TW201916961A - 雷射加工機的控制裝置、雷射加工方法及雷射加工機 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠減小光束掃描器校準後的雷射束的入射位置與目標入射位置的偏差之雷射加工機的控制裝置。控制裝置控制具有光束掃描器之雷射加工機，前述光束掃描器掃描從雷射光源輸出之脈衝雷射光束，藉此使加工對象物表面中之脈衝雷射光束的入射位置移動。控制裝置具有控制來自雷射光源的脈衝雷射光束的輸出時序之功能、將使脈衝雷射光束入射之目標位置指示給光束掃描器之功能、及根據實際加工時的脈衝頻率進行光束掃描器的校準之功能。

Description

雷射加工機的控制裝置、雷射加工方法及雷射加工機
本申請主張基於2017年10月24日申請之日本專利申請第2017-204857號的優先權。該申請的所有內容藉由參閱援用於本說明書中。 　　本發明係有關一種雷射加工機的控制裝置、雷射加工方法及雷射加工機。
公知有一種使脈衝雷射光束經由光束掃描器及聚光透鏡而入射到加工對象物並進行加工之雷射加工機（例如專利文獻1）。為了使脈衝雷射光束入射到作為加工對象物之目標位置，在實際加工前進行光束掃描器的校準。 （先前技術文獻） （專利文獻） 　　專利文獻1：日本特開2004-66300號公報
（本發明所欲解決之課題） 　　明確了如下情況：儘管進行了光束掃描器的校準，有時亦產生實際上脈衝雷射光束所入射之位置偏離目標位置之現象。本發明的目的在於提供一種能夠減小光束掃描器校準後的雷射束的入射位置與目標入射位置的偏差之雷射加工機的控制裝置、雷射加工方法及雷射加工機。 （用以解決課題之手段） 　　依據本發明的一觀點， 　　提供一種雷射加工機的控制裝置，前述控制裝置控制具有光束掃描器之雷射加工機，前述光束掃描器掃描從雷射光源輸出之脈衝雷射光束，藉此使加工對象物表面中之脈衝雷射光束的入射位置移動， 　　前述控制裝置具有： 　　控制來自前述雷射光源的脈衝雷射光束的輸出時序之功能； 　　將使脈衝雷射光束入射之目標位置指示給前述光束掃描器之功能；及 　　根據實際加工時的脈衝頻率進行前述光束掃描器的校準之功能。 　　依據本發明的其他觀點， 　　提供一種雷射加工方法，其用光束掃描器來掃描從雷射光源輸出之脈衝雷射光束，並使其依次入射到加工對象物表面的複數個被加工點而進行加工， 　　前述雷射加工方法根據實際加工時的脈衝頻率，一邊使脈衝雷射光束輸出，一邊使脈衝雷射光束入射到評價用試樣的複數個部位， 　　根據實際的脈衝雷射光束的入射位置進行前述光束掃描器的校準。 　　依據本發明的又一觀點， 　　提供一種雷射加工機，其具有： 　　雷射光源，輸出脈衝雷射光束； 　　光束掃描器，掃描從前述雷射光源輸出之脈衝雷射光束，藉此使加工對象物表面中的脈衝雷射光束的入射位置移動；及 　　控制裝置，具有控制來自前述雷射光源的脈衝雷射光束的輸出時序之功能、將使脈衝雷射光束入射之目標位置指示給前述光束掃描器之功能、及根據實際加工時的脈衝頻率進行前述光束掃描器的校準之功能。 （發明之效果） 　　能夠減小光束掃描器校準後的雷射束的入射位置與目標入射位置的偏差。
參閱圖1，對實施例之雷射加工機進行說明。 　　圖1係實施例之雷射加工機的概要圖。雷射光源10輸出脈衝雷射光束。作為雷射光源10，能夠使用例如二氧化碳雷射振盪器。從雷射光源10輸出之脈衝雷射光束經由聲光元件（AOM）11、反射鏡12、光束掃描器13及聚光透鏡14而入射到保持於載物台17之加工對象物30。 　　AOM11依據來自控制裝置20的指示，從由雷射光源10輸出之脈衝雷射光束的雷射脈衝中切出使用於加工中之一部分。被切出之雷射脈衝朝向加工對象物30進行入射，剩下的脈衝雷射光束入射到光束阻尼器15。 　　光束掃描器13接收來自控制裝置20的指示，並在二維方向上掃描雷射束，藉此使加工對象物30的表面中之脈衝雷射光束的入射位置移動。作為光束掃描器13例如能夠使用具有一對電流鏡之電流掃描器。 　　聚光透鏡14使藉由光束掃描器13而被掃描之脈衝雷射光束在加工對象物30的表面（被加工面）聚光。作為聚光透鏡14，能夠使用例如fθ透鏡。 　　載物台17接收來自控制裝置20的指示，使加工對象物30在與其表面平行之二維方向上移動。作為載物台17，例如能夠使用XY載物台。 　　載物台17的上方配置有攝像裝置16。攝像裝置16拍攝保持於載物台17上之加工對象物30或評價用試樣的表面，並生成圖像數據。由攝像裝置16生成之圖像數據被讀入到控制裝置20中。 　　控制裝置20具有控制來自雷射光源10的脈衝雷射光束的輸出時序之功能。進而，控制裝置20具有將使脈衝雷射光束入射之目標位置指示給光束掃描器13之功能。進而，控制裝置20具有如下功能：藉由分析由攝像裝置16獲取之圖像數據而檢測脈衝雷射光束的入射位置，並根據檢測結果進行光束掃描器13的校準。 　　記憶裝置21中記憶有雷射加工中所需資訊，例如加工對象物30的被加工點的位置資訊、加工順序資訊及光束掃描器13的校準結果資訊等。 　　另外，在從雷射光源10至加工對象物30為止的脈衝雷射光束的光路上，有時根據需要而配置透鏡系統及光圈等。 　　接著，參閱圖2，對實施例之雷射加工機的從雷射光源10至加工對象物30為止的光路進行說明。圖2中，用一個虛擬透鏡35來代表在從雷射光源10至加工對象物30為止的光路上配置之光學系統。虛擬透鏡35使雷射光源10的出口10A成像於成像點Pi上。另外，有時在從雷射光源10至加工對象物30為止的光學系統的光軸上形成出口10A的像點，但即使在該情況下，最終出口10A亦成像於成像點Pi上。又，亦有時光圈配置於像點的位置。 　　在加工對象物30的表面配置於從成像點Pi向光學系統的光軸方向（圖1中為高度方向）偏離之位置上之狀態下，載物台17（圖1）保持加工對象物30。例如載物台17具有升降功能，控制裝置20控制載物台17，藉此實現該等偏離之狀態。若將加工對象物30的表面配置於偏離成像點Pi之位置上，則能夠在加工對象物30的表面將光束點縮小為更小。 　　依據本申請的發明者的驗證試驗，明確了若使從雷射光源10輸出之脈衝雷射光束的脈衝頻率發生變化，則有時雷射束的射出方向發生變化。即使雷射束的射出方向發生變化，成像點Pi的位置亦不變。在成像點Pi上進行加工之情況下，在加工位置上不會產生偏離。 　　然而，若將加工對象物30的表面配置於偏離成像點Pi之位置上，則脈衝雷射光束的入射位置與射出方向的變動對應地發生變動。例如沿光路OP1之脈衝雷射光束入射到加工對象物30的表面的點P1上，沿光路OP2之脈衝雷射光束入射到加工對象物30的表面的點P2上。 　　例如，若以雷射束沿光路OP1時的脈衝頻率進行光束掃描器13的校準，且以沿光路OP2之雷射束來進行加工，則導致加工時的脈衝雷射光束的入射位置偏離目標位置。 　　接著，參閱圖3及圖4，對使用了實施例之雷射加工機之雷射加工方法進行說明。 　　圖3係加工對象物30的示意俯視圖。在加工對象物30的表面劃分有複數個單位掃描區域31。在單位掃描區域31的各自的內部劃分有複數個被加工點32。無需移動加工對象物30便能夠使光束掃描器13（圖1）進行動作，藉此能夠使脈衝雷射光束入射到1個單位掃描區域31內的任意的部位。 　　若1個單位掃描區域31內的加工結束，則驅動載物台17，使未加工的單位掃描區域31移動到由光束掃描器13能夠掃描之位置。藉由重複進行該處理，能夠進行所有單位掃描區域31的加工。 　　圖4係使用了實施例之雷射加工機之雷射加工方法的流程圖。首先，控制裝置20獲取與實際加工時的脈衝頻率有關之資訊（步驟S1）。以下，對與實際加工時的脈衝頻率有關之資訊的獲取方法進行說明。 　　記憶裝置21中記憶有在加工對象物30的表面被劃分之複數個被加工點的位置資訊及加工順序的資訊。加工時，在使脈衝雷射光束入射到1個被加工點之後，控制裝置20將目標位置指示給光束掃描器13，接著，使雷射束的入射位置移動至應加工之被加工點的位置。在光束掃描器13穩定之後，控制裝置20指示雷射光源10輸出脈衝雷射光束。在從1個被加工點至下一個應加工之被加工點為止的距離長的情況下，直至光束掃描器13穩定為止的時間變長。因此，脈衝雷射光束的脈衝間隔變長（脈衝頻率降低）。 　　控制裝置20不使脈衝雷射光束從雷射光源10輸出，而使光束掃描器13以脈衝雷射光束的入射位置依次沿著加工對象物30的複數個被加工點之方式進行動作。此時，關於所有被加工點，計測直至光束掃描器13穩定為止的時間。雷射束的入射位置依次沿著單位掃描區域31（圖3）內的所有被加工點之後，獲取與脈衝頻率有關之資訊。對所有單位掃描區域31執行該處理。例如與脈衝頻率有關之資訊中包括各單位掃描區域31的每一個被加工點的光束掃描器13的穩定時間、穩定之後使脈衝雷射光束入射到被加工點之時間（從脈衝雷射光束的輸出指示至實際上輸出脈衝雷射光束為止的延遲時間、脈衝寬度等）。 　　步驟S1之後，使評價用試樣保持於載物台17上，並使評價用試樣的表面與加工時加工對象物30的表面的高度一致。控制裝置20根據與實際加工時的脈衝頻率有關之資訊而確定脈衝頻率。以所確定之脈衝頻率使脈衝雷射光束從雷射光源10輸出，從而使脈衝雷射光束入射到校準用複數個部位（步驟S2）。在直至輸出雷射脈衝時為止光束掃描器13未能及時穩定之情況下，直至光束掃描器13穩定為止使雷射脈衝入射到光束阻尼器15（圖1）。 　　入射到評價用試樣之脈衝雷射光束的脈衝頻率例如設為在步驟S1中獲取之對所有單位掃描區域31進行實際加工時的脈衝頻率的最大值與最小值之間的頻率即可。例如設為實際加工時的脈衝頻率的平均值、最頻值及中央值等的統計量即可。 　　步驟S2之後，控制裝置20驅動載物台17而將評價用試樣配置於攝像裝置16的視角內，拍攝評價用試樣並獲取圖像數據。藉由分析該圖像數據而檢測脈衝雷射光束的入射位置，並獲取入射位置資訊（步驟S3）。 　　步驟S3之後，控制裝置20根據在步驟S3中獲取之脈衝雷射光束的入射位置資訊和對光束掃描器13的目標位置的指示值，進行光束掃描器13的校準（步驟S4）。使校準結果記憶於記憶裝置21中。 　　步驟S4之後，使加工對象物30保持於載物台17上並進行實際加工（步驟S5）。直至所有加工對象物30的加工結束為止，重複進行步驟S5（步驟S6）。 　　接著，對實施例之雷射加工機所具有之優異之效果進行說明。 　　本實施例中，根據實際加工時的脈衝頻率來確定校準時的脈衝頻率，因此能夠提高校準的精度。藉此，能夠減小加工時雷射束的入射位置的位置偏差。 　　接著，對上述實施例的變形例進行說明。 　　上述實施例中，在步驟S1（圖4）中，根據實際加工時的光束掃描器13的動作而獲取與加工時的脈衝頻率有關之資訊。作為其他方法，可以事先固定加工時的脈衝頻率，並以恆定的脈衝頻率進行加工。在直至輸出雷射脈衝時為止光束掃描器13未能及時穩定之情況下，使在直至光束掃描器13穩定為止的期間所輸出之雷射脈衝入射到光束阻尼器15（圖1）。步驟S2中入射到評價用試樣中之脈衝雷射光束的脈衝頻率設為與實際加工時被固定之脈衝頻率一致即可。 　　又，上述實施例中，將對加工對象物30內的所有單位掃描區域31（圖3）進行加工時的脈衝頻率的統計量設為校準時的脈衝頻率。在複數個單位掃描區域31中被加工點的分佈密度具有很大的差異之情況下，實際加工時的脈衝頻率的統計量在每一個單位掃描區域31產生很大差異。該等情況下，對每一個單位掃描區域31進行光束掃描器13的校準即可。校準結果按每一個單位掃描區域31記憶於記憶裝置21中。在進行單位掃描區域31的加工之情況下，使用該單位掃描區域31的校準結果來驅動光束掃描器13即可。 　　上述實施例中，將加工對象物30的表面配置於偏離成像點Pi（圖2）之位置而進行了加工，但在未將加工對象物30的表面偏離成像點Pi（圖2）而進行加工之情況下亦可獲得效果。例如即使在成像點Pi的位置未偏離之情況下，若到達成像點Pi之光路發生變動，則有時光強度的衰減率亦發生變化。若藉由本實施例之方法進行光束掃描器13的校準，則脈衝雷射光束的光路大致被固定，因此能夠抑制光強度的變動，並且能夠提高校準時的位置檢測結果的穩定性。 　　上述實施例及變形例為例示，當然能夠進行在實施例及變形例中所示出構成的局部替換或組合。關於基於實施例及變形例的相同構成之相同作用效果，對每一個實施例及變形例不逐一進闡述。進而，本發明並非係限定於上述實施例及變形例者。例如，能夠進行各種變更、改良以及組合等，這對本領域技術人員來說係顯而易見的。
10‧‧‧雷射光源
10A‧‧‧雷射的出口
11‧‧‧聲光元件（AOM）
12‧‧‧反射鏡
13‧‧‧光束掃描器
14‧‧‧聚光透鏡
15‧‧‧光束阻尼器
16‧‧‧攝像裝置
17‧‧‧載物台
20‧‧‧控制裝置
21‧‧‧記憶裝置
30‧‧‧加工對象物
31‧‧‧單位掃描區域
32‧‧‧被加工點
35‧‧‧虛擬透鏡
圖1係實施例之雷射加工機的概要圖。 　　圖2係表示從雷射光源至加工對象物為止的光路之示意圖。 　　圖3係加工對象物的示意俯視圖。 　　圖4係使用了實施例之雷射加工機之雷射加工方法的流程圖。

Claims (7)

  1. 一種雷射加工機的控制裝置，前述控制裝置控制具有光束掃描器之雷射加工機，前述光束掃描器掃描從雷射光源輸出之脈衝雷射光束，藉此使加工對象物表面中之脈衝雷射光束的入射位置移動， 　　前述控制裝置具有： 　　控制來自前述雷射光源的脈衝雷射光束的輸出時序之功能； 　　將使脈衝雷射光束入射之目標位置指示給前述光束掃描器之功能；及 　　根據實際加工時的脈衝頻率進行前述光束掃描器的校準之功能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工機的控制裝置，其中， 　　前述雷射加工機還具有拍攝加工對象物的表面之攝像裝置， 　　根據實際加工時的脈衝頻率，控制前述雷射光源及前述光束掃描器，從而使脈衝雷射光束入射到評價用試樣的複數個部位， 　　分析由前述攝像裝置來拍攝脈衝雷射光束入射後的前述評價用試樣的表面而得到之圖像數據，從而獲取脈衝雷射光束的入射位置資訊， 　　根據所獲取之前述入射位置資訊，進行前述光束掃描器的校準。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工機的控制裝置，其中， 　　前述控制裝置還具有如下功能：在加工對象物的表面位於從前述雷射光源的脈衝雷射光束的出口的成像點偏離之位置上之狀態下，控制前述雷射光源及前述光束掃描器。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工機的控制裝置，其中， 　　前述控制裝置還具有如下功能：不使脈衝雷射光束從前述雷射光源輸出，而使前述光束掃描器以脈衝雷射光束依次入射到加工對象物的複數個被加工點之方式進行動作，從而獲取與實際加工時的脈衝雷射光束的脈衝頻率有關之資訊。
  5. 一種雷射加工方法，其用光束掃描器來掃描從雷射光源輸出之脈衝雷射光束，並使其依次入射到加工對象物表面的複數個被加工點而進行加工， 　　前述雷射加工方法根據實際加工時的脈衝頻率，一邊使脈衝雷射光束輸出，一邊使脈衝雷射光束入射到評價用試樣的複數個部位， 　　根據實際的脈衝雷射光束的入射位置，進行前述光束掃描器的校準。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雷射加工方法，其中， 　　在加工對象物的表面位於從前述雷射光源的脈衝雷射光束的出口的成像點偏離之位置上之狀態下，進一步進行加工。
  7. 一種雷射加工機，其具有： 　　雷射光源，輸出脈衝雷射光束； 　　光束掃描器，掃描從前述雷射光源輸出之脈衝雷射光束，藉此使加工對象物表面中的脈衝雷射光束的入射位置移動；及 　　控制裝置，具有控制來自前述雷射光源的脈衝雷射光束的輸出時序之功能、將使脈衝雷射光束入射之目標位置指示給前述光束掃描器之功能、及根據實際加工時的脈衝頻率進行前述光束掃描器的校準之功能。
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