CN100546754C - 激光加工装置及其调整方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光加工装置(1001)，其具有发生激光(301)的激光发生部(101)、以及使该激光(301)相对于被加工物(106)相对移动而使激光(301)照射在被加工物(106)上的驱动部(105)。该激光(301)包括具有光点的多个激光脉冲，该光点具有长方向。驱动部(105)使激光(301)在长方向上相对于被加工物(206)相对移动而使多个激光脉冲相互交叠。该激光加工装置(1001)能够以高的生产率高质量地加工被加工物。

Description

激光加工装置及其调整方法
技术领域
本发明涉及用激光加工被加工物的激光加工装置及其调整方法。
背景技术
近年，期望在复合材料加工时不会对材料施加应力的激光加工。在复合材料脆的情况下，在切割等的机械加工时，会出现由于微裂纹或应力而使复合材料的一部分脱落的情况。
图6A、图6C、图7表示被加工物206的现有的加工方法。图6B和图6D分别是图6A、图6C的部分放大图。
被加工物206由具有基材203和层压或蒸镀在基材203上的脆材料202的复合材料构成。利用激光201在被加工物206上形成槽204。为了形成槽204，当将切割轮205触压到被加工物206的材料202上时，会由于微裂纹或应力而出现材料202从基材203脱落的情况。为了防止这种情况，首先，如图6A和图6B所示，利用激光201只除去材料202的槽204对应的部分，使基材203露出。之后，如图6C和图6D所示，将切割轮205触压到基材203上而形成槽204。
图7是如图6A所示在脆的材料202上用激光201形成槽的现有的激光加工装置5001的结构图。激光加工装置5001具有：激光振荡器101、准直单元102、折转反射镜103、聚光透镜104、X-Y移动台105、以及固定被加工物206的加工台106。从激光振荡器101输出的激光在准直单元102中被变换成具有规定光束直径的激光。该激光通过折转反射镜103被导向聚光透镜104。聚光透镜104将激光201照射到被固定在加工台106上的被加工物206上，加热并除去被加工物206的材料202的一部分。在照射激光201时，X-Y移动台105使被加工物206移动，在材料202上形成线状的槽204。此时，因为材料202脆，所以为了避免在表面施加的热应力，激光振荡器101作为激光产生脉冲激光。
利用脉冲激光能够细致地控制施加在材料202的单位面积上的热，能够使施加在被加工物206上的热应力达到需要的最小限度以确保加工质量。激光201是脉冲激光，脉冲激光由以规定的时间间隔产生的激光脉冲构成。该激光脉冲在被加工物206上形成圆形的光点。在形成连续槽204的情况下，需要使某个激光脉冲的光点和下一个激光脉冲的光点交叠。
图8A和图8B表示图7所示的现有的激光加工装置5001中激光脉冲的光点201A和材料202的温度。在图3中，横轴表示在槽204中的槽204延伸方向的位置，纵轴表示被加工物206(材料202)的温度。在图8A中，激光脉冲的光点201A彼此以距离D11相互错开，以距离D1相互交叠。在图8B中，光点201A以比距离D11短的距离D21相互错开，以比距离D1短的距离D2相互交叠。在图8A中，距离D1长，光点201A的间隔拉开，由于位置而产生温度差Δth1。在图8B中，光点201A的间隔比图8A所示的间隔小，由于位置而产生温度差Δth2。温度差Δth1比温度差Δth2大，其结果，图8A所示的光点201A，施加在材料202上的局部热膨胀应力产生差异，容易发生材料202的脱落或微裂纹。如图8B所示，当光点201A的间隔短时，由于位置而产生的温度差Δth2小，使材料202的温度分布变得均匀。因此，对材料202均匀地施加热应力，不容易发生材料202的脱落或微裂纹。另外，因为由激光振荡器101产生的激光脉冲对于加工需要的能量和脉冲频率是有限度的，所以当以大的面积使光点201A交叠时，会使形成槽20时的生产率显著降低。即，利用激光的现有的加工方法，加工质量与生产率具有相反的关系，无法兼顾。
发明内容
提供一种激光加工装置，其具有发生激光的激光发生部、光学整形部、加工台、以及使该激光相对于被加工物相对移动而使激光照射在被加工物上的驱动部。该激光包括各自具有光点的多个激光脉冲，该光点具有长方向。该光学整形部使所述光点的所述长方向旋转；该加工台固定被加工物；驱动部使激光在长方向上相对于被加工物相对移动而使多个激光脉冲相互交叠。
该激光加工装置能够以高的生产率高质量地加工被加工物。
附图说明
图1是本发明的实施例中的激光加工装置的结构图；
图2A表示使用实施例中的激光加工装置的被加工物的加工方法；
图2B是图2A的部分放大图；
图2C表示使用实施例中的激光加工装置的被加工物的加工方法；
图2D是图2C的部分放大图；
图3表示实施例中的激光加工装置的激光脉冲的光点和被加工物的温度；
图4表示实施例中的激光加工装置的调整方法；
图5A表示实施例中的激光加工装置的另一种激光脉冲的光点；
图5B表示实施例中的激光加工装置的另一种激光脉冲的光点；
图6A表示被加工物的现有的加工方法；
图6B是图6A的部分放大图；
图6C表示被加工物的现有的加工方法；
图6D是图6C的部分放大图；
图7是现有的激光加工装置的结构图；
图8A表示现有的激光加工装置的激光脉冲的光点和被加工物的温度；
图8B表示现有的激光加工装置的激光脉冲的光点和被加工物的温度。
标记说明
301激光
301A光点
301B光点的长方向
301C激光脉冲
1001激光加工装置
2001激光发生部
2002驱动部
具体实施方式
图1是本发明的实施例中的激光加工装置1001的结构图。图2A和图2C表示使用激光加工装置1001的被加工物206的加工方法。图2B和图2D分别是图2A、图2C的部分放大图。
被加工物206由具有基材203和层压或蒸镀在基材203上的脆材料202的复合材料构成。利用激光301在被加工物206上形成在方向204A上延伸的槽204。当为了形成槽204而将切割轮205触压到被加工物206的材料202上时，会出现由于微裂纹或应力而使材料202从基材203脱落的情况。为了防止这种情况，首先，如图2A和图2B所示，利用激光301只除去材料202的槽204对应的部分202A，使基材203的部分203A露出。之后，如图2C和图2D所示，将切割轮205触压到基材203的部分203A上而形成槽204。
激光加工装置1001具有激光发生部2001和驱动部2002。驱动部2002具有：X-Y移动台105和固定被加工物206的加工台106。激光发生部2001具有：激光振荡器101、准直单元102、折转反射镜103、聚光透镜104、光学整形部1。从激光振荡器101输出的激光在准直单元102中被变换成具有规定光束直径的激光。该激光通过折转反射镜103被导向光学整形部1。从光学整形部1射出的激光被导向聚光透镜104。聚光透镜104将激光301照射到被固定在平台106上的被加工物206上，加热并除去被加工物206的材料202的一部分。在照射激光301时，X-Y移动台105使被加工物206相对于激光301相对地向方向204A移动，在材料202上形成线状的槽204。此时，因为材料202脆，所以为了避免在表面施加的热应力，激光振荡器101作为激光产生脉冲激光。控制部2通过旋转结构控制光学整形部1的角度。
利用脉冲激光能够细致地控制施加在材料202的单位面积上的热，能使施加在被加工物206上的热应力达到需要的最小限度以确保加工质量。激光301是脉冲激光，脉冲激光由以规定的时间间隔产生的多个激光脉冲构成。在形成连续的槽204的情况下，需要使某个激光脉冲的光点与下一个激光脉冲的光点交叠。
图3表示激光加工装置1001的激光脉冲的光点和被加工物206的温度。激光301由多个激光脉冲301C构成。各自的激光脉冲301C具有椭圆形光点301A，该椭圆形光点301A具有长方向301B，在被加工物206上形成光点301A。在图3中，横轴表示在槽204中的方向204A的位置，纵轴表示被加工物206(材料202)的温度。光点301A的长方向301B与槽204延伸的方向204A一致。
在使用图8B所示的具有圆形光点201A的激光201的现有的加工方法中，为了形成高质量的槽204而需要多个光点201A。因此，被加工物206的移动速度低，生产率降低。
在图3所示的实施例的加工方法中，光点301A具有与方向204A一致的长方向301B。因此，激光脉冲301C的光点301A与下一个激光脉冲301C的光点301A以比距离D21长的距离D31相互错开，以比距离D2长的距离D3彼此在长方向301B上交叠。由此，由于位置而产生的温度差Δth3与温度差Δth2同样小，能够使被加工物206的材料202的温度分布均匀，热应力均匀地施加在材料202上。因此，不容易发生材料202的脱离或微裂纹。因为激光301的激光脉冲301C的光点301A是具有与槽204延伸方向204A相同的长方向301B的椭圆形，所以能够使光点301A之间的距离D31变长。不仅如此，因为能使彼此邻接的光点301A交叠的距离D3变长，所以能够在槽204的全长上使能量密度恒定。通过选择光点301A的能量而在槽204全长上使能量密度恒定，能够以高的生产率在被加工物206上形成高质量的槽204。即，光点301A与圆形的光点201A相比，生产率提高了椭圆的长径与短径的比率的倍数的量。通过使光点301A的长方向301B上具有光束强度分布，能够利用余热和渐冷效果缓和对于被加工物206(材料202)的极端的热冲击，从而能够使加工质量得以提高。
图4表示图1所示的具有X-Y移动台105的激光加工装置1001的调整方法。X-Y移动台105具有用于规定X方向和Y方向的基准方向RX(例如X轴)。在最初的试验加工时，检测出槽204即加工痕迹的宽度W204，控制部2控制光学整形部1而使宽度W204变得最小，调整光点301A的长方向301B相对基准方向RX的角度θ。利用加工痕迹的宽度W204能够检测出光点301A相对移动时产生的移动方向以外方向的摆动的影响。当槽204为曲线时，在方向204A改变时，控制部2控制光学整形部1，使光点301A的长方向301B旋转，使长方向301B始终与方向204A相同。另外，X-Y移动台105也可以是能使被加工物206移动且旋转的X-Y-Θ台。在这种情况下，固定光点301A的长方向301B，用台105相对改变长方向301B使其与方向204A一致。
图5A和图5B分别表示实施例中的激光加工装置1001的另一种激光脉冲的光点1301A和另一种激光脉冲的光点2301A。在实施例的激光加工装置1001中，代替具有长方向301B的椭圆形的光点301A的激光脉冲301C，也可以使用具有长方向1301B的长圆形的光点1301A或者具有长方向2301B的矩形光点2301A的激光脉冲。通过与长方向301B同样地使长方向1301B、2301B与槽204延伸的方向204A一致，能够得到同样的效果。另外，光点301A也可以是具有长方向的其它形状。
产业上利用的可能性
本发明的加工装置能够以高的生产率高质量地加工被加工物，其作为在被加工物上形成槽的激光加工装置是有用的。

Claims (8)

1、一种激光加工装置，其具有：
激光发生部，其发生激光，该激光包括具有光点的多个激光脉冲，该光点具有长方向；
光学整形部，其使所述光点的所述长方向旋转；
加工台，其固定被加工物；以及
驱动部，其按照使所述多个激光脉冲相互交叠的方式，使具有所述光点的所述激光相对于所述被加工物相对移动而照射在固定于所述加工台的所述被加工物上，在所述被加工物上形成加工痕迹，所述光点具有旋转的所述长方向，
所述光学整形部调整所述光点的所述长方向的角度而使所述加工痕迹的宽度成为最小。
2、如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述光点是椭圆形。
3、如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述光点是长圆形。
4、如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述光点是矩形。
5、一种激光加工装置的调整方法，包括：
准备该激光加工装置的步骤，该激光加工装置具有激光发生部和光学整形部，该激光发生部发生激光，该激光包括具有光点的多个激光脉冲，该光点具有长方向，该光学整形部使所述光点的所述长方向旋转；
使所述激光相对于所述被加工物相对移动而使所述激光照射在所述被加工物上，从而在所述被加工物上形成加工痕迹的步骤；
检测所述加工痕迹的宽度的步骤；以及
通过所述光学整形部调整所述光点的所述长方向的角度而使所述检测出的宽度成为最小的步骤。
6、如权利要求5所述的激光加工装置的调整方法，其特征在于，所述光点是椭圆形。
7、如权利要求5所述的激光加工装置的调整方法，其特征在于，所述光点是长圆形。
8、如权利要求5所述的激光加工装置的调整方法，其特征在于，所述光点是矩形。
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