[发明专利]一种355nm紫外激光钻石切割设备

说明书

技术领域

本专利涉及激光加工技术等领域，特别涉及一种355nm紫外激光钻石切割设备。

背景技术

钻石是钻石原石只有经过切磨和加工之后而形成的，因此，对于钻石的切磨及加工方式影响到钻石的光彩和质量，并在在切磨及加工过程中还需尽量保持钻石的最大重量，并减少瑕疵。然而钻石由于硬度极高而使其难以切割。现的技术中对于钻石的锯切是以边缘涂有钻石粉及润滑剂的磷青铜圆片高速旋转，切开固定在夹子上的钻石。采用这种方法在加工过程中，切削力易损坏钻石，且加工误差大，无法获得理想比例和数目的钻石，需要考虑钻石本身的生长方向及钻石在加工过程中的机械性能。

红外激光切割采取热加工的方式将材料表面的物质加热并使其蒸发，以除去材料；这种加工方工贸对钻石造成不容忽视的热影响，与短波长激光加工相比，切缝大，质量损失严重，加工效率低。绿光激光是红外向紫外过渡的波长，相对红外激光聚焦光斑更小、作用时间更短、热影响区更小，而采用绿光激光需要制定合理的工艺，才能避免加工过程中出现微裂纹，影响加工质量。

与红外加工不同，紫外切割从本质上来说不是热处理，而且大多数材料吸收紫外光比吸收红外光更容易。高能量的紫外光子直接破坏非金属材料表面的分子键，用这种"冷"光蚀处理技术加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的炭化。此外紫外短波长本身的特性对钻石的机械微处理具有优越性.它可以被聚焦到亚微米数量级的点上，因此可以进行细微的加工，即使在不高的脉冲能量水平下，也能得到很高的能量密度，有效地进行材料加工。因此对钻石的切割，如何采用利用现有的设备进行紫外激光切割，是本领域技术人员研究的重点和亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种355nm紫外激光钻石切割设备，本发明采用高能量的紫外光子直接破坏非金属材料表面的分子键，加工件切割面平直，锥度小，切缝窄、切边平直，减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量，实现柔性化生产，生产过程中更节能环保。

本发明中的一种355nm紫外激光钻石切割设备具体包括机架、电源、光学传输系统、机械控制系统、成像系统、吸尘系统、温度系统及控制系统；电源(3)机架上；光学传输系统包括激光电源(4)、激光器(7)、扩束镜(8)、45度反射镜(11)、切割头(13)；机械控制系统包括升降台(12)、夹具(14)、二维工作台(15)；激光器(7)采用采用端面泵浦、腔内倍频、V型三镜折叠谐振腔的结构；所述光学传输系统、机械控制系统、成像系统、吸尘系统、温度系统、电源与控制系统电连接。

进一步地，泵浦功率40W，泵浦波长808nm，腔内倍频包括LBO二倍频晶体和三倍频晶体；扩束镜为伽利略式三倍扩束镜，包括输入凹透镜和输出凸透镜，透镜两面镀有窄带增透膜；45度反射镜(11)为熔融石英基底，镀有高反膜

进一步地，机架(17)设置有上下两层，机架上层设置有可用于工件切割的通孔结构。

进一步地，激光电源(4)设置于机架上层，激光电源(4)与激光器(7)电连接；激光器(7)设置于机架的上层，激光器(7)前端安装有扩束镜(8)；45度反射镜(11)通过支架设置于机架上，激光器(7)、扩束镜(8)及45度反射镜(11)设置于同一水平线上。

进一步地，二维工作台(15)设置于机架(17)的下层，二维工作台(15)上安装有夹具，夹具设置于通孔结构的正下方；切割头(13)通过升降台(12)安装于机架的上层。

进一步地，成像系统包括CCD(9)、CCD镜头(10)，成像系统通过支架安装于机架上层，并位于通孔结构上方；CCD(9)为640万高像素工业CCD摄像头。

进一步地，吸尘系统包括吸尘器(2)及洗尘管(6)，吸尘器设置于机架的下层，洗尘管的下端与吸尘器相连接，洗尘管的上端延伸设置于工件切割工位处；吸尘器(2)为工业用吸尘器，功率为1500W,空气流量为1200m3/H。

进一步地，控制系统包括计算机(1)及控制盒(5)，计算机(1)及控制盒(5)安装于机架上；计算机(1)安装有应用于钻石激光切割的软件；控制盒(5)包括USB接口通讯电路、外部扩展存储电路(SRAM)、D/A转换电路、PWM控制电路和直线电机电路。