本發(fā)明涉及激光蝕刻技術領域，具體涉及一種激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)的控制方法。

背景技術：

隨著IPHONE的風靡，諸如手機，GPRS,數(shù)碼相機，IPAD等中小尺寸的電子產(chǎn)品開始大量使用觸摸屏作為圖形顯示終端。這些電子產(chǎn)品需要大量的觸摸屏產(chǎn)品。激光蝕刻技術利用光纖激光器出光經(jīng)過一套光學系統(tǒng)后被聚焦成0.01mm或更小的光斑，被聚焦的光斑照射到材料上，材料開始融化，氣化。隨著被加工材料的移動，激光束按照PC機的控制在材料上進行導電線路的蝕刻，實現(xiàn)了對觸摸面板的加工布線。市場上現(xiàn)有的時刻設備光路多半為激光光源通過掃描振鏡然后經(jīng)過F-theta鏡進行聚焦，利用二維掃描卡控制掃描振鏡進行掃描刻線，從而對加工材料進行加工?，F(xiàn)有蝕刻系統(tǒng)中，一般采用聚焦透鏡為F-Theta透鏡的物鏡前掃描方式，其可以保證整個工作面內(nèi)激光聚焦光斑較小而且均勻，并且掃描的圖形畸變在可控制范圍內(nèi)；而在需要掃描較大幅面的工作場時，簡單的振鏡前靜態(tài)聚焦方式很難保證整個工作面上激光聚焦的離焦誤差在焦深范圍并且F-theta透鏡由于激光聚集光斑過大以及掃描圖形畸變嚴重，已經(jīng)不再適用。

針對市場上現(xiàn)有的一些成型的產(chǎn)品，以及激光光束的固有特點，激光蝕刻加工還有如下缺點。

傳統(tǒng)激光蝕刻光束是光源中的粒子受激輻射躍遷，然后通過光學諧振腔進行光放大而差生的，它的光束是一種高斯光束，高斯光束波面振幅呈高斯型函數(shù)分布。由于高斯光束能量分布不均勻直接用于蝕刻會產(chǎn)生邊緣不光滑，邊緣蝕刻不凈，呈波浪狀，三角狀等現(xiàn)象，影 響觸摸屏導電薄膜的導電性能。

傳統(tǒng)的激光蝕刻設備掃描范圍小，無法滿足大尺寸蝕刻需求。對于一些尺寸較大的觸摸屏加工，比如說尺寸超過5寸的IPAD需要利用拼接的方式才能完成整片加工。但是拼接通常伴有拼接誤差，一般在+5um到-5um范圍內(nèi)，影響觸摸屏面板線路的導電性能。

技術實現(xiàn)要素：

一.要解決的技術問題

本發(fā)明的目的是提供一種激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)，提高光束的質(zhì)量，解決因激光光束能量分布不均勻直接用于蝕刻會影響觸摸屏導電薄膜的導電性能。同時利用動態(tài)聚焦的結構擴大激光掃描的范圍，解決滿足大尺寸產(chǎn)品的蝕刻需求。本發(fā)明的目的還提供一種激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)的控制方法。

二.技術方案

為了達到上述目的，本發(fā)明有如下技術方案：

本發(fā)明的一種激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)，包括激光器、擴束鏡、勻光系統(tǒng)、動態(tài)聚焦系統(tǒng)、物鏡、振鏡掃描系統(tǒng)、工控機、激光控制D/A輸出卡，

所述激光器輸出的激光光束先經(jīng)過擴束鏡擴束后再經(jīng)過勻光系統(tǒng)的變換使激光光束分布更均勻，光束直徑更大準直度更高，使其有利于聚焦；

所述擴束鏡通過調(diào)整內(nèi)部兩個透鏡的距離來調(diào)節(jié)擴束倍數(shù)；

所述勻光系統(tǒng)在光路中處于擴束鏡的后面；

所述動態(tài)聚焦系統(tǒng)在光路中處于勻光系統(tǒng)的后面；

所述物鏡在光路中處于動態(tài)聚焦系統(tǒng)的后面；

所述振鏡掃描系統(tǒng)置于勻光系統(tǒng)之后，接收激光控制D/A輸出卡發(fā)送的X,Y軸振鏡偏轉(zhuǎn)信號，振鏡狀態(tài)控制信號，差分同步信號來獲得不同的電機擺角從而使激光束偏轉(zhuǎn)掃描出所要蝕刻的圖形；

所述工控機與激光控制D/A輸出卡連接，用于控制激光控制D/A輸出卡；

所述激光控制D/A輸出卡分別與激光器、動態(tài)聚焦系統(tǒng)、振鏡掃描系統(tǒng)連接。

其中，所述動態(tài)聚焦系統(tǒng)由執(zhí)行電機、一個可移動的聚焦鏡和靜止的物鏡組成，由執(zhí)行電機帶動可移動的聚焦鏡移動來調(diào)節(jié)焦距，可移動的聚焦鏡的移動距離為±5mm以內(nèi)，物鏡位于可移動的聚焦鏡一側，物鏡能將可移動的聚焦鏡的調(diào)節(jié)作用進行放大，從而實現(xiàn)在整個工作面內(nèi)將掃描點的聚焦光斑面積進行控制。

其中，所述勻光系統(tǒng)包括第一平面反射鏡、第二調(diào)平面反射鏡、節(jié)支架、平面反射鏡距離調(diào)節(jié)底座、一維調(diào)整架一、一維調(diào)整架二、一維調(diào)整架三，所述調(diào)節(jié)支架固定在平面反射鏡距離調(diào)節(jié)底座上，所述第一平面反射鏡、第二調(diào)平面反射鏡分別固定在調(diào)節(jié)支架上，一維調(diào)整架一固定在第一平面反射鏡頂部，一維調(diào)整架二固定在第二調(diào)平面反射鏡頂部，一維調(diào)整架三固定在調(diào)整支架端部。

本發(fā)明的一種用于激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)的控制方法，有以下步驟：工控機將用戶繪制的位圖數(shù)據(jù)和控制命令通過USB傳輸?shù)郊す饪刂艱/A輸出卡中的SDRAM，F(xiàn)PGA從SDRAM中取得數(shù)據(jù)和指令并產(chǎn)生PWM脈沖信號和開關控制信號，控制激光器；同時位置坐標信號轉(zhuǎn)化為LSTTL差分信號驅(qū)動二維掃描振鏡Z軸動態(tài)聚焦；勻光系統(tǒng)的光路調(diào)節(jié)方法為入射的圓形光斑經(jīng)過第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b，被均勻分成兩個半圓形光斑.一維調(diào)整架一1調(diào)節(jié)第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b沿同一軸線做旋轉(zhuǎn)運動；調(diào)節(jié)一維調(diào)整架二2使第二平面反射鏡b作旋轉(zhuǎn)運動，通過調(diào)節(jié)一維調(diào)整架一1確保使得入射光束以45度角入射第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b上，一維調(diào)整架三3調(diào)節(jié)第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b在鏡面平行方向做平行運動，確保入射到第一平面反射鏡a和 第二平面反射鏡b后為兩個等分的半圓。

三.有益效果

本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明功能齊全結構合理，穩(wěn)定性程度高。由于采用了擴束鏡，勻光系統(tǒng)對激光光束進行改善使得原本呈高斯分布的激光光束轉(zhuǎn)變成能量分布均勻的，準直性更好的平頂光束，從而使掃描蝕刻線邊緣光滑，線性好，導電薄膜的導電性能好，在大批量生產(chǎn)過程中大大提高了產(chǎn)品的良率，帶來了巨大的經(jīng)濟效益。同時由于采用了動態(tài)聚焦的結構使得掃描面積更大，克服了傳統(tǒng)蝕刻設備對于大尺寸產(chǎn)品加工無能為力的狀況，使得其應用范圍更廣。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)結構示意圖；

圖2是勻光系統(tǒng)構示意圖；

圖3是系統(tǒng)控制模塊圖。

圖中，1、一維調(diào)整架一；2、一維調(diào)整架二；3、一維調(diào)整架三；4、平面反射鏡距離調(diào)節(jié)底座；5、調(diào)節(jié)支架；a、第一平面反射鏡；b、第二平面反射鏡。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

下面結合附圖和具體實施例作進一步詳細說明

參見圖1，本發(fā)明的一種激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)，其特征在于：包括激光器、擴束鏡、勻光系統(tǒng)、動態(tài)聚焦系統(tǒng)、物鏡、振鏡掃描系統(tǒng)、工控機、激光控制D/A輸出卡，

所述激光器輸出的激光光束先經(jīng)過擴束鏡擴束后再經(jīng)過勻光系統(tǒng)的變換使激光光束分布更均勻，光束直徑更大準直度更高，使其有利于聚焦；

所述擴束鏡通過調(diào)整內(nèi)部兩個透鏡的距離來調(diào)節(jié)擴束倍數(shù)；

所述勻光系統(tǒng)在光路中處于擴束鏡的后面；

所述動態(tài)聚焦系統(tǒng)在光路中處于勻光系統(tǒng)的后面；

所述物鏡在光路中處于動態(tài)聚焦系統(tǒng)的后面；

所述振鏡掃描系統(tǒng)置于勻光系統(tǒng)之后，接收激光控制D/A輸出卡發(fā)送的X,Y軸振鏡偏轉(zhuǎn)信號，振鏡狀態(tài)控制信號，差分同步信號來獲得不同的電機擺角從而使激光束偏轉(zhuǎn)掃描出所要蝕刻的圖形；

所述工控機與激光控制D/A輸出卡連接，用于控制激光控制D/A輸出卡；

所述激光控制D/A輸出卡分別與激光器、動態(tài)聚焦系統(tǒng)、振鏡掃描系統(tǒng)連接。

其中，所述動態(tài)聚焦系統(tǒng)由執(zhí)行電機、一個可移動的聚焦鏡和靜止的物鏡組成，由執(zhí)行電機帶動可移動的聚焦鏡移動來調(diào)節(jié)焦距，可移動的聚焦鏡的移動距離為±5mm以內(nèi)，物鏡位于可移動的聚焦鏡一側，物鏡能將可移動的聚焦鏡的調(diào)節(jié)作用進行放大，從而實現(xiàn)在整個工作面內(nèi)將掃描點的聚焦光斑面積進行控制。

其中，所述勻光系統(tǒng)包括第一平面反射鏡、第二調(diào)平面反射鏡、節(jié)支架、平面反射鏡距離調(diào)節(jié)底座、一維調(diào)整架一、一維調(diào)整架二、一維調(diào)整架三，所述調(diào)節(jié)支架固定在平面反射鏡距離調(diào)節(jié)底座上，所述第一平面反射鏡、第二調(diào)平面反射鏡分別固定在調(diào)節(jié)支架上，一維調(diào)整架一固定在第一平面反射鏡頂部，一維調(diào)整架二固定在第二調(diào)平面反射鏡頂部，一維調(diào)整架三固定在調(diào)整支架端部。

本發(fā)明的一種用于激光蝕刻機的光路設計控制系統(tǒng)的控制方法，有以下步驟：工控機將用戶繪制的位圖數(shù)據(jù)和控制命令通過USB傳輸?shù)郊す饪刂艱/A輸出卡中的SDRAM，F(xiàn)PGA從SDRAM中取得數(shù)據(jù)和指令并產(chǎn)生PWM脈沖信號和開關控制信號，控制激光器；同時位置坐標信號轉(zhuǎn)化為LSTTL差分信號驅(qū)動二維掃描振鏡Z軸動態(tài)聚焦；勻光系統(tǒng)的光路調(diào)節(jié)方法為入射的圓形光斑經(jīng)過第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b，被均勻分成兩個半圓形光斑.一維調(diào)整架一1調(diào)節(jié)第 一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b沿同一軸線做旋轉(zhuǎn)運動；調(diào)節(jié)一維調(diào)整架二2使第二平面反射鏡b作旋轉(zhuǎn)運動，通過調(diào)節(jié)一維調(diào)整架一1確保使得入射光束以45度角入射第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b上，一維調(diào)整架三3調(diào)節(jié)第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b在鏡面平行方向做平行運動，確保入射到第一平面反射鏡a和第二平面反射鏡b后為兩個等分的半圓。

SDRAM:Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態(tài)隨機存儲器。

所述激光器為IPG150W1064nm光纖激光器是出光光源。根據(jù)接收的PWM脈沖信號調(diào)節(jié)激光器的頻率，根據(jù)激光開關光信號控制激光器的開關狀態(tài)，根據(jù)激光功率信號控制激光器的出光功率。

所述擴束鏡固定于激光器之后，并保持擴束鏡與激光出光口準直。

參見圖2，所述勻光系統(tǒng)置于擴束鏡之后。

所述動態(tài)聚焦系統(tǒng)置于勻光系統(tǒng)之后。由執(zhí)行電機驅(qū)動聚焦鏡移動用以改變焦距。

所述物鏡置于可移動的聚焦鏡后面物鏡可以將聚焦鏡的調(diào)節(jié)作用進行放大。

所述振鏡掃描系統(tǒng)由X軸振鏡電機，Y軸振鏡電機，X軸振鏡鏡片，Y軸振鏡鏡片組成，X軸振鏡鏡片，Y軸振鏡鏡片分別在X軸振鏡電機，Y軸振鏡電機上，振鏡接收激光控制D/A輸出卡發(fā)送的X,Y軸振鏡偏轉(zhuǎn)信號，振鏡狀態(tài)控制信號，差分同步信號來獲得不同的電機擺角從而使激光束偏轉(zhuǎn)掃描出所要蝕刻的圖形。X,Y軸平行地面，Z軸垂直于地面。

所述的動態(tài)聚焦系統(tǒng)由執(zhí)行電機、可移動的聚焦鏡和固定的物鏡組成，掃描時執(zhí)行電機的旋轉(zhuǎn)運動通過特殊設計的機械結構轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動帶動聚焦鏡的移動來調(diào)節(jié)焦距，再通過物鏡放大動態(tài)聚焦鏡的調(diào)節(jié)作用來實現(xiàn)整個工作面上掃描點的聚焦。

參見圖3，所述控制方法為工控機將用戶繪制的位圖數(shù)據(jù)和控制命令通過USB傳輸?shù)郊す饪刂艱/A輸出卡中的SDRAM，F(xiàn)PGA從SDRAM中取得數(shù)據(jù)和指令并產(chǎn)PWM脈沖信號和開關控制信號，控制激光器；同時位置坐標信號轉(zhuǎn)化為LSTTL差分信號驅(qū)動二維掃描振鏡Z軸動態(tài)聚焦位移。

FPGA輸出時鐘信號，同步信號，X，Y軸振鏡偏轉(zhuǎn)控制信號。它們經(jīng)過LSTTL高速數(shù)據(jù)總線驅(qū)動芯片74HC245，通過DS26C31轉(zhuǎn)換成差分信號，輸入振鏡動態(tài)聚焦Z軸執(zhí)行電機。FPGA接收的則是經(jīng)光耦隔離的振鏡狀態(tài)控制信號。

FPGA輸出PWM脈沖信號，全局開關調(diào)節(jié)器開斷信號，數(shù)字信號。PWM脈沖信號經(jīng)光耦輸入到SPI光纖激光器中，控制激光器的頻率和激光發(fā)光強度。全局開光，調(diào)節(jié)器開斷信號經(jīng)光耦輸入SPI光纖激光器控制激光器是否出光。數(shù)字信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊DA741轉(zhuǎn)換成0-10V模擬電壓，用來設置激光器的功率。

激光標刻控制板卡和激光標刻控制卡之間的連接線通常采用帶有屏蔽層的屏蔽線，以防止外部信號的干擾。激光開/關信號為:LASER ON.指示光控制信號為:LASER GUIDE，LAMP ANALOG為電流設置信號,用來控制激光功率輸出的百分比，SPI光纖激光器設備使能信號為GLOBAL ENABLE，激光器狀態(tài)信號為LASER STATUS22，激光頻率及功率調(diào)節(jié)控制信號為LASER FREQ，數(shù)字地為GND，模擬地為SGND。顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。