激光蚀刻机的光路设计控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种激光蚀刻机的光路设计控制系统及控制方法，包括激光器、扩束镜、匀光系统、动态聚焦系统、物镜、振镜扫描系统、工控机、激光控制D/A输出卡，激光器输出的激光光束先经过扩束镜扩束后再经过匀光系统的变换使激光光束分布更均匀，匀光系统在光路中处于扩束镜的后面；所述动态聚焦系统在光路中处于匀光系统的后面；物镜在光路中处于动态聚焦系统的后面；振镜扫描系统置于匀光系统之后，工控机与激光控制D/A输出卡连接，用于控制激光控制D/A输出卡；激光控制D/A输出卡分别与激光器、动态聚焦系统、振镜扫描系统连接。本发明专利技术扫描幅面大，加工光束能量均匀从而使激光蚀刻机生产良率更高，加工范围更大。

Optical path design, control system and control method of laser etching machine

The optical design of the control system and control method of the invention relates to a laser etching machine, which comprises a laser, a beam expander, uniform light system, dynamic focusing system, lens, scanning system, industrial computer, laser control D/A output card, laser output beam of a laser beam enlarging lens after the first beam after uniform light system transformation of the laser beam distribution is more uniform, uniform light system behind the beam expanding lens in light path; the dynamic focusing system is behind the uniform light system in light path; the object lens is behind the dynamic focusing system in the optical path; after the galvanometer scanning system under uniform light system. IPC and D/A control card is connected with the laser output, is used to control the laser output of D/A laser control card; D/A output card is respectively connected with the laser, dynamic focusing system, scanning system control. The invention has large scanning range and uniform processing beam energy, so that the laser etching machine has higher yield and larger processing range.

【技术实现步骤摘要】
激光蚀刻机的光路设计控制系统及控制方法
本专利技术涉及激光蚀刻
，具体涉及一种激光蚀刻机的光路设计控制系统，本专利技术还涉及一种激光蚀刻机的光路设计控制系统的控制方法。
技术介绍
随着IPHONE的风靡，诸如手机，GPRS,数码相机，IPAD等中小尺寸的电子产品开始大量使用触摸屏作为图形显示终端。这些电子产品需要大量的触摸屏产品。激光蚀刻技术利用光纤激光器出光经过一套光学系统后被聚焦成0.01mm或更小的光斑，被聚焦的光斑照射到材料上，材料开始融化，气化。随着被加工材料的移动，激光束按照PC机的控制在材料上进行导电线路的蚀刻，实现了对触摸面板的加工布线。市场上现有的时刻设备光路多半为激光光源通过扫描振镜然后经过F-theta镜进行聚焦，利用二维扫描卡控制扫描振镜进行扫描刻线，从而对加工材料进行加工。现有蚀刻系统中，一般采用聚焦透镜为F-Theta透镜的物镜前扫描方式，其可以保证整个工作面内激光聚焦光斑较小而且均匀，并且扫描的图形畸变在可控制范围内；而在需要扫描较大幅面的工作场时，简单的振镜前静态聚焦方式很难保证整个工作面上激光聚焦的离焦误差在焦深范围并且F-theta透镜由于激光聚集光斑过大以及扫描图形畸变严重，已经不再适用。针对市场上现有的一些成型的产品，以及激光光束的固有特点，激光蚀刻加工还有如下缺点。传统激光蚀刻光束是光源中的粒子受激辐射跃迁，然后通过光学谐振腔进行光放大而差生的，它的光束是一种高斯光束，高斯光束波面振幅呈高斯型函数分布。由于高斯光束能量分布不均匀直接用于蚀刻会产生边缘不光滑，边缘蚀刻不净，呈波浪状，三角状等现象，影响触摸屏导电薄膜的导电性能。传统的激光蚀刻设备扫描范围小，无法满足大尺寸蚀刻需求。对于一些尺寸较大的触摸屏加工，比如说尺寸超过5寸的IPAD需要利用拼接的方式才能完成整片加工。但是拼接通常伴有拼接误差，一般在+5um到-5um范围内，影响触摸屏面板线路的导电性能。
技术实现思路
一.要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种激光蚀刻机的光路设计控制系统，提高光束的质量，解决因激光光束能量分布不均匀直接用于蚀刻会影响触摸屏导电薄膜的导电性能。同时利用动态聚焦的结构扩大激光扫描的范围，解决满足大尺寸产品的蚀刻需求。本专利技术的目的还提供一种激光蚀刻机的光路设计控制系统的控制方法。二.技术方案为了达到上述目的，本专利技术有如下技术方案：本专利技术的一种激光蚀刻机的光路设计控制系统，包括激光器、扩束镜、匀光系统、动态聚焦系统、物镜、振镜扫描系统、工控机、激光控制D/A输出卡，所述激光器输出的激光光束先经过扩束镜扩束后再经过匀光系统的变换使激光光束分布更均匀，光束直径更大准直度更高，使其有利于聚焦；所述扩束镜通过调整内部两个透镜的距离来调节扩束倍数；所述匀光系统在光路中处于扩束镜的后面；所述动态聚焦系统在光路中处于匀光系统的后面；所述物镜在光路中处于动态聚焦系统的后面；所述振镜扫描系统置于匀光系统之后，接收激光控制D/A输出卡发送的X,Y轴振镜偏转信号，振镜状态控制信号，差分同步信号来获得不同的电机摆角从而使激光束偏转扫描出所要蚀刻的图形；所述工控机与激光控制D/A输出卡连接，用于控制激光控制D/A输出卡；所述激光控制D/A输出卡分别与激光器、动态聚焦系统、振镜扫描系统连接。其中，所述动态聚焦系统由执行电机、一个可移动的聚焦镜和静止的物镜组成，由执行电机带动可移动的聚焦镜移动来调节焦距，可移动的聚焦镜的移动距离为±5mm以内，物镜位于可移动的聚焦镜一侧，物镜能将可移动的聚焦镜的调节作用进行放大，从而实现在整个工作面内将扫描点的聚焦光斑面积进行控制。其中，所述匀光系统包括第一平面反射镜、第二调平面反射镜、节支架、平面反射镜距离调节底座、一维调整架一、一维调整架二、一维调整架三，所述调节支架固定在平面反射镜距离调节底座上，所述第一平面反射镜、第二调平面反射镜分别固定在调节支架上，一维调整架一固定在第一平面反射镜顶部，一维调整架二固定在第二调平面反射镜顶部，一维调整架三固定在调整支架端部。本专利技术的一种用于激光蚀刻机的光路设计控制系统的控制方法，有以下步骤：工控机将用户绘制的位图数据和控制命令通过USB传输到激光控制D/A输出卡中的SDRAM，FPGA从SDRAM中取得数据和指令并产生PWM脉冲信号和开关控制信号，控制激光器；同时位置坐标信号转化为LSTTL差分信号驱动二维扫描振镜Z轴动态聚焦；匀光系统的光路调节方法为入射的圆形光斑经过第一平面反射镜a和第二平面反射镜b，被均匀分成两个半圆形光斑.一维调整架一1调节第一平面反射镜a和第二平面反射镜b沿同一轴线做旋转运动；调节一维调整架二2使第二平面反射镜b作旋转运动，通过调节一维调整架一1确保使得入射光束以45度角入射第一平面反射镜a和第二平面反射镜b上，一维调整架三3调节第一平面反射镜a和第二平面反射镜b在镜面平行方向做平行运动，确保入射到第一平面反射镜a和第二平面反射镜b后为两个等分的半圆。三.有益效果本专利技术的有益效果是本专利技术功能齐全结构合理，稳定性程度高。由于采用了扩束镜，匀光系统对激光光束进行改善使得原本呈高斯分布的激光光束转变成能量分布均匀的，准直性更好的平顶光束，从而使扫描蚀刻线边缘光滑，线性好，导电薄膜的导电性能好，在大批量生产过程中大大提高了产品的良率，带来了巨大的经济效益。同时由于采用了动态聚焦的结构使得扫描面积更大，克服了传统蚀刻设备对于大尺寸产品加工无能为力的状况，使得其应用范围更广。附图说明图1是系统结构示意图；图2是匀光系统构示意图；图3是系统控制模块图。图中，1、一维调整架一；2、一维调整架二；3、一维调整架三；4、平面反射镜距离调节底座；5、调节支架；a、第一平面反射镜；b、第二平面反射镜。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。下面结合附图和具体实施例作进一步详细说明参见图1，本专利技术的一种激光蚀刻机的光路设计控制系统，其特征在于：包括激光器、扩束镜、匀光系统、动态聚焦系统、物镜、振镜扫描系统、工控机、激光控制D/A输出卡，所述激光器输出的激光光束先经过扩束镜扩束后再经过匀光系统的变换使激光光束分布更均匀，光束直径更大准直度更高，使其有利于聚焦；所述扩束镜通过调整内部两个透镜的距离来调节扩束倍数；所述匀光系统在光路中处于扩束镜的后面；所述动态聚焦系统在光路中处于匀光系统的后面；所述物镜在光路中处于动态聚焦系统的后面；所述振镜扫描系统置于匀光系统之后，接收激光控制D/A输出卡发送的X,Y轴振镜偏转信号，振镜状态控制信号，差分同步信号来获得不同的电机摆角从而使激光束偏转扫描出所要蚀刻的图形；所述工控机与激光控制D/A输出卡连接，用于控制激光控制D/A输出卡；所述激光控制D/A输出卡分别与激光器、动态聚焦系统、振镜扫描系统连接。其中，所述动态聚焦系统由执行电机、一个可移动的聚焦镜和静止的物镜组成，由执行电机带动可移动的聚焦镜移动来调节焦距，可移动的聚焦镜的移动距离为±5mm以内，物镜位于可移动的聚焦镜一侧，物镜能将可移动的聚焦镜的调节作用进行放大，从而实现在整个工作面内将扫描点的聚焦光斑面积进行控制。其中，所述匀光系统包括第一平面反射镜、第二调平面反射镜、节支架、平面反射镜距离调节底座、一维调整架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光蚀刻机的光路设计控制系统，其特征在于：包括激光器、扩束镜、匀光系统、动态聚焦系统、物镜、振镜扫描系统、工控机、激光控制D/A输出卡，所述激光器输出的激光光束先经过扩束镜扩束后再经过匀光系统的变换使激光光束分布更均匀，光束直径更大准直度更高，使其有利于聚焦；所述扩束镜通过调整内部两个透镜的距离来调节扩束倍数；所述匀光系统在光路中处于扩束镜的后面；所述动态聚焦系统在光路中处于匀光系统的后面；所述物镜在光路中处于动态聚焦系统的后面；所述振镜扫描系统置于匀光系统之后，接收激光控制D/A输出卡发送的X,Y轴振镜偏转信号，振镜状态控制信号，差分同步信号来获得不同的电机摆角从而使激光束偏转扫描出所要蚀刻的图形；所述工控机与激光控制D/A输出卡连接，用于控制激光控制D/A输出卡；所述激光控制D/A输出卡分别与激光器、动态聚焦系统、振镜扫描系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种激光蚀刻机的光路设计控制系统，其特征在于：包括激光器、扩束镜、匀光系统、动态聚焦系统、物镜、振镜扫描系统、工控机、激光控制D/A输出卡，所述激光器输出的激光光束先经过扩束镜扩束后再经过匀光系统的变换使激光光束分布更均匀，光束直径更大准直度更高，使其有利于聚焦；所述扩束镜通过调整内部两个透镜的距离来调节扩束倍数；所述匀光系统在光路中处于扩束镜的后面；所述动态聚焦系统在光路中处于匀光系统的后面；所述物镜在光路中处于动态聚焦系统的后面；所述振镜扫描系统置于匀光系统之后，接收激光控制D/A输出卡发送的X,Y轴振镜偏转信号，振镜状态控制信号，差分同步信号来获得不同的电机摆角从而使激光束偏转扫描出所要蚀刻的图形；所述工控机与激光控制D/A输出卡连接，用于控制激光控制D/A输出卡；所述激光控制D/A输出卡分别与激光器、动态聚焦系统、振镜扫描系统连接。2.按照权利要求1所述的一种激光蚀刻机的光路设计控制系统，其特征在于：所述动态聚焦系统由执行电机、一个可移动的聚焦镜和静止的物镜组成，由执行电机带动可移动的聚焦镜移动来调节焦距，可移动的聚焦镜的移动距离为±5mm以内，物镜位于可移动的聚焦镜一侧，物镜能将可移动的聚焦镜的调节作用进行放大，从而实现在整个工作面内将扫描点的聚焦光斑面积进行控制。3.按照权利要求1所述的一种用于激光蚀刻机的光路设计控制系统，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶腾，彭国红，俞守纲，
申请(专利权)人：武汉奇致激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42