DE19782307B4

DE19782307B4 - Laserbearbeitungsgerät

Info

Publication number: DE19782307B4
Application number: DE19782307A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Hokodate; Yasuhiko Iwai; Miki Kurosawa; Junichi Nishimae; Kentaro Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2017-12-27
Also published as: KR20010033637A; DE19782307T1; JP3745225B2; TW379154B; WO1999033603A1; US6353203B1; KR100355122B1

Abstract

Laserbearbeitungseinrichtung, welche aufweist:
eine Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zur Änderung der Richtung eines Laserstrahls, der von einem Laseroszillator (200) abgegeben wird; und
eine Sammellinse (20) zum Brechen eines Laserstrahls, der von der Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zugeführt wird, und zum Fokussieren des Laserstrahls auf ein zu bearbeitendes Werkstück (W); und
einen Ausgleichsmechanismus zum Ausgleich einer Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse (20) infolge einer Temperaturänderung der Sammellinse, durch Einstellung eines Winkels des Laserstrahls, welcher der Sammellinse (20) zugeführt wird;
wobei der Ausgleichsmechanismus eine Einheit zur Korrektur eines Befehlswertes für eine Ablenkung für die Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zur Ablenkung des Laserstrahls ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsgerät, und insbesondere ein Laserbearbeitungsgerät zum Bohren, Schneiden oder Markieren eines Materials einer Leiterplatte, eines Halbleiterchips oder dergleichen aus beispielsweise Harz oder Keramik.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Als Laserbearbeitungsgerät zum Bohren, Schneiden oder Markieren ist jenes wohlbekannt, das einen Aufbau wie in 46 gezeigt aufweist.
Dieses Laserbearbeitungsgerät weist einen Laseroszillator 1 auf, der eine Quelle eines Laserstrahls L darstellt, eine Kollimatorlinse 2 zur Einstellung eines Divergenzwinkels des Laserstrahls, Y-Achsen- und X-Achsen-Galvanospiegel 3 und 4 jeweils zum Ablenken des Laserstrahls L in eine erforderliche Richtung auf der Grundlage des Drehwinkels, einen Y-Achsen-Galvanoscanner 5 und einen X-Achsen-Galvanoscanner 6 jeweils zur Einstellung von Drehwinkeln des Y-Achsen-Galvonospiegels 3 bzw. des X-Achsen-Galvanospiegels 4 entsprechend einem Bearbeitungsprogramm, und eine Sammellinse 7 zum Einführen und Sammeln des Laserstrahls L, der von dem Y-Achsen-Galvanospiegel 3 und dem X-Achsen-Galvanospiegel 4 abgelenkt wurde.
Die Wellenlänge des von dem Laseroszillator 1 erzeugten Laserstrahls L wird entsprechend der stofflichen Zusammensetzung eines zu bearbeitenden Werkstücks gewählt, wobei jedoch in vielen Fällen ein Kohlenoxidgaslaser als der Laseroszillator 1 eingesetzt wird.
Die Sammellinse 7 ist eine optische Linse, welche eine Sammelposition entsprechend dem Einfallswinkel des Laserstrahls festlegen kann, und ändert eine Sammelposition entsprechend einem Einfallswinkel, der unter Ablenkungssteuerung von dem Y-Achsen-Galvanospiegel 3 und dem X-Achsen-Galvanospiegel 4 festgelegt wird.
Das Laserbearbeitungsgerät weist ein XY-Tischgerät 8 zur Montage und Positionierung eines zu bearbeitenden Werkstücks W auf, und durch Bewegung des Werkstücks kann die Relativposition des Werkstücks W in Bezug auf die Sammellinse 7 entsprechend der Bewegung des XY-Tischgerätes 8 entlang den Achsen geändert werden. Der durch die Sammellinse 7 gesammelte Laserstrahl L wird auf das Werkstück W aufgestrahlt, das auf dem XY-Tischgerät 8 angebracht ist.
In der Nähe des XY-Tischgerätes 8 ist ein Sichtsensor 9 zum Detektieren einer bearbeiteten Position auf dem Werkstück W vorgesehen, das durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L bearbeitet wird.
Mit dem Laserbearbeitungsgerät verbunden ist eine Steuereinheit 10, beispielsweise eine numerische Steuereinheit zum Antrieb und Steuern des Laseroszillators 1, des Y-Achsen-Galvanoscanners 5 und des X-Achsen-Galvanoscanners 6. In vielen Fällen ist die Steuereinheit 10 eine PC-NC, die einen Personalcomputer als Benutzerschnittstelle aufweist, und weist ein Bearbeitungsprogramm mit Bearbeitungspositionen oder -bedingungen für die Bearbeitung auf, die darin beschrieben sind, und welches vorher in dem Personalcomputer gespeichert wurde.
Die Arten der Bearbeitung, die mit einem Laserbearbeitungsgerät möglich sind, umfassen das Bohren eines kleinen Loches mit einem Durchmesser im Bereich von 50 μm bis etwa 200 μm, und bei dieser Art der Bearbeitung zum Bohren eines kleinen Loches ist es erforderlich, einen Laserstrahl auf einen sehr kleinen Punkt mit einem Durchmesser im Bereich von 50 μm bis etwa 200 μm auf dem zu bearbeitenden Werkstück W zu sammeln. Um dies zu erreichen wird die Sammellinse zum Sammeln eines Laserstrahls auf einem Werkstück W verwendet.
Ein Lichtpfad eines Laserstrahls, der von dem Laseroszillator 1 zu dem Werkstück W ausgegeben wird, weist eine gewisse Entfernung auf, so dass der Laserstrahl divergiert, während er sich entlang dem Lichtpfad ausbreitet, und der Durchmesser des Strahls auf dem Y-Achsen-Galvanospiegel 3 und dem X-Achsen-Galvanospiegel 4 größer wird. Um einen erforderlichen Durchmesser für den Laserstrahl zu erhalten, ist eine Einstellung des Divergenzwinkels des Laserstrahls erforderlich. Um dies zu erzielen, ist die Kollimatorlinse 3 in dem Lichtpfad vorgesehen, um den Strahldurchmesser einzustellen.
Um den Laserstrahl L auf einen erforderlichen Abschnitt des Werkstücks W aufzustrahlen, werden der Y-Achsen-Galvanoscanner 5 und der X-Achsen-Galvanoscanner 6 so angetrieben, dass der Drehwinkel des Y-Achsen-Galvanospiegels 3 bzw. des X-Achsen-Galvanospiegels 4 so geändert wird, dass der Laserstrahl zu einer erforderlichen Position in einer erforderlichen Richtung abgelenkt wird. Koordinaten auf dem Werkstück W werden eindeutig entsprechend einem Einfallswinkel θ des abgelenkten Laserstrahls mit der Sammellinse 7 festgelegt.
In Reaktion auf einen Startbefehl von einem Benutzer oder ein Startsignal, das von außerhalb eingegeben wird, führt die Steuereinheit 10 eine Bearbeitung auf der Grundlage des ausgewählten Bearbeitungsprogramms durch. In diesem Bearbeitungsprogramm werden Daten für die erforderlichen Bearbeitungspositionen in die Koordinaten des XY-Tischgerätes 8 sowie in die Koordinaten (Drehwinkel) der Galvanoscanner 3 und 4 umgewandelt.
Wenn ein Bearbeitungsprogramm ausgeführt wird, gibt die Steuereinheit 10 ein Treibersignal entsprechend dem Bearbeitungsprogramm aus, so dass eine große Bewegung mit Hilfe einer Bewegung des XY-Tischgerätes 8 durchgeführt wird, bei welcher zahlreiche Bewegungshübe eingestellt werden können, und eine kleine Bewegung mit Hilfe einer Scanbewegung des Y-Achsen-Galvanospiegels 3 und des X-Achsen-Galvanospiegels 4 durchgeführt wird, die beide eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit aufweisen.
Im allgemeinen wird ein Gleichstromservomotor für den Y-Achsen-Galvanoscanner 5 und den X-Achsen-Galvanoscanner 6 verwendet, und wird häufig die Vorgehensweise zur Bereitstellung eines Positionsdetektors oder einer Servosteuerung verwendet. Im allgemeinen wird das XY-Tischgerät 8 durch einen Servomotor unter Verwendung einer Kugelumlaufspindel angetrieben und gesteuert.
Der Y-Achsen-Galvanoscanner 5 und der X-Achsen-Galvanoscanner 6 können eine Positionierung mit hoher Geschwindigkeit von etwa 500 Löchern/s durchführen, und das XY-Tischgerät 8 kann mit einer Geschwindigkeit von 30 m/s angetrieben werden. Momentan kann eine Positionierungsgenauigkeit für den Y-Achsen-Galvanoscanner 5, den X-Achsen-Galvanoscanner 6 und das XY-Tischgerät 8 auf einem Pegel von etwa ± 20 μm erzielt werden.
Allgemein zählt die Sammellinse 7 als Konversionslinse, und wird häufig als Kombinationslinse eingesetzt, die als fθ-Linse bezeichnet wird. 47 zeigt eine Sammelposition, wenn die fθ-Linse als die Sammellinse 7 verwendet wird. Mit der fθ-Linse ist es möglich, eine Bildhöhe (Betriebsentfernung) ω proportional zu einem Einfallswinkel θ des Laserstrahls L zu erhalten, der durch den Brennpunkt in die fθ-Linse hineingelangt ist. Bekanntlich gilt in diesem Fall folgende Gleichung: ω = f·θwobei f die Brennweite der fθ-Linse bezeichnet, und θ den Einfallswinkel des Laserstrahls.
Bei der Sammellinse 7 treten Aberrationen wie bei einer üblichen optischen Glaslinse auf, so dass es schwierig ist, die Beziehung von ω = f·θ aufrecht zu erhalten. Daher wird in vielen Fällen die Abweichung zwischen dem theoretischen Wert und dem tatsächlichen Wert gemessen, und wird diese Abweichung als Einrichtung zur Korrektur eines Befehlswertes für einen Ablenkwinkel sowohl des Y-Achsen-Galvanoscanners 5 als auch des X-Achsen-Galvanoscanners 6 verwendet.
Bei dieser Korrektur erfolgt eine Korrektur der Sammellinse für jede Bearbeitungsposition (x, y), um Befehlswerte (x', y') für die Ablenkgeräte festzulegen (Y-Achsen-Galvanoscanner 5, X-Achsen-Galvanoscanner 6). Diese Korrektur wird häufig unter Verwendung eines Ausdrucks für die Umwandlung unter Einsatz einer Matrix durchgeführt, und zur Festlegung dieses Ausdrucks für die Umwandlung ist es möglich, einen derartigen Effekt wie die Aberration einer Linse zu diesem Zeitpunkt dadurch auszugleichen, dass der Ausdruck für die Umwandlung aktualisiert wird, der zur Korrektur unabhängig von einem üblichen Bearbeitungsablauf verwendet wird.
48 ist ein Flussdiagramm, welches einen Ablauf zur Korrektur und Aktualisierung der Parameter der Sammellinse zeigt. Um die Aberration der Sammellinse zu korrigieren, wird ein Bohren zur Korrektur entsprechend einem Befehl für Bearbeitungspositionen mit dem in 49 gezeigten Aufbau ausgeführt, und mit dem gitterartigen Muster, das wie in 50 gezeigt aussieht (Schritt S611). Infolge der Aberration der Sammellinse 7 sind in den meisten Fällen die tatsächlich bearbeiteten Positionen gegenüber den tatsächlich vorgegebenen Gitterpunkten verschoben, wie dies in 51 gezeigt ist.
Wenn das Bohren für die Korrektur beendet ist, wird eine Position eines bearbeiteten Loches mit dem Sichtsensor 9 überwacht, und werden die Koordinaten des bearbeiteten Loches detektiert (Schritt S612). Durch derartige Operationen kann eine Abweichung zwischen theoretischen Positionen der Löcher und einer tatsächlichen Position der bearbeiteten Löcher erhalten werden, so dass eine Koordinatentransformation durchgeführt werden kann, um eine gewünschte Bearbeitungsposition entsprechend der erhaltenen Abweichung zu erhalten. Die Koordinatentransformation wird häufig durch einen Ausdruck für die Umwandlung unter Verwendung einer Matrix durchgeführt, und es wird ein Fit beispielsweise mit Hilfe des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate entsprechend der Abweichung zwischen einer Bearbeitungsposition, die theoretisch aus Eigenschaften der Sammellinse 7 erhalten wurde, und einer tatsächlich bearbeiteten Position durchgeführt, und dann werden Elemente einer Matrix [M] mit Hilfe der Berechnung einer Korrekturmatrix erhalten (Schritt S613).
Die Sammellinse 7 muss einen hohen Transmissionsfaktor (oder eine geringe Brechkraft) für die Wellenlänge eines Laserstrahls aufweisen, und insbesondere im Falle eines häufig eingesetzten Kohlenstoffoxidlasers gibt es einige Einschränkungen für das Material einer Linse, und im allgemeinen wird ein kristallines Halbleitermaterial wie beispielsweise Germanium (Ge) verwendet.
Da der herkömmliche Typ des Laserbearbeitungsgeräts den voranstehend geschilderten Aufbau aufweist, so wird dann, wenn sich die Temperatur der Sammellinse 7 ändert, infolge von Auswirkungen der Umgebungstemperatur oder einer Wärmeerzeugung durch das Laserbearbeitungsgerät selbst, die Verschiebung einer Bearbeitungsposition im wesentlichen proportional zur Temperaturänderung in nachteiliger Weise hervorgerufen, und infolge dessen wird eine Bearbeitungsposition um 10 bis 15 μm pro 1 °C verschoben, was in unvorteilhafter Weise einen Bearbeitungsfehler hervorruft.
Die Verschiebung einer Bearbeitungsposition, die durch Aberration der Sammellinse 7 hervorgerufen wird, kann durch Aberrationskorrektur einer Sammellinse mit Hilfe der voranstehend geschilderten Koordinatentransformation kompensiert werden, aber wenn sich die Temperatur der Sammellinse 7 während der Korrektur bezüglich der Aberration ändert, ändern sich die optischen Eigenschaften der Sammellinse 7, und wenn die Temperatur weiter ansteigt, schrumpfen wie in 52 gezeigt im allgemeinen die tatsächlich bearbeiteten Gitterpunkte.
Weiterhin verschiebt eine Änderung der Temperatur der Sammellinse 6 nicht nur die Bearbeitungsposition, sondern ändert auch die Brennweite der Linse, und trennt den Brennpunkt von einer Oberfläche eines Werkstücks, was wiederum einen Bearbeitungspositionsfehler hervorruft.
Wie in 53 gezeigt ist, sammelt sich bei einer Temperatur der Sammellinse 7 von T, ein in die Sammellinse 7 eintretender Laserstrahl wie ein Laserstrahl La mit einem Brennpunkt Pa, der auf einer Oberfläche des Werkstücks liegt, so dass eine hervorragende Bearbeitung durchgeführt werden kann, aber wenn sich die Temperatur der Sammellinse 7 um δT ändert, wird ein Laserstrahl mit demselben Einfallswinkel wie ein Laserstrahl Lb gesammelt, so dass eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition um δX erzeugt wird, und dazu die Höhe des Brennpunktes Pb um δf ansteigt.
Diese Verschiebung einer Bearbeitungsposition kann nur dann erkannt werden, wenn die Genauigkeit nach der Bearbeitung überprüft wird, so dass manchmal eine große Anzahl an Werkstücken kontinuierlich bearbeitet wird, ohne Kenntnis, dass eine Positionsverschiebung hervorgerufen wurde, so dass eine große Anzahl schlecht bearbeiteter Leiterplatten in nachteiliger Weise hergestellt wird.
Obwohl die Verschiebung einer Bearbeitungsposition durch häufige Korrektur der Aberration einer Sammellinse korrigiert werden kann, muss jedoch zur Korrektur der Aberration einer Sammellinse während des Betriebs in einer automatischen Betriebsart der Betrieb angehalten werden, was die Produktivität verringert.
Es gibt keine Vorrichtung zur automatischen Detektierung der Verschiebung der Brennweite, so dass es für einen Benutzer erforderlich ist, vorher die Brennweite durch tatsächliches Betreiben des Bearbeitungsgeräts zu erhalten, und in einem Fall, in welchem im Verlauf der Zeit eine Verschiebung der Brennweite auftritt, gibt es kein Verfahren zur Vornahme geeigneter Gegenmaßnahmen in Bezug auf die Verschiebung der Brennweite.
Bei der Herstellung gedruckter Leiterplatten sind die Anforderungen nach weiterer Verringerung der Größe und höherer Bearbeitungsgenauigkeit beim Bohren immer stärker geworden, entsprechend der Verringerung der Größe und des Gewichts elektronischer Schaltungen, und dem Trend zu einem höheren Integrationsgrad, so dass ein starkes Bedürfnis nach Verbesserung der Leistung eines Laserbearbeitungsgeräts vorhanden ist.

Die DE 44 37 284 A1 beschreibt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung zur Ablenkung eines Laserstrahls für ein Rapid-Prototyping. Dabei wird unter Verwendung eines Laserstrahls ein dreidimensionales Objekt schichtweise durch Aufbringen und anschließendes Verfestigen aufeinander folgender Schichten eines zunächst flüssigen oder eines pulverförmigen Materials hergestellt. Die Verfestigung erfolgt durch den Laserstrahl, der auf dem Objekt entsprechende Stellen der Schicht verfestigt. Zur Kalibrierung der Steuerung der Ablenkung des Laserstrahls wird ein lichtempfindliches Medium zum Erzeugen eines Testbilds bestrahlt und anschließend werden aus Bildausschnitten des Testbilds digitale Einzelbilder erzeugt und zu einem digitalisierten Gesamtbild zusammengesetzt. Daraus werden dann Korrekturdaten für die Steuerung zur Ablenkung des Laserstrahls berechnet, d.h. auf der Grundlage eines Vergleichs von Ist-Postionen des Laserstrahls auf dem digitalen Gesamtbild mit vorgegebenen Soll-Koordinaten.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend geschilderten Probleme entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Laserbearbeitungsgeräts, bei welchem die Sammelleistung einer Sammellinse nicht von einer Temperaturänderung in der Sammellinse abhängt, und welches darüber hinaus eine Bearbeitung mit hoher Genauigkeit und eine stabile Laserbearbeitung sicherstellt, selbst wenn es kontinuierlich über einen längeren Zeitraum benutzt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Laserbearbeitungseinrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in abhängigen Ansprüchen offenbart.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, die eine Ablenkvorrichtung zur Änderung der Richtung eines Laserstrahls aufweist, der von einem Laseroszillator ausgegeben wird, und eine Sammellinse zum Brechen des Laserstrahls, der von der Ablenkvorrichtung zugeführt wird, und zum Fokussieren des Laserstrahls auf ein zu bearbeitendes Werkstück, wobei die Laserbearbeitungseinrichtung weiterhin einen Ausgleichsmechanismus zum Ausgleich einer Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse aufweist, durch Einstellung eines Winkels eines Laserstrahls, welcher der Sammellinse zugeführt wird.

Infolge dieser Ausbildung wird ein Winkel eines Laserstrahls, welcher der Sammellinse zugeführt wird, durch den Ausgleichsmechanismus eingestellt, wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse mit Hilfe dieser Winkeleinstellung ausgeglichen, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder dergleichen infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen, so dass eine stabile Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher der Ausgleichsmechanismus eine Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit ist, zum Korrigieren eines Befehlswertes für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung.

Infolge dieser Ausbildung wird ein Befehlswert für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung durch die Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit korrigiert, wird ein Winkel eines Laserstrahls, welcher der Sammellinse zugeführt wird, mit Hilfe dieser Korrektur eingestellt, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse durch diese Winkeleinstellung ausgeglichen, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder dergleichen infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht erzeugt wird, und daher eine stabile Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, die eine Temperaturmesseinheit zum Detektieren der Temperatur der Sammellinse aufweist, wobei die Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit einen Befehlswert für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung auf der Grundlage eines Korrekturparameters korrigiert, der entsprechend der Temperatur der Sammellinse eingestellt wird, die von der Temperaturmesseinheit detektiert wird.

Infolge dieser Ausbildung korrigiert die Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit einen Befehlswert für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung auf der Grundlage des Korrekturparameters, der entsprechend der Temperatur der Sammellinse eingestellt wird, die von der Temperaturmesseinheit detektiert wird, wird ein Winkel eines der Sammellinse zugeführten Laserstrahls durch diese Korrektur eingestellt, und wird auch eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse mit Hilfe dieser Winkeleinstellung ausgeglichen, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder dergleichen infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und eine stabile Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher die Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit die Korrektur eines Befehls für den Betrag der Ablenkung mit einer Hilfe einer Koordinatentransformation durchführt, durch Erhalten einer Koordinatentransformationsfunktion aus dem Bearbeitungspositionsfehler bei der Festpunktbearbeitung.

Infolge dieser Anordnung wird ein Befehlswert für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung von der Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit korrigiert, mit Hilfe einer Koordinatentransformation, durch Erhalten einer Koordinatentransformationsfunktion entsprechend einem Bearbeitungspositionsfehler bei der Festpunktbearbeitung, wird der Winkel des der Sammellinse zugeführten Laserstrahls durch diese Korrektur eingestellt, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse mit Hilfe dieser Winkeleinstellung ausgeglichen, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder dergleichen infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine stabile Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher die Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit die Korrektur eines Befehls für den Betrag der Ablenkung mit einer Korrekturmatrix durchführt, die aus einem Bearbeitungspositionsfehler bei der Festpunktbearbeitung erhalten wird.

Infolge dieser Anordnung wird ein Befehlswert für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung durch die Ablenkbetragsbefehlskorrektureinheit mit Hilfe einer Koordinatentransformation korrigiert, durch Erhalten einer Korrekturmatrix entsprechend einem Bearbeitungspositionsfehler bei der Festpunktbearbeitung, wird der Winkel des der Sammellinse zugeführten Laserstrahls durch diese Korrektur eingestellt, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse ausgeglichen, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, eine nicht-lineare Positionsverschiebung vollständig korrigiert werden kann, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher die Koordinatentransformationsfunktion oder Korrekturmatrix aktualisiert wird, vor dem Beginn der Laserbearbeitung, und zwar jedesmal dann, wenn eine Laserbearbeitung durchgeführt wird.

Infolge dieser Anordnung wird, jedesmal dann, wenn eine Laserbearbeitung durchgeführt wird, eine Koordinatentransformationsfunktion oder eine Korrekturmatrix vor dem Beginn der Laserbearbeitung aktualisiert, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse ausgeglichen durch Korrektur eines Befehls für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung mit einer aktualisierten Koordinatentransformation oder einer Korrekturmatrix, so dass eine Änderung einer Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, die eine Temperaturmesseinheit zum Detektieren der Temperatur der Sammellinse aufweist, wobei die Koordinatentransformationsfunktion oder die Korrekturmatrix aktualisiert wird, wenn eine Änderung der Temperatur der Sammellinse, die von der Temperaturmesseinheit detektiert wurde, einen festgelegten Wert überschreitet, vor dem Beginn der Laserbearbeitung, entsprechend der Temperatur der Sammellinse zu diesem Zeitpunkt.

Infolge dieser Anordnung wird dann, wenn eine Änderung der von dem Temperaturmessgerät detektierten Temperatur der Sammellinse einen festgelegten Wert überschreitet, eine Koordinatentransformationsfunktion oder eine Korrekturmatrix geändert, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse ausgeglichen durch Korrektur eines Befehls für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung mit der aktualisierten Koordinatentransformationsfunktion oder der Korrekturmatrix, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher die Koordinatentransformationsfunktion der Korrekturmatrix zu festgelegten Zeitpunkten aktualisiert wird.

Infolge dieser Anordnung wird eine Koordinatentransformationsfunktion oder eine Korrekturmatrix zu festgelegten Zeitpunkten aktualisiert, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse ausgeglichen durch Korrektur eines Befehls für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung mit der aktualisiert Koordinatentransformationsfunktion oder der Korrekturmatrix, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher die Koordinatentransformationsfunktion oder die Korrekturmatrix jedesmal dann aktualisiert wird, wenn ein festgelegter Zeitraum abgelaufen ist.

Infolge dieser Anordnung wird jedesmal dann, wenn ein festgelegter Zeitraum abgelaufen ist, periodisch eine Koordinatentransformationsfunktion oder eine Korrekturmatrix aktualisiert, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse ausgeglichen durch Korrektur eines Befehls für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung mit der aktualisierten Koordinatentransformationsfunktion oder Korrekturmatrix, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann weist eine Einheit zum Erstellen einer Vielzahl von Korrekturmatrizen für unterschiedliche Temperaturen der Sammellinse auf, wobei von den erstellten Korrekturmatrizen eine Korrekturmatrix verwendet wird, die einer von einer Temperaturmesseinheit detektierten Temperatur zugeordnet ist.

Infolge dieser Anordnung wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse durch Korrektur eines Befehls für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung mit einer Korrekturmatrix auf der Grundlage einer vorher erhaltenen Temperatur jeder Sammellinse vermieden, ohne dass die Ausführung der Verarbeitung zum Aktualisieren der Korrekturmatrix jedesmal dann erforderlich ist, wenn eine Laserbearbeitung durchgeführt wird, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher der Ausgleichsmechanismus eine Einstelleinheit für variable Verstärkung zum variablen Einstellen einer Verstärkung eines Befehlswerts für den Betrag der Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung entsprechend der Temperatur der Sammellinse aufweist, die von der Temperaturmesseinheit detektiert wird.

Infolge dieser Anordnung wird ein Befehl für den Betrag der Ablenkung mit Hilfe einer Verstärkungseinstellung für einen Ablenkbefehlswert mit der Einstelleinheit für die variable Verstärkung durchgeführt, und wird durch diese Korrektur eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse ausgeglichen, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen, bei welcher der Ausgleichsmechanismus einen Biegespiegel zum Einstellen des Winkels eines Laserstrahls aufweist, der der Ablenkvorrichtung zugeführt wird.

Infolge dieser Anordnung wird der Winkel eines Laserstrahls, der der Ablenkvorrichtung zugeführt wird, durch den Biegespiegel eingestellt, und wird eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse durch diese Einstellung ausgeglichen, so dass eine Änderung der Bearbeitungsposition oder ein Fehler infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst nicht hervorgerufen wird, und daher eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein allgemeines Blockdiagramm, welches die Ausführungsform 1 einer Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 1 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, welches den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 2 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, welches den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, welches den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 4 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Perspektivansicht, die einen wesentlichen Abschnitt bei der Ausführungsform 5 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, welches einen wesentlichen Abschnitt bei der Ausführungsform 6 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Flussdiagramm, welches den Betriebsablauf bei der Ausführungsform 6 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, welches den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 7 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, welches einen wesentlichen Abschnitt bei der Ausführungsform 7 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist ein Blockdiagramm, welches einen wesentlichen Abschnitt bei der Ausführungsform 8 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine Perspektivansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 9 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine Querschnittsansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 9 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist eine Querschnittsansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 10 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist eine Querschnittsansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 11 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist eine Perspektivansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 11 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ist eine Querschnittsansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei einer Variante der Ausführungsform 11 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ist eine Querschnittsansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 12 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist eine Querschnittsansicht, welche den Sammellinsenabschnitt bei der Ausführungsform 13 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ist ein Blockdiagramm, welches die Ausführungsform 14 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Variante der Ausführungsform 14 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist ein allgemeines Blockdiagramm, welches die Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ist ein Blockdiagramm, welches einen wesentlichen Abschnitt der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ist ein Flussdiagramm, welches einen Betriebsablauf bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
26 ist ein Flussdiagramm, welches die Laserbearbeitungseinrichtung bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
27 ist ein Flussdiagramm, welches einen weiteren Betriebsablauf bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ist ein Flussdiagramm zur Korrektur und Aktualisierung von Parametern der Sammellinse bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
29 ist ein Flussdiagramm, welches ein weiteres Beispiel für die Laserbearbeitungseinrichtung bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
30 ist eine erläuternde Darstellung, welche eine Sequenz zum Erhalten der Korrekturmatrix bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
31 ist ein Flussdiagramm, welches ein weiteres Beispiel für die Laserbearbeitung bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
32 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Temperaturkorrekturtabelle bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
33 ist ein Flussdiagramm, welches eine Sequenz zum Erhalten einer Korrekturmatrix bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
34 ist ein Blockdiagramm, welches eine Variante der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
35 ist ein Flussdiagramm, welches einen weiteren Betriebsablauf bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
36 ist ein Flussdiagramm, welches einen weiteren Betriebsablauf bei der Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
37 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 16 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
38 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 17 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
39 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 18 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
40 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 19 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
41 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 20 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
42 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 21 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
43 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einem Divergenzwinkel eines Laserstrahls und einer Sammelposition zeigt;
44 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 22 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
45 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform 23 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
46 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel für eine Laserbearbeitungseinrichtung auf der Grundlage der herkömmlichen Technik zeigt;
47 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Sammelpositionseigenschaften einer fθ-Linse zeigt;
48 ist ein Flussdiagramm, welches eine Sequenz zum Korrigieren und Aktualisieren der Parameter der Sammellinse zeigt;
49 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Außenkontur der Festpunktbearbeitung zeigt;
50 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Festpunktbearbeitung zeigt;
51 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Bearbeitungsfehler bei der Festpunktbearbeitung zeigt;
52 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Positionsverschiebung bei einer Laserbearbeitungseinrichtung auf der Grundlage der herkömmlichen Technik zeigt; und
53 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Änderung einer Sammelposition in einer Laserbearbeitungseinrichtung zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es wird darauf hingewiesen, dass bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung derselben oder entsprechenden Bauteile wie bei dem Beispiel für die herkömmliche Technik verwendet werden, das voranstehend beschrieben wurde, und dass deren Beschreibung weggelassen ist.
(Ausführungsform 1)
1 zeigt Ausführungsform 1 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 weist eine Linsenpositionseinstelleinheit zur Änderung einer Relativposition mehrerer Linsen auf, welche eine Konversionslinse bilden, entsprechend der Temperatur der Sammellinse, so dass eine Änderung der Brechkraft der Linsen, welche die Sammellinse bilden, infolge einer Änderung der Temperatur ausgeglichen wird.
In 1 ist eine Sammellinse mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Die Sammellinse 20 ist eine fθ-Linse, und die Sammellinse empfängt einen Laserstrahl L, der von dem Y-Achsen-Galvanospiegel 3 und dem X-Achsen-Galvanospiegel 4 abgelenkt wird, wie bei der herkömmlichen Technik, und fokussiert den Laserstrahl.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform kompensiert grundsätzlich die Verschiebung eines Brennpunkts der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 mit Hilfe einer automatischen Fokussierung.
Daher weist die Sammellinse 20 einen zylindrischen Linsenhalter (Spiegelzylinder) 21 auf, der an einer festen Position angeordnet ist, eine feste Linse 22, die an dem Linsenhalter 21 befestigt ist, einen zylindrischen, beweglichen Halter 23, der so vorgesehen ist, dass er sich in der Richtung der optischen Achse des Linsenhalters 21 bewegen kann (in der Vertikalrichtung in der Figur), eine bewegliche Linse 24, die an dem beweglichen Linsenhalter 23 befestigt ist, und eine Linsentreibereinheit (Betätigungsglied) 25 als Kraftantriebseinheit zum Antrieb des beweglichen Linsenhalters 23 in der Richtung der optischen Achse.
Bei dieser Sammellinse 20 wird der bewegliche Linsenhalter 23 durch die Linsentreibereinheit 25 in der Richtung der optischen Achse verschoben, so dass eine optische Position der beweglichen Linse 24 in der Richtung der optischen Achse geändert werden kann. Infolge dieser Operation ändert sich eine Brennweite f der Sammellinse. Die Fokussierung wird daher entsprechend einer Änderung der Position der beweglichen Linse 24 in der Richtung der optischen Achse vorgenommen.
Eingebettet in den Linsenhalter ist ein Temperatursensor 26, und der Temperatursensor 26 detektiert die Temperatur der Sammellinse 20, insbesondere die Temperatur eines Hauptkörpers der Linse, und erzeugt ein Signal entsprechend der Temperatur der Linse. Das von dem Temperatursensor 26 erzeugte Linsentemperatursignal wird einer Steuerschaltung 27 zugeführt.
Die Steuerschaltung 27 vergleicht eine vorher eingestellte Temperatur (Standardtemperatur) T₀ mit der Temperatur der Sammellinse 20, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, und gibt ein Befehlssignal an einen Treiber 28 der Linsentreibereinheit 25 aus, um die bewegliche Linse 24 so zu verschieben, dass eine Verschiebung Δf der Brennweite f der Sammellinse 20, die infolge der Temperaturdifferenz hervorgerufen wird, ausgeglichen wird.
Durch diese Operation bewegt sich die bewegliche Linse 24 in der Richtung der optischen Achse entsprechend der Änderung der Temperatur, und selbst wenn die feste Linse oder die bewegliche Linse 24 aus einem Material besteht, bei welchem die Brechkraft von der Temperatur abhängt, wird die Brennweite der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert gehalten, unabhängig von einer Temperaturänderung. Dies bedeutet eine Temperaturkompensation für die Fokussierung der Sammellinse 20.
Selbst wenn sich die Temperatur der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst ändert, tritt infolge dieses Merkmals eine Verschiebung der Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite nicht auf, und wird eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt, selbst wenn die Laserbearbeitungseinrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
2 zeigt ein spezielles Beispiel für die Linsentreibereinheit 25. Der bewegliche Linsenhalter 23 steht im Eingriff mit dem Linsenhalter 21 über eine Vorschubspindel 32, und führt eine Hin- und Herbewegung in Richtung der optischen Achse entsprechend der Drehung um die Zentrumslinie durch. Ein Zahnrad 29 ist auf einem Außenumfangsabschnitt des beweglichen Linsenhalters eingraviert, und ein Antriebszahnrad 31 des Antriebsmotors 30 steht im Eingriff mit diesem Zahnrad 29.
Bei dieser Anordnung dreht sich, wenn der Antriebsmotor 30 durch den Treiber 28 getrieben wird, der bewegliche Linsenhalter 23, und diese Drehbewegung wird in eine lineare Bewegung durch die Vorschubspindel 32 mit hoher Genauigkeit umgewandelt, so dass sich der bewegliche Linsenhalter 23 in Richtung der optischen Achse bewegt.
Auf diese Weise wird die Brennweite f der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert gehalten, unabhängig von einer Temperaturänderung.
(Ausführungsform 2)
3 zeigt Ausführungsform 2 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform kompensiert grundsätzlich die Verschiebung des Brennpunkts der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 mit Hilfe einer automatischen Fokussierung, und die bewegliche Linse 24 wird durch ein piezoelektrisches Element 33 auf dem Linsenhalter 21 gehaltert, und die bewegliche Linse 24 bewegt sich direkt in Richtung der optischen Achse entsprechend der elektrischen Verzerrung, die durch das piezoelektrische Element 33 hervorgerufen wird.
Die Steuerschaltung 27 vergleicht eine vorher eingestellte Temperatur T₀ mit der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20, und gibt ein Befehlssignal an den Treiber 28 für das piezoelektrische Element 33 aus, so dass eine Verschiebung Δf der Brennweite f der Sammellinse 20, die durch die Temperaturdifferenz hervorgerufen wird, durch Verschiebung der beweglichen Linse 24 ausgeglichen wird.
Durch diese Operation bewegt sich die bewegliche Linse 24 in der Richtung der optischen Achse entsprechend der Temperaturänderung, und wird die Brennweite f der Sammellinse 20 auf einen konstanten Wert unabhängig von einer Temperaturänderung gehalten, so dass selbst dann, wenn sich die Temperatur der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst ändert, keine Verschiebung der Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite auftritt, und eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, selbst wenn die Laserbearbeitungseinrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
Bei dieser Ausführungsform wird das piezoelektrische Element 33 als Quelle für die Antriebskraft zum Bewegen der beweglichen Linse 24 verwendet, weist daher einen einfachen Aufbau auf, und ermöglicht eine Feineinstellung einer Linsenposition.
(Ausführungsform 3)
4 zeigt Ausführungsform 3 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform kompensiert grundsätzlich die Verschiebung des Brennpunktes der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 mit Hilfe einer automatischen Fokussierung, die bewegliche Linse 24 wird durch ein Halteteil 34 gehalten, welches sich entsprechend der Temperatur des Linsenhalters ausdehnt oder zusammenzieht, und die bewegliche Linse 24 wird direkt in Richtung der optischen Achse verschoben.
Das Halteteil 34, welches sich entsprechend der Temperatur ausdehnt oder zusammenzieht, ist aus einem Material hergestellt, welches einen negativen Wert bezüglich der Temperaturcharakteristik aufweist (Änderungsrate der Brennweite f in Abhängigkeit von der Temperatur), beispielsweise Calcid (CaCO₃), und verschiebt die bewegliche Linse 24 in der Richtung der optischen Achse mit Hilfe seiner Ausdehnung oder seines Zusammenziehens, entsprechend einer Änderung der Temperatur.
Infolge dieses Merkmals bewegt sich die bewegliche Linse 24 in der Richtung der optischen Achse entsprechend einer Änderung der Temperatur, und wird die Brennweite f der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert gehalten, unabhängig von einer Temperaturänderung, und tritt eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite selbst dann nicht auf, wenn sich die Temperatur der Sammellinse 20 ändert, infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit selbst dann durchgeführt werden kann, wenn die Laserbearbeitungseinrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
Weiterhin wird das Erfordernis der Bereitstellung einer Steuerschaltung nur durch die Verwendung des Halteteils 34 ausgeschaltet, welches sich entsprechend der Temperatur ausdehnt oder zusammenzieht, und kann die Temperaturkompensation für eine Sammellinse mit einer sehr einfachen Anordnung durchgeführt werden.
(Ausführungsform 4)
5 zeigt Ausführungsform 4 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kompensiert grundsätzlich die Verschiebung des Brennpunkts der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 mit Hilfe einer Kombination von Linsen.
In der Sammellinse 20 ist eine Konkavlinse 36 zur Temperaturkompensation vorgesehen, zusätzlich zu einer Gruppe von Konvexlinsen 35 zum Sammeln, die jeweils aus einem optisch kristallinen Material aus Zinkselenit bestehen (einer Gruppe von Linsen, die ursprünglich für die Sammellinse erforderlich waren).
Die Konkavlinse 36 ist aus Germanium hergestellt, dessen Änderungsrate der Brechkraft in Abhängigkeit von der Temperatur einige Male größer ist als bei dem optisch kristallinen Material aus Zinkselenit, und arbeitet so, dass sie eine Änderung der Brechkraft entsprechend einer Änderung der Temperatur der Konvexlinsengruppe 35 ausgleicht.
Infolge dieses Merkmals ist, mit einer geeigneten Linsenanordnung, eine andere spezielle Steuerschaltung nicht erforderlich, und wird die Brennweite f der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert unabhängig von einer Temperaturänderung gehalten, und tritt selbst dann, wenn sich die Temperatur der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst ändert, die Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung eines Brennpunkts nicht auf, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit selbst dann durchgeführt wird, wenn die Laserbearbeitungseinrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
(Ausführungsform 5)
6 zeigt Ausführungsform 5 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist eine Temperaturhandhabungseinheit für die Sammellinse 20 auf, und ein Temperatursensor 26, der in der Sammellinse 20 vorgesehen ist, ist mit einer Temperaturanzeigeeinheit 37 verbunden. Die Temperaturanzeigeeinheit 37 stellt digital die Temperatur der Sammellinse 20 dar, die von dem Temperatursensor 26 erzeugt wird, oder als Celsiusgrade.
Die Temperaturanzeigeeinheit 37 kann in jeder Position vorhanden sein, unter der Bedingung, dass der Benutzer einfach ihre Anzeige überprüfen kann, und mit dieser Temperaturanzeigeeinheit 37 kann der Benutzer einfach eine Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst feststellen. Infolge dieses Merkmals kann, wenn sich die Temperatur der Sammellinse 20 ändert, der Benutzer den Betrieb der Laserbearbeitungseinrichtung anhalten, um die Erzeugung von Bearbeitungsfehlern zu verhindern.
Wie in 7 gezeigt ist, kann ein Rücksetzknopf 38 in der Temperaturanzeigeeinheit 37 vorgesehen sein, und wird die Temperaturanzeigeeinheit 37 zur Anzeige einer Temperaturänderung zu einem Zeitpunkt veranlasst, wenn der Rücksetzknopf 38 gedrückt wird.
Infolge dieses Merkmals ist es nicht erforderlich, dass der Benutzer ständig die geeignete Temperatur der Sammellinse 20 erinnern muss, und kann der Benutzer die Laserbearbeitungseinrichtung nur dadurch betreiben, dass er die Temperaturdifferenz beachtet, die auf der Temperaturanzeigeeinheit 37 angezeigt wird, und darüber hinaus kann der Benutzer die Erzeugung einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 feststellen, bevor die Erzeugung eines Bearbeitungsfehlers infolge der Verschiebung einer Bearbeitungsposition oder dergleichen auftritt, wenn sich die Eigenschaften der Sammellinse 20 im Verlauf der Zeit ändern, und kann eine Änderung der Parameter der Sammellinse dadurch ausgeglichen werden, dass erneut die optischen Eigenschaften der Sammellinse gemessen werden, was dazu nützlich ist, die Erzeugung fehlerhafter Bearbeitungserzeugnisse zu verhindern.
(Ausführungsform 6)
8 zeigt Ausführungsform 6 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist eine Temperaturhandhabungseinheit für die Sammellinse 20 auf, und ein Temperatursensor 26, der in der Sammellinse 20 vorgesehen ist, ist an eine Steuerschaltung 39 für die Alarmsteuerung angeschlossen. Ein Summer 40 ist mit der Steuerschaltung 39 verbunden.
In der Steuerschaltung 39 ist eine eingestellte Temperatur T₀ und eine zulässige Temperaturdifferenz Td gespeichert, die als Parameter eingestellt sind, und die Steuerschaltung vergleicht die detektierte Temperatur T der Sammellinse 20, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, mit der eingestellten Temperatur T₀, und wenn die Differenz die zulässige Temperaturdifferenz Td überschreitet, gibt die Steuerschaltung 39 einen Bearbeitungsstopbefehl an die Steuereinheit 10 der Laserbearbeitungseinrichtung aus (vgl. 1), und setzt den Summer 40 in Gang.
9 zeigt einen Verarbeitungsablauf für die Alarmsteuerung. Zuerst wird bestimmt, ob ein Absolutwert der Differenz zwischen (detektierter Temperatur T) – (eingestellter Temperatur T₀) größer als die zulässige Temperaturdifferenz Td ist oder nicht (Schritt S10). Wenn der Absolutwert von (detektierter Temperatur T) – (eingestellter Temperatur T₀) nicht größer als die zulässige Temperaturdifferenz Td ist (Schritt S10 negativ), wird die Bearbeitung fortgesetzt (Schritt S11), und wird die voranstehend geschilderte Temperaturbestimmung wiederholt, bis die Bearbeitung beendet ist (Schritt S12).
Im Gegensatz hierzu wird, wenn der Absolutwert (detektierte Temperatur T) – (eingestellte Temperatur T₀) größer als die zulässige Temperaturdifferenz Td ist (Schritt S10 positiv), der Summer 40 zur Erzeugung eines Alarms in Gang gesetzt (Schritt S13), und wird ein Bearbeitungsstopbefehl an die Steuereinheit 10 ausgegeben, um zwangsweise die Bearbeitung anzuhalten (Schritt S14).
Durch dieses Merkmal kann ein Benutzer exakt feststellen, dass sich die Temperatur der Sammellinse 20 von der zulässigen Temperatur entfernt hat, und da die Bearbeitung zwangsweise in diesem Schritt unterbrochen wird, wird die Erzeugung eines Bearbeitungsfehlers verhindert.
(Ausführungsform 7)
Die 10 und 11 zeigen jeweils die Ausführungsform 7 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform hält die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert, um eine Verschiebung des Brennpunkts infolge einer Änderung der Temperatur zu verhindern, und weist eine Heizvorrichtung 41 und einen in die Sammellinse 20 eingebauten Temperatursensor 26 auf. Elektrische Energie wird der Heizvorrichtung 41 von einer Energiequelle 42 für die Heizvorrichtung zugeführt, und die Heizvorrichtung 41 erwärmt die Sammellinse so, dass die Temperatur der Linse, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, auf einem konstanten Wert gehalten wird.
Infolge dieses Merkmals wird die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert gehalten, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst, und wird die Erzeugung einer Verschiebung der Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite verhindert, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird, selbst wenn die Laserbearbeitungseinrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
(Ausführungsform 8)
12 zeigt Ausführungsform 8 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform hält die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert, um die Verschiebung des Brennpunktes infolge einer Temperaturänderung zu verhindern, und ein Peltier-Element 43 ist statt der Heizvorrichtung 41 als Temperaturregelteil in der Sammellinse 20 vorhanden.
Die Energieversorgung für das Peltier-Element 43 wird von einer Stromversorgung 44 gesteuert, und das Peltier-Element 43 erwärmt oder kühlt die Sammellinse 20 entsprechend der Richtung der Stromversorgung, und stellt die Temperatur der Sammellinse so ein, dass die Temperatur der Linse, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, auf einem konstanten Wert gehalten wird.
Infolge dieses Merkmals wird die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert gehalten, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst, und wird die Erzeugung einer Verschiebung der Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite verhindert, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird, selbst wenn die Laserbearbeitungseinrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
(Ausführungsform 9)
13 und 14 zeigen jeweils Ausführungsformen 9 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist die Sammellinse 20 diabatisch eingepackt, um die Temperatur der Sammellinse 20 auf einer konstanten Temperatur zu halten, und um eine Verschiebung eines Brennpunkts infolge einer Temperaturänderung zu verhindern. Das diabatische Einpacken wird so durchgeführt, dass konzentrisch ein externer zylindrischer Körper 44 bereitgestellt wird, der aus einem Material wie beispielsweise Metall besteht, und um die Sammellinse 20 herum angeordnet ist, und der diabatische Raum, der zwischen der Sammellinse 20 und dem externen zylindrischen Körper 44 ausgebildet wird, mit einem Wärmeisolationsmaterial 45 wie beispielsweise Glaswolle gefüllt wird.
Fensterabschirmplatten 46 sind an den oberen und unteren Randabschnitten des äußeren zylindrischen Abschnitts 44 angebracht, um den oberen und den unteren Rand des diabatischen Raumes abzuschirmen. Die Fensterabschirmplatte 46 ist aus einem derartigen Material wie Zinkselenit hergestellt, und ein Laserstrahl kann durch dieses Material hindurchgehen.
Durch dieses Merkmal wird die Sammellinse 20 diabatisch von der Außenseite getrennt, und wird eine Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 unterdrückt, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder dergleichen, und wird auch eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Verschiebung einer Brennweite verhindert, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.
(Ausführungsform 10)
15 zeigt Ausführungsform 10 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist, um die Temperatur der Sammellinse 20 aufrecht zu erhalten, und um eine Verschiebung eines Brennpunktes infolge einer Temperaturänderung zu verhindern, ein ringförmiges Wärmeisolierteil 49 vorgesehen, das aus einem Wärmeisolationsmaterial besteht, mit einer Wärmeleitung von etwa 0,042 W/mK, beispielsweise Polystyrolschaum oder Vinylchlorid, zwischen einer Linse 47, welche die Sammellinse bildet, und dem Linsenmontagering 48.
Durch dieses Merkmal kann die Wärmeleitung von dem Linsenmontagering 48 auf die Linse 47 verhindert werden, und kann die Sammellinse gegen den Einfluss von Wärme von außen geschützt werden.
Infolge dieses Merkmals kann eine Änderung der Temperatur der Sammellinse unterdrückt werden, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft, und kann die Erzeugung einer Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Verschiebung einer Brennweite verhindert werden, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.
(Ausführungsform 11)
Die 16 und 17 zeigen die Ausführungsform 11 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind, um die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert zu halten, und um eine Verschiebung eines Brennpunktes infolge einer Temperaturänderung zu verhindern, mehrere nadelförmige Vorsprünge 50 in einer festen Entfernung auf einer ringförmigen Linsenhalteoberfläche 47a vorgesehen, welche die Linse 47, die die Sammellinse bildet, an zahlreichen Punkten abstützt.
Bei dieser Anordnung wird die Kontaktfläche zwischen der Linse 47 und dem Linsenmontagering 48 minimiert, und die Wärmemenge reduziert, die von dem Linsenmontagering 48 auf die Linse 47 geleitet wird, so dass die Sammellinse gegen den Einfluss von Wärme von außen geschützt werden kann.
Infolge dieses Merkmals wird eine Änderung der Parameter der Sammellinse infolge einer Änderung der Temperatur unterdrückt, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft, und wird die Erzeugung einer Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite verhindert, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.
18 zeigt ein Variante der Ausführungsform 11. Bei der in 18 gezeigten Ausführungsform sind mehrere halbkugelförmige Vorsprünge 51 statt der nadelförmigen Vorsprünge 50 auf der ringförmigen Linsenhalteoberfläche 48a des Linsenmontagerings 48 vorgesehen, und wird die Linse 47, welche die Sammellinse bildet, durch die halbkugelförmigen Vorsprünge 51 an zahlreichen Punkten abgestützt.
Auch in diesem Fall wird die Kontaktflächen zwischen der Linse 47 und dem Linsenmontagering 48 minimiert, und wird die von dem Linsenmontagering 48 zur Linse 47 geleitete Wärmemenge verringert, so dass die Sammellinse gegen den Einfluss von Wärme von außen geschützt werden kann.
(Ausführungsform 12)
19 zeigt Ausführungsform 12 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist, um die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert zu halten, und eine Verschiebung eines Brennpunktes infolge einer Temperaturänderung zu verhindern, ein kontinuierlicher Vorsprung 52 entlang dem Umfang der ringförmigen Linsenhalteoberfläche 48a des Linsenmontageringes 48 vorgesehen, und wird die Linse 47, welche die Sammellinse bildet, durch den kontinuierlichen Vorsprung 52 durch einen Linienkontakt abgestützt.
Infolge dieser Anordnung wird die Kontaktfläche zwischen der Linse 47 und dem Linsenmontagering 48 minimiert, und wird die Wärmemenge reduziert, die von dem Linsenmontagering 48 zur Linse 47 geleitet wird, so dass die Sammellinse gegen den Einfluss von Wärme von außen geschützt werden kann.
Infolge dieses Merkmals wird, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft, eine Änderung der Temperatur der Sammellinse unterdrückt, und die Erzeugung einer Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Verschiebung der Brennweite verhindert, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
(Ausführungsform 13)
20 zeigt Ausführungsform 13 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist, um die Verschiebung eines Brennpunktes infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 zu verhindern, die Sammellinse 20 vier Konvexlinsen 53, 54, 55 und 56 auf. Unter diesen Linsen sind die oberste und unterste Konvexlinse 53 bzw. 56 aus einem Linsenmaterial hergestellt, welches optische Eigenschaften aufweist, die kaum durch die Temperatur beeinflusst werden (mit geringer Temperaturabhängigkeit), beispielsweise aus einem optisch kristallinen Material wie Zinkselenit (ZnSe), wogegen die Konvexlinsen 54, 55, die sich im mittleren Abschnitt befinden, aus einem Linsenmaterial wie beispielsweise einem optisch kristallinen Material hergestellt sind, welches optische Eigenschaften aufweist, die leicht durch die Temperatur beeinflusst werden, jedoch eine hohe Fähigkeit zum Sammeln eines Laserstrahls aufweist, wie Germanium (Ge), wie bei der herkömmlichen Technik.
Die Konvexlinsen 54, 55, die in dem mittleren Abschnitt angeordnet sind, werden auf ähnliche Weise wie bei der Ausführungsform 11 durch die Vorsprünge gehaltert, die auf der ringförmigen Linsenhalteoberfläche 48a des Linsenmontagerings 48 vorgesehen sind, also durch einen Linienkontakt.
Die oberste und unterste Linse 53 bzw. 56, die leicht durch die Temperatur der Umgebungsluft beeinflusst werden könnten, infolge ihres direkten Kontaktes mit der Umgebungsluft, deren Temperatur sich leicht ändert, sind aus einem Linsenmaterial hergestellt, das optische Eigenschaften aufweist, die kaum durch die Temperatur beeinflusst werden, während der Linsenhalter 21, der einfach durch eine Änderung der Temperatur der Umgebungsluft beeinflusst wird, und die Konvexlinsen 54, 55, die sich in dem mittleren Abschnitt befinden, und aus einem Material hergestellt sind, das optische Eigenschaften hat, die stark von der Temperatur abhängen, in Kontakt durch einen kontinuierlichen Vorsprung 52 in Form eines Linienkontakts gelangen, und ebenfalls thermisch isoliert sind, so dass die Sammellinse 20 kaum durch den Einfluss einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft beeinflusst wird.
Infolge dieses Merkmals wirken die obersten und untersten Konvexlinsen 53, 56, die jeweils optische Eigenschaften mit geringer Temperaturabhängigkeit aufweisen, als Wärmesperren, und kann eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse 20 unterdrückt werden, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft, und wird die Erzeugung einer Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite verhindert, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
(Ausführungsform 14)
21 zeigt Ausführungsform 14 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind, um die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem konstanten Wert zu halten, und die Verschiebung eines Brennpunktes infolge einer Änderung der Temperatur zu verhindern, die Sammellinse 20 und die anderen zugehörigen Bauteile der Laserbearbeitungseinrichtung in einer Bearbeitungskammer 60 aufgenommen. Die Bearbeitungskammer 60 ist über eine Umwälzleitung 61 mit einem Temperatureinstellgerät 62 verbunden, beispielsweise einem Ventilator.
Der Temperatursensor 26 zum Detektieren der Temperatur der Sammellinse 20 ist an der Sammellinse 20 angebracht, und ein von dem Temperatursensor 26 ausgegebenes Temperatursignal wird einem Temperatureinstellabschnitt 63 des Temperatureinstellgerätes 62 zugeführt, und das Temperatureinstellgerät 62 stellt die Temperatur der Luft, die der Bearbeitungskammer 60 zugeführt wird, so ein, dass die Temperatur der Sammellinse 20, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, auf der Temperatur gehalten wird, die von einem Temperatureinstellabschnitt 63 eingestellt wurde. Durch dieses Merkmal wird die Temperatur der Sammellinse 20 auf jener Temperatur gehalten, die von dem Temperatureinstellabschnitt 63 eingestellt wurde, und tritt keine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung eines Brennpunktes auf, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, selbst wenn die Laserbearbeitungsvorrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
22 zeigt eine Variante der Ausführungsform 14. Bei dieser Ausführungsform ist die gesamte Laserbearbeitungseinrichtung 100 in einer thermostatischen Kammer 65 aufgenommen, die ein Temperaturhandhabungsgerät 64 für die thermostatische Kammer aufweist.
Die Laserbearbeitungseinrichtung 100 kann ein Signal zum Detektieren der Temperatur der Sammellinse 20 mit dem an der Sammellinse 20 angebrachten Temperatursensor 26 ausgeben, und das Signal wird dem Temperaturhandhabungsgerät 64 für die thermostatische Kammer zugeführt, und das Temperaturhandhabungsgerät 64 für die thermostatische Kammer steuert die Temperatur der thermostatischen Kammer 65 so, dass die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem festgelegten, konstanten Wert gehalten wird.
Infolge dieses Merkmals wird auch in diesem Fall die Temperatur der Sammellinse 20 auf einem festgelegten, konstanten Wert gehalten, und tritt keine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge der Verschiebung der Brennweite auf, unabhängig von einer Änderung der Temperatur der Umgebungsluft oder der Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst, so dass eine Feinbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird, selbst wenn die Laserbearbeitungseinrichtung kontinuierlich über einen längeren Zeitraum in Betrieb ist.
(Ausführungsform 15)
Die 23 und 24 zeigen die Ausführungsform 15 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist einen Mechanismus zum Ausgleich einer Änderungsrate der optischen Eigenschaften der Sammellinse auf, durch Einstellung eines Winkels eines Laserstrahls, welcher der Sammellinse 20 zugeführt wird, selbst wenn sich die Temperatur der Sammellinse 20 ändert, so dass eine stabile und hochgenaue Laserbearbeitung durchgeführt wird, ohne durch die Umgebungstemperatur oder die Erzeugung von Wärme in der Laserbearbeitungseinrichtung selbst beeinflusst zu werden, und auch ohne Erzeugung einer Positionsverschiebung. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Ausgleichsmechanismus durch eine Ablenkratenbefehlskorrektureinheit 70 realisiert.
Die Ablenkratenbefehlskorrektureinheit 70 empfängt ein Signal für die Temperatur der Sammellinse 20, die von dem an der Sammellinse 20 angebrachten Temperatursensor 26 detektiert wird, korrigiert einen Befehl für eine Ablenkrate, der einer Ablenkvorrichtung zugeführt wird, nämlich dem Y-Achsen-Scanspiegel 3, der an dem Y-Achsen-Galvanoscanner 5 angebracht ist, und dem X-Achsen-Scanspiegel 4, der an dem X-Achsen-Galvanoscanner 6 angebracht ist, entsprechend der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20, und diese Ablenkratenbefehlskorrektureinheit 70 kann in der Steuereinheit 10 vorgesehen sein.
Die Ablenkratenbefehlskorrektureinheit 70 enthält eine Korrekturparametereinstellabschnitt 71 zum Einstellen der Korrekturparameter entsprechend der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20, und einen Sammellinsenkorrekturbearbeitungsabschnitt 72 zum Korrigieren der Temperatur der Sammellinse entsprechend den Korrekturparametern, die von dem Korrekturparametereinstellabschnitt 71 eingestellt werden, für einen Positionsbefehl, der von einem Bearbeitungsprogramm stammt.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Ablaufs der Laserbearbeitung bei dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 25 und 26.
25 zeigt den allgemeinen Ablauf, und wenn der Betrieb der Laserbearbeitungseinrichtung aufgenommen wird, wird die Messung der Temperatur der Sammellinse mit dem Temperatursensor 26 durchgeführt, vor dem Beginn der Laserbearbeitung (Schritt S20).
Dann wird die Verarbeitung zur Korrektur der Parameter der Sammellinse entsprechend der gemessenen Temperatur der Sammellinse durchgeführt, und werden erforderliche Korrekturparameter für die momentane Temperatur der Sammellinse erhalten (Schritt S30).
Dann wird die Laserbearbeitung durchgeführt (Schritt S40), und eine Abfolge vom Schritt S20 zum Schritt S40 wiederholt durchgeführt, bis die Laserbearbeitung beendet ist (Schritt S50).
Bei der Laserbearbeitung wird, wie in 26 gezeigt ist, eine Bearbeitungsposition (x, y) aus dem Bearbeitungsprogramm ausgelesen (Schritt S41), eine Korrektur von Parametern der Sammellinse unter Verwendung der Sammellinsenkorrekturparameter durchgeführt, die bei der Sammellinsenkorrekturparameteränderungsverarbeitung erhalten wurden (Schritt S30), in Bezug auf die Bearbeitungsposition (x, y), und dann wird ein Treiberbefehl (x', y') für die Ablenkvorrichtung erhalten, um die Verschiebung einer Bearbeitungsposition auszugleichen, infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 (Schritt S42).
Dann wird der Treiberbefehl (x', y') an die Ablenkvorrichtung (Y-Achsen-Galvanoscanner 5, Y-Achsen-Galvanoscanner 6) ausgegeben, und wird, nachdem eine Ausstrahlposition eines Laserstrahls für die Sammellinse 20 mit Hilfe einer Ablenkoperation durch die Ablenkvorrichtung abgelenkt wurde, die Abstrahlung eines Laserstrahls durchgeführt (Schritt S44). Dann wird festgestellt, ob die Ausführung des Bearbeitungsprogramms fortgesetzt werden soll oder nicht (Schritt S45), und wenn bestimmt wird, dass die Ausführung des Bearbeitungsprogramms fortgesetzt werden soll (Schritt S45 negativ), so wird eine Abfolge von dem Bearbeitungspositionsleseschritt aus (Schritt S41) erneut wiederholt.
Wie voranstehend geschildert wird die Temperatur der Sammellinse 20 detektiert, ein Befehl für die Ablenkvorrichtung korrigiert, so dass eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Temperaturänderung der Sammellinse 20 ausgeglichen wird, und dann wird der Winkel des der Sammellinse 20 zugeführten Laserstrahls korrigiert, so dass eine stabile Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, selbst wenn eine Änderung der Temperatur der Sammellinse hervorgerufen wird, so dass diese durch die Temperaturänderung nicht beeinflusst wird.
Die 27 bis 29 zeigen die andere Abfolge der Laserbearbeitung bei dieser Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform wird jedesmal dann, wenn die Laserbearbeitung durchgeführt wird, die Temperatur der Sammellinse detektiert, und werden Korrekturdaten für die Sammellinse aktualisiert, wenn eine Änderungsrate der Temperatur der Sammellinse seit jenem Zeitpunkt, an welchem die Korrekturdaten für die Sammellinse vorher korrigiert wurden, einen zulässigen Wert überschritten hat.
27 zeigt den allgemeinen Ablauf, und wenn der Betrieb der Laserbearbeitungseinrichtung begonnen wird, wird die Temperatur der Sammellinse 20 durch den Temperatursensor 26 gemessen, vor dem Beginn der Laserbearbeitung (Schritt S60). Dann wird bestimmt, ob ein Absolutwert zwischen der Differenz der Temperatur T der Sammellinse, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, und der Temperatur T₀ der Sammellinse, als die Korrekturdaten für die Sammellinse früher aktualisiert wurden, die zulässige Temperaturdifferenz Td überschritten hat oder nicht (Schritt S70).
Wenn der Absolutwert von T – T₀ die zulässige Temperaturdifferenz Td überschreitet (Schritt S70 positiv), wird die Sammellinsenkorrekturaktualisierungsverarbeitung ausgeführt (Schritt S80). Bei dieser Korrektur für die Aktualisierung werden Koordinatentransformationsfunktionen f_x(x) und f_y(y) selbst aktualisiert.
Bei dieser Verarbeitung für die Aktualisierung wird, wie in 28 gezeigt ist, eine Bearbeitung für vorher festgelegte Punkte P₁, P₂, ..., Pn durchgeführt (Schritt S81), werden Koordinaten der Bearbeitungspunkte q₁, q₂, ..., qn durch den Sichtsensor 9 detektiert, und wird dann die Verarbeitung für die Aktualisierung dadurch festgestellt, dass die Koordinatentransformationsfunktionen f_x(x), f_y(y) mit Hilfe einer Anpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate bearbeitet werden, in Bezug auf den Bearbeitungspositionsfehler.
Wenn die Bearbeitung zur Aktualisierung der Korrekturparameter der Sammellinse fertig ist, wird die Temperatur T der Sammellinse zu jenem Zeitpunkt, an welchem die Aktualisierung durchgeführt wurde, als Temperatur T₀ der Sammellinse zu dem Zeitpunkt gespeichert, als die Aktualisierung durchgeführt wurde (Schritt S90).
Wenn der Absolutwert T – T₀ kleiner als die zulässige Temperaturdifferenz Td ist (Schritt S70 negativ), wird die Laserbearbeitung durchgeführt (Schritt S100), und dann wird eine Abfolge vom Schritt S60 zum Schritt S100 wiederholt ausgeführt, bis die Laserbearbeitung beendet ist (Schritt S110).
Bei der Laserbearbeitung wird, wie in 29 gezeigt ist, eine Bearbeitungsposition (x, y) aus einem Bearbeitungsprogramm ausgelesen (Schritt S101), wird mit der Bearbeitungsposition (x, y) eine Koordinatentransformation mit den Koordinatentransformationsfunktionen f_x(x), f_y(y) durchgeführt, die bei der Sammellinsenkorrekturänderungsverarbeitung erhalten wurden (Schritt S80), um einen Treiberbefehl (x', y') für die Ablenkvorrichtung zu erhalten, so dass eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 erhalten wird (Schritt S102).
Der Treiberbefehl (x', y') wird an die Ablenkvorrichtung (Y-Achsen-Galvanoscanner 5, X-Achsen-Galvanoscanner 6) ausgegeben, um die Ablenkvorrichtung zu betreiben (Schritt S103), und nachdem eine Bestrahlungsposition eines Laserstrahls in Bezug auf die Sammellinse 20 durch Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung festgelegt wurde, wird die Abstrahlung eines Laserstrahls durchgeführt (Schritt S104). Dann wird festgestellt, ob die Ausführung des Bearbeitungsprogramms fortgesetzt werden soll oder nicht (Schritt S105), und wenn bestimmt wird, dass die Ausführung des Bearbeitungsprogramms fortgesetzt werden soll (Schritt S105 negativ), wird eine Abfolge von dem Schritt des Auslesens einer Bearbeitungsposition aus (Schritt S101) erneut wiederholt.
Wie voranstehend geschildert wird durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Korrektur der Koordinaten, die als Befehle für die Ablenkvorrichtung dienen, die Verschiebung einer Bearbeitungsposition, die bei der Sammellinse hervorgerufen wird, ausgeglichen, und kann die Bearbeitung entsprechend einer angestrebten Bearbeitungsposition mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Es ist ebenfalls möglich, die Parameter der Sammellinse unter Verwendung einer Korrekturmatrix M entsprechend der Temperatur der Sammellinse zu korrigieren, zur Transformation einer Bearbeitungsposition (x, y) in vorgegebene Koordinaten (x', y') einer Ablenkvorrichtung, anstelle der voranstehend geschilderten Koordinatentransformationsfunktion, wie dies in 30 gezeigt ist. Unter Verwendung einer Korrekturmatrix M kann eine nicht-lineare Positionsverschiebung ebenfalls vollständig korrigiert werden, und eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Die Matrix M wird dadurch festgelegt, wie im Falle der Sammellinsenkorrekturaktualisierung, wie dies in 28 gezeigt ist, durch Ausführung der Bearbeitung bei den festen Punkten P₁, P₂, ..., Pn, Detektieren der Koordinaten der Bearbeitungspositionen q₁, q₂, ..., qn, und Verwendung des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate, so dass die Bearbeitung mit hoher Genauigkeit bei einer erwünschten Bearbeitungsposition durchgeführt werden kann.
Die Matrix M wird bei dem in 30 gezeigten Beispiel durch einen zweidimensionalen Ausdruck für die Koordinaten x, y erhalten, jedoch kann ein höher dimensionaler Ausdruck verwendet werden, wenn eine höhere Genauigkeit benötigt wird.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Verarbeitungsablaufs, wenn die Bearbeitung mit der Korrekturmatrix durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf 31. Zuerst wird eine Gruppe einer Zeile der Bearbeitungskoordinaten (x, y) aus dem Bearbeitungsprogramm ausgelesen (Schritt S121), dann werden Befehlswerte für sämtliche Bearbeitungspunkte entsprechend der Matrix M korrigiert, bevor die Laserstrahlabstrahlung durchgeführt wird (Schritt S122), und wird die korrigierte Matrix von Bearbeitungspunkten entsprechend den korrigierten Befehlswerten (X', y') gespeichert (Schritt S123).
Dann wird ein Befehlswert (x', y') an die Ablenkvorrichtung ausgegeben (Y-Achsen-Galvanoscanner 5, X-Achsen-Galvanoscanner 6), um die Ablenkvorrichtung entsprechend dem Treiberbefehl (x', y') zu betreiben (Schritt S124), und nachdem eine Bestrahlungsposition eines Laserstrahls in Bezug auf die Sammellinse 20 durch die Ablenkung der Ablenkvorrichtung festgelegt wurde, wird die Abstrahlung eines Laserstrahls durchgeführt (Schritt S125). Dann wird festgestellt, ob die Ausführung des Bearbeitungsprogramms weiter fortgesetzt werden soll oder nicht (Schritt S126), und wenn die Ausführung des Bearbeitungsprogramms weiter fortgesetzt werden soll (Schritt S126 negativ), wird eine Abfolge von dem Schritt des Betreibens der Ablenkvorrichtung aus (Schritt S124) erneut wiederholt.
Die Korrekturmatrix M wird entsprechend der Temperatur einer Sammellinse eingestellt, die Temperatur wird mit einem geforderten Auflösungsschritt innerhalb eines Bereiches erwarteter Änderungen der Temperatur der Sammellinse aufgeteilt, dann werden Werte für die Korrekturmatrix M erhalten, die optimal in jedem Temperaturschritt sind, und können die Temperaturwerte in einem Temperaturkorrekturtabellensystem gespeichert werden, das in 32 gezeigt ist.
Es ist nicht erforderlich, die Temperaturkorrekturtabelle jedesmal dann zu erhalten, wenn die Bearbeitung durchgeführt wird, und es ist bekannt, dass die Temperaturkorrekturtabelle nur dann erforderlich ist, wenn eine Laserbearbeitungseinrichtung installiert werden soll, oder wenn die Sammellinse 20 durch eine neue Linse ersetzt werden soll. In diesem Fall wird eine Korrekturmatrix entsprechend der Temperatur der Sammellinse, die von dem Temperatursensor detektiert wird, aus einem Speicher ausgelesen, um einen Befehl für eine Ablenkrate zu korrigieren.
Daher ist es nicht erforderlich, die Laserbearbeitung zum Aktualisieren der Korrekturparameter für die Sammellinse zu unterbrechen, selbst wenn sich die Temperatur der Sammellinse 20 ändert, und kann eine Änderung der Bearbeitungsposition infolge einer Änderung der Temperatur dadurch unterdrückt werden, dass eine optimale Korrekturmatrix M entsprechend der momentanen Temperatur der Sammellinse eingestellt wird. Selbst wenn eine Änderung der Temperatur der Sammellinse während der Ausführung der kontinuierlichen Bearbeitung in der automatischen Betriebsart auftritt, kann eine Korrekturrate auf den optimalen Wert entsprechend einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 eingestellt werden, so dass eine stabile Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
33 zeigt eine Abfolge von Operationen zur Einstellung der voranstehend geschilderten Temperaturkorrekturtabelle.
Wenn die Temperaturkorrekturtabelle eingestellt wird, wird zuerst die Temperatur der Sammellinse 20 eingestellt (Schritt S131), und wird die Temperatur T der Sammellinse mit dem Temperatursensor 26 gemessen (Schritt S132).
Die Bearbeitung entsprechend einem matrixförmigen Muster wird durchgeführt (Schritt S133), eine Messung eines Positionsfehlers entsprechend einem Bearbeitungsergebnis wird durch den Sichtsensor 9 durchgeführt (Schritt S134), und dann wird die Korrekturmatrix M bei der Temperatur T der Sammellinse entsprechend dem gemessenen Fehler berechnet (Schritt S135). Die voranstehend geschilderte Verarbeitungsabfolge wird wiederholt durchgeführt, innerhalb eines erforderlichen Temperaturbereichs, und zwar durch Änderung der Temperatur der Sammellinse durch einen erforderlichen Auflösungsschritt (Schritt S136).
34 zeigt die Ablenkbefehlskorrektureinheit 70 in einem Fall, in welchem ein optimaler Wert für die Korrekturmatrix M bei jeder Temperatur erhalten wird, wie dies voranstehend beschrieben wurde.
Die Aktualisierung der Koordinatentransformationsfunktion oder der Korrekturmatrix, wie dies voranstehend geschildert wurde, kann jedesmal dann durchgeführt werden, wenn die Laserbearbeitung durchgeführt werden soll, und zwar vor Beginn der Laserbearbeitung. In dem in 35 dargestellten Flussdiagramm wird, wenn eine Operation der Laserbearbeitungseinrichtung begonnen wird, die Aktualisierung von Korrekturparametern für die Sammellinse durchgeführt, bevor die Laserbearbeitung beginnt (Schritt S140), und wird dann die Laserbearbeitung durchgeführt (Schritt S150).
In diesem Fall kann der Temperatursensor 26 weggelassen werden.
In vielen Fällen kann auf der Grundlage des Konzepts, dass sich der Temperatur der Sammellinse nicht wesentlich innerhalb eines kurzen Zeitraums ändert, die Aktualisierung von Korrekturparametern der Sammellinse zu vorbestimmten Zeitpunkten erfolgen, beispielsweise periodisch immer dann, wenn ein festgelegter Zeitraum (etwa eine Stunde) abgelaufen ist.
In diesem Fall wird zuerst, wie dies in 36 gezeigt ist, wenn der Betrieb der Laserbearbeitungseinrichtung begonnen wird, zuerst bestimmt, ob ein voreingestellter Zeitraum in dem Zeitgeber t abgelaufen ist oder nicht, vor Beginn der Laserbearbeitung (Schritt S160). Wenn der voreingestellte Wert nicht abgelaufen ist, wird die Laserbearbeitung sofort durchgeführt (Schritt S190), und wird eine Abfolge von Operationen im Schritt S160 bis zum Schritt S190 wiederholt, bis die Laserbearbeitung beendet ist (Schritt S200).
Wenn der voreingestellte Zeitraum abgelaufen ist, wird die Verarbeitung zum Aktualisieren der Korrekturparameter der Sammellinse durchgeführt (Schritt S170), und wird der Zeitgeber t zurückgesetzt (Schritt S180).
(Ausführungsform 16)
37 zeigt die Ausführungsform 16 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der Laserbearbeitung gemäß dieser Ausführungsform sind Einstellvorrichtungen 73, 74 für variable Verstärkung für den Y-Achsen-Galvanoscanner 5 und den X-Achsen-Galvanoscanner 5 stromabwärts von dem Sammellinsenkorrekturverarbeitungsabschnitt 72' vorgesehen.
Die Einstellvorrichtungen 73, 74 für variable Verstärkung empfangen Koordinaten (x'', y'') nach der Korrektur von Parametern von dem Sammellinsenkorrekturverarbeitungsabschnitt 72', und ebenfalls die Information in Bezug auf die Temperatur der Sammellinse, die von dem Temperatursensor 26 geliefert wird, und stellen die Verstärkungen a, b für den Y-Achsen-Galvanoscanner 5 und den X-Achsen-Galvanoscanner 6 entsprechend der Temperatur der Sammellinse ein.
Wenn die Verstärkungen a, b als geeignete Temperaturparameter für eine Änderungsrate der Temperatur der Sammellinse 20 erhalten werden, kann die Bearbeitung durchgeführt werden, ohne eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition selbst dann hervorzurufen, wenn eine Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 auftritt. Es ist bekannt, dass zum Ausgleich einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 die Verstärkungen a und b, die zum Ausgleich einer Änderung der Temperaturcharakteristik der Sammellinse ausreichend sind, durch einen eindimensionalen Ausdruck für die Temperatur der Sammellinse erhalten werden können.
Mit dieser voranstehend geschilderten Operation kann eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse verhindert werden.
(Ausführungsform 17)
38 zeigt die Ausführungsform 17 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist ein Bearbeitungstischtreiberbefehlskorrekturabschnitt 75 als Mechanismus zum Ausgleich einer Änderung der Sammeleigenschaften der Sammellinse 20 entsprechend einer Temperaturänderung vorgesehen. Der Bearbeitungstischtreiberbefehlskorrekturabschnitt 75 korrigiert, wie die Ablenkratenbefehlskorrektureinheit 70, einen Positionsbefehl für das Bearbeitungstischgerät 8, der von einem Bearbeitungsprogramm geliefert wird, entsprechend der Temperatur der Sammellinse 20, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, wobei Korrekturkonstanten p, q entsprechend einer Änderung der Sammeleigenschaften der Sammellinse 20 infolge einer Temperaturänderung festgelegt werden.
Die Korrekturkonstanten p, q können dadurch erhalten werden, dass vorher eine Änderungsrate der Sammeleigenschaften der Sammellinse 20 gemessen wird, infolge einer Änderung der Temperatur, und es werden Positionsbefehle Δx und Δy nach der Korrektur dadurch erhalten, dass ein Differenzwert zwischen der Standardtemperatur T₀ und der Temperatur T der Sammellinse, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, mit den Korrekturkoeffizienten p, q multipliziert wird, um Korrekturkoeffizienten entsprechend der Temperaturdifferenz zu erhalten, und dann die Positionsbefehle, die von einem Bearbeitungsprogramm stammen, mit dem Korrekturkoeffizienten multipliziert werden.
Durch diese Operationen kann das Verarbeitungstischgerät 8 so bewegt werden, dass die Verschiebung einer Bearbeitungsposition, die durch eine Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 hervorgerufen wird, nicht erzeugt wird, und kann eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Änderung der Temperatur dadurch ausgeglichen werden, dass das Bearbeitungstischgerät 8 bewegt wird, so dass eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
(Ausführungsform 18)
39 zeigt eine Ausführungsform 18 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist als Mechanismus zum Ausgleich einer Änderung der Sammeleigenschaften der Sammellinse 20 infolge einer Temperaturänderung, ein linsenseitiger Z-Achsen-Antriebsmechanismus zum Verschieben der gesamten Sammellinse 20 in Richtung der optischen Achse (Z-Achsen-Richtung) vorgesehen.
Die Ablenkvorrichtung umfasst den Y-Achsen-Scanspiegel 3, der an dem Y-Achsen-Galvanoscanner 5 angebracht ist, sowie den X-Achsen-Scanspiegel 4, der an dem X-Achsen-Galvanoscanner 6 angebracht ist, und diese Bauteile sind an einem Gestell angebracht, das in der Figur nicht dargestellt ist.
Der linsenseitige Z-Achsen-Antriebsmechanismus beruht beispielsweise auf einem Vorschubspindelsystem, und weist einen Servomotor 80 auf, der an dem voranstehend geschilderten Gestell angebracht und befestigt ist, eine Kugelumlaufspindel 81, die durch den Servomotor 80 gedreht und angetrieben wird, um die Sammellinse 20 infolge ihrer Drehung in der Richtung der Z-Achse zu bewegen, und eine Steuerschaltung 83 zur Ausgabe eines Z-Achsen-Befehls entsprechend der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20 an den Z-Achsentreiber 82 des Servomotors 80.
Der linsenseitige Z-Achsen-Antriebsmechanismus ändert die relative Entfernung zwischen der Sammellinse 20 und der Ablenkvorrichtung mit Hilfe der Drehung der Kugelumlaufspindel durch den Servomotor 80.
Bekanntlich wird bei ansteigender Temperatur der Sammellinse 20 auch deren Brechkraft hoch, und daher wird ein Treiberbefehl von der Steuerschaltung 83 entsprechend der von dem Temperatursensor 26, der an der Sammellinse 20 angebracht ist, detektierten Temperatur der Sammellinse abgegeben, so dass dann, wenn die Temperatur der Sammellinse ansteigt, die Entfernung zwischen der Ablenkvorrichtung und der Sammellinse 20 kürzer wird.
Infolge dieser Ausbildung kann eine Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Temperaturänderung der Sammellinse 20 dadurch korrigiert werden, dass die relative Position der Sammellinse 20 und der Ablenkvorrichtung so geändert wird, dass selbst dann, wenn eine Temperaturänderung der Sammellinse 20 auftritt, die Positionsverschiebung entsprechend der Temperaturänderung ausgeglichen wird.
Durch dieses Merkmal wird die Erzeugung einer Bearbeitungsposition, die durch eine Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 hervorgerufen wird, verhindert.
(Ausführungsform 19)
40 zeigt Ausführungsform 19 der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist als Mechanismus zum Ausgleich einer Änderung der Sammeleigenschaften der Sammellinse 20 infolge einer Temperaturänderung ein Mechanismus zur Einstellung des Einfallswinkels des Laserstrahls L auf die Ablenkvorrichtung vorgesehen.
Dieser Einfallswinkeleinstellmechanismus weist einen Biegespiegel 90 auf. Der Biegespiegel 90 wird durch einen Drehzapfen 91 gehaltert, der ein flexibles Gelenk aufweist, so dass der Biegespiegel 90 in zwei Richtungen (den Richtungen P und Q) geneigt werden kann, die einander in rechtem Winkel kreuzen. Als Betätigungsglieder zum Neigen des Biegespiegels 90 in der Richtung P bzw. der Richtung Q sind piezoelektrische Elemente 92 und 93 zum Antrieb mit dem Biegespiegel 90 verbunden.
Die piezoelektrischen Elemente 92 und 93 werden mit fester Rate angetrieben, entsprechend einem Befehlssignal, das von einem Korrekturwinkelberechnungsabschnitt 96 ausgegeben wird. Der Korrekturwinkelberechnungsabschnitt 96 gibt einen P-Achsen-Befehl und einen Q-Achsen-Befehl an das piezoelektrische Element 92 bzw. 93 aus, entsprechend der Temperatur der Sammellinse 20, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird.
Die piezoelektrischen Elemente 92 und 93 werden mit fester Rate entsprechend einem elektrischen Signal (für eine Spannungssteuerung) getrieben, so dass der Winkel des Biegespiegels entsprechend der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20 eingestellt werden kann. Durch vorheriges Einstellen eines Beziehungsausdrucks für Korrekturwinkel, die gemäß der Temperatur der Sammellinse 20 erforderlich sind, in dem Korrekturwinkelberechnungsverarbeitungsabschnitt 96 wird der Winkel eines Laserstrahls, welcher der Ablenkvorrichtung zugeführt wird, und dann ein Winkel des Laserstrahls, welcher der Sammellinse zugeführt wird, entsprechend einem Korrekturwert eingestellt, der von dem Korrekturwinkelberechnungsabschnitt 96 vorgegeben wird, so dass eine Änderung der Sammeleigenschaften der Sammellinse 20 infolge einer Temperaturänderung ausgeglichen werden kann.
Durch dieses Merkmal kann die Erzeugung einer Verschiebung einer Bearbeitungsposition infolge einer Temperaturänderung der Sammellinse 20 verhindert werden. Wenn die Bearbeitung durchgeführt wird, kann daher durch Antrieb des Biegespiegels 90 und Änderung von dessen Winkel, um die Verschiebung einer Bearbeitungsposition zu korrigieren, die durch eine Änderung der Temperatur der Sammellinse hervorgerufen wird, hervorgerufen entsprechend dem Antrieb der Ablenkvorrichtung gemäß der Bearbeitungsposition, eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, ohne durch eine Temperaturänderung der Sammellinse 20 beeinflusst zu werden.
(Ausführungsform 20)
41 zeigt eine Ausführungsform 20 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist als Mechanismus zum Ausgleich einer Änderung der Sammeleigenschaften der Sammellinse infolge einer Temperaturänderung ein Mechanismus zur variablen Einstellung einer Wellenlänge eines Laserstrahls L vorgesehen. Dieser Mechanismus wird durch einen wellenlängenvariablen Laseroszillator 200 erzielt, dessen Wellenlänge geändert werden kann. Dieser wellenlängenvariable Laseroszillator 200 ändert die Wellenlänge eines abgegebenen Laserstrahls L entsprechend einem Wellenlängenbefehlssignal, das einer Wellenlängenbefehlseingabeklemme 201 zugeführt wird, während die Korrekturschaltung 202 die Wellenlänge des Laserstrahls L so einstellt, dass eine Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse 20 gemäß der Temperatur T ausgeglichen wird, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, der an der Sammellinse 20 angebracht ist.
Im allgemeinen hängt die Brechkraft n der Sammellinse 20 von der Wellenlänge λ ab, so dass eine Einstellung zum Ausgleich einer Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse entsprechend der Temperatur so erfolgen kann, dass die Wellenlänge λ des Laserstrahls L eingestellt wird.
Durch dieses Merkmal kann die Wellenlänge eines Laserstrahls so geändert werden, dass die Positionsverschiebung infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse 20 ausgeglichen wird, und die Erzeugung einer Verschiebung einer Bearbeitungsposition, hervorgerufen durch eine Temperaturänderung der Sammellinse 20, verhindert wird, so dass eine stabile Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, ohne von einer Änderung der Temperatur der Sammellinse beeinträchtigt zu werden.
(Ausführungsform 21)
42 zeigt eine Ausführungsform 22 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist als Mechanismus zum Ausgleich einer Änderung der Brennweite der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur, ein Mechanismus zur Einstellung eines Divergenzwinkels eines Laserstrahls L vorgesehen, welcher der Sammellinse 20 zugeführt wird.
Dieser Mechanismus enthält eine adaptive Optik 110. Die adaptive Optik 110 kann die Krümmung einer reflektierenden Oberfläche für einen Laserstrahl L durch ein elektrisches Signal ändern, und stellt ein Divergenzsignal des Laserstrahls L ein.
Wie in Figur gezeigt ist, kann die Lage des Brennpunktes 20 dadurch geändert werden, dass der Divergenzwinkel des Laserstrahls L eingestellt wird, welcher der Sammellinse 20 zugeführt wird. In 43 bezeichnet La einen Fall, in welchem der Divergenzwinkel des Laserstrahls L relativ klein ist, und Lb einen Fall, in welchem der Divergenzwinkel des Laserstrahls L relativ groß ist. Wenn der Divergenzwinkel des Laserstrahls L relativ klein ist, beträgt die Brennweite H₁ entsprechend dem Brennpunkt Q₁, und wenn der Divergenzwinkel des Laserstrahls L relativ groß ist, beträgt die Brennweite H₂ entsprechend dem Brennpunkt Q₂.
Die adaptive Optik 110 wird mit fester Rate entsprechend einem von einer Steuerschaltung 110 ausgegebenen Befehlssignal betrieben. Die Steuerschaltung 111 gibt einen Befehl an einen Treiber 112 für die adaptive Optik 110 aus, entsprechend der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20.
Zusätzlich zu einer Positionsverschiebung auf einem Werkstück W entsprechend der Temperatur tritt eine Änderung des Brennpunkts infolge einer Temperaturänderung auf, so dass der Brennpunkt eines Laserstrahls L, der durch die Sammellinse 20 hindurchgegangen ist, dadurch eingestellt werden kann, dass der Divergenzwinkel des Laserstrahls L mit der adaptiven Optik entsprechend der Temperatur der Sammellinse eingestellt wird, und kann mit Hilfe dieser Einstellung der Brennpunkt auf einer Oberfläche des Werkstücks W gehalten werden, so dass selbst dann, wenn eine Temperaturänderung der Sammellinse auftritt, eine stabile Laserbearbeitung durchgeführt werden kann, und auch ein Bearbeitungsfehler infolge einer Verschiebung eines Brennpunktes verhindert werden kann, die durch eine Temperaturänderung der Sammellinse hervorgerufen wird.
(Ausführungsform 22)
44 zeigt die Ausführungsform 22 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist zum Ausgleich einer Änderung der Brennweite der Sammellinse 20 infolge einer Temperaturänderung, als Mechanismus zur Einstellung des Divergenzwinkels eines Laserstrahls L, welcher der Sammellinse 20 zugeführt wird, ein Kollimatorlinsenpositionseinstellmechanismus vorgesehen.
Die Kollimatorlinse 20 enthält eine variable Linse 121, die in der Richtung der optischen Achse bewegbar ist. Eine Kugelumlaufspindel 123, die von dem Servomotor 122 angetrieben wird, ist mit der beweglichen Linse 121 verbunden, und diese beweglich in der Richtung der optischen Achse entsprechend der Drehung der Kugelumlaufspindel 123.
Der Servomotor 122 wird entsprechend einem Befehlssignal betrieben, das von einer Steuerschaltung 124 ausgegeben wird.
Die Steuerschaltung 124 gibt einen Befehl an einen Treiber 125 des Servomotors 122 aus, entsprechend der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20.
Die Steuerschaltung 124 kann eine Änderung der Brennweite der Sammellinse 20 ausgleichen, infolge einer Änderung der Temperatur, durch Ausgabe eines Befehls für eine Linsenposition entsprechend der Temperatur der Sammellinse 20, die von dem Temperatursensor 26 detektiert wird, der an der Sammellinse 20 angebracht ist, zur Einstellung mit dem Treiber 125.
Infolge dieses Merkmals kann eine Position eines Brennpunktes auf der Oberfläche des Werkstücks gehalten werden, und kann eine stabile Laserbearbeitung erfolgen, selbst wenn eine Temperaturänderung bei der Sammellinse 20 auftritt, so dass ein Bearbeitungsfehler infolge der Verschiebung eines Brennpunkts verhindert werden kann, die durch eine Temperaturänderung der Sammellinse hervorgerufen wird.
(Ausführungsform 23)
45 zeigt die Ausführungsform 23 der Laserbearbeitungseinrichtung.
Bei der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist als Mechanismus zum Ausgleich einer Änderung der Brennweite der Sammellinse 20 infolge einer Temperaturänderung, ein tischseitiger Z-Achsen-Antriebsmechanismus (Tischhöheneinstellmechanismus) zum Verschieben des gesamten Bearbeitungstischgerätes 8 zur Sammellinse 29 hin in Richtung der optischen Achse (in Richtung der Z-Achse) vorgesehen.
Der tischseitige Z-Achsen-Antriebsmechanismus beruht beispielsweise auf einem Vorschubspindelsystem, und weist einen Servomotor 130 auf, der auf einem Fundament für die Laserbearbeitungseinrichtung befestigt ist, das hier nicht gezeigt ist, eine Kugelumlaufspindel 131, die durch den Servomotor 130 gedreht und angetrieben wird, um das Bearbeitungstischgerät 8 durch ihre Drehung in Richtung der Z-Achse zu bewegen, und eine Steuerschaltung 133 zur Ausgabe eines Z-Achsen-Befehls an den Z-Achsen-Treiber 132 des Servomotors 130, entsprechend der von dem Temperatursensor 26 detektierten Temperatur der Sammellinse 20.
Die Höhe des Bearbeitungstischgerätes 8 entlang der Z-Achse mit einem zu bearbeitenden Werkstück W darauf wird durch Drehung der Kugelumlaufspindel 131 durch den Servomotor 130 eingestellt.
Die Höhe des Bearbeitungstischgerätes 8 wird zu dem Zweck eingestellt, um eine vorher ermittelte Änderungsrate der Brennpunktposition der Sammellinse 20 infolge einer Änderung der Temperatur entsprechend der Temperatur der Sammellinse 20 auszugleichen, die von dem an der Sammellinse 20 angebrachten Temperatursensor 26 detektiert wird.
Durch diese Anordnung kann die Position des Brennpunkts auf der Oberfläche eines bearbeitenden Werkstücks gehalten werden, und kann eine stabile Laserbearbeitung selbst dann durchgeführt werden, wenn eine Temperaturänderung bei der Sammellinse 20 auftritt, so dass ein Bearbeitungsfehler infolge der Verschiebung des Brennpunkts verhindert werden kann, die durch eine Temperaturänderung der Sammellinse hervorgerufen wird.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie voranstehend geschildert ist die Laserbearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für die hochgenaue und feine Laserbearbeitung zum Bohren, Schneiden oder Markieren eines Materials wie beispielsweise Harz oder Keramik bei gedruckten Leiterplatten oder Halbleiterchips geeignet.

Claims

Laserbearbeitungseinrichtung, welche aufweist: eine Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zur Änderung der Richtung eines Laserstrahls, der von einem Laseroszillator (200) abgegeben wird; und eine Sammellinse (20) zum Brechen eines Laserstrahls, der von der Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zugeführt wird, und zum Fokussieren des Laserstrahls auf ein zu bearbeitendes Werkstück (W); und einen Ausgleichsmechanismus zum Ausgleich einer Änderung der optischen Eigenschaften der Sammellinse (20) infolge einer Temperaturänderung der Sammellinse, durch Einstellung eines Winkels des Laserstrahls, welcher der Sammellinse (20) zugeführt wird; wobei der Ausgleichsmechanismus eine Einheit zur Korrektur eines Befehlswertes für eine Ablenkung für die Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zur Ablenkung des Laserstrahls ist.
Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, welche aufweist: eine Temperaturmesseinheit (26) zum Detektieren der Temperatur der Sammellinse (20); wobei eine Ablenkungsbefehlskorrektureinheit (70) einen Befehlswert für eine Ablenkung für die Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) entsprechend einem Korrekturparameter korrigiert, der entsprechend der Temperatur der Sammellinse (20) eingestellt wird, die von der Temperaturmesseinheit (26) detektiert wird.
Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ablenkungsbefehlskorrektureinheit (70) die Korrektur eines Befehls für die Ablenkung mit Hilfe einer Koordinatentransformation durchführt, mit einer Koordinatentransformationsfunktion, die aus einem Bearbeitungspositionsfehler bei der Festpunktbearbeitung erhalten wird, oder unter Verwendung einer Korrekturmatrix.
Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Koordinatentransformationsfunktion oder die Korrekturmatrix vor dem Beginn der Laserbearbeitung jedes Mal aktualisiert wird, wenn die Laserbearbeitung durchgeführt wird.
Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, welche eine Temperaturmesseinheit (26) zum Detektieren der Temperatur der Sammellinse (20) aufweist; wobei die Koordinatentransformationsfunktion oder die Korrekturmatrix aktualisiert wird, wenn eine Änderung der Temperatur der Sammellinse (20), die von der Temperaturmesseinheit (26) detektiert wird, einen festgelegten Wert überschreitet, vor dem Beginn der Laserbearbeitung, entsprechend der Temperatur der Sammellinse (20) zu diesem Zeitpunkt.
Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Koordinatentransformationsfunktion oder die Korrekturmatrix zu festgelegten Zeitpunkten aktualisiert wird.
Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, welche aufweist: eine Einheit zum Erstellen einer Vielzahl von Korrekturmatrizen für unterschiedliche Temperaturen der Sammellinse (20); wobei von den erstellten Korrekturmatrizen eine Korrekturmatrix verwendet wird, die einer von einer Temperaturmesseinheit (26) detektierten Temperatur zugeordnet ist.
Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ausgleichsmechanismus eine Einstelleinheit für variable Verstärkung zum variablen Einstellen einer Verstärkung eines Befehlswertes für eine Ablenkrate für die Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) aufweist, entsprechend der Temperatur der Sammellinse (20), die von einer Temperaturmesseinheit (26) detektiert wird.
Laserbearbeitungseinrichtung, welche aufweist: eine Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zur Änderung der Richtung eines Laserstrahls, der von einem Laseroszillator (200) abgegeben wird; eine Sammellinse zum Brechen eines Laserstrahls, der von der Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zugeführt wird, und zum Fokussieren des Laserstrahls auf ein zu bearbeitendes Werkstück (W); und einen Ausgleichsmechanismus zum Ausgleichen einer Änderungsrate der optischen Eigenschaften der Sammellinse (20) infolge einer Änderung der Temperatur der Sammellinse (20), durch Einstellung eines Winkels des Laserstrahls, welcher der Sammellinse (20) zugeführt wird, wobei der Ausgleichsmechanismus einen Biegespiegel zur Einstellung des Winkels des Laserstrahls aufweist, welcher der Ablenkvorrichtung (3, 4, 5, 6) zugeführt wird.