CN104117767B - 光束追迹装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光束追迹装置，包括光源模块、追迹模块、及光斑产生模块。光源模块用以产生第一光束与第二光束。追迹模块包括光学旋转单元及控制模块。光学旋转单元用以引导第一光束。控制模块包括切线产生单元、旋转补正单元、及驱动单元。切线产生单元依据加工轨迹产生切线角信号。旋转补正单元依据切线角信号与查找表产生驱动信号。驱动单元依据驱动信号旋转光学旋转单元。光斑产生模块用以对被引导的第一光束及第二光束聚焦。

Description

光束追迹装置

技术领域

本发明是关于一种光束追迹装置，特别是一种可有效对任意曲线的轨迹进行激光加工并提升激光加工质量的光束追迹装置。

背景技术

这些年来，随着电子科技的进步，人们对于电子相关的产品的需求也日益增高。为了因应计算机、通讯、及消费性电子产业的不断发展，实现这些电子产品的高精密度加工亦显得更加重要，也因而促进了激光加工的出现。

举例来说，激光加工是利用激光器产生激光束，经由定焦汇聚透镜汇聚形成聚焦光斑，使聚焦光斑照射于待加工件的目标加工位置，并水平移动待加工件，以使聚焦光斑照射处的待加工件材料在吸收热量后可迅速地局部熔化。并且，随着待加工件或是聚焦光斑的不断移动，即可达到加工的目的。此激光加工可避免原物料的浪费，亦具有速度快与深度/宽度比值高等优点。

激光加工在焊接或是封装等工艺上，除了以主聚焦光斑作为加工之外，亦借助次聚焦光斑以作为辅助加工处理。也就是说，通过主聚焦光斑与次聚焦光斑形成双光斑以进行激光加工。然而，在这些激光加工工艺当中，双光斑的移动轨迹仅限于单一直线的方向，无法使双光斑的移动轨迹满足任意曲线的方向。另一方面，直线段上的双光斑的光型不同于转角处的双光斑的光型，也使得激光加工工艺的质量受到影响。

一般而言，应用于现有技术中的双光斑激光加工，大多不具有可任意移动轨迹的曲线加工功能，使得加工的精密度与范围受到限制，亦降低了激光加工的质量。

发明内容

本发明提供一种光束追迹装置，以有效对任意曲线的轨迹进行激光加工，并提升激光加工的质量。

根据本发明的一实施例，一种光束追迹装置包括一光源模块、一追迹模块、及一光斑产生模块。光源模块用以产生一第一光束与一第二光束。追迹模块包括一光学旋转单元以及一控制模块。光学旋转单元用以引导第一光束。控制模块包括一切线产生单元、一旋转补正单元、及一驱动单元。切线产生单元依据一加工轨迹产生一切线角信号。旋转补正单元依据切线角信号与一查找表产生一驱动信号。驱动单元依据驱动信号旋转光学旋转单元。光斑产生模块用以对被引导的第一光束及第二光束聚焦。

本发明所提供的光束追迹装置，通过切线产生单元依据加工轨迹以产生切线角信号，并使旋转补正单元依据切线角信号与查找表以产生驱动信号，以致使驱动单元依据驱动信号以旋转光学旋转单元。再通过光学旋转单元以引导第一光束，并通过光斑产生模块以对被引导的第一光束及第二光束聚焦，以使被聚焦的第一光束动态追随被聚焦的第二光束。如此一来，可有效对任意曲线的轨迹进行激光加工，并提升激光加工的质量。

附图说明

图1为本发明的光束追迹装置的示意图。

图2A为本发明的加工轨迹的切线角示意图。

图2B为本发明的第一光束行经楔形光学元件的偏转角示意图。

图3为本发明的光束追迹装置的另一实施例的示意图。

【符号说明】

10 光束追迹装置

100 光源模块

101 加工轨迹

110 光源单元

112 光束

114 第一光束

116 第二光束

120 分光单元

130 第一镜组

132 第一反射镜

134 第一光衰减器

136 第一扩缩束镜

138 第二反射镜

140 第二镜组

142 第二光衰减器

144 第二扩缩束镜

200 追迹模块

210 光学旋转单元

212 楔形光学元件

220 控制模块

222 路径输入单元

224 切线产生单元

226 旋转补正单元

228 驱动单元

300 光斑产生模块

310 第一镜

320 聚焦透镜

A 切线角

B 偏转角

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

请参照图1，为本发明的光束追迹装置的示意图。本实施例的光束追迹装置10适于激光加工。也就是说，使用者可通过此光束追迹装置10来追踪任意曲线的加工轨迹101，以于待加工件完成对应的加工工艺。在本实施例中，加工轨迹101例如可为一计算机辅助设计（Computer AidedDesign,CAD）图档加工轨迹、一默认固定路径加工轨迹、或一实时侦测加工轨迹。但本实施例不限于此，加工轨迹101亦可使用其他类似图文件的元件来实施。光束追迹装置10包括一光源模块100、一追迹模块200、及一光斑产生模块300。

光源模块100用以产生一第一光束114与一第二光束116。进一步来说，光源模块100包括一光源单元110、一分光单元120、一第一镜组130、及一第二镜组140。光源单元110用以产生一光束112。分光单元120依据光束112，以产生第一光束114与第二光束116。在本实施例中，光源单元110例如可为一激光辐射源或一灯源放射线源，而分光单元120例如可为一偏振分光镜。但本实施例不限于此，光源单元110与分光单元120亦可使用其他类似的元件来实施。

第一镜组130用以反射第一光束114，且第一镜组130包括一第一反射镜132、一第一光衰减器134、一第一扩缩束镜136、及一第二反射镜138。第一反射镜132用以反射第一光束114，第一光衰减器134用以对第一光束114进行一能量调整，第一扩缩束镜136用以对第一光束114进行一尺寸调整，而第二反射镜138用以反射被第一反射镜132所反射的第一光束114。

第二镜组140用以使第二光束116穿透，且第二镜组140包括一第二光衰减器142以及一第二扩缩束镜144。第二光衰减器142用以对第二光束116进行一能量调整，而第二扩缩束镜144用以对第二光束116进行一尺寸调整。

追迹模块200包括一光学旋转单元210及一控制模块220。光学旋转单元210用以引导第一光束114，而控制模块220耦接光学旋转单元210。其中，被光学旋转单元210引导后的第一光束114不同于被光学旋转单元210引导前的第一光束114。也就是说，被光学旋转单元210引导后的第一光束114又经过追迹模块200的追迹处理。

光学旋转单元210包括至少二楔形（Wedge）光学元件212。此至少二楔形光学元件212具有一相对旋转角度差值，且至少二楔形光学元件212依据此相对旋转角度差值产生一偏转角，以使被聚焦的第一光束114与被聚焦的第二光束116产生一光斑间距。其中，被聚焦的第一光束114与被聚焦的第二光束116两者的定义，在下文中说明。在本实施例中，此光斑间距例如介于1μm～200mm。

控制模块220包括一切线产生单元224、一旋转补正单元226、及一驱动单元228。切线产生单元224依据前述的加工轨迹101以产生一切线角信号。进一步来说，切线产生单元224包括一路径输入单元222。此路径输入单元222用以输入前述的加工轨迹101给切线产生单元224。其中，加工轨迹101例如可为计算机辅助设计图文件加工轨迹、默认固定路径加工轨迹、或实时侦测加工轨迹。

旋转补正单元226耦接切线产生单元224，且旋转补正单元226具有一查找表，此旋转补正单元226用以依据切线角信号与查找表，以产生一驱动信号。其中，查找表包括多个补正角度，这些补正角度用以指示切线角信号与光学旋转单元210如何引导第一光束114之间的对应关系。在本实施例中，这些补正角度例如介于0～360度，而查找表可为一二维数据表格。但本实施例不限于此，查找表亦可使用其他类似表格的元件来实施。

驱动单元228耦接旋转补正单元226，且此驱动单元228用以依据驱动信号，以旋转前述的光学旋转单元210。在本实施例中，驱动单元228例如可为一步进马达、一伺服马达、或其组合。但本实施例不限于此，驱动单元228亦可使用其他类似的元件来实施。

光斑产生模块300用以对被引导的第一光束114及第二光束116聚焦，以产生前述的被聚焦的第一光束114与被聚焦的第二光束116。在本实施例中，被聚焦的第一光束114于加工轨迹101具有一第一位置，被聚焦的第二光束116于加工轨迹101具有一第二位置，且第一位置例如可超前于第二位置，或是第一位置可落后于第二位置。其中，第一位置超前于或落后于第二位置可通过激光加工工艺的行进方向而加以定义。

进一步来说，光斑产生模块300包括一第一镜310及一聚焦透镜320。第一镜310用以使第二光束116穿透，并用以反射被引导的第一光束114。聚焦透镜320用以对被引导的第一光束114及第二光束116聚焦。

举例来说，当路径输入单元222输入例如计算机辅助设计图文件或默认固定路径的加工轨迹101时，会使得切线产生单元224产生切线角信号给旋转补正单元226。其中，切线角信号例如用以指示一切线角A的角度值，如图2A所示。图2A为本发明的加工轨迹的切线角示意图。

接着，旋转补正单元226会依据切线角信号与查找表，以产生驱动信号给驱动单元228。据此，驱动单元228可旋转光学旋转单元210，且光学旋转单元210是以第一光束114进入光学旋转单元210的方向为轴向，而被驱动单元228所旋转。也就是说，光学旋转单元210所做的是整体旋转，并依据旋转补正单元226进行非线性补偿的计算，于查找表中找出对应此切线角A的补正角度，以使驱动单元228对应旋转光学旋转单元210，以完成追迹模块200的追迹处理（即追迹模块200产生一追迹角以对应切线角A）。

同时，通过至少二楔形光学元件212的相对旋转角度差值，可使被引导的第一光束114对应做一偏转角B的角度偏移，以调整被聚焦的第一光束114与被聚焦的第二光束116两者之间的光斑间距，如图2B所示。图2B为本发明的第一光束行经楔形光学元件的偏转角示意图。其中，相对旋转角度差值不等于偏转角B的角度值。

接着，光斑产生模块300会对被引导的第一光束114聚焦，以对应产生第一光斑于加工轨迹101。并且，光斑产生模块300也会对来自于光源模块100的第二光束116聚焦，以对应产生第二光斑于加工轨迹101。

进一步来说，通过以上所述的光束追迹装置10，可得知当追迹模块200接收到任意曲线的加工轨迹101图文件时，追迹模块200会进行追迹处理，以使位于加工轨迹101上的第一光斑可动态追随位于加工轨迹101上的第二光斑。也就是说，此光束追迹装置10可追踪任意曲线的加工轨迹101，以于待加工件完成对应的加工工艺，并可提升激光加工的质量。

上述实施例中的光源单元110的数量是以1个为例来说明，但此光源单元110的数量包括至少1个。在其他实施例中，光源单元110的数量亦可为2个或是2个以上。举例来说，若光源单元110的数量为2个时，可参照如图3所示。图3为本发明的光束追迹装置的另一实施例的示意图。在本实施例中，前述的分光单元120与第一反射镜132则可不必使用。也就是说，第二光束116可直接行经第二光衰减器142以及第二扩缩束镜144，而第一光束114可直接行经第一光衰减器134、第一扩缩束镜136、及第二反射镜138。通过2个光源单元110的配置，亦可达到与图1的实施例相同的效果，故在此不再赘述。

综上所述，本发明的实施例所揭露的光束追迹装置，通过切线产生单元依据加工轨迹以产生切线角信号，并使旋转补正单元依据切线角信号与查找表以产生驱动信号，以致使驱动单元依据驱动信号以旋转光学旋转单元。再通过光学旋转单元以引导第一光束，并通过光斑产生模块以对被引导的第一光束及第二光束聚焦，以使被聚焦的第一光束动态追随被聚焦的第二光束。如此一来，可有效对任意曲线的轨迹进行激光加工，并提升激光加工的质量。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种光束追迹装置，其特征在于，包括：

一光源模块，用以产生一第一光束与一第二光束；

一追迹模块；以及

一光斑产生模块；

其中该追迹模块包括：

一光学旋转单元，用以引导该第一光束；以及

一控制模块，

其中该控制模块包括：

一切线产生单元，依据一加工轨迹产生一切线角信号；

一旋转补正单元，依据该切线角信号与一查找表产生一驱动信号；以及

一驱动单元，依据该驱动信号旋转该光学旋转单元，

其中，该切线产生单元包括：

一路径输入单元，用以输入该加工轨迹给该切线产生单元；

其中，所述光斑产生模块用以对该被引导的第一光束及该第二光束聚焦。

2.如权利要求1所述的光束追迹装置，其中该光源模块包括：

一光源单元，用以产生一光束；

一分光单元，依据该光束以产生该第一光束与该第二光束；

一第一镜组，用以反射该第一光束；以及

一第二镜组，用以使该第二光束穿透。

3.如权利要求2所述的光束追迹装置，其中该第一镜组包括：

一第一反射镜，用以反射该第一光束；

一第一光衰减器，用以对该第一光束进行一能量调整；

一第一扩缩束镜，用以对该第一光束进行一尺寸调整；以及

一第二反射镜，用以反射该被第一反射镜所反射的第一光束。

4.如权利要求2所述的光束追迹装置，其中该第二镜组包括：

一第二光衰减器，用以对该第二光束进行一能量调整；以及

一第二扩缩束镜，用以对该第二光束进行一尺寸调整。

5.如权利要求2所述的光束追迹装置，其中该光源单元的数量包括至少一个。

6.如权利要求2所述的光束追迹装置，其中该光源单元为一激光辐射源或一灯源放射线源。

7.如权利要求2所述的光束追迹装置，其中该分光单元为一偏振分光镜。

8.如权利要求1所述的光束追迹装置，其中该光斑产生模块包括：

一第一镜，用以使该第二光束穿透，并用以反射该被引导的第一光束；以及

一聚焦透镜，用以对该被引导的第一光束及该第二光束聚焦。

9.如权利要求1所述的光束追迹装置，其中该光学旋转单元包括：

至少二楔形光学元件，具有一相对旋转角度差值，并依据该相对旋转角度差值产生一偏转角，以使该被聚焦的第一光束与该被聚焦的第二光束产生一光斑间距。

10.如权利要求9所述的光束追迹装置，其中该光斑间距介于1μm～200mm。

11.如权利要求9所述的光束追迹装置，其中该被聚焦的第一光束于该加工轨迹具有一第一位置，该被聚焦的第二光束于该加工轨迹具有一第二位置，该第一位置超前于该第二位置，或是该第一位置落后于该第二位置。

12.如权利要求1所述的光束追迹装置，其中该加工轨迹为一计算机辅助设计图文件加工轨迹、一默认固定路径加工轨迹、或一实时侦测加工轨迹。

13.如权利要求1所述的光束追迹装置，其中该旋转补正单元具有该查找表，且该查找表包括多个补正角度。

14.如权利要求13所述的光束追迹装置，其中该多个补正角度介于0～360度。

15.如权利要求1所述的光束追迹装置，其中该驱动单元为一步进马达、一伺服马达、或其组合。