[发明专利]环形带状可回转激光掩模在线式切割或刻印系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可回转的激光掩模对材料进行在线式切割或刻印方法和系统，属于激光切割和刻印领域。

背景技术

目前，在激光切割领域，待切割材料一般处于静止的状态，由电动伺服机构驱动激光聚焦镜头，在与待切割材料垂直的平面上作两个轴向的运动，以使激光在材料上切割出所需要的图案（图案指连续或间断的线条或曲线，以及字符等构成的图形或符号，可以是线条或曲线或文字的综合或叠加，也可以是单独一种元素构成的图形）。如待切割材料根据工艺要求必须保持运动状态，即应用于连续的材料或者因生产工艺要求材料需持续输送的状态，则现有的切割设备是由感应器探测材料传送的速度并转化成数字信号送入坐标控制系统进行叠加运算，然后由伺服驱动机构驱动坐标控制电机，控制激光光路组件（光路组件应包括光纤或反射镜组以及聚焦镜头等）去保证所需切割图案的精确程度。不可否认，在对于大尺寸图案的切割和切割速度较慢的情况下，这种切割应用技术是成熟的，而且工艺已经十分稳定，但是，当这种加工方式应用于连续的生产工艺中，这种装置和系统的弊端在于：（1）当材料传送速度非恒定状态时，控制系统对材料速度计算并反馈给驱动系统的时滞，以及在速度频繁变动时而引起驱动机构的抖动，造成切割出来的图案出现材料运动方向上的尺寸变形，也可能产生与材料运行垂直方向的锯齿；（2）由于驱动系统要驱动整个激光镜头及激光传送装置，整个装置的质量较大，运动惯量限制了驱动系统的快速响应，在切割图案比较复杂或连续沿垂直于材料运动方向频繁变化的情况下，激光的频繁启停，驱动机构的运动方向频繁改变，激光启停的时滞会引起漏切或者多切，驱动方向改变会引起激光镜头的抖动，造成切割图案的变形和锯齿等问题。以上这两个弊端在待切割材料传动速度越快，而且花纹往复循环的情况下表现得尤其明显，直接造成产品质量缺陷引起产品报废，甚至设备在极端工况下运行造成机械部件的损坏。

在激光刻印领域，现在应用较为广泛的是利用振镜系统进行扫描刻印的设备，如熟悉本领域的技术人员所熟知的，刻印的原理是利用两个互相垂直的振镜以及其驱动系统，驱动系统驱动振镜，控制激光在一个平面上的两个坐标方向上的运动，刻印出预先输入控制系统中的图案。这类设备也与现有切割设备存在类似的缺陷，在材料高速运动状态下如果要对材料表面进行高精度的图案刻印，都会因为速度匹配问题产生图案变形，造成质量问题而引起产品报废；而且刻印图案的复杂程度直接影响刻印的速度，在同样范围内，越复杂的图案需要越多的刻印时间，这就要求待刻印材料在振镜扫描范围内停留时间越长，也即需要降低材料传送速度，直接影响到生产效率。

由于上述的缺陷，使得激光切割和刻印在工业生产中的应用受到限制，面对不断提升的设备能力，激光在工业生产中的应用反而有可能成为掣肘设备产能提升的瓶颈。而一些原来使用其他方式进行切割或刻印的领域，也由于上述的原因使得激光技术不能进入，也使得激光刻印的高解析度、环境友好性等优势得不到发挥。

发明内容 

本发明的目的在于：针对现有的激光切割和刻印设备在高速切割和刻印方面存在的上述缺陷，提供一种可回转激光掩模在线式切割或刻印方法。

本发明的另一目的在于提供一种根据本发明方法提出的可回转激光掩模在线式切割或刻印系统。

本发明方法为：通过一传动机构将掩模和待加工材料之间的运动和速度进行匹配，将一激光光源发出的激光光束再通过光学组件按可循环运作的掩模上的图案对待加工材料进行在线切割或刻印。

本发明所述光学组件包括多个反射镜片和聚焦镜头组成，用以将激光光束整形成投影呈长矩形光束，并使激光光束的能量分布均匀，聚焦镜头是使经掩模成形后的光束聚焦在待切割或刻印材料上，并经由聚焦镜头实现掩模图案与切割或刻印图案的尺寸比例关系。

本发明所述激光光源启动和停止以及触发的频率或功率均可由系统运动速度控制。

本发明提供的环形带状可回转激光掩模在线式切割或刻印系统，包括：

激光部，提供连续的、输出能量可调节的激光水源；

掩模，可高速回转循环转动，提供所需图案和切割或刻印的图案尺寸；

光路组件，将掩模上图案信息切割或刻印至待加工材料；

驱动和传动部，提供动力源并使掩模和待加工材料之间的运动和速度进行匹配，实现同步传动。

本发明所述掩模为环形带状或一个以上同步传动的筒状。

本发明所述掩模可以是刚性或柔性的。