專利名稱：數控smt印刷模板激光切割設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種印刷模板切割設備，尤其涉及一種數控SMT印刷模板激光切割設備。
背景技術：
激光切割設備在國際上屬于高度專業化的精密加工制造設備，在歐美日各發達國家也是政府大力扶持發展的二十一世紀的朝陽產業之一。目前該類設備的主要制造商為德國公司，德國LPKF公司的產品代表目前世界最高水平；美國的公司由于產品的機械穩定性不如德國，已基本退出競爭；日本的公司的產品無論在軟件技術上還是在硬件技術上都比歐美的公司至少低一個檔次，在市場上毫無作為；臺灣的產品完全是德國產品的簡易仿制產品，剛剛在試用，沒有專門的CAM軟件系統，而是采用通用軟件；伺服驅動和機械傳動不是采用線性電機加氣浮而是采用線性滑軌；激光和光學成像系統的指標和加工精度都不高。
當今的電子制造業，面臨著越來越短的市場周期，越來越高的質量要求。對于模板，因為是SMT加工中的模具，除了必須按期交貨外，還必須百分之百保證質量。完成這樣的任務，計算機制造系統是最佳選擇。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種數控SMT印刷模板激光切割設備。
本發明的目的是通過以下技術方法來實現的一種數控SMT印刷模板激光切割設備包括屬于計算機輔助制造的CAM軟件系統、激光切割裝置、數據采集及計算機控制系統、伺服驅動和機械傳動系統；CAM軟件系統生成的數據和控制信號通過過程控制計算機傳輸到驅動電路和激光控制電路，驅動電路將信號傳給運動伺服電路并且激光控制電路將信號傳遞到激光發生系統，運動伺服電路和激光發生系統共同控制激光切割裝置切割模板。其中激光切割裝置為固體Nd:YAG激光器；其波長1064nm，激光束直徑30μm，平均輸出功率30W，峰值功率400W；脈沖寬度0.02～2.5ms。
系統測量模板上各個開孔的位置、尺寸，并將實測資料與原始資料互相比較，存成文件，從而進行品質監控。該設備配上自動上料裝置，可升級成一條完全自動化生產模板的生產線。設備檢測模板的面積比和寬厚比，并針對異常自動報警。
設備于上電之初，控制系統根據要求對各部分進行初始化及測試，包括通訊口參數設定、端口工作模式的設定、氣動及水冷系統是否開啟，激光系統、傳動系統狀態是否正常等項目的測試。伺服驅動和機械執行機構采用線性電機驅動裝置，外加氣浮系統以減少摩擦對精度造成的不良影響。
圖1為本發明數控SMT印刷模板激光切割設備功能方塊圖。
圖2為本發明數控SMT印刷模板激光切割設備原理結構圖。
具體實施例方式
本發明的數控SMT印刷模板激光切割設備分為四個分系統屬于計算機輔助制造的CAM軟件系統；激光切割裝置；數據采集及計算機控制系統；伺服驅動和機械傳動系統。
請參閱圖1及圖2，本發明數控SMT印刷模板激光切割設備的工作原理為將CAM軟件系統生成的數據和控制信號通過過程控制計算機傳輸到驅動電路和激光控制電路，驅動電路將信號傳給運動伺服電路并且激光控制電路將信號傳遞到激光發生系統，運動伺服電路和激光發生系統共同控制激光切割裝置切割模板。本發明數控SMT印刷模板激光切割設備中的切割設備采用固體Nd:YAG激光器產生的激光束精細切割加工不銹鋼等金屬板材，其主要用于SMT印刷模板和檢驗罩板的切割。
被加工的片狀材料被固定在工作臺的夾具上，伺服驅動和機械傳動系統驅動工作臺或激光切割裝置(激光頭)，使得被切割材料在激光切割裝置下高速運動，形成切縫，閉合的切縫形成焊盤開孔。CAM軟件系統用于數據接收、處理并控制和驅動激光切割裝置以及伺服驅動和機械傳動系統。激光切割裝置由光源部分和切割頭組成，光源部分產生波長很短的聚焦激光束，激光束通過切割頭，垂直聚焦在被切割的材料表面上，加熱、融化、蒸發被切割材料。
本發明的CAM軟件系統中增加了針對激光模板制作的新功能；在工裝夾具方面，增加了新的工裝，進一步提高了工作效率；在控制系統中增加了切割質量檢查系統，順應了市場對質量的更高要求。
本發明的數控SMT印刷模板激光切割設備實際上就是一種計算機柔性制造系統，全方位的綜合的應用計算機技術。它和CAM、CAT、CAD等最新設計及制造技術相結合，大大提高加工質量、精度、效率、節約材料和能源，保護了環境，不僅適合大規模、單一品種生產，也適用于單件和小批量生產。
首先，用數控SMT印刷模板激光切割設備進行模板加工是計算機輔助制造(CAM)技術，加工過程可以量化，可以再現，全部加工過程都是可以控制的。即使是同一塊模板上，也可以通過軟件對不同的開孔設置不同的加工參數，比如，可以根據開孔尺寸把加工速度設成不同的幾檔。細節距、小開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設得高一些，以便提高加工速度。又比如，可以通過設置使激光對某些圖形，比如定位標志僅雕刻，而不切透。
其次，本發明的數控SMT印刷模板激光切割設備還具有計算機輔助測試(CAT)的功能。在加工過程中，借助軟件和攝像裝置，系統可以測量各個開孔的位置、尺寸，并將實測資料與原始資料互相比較，存成文件。這無論是對模板自身的生產制造過程中控制產品品質，跟蹤并及時發現和消除隱患，還是對焊膏印刷過程中的品質監控，有針對性的調整工藝，都是必不可少的準確完整的一手資料。
采用本發明數控SMT印刷模板激光切割設備還可以進行模板的設計，即計算機輔助設計CAD功能。不僅可以讀入各種格式的計算機設計資料，還可以根據工藝需求重新設計焊盤，包括增減焊盤、或改變焊盤的尺寸、形狀。因為是激光設備帶有專業進行模板數據處理的專業CAM軟件，具有對各種形狀焊盤的編輯、更改的特殊細節功能，這正是SMT焊盤設計的一個永恒的主題，也恰恰是一般的電子CAD或EDA軟件和用于光繪或PCB生產、SMT安裝的軟件力不能及的所在。
本發明數控SMT印刷模板激光切割設備不僅可以高質量、高速度加工，還可以借助機器定位裝置以及軟件給用過模板補孔。這就大大增加了制造系統的柔性，實現在最短的時間周期內以最低的成本完成設計的更改。同時，若配上自動上料裝置，激光切割設備就可以升級成一條完全自動化生產的，同時可以自動加工十幾種不同產品用模板的生產線。
本發明采用的軟件系統實現了對被加工的產品電路圖形的設計、修改及格式轉換等以及對產品加工過程的控制。軟件系統具備自檢面積比和寬厚比，并針對異常自動報警的功能，適合激光模板制作的專業要求。
總之，本發明數控SMT激光模板切割設備既能完成高質、高效、高柔性的制造，是SMT技術得以發展、普及的重要推動力；又能充分利用設計資源、設備資源，應對形形色色的定單、挑戰不斷縮短的周期，滿足SMT千變萬化、日新月異的需求。
計算機控制系統采用高速處理器及必要的抗干擾措施，保證系統的可靠運行。
上電之初，控制系統根據要求對各部分進行初始化及測試，包括通訊口參數設定、端口工作模式的設定、氣動及水冷系統是否開啟，激光系統、傳動系統狀態是否正常等項目的測試。
進入正常工作之后，控制部分將各子系統的狀態上報上位機，并根據上位機送來數據和控制信號，對各子系統進行控制操作，包括設備啟停、激光器啟停，工作臺X/Y方向移動等。
激光發生系統和光學成像系統用于產生所需的激光并經放大、選膜、聚焦形成可以用來切割的優質激光束。固體激光介質Nd:YAG，波長1064nm，激光束直徑30μm，平均輸出功率30W，峰值功率400W；脈沖寬度0.02～2.5ms。
伺服驅動和機械執行機構采用線性電機驅動裝置，外加氣浮系統以減少摩擦對精度造成的不良影響。整個伺服驅動和機械執行裝置安裝在大理石平臺上，大理石平臺平整度630mm不超過4μm；光柵尺分辨率0.2μm，重復精度0.1μm，最高速度15m/s；線性電機分辨率0.02μm，最高速度2m/s；裝置負載大于200KG。
整個切割設備的模板加工能力切割位置精度±3μm；重復定位精度±3μm；切割區域600mm×600mm；切割速度10000孔/小時(切割0.5mm×0.5mm，間距1mm，厚度4.0mil的方孔時)；切割厚度0.05-0.5mm(不銹鋼片或防靜電板材)。
本發明的數控SMT激光模板切割設備的優點在于1、軟件系統是專門針對SMT印刷模板制作而開發的軟件系統，功能設計全面考慮SMT工藝問題和模板的設計和生產過程，操作簡捷，有針對性，界面人性化，這必然大大提高了工作效率，保證了產品的一致性；另外獨特的算法優化為快速、準確的切割提供了根本保證，這對于縮短切割時間，選擇性配置切割參數意義重大。
2、切割快速、準確，其技術保證首先在于硬件方面的激光發生及光學系統產生的激光束精細、穩定，直徑達到30μm，激光模式好；其次，由線性電機、氣浮軸承、大理石平臺構成的傳動和執行機構保證了系統運動的平穩、順滑，反應靈敏，動作準確。
3、與腐蝕法和電鑄法相比，激光法制作SMT印刷模板有以下特點(1)精度高，模板上漏印孔的位置精度和尺寸精度都有保證。激光機本身精度就很高，本發明的設備制造的產品X、Y軸向精度可達+/-3μm(國產光繪機精度最高為15μm)，重復精度達+/-1μm，又因為數據采自計算機設計文件，計算機直接驅動，更減少了光繪和圖形轉移等過程產生偏差的可能性，特別是大幅面電路板此優點更加突出。
(2)加工周期短，切割速度快，數據處理、加工連續，程序化制作，模板加工制作時間大大縮短。由于采用數據驅動設備直接加工，減少了設計到制造之間的工序，可以對市場做出快速反應。
(3)計算機控制，質量一致性好，不靠復雜的化學配方和工藝參數控制質量。模板制作基本無廢品，同時，采用激光法模板印刷缺陷率低，適合大批量、自動化、精細化的SMT生產需求。
(4)孔壁光滑，本發明的設備制造的產品粗糙度小于5μm，經過電拋光后可以達到3μm，更可以靠光束聚焦特性使開孔上小下大，有一定錐度，便于焊膏釋放，焊膏施加體積和形狀可以控制。
(5)不用化學藥液，不需要化學處理，沒有環境污染。
(6)更精細，本發明的設備制造的產品分辨率達0.5μm，激光束直徑為30μm，可以制作出80μm寬的焊盤，40μm直徑的孔，完全滿足細節距IC和細小片狀料的要求。
權利要求
1.一種數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于包括屬于計算機輔助制造的CAM軟件系統、激光切割裝置、數據采集及計算機控制系統、伺服驅動和機械傳動系統；CAM軟件系統生成的數據和控制信號通過過程控制計算機傳輸到驅動電路和激光控制電路，驅動電路將信號傳給運動伺服電路并且激光控制電路將信號傳遞到激光發生系統，運動伺服電路和激光發生系統共同控制激光切割裝置切割模板。
2.如權利要求1所述的數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于激光切割裝置為固體Nd:YAG激光器。
3.如權利要求2所述的數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于固體Nd:YAG激光器的波長1064nm，激光束直徑30μm，平均輸出功率30W，峰值功率400W；脈沖寬度0.02～2.5ms。
4.如權利要求1所述的數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于系統測量模板上各個開孔的位置、尺寸，并將實測資料與原始資料互相比較，存成文件，從而進行品質監控。
5.如權利要求1所述的數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于該設備配上自動上料裝置，可升級成一條完全自動化生產模板的生產線。
6.如權利要求1所述的數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于設備檢測模板的面積比和寬厚比，并針對異常自動報警。
7.如權利要求1所述的數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于設備于上電之初，控制系統根據要求對各部分進行初始化及測試，包括通訊口參數設定、端口工作模式的設定、氣動及水冷系統是否開啟，激光系統、傳動系統狀態是否正常等項目的測試。
8.如權利要求1所述的數控SMT印刷模板激光切割設備，其特征在于伺服驅動和機械執行機構采用線性電機驅動裝置，外加氣浮系統以減少摩擦對精度造成的不良影響。
全文摘要
本發明涉及一種數控SMT印刷模板激光切割設備包括屬于計算機輔助制造的CAM軟件系統、激光切割裝置、數據采集及計算機控制系統、伺服驅動和機械傳動系統；CAM軟件系統生成的數據和控制信號通過過程控制計算機傳輸到驅動電路和激光控制電路，驅動電路將信號傳給運動伺服電路并且激光控制電路將信號傳遞到激光發生系統，運動伺服電路和激光發生系統共同控制激光切割裝置切割模板。其中激光切割裝置為固體Nd:YAG激光器；其波長1064nm，激光束直徑30μm，平均輸出功率30W，峰值功率400W；脈沖寬度0.02～2.5ms。本發明的設備提高了工作效率，保證了產品的一致性、切割快速、準確。
文檔編號G05B19/18GK1676268SQ200510025408
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月26日 優先權日2005年4月26日
發明者鄭春濱 申請人:上海福訊電子有限公司