CN1102796A - 二氧化碳激光加工装置 - Google Patents

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，而与Nd：YAG激光振荡器的波长间有10倍之差，在用透镜使激光聚焦时的聚光点的直径，Nd：YAG的直径小，从而使其适于精密加工。

然而，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3。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表示从振荡器射出的激光，30是反射镜，为了使射出的激光反射改变方向用的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，使照射激光的位置改变的可动载物台，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确定被加工物32的位置后，通过按照控制单元的程序数值控制，使载放被加工物32的可动载物台33移动的同时，连续照射激光，可由激光输出和可动载物台33的移动速度关系来决定某一规定的切断形状，然而，在高形状精度要求的加工中，可动载物台33的移动速度受到限制。

此外，在要对被加工物32的任意位置进行精密孔加工场合，通过在不进行照射激光状态，使载放被加工物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次孔加工位置。这样，孔加工的加工速度，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，主要由载物台33的移动、停止时间来支配，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、电动机动作元件的输出以及定位控制响应性的改善来达到，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进行高精度孔加工的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，包括为使从Co₂激光振荡器射出的激光反射、扫描的一对旋转动作的反射镜，和具有使因上述一对旋转动作的反射镜而反射的激光在规定平面上有聚焦作用的平扫描光学构件。

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，能使加工速度达到前者的约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（ガルパメ-タ-ミラ-スキ_セナ-）（以下简称检流反射镜），7为使通过检流反射镜而偏转、扫描的激光总是能在同一平面上聚焦的、光学上设计的的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是为了当保持架8整个上下运动不使激光对准受影响，对fθ透镜7和被加工物间的间隔进行调整时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，决定检流反射镜5、6的旋转位置，是为使激光对规定的孔加工位置进行照射。由于决定旋转位置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。当完成位置决定后，由控制单元16对Co₂激光振荡器1发出发光触发信号，从而由Co₂激光振荡器1输出具有规定的激光输出、脉冲宽度的脉冲状时间波形的激光。激光经反射镜3、4反射后，因检流反射镜向规定方向偏转，经于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为由Co₂激光用光学材料中一种的锌硒（ZnSe）制的三片构成的组合透镜，如图2所示，设计成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。据此进行加工的孔相对薄板加工面能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。

形成将其上载放着第1实施例薄板的X、Y两轴可动载物台17进行组合的构造。在第1实施例中，可能进行孔加工的薄板的尺寸限于由于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，在完成规定的扫描区域18的加工后，使X、Y轴载物台运动，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，能对具有不超过X、Y轴载物台可动范围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，形成分别的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，用射束分裂器20使从1台Co₂激光振荡器发射的激光形成分支，每分支具有检流反射镜21，22，23，24和fθ透镜25，26中的相应部分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。

本实施例具备能载放第3实施例中2块薄板的X、Y2轴载物台27的构造。通过2轴载物台的移动，对载放具有比激光扫描区域大尺寸的薄板加工，也可以采取分别具有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，主要在于要能进行高速旋转位置的决定。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、Y2轴载物台组合，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具有聚焦作用的平扫描区域的光学构件构成，和传统的以可动载物台进行决定被加工物位置的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 (4)

1、Co₂激光加工装置包括Co₂激光振荡器其特征在于，还包括使从上述Co₂激光振荡器射出的激光反射、扫描的一对旋转动作的反射镜，以及使由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的光学构件。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还具备一轴以上的决定可动位置的载物台。

3、Co₂激光加工装置包括Co₂激光振荡器其特征在于，还包括为使从一台Co₂激光振荡器射出的激光形成多分支，使每分支激光反射、扫描的一对旋转动作的反射镜，和使由上述一对旋转动作的反射镜反射、扫描的激光在规定平面上聚焦的光学构件。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于还包括相对使从一台Co₂激光振荡器射出的激光形成多分支使每分支具备一轴以上的决定可动位置的载物台。

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