一種去除薄膜或涂層的激光加工方法及設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種去除薄膜或涂層的激光加工方法，其包括以下步驟：第一步，測(cè)量獲取薄膜或涂層的厚度值；第二步，根據(jù)所述第一步獲取的厚度值，調(diào)整激光的參數(shù)；第三步，開啟激光器，重復(fù)進(jìn)行所述第一步和第二步，使激光在薄膜或涂層表面掃描，直至薄膜或涂層去除。另外一種簡(jiǎn)化的方法是預(yù)先設(shè)置某一厚度值或相關(guān)物理量值作為基準(zhǔn)，并進(jìn)行初步加工，待所測(cè)的薄膜或涂層厚度或相關(guān)物理量與預(yù)設(shè)值一致時(shí)調(diào)整加工參數(shù)進(jìn)行精細(xì)加工，直至薄膜或涂層去除。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的去除薄膜或涂層的激光加工方法及設(shè)備，通過實(shí)時(shí)測(cè)量薄膜或涂層的厚度，并以此調(diào)節(jié)激光參數(shù)，使其達(dá)到最優(yōu)去除效果，快速精準(zhǔn)。
【專利說明】
一種去除薄膜或涂層的激光加工方法及設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及薄膜去除技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用激光去除薄膜或涂層的激光加工 方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 在加工過程中經(jīng)常會(huì)遇到膜層或涂層去除的工藝需求，如通過去除部分膜層或涂 層來產(chǎn)生標(biāo)識(shí);通過去除部分膜層或涂層來實(shí)現(xiàn)工件的某些性能（如導(dǎo)電、絕緣、透光等）； 或在加工過程中為了保護(hù)等功能涂覆薄膜或涂層，在完成某些工序后需要對(duì)膜層或涂層進(jìn) 行去除。由于薄膜或涂層一般厚度較薄，粘附性較強(qiáng)，采用傳統(tǒng)機(jī)械手段很難實(shí)現(xiàn)高效精確 的去除。激光加工工藝的出現(xiàn)在一定程度上解決了這一問題，但是由于薄膜或涂層的厚度 很難精確測(cè)量，或薄膜本身不均勻，很難保證每一個(gè)地方的厚度都一致，這就導(dǎo)致了膜層或 涂層很難高效精確的去除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種去除薄膜或涂層的激光加工方法及設(shè)備，其解決了目 前對(duì)產(chǎn)品表面涂層或薄膜難以高效精確去除的技術(shù)問題。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為：
[0005] 本發(fā)明的一種去除薄膜或涂層的激光加工方法，其包括以下步驟：
[0006] 第一步，測(cè)量獲取薄膜或涂層的厚度值；
[0007] 第二步，根據(jù)所述第一步獲取的厚度值，調(diào)整激光的參數(shù)；
[0008] 第三步，開啟激光器，重復(fù)進(jìn)行所述第一步和第二步，使激光在薄膜或涂層表面掃 描，直至薄膜或涂層去除。
[0009]其中，在進(jìn)行所述第一步之前還包括:預(yù)先設(shè)置某一厚度值作為檢測(cè)基準(zhǔn)，采用統(tǒng) 一的激光參數(shù)，對(duì)薄膜或涂層進(jìn)行初步去除，并實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋信號(hào)，直至薄膜或涂層厚度達(dá) 到預(yù)設(shè)值，之后根據(jù)預(yù)設(shè)值調(diào)整加工參數(shù)進(jìn)行精細(xì)加工的步驟。
[0010] 其中，所述第一步中的厚度值的獲取包括以下步驟：
[0011] 第一步，采用功率探測(cè)器測(cè)得進(jìn)入薄膜或涂層之前的激光的功率P和從薄膜或涂 層折射而出之后的出射激光的功率P' ；
[0012] 第二步，計(jì)算出射激光的功率與入射激光的功率比r:其中
Ri為入射激光的入射面反射率，R2為薄膜或涂層的反射面反射率，R3為出射激光的出射面反 射率，L為激光在薄膜或涂層內(nèi)傳輸距離，α是激光光束在薄膜或涂層內(nèi)的吸收系數(shù)；
[0013] 第三步，根據(jù)所述第二步中獲取的L值，計(jì)算厚度值t，
實(shí) 中，Θ為激光的入射角，m為空氣介質(zhì)的折射率，n2為薄膜或涂層的折射率。
[0014] 其中，所述的第一步中獲取厚度值包括以下步驟：
[0015] 第一步，選用雙波長(zhǎng)激光器，分別獲取雙波長(zhǎng)的激光光束的出射激光的功率與入 射激光的功率比r，分別記為ri和Γ2;
[0016] 第二步，當(dāng)選取的雙波長(zhǎng)接近時(shí)，其反射率也相近，因此
以此 可獲取L值，進(jìn)而計(jì)算厚度值t，其中，〇1和〇2分別為雙波長(zhǎng)激光在薄膜或涂層內(nèi)的吸收系數(shù)；
[0017] 其中，所述獲取薄膜或涂層厚度值的步驟中，所采用的探測(cè)光束可以來自用于加 工的激光光源，也可以是任意波長(zhǎng)光源。即探測(cè)光束是任意波長(zhǎng)，與加工的激光波長(zhǎng)可以相 同也可以不同。加工用激光需要根據(jù)被去除薄膜或涂層進(jìn)行選定。
[0018] -種采用如上任意一項(xiàng)所述的去除薄膜或涂層的激光加工方法的去除薄膜或涂 層的激光加工設(shè)備，其包括:激光器，控制所述激光器的工控機(jī)，以及沿激光出射方向依次 設(shè)有的擴(kuò)束裝置、振鏡及透鏡系統(tǒng);其中，所述的工控機(jī)上還設(shè)有一用于實(shí)時(shí)檢測(cè)激光從薄 膜或涂層出射之后的功率探測(cè)器，工控機(jī)根據(jù)功率探測(cè)器獲取的功率值，計(jì)算得到薄膜或 涂層的厚度，實(shí)時(shí)調(diào)整激光參數(shù)，使激光快速精確去除薄膜或涂層。
[0019] 其中，還包括用于放置待加工件的Χ-Υ平臺(tái)，所述Χ-Υ平臺(tái)帶動(dòng)待加工件移動(dòng)，完成 對(duì)待加工件的表面薄膜或涂層的去除。
[0020] 其中，所述的激光器內(nèi)部還設(shè)有功率探測(cè)器，所述功率探測(cè)器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)激光 器發(fā)射激光的功率，并將功率值傳送給工控機(jī)。
[0021 ]其中，所述的工控機(jī)調(diào)整激光器的激光參數(shù)包括：出射激光功率、激光頻率、振鏡 掃描速度、平臺(tái)移動(dòng)速度、加工次數(shù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的去除薄膜或涂層的激光加工方法及設(shè)備，通過實(shí)時(shí)測(cè) 量薄膜或涂層的厚度，根據(jù)厚度調(diào)節(jié)激光參數(shù)，使其達(dá)到最優(yōu)去除效果，快速精準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的去除薄膜或涂層的激光加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明的去除薄膜或涂層的激光加工方法的流程圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明的去除薄膜或涂層的激光加工方法的厚度值獲取原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下參考附圖，對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步地詳盡闡述。
[0027] 請(qǐng)參閱附圖2,在本實(shí)施例中，該種去除薄膜或涂層的激光加工方法，其包括以下 步驟：
[0028] 第一步S1，測(cè)量獲取薄膜或涂層的厚度值；即通過測(cè)量等手段實(shí)時(shí)獲取不同位置 的薄膜或涂層的厚度；
[0029] 第二步S2,根據(jù)所述第一步獲取的厚度，調(diào)整激光的參數(shù);該步驟中調(diào)整激光的參 數(shù)包括激光出射激光功率、激光頻率、振鏡掃描速度、平臺(tái)移動(dòng)速度、加工次數(shù)等，根據(jù)厚度 進(jìn)行；
[0030] 第三步S3,開啟激光器，重復(fù)進(jìn)行所述第一步S1和第二步S2,使激光在薄膜或涂層 表面掃描，直至薄膜或涂層去除。由于薄膜或涂層的厚度不一致，因此在整個(gè)去除過程中， 需要不斷重復(fù)進(jìn)行檢測(cè)厚度，調(diào)整參數(shù)的步驟。
[0031] 其中，由于厚度不一致時(shí)，需要實(shí)時(shí)不斷重復(fù)檢測(cè)、調(diào)整的過程，因此對(duì)于某些較 厚的薄膜或涂層，在進(jìn)行所述第一步S1之前還包括:預(yù)先設(shè)置某一厚度值作為檢測(cè)基準(zhǔn)，采 用統(tǒng)一的激光參數(shù)，對(duì)薄膜或涂層進(jìn)行初步去除并實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋信號(hào)，直至薄膜或涂層厚 度達(dá)到預(yù)設(shè)值的步驟，之后根據(jù)預(yù)設(shè)值調(diào)整加工參數(shù)進(jìn)行精細(xì)加工。即，采用較高功率對(duì)樣 品表面整個(gè)薄膜或涂層進(jìn)行快速的初步去除，直至達(dá)到預(yù)設(shè)值，以免因重復(fù)檢測(cè)調(diào)整導(dǎo)致 去除時(shí)間長(zhǎng)，效率不高的問題。
[0032] 更具體的，薄膜去除有兩種應(yīng)用方式:一是，通過負(fù)反饋的信息在加工前或加工中 間獲得膜的厚度，依此設(shè)置加工參數(shù)完成加工;二是，預(yù)設(shè)一個(gè)負(fù)反饋值，該值對(duì)應(yīng)于所剩 的膜的厚度，實(shí)際加工時(shí)，先用大功率快速加工，并實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)反饋信號(hào)，待所測(cè)的負(fù)反饋 信號(hào)值與預(yù)設(shè)值一致時(shí)，調(diào)整加工參數(shù)完成最后的精細(xì)加工。
[0033] 其中，所述第一步中的厚度值的獲取可以采用以下兩種方式，請(qǐng)參照附圖3的激光 去除原理模擬示意圖進(jìn)行檢測(cè)原理說明：
[0034]圖3中：1入射光束，2傳輸介質(zhì)（一般為空氣），3薄膜或涂層，4出射光束。在已知介 質(zhì)2的折射率m和膜層或涂層3的折射率112的條件下進(jìn)行波長(zhǎng)的選擇。另外，對(duì)于選定波長(zhǎng)的 光束在每個(gè)膜層或涂層界面的反射率和吸收率是已知的。
[0035] 其中，在所述第一步中的厚度值的獲取所采用的探測(cè)光束類型可以來自用于加工 的激光光源，也可以是任意波長(zhǎng)光源，即可以是其他非激光光源。
[0036] 入射光束的功率P通過傳輸介質(zhì)2傳輸?shù)浇橘|(zhì)2和膜層或涂層3的界面處，設(shè)該界面 為界面A，其中界面A的反射率為心，透過的光束功率為（1-RJP。出射光束在膜層或涂層3內(nèi) 的傳播距離為L(zhǎng)，直到到達(dá)膜層或涂層3底部與其他介質(zhì)的界面B，其中界面B的反射率為R 2， 則反射光束的強(qiáng)度為（l-Ri)R2PeXp(-aL)，a是光束在膜層或涂層3內(nèi)的吸收系數(shù)。反射光束 又經(jīng)過L的距離傳輸?shù)侥踊蛲繉?頂部與傳輸介質(zhì)2的界面C，其中界面C的反射率為R 3,出 射光束的能量為（1 -Ri)R2 (1 -R3)Pexp (_2aL)。
[0037] 出射光束與入射光束與的功率比r;
[0039]傳輸距離L與膜層或涂層厚度t的關(guān)系為：
[0041] 其中入射光束的功率P和出射激光光束的功率P'均可通過功率探測(cè)器直接獲得， 因此可直接算出薄膜或涂層的厚度t。
[0042] 通過上述工作原理分析可得，第一種方式，該方式包括以下步驟：
[0043] 第一步，采用功率探測(cè)器測(cè)得進(jìn)入薄膜或涂層之前的入射光束的功率P和從薄膜 或涂層折射而出之后的出射光束的功率P' ；
[0044] 第二步，計(jì)算出射光束的功率與入射光束的功率比r:其中 心為入射光束的入射面反射率，R2為薄膜或涂層的反射面反射率，R3為出射光束的出射面反 射率，L為光束在薄膜或涂層內(nèi)傳輸距離；
[0045] 第三步，根據(jù)所述第二步中獲取的L值，計(jì)算厚度值t
;其 中，Θ為入射光束的入射角，m為空氣介質(zhì)的折射率，n2為薄膜或涂層的折射率。
[0046] 第二種獲取方式，選用雙波長(zhǎng)激光進(jìn)行加工，分別計(jì)算雙波長(zhǎng)的功率比，該獲取厚 度值包括以下步驟：
[0047] 第一步，選用雙波長(zhǎng)光源，分別獲取雙波長(zhǎng)的光束的出射功率與入射功率比r，分 別記為r#Pr2;另設(shè)兩種波長(zhǎng)的光束在薄膜或涂層內(nèi)的吸收系數(shù)分別是 〇1和〇2;第二步，當(dāng)
選取的雙波長(zhǎng)接近時(shí)，其反射率也相近，因此 ，以此可獲取L值，進(jìn)而計(jì) 算厚度值t;
[0048] 請(qǐng)參閱附圖1，本實(shí)施例還公開了一種采用如上所述的去除薄膜或涂層的激光加 工方法的去除薄膜或涂層的激光加工設(shè)備，其包括:激光器2,控制所述激光器2的工控機(jī)1， 以及沿激光出射方向依次設(shè)有的擴(kuò)束裝置3、振鏡及透鏡系統(tǒng)4;其中，所述的工控機(jī)上還設(shè) 有一用于實(shí)時(shí)檢測(cè)光束從薄膜或涂層出射之后的功率探測(cè)器;5，工控機(jī)根據(jù)功率探測(cè)器獲 取的功率值，計(jì)算得到薄膜或涂層的厚度，實(shí)時(shí)調(diào)整激光參數(shù)，使激光快速精確去除薄膜或 涂層。
[0049] 其中，還包括用于放置待加工件的X-Y平臺(tái)6,所述X-Y平臺(tái)6帶動(dòng)待加工件移動(dòng)，完 成對(duì)待加工件的表面薄膜或涂層的去除。
[0050] 優(yōu)選的，所述的激光器2內(nèi)部還設(shè)有功率探測(cè)器，所述功率探測(cè)器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)激 光器發(fā)射激光的功率，并將功率值傳送給工控機(jī)。
[0051 ]其中，所述的工控機(jī)1調(diào)整激光器的激光參數(shù)包括：出射激光功率、激光頻率、振鏡 掃描速度、平臺(tái)移動(dòng)速度、加工次數(shù)。
[0052]更具體的，在加工過程中，設(shè)置激光光束與待加工件有一個(gè)固定角度Θ，其中入射 光束的功率可以通過激光器中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊測(cè)出；出射光束功率可以通過外部功率探測(cè)器 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到。在加工過程中可以通過X-Y平臺(tái)6的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)待加工件或要求區(qū)域的 加工。
[0053]激光器2出射激光通過擴(kuò)束裝置3傳輸?shù)秸耒R及透鏡系統(tǒng)4,通過改變加工位置來 確定入射激光光束與代加工件之間的角度Θ，在加工過程中通過平臺(tái)的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè) 待加工件的加工。并且在激光器內(nèi)部設(shè)置功率檢測(cè)裝置，激光器出射激光功率可以實(shí)時(shí)在 工控機(jī)電腦界面顯示，則可以通過衰減關(guān)系來計(jì)算出入射到待加工件的光束功率P，并且在 激光平臺(tái)上設(shè)置激光功率探測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)透過膜層或涂層出射光束的功率P'，并且可 以在工控機(jī)電腦界面顯示。
[0054]薄膜或涂層的厚度值可以通過上述兩種方式獲得，當(dāng)選用雙波長(zhǎng)激光器，兩束激 光的波長(zhǎng)λι~λ2,貝IJ可以通過測(cè)量出兩束激光的功率比ri和Γ2，根據(jù)
十 算出激光傳輸距離L，根據(jù)
可以計(jì)算出膜層的厚度t。若膜層或涂層 厚度不均勻，可以根據(jù)改變?nèi)肷涔馐奈恢脕頊y(cè)試不同位置的膜層或涂層厚度，然后可以 根據(jù)測(cè)量結(jié)果來選擇所需激光加工參數(shù)，以更均勻、干凈、準(zhǔn)確的去除膜層或涂層。
[0055] 更詳細(xì)的，建立激光加工參數(shù)與膜層或涂層厚度的關(guān)系，根據(jù)此關(guān)系以及當(dāng)前所 測(cè)的膜層或涂層厚度選擇適當(dāng)?shù)募す饧庸?shù)。
[0056] 如果薄膜或涂層較薄，則可以一次完成去除，若較厚，則可以進(jìn)行多次去除。
[0057] 在膜層或涂層較厚的情況下，可以首先選用高功率激光初步快速去除，并實(shí)時(shí)檢 測(cè)反饋信號(hào)，直至薄膜或涂層厚度達(dá)到預(yù)設(shè)值，之后根據(jù)預(yù)設(shè)值調(diào)整加工參數(shù)進(jìn)行精細(xì)加 工。
[0058]上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用于限制本發(fā)明的實(shí)施方案，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進(jìn)行相應(yīng)的變通或修改，故本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種去除薄膜或涂層的激光加工方法，其特征在于，包括W下步驟： 第一步，測(cè)量獲取薄膜或涂層的厚度值； 第二步，根據(jù)所述第一步獲取的厚度值，調(diào)整激光的參數(shù)； 第Ξ步，開啟激光器，重復(fù)進(jìn)行所述第一步和第二步，使激光在薄膜或涂層表面掃描， 直至薄膜或涂層去除。2. 如權(quán)利要求1所述的去除薄膜或涂層的激光加工方法，其特征在于，在進(jìn)行所述第一 步之前還包括:預(yù)先設(shè)置厚度值作為檢測(cè)基準(zhǔn)，采用統(tǒng)一的激光參數(shù)，對(duì)薄膜或涂層進(jìn)行初 步去除，并實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋信號(hào)，直至薄膜或涂層厚度達(dá)到預(yù)設(shè)值，之后根據(jù)預(yù)設(shè)值調(diào)整加工 參數(shù)進(jìn)行精細(xì)加工的步驟。3. 如權(quán)利要求1所述的去除薄膜或涂層的激光加工方法，其特征在于，所述第一步中的 厚度值的獲取包括W下步驟： 第一步，采用功率探測(cè)器測(cè)得進(jìn)入薄膜或涂層之前的激光的功率P和從薄膜或涂層折 射而出之后的出射激光的功率P' ； 第二步，計(jì)算出射激光的功率與入射激光的功率比r:其中，f = (1-化(1 -斟。巧(-2?巧， Ri為入射激光的入射面反射率，R2為薄膜或涂層的反射面反射率，1?3為出射激光的出射面反 射率，L為激光在薄膜或涂層內(nèi)傳輸距離，α是激光光束在薄膜或涂層內(nèi)的吸收系數(shù)； 第Ξ步，根據(jù)所述第二步中獲取的L值，計(jì)算厚度值t，其中，Θ 為激光的入射角，ni為空氣介質(zhì)的折射率，Π 2為薄膜或涂層的折射率。4. 如權(quán)利要求1所述的去除薄膜或涂層的激光加工方法，其特征在于，所述的第一步 中獲取厚度值包括W下步驟： 第一步，選用雙波長(zhǎng)激光器，分別獲取雙波長(zhǎng)的激光光束的出射激光的功率與入射激 光的功率比r，分別記為ri和η;另設(shè)雙波長(zhǎng)的激光光束在薄膜或涂層內(nèi)的吸收系數(shù)分別是 口1芽化2; 第二步，當(dāng)選取的雙波長(zhǎng)接近時(shí)，其反射率也相近，因此W此可 獲取L值，進(jìn)而計(jì)算厚度值t。5. 如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的去除薄膜或涂層的激光加工方法，其特征在于，所 述獲取薄膜或涂層厚度值的步驟中，所采用的探測(cè)光束可W來自用于加工的激光光源，也 可W是任意波長(zhǎng)光源。6. -種采用如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的去除薄膜或涂層的激光加工方法的去除 薄膜或涂層的激光加工設(shè)備，其特征在于，包括:激光器，控制所述激光器的工控機(jī)，W及沿 激光出射方向依次設(shè)有的擴(kuò)束裝置、振鏡及透鏡系統(tǒng);其中，所述的工控機(jī)上還設(shè)有一用于 實(shí)時(shí)檢測(cè)激光從薄膜或涂層出射之后的功率探測(cè)器，工控機(jī)根據(jù)功率探測(cè)器獲取的功率 值，計(jì)算得到薄膜或涂層的厚度，實(shí)時(shí)調(diào)整激光參數(shù)，使激光快速精確去除薄膜或涂層。7. 如權(quán)利要求6所述的去除薄膜或涂層的激光加工設(shè)備，其特征在于，還包括用于放置 待加工件的X-Y平臺(tái)，所述X-Y平臺(tái)帶動(dòng)待加工件移動(dòng)，完成對(duì)待加工件的表面薄膜或涂層 的去除。8. 如權(quán)利要求6所述的去除薄膜或涂層的激光加工設(shè)備，其特征在于，所述的激光器內(nèi) 部還設(shè)有功率探測(cè)器，所述功率探測(cè)器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)激光器發(fā)射激光的功率，并將功率值 傳送給工控機(jī)。9. 如權(quán)利要求6所述的去除薄膜或涂層的激光加工設(shè)備，其特征在于，在所述的工控 機(jī)上可W調(diào)整激光加工參數(shù)包括：出射激光功率，激光頻率，振鏡掃描速度，平臺(tái)移動(dòng)速度， 加工次數(shù)。
【文檔編號(hào)】B23K26/57GK106077956SQ201610486956
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】陶沙, 趙曉杰, 秦國(guó)雙
【申請(qǐng)人】深圳英諾激光科技有限公司