一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统及方法与流程

本发明涉及直写曝光技术领域，具体涉及一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统及方法。

背景技术：

手机盖板玻璃上的图案加工是盖板玻璃生产领域一个重要环节，常用的加工图案的主要方法有几种：

方法一、使用激光精雕机，在曲面玻璃上加工图案——这种方法的缺陷在于生产效率低下，设备高昂。

方法二、使用UV平行光曝光，使用石英材料加工玻璃图案，与待曝光的曲面玻璃对准后，使用平行光扫描曝光。这种方法需要将石英玻璃加工成凹面，加工难度大，生产成本高，生产效率低下。

方法三、使用普通的平行光曝光机，通过丝网印刷等手段，将图案光刻到薄膜上，再人工使用转印的方法，这种方法良率极低，主要的成本在人力成本上，也是目前市场上使用最为广泛的方法。

手机盖板玻璃曲面化已经成为手机领域发展的大趋势，但在曲面上加工盖板需要的图形比较困难，这也是2016年苹果和三星带有曲面盖板玻璃的新款产品价格高、出货量少的主要原因。

激光直接成像技术(laser direct imaging，简称LDI)也称为激光直写，是近年来发展起来的一种应用于半导体、印制电路板(PCB)及丝网印刷领域的一种光刻技术。如果可以将激光直写应用于曲面手机玻璃的曝光，可大大降低加工难度，减少生产成本，提高生产效率及良率。但直接将这种技术应用于曲面手机玻璃尚且存在困难，主要在于：

半导体领域使用的激光直写曝光机，曝光面小、加工精度高，但存在产能低、加工速度慢的问题，且需要高精度的主动聚焦模块，设备造价高。

PCB生产领域主要将LDI应用于加工精度为50微米及以上线宽的加工过程。 PCB领域一般不使用主动聚焦模块，主要是PCB板放置在相对比较平整的托盘上，并且使用吸真空的方式，使其贴附在托盘上，避免翘起和移动过程中滑动；配合多路设计，加工速度快。但也存在着造价较高、只适用于平面曝光的缺陷，此外，PCB生产领域应用成熟的激光直写系统普遍产能较低。

而在丝网印刷领域，因为网版尺寸大，在相应的LDI技术中通常使用旁轴主动聚焦模块聚焦，但这种方式只适用于白色的光刻胶。

曲面手机玻璃的结构具有其特殊性：图案分布在立体结构上，光刻胶的颜色也有白色、黑色之分。现有技术中，平行的面光源的焦深难以覆盖立体结构的不同焦面，而对于黑色的光刻胶也无法处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统及方法。

本发明的技术方案如下：

一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统，用于在同时具有平面结构和曲面结构的曲面手机玻璃上进行图形曝光。所述直写曝光系统包括主机、运动系统、线阵电荷耦合元件、至少两个到位传感器、微LED阵列控制器、微LED阵列、曝光镜头以及电机。

所述运动系统包括运动控制器、位移信号分路器以及传送机构，所述运动控制器与所述主机相连并对所述传送机构和所述位移信号分路器进行控制，所述位移信号分路器还分别与所述线阵电荷耦合元件和所述微LED阵列控制器相连；

所述线阵电荷耦合元件与所述主机及所述至少两个到位传感器中的一个相连；

所述微LED阵列控制器与所述主机相连并在所述主机的驱动下控制所述微LED阵列完成曝光任务，所述微LED阵列控制器还连接有到位传感器；

所述微LED阵列还与曝光镜头相连；

所述电机与所述微LED阵列控制器相连接并在微LED阵列控制器的控制下对曝光镜头进行Z轴方向的上下调节，所述电机安装在曝光镜头的上方。

进一步地，所述主机是个人计算机、服务器或工控机中的一种。

进一步地，所述传送机构是传送带。

进一步地，所述微LED阵列控制器由数据接收单元、ARM处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和数据存储单元组成。

更进一步地，所述数据接收单元是网口或通用串行总线(USB)接口。

更进一步地，所述数据存储单元是双倍速率同步动态随机存储器(DDR)。

进一步地，所述微LED阵列发出的光线波长在365nm至405nm之间。

利用上述的直写曝光系统在曲面手机玻璃上进行图形曝光的方法为逐行连续曝光，曝光过程中传送机构的移动方向垂直于待曝光的曲面手机玻璃的非曲面边；曝光过程中，微LED阵列控制器根据实时位置信号控制电机对所述曝光镜头进行Z轴方向的上下调节，使得焦面始终锁定待曝光平面。所述方法具体包括如下步骤：

(1)版图读取步骤，所述主机读取版图图形；

(2)曝光准备步骤，通过人工或自动上料装置将待曝光的曲面手机玻璃放置在所述传送机构上，并通过吸气装置实现待曝光的曲面手机玻璃和所述传送机构间的固定吸附，然后所述主机通过所述运动控制器控制所述传送机构进行运动，同时所述位移信号分路器开始发送位置信号至所述微LED阵列控制器；

(3)图像采集步骤，当与所述线阵电荷耦合元件相连的所述到位传感器采集到到位信号后，触发所述线阵电荷耦合元件开始采集图像，并将采集图像传送至所述主机，所述主机通过对接收的采集图像进行计算，获取待曝光的曲面手机玻璃的大小及偏转角度；

(4)判断是否执行曝光步骤，计算机判断待曝光的曲面手机玻璃的大小是否适应当前直写曝光系统，若适应，则执行下一步骤；若不适应，则进行报警，并由后序工位将待曝光的曲面手机玻璃从传送机构上剔除；

(5)版图处理步骤，所述主机根据计算得到的待曝光的曲面手机玻璃的大小及偏转角度，然后对所述版图读取步骤中读取的所述版图图形进行缩放和偏转处理，得到待曝光的版图，并将其发送至所述微LED阵列控制器；

(6)逐行图形曝光步骤，当第二个到位传感器采集到到位信号时，与之相连的所述微LED阵列控制器根据实时的位置信号，将待曝光的版图中的当前行数据下发到微LED阵列中，并通过控制所述微LED阵列中LED单元的开或关，实现待曝光的曲面手机玻璃上当前行的图形曝光，然后随着传送机构的运动逐行完成图形曝光，直至全部待曝光的版图均被写至待曝光的手机玻璃上，完成曝光。

本发明具有如下有益效果：

本发明的直写曝光系统在曲面手机玻璃上进行图形曝光的方法为逐行连续曝光，曝光过程中，微LED阵列控制器根据实时位置信号控制电机对曝光镜头进行Z轴方向的上下调节，实现焦面的调整，使得焦面始终锁定待曝光平面，便捷地实现对具有高低变化的曲面手机玻璃的图形曝光。本发明的系统采用了微LED阵列，曝光时无需额外的光源及光源控制单元，系统结构简单，成本降低，产能高，良率高；另一方面，本发明的直写曝光系统可自动实现焦面调整，因此可用于曝光外观尺寸不相同的多种曲面手机玻璃，系统适用性强；此外，通过自动调整焦面和改变光源波长，实现了现有技术无法处理黑色光刻胶的问题。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统的系统结构图；

图2是应用本发明实施例1的一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统进行曲面手机玻璃图案曝光的工作流程图；

图3是应用本发明实施例1的一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统进行曲面手机玻璃图案曝光的工作示意图(立体)；

图4是应用本发明实施例1的一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统进行曲面手机玻璃图案曝光的工作示意图(平面)。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种适用于曲面手机玻璃的直写曝光系统，用于在同时具有平面结构和曲面结构的曲面手机玻璃上进行图形曝光。所述直写曝光系统包括主机、运动系统、线阵电荷耦合元件(线阵CCD)、至少两个到位传感器、微LED阵列控制器、微LED阵列、曝光镜头以及电机；

所述运动系统包括运动控制器、位移信号分路器以及传送机构，所述运动控制器与所述主机相连并对所述传送机构和所述位移信号分路器进行控制，所述位移信号分路器还分别与线阵CCD和所述微LED阵列控制器相连；

所述线阵电荷耦合元件与所述主机及所述至少两个到位传感器中的一个相连；

所述微LED阵列控制器与所述主机相连并在所述主机的驱动下控制所述微LED阵列完成曝光任务，所述微LED阵列控制器还连接有到位传感器；

所述微LED阵列还与曝光镜头相连；

所述电机与所述微LED阵列控制器相连接并在微LED阵列控制器的控制下对曝光镜头进行Z轴方向的上下调节，所述电机安装在曝光镜头的上方。

以下是本发明的具体实施例。

实施例1

附图1是本实施例的一种适应于曲面手机玻璃的直写曝光系统的系统结构图。本实施例的直写曝光系统包括主机、运动系统(由运动控制器、传送机构和位移信号分路器组成)、线阵CCD、三个到位传感器(分别是第一到位传感器、第二到位传感器、第三到位传感器)、微LED阵列控制器、微LED阵列、电机和曝光镜头。

其中，主机是个人计算机、服务器或工控机中的一种。

其中，运动控制器与主机相连并对传送机构和位移信号分路器进行控制。位移信号分路器分别与线阵CCD和微LED阵列控制器。传送机构用于承载待曝光的手机玻璃并带动其运动，一种常用的传送机构是传送带；位移信号分路器是将平台编码器的信号由一路分成多路，分到需要的装置中去。传送机构上还设有吸气装置，用于吸附固定待曝光的手机玻璃。

其中，线阵CCD与主机和第一到位传感器相连。线阵CCD用于图像采集，采集后的图像传输至主机。

其中，微LED阵列控制器与主机相连，在主机的驱动下控制微LED阵列中LED单元的开或关来完成曝光任务。微LED阵列控制器还连接有第二到位传感器。由数据接收单元、 ARM处理器、 现场可编程门阵列(FPGA)和数据存储单元(一般是DDR)组成。其中，数据接收单元可以是网口、 USB口等。微LED阵列控制器的作用有：接收主机发送的版图图像；根据运动系统位置编码器的信号，计算实时位置；根据实时位置，将主机发送的版图图像按行下发至微LED阵列；驱动微LED阵列器中LED单元的开或关，实施曝光；控制电机进行Z轴方向的上下移动。

其中，微LED阵列与曝光镜头相连接，微LED阵列发出的光经曝光镜头投射到待曝光的手机玻璃上。微LED阵列发出的光线波长根据光刻胶性质确定，一般选择365nm-405nm之间。

其中，电机与微LED阵列控制器相连接并在微LED阵列控制器的控制下对曝光镜头进行Z轴方向的上下调节，以确认曝光过程中曝光镜头能够始终锁定焦面。所述电机安装在曝光镜头的上方。

本实施例的直写系统曝光还包括机械手，用于将曝光完毕的曲面手机玻璃从传送机构上抓取并放置于指定位置。机械手与第三到位传感器相连。

实施例2

本实施例给出了一种应用实施例1中的直写曝光系统进行曲面手机玻璃图案曝光的方法。曝光过程中传送机构的移动方向垂直于待曝光的曲面手机玻璃的非曲面边；曝光过程中，微LED阵列控制器根据实时位置信号控制所述电机对所述曝光镜头进行Z轴方向的上下调节，使得焦面始终锁定待曝光平面。该方法的特征是逐行连续曝光，即曝光过程中系统可以根据实时位置自动调整镜头焦面，然后完成当前行的曝光，随着传送机构的移动，连续逐行完成曝光。

如图2所示，上述方法具体包括如下步骤：

在版图读取步骤S1中，主机读取版图图形。

在曝光准备步骤S2中，通过人工或自动上料装置将待曝光的曲面手机玻璃放置在传送机构上，并通过吸气装置实现待曝光的曲面手机玻璃和传送机构间的固定吸附，然后主机通过运动控制器控制传送机构进行运动，同时位移信号分路器开始发送位置信号至微LED阵列控制器；

在图像采集步骤S3中，当与线阵CCD相连的第一到位传感器采集到到位信号后，触发线阵CCD开始采集图像，并将采集图像传送至主机，主机通过对接收的采集图像进行计算，获取待曝光的曲面手机玻璃的大小及偏转角度。手机玻璃长边的尺寸应小于CCD的宽度，即随着传送机构的移动，CCD应能够采集完全待曝光的曲面手机玻璃的图像。

在判断是否执行曝光步骤S4中，计算机判断待曝光的曲面手机玻璃的大小是否适应当前直写曝光系统，若适应，则执行下一步骤；若不适应，则进行报警，并由后序工位将待曝光的曲面手机玻璃从传送机构上剔除。适应的含义是：手机玻璃的长边的尺寸要小于微LED阵列的宽度。

在版图处理步骤S5中，主机根据计算得到的待曝光的曲面手机玻璃的大小及偏转角度，然后对版图读取步骤中读取的版图图形进行缩放和偏转处理，得到待曝光的版图，并将其发送至微LED阵列控制器；

在逐行图形曝光步骤S6中，当第二个到位传感器采集到到位信号时，与之相连的微LED阵列控制器根据由位移信号分路器发送的实时的位置信号，将待曝光的版图中的当前行数据下发到微LED阵列中，并通过控制微LED阵列中LED单元的开或关，实现待曝光的曲面手机玻璃上当前行的图形曝光，然后随着传送机构的运动逐行完成图形曝光，直至全部待曝光的版图均被写至待曝光的手机玻璃上，完成曝光。

附图3和附图4给出了应用本实施例的工作方法的工作示意图。如图，待曝光的曲面手机玻璃放置于传送带上，并通过吸气装置实现固定吸附。

当第一到位传感器接收到到位信号时，触发线阵CCD采集玻璃图像，并传输采集图像至主机。主机根据采集图像计算出待曝光的曲面手机玻璃的大小和偏转角，然后判断待曝光的曲面手机玻璃的大小是否适应当前系统，如果适应，则主机对版图图形进行缩放和偏转处理，得到待曝光的图形。

当第二到位传感器接收到到位信号时，微LED阵列控制器开始进行曝光处理：根据位移信号分路器发送的当前位置信号，将当前行的行数据下发至微LED阵列，通过控制微LED阵列中LED单元的开或关，实现待曝光的曲面手机玻璃上当前行的图形曝光。

随着传送机构的运动，逐行完成图形曝光，直至全部待曝光的版图均被写至待曝光的手机玻璃上，完成曝光。

当第三到位传感器接收到到位信号时，机械手执行抓取动作，将曝光完毕的曲面手机玻璃抓取后放置在指定位置。

在曝光过程中，微LED阵列控制器根据实时位置信号控制电机对曝光镜头进行Z轴方向的上下调节，实现根据玻璃的曲面变化对曝光镜头位置灵活调节，确保曝光镜头始终聚焦于待曝光面。

当全部待曝光的曲面手机玻璃曝光完毕且传送带清空后，停止运动系统和主机，曝光过程完成。

以上应用具体实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。同时，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。