CN1676268A - 数控smt印刷模板激光切割设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数控SMT印刷模板激光切割设备包括：属于计算机辅助制造的CAM软件系统、激光切割装置、数据采集及计算机控制系统、伺服驱动和机械传动系统；CAM软件系统生成的数据和控制信号通过过程控制计算机传输到驱动电路和激光控制电路，驱动电路将信号传给运动伺服电路并且激光控制电路将信号传递到激光发生系统，运动伺服电路和激光发生系统共同控制激光切割装置切割模板。其中激光切割装置为固体Nd:YAG激光器；其波长：1064nm，激光束直径：30μm，平均输出功率：30W，峰值功率：400W；脉冲宽度：0.02～2.5ms。本发明的设备提高了工作效率，保证了产品的一致性、切割快速、准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种印刷模板切割设备，尤其涉及一种数控SMT印刷模板激光切割设备。
背景技术
激光切割设备在国际上属于高度专业化的精密加工制造设备，在欧美日各发达国家也是政府大力扶持发展的二十一世纪的朝阳产业之一。目前该类设备的主要制造商为德国公司，德国LPKF公司的产品代表目前世界最高水平；美国的公司由于产品的机械稳定性不如德国，已基本退出竞争；日本的公司的产品无论在软件技术上还是在硬件技术上都比欧美的公司至少低一个档次，在市场上毫无作为；台湾的产品完全是德国产品的简易仿制产品，刚刚在试用，没有专门的CAM软件系统，而是采用通用软件；伺服驱动和机械传动不是采用线性电机加气浮而是采用线性滑轨；激光和光学成像系统的指标和加工精度都不高。
当今的电子制造业，面临着越来越短的市场周期，越来越高的质量要求。对于模板，因为是SMT加工中的模具，除了必须按期交货外，还必须百分之百保证质量。完成这样的任务，计算机制造系统是最佳选择。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种数控SMT印刷模板激光切割设备。
本发明的目的是通过以下技术方法来实现的：一种数控SMT印刷模板激光切割设备包括属于计算机辅助制造的CAM软件系统、激光切割装置、数据采集及计算机控制系统、伺服驱动和机械传动系统；CAM软件系统生成的数据和控制信号通过过程控制计算机传输到驱动电路和激光控制电路，驱动电路将信号传给运动伺服电路并且激光控制电路将信号传递到激光发生系统，运动伺服电路和激光发生系统共同控制激光切割装置切割模板。其中激光切割装置为固体Nd:YAG激光器；其波长：1064nm，激光束直径：30μm，平均输出功率：30W，峰值功率：400W；脉冲宽度：0.02～2.5ms。
系统测量模板上各个开孔的位置、尺寸，并将实测资料与原始资料互相比较，存成文件，从而进行品质监控。该设备配上自动上料装置，可升级成一条完全自动化生产模板的生产线。设备检测模板的面积比和宽厚比，并针对异常自动报警。
设备于上电之初，控制系统根据要求对各部分进行初始化及测试，包括通讯口参数设定、端口工作模式的设定、气动及水冷系统是否开启，激光系统、传动系统状态是否正常等项目的测试。伺服驱动和机械执行机构采用线性电机驱动装置，外加气浮系统以减少摩擦对精度造成的不良影响。
附图说明
图1为本发明数控SMT印刷模板激光切割设备功能方块图。
图2为本发明数控SMT印刷模板激光切割设备原理结构图。
具体实施方式
本发明的数控SMT印刷模板激光切割设备分为四个分系统：属于计算机辅助制造的CAM软件系统；激光切割装置；数据采集及计算机控制系统；伺服驱动和机械传动系统。
请参阅图1及图2，本发明数控SMT印刷模板激光切割设备的工作原理为将CAM软件系统生成的数据和控制信号通过过程控制计算机传输到驱动电路和激光控制电路，驱动电路将信号传给运动伺服电路并且激光控制电路将信号传递到激光发生系统，运动伺服电路和激光发生系统共同控制激光切割装置切割模板。本发明数控SMT印刷模板激光切割设备中的切割设备采用固体Nd:YAG激光器产生的激光束精细切割加工不锈钢等金属板材，其主要用于SMT印刷模板和检验罩板的切割。
被加工的片状材料被固定在工作台的夹具上，伺服驱动和机械传动系统驱动工作台或激光切割装置(激光头)，使得被切割材料在激光切割装置下高速运动，形成切缝，闭合的切缝形成焊盘开孔。CAM软件系统用于数据接收、处理并控制和驱动激光切割装置以及伺服驱动和机械传动系统。激光切割装置由光源部分和切割头组成，光源部分产生波长很短的聚焦激光束，激光束通过切割头，垂直聚焦在被切割的材料表面上，加热、融化、蒸发被切割材料。
本发明的CAM软件系统中增加了针对激光模板制作的新功能；在工装夹具方面，增加了新的工装，进一步提高了工作效率；在控制系统中增加了切割质量检查系统，顺应了市场对质量的更高要求。
本发明的数控SMT印刷模板激光切割设备实际上就是一种计算机柔性制造系统，全方位的综合的应用计算机技术。它和CAM、CAT、CAD等最新设计及制造技术相结合，大大提高加工质量、精度、效率、节约材料和能源，保护了环境，不仅适合大规模、单一品种生产，也适用于单件和小批量生产。
首先，用数控SMT印刷模板激光切割设备进行模板加工是计算机辅助制造(CAM)技术，加工过程可以量化，可以再现，全部加工过程都是可以控制的。即使是同一块模板上，也可以通过软件对不同的开孔设置不同的加工参数，比如，可以根据开孔尺寸把加工速度设成不同的几档。细节距、小开孔可以把速度定的低一些，以使孔壁更光滑；大尺寸孔可以把速度设得高一些，以便提高加工速度。又比如，可以通过设置使激光对某些图形，比如定位标志仅雕刻，而不切透。
其次，本发明的数控SMT印刷模板激光切割设备还具有计算机辅助测试(CAT)的功能。在加工过程中，借助软件和摄像装置，系统可以测量各个开孔的位置、尺寸，并将实测资料与原始资料互相比较，存成文件。这无论是对模板自身的生产制造过程中控制产品品质，跟踪并及时发现和消除隐患，还是对焊膏印刷过程中的品质监控，有针对性的调整工艺，都是必不可少的准确完整的一手资料。
采用本发明数控SMT印刷模板激光切割设备还可以进行模板的设计，即计算机辅助设计CAD功能。不仅可以读入各种格式的计算机设计资料，还可以根据工艺需求重新设计焊盘，包括增减焊盘、或改变焊盘的尺寸、形状。因为是激光设备带有专业进行模板数据处理的专业CAM软件，具有对各种形状焊盘的编辑、更改的特殊细节功能，这正是SMT焊盘设计的一个永恒的主题，也恰恰是一般的电子CAD或EDA软件和用于光绘或PCB生产、SMT安装的软件力不能及的所在。
本发明数控SMT印刷模板激光切割设备不仅可以高质量、高速度加工，还可以借助机器定位装置以及软件给用过模板补孔。这就大大增加了制造系统的柔性，实现在最短的时间周期内以最低的成本完成设计的更改。同时，若配上自动上料装置，激光切割设备就可以升级成一条完全自动化生产的，同时可以自动加工十几种不同产品用模板的生产线。
本发明采用的软件系统实现了对被加工的产品电路图形的设计、修改及格式转换等以及对产品加工过程的控制。软件系统具备自检面积比和宽厚比，并针对异常自动报警的功能，适合激光模板制作的专业要求。
总之，本发明数控SMT激光模板切割设备既能完成高质、高效、高柔性的制造，是SMT技术得以发展、普及的重要推动力；又能充分利用设计资源、设备资源，应对形形色色的定单、挑战不断缩短的周期，满足SMT千变万化、日新月异的需求。
计算机控制系统采用高速处理器及必要的抗干扰措施，保证系统的可靠运行。 上电之初，控制系统根据要求对各部分进行初始化及测试，包括通讯口参数设定、端口工作模式的设定、气动及水冷系统是否开启，激光系统、传动系统状态是否正常等项目的测试。
进入正常工作之后，控制部分将各子系统的状态上报上位机，并根据上位机送来数据和控制信号，对各子系统进行控制操作，包括设备启停、激光器启停，工作台X/Y方向移动等。
激光发生系统和光学成像系统用于产生所需的激光并经放大、选膜、聚焦形成可以用来切割的优质激光束。固体激光介质：Nd:YAG，波长：1064nm，激光束直径：30μm，平均输出功率：30W，峰值功率：400W；脉冲宽度：0.02～2.5ms。
伺服驱动和机械执行机构采用线性电机驱动装置，外加气浮系统以减少摩擦对精度造成的不良影响。整个伺服驱动和机械执行装置安装在大理石平台上，大理石平台平整度630mm不超过4μm；光栅尺分辨率：0.2μm，重复精度：0.1μm，最高速度：15m/s；线性电机分辨率：0.02μm，最高速度：2m/s；装置负载：大于200KG。
整个切割设备的模板加工能力：切割位置精度：±3μm；重复定位精度：±3μm；切割区域：600mm×600mm；切割速度：10000孔/小时(切割0.5mm×0.5mm，间距1mm，厚度4.0mil的方孔时)；切割厚度：0.05-0.5mm(不锈钢片或防静电板材)。
本发明的数控SMT激光模板切割设备的优点在于：
1、软件系统是专门针对SMT印刷模板制作而开发的软件系统，功能设计全面考虑SMT工艺问题和模板的设计和生产过程，操作简捷，有针对性，界面人性化，这必然大大提高了工作效率，保证了产品的一致性；另外独特的算法优化为快速、准确的切割提供了根本保证，这对于缩短切割时间，选择性配置切割参数意义重大。
2、切割快速、准确，其技术保证首先在于硬件方面的激光发生及光学系统产生的激光束精细、稳定，直径达到30μm，激光模式好；其次，由线性电机、气浮轴承、大理石平台构成的传动和执行机构保证了系统运动的平稳、顺滑，反应灵敏，动作准确。
3、与腐蚀法和电铸法相比，激光法制作SMT印刷模板有以下特点：
(1)精度高，模板上漏印孔的位置精度和尺寸精度都有保证。激光机本身精度就很高，本发明的设备制造的产品X、Y轴向精度可达+/-3μm(国产光绘机精度最高为15μm)，重复精度达+/-1μm，又因为数据采自计算机设计文件，计算机直接驱动，更减少了光绘和图形转移等过程产生偏差的可能性，特别是大幅面电路板此优点更加突出。
(2)加工周期短，切割速度快，数据处理、加工连续，程序化制作，模板加工制作时间大大缩短。由于采用数据驱动设备直接加工，减少了设计到制造之间的工序，可以对市场做出快速反应。
(3)计算机控制，质量一致性好，不靠复杂的化学配方和工艺参数控制质量。模板制作基本无废品，同时，采用激光法模板印刷缺陷率低，适合大批量、自动化、精细化的SMT生产需求。
(4)孔壁光滑，本发明的设备制造的产品粗糙度小于5μm，经过电抛光后可以达到3μm，更可以靠光束聚焦特性使开孔上小下大，有一定锥度，便于焊膏释放，焊膏施加体积和形状可以控制。
(5)不用化学药液，不需要化学处理，没有环境污染。
(6)更精细，本发明的设备制造的产品分辨率达0.5μm，激光束直径为30μm，可以制作出80μm宽的焊盘，40μm直径的孔，完全满足细节距IC和细小片状料的要求。
Claims (8)
1.一种数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于包括：属于计算机辅助制造的CAM软件系统、激光切割装置、数据采集及计算机控制系统、伺服驱动和机械传动系统；CAM软件系统生成的数据和控制信号通过过程控制计算机传输到驱动电路和激光控制电路，驱动电路将信号传给运动伺服电路并且激光控制电路将信号传递到激光发生系统，运动伺服电路和激光发生系统共同控制激光切割装置切割模板。
2.如权利要求1所述的数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于：激光切割装置为固体Nd:YAG激光器。
3.如权利要求2所述的数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于：固体Nd:YAG激光器的波长：1064nm，激光束直径：30μm，平均输出功率：30W，峰值功率：400W；脉冲宽度：0.02～2.5ms。
4.如权利要求1所述的数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于：系统测量模板上各个开孔的位置、尺寸，并将实测资料与原始资料互相比较，存成文件，从而进行品质监控。
5.如权利要求1所述的数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于：该设备配上自动上料装置，可升级成一条完全自动化生产模板的生产线。
6.如权利要求1所述的数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于：设备检测模板的面积比和宽厚比，并针对异常自动报警。
7.如权利要求1所述的数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于：设备于上电之初，控制系统根据要求对各部分进行初始化及测试，包括通讯口参数设定、端口工作模式的设定、气动及水冷系统是否开启，激光系统、传动系统状态是否正常等项目的测试。
8.如权利要求1所述的数控SMT印刷模板激光切割设备，其特征在于：伺服驱动和机械执行机构采用线性电机驱动装置，外加气浮系统以减少摩擦对精度造成的不良影响。
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |