JP2003320470A - Ultraviolet laser beam machining method by infrared laser beam assist and machining device - Google Patents
Ultraviolet laser beam machining method by infrared laser beam assist and machining deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、波長355nm以
下の近紫外、遠紫外領域の紫外線レーザを用い、加工対
象物の被加工面上に紫外線レーザを照射してアブレーシ
ョン加工を行うと共に、同じ場所に赤外線レーザを照射
してアブレーション加工を行うことによってクラックの
発生を防ぎながら穴開け、切断あるいは溝加工等のレー
ザ加工を行うものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a near-ultraviolet or far-ultraviolet ultraviolet laser having a wavelength of 355 nm or less to irradiate the surface of a workpiece with an ultraviolet laser to perform ablation, and at the same time. By irradiating the surface with an infrared laser and performing ablation processing, laser processing such as drilling, cutting or groove processing is performed while preventing the generation of cracks.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の加工方法は、ダイヤモンド工具ま
たは赤外線レーザ単体による熱加工または紫外線レーザ
単体によるアブレーション加工が中心であったが、これ
らの方法には、いくつかの問題点があり、これらを改善
する必要がある。2. Description of the Related Art Conventional processing methods have been mainly thermal processing with a diamond tool or an infrared laser alone, or ablation processing with an ultraviolet laser alone, but these methods have some problems. Need to improve.
【0003】レーザを用いて加工するものでは、レーザ
が持つ高エネルギー性、高効率性、集光性、指向性など
を利用して、時間的、空間的に集中し、無接触で加工し
ていたり、発振波長によってはエキシマレーザやチッソ
レーザなども使われていた。紫外線レーザによるアブレ
ーション加工においてクラックの発生を発生してしまう
ような材料が存在する。そのため熱を使わずに加工でき
ることを特徴としているアブレーション加工の有効性が
半減してしまう。In the processing using a laser, the high energy property, the high efficiency, the light converging property, the directivity, etc. of the laser are utilized to perform the processing without any contact by concentrating temporally and spatially. Or, depending on the oscillation wavelength, excimer lasers and nitrogen lasers were also used. There are materials that cause cracks in the ablation process using an ultraviolet laser. Therefore, the effectiveness of the ablation process, which is characterized in that it can be processed without using heat, is halved.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド工具また
は赤外線レーザを用いて加工されていたが、加工前処理
が必要であったり、微細(1mm以下)加工ができなか
ったりするなどの問題点があったため、これらの改善が
必要となっていた。Although it has been processed by using a diamond tool or an infrared laser, it has problems such as pre-processing required and fine (1 mm or less) processing not possible. , These improvements were needed.
【0005】ダイヤモンド工具による加工では、 加
工前処理をする必要がある。 摩擦を抑えるために潤
滑油を使用する必要がある。 加工速度が遅く時間が
かかる。 潤滑油を使用するため有機溶剤による洗浄
が必要となっている。 工具が磨耗するので定期的な
交換が必要。 微細(1mm以下)な穴あけ加工、溝
加工ができない。などの問題点があった。In machining with a diamond tool, it is necessary to carry out a pretreatment. Lubricant must be used to reduce friction. Processing speed is slow and takes time. Since lubricating oil is used, cleaning with an organic solvent is required. The tool wears and needs to be replaced regularly. Fine (1 mm or less) drilling and grooving are not possible. There were problems such as.
【0006】赤外線レーザによる加工では、 加工前
処理をする必要がある。 薄い板の加工ができない。
微細(1mm以下)な穴開け加工ができない。
マイクロクラックがでる。 熱加工のため板が反った
り、近接した場所での加工ができない。 後処理が必
要。などの問題点があった。In the processing by the infrared laser, it is necessary to perform a processing pretreatment. Cannot process thin plates.
Fine (1 mm or less) drilling is not possible.
Micro cracks appear. The plate is warped due to heat processing, and it cannot be processed in close proximity. Post-treatment required. There were problems such as.
【0007】紫外線レーザによる加工では、 クラッ
クが発生することがある。 カケ(欠落)が発生する
ことがある。などの問題点があった。Cracking may occur in the processing by the ultraviolet laser. Chips (losses) may occur. There were problems such as.
【0008】こうした従来技術の問題点を解決する課題
として、微細(1mm以下)な溝加工、微細(1mm以
下)な穴開け加工、加工対象物が反らない加工、近接し
た場所での加工、薄い板の加工、切断加工などが簡単に
精細にレーザ加工できる技術が待たれていた。As a problem to solve the problems of the prior art, fine (1 mm or less) groove processing, fine (1 mm or less) drilling, processing in which an object to be processed does not warp, processing in a close place, There has been a long-awaited technology that enables easy and precise laser processing of thin plates and cutting.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の欠
点を解消することができ、加工対象物の加工前処理をす
る必要が無く、微細(1mm以下)な溝加工、穴開け加
工、切断などが可能となり、加工対象物の加工も反らさ
ずに行うことができ、近接した場所での加工、薄板加工
などが可能となる赤外線レーザアシストによる紫外線レ
ーザ加工方法と加工装置を提供するものである。The present invention is capable of solving the drawbacks of the prior art, does not require pre-processing of an object to be processed, and makes fine (1 mm or less) grooving, boring, To provide an ultraviolet laser processing method and processing device with infrared laser assist that enables cutting, etc., and can also process an object to be processed without warping, and can perform processing in close proximity, thin plate processing, etc. It is a thing.
【0010】本発明の赤外線レーザアシストによる紫外
線レーザ加工方法について、図1に従って詳細に説明す
ると、波長355nm以下の近紫外、遠紫外領域の紫外
線レーザL1を加工対象物1の被加工面2に照射して加
工対象物1を加工するに際して、赤外線レーザL2をア
シストとして共用する赤外線レーザアシストによる紫外
線レーザ加工方法であって、XYZテーブル12に載置
する加工対象物1の被加工面2に対し、紫外線レーザ発
振器3から発振される波長355nm以下の紫外線レー
ザL1をビームエキスバンダ4、アパーチュア5、反射
ミラー6、ホモジナイザー7、結像光学系8ズなどを介
して照射し、かつ、反射ミラー6の上部に配設した観察
光学系及びCCDカメラ9を用いて、作業工程を観察・
記録し、一方、紫外線レーザL1と共用して、赤外線レ
ーザL2を被加工面2の上側から180度の範囲におい
て、加工対象物1の被加工面2上の紫外線レーザ照射箇
所13と同じ場所に集光照射して、加工対象物1の分子
エネルギー運動量を増大させるため、XYZテーブル1
2を移動自在に設置するか、紫外線レーザL1と赤外線
レーザL2それぞれの結像光学系8,10を加工対象物
1の加工位置に焦点を合わせるように移動自在に駆動さ
せるようにした赤外線レーザアシストによる紫外線レー
ザの加工方法である。The infrared laser assisted ultraviolet laser processing method of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. The surface 2 to be processed of the object 1 to be processed is irradiated with an ultraviolet laser L1 in the near ultraviolet or far ultraviolet region having a wavelength of 355 nm or less. When processing the object 1 to be processed, an ultraviolet laser processing method using an infrared laser assist in which the infrared laser L2 is also used as an assist, wherein the surface 2 to be processed of the object 1 to be placed on the XYZ table 12 is The ultraviolet laser L1 having a wavelength of 355 nm or less emitted from the ultraviolet laser oscillator 3 is irradiated through the beam expander 4, the aperture 5, the reflection mirror 6, the homogenizer 7, the imaging optical system 8's, and the like. Observe the work process using the observation optical system and CCD camera 9 installed at the top.
On the other hand, in common with the ultraviolet laser L1, the infrared laser L2 is recorded at the same position as the ultraviolet laser irradiation spot 13 on the processed surface 2 of the processing object 1 within a range of 180 degrees from the upper side of the processed surface 2. In order to increase the molecular energy momentum of the object to be processed 1 by performing focused irradiation, the XYZ table 1
2 is movably installed, or the infrared laser assist is such that the imaging optical systems 8 and 10 of the ultraviolet laser L1 and the infrared laser L2 are movably driven so as to focus on the processing position of the processing object 1. It is a method of processing an ultraviolet laser according to.
【0011】本発明に用いる紫外線レーザL1を発振波
長355nm以下の近紫外、遠紫外領域のものに限定し
ているが、発振波長は400nmを限度とし、ビームエ
キスバンダ4を介して発振される紫外線レーザL1は、
アパーチュア5によって不必要な紫外線レーザ光はカッ
トされることになっている。The ultraviolet laser L1 used in the present invention is limited to the near ultraviolet and far ultraviolet regions having an oscillation wavelength of 355 nm or less, but the oscillation wavelength is limited to 400 nm, and the ultraviolet light oscillated through the beam expander 4 is used. The laser L1 is
Unnecessary ultraviolet laser light is to be cut by the aperture 5.
【0012】本発明の赤外線レーザアシストによる紫外
線レーザ加工装置14について、図1に従って詳細に説
明すると、XYZテーブル12に載置する加工対象物1
の被加工面2に対し、紫外線レーザ発振器3の結像光学
系8と、赤外線レーザアシストによる赤外線レーザ発振
器11の結像光学系10とから照射されるレーザ光を集
光照射させるように配置する構成とし、紫外線レーザ発
振器3の結像光学系8は、紫外線レーザ発振器3と加工
対象物1の被加工面2の間にビームエキスバンダ4、ア
パーチュア5、反射ミラー6、ホモジナイザー7、結像
光学系8を配設し、反射ミラー6は紫外線レーザ発振器
3から照射される紫外線レーザL1がホモジナイザー7
の方向に反射するように折曲した光路上のコーナーに配
設し、かつ、反射ミラー6の上部に観察光学系及びCC
Dカメラ9を配設し、一方、赤外線レーザ発振器11の
結像光学系10は、赤外線レーザ発振器11と加工対象
物1の被加工面2の間に結像光学系10を配設し、さら
に、加工対象物1の被加工面2上の紫外線レーザ照射箇
所13と同じ場所に、赤外線レーザL2が照射されるよ
う加工対象物1を載置したXYZテーブル12を移動自
在に設置するか、紫外線レーザL1と赤外線レーザL2
それぞれの結像光学系8,10を加工対象物1の加工位
置に焦点を合わせるように移動自在に駆動させるように
した赤外線レーザアシストによる紫外線レーザ加工装置
14である。The ultraviolet laser processing apparatus 14 according to the present invention, which is assisted by infrared laser, will be described in detail with reference to FIG.
The laser beam emitted from the image forming optical system 8 of the ultraviolet laser oscillator 3 and the image forming optical system 10 of the infrared laser oscillator 11 by the infrared laser assist is arranged so as to be condensed and emitted to the surface 2 to be processed. The imaging optical system 8 of the ultraviolet laser oscillator 3 includes a beam expander 4, an aperture 5, a reflection mirror 6, a homogenizer 7, and an imaging optical system between the ultraviolet laser oscillator 3 and the surface 2 to be processed of the processing object 1. The system 8 is provided, and the reflection mirror 6 uses the homogenizer 7 for the ultraviolet laser L1 emitted from the ultraviolet laser oscillator 3.
Is arranged at a corner on the optical path bent so as to be reflected in the direction of, and an observation optical system and a CC are provided above the reflection mirror 6.
The D camera 9 is provided, while the image forming optical system 10 of the infrared laser oscillator 11 is provided between the infrared laser oscillator 11 and the surface 2 to be processed of the workpiece 1, and The XYZ table 12 on which the processing object 1 is placed is movably installed at the same position as the ultraviolet laser irradiation position 13 on the surface 2 to be processed of the processing object 1 so that the infrared laser L2 is irradiated, or Laser L1 and infrared laser L2
The ultraviolet laser processing device 14 is an infrared laser assisted device that drives the respective imaging optical systems 8 and 10 to be movable so as to focus on the processing position of the processing object 1.
【0013】紫外線レーザL1を発振する紫外線レーザ
発振器3の前部にビームエキスバンダ4を配設し、該ビ
ームエキスバンダ4とホモジナイザー7の間に、アパー
チュア5と反射ミラー6を介在させ、反射ミラー6は紫
外線レーザL1がホモジナイザー7の方向に反射するよ
うに折曲した光路上のコーナーに配設し、前記ホモジナ
イザー7の前面に結像光学系8を配置し、該結像光学系
8の先端に加工対象物1を載置したXYZテーブル12
を移動自在に設置し、一方、赤外線レーザ発振器11の
結像光学系10は、赤外線レーザ発振器11と加工対象
物1の被加工面2の間に結像光学系10を配設し、か
つ、紫外線レーザL1と赤外線レーザL2それぞれの結
像光学系8,10を加工対象物1の加工位置に焦点を合
わせるように移動自在に駆動させるようにし、加工対象
物1をXYZテーブル12の上に載置して加工するた
め、紫外線レーザ発振器3、ビームエキスバンダ4、ア
パーチュア5、反射ミラー6、ホモジナイザー7、結像
光学系8、CCDカメラ9、結像光学系10、赤外線レ
ーザ発振器11、XYZテーブル12などで構成されて
いる。A beam expander 4 is disposed in front of an ultraviolet laser oscillator 3 which oscillates an ultraviolet laser L1, and an aperture 5 and a reflecting mirror 6 are interposed between the beam expander 4 and a homogenizer 7, and a reflecting mirror. Reference numeral 6 is arranged at a corner on an optical path bent so that the ultraviolet laser L1 is reflected in the direction of the homogenizer 7, and an image forming optical system 8 is arranged in front of the homogenizer 7, and the tip of the image forming optical system 8 is arranged. The XYZ table 12 on which the processing object 1 is placed
Is movably installed, while the image forming optical system 10 of the infrared laser oscillator 11 is arranged between the infrared laser oscillator 11 and the surface 2 to be processed of the workpiece 1, and The imaging optical systems 8 and 10 of the ultraviolet laser L1 and the infrared laser L2 are movably driven so as to focus on the processing position of the processing object 1, and the processing object 1 is mounted on the XYZ table 12. Since it is placed and processed, the ultraviolet laser oscillator 3, the beam expander 4, the aperture 5, the reflection mirror 6, the homogenizer 7, the imaging optical system 8, the CCD camera 9, the imaging optical system 10, the infrared laser oscillator 11, the XYZ table. It is composed of twelve etc.
【0014】本発明の加工方法を図2の実施例で詳細に
説明すると、加工対象物1の被加工面2に紫外線レーザ
L1と赤外線レーザL2が同じ場所に照射されるように
されるものである。The processing method of the present invention will be described in detail with reference to the embodiment shown in FIG. 2. The processing surface 2 of the processing object 1 is irradiated with the ultraviolet laser L1 and the infrared laser L2 at the same location. is there.
【0015】加工対象物1の被加工面2上の紫外線レー
ザ照射箇所13と同じ場所に赤外線レーザL2を集光照
射するため、加工対象物の分子エネルギー運動量が増大
し、分子の結合を弱めることにより、紫外線レーザL1
を照射した際の加工効率を上げることができ、クラック
やカケを無くすという利点を生じた。Since the infrared laser L2 is focused and irradiated on the same position as the ultraviolet laser irradiation position 13 on the surface 2 to be processed of the object to be processed, the molecular energy momentum of the object to be processed is increased and the bond of molecules is weakened. By the UV laser L1
It was possible to improve the processing efficiency when irradiating with, and there was an advantage that cracks and chips were eliminated.
【0016】加工対象物1の被加工面2は、透明面で
も、ナシの実の皮のように細かいでこぼこのある「なし
地」面でも加工することが可能となった。The surface 2 to be processed of the object 1 can be processed either on a transparent surface or on a "plain" surface having fine irregularities such as pear skin.
【0017】[0017]
【発明の効果】本発明の赤外線レーザアシストによる紫
外線レーザ加工方法によれば、ダイヤモンド工具、赤外
線レーザによる加工に際しての加工前処理などを必要と
せず、従来技術の欠点を解消したばかりか、クラックを
発生しない微細(1mm以下)な穴あけ加工、切断およ
び溝加工などが可能となった。According to the infrared laser assisted ultraviolet laser processing method of the present invention, not only the diamond tool and the processing pretreatment at the time of processing by the infrared laser are not required, but not only the drawbacks of the prior art are solved but also cracks are generated. Fine (1 mm or less) drilling, cutting, and groove processing that do not occur have become possible.
【0018】また、欠落を発生しない微細(1mm以
下)な穴あけ加工、切断および溝加工などが可能となっ
た。Further, it becomes possible to perform fine (1 mm or less) drilling, cutting and grooving without chipping.
【0019】さらに、加工対象物の反らない加工が実現
でき、近接した場所での加工も可能となり、薄板の加工
などが可能となったのはいうまでもない。Further, it is needless to say that processing of the object to be processed can be performed without warping, processing at a close place is possible, and processing of a thin plate is possible.
【0020】本発明の赤外線レーザアシストによる紫外
線レーザ加工方法による加工装置を提供することができ
たため、産業への利用が多い紫外線レーザ加工のさらな
る応用が可能になった。Since the processing apparatus according to the infrared laser assisted ultraviolet laser processing method of the present invention can be provided, it is possible to further apply the ultraviolet laser processing, which is often used in industry.
【図1】本発明に用いる紫外線レーザ加工装置の概略
図。FIG. 1 is a schematic view of an ultraviolet laser processing apparatus used in the present invention.
【図2】加工対象物の加工実施例図。FIG. 2 is a diagram showing a working example of an object to be processed.
1:加工対象物 2:被加工面 3:紫外線レーザ発振器 4:ビームエキスパンダ 5:アパーチュア 6:反射ミラー 7:ホモジナイザー 8:結像光学系 9:CCDカメラ 10:結像光学系 11:赤外線レーザ発振器 12:XYZテーブル 13:紫外線レーザ照射箇所 14:紫外線レーザ加工装置 L1:紫外線レーザ L2:赤外線レーザ 1: Object to be processed 2: Surface to be processed 3: Ultraviolet laser oscillator 4: Beam expander 5: Aperture 6: Reflection mirror 7: Homogenizer 8: Imaging optical system 9: CCD camera 10: Imaging optical system 11: Infrared laser oscillator 12: XYZ table 13: UV laser irradiation point 14: Ultraviolet laser processing device L1: UV laser L2: Infrared laser
Claims (2)
の紫外線レーザを加工対象物の被加工面に照射して加工
対象物を加工するに際して、赤外線レーザをアシストと
して共用する赤外線レーザアシストによる紫外線レーザ
加工方法において、XYZテーブルに載置する加工対象
物の被加工面に対し、紫外線レーザ発振器から発振され
る波長355nm以下の紫外線レーザをビームエキスバ
ンダ、アパーチュア、反射ミラー、ホモジナイザー、結
像レンズなどを介して照射し、かつ、反射ミラーの上部
に配設した観察光学系及びCCDカメラを用いて、作業
工程を観察・記録し、一方、紫外線レーザと共用して、
赤外線レーザを被加工面の上側から180度の範囲にお
いて、加工対象物の被加工面上の紫外線レーザ照射箇所
と同じ場所に集光照射して、加工対象物の分子エネルギ
ー運動量を増大させるため、XYZテーブルを移動自在
に設置するか、紫外線レーザと赤外線レーザそれぞれの
結像光学系を加工対象物の加工位置に焦点を合わせるよ
うに移動自在に駆動させるようにした赤外線レーザアシ
ストによる紫外線レーザ加工方法。1. An ultraviolet ray assisted by an infrared laser, which shares an infrared laser as an assist when a surface to be processed of an object to be processed is irradiated with an ultraviolet laser having a wavelength of 355 nm or less in the near ultraviolet or far ultraviolet region. In the laser processing method, an ultraviolet laser having a wavelength of 355 nm or less oscillated from an ultraviolet laser oscillator is applied to a surface to be processed of an object to be processed placed on an XYZ table by a beam expander, an aperture, a reflection mirror, a homogenizer, an imaging lens, etc. And observing and recording the work process using the observation optical system and CCD camera arranged above the reflection mirror, while using the UV laser in common.
In order to increase the molecular energy momentum of the object to be processed by concentrating and irradiating the infrared laser on the same position as the ultraviolet laser irradiation position on the object to be processed in the range of 180 degrees from the upper side of the surface to be processed, An infrared laser assisted ultraviolet laser processing method in which an XYZ table is movably installed or the respective imaging optical systems of the ultraviolet laser and the infrared laser are movably driven so as to focus on a processing position of an object to be processed. .
加工面に対し、紫外線レーザ発振器の結像光学系と、赤
外線レーザアシストによる赤外線レーザ発振器の結像光
学系とから照射されるレーザ光を集光照射させるように
配置する構成とし、紫外線レーザ発振器の結像光学系
は、紫外線レーザ発振器と加工対象物の被加工面の間に
ビームエキスバンダ、アパーチュア、反射ミラー、ホモ
ジナイザー、結像光学系を配設し、反射ミラーは紫外線
レーザ発振器から照射される紫外線レーザがホモジナイ
ザーの方向に反射するように折曲した光路上のコーナー
に配設し、かつ、反射ミラーの上部に観察光学系及びC
CDカメラを配設し、一方、赤外線レーザ発振器の結像
光学系は、赤外線レーザ発振器と加工対象物の被加工面
の間に結像光学系を配設し、さらに加工対象物の被加工
面上の紫外線レーザ照射箇所と同じ場所に赤外線レーザ
が照射されるよう加工対象物を載置したXYZテーブル
を移動自在に設置するか、紫外線レーザと赤外線レーザ
それぞれの結像光学系を加工対象物の加工位置に焦点を
合わせるように移動自在に駆動させるようにした赤外線
レーザアシストによる紫外線レーザ加工装置。2. Laser light emitted from an image forming optical system of an ultraviolet laser oscillator and an image forming optical system of an infrared laser oscillator assisted by infrared laser to a work surface of an object to be processed placed on an XYZ table. The configuration is such that the laser beam is focused and irradiated, and the imaging optical system of the ultraviolet laser oscillator consists of a beam expander, an aperture, a reflection mirror, a homogenizer, and an imaging optics between the ultraviolet laser oscillator and the surface to be processed of the workpiece. The system is arranged, the reflection mirror is arranged at a corner on the optical path bent so that the ultraviolet laser emitted from the ultraviolet laser oscillator is reflected in the direction of the homogenizer, and the observation optical system and the observation optical system are provided above the reflection mirror. C
A CD camera is provided, while the image forming optical system of the infrared laser oscillator is provided with an image forming optical system between the infrared laser oscillator and the work surface of the object to be processed. The XYZ table on which the object to be processed is movably installed so that the infrared laser is irradiated to the same place as the ultraviolet laser irradiation position above, or the imaging optical system for each of the ultraviolet laser and the infrared laser is installed on the object to be processed. An infrared laser assisted ultraviolet laser processing device that is driven so that it can move freely so that it focuses on the processing position.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002166313A JP2003320470A (en) | 2002-05-02 | 2002-05-02 | Ultraviolet laser beam machining method by infrared laser beam assist and machining device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008510311A (en) * | 2004-08-18 | 2008-04-03 | 日立ビアメカニクス株式会社 | Laser drilling method for multi-layer workpieces |
-
2002
- 2002-05-02 JP JP2002166313A patent/JP2003320470A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008510311A (en) * | 2004-08-18 | 2008-04-03 | 日立ビアメカニクス株式会社 | Laser drilling method for multi-layer workpieces |
JP4695140B2 (en) * | 2004-08-18 | 2011-06-08 | 日立ビアメカニクス株式会社 | Laser drilling method for multi-layer workpieces |
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