激光加工设备、激光加工方法和设置激光加工设备的方法技术

本发明专利技术涉及激光加工设备、激光加工方法和设置激光加工设备的方法。本发明专利技术的目的是能容易地调整焦点位置以处理热透镜效应。提供了激光扫描部分，该激光扫描部分包括能够调整激光在光轴方向上的焦点位置的Ｚ轴扫描器、Ｘ轴扫描器和Ｙ轴扫描器。而且，提供了激光驱动部、加工条件设置部分和校正量确定部分，其中激光驱动部分用于控制激光振荡部分和激光扫描部分，加工条件设置部分用于设置激光输出条件和加工图案作为以期望的加工图案进行加工的加工条件，以及校正量确定部分用于根据加工条件设置部分所设置的激光输出条件，将由热透镜效应引起的焦点位置在光轴方向上的偏移确定为焦点位置校正量。在激光照射期间，激光驱动控制部分以将校正量确定部分所确定的焦点位置校正量加到加工条件设置部分所设置的加工条件上的方式扫描激光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种诸如激光打标设备之类的用于将激光引导到待 加工的对象上来进行诸如印刷之类的加工的激光加工设备，并且涉及 一种激光加工方法以及一种用于对激光加工设备进行设置的方法。
技术介绍
激光加工设备适于在预定区域上扫描激光，用来将激光引导到 诸如元件和产品之类的待加工对象(工件)的表面上以在其上执行诸 如印刷和打标之类的加工。图22图示了激光加工设备的示范性结构。 该图所示的激光加工设备包括激光控制部分1、激光输出部分2和输 入部分3。激光控制部分1包括产生激发光的激光激发部分6，该激 发光被引导到激光介质8以产生激光振荡，其中所述激光介质8构成 了激光输出部分2内的激光振荡部分50中的振荡器。振荡激光从激 光介质8的发射端面发射，然后通过光束扩展器53进行光束直径扩 展，然后必要时被诸如反射镜之类的光学元件反射，然后被引导到激 光扫描部分9。激光扫描部分9使激光L被Galvano反射镜等反射， 以使激光L在期望的方向上偏振。而且，在激光扫描部分9下方设有 聚光部分15。聚光部分15是由用于聚集激光从而将激光引导到工作 区域的聚光透镜构成，在此由fe透镜构成。在工件WK的表面上扫描 从聚光部分15输出的激光L，从而在其上执行诸如印刷之类的加工。图23图示了用来在工件上扫描输出激光的激光扫描部分9的详 细结构。激光扫描部分9包括构成一对Galvano反射镜的X轴和Y轴扫描器14a和14b,以及用来旋转固定在各个旋转轴上的Galvano 反射镜的Galvano马达51a和51b。如图23所示，放置X轴和Y轴 扫描器14a和14b，使之呈现彼此垂直的姿态，这使得能通过在X方 向和Y方向上反射激光来扫描激光。而且，图23所示的激光加工设备另外还具有Z轴扫描器14c， 其能调整光轴方向上的焦点位置。这使得除了在二维平面内进行加工 之外，还能通过相对地改变高度方向(即Z轴方向)上的激光焦点位 置来执行三维加工。Z轴扫描器14c包括面向激光振荡部分的入射透 镜和面向激光发射侧的出射透镜，其中驱动马达等可以滑动这些透 镜，来改变这些透镜之间的距离，从而调整焦点位置，即高度方向上 的工作距离(WD)。这种激光加工设备适于通过对从激光振荡器发出 的激光功率、Q开关的频率和占空比等进行设置来调整输出(例如， 日本未经审查的专利公开第2000-202655号)。
技术实现思路
另一方面，激光晶体会由于热而引起晶体端面变形的现象，这 种现象被称为热透镜效应，这种现象将导致焦距变化的问题。这种热 透镜效应是由于激光照射而导致激光晶体局部升温的现象，从而将导 致折射率分布。例如，根据激光功率、Q开关的频率和Q开关的占空 比，诸如YAG激光器和YV04激光器之类的固体激光器中的固体激光 介质基于晶体内的反射率分布产生虚透镜即热透镜。这种热透镜效应 根据激光振荡器内保留的热量不同而在程度上有所不同，焦距根据热 透镜效应的程度而发生变化。如果焦距发生变化，这将阻止被设计为 用原始焦点位置来进行正常加工的激光加工设备进行原始的加工，从而降低了加工品质。为了避免这种问题，有必要以考虑到热透镜效应 而校正焦点位置的方式来手动调整待加工对象和激光加工设备之间 的工作距离。遗憾的是，影响热透镜效应的保留在激光振荡器内的热 量取决于为激光振荡器设置的值。因此，如果所设置的值发生变化， 则焦距也将发生变化。因此，每次改变激光加工条件时，需要重新设 置工作距离，这迫使用户执行非常复杂的调整操作。尤其是，大多数7的激光加工设备能够在待加工的区域内逐块地改变诸如激光功率、Q 开关的频率和占空比之类的条件。这将在各个加工模块中产生不同程 度的热透镜效应，从而导致一个问题，即很难使逐块执行的加工具有 相同的加工品质。为了克服这些现存问题设计了本专利技术。本专利技术的目的是提供一 种能调整焦点位置来处理热透镜效应的激光加工设备、激光加工方法 和用来对激光加工设备进行设置的方法。根据本专利技术第一方面的激光加工设备是一种能够将激光引导到 待加工的表面从而以期望的加工方式执行加工的激光加工设备，该激 光加工设备包括用于产生激光的激光振荡部分；激光扫描部分，其用来在工作 区域内扫描从激光振荡部分发出的激光，激光扫描部分包括Z轴扫描 器、X轴扫描器和Y轴扫描器，其中Z轴扫描器包括入射透镜和出射 透镜，并且在入射透镜和出射透镜的光轴与从激光振荡部发出的激光的光轴重合的状态下，z轴扫描器能够改变入射透镜和出射透镜之间沿着它们的光轴的相对距离以调整激光在光轴方向上的焦点位置，以 及X轴扫描器和Y轴扫描器用于在X轴方向上和Y轴方向上扫描通过Z轴扫描器的激光；用来控制激光振荡部分和激光扫描部分的激光驱 动控制部分；加工条件设置部分，其用来将激光输出条件和加工图案 设置为以期望的加工图案进行加工的加工条件；以及校正量确定部分，其用于根据加工条件设置部分设置的激光输出条件而将由热透镜 效应所引起的焦点位置在光轴方向上的偏移，确定为焦点位置校正量；其中，在激光照射期间，激光驱动控制部分使激光扫描以如下方 式进行，即将由校正量确定部分所确定的焦点位置校正量增大到由加 工条件设置部分所设置的加工条件。这使得通过能够实现三维加工的z轴扫描器能校正由热透镜效应引起的光轴方向上的偏移。这能省略激光加工设备中用来物理地调 整焦点位置的设置操作，从而实现一种具有能有助于进行初始设置的 良好可用性的激光加工设备。根据本专利技术第二方面的激光加工设备还包括用于引起激光脉冲8振荡的Q开关，其中加工条件设置部分至少能够设置激光功率、Q开关的频率和Q开关的0N/0FF占空比中的一个作为激光输出条件，当 加工条件设置部分朝着增大激光功率、降低Q开关的频率或增大Q 开关的0N/0FF占空比的方向进行设置时，校正量确定部分判断焦距 增大，从而朝着使焦点位置更近的方向来设置光轴方向上的焦点位置 校正量以处理热透镜效应，而当加工条件设置部分朝着减小激光功 率、增大Q开关的频率或减小0N/0FF占空比的方向来进行设置时， 校正量确定部分判断焦距减小，从而朝着使焦点位置更远的方向来设 置焦点位置校正量。因此，校正量确定部分能基于激光输出条件将焦点位置校正到 正确的焦点位置。具体来说，当焦距延长时，以使焦点位置更近的方 式来设置焦点位置校正量，而当焦距縮短时，以使焦点位置更远的方 式来设置焦点位置校正量。根据本专利技术第三方面的激光加工设备还包括校正量存储部分， 其用于预先存储与激光输出条件相关联的用于处理热透镜效应的光 轴方向上的焦点位置校正量，其中校正量确定部分通过从校正量存储 部分读取焦点位置校正量来确定对应于所设置的激光输出条件的焦点位置校正量。这使得能够容易地用校正量确定部分确定焦点位置校正量，从 而能通过校正量确定部分所进行的处理的负荷，实现快速加工。而且，在根据本专利技术第四方面的激光加工设备中，校正量确定 部分通过基于预设置的计算公式的计算来确定用来处理热透镜效应 的光轴方向上的焦点位置校正量。这使得在不使用表格等的情况下能正确地确定焦点位置校正量。而且，在根据本专利技术第五方面的激光加工设备中，加工条件设 置部分能够设置散焦量以使激光焦点位置有目的地偏离一定量，并且 校正量确定部分基于所设置的散焦量来确定用于处理热透镜效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工设备，其能够将激光引导到待加工表面上来以期望的加工图案执行加工，该激光加工设备包括：　激光振荡部分，该激光振荡部分用于产生激光；　激光扫描部分，该激光扫描部分用于在工作区域内扫描从所述激光振荡部分发出的激光，该激光扫 描部分包括Ｚ轴扫描器、Ｘ轴扫描器和Ｙ轴扫描器，其中Ｚ轴扫描器包括入射透镜和出射透镜，并且在入射透镜和出射透镜的光轴与从所述激光振荡部分发出的激光的光轴重合的状态下，能够改变入射透镜和出射透镜之间沿它们的光轴的相对距离，以调整激光在光轴方向上的焦点位置，以及Ｘ轴扫描器和Ｙ轴扫描器用于在Ｘ轴方向和Ｙ轴方向上扫描通过Ｚ轴扫描器的激光；　激光驱动控制部分，该激光驱动控制部分用于控制所述激光振荡部分和激光扫描部分；　加工条件设置部分，该加工条件设置部分用于设置激光输出条件和 加工图案来作为用于按照期望的加工图案进行加工的加工条件；　校正量确定部分，该校正量确定部分基于加工条件设置部分所设置的激光输出条件，将由热透镜效应所引起的焦点位置在光轴方向上的偏移确定为焦点位置校正量；　其中，在激光照射期间，所 述激光驱动控制部分使激光扫描以如下方式进行，即将所述校正量确定部分所确定的焦点位置校正量加到由所述加工条件设置部分设置的加工条件。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤雅夫，山川英树，
申请(专利权)人：株式会社其恩斯，
类型：发明
国别省市：JP[日本]