柔性PCB电磁微镜、扫描仪和激光打标/雕刻机制造技术

本发明专利技术公开了柔性PCB电磁微镜、扫描仪和激光打标/雕刻机，柔性PCB电磁微镜包括：柔性PCB结构，柔性PCB结构包括柔性层，通常为聚酰亚胺(英文：Polyimide)层和线圈层；镜片，镜片粘接在柔性PCB结构上；外部磁铁，外部磁铁置于柔性PCB结构周围，用于产生磁场；对线圈层的线圈施加电压/电流，垂直于磁场的线圈产生驱动柔性PCB结构以及镜片旋转的力。本发明专利技术的柔性PCB电磁微镜具有大准静态旋转角度，大光学孔径，镜面高平坦度和低成本的特点；基于该柔性PCB电磁微镜可制造激光扫描仪，基于激光扫描仪可制造激光打标/雕刻机，该激光打标/雕刻机具有低成本、便于携带等优点。

Flexible PCB electromagnetic micro mirror, scanner and laser marking / engraving machine

【技术实现步骤摘要】
柔性PCB电磁微镜、扫描仪和激光打标/雕刻机
本专利技术涉及微镜、激光打标/雕刻
，具体涉及柔性PCB电磁微镜、扫描仪和激光打标/雕刻机。
技术介绍
激光打标/雕刻机利用聚焦激光束去除顶层或改变目标材料的表面特性。它们广泛用于汽车，医疗设备，纺织，电子和半导体等行业的打标/雕刻标识号，标志和条形码等。与其他打标技术(例如电化学蚀刻，点撞击和喷墨)相比，激光打标技术有许多优势，例如：可以消除毛刺和波纹得到更高的成品表面质量，非接触式方法，以及可以在用其他技术难以打标的材料上进行打标。激光打标/雕刻机由两个主要部分组成：激光源和激光扫描机构。有两种传统的激光扫描机制：(1)x-y绘图仪型，其中激光头像绘图仪一样沿x-y轴行进；(2)Galvano激光扫描仪，其中激光源保持固定，通过旋转连接到步进电机的两个正交放置的反射镜，使光束在目标表面上转向。绘图仪型激光扫描仪覆盖工作区域有几英尺，打标速度为几百mm/s，并且具有较大的尺寸(如扫描台的尺寸)。Galvano激光扫描仪的工作区域小于1英尺，打标速度为几千mm/s，大小约为100立方英寸。这些扫描仪的成本从100到1000美元不等，具体取决于面积，精度和速度等参数。此外，两种扫描仪都包括许多部件，例如电机，角度传感器，伺服电路，散热器等，这会对可靠性产生不利影响并增加维护成本。最近，人们越来越关注激光打标/雕刻消费品，如珠宝，名字牌，钱包和皮带，手机壳，衣服等。这些应用只需要一个小的激光打标区域(1～2英寸)和低激光功率(几百mW～几W)，并且可以只要求低扫描速度。对于这些应用，低成本(几十美元)，小尺寸(手掌大小)和低维护是关键指标。目前，低功率的激光源成本低(10美元)、尺寸小(1～2.5立方英寸)，并具有简单的结构和只需很少的维护。上述两种传统的激光扫描机构都不能满足小尺寸和低成本的要求。这是目前便携式激光打标/雕刻机没有被广泛用于消费品的主要原因。最近，有一家名为“Cubiio”的初创公司，使用Galvano扫描仪制造了一台紧凑型激光雕刻机，价格约为400美元。雕刻机受到消费者的欢迎，这进一步激发了人们对低成本和紧凑型个人激光雕刻机的兴趣。如果可以用较低成本的替代品(例如，基于微镜的扫描仪)替换该机器内的Galvano扫描仪，则可以进一步显著降低机器的价格。开发一种新型微镜，用以制造低成本便携式激光打标/雕刻机是本专利技术的重点。在过去的几年里，微镜已经成功应用于显示，光学开关和医疗设备，并且已经证明了它们的小尺寸和低成本潜力，许多研究人员寻求MEMS(微机电系统)微镜来制造用于激光打标/雕刻系统的低成本、紧凑的扫描仪。然而，大多数现有的MEMS微镜由于其小的光学孔径(<1mm)和低平坦度(曲率半径<1m)而不适用于激光打标/雕刻应用。该应用需要大光学孔径(几毫米)和高平坦度(曲率半径为～10m或更高)的微镜。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供柔性PCB电磁微镜、扫描仪和激光打标/雕刻机。本专利技术第一目的在于提供一种柔性PCB电磁微镜，包括：柔性PCB结构，所述柔性PCB结构包括柔性层和线圈层；镜片，所述镜片粘接在所述柔性PCB结构上；外部磁铁，所述外部磁铁置于所述柔性PCB结构周围，用于产生磁场；对所述线圈层的线圈加电压/电流，垂直于磁场的线圈产生驱动所述柔性PCB结构和镜片旋转的力。作为本专利技术的进一步改进，所述柔性层包括两个扭转梁、中间支座和两个支撑垫，所述线圈层置于所述扭转梁、中间支座和支撑垫上；所述中间支座的两端通过所述扭转梁与对应的所述支撑垫相连。作为本专利技术的进一步改进，所述柔性PCB结构的基板材料为聚酰亚胺，两个所述扭转梁同轴设置。作为本专利技术的进一步改进，所述镜片粘接在所述中间支座上。作为本专利技术的进一步改进，通过切割涂有金属膜的硅晶片制造孔径为1～10mm、曲率半径≥10m的所述镜片。作为本专利技术的进一步改进，所述电压/电流为方波振荡信号，每个振荡周期的前半部分幅值的大小遵循准静态旋转波形。作为本专利技术的进一步改进，在漂移>5％之前，激光被调制为仅在稳定时间之后的每个振荡周期的前半部分开启，每个振荡周期的后半部分不开启。本专利技术第二目的在于提供一种扫描仪，包括：两个柔性PCB电磁微镜；两个所述柔性PCB电磁微镜呈正交放置。专利技术第三目的在于提供一种激光打标/雕刻机，包括：扫描仪、激光器和光学器件。作为本专利技术的进一步改进，所述扫描仪的矢量扫描用于激光打标/雕刻。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的柔性PCB电磁微镜具有高准静态旋转角度(13°)，大光学孔径(4x4mm)，高平坦度(曲率半径约10m)和低成本(几美元)的特点；基于该柔性PCB电磁微镜可制造激光2D扫描仪，基于激光2D扫描仪可制造激光打标/雕刻机，使激光打标/雕刻机具有低成本、便于携带等优点；本专利技术通过设计线圈的通电电压/电流为一系列的方波振荡，在每个振荡周期的前半部分的幅值大小遵循准静态旋转波形；使每个振荡周期的后半部分不进行打标/雕刻，而是用于释放前半部分的微镜的漂移/蠕变，解决了柔性PCB电磁微镜因柔性PCB扭转梁的粘弹性而产生的漂移/蠕变问题，降低或消除了漂移/蠕变误差，提高了打标精度。附图说明图1为本专利技术一种实施例公开的柔性PCB电磁微镜的结构示意图；图2为本专利技术一种实施例公开的柔性PCB电磁微镜的分解图；图3为本专利技术一种实施例公开的扫描仪的结构示意图；图4为本专利技术一种实施例公开的激光打标/雕刻机的结构示意图；图5为本专利技术一种实施例公开的光学旋转角度与施加电压的关系图；图6为本专利技术一种实施例公开的柔性PCB电磁微镜的谐振模式图；图7为本专利技术一种实施例公开的柔性PCB电磁微镜的阶跃响应图；图8为本专利技术一种实施例公开的微镜的旋转响应图；图9为本专利技术一种实施例公开的皮革条上9个点的激光打标/雕刻图；图10为本专利技术一种实施例公开的不使用Prime方法施加电压图；图11为本专利技术一种实施例公开的使用Prime方法施加电压图；图12为本专利技术一种实施例公开的皮带上标有121个点的示意图；图13为本专利技术一种实施例公开的激光在皮带上打标的矩形图；图14为图13中矩形轮廓上的30个均匀分布点的质心图；图15为本专利技术一种实施例公开的通过重新组装的柔性微镜激光打标机打标的矩形图；图16为图15中矩形轮廓上的30个均匀分布点的质心图；图17为本专利技术一种实施例公开的皮革上的激光打标样品图。图中：10、柔性PCB结构；11、线圈层；12、中间支座；13、扭转梁；14、支撑垫；20、镜片；30、外部磁铁；40、激光器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性PCB电磁微镜，其特征在于，包括：柔性PCB结构，所述柔性PCB结构包括柔性层和线圈层；镜片，所述镜片粘接在所述柔性PCB结构上；外部磁铁，所述外部磁铁置于所述柔性PCB结构周围，用于产生磁场；对所述线圈层的线圈加电压/电流，垂直于磁场的线圈产生驱动所述柔性PCB结构和镜片旋转的力。

【技术特征摘要】
1.一种柔性PCB电磁微镜，其特征在于，包括：柔性PCB结构，所述柔性PCB结构包括柔性层和线圈层；镜片，所述镜片粘接在所述柔性PCB结构上；外部磁铁，所述外部磁铁置于所述柔性PCB结构周围，用于产生磁场；对所述线圈层的线圈加电压/电流，垂直于磁场的线圈产生驱动所述柔性PCB结构和镜片旋转的力。2.如权利要求1所述的柔性PCB电磁微镜，其特征在于，所述柔性层包括两个扭转梁、中间支座和两个支撑垫，所述线圈层置于所述扭转梁、中间支座和支撑垫上；所述中间支座的两端通过所述扭转梁与对应的所述支撑垫相连。3.如权利要求2所述的柔性PCB电磁微镜，其特征在于，所述柔性PCB结构的基板材料为聚酰亚胺，两个所述扭转梁同轴设置。4.如权利要求2所述的柔性PCB电磁微镜，其特征在于，所述镜片粘接在所述中间支座上。5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺思源，卡尔·马克思·裴瑞雅瑟米，
申请(专利权)人：贺思源，卡尔·马克思·裴瑞雅瑟米，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA