CN100355526C - 弯曲加工用激光照射装置和激光照射方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于向被加工物照射激光进行弯曲加工的弯曲加工用激光照射装置和激光照射方法。为了克服现有技术中激光照射的弯曲加工效率低下的技术问题，本发明的激光照射装置具有：聚光光学单元(11)，其对入射的激光进行聚光；变形光学单元(12)，其使来自所述聚光光学单元(11)的聚光激光变形为具有细长椭圆状的截面形状的变形激光，并将该变形激光照射到被加工物上；控制部(20)，通过调整所述变形光学单元(12)和被加工物(2)的相对位置，使所述变形激光的截面形状的长轴方向与被加工物上的基准线一致。通过本发明，可以提高激光照射的弯曲加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过向金属板或陶瓷板等被加工物照射激光来进行弯曲加工的激光照射装置和激光照射方法。
背景技术
利用由从激光照射光学系统照射的激光引起的热收缩、热熔化作用对金属板或陶瓷板等被加工物进行弯曲加工的、利用激光的弯曲加工方式已经公知。在该弯曲加工方式中，向被加工物照射激光，用由热收缩、熔化凝固所产生的应力使被加工物弯曲变形。
图1表示以往的弯曲加工用激光聚光光学系统。
图1的光学系统1对来自激光光源(未图示)的激光进行聚光，在被加工物上形成激光光点4。该激光照射光学系统的激光照射形状呈点状，激光照射产生的热量从照射点(dot)呈放射状扩散。如图1的箭头所示，通过照射后的冷却，从被加工物的四周朝向照射点产生应力(畸变)。以往的弯曲加工用激光照射光学系统将该应力用于使被加工物变形。
图2是用于对利用了图1的激光聚光光学系统的弯曲加工进行说明的图。
如图2所示，在要使被加工物2在规定基准线的周围产生弯曲变形的情况下，以往的弯曲加工用激光聚光光学系统，通过连续向被加工物2多次照射点状的激光光点4，沿该基准线以一定的间隔排列形成各激光光点4，使被加工物产生弯曲变形。
但是，在以往的弯曲加工用激光聚光光学系统的情况下，每进行一次被加工物的弯曲加工，都必须实施多次激光照射，加工时间长并且成本高。并且，由于沿被加工物2的基准线排列多个激光光点4，因此在相邻的激光光点4之间的区域上，产生沿着基准线互为相反方向的互相抵消的应力。因此，为了使被加工物产生所希望的弯曲变形，要消耗比需要的激光能更多的激光能，导致激光照射的加工效率低下。
另外，作为与本发明相关联的以往技术，在特开2002-8338号公报和特开2000-339849号公报中公布了多次照射点状的激光光点以使被加工物产生弯曲变形的方式。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点提出的，其目的在于，提供一种在将被加工物弯曲加工成所希望的形状时，可提高激光照射的弯曲加工效率的激光照射装置和激光照射方法。
为了解决上述问题点，本发明的激光照射装置是用于向被加工物照射激光来进行弯曲加工的激光照射装置，其特征在于，具有：聚光光学单元，其对入射的激光进行聚光；变形光学单元，其使来自所述聚光光学单元的聚光激光变形为具有细长的椭圆状的截面形状的激光，并将该变形激光照射到被加工物上；控制部，通过调整所述变形光学单元和被加工物的相对位置，使所述变形激光与被加工物接触的截面的形状的长轴方向与被加工物上的基准线重合。
在所述激光照射装置中，所述控制部具有：安装有所述变形光学单元的第一载物台；和使所述第一载物台绕所述变形激光的光轴旋转的第一驱动部，所述控制部通过所述第一驱动部控制所述变形光学单元的旋转，由此，调整所述变形光学单元相对于被加工物上的基准线的旋转位置。
在所述激光照射装置中，所述控制部具有：安装有被加工物的第二载物台；和使所述第二载物台相对于所述变形激光的相对位置移动的第二驱动部，所述控制部通过控制第二驱动部，来移动所述变形激光对被加工物的照射位置。
在所述激光照射装置中，所述聚光光学单元由聚光透镜构成，所述变形光学单元由圆柱形透镜构成。
另外，为了解决上述问题，本发明的激光照射方法是用于向被加工物照射激光进行弯曲加工的激光照射方法，其特征在于，包括如下步骤：利用聚光光学单元对入射的激光进行聚光；利用变形光学单元使来自所述聚光光学单元的聚光激光变形为具有细长椭圆状的截面形状的激光，并将该变形激光照射到被加工物上；通过调整所述变形光学单元和被加工物的相对位置使所述变形激光与被加工物接触的截面的形状的长轴方向与被加工物上的基准线重合。
根据本发明的弯曲加工用激光照射装置和激光照射方法，向被加工物照射具有细长椭圆状的截面形状的变形激光，进行使变形激光的截面形状的长轴方向与被加工物的基准线一致的控制。通过照射变形激光，与以往的多次照射点状的激光光点的激光照射方式相比，能够明显减少激光加工时间、激光照射次数。根据本发明的激光照射装置和激光照射方法，在制造工序中可以提高激光照射的加工效率。另外，在保持变形激光的截面形状固定的状态下，通过移动扫描照射位置，可以高效地执行被加工物的弯曲加工。
另外，使用本发明的激光照射装置和激光照射方法的弯曲加工，特别适用于对要求高精度的弯曲加工的磁头滑块(slider)的悬浮面进行形状调整的情况。在将使用本发明的激光照射装置和激光照射方法的弯曲加工用于对磁头滑块的悬浮面进行形状调整的情况下，可以进一步提高以往的激光照射方式的加工效率。
附图说明
通过参照附图理解以下的发明的详细说明，可以更明确本发明的其他目的、特征和优点。
图1是表示以往的激光聚光光学系统的图。
图2是用于对使用了图1的激光聚光光学系统的弯曲加工进行说明的图。
图3是表示本发明的一个实施例的激光照射光学系统的图。
图4是用于对使用了图3的激光照射光学系统的弯曲加工进行说明的图。
图5是用于对向被加工物反复照射来自图3的激光照射光学系统的变形激光来进行弯曲加工的情况进行说明的图。
图6是表示使用了本发明的一个实施例的激光照射装置的弯曲加工装置的结构的图。
图7A和图7B是对以往的使用了激光光点的激光照射和使用了本发明的具有细长椭圆状的截面形状的激光的激光照射的加工效率进行比较的图。
图8是表示应用了本发明的磁头滑块的结构的图。
图9A和图9B是表示使用本发明的激光照射置、进行图8的磁头滑块的弯曲加工的情况的例子的图。
图10是用于对进行图8的磁头滑块的弯曲加工时本发明的一个实施例的激光照射方法进行说明的图。
具体实施方式
下面，利用附图对本发明的实施方式进行说明。
图3表示本发明的一个实施例的激光照射光学系统10。图4是用于对使用了图3的激光照射光学系统10的弯曲加工进行说明的图。
如图3所示，该实施例的激光照射光学系统10具有：聚光光学单元11，其对入射的激光进行聚光；和变形光学单元12，其使来自聚光光学单元11的聚光激光变形为具有细长椭圆状的截面形状的激光，并将该变形激光照射到被加工物上。在该实施例的情况下，聚光光学单元11由聚光透镜构成，变形光学单元12由圆柱形透镜构成。该实施例的圆柱形透镜12是具有使入射的光束变形为具有细长椭圆状的截面形状的光束的功能的光学元件，但是也可以使用具有同样功能的其他构件。
当该激光照射光学系统10向被加工物照射变形激光14时，由于照射后的冷却，如图3箭头所示，在被加工物上均等地产生与细长长圆形状的的长轴方向正交的、互相正对的2个方向的应力(畸变)。利用该应力，进行被加工物的弯曲加工。在以往的激光照射方式中，必须反复进行多次的激光照射，而在本发明的激光照射方式中，要使在被加工物上产生同样的弯曲变形只要进行1次激光照射即可。
另外，在以往的排列了多个点状的激光光点的激光照射的情况下，由于在沿被加工物的基准线相邻的激光光点之间的区域内，产生沿基准线互为相反方向的相互抵消的应力，所以消耗了多余的能量。与该以往的激光照射方式相比，可以降低弯曲加工所需要的激光能。
通过照射本发明的变形激光，与以往的多次照射点状的激光光点的激光照射方式相比，能够明显减少激光加工时间、激光照射次数。所以，根据本发明，在制造工序中可以提高激光照射的加工效率。
本发明的一个实施例的激光照射装置具有图3的激光照射光学系统10和控制部(未图示)，向被加工物照射来自激光照射光学系统10的变形激光14进行弯曲加工。如图4所示，该控制部具有如下功能：通过调整变形光学单元12和被加工物的相对位置，使变形激光14的截面形状的长轴方向与被加工物上的基准线一致。
例如，可以使用如下结构的激光照射装置：将被加工物安装到工件载物台上，将变形光学单元12安装到旋转载物台上，由所述控制部对该旋转载物台的旋转驱动动作进行控制。本发明的激光照射装置通过驱动控制环绕从聚光光学单元11入射的聚光激光的光轴的变形光学单元12的旋转位置，使从变形光学单元12照射的变形激光14的截面形状的长轴方向与被加工物上的基准线一致。并且，为了控制被加工物的弯曲变形，变形光学单元12和上述控制部通过根据目标弯曲变形来变更激光照射形状和激光照射方法，来使被加工物产生所希望的弯曲变形。
另外，如图4所示，在变更被加工物的弯曲变形的方向和弯曲变形量的情况下，通过使配置在光轴上的圆柱形透镜12旋转移动，可以变更激光照射形状、变更激光14的截面形状的长轴方向。
图5是用于对向被加工物反复照射来自图3的激光照射光学系统的变形激光来进行弯曲加工的情况进行说明的图。
如图5所示，本发明的激光照射装置为了改变被加工物的弯曲变形量，具有使来自激光照射光学系统10的变形激光14的照射位置移动的功能。在图5中，为了使被加工物2的弯曲变形量变大，在与被加工物2上的基准线平行的方向，每次使激光照射光学系统10的位置相对被加工物2平行移动规定距离，对被加工物2进行激光照射。由此，被加工物2上的激光照射位置被移动，形成变形激光14a、14b、14c。通过使这些变形激光互相充分接近地形成，使被加工物2的弯曲变形量增加。为了将被加工物2的弯曲变形量调整为适当的值，必须预先决定变形激光14的照射次数。
为了实现上述功能，例如，可以采用以下结构的激光照射装置：将安装有被加工物的工件载物台固定，利用驱动机构在使安装有激光照射光学系统10的载物台平行移动的同时能够反复进行激光照射。或者，还可以采用将安装有激光照射光学系统10的载物台固定，利用驱动机构使安装有被加工物的工件载物台平行移动的结构。
图6是表示使用了本发明的一个实施例的激光照射装置的弯曲加工装置的结构的图。
图6的弯曲加工装置包括：控制部20、激光振荡器21、光学系统载物台驱动部22、工件载物台驱动部23、激光光源24、第一Z载物台25、第二Z载物台26、旋转载物台27、工件载物台28、XY工作台29。成为弯曲加工对象的被加工物(工件)2被安装在工件载物台28上。
本实施例的激光照射光学系统10的聚光透镜11被安装在第一Z载物台25上，通过将第一Z载物台25向Z方向(与被加工物2的激光照射面垂直的方向)移动，聚光透镜11的位置可以沿着从激光光源24入射的激光的光轴移动。圆柱形透镜12被安装在旋转载物台27上，通过使旋转载物台27旋转，可以使环绕从激光光源24入射的激光的光轴的圆柱形透镜12的旋转位置移动。另外，旋转载物台27被安装在第二Z载物台26上。通过将第二Z载物台26向Z方向移动，圆柱形透镜12的位置可以沿着从激光光源24入射的激光的光轴移动。
如上所述，本实施例的激光照射光学系统10的聚光透镜11和圆柱形透镜12以及被加工物2，与图5所示的结构相同，沿着从激光光源24入射的激光的光轴配置。
在图6的弯曲加工装置中，控制部20按照预先设定的加工步骤向各部分发送控制信号，控制激光振荡器21、光学系统载物台驱动部22和工件载物台驱动部23的动作。
激光振荡器21接受来自控制部20的控制信号，驱动激光光源24，使朝向激光照射光学系统10产生激光。
光学系统载物台驱动部22接受来自控制部20的控制信号，分别驱动第一Z载物台25、第二Z载物台26和旋转载物台27。通过由光学系统载物台驱动部22驱动控制第一Z载物台25，如箭头Z1所示，沿Z方向的、聚光透镜11相对于激光光源24的相对位置可以移动指定的距离。另外，通过由光学系统载物台驱动部22驱动控制旋转载物台27，如箭头R所示，环绕激光光轴的圆柱形透镜12的旋转位置可以移动指定的角度。而且，通过由光学系统载物台驱动部22驱动控制第二Z载物台26，如箭头z所示，沿Z方向的、圆柱形透镜12相对于激光光源24的相对位置可以移动指定的距离。
另外，工件载物台驱动部23接受来自控制部20的控制信号，分别驱动工件载物台28和XY工作台29，可以使被加工物2相对于来自激光照射光学系统10的激光的光轴的相对位置分别向X方向和Y方向移动。
在图6的弯曲加工装置中，控制部20、光学系统载物台驱动部22、旋转载物台27、工件载物台驱动部23和工件载物台28相当于本发明的激光照射装置的控制部。
即，在图6的弯曲加工装置中使用的本实施例的激光照射装置中，控制部20具有：安装有圆柱形透镜12的旋转载物台27；和使旋转载物台27绕变形激光的光轴旋转的光学系统载物台驱动部22，通过光学系统载物台驱动部22控制圆柱形透镜12的旋转，由此调整圆柱形透镜12相对于被加工物2上的基准线的旋转位置。
另外，在图6的弯曲加工装置中使用的本实施例的激光照射装置中，控制部20具有：安装有被加工物2的工件载物台28；和使工件载物台28相对于变形激光的相对位置移动的工件载物台驱动部23，通过控制工件载物台驱动部23，将变形激光对被加工物2的照射位置向规定的方向移动。
如上所述，本实施例的激光照射装置的变形激光的照射，与以往的多次照射点状的激光光点的激光照射方式相比，能够明显减少激光加工时间、激光照射次数。因此，根据本实施例的激光照射装置，在制造工序中可以提高激光照射的加工效率。
图7A和图7B是将对相同被加工物进行相同的弯曲加工时、以往的使用了多个激光光点的激光照射和使用了本发明的具有细长椭圆状的截面形状的激光的激光照射的加工效率进行比较的图。
在该例中，对使被加工物2在规定的基准线周围产生同样大小的弯曲变形的情况进行说明。将对两者进行一次激光照射时所需要的激光照射时间设定为固定值(t1)。
在图7A的以往例中，通过沿基准线向被加工物2连续照射7次点状的激光光点4(直径为80μm左右的点)，以固定间隔排列形成各激光光点4，从而使被加工物2产生规定的弯曲变形。该情况的激光照射的加工效率T1可以根据进行1次激光照射所需要的激光照射时间(t1)与激光照射次数(7)的乘积来评价。
与此相对，在本发明的情况下，如图7B所示，通过使具有细长椭圆状的截面形状(长直径为200μm、短直径为60μm的椭圆状的截面形状)的变形光14的截面形状的长轴方向与被加工物2上的基准线一致地仅进行一次的照射，使被加工物2产生规定的弯曲变形。该情况的激光照射的加工效率T2可以根据进行1次激光所需要的激光照射时间(t1)和激光照射次数(1)的乘积来评价。
由于激光加工时间影响激光照射次数，所以在制造工序中，通过使用本发明的具有细长椭圆状的截面形状的激光，与以往例的弯曲加工相比，以极少的激光照射次数即可完成加工，可以实现激光加工生产节拍的高速化。
图8是表示使用本发明的磁头滑块的结构的图。
图8的磁头滑块30是设在磁盘装置(未图示)的磁头的末端的部件。滑块30在表面侧设置有与旋转的磁盘相对的、悬浮面(Air BearingSurfaces：以下称为ABS)32，使其能够悬浮在磁盘上。通过形成ABS32，磁盘和滑块30之间的距离即滑块30的悬浮量保持固定。为了使磁头向磁盘中存储的动作或重放动作稳定化，准确地将滑块30的ABS32的表面形状调整为没有畸变的、规定的曲面是很重要的。
对磁头滑块的ABS面的畸变状态的评价可以通过计测如下值来进行：凸起值(crown)，其为与磁盘的旋转方向平行的方向的畸变；挠度值(camber)，其为与磁盘的旋转方向正交的方向的畸变；和扭转(twist)值，其为相对于磁盘的旋转方向的扭曲方向的畸变。
图9A和图9B是表示对图8的磁头滑块进行使用了本发明的激光照射光学系统的弯曲加工的情况的例子的图。图9A表示图8的磁头滑块30的背面，图9B表示图8的磁头滑块30的侧面。
在本实施例中，为了将图8的磁头滑块30的ABS32的表面形状正确地调整为一定的曲面，向滑块30的背面34照射本发明的激光照射光学系统的激光，使之产生由热膨胀收缩应力、热熔化凝固应力所导致的弯曲变形，通过弯曲加工对滑块30的ABS32的表面形状进行调整。
如图9A所示，对沿在滑块30的背面34的中央部交叉的纵方向和横方向的基准线中的、横方向的基准线左右对称的2个部位，向背面34照射本发明的具有细长椭圆状的变形激光14。在滑块30的背面34产生因图7中说明的应力而导致的弯曲变形。
如图9B所示，通过适当地控制上述激光照射的次数和激光照射能的大小，根据横方向的基准线周围的弯曲变形(图9B的箭头所示的弯曲变形)将磁头滑块30的ABS32的表面形状调整为一定的曲面。在该例中，通过向背面34照射2次变形激光14的激光，调整滑块30的ABS32的表面形状的畸变状态中的凸起值。
图10是用于对进行图8的磁头滑块的弯曲加工时的本发明的一个实施例的激光照射方法进行说明的图。
如图10所示，在滑块30的背面34设定对用于评价磁头滑块30的ABS的表面形状的凸起值、挠度值、扭转值进行个别调整时使用的激光照射区域。即，将扭转值调整用激光照射区域34-1设定在滑块30的背面34的四个角部，将凸起值调整用激光照射区域34-2设定沿在背面34的中央部交叉的纵方向和横方向的基准线中的横方向的基准线左右对称的2个部位，将挠度值调整用激光照射区域34-3设定在沿纵方向的基准线上下对称的2个部位。
预先将进行1次激光照射时所需要的激光照射时间设定为一定的值，例如，预先调整激光照射装置，以形成具有长直径为200μm、短直径为60μm的椭圆状的截面形状的激光14。只要如图10所示，在各调整用激光照射区域中，决定将磁头滑块30的ABS32的表面形状调整为所希望的曲面所必需的激光照射次数即可。
根据本实施例的激光照射方法，对于被加工物的弯曲变形的方向(凸起、挠度、扭转)，通过使配置在入射的激光的光轴上的圆柱形透镜12旋转，使激光照射形状变形为与弯曲方向对应的状态，可以控制弯曲变形的方向。
根据本实施例的激光照射方法，由于进行向被加工物照射具有细长椭圆状的截面形状的变形激光，使变形激光的截面形状的长轴方向与被加工物的基准线一致的控制，因此，与以往的多次照射点状的激光光点的激光照射方式相比，能够明显减少激光加工时间、激光照射次数。
根据本实施例的激光照射方法，在制造工序中可以提高激光照射的加工效率。另外，通过在将变形激光的截面形状保持为固定的状态下来移动扫描照射位置，可以高效地执行被加工物的弯曲加工。
使用本实施例的激光照射方法的弯曲加工，特别适用于对要求高精度的弯曲加工的磁头滑块的悬浮面进行形状调整的情况。在将使用该激光照射方法的弯曲加工用于对磁头滑块的悬浮面进行形状调整的情况下，可以比使用多个点的以往的激光照射方式产生更大的弯曲变形，可以进一步提高激光照射的加工效率。
以上，根据实施例对本发明进行了说明，但是本发明并不限于上述实施例，在权利要求书所叙述的范围内可以进行各种各样的变形。
Claims (5)
1.一种用于向被加工物照射激光进行弯曲加工的激光照射装置，其特征在于，具有：
聚光光学单元，其对入射的激光进行聚光；
变形光学单元，其使来自所述聚光光学单元的聚光激光变形为具有细长椭圆状的截面形状的激光，并将该变形激光照射到被加工物上；
控制部，通过调整所述变形光学单元和被加工物的相对位置，使所述变形激光与被加工物接触的截面的形状的长轴方向与被加工物上的基准线重合。
2.根据权利要求1所述的激光照射装置，其特征在于，
所述控制部具有：安装有所述变形光学单元的第一载物台；和使所述第一载物台绕所述变形激光的光轴旋转的第一驱动部，所述控制部通过所述第一驱动部控制所述变形光学单元的旋转，从而调整所述变形光学单元相对于被加工物上的基准线的旋转位置。
3.根据权利要求1所述的激光照射装置，其特征在于，
所述控制部具有：安装有被加工物的第二载物台；和使所述第二载物台相对于所述变形激光的相对位置移动的第二驱动部，所述控制部通过控制第二驱动部，将所述变形激光对被加工物的照射位置向规定的方向移动。
4.根据权利要求1所述的激光照射装置，其特征在于，
所述聚光光学单元由聚光透镜构成，所述变形光学单元由圆柱形透镜构成。
5.一种用于向被加工物照射激光进行弯曲加工的激光照射方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用聚光光学单元对入射的激光进行聚光；
利用变形光学单元使来自所述聚光光学单元的聚光激光变形为具有细长椭圆状的截面形状的激光，并将该变形激光照射到被加工物上；
通过调整所述变形光学单元和被加工物的相对位置，使所述变形激光与被加工物接触的截面的形状的长轴方向与被加工物上的基准线重合。
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