專(zhuān)利名稱(chēng)：激光處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光處理裝置，更具體地涉及通過(guò)施加激光對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行處理的激光處理裝置的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
激光打標(biāo)器是一種激光處理裝置，其通過(guò)施加激光對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行處理，并且通過(guò)掃描激光的照射位置可以在工件上印制字符、標(biāo)記、數(shù)字等。這種類(lèi)型的激光處理裝置具有由諸如金屬的遮光元件做成的防塵結(jié)構(gòu)的機(jī)頭外殼，并且將發(fā)射激光的光學(xué)系統(tǒng)容納在機(jī)頭外殼中，以防止激光的泄漏并且防止灰塵等的影響帶來(lái)的性能下降。例如，產(chǎn)生用來(lái)進(jìn)行處理的激光的激光振蕩器和掃描激光的掃描器被容納在機(jī)頭外殼內(nèi)。激光處理裝置一般在機(jī)頭外殼固定于工作臺(tái)和類(lèi)似的物體上的情況下執(zhí)行對(duì)激光照射位置的調(diào)整，以根據(jù)特定處理?xiàng)l件一致準(zhǔn)確執(zhí)行處理。例如，機(jī)頭外殼下表面安裝在工作臺(tái)上(例如，日本未審查專(zhuān)利公開(kāi)第2009-78280號(hào))。在日本未審查專(zhuān)利公開(kāi)第 2009-78280號(hào)所述的激光處理裝置中，機(jī)頭外殼下表面經(jīng)過(guò)平坦化處理，以保證所需的表面精度(平整度)，因此避免安裝在工作臺(tái)上的機(jī)頭外殼反沖(backlash)。此處,在考慮在機(jī)頭外殼中將激光振蕩器、Z掃描器和XY掃描器布置成直線(xiàn)分布來(lái)提高處理精度。這樣的線(xiàn)性分布可以降低利用固定反射鏡對(duì)激光的反射次數(shù)，而且可以防止因?yàn)楣潭ǚ瓷溏R的光學(xué)特性變化和誤差影響帶來(lái)激光特性下降。在這樣的激光處理裝置中，機(jī)頭外殼的下表面需要比傳統(tǒng)技術(shù)要求高的表面精度。然而，如果采用上述線(xiàn)性布置則機(jī)頭外殼變長(zhǎng)，從而，變得難以對(duì)整個(gè)機(jī)頭外殼下表面上的均勻地平坦化處理并且難以保證特定水平或較高水平的表面精度。這就是說(shuō)，當(dāng)機(jī)頭外殼安裝在工作臺(tái)上時(shí)，即便工作臺(tái)足夠平坦，機(jī)頭外殼也會(huì)反沖從而降低處理精度。還考慮了在機(jī)頭外殼的四個(gè)角安排突出物，并且使這些突出物與工作臺(tái)接觸，以通過(guò)四點(diǎn)支撐機(jī)頭外殼，但是很難解決因?yàn)橥怀鑫锔叨鹊脑O(shè)計(jì)誤差和變化帶來(lái)的機(jī)頭外殼反沖問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上情況，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠執(zhí)行高精確度激光處理的激光處理裝置。具體地，其目的是提供一種激光處理裝置，其能夠抑制由于誤差和固定反射鏡的光學(xué)特性變化造成的處理精度的降低，并且其能夠避免安裝在平坦工作臺(tái)上時(shí)的反沖。本發(fā)明的另一目的是提供一種甚至能夠安裝在水平地板上的激光處理裝置。此外，其目的是提供一種甚至能夠水平安裝在傾斜工作臺(tái)上的激光處理裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的激光處理裝置包括激光振蕩器，其產(chǎn)生激光XY掃描器，其在二維方向上掃描激光在處理對(duì)象上的照射位置；遠(yuǎn)心透鏡，其安裝在XY掃描器下側(cè)，不管從XY掃描器進(jìn)入的激光的入射角多大，遠(yuǎn)心透鏡都使朝向處理對(duì)象發(fā)射的激光發(fā)射角恒定；外殼，用于容納激光振蕩器和XY掃描器；以及支撐構(gòu)件，用于支撐遠(yuǎn)心透鏡和激光振蕩器之間的外殼下表面，支撐構(gòu)件具有比外殼下表面面積小的安裝表面。通過(guò)采用遠(yuǎn)心透鏡作為向處理對(duì)象發(fā)射激光的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，即便XY掃描器二維地掃描激光，激光處理裝置也能夠以針對(duì)處理對(duì)象以恒定角度來(lái)施加激光，因此能夠提高激光處理的精度。此外，遠(yuǎn)心透鏡和激光振蕩器之間的外殼的下表面被針對(duì)容納激光振蕩器和XY掃描器的外殼的支撐構(gòu)件所支撐，因此當(dāng)支撐構(gòu)件附接至工作臺(tái)上時(shí)，即便支撐構(gòu)件的安裝面比外殼下表面的面積小也能夠以平衡方式支撐外殼。而且，與將整個(gè)外殼的下表面用作安裝面的情況相比，要與工作臺(tái)接觸的安裝面的表面精度更容易得到保證并且可以防在安裝在平坦的工作臺(tái)時(shí)的反沖。除上述構(gòu)造之外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的激光處理裝置進(jìn)一步包括用于控制激光焦距的Z掃描器；其中，外殼容納大體上成直線(xiàn)排列的激光振蕩器、Z掃描器和XY掃描器。由于激光振蕩器、Z掃描器和XY掃描器大致成直線(xiàn)排列，激光處理裝置構(gòu)造成無(wú)需在激光振蕩器和XY掃描器之間布置用于折彎激光光路的固定鏡。因此，可以抑制因?yàn)楣潭ㄧR光學(xué)特性誤差和變化造成的處理精度的降低。而且，Z掃描器的存在使外殼長(zhǎng)度變長(zhǎng)，但是由于遠(yuǎn)心透鏡和激光振蕩器之間的空間被支撐構(gòu)件所支撐，因此更容易獲得平衡。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的激光處理裝置中，除了上述構(gòu)造，遠(yuǎn)心透鏡被布置為使得透鏡桶的一部分從外殼下表面突出；而且支撐構(gòu)件包括多個(gè)從外殼下表面開(kāi)始在遠(yuǎn)心透鏡光軸方向上延伸的支撐腿，和與支撐腿牢固附接的附接板，該附接板布置在透鏡桶下端之下。在這樣的激光處理裝置中，支撐腿牢固附接的附接板布置在遠(yuǎn)心透鏡的透鏡桶下端之下，因此即便在水平地面上該附接板也可以被安全地安裝。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的激光處理裝置中，除了上述構(gòu)造，支撐構(gòu)件包括與上述支撐腿均相同的三個(gè)支撐腿以及附接板。根據(jù)這種構(gòu)造，當(dāng)附接板附接至工作臺(tái)時(shí)外殼能夠以平衡的方式被支撐。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的激光處理裝置中，除了上述構(gòu)造，附接板的下表面經(jīng)過(guò)平坦化處理。根據(jù)這樣的構(gòu)造，當(dāng)附接板附接到平坦的工作臺(tái)上時(shí)，可以防止附接板反沖。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的激光處理裝置中，除了上述構(gòu)造，支撐構(gòu)件包括長(zhǎng)度可調(diào)的支撐腿。根據(jù)這樣的構(gòu)造，甚至在傾斜的工作臺(tái)上也可以通過(guò)調(diào)節(jié)支撐腿的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)水平安裝。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的激光處理裝置中，除了上述構(gòu)造，支撐腿之一具有固定長(zhǎng)度。根據(jù)這樣的構(gòu)造，通過(guò)以具有固定長(zhǎng)度的支撐腿為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)其他支撐腿的長(zhǎng)度可以容易地校正外殼的傾斜。在根據(jù)本發(fā)明激光處理裝置中，可以抑制由固定鏡光學(xué)特性的誤差和的變化帶來(lái)的處理精度的降低。而且，通過(guò)采用遠(yuǎn)心透鏡作為發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)向處理對(duì)象發(fā)射激光，即便 XY掃描器二維掃描激光，也可以以與處理對(duì)象成恒定的角度施加激光，因此會(huì)提高激光處理精度。而且，與整個(gè)外殼的下表面是安裝表面的情況相比，要與工作臺(tái)接觸的安裝表面的表面精度更容易得到保證，并且可以防止安裝在平坦工作臺(tái)上時(shí)的反沖。此外，在根據(jù)本發(fā)明的激光處理裝置中，由于要與支撐腿可靠附接的附接板布置在遠(yuǎn)心透鏡的鏡筒下端之下，因此甚至在水平地面上也能安全進(jìn)行安裝。而且，甚至在傾斜的工作臺(tái)上也可以通過(guò)調(diào)整支撐腿的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)水平安裝。


圖I是示出包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光打標(biāo)器的激光打標(biāo)系統(tǒng)的概要構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的系統(tǒng)圖；圖2是示出圖I的激光打標(biāo)器的詳細(xì)構(gòu)造的方框圖；圖3A到圖3C是示出圖2的遠(yuǎn)心透鏡的操作的一個(gè)例子的說(shuō)明視圖；圖4是示出圖2光學(xué)單元的空間布局的視圖；圖5是示出圖I的打標(biāo)器頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖；圖6是示出圖5外殼框架的詳細(xì)構(gòu)造的透視7是示出圖5的支撐腿的詳細(xì)構(gòu)造的透視8是示出圖5的附接板的詳細(xì)構(gòu)造的透視9是示出通過(guò)將圖7的支撐腿附接到圖8的附接板來(lái)構(gòu)造的支撐構(gòu)件的透視圖；圖10是示出圖6的外殼框架的下表面的平面圖。
具體實(shí)施例方式〈激光打標(biāo)系統(tǒng)1>圖I是示出包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光打標(biāo)器的激光打標(biāo)系統(tǒng)I的概要構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的系統(tǒng)圖，其中激光打標(biāo)器20作為激光處理裝置的示例示出。激光打標(biāo)系統(tǒng) I由通過(guò)施加激光L來(lái)處理工件W的激光打標(biāo)器20和編輯處理?xiàng)l件的終端裝置10構(gòu)成。 激光打標(biāo)器20包括產(chǎn)生并掃描激光L的打標(biāo)器頭21,和執(zhí)行打標(biāo)器頭21的操作控制的打標(biāo)器控制器22。終端裝置10是控制激光打標(biāo)器20的裝置，而且例如可以是安裝有激光打標(biāo)器應(yīng)用程序的個(gè)人計(jì)算機(jī)。用戶(hù)使用終端裝置10建立并編輯定義激光打標(biāo)器20的處理?xiàng)l件的處理設(shè)置數(shù)據(jù)。打標(biāo)器控制器22基于從終端裝置10接收到的處理設(shè)置數(shù)據(jù)執(zhí)行打標(biāo)器頭21的操作控制。用于激光振蕩的激勵(lì)光在打標(biāo)器控制器22中產(chǎn)生并且通過(guò)光纖23傳送到打標(biāo)器頭21。打標(biāo)器頭21基于來(lái)自打標(biāo)器控制器22的激勵(lì)光產(chǎn)生激光L,并且將激光L施加于工件W。這里，諸如字符、標(biāo)記和數(shù)字等的符號(hào)可以基于來(lái)自打標(biāo)器控制器22的控制信號(hào)而通過(guò)掃描激光L的發(fā)射軸來(lái)印制在工件W上。照明光源和相機(jī)(未不出)包含在打標(biāo)器頭21中，其中由相關(guān)相機(jī)拍攝的工件W的拍攝圖像通過(guò)打標(biāo)器控制器22被傳送到終端裝置10并顯示在顯示器上。用戶(hù)也可以通過(guò)瀏覽拍攝圖像來(lái)檢查和調(diào)整工件W上的處理位置?！醇す獯驑?biāo)器20>圖2是示出圖I的激光打標(biāo)器20的詳細(xì)構(gòu)造的方框圖，而且示出了打標(biāo)器頭21 和打標(biāo)器控制器22的內(nèi)部構(gòu)造的一個(gè)示例。激光打標(biāo)器20利用通過(guò)遠(yuǎn)心透鏡48施加激
5光L可以執(zhí)行高精度的激光處理。<打標(biāo)器控制器22>打標(biāo)器控制器22包括電源30、激勵(lì)光產(chǎn)生單元31和控制單元32。電源30使用商業(yè)電源來(lái)為打標(biāo)器頭21、激勵(lì)光產(chǎn)生電源31和控制單兀32供電。激勵(lì)光產(chǎn)生單兀31產(chǎn)生用于激光振蕩的激勵(lì)光。激勵(lì)光通過(guò)光纖23傳送到打標(biāo)器頭21?？刂茊卧?2基于從終端裝置10傳送的處理設(shè)置數(shù)據(jù)控制激勵(lì)光產(chǎn)生單元31和打標(biāo)器頭21，并且執(zhí)行激光L的輸出控制和掃描控制?！创驑?biāo)器頭21>打標(biāo)器頭21構(gòu)造有激光振蕩器41、光束采樣器42、振蕩器快門(mén)43、混合鏡(mixing mirror) 44、Z掃描器45、偏振光束分離器46、XY掃描器47、遠(yuǎn)心透鏡48、功率監(jiān)測(cè)器51、引導(dǎo)光源52、照明光源53、半反射鏡53、相機(jī)快門(mén)55和相機(jī)56。激光振蕩器41是用來(lái)通過(guò)吸收激勵(lì)光而產(chǎn)生包括激光光束的激光L的激光發(fā)生器，并且構(gòu)造有激光介質(zhì)、諧振器、Q開(kāi)關(guān)等。這里假定激光振蕩器41是執(zhí)行脈沖振蕩的固定激光振蕩器，例如，SHG激光振蕩器。SHG激光振蕩器使用摻雜Nd (釹)的YVO4 (釩酸釔) 結(jié)晶體作為激光介質(zhì)，并且使用二次諧波輸出具有532nm波長(zhǎng)的綠光。具有808nm的波長(zhǎng)的激光用作激勵(lì)光激勵(lì)上述激光介質(zhì)。激光振蕩器41產(chǎn)生的激光L順序經(jīng)過(guò)光束采樣器 42、混合鏡44、Z掃描器45、偏振光束分離器46、XY掃描器47和遠(yuǎn)心透鏡48,并施加于工件 I光束采樣器42是分光器，用于從激光振蕩器41輸出的激光L中分支出恒定比率的激光作為采樣光束。例如，通過(guò)透明基板等的表面反射分支出輸入激光L的整個(gè)光量的大約3%作為采樣光束輸入到功率監(jiān)測(cè)器51。功率監(jiān)測(cè)器51是檢測(cè)激光振蕩器41的輸出功率的光強(qiáng)檢測(cè)部分，包括諸如熱電堆的熱敏元件，而且其檢測(cè)結(jié)果用于激光振蕩器41的輸出控制。振蕩器快門(mén)43是泄漏防護(hù)阻擋部分，通過(guò)可開(kāi)/可關(guān)模式阻擋激光L的發(fā)射路徑來(lái)防止激光的泄漏，其相比于偏振光束分離器46被布置在上游側(cè)。振蕩器快門(mén)43布置在光束米樣器42和混合鏡44之間，這樣，除了基于激光L的輸出控制信號(hào)照射激光L時(shí)以外， 激光L的發(fā)射路徑被阻擋。因此，在利用相機(jī)56拍攝工件W時(shí)，激光L的發(fā)射路徑被振蕩器快門(mén)43被阻擋。混合鏡44是光混合分光器(light mixing optical splitter),用于使引導(dǎo)光的發(fā)射軸與激光L發(fā)射軸基本一致，其中，來(lái)自激光振蕩器41的激光L被傳輸、以及來(lái)自引導(dǎo)光源52的引導(dǎo)光被反射從而它們都被發(fā)送到Z掃描器45。引導(dǎo)光源52是產(chǎn)生用于顯示工件W上的處理位置的引導(dǎo)光的光源裝置，它包括諸如LD(激光二極管)的發(fā)光元件。通過(guò)引導(dǎo)光的點(diǎn)亮控制和引導(dǎo)光的發(fā)射軸的高速掃描，能夠?qū)⒁≈频姆?hào)圖案可視地識(shí)別為照射光斑(irradiation spot)的余像。Z掃描器45是調(diào)節(jié)激光L的光束直徑的光束直徑控制部分，并且通過(guò)調(diào)節(jié)光束直徑的放大因數(shù)來(lái)控制激光L的焦距。Z掃描器45包括布置在激光L的光軸上的兩個(gè)透鏡， 這里入射激光L的光束直徑可以通過(guò)改變這兩個(gè)透鏡的相對(duì)距離從2πιπιΦ放大到8πιπιΦ。 焦距變長(zhǎng)并且在工件W上的光斑直徑通過(guò)放大激光L的光束直徑而變大。降低光斑中的能量密度的散焦控制可以在這種方式下通過(guò)增大激光的光斑直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
偏振光束分離器46是相機(jī)分光器,其在激光L的發(fā)射光路上相比于XY掃描器47 布置在上游側(cè)，用于傳輸來(lái)自Z掃描器45的激光，并且使相機(jī)56的光接收軸與激光L的發(fā)射軸基本一致。換句話(huà)說(shuō)，進(jìn)入遠(yuǎn)心透鏡48并且回到激光L的反射路徑的由工件W所反射光的返回光被偏振光束分離器46反射，因此脫離激光L的發(fā)射軸并被導(dǎo)向相機(jī)56。偏振光束分離器46將通過(guò)半反射鏡54進(jìn)入的照明光向XY掃描器反射，并且使照明光的發(fā)射軸和激光L的發(fā)射軸一致。例如，如果通過(guò)激光振蕩器41來(lái)生成P偏振光的激光L，則選擇性地傳輸P偏振光分量，且在使用反射S偏振光分量的偏振光束分尚器46分別反射包括S偏振光分量的返回光和照射光的同時(shí)傳送激光L。XY掃描器47是二維掃描激光L的發(fā)射軸的掃描裝置，并且包括諸如反射激光L的諸如掃描鏡的光學(xué)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動(dòng)掃描鏡面的驅(qū)動(dòng)單元。掃描鏡被稱(chēng)為電流鏡 (galvano-mirror),其布置在激光L的發(fā)射路徑上。XY掃描器47基于來(lái)自打標(biāo)器控制器 22的位置控制信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)掃描鏡。XY掃描器47在XY方向上對(duì)激光L在工件W上的照射位置進(jìn)行掃描。遠(yuǎn)心透鏡48是向工件W發(fā)射激光L的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，其布置在XY掃描器47的下游側(cè)，也就是，布置在激光L發(fā)射路徑中的工件W側(cè)。遠(yuǎn)心透鏡48通過(guò)多個(gè)光學(xué)透鏡和防護(hù)玻璃罩構(gòu)造，而且包括物體側(cè)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其中工件一側(cè)的張角大約是0°。也就是說(shuō)，遠(yuǎn)心透鏡48以使得不管激光L的入射角如何激光的主光線(xiàn)都變得基本上與透鏡光軸平行的方式向工件W發(fā)射激光L。照射光源53是適于產(chǎn)生對(duì)工件W進(jìn)行照明的照明光的發(fā)光元件，并且其包括諸如 LED (發(fā)光二極管)。照明光源53產(chǎn)生的照明光的波長(zhǎng)至少和激光L基本相同，并且將產(chǎn)生的照明光發(fā)射到半反射鏡54。半反射鏡54是照明分光器,布置在相機(jī)56的光接收路徑上,用于傳輸來(lái)自偏振光束分離器46的返回光，并且使照明光的發(fā)射軸上與相機(jī)56的光接收軸大致一致。換句話(huà)說(shuō)，半反射鏡54將來(lái)自偏振光束分離器46的返回光傳送進(jìn)56,并且將來(lái)自照明光源53的照明光反射到偏振光束分離器。相機(jī)快門(mén)55是相機(jī)保護(hù)阻擋部分，以可開(kāi)/可關(guān)方式阻擋相機(jī)56的光接收路徑， 從而在照射激光L時(shí)防止返回光進(jìn)入相機(jī)56，并且其被布置在偏振光束分離器46的上游側(cè)。在這種情況下，相機(jī)快門(mén)55布置在半反射鏡54和相機(jī)56之間，基于激光L的輸出控制信號(hào)打開(kāi)和關(guān)閉，并且至少在激光L的照射期間阻擋相機(jī)56的光接收路徑。這樣，可以通過(guò)使激光照射時(shí)刻和相機(jī)拍攝時(shí)刻不同來(lái)避免相機(jī)56被激光L的返回光損壞。相機(jī)56是拍攝工件W并產(chǎn)生拍攝圖像的成像單元，并且相機(jī)56基于來(lái)自打標(biāo)器控制器22的圖像控制信號(hào)進(jìn)行拍攝并且將獲得的拍攝圖像輸出到打標(biāo)器控制器22。這里， 假定相機(jī)56接收波長(zhǎng)與激光大體相同的光并且產(chǎn)生拍攝圖像。<遠(yuǎn)心透鏡48>圖3A到圖3C是示出圖2的遠(yuǎn)心透鏡48的操作的一個(gè)例子的說(shuō)明視圖。圖3A示出激光L施加至可印制區(qū)域中部的情況，圖3B示出激光L施加至靠近可印制區(qū)域左端的情況，圖3C示出激光L施加至靠近可印制區(qū)域右端的情況。遠(yuǎn)心透鏡48以使得不管激光L的入射角如何其主光束都變得大體平行于遠(yuǎn)心透鏡48的光軸的方式發(fā)射激光L。這樣，即便XY掃描器47的掃描角度變深(de印，大)并且到遠(yuǎn)心透鏡的入射角變大，在工件W上形成的激光L的光斑直徑也不變，從而可以實(shí)現(xiàn)高精度的激光處理。在這樣的激光打標(biāo)器20中，通過(guò)利用光接收軸大體與激光L的發(fā)射軸一致的相機(jī) 56拍攝工件W，可以得到很小失真的拍攝圖像。換句話(huà)說(shuō)，即便XY掃描器47的掃描角度變深而且到遠(yuǎn)心透鏡的入射角變大拍攝圖像也不變形。此外，不管XY掃描器47的掃描角多大拍攝圖像中的周?chē)鷪D像也不變形。因此，可以基于很小失真的拍攝圖像對(duì)處理位置進(jìn)行高精度地檢查或調(diào)整。<光學(xué)單元的空間分布>圖4是示出圖2光學(xué)單元41到48，51到56的空間分布的視圖。激光振蕩器41、 光束米樣器42、混合鏡44、Z掃描器45、偏振光束分離器46和XY掃描器47在水平方向上對(duì)齊并大體布置成一條直線(xiàn)，激光L通過(guò)從激光振蕩器41到XY掃描器47大致直線(xiàn)路徑、 被XY掃描器向下折彎、并進(jìn)入遠(yuǎn)心透鏡48。通過(guò)采用這樣的線(xiàn)性布置，固定反射鏡可以布置在激光振蕩器41和XY掃描器47之間，而且激光的發(fā)射路徑不需要像傳統(tǒng)激光處理裝置一樣進(jìn)行折彎。因此，可以避免因?yàn)楣潭ǚ瓷溏R的光學(xué)特性的誤差和變化造成的激光處理精度的下降。激光振蕩器41是T形的,激勵(lì)光從右下方的輸入端子41T輸入,并且激光L從左上方的輸出管41B的遠(yuǎn)端形成的輸出窗口 41W輸出。光束米樣器42和混合鏡44被布置成相對(duì)于激光L的發(fā)射軸傾斜45°。偏振光束分離器46被布置成相對(duì)于激光L的發(fā)射軸傾斜大約56. 6°，并且使激光 L的入射角與Brewster角大體一致。因此激光L幾乎被100%傳輸。返回光被偏振光束分離器46反射，并且相對(duì)于水平方向上的激光L的發(fā)射軸以大約66. 8°的角向上。照明模塊530是這樣的一個(gè)模塊其中照明光源53布置在圖平面中近側(cè)并且半反射鏡54布置在圖平面中遠(yuǎn)側(cè)，其中從近側(cè)向遠(yuǎn)側(cè)發(fā)射的照明光被半反射鏡54反射并從左下方向進(jìn)入偏振光束分離器46。從偏振光束分離器46進(jìn)入的返回光透過(guò)半反射鏡54并從右上方進(jìn)入相機(jī)模塊560。相機(jī)模塊560是由相機(jī)56和透鏡桶57構(gòu)造的模塊,其中相對(duì)于透鏡桶57以可替換的方式附接相機(jī)56。<打標(biāo)器頭21的內(nèi)部結(jié)構(gòu)>圖5是示出圖I中的打標(biāo)器頭21的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。除遠(yuǎn)心透鏡48和相機(jī)56 之外，打標(biāo)器頭21具有容納在外殼框架60內(nèi)的圖2所示的光學(xué)單元41到48和51到56 中的每個(gè)光學(xué)單兀。此外，夕卜殼框架60的內(nèi)部空間被分隔板61分為兩個(gè)容納部分62、63。 在圖5中，右側(cè)是打標(biāo)器頭21的后側(cè)，左側(cè)是前側(cè)。右側(cè)(后側(cè))的容納部分62容納激光振蕩器41，并且具有附接至外壁的光纖23 的電纜連接單元231，從而光纖23穿過(guò)壁表面。激勵(lì)光通過(guò)光纖23進(jìn)入激光振蕩器41的右下部分，并且激光L從在激光振蕩器41的左上部分的輸出窗口 41W發(fā)出。輸出窗口 41W 布置在穿過(guò)分隔板61的激光振蕩器41的輸出管的遠(yuǎn)端，即，布置在左側(cè)(前側(cè))的容納部分63中。左側(cè)的容納部分63容納除激光振蕩器41、遠(yuǎn)心透鏡48和相機(jī)56之外的每個(gè)光學(xué)單元。容納部分63具有防塵結(jié)構(gòu)從而避免灰塵影響降低激光處理的精度。
激光L從激光振蕩器41在水平方向上發(fā)出，通過(guò)Z掃描器45進(jìn)入到XY掃描器47。 遠(yuǎn)心透鏡48布置在XY掃描器47下側(cè)來(lái)將通過(guò)XY掃描器47進(jìn)入的激光L向工件W發(fā)射。 遠(yuǎn)心透鏡48被布置為使得透鏡桶的輸入單元(輸入表面)進(jìn)入容納部分63內(nèi)且輸出單元 (輸出表面)從外殼框架60的下表面突出。由用于與打標(biāo)器控制器22通信的通信電路和用于控制打標(biāo)器頭21中的光學(xué)單元的控制電路形成的主基板71布置在右側(cè)的容納部分62中。各種類(lèi)型的控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)傳輸電纜70輸入到主基板71。主基板71與平行于激光振蕩器41的發(fā)光軸的垂直平面平行地布置。中繼基板72布置在左側(cè)的容納部分63中。中繼基板72是對(duì)Z掃描器45和XY 掃描器47的控制基板和主基板71進(jìn)行中繼的電路基板。中繼基板72牢固地附接至分隔板61。支撐打標(biāo)器頭21的支撐構(gòu)件650附接到外殼框架60。支撐構(gòu)件650包括三個(gè)長(zhǎng)度可調(diào)的支撐腿65和用于附接到工作臺(tái)的附接板66。每個(gè)支撐腿65均是在遠(yuǎn)心透鏡48 的光軸方向上延伸的圓柱形支撐構(gòu)件，其中，長(zhǎng)度可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。附接板66是每個(gè)支撐腿 65所共用的附接板，并且以工作臺(tái)的下表面作為安裝面而附接到工作臺(tái)。支撐腿65的上端牢固地附接到外殼框架60，而且其下端牢固地附接到附接板66。 每個(gè)支撐腿65和附接板66均布置在遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶和激光振蕩器41的下端之間， 而且附接板66的下表面布置在遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶以下。換句話(huà)說(shuō)，支撐構(gòu)件650布置在遠(yuǎn)心透鏡48的后側(cè)以及激光振蕩器41的前側(cè)。打標(biāo)器頭21通過(guò)將附接板66下表面附接到平坦的水平工作臺(tái)的上表面而被無(wú)反沖地水平支撐。在這種情況下，通過(guò)將外殼框架 60支撐在遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶和激光振蕩器41的下端之間，打標(biāo)器頭21可以自支撐而不會(huì)倒塌。而且，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐腿65的長(zhǎng)度，即便在具有傾斜上表面的工作臺(tái)上安裝，打標(biāo)器頭22也可被水平安裝。<外殼框架60>圖6是示出圖5的外殼框架60的詳細(xì)構(gòu)造的透視圖。外殼框架60是用諸如鋁的金屬制成的整體鑄造的機(jī)頭外殼，其包括底板601、沿著底板601外邊緣豎直布置的側(cè)壁 602、以及切分容納部分62、63的分隔板61，并且通過(guò)砂型鑄造整體成型。激光振蕩器41、 Z掃描器45和XY掃描器47以大體對(duì)齊為直線(xiàn)的狀態(tài)牢固地附接外殼框架60。分隔板61是將外殼框架60的內(nèi)部空間分割成容納部分62、63的分割壁,而且布置為與激光振蕩器41、Z掃描器45和XY掃描器47的排列方向交叉。換句話(huà)說(shuō)，分隔板61 包括垂直于激光振蕩器41的發(fā)光軸的壁表面,與彼此相對(duì)的底板601和側(cè)壁602稱(chēng)接,從而分割外殼框架60的內(nèi)部空間、并增加外殼框架60的剛度。右側(cè)的容納部分62具有在右側(cè)壁602上形成的光纖引入孔62a和布線(xiàn)引入孔 62b。光纖引入孔62a是將光纖23從外部引入的通孔，布線(xiàn)引入孔62b是用于附接信號(hào)傳輸電纜70的連接部分的通孔。左側(cè)的容納部分63在下側(cè)具有在側(cè)壁602上形成的透鏡桶附接孔63a、在上側(cè)具有在側(cè)壁602上形成的透鏡桶引出孔63b、和在底板601上形成的布線(xiàn)引出孔63c。透鏡桶附接孔63a是用來(lái)將遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶上端插入容納部分63的圓形通孔。透鏡桶引出孔63b是用來(lái)將相機(jī)模塊560的透鏡桶57從容納部分63引出到外殼框架60的外部的矩形通孔。布線(xiàn)引出孔63c是用來(lái)引出控制XY掃描器47的布線(xiàn)電纜的矩形通孔。分隔板61形成具有用于插入激光振蕩器41的輸出管41B和將輸出窗口 41W布置在容納部分63中的圓形輸出管插入孔61a，還形成有包括用于穿過(guò)布線(xiàn)電纜的長(zhǎng)孔的布線(xiàn)孔61b。激光振蕩器41固定至底面601,其中輸出管41B插入輸出管插入孔61a。Z掃描器 45固定至底面601的Z掃描器布置區(qū)域61a，而且XY掃描器47固定至XY掃描器布置區(qū)域 632。這些掃描器45、47布置成其光軸大體與激光振蕩器41的發(fā)光軸一致。由于外殼框架60是整體鑄造的金屬框架，因此其剛度高。而且，通過(guò)將分隔板61 耦接到彼此面對(duì)的底板601和側(cè)壁602，從而加強(qiáng)了外殼框架60，因此可以減小每個(gè)光學(xué)單元的布置誤差，而且可以執(zhí)行高精度的激光處理。透鏡桶附接孔63a、透鏡桶引出孔63b、布線(xiàn)引出孔63c、輸出管插入孔61a和布線(xiàn)孔61b均使用預(yù)定的諸如O形圈的密封元件密封。在側(cè)壁602上和分隔板61的端面上形成針對(duì)O形圈的槽，而且O形圈62c和63d各自環(huán)繞容納部分62、63。這樣，容納部分62、 63可以通過(guò)在外殼框架60上放置上部板來(lái)進(jìn)行密封。光纖引出孔62a被光纖23的電纜連接部分231阻塞，但是當(dāng)試圖密封光纖引出孔 62a時(shí)，過(guò)大的應(yīng)力會(huì)施加到光纖23上，這樣會(huì)由于傳輸損耗而造成功率的降低以及光學(xué)性能的劣化。因此，容納部分62允許外部的灰塵通過(guò)光纖引出孔62a流入。另一方面,容納部分63與容納部分62被分隔板61分開(kāi)，并且容納部分63被形成為比容納部分62氣密性更高的空間。這樣，防止在容納部分62中的灰塵進(jìn)入容納部分63 從而避免損壞Z掃描器45和XY掃描器47。防止了灰塵進(jìn)入激光L的光路從而使激光L的性能劣化、以及處理精度降低。用于附接支撐腿65的三個(gè)腿附接孔603形成在側(cè)壁602的外壁表面上。每個(gè)腿附接孔603均是用于牢固附接支撐腿65的接合孔，并且布置為使得三個(gè)支撐腿65的重力中心朝向遠(yuǎn)心透鏡48側(cè)而不是分隔板61。< 支撐腿 65>圖7是示出圖5的支撐腿65的詳細(xì)構(gòu)造的透視圖。支撐腿65是以垂直方向作為長(zhǎng)度方向的圓柱形桿體，并且包括主體651、長(zhǎng)度調(diào)節(jié)螺母652，655、框架接合部分653、可移動(dòng)部分654，657和板接合部分656。長(zhǎng)度調(diào)節(jié)螺母652、可移動(dòng)部分654和框架接合部分653附接至主體651的上端。 框架接合部分653是將支撐腿65牢固附接到外殼框架60的外殼附接部分，并且支撐腿65 通過(guò)螺紋裝配(screw-fitting)至形成在外殼框架60底面上的腿附接孔603而相對(duì)于外殼框架60固定。通過(guò)旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)螺母652來(lái)使可移動(dòng)部分654相對(duì)于主體651在垂直方向上前進(jìn)和后退，這樣可以在長(zhǎng)度方向調(diào)節(jié)支撐腿65的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度調(diào)節(jié)螺母655、可移動(dòng)部分657和板接合部分656附接至主體651的下端。板接合部分656是用于將支撐腿65牢固附接到附接板66的板附接部分。通過(guò)旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)螺母655來(lái)使可移動(dòng)部分657相對(duì)于主體651在垂直方向上前進(jìn)和后退，這樣可以在長(zhǎng)度方向調(diào)節(jié)支撐腿65的長(zhǎng)度。〈附接板66>圖8是示出圖5的附接板66的詳細(xì)構(gòu)造的透視圖。附接板66是當(dāng)打標(biāo)器頭21安裝在水平且平坦的工作臺(tái)時(shí)使用的附接板，并且可拆卸地附接支撐腿65的末端。附接板66是矩形平面的平行板，其下表面均勻地經(jīng)過(guò)平坦化處理并且其下表面是具有比外殼框架60的下表面面積小的安裝面，附接板66由諸如鋁的金屬制成。附接板 66形成有三個(gè)腿附接孔661，用于螺紋裝配支撐腿65的板接合部分656 ;三個(gè)工作臺(tái)附接孔662和兩個(gè)減重孔663。工作臺(tái)附接孔662是在附接板66固定至工作臺(tái)時(shí)使用的螺紋孔。減重孔663是用于減輕重量的通孔。腿附接孔661和工作臺(tái)附接孔662交替布置在附接板66的外周邊緣上。換句話(huà)說(shuō)，腿附接孔661布置在附接板66的一條長(zhǎng)邊的兩端和另一條長(zhǎng)邊的中部， 而工作臺(tái)附接孔662布置在附接板66的所述另一條長(zhǎng)邊的兩端和所述一條長(zhǎng)邊的中部。在該實(shí)例中，腿附接孔661和工作臺(tái)附接孔662分別布置在以附接板66的長(zhǎng)邊為底的等腰三角形的每個(gè)頂點(diǎn)上。這樣，如果腿附接孔661布置在等腰三角形的頂點(diǎn)上，則打標(biāo)器頭21可以被支撐腿65平衡支撐。而且，通過(guò)將工作臺(tái)附接孔662布置在等腰三角形頂點(diǎn)上，附接板66能夠在將其附接到工作臺(tái)上以將打標(biāo)器頭21固定到工作臺(tái)上時(shí)以平衡狀態(tài)被固定。附接板66布置在遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶的下端面以下，因此即使在于水平地板上安裝打標(biāo)器頭21時(shí)也能避免遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶碰撞地板。<支撐構(gòu)件650〉圖9是示出支撐構(gòu)件650的透視圖，支撐構(gòu)件通過(guò)將圖7中的支撐腿65附接到圖 8中的附接板66來(lái)構(gòu)造。支撐構(gòu)件650通過(guò)將三條支撐腿65牢固地附接到附接板66上來(lái)構(gòu)造。打標(biāo)器頭21相對(duì)于工作臺(tái)的高度可以通過(guò)調(diào)節(jié)每條支撐腿65的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)。支撐腿65與附接板66是可附接的，從而支撐板可以根據(jù)需要而進(jìn)行更換。附接板66布置為面向外殼框架60的下表面，并且通過(guò)使附接板66的面積比整個(gè)外殼框架60的下表面的面積小，可以對(duì)整個(gè)附接板66的下表面均勻地進(jìn)行平坦化處理。每個(gè)支撐腿65均布置在附接板66上的等腰三角形的每個(gè)頂點(diǎn)上，然而，通過(guò)使其底邊處在外殼框架60的底板601 —側(cè),可以提高支撐打標(biāo)器頭21的穩(wěn)定性。<外殼框架的下表面的支撐區(qū)域67>圖10不出圖6中的外殼框架60的下表面的平面圖。激光振蕩器41、Z掃描器45 和XY掃描器47容納在外殼框架60中，大體成直線(xiàn)排列，并且附接了上部板64，因此內(nèi)部空間被密封。用于附接支撐腿65的三個(gè)腿附接孔603形成在外殼框架60的下表面上。每個(gè)腿附接孔603均布置在外殼框架60的下表面上的預(yù)定支撐區(qū)域67中。支撐區(qū)域67是形成在遠(yuǎn)心透鏡48和激光振蕩器41之間的腿附接區(qū)域。支撐區(qū)域67形成在用于附接遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶的透鏡桶附接孔63a的內(nèi)邊緣和激光振蕩器41的重心之間。腿附接孔603布置為使三條支撐腿65的重心位于遠(yuǎn)心透鏡48的一側(cè)而不是分隔板61 —側(cè)。換句話(huà)說(shuō)，相比于分隔板61，三個(gè)腿附接孔603中的兩個(gè)腿附接孔603布置在更靠近遠(yuǎn)心透鏡48的位置，而且另外一個(gè)腿附接孔603布置在距離遠(yuǎn)心透鏡48比距離分隔板61更遠(yuǎn)的位置。采用這種方式布置的支撐腿65，可以穩(wěn)定安裝打標(biāo)器頭21，同時(shí)保持打標(biāo)器頭21的長(zhǎng)度方向上的重心的平衡。
根據(jù)本實(shí)施例，由于米用了一種其中沒(méi)有在激光振蕩器41和XY掃描器47之間布置用于使激光L的光路折彎的固定鏡的構(gòu)造，因此可以抑制由于固定鏡的光學(xué)性能的誤差和變化造成的處理精度的降低。而且，通過(guò)采用用于向工件W發(fā)射激光L的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)心透鏡48，由于即便在XY掃描器二維掃描激光時(shí)也能夠以與處理對(duì)象成恒定角度來(lái)施加激光，因此可以提高激光處理精度。再者，在遠(yuǎn)心透鏡48和激光振蕩器41之間的外殼框架60的下表面被針對(duì)容納激光振蕩器41、Z掃描器45、和XY掃描器47的外殼框架60 的支撐構(gòu)件650所支撐，因此當(dāng)支撐構(gòu)件650附接到工作臺(tái)上時(shí)，即便支撐構(gòu)件650具有比外殼框架60下表面小的安裝表面，打標(biāo)器頭21也可以被平衡支撐。而且，與整個(gè)外殼框架 60下表面是安裝表面的情況相比，要與工作臺(tái)表面接觸的安裝表面的表面精度更容易得到保證，而且可以避免安裝在平坦工作面上時(shí)的反沖。由于支撐腿65的末端被牢固附接到的附接板66布置在遠(yuǎn)心透鏡48的透鏡桶下方，因此甚至在水平地面上它也可以被安全地安裝。甚至在傾斜的工作臺(tái)上，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐腿65，也可以水平地進(jìn)行安裝。在本實(shí)施例中，描述了三個(gè)支撐腿65的長(zhǎng)度都可調(diào)的示例，但是本發(fā)明不限于這樣的構(gòu)造。例如，三個(gè)支撐腿65中只有一個(gè)在長(zhǎng)度方向上的長(zhǎng)度固定。采用這樣的構(gòu)造， 通過(guò)調(diào)整支撐腿65的長(zhǎng)度，當(dāng)進(jìn)行調(diào)整打標(biāo)器頭21的傾斜度調(diào)節(jié)時(shí)，用戶(hù)能夠容易進(jìn)行該傾斜度調(diào)節(jié)。此外，在本實(shí)施例中，描述了激光打標(biāo)器20是SHG激光打標(biāo)裝置的情況的示例，但是，根據(jù)本發(fā)明的激光處理裝置并不限于此。例如，本發(fā)明也能用于光纖激光打標(biāo)裝置。光纖激光打標(biāo)裝置是將摻雜Yb (鐿)的光纖用作放大器的激光打標(biāo)器。
權(quán)利要求
1.一種激光處理裝置，包括激光振蕩器，用于產(chǎn)生激光；XY掃描器，其在二維方向上掃描激光在處理對(duì)象上的照射位置；遠(yuǎn)心透鏡，其布置在XY掃描器下側(cè)，不管從XY掃描器進(jìn)入的激光的入射角如何，該遠(yuǎn)心透鏡都使得朝向處理對(duì)象發(fā)射的激光的發(fā)射角恒定；外殼，用于容納激光振蕩器和XY掃描器；以及支撐構(gòu)件，用于支撐遠(yuǎn)心透鏡和激光振蕩器之間的外殼的下表面，該支撐構(gòu)件具有面積小于外殼下表面的安裝表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光處理裝置，進(jìn)一步包括Z掃描器，用于控制激光的焦距；其中，外殼容納基本上排列成一條直線(xiàn)的激光振蕩器、Z掃描器和XY掃描器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光處理裝置，其中，遠(yuǎn)心透鏡布置為使得透鏡桶的一部分從外殼的下表面突出；而且支撐構(gòu)件包括從外殼下表面開(kāi)始在遠(yuǎn)心透鏡光軸方向上延伸的多個(gè)支撐腿、以及要與所述多個(gè)支撐腿牢固附接的附接板，該附接板布置在透鏡桶下端之下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光處理裝置，其中支撐構(gòu)件包括與所述支撐腿均相同的三個(gè)支撐腿、以及附接板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光處理裝置，其中，附接板具有經(jīng)過(guò)平坦化處理的下表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的激光處理裝置，其中，支撐構(gòu)件包括長(zhǎng)度可調(diào)的支撐腿。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光處理裝置，其中，所述支撐腿之一具有固定長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明提供了激光處理裝置。該裝置能夠抑制由于固定鏡的光學(xué)性能的誤差和變化引起的處理精度的降低，而且能夠防止處理裝置安裝在平地工作臺(tái)上時(shí)的后沖。該激光處理裝置包括產(chǎn)生激光的激光振蕩器掃描激光照射位置的XY掃描器；安裝在XY掃描器下側(cè)的遠(yuǎn)心透鏡，不管從XY掃描器進(jìn)入的激光的入射角多大，遠(yuǎn)心透鏡均使得朝向工件發(fā)射的激光發(fā)射角恒定；用來(lái)容納激光振蕩器和XY掃描器的外殼框架；以及支撐遠(yuǎn)心透鏡和激光振蕩器之間的外殼框架下表面的支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件具有面積小于外殼框架下表面的安裝表面。
文檔編號(hào)B23K26/00GK102601520SQ20121001797
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者岡本康史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社其恩斯