專利名稱：激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以在激光加工位置檢測出在以往的裝置中無法檢測出 的被加工物的立體形狀不良品以及該立體形狀檢查、同時可以以高精度 將激光加工時的激光的焦點對準于加工位置的激光加工裝置。
背景技術(shù)：
以往，釆用通過對被加工物射出激光來對被加工物進行蒸發(fā)去除或 焊接的激光加工。根據(jù)該激光加工，通過將能量密度最大的激光的焦點 對準于被加工物的加工位置，對加工位置的被加工物進行蒸發(fā)去除或熔 融，而可以進行被加工物的切割、開孔或焊接等，目前在半導(dǎo)體設(shè)備及 其它電子部件制造中大多采用這樣的激光技術(shù)。
另外，隨著近年來技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體設(shè)備及其它電子部件日趨小 型、高精度化，而對激光技術(shù)也要求更高的加工精度。為了應(yīng)對該要求，
例如代替作為在激光加工中所使用的激光而代表性的YAG (釔/鋁/石榴 石)激光，而使用比YAG激光更適于精密加工的"高次諧波激光"。但是， 與以往的YAG激光相比，這樣的"高次諧波激光，，的焦點深度非常淺，在 使用"高次諧波激光"的情況下，要求進行比以往更準確的對焦，準確的 對焦的精度對產(chǎn)品的成品率影響#>大。
同時，隨著電子部件的小型、高精度化，也嚴格追究所組裝的結(jié)構(gòu) 部件的形狀是否合格，而最近其立體形狀是否合格也開始成為問題。換 言之，被要求為即使是如在以往被看作合格品那樣的形狀的部件，也在 激光加工前被嚴格去除。因此，現(xiàn)狀是在要求較高的加工精度的同時， 關(guān)于對被實施激光加工的被加工物的立體形狀不良進行檢測的能力，也 要求更高的精度。
以往，為了檢查被加工物的形狀，通常引用利用CCD照相機的方法。即，預(yù)先存儲被加工物的基準形狀的圖像(-基準圖像)，用CCD照相 機拍攝依次傳送來的被加工物并比較該圖像(=拍攝圖像)，在拍攝圖像 與基準圖像一致的情況下判斷為合格品，在拍攝圖像與基準圖像不同的 情況下作為不良品而去除(參照專利文獻1)。然而，利用CCD照相機 的方法雖然對判定平面形狀是否合格是有效的，但并不適合于如組裝在 電子部件中的立體部件的立體形狀判定和激光加工裝置的微細的對焦。 此處，提出了如使CCD照相樹目對于被加工物傾斜而進行拍攝，由此進 行立體物的形狀檢查那樣的發(fā)明，但無法將其適用于如本發(fā)明這樣的微 小立體物。而且，其也無法適用于激光的對焦。
專利文獻l 專利文獻2 專利文獻3 專利文獻4 專利文獻5
日本特開平4 - 208844號公報 日本特開平10 - 185827號公報 日本特開平11 - 230728號〃>報 日本特開平11 - 326235號公報 曰本特開2000 - 171409號公報 另外，通常采取在加工部之前判定被加工物的形狀是否合格、并去 除不良品，對加工部僅提供合格品的方法，但在釆用這樣的方法情況下， 造成在一個激光加工裝置中并列設(shè)置是否合格判定部和加工部，而存在 裝置形狀變大這樣的缺點，還存在從是否合格判定部向加工部的傳送中 被加工物的位置變得不準確這樣的問題，除了上述是否合格判定和加工 的高性能化之外還要求裝置的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其主要目的在于提供一種激光加 工裝置，該激光加工裝置可以檢測出以往無法檢測到的不良形狀的被加 工品，且可以進一步提高加工用激光的對焦精度以及實現(xiàn)裝置的小型化。
第1方面的激光加工裝置10 ( a )通過向祐>工物12的加工位置射 出加工用激光X來對上述被加工物12進行加工，包括
(b) 加工用激光發(fā)生裝置14，發(fā)生加工用激光X;
(c) 照明裝置16，發(fā)出照射^a工物12的照明光Y;(d )與加工用激光發(fā)生裝置14以及照明裝置16光學(xué)地連接的激光 射出部22，向,iL^工物12射出加工用激光X以及照明光Y;
(e )激光射出部驅(qū)動裝置46,使激光射出部22相對于被加工物12 靠^7離開；
(f)利用激光射出部驅(qū)動裝置46使激光射出部22相對于#>工物 12沿著靠i^/離開方向上移動，在距^^口工物12的激光射出部22的離開 距離不同的拍攝位置處依次拍攝用照明光Y照射的凈>*>工物12的照相機 34;以及
(g )圖像處理裝置44,在不同的拍攝位置處依次拍攝的多個圖像中，
個聚焦檢測位置P^對應(yīng)的位置的像素處檢測出的聚焦檢測數(shù)據(jù)，針對 每個聚焦檢測位置^-n分別形成基于上述聚焦檢測數(shù)據(jù)的變化的聚焦檢 測波形W，并對從上述各聚焦檢測波形W計算出的各聚焦檢測位置h -n處的各聚焦檢測波形W的峰值PK進行比較，
(g-l)在該峰值PK的全部位于預(yù)先確定的范圍(=閾值)內(nèi)的 情況下，將該被加工物12判定為合格品，并使激光射出部22移動到激 光射出部22相對加工物12的聚焦位置Xp,然后向激光射出部22輸出 指令，以使激光射出部22動作而向被加工物射出激光來進行激光加工， (g-2)在上述峰值之一從預(yù)先確定的范圍偏離的情況下，將該被 加工物12判定為不良品，向激光射出部22指令，以不進行激光射出。
根據(jù)本發(fā)明，在激光加工部中，在剛要進行激光加工之前判定被加 工物12的立體形狀是否合格，不僅所以防止如以往例子那樣的由于形狀 判定部與加工部不同而發(fā)生的被加工物12的位置偏移，而且由于將兩個 部匯總為一個，所以還可以實現(xiàn)裝置的小型化。
另外，通過利用各聚焦檢測位置P"n處的各聚焦檢測波形W的峰值 PK，可以將激光射出部22設(shè)定在準確的聚焦位置Xp上，可以進一步提 高加工用激光的對焦精度。換言之，可以應(yīng)對2或3次或其以上的高次 諧波激光的微細對焦。
另外，通過對各聚焦檢測位置P^處的各聚焦檢測波形W的峰值PK進行比較，還可以在激光加工之前在激光加工位置上簡單地進行^* 工物12的立體形狀判定，如后所述，通過將閾值限定在峰值PK附近的 微小范圍內(nèi)，可以應(yīng)對上述高次諧波的對焦。
此外，此處所稱的"聚焦檢測數(shù)據(jù)"是指，從對用照相機34拍攝的圖 像的各微小部分進行檢測的像素(或相鄰或鄰近的多個像素組)抽取/加 工亮度或色度等數(shù)據(jù)而得到的原始數(shù)據(jù)、或這些數(shù)據(jù)的平均值(=通過 照相機34的升降往返移動而得到的同 一地點處的多個原始數(shù)據(jù)的算術(shù)平 均值)、標準偏差、最小值與最大值之差、以及最大值等，但在本實施例 中采用一個原始數(shù)據(jù)，下面根據(jù)該情況進行說明。當然，在基于平均值、 標準偏差、最小值與最大值之差、以及最大值等被加工后的數(shù)據(jù)的情況 下也相同。
另外，激光射出部22相對被加工物12的"聚焦位置Xp"是指，上述 全部聚焦檢測位置P"n的峰值PK組的算術(shù)平均值、或任意一個峰值PK (通常為與上述平均值最接近的任意一個峰值PK)、或用其它算法計算 出的值。
第2方面記載的激光加工裝置在第1方面記載的激光加工裝置中，
其特征在于，圖像處理的上述聚焦檢測位置Pi，是指，
(a) 被加工物12的中央和各角部的5個點(P-l)(P-3)(P-5) (P-7)(P-9)、
(b) #>工物12的各角部和各邊的8個點(P-l) ~ (P-8)、
(c) 被加工物12的各角部和各邊以及中央的9個點(P-l) ~ (P -9)、或
(d) 除了上述9點個(P-1) (P-9)以外再加上被加工物12 的平面上的任意的點，通過測量這些點可以測量以往無法測量的立體形 狀，特別還可以測量碗狀或杯形的被加工物12的形狀。
第3方面的特征在于，關(guān)于本發(fā)明中使用的加工用激光，設(shè)為"加 工用激光是2次以上的高次諧波"，由此得到較高的加工精度。此外，通 過釆用本發(fā)明的第1方面或第2方面的測量方法，可以使用2次以上的 高次諧波激光。根據(jù)本發(fā)明，通過將圖像處理的聚焦檢測位置設(shè)為Ph這樣的多個 點，可以判定有無被加工物、立體形狀的被加工物是否合格，特別是通
過設(shè)為5個點以上，可以判定以往無法判定的具有翹曲、彎曲的不良立 體形狀是否合格。并且，由于可以在激光加工部中在剛要進行激光加工 前進行判定，所以不僅可以實現(xiàn)激光加工裝置的小型化，而且還具有無 需在激光加工裝置中矯正從不良形狀的檢測位置向激光加工位置傳送期 間發(fā)生偏移的被加工物的位置等優(yōu)點。另外，通過利用各聚焦檢測位置
Pi —n處的各聚焦檢測波形W的峰值PK，可以提高加工用激光的焦點形
成位置的精度而可以使用如第2高次諧波或第3高次諧波那樣的高次加 工用激光。


圖l是示出本發(fā)明的激光加工裝置的概念圖。
圖2是示出加工用激光發(fā)生裝置的概念圖。
圖3是示出本發(fā)明的激光射出部的概念圖。
圖4是示出合格品的被加工物中的8個聚焦檢測位置的圖。
圖5是示出基于聚焦檢測位置處的特征量的代表性的波形的圖。
圖6是示出合格品的被加工物中的各聚焦檢測位置處的波形的圖。
圖7是示出不存在被加工物時的各聚焦檢測位置處的波形的圖。
圖8是示出不良形狀的被加工物中的各聚焦檢測位置處的波形的圖。
圖9是示出不良形狀的#>工物中的各聚焦檢測位置處的波形的圖。
圖10是示出不良形狀的被加工物中的各聚焦檢測位置處的波形的圖。
圖11是示出本發(fā)明的激光加工方法的各步驟的框圖
標號說明
10......激光加工裝置
11......固定架
12......#>工物14......加工用激光發(fā)生裝置
16......照明裝置
18......激光射出裝置
20......光纖
21......光纖
22......激光射出部
23......激光射出部位置調(diào)整單元
25......管狀體
26......聚光透鏡
28......加工用激光半反射鏡
30......照明光半反射鏡
32......照相機用聚光透鏡
34......照相枳i
36......射出口
38......照相機連接口
40......加工用激光射出口
42......照明光射出口
44......圖像處理裝置
46......激光射出部驅(qū)動裝置
100......激光室
102......諧振器鏡
104......諧振器開閉器
106......功率測量單元
108......分支鏡
110......分支開閉器
112......功率調(diào)整單元
114......光纖接入單元
116......氦氖激光振蕩器
118......折返鏡
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的激光加工裝置10是通過對放置于固定架11 上的鉭電容器等電子部件結(jié)構(gòu)構(gòu)件、即立體被加工物12 (在該情況下是 長方體或立方體)射出加工用激光X來進行將立體被加工物12焊接到固 定架ll等加工的裝置，包括加工用激光發(fā)生裝置14、照明裝置16和激 光射出裝置18。另外，激光射出裝置18是用于向,iL^工物12射出或照 射加工用激光X以及照明光Y的裝置，如圖1所示，包括激光射出部22 和激光射出部位置調(diào)整手段23。
加工用激光發(fā)生裝置14是發(fā)生加工用激光X的裝置，在本實施例中， 釆用發(fā)生第2高次諧波YAG激光(也可以是其以上的高次諧波)的裝置。 另外，加工用激光發(fā)生裝置14具有光纖20，加工用激光X通過光纖20 被導(dǎo)入到激光射出部22。此外，由加工用激光發(fā)生裝置14發(fā)生的加工用 激光X不限于第2高次諧波YAG激光，而可以選擇與被加工物12的物 理性質(zhì)以及加工的內(nèi)斜目應(yīng)的波長的激光。
如果對加工用激光發(fā)生裝置14進一步詳細敘述，則如圖2所示，加 工用激光發(fā)生裝置14具有激光室100、在激光室100的兩側(cè)隔著規(guī)定的 間隔相互相對設(shè)置的一對諧振器鏡102、在連接諧振器鏡102以及激光室 100的光路上分別設(shè)置的一對諧振器開閉器104、功率測量單元106、分 支鏡108、分支開閉器IIO、功率調(diào)整單元112、光纖接入單元114和振 蕩出可見光激光Z的氦氖激光振蕩器116。
激光室100在其內(nèi)部具有閃光燈(未圖示)以及YAG棒(未圖示)， 通過使該閃光燈發(fā)光，激勵YAG棒來發(fā)射光能。
一對諧振器鏡102是為了振蕩出加工用激光X而反射從激光室100 發(fā)射的光能并使其在諧振器鏡102彼此之間往返的裝置。此外，根據(jù)所 振蕩的加工用激光X的波長恰當?shù)卦O(shè)定設(shè)置一對諧振器鏡102的間隔。
一對諧振器開閉器104是開閉連接諧振器鏡102以及激光室100的 光路的裝置。首先直到充分積蓄激光室100內(nèi)的能量為止關(guān)閉諧振器開 閉器104，經(jīng)過規(guī)定時間以后打開諧振器開閉器104而振蕩出加工用激光X，從而可以得到高強度的加工用激光x。
功率測量單元106是進行加工用激光X的強度測量的裝置，在本實 施例中，被設(shè)置于沿著連接諧振器鏡102和激光室100的光路從激光室 100向圖2的上方離開的方向延長的位置上。
從激光室100振蕩出的加工用激光X被設(shè)置在光路上的分支鏡108 反射，而通過分支開閉器110以及功率調(diào)整單元112被導(dǎo)入到光纖接入 單元114。然后，向光纖接入單元114導(dǎo)入的加工用激光X在被聚光后 被導(dǎo)入光纖20。
此外，在對多個激光照射裝置18供給由一個激光室100發(fā)生的加工 用激光X的情況下，如圖2中用虛線所示的那樣，設(shè)置多個分支鏡108、 分支開閉器110、功率調(diào)整單元112以及光纖接入單元114。此時，為了 向?qū)?yīng)的各個光纖20分支加工用激光X，在分支鏡108中使用半反射鏡 (或也稱為半透明反射鏡)。另外，在功率調(diào)整單元112中，通過調(diào)整所 分支的各加工用激光X的強度，而使各加工用激光X的強度分別變得均 勻。進而，通過根據(jù)需要開閉分支開閉器IIO，而可以恰當?shù)剡x擇導(dǎo)入加 工用激光X的光纖20。
另外，調(diào)整氦氖激光振蕩器116以及折返鏡118的位置，以使從氦 氖激光振蕩器116振蕩出的可見光激光Z被折返鏡118反射后，通過與 加工用激光X相同的光路。由此，可以將可見光激光Z用作加工用激光 X的振蕩調(diào)整或入射調(diào)整等中的引導(dǎo)光。
如圖1所示，照明裝置16是射出用于在激光射出部22對被加工物 12的對焦中使用的可見光線即照明光Y的裝置，在本實施例中使用 LED。此外，照明裝置16還可以使用卣素燈等其它發(fā)光裝置。另外，照 明裝置16具有光纖21,照明光Y通過光纖21被導(dǎo)入到激光射出部22。 此外，在本實施例中，使用光纖20、 21將加工用激光X以及照明光Y 導(dǎo)入激光射出裝置18，但當然也可以用固定光學(xué)系統(tǒng)來實現(xiàn)這些。
如圖3所示，激光射出部22包括管狀體25、物鏡系統(tǒng)26、加工用 激光半反射鏡28 、照明光半反射鏡30 、照相機用聚光透鏡系統(tǒng)32 、照相 機34。管狀體25是截面為圓形的管，該管狀體25在一端具有用于射出加 工用激光X以及照明光Y的開口即射出口 36、并且在另 一端具有用于將 照明光Y的由被加工物12反射的反射光導(dǎo)入到照相機34的開口即照相 機連接口38。另外，在管狀體25的側(cè)面設(shè)置有連接有光纖20的加工用 激光入射口 40以及連接有光纖21的照明光入射口 42。
物鏡系統(tǒng)26是用于從激光射出裝置18向規(guī)定的位置形成加工用激 光X的焦點的凸透鏡、凹透鏡及組合了其它的透鏡系統(tǒng)，被安裝在射出 口 36。
加工用激光半反射鏡28是具有在其表面反射加工用激光X，并且使 向被加工物12射出的照明光Y的反射光通過的性質(zhì)的板狀的半反射鏡。 另外，加工用激光半反射鏡28在加工用激光射出口 40的位置與射出口 36的位置的關(guān)系中以規(guī)定角度(例如45°)被固定或可調(diào)節(jié)地設(shè)置在管 狀體25的內(nèi)部，以可以向射出口 36反射從加工用激光射出口 40入射的 加工用激光X。
照明光半反射鏡30是在其表面反射照明光Y，并且使照明光Y的反 射光通過的板狀的半反射鏡。并且，照明光半反射鏡30在照明光射出口 42的位置與射出口 36的位置的關(guān)系中以規(guī)定角度(例如45° )被固定或 可調(diào)節(jié)地設(shè)置在管狀體25的內(nèi)部，以可以使從照明光射出口 42入射的 照明光Y的導(dǎo)光路徑的光軸R與加工用激光X的光軸R —致地向射出 口 36進行反射。
照相機用聚光透鏡系統(tǒng)32是將由被加工物12反射的照明光Y的反 射光聚光到照相機34的透鏡系統(tǒng)，被安裝在照相機連接口 38。
如圖1所示，激光射出部位置調(diào)整單元23包括圖像處理裝置44、激 光射出部驅(qū)動裝置46、照相機34、以及分別將圖像處理裝置44以及激 光射出部驅(qū)動裝置46電連接的電路48,上述激光射出部驅(qū)動裝置46是 如下的手段為了在預(yù)先設(shè)定的激光射出部22的移動范圍內(nèi)，在激光射 出部22與被加工物12的距離不同的狀態(tài)下(即，使激光射出部22相對 #>工物12沿著靠近離開方向的移動(-僅沿靠近或離開方向的移動、 或者1次或多次往返移動)的過程中， 一點一點地確定的各拍攝位置T )，用照相機34多次拍攝由照明光Y照射的^^工物12的圖像，而使激光 射出部22在上述范圍內(nèi)沿著與被加工物12垂直的方向靠近離開，并且 為了射出加工用激光X而使激光射出部22移動到加工用激光射出恰當位 置(聚焦位置Xp )。
照相機34是如下的裝置在由激光射出部驅(qū)動裝置46預(yù)先設(shè)定的 上述范圍內(nèi)，與激光射出部22 —起相對^Li口工物12進行靠近離開等， 并且在激光射出部22與^Li口工物12的距離互不相同的上述狀態(tài)下，多 次拍攝由照明光Y照射的被加工物12的圖像。由照相機34拍攝并被輸 出到激光射出部位置調(diào)整單元23的圖像處理裝置44的圖像由幾十萬到 幾百萬的像素構(gòu)成。并且，將這些像素記載為該像素所具有的亮度(-濃淡)的值(以下，記載為"灰度，，)。例如，在像素由8位的信息構(gòu)成的 情況下，成為256灰度。)。此外，在本實施例中，在照相機34中使用了 CCD照相才幾。
圖像處理裝置44執(zhí)行如下那樣的動作。首先，在激光射出部22的 移動中的各拍攝位置中，依次傳送來用照相機34拍攝的圖像，在該圖像 中依次取出在與為了用于被加工物12的立體形狀檢驗而預(yù)先設(shè)定的畫面 內(nèi)的多個聚焦檢測位置P^對應(yīng)的位置的像素處檢測出的聚焦檢測數(shù)據(jù) 并將其存儲。然后，針對每個聚焦檢測位置P^分別形成基于上述聚焦 檢測數(shù)據(jù)的變化的聚焦檢測波形W，對根據(jù)上述各聚焦檢測波形W計算 出的各聚焦檢測位置P^處的各聚焦檢測波形W的峰值PK進行比較。 在所有的該峰值PK都位于預(yù)先確定的范圍(=閾值)內(nèi)的情況下，將 該被加工物12判定為合格品，而向激光射出部驅(qū)動裝置46輸出指令， 以利用激光射出部驅(qū)動裝置46使激光射出部22移動到激光射出部22相 對#^口工物的聚焦位置Xp。然后，向激光射出部22輸出指令，以通過 向被加工物射出激光而進行激光加工。
反之，在上述峰值之一從預(yù)先確定的范圍(=閾值)偏離的情況下， 將該凈#工物判定為不良品，而向激光射出部22輸出指令，以不進行激 光射出。在本實施例中，為了執(zhí)行上述作業(yè)，而在圖像處理裝置44中使 用了通用的個人計算機。在上述的將該被加工物12判定為合格品、并利用激光射出部驅(qū)動裝 置46將激光射出部22移動到激光射出部22對被加工物的聚焦位置Xp 的情況下，僅存在聚焦檢測位置P^的數(shù)量的該峰值PK。因此，對于 激光射出部22要移動的相對被加工物12的聚焦位置Xp，采用該峰值 PK組的算術(shù)平均值、與其中的平均值最接近的峰值PK、或利用其它最 佳手段來得到的數(shù)值。
接下來對在圖像處理裝置44中進行的圖像處理進行詳細敘述。使用 圖4對預(yù)先設(shè)定了 8個(P - 1 8 )在用照相機拍損L被加工物12 (合格品) 時可以檢測出被加工物12的立體形狀合格/不良的可能性高的聚焦檢測 位置P卜n的情況進行說明。當然不限于此，聚焦檢測位置P^可以為多 個，實際應(yīng)用上是5個以上。
針對用照相機34拍攝的每個圖像(移動范圍內(nèi)的移動過程中的被細 分的拍攝位置T處的圖像，在圖5 (a) ~ (c)中示出細分狀態(tài))，依次 積蓄上述8個聚焦檢測位置(P - 1~8 )處的像素(或包含其附近的像素 的像素組，在本說明書中只要沒有必要，則僅稱為"像素，，)的聚焦檢測 數(shù)據(jù)，而丟棄其它部分的像素的聚焦檢測數(shù)據(jù)。當針對所有的圖像結(jié)束 了聚焦檢測位置(P - 1~8 )處的像素的聚焦檢測數(shù)據(jù)的積蓄時，接下來， 針對各聚焦檢測位置(P-l-8)的每一個繪制聚焦檢測數(shù)據(jù)的變化量來 描繪聚焦檢測波形W。
即，按照用照相機34拍攝的順序(即距固定架11從近的位置到遠 的位置的順序)，在圖表上繪制各聚焦檢測位置(P - 1 8 )處的像素的聚 焦檢測數(shù)據(jù)(在本發(fā)明的情況下為亮度或濃淡)，而得到聚焦檢測波形W。 作為具體例，使用圖5對得到聚焦檢測位置(P-1)處的聚焦檢測波形 W的情況進行說明。
圖5中的雙點劃線表示在照相機34的移動(=連續(xù)移動或在拍攝中 停止的間歇移動)過程中用照相機34拍攝被加工物12時的從激光射出 部22的位置開始時刻變化的拍纟聶位置T。
在本實施例中，將拍攝位置T (圖5中的雙點劃線)和聚焦檢測位 置(P-1)的交點的像素的亮度記錄為聚焦檢測數(shù)據(jù)，激光射出部22的焦點越是位于靠近被加工物12的角部C的位置，由于焦點已對準，所以 像素檢測出的亮度(或濃淡)越高。
因此，當繪制移動范圍內(nèi)的這些聚焦檢測數(shù)據(jù)(亮度等)時，當然 如圖5 (a )所示那樣，生成激光射出部22的焦點越是位于靠近被加工物 12的角部C的位置，聚焦檢測數(shù)據(jù)(亮度)越成為峰值的聚焦檢測波形 W。換言之，可以判定為該聚焦檢測波形W的峰值PK是與激光射出部 22的焦距一致的聚焦位置(高度)Xp。
另外，假設(shè)如圖5 (b)那樣角部C位于比圖5 (a)還低的位置時， 在低的位置處產(chǎn)生聚焦檢測數(shù)據(jù)(亮度)的峰值PK。進而，在不存在被 加工物12、即不存在聚焦位置的情況下，如圖5(c)所示，不產(chǎn)生峰值 PK。此外，如果將激光射出部22的焦點深度(對焦范圍)或其以下的 數(shù)值(例如焦點深度的1/2 )設(shè)定為閾值，并確定應(yīng)形成峰值PK的距被 加工物12的高度位置，則在圖5U)的情況下，峰值PK成為閾值范圍 內(nèi)，而判定為合格品。
另一方面，在圖5 (b)的情況下，峰值PK成為閾值范圍之外，可 知被加工物12的厚度在規(guī)格之外。進而，在圖5 (c)的情況下，由于峰 值PK無法到達閾值，所以判定為沒有被加工物12。如上所述，如果將 圖5(a)的情況設(shè)為合格品，則通過檢測峰值PK距^L^工物12的高度， 還可以判定被加工物12的高度關(guān)系是否合格。
考慮這樣的關(guān)系而參照圖6。如圖6所示，在被加工物12的聚焦檢 測位置(P - 1~8 )處的聚焦檢測波形W全部呈現(xiàn)在相同位置(設(shè)為高度 關(guān)系也處于合格品范圍內(nèi))具有峰值PK的形狀的情況下，可以判定被 加工物12的形狀是在四個角以及四個邊上沒有彎曲或翹起等歪斜的合格 品。
假設(shè)在加工區(qū)域不存在被加工物12的情況下，如圖7所示，聚焦檢 測位置(P-l-8)處的波形的峰值不超過閾值，并且隨著遠離^皮加工物 12聚焦檢測數(shù)據(jù)(亮度)逐漸變小，通過檢驗聚焦檢測數(shù)據(jù)(亮度)也 可以立刻檢測出有無被加工物12。
另外，如圖8所示，在被加工物12為翹曲的形狀而一方的端部位于
15較高的位置的情況下，可以得到與聚焦檢測位置(P - 1 3 )處的峰值PK 相比，聚焦檢測位置(P-5-7)處的峰值PK位于圖中上側(cè)(-在較高 的位置具有聚焦位置)這樣的結(jié)果。
另外，如圖9所示，在被加工物12為向下凸起的翹曲形狀的情況下， 可以得到與聚焦檢測位置(P-l~3、 5~7)處的峰值PK相比，聚焦檢測 位置(P-4以及8)處的峰值PK位于圖中下側(cè)這樣的結(jié)果，可知8個 點測量中的被加工物12的翹曲的狀態(tài)。但是，由于不測量4皮加工物12 的中央，所以無法檢測出被加工物12是否歪斜成碗狀或朝下的碗狀。
進而，如圖IO所示，在被加工物12為向上凸起的翹曲的情況下， 可以得到與聚焦檢測位置(P-l~3、 5~7)處的峰值PK相比，聚焦檢測 位置(P-4以及8)處的峰值PK位于圖中上側(cè)這樣的結(jié)果。
此外，在本實施例中，將各聚焦檢測位置P^設(shè)定為被加工物12 的各角部和各邊這8個位置，但如果至少測量凈>*>工物12的中央和各角 部的5個點，則可知翹曲、歪斜成碗狀或朝下碗狀。另外,通過測量被 加工物12的各角部、各邊以及中央的9個點，可以進行更準確的測量。 進而，除了上述9點之外，如果還測量被加工物12的平面上的任意點， 則可以檢測出被加工物12的平面上的缺陷。即，聚焦檢測位置P^的數(shù) 量越多，可以進一步提高判定立體形狀不良的被加工物12的精度。
例如，當使用圖9說明將聚焦檢測位置P^設(shè)定為9個位置的情況 時，通過在被加工物12的中央部設(shè)定第9個聚焦檢測位置(P-9)，從 聚焦檢測位置(P-9)可以得到與聚焦檢測位置(P-4以及8)相同的 波形。因此，在將聚焦檢測位置設(shè)定為8個位置的情況下，圖9所示的 不良形狀的被加工物12的中央部是凹陷還是突出的形狀變得不明確，雖 然重復(fù)，但是通過將聚焦檢測位置設(shè)定為9個位置，可以判定為被加工 物12的上表面是沒有凹凸的曲面的可能性高。
接下來，根據(jù)圖11所示的框圖說明本實施例的使用激光加工裝置10 對被加工物12進行加工的方法。此外，在開始該方法時，已經(jīng)完成了被 加工物12的X-Y方向(與加工用激光X以及照明光Y的射出方向正 交的方向)的定位。首先，從照明裝置16射出照明光Y(照明光射出步驟[S-lj)。在該 步驟中，使從照明裝置16射出的照明光Y通過光纖21從照明光入射口 42入射到管狀體25內(nèi)部。入射到管狀體25內(nèi)部的照明光Y^皮照明光半 反射鏡30反射而朝向被改變成射出口 36的方向，在通過物鏡系統(tǒng)26時 被折射，然后被照射到被加工物12，以均等的明亮度照射被加工物12 的整個面。
接下來，利用激光射出部驅(qū)動裝置46將激光射出部22移動到預(yù)先 設(shè)定的最接近被加工物12的位置后，使激光射出部22沿著從被加工物 12遠離的方向僅在移動范圍內(nèi)連續(xù)或間歇移動。隨著該移動，在距#> 工物12的不同的離開距離處，用照相機34拍攝預(yù)先設(shè)定的張數(shù)的,ib(ra 工物12的圖像，并輸出到圖像處理裝置44(被加工物圖像的拍攝步驟[S -2)。此外，在本實施例中，將在不同離開距離處拍攝時的各個圖像與 激光射出部22的位置信息一起從激光射出部驅(qū)動裝置46輸出到圖像處 理裝置44 ，并記錄在圖像處理裝置44中。
然后，如上所述，由圖像處理裝置44判定被加工物12的形狀是否 合格，并且判定聚焦位置(聚焦位置判定步驟[S-3])，且在判定成#> 工物12為不良形狀的情況下，停止以后的激光加工，并針對下一個祐加 工對象從最初開始進行激光加工工序。
另一方面，在將被加工物12判定成合格品的情況下，使用激光射出 部驅(qū)動裝置46將激光射出部22移動到拍攝與峰值PK對應(yīng)的圖像時的 激光射出部22的位置、即聚焦位置(激光射出部移動步驟[S-4])。在本 實施例中，如上所述，由于拍攝被加工物12的每個圖像的激光射出部22 的位置信息被記錄在圖像處理裝置44中，所以根據(jù)拍攝與聚焦檢測數(shù)據(jù) 的峰值PK對應(yīng)的圖像時的該位置信息，將激光射出部22移動到聚焦位 置，但由于峰值PK有多個(最少5個)，所以例如將這些值的算術(shù)平均 值、峰值PK中的接近中心的值、或用除此之外的最佳方法求取的值設(shè) 為激光射出部22的聚焦位置Xp,并使激光射出部22移動到該位置。上 述峰值PK都存在于激光射出部22的焦點深度內(nèi)，所以不論使用哪個值 都不會對不準焦點，但優(yōu)選使用算術(shù)平均值。當激光射出部22的移動結(jié)束后，最后使用加工用激光發(fā)生裝置14 發(fā)生加工用激光X，并經(jīng)由光纖20從加工用激光射出口 40向管狀體25 內(nèi)部射出加工用激光X，而對被加工物12進行激光加工(激光加工步驟 [S-5)。在本實施例中，將從加工用激光發(fā)生裝置14發(fā)生的加工用激光 X導(dǎo)入到光纖20，并從加工用激光入射口 40向管狀體25內(nèi)部入射。然 后，通過使用加工用激光半反射鏡28反射所入射的加工用激光X，而將 朝向改變成射出口 36的方向，在通過物鏡系統(tǒng)26時^f吏其聚光并射出到 ,皮加工物12上。此時，由于激光射出部22事先被準確地移動到激光射 出部22的聚焦位置，所以射出到^皮加工物12的加工用激光X的焦點以 高精度對準被加工物12，而可以用加工用激光X的能量密度成為最大的 焦點位置加工,皮加工物12。
此外，在本實施例中，通過利用激光射出部驅(qū)動裝置46使包括物 鏡系統(tǒng)26的激光射出部22整體移動而調(diào)整焦點位置，但也可以通過僅 移動物鏡系統(tǒng)26而調(diào)整焦點位置。另外，在本實施例中，對激光射出部 22的管狀體25中使用了管，但不限于此，也可以使用矩形管等。另夕卜， 在本實施例中，在照明光Y中使用了可見光，但只要是能量密度低而不 會損傷被加工物12的光線，則也可以使用其它光線。
權(quán)利要求
1. 一種激光加工裝置，(a)該激光加工裝置通過向被加工物的加工位置射出加工用激光而對上述被加工物進行加工，其特征在于，包括(b)加工用激光發(fā)生裝置，發(fā)生上述加工用激光；(c)照明裝置，發(fā)出照射上述被加工物的照明光；(d)與上述加工用激光發(fā)生裝置以及上述照明裝置光學(xué)地連接的激光射出部，向上述被加工物射出上述加工用激光以及上述照明光；(e)激光射出部驅(qū)動裝置，使上述激光射出部相對上述被加工物靠近/離開；(f)利用上述激光射出部驅(qū)動裝置使上述激光射出部相對上述被加工物沿著靠近/離開方向移動，在距上述被加工物的上述激光射出部的離開距離不同的拍攝位置處依次拍攝用上述照明光照射的上述被加工物的照相機；以及(g)圖像處理裝置，在不同的拍攝位置處依次拍攝的多個圖像中，依次取出在與為了用于上述被加工物的形狀檢驗而預(yù)先設(shè)定的畫面內(nèi)的多個聚焦檢測位置對應(yīng)的位置的像素中檢測出的聚焦檢測數(shù)據(jù)，針對每個上述聚焦檢測位置分別形成基于上述聚焦檢測數(shù)據(jù)的變化的聚焦檢測波形，并將從上述各聚焦檢測波形計算出的上述各聚焦檢測位置處的上述各聚焦檢測波形的峰值進行比較，(g-1)在上述峰值的全部位于預(yù)先確定的范圍內(nèi)的情況下，將上述被加工物判定為合格品，并將上述激光射出部移動到上述激光射出部相對上述被加工物的聚焦位置，然后向上述激光射出部輸出指令，以使上述激光射出部工作而通過向上述被加工物射出激光來進行激光加工，(g-2)在上述峰值之一從預(yù)先確定的范圍偏離的情況下，將上述被加工物判定為不良品，向上述激光射出部輸出指令，以不進行激光射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于， 圖像處理的上述聚焦檢測位置是(a) 上述被加工物的中央和各角部的5個點、(b) 上述被加工物的各角部和各邊的8個點、(c) 上述被加工物的各角部和各邊以及中央的9個點、或者(d) 除了上述9個點以外再加上上述被加工物的平面上的任意的
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光加工裝置，其特征在于， 上述加工用激光是2次以上的高次諧波。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光加工裝置(10)，檢測出被加工品的立體形狀，進一步提高加工用激光的焦點形成位置的精度，實現(xiàn)激光加工裝置的小型化。利用激光射出部驅(qū)動裝置(46)使激光射出部(22)相對被加工物(12)沿著靠近/離開方向移動，在移動中用照相機(34)依次拍攝被加工物(12)，在所拍攝的圖像內(nèi)在與預(yù)先設(shè)定的多個聚焦檢測位置(P_1-n)對應(yīng)的位置的像素處取出聚焦檢測數(shù)據(jù)，針對每個聚焦檢測位置(P_1-n)分別形成基于上述聚焦檢測數(shù)據(jù)的變化的聚焦檢測波形(W)，并對從上述各聚焦檢測波形(W)計算出的各聚焦檢測位置(P_1-n)處的各聚焦檢測波形(W)的峰值(PK)進行比較，來判定該被加工物(12)是否合格，在為合格品時，使激光射出部(22)移動到聚焦位置而進行激光加工，在判定為不良品時，不進行激光射出。
文檔編號B23K26/04GK101426611SQ200780014040
公開日2009年5月6日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者山下博己, 松田善夫, 渡邊信次 申請人:O.M.C株式會社