一种激光打孔系统及激光打孔方法_2

文档序号:9649541阅读:来源:国知局
图。
[0038]图1为本发明实施例提供的一种激光打孔系统示意图;
[0039] 图2为本发明实施例提供的一种激光打孔方法示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
[0041] 在一种具体的实施方式中,提供了一种激光打孔系统,包括:控制器101,用于接 收上位机发送的目标位置信息,并依据所述目标位置信息生成第一目标位置控制指令;直 线平台103,用于依据所述第一目标位置控制指令在晓性印刷电路板FPC上扫描并生成直 线平台数据;反馈装置102,用于实时地将所述直线平台数据反馈至所述控制器;所述控制 器,还用于依据所述目标位置信息和所述直线平台数据生成第二目标位置控制指令;振镜 扫描器104,用于依据所述第二目标位置控制指令在所述FPC上扫描并生成打孔位置信息; 所述反馈装置102,还用于实时地将所述打孔位置信息反馈至所述控制器101 ;激光器105, 用于依据所述打孔位置信息在所述FPC上进行钻孔。另外,激光器105也可W将自身的信 息反馈给控制器101,控制器101进行综合调控。为了使得直线平台103、激光器105W及 振镜扫描器104同时工作的时间更加保持一致,可W在激光器105与控制器101之间添加 延时模块。
[0042] 具体的,将预设的打孔资料中的目标位置信息输入到控制器101中,控制器101依 据目标位置信息生成第一目标位置控制指令,第一目标位置控制指令为控制直线平台103 扫描FPC板上所需打孔的大体位置,将此控制指令发送给直线平台103,直线平台103在 FPC板上进行扫描,扫描的过程为直线平台103会在FPC板上平滑的不断的朝着后面孔群的 方向移动作大范围的移动,往一下个打孔位置或下一群打孔位置的方向移动,从而实现大 范围的扫描。直线平台103在扫描时会产生直线平台数据,直线平台数据为直线平台的位 置、速度、跟随误差等信息。直线平台103将直线平台数据通过反馈装置102反馈至控制器 101中,激光打孔系统W48K伺服刷新频率进行实时反馈,每隔一定时间段对直线平台的位 置、速度W及跟随误差等信息、振镜扫描器的位置等信息W及激光器自身信息等进行刷新, 刷新频率为一秒钟48000次,并将刷新后的数据实时输入到控制器101中,当然,刷新频率 可W根据需要进行调整,均在保护范围之内。控制器101结合最新的直线平台数据W及原 有的目标位置信息生成第二目标位置控制指令发送至振镜扫描器104中,第二目标位置控 制指令为控制振镜扫描器104在直线平台101扫描后的第一目标位置范围内进行更精确 的定位扫描。振镜扫描器104由于具有非常大的加速度和速度,因此其扫描范围可W设置 较小,一般设置为20mmX20mm,利用其更高的控制分辨率,更精确地控制打孔位置,同时对 直线平台101的定位信息进行校正,同时,打开激光器105,激光器105具有高稳定性激光 器脉冲,其能量稳定性小于3%,激光器105出光在振镜扫描器104的扫描范围内在FPC板 上实现快速绕圈钻孔。激光器105钻孔的方式有多种,根据激光路径的不同,可W分为直冲 (Punch)、圆周(Circle)、环切(Treapan)、环绕(Spiral)W及高级环绕(Spiral)钻孔,运 几种钻孔方式可任意组合。控制器101W及反馈装置10使得直线平台在运动过程中,振镜 扫描器和激光器边扫描边打孔,不仅提高了打孔效率,还避免了孔密度大小对加工速度的 影响。
[0043] 激光打孔系统在FPC上快速定位孔的位置,并要求激光器105的激光按照指定的 速度和半径做匀速圆周运动若干圈进行打孔。钻孔位置、速度等规划完全由电脑完成,并独 占CPU的一个线程建立实时控制,不需要利用windows系统调度各模块,具备强大的前瞻功 能,可W对平台的运动、扫描系统的运动W及激光器脉冲实现精确控制。
[0044] 进一步的,为了提高系统在FPC上的打孔位置的精确度,激光打孔系统还包括了 大视野视觉装置,用于在所述FPC上确认特征标识位置,并在钻孔文件的参考系中确定所 述特征标识位置对应的坐标;高精度视觉装置,用于依据所述特征标识位置的坐标在所述 FPC上抓取祀标点,并依据所述祀标点与所述特征标志位置的坐标进行计算,得到目标位置 信息。具体的,预设的钻孔文件中具有打孔位置W及打孔位置的参考系,目标PFC上几个 特征标识位置,首先大视野视觉装置确认特征标识位置,并根据钻孔文件中的打孔位置的 参考系将特征标识位置放进参考系中进行坐标对应,得到了特征标识位置在参考系中的坐 标,利用特征标识位置在FPC上建立同样的参考系,利用高精度视觉装置在具有参考系的 FPC板上抓取祀标点,通常抓取四个祀标点即可,通过计算出缩放、旋转化及平移量,就可W 计算出钻孔的确切位置,从而实现高精度定位,并实现精确打孔。
[0045] 进一步的,由于打孔速度与打孔的顺序有关,为了提高打孔速度,控制器101具体 用于依据所述目标位置信息和所述直线平台数据结合蚁群排序算法生成第二目标位置控 制指令。对于FPC上打孔的布局,原则上要求各孔位之间的连线总长最短,耗时也相应最 少。具体为:首先用聚类的方法在FPC上分区块,再对区块内的各个点利用蚁群排序算法进 行排序,孔位经过重新排序后,使得加工时间区域最短,相比现有技术中Step&Scanning的 打孔方式,打孔速度提高了约30%。
[0046] 进一步的,打孔不仅要速度快,还要保证打孔后孔的质量,为了提高打孔质量,控 制器101具体用于依据所述目标位置信息和所述直线平台数据结合增强跟随误差控制算 法生成第二目标位置控制指令。增强跟随误差控制算法ETC算法可大大减小点对点移动的 振定时间和减小运动过程中的跟随偏差,使得打孔时两次打孔形成的圆形偏差控制在1微 米W内,使实际加工路径更接近规划路径,钻孔的路径平滑,孔壁更平整,重复性更好,同时 提高了孔的真圆度和孔口质量,从而提高钻孔的稳定性和一致性。
[0047] 进一步的,为了保证打孔的质量,所述振镜扫描器104在前导阶段加速运动,在后 导阶段减速运动,前导阶段为振镜扫描器104已经开始扫描并进行定位后,激光器105还未 出光前的阶段,后导阶段为激光器105出光进行打孔之后,振镜扫描器104并没有立即停止 扫描的时间段,即振镜扫描器104在激光器105出光期间具有稳定的运行速度。由于振镜 扫描器104在扫描时在前导过程中加减速段W及在后导过程中减速段对打孔质量有影响, 因此,在激光器105出光、加工的过程中,振镜扫描器104的扫描速度稳定,使得咬蚀量更稳 定,否则会产生盲孔底部烧伤,或钻孔不圆等现象。咬蚀量大小与绕圈速度和激光重复频率 相关,咬蚀量=加工速度/激光重复频率,精确计算起点落点的位置即精确计算绕圈半径、 光斑大小等,如果加工多圈,可调整多圈的重叠量。通过精确计算咬蚀量可W控制光斑起落 点的距离,避免起落点位置孔地打伤或欠加工。另外,由于振镜扫描器105运动属于机械运 动,需要一定时间进行加速或者减速才能是振镜处于稳定开启或者关闭功能,为了保证钻 孔的真圆度大于95%,激光进行绕圈打孔前,振镜扫描器105停顿约50微秒最佳。
[0048] 进一步的,为了提高打孔质量,直线平台103为定位精度为±3ym且重复定位精 度为+Iym的直线平台。
[0049] 进一步的,反馈装置102为分辨率为0. 1的光栅尺编码器。
[0050] 进一步的,振镜扫描器104为利用振镜崎变补偿算法校正的精度为±5ym的振镜 扫描器。利用振镜崎变补偿算法能够将振镜自身因为崎变属性而导致的扫描不稳定等缺 陷,提高振镜扫描器104的准确率。
[0051] 本发明提供的一种激光打孔系统,由于控制器101不仅依据目标位置信息控制直 线平台103在FPC板上进行扫描,而且由于反馈装置102能够实时地将直线平台数据反馈 至控制器101,从而控制器101还依据直线平台数据W及目标位置信息控制振镜扫描器规 划光斑位置,并同步激光器105的开关,激光器105出光
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