CN216882262U - 镀层激光刻蚀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种镀层激光刻蚀装置，其特征在于，包括：产品装载机构，所述产品装载机构用于承载具有待刻蚀镀层的产品；激光刻蚀机构，所述激光刻蚀机构包括激光源和激光调焦部件，所述激光调焦部件用于调节所述激光源发射的激光的焦点位置；电阻测量机构，所述电阻测量机构用于测量镀层的电阻值；处理控制机构，所述处理控制机构电连接于所述电阻测量机构和所述激光调焦部件，所述处理控制机构用于接收所述电阻测量机构测得的测量阻值，以及对比所述测量阻值与预设标准阻值，并根据对比结果控制所述激光调焦部件调节所述焦点位置。该镀层激光刻蚀装置能够减少产品生产过程中耗费的人力，并且提高产品生产效率。

Description

镀层激光刻蚀装置

技术领域

本实用新型涉及镀膜技术领域，尤其是涉及一种镀层激光刻蚀装置。

背景技术

镀膜技术已经被应用于例如手机壳体及手表盖体等诸多领域。这些盖体通常由特定的基材制备，但是基材本身所具有的性能有限，不一定能够满足更多的外观和性能需求，因而通常需要在基材表面镀上特定的镀层。常用的镀膜技术为物理气相沉积法(PVD)。然而，PVD沉积的镀层是一层完整的薄膜，在实际加工过程中，为了获得特定的外观或性能，还需要对PVD镀层进行进一步加工，将原有完整的薄膜分隔为多部分相间隔的镀层。

采用激光刻蚀的方式能够快捷地去除PVD镀层。传统的PVD激光去除设备采用分割区域、固定焦点位加工的方式去除需要刻蚀的镀层。但是产品本身的尺寸会存在一定公差，激光调焦机构的机械运动也存在一定公差，这导致经常会存在一定的镀层无法有效去除干净，影响所得产品的实际性能。因此在去除之后还需要再检测镀层是否去除干净。

传统技术中通常采用将产品从激光去除设备中取出后对镀层进行测试的方法来确认镀层是否去除干净，这一过程提高了生产成本，同时还会延长产品的生产周期。同时，如若被刻蚀的部位镀层并未被完全去除，还需要将取出检测后的产品进行返修。然而在激光去除设备中去除镀层需要较高的定位精度，已被取出的产品难以还原至激光去除设备中原来的位置，因此还产生了难以回机进行返修的问题。此时还需采用人工打磨的方式去除多余的PVD膜层，这一返修工序进一步提高了产品的生产成本。

实用新型内容

基于此，为了克服传统技术中存在的需要将镀层从激光去除设备中取出进行性能检测、以及取出后的不良品难以回机返修的问题，有必要提供一种镀层激光刻蚀装置，以减少产品生产过程中耗费的人力，并且提高产品生产效率。

根据本实用新型的一个实施例，一种镀层激光刻蚀装置，其特征在于，包括：

产品装载机构，所述产品装载机构用于承载具有待刻蚀镀层的产品；

激光刻蚀机构，所述激光刻蚀机构包括激光源和激光调焦部件，所述激光调焦部件用于调节所述激光源发射的激光的焦点位置；

电阻测量机构，所述电阻测量机构用于测量镀层的电阻值；

处理控制机构，所述处理控制机构电连接于所述电阻测量机构和所述激光调焦部件，所述处理控制机构用于接收所述电阻测量机构测得的测量阻值，以及对比所述测量阻值与预设标准阻值，并根据对比结果控制所述激光焦点调节部件调节所述焦点位置。

在其中一个实施例中，所述激光调焦部件包括激光聚焦构件和激光调焦驱动件，所述激光聚焦构件用于使所述激光源发射的激光聚焦，所述激光调焦驱动件用于带动所述激光聚焦器移动以调节激光聚焦后的焦点位置。

在其中一个实施例中，所述激光刻蚀机构还还包括位置检测部件和激光偏移部件，所述位置检测部件和所述激光偏移部件均电连接于所述处理控制机构，所述位置检测机构用于实时检测所述产品的位置，所述处理控制机构还用于控制所述激光偏移部件使所述激光偏移至所述产品的位置。

在其中一个实施例中，所述激光调焦驱动件还用于同时带动所述位置检测部件和所述激光偏移部件进行移动。

在其中一个实施例中，所述产品装载机构包括产品治具和用于带动所述产品治具翻转的产品治具驱动件。

在其中一个实施例中，所述产品治具具有载物台，所述载物台上用于装载所述产品的部分区域开设有贯穿所述载物台的通孔，所述电阻测量机构具有探测电极，所述探测电极从所述产品治具的底部伸入所述通孔中以测量镀层的电阻值。

在其中一个实施例中，所述产品治具具有载物台，所述载物台上用于装载所述产品的部分区域还开设有通气孔。

在其中一个实施例中，所述产品治具有多个，所述产品治具驱动件用于带动多个所述产品治具同时翻转，所述激光刻蚀机构还具有用于将激光源发射的激光分为多束激光的分光部件，经所述分光部件分光后的激光束数量与所述产品治具数量相同，且各束激光用于分别刻蚀位于各所述产品治具上产品的表面镀层。

在其中一个实施例中，所述激光源是紫外皮秒激光器。

在其中一个实施例中，所述激光刻蚀机构还包括扩束镜，所扩束镜设置于所述激光源与激光调焦部件之间的光路上。

传统的采用激光去除镀层的设备通常是将表面具有待刻蚀镀层的产品通过激光刻蚀加工之后，先取出并于设备之外测试产品表面的镀层是否得到了充分的刻蚀。这样的检测过程以及后续的返修过程费时费力。为了克服上述问题，发明人利用了充分刻蚀后的镀层被分隔为多个部分、且相间隔的两部分之间导电性明显较差的特点，提出了上述实施例中的镀层激光刻蚀装置。

上述至少一个实施例中的镀层激光刻蚀装置在传统的激光刻蚀系统中额外引入了电阻测量机构和对应的处理控制机构，电阻测量机构可以在无需取出或移动装置内部产品的情况下，实时测量刻蚀后的产品表面镀层中由刻痕相间隔的两个区域之间的电阻，并将该电阻反馈至处理控制机构。若测量阻值高于预设的标准阻值，则说明镀层待刻蚀的部分已经被完全去除，无需返工。若测量阻值低于预设的标准阻值，这说明镀层待刻蚀的部分尚未被完全去除，需要调节激光焦距进行二次刻蚀。由于此测量过程无需移动被刻蚀的产品，因此也就不存在无法对位的问题，产品能够直接在装置内部原来的位置上直接进行返修。上述检测和返修的过程可以依靠装置自行完成，无需人力的介入，因而能够有效节约人力，同时由于检测及返修均是在装置内实时进行的，因此还能够提高生产效率。

附图说明

图1为镀层激光刻蚀装置的结构示意图；

图2为图1中产品治具俯视图；

图3为图1中产品治具主视图；

图4为图1中产品治具侧视图；

其中，各附图标记及其含义如下：

111、激光源；112、扩束镜；113、衰减盒；114、第一反射镜；115、第二反射镜；116、分光镜；117、第三反射镜；118、第四反射镜；121、激光聚焦构件；122、激光调焦驱动件；130、位置检测部件；140、激光偏移部件；210、产品治具；211、载物台；2111、通孔；2112、通气孔；220、产品治具驱动件；300、电阻测量机构；310、探测电极。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将结合实施方式和效果图对本实用新型进行更全面的描述。实施例给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以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本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被称为“固定”于另一个元件，它可以直接固定在另一个原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。另外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体化连接；可以是机械连接、也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介进行间接连接，还可以是两个元件内部的连通。应当理解，这对于本领域技术人员是可以根据具体情况进行对应理解上述术语的具体含义而不会引起歧义的。

除非另有限定，在本实用新型的描述中，“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语为基于实用新型附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于和简化对实用新型内容进行描述，同时帮助阅读者结合附图进行理解，而不是限定或暗示所指的装置或元件必须具有的特定方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/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。

根据本实用新型的一个实施例，一种镀层激光刻蚀装置，其包括：

产品装载机构，所述产品装载机构用于承载具有待刻蚀镀层的产品；

激光刻蚀机构，所述激光刻蚀机构包括激光源和激光调焦部件，所述激光调焦部件用于调节所述激光源发射的激光的焦点位置；

电阻测量机构，所述电阻测量机构用于测量镀层的电阻值；

处理控制机构，所述处理控制机构电连接于所述电阻测量机构和所述激光调焦部件，所述处理控制机构用于接收所述电阻测量机构测得的测量阻值，以及对比所述测量阻值与预设标准阻值，并根据对比结果控制所述激光焦点调节部件调节所述焦点位置。

为了便于理解上述实施例中的镀层激光刻蚀装置，请同时参照图1，其中包括产品装载机构、激光刻蚀机构、电阻测量机构和处理控制机构。

其中，激光刻蚀机构包括激光源和激光调焦部件。激光调焦部件用于调节所述激光源发射的激光的焦点位置。

可以理解，由于激光源发射的激光不一定正对于产品装载机构，因此该激光刻蚀就还可以包括反射镜等用于改变光路的部件，这可以由技术人员根据激光源以及产品装载机构的实际位置进行设置。

图1中示出了一种镀层激光刻蚀装置的结构示意图。具体地，激光源111出射后的激光首先经过扩束镜112进行扩束处理，再经过衰减盒113调节激光的能量。其中，扩束镜112能够将激光的光斑放大，便于后续经过激光聚焦构件121时有利于将激光能量尽可能聚焦于焦点处，提高聚焦精度。衰减盒113能够调节出射激光的能量，以在不改变激光源111的情况下尽可能适用于更多镀层体系的去除。

进一步地，经过衰减盒113后的激光依次由第一反射镜114、第二反射镜115反射以改变激光的方向，之后再通过分光镜116分成两束互相垂直的出射光束。采用分光镜116能够将激光分成两束，两束激光可以分别用于刻蚀两个产品，提高生产效率。不过这也会导致每束激光的能量降低，因此在其中一个具体示例中，激光源111为紫外皮秒激光发射器，以提高最初激光的能量。

进一步地，经过分光后，沿原光路继续出射的一束激光再经由第三反射镜117改变激光方向至与另一束激光平行。两束激光再分别经由两个第四反射镜118再次改变光路方向，例如图1中，此时激光能够垂直照射至底部。至此由激光源111出射的激光已经基本完成了扩束、能量衰减、分光和确定光路方向。进一步地，两束激光再分别经过聚焦，即可对焦点的位置进行刻蚀。

可以理解，其中的各个反射镜仅用于调整激光的光路，以尽可能减小装置本身所占据的体积。在一些其他的具体示例中，也可以选择不设置其中的部分或全部反射镜，而使得激光直接向所需的方向出射。进一步地，在一些具体示例中，也可以不设置衰减盒113和/或分光镜116。

相较于传统的激光去除镀层的装置，上述实施例的镀层激光刻蚀装置中还包括电阻测量机构300，待产品表面的镀层刻蚀结束之后，电阻测量机构300可以测量镀层上预设的两个点之间的电阻，以判断镀层在之前的刻蚀中是否已经被充分刻蚀。在实际测量过程中，电阻测量机构300应当测量被刻痕所间隔的两部分镀层之间的电阻率。例如，在原本完整的镀层中间刻蚀一条刻痕，此时则应分别测量该刻痕两侧的镀层之间的电阻。

进一步地，处理控制机构可以包括一个电连接于电阻测量机构300的处理器部件(图中未示出)，处理器部件用于接收来自电阻测量机构300的测量电阻，并将该测量电阻与预设标准电阻进行比较。预设标准电阻可以通过检测已经刻蚀完成且无刻蚀问题的产品表面相应的检测位置之间的电阻得到，也可以通过操作人员在实际生产过程中总结良品表面镀层电阻的平均值得到。操作人员可以将该预设标准电阻手动输入处理器中以用于判断。此时，倘若测量电阻大于或等于该预设标准电阻，这说明刻痕已经将镀层分割为绝缘的两块，刻蚀后的产品符合需求，无需再次刻蚀。而倘若测量电阻小于该预设标准电阻，则说明镀层还未被分割为绝缘的两块，需要二次刻蚀进行返修。因此处理器部件还可以电连接于激光调焦部件，以向激光调焦部件发出调节激光焦点位置的指令，并再次进行刻蚀。

激光焦点位置可以通过改变激光焦距进行调节，也可以通过移动激光聚焦构件121进行调节。在其中一个具体示例中，激光调焦部件包括激光聚焦构件121和激光调焦驱动件122，所述激光聚焦构件121用于使所述激光源111发射的激光聚焦，所述激光调焦驱动件122用于带动所述激光聚焦器移动以调节激光聚焦后的焦点位置，所述处理控制机构电连接于所述激光调焦驱动件122。

如图1，确定光路方向后的两束激光可以经过两个激光聚焦构件121分别进行聚焦。可以理解，聚焦于焦点的激光能量应当足以刻蚀去除焦点部位产品表面的镀层；激光光束与产品装载机构之间可以通过相对移动以完成预设轨迹的刻蚀。在其中一个具体示例中，激光聚焦构件121为场镜。场镜能够将入射激光光束聚焦于一点，使能量密度增加，同时光斑直径减小，以对产品进行精细加工。

进一步地，激光刻蚀机构还包括位置检测部件130和激光偏移部件140。位置检测部件130和所述激光偏移部件140均电连接于处理控制机构，位置检测部件130用于实时检测所述产品的位置，所述处理控制机构还用于控制所述激光偏移部件140使所述激光偏移至照射于所述产品的位置。

在其中一个具体示例中，激光偏移部件140是振镜。振镜内部具有夹持反射镜片的两个互相垂直的摆动电机，通过摆动电机带动反射镜片摆动，使出射激光光束可在平面内任意位置运动，对应于两束激光，振镜也有两个。由于振镜会使得入射的激光再次改变方向，因此在其中一个具体示例中，对应于两束激光，该激光刻蚀机构中还包括两个折返镜，两个折返镜用于将两束激光分别反射至对应的产品上。

在其中一个具体示例中，位置检测部件130是视觉相机。视觉相机实时抓取产品坐标，再与预先提供的模板坐标对比。如果产品的实时坐标与预先提供的模板坐标有区别，则通过处理控制机构将偏移量补偿至加工图形上，使激光偏移至照射于产品的位置，实现在产品固定位置加工的目的。对应于两束激光，视觉相机也有两个。进一步地，在每束激光的光路中，视觉相机的拍照方向与折返镜反射后的激光照射方向相同，折返镜可以改变激光光束传导方向，使视觉相机拍照方向与反射后的激光光束方向位于同一轴线上，达到同轴定位的目的。

在其中一个具体示例中，激光调焦驱动件122还用于同时带动所述位置检测部件130和所述激光偏移部件140进行移动。例如，对应于照射至一个产品上的激光，位置检测部件130、激光偏移部件140和激光聚焦部件均设置于同一底座上，激光调焦驱动件122是z轴直线电机，并带动该底座进行移动。

可以理解，图1中仅标注了经过分光后的其中一束激光光路上的各部件，另一束激光光路上的部件与之基本相同。

进一步地，对于某些需要刻蚀的镀层分布于多个面的产品，例如产品的正面和侧面，则在刻蚀过程中还需要使得激光能够照射到该产品的多个面。在其中一个具体示例中，所述产品装载机构包括产品治具210和用于带动所述产品治具210翻转的产品治具驱动件220。通过产品治具驱动件220带动产品治具210进行翻转，能够在不改变激光出射光路的情况下，使得激光照射到产品的多个面上。

具体地，产品治具驱动件220可以包括连接于产品治具210的翻转轴步进电机。对于图1中具有两个产品治具210的实施例，可以将两个产品治具210同时连接于一个翻转轴步进电机，以使得两个产品治具210同时运动。

在其中一个具体示例中，所述产品治具210具有载物台211，所述载物台211上用于装载所述产品的部分区域具有从所述载物台211顶面贯穿至底面的通孔2111，所述电阻测量机构300具有探测电极310，所述探测电极310从所述底面伸入所述通孔2111中以测量镀层的电阻值。将探测电极310从产品治具210的底部伸入通孔2111，能够避免激光刻蚀到探测电极310的情况。并且，设置贯穿载物台211的通孔2111还有助于在产品治具210翻转的过程中，激光可以刻蚀到产品的背面。

在其中一个具体示例中，所述载物台上用于装载所述产品的部分区域还具有一端开口于所述载物台的顶面的通气孔。可以理解，该通气孔的另一端可以开口于载物台的底面或该载物台的侧壁。其中，载物台的顶面指的是直接接触产品的一面，底面指的是与顶面相对的另一面。外界抽气设备可以对该通气孔进行抽真空处理，以降低通气孔内的压强，此时大气压会将产品紧紧压合于载物台上。

上述至少一个实施例中的镀层激光刻蚀装置在传统的激光刻蚀系统中额外引入了电阻测量机构和对应的处理控制机构，电阻测量机构可以在无需取出或移动装置内部产品的情况下，实时测量刻蚀后的产品表面镀层中由刻痕相间隔的两个区域之间的电阻，并将该电阻反馈至处理控制机构。若测量阻值高于预设的标准阻值，则说明镀层待刻蚀的部分已经被完全去除，无需返工。若测量阻值低于预设的标准阻值，这说明镀层待刻蚀的部分尚未被完全去除，需要调节激光焦距进行二次刻蚀。由于此测量过程无需移动被刻蚀的产品，因此也就不存在无法对位的问题，产品能够直接在装置内部原来的位置上直接进行返修。上述检测和返修的过程可以依靠装置自行完成，无需人力的介入，因而能够有效节约人力，同时由于检测及返修均是在装置内实时进行的，因此还能够提高生产效率。具体地，可参照如下实施例1与对比例1。

实施例1

一种产品，其基材为含有Ti、Al、C、N四种元素的合金，其表面镀层材料为CrSi。使用上述实施例的镀层激光刻蚀装置对其刻蚀，激光功率为1.8W，激光速度为4500mm/s，激光频率为500kHz，测试生产1000片产品。通过该镀层激光刻蚀装置生产，PVD镀层均完全去除，无需经过人工再次返修。

强光灯检测所有产品表面均无残留物，550波段光波测试透过率＞91％，测试电阻值均大于4000mΩ。

对比例1

一种产品，其基材为含有Ti、Al、C、N四种元素的合金，其表面镀层材料为CrSi。使用与实施例1基本相同的镀层激光刻蚀装置对其刻蚀，但该装置中不含电阻检测机构。激光功率为1.8W，激光速度为4500mm/s，激光频率为500kHz，测试生产1000片产品。通过该镀层激光刻蚀装置生产。

强光灯检测产品，有43片产品表面存在白色残留物，550波段光波测试透过率＞89％，测试电阻值小于4000mΩ，需要人工返修。

另外，在实际生产过程中，对于每月150万片产品的产量，采用28台机器同时生产，原本需要安排白班、晚班各8人，以完成产品的检测和不良品的返修。但是采用本实用新型中的镀层激光刻蚀装置进行试产一个月，在保证产品产量不变以及无不良品的情况下，可以节省所有的人工。

应当理解，上述实施例仅为本实用新型其中一种较优的可行方式，其中各组件大小、位置、形状等均为实现本实用新型的技术构思而进行相应设定，并非限定本实用新型仅能够以上述实施方式实现。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种镀层激光刻蚀装置，其特征在于，包括：

产品装载机构，所述产品装载机构用于承载具有待刻蚀镀层的产品；

激光刻蚀机构，所述激光刻蚀机构包括激光源和激光调焦部件，所述激光调焦部件用于调节所述激光源发射的激光的焦点位置；

电阻测量机构，所述电阻测量机构用于测量镀层的电阻值；

处理控制机构，所述处理控制机构电连接于所述电阻测量机构和所述激光调焦部件，所述处理控制机构用于接收所述电阻测量机构测得的测量阻值，以及对比所述测量阻值与预设标准阻值，并根据对比结果控制所述激光调焦部件调节所述焦点位置。

2.根据权利要求1所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述激光调焦部件包括激光聚焦构件和激光调焦驱动件，所述激光聚焦构件用于使所述激光源发射的激光聚焦，所述激光调焦驱动件用于带动所述激光聚焦器移动以调节激光聚焦后的焦点位置，所述处理控制机构电连接于所述激光调焦驱动件。

3.根据权利要求2所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述激光刻蚀机构还包括位置检测部件和激光偏移部件，所述位置检测部件和所述激光偏移部件均电连接于所述处理控制机构，所述位置检测部件用于实时检测所述产品的位置，所述处理控制机构还用于控制所述激光偏移部件使所述激光偏移至所述产品的位置。

4.根据权利要求3所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述激光调焦驱动件还用于同时带动所述位置检测部件和所述激光偏移部件进行移动。

5.根据权利要求1～4任一项所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述产品装载机构包括产品治具和用于带动所述产品治具翻转的产品治具驱动件。

6.根据权利要求5所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述产品治具具有载物台，所述载物台上用于装载所述产品的部分区域具有从所述载物台顶面贯穿至底面的通孔，所述电阻测量机构具有探测电极，所述探测电极从所述底面伸入所述通孔中以测量镀层的电阻值。

7.根据权利要求5所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述产品治具具有载物台，所述载物台上用于装载所述产品的部分区域还具有一端开口于所述载物台的顶面的通气孔。

8.根据权利要求5所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述产品治具有多个，所述产品治具驱动件用于带动多个所述产品治具同时翻转，所述激光刻蚀机构还具有用于将激光源发射的激光分为多束激光的分光部件，经所述分光部件分光后的激光束数量与所述产品治具数量相同，且各束激光用于分别刻蚀位于各所述产品治具上产品的表面镀层，所述激光调焦部件也有多个且与激光束的数量相同，多个所述激光调焦部件分别用于调节各束激光的焦点位置。

9.根据权利要求1～4任一项所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述激光源是紫外皮秒激光器。

10.根据权利要求1～4任一项所述的镀层激光刻蚀装置，其特征在于，所述激光刻蚀机构还包括扩束镜，所述扩束镜设置于所述激光源与激光调焦部件之间的光路上。

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