TWM510208U - 雷射加工裝置 - Google Patents

Description

雷射加工裝置

本創作係有關一種雷射加工裝置，特別是有關一種可以改善雷射光束變形、對焦問題之雷射加工裝置。

雷射(Laser)為激勵放射進行光放大作用產生的光線。雷射的種類隨著發光物質之不同而有所差異，根據不同種類的雷射光所產生之功率及特性，使其能夠應用於不同用途上。雷射加工為一種常見的加工手段，其以雷射光束於一加工物的特定位置產生各種加工，例如記號之刻印、加工物之焊接、切割或表面處理等。

請參閱圖3A至圖3C。在現有的雷射加光裝置中，由於其光學鏡頭的特性，導致雷射光束的加工區域存在失真、變形。舉例來說，如圖3A所示，原本雷射加工圖案應該是正方格的圖案，由於光學鏡頭的特性造成加工圖案30變形而成非正方格的圖案。或者，如圖3B所示，由於光學鏡頭的特性，雷射光束31聚焦在一曲面上而非平面32上，而導致在平面32上的雷射加工圖案(如圖3B中A字母偏移，並非位於同一直線上)失真或變形。另外，如圖3C所示，若雷射光束31的聚焦位置33改變，也會讓雷射光束31在加工物上的原本成像寬度M1變成寬度M2，寬度M2的位置、大小或粗細都與寬度M1有很大的不同。

請參閱圖4A至圖4E。圖4A係為現有雷射加工裝置的聚焦光點的示意圖。如圖4A所示，在現有的雷射加工裝置中，於聚焦的過程，雷射光束40會通過反射鏡片41傳遞至凸透鏡42，因為凸透鏡42的出光面421為一弧凸面，因此雷射光束40通過凸透鏡42而聚焦於一曲面43上，此時，請參考圖4B，該雷 射光束40在曲面43的聚焦光斑為固定大小的圓點44。然而，當一加工物位於平面45時，現有雷射加工裝置產生的聚焦光斑自然無法聚焦於該平面45上。

圖4C係為另一種現有雷射加工裝置之聚焦光點的示意圖。如圖4C所示，在此雷射加工裝置中，利用平場雷射聚焦透鏡模組(flat-field scanning lens)46取代現有的凸透鏡以改善光束僅能聚焦於曲面的問題。然而，透過在該平場雷射聚焦透鏡模組46設計鏡面曲率，搭配鏡片組，雖然使傾斜的光軸可以聚焦於一平面45上，但請參考圖4D，雷射光束40在平面45上的聚焦光斑形成橢圓光點47，而非圓點，造成區域存在失真。若使用在較高精密的雷射加工上，必然會產生誤差。

圖4E係為再一現有雷射加工裝置之聚焦光點的示意圖。如圖4E所示，在此雷射加工裝置中，利用f-thera鏡組48改善使用前述平場雷射聚焦透鏡模組的缺點，除了讓雷射光束40聚焦於平面45上，且形成在平面45上的聚焦光斑為圓點(如圖4B所示)。然而，使用f-thera鏡組48雖然可以改善光斑變形的問題，卻產生因為加工物與雷射加工裝置之間的距離改變，光束聚焦的寬度與距離也跟著改變的問題。如圖4F所示，若雷射光源50需要在不同高度的聚焦面對加工物49進行加工時，舉例來說，需要在高度L1、高度L2或高度L3上對加工物49進行加工，若不移動聚焦透鏡51，光束聚焦在不同高度會有不同寬度(如圖4F的寬度N1與寬度N2)，需要移動或更換聚焦透鏡51來改善光束聚焦的寬度與距離改變的問題，造成使用上的不便。

因此存在一種需求，設計雷射加光裝置來改善光斑形成橢圓光點的問題，且無需更換或移動透鏡，使雷射光束聚焦的寬度與距離不變。

本創作之目的在提供一種可改善雷射光束變形、對焦問題的雷射加工裝置。

根據上述之目的，本創作提供一種雷射加工裝置，其包含：一雷射光源，其用於提供一雷射光束；一自動聚焦模組，設置在該雷射光源之後，以接收該雷射光束並調整該雷射光束之聚焦光斑的直徑；一遠心鏡組，設置在該自動聚焦模組之後，以接收經該自動聚焦模組調整後的該雷射光束，並調整該雷射光束之該聚焦光斑尺寸。

透過上述之雷射加光裝置的光學儀器，藉由自動聚焦模組改善光斑形成橢圓光點的問題，且藉由遠心鏡組，讓本創作的雷射加工裝置無需更換或移動透鏡，使雷射光束聚焦的寬度與距離不變。

10‧‧‧雷射加工裝置

11‧‧‧雷射光源

111‧‧‧雷射光束

12‧‧‧鏡片

13‧‧‧自動聚焦模組

14‧‧‧掃描振鏡組

15‧‧‧遠心鏡組

16‧‧‧光通道

17‧‧‧加工物

W1‧‧‧第一距離

W2‧‧‧第二距離

W3‧‧‧第三距離

H1‧‧‧第一高度

H2‧‧‧第二高度

H3‧‧‧第三高度

F‧‧‧聚焦點

30‧‧‧加工圖案

31‧‧‧雷射光束

33‧‧‧聚焦位置

M1‧‧‧寬度

M2‧‧‧寬度

40‧‧‧雷射光束

41‧‧‧反射鏡片

42‧‧‧凸透鏡

421‧‧‧出光面

43‧‧‧曲面

44‧‧‧圓點

45‧‧‧平面

46‧‧‧平場雷射聚焦透鏡模組

47‧‧‧橢圓光點

48‧‧‧f-thera鏡組

49‧‧‧加工物

50‧‧‧雷射光源

51‧‧‧聚焦透鏡

N1‧‧‧寬度

N2‧‧‧寬度

圖1係為本創作之雷射加工裝置的光路示意圖。

圖2A~圖2C係為本創作之光束傳遞路徑的示意圖。

圖3A為現有雷射加工裝置的加工圖案為失真的非正方格圖案示意圖。

圖3B為現有雷射加工裝置的加工圖案失焦的示意圖。

圖3C為現有雷射加工裝置的加工圖案寬度改變的示意圖。

圖4A為現有雷射加工裝置中雷射光束通過反射鏡片與透鏡而聚焦的示意圖。

圖4B係為現有雷射加工裝置之聚焦光點的示意圖。

圖4C為現有雷射加工裝置中雷射光束通過反射鏡片與平場雷射聚焦透鏡模組而聚焦的示意圖。

圖4D係為現有雷射加工裝置之聚焦光點的示意圖。

圖4E為現有雷射加工裝置中雷射光束通過反射鏡片與f-thera鏡組而聚焦的示意圖。

圖4F為現有雷射加工裝置中雷射光束通過反射鏡片與聚焦透鏡而聚焦的示意圖。

以下配合圖式及本創作較佳實施例，進一步闡述本創作為達成預定目的所採取的技術手段。

圖1係為本創作之雷射加工裝置的光路示意圖。如圖1所示，本創作的雷射加工裝置10包含一雷射光源11、至少一鏡片12、一自動聚焦模組13與一遠心鏡組(telecentricity lens)15，或進一步包含一掃描振鏡組(scanning mirror)14。

該雷射光源11用以產生一雷射光束111，多個鏡片12可設置在雷射光束111的傳遞路徑上，透過鏡片12將雷射光束111導引傳遞到該自動聚焦模組13。根據不同的雷射光束111與用途可以有不同數量的鏡片12來傳遞雷射光束111，故在本創作中並不侷限鏡片12的數量。雷射光束111透過至少一鏡片12在光通道16中傳遞至該自動聚焦模組(focal shifter)13，利用自動聚焦模組13以解決在同一平面有不同光斑直徑的問題。當雷射加工裝置10的工作距離改變時，當移動該自動聚焦模組13的位置，自動聚焦模組13可以自動調整雷射光束111之光斑直徑。另外，在此需要說明的是，自動聚焦模組13的工作原理(可參閱http：//www.raylase.de/products/3-achsensubmodule)為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知，在此不再贅述。

在本創作的較佳實施例中，雷射加工裝置10進一步包含掃描振鏡組14，掃描振鏡組14設置在自動聚焦模組13之後，然而，在不同實施例中，雷射加工裝置10並無掃描振鏡組14的設置，在此並不侷限。雷射光束111從自動聚焦模組13離開後進入該掃描振鏡組14，掃描振鏡組14主要是面鏡與驅動檢流計所組成，藉由兩個轉軸互相垂直的振鏡組合而成，一個負責水平方向掃 描，一個負責垂直方向掃描。透過掃描振鏡組14讓雷射光束111於短時間內快速偏轉至所需位置，且所輸出之光束的質量較高，光路密封性能較好，可防止雷射光束111在傳遞過程中失真。遠心鏡組15設置在自動聚焦模組13與掃描振鏡組14之後，在雷射光束111通過自動聚焦模組13與掃描振鏡組14之後，雷射光束111進入該遠心鏡組15，透過遠心鏡組15可以改善雷射光束111在不同工作距離時會改變加工範圍的問題。遠心鏡組15為一種機器視覺鏡頭，其目的為消除加工物17離鏡頭距離遠近不一致，造成放大倍率不一。藉由上述之自動聚焦模組13、掃描振鏡組14與遠心鏡組15的設計，讓雷射加工裝置10輸出之雷射光束111在加工物17產生的聚焦光斑為圓形光點，而不會變形為橢圓光點，且當雷射加工裝置10與加工物17之間的加工距離改變時，雷射光束111的加工範圍也不會改變。透過本創作的雷射加工裝置10，雷射光束111的光斑直徑大小可以自動調整，無需人工微調，且聚焦距離也無須改變，可因應多元的加工需求，達到提升雷射加工的工作效率。

圖2A~圖2C係為本創作之光束傳遞路徑，顯示不同聚焦高度具有相同光斑直徑的示意圖。圖2A的自動聚焦模組13與鏡片12之間具有第一距離W1，雷射光束111在遠心鏡組15下方距離第三高度H3的地方形成聚焦點F；圖2B的自動聚焦模組13與鏡片12之間具有第二距離W2，雷射光束在遠心鏡組15下方距離第二高度H2的地方形成聚焦點F；圖2C的自動聚焦模組13與鏡片12之間具有第三距離W3，雷射光束在遠心鏡組15下方距離第一高度H1的地方形成聚焦點F。如圖2A~圖2C所示，本創作之雷射加工裝置10的工作距離會因為工作環境或用途的不同而改變，自動聚焦模組13可以調整雷射光束111之光斑直徑，且透過遠心鏡組15讓雷射光束111在不同的工作距離時有相同的加工範圍，改善光斑形成橢圓光點的問題以及雷射光束在不同距離時會改變加工範圍的問題，達到提升雷射加工之工作效率的功效。

透過上述之雷射加工裝置，可以自動調整雷射光束的直徑改善光斑形成橢圓光點的問題，且無需更換或移動透鏡的情況下，改善雷射光束在不同工作距離時會改變加工範圍的問題，可因應多元的加工需求，達到提升雷射加工的工作效率。

雖然本創作的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本創作的範疇內，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧雷射加工裝置

11‧‧‧雷射光源

111‧‧‧雷射光束

12‧‧‧鏡片

13‧‧‧自動聚焦模組

14‧‧‧掃描振鏡組

15‧‧‧遠心鏡組

16‧‧‧光通道

17‧‧‧加工物

Claims (6)

1. 一種雷射加工裝置，其包含：一雷射光源，其用於提供一雷射光束；一自動聚焦模組，設置在該雷射光源之後，以調整該雷射光束之聚焦光斑的直徑；一遠心鏡組，設置在該自動聚焦模組之後，以調整該雷射光束之該聚焦光斑尺寸。
2. 如請求項1所述之雷射加工裝置，更包含至少一鏡片，該至少一鏡片設置在該雷射光束的傳遞路徑上。
3. 如請求項1所述之雷射加工裝置，更包含一掃描振鏡組，設置在該自動聚焦模組之後。
4. 如請求項3所述之雷射加工裝置，其中該掃描振鏡組用於改善該雷射光束在傳遞時的失真。
5. 如請求項4所述之雷射加工裝置，其中該掃描振鏡組用於將該雷射光束偏轉至一所需位置。
6. 如請求項1所述之雷射加工裝置，其中用於該雷射加工裝置的一加工物係設置在該遠心鏡組之後。