激光加工裝置制造方法
【專利摘要】為了得到能夠使用光路結(jié)構(gòu)不特別復(fù)雜的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)，而充分抑制光束發(fā)散角，并且將無(wú)像差且具有期望光束直徑的激光照射到被加工材料上的激光加工裝置，在本發(fā)明的激光加工裝置中，具有：激光振蕩器(1)；加工工作臺(tái)(2)；傳輸光學(xué)系統(tǒng)，其將從激光振蕩器(1)射出的激光(L)傳輸至加工工作臺(tái)(2)；加工頭(4)，其將經(jīng)由傳輸光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)募す?L)聚光照射至被加工材料；移動(dòng)單元(5)，其使照射至被加工材料的激光(L)和被加工材料的相對(duì)位置發(fā)生變化；以及球面曲率可變反射鏡(67)。傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有對(duì)來(lái)自激光振蕩器(1)的激光進(jìn)行平行化且擴(kuò)大的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)(6)，反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)(6)設(shè)為包含球面反射鏡(63)、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡(62)的結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】
激光加工裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使從激光振蕩器射出的激光進(jìn)行聚光照射，而對(duì)被加工材料進(jìn)行加工的激光加工裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，使用從激光振蕩器射出的激光而對(duì)被加工材料進(jìn)行加工的激光加工裝置已為人所熟知(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0003]圖7是概略地表示專利文獻(xiàn)I中記載的現(xiàn)有的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0004]在圖7中，從激光振蕩器I產(chǎn)生的激光L經(jīng)由傳輸光學(xué)系統(tǒng)而傳輸至加工頭4內(nèi)的加工透鏡(未圖示)，聚光照射至在加工工作臺(tái)2上載置的被加工材料(未圖示)。
[0005]加工工作臺(tái)2以及加工頭4具有能夠在至少一個(gè)軸向上移動(dòng)的移動(dòng)單元5，能夠使激光L和被加工材料的相對(duì)位置在期望方向上移動(dòng)，并且定位在期望位置處。
[0006]在該情況下，移動(dòng)單元5構(gòu)成為，使加工工作臺(tái)2在X軸方向上移動(dòng)，使加工頭4在Y軸方向上移動(dòng)。
[0007]激光L的傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有:反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106，來(lái)自激光振蕩器I的激光L入射至該反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106 ;以及折回反射鏡8，其將從反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106射出的激光L導(dǎo)入至加工頭4。
[0008]反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106由下述部件構(gòu)成:折回反射鏡68，來(lái)自激光振蕩器I的激光L入射至該折回反射鏡68 ;凸球面反射鏡63，由折回反射鏡68反射后的激光L入射至該凸球面反射鏡63 ；以及凹球面反射鏡65，由凸球面反射鏡63反射后的激光L入射該凹球面反射鏡65。
[0009]反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106無(wú)論從激光振蕩器I產(chǎn)生的激光L的發(fā)散角的差異如何,都將激光L的光束直徑擴(kuò)大至期望的倍率，并在加工工作臺(tái)2上的加工點(diǎn)處維持適當(dāng)?shù)木酃庵睆健?br> [0010]已知在由凸球面反射鏡63以及凹球面反射鏡65等球面反射鏡進(jìn)行反射的反射光中，通常會(huì)產(chǎn)生與入射角相對(duì)應(yīng)的像散。尤其是在激光加工裝置中，在激光L中產(chǎn)生像散的情況下，在加工點(diǎn)處產(chǎn)生聚光性的降低、光束形狀的各向異性。如上所述，在加工頭4進(jìn)行移動(dòng)的形式的激光加工裝置中，為了維持被加工材料的加工點(diǎn)處的適當(dāng)?shù)木酃庵睆?，在光路中設(shè)有用于對(duì)激光L進(jìn)行擴(kuò)大且平行化的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106，但在反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106內(nèi)使用球面反射鏡時(shí)，為了抑制像散的發(fā)生，需要將相對(duì)于球面反射鏡的入射角限制為銳角。
[0011]因此，在激光加工裝置的傳輸光學(xué)系統(tǒng)中使用球面反射鏡的情況下，為了避免由于像散而產(chǎn)生加工品質(zhì)的劣化、在加工中產(chǎn)生各向異性，需要將激光L相對(duì)于球面反射鏡的入射角限制為銳角，以使得像散不會(huì)影響到加工品質(zhì)。
[0012]已知如果將相對(duì)于球面反射鏡的入射角設(shè)定為銳角(優(yōu)選15°以內(nèi))，則通常能夠忽略由于像散導(dǎo)致的加工品質(zhì)降低。
[0013]因此，在圖7(專利文獻(xiàn)I)中，利用反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)106內(nèi)的折回反射鏡68，將激光L相對(duì)于各球面反射鏡(凸球面反射鏡63、凹球面反射鏡65)的入射角限制為銳角。
[0014]然而，由于設(shè)置用于對(duì)相對(duì)于球面反射鏡的入射角進(jìn)行限制的折回反射鏡68，光路會(huì)復(fù)雜化，除此之外，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)不能對(duì)像散的產(chǎn)生進(jìn)行抑制。此外，由于復(fù)雜化后的光路中的光學(xué)元件吸收激光而產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)，因此光學(xué)元件的增加成為加工的不穩(wěn)定性的原因。
[0015]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平5 - 305473號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]現(xiàn)有的激光加工裝置在作為傳輸光學(xué)系統(tǒng)而使用具有球面反射鏡的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)的情況下，如專利文獻(xiàn)I所述，設(shè)置有用于對(duì)相對(duì)于球面反射鏡的入射角進(jìn)行限制的折回反射鏡，但存在如下課題，即，光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，除此之外，也不能充分抑制像散的發(fā)生。
[0017]本發(fā)明是為了解決如上所述的課題而提出的，其目的在于得到一種能夠使用光路結(jié)構(gòu)不特別復(fù)雜的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)而充分抑制光束發(fā)散角，并且將無(wú)像差且具有期望光束直徑的激光照射至被加工材料的激光加工裝置。
[0018]本發(fā)明涉及的激光加工裝置由下述部件構(gòu)成:激光振蕩器，其射出激光；加工工作臺(tái)，其載置有被加工材料；傳輸光學(xué)系統(tǒng)，其將從激光振蕩器射出的激光傳輸至加工工作臺(tái)；加工頭，其將經(jīng)由傳輸光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)募す饩酃庹丈渲帘患庸げ牧?；以及移?dòng)單兀，其使照射至被加工材料的激光和被加工材料的相對(duì)位置發(fā)生變化，該激光加工裝置的特征在于，傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有球面曲率可變反射鏡、以及對(duì)來(lái)自激光振蕩器的激光進(jìn)行平行化且擴(kuò)大的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)，反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)包含球面反射鏡和正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡，球面曲率可變反射鏡配置在球面反射鏡和正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡之間。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，在構(gòu)成傳輸光學(xué)系統(tǒng)的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)中，通過(guò)使用正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡，從而無(wú)需特別地使用復(fù)雜結(jié)構(gòu)的傳輸光學(xué)系統(tǒng)，即可充分抑制光束發(fā)散角，并且能夠?qū)o(wú)像差且具有期望光束直徑的激光照射至被加工材料。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0022]圖2是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]圖3是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖4是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的激光加工裝置的要部的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]圖5是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的激光加工裝置的要部的結(jié)構(gòu)框圖。
[0026]圖6是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的激光加工裝置的要部的結(jié)構(gòu)框圖。
[0027]圖7是概略地表示現(xiàn)有的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0028]圖8是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式7涉及的反射鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施方式I
[0030]圖1是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0031]在圖1中，本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的激光加工裝置具有:激光振蕩器1，其射出激光L ;加工工作臺(tái)2，其載置有被加工材料(未圖示)；由反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6以及折回反射鏡8構(gòu)成的傳輸光學(xué)系統(tǒng)；以及加工頭4，其將經(jīng)由傳輸光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)募す釲照射至被加工材料。
[0032]從激光振蕩器I射出的激光L在利用在傳輸光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6平行化且擴(kuò)大化之后，利用折回反射鏡8引導(dǎo)至加工頭4，在利用加工頭4內(nèi)的加工透鏡(未圖示)進(jìn)行聚光之后，照射至加工工作臺(tái)2上的被加工材料。
[0033]在加工工作臺(tái)2以及加工頭4設(shè)有移動(dòng)單元5，該移動(dòng)單元5分別使加工工作臺(tái)2以及加工頭4沿水平方向在從實(shí)線位置至虛線位置2’、4’為止的范圍內(nèi)移動(dòng)。
[0034]移動(dòng)單元5在控制單元(未圖示)的控制下，通過(guò)使加工工作臺(tái)2沿X軸(虛線箭頭)方向移動(dòng)，并且使加工頭4沿Y軸(虛線箭頭)方向移動(dòng)，從而使激光L和被加工材料的相對(duì)位置發(fā)生變化，能夠進(jìn)行向期望的加工對(duì)象位置的加工。
[0035]另外，在圖1中，為了對(duì)激光L和被加工材料的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整，使用使加工工作臺(tái)2和加工頭4的相對(duì)位置發(fā)生變化的移動(dòng)單元5，但也可以使用僅對(duì)加工頭4進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)單元。
[0036]反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6至少具有一個(gè)正交的2個(gè)軸的曲率彼此不同的反射鏡。
[0037]在圖1中，反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6由下述部件構(gòu)成:凸球面反射鏡63，其對(duì)來(lái)自激光振蕩器I的激光L進(jìn)行反射；以及凹反射鏡62，其正交的2個(gè)軸的曲率不同。
[0038]凹反射鏡62的正交的2個(gè)軸具有不同的曲率，凹反射鏡62對(duì)由凸球面反射鏡63反射后的激光L進(jìn)一步進(jìn)行反射，而使其入射至加工工作臺(tái)2側(cè)的折回反射鏡8。
[0039]另外，此處，在反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6中，使用了凸球面反射鏡63、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62，但也可以使用凹球面反射鏡、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡。
[0040]此外，凹反射鏡62和凸球面反射鏡63的配置順序不限于圖1的結(jié)構(gòu)，也可以將各反射鏡配置順序設(shè)定為相反。
[0041]能夠想到:作為對(duì)激光L的光束直徑進(jìn)行平行化且擴(kuò)大化的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)，最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是使用凸球面反射鏡以及凹球面反射鏡，但如前述所示，在由球面反射鏡進(jìn)行反射的反射光中會(huì)產(chǎn)生與入射角相對(duì)應(yīng)的像散，由于因像散導(dǎo)致的光束形狀的各向異性、聚光性的降低，加工品質(zhì)大幅劣化。
[0042]另一方面，在本發(fā)明的實(shí)施方式I中，在反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6中，使用正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62，凹反射鏡62的2個(gè)軸的曲率設(shè)計(jì)為不會(huì)在反射光中產(chǎn)生像差。
[0043]其結(jié)果，不存在對(duì)激光L的入射角的限制，因此能夠進(jìn)行將凹反射鏡62用作折回反射鏡的光路設(shè)計(jì)，不僅不會(huì)限制向凸球面反射鏡63的入射角，還不會(huì)發(fā)生像散，能夠?qū)馐睆竭M(jìn)行擴(kuò)大且平行化。
[0044]如以上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式1(圖1)涉及的激光加工裝置具有:激光振蕩器1，其射出激光L ;加工工作臺(tái)2，其載置有被加工材料；傳輸光學(xué)系統(tǒng)，其將從激光振蕩器I射出的激光L傳輸至加工工作臺(tái)2 ;加工頭4，其將經(jīng)由傳輸光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)募す釲聚光照射至被加工材料；以及移動(dòng)單元5，其使照射至被加工材料的激光L和被加工材料的相對(duì)位置發(fā)生變化。
[0045]傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有對(duì)來(lái)自激光振蕩器I的激光L進(jìn)行平行化且擴(kuò)大的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6，反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6包含正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡。
[0046]反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6包含凸球面反射鏡63、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62?；蛘?，反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6包含凹球面反射鏡、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡。
[0047]如上所述，在對(duì)激光L進(jìn)行擴(kuò)大且平行化的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6中，通過(guò)使用以在反射時(shí)抑制像差的產(chǎn)生的方式對(duì)曲率進(jìn)行了設(shè)計(jì)的、正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡，從而能夠使用光路結(jié)構(gòu)不特別復(fù)雜的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6，而充分抑制光束發(fā)散角，并且將無(wú)像差且具有期望光束直徑的激光L照射至被加工材料。
[0048]此外，由于激光L相對(duì)于正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡的入射角沒(méi)有受到限制，因此在光路設(shè)計(jì)的自由度變大的基礎(chǔ)上，光學(xué)系統(tǒng)也變得簡(jiǎn)單。
[0049]并且，由于能夠去除如現(xiàn)有裝置(圖7)所示的用于對(duì)相對(duì)于球面反射鏡的入射角進(jìn)行限制的折回反射鏡68，削減傳輸光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)元件而簡(jiǎn)化光學(xué)構(gòu)造，因此由光學(xué)元件的熱透鏡效應(yīng)造成的影響也被削減，長(zhǎng)期的穩(wěn)定加工成為可能。
[0050]另外，在圖1中，為了在反射時(shí)抑制像差的產(chǎn)生，將激光L相對(duì)于凸球面反射鏡63的入射角限制為銳角，但如果以對(duì)在凹反射鏡62的反射時(shí)產(chǎn)生的像散、以及與向球面反射鏡63的入射角相對(duì)應(yīng)而產(chǎn)生的反射光的像散進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?，?duì)凹反射鏡62的曲率進(jìn)行設(shè)計(jì)，則不會(huì)將激光L相對(duì)于凸球面反射鏡63的入射角限制為銳角。
[0051]實(shí)施方式2
[0052]另外，在上述實(shí)施方式1(圖1)中，使用了由凸球面反射鏡63、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62構(gòu)成的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6，但也可以如圖2所述，使用由正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡61、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62構(gòu)成的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A。
[0053]圖2是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)于與前述(參照?qǐng)D1)同樣的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與前述相同的標(biāo)號(hào)，而省略詳細(xì)敘述。
[0054]在圖2中，反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A由正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡61、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62構(gòu)成。
[0055]在前述(圖1)的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6中，只使用一個(gè)正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡，但在本發(fā)明的實(shí)施方式2(圖2)的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A中，使用2個(gè)正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡(凸反射鏡61以及凹反射鏡62)。
[0056]如上所述，在反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A中，通過(guò)使用2塊正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡，從而不會(huì)對(duì)激光L相對(duì)于反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A內(nèi)的反射鏡的入射角進(jìn)行限制，因此光路設(shè)計(jì)的自由度變大，并且不需要用于對(duì)入射角進(jìn)行限制的折回反射鏡68，因此使熱透鏡效應(yīng)的影響減少，而使加工精度穩(wěn)定化。
[0057]此外，能夠?qū)鬏敼鈱W(xué)系統(tǒng)中的所有的反射鏡用作折回反射鏡，因此不需要加工工作臺(tái)2側(cè)的折回反射鏡8，能夠使傳輸光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化。
[0058]此外，由光學(xué)元件的熱透鏡效應(yīng)造成的影響也進(jìn)一步削減，因此長(zhǎng)期的穩(wěn)定加工成為可能。
[0059]實(shí)施方式3
[0060]另外，在上述實(shí)施方式1、2(圖1、圖2)中，使用了可在X軸方向移動(dòng)的加工工作臺(tái)2，但也可以如圖3所示，使用不移動(dòng)的加工工作臺(tái)2A。
[0061]圖3是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的激光加工裝置的光路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)于與前述(參照?qǐng)D1、圖2)同樣的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與前述相同的標(biāo)號(hào)，而省略詳細(xì)敘述。
[0062]在圖3中，在加工工作臺(tái)2A上方的加工頭4設(shè)有移動(dòng)單元5A，該移動(dòng)單元5A使加工頭4沿X軸方向以及Y軸方向在從實(shí)線位置至虛線位置4’為止的范圍內(nèi)移動(dòng)。
[0063]此外，在激光L的傳輸光學(xué)系統(tǒng)中，在反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A和加工工作臺(tái)2A側(cè)的折回反射鏡8之間，插入有光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7。
[0064]在該情況下，加工工作臺(tái)2A具有比前述的加工工作臺(tái)2大且廣的加工區(qū)域，驅(qū)動(dòng)加工工作臺(tái)2A這一動(dòng)作的效率不高，因此移動(dòng)單元5A僅利用對(duì)加工頭4的驅(qū)動(dòng)使激光L和被加工材料的相對(duì)位置發(fā)生變化。
[0065]另外，在加工頭4向Y軸方向移動(dòng)時(shí)，折回反射鏡28也在從實(shí)線位置至虛線位置28’為止的范圍內(nèi)移動(dòng)。
[0066]此外，在這種狀態(tài)下，激光L從激光振蕩器I到達(dá)至加工頭4為止的光路長(zhǎng)度根據(jù)加工工作臺(tái)2A上的加工位置的不同而差別較大，因此在向被加工材料照射的光束的聚光直徑中產(chǎn)生誤差，因此設(shè)有用于對(duì)光路長(zhǎng)度的變動(dòng)量進(jìn)行抵消而補(bǔ)償為恒定值的光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7。
[0067]光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7具有由多個(gè)反射鏡構(gòu)成的反射鏡組78，使得入射光和出射光的行進(jìn)方向彼此反向、且形成為平行關(guān)系。
[0068]此外，光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7具有移動(dòng)機(jī)構(gòu)79，該移動(dòng)機(jī)構(gòu)79使反射鏡組78在從實(shí)線位置至虛線位置78’為止的范圍內(nèi)平行移動(dòng)。
[0069]移動(dòng)機(jī)構(gòu)79在控制單元(未圖示)的控制下，通過(guò)以對(duì)與加工頭4的移動(dòng)相伴的光路長(zhǎng)度變化進(jìn)行抵消的方式使反射鏡組78的位置移動(dòng)，從而將激光L的光路長(zhǎng)度始終調(diào)整為恒定值。
[0070]另外，在圖3中，在僅通過(guò)加工頭4的移動(dòng)而使激光L和被加工材料的相對(duì)位置發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)中，針對(duì)加工工作臺(tái)2A使用光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7，但即使如前述(圖1、圖2)所示，形成使加工頭4和加工工作臺(tái)2雙方移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，也能夠應(yīng)用光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7。
[0071]此外，表示出使用了前述的實(shí)施方式2(圖2)涉及的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A的情況，但即使是使用了前述的實(shí)施方式1(圖1)涉及的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6的情況，也同樣能夠應(yīng)用。
[0072]由于從反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A射出的激光L被平行化，因此照射至加工工作臺(tái)2A上的被加工材料處的激光L的聚光直徑在理想情況下相對(duì)于光路長(zhǎng)度的變化也保持不變。但是，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，完全抑制發(fā)散角是不可能的，因此無(wú)法完全避免與光路長(zhǎng)度的增加相伴的聚光直徑的擴(kuò)大變化。
[0073]與此相對(duì)，如圖3所示，通過(guò)插入光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7，即使對(duì)于使用光路長(zhǎng)度較長(zhǎng)的大型加工工作臺(tái)2A的激光加工裝置，也能夠在加工工作臺(tái)2A上維持恒定的聚光直徑，能夠維持加工品質(zhì)。
[0074]如以上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式3(圖3)涉及的傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7，光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7利用由多個(gè)反射鏡構(gòu)成的反射鏡組78、以及使反射鏡組78平行移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)79構(gòu)成，構(gòu)成反射鏡組78的多個(gè)反射鏡以下述方式配置，即，使相對(duì)于反射鏡組78的入射光的行進(jìn)方向、和來(lái)自反射鏡組78的出射光的行進(jìn)方向彼此反向且形成為平行關(guān)系。
[0075]此外，移動(dòng)機(jī)構(gòu)79使反射鏡組78與入射光以及出射光的行進(jìn)方向平行地進(jìn)行移動(dòng)，以抵消照射至被加工材料的激光L和被加工材料的相對(duì)位置的變化，而將照射至被加工材料的激光L的光路長(zhǎng)度維持為恒定。
[0076]如上所述，通過(guò)具有光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7，從而能夠維持照射至被加工材料的激光L的聚光直徑，而不依賴于激光L和被加工材料的相對(duì)位置，因此能夠維持高品質(zhì)的加工。
[0077]實(shí)施方式4
[0078]另外，在上述實(shí)施方式3(圖3)中，使用了由正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡61、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62構(gòu)成的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6A，但也可以如圖4所示，使用由凸球面反射鏡63、球面曲率可變反射鏡67、折回反射鏡68以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62構(gòu)成的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6B。
[0079]圖4是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的激光加工裝置的要部的結(jié)構(gòu)框圖。對(duì)于與前述(參照?qǐng)D1?圖3)同樣的結(jié)構(gòu),標(biāo)注與前述相同的標(biāo)號(hào),而省略詳細(xì)敘述。
[0080]在圖4中，本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6B中作為傳輸光學(xué)系統(tǒng)，具有:球面曲率可變反射鏡67，其對(duì)來(lái)自激光振蕩器I的激光L進(jìn)行反射；折回反射鏡68，其對(duì)由球面曲率可變反射鏡67反射后的激光L進(jìn)行反射；以及凸反射鏡61以及凹反射鏡62，它們對(duì)由折回反射鏡68反射后的激光L進(jìn)行反射。凸反射鏡61以及凹反射鏡62均形成為正交的2個(gè)軸的曲率不同。
[0081]正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62對(duì)由正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡63反射后的激光L進(jìn)行反射，導(dǎo)入至光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7。
[0082]另外，球面曲率可變反射鏡67和折回反射鏡68的配置順序不限于圖4的結(jié)構(gòu)，也可以將各反射鏡配置順序設(shè)定為相反。
[0083]折回反射鏡68為了將在由球面曲率可變反射鏡67反射后的激光L中產(chǎn)生的像散抑制在不對(duì)加工品質(zhì)造成影響的范圍內(nèi)，能夠?qū)す釲相對(duì)于球面曲率可變反射鏡67的入射角進(jìn)行限制。
[0084]在前述(圖1?圖3)的實(shí)施方式I?3中，被加工材料上的加工點(diǎn)處的激光L的聚光直徑是恒定的，但如圖4所述，通過(guò)在反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6B內(nèi)設(shè)置球面曲率可變反射鏡67，從而能夠變更激光的聚光直徑。
[0085]通常，在穿孔加工等開(kāi)孔加工中，通過(guò)在加工中適當(dāng)?shù)刈兏酃庵睆?，從而與聚光直徑恒定的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高速加工。
[0086]此外，在角部的加工等中，熱量容易積存于被加工材料，有時(shí)切斷面變得粗糙，但通過(guò)在加工中變更聚光直徑，而使激光相對(duì)于被加工材料的照射范圍發(fā)生變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)聞品質(zhì)且聞精度的加工。
[0087]如以上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式4(圖4)涉及的傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有球面曲率可變反射鏡67，能夠?qū)φ丈渲帘患庸げ牧系募す釲的聚光直徑進(jìn)行變更，因此能夠?qū)崿F(xiàn)加工的聞速化以及聞品質(zhì)化。
[0088]實(shí)施方式5
[0089]另外，在上述實(shí)施方式4(圖4)中，使用了具有折回反射鏡68的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6B，但也可以如圖5所示，使用不需要折回反射鏡68的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6C。
[0090]圖5是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的激光加工裝置的要部的結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)于與前述(參照?qǐng)D4)同樣的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與前述相同的標(biāo)號(hào)，而省略詳細(xì)敘述。
[0091]在圖5中，本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6C中作為傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有:凸球面反射鏡63，其對(duì)來(lái)自激光振蕩器I的激光L進(jìn)行反射；球面曲率可變反射鏡67，其對(duì)由凸球面反射鏡63反射后的激光L進(jìn)行反射；以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62。
[0092]凸球面反射鏡63以及球面曲率可變反射鏡67彼此大致相對(duì)配置，以使得入射的激光L向相反方向射出。
[0093]凹反射鏡62對(duì)由球面曲率可變反射鏡67反射后的激光L進(jìn)行反射，而引導(dǎo)至光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7偵U。
[0094]前述(圖4)的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6B為了抑制像散，需要用于對(duì)相對(duì)于球面曲率可變反射鏡67的入射角進(jìn)行限制的折回反射鏡68，但圖5的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6C在球面曲率可變反射鏡67的入射側(cè)配置有凸球面反射鏡63，且球面曲率可變反射鏡67和凸球面反射鏡63相對(duì)配置，因此能夠不需要折回反射鏡68。
[0095]即，通過(guò)使用圖5的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6C，從而無(wú)需折回反射鏡68，即可將激光L相對(duì)于球面曲率可變反射鏡67以及凸球面反射鏡63的入射角限制在像散不會(huì)對(duì)加工品質(zhì)造成影響的范圍內(nèi)。
[0096]此外，通過(guò)傳輸光學(xué)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，光學(xué)元件的熱透鏡的影響減小，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的加工，并且傳輸光學(xué)系統(tǒng)也變簡(jiǎn)單，因此能夠增大光路設(shè)計(jì)的自由度。
[0097]如以上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式5 (圖5)涉及的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6C包含球面曲率可變反射鏡67和凸球面反射鏡63 (球面反射鏡)，球面曲率可變反射鏡67在反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6C內(nèi)與凸球面反射鏡63相對(duì)配置。
[0098]由此，與前述同樣地提高加工精度，并且，通過(guò)使凸球面反射鏡63和球面曲率可變反射鏡67相對(duì)配置，從而不需要用于將激光L相對(duì)于各反射鏡的入射角限制為銳角的折回反射鏡68，因此能夠?qū)崿F(xiàn)由光路的簡(jiǎn)化、熱透鏡效應(yīng)的減少而帶來(lái)的加工的穩(wěn)定化。
[0099]實(shí)施方式6
[0100]另外，在上述實(shí)施方式5(圖5)中，使用了具有凹反射鏡62和球面曲率可變反射鏡67的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6C，但也可以如圖6所示，使用具有變曲率反射鏡64的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6D，其中，該凹反射鏡62的正交的2個(gè)軸的曲率不同，該變曲率反射鏡64能夠?qū)φ坏?個(gè)軸的曲率進(jìn)行變更。
[0101]圖6是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的激光加工裝置的要部的結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)于與前述(參照?qǐng)D5)同樣的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與前述相同的標(biāo)號(hào)，而省略詳細(xì)敘述。
[0102]在圖6中,本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6D中作為傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有:凸球面反射鏡63，其對(duì)來(lái)自激光振蕩器I的激光L進(jìn)行反射；以及曲率可變反射鏡64，其能夠?qū)φ坏?個(gè)軸的曲率進(jìn)行變更。
[0103]能夠?qū)φ坏?個(gè)軸的曲率進(jìn)行變更的曲率可變反射鏡64替代前述(圖5)的球面曲率可變反射鏡67、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62這兩者的功能，對(duì)由凸球面反射鏡63反射后的激光L進(jìn)行反射，而引導(dǎo)至光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)7偵U。
[0104]通過(guò)使用圖6的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6D，從而傳輸光學(xué)系統(tǒng)變簡(jiǎn)單，且削減了光學(xué)元件的個(gè)數(shù)，因此能夠在可使熱透鏡的影響進(jìn)一步減小的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的加工。此外，傳輸光學(xué)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單，因此能夠增大光路設(shè)計(jì)的自由度。
[0105]如以上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式6(圖6)涉及的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)6D具有能夠?qū)φ坏?個(gè)軸的曲率進(jìn)行變更的曲率可變反射鏡64，利用曲率可變反射鏡64，能夠?qū)⑶笆龅那蛎媲士勺兎瓷溏R、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡這兩者匯總為單一的光學(xué)元件。
[0106]因此，能夠減少光學(xué)元件，能夠?qū)崿F(xiàn)光路的簡(jiǎn)化以及由熱透鏡效應(yīng)的減少所帶來(lái)的加工精度的穩(wěn)定化。
[0107]實(shí)施方式7
[0108]另外，也可以將上述實(shí)施方式I?6(圖1?圖6)的正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡61、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡62設(shè)置于圖8的反射鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)90。
[0109]在圖8中，反射鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)90具有下述機(jī)構(gòu)，即，通過(guò)水平方向調(diào)整螺釘91、垂直方向調(diào)整螺釘92、以及旋轉(zhuǎn)方向調(diào)整螺釘93，能夠使已固定的反射鏡在水平方向和垂直方向上移動(dòng)，能夠使固定的反射鏡以反射鏡中心作為中心而在反射鏡平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0110]關(guān)于正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡61、凹反射鏡62，由于球面的加工精度方面的問(wèn)題，所以反射鏡端部附近的曲率的精度較低，因此優(yōu)選將激光L照射至反射鏡中心附近。但是由于傳輸光學(xué)系統(tǒng)、振蕩器的熱負(fù)載、溫度、濕度等周邊環(huán)境的變化，激光L的跡線發(fā)生變化。
[0111]此外，在激光L的入射面和對(duì)曲率進(jìn)行了設(shè)計(jì)的軸發(fā)生偏差的情況下，光束形狀變?yōu)榘l(fā)生了旋轉(zhuǎn)的橢圓形狀，加工品質(zhì)降低。
[0112]利用圖8的反射鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)90，即使在激光L的跡線發(fā)生變化的情況下，也能夠使激光L照射至正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡61、凹反射鏡62的中心處，進(jìn)行光束形狀不發(fā)生畸變的激光傳輸。另外，在本實(shí)施方式中反射鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)90是利用水平方向調(diào)整螺釘91、垂直方向調(diào)整螺釘92、以及旋轉(zhuǎn)方向調(diào)整螺釘93進(jìn)行調(diào)整的機(jī)構(gòu)，但也可以代替螺釘而使用壓電元件。
【權(quán)利要求】
1.一種激光加工裝置，其由下述部件構(gòu)成: 激光振蕩器，其射出激光； 加工工作臺(tái)，其載置有被加工材料； 傳輸光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述激光振蕩器射出的激光傳輸至所述加工工作臺(tái)； 加工頭，其將經(jīng)由所述傳輸光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)募す饩酃庹丈渲了霰患庸げ牧希灰约? 移動(dòng)單元，其使照射至所述被加工材料的激光和所述被加工材料的相對(duì)位置發(fā)生變化， 所述激光加工裝置的特征在于， 所述傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有球面曲率可變反射鏡、以及對(duì)來(lái)自所述激光振蕩器的激光進(jìn)行平行化且擴(kuò)大的反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)， 所述反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)包含球面反射鏡和正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡， 所述球面曲率可變反射鏡配置在所述球面反射鏡和所述正交的2個(gè)軸的曲率不同的反射鏡之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)包含凸球面反射鏡、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)包含凹球面反射鏡、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)包含正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述傳輸光學(xué)系統(tǒng)具有光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)， 所述光路長(zhǎng)度恒定機(jī)構(gòu)包含由多個(gè)反射鏡構(gòu)成的反射鏡組、以及使所述反射鏡組平行移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)， 構(gòu)成所述反射鏡組的多個(gè)反射鏡以下述方式配置，即，使相對(duì)于所述反射鏡組的入射光的行進(jìn)方向、和來(lái)自所述反射鏡組的出射光的行進(jìn)方向彼此反向且形成為平行關(guān)系，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)使所述反射鏡組與所述入射光以及所述出射光的行進(jìn)方向平行地進(jìn)行移動(dòng)，以抵消照射至所述被加工材料的激光和所述被加工材料的相對(duì)位置的變化，而將照射至所述被加工材料的激光的光路長(zhǎng)度維持為恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3、5中任一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于， 在所述反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)內(nèi)，所述球面曲率可變反射鏡與所述球面反射鏡相對(duì)配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)包含能夠?qū)φ坏?個(gè)軸的曲率進(jìn)行變更的曲率可變反射鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6中任一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述反射型擴(kuò)束機(jī)構(gòu)由凸球面反射鏡和正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡構(gòu)成，所述凸球面反射鏡和所述球面曲率可變反射鏡相對(duì)配置，所述球面曲率可變反射鏡和所述正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡相對(duì)配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于， 在反射鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)中設(shè)置所述正交的2個(gè)軸的曲率不同的凹反射鏡、以及正交的2個(gè)軸的曲率不同的凸反射鏡，其中，該反射鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)具有能夠在垂直方向、水平方向、以及將反射鏡中心作為中心軸的旋轉(zhuǎn)方向上進(jìn)行調(diào)整的機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B23K26/064GK104379296SQ201380031615
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】中村直幸, 山本達(dá)也, 西前順一, 藤川周一, 瀨口正記, 西尾彰倫, 村井博幸, 猿田健兒 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社