CN107321721A - 一种smt钢网清洗装置及清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SMT钢网清洗装置及清洗方法。SMT钢网清洗装置包括检测单元，激光参数匹配单元，控制单元，激光器，光纤和激光清洗终端，所述检测单元用于检测待清洗的SMT钢网上的待清洗物的类型，并检测待清洗物的厚度；所述激光参数匹配单元的输入端连接所述检测单元的输出端；所述控制单元的输入端连接所述激光参数匹配单元的输出端，输出端连接所述激光器的控制端；所述光纤的输入端连接所述激光器的输出端，输出端连接所述激光清洗终端的输入端；所述激光清洗终端用于将接收到的激光光束进行准直扩束处理，整形为光斑形状为长条形或者圆形的平顶光束。本发明的SMT钢网清洗装置及清洗方法，既能高效清洗，且清洗成本也较低。
Description
【技术领域】
本发明涉及SMT钢网清洗，特别是涉及一种SMT钢网清洗装置及清洗方法。
【背景技术】
目前，电子组装行业里最常用的一种装联技术和工艺是表面组装技术(SurfaceMounted Technology，简称为SMT)，其无需对印制板钻插装孔，直接将表面组装元器件贴、焊到印制板表面规定的位置上。一般，采用SMT之后，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右。SMT技术具有组装密度高、电子产品体积小、重量轻、抗震能力强、焊点缺陷率低、高频特性好，易于实现自动化，提高生产效率，降低成本达30％～50％，节省材料、能源、设备、人力、时间等诸多优点，因而从一推出就受到了市场的热捧。SMT钢网作为电子装联的模具，若钢网表面堆积过多的废旧锡膏或者脏污则无法保证产品焊接质量，进而影响企业的竞争力。因此，清洗掉SMT钢网上面的污染物(例如锡膏/红胶)，不仅能提高印制电路板的生产质量，而且可延长SMT钢网的使用寿命，降低产品生产成本。
目前，市场上的清洗方案主要有喷淋，超声波，手工浸泡擦洗等。其中，手工浸泡法的优点就是初始投入少，不用购买设备，但费时费人工，生产成本最高；喷淋清洗法优点是表面容易冲洗干净，无死角，机构简单，可使用气动方式，不足点是网孔内不易清洗干净，尤其是厚度2.5mm以上的网板；超声波清洗优点是孔内残留易清洗干净，清洗效果好，但成本太高。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种SMT钢网清洗装置及清洗方法，既能高效清洗，且清洗成本也较低。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种SMT钢网清洗装置，包括检测单元，激光参数匹配单元，控制单元，激光器，光纤和激光清洗终端，所述检测单元用于检测待清洗的SMT钢网上的待清洗物的类型，并检测待清洗物的厚度；所述激光参数匹配单元的输入端连接所述检测单元的输出端，用于根据所述检测单元输出的待清洗物的类型和厚度设置激光参数；所述控制单元的输入端连接所述激光参数匹配单元的输出端，输出端连接所述激光器的控制端，用于根据所述激光参数控制所述激光器产生的激光的参数；所述光纤的输入端连接所述激光器的输出端，输出端连接所述激光清洗终端的输入端，用于传输所述激光器产生的激光至所述激光清洗终端；所述激光清洗终端用于将接收到的激光光束进行准直扩束处理，整形为光斑形状为长条形或者圆形的平顶光束。
一种SMT钢网清洗方法，包括以下步骤：S1，检测待清洗的SMT钢网上的待清洗物的类型，并检测待清洗物的厚度；S2，根据步骤S1检测的待清洗物的类型和厚度设置激光参数；S3，根据步骤S2中设置的激光参数控制激光器产生的激光的参数；S4，将所述激光通过光纤传输；S5，对光纤输出端输出的激光进行准直扩束处理，将扩束后的激光整形处理为光斑形状为长条形或者圆形的平顶光束。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的SMT钢网清洗装置及清洗方法，通过检测单元、激光参数匹配单元、控制单元和激光器产生出合适参数的激光，然后通过光纤传输至激光清洗终端，由清洗终端整形为一定形状、尺寸的平顶光束。由于平顶光束较激光器直接出射的高斯光束为能量均匀分布的光斑，因此通过激光清洗SMT钢网上的物质时不会造成SMT钢网的烧蚀损坏，从而可发挥激光清洗可实现高效清洗，同时成本低的优势。本发明的SMT钢网清洗装置及清洗方法是一种便携、可移动且清洗时不会损伤SMT钢网基材的专用激光清洗装置及方法。
【附图说明】
图1是本发明具体实施方式的SMT钢网清洗装置的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式的光斑与SMT钢网的清洗区域的示意图；
图3是本发明具体实施方式的SMT钢网清洗装置的光路示意图；
图4是本发明具体实施方式的SMT钢网清洗装置的外部示意图；
图5是本发明具体实施方式的SMT钢网清洗方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本具体实施方式的SMT钢网清洗装置包括检测单元100，激光参数匹配单元200，控制单元300，激光器400，光纤500和激光清洗终端600。
其中，检测单元100用于检测待清洗的SMT钢网上的待清洗物的类型，并检测待清洗物的厚度。具体地，由于SMT钢网上的待清洗物主要为锡膏、红胶，可设置检测单元100为锡膏/红胶检测单元，主要用来自动检测待清洗物是锡膏还是红胶，并测量其厚度。
激光参数匹配单元200的输入端连接检测单元100的输出端，用于根据检测单元100输出的待清洗物的类型和厚度设置激光参数。检测单元100与激光参数匹配单元200之间可通过无线或有线连接，将待清除物的类型、厚度等实测参数传送给激光参数匹配单元200。激光参数匹配单元200中可包括存储模块和控制模块，存储模块中存储有多组与清洗物类型和厚度相对应的激光参数，可以列表的形式存储。控制模块的输入端分别连接检测单元100和存储模块的输出端，用于根据所述待清洗物的类型和厚度从多组激光参数中选取相对应的一组激光参数。由于SMT钢网的厚度的规格是已知的几种，相应地，其上的锡膏或者红胶的厚度与SMT钢网的厚度相关联，也是已知的几种。通过有经验的人员预先调试得到可高效清洗掉相应厚度的污染物的激光参数，例如激光功率、激光光斑尺寸，扫描速度、离焦量、脉冲宽度、清洗次数等参数，将其存储的存储模块中。实际使用时，则根据实测的锡膏或者红胶，以及锡膏的厚度或者红胶的厚度从预设列表中选取最匹配的一组激光参数即可。当前，匹配最佳的激光参数时，也可通过清洗装置的输入模块，例如触摸屏进行参数的设置。
控制单元300的输入端连接激光参数匹配单元200的输出端，输出端连接激光器400的控制端，用于根据激光参数控制激光器400产生的激光的参数。控制单元300主要用于控制激光功率、激光开关及调节工艺参数。
激光器400可选波长1064nm的光纤激光器或者半导体泵浦激光器(355nm紫外激光器)，对于功率，可优选10～20w的紫外激光器或者20～50w光纤激光器，紫外激光器主要应用于精细激光清洗。对于清洗厚度0.5mm以下的锡膏或者红胶，紫外激光器不易引起损伤，较为适合，但紫外激光器成本较高，主要用于精细清洗。虽然SMT钢网厚度一般小于0.5mm，但清洗精细程度相对不高，可优选光纤激光器作为清洗装置的激光器。此外紫外激光器需要水冷，而光纤激光器只需风冷即可，因此，为提高便携性，可优选光纤激光器作为清洗装置的激光器。
光纤500的输入端连接激光器的输出端，输出端连接激光清洗终端600的输入端，用于传输激光器400产生的激光至激光清洗终端600。
激光清洗终端600用于将接收到的激光光束进行准直扩束处理，整形为光斑形状为长条形或者圆形的平顶光束。
由于激光束呈高斯分布，即能量是中间高、周围低，这样，中间能量密度高的部分容易导致损伤钢网，周围能量密度低的部分又达不到最佳清洗效果。因此，激光清洗终端600中对接收到的激光束进行扩束、整形，得到平顶光束。平顶光束能量均匀分布，从而可避免清洗过程中激光能量不均匀引起的损伤以及清洗不干净的问题。
对于光斑的形状，一般整形为长条形光斑即可，可适用于待清洗区域为四边形、圆形以及不规则形状的大多数情形，且通过尺寸的调整也可实现较高的情形效率。当然，如待清洗区域为圆形时，整形为光斑形状为圆形的平顶光束，且圆形光斑的大小为：直径至少覆盖待清洗的SMT钢网的待清洗的圆形区域的直径，此时，整形为圆形光斑可达到最佳的清洗效率。
以长条形光斑为例，对于整形后的平顶光束的光斑大小，为提高清洗效率，优选地，整形后的光斑的长边至少覆盖待清洗的SMT钢网的待清洗区域水平方向的长度，宽边为SMT钢网网孔沿垂直方向的长度；或者，长边至少覆盖待清洗的SMT钢网的待清洗区域垂直方向的长度，宽边为SMT钢网网孔沿水平方向的长度。具体地，如图2所示，待清洗的SMT钢网的网孔区域为130mm*130mm，待清洗的区域为150mm*150mm(待清洗的区域一般会延伸到网孔区域周围，比网孔区域略大)。因此，整形后的平顶光束的光斑大小的长边设置为至少150mm，这样，将光斑长边覆盖SMT钢网的待清洗区域的长边，手持清洗终端沿着SMT钢网的待清洗区的宽边方向移动，就可以完成清洗工作。也就是说整形后的光斑长度和待清洗区的长度近似，只需要沿着宽度方向从上到下移动一次就能完成整个待清洗区域的清洗。无需来回移动进行清洗，从而具有较高的清洗效率。对于长条形光斑的宽边，图2中示意为10mm。实际应用中，可根据整形器件或者装置内的光学元件的配置灵活调节设置，宽边的长度不做限制，只要长边能覆盖水平方向或者垂直方向的清洗区域即可。
基于同样的推导，对于圆形光斑，直径至少覆盖待清洗的SMT钢网的待清洗区域水平方向或者垂直方向的长度时，也可获得较高的清洗效率。
如图3所示，为清洗装置内的光路示意图，从图中可知激光清洗终端包括准直扩束镜组601、可调式光束整形单元602、扫描振镜单元603和场镜604。
其中，准直扩束镜组601用于对光纤输出端输出的激光进行准直扩束。通过准直扩束镜组对原始激光束进行准直，减小光束发散角。准直扩束镜组601的扩束倍数可为2～10倍，扩束后用于后续清洗时效果较好。
可调式光束整形单元602设置在准直扩束镜组601的光束输出端，用于将扩束镜组输出的扩束光束整形为所需形状和大小的平顶光束。可调式光束整形单元602的功能既用于将高斯光束整形为平顶光束，同时也将光束整形到所需大小和形状。
具体地，可调式光束整形单元602可包括平顶光整形透镜，柱镜和非球面镜(图3中未示出)。所述平顶光整形透镜设置在所述准直扩束镜组的光束输出端，用于将光束整形为平顶光束。平顶光整形透镜又称为聚焦型平顶光束整形元件、激光平顶光斑透镜，作用是将激光光束转化为能量均匀分布的平顶光束。所述柱镜和所述非球面镜依次设置在所述平顶光整形透镜的光束输出端，所述柱镜和所述非球面镜之间的距离可调，以调节所述平顶光束的光斑形状和光斑大小。本具体实施方式中采用柱镜和非球面镜构成平顶光束整形器，通过调节柱镜和非球面镜间的相对位置可实现光斑的形状可调，调节得到长条形、圆形或其它形状；也可实现光斑的尺寸可调，使尺寸达到所需大小，从而可提高清洗效率。
扫描振镜单元603设置在可调式光束整形单元602的光束输出端，场镜604设置在扫描振镜单元603的光束输出端，扫描振镜单元603和场镜604共同作用用于调节平顶光束的成像位置和聚焦位置，使光束聚焦在SMT钢网的待清洗区域的表面。
本具体实施方式中，扫描振镜单元603包括X轴或Y轴单方向的光学扫描头，电子驱动放大电路和光学反射镜片，所述光学反射镜片设置在所述光学扫描头上，所述光学扫描头的控制端连接所述电子驱动放大电路的输出端，用于在所述电子驱动放大电路的驱动下带动所述光学反射镜片一起运动，以在XY平面上控制光束的偏转。
上述场镜，优选1064nmLINOSf-θ场镜，可在不改变光学系统光学特性的前提下，改变成像光束的位置，同时使光斑聚焦。当场镜的焦距和工作距加大时，相应扫描振镜单元603的扫描范围也相应增加。
通过往复扫描的振镜单元，将平顶光束的激光反射为X轴(或Y轴)单方向往复摆动的平行光，经场景聚焦到SMT钢网的表面，手持清洗终端在另一方向Y轴(或X轴)移动，可清除锡膏等污染物。
图4所示为上述各部件组装构成的清洗装置的外部示意图。触摸屏部分可便于显示和接收外部的输入。工控机部分实现装置内部的光路、电路以及机械部分的控制。通过抽出装置顶端的激光清洗头对准SMT钢网，可实现清洗。
本具体实施方式的SMT钢网清洗装置，通过激光清洗终端将激光器输出的光束整形为所需的形状和大小的平顶光束，从而实现激光清洗SMT钢网上的物质时不会造成SMT钢网的烧蚀损坏，可发挥激光清洗可实现高效清洗，同时成本低的优势。
本具体实施方式实现了激光清洗且不损伤SMT钢网，具有以下优势：
1、与机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗及高频超声清洗等传统清洗方法相比，本具体实施方式具有环保无污染、柔性高、清洗效率高、不伤基底等诸多优点；
2、采用可调式聚焦型平顶光束整形元件进行光束整形，使激光光束转化为一个能量均匀分布的光斑，有效的避免了激光束呈高斯分布，出现能量中间高、周围低现象，从而导致中间能量密度高的部分容易损伤钢网，周围能量密度低的部分达不到最佳清洗效果。
3、激光清洗能够清除SMT钢网表面的各种类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度。而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物。
4、本具体实施方式具有锡膏/红胶检测单元和激光参数匹配单元，激光工程师将不同类型、不同厚度的待清洗物(锡膏、红胶、助焊剂等)对应的激光参数调试好，输入到激光参数匹配单元。此时，任何人员尤其普通工人虽然缺乏一定的专业知识，但也可以轻松操作激光清洗装置进行清洗，应用范围更广。
本具体实施方式还提供一种SMT钢网清洗方法，如图5所示，包括以下步骤：S1，检测待清洗的SMT钢网上的待清洗物的类型，并检测待清洗物的厚度；S2，根据步骤S1检测的待清洗物的类型和厚度设置激光参数；S3，根据步骤S2中设置的激光参数控制激光器产生的激光的参数；S4，将所述激光通过光纤传输；S5，对光纤输出端输出的激光进行准直扩束处理，将扩束后的激光整形处理为光斑形状为长条形或者圆形的平顶光束。后续将该平顶光束聚焦至SMT钢网的待清洗区域的表面，可实现对SMT钢网的清洗。
上述清洗过程可实现激光清洗SMT钢网上的物质，且不会造成SMT钢网的烧蚀损坏的问题，从而可发挥激光清洗实现高效清洗，同时成本低的优势。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种SMT钢网清洗装置，其特征在于：包括检测单元，激光参数匹配单元，控制单元，激光器，光纤和激光清洗终端，所述检测单元用于检测待清洗的SMT钢网上的待清洗物的类型，并检测待清洗物的厚度；所述激光参数匹配单元的输入端连接所述检测单元的输出端，用于根据所述检测单元输出的待清洗物的类型和厚度设置激光参数；所述控制单元的输入端连接所述激光参数匹配单元的输出端，输出端连接所述激光器的控制端，用于根据所述激光参数控制所述激光器产生的激光的参数；所述光纤的输入端连接所述激光器的输出端，输出端连接所述激光清洗终端的输入端，用于传输所述激光器产生的激光至所述激光清洗终端；所述激光清洗终端用于将接收到的激光光束进行准直扩束处理，整形为光斑形状为长条形或者圆形的平顶光束。
2.根据权利要求1所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述激光清洗终端包括准直扩束镜组、可调式光束整形单元、扫描振镜单元和场镜；所述准直扩束镜组用于对所述光纤输出端输出的激光进行准直扩束；所述可调式光束整形单元设置在所述准直扩束镜组的光束输出端，用于将所述扩束镜组输出的扩束光束整形为所述平顶光束；所述扫描振镜单元设置在所述可调式光束整形单元的光束输出端，所述场镜设置在所述扫描振镜单元的光束输出端，所述扫描振镜单元和所述场镜共同作用用于调节所述平顶光束的成像位置和聚焦位置。
3.根据权利要求2所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述准直扩束镜组为扩束倍数在2～10倍的扩束镜组。
4.根据权利要求2所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述可调式光束整形单元包括平顶光整形透镜，柱镜和非球面镜；所述平顶光整形透镜设置在所述准直扩束镜组的光束输出端，用于将光束整形为平顶光束；所述柱镜和所述非球面镜依次设置在所述平顶光整形透镜的光束输出端，所述柱镜和所述非球面镜之间的距离可调，以调节所述平顶光束的光斑形状和光斑大小。
5.根据权利要求2所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述扫描振镜单元包括X轴或Y轴单方向的光学扫描头，电子驱动放大电路和光学反射镜片，所述光学反射镜片设置在所述光学扫描头上，所述光学扫描头的控制端连接所述电子驱动放大电路的输出端，用于在所述电子驱动放大电路的驱动下带动所述光学反射镜片一起运动，以在XY平面上控制光束的偏转。
6.根据权利要求1所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述激光器为功率范围在10～20w的紫外激光器或者功率范围在20～50w的光纤激光器。
7.根据权利要求1所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述激光参数匹配单元中包括存储模块和控制模块，所述存储模块用于存储多组与清洗物类型和厚度相对应的激光参数，所述控制模块的输入端分别连接所述检测单元的输出端和所述存储模块的输出端，用于根据所述待清洗物的类型和厚度从多组激光参数中选取相对应的一组激光参数。
8.根据权利要求1所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述长方形的光斑的尺寸为：长边至少覆盖待清洗的SMT钢网的待清洗区域水平方向或者垂直方向的长度；所述圆形的光斑的尺寸为：直径至少覆盖待清洗的SMT钢网的待清洗区域水平方向或者垂直方向的长度。
9.根据权利要求1所述的SMT钢网清洗装置，其特征在于：所述待清洗的SMT钢网的待清洗区域为圆形区域，所述激光清洗终端用于将激光光束整形为光斑形状为圆形的平顶光束，且圆形的光斑的大小为：直径至少覆盖待清洗的SMT钢网的待清洗的圆形区域的直径。
10.一种SMT钢网清洗方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，检测待清洗的SMT钢网上的待清洗物的类型，并检测待清洗物的厚度；S2，根据步骤S1检测的待清洗物的类型和厚度设置激光参数；S3，根据步骤S2中设置的激光参数控制激光器产生的激光的参数；S4，将所述激光通过光纤传输；S5，对光纤输出端输出的激光进行准直扩束处理，将扩束后的激光整形处理为光斑形状为长条形或者圆形的平顶光束。
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