一种新型高精度三维激光曝光固化设备的制作方法

[技术领域]

本发明涉及激光加工设备技术领域，尤其涉及一种结构设计合理，扫描范围广，且可以得到更小、更均匀的聚焦光斑的新型高精度三维激光曝光固化设备。

[

背景技术：
]

近些年，随着电子技术的快速发展，印制电路板相关技术得到了快速的发展和进步，也使其广泛应用于各个领域，几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板。

在pcb电路板的制作过程中，曝光处理是整个生产加工过程中的关键环节，然而，目前对于线路板的曝光一般是针对平面状态下的固化处理，在紫外灯照射下进行菲林与干膜的光学聚合反应，光引发剂吸收光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的体型大分子结构，由于无法较好的针对曲面进行固化加工，所以这样的加工方式已经无法满足目前高精度、高复杂度的曝光处理要求。

基于上述问题，本领域的技术人员研发出了采用激光曝光，对感光胶、感光油墨进行固化的加工方式，由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性，所以可以达到较高的加工精度要求，且制作周期短，越来越受到欢迎。

在激光曝光固化过程中，针对非平面结构，需要快速灵活的调节聚焦光斑高度和大小，形成曲面造型的加工面，才能顺利的完成加工，然而，目前针对这种情况，一般的解决方式是利用不同的激光加工头，分别调节各加工头的高度大小，从而产生曲面的聚焦面，这样的设计不仅大幅度提高了设备的成本，而且维护费用高，操控复杂，不利于设备的广泛推广。

基于上述问题，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，从激光固化的加工原理和处理流程出发进行改进和改善，进行针对性的研发，并取得了较好的成绩。

[

技术实现要素：
]

为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种结构设计合理，扫描范围广，且可以得到更小、更均匀的聚焦光斑的新型高精度三维激光曝光固化设备。

本发明解决技术问题的方案是提供一种新型高精度三维激光曝光固化设备，包括机架以及设置于机架内部的控制器、三维旋转夹具系统以及三维动态聚焦系统；所述三维动态聚焦系统包括与控制器电性连接的激光器、扩束镜、三维动态聚焦振镜、扫描振镜以及场镜；由激光器发射的光束首先射向扩束镜，再由扩束镜进入三维动态聚焦振镜，最后到达扫描振镜区域，并在待加工物件上形成三维聚焦面；还包括用于调节扩束镜与三维动态聚焦振镜之间沿光轴方向距离大小的传动装置，所述三维动态聚焦振镜设置于该传动装置上；所述三维旋转夹具系统包括第一旋转架、驱动第一旋转架旋转的第一驱动电机以及固定于该第一旋转架一端的第二驱动电机；待加工的物件设置于第一旋转架中，且随第一旋转架旋转；所述三维动态聚焦系统设置于三维旋转夹具系统上部。

优选地，所述三维旋转夹具系统还包括设置于机架内部、用于放置第一旋转架的基座；该所述第一旋转架两端分别设置左连接块以及右连接块；第二驱动电机固定设置于右连接块上，且在所述左连接块和右连接块中间部位都设置有旋转定位件；待加工的物件由两旋转定位件固定，且第二驱动电机的驱动轴与右连接块的旋转定位件相连，驱动旋转定位件以及待加工物件轴向自转。

优选地，所述三维动态聚焦系统包括用于放置激光器的激光器仓以及用于安置扩束镜和三维动态聚焦振镜的聚焦镜仓；扫描振镜设置于聚焦镜仓外侧；在所述扩束镜与三维动态聚焦振镜之间还设置有用于改变光线传播方向的反光镜组合；来自扩束镜的激光光束通过反光镜的反射，然后照射到三维动态聚焦振镜中。

优选地，所述三维动态聚焦系统还包括设置于激光器仓和聚焦镜仓下部、起到支撑作用的支撑架；该支撑架设置于机架内部设置的加工平台上；支撑架与激光器仓和聚焦镜仓固定连接；

所述机架包括位于加工平台上部的上壳体以及位于加工平台下部的下壳体；所述三维旋转夹具系统和三维动态聚焦系统设置于上壳体内部；控制器设置于下壳体内部；且在所述下壳体外侧还设置有检修门。

优选地，所述三维旋转夹具系统外侧还设置有与控制器电性连接、用于避免在设备运行过程中造成人员伤害的安全挡板；在所述安全挡板上设置有安全光栅，设备运行过程中，人手或其他部位伸入安全光栅的感测范围后，控制器控制设备暂停运行。

优选地，所述一种新型高精度三维激光曝光固化设备还包括设置于所述上壳体外部的显示器、控制按钮以及位于加工平台上的键盘；所述上壳体在三维旋转夹具系统部位开设有加工孔；且该加工孔位于安全挡板与显示器及控制按钮之间；在所述上壳体上部还设置有与控制器电性连接的报警指示灯。

优选地，所述上壳体上、靠近机架内部的三维动态聚焦系统部位设置有保护罩；该所述保护罩位于加工孔上部。

优选地，所述聚焦镜仓内部的反光镜的数量为两个；且在聚焦镜仓内部还设置有用于放置三维动态聚焦振镜的聚焦振镜仓；在该聚焦振镜仓朝向反光镜一侧开设有通光孔；所述扩束镜和三维动态聚焦振镜平行设置。

优选地，所述扫描振镜位于三维动态聚焦振镜后侧；且该扫描振镜固定于聚焦镜仓上；场镜固定于扫描振镜下部；该所述场镜与三维旋转夹具系统中的第一旋转架位置对应。

优选地，所述激光器为紫外激光器。

与现有技术相比，本发明一种新型高精度三维激光曝光固化设备通过在机架内部同时设置三维旋转夹具系统以及三维动态聚焦系统，三维动态聚焦系统中的激光器发射的光束首先射向扩束镜，再由扩束镜进入三维动态聚焦振镜，最后到达扫描振镜区域，并在待加工物件上形成三维聚焦面，实际加工过程中，扩束镜与三维动态聚焦振镜之间的距离不断调整，从而可以在二维或三维空间内改变聚焦光点的位置,达到"三维扫描"的效果，非常适合针对不同高度曲面的曝光固化加工处理，本设计可实现160毫米x160毫米的扫描范围,相对于前聚焦式系统可以得到更小的聚焦光斑,且可以显著的提高聚焦光斑的均匀性，使用效果好。

[附图说明]

图1是本发明一种新型高精度三维激光曝光固化设备的立体状态结构示意图。

图2是本发明一种新型高精度三维激光曝光固化设备的内部状态结构示意图。

图3是图2中a处的放大示意图。

图4是本发明一种新型高精度三维激光曝光固化设备中三维动态聚焦系统的立体状态结构示意图。

图5本发明一种新型高精度三维激光曝光固化设备中三维动态聚焦系统的平面状态结构示意图。

图6是图4中b处的放大示意图。

[具体实施方式]

为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。

请参阅图1至图6，本发明一种新型高精度三维激光曝光固化设备1包括机架11以及设置于机架11内部的控制器、三维旋转夹具系统13以及三维动态聚焦系统15；所述三维动态聚焦系统15包括与控制器电性连接的激光器153、扩束镜154、三维动态聚焦振镜156、扫描振镜157以及场镜158；由激光器153发射的光束首先射向扩束镜154，再由扩束镜154进入三维动态聚焦振镜156，最后到达扫描振镜157区域，并在待加工物件2上形成三维聚焦面；还包括用于调节扩束镜154与三维动态聚焦振镜156之间沿光轴方向距离大小的传动装置1541，所述三维动态聚焦振镜156设置于该传动装置1561上；所述三维旋转夹具系统13包括第一旋转架131、驱动第一旋转架131旋转的第一驱动电机以及固定于该第一旋转架131一端的第二驱动电机133；待加工的物件2设置于第一旋转架131中，且随第一旋转架131旋转；所述三维动态聚焦系统15设置于三维旋转夹具系统13上部。

通过在机架11内部同时设置三维旋转夹具系统13以及三维动态聚焦系统15，三维动态聚焦系统15中的激光器153发射的光束首先射向扩束镜154，再由扩束镜154进入三维动态聚焦振镜156，最后到达扫描振镜157区域，并在待加工物件2上形成三维聚焦面，实际加工过程中，扩束镜154与三维动态聚焦振镜156之间的距离不断调整，从而可以在二维或三维空间内改变聚焦光点的位置,达到"三维扫描"的效果，非常适合针对不同高度曲面的曝光固化加工处理，本设计可实现160毫米x160毫米的扫描范围,相对于前聚焦式系统可以得到更小的聚焦光斑,且可以显著的提高聚焦光斑的均匀性，使用效果好，达到高精度曝光固化。

优选地，所述三维旋转夹具系统13还包括设置于机架11内部、用于放置第一旋转架131的基座135；该所述第一旋转架131两端分别设置左连接块1311以及右连接块1313；第二驱动电机133固定设置于右连接块1313上，且在所述左连接块1311和右连接块1313中间部位都设置有旋转定位件；待加工的物件2由两旋转定位件固定，且第二驱动电机133的驱动轴与右连接块1313的旋转定位件相连，驱动旋转定位件以及待加工物件2轴向自转。三维旋转夹具系统13的结构设计可以使得实际加工过程中，可以灵活的对待加工物件2的各不同角落进行加工处理，避免产生加工死角，提高加工效率，该结构设计简答，稳定性好，使用可靠度高。

优选地，所述三维动态聚焦系统15包括用于放置激光器153的激光器仓152以及用于安置扩束镜154和三维动态聚焦振镜156的聚焦镜仓151；扫描振镜157设置于聚焦镜仓151外侧；在所述扩束镜154与三维动态聚焦振镜156之间还设置有用于改变光线传播方向的反光镜155组合；来自扩束镜154的激光光束通过反光镜155的反射，然后照射到三维动态聚焦振镜156中。

优选地，所述三维动态聚焦系统15还包括设置于激光器仓152和聚焦镜仓151下部、起到支撑作用的支撑架158；该支撑架158设置于机架11内部设置的加工平台117上；支撑架158与激光器仓152和聚焦镜仓151固定连接；

所述机架11包括位于加工平台117上部的上壳体以及位于加工平台117下部的下壳体；所述三维旋转夹具系统13和三维动态聚焦系统15设置于上壳体内部；控制器设置于下壳体内部；且在所述下壳体外侧还设置有检修门。结构设计合理，可靠度高。

优选地，所述三维旋转夹具系统13外侧还设置有与控制器电性连接、用于避免在设备运行过程中造成人员伤害的安全挡板113；在所述安全挡板113上设置有安全光栅1131，设备运行过程中，人手或其他部位伸入安全光栅1131的感测范围后，控制器控制设备暂停运行。安全挡板113的设置可以有效的提高设备整体的安全性能。

优选地，所述一种新型高精度三维激光曝光固化设备1还包括设置于所述上壳体外部的显示器114、控制按钮115以及位于加工平台上的键盘116；所述上壳体在三维旋转夹具系统13部位开设有加工孔；且该加工孔位于安全挡板113与显示器114及控制按钮115之间；在所述上壳体上部还设置有与控制器电性连接的报警指示灯111。

优选地，所述上壳体上、靠近机架11内部的三维动态聚焦系统15部位设置有保护罩112；该所述保护罩112位于加工孔上部。

优选地，所述聚焦镜仓151内部的反光镜155的数量为两个；且在聚焦镜仓151内部还设置有用于放置三维动态聚焦振镜156的聚焦振镜仓；在该聚焦振镜仓朝向反光镜155一侧开设有通光孔；所述扩束镜154和三维动态聚焦振镜156平行设置。

优选地，所述扫描振镜157位于三维动态聚焦振镜156后侧；且该扫描振镜157固定于聚焦镜仓151上；场镜158固定于扫描振镜157下部；该所述场镜158与三维旋转夹具系统13中的第一旋转架131位置对应。

优选地，所述激光器153为紫外激光器153。众所周知，激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性，所以本设计采用激光进行曝光固化加工，具有比紫外灯更加显著的加工处理效果。

在三维动态扫描系统中,扫描振镜157被放置于三维动态聚焦振镜156后方，激光束先进入扩束镜154,再进入三维动态聚焦振镜156,然后经过扫描振镜157的反射,最后才到达焦平面，利用传动装置1561沿光轴方向移动三维动态聚焦振镜156,改变扩束镜154与三维动态聚焦振镜156之间的距离,从而可以在二维或三维空间内改变聚焦光点的位置,达到"三维扫描"，这个系统的聚焦面是一个曲面,平场可以通过配合扫描振镜1574的转动微调扩束镜154与三维动态聚焦振镜156之间的距离来实现。

与现有技术相比，本发明一种新型高精度三维激光曝光固化设备1通过在机架11内部同时设置三维旋转夹具系统13以及三维动态聚焦系统15，三维动态聚焦系统15中的激光器153发射的光束首先射向扩束镜154，再由扩束镜154进入三维动态聚焦振镜156，最后到达扫描振镜157区域，并在待加工物件2上形成三维聚焦面，实际加工过程中，扩束镜154与三维动态聚焦振镜156之间的距离不断调整，从而可以在二维或三维空间内改变聚焦光点的位置,达到"三维扫描"的效果，非常适合针对不同高度曲面的曝光固化加工处理，本设计可实现160毫米x160毫米的扫描范围,相对于前聚焦式系统可以得到更小的聚焦光斑,且可以显著的提高聚焦光斑的均匀性，使用效果好，达到高精度曝光固化。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。