專利名稱:電子掩蔽激光成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及激光成像,更具體地講,涉及一種用于產(chǎn)生可變形狀成像圖形的改進的裝置。
背景技術(shù):
激光焊接通常用于在焊接區(qū)接合塑料或諸如熱塑性部件之類的樹脂部件。在美國專利號為4,636,609的專利中可以看到激光器這種用途的例子,此專利明確地結(jié)合在此作為參考。
眾所周知,激光器提供特定頻率的電磁輻射(即,相干單頻輻射)的聚焦光束。現(xiàn)有的激光器有很多種類型;然而,紅外激光器或非相干激光源提供了用于加熱焊接區(qū)的比較經(jīng)濟的輻射能源。透射紅外(Through-Transmission Infrared(TTIr))焊接被認為是紅外焊接的一個特殊例子。TTIr焊接使用一種能夠產(chǎn)生由光纖、波導(dǎo)或光導(dǎo)引導(dǎo)穿過第一塑料部件進入第二塑料部件的紅外輻射的紅外激光器。由于第一塑料部件允許來自激光器的激光束穿過,因而通常稱之為透射件。然而,由于第二塑料部件主要吸收激光束的輻射能以在焊接區(qū)中產(chǎn)生熱,因而通常將此件稱為吸收件。焊接區(qū)中的熱造成透射件和和吸收件熔化,并且通過緊密接觸焊接在一起。
經(jīng)常希望產(chǎn)生加熱圖形和/或各種不同形狀的焊縫。這可以利用金屬掩模完成。掩模通常是經(jīng)過機加工、蝕刻、激光切割的金屬片,或用其它方式修改以便僅允許特定形狀的輻射能穿過、而其余輻射能被反射或吸收的金屬片。這些金屬掩模的制造通常是費工、緩慢、且昂貴的。此外,這些金屬掩模不容易修改,從而限制了它們的應(yīng)用。
金屬掩模還限制了可能產(chǎn)生的加熱圖形和/或焊縫的范圍。也就是說,在一些場合,金屬掩模的物理局限性使得需要用外部支撐保持任何未裝接在原始材料片上的掩蔽部分。與模板印刷類似,字母O需要經(jīng)過橋構(gòu)件或利用分離的玻璃片將中心部分連接到外部部分,以便保持其適當?shù)膶?。很容易理解,這些物理局限性使得許多形狀不能用激光焊接。
因此,相關(guān)技術(shù)中存在對能夠迅速和方便地確定激光焊接中使用的掩模的裝置的需求。此外,在相關(guān)技術(shù)中存在對能夠容易地進行修改的掩蔽裝置的需求。再此外,在相關(guān)技術(shù)中存在對無需可能干擾所產(chǎn)生的焊接圖形的外部支撐就能夠產(chǎn)生復(fù)雜形狀的掩蔽裝置的需求。最后,相關(guān)技術(shù)中存在對能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的掩蔽裝置的需求。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理,提供了一種具有有利的構(gòu)造的激光成像裝置和使用這種激光成像裝置的方法。激光成像裝置包括一個輸出激光束的激光源和一個電子顯示設(shè)備。電子顯示設(shè)備設(shè)置在激光源下游的位置,并且可以操作以選擇性地偏振激光束的一個離散部分,從而確定了一個修改部分和一個未修改部分。然后,將一個偏振濾光器設(shè)置在顯示設(shè)備的下游,以便防止激光束的修改部分或未修改部分透過,從而確定了一個具有特定圖形的成像激光束。
從下文的詳細說明中可以了解到本發(fā)明的更多適用方面。應(yīng)當知道,詳細的說明和特定示例盡管指出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,但僅僅是為了舉例說明的目的,而不是要限制本發(fā)明的范圍。
通過詳細的說明和附圖,可以對本發(fā)明有更充分的理解,其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的原理的、包括可選裝備的電子掩蔽激光成像系統(tǒng)的示意圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的、與偏振激光束一同使用的電子掩蔽系統(tǒng)的示意透視圖,為了清楚,略去了一些部分;和圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的、與未偏振激光束一同使用的電子掩蔽系統(tǒng)的示意透視圖,為了清楚,略去了一些部分。
具體實施例方式
以下的優(yōu)選實施例的說明實質(zhì)上僅為了舉例說明,而不是要以任何方式限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。此外,應(yīng)當知道,盡管本發(fā)明是結(jié)合TTIr焊接說明的,但是本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于其它焊接形式和/或利用光能的表面加熱。另外,本發(fā)明可以在與焊接無關(guān)的可變成像應(yīng)用中廣泛使用,例如,在通常用于形成IC芯片、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)、微型設(shè)備等的光刻中應(yīng)用。因此,不應(yīng)當將本發(fā)明看成是僅限于以下說明的特定焊接應(yīng)用。
參考附圖,示出了一個根據(jù)本發(fā)明的原理的電子掩蔽系統(tǒng)10。根據(jù)本實施例,電子掩蔽系統(tǒng)10適合于與TTIr焊接系統(tǒng)12一同使用。如圖1中所示,TTIr焊接系統(tǒng)12可包括一個由大致排列成環(huán)形的多個光纖構(gòu)成的、能夠攜帶或傳輸激光束形式的輻射能的可選光纖束14。根據(jù)已知的原理,光纖束14可操作地連接到諸如紅外激光器之類的激光源18??蛇x地,TTIr焊接系統(tǒng)12可包括一個由硅樹脂片、聚碳酸酯片或玻璃片構(gòu)成的光導(dǎo)構(gòu)件。也可以使用一個可選透鏡組件20將輻射能處理成預(yù)定的輪廓。也就是說,透鏡組件20可用來利用光學(xué)原理,在電子掩蔽系統(tǒng)10的上游或下游集中或分布激光能。
在操作中,激光源18輸出由光纖束14攜帶的激光束。激光束穿過透鏡組件20并且在參考號22處從透鏡組件20射出。然后,激光束進入電子掩蔽系統(tǒng)10,并且受到控制以產(chǎn)生預(yù)定的掩蔽圖形24,這將在下文詳細論述。然后,受電子掩蔽系統(tǒng)10操縱的激光束作為預(yù)定的掩蔽圖形24離開電子掩蔽系統(tǒng)10,并且從稱為透射件的第一塑料部件26穿過。透射件26一般允許激光束穿過,而沒有明顯的吸收或反射。然后,激光束被稱為吸收件的第二塑料部件28吸收。吸收件28一般吸收激光束的輻射能,以在焊接區(qū)30中產(chǎn)生熱。這種熱造成透射件26和吸收件28在焊接區(qū)30熔化,并且在冷卻時焊接在一起。應(yīng)當知道,電子掩蔽系統(tǒng)10也可以設(shè)置在激光源10和可選透鏡組件20之間的位置,或可選地,電子掩蔽系統(tǒng)10的各種不同零件可設(shè)置在可選透鏡組件20的相反兩側(cè)。
通過特別參考圖2和3,說明與可選激光源有關(guān)的電子掩蔽系統(tǒng)10。更確切地說,圖2示出了與偏振激光源18’結(jié)合使用的電子掩蔽系統(tǒng)10’。通過限定,偏振激光源18’輸出偏振的激光束,在偏振激光束中光能的振動存在于單一平面中。在這方面,偏振激光束穿過可選透鏡組件20(本圖中未示出),并且作為偏振激光束22’射出。應(yīng)當注意,在本實施例中,必須取消可選光纖束14,以便保證偏振激光束保持偏振,而不需要進一步處理,即,眾所周知,如果通過光纖束傳播偏振激光束,那么由于光纖束的物理特性,偏振激光束在離開光纖束時將成為“非偏振”激光束。
仍然參考圖2,電子掩蔽系統(tǒng)10’包括一個液晶顯示器(LCD)32,和一個相對于偏振激光束22’的傳送方向、設(shè)置在LCD 32“下游”位置的偏振濾光器34。LCD 32可以是任意能夠改變偏振激光束22’的偏振狀態(tài)的常規(guī)設(shè)計的液晶顯示器。也就是說,LCD 32可以是任意能夠相對于偏振激光束22’的原始方向,將偏振激光束22’中選定的部分偏振90°(或其它希望的任意角度)的常規(guī)設(shè)計的液晶顯示器。優(yōu)選地,偏振濾光器34是PROFLUX的MICROWIRESTM偏振器。在操作中,經(jīng)過控制器36使LCD 32的選定部分38獲得能量或受到激勵,這樣,選定部分38偏振激光束22’。在這方面,穿過LCD 32的選定部分的激光束22’的振動平面(用參考號40一般指示)相對于原始振動平面旋轉(zhuǎn)了90°。仍然參考圖2,激光束22’的未修改部分僅僅是穿過LCD 32,并保持它們的原始振動平面(用參考號42一般指示)。
然后,激光束22’的修改部分40和未修改部分42碰到偏振濾光器34。然后,偏振濾光器34吸收、反射、或用其它方式防止激光束22’的任何振動平面與偏振濾光器34允許的振動平面不同的部分通過。換言之,設(shè)置偏振濾光器34以便僅允許激光束22’的選定部分通過。因此,在本示例中,可以允許激光束22’的修改部分40通過偏振濾光器34,而未修改部分42被吸收、反射,或以其它方式被禁止通過。應(yīng)當知道,可以改變偏振濾光器34的方向,從而產(chǎn)生“負像”,在偏振濾光器34中只允許激光束22’的未修改部分通過偏振濾光器34,而將修改部分40吸收、反射,或以其它方式防止其通過。實際上,修改激光束22’的選定部分的振動平面的處理僅允許激光束22’的離散區(qū)通過偏振濾光器34,并且作用在焊接區(qū)30。由于LCD 32的可管理性,所以這些離散區(qū)幾乎可以被構(gòu)造以表現(xiàn)任何二維形狀。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3,提供了一個與未偏振激光源18”結(jié)合使用的電子掩蔽系統(tǒng)10”。通過限定,未偏振激光源18”輸出未偏振激光束,在未偏振激光束中光能的振動存在于多個平面中。在這方面,偏振激光束穿過可選透鏡組件20(本圖中未示出),并且作為未偏振激光束50射出。
仍然參考圖3,電子掩蔽系統(tǒng)10”包括一個液晶顯示器(LCD)32、一個相對于未偏振激光束50的傳送方向設(shè)置在LCD 32“下游”位置的偏振濾光器34和一個設(shè)置在LCD 32“上游”位置的偏振濾光器52。在這種布置中,未偏振激光束50入射到上游的偏振濾光器52。上游偏振濾光器52偏振未偏振激光束50,從而使未偏振激光束50在離開上游偏振激光器52時成為偏振激光束22’(具有單一振動平面)。一旦未偏振激光束50轉(zhuǎn)換為偏振激光束22’,LCD 32和下游偏振濾光器34發(fā)揮上述功能,以提供掩蔽圖形24。為了簡潔,不再進一步論述LCD 32和下游偏振濾光器34的這種操作。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到控制器36和LCD 32的操作,假設(shè)控制器36是一個諸如臺式計算機之類的具有PWOERPOINT,PHOTOSHOP,PAINTSHOPPRO,VISIO,AUTOCAD之類圖像生成軟件的計算機。然而,控制器36可以是一個僅能夠存取存儲的圖像和在LCD 32上顯示所述存儲的圖像的計算機。為此,可以快速和方便地生成、修改、存儲、打開多個焊接設(shè)計中的任意一個,以便允許改變掩蔽圖形24。然后,從控制器36經(jīng)過線路54將這些設(shè)計輸出到LCD 32,并且“顯示”在LCD 32上。選定圖形的“顯示”造成偏振激光束22’中對應(yīng)的選定部分相對于其原始方向偏振90°,因此,在偏振激光束22’穿過偏振濾光器34之后確定了掩蔽圖形24。根據(jù)本發(fā)明的原理,控制器36和LCD 32掩蔽圖形24可被構(gòu)造以便確定多個二維或三維圖像中的任何一個。與常規(guī)的金屬掩蔽技術(shù)不同,本發(fā)明允許掩蔽圖形24包括“未支撐的”特征,例如字母a,b,d,g,o,p和q的中心部分。在慣例上,這些中心部分需要小的支撐臂將它們連接到金屬掩模的主體部分,這和模板印刷類似。然而,本發(fā)明使得可以不需要任何支撐臂而形成這些中心部分。
本發(fā)明的說明實質(zhì)上僅是舉例說明,因此,不脫離本發(fā)明要旨的各種改變包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。不認為這些改變偏離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種將第一部件激光焊接到第二部件的方法,所述方法包括輸出激光束;使所述激光束穿過一個液晶顯示器,所述液晶顯示器確定了一個預(yù)定圖形,所述預(yù)定圖形造成所述激光束的一個離散部分偏振,以確定所述激光束的修改部分和所述激光束的未修改部分;使所述激光束的所述修改部分和所述未修改部分暴露于一個下游偏振濾光器,從而僅使所述激光束的所述修改部分和所述未修改部分中的一個穿過,以確定一個形狀與所述預(yù)定圖形基本上相同的焊束;和用所述焊束加熱第一部件和第二部件中的至少一個,以在它們之間建立焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述激光束是偏振激光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述激光束是未偏振激光束,進一步包括使所述未偏振激光束暴露于設(shè)置在所述液晶顯示器上游位置的上游偏振濾光器,所述上游偏振濾光器偏振所述未偏振激光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進一步包括將控制器連接到所述液晶顯示器,所述控制器向所述液晶顯示器輸出信號,以確定所述預(yù)定圖形。
5.一種激光焊接裝置,包括一個輸出激光束的激光源;和一個設(shè)置在所述激光源下游位置的電子掩蔽系統(tǒng),所述電子掩蔽系統(tǒng)可以操作以選擇性地偏振所述激光束的離散部分,以確定具有預(yù)定圖形的焊束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接裝置,其中所述電子掩蔽系統(tǒng)包括一個輸出信號的控制器;一個連接到所述控制器的液晶顯示器,所述液晶顯示器可以操作以響應(yīng)所述信號在其上確定一個預(yù)定圖形,所述液晶顯示器偏振所述激光束的一部分,以確定一個修改部分和一個未修改部分;和一個設(shè)置在所述液晶顯示器下游位置的第一偏振濾光器,所述第一偏振濾光器可以操作以防止所述激光束的所述修改部分和所述未修改部分中的一個穿過。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光焊接裝置,進一步包括一個設(shè)置在所述液晶顯示器上游位置的第二偏振濾光器,所述第二偏振濾光器可以操作以偏振所述激光束。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接裝置,進一步包括一個在所述激光源和所述電子掩蔽系統(tǒng)之間連接的光纖,所述光纖將所述激光束傳輸至所述電子掩蔽系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接裝置,進一步包括一個連接鄰近的所述電子掩蔽系統(tǒng)的透鏡組件。
10.一種激光焊接裝置,包括一個輸出激光束的激光源;一個設(shè)置在所述激光源的下游位置的顯示設(shè)備,所述顯示設(shè)備可以操作以選擇性地偏振所述激光束的一個離散部分,以確定一個修改部分和一個未修改部分;和一個設(shè)置在所述顯示設(shè)備的下游位置的第一偏振濾光器,所述第一偏振濾光器可以操作以防止所述激光束的所述修改部分和所述未修改部分中的一個穿過,以確定一個焊束。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光焊接裝置,進一步包括一個設(shè)置在所述顯示設(shè)備的上游位置的第二偏振濾光器,所述第二偏振濾光器可以操作以偏振所述激光束。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光焊接裝置,其中所述顯示設(shè)備是液晶顯示器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光焊接裝置,進一步包括一個在所述激光源和所述電子掩蔽系統(tǒng)之間連接的光纖,所述光纖將所述激光束傳輸至所述電子掩蔽系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光焊接裝置,進一步包括一個連接鄰近的所述電子掩蔽系統(tǒng)的透鏡組件。
15.一種激光成像方法,包括輸出一個激光束;使所述激光束穿過一個液晶顯示器,所述液晶顯示器確定一個預(yù)定的圖形,所述預(yù)定圖形造成所述激光束的一個離散部分偏振,以確定所述激光束的修改部分和所述激光束的未修改部分;和使所述激光束的所述修改部分和所述未修改部分暴露于一個下游偏振濾光器,從而僅使所述激光束的所述修改部分和所述未修改部分中的一個穿過,以確定一個形狀與所述預(yù)定圖形基本上相同的成像光束。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中所述激光束是偏振激光束。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中所述激光束是未偏振激光束,進一步包括將所述未偏振激光束暴露于設(shè)置在所述液晶顯示器上游位置的上游偏振濾光器,所述上游偏振濾光器偏振所述未偏振激光束。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,進一步包括將一個控制器連接到所述液晶顯示器,所述控制器向所述液晶顯示器輸出信號,以確定所述預(yù)定圖形。
全文摘要
一種具有一個輸出激光束的激光源和一個電子顯示設(shè)備的激光成像裝置。電子顯示設(shè)備設(shè)置在激光源下游的位置。電子顯示設(shè)備可以操作以選擇性地偏振激光束的一個離散部分,以確定一個修改部分和一個未修改部分。然后,將一個偏振濾光器設(shè)置在顯示設(shè)備的下游位置,以便防止激光束的修改部分或未修改部分穿過,從而確定一個具有特定圖形的成像光束。
文檔編號B23K26/06GK1535790SQ20041003095
公開日2004年10月13日 申請日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月8日
發(fā)明者大衛(wèi)A·格雷威爾, 大衛(wèi)A 格雷威爾, C 洛弗特, 唐納德C·洛弗特 申請人:布萊森超聲波有限公司