TWI572434B - Laser processing device with high speed vibration unit - Google Patents

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Description

具高速振動單元的雷射加工裝置
本發明為一種具高速振動單元的雷射加工裝置，係指一種雷射加工裝置，可形成圓柱形的立體光斑。
雷射加工為目前多種產業中常用的加工技術，應用的範圍如微流道加工、面板切割、甚至醫療美容等等，利用其光斑小且能量大的特性而進行精密加工。在現有雷射加工裝置的技術中，係利用雷射源發射雷射光束，雷射光束通過鏡片組後加以轉向並聚焦，聚焦後的雷射光束通常在焦點處進行加工。由於雷射光束最大能量集中於焦點處，故其加工深度僅位於焦點處，因此僅能進行表面加工，無法進行深度加工。
倘若需不同加工深度，則在現有技術的雷射加工裝置中，需要透過調整焦點的手段(例如可調整聚焦鏡的垂直方向位置來調整焦點垂直向位置)來改變聚焦深度，但在調整焦點的過程中，變焦速度慢，將延長加工時間。且此時原已加工的較淺層材料早已固化，縱使焦點調整後開始對較深層的材料進行加工，但由於固化的較淺層材料阻擋，則較深層的材料受阻力而無法移除，或將噴濺出加工區外圍而形成凸緣，造成俗稱的火山口現象，所形成的凸緣將使得工件表面具有非必要的隆起，而影響後續的加工或產生不良品。因此，現有技術的雷射加工裝置難以改變加工深度。
有鑑於此，本發明係針對現有技術的雷射加工裝置加以研究，以期能提昇加工深度，且維持加工品質及效率。
為達到上述之發明目的，本發明所採用的技術手段為設計一種具高速振動單元的雷射加工裝置，其中包括：一雷射光源，其由發射端發射出一雷射光束，該雷射光束用以施予一工件上；一高速振動單元，其設置於雷射光束之路徑上並沿與雷射光束平行的軸向往復振動，以使雷射光束之焦點與工件的交會點進行高速往復變化。
其中高速振動單元可設於鏡片組、聚焦鏡組、或為工件之承載台。
本發明的優點在於，透過高速振動單元的設置，而使得雷射光源所發出之雷射光束的焦點與工件的交會點進行高速軸向往復運動，而使得雷射光束作用的光斑向工件內延伸，形成立體光斑而達到特定加工深度，且由於高速振動而可在工件材料未及固化之前，對深層及淺層處往復加工，因此降低產生不必要凸緣的機率，進而提高產品良率，又藉由高速振動來達到焦點變換，更可有效減少加工時間，以增進加工效率。
10‧‧‧雷射光源
11‧‧‧發射端
12‧‧‧雷射光束
20‧‧‧鏡片組
21‧‧‧擴束鏡片
22‧‧‧固定鏡片
23‧‧‧反射鏡片
30‧‧‧聚焦鏡組
40A、40B、40C‧‧‧高速振動單元
41A、41B‧‧‧固定座
411A、411B‧‧‧凹槽
42A、42B‧‧‧振盪件
50‧‧‧工件
P1‧‧‧第一光路徑
P2‧‧‧第二光路徑
圖1為本發明第一實施例之示意圖。
圖2為本發明第二實施例之示意圖。
圖3為本發明第三實施例之示意圖。
以下配合圖式及本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。
請參閱圖1所示，本發明包含有一雷射光源10、一鏡片組20、一聚焦鏡組30及一高速振動單元。
前述之鏡片組20設置於雷射光源10之發射端11的前方且位於雷射光束12之路徑上，在較佳實施例中，鏡片組20包含有一擴束鏡片21、一固定鏡片22及一反射鏡片23。擴束鏡片21、固定鏡片22及反射鏡片23依序設於雷射光源10之發射端11的前方，反射鏡片23呈45度角以將雷射光束12垂直轉向。
前述之聚焦鏡組30設於鏡片組20之一側並位於雷射光束12之路徑上，在較佳實施例中，聚焦鏡組30設於反射鏡片23之一側且位於轉向後的雷射光束12之路徑上。
前述之高速振動單元設置於雷射光束12之路徑上，並沿與雷射光束12平行的軸向往復振動，以使雷射光束12之焦點與工件50的交會點進行高速往復變化。高速振動單元有多種具體實施態樣，以下僅為較佳實施例說明而非用以限定本發明。
請參閱圖1所示，在一較佳實施例中，高速振動單元40A連接於鏡片組20之擴束鏡片21，高速振動單元40A包含有一固定座41A及一振盪件42A，固定座41A上設有一凹槽411A，振盪件42A插設於凹槽411A中，且振盪件42A之自由端與擴束鏡片21相固定。
當雷射光束12由雷射光源10之發射端11沿一第一光路徑P1發出後，通過擴束鏡片21，其中，該擴束鏡片21係設於該第一光路徑P1上，以接收該雷射光束12。該反射鏡片23設於該第一光路徑P1上，接收通過該擴束鏡片21之該雷射光束12，以反射該雷射光束12沿一第二光路徑P2前進。其中該第二光路徑P2與該第一光路徑P1之間夾一角度。該聚焦鏡組30設於該第二光路徑P2 上，接收通過該反射鏡片23之該雷射光束，該雷射光束用以施予一工件50上。其中該擴束鏡片21到該聚焦鏡組30的光路徑長度大於該聚焦鏡組30到該工件50的光路徑長度。此時高速振動單元40A沿雷射光束12之軸向進行高速往復振動。由於擴束鏡片21設於振盪件42A的自由端，故擴束鏡片21的振盪幅度較大。當振盪件42A往復運動時，雷射光束12之最大能量也往復聚焦在工件50表面上下，即雷射光束12聚焦於工件50的位置也隨之產生軸向移動。雷射光束12雖然隨著焦點的移動而對工件50之不同深度處進行加工，但當焦點的移動速度超過熱傳導速度時，瞬間已被加工之處尚未被固化，則雷射光束12已再次回到該處又再度加工，以形成圓柱形的立體光斑，故使得工件50在進行特定深度加工時不產生材料阻礙或材料堆積，而降低不良品的機率。同時藉由高速往復振動的作用，而縮短變換焦點時所需工時。
請參閱圖2所示，在另一較佳實施例中，高速振動單元40B連接於聚焦鏡組30，高速振動單元40B包含有一固定座41B及一振盪件42B，固定座41B上設有一凹槽411B，振盪件42B插設於凹槽411B中，且振盪件42B之自由端與聚焦鏡組30相固定。
當雷射光束12由雷射光源10之發射端11沿一第一光路徑P1發出後，通過鏡片組20後再通過聚焦鏡組30。具體而言，該雷射光束12沿一第一光路徑P1發出後，通過擴束鏡片21，其中，該擴束鏡片21係設於該第一光路徑P1上，以接收該雷射光束12。該反射鏡片23設於該第一光路徑P1上，接收通過該擴束鏡片21之該雷射光束12，以反射該雷射光束12沿一第二光路徑P2前進。其中該第二光路徑P2與該第一光路徑P1之間夾一角度。該聚焦鏡組30設於該第二光路徑P2上，接收通過該反射鏡片23之該雷射光束，該雷射光束用以施予一工件50上。其中該擴束鏡片21到該聚焦鏡組30的光路徑長度大於該聚焦鏡組30到該工件50的光路徑長度。此時高速振動單元40B沿雷射光束1'2之軸向進行高速往 復振動。由於聚焦鏡組30設於振盪件42A的自由端，故聚焦鏡組30的振盪幅度較大。而聚焦鏡組30的振動，亦如前一實施例所述可使雷射光束12聚焦於工件50的位置也隨之產生軸向移動，因而同樣可達到特定深度加工的效果。
請參閱圖3所示，在又一較佳實施例中，高速振動單元40C為一工件承載台用以支承工件50，且設於聚焦鏡組30側，高速振動單元40C包含有一振動台。
當雷射光束12由雷射光源10之發射端11沿一第一光路徑P1發出後，通過鏡片組20後再通過聚焦鏡組30到達工件50表面。具體而言，該雷射光束12沿一第一光路徑P1發出後，通過擴束鏡片21，其中，該擴束鏡片21係設於該第一光路徑P1上，以接收該雷射光束12。該反射鏡片23設於該第一光路徑P1上，接收通過該擴束鏡片21之該雷射光束12，以反射該雷射光束12沿一第二光路徑P2前進。其中該第二光路徑P2與該第一光路徑P1之間夾一角度。該聚焦鏡組30設於該第二光路徑P2上，接收通過該反射鏡片23之該雷射光束，該雷射光束用以施予一工件50上。其中該擴束鏡片21到該聚焦鏡組30的光路徑長度大於該聚焦鏡組30到該工件50的光路徑長度。此時高速振動單元40C沿雷射光束12之軸向進行高速往復振動，而使工件50產生振動，則雷射光束12聚焦於工件50的位置也隨之產生軸向移動，因而同樣可達到特定深度加工的效果。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
10‧‧‧雷射光源
11‧‧‧發射端
12‧‧‧雷射光束
20‧‧‧鏡片組
21‧‧‧擴束鏡片
22‧‧‧固定鏡片
23‧‧‧反射鏡片
30‧‧‧聚焦鏡組
40A‧‧‧高速振動單元
41A‧‧‧固定座
411A‧‧‧凹槽
42A‧‧‧振盪件
50‧‧‧工件

Claims (8)

  1. 一種具高速振動單元的雷射加工裝置，其中包括：一雷射光源，其由發射端沿一第一光路徑發射出一雷射光束；一擴束鏡片，設於該第一光路徑上，接收該雷射光束；一反射鏡片，設於該第一光路徑上，接收通過該擴束鏡片之該雷射光束，以反射該雷射光束沿一第二光路徑前進，其中該第二光路徑與該第一光路徑之間夾一角度；一聚焦鏡組，設於該第二光路徑上，接收通過該反射鏡片之該雷射光束，該雷射光束用以施予一工件上；其中該擴束鏡片到該聚焦鏡組的光路徑長度大於該聚焦鏡組到該工件的光路徑長度；及一高速振動單元，其設置於該雷射光束之路徑上並沿與該雷射光束平行的軸向往復振動，以使該雷射光束之焦點與該工件的交會點進行高速往復變化。
  2. 如請求項1所述之具高速振動單元的雷射加工裝置，其中該高速振動單元連接於該聚焦鏡組。
  3. 如請求項2所述之具高速振動單元的雷射加工裝置，其中該高速振動單元包含有一固定座及一振盪件，該固定座上設有一凹槽，該振盪件插設於該凹槽中，且該振盪件與該聚焦鏡組相固定。
  4. 如請求項3所述之具高速振動單元的雷射加工裝置，其中該聚焦鏡組固定於該振盪件之自由端。
  5. 如請求項1所述之具高速振動單元的雷射加工裝置，其中該高速振動單元為一工件承載台且設於該聚焦鏡組側。
  6. 如請求項1所述之具高速振動單元的雷射加工裝置，其中該高速振動單元連接於該擴束鏡片。
  7. 如請求項6所述之具高速振動單元的雷射加工裝置，其中該高速振動單元包含有一固定座及一振盪件，該固定座上設有一凹槽，該振盪件插設於該凹槽中，且該振盪件與該鏡片組之擴束鏡片相固定。
  8. 如請求項7所述之具高速振動單元的雷射加工裝置，其中該擴束鏡片固定於該振盪件之自由端。
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