TW436356B - Method and arrangement for the calibration of a laser processing machine for the process of the workpieces - Google Patents

Description

A7 436356 B7__ 五、發明說明（i ) 本發明係關於一種工件處理用之雷射處理機校準時所用 之方法及配置。 工件用雷射之處理或加工已逐漸增加其重要性，首先是 在微處理之範圍內，例如，雷射直接結構上，雷射搪孔上 ，雷射熔化上，雷射軟焊上，雷射刻字上及雷射切削上， 在雷射搪孔及配線構件（導板及多切肩模數）之結構方面可 以製造之孔及導板結構的結構尺寸< 50微米（#πι= ΙΟ-6 meter)，具有20微米導軌結構之模型已經展示出來，在此 種結構精緻性中精確性則佔有極大角色。在目標槪念上應 在< 10微米內。在互栢加工之步驟中所產生之不準確性， 例如*預先成形之射模構件或底質上之搪孔或結構上之不 準確性仍需大幅度的降低。此種不準確性大部分可決定可 達到的結構尺寸，例如，確切平行分離之導軌應顧及其適 當大小的公差，該公差可導致導軌間之較大距離並因而導 致太大的結構尺寸。 從德國專利編號DE4 4 3 7284中習知供雷射線偏轉控制校 準用之方法，其中具有雷射線之一種對光線敏感之介質在 預定位置上照射以產生一測試影像，並緊接著在一分離的 裝置內產生測試影像之部分影像中產生數位化之個別影像 並由此可求出供雷射線的偏轉控制用之校正數據，測試影 像之分離測量不僅花費很多時間，而且必須分離的裝置以 供測量之用，此外，在利用此種方法中僅能校準整個雷射 線裝置，而對個別構件之詳細校準則不可能。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規烙（210 X 297公f ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _一 衣.丨丨 —訂---------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ36356 Λ7 ______B7 五、發明說明（2 ) 從美國專利編號US4，584，455中則習知一種藉雷射線之 助對工件加工之機器，該機器除了一加工雷射線外在各層 之範圍內亦有疊置之雷射線可供支配’其在工件上之位置 可借助於一照相機而被測定’此種測定位置則與一額定位 匱相比較，而加工雷射線之控制’使得能顧及額定位置及 測定位置間之差異。因而，照相機僅有一畫面範圍，該範 圍僅包含工件之一部分，而反映工件之另部分內之差異則 未能顧及。 因此，本發明之目的是能提供一種迅速而可複製之方法 及雷射加工機在校準方面之裝置，使在整個工件範圍內可 確保工件之高精確性的加工》 此種問題之解決辦法可參考申請專利範圍第1項之方法 *及申請專利範圍第6項之裝置。 根據本發明之方法光學圖像是利用兩個互相分離以及相 繼的各種方法步驟爲其特徵《因而，首先測定雷射線用之 偏轉裝置及物鏡，其中一校準靠放在工件上並在目鏡前位 置，而由物鏡及偏轉裝置所產生該校準板之圖像則用一照 相機測定。照相機之視野因而由偏轉裝置在校準板上控制 而發動。因而，包含工件在內之整個範圍均被校準。由於 偏轉裝置及物鏡經常保持在一共同的光路，由於該兩單元 所引起的圖像誤差可在照相機內分析，存儲並在容後工件 之加工中予以顧及。在第二步驟中使由雷射光所產生之各 構件特性化。此外，由雷射源及形成雷射光的裝置所產生 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -------------裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局'員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 43635 6 a? _—_B7_______ 五、發明說明（） 雷射線則經由偏轉裝置而在測試板上記錄一預定的模型（ 測試記號），該測試記號可緊接著被測定並因而在顧及已求 出偏轉裝置及物鏡的圓像誤差之情況下可在光學偏移上完 成一次推斷，此種光學偏移是由於雷射源及形成雷射線之 裝置所引起，光學偏移爲預定額定位置及實際位置間之測 試記號差異，此種光學偏移則被存儲並可顧及容後之工件 加工。如同申請專利範圍第2項中所採用有利之方式，當 照相機經由偏轉裝置及物鏡而在測試板上測量時，該方法 並不需要特別的裝S對測試記號測量。 當雷射光用之一透明鏡被安排/在形成雷射線之裝置及偏 轉單元間之射線路線內時，對本方法所構成之光學結構則 按照申請專利範圍第3項特別有利，使得該透明鏡在照相 機內可反射校準板及/或測試板間之測量用的光線。 在有利的方式中工件在光學構造上之影響則按照申請專 利範圍第4項之發展而顧及《此外，在工件上所裝設之參 考點則由照相機接納並緊接著將測定之影響存儲並顧及容 後之加工。 按照申請專利範圍第5項特別在應用本方法時對非平面 之工件的構造中應顧及由於以前已確定之數據對非平滑性 之影響，使得諸如拱形的基質亦可用雷射加工機加工。 爲了能有利地賁施本方法可按照申諝專利範圍第6項之 裝置’其中應包括爲本方法所需要的設備。 爲了拱形工件之加工則提供按照申請專利範圍第7項之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） -----------— IX ^------- I ^-------1—^, - (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 at d 3 63 5 6 [37 __ 五、發明說明（4 ) 裝置，其中利用調制裝置可配合圖像焦點之光學路線並經 由物鏡而至工件之適當拱形上。 本發明將參照附圖並以實例方式詳述於後’圖式簡單說 明如下： 第1圖：雷射加工機之示意配置圖，並有關工件或一測 試板之結構及/測量° 第2圖：雷射加工機之示意配置圖*並有關一校準板之 測量。 第3圖：雷射加工機在工件構造時之示意配置圖。 因而，在顯示之雷射加工機1中，藉一雷射線2之助製 成在一工件1 4內之結構。該結構因而可利用搪孔，熔化* 熔接或切削而形成。雷射光2是從一雷射源4中產生並經 過裝置5使電射線2放大。爲了雷射光2之光學路線受到調 制則雷射光的路線內緊接著裝設一調制裝置6 ，並在雷射 光經由偏轉裝置7及物鏡δ在諸如拱形工件14上製造結構 ‘之前。在偏轉裝置7內例如設有兩個互相垂直而在圖中未 繪出之反光鏡，該兩反光鏡可將雷射光移動至工件14之表 / 面上，使得利用該偏轉的雷射光9可在工件14之整個平面 上加工。供雷射光放大用之裝置5及雷射光2之光學路線 調制用之裝置6因而構成雷射光2的形成用之裝置。供雷 射光2的光學路線調制用之裝匱6則由一控制裝置13所控 制，因而，雷射光2之焦點將向物鏡8之方向移動，換言 之，在雷射光2之傳播方向移動。利用此種控制則可使雷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------- ---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 3 6 3 5 6 Λ7 ___Β7___ 五、發明說明（穸） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 射光2之焦點在一工件14之拱形結構上配合。爲了偏轉裝 置7及物鏡8之圖像誤差測定則在調整光學路線用之裝置6 及偏轉裝置7間之雷射光路線內裝設一個部分透明鏡10 » 例如，該反射鏡10可對雷射光2爲透明，而且，亦可反射 由物鏡8及偏轉裝置7從工件14方向進入之光線至一照相 機1 1內，該照相機同樣亦與控制裝置1 3相連接以供評估 之用，在圖中未繪出之同樣可能的實例型式中，其反射鏡 10對從工件14之方向進入之光線透明，但是，却反射在工 件14之方向內之雷射光2。 經濟部智慧财產局員工消費合作社印製 供雷射加工機1校準用之方法現敘述如下：如在第2圖 中所示，首先，一校準板3及在校準板3上之模型（例如* 具有預定晶格距離之一晶格）利用物鏡8及偏轉裝置7並經 由反射鏡10.而在照相機Π內形成圖像。控制單元13因而 可控制偏轉裝置7，使得校準板3的圖像之雷射路線在整 個校準板3上移動。根據校準板3之記號使雷射路線並因 而使物鏡8，偏轉裝置7，反光鏡10以及照相機11之圖像 誤差特性化。已知之圖像誤差則存儲在控制裝置13內，並 在緊接著的工件3之加工中予以補償。 在本方法之第2步驟中在校準板3上裝設一測試板15， 例如，該測試板可由鋁製成，並在物鏡前面定位。雷射光2 則經由偏轉裝置7之一預定控制而在測試板15上記載一預 定模型（測試記號）。該測試記號之位置則校準板之圖像的 雷射路線而從反射鏡10上進入照相機內並形成圖像。在控 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNSMO見格（210 >= 297公t ) A7 436356 __B7____ 五、發明說明（/ ) 制裝置1 3內則在顧及已求出之圔像誤差之情況下，在測試 記錄之結構出現時可求出光學的偏移並予以存儲並可顧及 工件之配備· 例如，拱形工件14之加工則如在第3圖中所示，並可求 工件14幾何吠及/或光學圖像特性之影響。此外，已在工 件14上存在的各參考點則經由物鏡8及偏轉裝匱7以及反 射鏡10而在照相機11內形成圖像。在控制裝置13內則從 以前已求出之圖像誤差而求出工件影響之光學偏移，本方 法可緊接著利用同類之工件以控制供調制光學路線用之裝 置，使得雷射光2之焦點方位最好是在工件14之表面上。 主要元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 雷 射 加 工 機 2 雷 射 線 3 校 準 板 4 雷 射 源 5 雷 射 線 擴 大 用 之 裝 置 6 電 射 線 之 光 學 路 線 調 制用之裝置 7 偏 轉 裝 置 8 物 鏡 9 偏 轉 之 電 射 線 10 反 射 Arts 鏡 11 照 相 機 12 校 準 板 圖 像 之 射 線 路 線 規格（210 X 297公釐） '4 3 635 6 A7 __B7 五、發明說明（1 ) 13 控制裝置 14 工件 15 測試板 z 電射線之傳播方向 (請先閱讀背面之汍意事項再填寫本頁) 1^-------'—訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f )

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 第88 1 1 1 5 85號「工件處理用之雷射處理機校準時所用之方 法和配置」專利案 （89年12月修正） Λ申請專利範圍： 1. 一種工件（14)處理用之雷射處理機（1)校準時所用之方 法，包括：雷射源（4);形成雷射線（2)所用之裝置（5,6): 偏轉單元（7)，以供雷射線（2)及物鏡（8)之用，其中 測試板（15)取代工件（14)而定位在物鏡（8)前面，藉一 預定的偏轉單元（7)之控制使測試板（15)上藉由雷 射線（2)而寫上一測試記號且 測定該測試記憶之位置， 其特徵爲：校準板（3)取代上述待加工之工件（14)而 定位在物鏡（8)前面， 照相機（11)攝取此種經由物鏡（8)及偏轉裝置（7)而在 校準板（3)上所產生之圈像，其中照相機（11)之視野經 由偏轉單元（7)之控制而在校準板（3)上移動， 在連接於照相機（11)之後的控制單元（13)中這些經由 偏轉單元（7)，物鏡（8)及照相機（11)所引起之圖像誤差 是由圖像所決定， 由所測定之測試記號之位置並在考慮圖像誤差之情 況下決定雷射源（4)-及形成雷射線（2)所用之裝置（5,6) 之光學偏後* 將光學偏移及圖像誤差存儲並可在工件（14)之加工期 間作爲補償之用。 2. 如申請專利範圍第1項之工件（14)處理用之雷射處理機 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線丨- 436356 § _ D8 六、申請專利範圍 (1)校準時所用之方法，其中照相機（11)之視野是藉由 偏轉單元（7)而在測試板（15)上面移動並可測定測試記 號之位置。 3. 如申請專利範圍第1或2項之工件（14)處理用之雷射處 理機（1)校準時所用之方法，其中有關校準板（3)之圖像 則利用一反射鏡（10)而轉向至照相機（11)上，該反射鏡 (10)被裝設在形成雷射線（2)用之裝置（5,6)及偏轉單元（7) 間之雷射路徑內且對雷射光（2)是透明的，但是對照相 機（11)容納校準板（3)時所用之光線而言是具有反射性 的。 4. 如申請專利範圍第1或2項之工件（14)處理用之雷射處 理機（1)校準時所用之方法，其中以待加工的工件（14) 上之照相機（11)可攝取各參考點：在控制單元（13)內並 在考慮圖像誤差及光學偏移之情況下可決定工件在圖 像上之影響，並予以存儲以顧及在工件（14)中之加工。 5. 如申請專利範圍第3項之工件（14)處理用之雷射處理機 (1)校準時所用之方法，其中以待加工的工件（14)上之 照相機（11)可攝取各參考點；在控制單元（13)內並在考 慮圖像誤差及光學偏移之情況下可決定工件在圖像上 之影響，並予以存儲以顧及在工件（14)中之加工。 6. 如申請專利範圍第4項之工件（14)處理用之雷射處理機 (1)校準時所用之方法，其係用來提供數據使非平面的 工件（14)結構化，其中工件（14)處理用之雷射線（2)之光 學路徑可由裝置（6)來改變以便調整光學路徑’該路徑 -2- ^本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^1 II ϋ ^OJ· .^1 n n f I I I ts I I n n tf n n K I 4 3635 6 g DS 六 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 申請專利範圍 亦受控制裝置（13)所控制，使得圖像之焦點能經由物鏡 (8)而對應於工件（14)之幾何形狀來調整。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7. —種工件（14)處理用之雷射處理機（1)校準時所用之配 置，特別是可實施如申請專利範圍第1至6項中任一 項之方法，該配置具有： 一種雷射源（4)， 一種裝置（5,6)，以供形式雷射線（2)之用， 一種雷射線（2)用之偏轉裝置（7)， 一種照相機（11)，以供工件（14)之視覺觀察之用， 一種控制裝置（13)，以供偏轉裝置（7)，照相機（11)及 形成雷射線用之裝置（6)之用， 一種物鏡（8)，可將偏轉之雷射線（2)聚集在工件（14) 上， 在雷射路徑內具有一種部分透明的反射鏡（10)，該反 射鏡（10)可將雷射線偏轉至工件（14)之方向中且使工 件（14)之光線偏轉至照相轉（11)之方向中，其特徵爲： 部分透明的反射鏡（10)被安裝在此種形成雷射線（2) 用之裝置（5,6)及偏轉裝置（7)之間。 8. 如申請專利範圍第7項之雷射處理機（1)校準時所用之 配置，其中形成雷射線（2)所用之裝置（5,6)包含一種供 雷射線（2)傳播用之裝置（5)及一種供雷射線（2)之光學路 徑調制用之裝置（6)。 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐）