JP2002028794A - 2次元レーザアレイを用いたレーザ加工装置及び加工方法 - Google Patents
2次元レーザアレイを用いたレーザ加工装置及び加工方法Info
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Abstract
工精度が良好な2次元レーザアレイを用いたレーザ加工
装置及び加工方法を提供するものである。 【解決手段】 レーザ光を用いて加工物にレーザ加工を
行うレーザ加工装置において、レーザ発光体を、平面状
に、かつ、マトリックス状に配列した2次元レーザアレ
イからなるレーザ発生装置を形成し、このレーザ発生装
置を、加工物が載置された載置テーブルに対向して配置
し、上記レーザ発生装置に加工物の加工形状に応じて各
レーザ発光体を点灯させるマトリックス点灯制御手段を
接続したものである。
Description
イを用いたレーザ加工装置及び加工方法に係り、特に、
機械駆動機構を必要としない2次元レーザアレイを用い
たレーザ加工装置及び加工方法に関するものである。
加工を行うレーザ加工装置においては、加工物に対する
レーザ光の照射位置を移動させる手法として、主に2つ
の方法が挙げられる。一つは、レーザ光の照射位置は固
定し、加工物を載置する載置テーブル自体を、アクチュ
エータを用いてX軸方向およびY軸方向にそれぞれ駆動
させる方法であり、もう一つは、加工物のX−Y軸を高
速でスキャニングする回転走査型アクチュエータ(ポリ
ゴンミラー等)を介してレーザ光を照射し、レーザ光の
照射位置を振りながら加工物にレーザ光を照射する方法
である。
に対するレーザ光の照射位置を移動させることができ、
レーザ加工が可能となる。
光の照射位置の移動速度は、これらのアクチュエータに
依存していることから、アクチュエータの駆動限界速度
によって移動速度の上限が決まってしまう。
軌跡精度を保証すべくアクチュエータを大型化する必要
が生じてくる。これに伴って、加工装置自体の剛性を高
める必要が生じ、また、機械振動又は振動音がより大き
くなり、レーザ光に揺らぎが生じたりすることから、レ
ーザ加工の精度およびレーザ加工後の加工物の品質に影
響がでる。
目的は、高速のレーザ加工が可能で、かつ、レーザ加工
精度が良好な2次元レーザアレイを用いたレーザ加工装
置及び加工方法を提供することにある。
発明に係る2次元レーザアレイを用いたレーザ加工装置
は、レーザ光を用いて加工物にレーザ加工を行うレーザ
加工装置において、レーザ発光体を、平面状に、かつ、
マトリックス状に配列した2次元レーザアレイからなる
レーザ発生装置を形成し、このレーザ発生装置を、加工
物が載置された載置テーブルに対向して配置し、上記レ
ーザ発生装置に加工物の加工形状に応じて各レーザ発光
体を点灯させるマトリックス点灯制御手段を接続したも
のである。
トリックス点灯制御手段を接続したことで、任意のレー
ザ発光体を点灯させることができる。これによって、載
置テーブル上に載置された加工物の任意の位置にレーザ
光を照射させることができる。
ス上で、点灯すべきレーザ発光体の近傍のレーザ発光体
を同時に点灯させると共に、これらレーザ発光体のレー
ザ光をそれぞれ位相制御し、回折効果により各レーザ光
を集光させる位相制御手段を備えていてもよい。
用いたレーザ加工方法は、レーザ光を用いて加工物にレ
ーザ加工を行うレーザ加工方法において、レーザ発光体
を、平面状に、かつ、マトリックス状に配列した2次元
レーザアレイからなるレーザ発生装置を形成し、このレ
ーザ発生装置を、加工物が載置された載置テーブルに対
向して配置し、加工物の加工形状に応じて各レーザ発光
体を点灯させて加工物をレーザ加工するものである。
応じて各レーザ発光体を点灯させることで、載置テーブ
ル上に載置された加工物に対して、所望の形状のレーザ
加工を行うことができる。
体の近傍のレーザ発光体を同時に点灯させると共に、こ
れらレーザ発光体のレーザ光をそれぞれ位相制御して回
折効果により各レーザ光を集光させ、この集光されたレ
ーザ光により加工物をレーザ加工してもよい。
を添付図面に基いて説明する。
レーザ加工装置の斜視概略図を図1に、レーザ加工装置
における2次元レーザアレイの平面図を図2に示す。
2を、平面状に、かつ、マトリックス状に配列した2次
元レーザアレイ21からなるレーザ発生装置1と、レー
ザ発生装置1に対向して配置され、加工物3を載置する
ための載置テーブル2と、レーザ発生装置1に接続さ
れ、加工物3の加工形状に応じて各レーザ発光体を点灯
させるマトリックス点灯制御手段4とで構成されるもの
である。
り、2次元レーザアレイ21の各レーザ発光体22はそ
れぞれ独立して電源装置5と接続されている。また、マ
トリックス点灯制御手段4は、2次元レーザアレイ21
の、点灯すべきレーザ発光体22の近傍のレーザ発光体
22を同時に点灯させると共に、これらレーザ発光体2
2のレーザ光Lをそれぞれ位相制御し、回折効果により
各レーザ光Lを集光させる位相制御手段(図示せず)を
備えている。
ーが高く、2次元配置が容易なものであれば特に限定す
るものではなく、例えば、半導体レーザ、又は半導体レ
ーザ励起固体レーザ、或いはレーザ光を光ファイバ伝送
させてなるファイバレーザ等が挙げられる。特に、小型
で、低電圧で動作可能な半導体レーザや、シングルモー
ドのレーザ光を光ファイバ伝送させてなるファイバレー
ザが好ましい。
用いたレーザ加工方法を添付図面に基いて説明する。
レーザ発生装置1における2次元レーザアレイ21の、
あるレーザ発光体22、例えば、図2(a)に示すAの
レーザ発光体22に電圧を印加する。これによって、A
のレーザ発光体22が点灯すると共に、Aのレーザ発光
体22からレーザ光Lが照射され、載置テーブル2上の
加工物3に照射される。
されるレーザ光Lのエネルギー密度(出力)は、レーザ
加工(例えば、溶接など)を行うには不十分である。こ
のため、レーザ加工に必要な出力を得るべく、複数のレ
ーザ発光体22から照射される各レーザ光Lの集光を行
う。具体的には、マトリックス点灯制御手段4を用い
て、電圧を印加すべきレーザ発光体22の制御を行い、
図2(a)に示すように、Aのレーザ発光体22及びそ
の近傍のレーザ発光体(図2(a)中では斜線領域で表
示された上下及び左右のレーザ発光体)22を同時に点
灯させ、5つのレーザ発光体22からレーザ光Lを照射
させる。
位相を、位相制御手段(図示せず)を用いて制御してい
るため、光の回折効果により各レーザ光Lが集光され、
レーザ加工に十分な出力、例えば、1W〜数kW(又は
数十kW)のレーザ光L(図3中では、波長λ、レーザ
強度Sのレーザ光L)を得ることができる。
工物3に対してレーザ加工を連続的に行ってゆくには、
加工物3に対するレーザ光Lの照射位置を連続的に移動
させる必要がある。本発明においては、レーザ光Lの照
射位置を連続的に移動させる際、機械的駆動系を用いる
のではなく、2次元レーザアレイ21におけるレーザ発
光体22の点灯箇所を変えることで、レーザ光Lを移動
させている。
によって、レーザ発光体22の点灯箇所を制御し、所定
のパターン(例えば、加工物3の加工形状に対応した点
灯パターン)に従ってレーザ発光体22を連続的に点灯
させる。より具体的には、図2(b)に示すように、A
のレーザ発光体22及びその近傍のレーザ発光体22を
点灯させた後、Bのレーザ発光体22及びその近傍のレ
ーザ発光体(図2(b)中では斜線領域で表示された上
下及び左右のレーザ発光体)22を点灯させ、その後、
図2(c)に示すように、Cのレーザ発光体22及びそ
の近傍のレーザ発光体(図2(c)中では斜線領域で表
示された上下及び左右のレーザ発光体)22を点灯させ
る。
ってレーザ発光体22の点灯箇所をA→B→C→…の順
に連続的に移動させることによって、点灯箇所の移動に
対応して加工物3に対するレーザ光Lの照射位置が連続
的に移動し、加工物3に対するレーザ加工が連続的にな
される。
レーザ加工装置によれば、加工物3に対するレーザ光L
の照射位置の移動を、アクチュエータ等の機械駆動系を
用いて行うのではなく、マトリックス点灯制御手段4に
よりレーザアレイ21におけるレーザ発光体22の点灯
箇所を電子制御している。このため、レーザ光Lの照射
位置の移動速度は、マトリックス点灯制御手段4、即
ち、コンピュータの処理速度に依存することになる。よ
って、コンピュータの処理速度が速ければ速い程、移動
速度を速くすることができ、理論上の移動速度の上限値
は、光速度となる。
高速にする際も、マトリックス点灯制御手段4の処理速
度を速めるだけで済むことから、従来のレーザ加工装置
のように、加工装置自体の剛性を高める必要もなく、ま
た、外乱(機械振動又は振動音の発生)によるレーザ光
の揺らぎもない。このため、レーザ加工の精度およびレ
ーザ加工後の加工物の品質が良好となる。
レーザ光Lの出力調整は、点灯させるレーザ発光体22
の個数を、マトリックス点灯制御手段4を用いて増減さ
せることで、任意に調整可能である。
ーザ光Lの位置決め等は、レーザ発光体22の点灯箇所
によって決定されるものであることから、従来のレーザ
加工装置のように、機械的駆動系の製作精度に影響され
ることはなく、高精度に所望のレーザ加工を行うことが
できる。
用いたレーザ加工装置及び加工方法の実施の形態は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種
々のものが想定されることは言うまでもない。
接機に適用することができる他に、回路パターン加工装
置などに適用することができる。
な優れた効果を発揮する。
置の移動を、機械的駆動系ではなく、マトリックス点灯
制御手段によりレーザアレイにおけるレーザ発光体の点
灯箇所を電子制御している。このため、レーザ光の照射
位置の移動速度は、マトリックス点灯制御手段の処理速
度に依存することとなり、高速度のレーザ加工が可能と
なる。
高速にする際も、マトリックス点灯制御手段の処理速度
を速めるだけで済むことから、移動速度の高速化に伴っ
て外乱によるレーザ光の揺らぎは生じない。このため、
レーザ加工の精度およびレーザ加工後の加工物の品質が
良好となる。
ザ加工装置の斜視概略図である。
平面図である。
るレーザ強度のピークを示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 レーザ光を用いて加工物にレーザ加工を
行うレーザ加工装置において、レーザ発光体を、平面状
に、かつ、マトリックス状に配列した2次元レーザアレ
イからなるレーザ発生装置を形成し、このレーザ発生装
置を、加工物が載置された載置テーブルに対向して配置
し、上記レーザ発生装置に加工物の加工形状に応じて各
レーザ発光体を点灯させるマトリックス点灯制御手段を
接続したことを特徴とする2次元レーザアレイを用いた
レーザ加工装置。 - 【請求項2】 マトリックス点灯制御手段は、マトリッ
クス上で、点灯すべきレーザ発光体の近傍のレーザ発光
体を同時に点灯させると共に、これらレーザ発光体のレ
ーザ光をそれぞれ位相制御し、回折効果により各レーザ
光を集光させる位相制御手段を備えた請求項1記載の2
次元レーザアレイを用いたレーザ加工装置。 - 【請求項3】 レーザ光を用いて加工物にレーザ加工を
行うレーザ加工方法において、レーザ発光体を、平面状
に、かつ、マトリックス状に配列した2次元レーザアレ
イからなるレーザ発生装置を形成し、このレーザ発生装
置を、加工物が載置された載置テーブルに対向して配置
し、加工物の加工形状に応じて各レーザ発光体を点灯さ
せて加工物をレーザ加工することを特徴とする2次元レ
ーザアレイを用いたレーザ加工方法。 - 【請求項4】 マトリックス上で、点灯すべきレーザ発
光体の近傍のレーザ発光体を同時に点灯させると共に、
これらレーザ発光体のレーザ光をそれぞれ位相制御して
回折効果により各レーザ光を集光させ、この集光された
レーザ光により加工物をレーザ加工する請求項3記載の
2次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法。
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JP2000217254A JP4782272B2 (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 2次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法 |
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Citations (2)
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JPH02142695A (ja) * | 1988-07-13 | 1990-05-31 | Sony Corp | レーザ加工装置 |
JPH06160728A (ja) * | 1992-11-17 | 1994-06-07 | Nikon Corp | マイクロレーザ装置 |
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2000
- 2000-07-13 JP JP2000217254A patent/JP4782272B2/ja not_active Expired - Fee Related
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