JP2005125398A - Laser beam machining device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining device in where the reflected light of laser light irradiated on the surface of a work is detected at high sensitivity, and the machining condition of the work can be securely observed. <P>SOLUTION: In the laser beam machining device 1, an incidence lens 23 is arranged on the side of the incidence end 10a in optical fiber 10 for machining, condenses laser light L<SB>1</SB>emitted from a laser oscillator 15 and allows the same to be made incident on the core 11 of the optical fiber 10 for machining. A machining optical system 20 composed of machining lenses 21 and 22 is arranged on the side of the emission end 10b of the optical fiber 10 for machining, condenses the laser light L<SB>1</SB>transmitted via the core 11 of the optical fiber 10 for machining, and irradiates the same to the surface of a work 30. A part of the laser light reflected on the surface of the work 30 (laser light L<SB>2</SB>deviated from the light path of the laser light L<SB>1</SB>as incident light) is made incident on a clad layer 12 of the optical fiber 10 for machining. Further, a sensor apparatus 41 is arranged on the side of the incidence end 10a of the optical fiber 10 for machining, and detects laser light L<SB>3</SB>reflected by the work 30 and returned to the side of the laser oscillator 15 via the clad layer 12 of the optical fiber 10 for machining. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置に係り、とりわけ、被加工物の加工中にその加工状態を観察することができるようにしたレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that processes a workpiece using laser light, and more particularly, to a laser processing apparatus that can observe the processing state during processing of the workpiece.

従来から、この種のレーザ加工装置として、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光ファイバを介して被加工物の近傍まで導き、加工光学系により被加工物上にレーザ光を照射することにより、被加工物の加工を行うレーザ加工装置が知られている。   Conventionally, as this kind of laser processing apparatus, by guiding the laser beam emitted from the laser oscillator to the vicinity of the workpiece through the optical fiber, and irradiating the workpiece with the laser beam by the processing optical system, A laser processing apparatus for processing a workpiece is known.

図６はこのような従来のレーザ加工装置を説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining such a conventional laser processing apparatus.

図６に示すレーザ加工装置６０において、レーザ発振器１５から出射されたレーザ光は、入射レンズ２３を介して光ファイバ１０の入射端１０ａに入射され、光ファイバ１０を介して伝送されて光ファイバ１０の出射端１０ｂまで導かれる。そして、このようにして伝送されたレーザ光は、光ファイバ１０の出射端１０ｂから出射され、加工レンズ２１′により集光されて被加工物３０上に照射される。   In the laser processing apparatus 60 shown in FIG. 6, the laser light emitted from the laser oscillator 15 enters the incident end 10 a of the optical fiber 10 through the incident lens 23, is transmitted through the optical fiber 10, and is transmitted through the optical fiber 10. To the emission end 10b. The laser beam transmitted in this way is emitted from the emission end 10b of the optical fiber 10, is collected by the processing lens 21 ', and is irradiated onto the workpiece 30.

ところで、このようなレーザ加工装置６０において、被加工物３０の加工を適切に行うためには、被加工物３０の加工中にその加工状態を的確に把握し、必要に応じてレーザ加工装置６０の各部（レーザ発振器１５等）を制御する必要がある。   By the way, in order to appropriately process the workpiece 30 in such a laser processing apparatus 60, the processing state is accurately grasped during the processing of the workpiece 30, and the laser processing apparatus 60 is performed as necessary. It is necessary to control each part (laser oscillator 15 etc.).

このための従来の方法として、被加工物３０上に照射されたレーザ光の反射光を利用して被加工物３０の加工状態を観察する方法が提案されている。具体的には例えば、図６に示すように、レーザ発振器１５と入射レンズ２３との間にビームスプリッタ５１を配置し、被加工物３０で反射されて光ファイバ１０を介してレーザ発振器１５側に戻されたレーザ光の一部を光路上から分岐させた後、この分岐されたレーザ光を集光レンズ５２により撮像装置５３上に照射することにより、被加工物３０の加工状態を観察する方法が提案されている（特許文献１参照）。   As a conventional method for this purpose, there has been proposed a method of observing the processing state of the workpiece 30 using the reflected light of the laser beam irradiated on the workpiece 30. Specifically, for example, as shown in FIG. 6, a beam splitter 51 is disposed between the laser oscillator 15 and the incident lens 23, reflected by the workpiece 30, and then passed through the optical fiber 10 toward the laser oscillator 15 side. A method of observing the processing state of the workpiece 30 by irradiating a part of the returned laser light from the optical path and then irradiating the branched laser light onto the imaging device 53 by the condenser lens 52. Has been proposed (see Patent Document 1).

しかしながら、上述した従来の方法では、レーザ発振器１５から被加工物３０へ向けて出射されたレーザ光（入射光）の光路が、被加工物３０で反射されてレーザ発振器１５側に戻されるレーザ光（反射光）の光路と同一であるので、このような光路上に配置されたビームスプリッタ５１により分岐することが可能なレーザ光の量は限られたものとなる。このため、撮像装置５３で検出される信号のＳ／Ｎ比が悪くなり、被加工物３０の加工状態を確実に観察することが困難であるという問題がある。
特開平６−２１８５７０号公報 However, in the conventional method described above, the optical path of the laser light (incident light) emitted from the laser oscillator 15 toward the workpiece 30 is reflected by the workpiece 30 and returned to the laser oscillator 15 side. Since it is the same as the optical path of (reflected light), the amount of laser light that can be branched by the beam splitter 51 disposed on such an optical path is limited. For this reason, there is a problem that the S / N ratio of the signal detected by the imaging device 53 is deteriorated and it is difficult to reliably observe the processing state of the workpiece 30.
JP-A-6-218570

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、被加工物上に照射されたレーザ光の反射光を高い感度で検出して被加工物の加工状態を確実に観察することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such points, and can detect the reflected light of the laser beam irradiated on the workpiece with high sensitivity and reliably observe the processing state of the workpiece. It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus that can perform this.

本発明は、レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する加工用光ファイバと、前記加工用光ファイバの出射端側に配置され、前記加工用光ファイバを介して伝送されたレーザ光を集光して被加工物上に照射する加工光学系と、前記加工用光ファイバの入射端側に配置され、前記被加工物で反射されて前記加工用光ファイバを介して前記レーザ発振器側に戻されたレーザ光を検出するセンサ装置とを備え、前記加工用光ファイバは、コアと、このコアを覆う外部層とを有し、前記センサ装置は、前記加工用光ファイバの前記外部層を介して前記レーザ発振器側に戻されたレーザ光を検出することを特徴とするレーザ加工装置を提供する。   The present invention provides a laser processing apparatus that processes a workpiece using laser light, a laser oscillator that emits laser light, a processing optical fiber that transmits laser light emitted from the laser oscillator, A processing optical system that is disposed on the output end side of the processing optical fiber and that condenses the laser beam transmitted through the processing optical fiber and irradiates the workpiece, and an incident end of the processing optical fiber And a sensor device that detects laser light reflected by the workpiece and returned to the laser oscillator side through the processing optical fiber, the processing optical fiber comprising: a core; An external layer covering the core, and the sensor device detects a laser beam returned to the laser oscillator side through the external layer of the processing optical fiber. Offer To.

なお、本発明においては、前記センサ装置による検出結果に基づいて前記被加工物の加工状態を観察する観察装置をさらに備えることが好ましい。   In addition, in this invention, it is preferable to further provide the observation apparatus which observes the processing state of the said workpiece based on the detection result by the said sensor apparatus.

また、本発明において、前記センサ装置は、前記加工用光ファイバの前記外部層から出射されたレーザ光の光路上に配置されたセンサ部を有することが好ましい。ここで、前記センサ部は、前記加工用光ファイバの前記入射端側の異なる位置に複数配置されていることが好ましい。また、前記複数のセンサ部は、異なる感度特性を持つ少なくとも二種類のセンサ部を含むことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the sensor device includes a sensor unit disposed on an optical path of laser light emitted from the outer layer of the processing optical fiber. Here, it is preferable that a plurality of the sensor units are arranged at different positions on the incident end side of the processing optical fiber. The plurality of sensor units preferably include at least two types of sensor units having different sensitivity characteristics.

さらに、本発明において、前記センサ装置は、前記加工用光ファイバの前記外部層から出射されたレーザ光の光路上にその入射端が位置付けられるように配置された測定用光ファイバと、この測定用光ファイバの出射端側に配置され、前記測定用光ファイバを介して伝送されたレーザ光を検出するセンサ部とを有することが好ましい。ここで、前記測定用光ファイバは、前記加工用光ファイバの前記入射端側の異なる位置に複数配置され、前記センサ部は、前記複数の測定用光ファイバを介して伝送されたレーザ光を検出するように一つ又は複数配置されていることが好ましい。   Furthermore, in the present invention, the sensor device includes a measurement optical fiber disposed so that an incident end thereof is positioned on an optical path of a laser beam emitted from the outer layer of the processing optical fiber, and the measurement optical fiber. It is preferable to have a sensor unit that is disposed on the emission end side of the optical fiber and detects the laser beam transmitted through the measurement optical fiber. Here, a plurality of the measurement optical fibers are arranged at different positions on the incident end side of the processing optical fiber, and the sensor unit detects a laser beam transmitted through the plurality of measurement optical fibers. It is preferable that one or a plurality are arranged.

なお、本発明において、前記外部層はクラッド層及びサポート層のうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。   In the present invention, the outer layer preferably includes at least one of a cladding layer and a support layer.

本発明によれば、加工用光ファイバの外部層を介してレーザ発振器側に戻されたレーザ光をセンサ装置により検出するようにしているので、レーザ発振器から被加工物へ向けて出射された入射光を遮蔽しない位置にセンサ装置を配置することが可能となり、センサ装置で検出される信号のＳ／Ｎ比を良好にすることができる。このため、被加工物上に照射されたレーザ光の反射光を高い感度で検出して観察装置等により被加工物の加工状態を確実に観察することができる。   According to the present invention, the laser light returned to the laser oscillator side through the outer layer of the processing optical fiber is detected by the sensor device, so that the incident light emitted from the laser oscillator toward the workpiece The sensor device can be disposed at a position where light is not shielded, and the S / N ratio of a signal detected by the sensor device can be improved. For this reason, the reflected light of the laser beam irradiated on the workpiece can be detected with high sensitivity, and the processing state of the workpiece can be reliably observed by an observation device or the like.

また、本発明によれば、センサ装置を設置する上でのスペース的な制約が少ないので、多数かつ多様なセンサを設置することが可能となる。   In addition, according to the present invention, since there are few space restrictions when installing the sensor device, it is possible to install many and various sensors.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、図１により、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成について説明する。   First, the configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ光を利用して被加工物３０の加工を行うものであり、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ発振器１５と、レーザ発振器１５から出射されたレーザ光Ｌ１を伝送する加工用光ファイバ１０とを備えている。 As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 1 performs the processing of the workpiece 30 by utilizing the laser beam, a laser oscillator 15 for emitting a laser beam L 1, emitted from the laser oscillator 15 and a working optical fiber 10 for transmitting the laser light L 1.

まず最初に、図２及び図３(a)(b)により、加工用光ファイバ１０の詳細について説明する。   First, details of the processing optical fiber 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3A and 3B.

図２に示すように、加工用光ファイバ１０は、コア１１と、このコア１１を覆うように中心部側から順に積層されたクラッド層１２、サポート層１３及び被覆層１４とを有している。なお、クラッド層１２及びサポート層１３により外部層が構成されている。   As shown in FIG. 2, the processing optical fiber 10 includes a core 11, a clad layer 12, a support layer 13, and a coating layer 14 that are sequentially laminated from the center side so as to cover the core 11. . The cladding layer 12 and the support layer 13 constitute an outer layer.

このうち、コア１１はレーザ光を正常に伝送するために設計及び調整されたものであり、図３(a)に示すように、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａにてコア１１の入出射ＮＡの範囲（０．１〜０．２程度）にレーザ光Ｌ１が入射されると、レーザ光Ｌ１がコア１１のみを介して正常に伝送される。この場合、加工用光ファイバ１０の出射端１０ｂから出射されるレーザ光の出射光パターンは、コア１１を介して伝送されたレーザ光Ｌ１に対応する円形のパターンとなる。 Among these, the core 11 is designed and adjusted for normal transmission of laser light. As shown in FIG. 3A, the core 11 enters and exits at the incident end 10a of the processing optical fiber 10. When the laser beam L 1 in the NA range of (about 0.1 to 0.2) is incident, the laser light L 1 is transmitted successfully through only the core 11. In this case, the emitted light pattern of the laser light emitted from the emitting end 10 b of the processing optical fiber 10 is a circular pattern corresponding to the laser light L 1 transmitted through the core 11.

これに対し、クラッド層１２及びサポート層１３はレーザ光を積極的に伝送するためのものではないが、低出力のレーザ光であれば破損等の問題なく伝送することが可能である。具体的には、図３(b)に示すように、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａにてレーザ光Ｌ１がコア１１の入出射ＮＡの範囲よりも大きな範囲に入射されると、レーザ光Ｌ１がコア１１及びクラッド層１２（又はクラッド層１２及びサポート層１３）を介して伝送される。この場合、加工用光ファイバ１０の出射端１０ｂから出射されるレーザ光の出射光パターンは、コア１１を介して伝送されたレーザ光Ｌ１に対応する円形のパターンのまわり（外側）に、クラッド層１２（又はクラッド層１２及びサポート層１３）を介して伝送されたレーザ光Ｌ３に対応するリング状のパターンが配置されたものとなる。 On the other hand, the clad layer 12 and the support layer 13 are not intended to actively transmit laser light, but can be transmitted without problems such as damage if the laser light has a low output. Specifically, as shown in FIG. 3 (b), the laser beam L 1 at an incident end 10a of the working optical fiber 10 is incident to a larger range than the range of input and output NA of the core 11, the laser light L 1 is transmitted through the core 11 and the cladding layer 12 (or cladding layer 12 and the support layer 13). In this case, the outgoing light pattern of the laser light emitted from the outgoing end 10 b of the processing optical fiber 10 is clad around (outside) the circular pattern corresponding to the laser light L 1 transmitted through the core 11. the layer 12 (or cladding layer 12 and the support layer 13) that ring-like pattern corresponding to the laser beam L 3 transmitted through is arranged.

以下、図１に戻って、上述したような加工用光ファイバ１０を備えたレーザ加工装置１の詳細について説明する。   Hereinafter, returning to FIG. 1, the details of the laser processing apparatus 1 including the processing optical fiber 10 as described above will be described.

図１に示すように、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａ側には入射レンズ（入射光学系）２３が配置され、レーザ発振器１５から出射されたレーザ光Ｌ１を集光して加工用光ファイバ１０のコア１１に入射させることができるようになっている。 As shown in FIG. 1, the incident end 10a side of the working optical fiber 10 incident lens (incident optical system) 23 is disposed for processing optical laser beam L 1 emitted from the laser oscillator 15 is condensed The light can enter the core 11 of the fiber 10.

また、加工用光ファイバ１０の出射端１０ｂ側には加工レンズ２１，２２からなる加工光学系２０が配置され、加工用光ファイバ１０のコア１１を介して伝送されたレーザ光Ｌ１を集光して被加工物３０上に照射することができるようになっている。 In addition, a processing optical system 20 including processing lenses 21 and 22 is disposed on the output end 10 b side of the processing optical fiber 10, and the laser light L 1 transmitted through the core 11 of the processing optical fiber 10 is collected. Thus, the workpiece 30 can be irradiated.

なお、加工用光ファイバ１０及び加工光学系２０は、被加工物３０で反射されたレーザ光のうち入出射ＮＡの範囲内の光（入射光であるレーザ光Ｌ１と同一の光路上のレーザ光）が加工用光ファイバ１０のコア１１に入射され、入出射ＮＡの範囲外の光（入射光であるレーザ光Ｌ１の光路から外れたレーザ光Ｌ２）が加工用光ファイバ１０のクラッド層１２に入射されるように配置されている。ここで、加工光学系２０によりレーザ光Ｌ１が照射される被加工物３０は移動テーブル（図示せず）上に載置されており、加工光学系２０に対して被加工物３０を相対的に移動させることにより、被加工物３０上でのレーザ光Ｌ１の照射位置（加工点）を適宜移動させることができるようになっている。 Note that the processing optical fiber 10 and the processing optical system 20 include light within the range of the incident / exit NA of the laser light reflected by the workpiece 30 (laser on the same optical path as the laser light L 1 that is incident light). Light) is incident on the core 11 of the processing optical fiber 10, and light outside the input / output NA range (laser light L 2 deviating from the optical path of the laser light L 1 that is incident light) is clad in the processing optical fiber 10. It arrange | positions so that it may inject into the layer 12. FIG. Here, the workpiece 30 to which the laser beam L 1 is irradiated by the processing optical system 20 is placed on a moving table (not shown), and the workpiece 30 is relative to the processing optical system 20. by moving, so it is possible to move the irradiation position of the laser beam L 1 in the above workpiece 30 (working point) appropriate are in.

さらに、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａ側にはセンサ装置４１が配置され、被加工物３０で反射されて加工用光ファイバ１０のクラッド層１２を介してレーザ発振器１５側に戻されたレーザ光Ｌ３を検出することができるようになっている。 Further, a sensor device 41 is disposed on the incident end 10 a side of the processing optical fiber 10, and is reflected by the workpiece 30 and returned to the laser oscillator 15 side through the cladding layer 12 of the processing optical fiber 10. and it is capable of detecting the light L 3.

なお、センサ装置４１は、加工用光ファイバ１０のクラッド層１２から出射されたレーザ光Ｌ３の光路上に配置されたセンサ部４１ａを有している。ここで、センサ部４１ａは、受光面に照射されたレーザ光の輝度分布等を信号として出力するものであり、撮像装置やセンサアレイ等を用いることができる。なお、センサ部４１ａは、加工用光ファイバ１０のクラッド層１２から出射されたレーザ光Ｌ３が直接照射される位置に配置してもよいが、図１に示すように、加工用光ファイバ１０のクラッド層１２から出射されたレーザ光Ｌ３の光路上に反射ミラー４３を配置し、この反射ミラー４３で反射されたレーザ光Ｌ３が照射される位置にセンサ部４１ａを配置するようにしてもよい。このようにすれば、センサ部４１ａの配置の自由度を確保することができる。 The sensor device 41 has a sensor portion 41a which is disposed on the optical path of the laser beam L 3 emitted from the cladding layer 12 of the working optical fiber 10. Here, the sensor unit 41a outputs a luminance distribution or the like of laser light irradiated on the light receiving surface as a signal, and an imaging device, a sensor array, or the like can be used. The sensor unit 41a is a laser beam L 3 emitted from the cladding layer 12 of the working optical fiber 10 may be arranged at a position to be irradiated directly, as shown in FIG. 1, for processing optical fiber 10 The reflection mirror 43 is disposed on the optical path of the laser light L 3 emitted from the cladding layer 12, and the sensor unit 41 a is disposed at a position where the laser light L 3 reflected by the reflection mirror 43 is irradiated. Also good. In this way, it is possible to ensure the degree of freedom of arrangement of the sensor unit 41a.

ここで、センサ装置４１のセンサ部４１ａの数は特に限定されるものではなく、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａ側の異なる位置に複数配置するようにしてもよい。具体的には例えば、複数のセンサ部４１ａを入射レンズ２３の近傍の放射状に離間した位置に配置することができる。なおこの場合、各センサ部４１ａは加工用光ファイバ１０の入射端１０ａのまわりに等間隔で配置（等配置）することが好ましい。また、センサ装置４１が複数のセンサ部４１ａを有する場合には、各センサ部４１ａが異なる感度特性（波長及び時定数等）を持つようにしてもよい。さらに、各センサ部４１ａの受光面側に、観察したい波長域の光のみを透過させるフィルタを配置するようにしてもよい。   Here, the number of sensor portions 41a of the sensor device 41 is not particularly limited, and a plurality of sensor portions 41a may be arranged at different positions on the incident end 10a side of the processing optical fiber 10. Specifically, for example, the plurality of sensor units 41 a can be arranged at radially spaced positions in the vicinity of the incident lens 23. In this case, the sensor portions 41a are preferably arranged (equally arranged) around the incident end 10a of the processing optical fiber 10 at equal intervals. When the sensor device 41 includes a plurality of sensor units 41a, each sensor unit 41a may have different sensitivity characteristics (wavelength, time constant, etc.). Furthermore, you may make it arrange | position the filter which permeate | transmits only the light of the wavelength range to observe on the light-receiving surface side of each sensor part 41a.

また、センサ装置４１のセンサ部４１ａには観察装置４２が接続されており、センサ装置４１のセンサ部４１ａによる検出結果に基づいて被加工物３０の加工状態を観察することができるようになっている。ここで、観察装置４２は、センサ装置４１のセンサ部４１ａにより検出された信号に基づいて被加工物３０の加工状態を画像情報として表示したり、信号の分析結果を診断情報として提示したりするものである。   In addition, an observation device 42 is connected to the sensor unit 41a of the sensor device 41, so that the processing state of the workpiece 30 can be observed based on the detection result by the sensor unit 41a of the sensor device 41. Yes. Here, the observation device 42 displays the processing state of the workpiece 30 as image information based on the signal detected by the sensor unit 41a of the sensor device 41, or presents the analysis result of the signal as diagnostic information. Is.

なお、センサ装置４１のセンサ部４１ａにはレーザ加工装置１の制御装置（図示せず）が接続されていてもよい。この場合には、被加工物３０の加工状態に基づいてレーザ加工装置１の各部（レーザ発振器１５等）の制御を行うことができる。   Note that a control device (not shown) of the laser processing apparatus 1 may be connected to the sensor unit 41a of the sensor device 41. In this case, each part (laser oscillator 15 etc.) of the laser processing apparatus 1 can be controlled based on the processing state of the workpiece 30.

次に、図１及び図４(a)(b)(c)により、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 4A, 4B, and 4C.

図１に示すレーザ加工装置１において、レーザ発振器１５から出射されたレーザ光Ｌ１は、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａ側に配置された入射レンズ２３により集光され、加工用光ファイバ１０のコア１１に入射される。 In the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the laser light L 1 emitted from the laser oscillator 15 is condensed by the incident lens 23 disposed on the incident end 10 a side of the processing optical fiber 10, and is processed. Is incident on the core 11.

ここで、加工用光ファイバ１０のコア１１に入射されたレーザ光Ｌ１は、加工用光ファイバ１０のコア１１を介して伝送されて加工用光ファイバ１０の出射端１０ｂまで導かれる。 Here, the laser light L 1 incident on the core 11 of the processing optical fiber 10 is transmitted through the core 11 of the processing optical fiber 10 and guided to the emission end 10 b of the processing optical fiber 10.

そして、このようにして加工用光ファイバ１０のコア１１を介して伝送されたレーザ光Ｌ１は、加工用光ファイバ１０の出射端１０ｂから出射され、加工光学系２０（加工レンズ２１，２２）により集光されて被加工物３０上に照射される。 Then, the laser light L 1 transmitted through the core 11 of the processing optical fiber 10 in this way is emitted from the emission end 10 b of the processing optical fiber 10, and the processing optical system 20 (processing lenses 21 and 22). Is condensed and irradiated onto the workpiece 30.

これにより、被加工物３０上でのレーザ光Ｌ１の照射位置（加工点）にて被加工物３０の加工が行われる。なおこのとき、被加工物３０は移動テーブル（図示せず）上に載置されており、加工光学系２０に対して被加工物３０を相対的に移動させることにより、被加工物３０上でのレーザ光Ｌ１の照射位置（加工点）を適宜移動させながら被加工物３０の加工を行うことができる。 Thus, machining of the workpiece 30 is performed in the irradiation position of the laser beam L 1 in the above workpiece 30 (working point). At this time, the workpiece 30 is placed on a moving table (not shown), and the workpiece 30 is moved relative to the machining optical system 20 to move the workpiece 30 on the workpiece 30. the irradiation position of the laser beam L 1 (the working point) can be processed of the workpiece 30 while moving appropriate.

一方、このようにして被加工物３０上に照射されたレーザ光Ｌ１はその大半が反射され、加工光学系２０を介して加工用光ファイバ１０の出射端１０ｂに再度入射され、加工用光ファイバ１０のコア１１及びクラッド層１２を介してレーザ発振器１５側に戻される。 On the other hand, most of the laser light L 1 irradiated onto the workpiece 30 in this way is reflected, and is incident again on the output end 10 b of the processing optical fiber 10 via the processing optical system 20, thereby processing light. The fiber 10 is returned to the laser oscillator 15 side through the core 11 and the cladding layer 12.

以下、図４(a)(b)(c)により、図１に示すレーザ加工装置１における被加工物３０上に照射されたレーザ光Ｌ１の反射光の伝送態様について説明する。なおここでは、レーザ発振器１５から出射されたレーザ光Ｌ１は、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａにてコア１１のみに入射され、コア１１を介して伝送された上で、加工用光ファイバ１０の出射端１０ｂから出射されるものとする。 Hereinafter, referring to FIG. 4 (a) (b) ( c), it will be described transmission mode of the reflected light of the laser beam L 1 irradiated on the workpiece 30 in the laser processing apparatus 1 shown in FIG. Here, the laser light L 1 emitted from the laser oscillator 15 is incident only on the core 11 at the incident end 10 a of the processing optical fiber 10, transmitted through the core 11, and then processed optical fiber. It is assumed that the light is emitted from 10 emission ends 10b.

ここで例えば、図４(c)に示すように、被加工物３０の表面が鏡面であり、レーザ光Ｌ１が被加工物３０の表面に垂直に入射し、かつ、レーザ光Ｌ１の焦点位置が被加工物３０の表面にくるように加工用光ファイバ１０及び加工光学系２０が配置されているものとすると、被加工物３０の表面で反射されたレーザ光は、被加工物３０の表面に入射したレーザ光Ｌ１と同一の光路を辿って加工用光ファイバ１０のコア１１に再度入射される。 Here, for example, as shown in FIG. 4 (c), the surface of the workpiece 30 is a mirror, the laser beam L 1 is incident perpendicular to the surface of the workpiece 30, and the focus of the laser beam L 1 Assuming that the processing optical fiber 10 and the processing optical system 20 are arranged so that the position is on the surface of the workpiece 30, the laser beam reflected by the surface of the workpiece 30 is reflected by the workpiece 30. Following the same optical path as the laser beam L 1 incident on the surface, the laser beam is incident again on the core 11 of the processing optical fiber 10.

これに対し、図４(a)に示すように、被加工物３０の表面とレーザ光Ｌ１の光軸とが互いに垂直でないように加工用光ファイバ１０及び加工光学系２０と被加工物３０との位置関係が調整されてしまったり、図４(b)に示すように、被加工物３０の表面にレーザ光Ｌ１の焦点位置がくることなく加工用光ファイバ１０及び加工光学系２０と被加工物３０との位置関係がずれて調整されてしまったり、あるいは、被加工物３０の表面が鏡面でなく散乱反射面となっていたと仮定する。 In contrast, as shown in FIG. 4 (a), the workpiece 30 surface and the optical axis of the laser beam L 1 is a machining optical fiber 10 and the machining optical system 20 so as not perpendicular to each other workpiece 30 position or relationship it is adjusted with, as shown in FIG. 4 (b), and processing optical fiber 10 and the machining optical system 20 without coming focal position of the laser beam L 1 on the surface of the workpiece 30 It is assumed that the positional relationship with the workpiece 30 is shifted and adjusted, or that the surface of the workpiece 30 is not a mirror surface but a scattering reflection surface.

このような場合には、被加工物３０の表面で反射されたレーザ光のうちコア１１の入出射ＮＡの範囲内の光（入射光であるレーザ光Ｌ１と同一の光路上のレーザ光）は、被加工物３０の表面に入射したレーザ光Ｌ１と同一の光路を辿って加工用光ファイバ１０のコア１１に再度入射され、コア１１を介してレーザ発振器１５側に戻される。これに対し、被加工物３０で反射されたレーザ光のうちコア１１の入出射ＮＡの範囲外の光（入射光であるレーザ光Ｌ１の光路から外れたレーザ光Ｌ２）は、加工用光ファイバ１０のクラッド層１２に入射され、クラッド層１２を介してレーザ発振器１５側に戻される。 In such a case, (the laser beam of the same optical path and the laser beam L 1 is incident light) light within the incident and exit NA of the core 11 of the laser beam reflected by the surface of the workpiece 30 Follows the same optical path as the laser beam L 1 incident on the surface of the workpiece 30, enters the core 11 of the processing optical fiber 10 again, and returns to the laser oscillator 15 side through the core 11. On the other hand, light outside the range of the incident / exit NA of the core 11 (laser light L 2 deviated from the optical path of the laser light L 1 as incident light) out of the laser light reflected by the workpiece 30 is processed. The light enters the cladding layer 12 of the optical fiber 10 and returns to the laser oscillator 15 side through the cladding layer 12.

ここで、加工用光ファイバ１０のコア１１を介してレーザ発振器１５側に戻されたレーザ光Ｌ１は、図１及び図４(a)(b)に示すような状態で、入射レンズ２３へ向けて出射される。これに対し、加工用光ファイバ１０のクラッド層１２を介してレーザ発振器１５側に戻されたレーザ光Ｌ３は、図１及び図４(a)(b)に示すような状態で、入射レンズ２３から外れるように広がりながら出射される。 Here, the laser light L 1 returned to the laser oscillator 15 side through the core 11 of the processing optical fiber 10 is directed to the incident lens 23 in the state shown in FIGS. 1 and 4A and 4B. It is emitted toward. On the other hand, the laser light L 3 returned to the laser oscillator 15 side through the cladding layer 12 of the processing optical fiber 10 is incident on the incident lens in the state shown in FIGS. 1 and 4A and 4B. The light is emitted while spreading so as to deviate from the range 23.

本実施の形態においては、このようにして加工用光ファイバ１０の入射端１０ａから出射されたレーザ光のうちクラッド層１２を介して伝送されたレーザ光Ｌ３が反射ミラー４３で反射され、センサ装置４１のセンサ部４１ａまで導かれる。 In the present embodiment, the laser beam L 3 transmitted through the clad layer 12 of this manner the laser beam emitted from the incident end 10a of the working optical fiber 10 is reflected by the reflecting mirror 43, the sensor It is guided to the sensor unit 41a of the device 41.

そして、センサ装置４１のセンサ部４１ａは、加工用光ファイバ１０のクラッド層１２を介してレーザ発振器１５側に戻されたレーザ光Ｌ３を検出する。また、センサ装置４１のセンサ部４１ａに接続された観察装置４２は、センサ装置４１のセンサ部４１ａによる検出結果に基づいて被加工物３０の加工状態を観察する。 The sensor portion 41a of the sensor device 41 detects the laser beam L 3 returned to the laser oscillator 15 side through the clad layer 12 of the working optical fiber 10. Further, the observation device 42 connected to the sensor unit 41 a of the sensor device 41 observes the processing state of the workpiece 30 based on the detection result by the sensor unit 41 a of the sensor device 41.

このように本実施の形態によれば、被加工物３０で反射されたレーザ光の一部（入射光であるレーザ光Ｌ１の光路から外れたレーザ光Ｌ２）を加工用光ファイバ１０のクラッド層１２を介してレーザ発振器１５側に戻し、その戻されたレーザ光Ｌ３をセンサ装置４１のセンサ部４１ａにより検出するようにしているので、レーザ発振器１５から被加工物３０へ向けて出射された入射光（レーザＬ１）を遮蔽しない位置にセンサ装置４１のセンサ部４１ａを配置することが可能となり、センサ装置４１で検出される信号のＳ／Ｎ比を良好にすることができる。このため、被加工物３０上に照射されたレーザ光Ｌ１の反射光を高い感度で検出して観察装置４２等により被加工物３０の加工状態（例えば、レーザ光Ｌ１が被加工物３０の表面に垂直に入射しているか否か、又は、レーザ光Ｌ１の焦点位置が被加工物３０の表面にくるようになっているか否か等）を確実に観察することができる。 As described above, according to the present embodiment, a part of the laser light reflected by the workpiece 30 (laser light L 2 deviated from the optical path of the laser light L 1 that is incident light) is removed from the processing optical fiber 10. back to the laser oscillator 15 side through the clad layer 12, so that so as to detect the returned laser beam L 3 by the sensor portion 41a of the sensor device 41, emitted toward the laser oscillator 15 to the workpiece 30 The sensor unit 41a of the sensor device 41 can be disposed at a position that does not block the incident light (laser L 1 ), and the S / N ratio of the signal detected by the sensor device 41 can be improved. For this reason, the reflected light of the laser beam L 1 irradiated on the workpiece 30 is detected with high sensitivity, and the processing state of the workpiece 30 (for example, the laser beam L 1 is converted into the workpiece 30 by the observation device 42). and whether incident perpendicular to the surface of, or can be the focal point of the laser beam L 1 is reliably observe whether etc.) so as to come to the surface of the workpiece 30.

また、本実施の形態によれば、センサ装置４１のセンサ部４１ａを設置する上でのスペース的な制約が少ないので、多数かつ多様なセンサを設置することが可能となる。   In addition, according to the present embodiment, since there are few space restrictions when installing the sensor unit 41a of the sensor device 41, it is possible to install many and various sensors.

さらに、本実施の形態によれば、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａ側の異なる位置にセンサ装置４１のセンサ部４１ａを複数配置することにより、センサ装置４１で検出される信号のＳ／Ｎ比をさらに向上させることができ、また、各センサ部４１ａを異なった位置に配置することができるので、位置的な変化情報を取得することできる。   Furthermore, according to the present embodiment, by arranging a plurality of sensor portions 41a of the sensor device 41 at different positions on the incident end 10a side of the processing optical fiber 10, the S / N of the signal detected by the sensor device 41 is determined. The ratio can be further improved, and each sensor unit 41a can be arranged at a different position, so that positional change information can be acquired.

さらにまた、本実施の形態によれば、センサ装置４１の複数のセンサ部４１ａが異なる感度特性（波長及び時定数等）を持つようにしたり、各センサ部４１ａの受光面側に、観察したい波長域の光のみを透過させるフィルタを配置したりすることにより、加工時に発光した可視光の検出も可能となり、被加工物３０の加工状態をより確実に観察しながら加工を行うことができる。また、フィルタの有無や配置態様等によりレーザ光を検出したり可視光を検出したりすることができるので、所望の光に基づいて被加工物の加工状態を観察することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the plurality of sensor units 41a of the sensor device 41 have different sensitivity characteristics (wavelengths, time constants, etc.), or the wavelengths desired to be observed on the light receiving surface side of each sensor unit 41a. By arranging a filter that transmits only light in the region, it is possible to detect visible light emitted during processing, and processing can be performed while observing the processing state of the workpiece 30 more reliably. Further, since laser light can be detected or visible light can be detected based on the presence or absence of the filter, the arrangement mode, and the like, the processing state of the workpiece can be observed based on the desired light.

なお、上述した実施の形態においては、被加工物３０で反射されたレーザ光の一部（入射光であるレーザ光Ｌ１の光路から外れたレーザ光Ｌ２）が加工用光ファイバ１０のクラッド層１２を介してレーザ発振器１５側に戻される場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、被加工物３０で反射されたレーザ光の一部（入射光であるレーザ光Ｌ１の光路から外れたレーザ光Ｌ２）が加工用光ファイバ１０のクラッド層１２及びサポート層１３を介してレーザ発振器１５側に戻される場合にも同様にして適用することができる。 In the above-described embodiment, part of the laser light reflected by the workpiece 30 (laser light L 2 deviated from the optical path of the laser light L 1 that is incident light) is clad in the processing optical fiber 10. It has been described as an example a case in which is returned to the laser oscillator 15 side through the layer 12 is not limited to this, and the laser beam L 1 part (incident light of the reflected laser beams at the workpiece 30 The same applies to the case where the laser beam L 2 ) deviated from the optical path is returned to the laser oscillator 15 side through the cladding layer 12 and the support layer 13 of the processing optical fiber 10.

また、上述した実施の形態においては、加工用光ファイバ１０の入射端１０ａから出射されたレーザ光のうちクラッド層１２を介して伝送されたレーザ光Ｌ３を、反射ミラー４３等を介して直接的にセンサ装置４１のセンサ部４１ａに導く場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、クラッド層１２を介して伝送されたレーザ光Ｌ３を測定用光ファイバを介してセンサ装置４１のセンサ部４１ａに導くようにしてもよい。この場合には、センサ装置４１のセンサ部４１ａを設置する上でのスペース的な制約がさらに少なくなる。 In the above-described embodiment, the laser beam L 3 transmitted through the cladding layer 12 among the laser beams emitted from the incident end 10 a of the processing optical fiber 10 is directly transmitted through the reflection mirror 43 and the like. However, the present invention is not limited to this, and the laser light L 3 transmitted through the cladding layer 12 is measured via the measurement optical fiber. You may make it guide to the sensor part 41a. In this case, the space restriction in installing the sensor unit 41a of the sensor device 41 is further reduced.

具体的には、図５に示すように、加工用光ファイバ１０のクラッド層１２から出射されたレーザ光Ｌ３の光路上にその入射端が位置付けられるように測定用光ファイバ４４を複数配置し、これらの測定用光ファイバ４４の出射端側に配置されたセンサ部４１ａにより、測定用光ファイバ４４を介して伝送されたレーザ光Ｌ３を検出するようにするとよい。ここで、複数の測定用光ファイバ４４を用いる場合には、各測定用光ファイバ４４の入射端の位置関係を保った状態で、各測定用光ファイバ４４の出射端から出射されたレーザ光Ｌ３をセンサ装置４１のセンサ部４１ａに照射することが好ましい。また、各測定用光ファイバ４４の入射端の位置情報を保持しておき、この位置情報に関連付けて、各測定用光ファイバ４４から出射されたレーザ光Ｌ３に対応する信号を管理するようにしてもよい。 Specifically, as shown in FIG. 5, the measuring optical fiber 44 so that its entrance end to the light path is positioned in the laser beam L 3 emitted from the cladding layer 12 of the working optical fiber 10 and a plurality placed The laser light L 3 transmitted through the measurement optical fiber 44 may be detected by the sensor unit 41 a disposed on the emission end side of the measurement optical fiber 44. Here, when a plurality of measurement optical fibers 44 are used, the laser light L emitted from the emission ends of the measurement optical fibers 44 in a state where the positional relationship of the incidence ends of the measurement optical fibers 44 is maintained. 3 is preferably irradiated to the sensor unit 41 a of the sensor device 41. Further, the position information of the incident end of each measurement optical fiber 44 is held, and a signal corresponding to the laser light L 3 emitted from each measurement optical fiber 44 is managed in association with this position information. May be.

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser processing apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図１に示すレーザ加工装置で用いられる光ファイバの一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the optical fiber used with the laser processing apparatus shown in FIG. 図１に示すレーザ加工装置の光ファイバにおけるレーザ光の伝送態様を説明するための図。The figure for demonstrating the transmission aspect of the laser beam in the optical fiber of the laser processing apparatus shown in FIG. 図１に示すレーザ加工装置における被加工物で反射されたレーザ光の伝送態様を説明するための図。The figure for demonstrating the transmission aspect of the laser beam reflected by the workpiece in the laser processing apparatus shown in FIG. 図１に示すレーザ加工装置の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the laser processing apparatus shown in FIG. 従来のレーザ加工装置を説明するための図。The figure for demonstrating the conventional laser processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ レーザ加工装置
１０ 加工用光ファイバ
１０ａ 入射端
１０ｂ 出射端
１１ コア
１２ クラッド層（外部層）
１３ サポート層（外部層）
１４ 被覆層
１５ レーザ発振器
２０ 加工光学系
２１，２２ 加工レンズ
２３ 入射レンズ（入射光学系）
３０ 被加工物
４１ センサ装置
４１ａ センサ部
４２ 観察装置
４３ 反射ミラー
４４ 測定用光ファイバ
５１ ビームスプリッタ
５２ 集光レンズ
５３ 撮像装置
６０ レーザ加工装置
Ｌ１ レーザ光（コア伝送光）
Ｌ２ レーザ光（入射光の光路から外れたレーザ光）
Ｌ３ レーザ光（クラッド伝送光） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 10 Processing optical fiber 10a Incident end 10b Outgoing end 11 Core 12 Clad layer (outer layer)
13 Support layer (outer layer)
14 Covering layer 15 Laser oscillator 20 Processing optical system 21, 22 Processing lens 23 Incident lens (incident optical system)
30 Workpiece 41 Sensor device 41a Sensor unit 42 Observation device 43 Reflection mirror 44 Measurement optical fiber 51 Beam splitter 52 Condensing lens 53 Imaging device 60 Laser processing device L 1 Laser light (core transmission light)
L 2 laser light (laser light out of the optical path of the incident light)
L 3 laser light (cladding transmission light)

Claims (8)

レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する加工用光ファイバと、
前記加工用光ファイバの出射端側に配置され、前記加工用光ファイバを介して伝送されたレーザ光を集光して被加工物上に照射する加工光学系と、
前記加工用光ファイバの入射端側に配置され、前記被加工物で反射されて前記加工用光ファイバを介して前記レーザ発振器側に戻されたレーザ光を検出するセンサ装置とを備え、
前記加工用光ファイバは、コアと、このコアを覆う外部層とを有し、前記センサ装置は、前記加工用光ファイバの前記外部層を介して前記レーザ発振器側に戻されたレーザ光を検出することを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus that processes a workpiece using laser light,
A laser oscillator that emits laser light;
An optical fiber for processing that transmits laser light emitted from the laser oscillator;
A processing optical system that is disposed on the output end side of the processing optical fiber and that condenses the laser beam transmitted through the processing optical fiber and irradiates the workpiece;
A sensor device that is disposed on an incident end side of the processing optical fiber and detects laser light reflected by the workpiece and returned to the laser oscillator side through the processing optical fiber;
The processing optical fiber has a core and an outer layer covering the core, and the sensor device detects laser light returned to the laser oscillator side through the outer layer of the processing optical fiber. Laser processing apparatus characterized by performing. 前記センサ装置による検出結果に基づいて前記被加工物の加工状態を観察する観察装置をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising an observation device that observes a processing state of the workpiece based on a detection result by the sensor device. 前記センサ装置は、前記加工用光ファイバの前記外部層から出射されたレーザ光の光路上に配置されたセンサ部を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the sensor apparatus includes a sensor unit disposed on an optical path of laser light emitted from the outer layer of the processing optical fiber. 前記センサ部は、前記加工用光ファイバの前記入射端側の異なる位置に複数配置されていることを特徴とする、請求項３に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 3, wherein a plurality of the sensor units are arranged at different positions on the incident end side of the processing optical fiber. 前記複数のセンサ部は、異なる感度特性を持つ少なくとも二種類のセンサ部を含むことを特徴とする、請求項４に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the plurality of sensor units include at least two types of sensor units having different sensitivity characteristics. 前記センサ装置は、前記加工用光ファイバの前記外部層から出射されたレーザ光の光路上にその入射端が位置付けられるように配置された測定用光ファイバと、この測定用光ファイバの出射端側に配置され、前記測定用光ファイバを介して伝送されたレーザ光を検出するセンサ部とを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。   The sensor device includes a measurement optical fiber disposed so that an incident end thereof is positioned on an optical path of a laser beam emitted from the outer layer of the processing optical fiber, and an emission end side of the measurement optical fiber 3. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising: a sensor unit that is disposed at a position and detects a laser beam transmitted through the measurement optical fiber. 前記測定用光ファイバは、前記加工用光ファイバの前記入射端側の異なる位置に複数配置され、前記センサ部は、前記複数の測定用光ファイバを介して伝送されたレーザ光を検出するように一つ又は複数配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のレーザ加工装置。   A plurality of the measurement optical fibers are arranged at different positions on the incident end side of the processing optical fiber, and the sensor unit detects the laser light transmitted through the plurality of measurement optical fibers. The laser processing apparatus according to claim 6, wherein one or a plurality of laser processing apparatuses are arranged. 前記外部層はクラッド層及びサポート層のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the outer layer includes at least one of a cladding layer and a support layer.
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