CN116991041A - 一种激光旋转成像设备 - Google Patents

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陈钢
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Abstract

本申请实施例提供了一种激光旋转成像设备，其采用单一方向旋转的方式移动加工件上的曝光面，只需要在开机时进行一次定位，无需将激光器进行来回往复移动扫描，进而无需进行反复定位，避免了定位误差，提高了激光成像的精度。同时，根据激光器阵列中不同位置激光器的相对旋转线速度调节激光输出功率，相对旋转线速度越大，激光功率越高，可以降低因相同激光功率扫描速度不同而导致的曝光能量差异性，提高了曝光成像的一致性，进而提高了曝光成像的质量。

Description

一种激光旋转成像设备
技术领域
本申请涉及激光成像技术领域，尤其涉及一种激光旋转成像设备。
背景技术
激光成像技术可控制激光器组件扫描曝光面上的感光涂层进行曝光，对曝光之后的感光涂层进行显影，生成所需的显影图像。相对于现有的掩膜曝光成像技术，激光成像技术无需制作掩膜，大大节约了生产成本。
现有的激光成像设备往往控制激光器组件在预设水平方向来回往复扫描曝光面的方式对待加工面进行曝光，每一次来回往复扫描需要进行定位以确定每一次扫描的起点，一次生产过程中多次重复扫描，也就需要进行多次定位，若某一次定位不准就会影响曝光成像的精度。为此，有必要对激光成像设备进行改进。
发明内容
本申请实施例提供了一种激光旋转成像设备，用于提高激光成像设备的精度，提高曝光成像的一致性。
本申请实施例提供了一种激光旋转成像设备，旋转台、激光器组件以及控制器；其中，
所述旋转台上设置有固定加工件的固定组件，并驱动加工件围绕同一旋转中心轴旋转；
所述激光器组件包含与所述旋转中心轴垂直的激光横梁以及用于固定所述激光横梁的横梁固定架；所述激光横梁上安装有可沿径向直线方向移动的激光器阵列，所述径向直线是指经过所述旋转中心轴在激光横梁垂直投影点的直线；所述激光器阵列的激光出光面与所述加工件上曝光面相对设置，以使得所述激光器阵列的激光可照射在加工件的曝光面上；
所述控制器根据激光器阵列中不同位置激光器的相对旋转线速度调节激光输出功率，当可照射的实时位置与加工件上像素曝光点的位置一致时，点亮对应的激光器对加工件上像素曝光点进行曝光；其中，激光相对旋转线速度越大，激光输出功率越高。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述横梁固定架分别与横梁两端连接，形成三角形结构。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述横梁固定架分别与横梁两端连接，形成横跨所述旋转台的龙门结构。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述旋转台上设置有多个凹形孔，每个凹形孔中安装有平整度调节机构，所述平整度调节机构用于调整的加工件上曝光面的平整度。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述固定组件通过负压吸附的方式固定加工件。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述激光器阵列中的激光器呈径向直线方向的直线形分布。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中的激光旋转成像设备，还可以包括：位移编码器；所述位移编码器包含移动部件和固定部件，所述固定部件安装在所述加工平台上，所述移动部件设置在所述激光器旋转平台，用于在旋转过程中检测所述激光器旋转平台上标定点的实时位置
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述控制器还用于执行如下步骤：
在控制激光器点亮之前，获取加工件的曝光面上的各个光斑与旋转中心的距离RN以及所述旋转台的旋转角速度W；
根据等式P＝P0+K*W*RN分别计算各颗激光器对应的输出功率，其中K为预设比例系数。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本发明实施例中的旋转激光成像设备采用单一方向旋转的方式移动加工件上的曝光面，只需要在开机时进行一次定位，无需将激光器进行水平方向往复移动扫描，进而无需进行反复定位，避免了定位误差，提高了激光成像的精度。同时，根据激光器阵列中不同位置激光器的相对旋转线速度调节激光输出功率，相对旋转线速度越大，激光功率越高，可以降低因相同激光功率扫描速度不同而导致的曝光能量差异性，避免不同成像区域因曝光能量不一致导致的显影图像差异，提高了曝光成像的一致性，即提高了曝光成像的质量。
附图说明
图1为本申请实施例提供的激光旋转成像设备的一种结构布局示意图；
图2为本申请实施例提供的激光旋转成像设备的另种结构布局示意图；
图3为本申请实施例提供的激光旋转成像设备的另种结构布局示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种激光旋转成像设备，用于提高激光成像设备的精度，提高成像一致性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了便于理解，下面对本申请实施例中的具体流程进行描述，请参阅图1或图2，本申请实施例中一种激光旋转成像设备的一个实施例可包括：旋转台10、激光器组件20以及控制器30。
可选的，旋转台10是切面为中心对称图形(例如圆形、六边形)的柱体结构，图中仅以圆柱体为例进行说明。旋转台10上设置有用于固定加工件的固定组件(未示出)，其中，固定组件可以通过负压吸附的方式固定加工件，也可以通过卡扣的方式固定加工件，还可以通过机械夹持的方式，具体实现方式可以根据加工件的尺寸和种类进行选择，具体此处不做限定。旋转台10还可以驱动加工件围绕旋转中心轴旋转(例如顺时针或逆时针旋转)。具体的，旋转台10可以采用辊传动或齿轮传动结构驱动全部或部分台面旋转，以带动加工件围绕旋转中心轴旋转，具体结构此处不做限定。
激光器组件20包含与旋转中心轴垂直的激光横梁200以及用于固定该激光横梁200的横梁固定架300，该激光横梁200上固定安装有多颗激光器201组成的激光器阵列，且该激光器阵列可沿径向直线方向移动，其中径向直线是指经过旋转中心轴在激光横梁垂直投影点的直线。此外，激光器阵列的激光出光面与加工件上曝光面相对设置，以使得激光器阵列的激光可照射在加工件的曝光面上。
横梁固定架可以根据实际工况进行合理的设置，例如横梁固定架可以设置在旋转台的外围，分别与激光横梁两端连接，形成三角形结构(如图1所示)；也可以设置成横跨旋转台，自成或与激光横梁组成龙门结构(如图2所示)。
需要说明的是，激光器阵列中的多个激光器组成的阵列可以是根据实际需求进行调整，例如可以是矩形、直线形、折线形等。为了在旋转过程中获得最大的曝光幅面，优选的，激光器阵列中的激光器呈径向直线方向(例如图中X轴方向，该X轴与激光器共直线，且经过旋转中心)的直线形分布。为了便于理解，以下实施例仅以直线形阵列为例进行说明。
控制器30可以控制激光器阵列激光器对所述加工件的曝光面上的像素点进行选择性曝光。具体的，可先获取加工件上所需曝光的像素曝光点的位置分布信息，然后实时获取激光器阵列中激光可曝光位置。当激光可曝光位置与加工件上像素曝光点的位置一致时，控制不同位置的出射光以旋转速度对应的功率对加工件上像素曝光点进行曝光。其中，像素曝光点是指二值点阵图像中包含的两类像素点中指定的任一种。
本申请中的控制器30在一些实施例中可以是一中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、微处理器或其他数据处理芯片(例如FPGA、PLC等)，可以运行存储器中存储的程序代码或处理数据，执行计算机程序等，以实现设置的功能，具体的实现方式本申请不做限定。
为了便于理解，现对本申请实施例中的激光旋转成像设备的成像过程进行描述。在获取到客户所需在加工件上成像的图像之后，控制器或上位机可以采用相关技术对该图像进行栅格化处理得到所需曝光的像素曝光点的位置分布信息。在旋转台进行旋转过程中控制激光器阵列进行旋转曝光操作，具体的旋转曝光操作可包括：获取激光阵列在加工件上可照射的实时位置，根据激光器阵列中不同位置激光器的相对旋转线速度调节激光输出功率；当可照射的实时位置与加工件上像素曝光点的位置一致时，控制不同位置的激光以对应的功率对像素曝光点的位置处的光敏或热敏涂层进行曝光。其中，相对旋转线速度越大，激光功率越高。更具体的，在控制激光器点亮之前，调节激光输出功率的过程可以包括：获取加工件的曝光面上的各个激光器的光斑与旋转中心的距离RN以及旋转台的旋转角速度W，W*RN即为各个激光器的光斑在曝光面上相对旋转线速度；根据等式P＝P0+K*W*RN分别计算各颗激光器对应的输出功率，其中P0为基础固定功率值，K为预设比例系数，其中P0、K的数值可以根据采用的光敏或热敏涂层的种类、厚度、相对旋转线速度等参数进行预先标定，其具体数值大小此处不做限定。
进一步的，由于激光器之间在径向直线方向上存在间隙，需要对相邻激光器扫描间隙之间的曝光面进行分步曝光，使得激光器可以分步曝光多个相邻的圆环。每旋转至少一个圆周，每个激光器将处于其曝光范围的同一圆环上的像素曝光点曝光之后，需要将激光器沿径向直线方向移动预设距离之后，重复上述旋转曝光操作继续对下一圆环上的像素曝光点进行曝光，如此循环，直到对所有像素曝光点完成曝光。
由以上公开内容可知，本发明实施例中，旋转激光成像设备采用单一方向旋转的方式移动加工件上的曝光面，只需要在开机时进行一次定位，无需将激光器进行来回往复移动扫描，进而无需进行反复定位，避免了定位误差，提高了激光成像的精度。同时，根据激光器阵列中不同位置激光器的相对旋转线速度调节激光输出功率，相对旋转线速度越大，激光功率越高，可以降低因相同激光功率扫描速度不同而导致的曝光能量差异性，避免不同成像区域因曝光能量不一致导致的图像差异，提高了曝光成像的一致性，进而提高了曝光成像的质量。
可选的，作为一种可能的实施方式，为了实时获取激光阵列中激光器可照射的实时位置，本申请实施例中的激光旋转成像设备还可以包括位移编码器。该位移编码器可以包含移动部件和固定部件，固定部件可安装在旋转台上，移动部件设置在激光横梁上。具体的，位移编码器可以是光栅位移传感器，包含标尺光栅(固定部件)和光栅读数头(移动部件)；位移编码器还可以是磁栅式传感器包含磁栅基尺(固定部件)和磁栅读数头(移动部件)。工作过程中，位移编码器的标尺光栅(或磁栅基尺)可以设置于旋转台旋转，光栅读数头可以读取到旋转台旋转的角度，进而可以转换为各颗激光器在极坐标系中的相对于极轴的夹角，结合各个激光器曝光面上的各个光斑与旋转中心(即极坐标系中的极点)的距离RN即可标识除各颗激光器的光斑在极坐标系中坐标，该坐标即可标识激光器可照射的实时位置。
需要说明的是，上述采用位移编码器获取旋转台旋转的角度的方式仅仅是示例性的，本申请实施例中，还可以直接基于驱动旋转台的电动机的控制脉冲信号计算旋转台旋转的角度，进而可以转换为各颗激光器在极坐标系中的相对于极轴的夹角，还可以采用其他传感器测量旋转台旋转的角度，具体实施方式此处不做限定。
可选的，如图1或图2所示，旋转台10的切面上设置有多个凹形孔(可以是圆形、长方形、正多边形等)101。优选的，为了保障固定的稳定性，加工件的曝光面的面积不大于凹形孔的切面面积。每个凹形孔101中安装有平整度调节机构(图中未示出，通过倾角传感器检测加工件的平整度，若平整度不符合要求则进行机械调整直至符合要求为止)，每个平整度调节机构可以单独固定加工件，并通过电机调整曝光面与绝对水平面之间的夹角的方式调节加工件上曝光面的平整度(曝光面与预设水平面之间的夹角越小平整度越好，优选预设水平面与激光器出射激光方向垂直)。本申请实施例中的激光旋转成像设备可以实现每个加工件平整度的独立调节，单次加工多个工件时，可以避免因平整度不符合要求而导致多个加工件均受影响的情况，提高了良品率。
优选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中的激光成像设备中，为了降低控制复杂度，旋转台10上的多个凹形孔以激光器旋转台的旋转轴为中心，呈中心对称分布。可以理解的是，多个凹形孔呈不规则分布也可以实现上述实施例中的曝光效果，凹形孔具体的分布方式本申请不做限定。
可选的，作为一种可能的实施方式，为了提高生产效率，如图3所示，本申请实施例中的激光成像设备可以安装多个激光器，分为两组，两组激光器分别呈直线分布在激光器旋转平台的径向直线的两端，以同时对两个工件进行加工。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，为了描述便于理解起见，可能没有示出或描述本文所述的实施方案的所有常规特征。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种激光旋转成像设备，其特征在于，包括：旋转台、激光器组件以及控制器；其中，
所述旋转台上设置有固定加工件的固定组件，并驱动加工件围绕同一旋转中心轴旋转；
所述激光器组件包含与所述旋转中心轴垂直的激光横梁以及用于固定所述激光横梁的横梁固定架；所述激光横梁上安装有可沿径向直线方向移动的激光器阵列，所述径向直线是指经过所述旋转中心轴在激光横梁垂直投影点的直线；所述激光器阵列的激光出光面与所述加工件上曝光面相对设置，以使得所述激光器阵列的激光可照射在加工件的曝光面上；
所述控制器根据激光器阵列中不同位置激光器的相对旋转线速度调节激光输出功率，其中，激光相对旋转线速度越大，激光输出功率越高；当可照射的实时位置与加工件上像素曝光点的位置一致时，点亮对应的激光器对加工件上像素曝光点进行曝光。
2.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述横梁固定架分别与横梁两端连接，形成三角形结构。
3.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述横梁固定架分别与横梁两端连接，形成横跨所述旋转台的龙门结构。
4.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述旋转台上设置有多个凹形孔，每个凹形孔中安装有平整度调节机构，所述平整度调节机构用于调整的加工件上曝光面的平整度。
5.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述固定组件通过负压吸附的方式固定加工件。
6.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述激光器阵列中的激光器呈径向直线方向的直线形分布。
7.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，还包括：位移编码器；所述位移编码器包含移动部件和固定部件，所述固定部件安装在所述加工平台上，所述移动部件设置在所述激光器旋转平台，用于在旋转过程中检测所述激光器旋转平台上标定点的实时位置
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述控制器还用于执行如下步骤：
在控制激光器点亮之前，获取加工件的曝光面上的各个光斑与旋转中心的距离RN以及所述旋转台的旋转角速度W；
根据等式P＝P0+K*W*RN分别计算各颗激光器对应的输出功率，其中P0为基础固定功率值，K为预设比例系数。
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