TWI517924B

TWI517924B - 光束加工裝置

Info

Publication number: TWI517924B
Application number: TW100100268A
Authority: TW
Inventors: 近藤清之
Original assignee: 近藤清之
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2016-01-21
Also published as: TW201228758A

Description

光束加工裝置

本發明係關於一種將光束照射於工件之加工面，且加工該加工面的光束加工裝置。

習知以來作為使用雷射光束來加工工件的雷射加工裝置，有在工件上形成文字等的雷射雕刻機(laser marker)、將工件切斷成預定形狀的雷射切斷機、進行工件之熔接的雷射熔接機等。又，作為雷射加工裝置，已有開發出進行錫焊作業的雷射錫焊裝置、使用雷射光束進行太陽電池等的玻璃之接合或密封的玻璃密封機等種種的雷射加工裝置。

在此等的雷射加工裝置中，由於係使雷射光束相對於工件之加工面進行相對移動，所以大致為區分可採用如下2種類的方法。

例如，在專利文獻1所揭示的雷射加工裝置中，係使用2個電流鏡(galvano mirror)將雷射光束擺動於2方向，且經由Fθ透鏡將雷射光束導引至加工面(以下，稱為「擺動法」)。另外，在該專利文獻1中，係檢測在加工面被反射的雷射光束並演算到達加工面為止的距離，且藉由控制配設在電流鏡之上游側的焦點調節裝置，就可使雷射光束高精度地聚焦於加工面。

又，在專利文獻2所揭示的雷射加工裝置中，係將工件載置於能夠進行三次元動作的3自由度載置台，且使該載置台相對於雷射光束移動，藉此將雷射光束導引至加工面之任意位置(以下，稱為「移動法」)。另外，在該專例文獻2中，藉由能夠對載置台進行三次元動作，就可使雷射光束經常垂直地照射於加工面，且進行高精度的加工。

(專利文獻1)日本特開2010-142846號公報

(專利文獻2)日本特開2000-334594號公報

然而，在擺動法中，由於雷射光束是以電流鏡之反射面為中心被擺動成扇形，所以當擺動角度變大時，就無法將雷射光束垂直地照射於加工面。在擺動法中，當雷射光束未垂直地照射於加工面時，由於加工面上的雷射光束之光束點形狀會大幅變形，所以無法高精度地進行加工。另外，被配設在電流鏡與加工面之間的Fθ透鏡，係用以縮小雷射光束的焦點，且可將光束點形狀進行某程度之調整。然而，光束點形狀之可調整範圍，係由Fθ透鏡之大小與性能所限制，通常為100mm至300mm左右。因而，採用配合生產線之幅寬或工件之尺寸的大小之Fθ透鏡，從成本的觀點來看並不實際。另一方面，長焦點的物鏡，係能夠將雷射光束以接近垂直的狀態照射於較廣範圍的加工面。然而，雷射加工裝置卻會大型化。例如，當將加工面之加工範圍設為300mm時，為了要將雷射光束擺動±4°，就有必要離開照射範圍約15倍之4500mm的距離擺動雷射光束。又，在加工面上使光束點移動1mm的角度，係約為0.0127°，故而極為困難進行用以達成該目的的控制。

又，在移動法中，因重量的關係，要使載置台高速度地移動是很困難的。因而，相較於擺動法，由於移動法係無法使雷射光束相對於工件之加工面高速地移動，所以無法期望迅速的雷射加工。又，由於移動法是對載置台進行移動控制，所以不僅需要複雜的機構，亦有就連消耗能量也會增大的缺點。

本發明係為了解決上述課題而開發完成者，其目的在於提供一種可既高速又高精度地加工工件之加工面，並且不用將裝置大型化就可加工廣範圍之加工面的光束加工裝置。

本發明之光束加工裝置，係將光束照射於工件之加工面，且加工該加工面者，其特徵在於，具備：輸出源，輸出前述光束；光束移動裝置，使從前述輸出源輸出的前述光束移動；以及複數個反射鏡，配設在前述光束移動裝置與前述加工面之間的前述光束之光路(optical path)或稱光學路徑、光程，本文中使用光路)中，用以將藉由前述光束移動裝置而被移動的前述光束予以反射，且導引至前述加工面；而前述複數個反射鏡，係被設定成相應於前述光束之入射方向的傾斜角度，俾將藉由前述光束移動裝置而被移動的前述光束大致垂直地導引至前述加工面之不同的位置。

在前述光束加工裝置中，前述複數個反射鏡，係配設在從前述輸出源經由前述複數個反射鏡到達前述加工面為止的各光路長度大致相等的位置。

在前述光束加工裝置中，該光束加工裝置係具備：加工圖案設定裝置，配設在前述複數個反射鏡與前述加工面之間，用以設定被照射在前述加工面的前述光束之加工圖案。

在前述光束加工裝置中，該光束加工裝置係具備：複數個分配鏡，配設在前述光束移動裝置與前述複數個反射鏡之間，用以將藉由前述光束移動裝置而被移動的前述光束予以反射並分配於前述複數個反射鏡。

在前述光束加工裝置中，該光束加工裝置係具備：聚光透鏡，配設在前述複數個反射鏡與前述加工面之間，用以使前述光束聚光於前述加工面。

在前述光束加工裝置中，該光束加工裝置係具備：透鏡移動裝置，使前述聚光透鏡沿著前述加工面移動；以及位置控制裝置，控制前述透鏡移動裝置，且進行前述加工面的前述光束之聚光點的位置控制。

在前述光束加工裝置中，該光束加工裝置係具備：控制光束照射裝置，將與前述光束同軸的控制光束照射於前述加工面；控制光束檢測裝置，檢測藉由前述加工面而被反射後的前述控制光束；以及光束控制裝置，根據藉由前述控制光束檢測裝置所檢測出的前述控制光束，控制前述加工面上的前述光束之照射位置及/或前述光束之輸出。

在前述光束加工裝置中，該光束加工裝置係具備：攝影機(camera)，拍攝前述加工面之畫像；以及光束控制裝置，根據藉由前述攝影機而拍攝到的畫像，控制前述加工面的前述光束之照射位置。

本發明之光束加工裝置，係在藉由光束移動裝置使從輸出源輸出的光束移動之後，藉由複數個反射鏡使之反射，且大致垂直地導引至工件之加工面，藉此就可既高速又高精度地加工加工面。又，本發明之光束加工裝置，不用將裝置大型化，就可將光束導引至工件之廣範圍而進行加工。又，本發明之光束加工裝置，係藉由使光束大致垂直地對工件之加工面投射，就可進行例如使用光罩板之高精度的加工或畫像計測。

以下，參照圖式說明本發明的實施形態。

＜實施形態1＞＜裝置構成＞

第1圖係適用本發明之雷射加工裝置的實施形態1之雷射加工裝置10的構成圖；第2圖係雷射加工裝置10中的雷射光束LB之光路說明圖。又，第3A圖係構成雷射加工裝置10的光束移動單元12(光束移動裝置)之構成圖；第3B圖係構成光束移動單元12的攝影機用鏡片26之說明圖。

雷射加工裝置10係將雷射光束LB照射於工件W之加工面，且藉由使其移動於加工面上，而將工件W加工成所期望的狀態之裝置。雷射加工裝置10係可適用於例如雷射雕刻機、雷射切斷機、雷射熔接機、雷射錫焊裝置、玻璃密封機等種種的雷射加工裝置。雷射加工裝置10係按照加工態樣，控制雷射光束LB並導引至工件W，藉此可在工件W上形成所期望的加工圖案。

雷射加工裝置10係具備：光束移動單元12，用以產生移動於工件W上的雷射光束LB；以及複數個平面反射鏡14，用以將藉由光束移動單元12而產生的雷射光束LB予以反射，且導引至工件W之加工面。各平面反射鏡14係固定在呈圓弧狀的支撐框16之內周面。工件W係在第1圖的箭頭X方向具有長方形的加工面；而平面反射鏡14係在與工件W相對向的狀態下，以預定間隔排列於箭頭X方向。各平面反射鏡14係配設在光束移動單元12與工件W之加工面之間的雷射光束LB之光路中。平面反射鏡14係將從光束移動單元12輸出的雷射光束LB予以反射，且為了使雷射光束LB大致垂直地分配投射在工件W之加工面之不同的位置，而使各平面反射鏡14在按照雷射光束LB之入射方向傾斜預定角度的狀態下固定於支撐框16。另外，所謂「分配」，係指將工件W之加工面分配於每一平面反射鏡14之意。固定平面反射鏡14的支撐框16之內周面的形狀，係構成：從光束移動單元12經由各平面反射鏡14到達工件W之加工面的各雷射光束LB之光路長度成為大致相同的形狀。因而，各平面反射鏡14係被配設在從光束移動單元12經由平面反射鏡14到達加工面為止的各光路長度成為大致相等的位置。

在此，所謂「光路長度相同」，係意指在工件W之加工面上的各雷射光束LB之光束點直徑落在所需的光束點直徑之容許範圍內的情況時，其等的光路長度為相同之意。當作為光束點直徑之容許範圍的光束點面積之誤差比率設為一定時，光束點直徑較小的情況之光路長度的容許誤差，就會與光束點直徑成正比而變小。但是，在工件W之上設置有物鏡時之光路長度，係設為相對於物鏡之必要光束點直徑的範圍內。在相對於物鏡之光路長度的誤差為必要的光束點直徑之範圍內，且使用聚焦或不放射之平行光束的情況時，平面反射鏡14並沒有必要配置成圓弧狀，而可設置在自由的位置。

如第3A圖所示，光束移動單元12係具備：雷射光源18(輸出源)，用以輸出雷射光束LB；LED20(控制光束照射裝置)，用以輸出波長與雷射光束LB不同的控制光束CB；以及攝影機22(控制光束檢測裝置)，用以接收藉由工件W之加工面而被反射的控制光束CB。又，光束移動單元12係具備：半反射鏡(half mirror)24，使雷射光束LB反射且使控制光束CB穿透；鏡片26(第3B圖)，具有使從LED20輸出的控制光束CB通過的開口部26a且將經穿透半反射鏡24後的控制光束CB予以反射並導引至攝影機22；電流鏡28Y，使雷射光束LB朝工件W之箭頭Y方向移動；電流鏡28X，使雷射光束LB朝工件W之箭頭X方向移動；以及電流馬達(galvano motor)30Y及30X(第1圖)，分別使電流鏡28Y及28X旋轉。在攝影機22係連接有控制部42(光束控制裝置)，且按照所接收到的控制光束CB之光束輪廓或受光量，進行雷射光束LB之工件W上的照射點40之照射位置的控制及/或雷射光束LB之輸出控制。

雷射光源18及LED20之光軸，係在半反射鏡24與工件W之間同軸地設定。如第3B圖所示，形成於鏡片26的開口部26a，係為了使從LED20輸出的控制光束CB在工件W上成為呈圓形的照射點40，而將相對於控制光束CB之光軸傾斜大致45°的鏡片26之反射面的鏡面塗膜剝離成橢圓狀而形成。又，為了能夠將藉由工件W而被反射的控制光束CB充分地導引至攝影機22，開口部26a之面積係以設定為例如攝影機22所接收的控制光束CB之受光面積的1/25以下為宜。另外，LED20與鏡片26之開口部26a，亦可利用光纖來連結。攝影機22與工件W之間的光路長度，係根據包含藉由攝影機22所拍攝的雷射光束LB之照射點40在內的觀察與計測視野來設定。

如第2圖所示，雷射光源18係由雷射振盪器32、擴束器(beam expander)34、光束光圈(beam aperture)36及光束焦點透鏡38所構成。另外，光束光圈36、光束焦點透鏡38及配設於光束焦點透鏡38之下游的半反射鏡24的排列順序，可為任意。光束焦點透鏡38係將從雷射振盪器32輸出的雷射光束LB聚光於工件W之加工面，且形成照射點40。為了要在工件W之加工面形成所期望的加工圖案，係在雷射振盪器32連接有進行雷射光束LB之控制的控制部42(第3A圖)。

第4圖係顯示光束移動單元12被配置於不會遮蔽雷射光束LB之光路的位置之狀態。亦即，光束移動單元12並非被配置在工件W與平面反射鏡14之間，而是被配置在朝第1圖的箭頭Y方向、在第4圖中為左側錯開達預定量的位置。因而，雷射光束LB係在藉由平面反射鏡14而被反射之後，不會由光束移動單元12所遮蔽，而被導引至工件W之加工面。另外，為了要將雷射光束LB大致垂直地導引至工件W之加工面，平面反射鏡14係相對於第1圖的箭頭Y方向傾斜達預定角度而配設。從光束移動單元12經由平面反射鏡14到達工件W的雷射光束LB之光路長度、與平面反射鏡14之傾斜角度，係可藉由電腦模擬而計算，或是可藉由幾何演算而求出。

其次，根據第5A圖至第5C圖，針對包含平面反射鏡14之配置在內的參數加以說明。另外，第5A圖係只顯示第1圖所示的雷射加工裝置10之左半部分。

平面反射鏡14之排列方向的寬度Mw，係當將雷射光束LB之平面反射鏡14上的光束直徑設為ψLB時，就如第5B圖所示，為平面反射鏡14之有效寬度Lw加上光束直徑ψLB的值。有效寬度Lw係使用雷射光束LB相對於電流鏡28X之旋轉中心CXP的擺動角度Ra、從旋轉中心CXP至平面反射鏡14之中心的距離R、以工件W之加工面為基準而入射於平面反射鏡14之中心的雷射光束LB之角度La(第5C圖)、及光束直徑ψLB，並被設定為：

Lw=2R×sin((π/2+La-Ra)/2)×sinRa+ψLB…(1)。

又，各平面反射鏡14之位置，係當將從電流鏡28X之旋轉中心CXP至任意選出的2片平面反射鏡14之中心為止的距離分別設為R1、R2，且將從選出的2片平面反射鏡14之中心至工件W之加工面為止的距離分別設為H1、H2時，就會被設定為：

H1+R1≒H2+R2　…(2)

，作為光路長度成為相同的條件。另外，藉由各平面反射鏡14而被反射的雷射光束LB所移動的工件W之加工面上的箭頭X方向(第1圖)之寬度bp，係設為大致相同。

更且，以工件W之加工面為基準的平面反射鏡14之安裝角度Ma，係將雷射光束LB大致垂直地投射在工件W之加工面當作條件，並被設定為：

Ma+(π/2-La)/2　…(3)。

＜實施形態1之動作說明＞

其次，針對上述的雷射加工裝置10之動作加以說明。

控制部42係驅動光束移動單元12之LED20，且使控制光束CB從LED20輸出。從LED20輸出的控制光束CB係通過鏡片26之中央的開口部26a，且在穿透半反射鏡24之後，藉由利用電流馬達30X及30Y而被旋轉驅動的電流鏡28X及28Y，朝X方向及Y方向移動。經移動過的控制光束CB，係藉由固定在支撐框16的各平面反射鏡14而被反射，且照射於工件W之加工面。接著，藉由加工面而被反射的控制光束CB，係追溯相同的光路，且在藉由光束移動單元12之鏡片26被反射之後，由攝影機22受光。控制部42係處理攝影機22所接收的控制光束CB之畫像，且取得照射點40之位置資訊、所受光的控制光束CB之受光光量資訊、工件W之類別資訊等作為照射點40的資訊。

另一方面，控制部42係在輸出控制光束CB的同時，或是取得基於控制光束CB的上述資訊之後，驅動光束移動單元12之雷射振盪器32，且使雷射光束LB輸出。從雷射振盪器32輸出的雷射光束LB，係在藉由半反射鏡24反射之後，與控制光束CB同樣地，藉由電流鏡28X及28Y而朝X方向及Y方向移動。被移動過的雷射光束LB，係藉由固定在支撐框16的各平面反射鏡14而被反射，且照射於工件W之加工面。此時，控制部42係根據藉由攝影機22取得的照射點40之資訊，調整並控制雷射光束LB的照射位置或輸出，藉此就可使雷射光束LB高精度地照射在工件W之加工面，且可形成所期望的加工圖案。

該情況，在光束光圈36與半反射鏡24之間，配設液晶光罩或數位反射鏡元件(digital mirror device)(DLP(digital light processing：數位光學處理)，且調變雷射光束LB而產生所期望的加工圖案，藉此雷射加工裝置10就可將畫像或文字曝光、或烙印於照射點40。藉此，雷射加工裝置10係與使用習知的雷射雕刻機等加工工件W的情況相比較，可既高速又廣範圍地形成文字串或圖案、標記、密碼花紋等。又，雷射加工裝置10係可任意地調整照射點40之光束點直徑，且進行高精細的微小電路之曝光。而且，雷射加工裝置10係藉由攝影機22來拍攝照射點40附近的畫像，且確認描繪花紋，同時按照照射點40之位置而一邊變更及調整描繪花紋一邊進行加工。因而，雷射加工裝置10係可加工將連續的照射點40組合在一起後之不同的電路或畫像圖案。

＜實施形態2＞

第6A圖及第6B圖係實施形態2的雷射加工裝置50之構成圖。又，第6C圖係顯示構成雷射加工裝置50的5片分配鏡52a至52e之配置、與工件W之加工區域A1至A5的對應關係。另外，第6A圖及第6B圖係與第5A圖同樣，只有顯示雷射加工裝置50的左半部分。

雷射加工裝置50係具備：5片分配鏡52a至52e；以及與該分配鏡52a至52e對應的5片平面反射鏡14。分配鏡52a至52e係配置在光束移動單元12與複數個平面反射鏡14之間。分配鏡52a至52e之傾斜，係設定成與所對應的平面反射鏡14相同的傾斜。從光束移動單元12輸出的雷射光束LB，係在經由Fθ透鏡54而入射於分配鏡52a至52c之後，朝向所對應的平面反射鏡14a至14c而反射。另外，雖然並未圖示，但是入射於分配鏡52d、52e的雷射光束LB，係同樣地朝向配設於第6A圖之右側之對應的平面反射鏡14而反射。如第6C圖所示，藉由各平面反射鏡14而反射的雷射光束LB，係被導引至工件W之對應的加工區域A1至A5。

另外，與第1圖所示的雷射加工裝置10之差異點，係在於雷射光束LB之光路長度是由Fθ透鏡54之位置計算出。雷射加工裝置50係藉由使用Fθ透鏡54，則即使光路長度隨著雷射光束LB之擺動角度而延伸，工件W之加工面上的照射點40之直徑也是相同，所以要考慮該延伸部分以計算光路長度。

依據如此構成的雷射加工裝置50，即可以最小的光路長度構成裝置。另外，雷射加工裝置50雖然也可更增加分配鏡52a至52e的數量，但是在雷射光束LB之直徑較大的情況時，由於會增加分配鏡52a至52e間的無效區域，故而不具效率。

＜實施形態3＞

第7A圖及第7B圖係實施形態3的雷射加工裝置60之構成圖。又，第7C圖係顯示構成雷射加工裝置60的4片分配鏡62a至62d之配置、與工件W之加工區域B1至B4的對應關係。另外，第7A圖及第7B圖係與第6A圖及第6B圖同樣地，只有顯示雷射加工裝置60的左半部分。

在雷射加工裝置60中，係從雷射加工裝置50去除Fθ透鏡54，且將反射面設定為較長的左右4片之分配鏡62a至62d被配設在光束移動單元12與平面反射鏡14之間的光路中。此時，分配鏡62a至62d係可分別相對於2片平面反射鏡14同時地導引雷射光束LB。另外，CXP係構成光束移動單元12的電流鏡28X之旋轉中心，CYP係電流鏡28Y之旋轉中心。

依據如此構成的雷射加工裝置60，則雷射加工裝置60根據雷射光束LB之分割數比雷射加工裝置50還更少的部分，就能更有效率地加工工件W。

＜變化例＞

第8A圖係顯示例如相對於如玻璃瓶、容器(bottle)、鋼管等之具有彎曲面的工件W1，配設有平面反射鏡14的情形，俾使該平面反射鏡14的雷射光束LB之光路長度相同，且將雷射光束LB大致垂直地照射於工件W1之加工面。

第8B圖係顯示在第1圖所示的雷射加工裝置10中，於工件W2與平面反射鏡14之間的預定位置、且光路長度與平面反射鏡14成為相同的位置，插入有小反射鏡70的構成(參照第4圖)。此時，在雷射加工裝置10中，例如是對於將焊錫72塗佈在電路基板等之工件W2上，且在其上載置有電路元件等之晶片74的工件W2，經由小反射鏡70照射雷射光束LB，藉此就可使成為晶片74之影子的部分之焊錫72熔融。

＜實施形態4＞

第9A圖及第9B圖係實施形態4的雷射加工裝置90之構成圖。

雷射加工裝置90係以如下方式構成：使由平行光束所構成的雷射光束LB，藉由沿著工件W排列的各平面反射鏡14而反射，且導引至工件W之加工面。此時，被導引至平面反射鏡14的雷射光束LB由於是平行光束，所以無關入射於各平面反射鏡14的雷射光束LB之光路長度，可將形成於工件W之加工面的照射點40之直徑設為一定。因而，在雷射加工裝置90中，係可將平面反射鏡14配置於自由的位置。另外，在雷射加工裝置90中，係當將雷射光束LB當作平行光束照射於工件W時，恐有無法將加工所需的能量賦予加工面之虞。此時，在雷射加工裝置90中，只要在工件W之前面配置物鏡76，並將雷射光束LB予以聚光即可。

＜物鏡之構成＞

在上述的各實施形態中，可在工件W(W1、W2)之前面、且為工件W之加工面與平面反射鏡14之間，按照需要而插入物鏡。根據第10A圖至第10F圖說明該態樣。

第10A圖係將物鏡76配置於工件W之前面的狀態之側視圖；第10B圖係其俯視圖。呈半球狀的物鏡76係在沿著工件W而配設的防護玻璃78，以連接平面側的方式固定。防護玻璃78係以所入射的雷射光束LB不會回到光束移動單元12側的方式，例如相對於雷射光束LB傾斜法線2°以上而配設。藉此，防護玻璃78係可避免因雷射光束LB入射於雷射振盪器32而遭破壞之事態。另外，防護玻璃78亦可不使之傾斜，而是在物鏡76及防護玻璃78之表面施予無反射塗膜。

第10C圖係將複數個物鏡80配置於工件W之前面的狀態之側視圖第10D圖係其俯視圖。雷射光束LB係可藉由複數個物鏡80而聚光於不同的複數個位置，且在工件W之加工面形成複數個照射點40。另外，藉由選擇複數個物鏡80之配置及形狀之組合，雷射加工裝置10、50、60、90就可在加工面形成所期望的加工圖案。

第10E圖係將稜鏡型的物鏡82配置於工件W之前面的狀態之側視圖，第10F圖係其俯視圖。雷射光束LB係可藉由複數個物鏡80而聚光於不同的2個位置，且在工件W之加工面形成2個照射點40。

如此，雷射加工裝置10、50、60、90係可藉由將物鏡76、80或82插入於工件W之前面，且按照在工件W之加工面的照射點40之放大率，細微地調整照射點40之位置。例如，在雷射加工裝置10、50、60、90中，當物鏡76之放大率為10倍時，藉由以100μm單位來控制雷射光束LB相對於物鏡76之投射位置，照射點40在工件W上之移動就會成為10μm單位。又，雷射加工裝置10、50、60、90，係在使用物鏡76使工件W上的控制光束CB之聚光點放大並以攝影機22檢測出時，不用改變雷射光束LB之位置精度、或攝影機22之檢測精度的規格，就可進行高精度的定位控制。

另外，雷射加工裝置10、50、60、90，係只要使物鏡76、80或82沿著工件W移動控制，就不會受到平面反射鏡14之間隙的影響，而可使雷射光束LB毫無間隙地照射於加工面。

在此，就在工件W上使照射點40移動的方法而言，係有以下兩種情況：配合雷射光束LB之投射位置，並在物鏡76、80或82之範圍內使雷射光束LB移動的情況；以及使物鏡76、80或82相對於雷射光束LB移動的情況。

例如，在雷射加工裝置10、50、60、90中，在使物鏡76相對於雷射光束LB移動的情況時，物鏡76係可藉由光束移動單元12之電流馬達30X或30Y而移動。如第5圖所示，照射點40之移動量由於是與入射於平面反射鏡14的雷射光束LB之角度La成正比，所以物鏡76係可配合照射點40之移動方向而移動。此時，在雷射加工裝置10、50、60、90中，如第10A圖所示，當物鏡76之焦點與照射點40之位置有偏離時，由於會與學習雷射光束LB之位置後的座標偏離，所以有需要進行焦點位置之修正處理。

<焦點位置修正機構>

於此，按照第11圖所示的構成，針對修正焦點位置的焦點位置修正機構92加以說明。

焦點位置修正機構92係具備：2根導軌(guide rail)94a、94b，沿著防護玻璃78之兩側部延伸存在於箭頭X方向；以及移動體96，能夠沿著此等導軌94a、94b而朝箭頭X方向移動。在導軌94b側，係配設有與導軌94b平行的滾珠螺桿98，且在該滾珠螺桿98螺合有移動體96之端部。又，移動體96係具有延伸存在於箭頭Y方向的導軌99，且以沿著導軌99而能夠朝箭頭Y方向移動的方式配設有物鏡76。

在滾珠螺桿98，係隔著齒輪組(gear train)100而連結有構成光束移動單元12的電流馬達(galvano motor)30X。因而，移動體96係根據電流馬達30X所帶來的電流鏡28X之旋轉，而能夠朝箭頭X方向移動，俾使雷射光束LB之焦點位置與攝影機22的視野之中心成為對應的位置。又，金屬線102之一端部係連結於物鏡76。金屬線102之另一端部係透過齒輪組104，而連結於構成光束移動單元12的電流馬達30Y。因而，物鏡76係根據電流馬達30Y所帶來的電流鏡28Y之旋轉，而能夠朝箭頭Y方向移動，俾使雷射光束LB之焦點位置與攝影機22的視野之中心成為對應的位置。電流馬達30X及30Y係為使物鏡76沿著加工面而移動的透鏡移動裝置，且藉由作為位置控制裝置的控制部42進行控制，藉此就可進行加工面上的雷射光束LB之聚光點的位置控制。另外，物鏡76之移動，亦可使用與電流馬達30X及30Y不同的驅動裝置來進行。

物鏡76係根據電流馬達30X及30Y所帶來的電流鏡28X及28Y之旋轉，而使其沿著工件W在雷射光束LB之照射區域SW內移動，藉此就可將物鏡76之焦點位置修正成被照射在加工面的雷射光束LB之經過學習後的座標。另外，焦點位置與照射點40並沒有必要正確一致。例如，在以10μm單位移動控制照射點40時，物鏡76之位置精度可為1mm單位。因而，驅動物鏡76的齒輪組100、104、金屬線102等，亦可為包含多少的誤差。

在此，在第11圖的焦點位置修正機構92中，恐有難以配合雷射光束LB的照射點40之位置，使1個物鏡76在移動範圍XW、YW之全範圍內高速地移動之虞。此時，如第12A圖或第12B圖所示，可使用多數個物鏡106或108來應付物鏡76。

在第12A圖的情況下，呈六角形的物鏡106係以涵蓋照射區域SW之全範圍的方式配設，藉此只要使各個的物鏡106在其大小的範圍XW、YW內移動，就可獲得與第11圖所示之焦點位置修正機構92同等的效果。又，在第12B圖的情況下，呈圓形的物鏡108係以預定間隔朝箭頭X方向配設，且使物鏡108在所鄰接的物鏡108之箭頭X方向的移動範圍XW、與照射範圍SW之箭頭Y方向的移動範圍YW移動，藉此就可獲得與第11圖所示之焦點位置修正機構92同等的效果。

在此，在第9A圖及第9B圖所示的雷射加工裝置90之情況下，由於被照射在工件W的雷射光束LB並非為聚光光束而是平行光束，所以物鏡76並非是使用電流馬達30X及30Y而被移動，而是使用其他獨立的馬達而被移動。此時，可製作由對應各平面反射鏡14的照射點40之位置、電流鏡28X及28Y之旋轉角度、和光路長度所構成的相關表格，而照射點40之座標係可使用該相關表格來計算。然後，雷射加工裝置90係進行物鏡76之位置控制、照射點40之放大縮小、焦點位置修正的各處理。

另外，由於相關表格在平面反射鏡14、攝影機22及光束移動單元12有安裝誤差，所以要在光束移動單元12導入測長器，且根據在所需的每一照射點40之位置拍攝到的畫像，記錄電流鏡28X及28Y之旋轉角度、和光路長度而製成。該相關表格亦可適用於其他雷射加工裝置10、50、60中的焦點位置修正機構。

＜光罩板之構成＞

在上述的各實施形態中，可在工件W(W1、W2)之前面、且工件W之加工面與平面反射鏡14之間，按照需要，插入形成有光罩圖案(mask pattern)的光罩板(mask plate)(加工圖案設定裝置)。根據第13A圖之斜視說明圖及第13B圖之俯視圖說明該態樣。另外，光罩板係可與上述的物鏡76、106、108一起使用(第2圖)。

光罩板110係具有雷射光束LB之穿透率局部不同的光罩圖案112。光罩圖案112係可對應形成於工件W之加工面的雷射光束LB之加工圖案，而設為例如甜甜圈形狀、矩形形狀、十字形狀等種種的形狀。又，光罩圖案112係可形成穿透率接近0%者、或是穿透率連續變化者。穿透光罩圖案112後的雷射光束LB，係藉由將按照該穿透率的熱賦予工件W之加工面，以將加工面加工成預定的狀態。

就光罩板110之材料而言，除了可使用形成有光罩圖案112的不銹鋼板以外，例如也可使用能夠使雷射光束LB及控制光束CB穿透的玻璃板。玻璃板係可構成：藉由將玻璃板之表面的一部分加工成對應於光罩圖案112的磨砂玻璃(又稱毛玻璃；ground glass)狀而使雷射光束LB散射，以使焦點不會聚集於工件W上。又，在玻璃板之表面，亦可塗敷使控制光束CB穿透，另一方面不使雷射光束LB穿透的膜。

更且，在光罩板110，只要將光罩圖案112以焊錫膏形成，且以接觸到工件W的方式載置，就可藉由照射在光罩板110的雷射光束LB之熱能量來熔融焊錫膏，且可使對應光罩圖案112的形狀之焊錫轉印於工件W。

另外，如第10C圖或第10E圖所示，在工件W，亦可依固定在防護玻璃78的物鏡80或82之配置，而形成所期望的光罩圖案。

在雷射加工裝置10、50、60、90中，藉由選擇各種之上述光罩圖案112，且規定雷射光束LB之加工面上的形狀或熱能量之分布，就可適用於錫焊、穿孔、切斷、加熱等各式各樣的範圍。

＜加工例＞

第14A圖及第14B圖係顯示對呈半球狀之焊錫形成於加工面的工件W照射控制光束CB，且以攝影機22拍攝其反射光而得的畫像114、116。各圖之位於上層的畫像114、116係為照射雷射光束LB之前的畫像；而位於下層的畫像114、116係為將雷射光束LB照射預定時間於工件W之後的畫像。

於該情況下，在與入射於工件W的控制光束CB之光軸呈垂直之面被反射的控制光束CB，由於大半不會散射而回到攝影機22，所以會作為較亮的亮點118顯示於畫像114、116。該亮點118係藉由雷射光束LB之熱而使焊錫熔融並使形狀崩散，藉此使形狀或位置發生大幅變化。因而，只要觀察亮點118之狀態並加以控制，就可獲得焊錫所期望的熔融狀態。

第14C圖係依第3圖所示的控制部42進行光束控制LB之光束控制的流程圖。控制部42係透過攝影機22取入從LED20輸出、且依被照射於工件W之控制光束CB所得的畫像(步驟S1)。接著，控制部42係處理所取入的畫像，且按照亮點118之位置或形狀，調整從雷射振盪器32輸出的雷射光束LB之輸出並照射於工件W(步驟S2)。又，控制部42係根據亮點118之位置或形狀，判斷焊錫之變形、熔解的狀態(步驟S3)，且再次取入畫像，並反覆進行調整雷射光束LB的處理。藉由如此地進行光束控制，就可使焊錫成為所期望的熔融狀態。

第15A圖係顯示在呈矩形狀的銅箔120之上載置有呈長方形狀之導線122的工件作為加工對象。在第15B圖中，上層係為照射雷射光束LB之前的工件之畫像124；下層係為以預定時間照射雷射光束LB，藉此使塗敷或載置於導線122之上的焊錫、或是導線122經熔融之後的畫像126。此時，雷射光束LB係作為與導線122之形狀對應之呈長方形狀的加工圖案照射於工件。

第15C圖係顯示在呈環狀的銅箔128之上載置有呈圓柱形狀之導線130的工件作為加工對象。在第15D圖中，上層係為照射雷射光束LB之前的工件之畫像132；下層係為以預定時間照射雷射光束LB，藉此使塗敷或載置於導線130之上的焊錫、或是導線130經熔融之後的畫像134。此時，雷射光束LB係以與銅箔128之形狀對應之呈圓形的加工圖案照射於工件。

第16圖係顯示被照射於第15A圖至第15D圖之工件的雷射光束LB之輸出脈衝、與銅箔120、128、導線122、130及焊錫之溫度的關係。適當的錫焊作業雖然在與對象物相同的溫度下進行較為理想，但是在如雷射光束LB之熱線被照射於對象物時，由於銅箔120、128、導線122、130及焊錫的反射率不同，所以熱線的熱吸收率也會大為不同。例如，導線122、130及焊錫係吸收808nm之熱線，而銅箔120、128係反射該熱線。又，經氧化後的銅箔120、128會在焊錫熔融之前融化而留下孔洞。因而，雷射光束LB之輸出脈衝係考慮銅箔120、128及導線122、130之熱吸收率而被設定。另外，在雷射加工裝置10、50、60、90中，為了要進行適當的錫焊作業，較佳為：將紅外線攝影機組入於光束移動單元12，且測量對象物之溫度，並調整雷射光束LB之輸出脈衝。

＜整體控制流程＞

其次，根據第17A圖至第17E圖之流程圖說明對上述的雷射加工裝置10、50、60、90組入第11圖所示的焦點位置修正機構92後的系統之整體動作。

當系統被啟動時，控制部42係從加工程式中取出控制指令(步驟S11，第17A圖)，且在該控制指令為檢查指令的情況下(步驟S12，是)，執行雷射光束LB之檢查處理(步驟S13)。

在檢查處理中，首先進行焦點位置之修正處理(步驟S13A，第17B圖)。

因此，控制部42係驅動光束移動單元12之電流馬達30X及30Y(步驟SA1，第17C圖)，且透過齒輪組100、104使物鏡76移動於箭頭X方向及Y方向(第11圖)。控制部42係將從LED20輸出的控制光束CB導引至工件W，且藉由攝影機22拍攝包含依工件W而被反射之控制光束CB在內的加工面，而取入加工面之畫像(步驟SA2)。接著，控制部42係處理所取入的畫像，並辨識工件W之加工面上的對象物之形狀，且按照所辨識到的形狀，進行物鏡76相對於工件W之定位。在該情況下，根據入射於攝影機22之控制光束CB的畫像之視野，係被設定成比雷射光束LB的光束點之範圍還更特別大。因而，控制部42係可根據在該視野內所拍攝到的畫像，將物鏡76之焦點位置粗略地修正成作為雷射光束LB之照射位置的加工位置(步驟SA3)。控制部42係在即便修正了物鏡76之位置，物鏡76之焦點位置仍偏離依學習所得的照射點40之所期望位置，且經判斷有需要進行焦點位置之修正的情況時(步驟SA4，是)，控制部42就會反覆進行從步驟SA1開始的處理。另一方面，控制部42在沒有必要修正焦點位置(步驟SA4，否)，而可辨識形狀的情況時(步驟SA5，否)，會結束定位處理。又，控制部42係在無法辨識形狀的情況時(步驟SA5，是)，會進行錯誤處理並結束(步驟SA6)。

當焦點位置之修正處理結束時，控制部42係進行其他的各種檢查(步驟S13B，第17B圖)，且記錄、或登錄檢查資料(步驟S13C)。

其次，控制部42係在控制指令為加工指令的情況時(步驟S14，是)，執行依雷射光束LB所進行的工件W之加工處理(步驟S15)。

在加工處理中，控制部42係在修正伴隨雷射光束LB之波長或包含攝影機22在內的計測系統之焦點之位置偏離而來的雷射光束LB之焦點位置之後(步驟S15A，第17D圖)，控制雷射光束LB而加工工件W(步驟S15B)。

在光束控制中，控制部42係取入依攝影機22所拍攝到的控制光束CB之畫像(步驟SB1，第17圖E)，且處理所取入的畫像，藉此求出雷射光束LB之照射前的畫像與照射後的畫像、或是照射中的預定時間間隔之前後的畫像之差分(步驟SB2)。控制部42係根據所求出的差分，調整雷射光束LB之輸出，或是藉由使雷射光束LB進行ON/OFF而調整照射時間，並進行工件W之加工(步驟SB3)。控制部42係當即使調整雷射光束LB之輸出或照射時間，前述差分仍無充分的變化時(步驟SB4，否)，就反覆進行從步驟SB1開始的處理，且調整雷射光束LB之輸出或照射時間。另一方面，在雷射光束LB之輸出有充分地變化的情況時(步驟SB4，是)，就結束光束控制處理。

其次，控制部42係在有下一個處理的情況時(步驟S16)，反覆進行從步驟S11開始的處理。又，控制部42係在沒有下一個處理的情況時(步驟S16，否)，進行結束處理(步驟S17)，且結束全部的處理。

另外，本發明之雷射加工裝置並非被限定於上述的實施形態，只要在沒有脫離本發明的主旨之範圍內均可進行變更。

例如，雷射加工裝置10、50、60、90，雖然已說明從鉛直上方向將雷射光束LB投射在工件W上，但是並非被限定於該方向，也包含對被配置在上方向或橫方向的工件W照射雷射光束LB的裝置。

又，就加工工件W的光束而言，除了雷射光束LB以外，還可使用例如包含電子束或電磁波之任意的光束。

又，就檢測依工件W而被反射的控制光束CB之控制光束檢測裝置而言，係可使用CCD攝影機、光電倍增器(photomultiplier)等之光電轉換器、光檢測器、檢波器等。另外，雷射加工裝置10、50、60、90，只要是可照明工件W之加工面而取得畫像者，亦可照射控制光束CB以外的照明光。

又，雷射加工裝置10、50、60、90係對光束移動單元12，組入液晶光罩或數位反射鏡元件(DLP)等之光調變裝置，且按照畫像資訊控制該光調變裝置，藉此可調變從雷射振盪器32輸出的雷射光束LB，且將所期望的加工圖案形成於工件W之加工面。

又，例如，在第5A圖中，雖然已針對使用左右6片共計12片的平面反射鏡14之情形加以說明，這是光路長度為300mm至400mm、且雷射光束LB之光束直徑在平面反射鏡14上成為10mm以上的情形，將光路長度之誤差設為1mm以內的最適值。因而，雷射加工裝置10、50、60、90，只要條件不同，就可將平面反射鏡14設為各種的片數。

又，雷射加工裝置10、50、60、90係可採用例如停止精度較高的超音波馬達，以取代構成光束移動單元12的電流馬達30X、30Y。

又，雷射加工裝置10、50、60、90，係可採用例如多邊形鏡(polygon mirror)，作為使雷射光束LB移動的光束移動裝置，以取代電流鏡28X、28Y。

又，光束移動裝置並非被限定於使雷射光束LB移動於二次元方向的情形，亦可使雷射光束LB只移動於一次元方向。

本發明的雷射加工裝置係可在安裝線上，提供高效率的焊錫膏(cream solder)系統，以取代因手動作業之錫焊或焊錫機器人(soldering robot，或稱自動焊錫機)造成的突出接腳較多的LED電極之多點的加工處理。

本發明的雷射加工裝置，由於不用在如習知之各個較窄範圍進行處理，而可在較廣範圍進行處理，所以可適於例如太陽能電池基板或300mm寬度以上的薄片、面板之穿孔或熔接、密封、檢查等。

本發明的雷射加工裝置係藉由減少、或消除載置台移動，而適於面積較大之載有液體的容器或薄膜、培養平板(culture plate)或液浸物之檢查或加工處理等。本發明的雷射加工裝置係適於對難以固定並細微地移動於任意位置的人體或動物、植物之多數位置進行高速處理。

本發明的雷射加工裝置係可將撓性薄片之電路加工等，在保持捲狀薄片(roll sheet)之狀態下，以不裁斷的方式高速地進行多數的穿孔、熔接、切斷、錫焊。

本發明的雷射加工裝置係適於設置在氣體或液體之流動的上方或中間，且通過其中的物體之計測或加工，例如，可進行河川之漂流物的計測、魚的計測。

本發明的雷射加工裝置，由於可使用光罩板，依需要對大面積進行光束曝光，所以可在液晶面板或太陽能電池面板或薄片、面板、西服質地、食品、包裝容器等形成所期望的圖案或文字。

10、50、60、90．．．雷射加工裝置

12．．．光束移動單元(光束移動裝置)

14．．．平面反射鏡

16．．．支撐框

18．．．雷射光源(輸出源)

20．．．LED(控制光束照射裝置)

22．．．攝影機(控制光束檢測裝置)

24．．．半反射鏡

26．．．攝影機用鏡片

26a．．．開口部

28X、28Y．．．電流鏡

30X、30Y．．．電流馬達

32．．．雷射振盪器

34．．．擴束器

36．．．光束光圈

38．．．光束焦點透鏡

40．．．照射點

42．．．控制部(光束控制裝置)

52a至52e、62a至62d．．．分配鏡

54．．．Fθ透鏡

70．．．小反射鏡

72．．．焊錫

74．．．晶片

76、80、82．．．物鏡

78．．．防護玻璃

92．．．焦點位置修正機構

94a、94b、99．．．導軌

96．．．移動體

98．．．滾珠螺桿

100、104．．．齒輪組

102．．．金屬線

110．．．光罩板(加工圖案設定裝置)

112．．．光罩圖案

114、116、124、126、132、134．．．畫像

118．．．亮點

120、128．．．銅箔

122、130．．．導線

A1至A5、B1至B4．．．加工區域

CB．．．控制光束

CXP、CYP．．．旋轉中心

H1、H2、R、R1、R2．．．距離

La．．．角度LB雷射光束

Lw．．．有效寬度

Ma．．．安裝角度

Mw．．．寬度

Ra．．．擺動角度

SW．．．照射區域

XW、YW．．．移動範圍

W、W1、W2．．．工件

ψLB．．．光束直徑

第1圖係本發明實施形態1的雷射加工裝置之構成圖。

第2圖係實施形態1的雷射加工裝置中的雷射光束之光路說明圖。

第3A圖係構成實施形態1的雷射加工裝置的光束移動單元之構成圖；第3B圖係構成光束移動單元的攝影機用鏡片之說明圖。

第4圖係構成實施形態1的雷射加工裝置的光束移動單元之配置說明圖。

第5A圖至第5C圖係實施形態1的雷射加工裝置中之包含平面反射鏡之配置在內的參數之說明圖。

第6A圖係本發明實施形態2的雷射加工裝置之左半部分的構成圖；第6B圖係第6A圖的側面構成圖；第6C圖係構成實施形態2的雷射加工裝置的分配鏡之配置與工件之加工區域的對應關係之說明圖。

第7A圖係本發明實施形態3的雷射加工裝置之左半部分的構成圖；第7B圖係第7A圖的側面構成圖；第7C圖係構成實施形態3的雷射加工裝置的分配鏡之配置與工件之加工區域的對應關係之說明圖。

第8A圖及第8B圖係本發明的雷射加工裝置之變化例的說明圖。

第9A圖係本發明實施形態4的雷射加工裝置之左半部分的構成圖；第9B圖係第9A圖的側面構成圖。

第10A圖係將被組入於本發明之雷射加工裝置的物鏡配置於工件之前面的狀態之側視圖；第10B圖係第10A圖的俯視圖；第10C圖係另一態樣的側視圖；第10D圖係第10C圖的俯視圖；第10E圖係又另一態樣的側視圖；第10F圖係第10E圖的俯視圖。

第11圖係被組入於本發明之雷射加工裝置的焦點位置修正機構之構成圖。

第12A圖及第12B圖係被組入於本發明之雷射加工裝置的物鏡之另一構成的說明圖。

第13A圖係被組入於本發明之雷射加工裝置的光罩板之斜視說明圖；第13B圖係光罩板的俯視圖。

第14A圖及第14B圖係工件上的焊錫之畫像的說明圖；第14C圖係根據焊錫之畫像進行光束控制的流程圖。

第15A圖係作為加工對象的工件之說明圖；第15B圖係第15A圖的工件之畫像的說明圖；第15C圖係作為加工對象的另一工件之說明圖；第15D圖係第15C圖的工件之畫像的說明圖。

第16圖係雷射光束之輸出脈衝、與工件之溫度的關係說明圖。

第17A圖至第17E圖係本發明的雷射加工裝置之整體控制流程圖。

10．．．雷射加工裝置