CN102848076B - 使用激光的工件加工装置 - Google Patents

使用激光的工件加工装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102848076B
CN102848076B CN201210221936.8A CN201210221936A CN102848076B CN 102848076 B CN102848076 B CN 102848076B CN 201210221936 A CN201210221936 A CN 201210221936A CN 102848076 B CN102848076 B CN 102848076B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
laser
prism wedge
workbench
deflection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210221936.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102848076A (zh
Inventor
清水政二
服部聪史
林尚久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Original Assignee
Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd filed Critical Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Publication of CN102848076A publication Critical patent/CN102848076A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102848076B publication Critical patent/CN102848076B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/044—Seam tracking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

本发明提供一种使用激光的工件加工装置，其在沿着包括圆、圆弧、S字形等曲线的加工线扫描激光时，能够抑制扫描速度的降低，提升加工效率。作为解决手段，该向玻璃基板等工件照射激光进行加工的工件加工装置具有放置待加工的工件的工作台（2）、台移动机构（5）、输出激光的激光输出部（15）、偏转/旋转机构（18）和扫描控制单元。台移动机构（5）使工作台（2）沿着在与放置面平行的面内彼此垂直的x、y方向移动。偏转/旋转机构（18）使从激光输出部（15）射出的激光从出射轴偏转，并且使偏转后的激光绕出射轴旋转。扫描控制单元协调控制台移动机构（5）和偏转/旋转机构（18）的驱动，在工件上扫描激光。

Description

使用激光的工件加工装置
技术领域
本发明涉及工件加工装置，尤其涉及向玻璃基板等工件照射激光进行加工的工件加工装置。
背景技术
作为使用激光的工件加工装置，已知例如专利文献1所示的装置。在这种加工装置中，将波长为532nm左右的绿色激光照射到玻璃基板等工件。绿色激光通常会透过玻璃基板，但是当使激光会聚并且其强度超过某一阈值时，玻璃基板会吸收激光。在这种状态下，会在激光的会聚部产生等离子体，由此玻璃基板会蒸发(transpire)。利用如上所述的原理，能够进行在玻璃基板上形成孔等的加工。
而专利文献2示出了在激光会聚用光学系统的下方设置偏心用光学系统和辅助气体喷嘴的激光加工头。偏心用光学系统可自由旋转驱动，使激光相对于激光会聚用光学系统的光轴偏心。而辅助气体喷嘴使来自偏心用光学系统的激光通过，同时向该激光会聚用光学系统的光轴喷射辅助气体。该专利文献2的偏心用光学系统具有隔开间隔配置的1组楔形棱镜。而且各楔形棱镜分别借助电动机而能够围绕光轴自由旋转。
【专利文献1】日本特开2007-118054号公报
【专利文献2】日本特开平11-156579号公报
使用上述现有的使用激光的加工装置，沿着圆、圆弧、S字形等曲线在玻璃基板上扫描激光的情况下，需要使放置有玻璃基板的工作台在x方向和y方向上同步进行驱动。例如，当从在x方向上延伸的直线经由圆弧状的曲线部分沿着在y方向上延伸的直线的轨迹扫描激光的情况下，需要开始仅使用x方向驱动用电动机移动工作台，在圆弧状轨迹的开始位置处驱动y方向驱动用电动机，并在圆弧状轨迹的结束位置处使x方向驱动用电动机停止。
然而由于工作台具有较大的惯性，因此相对于各电动机的驱动控制无法立即使工作台产生移动或停止。即，即使在圆弧状轨迹的开始位置处开始y方向驱动用电动机的驱动，工作台在y方向的动作也会延迟，而反之即使在圆弧状轨迹的结束位置处使x方向驱动用电动机停止，由于工作台的惯性，x方向上的运动并不会立即停止。
因此需要预计到上述的工作台的惯性导致的追随性降低来进行控制，或是降低扫描速度(工作台的移动速度)来进行加工。这种情况下控制会变得复杂，而且加工速度降低，因此加工效率降低。
发明内容
本发明的课题在于，在沿着包含圆、圆弧、S字形等曲线的加工线扫描激光时抑制扫描速度的降低，提升加工效率。
第一方面涉及的使用激光的加工装置沿着包含曲线部的加工线向工件照射激光来进行加工，其具有放置待加工工件的工作台、台驱动单元、输出激光的激光输出部、偏转/旋转单元以及扫描控制单元。台驱动单元使工作台沿着在与放置面平行的面内彼此垂直的x、y方向移动。偏转/旋转单元使从激光输出部射出的激光从出射轴偏转，并且使偏转后的激光绕出射轴旋转。扫描控制单元对台驱动单元和偏转/旋转单元的驱动进行协调控制，使上述工作台移动，以使得上述偏转/旋转单元的出射轴以比加工线的曲线部大的半径移动，并且沿着上述加工线对工件扫描绕上述出射轴旋转的激光。
在该装置中，由台驱动单元沿着x和y方向驱动放置有工件的工作台，并且相对于出射轴偏转的激光借助偏转/旋转单元而绕出射轴旋转。因此在加工线包含曲线的情况下，在该曲线部分使工作台在x、y方向移动，同时使激光偏转/旋转，从而能够使工作台在以描绘半径大于加工线的曲线的轨迹上移动。
此时，能够使工作台的扫描轨迹的半径变得更大，因此即使在工作台对驱动单元的追随性不强的情况下，也能使得扫描速度较快。因此加工速度变快，加工效率提升。
第二方面涉及的使用激光的工件加工装置是在第一方面的装置中，偏转/旋转单元具有：相对配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜；旋转单元，其用于使第1和第2楔形棱镜绕出射轴旋转；以及会聚透镜，其使激光会聚于工件上。
此时，通过使1对楔形棱镜绕出射轴旋转，从而能够使会聚于工件上的激光旋转。
第三方面涉及的使用激光的工件加工装置是在第二方面的装置中，偏转/旋转单元的旋转单元具有：第1电动机，其用于使第1楔形棱镜绕出射轴旋转；以及第2电动机，其用于使第2楔形棱镜绕出射轴旋转。
此时，能够对各楔形棱镜分别进行旋转控制。因此能任意控制激光的偏转量。
第四方面涉及的使用激光的工件加工装置是在第一方面的装置中，偏转/旋转单元的旋转单元是内部配置有第1和第2楔形棱镜的中空电动机。
第五方面涉及的使用激光的工件加工装置是在第一方面的装置中，扫描控制单元在扫描直线状加工线的情况下，使用台驱动单元沿着x方向或y方向对工作台进行移动控制。而在扫描曲线状加工线的情况下，使用台驱动单元沿着x方向和y方向对工作台进行移动控制，并且使用偏转/旋转单元使激光旋转。
此时，与上述内容相同地，能够使工作台的扫描轨迹的半径变得更大。因此即使在工作台对驱动单元的追随性不强的情况下，也能使得扫描速度较快。因此加工速度变快，加工效率提升。
第六方面涉及的使用激光的工件加工装置是在第五方面的装置中，偏转/旋转单元具有：相对配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜；旋转单元，其用于使第1和第2楔形棱镜绕出射轴旋转；以及会聚透镜，其使激光会聚于工件上。而且，扫描控制单元在沿着包含直线部和曲线部的加工线扫描激光时，在扫描加工线的直线部的情况下，由台驱动单元沿着x方向或y方向对工作台进行移动控制。而在扫描加工线的曲线部的情况下，使用台驱动单元沿着x方向和y方向对工作台进行移动控制，并且使第1和第2楔形棱镜绕出射轴朝相同方向旋转。
此时，与上述内容相同地，能够使工作台的扫描轨迹的半径变得更大。
第七方面涉及的使用激光的工件加工装置是在第五方面的装置中，偏转/旋转单元具有：相对配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜；旋转单元，其用于使第1和第2楔形棱镜绕光轴旋转；以及会聚透镜，其使激光会聚于工件上。而且，扫描控制单元在沿着包含直线部和曲线部的加工线扫描激光时，在扫描加工线的直线部的情况下，由台驱动单元沿着x方向或y方向对工作台进行移动控制。而在扫描加工线的曲线部的情况下，由台驱动单元在包含曲线部在内的曲线部的前后区域沿着x方向和y方向对工作台进行移动控制，并且使第1和第2楔形棱镜绕出射轴朝相反方向旋转。
此时能够使工作台的扫描半径变得更大，进一步提升加工效率。
第八方面涉及的使用激光的工件加工装置是在第一至第七方面的装置中，还具有用于使激光的会聚点旋转的会聚点旋转机构，该会聚点旋转机构配置于激光输出部与偏转/旋转单元之间，由1对楔形棱镜和内部配置1对楔形棱镜的中空电动机构成。
此时，使得通过1对楔形棱镜而被偏转的激光绕入射光轴旋转。该偏转后且旋转的激光会聚于工件上，描绘出圆形。然后沿着加工线对该圆形的轨迹整体进行扫描。
在如上的本发明中，在使用激光的工件加工之中，在沿着包含曲线状轨迹的扫描线进行激光加工时，能够抑制扫描速度的降低，提升加工效率。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的工件加工装置的外观立体图。
图2是工作台的放大立体图。
图3是放大表示激光照射头的构成的立体图。
图4是示意性表示高速中空电动机和高速旋转用楔形棱镜的配置的图。
图5是表示棱镜的顶角与偏角之间的关系的图。
图6是示意性表示第1和第2低速电动机、第1和第2楔形棱镜以及会聚透镜的配置的图。
图7是本装置的控制框图。
图8是表示激光的轨迹的图。
图9是说明在z轴方向控制会聚点的作用的示意图。
图10是表示本装置的第1加工例的加工线和扫描轨迹的图。
图11是表示第1加工例的各电动机的速度控制的时序图。
图12是第1加工例的控制流程图。
图13是表示本装置的第2加工例的加工线和扫描轨迹的图。
图14是表示第2加工例的各电动机的速度控制的时序图。
图15是第2加工例的控制流程图。
符号说明
2：工作台；5a：y轴电动机；5b：x轴电动机；15：激光输出部；16：光学系统；17：高速中空电动机；18：偏转/旋转机构；321、322：高速旋转用楔形棱镜；341、342：低速旋转用楔形棱镜；345、346：低速电动机；35：会聚透镜；50：控制器；G：玻璃基板
具体实施方式
[整体构成]
图1表示本发明一个实施方式的工件加工装置的整体构成。该工件加工装置是用于沿着加工线向玻璃基板等工件照射激光而进行打孔等加工的装置。该装置具有基座1、放置作为工件的玻璃基板的工作台2、用于向玻璃基板照射激光的激光照射头3。其中，如图1所示，将在沿着基座1上表面的平面中彼此垂直的轴定义为x轴、y轴，将与这些轴垂直的铅垂方向的轴定义为z轴。还将沿着x轴的两个方向(+方向和-方向)定义为x轴方向，将沿着y轴的两方向定义为y轴方向，将沿着z轴的两个方向定义为z轴方向。
[工作台及其移动机构]
<工作台>
工作台2形成为矩形形状，在工作台2的下方设有用于使工作台2向x轴方向和y轴方向移动的台移动机构5。
如图2中放大所示，工作台2具有多个块6。该多个块6是用于将图中用点划线表示的玻璃基板G从工作台2的表面顶起并进行支撑的部件，可为了避开玻璃基板G的加工线L(虚线所示)而安装于工作台2的任意位置处。另外，在工作台2呈网格状形成有多个进气口2a，而且在各块6形成有在上下方向贯穿的进气孔6a。而通过将块6的进气孔6a与工作台2的进气口2a连接起来，能够对配置于块6上的玻璃基板G进行吸附固定。并且，用于进气的机构由公知的排气泵等构成，省略详细说明。
<台移动机构>
如图1所示，台移动机构5分别具有1对第1和第2导轨8、9、第1和第2移动台10、11、用于驱动各移动台10、11的y轴电动机5a和x轴电动机5b(参见图7)。1对第1导轨8沿着y轴方向设置于基座1的上表面。第1移动台10设置于第1导轨8的上部，在下表面具有以能够自由移动的方式卡合于第1导轨8的多个导向部10a。第2导轨9沿着x轴方向设置于第1移动台10的上表面。第2移动台11设置于第2导轨9的上部，在下表面具有以能够自由移动的方式卡合于第2导轨9的多个导向部11a。在第2移动台11的上部借助固定部件12安装有工作台2。
借助上述台移动机构5，工作台2能够在x轴方向和y轴方向自由移动。
[激光照射头]
如图1和图3所示，激光照射头3装配于配置在基座1的上表面的门型框架1a，具有激光输出部15、光学系统16、内部组装有1对高速旋转用楔形棱镜(后述)的高速中空电动机17、以及内部组装有1对低速旋转用楔形棱镜(后述)和会聚透镜的偏转/旋转机构18。另外，还设有用于使激光照射头3沿着x轴方向移动的x轴方向移动机构21、以及用于使高速中空电动机17和偏转/旋转机构18沿着z轴方向移动的z轴方向移动机构22。z轴方向移动机构22具有z轴电动机22a(参见图7)等。
<激光输出部>
激光输出部15由与现有技术相同的激光管构成。借助该激光输出部15，波长532nm的绿色激光沿着y轴向工作台2的相反侧射出。
<光学系统>
光学系统16将来自激光输出部15的激光引导至组装入高速中空电动机17的1对高速旋转用楔形棱镜。如图3放大所示，该光学系统16具有第1～第4反射镜25～28、计量激光输出的功率监视器29、以及扩束器30。
第1反射镜25配置于激光输出部15的输出侧附近，将向y轴方向射出的激光反射到x轴方向。第2反射镜26沿x轴方向与第1反射镜25排列配置，将在x轴方向行进的激光反射到y轴方向，并引导至工作台2侧。第3反射镜27和第4反射镜28在高速中空电动机17的上方沿x轴方向排列配置。第3反射镜27将由第2反射镜26反射来的激光引导至第4反射镜28侧。第4反射镜28将由第3反射镜27反射来的激光引导至下方的高速中空电动机17。扩束器30配置于第2反射镜26与第3反射镜27之间，设置为用于将由第2反射镜26反射来的激光扩展为一定倍率的平行光束。使用该扩束器30能够将激光会聚为更小的点。
<高速旋转用楔形棱镜和高速中空电动机>
图4示出在内部配置有高速旋转用楔形棱镜321、322的高速中空电动机17的示意图。高速中空电动机17在中心具有沿着z轴方向延伸的旋转轴R，包含该旋转轴R的中央部中空。而且在该中空部固定有1对高速旋转用楔形棱镜321、322。1对楔形棱镜321、322形状、比重都相同，仅折射率不同。各楔形棱镜321、322分别具有倾斜于旋转轴R的斜面321a、322a、垂直于旋转轴R的垂直面321b、322b。而且1对楔形棱镜321、322被配置为使得彼此的垂直面321b、322b靠近且相对，配置为2个垂直面321b、322b平行且2个斜面321a、322a平行。
通过如上这样配置形状、比重相同的2个高速旋转用楔形棱镜321、322，由此2个高速旋转用楔形棱镜321、322的整体重心位于旋转轴R上。因此即使使这些楔形棱镜321、322高速旋转，也能使得动态失衡量非常小。
<关于使用2个楔形棱镜时的偏角>
参见图5，在设棱镜的顶角为δ、折射率为n时，该棱镜的偏角θ在δ较小的情况下为(n-1)·δ。并且上式是δ小到能够以sinδ＝δ(单位为弧度)进行近似的程度时的近似式。在本实施方式使用的棱镜中，顶角δ最大不过5°左右，因此可以近似为sinδ＝δ。因此形状相同(顶角相同)而折射率分别为n1、n2的2个楔形棱镜各自的偏角θ1、θ2为θ1＝(n1-1)·δ、θ2＝(n2-1)·δ。而以2个楔形棱镜的斜面平行的方式组合配置时的偏角θ为θ＝(n1-1)·δ-(n2-1)·δ＝(n1-n2)·δ。如上所述可知，若采用顶角δ相同且材质相同的楔形棱镜的组合，则n1＝n2，总偏角为“0”。
然而，若n1≠n2，则总偏角不为“0”，而是与2个楔形棱镜的折射率之差成比例。
于是，此时使2个高速旋转用楔形棱镜321、322的折射率不同，使通过2个楔形棱镜321、322的激光偏转。即，通过使用这样的楔形棱镜321、322，能够实现旋转平衡较好的用于使激光偏转的机构。
并且，作为比重相同而折射率不同的楔形棱镜的例子，例如可考虑如下的组合。
<例1>S-BSM22+S-TIH11(比重：3.24、OHARA株式会社制)
相对于顶角1°，该组合的偏角(°)为“0.169”。
<例2>N-SSK2+N-SF57(比重：3.53、SCHOTT日本株式会社制)
相对于顶角1°，该组合的偏角(°)为“0.232”。
<例3>BACD11+E-FD10(比重：3.07、HOYA株式会社制)
相对于顶角1°，该组合的偏角(°)为“0.170”。
并且，关于2个楔形棱镜321、322的形状(顶角)，设定为使得由后述的会聚透镜的焦距f与偏角θ确定的激光的旋转半径r(＝f·tanθ或f·θ)为期望值。
<低速旋转用楔形棱镜、会聚透镜>
图6中示意性示出内部配置有1对低速旋转用楔形棱镜341、342的偏转/旋转机构18。偏转/旋转机构18在中心具有沿着z轴方向延伸的旋转轴。该旋转轴与高速中空电动机17的旋转轴R同轴。该偏转/旋转机构18在包含旋转轴R的中心部具有1对低速旋转用楔形棱镜341、342、分别与这些楔形棱镜341、342对应设置的低速旋转用第1低速电动机345和第2低速电动机346。第1低速电动机345和第2低速电动机346是中空电动机，在中空旋转轴的内部装配有楔形棱镜341、342。这些楔形棱镜341、342能够分别借助对应设置的低速旋转用第1低速电动机345和第2低速电动机346而各自旋转，并维持在既定的旋转角度。
1对低速旋转用楔形棱镜341、342的形状、材质(比重)都相同，因此折射率也相同。另外，1对低速旋转用楔形棱镜341、342分别具有倾斜于旋转轴的斜面341a、342a、垂直于旋转轴的垂直面341b、342b。借助该2个楔形棱镜341、342的组合，1对低速旋转用楔形棱镜341、342可具有既定偏角。
另外，在偏转/旋转机构18的1对低速旋转用楔形棱镜341、342的输出侧固定有会聚透镜35。并且，会聚透镜35还可以独立于偏转/旋转机构18单独配置。
<激光照射头的支撑和搬运系统>
如上所述，上述激光照射头3支撑于基座1的门型框架1a。更具体而言，如图3所示，在门型框架1a的上表面设有沿着x轴方向延伸的1对第3导轨36，该1对第3导轨36和未图示的驱动机构构成x轴方向移动机构21。而且支撑部件37以可自由移动的方式支撑于1对第3导轨36。支撑部件37具有支撑于第3导轨36的横支撑部件38、从横支撑部件38的工作台2侧的一端侧向下方延伸的纵支撑部件39。纵支撑部件39的侧面设有沿着z轴方向延伸的1对第4导轨40，该1对第4导轨40和未图示的驱动机构构成z轴方向移动机构22。第3移动台41以可自由移动的方式沿着z轴方向支撑于1对第4导轨40。
而且激光输出部15、第1～第4反射镜25～28、功率监视器29和扩束器30支撑于横支撑部件38。另外，电动机支撑部件42固定于第3移动台41，高速中空电动机17和偏转/旋转机构18支撑于该电动机支撑部件42。
[控制框图]
如图7所示，该玻璃基板加工装置具有控制器50。控制器50连接有激光输出部15、用于驱动各移动台10、11的y轴电动机5a、x轴电动机5b、z轴电动机22a、高速中空电动机17、第1和第2低速电动机345、346。而且控制器50控制来自激光输出部15的激光输出等，并且通过控制各电动机的旋转来控制激光的扫描轨迹等。
[动作]
<基本的加工动作>
接着说明使用激光对玻璃基板进行的加工动作。
首先，在工作台2的正面设置多个块6。此时，如图2所示，多个块6配置成避开玻璃基板G的加工线L。在如上配置的多个块6之上放置待加工的玻璃基板G。
接着，由x轴方向移动机构21使激光照射头3沿x轴方向移动，并由台移动机构5使工作台2沿y轴方向移动，使激光照射头3位于使其照射的激光的会聚点到达加工线L的起始位置。
如上这样使激光照射头3和玻璃基板G移动到加工位置之后，向玻璃基板照射激光进行加工。其中，从激光输出部15射出的激光被第1反射镜25反射而引导至第2反射镜26。并且，功率监视器29对射入第1反射镜25的激光计量激光输出。射入第2反射镜26的激光被反射到y轴方向，被扩束器30扩展光束后引导至第3反射镜27。而且，被第3反射镜27反射又被第4反射镜28反射的激光被输入到设置于高速中空电动机17的中心部的1对高速旋转用楔形棱镜321、322。
由于2个楔形棱镜321、322的折射率不同，因而输入到1对高速旋转用楔形棱镜321、322的激光经偏转后被输出。另外，高速旋转用楔形棱镜321、322例如以15000rpm以上的转速进行高速旋转，因此透过这些楔形棱镜321、322的激光以较小的旋转半径(例如直径0.4mm～0.8mm)高速旋转。
从高速旋转用楔形棱镜321、322射出的激光被输入到低速旋转用楔形棱镜341、342。该低速旋转用楔形棱镜341、342中的一方相对于另一方旋转，具有大于高速旋转用楔形棱镜321、322的偏角。因此通过使低速旋转用楔形棱镜341、342旋转，则高速旋转的激光以较大的旋转半径(例如外侧直径5.0mm)进行旋转扫描。并且低速旋转用楔形棱镜341、342的转速较低，例如为400～800rpm左右。
图8示出如上的激光在玻璃基板上的轨迹。其中，由于1对高速旋转用楔形棱镜321、322的加工误差和安装误差等，被高速旋转用楔形棱镜321、322偏转/旋转的激光所描绘的圆的直径会产生误差。该误差会导致最终加工出的孔的直径产生误差。这种情况下，可以使低速旋转用楔形棱镜341、342中的一方相对于另一方旋转，调整偏角，对通过了低速旋转用楔形棱镜341、342的激光的扫描轨迹进行调整。由此就能够以较高精度加工期望直径的孔。
其中，激光进行1次加工所除去的玻璃的高度为几十μm。因此，在玻璃基板G进行打孔加工时，通常很难沿着加工线仅扫描一次会聚点就能形成孔、即很难去除加工线内侧的部分。
于是，通常首先由z轴方向移动机构22控制包含会聚透镜35的偏转/旋转机构18在z轴方向上的位置(参见图9(a))，以使得会聚点(加工部位)形成于玻璃基板的下表面。在该状态下沿着加工线使会聚点绕一周以后，对偏转/旋转机构18在z轴方向的位置进行控制，从而如图9(b)所示，使会聚点上升。然后同样地沿着加工线使会聚点绕一周以后，使会聚点进一步上升。通过重复执行上述动作，能够去除加工线的内侧部分，形成孔。
或者也可以取代每当沿着加工线绕一周时使会聚点上升的方式，而是以适当的速度使其沿着z轴方向连续上升，呈螺旋状加工，也同样能够进行打孔加工。
<角部的第1加工例>
接着，说明图10所示的沿着具有在x轴方向和y轴方向延伸的2个直线部、以及2个直线部之间的呈圆弧状的曲线部的加工线照射激光进行加工时的协调控制。在图10所示的例子中，在加工线的曲线部的前后，使低速旋转用楔形棱镜341、342分别向反方向旋转，并对移动台10、11进行移动控制。图10中，实线为加工线，单点划线为工作台2(激光照射头3的光学系统中心：激光输出部15的出射轴)的移动轨迹。另外，图10中的“90°”、“0°”分别表示激光的位置相对于激光照射头3的光学系统中心即出射轴的角度。
并且，图11是进行图10所示加工时各电动机的速度控制的时序图。
使用图12的流程图说明进行以上加工时移动台10、11的移动和低速电动机的驱动的协调控制。
在步骤S1中进行直线部分的加工。其中，借助x轴电动机5b使得工作台2在-x轴方向匀速移动。步骤S2中，获得工作台2的位置信息。然后在步骤S3中，根据步骤S2中获得的位置信息判断是否为圆弧开始位置。其中，圆弧开始位置指的是在图10的单点划线所示的工作台2的移动轨迹中，直线部分结束而圆弧部分开始的位置。
直到到达圆弧的开始位置为止，重复执行步骤S2和步骤S3。到达了圆弧的开始位置后，从步骤S3转移到步骤S4和步骤S5。
在步骤S4中，执行圆弧插补动作。即，如图11所示，逐渐降低x轴电动机5b的旋转，降低x轴方向的速度，并且从“0”起逐渐升高y轴电动机5a的旋转，提升y轴方向的速度。
另外，在步骤S5中，如图11所示，使第2低速电动机346以速度VH顺时针旋转，并且使第1低速电动机345以速度VL逆时针旋转。并且，速度VH被设定为速度VL的3倍左右。
在步骤S6中，判断是否为圆弧结束位置。直到到达圆弧的结束位置为止都重复执行步骤S4和步骤S5。
到达了圆弧的结束位置后从步骤S6转移到步骤S7。在步骤S7中执行y轴方向的直线部分的加工。即，如图11所示，停止x轴电动机5b、第1和第2低速电动机345、346的旋转，仅使y轴电动机5a旋转，使工作台2在y轴方向匀速移动。
借助上述协调控制，对移动台10、11进行移动控制，使得相对于实线的加工线偏转/旋转机构18的旋转中心在单点划线上移动即可。即，能够使工作台2的扫描半径大于加工线的曲线部的半径，易于进行工作台2的扫描控制。
<角部的第2加工例>
下面，图13和图14示出借助其他的控制处理加工与第1加工例形状相同的加工线时的第2加工例。在该图13和图14所示的例子中，在加工线的曲线部使低速旋转用楔形棱镜341、342向同一方向旋转，并对移动台10、11进行移动控制。图13中，实线为加工线，单点划线为工作台2的移动轨迹。图14是进行图13所示的加工时各电动机的速度控制的时序图。
使用图15的流程图说明进行以上加工时的移动台的移动与低速电动机的驱动的协调控制。
在步骤P1中进行直线部分的加工。其中，借助x轴电动机5b使得工作台2在-x轴方向匀速移动。步骤P2中，获得工作台2的位置信息。然后在步骤P3中根据步骤P2中获得的位置信息判断是否为圆弧开始位置。该加工例2中的圆弧开始位置指的是在加工线中，直线部分结束而圆弧部分开始的位置。
直到到达圆弧的开始位置为止，重复执行步骤P2和步骤P3。在到达了圆弧的开始位置后，从步骤P3转移到步骤P4和步骤P5。
在步骤P4中，执行圆弧插补动作。即如图14所示，逐渐降低x轴电动机5b的旋转，降低x轴方向的速度，并且从“0”起逐渐升高y轴电动机5a的旋转，提升y轴方向的速度。
另外，在步骤P5中，如图14所示，使第1低速电动机345和第2低速电动机346以既定速度顺时针旋转。
在步骤P6中判断是否为圆弧结束位置。直到到达圆弧的结束位置为止都重复执行步骤P4和步骤P5。
在到达了圆弧的结束位置时，从步骤P6转移到步骤P7。在步骤P7执行y轴方向的直线部分的加工。即如图14所示，停止x轴电动机5b、第1和第2低速电动机345、346的旋转，仅使y轴电动机5a旋转，使工作台2在y轴方向匀速移动。
借助上述协调控制，对移动台10、11进行移动控制，以使得相对于实线的加工线偏转/旋转机构18的旋转中心在单点划线上移动即可。即，能够使工作台2的扫描半径大于加工线的曲线部的半径，易于进行工作台2的扫描控制。
并且，如加工例2那样，使低速旋转用楔形棱镜341、342以相同速度向相同方向旋转的情况下，可以利用1个电动机使低速旋转用楔形棱镜341、342一体旋转。
[特征]
在如上所述的本实施方式中，使工作台2在x、y方向移动并同时使激光偏转/旋转，由此在对加工线的曲线部分进行加工时，能够使用工作台2在描绘大于加工线的半径的轨迹上移动。因此即便在工作台对于各电动机的追随性不强的情况下，也能使得扫描速度较快，加工效率得以提升。
另外，能够分别对1对第2楔形棱镜进行旋转控制，因此能够任意控制激光相对于光轴的偏转量。
[其他实施方式]
本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变形或修正。
在上述实施方式中，设置了1对高速旋转用楔形棱镜，在使激光高速旋转的同时进行扫描，但也可以省略高速旋转用楔形棱镜。
另外，在上述实施方式中，作为使会聚点沿着z轴方向移动的机构，使用z轴方向移动机构22使包含会聚透镜35的偏转/旋转机构18移动，但也可以将包含会聚透镜35的偏转/旋转机构18固定，使工作台2沿着z轴方向移动。
在上述实施方式中对以玻璃基板作为工件的例子进行了说明，然而对树脂膜进行切断加工的情况也同样能应用本发明。并且，将本发明用于树脂膜的情况下，不需要高速旋转用的光学系统和z轴方向移动机构。
图10和图13所示的加工例仅为一例，本发明能够用于包含其他各种曲线部分的加工线。

Claims (8)

1.一种使用激光的工件加工装置，其向工件照射激光来沿着包含曲线部的加工线进行加工，其中，
该使用激光的工件加工装置具有：
工作台，其放置待加工的工件；
台驱动单元，其用于使上述工作台沿着在与放置面平行的面内彼此垂直的x方向和y方向移动；
激光输出部，其输出激光；
偏转/旋转单元，其使从上述激光输出部射出的激光从出射轴偏转，并且使偏转后的激光绕出射轴旋转；以及
扫描控制单元，其对上述台驱动单元和上述偏转/旋转单元的驱动进行协调控制，使上述工作台移动，以使得上述偏转/旋转单元的出射轴以比加工线的曲线部大的半径移动，并且沿着上述加工线对工件扫描绕上述出射轴旋转的激光。
2.根据权利要求1所述的使用激光的工件加工装置，其中，
上述偏转/旋转单元具有：
相对配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜；
旋转单元，其用于使上述第1楔形棱镜和上述第2楔形棱镜绕上述出射轴旋转；以及
会聚透镜，其使激光会聚于工件上。
3.根据权利要求2所述的使用激光的工件加工装置，其中，
上述偏转/旋转单元的旋转单元具有：
第1电动机，其用于使上述第1楔形棱镜绕上述出射轴旋转；以及
第2电动机，其用于使上述第2楔形棱镜绕上述出射轴旋转。
4.根据权利要求2所述的使用激光的工件加工装置，其中，
上述偏转/旋转单元的旋转单元是内部配置有上述第1楔形棱镜和上述第2楔形棱镜的中空电动机。
5.根据权利要求1所述的使用激光的工件加工装置，其中，
上述扫描控制单元在扫描直线状加工线的情况下，由上述台驱动单元沿着x方向或y方向对上述工作台进行移动控制，
上述扫描控制单元在扫描曲线状加工线的情况下，由上述台驱动单元沿着x方向和y方向对上述工作台进行移动控制，并且由上述偏转/旋转单元使激光旋转。
6.根据权利要求5所述的使用激光的工件加工装置，其中，
上述偏转/旋转单元具有：
相对配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜；
旋转单元，其用于使上述第1楔形棱镜和上述第2楔形棱镜绕上述出射轴旋转；以及
会聚透镜，其使激光会聚于工件上，
上述扫描控制单元在沿着包含直线部和曲线部的上述加工线扫描激光时，
在扫描加工线的直线部的情况下，由上述台驱动单元沿着x方向或y方向对上述工作台进行移动控制，
在扫描加工线的曲线部的情况下，由上述台驱动单元沿着x方向和y方向对上述工作台进行移动控制，并且使上述第1楔形棱镜和上述第2楔形棱镜绕上述出射轴朝相同方向旋转。
7.根据权利要求5所述的使用激光的工件加工装置，其中，
上述偏转/旋转单元具有：
相对配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜；
旋转单元，其用于使上述第1楔形棱镜和上述第2楔形棱镜绕上述出射轴旋转；以及
会聚透镜，其使激光会聚于工件上，
上述扫描控制单元在沿着包含直线部和曲线部的上述加工线扫描激光时，
在扫描加工线的直线部的情况下，由上述台驱动单元沿着x方向或y方向对上述工作台进行移动控制，
在扫描加工线的曲线部的情况下，由上述台驱动单元在包含上述曲线部在内的上述曲线部的前后区域沿着x方向和y方向对上述工作台进行移动控制，并且使上述第1楔形棱镜和上述第2楔形棱镜绕上述出射轴朝相反方向旋转。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的使用激光的工件加工装置，其中，
该使用激光的工件加工装置还具有用于使激光的会聚点旋转的会聚点旋转机构，该会聚点旋转机构配置于上述激光输出部与上述偏转/旋转单元之间，由1对楔形棱镜和内部配置上述1对楔形棱镜的中空电动机构成。
CN201210221936.8A 2011-06-29 2012-06-27 使用激光的工件加工装置 Expired - Fee Related CN102848076B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011143754A JP5409711B2 (ja) 2011-06-29 2011-06-29 レーザ光によるワーク加工装置
JP2011-143754 2011-06-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102848076A CN102848076A (zh) 2013-01-02
CN102848076B true CN102848076B (zh) 2015-07-15

Family

ID=47395269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210221936.8A Expired - Fee Related CN102848076B (zh) 2011-06-29 2012-06-27 使用激光的工件加工装置

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5409711B2 (zh)
KR (1) KR101362738B1 (zh)
CN (1) CN102848076B (zh)
TW (1) TWI547336B (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6071640B2 (ja) * 2013-02-27 2017-02-01 三菱重工業株式会社 加工装置、加工方法
JP2014231071A (ja) * 2013-05-29 2014-12-11 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザ光による基板切断装置
CN104071974B (zh) * 2014-06-20 2016-04-13 武汉先河激光技术有限公司 一种用于玻璃切割的激光设备及切割方法
JP2017056489A (ja) * 2015-08-31 2017-03-23 株式会社リコー 光加工装置及び光加工物の生産方法
WO2019065533A1 (ja) * 2017-09-27 2019-04-04 三星ダイヤモンド工業株式会社 ガラス基板の切断装置、切断方法、プログラム、及び記憶媒体
CN108196433A (zh) * 2018-02-14 2018-06-22 温培彬 激光光绘机
JP6740267B2 (ja) * 2018-02-19 2020-08-12 ファナック株式会社 レーザ加工装置
CN109332886B (zh) * 2018-10-26 2019-10-08 华中科技大学 一种无限幅面的激光加工方法及装置
WO2020174582A1 (ja) * 2019-02-26 2020-09-03 ギガフォトン株式会社 狭帯域化モジュール、ガスレーザ装置、及び電子デバイスの製造方法
KR20210009720A (ko) * 2019-07-17 2021-01-27 주식회사 레이저모션테크 레이저 드릴링 장치
CN110756950A (zh) * 2019-11-26 2020-02-07 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种自动化焊接等壁厚复杂型面零件焊接参数设计方法
CN112130264A (zh) * 2020-10-16 2020-12-25 博创科技股份有限公司 一种面向光电集成芯片的低成本紧凑型耦合组件
CN113134663A (zh) * 2021-03-19 2021-07-20 桂林理工大学 一种激光成像的二值图像预处理的焊缝跟踪方法
CN115466047B (zh) * 2021-07-16 2024-07-19 重庆大学 一种整体式屏幕玻璃切割固定工作平台
CN115365648A (zh) * 2022-08-22 2022-11-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种激光螺旋扫描轨迹精密调控方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02155589A (ja) * 1988-12-09 1990-06-14 Hitachi Ltd 光路調整システム
JPH11156579A (ja) * 1996-11-15 1999-06-15 Amada Co Ltd レーザー切断方法、レーザーピアス方法、レーザー溶接方法、およびレーザー加飾方法並びに前記各方法に使用するレーザー加工ヘッド
JPH10166167A (ja) * 1996-12-03 1998-06-23 Komatsu Ltd レーザマーキング方法及び装置
DE19741029A1 (de) * 1997-09-18 1999-04-08 Bosch Gmbh Robert Optische Vorrichtung zum Bohren mittels Laserstrahls
JP3365388B2 (ja) * 2000-02-14 2003-01-08 日本電気株式会社 レーザ加工光学装置
JP2003295083A (ja) * 2002-03-29 2003-10-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd 光線束走査装置及び光線束走査方法
US7820941B2 (en) * 2004-07-30 2010-10-26 Corning Incorporated Process and apparatus for scoring a brittle material
JP4645892B2 (ja) * 2005-03-29 2011-03-09 アイシン精機株式会社 レーザ加工装置及び方法
DE102005047328B3 (de) * 2005-06-28 2006-12-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum Bohren und für den Materialabtrag mittels Laserstrahl
JP4386137B2 (ja) * 2008-02-29 2009-12-16 トヨタ自動車株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP5416492B2 (ja) * 2009-06-30 2014-02-12 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザ光によるガラス基板加工装置
TWI395630B (zh) * 2009-06-30 2013-05-11 Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd 使用雷射光之玻璃基板加工裝置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5409711B2 (ja) 2014-02-05
TWI547336B (zh) 2016-09-01
CN102848076A (zh) 2013-01-02
TW201304894A (zh) 2013-02-01
JP2013010113A (ja) 2013-01-17
KR20130002935A (ko) 2013-01-08
KR101362738B1 (ko) 2014-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102848076B (zh) 使用激光的工件加工装置
US8448471B2 (en) Glass substrate processing device using laser beam
JP5416492B2 (ja) レーザ光によるガラス基板加工装置
JP4467632B2 (ja) ビーム加工装置、ビーム加工方法およびビーム加工基板
CN102248307B (zh) 用于不同极限孔径的紫外激光双光头精细加工装置及方法
CN103056512B (zh) 激光加工装置
CN108367388B (zh) 激光加工机
JP4467633B2 (ja) ビーム加工装置、ビーム加工方法およびビーム加工基板
CN105163897A (zh) 锥度控制的射束角协调及工件运动
US20140353296A1 (en) Substrate cutting device using laser beam
CN105149773B (zh) 一种透明玻璃的加工方法及装置
JP5667347B2 (ja) レーザ光によるガラス基板加工装置
CN107214422A (zh) 一种双头异步激光切割机
CN112008239A (zh) 一种螺旋扫描激光加工装置及加工方法
JP2013146780A (ja) 脆性材料基板のレーザ加工方法
CN202207858U (zh) 用于不同极限孔径的紫外激光双光头精细加工装置
CN103286441A (zh) 激光加工装置
CN112828474B (zh) 用于透明脆性材料的斜向切割补偿方法及系统
KR20130006045A (ko) 레이저 가공장치 및 가공 방법
JP5534853B2 (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法
CN202861622U (zh) 激光切割机恒定光路补偿装置
JP2014037003A (ja) レーザ加工装置
CN212019762U (zh) 一种低损耗折射切割系统
JP2014111259A (ja) レーザ加工方法、レーザ加工装置及びレーザ加工プログラム
CN221254423U (zh) 一种玻璃的激光切割装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150715

Termination date: 20200627

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee