TWI759091B - 焦點距離調整裝置以及雷射加工裝置 - Google Patents
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Abstract
焦點距離調整裝置12具有：保持部70，其保持第一透鏡31；導引部60，其沿雷射光Lw的光軸Lx可移動地支承保持部70；步進馬達80，其具有軸體81，且配置為軸體81之中心軸O1與光軸Lx正交；以及轉換部90，其介於軸體81與保持部70之間，且將軸體81的旋轉運動轉換為保持部70的直線運動。 轉換部90在與保持部70之間具備連結部92，該連結部92於與光軸Lx平行之方向從轉換部90向保持部70傳遞運動之力，並且於與軸體81的中心軸O1平行之方向不從轉換部90向保持部70傳遞運動之力。
Description
本公開是關於焦點距離調整裝置以及雷射加工裝置。
以往，雷射加工裝置是使從雷射振盪器射出之雷射光偏折而掃描工件的加工面，對工件進行加工。對於雷射加工裝置，有各種將雷射光的焦點位置進行調整之提案。
例如，專利文獻1揭示了一種藉由使用導引件或線性標度來利用永久磁鐵的磁力從而移動透鏡的技術。另外，專利文獻2中，揭示了一種於步進馬達的軸體連接有進給螺桿，與該進給螺桿螺合的單軸台響應步進馬達的旋轉而在進給螺桿的軸向上移動，藉此移動安裝於單軸台之凹透鏡的技術。又，專利文獻3揭示了一種根據調整旋鈕的旋轉操作而將其旋轉運動轉換為直線運動，並且將其傳遞至以錐形結構接觸的透鏡單元側，從而使透鏡移動的技術。
專利文獻1：日本專利特開2009－291811號公報
專利文獻2：日本專利特開平09－066357號公報
專利文獻3：日本專利特開2005－238327號公報
然而，專利文獻1雖為使用磁力的線性驅動，但難言其足以如加工中之焦點移動般進行微小的調整及平滑之焦點位置的移動，尚有改善的餘地。 另外，專利文獻1中，使用了利用磁力的系統，而需要超出所需的產生磁場之基座，有浪費的空間增加之虞。
又，專利文獻2中，由於單軸台藉由使用了步進馬達之旋轉而移動，因此有難以對進給螺桿與單軸台進行加工中之焦點移動所需的細微加工之課題。又，逐年要求雷射加工之高速化，其中專利文獻2不適合頻繁地調整焦點位置之情況。此外，由於進給螺桿與單軸台之間的螺桿結構之間隙，在使單軸台向步進馬達接近的方向之移動以及向遠離步進馬達的方向之移動中，有相對於步進馬達之旋轉方向產生單軸台的位置偏移之虞，因此對於專利文獻2而言，關於焦點距離之調整尚有改善的餘地。
又，專利文獻3雖為手動進行調整，但於考慮將其自動化之情形時，即使設為具備於一定方向對透鏡施力之結構，還是存在相對於調整旋鈕的旋轉方向之透鏡的位置產生偏移之虞，對於專利文獻3而言，關於焦點距離之調整尚有改善的餘地。
本公開之目的在於提供一種焦點距離調整裝置以及雷射加工裝置，其能夠以簡易的構成調整精度良好的雷射光之焦點距離。
為了解決上述課題，本公開之焦點距離調整裝置具備第一透鏡與配置在該第一透鏡之光軸上的第二透鏡，且調整該第一透鏡與該第二透鏡之間的距離而將透射該第一透鏡及該第二透鏡的雷射光之焦點距離進行調整，該焦點距離調整裝置具備：保持部，其保持該第一透鏡；導引部，其沿著該雷射光之光軸可移動地支承該保持部；步進馬達，其具有軸體，且配置為該軸體之中心軸與該光軸正交；以及轉換部，其介於該軸體與該保持部之間，且將該軸體的旋轉運動轉換為該保持部的直線運動，該轉換部在與該保持部之間具備連結部，該連結部於與該光軸平行之方向從該轉換部向該保持部傳遞運動之力，並且於與該軸體的該中心軸平行之方向不從該轉換部向該保持部傳遞運動之力。
又，本公開之雷射加工裝置掃描雷射光而對工件的加工面進行加工，該雷射加工裝置具備： 雷射振盪器，其射出該雷射光； 掃描部，其掃描該雷射光；以及焦點距離調整裝置，其配置於該雷射振盪器與該掃描部之間，具備第一透鏡與配置於該第一透鏡之光軸上的及第二透鏡，且調整該第一透鏡與該第二透鏡之間的距離而將自該掃描部朝向工件的雷射光之焦點距離進行調整， 該焦點距離調整裝置具備： 保持部，其保持該第一透鏡； 導引部，其沿著該第一透鏡之光軸可移動地支承該保持部； 步進馬達，其具有軸體，且配置為該軸體之中心軸與該光軸正交；以及轉換部，其介於該軸體與該保持部之間，且將該軸體的旋轉運動轉換為該保持部的直線運動， 該轉換部在與該保持部之間具備連結部，該連結部於與該光軸平行之方向從該轉換部向該保持部傳遞運動之力，並且於與該軸體的該中心軸平行之方向不從該轉換部向該保持部傳遞運動之力。
根據本公開之一態樣，可提供一種焦點距離調整裝置以及雷射加工裝置，其能夠以簡易的構成調整精度良好的雷射光之焦點距離。
以下說明一實施方式。
再者，圖式中存在為了易於理解而將構成要素放大表示之情形。存在構成要素的尺寸比例與實際上之物品或與其他圖式中之物品不同之情形。又，截面圖中，為了易於理解，存在省略一部份構成要素的影線之情形。
如圖1所示，雷射加工裝置10具有雷射振盪器11、焦點距離調整裝置12、掃描部13、光學構件14、輸入部15、控制部16。
雷射振盪器11射出對工件W進行加工的雷射光Lw。雷射振盪器11例如為YAG雷射、CO2
雷射、光纖雷射等雷射光源。雷射光Lw經由焦點距離調整裝置12、掃描部13、光學構件14而照射於工件W。
焦點距離調整裝置12具有作為將自雷射振盪器11射出的雷射光Lw之光束直徑進行調整（擴展）的光束擴展器之功能。又，焦點距離調整裝置12具有作為調整雷射光之焦點距離的焦點距離調整裝置之功能。
掃描部13掃描從雷射振盪器11射出的雷射光Lw。掃描部13包括一對電流計鏡（galvanometer mirror）21、22以及驅動一對電流計鏡21、22的馬達23、24。電流計鏡21、22例如為全反射鏡。電流計鏡21、22分別於已定方向可旋轉地被支承。電流計鏡21相對於工件W在第一方向（例如X軸方向）可旋轉地被支承，電流計鏡22相對於工件W在第二方向（正交於第一方向之方向，例如Y軸方向）可旋轉地被支承。馬達23旋動驅動電流計鏡21，馬達24旋動驅動電流計鏡22。由此，掃描部13可相對於工件W於已定之兩個方向（X軸方向及Y軸方向）將雷射光Lw進行二維掃描。
由掃描部13反射的雷射光Lw經由光學構件14照射於工件W。光學構件14是對雷射光Lw具有透光性的構件，例如為聚焦（會聚）透鏡或玻璃構件（保護玻璃）等。將光學構件14設為聚焦透鏡之情形時，光學構件14具有藉由焦點距離調整裝置將光束直徑經調整（或依情況也調整了聚光角（converging angle））的雷射光Lw進行聚光的構成。此外，將光學構件14設為玻璃構件（保護玻璃）之情形時，光學構件14成為透射雷射光Lw之構成，該雷射光Lw的光束直徑和聚光角被焦點距離調整裝置12所調整。
雷射加工裝置10對工件W照射雷射光Lw，將工件W進行加工。利用雷射光進行之加工包含依照加工圖案除去（切削）工件W之表面的一部分之處理、藉由雷射光Lw之熱依照加工圖案使工件W的表面之一部分變色、變質之處理等。
輸入部15由鍵盤或滑鼠等輸入裝置、液晶顯示器等顯示裝置、個人電腦等構成。作業者可藉由操作輸入部15將雷射光Lw之強度設定、掃描速度、工件間距離、加工圖案等設定於控制部16。再者，輸入部15可具備觸控板。又，輸入部15例如可設為攜帶終端、也可設為藉由無線通訊連接於控制部16之構成。
控制部16基於各種設定控制雷射振盪器11、焦點距離調整裝置12、掃描部13。例如，控制部16基於強度設定，控制自雷射振盪器11射出的雷射光Lw之強度（雷射功率、輸出等級）、雷射光Lw的開啟關閉。又，控制部16基於加工圖案，控制掃描部13之馬達23、24並且控制焦點距離調整裝置12。由此，藉由電流計鏡21、22之旋動對工件W之所欲位置照射雷射光Lw，並且調整該雷射光之焦點距離。
［焦點距離之調整］
如圖7（a）所示，焦點距離調整裝置12具有至少兩片透鏡31、32。第一透鏡31例如為凹透鏡，第二透鏡32例如為凸透鏡。第一透鏡31與第二透鏡32將入射的雷射光之光束直徑擴展，輸出成為平行光之雷射光Lw。光學構件14為聚焦（聚光）透鏡之情形時，將作為平行光之雷射光Lw進行聚光。
如圖7（b）所示，若使第一透鏡31接近第二透鏡32，則透射第二透鏡32的雷射光Lw會擴展，即光束直徑會漸漸變大。藉由該雷射光Lw，利用光學構件14而被聚光之雷射光Lw的焦點位置與圖7（a）所示之焦點位置相比離光學構件14更遠。也就是說，雷射光Lw的焦點距離變長。
如圖7（c）所示，若使第一透鏡31遠離第二透鏡32，則透射第二透鏡32的雷射光Lw會限縮，即光束直徑會漸漸變小。藉由該雷射光Lw，利用光學構件14而被聚光之雷射光Lw的焦點位置與圖7（a）所示之焦點位置相比更靠近光學構件14。也就是說，雷射光Lw的焦點距離變短。
［光調整部（焦點距離調整裝置）之構成］
圖2至圖6表示焦點距離調整裝置12之構成。
如圖2至圖6所示，焦點距離調整裝置12具有基座40、透鏡保持件51、保持件基座52、導引部60、保持部70、步進馬達（以下僅稱「馬達」）80、轉換部90。
基座40被固定於固定有圖1所示之雷射振盪器11及掃描部13的光學基座（省略圖示）。基座40具有固定於光學基座之基板41與自基板41直立設置之固定部42。本實施方式中，基板41與固定部42為一體成形。上述保持件基底52被固定於基板41，導引部60及馬達80被固定於固定部42。保持部70被固定於導引部60。並且，轉換部90介於馬達80與保持部70之間。
保持部70保持第一透鏡31。保持部70具有基板71與設於基板71之側面的透鏡固定部72。透鏡固定部72形成為筒狀，內插有第一透鏡31。於透鏡固定部72安裝有固定環73，藉由固定環73固定第一透鏡31。焦點距離調整裝置12配置為將第一透鏡31之中心設為雷射光Lw之光軸Lx上。
基板71具有沿著雷射光Lw的光軸Lx延伸之第一基部71a與第二基部71b。基板71（第一基部71a與第二基部72b）被固定於導引部60，導引部60被固定於基座40。
導引部60具有一條軌道61、安裝於軌道61的第一區塊62a及第二區塊62b。軌道61以沿著雷射光Lw之光軸Lx延伸的方式固定於基座40。第一區塊62a及第二區塊62b沿著軌道61移動，即，第一區塊62a及第二區塊62b沿著雷射光Lw之光軸Lx移動。
於第一區塊62a及第二區塊62b固定有保持部70的基板71。於第一區塊62a固定有基板71的第一基部71a，於第二區塊62b固定有基板71的第二基部71b。因此，固定第一透鏡31之透鏡固定部72被配置於第一區塊62a與第二區塊62b之間。
馬達80具有藉由控制而旋轉的軸體81。馬達80於俯視下，軸體81之中心軸O1以與雷射光Lw之光軸Lx正交的方式固定於基座40。本實施方式中，「俯視」是指從垂直方向觀察基座40的基板41之上表面41a。該俯視下，從與雷射光Lw之光軸Lx正交的方向中平行於安裝了導引部60之軌道61的基座40之面的方向觀察對象物。
轉換部90將馬達80的軸體81之旋轉運動轉換為保持部70之直線運動。如圖4、5所示，轉換部90具有臂部91與連結部92。臂部91固定於馬達80的軸體81。臂部91與軸體81一體地旋轉。連結部92在臂部91與保持部70之間，於與雷射光Lw的光軸Lx平行之方向從轉換部90對保持部70傳遞運動之力，並且於與軸體81的中心軸O1平行之方向不從轉換部90向保持部70傳遞運動之力。
如圖4、5所示，連結部92具有支承軸93、軸承94a、94b、94c與卡合片95a、95b、95c。臂部91以於馬達80的軸體81之徑向延伸的方式形成，以與軸體81一體地旋轉的方式固定於軸體81。
支承軸93固定於臂部91的前端，與馬達80的軸體81之中心軸O1平行地從臂部91延伸。
如圖4、圖6所示，本實施方式的連結部92具有三個軸承94a、94b、94c。三個軸承94a、94b、94c被安裝於支承軸93。三個軸承94a、94b、94c沿著支承軸93之中心軸，也就是與馬達80之軸體81的中心軸O1平行的方向排列。各軸承94a～94c具有內環、外環、球或輥與保持該等的保持器。各軸承94a～94c之內環被固定於支承軸93。各軸承94a～94c之外環相對於內環，也就是支承軸93自由地旋轉。
如圖4、圖6所示，本實施方式的連結部92具有三個卡合片95a、95b、95c。三個卡合片95a、95b、95c被固定於保持部70的基板71。各卡合片95a～95c相對於軸承94a～94c沿著與雷射光Lw的光軸Lx平行之方向配置。進而，卡合片95a～95c於與雷射光Lw的光軸Lx平行之第一方向以及與第一方向相反（相逆）之第二方向上，與軸承94a～94c卡合。若詳細敘述，三個卡合片95a～95c中之至少一個卡合片於第一方向與軸承卡合，其他卡合片於第二方向與軸承卡合。
如圖6所示，本實施方式中，安裝於支承軸93的三個軸承94a～94c中的中央之軸承94b與卡合片95b於第一方向（圖6中的右方向）卡合。對於該單個軸承94b，不存在於第二方向（圖6中的左方向）進行卡合者。而且，三個軸承94a～94c中的兩側之軸承94a、94c與卡合片95a、95c於第二方向（圖6中的左方向）卡合。對於這兩個軸承94a、94c，不存在於第一方向（圖6中的右方向）進行卡合者。
本實施方式中，在平行於光軸Lx的方向上，卡合片95b及卡合片95a、95c之間隔與軸承94a～94c之外徑尺寸相等。也就是說，卡合片95b與軸承94b相接，並且卡合片95a、95c與軸承94a、94c相接。
如圖2、圖3所示，保持件基座52固定於基座40的基板41。如圖3所示，本實施方式的透鏡保持件51保持第二透鏡32與第三透鏡33。透鏡保持件51安裝於被固定在基座40之保持件基座52。保持件基座52構成為可調整透鏡保持件51之角度即第二透鏡32之角度。由此，以將第二透鏡32及第三透鏡33之光軸與雷射光Lw之光軸Lx設為相同的方式進行調整。
再者，如圖3所示，具備第二透鏡32與第三透鏡33之本實施方式之情形時，可將圖1所示的光學構件14設為玻璃構件（保護玻璃）。此情形時，圖7（a）～圖7（c）所示之焦點距離的調整中，第三透鏡33取代光學構件14將雷射光Lw進行聚光。另一方面，將光學構件14設為聚焦（會聚）透鏡之情形時，可省略第二透鏡32與第三透鏡33之一者。
如圖2、圖3所示，於基板41安裝有光電感測器43。該光電感測器43是為了使被保持部70所保持之第一透鏡31移動至初始位置而設置。於保持部70之基板71（第一基部71a）固定有遮光板75。控制部16驅動馬達80直到光電感測器43檢測出遮光板75後，於相反方向以已定脈衝驅動馬達80，藉此使保持部70即第一透鏡31移動至初始位置。
更具體而言，控制部16使保持部70高速移動直到光電感測器43檢測出遮光板75。若光電感測器43檢測出遮光板75，則控制部16使保持部70的移動方向反轉，並且使保持部70低速移動直到光電感測器43不再檢測出遮光板75。接著，控制部16使保持部70朝向光電感測器43低速移動直到光電感測器43檢測出遮光板75。如此，藉由使用高速移動與低速移動，可使保持部70於短時間內精度良好地移動至初始位置。
［作用］
接著，說明本實施方式之雷射加工裝置10的作用。
焦點距離調整裝置12具有保持第一透鏡31之保持部70、可沿著雷射光Lw的光軸Lx移動地支承保持部70之導引部60、具有軸體81且配置為軸體81的中心軸O1與光軸Lx正交之步進馬達80、以及介於軸體81與保持部70之間且將軸體81的旋轉運動轉換為保持部70的直線運動之轉換部90。轉換部90在與保持部70之間具備連結部92，該連結部92於與光軸Lx平行之方向從轉換部90向保持部70傳遞運動之力，並且於與軸體81的中心軸O1平行之方向不從轉換部90向保持部70傳遞運動之力。
根據該構成，藉由將步進馬達80之軸體81的旋轉運動轉換為保持部70的直線運動之轉換部90，以步進馬達80之軸體81的中心軸O1與雷射光Lw的光軸Lx正交的方式配置步進馬達80，藉此可將焦點距離調整裝置12小型化。轉換部90之連結部92於與光軸Lx平行的方向傳遞運動之力，並且於與軸體81之中心軸O1平行的方向不傳遞運動之力，藉此於保持部70僅施加與光軸Lx平行之方向的運動力，且不施加與正交於光軸Lx之軸體81中心軸O1平行的方向之運動之力，由此，可將保持部70小型化及輕量化，且可利用簡易的構成使保持部70，也就是第一透鏡31於雷射光Lw之光軸Lx的方向精度良好地移動。
連結部92具備：臂部91，其自軸體81向軸體81之徑向延伸；支承軸93，其自臂部91與軸體81的中心軸O1平行地延伸；軸承94a～94c，其被固定於支承軸93；以及卡合片95a～95c，其在平行於光軸Lx之方向與軸承94a～94c進行卡合。軸承94a～94c的內環固定於支承軸93，且軸承94a～94c的外環與卡合片95a～95c卡合。 因此，由於軸承94a～94c的內環相對於與卡合片95a～95c卡合的外環進行相對旋轉，藉此對支承軸93移動之阻力極小，可藉由馬達80容易地使保持部70也就是第一透鏡31移動。
將三個軸承94a～94c中的中央的軸承94b設為第一軸承，與第一軸承94b卡合的卡合片95b設為第一卡合片。此外，將第一軸承94b的兩側的軸承94a、94c設為第二軸承，並且將與第二軸承94a、94c卡合的卡合片95a、95c設為第二卡合片。第一軸承94b在平行於光軸Lx的第一方向上與第一卡合片95b卡合。因此，於卡合片95b被第一軸承94b按壓而使保持部70在第一方向移動時，產生使保持部70在連結第一軸承94b與第一卡合片95b的線上移動的運動之力。另一方面，第二軸承94a、94c在與第一方向相反的第二方向上與第二卡合片95a、95c卡合。因此，於兩個第二卡合片95a、95c被兩個第二軸承94a、94c按壓而使保持部70在第二方向移動時，產生使保持部70在兩個第二軸承94a、94c之間，也就是連結第一軸承94b與第一卡合片95b的線上移動的運動之力。
如此，本實施方式的焦點距離調整裝置12於使保持部70在第一方向移動時與使保持部70在第二方向移動時，在相同的位置產生朝向彼此相反之方向的運動之力。因此，無需向其他方向施加運動之力而可容易地使保持部70也就是第一透鏡31移動。
第一軸承94b在第一方向上與第一卡合片95b卡合，而在第二方向上並未卡合。第二軸承94a、94c在第二方向上與第二卡合片95a、95c卡合，而在第一方向上並未卡合。此情形時，由於各軸承94a～94c的內環相對於外環自由旋轉，因此第一軸承94b的外環與第二軸承94a、94c的外環於彼此相反的方向上旋轉，由此各軸承94a～94c可藉由馬達80的驅動而容易地移動。因此，於使保持部70在第一方向移動時以及使保持部70在第二方向移動時，能夠藉此抑制保持部70的位置偏移，可精度良好地使保持部70也就是第一透鏡31移動。
此外，在平行於光軸Lx的方向上，第一卡合片95b與第二卡合片95a、95c之間的間隔與各軸承94a～94c的外徑尺寸相等。因此，成為在第一軸承94b與第一卡合片95b之間以及在第二軸承94a、94c與第二卡合片95a、95c之間沒有間隙的狀態。即使是此種狀態，如上所述，藉由第一軸承94b的外環與第二軸承94a、94c的外環於彼此相反的方向上旋轉，各軸承94a～94c能夠不與各卡合片95a～95c滑動而進行移動。因此，不需使保持部70自一個方向移動而進行定位或具備用於施力的手段，而能夠使保持部70的移動方向反轉，可容易地將保持部70進行定位。
圖9是相對於本實施方式的雷射加工裝置10的比較例之說明圖。
圖9表示未調整從光學構件14到雷射光Lw的焦點Lp之焦點距離D9的情形時工件W的加工面Wa與雷射光Lw之關係。例如，在工件W的加工面Wa之加工範圍的中心，雷射光Lw相對於加工面Wa垂直地照射。工件W配置為使雷射光Lw的焦點Lp到達該加工面Wa。此情形時，在加工範圍周邊，雷射光Lw相對於加工面Wa傾斜地照射。然後，於不調整雷射光Lw的焦點距離D9之情形時，雷射光Lw的焦點Lp會從加工面Wa向上方遠離。此情形時，從焦點Lp散佈的雷射光Lw照射於加工面Wa，在雷射光Lw所照射之加工面Wa形成的點光之面積變得大於藉由相對於加工面Wa垂直地照射的雷射光Lw形成的點光之面積。
本實施方式的雷射加工裝置10調整雷射光Lw之焦點距離。
如圖8所示，在雷射光Lw相對於工件W的加工面Wa傾斜地照射之範圍，例如在工件W的加工面Wa之加工範圍的周邊區域，以將雷射光Lw之焦點Lp設為加工面Wa上之方式，調整雷射光Lw的焦點距離D8a。藉此，於雷射光Lw相對於加工面Wa傾斜地照射之區域，可縮小由雷射光Lw產生之點光的面積。
然後，在雷射光Lw相對於加工面Wa以接近垂直的角度照射之區域，調整雷射光Lw的焦點距離D8b，使該焦點距離D8b短於上述焦點距離D8a。也就是說，根據照射雷射光Lw的工件W之加工面Wa的照射位置，調整雷射光Lw的焦點距離D8a、D8b。
進而，本實施方式的雷射加工裝置10在雷射光Lw相對於工件W的加工面Wa以接近垂直的角度照射之區域，進行使雷射光Lw之焦點Lp自加工面Wa錯開的散焦控制。當雷射光Lw相對於工件W的加工面Wa傾斜地照射之情形時，加工面Wa的點光之形狀成為橢圓形。點光之形狀在雷射光Lw相對於加工面Wa垂直地照射之區域成為圓形。若使焦點Lp與加工面Wa一致，則其點光之面積小於雷射光Lw相對於加工面Wa傾斜地照射之情形時的點光之面積。因此，若使雷射光Lw的焦點Lp從加工面Wa錯開，則可增加點光之面積。藉此，可減少加工面Wa的點光之面積的偏差。
（效果）
如上所述，若根據本實施方式，則發揮以下之效果。
（1）焦點距離調整裝置12具備：保持部70，其保持第一透鏡31；導引部60，其沿雷射光Lw的光軸Lx可移動地支承保持部70；步進馬達80，其具有軸體81，且配置為軸體81之中心軸O1與光軸Lx正交；以及轉換部90，其介於軸體81與保持部70之間，且將軸體81的旋轉運動轉換為保持部70的直線運動。轉換部90在與保持部70之間具備連結部92，該連結部92於與光軸Lx平行之方向從轉換部90向保持部70傳遞運動之力，並且於與軸體81的中心軸O1平行之方向不從轉換部90向保持部70傳遞運動之力。
根據該構成，藉由將步進馬達80之軸體81的旋轉運動轉換為保持部70的直線運動之轉換部90，以步進馬達80之軸體81的中心軸O1與雷射光Lw的光軸Lx正交的方式配置步進馬達80，藉此可將焦點距離調整裝置12小型化。轉換部90之連結部92於與光軸Lx平行的方向傳遞運動之力，並且於與軸體81之中心軸O1平行的方向不傳遞運動之力，藉此於保持部70僅施加與光軸Lx平行之方向的運動力，且不施加與正交於光軸Lx之軸體81中心軸O1平行的方向之運動之力，由此，可將保持部70小型化及輕量化，且可利用簡易的構成使保持部70，也就是第一透鏡31於雷射光Lw之光軸Lx的方向精度良好地移動。
（2）連結部92具備：臂部91，其自軸體81於軸體81之徑向延伸；支承軸93，其自臂部91與軸體81的中心軸O1平行地延伸；軸承94a～94c，其被固定於支承軸93；以及卡合片95a～95c，其在平行於光軸Lx之方向與軸承94a～94c進行卡合。軸承94a～94c的內環固定於支承軸93，且軸承94a～94c的外環與卡合片95a～95c卡合。 因此，由於軸承94a～94c的內環相對於與卡合片95a～95c卡合的外環進行相對旋轉，藉此對支承軸93的移動之阻力極小，可藉由馬達80容易地使保持部70也就是第一透鏡31移動。
（3）第一軸承94b在平行於光軸Lx的第一方向上與第一卡合片95b卡合。因此，於卡合片95b被第一軸承94b按壓而使保持部70在第一方向移動時，產生使保持部70在連結第一軸承94b與第一卡合片95b的線上移動的運動之力。另一方面，第二軸承94a、94c在與第一方向相反的第二方向上與第二卡合片95a、95c卡合。因此，於兩個第二卡合片95a、95c被兩個第二軸承94a、94c按壓而使保持部70在第二方向移動時，產生使保持部70在兩個第二軸承94a、94c之間，也就是連結第一軸承94b與第一卡合片95b的線上移動的運動之力。因此，本實施方式的焦點距離調整裝置12於使保持部70在第一方向移動時與使保持部70在第二方向移動時，在相同的位置產生朝向彼此相反之方向的運動之力。因此，無需向其他方向施加運動之力而可容易地使保持部70也就是第一透鏡31移動。
（4）第一軸承94b在第一方向上與第一卡合片95b卡合，而在第二方向上並未卡合。第二軸承94a、94c在第二方向上與第二卡合片95a、95c卡合，而在第一方向上並未卡合。此情形時，由於各軸承94a～94c的內環相對於外環自由旋轉，因此第一軸承94b的外環與第二軸承94a、94c的外環於彼此相反的方向上旋轉，由此各軸承94a～94c可藉由馬達80的驅動而容易地移動。因此，於使保持部70在第一方向移動時以及使保持部70在第二方向移動時，能夠藉此抑制保持部70的位置偏移，可精度良好地使保持部70也就是第一透鏡31移動。
（5）在平行於光軸Lx的方向上，第一卡合片95b與第二卡合片95a、95c之間的間隔與各軸承94a～94c的外徑尺寸相等。因此，成為在第一軸承94b與第一卡合片95b之間以及在第二軸承94a、94c與第二卡合片95a、95c之間沒有間隙的狀態。即使是此種狀態，如上所述，藉由第一軸承94b的外環與第二軸承94a、94c的外環於彼此相反的方向上旋轉，各軸承94a～94c能夠不與各卡合片95a～95c滑動而進行移動。因此，不需使保持部70自一個方向移動而進行定位或具備用於施力的手段，而能夠使保持部70的移動方向反轉，可容易地將保持部70進行定位。
（6）在雷射光Lw相對於工件W的加工面Wa傾斜地照射之範圍，例如在工件W的加工面Wa之加工範圍的周邊區域，以將雷射光Lw之焦點Lp設為加工面Wa上之方式，調整雷射光Lw的焦點距離D8a。藉此，於雷射光Lw相對於加工面Wa傾斜地照射之區域，可縮小由雷射光Lw產生之點光的面積。在雷射光Lw相對於加工面Wa以接近垂直的角度照射之區域，調整雷射光Lw的焦點距離D8b，使該焦點距離D8b短於上述焦點距離D8a。進而，本實施方式的雷射加工裝置10在雷射光Lw相對於工件W的加工面Wa以接近垂直的角度照射之區域，進行使雷射光Lw之焦點Lp自加工面Wa錯開的散焦控制。藉此，可減少加工面Wa的點光之面積的偏差。
（變更例）
上述實施方式可藉由以下態樣實施。上述實施方式以及以下之變更例可在技術上不矛盾的範圍內彼此組合而實施。
上述實施方式中，可設為將雷射振盪器11至掃描部13收納於一個殼體之雷射加工裝置，也可設為將雷射振盪器11、焦點距離調整裝置12以及掃描部13收納於各別之殼體的構成之雷射加工裝置。
構成轉換部的軸承及卡合片的數量可設為2或4以上。
於相對於工件W的加工面Wa垂直地照射雷射光Lw之情形時，也能夠將焦點距離調整為使雷射光Lw的焦點Lp與加工面Wa一致。
上述實施方式中，如圖7（a）～圖7（c）所示，藉由使第一透鏡31移動來調整焦點距離。相對於此，也可使圖3所示之第二透鏡32、或第三透鏡33移動來調整焦點距離。又，也可使第一透鏡31至第三透鏡33中的兩片透鏡移動來調整焦點距離。
上述實施方式中，可省略第二透鏡32與第三透鏡33中的任一者。
相對於上述實施方式，可為將第一透鏡31至第三透鏡33中的至少一者設為複數片透鏡之構成。
10:雷射加工裝置
11:雷射振盪器
12:焦點距離調整裝置
13:掃描部
14:光學構件
15:輸入部
16:控制部
21、22:電流計鏡
23、24:馬達
31:第一透鏡
31:透鏡
32:第二透鏡
32:透鏡
40:基座
41:基板
41a:上表面
42:固定部
43:光電感測器
51:透鏡保持件
52:保持件基座
60:引導部
61:軌道
62a:第一區塊
62b:第二區塊
70:保持部
71:基板
71a:第一基部
71b:第二基部
72:透鏡固定部
73:固定環
75:遮光板
80:步進馬達
81:軸體
90:轉換部
91:臂部
92:連結部
93:支承軸
94a、94c:軸承（第二軸承）
94b:軸承（第一軸承）
95a、95c:卡合片（第二卡合片）
95b:卡合片（第一卡合片）
D8a、D8b、D9:焦點距離
Lp:焦點
Lw:雷射光
Lx:光軸
O1:中心軸
W:工件
Wa:加工面
圖1為一實施方式之雷射加工裝置的方塊圖。
圖2為焦點距離調整裝置的立體圖。
圖3為焦點距離調整裝置的俯視圖。
圖4為焦點距離調整裝置之一部分放大的立體圖。
圖5焦點距離調整裝置的側視圖。
圖6為圖5之6－6線截面圖，且為焦點距離調整裝置之主要部分放大圖。
圖7（a）～（c）為表示透鏡的位置與焦點之關係的說明圖。
圖8為調整焦點距離的情形時之雷射光的說明圖。
圖9為不調整焦點距離的情形時之雷射光的說明圖。
12:焦點距離調整裝置
31:第一透鏡
32:第二透鏡
33:第三透鏡
40:基座
41:基板
41a:上表面
42:固定部
43:光電感測器
51:透鏡保持件
52:保持件基座
60:導引部
61:軌道
62a:第一區塊
62b:第二區塊
70:保持部
71:基板
71a:第一基部
71b:第二基部
72:透鏡固定部
73:固定環
75:遮光板
80:步進馬達
81:軸體
90:轉換部
91:臂部
92:連結部
Lw:雷射光
Lx:光軸
O1:中心軸
Claims (8)
- 一種焦點距離調整裝置，其具備第一透鏡與配置在該第一透鏡之光軸上的第二透鏡，且調整該第一透鏡與該第二透鏡之間的距離而將透射該第一透鏡及該第二透鏡的雷射光之焦點距離進行調整，該焦點距離調整裝置之特徵在於，具備：保持部，其保持該第一透鏡；導引部，其沿著該雷射光之光軸可移動地支承該保持部；步進馬達，其具有軸體，且配置為該軸體之中心軸與該光軸正交；以及轉換部，其介於該軸體與該保持部之間，且將該軸體的旋轉運動轉換為該保持部的直線運動，該轉換部在與該保持部之間具備連結部，該連結部於與該光軸平行之方向從該轉換部向該保持部傳遞運動之力，並且於與該軸體的該中心軸平行之方向不從該轉換部向該保持部傳遞運動之力，該連結部具備：臂部，其固定於該軸體，且於該軸體之徑向延伸；支承軸，其自該臂部之前端與該軸體的該中心軸平行地延伸；軸承，其含有被固定於該支承軸的內環；以及卡合片，其被固定於該保持部，在沿著該光軸之第一方向以及與該第一方向相反之第二方向與該軸承進行卡合。
- 如請求項1記載的焦點距離調整裝置，其中，該軸承為複數個軸承中之一者，於該支承軸固定有該複數個軸承， 該卡合片具有該複數個軸承中之第一軸承於該第一方向所卡合的第一卡合片、以及該複數個軸承中與該第一軸承不同之第二軸承於該第二方向所卡合的第二卡合片。
- 如請求項2記載的焦點距離調整裝置，其中，該第二軸承為兩個第二軸承中之一者，該兩個第二軸承以沿著該支承軸之中心軸夾持該第一軸承的方式被固定於該支承軸。
- 如請求項2或3記載的焦點距離調整裝置，其中，沿著該光軸之方向的該第一卡合片與該第二卡合片之間隔與該第一軸承及該第二軸承之外徑相等。
- 如請求項1或2記載的焦點距離調整裝置，其中，該保持部具有：基板，其固定於該導引部；以及透鏡固定部，其於與該基板正交的方向延伸，固定有該第一透鏡，該卡合片連結於該基板。
- 如請求項5記載的焦點距離調整裝置，其中，該導引部具有：沿著該光軸延伸的一條軌道；以及安裝於該軌道，且沿著該軌道移動的第一區塊及第二區塊，該保持部連接於該第一區塊及該第二區塊。
- 如請求項6記載的焦點距離調整裝置，其中，該基板具有： 第一基部，其相對於該第一透鏡被配置在該第二透鏡之側，且被固定於該第一區塊；以及第二基部，其相對於該第一透鏡被配置在與該第二透鏡相反之側，且被固定於該第二區塊。
- 一種雷射加工裝置，其掃描雷射光而對工件的加工面進行加工，該雷射加工裝置之特徵在於，具備：雷射振盪器，其射出該雷射光；掃描部，其掃描該雷射光；以及焦點距離調整裝置，其配置於該雷射振盪器與該掃描部之間，具備配置於該雷射光之光軸上的第一透鏡及第二透鏡，且調整該第一透鏡與該第二透鏡之間的距離而將自該掃描部朝向工件的雷射光之焦點距離進行調整，該焦點距離調整裝置具備：保持部，其保持該第一透鏡；導引部，其沿著該光軸可移動地支承該保持部；步進馬達，其具有軸體，且配置為該軸體之中心軸與該光軸正交；以及轉換部，其介於該軸體與該保持部之間，且將該軸體的旋轉運動轉換為該保持部的直線運動，該轉換部在與該保持部之間具備連結部，該連結部於與該光軸平行之方向從該轉換部向該保持部傳遞運動之力，並且於與該軸體的該中心軸平行之方向不從該轉換部向該保持部傳遞運動之力，該連結部具備：臂部，其固定於該軸體，且於該軸體之徑向延伸； 支承軸，其自該臂部之前端與該軸體的該中心軸平行地延伸；軸承，其含有被固定於該支承軸的內環；以及卡合片，其被固定於該保持部，在沿著該光軸之第一方向以及與該第一方向相反之第二方向與該軸承進行卡合。
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