CN101314194A - 一种pp片切割设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PP片(prepreg胶片)的切割设备及其方法,该切割设备包括:具有PP片传动机构的主机架、设置在主机架上的工作台、设置在工作台上游的上料机构以及人机交互界面控制系统。该工作台包括激光器、用于接收激光器输出的激光光束并形成切割光束的切割头。通过上述结构,提供一种一体化PP片激光切割设备,不仅避免了PP片切割过程中的脱粉和脱丝现象,并实现了自动化切割,降低了生产成本。

Description

一种PP片切割设备及其方法
【技术领域】
本发明涉及一种切割设备及其方法,具体涉及一种PP片(prepreg胶片)的切割设备。
【背景技术】
线路板是由多层铜箔线和铜箔线之间的绝缘载体共同构成的,这种载体就是PP片(Prepreg胶片)。在制造线路板的过程中,一般需要对PP片进行切割。
请参阅图1,PP片由玻璃纤维或其它纤维91和胶质(例如,树脂)92组合而成。目前对PP片的切割方式主要是:将成卷的PP片放置于专用设备上,再用刀片将PP片切割成一定的形状。在切割过程中,PP片的切口位置会出现脱粉(碎胶粉)和脱丝(纤维丝)现象。
请参阅图2,这些脱粉和脱丝往往会夹在线路板中,造成线路板层与层之间的离缝。在制作多层线路板时,每层线路板之间的连接方式是:先在线路板上钻孔,然后在孔壁电镀上一层铜,通过铜层可实现上、下层印刷电路基板的铜箔的电气连接。如图2所示,在正确情况下,铜箔72和铜箔73彼此电气连接,但由于脱粉和/或脱丝所导致的离缝的存在,铜箔71和铜箔72之间无法实现电气连接。
目前解决脱粉和脱丝的方法是将切割好的PP片叠放在一起,先用风枪吹干净,再用一台专用红外线封边机,给切边加热封边。由于在切割的整个过程中,都会有脱粉和脱丝现象,用风枪吹风进行清洁时,一是有些比较隐蔽的地方可能吹不到,二是在吹的过程中,粉尘会散布到空气中,有可能会重新附着在PP片上,造成对PP片的二次污染。在封边前,即使用风枪吹干净了,粉也随时都有脱落的可能,一旦粉和/或丝进入线路板的夹层中,势必会造成线路板报废。而且,在进行封边时对线路板的叠放要求较高,叠放的边要整齐,否则伸在外面的边烤焦了,而缩在里面的边烤不到,达不到全部封边的要求。另外,在利用红外线对叠放的PP片进行封边时,很容易把PP片的层与层之间胶结在一起,如果强行分开,会造成边缘的厚薄不均。
由此可见,目前解决脱粉和脱丝的方法不仅增加了一台设备,而且操作过程繁琐,造成生产成本的增加。随着线路板的精度、密度、层数的不断提高,解决脱粉和脱丝的问题显得越来越紧迫。
【发明内容】
为了解决现有技术中由于PP片采用刀片切割会产生脱粉和脱丝现象,导致需要增加后续封边工序以及封边设备,造成生产成本增加的技术问题,本发明提供了一种能够同时进行切割及封边并且可实现全自动生产的PP片切割设备。
本发明解决解决现有技术中由于PP片采用刀片切割会产生脱粉和脱丝现象,导致需要增加后续封边工序以及封边设备,造成生产成本增加的技术问题所采用的技术方案是:提供一种PP片切割设备,该切割设备包括:具有PP片传动机构的主机架;设置在主机架上的工作台;设置在工作台上游的上料机构,以及人机交互界面控制系统,该工作台包括激光器以及用于接收激光器输出的激光光束并形成切割光束的切割头。
根据本发明一优选实施例,上料机构包括:用于支撑预切割PP片料卷的上料轴;设置为改变PP片传动方向的中继滚轮,以及用于调节PP片舒张程度的舒张调节机构,舒张调节机构包括:固定转轴;绕固定转轴转动的连杆,以及设置在连杆上的活动转轴。
根据本发明一优选实施例,舒张调节机构进一步包括限制连杆的转动范围的限位机构。
根据本发明一优选实施例,主机架、工作台以及上料机构联结形成一体化结构,切割设备进一步包括可相对主机架移动的下料机构。
根据本发明一优选实施例,PP片传动机构为设置在工作台至少一侧的滚轮传动机构,滚轮传动机构包括:主动压紧轮、从动压紧轮以及用于调节主动压紧轮和从动压紧轮之间的相对压力的压力调节机构,工作台进一步包括垂直于PP片传动机构的传动方向传动切割头的切割头传动机构。
根据本发明一优选实施例,工作台进一步包括用于产生吹扫气流的空气压缩装置,空气压缩装置与切割头连通,并由切割头将吹扫气流导引到PP片表面。
根据本发明一优选实施例,工作台进一步包括负压式吸尘装置。
根据本发明一优选实施例,负压式吸尘装置设置在切割头的正下方并具有与切割头的传动方向一致的长条形吸尘口。
根据本发明一优选实施例,人机交互界面控制系统包括:人机交互界面,与人机交互界面连接的控制器以及分别与控制器连接的伺服控制系统和激光控制系统。
根据本发明一优选实施例,工作台上包括至少两个切割头,至少两个切割头设置在垂直于PP片传动机构的传动方向的同一直线上或对应平行直线上。
本发明解决解决现有技术中由于PP片采用刀片切割会产生脱粉和脱丝现象,导致需要增加后续封边工序以及封边设备,造成生产成本增加的技术问题所采用的另一技术方案是:提供一种PP片切割方法,该切割方法包括以下步骤:a.给入预切割PP片并进行舒张度调节;b.在第一方向上传动预切割PP片;c.导引激光束作用并切割预切割PP片;d.在垂直第一方向的第二方向上传动激光束以获取条形切割PP片。
根据本发明一优选实施例,在步骤b中,导引多束激光束作用并切割预切割PP片以实现预切割PP片的多条切割。
根据本发明一优选实施例,多束激光束通过分光装置或多个对应激光器获得。
根据本发明一优选实施例,切割方法进一步包括通过人机交互界面获取切割参数。
通过上述结构和方法,提供一种一体化PP片激光切割设备及切割方法,不仅避免了PP片切割过程中的脱粉和脱丝现象,并实现了自动化切割,降低了生产成本。
【附图说明】
图1是现有PP片的结构示意图;
图2是由现有方式切割的PP片所构成的电路板的结构示意图;
图3是本发明的PP片切割设备一实施例的结构示意图;
图4是本发明的工作台的结构示意图;
图5是图4中I部分的局部放大图;
图6是本发明的PP片切割设备另一实施例的结构示意图;
图7是本发明的人机交互界面控制系统的示意框图;
图8是本发明的PP片切割设备的工作流程图。
【具体实施方式】
如图3所示,本发明的PP片切割设备包括主机架2、设置在主机架2上的工作台1、设置在工作台1上游的上料机构3。工作台1、主机架2、上料机构3联结形成一体化结构。此外,该切割设备还进一步包括人机交互界面控制系统,以便根据用户设定参数控制并协调各部件的动作,以实现PP片的自动化切割。
主机架2上装有PP片传动机构。在本实施例中,PP片传动机构为设置在工作台1至少一侧的滚轮传动机构,该滚轮传动机构包括:主动压紧轮23、从动压紧轮22以及用于调节主动压紧轮23和从动压紧轮22之间的相对压力的压力调节机构21。主动压紧滚轮23通过皮带或类似传动机构与伺服电机相连。
工作台1包括用于产生适当波长以及能量密度的激光器11;用于接收激光器11输出的激光光束并形成切割光束的切割头12;以及垂直于PP片传动机构的传动方向传动切割头12的切割头传动机构(未图示)。在本实施例中,切割头12通过伺服电机带动可以沿水平(或竖直)导轨作直线运动,由此实现PP片的横向切割。在本实施例中,激光器11采用CO2激光器,并优选采用波长9.4μm的激光。
上料机构3包括用于支撑预切割PP片料卷4的上料轴30;设置为改变PP片传动方向的适当数量的中继滚轮31,以及用于调节PP片舒张程度的舒张调节机构32。舒张调节机构32包括:位置固定的固定转轴321;绕固定转轴321转动的连杆322;以及设置在连杆322上的活动转轴323。上料轴30可通过适当制动机构控制其阻尼。此外,舒张调节机构32进一步包括限制连杆322的转动范围的限位机构324。
在PP片的上料过程中,首先把PP片料卷4装在上料轴30上,PP片经过上料机构3上的中继滚轮31以及舒张调节机构32的活动转轴323传送到主机架2上的滚轮传动机构,由此保证PP片的及时供给。
通过压力调节机构21调节主动压紧轮23和从动压紧轮22之间的压力,使得主动压紧轮23、从动压紧轮22和PP片之间产生足够的摩擦力。主动压紧轮23和从动压紧轮22之间的压力还可以限制PP片的左右摆动,以便在主动压紧轮23的带动下实现PP片的稳定进给。PP片在传送过程中到达工作台1的切割位置,由切割头12输出的切割光束进行纵向切割。切下的PP片材料落在下料机构(未图示)上面。下料机构是可以相对主机架2移动的,以便于将切好的PP片材料运走。
如图4和图5进一步显示的,切割头12内部设置有内腔121,内腔121内设置有聚焦镜122,经适当导引机构或直接输入到切割头12的激光经过聚焦镜122的聚焦后聚焦在工作台1的切割位置,由此对经过的PP片的进行切割。在切割头12的内腔121的一侧设置有吹气管123,并且吹气管123位于聚焦镜122与切割头12的激光束出口之间。该吹气管123与空气压缩装置(未图示)相连通。空气压缩装置产生的吹扫气流通过吹气管123吹向切割头12的激光束的焦点,也就是PP片的切口。吹气管123上还设置有气流调节阀124用来调节气流的大小。由于吹气管123位于聚焦镜122与切割头12的激光束出口之间,在空气压缩装置产生的吹扫气流通过吹气管1 23吹入切割头12的内腔121后,只能流向切割头12的激光束出口的位置,由于该气流的高压作用,使得PP片的切口处产生的灰尘不会逆着高压气流的流向而进入切割头12的内腔121,从而保证了聚焦镜122不会被污染。此外,空气压缩装置还可以以其它适当方式设置在工作台1的其它位置,以便对切口处产生的烟尘、碳黑进行吹扫。
工作台1中还进一步设置有负压式吸尘装置13。在本实施例中,负压式吸尘装置13设置在切割头12的正下方并具有与切割头传动方向一致的长条形吸尘口131。吸尘口131的相对侧设置有吸尘管132。在切割过程中,吸尘口131将PP片切口处产生的烟尘、碳黑吸走。此外,在切割头12的横向切割过程中,吸尘口131还可以将要进行切割的PP片固定到适当位置,确保横向切割过程中PP片的位置不会发生变化。
如图6所示,工作台1上设置有至少两个切割头12。在本实施例中,该多个切割头12设置在垂直于PP片传动方向的同一条直线上,通过分光机构从一个激光器或通过导光机构接收各自激光器输出的激光光束,由此实现PP片的多条切割。然而,该多个切割头12还可以分别设置在垂直于PP片传动方向的不同对应平行直线上,并从各自对应的激光器接收激光光束。这种结构的优点在于:避免使用了更高功率的激光器以及复杂的分光机构,保证了各切割头的切割强度,同时便于不同切割头的横向切割。
在将PP片切割成矩形时,可以根据PP片的原材料的宽度以及所需PP片的宽度设置切割头12的位置以及间距。由于多个切割头12同时工作,从而保证了在进行大量切割时具有较高的效率。
采用本发明的切割设备在对PP片进行切割加工时,由于激光束高温作用使PP片切口自动封上边,并彻底杜绝切口脱粉和脱丝。另外,由于激光束很细,能量集中,对PP片切口周围的破坏很小。
此外,由于采用空气压缩装置,在激光束进行切割时,该装置产生的吹扫气流冲向PP片的切口,该气流可以使PP片切口在离开激光束的瞬间,由高温迅速冷却,这一过程使裸露在外的玻璃丝淬火,变脆。然后,利用气流的所产生的力量使变脆的玻璃丝断裂并脱落,达到强化分离作用。除此之外,气流将切口处热熔的树脂吹掉,防止其冷却后重新粘连,气流还可以防止PP片在激光束中发生燃烧,使切口变大。
在激光束进行切割时,吸尘装置可以将切口的烟尘、碳黑吸走,避免污染PP片,同时,也不会污染环境。另外,吸尘口产生的负压可以在横向切割过程中将PP片固定于吸尘口的位置,可以保证在切割时,PP片位置不会发生变化,便于将激光束的焦点固定于PP片的切割位置。
如图7所示,图7是本发明的人机交互界面控制系统的示意框图。在本发明的PP片切割装置中的人机交互界面控制系统包括:人机交互界面(HMI)、控制器、伺服控制系统以及激光控制系统。在本实施例中,人机交互界面采用触摸屏,控制器则采用可编程逻辑控制器(PLC)。伺服控制系统可通过伺服放大器以及脉冲发生器控制相关伺服电机(例如,主动压紧轮伺服电机、切割头传动伺服电机)的开关、转动方向、转速以及位移量,由此实现各种部件的传动。激光控制系统则可以通过激光器通信I/O板将控制信号传递到相应激光器,并控制激光器的开关以及功率(能量控制)。激光控制系统还可以进一步包括激光器冷却系统。人机交互界面控制系统还可以包括报警、急停控制系统。
图8是本发明的PP片切割设备的工作流程图。在切割过程中,用户通过人机交互界面控制系统对整个切割过程进行控制,首先,在确保没有任何报警信号发生的前提下,通过人机交互界面设置各种切割参数,例如切割头12的间距(横向切割宽度)以及纵向切割长度、相应PP料号、实际切割速度、卷料速度、激光功率、激光器工作温度。其中与激光器相关的参数通过激光器通信I/O板传递给相应的激光器或者直接传递给激光器冷却系统。而与间距、长度、速度等相关的伺服参数则通过伺服控制系统传送给相应的伺服电机。然后,启动PLC回零按键,PLC即按照对应的切割参数初始定位各个切割头的起始位置。随后,在启动PLC自动切割按键之后,PP片传动机构推进PP片,同时所有切割头12在程序的控制下一起工作,完成对PP片的纵向切割,随后PP片传动机构停止传动。所有切割头12或者其中预定数量的切割头12在切割头传动机构的带动下横向运动,完成对PP片的横向切割,由此将PP片切割成预定长度和宽度的条形材料。在切割完成后进行零点复位,以此反复。此外,控制系统还可以统计激光器的累计工作时间,单切一次功能,对激光器进行调试,每组工作过程时间统计,对水温、水压、气压、伺服等的不正常状态报警,对设备进行急停控制。
在上述实施例中,仅对本发明进行了示范性描述,但是本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下,可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims (14)

1.一种PP片切割设备,其特征在于:所述切割设备包括:
具有PP片传动机构的主机架;
设置在所述主机架上的工作台,所述工作台包括:
激光器;
用于接收所述激光器输出的激光光束并形成切割光束的切割头;以及设置在所述工作台上游的上料机构,以及
人机交互界面控制系统。
2.根据权利要求1所述的切割设备,其特征在于:所述上料机构包括:
用于支撑预切割PP片料卷的上料轴;
设置为改变PP片传动方向的中继滚轮,以及
用于调节PP片舒张程度的舒张调节机构,所述舒张调节机构包括:固定转轴;绕所述固定转轴转动的连杆;以及设置在所述连杆上的活动转轴。
3.根据权利要求2所述的切割设备,其特征在于:所述舒张调节机构进一步包括限制所述连杆的转动范围的限位机构。
4.根据权利要求1、2或3所述的切割设备,其特征在于:所述主机架、所述工作台以及所述上料机构联结形成一体化结构,所述切割设备进一步包括可相对所述主机架移动的下料机构。
5.根据权利要求1所述的切割设备,其特征在于:所述PP片传动机构为设置在所述工作台至少一侧的滚轮传动机构,所述滚轮传动机构包括:主动压紧轮、从动压紧轮以及用于调节所述主动压紧轮和所述从动压紧轮之间的相对压力的压力调节机构,所述工作台进一步包括垂直于所述PP片传动机构的传动方向传动所述切割头的切割头传动机构。
6.根据权利要求5所述的切割设备,其特征在于:所述工作台进一步包括用于产生吹扫气流的空气压缩装置,所述空气压缩装置与所述切割头连通,并由所述切割头将所述吹扫气流导引到PP片表面。
7.根据权利要求5所述的切割设备,其特征在于:所述工作台进一步包括负压式吸尘装置。
8.根据权利要求7所述的切割设备,其特征在于:所述负压式吸尘装置设置在所述切割头的正下方并具有与所述切割头的传动方向一致的长条形吸尘口。
9.根据权利要求1所述的切割设备,其特征在于:所述人机交互界面控制系统包括:人机交互界面,与所述人机交互界面连接的控制器以及分别与所述控制器连接的伺服控制系统和激光控制系统。
10.根据权利要求1所述的切割设备,其特征在于:所述工作台上包括至少两个切割头,所述至少两个切割头设置在垂直于所述PP片传动机构的传动方向的同一直线上或对应平行直线上。
11.一种PP片切割方法,其特征在于:所述切割方法包括以下步骤:
a.给入预切割PP片并进行舒张度调节;
b.在第一方向上传动所述预切割PP片;
c.导引激光束作用并切割所述预切割PP片;
d.在垂直所述第一方向的第二方向上传动所述激光束以获取条形切割PP片。
12.根据权利要求11所述的切割方法,其特征在于:在所述步骤b中,导引多束激光束作用并切割所述预切割PP片以实现所述预切割PP片的多条切割。
13.根据权利要求12所述的切割方法,其特征在于:所述多束激光束通过分光装置或多个对应激光器获得。
14.根据权利要求11所述的切割方法,其特征在于:所述切割方法进一步包括:通过人机交互界面获取切割参数。
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