一种超精密模具异物残留清洗装置和使用方法与流程

1.本发明涉及显示器生产领域，更具体地说，它涉及一种超精密模具异物残留清洗装置和使用方法。


背景技术：

2.随着tft-lcd液晶显示技术的普及，其背光模组及其相关光学膜片的需求量也越来越大。光学膜片中会有一款增光膜，用于提升液晶显示器背光模组的亮度。增光膜表面有um级的超精细结构，这种结构是增光膜起到增光效果的关键所在。
3.中国专利公告号cn111694079a，名称为一种复合增光膜背涂面结构及制作方法，该申请案公开了一种复合增光膜背涂面结构及制作方法，该复合增光膜背涂面结构包括基材，基材具有一对相反的表面，分别为进光面和背涂面，背涂面为粗糙的棱镜表面，粗糙的棱镜表面是由改进成型辊加工而成；改进成型辊包括基辊和电镀在其外侧的镍磷层，基辊在电镀前对其表面进行车平处理，电镀后在镍磷层上用金刚石刀具对其进行螺纹切削雕刻处理，金刚石刀具的下刀深度为2-5um，下刀频率为15000-20000hz，镍磷层经过螺纹切削雕刻处理后表面形成有微凹结构。
4.这种雕刻对设备和工艺要求极高，设备都是进口的，加工成本很高，单只微结构模具辊筒价格很高。模具辊筒在生产产品的时候，很容易新增固态异物缺陷，形成周期性的不良，无法达到客户要求，只能更换新的模具。
5.若能清除异物缺陷，就可以提升模具的使用寿命，降低使用成本。
6.由于模具表面为uv级别的结构，不能触碰，一般触碰就会损伤表面结构，造成模具失效。现有的模具清洗方式包括手工清洗，超声波清洗，药液经跑清洗，高压水冲洗。这些清洗方式都需要接触模具表面，存在模具失效的可能。其中，模具浸泡后用超声波清洗，浸泡液会和铜层发生反应而使结构形成二次损坏；而采用溶剂浸泡清洗则具有成本高的缺陷，需要添置大型的足以容纳模具的清洗设备,因清洗液存在的污染风险，还需要增设废水处理装置。
7.中国专利公告号cn105537890b，名称为一种led光学透镜的模具加工工艺，该申请案公开了一种led光学透镜的模具加工工艺，包括对模具粗加工、电镀镍以及模具的精加工，模具粗加工包括对模具钢材进行调质锻造、车铣成型以及表层初处理；模具精加工则采用钻石车床进行超高精密加工，使光学透镜模具表面平整。在精加工时，模具胚体需要浸入ph值为10～12的碱性清洗液中，浸泡10-15min,并进行电解处理,电解电流为2a/dm 2，除去模具胚体表面油污。采用这样的清洗会产生相当数量的污水，环保性欠佳。
8.同时，现有的清洗方式均需要将模具移出产线，影响产生节拍。
9.综上，本技术旨在实现一种超精密模具异物残留清洗装置和使用方法，保障模具完好，降低清洗成本。


技术实现要素：

10.本发明克服了现有的对增光膜模具清洗方式或导致模具失效或存在高成本的不足，提供了一种超精密模具异物残留清洗装置和方法，它能保障模具的完好，也可以降低成本。
11.本发明还存在第二发明目的，针对现有的清洗方式均需要将模具从产线上卸下进行清洗的现状，本技术可以实现在线清洗，不需要停机拆卸模具，减少在拆卸过程中产生的磕碰风险，也加快了产线恢复正常生产的速度。
12.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种超精密模具异物残留清洗装置，模具具有转动轴并绕转动轴转动，包括与模具偏置的激光发射器和探测元件，根据探测元件的探测结果激光发射器运动以对准异物残留，激光发射器具有预设配置使激光发射器产生的激光在不损伤模具的前提下剥离异物残留。
13.激光清洗具有非接触式的特性，可以完全避免模具表面的微结构受到损伤。激光器发射的光束被需要处理表面上的异物(聚丙烯酸)所吸收，大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子(高度电离的不稳定气体)，产生冲击波。冲击波使异物变成碎片并被剔除。异物与模具表面的附着力减少后，在模具转动产生的离心力的作用下，异物从模具上脱落，实现清洗效果。通过配置激光使得激光与异物的阈值接近，模具可以为铜，镍，铬合金或金属，激光的阈值远低于模具的阈值，激光无法损伤模具。激光发射器根据异物的位置运动，以点对点的方式精确的消除异物残留。该清洗方式在激光清洗之外还依赖模具本身的转动，模具本身是可以不脱离产线的，依赖产线对模具的转动产生离心力，节省了检测设置相应的驱动和控制部分的结构。在降本之外，设置在线清洗可以节省装卸时间，加快了产线恢复正常生产的速度。通过设置探测元件，可以在异物产生的第一时间即进行清洗，这样的灵活性是拆卸清洗无法比拟的，配合对存在污染的产品段作报废回收处理，可以保证产品不受到模具上的异物的影响，提高产品的良率。
14.作为优选，包括有架设在模具上方向的导轨和直线电机，导轨沿转动轴方向设置，激光发射器滑动连接在导轨上，直线电机传动连接激光发射器。激光发射器本身的方向不变，通过导轨和直线电机在模具的轴向方向移动，配合模具本身绕转动轴转动，照射范围覆盖模具的整个侧面(具有超精度结构的工作面)。
15.作为优选，激光发射器的激光发射头与模具表面垂直，可以最大效率的利用激光，避免产生反射，造成能量的无谓损耗。
16.作为优选，激光发射器的功率在20-200w之间，激光发射器产生的激光为红外光，激光的波长在1064nm
±
50nm，脉冲宽度为10ns-30ns，脉冲频率在600-800khz，单脉冲能量为10-250mj，激光扫描速度小于等于6000mm/s，激光光斑尺寸为15～50μm，在该配置下，激光总能量持续低于0.3j/cm2，能有效清除异物，具有该性能的激光发射器造价低，脉冲宽度短、频率高，可以防止成分为丙烯酸脂的异物过多融化进一步的附着在模具上。
17.作为优选，异物残留包括丙烯酸脂，也可以包括其他长度的酸脂。丙烯酸脂固化后是一种稳定且难被其他溶剂溶解的固体，大小在5um～150um之间，可以溶解它的溶剂也会腐蚀表面铜材质，所以用激光清洗。
18.作为优选，所述激光发射器具有定位状态和清洗状态，激光发射器在定位状态时
移动速度为10-100cm/min，激光发射器在清洗状态时移动速度为1-5cm/min，定位状态下的激光发射器的移动速度适应模具的长度，可以快速抵达相应位置；在清洗状态下，激光发射器围绕异物残留进行往复移动，避免局部温度过高烧伤模具，也用作扩大清洗范围，防止定位有偏差，之所以设置此速度范围，是因为当速度过高，影响异物的剥离效率，当速度过低则影响清洁效率。
19.作为优选，探测元件通过检测产品得到探测结果，探测元件包括若干ccd检测探头，ccd检测探头沿模具的轴向方向等间距布置，模具布置在产线上，产线向上具有光照，ccd检测探头接受到透过产品的光线得到对应的图像，根据内部存储的数据库得到产品具有异物的位置，并根据对应的位置反推模具上的异物存在于模具轴向方向的位置，若干ccd检测探头覆盖产品，保证检测的全面性。
20.一种超精密模具异物残留清洗装置的使用方法，包括如前文所述的超精密模具异物残留清洗装置，它是按照以下步骤进行的：s1.模具转动速度为3m/min，探测元件拍摄通过模具的产品，根据预设条件判断是否需要进行清洗以及模具待清洗的位置；s2.若不需要清洗，激光发射器处于待机状态；s3.若需要清洗，激光发射器处于定位状态下并移动至对应模具待清洗位置的目标位置；s4.激光发射器切换至清洗状态，在目标位置预设范围内往复移动并按照预设配置产生激光照射在模具上，预设配置为功率为150w，波长1064nm，脉冲宽度为25ns，脉冲频率在720khz，单脉冲能量为20mj，激光扫描速度5200mm/s，激光光斑尺寸为45μm；s5.激光发射器按预设参数运行若干时间；s6.激光发射器再次处于待机状态。
21.该清洗方式具有非接触式和在线清洗两种优势，可以完全避免模具表面的微结构受到损伤，可以随检随清，可以实现对异物残留零容忍。预设配置配合模具3m/min的转速，可以在不伤害模具的前提下，使得丙烯酸脂变成碎片并被剔除。3m/min的模具转动速度适宜ccd检测探头发现缺陷，也匹配激光的照射，保证能量能达到清洗目的。激光发射器维持激光若干时间直到模具处于完全清洁状态，此时激光发射器再次等待来自探测元件的探测结果作为优选，所述预设参数为探测元件不再检测到存在异物残留的产品或维持5-10min。
22.作为优选，预设范围为正负1cm，激光发射器围绕异物残留进行往复移动，避免局部温度过高烧伤模具，也用作扩大清洗范围，防止定位有偏差。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)激光照射的方式为非接触式，杜绝了伤害模具的可能，延长了模具的寿命；(2)在线清洁和随检随清的方式节省了装卸时间，加快了生产节拍，在异物产生的第一时间即进行清洗，可以保证产品不受到模具上的异物的影响，提高产品的良率。
附图说明
24.图1是本发明的异物残留在增光膜中的存在形式示意图；
图2是本发明的存在异物残留的产品在探测元件下的示意频率图；图3是本发明的实施例1的结构示意图；图4是本发明的实施例2的示意图；图5是本发明的另一示意图；图6是本发明的流程图；图中：增光膜1、异物残留2、模具3、激光发射器4、导轨5、探测元件6、光源7、挡板8。
具体实施方式
25.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
26.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
29.本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
30.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
31.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
34.本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于
本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
35.一种超精密模具异物残留清洗装置，模具3具有转动轴并绕转动轴转动，包括与模具3偏置的激光发射器4和探测元件6，根据探测元件6的探测结果激光发射器4运动以对准异物残留2，激光发射器4具有预设配置使激光发射器4产生的激光在不损伤模具3的前提下剥离异物残留2。
36.在一些实施例中，模具3清洗时处于产线原安装位置中，在其生产过程中进行清洗；在另一些可能的实施例中，模具3清洗时从原产线中拆卸至一清洗装置上，清洗装置具有驱动模具3转动的驱动结构。
37.在一些实施例中，激光发射器4不能转动，激光发射器4安装在一偏置位置，沿着模具3的轴向方向运动。其中，为了减少无谓的能量消耗，使得产生的激光沿模具3的径向方向设置；激光发射器4运动对准异物残留2，在另一些可能的实施例中，激光发射器4转动连接于一偏置位置，通过驱动器的驱动激光发射器4转动，覆盖整个模具3。
38.在一些模具3在线清洗的实施例中，探测元件6通过探测产品的缺陷位置推测异物残留2在模具3上的位置；在另一些可能的实施例中，探测元件6直接探测模具3。
39.异物残留2的成分为丙烯酸脂。丙烯酸脂是一种不溶于酸也不溶于碱的稳定固体。固化后是一种稳定且难被其他溶剂溶解的固体，大小在5um～150um之间，可以溶解它的溶剂也会腐蚀表面铜材质，所以用激光清洗。激光的预设配置使得丙烯酸脂变成碎片而不是直接融化。
40.激光发射器4在发射光线时，激光发射器4会围绕异物残留2位置在一定范围内左右移动。激光发射器4定位到异物残留2的位置与到位后发射激光左右移动的速度是不同的，分别为定位状态和清洗状态，定位状态的速度更快，有利于快速找到异物残留2，左右移动的速度较慢，使得异物残留2可以获取到足够的能量从而破裂。
41.值得注意的是，激光发生器产生的激发出并照射在模具3的侧壁上形成一聚焦点，随着模具3的转动，激光照射在对应焦距点绕转动轴围成的圈，只要异物残留2位于该圈中就可以进行清除，而不需要非常精确的直接照射在异物残留2上，这样的设置方式有利于检测、控制的简化，起到降本作用。其中，激光发射器4的功率在20-200w之间，激光发射器4产生的激光为红外光，激光的波长在1064nm
±
50nm，脉冲宽度为10ns-30ns，脉冲频率在600-800khz，单脉冲能量为10-250mj，激光扫描速度小于等于6000mm/s，激光光斑尺寸为15～50μm。
42.激光清洗具有非接触式的特性，可以完全避免模具3表面的微结构受到损伤。激光器发射的光束被需要处理表面上的异物(聚丙烯酸)所吸收，大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子(高度电离的不稳定气体)，产生冲击波。冲击波使异物变成碎片并被剔除。异物与模具3表面的附着力减少后，在模具3转动产生的离心力的作用下，异物从模具3上脱落，实现清洗效果。通过配置激光使得激光与异物的阈值接近，模具3可以为铜，镍，铬合金或金属，激光的阈值远低于模具3的阈值，激光无法损伤模具3。激光发射器4根据异物的位置运动，以点对点的方式精确的消除异物残留2。该清洗方式在激光清洗之外还依赖模具3本身的转动，模具3本身是可以不脱离产线的，依赖产线对模具3的转动产生离心力，节省了检测设置相应的驱动和控制部分的结构。在降本之外，设置在线清洗可以节省装卸时间，加快了产线
恢复正常生产的速度。通过设置探测元件6，可以在异物产生的第一时间即进行清洗，这样的灵活性是拆卸清洗无法比拟的，配合对存在污染的产品段作报废回收处理，可以保证产品不受到模具3上的异物的影响，提高产品的良率。
43.实施例1：一种超精密模具异物残留清洗装置，用于对生产增光膜1的产线上的模具3进行清洁。如图5所示，模具3呈圆柱状，模具3的侧壁具有um级别的微结构表面，模具3通过转印的方式在产品表面成型，模具3维持3m/min的转速。异物残留2为丙烯酸脂，丙烯酸脂固化后是一种稳定且难被其他溶剂溶解的固体，大小在5um～150um之间。
44.如图1至3所示，装置包括产线上位于模具3下游的探测元件6。探测元件6包括3个ccd检测探头，ccd检测探头沿着模具3的长度方向等间距设置，ccd检测探头的检查区域为50～60cm宽度，ccd检测探头位于产品上方30cm。3个ccd检测探头的检测范围覆盖整个产品宽度。产品的下方设置光源7(照度＞3000lum)，光源7产生光线，从从下向上照射，透过产品的光线被ccd检测探头获取。之所以不直接检测模具3，是因为模具3表面无法透光，无法适应ccd检测探头，模具3表面光滑反光，也不易通过光线的形式来发现缺陷。由于产品是经过模具3转印的，因此模具3的长度大于或等于产品，并且产品本身是不可以左右移动的，根据产品在宽度方向的位置可以推断出模具3在产品的宽度方向(自身的轴向方向)的位置。
45.如图5所示，装置包括有架设在模具3上方向的导轨5、直线电机和用于清洁的激光发射器4。导轨5沿转动轴方向设置在模具3的上方，激光发射器4的激光发射头与模具3表面垂直，可以最大效率的利用激光，避免产生反射，造成能量的无谓损耗。激光发射器4滑动连接在导轨5上，直线电机传动连接激光发射器4。激光发射器4本身的方向不变，通过导轨5和直线电机在模具3的轴向方向移动，配合模具3本身绕转动轴转动，照射范围覆盖模具3的整个侧面(具有超精度结构的工作面)。具体的，直线电机重复定位精度为重复定位精度就是0.01/50，移动50mm，偏差只有0.01mm；配合光栅尺，定位精度偏差＜0.01mm。其中，ccd检测探头在成品上发现连续周期点，大小＞0.1mm，周期在940～960mm之间，则判定存在缺陷，ccd检测探头的控制器电连接的控制器定位缺陷的位置，同时报警提醒人工处理，待人确认后开始清洁。
46.一种超精密模具异物残留清洗装置的使用方法，如图5所示，它是按照以下步骤进行的：s1.模具3转动速度为3m/min，探测元件6拍摄通过模具3的产品，根据预设条件判断是否需要进行清洗以及模具3待清洗的位置；s2.若不需要清洗，激光发射器4处于待机状态；s3.若需要清洗，激光发射器4处于定位状态下并移动至对应模具3待清洗位置的目标位置，激光发射器4在定位状态下的速度为10-100cm/min；s4.激光发射器4切换至清洗状态，在目标位置正负1cm内往复移动并按照预设配置产生激光照射在模具3上，预设配置为功率为150w，波长1064nm，脉冲宽度为25ns，脉冲频率在720khz，单脉冲能量为20mj，激光扫描速度5200mm/s，激光光斑尺寸为45μm，激光发射器4在清洗状态下的速度为1cm/min，减少对定位的精度要求，也避免局部温度过高损伤模具3表面微结构；s5.激光发射器4清洗5min；
s6.激光发射器4再次处于待机状态。
47.该清洗方式具有非接触式和在线清洗两种优势，可以完全避免模具3表面的微结构受到损伤，可以随检随清，可以实现对异物残留2零容忍。预设配置配合模具33m/min的转速，可以在不伤害模具3的前提下，使得丙烯酸脂变成碎片并被剔除。3m/min的模具3转动速度适宜ccd检测探头发现缺陷，也匹配激光的照射，保证能量能达到清洗目的。激光发射器4维持激光若干时间直到模具3处于完全清洁状态。在该预设配置下，激光总能量持续低于0.3j/cm2，能有效清除异物，具有该性能的激光发射器4造价低，此波段的激光易被丙烯酸脂吸收，脉冲宽度短、频率高，可以防止成分为丙烯酸脂的异物过多融化进一步的附着在模具3上，该波段易被丙烯酸脂吸收。
48.由于清洗装置是直接设置在产线上的，探测元件6也是通过对产品进行检测的，而在清洁过程中甩飞的异物残留2碎片也会部分落于产品上，在现有的产线上具有检测良率的检测元件，记录对应的污染段，并对这一部分的污染段产品进行处理，从而保障产品的良率。
49.实施例2：本实施例在实施例1的基础上，还具有以下特征：如图4所示，在产线上设置一挡板8，当异物残留2受到离心力作用被甩出时，大部分会落于挡板8中，该结构可以减少产品的报废率。
50.由于丙烯酸脂受到激光照射转为碎片后通过模具3的离心力甩脱的，在甩脱的过程中，异物残留2也会落在产品上，造成污染，生产时会将这批产品重新检测取其中的良品或是直接作报废回收处理。
51.以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。