用于聲光偏轉(zhuǎn)器擊潰處理的激光系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】用于聲光偏轉(zhuǎn)器擊潰處理的激光系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案的交互參考
[0002]本申請(qǐng)案基于35U.S.C.§ 119(e)條款主張2013年3月15日所提申的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案號(hào)61/791，361的權(quán)益，在此將其全體一并整合參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本揭示大體上關(guān)于激光處理設(shè)備及使用該些設(shè)備處理工件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]激光處理一工件的一或更多材料內(nèi)的特征(例如，通孔、盲孔、溝渠、擊潰、切口和其它特征)可使用例如激光功率、脈沖重復(fù)頻率(PRF)、脈沖能量、脈沖寬度、一口大小和其它參數(shù)的參數(shù)來(lái)處理。在許多激光處理應(yīng)用中，用以形成一特征的速度或效率和最后形成的特征質(zhì)量可能對(duì)這類處理參數(shù)非常敏感。
[0005]在復(fù)合運(yùn)動(dòng)激光處理機(jī)器中的范例性應(yīng)用是處理該“擊潰”特征:激光切割由序列式線性或環(huán)形弧段所構(gòu)成的線條。典型地，這類處理是通過(guò)以一固定速度沿著一要求軌道來(lái)移動(dòng)該制程射束來(lái)完成。對(duì)于一給予激光功率和脈沖重復(fù)頻率而言，這個(gè)提供該工件表面一致性流量和一口大小(bite size)。
[0006]然而，它是可能在處理?yè)魸r(shí)超過(guò)一復(fù)合運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力限制(例如，線性臺(tái)階加速度或速度、或電流驅(qū)動(dòng)式掃描場(chǎng))。例如，對(duì)于某些擊潰速度而言，一反向擊潰可輕易地產(chǎn)生超越該系統(tǒng)能力的高峰線性臺(tái)階加速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]如同在此所述范例的本揭示實(shí)施例強(qiáng)調(diào)上述限制及與激光處理一工件中的擊潰及其它特征的傳統(tǒng)方法有關(guān)的其它限制。某些實(shí)施例優(yōu)化或改善該些擊潰或其它特征的處理速度以避免超過(guò)該激光系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)限制。
[0008]在一實(shí)施例中，一激光處理系統(tǒng)分割對(duì)應(yīng)至該工件上或之中欲處理的多個(gè)特征的激光處理命令成為程序段。激光處理參數(shù)和射束軌道被仿真以決定該些程序段中每一個(gè)的最大處理速度。該激光處理系統(tǒng)選取用于處理該工件上或之中的多個(gè)特征的最大處理速度中之一者或更多。
[0009]在一實(shí)施例中，該些最大處理速度中之一最慢處理速度被使用以處理該多個(gè)特征中的每一個(gè)。在另一實(shí)施例中，每一個(gè)連續(xù)性擊潰序列是使用一不同處理速度來(lái)處理。在其它實(shí)施例中，每一個(gè)程序段是使用它相對(duì)應(yīng)最大處理速度來(lái)處理。
[0010]額外觀點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)會(huì)顯而易見(jiàn)于參考該些附圖所進(jìn)行的下列較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明之中。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1根據(jù)本揭不一實(shí)施例略不一激光處理設(shè)備。
[0012]圖2略示與圖1所示設(shè)備的各種組件或系統(tǒng)有關(guān)的掃描場(chǎng)。
[0013]圖3和圖4根據(jù)本揭示某些實(shí)施例圖標(biāo)通過(guò)掃描與一工件有關(guān)的射束位置所產(chǎn)生的斑點(diǎn)圖案。
[0014]圖5是略示形成圖4所示斑點(diǎn)圖案的程序?qū)嵤├€圖。
[0015]圖6根據(jù)某些實(shí)施例略示分割成程序段的多個(gè)擊潰序列。
[0016]圖7根據(jù)各種實(shí)施例略示針對(duì)相對(duì)應(yīng)擊潰序列的多個(gè)程序段所選取速度的范例性時(shí)間圖。
[0017]圖8根據(jù)一實(shí)施例略示將橫跨在與不同脈沖期或脈沖重復(fù)頻率有關(guān)的序列式程序段的脈沖同步化。
[0018]圖9根據(jù)一實(shí)施例略不聲光偏轉(zhuǎn)器延遲時(shí)序調(diào)整。
[0019]圖10根據(jù)一實(shí)施例圖標(biāo)一振幅命令數(shù)據(jù)串流。
【具體實(shí)施方式】
[0020]范例性實(shí)施例是參考該些附圖來(lái)描述于下。許多不同的形式和實(shí)施例是可行而不偏離本發(fā)明精神及教示，因此，本揭示不應(yīng)被建構(gòu)成為在此所提出范例性實(shí)施例的限制。更確切地說(shuō)，這些范例性實(shí)施例被提供以使得本揭示會(huì)是完善又完整，且會(huì)將本發(fā)明范圍傳達(dá)給那些熟知此項(xiàng)技術(shù)的人士。在該些圖式中，組件尺寸及相對(duì)尺寸也許基于清晰起見(jiàn)而被夸大。在此所使用的術(shù)語(yǔ)只是基于描述特定范例性實(shí)施例目的，并無(wú)意成為限制用。如在此所使用地，除非該內(nèi)文清楚地另有所指，否則該單數(shù)形式“一” (“a”)、“一個(gè)”(“an”)和“該”(“the”)是意欲將該些復(fù)數(shù)形式也納入。會(huì)進(jìn)一步了解到該些術(shù)語(yǔ)“包含”(“comprises”)及/或“包括”(“comprising”)在使用于本說(shuō)明書時(shí)，表示所述特征、整數(shù)、步驟、操作、構(gòu)件及/或組件的存在，但不排除一或更多其它特征、整數(shù)、步驟、操作、構(gòu)件、組件及/或其族群的存在或增加。除非另有所示，陳述時(shí)，一值范圍包含該范圍的上下限及其間的任何子范圍。
[0021]如在此所使用地，該術(shù)語(yǔ)“脈沖重復(fù)頻率”或“PRF”可由它相反的脈沖期(PP)或脈沖間期(IPP)表示。典型地，機(jī)器用戶參考至脈沖重復(fù)頻率，但是一功率控制或其它配置可示為脈沖期。因此，該二術(shù)語(yǔ)在本討論所在處是互換性地使用。
[0022]1.范例性系統(tǒng)概要
[0023]參考至圖1，一激光處理設(shè)備100被架構(gòu)以通過(guò)導(dǎo)引一激光脈沖射束105沿著一路徑P來(lái)撞擊在工件102上以在工件102的一或更多材料內(nèi)形成擊潰及其它特征(例如，通孔、盲孔、溝渠和切口)。特征可通過(guò)控制該激光處理設(shè)備100來(lái)執(zhí)行一繞線動(dòng)作及/或其它壓型動(dòng)作(例如，一沖擊鉆孔動(dòng)作、一圓鋸鉆孔動(dòng)作、一削割動(dòng)作和一切割動(dòng)作)而被形成，其中，每一個(gè)壓型動(dòng)作可包含一或更多步驟。如所示地，該激光處理設(shè)備100可包含一激光系統(tǒng)104、一厚塊106、一工件定位系統(tǒng)108、一射束定位系統(tǒng)110和一射束調(diào)變系統(tǒng)112。雖未圖標(biāo)，但是該激光處理設(shè)備100可進(jìn)一步包含一或更多補(bǔ)充系統(tǒng)(例如，光學(xué)儀器、反射鏡、分束器、擴(kuò)束器及/或射束瞄準(zhǔn)器)以架構(gòu)來(lái)塑形、擴(kuò)大、聚焦、反射及/或瞄準(zhǔn)沿著該路徑P的任何點(diǎn)的激光脈沖射束105。在一實(shí)施例中，一組的一或更多補(bǔ)充系統(tǒng)可被稱之為一 “光學(xué)儀器系列”。
[0024]在一實(shí)施例中，該工件定位系統(tǒng)108、射束定位系統(tǒng)110和射束調(diào)變系統(tǒng)112中的一者或更多或全部的操作可被控制以改變?cè)摷す饷}沖射束105撞擊在該工件102上的所在位置(也就是，相對(duì)于該工件102的射束位置)。此外，或在其它實(shí)施例中，該工件定位系統(tǒng)108、射束定位系統(tǒng)110和射束調(diào)變系統(tǒng)112中的一者或更多或全部的操作可被控制以隨著該工件的相關(guān)射束位置變化來(lái)改變?cè)撍俣燃?或加速度。
[0025]該激光系統(tǒng)104可被架構(gòu)以產(chǎn)生激光脈沖射束105。在該射束105內(nèi)的激光脈沖可例如具有在該紅外線、可見(jiàn)光或紫外線光譜中的一波長(zhǎng)。例如，在該射束105內(nèi)的激光脈沖可具有例如1064奈米、532奈米、355奈米、266奈米和雷同者的波長(zhǎng)。在該射束105內(nèi)的激光脈沖大體上可以自約20千赫至約2000千赫范圍內(nèi)的脈沖重復(fù)頻率來(lái)產(chǎn)生。然而，會(huì)理解到該脈沖重復(fù)頻率可小于20千赫或大于2000千赫。例如，鎖模激光可操作高達(dá)200兆赫。
[0026]該厚塊106可被提供做為能夠適當(dāng)?shù)鼗蛴欣刂卧摴ぜ?02的任何厚塊。在一實(shí)施例中，該厚塊106可被提供做為一真空厚塊、一靜電厚塊、一機(jī)械厚塊，或雷同者或其全士么云口口 ο
[0027]該工件定位系統(tǒng)108被架構(gòu)以沿著平行于一 X軸、Y軸及/或Z軸(其中，該Z軸是至少實(shí)質(zhì)上垂直于該厚塊106的表面，且其中，該X軸、Y軸和Z軸彼此間是互為正交)的一或更多方向來(lái)轉(zhuǎn)換支撐該工件102的厚塊106，以在該X軸、Y軸及/或Z軸，或雷同者或其結(jié)合中的一者或更多者周圍旋轉(zhuǎn)該厚塊106ο在一實(shí)施例中，該工件定位系統(tǒng)108可包含一或更多臺(tái)階以架構(gòu)來(lái)如上所述地移動(dòng)該厚塊。當(dāng)一工件102是由該厚塊106所支撐時(shí)，該工件定位系統(tǒng)108可被操作以移動(dòng)或掃描在一第一掃描場(chǎng)(例如，如圖2所不的第一掃描場(chǎng)200)內(nèi)相對(duì)于該路徑P的工件102 (例如，沿著該X軸和Y軸)。在一實(shí)施例中，該工件定位系統(tǒng)108可被操作以沿著該X軸的任何方向上掃描該工件102自約400至約700毫米(例如，大約635毫米)范圍內(nèi)的一距離，以沿著該Y軸的任何方向上掃描該工件102自約400至約700毫米(例如，大約533毫米)范圍內(nèi)的一距離，或其結(jié)合。
[0028]該射束定位系統(tǒng)110被架構(gòu)以偏轉(zhuǎn)、反射、折射、繞射、或雷同者或其結(jié)合，該激光脈沖射束105掃描在一第二掃描場(chǎng)(例如圖2所不的第二掃描場(chǎng)202)內(nèi)相對(duì)于該工件的射束位置。在一實(shí)施例中，該射束定位系統(tǒng)110可被操作以沿著該X軸的任何方向上掃描該射束位置自約I毫米至約50毫米(例如，大約30毫米)范圍內(nèi)的一距離，以沿著該Y軸的任何方向上掃描該射束位置自約I毫米至約50毫米(例如，大約30毫米)范圍內(nèi)的一距離，或其結(jié)合。大體上，操作該射束定位系統(tǒng)110可被控制以大于該工件定位系統(tǒng)108可掃描該第一掃描場(chǎng)200內(nèi)的工件102那個(gè)的速度及/或加速度來(lái)掃描相對(duì)于該工件102的射束位置。在所示實(shí)施例中，該射束定位系統(tǒng)110包含置于該路徑P內(nèi)的電流式反射鏡(galvos)對(duì)IlOa和IlOb0該電流式反射鏡對(duì)IlOaUlOb被架構(gòu)來(lái)旋轉(zhuǎn)(例如，在該X軸或Y軸周圍)，借以偏轉(zhuǎn)該路徑P并掃描該第二掃描場(chǎng)202內(nèi)的射束位置。然而，會(huì)理解到該射束定位系統(tǒng)110可以任何其它合適或有利方式來(lái)架構(gòu)。
[0029]該射束調(diào)變系統(tǒng)112被架構(gòu)以偏轉(zhuǎn)、反射、折射、繞射、或雷同者或其結(jié)合，該激光脈沖射束掃描在一第三掃描場(chǎng)(例如，圖2所示的第三掃描場(chǎng)204)內(nèi)相對(duì)于該工件102的射束位置。在一實(shí)施例中，該射束調(diào)變系統(tǒng)110可被操作以沿著該X軸的任何方向上掃描該射束位置自約0.05毫米至約0.2毫米(例如，大約0.1毫米)范圍內(nèi)的一距離，以沿著該Y軸的任何方向上掃描該射束位置自約0.05毫米至約0.2毫米(例如，大約0.1毫米)范圍內(nèi)的一距離，或其結(jié)合。那些熟知此項(xiàng)技術(shù)的人士會(huì)理解到這些范圍是提供做為范例說(shuō)明，且可在較小或較大范圍內(nèi)掃描該射束位置。大體上，操作該射束調(diào)變系統(tǒng)112可被控制以大于該射束定位系統(tǒng)110可掃描該第二掃描場(chǎng)內(nèi)的射束位置那個(gè)的速度及/或加速度來(lái)掃描相對(duì)