活动扫描场制造技术

一种能量束加工系统，包括发射能量束的发射器和将系统的瞳孔尺寸调节为多个值的波束调节光学器件，例如缩放望远镜。瞳孔尺寸的调节可以自动、半自动或者手动进行。在手动模式中，可以提供说明给操作员（例如通过监视器或者预先编程的语音说明）以表明如何调节瞳孔尺寸。聚焦透镜将沿着各个路径导引调节后的波束聚焦到所述聚焦透镜的视场包含的扫描场内的不同焦点。波束导引光学器件配置为支持所述聚焦透镜的视场内的多种扫描场。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种能量束扫描，并且尤其涉及对于可应用到加工操作的激光束特性进行优化。
技术介绍
能量束例如激光束等在各种不同类型的加工操作中广泛使用，包括通常所称的微加工操作。在传统的微加工操作中，使用激光束在基底上加工部件，例如印刷电路板和面板。一种典型的微加工操作包括对基底上印制的电阻和电容进行激光切割。图1显示了用于电阻切割类型的传统激光束微加工系统10。系统10包括在系统控制器55的控制下工作的激光束发射器15。发射的激光束20穿过固定的波束放大器25到达扫描子系统30。如图所示，扫描子系统30包括波束导引光学器件35和聚焦透镜40。扫描子系统30也在系统控制器55的控制下工作。波束20由波束导引光学器件35导引通过聚焦透镜40。波束导引光学器件35包括一对电流驱动反射镜(galvo driven mirrors)。聚焦透镜40具有一定视场并且对波束20进行聚焦从而波束20冲击基底50上的电阻45上的点22，由此进行切割操作。X-Y平台在两个轴的方向上移动基底50，从而将电阻定位在透镜40的视场下。导引波束的焦点22冲击基底50，从而执行切割操作。固定的波束放大器25设置进入扫描系统30的波束的尺寸(有效入口瞳孔)。如图1所示，使用固定波束放大器25使得具有对应于焦平面上焦点22处的波束光点尺寸B’的瞳孔尺寸B的准直波束进入扫描子系统。因此，如果需要更大或者更小的光点尺寸，必须使用具有适当波束放大率的其他的波束放大器替代固定波束放大器25以得到所需的光点尺寸。通常的，如果在焦点22处需要更大的光点尺寸，则必须使用能够使得进入扫描子系统的波束的有效入口瞳孔尺寸小于B的固定波束放大器替代固定波束放大器25。另一方面，如果在在焦点22处需要更小的光点尺寸，则必须使用能够使得进入扫描子系统的波束的有效入口瞳孔尺寸大于B的固定波束放大器替代固定波束放大器25。在这些情况下，必须更换波束放大器。并且，近来越来越需要如图1所示的装置用于加工具有各种尺寸和/或各种形状的基底上的部件。改变基底的尺寸和/或形状导致需要改变必须由具有所需光点尺寸的聚焦波束覆盖的扫面场的尺寸。X-Y平台移动的步长可能也必须作相应的改变。波束方位的精确度和聚焦远心(telecentricity)度也可能随着场大小的改变而变化。传统的激光加工系统中的视场内可实现的光点尺寸受到多种因素的制约，包括瞳孔尺寸和聚焦透镜特性。相关的聚焦透镜特性包括透镜焦距，透镜在大角度下的性能下降，聚焦透镜的聚焦远心，以及聚焦透镜的复杂度和成本。对于性能下降而言，可以理解，在需要较小光点时，通过聚焦透镜的外侧区域将波束聚焦通常会导致性能下降。并且，当场大小增加时，波束方位精度在焦平面的周边附近可能下降。而且，在非远心系统中，聚焦远心可能在场大小增加时在焦平面的周边附近下降。为了解决较大的扫描场，必须使用具有很大视场和长焦距的聚焦透镜。在不增加波束瞳孔尺寸时，这会导致焦平面处波束的光点尺寸很大。然而，如果增加了瞳孔尺寸，则反射镜或者其他波束导引部件的尺寸也必须增加，从而降低了动态性能。为了实现焦平面处更小的波束光点尺寸而不增加焦距，必须增加波束导引光学器件处的波束瞳孔尺寸。对于某些扫描场应用场合，需要具有很高的聚焦远心度的聚焦透镜。然而，如果待加工的部件的组装密度很高，导致在焦平面处需要很小的波束光点尺寸，则设计并且制造这种聚焦透镜的复杂度和成本会非常高。因此，在具有不同尺寸和/或形状的基底上加工各种组装密度的部件的传统方法是利用单独的系统，具有固定的场大小和X-Y平台步长，对各个特定加工应用按照需要进行优化。需要针对不同场的单独的聚焦透镜。不同的聚焦透镜在开始对特定工作加工部件之前需要在扫描子部件中手动安装和卸载。这导致了制造成本增加。因此，需要能够在具有不同尺寸和/或形状的基底上加工各种组装密度的部件而不需要借助于不同系统或者手动改变扫描子部件中的聚焦透镜的加工系统。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种灵活优化的材料加工系统。所述系统包括配置为发射激光波束的激光发射器。具有一定波束放大率的波束调节光学器件配置为通过调节波束放大率而调节所发射的激光波束。波束导引光学器件配置为提供与调节后的激光波束相对应的可变有效瞳孔。所述波束导引光学器件进一步配置为将调节后的波束导引到扫描场内的一个或多个目标。具有至少包含所述扫描场的视场的透镜配置为将导引的激光波束聚焦到扫描场内的一个或多个目标上。控制处理器配置为接收与材料加工参数相对应的输入，并且基于至少一个所述材料加工参数而发出至少一个优化控制信号。所述波束调节光学器件例如可以为缩放(zoom)望远镜。所述波束导引光学器件例如可以为一个或多个电流反射扫描器(galvanometer mirrorscanner)。所述系统可以进一步包括运动系统，配置为相对于所述扫描场移动包含至少一个目标的工件，并且将至少一个目标定位在扫描场内以进行加工(例如电路部件的激光切割或者存储器阵列中的链接吹净(linkblasting))。在一个实施例中，所述优化控制信号为与扫描场大小相对应的波束导引光学器件的最优有效瞳孔。在另一个实施例中，所述优化控制信号为对应于波束导引光学器件的有效瞳孔、聚焦的激光波束光点尺寸、定位精度、扫描速度、运动系统的材料处理步长以及聚焦远心值中一者的最优扫描场大小。在另一个实施例中，所述优化控制信号为对应于扫描场大小、运动系统的步进周期、基底尺寸以及基底选定区域的尺寸中一者的最优材料处理步长。注意，所述波束调节光学器件可以自动或者手动操作以根据由所述控制器确定的最优波束放大率而调节波束放大率。所述材料加工参数例如可以为光点尺寸、基底尺寸、基底选定区域的尺寸、基底选定区域的方向、组装密度、运动系统的步进时间、运动系统的步长、运动系统的步进次数、扫描速度、定位精度、聚焦远点值以及所需光点质量中的任何一者。所述控制器可以配置为基于所述材料加工参数而确定波束放大率、扫描场尺寸以及运动系统的材料处理步长中的至少一个优化值。在一种特定情况中，波束放大率为第一值，并且扫描场为第一扫描场。此处，所述波束调节光学器件进一步配置为再次将波束放大率从所述第一值调节到第二值，并且所述波束导引光学器件进一步配置为将再次调节后的波束导引到第二扫描场内的目标。在一个实施例中，第一扫描场具有第一尺寸并且第二扫描场具有第二尺寸。在另一个实施例中，第一扫描场具有第一形状并且第二扫描场具有第二形状。在另一种特定情况中，所述透镜的视场至少包含第一扫描场和第二扫描场，并且进一步配置为将具有第一有效瞳孔尺寸的第一导引激光波束聚焦到第一扫描场内的一个或多个目标，并且将具有第二有效瞳孔尺寸的第二导引激光波束聚焦到第二扫描场内的一个或多个目标，其中至少一个扫描场尺寸受到视场上的光点尺寸下降的限制。所述系统可以包括控制处理器，该控制处理器配置为接收标识扫描场的输入，并且基于所接收到的输入而发出扫描控制信号。此处，所述波束导引光学器件进一步配置为根据所发出的扫描控制信号而导引调节后的波束。所述系统可以包括控制处理器，该控制处理器配置为接收对应于聚焦波束的光点尺寸的输入，并且基于所接收到的输入发出光点尺寸控制信号。此处，所述波束调节光学器件进一步配置为根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种灵活优化的材料加工系统，包括：激光发射器，配置为发射激光波束；波束调节光学器件，具有一定的波束放大率，并且配置为通过调节波束放大率而调节所发射的激光波束；波束导引光学器件，配置为提供与调节后的激光波束相对应的可变 有效瞳孔，所述波束导引光学器件进一步配置为将调节后的波束导引到扫描场内的一个或多个目标；透镜，具有至少包含所述扫描场的视场，配置为将导引的激光波束聚焦到所述扫描场内的一个或多个目标上；以及　控制处理器，配置为接收与材料加工参 数相对应的输入，并且基于至少一个所述材料加工参数而发出至少一个优化控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AT基泰，JS埃尔曼，
申请(专利权)人：通明国际科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]