KR100355122B1 - 레이저 가공장치 - Google Patents

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KR100355122B1
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이와이야스히코
구로사와미키
니시마에준이치
다나카켄타로
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변환시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서 여러개의 렌즈로 된 집광렌즈의 렌즈간의 상대위치를 집광렌즈온도에 의해 변화시키는 렌즈위치 조정수단을 조립하고 렌즈위치 조정수단에 의해 렌즈의 굴절율의 온도변화를 없애도록, 여러개의 렌즈간의 상대위치를 집광렌즈 온도에 의해 변화시킨다.

Description

레이저 가공장치{LASER MACHINING APPARATUS}
구멍뚫기가공, 절단가공, 마킹등을 하는 레이저가공장치로서, 도 46에서 표시되어 있는 바와같이 되어 있는 구조의 것이 종래로부터 알려져 있다.
이 레이저가공장치는 광학계로서, 레이저광 L의 발생원인 레이저발진기(1)와, 레이저광의 발산각을 조정하는 콜리메이트렌즈(2)와, 회전각도에 따라 레이저광 L의 방향을 임의의 방향으로 편향하는 Y축 갈바노미러(3), X측 갈바노미러(4)와, 가공프로그램에 따라 Y축 갈바노미러(3), X축 갈바노미러(4)의 회전각도를 조정하는 Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6)와 Y축 갈바노미러(3), X축 갈바노미러(4)에 의해 편향된 레이저광 L를 입자해서 레이저광의 집광을 하는 집광렌즈(7)를 갖고 있다.
레이저발진기(1)가 발생하는 레이저광(L)의 파장은, 가동하는 워크 W의 재질에 의해 필요한 레이저광의 파장이 다르나, 많은 경우 레이저발진기(1)로서 탄산가스 레이저가 사용된다.
집광렌즈(7)는 입사각도에 따라, 집광위치가 정해지는 광학렌즈이고, Y축 갈바노미러(3), X축 갈바노미러(4)에 의한 편향제어에 의해 결정되는 입사각도에 따라 집광위치를 변화한다.
레이저가공장치는 가공대상이 되는 워크 W를 탑재해서 위치결정 이동하는 XY 테이블장치(8)을 갖고 있으며, XY 테이블장치(8)의 축이동에 의해 워크 W와 집광렌즈(7)와의 상대위치를 변경할 수 있다. 집광렌즈(7)에 의해 집광된 레이저광 L는 XY 테이블장치(8)상의 워크 W에 조사된다.
XY 테이블장치(8) 근방에는, 관찰광학계로서, 레이저 광 L 의 조사에 의해 가공된 워크 W 상의 가공위치를 검출하는 비존센서(9)가 설치되어 있다.
레이저가공장치에는, 레이저발진기(1), Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6) XY 테이블장치(8)를 구동제어하는 수치제어장치등의 제어장치(10)가 접속 되어 있다. 제어장치(10)는 퍼스널 컴퓨터를 사용자 인터페이스에 갖는 PC-NC인 것이 많고, 가공하는 위치나 그 조건등의 내용을 기재한 가공 프로그램을 퍼스널 컴퓨터에 미리 기억하고 있다.
레이저가공장치에서 요구되는 가공으로서, 직경이 50㎛ ∼ 200㎛ 정도의 작은 구멍가공이 있고, 이같은 미세 가공에서는 레이저 빔을 가공 대상인 워크 W의 표면상에서 50㎛ ∼ 200㎛ 정도의 대단히 작은 스폿에 집광할 필요가 있다.
이 때문에 레이저 광을 워크 W 상에서 집광하기 위해 집광렌즈(7)가 사용된다.
레이저발진기(1)가 출력하는 레이저광이 워크 W까지 유도되는 광로는, 어느정도의 거리를 갖고 있으므로, 그 광로에서의 전파 도중에서 레이저광이 발산해서 Y축 갈바노미러(4), X축 갈바노미러(4)상에서는 빔직경이 넓어져 버린다. 필요한 빔직경으로 하는 데는 레이저광의 발산각을 조정할 필요가 있다. 이때문에 광로의 도중에 콜리메이트렌즈(3)를 넣어서 빔의 직경을 설정하고 있다.
워크 W상에서 필요한 부분에 레이저광 L를 조사하기 위해서는, Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6)를 구동하고 Y축 갈바노미러(3), X축 갈바노미러(4)의 회전각도를 변경해서 레이저광을 필요한 방향위치로 편향시켜 놓고 있다. 편향된 레이저광이 집광렌즈(7)에 입사하는 각도 θ에 의해 워크 W상에서의 좌표치가 한번에 결정된다.
제어장치(10)는 직업자로부터의 기동지령이나 외부의 호스트로부터의 기동신호에 의해 선택된 가동프로그램에 따라 가공을 한다. 이 가공프로그램은, 미러 필요한 가공위치의 데이터를 XY 테이블장치(8)의 좌표와 갈바노스케너(3), (4)의 좌표(회전각도)로 변환되어있다.
제어장치(10)는 가공프로그램을 실형하는데 있어, 큰 이동은 이동 스트로크를 크게 취할 수 있는 XY 테이블장치(8)의 이동에 의해 실시하고, 작은이동은 이동속도가 빠른 Y축 갈바노미러(3), X축 갈바노미러(4)의 스켄 이동에 의해 실시하도록 가공프로그램에 따라 구동신호를 출력한다. 일반적으로, Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6)에는 DC 서보모터가 사용되고, 위치 검출기를 구비해서 서보 제어하는 수법이 많이 사용된다. 또, XY 테이블장치(8)도 볼나사를 사용해서 서보모터로 구동제어하는 일이 많다.
Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6)는 500구멍/초 정도의 고속위치 결정이 가능하고, XY 테이블장치(8)는 30m/초의 이동속도로 구동가능하다. 또, Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6)와 XY 테이블장치(8)의 위치결정 정밀도는 종합해서 ±20M ㎛ 정도의 성능을 내는 것이 현재 가능하게 되어 있다.
일반적으로, 이 집광렌즈(7)는 변환렌즈로 분류되고, fθ렌즈라고 불리는 조합 렌즈가 사용되는 일이 많다.
도 47 은 fθ렌즈를 집광렌즈(7)로서 사용한 경우의 집광위치를 표시하고 있다. fθ렌즈는 초점위치를 통해서 입사한 레이저광 L에 대해서는 그 fθ렌즈로의 입사각도 θ에 비례한 상높이(조작거리)w가 얻어지는 성질을 갖는다. 이때, 다음식이 성립하는 것이 알려져 있다.
w = f ·θ
여기서, f는 fθ렌즈의 초점거리, θ는 입사각도이다.
집광렌즈(7)는 일반적인 광학유리렌즈와 같이 수차를 가지므로, w =f·θ의 완전한 관계를 유지하기 힘들다. 이때문에 이상과 실제의 편차를 측정하고, 그 편차를 미리 계산에 넣어 Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6)의 편향각도의 지령치를 보정하는 수단을 사용하는 일이 많다.
이 보정은 가공위치(X,Y)마다에 집광렌즈에 대한 보정을 실시하고, 편향장치(Y축 갈바노스케너(5), X축 갈바노스케너(6))에의 지령치(X',Y')를 결정하고 있다.
보정에 관해서는 행렬을 사용한 변환식으로 실시하는 일이 많고, 이 변환식을 결정하는데는 통상의 가공순서와는 다르게, 보정의 변환식을 갱신함으로써 그 시점에서의 렌즈의 수차등을 취소시킬 수가 있다.
도 48은 집광렌즈의 수차보정변환식의 갱신순서를 표시하고 있다. 집광렌즈(7)의 수차보정을 하는 경우에는, 도 49에 표시되어 있는 구성으로 도 50에 표시되어 있는 것과 같은 격자상의 패턴의 가공위치의 지령에 의해 보정용 구멍뚫기가공을 실행한다(스텝 S 6,11). 그러나, 집광렌즈(7)에 수차가 있으므로 실제로 가공되는 위치는 도 51에 표시되어 있는 바와같이, 가공지령의 격자점에서 어긋난 위치인 것이 대부분이다.
보정용 구멍뚫기가공이 완료되면 가공된 구멍의 위치를 비존센서(9)로 관측하고, 가공된 구멍의 좌표치를 검출한다(스텝 S 6,12). 이로써, 집광렌즈(7)의 이상과 실제의 편차가 구해지므로, 이를 기초로 가공하고 싶은 위치를 보정하는 좌표변환을 한다. 좌표전환은 행렬을 사용한 변환식으로 실시하는 일이 많고, 집광렌즈의 이상과 실제의 편차를 기초로 최소자승법등에 의한 피팅을 해서 보정행렬계산에 의해 행렬[M]의 요소를 구한다(스텝 S 6,13).
집광렌즈(7)는, 레이저 광의 파장에 대해 투과율이 높을 필요가 있고(반사율이 낮다), 특히 잘 사용되는 탄산가스레이저의 경우에는, 렌즈 재질이 한정되고 일반적으로는 게르마늄(Ge)등의 반도체결정재료가 사용된다.
이들 재질은 광학특성을 결정하는 굴절율 n에 대한 온도계수 dn/dT가 대단히 크고, 게르마늄(Ge)에서는 dn/dT = 277(℃)와 같은 온도의 의존성이 있는 것을 알고있다.
종래에서의 레이저가공장치를 이상과 같이 구성되어 있으므로, 주위온도나 레이저가공장치 자체의 발열에 의해, 집광렌즈(7)의 온도가 변동한 경우에는 온도변동에 거의 비례해서 가공위치의 어긋남이 생긴다는 문제가 생기고, 온도 1℃당 10 ∼ 15㎛의 가공위치의 어긋나는 현상이 발생하고, 가공불량이 되는 문제점이 있었다.
집광렌즈(7)의 수차에 기인하는 가공위치의 어긋남을 상술한 바와같은 좌표변환에 의한 집광렌즈 수차보정에 의해 보상될 수 있으나, 수차 보정을 실시했을때의 집광렌즈(7)의 온도가 변동하면 집광렌즈(7)의 광학특성이 변화되고, 온도가 높아지면 도 52에 표시되어 있는 바와같이, 실제가공의 격자점이 전체적으로 축소된 것 같은 가공이 되어 버린다는 결점이 있었다. 또, 집광렌즈(6)의 온도변동은 가공위치의 변동뿐아니라, 초점거리의 변동을 초래하고 워크표면으로부터 집광점이 분리되어 가공위치 불량이 발생한다는 문제가 있었다.
도 53에 표시된 바와같이, 집광렌즈(7)의 온도가 T일 때에 집광렌즈(7)에 입사한 레이저광은, 레이저광속 La와 같이 집광하고, 집광점 Pa는 워크 W표면상에 있으며, 양호하게 가공이 가능하나 집광렌즈(7)의 온도가 ST만큼 변동한 경우에는 같은 입사각의 레이저광에 대해서도, 레이저광속 Lb와 같이 집광하기 때문에, 가공위치가 Sx만큼 위치 어긋남을 발생하고, 또 집광점 Pb의 높이가 Sf상승하는 현상이 생기고 있었다.
이 가공위치의 어긋남은 가공후에 검사를 실시해서 정밀도 확인을 하지 않으면 인식할 수 없으며, 대량으로 위치 어긋남을 일으킨채로 가공을 계속해서, 가공불량의 기판을 대량으로 생산한다는 문제가 있었다.
또, 가공위치의 어긋남은 집광렌즈 수차보정을 빈번히 실시하면 캔슬할 수 있으나, 실제로는 자동으로 가공하고 있을 때에 집광렌즈의 보정을 실시하는 데는 운전을 접지해야 하며, 생산성을 저하시키는 원인이 되어 있었다.
초점거리의 어긋남의 검출을 자동으로 실시하는 수단이 없으므로 작업자가 실제로 가공 하는등해서 미러 초점거리를 구해둘 필요가 있고 경시적으로 변화하는 경우에는 이 변동을 대책하는 수단이 없었다.
또 프린트기판은, 전자회로의 소형경량화, 고집적화에 따라, 구멍 뚫기 가공도 소형화 및 고정밀도화의 가공의 요구가 높아져 있고 점점 레이저 가공장치의 성능향상이 강하게 요구되는 상황에 있다.
본 발명은 상술한 바와같은 문제점을 해결하기위해 된것으로 집광렌즈의 집광특성이 집광렌즈의 온도변화에 의존하지 않도록하고 장시간 연속운전에서도 정밀도 좋게 가공할 수 있는 동시에 안정된 레이저 가공이 가능한 레이저 가공장치를 얻는것을 목적으로 한다.
[발명의 개시]
본 발명은 레이저발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서, 상기 집광렌즈는 여러개의 렌즈로 되어 있고, 렌즈의 굴절율의 온도변화를 없애도록 여러개의 렌즈간의 상대위치를 집광렌즈온도에 의해 변화시키는 렌즈위치 조정수단을 갖고, 상기 집광렌즈의 집광특성이 당해 집광렌즈의 온도변화에 의존하지 않는 레이저가공장치를 제공할 수 있다.
따라서, 온도변화에 의한 렌즈의 굴절율의 변화에 의한 집광특성의 변동분이 없어지고, 집광렌즈의 집광특성이 집광렌즈의 온도변화에 의존하지 않으며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해, 가공위치의 변동등이 발생하지 않고 안정된 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 렌즈위치 조정수단이 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도 측정기와, 렌즈를 광축방향으로 구동하는 액추에이터와, 상기 온도측정기에 의해 검출되는 상기 집광렌즈의 온도에 따라 상기 집광렌즈의 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 보상하도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어회로에 의해 구성된 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈의 온도에 따라, 집광렌즈의 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 보상하도록 액추에이터에 의해 렌즈가 광축방향으로 변위하고, 집광렌즈의 집광특성이 집광렌즈의 온도변화에 의존하는 것이 회피되며, 이로써 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고, 안정된 레이저가공이 실시하게 된다.
본 발명은 상기 액추에이터가 렌즈를 광축방향으로 이동시키는 이송나사 기구와, 상기 이송나사 기구를 회전 구동하는 모터에 의해 구성되어있는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 이동나사 기구에 의해 렌즈를 광축방향으로 정확하게 이동시킬 수가 있다.
본 발명은, 상기 액추에이터가 압전소자에 의해 구성되어있는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서 압전소자에 의해 렌즈를 광축방향으로 정확하게 이동시킬 수가 있다.
본 발명은 상기 렌즈위치 조정수단이 온도 의존성이 있는 재료에 의해 구성되어 렌즈를 보존하는 보존부재에 의해 구성되고, 상기 보존부재 자체의 온도 신축에 의해, 상기 렌즈를 광축방향으로 변위시키는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다. 따라서, 보존부재 자체의 온도신축에 의해 렌즈가 광축방향으로 변위하고, 이 변위에 의해 집광렌즈의 온도변화에 의한 초점 어긋남이 보상되며, 집광렌즈의 집광특성이 집광렌즈의 온도변화에 의존하는 것이 회피되고, 이로인해 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 레이저발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서, 상기 집광렌즈에 집광용의 볼록렌즈군에 더해서 온도 보상용의 오목렌즈가 조립되고, 상기 오목렌즈의 굴절율의 온도변화에 의해, 상기 볼록렌즈군의 굴절율의 온도변화를 없애고, 상기 집광렌즈의 집광특성이 당해 집광렌즈의 온도변화에 의존하지 않는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 오목렌즈의 굴절율의 온도변화에 의해 볼록렌즈군의 굴절율의 온도변화가 없어지고, 집광렌즈의 집광특성이 집광렌즈의 온도변화에 의존 하는 것이 회피되며, 이로인해 특별한 제어계를 필요로 하지 않고, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않으며, 안정된 고밀도의 레이저가공이 실시되게 된다. 본 발명은 상기 집광렌즈의 볼록렌즈군이 셀렌화 아연에 의해 구성되고, 상기 오목렌즈가 게르마늄에 의해 구성되어 있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 오목렌즈의 굴절율의 온도변화에 의해 볼록렌즈군의 굴절율의 온도변화가 정확하게 없어지고, 집광렌즈의 집광특성이 집광렌즈의 온도변화에 의존하는 것이 회피되며, 이로인해 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 레이저발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서, 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 상기 온도측정기에 의해 검출된 상기 집광렌즈의 온도를 표시하는 온도표시기를 갖고 있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 온도측정기에 의해 검출된 집광렌즈의 온도가 온도표시기에 표시되고, 작업자에 집광렌즈의 온도를 정확하게 알릴 수가 있다.
본 발명은, 상기 온도 표시기가 리세트 보턴을 갖고 리세트 보턴 조작시의집광렌즈 온도로부터의 온도변화를 표시하는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서 온도 표시기에 리세트 보턴 조작시의 집광렌즈 온도로부터의 온도변화가 표시되고, 작업자에 집광렌즈의 리세트 보턴 조작시로부터의 온도변화를 명확하게 알릴 수가 있다.
본 발명은 레이저 발진기로 부터 출력된 레이저 광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저 광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저 가공장치에서, 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 상기 집광렌즈의 온도변화량이 사전에 정해진 허용치를 초과했을때에 경고를 발하는 경고수단을 갖는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 집광렌즈의 온도변화량이 사전에 정해진 허용치를 초과하면 경고수단이 경고를 발하고, 집광렌즈의 온도변화량이 사전에 정해진 허용치를 초과한 것을 작업자에 경고할 수가 있다.
본 발명은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변환시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서, 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 상기 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈온도가 일정치에 유지되도록, 상기 집광렌즈를 가열하는 가열수단을 갖는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 가열수단에 의한 집광렌즈를 가열에 의해 집광렌즈 온도가 일정치에 유지되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 회피되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은, 레이저 발진기에서 출력된 레이저 광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치에서 입사되는 레이저 광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저 가공장치에서, 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도 측정기와, 상기 온도 측정치에 의해 검출되는 집광렌즈 온도가 일정치에 유지되도록 상기 집광렌즈를 냉각하는 온도 제어 수단을 갖는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 온도제어수단에 의한 집광렌즈를 냉각에 의해 집광렌즈 온도가 일정치로 유지되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 회피되며, 외기의 온도의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시하게 된다.
본 발명은 상기 온도제어수단이 펠티어소자인 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 펠티어소자에 의해 집광렌즈가 냉각되어 집광렌즈온도가 소정의 일정치로 유지되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 회피되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생되지 않고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시하게 된다.
본 발명은, 레이저 발진기에서 출력된 레이저 광의 방향을 변화시키는 편향장치와 상기 편향장치로 부터 입사하는 레이저 광을 굴절시켜서 가공 대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저 가공장치에서, 상기 집광렌즈를 외기로부터 단열하는 단열수단을 갖고있는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 단열수단에 의해 집광렌즈를 외기로부터의 전열을 방지하는 단열이 되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 억제되며, 외기의 온도의 변동에 의해 가공위치가 변동하는 것이 방지되고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 되게 된다.
본 발명은 상기 단열수단이 집광렌즈의 외측을 둘러싸는 외통체와, 상기 집광렌즈, 상기 외통체와의 사이에 확정되는 단열공간에 충전된 단열재와, 상기 단열공간의 상단과 하단을 밀폐하도록 배치된 레이저광 특과성의 윈도우실드플레이트로 구성되어 있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 단열재에 의해 집광렌즈를 외기로부터의 전열을 방지하는 단열이 실시되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 억제되며, 외기의 온도의 변동에 의해 가공위치가 변동하는 것이 방지되고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시하게 된다.
본 발명은, 상기 단열수단이 집광렌즈를 구성하는 렌즈를 단열소재에 의한 단열부재를 통해서 지지하는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 단열부재에 의해 집광렌즈를 외기로부터의 전열을 방지하는 단열이 되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 억제되며, 외기의 온도의 변동에 의해 가공위치가 변동하는것이 방지되고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시하게 된다.
본 발명은 상기 단열수단이 다수의 돌기를 갖고, 상기 돌기의 선단부를 상기 집광렌즈의 렌즈에 점 접촉시킴으로써 당해 렌즈를 보존하는 렌즈마운트부재를 갖고있는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 렌즈가 점 접촉지지가 되고, 렌즈홀더가 렌즈사이의 전열이 거의 없어지며, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 억제되고, 그 렌즈에 대한 외기로부터의 전열이 억제되며, 외기의 온도의 변동에 의해 가공위치가 변동하는 것이 방지되고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시하게 된다.
본 발명을 상기 단열수단이 돌출된 줄을 갖고, 상기 돌출된 줄의 선단부를 상기 집광렌즈의 렌즈에 선접촉시킴으로써, 당해 렌즈를 보존하는 렌즈마운트부재를 갖고 있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 렌즈가 선접촉 지지로 되고, 렌즈 홀더와 렌즈와의 사이의 전열이 거의 없어지게 되며, 그 렌즈에 대한 외기로부터의 전열이 억제되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 억제되며, 외기의 온도의 변동에 의해 가공위치가 변동하는 것이 방지되고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 집광렌즈가 다수의 볼록렌즈에 의해 구성되며, 이중 최상부와 최하부의 볼록렌즈를 광학특성이 온도에 의존하기 힘든 렌즈재료로 구성되고, 중간부분에 배치되어 있는 볼록렌즈는 광학특성이 온도에 의존하기 쉬운 렌즈재료로 구성되어 있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 최상부와 최하부의 볼록렌즈가 열베리어가 되고, 광학특성이 온도에 의존하기 쉬운 렌즈재료에 의한 중간부분에 배치되어 있는 볼록렌즈에 관해서는 외기로부터의 전열을 방지하는 단열이 실시되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 억제되며, 외기의 온도의 변동에 의해 가공위치가 변동되는 것이 방지되고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 중간 배치의 볼록렌즈가 돌출된 줄기를 가지고, 상기 돌출된 줄기의 선단부를 집광렌즈의 렌즈에 선 접촉시키는 렌즈마운트부재에 의해 보존되어 있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 중간배치의 볼록렌즈에 대한 렌즈홀더로부터의 전열이 억제되고, 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 억제되며, 외기의 온도의 변동에 의해 가공위치가 변동되는 것이 방지되고, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 상기 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도가 소정의 일정치로 유지되도록 상기 집광렌즈의 배치부의 분위기 온도를 조정하는 온도 조정수단을 갖고있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 집광렌즈 온도가 소정의 일정치로 유지되고 집광렌즈의 집광특성의 온도변동의 발생이 회피되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되도록 된다.
본 발명은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공 장치에서 상기 집광렌즈에 입사하는 레이저광의 각도를 조정하고 집광렌즈 온도의 변동에 의한 상기 집광렌즈의 광학특성의 변동량을 캔슬하는 캔슬기구를 갖고있는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 캔슬기구에 의해 집광렌즈에 입사하는 레이저광의 각도가 조정되고, 이 각도 조정에의해 집광렌즈 온도의 변동에의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 캔슬기구가 상기 편향장치에 대한 편향량의 지령치를 보정하는 편향량 지령보정 수단인 레이저가공장치를 제공할 수가 있다. 따라서, 편향량 지령보정수단에 의해 편향장치에 대한 편향량의 지령치가 보정되고, 이 보정에의해 집광렌즈에 입사하는 레이저광의 각도가 조정되고 이 각도조정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학 특성의 변동량이 캔슬되고 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동이 발생하지 않으며. 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기를 갖고, 상기 편향량지령 보정 수단은 상기 온도측정기로 검출되는 집광렌즈 온도에 따라 설정되는 보정 파나미터에의해 상기 편향장치에 대한 편향량의 지령치를 보정하는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 상기 편향량 지령 보정 수단은 상기 온도측정기에 검출되는 집광렌즈 온도에 따라 설정되는 보정 파라미터에 의해 편향장치에 대한 편향량의 지령치를 보정하고, 이 보정에 의해 집광렌즈에 입사하는 레이저광의 각도가 조정되며, 이 각도조정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 편향량 지령 보정수단은 편향량 지령의 보정을 정점가공에 의한 가공위치 오차로부터 얻어지는 좌표변환 함수에 의한 좌표변환에 의해 실시하는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서 편향량 지령 보정 수단이 정점가공에 의한 가공위치 오차로부터 얻어지는 좌표변환 함수에 의한 좌표변환에 의해 편향장치에 대한 편향량의 지령치를 보정하고 이 보정에 의해 집광렌즈에 입사하는 레이저광의 각도가 조정되며, 이 각도 조정에 의해 집광렌즈의 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않으며, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은, 상기 편향량 지령 보정 수단이 편향량 지령의 보정을 정점가공에 의한 가공위치 오차로부터 얻어지는 보정행렬에 의해 실시하는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 편향장치 지령 보정 수단이 정점가공에 의한 가공위치 오차로부터 얻어지는 보정 행렬에 의한 좌표변환에 의해 편향장치에 대한 편향량의 지령치를 보정하고 이 보정에 의해 집광렌즈에 입사하는 레이저광의 각도가 조정되며, 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않으며, 비선형인 위치 어긋남에 대해서도 완전히 보정될 수 있고, 고정밀도의 레이저가공을 실시할 수 있다.
본 발명은, 상기 좌표변환함수 또는 상기 보정 행렬을 레이저 가공때마다, 레이저 가공에 앞서 갱신하는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 레이저가공때마다 레이저가공에 앞서 좌표변환함수 또는 보정 행렬이 갱신되고, 갱신된 좌표변환함수 또는 보정 행렬에 의한 편향장치에 대한 편향량 지령 보정에 의해, 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않으며, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도 측정기를 소유하고 상기 좌표 변환 함수 또는 상기 보정행렬을, 상기 온도 측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도가 소정치 이상 변화 했을때에 레이저 가공에 앞서 갱신하는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 온도측정기에 검출되는 집광렌즈온도가 소정치 이상 변화하면, 좌표변환함수 또는 보정행렬이 갱신되고, 갱신된 좌표변환함수 또는 보정행렬에 의한 편향장치에 대한 편향량 지령보정에 의해, 집광렌즈온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않으며, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 좌표 변환 함수 또는 상기 보정 행렬을 미리 정해진 타이밍을 가지고 갱신하는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 소정의 타이밍을 갖고 좌표 변환 함수 또는 보정 행렬이 갱신되고, 갱신된 좌표 변환 함수 또는 보정 행렬에 의한 편향장치에 대한 편향량 지령 보정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 좌표 변환 함수 또는 상기 보정 행렬을 일정시간이 경과할때마다 갱신하는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 일정시간이 경과할때마다 주기적으로 좌표 변환 함수 또는 보정 행렬이 갱신되고 갱신된 좌표 변환 함수 또는 보정 행렬에 의한 편향장치에 대한 편향량 지령 보정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않으며, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 미리 각 집광렌즈 온도에서의 보정 행렬을 취득하고 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기를 갖고, 상기 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도에 대응하는 보정 행렬을 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 미리 취득한 각 집광렌즈 온도에서의 보정 행렬에 의한 편향장치에 대한 편향량 지령 보정에 의해 가공때마다 보정 행렬을 갱신하는 처리를 필요로 하지 않고 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않으며, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 상기 캔슬기구가, 상기 편향장치에 대한 편향량의 지령치의 게인을 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도에 따라, 가변 설정하는 가변 게인 설정수단을 포함하고 있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다. 따라서 가변게인 설정수단에 의한 편향량 지령치의 게인조정에 의해, 편향량 지령의 보정이 되고, 이 보정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되고 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동이 발생하지 않으며, 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은, 상기 켄슬기구가, 상기 편향장치에 입사하는 레이저 광의 각도를 조정하는 벤드미러를 포함하고있는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 벤드미러에 의해 편향장치에 입사하는 레이저광의 각도가 조정되고, 이 조정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동등이 발생하지 않고 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은, 레이저 발진기로부터 출력된 레이저 광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저 광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저 가공장치에서 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도 측정기와, 상기 온도 측정기에 의해 검출되는 상기 집광렌즈의 온도에 따라 당해 집광렌즈에 대한 가공대상 워크의 위치지령을 보정하고 집광렌즈 온도의 변동에 의한 상기 집광렌즈의 광학특성의 변동량을 켄슬하는 가공 테이블구동지령 보정수단을 갖고있는 레이저 가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 테이블구동지령 보정수단이 집광렌즈 온도에 따라 가공대상 워크의 위치지령을 보정하고, 이 위치 보정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동에 기인하는 가공위치의 온도변동이 캔슬되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동이 회피되고, 고정밀도의 레이저 가공이 실시되게 된다.
본 발명은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 출력하는 레이저광의 파장을 집광렌즈 온도의 변동에 의한 상기 집광렌즈의 광학특성의 변동량을 캔슬하도록 상기 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도에 따라 가변설정하는 가변 파장 레이저 발진기를 갖고있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다. 따라서 집광렌즈의 온도 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동에 기인하는 위치 어긋남을 없애도록 레이저광의 파장이 설정될 수 있으며, 집광렌즈의 온도변동의 영향을 받지 않고 정밀도 좋게 안정된 고정밀도의 레이저가공을 할 수 있다.
본 발명은, 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 상기 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도에따라, 상기 집광렌즈와 편향장치 사이의 거리를 조정하고 집광렌즈 온도의 변동에 의한 상기 집광렌즈의 광학특성의 변동량을 캔슬하는 캔슬기구를 갖고있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 캔슬기구에의해 집광렌즈 온도에 따라 집광렌즈와 편향장치사이의 거리가 조정되고 이 조정에 의해 집광렌즈 온도의 변동에 의한 집광렌즈의 광학특성의 변동량이 캔슬되며, 외기의 온도나 레이저가공기 자체의 발열에 의해 가공위치의 변동이 회피되고 고정밀도의 레이저가공이 실시되게 된다.
본 발명은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대산 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 집광렌즈 온도의 변동에 의한 상기 집광렌즈의 초점거리의 변화량을 없애도록, 상기 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도에 따라 레이저광의 발산각을 조정하는 어뎁티브옵틱스를 갖고있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 어뎁티브옵틱스에 의해 집광렌즈 온도에 따라 레이저광의 발산각이 조정되고 이 조정에 의해 집광점의 위치를 워크 표면상에 유지 할수가 있고 집광렌즈의 온도변동이 있어도 안정된 고정밀도의 레이저가공이 가능하게 된다.
본 발명은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와 집광렌즈 온도의 변동에 의한 상기 집광렌즈의 초점거리의 변화량을 없애도록, 상기 온도측정기에 의해 검출되는 집광렌즈 온도에 따라 코리메이트렌즈의 위치를 조정하는 콜리메이트렌즈 위치조정기구를 갖고있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서 콜리메이트렌즈 위치조정기에 의해 콜리메이트렌즈의 위치가 조정이되고 이 조정에 의해 집광렌즈의 온도 변동에 의한 초점거리의 변동에 대해 레이저 광의 발산각도를 조정해서 집광점의 위치를 워크 표면상에 유지할 수가 있고 집광렌즈의 온도 변동이 있어도 안정된 고정밀도의 레이저 가공이 실시되게 된다.
본 발명은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와 상기 편향장치로부터 입사되는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖는 레이저가공장치에서 상기 집광렌즈의 온도를 검출하는 온도측정기와, 집광렌즈 온도의 변동에 의한 상기 집광렌즈의 초점거리의 변화량을 없애도록, 상기 집광렌즈로부터 가공대상 워크까지의 거리를 조정하는 가공테이블 높이 조정기구를 갖고있는 레이저가공장치를 제공할 수가 있다.
따라서, 가공테이블 높이 조정기구에 의해 집광렌즈로부터 가공대상 워크까지의 거리가 조정되고 이 조정에 의해 집광점의 위치를 워크 표면상에 유지할 수가 있으며, 집광렌즈의 온도변동이 있어도 안정된 고정밀도의 레이저가공이 되게 된다.
본 발명은 레이저 가공장치에 관해 특히 프린트 기판, 반도체 칩등에서의 수지재나 세라믹재 등의 재료에 구멍뚫기, 절단, 마킹등을 하는 레이저 가공장치에 관한것이다.
도 1 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 1 의 실시의 형태를 표시하는 전체 구성도
도 2 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 1 의 실시의 형태의 집광렌즈부분을 표시하는 구성도
도 3 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 2 의 실시의 형태의 집광렌즈부분을 표시하는 구성도
도 4 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 3 의 실시의 형태의 집광렌즈부분을 표시하는 구성도
도 5 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 4 의 실시의 형태의 집광렌즈부분을 표시하는 구성도
도 6 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 5 의 실시의 형태의 요부를 표시하는 사시도
도 7 은 본 발명에 의한 레이저가공장치의 제 5 의 실시의 형태의 변형예의 요부를 표시하는 사시도
도 8 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 6 의 실시의 형태의 요부를 표시하는 구성도
도 9 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 6 의 실시의 형태의 동작 플로를 표시하는 플로차트
도 10 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 7 의 실시의 형태의 집광렌즈 부분을 표시하는 구성도
도 11 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 7의 실시의 형태의 요부의 구성도
도 12 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 8 의 실시의 형태의 요부 구성도
도 13 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 9 의 실시의 형태의 집광렌즈부분을 표시하는 사시도
도 14 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 9 의 실시의 현태의 집광렌즈 부분을 표시하는 단면도
도 15 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 10 의 실시의 형태의 집광렌즈 부분을 표시하는 단면도
도 16 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 11 의 실시의 형태의 집광렌즈 부분을 표시하는 단면도
도 17 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 11 의 실시의 형태의 집광렌즈 부분을 표시하는 사시도
도 18 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 11 의 실시의 형태의 변형예의 집광렌즈 부분을 표시하는 단면도
도 19 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 12 의 실시의 형태의 집광렌즈 부분을 표시하는 단면도
도 20 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 13 의 실시의 형태의 집광렌즈부분을 표시하는 단면도
도 21 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 14 의 실시의 형태를 표시하는 구성도
도 22 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 14 의 실시의 형태의 변형예를 표시하는 단면도
도 23 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태를 표시하는 전체 구성도
도 24 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태를 표시하는 요부 구성도
도 25 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태의 동작플로를 표시하는 플로차트
도 26 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태에서의 레이저 가공의 플로차트
도 27 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태의 다른 동작 플로를 표시하는 플로차트
도 28 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태에서의 집광렌즈 보정 갱신의 플로차트
도 29 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태에서의 다른 레이저 가공의 플로차트
도 30 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태에서으 보정 행렬의 취득 순서를 표시하는 설명도
도 31 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태에서의 다른 레이저 가공의 플로차트
도 32 는 본 발명에 대한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태에서의 온도 보정 테이블을 표시하는 설명도
도 33 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태에서의 보정 행렬의 취득의 플로차트
도 34 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태의 변형예를 표시하는 구성도
도 35 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태의 다른동작 플로를 표시하는 플로차트
도 36 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 15 의 실시의 형태의 다른 동작 플로를 표시하는 플로차트
도 37 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 16 의 실시의 형태를 표시하는 블록도
도 38 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의제 17 의 실시의 형태를 표시하는 구성도
도 39 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 18 의 실시의 형태를 표시하는 구성도
도 40 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 19 의 실시의 형태를 표시하는 구성도
도 41 은 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 20 의 실시의 형태를 표시하는 구성도
도 42 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 21 의 형태를 표시하는 구성도
도 43 은 레이저 광의 발산각과 집광위치의 관계를 표시하는 설명도
도 44 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 22 의 실시의 형태를 표시하는 구성도
도 45 는 본 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 23 의 형태를 표시하는 구성도
도 46 은 레이저 가공장치의 종래예를 표시하는 구성도
도 47 은 fθ렌즈의 집광위치 특성을 표시하는 설명도
도 48 은 집광렌즈 보정갱신의 순서를 표시하는 플로차트
도 49 는 정점위치가공의 요령을 표시하는 설명도
도 50 은 정점위치 가공을 표하는 설명도
도 51 은 정점위치 가공에서의 가공 오차를 표시하는 설명도
도 52 는 종래의 레이저가공장치에서의 위치 어긋남을 표시하는 설명도
도 53 은 레이저 가공장치에서의 집광위치 변화를 표시하는 설명도
[발명을 실시하기위한 최량의 형태]
이 발명에 관한 알맞은 실시의 형태를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
또한 이하에 설명하는 이 발명의 실시의 형태에 있어서 상술의 종래예와 동일 구성부분 또는 동등한 부분은 상술의 종래예에 붙인 부호와 동일부호를 붙여서 그 설명은 생략한다.
(제 1 의 실시의 형태)
도 1 은 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 1 의 실시의 형태를 표시하고 있다.
제 1 의 실시의 형태의 레이저가공장치는 집광렌즈를 구성하는 렌즈의 굴절율의 온도변화를 없애도록, 집광렌지의 복수매의 렌즈간의 상대위치를 집광렌즈 온도에 의해 변화시키는 렌즈위치 조정수단을 가지고 있다.
도 1 에서 집광렌즈는 부호 20 으로 표시되어 있다. 집광렌즈(20)는 fθ렌즈이고 종래의 것과 같이 Y축 갈바노미러(3), X축 갈바노미러(4)에 의해 편향된 레이저광 L 를 입사하여 레이저광의 집광을 한다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치는, 기본적으로는 집광렌즈(20)의 온도변화에 의한 집광렌즈(20)의 초점의 어긋남을 자동포커싱에 의해 보상하는 것이다.
이 때문에, 집광렌즈(20)는 고정배치된 통상의 렌즈홀더(경통)(21)와 렌즈홀더(21)에 고정된 고정렌즈(22)와, 렌즈홀더(21)에 광축방향(도면에서 상하방향)으로 이동가능하게 설치된 통상의 가동 렌즈홀더(23)와 가동 렌즈홀더(23)에 고정된 가동렌즈(24)와, 가공렌즈홀더(23)을 광축방향으로 구동하는 파워드라이브 수단인 렌즈 구동수단(액추에이터)(25)를 가지고 있다.
이 집광렌즈(20)에서는 렌즈구동수단(25)에 의해 가동렌즈홀더(23)가 광축방향으로 변위하고 가동렌즈(24)의 광축방향에서의 광학적인 위치를 변화시킬 수 있다. 이에 따라 집광렌즈(20)의 초점거리 f 가 변화한다. 즉, 가동렌즈(24)의 광축방향의 위치변화에 의해 포커싱이 시행된다. 렌즈홀더(21)에는 온도센서(26)가 매입되어있고 온도센서(26)는 집광렌즈(20)의 온도, 특히 렌즈본체의 온도를 검출하며, 렌즈온도에 따른 신호를 발생한다. 온도센서(26)가 발생하는 렌즈온도신호는 제어회로(27)에 입력된다.
제어회로(27)는 미리 설정되어있는 설정온도(표준온도) To 와 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도를 비교하고, 그 온도차에 따라 생기는 집광렌즈(20)의 초점거리 f의 변위량 △f를 없애도록 가동렌즈(24)가 변위하도록 렌즈구동수단(25)의 드라이버(28)에 지령신호를 주고있다.
이에 따라, 온도 변화에 따라서 가동렌즈(24)가 광축방향으로 이동하고 고정렌즈(22)나 가동렌즈(24)가 굴절율에 관하여 온도의존성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있어도 지광렌즈(20)의 초점거리 f가 온도변화에 관계없이 일정치에 유지된다. 이것은 집광렌즈(20)의 포커싱의 온도보상을 의미한다.
따라서, 주위온도나 레이저가공장치 자체의 발열에 의해 집광렌즈(20)의 온도가 변동하여도 집광렌즈(20)의 집광특성이 집광렌즈(20)의 온도변화에 의존하는 일 없고, 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치 변위가 생기는 일이 없어지며 장시간 연속운전에서도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
도 2 는 렌지구동수단(25)의 구체적인 예를 표시하고 있다. 가동렌즈홀더(23)는 헬리코이드(helicoid)(이송 나사)(32)에 의해 렌즈홀더(21)에 걸어맞추고, 중심측선 주위의 회전에 의해 광축방향으로 왕복동한다.
가동렌즈홀더(23)의 외주부에는 기어(29)가 새겨져 있으며 이 기어(29)에 구동모터(30)의구동기어(31)이 맞물려져 있다.
이 구성에서는, 드라이버(28)에 의해 구동모터(30)가 구동됨으로써 가동렌즈홀더(23)가 회전하고 이 회전운동이 헬리코이드(32)에 의해 고정밀도로 직선운동으로 변환되며 가동렌즈홀더(23)가 광축방향으로 이동한다.
따라서, 제어회로(27)가 온도차에 의해 생기는 집광렌즈(20)의 초점거리 f의 변위량 △f를 없애는 지령신호를 드라이버(28)에 줌으로써, 집광렌즈(20)의 초점거리 f 는 온도변화에 관계없이 일정치로 유지된다.
(제 2 의 실시의형태)
도 3 은 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 2 의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치도, 기본적으로는, 집광렌즈(20)의 온도변화에 의한 집광렌즈(20)의 초점의 어긋남을 자동 포커싱에 의해 보상하는 것이고 가동렌즈(24)는 피에조(piezo) 소자등에 의한 압전소자(33)에 의해 렌즈홀더(21)로 지지되어 있으며 압전소자(33)에 의한 전계 왜곡 작용에 의해 가동렌즈(24)는 직접적으로 광축방향으로 변위한다.
제어회로(27)는 미리 설정되어 있는 설정온도 To 와 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도를 비교하고, 그 온도차에 의해 생기는 집광렌즈(20)의 초점거리 f의 변위량 △f 를 없애도록 가동렌즈(24)가 변위하게 압전소자(33)의 드라이버(28)에 지령신호를 주고있다.
이에 따라, 온도변화에 따라서 가공렌즈(24)가 광축방향으로 이동하고, 집광렌즈(20)의 초점거리 f가 온도변화에 관계없이 일정치에 유지되며 주위온도나 레이저가공장치 자체의 발열에 의해, 집광렌즈(20)의 온도가 변동하여도 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치 변위가 생기는 일이 없어지고 장시간 연속 운전시에도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
또, 압전소자(33)를 가동렌즈(24)의 구동동력으로서 사용한것으로, 구조가 단순하고 정밀한 렌즈 위치조정이 될 수 있다.
(제 3 의 실시의 형태)
도 4 는 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 3 의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치도, 기본적으로는, 집광렌즈(20)의 온도변화에 의한 집광렌즈(20)의 초점의 어긋남을 자동 포커싱에 의해 보상하는 것이고 가동렌즈(24)는 온도 신축성 보존부재(34)에 의해 렌즈홀더(21)에서 지지되어 있으며 온도 신축성 보존부재(34)의 온도 신축에 의해 가동렌즈(24)는 직접적으로 광축방향으로 변위한다.
온도 신축성 보존부재(34)는 열팽창계수가 고정렌즈(22), 가동렌즈(24)의 온도특성(초점거리 f의 온도변화율)과는 부의 값을 나타내는 재질의 것을 선정하고, 예컨데 방해석(caco3)등에 의해 구성되어 있으며 온도변화에 의한 신축에 의해 가동렌즈(24)를 광축방향으로 변위시킨다.
이에 따라, 온도 변화에 따라서 가동렌즈(24)가 광축방향으로 이동하고 집광렌즈(20)의 초점거리 f가 온도변화에 관계없이 일정치로 유지되며 주위온도나 레이저가공장치 자체의 발열에 의해 집광렌즈(20)의 온도가 변화하여도 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치 변위가 생기는 일이 없어지고 장시간 연속 운전에서도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
또 온도신축성 보존부재(34)의 설치만으로 제어회로를 특별히 구비할 필요가 없고 집광렌즈의 온도보상을 대단히 간단한 구성에 의해 시행할 수 있다.
(제 4 의 실시의 형태)
도 5 는 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 4 의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치는 기본적으로, 집광렌즈(20)의 온도변화에 의한 집광렌즈(20)의 초점의 어긋남을 렌즈의 조합에 의해 보상하는 것이다.
집광렌즈(20)는, 셀레늄화 아연에 의한 광학결정재료에 의해 구성된 집광용의 블록렌즈군(집광렌즈 본래의 렌즈군)(35) 이외에 온도걸상용의 오목렌즈(36)가 결합되어 있다.
오목렌즈(36)는 온도에 의한 굴절율의 변화율이 셀레늄화 아연에 의한 광학결정재료 보다 수배 큰 게르마늄에 의한 광학결정재료에 의해 구성되고 자신의 굴절율의 온도변화에 의해 볼록렌즈군(35)의 온도에 의한 굴절율의 변화를 없애도록 작용한다.
이에 따라, 렌즈 구성만으로 특별한 제어회로를 필요로 하는일없이 집광렌즈(20)의 초점거리 f가 온도변화에 관계없이 일정치에 유지되고 주위온도나 레이저 가공장치 자체의 발열에 의해, 집광렌즈(20)의 온도가 변동하여도 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치 변위가 생기는 것이 없어지며 장시간 연속 운전에서도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
(제 5 의 실시의 형태)
도 6 은 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 5 의 실시의 형태를 표시하고있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치는 집광렌즈(20)의 온도관리수단을 포함하는 것이고 집광렌즈(20)에 설치된 온도센서(26)가 온도표시기(37)에 접촉되어 있다. 온도표시기(37)는 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도를 섭시로 디지털 표시한다.
온도표시기(37)는 작업자가 보기 쉬운 위치에 부착되면 좋고 외기의 변동이나 레이저 가공장치 자체의 발열에 의한 집광렌즈(20)의 온도 변화를 작업자가 요이하게 인식할 수 있도록 된다. 이에 따라 작업자는 집광렌즈(20)의 온도에 변동이 있었던 경우에는 가공불량의 발생을 방지하기 위하여 미연에 레이저 가공장치를 정지할 수 있다.
온도표시기(37)에는, 도 7 에 표시되어 있는바와같이 리세트보턴(38)이 설치되어 있어 좋고 온도표시기(37)는 리세트 보턴(38)이 눌려진 시점의 온도로부터의 온도변화를 표시한다.
이 때문에, 작업자는 상시 집광렌즈(20)의 적정온도를 기억해둘 필요가 없어지고 온도 표시기(37)의 온도차 표시만에 주의하여 레이저 가공장치를 운전하면 되며, 집광렌즈(20)가 경시적으로 변동한 경우에 생기는 가공위치 변위등에 의한 가공불량을 발생하기 전에 집광렌즈(20)에서 온도변동이 발생하고 있는것은 인식할 수 있고, 집광렌즈(20)의 광학특성을 다시 측정함으로써, 온도변동을 켄슬할 수 있으며 가공불량품이 발생하는 것은 방지하는데 유용하다.
(제 6 의 실시의 형태)
도 8 은 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 6 의 실시의 형태를 표시하고 있다. 이 실시의 형태의 레이저 가공장치도 집광렌즈(20)의 온도관리수단을 포함하는 것이고 집광렌즈(20)에 설치된 온도센서(26)가 경고제어용의 제어회로(34)에 접속되어 있다.
제어회로(39)에는 버저(buzzer)(40)이 접속되어있다. 제어회로(39)는 설정온도 To 와 허용온도차 Td 를 파라미터 설정하고 온도센서(26)에 의한 집광렌즈 (20)의 검출온도 T 와 설정온도 To 를 비교하며 그차가 허용온도차 Td 를 초과할때에는 버저(40)을 울리고, 가공정지 지령을 레이저 가공장치의 제어장치(10)(도 1 참조)에 출력하도록 되어 있다.
도 9 는 경고제어의 처리플로를 표시하고 있다.
우선, (검출온도 T) - (설정온도 To)의 절대치가 허용온도차 Td 이상인지 여부의 판별을 한다(스텝 S 10).
(검출온도 T) - (설정온도 To)의 절대치가 허용온도차 Td 이상이 아닌 경우에는 (스텝 S 10 부정), 가공을 속행하고 (스텝 S 11), 상술의 온도판별을 가공종료까지 반복한다. (스텝 S 12).
이에 대하여, (검출온도 T) - (설정온도 To)의 절대치가 허용온도차 Td 이상이면 (스텝 S 10 긍정) 버저(40)를 경보 동작시키고 (스텝 S 13), 가공정지 지령을 제어장치(10)로 출력하여 가공을 강제 정지한다. (스텝 S 14).
이에 따라 작업자는 집광렌즈(20)의 온도가 허용온도이외로 된것을 정확하게 알 수가 있고 또 이때에는 가공이 강제 정지됨으로써 가공불량의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
(제 7 의 실시의 형태)
도 10, 도 11 은 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 7 의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치는, 집광렌즈(20)의 온도를 일정하게 유지하고 오도 변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하는것이며 집광렌즈(20)에 히터(41)와 온도센서(26)가 내장되어 있다. 히터(41)는 히터전원(42)으로부터 전력이 공급되고 온도센서(26)에 의해 검출되는 렌즈온도가 일정치에 유지되도록 집광렌즈(20)을 가열한다.
이에 따라 주위온도의 변동이나 레이저 가공장치의 발열에 관계없이 집광렌즈(20)의 온도가 일정치에 유지되고 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치의 변위가 생기는 것이 회피되며 장시간 연속 운전에서도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
(제 8 의 실시의 형태)
도 12 는 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 8 의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치도 집광렌즈(20)의 온도를 일정하게 유지하고 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하는 것이며 히터(41)에 대신하여 온도 제어부재로서 집광렌즈에 펠티어(peltier)소자(43)가 설치되어 있다.
펠티어소자(43)는 제어 전원(44)에 의해 통전이 제어되고 통전방향에 의해 가열작용 냉각작용을 하며 온도센서(26)에 의해 검출되는 렌즈온도가 일정치에 유지되도록 집광렌즈(20)의 온도를 조정한다.
이에 따라 주위온도의 변동이나 레이저 가공장치 자체의 발열에 관계없이 집광렌즈(20)의 온도가 일정치에 유지되고 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치 변위가 생기는 것이 회피되며 장시간 연속 운전에서도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 한다.
(제9의 실시의 형태)
도 13, 도 14는 이 발명에 의한 레이저가공장치의 제9의 실시의 형태를 표시한다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치는, 집광렌즈(20)의 온도를 일정하게 유지하고 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하도록 집광렌즈(20)가 단열포장되어 있다.
단열포장은, 집광렌즈의 외측에 금속등으로 구성된 외통체(44)를 동심배치하고, 집광렌즈(20)와 이것을 둘러싸는 외통체(44)와의 사이에 정해지는 단열공간에 글라스울(glass wool)등의 단열재(45)를 충전함으로써 되어 있다.
외통체(44)의 상단부와 하단부에는 상술한 단열공간의 상단과 하단을 밀폐하도록 윈도실트플레이트(46)이 부착되어 있다.
윈도실드플레이트(46)는 세레늄화아연등의 재질로 구성되고 레이저광을 투과시킬수 있다.
이에 따라, 집광렌즈(20)가 외부로부터 단열차단되고, 주위온도의 변동등에 관계없이 집광렌즈(20)의 온도변화가 억제되어 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치변위가 생기는 것이 회피되고 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
(제 10의 실시의 형태)
도 15는 이 발명에 의한 레이저가공장치의 제10의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치는, 집광렌즈(20)의 온도를 일정하게 유지하고, 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하도록, 집광렌즈를 구성하는 렌즈(47)와, 렌즈마운트링(48)과의 사이에 폴리스틸렌폼이나 염화비닐등 열전도율 팽창율이 0.036kcal/mhdeg 정도의 단열소재로 되는 링상의 단열부재(49)가 끼워져 있다.
이에 따라 레즈마운트링(48)으로부터 렌즈(47)로의 전열을 방지할 수 있고 집광렌즈를 외부로부터의 열영향에서 보호할 수 있다.
따라서 주위온도의 변동등에 관계없이 집광렌즈의 온도변화가 억제되고 초점거리 어긋남에 의한 가공위치변위가 생기는 것이 회피되며 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
(제 11의 실시의 형태)
도 16,도 17은 이 발명에 의한 레이저가공장치의 제11의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치도, 집광렌즈(20)의 온도를 일정하게 유지하고, 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하도록 렌즈마운트링(48)의 링상렌즈보존면(47a)에 침상돌기(50)가 등간격을 두고 복수개 형성되어 있으며 침상돌기(50)에 의해 집광렌즈를 구성하는 렌즈(47)를 다점 지지한다.
이에 따라, 렌즈(47)와 렌즈마운트링(48)과의 접촉면적이 대단히 적게되고, 렌즈마운트링(48)으로부터 렌즈(47)로의 전열량이 적게되며, 집광렌즈를 외부로부터의 열영향에서 보호할 수 있다.
따라서, 주위온도의 변동등에 관계없이 집광렌즈의 온도변화가 억제되고, 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치변위가 생기는 것이 회피되며 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
도 18은 제 11의 실시의 형태의 변형예를 표시하고 있다.
도 18에 표시되어 있는 실시의 형태에서는 렌즈마운트링(48)의 링상렌즈보존면(48a)에 침상돌기(50)대신에 반구상돌기(51)가 등간격을 두고, 복수개 형성되어 있으며, 반구상돌기(51)에 의해 집광렌즈를 구성하는 렌즈(47)를 다점 지지한다.
이 경우도 렌즈(47)와 레즈마운트링(48)과의 접촉면적이 대단히 작게되고, 렌즈마운트링(48)으로부터 렌즈(47)로의 전열량이 적게되며, 집광렌즈를 외부로부터의 열영향에서 보호할수 있다.
(제 12의 실시의 형태)
도 19는이 발명에 의한 레이저가공장치의 제12의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치도 집광렌즈(20)의 온도를 일정하게 유지하고, 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하도록, 렌즈마운트링(48)의 링상렌즈보존면(48a)에 원주방향으로 연속한 돌출부(52)가 형성되어 있고, 돌출부(52)에 의해 집광렌즈를 구성하는 렌즈(47)를 선접촉지지한다.
이에 따라, 렌즈(47)와 렌즈마운트링(48)과의 접촉면적이 적게되고 렌즈마운트링(48)으로부터 렌즈(47)로의 전열량이 적게되며 집광렌즈를 외부로부터의 열영향에서 보호할 수 있다.
따라서 주위온도의 변동등에 관계없이 집광렌즈의 온도변화가 억제되고 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치 변위가 생기는 것이 회피되며 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
(제13의 실시의 형태)
도 20은 이 발명에 의한 레이저가공장치의 제13의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치는 집광렌즈(20)의 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하도록 집광렌즈(20)는 4매의 볼록렌즈(53),(54),(55),(56)에 의해 구성되어 있다.
이중, 최상부와 최하부의 볼록렌즈(53),(56)는 셀레늄화아민(Zn Se)등의 광학결정재료와 같이 광학특성이 온도에 의존되기 어려운(온도의존성이 적은것)렌즈재에 의해 구성되고, 중간부분에 배치되어 있는 볼록렌즈(54),(55)는 종래와 같은 계루마늄(G3)등의 광학결정재료와 같이 광학특성이 온도에 의존하기 쉬우나, 레이저광의 집광성이 뛰어난 렌즈재에 의해 구성되어 있다.
중간부분에 배치되어 있는 볼록렌즈(54),(55)는 제11의 실시의 형태와 같이 렌즈마운트링(48)의 링상렌즈보존면(48a)에 형성된 돌출부(52)에 의해 선접촉지지되어 있다.
이 실시의 형태에서는 온도가 변동하는 외기에 직접 접하여 외기온도의 영향을 받기 쉬운 최상부와 최하부의 볼록렌즈(53),(56)는 광학특성이 온도에 의존하기 어려운 렌즈제에 의해 구성되고, 외기의 온도변화가 전달되는 렌즈홀더(21)와 온도에 의존하기 쉬운 재질로 되는 중간배치의 볼록렌즈(54),(55)는 돌출부(52)에 의해 선접촉지지되며 열적으로 절연되어 있으므로 외기의 온도변동에 영향을 받기 어려운 집광렌즈(20)가 얻어진다.
이에 따라 광학특성이 온도에 의존하기 어려운 최상부와 최하부의 볼록렌즈 (53),(56)가 열배리어(barrier)로서 작용하고, 주위온도의 변동등에 관계없이 집광렌즈(20)의 광학특성의 온도변화가 억제되며 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치변위가 생기는 것이 회피되고 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
(제14의 실시의 형태)
도 21은 이 발명에 의한 레이저가공장치의 제14의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치도, 집광렌즈(20)의 온도를 일정하게 유지하고, 온도변화에 의한 초점의 어긋남을 회피하는 것이며, 레이저가공장치의 집광렌즈(20)등이 가공실(60)에 수용되어 있다.
가공실(60)은 순환닥트(61)에 의해 공기조화장치와 같은 온도조정기(62)와 접속되어 있다.
집광렌즈(20)에는 집광렌즈(20)의 온도를 검출하는 온도센서(26)가 부착되어 있고, 온도센서(26)가 출력하는 온도신호는 온도조정기(62)의 온도설정기(63)에 입력되며, 온도조정기(62)는 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도가 온도설정기(63)에 의해 설정된 온도에 유지되도록 가공실(60)에 주는 공기온도를 조정한다.
이에 따라, 지광렌즈(20)의 온도가 온도설정기(63)에 의해 설정된 온도에 유지되고, 외기온도나 레이저가공장치자체의 발열에 관계없이 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치변위가 생기는 것이 없어지며, 장시간 연속운전에서도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
도 22는 제14의 실시의 형태의 변형예를 표시하고 있다.
이 변형실시의 형태에서는 레이저가공장치(100)전체가 항온실온도관리기(64)를 포함하는 항온실(65)에 수용되어 있다.
레이저가공장치(100)는 집광렌즈(20)에 부착된 온도센서(26)에 의해 집광렌즈(20)의 검출온도의 신호를 출력할 수 있고, 그 신호는 항온실온도관리기(64)에 입력되며 항온실온도관리기(64)는 집광렌즈(20)의 온도가 소정의 일정치가 되도록 항온실(65)의 온도를 제어한다.
이에 따라, 이 경우도,집광렌즈(20)의 온도가 소정의 일정치에 유지되고, 외기온도나 레이저가공장치 자체의 발열에 관계없이, 초점거리의 어긋남에 의한 가공위치변위가 생기는 것이 없어지며 장시간 연속운전에서도 고정밀도의 미세가공이 시행되도록 된다.
(제 15의 실시의 형태)
도 23, 도 24는 이 발명에 의한 레이저가공장치의 제15의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치는 기본적으로는 주위온도의 변화나 레이저가공장치자체의 발열이 있어도, 그 영향을 받는 일이 없고, 레이저가공이 시행되며 위치의 어긋남이 없고 안정된 고정밀도의 레이저가공이 시행되도록 집광렌즈 (20)의 온도가 변동하여도, 그 광학특성의 변동량을 집광렌즈(20)에 입사하는 레이저광의 각도조정에 의해 캔슬하는 기구를 구비하고 있다.
이 실시의 형태에서는 캔슬기구는 편향량 지령 보정수단(70)에 의해 구현된다.
편향량지령보정수단(70)은 집광렌즈(20)에 부착된 온도센서(26)에 의해 집광렌즈(20)의 검출온도의 신호를 입력하고, 편향장치, 즉 Y축 갈바노미러(3)를 부착한 Y축 갈바노 스캐너(5)와, X축 갈바노미러(4)를 부착한 X축 갈바노 스캐너(6)에 주는 편향량의 지령을, 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에 따라 보정하는 것이며 이 편향량지령보정수단(70)를 제어장치(10)에 설치할 수 있다.
편향량지령보정수단(70)은 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에 따라서 보정파라미터를 설정하는 보정파라미터설정부(71)와, 가공프로그램로부터 주어지는 위치지령에 대하여 보정파라미터설정부(71)에 의해 설정된 보정파라미터에 의해 집광렌즈 온도보정을 하는 집광렌즈 보정처리부(72)를 포함하고 있다.
다음에 도 25와 도 26을 참조하여, 이 실시의 형태에서의 레이저가공의 순서를 설명한다.
도 25는 제너랄 플로이고, 레이저가공장치의 동작이 개시되면 레이저가공에 앞서서 온도센서(26)에 의해 집광렌즈의 온도측정을 한다(스텝 S20).
다음에 측정된 집광렌즈 온도에 따라서 집광렌즈보정의 파라미터변경처리를 실행하고, 현재의 집광렌즈의 온도에 필요한 보정파라미터를 구한다(스텝 S30).
그후에 레이저가공을 실행하고(스텝 S40), 레이저가공이 종료될때까지(스텝 S50), 스텝 S20~스텝 S40을 루프한다.
레이저가공은 도 26에 표시되어 있는바와같이, 가공프로그램으로부터 가공위치(X,Y)를 판독하고(스텝 S41), 가공위치(X,Y)에 대하여 집광렌즈보정파라미터 변경처리(스텝 S30)를 구한 집광렌즈보정 파라미터를 사용하여 집광렌즈 보정을 실행하며, 집광렌즈(20)의 온도변동에 의한 가공위치의 변위를 없애도록 편향장치에 대한 구동지령(X1,Y1)을 구한다(스텝 S42).
다음에, 구동지령(X',Y')을 편향장치 (Y측 갈바노스캐너(5), X측 갈바노스캐너(6))로 출력하고(스텝 S43), 편향장치에 의한 편향동작에 의해 집광렌즈(20)에 대한 레이저광의 조사위치가 정해진 후에, 레이저광 조사를 실행한다(스텝 S44).
그후에 다시 가공프로그램이 계속인지 여부를 판별하고(스텝 S45), 계속할때에는(스텝 S45부정)가공위치의 판독스텝(스텝 S41)으로부터 재차 반복한다.
상술과 같이, 집광렌즈(20)의 온도를 검출하고 집광렌즈(20)의 온도변동에 의한 가공위치의 변위를 없애도록 편향장치에 대한 지령을 보정하며 집광렌즈(20)에 입사되는 레이저광의 각도를 보정하므로, 집광렌즈의 온도변동이 생겨도 그 영향을 받는 일없이 안정된 고정밀도의 레이저가공이 실시될 수 있다.
도 27~도 29는 이 실시의 형태에서의 레이저가공의 다른 순서를 설명한다.
이 실시의 형태에서는 레이저가공을 할때마다 집광렌즈온도를 검출하고 집광렌즈보정데이터를 갱신한 시점으로부터의 집광렌즈온도의 변화가 허용치를 초과하고 있으면 집광렌즈보정데이터를 갱신한다.
도 27은 제너랄플로이고, 레이저가공장치의 동작이 개시되면 레이저가공에 앞서서 온도센서(26)에 의해 집광렌즈(20)의 온도측정을 한다(스텝 S60).
다음에 온도센서(26)에 의해 검출된 집광렌즈온도 T와 전회의 집광렌즈 보정데이터 갱신시의 집광렌즈온도 To와의 차의 절대치가 미리 설정되어 있는 허용온도편차 Td를 초과하고 있는지 여부의 판별을 한다(스텝 S70).
T-To의 절대치가 허용온도편차 Td를 초과할때에는(스텝 S70증정), 집광렌즈보정갱신처리를 실행한다(스텝 S80).
이 보정갱신에서는 좌표변환함수 fx(X), fy(y)의 함수자체를 갱신한다.
이 갱신처리는 도 28에 표시되어 있는 바와같이, 미리 결정된 정점 P1,P2…Pn가공을 실행하고(스텝 S81), 비젼센서(9)에 의한 가공위치관찰에 의해 각 정점에서의 가공점좌표 q1 , q2 …qn 을 검출하며(스텝 S82), 가공위치오차의 최소자승법에 의해 좌표변환함수 fx(x), fy(y)를 계산함으로써 완료한다(스텝 S83).
집광렌즈보정갱신처리가 완료되면 그 갱신시의 집광렌즈온도 T를 갱신시 집광렌즈 온도 To 로 기억한다(스텝 S90).
T-To 의 절대치가 허용온도편차 To 를 초과하고 있지 않으면(스텝 S70부정)레이저가공을 실행하고(스텝 S100), 레이저가공이 종료될때까지(스텝 S110)스텝 S60~스텝 S100을 루프한다.
레이저가공은, 도 29에 표시되어 있는 바와같이, 가공프로그램에서 가공위치 (X,Y)를 판독하고(스텝 S101), 가공위치(X,Y)에 대하여 집광렌즈 보정변경처리(스텝 S80)로 얻어진 좌표변환함수 fx(X), fy(Y)를 바탕으로 좌표변환을 하며, 집광렌즈(20)의 온도변동에 의한 가공위치의 변위를 없애도록 편향장치에 대한 구동지령(X',Y')를 구한다(스텝 S102).
다음에 구동지령(X',Y')을 평향장치(Y축갈바노스캐너(5), X축 갈바노스캐너(6))로 출력하여 구동지령(X',Y')에 의해 편향장치를 구동한다(스텝 S103).
편향장치에 의한 편향동작에 의해 집광렌즈(20)에 대한 레이적광의 조사위치가 정해진후에 레이저광 조사를 실행한다(스텝 S104).
그후에 다시 가공프로그램이 계속인지 여부를 판별하고(스텝 S105).
계속할때에는(스텝 S105부정)가공위치의 판독스텝(스텝 S101)으로부터 재차 반복한다.
상술과 같이, 편향장치로의 지령좌표를 보정하는 수단을 가짐으로써, 집광렌즈(20)에서 생기는 가공위치의 변위가 캔슬되고, 정밀도좋게 목적하는 가공위치에 가공이 될수 있도록 된다.
상술과 같은 좌표변환함수를 사용하는 대신에 도 30에 표시되어 있는바와같이 가공위치(X,Y)를 편향장치지령좌표(X',Y')로 변환하는 집광렌즈 온도대응의 보정행렬 M를 사용하여 집광렌즈 보정을 하는 것도 가능하다.
보정행렬 M를 사용함으로써 비선형인 위치변위에 대하여도 완전히 보정될 수 있고, 고정밀도의 레이저가공을 실시할 수 있다.
보정행렬 M는 도 28에 표시되어 있는 집광렌즈보정갱신과 같이, 정점 P1,P2…Pn의 가공을 실행하고 비젼센서(10)에 의한 가공위치 관찰에 의해 각 정점에서의 가공점좌표 q1,q2…qn 를 검출하며, 그 정보를 바탕으로 목적하는 가공위치에 정밀도좋게 가공할 수 있도록 최소자능법을 사용하여 결정하고 있다.
도 30에 표시되어 있는 예에서는, 좌표 X,Y의 2차식으로 행렬 M를 구하고 있으나, 더욱 높은 정밀도가 요구되는 경우에는 고차의 식을 사용하여도 된다.
다음에 보정행렬 M 를 사용하여 가공할때의 처리의 흐름을 도 31을 참조하여 설명한다.
우선, 가공프로그램에서 일련의 가공좌표(X,Y)열은 판독하고(스텝 S121), 레이저조사하기 전에 모든 가공점렬에 대하여 보정행렬 M에 의해 지령치를 보정하며(스텝 S122), 보정된 지령치(X',Y')의 보정점렬을 기억한다(스텝 S123).
그후에, 지령치(X',Y')를 편향장치(Y축 갈바노스캐너(5), X축 갈바노스캐너 (6))로 출력하여 구동지령(x',Y')에 의해 편향장치를 구동하고(스텝 S124), 편향장치에 의해 집광렌즈(26)에 대한 레이저광의 조사위치가 정해진후에 레이저광조사를 실행한다(스텝 S125).
그후에 다시 가공프로그램이 계속인지 여부를 판별하고(스텝 S126), 계속할때에는(스텝 S126부정), 편향장치의 구동스텝(스텝 S124)로부터 재차 반복한다.
보정행렬 M는 집광렌즈온도에 따라서 세트되는 것이고 미리 상정되는 집광렌즈의 온도변동범위에 대하여 필요한 분해능의 새김으로 온도를 분할하며, 그 각 온도에서의 최적의 보정행렬 M의 값을 미리 구하고, 이를 도 32에 표시되어 있는 바와같은 온도보정테이블 방식으로 기억할 수도 있다.
온도보정테이블을 구하는 것은, 가공마다에 실시할 필요가 없고, 레이저가공장치의 도입시나 집광렌즈(20)를 교환할때에 실행하는 것으로 충분하다는 것을 알고 있다.
이 경우에는, 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈온도에 대응하는 보정행렬을 메모리에서 판독하여 편향량지령을 보정한다.
이에 따라, 집광렌즈(20)의 온도가 변동안 경우에서도, 레이저가공을 중단하여 집광렌즈보정갱신을 실시할 필요가 없고, 현재의 집광렌즈온도에 대응하는 최적한 보정행렬 M를 설정함으로써, 온도변동에 의한 가공위치에 변동을 억제할 수 있다.
따라서, 자동운전에 의한 연속가공을 실시하고 있을때에 집광렌즈(20)의 온도변동이 발생하여도, 가공을 중단하는 일없이 집광렌즈(20)의 온도의 변동에 따라 보정량이 최적치에 설정될 수 있으므로, 시종 고정밀도로 안정된 레이저가공이 가능하게 된다.
도 33은 상술의 온도보정테이블의 설정하는 순서를 표시하고 있다.
온도보정테이블 설정에 있어서는, 우선, 집광렌즈(20)의 온도를 조정하고(스텝 S131), 온도센서(26)에 의해 집광렌즈 온도 T를 측정한다(스텝 S132),
다음에 매트릭스상의 정패턴가공을 실행하고(스텝 S133), 그 가공결과의 위치오차측정을 비젼센서(10)로 실행하며(스텝 S134), 측정된 오차를 바탕으로 집광렌즈온도 T에서의 보정행렬 M를 계산한다(스텝 S135).
이들의 처리를 집광렌즈의 온도를 필요분해능 새김으로 바꿔서 실시하고 필요한 온도범위에 대하여 반복한다(스텝 S136).
도 34는, 상술과 같이 각 온도에서의 최적의 보정행렬 M의 값을 미리 구해둔 경우의 편향량지령 보정수단(70)을 표시하고 있다.
상술의 좌표변환함수 또는 보정행렬의 갱신은, 도 35에 표시되어 있는 바와 같이 레이저가공할때에 레이저가공에 앞서서 하여도 된다. 도 35에 표시되어있는 플로차트에서는 레이저가공장치의 동작이 개시되면, 레이저가공에 앞서서 집광렌즈 보정의 갱신을 하고(스텝 S140) 그후에 레이저가공을 실행한다(스텝 S150).
이 경우에는 온도센서(26)를 생략할수 있다.
많은 경우, 집광렌즈온도는 짧은시간내에서는 크게 변화하는 일이없다라는 생각에 따라 집광렌즈 보정갱신은 미리 정해진 타이밍, 예컨대 소정시간(1시간 정도)이 경과할때마다 정기적으로 할 수도 있다.
이 경우에는 도 36에 표시되어있는 바와 같이 레이저 가공장치의 동작에 개시되면 레이저 가공에 앞서서, 우선 타이머 t가 타임업인지 여부를 판별한다(스텝 S160).
타임업이 아닌경우에는 즉시 레이저 가공을 실행하고(스텝 S190), 레이저 가공이 종료될때까지 (스텝 S200), 스텝 S160~스텝 A190을 루프한다.
타임업의 경우에는 집광렌즈 보정갱신처리를 실행하고(스텝 S170) 타이머 t를 리세트한다(스텝 S180).
(제 16의 실시의 형태)
도 37은 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 16의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치에서는, 집광렌즈 보정처리부(72')보다 후단에 Y축 갈바노 스캐너(5), X축 갈바노 스캐너(6)의 가변게인 설정기(73),(74)가 결합되어 있다.
가변게인 설정기(73),(74)는 집공렌즈 보정처리부(72')로부터 보정변환후의 좌표치(X",Y")를 입력하고 온도센서(26)에서 집광렌즈 온도정보가 주어지며 집광렌즈온도에 따라서 Y축 갈바노 스캐너(5), X축 갈바노 스캐너(6)의 게인 a,b를 설정한다.
집광렌즈(26)의 온도변동율에 대하여 적당한 온도파라미터인 게인 a,b를 구하면 집광렌즈(20)의 온도변동이 있어도 가공위치의 변위가 없고 가공할수 있다. 또한 집광렌즈(20)의 온도변동을 없애기위하여는, 게인 a,b로서 집광렌즈온도의 1차식으로 충분히 집광렌즈(20)의 온도특성을 없앨수 있는것을 알고있다.
이에 따라, 집광렌즈(20)의 온도변동에의한 가공위치의 변위를 방지할 수 있다.
(제 17의 실시의 형태)
도 38은 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 17의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치에서는 집광렌즈(20)의 집광특성의 온도변동을 캔슬하는 기구로서 가공테이블 구동지령 보정부(75)가 설치되어 있다. 가공테이블 구동지령 보정부(75)는 편향량 지령 보정수단(70)과 같이 온도센서(26)에의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에 따라서 가공프로그램에서 주어지는 가공테이블장치(8)의 위치지령을 집광렌즈(20)의 집광특성의 온도변동 특성에의해 정해진 보정정수 P.q에의해 보정한다.
보정정수 P.q는 집광렌즈(20)의 집광특성의 온도변동특성을 미리 측정함으로써 얻을수 있고 표준온도 To와 온도센서(25)에 의해 검출되는 집광렌즈온도 T와의 차의 값에 보정계수 P.q를 곱함으로써 온도차 대응의 보정계수를 얻어서 가공프로그램에서 주어지는 위치지령 (X,Y)에 보정계수를 곱함으로써 보정후의 위치지령 △X, △Y를 얻고 있다.
이에 따라 집광렌즈(20)의 온도변동에 의해 야기되는 가공위치의 변위가 발생하지 않도록 가공테이블장치(8)를 이동시킬수 있고, 집광렌즈(20)의 온도가 변동되어도 가공위치의 온도변동분을 가공테이블장치(8)의 이동으로 없애도록 작용하므로 정밀도가 좋은 레이저가공이 가능하게 된다.
(제 18의 실시의 형태)
도 39는 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 18의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치에서는 집광렌즈(20)의 집광특성의 온도변동을 캔슬하는 기구로서 집광렌즈(20) 전체를 편향장치에 대하여 광축방향(Z축 방향)으로 변위시키는 렌즈측 Z축 구동기구가 결합되어 있다.
편향장치는 Y축 갈바노미러(3)가 부착된 Y축 갈바노 스캐너(5)와 X축 갈바노미러(4)가 부착된 X축 갈바노 스캐너(6)로되고 이들은 도면표시가 생략된 가대이 부착되어 있다.
렌즈측 Z축 구동기구는 예컨대 이송 나사식의 것이고 상술의 가대에 탑재 고정된 서보모터(80)와 서보모터(80)에의해 회전구동되고 회전에의해 집광렌즈를 Z축방향으로 이동시키는 볼나사(81)와 온도센서(26)에서 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에따라 Z축 지령을 서보모터(80)의 Z축 드라이버(82)에 출력하는 제어회로(83)을 가지고 있다.
렌즈 측 Z축 구동기구는 서보모터(80)에 의한 볼나사(81)의 회전에의해 집광렌즈(20)와 편향장치와의 상대거리를 변화시킨다.
통상, 집광렌즈(20)은 온도가 상승하면 굴절율이 증가하는것을 알고있으므로 집광렌즈(20)에 부착된 온도센서(26)에 의해 검출되는 집광렌즈 온도에 따라서 집광렌즈온도가 증가한때에는 편향장치와 집광렌즈(20)사이의 거리가 짧게 되도록 제어회로(83)에서 구동지령을 내고있다.
따라서, 집광렌즈(20)에 온도변동이 있어도 그 온도변화에 대응한 위치변위분을 캔슬하도록 집광렌즈(20)와 편향장치의 상대거리를 변경함으로써 집광렌즈 (20)에 온도변동에 의한 가공위치변위를 보정할 수 있다.
이에 따라 집광렌즈(20)의 온도변동에 의해 야기되는 가공위치의 변위가 발생되는 것이 회피된다.
(제 19의 실시의 형태)
도 40은 이 발명에의한 레이저 가공장치의 제 19의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치에서는, 집광렌즈(20)의 집광특성의 온도변동을 캔슬하는 기구로서 편향장치에 입사하는 레이저광 L의 입사각도를 조정하는 기구가 결합되어 있다.
이 입사각도 조정기구는 벤드미러(90)을 포함하고 있다. 벤드미러(90)에는, 유니버설 커풀링(universal coupling)등에의한 지점(91)에서 직교하는 2개의 방향(P방향과 Q방향)에 각각 경사가능하게 지지되어 있다. 벤드미러(90)를 P방향, Q방향의 각각에 경사되는 액추에이터로서 압전소자(92),(93)가 벤드미러(90)에 구동연결되어있다.
압전소자(92),(93)은 보정용각도 연산처리부(96)가 출력되는 지령신호에 따라서 정량적으로 구동된다. 보정용각도 연산처리부(96)는 온도센서(26)에서 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에따라서 P축지령과 Q축지령을 압전소자(92),(93)의 드라이버(94),(95)로 출력한다.
압전소자(92),(93)는 전기신호(전압제어)에의해 정량적으로 구동되므로, 온도센서(26)에서 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에 따라서 벤드미러(90)의 각도를 조정할수 있다. 미리 집광렌즈(20)의 온도에대하여 필요한 보정각도의 관계식을 보정용각도 연산처리부(96)에 세트하여두면, 보정용 각도 연산처리부(96)에서 지령되는 보정치에 따라서 레이저광 L가 편향장치에 입사하는 각도 즉, 집광렌즈(20)에 입사하는 각도가 조정되고, 집광렌즈(20)의 집광특성의 온도변동을 캔슬할 수 있다.
이에 따라, 집광렌즈(20)의 온도변동에 기인하는 가공위치 변위의 발생이 회피된다. 따라서 가공시에는 가공위치에 따라서 편향장치의 구동에 따른 집광렌즈(20)의 온도변화에 의해 발생하는 가공위치의 변위분을 보정하도록 벤드미러(90)를 구동하여 각도를 바꿈으로써, 집광렌즈(20)의 온도변동의 영향을 받지않고 고정밀도의 레이저가공이 될수 있다.
(제 20의 실시의 형태)
도 41은 이 발명에의한 레이저 가공장치의 제 20의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치에서는 집광렌즈(20)의 집광특성의 온도변동을 캔슬하는 기구로서, 레이저 광 L의 파장을 가변설정하는 기구가 결합되어 있다. 이 기구는 파장을 가변할 수 있는 파장가변 레이저발진기(200)에의해 구현된다.
파장가변 레이저발진기(200)는, 파장지령 입력단자(201)에 입력되는 파장지령 신호에의해 출력하는 레이저광 L의 파장이 가변되고, 보정회로(202)는 집광렌즈(20)에 부착된 온도센서((26)의 검출온도 T에의해 집광렌즈(20)의 광학특성의 변동을 없애도록 레이저광 L의 파장을 조정한다.
일반적으로, 집광렌즈(20)의 굴절율 n는 파장 λ에 의존하므로, 레이저광 L의 파장 λ를 조정하면 집광렌즈의 온도변동을 캔슬하도록 조정할 수 있다.
이에 따라, 집광렌즈(20)의 온도변동에의한 위치변위를 없애도록 레이저광의파장을 바꿀수 있고 집광렌즈(20)의 온도변동에 기인하는 가공위치 변위의 발생이 회피되며 집광렌즈의 온도변동의 영향을 받지않고 정밀도 좋게 인정된 레이저 가공이 될수 있다.
(제 21의 실시의 형태)
도 42는 이 발명에의한 레이저 가공장치의 제 21의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치에서는, 집광렌즈(20)의 집광거리의 온도변동을 캔슬하는 기구로서 집광렌즈(20)에 입사하는 레이저광 L의 발산각을 조정하는 기구가 결합되어 있다.
이 기구는 어댑티브 옵틱스(adaptive optics)(110)을 포함하고 있다.
어댑티브 옵틱스(110)는 레이저광 L의 반사면의 곡율을 전기신호로 가변할 수 있는 것이고 레이저광 L의 발산각을 조정한다.
도 43에 표시되어 있는 바와 같이 집광렌즈(20)에 입사하는 레이저광 L의 발산각에의해 집광렌즈(20) 통과후의 레이저광 L의 집광점 위치를 변화시킬수 있다. 도 43에서, La는 레이광 L의 발산각이 비교적 작은 경우를, Lb는 레이저광 L의 발산각이 비교적 큰 경우를 각각 표시하고 있다. 레이저광 L의 발산각이 비교적 작은 경우에는, 집광점 Q1에의해 초점거리는 h1으로되고 레이저광 L의 발산각이 비교적 큰 경우에는 집광점 Q2에 의해 초점거리는 h2로된다.
어댑티브 옵틱스(110)는 제어회로(111)가 출력하는 지령신호에 따라서 정량적으로 구동된다. 제어회로(111)는 온도센서(26)에서 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에따라서 지령은 어댑티브 옵틱스(110)의 드라이버(112)로 출력한다.
집광렌즈(20)는 온도에의한 워크 W상에서의 위치변위외에, 초점거리의 온도변동이 있기때문에, 집광렌즈온도에 따라서 어댑티브 옵틱스(110)에의해 레이저광 L의 발산각을 조정함으로써 집광렌즈(20)에의한 레이저광 L의 집광점의 위치를 조정할 수 있고 이 조정에의해 집광점의 위치를 워크표면상에 유지할 수 있으며 이 때문에 집광렌즈의 온도변동이 있어도 안정된 레이저 가공이 가능하게 되고 집광렌즈 온도의 변동에 기인하는 초점의 흐려짐에의한 가공불량을 방지할 수 있다.
(제 22의 실시의 형태)
도 44는 이 발명에 의한 레이저 가공장치의 제 22의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저 가공장치에서는, 집광렌즈(20)의 집광거리의 온도변동을 캔슬하기 위하여, 집광렌즈(20)에 입사하는 레이저광 L의 발산각을 조정하는 기구로서 콜리메이트렌즈위치 조정기구가 결합되어 있다.
콜리메이트렌즈(120)는 광축방향으로 이동가능한 가동렌즈(121)를 포함하고 있다. 가동렌즈(121)에는 서보모터(122)에의해 구동되는 볼나사(123)와 구동연결되고 볼나사(123)의 회전에의해 광축방향으로 변위한다.
서보모터(122)는 제어회로(124)가 출력하는 지령신호에 따라서 구동된다.
제어회로(124)는 온도센서(26)에서 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에따라서 지령을 서보모터(122)의 드라이버(125)로 출력한다.
집광렌즈(20)에 부착된 온도센서(26)의 검출온도에의해 렌즈위치를 제어회로 (124)에서 지령하고 드라이버(125)로 조정함으로써 집광렌즈(20)의 초점거리의 온도변동을 캔슬할 수 있다.
이에 따라, 집광점의 위치를 워크표면상에 유지할 수 있고, 집광렌즈(20)에 온도변동이 있어도 안정된 레이저가공이 가능하게 되며, 집광렌즈온도의 변동에 기인하는 초점흐려짐에 의한 가공불량을 방지할 수 있다.
(제 23의 실시의 형태)
도 45는 이 발명에의한 레이저가공장치의 제 23의 실시의 형태를 표시하고 있다.
이 실시의 형태의 레이저가공장치에서는 집광렌즈(20)의 집광거리의 온도변동을 캔슬하는 기구로서 워크테이블장치(8) 전체를 집광렌즈(20)에대하여 광축방향 (Z축방향)으로 변위시키는 테이블측 Z축 구동기구(가공테이블 높이 조정기구)가 결합되어 있다.
테이블측 Z측 구동기구는 예컨대 이송나사식의 것이고 도시되어 있지 않은 레이저 가공장치의 기대에 고정된 서보모터(130)와 서보모터(130)에의해 회전구동되고 회전에의해 워크테이블장치(8)를 Z축방향으로 이동시키는 볼나사(131)와 온도센서(26)에서 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에 따라서 Z축지령을 서보모터(130)의Z축드라이버(132)로 출력하는 제어회로(133)를 가지고 있다.
가공대상의 워크 W가 탑재되어 있는 가공테이블장치(8)는, 서보모터(130)에의한 볼나사(131)의 회전에의해 Z축높이를 조정한다.
가공테이블장치(8)의 z축높이조정은, 집광렌즈(20)에 부착된 온도센서(26)에의해 검출되는 집광렌즈(20)의 온도에 따라서 미리 상정되어 있는 집광렌즈(20)의 집광위치의 온도변동분을 캔슬하도록 시행된다.
이에 따라, 집광점의 위치를 워크표면상에 유지할 수 있고, 집광렌즈(20)에 온도변동이 있어도 안정된 레이저가공이 가능하게 되며, 집광렌즈온도의 변동에 기인하는 초점흐려짐에 의한 가공불량을 방지할 수 있다.
상술과 같이 이 발명에 의한 레이저 가공장치는 프린트기관, 반도체칩등에서의 수지재나 세라믹스재등의 재료에 천공이나, 절단이나 마킹을 하는 미세한 고정밀도 레이저각공에 적합하다.

Claims (3)

  1. 레이저발진기에서 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖고, 상기 집광렌즈에 집광용의 볼록렌즈군에 더하여 온도보상용의 오목렌즈가 결합되며, 상기 오목렌즈의 굴절율의 온도변화에 의해 상기 볼록렌즈군의 굴절율의 온도변화를 없애고, 상기 집광렌즈의 집광특성이 이 집광렌즈의 온도변화에 의존하지 않는 레이저가공장치에 있어서, 상기 집광렌즈의 블록렌즈군은 셀레늄화 아연으로 구성되고, 상기 오목렌즈는 게르마늄에 의해 구성되어 있는것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  2. 레이저발진기에서 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와, 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖고 상기 집광렌즈를 외기로부터 단열하는 단열수단을 갖는 레이저가공장치에 있어서, 상기 단열수단은 집광렌즈를 구성하는 렌즈를 단열소재에 의한 단열재료를 통하여 지지하는 것임을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  3. 레이저발진기에서 출력된 레이저광의 방향을 변화시키는 편향장치와 상기 편향장치로부터 입사하는 레이저광을 굴절시켜서 가공대상 워크상에 결상시키는 집광렌즈를 갖고, 상기 집광렌즈에 입사하는 레이저광의 각도를 조정하며 집광렌즈온도의 변동에의한 상기 집광렌즈의 광학특성의 변동량을 캔슬하는 캔슬기구를 가지고있는 레이저가공장치에 있어서, 상기 캔슬기구는 상기 편향장치에대한 편향량의 지령치를 보정하는 편향량지령 보정수단인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
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