激光加工的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種激光加工機(jī)，在使激光光軸相對(duì)工件而相對(duì)地發(fā)生位移的激光加工處理中，適當(dāng)?shù)匾种乒ぜl(fā)生局部的損傷的情況，包括：激光振蕩器(14)，該激光振蕩器(14)作為要照射到工件的激光(L)的輸出源；掃描機(jī)構(gòu)(11，12)，該掃描機(jī)構(gòu)(11，12)移動(dòng)從激光振蕩器(14)輸出的激光(L)相對(duì)工件的照射位置；以及光量調(diào)整機(jī)構(gòu)(15)，該光量調(diào)整機(jī)構(gòu)(15)存在于與從激光振蕩器(14)輸出的激光(L)的光軸相交叉的位置，照射到工件的激光(L)相對(duì)該工件的移動(dòng)速度變得越慢，越減少該激光(L)的光量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
激光加工機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將激光照射到工件的任意的部位而進(jìn)行加工的激光加工機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]將激光照射到工件的任意部位的加工機(jī)具有使其光軸相對(duì)工件而變化的類(lèi)型。作為用于改變激光光軸的朝向的具體機(jī)構(gòu)多數(shù)采用將振鏡掃描儀和聚光鏡的組合的方式(例如，參照下述專(zhuān)利文獻(xiàn))。
[0003]已有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)I JP特許第5221734號(hào)文獻(xiàn)
[0006]發(fā)明的概述
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]在要使用這種激光加工機(jī)而沿彎折的軌跡或曲率半徑小的彎曲的軌跡進(jìn)行激光加工的情況下，進(jìn)行使激光光軸發(fā)生位移的掃描，以使得工件上的激光的照射位置描繪該軌跡。此時(shí)，在該軌跡的角部必須使激光光軸相對(duì)工件的移動(dòng)速度減速，以便精確地形成所希望的加工痕跡。但是，由于激光光軸的移動(dòng)速度減小，故存在角部接收的能量過(guò)大，從而導(dǎo)致工件損傷的危險(xiǎn)。
[0009]圖9表示反復(fù)地將非連續(xù)的脈沖激光照射到工件上的加工的例子。如果脈沖激光的頻率為恒定(即，脈沖激光的射出間隔恒定)，則在進(jìn)行加工的軌跡的角部C，脈沖激光的照射位置的重疊(交疊)大。該情況與角部C接受多次的脈沖激光的照射的情況同義，其結(jié)果是，產(chǎn)生局部的損傷。
[0010]相對(duì)該情況，人們還認(rèn)為如果控制為脈沖激光的射出頻率可變，在激光光軸的移動(dòng)速度降低的軌跡的角部C處降低頻率，則如圖11所示的那樣，脈沖激光的照射位置的重疊沒(méi)有不當(dāng)?shù)卦黾?，可降低工件的損傷的危險(xiǎn)。
[0011]但是，實(shí)際上，在僅僅控制脈沖激光的射出頻率的情況下，依然不能充分地防止工件的損傷。像圖10所示的那樣，如果假定激光振蕩器的輸出恒定，則由于與降低脈沖的頻率成反比，一次的脈沖所具有的能量增大，故仍無(wú)法避免激光能量集中在角部C處的情況。
[0012]在激光加工中調(diào)整激光振蕩器的輸出在現(xiàn)實(shí)中是困難的。例如，即使在激光振蕩器的額定范圍內(nèi)，在不斷降低輸出電平時(shí)激光的輸出值將不穩(wěn)定、或產(chǎn)生光軸的錯(cuò)位，從而無(wú)法維持加工精度。另外，激光振蕩器的輸出控制的響應(yīng)性要慢于所要求的加工速度，激光輸出的調(diào)整無(wú)法追隨激光光軸相對(duì)工件的位移。換言之，即使要在激光加工的軌跡的角部C處降低輸出，也來(lái)不及。
[0013]首先著眼于上述的問(wèn)題而作出的本發(fā)明要適當(dāng)?shù)匾种乒ぜl(fā)生局部的損傷的情況。
[0014]解決課題用的技術(shù)方案
[0015]在本發(fā)明中構(gòu)成下述激光加工機(jī)，該激光加工機(jī)包括:激光振蕩器，該激光振蕩器為要照射到工件的激光的輸出源；掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)移動(dòng)從激光振蕩器輸出的激光相對(duì)工件的照射位置；以及光量調(diào)整機(jī)構(gòu)，該光量調(diào)整機(jī)構(gòu)存在于與從激光振蕩器輸出的激光的光軸相交叉的位置，照射到工件的激光相對(duì)該工件的移動(dòng)速度變得越慢越減少該激光的光量。
[0016]優(yōu)選是，上述激光振蕩器輸出脈沖激光，并且照射到工件的激光相對(duì)該工件的移動(dòng)速度變得越慢越降低射出該脈沖激光的頻率。
[0017]在上述掃描機(jī)構(gòu)為改變照射到工件上的激光的光軸的朝向的振鏡掃描儀的情況下，上述光量調(diào)整機(jī)構(gòu)介設(shè)于上述激光振蕩器和上述振鏡掃描儀之間。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，能夠在使激光光軸相對(duì)工件而進(jìn)行相對(duì)位移的激光加工處理中，適當(dāng)?shù)匾种乒ぜl(fā)生局部損傷的情況。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0019]圖1為表不本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光加工機(jī)的立體圖；
[0020]圖2為表示該激光加工機(jī)中的激光照射裝置的內(nèi)部的光學(xué)元件的立體圖；
[0021]圖3為以示意方式表示該激光加工機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖；
[0022]圖4為表示控制該激光加工機(jī)的控制裝置的硬件資源結(jié)構(gòu)的圖；
[0023]圖5為表不基于該激光加工機(jī)的光量調(diào)整機(jī)構(gòu)的激光的能量強(qiáng)度與激光光軸的移動(dòng)速度的關(guān)系的時(shí)刻圖；
[0024]圖6為表示基于該激光加工機(jī)的激光加工的一個(gè)例子的圖；
[0025]圖7為以示意方式表示本發(fā)明的一個(gè)變形例子的圖；
[0026]圖8為表示本發(fā)明的一個(gè)變形例子所采用的可變ND濾光片的立體圖；
[0027]圖9為表示基于過(guò)去的激光加工機(jī)的激光加工的一個(gè)例子的圖；
[0028]圖10為表示過(guò)去的激光加工機(jī)的激光的能量強(qiáng)度和激光光軸的移動(dòng)速度的關(guān)系的時(shí)刻圖；
[0029]圖11為表示基于過(guò)去的激光加工機(jī)的激光加工的一個(gè)例子的圖。
[0030]符號(hào)說(shuō)明
[0031]O:激光加工機(jī)；11，12:掃描機(jī)構(gòu)(振鏡掃描儀);14:激光振蕩器；15:光量調(diào)整機(jī)構(gòu)(可變光衰減器)；6:掃描機(jī)構(gòu)(XY臺(tái))。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。如圖1?圖3所示的那樣，本實(shí)施方式的激光加工機(jī)O包括:設(shè)置臺(tái)4，該設(shè)置臺(tái)4支承作為加工對(duì)象的工件；以及激光照射裝置1，該激光照射裝置I朝向工件照射激光L，激光加工機(jī)O能夠?qū)ぜ娜我獾牟课贿M(jìn)行激光加工。
[0033]設(shè)置臺(tái)4在激光加工時(shí)支承工件。設(shè)置臺(tái)4既可相對(duì)激光照射裝置I不動(dòng)，也可相對(duì)激光照射裝置I而沿X軸方向和/或y軸方向而相對(duì)地發(fā)生位移。在后者的情況下，設(shè)為將設(shè)置臺(tái)4支承于XY臺(tái)6的方式。
[0034]如圖2和圖3所示的那樣，激光照射裝置I包括:激光振蕩器14 ;作為掃描機(jī)構(gòu)的振鏡掃描儀11，12,該振鏡掃描儀11,12對(duì)由激光振蕩器14振蕩出的激光L進(jìn)行掃描；聚光鏡13，該聚光鏡13匯聚該激光L而照射到設(shè)置臺(tái)4上的工件；以及作為光量調(diào)整機(jī)構(gòu)的可變光衰減器15，該可變光衰減器15介設(shè)于激光振蕩器14和掃描機(jī)構(gòu)11，12之間的光路上，調(diào)整從激光振蕩器14射出的激光L的光量。
[0035]本實(shí)施方式的激光振蕩器14輸出非連續(xù)的脈沖激光L，能夠控制射出該脈沖激光L的頻率(射出脈沖激光L的時(shí)間間隔)。
[0036]振鏡掃描儀11，12通過(guò)馬達(dá)(伺服馬達(dá)，步進(jìn)馬達(dá)等)111，121，使反射激光L的振鏡(Galvano mirror) 112,122 旋轉(zhuǎn)。通過(guò)改變振鏡(Galvano mirror) 112,122 的方向,能夠使激光L的光軸發(fā)生位移。在本實(shí)施方式中，同時(shí)具有使激光L的光軸在X軸方向變化的X軸振鏡掃描儀11和使激光L的光軸在Y軸方向變化的Y軸振鏡掃描儀12，能夠在X軸方向和I軸方向二維地控制設(shè)置臺(tái)4的上表面的激光L的照射位置。
[0037]聚光鏡13是例如F Θ透鏡。
[0038]可變光衰減器15為板旋轉(zhuǎn)型，其通過(guò)馬達(dá)(伺服馬達(dá)，步進(jìn)馬達(dá)等)151使衰減鏡(attenuator mirror) 152旋轉(zhuǎn),該衰減鏡152使激光L的一部分反射并使其一部分透射。衰減鏡152的激光L的反射率，換言之，透射率對(duì)應(yīng)于衰減鏡152和激光L的光軸的交叉角度而變化。因此，通過(guò)改變衰減鏡152的方向，能夠調(diào)整射入振鏡掃描儀11，12的激光L的光量，進(jìn)而調(diào)整照射到設(shè)置臺(tái)4上的工件的激光L的能量強(qiáng)度。
[0039]因而，在激光L通過(guò)衰減鏡152時(shí)，其光軸如圖3所示的那樣，折射而偏倚。因此，另行設(shè)置用于消除該光軸錯(cuò)位的校正基板(平行平面基板)154，使射入振鏡掃描儀11，12的激光L的光軸保持恒定。校正基板154也與衰減鏡152同樣地通過(guò)馬達(dá)(伺服馬達(dá)，步進(jìn)馬達(dá)等)153而旋轉(zhuǎn)。校正基板154以相對(duì)激光L的光軸的交叉角度與衰減鏡152相對(duì)激光L的交叉角度對(duì)稱(chēng)的方式進(jìn)行操作。
[0040]進(jìn)行激光振蕩器14、振鏡掃描儀11、12、可變光衰減器15以及XY臺(tái)6等的控制的控制裝置5如圖4所示的那樣，包括處理器5a、主存儲(chǔ)器5b、輔助存儲(chǔ)設(shè)備5c以及I/O接口 5d等，這些部件由控制器5e(系統(tǒng)控制器，I/O控制器等)控制而協(xié)同動(dòng)作。輔助存儲(chǔ)設(shè)備5c為閃存、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、以及其它存儲(chǔ)器。I/O接口 5d包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器(伺服控制器)。
[0041]控制裝置5要運(yùn)行的程序存儲(chǔ)于輔助存儲(chǔ)設(shè)備5c中，在運(yùn)行程序時(shí)，被讀入主存儲(chǔ)器5b中，通過(guò)處理器5a進(jìn)行解讀?？刂蒲b置5按照程序控制振鏡掃描儀11，12的馬達(dá)111，121，操作振鏡112，122的朝向，調(diào)整光軸，使得激光L照射到工件上的所希望的目標(biāo)位置坐標(biāo)。并且，控制裝置5對(duì)激光振蕩器14提供指令而調(diào)整脈沖激光器L的射出頻率，并且控制光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15的馬達(dá)151，153而操作衰減鏡152和校正基板154的朝向，調(diào)整通過(guò)衰減鏡152的激光L的光量。
[0042]如圖5所示的那樣，在本實(shí)施方式中，對(duì)應(yīng)于掃描工件的激光L的移動(dòng)速度(相對(duì)工件的激光L的照射位置發(fā)生位移的速度)，改變脈沖激光L的射出間隔和可變光衰減器15的衰減度。具體來(lái)說(shuō)，激光L的移動(dòng)速度變得越慢，越降低脈沖激光L的頻率而延長(zhǎng)射出間隔。并且，激光L的移動(dòng)速度變得越慢，越增大可變光衰減器15的激光L的光量的衰減度(激光L的反射率)，從而減少照射到工件的激光L的能量強(qiáng)度。
[0043]在本實(shí)施方式中構(gòu)成激光加工機(jī)O,該激光加工機(jī)O包括:激光振蕩器14,作為要照射到工件的激光L的輸出源；掃描機(jī)構(gòu)11，12,移動(dòng)從激光振蕩器14輸出的激光L相對(duì)工件的照射位置；以及光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15，該光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15存在于與從激光振蕩器14輸出的激光L的光軸交叉的位置，照射到工件的激光L相對(duì)該工件的移動(dòng)速度變得越慢，越減少該激光的光量。
[0044]按照本實(shí)施方式，能夠在伴隨激光L的光軸相對(duì)工件而相對(duì)地發(fā)生位移的掃描的激光加工處理中，適當(dāng)?shù)匾种乒ぜa(chǎn)生局部的損傷的情況。例如，如圖6所示的那樣，在沿折彎的軌跡或曲率半徑小的彎曲的軌跡進(jìn)行激光加工的情況下，在該軌跡的角部C處，激光L的光軸的移動(dòng)的速度變慢。這是為了按照所希望的軌跡精確地形成彎曲或折彎的加工痕跡(在切削導(dǎo)體膜而成形精確的布線圖案等時(shí)等的情況下是必須的)，但是，如果采用本實(shí)施方式的激光加工機(jī)0，則可通過(guò)光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15使在軌跡的彎曲部處照射到工件的激光L的光量衰減，使彎曲部所接收的能量的量與其它的部位所接收的能量的量均等。
[0045]此外，由于上述激光振蕩器14輸出脈沖激光，照射到工件的激光L相對(duì)該工件的移動(dòng)速度變得越慢，越降低射出該脈沖激光L的頻率，故能夠進(jìn)一步降低在加工的軌跡的彎曲部處工件受到損傷的危險(xiǎn)。
[0046]作為上述掃描機(jī)構(gòu)，能夠采用改變照射到工件的激光L的光軸的朝向的已知的振鏡掃描儀11，12，能夠以實(shí)用的成本構(gòu)成激光加工機(jī)O。另外，由于上述光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15介設(shè)于上述激光振蕩器14和上述振鏡掃描儀11，12之間,故能夠始終將從激光振蕩器14輸出并射入到振鏡掃描儀11，12的激光L的光軸保持恒定。即，由于光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15不對(duì)激光L的光軸的朝向造成影響，也不受工件上的激光L的目標(biāo)照射位置的影響，故能夠維持加工位置的精度。
[0047]另外，本發(fā)明并不限于以上具體描述的實(shí)施方式。在上述實(shí)施方式中，為了改變激光L相對(duì)工件的照射位置，設(shè)為了經(jīng)由振鏡掃描儀11，12而改變激光L的光軸的朝向，但是也可以與此共同地、或者取代該結(jié)構(gòu)而設(shè)為通過(guò)XY臺(tái)6等的驅(qū)動(dòng)裝置，使工件相對(duì)激光照射裝置I移動(dòng)。在該情況下，該XY臺(tái)6等承擔(dān)掃描機(jī)構(gòu)的作用。顯然，激光L相對(duì)工件的照射位置的移動(dòng)速度變得越慢，在光量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15中越減少激光L的光量，另外，越降低激光振蕩器14的激光L的射出頻率。
[0048]在上述實(shí)施方式中，設(shè)為了設(shè)置校正基板154，該校正基板154用于消除激光L通過(guò)衰減鏡152時(shí)產(chǎn)生的光軸的偏倚，通過(guò)馬達(dá)153而對(duì)該校正基板154進(jìn)行操作，但是如果能夠忽略光軸的偏倚，則不需要校正基板154和馬達(dá)153。在該情況下，不是4個(gè)馬達(dá)111，121，151，153的同步控制(四軸控制)，而是3個(gè)馬達(dá)111，121，151的同步控制(三軸控制)，控制更加容易，另外容易提高其精度。
[0049]或者，在馬達(dá)153上，還可以代替校正基板154，而安裝衰減鏡152。在該情況下，激光L所通過(guò)的衰減鏡152變?yōu)槎鄠€(gè)，并且能夠通過(guò)馬達(dá)151，153而分別控制這些各鏡152的相對(duì)光軸的角度。如果這樣，除了激光L的衰減量的調(diào)整速度成倍(因?yàn)槟軌蚝嫌?jì)各衰減鏡(attenuator mirror) 152的角速度)以為,還能夠提高激光L的衰減量的上限(如果馬達(dá)151，153具有與振鏡馬達(dá)111，121相同的性能，則基于該馬達(dá)151，153的各衰減鏡152的可動(dòng)范圍分別為20°左右，但是如果將兩者合計(jì)，則可進(jìn)一步縮小激光L的光量)。
[0050]光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15的具體的方式并不限于板旋轉(zhuǎn)型的可變光衰減器。例如，還能夠?qū)D7所示的那樣的偏振立體型的可變光衰減器用作光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15。偏振立體型的可變光衰減器15并用分束器156和1/2波片155而成，該分束器156將激光L的p偏振分量和s偏振分量中的一方反射并使另一者透射,該1/2波片155改變直線偏振光的激光的偏振方向(轉(zhuǎn)動(dòng))。1/2波片155配置為與激光L的光軸相垂直，通過(guò)馬達(dá)(伺服馬達(dá)，步進(jìn)馬達(dá)等。圖中未示出)，圍繞與激光L的光軸平行的軸而旋轉(zhuǎn)。
[0051]如果使1/2波片155旋轉(zhuǎn)，則通過(guò)了 1/2波片155的激光L的偏振方向變化。接著，基于分束器156的激光L的反射率換言之透射率對(duì)應(yīng)于激光L的偏振分量而變化。于是，通過(guò)改變1/2波片的旋轉(zhuǎn)角度，能夠調(diào)整射入到振鏡掃描儀11，12的激光L的光量，進(jìn)而能夠調(diào)整照射到設(shè)置臺(tái)4上的工件的激光L的能量強(qiáng)度。
[0052]作為光量調(diào)整機(jī)構(gòu)15的另一例子，也可以考慮采用可變ND (Neutral Density:中性)濾光片。如圖8所示的那樣，可變ND濾光片157為光學(xué)濃度漸進(jìn)地或階梯地增大的濾光片。如果通過(guò)馬達(dá)(伺服馬達(dá)，步進(jìn)馬達(dá)等。圖中未示出)使該ND濾光片157相對(duì)激光L的光軸相對(duì)地發(fā)生位移(例如，沿與光軸相垂直的方向平行移動(dòng))，改變與激光L相交叉的位置，則能夠增加透射光量。
[0053]其它的各部分的具體結(jié)構(gòu)可在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形。
[0054]產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
[0055]本發(fā)明能夠用于將激光照射到工件的任意的部位而進(jìn)行加工的激光加工機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光加工機(jī),該激光加工機(jī)包括: 激光振蕩器，該激光振蕩器作為要照射到工件的激光的輸出源； 掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)移動(dòng)從激光振蕩器輸出的激光相對(duì)工件的照射位置；以及光量調(diào)整機(jī)構(gòu)，該光量調(diào)整機(jī)構(gòu)存在于與從激光振蕩器輸出的激光的光軸相交叉的位置，照射到工件的激光相對(duì)該工件的移動(dòng)速度變得越慢，越減少該激光的光量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工機(jī)，其特征在于， 上述激光振蕩器輸出脈沖激光，并且照射到工件的激光相對(duì)該工件的移動(dòng)速度變得越慢，越降低射出該脈沖激光的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光加工機(jī)，其特征在于， 上述掃描機(jī)構(gòu)為改變照射到工件的激光的光軸的朝向的振鏡掃描儀， 上述光量調(diào)整機(jī)構(gòu)介設(shè)于上述激光振蕩器與上述振鏡掃描儀之間。
【文檔編號(hào)】B23K26/00GK104416283SQ201410299165
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】鈴木正美, 松本潤(rùn)一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社片岡制作所