TWI637803B - 雷射處理設備和經由雷射工具操作而處理工件的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示在每一個壓型動作前和後插入一安裝時間的雷射系統和方法。一高峰聲光偏轉器偏差大體上發生在特徵間移動和壓型移動之間的速度轉換處。本轉換發生於壓型前(在趨近該壓型位置的時候)和壓型後(在自該已完成壓型位置離開至下一位置的時候)兩者。藉由在每一個壓型週期結尾添加一安裝延遲，該聲光偏轉器偏差被允許設定成一較低值。這個接著允許較高壓型間速度(提供高生產能力)而仍將該聲光偏轉器行進偏差保持在該系統的聲光偏轉器架構界限內。

Description

雷射處理設備和經由雷射工具操作而處理工件的方法 相關申請案之交互參考
本申請案基於35 U.S.C.§119(e)條款主張2013年3月15日所提申之美國臨時申請案號61/791,656和2013年3月15日所提申之美國臨時申請案號61/791,160之權益，在此將其兩者全體一併整合參考之。
本揭示大體上關於雷射處理設備及使用該些設備處理工件之方法。
一種用於微機械製造一工件的雷射處理系統可包含用以產生脈衝來處理一工件中特徵的雷射源，及用以給予一雷射射束斑點位置沿著與該工件表面有關的處理軌道產生一第一相對移動的電流驅動式(galvo)子系統。該雷射處理系統也可包含一聲光偏轉器(AOD)子系統以提供例如電流驅動式錯誤位置校正、光柵掃描、功率調變及/或抖動。該聲光偏轉器子系統可包含一聲光偏轉器和電光偏轉器結合。
透過第三濾波產生聲光偏轉器命令可產生聲光偏轉器偏差超越一要求或可用聲光偏轉器操作範圍的結果。這個可發生在例如程序特 徵間的移動係非常快速(在一高特徵間速度下)之時。大體上，可期待維持高特徵間射束速度以改善生產能力，而聲光偏轉器偏差限制仍可正常地限制這些速度。
如同在此所述範例的本揭示實施例強調上述限制及與雷射處理一工件中的擊潰及其它特徵的傳統方法有關的其它限制。如下所述地，某些實施例最佳化或改善該些擊潰或其它特徵的處理速度以避免超過該雷射系統的驅動限制。
在某些實施例中，雷射系統和方法在每一個壓型動作前和後插入一安裝時間。一高峰聲光偏轉器偏差[在一第三濾波器構造內]大體上發生在特徵間移動和壓型移動之間的速度轉換處。本轉換發生於壓型前(在趨近該壓型位置的時候)和壓型後(在自該已完成壓型位置離開至下一位置的時候)兩者。藉由在每一個壓型期結尾添加一安裝延遲，該聲光偏轉器偏差被允許設定成一較低值。這個接著允許較高壓型間速度(提供高生產能力)而仍將該聲光偏轉器行進偏差保持在該系統的聲光偏轉器架構界限內。
額外觀點及優勢會顯而易見於參考該些附圖所進行的下列較佳實施例詳細說明中。
100‧‧‧雷射處理設備
102‧‧‧工件
104‧‧‧雷射系統
105‧‧‧射束
106‧‧‧厚塊
108‧‧‧工件定位系統
110‧‧‧射束定位系統
110a、110b‧‧‧電流式反射鏡
112‧‧‧射束調變系統
114‧‧‧系統控制器
116‧‧‧雷射能量監視器
200‧‧‧第一掃描場
202‧‧‧第二掃描場
204‧‧‧第三掃描場
500、502‧‧‧線條
504‧‧‧斑點
600‧‧‧第三輪廓顯現子系統
603‧‧‧掃描場校準轉換
604‧‧‧輪廓濾波器
605‧‧‧第三濾波器
606‧‧‧延遲構件
608‧‧‧減法器
610‧‧‧範例性射束輪廓
612‧‧‧位置輪廓
613‧‧‧放大部分
614‧‧‧位置命令輪廓
616‧‧‧命令位置
618‧‧‧實際位置
710‧‧‧最糟案例速度輪廓
712‧‧‧速度變化
714‧‧‧第二速度變化
716‧‧‧突波
812‧‧‧安裝時間
814‧‧‧偏轉範圍
816‧‧‧減少偏轉範圍
910‧‧‧雷射發射前安裝期
912‧‧‧雷射發射後安裝期
914‧‧‧雷射脈衝
916‧‧‧射束軌道位置
918‧‧‧射束軌道速度
920‧‧‧聲光偏轉器命令
1014‧‧‧環形工具圖案射束路徑
1016‧‧‧起始位置
1018‧‧‧入口段
1020‧‧‧360度環形段
1022‧‧‧出口段
1024‧‧‧結束位置
1025‧‧‧中心
P‧‧‧路徑
圖1根據本揭示一實施例略示一雷射處理設備。
圖2略示與圖1所示設備的各種元件或系統有關的掃描場。
圖3和圖4根據本揭示某些實施例圖示藉由掃描與一工件有關的射束 位置所產生的斑點圖案。
圖5略示形成圖4所示斑點圖案的程序實施例。
圖6根據一實施例略示一第三輪廓顯現子系統。
圖7根據一實施例圖示針對速度變化的第三濾波器響應。
圖8根據一實施例圖示一範例性瞬變聲光偏轉器命令以回應射束速度的步階變化。
圖9根據一實施例圖示在特徵處理期間的雷射發射背景中的安裝程序。
圖10根據一實施例略示一環形工具圖案射束路徑。
範例性實施例係參考該些附圖來描述於下。許多不同的形式和實施例係可行而不偏離本發明精神及教示，因此，本揭示不應被建構成為在此所提出範例性實施例的限制。更確切地說，這些範例性實施例被提供以使得本揭示會是完善又完整，且會將本發明範圍傳達給那些熟知此項技術之人士。在該些圖式中，元件尺寸及相對尺寸也許基於清晰起見而被誇大。在此所使用的術語只是基於描述特定範例性實施例目的，並無意成為限制用。如在此所使用地，除非該內文清楚地另有所指，否則該單數形式「一」(“a”)、「一個」(“an”)和「該」(“the”)係意欲將該些複數形式也納入。會進一步了解到該些術語「包含」(“comprises”)及/或「包括」(“comprising”)在使用於本說明書時，表示所述特徵、整數、步驟、操作、構件及/或元件的存在，但不排除一或更多其它特徵、整數、步驟、操作、構件、元件及/或其族群的存在或增加。除非另有所示，陳述時，一值範圍包含該範圍的上下限及其間的任何子範圍。
如上所述地，透過第三濾波產生聲光偏轉器命令可產生聲光偏轉器偏差超越一要求或可用聲光偏轉器操作範圍的結果。這個可發生在例如程序特徵間的移動係非常快速(在一高特徵間速度下)之時。大體上，可期待維持高特徵間射束速度以改善生產能力，而聲光偏轉器偏差限制仍可正常地限制這些速度。
為了避免或減少第三濾波所強加的程序速度限制，在此所揭示的某些實施例在每一個壓型動作前和後插入一安裝時間。如上所述地，該高峰聲光偏轉器偏差發生在特徵間移動(典型地為高速度)和壓型移動(典型地為較低速度)之間的速度轉換處。本轉換發生於壓型前(在趨近該壓型位置的時候)和壓型後(在自該完成壓型位置離開至下一位置的時候)兩者。藉由在每一個壓型期結尾添加一安裝延遲，該聲光偏轉器偏差被允許設定成一較低值。接著允許較高壓型間速度(提供高生產能力)而仍將該聲光偏轉器行進偏差保持在該系統的聲光偏轉器架構界限內。
在下述某些實施例中，一種以一壓型速度和軌道進行安裝的方法係非常適用於該聲光偏轉器行進減少安裝。這個可用於例如處理具有大直徑或速度的壓型軌道之時，其可產生它自己大的聲光偏轉器瞬變，即使以零速度留在該特徵位置處亦然。
在討論範例性聲光偏轉器工具安裝實施例及用於以壓型速度和軌道進行安裝的範例性實施例之前，一範例性雷射處理設備及範例性第三輪廓顯現實施例被提供。
I.範例性系統概要
參考至圖1，一雷射處理設備100被架構以藉由導引一雷射 脈衝射束105沿著一路徑P來撞擊在工件102上以在工件102的一或更多材料內形成擊潰及其它特徵(例如，通孔、盲孔、溝渠和切口)。特徵可藉由控制該雷射處理設備100來執行一繞線動作及/或其它壓型動作(例如，一衝擊鑽孔動作、一圓鋸鑽孔動作、一削割動作和一切割動作)而被形成，其中，每一個壓型動作可包含一或更多步驟。如所示地，該雷射處理設備100可包含一雷射系統104、一厚塊106、一工件定位系統108、一射束定位系統110和一射束調變系統112。雖未圖示，但是該雷射處理設備100可進一步包含一或更多補充系統(例如，光學儀器、反射鏡、分束器、擴束器及/或射束瞄準器)以架構來塑形、擴大、聚焦、反射及/或瞄準沿著該路徑P的任何點的雷射脈衝射束105。在一實施例中，一組的一或更多補充系統可被稱之為一“光學系統系列”。
在一實施例中，該工件定位系統108、射束定位系統110和射束調變系統112中的一者或更多或全部的操作可被控制以改變該雷射脈衝射束105撞擊在該工件102(也就是，相對於該工件102的射束位置)上的所在位置。此外，或在其它實施例中，該工件定位系統108、射束定位系統110和射束調變系統112中的一者或更多或全部的操作可被控制以隨著該工件的相關射束位置變化來改變該速度及/或加速度。據此，該射束定位系統110在此處亦可被稱為“第一射束定位系統”，並且該射束調變系統112在此處亦可被稱為“第二射束定位系統”。
該雷射系統104可被架構以產生雷射脈衝射束105。在該射束105內的雷射脈衝可例如具有在該紅外線、可見光或紫外線光譜中的一波長。例如，在該射束105內的雷射脈衝可具有例如1064奈米、532奈米、 355奈米、266奈米和雷同者的波長。在該射束105內的雷射脈衝大體上可以自約20千赫至約2000千赫範圍內的脈衝重複頻率(PRF)來產生之。然而，會理解到該脈衝重複頻率可小於20千赫或大於2000千赫。例如，鎖模雷射的操作可高達200兆赫。
該厚塊106可被提供做為能夠適當地或有利地支撐該工件102的任何厚塊。在一實施例中，該厚塊106可被提供做為一真空厚塊、一靜電厚塊、一機械厚塊，或雷同者或其結合。
該工件定位系統108被架構以沿著平行於一X軸、Y軸及/或Z軸(其中，該Z軸係至少實質上垂直於該厚塊106的表面，且其中，該X軸、Y軸和Z軸彼此間係互為正交)的一或更多方向來轉換支撐該工件102的厚塊106，以在該X軸、Y軸及/或Z軸，或雷同者或其結合中的一者或更多者周圍旋轉該厚塊106。在一實施例中，該工件定位系統108可包含一或更多臺階以架構來如上所述地移動該厚塊。當一工件102係由該厚塊106所支撐時，該工件定位系統108可被操作以移動或掃描在一第一掃描場(例如，如圖2所示之第一掃描場200)內相對於該路徑P的工件102(例如，沿著該X軸和Y軸)。在一實施例中，該工件定位系統108可被操作以沿著該X軸的任何方向上掃描該工件102自約400至約700毫米(例如，大約635毫米)範圍內的一距離，以沿著該Y軸的任何方向上掃描該工件102自約400至約700毫米(例如，大約533毫米)範圍內的一距離，或其結合。
該射束定位系統110被架構以偏轉、反射、折射、繞射、或雷同者或其結合，該雷射脈衝射束105掃描在一第二掃描場(例如圖2所示之第二掃描場202)內相對於該工件的射束位置。在一實施例中，該射束定 位系統110可被操作以沿著該X軸的任何方向上掃描該射束位置自約1毫米至約50毫米(例如，大約30毫米)範圍內的一距離，以沿著該Y軸的任何方向上掃描該射束位置自約1毫米至約50毫米(例如，大約30毫米)範圍內的一距離，或其結合。大體上，操作該射束定位系統110可被控制以大於該工件定位系統108可掃描該第一掃描場200內的工件102那個的速度及/或加速度來掃描相對於該工件102的射束位置。在所示實施例中，該射束定位系統110包含置於該路徑P內的電流式反射鏡(galvos)對110a和110b。該些電流式反射鏡對110a、110b被架構來旋轉(例如，在該X軸或Y軸周圍)，藉以偏轉該路徑P並掃描該第二掃描場202內的射束位置。然而，會理解到該射束定位系統110可以任何其它合適或有利方式來架構之。
該射束調變系統112被架構以偏轉、反射、折射、繞射、或雷同者或其結合，該雷射脈衝射束掃描在一第三掃描場(例如，圖2所示之第三掃描場204)內相對於該工件102的射束位置。在一實施例中，該射束調變系統112可被操作以沿著該X軸的任何方向上掃描該射束位置自約0.05毫米至約0.2毫米(例如，大約0.1毫米)範圍內的一距離，以沿著該Y軸的任何方向上掃描該射束位置自約0.05毫米至約0.2毫米(例如，大約0.1毫米)範圍內的一距離，或其結合。那些熟知此項技術之人士會理解到這些範圍係提供做為範例說明，且可在較小或較大範圍內掃描該射束位置。大體上，操作該射束調變系統112可被控制以大於該射束定位系統110可掃描該第二掃描場內的射束位置那個的速度及/或加速度來掃描相對於該工件102的射束位置。
在一實施例中，該射束調變系統112包含單一聲光偏轉器 (AOD)以架構來偏轉該雷射脈衝射束105以沿著單一軸來掃描該第三掃描場204內的射束位置。在另一實施例中，該射束調變系統112包含二聲光偏轉器，其中，一第一聲光偏轉器被架構來偏轉該雷射脈衝射束105並沿著該X軸掃描該第三掃描場204內的射束位置，且一第二聲光偏轉器被架構來偏轉該雷射脈衝射束105並沿著該Y軸掃描該第三掃描場204內的射束位置。然而，會理解到該射束調變系統112可以任何其它合適或有利方式來架構之。例如，除了(或取代)一聲光偏轉器外，該射束調變系統112還可包含一或更多聲光調變器(AOMs)、電光偏轉器(EODs)、電光調變器(EOMs)、快速操縱反射鏡(FSMs)(例如，高頻寬(約大於10千赫)快速操縱反射鏡)，或雷同者或其結合。
該雷射處理設備100可進一步包含一系統控制器114，通訊性耦接至該工件定位系統108、該射束定位系統110、該射束調變系統112及該雷射系統104。該系統控制器114被架構來控制前述這些系統(該工件定位系統108、該射束定位系統110、該射束調變系統112及/或該雷射系統104)之一或更多或全部的操作以在該工件102內形成特徵(例如，擊潰、通孔、盲孔、溝渠、切口及其它特徵)。在一實施例中，該系統控制器114可控制該雷射系統104的操作以改變該雷射系統104所產生脈衝的脈衝重複頻率(例如，自約20千赫至約2000千赫範圍內)。
在一實施例中，該系統控制器114可控制該射束調變系統112的操作以掃描相對於該工件102的射束位置並在該工件102(例如，包含由小於或等於500微米間距或其左右所分隔特徵的範圍)內形成一“高特徵密度區域”。該系統控制器114可進一步控制該射束定位系統110及/或該 工件定位系統108的操作，同時形成該高特徵密度區域。
在另一實施例中，該系統控制器114可控制該射束定位系統110的操作以掃描相對於該工件102的射束位置並在該工件102(例如，包含由例如約1000微米之大於500微米間距或其左右所分隔特徵的範圍)內形成一“中特徵密度區域”。該系統控制器114可進一步控制該射束調變系統112及/或該工件定位系統108的操作，同時形成該中特徵密度區域。
在再一實施例中，該系統控制器114可控制該射束定位系統110的操作並以協調方式進一步控制該射束調變系統112的操作，以克服高速的速度限制、小區域定位錯誤和該射束定位系統110的頻寬限制。例如，若該雷射處理設備100不包含該射束調變系統112，該射束定位系統110可被控制來掃描相對於該工件102的射束位置，使得在該射束內的雷射脈衝依序撞在該工件102上以形成如圖3(如所示地，該環形斑點圖案具有最大寬度約為600微米)所示之圓形斑點圖案。然而，藉由該射束調變系統112與該射束定位系統110的協調操作，該雷射處理設備100可被架構以形成圖4(如所示地，該正方形斑點圖案具有一約600微米x約600微米大小)所示之正方形斑點圖案。
在一實施例中，參考至圖5，圖4所示斑點圖案可藉由控制該射束定位系統110沿著例如線條500之線條掃描該第二掃描場202內的射束位置而形成之，且該射束調變系統112可被控制以沿著一方向(例如，線條502所示，中心位於該第三掃描場204內)進一步掃描該第三掃描場204(其係以該線條500的結尾為中心)內的射束位置，使得雷射脈衝依序撞在該工件102上以形成正方形斑點504(例如圖4所示那個)圖案。藉由施加上面圖 5所述範例性程序，該射束位置可透過該工件以約每秒5米(米/秒)速率或甚至更高速率來掃描之，視該電流驅動能力而定。然而，會理解到該射束調變系統112與該射束定位系統110的操作可以任何方式進行協調以在該工件102上形成任何合適或有利的斑點圖案。
大體上，該系統控制器114可包含定義各種控制函數的操作邏輯電路(未顯示)，且可以是一專屬硬體形式，例如一硬接線狀態機器、一處理器執行程式指令及/或不同於那些熟知此項技術之人士會想到的形式。操作邏輯電路可包含數位電路、類比電路、軟體或任何這些類型中的混搭結合。在一實施例中，該系統控制器114可包含一處理器，例如，一可程式微控制器、微處理器或可包含安排來根據該操作邏輯電路執行儲存於記憶體內的指令之一或更多處理單元的其它處理器。記憶體(例如，電腦可讀取媒體)可包含有半導體、磁性及/或光學類在內的一或更多類型及/或可以是一揮發性及/或非揮發性類。在一實施例中，記憶體儲存可被該操作邏輯電路執行的指令。替代性地或額外地，記憶體可儲存該操作邏輯電路所操控的資料。在一實施例中，操作邏輯電路和記憶體係包含於一控制器/處理器的操作邏輯電路形式，其管理並控制該工件定位系統108、該射束定位系統110及/或該射束調變系統112的操作樣式，然而在其它安排中，它們可以是獨立的。
如在此所述地，該雷射處理設備100被架構來致能該射束定位系統110和該射束調變系統112的協調操作以形成高速且具高位置精確度的特徵。在某些實施例中，該些雷射處理設備100可進一步包含具有例如該射束調變系統112和該系統控制器114及其他系統(例如一雷射能量監視 器(LEM)116)的雷射功率控制(LPC)系統。大體上，該雷射功率控制系統可被架構來測量個別雷射脈衝(例如基於品質和控制目的)的脈衝能量，控制個別雷射脈衝的脈衝能量，協助對脈衝能量和脈衝重複頻率的快速變化，協調個別雷射脈衝的脈衝能量控制與射束位置一致，協調該些雷射脈衝的產生和調變，或雷同者或其結合。
II.範例性第三輪廓顯現實施例
圖6根據一實施例略示一第三輪廓顯現子系統600。在第三輪廓顯現中，射束定位係分歧於該射束定位系統110(具有電流式反射鏡對110a和110b)與該射束調變系統112(具有一或更多聲光偏轉器)之間，使得在該射束位置和該工件間的相對移動的低頻寬部分可利用該射束定位系統110來給予，並且在該射束位置和該工件間的相對移動的高頻寬部分可利用該射束調變系統112來給予。第三濾波涉及使用該些聲光偏轉器做為一第三定位器(例如，除了XY臺階和該電流式反射鏡對110a和110b外)。使用該些聲光偏轉器的第三濾波允許以高速(例如，使用大約1微秒的更新來提供時序解析度)顯現該射束路徑輪廓，其中，聲光偏轉器命令係產生於分散時序邊界上。該第三輪廓顯現子系統600包含一輪廓濾波器604、延遲構件606和一減法器608。
圖6說明對應至想切割至一工件中的溝渠之範例性射束輪廓610(其在此也可被稱之為一範例性“射束命令”)。然而，該基本原理可被施用至例如在處理複數個通孔時的自一處理特徵移動至另一個之實施例中。
圖6所示範例性射束輪廓610包含陡峭轉折(sharp turns)，其 也許難以使用該電流式反射鏡對110a和110b高速追蹤之。在通過一掃描場校準轉換603後，該範例性射束輪廓610被提供給包含該輪廓濾波器604和該延遲構件606的第三濾波器605。該輪廓濾波器604包括一低通濾波器，其濾出也許該電流式反射鏡對110a、110b難以追蹤的高頻含量。該輪廓濾波器604的輸出可充當例如位置輪廓612所示之電流驅動命令(電流驅動控制信號)來使用。圖6說明該位置輪廓612的放大部分613，其顯示有關該電流式反射鏡對110a、110b所提供實際位置618的命令位置616。該些聲光偏轉器被使用來校正該命令位置616和該實際位置618之間的差異。
在一實施例中，該輪廓濾波器604包括一無限脈衝響應(IIR)濾波器。在另一實施例中，該輪廓濾波器604包括一有限脈衝響應(FIR)濾波器。有限脈衝響應濾波器天性上對任何頻率範圍內的信號具有一固定延遲。然而，一熟知此項技術之人士會由在此之揭示中理解到其它濾波器類型也可被使用之。該延遲構件606延遲之範例性射束輪廓610大約相同於該輪廓濾波器604所引入的延遲量。該減法器608將該輪廓濾波器604的輸出與該延遲構件606的輸出相減以得到自該電流驅動命令中移除的高頻含量。該減法器608的高頻含量輸出接著可充當一聲光偏轉器命令信號來控制該些聲光偏轉器。圖6說明一範例性聲光偏轉器位置命令輪廓614。雖未顯示，但是微分可被使用於該位置命令輪廓614以計算相對應速度和加速度命令輪廓。
該範例性射束命令610係在應用面板準直轉換後，在該工件表面上的“要求”座標中之射束要求軌道。如上所述地，該範例性射束命令610被提供(最為一命令射束位置信號)至該掃描場校準轉換603。該資料 被過濾以將軌道分割成低頻和高頻成分，以允許該些聲光偏轉器追蹤高頻的低振幅命令，並傳送頻寬受限的大振幅命令至該電流式反射鏡對110a、110b。如在此處所使用的，該高頻的低振幅命令在此處亦被稱為該射束命令610的“高頻寬”部分，並且該頻寬受限的大帳幅命令在此處亦被稱為該射束命令610的“低頻寬”部分。施用該掃描場校準轉換603產生“原始電流驅動式(raw galvo)”座標。既然這個發生於命令被該第三濾波器605分割之前，該第三濾波器605的輸出係電流驅動式，且該些聲光偏轉器元件其每一個係位於相同的原始電流驅動式座標。
若該些聲光偏轉器被校準以偏轉該原始電流驅動式座標畫面中的射束，則沒有進一步掃描場校準轉換需用於該聲光偏轉器第三位移。既然它暗示著不需要一本地聲光偏轉器領域失真校正，這個係有用的。換言之，該些掃描場失真效應已在施用該掃描場校準轉換603時說明。
本方法另一解譯為該第三輪廓濾波器將原始電流驅動式座標中的電流驅動命令移位離開該要求命令。該些聲光偏轉器簡單地提供一補償性位移以補足本電流驅動式射束角位移。
在“原始電流驅動式”座標中的聲光偏轉器命令輸出接著被轉換(縮放並旋轉)以產生該些“原始聲光偏轉器”偏轉命令。施用該轉換至“原始電流驅動式”座標也提供將聲光偏轉器錯誤校正項添加至該第三聲光偏轉器資料中的機會。因為該電流驅動控制器錯誤(其被過濾以產生聲光偏轉器錯誤校正資料)係位在原始電流驅動式座標中，這個係便利的。
III.對程序速度的第三濾波器限制
给予一有限校準聲光偏轉器領域尺寸的第三濾波程序對程 序速度強加一限制。在第三濾波期間，速度在程序段之間的步階變化於該聲光偏器命令中產生一瞬變響應。例如，圖7根據一實施例圖示對於速度變化的第三濾波器響應。本響應大小係與速度的步階變化成比例，且該衰退時間係該第三濾波器頻寬和阻尼比率的函數。
圖7顯示使選在該第三濾波器突波716(對於一3千赫第三濾波器而言，在該速度變化後的0.12毫秒左右)的高峰時所測定的大小相等但符號相反的聲光偏轉器偏差最大化的最糟案例速度輪廓710，該聲光偏轉器偏差最大化發生於一速度變化712(等於2*Vmax)後接一第二速度變化714之時。
若一聲光偏轉器瞬變縮放因子係定義為“Ktrans”，則對於一程序段速度變化deltaV為deltaAod=Ktrans*deltaV。對於一第4階3千赫第三濾波器而言，一範例性Ktrans值為26.6微米/(米/秒)。因此，例如，對於可產生+2至-2米/秒速度變化的具有2米/秒程序速度的程序段而言，該界限deltaAod=2*(2米/秒)*(26.6微米/(米/秒)=106.4微米。
IV.範例性聲光偏轉器工具安裝實施例
為了避免或減少第三濾波所強加在程序速度上的限制，在此揭示之某些實施例在每一個壓型動作前和後後插入一安裝時間。該高峰聲光偏轉器偏差發生於特徵間移動和壓型移動之間的速度轉換處。本轉換發生於壓型前(在趨近該壓型位置的時候)和壓型後(在自該已完成壓型位置離開至下一位置的時候)兩者。藉由在每一個壓型期結尾添加一安裝延遲，該 聲光偏轉器偏差被允許設定成一較低值。這個接著允許較高壓型間速度(提供高生產能力)而仍將該聲光偏轉器行進偏差保持在該系統的聲光偏轉器架構界限內。
圖8根據本發明一實施例圖示一範例性瞬變聲光偏轉器命令以回應射束速度的步階變化。在本範例中，一陡峭聲光偏轉器偏差瞬變約發生在該速度變化(在圖8中，t=0)時。速度上的步階變化可發生於例如該射束軌道停止以便開始壓型時，或在壓型完成後，該射束軌道開始高速移動至下一特徵時。
對應至該速度變化的聲光偏轉器偏轉瞬變峰值處之安裝時間812(例如，本範例為70微秒)減少該聲光偏轉器偏轉範圍。例如，相較於該安裝時間812所提供之減少偏轉範圍816，圖8說明不具有安裝時間的偏轉範圍814。儘管圖8中之瞬變說明對速度上的步階變化之反應，然一類似安裝方法也可施用至非步階變化的速度輪廓中。例如，這類安裝被使用於提供速度上的斜坡變化(固定加速度)或速度上的進取式輪廓變化(在一高頻寬下所顯現的正弦波)或速度上的其它變化之某些實施例中。
在壓型(約在t=0時點)前和後兩者插入小安裝期顯著地減少該聲光偏轉器偏轉範圍以回應該特徵間速度步階變化。這個允許一給予聲光偏轉器範圍使用較高特徵間速度，藉以增加總生產能力。
圖9根據本發明一實施例圖示在特徵處理期間的雷射發射背景中的安裝程序。尤其，圖9說明雷射發射前安裝期910和雷射發射後安裝期912兩者減少一給予特徵間射束速度所需之聲光偏轉器偏轉範圍。每一個安裝期910、912的時序係相對於一雷射脈衝914、一射束軌道位置916、 一射束軌道速度918和一聲光偏轉器命令920之瞬變來顯示之。如所示地，該雷射發射前安裝期910始於該位置916到達一目標位置且該速度步階式下降至0米/秒之時。該雷射脈衝914並未發射，直到完成該雷射發射前安裝期910後才發射。該雷射發射後安裝期912始於該雷射脈衝914結束時。在該雷射發射後安裝期912完成後，該速度918自0米/秒步階式上升至2米/秒(舉例)以開始移動該射束軌道位置916至下一目標。該雷射脈衝前和後兩者的安裝期910、912允許一減少的聲光偏轉器偏轉範圍，其接著允許在連續目標位置間具有較高速度並可改善生產能力。
V.壓型速度和軌道下的範例性聲光偏轉器工具安裝
如上所述地，在一些案例中，可期待包含一工件特徵的壓型安裝時間，以允許射束定位器錯誤朝零設定。上述某些實施例的要求安裝時間以零射束速度留在該目標或特徵位置。這個方式對於固定不動之壓型動作(例如，衝壓)工作良好，但對於具有環形軌道(例如，螺旋、圓鋸、圓形)的壓型動作而言，引發該壓型動作在該射束定位器內產生一動力瞬變，因而可能產生該安裝時間欲避免的射束定位錯誤。
對於具有環形軌道的壓型動作，另一實施例係藉由於該專屬安裝時間內執行該初始壓型軌道以“安裝”在該壓型位置處。例如，一圓形工具軌道可透過全部或部分迴轉中的任意數量來擁有之。在某些這類實施例中，對於由一內部直徑開始的螺旋工具而言，該安裝時間包含該內部直徑軌道的部分或全部重複。
圖10根據本發明一實施例略示一環形工具圖案射束路徑。該射束路徑1014開始於一起始位置1016(顯示成一點)，包含一入口段1018、 一360度環形段1020(以虛線示之)、一出口段1022和也是環形段1020的中心1025之結束位置1024(顯示成一點)。環形段1020具有一直徑D，對應至一欲處理洞的周圍或周邊，且可不具有360度範圍。在本範例中，入口段1018的加速度為零(固定速度)，但是出口段1022的加速度係環形段1020加速度的兩倍。在一實施例中，在啟動該雷射前的第一安裝期間，該射束路徑採用該環形段1020一或更多次，且在雷射處理後的第二安裝期間，該射束路徑採用該環形段1020一或更多次。
一環形軌道安裝優勢係為在自該特徵至特徵移動軌道至該壓型軌道動作的轉換中所產生之非正弦瞬變會衰減，而減少該壓型動作內的追蹤錯誤並因此改善該處理特徵品質。大體上，該些射束定位元件(電流式反射鏡對和臺階)可追蹤之重複性正弦射束命令遠佳於該初始瞬變射束命令。
此外或在其它實施例中，該初始正弦運動被重複，而非簡單地維持該要求安裝時間的初始壓型速度(大小和方向)。對於非常高速壓型(例如，約1米/秒至2米/秒)和大安裝時間(例如，約100毫秒)而言，這個也許需要非常大的接近距離，其對於該射束定位器而言變得麻煩-需要長準備移動，且超過其在單一電流驅動領域內處理較好的應用中之電流驅動領域尺寸。
那些具有熟知此項技術之人士會了解到對於上述實施例細節的許多變化可被產生而不偏離本發明基本原理。因此，本發明範圍應只由下列申請專利範圍決定之。

Claims (20)

  1. 一種經由雷射工具操作而處理工件之方法，該雷射工具定義沿傳送雷射射束之射束軸，該方法包括：以第一速度在該射束軸和該工件的表面之間產生相對移動以導引該射束軸朝向該工件的第一目標位置；在到達或靠近該第一目標位置後，將該相對移動的速度自該第一速度改變成第二速度；為了回應該第二速度的改變，引發第一安裝期以延遲雷射脈衝的發射，使得該雷射脈衝的起始係在完成該第一安裝期後入射在該第一目標位置處；在完成該雷射脈衝的該發射入射在該第一目標位置後，引發沒有雷射脈衝被發射的第二安裝期；及在完成該第二安裝期後，將該第二速度改變成第三速度，以用該第三速度在該射束軸和該工件的該表面之間產生相對移動以導引該射束軸自該第一目標位置朝向該工件的第二目標位置，其中，在該射束軸和該工件的該表面之間產生該相對移動包括：(a)使用第一定位系統，給予在該射束軸和該工件的該表面之間的該相對移動的第一部分；以及(b)使用回應於施加的位置命令的第二定位系統，給予在該射束軸和該工件的該表面之間的該相對移動的第二部分，以及其中該方法進一步包括：及時將該第二定位系統對該施加的位置命令的瞬變響應的峰值對準由該第一安裝期和該第二安裝期所組成的群組所選出的至少一個。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該相對移動的該第二部分疊加在該相對移動的該第一部分上。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，進一步包括：依據該第二射束定位系統對該施加的位置命令的該瞬變響應來選取該第一安裝期和該第二安裝期。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，該第二射束定位系統包括選自由聲光偏轉器(AOD)、聲光調變器(AOM)、電光偏轉器(EOD)、電光調變器(EOM)和快速操縱反射鏡(FSM)所組成之族群中的至少一個偏轉裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該方法進一步包括：及時將該第二定位系統對該施加的位置命令的該瞬變響應的第一峰值對準該第一安裝期，且及時將該第二定位系統對該施加的位置命令的該瞬變響應的第二峰值對準該第二安裝期，藉此減少用於回應至該施加的位置命令所需之偏轉範圍。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該第一速度和該第三速度係大於該第二速度。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該第三速度係不同於該第一速度。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該第二速度為零，使得該射束軸留在該第一目標位置而該雷射脈衝中的至少一部分係入射其上。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，自該第一速度改變成該第二速度或自該第二速度變成該第三速度包括速度上的步階變化。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該第三速度約相等於該第一速度。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該第三速度大於該第二速度。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，自該第一速度改變成該第二速度或自該第二速度變成該第三速度包括選自由以下所組成之群組中所選出的速度變化：斜坡變化和正弦輪廓變化。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括依據被配置用以產生該施加的位置命令來決定該瞬變響應。
  14. 一種經由雷射工具操作而處理工件之方法，該雷射工具定義沿傳送雷射射束之射束軸，該方法包括：以第一速度在該射束軸和該工件的表面之間產生相對移動以導引該射束軸朝向該工件的第一目標位置；在到達或靠近該第一目標位置後，將該相對移動的速度自該第一速度改變成第二速度；為了回應該第二速度的改變，引發第一安裝期以延遲雷射脈衝的發射，使得該雷射脈衝的起始係在完成該第一安裝期後入射在該第一目標位置處；在完成該雷射脈衝的該發射入射在該第一目標位置後，引發沒有雷射脈衝被發射的第二安裝期；及在完成該第二安裝期後，將該第二速度改變成第三速度，以用該第三速度在該射束軸和該工件的該表面之間產生相對移動以導引該射束軸自該第一目標位置朝向該工件的第二目標位置；依據該第一目標位置的壓型速度(tooling velocity)來選取該第二速度，該壓型速度對應至該第一目標位置的環形壓型軌道(circular tooling trajectory)；及在該第一安裝期間及該雷射脈衝的起始係入射在該第一目標位置之前，沿著該第一目標位置的該環形壓型軌道來產生該射束軸和該工件的該表面間的相對移動。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包括：在該第二安裝期間及完成該雷射脈衝的結尾入射在該第一目標位置之後，持續沿著該第一目標位置的該環形壓型軌道來產生該射束軸和該工件的該表面間的該相對移動。
  16. 一種雷射處理設備，該雷射處理設備包括：雷射系統，用以產生雷射脈衝射束；第一定位系統，用以給予在該雷射脈衝射束的射束軸和工件的表面之間的相對移動；第二定位系統，用以回應於施加的位置命令給予在該射束軸和該工件的該表面之間的相對移動；以及控制器，用以協調該雷射系統與該第一定位系統和該第二定位系統所給予的該相對移動，該控制器被架構來：(a)在第一安裝期期間，在該射束軸到達相對於該工件的該表面的目標位置後，延遲該雷射系統射出該雷射脈衝射束；及(b)在第二安裝期期間，在該目標位置已經由該雷射脈衝射束處理後，延遲該第一定位系統和該第二定位系統將該射束軸移離該目標位置，其中，該第二定位系統對該施加的位置命令的瞬變響應的峰值被及時與由該第一安裝期和該第二安裝期所組成的群組所選出的至少一個對準。
  17. 如申請專利範圍第16項之雷射處理設備，其中，該第二射束定位系統包括選自由聲光偏轉器(AOD)、聲光調變器(AOM)、電光偏轉器(EOD)和電光調變器(EOM)所組成之族群中的至少一個偏轉裝置。
  18. 如申請專利範圍第17項之雷射處理設備，其中，該控制器進一步被架構以及時將該第二定位系統對該施加的位置命令的該瞬變響應的第一峰值對準該第一安裝期，且及時將該第二定位系統對該施加的位置命令的該瞬變響應的第二峰值對準該第二安裝期，藉此減少該第二定位系統所需之偏轉範圍。
  19. 一種在工件的一或更多材料內形成或處理特徵的雷射處理設備，該雷射處理設備包括：雷射系統，用以產生雷射脈衝射束；第一定位系統，用以給予在該雷射脈衝射束的射束軸和工件的表面之間的相對移動；第二定位系統，用以給予在該射束軸和該工件的該表面之間的相對移動；以及控制器，用以協調該雷射系統與該第一定位系統和該第二定位系統所給予的該相對移動，該控制器被架構來：在該射束軸到達相對於該工件的該表面的目標位置後，延遲該雷射系統射出該雷射脈衝射束，在該目標位置已經由該雷射脈衝射束處理後，延遲該第一定位系統和該第二定位系統將該射束軸移離該目標位置，以及在該射束軸到達該目標位置後，延遲該雷射系統射出該雷射脈衝射束的同時，給予該射束軸環形運動，該環形運動對應至該目標位置處之欲處理的洞。
  20. 一種在工件的一或更多材料內形成或處理特徵的雷射處理設備，該雷射處理設備包括：雷射系統，用以產生雷射脈衝射束；第一定位系統，用以給予在該雷射脈衝射束的射束軸和工件的表面之間的相對移動；第二定位系統，用以給予在該射束軸和該工件的該表面之間的相對移動；以及控制器，用以協調該雷射系統與該第一定位系統和該第二定位系統所給予的該相對移動，該控制器被架構來：在該射束軸到達相對於該工件的該表面的目標位置後，延遲該雷射系統射出該雷射脈衝射束，在該目標位置已經由該雷射脈衝射束處理後，延遲該第一定位系統和該第二定位系統將該射束軸移離該目標位置，以及在該目標位置已經由該雷射脈衝射束處理後，延遲該第一定位系統和該第二定位系統將該射束軸移離該目標位置的同時，給予該射束軸環形運動，該環形運動對應至該目標位置處之已處理的洞。
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