CN107855667A - 用于切割柔性线路板的激光切割设备 - Google Patents

Abstract

一种用于切割柔性线路板的激光切割设备，其包括切割平台，激光组件，移动装置以及控制单元。该切割平台用于承托待切割的柔性电路板，该激光组件用于发出激光并切割柔性电路板。切割平台或激光组件在移动装置带动下进行位置调整，从而在控制单元的控制下利用激光切割功能将柔性电路板切割出设定的形状。本申请利用了激光切割所具备的快捷、高精度的特点，用以了解决传统柔性电路板制造工艺中生产准备周期长、成本高的问题。

Description

用于切割柔性线路板的激光切割设备

技术领域

本申请涉及柔性电路板加工制造设备，具体涉及一种用于切割柔性线路板的激光切割设备。

背景技术

柔性印制线路板FPC(Flexible Printed Circuit Board)是电路板中的“魅力女王”。与传统的刚性印制线路板(PCB)相比，FPC配线密度高、重量轻、厚度薄，可以自由弯曲、卷绕、折叠，依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。

FPC传统的加工方法，是采用开模具，通过机械冲压的机加工方式来实现对FPC的剪裁。这种方式生产准备周期长、成本高，但随着FPC应用范围的快速拓展，产值越来越高，导致传统的加工方法不足以支撑其周期和精度要求，因此，亟待提供一种新的加工制造方式来替代传统加工手段。

发明内容

本申请提供一种新型的用于切割柔性线路板的激光切割设备。

根据本申请的一方面，一种实施例中提供一种用于切割柔性线路板的激光切割设备，包括：

机架，用于起支撑作用；

切割平台，用于承托待切割的柔性电路板；

激光组件，用于发出激光并切割柔性电路板；

移动装置，所述切割平台或激光组件安装在移动装置中，所述移动装置带动切割平台或激光组件移动，用以将柔性电路板切割出设定的形状；

以及控制单元，用于控制移动装置的移动和激光组件的运行。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述移动装置包括X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构，所述X轴移动机构和Y轴移动机构分别输出水平方向内相互垂直的两个方向上的运动，所述Z轴移动机构输出竖直方向上的运动，所述切割平台或激光组件在X轴移动机构和Y轴移动机构驱动下在水平方向移动；所述切割平台或激光组件在Z轴移动机构驱动下在竖直方向移动，用以将柔性电路板调整到激光组件所发出激光的焦平面上。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述激光组件固定设置，所述切割平台安装在移动装置上，且所述切割平台位于激光组件的激光出射口的下方，所述移动装置驱动切割平台实现XYZ三个方向的移动。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述Z轴移动机构包括旋转电机、丝杆、下楔块、上楔块和用于与切割平台连接的连接板，所述旋转电机的输出轴与丝杆固定连接，所述下楔块与丝杆形成丝杆螺母副，所述下楔块具有沿下楔块移动方向设置的第一斜面，所述上楔块具有与第一斜面配合的第二斜面，所述上楔块被限定为能够在竖直方向上运动，所述丝杆的转动转化为下楔块的直线移动，并通过第一斜面驱动上楔块上升和下降，所述上楔块的运动带动连接板运动。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述Z轴移动机构还包括至少一个气缸，所述上楔块的运动带动气缸运动，所述气缸带动连接板运动。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述X轴移动机构包括第一线性电机，所述Y轴移动机构安装在X轴移动机构上，并由所述第一线性电机驱动实现X轴方向上的移动，所述Y轴移动机构包括第二线性电机，所述Z轴移动机构安装在Y轴移动机构上，并由所述第二线性电机驱动实现Y轴方向上的移动。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述激光组件包括激光器、激光聚焦镜、激光扩束镜、激光扫描振镜和激光远心扫描透镜，所述激光器发出的激光依次经过激光聚焦镜、激光扩束镜、激光扫描振镜和激光远心扫描透镜作用后照射到待切割柔性电路板上。

作为所述激光切割设备的进一步改进，还包括CCD定位单元，其设置在激光扫描振镜的一侧，用于进行定位。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述切割平台包括抽真空装置和吸盘，所述吸盘包括吸盘座、蜂窝板和蜂窝板座，所述吸盘座具有凹腔，所述凹腔的底壁具有凸棱和贯通的吸气口，所述凸棱将凹腔分割成不同气路，所述蜂窝板座具有安装腔，所述安装腔的底部具有多个通气口，所述蜂窝板四周密封地安装在安装腔内，所述蜂窝板具有多个吸盘口，所述吸盘口与蜂窝板座的通气口相通，所述蜂窝板座安装在吸盘座的凹腔内，且所述蜂窝板座底部外壁与凹腔内的凸棱分离形成间隙，所述凹腔的吸气口与抽真空装置连通。

作为所述激光切割设备的进一步改进，所述凸棱为多个独立设置且大致成十字形的凸起。

依据上述实施例的激光切割设备，其包括切割平台，激光组件，移动装置以及控制单元。该切割平台用于承托待切割的柔性电路板，该激光组件用于发出激光并切割柔性电路板。切割平台或激光组件在移动装置带动下进行位置调整，从而在控制单元的控制下利用激光切割功能将柔性电路板切割出设定的形状。本申请利用了激光切割所具备的快捷、高精度的特点，用以了解决传统柔性电路板制造工艺中生产准备周期长、成本高的问题。

附图说明

图1为本申请一种实施例中激光切割设备的结构示意图；

图2为图1所示实施例的侧视图；

图3为本申请一种实施例中Z轴移动机构的结构示意图；

图4为本申请一种实施例中切割平台的结构示意图；

图5为图4所示实施例沿A-A剖切的剖面图；

图6为本申请一种实施例中蜂窝板的结构示意图；

图7为本申请一种实施例中蜂窝板座的结构示意图；

图8为本申请一种实施例中吸盘座的结构示意图；

图9为本申请一种实施例中连接环的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

本实施例提供一种用于切割柔性线路板的激光切割设备，例如可以是一种紫外激光切割设备。

请参考图1和2，一种实施例中，该激光切割设备包括机架100，切割平台200，移动装置300，激光组件400以及控制单元(图中未示出，但并不影响本领域技术人员的理解)。

该机架100用于起支撑作用以及用于安装一些必需部件。该切割平台200用于承托待切割的柔性电路板，以便激光组件400可以对柔性电路板进行切割。该激光组件400用于发出激光并切割柔性电路板。切割平台200或激光组件400安装在移动装置300中，该移动装置300带动切割平台200或激光组件400移动，从而在控制单元的控制下利用激光切割功能将柔性电路板切割出设定的形状。

本申请利用了激光切割所具备的快捷、高精度的特点，用以解决传统模具冲压之不足的问题，实现便捷、高精度的加工生产。而且该加工方式能够适应多种材料加工，且加工过程清洁、环保，被加工物边缘整齐、无毛刺、无后续加工。

该激光切割设备可以使激光组件400固定而以切割平台200运动为主，也可以使切割平台200固定而以激光组件400运动为主。

进一步地，请参考图1和2，一种实施例中，该移动装置300包括Z轴移动机构310、Y轴移动机构320和X轴移动机构330。

X轴移动机构330和Y轴移动机构320分别输出水平方向内相互垂直的两个方向上的运动，Z轴移动机构310输出竖直方向上的运动，即构成一个能覆盖XYZ坐标的移动装置300。

该切割平台200或激光组件400在X轴移动机构330和Y轴移动机构320驱动下在水平方向移动。该切割平台200或激光组件400在Z轴移动机构310驱动下在竖直方向移动，用以将柔性电路板调整到激光组件400所发出激光的焦平面上，保证激光切割的效果。

当然，在其他一些实施例中，移动装置300可以根据运动的需求，只输出某一个或两个方向上的运动。

在切割过程中，激光组件400和切割平台200中至少其一运动均可。请参考图1和2，一种实施例中，该激光组件400固定设置，该切割平台200安装在移动装置300上，且切割平台200位于激光组件400的激光出射口的下方，该移动装置300驱动切割平台200实现XYZ三个方向的移动。

采用切割平台200运动的方式结构更为简单，无需考虑激光组件400运动时其线缆所带来的跟随问题，也可避免激光组件400中各部件在运动中发生相对位移，影响激光切割效果。

请参考图3，一种实施例，该Z轴移动机构310包括旋转电机311、丝杆312、下楔块313、上楔块314和用于与切割平台200连接的连接板315。

该旋转电机311的输出轴与丝杆312固定连接，例如通过联轴器318带动丝杆312做旋转运动。该下楔块313与丝杆312形成丝杆螺母副，该下楔块313具有沿下楔块313移动方向设置的第一斜面，该上楔块314具有与第一斜面配合的第二斜面。该上楔块314被限定为能够在竖直方向上运动，例如通过导向结构来进行限定。该丝杆312的转动转化为下楔块313的直线移动，可配合下楔块313的运动设置导轨317。下楔块313通过第一斜面驱动上楔块314上升和下降，该上楔块314的运动带动连接板315运动。

图3所示，这里所说的沿下楔块313移动方向是指，第一斜面顺着下楔块313往复运动方向倾斜，从而利用斜坡运动的原理，保证第一斜面在向一侧直线运动时可以将第二斜面乃至整个上楔块314顶起，而第一斜面在向另一侧直线运动时可以将第二斜面放下。

进一步地，一种实施例中，该Z轴移动机构310还包括至少一个气缸316，该上楔块314的运动带动气缸316运动，该气缸316带动连接板315运动。

此结构设计相较于传统的Z轴结构(例如Z轴独立挂在横梁上)，空间利用率更高、成本更低、更简单便捷，功能上能够更加精准的控制Z轴焦距的变化程度。

进一步地，请参考图1，一种实施例中，该X轴移动机构330包括第一线性电机321，该Y轴移动机构320安装在X轴移动机构330上，并由第一线性电机321驱动实现X轴方向上的移动。Y轴移动机构320包括第二线性电机331，Z轴移动机构310安装在Y轴移动机构320上，并由第二线性电机331驱动实现Y轴方向上的移动，从而实现XYZ三个方向的移动。

另一方面，请继续参考图1和2，一种实施例中，该激光组件400包括激光器410、激光聚焦镜420、激光扩束镜430、激光扫描振镜440和激光远心扫描透镜450，该激光器410发出的激光依次经过激光聚焦镜420、激光扩束镜430、激光扫描振镜440和激光远心扫描透镜450作用后照射到待切割柔性电路板上。

在实际加工生产中，控制单元给激光器410发送指令，发出激光光束，通过激光聚焦镜420，聚焦后，形成聚焦光束，再通过激光扩束镜430，扩展激光束的直径和减小激光束的发散角后，再经过激光扫描振镜440处理后，经过激光远心扫描透镜450后，聚焦到板材上。

激光器410可以为全固态激光器，最小光斑尺寸为20um，激光波长为355nm，激光输出功率要达到10W以上，激光器410发出的激光要通过激光扩束镜430、激光扫描振镜440、激光远心扫描透镜450才能作用在加工板材上。扫描振镜用于控制激光在板材加工表面上进行切割图形的轨迹扫描。

另一方面，请参考图1和2，一种实施例中，该激光切割设备还包括CCD定位单元500，其设置在激光扫描振镜440的一侧，用于进行定位。CCD定位单元500可采集加工品的高清图像直接传输给控制单元，用以提高定位效果，进而保证激光切割的精准度。

请参考图4和5，一种实施例中，该切割平台200采用真空吸附的方式固定待切割柔性电路板。

该切割平台200包括抽真空装置(例如真空泵，图中未示出，但并不影响本领域技术人员的理解)和吸盘。该抽真空装置用于提供负压源。该吸盘用于吸附待切割柔性电路板。

请参考图4-8，该吸盘包括吸盘座210、蜂窝板座220和蜂窝板230，该吸盘座210具有凹腔211，该凹腔211的底壁具有贯通的吸气口212，该蜂窝板座220具有安装腔221，该安装腔221的底部具有多个通气口222。该蜂窝板230四周密封地安装在安装腔221内，该蜂窝板230具有多个吸盘口232，该吸盘口232与蜂窝板座220的通气口222相通，该蜂窝板座220安装在吸盘座210的凹腔211内，该凹腔211的吸气口212与抽真空装置连通。

当抽真空装置工作时，吸盘内部会产生吸力，使置于蜂窝板230之上的柔性线路板(FPC板)能够被完全吸附，使其加工表面能够平整，激光对其表面的受热程度一致，使加工效果更加完美。

该吸盘座210在整个结构装置中起到承上启下的作用，连接着蜂窝板座220和抽真空装置，当抽真空装置工作时，产生吸附力，吸盘座210内部会形成一股气流，作用于蜂窝板座220上，从而达到吸附效果。

蜂窝板座220可以用铝合金材料制成，紧密的小孔可保证吸附的通透性，中间的安装腔221用于保证蜂窝板230能够平整、稳固的放置在蜂窝板座220上。蜂窝板座220与吸盘座210之间可通过螺钉固定。

蜂窝板230可采用聚碳酸酯材料制成，简称PC蜂窝板。PC蜂窝板物理机械性能好，尤其是耐冲击性优异，拉伸、弯曲、压缩强度高。

蜂窝板座220上的通气口222的设置，可以使得在抽真空装置抽真空时，抽吸力不会局限在蜂窝板230的局部，而是通过通气口222分散到蜂窝板230的各处，保证蜂窝板230的各个吸盘口232的吸力能够更为均匀。

进一步，在一些实施例中，还可以使通气口222和吸盘口232错开设置，使一个通气口222能够与两个以上的吸盘口232相通，使吸盘口232上的抽吸力更加均匀。

请参考图6，该蜂窝板230具有板体232，该吸盘口232大致呈正六边形，且该吸盘口232成阵列地排布在板体232上。该蜂窝形的结构使得柔性线路板放上去之后，可平整、稳固的被吸附，达到固定的作用。

请参考图7，一种实施例中，该通气口222也可成阵列地排布在安装腔221的底壁上。

另一方面，请参考图5和8，吸盘座210凹腔211的底壁具有凸棱213，该凸棱213将凹腔211分割成不同气路，从而使蜂窝板座220底部外壁与凹腔211内的凸棱213分离形成间隙。这些气路可以使得抽真空装置的抽吸力分散到凹腔211的各处，从而在蜂窝板230上形成更为均匀的吸附力。

请参考图8，一种实施例中，该凸棱213为多个独立设置且大致成十字形的凸起。该凸起也可以成阵列地排布在凹腔211的底壁上。

进一步地，请参考图8和9，一种实施例中，还包括成法兰形状的连接环240，该连接环240固定在吸盘座210的凹腔211内，且其较窄的一端241从吸气口212伸出，该抽真空装置与连接环240伸出吸气口212的部分连通。

该连接环240可以用硬度等级稍微高一点的铝合金材料制成。连接环240从吸盘座210上面往下套，且用螺钉从其法兰盘一侧242的两个孔位往吸盘座210锁住，下面一节连接PVC管，使PVC管与吸盘座210可以更好的连接在一起。PVC管用于连通抽真空装置。

请参考图1，该机架100的下面可以装有运动控制卡、驱动器、冷水机及电路控制部分；机架100具有大理石平台110和凸起的支撑臂120，支撑臂120上面放置激光器410、激光聚焦镜420、激光扩束镜430、振镜及CCD固定板、激光扫描振镜440和激光远心扫描透镜450依序连接，远心扫描透镜连在激光扫描振镜440的下面。CCD定位模块固定在振镜左侧。机架100上的大理石平台110自下而上连有X/Y轴线性电机321、331、Z轴移动机构310及切割平台200。

本实施例所示设备的加工过程概括如下：

把待加工的柔性线路板平放到切割平台上，并通过控制单元确定其位置和控制调整切割平台的高低，使得激光焦距达到可激透板材的高度，然后依据FPC的特性、加工图形以及切割方式通过控制单元来实现切割加工。Z轴移动机构会按照预先设定的参数在切割加工过程中不断地自动调整FPC板的切割平台的高度，以使得FPC板的切割层位于激光的焦平面上，这样随着切割的进行，激光的焦平面会逐渐地从FPC板的下表面移动到上表面直到把整块FPC板都切割透。

本装置能解决传统模具冲压之不足，实现便捷、高精度的加工生产，还能够提高设备的自动化程度，降低运行成本，提高了工作效率，同时能够适应多种材料加工，且加工过程清洁、环保，被加工物边缘整齐、无毛刺、无后续加工。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于切割柔性线路板的激光切割设备,其特征在于，包括：

机架，用于起支撑作用；

切割平台，用于承托待切割的柔性电路板；

激光组件，用于发出激光并切割柔性电路板；

移动装置，所述切割平台或激光组件安装在移动装置中，所述移动装置带动切割平台或激光组件移动，用以将柔性电路板切割出设定的形状；

以及控制单元，用于控制移动装置的移动和激光组件的运行。

2.如权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述移动装置包括X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构，所述X轴移动机构和Y轴移动机构分别输出水平方向内相互垂直的两个方向上的运动，所述Z轴移动机构输出竖直方向上的运动，所述切割平台或激光组件在X轴移动机构和Y轴移动机构驱动下在水平方向移动；所述切割平台或激光组件在Z轴移动机构驱动下在竖直方向移动，用以将柔性电路板调整到激光组件所发出激光的焦平面上。

3.如权利要求2所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光组件固定设置，所述切割平台安装在移动装置上，且所述切割平台位于激光组件的激光出射口的下方，所述移动装置驱动切割平台实现XYZ三个方向的移动。

4.如权利要求2所述的激光切割设备，其特征在于，所述Z轴移动机构包括旋转电机、丝杆、下楔块、上楔块和用于与切割平台连接的连接板，所述旋转电机的输出轴与丝杆固定连接，所述下楔块与丝杆形成丝杆螺母副，所述下楔块具有沿下楔块移动方向设置的第一斜面，所述上楔块具有与第一斜面配合的第二斜面，所述上楔块被限定为能够在竖直方向上运动，所述丝杆的转动转化为下楔块的直线移动，并通过第一斜面驱动上楔块上升和下降，所述上楔块的运动带动连接板运动。

5.如权利要求4所述的激光切割设备，其特征在于，所述Z轴移动机构还包括至少一个气缸，所述上楔块的运动带动气缸运动，所述气缸带动连接板运动。

6.如权利要求4所述的激光切割设备，其特征在于，所述X轴移动机构包括第一线性电机，所述Y轴移动机构安装在X轴移动机构上，并由所述第一线性电机驱动实现X轴方向上的移动，所述Y轴移动机构包括第二线性电机，所述Z轴移动机构安装在Y轴移动机构上，并由所述第二线性电机驱动实现Y轴方向上的移动。

7.如权利要求3所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光组件包括激光器、激光聚焦镜、激光扩束镜、激光扫描振镜和激光远心扫描透镜，所述激光器发出的激光依次经过激光聚焦镜、激光扩束镜、激光扫描振镜和激光远心扫描透镜作用后照射到待切割柔性电路板上。

8.如权利要求7所述的激光切割设备，其特征在于，还包括CCD定位单元，其设置在激光扫描振镜的一侧，用于进行定位。

9.如权利要求1-8任一项所述的激光切割设备，其特征在于，所述切割平台包括抽真空装置和吸盘，所述吸盘包括吸盘座、蜂窝板和蜂窝板座，所述吸盘座具有凹腔，所述凹腔的底壁具有凸棱和贯通的吸气口，所述凸棱将凹腔分割成不同气路，所述蜂窝板座具有安装腔，所述安装腔的底部具有多个通气口，所述蜂窝板四周密封地安装在安装腔内，所述蜂窝板具有多个吸盘口，所述吸盘口与蜂窝板座的通气口相通，所述蜂窝板座安装在吸盘座的凹腔内，且所述蜂窝板座底部外壁与凹腔内的凸棱分离形成间隙，所述凹腔的吸气口与抽真空装置连通。

10.如权利要求9所述的激光切割设备，其特征在于，所述凸棱为多个独立设置且大致成十字形的凸起。