本发明涉及丝网制版技术领域，具体涉及一种大行程的直写式丝网制版系统及制版方法。
背景技术：
传统的丝网制版系统，需要通过晒版机使用菲林进行制版。菲林与早期的照相机底片类似。使用菲林进行制版流程如下：将带有图像的菲林贴在已涂敷感光胶的丝网网版上，使用汞灯照射菲林，菲林上有图形部分可以透射光线，使网版的感光胶感光，将感光的网版进行显影，显影之后未感光的部分会被显影液溶解，从而在网版上形成图形。
传统的利用菲林制版的方法存在如下缺陷：
1、耗材成本高昂，传统丝网印刷制版方法需要使用照排机制作菲林，多色印刷需要多张菲林，晒版后菲林即遭废弃，与直接制版相比耗材成本较高；
2、增加工序，导致制版效率低下：传统丝网印刷制版过程需首先制作图案底片，再经晒版机制版工艺周期较长，制版效率低下，由此还可能导致更多的问题点出现以及人工成本、时间成本的增加；
3、菲林易损坏：菲林本身易变形易被划伤，导致其使用寿命大大受影响；
4、图像精度差，无法满足小线宽图形的制版：由于传统丝网印刷制版方法是通过图案底片与感光胶接触曝光复制而完成的，因而复制过程中会造成图像细节的损失，图像精度低于原稿，该现象在厚感光胶的晒版过程中尤为明显，因此传统菲林制版通常仅适用于50μm以上的线宽；
5、无法制作超大网版：受菲林本身面积的限制，传统的制版方法无法制作超大网版，必须将多张菲林拼接在一起完成一次曝光，过程繁琐，成本高昂。
近年来，研究者们也进行了一些直接制版的尝试。如我国授权公告号cn103149801b的专利中，使用密排激光器进行曝光处理实现直接制版。但在实际应用中，激光器装配受到物理条件、尺寸等的限制，密排方式装配的激光器数量相当有限，一般不超过256支，加之网版制版只能使用平面扫描，而平面扫描需要不停的来回更换扫描方向，大大限制了密排式激光器的工作能力，导致产能地下；采用密排激光器进行直接制版的方式控制难度也较大，能量的细微不均匀都将带来曝光效果的差异；此外，采用密排激光器进行直接制版的方式还存在加工精细度不够高的不足。
此外，在超大网版的直写制版中，由于网版本身面积过大，造成丝网制版设备的体积过于庞大，从而增加了设备运输和安装的难度，也使得场地利用率低下。另一方面，在现有的直接制版系统中，网版往往通过夹具固定于平台上。这种固定方式无法保证网版的各部分保持在同一水平面上，原因在于：(1)网版自身的变形；(2)夹具各间隙不均匀；(3)重力原因导致网版中间部分出现轻微下垂。网版各部分无法保持在同一水平面上会带来离焦的问题，进而导致图形模糊或曝光不充分。
技术实现要素：
本发明的目的就是解决传统使用菲林带来的成本高、工序多、精度低、无法进行超大制版等问题以及现有使用密排激光器进行曝光处理的直接制版方法产能低、加工精细度差的问题。本发明的另一目的是解决现有的直接制版方法在超大网版制作过程中的不足以及容易离焦的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种大行程的直写式(dis)丝网制版系统以及使用该系统制版的方法。
本发明的技术方案如下：
一种大行程的直写式丝网制版系统，用于丝网制版过程中在网版上进行图形曝光，系统包括主机、运动系统、光源驱动控制器(lsc)、光源(ls)、可编程数据控制器(pdc)，空间光调制器(slm)、主动聚焦模块(af)、光学镜头、位置误差修正模块以及通信模块；
所述运动系统由步进轴、扫描轴以及平台驱动器组成，其中平台驱动器与主机相连并驱动步进轴和扫描轴运动，扫描轴与步进轴固定相连并在步进轴的带动下沿步进方向移动；
所述光源驱动控制器控制所述光源的开关状态以及光强；
所述可编程数据控制器与主机直接相连，在主机的控制下驱动空间光调制器完成曝光任务；
所述主动聚焦模块控制光学镜头与网版间的距离；
所述位置误差修正模块接收扫描轴发出的实时位置信号，对实时位置信号进行修正得到精确位置信号并将精确位置信号输出至可编程数据控制器；
所述通信模块上行与主机相连，下行与光源驱动控制器以及主动聚焦模块分别相连。
其中，所述主机是个人计算机、服务器或工控机中的一种。
其中，所述步进平台承载网版并带动网版运动，所述扫描轴承载主动聚焦模块和光学镜头并带动主动聚焦模块和光学镜头运动。
其中，所述光源是激光器或led中的一种。
其中，所述可编程数据控制器由随机存储器、现场可编程门阵列以及空间光调制器控制芯片(slmc)组成。
其中，所述空间光调制器控制芯片为数字光处理芯片(dlp)。
其中，所述空间光调制器为数字微镜器件(dmd)。
其中，所述主动聚焦模块由高速电机、位置传感器和主动聚焦控制器组成。
本发明还提供一种利用上述大行程的直写式丝网制版系统在网版上进行图形曝光的方法，包括如下步骤：
(1)网版准备步骤，通过上版设备将网版送至指定位置并固定；
(2)版图发送步骤，主机将版图发送给可编程数据控制器，同时向可编程数据控制器发出关闭空间光调制器指令；
(3)曝光准备步骤，主机根据相关参数计算出初始曝光点位置，然后控制平台驱动器驱动步进轴和扫描轴移动到初始曝光点位置；
(4)启动主动聚焦步骤，主动聚焦模块经由通信模块接收主机下发的指令，进行主动聚焦操作；
(5)版图就绪信号及图形生成步骤，可编程数据控制器接收版图并准备就绪后，向主机发出版图就绪信号，表示可以开始曝光，之后可编程数据控制器依据版图发送步骤中接收的版图，持续地按空间光调制器的宽度生成图形数据；
(6)打开光源步骤，光源驱动控制器经由通信模块接受主机下发的指令，打开光源；
(7)正方向的单次扫描步骤，平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动扫描轴按指定速度匀速运动到单次扫描的结束位置，扫描过程中，扫描轴持续向位置误差修正模块反馈位置信号，位置误差修正模块对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数据控制器，可编程数据控制器根据接收的精确位置信号控制空间光调制器在指定位置投射相应图案；
(8)步进移动步骤，平台驱动器受主机发出的控制指令，步进轴在平台驱动器的驱动下带动扫描轴向待曝光区域移动空间光调制器有效扫描宽度的距离；
(9)反方向的单次扫描步骤，平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动扫描轴按指定速度反方向匀速运动到反方向的结束位置，扫描过程中，扫描轴持续向位置误差修正模块反馈位置信号，位置误差修正模块对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数据控制器，可编程数据控制器根据接收的精确位置信号控制空间光调制器在指定位置投射相应图案；
(10)步进移动步骤，平台驱动器受主机发出的控制指令，步进轴在平台驱动器的驱动下带动扫描轴向待曝光区域移动空间光调制器有效扫描宽度的距离；
(11)重复步骤(7)-步骤(10)，直至所有图形均被转移，曝光过程完成。
其中，所述启动主动聚焦步骤中的主动聚焦操作过程如下：主动聚焦模块中的位置传感器实时测量镜头到网版间的距离，当所述距离的值超过镜头的误差范围时，主动聚焦模块中的主动聚焦控制器上下移动主动聚焦模块中的高速电机，使得镜头的焦面保持在网版平面上。
本发明的有益效果如下：
本发明的大行程的直写式丝网制版系统，制版过程不需要菲林，有效降低了成本，且工序简单、图像精度高，可适用于制作超大网版；本发明采用面阵式空间光调制器进行直写式制版，相对于传统采用密排激光器进行直接制版的方式，加工精细度更高，控制难度小，且产能显著提升；本发明还实现了主动聚焦功能，对于网版不平的情况也能很好适应，使得镜头焦面始终保持在网版平面上，有效避免因网版不平导致离焦进而导致图形模糊或曝光不充分等问题。此外，本发明的大行程的直写式丝网制版系统改变了传统的步进轴承载网版并带动网版在步进方向运动的方式，而是保持网版不动，采用步进轴带动扫描轴在步进方向移动的方式，避免了曝光过程中步进移动网版的工序；结合网版的灵活放置，可便捷地实现超大网版的制版。
附图说明
图1是本发明实施例的一种大行程的直写式丝网制版系统的模块组成图；
图2是本发明另一实施例的一种大行程的直写式丝网制版装置的结构示意图，其中网版为水平放置；
图3是本发明又一实施例的一种大行程的直写式丝网制版装置的结构示意图，其中网版为竖直放置；
图4是图2和图3的平面投影示意图；
图5是应用本发明的大行程的直写式丝网制版系统在网版上进行图形曝光的方法流程图。
附图标记说明：
1——主机，2——运动系统，2-1——步进轴，2-2——扫描轴，2-3——平台驱动器，3——光源驱动控制器，4——光源，5——可编程数据控制器，6——空间光调制器，7——主动聚焦模块，8——光学镜头，9——位置误差修正模块，10——通信模块，11——网版，12——网版夹具，13——光学系统，14——大理石底座。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
本发明提供一种大行程的直写式丝网制版系统，用于丝网制版过程中在网版上进行图形曝光，如图1所示，该系统包括主机1、运动系统2、光源驱动控制器3、光源4、可编程数据控制器5，空间光调制器6、主动聚焦模块7、光学镜头8、位置误差修正模块9以及通信模块10。
主机1可以是pc、各类服务器或各类工控机。主机1的主要作用是接收版图、缓存版图和预处理版图以及总控pdc、lsc、af和运动系统协同工作。所涉及的版图一般由cam软件负责生成，其格式可以是pdf、gdsii、gerber、odb++、tif、bmp、dwg或dpf等。
运动系统2由步进轴2-1、扫描轴2-2以及平台驱动器2-3组成，其中平台驱动器2-3与主机1相连并驱动步进轴2-1和扫描轴2-2运动。扫描轴(2-2)与步进轴(2-1)固定相连并在步进轴(2-1)的带动下沿步进方向移动，同时扫描轴2-2承载主动聚焦模块7和光学镜头8并带动主动聚焦模块7和光学镜头8在扫描方向连续运动。扫描方向和步进方向相互垂直，但均平行于网版平面。
光源驱动控制器3控制光源4的开关状态以及光强；光源用于提供曝光时所需要的光能量，曝光时，光源处于常开的恒流状态。本实施例中使用的光源是激光器或led中的一种。
可编程数据控制器5与主机直接相连1，在主机1的控制下驱动空间光调制器6完成曝光任务。可编程数据控制器5由随机存储器(ram)、现场可编程门阵列(fpga)以及空间光调制器控制芯片(slmc)组成。可编程数据控制器5解析由主机1传来的矢量图形或位图，将其按系统参数进行处理，然后生成slmc可接受的格式，并驱动slmc完成图像的投射工作。本实施例中，使用的slmc为德州仪器(ti)提供的dlp芯片。
空间光调制器6主要根据图形或图形数据，在光源的照射的作用下，在基底上投射不同的图案。slm通过对光的反射或折射，根据版图中的图形位置和当前运动系统的位置，由pdc实时生成曝光需要的光学图案，驱动slm以完成曝光任务。本实施例中，使用的slm为ti提供的数字微镜器件(dmd)。
主动聚焦模块7控制光学镜头8与网版间的距离，使镜头的焦面始终保持在网版平面上；主动聚焦模块7由高速电机、位置传感器和主动聚焦控制器组成。其工作过程如下：主动聚焦模块7中的位置传感器实时测量光学镜头8到网版间的距离，当该距离的值超过镜头8的误差范围时，主动聚焦模块7中的主动聚焦控制器上下移动主动聚焦模块7中的高速电机，使得镜头的焦面保持在网版平面上。
位置误差修正模块9接收扫描轴2-2发出的实时位置信号，然后对实时位置信号进行修正得到精确位置信号，并将精确位置信号输送至pdc，由pdc根据接收的精确位置信号控制slm在指定位置投射相应图案。
通信模块10上行与主机1相连，下行与lsc以及af分别相连，用于接收主机1下发的控制命令并向相应模块分发控制命令。
本实施例的大行程的直写式丝网制版系统中，由光源、slm、光学镜头和主动聚焦模块组成了光学系统，其中，光源是照明系统的一部分(照明系统还包括其他用于匀光、聚焦的光学元件)，而主动聚焦、光学镜头和slm则构成了光学系统的成像部分。主动聚焦系统位于slm的下方。
实施例2
本实施例给出了应用本发明的直写式丝网制版系统的一种具体装置，本实施例中网版水平放置。
如图2是本实施例的一种大行程的直写式丝网制版装置的结构示意图。从图中可以看出，步进轴2-1承载于大理石底座12上。扫描轴2-2固定于步进轴2-1上，扫描轴2-2上承载有光学系统13，包括光源4、slm6、光学镜头8和主动聚焦模块7。本实施例中扫描轴是丝杠的结构，丝杠转动，带动着光学系统运动。
网版11通过网版夹具12固定于大理石底座14上，网版夹具12可有效避免网版在运动时滑动或跳动，从而避免曝光图形错乱。
实施例3
本实施例给出了应用本发明的直写式丝网制版系统的另一种具体装置，本实施例中网版竖直放置。
如图3是本实施例的一种大行程的直写式丝网制版装置的结构示意图。从图中可以看出，步进轴2-1承载于大理石底座12上。扫描轴2-2固定于步进轴2-1上，扫描轴2-2上承载有光学系统14，包括光源4、slm6、光学镜头8和主动聚焦模块7。本实施例中扫描轴是丝杠的结构，丝杠转动，带动着光学系统运动。
网版11通过网版夹具12固定于大理石底座12上，此时底座体积较小，仅起到支撑作用；网版夹具13可有效避免网版在运动时滑动或跳动，从而避免曝光图形错乱。
图4是图2和图3的平面投影示意图，相当于图2的俯视示意图以及图3的左视示意图。从图4中可以清楚地看出步进轴2-1承载于大理石底座12上。扫描轴2-2固定于步进轴2-1上。
实施例4
本实施例提供应用本发明的直写式丝网制版系统在网版上进行图形曝光的方法。图5是应用本发明的直写式丝网制版系统在网版上进行图形曝光的方法流程图。该方法具体包括如下步骤：
在网版准备步骤s1中，通过上版设备(上版机或上班推车)将网版11送至指定位置并固定。指定位置可以是大理石底座12的载物面(水平放置)或支撑面(竖直放置)，固定通过网版夹具12实现。
在版图发送步骤s2中，主机1将版图发送给可编程数据控制器5，同时向可编程数据控制器5发出关闭空间光调制器6指令——由于步进轴2-1和扫描轴2-2均移动到曝光起始点之后才能曝光，因此，在步进轴2-1和扫描轴2-2移动到曝光起始点之前需要关闭slm。
在曝光准备步骤s3中，主机1根据相关参数计算出初始曝光点位置，然后控制平台驱动器2-3驱动步进轴2-1和扫描轴2-2移动到初始曝光点位置。其中，相关参数包括网版大小、版图大小和平台特性等。
在启动主动聚焦步骤s4中，主动聚焦模块7经由通信模块接收主机1下发的指令，进行主动聚焦操作；操作过程是：主动聚焦模块7中的位置传感器实时测量光学镜头8到网版11间的距离，当所述距离的值超过光学镜头8的误差范围时(这种情况称为离焦)，主动聚焦模块7中的主动聚焦控制器上下移动主动聚焦模块7中的高速电机，使得光学镜头8的焦面保持在网版平面上。
主动聚焦模块7是一个自主模块，主机1控制它开始主动聚焦后，该模块将不再接受主机1命令，直到主机下达停止主动聚焦的命令。
在版图就绪信号及图形生成步骤s5中，可编程数据控制器5接收版图并准备就绪后，向主机1发出版图就绪信号，表示可以开始曝光，之后可编程数据控制器5依据接收的版图，持续地按空间光调制器6的宽度生成图形数据。
在打开光源步骤s6中，光源驱动控制器3经由通信模块10接受主机1下发的指令，打开光源4。
在正方向的单次扫描步骤s7中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，驱动扫描轴2-2按指定速度匀速运动到单次扫描的结束位置，扫描过程中，扫描轴2-2持续向位置误差修正模块9反馈位置信号，位置误差修正模块9对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数据控制器5，可编程数据控制器5根据接收的精确位置信号控制空间光调制器6在网版11上的指定位置投射相应图案；其中，扫描速度由网版11上的油墨和光源4的光强共同决定；单次扫描的结束位置由给定的版图的尺寸决定；单次扫描中，扫描轴2-2的行进距离等于版图沿扫描方向上的径向尺寸。假设版图尺寸为a*b，其中a为沿步进方向的长度，b为沿扫描方向的长度，则单次扫描中的扫描距离为b，单次扫描的结束位置为由起始曝光点沿扫描方向的射线方向上与起始曝光点距离为b的点。
在步进移动步骤s8中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，步进轴2-1在平台驱动器2-3的驱动下带动扫描轴2-2向待曝光区域移动空间光调制器6有效扫描宽度的距离。有效扫描宽度的定义是：假设空间光调制器6在单次扫描中曝光的图形宽度为d，则d即为空间光调制器6的有效扫描宽度。
在反方向的单次扫描步骤s9中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，驱动扫描轴2-2按指定速度反方向匀速运动到反方向的结束位置，扫描过程中，扫描轴2-2持续向位置误差修正模块9反馈位置信号，位置误差修正模块9对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数据控制器5，可编程数据控制器5根据接收的精确位置信号控制空间光调制器6在网版11上的指定位置投射相应图案；同样，扫描速度由网版11上的油墨和光源4的光强共同决定；单次扫描的结束位置由给定的版图的尺寸决定。基于步骤s7-s8中的假设，此时反方向的结束位置为距离起始曝光点沿步进方向距离为d的位置；通过s7-s9，正、反方向的总计扫描距离为2*b，步进轴的行进距离为d。
在步进移动步骤s10中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，步进轴2-1在平台驱动器2-3的驱动下带动扫描轴2-2向待曝光区域移动空间光调制器6有效扫描宽度的距离。
重复步骤s7-步骤s10，直至所有图形均被转移，曝光过程完成。
以上应用具体实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，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。同时，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，如实际应用中网版可能是任意角度倾斜放置。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。