DE102014110056A1

DE102014110056A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung zum Ausstrahlen eines gepulsten Laserstrahls auf ein Werkstück

Info

Publication number: DE102014110056A1
Application number: DE102014110056.5A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Matsutani Isao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2015-01-22
Also published as: JP2015020188A; JP5979091B2

Abstract

Bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung für eine Laserbearbeitung eines Werkstücks gibt eine Laserausgabeeinheit einen gepulsten Laserstrahl auf das Werkstück aus. Ein Impulsgenerator erzeugt basierend auf dem von der Laserausgabeeinheit ausgegebenen gepulsten Laserstrahl einen ersten Impuls und/oder einen zweiten Impuls, während ein Pfad des ersten Impulses und/oder des zweiten Impulses derart gesteuert wird, dass die erste und die zweite Region des Werkstücks, auf denen die entsprechenden ersten und zweiten Impulse ausgestrahlt werden sollen, zueinander benachbart oder teilweise miteinander überlappen. Eine Impulsausstrahleinheit strahlt die ersten und zweiten Impulse auf die entsprechenden ersten und zweiten Regionen aus, während ein Ausstrahlzeitpunkt des zweiten Impulses des Werkstücks bezüglich eines Ausstrahlzeitpunkts des ersten Impulses auf das Werkstück verzögert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Laserbearbeitungsvorrichtungen zum Ausstrahlen von Laserimpulsen auf Werkstücke.
HINTERGRUND
Es sind Laserbearbeitungsvorrichtungen bekannt, die Laserstrahlen auf Werkstücke ausstrahlen und die Werkstücke zum Ausbilden von feinen Rillen und/oder feinen Löchern auf den Werkstücken bearbeiten. Ein Beispiel von solchen Laserbearbeitungsvorrichtungen ist so konstruiert, dass es gepulste Laserstrahlen ausstrahlt, die durch einen Laseroszillator auf Werkstücke oszilliert werden, wodurch beispielsweise die Oberflächen der Werkstücke abgetragen werden. Dieser als Laserabtragung bekannte Prozess erzeugt Trümmerteile, die von den Werkstücken abgesprengt wurden.
Die japanische veröffentlichte Patentanmeldung JP 2004-337947 offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die derart entworfen ist, dass sie negative Effekte aufgrund von Trümmerpartikeln reduziert, die durch eine erste Laserstrahlausstrahlung an einer nächsten Laserstrahlausstrahlung abgesprengt werden.
Insbesondere ist die in der Patentveröffentlichung offenbarte Laserbearbeitungsvorrichtung so entworfen, dass sie von einer Düse eines ersten gepulsten Laserstrahls auf ein Werkstück ausstrahlt, während ein Wirbelstrom eines Hilfsgases um einen mit einem Laserstrahl bestrahlten Abschnitt des Werkstücks erzeugt. Dies gewinnt durch Saugen der Wirbelströmung des Hilfsgases durch die Düse die relativ leichten Trümmerteile zurück, die von dem Werkstück während der ersten Laserstrahlausstrahlung in die Düse zusammen mit dem Hilfsgas abgesprengt werden. Relativ schwere Trümmerpartikel, wie z. B. flüssige Trümmerpartikel, die von dem Werkstück abgesprengt werden, bewegen sich in Richtung des Äußeren der Wirbelströmung des Hilfsgases durch die Zentrifugalkraft der Wirbelströmung, so dass sie sich außerhalb des Pfads eines nächsten gepulsten Laserstrahls auf das Werkstück befinden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführen der Laserabtragung unter Verwendung von ultrakurzen Laserstrahlen als gepulste Laserstrahlen, die jeweils eine Breite von beispielsweise 10 ps (Picosekunden) oder geringer aufweisen, ergibt pulverisierte kleine Trümmerteile, die während der Laserabtragung abgesprengt werden; wobei sich die pulverisierten kleinen Trümmerpartikel bei hohen Geschwindigkeiten bewegen. In diesem Fall erfordern die in der vorstehend erwähnten Patentveröffentlichung beschriebenen Technologien eine höhere Energie bzw. Leistung zum Erzeugen einer Wirbelströmung des Hilfsgases; wobei die Energie zum Ansaugen der bei hohen Geschwindigkeiten bewegenden, pulverisierten kleinen Trümmerteile genug ist. Allerdings kann dies die Energie- bzw. Leistungseffizienz der Bearbeitung von Werkstücken reduzieren, da eine solche höhere Energie zum Erzeugen einer Wirbelströmung des Hilfsgases erforderlich ist.
Um die Energieeffizienz der Bearbeitung von Werkstücken zu verbessern, kann eine Verwendung von geringer Energie zum Erzeugen einer Wirbelströmung eines Hilfsgases, das nicht zum Ansaugen der pulverisierten kleinen Trümmerteile ausreichen kann, eine Schwierigkeit beim Ansaugen der pulverisierten kleinen Trümmerteile in die Düse ergeben, ohne dass die Trümmerteile zurückbleiben. Die verbleibenden Trümmerteile, die in dem Pfad eines nächsten gepulsten Laserstrahls liegen, können die Energie des nächsten gepulsten Laserstrahls aufnehmen, was zur Reduktion der Effizienz der Laserbearbeitung auf die Werkstücke führt.
Mit Blick auf die vorstehend dargelegten Umstände versucht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung Laserbearbeitungsvorrichtungen bereitzustellen, die so entworfen sind, dass sie das vorstehend dargelegte Problem adressieren.
Insbesondere zielt ein alternativer Aspekt der vorliegenden Erfindung darauf, dass er solche Laserbearbeitungsvorrichtungen bereitstellt, die eine verbesserte Energieeffizienz der Laserbearbeitung aufweisen können.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung für eine Laserbearbeitung eines Werkstücks bereitgestellt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung enthält eine Laserausgabeeinheit, die einen gepulsten Laserstrahl auf das Werkstück ausgibt, und einen Impulsgenerator. Der Impulsgenerator erzeugt basierend auf dem von der Laserausgabeeinheit ausgegebenen gepulsten Laserstrahl einen ersten Impuls und/oder einen zweiten Impuls, während ein Pfad des ersten Impulses und des zweiten Impulses derart gesteuert wird, dass die erste und zweite Region des Werkstücks, auf denen die entsprechenden ersten und zweiten Impulse gestrahlt werden sollen, zueinander benachbart sind oder sich teilweise miteinander überlappen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung enthält eine Impulsausstrahleinheit, die auf die entsprechenden ersten und zweiten Regionen die ersten und zweiten Impulse ausstrahlt, während ein Verzögerungszeitpunkt des zweiten Impulses auf das Werkstück bezüglich eines Ausstrahlzeitpunkts des ersten Impulses auf das Werkstück verzögert.
Die Ausstrahlung des ersten Impulses auf die erste Region des Werkstücks bewirkt, dass die Materialien des Werkstücks abgebaut bzw. zersetzt und/oder verdampft werden, so dass ein Aufstrom, d. h. ein Aufstromfluss oder ein Luftzug, von der ersten Region des Werkstücks auf die abgesprengten Trümmerteile auftritt, wodurch ein Unterdruck in der ersten Region verursacht wird.
Um den Aufstrom und den Unterdruck zu verwenden, sind die ersten und zweiten Regionen des Werkstücks, auf die die entsprechenden ersten und zweiten Impulse ausgestrahlt werden sollen, miteinander benachbart oder überlappen sich teilweise miteinander. Zudem werden die ersten und zweiten Impulse auf die entsprechenden ersten und zweiten Regionen ausgestrahlt, während der Ausstrahlzeitpunkt des zweiten Impulses auf das Werkstück bezüglich des Ausstrahlzeitpunkts des ersten Impulses auf das Werkstück verzögert wird. Die Verzögerung des Ausstrahlzeitpunkts des zweiten Impulses auf das Werkstück bezüglich des Ausstrahlzeitpunkts des ersten Impulses auf das Werkstück bewirkt, dass der basierend auf einer Ausstrahlung des ersten Impulses auf die erste Region des Werkstücks erzeugten Aufstrom und Unterdruck Trümmerteile anzieht, die durch die Ausstrahlung des zweiten Impulses auf der Seite der ersten Region des Werkstücks abgesprengt werden.
Dies führt dazu, wenn ein nächster gepulster Laserstrahl von der Laserausgabeeinheit auf das Werkstück ausgegeben wird, dass es wenige Trümmerteile aufgrund der Ausstrahlung des zweiten Impulses innerhalb eines Pfads des nächsten gepulsten Laserstrahls gibt. Dies strahlt zuverlässig Energie des nächsten gepulsten Laserstrahls auf das Werkstück aus, was einen Energieverlust des nächsten gepulsten Laserstrahls ohne den Bedarf zum Vorsehen einer weiteren Vorrichtung beispielsweise zum Erzeugen einer Wirbelströmung eines Hilfsgases reduziert. Dies führt zu einer Verbesserung der Energieeffizienz der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Figuren ersichtlich, in denen zeigt:
1 ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel der Gesamtkonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein Flussdiagramm, das schematisch ein beispielhaftes Verfahren einer Bearbeitung eines Werkstücks durch die in 1 dargestellte Laserbearbeitungsvorrichtung darstellt;
3 ein Zeitdiagramm, das schematisch eine temporäre Beziehung zwischen einem gepulsten Laserstrahl, der von einem in 1 dargestellten Laseroszillator ausgegeben wird, einen Hauptlaserimpuls, der durch einen in 1 dargestellten Impulssplitter aufgeteilt wird, und einem Unterlaserimpuls, der durch den Impulssplitter aufgeteilt wird, darstellt;
4A bis 4E ein Diagramm, das schematisch darstellt, wie sich eine bearbeitbare Oberfläche eines Werkstücks verändert, während eine Laserbearbeitung in Übereinstimmung mit dem in 2 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt wird;
5A bis 5D ein Diagramm, das schematisch darstellt, wie sich eine bearbeitbare Oberfläche eines Werkstücks verändert, während eine Laserbearbeitung durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel ausgeführt wird;
6 ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel der Gesamtkonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ein Flussdiagramm, das schematisch ein beispielhaftes Verfahren einer Bearbeitung eines Werkstücks durch eine in 6 dargestellte Laserbearbeitungsvorrichtung darstellt;
8A bis 8E Diagramme, die schematisch darstellen, wie sich eine bearbeitbare Oberfläche eines Werkstücks verändert, während eine Laserbearbeitung entsprechend dem in 7 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt wird;
9 ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel der Gesamtkonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 ein Flussdiagramm, das schematisch ein beispielhaftes Verfahren einer Bearbeitung eines Werkstücks durch die in 9 dargestellte Laserbearbeitungsvorrichtung darstellt;
11 eine Ansicht, die schematisch darstellt, wie sich eine bearbeitbare Oberfläche eines Werkstücks verändert, während eine Bearbeitung entsprechend dem in 10 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt wird;
12a bis 12e ein Diagramm, das schematisch darstellt, wie sich eine bearbeitbare Oberfläche eines Werkstücks verändert, während eine Laserbearbeitung durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird; und
13A bis 13E ein Diagramm, das schematisch darstellt, wie sich eine bearbeitbare Oberfläche eines Werkstücks verändert, während eine Laserbearbeitung durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben. Bei den Ausführungsformen werden auf gleiche Bauteile zwischen den Ausführungsformen, zu denen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind, verzichtet oder vereinfacht, um auf eine wiederholte Beschreibung zu verzichten.
Erste Ausführungsform
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 4 nachstehend beschrieben. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann Laserstrahlen auf ein Werkstück 2, wie z. B. ein metallisches Objekt oder eine Halbleitervorrichtung, zum Ausführen einer vorstehend dargelegten Laserabtragung abstrahlen. Insbesondere dient die Laserabtragung beispielsweise zum Abtragen einer Oberfläche, wie z. B. einer oberen Oberfläche, des Werkstücks 2, wodurch feine Rillen und/oder feine Löcher auf dem Werkstück 2 ausgebildet werden. Eine zu bearbeitende, d. h. abzutragende, Oberfläche des Werkstücks 2 wird nachstehend als eine bearbeitbare Oberfläche bezeichnet.
1 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 darstellt.
Bezugnehmend auf 1 enthält die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 einen Laseroszillator 10, einen Impulssplitter 11, Leistungsverteilungstransformator 12 und 121 und einen Impulspositionsschieber 13. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 enthält ferner eine Impulsverzögerungseinheit 14, einen Strahlscanner 15, eine Sammellinse 16 und einen Controller 17.
Der Laseroszillator 10, der beispielsweise als Laserausgabeeinheit dient, besteht beispielsweise aus einem Lichtoszillator und einem Lichtverstärker. Der Laseroszillator 10 erzeugt und gibt als Laserschüsse gepulste Laserstrahlen aus, die jeweils eine ultrakurze Impulsweite von beispielsweise 10 ps oder geringer bei konstanten Perioden innerhalb eines Bereichs von beispielsweise einschließlich 10 Nanosekunden bis einschließlich 10 Mikrosekunden aufweisen. Jeder der gepulsten Laserstrahlen weist eine Gaußsche-Energie- bzw. Leistungsverteilung und eine im Wesentlichen kreisförmige Laserform, d. h. eine kreisförmige Strahlpunktform (siehe das Obere von 3), auf. Es ist zu beachten, dass die Breite jedes gepulsten Laserstrahls als Intervall zwischen vorbestimmten ansteigenden und abfallenden Werten der Energie- bzw. Leistungsverteilung definiert ist; wobei die entsprechenden Werte beispielsweise der Hälfte des Höchstwerts der Leistungsverteilung entspricht. Die aus dem Laseroszillator 10 ausgegebenen gepulsten Laserstrahlen werden nacheinander in den Impulssplitter 11 eingegeben.
Der Impulssplitter 11 teilt jeden der gepulsten Laserstrahlen in einen Hauptlaserimpuls und einen Unterlaserimpuls auf. Beispielsweise besteht der Impulssplitter 11 aus einem halben Spiegel oder anderer ähnlichen Aufteilvorrichtungen. Wenn ein halber Spiegel als Impulssplitter 11 verwendet wird, ist der halbe Spiegel so konfiguriert, dass er es ermöglicht, dass ein Teil des eingegebenen gepulsten Laserstrahls hindurchtritt, während der verbleibende Teil des eingegebenen gepulsten Laserstrahls reflektiert wird, wodurch der eingegebene gepulste Laserstrahl in den Hauptlaserimpuls und den Unterlaserimpuls aufgeteilt wird. Sowohl der Hauptlaserimpuls als auch der Unterlaserimpuls weist eine vorbestimmte Leistungsverteilung auf.
Die Haupt- und Unterlaserimpulse jedes der gepulsten Laserstrahlen, d. h. jedes Laserschusses, werden zu den entsprechenden Leistungsverteilungstransformatoren 12 und 121 eingegeben. Es ist zu beachten, dass in 1 die Pfade der Laserstrahlen, die die gepulsten Laserstrahlen, den Hauptlaserimpuls und den Unterlaserimpuls enthalten, durch durchgezogene Linien zwischen den entsprechenden Blöcken 10 bis 15 dargestellt sind.
Der Leistungsverteilungstransformator 12, der beispielsweise als ein Ausstrahlungsformbestimmer 12 dient, transformiert die Leistungsverteilung, d. h. Intensitätsverteilung, des Hauptlaserimpulses derart, dass der Hauptlaserimpuls eine vorbestimmte Strahlform, d. h. eine Strahlpunktform, aufweist, um auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 über den Strahlscanner 15 ausgestrahlt zu werden. Auf ähnliche Weise transformiert der Leistungsverteilungstransformator 121, der beispielsweise als ein Ausstrahlungsformbestimmer 121 dient, die Leistungsverteilung des Unterlaserimpulses derart, dass der auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstückes 2 auszustrahlende Unterlaserimpuls eine vorbestimmte Strahlform, d. h. eine Strahlpunktform, aufweist.
Beispielsweise verwendet jeder der Leistungsverteilungstransformatoren 12 und 121 ein optisches System zum Transformieren der Leistungsverteilung des entsprechenden Laserimpulses auf eine der vorbestimmten Leistungsverteilungen entsprechend einer vorbestimmten Strahlform des entsprechenden Laserimpulses.
Der Leistungsverteilungstransformator 12 transformiert die Leistungsverteilung des Hauptlaserimpulses auf eine vorbestimmte Leistungsverteilung derart, dass der auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstückes 2 über den Strahlscanner 15 (siehe die Mitte von 3) auszustrahlende Hauptlaserimpuls eine halbkreisförmige Strahlform entsprechend einer Halbkreisform aufweist. Insbesondere weist die Halbkreisform des Hauptlaserimpulses einen Durchmesser auf, der senkrecht zu einer Richtung ist, in die geplant ist, dass sich die Bearbeitung in eine vorbestimmte Richtung auf dem Werkstück 2 bewegt, d. h. voranschreitet. Mit anderen Worten, die Richtung, in die geplant ist, dass die Bearbeitung in eine vorbestimmte Richtung des Werkstückes 2 voranschreitet, zeigt eine Scanrichtung, in die geplant ist, dass die Laserimpulse auf dem Werkstück 2 durch den Strahlscanner 15 untersucht werden. Die Richtung, in die geplant ist, dass die Bearbeitung auf dem Werkstück 2 voranschreitet, wird als eine geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezeichnet. Die Halbkreisform des Hauptlaserimpulses erstreckt sich von dem Durchmesser zu einer Richtung, die der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung gegenüber liegt.
Der Leistungsverteilungstransformator 121 transformiert die Leistungsverteilung des Unterlaserimpulses auf die vorbestimmte Leistungsverteilung derart, dass der auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 über den Strahlscanner 15 (siehe die Unterseite von 3) ausstrahlende Unterlaserimpuls eine kreisförmige Strahlform aufweist. Insbesondere weist die Halbkreisform des Unterlaserimpulses auf dem Werkstück 2 einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen identisch zu dem Durchmesser der Halbkreisform des Hauptlaserimpulses ist und senkrecht zur geplanten Laserbearbeitungsrichtung ist. Die Halbkreisform des Unterlaserimpulses erstreckt sich von dem Durchmesser zu der geplanten Laserbearbeitungsvorrichtung.
Der Hauptlaserimpuls, der eine Halbkugelform als dessen Strahlform durch den Leistungsverteilungstransformator 12 aufweist, wird zu dem Strahlscanner 15 eingegeben. Der Unterlaserimpuls, der eine Halbkreisform als dessen Strahlform durch den Leistungsverteilungstransformator 121 aufweist, wird an den Impulspositionsschieber 13 eingegeben.
Der Impulspositionsschieber 13, der als Impulsschieber dient, verschiebt den Pfad des Unterlaserimpulses derart, dass:
der ausgestrahlte Unterlaserimpuls auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 an der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses positioniert ist; und
deren beide Durchmesser im Wesentlichen zueinander übereinstimmen.
Es führt dazu, dass:
der ausgestrahlte Unterlaserimpuls auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 an der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich der bestrahlten Position des Hauptlaserimpulses positioniert ist; und
die ausgestrahlten Haupt- und Unterlaserimpulse eine wesentliche Kreisform auf dem Werkstück 2 aufweisen.
Beispielsweise dient der Impulssplitter 11, die Leistungsverteilungstransformatoren 12 und 121 und der Impulspositionsschieber 13 als Impulsgenerator.
Der Unterlaserimpuls, dessen Pfad durch den Impulspositionsschieber 13 verschoben wird, wird an die Impulsverzögerungseinheit 14 eingegeben.
Es ist zu beachten, dass der Impulspositionsschieber 13 den Pfad des Hauptlaserimpulses derart verschiebt, dass:
der ausgestrahlte Hauptlaserimpuls auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 an der hinteren Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich des ausgestrahlten Unterlaserimpulses auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 über den Strahlscanner 15 positioniert ist; und
deren beiden Durchmesser im Wesentlichen zueinander übereinstimmen.
Die Impulsverzögerungseinheit 14 verzögert eine Ausstrahlung des Unterlaserimpulses eines momentanen Laserschusses auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 durch eine vorbestimmte Zeit bezüglich einer Ausstrahlung des Hauptlaserimpulses des momentanen Laserschusses auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 verzögert. Die vorbestimmte Zeit wird innerhalb des Bereichs von einschließlich dem ersten Zeitpunkt, zu dem der Hauptlaserimpuls des gegenwärtigen Laserschusses auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 über den Strahlscanner 15 ausgestrahlt wird, und einschließlich einem zweiten Zeitpunkt bestimmt, zu dem der Hauptlaserimpuls des nächsten Laserschusses auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 über dem Strahlscanner 15 ausgestrahlt wird,. Der Unterlaserimpuls, der durch die Impulsverzögerungseinheit 14 verzögert wird, wird an den Strahlscanner 15 eingegeben.
Der Strahlscanner 15 enthält beispielsweise einen Galvano-Scanner mit beispielsweise einem reflektierenden Spiegel und einem Treiber. Der reflektierende Spiegel ist derart positioniert, dass der Hauptlaserimpuls und der Unterlaserimpuls eintreffen. Der reflektierende Spiegel reflektiert die darauf treffenden Haupt- und Unterlaserimpulse, so dass die durch den reflektierenden Spiegel reflektierenden Haupt- und Unterlaserimpulsen in Richtung des Werkstücks 2 gerichtet sind. Der Treiber ist mit dem reflektierenden Spiegel gekoppelt und ist zum Drehen des reflektierenden Spiegels um wenigstens eine Achse operativ, um dabei die durch den reflektierenden Spiegel in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung reflektierten Haupt- und Unterlaserimpulse zu bewegen, d. h. zu untersuchen.
Die Sammellinse 16, die zwischen dem reflektierenden Spiegel des Strahlscanners 15 und dem Werkstück 2 positioniert ist, fokussiert sowohl den Haupt- als auch den Unterlaserimpuls, die aus dem Strahlscanner 15 auf eine Region der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 ausgegeben werden, um daran ausgestrahlt zu werden. Wie vorstehend beschrieben, weist die bestrahlte Region des Hauptlaserimpulses auf der bearbeitbaren Oberfläche eine entsprechende vorstehend dargelegte Halbkreisform auf, und ist bei der hinteren Seite in die vorstehend dargelegte geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung positioniert. Auf ähnliche Weise weist die bestrahlte Region des Unterlaserimpulses auf der maschinenbearbeitbaren Oberfläche die vorstehend dargelegte entsprechende Kreisform auf, und ist an der vorderen Seite in die vorstehend dargelegte geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung positioniert.
Beispielsweise dient die Impulsverzögerungseinheit 14, der Strahlscanner 15 und die Sammellinse 16 als eine Impulsausstrahleinheit.
An dem bestrahlten Bereich sowohl des Haupt- als auch des Unterlaserimpulses auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 entfernt ein entsprechender der Haupt- und Unterlaserimpulse die Materialien von der bestrahlten Region der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2, wodurch die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 abgetragen wird. Beispielsweise bildet das Abtragen feine Rillen, die jeweils eine Länge beispielsweise innerhalb eines Bereichs von einschließlich einigen Dutzenden bis einigen Hunderten μm (Mikrometer) aufweisen, und/oder feine Löcher, die jeweils einen Durchmesser beispielsweise innerhalb eines Bereichs von einschließlich einigen Dutzenden bis einigen Hunderten um aufweisen.
Während der Abtragung werden die entfernten Materialien in eine Plasmawolke umgewandelt, die aus deren Molekülen, Atomen, Elektronen und/oder Cluster besteht, so dass die Plasmawolke als Trümmerpartikel, wie z. B. pulverisierte Trümmerpartikel, abgesprengt bzw. zerstreut wird.
1 stellt die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung der Laserimpulse durch ein Bezugszeichen A dar, und stellt die Richtung der Trümmerpartikel durch das Bezugszeichen B dar. Die Richtung B der Trümmerpartikel wird nachstehend beschrieben.
Der Controller 17 ist beispielsweise als eine Computerschaltung entworfen, die beispielsweise im Wesentlichen eine CPU und einen Speicher aufweist, der beispielsweise als Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung dient. Der Controller 17 ist kommunizierbar mit dem Laseroszillator 10, dem Impulssplitter 11, den Leistungsverteilungstransformatoren 12 und 121, dem Impulspositionsschieber 13, der Impulsverzögerungseinheit 14 und dem Strahlscanner 15 gekoppelt (siehe gestrichelte Linien, die in 1 dargestellt sind, zeigen kommunizierende Verbindungen zwischen dem Controller 17 und jeder der Einheiten 10 bis 15 und 121). Insbesondere ist der Controller 17 wirksam, um zu steuern, wie die Einheiten 10 bis 15 und 121 anzusteuern, d. h. zu betreiben, sind.
Als Nächstes wird nachstehend als ein beispielhaftes Verfahren der Bearbeitung des Werkstücks 2 mit Bezug auf 2 beschrieben, wie die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ein Werkstück 2 bearbeitet.
Es ist zu beachten, dass in 2 ein als Laserschuss erzeugter erster gepulster Laserstrahl als ein erster gepulster Schuss bezeichnet wird, und ein neben dem ersten gepulsten Schuss erzeugter zweiter gepulster Laserstrahls wird als ein zweiter gepulster Schuss bezeichnet. Der von dem ersten gepulsten Schuss getrennte Hauptlaserimpuls wird als ein erster Hauptlaserimpuls bezeichnet, und der von dem ersten gepulsten Schuss getrennte Unterlaserimpuls wird als ein erster Unterlaserimpuls bezeichnet.
Zunächst wird das Werkstück 2 an einer Halterung (nicht gezeigt) montiert. Anordnungen des Laserscanners 15 und der Sammellinse 16 bezüglich des Werkstücks 2 an der Halterung werden derart eingestellt, dass sowohl der Haupt- als auch der Unterlaserstrahl auf eine vorbestimmte Region der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 mit einer vorbestimmten angepassten Kreisform, die vorstehend dargelegt ist, ausgestrahlt werden sollen.
Als Nächstes steuert der Controller 17 den Laseroszillator 10, so dass der Laseroszillator 10 einen ersten gepulsten Schuss in Schritt S10 erzeugt und ausgibt. Wenn der erste gepulste Schuss an den Impulssplitter 11 eingegeben wird, teilt in Schritt S11 der Impulssplitter 11 den ersten gepulsten Schuss in den ersten Hauptlaserimpuls und den ersten Unterlaserimpuls auf.
Wenn der erste Hauptlaserimpuls und der erste Unterlaserimpuls in entsprechende Leistungsverteilungstransformatoren 12 und 121 eingegeben werden, steuert der Controller 17 jeden Leistungsverteilungstransformator 12 und 121, um die Transformation der Leistungsverteilung eines entsprechenden des ersten Haupt- und Unterlaserimpulses in Schritt S12 auszuführen.
Insbesondere transformiert in Schritt S12 der Leistungsverteilungstransformator 12 die Leistungsverteilung des ersten Hauptlaserimpulses, so dass der erste Hauptlaserimpuls eine auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 auszustrahlende kreisförmige Strahlform entsprechend einer Kreisform aufweist.
Auf ähnliche Weise transformiert in Schritt S12 der Leistungsverteilungstransformator 121 die Leistungsverteilung des ersten Unterlaserimpulses derart, dass der erste Unterlaserimpuls eine auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 auszustrahlende kreisförmige Strahlform entsprechend einer Kreisform aufweist. Sowohl die halbkreisförmige Strahlform des ersten Hauptlaserimpulses und die halbkreisförmige Strahlform des ersten Unterlaserimpulses weisen einen Durchmesser auf, der senkrecht zu der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung ist. Die halbkreisförmige Strahlform des ersten Hauptlaserimpulses erstreckt sich von dem Durchmesser zu der Richtung, die der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung gegenüberliegt. Die halbkreisförmige Strahlform des ersten Unterlaserimpulses erstreckt sich von dem Durchmesser in die Richtung der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung.
Wenn der erste Unterlaserimpuls an den Impulspositionsschieber 13 eingegeben wird, steuert der Controller 17 den Impulspositionsschieber 13 in Schritt S13 zum Schieben des Pfads des ersten Unterlaserimpulses derart, dass:
der auszustrahlende erste Unterlaserimpuls auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 an der vorderen Seite der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich des ausgestrahlten ersten Hauptlaserimpulses auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 positioniert ist; und
deren beiden Durchmesser im Wesentlichen miteinander bei Schritt S13 übereinstimmen.
Der Ablauf in Schritt S13 wird nachstehend ausführlich beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, wird die Ausstrahlung des ersten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 durch die Impulsverzögerungseinheit 114 bezüglich der Ausstrahlung des ersten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2 verzögert. Aus diesem Grund tritt, wenn der erste Hauptlaserimpuls auf eine vorbestimmte Region der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 ausgestrahlt wird, ein Aufstrom, d. h. ein Aufstromfluss oder ein Luftzug, von der bestrahlten Region der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 zum Absprengen bzw. Zerstreuen von Trümmerteilen auf, wodurch ein Unterdruck bei der bestrahlten Region verursacht wird. Dadurch wird der erste Unterlaserimpuls auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 ausgestrahlt, während des Aufstroms und der Unterdruck aufgetreten sind.
Als Ergebnis des Fokussierens auf die Erzeugung des Aufstroms und des Unterdrucks verschiebt der Betrieb in Schritt S13 den Pfad des ersten Unterlaserimpulses derart, dass der erzeugte Aufstrom und der Unterdruck Trümmerteile anzieht, die durch die Ausstrahlung des ersten Unterlaserimpulses auf die bestrahlte Seite des ersten Hauptlaserimpulses absprengt.
Der Ablauf in Schritt S13 gemäß der ersten Ausführungsform ergibt:
die bestrahlte Position des ersten Unterlaserimpulses, die an der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich der bestrahlten Position des ersten Hauptlaserimpulses positioniert ist; und
die ausgestrahlten ersten Haupt- und Unterlaserimpulse eine wesentliche Kreisform auf dem Werkstück 2 vorsehen.
Wenn der erste Unterlaserimpuls, deren Pfad durch den Impulspositionsschieber 13 verschoben wird, zu der Impulsverzögerungseinheit 14 eingegeben wird, steuert der Controller 17 die Impulsverzögerungseinheit 14 in Schritt S14, so dass die Impulsverzögerungseinheit 14 die Ausstrahlung des ersten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 um eine vorbestimmte Zeit verzögert.
Insbesondere stellt die Impulsverzögerungseinheit 14 den Ausstrahlungszeitpunkt des ersten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 derart ein, dass die Trümmerteile während einer vorherigen vorbestimmten Periode erzeugt werden. Die vorherige vorbestimmte Periode ist eine Periode von dem Zeitpunkt des Auftretens des Aufstroms und des Unterdrucks basierend auf der Ausstrahlung des ersten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2 bis zu dem Zeitpunkt des Verschwindens des Aufstroms und des Unterdrucks basierend auf der Ausstrahlung des ersten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2. Die zuvor vorbestimmte Zeit wurde beispielsweise basierend auf Experimenten unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 und einem Werkstück 2 vorbestimmt. Es ist zu beachten, dass der Zeitpunkt des Erscheinens des Aufstroms und des Unterdrucks ein Zeitpunkt ist, zu dem ein gemessener Wert der Magnitude des Aufstroms höher als ein erster Schwellenwert wird und ein gemessener Wert des Unterdrucks höher als ein zweiter Schwellenwert wird. Der Zeitpunkt des Verschwindens des Aufstroms und des Unterdrucks ist ein Zeitpunkt, zu dem der gemessene Wert der Magnitude des Aufstroms gleich oder kleiner als ein dritter Schwellenwert wird und der gemessene Wert des Unterdrucks gleich oder kleiner als ein vierter Schwellenwert wird. Die zweiten und vierten Schwellenwerte können identisch zu den entsprechenden ersten und dritten Schwellenwerten eingestellt werden.
Beispielsweise verzögert die Impulsverzögerungseinheit 14 eine Ausstrahlung des ersten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 um die vorbestimmte Zeit von 3 ps. Insbesondere ist, wie in 3 dargestellt, wenn ein Zeitpunkt, zu dem der erste Hauptlaserimpuls auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird, als t1 repräsentiert wird, und ein Zeitpunkt, zu dem der erste Unterlaserimpuls auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird, als t2 repräsentiert wird, der Unterschied zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t1 3 ps.
Es ist zu beachten, dass wie vorstehend beschrieben, die Impulsverzögerungseinheit 14 die Ausstrahlung des ersten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 um eine vorbestimmte Zeit verzögern kann, die innerhalb des Bereichs von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t3 enthalten ist, bei der der Hauptlaserimpuls des zweiten gepulsten Schusses auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird.
Wenn der erste Hauptlaserimpuls auf den Strahlscanner 15 von dem Pulssplitter 11 eingegeben oder eingebracht wird, steuert der Controller 17 den Strahlscanner 15, so dass der auf eine vorbestimmte Region des Werkstücks 2 ausgestrahlte erste Hauptlaserimpuls durch den Strahlscanner 15 über die Sammellinse 16 in Schritt S15 fokussiert wird.
Wenn der erste Unterlaserimpuls an den Strahlscanner 15 nach Verstreichen von 3 ps eingegeben wird, seit der Eingabe des ersten Hauptlaserimpulses an dem Strahlscanner 15, steuert der Controller 17 den Strahlscanner 15, so dass der auf eine vorbestimmte Region des Werkstücks 2 ausgestrahlte zweite Hauptlaserimpuls durch den Strahlscanner 15 über die Sammellinse 16 in Schritt S16 fokussiert wird. Es ist zu beachten, dass, wie vorstehend beschrieben, die bestrahlte Position des ersten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 vorwärts in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung von dem ersten Hauptlaserimpuls verschoben wird, und die ausstrahlenden ersten Haupt- und Unterlaserimpulse im Wesentlichen eine Kreisform auf dem Werkstück 2 aufweisen.
Nach Verstreichen von beispielsweise 10 ps seit der Ausgabe des ersten gepulsten Schusses, steuert der Controller 17 den Laseroszillator 10 derart, dass der Laseroszillator 10 einen zweiten gepulsten Schuss in Schritt S17 erzeugt und ausgibt.
Insbesondere führt in Schritt S18 die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 die Sequenz der Handlungen in den Schritten S11 bis S16 durch, wodurch der zweite Hauptlaserimpuls und der zweite Unterlaserimpuls eines zweiten gepulsten Schusses auf vorbestimmte Regionen des Werkstücks 2 ausgestrahlt werden. Insbesondere steuert der Controller 17 den Strahlscanner 15, so dass der zweite Hauptlaserimpuls des zweiten gepulsten Schusses an einer Region positioniert ist, die zu der Vorderseite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich der bestrahlten Position des ersten Unterlaserimpulses des ersten gepulsten Schusses verschoben wird. Dies untersucht die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung durch die ersten und zweiten gepulsten Schüsse.
Das bedeutet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 eine Ausgabe der gepulsten Schüsse (siehe Schritt S10 oder S17) wiederholt, und für jeden der gepulsten Schüsse die Handlungen in den Schritten S11 bis S16 (siehe Schritt S18) ausführt, wodurch das Werkstück 2 basierend auf der vorstehend dargelegten Laserabtragung bearbeitet wird.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 4A bis 4E beschrieben, wie die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 sich verändert, während die Laserbearbeitung entsprechend dem in 2 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt wird.
In den 4A bis 4E wird angenommen, dass das Werkstück 2 eine im Wesentlichen plattenförmige Form aufweist, und, wie vorstehend beschrieben, die obere Oberfläche als eine bearbeitbare Oberfläche MS verwendet wird. In jeder der 4A bis 4E stellt die Oberseite eine schematische Querschnittsansicht bei Betrachtung auf eine Ebene dar, die orthogonal zu der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 ist, wenn das Werkstück 2 von einer Seitenoberfläche betrachtet wird. Bei jeder der 4A bis 4E stellt die Unterseite eine schematische Draufsicht des Werkstücks 2 dar, wenn das Werkstück 2 von dessen oberen Seite betrachtet wird. Bei jeder der Unterseiten von den 4A bis 4E stellt eine nicht schraffierte halbkreisförmige Markierung eine bearbeitete Region dar, an die ein Haupt- oder Unterlaserimpuls ausgestrahlt wird, und eine schraffierte halbkugelförmige Markierung stellt eine bereits bearbeitete Region durch einen Haupt- und Unterlaserimpuls dar. Bei jeder der 4A bis 4E stellt eine gestrichelt-gepunktete Linie eine Grenze zwischen dem Hauptlaserimpuls und einem Unterlaserimpuls dar.
Es ist zu beachten, dass in den 4A bis 4E das Bezugszeichen P1 den Hauptlaserimpuls eines n-ten gepulsten Schusses (n ist eine natürliche Zahl) darstellt, und das Bezugszeichen P2 den Unterlaserimpuls des n-ten gepulsten Schusses darstellt. Das Bezugszeichen P3 stellt den Hauptlaserimpuls eines (n + 1)-ten gepulsten Schusses dar. Sowohl bei der Oberseite als auch der Unterseite von 4A wird lediglich die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung durch das Bezugszeichen A dargestellt.
4A zeigt, dass der Hauptlaserimpuls P1 des n-ten gepulsten Schusses auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird. Das bedeutet, dass der halbkreisförmig geformte n-te Hauptlaserimpuls P1 auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 ausgestrahlt wird. Eine halbkreisförmige Region R1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf die der halbkreisförmige n-te Hauptlaserimpuls P1 ausgestrahlt wird, wird durch eine Energie des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses P1 (siehe 4B) bearbeitet, d. h. abgetragen. Dies bewirkt, dass das Material(ien) der bestrahlten Region R1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgebrochen bzw. abgebaut wird, so dass ein Aufstrom U auf der bestrahlten Region R1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um die Trümmerteile D basierend auf dem/den gebrochenen Material(ien) zu verstreuen. Der Aufstrom U bewirkt einen Unterdruck N in der bestrahlten Region R1. Falls das Werkstück 2 ein metallisches oder Halbleiter-Werkstück wie die erste Ausführungsform ist, dauert die Veränderung der bearbeitbaren Oberfläche MS von dem in 4A dargestellten Zustand zu dem in 4B dargestellten Zustand ungefähr 3 ps.
Danach wird, wie in 4C dargestellt, der verzögerte n-te Unterlaserimpuls P2 des n-ten gepulsten Schusses auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 derart ausgestrahlt, dass:
der ausgestrahlte n-te Unterlaserimpuls P2 auf der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 an der vorderen Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A bezüglich der bestrahlten Region R1 des n-ten Hauptlaserimpulses P1 positioniert ist; und
der Durchmesser des n-ten Unterlaserimpulses P2 mit dem Durchmesser der bestrahlten Region R1 des n-ten Hauptlaserimpulses P1 übereinstimmt.
Die Bestrahlung des n-ten Unterlaserimpulses P2 auf das Werkstück bewirkt, dass eine halbkreisförmige Region R2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf das der halbkreisförmige n-te Unterlaserimpuls P2 ausgestrahlt wird, durch die Energie des ausgestrahlten Unterlaserimpulses P2 (siehe 4D) bearbeitet wird, d. h. abgetragen wird. Dies bewirkt, dass das/die Material(ien) der bestrahlten Region R2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgebrochen bzw. abgebaut wird, so dass ein Aufstrom von der bestrahlten Region R2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um Trümmerteile B' basierend auf den abgebrochenen Materialien) zu verstreuen.
Zu dieser Zeit werden, da der Aufstrom U und der Unterdruck N durch den n-ten Hauptlaserimpuls P1 erzeugt wurden, die meisten Trümmerteile B' durch den Aufstrom U und den Unterdruck N in Richtung der hinteren Seite der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A angezogen. Insbesondere werden, wie in 4D dargestellt, die meisten der Trümmerteile B' in einer in 4D dargestellten schrägen Aufwärtsrichtung B verstreut.
Das bedeutet, dass, wie vorstehend beschrieben, die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 derart konfiguriert ist, dass sie:
den n-ten Hauptlaserimpuls P1 auf eine vorbestimmte Region der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 ausstrahlt; und
den n-ten Unterlaserimpuls P2 auf eine vorbestimmte Region der bearbeitbaren Oberfläche MS derart ausstrahlt, dass die bestrahlte Region des n-ten Unterlaserimpulses P2 an die vordere Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A bezüglich der bestrahlten Region des n-ten Hauptlaserimpulses P1 positioniert ist.
Diese Konfiguration ergibt den bestrahlten Bereich des n-ten Hauptlaserimpulses P1, der an der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A positioniert ist. Dies bewirkt, dass der durch den n-ten Hauptlaserimpuls P1 erzeugte Aufstrom U und Unterdruck N die meisten Trümmerteile B' anzieht, die durch den n-ten Unterlaserimpuls P2 in Richtung der hinteren Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A erzeugt werden, wie durch den Pfeil B dargestellt.
Als Nächstes wird, wie in 4E dargestellt, der Hauptlaserimpuls P3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses auf das Werkstück 2 derart ausgestrahlt, dass beispielsweise der Hauptlaserimpuls P3 teilweise mit der bestrahlten Region R2 des n-ten Unterlaserimpulses P2 überlappt. Da die meisten der Trümmerteile B', die durch den n-ten Unterlaserimpuls P2 erzeugt werden, an die hintere Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A angezogen werden, gibt es wenige Trümmerteile in dem Pfad des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses P3. Dies ergibt eine Energie des (n + t)-ten Hauptlaserimpulses P3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses, der zuverlässig auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird, ohne durch die durch den n-ten Unterlaserimpuls P2 erzeugten Trümmerteile blockiert zu werden.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 5A bis 5D zum Vergleich beschrieben, wie sich die bearbeitbare Oberfläche eines Werkstücks 2 verändert, während die Laserbearbeitung durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel durchgeführt wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel ist mit keinem Impulssplitter 11, Leistungsverteilungstransformatoren 21 und 121, Impulspositionsschieber 13 und Impulsverzögerungseinheit 14 im Vergleich zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet. Die durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel zu bearbeitende Form des Werkstücks 2 ist identisch mit dem durch die Laserbearbeitung 1 zu bearbeitenden Werkstück 2. Die Oberseiten von 5A bis 5D sind ähnlich zu den Oberseiten der 4A bis 4E, und die Unterseiten von den 5A bis 5D sind ähnlich zu den Unterseiten von den 4A bis 4E.
Es ist zu beachten, dass in den 5A bis 5D ein Bezugszeichen Q1 einen n-ten gepulsten Schuss darstellt, und ein Bezugszeichen Q2 einen (n + 1)-ten gepulsten Schuss darstellt. In jeder der 5A bis 5D stellt eine gestrichelte-gepunktete Linie eine Mittelachse des n-ten oder (n + 1)-ten Laserimpulses dar.
5A zeigt, dass der n-te gepulste Schuss Q1 auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird. Das bedeutet, dass ein kreisförmiger n-ter gepulster Schuss Q1 auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 ausgestrahlt wird. Eine kreisförmige Region R der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf die der kreisförmige n-te gepulste Schuss Q1 ausgestrahlt wird, wird durch Energie des ausgestrahlten gepulsten Schusses Q1 (siehe 5B) bearbeitet, d. h. abgetragen. Dies bewirkt, dass das/die Material(ien) der bestrahlten Region R der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgebaut wird, so dass ein Aufstrom von der bestrahlten Region R der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 zum Verstreuen der Trümmerteile D basierend auf dem/den gebrochenen Material(ien) auftritt.
Danach wird, wie in 5D dargestellt, ein (n + 1)-ter gepulster Schuss Q2 auf das Werkstück 2 derart ausgestrahlt, dass der (n + 1)-te gepulste Schuss Q2 teilweise mit der bestrahlten Region R des n-ten gepulsten Schusses Q1 überlappt. Zu dieser Zeit kann, da es einige Trümmerteile D gibt, die durch den n-ten gepulsten Schuss Q1 in dem Pfad des (n + 1)-ten gepulsten Schusses Q2 erzeugt werden, eine Energie des (n + 1)-ten gepulsten Schusses Q2 in einigen Trümmerteilen D aufgenommen werden, die in dem Pfad des (n + 1)-ten gepulsten Schusses Q2 positioniert sind. Dies kann ein Problem verursachen, dass die Energie des (n + 1)-ten gepulsten Schusses Q1 reduziert wird, was zur Reduzieren der Bearbeitungseffizienz der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel führt.
Dagegen liefert, wie vorstehend mit Bezug auf die 4A bis 4E beschrieben, die Konfiguration der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 eine Energie des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses P3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses, der zuverlässig auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird, ohne durch Trümmerteile geblockt zu werden, die durch den n-ten Unterlaserimpuls P2 erzeugt werden. Dies verhindert die Reduktion der Energie des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses P3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses aufgrund von Trümmerteilen des vorherigen Unterlaserimpulses P2, was die Bearbeitungseffizienz der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 im Vergleich zu der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel verbessert.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 derart konfiguriert, dass sie einen n-ten gepulsten Strahl, d. h. einen n-ten gepulsten Schuss, der von dem Laseroszillator 10 ausgegeben wird, in einen Hauptlaserimpuls und einen Unterlaserimpuls aufteilt, und sequentiell den Hauptlaserimpuls und den Unterlaserimpuls in dieser Reihenfolge auf die Werkstücke 2 derart ausstrahlt, dass:
ein bestrahlter Abschnitt des Unterlaserabschnitts auf der bearbeitbaren Oberfläche an der vorderen Seite in einer vorherigen geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung auf dem Werkstück 2 bezüglich eines bestrahlten Abschnitts des Hauptlaserimpulses auf dem Werkstück 2 positioniert ist; und
die Bestrahlung des Unterlaserimpulses auf die bearbeitbare Oberfläche bezüglich der Ausstrahlung des Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2 verzögert.
Diese Konfiguration verursacht einen Aufstrom und einen Unterdruck, die durch den Hauptlaserimpuls des n-ten gepulsten Schusses erzeugt werden, um die durch den Unterlaserimpuls des n-ten gepulsten Schusses erzeugten und von dem bestrahlten Abschnitt des Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 verstreuten Trümmerteile in Richtung der hinteren Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung anzuziehen. Dies führt zur Beseitigung der meisten Trümmerteile, die durch den Unterlaserimpuls auf dem n-ten gepulsten Schuss erzeugt werden und in dem Pfad des Hauptlaserimpulses des nächsten (n + 1)-ten Schusses positioniert sind, wodurch zuverlässig eine Energie des Hauptlaserimpulses des (n + 1)-ten Schusses auf das Werkstück 2 aufgebracht wird. Dies führt zur Reduktion des Energieverlusts in jedem von dem Laseroszillator 10 ausgegebenen gepulsten Schuss, wodurch die Bearbeitungseffizienz der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 verbessert wird.
Insbesondere beseitigt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 die durch die Ausstrahlung des n-ten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 erzeugten Trümmerteile von dem Pfad des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses unter Verwendung des n-ten Hauptlaserimpulses, selbst ohne eine weitere Beseitigungsvorrichtung, wie z. B. eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Wirbelströmung eines Hilfsgases, zu benötigen. Dies verbessert ferner die Energieeffizienz der Laserbearbeitungsvorrichtung 1, da keine Energie zum Antreiben einer solchen weiteren Beseitigungsvorrichtung benötigt wird.
Insbesondere verschiebt der Impulspositionsschieber 13 den Pfad des n-ten Unterlaserimpulses derart, dass der Aufstrom und der Unterdruck, die basierend auf dem n-ten Hauptlaserimpuls verursacht werden, die Trümmerteil anzieht, die durch die Ausstrahlung des n-ten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 zu der Ausstrahlungsseite des n-ten Hauptlaserimpulses verstreut werden. Diese Konfiguration macht es möglich, einen Aufstrom und einen Unterdruck, d. h. reduzierten Druck, zu verwenden, der Dinge zu sich ansaugen würde, die basierend auf der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2 erzeugt werden ohne eine weitere Maßnahme zur Verwendung des Aufstroms und des Unterdrucks. Dies führt zur Bewegung der durch den n-ten Unterlaserimpuls erzeugten Trümmerteile in Richtung der hinteren Seite der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung ohne ein zusätzliches Element und/oder Kosten.
Die Impulsverzögerungseinheit 14 verzögert die Ausstrahlung des n-ten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 bezüglich der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses daran mit einer vorherig definierten Periode. Die vorherig definierte Periode ist eine Periode von dem Zeitpunkt des Erscheinens des Aufstroms und des Unterdrucks basierend auf der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2 bis zu dem Zeitpunkt des Verschwindens des Aufstroms und des Unterdrucks basierend auf der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2.
Diese Konfiguration ermöglicht es, den Aufstrom und den Unterdruck, die basierend auf der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2 erzeugt werden, zuverlässig zu verwenden, wodurch sich leicht die durch den n-ten Unterlaserimpuls erzeugten Trümmerteile in Richtung der hinteren Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bewegen.
Insbesondere verzögert die Impulsverzögerungseinheit 14 die Ausstrahlung des n-ten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 um 3 ps oder länger bezüglich der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses darauf. Falls das Werkstück 2 ein metallisches oder Halbleiterwerkstück wie bei der ersten Ausführungsform ist, werden nachdem 3 ps seit einer Ausstrahlung des gepulsten Laserstrahls auf einen Abschnitt des Werkstücks 2 verstrichen sind, ein Aufstrom und ein Unterdruck gewöhnlich von dem bestrahlten Abschnitt des Werkstücks 2 erzeugt. Dadurch macht es die Verzögerung der Ausstrahlung des n-ten Unterlaserimpulses auf das Werkstück 2 um 3 ps oder länger bezüglich der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses darauf möglich, zuverlässig den Aufstrom und den Unterdruck zu verwenden, die basierend auf der Ausstrahlung des n-ten Hauptlaserimpulses auf das Werkstück 2 erzeugt werden.
Zudem ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 derart konfiguriert, dass der n-ten Hauptlaserimpuls und der n-te Unterlaserimpuls auf das Werkstück 2 derart ausgestrahlt werden, dass:
der ausgestrahlte n-te Unterlaserimpuls auf dem Werkstück 2 bei der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses positioniert wird; und
deren beiden Durchmesser im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, so dass die ausgestrahlten n-ten Haupt- und Unterlaserimpulse eine wesentliche Kreisform auf dem Werkstück 2 aufweisen.
Diese Konfiguration ergibt Trümmerteile, die durch den ausgestrahlten n-ten Unterlaserimpuls erzeugt werden, die benachbart zu dem Aufstrom des Unterdrucks sind, die durch den n-ten Hauptlaserimpuls erzeugt werden. Dies bewirkt, dass der Aufstrom und der Unterdruck, die durch den n-ten Hauptlaserimpuls erzeugt werden, stark auf die durch den ausgestrahlten n-ten Unterlaserimpuls erzeugten Trümmerteile wirken, wodurch sich zuverlässiger die durch den ausgestrahlten n-ten Unterlaserimpuls erzeugten Trümmerteile auf die hintere Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bewegen.
Zweite Ausführungsform
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1a gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die 6 bis 8 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen der Laserbearbeitungsvorrichtung 1a gemäß der zweiten Ausführungsform sind verschieden von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform durch die nachstehenden Punkte. So werden die unterschiedlichen Punkte hauptsächlich nachstehend beschrieben.
Im Vergleich zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 besteht die Laserbearbeitungsvorrichtung 1a aus keinen Leistungsverteilungstransformatoren 12 und 121. Aus diesem Grund weist jede der ausgestrahlten Formen des Haupt- und Unterlaserimpulses jedes gepulsten Schusses auf der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 eine Kreisform auf.
Wie die Laserbearbeitungsvorrichtung 1a ein Werkstück 2 bearbeitet, wird nachstehend als ein beispielhaftes Verfahren der Bearbeitung des Werkstücks 2 mit Bezug auf 7 beschrieben. Bei den in den entsprechenden 2 und 7 dargestellten Verfahren werden auf gleiche Prozesse, d. h. Schritte, zwischen den Verfahren, die den gleichen Schrittnummern zugeordnet sind, verzichtet oder vereinfacht, um eine wiederholte Erläuterung zu verhindern.
7 stellt klar dar, dass der Prozess in Schritt S12 in dem Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform beseitigt ist.
Insbesondere wird der durch den Impulssplitter 11 aufgeteilte erste Hauptlaserimpuls in die Stahlscaneinheit 15 eingegeben, und der durch den Impulssplitter 11 aufgeteilte erste Unterlaserimpuls wird zu dem Impulspositionsschieber 13 eingegeben.
Wenn der erste Unterlaserimpuls zu dem Impulspositionsschieber 13 eingegeben wird, steuert der Controller 17 den Impulspositionsschieber 13 in Schritt S13. Der Antriebsimpulspositionsschieber 13 verschiebt den Pfad des ersten Unterlaserimpulses derart, dass:
der ausgestrahlte erste Unterlaserimpuls auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 an der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich des ausgestrahlten ersten Hauptlaserimpulses auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 positioniert ist; und
ein Teil des ausgestrahlten ersten Unterlaserimpulses auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 sich mit einem Teil des ersten Hauptlaserimpulses auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 in Schritt S13 überlappt.
Die weiteren Schritte in dem in 7 dargestellten Verfahren sind im Wesentlichen identisch zu den entsprechenden Schritten in dem in 2 dargestellten Verfahren.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 8A bis 8E beschrieben, wie die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 sich verändert, während die Laserbearbeitung entsprechend des in 7 dargestellten Flussdiagramms ausgeführt wird. Die 8A bis 8E entsprechen den entsprechenden 4A bis 4E gemäß der ersten Ausführungsform.
In den 8A bis 8E stellt ein Bezugszeichen PA1 den Hauptlaserimpuls eines n-ten gepulsten Schusses dar, und das Bezugszeichen PA2 stellt den Unterlaserimpuls des n-ten gepulsten Schusses dar. Bezugszeichen PA3 stellt den Hauptlaserimpuls eines (n + 1)-ten gepulsten Schusses dar.
Wie in den 8A, 8C und 8E dargestellt, weisen die Haupt- und Unterimpulse PA1 und PA2 des n-ten gepulsten Schusses und der Hauptimpuls PA3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses eine Kreisform auf.
Insbesondere wird der kreisförmige n-ten Hauptlaserimpuls PA1 auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 ausgestrahlt (siehe 8A). Eine kreisförmige Region RA1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf die der kreisförmige n-ten Hauptlaserimpuls PA1 ausgestrahlt wird, wird durch eine Energie des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses PA1 bearbeitet, d. h. abgetragen (siehe 8B). Dies verursacht, dass das/die Materialien) der ausgestrahlten Region RA1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgebaut wird/werden, so dass ein Aufstrom U von der bestrahlten Region RA1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um die Trümmerteile D basierend auf den gebrochenen Materialien) zu verstreuen. Der Aufstrom U verursacht einen Unterdruck N in der bestrahlten Region RA1.
Danach wird, wie in 8C dargestellt, der verzögerte n-te Unterlaserimpuls PA2 des n-ten gepulsten Schusses auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 derart ausgestrahlt, dass:
der ausgestrahlte n-te Unterlaserimpuls PA2 auf der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 an der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A bezüglich der bestrahlten Region RA1 des n-ten Hauptlaserimpulses PA1 positioniert ist; und
der n-te Unterlaserimpuls PA2 sich teilweise mit dem n-ten Hauptlaserimpuls PA1 überlappt (siehe 8C).
Die Ausstrahlung des n-ten Unterlaserimpulses PA2 auf dem Werkstück 2 bewirkt, dass eine kreisförmige Region RA2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf die der kreisförmige n-te Unterlaserimpuls PA2 ausgestrahlt wird, durch eine Energie des ausgestrahlten Unterlaserimpulses PA2 bearbeitet, d. h. abgetragen (siehe 8D) wird. Dies bewirkt, dass das/die Materialien) der bestrahlten Region RA2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgetragen wird/werden, so dass ein Aufstrom von der ausgestrahlten Region RA2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um Trümmerteile B' basierend auf dem gebrochenen Material(ien) zu verstreuen.
Zu dieser Zeit werden, da der Aufstrom U und der Unterdruck N durch den n-ten Hauptlaserimpuls PA1 erzeugt wurden, die meisten der Trümmerteile B' durch den Aufstrom U und den Unterdruck N in Richtung der hinteren Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A angezogen. Insbesondere werden, wie in 8D dargestellt, die meisten der Trümmerteile B' in eine schräge Aufwärtsrichtung verstreut.
Dadurch wird betrachtet, dass der Hauptlaserimpuls PA3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses auf das Werkstück 2 derart ausgestrahlt wird, dass sich beispielsweise der Hauptlaserimpuls PA3 teilweise mit der bestrahlten Region RA2 des n-ten Hauptlaserimpulses PA2 überlappt (siehe 8E). Da die meisten der durch den n-ten Hauptlaserimpuls PA2 erzeugten Trümmerteile B' zu der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A angezogen werden, gibt es wenige Trümmerteile in dem Pfad des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses PA3. Dies ergibt eine Energie des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses PA3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses, der zuverlässig auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird, ohne durch die durch den n-ten Unterlaserimpuls PA2 erzeugten Trümmerteile geblockt zu werden. Dadurch erreicht die Laserbearbeitungsvorrichtung 1a im Wesentlichen die gleichen technischen Vorteile wie die durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 erreichten Vorteile.
Dritte Ausführungsform
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1b gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen der Laserbearbeitungsvorrichtung 1b gemäß der dritten Ausführungsform sind verschieden von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform durch die nachstehenden Punkte. Dadurch werden die unterschiedlichen Punkte nachstehend hauptsächlich beschrieben.
Im Vergleich zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 besteht die Laserbearbeitungsvorrichtung 1b aus einem Laseroszillator 10, einem Impulssplitter 11a, erste bis vierte Leistungsverteilungstransformatoren 121, 122, 123 und 124, und erste bis vierte Impulspositionsschieber 131, 132, 133 und 134. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1b besteht auch aus ersten bis vierten Impulsverzögerungseinheiten 141, 142, 143 und 144, dem Strahlscanner 15, der Sammellinse 16 und dem Controller 17.
Als Nächstes werden die Abläufe der Laserbearbeitungsvorrichtung 1b gemäß der dritten Ausführungsform nachstehend mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben.
Der Controller 17 steuert den Laseroszillator 10 derart, dass der Laseroszillator 10 einen ersten gepulsten Schuss erzeugt und ausgibt (siehe Schritt S20 in 10).
Wenn der erste gepulste Schuss in den Impulssplitter 11 eingegeben wird, steuert der Controller 17 den Impulssplitter 11a, so dass der Impulssplitter 11a den ersten gepulsten Laserstrahl in erste bis vierte Laserimpulse aufteilt (siehe Schritt S21 in 10).
Beispielsweise besteht der Impulssplitter 11 aus einem optischen System, das mehrere Halbspiegel oder ähnliche Splitvorrichtungen enthält, und das optische System teilt einen eingegeben gepulsten Laserstrahl in die ersten bis vierten Laserimpulse auf. Jeder der ersten bis vierten Laserimpulse weist eine vorbestimmte Leistungsverteilung auf. Die ersten bis vierten Laserimpulse werden an die entsprechenden ersten bis vierten Leistungsverteilungstransformatoren 121 bis 124 eingegeben.
Gemäß den ersten bis vierten Laserimpulsen steuert der Controller 17 jeweils die ersten bis vierten Leistungsverteilungstransformatoren 121 bis 124 derart, dass jeder der ersten bis vierten Leistungsverteilungstransformatoren 121 bis 124 eine Transformierungsaufgabe in Schritt S22 ausführt.
Insbesondere transformiert jeder der ersten bis vierten Leistungsverteilungstransformatoren 121 bis 124 die Leistungsverteilung, d. h. Intensitätsverteilung, eines entsprechenden der ersten bis vierten Laserimpulse derart, dass ein entsprechender der ersten bis vierten Laserimpulse eine vorbestimmte Strahlform, d. h. Strahlpunktform, aufweist. Die vorbestimmte Strahlform jedes der ersten bis vierten Laserimpulse entspricht einer auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 auszustrahlende vorbestimmte Form.
Beispielsweise transformiert jeder der ersten bis vierten Leistungsverteilungstransformatoren 121 bis 124 die Leistungsverteilung eines entsprechenden der ersten bis vierten Laserimpulse derart, dass ein entsprechender der ersten bis vierten Impulse eine Sektorstrahlform, d. h. Sektorstrahlpunktform, mit einem Mittelpunktswinkel von 45° davon aufweist. Die Sektorstrahlform jedes der ersten bis vierten Laserimpulse entspricht eine Sektorform der entsprechenden Laserimpulse, die auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 ausgestrahlt werden. Die ersten bis vierten Laserimpulse, die jeweils eine Sektorform mit deren Mittelpunktswinkel von 45° aufweisen, werden zu den entsprechenden ersten bis vierten Impulspositionsschieber 131 bis 134 eingegeben.
Gemäß der ersten bis vierten Laserimpulse, die jeweils eine Sektorstrahlform mit deren Mittelpunktswinkel von 45° aufweisen, steuert der Controller 17 die ersten bis vierten Impulspositionsschieber 131 bis 134 derart, dass die ersten bis vierten Impulspositionsschieber 131 bis 134 entsprechende Impulspositionsverschiebaufgaben in Schritt S23 ausführen.
Insbesondere verschieben die ersten bis vieren Impulspositionsschieber 131 bis 134 die Pfade der entsprechenden ersten bis vierten Laserimpulse derart, dass die ausgestrahlten ersten bis vierten Laserimpulse auf der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 zum Ausbilden einer im Wesentlichen Kreisform positioniert sind.
Beispielsweise stellen, wie in 11 dargestellt, Bezugszeichen M, SA, SB und SC die gegenwärtigen bestrahlten Regionen der entsprechenden ersten, zweiten, dritten und vierten Laserimpulse auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 dar. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Laserimpulse werden jeweils als P(M), P(SA), P(SB) und P(SC) bezeichnet. In 1 stellt ein Bezugszeichen K eine erste geplante Laserbearbeitungsvorrichtung dar, in der die Bearbeitung bereits ausgeführt wurde.
Es ist zu erwägen, dass die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1b von der ersten geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung K zu der zweiten geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung F an den gegenwärtig bestrahlten Regionen M, SA, SB und SC der in 11 dargestellten ersten bis vierten Laserimpulse verändert wird.
In diesem Fall wird der zweite Laserimpuls P(M), der an der hintersten Seite bei der Veränderung von der ersten geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung K zu der zweiten geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung F positioniert ist, als ein Hauptlaserimpuls identifiziert. Die Veränderung von der ersten geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung K zu der zweiten geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung F wird nachstehend als eine Verfahrensrichtungsänderung von K zu F bezeichnet.
Die zweiten, dritten und vierten Laserimpulse P(SA), P(SB) und P(SC), die an der vorderen Seite bezüglich der bestrahlten Region M des Hauptlaserimpulses P(M) in dem Prozess der Verfahrensrichtungsänderung von K zu F positioniert sind, werden als Unterlaserimpulse identifiziert.
Die ersten bis vierten Laserimpulse, deren Pfade durch die entsprechenden ersten bis vierten Impulspositionsschieber 131 bis 134 verschoben werden, werden zu den entsprechenden ersten bis vierten Impulsverzögerungseinheiten 141 bis 144 eingegeben.
In Schritt S24 steuert der Controller 17 eine der ersten bis vierten Impulsverzögerungseinheiten 141 bis 144, zu denen der Hauptlaserimpuls eingegeben wird, so dass die Impulsverzögerungseinheit den Hauptlaserimpuls zu dem Strahlscanner 15 ohne diesen zu verzögern ausgibt.
In Schritt S24 steuert der Controller 17 eine der verbleibenden drei Impulsverzögerungseinheiten, die einen Unterlaserimpuls, der zu dem Hauptlaserimpuls bei der Verfahrensrichtungsänderung von K zu F benachbart ist, eingegeben wird. Diese Steuerung weist die Impulsverzögerungseinheit an, die Ausstrahlung des Unterlaserimpulses auf die bearbeitbare Oberfläche MS um eine erste vorbestimmte Zeit zu verzögern.
In Schritt S24 steuert der Controller 17 eine der verbleibenden zwei Impulsverzögerungseinheiten, zu denen ein Unterlaserimpuls, der zu dem Unterlaserimpuls in die Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F benachbart ist, eingegeben wird. Dies weist die Impulsverzögerungseinheit an, die Ausstrahlung des Unterlaserimpulses auf die bearbeitbare Oberfläche MS durch die zweite vorbestimmte Zeit, die länger als die erste vorbestimmte Zeit ist, zu verzögern.
In Schritt S24 steuert der Controller 17 die verbleibende Impulsverzögerungseinheit, zu der der verbleibende Unterlaserimpuls, der in der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F als vorderster positioniert ist, eingegeben wird. Diese Steuerung weist die verbleibende Impulsverzögerungseinheit an, die Ausstrahlung des Unterlaserimpulses auf die bearbeitbare Oberfläche MS durch eine dritte vorbestimmte Zeit, die länger als die zweite vorbestimmte Zeit ist, zu verzögern.
Beispielsweise wird, wie in 11 dargestellt, bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F keine Verzögerung des ersten Laserimpulses, d. h. Hauptlaserimpuls P(M), entsprechend der bestrahlten Region M ausgeführt. Das bedeutet, dass der Hauptlaserimpuls P(M) durch den Strahlscanner 15 ausgestrahlt wird, während er nicht durch die erste Impulsverzögerungseinheit 141 auf der bearbeitbaren Oberfläche MS als die bestrahlte Region M unter der Steuerung des Controllers 17 in den Schritten S24 und S25 verzögert wird.
Als Nächstes ist die bestrahlte Region SA benachbart zu der bestrahlten Region M in der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F (siehe 11). Aus diesem Grund wird der erste Laserimpuls, d. h. der Unterlaserimpuls P(SA), durch die erste Verzögerungszeit bezüglich des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses P(M) durch die zweite Impulsverzögerungseinheit 142 in Schritt S24 verzögert.
Danach wird der verzögerte zweite Laserimpuls, d. h. der Unterlaserimpuls P(SA), durch den Strahlscanner 15 auf der bearbeitbaren Oberfläche MS als die bestrahlte Region SA und der Steuerung des Controllers 17 in Schritt S26 ausgestrahlt.
Anschließend ist die bestrahlte Region SB benachbart zu der bestrahlten Region SA in der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F (siehe 11). Aus diesem Grund wird der zweite Laserimpuls, d. h. der Unterlaserimpuls P(SB), durch die zweite Verzögerungszeit bezüglich des ausgestrahlten Unterlaserimpulses P(SA) durch die dritte Impulsverzögerungseinheit 143 in Schritt S24 verzögert.
Danach wird der verzögerte dritte Laserimpuls, d. h. der Unterlaserimpuls P(SB), durch den Strahlscanner 15 auf der bearbeitbaren Oberfläche MS als die ausgestrahlte Region SB unter der Steuerung des Controllers 17 in Schritt S27 ausgestrahlt.
Der vierte Laserimpuls, d. h. der Unterlaserimpuls P(SC) entsprechend der bestrahlten Region SC, der in der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F als vorderster positioniert ist, wird durch die dritte Verzögerungszeit in Schritt S24 verzögert. Die dritte Verzögerungszeit wird länger als die zweite Verzögerungszeit durch die vierte Impulsverzögerungseinheit 141 in Schritt S24 eingestellt. Danach wird der verzögerte vierte Laserimpuls, d. h. der Unterlaserimpuls P(SC), durch den Strahlscanner 15 auf der bearbeitbaren Oberfläche MS als die bestrahlte Region SC unter Steuerung des Controllers 17 in Schritt S28 ausgestrahlt.
Das bedeutet, dass der Hauptlaserimpuls P(M), die Unterlaserimpulse P(SA), der Unterlaserimpuls P(SB) und der Unterlaserimpuls P(SC) im Wesentlichen von dem Strahlscanner 15 mit vorbestimmten Zeitintervallen dazwischen ausgegeben werden, während die Zeitintervalle im Wesentlichen länger werden.
Insbesondere wurde, wie vorstehend beschrieben, die Laserbearbeitung in der ersten geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung K ausgeführt, und die bereits bearbeitete Region ist in 11 als eine schraffierte Region dargestellt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung der Laserbearbeitungsverfahrensrichtung K auf die zweite geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung F bei den gegenwärtig bestrahlten Regionen M, SA, SB und SC der in 11 dargestellten ersten bis vierten Laserimpulse verändert. Dadurch wird in 11 der erste Laserimpuls P(M) entsprechend der bestrahlten Region M der Hauptlaserimpuls, und die zweiten, dritten und vierten Laserimpulse entsprechend den entsprechenden bestrahlten Regionen SA, SB und SC werden die entsprechenden Unterimpulse.
Wie in 11 dargestellt, ist der Hauptlaserimpuls P(M) entsprechend der bestrahlten Region M auf der bearbeitbaren Oberfläche an der hintersten Seite der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F bezüglich der Unterlaserimpulse positioniert.
Die Unterlaserimpulse P(SA) und P(SB) entsprechend den entsprechenden bestrahlten Regionen SA und SB sind an der bearbeitbaren Oberfläche MS an der vordersten Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F bezüglich des Hauptlaserimpulses P(M) positioniert.
Der Unterlaserimpuls P(SC) entsprechend der bestrahlten Region SC ist an der bearbeitbaren Oberfläche MS an der vordersten Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F bezüglich der Laserimpulse P(SA), P(SB) und P(M) positioniert.
Das bedeutet, dass der Hauptlaserimpuls P(M) an der bearbeitbaren Oberfläche MS als die bestrahlte Region M ausgestrahlt wird. Nach Verstreichen der ersten Verzögerungszeit seit der Ausstrahlung des Hauptlaserimpulses P(M), wird der zweite Laserimpuls P(SA) auf die bearbeitbare Oberfläche MS als die ausgestrahlte Region SA ausgestrahlt.
Insbesondere ist der zweite Laserimpuls P(SA) an der bearbeitbaren Oberfläche MS an der vordersten Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F bezüglich der bestrahlten Region M nahe der bestrahlten Region M positioniert. Dies bewirkt, dass ein Aufstrom und ein Unterdruck, die durch die bestrahlte Region M erzeugt werden, die durch die Unterlaserimpulse P(SA) erzeugten und von der bestrahlten Region SA verstreuten Trümmerteile in Richtung der hinteren Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F angezogen werden.
Auf ähnliche Weise wird der dritte Laserimpuls P(SB) auf der bearbeitbaren Oberfläche MS an der vordersten Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F bezüglich der bestrahlten Region SA und M positioniert, so dass er nahe den bestrahlten Regionen SA und M ist.
Dies bewirkt, dass ein Aufstrom und ein Unterdruck, die durch jede der bestrahlten Regionen M und SA erzeugt werden, die durch die Unterlaserimpulse P(SB) erzeugten und von der bestrahlten Region SB verstreuten Trümmerteile in Richtung der hinteren Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F angezogen werden.
Insbesondere ist der vierte Laserimpuls P(SC) an der bearbeitbaren Oberfläche MS an der vordersten Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F bezüglich der bestrahlten Region M, SA und SB derart positioniert, dass er nahe den bestrahlten Regionen M, SA und SB der bearbeitbaren Oberfläche MS ist.
Dies bewirkt, dass ein Aufstrom und ein Unterdruck, die jeweils durch die bestrahlten Regionen M, SA und SB erzeugt werden, die durch den Unterlaserimpuls P(SC) erzeugten und von der bestrahlten Region SC verstreuten Trümmerteile in Richtung der hinteren Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F angezogen werden. Es ist zu beachten, dass, wie vorstehend beschrieben, die bestrahlten Regionen M, SA, SB und SC auf der bearbeitbaren Oberfläche MS im Wesentlichen eine Kreisform auf der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 vorsehen.
Beispielsweise nach Verstreichen von 10 ps seit der Ausgabe des ersten gepulsten Schusses steuert der Controller 17 den Laseroszillator 10, so dass der Laseroszillator 10 einen zweiten gepulsten Schuss in Schritt S29 erzeugt und ausgibt.
Insbesondere führt bei Schritt S30 die Laserbearbeitungsvorrichtung 1b die Sequenz der Abläufe in den Schritten S21 bis S28 durch, wodurch die ersten bis vierten Laserimpulse des zweiten gepulsten Schusses auf die vorbestimmten Regionen des Werkstücks 2 ausgestrahlt werden. Insbesondere steuert der Controller 17 den Strahlscanner 15 derart, dass die bestrahlten Regionen der ersten bis vierten Laserimpulse des zweiten gepulsten Schusses auf die bearbeitbare Oberfläche MS positioniert werden, um zu der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich den bestrahlten Regionen der ersten bis vierten Laserimpulse des ersten gepulsten Schusses auf der bearbeitbaren Oberfläche MS verschoben zu werden.
Dies untersucht die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung durch die ersten und zweiten gepulsten Schüsse.
Das bedeutet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 1b eine Ausgabe von gepulsten Schüssen wiederholt (siehe Schritt S20 oder S29), und führt für jeden der gepulsten Schüsse die Abläufe in den Schritten S21 bis S28 (siehe Schritt S30) aus, um die bearbeitbare Oberfläche MS in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung zu untersuchen, wodurch das Werkstück 2 basierend auf der vorstehend dargelegten Laserabtragung bearbeitet wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1b derart konfiguriert, dass der n-te gepulste Strahl, d. h. ein n-ter gepulster Schuss, der von dem Laseroszillator 10 ausgegeben wird, in mehrere, d. h. vier, Laserimpulse aufgeteilt wird, und sequentiell die aufgeteilten vier Laserimpulse auf die Werkstücke 2 mit vorbestimmten Intervallen zwischen den vier Laserimpulsen derart ausstrahlt, dass:
ein bestrahlter Abschnitt eines Laserimpulses, der eigentlich aus dem Strahlscanner 15 in die vier Laserimpulse ausgegeben wird, an der vordersten Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung auf der bearbeitbaren Oberfläche MS bezüglich eines bestrahlten Abschnitts eines oder mehrerer vorherigen Ausgabelaserimpulse(s) auf das Werkstück 2 positioniert wird; und
der bestrahlte Abschnitt des tatsächlich ausgegebenen Laserimpulses auf die bearbeitbare Oberfläche MS zu dem benachbarten Abschnitt des einen oder mehreren vorherigen ausgegeben Laserimpulse(s) auf der bearbeitbaren Oberfläche MS benachbart.
Diese Konfiguration ergibt eine Anziehung der Trümmerteile, die durch den tatsächlich ausgegebenen Laserimpuls erzeugt werden, zu der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung unter Verwendung von Aufströmen und Unterdrücken, die durch einen oder mehreren vorherigen ausgegeben Laserimpulsen erzeugt werden. Dies erreicht daher im Wesentlichen die gleichen technischen Vorteile wie die durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 erreichten Vorteile.
Insbesondere zieht während der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F die Laserbearbeitungsvorrichtung 1b die durch den letzten ausgestrahlten Laserimpuls P(SC) erzeugten Trümmerteile zu der hinteren Seite bei der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F unter Verwendung von Aufströmen und Unterdrücken, die durch die vorherigen Haupt- und Unterlaserimpulse P(M), P(SA) und P(SB) erzeugt werden. Dies beseitigt ferner wirksam die Trümmerteile von dem Pfad des nächsten (n + 1)-ten gepulsten Schusses.
Zudem bewegt, während der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F, die Laserbearbeitungsvorrichtung 1b die Trümmerteile, die durch jeden der Unterlaserimpulse P(SA), P(SB) und P(SC) in Richtung der bestrahlten Region des Hauptlaserimpulses P(M) auf der bearbeitbaren Oberfläche MS, d. h. in Richtung der hintersten Seite in der Verfahrensrichtungsveränderung von K zu F, erzeugt werden.
Vierte Ausführungsform
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 12 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform sind verschieden von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform durch die nachstehenden Punkte. Dadurch werden die verschiedenen Punkte hauptsächlich nachstehend beschrieben.
Im Vergleich zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ist die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform derart konfiguriert, dass sie jeden der Haupt- und Unterlaserimpulse eines gepulsten Schusses derart ausgibt, dass jeder der Haupt- und Unterlaserimpulse eine Energieneigung in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung von dessen vorderen Seite zu dessen hinteren Seite aufweist. Insbesondere wird bei der vierten Ausführungsform die Energieneigung jedes der Haupt- und Unterlaserimpulse derart bestimmt, dass die Energie jedes der Haupt- und Unterlaserimpulse linear von der vorderen Seite zu der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung zunimmt.
Bezugnehmend auf 1 transformiert der Leistungsverteilungstransformator 12 gemäß der vierten Ausführungsform die Leistungsverteilung des Hauptlaserimpulses derart, dass der Hauptlaserimpuls eine Kreisstrahlform aufweist, und die lineare zunehmende Leistungsverteilung aufweist. Auf ähnliche Weise transformiert der Leistungsverteilungstransformator 121 gemäß der vierten Ausführungsform die Leistungsverteilung des Unterlaserimpulses derart, dass der Unterlaserimpuls eine Kreisstrahlform aufweist, und die lineare zunehmende Leistungsverteilung aufweist.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 12a bis 12e beschrieben, wie sich die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 verändert, während die Laserbearbeitung durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ausgeführt wird. 12a bis 12e entsprechen den entsprechenden 4A bis 4E gemäß der ersten Ausführungsform.
In den 12a bis 12e stellt ein Bezugszeichen PB1 den Hauptlaserimpuls eines n-ten gepulsten Schusses dar, und ein Bezugszeichen PB2 stellt den Unterlaserimpuls des n-ten gepulsten Schusses dar. Bezugszeichen PB3 stellt den Hauptlaserimpuls eines (n + 1)-ten gepulsten Schusses dar.
Insbesondere wird der kreisförmige n-te Hauptlaserimpuls PB1 auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 ausgestrahlt (siehe 12a). Eine Kreisregion RB1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf die der kreisförmige n-te Hauptlaserimpuls PB1 ausgestrahlt wird, wird durch eine Energie des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses PB1 bearbeitet, d. h. abgetragen (siehe 12B). Dies bewirkt, dass das/die Material(ien) der ausgestrahlten Region RB1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgebaut wird/werden, so dass ein Aufstrom U von der bestrahlten Region RB1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um Trümmerteile D basierend auf dem gebrochenen Material(ien) zu verstreuen. Der Aufstrom U verursacht einen Unterdruck N in der bestrahlten Region RB1.
Zu dieser Zeit weist der n-te Hauptlaserimpuls PB1 eine lineare zunehmende Leistungsverteilung von der vorderen Seite zu der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A auf. Aus diesem Grund ist der Teil des Aufstrom U an der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A größer als der Teil des Aufstroms U an der vorderen Seite. Auf ähnliche Weise ist der Teil des Unterdrucks N an der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A größer als der Teil des Unterdrucks N an der vorderen Seite.
Danach wird, wie in 12C dargestellt, der verzögerte n-te Unterlaserimpuls PB2 des n-ten gepulsten Schusses auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 derart ausgestrahlt, dass:
der ausgestrahlte n-te Unterlaserimpuls PB2 auf der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 an der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A bezüglich der bestrahlten Region RB1 des n-ten Hauptlaserimpulses PB1 positioniert wird; und
der n-ten Unterlaserimpuls PB2 teilweise mit dem n-ten Hauptlaserimpuls PB1 überlappt (siehe 12C).
Die Ausstrahlung des n-ten Unterlaserimpulses PB2 auf das Werkstück 2 bewirkt, dass eine Kreisregion RB2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf die der kreisförmige n-ten Unterlaserimpuls PB2 ausgestrahlt wird, durch eine Energie des ausgestrahlten Unterlaserimpulses PA2 bearbeitet, d. h. abgetragen wird (siehe 12D). Dies bewirkt, dass das/die Materialien) der bestrahlten Region RB2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgebaut wird/werden, so dass ein Aufstrom von der bestrahlten Region RB2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um Trümmerteile basierend auf dem gebrochenen Materialien) zu verstreuen.
Zu dieser Zeit werden, da der Aufstrom U und der Unterdruck N durch den n-ten Hauptlaserimpuls PB1 erzeugt wurden, die meisten Trümmerteile B' durch den Aufstrom U und den Unterdruck N in Richtung der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A angezogen. Insbesondere werden, wie in 12D dargestellt, die meisten Trümmerteile B' in einer schrägen Aufwärtsrichtung verstreut (siehe den Pfeil B).
Insbesondere sind bei der vierten Ausführungsform ein Teil des Aufstroms U und ein Teil des Unterdrucks N an der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A größer als ein Teil des Aufstroms U und ein Teil des Unterdrucks N an der vorderen Seite. Aus diesem Grund werden die meisten Trümmerteile B' weit in Richtung der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A bewegt.
Dadurch wird der Hauptlaserimpuls PB3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses auf das Werkstück 2 derart ausgestrahlt, dass beispielsweise der Hauptlaserimpuls PB3 teilweise mit der ausgestrahlten Region RB2 des n-ten Unterlaserimpulses PB2 überlappt (siehe 12e). Da die meisten Trümmerteile B', die durch den n-ten Unterlaserimpuls PB2 an der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A derart angezogen werden, dass sie weit weg dazu bewegt werden, gibt es wenige Trümmerteile in dem Pfad des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses PB3. Dies ergibt eine Energie des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses PB3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses, der zuverlässig auf dem Werkstück 2 ausgestrahlt wird ohne durch die durch den n-ten Unterlaserimpuls PB2 erzeugten Trümmerteile blockiert zu werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform derart konfiguriert, dass jeder der Haupt- und Unterlaserimpulse eines gepulsten Schusses derart ausgegeben wird, dass jeder der Haupt- und Unterlaserimpulse eine Energieneigung aufweist, bei der die Energie eines entsprechenden Laserimpulses linear von der vorderen Seite zu der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung zunimmt.
Diese Konfiguration bewirkt, dass ein Teil des Aufstroms U und ein Teil des Unterdrucks N, die basierend auf dem Hauptimpuls erzeugt werden, an der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung A größer als ein Teil des Aufstroms U und ein Teil des Unterdrucks N werden, die basierend auf dem Hauptimpuls an der vorderen Seite erzeugt werden. Diese Konfiguration führt dazu, dass die meisten Trümmerteile, die durch den Unterlaserimpuls erzeugt werden, weit in Richtung der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitung A bewegt werden, wodurch ferner zuverlässig die Trümmerteile von dem Pfad des Hauptlaserimpulses des nächsten gepulsten Schusses entfernt werden.
Fünfte Ausführungsform
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 13 beschrieben.
Die Struktur und/oder Funktionen der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform sind verschieden von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform durch die nachstehenden Punkte. Dadurch werden die verschiedenen Punkte hauptsächlich nachstehend beschrieben.
Im Vergleich zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 transformiert der Leistungsverteilungstransformator 12 gemäß der fünften Ausführungsform die Leistungsverteilung des Hauptlaserimpulses derart, dass der Hauptlaserimpuls eine Kreisstrahlform aufweist. Der Leistungsverteilungstransformator 121 gemäß der fünften Ausführungsform transformiert die Leistungsverteilung des Unterlaserimpulses derart, dass der Unterlaserimpuls eine Ringstrahlform aufweist, die die Kreisstrahlform des Hauptimpulses umgibt.
Zudem besteht die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform aus keinem Impulspositionsschieber 13. Aus diesem Grund wird der aus dem Leistungsverteilungstransformator 121 ausgegebene Unterlaserimpuls zu der Impulsverzögerungseinheit 14 eingegeben.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 13A bis 13E beschrieben, wie sich die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 verändert, während die Laserbearbeitung durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ausgeführt wird. 13A bis 13E entsprechen den entsprechenden 4A bis 4E gemäß der ersten Ausführungsform.
In den 13A bis 13E stellt ein Bezugszeichen PC1 den Hauptlaserimpuls eines n-ten gepulsten Schusses dar, und ein Bezugszeichen PC2 stellt den Unterlaserimpuls des n-ten gepulsten Schusses dar. Bezugszeichen PC3 stellt den Hauptlaserimpuls eines (n + 1)-ten gepulsten Schusses dar.
Insbesondere wird der kreisförmige n-te Hauptlaserimpuls PC1 auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 ausgestrahlt (siehe 13A). Eine Kreisregion RC1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2, auf die der kreisförmige n-ten Hauptlaserimpuls PC1 ausgestrahlt wird, wird durch die Energie des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses PC1 bearbeitet, d. h. abgetragen (siehe 13B). Dies verursacht, dass das/die Materialien) der bestrahlten Region RC1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgebaut wird/werden, so dass ein Aufstrom U von der bestrahlten Region RC1 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um Trümmerteile D basierend auf dem/den gebrochenen Materialien) zu verstreuen. Der Aufstrom verursacht einen Unterdruck N in der bestrahlten Region RC1.
Danach wird, wie in 13C dargestellt, der verzögerte n-te Unterlaserimpuls PC2 des n-ten gepulsten Schusses auf die bearbeitbare Oberfläche MS des Werkstücks 2 derart ausgestrahlt, dass der ausgestrahlte n-te Unterlaserimpuls PC2 benachbart die bestrahlte Region RC1 des n-ten Hauptlaserimpulses PC1 umgibt (siehe 13C).
Die Bestrahlung des n-ten Unterlaserimpulses PC2 auf einer Region RC2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 um die bestrahlte Region RC1 des n-ten Hauptlaserimpulses PC1 bewirkt, dass die bestrahlte Region RC2 durch eine Energie des ausgestrahlten Laserimpulses PA2 bearbeitet, d. h. abgetragen, wird (siehe 13D). Dies bewirkt, dass das/die Materialien) der bestrahlten Region RC2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 abgetragen wird/werden, so dass ein Aufstrom von der bestrahlten Region RC2 der bearbeitbaren Oberfläche MS des Werkstücks 2 auftritt, um Trümmerteile B' basierend auf dem/den gebrochenen Materialien) zu verstreuen.
Zu dieser Zeit werden, da der Aufstrom U und der Unterdruck N durch den n-ten Hauptlaserimpuls PC1 bei der mittleren Seite bezüglich der ringförmigen bestrahlten Region RC2 erzeugt werden, die meisten der Trümmerteile B' durch den Aufstrom U und den Unterdruck in Richtung der mittleren Seite bezüglich der ringförmigen ausgestrahlten Region RC2 angezogen. Insbesondere werden, wie in 13D dargestellt, die meisten der Trümmerteile B' in eine schräge Aufwärtsrichtung zu der oberen Seite der bestrahlten Region RC1 des n-ten Hauptlaserimpulses PC1 verstreut (siehe die Pfeile B).
Dadurch wird der Hauptlaserimpuls PC3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses auf das Werkstück 2 derart ausgestrahlt, dass sich beispielsweise der Hauptlaserimpuls PC3 teilweise mit der bestrahlten Region RC2 des n-ten Unterlaserimpulses PC2 überlappt (siehe 13E). Da die meisten Trümmerteile B', die durch den n-ten Unterlaserimpuls PC2 erzeugt werden, hauptsächlich zu der oberen Seite des n-ten Laserimpulses PC1 angezogen werden, um dazu bewegt zu werden, gibt es wenige Trümmerteile in dem Pfad des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses PC3. Dies führt zu einer Energie des (n + 1)-ten Hauptlaserimpulses PC3 des (n + 1)-ten gepulsten Schusses, der zuverlässig auf das Werkstück 2 ausgestrahlt wird ohne durch die durch das n-ten Unterlaserimpuls PC2 erzeugten Trümmerteile blockiert zu werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform derart konfiguriert, dass sie:
den Hauptlaserimpuls eines gepulsten Schusses mit einer Kreisstrahlform ausgibt; und
den Unterlaserimpuls davon mit einer Ringstrahlform ausgibt, die die Kreisstrahlform des Hauptlaserimpulses umgibt.
Diese Konfiguration führt dazu, dass die meisten der Trümmerteile, die durch den Unterlaserimpuls erzeugt werden, in Richtung der oberen Seite der bestrahlten Region des Hauptlaserimpulses bewegt werden, wodurch zuverlässig die Trümmerteile von dem Pfad des Hauptlaserimpulses des nächsten gepulsten Schusses entfernt werden. Diese erreicht daher im Wesentlichen die gleichen technischen Vorteile wie die durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 erreichten Vorteile.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt.
Insbesondere entwickelt bzw. bereitet die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform den Unterlaserimpuls, der durch den Impulssplitter 11 durch die Reihenfolge des Leistungsverteilungstransformators 121, des Impulspositionsschiebers 13 und der Impulsverzögerungseinheit 14 aufgeteilt wird, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Insbesondere kann die Laserbearbeitungsvorrichtung den Unterimpuls durch den Impulssplitter 11 bei einer vorgegebenen Reihenfolge aus dem Leistungsverteilungstransformator 121, dem Impulspositionsschieber 13 und der Impulsverzögerungseinheit 14 aufbereiten bzw. entwickeln.
Auf ähnliche Weise entwickelt die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform die ersten und vierten Impulse, die durch den Impulssplitter 11a mit der Reihenfolge der ersten bis vierten Leistungsverteilungstransformatoren 121 bis 124, der ersten bis vierten Impulspositionsschieber 131 bis 134 und der ersten bis vierten Impulsverzögerungseinheiten 141 bis 144 aufgeteilt werden, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Insbesondere kann die Laserbearbeitungsvorrichtung die ersten bis vierten Laserimpulse entwickeln, die durch den Impulssplitter 11a bei einer gegebenen Reihenfolge aus den ersten bis vierten Leistungsverteilungstransformatoren 121 bis 124, den ersten bis vierten Impulspositionsschiebern 131 bis 134 und den ersten bis vierten Impulsverzögerungseinheiten 141 bis 144 aufgeteilt werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß jeder der ersten bis vierten Ausführungsformen enthält den Impulssplitter 11 (11a), die Leistungsverteilungstransformatoren 12, 121 (121 bis 124), den Impulspositionsschieber 13 (131 bis 134) und die Impulsverzögerungseinheit(en) 14 (141 bis 144). Allerdings ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt.
Insbesondere kann die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Laserstrahlsteuereinheit enthalten, die eine erste Einrichtung, die als Impulssplitter 11 (11a) dient, eine zweite Einrichtung, die als Leistungsverteilungstransformatoren 12, 121 (121 bis 124) dient, eine dritte Einrichtung, die als Impulspositionsschieber 13 (131 bis 134) dient, und eine vierte Einrichtung enthalten, die als Impulsverzögerungseinheit(en) 14 (141 bis 144) dient. Die zweite Einrichtung kann von der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform beseitigt bzw. derart verzichtet werden.
In jeder der ersten bis fünften Ausführungsformen kann der Strahlscanner 15 den Impulspositionsschieber 13 und die Impulsverzögerungseinheit 14 enthalten. Insbesondere kann der Strahlscanner 15 zum Verschieben des Pfads des Unterlaserimpulses derart dienen, dass:
der ausgestrahlte Unterlaserimpuls auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 an der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung bezüglich des ausgestrahlten Hauptlaserimpulses positioniert ist; und
deren beiden Durchmesser im Wesentlichen miteinander übereinstimmen.
Der Strahlscanner 15 kann auch zum Verzögern der Ausstrahlung des Unterlaserimpulses eines gegenwärtigen Laserschusses auf der bearbeitbaren Oberfläche des Werkstücks 2 um eine vorbestimmte Zeit bezüglich der Ausstrahlung des ersten Hauptlaserimpulses auf die bearbeitbare Oberfläche des Werkstücks 2 dienen.
Der Impulssplitter 11a der Laserbearbeitungsvorrichtung 1b gemäß der dritten Ausführungsform teilt einen eingegebenen gepulsten Laserstrahl in einen Hauptlaserimpuls und drei Unterlaserimpulse auf, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere kann der Impulssplitter 11a einen eingegebenen gepulsten Laserstrahl in einen Hauptlaserstrahl und zwei oder mehrere Unterlaserimpulse aufteilen.
Als weiterer beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung für eine Laserbearbeitung eines Werkstücks vorgesehen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung enthält eine erste Einrichtung (10) zum Ausgeben eines gepulsten Laserstrahlt auf das Werkstück. Die Laserbearbeitungsvorrichtung enthält eine zweite Einrichtung (11, 11a, 12, 121 bis 124, 13, 131 bis 134) zum Erzeugen basierend auf den von der Laserausgabeeinheit ausgegebenen gepulsten Laserstrahl eines ersten Impulses und/oder eines zweiten Impulses, während ein Pfad des ersten Impulses und/oder des zweiten Impulses derart gesteuert wird, dass die ersten und zweiten Regionen des Werkstücks, auf denen die entsprechenden ersten und zweiten Impulse ausgestrahlt werden sollen, zueinander benachbart sind oder sich teilweise miteinander überlappen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung enthält eine dritte Einrichtung (15, 16) zum Ausstrahlen des ersten Impulses auf die erste Region zum Abtragen der ersten Region, wodurch ein Aufstrom und ein Unterdruck in der ersten Region basierend auf dem ersten Impuls verursacht wird. Die Laserbearbeitungsvorrichtung enthält auch eine vierte Einrichtung (14, 141 bis 144, 15, 16) zum Ausstrahlen des zweiten Impulses auf die zweite Region zum Abtragen der zweiten Region, während der Aufstrom und der Unterdruck in der ersten ausgestrahlten Region verursacht werden.
Während die darstellenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann irgendeine oder alle Ausführungsformen mit Abwandlungen, Verzicht, Kombinationen (z. B. von Aspekten quer über verschiedene Ausführungsformen), Anpassungen und/oder Alternativen wie dies durch den Fachmann verständlich ist basierend auf der Erfindung enthalten. Die Beschränkungen der Ansprüche sollen breit basierend auf der in den Ansprüchen verwendeten Sprache interpretiert werden und nicht auf den in der vorliegenden Erfindung oder während des Prüfungsverfahrens der Anmeldung beschriebenen Beispiele, wobei die Beispiele als nicht exklusiv betrachtet werden sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-337947 [0003]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung für eine Laserbearbeitung eines Werkstücks (2), wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung aufweist: eine Laserausgabeeinheit (10), die einen gepulsten Laserstrahl auf das Werkstück (2) ausgibt; einen Impulsgenerator (13), der basierend auf dem von der Laserausgabeeinheit (10) ausgegebenen gepulsten Laserstrahl wenigstens einen ersten Impuls und einen zweiten Impuls erzeugt, während ein Pfad des ersten Impulses und/oder des zweiten Impulses derart gesteuert wird, dass erste und zweite Regionen des Werkstücks (2), auf welche die entsprechenden ersten und zweiten Impulse gestrahlt werden sollen, zueinander benachbart sind oder sich teilweise miteinander überlappen; und eine Impulsausstrahleinheit (16), die auf die entsprechenden ersten und zweiten Regionen den ersten und zweiten Impuls ausstrahlt, während ein Ausstrahlungszeitpunkt des zweiten Impulses auf das Werkstück (2) bezüglich eines Ausstrahlungszeitpunkts des ersten Impulses auf das Werkstück (2) verzögert ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Laserausgabeeinheit (10) wiederholend den gepulsten Laserstrahl auf das Werkstück (2) ausgibt; der Impulsgenerator (13) basierend auf dem momentan aus der Laserausgabeeinheit (10) ausgegebenen gepulsten Laserstrahl wenigstens den ersten Impuls und den zweiten Impuls erzeugt, während der Pfad des ersten Impulses und/oder des zweiten Impulses derart gesteuert wird, dass die ersten und zweiten Regionen des Werkstücks (2), auf welche die entsprechenden ersten und zweiten Impulse gestrahlt werden sollen, zueinander benachbart sind oder sich teilweise miteinander überlappen; und die Impulsausstrahleinheit (16) auf die entsprechenden ersten und zweiten Regionen die ersten und zweiten Impulse ausstrahlt, während innerhalb eines vorbestimmten Zeitbereichs der Ausstrahlungszeitpunkt des zweiten Impulses auf das Werkstück (2) von dem Ausstrahlungszeitpunkt des ersten Impulses auf das Werkstück (2) verzögert ist, wobei der vorbestimmte Zeitbereich von dem Ausstrahlungszeitpunkt des ersten Impulses auf das Werkstück (2) zu einem Ausstrahlungszeitpunkt eines ersten Impulses auf einen nächsten gepulsten Laserstrahl auf das Werkstück (2) einschließlich des nächsten gepulsten Laserstrahls definiert ist, wobei der gepulste Laserstrahl von der Laserausgabeeinheit (10) unmittelbar nach dem momentan ausgegebenen gepulsten Laserstrahl ausgegeben wird, wobei der erste Impuls des nächsten gepulsten Laserstrahls durch den Impulsgenerator (13) basierend auf dem nächsten gepulsten Laserstrahl erzeugt wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die Impulsausstrahleinheit (16), ferner aufweist: einen Scanner (15), der wiederholend ausgegebene gepulste Laserstrahlen in einer geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) auf dem Werkstück (2) abtastet; und der Impulsgenerator (13) einen Impulsschieber aufweist, der die erste Region des Werkstücks (2), auf dem der erste Impuls gestrahlt werden soll, und/oder die zweite Region des Werkstücks (2), auf dem der zweite Impuls gestrahlt werden soll, derart verschiebt, dass die erste Region an einer hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) bezüglich der zweiten Region positioniert ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: der Impulsschieber die erste bestrahlte Position des ersten Impulses auf das Werkstück (2) und/oder die zweite bestrahlte Position des zweiten Impulses auf das Werkstück (2) derart verschiebt, dass ein Aufstrom (U) und ein Unterdruck (N), die basierend auf einer Ausstrahlung des ersten Impulses auf die erste Region des Werkstücks (2) erzeugt werden, Trümmerteile (D) anziehen, die von der zweiten Region des Werkstücks (2) basierend auf dem zweiten Impuls zerstreut werden.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass: der vorbestimmte Zeitbereich innerhalb eines spezifischen Zeitbereichs begrenzt ist, wobei der spezifische Zeitbereich von der Erzeugung des Aufstroms (U) und des Unterdrucks (N) basierend auf der Ausstrahlung des ersten Impulses auf die erste Region des Werkstücks (2) zum Verschwinden einschließlich des Aufstroms (U) und des Unterdrucks (N) vorbestimmt ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass: die Impulsausstrahleinheit (16) die ersten und zweiten Impulse auf die entsprechenden ersten und zweiten Regionen ausstrahlt, während durch wenigstens eine voreingestellte Zeit der Ausstrahlungszeitpunkt des zweiten Impulses auf das Werkstück (2) von dem Ausstrahlungszeitpunkt des ersten Impulses auf das Werkstück (2) verzögert ist, und der Ausstrahlungszeitpunkt des zweiten Impulses durch die wenigstens voreingestellte Zeit verzögert wird, die sich bei der Erzeugung des Aufstroms (U) und des Unterdrucks (N) basierend auf der Ausstrahlung des ersten Impulses auf die erste Region des Werkstücks (2) vor der Ausstrahlung des zweiten Impulses auf das Werkstück (2) ergibt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: der Impulsgenerator (13) ferner aufweist: einen Ausstrahlungsformbestimmer (12, 121), der eine erste bestrahlte Form des ersten Impulses auf das Werkstück (2) und eine zweite bestrahlte Form des zweiten Impulses auf das Werkstück (2) derart bestimmt, dass: die erste bestrahlte Form eine halbkreisförmige Form aufweist, die einen Durchmesser senkrecht zur geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) aufweist und die sich von dem Durchmesser in Richtung der hinteren Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) erstreckt; und die zweite bestrahlte Form eine halbkreisförmige Form aufweist, die einen Durchmesser senkrecht zur geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) aufweist und die sich von dem Durchmesser in Richtung einer vorderen Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) erstreckt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: der Impulsgenerator (13) einen Impulssplitter (11, 11a) aufweist, der den gepulsten Laserstrahl teilt, der derzeit von der Laserausgabeeinheit (10) in den ersten Impuls, den zweiten Impuls, einen dritten Impuls und einen vierten Impuls ausgibt; und der Impulsschieber die erste Region des Werkstücks (2), auf die der erste Impuls gestrahlt werden soll, die zweite Region des Werkstücks (2), auf die der zweite Impuls gestrahlt werden soll, eine dritte Region des Werkstücks (2), auf die der dritte Impuls gestrahlt werden soll, und eine vierte Region des Werkstücks (2), auf die der Impuls gestrahlt werden soll, derart verschiebt, dass die erste Region bei einer hintersten Seite in die geplante Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) bezüglich den zweiten, dritten und vierten Regionen positioniert ist, wobei die Impulsausstrahleinheit (16) auf eine entsprechende der zweiten bis vierten Regionen des Werkstücks (2) jeden der zweiten bis vierten Impulse ausstrahlt, während der Ausstrahlungszeitpunkt einer entsprechenden der zweiten bis vierten Impulse auf das Werkstück (2) von dem Ausstrahlungszeitpunkt des ersten Impulses auf das Werkstück (2) verzögert wird, die Verzögerung des Ausstrahlungszeitpunkts jedes der zweiten bis vierten Impulse bei einer Erzeugung des Aufstrom (U) und des Unterdrucks (N) basierend auf der Ausstrahlung des ersten Impulses auf die erste Region des Werkstücks (2) vor der Ausstrahlung jedes der zweiten bis vierten Impulse auf das Werkstück (2) ergibt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: der gepulste Laserstrahl, der wiederholend von der Laserausgabeeinheit (10) ausgegeben wird, eine vorbestimmte Leistungsverteilung aufweist; und der Impulsgenerator (13) ferner aufweist: einen Leistungsverteilungstransformator, der die vorbestimmte Leistungsverteilung des ersten Impulses derart transformiert, dass eine Neigung der Leistungsverteilung von der vorderen Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) zu der hinteren Seite in der geplanten Laserbearbeitungsverfahrensrichtung (A, F, K) zunimmt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass: der Impulsgenerator (13) aufweist: einen Ausstrahlungsformbestimmer (12, 121), der eine erste bestrahlte Form des ersten Impulses auf das Werkstück (2) und eine zweite bestrahlte Form des zweiten Impulses auf das Werkstück (2) derart bestimmt, dass: die erste bestrahlte Form eine Kreisform aufweist; und die zweite bestrahlte Form eine Ringform aufweist, welche die erste bestrahlte Form des ersten Impulses umgibt.