CN107511589A - 多轴激光铣槽机 - Google Patents
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Abstract
一种多轴激光铣槽机，包括：输送机构，所述输送机构包括运动部与设于所述运动部上的复数个基板卡具，所述基板卡具用于一一对应地装夹基板，复数个所述基板卡具随所述运动部运动经过铣切工位，所述基板设有复数个至少沿第一方向阵列分布的卡基，所述第一方向与所述基板的运动方向互不平行；至少一个铣切机构，当所述铣切机构为复数个时，所述铣切机构沿所述基板的运动方向分布；所述铣切机构包括复数个激光器，所述复数个激光器设于所述铣切工位并沿所述第一方向阵列分布，用于发射激光光束而分别于对应的所述卡基的表面铣切填埋槽。本发明提供一种加工效率高、精度好、具有多轴加工能力的多轴激光铣槽机。
Description
技术领域
本发明属于智能卡芯片封装技术领域，具体地来说，是一种多轴激光铣槽机。
背景技术
智能卡是内嵌有微芯片的塑料卡的通称，通过读写器即可与外界实现数据交互。智能卡具有可靠性高、安全性好、存储容量大、类型多等优点，因而被广泛应用于金融财务、社会保险、交通旅游、医疗卫生、政府行政、商品零售、休闲娱乐、学校管理及其它领域。
随着智能卡的迅速发展，其需求量越来越大，给智能卡的加工带来了很大挑战。智能卡由芯片与卡基封装而成，在封装前需要在卡基上铣切用于填埋芯片的填埋槽。
传统的填埋槽主要采用手工或半手工加工，自动化程度很低。也有一些厂商采用一些简单的通用设备进行铣切加工，但针对性不强而精度不高。现有的通用设备主要采用机械铣切方式，在需要深度控制的情况下，刀具结构、主轴转速、卡基的材料特性以及设备整体的结构刚性，均对加工精度与加工效率有重要影响。现有条件下，填埋槽的铣切精度与加工效率难以保证。特别地，在现有条件下，当基板上具有多个卡基时，需要先将各个卡基分切后分别单独铣槽，造成加工效率更为低下。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多轴激光铣槽机，具有较佳的铣切精度与加工效率。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种多轴激光铣槽机，包括：
输送机构，所述输送机构包括运动部与设于所述运动部上的复数个基板卡具，所述基板卡具用于一一对应地装夹基板，复数个所述基板卡具随所述运动部运动经过铣切工位，所述基板设有复数个至少沿第一方向阵列分布的卡基，所述第一方向与所述基板的运动方向互不平行；
至少一个铣切机构，当所述铣切机构为复数个时，所述铣切机构沿所述基板的运动方向分布；
所述铣切机构包括复数个激光器，所述复数个激光器设于所述铣切工位并沿所述第一方向阵列分布，用于发射激光光束而分别于对应的所述卡基的表面铣切填埋槽。
作为上述技术方案的改进，所述运动部包括主动轮、从动轮及张紧连接所述主动轮与所述从动轮的挠性件，所述挠性件沿其运动方向设置复数个凸起部，相邻的所述凸起部组成所述基板卡具。
作为上述技术方案的进一步改进，所述主动轮与所述从动轮包括链轮、带轮或绳轮中的一种，所述挠性件包括传动链、传动带或传动绳中的一种，所述主动轮、所述从动轮与所述挠性件形成挠性传动关系。
作为上述技术方案的进一步改进，所述铣切工位设有吸屑机构，所述吸屑机构用于吸除切屑。
作为上述技术方案的进一步改进，所述铣切工位设有冷却机构，所述冷却机构用于对加工中的所述基板进行冷却。
作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却机构包括冷却板与进气端，所述冷却板设有复数个气孔及连接所述气孔与所述进气端的贯通气道，复数个气孔分别正对于所述基板远离所述激光器的一侧表面。
作为上述技术方案的进一步改进，所述铣切工位设有压合机构，所述压合机构用于使所述基板与所述冷却板紧密贴合。
作为上述技术方案的进一步改进，所述铣切工位设有透明保护罩，所述激光光束穿过所述透明保护罩而于所述卡基表面铣切所述填埋槽，所述透明保护罩设有用于排出切割烟气的排气机构。
作为上述技术方案的进一步改进，所述多轴激光铣槽机还包括视觉检测单元与控制单元，所述视觉检测单元设于所述铣切工位，用于检测所述基板的运动速度参数与位置参数，所述控制单元根据所述运动速度参数调节所述激光器的出光速度以及根据所述位置参数对所述激光器的出光路径进行位置补偿。
作为上述技术方案的进一步改进，所述多轴激光铣槽机还包括上料机构，所述上料机构用于将待加工的所述基板装夹到所述基板卡具上。
本发明的有益效果是：
设置输送机构与至少一个铣切机构，输送机构设有复数个基板卡具，用于装夹与运输基板，使未经铣切的卡基经过铣切工位，铣切机构包括复数个设于铣切工位的激光器，复数个激光器同步发射激光而于卡基表面铣切填埋槽，激光的作用面积小，影响因素少而可控性强，对设备的结构刚性要求低，具有很高的加工精密度与加工效率，并具有多轴加工的高效生产能力，提供一种加工效率高、精度好的多轴激光铣槽机。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的多轴激光铣槽机的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的多轴激光铣槽机的输送机构的结构示意图；
图3是图2中多轴激光铣槽机的输送机构的A处放大示意图；
图4是图2中多轴激光铣槽机的输送机构的B处放大示意图；
图5是图2中多轴激光铣槽机的输送机构的C处放大示意图；
图6是图5中多轴激光铣槽机的输送机构的M处放大示意图；
图7是本发明实施例1提供的多轴激光铣槽机的铣切工位的分解结构示意图；
图8是本发明实施例1提供的多轴激光铣槽机的局部示意图；
图9是本发明实施例1提供的多轴激光铣槽机的反馈控制连接关系图。
主要元件符号说明：
1000-多轴激光铣槽机，0100-输送机构，0110-运动部，0111-主动轮，0112-从动轮，0113-挠性件，0113a-凸起部，0114-驱动部，0120-基板卡具，0200-铣切机构，0210-激光器，0300-吸屑机构，0310-吸屑管，0320-吹气管，0400-冷却机构，0410-冷却板，0411-气孔，0420-进气端，0500-压合机构，0600-透明保护罩，0700-视觉检测单元，0800-控制单元，0900-上料机构，0910-吸盘，2000-基板，2100-卡基。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对多轴激光铣槽机进行更全面的描述。附图中给出了多轴激光铣槽机的优选实施例。但是，多轴激光铣槽机可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对多轴激光铣槽机的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在多轴激光铣槽机的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请参阅图1，多轴激光铣槽机1000包括输送机构0100与铣切机构0200，用于提供一种对集成于基板2000上的卡基2100进行激光铣槽的加工设备，具有良好的加工精度与加工效率。特别是铣切机构0200设有复数个激光器0210，具有多轴加工结构，进一步提升加工效率。
其中，基板2000上设有复数个阵列分布的卡基2100。卡基2100的填埋槽用于填埋芯片，以便进行智能卡封装。卡基2100的阵列方式多种多样，例如沿基板2000的运动方向。优选地，复数个卡基2100于基板2000上至少沿第一方向分布，第一方向与基板2000的运动方向互不平行。在一个示范性的实施例中，第一方向与基板2000的运动方向垂直。进一步优选，复数个卡基2100于基板2000上并沿第二方向分布，第二方向与基板2000的运动方向平行，形成横向与纵向的交错分布。
其中，输送机构0100用于实现基板2000的运输。请结合参阅图2～4，输送机构0100包括运动部0110与设于运动部0110上的复数个基板卡具0120，基板卡具0120用于一一对应地装夹基板2000，复数个基板卡具0120随运动部0110运动经过铣切工位。由于基板2000卡装于基板卡具0120上，基板2000与卡基2100随基板卡具0120经过铣切工位而接受铣切加工。
其中，运动部0110是主要的移动机构，可采用多种机械结构实现运动。一般地，运动部0110可采用直线运动机构，如直线导轨、直线轴承等形式实现，并以电机、液压马达等部件予以驱动。
优选地，运动部0110采用挠性传动结构实现运动目的。运动部0110包括主动轮0111、从动轮0112及张紧连接主动轮0111与从动轮0112的挠性件0113，换言之，挠性件0113依次连接主动轮0111与从动轮0112，形成挠性传动关系。进一步地，主动轮0111还连接有驱动部0114，驱动部0114可采用电机、液压马达等形式，以驱动主动轮0111旋转。
其中，挠性传动关系，是一种常见的机械传动，通常由两个或多个传动轮与挠性件0113组成，通过挠性件0113在传动轮之间传递运动与动力。根据挠性件0113的类型，挠性传动主要有带传动、链传动和绳传动，传动轮分别为带轮、链轮和绳轮，挠性件0113分别为传动带、传动链和传动绳。其中，主动轮0111与从动轮0112即为传动轮。
挠性件0113沿其运动方向设置复数个凸起部0113a，相邻的凸起部0113a组成基板卡具0120。换言之，凸起部0113a突出于挠性件0113远离传动轮的一侧表面，相邻的凸起部0113a前后相夹即成为基板卡具0120。基板2000受相邻的凸起部0113a卡紧，随挠性件0113的回转运动而运动，实现基板2000的运输。
其中，复数个凸起部0113a可以多种分布形式分布。在一个示范性的实施例中，复数个凸起部0113a沿挠性件0113的运动方向均匀分布。在另一个实施例中，复数个凸起部0113a之间具有不同的间距，以适应不同尺寸的基板2000。
优选地，运动部0110具有平行设置的两个挠性传动结构。换言之，运动部0110具有两个主动轮0111、两个传动轮与两个挠性件0113，分别配合而形成两组挠性传动关系。同时，两个挠性传动结构平行设置，挠性件0113上的凸起部0113a分布完全一致，进一步增加基板卡具0120的有效支撑面积，使基板2000的装夹更为稳固，作用面积更大。
请参阅图1，多轴激光铣槽机1000设有至少一个铣切机构0200，用于进行铣槽加工。当铣切机构0200为复数个时，复数个铣切机构0200沿基板2000的运动方向分布。复数个铣切机构0200可用于对同一卡基2100进行多次铣切，形成具有复杂结构的填埋槽，例如是阶梯槽体、异形槽体等。
其中，铣切机构0200包括复数个激光器0210。复数个激光器0210均设于铣切工位，并沿第一方向阵列分布。同时，任一激光器0210可与卡基2100一一对应地设置，亦可同时作用于多个卡基2100。复数个激光器0210可实现对多个卡基2100的同时加工，具有多轴加工的突出效率。
其中，激光器0210用于发射激光光束，激光光束聚焦于卡基2100的特定深度处而发热。由于激光器0210的功率与作用时间的调节，激光光束产生的热能不会对卡基2100的结构造成破坏。该热能使聚焦处的卡基2100的材料受热熔化或汽化而去除，于卡基2100上形成所需的填埋槽。其中，激光光束为高功率密度激光束，激光器0210为激光切割头。根据实际加工需要，激光器0210的聚焦点位置被调节而获得不同深度的填埋槽。
请结合参阅图5～7，优选地，铣切工位设有吸屑机构0300，用于排出激光铣切过程产生的切屑。吸屑机构0300可具有多种实现方式，如抽排式、吹送式、自重排出式等。在一个示范性的实施例中，吸屑机构0300包括吸屑管0310，利用负压将切屑自铣切工位排出。进一步优选，吸屑机构0300还包括吹气管0320，兼具吹送清理切屑杂质与空气冷却的双重作用。
优选地，铣切工位设有冷却机构0400，冷却机构0400用于对加工中的基板2000进行冷却。冷却机构0400用于防止加工部位过热而造成结构损害，依冷却方式不同，可采用气体冷却或液体冷却方式。气体冷却方式以压缩气体带走热量，液体冷却方式以冷却液带走热量。
在一个示范性的实施例中，冷却机构0400采用空气冷却方式。冷却机构0400包括冷却板0410与进气端0420，冷却板0410设有复数个气孔0411及连接气孔0411与进气端0420的贯通气道，复数个气孔0411正对基板2000远离激光器0210的一侧表面。由此，进气端0420、贯通气道与复数个气孔0411形成一贯通气路。示范性地，冷却板0410设于铣切工位的挠性件0113下方，可直接对基板卡具0120上的基板2000进行吹气冷却。
在此，冷却空气从进气端0420进入贯通气道。由于气压差的作用，冷却空气经贯通气道到达气孔0411，并经气孔0411喷出而作用于基板2000的加工部，带动加工部产生的多余热量，避免热损害。其中，进气端0420可采用气路接头等形式实现。
请参阅图1，优选地，铣切工位设有压合机构0500，压合机构0500用于使基板2000与冷却板0410紧密贴合，实现更好的冷却效果。此外，压合机构0500施加的阻尼作用，可使基板2000于铣切工位以理想的速度均匀前行，使激光切割更为均匀而精确。压合机构0500可采用多种结构实现，例如是压辊的压合结构。在一个示范性的实施例中，压合机构0500具有压辊组，自基板2000的上下表面对基板2000施加作用。
请参阅图8，优选地，铣切工位设有透明保护罩0600，激光光束穿过透明保护罩0600而于卡基2100的表面铣切填埋槽。在激光铣切过程，卡基2100的表面材料发生汽化，形成具有污染影响的切割烟气。透明保护罩0600一方面用于隔绝切割烟气，避免环境污染；另一方面对加工环境提供封闭式保护，避免激光污染。
其中，透明保护罩0600可采用玻璃等材料制成，具有良好的透光率。透明保护罩0600两端设有开口，以便输送机构0100穿过。铣切加工时，加工中的卡基2100处于透明保护罩0600远离激光器0210的一侧。进一步优选，透明保护罩0600设有用于排出切割烟气的排气机构，排气机构可采用排气扇、抽气泵等结构实现。在一个示范性的实施例中，吸屑机构0300与冷却机构0400均处于透明保护罩0600的包围之中。
请参阅图9，优选地，多轴激光铣槽机1000还包括视觉检测单元0700与控制单元0800，视觉检测单元0700设于铣切工位，用于检测基板2000的运动速度参数与位置参数，控制单元0800根据运动速度参数调节激光器0210的出光速度以及根据位置参数对激光器0210的出光路径进行位置补偿。
其中，视觉检测单元0700是一种用机器代替人眼来做测量和判断的设备。视觉检测单元0700将被摄取目标转换成图像信号，传送给图像处理模块。图像处理模块根据像素分布和亮度、颜色等信息，将图像信号转变成数字化信号并对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征。由此，视觉检测单元0700得到基板2000的运动速度参数与位置参数。
视觉检测单元0700可采用多种形式实现，一般地以工业相机作为主要的实现形式。工业相机最本质的功能即将光信号转变成有序的电信号，并直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等参数。优选地，工业相机包括CCD相机或CMOS相机，亦可采用其他类型的相机形式。
控制单元0800接收视觉检测单元0700输出的运动速度参数与位置参数，与标准参数进行相应的比对运算，根据运算结果向激光器0210发出控制指令，调节激光器0210的加工速度与加工位置，实现反馈调节。
换言之，控制单元0800调节激光器0210的出光速度，使激光光束与基板2000的移动匹配，激光铣切时间保持在合理范围内，防止铣切量出现偏差，提高加工精度与加工效率；控制单元0800并调节激光器0210的出光路径，实现位置补偿，使激光光束的聚焦点较为理想。
控制单元0800具有相应的逻辑运算能力，可集成于激光器0210中，亦可作为设置于外的独立处理单元。示范性地，控制单元0800可采用微处理器、计算机、运算电路等形式，还可采用驱动器等类型。
优选地，多轴激光铣槽机1000还包括上料机构0900，上料机构0900用于将待加工的基板2000装夹到基板卡具0120上，实现基板2000的自动上料装夹。
上料机构0900可采用多种方式实现，如机械手、气动手指等类型。优选地，上料机构0900包括吸盘0910。进一步优选，吸盘0910可连接于旋转机构上，实现于水平面内的旋转。吸盘0910利用负压从料堆中吸取基板2000，随即将基板2000放置到基板卡具0120上，实现自动装夹，进一步提升生产率。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种多轴激光铣槽机，其特征在于，包括：
输送机构，所述输送机构包括运动部与设于所述运动部上的复数个基板卡具，所述基板卡具用于一一对应地装夹基板，复数个所述基板卡具随所述运动部运动经过铣切工位，所述基板设有复数个至少沿第一方向阵列分布的卡基，所述第一方向与所述基板的运动方向互不平行；
至少一个铣切机构，当所述铣切机构为复数个时，所述铣切机构沿所述基板的运动方向分布；
所述铣切机构包括复数个激光器，所述复数个激光器设于所述铣切工位并沿所述第一方向阵列分布，用于发射激光光束分别于对应的所述卡基的表面铣切填埋槽。
2.根据权利要求1所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述运动部包括主动轮、从动轮及张紧连接所述主动轮与所述从动轮的挠性件，所述挠性件沿其运动方向设置复数个凸起部，相邻的所述凸起部组成所述基板卡具。
3.根据权利要求2所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述主动轮与所述从动轮包括链轮、带轮或绳轮中的一种，所述挠性件包括传动链、传动带或传动绳中的一种。
4.根据权利要求1所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述铣切工位设有吸屑机构，所述吸屑机构用于吸除切屑。
5.根据权利要求1所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述铣切工位设有冷却机构，所述冷却机构用于对加工中的所述基板进行冷却。
6.根据权利要求5所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述冷却机构包括冷却板与进气端，所述冷却板设有复数个气孔及连接所述气孔与所述进气端的贯通气道，复数个气孔分别正对于所述基板远离所述激光器的一侧表面。
7.根据权利要求6所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述铣切工位设有压合机构，所述压合机构用于使所述基板与所述冷却板紧密贴合。
8.根据权利要求1所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述铣切工位设有透明保护罩，所述激光光束穿过所述透明保护罩而于所述卡基表面铣切所述填埋槽，所述透明保护罩设有用于排出切割烟气的排气机构。
9.根据权利要求1所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述多轴激光铣槽机还包括视觉检测单元与控制单元，所述视觉检测单元设于所述铣切工位，用于检测所述基板的运动速度参数与位置参数，所述控制单元根据所述运动速度参数调节所述激光器的出光速度以及根据所述位置参数对所述激光器的出光路径进行位置补偿。
10.根据权利要求1所述的多轴激光铣槽机，其特征在于，所述多轴激光铣槽机还包括上料机构，所述上料机构用于将待加工的所述基板装夹到所述基板卡具上。
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