CN105592970A - 利用多位置控制的连续激光加工方法及使用该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了激光加工方法和使用该方法的激光加工系统。激光加工方法包括以下步骤：驱动装载有工件的低速驱动器，使对工件执行激光加工的高速驱动器的加工区域移动至工件的图案形成位置(目标位置)；如果工件的图案形成位置进入高速驱动器的加工区域内，则执行激光加工；以及在所述激光加工期间，朝向针对所述工件的下一个图案形成位置移送所述低速驱动器。

Description

利用多位置控制的连续激光加工方法及使用该方法的系统

技术领域

本发明涉及使用激光束的连续加工方法，详细地，本发明涉及根据低速驱动器和高速驱动器的多位置控制的激光加工方法和使用该方法的激光加工系统。

背景技术

一种现有方法是以适应高速驱动器的加工范围的方式将整个加工对象区域面板化为小区域后，将低速驱动器移动至各个面板位置，并通过高速驱动器进行加工的方法。该方法为了将低速驱动器移动至面板位置并停止需要花费大量的时间，且需要根据加工数据分离界限，因此不具有效率。

为了解决该问题，提出将低速驱动器和高速驱动器组合并进行连续加工的方法，该方法是为了连续加工将每一时刻的加工路径过滤为高速和低速，并同时给予位置指令的方式。该方式的问题是在处理与不加工而简单移动的情况相对应的加工图案位置间的移动路径时，难以确定速度。考虑加工时间，确保下一个图案在高速驱动器的范围内的情况下，需要将简单移动速度设定为高速驱动器的最大速度，否则，需要将移动速度设定为低速驱动器的最大速度。此时，未能正确地判断移动速度，从而针对低速驱动器根据其不能行进的路径设定为高速驱动器的速度的情况下，发生加工不良，为了防止这种情况，在许多情况下，只能将简单移动速度设定为低速驱动器的最大速度，从而使生产率降低。此外，需要针对所有路径进行移动，因此可能导致不需要的移动或振动等。

发明内容

技术问题

本发明提出根据高速驱动器和低速驱动器的有效的反馈控制，充分利用高速驱动器的加工范围，从而能够进行最大的高速加工的方法。

技术方案

一种根据本发明的一种形式的激光加工方法，所述激光加工方法利用高速驱动器和低速驱动器进行，所述方法包括如下步骤：

使所述低速驱动器朝向第一目标位置移动；

在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，如果在所述高速驱动器的加工区域内具有工件的至少一个加工图案，则执行激光加工；以及

在所述高速驱动器加工所述图案后，所述低速驱动器朝向第二目标位置移动。

根据本发明的一实施例，在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，所述高速驱动器接收对所述低速驱动器的移动的反馈，并对所述高速驱动器的位置进行校正。

根据本发明的另一实施例，所述图案是在激光加工中从激光加工打开的时刻到关闭的时刻所绘制的形状。

根据本发明的另一实施例，所述第一目标位置或所述第二目标位置是考虑所述工件的下一个加工图案位置而确定的。

根据本发明的另一实施例，在所述高速驱动器不执行激光加工而仅移动的情况下，所述高速驱动器位于所述加工区域的边界。

根据本发明的另一实施例，在确定所述第一目标位置或所述第二目标位置时，考虑所述高速驱动器和所述低速驱动器的移动速度的差而进行确定。

一种根据本发明的另一形式的激光加工方法，包括如下步骤：

驱动装载有工件的低速驱动器，使对工件执行激光加工的高速驱动器的加工区域移动至工件的图案形成位置(目标位置)；

如果工件的图案形成位置进入高速驱动器的加工区域内，则执行激光加工；以及

在所述激光加工期间，朝向针对所述工件的下一个图案形成位置移送所述低速驱动器。

根据本发明的激光加工方法还可以包括以下步骤：反馈所述低速驱动器的位置信息，从而校正所述高速驱动器的位置。

此外，根据本发明的激光加工方法的一实施例，在移送所述低速驱动器时，将所述高速驱动器的激光出射点定位在所述加工区域的朝向所述图案形成位置的边界，若通过所述低速驱动器针对所述工件的图案形成区域进入所述高速驱动器的加工区域，则立即开始激光加工。

根据本发明的具体实施例，所述高速驱动器是电流计，所述低速驱动器是工作台。

根据本发明的具体实施例，所述低速驱动器为XY台、混合工作台或门式工作台中的任一者。

一种根据本发明的一种形式的激光加工系统，所述激光加工系统执行所述激光加工方法，所述系统包括：

装载有工件的低速驱动器；

高速驱动器，所述高速驱动器针对在所述低速驱动器上装载的工件进行激光加工；

编码器，所述编码器设置在所述低速驱动器上并反馈所述低速驱动器的位置信息；以及

控制主机，所述控制主机控制所述低速驱动器和所述高速驱动器，利用所述位置信息校正所述高速驱动器的位置。

根据本发明的另一形式的激光加工系统，在包括低速驱动器和高速驱动器的激光加工装置中，包括：控制部，所述控制部进行控制，从而使所述低速驱动器朝向第一目标位置移动；在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，如果在所述高速驱动器的加工区域内具有工件的至少一个加工图案，则执行激光加工；在所述高速驱动器加工所述图案后，所述低速驱动器朝向第二目标位置移动。

根据本发明的一实施例，所述低速驱动器装载工件，所述高速驱动器包括激光加工部。

根据本发明的另一实施例，所述控制部进行控制，使得在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，所述高速驱动器接收对所述低速驱动器的移动的反馈，并对所述高速驱动器的位置进行校正。

有益效果

在根据本发明的激光加工方法中，搜索当前需要加工的目标位置和以后需要加工的下一个目标位置，从而在高速驱动器能够加工的范围内具有尽可能多的图案，此外，考虑针对以后的行进方向的方向性，低速驱动器找到最佳的路径(考虑加工方向的超前位置)，从而使移动最小化。

此外，在简单移动的情况下，假设高速驱动器具有最大速度，若需要加工的位置已经在加工范围内，则立刻进行加工，且若需要低速驱动器进一步移动，则通过实时检查是否可以开始加工的方法，可以缩短加工时间。

通过监控低速驱动器的反馈，控制高速驱动器的输出，从而可以进行实时检查是否可以开始加工的方法。若低速驱动器还未处于能够加工的位置，则高速驱动器能够在能够进行自身操作的边界面中移动并进入加工区域时，补偿低速驱动器的反馈，同时移动至加工位置。这样的操作实时应用至高速驱动器，从而能够获得优异的加工品质和高的生产率。

面板化并进行加工的现有方法，需要在低速驱动器停止后进行加工，存在相当多的非加工时间，与此相反，本发明的连续加工不使用面板化的概念而能够进行更快地加工。此外，与滤波后的连续位置数据简单地分配至低速驱动器、高度驱动器的现有方法不同，本发明考虑低速驱动器的反馈，能够实时控制高速驱动器的输出和实际加工的开始时间。这意味着在加工和加工之间的非加工区间中，与非加工区间的距离无关，高速驱动器能够以快的速度移动，补偿低速驱动器的输出和实际移动间的误差，从而能够缩短整体加工时间。

此外，考虑高速驱动器的加工范围，检索以后需要加工的形状的位置，从而包括尽可能多的形状，缩短移动路径且能够提前移动至下一个位置。这种最佳位置可以补充低速驱动器的反应性，由于不照原样沿着加工轨迹，因此减少不需要的移动和时间，从而可以使生产率最大化。

附图说明

图1是执行根据本发明的激光加工方法的激光加工系统的局部透视图。

图2是根据本发明的激光加工系统的示意性框图。

图3是说明根据本发明的激光加工方法的框图。

图4是说明根据本发明的激光加工方法的流程图。

图5是说明根据本发明的激光加工方法的图，说明在加工范围内存在两个图案的情况下的加工方法。

图6是说明根据本发明的激光加工方法的图，说明在不同的加工范围内存在加工对象图案的情况下的加工方法。

图7是说明根据本发明的激光加工方法的图，示出在非加工区域中的低速驱动器的移动速度变化和到达目标位置时的激光加工时间的图。

具体实施方式

下文，将参照附图详细描述根据本发明的激光加工方法的优选实施例。

参照图1，激光加工系统(LaserMachiningSystem)100通常也称为激光打标机(marker)，包括：工作台系统(以下称为工作台)170，在所述工作台系统中装载工件99；激光器系统(LaserSystem)130，所述激光器系统130生成对所述工件99进行机械加工所需的高能量状态的激光束(LaserBeam)B；以及扫描器系统(以下称为扫描器)150，所述扫描器系统150具有多个电流计(151,152)，所述电流计(151,152)使来自所述激光器系统130的激光束集中或定位至工件的特定位置。所述工作台170作为低速驱动器，在与工件99的平面平行的方向的X-Y坐标上移动，所述扫描器系统150通过两个电流计将来自所述激光器系统130的激光束B集中或定位在工件99的表面的特定位置。

在本发明中，低速驱动器通常可以选自已知的X-Y台、混合工作台或门式工作台中的任一者。

图2是示意性地示出所述激光加工系统100的整体结构的框图。

根据本发明的激光加工系统100基本包括如上所述的装载工件99的工作台170及用于驱动该工作台170的工作台控制部160。

参照图2，激光加工系统100基本包括生成对工件99进行机械加工所需的高能量状态的激光束B的激光器系统130及驱动该激光器系统130的激光器驱动器120、以及装载通过所述激光束加工的工件99的工作台170及用于驱动该工作台170的工作台控制部160。

这种激光加工系统100还包括扫描器150及驱动该扫描器150的扫描器驱动部140，所述扫描器150以光学方式高速控制从所述激光器系统130射出的激光束的行进方向从而将激光束集中或定位在所述工件99的特定位置。

此外，所述激光加工系统100还包括控制主机(ControlHost)110，所述控制主机110通过所述激光器驱动器120和扫描器控制部140控制所述激光器系统120和所述扫描器系统130。在本发明中，控制主机可以简单地称为“控制部”，此外，控制部还可以包括编码器。

在上述结构中，所述工作台170利用设置在内部的编码器(encoder)向控制主机110反馈工作台及其上装载的工件的位置或坐标信息。

通过控制主机110或控制部，在低速驱动器朝向目标位置移动期间，所述高速驱动器接收对低速驱动器的移动的反馈，从而能够校正其位置。在激光加工时，实时接收关于连续变更工件的位置的工作台170的移动坐标的反馈信号的控制主机110，为了将激光束准确定位在连续移动的工作台170上的工件99的特定位置的表面，反映工作台的位置信息，控制扫描器系统150。也就是说，通过扫描器系统150确定的激光束的定位坐标通过根据工作台170的移动距离而被补偿，因此，即使工作台被连续驱动，针对工作台上的工件定位激光束也在目标位置上实现。

本发明中，搜索当前需要加工的位置和以后需要加工的位置，从而在高速驱动器能够加工的加工范围内具有尽可能多的图案，此外，考虑针对以后的行进方向的方向性，低速驱动器找到最佳路径(考虑加工方向的超前位置)，从而使移动最小化。此处，所述“图案”是在激光加工中从激光打开的时刻到激光关闭时刻所绘制的形状。

在本发明中，在低速驱动器操作期间，若在高速驱动器的加工区域内进入图案，则立即开始激光加工。此时，根据低速驱动器的位置移动作为反馈反映高速驱动器的位置控制。此处，低速驱动器相比高速驱动器发生相当长的反应延迟。

作为低速驱动器的工作台到达目标位置所需的加速时间和停止在目标速度消耗的减速时间相当长，而且，最大速度也被限制。加减速特性具有约0.1g～3g的范围，最大速度通常为0.5[m/sec]～2[m/sec]的范围。这种工作台的反应延迟通常为约20msec至400msec。这种反应延迟通过作为高速驱动器的扫描器而实现补偿，尤其，根据工作台的移动的位置变化通过能够高速驱动的扫描器而得到补偿。所述扫描器控制部确定来自工作台的反馈和扫描器的位置。此时，反映扫描器的反应延迟。

通常，高速驱动器的电流计的反应延迟通常约100us至400us。

图3示出在根据本发明的激光加工系统中的示意性控制流程图，图4是根据本发明的激光加工方法的整体流程图。

在整个激光加工中，在控制主机110中，基于整个区域内的各个加工位置，考虑扫描器150的加工范围或工作台的反应性(延迟反应)，计算低速驱动器的目标位置(S31)。这种目标位置的计算在进行激光加工的工作台的驱动期间也连续地进行。在这样计算目标位置后，接收来自低速工作台170的反馈，从而比较相对于整个加工区域的实际加工区域(S32)。而且，考虑实际加工位置和高速驱动器的加工范围确定低速驱动器的目标位置(S33，S36)，并将其输出至扫描器和工作台。此时，作为高速驱动器的扫描器系统150的实际位置通过作为低速驱动器的工作台170的反馈(FB)进行补偿(S34)。也就是说，将扫描器S150的位置补偿(S34)连续操作的工作台的移动距离或位置，从而确定扫描器的实际位置、即激光岀射点。此处，扫描器的位置(激光岀射点)指的是根据针对工件的扫描器的物理位置确定的加工范围内，激光束向实际工件岀射的位置，该位置是激光束所定位的工件的表面的一点。而且，在一个图案的加工结束后移动至下一位置的情况下，对将扫描器150的位置放在朝向其它区域的行进方向的前头的加工区域边界条件进行处理(S34)，下面对此进行详细说明。

在图3中的控制主机110内部的控制流程在图4的整体流程中进行说明。

参照图3和图4，首先，针对整个加工区域，基于各个加工位置，考虑作为高速驱动器的扫描器的加工范围或作为低速驱动器的工作台170的反应性，预先计算工作台170朝向下一个位置的移动路径，通过缩短的移动路径获得最佳目标位置(S41)。这是为了利用低速驱动的工作台170的最小移动和高速驱动的扫描器150的快的特性。

使工作台170朝向所计算的目标位置低速移动，而且，使扫描器150朝向实际加工开始的位置高速移动(S42)。将实际加工开始的位置和当前工作台170的位置进行比较，判断工作台170的当前位置是否到达(存在于)加工范围内(S43)，若到达，则在下一个步骤(S44)中开始加工，若没有存在于加工区域内，则使工作台170继续朝向目标位置移动，同时继续比较工作台的当前位置是否到达加工区域(S43)。此时，高速驱动的扫描器150的实际位置停留在扫描器150具有的整个区域的边界线上扫描器移动方向上的前头，一旦在边界线上的前头到达目标位置，则进行加工(S44)。在该加工(S44)中，实现激光器系统的控制，此时，将扫描器及工作台的位置实时输出到扫描器及工作台，从而在加工区域内进行加工。在该过程中，判断一个图案(激光打开到关闭所加工的形状)的加工是否完成(S45)，一个图案加工完成后，移动至用于加工下一个图案的位置，反复上述过程，若确认到(S46)加工区域内的所有图案都被加工，则加工结束。

继续参照图3，根据本发明的激光加工方法，在加工主机110中接收来自作为低速驱动器的工作台170的反馈(FB),从而能够实时补偿(S34)到作为高速驱动器的扫描器150的输出。能够实时变更到扫描器150的输出，且通过加工区域的比较(S32)可以调整加工开始时间是指，与加工范围无关，在非加工区域中可以将扫描器的速度设定为最大。

以下，更详细地说明根据本发明的激光加工方法的实施例。

参照图5，在扫描器的加工范围31内存在加工图案P的图中示出左右两种情况(a)和(b)。在该情况下，由于在扫描器的加工范围31内设置两个图案P，因此在这两个图案之间的非加工区域32、33中，与距离无关，扫描器可以以最大速度移动。

图5的(c)和(d)示出针对工件的两个图案的加工速度(阴影部分)和此时的工作台的传送速度变化。此处，高速驱动器的最大速度为2000mm/sec，工作台的最大速度为500mm/sec，针对工件的加工速度为200mm/sec。

在加工针对在图5的(a)中所示的加工区域31的图案P时，在示出扫描器的速度变化的图5的(c)的图中，非加工区域32的距离非常短，持续移动的工作台的移动速度Vs没有达到最大速度(500mm/sec)，在(d)的图中，虽然在加工范围中，但是非加工区域33的移动距离长，因此工作台的速度可以达到最大值(500mm/sec)。

下面，通过图6说明多个加工图案分散而不存在于一个加工范围内的情况。

在方形的两个加工图案之间放置一定距离(41a至43b)的非加工区域的情况下，作为低速驱动器的工作台朝向预先计算的第一目标位置移动(在图中从左到右)。此时，作为高速驱动器的扫描器相比工作台可以以非常快的速度移动，在非加工区域内移动期间，位于加工区域的边界(41b、42b)。在图中，附图标记41、42、43示出阶段性地移动的扫描器的加工范围。在第一位置的加工范围41中，在完成加工其内部的加工图案41a时，扫描器的位置移动至加工范围41的边界41b。该位置作为行进方向的前头部分，为距离下一个目标地点最近的位置。在该状态下，若工作台移动，则从状态42变为状态43。若通过工作台的传送图案43b进入加工范围43内，则扫描器马上高速加工图案，此时，持续移动至考虑所计算的下一个目标而形成的第二目标位置。

此处重要的是，如作为针对所述图6的过程的时间-速度图的图7所示，扫描器到达实际加工位置，等待到达能够加工的范围的时刻45。通过工作台的反馈和加工位置的差异计算加工范围，若图案进入加工范围内，则开始加工。

由此，在本发明中，在非加工区域中，与加工范围无关，能够将高速驱动器控制为最大速度，这有助于缩短整个加工时间。

如上所述，在本发明的激光加工方法中，在作为低速驱动器的工作台移动的状态中，能够利用作为高速驱动器的扫描器进行激光加工。这是可行的，这是因为高速驱动器的实际加工位置接收对根据工作台的移动的位置变更的反馈，其补偿高速驱动器的实际加工位置。

此外，在根据本发明的激光加工方法中，在作为高速驱动器的扫描器的加工范围外存在新的要加工的图案的情况下，将工作台沿着新的要加工的图案方向移送，此时，将扫描器定位在加工范围的前头边界，若图案进入加工范围内，则可以立即进行加工，通过此，能够以更快的速度加工图案。

应当理解，虽然已参照附图中所示的实施例描述了本发明，但这仅是示例性的，本领域的普通技术人员能够进行各种变型和等同的其它实施例。因此，本发明的真正的保护范围仅由所附的权利要求书来进行限定。

Claims (17)

1.一种利用高速驱动器和低速驱动器进行的激光加工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

使所述低速驱动器朝向第一目标位置移动；

在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，如果在所述高速驱动器的加工区域内具有工件的至少一个加工图案，则执行激光加工；以及

在所述高速驱动器加工所述图案后，使所述低速驱动器朝向第二目标位置移动。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，所述高速驱动器接收对所述低速驱动器的移动的反馈，并对所述高速驱动器的位置进行校正。

3.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述图案是在激光加工中从激光加工打开的时刻到激光加工关闭的时刻所绘制的形状。

4.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述第一目标位置或所述第二目标位置是考虑所述工件的下一个加工图案位置而确定的。

5.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，在所述高速驱动器不执行激光加工而仅移动的情况下，所述高速驱动器位于所述加工区域的边界。

6.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，在确定所述第一目标位置或所述第二目标位置时，考虑所述高速驱动器和所述低速驱动器的移动速度的差而进行确定。

7.一种激光加工方法，包括下列步骤：

驱动装载有工件的低速驱动器，使对工件执行激光加工的高速驱动器的加工区域移动至工件的图案形成位置(目标位置)；

如果工件的图案形成位置进入高速驱动器的加工区域内，则执行激光加工；以及

在所述激光加工期间，朝向针对所述工件的下一个图案形成位置移送所述低速驱动器。

8.根据权利要求1所述的激光加工方法，还包括以下步骤：反馈所述低速驱动器的位置信息，从而校正所述高速驱动器的位置。

9.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，在移送低速驱动器时，将所述高速驱动器的激光出射点定位在所述加工区域的朝向所述图案形成位置的边界，若通过所述低速驱动器针对所述工件的图案形成区域进入所述高速驱动器的加工区域，则立即开始激光加工。

10.根据权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，所述高速驱动器是电流计，所述低速驱动器是工作台。

11.根据权利要求4所述的激光加工方法，其特征在于，所述低速驱动器为XY台、混合工作台或门式工作台中的任一者。

12.一种激光加工系统，所述激光加工系统执行根据权利要求1所述的激光加工方法，所述系统包括：

装载工件的低速驱动器；

高速驱动器，所述高速驱动器针对在所述低速驱动器上装载的工件进行激光加工；

编码器，所述编码器设置在所述低速驱动器上并反馈所述低速驱动器的位置信息；以及

控制主机，所述控制主机控制所述低速驱动器和所述高速驱动器，利用所述位置信息校正所述高速驱动器的位置。

13.根据权利要求12所述的激光加工系统，其特征在于，所述高速驱动器是电流计，所述低速驱动器是工作台。

14.根据权利要求12或13所述的激光加工系统，其特征在于，所述低速驱动器为XY台、混合工作台或门式工作台中的任一者。

15.一种包括高速驱动器和低速驱动器的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置包括：

控制部，所述控制部进行控制，从而使所述低速驱动器朝向第一目标位置移动；在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，如果在所述高速驱动器的加工区域内具有工件的至少一个加工图案，则执行激光加工；在所述高速驱动器加工所述图案后，所述低速驱动器朝向第二目标位置移动。

16.根据权利要求15所述的激光加工装置，其特征在于，所述低速驱动器装载有工件，所述高速驱动器包括激光加工部。

17.根据权利要求15所述的激光加工装置，其特征在于，所述控制部进行控制，使得在所述低速驱动器朝向第一目标位置移动期间，所述高速驱动器接收对所述低速驱动器的移动的反馈，并对所述高速驱动器的位置进行校正。