JP2021501691A - レーザ材料加工距離計測 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、概して、静電容量の距離計測に関する。本発明は、特に、精密レーザ材料加工における静電容量の距離計測に関する。
レーザ放射ビームは、広範な材料から作製されるワークを切断し、穴を開け、マーキングし、且つ、線を刻むためにますます用いられている。材料は、金属及び合金、ガラス及びサファイアなどのもろい材料、並びに、ポリマー及びプラスチックなどの柔軟な材料を含む。旧来の機械加工は、加工されるワークが圧力を受けたときに伝播し得るマイクロクラックなどの、好ましくない欠陥を生じ、それによって、加工されるワークを劣化させ、弱くする。レーザ加工は、そのような好ましくない欠陥を最小化し、概してよりきれいであり、且つ、熱の影響を受けたより小さな領域をもたらす。レーザ機械は、高い質の端及び壁を有する、精密な切断及び穴開けを生ずるために、集光されたレーザビームを用いるとともに、好ましくない欠陥の形成を最小化する。レーザ溶接においては、集光されたレーザビームは、それぞれの溶接点又は継ぎ目の位置を精密に定め、最小限の副次的な熱を生ずる。レーザマーキングにおいては、集光されたレーザビームへの制御された曝露が、ワークの良く定義された面積又は体積における、視覚的に識別できる材料変形を生ずる。これらの用途の全てが、向上されたレーザ加工速度及び向上された集光されたレーザビームの位置づけを要求している。
本明細書に統合され、その一部分を構成する付随の図面は、本発明の好ましい実施形態を概略的に例示し、上記の概略的な説明及び下記の好ましい実施形態の詳細な説明と共に、本発明の本質を説明するために供する。
類似の構成要素は類似の数字によって指定される図面を参照して、図1は、ワーク12をレーザ加工するための、本発明に従ったレーザ装置の1の好ましい実施形態10を概略的に例示する。装置10は、レーザ放射ビーム16aを生み出すレーザ源14を備える。(波長、パルス幅、及び平均出力などの)レーザ放射ビーム16aの性質は、ワーク12のレーザ加工を最適化するように選択される。レーザ放射ビーム16aは、光軸を表す破線、周縁の光線を表す1組の実線、及び伝播方向を指し示す矢印によって描写される。
Claims (24)
- 導電性のワークを加工するためのレーザ装置であって、前記装置は、
レーザ放射ビームを送達するレーザ源と、
導電性の材料から作製されたハウジングを有する集光アセンブリと、
選択された一定の継続時間の間、第1の定電流を前記導電性ハウジングへ送達するように配置される第1の定電流源と、
前記導電性ハウジングと基準ノードとの間の電圧を測定するように配置される電圧計と
を備え、前記集光アセンブリは、前記レーザ放射ビームを受け取るように位置付けられ且つ配置され、前記レーザ放射ビームを集光し、且つ、前記集光されたレーザ放射ビームを前記ワークへ向けるように構成され、前記集光されたレーザ放射ビームは、前記導電性ハウジングの底面上のポートを通して現れ、
前記導電性ハウジングの前記底面及び前記ワークの上面は、ギャップ距離によって隔てられ、前記一定の継続時間にわたる、測定される電圧の変化が、前記ギャップ距離を決定するために用いられる、装置。 - 前記一定の継続時間の間、前記導電性ハウジングへ送達される前記第1の定電流は、前記導電性ハウジングに蓄積するための、前記ギャップ距離に依存しない一定の電荷をもたらす、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記ギャップ距離は、前記一定の継続時間にわたる、測定される電圧の変化に比例する、請求項1に記載のレーザ装置。
- レーザ放射ビームの焦点とワークとの間の距離は、前記ギャップ距離から決定される、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記定電流源は、Howland電流ポンプである、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記基準ノードは前記ワークであり、前記電圧計は、前記導電性ハウジングと前記ワークとの間との電圧を測定する、請求項1に記載のレーザ装置。
- 第2の定電流源及び零のコンデンサをさらに含み、前記零のコンデンサの第1端は前記ワークへ電気的に接続され、前記第2の定電流源は、第2の定電流を前記零のコンデンサの第2端へ送達する、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記基準ノードは前記零のコンデンサの前記第2端であり、前記電圧計は、前記導電性ハウジングと前記零のコンデンサの前記第2端との間の電圧を測定する、請求項7に記載のレーザ装置。
- 前記導電性ハウジング及び前記ワークは、前記ギャップ距離に依存しないバックグラウンド静電容量を有する、請求項8に記載のレーザ装置。
- 前記第2の定電流は、前記第1の定電流が前記バックグラウンド静電容量に蓄積する電荷をもたらすのと同じ割合で、前記零のコンデンサに蓄積する電荷をもたらすようにセットされる、請求項9に記載のレーザ装置。
- 前記一定の継続時間は、約1マイクロ秒から約1000マイクロ秒の範囲にある、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記第1の定電流は、約1マイクロアンペアから約100マイクロアンペアの範囲にある、請求項1に記載のレーザ装置。
- コントローラをさらに含み、最適距離を維持するために、前記コントローラが前記測定される電圧の変化から決定されるギャップ信号を用いることによって、閉ループ方法で加工が制御される、請求項1に記載のレーザ装置。
- コントローラをさらに含み、予め決められた距離プロファイルに従うように、前記コントローラが前記測定される電圧の変化から決定されるギャップ信号を用いることによって、閉ループ方法で加工が制御される、請求項1に記載のレーザ装置。
- 電気絶縁性のワークを加工するためのレーザ装置であって、前記装置は、
前記ワークを機械的に支持するように配置された上面を有する、導電性の平行移動ステージと、
レーザ放射ビームを送達するレーザ源と、
導電性の材料から作製されたハウジングを有する集光アセンブリと、
選択された一定の継続時間の間、第1の定電流を前記導電性ハウジングへ送達するように配置される第1の定電流源と、
前記導電性ハウジングと基準ノードとの間の電圧を測定するように配置される電圧計と
を備え、前記集光アセンブリは、前記レーザ放射ビームを受け取るように位置付けられ且つ配置され、前記レーザ放射ビームを集光し、且つ、前記ワークへ前記集光されたレーザ放射ビームを向けるように構成され、前記集光されたレーザ放射ビームは、前記導電性ハウジングの底面上のポートを通して現れ、
前記導電性ハウジングの前記底面及び前記平行移動ステージの前記上面は、ギャップ距離によって隔てられ、前記一定の継続時間にわたる、測定される電圧の変化が前記ギャップ距離を決定するために用いられる、装置。 - 前記一定の継続時間の間、前記導電性ハウジングへ送達される前記第1の定電流は、前記導電性ハウジングに蓄積するための、前記ギャップ距離に依存しない一定の電荷をもたらす、請求項15に記載のレーザ装置。
- 前記ギャップ距離は、前記一定の継続時間にわたる、測定される電圧の変化に比例する、請求項15に記載のレーザ装置。
- 前記基準ノードは前記ワークであり、前記電圧計は、前記導電性ハウジングと前記ワークとの間との電圧を測定する、請求項15に記載のレーザ装置。
- 第2の定電流源及び零のコンデンサをさらに含み、前記零のコンデンサの第1端は前記ワークへ電気的に接続され、前記第2の定電流源は、第2の定電流を前記零のコンデンサの第2端へ送達する、請求項15に記載のレーザ装置。
- 前記基準ノードは前記零のコンデンサの前記第2端であり、前記電圧計は、前記導電性ハウジングと前記零のコンデンサの前記第2端との間の電圧を測定する、請求項19に記載のレーザ装置。
- 前記導電性ハウジング及び前記ワークは、前記ギャップ距離に依存しないバックグラウンド静電容量を有する、請求項20に記載のレーザ装置。
- 前記第2の定電流は、前記第1の定電流が前記バックグラウンド静電容量に蓄積するための電荷をもたらすのと同じ割合で、前記零のコンデンサに蓄積するための電荷をもたらすようにセットされる、請求項21に記載のレーザ装置。
- コントローラをさらに含み、最適距離を維持するために、前記コントローラが前記測定される電圧の変化から決定されるギャップ信号を用いることによって、閉ループ方法で加工が制御される、請求項15に記載のレーザ装置。
- コントローラをさらに含み、予め決められた距離プロファイルに従うように、前記コントローラが前記測定される電圧の変化から決定されるギャップ信号を用いることによって、閉ループ方法で加工が制御される、請求項15に記載のレーザ装置。
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