DE102013110616B4

DE102013110616B4 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013110616B4
Application number: DE102013110616.1A
Authority: DE
Inventors: Isao Matsutani; Tetsuji Yamaguchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: DE102013110616A1; JP5709023B2; JP2014073522A

Abstract

Laserbearbeitungsvorrichtung (1), die eine Laserbearbeitung durch Ausstrahlen von Licht auf ein bearbeitetes Objekt (2) durchführt, die aufweist: einen Laser-Oszillator (3), der gepulstes Licht erzeugt; eine Sammellinse (5), die das Licht, das durch den Laser-Oszillator (3) erzeugt wird, auf das bearbeitete Objekt (2) bündelt; und ein Entfernungsmittel (6, 7, 8, 11, 30, 31, 32, 33), das Energie, die von Licht, das durch das Entfernungsmittel gebündelt wird oder einem Funken, der durch das Entfernungsmittel erzeugt wird, stammt, zu einem Strahlengang (L) zwischen der Sammellinse (5) und dem bearbeiteten Objekt (2) zuführt, um eine Verunreinigung, die von dem bearbeiteten Objekt (2) während der Laserbearbeitung erzeugt wird, aus dem Strahlengang zu entfernen.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
Verwandte Technik
In der verwandten Technik ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung bekannt, die einen Laserstrahl auf ein bearbeitetes Objekt ausstrahlt, um ein Bearbeiten wie zum Beispiel ein Bilden einer Mikrorille oder einer Mikropore in dem Objekt durchzuführen. Bei der Laserbearbeitung wird eine Bearbeitungsverunreinigung (im Folgenden als ”Verunreinigung” bezeichnet) von dem bearbeiteten Objekt infolge einer Laserablation erzeugt, die auftritt, wenn der Laserstrahl auf das bearbeitete Objekt ausgestrahlt wird.
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die in der JP 2004-337 947 A beschrieben ist, erzeugt eine Drallströmung eines Hilfsgases nahe einer Bearbeitungsstelle, bei der der Laser auf das bearbeitete Objekt ausgestrahlt wird. Die Verunreinigung, die während einer Laserbearbeitung erzeugt wird, wird zusammen mit dem Hilfsgas durch eine Düse angesaugt. Hierbei bewegt sich infolge der Zentrifugalkraft eine flüssige Verunreinigung mit einer verhältnismäßig großen Masse zur Außenseite der Drallströmung. Folglich wird die flüssige Verunreinigung aus dem Strahlengang des Laserstrahls entfernt.
Wenn die Pulsweite des Laserstrahls, die von der Laserbearbeitungsvorrichtung verwendet wird, ein ultrakurzer Puls von beispielsweise 10 Pikosekunden oder weniger ist, befindet sich die Verunreinigung, die während einer Laserbearbeitung erzeugt wird, in einem feinen pulverförmigen Zustand. Die Verunreinigung bewegt sich mit einer hohen Geschwindigkeit.
In diesem Fall ist es in der in JP 2004-337 947 A beschriebenen Technologie schwierig, die Verunreinigung durch die Düse zu saugen, da die Luftenergie, die die Verunreinigung ansaugt, kleiner als die Bewegungsenergie der Verunreinigung ist. Wenn sich eine Verunreinigung, die nicht durch die Düse aufgenommen worden ist, in dem Strahlengang des Laserstrahls befindet, absorbiert die Verunreinigung die Energie des Laserstrahls. Es ergibt sich das Problem, dass eine Bearbeitungseffizienz abnimmt.
Die vorliegende Erfindung ist vor dem Hintergrund des oben beschriebenen Gegenstands gemacht worden. Ein beispielhafter Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, eine Verunreinigung, die während einer Laserbearbeitung erzeugt wird, zu entfernen und eine Laserbearbeitung mit einem hohen Wirkungsgrad durchzuführen.
Aus der DE 103 10 293 A1 ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren bekannt, durch welches das Laserbohren oder -abtragen optimiert wird. Gegenüber einem zu bearbeitenden Werkstück ist eine Elektrode angeordnet. Eine Strom-Spannungsquelle ist so geschaltet, dass zwischen Werkstück und Elektrode ein elektrisches Feld anliegt, wobei das Werkstück positiv und die Elektrode negativ geladen ist. Ein Laserstrahl ruft durch Beaufschlagung an einer Wirkstelle des Werkstücks Materialabtrag hervor. In der Nähe der Wirkstelle entstehende Metall- und/oder Plasmaionen sind positiv geladen. Sie werden in Richtung der Elektrode beschleunigt, so dass sie von der Wirkstelle entfernt werden.
JP 2011-189 362 A offenbart eine Laserbearbeitungsmaschine, bei der eine Bearbeitungseffizienz dadurch gesteigert wird, dass einem einen Abtrag bewirkenden Laserstrahl ein zweiter Laserstrahl, dessen Intensität für einen Abtrag nicht ausreicht, auf der Oberfläche eines Werkstücks überlagert wird.
KURZFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die Licht von einem Laser-Oszillator auf ein bearbeitetes Objekt ausstrahlt und eine Bearbeitung durchführen. Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung wird Energie, die von einem gebündelten Licht oder einem erzeugten Funken stammt, einem Strahlengang zwischen einer Sammellinse und dem bearbeiteten Objekt zugeführt. Eine Verunreinigung, die von dem bearbeiteten Objekt während einer Laserbehandlung erzeugt wird, wird sodann aus dem Strahlengang entfernt.
Eine Luftausdehnung ergibt sich infolge einer explosiven Energie, die durch die Lichtbündelung oder den Funken erzeugt wird. Die Verunreinigung wird sodann aus dem Strahlengang entfernt. Folglich wird Licht von dem Laser-Oszillator auf das bearbeitete Objekt ausgestrahlt, ohne durch die Verunreinigung absorbiert zu werden. Folglich kann ein Energieverlust des Lichts, das von dem Laser-Oszillator oszilliert wird, reduziert werden. Eine Bearbeitungseffizienz einer Laserbearbeitung kann verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schaubild einer Beziehung zwischen einem gepulsten Licht eines Laser-Oszillators und Funken von Elektroden;
3 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilbereichen, die von einer Richtung V in 4 betrachtet werden;
6 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Diagramm eines Verhältnisses zwischen einem gepulsten Licht eines ersten Laser-Oszillators und einem gepulsten Licht eines zweiten Laser-Oszillators;
8 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilbereichen, die entlang einer Linie XI-XI in 10 aufgenommen sind;
12 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung eines Referenzbeispiels; und
14 ist eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilbereichen, die entlang einer Linie XIV-XIV in 13 aufgenommen sind.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 1 und 2 gezeigt. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform strahlt einen Laserstrahl auf ein bearbeitetes Objekt 2 wie zum Beispiel ein Metall oder ein Halbleiter und erzeugt durch eine Laserablation einen Mikrograben oder eine Mikropore in dem bearbeiteten Objekt 2.
Sowie in der 1 gezeigt, weist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 einen Laser-Oszillator 3, einen Spiegel 4, eine Sammellinse 5, ein Elektrodenpaar 6 und 7, einen Schalter 8 und dergleichen auf.
Der Laser-Oszillator 3 erzeugt ein ultrakurz gepulstes Licht mit einer Pulsweite von 10 Pikosekunden oder weniger. Das Licht von dem Laser-Oszillator 3 wird durch den Spiegel 4 reflektiert und hin zu dem bearbeiteten Objekt 2 emittiert, das auf einer Plattform 9 platziert ist.
Die Sammellinse 5 ist zwischen dem Spiegel 4 und dem bearbeiteten Objekt 2 vorgesehen. Die Sammellinse 5 bündelt das Licht von dem Laser-Oszillator 3 auf eine Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2. Bei der Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 wandelt sich die Stoffbeschaffenheit auf der Oberfläche zu Molekülen, Atomen, Cluster und dergleichen unter Bildung von Plasma um. Die Moleküle, Atome, Cluster oder dergleichen werden sodann explosionsartig entladen.
Folglich wird zum Beispiel ein Bearbeiten, um einen Mikrograben oder eine Mikropore mit einem Durchmesser von einigen zehn bis einigen hundert Mikrometern zu erzeugen, bei der Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 durchgeführt. Während einer Laserbearbeitung wird eine Verunreinigung in einem feinen puderförmigen Zustand aus der Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 erzeugt.
Das Elektrodenpaar 6 und 7 ist derart vorgesehen, dass es einen Funken in oder neben dem Strahlengang zwischen der Sammellinse 5 und dem bearbeiteten Objekt 2 erzeugt. Hierbei bezieht sich ”nahe des Strahlengangs” auf einen Bereich, der eine explosive Energie zulässt, die durch den Funken erzeugt wird, um zu dem Strahlengang geliefert zu werden. In der 1 wird der Strahlengang des gepulsten Lichts von dem Laser-Oszillator 3 durch Bezugszeichen L angegeben.
Der Schalter 8 ist mit den Elektroden 6 und 7 elektrisch verbunden. Wenn der Schalter 8 eingeschaltet wird (EIN), wird eine Spannung von einer Spannungsquelle 11 an die Elektroden 6 und 7 angelegt. Ein Funke wird sodann zwischen den Elektroden 6 und 7 erzeugt. Infolge der explosiven Energie oder anders ausgedrückt der Luftausdehnung und einer Stoßkraft, die durch den Funken erzeugt wird, wird eine Verunreinigung aus dem Strahlengang entfernt, so wie es durch Pfeile A angegeben ist. Der Funke zwischen den Elektroden 6 und 7 wird vorzugsweise nahe der Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 erzeugt. Gemäß der ersten Ausführungsform bilden die Elektroden 6 und 7, der Schalter 8 und die Spannungsquelle 11 ein „Entfernungsmittel”.
Ein Steuermodul 12 dient als Steuermittel und wird durch einen Computer oder derselben konfiguriert. Das Steuermodul 12 führt eine Steuerung durch wie zum Beispiel eine Synchronisation der Emission des gepulsten Lichts von dem Laser-Oszillator 3 und das EIN/AUS des Schalters 8 der Elektroden 6 und 7. So wie in der 2 gezeigt, schaltet das Steuermodul 12 den Schalter 8 der Elektroden 6 und 7 ein (EIN), wenn der Laser-Oszillator 3 kein gepulstes Licht emittiert. Folglich wird ein Funke zwischen den Elektroden 6 und 7 gebildet. Die explosive Energie von dem Funken wird dem Strahlengang des gepulsten Lichts zugeführt. Andererseits schaltet das Steuermodul 12 den Schalter 8 der Elektroden 6 und 7 aus (AUS), wenn der Laser-Oszillator 3 kein gepulstes Licht emittiert. Folglich wird der Funke zwischen den Elektroden 6 und 7 ausgeschaltet.
Ein Verfahren, bei dem die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 das bearbeitete Objekt 2 bearbeitet, wird beschrieben werden.
Das bearbeitete Objekt 2 wird auf der Plattform 9 platziert. Das gepulste Licht wird von dem Laser-Oszillator 3 emittiert. Das gepulste Licht wird durch den Spiegel 4 reflektiert und auf die Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 durch die Sammellinse 5 gebündelt. Folglich wird eine Laserbearbeitung auf der Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 durchgeführt. Eine Verunreinigung ist von der Bearbeitungsstelle 10 zerstreut.
Wenn der Laser-Oszillator 3 kein gepulstes Licht emittiert schaltet das Steuermodul 12 den Schalter 8 der Elektroden 6 und 7 ein (EIN). Danach wird ein Funken zwischen den Elektroden 6 und 7 erzeugt. Die Verunreinigung wird durch die explosive Energie des Funkens aus dem Strahlengang entfernt, so wie durch die Pfeile A angegeben ist.
Als Nächstes schaltet, wenn der Laser-Oszillator 3 das gepulste Licht emittiert, das Steuermodul 12 den Schalter 8 der Elektroden 6 und 7 aus (AUS). Hierbei ist keine Verunreinigung in dem Strahlengang des gepulsten Lichts vorhanden. Das gepulste Licht wird direkt auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt. Das gepulste Licht von dem Laser-Oszillator 3 wird periodisch auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt. Ein Mikrograben oder eine Mikropore werden bei der Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 gebildet.
Gemäß der ersten Ausführungsform werden die folgenden entscheidenden Effekte erreicht.

(1) Gemäß der ersten Ausführungsform führt der Funke explosive Energie zu dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das von dem Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, zu. Die Verunreinigung wird dadurch aus dem Strahlengang entfernt. Folglich wird das Licht von dem Laser-Oszillator 3 auf das bearbeitete Objekt 2 ohne von der Verunreinigung absorbiert zu werden, ausgestrahlt. Folglich wird ein Energieverlust des Lichts, das von dem Laser-Oszillator 3 auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt wird, reduziert. Eine Bearbeitungseffizienz einer Laserbearbeitung kann verbessert werden.
(2) Gemäß der ersten Ausführungsform ist das Elektrodenpaar 6 und 7, das einen Funken erzeugt, in oder neben dem Strahlengang vorgesehen. Folglich kann infolge der explosiven Energie oder anders ausgedrückt der Luftausdehnung und der Stoßkraft von dem Funken, der zu dem Strahlengang zugeführt wird, die Verunreinigung aus dem Strahlengang entfernt werden.
(3) Gemäß der ersten Ausführungsform synchronisiert das Steuermodul 12 das gepulste Licht, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, und das Ein-/Ausschalten (EIN/AUS) des Schalters 8 der Elektroden 6 und 7. Folglich wird die Verunreinigung aus dem Strahlengang während des Zeitraums, von dem an das von dem Laser-Oszillator 3 emittierte gepulste Licht beendet wird, bis das nächste gepulste Signale emittiert wird, entfernt. Folglich ist, wenn der Laser-Oszillator 3 das gepulste Licht oszilliert, eine Verunreinigung in dem Strahlengang des gepulsten Lichts nicht vorhanden. Das gepulste Licht kann mit einem hohen Wirkungsgrad auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt werden. Zusätzlich kann eine Bearbeitungseffizienz einer Laserbearbeitung ohne ein Puffern des für eine Laserbearbeitung verwendeten gepulsten Licht und des Funkens verbessert werden.

(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der 3 gezeigt. Konfigurationen gemäß einer Mehrzahl von Ausführungsformen, die im Wesentlichen die gleichen wie diese gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind, werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen gegeben. Beschreibungen davon werden weggelassen.
Gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung einen Container 13 auf, der als ein Luftdruck-Haltemittel dient. Der Container 13 ist zwischen der Sammellinse 5 und dem bearbeiteten Objekt 2 vorgesehen. Der Container 13 weist einen Durchlassbereich 14 auf, der es erlaubt, dass gepulstes Licht, das von dem Laser-Oszillator 3 emittiert wird, durchgelassen wird. Zusätzlich ist ein Öffnungsbereich 15 in dem Container 13 auf der Seite des bearbeiteten Objekts 2 vorgesehen. Neben dem Öffnungsbereich 15 ist der Container 13 geschlossen. Eine Hochdruckluft kann in dem Container 13 beibehalten werden. Das Elektrodenpaar 6 und 7 ist an dem Öffnungsbereich des Luftdruck-Haltemittel 15 angebracht.
Gemäß der zweiten Ausführungsform führt das Steuermodul 12 ebenso eine Steuerung durch, um die Emission des gepulsten Lichts von dem Laser-Oszillator 3 und das Ein-/Ausschalten (EIN/AUS) des Schalters 8 der Elektroden 6 und 7 zu synchronisieren.
Gemäß der zweiten Ausführungsform nimmt bei dem Beginn der Laserbearbeitung der Luftdruck in dem Container 13 infolge der explosiven Energie von dem Funken, der zwischen den Elektroden 6 und 7 gebildet wird, zu. Die Verunreinigung, die hierbei in dem Container 13 auftritt, ist minimal und kann vernachlässigt werden.
Wenn der Luftdruck in den Container 13 zunimmt wird der Druck, der durch die explosive Energie von dem Funken erzeugt wird, von dem Inneren des Containers 13 zur Außenseite hin weitergeleitet. Folglich wird die Verunreinigung, die von dem bearbeiteten Objekt 2 erzeugt wird, durch den Druckunterschied innerhalb und außerhalb des Containers 13 aus dem Strahlengang entfernt, so wie es durch Pfeile B angegeben ist.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein Container 13 in dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, vorgesehen. Folglich kann die Verunreinigung in dem Strahlengang sowohl innerhalb als auch außerhalb des Containers 13 gereinigt werden. Folglich kann ein gepulstes Licht, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, mit einem hohen Wirkungsgrad auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der 4 und der 5 gezeigt. Gemäß der dritten Ausführungsform weist ein Laserbearbeitungsverfahren vier Elektrodenpaare auf.
Das Elektrodenpaar 6 und 7, das vorgesehen ist, um einen Funken in oder neben dem Strahlengang zwischen der Sammellinse 5 und dem bearbeiteten Objekt 2 zu erzeugen, wird als ein erstes Elektrodenpaar 6 und 7 bezeichnet. Elektroden, die derart angeordnet sind, dass sie weg von dem Strahlengang in eine Richtung angeordnet sind, werden der Reihe nach als ein zweites Elektrodenpaar 16 und 17, ein drittes Elektrodenpaar 18 und 19 und ein viertes Elektrodenpaar 20 und 21 bezeichnet. Spannungsquellen 11, 22, 23 und 24 und Schalter 8, 25, 26 und 27 sind jeweils mit den ersten bis vierten Elektrodenpaaren 6 und 7, 16 und 17, 18 und 19 und 20 und 21 verbunden. Das zweite Elektrodenpaare 16 und 17, die Spannungsquelle 22 und der Schalter 25 bilden ein ”zweites Entfernungsmittel”.
Das Steuermodul 12 führt eine Steuerung durch, beispielsweise um die Emissionen des gepulsten Lichts von dem Laser-Oszillator 3 und das Einschalten/Ausschalten (EIN/AUS) der Schalter 8, 25, 26 und 27 der ersten bis vierten Elektrodenpaare 6 und 7, 16 und 17, 18 und 19 und 20 und 21 zu synchronisieren.
Während einer Laserbearbeitung wird das gepulste Licht von dem Laser-Oszillator 3 auf die Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 gebündelt. Hierbei schaltet das Steuermodul 12 den Schalter 8 des ersten Elektrodenpaars 6 und 7 aus (AUS). Wenn der Laser-Oszillator 3 kein gepulstes Licht emittiert, schaltet das Steuermodul 12 den Schalter 8 des ersten Elektrodenpaars 6 und 7 ein (EIN). Danach wird die Verunreinigung durch die explosive Energie von dem Funken, der durch das erste Elektrodenpaar 6 und 7 erzeugt wird, aus dem Strahlengang entfernt. Die Verunreinigung, die aus dem Strahlengang entfernt wird, bewegt sich weiter weg als das zweite Elektrodenpaar 16 und 17.
Als Nächstes schaltet das Steuermodul 12 den Schalter 25 des zweiten Elektrodenpaars 16 und 17 ein (EIN). Die Verunreinigung, die aus dem Strahlengang entfernt wird, bewegt sich sodann noch weiter weg von dieser Stelle durch die explosive Energie von dem Funken, der durch das zweite Elektrodepaar 16 17 erzeugt wird. Auf diese Weise bewegt sich, wenn das Steuermodul 12 den Schalter 26 des dritten Elektrodenpaars 18 und 19 und den Schalter 27 des vierten Elektrodenpaars 20 und 21 aufeinanderfolgend einschaltet (EIN), die Verunreinigung noch weiter von dem Strahlengang weg, so wie es durch einen Pfeil C angegeben ist. Folglich ist, wenn der Laser-Oszillator 3 das gepulste Licht aufeinanderfolgend ausgibt, keine Verunreinigung in dem Strahlengang des gepulsten Lichts vorhanden. Das gepulste Licht wird direkt auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt.
Gemäß der dritten Ausführungsform wird die Verunreinigung, die aus dem Strahlengang durch den Funken, der durch das erste Elektrodenpaar 6 und 7 erzeugt wird, entfernt wird, noch weiter weg von dem Strahlengang durch die Funken, die durch die zweiten bis vierten Elektrodenpaare 16 und 17, 18 und 19 und 20 und 21 erzeugt werden, bewegt werden. Folglich kann verhindert werden, dass die Verunreinigung, die einst aus dem Strahlengang entfernt worden ist, in den Strahlengang zurückkehrt.
Gemäß der dritten Ausführungsform ist es lediglich erforderlich, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung zwei oder mehr Elektrodenpaare aufweist. Bei der Konfiguration gemäß der dritten Ausführungsform ist, wenn das bearbeitete Objekt 2 bewegt wird und eine Linienform auf dem bearbeiteten Objekt 2 erzeugt wird, die Bewegungsrichtung bevorzugt die hin zu der Seite gegenüber dem zweiten Elektrodenpaar 16 und 17, wenn sie von dem ersten Elektrodenpaar 6 und 7 betrachtet wird, so wie es durch einen Pfeil D angegeben ist.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 6 und 7 gezeigt. Gemäß der vierten Ausführungsform weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung kein Elektrodenpaar oder keinen Schalter auf. Stattdessen weist die Laserbearbeitungsvorrichtung einen zweiten Laser-Oszillator 30, eine zweite Sammellinse 31, einen Schirm 28 und dergleichen auf. Gemäß der vierten Ausführungsform bilden der zweite Laser-Oszillator 30 und die zweite Sammellinse 31 das „Entfernungsmittel”. Gemäß der vierten Ausführungsform wird der Laser-Oszillator 3, der das gepulste Licht auf das bearbeitete Objekt 2 ausstrahlt, als ein „erster Laser-Oszillator 3” bezeichnet.
Das Licht, das durch den zweiten Laser-Oszillator 30 oszilliert wird, wird in oder neben dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den ersten Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, durch die zweite Sammellinse 31 gebündelt. Hierbei bezieht sich „nahe dem Strahlengang” auf einen Bereich, der es ermöglicht, dass explosive Energie, die durch die Bündelung von Licht, das in den Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den ersten Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, zugeführt wird, zugeführt wird.
Wenn das Licht von dem zweiten Laser-Oszillator 30 infolge der explosiven Energie oder anders ausgedrückt der Luftausdehnung und der Stoßkraft, die durch die Lichtkonzentration erzeugt wird, wird die Verunreinigung aus dem Strahlengang des gepulsten Lichtes, das durch den ersten Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, entfernt, so wie es durch Pfeile E angegeben ist. Die Konzentration von Licht, das durch den zweiten Laser-Oszillator 30 oszilliert wird, wird bevorzugt nahe der Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2 durchgeführt.
Das Licht, das durch den zweiten Laser-Oszillator 30 oszilliert wird, wird auf das Schild 28 ausgestrahlt, nach dem es gebündelt wird.
Das Steuermodul 12 führt eine Steuerung derart durch, dass es die Emission des gepulsten Lichts von dem ersten Laser-Oszillator 3 und die Emission des gepulsten Lichts von dem zweiten Laser-Oszillator 30 synchronisiert. So wie es in der 7 gezeigt ist, bewirkt, wenn der erste Laser-Oszillator 3 kein gepulstes Licht emittiert, das Steuermodul 12, dass der zweiten Laser-Oszillator 30 das gepulste Licht emittiert. Folglich wird die explosive Energie von der Konzentration des gepulsten Lichts von dem zweiten Laser-Oszillator 30 dem Strahlengang des gepulsten Lichts von dem ersten Laser-Oszillator 3 zugeführt. Andererseits, wenn der erste Laser-Oszillator 3 das gepulste Licht emittiert, beendet das Steuermodul 12 eine Emission von gepulstem Licht von dem zweiten Laser-Oszillator 30.

(1) Gemäß der vierten Ausführungsform wird explosive Energie von der Konzentration von gepulstem Licht von dem zweiten Laser-Oszillator 30 zu dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den ersten Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, zugeführt. Die Verunreinigung wird sodann aus dem Strahlengang entfernt. Folglich wird das Licht von dem ersten Laser-Oszillator 3 auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt, ohne durch die Verunreinigung absorbiert zu werden. Folglich wird ein Energieverlust des Lichts, das von dem ersten Laser-Oszillator 3 auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt wird, reduziert. Eine Bearbeitungseffizienz einer Laserbearbeitung kann verbessert werden.
(2) Gemäß der vierten Ausführungsform wird das gepulste Licht von dem zweiten Laser-Oszillator 30 in oder neben dem Strahlengang des gepulsten Lichts von dem ersten Laser-Oszillator 3 gebündelt. In Folge der explosiven Energie von der Konzentration von gepulstem Licht, das dem Strahlengang des gepulsten Lichts von dem ersten Laser-Oszillator 3 zugeführt wird, kann die Verunreinigung aus dem Strahlengang entfernt werden.
(3) Gemäß der vierten Ausführungsform synchronisiert das Steuermodul 12 das gepulste Licht, das durch den ersten Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, und das gepulste Licht, das durch den zweiten Laser-Oszillator 30. Folglich wird die Verunreinigung aus dem Strahlengang während des Zeitraums, von dem an das gepulste Licht, das durch den ersten Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, beendet wird bis das nächste gepulste Licht übertragen wird, entfernt. Folglich, wenn der erste Laser-Oszillator 3 das gepulste Licht emittiert, ist eine Verunreinigung in dem Strahlengang nicht vorhanden. Das gepulste Licht kann mit einer hohen Effizienz auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt werden.

(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der 8 gezeigt. Gemäß der fünften Ausführungsform weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung einen Strahl-Sampler 32, der als ein Spektralspiegel dient, die zweite Sammellinse 31 und einen Verzögerungsbereich 33, der als ein Verzögerungsmittel dient. Gemäß der fünften Ausführungsform bilden der Strahl-Sampler 32, die zweite Sammellinse 31 und der Verzögerungsbereich 33 das „Entfernungsmittel”.
Der Strahl-Sampler 32 ist in dem Strahlengang zwischen dem Laser-Oszillator 3 und der Sammellinse 5 vorgesehen. Der Strahl-Sampler 32 reflektiert einige Komponenten des Lichts von dem Linsen-Oszillator 3 und überträgt das Restlicht. In der 8 wird der Strahlengang des Lichts, das durch den Strahl-Sampler 32 reflektiert wird, durch Referenzzeichen L2 angegeben. Das Reflektionslicht, das durch den Strahl-Sampler 32 reflektiert wird, durchläuft den Verzögerungsbereich 33. Das Reflektionslicht wird sodann durch den zweiten Spiegel 29 reflektiert und durchläuft einen Kollimator 34. Danach wird das Reflektionslicht in oder neben dem Strahlengang des Lichts, das den Strahl-Sampler 32 durchlaufen hat, durch die zweite Sammellinse 31 gebündelt. In Folge der explosiven Energie oder anders ausgedrückt der Luftausdehnung und der Stoßkraft, die durch die Konzentration von reflektierten Licht erzeugt wird, wird die Verunreinigung aus dem Strahlengang entfernt, so wie es durch Pfeile F angegeben ist.
Der Verzögerungsbereich 33 ist durch eine Mehrzahl von Spiegeln konfiguriert und erweitert die Lichtausbreitungsentfernung. Der Verzögerungsbereich 33 verzögert die Zeit, bei der das Reflektionslicht, das durch den Strahl-Sampler 32 reflektiert wird, die Stelle erreicht, bei der das Reflektionslicht gebündelt wird. Folglich wird, wenn das gepulste Licht, das den Strahl-Sampler 32 durchlaufen hat, auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt wird, das Reflektionslicht, das durch den Strahl-Sampler 32 reflektiert wird, nicht gebündelt. Andererseits wird, wenn das gepulste Licht, das den Strahl-Sampler 32 durchlaufen hat, nicht auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt wird, das reflektierte Licht, das durch den Strahl-Sampler 32 reflektiert wird, gebündelt. Der Zeitablauf ist der gleiche wie der in der 7 gemäß der vierten Ausführungsform gezeigte.
Gemäß der fünften Ausführungsform kann eine Laserbearbeitung und Verunreinigungsentfernung durch den Einzel-Laser-Oszillator 3 durchgeführt werden. Darüber hinaus kann das Steuermodul 12 zum Synchronisieren von zwei Laser-Oszillatoren die gemäß der fünften Ausführungsform vorgesehen ist, weggelassen werden. Folglich können Herstellungskosten der Laserbearbeitungsvorrichtung reduziert werden.
(Sechste Ausführungsform)
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der 9 gezeigt. Gemäß der sechsten Ausführungsform weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung den Container 13, der als ein Luftdruck-Haltemittel dient, auf. Der Container 13 weist einen ersten Durchlassbereich 14 auf, der es ermöglicht, dass das gepulste Licht von dem Laser-Oszillator 3, das den Strahl-Sampler 32 durchlaufen hat, ihn durchläuft. Zusätzlich weist der Container 13 ebenso einen zweiten Durchlassbereich 35 auf, der es ermöglichen kann, dass das reflektierte Licht von dem Laser-Oszillator 3, das durch den Strahl-Sampler 32 reflektiert worden ist, ihn durchläuft. Ein Öffnungsbereich 15 ist in dem Container 13 auf der Seite des bearbeiteten Objekts 2 vorgesehen. Neben dem Öffnungsbereich 15 ist der Container 13 verschlossen.
Gemäß der sechsten Ausführungsform durchläuft während einer Laserbearbeitung das Reflektionslicht, das durch den Strahl-Sampler 32 reflektiert wird, den zweiten Durchlassbereich 35. Das Reflektionslicht wird sodann in dem Container 13 gebündelt. Folglich nimmt der Luftdruck in dem Container 13 infolge der explosiven Energie von der Konzentration eines Reflektionslichts zu. Wenn der Luftdruck in den Container 13 zunimmt wird der Druck, der durch die explosive Energie von der Konzentration von reflektiertem Licht erzeugt wird, von innerhalb des Containers 13 zu der Außenseite übertragen. Folglich wird die Verunreinigung, die von dem bearbeiteten Objekt 2 erzeugt wird, aus dem Strahlengang durch den Druckunterschied innerhalb und außerhalb des Containers 13 entfernt, so wie es durch Pfeile B angegeben ist.
Gemäß der sechsten Ausführungsform ist der Container 13 in dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, vorgesehen. Folglich kann die Verunreinigung in dem Strahlengang sowohl im Inneren als auch außerhalb des Containers 13 beseitigt werden. Folglich kann das gepulste Licht, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, und den Strahl-Sampler 32 durchläuft, mit einem hohen Wirkungsgrad auf das bearbeitete Objekt 2 ausgestrahlt werden.
(Siebten Ausführungsform)
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 10 und 11 gezeigt. Gemäß der ersten Ausführungsform weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung einen Wasserströmungsgenerator 36, der hier als Verunreinigungssammelmittel dient und einen Wasserströmungsaufnehmer 37 auf. Der Wasserströmungsgenerator 36 bildet eine Wasserströmung 38 um die Bearbeitungsstelle 10 des bearbeiteten Objekts 2. Der Wasserströmungsaufnehmer 37 nimmt das Wasser auf, das durch den Wasserströmungsgenerator 36 zugeführt wird.
So wie es in der 11 gezeigt ist, bildet die Wasserströmung 38, die durch den Wasserströmungsgenerator 36 erzeugt wird, zwei Bogenformen, wenn das bearbeitete Objekt 2 von oben betrachtet wird. Die Elektroden 6 und 7 sind bei der Unterbrechung bei den bogenförmigen Strukturen der Wasserströmung 38 vorgesehen. Die Verunreinigung, die durch eine Laserbearbeitung erzeugt wird, wird in dem Strahlengang durch die explosive Energie von dem Funken, der zwischen den Elektroden 6 und 7 erzeugt wird, entfernt. Die Verunreinigung bewegt sich wie durch einen Pfeil H angegeben. Die Verunreinigung tritt sodann der Wasserströmung 38 bei, die durch den Wasserströmungsgenerator 36 erzeugt wird und wird durch den Wasserströmungsaufnehmer 37 zusammen mit der Wasserströmung aufgenommen.
Gemäß der siebten Ausführungsform wird die Verunreinigung, die aus dem Strahlengang entfernt wird, durch eine Flüssigkeit aufgenommen. Folglich kann verhindert werden, dass die Verunreinigung, die einst aus dem Strahlengang entfernt worden ist, zu dem Strahlengang zurückkehren kann.
Gemäß der siebten Ausführungsform ist eine Konfiguration denkbar, bei der die Verunreinigung aus dem Strahlengang unter Verwenden der explosiven Energie von der Konzentration von Licht anstelle des Funkens, der durch die Elektroden 6 und 7 erzeugt wird, entfernt wird.
(Achte Ausführungsform)
Eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der 12 gezeigt. Gemäß der ersten Ausführungsform führt eine Laserbearbeitungsvorrichtung eine Laserbearbeitung auf einem stabförmig bearbeiteten Objekt 39 wie zum Beispiel einem Draht durch. Bei diesem Beispiel kann der Wasserströmungsgenerator 36 die Wasserströmung 38 von der Seite der Sammellinse 5 zu der Seite der Plattform 9 der Bearbeitungsstelle 10 in dem bearbeiteten Objekt 39 erzeugen. Folglich wird die Verunreinigung, die aus dem Strahlengang durch den Funken, der zwischen den Elektroden 6 und 7 erzeugt wird, entfernt wird, mit Sicherheit durch die Wasserströmung 38, die durch den Wasserströmungsgenerator 36 erzeugt wird, aufgenommen. Folglich kann verhindert werden, dass die Verunreinigung, die einst aus dem Strahlengang entfernt worden ist, zu dem Strahlengang zurückkehrt.
(Referenzbeispiel)
Ein Referenzbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den 13 und 14 gezeigt. Bei dem Referenzbeispiel weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung den Wasserströmungsgenerator 36 und den Wasserströmungsaufnehmer 37 auf. Jedoch ist kein Mittel zum Erzeugen eines Funkens oder einer Lichtbündelung nicht in dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, enthalten. Die Wasserströmung 38, die durch den Wasserströmungsgenerator 36 erzeugt wird, bildet einen Kreis, der die Bearbeitungsstelle 10 umgibt, wenn sie von oben betrachtet wird, so wie es in der 14 gezeigt ist.
Bei dieser Konfiguration bewegt sich ebenfalls die Verunreinigung, die von den bearbeiteten Objekt 39 infolge einer Laserbearbeitung zerstreut wird, wie durch Pfeile I angegeben. Die Verunreinigung wird sodann durch die Wasserströmung 38, die durch den Wasserströmungsgenerator 36 erzeugt wird, aufgenommen. Folglich kann eine Verunreinigungsmenge, die in dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, vorhanden ist, reduziert werden. Folglich wird ein Energieverlust des Lichts, das von dem Laser-Oszillator 3 auf das bearbeitete Objekt 39 ausgestrahlt wird, reduziert. Eine Bearbeitungseffizienz von einer Laserbearbeitung kann verbessert werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein Funke erzeugt oder ein Licht in einem Bereich in oder neben dem Strahlengang des gepulsten Lichts, das durch den Laser-Oszillator 3 oszilliert wird, gebündelt. Andererseits können bei weiteren Ausführungsformen Funken erzeugt werden oder Licht kann in einer Mehrzahl von Bereichen in oder neben dem Strahlengang des gepulsten Lichts gebündelt werden. Zusätzlich kann eine Funkenentladung oder Lichtbündelung mehrmals während das gepulste Licht von dem Laser-Oszillator 3 nicht emittiert wird durchgeführt werden.
Gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform weist die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren als das zweite Entfernungsmittel auf. Andererseits kann bei weiteren Ausführungsformen die Laserbearbeitungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass sie eine Mehrzahl von Sätzen von dem zweiten Laser-Oszillator 30 und von der zweiten Sammellinse 31 als das zweite Entfernungsmittel aufweist.

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung (1), die eine Laserbearbeitung durch Ausstrahlen von Licht auf ein bearbeitetes Objekt (2) durchführt, die aufweist: einen Laser-Oszillator (3), der gepulstes Licht erzeugt; eine Sammellinse (5), die das Licht, das durch den Laser-Oszillator (3) erzeugt wird, auf das bearbeitete Objekt (2) bündelt; und ein Entfernungsmittel (6, 7, 8, 11, 30, 31, 32, 33), das Energie, die von Licht, das durch das Entfernungsmittel gebündelt wird oder einem Funken, der durch das Entfernungsmittel erzeugt wird, stammt, zu einem Strahlengang (L) zwischen der Sammellinse (5) und dem bearbeiteten Objekt (2) zuführt, um eine Verunreinigung, die von dem bearbeiteten Objekt (2) während der Laserbearbeitung erzeugt wird, aus dem Strahlengang zu entfernen.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Entfernungsmittel (6, 7, 8, 11) derart konfiguriert ist, dass es eine explosive Energie, die von dem Funken stammt, der auf oder nahe dem Strahlengang (L) zwischen der Sammellinse (5) und dem bearbeiteten Objekt (2) erzeugt wird, dem Strahlengang (L) zuführt.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Entfernungsmittel (30, 31, 32, 33) derart konfiguriert ist, dass es eine explosive Energie, die von dem Licht stammt, das auf oder neben dem Strahlengang (L) zwischen der Sammellinse (5) und dem bearbeiteten Objekt (2) konzentriert wird, dem Strahlengang (L) zuführt.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei: das Entfernungsmittel (30, 31) enthält: einen zweiten Laser-Oszillator (30), der gepulstes Licht erzeugt; und eine zweite Sammellinse (31), die das gepulste Licht, das durch den zweiten Laser-Oszillator (30) erzeugt wird, auf oder nahe einem Strahlengang von Licht, das durch den Laser-Oszillator (3) oszilliert wird, bündelt.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Entfernungsmittel (31, 32, 33) enthält: einen Spektralspiegel (32), der einen Teil eines Lichtes, das durch den Laser-Oszillator (3) zwischen dem Laser-Oszillator (3) und der Sammellinse (5) oszilliert wird, überträgt und das Restlicht reflektiert; eine zweite Sammellinse (31), die reflektiertes Licht bündelt, das durch den Spektralspiegel (32) auf oder nahe dem Strahlengang des Lichtes, das durch den Laser-Oszillator (3) erzeugt wird, reflektiert wird; und ein Verzögerungsmittel (33), das in der Lage ist, eine Zeit zu verzögern, die das Reflektionslicht, das durch den Spektralspiegel (32) reflektiert wird, benötigt, um eine Position zu erreichen, bei der das Reflektionslicht gebündelt wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner aufweist: ein Steuermittel (12), das gepulstes Licht, das durch den Laser-Oszillator (3) oszilliert wird, und eine Zufuhr von Energie, die von dem durch das Entfernungsmittel gebündelten Licht oder dem durch das Entfernungsmittel erzeugten Funken stammt, synchronisiert.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Steuermittel (12) derart konfiguriert ist, dass es das Entfernungsmittel steuert, um: (i) Energie, die von dem gebündelten Licht oder dem erzeugten Funken stammt, von dem Entfernungsmittel zu dem Strahlengang des gepulsten Lichtes von dem Laser-Oszillator (3) zuzuführen, wenn das gepulste Licht nicht durch den Laser-Oszillator (3) emittiert wird; und (ii) die Zufuhr von Energie, die von dem gebündelten Licht oder dem erzeugten Funken abgeleitet ist, von dem Entfernungsmittel zu dem Strahlengang des gepulsten Lichtes des Laser-Oszillators (3) zu beenden, wenn das gepulste Licht durch den Laser-Oszillator (3) emittiert wird.
Laserverarbeitungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner aufweist: ein Luftdruck-Haltemittel (13), das eine aufgrund von Energie, die von dem gebündelten Licht oder dem erzeugten Funke stammt, expandierte Luft beibehält, wobei das Luftdruck-Haltemittel (13) enthält: einen Durchlassbereich (14), der es dem gepulsten Licht, das von dem Laser-Oszillator (3) emittiert wird, ermöglicht, den Durchlassbereich (14) zu durchlaufen; und einen Öffnungsbereich (15), der sich zu einer Seite des bearbeiteten Objekts (2) hin öffnet.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner aufweist: ein zweites Entfernungsmittel (16, 17, 22, 25), das Energie, die von einem anderen erzeugten Funken oder gebündeltem Licht abgeleitet wird, zu einer Position zuführt, die von dem Strahlengang (L) weiter entfernt liegt, als eine Position des erzeugten Funkens oder des gebündelten Lichtes, um die Verunreinigung aus dem Strahlengang weiter zu bewegen, nachdem der Funke durch das Entfernungsmittel erzeugt worden ist oder das Licht durch das Entfernungsmittel gebündelt worden ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner aufweist: ein Verunreinigungssammelmittel (36, 37), das es ermöglicht, dass eine Flüssigkeit nahe einer Position des bearbeiteten Objektes (2), bei der das Licht ausgestrahlt wird, vorbeiströmt.
Laserbearbeitungsverfahren zum Durchführen einer Laserbearbeitung durch Ausstrahlen von Licht auf ein bearbeitetes Objekt (2), das aufweist: Erzeugen eines gepulsten Lichtes von einem Laser-Oszillator (3); Bündeln des Lichtes, das durch den Laser-Oszillator (3) erzeugt wird, durch eine Sammellinse (5) auf das bearbeitete Objekt (2); und Zuführen von Energie, die von Licht, das durch ein Entfernungsmittel (6, 7, 8, 11, 30, 31, 32, 33) gebündelt wird, oder einen Funken, der durch das Entfernungsmittel erzeugt wird, von dem Entfernungsmittel zu einem Strahlengang (L) zwischen der Sammellinse (5) und dem bearbeiteten Objekt (2), um eine Verunreinigung, die von dem bearbeiteten Objekt (2) während der Laserbearbeitung erzeugt wird, aus dem Strahlengang (L) zu entfernen.