激光加工裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種能夠抑制脈沖能量的偏差的同時抑制加工時間的延長的激光加工裝置。光束偏轉器使脈沖激光束的入射位置在加工對象物的表面移動，且當移動結束時發送定位結束信號。在切換器處于打開狀態時，脈沖激光束從激光光源入射到光束偏轉器，處于關閉狀態時不入射到光束偏轉器。控制裝置在向光束偏轉器發送移動指令信號之后到接收到定位結束信號為止的期間，使切換器處于關閉狀態，并以恒定的第1重復頻率發送輸出指令信號。若接收到定位結束信號，則從包含第1重復頻率的頻率變動范圍內選擇從前一次輸出指令信號到下一個輸出指令信號為止的第2重復頻率。以第2重復頻率向激光光源發送下一個輸出指令信號，從而在高品質加工模式下進行加工。
【專利說明】激光加工裝置
[0001 ]本申請主張基于2015年3月6日申請的日本專利申請第2015-044283號的優先權。該日本申請的全部內容通過參考援用于本說明書中。
技術領域
[0002]本發明涉及一種激光加工裝置。
【背景技術】
[0003]利用激光進行鉆孔加工時，利用電流計掃描振鏡使激光束在二維方向上擺動，從而使激光束入射到被加工點。激光束入射到I個被加工點之后，操作電流計掃描振鏡來將激光束的入射位置移動至下一個被加工點。以電流計掃描振鏡定位在下一個被加工點為契機，輸出脈沖激光束。若被加工點的間隔不恒定，則用于使入射位置移動至下一個被加工點所需時間也不恒定。因此，從激光光源輸出的脈沖激光束的脈沖的重復頻率(以下，簡稱為“頻率”)也出現偏差。若脈沖激光束的頻率出現偏差，則脈沖能量也會出現偏差。
[0004]下述專利文獻I中公開了抑制脈沖能量的偏差的激光加工裝置。在專利文獻I中公開的激光加工裝置中，從激光光源以恒定的頻率輸出脈沖激光束。在電流計掃描振鏡的定位結束為止的期間，通過開關元件暫時切斷脈沖激光束。通過在電流計掃描振鏡的定位結束之后打開開關元件，由此使脈沖激光束入射到加工對象物。
[0005]由于從激光光源以恒定的重復頻率輸出脈沖激光束，因此由重復頻率的變動引起的脈沖能量的變動得到抑制。其結果，能夠進行高品質的加工。
[0006]專利文獻1:日本特開2011-56521號公報
[0007]在專利文獻I中公開的激光加工裝置中，由于以恒定的頻率輸出脈沖激光束，因此不一定在電流計掃描振鏡的定位結束之后立即能夠輸出下一個脈沖。在從電流計掃描振鏡的定位結束時刻到下一個脈沖輸出為止的期間會產生等待時間。因此，導致加工時間變長。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種能夠抑制脈沖能量的偏差的同時抑制加工時間的延長的激光加工裝置。
[0009]根據本發明的一種觀點，提供一種激光加工裝置，其具有:
[0010]激光光源，根據輸出指令信號輸出脈沖激光束；
[0011 ]載物臺，保持加工對象物；
[0012]光束偏轉器，配置在所述激光光源與所述加工對象物之間的所述脈沖激光束的路徑上，并且當接收到移動指令信號時，使所述脈沖激光束的入射位置在所述加工對象物的表面移動，且當移動結束時發送定位結束信號；
[0013]切換器，在打開狀態和關閉狀態之間進行切換，在所述打開狀態下，從所述激光光源輸出的所述脈沖激光束入射到所述光束偏轉器，在所述關閉狀態下，所述脈沖激光束無法入射到所述光束偏轉器;及
[0014]控制裝置，控制所述激光光源、所述光束偏轉器及所述切換器，
[0015]所述控制裝置具有如下功能:
[0016]在向所述光束偏轉器發送所述移動指令信號之后到從所述光束偏轉器接收到所述定位結束信號為止的期間，使所述切換器處于所述關閉狀態，并以恒定的第I重復頻率向所述激光光源發送所述輸出指令信號，
[0017]若從所述光束偏轉器接收到所述定位結束信號，則從包含所述第I重復頻率在內的第I頻率變動范圍內選擇從前一次輸出指令信號到下一個輸出指令信號為止的第2重復頻率，
[0018]以所述第2重復頻率向所述激光光源發送下一個所述輸出指令信號，從而在高品質加工模式下進行加工。
[0019]不管光束偏轉器的運行狀態如何，與以恒定的重復頻率輸出脈沖激光束的情況相比，能夠縮短從光束偏轉器的定位結束到下一個激光脈沖的輸出為止的等待時間。由此，能夠縮短加工時間。
[0020]與在光束偏轉器的操作期間不發送輸出指令信號的情況相比，能夠抑制脈沖激光的重復頻率變動。因此，能夠縮小脈沖能量的偏差。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是表示實施例的激光裝置的示意圖。
[0022]圖2是表示脈沖的重復頻率與脈沖能量之間的關系、加工模式分別為通常加工模式STD、高品質加工模式HQ、最高品質加工模式SHQ時的頻率變動范圍的圖表。
[0023]圖3是在最高品質加工模式SHQ下進行加工時的各種信號的時序圖。
[0024]圖4是在高品質加工模式HQ下進行加工時的各種信號的時序圖。
[0025]圖5是在通常加工模式STD下進行加工時的各種信號的時序圖。
[0026]圖中:10-激光光源，11-切換器，12-折返鏡，13-光束偏轉器，14_fΘ透鏡，15-XY載物臺，16-束流收集器，17-高品質加工模式時的頻率變動范圍，18-通常加工模式時的頻率變動范圍，20-控制裝置，21-存儲部，25-輸入裝置，30-加工對象物，SHQ-最高品質加工模式，HQ-高品質加工模式，STD-通常加工模式，sigl-輸出指令信號，sig2-切換信號，sig3-移動指令信號，sig4_定位結束信號，sig5-移動指令信號，sig6-移動結束信號。
【具體實施方式】
[0027]圖1中示出實施例的激光加工裝置的示意圖。若激光光源10從控制裝置20接收到輸出指令信號sigl，則激光光源10輸出脈沖激光束LI。輸出指令信號sigl為脈沖信號，針對輸出指令信號s ig I的I個脈沖輸出脈沖激光束LI的I個激光脈沖。激光光源1使用例如二氧化碳激光器及Nd: YAG激光器等。
[0028]從激光光源10輸出的脈沖激光束LI經由切換器11、折返鏡12、光束偏轉器13、f0透鏡14而入射到加工對象物30。加工對象物30保持于XY載物臺15。切換器11根據從控制裝置20接收到的切換信號sig2在打開狀態和關閉狀態之間進行切換。在切換器11處于打開狀態時，入射的脈沖激光束LI入射到折返鏡12。即，在打開狀態下，激光束入射到加工對象物30。在切換器11處于關閉狀態時，入射的脈沖激光束LI入射到束流收集器16。即，在關閉狀態下，激光束不會入射到加工對象物。切換器11可以使用聲光元件(AOM)及聲光偏轉元件(AOD)等。
[0029]透鏡14使脈沖激光束在加工對象物30的表面聚光。另外，可以采用在脈沖激光束的路徑上配置光束截面整形用的掩模，并將掩模成像在加工對象物30的表面而進行加工的掩模成像法，也可采用在光束腰的位置進行加工的方法。
[0030]從控制裝置20接收到移動指令信號sig3時，光束偏轉器13改變脈沖激光束的行進方向以使脈沖激光束的入射位置在加工對象30的表面移動。脈沖激光束的入射位置信息由移動指令信號sig3所賦予。若光束偏轉器13結束定位，則從光束偏轉器13向控制裝置20發送定位結束信號sig4。光束偏轉器13可以使用例如包含一對活動反射鏡的電流計掃描振
Ho
[0031]XY載物臺15若從控制裝置20接收到移動指令信號sig5則使加工對象物30移動。若結束移動，則從XY載物臺15向控制裝置20發送移動結束信號Sig6。在進行激光加工時，在使加工對象物30靜止的狀態下，使光束偏轉器13動作，從而對光束偏轉器13可掃描的范圍進行加工。通過交替地反復進行基于XY載物臺15的加工對象物30的移動與基于光束偏轉器13的動作的對可掃描范圍的加工，能夠對加工對象物30的整個表面進行加工。
[0032]控制裝置20包括用于存儲各種加工模式的存儲部21。存儲部21存儲劃定在加工對象物30的表面的被加工點的位置信息(例如，坐標等)及被加工點的加工順序。而且，還存儲發送輸出指令信號sigl的頻率信息(例如，輸出指令信號sigl的重復頻率的變動范圍)。并且，存儲部21還存儲使切換器11保持打開狀態的時間寬度。
[0033]通過操作員操作輸入裝置25，從輸入裝置25向控制裝置20輸入指示加工模式的命令。加工模式中包括例如通常加工模式STD、高品質加工模式HQ及最高品質加工模式SHQt^A激光光源10輸出的脈沖激光束LI的頻率的變動范圍在這些加工模式中互不相同。
[0034]圖2中示出脈沖激光束的頻率與脈沖能量之間的關系、加工模式分別為通常加工模式STD、高品質加工模式HQ及最高品質加工模式SHQ時的頻率變動范圍。在圖2所示的圖表中，橫軸表示脈沖激光束的頻率，縱軸表示脈沖能量。在通常加工模式STD下進行加工時，脈沖激光束的頻率選自從下限頻率fl到上限頻率f4的頻率變動范圍18。在高品質加工模式HQ下進行加工時，脈沖激光束的頻率選自從下限頻率f2到上限頻率f4的頻率變動范圍17。高品質加工模式HQ的頻率變動范圍17比通常加工模式STD的頻率變動范圍18窄。在最高品質加工模式SHQ下進行加工時，脈沖激光束的頻率固定在基準頻率f3。
[0035]脈沖能量有隨著脈沖的重復頻率變高反而降低的傾向。在最高品質加工模式SHQ下進行加工時，脈沖激光束的頻率恒定，因此脈沖能量也幾乎維持為恒定。在高品質加工模式HQ下進行加工時以及在通常加工模式STD下進行加工時，各自的脈沖激光束的頻率可在頻率變動范圍17、18內變動。若脈沖激光束的頻率發生變動，則脈沖能量也會發生變動。但是，高品質加工模式HQ中的頻率的變動寬度比通常加工模式中的頻率的變動寬度窄。因此，在高品質加工模式HQ下進行加工時的脈沖能量的偏差小于在通常加工模式下進行加工時的脈沖能量的偏差。
[0036]圖3中示出在最高品質加工模式SHQ下進行加工時的各種信號的時序圖。在圖3的時序圖中，從上往下依次表示輸出指令信號s i g 1、從激光光源1輸出的脈沖激光束L1、切換器11后方的脈沖激光束L2、切換信號sig2、定位結束信號sig4、移動指令信號sig3、來自XY載物臺15的移動結束信號sig6及向XY載物臺15的移動指令信號sig5。
[0037]切換器11與切換信號sig2的上升同步成為打開狀態，并與切換信號sig2的下降同步成為關閉狀態。定位結束信號sig4的上升對應于光束偏轉器13的動作開始(電流計掃描振鏡的活動反射鏡的旋轉開始)，下降對應于光束偏轉器13的定位結束。具體而言，若光束偏轉器13變得穩定(電流計掃描振鏡的活動反射鏡的旋轉方向的當前位置與目標位置之間的誤差落在允許的范圍內，并且活動反射鏡幾乎靜止)，則定位結束信號sig4就會下降。即，通過定位結束信號sig4的下降，向控制裝置20通知光束偏轉器13的定位結束。在本說明書中，使定位結束信號sig4降低的控制被稱作“發送定位結束信號sig4”。
[0038]XY載物臺15的移動結束信號sig6的上升對應于XY載物臺15的移動開始。若XY載物臺15變得穩定，則移動結束信號sig6就會下降。即，通過移動結束信號sig6的下降來通知XY載物臺15的移動結束。移動目的地的位置信息通過移動指令信號sig5從控制裝置20指示到XY載物臺15。
[0039]若啟動激光加工裝置并由操作員指示開始加工，則控制裝置20以圖2所示的恒定的基準頻率f3向激光光源10發送輸出指令信號sigl。操作員的加工開始的指示是例如通過按下加工開始按鈕等來進行的。激光光源10—旦接收到輸出指令信號sigl就同步輸出脈沖激光束LI。
[0040]若移動指令信號sig5從控制裝置20發送到XY載物臺15(時刻tl)，則XY載物臺15開始移動。若XY載物臺15的移動結束(時刻t2)，則移動結束信號Sig6就會下降。由此，向控制裝置20通知移動結束。若從XY載物臺15接收到移動結束的通知，則控制裝置20向光束偏轉器13發送使脈沖激光束的入射位置移動到最初的被加工點的移動指令信號sig3。
[0041]若光束偏轉器13的定位結束(時刻t3)，則從光束偏轉器13向控制裝置20發送定位結束信號sig4。控制裝置20使切換器11在接收到來自光束偏轉器13的定位結束信號sig4為止保持關閉狀態。因此，從激光光源10輸出的脈沖激光束LI入射到束流收集器16。在此期間，不會出現脈沖激光束L2。
[0042]當接收到定位結束信號sig4時，控制裝置20使切換器11在與下一個輸出指令信號sigl相對應的脈沖激光束LI的激光脈沖Pl的脈沖寬度內的至少一部分中處于打開狀態(時刻t4)。由此，使激光脈沖Pl的至少一部分入射到加工對象物30。例如，通過使切換器11在輸出激光脈沖PI的期間的一部分期間處于打開狀態，從而從激光脈沖PI切取一部分激光脈沖。而被切取的激光脈沖P2就會入射到加工對象物30。若使切換器11在激光脈沖Pl的整個脈沖寬度的期間均處于打開狀態，則激光脈沖Pl完整地入射到加工對象物30。圖3中示出切取激光脈沖Pl的中央部而形成激光脈沖P2的例子。
[0043]控制裝置20在輸出激光脈沖Pl的下一個激光脈沖P3之前將切換器11設為關閉狀態。切換器11成為關閉狀態之后，通過向光束偏轉器13發送移動指令信號Sig3(時刻t5)，從而將脈沖激光束的入射位置移動到下一個被加工點。若光束偏轉器13的定位結束(時刻t6)，則使下一個輸出的激光脈沖P3的至少一部分入射到加工對象物30。
[0044]之后，以相同的方式，使光束偏轉器13結束定位之后立即輸出的激光脈沖的至少一部分入射到加工對象物30。
[0045]在最高品質加工模式SHQ中，激光光源10被恒定的基準頻率f3所激勵。因此，能夠將脈沖能量維持為恒定。但是，光束偏轉器13的定位結束(時刻t3)之后到輸出下一個激光脈沖Pl為止，會產生等待時間Tw。
[0046]圖4中示出在高品質加工模式HQ下進行加工時的各種信號的時序圖。圖4中省略了圖3的移動指令信號sig5及移動結束信號sig6的記載。
[0047]在向光束偏轉器13發送移動指令信號sig3之后到定位結束為止的期間(時刻tlO至IJ111的期間、時刻112到113的期間、時刻114到115的期間)，使切換器11處于關閉狀態。相當于在此期間發送的輸出指令信號sigl與前一次發送的輸出指令信號sigl之間的間隔的頻率f5例如與在最高品質加工模式SHQ中適用的恒定的基準頻率f3相同。另外，頻率f5與基準頻率f 3并非一定要相同。作為頻率f 5只要從高品質加工模式HQ的頻率變動范圍17 (圖2)內選擇即可。
[0048]若光束偏轉器13的定位結束(時刻111、113、115)，則控制裝置20從高品質加工模式HQ時的頻率變動范圍17 (圖2)內選擇前一次輸出指令信號sigI到下一個輸出指令信號sigl為止的頻率。
[0049]在定位結束的時刻til，作為相當于前一次輸出指令信號sigl到下一個輸出指令信號s i gl為止的周期的頻率選擇頻率變動范圍17 (圖2)的上限頻率f 4。在定位結束的時刻tl3、tl5，前一次輸出指令信號sigl輸出之后的經過時間超過相當于上限頻率f4的周期。因此，作為前一次輸出指令信號sigl到下一個輸出指令信號sigl為止的頻率，無法選擇上限頻率f 4。此時，選擇與從前一次輸出指令信號s ig I的輸出時刻到定位結束的時刻113、115為止的經過時間相對應的頻率f 6、f 7。頻率f 6、f 7與高品質加工模式HQ的頻率變動范圍17 (圖2)的下限頻率f2相等或高于下限頻率f2且低于上限頻率f4。即，以使從前一次輸出指令信號sigl到下一個輸出指令信號sigl為止的頻率變得最高的方式從頻率變動范圍17(圖2)內選擇頻率。
[0050]若如同在最高品質加工模式SHQ下進行加工時那樣始終以恒定的頻率f5輸出輸出指令信號sigl，則在光束偏轉器13的定位結束的時刻til、tl3、tl5之后，如虛線所示，會在經過了相當于頻率f5的周期的時刻發送輸出指令信號sigl。因此，從定位結束時刻(時刻tll、tl3、tl5)到發送輸出指令信號sigl為止，需要等待時間。
[0051]在高品質加工模式HQ中，在時刻til之后且在發送前一次輸出指令信號sigl之后經過與恒定的頻率f5的周期相對應的時間之前，即在經過了與上限頻率f4相對應的周期的時刻輸出輸出指令信號sigl。而在定位結束的時刻tl3、tl5之后，基本上無需等待時間立即輸出輸出指令信號sigl。因此，在高品質加工模式HQ中，與最高品質加工模式SHQ相比，能夠縮短從光束偏轉器13的定位結束到輸出脈沖激光LI為止的等待時間。
[0052]圖5中示出在通常加工模式STD下進行加工時的各種信號的時序圖。圖5中省略了圖3的移動指令信號sig5及移動結束信號sig6的記載。
[0053]在通常加工模式STD中，控制裝置20在向光束偏轉器13發送移動指令信號sig3之后到從光束偏轉器13接收到定位結束信號sig4為止的期間(t21到t22的期間、t23到t24的期間、t25到t26的期間)不輸出輸出指令信號s ig I。控制裝置20以接收到定位結束信號s i g4為契機向激光光源10發送輸出指令信號^81(時刻七22^24^26)。
[0054]而且，控制裝置20向切換器11發送切換信號sig2以使切換器11成為打開狀態，由此使脈沖激光束LI的各激光脈沖的至少一部分入射到加工對象物30。
[0055]在通常加工模式STD中，若光束偏轉器13的定位結束，則基本上無需等待時間立即向激光光源1發送輸出指令信號S i g I。但是，受到光束偏轉器13的定位所需時間存在偏差的影響，脈沖激光束LI的頻率也會出現偏差。因此，與高品質加工模式HQ相比，脈沖能量的偏差更大。
[0056]最高品質加工模式SHQ具有如下特征:脈沖能量的偏差最小而加工時間較長。通常加工模式STD具有如下特征:加工時間較短而脈沖能量的偏差較大。高品質加工模式HQ具有如下特征:能夠在一定程度上抑制脈沖能量的偏差且能夠抑制加工時間變長。根據加工對象物的所要求的加工品質，可從通常加工模式STD、高品質加工模式HQ及最高品質加工模式SHQ中選擇最適合的加工模式。
[0057]基于上述實施例的激光加工裝置具有如下功能:能夠在最高品質加工模式SHQ、高品質加工模式HQ及通常加工模式STD中的任一種加工模式下進行加工。基于實施例的激光加工裝置也可以構成為具有僅在高品質加工模式HQ下進行加工的功能，并且基于實施例的激光加工裝置還可以構成為具有在高品質加工模式HQ及其他一種加工模式中的任一種模式下進行加工的功能。
[0058]以上，通過實施例對本發明進行了說明，但本發明并不只限于此。例如，本領域技術人員可以理解能夠施以各種變更、改良、組合等。
【主權項】
1.一種激光加工裝置，其特征在于，具有: 激光光源，根據輸出指令信號輸出脈沖激光束； 載物臺，保持加工對象物； 光束偏轉器，配置在所述激光光源與所述加工對象物之間的所述脈沖激光束的路徑上，并且當接收到移動指令信號時，使所述脈沖激光束的入射位置在所述加工對象物的表面移動，且當移動結束時發送定位結束信號； 切換器，在打開狀態和關閉狀態之間進行切換，在所述打開狀態下，從所述激光光源輸出的所述脈沖激光束入射到所述光束偏轉器，在所述關閉狀態下，所述脈沖激光束無法入射到所述光束偏轉器;及 控制裝置，控制所述激光光源、所述光束偏轉器及所述切換器， 所述控制裝置具有如下功能: 在向所述光束偏轉器發送所述移動指令信號之后到從所述光束偏轉器接收到所述定位結束信號為止的期間，使所述切換器處于所述關閉狀態，并以恒定的第I重復頻率向所述激光光源發送所述輸出指令信號， 若從所述光束偏轉器接收到所述定位結束信號，則從包含所述第I重復頻率在內的第I頻率變動范圍內選擇從前一次輸出指令信號到下一個輸出指令信號為止的第2重復頻率， 以所述第2重復頻率向所述激光光源發送下一個輸出指令信號，從而在高品質加工模式下進行加工。2.根據權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于， 在選擇所述第2重復頻率時，所述控制裝置以使從前一次輸出指令信號到下一個輸出指令信號為止的重復頻率變得最高的方式選擇所述第2重復頻率。3.根據權利要求1或2所述的激光加工裝置，其特征在于， 還具有輸入裝置，所述輸入裝置具有輸入用于指示加工模式的命令的功能， 在所輸入的所述命令為所述高品質加工模式時，所述控制裝置在所述高品質加工模式下進行加工。4.根據權利要求3所述的激光加工裝置，其特征在于， 在所輸入的所述命令為通常加工模式時，所述控制裝置在向所述光束偏轉器發送所述移動指令信號后到從所述光束偏轉器接收到所述定位結束信號為止的期間，不發送所述輸出指令信號， 所述控制裝置以從所述光束偏轉器接收到所述定位結束信號為契機向所述激光光源發送所述輸出指令信號，從而在所述通常加工模式下進行加工。5.根據權利要求3或4所述的激光加工裝置，其特征在于， 在所輸入的所述命令為最高品質加工模式時，所述控制裝置在向所述激光光源以恒定的第3重復頻率發送所述輸出指令信號的期間，若從所述光束偏轉器接收到所述定位結束信號，則使所述切換器在與下一個輸出指令信號相對應的所述脈沖激光束的激光脈沖的脈沖寬度內的至少一部分中處于所述打開狀態，從而在所述最高品質加工模式下進行加工。6.根據權利要求5所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述第3重復頻率與所述第I重復頻率相同。
【文檔編號】B23K26/0622GK105935841SQ201610109105
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年2月26日
【發明人】石原裕
【申請人】住友重機械工業株式會社