TWI756125B - 雷射加工裝置 - Google Patents

雷射加工裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI756125B
TWI756125B TW110116214A TW110116214A TWI756125B TW I756125 B TWI756125 B TW I756125B TW 110116214 A TW110116214 A TW 110116214A TW 110116214 A TW110116214 A TW 110116214A TW I756125 B TWI756125 B TW I756125B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
temperature
lens
sensor
laser
unit
Prior art date
Application number
TW110116214A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202202261A (zh
Inventor
髙橋悌史
竹田浩之
坂健太郎
Original Assignee
日商三菱電機股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商三菱電機股份有限公司 filed Critical 日商三菱電機股份有限公司
Publication of TW202202261A publication Critical patent/TW202202261A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI756125B publication Critical patent/TWI756125B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/035—Aligning the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)

Abstract

提供一種雷射加工裝置(1)，其具備：雷射振盪器(4)，係輸出脈衝雷射光(5)；電掃描器(13X、13Y)，係具有電鏡(11X、11Y)，且藉由電鏡(11X、11Y)上的脈衝雷射光(5)之反射來使脈衝雷射光(5)偏向，並且藉由按照位置指令(29a)所為之控制來使電鏡(11X、11Y)旋轉；作為透鏡的fθ透鏡(15)，係具有供在電掃描器中(13X、13Y)已偏向之脈衝雷射光(5)入射的入射區域，且將往入射區域入射後的脈衝雷射光(5)予以聚光；透鏡溫度測量部(9)，係藉由檢測從入射區域輻射的紅外線來測量透鏡之溫度，且求出透鏡之溫度資訊；以及作為修正部的電指令轉換部(6)，係依據溫度資訊來修正位置指令(29)。

Description

雷射加工裝置
本發明係關於一種藉由脈衝雷射光(pulse laser light)之照射來加工被加工物的雷射加工裝置。
已知有一種具有加工頭且進行印刷配線基板等被加工物之開孔加工的雷射加工裝置，該加工頭係搭載有使脈衝雷射光偏向的電掃描器(galvano scanner)與將脈衝雷射光予以聚光的fθ透鏡。在如此的雷射加工裝置中，有時在脈衝雷射光穿透fθ透鏡時，fθ透鏡之溫度會藉由脈衝雷射光之一部分由fθ透鏡所吸收而上升。藉由fθ透鏡之溫度上升，fθ透鏡之折射率就會變化。當fθ透鏡之折射率變化時，被加工物中的脈衝雷射光之照射位置就會變化。
在專利文獻1係有揭示一種測量fθ透鏡之溫度且依據fθ透鏡之溫度來修正照射位置的雷射加工裝置。專利文獻1之雷射加工裝置係使用設置於fθ透鏡之側面部的溫度感測器(temperature sensor)來測量fθ透鏡之溫度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2003-290944號公報
[發明所欲解決之課題]
在藉由專利文獻1之技術來修正照射位置的情況中，為了能夠進行高精度的修正，較期望能夠瞬間且正確地測量fθ透鏡之中脈衝雷射光所入射的區域之溫度。在專利文獻1所揭示的習知雷射加工裝置中，由於在fθ透鏡之側面部設置有溫度感測器，所以會因fθ透鏡之周圍的溫度、以及fθ透鏡中的熱傳導之延遲的影響等，而難以瞬間且正確地測量脈衝雷射光所入射的區域之溫度。為此，依據習知技術，雷射加工裝置係難以進行照射位置之高精度的修正，因此有難以提升加工精度的問題。
本揭示係有鑑於上述問題而開發者，其目的在於獲得一種能夠提升加工精度的雷射加工裝置。 [用以解決課題之手段]
為了解決上述的課題且達成目的，本揭示的雷射加工裝置，其具備：雷射振盪器，係輸出脈衝雷射光；電掃描器，係具有電鏡(galvanomirror)，且藉由電鏡上的脈衝雷射光之反射來使脈衝雷射光偏向，並且藉由按照位置指令所為之控制來使電鏡旋轉；透鏡，係具有供在電掃描器中已偏向之脈衝雷射光入射的入射區域，且將往入射區域入射後的脈衝雷射光予以聚光；透鏡溫度測量部，係藉由檢測從入射區域輻射的紅外線來測量透鏡之溫度，且求出透鏡之溫度資訊；以及修正部，係依據溫度資訊來修正位置指令。 [發明功效]
本揭示的雷射加工裝置係達到能夠提升加工精度的功效。
以下，依據圖式來詳細說明實施型態的雷射加工裝置。
[實施型態1] 圖1係顯示實施型態1的雷射加工裝置1之構成的圖。實施型態1的雷射加工裝置1係藉由脈衝雷射光5之照射來進行被加工物16之開孔加工。被加工物16係被搭載於電子機器等的印刷配線基板。被加工物16只要是能成為開孔加工之對象的物品即可，亦可為印刷配線基板以外的物品。
在實施型態1中，X軸、Y軸及Z軸係互為垂直的三軸。X軸與Y軸係水平方向的軸。Z軸係鉛直方向的軸。雷射加工裝置1係進行高速地形成在X軸方向與Y軸方向上分散之複數個孔17的開孔加工。
雷射加工裝置1係具有輸出脈衝雷射光5的雷射振盪器4。脈衝雷射光5為紅外光。在實施型態1中，雷射振盪器4為二氧化碳(CO 2)雷射。脈衝雷射光5之峰值波長(peak wavelength)為9.3μm至10.6μm之範圍中所包含的波長。
雷射加工裝置1之加工頭26係具有：使脈衝雷射光5偏向的電掃描器13X、13Y；以及作為將脈衝雷射光5予以聚光之透鏡的fθ透鏡15。
電掃描器13X係具有：將往加工頭26入射之脈衝雷射光5予以反射的電鏡11X；以及旋轉驅動電鏡11X的馬達12X。電掃描器13X係藉由電鏡11X上的脈衝雷射光5之反射來使脈衝雷射光5偏向。又，電掃描器13X係藉由按照位置指令29a所為之控制來使電鏡11X旋轉。電掃描器13X係在特定的擺動角度之範圍內使電鏡11X旋轉，藉此使脈衝雷射光5之照射位置往X軸方向移動。
電掃描器13Y係具有：將從電掃描器13X入射之脈衝雷射光5予以反射的電鏡11Y；以及旋轉驅動電鏡11Y的馬達12Y。電掃描器13Y係藉由電鏡11Y上的脈衝雷射光5之反射來使脈衝雷射光5偏向。又，電掃描器13Y係藉由按照位置指令29a所為之控制來使電鏡11Y旋轉。電掃描器13Y係在特定的擺動角度之範圍內使電鏡11Y旋轉，藉此使脈衝雷射光5之照射位置往Y軸方向移動。
fθ透鏡15係固定於透鏡框架(lens frame)14。fθ透鏡15係使在電鏡11Y反射後的脈衝雷射光5集中於被加工物16之照射位置。fθ透鏡15之材料為鍺(germanium)或硒化鋅(zinc selenide)。
雷射加工裝置1係具有：位於比被加工物16更上方並使加工頭26往Z軸方向移動的Z軸工作台。Z軸工作台之圖示係省略。藉由Z軸工作台使加工頭26移動，雷射加工裝置1係使fθ透鏡15之焦點對準於被加工物16。
雷射加工裝置1係具有XY工作台18。XY工作台18係具有：藉由按照位置指令27所為之控制而移動的頂部工作台(top table)19。被加工物16係被置放於頂部工作台19。XY工作台18係與頂部工作台19一起使被加工物16移動。
在此，在不使頂部工作台19移動而驅動電掃描器13X、13Y後的情況下，將能夠使照射位置移動的區域設為掃描區域。掃描區域，例如是往X軸方向移動50mm、往Y軸方向移動50 mm的區域。頂部工作台19係能夠移動於比被加工物16之大小更寬的範圍。例如，被加工物16之位於X軸方向及Y軸方向上的大小為300mm×300mm左右，相對於此，頂部工作台19係在X軸方向及Y軸方向上移動600mm×600mm左右的範圍。雷射加工裝置1係能夠藉由電掃描器13X、13Y之驅動與頂部工作台19之移動而進行以被加工物16之整體作為對象的開孔加工。
雷射加工裝置1係具有：控制雷射加工裝置1之整體的控制裝置25。控制裝置25係具有：生成各種指令的指令生成部2；雷射控制部3；作為修正部的電指令轉換部6；電控制部10；以及XY工作台控制部20。
指令生成部2係生成：對於XY工作台18的位置指令27；雷射輸出指令28；以及對於電掃描器13X、13Y的位置指令29。指令生成部2係將被生成的位置指令27往XY工作台控制部20輸出。指令生成部2係將被生成的雷射輸出指令28往雷射控制部3輸出。指令生成部2係將被生成的位置指令29往電指令轉換部6輸出。
電指令轉換部6係依據從透鏡溫度測量部9所輸出的溫度資訊來修正位置指令29。有關透鏡溫度測量部9將於後述。電指令轉換部6係輸出位置指令29a。電指令轉換部6係在修正位置指令29後的情況下，輸出修正後的位置指令29來作為位置指令29a。電指令轉換部6係在不修正位置指令29的情況下，輸出未被修正的位置指令29來作為位置指令29a。
雷射控制部3係按照雷射輸出指令28來控制雷射振盪器4。雷射控制部3係按照雷射輸出指令28來控制脈衝雷射光5之功率(power)、脈衝雷射光5之脈寬(pulse width)、以及脈衝雷射光5被輸出的時序(timing)。
電控制部10係按照位置指令29a來控制電掃描器13X與電掃描器13Y。電控制部10係控制藉由馬達12X所為的電鏡11X之旋轉，且進行電鏡11X之定位。電控制部10係控制藉由馬達12Y所為的電鏡11Y之旋轉，且進行電鏡11Y之定位。電控制部10係修正起因於電掃描器13X、13Y與fθ透鏡15的光學失真特性。電控制部10係使用事先所設定的失真修正函數來修正光學失真特性。藉由光學失真特性被修正，電掃描器13X就會使脈衝雷射光5正確地往X軸方向移動。電掃描器13Y係使脈衝雷射光5正確地往Y軸方向移動。藉此，雷射加工裝置1係可以在XY平面上的正確位置形成孔17。
XY工作台控制部20係按照位置指令27來控制XY工作台18。XY工作台控制部20係控制藉由XY工作台18所為的頂部工作台19之移動，且進行頂部工作台19之定位。
雷射加工裝置1係具有：測量fθ透鏡15之溫度的透鏡溫度測量部9。透鏡溫度測量部9係求出表示fθ透鏡15之溫度的溫度資訊。在脈衝雷射光5穿透fθ透鏡15時，脈衝雷射光5之一部分會由fθ透鏡15所吸收，藉此fθ透鏡15之溫度會上升。在fθ透鏡15之溫度已上升的情況下，fθ透鏡15之折射率會變化，藉此被加工物16中的脈衝雷射光5之照射位置就會變化。雷射加工裝置1係依據透鏡溫度測量部9所為的測量結果來修正位置指令29，藉此來修正被加工物16中的脈衝雷射光5之照射位置。
透鏡溫度測量部9係具有溫度計算部7與輻射溫度感測器8。溫度計算部7係包含於控制裝置25。溫度計算部7係進行溫度測量用的計算。指令生成部2係將雷射輸出指令28與溫度計算參數(parameter)34往溫度計算部7輸出。
輻射溫度感測器8為非接觸式的溫度感測器。輻射溫度感測器8係被配置於fθ透鏡15當中的入射區域之上方。入射區域係指fθ透鏡15之表面中的區域，且為在電掃描器13X、13Y中已偏向之脈衝雷射光5所入射的區域。fθ透鏡15係將往入射區域入射後的脈衝雷射光5予以聚光。輻射溫度感測器8係檢測從fθ透鏡15之入射區域輻射後的紅外線，藉此測量入射區域中的fθ透鏡15之溫度。
fθ透鏡15之溫度，例如是在25℃至30℃之範圍內變化。在此情況下，從fθ透鏡15所輻射的紅外線之強度係在10μm左右之波長中成為最強。在此例的情況下，作為輻射溫度感測器8係使用在8μm至12μm之波長中具有靈敏度的紅外線檢測器。作為如此的紅外線檢測器係可使用熱電堆(thermopile)或熱敏電阻(thermistor)等廉價的紅外線檢測器。
在實施型態1中，輻射溫度感測器8係不限於在8μm至12μm之波長中具有靈敏度者，而是只要在9.3μm至10.6μm之波長區域中具有靈敏度者即可。透鏡溫度測量部9係具有：至少在9.3μm至10.6μm之波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器8。藉由輻射溫度感測器8與fθ透鏡15之入射區域面對面，依存於fθ透鏡15之溫度而從fθ透鏡15所輻射的紅外線、與作為在fθ透鏡15反射後之脈衝雷射光5的反射光21係往輻射溫度感測器8入射。從fθ透鏡15所輻射的紅外線之圖示係省略。
在反射光21已入射於上述之紅外線檢測器的情況下，反射光21會影響到藉由紅外線檢測器所為的測量結果。亦即，藉由紅外線檢測部所為的測量結果係成為比fθ透鏡15之實際的溫度更高的值。於是，在實施型態1中，透鏡溫度測量部9係在溫度計算部7中求出反射光21之影響已被排除的溫度資訊。所謂反射光21之影響已被排除，係指因為反射光21往輻射溫度感測器8入射所致的測量結果之上升量已被排除。溫度計算部7係將已求出的溫度資訊往電指令轉換部6輸出。
圖2係用以針對實施型態1中之作為透鏡溫度測量部9所為的溫度測量之對象的測量區域23加以說明的圖。在圖2係顯示從鉛直上方觀察被固定於透鏡框架(lens frame)14的fθ透鏡15之樣態。
在電掃描器13X、13Y中已偏向的脈衝雷射光5係往fθ透鏡15之入射區域22入射。藉由輻射溫度感測器8所為的測量區域23為入射區域22內的區域。輻射溫度感測器8係藉由以測量區域23作為對象的溫度測量來測量入射區域22之平均溫度。藉由透鏡溫度測量部9所測量的fθ透鏡15之溫度為入射區域22之平均溫度。
其次，參照圖3來針對透鏡溫度測量部9之動作加以說明。圖3係用以針對實施型態1中的雷射輸出指令28、雷射輸出及溫度測量結果加以說明的圖。
圖3之(a)係顯示作為從指令生成部2往雷射控制部3輸出之雷射輸出指令28的信號之變化。圖3之(b)係顯示雷射振盪器4所為的雷射輸出之變化、亦即脈衝雷射光5之輸出的變化。在圖3之(c)中，實線的曲線圖係表示輻射溫度感測器8之輸出、亦即輻射溫度感測器8之測量值。在圖3之(c)中，虛線的曲線圖係表示在假設輻射溫度感測器8不受到反射光21之影響的情況下可藉由輻射溫度感測器8所測量的溫度。亦即，虛線的曲線圖係表示藉由輻射溫度感測器8所應測量的fθ透鏡15之溫度。圖3之(d)係顯示作為透鏡溫度測量部9之輸出的溫度資訊、亦即透鏡溫度測量部9之測量結果。
在圖3之(a)中，指令生成部2係在t1、t2、t3、t4、t5、t7、t8、t9、t10、t11之各個時刻輸出峰值功率(peak power)為P1且脈寬為td的雷射輸出指令28。在t1至t12的期間之中，雷射輸出指令28為導通(on)的期間，係指t1至t1+td、t2至t2+td、t3至t3+td、t4至t4+td、t5至t5+td、t7至t7+td、t8至t8+td、t9至t9+td、t10至t10+td、t11至t11+td的各個期間。t1至t12的期間之中作為該導通的期間以外之期間為雷射輸出指令28成為關斷(off)的期間。在雷射輸出指令28為導通時，雷射控制部3係以雷射輸出成為P1的方式來控制雷射振盪器4。在雷射輸出指令28為關斷時，雷射控制部3係使雷射輸出成為零。
如圖3之(b)所示，雷射振盪器4係輸出與雷射輸出指令28同等的脈衝雷射光5。再者，雖然在圖3中未被顯示，但是藉由雷射振盪器4所為的雷射輸出之動作會起因於雷射振盪器4之動態特性，而比雷射輸出指令28更些微延遲。
如圖3之(c)之實線的曲線圖所示，輻射溫度感測器8之輸出係在t1至t6的期間上下大幅地變化，且與藉由虛線之曲線圖所示的溫度大幅地乖離。輻射溫度感測器8之輸出係從脈衝雷射光5之變化僅延遲輻射溫度感測器8之測量時間常數量而上下變化。藉由輻射溫度感測器8一起接受反射光21與fθ透鏡15所輻射的紅外線，就能從輻射溫度感測器8輸出將紅外線之測量結果與反射光21之測量結果相加後的結果。因反射光21之比例係比紅外線之比例更大，故而在表示輻射溫度感測器8之輸出的曲線圖中係呈現較大的波形狀。由於輻射溫度感測器8之輸出大幅地受到反射光21之影響，所以透鏡溫度測量部9無法將藉由輻射溫度感測器8所為的測量結果直接當作fθ透鏡15之溫度的測量結果。再者，輻射溫度感測器8係具有毫秒級(millisecond order)的測量時間常數。fθ透鏡15係藉由比輻射溫度感測器8之測量時間常數更延遲的時間常數進行溫度變化。因此，如虛線之曲線圖所示，fθ透鏡15之溫度的變化係成為平緩的變化。
在t5中雷射輸出指令28被輸出之後，在t5+td至t7的期間，雷射輸出指令28係未被輸出。圖3之(c)所示之實線的曲線圖係在比t5+td更晚的期間慢慢地靠近虛線的曲線圖。亦即，藉由輻射溫度感測器8所為的測量結果係逐漸地變低並收斂於fθ透鏡15之溫度。在t6至t7的期間，藉由輻射溫度感測器8所為的測量結果係與fθ透鏡15之溫度成為同等。測量結果與fθ透鏡15之溫度同等，係指即便有測量結果與fθ透鏡15之溫度的差，該差仍是在位置指令29之修正中可忽視的程度的差。
在以下的說明中，將藉由輻射溫度感測器8所為的測量結果收斂至fθ透鏡15之溫度為止所需的期間，設為感測器恢復期間「twait」。在上述說明中，t5+td至t6的期間為感測器恢復期間「twait」。從雷射輸出指令28已成為關斷時起在感測器恢復期間「twait」中雷射脈衝(laser pulse)信號不成為導通的情況下，經過感測器恢復期間「twait」之後，藉由輻射溫度感測器8所為的測量結果係與fθ透鏡15之溫度成為同等。在以下的說明中係將藉由輻射溫度感測器8所為的測量結果與fθ透鏡15之溫度成為同等的期間，設為感測器有效期間。又，將感測器有效期間以外的期間，設為感測器無效期間。在圖3所示之例的情況下，t1至t6的期間、與t7至t12的期間係分別為感測器無效期間。又，在圖3中，直至t1為止的期間、與t6至t7的期間、與從t12起算的期間係分別為感測器有效期間。
溫度計算部7係將從指令生成部2所輸出的雷射輸出指令28從導通切換成關斷，且經過了作為事先所設定之期間的感測器恢復期間「twait」時算起，至雷射輸出指令28之輸出成為導通為止的期間判定為感測器有效期間。溫度計算部7係測量感測器有效期間中的fθ透鏡15之溫度。溫度計算部7係在感測器有效期間中將藉由輻射溫度感測器8所為的測量結果作為溫度資訊來輸出。
另一方面，溫度計算部7係依據在感測器有效期間中所測量到的溫度，來推測感測器無效期間中的fθ透鏡15之溫度資訊。溫度計算部7係使用即將到感測器無效期間之前的輻射溫度感測器8之輸出、與雷射輸出指令28、與fθ透鏡15之時間常數等的參數，來推測fθ透鏡15之溫度資訊。溫度計算部7係在感測器無效期間中將fθ透鏡15之溫度資訊的推測結果作為溫度資訊來輸出。
在圖3之(d)係顯示感測器有效期間中的fθ透鏡15之溫度的測量結果、與感測器無效期間中的fθ透鏡15之溫度的推測結果。圖3之(d)所示的透鏡溫度測量部9之輸出變化係與圖3之(c)之虛線的曲線圖所示的fθ透鏡15之溫度的變化幾乎一致。如此，透鏡溫度測量部9係可以獲得能視為fθ透鏡15之溫度的溫度資訊，且可以求出fθ透鏡15之正確的溫度資訊。
其次，針對藉由溫度計算部7所為的處理加以說明。圖4係顯示在實施型態1中透鏡溫度測量部9所備置的溫度計算部7之功能構成的圖。溫度計算部7係具有感測器狀態判定部30、感測器輸出記憶部31、溫度推測部32及溫度資訊切換部33。在溫度計算部7係輸入有雷射輸出指令28、溫度計算參數34、以及作為藉由輻射溫度感測器8所為之測量結果的測量值。
溫度計算參數34為在溫度計算部7之計算中所使用的參數。溫度計算參數34係包含表示感測器恢復期間「twait」之長度的設定值。溫度計算參數34係包含轉換增益(conversion gain)、與fθ透鏡15之熱時間常數。轉換增益為用以將脈衝雷射光5之能量換算成fθ透鏡15之溫度變化量的能量溫度轉換增益。
在感測器狀態判定部30係輸入有雷射輸出指令28與溫度計算參數34。感測器狀態判定部30係依據雷射輸出指令28與感測器恢復期間「twait」之設定值，來判定感測器有效期間與感測器無效期間。感測器狀態判定部30係將如t1至t5+td為止的期間般，包夾比感測器恢復期間「twait」更短之關斷的期間而重複雷射輸出指令28之導通的期間，判定為感測器無效期間。感測器狀態判定部30係將如t5+td至t6為止的期間般，雷射輸出指令28成為關斷之後直至經過感測器恢復期間「twait」為止的期間，判定為感測器無效期間。感測器狀態判定部30係將如t6至t7為止的期間般，感測器恢復期間「twait」經過之後直至雷射輸出指令28成為導通為止的期間，判定為感測器有效期間。
感測器狀態判定部30係將作為表示判定結果之資訊的感測器狀態旗標(flag)35往感測器輸出記憶部31與溫度資訊切換部33輸出。感測器狀態判定部30係在已判定現在為感測器無效期間的情況下，將感測器狀態旗標35設為導通。感測器狀態判定部30係在已判定現在為感測器有效期間的情況下，將感測器狀態旗標35設為關斷。
在感測器輸出記憶部31係輸入有輻射溫度感測器8之測量值、與感測器狀態旗標35。感測器輸出記憶部31係記憶即將到感測器無效期間之前從輻射溫度感測器8所輸入的測量值。感測器輸出記憶部31係將已記憶的該測量值往溫度推測部32輸出。又，感測器輸出記憶部31係在作為關斷的感測器狀態旗標35被輸入的情況下，保存已從輻射溫度感測器8所輸入的測量值。感測器輸出記憶部31係在作為導通的感測器狀態旗標35被輸入的情況下，將在感測器有效期間中已被保存的測量值往溫度推測部32輸出。
在溫度推測部32係輸入有雷射輸出指令28、溫度計算參數34及感測器狀態旗標35。在溫度推測部32係從感測器輸出記憶部31輸入有輻射溫度感測器8之測量值。溫度推測部32係進行用以推測感測器無效期間中的fθ透鏡15之溫度的計算。
溫度推測部32係在輸入有導通的感測器狀態旗標35之情況下，對雷射輸出指令28乘上轉換增益。溫度推測部32係使用如此的乘算結果、與使用了fθ透鏡15之熱時間常數的低通濾波器(low pass filter)，來推測fθ透鏡15之溫度變化量。更且，溫度推測部32係對溫度變化量之推測結果加上即將到感測器無效期間之前的輻射溫度感測器8之測量值。藉此，溫度推測部32係求出感測器無效期間中的fθ透鏡15之溫度的推測值。溫度推測部32係將已求出的推測值往溫度資訊切換部33輸出。
溫度推測部32係在已輸入有關斷的感測器狀態旗標35之情況下，不進行用以推測溫度的計算。溫度推測部32係從感測器輸出記憶部31讀出感測器有效期間中的輻射溫度感測器8之測量值。溫度推測部32係進行上述低通濾波器之狀態量的清除(clear)處理，以使感測器無效期間中的推測值之計算結果與感測器有效期間中的測量值一致。
在溫度資訊切換部33係輸入有感測器無效期間中的fθ透鏡15之溫度的推測值、感測器有效期間中的輻射溫度感測器8之測量值、及感測器狀態旗標35。溫度資訊切換部33係在已輸入有導通的感測器狀態旗標35之情況下，選擇fθ透鏡15之溫度的推測值。溫度計算部7係在感測器無效期間將從溫度推測部32所輸入的推測值作為溫度資訊來輸出。
另一方面，溫度資訊切換部33係在已輸入有關斷的感測器狀態旗標35之情況下，選擇輻射溫度感測器8之測量值。溫度計算部7係在感測器有效期間將從輻射溫度感測器8所輸入的測量值作為溫度資訊來輸出。如此，從溫度計算部7所輸出的溫度資訊係藉由溫度資訊切換部33可切換至fθ透鏡15之溫度的推測值及輻射溫度感測器8之測量值。
透鏡溫度測量部9係在無反射光21之影響的感測器有效期間中，將輻射溫度感測器8之測量值作為溫度資訊來輸出。又，透鏡溫度測量部9係在反射光21之影響變大的感測器無效期間中，不使用輻射溫度感測器8之測量值，而是使用在感測器有效期間已被保存的輻射溫度感測器8之測量值來推測fθ透鏡15之溫度。透鏡溫度測量部9係在感測器無效期間中，將fθ透鏡15之溫度的推測值作為溫度資訊來輸出。如此，透鏡溫度測量部9係求出反射光21之影響已被排除的溫度資訊。
其次，針對藉由電指令轉換部6所為之處理加以說明。在電指令轉換部6係輸入有來自指令生成部2的位置指令29、與來自透鏡溫度測量部9的溫度資訊。在此，設對於電掃描器13X的位置指令29為Xg(k)，對於電掃描器13Y的位置指令29為Yg(k)。k為加工孔編號。加工孔編號係指從1起依順序地附加於被加工物16上所形成的複數孔17之各個孔的整數。設時刻t中的fθ透鏡15之溫度資訊為θ(t)，設作為加工前的fθ透鏡15之溫度的初始溫度為θ0。電指令轉換部6係藉由以下所示的順序來求出作為依據溫度資訊所得之修正量的ΔXg(k)、ΔYg(k)。再者，實施型態1中所示的計算方法為一例，計算方法亦可做適當變更。
有關fθ透鏡15，作為時刻t中的起自θ0之溫度變化量的Δθ(t)係藉由以下之數式(1)所表示。
Figure 02_image001
電指令轉換部6係使用以下之數式(2)來求出作為溫度轉換參數的Pg。
Figure 02_image003
a0、a1、a2、b0、b1、b2之各個係為修正係數。修正係數係藉由使用雷射加工裝置1對壓克力板(acrylic plate)等的試驗基板進行開孔加工所事先求出。依據形成於試驗基板的孔17之位置與指令位置的偏移量、與加工時藉由透鏡溫度測量部9所獲得的fθ透鏡15之溫度資訊，而以加工誤差成為最小之方式求出調整後的各個修正係數。
電指令轉換部6係藉由使用上述數式(2)來求出以下之數式(3)所示的ΔXg(k)、ΔYg(k)。
Figure 02_image005
電指令轉換部6係藉由使用上述數式(3)、與作為位置指令29的Xg(k)、Yg(k)，來求出作為依據溫度所得的修正後之位置指令29的Xgout(k)、Ygout(k)。Xgout(k)、Ygout(k)係藉由以下之數式(4)所表示。電指令轉換部6係輸出Xgout(k)、Ygout(k)來作為位置指令29a。
Figure 02_image007
圖5係用以針對藉由實施型態1中之電指令轉換部6所為的位置指令29之修正加以說明的圖。圖5之(a)係顯示fθ透鏡15之溫度為θ0時開孔加工已被進行的樣態。在圖5中，係設以虛線所示的十字之中心的位置40為藉由作為位置指令29的Xg(k)、Yg(k)所示的加工位置。在圖5之(a)中，形成的孔17a之中心係與位置40重疊。未產生位置指令29與孔17a之偏移。
圖5之(b)係顯示fθ透鏡15之溫度為比θ0更高的θ(t)時開孔加工已被進行的樣態。在圖5之(b)中，形成的孔17b之中心係從位置40成為紙面左下方向的位置。產生位置指令29與孔17b之偏移。
圖5之(c)係顯示在fθ透鏡15之溫度為θ(t)的狀態中，位置指令29已藉由電指令轉換部6修正之後開孔加工已被進行的樣態。設以虛線所示的十字之中心的位置41為藉由Xgout(k)、Ygout(k)所示的加工位置。在圖5之(c)中，位置41係從位置40往紙面右上方向移動。形成的孔17c之中心係與位置40一致。電指令轉換部6係如此地求出能使位置指令29與孔17c之偏移消除的Xgout(k)、Ygout(k)，藉此來修正位置指令29。雷射加工裝置1係在電指令轉換部6中修正位置指令29，藉此可以在正確的位置形成孔17c。
其次，參照圖6來針對控制裝置25之動作加以說明。圖6係顯示實施型態1之雷射加工裝置1所具有的控制裝置25之動作順序的流程圖。
在步驟S1中，控制裝置25係藉由指令生成部2來解析加工程式，且在控制裝置25內將初始參數從指令生成部2往各部轉送。指令生成部2係將作為初始參數的溫度計算參數34往溫度計算部7轉送。指令生成部2係將作為初始參數的修正係數往電指令轉換部6轉送。
在步驟S2中，控制裝置25係藉由指令生成部2來解析加工程式，且依據作為下一個所形成之孔17的加工孔之位置資訊，來生成XY工作台18之位置指令27與電掃描器13X、13Y之位置指令29。指令生成部2係以被加工物16中的脈衝雷射光5之照射位置追隨加工孔之位置資訊的方式來生成位置指令27與位置指令29。指令生成部2亦進行作為XY工作台18的設置位置之誤差的定位誤差之修正、與XY工作台18的節距誤差(pitch error)之修正等。
在步驟S3中，控制裝置25係藉由按照XY工作台18之位置指令27所為的XY工作台18之控制，來將被加工物16定位。指令生成部2係將位置指令27送往XY工作台控制部20。XY工作台控制部20係按照位置指令27來將XY工作台18之頂部工作台19定位。如此，控制裝置25係將被置放於頂部工作台19的被加工物16定位。
在步驟S4中，控制裝置25係在透鏡溫度測量部9中計算fθ透鏡15之溫度。指令生成部2係將雷射輸出指令28送往透鏡溫度測量部9。溫度計算部7係依據雷射輸出指令28與輻射溫度感測器8之測量值來計算fθ透鏡15之溫度。透鏡溫度測量部9係將作為計算結果的溫度資訊送往電指令轉換部6。
在步驟S5中，控制裝置25係依據溫度資訊來修正電掃描器13X、13Y之位置指令29。指令生成部2係將位置指令29送往電指令轉換部6。在電指令轉換部6係從透鏡溫度測量部9輸入有fθ透鏡15之溫度資訊。電指令轉換部6係依據溫度資訊來進行位置指令29之修正。電指令轉換部6係將修正後的位置指令29a送往電控制部10。
在步驟S6中，控制裝置25係藉由電控制部10按照已被修正的位置指令29a來控制電掃描器13X、13Y，且將電鏡11X、11Y定位。
在步驟S7中，控制裝置25係按照雷射輸出指令28來控制雷射振盪器4。指令生成部2係將雷射輸出指令28送往雷射控制部3。雷射控制部3係按照雷射輸出指令28來控制雷射振盪器4。藉由雷射振盪器4輸出脈衝雷射光5，雷射加工裝置1係在被加工物16形成加工孔。
在步驟S8中，控制裝置25係判斷是否結束加工。指令生成部2係在加工孔已被形成之後，檢查有無下一個被加工的孔17。在有下一個被加工的孔17的情況下，判斷不結束加工。在不結束加工的情況下(步驟S8，否)，控制裝置25係針對下一個加工孔重複步驟S2以後的順序。在沒有下一個被加工的孔17的情況下，判斷結束加工。在結束加工的情況下(步驟S8，是)，控制裝置25係結束依據圖6所示之順序所為的動作。藉由以上，雷射加工裝置1係依據加工程式而對被加工物16施予開孔加工。
在實施型態1中，雖然已針對感測器狀態判定部30以雷射輸出指令28為基礎來判定感測器有效期間與感測器無效期間的情況加以說明，但是亦可以脈衝雷射光5之檢測信號為基礎來判定感測器有效期間與感測器無效期間。圖3之(b)所示的雷射輸出係可藉由該檢測信號來模擬表示。藉由配置於雷射振盪器4之射出口附近的分光鏡(beam splitter)來使脈衝雷射光5之一部分分歧，且藉由高速的雷射功率感測器(laser power sensor)來檢測已被分歧的光，藉此控制裝置25就可以獲得該檢測信號。
依據實施型態1，雷射加工裝置1係藉由檢測已從入射區域22輻射的紅外線，來測量fθ透鏡15之溫度。雷射加工裝置1係求出在fθ透鏡15反射後的脈衝雷射光5之影響已被排除的溫度資訊。雷射加工裝置1係依據該溫度資訊來修正位置指令29。雷射加工裝置1係可不受到反射光21之影響而瞬間且正確地測量入射區域22中的fθ透鏡15之溫度。雷射加工裝置1係藉由可以瞬間且正確地測量fθ透鏡15之溫度，而能夠進行照射位置之高精度的修正。藉此，雷射加工裝置1係達到能夠提升加工精度的功效。
在實施型態1中係已針對具備在8μm至12μm之波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器8的雷射加工裝置1加以說明。如此的波長區域，在fθ透鏡15之溫度為25℃至30℃附近的情況下，從fθ透鏡15所輻射的紅外線之強度係變得最強。因此，在8μm至12μm之波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器8係適合作為檢測從fθ透鏡15所輻射之紅外線的感測器。又，在8μm至12μm之波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器8亦具有比較廉價且容易使用的優點。因在8μm至12μm之波長區域中係包含有從作為CO 2雷射之波長區域的9.3μm至10.6μm之波長區域，故而在實施型態1中，雷射加工裝置1係求出在fθ透鏡15 反射後的脈衝雷射光5之影響已被排除的溫度資訊。在以下的實施型態2中係針對使用在9.3μm至10.6μm之波長區域以外的波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器，藉此排除在fθ透鏡15反射後的脈衝雷射光5之影響之例加以說明。
[實施型態2] 在實施型態2的雷射加工裝置中，輻射溫度感測器係在9.3μm至10.6μm之波長區域以外的波長區域中具有靈敏度，且檢測從25℃至30℃附近之fθ透鏡15所輻射的紅外線。在實施型態2中係在與上述之實施型態1相同的構成要素附記相同的符號，且主要針對與實施型態1不同的構成加以說明。
在此，針對實施型態2中的輻射溫度感測器之測量波長加以說明。圖7係用以針對實施型態2中的輻射溫度感測器之測量波長加以說明的圖。在圖7係顯示表示大氣中的紅外線之穿透特性的曲線圖。輻射溫度感測器係藉由檢測穿透大氣的紅外線來測量fθ透鏡15之溫度。因此，輻射溫度感測器之測量波長係需要大氣中之穿透率較高的波長。
依據圖7，8μm至13.5μm之波長區域的大氣中之穿透率較高。在以下之說明中，將8μm至13.5μm之波長區域稱為「10μm波長帶」。10μm波長帶之波長係適於輻射溫度感測器之測量波長。另一方面，在14μm以上之波長區域、與5.5μm至7.5μm之波長區域中，穿透率為零。14μm以上之波長區域、與5.5μm至7.5μm之波長區域係不適於輻射溫度感測器之測量波長。3.0μm至5μm之波長區域，雖然其穿透率之變動較大但是包含有穿透率較高的波長。在以下的說明中，將3.0μm至5.0μm之波長區域稱為「4μm波長帶」。在4μm波長帶之中，3.4μm至4.2μm之波長區域的穿透率較高。
在實施型態2中，在輻射溫度感測器具有靈敏度的波長區域係包含有4μm波長帶。作為可以測量4μm波長帶之紅外線的紅外線檢測器，係可列舉使用了銻化銦(indium antimonide：InSb)的紅外線檢測器。進行了藉由使用InSb的輻射溫度感測器來測量fθ透鏡15之溫度的實驗時，已確認能夠進行不受到CO 2雷射的反射光21之影響的良好之測量。使用了InSb的輻射溫度感測器之測量波長為3μm至5μm。在使用了InSb的輻射溫度感測器之測量波長中係不包含有9.3μm至10.6μm之波長區域。在實施型態2中，藉由輻射溫度感測器為包含InSb的紅外線檢測器，就可以在9.3μm至10.6μm之波長區域以外的波長區域中具有靈敏度，並且可以檢測從25℃至30℃附近之fθ透鏡15所輻射的紅外線。
圖8係顯示實施型態2的雷射加工裝置1A之構成的圖。實施型態2的雷射加工裝置1A係具有：透鏡溫度測量部49，係測量fθ透鏡15之溫度並求出fθ透鏡15之溫度資訊。透鏡溫度測量部49係具有輻射溫度感測器48。輻射溫度感測器48為非接觸式的溫度感測器，且為包含InSb的紅外線檢測器。輻射溫度感測器48係在3μm至5μm之波長區域中具有靈敏度。輻射溫度感測器48係配置於圖2所示的入射區域22之上方。輻射溫度感測器48係藉由檢測從入射區域22所輻射的紅外線，來測量入射區域22中的fθ透鏡15之溫度。
控制裝置45係除了並未設置有溫度計算部7以外，其餘是與實施型態1的控制裝置25同樣。透鏡溫度測量部49係將作為輻射溫度感測器48之測量值的溫度資訊往電指令轉換部6輸出。透鏡溫度測量部49係輸出時刻t中的輻射溫度感測器48之測量值來作為θ(t)，該θ(t)為時刻t中的fθ透鏡15之溫度資訊。
其次，參照圖9來針對透鏡溫度測量部49之動作加以說明。圖9係用以針對實施型態2中的雷射輸出指令28、雷射輸出及溫度測量結果加以說明的圖。
圖9之(a)係表示作為從指令生成部2往雷射控制部3輸出之雷射輸出指令28的信號之變化。圖9之(a)係與圖3之(a)同樣。圖9之(b)係表示藉由雷射振盪器4所為的雷射輸出之變化、亦即脈衝雷射光5之輸出的變化。圖9之(b)係與圖3之(b)同樣。
圖9之(c)係表示輻射溫度感測器48之輸出、亦即輻射溫度感測器48之測量值。圖9之(d)係表示作為透鏡溫度測量部49之輸出的溫度資訊、亦即透鏡溫度測量部49之測量結果。圖9之(c)所示的輻射溫度感測器48之輸出、與圖9之(d)所示的透鏡溫度測量部49之輸出為相同。
如圖9之(c)所示，輻射溫度感測器48之輸出係不受到反射光21之影響，而是以與fθ透鏡15之時間常數對應的方式平緩地變化。此顯示可以藉由輻射溫度感測器48而正確地測量fθ透鏡15之溫度。從而，透鏡溫度測量部49係可將fθ透鏡15之正確的溫度資訊往電指令轉換部6輸出。
依據實施型態2，雷射加工裝置1A係使用在3μm至5μm之波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器48來測量fθ透鏡15之溫度。雷射加工裝置1A係藉由使用在脈衝雷射光5之波長區域中不具有靈敏度的輻射溫度感測器48，來求出在fθ透鏡15反射後的脈衝雷射光5之影響已被排除的溫度資訊。雷射加工裝置1A係不受到反射光21之影響，而可以瞬間且正確地測量入射區域22中的fθ透鏡15之溫度。雷射加工裝置1A係依據該溫度資訊來修正位置指令29，藉此就能夠進行照射位置之高精度的修正。藉此，雷射加工裝置1A係達到能夠提升加工精度的功效。
再者，在實施型態2中，雖然已說明輻射溫度感測器48之材料為InSb，但是輻射溫度感測器48之材料亦可為砷化鎵銦(indium gallium arsenide：InGaAs)。雷射加工裝置1A係在輻射溫度感測器48之材料為InGaAs的情況下，亦可以獲得與輻射溫度感測器48之材料為InSb的情況同樣的功效。
在實施型態1中係已針對使用一個輻射溫度感測器48來測量fθ透鏡15之平均溫度的雷射加工裝置1加以說明。在實施型態2中係已針對使用一個輻射溫度感測器48來測量fθ透鏡15之平均溫度的雷射加工裝置1A加以說明。fθ透鏡15之平均溫度亦可藉由使用複數個輻射溫度感測器所測量。在以下的實施型態3中係針對使用複數個輻射溫度感測器來測量fθ透鏡15之平均溫度之例加以說明。
[實施型態3] 實施型態3的雷射加工裝置係使用複數個輻射溫度感測器來測量fθ透鏡15之平均溫度。在實施型態3中係在與上述之實施型態1或2相同的構成要素附記相同的符號，且主要針對與實施型態1或2不同的構成加以說明。
依據形成於被加工物16的複數個孔17之圖案(pattern)，有的情況脈衝雷射光5會入射於圖2所示的入射區域22之中偏離的區域。在此情況下，有時會在入射區域22產生溫度梯度。fθ透鏡15之折射率係不僅會依平均溫度之變化而變化，亦會依溫度梯度而變化。在實施型態3中，雷射加工裝置係為了獲得包含溫度梯度的溫度資訊，而使用複數個輻射溫度感測器。雷射加工裝置係進行與fθ透鏡15之平均溫度的變化和入射區域22之溫度梯度相應的修正，藉此就能夠以更高的精度來修正照射位置。
在實施型態3中係在入射區域22設定複數個分割區域，並使用複數個輻射溫度感測器來測量每一分割區域的溫度。再者，在實施型態3中係將入射區域22分成四個分割區域，並使用四個輻射溫度感測器來測量各個分割區域之溫度。分割區域之數目與輻射溫度感測器之數目亦可做適當變更。
圖10係顯示實施型態3的雷射加工裝置1B之構成的圖。實施型態3的雷射加工裝置1B係具有：測量fθ透鏡15之溫度的透鏡溫度測量部59。透鏡溫度測量部59係具有四個輻射溫度感測器58A、58B、58C、58D。
輻射溫度感測器58A、58B、58C、58D之各個係與實施型態2的輻射溫度感測器48同樣，在4μm波長帶中具有靈敏度。輻射溫度感測器58A、58B、58C、58D之各個為非接觸式的溫度感測器，且為包含InSb的紅外線檢測器。輻射溫度感測器58A、58B、58C、58D之各個係在3μm至5μm之波長區域中具有靈敏度。輻射溫度感測器58A、58B、58C、58D係分擔檢測從四個分割區域分別輻射出的紅外線，藉此來測量fθ透鏡15之溫度。透鏡溫度測量部59係針對入射區域22中所包含的複數個分割區域之各個而個別地測量溫度，且求出每一分割區域之溫度資訊。
控制裝置55係除了設置有電指令轉換部56來取代電指令轉換部6以外，其餘是與實施型態2的控制裝置45同樣。透鏡溫度測量部59係將作為各個輻射溫度感測器58A、58B、58C、58D之測量值的溫度資訊，往作為修正部的電指令轉換部56輸出。
電指令轉換部56係依據從透鏡溫度測量部59所輸出的溫度資訊來修正位置指令29。電指令轉換部56係依據針對複數個分割區域之各個的溫度資訊來修正位置指令29。電指令轉換部56係藉由修正位置指令29來輸出作為修正後之位置指令29的位置指令29a。電指令轉換部56係在不修正位置指令29的情況下，輸出屬於未被修正之位置指令29的位置指令29a。
圖11係顯示在實施型態3中被設定於fθ透鏡15之入射區域22的複數個分割區域62A、62B、62C、62D的圖。圖12係用以針對實施型態3中之作為透鏡溫度測量部59所為的溫度測量之對象的測量區域63A、63B、63C、63D加以說明的圖。在圖11及圖12係顯示從鉛直方向觀察被固定於透鏡框架14的fθ透鏡15之樣態。
如圖11所示，入射區域22係被分成2×2的四個分割區域62A、62B、62C、62D。各個分割區域62A、62B、62C、62D的面積，無論是哪一個都是同等。
在圖12係顯示圖11所示的分割區域62A、62B、62C、62D、與測量區域63A、63B、63C、63D。測量區域63A係指分割區域62A內的區域。測量區域63B係指分割區域62B內的區域。測量區域63C係指分割區域62C內的區域。測量區域63D係指分割區域62D內的區域。
輻射溫度感測器58A係藉由以測量區域63A作為對象的溫度測量，來測量測量區域63A中的fθ透鏡15之平均溫度。輻射溫度感測器58B係藉由以測量區域63B作為對象的溫度測量，來測量測量區域63B中的fθ透鏡15之平均溫度。輻射溫度感測器58C係藉由以測量區域63C作為對象的溫度測量，來測量測量區域63C中的fθ透鏡15之平均溫度。輻射溫度感測器58D係藉由以測量區域63D作為對象的溫度測量，來測量測量區域63D中的fθ透鏡15之平均溫度。
透鏡溫度測量部59係將作為輻射溫度感測器58A之測量值的溫度資訊、與作為輻射溫度感測器58B之測量值的溫度資訊、與作為輻射溫度感測器58C之測量值的溫度資訊、與作為輻射溫度感測器58D之測量值的溫度資訊，往電指令轉換部56輸出。
其次，針對電指令轉換部56所為的處理加以說明。在電指令轉換部56係輸入有來自指令生成部2的位置指令29、與來自透鏡溫度測量部59的溫度資訊。電指令轉換部56係依據溫度資訊來求出溫度轉換參數。電指令轉換部56係依據已求出的溫度轉換參數來修正位置指令29。電指令轉換部56係將作為依據溫度所得的修正後之位置指令29的位置指令29a往電控制部10輸出。
在電指令轉換部56係輸入有作為對於電掃描器13X的位置指令29的Xg(k)、以及作為對於電掃描器13Y的位置指令29的Yg(k)。在電指令轉換部56係輸入有作為fθ透鏡15之溫度資訊的θ A(t)、θ B(t)、θ C(t)、θ D(t)。θ A(t)係作為時刻t中的輻射溫度感測器58A之測量值的溫度資訊。θ B(t)係作為時刻t中的輻射溫度感測器58B之測量值的溫度資訊。θ C(t)係作為時刻t中的輻射溫度感測器58C之測量值的溫度資訊。θ D(t)係作為時刻t中的輻射溫度感測器58D之測量值的溫度資訊。
電指令轉換部56係依以下所示的順序來求出作為依據溫度資訊所得之修正量的ΔXg(k)、ΔYg(k)。再者，在實施型態3中所示的計算方法為一例，計算方法亦可做適當變更。
電指令轉換部56係針對分割區域62A求出作為起自θ0之溫度變化量的Δθ A(t)。Δθ A(t)係藉由以下之數式(5)所表示。電指令轉換部56係針對分割區域62B求出作為起自θ0之溫度變化量的Δθ B(t)。Δθ B(t)係藉由以下之數式(6)所表示。電指令轉換部56係針對分割區域62C求出作為起自θ0之溫度變化量的Δθ C(t)。Δθ C(t)係藉由以下之數式(7)所表示。電指令轉換部56係針對分割區域62D求出作為起自θ0之溫度變化量的Δθ D(t)。Δθ D(t)係藉由以下之數式(8)所表示。
Figure 02_image009
電指令轉換部56係使用以下之數式(9)來求出作為針對分割區域62A之溫度轉換參數的Pg A。電指令轉換部56係使用以下之數式(10)來求出作為針對分割區域62B之溫度轉換參數的Pg B。電指令轉換部56係使用以下之數式(11)來求出作為針對分割區域62C之溫度轉換參數的Pg C。電指令轉換部56係使用以下之數式(12)來求出作為針對分割區域62D之溫度轉換參數的Pg D。
Figure 02_image011
a0 A、a1 A、a2 A、b0 A、b1 A、b2 A、a0 B、a1 B、a2 B、b0 B、b1 B、b2 B、a0 C、a1 C、a2 C、b0 C、b1 C、b2 C、a0 D、a1 D、a2 D、b0 D、b1 D、b2 D係分別作為修正係數。修正係數係藉由使用雷射加工裝置1B對壓克力板等的試驗基板進行開孔加工所事先求出。依據形成於試驗基板的孔17之位置與指令位置的偏移量、與加工時藉由透鏡溫度測量部59所獲得的fθ透鏡15之溫度資訊，而以加工誤差成為最小之方式求出調整後的各個修正係數。
電指令轉換部56係藉由使用上述數式(9)至(12)來求出以下之數式(13)所示的ΔXg(k)、ΔYg(k)。
Figure 02_image013
電指令轉換部56係藉由使用上述數式(13)、與作為位置指令29的Xg(k)、Yg(k)，來求出作為依據溫度所得的修正後之位置指令29的Xgout(k)、Ygout(k)。Xgout(k)、Ygout(k)係藉由如下之數式(14)所表示。電指令轉換部56係輸出Xgout(k)、Ygout(k)來作為位置指令29a。
Figure 02_image015
再者，fθ透鏡15之平均溫度係θ A(t)、θ B(t)、θ C(t)、θ D(t)之平均值。fθ透鏡15之平均溫度的變化量係Δθ A(t)、Δθ B(t)、Δθ C(t)、Δθ D(t)之平均值。fθ透鏡15之溫度梯度係藉由分割區域62A、62B、62C、62D間的平均溫度之變化量的差所求出。溫度梯度，例如是表示為θ A(t)-θ B(t)、θ A(t)-θ C(t)、θ A(t)-θ D(t)、θ B(t)-θ C(t)、θ B(t)-θ D(t)、θ C(t)-θ D(t)。
電指令轉換部56係藉由求出Xgout(k)、Ygout(k)來修正位置指令29。雷射加工裝置1B係在電指令轉換部56中修正位置指令29，藉此可以在正確的位置形成孔17。電指令轉換部56係能以分割區域62A、62B、62C、62D之各自的溫度資訊為基礎，進行與fθ透鏡15之平均溫度的變化和入射區域22之溫度梯度相應的修正。藉此，雷射加工裝置1B係能夠以更高的精度來修正照射位置。
在實施型態3中係可以將入射區域22分成任意數目的分割區域。在雷射加工裝置1B係設置有與入射區域22中的分割區域之數目相同數目的輻射溫度感測器。藉此，雷射加工裝置1B係能夠進行與fθ透鏡15之平均溫度的變化和入射區域22之溫度梯度相應的照射位置之修正。
實施型態3的透鏡溫度測量部59係除了設置有複數個溫度感測器以外，其餘是與實施型態2中的透鏡溫度測量部49同樣。作為實施型態3的應用，透鏡溫度測量部59亦可在與實施型態1同樣的透鏡溫度測量部9設置有複數個輻射溫度感測器。在此情況下，透鏡溫度測量部59係具有複數個輻射溫度感測器與溫度計算部7。複數個輻射溫度感測器之各個係與實施型態1的輻射溫度感測器同樣，在10μm波長帶中具有靈敏度。
依據實施型態3，雷射加工裝置1B係針對入射區域22中所包含的複數個分割區域之各個而個別地測量溫度，且求出每一分割區域之溫度資訊。雷射加工裝置1B係依據針對複數個分割區域之各個的溫度資訊來修正位置指令29。雷射加工裝置1B係可以進行包含fθ透鏡15之平均溫度的變化與入射區域22之溫度梯度的修正。藉此，雷射加工裝置1B係達到能夠提升加工精度的功效。
其次，針對實施型態1至實施型態3之控制裝置25、45、55所具有的硬體構成加以說明。圖13係顯示實施型態1至3之雷射加工裝置1、1A、1B所具有的控制裝置25、45、55之硬體構成例的圖。在圖13係顯示藉由使用執行程式的硬體而能實現控制裝置25、45、55之功能的情況中的硬體構成。
處理器(processor)71為CPU(Central Processing Unit；中央處理單元)。處理器71亦可為處理裝置、運算裝置、微處理器(microprocessor)、微電腦(microcomputer)、或DSP(Digital Signal Processor；數位信號處理器)。記憶體(memory)72為RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)、快閃記憶體(flash memory)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory；可抹除可程式唯讀記憶體)或EEPROM(註冊商標)(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory；可電性抹除可程式唯讀記憶體)。
記憶裝置73為HDD(Hard Disk Drive；硬碟機)或SSD (Solid State Drive；固態硬碟機)。使電腦作為控制裝置25、45、55而發揮作用的程式係儲存於記憶裝置73。處理器71係將儲存於記憶裝置73的程式讀出至記憶體72來執行。
程式亦可被記憶於能夠被電腦系統所讀取的記憶媒體。控制裝置25、45、55亦可將已記錄於記憶媒體的程式往記憶體72儲存。記憶媒體亦可為屬於軟碟(flexible disk)的可攜式記憶媒體、或是屬於半導體記憶體的快閃記憶體。程式亦可從其他的電腦或是伺服器(server)裝置經由通信網路往電腦系統安裝。
指令生成部2、雷射控制部3、電指令轉換部6、56、溫度計算部7、電控制部10及XY工作台控制部20之各個功能係藉由處理器71與軟體(software)之組合所實現。該各個功能亦可藉由處理器71及韌體(firmware)之組合所實現，亦可藉由處理器71、軟體及韌體之組合所實現。軟體或韌體係以程式方式來描述且儲存於記憶裝置73。
介面電路74係接收來自被連接於硬體之機器的輻射溫度感測器8、48、58A、58B、58C、58D的信號。介面電路74係往被連接於硬體之機器的雷射振盪器4、電掃描器13X、13Y及XY工作台18發送信號。
以上之各個實施型態所示的構成係顯示本揭示的內容之一例。各個實施型態的構成係能夠與其他的習知技術組合。各個實施型態的構成彼此亦可做適當組合。在未脫離本揭示之要旨的範圍內，能夠省略或變更各個實施型態的構成之一部分。
1,1A,1B:雷射加工裝置 2:指令生成部 3:雷射控制部 4:雷射振盪器 5:脈衝雷射光 6,56:電指令轉換部 7:溫度計算部 8,48,58A~58D:輻射溫度感測器 9,49,59:透鏡溫度測量部 10:電控制部 11X,11Y:電鏡 12X,12Y:馬達 13X,13Y:電掃描器 14:透鏡框架 15:fθ透鏡 16:被加工物 17,17a~17c:孔 18:XY工作台 19:頂部工作台 20:XY工作台控制部 21:反射光 22:入射區域 23,63A~63D:測量區域 25,45,55:控制裝置 26:加工頭 27,29,29a:位置指令 28:雷射輸出指令 30:感測器狀態判定部 31:感測器輸出記憶部 32:溫度推測部 33:溫度資訊切換部 34:溫度計算參數 35:感測器狀態旗標 40,41:位置 62A~62D:分割區域 71:處理器 72:記憶體 73:記憶裝置 74:介面電路 S1~S8:步驟
圖1係顯示實施型態1的雷射加工裝置之構成的圖。 圖2係用以針對實施型態1中之作為透鏡溫度測量部所為的溫度測量之對象的測量區域加以說明的圖。 圖3係用以針對實施型態1中的雷射輸出指令、雷射輸出及溫度測量結果加以說明的圖。 圖4係顯示在實施型態1中透鏡溫度測量部所備置的溫度計算部之功能構成的圖。 圖5係用以針對實施型態1中之電指令轉換部所為的位置指令之修正加以說明的圖。 圖6係顯示實施型態1之雷射加工裝置所具有的控制裝置之動作順序的流程圖(flowchart)。 圖7係用以針對實施型態2中的輻射溫度感測器之測量波長加以說明的圖。 圖8係顯示實施型態2的雷射加工裝置之構成的圖。 圖9係用以針對實施型態2中的雷射輸出指令、雷射輸出及溫度測量結果加以說明的圖。 圖10係顯示實施型態3的雷射加工裝置之構成的圖。 圖11係顯示在實施型態3中被設定於fθ透鏡之入射區域的複數個分割區域的圖。 圖12係用以針對作為實施型態3中之透鏡溫度測量部所為的溫度測量之對象的測量區域加以說明的圖。 圖13係顯示實施型態1至實施型態3之雷射加工裝置所具有的控制裝置之硬體(hardware)構成例的圖。
1:雷射加工裝置 2:指令生成部 3:雷射控制部 4:雷射振盪器 5:脈衝雷射光 6:電指令轉換部 7:溫度計算部 8:輻射溫度感測器 9:透鏡溫度測量部 10:電控制部 11X,11Y:電鏡 12X,12Y:馬達 13X,13Y:電掃描器 14:透鏡框架 15:fθ透鏡 16:被加工物 17:孔 18:XY工作台 19:頂部工作台 20:XY工作台控制部 21:反射光 25:控制裝置 26:加工頭 27,29,29a:位置指令 28:雷射輸出指令 34:溫度計算參數

Claims (7)

  1. 一種雷射加工裝置，其具備： 雷射振盪器，係輸出脈衝雷射光； 電掃描器，係具有電鏡，且藉由前述電鏡上的前述脈衝雷射光之反射來使前述脈衝雷射光偏向，並且藉由按照位置指令所為之控制來使前述電鏡旋轉； 透鏡，係具有供在前述電掃描器中已偏向之前述脈衝雷射光入射的入射區域，且將往前述入射區域入射後的前述脈衝雷射光予以聚光； 透鏡溫度測量部，係藉由檢測從前述入射區域輻射的紅外線來測量前述透鏡之溫度，且求出前述透鏡之溫度資訊；以及 修正部，係依據前述溫度資訊來修正前述位置指令。
  2. 如請求項1所述之雷射加工裝置，其具備：指令生成部，係生成用以控制前述雷射振盪器的雷射輸出指令，且輸出前述雷射輸出指令； 前述透鏡溫度測量部係將從前述雷射輸出指令從導通切換成關斷之後已經過事先所設定的期間時算起，至前述雷射輸出指令之輸出成為導通為止的期間判定為感測器有效期間，且求出前述感測器有效期間中的前述溫度資訊。
  3. 如請求項2所述之雷射加工裝置，其中前述透鏡溫度測量部係依據在前述感測器有效期間中所測量的溫度，來推測作為前述感測器有效期間以外之期間的感測器無效期間中的前述溫度資訊。
  4. 如請求項2所述之雷射加工裝置，其中前述雷射振盪器為二氧化碳雷射； 前述透鏡溫度測量部係具有在9.3μm至10.6μm之波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器。
  5. 如請求項1所述之雷射加工裝置，其中前述雷射振盪器為二氧化碳雷射； 前述透鏡溫度測量部係具有在3μm至5μm之波長區域中具有靈敏度的輻射溫度感測器。
  6. 如請求項5所述之雷射加工裝置，其中前述輻射溫度感測器為包含銻化銦的紅外線檢測器。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之雷射加工裝置，其中前述透鏡溫度測量部係針對前述入射區域中所包含的複數個分割區域之各個而個別地測量溫度，且求出每一前述分割區域之前述溫度資訊； 前述修正部係依據針對複數個前述分割區域之各個的前述溫度資訊來修正前述位置指令。
TW110116214A 2020-07-03 2021-05-05 雷射加工裝置 TWI756125B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
WOPCT/JP2020/026271 2020-07-03
PCT/JP2020/026271 WO2022003978A1 (ja) 2020-07-03 2020-07-03 レーザ加工装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202202261A TW202202261A (zh) 2022-01-16
TWI756125B true TWI756125B (zh) 2022-02-21

Family

ID=75520977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110116214A TWI756125B (zh) 2020-07-03 2021-05-05 雷射加工裝置

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6861918B1 (zh)
KR (1) KR102533457B1 (zh)
CN (1) CN115243824B (zh)
TW (1) TWI756125B (zh)
WO (1) WO2022003978A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115903940A (zh) * 2023-01-06 2023-04-04 成都莱普科技股份有限公司 应用于激光退火系统的温度控制方法和激光退火系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW379154B (en) * 1997-12-26 2000-01-11 Mitsubishi Electric Corp Laser processing machine
WO2012137579A1 (ja) * 2011-04-08 2012-10-11 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
TW201326893A (zh) * 2011-11-24 2013-07-01 Mitsubishi Electric Corp 透鏡單元及雷射加工裝置
CN105102170A (zh) * 2013-04-17 2015-11-25 村田机械株式会社 激光加工机以及激光加工方法
CN106583927A (zh) * 2016-12-13 2017-04-26 苏州大学 一种激光‑电弧复合焊接在线监测方法
US20180178449A1 (en) * 2014-06-30 2018-06-28 General Electric Company Systems and methods for monitoring a melt pool using a dedicated scanning device
CN110394546A (zh) * 2019-08-07 2019-11-01 苏州迅镭激光科技有限公司 一种具有实时监控检测各组镜片温度的激光切割头

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01122688A (ja) * 1987-11-05 1989-05-15 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザ加工用レンズの焦点距離自動調整装置
JP2612311B2 (ja) * 1988-06-22 1997-05-21 住友電気工業株式会社 レーザ加工ヘッド装置
JP4320524B2 (ja) 2002-04-04 2009-08-26 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
JP2017196639A (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 ビアメカニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW379154B (en) * 1997-12-26 2000-01-11 Mitsubishi Electric Corp Laser processing machine
WO2012137579A1 (ja) * 2011-04-08 2012-10-11 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
TW201326893A (zh) * 2011-11-24 2013-07-01 Mitsubishi Electric Corp 透鏡單元及雷射加工裝置
CN105102170A (zh) * 2013-04-17 2015-11-25 村田机械株式会社 激光加工机以及激光加工方法
US20180178449A1 (en) * 2014-06-30 2018-06-28 General Electric Company Systems and methods for monitoring a melt pool using a dedicated scanning device
CN106583927A (zh) * 2016-12-13 2017-04-26 苏州大学 一种激光‑电弧复合焊接在线监测方法
CN110394546A (zh) * 2019-08-07 2019-11-01 苏州迅镭激光科技有限公司 一种具有实时监控检测各组镜片温度的激光切割头

Also Published As

Publication number Publication date
JP6861918B1 (ja) 2021-04-21
KR102533457B1 (ko) 2023-05-26
TW202202261A (zh) 2022-01-16
KR20220127348A (ko) 2022-09-19
CN115243824B (zh) 2024-02-06
CN115243824A (zh) 2022-10-25
WO2022003978A1 (ja) 2022-01-06
JPWO2022003978A1 (zh) 2022-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7430070B2 (en) Method and system for correcting angular drift of laser radar systems
TWI414382B (zh) 用於半導體鏈結處理中對準雷射光束之系統與方法
KR20180020207A (ko) 빔 포지션 센서가 통합된 스캐너 헤드 및 오프라인 조정용 조정 장치
JP2006253671A (ja) ビームドリフト補償装置及び方法
KR102364166B1 (ko) 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치
TWI756125B (zh) 雷射加工裝置
KR20200110812A (ko) 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법
KR102577193B1 (ko) 가공방법 및 가공장치
JP6014902B2 (ja) 焦点制御装置及びその方法
JP2000098271A (ja) ガルバノミラー駆動装置
JP4382315B2 (ja) ウェーハバンプの外観検査方法及びウェーハバンプの外観検査装置
JP3285256B2 (ja) レーザロボットの自動アライメント調整方法及び装置
JP4497985B2 (ja) ガルバノスキャナの制御方法及びガルバノスキャナの制御装置並びにレーザ加工機
JP2001198690A (ja) レーザ加工装置
JP4580600B2 (ja) ガルバノスキャナの制御方法、装置、及び、ガルバノスキャナ
JP2023008089A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2002202108A (ja) 板厚測定装置
WO2019181637A1 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
KR20190122515A (ko) 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치
JPH0791930A (ja) 三次元スキャナー
JPH04162337A (ja) 電子線装置
JPH11211427A (ja) 面形状測定装置
JP2002206920A (ja) 傾き検出方法及び装置
JP4987891B2 (ja) ガルバノスキャナ用制御装置及びレーザ加工機
JPH03111707A (ja) 物体形状検出方法