УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2016 года по МПК B23K26/04 B23K26/64 B23K26/08 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение относится к устройству для лучевой обработки обрабатываемой поверхности заготовки путем облучения обрабатываемой поверхности лучом.

Предпосылки создания изобретения

[0002]

Известны устройства для лазерно-лучевой обработки для обработки заготовки лазерным лучом, такие как устройства для лазерной маркировки для формирования символов или т.п. на заготовке, установки для лазерной резки заготовки для придания ей предопределенной формы и установки для лазерной сварки заготовок. Также были разработаны различные устройства для лазерно-лучевой обработки, например, установки для лазерной пайки и установки для пайки стекла для связывания или уплотнения стекла с помощью лазерного луча в солнечных батареях или т.п.

[0003]

В данных устройствах для лазерно-лучевой обработки использованы два основных способа, описанных ниже, для перемещения лазерного луча относительно обрабатываемой поверхности заготовки.

[0004]

Например, в устройстве для лазерно-лучевой обработки, раскрытом в отсылочном патенте 1, лазерный луч отражают в двух направлениях с помощью двух зеркал гальванометра и проводят к обрабатываемой поверхности заготовки через Fθ-линзу (данный способ называют “отражательный способ”). В отсылочном патенте 1 лазерный луч можно точно сфокусировать на обрабатываемой поверхности, рассчитав расстояние до обрабатываемой поверхности путем обнаружения лазерного луча, отраженного на обрабатываемую поверхность, и путем управления средством регулировки фокуса, расположенного перед зеркалами гальванометра.

[0005]

Также, в устройстве для лазерно-лучевой обработки, раскрытом в отсылочном патенте 2, заготовка расположена на платформе с тремя степенями свободы, способной перемещаться в трех измерениях, и лазерный луч проводят к любому положению на обрабатываемой поверхности путем перемещения платформы относительно лазерного луча (данный способ называют “перемещающий способ”). В отсылочном патенте 2 обрабатываемую поверхность можно точно обрабатывать путем перемещения платформы в трех измерениях и постоянного облучения обрабатываемой поверхности лазерным лучом в вертикальном направлении.

Ссылка на известный уровень техники

Отсылочные патенты

[0006]

Отсылочный патент 1: Опубликованная заявка на патент Японии №2010-142846

Отсылочный патент 2: Опубликованная заявка на патент Японии №2000-334594

Описание изобретения

Цель изобретения

[0007]

Тем не менее, отражательный способ не может направить лазерный луч на обрабатываемую поверхность в вертикальном направлении при большом угле отражения, так как лазерный луч отражается в сектор, центрирующий отражающие поверхности зеркал гальванометра. Если лазерный луч не может облучать обрабатываемую поверхность заготовки в вертикальном направлении, то обрабатываемую поверхность нельзя точно обработать, поскольку форма пятна луча на обрабатываемой поверхности сильно деформирована. В данном случае Fθ-линза, расположенная между зеркалами гальванометра и обрабатываемой поверхностью заготовки, может фокусировать лазерный луч на обрабатываемой поверхности и в определенной степени регулировать форму пятна луча. Тем не менее, регулируемая область обычно ограничена диапазоном от 100 мм до 300 мм, в зависимости от размера и возможностей Fθ-линзы. Следовательно, в отношении затрат является непрактичным применение Fθ-линзы, размер которой подбирают соответственно ширине производственной линии или размеру заготовки. Напротив, при использовании длиннофокусной линзы объектива лазерный луч можно направлять на широкую область обрабатываемой поверхности заготовки почти вертикально. Однако габариты устройства для лазерно-лучевой обработки увеличиваются. Например, если площадь обрабатываемой поверхности равна 300 мм, лазерный луч нужно отражать с расстояния 4500 мм, что примерно в 15 раз больше площади облучения при отражении лазерного луча под углом±4°. Это очень тяжело контролировать, поскольку угол для перемещения пятна луча на 1 мм на обрабатываемой поверхности составляет приблизительно 0,0127°.

[0008]

Напротив, в перемещающем способе тяжело обеспечить быстрое перемещение платформы из-за ее веса. Следовательно, перемещающий способ не может обеспечить быструю обработку обрабатываемой поверхности заготовки, поскольку данный способ не может обеспечить быстрое перемещение лазерного луча на обрабатываемой поверхности заготовки по сравнению с отражательным способом. Кроме этого, данный способ не только нуждается в сложном механизме, но также обладает недостатками, заключающимися в увеличении энергопотребления, поскольку данный способ нуждается в управлении перемещением платформы.

[0009]

Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства для лучевой обработки, способного быстро и точно обрабатывать обрабатываемую поверхность заготовки и способного обрабатывать широкую область обрабатываемой поверхности без необходимости в более крупном устройстве.

Краткое изложение сущности изобретения

[0010]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для лучевой обработки обрабатываемой поверхности заготовки путем облучения обрабатываемой поверхности лучом, содержащее: генерирующий источник для генерирования луча; средство перемещения луча для перемещения сгенерированного луча от генерирующего источника; и несколько отражателей, расположенных на оптическом пути луча между средством перемещения луча и обрабатываемой поверхностью для отражения луча, перемещенного средством перемещения луча, и проводящих луч к обрабатываемой поверхности, где несколько отражателей наклонены под предопределенным углом, соответствующим направлению падения луча, так что луч, перемещенный средством перемещения луча, проводят почти вертикально относительно другого положения обрабатываемой поверхности.

[0011]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения в устройстве для лучевой обработки несколько отражателей расположены в положениях, где длина каждого оптического пути от генерирующего источника к обрабатываемой поверхности, проходящего через несколько отражателей, является почти одинаковой.

[0012]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для лучевой обработки также содержит средство формирования рисунка обработки, расположенное между несколькими отражателями и обрабатываемой поверхностью для формирования рисунка обработки лучом, излучаемым на обрабатываемую поверхность.

[0013]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для лучевой обработки также содержит несколько распределяющих отражателей, расположенных между средством перемещения луча и несколькими отражателями для отражения луча, перемещенного средством перемещения луча, и для распределения луча на несколько отражателей.

[0014]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для лучевой обработки также содержит конденсорную линзу, расположенную между несколькими отражателями и обрабатываемой поверхностью для сведения луча на обрабатываемую поверхность.

[0015]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для лучевой обработки также содержит средство перемещения линзы для перемещения конденсорной линзы вдоль обрабатываемой поверхности; и средство управления положением для управления средством перемещения линзы и для управления положением фокальной точки луча на обрабатываемой поверхности.

[0016]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для лучевой обработки также содержит средство облучения контрольным лучом для облучения обрабатываемой поверхности контрольным лучом с той же осью, что и у луча; средство обнаружения контрольного луча для обнаружения контрольного луча, отраженного обрабатываемой поверхностью; и средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности и/или генерированием луча на основании контрольного луча, обнаруженного средством обнаружения контрольного луча.

[0017]

Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для лучевой обработки также содержит камеру для получения изображения обрабатываемой поверхности; и средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности на основании изображения, полученного камерой.

Сущность изобретения

[0018]

В устройстве для лучевой обработки согласно настоящему изобретению луч, выпущенный из генерирующего источника, перемещают средством перемещения луча и затем отражают несколькими отражателями для проведения луча к обрабатываемой поверхности заготовки в почти вертикальном направлении. Таким образом, устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению может быстро и точно обрабатывать обрабатываемую поверхность заготовки. Устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению может обрабатывать широкую область заготовки путем проведения луча без увеличения размера. Кроме этого, устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению может излучать луч на обрабатываемую поверхность заготовки сверху вниз в почти вертикальном направлении для осуществления, например, точной обработки и измерения изображений с помощью фотошаблона.

Краткое описание графических материалов

[0019]

На фиг. 1 изображен схематический вид устройства для лазерно-лучевой обработки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 изображен пояснительный чертеж оптического пути лазерного луча в устройстве для лазерно-лучевой обработки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3A изображен схематический вид блока перемещения луча, являющегося частью устройства для лазерно-лучевой обработки, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3B изображен пояснительный чертеж зеркала для камеры, являющегося частью блока перемещения луча.

На фиг. 4 изображен пояснительный чертеж положения блока перемещения луча, являющегося частью устройства для лазерно-лучевой обработки, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5A, 5B и 5C изображены пояснительные чертежи параметров, в том числе положение плоского отражателя, в устройстве для лазерно-лучевой обработки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 6A изображен схематический вид левой половины устройства для лазерно-лучевой обработки согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 6B изображен схематический вид сбоку по фиг. 6A.

На фиг. 6C изображен пояснительный чертеж отношения соответствия между положением распределительного зеркала, являющегося частью устройства для лазерно-лучевой обработки, и обрабатываемой областью заготовки согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 7A изображен схематический вид левой половины устройства для лазерно-лучевой обработки согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 7B изображен схематический вид сбоку по фиг. 7A.

На фиг. 7C изображен пояснительный чертеж отношения соответствия между положением распределительного зеркала, являющегося частью устройства для лазерно-лучевой обработки, и обрабатываемой областью заготовки согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 8A и 8B изображены пояснительные чертежи устройства для лазерно-лучевой обработки согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 9A изображен схематический вид левой половины устройства для лазерно-лучевой обработки согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 9B изображен схематический вид сбоку по фиг. 9A.

На фиг. 10A изображен вид сбоку линзы объектива, расположенной перед заготовкой и встроенной в устройство для лазерно-лучевой обработки, согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 10B изображен вид сверху по фиг. 10A.

На фиг. 10C изображен вид сбоку линз объектива согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 10D изображен вид сверху по фиг. 10C.

На фиг. 10E изображен вид сбоку линзы объектива согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 10F изображен вид сверху по фиг. 10E.

На фиг. 11 изображен схематический вид механизма корректировки положения фокуса, встроенного в устройство для лазерно-лучевой обработки, согласно настоящему изобретению.

На фиг. 12A и 12B изображены пояснительные чертежи другой конфигурации линзы объектива, встроенной в устройство для лазерно-лучевой обработки, согласно настоящему изобретению.

На фиг. 13A изображен вид в перспективе фотошаблона, встроенного в устройство для лазерно-лучевой обработки, согласно настоящему изобретению.

На фиг. 13B изображен вид сверху фотошаблона.

На фиг. 14A и 14B изображены пояснительные чертежи изображения пайки на заготовке.

На фиг. 14C изображена блок-схема процесса управления лучом на основании изображения пайки.

На фиг. 15A изображен пояснительный чертеж заготовки в качестве обрабатываемой цели.

На фиг. 15B изображен пояснительный чертеж изображения заготовки по фиг. 15A.

На фиг. 15C изображен пояснительный чертеж еще одной заготовки в качестве обрабатываемой цели.

На фиг. 15D изображен пояснительный чертеж изображения заготовки по фиг. 15C.

На фиг. 16 изображен пояснительный чертеж отношения соответствия между выходным импульсом лазерного луча и температурой заготовки.

На фиг. 17A, 17B, 17C, 17D, и 17E изображены блок-схемы полного управления устройством для лазерно-лучевой обработки согласно настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

[0020]

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на фигуры.

<Первый вариант осуществления>

<Конфигурация первого варианта осуществления>

[0021]

На фиг. 1 изображен схематический вид устройства 10 для лазерно-лучевой обработки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, к которому применимо устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 изображен пояснительный чертеж оптического пути лазерного луча LB в устройстве 10 для лазерно-лучевой обработки. На фиг. 3A изображен схематический вид блока 12 перемещения луча (средства перемещения луча), являющегося частью устройства 10 для лазерно-лучевой обработки. На фиг. 3B изображен пояснительный чертеж зеркала 26 для камеры, являющегося частью блока 12 перемещения луча.

[0022]

Устройство 10 для лазерно-лучевой обработки представляет собой станок для обработки заготовки W до желаемого состояния путем облучения обрабатываемой поверхности заготовки W лазерным лучом LB и перемещения лазерного луча LB на обрабатываемой поверхности. Например, устройство 10 для лазерно-лучевой обработки может быть применено к различным устройствам для лазерно-лучевой обработки, таким как устройства для лазерной маркировки, установки для лазерной резки, установки для лазерной сварки, установки для лазерной пайки и установки для пайки стеклом. Данные установки могут образовывать желаемый рисунок обработки на заготовке W путем управления лазерным лучом LB, направленным на заготовку W.

[0023]

Устройство 10 для лазерно-лучевой обработки содержит блок 12 перемещения луча для создания лазерного луча LB, перемещающегося на заготовке W, и несколько плоских отражателей 14, отражающих лазерный луч LB, созданный блоком 12 перемещения луча, на обрабатываемую поверхность заготовки W. Каждый плоский отражатель 14 закреплен на внутренней поверхности дугообразного опорного каркаса 16. Заготовка W содержит длинную обрабатываемую поверхность в направлении, указанном стрелкой X на фиг. 1. Плоские отражатели 14 расположены с заданными интервалами в направлении, указанном стрелкой X, напротив заготовки W. Каждый плоский отражатель 14 расположен на оптическом пути лазерного луча LB между блоком 12 перемещения луча и обрабатываемой поверхностью заготовки W. Каждый плоский отражатель 14 наклонен на заданный угол относительно направления падения лазерного луча LB и прикреплен к опорному каркасу 16, так что каждый плоский отражатель 14 отражает лазерный луч LB, выходящий из блока 12 перемещения луча, и лазерный луч LB излучают сверху вниз и распределяют на различные положения обрабатываемой поверхности заготовки W в почти вертикальном направлении. В данном случае, термин “распределять” означает, что обрабатываемая поверхность заготовки W распределена между плоскими отражателями 14. Форма внутренней поверхности опорного каркаса 16, к которому прикреплены плоские отражатели 14, выполнена таким образом, что лазерные лучи LB, проходящие от блока 12 перемещения луча к обрабатываемой поверхности заготовки W через плоские отражатели 14 имеют по существу одинаковую длину оптического пути. Следовательно, каждый плоский отражатель 14 расположен в по существу одинаковой длине оптического пути, проходящего от блока 12 перемещения луча к обрабатываемой поверхности заготовки W через каждый плоский отражатель 14.

[0024]

В данном случае, фраза “одинаковая длина оптического пути” означает, что данные значения длины оптического пути являются одинаковыми, когда диаметр пятна каждого лазерного луча LB на обрабатываемой поверхности заготовки W находится в пределах допустимого диапазона необходимых диаметров пятна луча. Когда коэффициент погрешности площади пятна луча, находящейся в пределах допустимого диапазона диаметров пятна луча, является постоянным, допустимая погрешность длины оптического пути с малым диаметром пятна луча становится малой пропорционально диаметру пятна луча, в то время как длина оптического пути находится в пределах допустимого диапазона необходимых диаметров пятна луча по отношению к линзе объектива, когда линза объектива расположена на заготовке W. Плоские отражатели 14 не обязательно должны быть расположены дугой, но могут быть расположены любым образом, когда погрешность длины оптического пути по отношению к линзе объектива находится в пределах допустимого диапазона необходимых диаметров пятна луча и лазерный луч параллелен лучу без схождения или расхождения.

[0025]

Как изображено на фиг. 3A, блок 12 перемещения луча содержит лазерный источник 18 (генерирующий источник) который генерирует лазерный луч LB, светоизлучающий диод (СИД) 20 (средство облучения контрольным лучом), который генерирует контрольный луч CB, длина волны которого отличается от длины волны лазерного луча LB, и камеру 22 (средство обнаружения контрольного луча), которая принимает контрольный луч CB, отраженный обрабатываемой поверхностью заготовки W. Блок 12 перемещения луча также содержит полузеркало 24, отражающее лазерный луч LB и передающее контрольный луч CB, зеркало 26 (фиг. 3B), содержащее отверстие 26a, через которое проходит контрольный луч CB, выходящий из СИД 20, и отражающее контрольный луч CB, переданный через полузеркало 24, для того, чтобы провести луч к камере 22, зеркало 28Y гальванометра, перемещающее лазерный луч LB на заготовке W в направлении, указанном стрелкой Y, зеркало 28X гальванометра, перемещающее лазерный луч LB на заготовке W в направлении, указанном стрелкой X, и моторы 30X, 30Y гальванометра (фиг. 1), поворачивающие зеркала 28X, 28Y гальванометра, соответственно. Камера 22 соединена с контроллером 42 (средством управления лучом), управляющим положением точки 40 облучения лазерным лучом LB на заготовке W и/или управляет генерированием лазерного луча LB, на основании профиля полученного контрольного луча CB или количества полученного света от полученного контрольного луча CB.

[0026]

Оптические оси лазерного источника 18 и СИД 20 расположены соосно между полузеркалом 24 и заготовкой W. Как изображено на фиг. 3B, отверстие 26a в зеркале 26 выполнено путем отслаивания в форме эллипса последнего зеркального слоя зеркала 26, отражающая поверхность которого наклонена под углом около 45° от оптической оси контрольного луча CB, так что контрольный луч CB, выходящий из СИД 20, создает круглую точку 40 облучения на заготовке W. Площадь отверстия 26a предпочтительно составляет, например, 1/25 или менее от приемной площади контрольного луча CB, принятого камерой 22, так что контрольный луч CB, отраженный заготовкой W, может быть проведен в достаточном объеме к камере 22. В данном случае, СИД 20 и отверстие 26a зеркала 26 могут быть соединены оптическим волокном. Длина оптического пути между камерой 22 и заготовкой W образована на основании обнаруженной или измеренной области, включающей точку 40 облучения лазерным лучом LB, зафиксированной камерой 22.

[0027]

Как изображено на фиг. 2, лазерный источник 18 содержит лазерный генератор 32, расширитель 34 луча, диафрагму 36 луча и линзу 38 для фокусировки луча. В данном случае, порядок размещения диафрагмы 36 луча, линзы 38 для фокусировки луча и полузеркала 24, расположенного после линзы 38 для фокусировки луча, является произвольным. Линза 38 для фокусировки луча создает точку 40 облучения, фокусируя лазерный луч LB, выходящий из лазерного генератора 32, на обрабатываемой поверхности заготовки W. Лазерный генератор 32 соединен с контроллером 42 для управления лазерным лучом LB с тем, чтобы создать желаемый рисунок обработки на обрабатываемой поверхности заготовки W (фиг. 3A).

[0028]

На фиг. 4 изображено положение, где блок 12 перемещения луча размещен таким образом, чтобы не прерывать оптический путь лазерного луча LB. Другими словами, блок 12 перемещения луча не расположен между заготовкой W и плоскими отражателями 14, но смещен на предопределенное расстояние к левой стороне по фиг. 4 в направлении, указанном стрелкой Y на фиг. 1. Следовательно, лазерный луч LB отражают плоскими отражателями 14 и затем проводят к обрабатываемой поверхности заготовки W, не прерывая его блоком 12 перемещения луча. В данном случае плоские отражатели 14 наклонены под предопределенным углом в направлении, указанном стрелкой Y на фиг. 1, с тем, чтобы проводить лазерный луч LB к обрабатываемой поверхности заготовки W в почти вертикальном направлении. Длину оптического пути лазерного луча LB, проходящего от блока 12 перемещения луча к заготовке W через плоские отражатели 14, и угол наклона плоских отражателей 14 можно рассчитать с помощью компьютерного моделирования или геометрического расчета.

[0029]

Далее будут описаны параметры, содержащие положение плоских отражателей 14, на основании фиг. 5A, 5B и 5C. В данном случае на фиг. 5A изображена только левая сторона устройства 10 для лазерно-лучевой обработки по фиг. 1.

[0030]

Как изображено на фиг. 5B, значения ширины Mw плоских отражателей 14 в направлении группы представляют собой значения, полученные путем сложения значений эффективной ширины Lw плоских отражателей 14 с диаметрами φLB луча, которые представляют собой диаметры лазерного луча LB на плоских отражателях 14. Значения эффективной ширины Lw определяют с помощью уравнения (1), используя угол Ra отражения лазерного луча LB относительно центра CXP вращения зеркала 28X гальванометра, расстояние R от центра CXP вращения к центрам плоских отражателей 14, угол La (фиг. 5C) лазерного луча LB, падающего по направлению к центрам плоских отражателей 14, на основании обрабатываемой поверхности заготовки W, и диаметра φLB луча.

[0031]

Lw=2R·sin((π/2+La - Ra)/2)·sinRa+φLB (1)

[0032]

Каждое положение плоского отражателя 14 определяют с помощью уравнения (2), используя расстояния R1, R2, являющиеся расстояниями от центра CXP вращения зеркала 28X гальванометра к центрам двух произвольно выбранных плоских отражателей 14, и H1, H2, являющиеся расстояниями от центров двух произвольно выбранных плоских отражателей 14 к обрабатываемой поверхности заготовки W, при условии, что значения длины оптического пути являются одинаковыми.

[0033]

H1+R1 ≈ H2+R2 (2)

В данном случае ширина bp, с которой каждый лазерный луч LB, отраженный каждым плоским отражателем 14, перемещается на обрабатываемой поверхности заготовки W (фиг. 1) в направлении, указанном стрелкой X, является почти одинаковой.

[0034]

Кроме этого, углы Ma крепления плоских отражателей 14 на основании обрабатываемой поверхности заготовки W определяют с помощью уравнения (3) при условии, что лазерный луч LB излучают на обрабатываемую поверхность заготовки W сверху вниз в почти вертикальном направлении.

Ma=(π/2 - La) /2 (3)

<Описание эксплуатации первого варианта осуществления>

[0036]

Ниже буде описана эксплуатация устройства 10 для лазерно-лучевой обработки.

[0037]

Контроллер 42 выпускает контрольный луч CB, выходящий из СИД 20, путем приведения СИД 20 блока 12 перемещения луча. Контрольный луч CB из СИД 20 проходит через отверстие 26a в центре зеркала 26 и затем проходит полузеркало 24 и перемещается в направлениях, указанных стрелками X и Y, с помощью зеркал 28X, 28Y гальванометра, поворачиваемых с помощью моторов 30X, 30Y гальванометра. Перемещенный контрольный луч CB отражают каждым плоским отражателем 14, прикрепленным к опорному каркасу 16, и затем направляют на обрабатываемую поверхность заготовки W. Затем контрольный луч CB, отраженный обрабатываемой поверхностью, проходит по тому же оптическому пути, отражается зеркалом 26 блока 12 перемещения луча и затем поступает в камеру 22. Контроллер 42 обрабатывает изображение контрольного луча CB, полученное камерой 22, и получает информацию о точке 40 облучения, такую как информация о положении точки 40 облучения, информация о количестве света от полученного контрольного луча CB и информация о характере заготовки W.

[0038]

Контроллер 42 приводит в действие лазерный генератор 32 блока 12 перемещения луча и лазерный луч LB выходит из лазерного генератора 32 одновременно с выходом контрольного луча CB или после получения информации на основании контрольного луча CB. Лазерный луч LB, выходящий из лазерного генератора 32, отражают полузеркалом 24 и затем перемещают в направлениях, указанных стрелками X и Y, с помощью зеркал 28X, 28Y гальванометра, так же, как и контрольный луч CB. Перемещенный лазерный луч LB отражают каждым плоским отражателем 14, прикрепленным к опорному каркасу 16, и затем направляют на обрабатываемую поверхность заготовки W. Тем временем контроллер 42 управляет положением излучения или регулирует выпуск лазерного луча LB на основании информации о точке 40 облучения, полученной камерой 22. Таким образом, контроллер 42 может излучать лазерный луч LB точно на обрабатываемую поверхность заготовки W и создавать желаемый рисунок обработки.

[0039]

В данном случае устройство 10 для лазерно-лучевой обработки может экспонировать или печатать изображение или символ в точке 40 облучения путем размещения жидкокристаллического фотошаблона или цифрового отражающего устройства (DLP) между диафрагмой 36 луча и полузеркалом 24 и создания желаемого рисунка обработки путем модуляции лазерного луча LB. Следовательно, устройство 10 для лазерно-лучевой обработки может создавать символы, узоры, отметки, рисунки кодов и т.п. быстрым и широко используемым образом по сравнению с обрабатывающими установками известного уровня техники, таким как устройства для лазерной маркировки для обработки заготовки W. Устройство 10 для лазерно-лучевой обработки может экспонировать микросхему с высокой разрешающей способностью путем необязательной регулировки диаметра пятна луча в точке 40 облучения. Кроме этого, устройство 10 для лазерно-лучевой обработки может обрабатывать заготовку W, в то время как камера 22 будет получать соседние изображения точки 40 облучения, проверяя рисунок изображений и модифицируя или регулируя рисунок изображений в соответствии с положением точки 40 облучения. Следовательно, устройство 10 для лазерно-лучевой обработки может обрабатывать различные схемы или узоры изображения путем комбинирования более одной подобной точки 40 непрерывного облучения.

<Второй вариант осуществления>

[0040]

На фиг. 6A и 6B изображены схематические виды устройства 50 для лазерно-лучевой обработки согласно второму варианту осуществления. На фиг. 6C изображен пояснительный чертеж отношения соответствия между положениями пяти распределительных зеркал 52a - 52e, являющихся частью устройства 50 для лазерно-лучевой обработки, и обрабатываемыми областями A1 - A5 заготовки W. В данном случае на фиг. 6A и 6B изображены схематические виды левой половины устройства 50 для лазерно-лучевой обработки, такого же, что и на фиг. 5A.

[0041]

Устройство 50 для лазерно-лучевой обработки содержит пять распределительных зеркал 52a - 52e и пять соответствующих плоских отражателей 14. Распределительные зеркала 52a - 52e расположены между блоком 12 перемещения луча и несколькими плоскими отражателями 14. Углы наклона распределительных зеркал 52a - 52e одинаковы с углами наклона соответствующих плоских отражателей 14. Лазерный луч LB, выходящий из блока 12 перемещения луча, поступает к каждому распределительному зеркалу 52a - 52c через Fθ-линзу 54 и затем отражается к каждому соответствующему плоскому отражателю 14a - 14c. В данном случае не изображено, но лазерный луч LB, поступивший к каждому распределительному зеркалу 52d, 52e, таким же образом отражается к соответствующему плоскому отражателю 14, расположенному справа на фиг. 6A. Как изображено на фиг. 6C, лазерный луч LB, отраженный каждым плоским отражателем 14, проводят к соответствующим обрабатываемым областям A1 - A5 заготовки W.

[0042]

В данном случае отличие от устройства 10 для лазерно-лучевой обработки по фиг. 1 заключается в том, что длину оптического пути лазерного луча LB рассчитывают, исходя из положения Fθ-линзы 54. Благодаря использованию Fθ-линзы 54 длину оптического пути рассчитывают в свете увеличения длины оптического пути, поскольку диаметр точки 40 облучения на обрабатываемой поверхности заготовки W является одинаковым, даже при увеличении длины оптического пути соответственно углу отражения лазерного луча LB.

[0043]

Согласно устройству 50 для лазерно-лучевой обработки, созданному таким образом, устройство для обработки может быть образовано с минимальной длиной оптического пути. В данном случае, количество распределительных зеркал 52a - 52e может быть увеличено, но это увеличение неэффективно, если диаметр лазерного луча LB является большим, поскольку увеличиваются нерабочие области на распределительных зеркалах 52a - 52e.

<Третий вариант осуществления>

[0044]

На фиг. 7A и 7B изображены схематические виды устройства 60 для лазерно-лучевой обработки согласно третьему варианту осуществления. На фиг. 7C изображен пояснительный чертеж отношения соответствия между положением четырех распределительных зеркал 62a - 62d, являющихся частью устройства 60 для лазерно-лучевой обработки, и обрабатываемыми областями B1 - B4 заготовки W. В данном случае на фиг. 7A и 7B изображены схематические виды левой половины устройства 60 для лазерно-лучевой обработки, такого же, что и на фиг. 6A и 6B.

[0045]

Устройство 60 для лазерно-лучевой обработки не содержит Fθ-линзу 54, присутствующую в устройстве 50 для лазерно-лучевой обработки. Устройство 60 для лазерно-лучевой обработки содержит четыре распределительных зеркала 62a - 62d справа и слева от направления отражения с длинными отражающими поверхностями, расположенными на оптическом пути между блоком 12 перемещения луча и плоскими отражателями 14. В данном случае каждое распределительное зеркало 62a - 62d может проводить лазерный луч LB к двум плоским отражателям 14 одновременно. В данном случае CXP представляет собой центр вращения зеркала 28X гальванометра блока 12 перемещения луча и CYP представляет собой центр вращения зеркала 28Y гальванометра.

[0046]

Устройство 60 для лазерно-лучевой обработки, созданное таким образом, может обрабатывать заготовку W более эффективно, поскольку количество сегментов лазерного луча LB меньше, чем в устройстве 50 для лазерно-лучевой обработки.

<Модифицированный вариант осуществления>

[0047]

На фиг. 8A изображены, например, положения плоских отражателей 14, где значения длины оптического пути лазерных лучей LB, проходящих к заготовке W1, содержащей изогнутую поверхность, такую как стеклянные колбы, при этом бутылки и стальные трубы имеют одинаковую форму, и где лазерный луч LB может быть излучен на обрабатываемую поверхность заготовки W1 в почти вертикальном направлении.

[0048]

На фиг. 8B изображена конфигурация устройства 10 для лазерно-лучевой обработки по фиг. 1, в котором небольшой отражатель 70 вставлен в заданном положении между заготовкой W2 и плоскими отражателями 14, где длина оптического пути является такой же, как для плоских отражателей 14 (фиг. 4). В данном случае, например, припой 72 наносят на заготовку W2, такую как монтажная плата, и затем микросхему 74, такую как элемент схемы, устанавливают на припой 72. Когда лазерный луч LB излучают на заготовку W2 через небольшой отражатель 70, припой 72 позади микросхемы 74 может быть расплавлен.

<Четвертый вариант осуществления>

[0049]

На фиг. 9A и 9B изображены схематические виды устройства 90 для лазерно-лучевой обработки согласно четвертому варианту осуществления.

[0050]

Устройство 90 для лазерно-лучевой обработки спроектировано таким образом, что лазерный луч LB параллельного светового потока отражают каждым плоским отражателем 14, расположенным вдоль заготовки W, для того, чтобы провести лазерный луч LB к обрабатываемой поверхности заготовки W. В данном случае, поскольку лазерный луч LB, проведенный к плоским отражателям 14, представляет собой параллельный световой поток, диаметр точки 40 облучения, образованной на обрабатываемой поверхности заготовки W, может быть постоянным, независимо от длины оптического пути лазерного луча LB, поступившего в каждый плоский отражатель 14. Следовательно, плоские отражатели 14 могут быть расположены в любом положении. В данном случае следует понимать, что лазерный луч LB не может предоставить обрабатываемой поверхности достаточную энергию для обработки, если лазерный луч LB излучают на заготовку W в виде параллельного светового потока. В данном случае, линза 76 объектива может быть расположена впереди заготовки W для фокусировки лазерного луча LB на заготовке W.

<Конфигурация линзы объектива>

[0051]

В каждом из вышеописанных вариантов осуществления линза объектива при необходимости может быть вставлена между обрабатываемой поверхностью заготовки W и плоскими отражателями 14 перед заготовкой W (W1, W2). Подобные варианты осуществления будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 10A - 10F.

[0052]

На фиг. 10A изображен вид сбоку линзы 76 объектива, расположенной перед заготовкой W, и на фиг. 10B изображен вид сверху по фиг. 10A. полусферическая линза 76 объектива закреплена на защитном стекле 78, расположенном вдоль заготовки W, при этом ее плоская сторона соприкасается с защитным стеклом 78. Защитное стекло 78 расположено таким образом, чтобы отклонять нормаль, например, на 2° или более к лазерному лучу LB, так что лазерный луч LB, отклоненный таким образом, не возвращается в блок 12 перемещения луча. Следовательно, лазерный генератор 32 может избежать разрушения, вызванного попаданием в него лазерного луча LB. В данном случае противоотражательное покрытие также может быть нанесено на поверхности линзы 76 объектива и защитного стекла 78 без наклона защитного стекла 78.

[0053]

На фиг. 10C изображен вид сбоку нескольких линз 80 объектива, расположенных перед заготовкой W. На фиг. 10D изображен вид сверху по фиг. 10C. Лазерный луч LB может быть сфокусирован в нескольких различных положениях с помощью нескольких линз 80 объектива для создания нескольких точек 40 облучения на обрабатываемой поверхности заготовки W. В данном случае выбор комбинации положения и формы нескольких линз 80 объектива может создавать желаемый рисунок обработки на обрабатываемой поверхности.

[0054]

На фиг. 10E изображен вид сбоку призматической линзы объектива 82, расположенной перед заготовкой W. На фиг. 10F изображен вид сверху по фиг. 10E. Лазерный луч LB может быть сфокусирован линзой объектива 82 в двух различных положениях для создания двух точек 40 облучения на обрабатываемой поверхности заготовки W.

[0055]

Таким образом, когда линза 76, 80 или 82 объектива вставлена перед заготовкой W, положение точки 40 облучения можно точно отрегулировать согласно масштабному коэффициенту увеличения точки 40 облучения на обрабатываемой поверхности заготовки W. Например, когда масштабный коэффициент увеличения линзы 76 объектива равен 10 и положение лазерного луча LB на заготовке W относительно линзы 76 объектива перемещается на 100 мкм, то точка 40 облучения перемещается на заготовке W на 10 мкм. Когда линза 76 объектива увеличивает сфокусированную точку контрольного луча CB на заготовке W и камера 22 обнаруживает сфокусированную точку, положением лазерного луча LB можно точно управлять, не изменяя технические характеристики точности расположения лазерного луча LB или точности обнаружения камеры 22.

[0056]

В данном случае, когда линзами 76, 80 или 82 объектива управляют таким образом, чтобы переместить их вдоль заготовки W, лазерный луч LB можно излучать на обрабатываемую поверхность без какого-либо интервала, даже если существуют некоторые интервалы между плоскими отражателями 14.

[0057]

В данном случае способы перемещения точки 40 облучения на заготовке W включают в себя способ перемещения лазерного луча LB в пределах диапазона линзы 76, 80 или 82 объектива к определенному положению лазерного луча LB на заготовке W, а также способ перемещения линзы 76, 80 или 82 объектива к лазерному лучу LB.

[0058]

Например, в способе перемещения линзы 76 объектива к лазерному лучу LB линзу 76 объектива можно перемещать с помощью моторов 30X, 30Y гальванометра блока 12 перемещения луча. Величина перемещения точки 40 облучения пропорциональна углу La лазерного луча LB, поступающему в плоские отражатели 14, как изображено на фиг. 5C. Следовательно, линзу 76 объектива перемещают в зависимости от направления перемещения точки 40 облучения. В данном случае положение фокуса необходимо откорректировать, поскольку положение лазерного луча LB смещено относительно заданных координат, когда взаимное расположение фокуса линзы 76 объектива и точки 40 облучения смещено, как изображено на фиг. 10A.

<Механизм корректировки положения фокуса>

[0059]

Механизм 92 корректировки положения фокуса для корректировки положения фокуса будет описан ниже со ссылкой на фиг. 11.

[0060]

Механизм 92 корректировки положения фокуса содержит две направляющие 94a, 94b, проходящие в направлении, указанном стрелкой X, вдоль обеих сторон защитного стекла 78 и подвижный элемент 96, способный перемещаться в направлении, указанном стрелкой X, вдоль данных направляющих 94a, 94b. В боковой стороне направляющей 94b, параллельно указанной направляющей 94b, расположен шариковый винт 98, ввинченный в конец подвижного элемента 96. Подвижный элемент 96 содержит направляющую 99, проходящую в направлении, указанном стрелкой Y, и линзу 76 объектива, расположенную таким образом, чтобы она могла перемещаться вдоль направляющей 99 в направлении, указанном стрелкой Y.

[0061]

Мотор 30X гальванометра, являющийся частью блока 12 перемещения луча, соединен с шариковым винтом 98 посредством зубчатой передачи 100. Следовательно, подвижный элемент 96 может перемещаться в направлении, указанном стрелкой X, с тем, чтобы положение фокуса лазерного луча LB соответствовало положению центра поля обзора камеры 22, на основании поворота зеркала 28X гальванометра мотором 30X гальванометра. Один конец проводки 102 присоединен к линзе 76 объектива, и другой конец проводки 102 присоединен к мотору 30Y гальванометра, являющемуся частью блока 12 перемещения луча, посредством зубчатой передачи 104. Следовательно, линза 76 объектива может перемещаться в направлении, указанном стрелкой Y, с тем, чтобы положение фокуса лазерного луча LB соответствовало положению центра поля обзора камеры 22, на основании поворота зеркала 28Y гальванометра мотором 30Y гальванометра. Моторы 30X и 30Y гальванометра представляют собой средство перемещения линзы, перемещающее линзу 76 объектива вдоль обрабатываемой поверхности и управляющее положением точки схождения лазерного луча LB на обрабатываемой поверхности путем управления контроллером 42, выступающим в качестве средства управления положением. В данном случае линзу 76 объектива можно перемещать с помощью других средств перемещения, помимо моторов 30X, 30Y гальванометра.

[0062]

Положение фокуса линзы 76 объектива может быть откорректировано до заданных координат лазерного луча LB, излучаемого на обрабатываемую поверхность, путем перемещения линзы 76 объектива вдоль заготовки W в пределах области SW излучения лазерного луча LB на основании поворота зеркал 28X, 28Y гальванометра моторами 30X, 30Y гальванометра. В данном случае положение фокуса не обязательно должно точно совпадать с точкой 40 облучения. Например, точностью расположения линзы 76 объектива можно управлять таким образом, чтобы изменить ее на 1 мм, когда необходимо переместить точку 40 облучения на 10 мкм. Следовательно, могут быть допустимы некоторые погрешности в зубчатых передачах 100, 104, проводке 102 и т.п.

[0063]

Как изображено на фиг. 12A или 12B, может быть использовано несколько линз 106 или 108 объектива, соответствующих точке 40 облучения лазерного луча LB в механизме 92 корректировки положения фокуса по фиг. 11, когда одна линза 76 объектива не может быстро перемещаться в пределах всех областей диапазонов XW, YW перемещения.

[0064]

На фиг. 12A шестиугольные линзы 106 объектива расположены таким образом, чтобы охватывать весь диапазон области SW излучения и, таким образом, эффекты, эквивалентные эффектам механизма 92 корректировки положения фокуса по фиг. 11, могут быть получены путем всего лишь перемещения каждой линзы 106 объектива на расстояние в пределах диапазона XW, YW. На фиг. 12B круглые линзы 108 объектива расположены с предопределенным интервалом в направлении, указанном стрелкой X, и эффекты, эквивалентные эффектам механизма 92 корректировки положения фокуса по фиг. 11 могут быть получены путем перемещения каждой линзы 108 объектива к диапазону XW перемещения соседних линз 108 объектива в направлении, указанном стрелкой X, и к диапазону YW перемещения диапазона SW облучения в направлении, указанном стрелкой Y.

[0065]

В данном случае в устройстве 90 для лазерно-лучевой обработки по фиг. 9A и 9B линзу 76 объектива может перемещать другой независимый мотор, вместо моторов 30X, 30Y гальванометра, поскольку лазерный луч LB, излученный на заготовку W, является не сходящимся лучом, но параллельным световым потоком. В данном случае каждый процесс управления положением линзы 76 объектива, масштабирования точки 40 облучения и корректировки положения фокуса выполняют путем расчета координат точки 40 облучения, используя корреляционную таблицу, которая относится к положению точки 40 облучения, соответствующей каждому плоскому отражателю 14, углу вращения зеркал 28X, 28Y гальванометра и длине оптического пути.

[0066]

В данном случае корреляционная таблица составлена посредством регистрации угла вращения зеркал 28X, 28Y гальванометра и длины оптического пути путем применения измерительного устройства в блоке 12 перемещения луча на основании изображения, полученного в каждом положении необходимой точки 40 облучения, поскольку существуют некоторые погрешности установки плоских отражателей 14, камеры 22 и блока 12 перемещения луча. Данную корреляционную таблицу также можно применить к механизму корректировки положения фокуса в других устройствах 10, 50 и 60 для лазерно-лучевой обработки.

<Конфигурация фотошаблона>

[0067]

В каждом вариантом осуществления, описанном выше, фотошаблон (средство формирования рисунка обработки), в котором сформирован рисунок шаблона, при необходимости может быть вставлен между обрабатываемой поверхностью заготовки W и плоскими отражателями 14 перед заготовкой W (W1, W2). Данный вариант осуществления будет описан ниже со ссылкой на перспективный вид по фиг. 13A и вид сверху по фиг. 13B. В данном случае фотошаблон может быть использован вместе с линзами 76, 106 и 108 объектива, описанными выше (фиг. 2).

[0068]

Фотошаблон 110 содержит рисунок 112 шаблона, в котором эффективность проникновения лазерного луча LB частично отличается. Рисунок 112 шаблона может иметь различные формы, такие как форма тора, форма прямоугольника и форма креста, соответствующие рисунку обработки лазерного луча LB, образованному на обрабатываемой поверхности заготовки W. Форма рисунка 112 шаблона может обладать эффективностью проникновения, равной примерно 0%, или непрерывно изменяемой эффективностью проникновения. Лазерный луч LB, проходящий через рисунок 112 шаблона, обрабатывает обрабатываемую поверхность заготовки W до предопределенного состояния, воздействуя теплом, соответствующим эффективности проникновения, на обрабатываемую поверхность.

[0069]

В качестве материала фотошаблона 110 может быть использована пластина из нержавеющей стали, в которой выполнен рисунок 112 шаблона. Кроме этого, фотошаблон 110, например, может состоять из стеклянной пластины, сквозь которую могут быть переданы лазерный луч LB и контрольный луч CB для рассеивания лазерного луча LB и расфокусировки на заготовке W путем частичной обработки обрабатываемой поверхности для ее матирования в соответствии с рисунком 112 шаблона. Кроме этого, фотошаблон 110, изготовленный из стеклянной пластины, может содержать на своей поверхности пленочное покрытие, передающее контрольный луч CB, но не передающее лазерный луч LB.

[0070]

Кроме этого, рисунок 112 шаблона может быть выполнен полурасплавленным припоем на фотошаблоне 110 и данный фотошаблон 110 может быть расположен таким образом, чтобы соприкасаться с заготовкой W. В данном случае полурасплавленный припой расплавляют тепловой энергией лазерного луча LB, излучаемого на фотошаблон 110, и припой, обладающий формой, соответствующей форме рисунка 112 шаблона, может быть перенесен на заготовку W.

[0071]

В данном случае, как изображено на фиг. 10C или 10E, желаемый рисунок фотошаблона может быть образован посредством закрепления линзы объектива 80 или 82 на защитном стекле 78.

[0072]

Благодаря выбору подобных различных рисунков 112 фотошаблона и определению формы лазерного луча LB на обрабатываемой поверхности или распределению тепловой энергии, устройство для лазерно-лучевой обработки может быть применено к различным процессам, таким как процессы пайки, процессы сверления, процессы резки и процессы нагревания.

<Пример обработки>

[0073]

На фиг. 14A и 14B представлены изображения 114, 116 отраженного контрольного луча CB, полученные камерой 22, путем излучения контрольного луча CB на заготовку W, на обрабатываемую поверхность которой нанесен полусферический припой. Изображения 114, 116 в верхней части каждой фигуры представляют собой изображения лазерного луча LB перед облучением и изображения 114, 116 в нижней части каждой фигуры представляют собой изображения лазерного луча LB после облучения, выполняемого в течение предопределенного времени.

[0074]

В данном случае, поскольку большая часть контрольного луча CB, отраженного поверхностью, перпендикулярной оптической оси контрольного луча CB, попавшего в заготовку W, возвращается в камеру 22 без рассеивания, на изображениях 114,116 появляется яркое пятно 118. Форма или положение данного яркого пятна 118 значительно изменяется из-за деформации формы припоя, расплавленного теплом лазерного луча LB. Следовательно, можно обеспечить желаемое состояние припоя с помощью контроля и управления состоянием яркого пятна 118.

[0075]

На фиг. 14C изображена блок-схема способа управления лазерным лучом LB, выполняемого контроллером 42 по фиг. 3. Контроллер 42 получает изображения контрольного луча CB, выходящего из СИД 20 и излучаемого на заготовку W, посредством камеры 22 (этап S1). Затем контроллер 42 обрабатывает полученные изображения, регулирует выходную мощность лазерного луча LB, выходящего из лазерного генератора 32, соответственно положению или форме яркого пятна 118, и затем излучает лазерный луч LB на заготовку W (этап S2). Контроллер 42 определяет деформированное состояние или расплавленное состояние припоя по положению или форме яркого пятна 118 (этап S3) и повторяет процессы для получения изображений и регулировки лазерного луча LB. Таким образом, припой может быть сформирован в желаемом расплавленном состоянии с помощью управления лучом.

[0076]

На фиг. 15A изображена заготовка, на которой прямоугольный провод 122 в качестве цели обработки расположен на прямоугольной медной фольге 120. Верхняя часть фиг. 15B представляет собой изображение 124 перед облучением лазерным лучом LB и нижняя часть фиг. 15B представляет собой изображение 126 после облучения, на котором припой, нанесенный или расположенный на проводе 122 или сам провод 122 расплавлены излучением лазерного луча LB в течение заданного времени. В данном случае лазерный луч LB излучают на заготовку в виде прямоугольного рисунка обработки, соответствующего форме провода 122.

[0077]

На фиг. 15C изображена заготовка, на которой цилиндрический провод 130 в качестве цели обработки расположен на кольцевой медной фольге 128. Верхняя часть фиг. 15D представляет собой изображение 132 перед облучением лазерным лучом LB и нижняя часть фиг. 15B представляет собой изображение 134 после облучения, на котором припой, нанесенный или расположенный на проводе 130, или сам провод 130 расплавлены излучением лазерного луча LB в течение заданного времени. В данном случае, лазерный луч LB излучают на заготовку W в виде кольцевого рисунка обработки, соответствующего форме провода 128.

[0078]

На фиг. 16 изображено отношение между выходным импульсом лазерного луча LB, излученного на заготовку W по фиг. 15A - 15D, и температурой медной фольги 120, 128, проводов 122, 130 и припоя. В идеальном случае пайку выполняют с температурой, равной температуре цели. Тем не менее, когда тепловой луч, такой как лазерный луч LB, излучают на цель, отражающие способности медной фольги 120, 128, проводов 122, 130 и припоя отличаются и таким образом способности поглощения тепла теплового луча также сильно отличаются. Например, провода 122, 130 и припой поглощают тепловой луч на 808 нм и медная фольга 120, 128 отражает данный тепловой луч. Окисленная медная фольга 120, 128 расплавляется, и перед расплавлением припоя в ней появляются отверстия. Следовательно, выходной импульс лазерного луча LB устанавливают, учитывая теплопоглощающие способности медной фольги 120, 128 и проводов 122, 130. В данном случае целесообразно регулировать выходной импульс лазерного луча LB для надлежащей пайки в сочетании с инфракрасной камерой в блоке 12 перемещения луча, а также измерять температуру цели.

<Блок-схема полного управления>

[0079]

Далее, согласно устройствам 10, 50, 60, и 90 для лазерно-лучевой обработки, описанным выше, полная эксплуатация системы, объединенной с механизмом 92 корректировки положения фокуса по фиг. 11, будет описана ниже со ссылкой на блок-схемы по фиг. 17A - 17E.

[0080]

После запуска системы контроллер 42 считывает управляющую команду из программы обработки (этап S11, фиг. 17A) и выполняет процесс проверки лазерного луча LB (этап S13), когда управляющая команда управления является командой проверки (этап S12, Да).

[0081]

В начале процесса проверки выполняют процесс корректировки положения фокуса (этап S13A, фиг. 17B).

[0082]

Затем контроллер 42 приводит в действие моторы 30X и 30Y гальванометра блока 12 перемещения луча (этап SA1, фиг. 17C), и линза 76 объектива перемещается с помощью зубчатых передач 100,104 в направлениях, указанных стрелками X и Y (фиг. 11). Контроллер 42 проводит контрольный луч CB, выходящий из СИД 20, к заготовке W, камера 22 фиксирует изображение обрабатываемой поверхности, содержащее контрольный луч CB, отраженный заготовкой W, и получают изображение обрабатываемой поверхности (этап SA2). Затем контроллер 42 обрабатывает полученное изображение и распознает форму цели на обрабатываемой поверхности заготовки W. Контроллер 42 определяет положение линзы 76 объектива относительно заготовки W согласно распознанной форме. В данном случае поле обзора на изображении, полученного на основании контрольного луча CB, поступившего в камеру 22, намного больше площади пятна лазерного луча LB. Следовательно, контроллер 42 может корректировать положение фокуса линзы 76 объектива приблизительно к положению обработки, которое является положением излучения лазерного луча LB на основании изображения, полученного из поля обзора (этап SA3). Контроллер 42 повторяет процессы из этапа SA1, когда положение фокуса линзы 76 объектива смещено относительно заданного желаемого положения точки 40 облучения и после определения необходимости корректировки положения фокуса, несмотря на корректировку положения линзы 76 объектива (этап SA4, Да). С другой стороны, если корректировка положения фокуса не нужна (этап SA4, Нет) и форма распознана (этап SA5, Нет), процесс позиционирования завершают. Если форма не распознана (этап SA5, Да), выполняют процесс ошибки и завершают все процессы (этап SA6).

[0083]

Если процесс корректировки положения фокуса завершен, контроллер 42 выполняет другие различные проверки (этап S13B, фиг. 17B) и регистрирует или сохраняет данные о проверках (этап S13C).

[0084]

Затем контроллер 42 выполняет процесс обработки (этап S15) заготовки W лазерным лучом LB, если управляющая команда является командой обработки (этап S14, Да).

[0085]

В процессе обработки контроллер 42 корректирует положение фокуса лазерного луча LB, связанного со смещением положения фокуса измерения, в том числе длины волны лазерного луча LB или камеры 22 (этап S15A, фиг. 17D), и затем обрабатывает заготовку W, управляя лазерным лучом LB (этап S15B).

[0086]

В ходе управления лучом контроллер 42 получает изображение контрольного луча CB, зафиксированное камерой 22 (этап SB1, фиг. 17E), и затем рассчитывает различия между изображениями лазерного луча LB до и после облучения или между изображениями до и после облучения лазерным лучом LB в течение предопределенного времени, путем обработки полученного изображения (этап SB2). Контроллер 42 обрабатывает заготовку W, регулируя выпуск лазерного луча LB или регулируя время облучения путем включения и выключения лазерного луча LB на основании рассчитанного различия (этап SB3). Когда различие недостаточно отличается, несмотря на регулировку вывода или времени излучения лазерного луча LB (этап SB4, Нет), контроллер 42 повторяет процессы из этапа SB1 для регулировки вывода или времени излучения лазерного луча LB. С другой стороны, когда вывод лазерного луча LB достаточно отличается (этап SB4, Да), процесс управления лучом завершают.

[0087]

При наличии следующего процесса (этап S16) контроллер 42 повторяет процессы из этапа S11. С другой стороны, при отсутствии процесса (этап S16, Нет) контроллер 42 выполняет завершающий процесс (этап S17) и все процессы завершают.

[0088]

Хотя определенные предпочтительные варианты осуществления устройства для лучевой обработки согласно настоящему изобретению были подробно изображены и описаны, следует понимать, что в варианты осуществления можно внести различные изменения и модификации в пределах объема изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения.

[0089]

Например, устройства 10, 50, 60 и 90 для лазерно-лучевой обработки излучают лазерный луч LB на заготовку W в вертикальном направлении сверху вниз, как описано выше, но направление излучения не должно быть ограничено данным направлением. Настоящее изобретение может содержать устройство обработки, излучающее лазерный луч LB на заготовку W снизу вверх или в боковом направлении.

[0090]

Луч для обработки заготовки W может представлять собой любой луч, в том числе, например, луч электронов или электромагнитную волну.

[0091]

Средство обнаружения контрольного луча, обнаруживающее контрольный луч CB, отраженный заготовкой W, может использовать фотоэлектрический преобразователь, фотодетектор, индикатор колебаний, такой как камера на приборах с зарядовой связью, и фотоумножитель. В данном случае, при условии, что свет может облучать обрабатываемую поверхность заготовки W, и изображение может быть получено, заготовку W можно облучать осветительным светом, отличающимся от контрольного луча CB.

[0092]

Лазерный луч LB, выходящий из лазерного генератора 32, можно модулировать для образования желаемого рисунка обработки на обрабатываемой поверхности заготовки W, поместив оптический модулятор, такой как жидкокристаллический фотошаблон или цифровое отражающее устройство (DLP), в блок 12 перемещения луча и управляя данным оптическим модулятором согласно информации, полученной из изображения.

[0093]

Например, на фиг. 5A устройство 10 для лазерно-лучевой обработки содержит по шесть плоских отражателей 14 справа и слева, что в сумме составляет двенадцать плоских отражателей 14. Данное количество плоских отражателей 14 является наилучшим, если длина оптического пути составляет от 300 мм до 400 мм, диаметр лазерного луча LB на плоском отражателе 14 составляет не менее 10 мм и погрешность длины оптического пути меньше или равна 1 мм. Следовательно, если условия отличаются, то может быть выбрано любое другое количество плоских отражателей 14.

[0094]

Вместо моторов 30X, 30Y гальванометра блок 12 перемещения луча может использовать, например, ультразвуковой мотор, обладающий более высокой точностью остановки.

[0095]

Вместо зеркал гальванометра 28X, 28Y средство перемещения луча для перемещения лазерного луча LB может использовать, например, многоугольное зеркало.

[0096]

Средство перемещения луча не должно ограничиваться средством перемещения луча, перемещающим лазерный луч LB в двух измерениях, но может перемещать лазерный луч LB лишь в одном измерении.

[0097]

Устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению может предоставить высокоэффективную систему пайки полурасплавленным припоем на установочной линии, вместо процесса обработки посредством ручной пайки или паяльного робота, в котором осуществляют обработку нескольких СИД электродов со многими выдвинутыми стержнями.

[0098]

Устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению может осуществлять широкий диапазон обработок, не ограничиваясь каждым узким диапазоном известного уровня техники. Следовательно, данное устройство обработки подходит, например, для таких процессов, как процесс бурения, процесс пайки, процесс уплотнения и процесс обнаружения, применяемый к подложке солнечной батареи, листу, шириной не менее 300 мм, или панели.

[0099]

Устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению подходит для таких процессов, как процесс обнаружения или процесс обработки резервуара или пленки, обладающих широкой областью соприкосновения с жидкостью, расположенной на них, культивационной пластины или иммерсионной субстанции путем уменьшения расстояния перемещения или остановки перемещения платформы. Данное устройство для обработки подходит для высокоскоростной обработки многих положений человеческих тел, животных или растений, которые являются неподвижными и которые трудно переместить в какое-либо положение.

[0100]

Устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению может выполнять процесс бурения, процесс сварки, процесс резки или процесс пайки с высокой скоростью в схеме обработки гибких листов или объектов подобных катаным листам без необходимости в их разрезании.

[0101]

Устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению расположено над потоком газа или жидкости или в указанном потоке и подходит для измерения или обработки объектов, проходящих сквозь поток. Например, данная установка может выполнять измерение плавающего мусора в реке и измерение рыбы.

[0102]

Устройство для лучевой обработки согласно настоящему изобретению при необходимости может выполнять экспонирование луча в широкой области, используя фотошаблон. Следовательно, данное устройство для обработки может создавать желаемый рисунок или символ в жидкокристаллической панели, панели солнечной батареи, листе, панели, ткани, продуктах, упаковочном контейнере и т.п.

Расшифровка символов

[0103]

10, 50, 60, 90: устройство для лазерно-лучевой обработки

12: блок перемещения луча

14: плоский отражатель

16: опорный каркас

18: лазерный источник

20: СИД

22: камера

24: полузеркало

26: зеркало для камеры

26a: отверстие

28X, 28Y: зеркало гальванометра

30X, 30Y: мотор гальванометра

32: лазерный генератор

34: расширитель луча

36: диафрагма луча

38: линза для фокусировки луча

40: точка облучения

42: контроллер

52a - 52e, 62a - 62d: распределительное зеркало

54: Fθ-линза

70: малый отражатель

72: припой

74: микросхема

76, 80, 82: линза объектива

78: защитное стекло

92: механизм корректировки положения фокуса

94a, 94b, 99: направляющая

96: подвижный элемент

98: шариковый винт

100, 104: зубчатая передача

102: проводка

110: фотошаблон

112: рисунок фотошаблона

118: яркое пятно

120, 128: медная фольга

122,130: провод

CB: контрольный луч

LB: лазерный луч

W: заготовка

Изобретение относится к устройству для лучевой обработки, которое способно быстро и точно обрабатывать поверхность заготовки. Устройство (10) для обработки поверхности заготовки (W) лучом (LB) содержит источник (32) для генерирования луча (LB), средство (12) перемещения луча (LB) и несколько отражателей (14), расположенных на оптическом пути луча (LB) между средством (12) перемещения луча и обрабатываемой поверхностью. Несколько отражателей (14) наклонены под предопределенным углом, соответствующим направлению падения луча (LB), при этом луч (LB), перемещенный средством (12) перемещения луча, проходит почти вертикально относительно другого положения обрабатываемой поверхности. 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство для лучевой обработки обрабатываемой поверхности заготовки путем облучения обрабатываемой поверхности лучом, содержащее
генерирующий источник для генерирования луча,
средство перемещения луча для перемещения луча, выходящего из генерирующего источника, и
отражатели, расположенные на оптическом пути луча между средством перемещения луча и обрабатываемой поверхностью, для отражения лучей, перемещенных средством перемещения луча, и для направления лучей к обрабатываемой поверхности, отличающееся тем, что
отражатели наклонены под предопределенным углом, соответствующим углу, при котором направление падения луча от каждого отражателя, перемещенного средством перемещения луча, почти вертикально относительно обрабатываемой поверхности, при этом отражатели расположены в положениях, при которых длины оптического пути отражателей от генерирующего источника до обрабатываемой поверхности почти одинаковы, а длины оптического пути от средства перемещения луча до отражателей различны,
причем диаметр пятна лазерного луча на обрабатываемой поверхности заготовки находится в пределах допустимого диапазона необходимого диаметра пятна луча.

2. Устройство для лучевой обработки по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
средство формирования рисунка обработки, расположенное между отражателями и обрабатываемой поверхностью, для формирования рисунка обработки лучом, излучаемым на обрабатываемую поверхность.

3. Устройство для лучевой обработки по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
расположенные между средством перемещения луча и отражателями, расположенными на оптическом пути луча между средством перемещения луча и обрабатываемой поверхностью, распределяющие отражатели для распределения луча на упомянутые отражатели.

4. Устройство для лучевой обработки по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
линзу объектива, расположенную между отражателями и обрабатываемой поверхностью.

5. Устройство для лучевой обработки по п. 4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
средство перемещения линзы для перемещения линзы объектива вдоль обрабатываемой поверхности и
средство управления положением для управления средством перемещения линзы и для управления положением фокальной точки луча на обрабатываемой поверхности.

6. Устройство для лучевой обработки по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
средство облучения контрольным лучом для облучения обрабатываемой поверхности контрольным лучом по оси луча , выходящего из генерирующего источника,
средство обнаружения контрольного луча для обнаружения контрольного луча, отраженного обрабатываемой поверхностью, и
средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности и/или генерированием луча на основании контрольного луча, обнаруженного средством обнаружения контрольного луча.

7. Устройство для лучевой обработки по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
камеру для получения изображения обрабатываемой поверхности и
средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности на основании изображения, полученного камерой.

8. Устройство для лучевой обработки по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
расположенные между средством перемещения луча и отражателями для отражения луча, перемещенного средством перемещения луча , распределяющие отражатели для распределения луча на упомянутые отражатели.

9. Устройство для лучевой обработки по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
конденсорную линзу, расположенную между отражателями и обрабатываемой поверхностью, для сведения луча на обрабатываемую поверхность.

10. Устройство для лучевой обработки по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
средство облучения контрольным лучом для облучения обрабатываемой поверхности контрольным лучом по оси луча, выходящего из генерирующего источника,
средство обнаружения контрольного луча для обнаружения контрольного луча, отраженного обрабатываемой поверхностью, и
средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности и/или генерированием луча на основании контрольного луча, обнаруженного средством обнаружения контрольного луча.

11. Устройство для лучевой обработки по п. 3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
конденсорную линзу, расположенную между отражателями и обрабатываемой поверхностью для сведения луча на обрабатываемую поверхность.

12. Устройство для лучевой обработки по п. 3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
средство облучения контрольным лучом для облучения обрабатываемой поверхности контрольным лучом по оси луча, выходящего из генерирующего источника,
средство обнаружения контрольного луча для обнаружения контрольного луча, отраженного обрабатываемой поверхностью, и
средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности и/или генерированием луча на основании контрольного луча, обнаруженного средством обнаружения контрольного луча.

13. Устройство для лучевой обработки по п. 4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
средство облучения контрольным лучом для облучения обрабатываемой поверхности контрольным лучом по оси луча, выходящего из генерирующего источника,
средство обнаружения контрольного луча для обнаружения контрольного луча, отраженного обрабатываемой поверхностью, и
средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности и/или генерированием луча на основании контрольного луча, обнаруженного средством обнаружения контрольного луча.

14. Устройство для лучевой обработки по п. 5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит
средство облучения контрольным лучом для облучения обрабатываемой поверхности контрольным лучом по оси луча, выходящего из генерирующего источника,
средство обнаружения контрольного луча для обнаружения контрольного луча, отраженного обрабатываемой поверхностью, и
средство управления лучом для управления положением излучения луча на обрабатываемой поверхности и/или генерированием луча на основании контрольного луча, обнаруженного средством обнаружения контрольного луча.