CN1474730A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

激光加工装置将1束激光利用第1偏振光装置分光为2束激光，1束经过反射镜，另1束利用第1电流计扫描器在2个轴方向进行扫描，将2束激光引向第2偏振光装置后，用第2电流计扫描器进行扫描，对被加工物体进行加工，在所述激光加工装置中，用第1偏振光装置透射的激光用第2偏激光装置反射、用第1偏振光装置反射的激光用第2偏振光装置透射地构成光路。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及对印制电路板等被加工物体进行打孔加工为主要目的的激光加工装置，是谋求提高其生产率的激光加工装置。

背景技术

图6所示为以往的一般打孔用激光加工装置的简要构成图。

在图中，31为印制电路板等被加工物体，32为对被加工物体31进行例如辅助孔及通孔等打孔加工等用的激光，33为产生激光32的激光振荡器，34为使激光32反射而引导光路的多个反射镜，35及36为将激光32扫描用的电流计扫描器，37为使激光32聚焦在被加工物体31上用的fθ透镜，38为使被加工物体31移动用的XY平台。

在一般的打孔加工用激光加工装置中，由激光振荡器33激振的激光32，经过必需的遮光板及反射镜34，引向电流计扫描器35及36，通过控制电流计扫描器35及36的偏转角，利用fθ透镜37，将激光32聚焦在被加工物体31的规定位置。

另外，通过fθ透镜37的电流计扫描器35及36的偏转角，由于例如有50mm见方的界限，因此利用激光32对被加工物体31的规定位置进行聚焦，再通过控制XY平台38，就能够在大范围内对被加工物体进行加工。

一般，激光加工装置的生产率与电流计扫描器35及36的驱动速度和fθ透镜37的加工区域有密切的关系。

另外，在维持加工范围不变的情况下，要减小电流计扫描器的偏转角，虽然能够通过改变fθ透镜与电流计扫描器的位置关系等来改变光学设计，但设计最需要时间，并且必须改变非常昂贵的fθ透镜的规格及整个光学系统的设计，因此难以用单束激光以廉价又简单的方法提高生产率。

作为以提高前述方式的生产率为目的激光加工装置，例如有日本专利特开平11-314188号公报所揭示的装置。

图7为特开平11-314188号公报所示的激光加工装置的简要构成图。

在图中，39为被加工物体，40为遮光板，41为将激光进行分光用的半透明反射镜，42为二向色反射镜，43a为由半透明反射镜反射的激光，43b为透过半透明反射镜并用二向色反射镜反射的激光，44及45为反射镜，46为使激光43a及43b聚焦在被加工物体39上用的fθ透镜，47及48为将激光43a引向加工区域A1用的电流计扫描器，49及50为将激光43b引向加工区域A2用的电流计扫描器，51为使被加工物体的各部分移动至加工区域A1或A2用的XY平台。

图7所示的激光加工装置，是将通过遮光板40的激光经过半透明反射镜41分光为多束激光，并将分光后的激光43a及43b分别引向配置在fθ透镜46的入射侧的多个电流计扫描器系统，利用该多个电流计扫描器系统进行扫描，通过这样能够照向分开设定的加工区A1及A2。

另外，分光后的激光43a经过第1电流计扫描器系统47及48，引入fθ透镜46的一半区域。

而分光后的另一激光43b经过第2电流计扫描器系统49及50，引入fθ透镜46剩下的另一半区域，第1及第2电流计扫描器系统相对于fθ透镜46的中心轴对称配置，通过这样能够同时各利用1/2的fθ透镜46，提高生产率。

但是，在特开平11-314188号公报所揭示的装置中，由于其构成是将经过半透明反射镜41分光为多束的激光分别利用第1电流计扫描器系统47及48和第2电流计扫描器系统49及50进行扫描，照向分开设定的加工区A1及A2，因此在利用半透明反射镜41分光的激光43a与43b之间，由于通过半透明反射镜41进行反射与透射的判别，容易产生激光质量的差异，另外在分光能量不同时为了使能量相同，必须采用更昂贵的光学零部件。

另外，在图7所示的光路构成中还存在下述的问题，即分光后的激光43a与43b在通过遮光板40后到照向被加工物体39为止的光路长度不同，在被加工物体39上严格讲光束点的直径也不相同。

再有，由于将fθ透镜46等分割，对分开设定的加工区A1及A2同时进行加工，因此在加工区A1与A2的加工孔数有很大差别时，另外在工件端部等加工区A1及A2中某一个区没有加工对象孔时，不能指望提高生产率。

发明内容

本发明是为解决上述问题提出的，其目的在于提供一种激光加工装置，该激光加工装置能使分光后的激光能量及质量的差异最小，通过使各自的光路长度相等，使光束点的直径也相同，另外通过使分光后的激光照向同一区域，能够以更廉价的方法提高生产率。

另外，本发明的目的在于提供能够通过简单的调整使分光后的激光能量均匀、能够使加工性能更稳定的激光加工装置。

为了达到该目的，根据第1观点，激光加工装置将1束激光利用第1偏振光装置分光为2束激光，1束经过反射镜，另1束利用第1电流计扫描器在2个轴方向进行扫描，将2束激光引向第2偏振光装置后，用第2电流计扫描器进行扫描，对被加工物体进行加工，在这种激光加工装置中，用第1偏振光装置透射的激光用第2偏振光装置反射、用第1偏振光装置反射的激光用第2偏振光装置透射地构成光路。

另外，配置成2个偏振光装置的反射面互相相对，形成分光后的各激光的光路长度分别相同的光路。

另外，在第1偏振光装置的前面配置角度能够调节的第3偏振角调整用偏振光装置。

再有，设置能够测量激光能量的传感器，测量2束激光的能量，并调整第3偏振角调整用偏振光装置的角度，以便以所希望比例的能量取出2束激光。

附图说明

图1所示为本实施形态的激光加工机的简要构成图。

图2为偏振光分束器的分光模式图。

图3所示为其它实施形态的激光加工机的简要光路构成图。

图4为偏振角调整用偏振光分束器部分的放大图。

图5为偏振角调整用偏振光分束器的自动调整程序流程图。

图6所示为以往的一般打孔用激光加工机的简要构成图。

图7所示为以往的以提高生产率为目的的打孔用激光加工机的简要构成图。

具体实施方式

实施形态1

图1所示为将1束激光利用分光用偏振光分束器分光为2束激光、并通过将2束激光独立进行扫描能够对2个地方同时进行加工的打孔用激光加工装置的简要构成图。

在图中，1为激光振荡器，2为激光，2a为入射延迟片3前的激光2的偏振方向，2b为用延迟片3反射后的激光2的偏振方向，3为将直线偏振光的激光变为圆偏振光的延迟片，4为要使加工孔形成所希望的大小及形状而从入射的激光取出所需要部分的激光的遮光板，5为将激光2反射沿光路引导的多个反射镜，6为将激光2分光为2束激光的第1偏振光分束器，7为用第1偏振光分束器6分光的1束激光，7a为激光7的偏振方向，8为用第1偏振光分束器分束的另1束激光，8a为激光8的偏振方向，9为将激光7及激光8引向电流计扫描器12用的第2偏振光分束器，10为使激光7及8聚焦在被加工物体13上用的fθ透镜，11为将激光8在2个轴方向扫描并引向第2偏振光分束器用的第1电流计扫描器，12为将激光7及激光8在2个轴方向扫描并引向被加工物体13用的第2电流计扫描器，13为被加工物体，14为使被加工物体13移动用的XY平台。

下面说明本实施形态的详细动作过程。

如本实施形态所示，将1束激光利用分光用偏振光分束器分光为2束激光，并将2束激光独立进行扫描，通过这样能够对2个地方同时进行加工，在这样的打孔加工用激光加工装置中，由激光振荡器以直线偏振光激振的激光2，利用在光路途中配置的延迟片3，变为圆偏振光，再经过遮光板4及反射镜5，引向第1偏振光分束器6。然后，利用第1偏振光分束器6，以圆偏振光入射的激光2的P波分量透过偏振光分束器6，形成激光7，S波分量由偏振光分束器6反射，分光成为激光8。

另外，由于圆偏振光在所有方向都具有均匀的偏振光分量，因此进行分光使激光7与激光8具有相同的能量。

透过第1偏振光分束器6的激光7，经过弯曲反射镜5，引向第2偏振光分束器9。

另一方向，用第1分束器6反射的激光8，利用第1电流计扫描器11在2个轴方向进行扫描后，引向第2偏振光分束器9。

另外，激光7总是以相同的位置引向第2偏振光分束器9，而激光8通过控制第1电流计扫描器11的偏转角，能够调整入射至第2偏振光分束器9的位置及角度。

然后，激光7及8利用第2电流计扫描器12在2个轴方向扫描后，引向fθ透镜10，分别聚焦在被加工物体13的规定位置。

这时，通过将第1电流计扫描器11进行扫描，激光8在被加工物体13上能够与激光7照射在同一位置。

另外，能够在预先设定的范围内，相对于激光7的任意位置，例如考虑到通过将电流计扫描器11进行扫描，激光8的以激光7为中心的分束器窗口特性，可在4mm见方范围内进行扫描，同时通过例如在50mm见方的能够加工范围内偏转的第2电流计扫描器12，将激光照射在被加工物体13上的任意不同的2点。

另外，在本实施形态中是这样构成的，即在第1偏振光分束器6反射的激光8透过第2偏振光分束器9，而透过第1偏振光分束器6的激光7在第2偏振光分束器9反射。

因此，分光的2束激光分别经过反射及透射这两个过程，所以能够抵消因反射与透射的不同而引起的激光质量的差异及能量的不均衡。

这里，利用激光7及激光8对被加工物体13进行加工的加工孔的质量与激光的能量有很大的关系。

在用激光7及激光8对被加工物体13加工相同质量的孔时，必须使激光7与激光8的能量相等。

因此，在本实施形态中，采用将激光2分光为激光7及激光8的第1偏振光分束器6，通过使P被透射，使S波反射，分光为2束激光光束。

另外，对于第1偏振光分光束6，必须使具有均匀的P波及S波分量的激光入射。

图2的中间所示为第1偏振光分束器6的正视图，在其左右所示为侧视图，在其上部所示为顶视图。

在图中，61为偏振光分束器的窗口部分，在二氧化碳激光的情况下，使用ZnSe或Ge。62为将窗口部分61反射的激光折向90°用的反射镜。

入射至偏振光分束器6的激光，其偏振方向7a的分量(P波分量)具有透射性质，其偏振方向8a的分量(S波分量)具有反射性质。

顺便说一下，P波及S波的偏振方向是直线前进方向。

因此，若入射激光的偏振方向与偏振方向7a(P波分量)相同，则全部透射；若与偏振方向8a(S波分量)相同，则全部反射。

另外，若是所有偏振方向均匀存在的圆偏振光或P波及S波是形成45°角度的偏振方向，则激光被等分，激光7与激光8的能量相等。

在本实施形态中，由于如图1所示配置2个偏振光分束器，通过这样使第1偏振光分束器6至第2偏振光分束器9之间的激光8与7的光路长度相等，因此能够使分光后的2束激光的光束点直径相同。

例如，在本发明的实施形态中，即使将光路沿X、Y、Z的方向分解，各自也形成相同的光路长度，因此即使改变光路构成要素的大小设计，也能够通过将光路沿X、Y、Z的方向伸缩，能够使激光8与7的光路长度保持相等的情况不变。

实施形态2

在上述实施形态1中，由激光振荡器1激振的激光2，必须对延迟片3以入射光与反射光形成90°角度入射，另外激光2的偏振方向2a，必须对延迟片3以相对于入射光轴与反射光轴作为2边的平面与延迟片3的反射面的交线为45°角度入射。

这里，假设相对于延迟片3的激光2入射的偏振方向及光轴角度的调整不够，则圆偏振率下降，入射至第1偏振光分束器6的激光2的P波分量与S波分量不均匀，激光7与激光8的能量不均匀，激光2在入射至延迟片3时的偏振方向及光轴角度的调整，由于偏振方向用眼睛看不见，在二氧化碳激光那样不是可见光的情况下，光轴角度也不能目测，因此还存在下述的情况，即若测量圆偏振率不准确，则必须反复进行角度调整，这是非常烦琐的作业。

另外，在使激光2形成圆偏振光2b之后，在入射至第1偏振光分束器6之前，利用多个反射镜5进行反射，在用反射镜5进行反射时，有的情况下圆偏振率也下降。

因此，在本实施形态中，不使用圆偏振光，而使用以直线偏振激振的激光，下面说明这种情况。

图3所示为本发明实施形态的激光加工装置的简要构成图。

在图中，2c为入射至第3偏振分束器15之前的激光2的偏振方向，2d为透过第3偏振光分束器15之后的激光2的偏振方向，15为调整激光2的偏振方向用的第3偏振光分束器，16为测量从fθ透镜出射的激光能量的功率传感器，17为遮住激光7的第1光闸，18为遮住激光8的第2光闸。功率传感器16固定在XY平台14上，在测量激光能量时，功率传感器16能够移动至激光可照射功率传感器16的受光部分的位置。

另外，其它相同符号与实施形态1中所示的图1相同，因此省略其说明。

图4为图3所示的第3偏振光分束器15的详细说明图。

在图中，20为伺服电动机，21为固定第2偏振光分束器15及伺服电动机20的支架，22为将伺服电动机20的驱动力传递给第3偏振光分束器15的同步齿型带，23为安装在伺服电动机20上的将伺服电动机20的驱动力传递给伺服同步齿型带22的第1皮带轮，24为安装在第3偏振光分束器15的利用同步齿型带22旋转的第2皮带轮，25为阻挡用第3偏振光分束器15反射的激光2的S波分量的挡板。

激光2由激光振荡器1以直线偏振光20激振，用反射镜5反射，引向第3偏振光分束器15。

激光2的P波分量透过第3偏振光分束器15，改变偏振方向为具有与直线偏振光2c不同角度的直线偏振光2d，引向遮向板4。

另外，激光2的S波分量用第3偏振光分束器15反射，被挡板25吸收。

在遮光板4中仅所希望部分透过的激光2用反射镜5反射，引向第1偏振光分束器6。

在第1偏振光分束器6中，激光的P波分量透过第1偏振光分束器6(激光7)，S波分量用第1偏振光分束器6反射(激光8)。

激光7用反射镜5反射，被相用第2偏振光分束器9之后，被引向第2电流计扫描器12，沿X方向及Y方向进行扫描，用fθ透镜10进行聚焦，对安装在XY平台14上的被加工物体13进行加工。

另一方面，激光8用第1电流计扫描器11沿X方向及Y方向进行扫描，被引向第2偏振光分束器9。

然后，用第2电流计扫描器12再一次沿X方向及Y方向进行扫描之后，用fθ透镜10进行聚焦，对安装在XY平台14上的被加工物体13进行加工。

为了改变激光7与激光8的能量均衡，只要改变入射至第1偏振光分束器6的P波分量与S波分量的比例即可，在对第1偏振光分束器6入射直线偏振光的激光时，只要改变入射激光2的偏振角度2d即可。顺便说一下，若去掉第1偏振光分束器6的损耗及制造误差等，使得与P波相同偏振方向的激光2入射，则全部形成激光7透过，而使得与S波相同偏振方向的激光2入射，则全部形成激光8反射。

为了使分光的激光7与激光8的能量相等，只要以相对于P波及S波为45°的偏振角使激光2入射即可。

由于激光2在由激光振荡器1激振时的偏振角2c取决于激光振荡器1的光学结构，因此偏振光不容易改变。

但是，若使激光2通过第3偏振光分束器15，则由于仅P波分量通过，而S波分量反射，因此通过改变第3偏振光分束器15的角度，就能够很容易改变激光2的偏振角2c。

即，若使分光的激光7与激光8的能量相等，则只要调整第3偏振光分束器15的角度，使得对第1偏振光分束器6，激光2相对于P波及S波以偏振角2d形成45°角度入射即可。

关于第3偏振光分束器15的角度调整机构如图4所示。

第3偏振光分束器15固定在支架21上，使其能够以激光2的光轴为中心旋转，另外固定第2皮带轮24，使其与第3偏振光分束器15一起旋转。

另外，安装有第1皮带轮23的伺服电动机20也固定在支架21上，固定在第3偏振光分束器15上的第2皮带轮24与固定在伺服电动机20上的第1皮带轮23用同步齿带22连接。

根据未图示的控制装置发出的信号，伺服电动机20旋转，则通过同步齿型带22将驱动力传递给第3偏振光分束器15，第3偏振光分束器15的角度变化。另外，用第3偏振光分束器15反射的激光2的S波分量用挡板25阻挡。

这里，在用第3偏振光分束器15调整偏振方向的角度时，由于S波分量不透过，构成损耗，因此在高效率利用激光时，最好使第3偏振光分束器15之前的激光2的偏振角2A与第3偏振光分束器15之后的激光2的偏振角2d尽可能为相同角度入射。

为了对第1偏振光分束器6以正确的偏振角入射激光2，第3偏振光分束器15的角度调整起到对偏振角2d进行微调的作用。

图5所示为本发明实施形态中为了以所希望比例的能量取出2束激光而自动调整偏振角调整用偏振光分束器的角度时的流程。

利用图3及图5进行说明，为了说明方便起见，说明使2个能量相等的情况。

另外，即使在2束激光的能量是不同比例的情况下，若改变初始设定，则也能够用同样的方法实施。

决定激光7与激光8允许的能量差，输入至未图示的控制装置，执行第3偏振光分束器15的自动角度调整程序。

首先，功率传感器14移动至固定在XY平台14上的功率传感器16的受光部分能够接受到由fθ透镜10出射的激光的位置。

然后，第2光闸18关闭，由激光振荡器1激振，产生激光。

通过关闭第2光闸18，则激光8被该部分遮断，从fθ透镜10仅出射镜7，用功率传感器16测量激光7的能量。

能量测量后，暂时停止激光的激振，第1光闸17关闭，第2光闸18打开，激光再次被激振。这一次，通过关闭第1光闸17，则激光7被该部分遮断，从fθ透镜10仅出射激光8。用功率传感器16测量激光8的能量。能量测量后，停止激光的激振，第2光闸18打开。在控制装置中计算测量的2束激光的能量差，与开始输入的允许值进行比较。

若是在允许值范围内，则程序结束，而在偏离了允许值时，则调节税第3偏振光分束器15的角度，再次进行2束激光的能量测量，重复前述动作，直到在允许范围内为止。第3偏振光分束器15的角度调整量取决与入射激光2的偏振方向2d及第1偏振光分束器6的安装角度，若将第3偏振光分束器15透过后的激光2的偏振角2d相对于第3偏振光分束器15入射前的激光2的偏振角2c改变几度左右，则理论上推导出第3偏振光分束器15的角度每1度大约能够调整7％的能量差。

这样，由于第3偏振光分束器15的调整角度与2束激光的能量差的关系理论上能够根据入射激光2的偏振角2d及第1偏振光分束器6的安装角度推导出，因此调整也取决于能量差的允许值，但若是5％左右的允许值，则由于实施2次上述调整循环，调整(程序)就结束，因此能够在短时间内很容易完成调整。

根据本实施形态，激光加工机是将1束激光利用分光用偏振分束器分光为2束激光，通过将2束激光独立扫描，对2个地方同时进行加工，在所述激光加工机中，在偏振光分束器的前面设置偏振角调整用偏振光分束器，使得能够相对于分光用偏振光分束器的P波(透射波)及S波(反射波)改变激光的偏振角，在该偏振角调整用偏振光分束器上设置能够调节角度的机构，能够根据来自控制装置的指令调节角度，通过这样容易调整分光的激光能量的均衡性，使能量均匀，从而能够使加工性能稳定，另外能够缩短操作时间，同实现稳定生产。

另外，设置能够测量激光能量的传感器，测量2束激光的能量，并通过能够自动调整偏振角调整用偏振光分束器的角度，使其以所希望比例的能量取出2束激光，就能够更进一步缩短操作时间，另外由于容易调整，因此对操作者的熟练程度没有要求，能够实现稳定的加工。

如上所述，根据本发明，能够使分光的激光质量均匀，消除能量的差异，使生产率提高。

另外，通过使分光的2束激光的光路长度相等，能够使2束激光的光束点直径相等。

另外，能够容易调整分光的激光能量均衡性，能够缩短操作时间，同时实现稳定生产。

另外，设置能够测量激光能量的传感器，测量2束激光的能量，并通过能够自动调整偏振角调整用偏振光分束器的角度，使其以所希望比例的能量取出2束激光，就能够更进一步缩短操作时间，另外由于容易调整，因此对操作者的熟练程序没有要求，能够实现稳定的加工。

工业上的实用性

如上所述，本发明有关的激光加工机适用于对印制电路板等被加工物体以打孔加工为主要目的激光加工机。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，是将1束激光利用第1偏振光装置分光为2束激光，1束经过反射镜，另1束利用第1电流计扫描器在2个轴方向进行扫描，将2束激光引向第2偏振装置后，用第2电流计扫描器进行扫描，对被加工物体进行加工，其特征在于，

用第1偏振光装置透射的激光用第2偏振光装置反射、用第1偏振光装置反射的激光用第2偏振光装置透射地构成光路。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

配置成2个偏振装置的反射面互相相对，形成分光后的各激光的光路长度分别相同的光路。

3.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

在第1偏振装置的前面，配置角度能够调节的第3偏振角调整用偏振光装置。

4.如权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

设置能够测量激光能量的传感器，测量2束激光的能量，并调整第3偏振角调整用偏振光装置的角度、以便以所希望比例的能量取出2束激光。

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