-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Bearbeitungsverfahren, das einen optischen Strahl bzw. Lichtstrahl,
beispielsweise einen Laserstrahl und einen Energiestrahl bzw. energetischen
Strahl, beispielsweise aus einem geladenen Teilchen, verwendet,
sowie eine Bearbeitungsvorrichtung, welche den Strahl verwendet,
insbesondere ein Bearbeitungsverfahren zur Bearbeitung von Objekten,
beispielsweise von Kunstharz, Keramik, Metall und einer fotolithografischen
empfindlichen Schicht, zum Bohren, Halb-Ätzen, zur Oberflächenbehandlung
und zur Freilegung eines Fotolacks unter Verwendung eines Energiestrahls,
beispielsweise eines Laserstrahls, der von einem CO2-Laser,
YAG-Laser oder einem Excimer-Laser abgestrahlt wird.
-
Der CO2-Laser
(in dem infraroten Bereich von 9 bis 11 μm) und der YAG-Laser (im nahen
infraroten Bereich von 1,064 μm),
die gegenwärtig
für eine
industrielle Anwendung vielseitig eingesetzt werden, sind hauptsächlich zum
Schneiden und Schweißen
von Bearbeitungsobjekaen (Werkteil oder "Werkstück") verwendet worden, was an deren Eigenschaft,
unter Wärme
zu schmelzen, liegt. Das Bearbeitungsverfahren, das solche langwelligen
Laser verwendet, ist als Wärmebearbeitungsverfahren bekannt,
das Nutzen aus einer durch den Laserstrahl induzierten Erwärmung zieht.
-
Eine Bearbeitung des Werkstücks unter
Verwendung des Excimer-Lasers, der eine sehr kurze Wellenlänge aufweist
(193, 248, 308 und 351 nm), wird als nicht erwärmende Bearbeitung zur Bearbeitung
des Werkstücks
klassifiziert, weil Nutzen aus einem fotochemischen Effekt durch
eine fotochemische Reaktion, die von dem Laserstrahl induziert wird,
gezogen wird, was es ermöglicht,
das Werkstück
mit einer gegenüber
der Wärmebearbeitung überlegenen
Bearbeitungsgenauigkeit zu bearbeiten.
-
Bei dem Bearbeitungsverfahren, das
den Excimer-Laser mit einer so kurzen Wellenlänge verwendet, werden Keramiken,
beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, SiC und TiC, sowie
synthetische Kunstharze, beispielsweise Polyimide, Polyester, Epoxidharz
und Polycarbonat, ohne Schmelzen durch Aufbringen der Wärme bearbeitet.
Bei diesem Verfahren werden intermolekulare Bindungen dadurch aufgespalten,
dass in dem Polymer sukzessive, ausgehend von der Oberfläche während der
Bestrahlung mit dem Laserstrahl, jeweilige Moleküle angeregt werden, so dass
die Moleküle
in einem festen Zustand direkt gestreut werden können. Dieses Bearbeitungsverfahren
wird für
gewöhnlich
Ablationsbearbeitung bzw. Abtragungsbearbeitung genannt und ermöglicht es,
im Vergleich zu dem Bearbeitungsverfahren, das den CO2-Laser
und den YAG-Laser verwendet, eine genauere Bearbeitung zu erzielen.
-
Als Werkstückbearbeitungsverfahren, das Nutzen
aus den Eigenschaften eines solchen Excimer-Lasers zieht, ist ein
Halbätzprozess
zu nennen, mit dessen Hilfe in die Oberfläche einer vergleichsweise dicken
Kunstharzplatte bis in eine vorgegebene Tiefe gebohrt wird. Die
Halbätzbearbeitung
unter Verwendung des Excimer-Lasers
wird als Bearbeitungsverfahren zum Dünnermachen des Werkstücks bei
dem klein ausgebildeten Bohrungsabschnitt der Druckmaske verwendet,
so dass eine Paste, beispielsweise ein pastöses bzw. cremeartiges Lötmittel,
oder ein Farbstoff zur Verwendung in kleinen Bohrungen, die auf
der Druckmaske ausgebildet sind, ohne weiteres ausgetragen werden
kann.
-
Der von dem vorstehend erwähnten Laser abgestrahlte
Laserstrahl wird für
gewöhnlich
so fokussiert, dass dieser auf der Bearbeitungsoberfläche des
Werkstükkes
eine Strahlfleckform von etwa 2 mm im Quadrat aufweist, nachdem
dieser eine Blendenöffnung
oder einen Kondensor durchlaufen hat. Deshalb muss das Werk stück mittels
Relativverschiebung relativ zu dem Laserstrahl bearbeitet werden,
wenn die Länge
einer Ätznut
oder die Größe einer
auf dem Werkstück
auszubildenden Bohrung oder die Länge eines Schnitts oder einer
Schweiß- bzw.
Lötstelle
des Werkstücks
größer als
der Strahlfleck des Laserstrahls ist.
-
Folglich wird normalerweise ein Tisch
mit einer in etwa horizontalen Befestigungsebene zum Befestigen
bzw. Aufnehmen des Werkstücks
auf einem X-Y-Tisch platziert, der die Werkstück-Befestigungsebene entlang
der X-Y-Richtungen verschieben oder bewegen kann. Der X-Y-Tisch
ist so ausgelegt, dass dieser entlang der X-Y-Richtungen verfahrbar
ist, so dass das Werkstück,
das auf dem Befestigungstisch befestigt ist, relativ zu dem Laserstrahl
verfahren werden kann.
-
Ein Antriebsmotor, beispielsweise
ein Servomotor oder ein Schrittmotor, wird als Antriebsquelle des
X-Y-Tisches verwendet, welcher mit dem Befestigungstisch in der
herkömmlichen
Bearbeitungsvorrichtung, welche den vorgenannten Laserstrahl verwendet,
vorgesehen ist. Es ist bekannt gewesen, dass eine Drehgeschwindigkeit
dieses Antriebsmotors nicht sofort auf eine vorgegebene Geschwindigkeit
Sm erhöht
wird, sondern allmählich
während
eines Zeitintervalls t1, nachdem ein Treibersignal
zum Auslösen
der Drehbewegung von der Treiberschaltung zum Zeitpunkt t0 ausgegeben wird, beschleunigt wird, wie
in der 5 dargestellt.
Zum Anhalten des X-Y-Tisches darf die Drehbewegung des Antriebsmotors
andererseits nicht sofort stoppen, sondern muss beginnend zum Zeitpunkt
t2 von der vorgegebenen Geschwindigkeit
Sm negativ beschleunigt bzw. abgebremst werden, um schließlich die
Drehbewegung zum Zeitpunkt t3 zu beenden.
-
Folglich wird die Bewegungsgeschwindigkeit des
Befestigungstisches auf dem von dem Antriebsmotor angetriebenen
X-Y-Tisch allmählich
beschleunigt, in etwa in derselben Art und Weise wie die Drehgeschwindigkeit
des Antriebsmotors, und zwar während
eines Zeitintervalls von t0 bis t1 nach Auslösen der Bewegung, und wird
diese während
eines Zeitintervalls von t2 bis t3 allmählich
verlangsamt, bevor dieser in dieser Bearbeitungsvorrichtung anhält.
-
Wie jedoch in der 8 gezeigt, wird ein Pulslaserstrahl bzw.
gepulster Laserstrahl mit einer Bestrahlungsenergie Ein durch Anschalten
der Lasertreiberschaltung zum Auslösen der Bestrahlung zum Zeitpunkt
t0 sofort abgestrahlt, welcher Vorgang in
Antwort auf eine Trigger- bzw. Auslösefrequenz, die von der Lasertreiberschaltung
vorgegeben wird, wiederholt wird. Der Laserstrahl mit einer konstanten Pulsbreite,
Wiederholfrequenz und Bestrahlungsenergie Ein wird immer von dem
Laser abgestrahlt, ohne dass diese Größen erhöht oder verkleinert werden,
was im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Antriebsmotor steht,
solange bis die Lasertreiberschaltung zum Zeitpunkt t3 zum
Beenden der Bestrahlung abgeschaltet wird.
-
Folglich wird die Laserstrahlbestrahlungsdichte
pro Einheitszeit und Einheitsfläche
auf einer von dem Strahl bestrahlten Oberfläche des Werkstücks während der
Zeitdauer der Beschleunigung oder Verlangsamung des sich bewegenden
Werkstücks
größer als
die Strahlbestrahlungsdichte pro Einheitszeit und Einheitsfläche auf
der von dem Laserstrahl bestrahlten Oberfläche während des Zeitintervalls, in
welchem die Drehgeschwindigkeit eine vorgegebene konstante Geschwindigkeit
Sm in dem Bearbeitungsverfahren erreicht hat.
-
Folglich wird die Bestrahlungsenergiedichte pro
Einheitszeit und Einheitsfläche
des Laserstrahls, der bei einem Anfangsbereich 2a und einem
Endbereich 2b der Ätznut 2 des
Werkstücks 1 abgestrahlt wird,
größer als
die Bestrahlung bei den anderen Bereichen. Wenn eine Halbätzbearbeitung
mit einer vorgegebenen Tiefe unter Verwendung des Excimer-Laserverfahrens
auf das Werkstück
angewendet werden soll, gibt es deshalb dahingehend einen Nachteil, dass
(1) die Ätznuten
bzw. -vertiefungen bei dem Bearbeitungs-Anfangsbereich 2a und
dem Bearbeitungs-Endbereich 2b der Ätznut 2 tiefer
ausgebildet werden als die übrigen
Abschnitte, wie in der 9A gezeigt,
oder (2) dass eine Bohrung bei dem Bearbeitungs-Anfangsbereich 2a und dem Bearbeitungs-Endbereich 2b der Ätznut 2 durch
die gesamte Tiefe des Werkstücks 1 getrieben
wird, wie in der 9B gezeigt.
-
Wenn das Werkstück mit Hilfe des Bearbeitungsverfahrens,
das den CO2-Laser und den YAG-Laser verwendet,
geschnitten werden soll, wird die Menge, die von dem Werkstück 1 bei
einem Schnitt-Anfangsbereich 3a oder einem Schnitt-Endbereich 3b des
Schnittbereichs 3 des Werkstücks 1 geschmolzen
werden soll, größer als
bei den übrigen Schnittbereichen,
wie in der 9C gezeigt,
was in einem Abmessungsfehler resultiert und auch in einem Abbrand
und einem Verklumpen an der Schnittstelle 3 bei dem Anfangsbereich 3a und
dem Endbereich 3b.
-
Um die vorgenannten Schwierigkeiten
bei dem herkömmlichen
Bearbeitungsverfahren zu vermeiden, ist der Laserstrahl nur während des
Zeitintervalls auf das Werkstück
gestrahlt worden, während dem
eine Drehbewegung des Antriebsmotors stabilisiert war, zu welchem
Zweck einfach die gesamte Antriebszeit des Antriebsmotors verlängert wurde.
In diesem Fall wird die Bearbeitung durch Auslösen der Laserbestrahlung auf
das Werkstück
um einen Zeitraum später
als der Zeitpunkt t1 begonnen, wenn die Drehgeschwindigkeit
des Antriebsmotors eine vorgegebene Geschwindigkeit Sm erreicht
hat, und wird die Bearbeitung dadurch beendet, dass die Laserbestrahlung
auf das Werkstück
um einen Zeitraum vor dem Zeitpunkt t2 beendet
wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors damit beginnt,
die Geschwindigkeit von der vorgegebenen Geschwindigkeit Sm zu verringern,
wie in der 7 gezeigt.
-
Die Gesamtantriebszeit T2,
die zum Treiben des Antriebsmotors erforderlich ist, überschreitet
jedoch die maximale Bearbeitungszeit T1,
die zur stabilen Bearbeitung des Werkstücks erforderlich ist, wie dies
für das
vorstehend beschriebene Bearbeitungsverfahren in der 7 gezeigt ist, was dann
zu einer Schwierigkeit führt,
dass die tatsächliche
Bearbeitungszeit des Werkstücks
unnötig
verlängert
wird.
-
Schwierigkeiten zusätzlich zu
den Schwierigkeiten, wie beispielsweise dem vorgenannten Abmessungsfehler
bei dem Bewegungs-Anfangsbereich und dem Bewegungs-Endbereich oder
der nicht gleichmäßigen Bearbeitung
oder der wesentlich ausgedehnten Bearbeitungszeit können dadurch
bedingt sein, dass der Laserstrahl nur innerhalb des Zeitintervalls
abgestrahlt wird, wenn die Drehbewegung des Antriebsmotors stabilisiert
worden ist. Dies Schwierigkeit kann nicht nur bei dem Bearbeitungsverfahren und
der Bearbeitungsvorrichtung, das bzw. die den Laserstrahl verwendet,
sondern auch für
den Fall auftreten, dass Energiestrahlung bzw. energetische Strahlen,
beispielsweise ein Lichtstrahl, ein Röntgenstrahl und ein Strahl
aus geladenen Teilchen, verwendet wird, wodurch der Umfang der Bearbeitung
in Abhängigkeit
von der Energiedichte (Flächendichte) pro
Einheitszeit und pro Einheitsfläche
des abgestrahlten Strahls verändert
wird.
-
Die vorgenannten Schwierigkeiten
können nicht
nur dann auftreten, wenn sich das Werkstück zur Bearbeitung bewegen
kann, sondern auch dann, wenn das Werkstück dadurch bearbeitet wird,
dass sich der Energiestrahl, beispielsweise der Laserstrahl, bewegen
kann, oder wenn das Werkstück
dadurch bearbeitet wird, dass sich das Werkstück bzw. der Energiestrahl entlang
von verschiedenen Richtungen bewegen kann, die sich kreuzen.
-
JP-A-5138374 offenbart ein Bearbeitungsverfahren
zur Bearbeitung eines Werkstücks,
bei dem der Laserausgang automatisch entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit
des Laserstrahls geregelt wird. Bei diesem Verfahren wird nicht
die Frequenz der Laserimpulse geregelt, sondern stattdessen die
Intensität
des Laserstrahls. Die Verwendung einer linearen Skala wird nicht
offenbart.
-
US
4,568,815 offenbart eine Schaltung, die die Impulsfrequenz
und die Impulslänge
einer gepulsten Laserquelle variabel steuern kann. Diese Schaltung
wird zur Bearbeitung eines endlosen Bleches, beispielsweise eines
Metallstreifens, mit Hilfe einer Laserperforiervorrichtung verwendet.
Das endlose Werkstück
wird kontinuierlich mit Hilfe von zwei Paaren von Walzen transportiert.
Deshalb werden keine Beschleunigungs- oder Verlangsamungszeitintervalle
zur Beschleunigung oder Verlangsamung des Werkstücks während der Bearbeitung offenbart.
-
US
5,279,775 offenbart ein Verfahren zur Bearbeitung eines
kreisförmigen,
endlosen Mediums zum Ätzen
von konzentrischen Servospuren (servo tracks) auf einer magnetischen
Platte. Weil das zu bearbeitende Medium endlos ist, wird das Medium mit
einer im Wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit gedreht.
Deshalb sind keine Beschleunigungs- oder Verlangsamungsphasen offenbart.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung
zur Bearbeitung eines Werkstücks bereitzustellen,
das bzw. die das Werkstück
gleichmäßiger und
genauer zu niedrigen Kosten bearbeiten kann.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch
ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach
Anspruch 6. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
-
Gemäß einem Gesichtspunkt sorgt
die vorliegende Erfindung für
ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung, wodurch
ein Bearbeitungsobjekt dadurch bearbeitet wird, dass dieses sich
relativ zu einem Energiestrahl bzw. energetischen Strahl zum Bestrahlen
des Bearbeitungsobjekts bewegen kann, wobei die relative Bewegungsgeschwindigkeit
proportional zu der Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und
Einheitsfläche
des Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt gemacht wird.
-
Die Bewegungsgeschwindigkeit des
Bearbeitungsobjekts relativ zu dem Energiestrahl wird so eingestellt
bzw. abgeglichen, dass diese proportional zu der Bestrahlungsenergiedichte
pro Einheitszeit und Einheitsfläche
des Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt bei dem vorstehend
beschriebenen Bearbeitungsverfahren gemacht wird. Deshalb wird die
Bestrahlungsenergiedichte auf der Energiebestrahlungsoberfläche des
Bearbeitungsobjekts innerhalb eines Beschleunigungsbereichs und
Verlangsamungsbereichs während
der Relativbewegung angeglichen an die Bestrahlungsenergiedichte auf
der Energiebestrahlungsoberfläche
des Bearbeitungsobjekts innerhalb desjenigen Bereichs, in welchem
die relative Bewegungsgeschwindigkeit eine vorgegebene konstante
Geschwindigkeit erreicht hat, so dass die Bestrahlungsenergiedichte
des Energiestrahls die Bearbeitungsoberfläche des Bearbeitungsobjekts über die
gesamte Bearbeitungsoberfläche
hinweg gleichmäßig bestrahlen
kann.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird auch ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung
bereitgestellt, wodurch das Bearbeitungsobjekt dadurch bearbeitet
wird, dass dieses mit einem Energiestrahl bestrahlt wird, dessen
Bestrahlungsbahn relativ zu dem sich bewegenden Bearbeitungsobjekt
fest bzw. konstant ist, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungsobjekts relativ
zu dem Energiestrahl proportional zu der Bestrahlungsenergiedichte
pro Einheitszeit und Einheitsfläche
des Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt gemacht wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird auch ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung
bereitgestellt, wodurch das Bearbeitungsobjekt dadurch bearbeitet
wird, dass der Energiestrahl sich relativ zu einem ortsfesten Bearbeitungsobjekt
bewegen kann, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungsobjekts
relativ zu dem Energiestrahl proportional zu der Bestrahlungsenergiedichte
pro Einheitszeit und Einheitsfläche
des Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt gemacht wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird auch ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung
bereitgestellt, wodurch das Bearbeitungsobjekt dadurch bearbeitet
wird, dass dieses sich entlang einer Richtung von zwei zueinander
orthogonalen Richtungen bewegen kann, wobei gleichzeitig der Energiestrahl
zum Bestrahlen des Bearbeitungsobjekts sich entlang der anderen
Richtung der beiden Richtungen bewegen kann, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit
des Bearbeitungsobjekts relativ zu dem Energiestrahl proportional
zu der Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und Einheitsfläche des
Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt gemacht wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird auch ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung
bereitgestellt, wobei der Energiestrahl ein Impulsenergiestrahl
bzw. gepulster Energiestrahl mit einer vorgegebenen Impulsbreite
ist, der wiederholt auf das Bearbeitungsobjekt gestrahlt wird, wobei
die relative Bewegungsgeschwindigkeit proportional zu der Wiederholfrequenz
des Energiestrahls gemacht wird.
-
Die relative Bewegungsgeschwindigkeit
wird so eingestellt bzw. abgeglichen, dass diese proportional zu
der Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und Einheitsfläche des
Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt ist, und zwar dadurch,
dass die relative Bewegungsgeschwindigkeit proportional zu der Wiederholfrequenz
des Impulsenergiestrahls mit einer vorgegebenen Impulsbreite sein
kann, der wiederholt bei dem vorstehend beschriebenen Bearbeitungsverfahren
auf das Bearbeitungsobjekt aufgestrahlt wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird auch ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung
bereitgestellt, wobei der Energiestrahl ein Impulsenergiestrahl
ist, damit dieser wiederholt auf das Bearbeitungsobjekt mit einer
vorgegebe nen Wiederholfrequenz aufgestrahlt wird, wobei die relative
Bewegungsgeschwindigkeit proportional zu der Impulsbreite des Energiestrahls
gemacht wird.
-
Die relative Bewegungsgeschwindigkeit
wird so eingestellt bzw. abgeglichen, dass diese proportional zu
der Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und Einheitsfläche des
Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt gemacht wird, und zwar
dadurch, dass die relative Bewegungsgeschwindigkeit proportional
zu der Impulsbreite des Impulsenergiestrahls gemacht werden kann,
der bei dem vorstehend beschriebenen Bearbeitungsverfahren wiederholt
auf das Bearbeitungsobjekt mit einer vorgegebenen Wiederholfrequenz
aufgestrahlt wird.
-
Die relative Bewegungsgeschwindigkeit
wird vorzugsweise proportional zu der Bestrahlungsleistung des Energiestrahls
bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren
gemacht.
-
Die relative Bewegungsgeschwindigkeit
wird proportional zu der Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit
und Einheitsfläche
des Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt dadurch eingestellt, dass
die relative Bewegungsgeschwindigkeit proportional zu der Bestrahlungsleistung
des Energiestrahls bei dem vorstehend beschriebenen Bearbeitungsverfahren
gemacht werden kann.
-
Der Energiestrahl ist bei dem Bearbeitungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise ein Laserstrahl.
-
Die relative Bewegungsgeschwindigkeit
wird so eingestellt bzw. abgeglichen, dass diese bei dem vorstehend
beschriebenen Bearbeitungsverfahren proportional zu der Bestrahlungsenergiedichte
pro Einheitszeit und Einheitsvolumen des Laserstrahls auf dem Bearbeitungsobjekt
ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
1 beinhaltet
ein Diagramm, das die Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
-
2 beinhaltet
ein Blockdiagramm, das einen Teil des Lasersteuersystems der Bearbeitungsvorrichtung
gemäß der 1 darstellt;
-
3 stellt
die Bestrahlungsenergie eines von dem Laser mit der Zeit in der
Bearbeitungsvorrichtung abgestrahlten Laserstrahls dar;
-
4 beinhaltet
ein Blockdiagramm, das einen Teil des Lasersteuersystems der Bearbeitungsvorrichtung
gemäß der 1 gemäß einer anderen Ausführungsform
zeigt;
-
5 stellt
einen Zeitablauf für
jedes ausgegebene Impulssignal bei dem Lasersteuersystem gemäß der 1 dar;
-
6A und 6B bezeichnen einen Teil der
Lasersteuersysteme der Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
-
7 beinhaltet
ein Diagramm, das die Änderung
der Drehgeschwindigkeit mit der Zeit des Antriebsmotors während der
Bearbeitung darstellt;
-
8 stellt
die Bestrahlungsenergie des von dem Laser mit der Zeit bei der Bearbeitungsvorrichtung
abgestrahlten Laserstrahls dar;
-
9A und 9B sind Querschnittsansichten des
Werkstücks,
nachdem diese mit einer herkömmlichen
Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet worden sind;
-
9C ist
eine Draufsicht des Werkstücks gemäß den 9A und 9B; und
-
10 ist
eine Perspektivansicht des Laserstrahlbewegungsmechanismus der Bearbeitungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform.
-
Die bevorzugten Ausführungsformen,
bei denen die vorliegende Erfindung auf Prozesse, wie beispielsweise
eine Halbätz-Bearbeitung
und eine Bohr-Bearbeitung, an einem Werkteil oder "Werkstück" unter Verwendung
eines CO2-Lasers und/oder eines YAG-Lasers
angewendet wird, werden nachfolgend beschrieben werden.
-
Die 1 beinhaltet
ein Blockdiagramm, das einen Gesamtaufbau einer Bearbeitungsvorrichtung zum
Herstellen einer Plastikmaske zum Drucken durch Bohren von kleinen
Bohrungen auf einem Werkstück
mit einer Plastikplatte bzw. Plastikscheibe und mit einem Laserstrahl
zeigt. In der 1 ist
das Werkstück 10 auf
einem Befestigungs- bzw. Werktisch 11 montiert, der eine
in etwa horizontale Befestigungsfläche aufweist. Der Werktisch 11 ist
auf einem X-Y-Tisch 12 angeordnet, der die Befestigungsfläche entlang
der X-Richtung (der horizontalen Richtung in der 1) und entlang der Y-Richtung, welche
die X-Richtung unter einem rechten Winkel schneidet (die Richtung
senkrecht zu der Zeichnung in der 1),
bewegt. Der X-Y-Tisch 12 wird entlang der X- und Y-Richtung
mit Hilfe eines Antriebsmotnrs 14 getrieben, der von einem
X-Y-Tisch-Treibersystem 13 angetrieben wird. Der Antriebsmotor 14 wird von
einer Motorantriebsschaltung 15 zum Zuführen einer Antriebsleistung
zu dem Antriebsmotor 14 in Antwort auf Antriebsbefehle
von einem Antriebssteuergerät
(nicht gezeigt) getrieben. Das Antriebsmittel zum Antreiben des
Werkstücks 10 beinhaltet
somit den Werktisch 11, den X-Y-Tisch 12, das X-Y-Tisch-Treibersystem 13 und
den Antriebsmotor 14.
-
Ein linearer Servomotor, der für eine Feedback-Steuerung
bzw. -Regelung ausgelegt ist, wurde für den Antriebsmotor 14 verwendet.
Ein Linearkodierer 16 ist an dem Antriebsnotor 14 angebracht,
um als Synchronisationssignalerzeugungsmittel zum Erzeugen von Impulssignalen
einer Frequenz, die proportional zu der Bewegungsgeschwindigkeit
des beweglichen Teils des Motors ist, zu erzeugen. Das von dem Linearkodierer 16 ausgegebene
Signal wird zur Antriebssteuerung eines Lasers, der nachfolgend
beschrieben werden soll, gemeinsam mit einer Feedback-Regelung des Antriebsmotors 14 verwendet.
-
Wenn ein herkömmlicher Servomotor für den Antriebsmotor 14 verwendet
wird, kann ein optischer Kodierer, der synchronisierte Signale (oder
Impulse), die proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors 14 sind,
so verwendet werden, dass ein von einem Schlitz auf einer Scheibe,
die sich synchron zu der Drehbewegung des Antriebsmotors 14 dreht,
hindurchgelassenes Licht, oder ein Licht, das von einer Sensormarke,
die auf die Scheibe aufgedruckt ist, mit Hilfe eines Fotosensors
detektiert wird, oder magnetische Linien von einem Magnetpol, der auf
die Scheibe aufmagnetisiert ist, mit Hilfe eines bekannten Magnetsensors
detektiert werden.
-
Der Laser 17 zum Abstrahlen
eines Impulslaserstrahls als Energiestrahl strahlt einen Laserstrahl 17a ab,
der mit Hilfe einer Lasertreiberschaltung 18 zum Treiben
des Lasers 17 in Antwort auf ein Treiber-Triggersignal
mit einer vorgegebenen Frequenz (für gewöhnliche 200 Hz für den Excimer-Laser)
betätigt
wird. Eine Energiestrahl-Abstrahleinrichtung besteht somit aus dem
Laser 17 und der Lasertreiberschaltung 18. Wenn
der Laser 17 ein YAG-Laser ist, wird eine Güteschaltung
(Q-switch) für
die Lasertreiberschaltung 18 verwendet.
-
Der von dem Laser 17 abgestrahlte
Laserstrahl 17a bestrahlt die Bearbeitungsoberfläche des zu
bearbeitenden Werkstücks 10 mit
Hilfe (1) eines Reflektors 19, damit das Bestrahlungslicht
des Laserstrahls 17a so umgelenkt werden kann, dass der Laserstrahl 17a in
etwa senkrecht auf die Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 10 abgebildet
wird, (2) einer Blende bzw. Öffnung 20,
um die Form des durchgelassenen Laserstrahls 17a so zu
begrenzen, dass die Form des Laserflecks des Laserstrahls 17a an
eine Bearbeitungsform auf dem Werkstück 10 angepasst werden
kann, und (3) eines Kondensors 21, um den Laserstrahl 17a,
nachdem dieser durch die Blende 20 gelangt ist, auf die
Bearbeitungsoberfläche
des Werkstücks 10 zu
fokussieren, um beispielsweise einen Fleck bzw. Fokus von 2 mm im
Quadrat zu bilden.
-
Der Laser 17 wird für gewöhnlich so
ausgelegt, dass Impulse des Laserstrahls 17a mit einer
vorgegebenen Wiederholfrequenz dadurch abgestrahlt werden, dass
dieser von der Lasertreiberschaltung 18 in Antwort auf
ein Treiber-Triggersignal mit einer vorgegebenen Frequenz (beispielsweise
mit 200 Hz) betätigt
wird. Wenn das Werkstück 10 mit
Hilfe des Laserstrahls 17a mit einer solchermaßen vorgegebenen
Wiederholfrequenz bearbeitet wird, wird die Bestrahlungsenergiedichte
pro Einheitszeit und Einheitsfläche
des Laserstrahls auf der Laserbestrahlungsoberfläche des Werkstücks innerhalb
des vorgenannten Beschleunigungs- oder Verlangsamungsbereichs des
Werkstücks 10 größer als
die Bestrahlungsenergiedichte innerhalb des Bereiches, in welchen
die Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors 14 eine vorgegebene
konstante Geschwindigkeit Sm erreicht hat. Folglich werden Ätznuten
in der Nähe
der Bearbeitungs-Startstelle oder der Bearbeitungs-Endstelle der Ätznut auf
dem Werkstück 10 tiefer
ausgebildet oder wird eine Bohrung tiefer hineingetrieben, wie dies
in den 9A und 9B dargestellt ist, obwohl ursprünglich beabsichtigt
war, an dem Werkstück 10 eine
Halbätz-Bearbeitung
mit einer vorgegebenen Tiefe auszuführen.
-
Außerdem kann eine Mehrfachbestrahlung des
Laserstrahls insbesondere dann auftreten, wenn ein Schrittmotor
als Antriebsmotor 14 verwendet wird, um so dahingehend
Schwierigkeiten hervorzurufen, dass das Werkstück geschmolzen oder die Bohrung
zu tief gebohrt wird, weil der X-Y-Tisch 12 vorübergehend
angehalten wird, wenn sich der Motor außerhalb des Abstimmbereichs
befindet.
-
Folglich ist bei einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Triggererzeugungsschaltung 22 als Trigger-
bzw. Auslösesignalerzeugungsmittel,
die ein Treiber-Triggersignal in Antwort auf das Synchronisierungssignal
(Impulssignal), das von dem Linearkodierer 16 als ein Synchronisationssignalerzeugungsmittel
ausgegeben wird, erzeugt, vorgesehen, so dass der Laser mit einer Wiederholfrequenz,
die proportional zu der Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen
Teils des Antriebsmotors (linearer Servomotor) in der Bearbeitungsvorrichtung
ist, betätigt
werden kann. Die Bearbeitungsvorrichtung ist dann so ausgelegt,
um das von der Triggererzeugungsschaltung 22 an den externen
Triggereingangsanschluss der Lasertreiberschaltung 18 ausgegebene
Treiber-Triggersignal einzugeben.
-
Die Antriebsmotoren 14x und 14y sowie
die Linearkodierer 16x und 16y sind auf jeweiligen
Bewegungsachsen, die in dieser Bearbeitungsvorrichtung orthogonal
zueinander sind, vorgesehen, so dass eine zweidimensionale Bewegung
des Werkstücks 10 auf
dem Montagetisch 11 des X-Y-Tisches 12 möglich ist.
Folglich ist eine Arithmetikschaltung 24 wie in der 2 vorgesehen, um die Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
in Antwort auf das Ausgangsimpulssignal zu berechnen, das von den
Linearkodierern 16x und 16y entlang der X- bzw.
Y-Richtung weitergegeben wurde, um Ausgangsimpulssignale auszugeben,
die der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit entsprechen.
-
Der Laser 17 wird in Antwort
auf das von der Triggererzeugungsschaltung 22 erzeugte
Treibe-Triggersignal betätigt
oder in Antwort auf das Treiber-Triggersignal,
das in Antwort auf die Wiederholfrequenz (Zyklus), die proportional
zu der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit des Antriebsmotors 14 ist,
sich zumindest innerhalb des Bereiches ändert, in welchem die Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
des Montagetisches 11 sich während der Bearbeitung des Werkstükkes 10 ändert oder
innerhalb des Beschleunigungsbewegungsbereiches des Werkstücks 10,
nachdem der Antriebsmotor 14 mit einem Antrieb begonnen
hat, und zumindest innerhalb des Verlangsamungsbewegungsbereiches
des Werkstückes 10,
nachdem der Antriebsmotor 14 mit einer Verlangsamung begonnen
hat.
-
Die Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
des Montagetisches 11 auf dem X-Y-Tisch 12, der
von dem Antriebsmotor 14 angetrieben wird, wird so eingestellt,
dass diese proportional zu der W iederholfrequenz des Impulslaserstrahls 17a,
der von dem Laser 17 in der Bearbeitungsvorrichtung mit
einem Aufbau, wie er vorstehend beschrieben wurde, abgestrahlt wird,
ist. Folglich kann die Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit
und Einheitsfläche
des Laserstrahls 17a auf der Laserstrahl-Bestrahlungsoberfläche des
Werkstückes 10 innerhalb
des Beschleunigungsbewegungsbereiches und des Verlangsamungsbewegungsbereiches
des Werkstücks 10 gleichgesetzt
werden zu der Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und Ein heitsfläche des
Laserstrahls 17a auf der Laserstrahl-Bestrahlungsoberfläche des
Werkstückes 10 innerhalb
des Bereiches, in welchem die Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors 14 in
dieser Bearbeitungsvorrichtung eine vorgegebene Geschwindigkeit
Sm erreicht hat.
-
Insbesondere wird die Strahlschusszahl
des Lasers 17a proportional gemacht zu der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
des beweglichen Teils des Antriebsmotors 14 oder zu der
Gesamtbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes 10. Deshalb wird die
Strahlschusszahl des Laserstrahls 17a innerhalb des Beschleunigungsbewegungsbereiches
und des Verlangsamungsbewegungsbereiches (nicht gezeigt) des Werkstückes 10 allmählich und
im Verhältnis
zu der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes 10, wie in der 3 gezeigt, erhöht oder
herabgesetzt. Folglich wird die Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit
und Einheitsfläche
des Laserstrahls 17a auf der Laserstrahl-Bestrahlungsoberfläche des
Werkstückes 10 innerhalb
des Beschleunigungsbewegungsbereiches und des Verlangsamungsbewegungsbereiches
des Werkstückes 10 gleichgesetzt
zu dem Laserstrahl 17a auf der Laserstrahl-Bestrahlungsoberfläche des
Werkstückes 10 innerhalb
desjenigen Bereiches, in welchem die Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
des Werkstückes 10 eine
vorgegebene Geschwindigkeit Sm erreicht hat, um so die vorgenannten
Schwierigkeiten zu umgehen.
-
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird
die Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und Einheitsfläche des
Laserstrahls 17a, welcher die Bearbeitungsoberfläche des
Werkstückes 10 bestrahlt, über die
gesamte Bearbeitungsoberfläche hinweg
gleichmäßig gemacht,
was eine gleichmäßige Bearbeitung
mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit ermöglicht. Außerdem wird die Bestrahlungsenergiedichte
selbst dann gleichgesetzt, wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit
des Werkstükkes 10 ändert, beispielsweise
zum Anfang der Bewegung des Werkstückes 10, um eine gleichmäßige Bearbeitung mit
hoher Abmessungsgenauigkeit zu ermöglichen, um so eine längere Bearbeitungszeit
des Werkstückes 10 zu
vermeiden.
-
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden
die Ätznuten
bei der Anfangsstelle und der Endstelle der Bearbeitung weder tiefer
gebohrt als die anderen Stellen noch werden Bohrungen weiter hineingetrieben
als bei der Anfangsstelle und der Endstelle der Bearbeitung. Auch
andere Schwierigkeiten können
vermieden werden, beispielsweise eine Verschlechterung der Abmessungsgenauigkeit oder
ein Verbrennen oder eine Klumpenbildung, die bei der Anfangsstelle
und der Endstelle des Schneidens erzeugt werden, weil das Ausmaß, in welchem das
Werkstück
bei der Anfangsstelle und der Endstelle des Schneidevnrgangs aufgeschmolzen
wird, gleich dem Ausmaß gemacht
wird, in welchem die anderen Bereiche des Werkstückes schmelzen, die einem Schneidevorgang
unter Verwendung des CO2-Lasers oder des
YAG-Lasers unterzogen werden.
-
Während
bei der vorliegenden Ausführungsform
die Arithmetikschaltung 24 zum Berechnen der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
so ausgelegt ist, um Impulssignale unmittelbar an die Triggererzeugungsschaltung 22 auszugeben,
kann eine Teilerschaltung 25 zum Teilen des Ausgangssignals
von der Arithmetikschaltung 24 zum Berechnen der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
alternativ zwischen der Arithmetikschaltung 24 und der
Triggererzeugungsschaltung 22 vorgesehen sein (4). Bei diesem Aufbau kann
das Treiber-Triggersignal (5), das
proportional zu der Frequenz des Ausgangsimpulssignals der Linearskala 23 ist,
direkt innerhalb eines Frequenzbereichs erzeugt werden, der für die Lasertreiberschaltung 18 geeignet
ist, ohne dass eine Konversionstabelle oder eine Konversionsgleichung
verwendet wird, wenn das Ausgangssignal, das der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
entspricht, mit Hilfe der Teilerschaltung 25 geteilt wird. Außerdem kann
die Bestrahlungsenergiedichte des Laserstrahls, der auf das Werkstück 10 abgestrahlt wird,
direkt dadurch verändert
werden, dass das Teilungsverhältnis
von der Teilerschaltung 25 verändert wird.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird der Laser 17 mit dem Treiber-Triggersignal, das von der Triggererzeugungsschaltung 22 erzeugt
wird, oder mit dem Treiber-Triggersignal betätigt, das sich mit einer Frequenz
wiederholt, die proportional zu der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
des beweglichen Teils der Antriebsmotoren 14x und 14y ist,
und zwar innerhalb des Beschleunigungsbewegungsbereiches des Werkstücks 10,
nachdem der Antriebsmotor 14 mit einem Antrieb begonnen
hat, und innerhalb des Verlangsamungsbewegungsbereiches, nachdem
der Antriebsmotor 14 damit begonnen hat, sich zu verlangsamen,
indem das Synchronisationssignal (Ausgangsimpulssignal), das von
dem Linearkodierer 16 an die Triggererzeugungsschaltung 22 übermittelt
wird, gesendet wird. Eine lineare Skala 23 (23x und 23y)
zum Erzeugen von Impulssignalen für jeden vorgegebenen Bewegungsbereich
entlang der X- oder Y-Richtung des Werkstückes 10 kann jedoch vorgesehen
sein, wie durch die gestrichelten Linien in der 1 angedeutet. Die linearen Skalen 23x und 23y sind
auf dem Montagetisch 11 oder auf dem X-Y-Tisch 12 vorgesehen
und deren Ausgangsimpulssignale werden an die Triggererzeugungsschaltung 22 über die
Arithmetikschaltung 24 zum Berechnen der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit (6A) ausgegeben.
-
Mit dem Aufbau, wie er gerade vorstehend beschrieben
wurde, wird die Gesamtbewegungsgeschwindigkeit mit Hilfe der Arithmetikschaltung 24 zum
Berechnen der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit in Antwort auf die
Ausgangsimpulssignale von den jeweiligen linearen Skalen 23x und 23y berechnet,
welche die Ausgangsimpulssignale mit einer Frequenz, die an die
Gesamtbewegungsgeschwindigkeit angepasst ist, erzeugen. Dieses Ausgangssignal
kann so gesteuert werden, dass die Wiederholfrequenz des Treiber-Triggersignals
in Antwort auf die Frequenz und eine Konversionstabelle oder eine Konversionsgleichung
nach Bestimmung der Frequenz des Ausgangsimpulssignals der Arithmetikschaltung 24 zum
Berechnen der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit festgelegt wird, so
dass die Triggererzeugungsschaltung 22 das Treiber-Triggersignal
zum Betätigen
des Lasers 17 bei einer Frequenz erzeugt, die zu der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
des Werkstückes 10 passt.
-
Die Teilerschaltung 25 zum
Teilen des Ausgangsimpulssignals von der Arithmetikschaltung 24 zum
Berechnen der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit kann zwischen der Arithmetikschaltung 24 und der
Triggererzeugungsschaltung 22 vorgesehen sein, wie in der 6B gezeigt, wenn die linearen Skalen 23 (23x und 23y)
verwendet werden. Bei diesem Aufbau kann ein Treiber-Triggersignal,
das proportional zu der Frequenz eines Ausgangsimpulssignals der
Arithmetikschaltung 24 zum Berechnen der Gesamtbewegungsgeschwindigkeit
ist, unmittelbar innerhalb des Frequenzbereichs erzeugt werden,
der für
die Lasertreiberschaltung 18 geeignet ist, ohne dass die
Konversionstabelle oder Konversionsgleichung verwendet wird. Außerdem kann
die Bestrahlungsenergiedichte des Laserstrahls, der auf das Werkstück 10 aufgestrahlt
wird, durch Einstellen des Teilungsverhältnisses in der Teilerschaltung 26 verändert werden.
-
Obwohl der lineare Servomotor für den Antriebsmotor 14 bei
der vorliegenden Ausführungsform
verwendet wird, kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Aufbau
angewendet werden, bei dem der X-Y-Tisch durch Kombinieren eines
herkömmlichen,
drehgetriebenen Servomotors als der Antriebsmotor 14 mit
Kugelschrauben bzw. Schrauben mit balligem Ende angetrieben wird.
-
Ein herkömmlicher drehgetriebener Schrittmotor
oder ein linearer Schrittmotor kann auch als der Antriebsmotor 14 verwendet
werden. Während das
Treiber-Triggersignal,
das von der Triggererzeugungsschaltung 22 ausgegeben wird,
instabil werden kann, wenn ein Rückkopplungsregelungsservomotor verwendet
wird, weil der X-Y-Tisch eine geringfügige Hin- und Herbewegung erleiden
kann, wenn dessen Drehgeschwindigkeit oder dessen Bewegungsgeschwindigkeit
eine konstante Geschwindigkeit Sm erreicht hat, kann ein stabiles
Triggersignal selbst dann bei der konstanten Geschwindigkeit Sm
erzeugt werden, wenn ein Schrittmotor verwendet wird, der keiner
Rückkopplungsregelung
unterzogen wird.
-
Obwohl ein Strahl von dem CO2-Laser, dem YAG-Laser oder dem Excimer-Laser
als Energiestrahl bzw. energetischer Strahl verwendet wird und eine
Halbätz-Bearbeitung und eine
Bohrbearbeitung an dem Werkstück
ausgeführt
wird, das eine Kunstharzplatte als Bearbeitungsobjekt gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
beinhaltet, sind Anwendungen der vorliegenden Erfindung nicht auf
solche Prozesse begrenzt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung
auf Prozesse angewendet werden, die andere Energiestrahlen als den
Laserstrahl verwenden, beispielsweise einen Lichtstrahl oder einen Strahl
von geladenen Teilchen. Auch kann die vorliegende Erfindung nicht
nur für
die Halbätz-Bearbeitung
oder eine Bohrbearbeitung angewendet werden, sondern kann diese
auf die Oberflächenbehandlung
eines Kunstharzes, einer Keramik, eines Metalls oder einer empfindlich
gemachten Schicht zur Lithografie oder zur Belichtung eines Fotolacks
angewendet werden.
-
Obwohl der Impulslaserstrahl mit
einer vorgegebenen Impulsbreite, der wiederholt auf das Werkstück 10 aufgestrahlt
wird, als Energiestrahl verwendet wird, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des
Werkstückes 10 proportional
zu der Wiederholfrequenz des Laserstrahls gemäß der vorliegenden Ausführungsform
gemacht werden kann, kann ein Impulslaserstrahl zur wiederholten
Bestrahlung des Werkstükkes 10 mit
einer vorgegebenen Wiederholfrequenz auch als Energiestrahl verwendet
werden, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes 10 proportional
zu der Wiederholfrequenz des Laserstrahls gemacht werden kann.
-
Auch die Bewegungsgeschwindigkeit
des Werkstücks 10 kann
proportional zu der Laserausgangsleistung gemacht werden.
-
Während
das Werkstück 10 als
Bearbeitungsobjekt sich bei der vorliegenden Ausführungsform
relativ zu dem Laserstrahl bewegen kann, dessen Lichtbahn bzw. optischer
Strahlengang fest ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf den
Fall angewendet werden, dass (1) das Werkstück ortsfest ist und der Laserstrahl
das Werkstück
bestrahlt, während
sich der Laserstrahl relativ zu dem Werkstück bewegen kann, oder (2) sich
das Werkstück
entlang der X-Richtung mit einer Bestrahlung des Laserstrahls bewegen
kann, der sich entlang der Y-Richtung bewegen kann.
-
Die 10 zeigt
eine erläuternde
Perspektivansicht des Laserstrahlbewegungsmechanismus in der Bearbeitungsvorrichtung,
bei der das Werkstück
ortsfest ist und der Laserstrahl, der von der Laserquelle emittiert
wird, zu der Umgebung des Werkstücks
mit Hilfe einer optischen Faser geleitet wird. Dieser Laserstrahlbewegungsmechanismus
ist unter Verwendung eines Paars von Y-Richtungsbewegungselementen 100 aufgebaut,
die entlang der Y-Richtung in der Zeichnung mit Hilfe einer Y-Richtungsantriebseinrichtung
(nicht gezeigt) angetrieben werden, und von X-Richtungsbewegungselementen 101,
die entlang der X-Richtung
in der Zeichnung, welche die Y-Richtung unter einem rechten Winkel schneidet,
mit Hilfe einer X-Richtungsantriebseinrichtung (nicht gezeigt) auf
den Y-Richtungsbewegungselementen 100 angetrieben wird.
Ein Lichtabbildungsende der optischen Faser 102 ist mit
Hilfe eines Befestigungselements 103 nahe der Mitte der X-Richtungsbewegungselemente 101 befestigt.
Ein optisches Bildformungssystem ist in der Nähe des Lichtabbildungsendes
der optischen Faser 102 vorgesehen, so dass der Laserstrahl
auf das Werkstück 104 mit
einem vorgegebenen Fokus bzw. Fleckdurchmesser abgebildet werden
kann. Andererseits ist das Werkstück 104 als Bearbeitungsobjekt
auf dem Tisch 105 befestigt, so dass eine gewünschte Bearbeitung
gegen bzw. an dem Werkstück 104 dadurch
möglich
ist, dass die X-Richtungs- und die Y-Richtungsantriebseinrichtungen
mit Hilfe einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) in Antwort auf
Bearbeitungsmusterdaten gesteuert werden.
-
Die Laserquelle wird so gesteuert,
dass die Wiederholfrequenz, die Impulsbreite und die Laserleistung
des von der Laserquelle emittierten Lasers bzw. Laserstrahls in
Abhängigkeit
von der Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtabbildungsendes der optischen
Faser 102 selbst innerhalb des Beschleunigungsbewegungsbereiches,
wo diese damit beginnt sich zu bewegen, oder innerhalb des Verlangsamungsbewegungsbereiches,
wo diese anhält,
geändert
werden kann. Das vorstehend beschriebene Steuermittel erlaubt, dass
die Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und Einheitsfläche des
Laserstrahls, der auf die Bearbeitungsoberfläche des Werkstükkes 104 aufgestrahlt
wird, über
die gesamte Bearbeitungsoberfläche
selbst innerhalb des Beschleunigungsbewegungsbereiches und des Verlangsamungsbewegungsbereiches
konstant ist, was eine gleichmäßige Bearbeitung
mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit ermöglicht. Außerdem ist die Verarbeitungszeit
nicht länger,
weil die Bestrahlungsenergiedichte selbst dann, wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit
des Laserstrahls ändert,
beispielsweise in dem Beschleunigungsbewegungsbereich, gleichmäßig gemacht
wird, um eine gleichmäßige Bearbeitung
mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit in dem vorstehend beschriebenen
Bewegungsbereich zu ermöglichen.
-
Obwohl sich das Lichtabbildungsende
der optischen Faser zum Führen
des Laserstrahls von der Laserquelle bewegen kann, während die
Laserquelle bei dem in der 10 gezeigten
Aufbau ortsfest ist, kann sich die Laserquelle alternativ bewegen.
-
Deshalb wird gemäß der vorliegenden Erfindung
die Bestrahlungsenergiedichte pro Einheitszeit und Einheitsfläche des
Energiestrahls zum Bestrahlen der Bearbeitungsoberfläche des
Bearbeitungsobjekts über
die gesamte Bearbeitungsoberfläche
hinweg gleichmäßig gemacht,
was eine gleichmäßige Bearbeitung
mit hoher Abmessungsgenauigkeit ermöglicht. Weil die Bestrahlungsenergiedichte
selbst dann gleichmäßig wird,
wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Bear beitungsobjekt
und dem Laserstrahl ändert,
beispielsweise zum Zeitpunkt eines Bewegungsbeginns des Bearbeitungsobjektes
oder des Laserstrahls, wird auch eine gleichmäßige Bearbeitung mit hoher
Abmessungsgenauigkeit selbst in einem solchen Bewegungsbereich möglich, was
somit ermöglicht,
dass eine längere
Bearbeitungszeit vermieden werden kann.
-
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung wird auch die relative Bewegungsgeschwindigkeit
so eingestellt, dass diese proportional zu der Energiedichte pro
Einheitszeit und Einheitsfläche
des Laserstrahls auf dem Bearbeitungsobjekt ist, indem (1) die relative
Bewegungsgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass diese proportional
zu (1) der Frequenz, (2) der Impulsbreite und/oder (3) der Bestrahlungsleistung
des Impulsenergiestrahls zur wiederholten Bestrahlung des Bearbeitungsobjektes
ist.
-
Gemäß noch einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung wird auch die relative Bewegungsgeschwindigkeit proportional
gemacht zu der Wiederholfrequenz des Energiestrahls, so dass die
relative Bewegungsgeschwindigkeit so eingestellt werden kann, dass
diese dadurch proportional zu der Bestrahlungsenergiedichte pro
Einheitszeit und Einheitsfläche
des Energiestrahls auf dem Bearbeitungsobjekt gemacht wird, dass
(1) die Energiestrahl-Bestrahlungseinrichtung in Antwort auf das Treiber-Triggersignal,
das von der Triggererzeugungseinrichtung erzeugt wird, mit einer
Frequenz getrieben wird, die proportional zu der relativen Bewegungsgeschwindigkeit
ist, und/oder dass (2) die Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors,
der den Montagetisch zur Montage des Bearbeitungsobjekts antreibt,
oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Montagetisches so eingestellt
bzw. angepasst wird, dass diese proportional zu der Wiederholfrequenz des
Energiestrahls ist.
-
Gemäß noch einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung kann außerdem
der Aufbau des Bestrahlungssteuermittels zum Steuern der Energiestrahl-Bestrahlungseinrichtung
vereinfacht werden, weil das Treiber-Triggersignal mit einer Frequenz proportional
zu der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungsobjektes unter Verwendung
des Kodierers, der allgemein zur Steuerung der Drehbewegung eines
Antriebsmotors verwendet wird, oder unter Verwendung von Impulssignalen,
die von der linearen Skala abgegeben werden, die allgemein zur Positionsdetektion
des Montagetisches zur Montage des Bearbeitungsobjektes verwendet
wird, erzeugt werden kann.
-
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt
der Erfindung kann auch der Frequenzbereich des Treiber-Triggersignals
dadurch innerhalb eines Bereichs, der für die Energiestrahl-Bestrahlungseinrichtung
geeignet ist, eingestellt werden, dass die Treiber-Triggerfrequenz zum
Treiben der Energiestrahl-Bestrahlungseinrichtung verändert wird,
und die Energiedichte zum Bestrahlen des Bearbeitungsobjektes kann
geändert
werden.
-
Deshalb wird eine gleichmäßige Laserstrahlbearbeitung
mit hoher Abmessungsgenauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung
erzielt, ohne dass die Bearbeitungszeitdauer des Bearbeitungsobjektes verlängert wird.