專利名稱：使用激光的工件加工裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工件加工裝置，尤其涉及向玻璃基板等工件照射激光進行加工的工件
加工裝置。
背景技術：
作為使用激光的工件加工裝置，已知例如專利文獻I所示的裝置。在這種加工裝置中，將波長為532nm左右的綠色激光照射到玻璃基板等工件。綠色激光通常會透過玻璃 基板，但是當使激光會聚并且其強度超過某一閾值時，玻璃基板會吸收激光。在這種狀態(tài)下，會在激光的會聚部產生等離子體，由此玻璃基板會蒸發(fā)(transpire)。利用如上所述的原理，能夠進行在玻璃基板上形成孔等的加工。而專利文獻2示出了在激光會聚用光學系統(tǒng)的下方設置偏心用光學系統(tǒng)和輔助氣體噴嘴的激光加工頭。偏心用光學系統(tǒng)可自由旋轉驅動，使激光相對于激光會聚用光學系統(tǒng)的光軸偏心。而輔助氣體噴嘴使來自偏心用光學系統(tǒng)的激光通過，同時向該激光會聚用光學系統(tǒng)的光軸噴射輔助氣體。該專利文獻2的偏心用光學系統(tǒng)具有隔開間隔配置的I組楔形棱鏡。而且各楔形棱鏡分別借助電動機而能夠圍繞光軸自由旋轉。專利文獻I日本特開2007-118054號公報專利文獻2日本特開平11-156579號公報使用上述現有的使用激光的加工裝置，沿著圓、圓弧、S字形等曲線在玻璃基板上掃描激光的情況下，需要使放置有玻璃基板的工作臺在X方向和y方向上同步進行驅動。例如，當從在X方向上延伸的直線經由圓弧狀的曲線部分沿著在I方向上延伸的直線的軌跡掃描激光的情況下，需要開始僅使用X方向驅動用電動機移動工作臺，在圓弧狀軌跡的開始位置處驅動I方向驅動用電動機，并在圓弧狀軌跡的結束位置處使X方向驅動用電動機停止。然而由于工作臺具有較大的慣性，因此相對于各電動機的驅動控制無法立即使工作臺產生移動或停止。即，即使在圓弧狀軌跡的開始位置處開始I方向驅動用電動機的驅動，工作臺在y方向的動作也會延遲，而反之即使在圓弧狀軌跡的結束位置處使X方向驅動用電動機停止，由于工作臺的慣性，X方向上的運動并不會立即停止。因此需要預計到上述的工作臺的慣性導致的追隨性降低來進行控制，或是降低掃描速度(工作臺的移動速度)來進行加工。這種情況下控制會變得復雜，而且加工速度降低，因此加工效率降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的課題在于，在沿著包含圓、圓弧、S字形等曲線的加工線掃描激光時抑制掃描速度的降低，提升加工效率。第一方面涉及的使用激光的加工裝置向工件照射激光來進行加工，其具有放置待加工工件的工作臺、臺驅動單元、輸出激光的激光輸出部、偏轉/旋轉單元以及掃描控制單元。臺驅動單元使工作臺沿著在與放置面平行的面內彼此垂直的x、y方向移動。偏轉/旋轉單元使從激光輸出部射出的激光從出射軸偏轉，并且使偏轉后的激光繞出射軸旋轉。掃描控制單元對臺驅動單元和偏轉/旋轉單元的驅動進行協(xié)調控制，在工件上掃描激光。 在該裝置中，由臺驅動單元沿著X和y方向驅動放置有工件的工作臺，并且相對于出射軸偏轉的激光借助偏轉/旋轉單元而繞出射軸旋轉。因此在加工線包含曲線的情況下，在該曲線部分使工作臺在X、y方向移動，同時使激光偏轉/旋轉，從而能夠使工作臺在以描繪半徑大于加工線的曲線的軌跡上移動。此時，能夠使工作臺的掃描軌跡的半徑變得更大，因此即使在工作臺對驅動單元的追隨性不強的情況下，也能使得掃描速度較快。因此加工速度變快，加工效率提升。第二方面涉及的使用激光的工件加工裝置是在第一方面的裝置中，偏轉/旋轉單元具有相對配置的第I楔形棱鏡和第2楔形棱鏡；旋轉單元，其用于使第I和第2楔形棱鏡繞出射軸旋轉；以及會聚透鏡，其使激光會聚于工件上。
此時，通過使I對楔形棱鏡繞出射軸旋轉，從而能夠使會聚于工件上的激光旋轉。第三方面涉及的使用激光的工件加工裝置是在第二方面的裝置中，偏轉/旋轉單元的旋轉單元具有第I電動機，其用于使第I楔形棱鏡繞出射軸旋轉；以及第2電動機，其用于使第2楔形棱鏡繞出射軸旋轉。此時，能夠對各楔形棱鏡分別進行旋轉控制。因此能任意控制激光的偏轉量。第四方面涉及的使用激光的工件加工裝置是在第一方面的裝置中，偏轉/旋轉單元的旋轉單元是內部配置有第I和第2楔形棱鏡的中空電動機。第五方面涉及的使用激光的工件加工裝置是在第一方面的裝置中，掃描控制單元在掃描直線狀加工線的情況下，使用臺驅動單元沿著X方向或y方向對工作臺進行移動控制。而在掃描曲線狀加工線的情況下，使用臺驅動單元沿著X方向和y方向對工作臺進行移動控制，并且使用偏轉/旋轉單元使激光旋轉。此時，與上述內容相同地，能夠使工作臺的掃描軌跡的半徑變得更大。因此即使在工作臺對驅動單元的追隨性不強的情況下，也能使得掃描速度較快。因此加工速度變快，力口工效率提升。第六方面涉及的使用激光的工件加工裝置是在第五方面的裝置中，偏轉/旋轉單元具有相對配置的第I楔形棱鏡和第2楔形棱鏡；旋轉單元，其用于使第I和第2楔形棱鏡繞出射軸旋轉；以及會聚透鏡，其使激光會聚于工件上。而且，掃描控制單元在沿著包含直線部和曲線部的加工線掃描激光時，在掃描加工線的直線部的情況下，由臺驅動單元沿著X方向或y方向對工作臺進行移動控制。而在掃描加工線的曲線部的情況下，使用臺驅動單元沿著X方向和y方向對工作臺進行移動控制，并且使第I和第2楔形棱鏡繞出射軸朝相同方向旋轉。此時，與上述內容相同地，能夠使工作臺的掃描軌跡的半徑變得更大。第七方面涉及的使用激光的工件加工裝置是在第五方面的裝置中，偏轉/旋轉單元具有相對配置的第I楔形棱鏡和第2楔形棱鏡；旋轉單元，其用于使第I和第2楔形棱鏡繞光軸旋轉；以及會聚透鏡，其使激光會聚于工件上。而且，掃描控制單元在沿著包含直線部和曲線部的加工線掃描激光時，在掃描加工線的直線部的情況下，由臺驅動單元沿著X方向或y方向對工作臺進行移動控制。而在掃描加工線的曲線部的情況下，由臺驅動單元在包含曲線部在內的曲線部的前后區(qū)域沿著X方向和y方向對工作臺進行移動控制，并且使第I和第2楔形棱鏡繞出射軸朝相反方向旋轉。此時能夠使工作臺的掃描半徑變得更大，進ー步提升加工效率。第八方面涉及的使用激光的エ件加工裝置是在第一至第七方面的裝置中，還具有用于使激光的會聚點旋轉的會聚點旋轉機構，該會聚點旋轉機構配置于激光輸出部與偏轉/旋轉單元之間，由I對楔形棱鏡和內部配置I對楔形棱鏡的中空電動機構成。此時，使得通過I對楔形棱鏡而被偏轉的激光繞入射光軸旋轉。該偏轉后且旋轉的激光會聚于エ件上，描繪出圓形。然后沿著加工線對該圓形的軌跡整體進行掃描。在如上的本發(fā)明中，在使用激光的エ件加工之中，在沿著包含曲線狀軌跡的掃描線進行激光加工時，能夠抑制掃描速度的降低，提升加工效率。


圖I是本發(fā)明的一個實施方式的エ件加工裝置的外觀立體圖。圖2是工作臺的放大立體圖。圖3是放大表示激光照射頭的構成的立體圖。圖4是不意性表不聞速中空電動機和聞速旋轉用模形棱鏡的配置的圖。圖5是表示棱鏡的頂角與偏角之間的關系的圖。圖6是示意性表示第I和第2低速電動機、第I和第2楔形棱鏡以及會聚透鏡的配置的圖。圖7是本裝置的控制框圖。圖8是表示激光的軌跡的圖。圖9是說明在z軸方向控制會聚點的作用的示意圖。圖10是表示本裝置的第I加工例的加工線和掃描軌跡的圖。圖11是表示第I加工例的各電動機的速度控制的時序圖。圖12是第I加工例的控制流程圖。圖13是表示本裝置的第2加工例的加工線和掃描軌跡的圖。圖14是表示第2加工例的各電動機的速度控制的時序圖。圖15是第2加工例的控制流程圖。符號說明2 :工作臺；5a :y軸電動機；5b :x軸電動機；15 :激光輸出部；16 :光學系統(tǒng)；17 :高速中空電動機；18 :偏轉/旋轉機構；321、322 :高速旋轉用楔形棱鏡；341、342 :低速旋轉用楔形棱鏡；345、346 :低速電動機；35 :會聚透鏡；50 :控制器；G :玻璃基板
具體實施例方式[整體構成]圖I表示本發(fā)明ー個實施方式的エ件加工裝置的整體構成。該エ件加工裝置是用于沿著加工線向玻璃基板等エ件照射激光而進行打孔等加工的裝置。該裝置具有基座I、放置作為エ件的玻璃基板的工作臺2、用于向玻璃基板照射激光的激光照射頭3。其中，如圖I所示，將在沿著基座I上表面的平面中彼此垂直的軸定義為X軸、y軸，將與這些軸垂直的鉛垂方向的軸定義為Z軸。還將沿著X軸的兩個方向(+方向和-方向)定義為X軸方向，將沿著I軸的兩方向定義為I軸方向，將沿著Z軸的兩個方向定義為z軸方向。[工作臺及其移動機構]〈工作臺〉工作臺2形成為矩形形狀，在工作臺2的下方設有用于使工作臺2向X軸方向和y軸方向移動的臺移動機構5。如圖2中放大所示，工作臺2具有多個 塊6。該多個塊6是用于將圖中用點劃線表示的玻璃基板G從工作臺2的表面頂起并進行支撐的部件，可為了避開玻璃基板G的加工線L (虛線所示)而安裝于工作臺2的任意位置處。另外，在工作臺2呈網格狀形成有多個進氣ロ 2a，而且在各塊6形成有在上下方向貫穿的進氣孔6a。而通過將塊6的進氣孔6a與工作臺2的進氣ロ 2a連接起來，能夠對配置于塊6上的玻璃基板G進行吸附固定。并且，用于進氣的機構由公知的排氣泵等構成，省略詳細說明。<臺移動機構>如圖I所示，臺移動機構5分別具有I對第I和第2導軌8、9、第I和第2移動臺10、11、用于驅動各移動臺10、11的y軸電動機5a和X軸電動機5b (參見圖7)。I對第I導軌8沿著y軸方向設置于基座I的上表面。第I移動臺10設置于第I導軌8的上部，在下表面具有以能夠自由移動的方式卡合于第I導軌8的多個導向部10a。第2導軌9沿著X軸方向設置于第I移動臺10的上表面。第2移動臺11設置于第2導軌9的上部,在下表面具有以能夠自由移動的方式卡合于第2導軌9的多個導向部11a。在第2移動臺11的上部借助固定部件12安裝有工作臺2。借助上述臺移動機構5，工作臺2能夠在X軸方向和y軸方向自由移動。[激光照射頭]如圖I和圖3所示，激光照射頭3裝配于配置在基座I的上表面的門型框架la，具有激光輸出部15、光學系統(tǒng)16、內部組裝有I對高速旋轉用楔形棱鏡(后述)的高速中空電動機17、以及內部組裝有I對低速旋轉用楔形棱鏡(后述)和會聚透鏡的偏轉/旋轉機構18。另外，還設有用于使激光照射頭3沿著X軸方向移動的X軸方向移動機構21、以及用于使高速中空電動機17和偏轉/旋轉機構18沿著z軸方向移動的z軸方向移動機構22。z軸方向移動機構22具有z軸電動機22a (參見圖7)等。〈激光輸出部〉激光輸出部15由與現有技術相同的激光管構成。借助該激光輸出部15，波長532nm的綠色激光沿著y軸向工作臺2的相反側射出。<光學系統(tǒng)>光學系統(tǒng)16將來自激光輸出部15的激光引導至組裝入高速中空電動機17的I對高速旋轉用楔形棱鏡。如圖3放大所示，該光學系統(tǒng)16具有第f第4反射鏡25 28、計量激光輸出的功率監(jiān)視器29、以及擴束器30。第I反射鏡25配置于激光輸出部15的輸出側附近，將向y軸方向射出的激光反射到X軸方向。第2反射鏡26沿X軸方向與第I反射鏡25排列配置，將在X軸方向行進的激光反射到I軸方向，并引導至工作臺2側。第3反射鏡27和第4反射鏡28在高速中空電動機17的上方沿X軸方向排列配置。第3反射鏡27將由第2反射鏡26反射來的激光引導至第4反射鏡28側。第4反射鏡28將由第3反射鏡27反射來的激光引導至下方的高速中空電動機17。擴束器30配置于第2反射鏡26與第3反射鏡27之間，設置為用于將由第2反射鏡26反射來的激光擴展為一定倍率的平行光束。使用該擴束器30能夠將激光會聚為更小的點。<高速旋轉用楔形棱鏡和高速中空電動機>圖4示出在內部配置有高速旋轉用楔形棱鏡321、322的高速中空電動機17的示意圖。高速中空電動機17在中心具有沿著z軸方向延伸的旋轉軸R，包含該旋轉軸R的中央部中空。而且在該中空部固定有I對高速旋轉用楔形棱鏡321、322。I對楔形棱鏡321、322形狀、比重都相同，僅折射率不同。各楔形棱鏡321、322分別具有傾斜于旋轉軸R的斜面321a、322a、垂直于旋轉軸R的垂直面321b、322b。而且I對楔形棱鏡321、322被配置為使得彼此的垂直面321b、322b靠近且相對，配置為2個垂直面321b、322b平行且2個斜面321a,322a 平行。
通過如上這樣配置形狀、比重相同的2個高速旋轉用楔形棱鏡321、322，由此2個高速旋轉用楔形棱鏡321、322的整體重心位于旋轉軸R上。因此即使使這些楔形棱鏡321、322高速旋轉，也能使得動態(tài)失衡量非常小。<關于使用2個楔形棱鏡時的偏角>參見圖5，在設棱鏡的頂角為δ、折射率為η時，該棱鏡的偏角Θ在δ較小的情況下為(η_1)·δ。并且上式是δ小到能夠以sinS = δ (単位為弧度)進行近似的程度時的近似式。在本實施方式使用的棱鏡中，頂角δ最大不過5°左右，因此可以近似為SinS = δ。因此形狀相同(頂角相同)而折射率分別為nl、n2的2個楔形棱鏡各自的偏角Θ I、Θ2為Θ 1= (nl-1) · δ、Θ 2= (η2-1) · δ。而以2個楔形棱鏡的斜面平行的方式組合配置時的偏角Θ為Θ = (nl-1)· δ- (η2-1)· δ = (nl-n2)· δ。如上所述可知，若采用頂角δ相同且材質相同的楔形棱鏡的組合，則nl=n2，總偏角為“O”。然而，若nlデη2，則總偏角不為“0”，而是與2個楔形棱鏡的折射率之差成比例。于是，此時使2個高速旋轉用楔形棱鏡321、322的折射率不同，使通過2個楔形棱鏡321、322的激光偏轉。即，通過使用這樣的楔形棱鏡321、322，能夠實現旋轉平衡較好的用于使激光偏轉的機構。并且，作為比重相同而折射率不同的楔形棱鏡的例子，例如可考慮如下的組合。< 例 DS-BSM22+S-TIH11 (比重3· 24、OHARA 株式會社制)相對于頂角1°，該組合的偏角(° )為“O. 169”。< 例 2>N-SSK2+N-SF57 (比重3· 53、SCHOTT 日本株式會社制)相對于頂角1°，該組合的偏角(° )為“O. 232”。< 例 3>BACD11+E-FD10 (比重3· 07、HOYA 株式會社制)相對于頂角1°，該組合的偏角(° )為“O. 170”。并且，關于2個楔形棱鏡321、322的形狀(頂角)，設定為使得由后述的會聚透鏡的焦距f與偏角Θ確定的激光的旋轉半徑:r (=f · tan Θ或f · θ )為期望值。<低速旋轉用楔形棱鏡、會聚透鏡>圖6中示意性示出內部配置有I對低速旋轉用楔形棱鏡341、342的偏轉/旋轉機構18。偏轉/旋轉機構18在中心具有沿著z軸方向延伸的旋轉軸。該旋轉軸與高速中空電動機17的旋轉軸R同軸。該偏轉/旋轉機構18在包含旋轉軸R的中心部具有I對低速旋轉用楔形棱鏡341、342、分別與這些楔形棱鏡341、342對應設置的低速旋轉用第I低速電動機345和第2低速電動機346。第I低速電動機345和第2低速電動機346是中空電動機，在中空旋轉軸的內部裝配有楔形棱鏡341、342。這些楔形棱鏡341、342能夠分別借助對應設置的低速旋轉用第I低速電動機345和第2低速電動機346而各自旋轉，并維持在既定的旋轉角度。I對低速旋轉用楔形棱鏡341、342的形狀、材質(比重)都相同，因此折射率也相同。另外，I對低速旋轉用楔形棱鏡341、342分別具有傾斜于旋轉軸的斜面341a、342a、垂直于旋轉軸的垂直面341b、342b。借助該2個楔形棱鏡341、342的組合，I對低速旋轉用楔形棱鏡341、342可具有既定偏角。另外，在偏轉/旋轉機構18的I對低速旋轉用楔形棱鏡341、342的輸出側固定有會聚透鏡35。并且，會聚透鏡35還可以獨立于偏轉/旋轉機構18単獨配置。<激光照射頭的支撐和搬運系統(tǒng)>·如上所述，上述激光照射頭3支撐于基座I的門型框架la。更具體而言，如圖3所示，在門型框架Ia的上表面設有沿著X軸方向延伸的I對第3導軌36，該I對第3導軌36和未圖示的驅動機構構成X軸方向移動機構21。而且支撐部件37以可自由移動的方式支撐于I對第3導軌36。支撐部件37具有支撐于第3導軌36的橫支撐部件38、從橫支撐部件38的工作臺2側的一端側向下方延伸的縱支撐部件39?？v支撐部件39的側面設有沿著z軸方向延伸的I對第4導軌40，該I對第4導軌40和未圖示的驅動機構構成z軸方向移動機構22。第3移動臺41以可自由移動的方式沿著z軸方向支撐于I對第4導軌40。而且激光輸出部15、第I 第4反射鏡25 28、功率監(jiān)視器29和擴束器30支撐于橫支撐部件38。另外，電動機支撐部件42固定于第3移動臺41，高速中空電動機17和偏轉/旋轉機構18支撐于該電動機支撐部件42。[控制框圖]如圖7所示，該玻璃基板加工裝置具有控制器50。控制器50連接有激光輸出部15、用于驅動各移動臺10、11的y軸電動機5a、x軸電動機5b、z軸電動機22a、高速中空電動機17、第I和第2低速電動機345、346。而且控制器50控制來自激光輸出部15的激光輸出等，并且通過控制各電動機的旋轉來控制激光的掃描軌跡等。[動作]<基本的加工動作>接著說明使用激光對玻璃基板進行的加工動作。首先，在工作臺2的正面設置多個塊6。此時，如圖2所示，多個塊6配置成避開玻璃基板G的加工線し在如上配置的多個塊6之上放置待加工的玻璃基板G。接著，由X軸方向移動機構21使激光照射頭3沿X軸方向移動，并由臺移動機構5使工作臺2沿y軸方向移動，使激光照射頭3位于使其照射的激光的會聚點到達加工線L的起始位置。如上這樣使激光照射頭3和玻璃基板G移動到加工位置之后，向玻璃基板照射激光進行加工。其中，從激光輸出部15射出的激光被第I反射鏡25反射而引導至第2反射鏡26。并且，功率監(jiān)視器29對射入第I反射鏡25的激光計量激光輸出。射入第2反射鏡26的激光被反射到y(tǒng)軸方向，被擴束器30擴展光束后引導至第3反射鏡27。而且,被第3反射鏡27反射又被第4反射鏡28反射的激光被輸入到設置于高速中空電動機17的中心部的I對高速旋轉用楔形棱鏡321、322。由于2個楔形棱鏡321、322的折射率不同，因而輸入到I對高速旋轉用楔形棱鏡321、322的激光經偏轉后被輸出。另外，高速旋轉用楔形棱鏡321、322例如以15000rpm以上的轉速進行高速旋轉，因此透過這些楔形棱鏡321、322的激光以較小的旋轉半徑(例如直徑O. 4mnT0. 8mm)高速旋轉。從高速旋轉用楔形棱鏡321、322射出的激光被輸入到低速旋轉用楔形棱鏡341、342。該低速旋轉用楔形棱鏡341、342中的一方相對于另一方旋轉,具有大于高速旋轉用楔形棱鏡321、322的偏角。因此通過使低速旋轉用楔形棱鏡341、342旋轉，則高速旋轉的激光以較大的旋轉半徑(例如外側直徑5. Omm)進行旋轉掃描。并且低速旋轉用楔形棱鏡341、342的轉速較低，例如為40(T800rpm左右。
321、322的加工誤差和安裝誤差等，被高速旋轉用楔形棱鏡321、322偏轉/旋轉的激光所描繪的圓的直徑會產生誤差。該誤差會導致最終加工出的孔的直徑產生誤差。這種情況下，可以使低速旋轉用楔形棱鏡341、342中的一方相對于另一方旋轉，調整偏角，對通過了低速旋轉用楔形棱鏡341、342的激光的掃描軌跡進行調整。由此就能夠以較高精度加工期望直徑的孔。其中，激光進行I次加工所除去的玻璃的高度為幾十μ m。因此，在玻璃基板G進行打孔加工時，通常很難沿著加工線僅掃描一次會聚點就能形成孔、即很難去除加工線內側的部分。于是，通常首先由z軸方向移動機構22控制包含會聚透鏡35的偏轉/旋轉機構18在z軸方向上的位置(參見圖9(a))，以使得會聚點(加工部位)形成于玻璃基板的下表面。在該狀態(tài)下沿著加工線使會聚點繞一周以后，對偏轉/旋轉機構18在z軸方向的位置進行控制，從而如圖9 (b)所示，使會聚點上升。然后同樣地沿著加工線使會聚點繞一周以后，使會聚點進一歩上升。通過重復執(zhí)行上述動作，能夠去除加工線的內側部分，形成孔?；蛘咭部梢匀〈慨斞刂庸ぞ€繞一周時使會聚點上升的方式，而是以適當的速度使其沿著z軸方向連續(xù)上升，呈螺旋狀加工，也同樣能夠進行打孔加工?！唇遣康牡贗加工例〉接著，說明圖10所示的沿著具有在X軸方向和y軸方向延伸的2個直線部、以及2個直線部之間的呈圓弧狀的曲線部的加工線照射激光進行加工時的協(xié)調控制。在圖10所示的例子中，在加工線的曲線部的前后，使低速旋轉用楔形棱鏡341、342分別向反方向旋轉，并對移動臺10、11進行移動控制。圖10中，實線為加工線，單點劃線為工作臺2 (激光照射頭3的光學系統(tǒng)中心激光輸出部15的出射軸)的移動軌跡。另外，圖10中的“ 90° ”、“0° ”分別表示激光的位置相對于激光照射頭3的光學系統(tǒng)中心即出射軸的角度。并且，圖11是進行圖10所示加工時各電動機的速度控制的時序圖。使用圖12的流程圖說明進行以上加工時移動臺10、11的移動和低速電動機的驅動的協(xié)調控制。在步驟SI中進行直線部分的加工。其中，借助X軸電動機5b使得工作臺2在-X軸方向勻速移動。步驟S2中，獲得工作臺2的位置信息。然后在步驟S3中，根據步驟S2中獲得的位置信息判斷是否為圓弧開始位置。其中，圓弧開始位置指的是在圖10的單點劃線所示的工作臺2的移動軌跡中，直線部分結束而圓弧部分開始的位置。 直到到達圓弧的開始位置為止，重復執(zhí)行步驟S2和步驟S3。到達了圓弧的開始位置后，從步驟S3轉移到步驟S4和步驟S5。在步驟S4中，執(zhí)行圓弧插補動作。S卩，如圖11所示，逐漸降低X軸電動機5b的旋轉，降低X軸方向的速度，并且從“O”起逐漸升高y軸電動機5a的旋轉,提升y軸方向的速度。另外，在步驟S5中，如圖11所示，使第2低速電動機346以速度Vh順時針旋轉，并且使第I低速電動機345以速度VL逆時針旋轉。并且，速度Vh被設定為速度VL的3倍 左右。在步驟S6中，判斷是否為圓弧結束位置。直到到達圓弧的結束位置為止都重復執(zhí)行步驟S4和步驟S5。到達了圓弧的結束位置后從步驟S6轉移到步驟S7。在步驟S7中執(zhí)行y軸方向的直線部分的加工。即，如圖11所示，停止X軸電動機5b、第I和第2低速電動機345、346的旋轉，僅使I軸電動機5a旋轉，使工作臺2在y軸方向勻速移動。借助上述協(xié)調控制，對移動臺10、11進行移動控制，使得相對于實線的加工線偏轉/旋轉機構18的旋轉中心在單點劃線上移動即可。即，能夠使工作臺2的掃描半徑大于加工線的曲線部的半徑，易于進行工作臺2的掃描控制?！唇遣康牡?加工例〉下面，圖13和圖14示出借助其他的控制處理加工與第I加工例形狀相同的加工線時的第2加工例。在該圖13和圖14所示的例子中，在加工線的曲線部使低速旋轉用楔形棱鏡341、342向同一方向旋轉，并對移動臺10、11進行移動控制。圖13中，實線為加工線，單點劃線為工作臺2的移動軌跡。圖14是進行圖13所示的加工時各電動機的速度控制的時序圖。使用圖15的流程圖說明進行以上加工時的移動臺的移動與低速電動機的驅動的協(xié)調控制。在步驟Pl中進行直線部分的加工。其中，借助X軸電動機5b使得工作臺2在-X軸方向勻速移動。步驟P2中，獲得工作臺2的位置信息。然后在步驟P3中根據步驟P2中獲得的位置信息判斷是否為圓弧開始位置。該加工例2中的圓弧開始位置指的是在加工線中，直線部分結束而圓弧部分開始的位置。直到到達圓弧的開始位置為止，重復執(zhí)行步驟P2和步驟P3。在到達了圓弧的開始位置后，從步驟P3轉移到步驟P4和步驟P5。在步驟P4中，執(zhí)行圓弧插補動作。即如圖14所示，逐漸降低X軸電動機5b的旋轉，降低X軸方向的速度，并且從“O”起逐漸升高y軸電動機5a的旋轉,提升y軸方向的速度。另外，在步驟P5中，如圖14所示，使第I低速電動機345和第2低速電動機346以既定速度順時針旋轉。在步驟P6中判斷是否為圓弧結束位置。直到到達圓弧的結束位置為止都重復執(zhí)行步驟P4和步驟P5。在到達了圓弧的結束位置時，從步驟P6轉移到步驟P7。在步驟P7執(zhí)行y軸方向的直線部分的加工。即如圖14所示，停止X軸電動機5b、第I和第2低速電動機345、346的旋轉，僅使I軸電動機5a旋轉，使工作臺2在y軸方向勻速移動。借助上述協(xié)調控制，對移動臺10、11進行移動控制，以使得相對于實線的加工線偏轉/旋轉機構18的旋轉中心在單點劃線上移動即可。即，能夠使工作臺2的掃描半徑大于加工線的曲線部的半徑，易于進行工作臺2的掃描控制。并且，如加工例2那樣，使低速旋轉用楔形棱鏡341、342以相同速度向相同方向旋轉的情況下，可以利用I個電動機使低速旋轉用楔形棱鏡341、342 —體旋轉。[特征]在如上所述的本實施方式中，使工作臺2在X、y方向移動并同時使激光偏轉/旋·轉，由此在對加工線的曲線部分進行加工吋，能夠使用工作臺2在描繪大于加工線的半徑的軌跡上移動。因此即便在工作臺對于各電動機的追隨性不強的情況下，也能使得掃描速度較快，加工效率得以提升。另外，能夠分別對I對第2楔形棱鏡進行旋轉控制，因此能夠任意控制激光相對于光軸的偏轉量。[其他實施方式]本發(fā)明不限于上述實施方式，可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下進行各種變形或修正。在上述實施方式中，設置了 I對高速旋轉用楔形棱鏡，在使激光高速旋轉的同時進行掃描，但也可以省略高速旋轉用楔形棱鏡。另外，在上述實施方式中，作為使會聚點沿著z軸方向移動的機構，使用z軸方向移動機構22使包含會聚透鏡35的偏轉/旋轉機構18移動，但也可以將包含會聚透鏡35的偏轉/旋轉機構18固定，使工作臺2沿著z軸方向移動。在上述實施方式中對以玻璃基板作為エ件的例子進行了說明，然而對樹脂膜進行切斷加工的情況也同樣能應用本發(fā)明。并且，將本發(fā)明用于樹脂膜的情況下，不需要高速旋轉用的光學系統(tǒng)和z軸方向移動機構。圖10和圖13所示的加工例僅為一例，本發(fā)明能夠用于包含其他各種曲線部分的加工線。
權利要求
1.ー種使用激光的エ件加工裝置，其向エ件照射激光來進行加工，其中， 該使用激光的エ件加工裝置具有 工作臺，其放置待加工的エ件； 臺驅動單元，其用于使上述工作臺沿著在與放置面平行的面內彼此垂直的X方向和y方向移動； 激光輸出部，其輸出激光； 偏轉/旋轉單元，其使從上述激光輸出部射出的激光從出射軸偏轉，并且使偏轉后的激光繞出射軸旋轉；以及 掃描控制単元，其對上述臺驅動單元和上述偏轉/旋轉單元的驅動進行協(xié)調控制，在エ件上掃描激光。
2.根據權利要求I所述的使用激光的エ件加工裝置，其中， 上述偏轉/旋轉單元具有 相對配置的第I楔形棱鏡和第2楔形棱鏡； 旋轉單元，其用于使上述第I楔形棱鏡和上述第2楔形棱鏡繞上述出射軸旋轉；以及 會聚透鏡，其使激光會聚于エ件上。
3.根據權利要求2所述的使用激光的エ件加工裝置，其中， 上述偏轉/旋轉單元的旋轉單元具有 第I電動機，其用于使上述第I楔形棱鏡繞上述出射軸旋轉；以及 第2電動機，其用于使上述第2楔形棱鏡繞上述出射軸旋轉。
4.根據權利要求I所述的使用激光的エ件加工裝置，其中， 上述偏轉/旋轉單元的旋轉單元是內部配置有上述第I楔形棱鏡和上述第2楔形棱鏡的中空電動機。
5.根據權利要求I所述的使用激光的エ件加工裝置，其中， 上述掃描控制単元在掃描直線狀加工線的情況下，由上述臺驅動單元沿著X方向或y方向對上述工作臺進行移動控制， 上述掃描控制単元在掃描曲線狀加工線的情況下，由上述臺驅動單元沿著X方向和y方向對上述工作臺進行移動控制，并且由上述偏轉/旋轉單元使激光旋轉。
6.根據權利要求5所述的使用激光的エ件加工裝置，其中， 上述偏轉/旋轉單元具有 相對配置的第I楔形棱鏡和第2楔形棱鏡； 旋轉單元，其用于使上述第I楔形棱鏡和上述第2楔形棱鏡繞上述出射軸旋轉；以及 會聚透鏡，其使激光會聚于エ件上， 上述掃描控制単元在沿著包含直線部和曲線部的加工線掃描激光吋， 在掃描加工線的直線部的情況下，由上述臺驅動單元沿著X方向或y方向對上述工作臺進行移動控制， 在掃描加工線的曲線部的情況下，由上述臺驅動單元沿著X方向和y方向對上述工作臺進行移動控制，并且使上述第I楔形棱鏡和上述第2楔形棱鏡繞上述出射軸朝相同方向旋轉。
7.根據權利要求5所述的使用激光的エ件加工裝置，其中，上述偏轉/旋轉單元具有 相對配置的第I楔形棱鏡和第2楔形棱鏡； 旋轉單元，其用于使上述第I楔形棱鏡和上述第2楔形棱鏡繞光軸旋轉；以及 會聚透鏡，其使激光會聚于エ件上， 上述掃描控制単元在沿著包含直線部和曲線部的加工線掃描激光吋， 在掃描加工線的直線部的情況下，由上述臺驅動單元沿著X方向或y方向對上述工作臺進行移動控制， 在掃描加工線的曲線部的情況下，由上述臺驅動單元在包含上述曲線部在內的上述曲線部的前后區(qū)域沿著X方向和y方向對上述工作臺進行移動控制，并且使上述第I楔形棱鏡和上述第2楔形棱鏡繞上述出射軸朝相反方向旋轉。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的使用激光的エ件加工裝置，其中， 該使用激光的エ件加工裝置還具有用于使激光的會聚點旋轉的會聚點旋轉機構，該會聚點旋轉機構配置于上述激光輸出部與上述偏轉/旋轉單元之間，由I對楔形棱鏡和內部配置上述I對楔形棱鏡的中空電動機構成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用激光的工件加工裝置，其在沿著包括圓、圓弧、S字形等曲線的加工線掃描激光時，能夠抑制掃描速度的降低，提升加工效率。作為解決手段，該向玻璃基板等工件照射激光進行加工的工件加工裝置具有放置待加工的工件的工作臺(2)、臺移動機構(5)、輸出激光的激光輸出部(15)、偏轉/旋轉機構(18)和掃描控制單元。臺移動機構(5)使工作臺(2)沿著在與放置面平行的面內彼此垂直的x、y方向移動。偏轉/旋轉機構(18)使從激光輸出部(15)射出的激光從出射軸偏轉，并且使偏轉后的激光繞出射軸旋轉。掃描控制單元協(xié)調控制臺移動機構(5)和偏轉/旋轉機構(18)的驅動，在工件上掃描激光。
文檔編號B23K26/04GK102848076SQ20121022193
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權日2011年6月29日
發(fā)明者清水政二, 服部聰史, 林尚久 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司