所以一般切割质量要求较高的激光加工都采用小聚焦光斑。然而高斯光的特性是聚焦光斑越小，其瑞雷长度就越小，对于稍厚一点、切缝较深的材料，加工深度超出焦深范围，小聚焦光斑就不太适合。再有，对于有大面积材料去除的激光加工，用小聚焦光斑划线更细，切割轨迹排线要更密，单线光斑重叠更密，会大大增加激光切割时间。所以对于厚材料切割和大面积材料去除的应用，一般采用小倍率扩束镜或不扩束，以减小场镜入射光束直径从而获得大聚焦光斑，同时加大激光能量，以此来提高加工效率和增加切割深度。但是大聚焦光斑的缺点是切割边缘质量相对差，热影响区大，材料易碳化，切割路径衔接的地方和图形局部精细位置容易残留，去除不干净。

3、大多数激光精密加工应用既要保证好的加工质量和精度，又要提高加工效率。通常采用大小光斑相结合的加工方法，用大光斑切割厚材料，去除大面积区域，提高加工效率，用小光斑修边，切割精细区域，保证切割质量和精度。要在同一台设备上获得直径大小不同光斑的常用做法，一是采用变倍扩束镜改变入射光直径获得大小光斑，二是采用激光正焦与离焦结合的方法获得大小光斑，三是采用分光或双激光器双头结构获得大小光斑。变倍扩束镜分手动变倍和电动变倍，手动变倍扩束镜操作慢，不适合需要经常切换的场合，电动变倍扩束镜价格昂贵，无论是手动变倍或电动变倍，切换变倍都会改变光路位置，不同倍率下入射光位置的不一致会导致加工精度有差异，拼接有错茬的缺陷。离焦加工是指用材料表面离开聚焦平面超过瑞雷长度的位置进行激光蚀刻，离焦加工的缺点是离焦光斑形状差且能量分布不均匀，对材料厚度或平整度以及工作台面平整度敏感性较高，所以加工质量也不高，且离焦加工轨迹与聚焦加工轨迹不重合，多刀具加工拼接精度也较差。分光或双激光器多头加工设备是完全独立的两套光路，两套光学元件增加了设备制造成本，且多头不能同时工作，通过切换加工头来切换激光刀具，必须有台面和机头移动且需要二次靶标或数据对位，也存在拼接精度差的缺陷，且不能实现单振镜内多刀具加工，加工头切换会导致加工效率相对低下。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，该装置特别适用于有精密加工要求且需要提升加工效率的电路板材料去除加工，实现以一台设备需满足多种材料切割要求的应用。

2、一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，包括激光器，且定义激光器中发射的激光照射方向为x向，水平垂直于该x向的方向定义为y向，且竖向垂直于x向及y向的方向为z向；包括沿x向及y向水平平面固设的花岗岩光学底座，以及沿x向及z向竖直平面固设在花岗岩光学底座一侧的花岗岩横梁；

3、花岗岩光学底座上依次设有激光器、扩束镜、光阑及第一反射镜，其中光阑通过光阑调整单元活动连接在花岗岩光学底座上；激光器、扩束镜及光阑均以x向引导激光，第一反射镜朝向花岗岩横梁方向y向反射激光；

4、花岗岩横梁上沿x向滑动连接有xz平面调整平台，且花岗岩横梁上固设有第二反射镜；第二反射镜接收第一反射镜反射的激光并沿x向再次反射激光；xz平面调整平台接收第二反射镜反射的激光，并z向间距调节反射并最终输出激光。

5、优选的，xz平面调整平台包括x轴导轨，x滑座及x滑板，其中x轴导轨沿x向固设在花岗岩横梁的侧壁上，该x轴导轨上滑动导向连接x滑座；x滑座上沿z向滑动导向连接x滑板。

6、优选的，x滑座上固设有第三反射镜及电机，其中第三反射镜接收第二反射镜处射出的激光并沿z向反射输出；电机为x滑板提供其在x滑座上的升降滑动动力；x滑板上固设有第四反射镜、振镜及场镜，其中第四反射镜接收第三反射镜处射出的激光并沿x向反射输出；振镜接收第四反射镜处反射的激光并沿z向反射输出，再经场镜以z向最终输出激光。

7、优选的，光阑调整单元包括滑台气缸、固定板及光阑调整架，其中滑台气缸通过导轨沿y向滑动导向连接在花岗岩光学底座的顶面上，该滑台气缸为光阑提供y向平移动力并调节遮挡扩束镜与第一反射镜之间的激光光路，且滑台气缸的一侧固设有位置传感器，另一侧固设有液压缓冲器，且滑台气缸的顶面上沿xy平面固设固定板；固定板上沿yz平面固设光阑调整架，该光阑调整架的内部固设光阑。

8、优选的，光阑上制有遮光部以及多个不同孔径的透光光阑，以实现聚焦光斑的大小变化。

9、优选的，光阑形状包括圆形、矩形、条形、三角形及椭圆形。

10、本实用新型的优点和技术效果是：

11、1、相比固定光斑激光加工，多激光刀具组合加工在确保高加工精度的前提下，极大地提高了生产效率，扩展了设备的应用层面；

12、2、在同一台激光设备上，扩展了其应用范围，既可以做小功率精细加工，也可以做大功率高效加工；

13、3、基于光阑切换变径原理的激光多刀具组合加工，相比其他方式实现的激光多刀具组合设备，其硬件成本极低；

14、光阑切换变径不改变原激光光路的空间位置，光路调试简单易操作，各激光加工路径层数据不存在对位误差，而其他任何方式的多激光刀具都是多条激光光路的聚焦结果，多条光路很难调整到一致，多刀具路径数据对位误差不能消除，只能通过精调光路和软件补偿尽可能减小。

技术特征：

1.一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，包括激光器，且定义激光器中发射的激光照射方向为x向，水平垂直于该x向的方向定义为y向，且竖向垂直于x向及y向的方向为z向；其特征在于：包括沿x向及y向水平平面固设的花岗岩光学底座，以及沿x向及z向竖直平面固设在花岗岩光学底座一侧的花岗岩横梁；

2.根据权利要求1所述的一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，其特征在于：所述xz平面调整平台包括x轴导轨，x滑座及x滑板，其中x轴导轨沿x向固设在花岗岩横梁的侧壁上，该x轴导轨上滑动导向连接x滑座；所述x滑座上沿z向滑动导向连接x滑板。

3.根据权利要求2所述的一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，其特征在于：所述x滑座上固设有第三反射镜及电机，其中所述第三反射镜接收第二反射镜处射出的激光并沿z向反射输出；所述电机为x滑板提供其在x滑座上的升降滑动动力；所述x滑板上固设有第四反射镜、振镜及场镜，其中所述第四反射镜接收第三反射镜处射出的激光并沿x向反射输出；所述振镜接收第四反射镜处反射的激光并沿z向反射输出，再经场镜以z向最终输出激光。

4.根据权利要求1所述的一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，其特征在于：所述光阑调整单元包括滑台气缸、固定板及光阑调整架，其中所述滑台气缸通过导轨沿y向滑动导向连接在花岗岩光学底座的顶面上，该滑台气缸为光阑提供y向平移动力并调节遮挡扩束镜与第一反射镜之间的激光光路，且滑台气缸的一侧固设有位置传感器，另一侧固设有液压缓冲器，且滑台气缸的顶面上沿xy平面固设固定板；所述固定板上沿yz平面固设光阑调整架，该光阑调整架的内部固设光阑。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，其特征在于：所述光阑上制有遮光部以及多个不同孔径的透光光阑，以实现聚焦光斑的大小变化。

6.根据权利要求1或4所述的一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，其特征在于：所述光阑形状包括圆形、矩形、条形、三角形及椭圆形。

技术总结
本技术公开了一种基于光阑切换变径组合去除电路板材料的加工装置，花岗岩光学底座上依次设有激光器、扩束镜、光阑及第一反射镜，其中光阑通过光阑调整单元活动连接在花岗岩光学底座上；激光器、扩束镜及光阑均以X向引导激光，第一反射镜朝向花岗岩横梁方向Y向反射激光；花岗岩横梁上沿X向滑动连接有XZ平面调整平台，且花岗岩横梁上固设有第二反射镜；第二反射镜接收第一反射镜反射的激光并沿X向再次反射激光；XZ平面调整平台接收第二反射镜反射的激光，并Z向间距调节反射并最终输出激光。该装置特别适用于有精密加工要求且需要提升加工效率的电路板材料去除加工，实现以一台设备需满足多种材料切割要求的应用。

技术研发人员：戴心陪,胡宏宇,张云龙
受保护的技术使用者：德中（天津）技术发展股份有限公司
技术研发日：20231108
技术公布日：2024/5/9