激光加工设备、其操作方法以及使用其加工工件的方法技术

改良用于激光加工工件的设备与技术，并且提供新功能。本发明专利技术讨论的某些实施例和使用射束特征化工具达成适应性加工、加工控制、以及其它所希望的特点有关。其它实施例则关于并入积分球的激光功率传感器。本发明专利技术的再其它实施例关于能够同步提供不同工件给共同激光加工设备的工件搬运系统。本发明专利技术亦详细说明众多其它实施例和配置。它实施例和配置。它实施例和配置。

【技术实现步骤摘要】
激光加工设备、其操作方法以及使用其加工工件的方法
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张下面美国临时专利申请案的权利：2018年6月5日提申的美国临时专利申请案第62/680,856号、以及2018年6月22日提申的美国临时专利申请案第62/688,484号。本文以引用的方式将前述每一案完全并入。


[0003]本文中所讨论的实施例大体上关于用于激光加工工件的设备，且更明确地说，关于并入射束特征化工具的激光加工设备、其操作方法以及使用其激光加工工件的方法。

技术介绍

[0004]当激光加工一工件时，已知该工件处的入射激光能量射束的对焦尺寸和形状对计算通量(也就是，单位面积的能量)和定义强健制程而言相当重要。如本文中用法，如果在该激光加工设备的多项特征的设计公差中并且在随着时间经过因环境变化、搬运、和污染所造成的设备和工件特征轻微变化中皆能符合所希望的质量规格，那么，该制程便「强健」。
[0005]对焦激光光点尺寸和形状通常在初始安装且正确对准该激光加工设备内的光学组件之后即妥适定义。然而，当在加工期间使用失焦激光光点及/或在该激光和该激光加工设备受到无法捉摸的时间、温度变动、机械震动与应力、以及光学污染影响之后，该工件处的激光光点尺寸和形状便会改变。举例来说，因为激光里面主要出现在「束腰」处的自然散光的关系，使用失焦激光光点时的有效光点尺寸的变异会多过使用对焦激光光点。再者，激光光点输出会随着激光的寿命而衰减，从而造成该工件处的光点尺寸和形状的非所希望的变化。其次，当具有光学射束传递系统的激光系统受到温度变动以及机械震动与应力影响时，该激光加工设备的光学组件和光学基座并且于该激光本身里面皆会细微漂移，从而造成该工件处的光点尺寸变异。最后，当光学组件被碎屑、粉尘、油、以及其它环境污染物污染时，射束会沿着该设备内的射束路径产生失真，从而造成该工件处的光点尺寸和光点形状的变动。
[0006]用于监视激光光点尺寸和形状以及用于减少或补偿其变异的习知技术包含下面一或更多者：监视与控制激光功率，用以调整被传递至该工件的激光脉冲的通量(能量/单位面积)，以便补偿光点尺寸变化；使用已知具有稳定脉冲能量的激光，以便确保脉冲能量一致性；使用已知具有低射束尺寸/形状变异性的稳定激光；使用强健光学设计，以便减少特定光点尺寸/形状变异性；使用强健机械设计，以便防止因光学漂移造成的环境诱发射束质量变化；在设置或安装激光加工设备期间使用强健光学对准实行方式，以便确保光点尺寸在每一个激光加工设备间有令人满意的一致性；开发更强健的激光加工配方，虽然有某个范围的光点特征、功率变异、以及射束定位变异，但是能够传递可接受的质量(能够达成的制程配方通常会有强健性极限，并且在制程强健性和制程生产能力之间通常会有反向关系：当制程更强健时，制程的速度/生产能力通常会下降)。
[0007]用于激光加工较薄、可挠性工件(亦称为「网板(web)」)的系统或设备有时候具备
搬运系统或是搭配搬运系统使用，该搬运系统被调适成用以将该网板引导至该激光加工设备(举例来说，使得该网板能够进行激光加工)并且用以将已激光加工的网板从该设备处移开。然而，习知搬运系统已知每次仅能够搬运一种类型的网板材料。进一步言之，习知激光加工设备通常在进行激光加工之前先将该网板固定于夹盘或其它固定装置且接着在激光加工期间移动该固定装置(因而移动该网板)。据此，某些习知搬运系统已知并入跳动滚轮装配件(dancer roller assembly)，该装配件系运作用以在该固定装置移动时拉紧或松弛该网板。然而，在该固定装置移动移动和该些跳动装配件中的滚轮移动之间会有延迟，其会造成该网板中非所希的张力或应变，从而可能破坏该网板。
附图说明
[0008]图1概略图解根据一个实施例的激光加工设备。
[0009]图2与图3概略图解根据一个实施例的第三定位器110的操作，其具有被镶嵌在该处的射束特征化工具，用以量测射束特征。
[0010]图4概略图解根据一个实施例而显示在图2与3中的射束特征化工具。
[0011]图5概略图解根据另一实施例而显示在图4中的射束特征化工具的基板上的目标物排列。
[0012]图6概略图解根据另一实施例而显示在图2与3中的射束特征化工具。
[0013]图7概略图解根据一个实施例而并入激光传感器系统的激光加工设备。
[0014]图8概略图解根据一个实施例的工件搬运系统。
[0015]图9概略图解根据一个实施例而显示在图8中的工件搬运系统的跳动装配件。
[0016]图10概略图解根据另一实施例的跳动装配件。
[0017]图11概略图解根据另一实施例的工件搬运系统的解绕装配件。
[0018]图12与图13概略图解分别如图11与图12所示的分别沿着直线XII
‑
XII
’
和XIII
‑
XIII
’
所获得的各种平面视图。
[0019]图14概略图解以恒定脉冲重复率被传递至工件的激光脉冲所照射的加工光点排列，其是在该些激光脉冲被共振扫描面镜系统偏折之后。
[0020]图15概略图解根据一个实施例的以恒定脉冲重复率被传递至工件的激光脉冲所照射的加工光点排列，其是在该些激光脉冲被共振扫描面镜系统与另一定位器偏折之后，该另一定位器被配置成用以补偿该共振扫描面镜系统的正弦振荡。
[0021]图16至19概略图解用以形成特征组件的扫描图样范例。

技术实现思路

[0022]于一个实施例中，本专利技术提供一种用于加工工件的激光加工设备，其包含：激光源，操作用以产生激光能量射束，其中，该激光能量射束可沿着射束路径传播；声光偏折器系统，被排列在该射束路径内并且操作用以偏折该激光能量射束可沿着传播的射束路径；分光器，被排列在该声光偏折器系统的光学下游处，该分光器被配置成用以反射沿着来自该声光偏折器系统的射束路径传播的该激光能量射束的第一部分并且用以透射沿着来自该声光偏折器系统的射束路径传播的该激光能量射束的第二部分，其中，该激光能量射束的该第一部分沿着第一路径传播以及该激光能量射束的该第二部分沿着第二路径传播；以
及激光传感器系统，被排列在该第二路径内，其中，该激光传感器系统被配置成用以量测沿着该第二路径传播的激光能量。
[0023]于另一实施例中，本专利技术提供一种用于加工工件的激光加工设备，其包含：激光源，操作用以产生激光能量射束，其中，该激光能量射束可沿着射束路径传播；扫描透镜，被排列在该射束路径中并且操作用以聚焦该激光能量射束；定位器，操作用以支撑该工件；以及射束特征化工具，被耦接至该定位器。该射束特征化工具会包含：符记，其具有被排列在基板上的多个目标物，其中，该些目标物由不透射该激光能量射束的材料所形成，且其中，该基板由相较于该些目标物较会透射该激光能量射束的材料所形成；光侦测器，被排列在该符记的光学下游处；以及光学滤波器，被排列在该符记与该光侦测器之间，该光学滤波器被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于加工工件的系统，所述工件被提供成为网板材料，所述系统包括：激光加工设备，其包含：激光源，操作用以产生一激光能量射束，其中，所述激光能量射束可沿着一射束路径传播；以及固定装置，操作用以将所述工件固定于和所述射束路径相交的位置处，其中，所述固定装置可沿着第一方向移动工件搬运系统，其包含：解绕转轴，操作用以支撑所述工件的材料滚筒，其中，所述解绕转轴操作用以供应所述工件给所述激光加工设备；重绕转轴，操作用以支撑所述工件的材料滚筒，其中，所述重绕转轴操作用以接收来自所述激光加工设备的工件；以及跳动装配件，包括可移动框架以及被耦接至所述框架的跳动滚轮，其中，所述跳动装配件被排列成，当所述工件的第一部分被固定于所述固定装置时，所述工件的第二部分系部分卷绕于所述跳动滚轮，其中，所述框架可相对于选择自由所述解绕转轴与所述重绕转轴所组成之群中的至少其中一者移动，以及其中，所述跳动滚轮可相对于所述框架移动。2.一种用于加工多个工件的系统，每一个工件被提供成为一网板材料，所述系统包括：激光加工设备，其包含：激光源，操作用以产生一激光能量射束，其中，所述激光能量射束可沿着穿过加工区的射束路径传播，其中，所述加工区的尺寸被设计成同时容纳多个工件；以及工件搬运系统，其包含：第一转轴，操作用以供应第一工件给所述激光加工设备；以及第二转轴，操作用以供应第二工件给所述激光加工设备；跳动装配件，包括框架、被耦接至所述框架的第一跳动滚轮及被耦接至所述框架的第二跳动滚轮；以及第一空转轮，其中，所述跳动装配件及空转轮被设置为，当所述第一工件的第一部分以及所述第二工件的第一部分容纳在所述加工区内时，所述第一工件的第二部分及第三部分系部分卷绕于所述空转轮及所述第一跳动滚轮，且所述第二工件的第二部分及第三部分系部分卷绕于所述空转轮及所述第二跳动滚轮。3.一种激光加工设备，其包括：激光源，操作用以产生激光能量射束，其中，所述激光能量射束可沿着射束路径传播；至少一个构件，操作用以对所述激光能量射束实施选择自由下面所组成之群中的至少其中一个作动：(a)偏折所述激光能量射束，(b)调整所述激光能量射束的束腰在所述射束路径中的位置，(c)调整所述激光能量射束的功率，以及(d)调整所述激光能量射束的射束尺寸；射束特征化工具，操作用以量测所述激光能量射束的一或更多项特征并且产生代表所述已量测射束特征中一或更多者的量测资料；以及
至少一个处理器，操作用以：处理所述量测数据，用以取得和所述激光能量射束的所述一或更多项已量测特征相关联的一或更多个量测值；以及当所述一或更多个量测值超出临界加工公差时，输出一或更多控制讯号给所述至少一个构件，其中，所述一或更多控制讯号被配置成用以让所述至少一个构件对所述激光能量射束实施至少一个作动，使得所述激光能量射束的所述一或更多项已量测特征会被带回到所述临界加工公差里面。4.一种激光加工设备，其包括：激光源，操作用以产生激光能量射束，其中，所述激光能量射束可沿着一射束路径传播；至少一个构件，操作用以对所述激光能量射束实施选择自由下面所组成之群中的至少其中一个作动：(a)偏折所述激光能量射束，(b)调整所述激光能量射束的束腰在所述射束路径中的位置，(c)调整所述激光能量射束的功率，以及(d)调整所述激光能量射束的射束尺寸；射束特征化工具，操作用以量测所述激光能量射束的一或更多项空间特征与一或更多项能量特征并且产生代表所述已量测特征中一或更多者的量测资料；以及至少一个处理器，操作用以：处理所述量测数据，用以取得和所述激光能量射束的所述一或更多项已量测空间特征及所述一或更多项已量测能量特征相关联的一或更多个量测值；以及当和所述一或更多项已量测空间特征相关联的一或更多个量测值超出第一临界加工公差且所述一或更多项已量测能量特征超出第二临界加工公差时，输出一或更多控制讯号给所述至少一个构件，其中，所述一或更多控制讯号被配置成用以让所述至少一个构件对所述激光能量射束实施至少一个作动，使得所述激光能量射束的所述一或更多项已量测能量特征会落在所述第二临界加工公差里面。5.一种用于加工工件的激光加工设备，其包括：激光源，操作用以产生激光能量射束，其中，所述激光能量射束可沿着射束路径传播；至少一个定位器，操作用以赋予所述射束路径与所述工件之间的相对移动；射束特征化工具，操作用以量测所述激光能量射束的一或更多项空间特征并且产生代表所述已量测特征中一或更多者的量测资料；以及至少一个处理器，操作用以：处理该量测数据，用以取得和所述激光能量射束的所述一或更多项已量测空间特征相关联的一或更多个量测值；以及当和所述一或更多项已量测空间特征相关联的一或更多个量测值超出临界加工公差时，输出一或更多控制讯号给所述至少一个定位器，其中，所述一或更多控制讯号被配置成用以在所述射束路径与所述工件之间的相对移动由所述至少一个定位器赋予时让所述至少一个定位器修正所述激光能量射束所照射的加工光点被扫描的轨线。
6.一种射束定位系统，其包括：声光偏折器，被排列且被配置成用以沿着轴线偏折激光能量射束；共振扫描面镜系统，被排列且被配置成以时间为函数的正弦形式沿着所述轴线偏折经所述声光偏折器偏折后的激光能量射束；以及控制器，被配置成用以控制所述声光偏折器的操作，使得可依序被所述声光偏折器与所述共振扫描面镜偏折的激光能量射束可以时间为函数的非正弦形式偏折。7.根据权利要求1的系统，其中所述跳动装配件是相对于所述框架而线性移动。8.根据权利要求1的系统，其中所述跳动装配件包括传感器，所述传感器设置在沿着跳动滚轮线性移动的方向上并且被配置成测量到所述工件的所述第二部分的距离以及产生代表所述量测距离的传感器数据。9.根据权利要求8的系统，其进一步包括控制器，所述控制器耦接到所述工件搬运系统以及耦接到所述传感器的输出，其中所述控制器被配置以根据所述传感器数据来控制所述解绕转轴和所述重绕转轴的操作。10.根据权利要求1的系统，其中所述跳动滚轮借由弹压构件耦接到所述框架，所述弹压构件被配置成对所述跳动滚轮施加力。11.根据权利要求10的系统，其中所述弹压构件包括从下列组成的群组中选择的至少一个:气动式圆柱、液压式圆柱、弹簧式单一作动圆柱。12.根据权利要求2的系统，其中所述框架相对于由下列所组成的群组中选择的至少一个移动:所述第一转轴和所述第二转轴。13.根据权利要求2的系统，其中由下列所组成的群组中选择的至少一个是相对于所述框架而线性移动:所述第一跳动滚轮以及所述第二跳动滚轮。14.根据权利要求3的激光加工设备，其中射束特征化工具操作用以测量所述激光能量射束的一个或多个空间特征。15.根据权利要求3的激光加工设备，其中所述至少一个构件包括所述激光源。16.根据权利要求3或4的激光加工设备，其中所述至少一个构件包括由下列所组成的群组中选择的至少一个:声光偏折器(AOD)系统、微机电系统(MEMS)面镜系统、快速操控面镜(FSM)组件、检流计面镜系统以及工件载台。17.根据权利要求3或4的激光加工设备，其中所述至少一个构件包括可变式光学衰减器。18.根据权利要求3或4的激光加工设备，其中所述至少一个构件包括由下列所组成的群组中选择的至少一个:变焦透镜、可变式聚焦透镜、电动可变式射束扩展器、变形面镜、可变式半径面镜、可变式聚焦摩尔透镜、电动Z轴透镜、电动虹膜光圈、电动孔径轮。19.根据权利要求5的激光加工设备，其中所述至少一个构件包括所述至少一个定位器。20.根据权利要求19的激光加工设备，其中所述至少一个定位器包括由下...

【专利技术属性】
技术研发人员：派崔克，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：