TW201511875A - 雷射加工機 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題在於：在使雷射光軸對被加工物產生相對性位移的雷射加工處理中，能適當地抑制「於被加工物產生局部性損傷」的情形。 本發明構成具備下述構件的雷射加工機：成為可對被加工物照射雷射光(L)之輸出源的雷射振盪器(14)；和促使由雷射振盪器(14)所輸出之雷射光(L)對被加工物的照射位置移動的掃描機構(11、12)；及存在於與「由雷射振盪器(14)所輸出之雷射光(L)的光軸交匯」的位置，當照射於被加工物之雷射光(L)對該被加工物的移動速度越慢，便使該雷射光(L)之光量越減少的光量調整機構(15)。

Description

雷射加工機
本發明是關於：將雷射光照射至被加工物的任意部位而施以加工的雷射加工機。
對被加工物的任意部位照射雷射光的加工機，是可對被加工物改變其光軸的加工機。就用來改變雷射光軸之方向的具體手段而言，至少採用電流計掃描器與集光透鏡的組合(譬如，請參考下述的專利文獻)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第5221734號公報
在欲採用這種雷射加工機，沿著經曲折的軌跡、或者曲率半徑小之經彎曲的軌跡實施雷射加工的場合 中，位於被加工物上之雷射光的照射位置，是以描繪該軌跡的方式，實行變更雷射光軸的掃描。此時，為了精確地形成所期望的加工痕，有必要使「雷射光軸對被加工物的移動速度」，在該軌跡的角落部減速。雖是如此，使雷射光軸的移動速度減速，將使角落部所承受的能源量變得過大，恐有招致被加工物損傷的疑慮。
第9圖，是顯示反覆地對被加工物照射非連續之脈衝雷射光的加工例。一旦脈衝雷射的頻率為一定(亦即，脈衝雷射的射出間隔為一定)，在實施加工之軌跡的角落部C，脈衝雷射光之照射位置的重疊(overlap)將變大。這現象等同於「角落部C受到複數次脈衝雷射光的照射」，結果將發生局部性的損傷。
相對於此，使脈衝雷射的射出頻率形成可變，並採用「在雷射光軸之移動速度下降的軌跡的角落部C，使頻率下降」的方式進行控制的話，將如第11圖所示，脈衝雷射光之照射位置的重疊不會不當地變大，而認為能使被加工物的損傷疑慮降低。
然而，僅對脈衝雷射的射出頻率進行控制，對於防止被加工物的損傷而言，實際上仍然不夠充分。如第10圖所示，倘若將雷射振盪器的輸出暫定為一定，雖然使脈衝的頻率下降卻形成反比例，由於單發的脈衝所具有的能量變大，終究無法避免「雷射的能量集中於角落部C」的問題。
在雷射加工中調整雷射振盪器的輸出，現實 上有其困難。舉例來說，即使在雷射振盪器的額定範圍內，一旦使輸出等級(output level)下降將使雷射光的輸出值形成不穩定化、或者產生光軸的偏移，致使無法維持加工精度。除此之外，雷射振盪器之輸出控制的回應性(responsive)比所要求的加工速度更慢，雷射輸出的調整無法追上「雷射光軸對被加工物的位移」。換言之，即使欲在雷射加工之軌跡的角落部C將輸出降低，時間上也來不及。
首先著眼於上述問題所研發的本發明，是可適當地抑制在被加工物產生局部性損傷的發明。
本發明是構成具備下述構件的雷射加工機：成為可對被加工物照射雷射光之輸出源的雷射振盪器；和促使由雷射振盪器所輸出之雷射光對被加工物的照射位置移動的掃描機構；及存在於與「由雷射振盪器所輸出之雷射光的光軸交匯」的位置，當照射於被加工物之雷射光對該被加工物的移動速度越慢，便使該雷射光之光量越減少的光量調整機構。
前述雷射振盪器最好形成：輸出脈衝雷射，當照射於被加工物之雷射光對該被加工物的移動速度越慢，便降低該雷射光的射出頻率。
在「前述掃描機構，是促使照射於被加工物之雷射光的光軸方向改變的電流計掃描器」的場合中，前 述光量調整機構是介存於前述雷射振盪器與前述電流計掃描器之間。
根據本發明，在使雷射光軸對被加工物產生相對性位移的雷射加工處理中，能適當地抑制「於被加工物產生局部性損傷」的情形。
0‧‧‧雷射加工機
11、12‧‧‧掃描機構(電流計掃描器(galvanometer scanner))
14‧‧‧雷射振盪器(laser oscillator)
15‧‧‧光量調整機構(可變衰減器(variable attenuator))
6‧‧‧掃描機構(XY平台)
第1圖：是顯示本發明其中一種實施形態之雷射加工機的立體圖。
第2圖：是該雷射加工機中雷射照射裝置內部之光學元件的立體圖。
第3圖：是示意地顯示該雷射加工機之構造的圖。
第4圖：是顯示用來控制該雷射加工機的控制裝置之硬體資源構造的圖。
第5圖：是顯示由該雷射加工機的光量調整機構所產生之雷射光的能源強度與雷射光軸的移動速度之間的關係的時序圖。
第6圖：是該雷射加工機之雷射加工的一例的圖。
第7圖：是示意地顯示本發明之其中一種變形例的圖。
第8圖：是顯示本發明其中一種變形例所採用之可變 全波濾光鏡(variable neutral density filter)的立體圖。
第9圖：是傳統雷射加工機之雷射加工的一例的圖。
第10圖：是顯示傳統雷射加工機中雷射光的能源強度與雷射光軸的移動速度之間的關係的時序圖。
第11圖：是傳統雷射加工機之雷射加工的一例的圖。
參考圖面說明本發明的其中一種實施形態。如第1~3圖所示，本實施形態的雷射加工機0，具備「用來支承成為加工對象之被加工物的設置台4」、及「朝向被加工物照射雷射光L的雷射照射裝置1」，是可對被加工物的任意部位實施雷射加工的加工機。
設置台4，於雷射加工時支承被加工物。設置台4，相對於雷射照射裝置1可呈現不移動，或亦可相對於雷射照射裝置1可沿著x軸方向及/或y軸方向而形成相對性位移。在後者的場合中，有時呈現「設置台4由XY平台6所支承」的態樣。
如第2圖及第3圖所示，雷射照射裝置1具有：雷射振盪器14；和作為「用來掃描由雷射振盪器所產生(振盪)之雷射光L的掃描機構」的電流計掃描器11、12；和將該雷射光L予以聚光而對設置台4上的被加工物進行照射的聚光透鏡13；及介存於雷射振盪器14與掃描機構11、12間的光徑上，作為「用來調整由雷射振 盪器14所射出之雷射光L的光量之光量調整機構」的可變衰減器15。
本實施形態中的雷射振盪器14，是可輸出非連續脈衝雷射L的雷射振盪器，並能控制該脈衝雷射光L的射出頻率(脈衝雷射光L之射出時間的間隔)。
電流計掃描器11、12，可藉由馬達(伺服馬達、步進馬達等)111、121而促使「用來反射雷射光L的電流計鏡(Galvanometer Mirror)112、122」轉動的掃描器。藉由改變電流計鏡112、122的方向，可促使雷射光L的光軸位移。在本實施形態中，兼具「促使雷射光L的光軸朝X軸方向變化的X軸電流計掃描器11」、及「促使雷射光L的光軸朝Y軸方向變化的Y軸電流計掃描器12」，可對位於設置台4上面之雷射光L的照射位置，進行x軸方向及y軸方向的二維控制。
聚光透鏡13，譬如為Fθ透鏡。
可變衰減器15，是可藉由馬達(伺服馬達、步進馬達等)151，促使「用來反射部分的雷射光L，且可供部分透射的衰減器鏡(attenuator mirror)152」轉動的平板轉動型可變衰減器。經衰減器鏡152之雷射光L的反射率，亦即透射率，是對應於衰減器鏡152與雷射光L的光軸之交叉角度而變化。因此，藉由改變衰減器鏡152的方向，可增減射入電流計掃描器11、12之雷射光L的光量，進而可調整「照射於設置台4上之被加工物的雷射光L」的能源強度。
也因為這個緣故，當雷射光L通過衰減器鏡152時，其光軸如第3圖所示產生曲折而偏移。有鑑於此，另外配置「用來消除該光軸偏移的校正基板(平行平面基板)154」，使射入電流計掃描器11、12之雷射光L的光軸保持成一定。校正基板154，與衰減器鏡152相同，是可藉由馬達(伺服馬達、步進馬達等)153而轉動的構件。校正基板154，是採用使「對雷射光L的光軸形成交叉的角度」與「衰減器鏡152對雷射光L的交叉角度」成為對稱的方式進行操作。
掌管雷射振盪器14；電流計掃描器11、12；可變衰減器15及XY平台6等之控制的控制裝置5，如第4圖所示，是具有處理器5a、主記憶體5b、輔助記憶裝置5c、I/O介面5d等，且這些構件是由控制器5e(系統控制器和I/O控制器等)所控制而聯合運作的裝置。輔助記憶裝置5c，是快閃記憶體、硬碟、或其他裝置。I/O介面5d，有時包含馬達驅動器(伺服控制器)。
控制裝置5所執行的程式，是記憶於輔助記憶裝置5c，當程式執行時，是由主記憶體5b所讀入，並由處理器5a所解讀。控制裝置5，依據程式對電流計掃描器11、12的馬達111、121進行控制，並操作電流計鏡112、122的方向以調整光軸，進而使雷射光L照射至被加工物上之所期望的目標位置座標。除此之外，控制裝置5，對雷射振盪器14下達指令而調整脈衝雷射L的射出頻率，並控制光量調整機構15的馬達151、153而操作衰減 器鏡152及校正基板154的方向，進而調整通過衰減器鏡152之雷射光L的光量。
如第5圖所示，在本實施形態中，是對應於掃描被加工物之雷射光L的移動速度(雷射光L對被加工物之照射位置的速度)，改變脈衝雷射L的射出間隔及可變衰減器15的衰減度。具體地說，雷射光L的移動速度變得越慢，便降低脈衝雷射L的頻率而使射出間隔變長。除此之外，雷射光L的移動速度變得越慢，將使可變衰減器15中雷射光L之光量的衰減程度(雷射光L的反射率)變大，進而減少照射於被加工物之雷射光L的能源強度。
在本實施形態中，是構成具備下述構件的雷射加工機0：成為可對被加工物照射雷射光L之輸出源的雷射振盪器14；和促使由雷射振盪器14所輸出之雷射光L對被加工物的照射位置移動的掃描機構11、12；及存在於與「由雷射振盪器14所輸出之雷射光L的光軸交會」的位置，當照射於被加工物之雷射光L對該被加工物的移動速度越慢，便使該雷射光之光量減少的光量調整機構15。
根據本實施形態，在伴隨著「使雷射光L的光軸對被加工物產生相對性位移」之掃描的雷射加工處理中，能適當地抑制「於被加工物產生局部性損傷」的情形。舉例來說，如第6圖所示，在沿著經曲折的軌跡、或者曲率半徑小之經彎曲的軌跡實施雷射加工的場合中，在 該軌跡的角落部C，雷射光L之光軸的移動速度變慢。雖然這是為了遵循所期望的軌跡以形成經曲折或彎折之加工痕(對導體膜進行切削而成形精細的配線圖型時所必須)的緣故，但是採用本實施形態的雷射加工機0，可藉由光量調整機構15而在軌跡的曲折部使照射於被加工物之雷射光L的光量衰減，而使曲折部所承受之能源的量與其他部位所承受之能源的量形成均等化。
除此之外，由於前述雷射振盪器14形成：輸出脈衝雷射，當照射於被加工物之雷射光L對該被加工物的移動速度越慢，便降低該雷射光L的射出頻率，因此在加工軌跡的曲折部可降低加工物受到損傷的疑慮。
就前述掃描機構而言，可採用「促使照射於被加工物之雷射光L的光軸方向改變」的習知電流計掃描器11、12，能以實用的成本來建構雷射加工機0。接著，由於前述光量調整機構15是介存於前述雷射振盪器14與前述電流計掃描器11、12之間，因此能持續地將「由雷射振盪器14所射出且射入至電流計掃描器11、12之雷射光L的光軸」保持成一定。亦即，光量調整機構15不會對雷射光L之光軸方向造成影響，也不會受到「因被加工物上之雷射光L的目標照射位置所帶來的影響」，因此能維持加工位置的精確度。
本發明並不侷限於以上所詳述的實施形態。雖然在上述實施形態中，為了改變雷射光L對被加工物的照射位置，是藉由電流計掃描器11、12來改變雷射光L 的光軸方向，但亦可採用下述的方式來搭配或者予以取代：利用XY平台6等的驅動裝置，使被加工物相對於雷射照射裝置1移動。在該場合中，該XY平台6等負擔掃描機構的功能。雷射光L對被加工物之移動速度變得越慢，將使可變衰減器15中雷射光L的光量減少，此外，當然能使「雷射振盪器14之雷射光L的射出頻率」下降。
雖然在上述實施形態中，為了消除「當雷射光L通過衰減器鏡152時所產生之光軸的偏移」而配置了校正基板154，並藉由馬達153來操作校正基板154，但倘若能無視光軸的偏移，校正基板154及馬達153則不再需要。在該場合中，並非四個馬達111、121、151、153的同步控制(四軸控制)，而是三個馬達111、121、151的同步控制(三軸控制)，控制變得更容易，且容易提高其精確度。
或者，亦可將衰減器鏡152安裝於馬達153以取代校正基板154。在該場合中形成：雷射光L通過的衰減器鏡152為複數，且能利用馬達151、153個別地控制對前述各衰減器鏡152的角度。倘若如此，除了雷射光L之衰減量的調整速度加倍(可將各衰減器鏡152的角速度合併計算之故)，還能提高雷射光L之衰減量的上限(倘若馬達151、153具有與電流計馬達111、121相同的性能，該馬達153所產生之衰減器鏡152的可動範圍分別為20°左右，只要將兩者合併計算，可更進一步縮減雷射 光L的光量)。
光量調整機構15的具體性態樣，並不侷限於平板轉動型的可變衰減器。舉例來說，可採用第7圖所示之偏光立方體型的可變衰減器來作為光量調整機構15。偏光立方體型可變衰減器15可合併使用：將雷射光L的p偏光成分與s偏光成分的其中一個予以反射，並使另一個透射的偏光光束分離器(Polarizing Beam Splitter)156；及使直線偏光之雷射光的偏光方向改變(扭轉)的1/2波長板155。1/2波長板155，配置成直交於雷射光L的光軸，可藉由馬達(伺服馬達、步進馬達等，圖面中未顯示)，而繞著「與雷射光L的光軸平行的軸」轉動。
一旦使1/2波長板155轉動，通過1/2波長板155之雷射光L的偏光方向將改變。然後，經偏光光束分離器156之雷射光L的反射率，亦即透射率，將對應於雷射光L的偏光成份而變化。因此，藉由改變1/2波長板的轉動角度，可增減射入電流計掃描器11、12之雷射光L的光量，進而可調整「照射於設置台4上之被加工物的雷射光L」的能源強度。
就光量調整機構15的其他例子而言，也考慮採用可變全波濾光鏡(variable neutral density filter)。如第8圖所示，可變全波濾光鏡157，是其光學濃度呈漸層(gradation)狀或階段性增大的濾光鏡。只要藉由馬達(伺服馬達、步進馬達等，圖面中未顯示)使該全波濾光鏡157對雷射光L的光軸形成相對性位移(譬如，沿著與 光軸直交的方向平行移動)，而改變與雷射光L交叉的位置，便可增減透射光量。
其他之各部分的具體性構造，只要在不脫離本發明主旨的範圍內，能有各種的設計變更。
[產業上的利用性]
本發明可適用於：將雷射光照射至被加工物的任意部位而施以加工的雷射加工機。
L‧‧‧雷射光
1‧‧‧雷射照射裝置
4‧‧‧設置台
11、12‧‧‧掃描機構(電流計掃描器)
13‧‧‧聚光透鏡
14‧‧‧雷射振盪器
15‧‧‧可變衰減器
112、122‧‧‧電流計鏡
152‧‧‧衰減器鏡
154‧‧‧校正基板(平行平面基板)

Claims (3)

  1. 一種雷射加工機，具備：成為可對被加工物照射雷射光之輸出源的雷射振盪器；和促使從雷射振盪器所輸出之雷射光對被加工物的照射位置移動的掃描機構；及存在於與從雷射振盪器輸出之雷射光的光軸交匯的位置，當照射於被加工物之雷射光對該被加工物的移動速度越慢，便使該雷射光之光量越減少的光量調整機構。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的雷射加工機，其中前述雷射振盪器，輸出脈衝雷射，當照射於被加工物之雷射光對該被加工物的移動速度越慢，便越降低該雷射光的射出頻率。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載的雷射加工機，其中前述掃描機構，是促使照射於被加工物之雷射光的光軸方向改變的電流計掃描器，前述光量調整機構是介存於前述雷射振盪器與前述電流計掃描器之間。
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