CN1056108C - 二氧化碳激光加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为提供能高速进行高精度孔加工的二氧化碳激光加工装置,包括Co2激光振荡器,旋转动作的反射镜,使通过反射镜而反射、扫描的激光在规定平面上聚焦的光学构件,具有在进行任意孔加工中能达到每秒加工100个孔以上的加工速度的显著效果。
Description
本发明涉及电子设备和构件等精密加工用的二氧化碳激光加工装置。
以往,在加工用激光振荡器中,Co2激光振荡器和Nd:YAG激光振荡器两类约占其中的大部分。而且,Co2激光振荡器大多用于铜材切断、焊接,Nd:YAG激光振荡器主要用于精密加工。这样按使用划分,是由于对于激光输出限于最大不超过2KW左右的Nd:YAG激光振荡器而言,因Co2激光振荡器的激光输出在10KW以上,故适用于铜材加工等,以及Co2激光振荡器的波长为10.6μm,而Nd:YAG激光振荡器的波长与之相比有10倍之差,在用透镜使激光聚焦时的聚光点的直径方面,Nd:YAG的聚光点直径小,从而促使其适用于精密加工。
然而,存在加工对象为树脂或玻璃等,在Co2激光器波长附近的光易于被吸收,而Nd:YAG激光波长附近的光难于被吸收的场合,虽说是精密加工却要选用Co2激光振荡器。由于在激光加工应用领域,至今在精密加工中大概尚无应用Co2激光振荡器的事例,特别是尚未制出以精密加工为目的的Co2激光加工装置。因此,以往通常将Co2激光加工装置用于铜材加工或类似场合。
后述图7表示传统Co2激光加工装置的构造一例。28为Co2激光振荡器,29表示从振荡器发射出的激光,30是反射镜,为了使射出的激光反射改变方向,31是为使激光聚焦的透镜,32为被加工物,33是为使被加工物32移动,改变照射激光位置的可动载物台,34为Co2激光振荡器28和可动载物台33的控制单元。
在为切断被加工物32的场合,在为了使激光聚焦部照射切断部而进行被加工物32的定位后,通过按照控制单元的程序数值控制,一面使载放被加工物32的可动载物台33移动、一面连续照射激光,若规定的切断形状一定,激光输出和可动载物台33的移动速度关系也被决定,然而,在高形状精度要求的加工中,可动载物台33的移动速度受限制。
此外,要在被加工物32的任意位置上进行精密孔加工场合,在不照射激光状态,使其上载放被加工物32的可动载物台33移动到规定位置时停下来,然后照射激光进行孔加工,当完成此次加工后,再次在不照射激光状态,使可动载物台移动到下一孔加工位置。这样,孔加工的加工速度成为由使载物台33移动、停止所需的时间和照射激光时间的和来决定。在照射激光时间短的场合,主要受载物台33的移动、停止时间控制,然而,即使对于移动距离较短的场合,一次移动、停止所需时间通常也要0.1秒以上。
因此,传统的Co2激光加工装置,其进行精密加工时的加工速度受到可动载物台33的移动速度的限制。而可动载物台33的移动速度的高速化可通过改变载物台的惯性量、电动机动作机构的输出以及改善定位控制响应性来达到,从技术现状看,高速化上限为上述孔加工中的每一次移动、停止时间约0.1秒左右,因此,即使忽略激光照射时间,也不能达到每秒加工10个以上孔的加工速度。
因此,本发明目的在于提供能高速度高精度进行孔加工的Co2激光加工装置。
为达到上述目的的本发明Co2激光加工装置,包括一可发射从被加工物体穿过、完成孔加工的激光束的CO2激光振荡器,为将从该CO2振荡器射出的激光束反射、扫描的一对旋转反射镜,为将被上述一对旋转反射镜反射的激光束在预定的平面上聚焦、从被加工物体穿过、完成孔加工、由锌硒盐制的fθ透镜,以及一控制单元,由所述旋转反射镜分别构成检流反射扫描器,由所述fθ透镜构成远心光学系统,所述控制单元基于早先储存的数据控制使所述旋转反射镜旋转、定位在预定位置上、将激光束射入物体的预定被加工部分上进行被加工物体加工,其后、操作该CO2激光加工装置,使从该CO2激光振荡器发射的激光束射入物体的预定被加工部分上。
此外,根据本发明的CO2激光加工装置,包括一可发射从被加工物体穿过、完成孔加工的激光束的CO2激光振荡器,一为将从所述CO2振荡器射出的激光束分解成多激光束的射束分解器,为将所述激光束分支反射、扫描的多对旋转反射镜,为分别将被所述多对旋转反射镜反射扫描的激光束分支在预定平面上聚焦、从被加工物体穿过、完成孔加工多个由锌硒盐制的fθ透镜以及一控制单元,由所述旋转反射镜分别构成检流反射扫描器,由所述fθ透镜分别构成远心光学系统,所述控制单元基于早先储存的数据控制所述旋转反射镜旋转定位在预定位置上、分别将激光束各分支射入物体的预定被加工部分上进行被加工物体加工,其后操作所述CO2激光振荡器,使分别从射束分解器发射的激光束分支分别射入物体的预定被加工部分上。
据此,使从Co2激光振荡器射出的激光因一对旋转动作的反射镜反射、扫描后聚焦在被加工物的加工面上,从而能进行开孔、切断等加工。
本发明装置的加工速度由上述一对旋转动作的反射镜的动作速度决定,例如,在进行孔加工场合,能使一次旋转移动、停止所需的时间在0.01秒以下,因此,当和由上述可动载物台限定的速度相比较,能使加工速度提高约10倍。
对附图的简单说明
图1为表示本发明第1实施例Co2激光加工装置构造的图。
图2为表示上述实施例于Q透镜构造的图,
图3为表示本发明第2实施例Co2激光的工装置构造的图,
图4为表示激光扫描区域和加工区域关系的模式图,
图5为表示本发明第3实施例Co2激光加工装置构造的图,
图6为本发明第4实施例Co2激光加工装置构造的图,
图7为表示传统Co2激光加工装置构造的图。
以下,参照附图对本发明实施例Co2激光加工装置进行说明。
图1为表示本发明第1实施例Co2激光加工装置构造的图,本实施例是为对主要由树脂材料构成的薄板进行孔加工的装置。图1中的1为Co2激光振荡器,2表示从激光振荡器1射出的激光,3,4分别为使射出的激光反射、改变方向的反射镜,5,6分别是使激光偏转扫描的一对检流反射镜扫描器(以下简称检流反射镜),7为使通过检流反射镜而偏转、扫描的激光经常能在同一平面上聚焦的光学fθ透镜,8为把反射镜4,检流反射镜5,6以及fθ透镜7构成一体的保持架,9是薄板,10是当保持架8整个上下运动、为不使激光对准受影响,进行fθ透镜7和被加工物间的间隔调整时使产生的飞散物不伤害fθ透镜面而制造空气幕的空气喷咀,11是为把在加工时产生的飞散物吹走的喷咀,12为薄板保持架、为使薄板加工物的下部形成中空而便于加工,13为抽吸装置,是为从下部吸住薄板,并将加工时产生的气体引出,14为使加工生成的气体、粉尘排出的排气管,15为兼作为激光屏蔽板的外壳,16为Co2激光加工装置的控制单元,用于对Co2激光振荡器、检流反射镜以及包含在其它加工装置上的机器进行控制。
以下对装置的动作进行说明。首先按照预先输入控制单元16内的加工数据,为使激光能对规定的孔加工位置照射,进行检流反射镜5、6的旋转定位。由于旋转定位所需的时间因旋转角度而不同,在本实施例场合平均在0.01秒以下。当完成定位后,由控制单元16对Co2激光振荡器1发出发光触发信号,从Co2激光振荡器1输出具有以脉冲宽度表示的脉冲状时间波形和规定输出的激光。激光经反射镜3、4反射后,因检流反射镜向规定方向偏转,经fθ透镜7聚焦,对薄板9照射进行孔加工。本实施例激光照射时间,每照射一孔为0.001秒以下,fθ透镜7是由Co2激光加工装置用的一种光学材料锌硒盐(简称ZnSe)制的三片构成的组合透镜,如图2所示,设计成作为使激光聚焦部相对薄板面大致垂直照射的所谓远心光学系统。据此进行加工的孔相对薄板加工面具有较高精度的垂直度。
图3表示本发明第2实施例的Co2激光加工装置。
形成将其上载放第1实施例薄板的X、Y方向可动载物台17组合的构造。在第1实施例中,可进行孔加工的薄板的尺寸受限于由fθ透镜7的设计决定的激光扫描区域。当需要对具有比激光扫描区域大的尺寸的薄板进行加工时,可以如图4所示模式那样,在完成对规定的扫描区域18的加工后,使X、Y方向载物台运动,使激光扫描区域向相邻的未加工区域19移动,进行加工。通过反复进行此动作,能对X、Y方向载物台可动范围内尺寸的薄板进行加工。本实施例的激光扫描区域为50mm×50mm的矩形,例如,当需对100mm×100mm的薄板进行加工时,可分成4个加工区域。此外,要使加工数据在控制单元内分割成和该4个区域对应,随着加工的进展依次一并读出。
图5表示本发明第3实施例的Co2激光加工装置。
在第3实施例中,用射束分解器20使从1台Co2激光振荡器发射的激光形成分支,每分支分别具有检流反射镜21,22或23,24以及fθ透镜25或26,形成可同时对两块薄板进行加工的构造。此外,分支数也不限于分成2个区域,如果Co2激光振荡器有足够的输出,也可以分成4分支,8分支等。
图6表示本发明第4实施例的Co2激光加工装置。
本实施例具备其上能载放第3实施例中2块薄板的X、Y方向载物台27的构造。也可以构成分别具有用X、Y方向载物台的移动,对其上载放尺寸比激光扫描区域大的薄板加工的2分支的构造。
以上,对第1-4实施例作了说明,然而,检流反射镜也可以置换成由电动机和编码器组合而成的镜面旋转机构,重要在于只要能进行高速旋转定位就可以。此外,对于fθ透镜,也能使用反正弦函数透镜或方物面镜面进行聚焦,即只要是具有所谓平扫描作用的光学构件就可以。综上所述,若根据本实施例,对于主要以树脂材料构成的薄板,能以约10倍于传统例的高速进行孔加工。此外,通过与X、Y方向载物台组合,能使加工区域变宽,进而,通过将激光形成多分支,能同时进行2块以上薄板的加工。
如上所述,本发明的Co2激光加工装置由具有使从Co2激光振荡器发射的激光反射、扫描的一对旋转动作的反射镜和具有使经上述一对旋转动作的反射镜反射的激光在规定平面上聚焦作用的平扫描光学构件构成,和传统的用可动载物台进行被加工物定位的Co2激光加工装置相比较,具有能以提高约10倍的高速度进行精密孔加工的优点。
Claims (2)
1.一种CO2激光加工装置,包括一可发射从被加工物体穿过、完成孔加工的激光束的CO2激光振荡器,为将从该CO2振荡器射出的激光束反射、扫描的一对旋转反射镜,为将被上述一对旋转反射镜反射的激光束在预定的平面上聚焦、从被加工物体穿过、完成孔加工、由锌硒盐制的fθ透镜,以及一控制单元,其特征在于由所述旋转反射镜分别构成检流反射扫描器,由所述fθ透镜构成远心光学系统,所述控制单元基于早先储存的数据控制使所述旋转反射镜旋转、定位在预定位置上、将激光束射入物体的预定被加工部分上进行被加工物体加工,其后、操作该CO2激光加工装置,使从该CO2激光振荡器发射的激光束射入物体的预定被加工部分上。
2.一种CO2激光加工装置,包括一可发射从被加工物体穿过、完成孔加工的激光束的CO2激光振荡器,一为将从所述CO2振荡器射出的激光束分解成多激光束的射束分解器,为将所述激光束分支反射、扫描的多对旋转反射镜,为分别将被所述多对旋转反射镜反射扫描的激光束分支在预定平面上聚焦、从被加工物体穿过、完成孔加工多个由锌硒盐制的fθ透镜以及一控制单元,其特征在于由所述旋转反射镜分别构成检流反射扫描器,由所述fθ透镜分别构成远心光学系统,所述控制单元基于早先储存的数据控制所述旋转反射镜旋转、定位在预定位置上、分别将激光束各分支射入物体的预定被加工部分上进行被加工物体加工,其后操作所述CO2激光振荡器,使分别从射束分解器发射的激光束分支分别射入物体的预定被加工部分上。
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