一种适用于曲面手机玻璃的激光直写系统及方法与流程

本发明涉及激光直写技术领域，具体涉及一种适用于曲面手机玻璃的激光直写系统及方法。

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激光直写系统及方法。

本发明的技术方案如下：

一种适用于曲面手机玻璃的激光直写系统，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。所述激光直写系统包括主机、运动系统、线阵电荷耦合元件、至少三个到位传感器、至少两个数据处理模块及相应数量的空间光调制器和曝光镜头、至少两个聚焦模块、光源控制模块以及光源；所述数据处理模块和所述聚焦模块的数量相同；

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、所述数据处理模块和所述聚焦模块相连；

所述线阵电荷耦合元件与所述主机及所述至少三个到位传感器中的一个相连；

任一所述数据处理模块均与所述主机相连，在所述主机的控制下驱动所述空间光调制器完成曝光任务，所述空间光调制器与曝光镜头相连，任一所述数据处理模块还相应连接有所述到位传感器；

所述光源控制模块与主机相连，控制所述光源的开关状态以及光强。

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，所述数据处理模块包括随机存储器、现场可编程门阵列和数字光处理芯片组。

进一步地，所述空间光调制器为数字微镜器件。

进一步地，所述聚焦模块由高速电机、位移传感器和聚焦控制器组成。

进一步地，所述光源是激光器或发光二极管(LED)。

进一步地，所述激光直写系统还包括机械手；所述机械手连接有到位传感器。

利用上述的激光直写系统在曲面手机玻璃上进行图形曝光的方法是由所述主机对于所述曲面手机玻璃的曲面结构和平面结构分别聚焦，然后依次对所述曲面结构和平面结构进行曝光，实现对于所述曲面手机玻璃的图形曝光。

上述述方法具体包括如下步骤：

预设焦面及版图读取步骤，所述主机根据预设参数设置需要所述聚焦模块锁定的待曝光的曲面手机玻璃的平面部分和曲面部分的焦面，所述主机读取版图图形；

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；

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；

图像处理步骤，所述主机计算出所述采集图像的偏转角，然后对所述预设焦面及版图读取步骤中读取的所述版图图形进行偏转处理，得到待曝光的版图；

光源打开步骤，所述光源控制模块接受主机下发的指令，打开光源；

平面部分曝光步骤，当第二个到位传感器采集到到位信号时，与之相连的数据处理模块控制相应的空间光调制器在待曝光的曲面手机玻璃的平面部分的焦面上曝光所述待曝光的版图中平面部分的图形；

曲面部分曝光步骤，当第三个到位传感器采集到到位信号时，与之相连的数据处理模块控制相应的空间光调制器在待曝光的曲面手机玻璃的曲面部分的焦面上曝光所述待曝光的版图中曲面部分的图形。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过对曲面手机玻璃的曲面部分和平面部分分别聚焦曝光的方式，实现对具有高低变化的曲面手机玻璃的图形曝光，曝光方式简单便捷，生产率高，成本低，良率高；此外，通过设定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的一种适应于曲面手机玻璃的激光直写系统的系统结构图；

图2是应用本发明实施例1的一种适应于曲面手机玻璃的激光直写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的一种适应于曲面手机玻璃的激光直写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的一种适应于曲面手机玻璃的激光直写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激光直写系统，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。所述激光直写系统包括主机、运动系统、线阵电荷耦合元件(线阵CCD)、至少三个到位传感器、至少两个数据处理模块及相应数量的空间光调制器和曝光镜头、至少两个聚焦模块、光源控制模块以及光源；所述数据处理模块和所述聚焦模块的数量相同；

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、所述据处理模块和所述聚焦模块相连；

所述线阵线阵电荷耦合元件与所述主机及所述至少三个到位传感器中的一个相连；

任一所述数据处理模块均与所述主机相连，在所述主机的控制下驱动所述空间光调制器完成曝光任务，所述空间光调制器与曝光镜头相连，任一所述数据处理模块还相应连接有所述到位传感器；

所述光源控制模块与主机相连，控制所述光源的开关状态以及光强。

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激光直写系统的系统结构图。本实施例的激光直写系统包括主机、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、四个到位传感器(分别是第一到位传感器、第二到位传感器、第三到位传感器、第四到位传感器)、两个数据处理模块(第一数据处理模块、第二数据处理模块)及相应的空间光调制器(第一空间光调制器、第二空间光调制器)和曝光镜头(第一曝光镜头、第二曝光镜头)、两个聚焦模块(第一聚焦模块、第二聚焦模块)、光源控制模块以及光源组成。

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、第一数据处理模块、第二数据处理模块、第一聚焦模块和第二聚焦模块相连。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。

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

其中，第一数据处理模块和第二数据处理模块均与主机相连，在主机的控制下驱动相应的空间光调制器完成曝光任务。第一数据处理模块还连接有第二到位传感器，第二数据处理模块还连接有第三到位传感器。每个空间光调制器还相应连接有曝光镜头。数据处理模块通常包括随机存储器(RAM)、现场可编程门阵列(FPGA)和数字光处理(DLP)芯片组。最常用的空间光调制器则是数字微镜器件(DMD)。

其中，光源控制模块与主机相连，控制所述光源的开关状态以及光强。光源通常是激光器或LED。光源发出的光线波长根据光刻胶性质确定，一般选择365nm-405nm之间。最常用的是375nm、405nm、385nm。

其中，第一聚焦模块和第二聚焦模块均与主机相连，用于确认曝光过程中始终锁定焦面。每个聚焦模块均由高速电机、位移传感器和聚焦控制器组成。位移传感器用于检测曝光镜头的下平面是否远离焦面。位移传感器与聚焦控制器中的Z轴控制器相连。高速电机可以是压电陶瓷或音速马达。

本实施例的激光直写系统还包括机械手，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。机械手与第四到位传感器相连。

实施例2

本实施例给出了一种应用实施例1中的激光直写系统进行曲面手机玻璃图案曝光的方法。该方法由所述主机对于曲面手机玻璃的曲面结构和平面结构分别锁定焦面，然后依次对曲面结构和平面结构进行曝光，实现对于曲面手机玻璃的图形曝光。

如附图2所示，上述方法具体包括如下步骤：

预设焦面及版图读取步骤，主机根据预设参数设置需要聚焦模块锁定的待曝光的曲面手机玻璃的平面部分和曲面部分的焦面，同时主机读取版图图形；

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，然后主机通过运动控制器控制传送机构进行运动；

图像采集步骤，当与线阵CCD相连的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。图像采集的目的是用于判断玻璃的方向，包括大小和转角，以使得曝光图案准确的落在玻璃上。

图像处理步骤，主机计算出采集图像的偏转角，然后对读取的版图图形进行偏转处理，得到待曝光的版图；

光源打开步骤，光源控制模块接受主机下发的指令，打开光源；

平面部分曝光步骤，当第二个到位传感器采集到到位信号时，与之相连的数据处理模块控制相应的空间光调制器在待曝光的曲面手机玻璃的平面部分的焦面上曝光待曝光的版图中平面部分的图形；

曲面部分曝光步骤，当第三个到位传感器采集到到位信号时，与之相连的数据处理模块控制相应的空间光调制器在待曝光的曲面手机玻璃的曲面部分的焦面上曝光所述待曝光的版图中曲面部分的图形。

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图像的偏转角，然后对版图图形进行偏转处理，得到待曝光的图形。

当第二到位传感器接收到到位信号时，第一数据处理模块控制第一空间光调制器在待曝光曲面手机玻璃的平面部分的焦面上(记为F1)曝光相应部分的版图图形。

当第三到位传感器接收到到位信号时，第二数据处理模块控制第二空间光调制器在待曝光曲面手机玻璃的曲面部分的焦面上(记为F2)曝光相应部分的版图图形。

当第四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，第一聚焦模块始终锁定焦面F1，第二聚焦模块始终锁定焦面F2。

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，至此，通过分别聚焦曝光的方式实现了对曲面手机玻璃的激光直写图形曝光。

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。