JP2002328017A - 加工深さモニタ方法 - Google Patents
加工深さモニタ方法Info
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
- B23K26/702—Auxiliary equipment
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 レーザ加工された対象物の加工深さを高精度
に制御することができる加工深さモニタ方法を提供す
る。 【解決手段】パルスレーザ発振器２から出た光は部分透
過鏡３により分割されて一方は透過し、他方は反射す
る。部分透過鏡３を透過した光はフォトダイオード８に
より光電変換され、増幅器９により波形整形されてディ
レイ計測器１０のＳｔａｒｔ端子に入力される。部分透
過鏡３により反射した光は対物レンズ４に入射し、所定
形状に結像されて加工対象物５に照射される。加工対象
物５の表面にはアブレーション現象により音波が発生
し、その一部は裏面に達して集音マイク６で電圧に変換
され増幅器７で増幅された後ディレイ計測器１０のＳｔ
ｏｐ端子に入力される。ディレイ計測器１０により計測
された光信号と音響信号の到達時間の差が加工深さに対
応する。
に制御することができる加工深さモニタ方法を提供す
る。 【解決手段】パルスレーザ発振器２から出た光は部分透
過鏡３により分割されて一方は透過し、他方は反射す
る。部分透過鏡３を透過した光はフォトダイオード８に
より光電変換され、増幅器９により波形整形されてディ
レイ計測器１０のＳｔａｒｔ端子に入力される。部分透
過鏡３により反射した光は対物レンズ４に入射し、所定
形状に結像されて加工対象物５に照射される。加工対象
物５の表面にはアブレーション現象により音波が発生
し、その一部は裏面に達して集音マイク６で電圧に変換
され増幅器７で増幅された後ディレイ計測器１０のＳｔ
ｏｐ端子に入力される。ディレイ計測器１０により計測
された光信号と音響信号の到達時間の差が加工深さに対
応する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工対象物の加工
された深さの測定方法に関し、特に、レーザドリリング
加工時の加工深さモニタ方法に関する。
された深さの測定方法に関し、特に、レーザドリリング
加工時の加工深さモニタ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の加工深さモニタ方法を図３に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【０００３】図３において、１０２はレーザ光を発振す
るパルスレーザ発振器、１０１はパルスレーザ発振器１
０２を制御するパソコン、１０３はレーザ光を集光する
対物レンズ、１０４は加工対象物（プラスチックや半導
体、金属等）、１０５は加工対象物１０４を加工位置へ
移動させるステージである。
るパルスレーザ発振器、１０１はパルスレーザ発振器１
０２を制御するパソコン、１０３はレーザ光を集光する
対物レンズ、１０４は加工対象物（プラスチックや半導
体、金属等）、１０５は加工対象物１０４を加工位置へ
移動させるステージである。
【０００４】レーザ加工は、近年、プラスチックや金属
の分野で貫通穴をあける加工には多く用いられてきた。
の分野で貫通穴をあける加工には多く用いられてきた。
【０００５】ところが、最近、電気部品やＯＡ機器等を
中心に単純な貫通穴加工ではなく、厚さ方向の途中で加
工を停止し、或る所定の設計深さに穴や溝形状を加工す
る要求が増えてきている。
中心に単純な貫通穴加工ではなく、厚さ方向の途中で加
工を停止し、或る所定の設計深さに穴や溝形状を加工す
る要求が増えてきている。
【０００６】従来は、単純な貫通穴加工と同じ装置でレ
ーザのパルス照射回数や照射エネルギーを管理すること
によって非貫通のレーザ加工が行われてきた。
ーザのパルス照射回数や照射エネルギーを管理すること
によって非貫通のレーザ加工が行われてきた。
【０００７】即ち、パソコン１０１により経験上知られ
た照射パルス数の発振を命令されたパルスレーザ発振器
１０２から発光された光パルスは、光路を経由して対物
レンズ１０３で集光され、加工対象物１０４に穴をあけ
る。パルスレーザ発振器１０２は、所定回数発振した
後、停止する。ステージ１０５は、加工対象物１０４を
次の加工位置へ移動させる。
た照射パルス数の発振を命令されたパルスレーザ発振器
１０２から発光された光パルスは、光路を経由して対物
レンズ１０３で集光され、加工対象物１０４に穴をあけ
る。パルスレーザ発振器１０２は、所定回数発振した
後、停止する。ステージ１０５は、加工対象物１０４を
次の加工位置へ移動させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
では、照射パルス毎にエネルギーが違うため、加工深さ
が一定にならないという欠点がある。尚、エネルギーを
測定して全照射エネルギーを求め、その照射エネルギー
量が或る値になった時に加工を終了するという制御を行
うと前記欠点は軽減する場合がある。
では、照射パルス毎にエネルギーが違うため、加工深さ
が一定にならないという欠点がある。尚、エネルギーを
測定して全照射エネルギーを求め、その照射エネルギー
量が或る値になった時に加工を終了するという制御を行
うと前記欠点は軽減する場合がある。
【０００９】しかしながら、パルスレーザ加工において
は、表面の状態、初期の加工形状の成長、材料の一様様
性等の微妙な差により、穴形状と穴深さが加工エネルギ
ーに対して非線形に振る舞うため、エネルギーを制御し
ただけでは加工深さを一定にできない。
は、表面の状態、初期の加工形状の成長、材料の一様様
性等の微妙な差により、穴形状と穴深さが加工エネルギ
ーに対して非線形に振る舞うため、エネルギーを制御し
ただけでは加工深さを一定にできない。
【００１０】そこで、本発明の第１の目的は、レーザ加
工された対象物の加工深さを高精度に制御することがで
きる加工深さモニタ方法を提供することにある。
工された対象物の加工深さを高精度に制御することがで
きる加工深さモニタ方法を提供することにある。
【００１１】又、本発明の第２の目的は、レーザ加工さ
れた対象物の加工深さを高精度に制御する場合に光を用
いることによって測定位置、測定装置レイアウト等の任
意性を向上させることができる加工深さモニタ方法を提
供することにある。
れた対象物の加工深さを高精度に制御する場合に光を用
いることによって測定位置、測定装置レイアウト等の任
意性を向上させることができる加工深さモニタ方法を提
供することにある。
【００１２】更に、本発明の第３の目的は、レーザ加工
された対象物の加工深さを高精度に制御する場合に測定
光を加工用レーザと同軸方向から照射ことによって測定
位置の安定性と走査性を向上させることができる加工深
さモニタ方法を提供することにある。
された対象物の加工深さを高精度に制御する場合に測定
光を加工用レーザと同軸方向から照射ことによって測定
位置の安定性と走査性を向上させることができる加工深
さモニタ方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、加工対象物に予め設定され
た深さの加工を施すレーザ加工における加工深さモニタ
方法において、加工対象を伝わる振動の伝達時間により
加工深さを測定することを特徴とする。
め、請求項１記載の発明は、加工対象物に予め設定され
た深さの加工を施すレーザ加工における加工深さモニタ
方法において、加工対象を伝わる振動の伝達時間により
加工深さを測定することを特徴とする。
【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、振動の検出方法として光干渉による振動検
出方法を用いることを特徴とする。
明において、振動の検出方法として光干渉による振動検
出方法を用いることを特徴とする。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、モニタ光をレーザ加工用のレーザ光
と同軸方向より加工対象物に照射することを特徴とす
る。
載の発明において、モニタ光をレーザ加工用のレーザ光
と同軸方向より加工対象物に照射することを特徴とす
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００１７】図１は本発明方法を実施するため加工装置
の構成図であり、同図において、１は加工装置全体を制
御するパソコン、２はレーザ光を発振するパルスレーザ
発振器、３はレーザ光をサンプリングする部分透過鏡、
４はレーザ光を集光する対物レンズ、５は加工対象物
（プラスチックや半導体、金属等）、６は音響サンプル
用の集音マイクロホン、７は増幅器、８はパルスレーザ
光を光電変換するフォトダイオード、９は増幅器、１０
は２つの信号の時間差を計るディレイ計測器である。
の構成図であり、同図において、１は加工装置全体を制
御するパソコン、２はレーザ光を発振するパルスレーザ
発振器、３はレーザ光をサンプリングする部分透過鏡、
４はレーザ光を集光する対物レンズ、５は加工対象物
（プラスチックや半導体、金属等）、６は音響サンプル
用の集音マイクロホン、７は増幅器、８はパルスレーザ
光を光電変換するフォトダイオード、９は増幅器、１０
は２つの信号の時間差を計るディレイ計測器である。
【００１８】パソコン１は、所定位置に設置された加工
対象物５を加工するためにレーザ光を発光するようパル
スレーザ発振器２へ１回目の発光を指示する。すると、
発光して部分透過鏡３へ到達した光は、極一部透過して
フォトダイオード８側へ向かうが、殆どのエネルギーは
反射して対物レンズ４へ入射する。
対象物５を加工するためにレーザ光を発光するようパル
スレーザ発振器２へ１回目の発光を指示する。すると、
発光して部分透過鏡３へ到達した光は、極一部透過して
フォトダイオード８側へ向かうが、殆どのエネルギーは
反射して対物レンズ４へ入射する。
【００１９】対物レンズ４によって所定形状に結像され
たレーザ光が照射された加工対象５の表面には、アブレ
ーション現象により音波が発生し、発生した音波は一部
が加工対象物５の裏面へと向かう。
たレーザ光が照射された加工対象５の表面には、アブレ
ーション現象により音波が発生し、発生した音波は一部
が加工対象物５の裏面へと向かう。
【００２０】加工対象物５の裏面に到達した音波は、極
一部が空気中に放出され、穴裏面近傍に設置された集音
マイク６で電圧に変換され、増幅器７で所定の波高に増
幅された後、ディレイ計測器１０へ入力される。
一部が空気中に放出され、穴裏面近傍に設置された集音
マイク６で電圧に変換され、増幅器７で所定の波高に増
幅された後、ディレイ計測器１０へ入力される。
【００２１】一方、フォトダイオード８により光電変換
されたパルス光波形も増幅器９により波形整形されてデ
ィレイ計測器１０へ入力される。
されたパルス光波形も増幅器９により波形整形されてデ
ィレイ計測器１０へ入力される。
【００２２】以上により、加工開始時における光信号と
音響信号の到達時間差の測定が完了し、その測定結果が
パソコン１に記憶される。その後、パソコン１は、更な
るレーザ発振を指示して同様な加工−計測を継続してい
く。
音響信号の到達時間差の測定が完了し、その測定結果が
パソコン１に記憶される。その後、パソコン１は、更な
るレーザ発振を指示して同様な加工−計測を継続してい
く。
【００２３】ここで、加工開始時におけるレーザと音響
の２つの信号の到達時間差をＴ０、その後の或る加工時
点の到達時間差をＴ、加工対象物５の音速をＶとすれ
ば、ｄ＝Ｖ（Ｔ−Ｔ０）で表されるｄが加工が進行した
距離を示す。そして、この距離ｄが所定の値になった時
点で加工を終了する。
の２つの信号の到達時間差をＴ０、その後の或る加工時
点の到達時間差をＴ、加工対象物５の音速をＶとすれ
ば、ｄ＝Ｖ（Ｔ−Ｔ０）で表されるｄが加工が進行した
距離を示す。そして、この距離ｄが所定の値になった時
点で加工を終了する。
【００２４】而して、本実施の形態特有の効果として以
下の点を挙げることができる。
下の点を挙げることができる。
【００２５】１）加工開始時との差分測定であるため、
安定した測定ができ、穴深さ精度が高い。 ２）光量と音響の両者をモニタリングしているため、装
置の異常を直ちに発見することができる。 ３）パソコンで管理しているため、信号強度の変化に等
による微小な計測量の補正が容易である。 ＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形態２を図２に
基づいて説明する。
安定した測定ができ、穴深さ精度が高い。 ２）光量と音響の両者をモニタリングしているため、装
置の異常を直ちに発見することができる。 ３）パソコンで管理しているため、信号強度の変化に等
による微小な計測量の補正が容易である。 ＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形態２を図２に
基づいて説明する。
【００２６】本実施の形態に係るモニタ方法では音響測
定に光干渉を用いており、図２は本方法を実施するため
加工装置の構成図である。
定に光干渉を用いており、図２は本方法を実施するため
加工装置の構成図である。
【００２７】図２において、２１は加工装置全体を制御
するパソコン、２２は加工レーザ光を発振するパルスレ
ーザ発振器、２３はレーザ光をサンプリングする部分反
射鏡、２４は測定用レーザ光を反射して加工用レーザ光
を透過する２色鏡、２５は測定用レーザ光と加工用レー
ザ光を微小角度分離するプリズム、２６は加工用レーザ
光と測定用レーザ光を集光するアクロマート対物レン
ズ、２７は加工対象物（プラスチックや半導体、金属
等）、２８はパルスレーザ光を光電変換するフォトダイ
オードである。
するパソコン、２２は加工レーザ光を発振するパルスレ
ーザ発振器、２３はレーザ光をサンプリングする部分反
射鏡、２４は測定用レーザ光を反射して加工用レーザ光
を透過する２色鏡、２５は測定用レーザ光と加工用レー
ザ光を微小角度分離するプリズム、２６は加工用レーザ
光と測定用レーザ光を集光するアクロマート対物レン
ズ、２７は加工対象物（プラスチックや半導体、金属
等）、２８はパルスレーザ光を光電変換するフォトダイ
オードである。
【００２８】又、２９は増幅器、３０は２つの信号の時
間差を計るディレイ計測器、３１はヘテロダイン計測用
の波長安定化直交２周波レーザ光源、３２は偏光分割
鏡、３３−１，３３−２は位相回転用のλ／４板、３４
は反射用コーナーキューブ鏡、３５は干渉用偏光板、３
６は受光用フォトダイオード、３７は位相検波回路、３
８は帯域制限回路、３９は増幅器である。である。
間差を計るディレイ計測器、３１はヘテロダイン計測用
の波長安定化直交２周波レーザ光源、３２は偏光分割
鏡、３３−１，３３−２は位相回転用のλ／４板、３４
は反射用コーナーキューブ鏡、３５は干渉用偏光板、３
６は受光用フォトダイオード、３７は位相検波回路、３
８は帯域制限回路、３９は増幅器である。である。
【００２９】而して、パソコン２１により発振指示され
た加工用レーザ２２は、パルス光を発光する。発光した
パルス光はその極一部が部分反射鏡２３により反射さ
れ、フォトダイオード２８にサンプリングされて光電変
換され、増幅器２９で波形整形された後、測定開始信号
となる。
た加工用レーザ２２は、パルス光を発光する。発光した
パルス光はその極一部が部分反射鏡２３により反射さ
れ、フォトダイオード２８にサンプリングされて光電変
換され、増幅器２９で波形整形された後、測定開始信号
となる。
【００３０】部分反射鏡２３を透過したレーザ光は、２
色鏡２４を透過した後、プリズム２５により方向を変え
られてアクロマート対物レンズ２６により所定の大きさ
に絞られて加工対象物２７を穴加工する。
色鏡２４を透過した後、プリズム２５により方向を変え
られてアクロマート対物レンズ２６により所定の大きさ
に絞られて加工対象物２７を穴加工する。
【００３１】一方、直交２周波レーザ光源３１より射出
した直交した２つの周波数のレーザ光は、偏光分割鏡３
２で、一方の周波数はプローブ光として直進し、他方の
周波数は参照光としてλ／４板３３−１を通過し、コー
ナーキューブ鏡３４により反射され、再びλ／４板３３
−１を通過し、偏光回転されて受光用フォトダイオード
３６に至る。
した直交した２つの周波数のレーザ光は、偏光分割鏡３
２で、一方の周波数はプローブ光として直進し、他方の
周波数は参照光としてλ／４板３３−１を通過し、コー
ナーキューブ鏡３４により反射され、再びλ／４板３３
−１を通過し、偏光回転されて受光用フォトダイオード
３６に至る。
【００３２】そして、直進したプローブ光は、λ／４板
３３−２により円偏光化された後、２色鏡２４で反射さ
れ、プリズム２５に至る。
３３−２により円偏光化された後、２色鏡２４で反射さ
れ、プリズム２５に至る。
【００３３】プリズム２５によって加工用レーザ光と僅
かに違う方向に屈折したプローブ光も、やはりアクロマ
ート対物レンズ２６により加工対象物２７の加工穴の近
傍に集光する。
かに違う方向に屈折したプローブ光も、やはりアクロマ
ート対物レンズ２６により加工対象物２７の加工穴の近
傍に集光する。
【００３４】プローブ光は、加工対象物２７を加工する
程には強くないため、正反射されてアクロマート対物レ
ンズ２６で再コリメートされて射出方向へ戻る。λ／４
板３３−２で偏光回転されたプローブ光もフォトダイオ
ード３６に至る。
程には強くないため、正反射されてアクロマート対物レ
ンズ２６で再コリメートされて射出方向へ戻る。λ／４
板３３−２で偏光回転されたプローブ光もフォトダイオ
ード３６に至る。
【００３５】プローブ光と参照光は、ヘテロダイン干渉
してフォトダイオードで検波されてビート信号となり、
乗算方式の位相検波回路３７へとビート信号が向かう。
してフォトダイオードで検波されてビート信号となり、
乗算方式の位相検波回路３７へとビート信号が向かう。
【００３６】予め不図示の基準信号回路より発生した基
準信号と位相検波された信号は、加工対象物２７の振動
による飛行距離差で発生した位相変調に則した低周波電
圧となり、帯域制限回路３８を通過して増幅器３９で適
当な電圧に増幅され、加工用レーザのパルスとの時間差
を計るディレイ計測器３０に入力されて２つの信号の時
間差が計られる。そして、この時間差を前記実施の形態
１と同様に利用することによって穴深さをモニタするこ
とができる。
準信号と位相検波された信号は、加工対象物２７の振動
による飛行距離差で発生した位相変調に則した低周波電
圧となり、帯域制限回路３８を通過して増幅器３９で適
当な電圧に増幅され、加工用レーザのパルスとの時間差
を計るディレイ計測器３０に入力されて２つの信号の時
間差が計られる。そして、この時間差を前記実施の形態
１と同様に利用することによって穴深さをモニタするこ
とができる。
【００３７】而して、本実施の形態特有の効果として以
下の点を挙げることができる。
下の点を挙げることができる。
【００３８】１）測定用光と加工用光をほぼ同軸に照射
しているため、位置関係のはっきりした安定な測定結果
を得ることができる。 ２）ほぼ同軸に照射しているため、適当な走査方式（ガ
ルバノ鏡等）で簡単に加工位置変更が可能となる。
しているため、位置関係のはっきりした安定な測定結果
を得ることができる。 ２）ほぼ同軸に照射しているため、適当な走査方式（ガ
ルバノ鏡等）で簡単に加工位置変更が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
記載の発明によれば、レーザ加工された対象物の加工深
さを高精度に制御することができるという効果が得られ
る。
記載の発明によれば、レーザ加工された対象物の加工深
さを高精度に制御することができるという効果が得られ
る。
【００４０】又、請求項２記載の発明によれば、レーザ
加工された対象物の加工深さを高精度に制御する場合に
光を用いることによって測定位置、測定装置レイアウト
等の任意性を向上させることができるという効果が得ら
れる。
加工された対象物の加工深さを高精度に制御する場合に
光を用いることによって測定位置、測定装置レイアウト
等の任意性を向上させることができるという効果が得ら
れる。
【００４１】更に、請求項３記載の発明によれば、レー
ザ加工された対象物の加工深さを高精度に制御する場合
に測定光を加工用レーザと同軸方向から照射ことによっ
て測定位置の安定性と走査性を向上させることができる
という効果が得られる。
ザ加工された対象物の加工深さを高精度に制御する場合
に測定光を加工用レーザと同軸方向から照射ことによっ
て測定位置の安定性と走査性を向上させることができる
という効果が得られる。
【図１】本発明の実施の形態１に係るモニタ方法を実施
するため加工装置の構成図である。
するため加工装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るモニタ方法を実施
するため加工装置の構成図である。
するため加工装置の構成図である。
【図３】従来の加工深さモニタ方法を説明するための加
工装置の構成図である。
工装置の構成図である。
【符号の説明】 １，２１ パソコン ２，２２ パルスレーザ発振器 ３ 部分透過鏡 ４ 対物レンズ ５，２７ 加工対象物 ６ 集音マイクロホン ７，９，２９ 増幅器 ８，２８，３６ フォトダイオード １０，３０ ディレイ計測器 ２３ 部分反射鏡 ２４ ２色鏡 ２５ プリズム ２６ アクロマート対物レンズ ３１ 波長安定化直交２周波レーザ光源 ３２ 偏向分割鏡 ３３−１，３３−２ λ／４板 ３４ コーナーキューブ鏡 ３５ 偏向板 ３７ 位相検波回路 ３８ 帯域制限回路
Claims (3)
- 【請求項１】 加工対象物に予め設定された深さの加工
を施すレーザ加工における加工深さモニタ方法におい
て、 加工対象物を伝わる振動の伝達時間により加工深さを測
定することを特徴とする加工深さモニタ方法。 - 【請求項２】 振動の検出方法として光干渉による振動
検出方法を用いることを特徴とする請求項１記載の加工
深さモニタ方法。 - 【請求項３】 モニタ光をレーザ加工用のレーザ光と同
軸方向より加工対象物に照射することを特徴とする請求
項２記載の加工深さモニタ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001134300A JP2002328017A (ja) | 2001-05-01 | 2001-05-01 | 加工深さモニタ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001134300A JP2002328017A (ja) | 2001-05-01 | 2001-05-01 | 加工深さモニタ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002328017A true JP2002328017A (ja) | 2002-11-15 |
Family
ID=18982008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001134300A Pending JP2002328017A (ja) | 2001-05-01 | 2001-05-01 | 加工深さモニタ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002328017A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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