CN108247208A - 激光标刻装置及其标刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光标刻装置及其标刻方法，其包括载台、支架、紫外激光打标机、光学传导系统、位于所述光学传导系统下方的振镜扫描系统、用于固定产品的加工平台、用于吸附产品的顶升装置、用于定位产品的产品定位柱、位于加工平台周围且用于定位产品的多个产品定位装置、位于加工平台下且用于对产品进行定位的初定位相机、用于移动产品的直线移动平台、以及用于定位及计算加工精确位置的成像定位系统和工控电脑；所述直线移动平台设置于载台上。本发明采用CCD定位，加工精度高，操作简单；通过使用吸附装置使待标刻产品水平固定，标刻过程中保持PET薄膜的完整，从背面支撑待标刻产品区域，防止切断瞬间由于掉落产生应力破坏标刻边缘效果。

Description

激光标刻装置及其标刻方法

技术领域

本发明属于激光标刻技术领域，尤其涉及一种激光标刻装置及其标刻方法。

背景技术

ITO薄膜是指铟锡氧化物的半导体透明导电薄膜，通常将ITO薄膜镀在玻璃基板上， 其厚度范围为100-500nm。ITO薄膜以其在可见光区的高透过率以及很强的导电能力等优质特性，被广泛应用到消费电子领域的触摸屏行业中。传统的ITO刻线采用的是化学 试剂刻蚀，这种方法主要是因其废品率高、成本高而逐渐被淘汰。现在ITO刻线慢慢开 始偏向于成本低、无污染、易操作、良品率高的激光刻蚀技术。

随着技术的发展，在触摸屏ITO行业中的精度要求越来越高，集成化也越来越高端， 传统的刻线方式已渐渐无法满足要求,表现在：蚀刻后会对ITO玻璃面板造成损伤；蚀刻的拐角处有毛刺；尺寸精度误差大；蚀刻的速度慢；难以蚀刻较复杂的图形。

新型的激光刻蚀方式是通过调节高能激光束的焦点位置，使其直接作用于ITO薄膜 层，并调整激光能量，使得ITO层瞬间气化而不影响基底玻璃面板，从而达到蚀刻的效果。激光蚀刻激光蚀刻后均未对玻璃面板造成损伤，尺寸精度误差在15um以内，且激 光蚀刻设备相较于化学试剂刻蚀，设备体积更加小巧、易操作、成本低、良品率高，ITO 激光刻蚀已逐渐成为行业中的主力军,但目前的激光蚀刻设备的生产效率及加工精度仍 无法满足更加精细的生产技术要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工精度高、方便标刻产品的后续处理和放置的激光标刻装置及其标刻方法。

本发明提供一种激光标刻装置，其包括载台、固定在载台上的支架、位于支架上至少一个紫外激光打标机；还包括位于所述紫外激光打标机一侧的光学传导系统、位于 所述光学传导系统下方的振镜扫描系统、用于固定产品的加工平台、用于吸附产品的顶 升装置、用于定位产品的产品定位柱、位于加工平台周围且用于定位产品的多个产品定 位装置、位于加工平台下且用于对产品进行定位的初定位相机、用于移动产品的直线移 动平台、以及用于定位及计算加工精确位置的成像定位系统和工控电脑；所述直线移动 平台设置于载台上；所述顶升装置包括位于所述加工平台与直线移动平台之间。

优选地，顶升装置包括位于所述加工平台与直线移动平台之间的吸附气缸、以及与吸附气缸连接且位于加工平台下方的吸附支柱、以及位于所述吸附支柱端部的真空吸附孔；所述真空吸附孔吸柱产品。

优选地，所述成像定位系统1与所述工控电脑连接。

优选地，还包括可用于抽检产品的回路及厚度检测系统。

优选地，所述回路及厚度检测系统包括厚度检测传感器。

优选地，所述产品定位装置位于所述加工平台的下方。

优选地，紫外激光打标机设有四套。

优选地，所述直线移动平台包括真空吸附载台、第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑轨和第二滑轨之间呈“十”字形设置，所述第一滑轨固定于所述载台上，所述第二滑 轨滑动设置于所述第一滑轨上，所述真空吸附载台滑动设置于所述第一滑轨上。

本发明还提供一种激光标刻方法，包括以下步骤：

第一步：在激光标刻加工前，校正直线移动平台和振镜扫描系统6的精度、以及 设置标刻加工的精确位置；

第二步：产品置于所述加工平台上；

第三步：首先用初定位相机检测玻璃面板的边角位置，用吸附装置固定加工产品；然后通过工控电脑计算确定玻璃面板上需要进行标刻的精确位置；

第四步：控制所述紫外激光打标机根据上述精确位置对玻璃面板进行激光标刻加工；

第五步：通过振镜扫描系统对激光束进行聚焦处理，使激光束在待标刻产品内部形成光斑。

优选地，还包括如下步骤：

第六步：通过除尘装置对待标刻产品进行粉尘处理；

第七步：使用成像定位系统来检测产品的标刻效果。

本发明激光标刻装置及方法，通过利用激光束较小的脉冲宽度和较短的波长以非接 触方式实现产品的标刻，避免了机械方法对产品产生的接触应力，以及在标刻加工过程中因热加工机制产生微裂纹、挂渣、变形等问题；采用CCD定位，加工精度高，操作简 单；通过使用吸附装置使待标刻产品水平固定，标刻过程中保持PET薄膜的完整，从背 面支撑待标刻产品区域，防止切断瞬间由于掉落产生应力破坏标刻边缘效果，并且方便 标刻产品的后续处理和放置；通过除尘装置，减少噪音，使得加工过程更加环保节能。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是发明实例提供的激光标刻装置的结构示意图；

图2为图1所示激光标刻装置的部分放大图；

图3为图1所示激光标刻装置的成像定位系统的结构示意图；

图4为图1所示激光标刻装置的直线移动平台的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是发明实例提供的激光标刻装置的结构示意图，本激光标刻装置用于对产品进行标刻，在本实施例中产品为ITO薄膜的玻璃面板或其他类型的板体。

本激光标刻装置包括载台100、固定在载台100上的支架101、位于支架101上且 可产生激光的紫外激光打标机102、光学传导系统103、振镜扫描系统106、可用于抽检 产品的回路及厚度检测系统105、用于固定待加工玻璃面板的加工平台108、用于吸附 的顶升装置、设置在加工平台108上的多个真空吸附孔107、用于定位产品的产品定位 柱109、位于加工平台108周围且用于定位产品的多个产品定位装置111、位于加工平 台108下且用于对产品进行定位的初定位相机110、用于移动所述待加工玻璃面板的直 线移动平台112、用于定位及计算加工精确位置的成像定位系统104和工控电脑(图未 示)。

所述紫外激光打标机102位于光学传导系统103的一侧，振镜扫描系统106位于 光学传导系统103的下方。所述振镜扫描系统106位于加工平台108上，所述加工平台 108位于直线移动平台112上；顶升装置位于加工平台108与直线移动平台112之间， 顶升装置包括位于加工平台108与直线移动平台112之间的吸附气缸、以及与吸附气缸 连接且位于加工平台108下方的吸附支柱，所述真空吸附孔107位于吸附支柱的端部， 真空吸附孔107吸柱玻璃面板；直线移动平台112设置于所述载台100上，所述成像定 位系统104设置于所述支架101上，成像定位系统104与所述工控电脑连接。

本激光标刻装置具有四套紫外激光打标机102，以满足客户效率要求，四套紫外激光打标机102可分别和同时进行工作，以达到标刻速度大大地提高了。所述每套紫外激 光打标机102包括固定支撑架、激光发生器、用于调整激光光束直径及激光能量分布的 内置整形外光路组件、可对激光进行反射光纤并对待加工玻璃面板进行扫描的扫描振镜 方头组件和可调节激光扫描加工焦点纵向位置的调节组件；所述四套激光发生器、内置 整形外光路组件、扫描振镜方头组件及纵向位置调节组件连接于固定支撑架上。

初定位相机110包括第一成像相机、第一安装板、第一成像镜头、第一同轴光源 和第一纵向调节平台组件；所述第一纵向调节平台组件连接于所述纵向位置调节组件 上，所述第一安装板连接于所述第一纵向调节平台组件上，所述第一成像相机、第一成 像镜头均固定于所述第一安装板上，所述第一同轴光源连接于所述第一成像镜头上。

如图4所示，所述直线移动平台112包括真空吸附载台1121、第一滑轨1122和第 二滑轨1123，所述第一滑轨1122和第二滑轨1123之间呈“十”字形设置，所述第一滑 轨1122固定于所述载台100上，所述第二滑轨1123滑动设置于所述第一滑轨1122上， 所述真空吸附载台1121滑动设置于所述第一滑轨1122上。

其中，回路及厚度检测系统105用于检测激光器是否能将ITO玻璃面板产品的ITO膜去除干净。回路及厚度检测系统105包括厚度检测传感器，厚度检测传感器可用于检 测玻璃面板产品的厚度。

ITO玻璃面板产品放置在加工平台108上后，会被感应传感器检测到，产品定位装置111会对产品周围进行定位，产品的底部由产品定位柱109进行定位；定位后的产品 会被置于吸附支柱上，并被吸附支柱109上的真空吸附孔107吸附，之后由加工平台108 下方的对角初定位相机110对产品进行定位，最后通过工控电脑的计算确定出待加工玻 璃面板上需要进行标刻的精确位置。

本发明实施例的ITO玻璃面板激光标刻系统原理为：通过紫外激光打标机102发射激光束，发射的激光束经过光学传导系统103后入射至振镜扫描系统106，通过振镜 扫描系统106对激光束进行聚焦处理，使激光束在加工平台108上吸附的待加工产品内 部形成光斑，并利用聚焦光斑对待玻璃面板产品进行标刻；振镜扫描系统106对于不同 厚度的待标刻玻璃面板产品可设定相应的工艺参数进行标刻，工艺参数包括激光频率、 激光功率、打标速度及焦点位置等；激光标刻过程中，高能量密度的激光束聚焦到待标 刻玻璃面板产品内部，部分光束能量被反射，剩余部分被待标刻的玻璃面板产品吸收， 待标刻玻璃面板产品温度迅速上升至融化乃至气化温度，在标刻区域产生融化和气化现 象，并且有粉尘产生，用烟尘过滤器进行除尘，达到标刻边缘光洁整齐、标刻质量好速 度快的精密加工。

本发明实施ITO玻璃面板激光标刻设备所用紫外激光打标机102为固体紫外激光器， 紫外激光打标机102的功率为10W—30W，紫外激光打标机102发射激光的波长为355nm，脉宽范围为20ns—100ns，聚焦光斑的直径范围为10um—20um，利用激光束较小的脉冲 宽度和较短的波长以非接触方式实现ITO玻璃面板的标刻，由于其波长短，光斑小，热 影响区域小，避免了机械方法对玻璃面板的接触应力损伤，以及在标刻过程中因热加工 机制产生微裂纹、挂渣等问题，避免标刻边缘毛刺的产生和玻璃面板表面的爆裂，获得 高精度和高质量的标刻加工效果。

在标刻过程中，将含有ITO膜玻璃面板面朝上，机械手移动产品至工作台上，产品进入到工作台后，产品定位装置111对产品进行定位，定位后产品落在产品定位柱109 上，加工平台108上的真空吸附孔107对产品进行吸附，初定位相机110对产品进行定 位，功率计可定时对激光功率进行检测，保证激光输出功率的稳定性，以保证加工质量 (如图1所示)。使待标刻产品水平固定后，出射激光穿过吹气和除尘装置后标刻覆盖 区域的待标刻产品，此区域标刻完成后，直线移动平台113移动，标刻下一个区域，如 此循环，直到将直线移动平台平板上的所有待标刻产品标刻完成；标刻过程中要求只对 ITO膜层打标，玻璃面板不能受到损伤。

在激光对待标刻产品的标刻过程中会产生粉尘，影响标刻效果并且污染环境，通过 除尘装置做粉尘处理，从而优化标刻效果，进一步提高标刻质量。吹气和除尘装置内部的除尘通道用于将吸进的粉尘排出.

在本发明实例中，所述待标刻产品为ITO玻璃面板，本发明同样适用于其他类型或厚度的待标刻产品，例如铝片，铝合金、不锈钢片等。

优选地，载台100和支架101均可选用大理石为材料，其具有热变形系数小，尺寸稳定等优点，有利于提高设备的可靠性。

优选的，本激光标刻装置外部设有层流罩(图未示),防止灰尘进入本激光标刻装置 的里面，还可以把本激光标刻装置里面的灰尘吹出去。本激光标刻装置的外罩主要采用方钢焊接与型材拼接制作，地板接触位采用脚轮和减震垫铁，有效防止震动对设备精度 的影响。本激光标刻装置的外壳骨架及钣金进行酸洗处理后喷涂油漆达到千级别无尘室 的设备标准要求。

本发明实例中ITO玻璃面板产品标识标刻方法的打样过程如下：校正加工平台108、 校正振镜扫描系统106、进料(定位后产品落在产品定位柱109上，加工平台108上的真空吸附孔107对产品进行吸附)、产品移动到振镜扫描系统下面，设置产品边角作为 标刻抓取模板、软件上的图案会根据设置的标刻相对位置自动计算打标位置、设置打标 参数、开始激光打标、以及完成后取料。

本发明实例中ITO玻璃面板标识标刻方法，包括以下步骤：

第一步：在激光标刻加工前，校正直线移动平台112和振镜扫描系统106的精度、以及设置标刻加工的精确位置，即：首先对直线移动平台112的重复定位精度和振镜扫 描系统106的方头精度进行校正，然后对紫外激光打标机102的激光的中心和CCD相机 的中心进行偏移校准、并通过设置工控电脑的产品的图形模板以计算标刻加工的精确位 置；

第二步：待加工玻璃面板置于所述加工平台上，并使有ITO膜的玻璃面板面朝上；

第三步：首先用初定位相机110检测玻璃面板的边角位置，用气体吸附装置固定加工产品；然后通过工控电脑计算确定玻璃面板上需要进行标刻的精确位置；

第四步：控制所述紫外激光打标机根据上述精确位置对玻璃面板进行激光标刻加工，即：通过激光器发射激光束，发射的激光束经过光学传导系统103后入射至振镜扫 描系统106；所述激光器为Nd：YVO4型固体紫外激光器，激光器的功率为10W—30W， 激光器所发射激光束的波长为355nm，脉宽范围为20ns—30ns；

第五步：通过振镜扫描系统106对激光束进行聚焦处理，使激光束在待标刻产品内部形成光斑；所述聚焦光斑的直接范围为10um—20um；

第六步：通过除尘装置对待标刻产品进行粉尘处理。

第七步：使用成像定位系统104来检测产品的标刻效果。

本发明激光标刻装置及方法，通过利用激光束较小的脉冲宽度和较短的波长以非接 触方式实现产品的标刻，避免了机械方法对产品产生的接触应力，以及在标刻加工过程中因热加工机制产生微裂纹、挂渣、变形等问题；采用CCD定位，加工精度高，操作简 单；通过使用吸附装置使待标刻产品水平固定，标刻过程中保持PET薄膜的完整，从背 面支撑待标刻产品区域，防止切断瞬间由于掉落产生应力破坏标刻边缘效果，并且方便 标刻产品的后续处理和放置；通过除尘装置，减少噪音，使得加工过程更加环保节能。

本发明ITO玻璃面板激光标刻装置及方法，旨在克服现有ITO玻璃面板激光标刻设备生产效率、幅面与精细度的不足，本发明的设备采用紫外激光器，利用激光切割技术 对玻璃面板基底上的ITO导电膜进行激光蚀刻加工，凭借紫外激光短波长及冷加工的优 点，在加工玻璃面板时，其精细度大大提高，同时使热影响降到了最低，尺寸精度误差 控制在±5um以内；本发明激光标刻装置适用于550*650mm的玻璃面板，实际应用中还 可以兼容1500*1850mm和2200*2500mm的玻璃面板。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具 体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光标刻装置，其包括载台、固定在载台上的支架、位于支架上至少一个紫外激光打标机；其特征在于，还包括位于所述紫外激光打标机一侧的光学传导系统、位于所述光学传导系统下方的振镜扫描系统、用于固定产品的加工平台、用于吸附产品的顶升装置、用于定位产品的产品定位柱、位于加工平台周围且用于定位产品的多个产品定位装置、位于加工平台下且用于对产品进行定位的初定位相机、用于移动产品的直线移动平台、以及用于定位及计算加工精确位置的成像定位系统和工控电脑；所述直线移动平台设置于载台上；所述顶升装置包括位于所述加工平台与直线移动平台之间。

2.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，顶升装置包括位于所述加工平台与直线移动平台之间的吸附气缸、以及与吸附气缸连接且位于加工平台下方的吸附支柱、以及位于所述吸附支柱端部的真空吸附孔；所述真空吸附孔吸柱产品。

3.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述成像定位系统1与所述工控电脑连接。

4.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，还包括可用于抽检产品的回路及厚度检测系统。

5.根据权利要求4所述的激光标刻装置，其特征在于，所述回路及厚度检测系统包括厚度检测传感器。

6.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述产品定位装置位于所述加工平台的下方。

7.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，紫外激光打标机设有四套。

8.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述直线移动平台包括真空吸附载台、第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑轨和第二滑轨之间呈“十”字形设置，所述第一滑轨固定于所述载台上，所述第二滑轨滑动设置于所述第一滑轨上，所述真空吸附载台滑动设置于所述第一滑轨上。

9.一种激光标刻方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在激光标刻加工前，校正直线移动平台和振镜扫描系统6的精度、以及设置标刻加工的精确位置；

第二步：产品置于所述加工平台上；

第三步：首先用初定位相机检测玻璃面板的边角位置，用吸附装置固定加工产品；然后通过工控电脑计算确定玻璃面板上需要进行标刻的精确位置；

第四步：控制所述紫外激光打标机根据上述精确位置对玻璃面板进行激光标刻加工；

第五步：通过振镜扫描系统对激光束进行聚焦处理，使激光束在待标刻产品内部形成光斑。

10.根据权利要求9所述的激光标刻方法，其特征在于，还包括如下步骤：

第六步：通过除尘装置对待标刻产品进行粉尘处理；

第七步：使用成像定位系统来检测产品的标刻效果。