專利名稱：激光照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)較大面積進(jìn)行加工的有效激光照射裝置，具體些說(shuō)，通過(guò)工件與(將會(huì)聚的激光疊加截面積小的光束同時(shí)向該工件進(jìn)行照射的)光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)移動(dòng)，以上述激光束對(duì)工件的預(yù)定部分進(jìn)行掃描加工的激光照射裝置。
近年來(lái)多射束式的激光照射裝置的研究開(kāi)發(fā)很活躍，例如使激元激光形成截面積小的多射束，讓它們疊加一起進(jìn)行掃描，照射于工件;又例如用于改變結(jié)晶材料制成的工件的結(jié)晶狀態(tài)的裝置。
以下參見(jiàn)圖5說(shuō)明用以往的多射束方式的激光照射裝置。
如圖5所示，激光源1以幾百赫茲的一定頻率且一定的輸出發(fā)出連續(xù)的激光1a(例如激元激光)。設(shè)置在靠第1驅(qū)動(dòng)構(gòu)件7使之能以一定速度沿X方向移動(dòng)的第1載物臺(tái)6上的第1光學(xué)構(gòu)件11，使該激光1a沿X方向移位，能在工件2上作X方向掃描;而設(shè)置在靠第2驅(qū)動(dòng)構(gòu)件10使之能以一定速度沿Y方向移動(dòng)的第2載物臺(tái)9上的第2光學(xué)構(gòu)件12，使該激光1a沿Y方向移位，能在工件2上作Y方向掃描。
因此，即使是具有大面積的工件2，也能對(duì)其預(yù)定部分照射激光1a，進(jìn)行加工。
由于此時(shí)激光1a，受第1光學(xué)構(gòu)件11影響，光路向Y2方向彎曲，受第2光學(xué)構(gòu)件12影響，光路向Z2方向彎曲，因此，對(duì)著工件2上方，并在彎向Z2方向?qū)χぜ?上方的光路上設(shè)置光束形成構(gòu)件13。
光束形成構(gòu)件13，由把激光源1發(fā)出的激光1a分割成截面積小的光束的光學(xué)構(gòu)件和將這些光束疊加同時(shí)以預(yù)定尺寸及形狀聚光于工件2上面的光學(xué)構(gòu)件組合而成，有利于對(duì)具有上述大面積的工件2的表面進(jìn)行照射加工。
為了使激光源1發(fā)出的激光1a的形狀，在照射口處為例如幾cm見(jiàn)方、聚光在工件2上為例如縱1cm×寬1cm的小截面形，光束形成構(gòu)件13用例如圓柱形透鏡改變激光的縱橫兩方向即XY2方向的大小，且設(shè)定為預(yù)定形狀與大小。
然而，照射至工件2的激光1a即使做成預(yù)定的形狀與大小，但能量密度存在不一致且加工狀態(tài)不穩(wěn)定。尤其是工件2為結(jié)晶材料，想使其變?yōu)轭A(yù)定的結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，也存在因上述能量密度不一致而導(dǎo)致結(jié)晶狀態(tài)變動(dòng)的問(wèn)題。
以往對(duì)此的措施是在上述Z方向光路的光束形成構(gòu)件13之后的后級(jí)上設(shè)置測(cè)定透過(guò)光束形成構(gòu)件13的激光1a的例如平均能量或能量密度的測(cè)定構(gòu)件14、以及在該測(cè)定構(gòu)件的測(cè)定值與預(yù)定值不同時(shí)遮斷激光1a的遮斷構(gòu)件15。
這樣，就能只將具有預(yù)定能量密度的激光1a照射至工件2的表面，解決上述問(wèn)題。
但是，激光1a的能量強(qiáng)度分布，即使例如激光1a的平均能量或者最大能量相同，也時(shí)常會(huì)變化。上述以往結(jié)構(gòu)中就是用這種激光照射工件進(jìn)行加工，于是就會(huì)因能量強(qiáng)度分布不穩(wěn)定而發(fā)生加工不一致。
本發(fā)明的目的是要解決上述以往存在的問(wèn)題點(diǎn)，提供一種在激光能量強(qiáng)度分布變化時(shí)，能不用該激光進(jìn)行加工，只用能量強(qiáng)度分布均勻的激光進(jìn)行照射加工的激光照射裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明激光照射裝置是在通過(guò)工件與將會(huì)聚的激光疊加截面積小的光束同時(shí)向該工件進(jìn)行照射的光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)移動(dòng)，以上述激光對(duì)工件預(yù)定部分進(jìn)行掃描加工的激光照射裝置上，增加具有以下構(gòu)件的特征在上述會(huì)聚激光的照射光路上測(cè)定該激光能量強(qiáng)度分布的測(cè)定構(gòu)件;若透過(guò)該測(cè)定構(gòu)件的上述激光符合預(yù)定能量分布，則令其透過(guò)、若不符合預(yù)定的能量強(qiáng)度分布，則遮斷光路的遮斷構(gòu)件。
若利用本發(fā)明激光照射裝置的上述結(jié)構(gòu)，則能夠一邊用會(huì)聚的激光疊加截面積小的光束、一邊對(duì)工件照射掃描，對(duì)工件的預(yù)定部分進(jìn)行加工，能夠在激光能量強(qiáng)度分布不符合預(yù)定的能量強(qiáng)度分布時(shí)，用遮斷構(gòu)件遮斷激光，阻止激光加工，僅在符合預(yù)定的能量強(qiáng)度分布時(shí)，讓激光透過(guò)，對(duì)工件進(jìn)行照射加工。


圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施例激光照射裝置的斜視圖;
圖2是表示用圖1裝置的激光的標(biāo)準(zhǔn)能量強(qiáng)度分布的特性圖;
圖3是表示本發(fā)明第2實(shí)施例激光照射裝置的斜視圖;
圖4是表示本發(fā)明第3實(shí)施例激光照射裝置的斜視圖;
圖5是表示以往的激光照射裝置的斜視圖。
圖中有關(guān)標(biāo)號(hào)含義如下。51、101、151激光源，51a、101a、151a激光，52、102、152工件，53、103、153固定座，54、104、154臺(tái)架，55、105、155第1導(dǎo)軌，56、106、156第1載物臺(tái)，57、107、157第1驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，58、108、158第2導(dǎo)軌，59、109、159第2載物臺(tái)，60、110、160第2驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，61、111、161第1光學(xué)構(gòu)件，62、112第2光學(xué)構(gòu)件，63、113、153光束形成構(gòu)件，64、114、164測(cè)定構(gòu)件，65、115、165遮斷構(gòu)件。
以下參見(jiàn)圖1、圖2說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施例激光照射裝置。
本實(shí)施例裝置是采用光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)型的掃描方式，如圖1所示，發(fā)生激光51a的激光源51設(shè)置在預(yù)定位置上，對(duì)固定于固定座53上的工件52的表面進(jìn)行照射掃描加工。為了掃描，在固定座53上設(shè)置臺(tái)架54，并設(shè)置用裝在該臺(tái)架54上的X1、X2方向的第1導(dǎo)軌55支撐并能沿X1、X2方向往返移動(dòng)的第1截物臺(tái)56、用裝在第1載物臺(tái)56上的Y1、Y2方向的第2導(dǎo)軌支撐、且能沿Y1、Y2方向往返移動(dòng)的第2載物臺(tái)59，在第1載物臺(tái)56上安裝使來(lái)自激光源51的激光51a朝Y2方向彎曲的第1光學(xué)構(gòu)件61，在第2載物臺(tái)59上安裝使來(lái)自第1光學(xué)構(gòu)件61的激光51a朝Z2方向彎曲的第2光學(xué)構(gòu)件62。
這樣，來(lái)自激光源51的激光51a能對(duì)著工件2的表面進(jìn)行照射。
此時(shí)，第1光學(xué)構(gòu)件61隨同第1載物臺(tái)56，被第1驅(qū)動(dòng)構(gòu)件57驅(qū)動(dòng)在X1、X2方向上移動(dòng)，使朝上述Y2方向彎曲的激光51a沿X1、X2方向移位，用激光51a在工件52的表面沿X1、X2方向掃描。
第2光學(xué)構(gòu)件62隨同第2載物臺(tái)59，被第2驅(qū)動(dòng)構(gòu)件60驅(qū)動(dòng)在Y1、Y2方向上移動(dòng)，使朝上述Z2方向彎曲的激光51a沿Y1、Y2方向移位，用激光51a在工件52的表面沿Y1、Y2方向掃描。
用該激光51a的XY雙向掃描能對(duì)工件52表面的任何部分照射激光51a進(jìn)行加工，例如對(duì)工件52表面的預(yù)定部分照射激光，進(jìn)行使結(jié)晶狀態(tài)變化的加工。
例如此加工中使用激元激光，由激光源51以幾百赫茲的頻率連續(xù)發(fā)射激光51a，將其分離成截面積小的光束后，使其一邊疊加在預(yù)定截面形狀及大小上，一邊對(duì)工件52的表面照射掃描。
至于激光51a的截面形狀與大小，要做成在照射口為例如幾cm見(jiàn)方，而在工件52表面聚光成1cm見(jiàn)方的形狀尺寸。
為此本實(shí)施例，在使激光51a彎向Z2方向后的光路上設(shè)置光束形成構(gòu)件63。該光束形成構(gòu)件63為使激光51分離成截面積小的光束，采用兩個(gè)在一個(gè)方向上分離激光51a的光學(xué)構(gòu)件，使它們互相成圍繞光軸旋轉(zhuǎn)90度角的位置關(guān)系。另外，為使激光51a聚光于預(yù)定截面形狀及尺寸范圍中，例如配置使激光51a朝1個(gè)方向聚光的兩個(gè)圓柱形透鏡，使它們互相成圍繞光軸旋轉(zhuǎn)90度角的位置關(guān)系。
當(dāng)然，用于照射這些激光51a的照射光學(xué)系統(tǒng)、激光51a的成形方式以及掃描方式能作種種變更。
這樣，照射至工件52表面的激光51a，通常如圖2所示具有大致均勻的能量強(qiáng)度分布，從而能大致均勻地進(jìn)行工件52表面預(yù)定部分的加工。
然而，這樣的能量強(qiáng)度分布并不是經(jīng)常穩(wěn)定。有時(shí)分布狀態(tài)潰散不均勻，造成加工不均勻。
與不均勻加工的結(jié)晶狀態(tài)變化程度相對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生不一致，盡管為彌補(bǔ)部分加工不足而再度加工，但仍不能消除初期加工不一致帶來(lái)的影響。
當(dāng)然，可以通過(guò)照射能量強(qiáng)度高的激光51a來(lái)修復(fù)有初期加工不一致的加工狀態(tài)。但是此情況下會(huì)對(duì)工件52本身帶來(lái)?yè)p傷，因此不實(shí)用。
因此，本實(shí)施例在激光51a朝Z2方向彎曲的光路上的光束形成構(gòu)件63的后方，設(shè)置測(cè)定激光51a的能量強(qiáng)度分布的測(cè)定構(gòu)件64，測(cè)定光束成形后的激光51a的能量強(qiáng)度分布，另一方面，在測(cè)定構(gòu)件64的后方設(shè)置遮斷構(gòu)件65，該構(gòu)件在測(cè)定出激光51a具有預(yù)定能量強(qiáng)度分布時(shí)，讓激光51a透過(guò)，測(cè)定出具有預(yù)定以外的能量分布時(shí)，遮斷激光51a。遮斷構(gòu)件65可以使用不會(huì)受激光損傷的各種快門機(jī)構(gòu)，只要按測(cè)定構(gòu)件64的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行電氣開(kāi)關(guān)控制就行。
依此，能做成向工件52照射的激光51a，僅在具有預(yù)定能量強(qiáng)度分布時(shí)，才讓它到達(dá)工件52，在具有預(yù)定以外的能量強(qiáng)度分布時(shí)，將其遮斷不讓它到達(dá)工件52。
于是，能阻止非預(yù)定能量強(qiáng)度分布的激光51a進(jìn)行加工，至于未被加工的工件52，則能夠在再度加工的循環(huán)中用預(yù)定能量強(qiáng)度分布的激光51a來(lái)加工進(jìn)行處理。
結(jié)果是能用預(yù)定能量強(qiáng)度分布的激光51a對(duì)整個(gè)工件52進(jìn)行合適又正確的加工。
另外，結(jié)合上述能量強(qiáng)度分布的測(cè)定，還能對(duì)能量強(qiáng)度測(cè)平均值、最小值、最大值等，若根據(jù)此值在預(yù)定范圍內(nèi)，還是在預(yù)定范圍外來(lái)開(kāi)關(guān)遮斷構(gòu)件65，還能謀求加工穩(wěn)定性。
圖3表示本發(fā)明第2實(shí)施例，其同第1實(shí)施例的不同處在于能讓工件102的一側(cè)朝XY兩方向移動(dòng)，僅在激光101a對(duì)其照射時(shí)，可對(duì)預(yù)定部分進(jìn)行掃描加工。
具體些說(shuō)，發(fā)射激光101a的激光源，與第1實(shí)施例相同地設(shè)置在預(yù)定位置上。而且，為了在固定座103上支撐工件102，設(shè)置第1載物臺(tái)106和第2載物臺(tái)109，前者用安裝在固定座103上的X1、X2方向的第1導(dǎo)軌支撐，能沿X1、X2方向往返移動(dòng);后者用安裝在第1載物臺(tái)106上的Y1、Y2方向的第2導(dǎo)軌108支撐、能沿Y1、Y2的方向往返移動(dòng);并且在第2載物臺(tái)109上固定工件102。
另一方面，構(gòu)成用于照射激光101a的光學(xué)系統(tǒng)，將使激光101a朝Y2方向彎曲的第1光學(xué)構(gòu)件111、使夾自第1光學(xué)構(gòu)件111的激光101a朝Z2方向彎曲的第2光學(xué)構(gòu)件112、光束成形構(gòu)件113、用于只讓預(yù)定能量強(qiáng)度狀態(tài)的激光101a能照射至工件102的測(cè)定構(gòu)件114及遮斷構(gòu)件115安裝固定在固定座103上的臺(tái)架104上。
并且，在激光源101連續(xù)發(fā)射激光101a的同時(shí)，通過(guò)第1驅(qū)動(dòng)構(gòu)件107驅(qū)動(dòng)第1載物臺(tái)106在X1、X2方向上移動(dòng)以及第2驅(qū)動(dòng)構(gòu)件110驅(qū)動(dòng)第2載物臺(tái)109在Y1、Y2方向上移動(dòng)，使工件102沿XY兩方向移動(dòng)，從而使激光能對(duì)工件102作XY兩方向的掃描。
本實(shí)施例由于只讓工件102移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)照射上述激光101a的XY雙向掃描，所述移動(dòng)部分可做得小，較之讓激光照射光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)的第1實(shí)施例，容器的必要空間尺寸可做得更小。
圖4表示本發(fā)明的第3實(shí)施例，與第1、第2實(shí)施例的不同處在于用照射光學(xué)系統(tǒng)使來(lái)自激光源151的激光151a沿X1、X2方向移動(dòng)，使工件152沿Y1、Y2方向移動(dòng)，達(dá)到用激光151a對(duì)工件152進(jìn)行XY雙向掃描的目的。
這樣，如圖所示，照射光學(xué)系統(tǒng)只用使來(lái)自激光源151的激光151a直接朝Z2方向彎曲的第1光學(xué)構(gòu)件161，就能向工件152表面照射激光151a，簡(jiǎn)化了照射光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)也能應(yīng)用于第2實(shí)施例。
與讓照射光學(xué)系統(tǒng)沿XY雙向移動(dòng)的第1實(shí)施例相比，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)略，能向一個(gè)方向移動(dòng)就行，裝置的外形尺寸縮小了。
為了上述掃描，工件152固定在第1載物臺(tái)156上，該載物臺(tái)靠Y1、Y2方向的導(dǎo)軌155支撐且能在固定座153上沿Y1、Y2方向往返移動(dòng)。第1光學(xué)構(gòu)件161，與光束形成構(gòu)件163、遮斷構(gòu)件165一起裝在第2載物臺(tái)159上，該載物臺(tái)用裝在固定座153上的臺(tái)架154上的X1、X2方向的導(dǎo)軌158支撐、能沿X1、X2方向往返移動(dòng)，第1載物臺(tái)156由第1驅(qū)動(dòng)構(gòu)件157驅(qū)動(dòng)，使工件152沿Y1、Y2方向移動(dòng)，第2載物臺(tái)159由第2驅(qū)動(dòng)構(gòu)件160驅(qū)動(dòng)，使照射光學(xué)系統(tǒng)沿X1、X2方向移動(dòng)。
若利用本發(fā)明激光照射裝置，則為了以會(huì)聚激光疊加截面積小的光束，同時(shí)對(duì)工件照射掃描，加工工件的預(yù)定部分，做成在激光能量強(qiáng)度分布不符合預(yù)定能量強(qiáng)度分布時(shí)，遮斷激光，阻止工件加工，僅在符合預(yù)定能量強(qiáng)度分布時(shí)，使激光透過(guò)，進(jìn)行工件加工，因此，能只用具有均勻的能量強(qiáng)度分布的激光進(jìn)行合適的工件加工，至于未曾加工的工件，也能通過(guò)其后照射具有預(yù)定能量強(qiáng)度分布的激光進(jìn)行合適的加工，因此能避免用不符合預(yù)定能量強(qiáng)度分布的激光加工造成失敗的情況。
權(quán)利要求
1.一種激光照射裝置，通過(guò)工件與將會(huì)聚的激光疊加截面積小的光束同時(shí)向該工件進(jìn)行照射的光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)移動(dòng)，以上述激光對(duì)工件預(yù)定部分進(jìn)行掃描加工，其特征是具有以下構(gòu)件，在上述會(huì)聚激光的照射光路上測(cè)定該激光能量強(qiáng)度分布的測(cè)定構(gòu)件；若透過(guò)該測(cè)定構(gòu)件的上述激光符合預(yù)定能量分布，則令其透過(guò)，若不符合預(yù)定的能量強(qiáng)度分布，則遮斷光路的遮斷構(gòu)件。
全文摘要
一種激光照射裝置，其特征是在會(huì)聚激光(51a)照射至工件(52)的光路上具有測(cè)定該激光(51a)的能量強(qiáng)度分布的測(cè)定構(gòu)件(64)，以及若透過(guò)該測(cè)定構(gòu)件(64)的上述激光(51a)符合預(yù)定能量分布，則令其透過(guò)，若不符合預(yù)定能量強(qiáng)度分布，則遮斷光路的遮斷構(gòu)件。從而在用激光加工時(shí)能避免不符合預(yù)定能量強(qiáng)度分布的激光造成加工失敗。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1106328SQ9410755
公開(kāi)日1995年8月9日 申請(qǐng)日期1994年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月13日
發(fā)明者近藤昌樹(shù), 古田守 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社