专利名称：激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照射激光来对加工对象物进行加工的激光加工装置。
背景技术：
作为以往的激光加工装置，有专利文献1所记载的。记载于该专利文献1的激光加工装置，在载物台的上方设置有激光头，以使从激光头放射激光的放射方向相对于承载加工对象物的载物台垂直。
采用如上所述结构是因为，当设置激光头，以使激光的放射方向相对于载物台平行时，为使激光相对于载物台垂直照射，就必需使用反射镜，导致构造复杂化。另外，由于反射镜受激光照射，在反射镜上产生热变形，由于其变形，存在使激光特性发生改变的问题。
专利文献1日本专利特开平5-245675号公报。
发明内容
但是，在如上所述激光加工装置中，存在有以下问题。即，从激光头放射的激光的放射方向，因每个激光头而产生偏差。因而，由于激光头的损伤等原因而更换激光头时，存在因每一激光头放射激光方向的偏差而使激光的放射方向从激光加工装置本体的光轴偏离的问题。上述激光放射方向的偏离，使在利用照射激光对加工对象物进行精密加工时产生特别大的问题。
本发明正是为解决上述问题，其目的在于提供一种可校正每个激光头放射激光方向的偏差的激光加工装置。
关于本发明激光加工装置是，向加工对象物照射激光来对加工对象物进行加工的激光加工装置，其特征在于，具有放射激光的激光头；保持激光头并冷却激光头的冷却套；将从激光头放射的激光调整至规定特性的光学系本体部；和配置在冷却套和光学系本体部之间，调整冷却套相对于光学系本体部的位置和倾斜的调整部。
在该激光加工装置中，由于利用冷却套保持并冷却激光头，所以可使激光头稳定的动作。而且，在该激光加工装置中，在因激光头损伤等而更换激光头时，即使激光的放射方向偏差，也可利用调整部调整冷却套相对于光学系本体部的位置和倾斜，由此使激光的放射方向与光学系本体部的光轴一致。如此，可利用该激光加工装置容易地校正每个激光头的激光放射方向的偏差。
而且，冷却套优选为，保持有开闭从激光头放射的激光光路的光闸单元，同时冷却光闸单元。利用该结构，可利用用于冷却激光头的冷却套，冷却因开闭激光光路而发热的光闸单元。如此，利用共用的冷却套，可高效地冷却激光头和光闸单元双方，并可实现激光加工装置的小型化。
另外，光学系本体部优选具有，调整从激光头放射的激光的光束尺寸的光扩束器(beam expander)；用于观察加工对象物的加工对象物观察光学系；和使激光聚光于加工对象物的加工用物镜。根据上述结构，可利用光扩束器调整从激光头放射的激光的光束尺寸，可利用加工对象物观察光学系观察加工对象物，还可利用加工用物镜使激光聚光于加工对象物，对加工对象物进行加工。
根据本发明，可校正每个激光头的激光发射方向的偏差。
图1表示本发明涉及的激光加工装置的一个实施方式结构简图。
图2为图1所示激光加工装置的激光头单元的立体图。
图3为图2所示调整部的分解立体图。
图4为Y轴校正机构的横剖面图。
图5为X轴校正机构的横剖面图。
图6为图2所示倾斜校正支点机构的纵剖面图。
图7为图2所示倾斜校正动点机构的纵剖面图。
图8为图7所示在倾斜校正动点机构中，将板状部件倾斜的状态的纵剖面图。
符号说明1激光加工装置
4光学系本体部11 冷却套13 激光头14 光闸单元15 调整部22 光扩束器42 加工用物镜L激光S加工对象物具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明涉及的激光加工装置的合适的图1表示本发明涉及的激光加工装置1的一个实施方式的结构简图。如图1所示，激光加工装置1是，将聚光点P调整到载置在载物台2上的平板状加工对象物S的内部，照射激光L，在加工对象物S内部形成由于多光子吸收的改质区域R的装置。载物台2在上下方向和左右方向上移动并可旋转移动，在该载物台2的上方配置有，主要由激光头单元3、光学系本体部4和物镜单元5构成的激光输出装置6。
激光头单元3，装卸自如地安装在光学系本体部4的上端部。该激光头单元3具有L字型的冷却套11，在该冷却套11的纵壁11a内，以蛇行状态埋设有流通冷却水的冷却管12。在该纵壁11a的前面，利用螺丝装卸自如地安装有，使激光L向下方放射的激光头13，和选择地实行开放及闭锁从该激光头13放射的激光L的光路的光闸单元14。因而，当激光头13损伤时，可更换激光头13。另外，可利用共用的冷却套11高效地对因驱动而发热的激光头13，和因闭锁激光L光路而发热的光闸单元14，并可实现激光加工装置1的小型化。而且，激光头13是使用例如NdYAG(Neodymium doped yttrium Aluminum Garnet参钕镱铝石榴石)激光的，作为激光L放射脉冲宽度1μs以下的脉冲激光。
而且，在激光头单元3中，在冷却套11底壁11b的下面，安装有用于调整冷却套11的位置和倾斜的调整部15。该调整部15用于使从激光头13放射的激光L光轴α与由光学系本体部4和物镜单元5设定的光轴β一致，以使其在上下方向上延伸。即，激光头单元3的冷却套11通过调整部15安装于光学系本体部4。其后，由调整部15调整冷却套11的位置和倾斜时，根据冷却套11动作调整激光头13位置和倾斜。由此，使激光L在其光轴α与光轴β一致的状态下在光学系本体部4内行进。而且，在冷却套11的底壁11b、调整部15和光学系本体部4的框体21上，形成有通过激光L的贯通孔。
另外，在光学系本体部4的框体21内的光轴β上，从上至下依次配置有扩大从激光头13放射的激光L的光束尺寸的光扩束器22；调整激光L输出的光衰减器(attenuator)23；观察由光衰减器23调整后的激光L输出的输出观察光学系24；调整激光L偏光的偏光调整光学系25。而且，在光衰减器23上安装有吸收去除激光的光束阻尼器26，该光束阻尼器26通过热管(heat pipe)27连接到冷却套11。由此，可防止吸收激光的光束阻尼器26过热。如上所述，将从激光头13放射的激光L，在光学系本体部4中调整至规定的特性。
而且，为了观察承载在载物台2上的加工对象物S，在光学系本体部4的框体21上安装有引导观察用可视光的导光管(light guide)28，在框体21内配置有CCD(Charge Coupled Devices电荷耦合器件)照相机29。利用导光管28将观察用可视光引导至框体21内，依次通过视野光圈31、标度线(reticule)32、二向色镜(dichroic mirror)33等之后，由配置在光轴β上的二向色镜34来反射。所反射的观察用可视光，沿光轴β向下方行进，照射在加工对象物S上。而且，激光L透过二向色镜34。
然后，在加工对象物S表面反射的观察用可视光的反射光，沿光轴β向上方行进，由二向色镜34反射。由该二向色镜34反射的反射光，再次由二向色镜33反射通过成像镜35等，入射到CCD照相机29。将由该CCD照相机29摄影的加工对象物S的图像显示在监视器(未图示)上。如上所述，由导光管28、CCD照相机29、视野光圈31、标度线32、二向色镜33、34、成像镜35构成加工对象物观察光学系。
另外，物镜单元5装卸自如地安装在光学系本体部4的下端部。由于物镜单元5利用多个定位销相对于光学系本体部4的下端部进行定位，所以可容易地使设定在光学系本体部4中的光轴β与设定在物镜单元5中的光轴β一致。在该物镜单元5框体41下端，间隔设置有使用压电(piezo)元件的制动器(actuator)43，在与光轴β一致的状态下安装加工用物镜42。而且，在光学系本体部4的框体21和物镜单元5的框体41上，形成有通过激光L的贯通孔。另外，由加工用物镜42聚光的激光L的聚光点P上的峰值功率密度为1×108(W/cm2)以上。
而且，在物镜单元5的框体41内，为使激光L的聚光点P位于从加工对象物S的表面规定的深度，配置有放射测量用激光的激光二极管44和受光部45。从激光二极管44放射测量用激光，依次由反光镜46、半反光镜47反射后，由配置在光轴β上的二向色镜48反射。反射的测量用激光，沿光轴β向下方行进，通过加工用物镜42照射在加工对象物S上。而且，激光L透过二向色镜48。
然后，使在加工对象物S表面反射的测量用激光的反射光，再次入射到加工用物镜42沿光轴β向上方进行，由二向色镜48反射。由该二向色镜48反射的测量用激光的反射光，通过半反光镜47入射到受光部45内，聚光在4等分光敏二极管所构成的4分割位置检测元件上。根据聚光在该4分割位置检测元件上的测量用激光的反射光的聚光像图案，可检测出由加工用物镜42的测量用激光的聚光点，相对于加工对象物S的表面处在哪个位置上。
下面，参照图2～图7进一步详细说明配置在冷却套11和光学系本体部4之间的调整部15。在此，以冷却套11的左右方向为X轴方向，前后方向为Y轴方向，上下方向为Z轴方向。
如图2及图3所示，调整部15由，相对于光学系本体部4使冷却套11在X-Y方向上移动的X-Y方向校正机构50，和相对于光学系本体部4调整冷却套11倾斜的倾斜调整机构51构成。X-Y方向校正机构50由Y轴校正机构52和X轴校正机构53构成，倾斜调整机构51设置在X-Y方向校正机构50上。
Y轴校正机构52具有长方形状的板状部件54；形成在框体21的顶板21a上的前侧缘部的螺栓保持部56；由该螺栓保持部56在Y轴方向上进行保持的进给螺栓57；和直立设置在顶板21a上的一对销58、59。在板状部件54的前侧侧面上形成螺栓孔61，在板状部件54的后侧缘部形成有在Y轴方向上延伸的一对切口62、63。
如图3和图4所示，板状部件54，在切口62内配置销58，且在使切口63内配置有销59的状态下承载在顶板21a上，进给螺栓57螺合在螺栓孔61。而且，在顶板21a的中央，形成有使从激光头13放射的激光L通过的贯通孔21b，在板状部件54的中央，同样也形成有使激光L通过的贯通孔64。
X轴校正机构53具有长方形的板状部件66；形成在板状部件54上的左侧缘部的螺栓保持部67；由该螺栓保持部67沿X轴方向上进行保持的进给螺栓68；和直立设置在板状部件54上的销69。在板状部件66的左侧侧面上形成有螺栓孔71，在板状部件66的右侧缘部形成有在X轴方向上延伸的切口72。
如图3和图5所示，板状部件66，在使切口72内配置有销69的状态下承载在板状部件54上，进给螺栓68螺合于螺栓孔71。而且，在板状部件66中央，形成有使从激光头13放射的激光L通过的贯通孔73。
另外，如图3所示，倾斜调整机构51由，板状部件66；长方形的板状部件74；在四角处连结这些板状部件66和板状部件74的1个倾斜校正支点机构77；和3个倾斜校正动点机构78构成。而且，在板状部件74中央，形成有使从激光头13放射的激光L通过的贯通孔79。
如图3和图6所示，倾斜校正支点机构77具有支持螺栓81，在该支持螺栓81的前端形成有小径螺栓部82。支持螺栓81贯穿板状部件74的螺栓插通孔83，小径螺栓部82螺合在形成于板状部件66上面的螺栓孔84。另外，从板状部件66的侧面形成螺栓孔86，以使其贯穿于该螺栓孔84。然后，在使支持螺栓81的小径螺栓部82螺合在螺栓孔84的状态下，将固定螺栓87螺合在螺栓孔86中，由于在固定螺栓87的前端压紧有小径螺栓部82，使支持螺栓81牢固地固定于板状部件66。
另外，在板状部件74和板状部件66之间，配置有使支持螺栓81贯穿的球体88和球面垫圈89、91，形成以各凹状球面垫圈89、91的球面夹住球体88的状态。
而且，在板状部件74上，以相互嵌合的状态配置有使支持螺栓81贯穿的凹状球面垫圈92和凸状球面垫圈93，在这些凹状球面垫圈92和凸状球面垫圈93的上侧，在支持螺栓81上螺合螺母94。
另外，如图3和图7所示，倾斜校正动点机构78也具有支持螺栓81，支持螺栓81贯穿板状部件74的螺栓插通孔83，小径螺栓部82螺合于形成在板状部件66上面的螺栓孔84。而且，在使支持螺栓81的小径螺栓部82螺合在螺栓孔84的状态下，使固定螺栓87螺合于形成在板状部件66侧面上的螺栓孔86，在固定螺栓87的前端压紧小径螺栓部82，使支持螺栓81牢固地固定于板状部件66。
在板状部件74与板状部件66之间，在相互嵌合的状态下配置有使支持螺栓81贯穿的凹状球面垫圈96和凸状球面垫圈97。而且，在这些凹状球面垫圈96和凸状球面垫圈97的下侧，在支持螺栓81上螺合螺母98。
另外，在板状部件74上，在相互嵌合的状态下配置有使支持螺栓81贯穿的凹状球面垫圈99和凸状球面垫圈101，而且，在这些凹状球面垫圈99和凸状球面垫圈101的上侧，在支持螺栓81上螺合螺母102。
说明如以上结构的调整部15的使用方法一个实例。该调整部15用在激光头13更换等情况下。
如图4所示，当正转或逆转Y轴校正机构52的进给螺栓57时，板状部件54由销58和销59导引在Y轴方向上移动。随着该移动，位于板状部件54上方的X轴校正机构53、倾斜调整机构51、和冷却套11则相对于顶板21a在Y轴方向上移动，从而可使激光头13的光轴α与光学系本体部4的光轴β，在X轴方向上一致。
接着，如图5所示，当正转或逆转X轴校正机构53的进给螺栓68时，板状部件66由销69导引在X轴方向上移动。随着该移动，位于板状部件66上方的倾斜调整机构51和冷却套11，则相对于顶板21a在X轴方向上移动，从而可使激光头13的光轴α与光学系本体部4的光轴β在Y轴方向上一致。
另外，在倾斜调整机构51中，松开倾斜校正支点机构77的螺母94，和各倾斜校正动点机构78的螺母98、102(参照图6和图7)。然后，使固定有冷却套11的板状部件74倾斜，以使激光头13的光轴α与光学系本体部4的光轴β一致。此时，在倾斜校正支点机构77中，凹状球面垫圈89、91的各凹状球面相对于球体88的球面滑动，凹状球面垫圈92的凹状球面与凸状球面垫圈93的凸状球面滑动，同时使板状部件74倾斜。另外，在各倾斜校正动点机构78中，如图8所示，凸状球面垫圈97的凸状球面与凹状球面垫圈96的凹状球面滑动，凹状球面垫圈99的凹状球面与凸状球面垫圈101的凸状球面滑动。然后，在使板状部件74的倾斜达到最合适状态下，将倾斜校正支点机构77的螺母94在下方锁紧，同时使各倾斜校正动点机构78的螺母98和螺母102从两侧向板状部件74锁紧，固定板状部件74。
如此，通过使用倾斜调整机构51，可调整板状部件74的倾斜。在此，在板状部件74上安装有冷却套11，在该冷却套11上安装有激光头13。因而，可通过倾斜调整机构51来调整板状部件74的倾斜，并由此调整激光头13的倾斜。
如上所述，用X-Y方向校正机构50和倾斜调整机构51，调整激光头13相对于光学系本体部4的位置和倾斜，由此，可使激光头13的光轴α与光学系本体部4的光轴β一致。因而，即使每个激光头的激光L的放射方向发生偏差时，在每次的更换激光头13时，利用调整部15可容易地校正每个激光头13的激光放射L方向的偏差。而且，利用该调整部15的光轴调整，也可用在使激光头13以每个冷却套11来更换的情况。
以上，基于实施方式对本发明进行了具体说明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，亦可设置马达，以利用电动来旋转Y轴校正机构52的进给螺栓57或X轴校正机构53的进给螺栓68。另外，在上述实施方式中，在使板状部件74和板状部件66连结的四个角中，在三个角的位置上设置了倾斜校正动点机构96，但也可设于任意的二角处，稳定地连结板状部件74和板状部件66。另外，在上述实施方式中，光学系本体部4与物镜单元5独立设置，但并不限定于此，只要激光加工装置是可在光学系本体部4中安装物镜单元5的构造即可。
产业上的利用可能性根据本发明，可校正每个激光头的激光的放射方向的偏差。
权利要求
1.一种激光加工装置，是向加工对象物照射激光，对加工对象物进行加工的激光加工装置，其特征在于，具有放射激光的激光头；保持所述激光头并冷却所述激光头的冷却套；将从所述激光头放射的激光调整至规定特性的光学系本体部；和配置在所述冷却套和所述光学系本体部之间，调整所述冷却套相对于所述光学系本体部的位置和倾斜的调整部。
2.如权利要求1所述激光加工装置，其特征在于所述冷却套，保持使从所述激光头放射的激光光路开闭的光闸单元，同时冷却所述光闸单元。
3.如权利要求1所述激光加工装置，其特征在于，所述光学系本体部具有调整从所述激光头放射的所述激光的光束尺寸的光扩束器；用于观察所述加工对象物的加工对象物观察光学系；和将所述激光聚光于所述加工对象物的加工用物镜。
全文摘要
本发明提供一种激光加工装置，可校正每个激光头的激光的放射方向的偏差。在激光加工装置(1)中，由于利用冷却套(11)保持并冷却激光头(13)，所以可使激光头(13)稳定动作。而且在激光加工装置(1)中，在因激光头(13)的损伤等而更换激光头(13)时，即使激光(L)的放射方向发生偏差，也可利用调整部(15)调整冷却套(11)相对于光学系本体部(4)的位置和倾斜，由此可使激光(L)的放射方向与光学系本体部(4)的光轴一致。如此，根据激光加工装置(1)，可容易地校正每个激光头(13)的激光的放射方向的偏差。
文档编号B23K26/42GK1890048SQ200480036909
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月6日 优先权日2003年12月12日
发明者栗田典夫, 内山直己 申请人:浜松光子学株式会社