本发明专利技术公开了一种激光曝光刀具及基于激光的立体直接曝光成像方法，所采用的激光曝光刀具包括外部壳体以及安装在外部壳体内的控制电路板、激光器、准直镜头、光阑和聚焦镜头；控制电路板上设置有对激光器进行驱动控制的驱动控制器、外部壳体形状与数控机床上所安装刀具的刀柄形状相同，驱动控制器与数控机床控制主机相接；其立体直接曝光成像方法包括以下步骤：一、工件外表面测量与加工图形设计；二、工件外表面处理；三、掩模图形设计；四、工件安装；五、激光曝光刀具安装；六、设备连接；七、曝光成像；八、工件表面后续处理。本发明专利技术设计合理、投入成本低、操作简便且使用效果好、应用范围广，能解决传统化学蚀刻方法存在的多种实际问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学蚀刻加工
，尤其是涉及一种激光曝光刀具及基于激光的 立体直接曝光成像方法。
技术介绍
在现代加工
中，材料表面上图形的化学蚀刻加工是一种被广泛应用的技 术手段，如印刷电路板、标牌铭牌的加工制造等。其中，传统化学蚀刻加工的基本流程大致 如下第一步、制版用光绘机或照排机制作需要蚀刻图形的照相底片；第二步、涂敷在材料表面上涂敷感光抗蚀胶或粘贴感光抗蚀膜；第三步、晒版将底片紧密放置在所涂覆感光材料表面的感光抗蚀膜上，对其曝光 晒版，再经显影、定影后，形成需加工图形的抗蚀掩模图形；第四步、蚀刻用化学溶液对材料表面蚀刻、清洗，并形成所需图形。实际使用过程中，化学蚀刻技术具有图形精度高、重复性好、工艺简单以及成本低 廉等优点，因此得到了广泛的应用。但上述传统的化学蚀刻技术基本上局限于对材料平面 的蚀刻加工。而对于三维立体曲面上的图形，传统的化学蚀刻技术往往无能为力，其三维立 体曲面上加工图形的实际应用情形逐渐增多，典型的应用如带通雷达罩。由于雷达罩本身 是由复合材料制造的三维立体曲面，且需在雷达罩表面加工出频率选择金属图形。在三维立体曲面上加工图形时，传统的化学蚀刻中在已涂敷感光抗蚀胶的立体曲 面上贴敷照相底片，成为现有加工技术中的难点。由于照相底片是平面胶片，无法与立体曲 面紧密贴合，必须根据曲面不同区域的曲率大小，将将胶片裁剪成大小不等的若干块进行 拼接、粘贴。因而，实际操作过程中，上述传统化学蚀刻方法存在以下主要严重缺陷1)图 形精度差由于需要将胶片进行手工拼接、粘贴，图形拼接精度极低，不能满足高精度图形 的需求；2)重复精度低大量小胶片的手工拼接、粘贴，产生累计误差，造成产品的重复性、 一致性偏差；3)效率低下，成本高且废品率高由于胶片的拼接、粘贴需手工操作，且一次 性使用，生产效率极低，废品率高，成本高；4)复杂曲面无法加工对于复杂曲面，须将胶片 分割成非常小面积的胶片，以至于完全无法实现。因此，三维立体曲面上进行高精度复杂图 形的化学蚀刻一直是加工技术的难点，不能很好地满足要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简 单、设计合理、加工制作方便且使用操作方便、使用效果好的激光曝光刀具。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种激光曝光刀具，其特征在 于包括前端部开口的外部壳体、安装在所述外部壳体内的控制电路板、用于产生激光光束 的激光器、对激光器所产生激光光束进行准直的准直镜头、对经准直镜头准直后的激光光 束强弱进行控制调整的光阑和安装在所述外部壳体前端部开口上的聚焦镜头，所述准直镜头、光阑和聚焦镜头均布设在激光器所产生激光光束的投射方向上，且激光器、准直镜头、 光阑和聚焦镜头由后至前布设在同一直线上，所述激光器、准直镜头和光阑均布设在所述 外部壳体内部；所述控制电路板上设置有对激光器进行驱动控制的驱动控制器、与驱动控 制器相接的控制信号输入接口和对各用电单元进行供电的电源模块，所述电源模块与驱动 控制器相接；所述外部壳体的形状与数控机床上所安装刀具的刀柄形状相同；所述外部壳 体安装在数控机床的刀具驱动主轴上；所述驱动控制器通过控制信号输入接口与所述数控 机床的控制主机相接。上述激光曝光刀具，其特征是所述外部壳体包括刀柄座和安装在刀柄座上且前 端部开口的圆柱状机壳，所述控制电路板、激光器、准直镜头和光阑均安装在圆柱状机壳 内，所述聚焦镜头安装在圆柱状机壳的前端部开口上，且激光器、准直镜头、光阑和聚焦镜 头均与圆柱状机壳呈同轴布设。上述激光曝光刀具，其特征是所述圆柱状机壳后部设置有供与控制信号输入接 口相接的控制电缆和与电源模块相接的电源电缆穿出的穿线孔，所述控制信号输入接口通 过所述控制电缆与控制主机相接，所述电源电缆接至电源插座上。上述激光曝光刀具，其特征是还包括对激光器的输出亮度进行实时检测并将所 检测信号同步传送至驱动控制器的光电检测单元和对激光器的输出功率进行手动调节的 调节电路，所述光电检测单元和调节电路均与驱动控制器相接。上述激光曝光刀具，其特征是所述激光器为半导体激光器Li，所述光电检测单 元为光电二极管Dl，所述调节电路为可变电位器VRl。上述激光曝光刀具，其特征是所述驱动控制器为控制芯片Maxim3263。上述激光曝光刀具，其特征是所述控制芯片MaXim3263的OUT+管脚经电阻Rl后 半导体激光器Ll的阳极相接，控制芯片Maxim3263的IPin管脚与光电二极管Dl的阳极相 接且光电二极管Dl的阴极与半导体激光器Ll的阳极相接，半导体激光器Ll的阳极与阴极 之间并接有电容C2，所述控制芯片Maxim3263的IBO管脚经电感Lll后与半导体激光器Ll 的阴极相接，所述控制芯片Maxim3263的OUT-管脚经电阻R3后与半导体激光器Ll的阴极 相接，所述控制芯片Maxim3263的Fail管脚依次经电阻R4和电阻R2后与所述控制芯片 Maxim3263的OUT-管脚相接，电阻R4和电阻R2之间的连接点与所述控制芯片Maxim3263的 OUT-管脚之间并接有电容C5，所述控制芯片Maxim3263的IBI管脚和SLW管脚分别经电阻 R5和电阻R7后均接地，所述控制芯片Maxim3263的IMI管脚与IMO管脚相接且经电阻R6 后与控制芯片MaXim3263的Oadj管脚相接，控制芯片MaXim3263的Refl管脚和Ref2管脚 相接且经可变电位器VRl后与控制芯片Maxim3263的Oadj管脚相接，控制芯片Maxim3263 的Oadj管脚与Refl管脚和Ref2管脚之间并接有电容C4 ；控制芯片Maxim3263的VCC管 脚分别经电容Cl和电容C6后均接地，所述控制信号输入接口即控制接口 Jl的第1、第2、 第3和第4管脚分别与控制芯片Maxim3263的IN+、IN-、EN+和EN-管脚相接，控制芯片 Maxim3263的GND管脚和IP管脚均接地，控制接口 Jl的第5和第6管脚均接VCC电源端， 控制接口 Jl的第7和第8管脚均接地；所述半导体激光器Ll的阳极接VCC电源端且VCC 电源端经电容C3后接地。同时，本专利技术还公开了一种工艺简单、操作简便、生产效率高且曝光成像图形精度 高、重复精度高的利用激光曝光刀具进行基于激光的立体直接曝光成像的方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、需加工工件外表面测量与加工图形设计采用测量工具对需加工工件的 外表面结构和尺寸进行测量，并相应建立需加工工件的三维模型；同时对需加工工件外表 面上需加工的图形进行设计，并对所设计的需加工图形进行同步记录；步骤二、需加工工件外表面处理在需加工工件的外表面上均勻涂覆一层感光材 料涂层；步骤三、掩模图形设计根据需加工工件的三维模型和需获得曝光图形的设计要 求，采用CAD计算机辅助设计系统对需加工立体结构工件外表面上的曝光位置、曝光控制 路线和整个曝光成像过程中激光器的输出功率进行精确设计和计算，并相应生成在需加工 立工件外表面上进行曝光成像的CNC数控加工控制文件；所述需获得曝光图形为在需加工 立体结构工件外表面上加工图形之前，在需加工立体结构工件的外表面上曝光成型的与步 骤一中所述需加工图形相对应的掩模图形本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种激光曝光刀具，其特征在于：包括前端部开口的外部壳体、安装在所述外部壳体内的控制电路板（１）、用于产生激光光束的激光器（２）、对激光器（２）所产生激光光束进行准直的准直镜头（３）、对经准直镜头（３）准直后的激光光束强弱进行控制调整的光阑（４）和安装在所述外部壳体前端部开口上的聚焦镜头（５），所述准直镜头（３）、光阑（４）和聚焦镜头（５）均布设在激光器（２）所产生激光光束的投射方向上，且激光器（２）、准直镜头（３）、光阑（４）和聚焦镜头（５）由后至前布设在同一直线上，所述激光器（２）、准直镜头（３）和光阑（４）均布设在所述外部壳体内部；所述控制电路板（１）上设置有对激光器（２）进行驱动控制的驱动控制器（１－１）、与驱动控制器（１－１）相接的控制信号输入接口（１－３）和对各用电单元进行供电的电源模块（１－４），所述电源模块（１－４）与驱动控制器（１－１）相接；所述外部壳体的形状与数控机床上所安装刀具的刀柄形状相同；所述外部壳体安装在数控机床的刀具驱动主轴上；所述驱动控制器（１－１）通过控制信号输入接口（１－３）与所述数控机床的控制主机（７）相接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈乃奇，马鸿炜，聂延平，
申请(专利权)人：陈乃奇，中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：87
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