CN103056512B - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供激光加工装置，能够采用简单的结构使全部切断部的端面锥面为相同角度。该激光加工装置具有：激光束输出部（15）；第1楔形棱镜（17a）和第2楔形棱镜（18a），它们用于使从激光束输出部（15）出射的激光束偏转；第1中空电机（17）和第2中空电机（18），它们用于使各个楔形棱镜（17a、18a）旋转；会聚透镜（19），其使通过第2楔形棱镜（18a）后的激光束会聚到工件的加工预定线上；扫描单元，其沿着工件的加工预定线扫描会聚后的激光束；以及控制部（34）。在沿着加工预定线扫描激光束时，控制部（34）使各个楔形棱镜（17a、18a）绕光轴旋转，使得会聚透镜（19）导致的激光束的会聚点会聚于光轴上的一点。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及激光加工装置，尤其涉及沿着工件的加工预定线照射激光束来切断工件的激光加工装置。

背景技术

例如用作液晶面板的偏振片的树脂膜是利用CO₂激光切断的。在该情况下，用会聚透镜会聚激光束，以光轴与树脂膜表面垂直的方式照射激光束。在这样的切断方法中，由于激光束得到会聚，因此，激光照射面侧的加工直径变大，背面侧的加工直径变窄。因此，树脂膜的切断部的端面成为倾斜面（以下将该情况下的端面的倾斜称作“端面锥面”）。

近年来，关于树脂膜的切断部的端面锥面，根据用途和规格，要求有各种锥面角度。例如，有时要求消除锥面，有时要求有更大角度的锥面。

因此，提出了专利文献1所示的切断方法，该方法虽然不是切断树脂膜，但是是为了消除板材等的激光加工时切断部的锥面而提出的。该专利文献1所示的方法是使用能够在2个方向调整激光束的照射角度的加工头进行加工的方法。即，通过改变加工头整体相对于工件的倾斜角度，消除工件切断部端面的锥面。

专利文献1：日本特开平11-77352号公报

在此，有时要求在全部切断部中使端面锥面的角度恒定。在这样的情况下，采用专利文献1所示的方法进行切断，能够使端面锥面的角度恒定。

即，首先需要根据端面锥面的角度设定加工头的倾斜角度，在保持该倾斜角度的状态下，根据扫描方向旋转加工头，改变加工头的姿态。这样的用于变更加工头的倾斜角度或者旋转加工头整体的机构非常复杂。

此外，在如专利文献1的方法那样改变加工头的倾斜角度时，激光束的会聚位置发生改变。因此，必须根据加工头的倾斜角度控制光学系统，使激光束会聚到工件的加工位置。为实现此目的的控制和机构变得复杂。

发明内容

本发明的课题在于，采用简单的结构使全部切断部的端面锥面成为相同角度。

本发明的另一课题在于，能够采用简单的结构在保持切断端面的质量良好的同时任意地控制端面锥面的角度。

第1发明的激光加工装置沿着工件的加工预定线照射激光束来切断工件，该激光加工装置具有：载置工件的工件台；输出激光束的激光束输出部；偏转单元，其具有用于使从激光束输出部射出的激光束偏转的至少一个楔形棱镜；会聚透镜，其将通过楔形棱镜后的激光束会聚到工件的加工预定线上；扫描单元，其沿着工件的加工预定线扫描会聚后的激光束；以及旋转控制单元。在沿着加工预定线扫描激光束时，旋转控制单元使楔形棱镜绕着光轴旋转，以使得会聚透镜形成的激光束的会聚点会聚于光轴上的一点。

在该装置中，从激光束输出部输出的激光束通过楔形棱镜而被偏转，并且由会聚透镜会聚后照射到工件表面。此外，沿着工件的加工预定线扫描激光束。此时，能够通过变更楔形棱镜的规格等，控制入射到工件的激光束的光轴的倾斜。而且，在扫描激光束时旋转楔形棱镜，由此，使激光束的会聚点会聚于光轴上的一点。

在此，能够在保持切断部的端面的质量良好的同时，采用简单的结构在全部切断部中使端面锥面成为相同角度。

第2发明的激光加工装置是在第1发明的装置中，旋转控制单元使楔形棱镜旋转，使得在俯视工件时激光束与加工预定线的切线垂直。

在沿着加工预定线扫描激光束时，通过如上所述地对楔形棱镜进行旋转控制，即使在激光束的扫描方向由于加工预定线是曲线等而发生改变的情况下，也能够使全部切断部的端面锥面成为相同角度。

第3发明的激光加工装置是在第1发明或第2发明的装置中，偏转单元具有沿着光轴相对地配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜。此外，旋转控制单元使第1楔形棱镜和第2楔形棱镜中的至少任意一方旋转来控制两个楔形棱镜的相位差。

在此，能够通过使相对的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜中的至少一方旋转来控制两个楔形棱镜的相位差，改变光轴相对于工件的倾斜角度。因此，能够任意地控制切断部的端面锥面的角度。

第4发明的激光加工装置是在第3发明的装置中，旋转控制单元具有：第1中空电机，其内部配置有第1楔形棱镜；第2中空电机，其内部配置有第2楔形棱镜；以及控制部，其能够独立地控制第1中空电机和第2中空电机的旋转。

在以上的本发明中，能够采用仅使楔形棱镜旋转的简单的结构，使全部切断部的端面锥面成为相同角度。此外，在偏转单元采用1对楔形棱镜的情况下，能够采用简单的结构在保持切断端面的质量良好的同时任意地控制端面锥面的角度。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的激光加工装置的外观立体图。

图2是放大示出激光束照射头的结构的立体图。

图3是第1中空电机、第2中空电机以及会聚透镜的放大图。

图4是示出楔形棱镜的相位差与激光束的光轴之间的关系的示意图。

图5是示出矩形的加工预定线与激光束的光轴之间的关系的图。

图6是示出曲线的加工预定线与激光束的光轴之间的关系的图。

标号说明

2：工件台；15：激光输出部；16：光学系统；17：第1中空电机；17a：第1楔形棱镜；18：第2中空电机；18a：第2楔形棱镜；19：会聚透镜；20：偏转单元。

具体实施方式

[整体结构]

图1示出本发明的一个实施方式的激光加工装置的整体结构。该激光加工装置是用于沿着树脂膜等工件的加工预定线照射激光束，将工件切断成期望形状的装置。该装置具有基座1、载置作为加工对象的工件的工件台2以及用于向工件照射激光束的激光束照射头3。在此，如图1所示，在沿着基座1的上表面的平面中，将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。此外，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轴的两个方向定义为Y轴方向，将沿着Z轴的两个方向定义为Z轴方向。

[工件台及其移动机构]

<工件台>

工件台2形成为矩形，在工件台2的下方设有用于使工件台2在X轴方向和Y轴方向移动的台移动机构5。

<台移动机构>

如图1所示，台移动机构5具有各1对的第1导轨8和第2导轨9、第1移动台10以及第2移动台11。1对第1导轨8在Y轴方向延伸而设置在基座1的上表面。第1移动台10设在第1导轨8的上部，下表面具有与第1导轨8移动自如地卡合的多个引导部10a。1对第2导轨9在X轴方向延伸而设置在第1移动台10的上表面。第2移动台11设在第2导轨9的上部，下表面具有与第2导轨9移动自如地卡合的多个引导部11a。在第2移动台11的上部通过固定部件12安装有工件台2。

根据以上的台移动机构5，工件台2在X轴方向和Y轴方向移动自如。另外，第1移动台10和第2移动台11由公知的电机等驱动单元驱动而省略详细的说明。

[激光束照射头]

如图1和图2所示，激光束照射头3安装于配置在基座1的上表面的门形框架1a，具有激光束输出部15、光学系统16、第1中空电机17、第2中空电机18以及会聚透镜19。另外，由第1中空电机17和第2中空电机18构成使激光束偏转的偏转单元20。

此外，该激光加工装置具有X轴方向移动机构21和Z轴方向移动机构22。X轴方向移动机构21是用于使激光束照射头3的整体在X轴方向移动的机构。Z轴方向移动机构22是用于使第1中空电机17、第2中空电机18以及会聚透镜19在Z轴方向移动的机构。

<激光束输出部>

激光束输出部15由与以往相同的激光管构成。由该激光束输出部15沿着Y轴向工件台2的相反侧出射例如波长9.4μm的CO₂激光。

<光学系统>

光学系统16用于将来自激光束输出部15的激光束导入第1中空电机17的中心部。如图2所示，该光学系统16具有第1反射镜25、第2反射镜26、第3反射镜27、第4反射镜28以及光束扩展器30。

第1反射镜25配置在激光束输出部15的输出侧附近，将在Y轴方向出射的激光束向X轴方向反射。第2反射镜26在X轴方向与第1反射镜25排列配置，将在X轴方向行进的激光束向Y轴方向反射，导入工件台2一侧。第3反射镜27和第4反射镜28在X轴方向排列配置在第1中空电机17的上方。第3反射镜27将由第2反射镜26反射来的激光束导入第4反射镜28一侧。第4反射镜28将由第3反射镜27反射来的激光束导入下方的第1中空电机17。光束扩展器30配置在第2反射镜26与第3反射镜27之间，用于将由第2反射镜26反射来的激光束扩展成一定倍率的平行光束。该光束扩展器30能够将激光束会聚成更小的点。

<偏转单元和会聚透镜>

图3示出偏转单元20和会聚透镜19的安装构造。另外，在图3中，点划线表示激光束。

第1中空电机17由第1支承部件31支承，第2中空电机18由第2支承部件32支承。此外，会聚透镜19由第3支承部件33支承。第1中空电机17配置在最上方，第2中空电机18配置在第1中空电机17的下方。会聚透镜19配置在第2中空电机18的下方。

第1中空电机17和第2中空电机18的中心具有在Z轴方向延伸的共同的旋转轴，包含该旋转轴的中央部是中空的。而且，在第1中空电机17的内部配置有第1楔形棱镜17a，在第2中空电机18的内部配置有第2楔形棱镜18a。第1楔形棱镜17a和第2楔形棱镜18a相对地同轴配置。此外，会聚透镜19也与两个楔形棱镜17a、18a同轴配置。各个楔形棱镜17a、18a分别具有相对于两个中空电机17、18的旋转轴倾斜的斜面和与旋转轴垂直的垂直面。

各个中空电机17、18能够分别由控制部34独立地控制旋转。

<激光束照射头的支承和输送系统>

如前所述，以上的激光束照射头3由基座1的门形框架1a支承。更详细地说，如图2所示，在门形框架1a的上表面设有在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，在1对第3导轨36移动自如地支承有支承部件37。支承部件37具有由第3导轨36支承的横支承部件38和从横支承部件38的靠工件台2侧的一端侧起向下方延伸的纵支承部件39。在纵支承部件39的侧面设有在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。在第4导轨40上在Z轴方向移动自如地支承有第3移动台41。

而且，激光束输出部15、第1反射镜25～第4反射镜28以及光束扩展器30由横支承部件38支承。此外，在第3移动台41固定有电机支承部件42，在该电机支承部件42分别通过第1支承部件31～第3支承部件33支承有第1中空电机17、第2中空电机18以及会聚透镜19。

[动作]

接着，说明激光束对树脂膜的切断动作。

首先，在工件台2的表面载置作为加工对象的树脂膜。

接着，由X轴方向移动机构21使激光束照射头3在X轴方向移动，此外，由台移动机构5使工件台2在Y轴方向移动，进行定位使得激光束照射头3的激光束的会聚点来到加工预定线的起始位置。

如上所述使激光束照射头3和树脂膜移动到加工位置之后，向树脂膜照射激光束进行加工。在此，从激光束输出部15出射的激光束由第1反射镜25反射后导入第2反射镜26。入射到第2反射镜26的激光束在Y轴方向反射，由光束扩展器30扩展光束后导入第3反射镜27。然后，由第3反射镜27反射进而由第4反射镜28反射后的激光束被输入到设于第1中空电机17的中心部的第1楔形棱镜17a。

例如，如图4（a）所示，使入射到第1楔形棱镜17a的激光束偏转后输出，输入到第2楔形棱镜18a。在该第2楔形棱镜18a中也同样地使激光束偏转后输出。然后，激光束最终被会聚透镜19会聚到树脂膜上。

在此，照射到树脂膜的激光束的光轴B1相对于入射到第1楔形棱镜17a的光轴B0以角度θ1倾斜。因此，图4（a）右侧的树脂膜的端面锥面的角度成为θ11，左侧的树脂膜的端面锥面的角度成为θ12。

<端面锥面的角度调整>

在调整端面锥面的角度的情况下，由控制部34控制第1楔形棱镜17a和第2楔形棱镜18a的相位差。具体地说，如图4（a）所示，在设两个楔形棱镜17a、18a的相位差为“0”时，树脂膜的端面锥面成为θ11、θ12。此外，如图4（b）所示，在设两个楔形棱镜17a、18a的相位差为“π/2”时，树脂膜的端面锥面成为θ21、θ22。并且，如图4的（c）所示，在设两个楔形棱镜17a、18a的相位差为“π”时，树脂膜的端面锥面成为θ31、θ32。

如上所述，能够通过调整两个楔形棱镜17a、18a的相位差，使要切断的树脂膜的端面锥面成为期望角度。

为了在全部切端面中使端面锥面成为相同角度，首先，由控制部34调整两个楔形棱镜17a、18a的相位差使得端面锥面成为期望角度。然后，根据激光束的扫描方向使两个楔形棱镜17a、18a同步地旋转。对于此时的旋转控制，只要使两个楔形棱镜17a、18a同步地旋转，使得在俯视作为工件的树脂膜时，激光束与加工预定线的切线垂直即可。

例如，如图5所示，在沿着矩形的加工预定线扫描激光束进行切断而不使树脂膜的姿势旋转的情况下，如下所述对两个楔形棱镜17a、18a进行旋转控制。即，在沿着第1边L1和第3边L3扫描激光束B的情况下，对两个楔形棱镜17a、18a进行旋转控制，使得从会聚透镜19出射的激光束B的光轴在俯视时与第1边L1和第3边L3垂直。此外，在沿着第2边L2和第4边L4扫描激光束B的情况下，对两个楔形棱镜17a、18a进行旋转控制，使得激光束B的光轴在俯视时与第2边L2和第4边L4垂直。

此外，如图6所示，在沿着曲线的加工预定线Lc扫描激光束进行切断而不使树脂膜的姿势旋转的情况下，对两个楔形棱镜17a、18a进行旋转控制，使得从会聚透镜19出射的激光束B的光轴在俯视时与整个加工预定线Lc始终垂直。

通过对两个楔形棱镜17a、18a进行以上的旋转控制，在沿着任何加工预定线进行切断加工的情况下，都能够在全部切断部中使端面锥面的角度相同。

另外，通过使第1楔形棱镜17a的旋转轴、第2楔形棱镜18a的旋转轴以及会聚透镜19的中心与光轴B0同轴，由会聚透镜19将激光束会聚在光轴B0上，即使由于使第1楔形棱镜17a和第2楔形棱镜18a旋转而使照射到树脂膜的激光束的光轴的方向变化，会聚点也始终形成在光轴B0上。由此，即使在加工中使照射到树脂膜的激光束的光轴的方向变化的情况下，也能够容易地沿着加工线扫描激光束。

[特征]

（1）能够通过调整第1楔形棱镜17a和第2楔形棱镜18a的相位差，将由激光束切断的部分的端面锥面为任意的角度。

（2）能够通过对各个中空电机17、18进行旋转控制，容易地调整两个楔形棱镜17a、18a的相位差。

（3）由于使激光束的光轴倾斜而不使激光束照射头3倾斜，因而能够采用简单的结构调整端面锥面的角度。此外，能够通过简单的结构和控制，在全部切断部中使端面锥面的角度相同。并且，基于同样的理由，能够保持切断部的端面的加工质量良好。

[其它实施方式]

本发明不限于以上的实施方式，能够在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变形和修正。

（a）在上述实施方式中，作为偏转单元20设有2个楔形棱镜17a、18a，但是，只要是使全部切断部的端面锥面的角度相同的目的，仅由1个楔形棱镜构成也能够达到目的。

（b）激光束照射头和台的移动机构不限于上述实施方式。

（c）光学系统的具体结构不限于上述实施方式。只要能够使激光束输出部15的激光束容易调整光轴地且有效地输入到第1中空电机17的第1楔形棱镜17a即可。

Claims (3)

1.一种激光加工装置，其沿着工件的加工预定线照射激光束来将工件切断成期望形状，上述加工预定线包括直线和曲线，该激光加工装置具有：

工件台，其载置工件；

激光束输出部，其输出激光束；

偏转单元，其具有用于使从激光束输出部射出的激光束偏转的至少一个楔形棱镜；

会聚透镜，其使通过上述楔形棱镜后的激光束会聚到工件的加工预定线上；

扫描单元，其沿着工件的加工预定线扫描会聚后的激光束，以将上述工件切断成期望形状；以及

旋转控制单元，在沿着加工预定线扫描上述激光束以将上述工件切断成期望形状时，该旋转控制单元根据激光束的扫描方向使上述楔形棱镜绕光轴旋转，以使得上述会聚透镜形成的激光束的会聚点会聚于入射到楔形棱镜的激光束的光轴上的一点，

当沿着加工预定线扫描上述激光束时，在加工预定线为直线的情况下，对楔形棱镜的旋转进行控制，使得从上述会聚透镜出射的激光束的光轴在上述工件俯视时与上述加工预定线垂直，在加工预定线为曲线的情况下，对楔形棱镜的旋转进行控制，使得从上述会聚透镜出射的激光束的光轴在上述工件俯视时与上述加工预定线的切线垂直。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，

上述偏转单元具有沿着光轴相对地配置的第1楔形棱镜和第2楔形棱镜，

上述旋转控制单元使上述第1楔形棱镜和上述第2楔形棱镜中的至少任意一方旋转来控制两个楔形棱镜的相位差。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中，

上述旋转控制单元具有：

第1中空电机，其内部配置有上述第1楔形棱镜；

第2中空电机，其内部配置有上述第2楔形棱镜；以及

控制部，其能够独立地控制上述第1中空电机和第2中空电机的旋转。