TWI511821B - Laser processing machine - Google Patents

Description

雷射加工機

本發明，是有關於將雷射光照射在被加工物的任意處進行加工的雷射加工機。

在將雷射光照射在被加工物的任意處的加工機中，具有使光的光軸變化者。將光的光軸變化用的具體的手段，多是採用檢流掃描儀(Galvano scanner)及集光透鏡的組合(例如下述專利文獻)。

使雷射光的光軸變化的掃描，是藉由檢流掃描儀等的旋轉定位誤差及由集光透鏡所產生的光學的變形而發生對於平面座標系的誤差。雷射加工時，有需要將該誤差預先去除。

習知，是在測試塊雷射加工試驗用的圖型，然後將其由顯微鏡觀察測量試驗用的圖型及實際形成的圖型的誤差，將使減少其誤差的修正量加於檢流掃描儀等的指令值。

但是將形成於測試塊的圖型由顯微鏡調査是非常地花費時間，且因為在加工機的組裝調整和交付貨物 調整必需進行這種修正作業，所以在作業現場必需要有高精度的顯微鏡。進一步，因為在雷射振盪器的光學調整和集光透鏡的交換時也進行修正作業，所以必需每次將顯微鏡帶入加工機的設置場所。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-068270號公報

本發明的所期的目的為提供一種雷射加工機，可以簡便地校正雷射光的照射位置的誤差。

本發明的雷射加工機，是將雷射光照射在被加工物進行加工，其特徵為，具備：可以將雷射光的光軸變化朝所期的目標照射位置照射光的雷射照射裝置、及承受雷射光的照射並檢出其照射位置的光檢出感測器(Beam detection sensor)、及將前述雷射照射裝置對於前述光檢出感測器移動的驅動裝置，朝前述雷射照射裝置指示目標照射位置來操作雷射光的光軸的方向，並且藉由前述驅動裝置將雷射照射裝置移動使從同雷射照射裝置射出的雷射光照射在被設定於前述光檢出感測器上的照準位置，得知藉由前述光檢出感測器被 檢出的實際的照射位置及前述照準位置的誤差，在加工時為了將雷射光照射目標照射位置而決定應朝雷射照射裝置或驅動裝置給與的指令的修正量。

即，透過在目標照射位置附近所在的光檢出感測器，直接地測量雷射光的照射位置及其誤差。如此的話，可簡便地進行照射位置的校正。此外校正時，因為不是只有使從雷射照射裝置射出的雷射光的光軸變位，也使雷射照射裝置本身移動，所以可以使接受雷射光照射的光檢出感測器的尺寸減小。

對於前述雷射照射裝置，進一步具備控制裝置，具有：照射位置指令部，是對於前述雷射照射裝置，進行將雷射光照射在目標照射位置用的指令；及裝置位置指令部，是對於前述驅動裝置，使從前述雷射照射裝置射出的雷射光照射在前述照準位置的方式進行使雷射照射裝置移動用的指令；及誤差取得部，是透過前述光檢出感測器取得實際的照射位置及前述照準位置的誤差；及修正量記憶部，是記憶：依據由前述誤差取得部取得的誤差，在加工時為了將雷射光照射在目標照射位置而決定應朝雷射照射裝置或是驅動裝置給與的指令的修正量的話，校正作業的一部分或全部可不透過人力而自動進行。

前述雷射照射裝置，是具有：將從雷射振盪器被振盪的雷射光掃描的檢流掃描儀、及將其雷射光集光的集光透鏡的話，可以將既有的雷射加工機中的那些流用。

依據本發明的話，可以實現將雷射光的照射位置的誤差簡便地校正的雷射加工機。

L‧‧‧雷射光

X‧‧‧左右方向

Y‧‧‧前後方向

0‧‧‧雷射加工機

1‧‧‧雷射照射裝置

2‧‧‧光檢出感測器

3‧‧‧驅動裝置

4‧‧‧設置台

5‧‧‧控制裝置

5a‧‧‧處理器

5b‧‧‧主記憶體

5c‧‧‧補助記憶裝置

5e‧‧‧控制器

11‧‧‧X軸檢流掃描儀

12‧‧‧Y軸檢流掃描儀

13‧‧‧集光透鏡

31‧‧‧Y軸軌道

32‧‧‧X軸單元

51‧‧‧照射位置指令部

52‧‧‧裝置位置指令部

53‧‧‧校正用位置資料記憶部

54‧‧‧誤差取得部

55‧‧‧修正量記憶部

56‧‧‧加工用位置資料記憶部

57‧‧‧加工時控制部

111，121‧‧‧步進馬達

112，122‧‧‧鏡子

321‧‧‧X軸軌道

322‧‧‧台車

[第1圖]顯示本發明的一實施例的雷射加工機的概要的立體圖。

[第2圖]顯示同雷射加工機中的雷射照射裝置的立體圖。

[第3圖]顯示同雷射加工機的硬體資源構成的圖。

[第4圖]同雷射加工機的功能方塊構成圖。

[第5圖]顯示同雷射加工機在校正時實行的處理的手續的流程圖。

[第6圖]顯示同雷射加工機在加工作業時實行的處理的手續的流程圖。

將本發明的一實施例參照圖面進行說明。如第1圖所示，本實施例的雷射加工機0，是具備：設置被加工物(無圖示)的設置台4、及朝向設在設置台4的被加工物照射雷射光L的雷射照射裝置1，可以在被加工物的任意處施加雷射加工。

在本實施例中，被加工物，是設想為如捲取 在滾子的薄膜的非常地長條的物體、或大形的物體。且，例如，從一方的滾子將被加工物吐出，一邊朝另一方的滾子捲取，一邊橫跨被加工物廣範圍地施加雷射加工。因此，在本實施例的雷射加工機0中，雷射照射裝置1可朝前後左右移動，且從雷射照射裝置1射出的雷射光L的光軸可朝前後左右變位。

雷射照射裝置1，是藉由驅動裝置(或XY載台)3，對於設置台4大致平行地移動。驅動裝置3，是具備：朝前後方向延伸的Y軸軌道31、及朝Y軸軌道31被導引朝前後方向行走並且朝左右方向擴張並在其上部設置X軸軌道321的X軸單元32、及朝X軸軌道321被導引並左右方向行走的台車322。X軸單元32、台車322皆是將線性伺服可動子作為驅動源的線性馬達台車。雷射照射裝置1，是被支撐於上述的台車322。

在驅動裝置3中，附帶有線性刻度(無圖示)。X軸線性刻度，是檢出雷射照射裝置1的左右方向即X軸方向的位置用的位置檢出機構，Y軸線性刻度，是檢出雷射照射裝置1的前後方向即Y軸方向的位置用的位置檢出機構。X軸線性刻度，其要素例如具有：設在台車322的磁性感測器頭、及以設在X軸單元32的磁性格子條紋為刻度的磁性式帶狀刻度。且，藉由由磁性感測器頭將帶狀刻度的刻度讀取，檢出台車322進一步雷射照射裝置1的X軸方向位置並將顯示其位置座標的訊號輸出。同樣地，Y軸線性刻度的要素，也具有：設在X軸單元32的磁性 感測器頭、及沿著Y軸軌道31設置的磁性式帶狀刻度，檢出X軸單元32進一步雷射照射裝置1的Y軸方向位置並將顯示其位置座標的訊號輸出。

總而言之，驅動裝置3，是可以將雷射照射裝置1無誤差地定位在任意的XY座標。

如第2圖所示，雷射照射裝置1，是具有：雷射振盪器(無圖示)、及將從雷射振盪器被振盪的雷射光L掃描的檢流掃描儀11、12、12、及將該雷射光L集光的集光透鏡13。

檢流掃描儀11、12，是將雷射光L反射的鏡子112、122由伺服馬達、步進馬達等111、121轉動者，可以使光L的光軸變化。在本實施例中，各具備：將光L的光軸朝X軸方向變化的X軸檢流掃描儀11、及將光L的光軸朝Y軸方向變化的Y軸檢流掃描儀12，可以將光L的照射位置朝XY二次元方向控制。集光透鏡13，是例如F θ透鏡13。

照射在設在設置台4的被加工物的雷射光L的照射位置，會受到檢流掃描儀11、12的旋轉定位誤差的影響。且，由集光透鏡13所產生的光學的變形也會發生。雷射光L的照射位置的誤差，是具有隨著與檢流掃描儀11、12的掃描範圍的中央的距離愈遠離愈大的傾向。在第2圖的符號A，是示意地顯示該樣子。

將XY載台3及檢流掃描儀11、12控制的控制裝置5，是如第3圖所示，具有處理器5a、主記憶體 5b、補助記憶裝置5c、I/O介面5d等，這些是藉由控制器5e(系統控制器和I/O控制器等)被控制而合作動作者。補助記憶裝置5c，是快閃記憶體、硬碟裝置(HDD)、其他。I/O介面5d，也有包含伺服驅動器(伺服控制器)。

控制裝置5所實行的程式，是被記憶在補助記憶裝置5c，程式實行時，讀入主記憶體5b，藉由處理器5a被解讀。且，控制裝置5是藉由程式，第4圖所示，發揮作為照射位置指令部51、裝置位置指令部52、校正用位置資料記憶部53、誤差取得部54、修正量記憶部55、加工用位置資料記憶部56、及加工時控制部57的功能。

照射位置指令部51，是對於雷射照射裝置1，進行將雷射光L朝目標照射位置照射用的指令。具體而言，朝顯示目標照射位置的XY座標照射雷射光L，朝檢流掃描儀11、12將對應該XY座標的控制訊號輸入並操作鏡子112、122的角度。

裝置位置指令部52，是對於驅動裝置3，進行將雷射照射裝置1朝目標照射位置的附近移動用的指令。具體而言，將雷射照射裝置1定位在顯示雷射照射裝置1的移動目的地的XY座標，將對應該XY座標的控制訊號朝驅動裝置3輸入來操作X軸單元32及台車322的位置。

校正用位置資料記憶部53，是記憶校正用的位置資料。在本實施例中，將雷射光L照射在XY平面座 標系的複數點，檢出各點中的照射位置的誤差，決定各點的修正量。通常，因為進行100點至200點的誤差的檢出及修正量的決定，所以將該100點至200點的XY座標作為校正用位置資料記憶。

誤差取得部54，是取得雷射光L的目標照射位置及實際的照射位置的誤差。即，取得上述的校正用位置資料的XY座標、及以其XY座標為目標照射雷射光L時的實際的照射位置的XY座標的誤差。對於取得目標照射位置及實際的照射位置的誤差的具體手法，是如後述。

修正量記憶部55，是記憶：依據雷射光L的目標照射位置及實際的照射位置的誤差，在加工時為了照射在該目標照射位置而決定應朝雷射照射裝置1給與的指令的修正量。具體而言，將目標XY座標及X軸方向誤差、Y軸方向誤差代入預定的函數式運算朝檢流掃描儀11、12給與的控制訊號的X軸方向修正量、Y軸方向修正量，將該修正量與先前的目標XY座標連結並記憶在主記憶體5b或補助記憶裝置5c。

加工用位置資料記憶部56，是記憶加工用的位置資料。加工用位置資料記憶部56，是將：限定將雷射光L照射在被加工物的那處用的CAD資料等、或是在加工時照射雷射光L的複數點的XY座標，作為加工用位置資料記憶。

加工時控制部57，是控制雷射照射裝置1，將雷射光L照射於由上述的加工用位置資料被限定的照射 位置。具體而言，將加工用位置資料讀出來得知雷射光L的目標照射位置的XY座標，且讀出與該目標XY座標連結的修正量。與目標XY座標直結的修正量是未被記憶在修正量記憶部55的情況時，讀出與接近目標XY座標的複數座標連結的複數修正量，藉由那些的插補(Interpolation)算出適當的修正量。且，透過照射位置指令部51，將對應已將修正量加味在目標XY座標的座標的控制訊號，朝檢流掃描儀11、12輸入。結果，正確的雷射光L會照射在原本的目標XY座標。

實施使用雷射加工機0的雷射加工時，有需要校正雷射光L的照射位置。照射位置的校正，是藉由將雷射光L照射在光檢出感測器2來進行。

如已述，在本實施例中，被加工物是設想為長條或大形的物體，如此的被加工物是成為將設置台4的大致全域覆蓋。因此，在本實施例中，在不會藉由被加工物覆蓋的設置台4的旁側的部位，配置光檢出感測器2。光檢出感測器2，是例如CCD感測器或CMOS感測器。

設置台4及光檢出感測器2，在雷射加工中或是校正中不會移動。在校正時中，透過驅動裝置3將雷射照射裝置1朝光檢出感測器2的上方的位置移動。

在第5圖，顯示在雷射光L的照射位置的校正時控制裝置5實行的處理的手續例。控制裝置5，是將被包含於所記憶的校正用位置資料的XY座標讀出(步驟S1)，將讀出的XY座標作為目標照射位置照射雷射光L， 操作檢流掃描儀11、12調節雷射光L的光軸(步驟S2)。

進一步，與步驟S2相反，朝向目標照射座標的雷射光L的光軸，是使與設定於光檢出感測器2上的照準位置接觸的方式，操作驅動裝置3並調節雷射照射裝置1的位置(步驟S3)。更具體說明的話，將雷射照射裝置1的垂直下方作為目標照射位置將雷射光L射出時的該目標照射位置的座標是(0、0)，藉由校正用位置資料被指示(且朝檢流掃描儀11、12指示)的目標照射位置的座標是(x、y)時，將雷射照射裝置1，朝只有從光檢出感測器2中的照準位置的正上方沿著X軸方向偏倚-x且只有沿著Y軸方向偏倚-y的位置移動。由此，照射位置的誤差不存在的話，從雷射照射裝置1射出的雷射光L是成為照射在光檢出感測器2上的照準位置。

且，從實際雷射照射裝置1照射雷射光L(步驟S4)，取得：光檢出感測器2上的照準位置、及光檢出感測器2實際感知到雷射光L的位置的與XY座標的X軸方向誤差及Y軸方向誤差(步驟S5)。此誤差，是稱為雷射光L的目標照射位置及實際的照射位置的誤差。

但是控制裝置5，是依據所取得的誤差進行修正量的決定(步驟S6)，記憶所決定的修正量及目標照射位置的XY座標的組(步驟S7)。控制裝置5，是對於被包含於校正用位置資料的全部的目標照射位置，直到決定修正量為止將上述的步驟S1至S7反復(步驟S8)。

在雷射加工作業時，將被加工物設在設置台4 ，並且透過驅動裝置3將雷射照射裝置1復歸至設置台4的上方的位置。

在第6圖，顯示在加工時控制裝置5實行的處理的手續例。控制裝置5，是讀出由記憶的加工用位置資料被限定的目標照射位置的XY座標(步驟S9)，讀出將雷射光L照射在其XY座標時的對於檢流掃描儀11、12之指令的修正量、或藉由插補(Interpolation)取得(步驟S10)。

接著，將對應已將修正量加味在目標照射位置的座標的XY座標的控制訊號朝檢流掃描儀11、12輸入，操作檢流掃描儀11、12(步驟S11)。且，將雷射光L照射(步驟S12)。控制裝置5，是對於被加工用位置資料限定的必要的目標照射位置，直到施加雷射加工為止將上述的步驟S9至S12反復(步驟S13)。

在本實施例中，雷射加工機0，是將雷射光L照射在被加工物進行加工，具備：可以使雷射光L的光軸變化朝所期的目標照射位置照射光L的雷射照射裝置1、及承受雷射光L的照射並檢出其照射位置的光檢出感測器2、及將前述雷射照射裝置1對於前述光檢出感測器2移動的驅動裝置3，朝前述雷射照射裝置1指示目標照射位置將雷射光L的光軸的方向操作，並且藉由前述驅動裝置3將雷射照射裝置1移動使從同雷射照射裝置1射出的雷射光L照射在被設定於前述光檢出感測器2上的照準位置，得知藉由前述光檢出感測器2被檢出的實際的照射位置 及前述照準位置的誤差，在加工時為了朝目標照射位置照射雷射光L而決定應朝雷射照射裝置1給與的指令的修正量。

依據本實施例，可以藉由感測器2直接地測量光L的照射位置及其誤差，即使不花費將形成於測試塊的圖型由顯微鏡觀測的煩瑣的勞力和時間，仍可簡便地進行照射位置的校正。也不需要在現場準備高精度的顯微鏡。

驅動裝置3，可容易充分地確保其精度。驅動裝置3的精度若充分的話，對於光檢出感測器2的雷射照射裝置1的定位精度可被保證。也不要求伴隨集光透鏡13的交換等的光檢出感測器2及雷射照射裝置1的相對位置的再校正。

且即使採用尺寸或面積小的光檢出感測器2，也可最佳地進行照射位置的校正。可以減小光檢出感測器2，是指可由現實的成本提高該光檢出感測器2的解像度，照射位置的校正的精度可增加。

對於前述雷射照射裝置1，因為進一步為具備控制裝置5，具有：進行將雷射光L照射在目標照射位置用的指令的照射位置指令部51；及對於前述驅動裝置3使從前述雷射照射裝置1射出的雷射光L照射在前述照準位置的方式進行將雷射照射裝置1移動用的指令的裝置位置指令部52；及透過前述光檢出感測器2將實際的照射位置及前述照準位置的誤差取得用的誤差取得部54；及 記憶依據由前述誤差取得部54取得的誤差在加工時為了將雷射光L照射在目標照射位置而決定應朝雷射照射裝置1給與的指令的修正量用的修正量記憶部55者，所以校正可不透過人力，可由自動且短時間地進行。

前述雷射照射裝置1，是因為具有：將從雷射振盪器被振盪的雷射光L掃描的檢流掃描儀11、12、及將其雷射光L集光的集光透鏡13者，所以可以將既有的雷射加工機0中的那些流用。

又，本發明不限定於以上詳述的實施例。在上述實施例中，在雷射加工時，對於檢流掃描儀11、12，藉由將對應已將修正量加味在目標照射位置的XY座標的控制訊號輸入，就可修正從雷射照射裝置1射出的雷射光L的光軸的方向。

可取代此，對於驅動裝置3，藉由將對應為了正確地將雷射光L照射在目標照射位置成為必要的修正量的控制訊號輸入，朝將照射位置的誤差相抵消的方向將雷射照射裝置1移動，且從該雷射照射裝置1朝被加工物照射雷射光L也可以。此情況，控制裝置5的修正量記憶部55，是記憶：依據由前述誤差取得部54取得的誤差，在加工時為了將雷射光L照射在目標照射位置而決定應朝驅動裝置3給與的指令的修正量者。

在雷射照射裝置1中，將雷射光L的光軸變化的具體手段，不限定於檢流掃描儀11、12。例如，採用由伺服馬達等控制被安裝於導引從雷射振盪器被振盪的 雷射光L用的光纖維的末端的雷射光射出噴嘴的角度的機構也可以。

其他各部的具體構成，在未脫離本發明的範圍內可進行各種變形。

[產業上的可利用性]

本發明，是可以適用於將雷射光照射在被加工物的任意處進行加工的雷射加工機。

1‧‧‧雷射照射裝置

2‧‧‧光檢出感測器

3‧‧‧驅動裝置

4‧‧‧設置台

31‧‧‧Y軸軌道

32‧‧‧X軸單元

321‧‧‧X軸軌道

322‧‧‧台車

Claims (4)

1. 一種雷射加工機，是將雷射光照射在被加工物進行加工，其特徵為，具備：可以將雷射光的光軸變化朝所期的目標照射位置照射光的雷射照射裝置、及承受雷射光的照射並檢出其照射位置的光檢出感測器(Beam detection sensor)、及將前述雷射照射裝置對於前述光檢出感測器移動的驅動裝置，朝前述雷射照射裝置指示目標照射位置來操作雷射光的光軸的方向，並且藉由前述驅動裝置將雷射照射裝置移動使從同雷射照射裝置射出的雷射光照射在被設定於前述光檢出感測器上的照準位置，得知藉由前述光檢出感測器被檢出的實際的照射位置及前述照準位置的誤差，在加工時為了將雷射光照射目標照射位置而決定應朝雷射照射裝置或驅動裝置給與的指令的修正量；在不會藉由被加工物覆蓋的設置台的旁側的部位，配置光檢出感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工機，其中，進一步具備控制裝置，具有：照射位置指令部，是對於前述雷射照射裝置，進行將雷射光照射在目標照射位置用的指令；及裝置位置指令部，是對於前述驅動裝置，使從前述雷 射照射裝置射出的雷射光照射在前述照準位置的方式進行使雷射照射裝置移動用的指令；及誤差取得部，是透過前述光檢出感測器取得實際的照射位置及前述照準位置的誤差；及修正量記憶部，是記憶：依據由前述誤差取得部取得的誤差，在加工時為了將雷射光照射在目標照射位置而決定應朝雷射照射裝置或是驅動裝置給與的指令的修正量。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工機，其中，前述雷射照射裝置，是具有：將從雷射振盪器被振盪的雷射光掃描的檢流掃描儀(Galvano scanner)、及將其雷射光集光的集光透鏡。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工機，其中，承受雷射光的照射的光檢出感測器是CCD感測器或CMOS感測器。