專利名稱：具有后掃瞄透鏡偏轉(zhuǎn)的激光微加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及一種激光微加工系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大多數(shù)激光微加工系統(tǒng)利用將激光束偏轉(zhuǎn)到掃描透鏡上的快速射束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。所述掃描透鏡又將輸入射束角"轉(zhuǎn)變"為工作表面上的橫向射束運(yùn)動(dòng)并且將所述射束聚焦于工件上。圖1中說明了一個(gè)激光微加工系統(tǒng)。
在圖1的系統(tǒng)中，用以將射束14聚焦于工件18的掃描區(qū)域18a上的f-e (掃描)透鏡16在射束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)12后面。此拓?fù)溥m合用于在基本上平坦的工件中鉆出垂直定向的孔、通孔或溝槽。因而，此拓?fù)涑Ｒ?guī)用于激光微通孔鉆孔系統(tǒng)中以在被認(rèn)為基本上平坦的多層PCB板中鉆出(例如)互連通孔。


本文的描述參考附圖，其中相同參考數(shù)字在諸圖中指代相同部分，且其中
圖1是激光微加工系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置的示意性表示；
圖2是具有傾斜鏡面的改良型激光微加丄系統(tǒng)的示意性表示，其中可經(jīng)由附接到零件支座的固定傾斜鏡面而在某一工作區(qū)內(nèi)改變攻角；
圖3是具有經(jīng)安裝以用于沿y軸移動(dòng)的傾斜鏡面的改良型激光微加工系統(tǒng)的簡化示意性表示；
圖4是具有經(jīng)安裝以用于圍繞z軸移動(dòng)的傾斜鏡面的改良型激光微加工系統(tǒng)的簡化示意性表示；
圖5是具有經(jīng)安裝以隨掃描透鏡組合件移動(dòng)的傾斜鏡面的改良型激光微加工系統(tǒng)的示意性表示；
圖6是具有兩個(gè)經(jīng)安裝以隨掃描透鏡組合件移動(dòng)的傾斜鏡面的改良型激光微加工系統(tǒng)的示意性表示；
圖7是具有整合的變位能力的鏡面及安裝臺(tái)的示意性表示；圖8是圖7中所示的鏡面及安裝臺(tái)的分解圖9是具有可變位鏡面的激光微加工系統(tǒng)的示意性表示，在所述可變位鏡面被變位之前，所述可變位鏡面具有同定攻角；圖10是根據(jù)圖9的激光微加工系統(tǒng)在可變位鏡面被變位之后的示意性表示；及圖11是具有整合的變位能力的鏡而及安裝臺(tái)的另一實(shí)施例的示意性表示。

發(fā)明內(nèi)容
本文中教示了激光微加工系統(tǒng)的各種實(shí)施例。根據(jù)一個(gè)此激光微加工系統(tǒng)(其包括經(jīng)定位以經(jīng)由掃描透鏡而將激光脈沖導(dǎo)引到安裝于工作表面上的工件的激光源)，改良包含一鏡面，其定位于掃描透鏡與工件之間且相對(duì)于工作表面而傾斜以將激光脈沖朝向丄件反射。下文中以額外細(xì)節(jié)解釋此實(shí)施例及其它實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在先前所描述的圖1的拓?fù)渲?，聚焦射?4標(biāo)稱地以90度的角度照射工作表面。此布置適合用于在基本上平坦的工件(如圖所示)中鉆孔，但并不具有足夠靈活性來處理其它幾何形狀。相反，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種改良型激光微加工系統(tǒng)，其具有一個(gè)或一個(gè)以上位于掃描透鏡與工件之間的傾斜鏡面，所述系統(tǒng)允許經(jīng)修改的系統(tǒng)攻角。參看圖2到圖11來解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括激光微加工系統(tǒng)10，所述系統(tǒng)IO具有至少一個(gè)附著到零件支座的傾斜鏡面。圖2中展示了此系統(tǒng)。此系統(tǒng)IO包含快速射束導(dǎo)向模塊12。模塊12可為壓電或音圈致動(dòng)型尖端傾斜鏡面或一對(duì)電流計(jì)，用于跨越掃描透鏡16來迅速掃描激光脈沖或射束14。掃描透鏡16可為f-e掃描透鏡或所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何掃描透鏡。在圖l的系統(tǒng)中，掃描透鏡16將直接把射束14角度轉(zhuǎn)變到工件18上。在最初參看圖2描述的改良型激光微加工系統(tǒng)10中，掃描透鏡16改為將射束14導(dǎo)引到附著于零件支座22上的后掃描透鏡鏡面(下文中稱為傾斜鏡面20)上。傾斜鏡面20又在通常為橫向的方向上將射束路徑偏轉(zhuǎn)到工件18上?？梢匀魏纹D(zhuǎn)角度來固定傾斜鏡面20，何在圖2中所示的實(shí)施例中，所述角度是45度。此允許將源自上方的射束14從水平方向?qū)б焦ぜ?8上，這又允許對(duì)水平定向的通孔或溝槽進(jìn)行鉆孔而無需旋轉(zhuǎn)工件18或所有光學(xué)元件。
盡管固定的傾斜鏡面20具有可允許此水平定向的鉆孔(與圖1的拓?fù)湎喾?的優(yōu)勢，但工件18上的工作區(qū)(亦即，鉆孔區(qū)域)受到安裝位置及固定的傾斜鏡面20的表面面積的限制。如果要求其它角度及/或工作區(qū)，則可通過將多個(gè)固定的傾斜鏡面20安裝于相同支座22上來實(shí)施多個(gè)固定的傾斜鏡面20,或可通過使用一個(gè)以上的支座或掃描透鏡組合件而用另一鏡面20來替換一個(gè)此鏡面20。
或者，可將一個(gè)或一個(gè)以上傾斜鏡面20安裝于運(yùn)動(dòng)臺(tái)(motion stage)上，所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)又被可移動(dòng)地安裝到零件支座22?？墒謩?dòng)或經(jīng)由伺服電動(dòng)機(jī)、壓電致動(dòng)器及其類似物來實(shí)現(xiàn)所述臺(tái)的致動(dòng)。安裝于所述臺(tái)上的傾斜鏡面20可沿一個(gè)或一個(gè)以上運(yùn)動(dòng)軸而移動(dòng)及/或圍繞一個(gè)或一個(gè)以上運(yùn)動(dòng)軸而旋轉(zhuǎn)以改變與每一傾斜鏡面20相關(guān)聯(lián)的攻角及/或工作區(qū)。圖3及圖4中通過實(shí)例展示了此安裝的兩個(gè)實(shí)例。
為清晰起見，圖3省略了模塊12及掃描透鏡16。在圖3中，將傾斜鏡面20安裝于可相對(duì)于工件18而移動(dòng)的線性臺(tái)30上。在此實(shí)例中，將工件18安裝于零件支座22上的固定位置中，且將線性臺(tái)30可移動(dòng)地安裝于零件支座22上。線性臺(tái)30經(jīng)安裝以便沿y軸橫向移動(dòng)傾斜鏡面20，且由模塊12根據(jù)已知的控制方法而將射束14導(dǎo)引到傾斜鏡面20的新位置。如圖所示，線性臺(tái)30從第一位置(使得射束14從傾斜鏡面20而被導(dǎo)引到工作區(qū)18a (以虛線展示))移動(dòng)到第二位置(使得射束14從傾斜鏡面20而被導(dǎo)引到工作區(qū)18b (以實(shí)線展示))。因此，線性臺(tái)30沿y軸的橫向運(yùn)動(dòng)提供沿y軸來移位與傾斜鏡面20相關(guān)聯(lián)的工作區(qū)的能力。用戶可移動(dòng)線性臺(tái)30以根據(jù)需要而進(jìn)行較大或較小的調(diào)整。
在圖4中，將傾斜鏡面20安裝于旋轉(zhuǎn)臺(tái)32上，所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)32又被安裝于零件支座22上以隨其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。更具體來說，旋轉(zhuǎn)臺(tái)32經(jīng)安裝以圍繞掃描透鏡光軸或z軸旋轉(zhuǎn)(偏航)，從而提供改變工件18上的攻角的能力。舉例來說，當(dāng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)32處于第一位置中使得傾斜鏡面20處于第一位置(如由虛線所示)中時(shí)，傾斜鏡面20在由第一射束路徑34所示的方向上導(dǎo)引射束路徑。當(dāng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)32在由箭頭所指示的方向上旋轉(zhuǎn)使得傾斜鏡面20處于第二位置(如由實(shí)線所示)中時(shí)，傾斜鏡面20在由第二射束路徑36所示的方向上導(dǎo)引射束路徑。用戶可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)32以根據(jù)需要而進(jìn)行較大或較小的調(diào)整。
圖3及圖4僅為允許傾斜鏡面20相對(duì)于工件18移動(dòng)的兩個(gè)可能布置的說明。舉例來說，這些配置展示了可移動(dòng)地安裝于零件支座22上的傾斜鏡面20。然而，可將傾斜鏡面20安裝于鄰近于零件支座22的運(yùn)動(dòng)臺(tái)上。對(duì)于具備本文中的教示的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，用于獲得所要益處的許多其它布置是可能的。
本發(fā)明的另一實(shí)施例包括一個(gè)或一個(gè)以上接附到掃描透鏡組合件的傾斜鏡面40，所述掃描透鏡組合件包含模塊12及掃描透鏡16連同對(duì)模塊12的控制。圖5中通過實(shí)例而展示了一個(gè)此布置。
在圖5中，零件支座22界定一沿y軸(如由箭頭A所示)移動(dòng)的y臺(tái)。盡管圖5中未展示工件18,但工件18隨零件支座22移動(dòng)。零件支座22相對(duì)于支撐掃描透鏡組合件44的橫梁42而移動(dòng)。在此實(shí)施例中，將掃描透鏡組合件44固定地安裝到一安裝于橫梁42上的可移動(dòng)支撐件46。可移動(dòng)支撐件46界定一沿x軸(如由箭頭B所示) 移動(dòng)的x臺(tái)。并未詳細(xì)描述安裝可移動(dòng)支撐件46及用于移動(dòng)可移動(dòng)支撐件46的方法的
細(xì)節(jié)，因?yàn)樗黾?xì)節(jié)在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的。
使用安裝夾具48將傾斜鏡面40固定地安裝到掃描透鏡組合件44?？赏ㄟ^焊接、螺
絲等將安裝夾具48固定到掃描透鏡組合件44。如圖所示，安裝夾具48包括一圍繞且可 移除地固定到掃描透鏡組合件44的帶子或軟管夾48a。不管安裝夾具48如何附接到掃 描透鏡組合件44，安裝夾具均包括一位于掃描透鏡組合件44與零件支座22之間的大體 為L形的延伸部分，以將傾斜鏡面40支撐于一大體上沿著掃描透鏡光軸定位的位置中。
可看出，此方法與關(guān)于圖2到圖4所示的方法之間的主要差異在于，與傾斜鏡面40 相關(guān)聯(lián)的工作區(qū)及攻角總是可用，因?yàn)榱慵ё?2及掃描透鏡16相對(duì)于彼此而移動(dòng)。 盡管圖5說明有一相對(duì)于掃描透鏡組合件44而被固定的傾斜鏡面40，但可用一可通過 沿一個(gè)或一個(gè)以上軸的橫向平移或圍繞一個(gè)或一個(gè)以上軸的旋轉(zhuǎn)或其組合而移動(dòng)的鏡 面來替換傾斜鏡面40。
另一實(shí)施例涉及以允許激光束14越過所述傾斜鏡面而未被其中的任一者偏轉(zhuǎn)于射 束導(dǎo)向模塊12的掃描區(qū)域的子范圍內(nèi)的方式布置傾斜鏡面。圖6中說明了此布置，其 具有第一傾斜鏡面40及第二傾斜鏡面50。以類似于圖5中所示的實(shí)施例的方式，通過 安裝夾具48將第一傾斜鏡面40固定地安裝到掃描透鏡組合件44。在此實(shí)例中，安裝夾 具48支撐第二傾斜鏡面50使其與第一傾斜鏡面40成直角。安裝夾具48及第一傾斜鏡 面40與第二傾斜鏡面50沿掃描透鏡光軸形成一中心間隙。此布置保持由傾斜鏡面40、 50提供且由相應(yīng)射束路徑52、 54表示的不同攻角，同時(shí)還向所述系統(tǒng)提供與一具有筆 直向下指向穿過所述間隙的射束14的"標(biāo)準(zhǔn)"系統(tǒng)一樣鉆孔及/或切割溝槽的能力。
提供射束14的路徑使得其可越過附著到掃描透鏡組合件44的傾斜鏡面40、 50而 未被偏轉(zhuǎn)的能力使得可產(chǎn)生若干將附著到掃描透鏡組合件44的傾斜鏡面40、 50與一個(gè) 或一個(gè)以上附著到零件支座22的傾斜鏡面20組合的布置。通過以下方法來利用附著到 零件支座22的傾斜鏡面20:將掃描透鏡16定位于所述鏡面上且經(jīng)由射束導(dǎo)向模塊12 來控制射束14使其越過附著到掃描透鏡組合件44的傾斜鏡面40、 50。盡管圖6中展示 了兩個(gè)傾斜鏡面40、 50，但此僅為一實(shí)例。可將一個(gè)傾斜鏡面或兩個(gè)以上的傾斜鏡面與 掃描透鏡組合件44安裝在一起。
至此所描述的實(shí)施例提供一種具有用于許多應(yīng)用中的靈活性的微加工系統(tǒng)。此配置 中所出現(xiàn)的一個(gè)問題是鏡面20、 40、 50因其與經(jīng)鉆孔工件的緊密關(guān)聯(lián)性而受到污染， 這是性能降級(jí)的一主要原因。此污染可導(dǎo)致頻繁及昂貴的零件替換。先前已通過(例如)包括碎片移除系統(tǒng)解決了平面成像表面的污染。此設(shè)置嘗試在加工過程所產(chǎn)生的碎片有 機(jī)會(huì)到達(dá)鏡面并污染鏡面之前移除所述碎片。又，已使用氣刀來調(diào)整空氣流以便"保護(hù)" 鏡面免于受到原本可能落到鏡面上并污染反射表面的碎片的影響。密封隔室由于費(fèi)用及 實(shí)施困難而不太常用，可將密封隔室用于光學(xué)組件中的至少若干部分以嘗試將污染物阻 隔在外面。這些方法具有預(yù)防性，因?yàn)槠浣?jīng)設(shè)計(jì)以首先嘗試防止鏡面受污染或在未能實(shí) 現(xiàn)此目的的情況下盡可能長地延遲污染累積。 一旦鏡面確實(shí)受到污染，則這些方法只能 依賴于替換鏡面。
因此，本發(fā)明的另一實(shí)施例限制鏡面表面的污染及隨后的導(dǎo)致頻繁及昂貴的零件替 換的性能降級(jí)。如果鏡面表面實(shí)質(zhì)性大于入射激光脈沖或射束路徑14的直徑，則稍稍 移動(dòng)所述鏡面以便向所述入射射束呈現(xiàn)所述鏡面表面的清潔的未污染部分。所述移動(dòng)被 稱為"變位移動(dòng)"。
可由給定鏡面實(shí)現(xiàn)的變位移動(dòng)的數(shù)目取決于鏡而尺寸、入射射束直徑及由射束導(dǎo)向 模塊12利用的鏡面表面上的掃描區(qū)域。在一典型應(yīng)用中，使用經(jīng)受直徑僅為2-3mm的 入射射束的為25 mmx40 mm的鏡面是普遍的。鏡面表面上的掃描區(qū)域可由控制射束導(dǎo) 向模塊12的系統(tǒng)控制軟件來限制。因此，大量數(shù)目的變位移動(dòng)是可能的，此可容易地 在整個(gè)鏡面表面被用完而需要替換所述零件之前將鏡面的有效使用壽命增加一數(shù)量級(jí)。
圖7及圖8中說明了一明確考慮到變位能力而設(shè)計(jì)的鏡面安裝臺(tái)70。鏡面安裝臺(tái) 70包括一支撐由托架76俘獲的鏡面74的安裝基座72。更具體來說，托架76包括一空 腔，其面對(duì)安裝基座72且其尺寸經(jīng)設(shè)計(jì)以在使用變位螺絲78將托架76固定到安裝基 座72時(shí)圍繞并固定地支撐與安裝基座72接觸的鏡面74。變位螺絲78使用在安裝基座 72的面對(duì)表面72a中鉆制的變位孔82而將托架76固定到安裝基座72?？煽闯?，安裝 基座72的面對(duì)表面72a與水平線形成45度角度，但此角度僅為實(shí)例。
托架76包括形成-孔隙的頂邊緣76a、底邊緣76b及兩個(gè)相對(duì)側(cè)邊緣76c。兩個(gè)相 對(duì)側(cè)邊緣76c包含相應(yīng)延伸部分，所述相應(yīng)延伸部分在朝向鏡面74的方向上延伸大于 頂邊緣76a的距離。當(dāng)安裝到安裝基座72時(shí)，托架76的相對(duì)側(cè)邊緣76c壓在鏡面74 上，且底邊緣76b覆蓋鏡面74的暴露的底邊緣。出于下文額外詳細(xì)描述的原因，優(yōu)選 (但并無必要)底邊緣76僅覆蓋鏡面74的暴露的底邊緣而并未延伸超出鏡面74的面對(duì) 外部的表面。
由于包括延伸的相對(duì)側(cè)邊緣76c，托架76的頂邊緣76a與鏡面74的面對(duì)外部的表 面間隔開而形成一個(gè)或一個(gè)以上空氣槽。舉例來說，在圖7及圖8中，中心延伸部分84 形成于頂邊緣76a的中點(diǎn)中且向底邊緣76b延伸一較短距離。因此，在此實(shí)施例中形成兩個(gè)空氣槽86?？諝獠?6與經(jīng)由安裝于被鉆孔于托架76的相對(duì)側(cè)面中的孔82中的空 氣入口 80而從托架76的外部傳輸?shù)目諝膺B通。在操作期間，經(jīng)由耦合到空氣入口 80 的空氣軟管而將空氣提供到空氣入口 80，以便形成大體上與來自空氣入口 80的空氣流 相切的空氣幕且所述空氣幕向下吹送朝向鏡面74的顆粒。
更具體來說，對(duì)工件的鉆孔導(dǎo)致形成在許多方向上(包括回到鏡面安裝臺(tái)70中的 鏡面74)伸出的碎片。結(jié)果，鏡面74經(jīng)受大量來自在此零件處理期間產(chǎn)生的噴出物的 污染。在此實(shí)施例中，經(jīng)由空氣入口 80提供的空氣被導(dǎo)引穿過槽86以便沿鏡面74的 表面將此碎片朝向如下文所論述而安裝的安裝基座72的底部吹送。通過托架76的底邊 緣76b來防止碎片到達(dá)鏡面74與安裝基座72之問，且由于托架76的底邊緣76b優(yōu)選 未延伸超出鏡面74的表面，所以碎片具有離開鏡面76的表面的無障礙的路徑。中心延 伸部分84幫助將空氣導(dǎo)引到如下文所論述的目標(biāo)區(qū)。也可將跨越鏡面74表面流動(dòng)的空 氣幕稱為層狀空氣流。
安裝基座72可移除地固定到安裝托架87。安裝托架87是L形的，其具有一與安裝 基座72的與鏡面74相對(duì)的表面接觸的第一安裝表面87a。第一安裝表面87a包括孔， 經(jīng)由所述孔插入螺栓88以將安裝基座72附接到安裝托架87。較不優(yōu)選的做法是將安裝 基座72永久性地固定(例如通過焊接)到安裝托架87。安裝托架87還包括第二安裝表 面87b，所述第二安裝表面87b又被可移除地固定到如圖2中所示的零件支座22、固定 到運(yùn)動(dòng)臺(tái)(例如分別如圖3及圖4中所示的線性臺(tái)30或旋轉(zhuǎn)臺(tái)32)或固定到如圖5及 圖6中所示的安裝夾具48?？扇缢枋鍪褂?例如)穿過安裝孔87c (穿過第二安裝表 面87b)的螺栓來固定安裝托架87。
或者，可將安裝托架87安裝成使得安裝基座72可圍繞一延伸穿過安裝孔87c (例 如穿過到伺服電動(dòng)機(jī)的連接)的軸旋轉(zhuǎn)，所述伺服電動(dòng)機(jī)又固定到零件支座22、臺(tái)30 或32或者安裝托架87。
在圖7及圖8中所示的實(shí)施例中，在鏡面74上存在八個(gè)變位位置90，所述八個(gè)變 位位置90對(duì)應(yīng)于八個(gè)從鏡面74的中心偏移的不同位置。亦即，實(shí)線的八個(gè)相交點(diǎn)展示 當(dāng)射束導(dǎo)向模塊12被設(shè)定于零(制動(dòng))位置時(shí)射束14在八個(gè)變位位置90處照射鏡面 表面的位置。
通過連續(xù)使用這八個(gè)變位位置90，有效的鏡面使用壽命得以顯著提高。設(shè)定這八個(gè) 變位位置卯使得入射射束14從中心鏡面軸偏移。如圖7中所示，使用變位孔82將托 架76安裝于四個(gè)位置中的一者中。更具體來說，將圖7中的托架76展示于最左邊或第 一位置中，其中變位螺絲78被固定到最左邊、間隔開的變位孔82。因此，射束14將照射頂部第1變位位置90。通過擰下變位螺絲78、抵著安裝基座72的面對(duì)表面72a將托 架76及鏡面74向右移位到下一組間隔開的變位孔82且將變位螺絲78擰入所述變位孔 82中來實(shí)現(xiàn)頂部一行變位位置90中的三個(gè)額外位置中的每--者。因此，在經(jīng)由跨越四 個(gè)位置的移位而用完較接近頂邊緣76a的四個(gè)變位位置90 (由于污染)之后，可在圖8 中的箭頭方向上將鏡面74旋轉(zhuǎn)180度并將其重新插入安裝基座72上的托架76中，以 便在相同的四個(gè)位置之間移動(dòng)從而提供另外四個(gè)變位位置90。如圖所示，鏡面安裝臺(tái) 70提供手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的滑動(dòng)調(diào)整。任選地且如圖7中所示，托架76可在一軌道92上的多個(gè) 位置之間移動(dòng)。
圖7中的虛線指示射束14的以不同變位位置90為中心的掃描區(qū)域。出于說明的目 的，展示了與頂部第3、頂部第4及底部第4變位位置90相關(guān)聯(lián)的掃描區(qū)域。注意，所 述掃描區(qū)域稍稍重疊，這使得鏡面74上能有更多變位位置90,因此使鏡面74能具有更 長壽命。
可以參看圖2到圖6所展示及描述的布置中的任一者來實(shí)施如圖7及圖8中描述的 可變位鏡面74。舉例來說，可如圖9及圖10的簡化示意圖的微加工系統(tǒng)(其類似于圖 2中所示的微加工系統(tǒng))中所示來安裝鏡面安裝臺(tái)70上的可變位鏡面74。如圖9中所 示，快速射束導(dǎo)向模塊12將射束14偏轉(zhuǎn)到掃描透鏡16上，所述掃描透鏡16又將射束 14導(dǎo)引到可變位鏡面74上的變位位置90 (此處為Pl)?；诳勺兾荤R面74在鏡面安裝 臺(tái)70中的安裝，可變位鏡面74將射束66橫向偏轉(zhuǎn)到工件68上。所述系統(tǒng)可任選地通 過使用(例如)放置于鏡面74后的光檢測器來感測透射穿過鏡面74的射束部分而測量 射束66的強(qiáng)度。當(dāng)強(qiáng)度降低到閾值以下時(shí)，所述系統(tǒng)可通知操作者變位位置Pl受污染。 在圖10中，已經(jīng)由手動(dòng)或自動(dòng)構(gòu)件來水平調(diào)整可變位鏡面74，使得掃描透鏡16將射束 66導(dǎo)引到一清潔、未污染的變位位置(此處標(biāo)記為P2)。重復(fù)此過程直到在鏡面74的 頂邊緣上不再存在任何清潔未污染部分為止，且旋轉(zhuǎn)鏡面74以使得底部變位位置90沿 著頂邊緣76a以供在隨后的處理步驟中使用。
碎片累積在射束14接觸鏡面74的表面的區(qū)域中尤其成問題。出于此原因，中心延 伸部分84合意地輔助將來自空氣入口 80的空氣流從空氣槽86導(dǎo)出而朝向變位位置90。 清潔的干燥空氣(CDA)可以(例如)10 cfm的流動(dòng)速率流入空氣入口 80中。此外， 空氣流可基于頂邊緣76a的形狀及結(jié)構(gòu)而在許多方向上出現(xiàn)，且本發(fā)明并不限于所揭示 的布置。使碎片累積最小化的另一選項(xiàng)是通過提供用于入射射束14及反射射束66的狹 縫來封閉鏡面74使得鏡面74處于加壓腔室中。圖11中展示了此替代性實(shí)施例。圖11 包括與圖7及圖8的特征相同的許多特征，因此下文中僅描述差異。在圖11中，鏡面安裝臺(tái)IOO包括一安裝于安裝基座72上的托架102。以類似于托 架76的方式，托架102包括一面對(duì)安裝基座72且其尺寸經(jīng)設(shè)計(jì)以在使用變位螺絲78 將托架102固定到安裝基座72時(shí)圍繞并固定地支撐與安裝基座72接觸的鏡面74的空 腔。安裝基座72的面對(duì)表面72a及因此鏡面74與水平線形成45度角度，但此角度僅 為實(shí)例。將變位螺絲78附著于延伸穿過托架102的相對(duì)外表面部分102a的貫通孔中。 相對(duì)的外表面部分102a因此與水平線類似地形成45度角度，且在下文中被稱為傾斜部 分102a。還將空氣入口 80安裝于傾斜部分102a中。
一體式延伸表面部分102b (下文中也稱為外殼部分102b)延伸而與傾斜部分102a 形成直角并覆蓋鏡面74及托架102的孔隙。外殼部分102b包括兩個(gè)位于相應(yīng)表面中的 U形孔隙104、 106。據(jù)稱孔隙104位于外殼部分102b的"前部"中，而據(jù)稱孔隙106 位于外殼部分102b的"頂部"上。U形孔隙104、 106中的每一者包括一相應(yīng)凹槽，相 應(yīng)窗108、 IIO滑動(dòng)地配合到所述相應(yīng)凹槽中。
窗108從外殼部分102b的頂部滑入U(xiǎn)形孔隙104中的凹槽中及從所述凹槽中滑出， 且通過一附著于外殼部分102b中的緊固孔中并與窗108的頂邊緣中的兩個(gè)壓痕117中 的一者按壓接觸的螺絲116而緊固于U形孔隙104中。窗IIO從外殼部分102b的后部 滑入U(xiǎn)形孔隙106中的凹槽中及從所述凹槽中滑出。窗IIO通過平坦緊固部分(類似于 下文中描述的平坦覆蓋件120)緊固于U形孔隙106中，所述平坦緊固部分使用緊固螺 絲118而在外殼部分102b的任 側(cè)上被緊固到傾斜部分102a的上側(cè)。
窗108含有狹縫112，且窗IIO含有狹縫114。在操作中使狹縫112、 114對(duì)準(zhǔn)，使 得射束14前進(jìn)穿過狹縫114并反射穿過狹縫112而成為(例如)射束66。
在此實(shí)施例中，托架102并不具有支撐鏡面74并防止碎片累積于鏡面74與安裝基 座72之間的集成式底邊緣。實(shí)情為，平坦覆蓋件120從托架102的左側(cè)延伸到右側(cè)(亦 即，位于相對(duì)的傾斜部分102a之間)以與鏡面74的底邊緣嚙合。此平坦覆蓋件120被 可移除地?cái)Q入傾斜部分102a的底表面中的孔隙(未圖示)中使鏡面74更容易替換?？?看出，外殼部分102b在其底邊緣上具有一位于相對(duì)傾斜部分102a中間的開口。類似于 托架76的一體式底邊緣76b，平坦覆蓋件120優(yōu)選與鏡面74的面對(duì)外部的表面齊平或 稍低于鏡面74的面對(duì)外部的表面。這兩個(gè)特征有助于從鏡面72移除碎片。
提供至少^-個(gè)額外空氣入口 122以將加壓空氣供應(yīng)到由鏡面74的面對(duì)外部的表面 及由窗108、 IIO部分封閉的外殼部分102b的內(nèi)部所界定的腔室中。流入到空氣入口 80 中的CDA也可流入到空氣入口 122中。此流可以(例如)10cfm的相同流動(dòng)速率發(fā)生， 或流入到空氣入口 80中的空氣可以不同于(例如，高于)流入到空氣入口 122中的空氣的速率發(fā)生。此產(chǎn)生了使到達(dá)鏡面74的顆粒最少化的加壓腔室。優(yōu)選其中的壓力稍 高于大氣壓力。就確實(shí)到達(dá)鏡面74的那些顆粒而言，可通過先前描述的層狀空氣流將 其移除。
可如先前關(guān)于鏡面安裝臺(tái)70所描述來問定地或可移動(dòng)地安裝圖11的鏡面安裝臺(tái)
100。
在操作中，如先前關(guān)于托架76相對(duì)于安裝基座72而移動(dòng)到鏡面74的多種變位位 置90所描述，托架102相對(duì)于安裝基座72而移動(dòng)。狹縫112、 114可延伸窗108、 110 的整個(gè)長度，但優(yōu)選其較小以使暴露面積最小化。當(dāng)托架102跨越安裝基座72的表面 72a移動(dòng)時(shí)，狹縫112、 114需要與射束14、 66對(duì)準(zhǔn)?？赏ㄟ^以下方法來實(shí)現(xiàn)與對(duì)較小 狹縫尺寸的需求相結(jié)合的此對(duì)準(zhǔn)移除螺絲116及窗108并在U形孔隙104中用一具有 狹縫(所述狹縫的定向及/或位置不同于狹縫112)的窗來替換窗108，且松開或移除螺 絲118及其緊固的平坦緊固部分以便移除窗IIO并在U形孔隙106中用一具有對(duì)應(yīng)于U 形孔隙104屮的新窗的狹縫的窗來替換窗110。在圖11說明的實(shí)例中，狹縫112、 114 延伸窗108、 IIO的近似一半的長度，且四組變位孔82為托架102提供四個(gè)位置，所述 四個(gè)位置連同鏡面72的旋轉(zhuǎn)界定了如先前關(guān)于托架70所描述的八個(gè)變位位置90。如圖 所示，托架位于第一、最左邊一組變位孔82中。當(dāng)托架102移動(dòng)到第二組變位孔82時(shí)， 窗108、 IIO保持處于所說明的配置。當(dāng)托架102移動(dòng)到第二及第四組變位孔82時(shí)，移 除窗108、 110，將其旋轉(zhuǎn)180度使得未暴露表面被暴露在外部且狹縫112、 114位于左 邊并被重新插入相應(yīng)U形孔隙104、 106中。接著使用螺絲116及壓痕117將窗108緊 固到外殼部分102b。接著使用具有嚙合于傾斜部分102a中的螺絲118的平坦緊固部分 將窗IIO緊固到外殼部分102b。
為移除及/或旋轉(zhuǎn)鏡面74，通過從變位孔82擰下變位螺絲78而從安裝基座72移除 托架102。接著，在所要的變位位置90中將托架102重新附接到安裝基座72。
本發(fā)明極大地增強(qiáng)了激光微加工系統(tǒng)處理需要修改系統(tǒng)攻角以適應(yīng)對(duì)特定工件幾 何形狀的需求的情況的能力，且可通過在處理期間僅使用鏡面的若干部分來減少污染而 延長鏡面壽命。舉例來說，即使在沒有由額外包含的托架102所提供的益處的情況下， 仍可在可變位鏡面74的每一變位位置90處操作約500個(gè)零件。所述系統(tǒng)可經(jīng)快速重新 配置而以很少的額外成本及/或時(shí)間來處理多種情況，或可在零件處理期間"在運(yùn)作中" 修改其攻角或使其鏡面變位，從而進(jìn)一步增強(qiáng)此系統(tǒng)的使用簡易性。
己描述了上述實(shí)施例以便允許容易理解本發(fā)明且并不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明意 圖涵蓋隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)包括的各種修改及等效布置，所述范圍將符合最廣泛解釋以便涵蓋根據(jù)法律允許的所有此類修改及等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種激光微加工系統(tǒng)，其包括激光源，所述激光源經(jīng)定位以經(jīng)由掃描透鏡將激光脈沖導(dǎo)引到安裝于工作表面上的工件，所述系統(tǒng)的特征在于鏡面，其定位于所述掃描透鏡與所述工件之間且相對(duì)于所述工作表面傾斜以將所述激光脈沖朝向所述工件反射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光微加工系統(tǒng)，其中所述鏡面安裝到界定所述工作表面的零件支座及支撐所述激光源及所述掃描透鏡的掃描透鏡組合件中的一者。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的激光微加工系統(tǒng)，其中所述鏡面以45度角度傾斜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的激光微加工系統(tǒng)，其屮所述鏡面以為掃描透鏡輸出射束提供除由所述鏡面提供的成角度路徑以外的到所述工作表面的垂直路徑的方式相對(duì)于所述掃描透鏡而安裝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光微加工系統(tǒng)，其特征在于第一.鏡面，其安裝到界定所述工作表面的零件支座，所述第二鏡面經(jīng)安裝以從所述垂直路徑接收所述掃描透鏡輸出射束，且所述第二鏡面相對(duì)于所述工作表面以一角度而安裝。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的激光微加工系統(tǒng)，其特征在于安裝臺(tái)，其包括第一部分及第二部分，所述第一部分具有相對(duì)于所述工作表面傾斜的面對(duì)表面，且所述第二部分包括圍繞所述鏡面的至少三個(gè)側(cè)面的孔隙，所述鏡面位于所述第一部分的所述面對(duì)表面與所述第二部分之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光微加T.系統(tǒng)，其中所述鏡面包括面對(duì)所述第一部分的所述面對(duì)表面的第一表面及面對(duì)所述孔隙外部的第二表面，且其中所述第二部分包括包括所述孔隙的傾斜部分及圍繞所述孔隙的至少一部分的外殼部分，所述外殼部分包括第一狹縫，其經(jīng)配置以在所述第二表面處從所述激光源接收所述激光脈沖；及第二狹縫，其經(jīng)配置以允許由所述鏡面的所述第二表面偏轉(zhuǎn)的所述激光脈沖在所述工件的方向上退出所述外殼部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光微加工系統(tǒng)，其中所述外殼部分包括位于所述第二部分的下端處的開口，其經(jīng)配置以允許碎片從所述鏡面的所述第二表面行進(jìn)到所述外殼部分的外部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的激光微加工系統(tǒng)，其特征在于第一U形開口，其位于所述外殼部分的面對(duì)所述掃描透鏡的側(cè)面中；第二U形開口，其位于所述外殼部分的面對(duì)所述工件的所述方向的側(cè)面中；第一可移除件，其滑動(dòng)地與所述第一U形開口嚙合且包括所述第一狹縫；以及第二可移除件，其滑動(dòng)地與所述第二 U形開口嚙合且包括所述第二狹縫。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6到9中任一權(quán)利要求所述的激光微加工系統(tǒng)，其特征在于多個(gè)變位孔，其位于所述第一部分的所述面對(duì)表面中；以及至少一個(gè)變位螺絲，其穿過所述第二部分且嚙合所述第一部分的相應(yīng)變位孔；其中所述第二部分與所述第一部分嚙合以將所述鏡面移動(dòng)到多個(gè)變位位置，所述多個(gè)變位位置對(duì)應(yīng)于其中嚙合有所述至少一個(gè)變位螺絲的所述相應(yīng)變位孔，所述變位位置中的每一者表示所述激光脈沖的一接觸區(qū)域。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6到10中任一權(quán)利要求所述的激光微加工系統(tǒng)，其中所述鏡面包括面對(duì)所述第一部分的所述面對(duì)表面的第一表面及面對(duì)所述孔隙外部的第二表面，且其特征在于空氣入口，其插入到所述第二部分中；以及至少一個(gè)空氣槽，其位于所述第二部分與所述鏡面的所述第二表面之間所述鏡面的頂部部分處，所述空氣入U(xiǎn)連接到所述至少-一個(gè)空氣槽以將空氣提供到所述至少一個(gè)空氣槽。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一權(quán)利要求所述的激光微加工系統(tǒng)，其特征在于第一空氣入口，其插入到所述第二部分中；至少一個(gè)空氣槽，其位于所述第二部分與所述鏡面的所述第二表面之間所述鏡面的頂部部分處，所述第一空氣入口連接到所述至少一個(gè)空氣槽以將空氣提供到所述至少一個(gè)空氣槽；以及第二空氣入口，其插入到所述第二部分的所述外殼部分中且經(jīng)配置以將空氣提供到所述外殼部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求6到12中任一權(quán)利要求所述的激光微加工系統(tǒng)，其中所述第一部分相對(duì)于所述工件固定地安裝或可移動(dòng)地安裝，且所述第二部分可相對(duì)于所述第一部分移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光微加工系統(tǒng)，其包括激光源，其經(jīng)定位以經(jīng)由掃描透鏡將激光脈沖導(dǎo)引到安裝于工作表面上的工件；及鏡面，其定位于所述掃描透鏡與所述工件之間且相對(duì)于所述工作表面傾斜以將所述激光脈沖朝向所述工件反射。所述鏡面可變位到許多位置使得僅所述鏡面的若干部分用于許多處理步驟，從而延長所述鏡面的壽命。
文檔編號(hào)B23K26/06GK101674913SQ200880014508
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月3日
發(fā)明者帕特里克·倫納德, 戴維·詹姆斯·麥基弗, 杰弗里·豪爾頓, 穆罕默德·E·阿爾帕伊, 邁克爾·納什內(nèi)爾 申請人:Esi電子科技工業(yè)公司