[发明专利]激光加工系统

说明书

本发明涉及一种包含用来检测激光加工工件时发生于工作点处的光线或工件受到辐照时的反射光线的光检测装置并根据检测结果控制激光加工的激光加工系统。

已知普通激光加工系统包含用于检测非加工激光束波长的光线(特别是激光加工工件辐照点熔化时产生的光线)的光检测装置。它已被用来监视诸如切割起始点处贯穿情况和切割时燃烧情况之类的加工状态。

图24是表示包含了如日本公开特许公报No.1-170591中所示的光检测装置的普通激光加工系统的结构框图。图中，标号1表示输出大致为单一波长的激光2束的激光器，标号3表示将激光束2聚焦到工件W上工作点(激光辐照点)的加工透镜，以及标号4表示覆盖有反射层4a从而在穿孔期间使工件W上激光辐照点处产生的非激光2的光线(例如波长为780nm-5μm)通过而激光束2沿工件W方向被反射的镜子。标号6是反射通过镜子4的光线5的全反射镜，标号7是输出正比于反射镜6反射的光线5强度的电信号的光电探测器，标号8是对光电探测器的输出信号进行放大的放大器，以及标号9表示控制激光器1的输出的控制器。

在操作中，反射激光束2的镜子4的反射层4a把来自激光器的水平振荡脉冲形式的激光束2垂直地改变方向到工件W上。反射光束由提供于镜子4与工件W之间的激光束2的光路上的加工透镜3和调焦机构聚焦至工件W上需要的地方(激光辐照点)。工件W上辐照点处因激光束辐照而熔融的材料产生波长明显不同于激光束2波长并且与镜子4反射的激光束共轴或平行的光线5。光线5通过镜子4并由镜子6反射至光电探测器7。

镜子4处的光线5与激光束2的波长明显不同，因此可以通过由镜子4的反射层4a构成的反射滤光片完全分离开来。使光束5通过的反射滤光片作为一层蒸发层覆盖在诸如玻璃平板之类的衬底上，它沿工件W的方向反射激光束2，但是工件W发出的光线5基本上都能通过它。反射滤光片也可以由具有使激光束2截止的截止区域和使光束5透过的透射区域的多层干涉滤光片构成。

正比于光线5强度的电信号由光电探测器7输出并由放大器8放大。放大结果随后作为实际值加到控制激光器输出(即激光束2的能量)的控制器9，从而保持先前输入至控制器的目标值。

激光器输出的激光束一般包含线偏振分量。由于激光束的线偏振分量，工件W对激光束的吸收率随加工方向不同而变化，从而导致加工区域的各向异性。因此，激光器的输出一般需要变为圆偏振光以避免加工区域的各向异性。

图25是表示将激光器输出的线偏振光变换为圆偏振光的方法的示意图。通过形成一层作为光学薄膜的多层电介质膜从而使入射角(方位角45°)处(在那里线偏振光的偏振面对于45°入射角的反射镜面与S或P偏振轴形成45°夹角)反射的激光束的S和P偏振分量发生90°(λ/4)的相移而将线偏振光转换为圆偏振光。这种镜子称为圆偏振镜。S偏振是偏振面垂直于入射面的分量，而P偏振是偏振面与S偏振的偏振面垂直，即平行于入射面。

在包含检测非激光束波长的光线(它产生于上述激光加工期间的工件受激光辐照熔融处)的光检测装置的普通激光加工系统中，并不采用带有反射层的镜子产生偏振，但由于发生了轻微的相位差改变，所以圆偏振光变为了椭圆偏振光。工作点上激光束的线偏振光分量份无法抑制，从而导致加工质量的不均匀。也就是说，不对用于激光加工的激光束作不利的影响，带有反射层的普通镜子就检测不到激光辐照点处产生的激光束。

因此本发明的第一个目标是提供一种包含带有使激光束和激光辐照点处产生的光线透射或反射并在激光性能不下降的情况下进行激光加工的反射层的镜子的激光加工系统。

本发明的第二个目标是提供一种始终能进行最佳光检测的激光加工系统。

本发明的第三个目标是提供一种防止错误检测的激光加工系统。

本发明的第四个目标是提供一种能将检测结果迅速反馈至激光器的激光加工系统。

本发明的第五个目标是提供一种能可靠检测工件位置的激光加工系统。

本发明的第六个目标是提供一种能够通过自动检测激光加工中标识的加工路径进行高速激光加工的激光加工系统。