JP2007275908A - Laser machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザビームを用いてワークの表面に凹凸を加工するレーザ加工装置に関し、特にレーザビームの完全なシャッタリングが可能なレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that processes irregularities on the surface of a workpiece using a laser beam, and more particularly to a laser processing apparatus capable of complete shuttering of a laser beam.
レーザビームを用いてワークの表面に凹凸を加工するレーザ加工装置には、集光性能の良いYAGレーザによるレーザ加工装置などが使用され、光路上に高速応答できるシャッタ手段を設けたレーザ加工装置が特開2002−160086号に提案されている。これは、シャッタ手段である音響光学素子が、非加工時にレーザビームを遮断しようとした場合にも10%程度の漏れ光が生じてしまい、ワーク表面が損傷するという問題の解決を図ったものである。 A laser processing apparatus using a YAG laser with good focusing performance is used as a laser processing apparatus for processing irregularities on the surface of a workpiece using a laser beam, and a laser processing apparatus provided with shutter means capable of high-speed response on the optical path. It is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-160086. This is a solution to the problem that the acousto-optic device, which is the shutter means, leaks about 10% even when the laser beam is cut off during non-processing, and the work surface is damaged. is there.
そのレーザ加工装置は、図6に示すように、レーザ発振器100から出射されたレーザビームが、2個の音響光学素子101,102と旋光手段103、マスク104から構成されるビーム変調器110を通過し、ガルバノミラー120によって位置調整されワークWに照射されるようになっている。減衰率特性を高めるため、2個の音響光学素子101,102は、その傾きが互いに90度異なるように配置され、その間にはレーザビームの偏光面を回転させるべく、旋光手段103はλ/2板である。そして、ビーム変調器110はコントローラ115からの電気信号によって、レーザビームを素通し又は減衰させるシャッタリング動作が行われる。
従来のレーザ加工装置は、複数の音響光学素子を使用したシャッタ手段によって、よりワークへの影響が無いようにするための工夫がなされたものであった。そのため、シャッタ手段とはいっても、完全にレーザビームをカットすることはできず漏れ光は依然として存在していた。
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、レーザビームの完全なシャッタリングが可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。
The conventional laser processing apparatus has been devised so as not to affect the workpiece more by the shutter means using a plurality of acousto-optic elements. For this reason, even though the shutter means is used, the laser beam cannot be completely cut, and leakage light still exists.
Therefore, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of complete shuttering of a laser beam in order to solve such a problem.
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器から出射されたレーザビームをビームエクスパンダや集光レンズを配した光路を通してワークに照射することにより、そのワーク表面に加工を施すものであって、レーザビームの偏光状態をs偏光成分又はp偏光成分に切り換える偏光制御素子と、s偏光成分又はp偏光成分のレーザビームのうち一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタとを備えたシャッタ光学系と、偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御するコントローラとを有し、前記レーザ発振器から出射されたs偏光成分又はp偏光成分のレーザビームについて、コントローラによって偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御することにより、偏光ビームスプリッタを反射させてワークへの照射を遮断し、又は偏光ビームスプリッタを透過させてワークへ照射するようにしたものであることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to the present invention processes a surface of a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam emitted from a laser oscillator through an optical path provided with a beam expander or a condenser lens. A shutter optical system comprising: a polarization control element that switches a polarization state of a beam to an s-polarized component or a p-polarized component; and a polarizing beam splitter that transmits one of the laser beams of the s-polarized component or the p-polarized component and reflects the other And a controller for controlling switching of the polarization component transmitted through the polarization control element, and the polarization component transmitted through the polarization control element by the controller with respect to the laser beam of the s-polarized component or the p-polarized component emitted from the laser oscillator. By controlling the switching, the polarized beam splitter is reflected to irradiate the work Blocked or wherein the the polarizing beam splitter by transmitting is obtained so as to irradiate the workpiece.
また、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器から出射されたレーザビームをビームエクスパンダや集光レンズを配した光路を通してワークに照射することにより、そのワーク表面に加工を施すものであって、レーザ発振器から出射された無偏光のレーザビームをs偏光成分とp偏光成分との2本のレーザビームに分ける複屈折素子と、s偏光成分とp偏光成分の2本のレーザビームのうち一方のレーザビームの偏光状態を変えて他方のレーザビームの偏光状態に合わせる1/2波長板と、2本のレーザビームの偏光状態をs偏光成分又はp偏光成分に切り換える偏光制御素子と、s偏光成分又はp偏光成分のレーザビームのうち一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを透過した2本のレーザビームのうち一方の偏光状態を変える1/2波長板と、s偏光成分とp偏光成分との2本のレーザビームを1本の無偏光のレーザビームに戻す複屈折素子と、偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御するコントローラとを有するものであることを特徴とする。 Further, the laser processing apparatus according to the present invention performs processing on the workpiece surface by irradiating the workpiece with the laser beam emitted from the laser oscillator through an optical path provided with a beam expander or a condenser lens. A birefringent element that divides the non-polarized laser beam emitted from the laser oscillator into two laser beams of s-polarized component and p-polarized component, and one of the two laser beams of s-polarized component and p-polarized component A half-wave plate that changes the polarization state of one laser beam to match the polarization state of the other laser beam, a polarization control element that switches the polarization state of the two laser beams to the s-polarization component or the p-polarization component, and s-polarization A polarizing beam splitter that transmits one of the component or p-polarized component laser beams and reflects the other, and two laser beams that have passed through the polarizing beam splitter. A half-wave plate that changes the polarization state of one of the beams, a birefringent element that converts two laser beams of s-polarized component and p-polarized component into one unpolarized laser beam, and a polarization control element And a controller for controlling the switching of the transmitted polarization component.
また、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器から出射されたレーザビームをビームエクスパンダや集光レンズを配した光路を通してワークに照射することにより、そのワーク表面に加工を施すものであって、前記レーザ発振器は、直線偏光のレーザビームを出射するものであり、そのレーザビームの偏光状態をs偏光成分又はp偏光成分に切り換える偏光制御素子と、s偏光成分又はp偏光成分のレーザビームのうち一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタと、偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御するコントローラとを有するものであることを特徴とする。 Further, the laser processing apparatus according to the present invention performs processing on the workpiece surface by irradiating the workpiece with the laser beam emitted from the laser oscillator through an optical path provided with a beam expander or a condenser lens. The laser oscillator emits a linearly polarized laser beam, a polarization control element that switches a polarization state of the laser beam to an s-polarized component or a p-polarized component, and an s-polarized component or a p-polarized component laser beam. A polarization beam splitter that transmits one of them and reflects the other, and a controller that controls switching of polarization components that pass through the polarization control element.
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記レーザ発振器が、ファイバレーザ発振器であることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記偏光制御素子が、電気光学素子(EOM)、音響光学素子(AOM )又はファラデーローテータであることが好ましい。
In the laser processing apparatus according to the present invention, the laser oscillator is preferably a fiber laser oscillator.
In the laser processing apparatus according to the present invention, the polarization control element is preferably an electro-optic element (EOM), an acousto-optic element (AOM), or a Faraday rotator.
よって、本発明のレーザ加工装置によれば、偏光制御素子によってs偏光成分又はp偏光成分のレーザビームを任意に切り換え、一方の偏光状態では偏光ビームスプリッタを透過させてレーザビームをワークに照射して加工を施し、他方の偏光状態では偏光ビームスプリッタを全反射させて正規の光路から分岐させ、ワークに照射されるレーザビームを完全に遮断することが可能になる。 Therefore, according to the laser processing apparatus of the present invention, the laser beam of the s-polarized component or the p-polarized component is arbitrarily switched by the polarization control element, and in one polarization state, the laser beam is irradiated to the workpiece through the polarizing beam splitter. In the other polarization state, the polarization beam splitter is totally reflected and branched from the normal optical path, so that the laser beam applied to the workpiece can be completely blocked.
次に、本発明に係るレーザ加工装置について一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。レーザ加工装置は、ワークの表面に対して凹凸を加工する場合、その深さ方向を制御する手段として加工速度を変化させる他、レーザ出力を増減する方法があるが、本実施形態ではレーザ出力を増減して凹凸を制御する。図1は、そうした加工を行うためのレーザ加工装置を示した概念図である。 Next, an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The laser processing apparatus has a method of increasing / decreasing the laser output in addition to changing the processing speed as means for controlling the depth direction when processing the unevenness on the surface of the workpiece. Increase and decrease to control unevenness. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a laser processing apparatus for performing such processing.
本実施形態のレーザ加工装置1は、ファイバレーザ発振器11を備えている。本体内部に複数のファイバー付き半導体レーザ素子とダブルクラッドファイバーとを備え、励起光源である半導体レーザ素子から出力されたレーザビームをレーザ媒質であるダブルクラッドファイバに集め、ダブルクラッドファイバ内で共振されたレーザビームを外部に出射するものである。このファイバレーザ発振器11は、従来の半導体レーザ発振器に比べ、きわめて集光性および直進性の高いレーザビームが得られる。
The
そして、本実施形態では、ファイバレーザ発振器11から出射されたレーザビームBの光路上に、ワークWへの照射と遮断を切り換えるシャッタ光学系12が配置されている。更にそのシャッタ光学系12を通ったレーザビームBのビーム径を拡大するビームエクスパンダを構成する平凹レンズ13や平凸レンズ14が順に並べられている。そして、その後方にはレーザビームBの方向を変える反射ミラー15が置かれ、反射したレーザビームBの進む先には、集光レンズ16がワークWの手前に配置されている。ワークWは、XYテーブル17上の拘束治具に固定され、加工データに従ったテーブルの移動により、照射されるレーザビームBの相対的な位置を変化させるよう構成されている。
In this embodiment, a shutter
このレーザ加工装置1は、例えば三次元彫刻をするなどの用途に使用される。具体的には、レーザビームBの照射位置はX軸の一端から他端へ定速度で移動する。他端に達したら、Y軸が数十μm移動すると同時にX軸は他端から一端まで移動する。次に、再びレーザビームBを照射しながらX軸の一端から他端へ定速度で移動することを繰り返す。レーザビームBのon/offとその出力の増減とを調整することによって、樹脂表面に凹凸を形成して一度に複数の三次元彫刻の製造を可能にしたものである。ワークWの表面に形成された凹凸は、図3に示した断面のように階段状に形成され、1ステップ分の幅tが40μm程度である。従ってレーザ加工装置1では、1ステップ毎に出力を制御し、加工深度を調整するレーザ出力の増減を幅cの間隔で変えた加工が行われる。
The
ところで、本実施形態ではレーザ発振器としてファイバレーザ発振器11を用いているが、レーザ出力を増減する発振器としてはこの他にも例えばランプ励起YAG CW 発振器やLD励起YAG CW 発振器が考えられる。
ランプ励起YAG CW 発振器は、レーザ出力を高速にアナログ増減するものであり、発振器内に音響光学素子を利用したAO−Qスイッチを備え、そのAO−Qスイッチを駆動するRFドライバが接続されている。なお、AO−Qスイッチに負荷するRFパワーをアナログ変調させることで、図4に示すようにレーザ出力が変化するようになる。
By the way, although the
The lamp-excited YAG CW oscillator increases and decreases analog laser output at high speed. The oscillator includes an AO-Q switch using an acousto-optic element, and an RF driver that drives the AO-Q switch is connected to the lamp-excited YAG CW oscillator. . In addition, the laser output is changed as shown in FIG. 4 by analog modulation of the RF power loaded on the AO-Q switch.
一方、LD励起YAG CW 発振器は、LD自体の出力を高速に駆動することによってレーザ出力の増減が調整されている。これは、ランプ励起のようにAO−Qスイッチに負荷するRFパワーを増減させることでもレーザ出力を増減させることは可能であるが、同じレーザ出力(100〜200Wクラス)で比較した場合、集光性能で劣るため微細加工には不向きであった。この点、ファイバレーザはビームパラメータであるM2 値が良く集光性が非常に高い。しかしながら、ファイバレーザは、レーザビームの発振と停止の際、on/off制御に対して若干のタイムラグ(数十msecオーダー)が生じるため、μsecオーダーの制御を必要とする加工には十分でない。 On the other hand, in the LD-pumped YAG CW oscillator, increase / decrease in laser output is adjusted by driving the output of the LD itself at high speed. Although it is possible to increase / decrease the laser output by increasing / decreasing the RF power applied to the AO-Q switch as in the case of lamp excitation, it is possible to collect light when compared with the same laser output (100 to 200 W class). Since it is inferior in performance, it is not suitable for fine processing. In this respect, the fiber laser has a good M 2 value, which is a beam parameter, and has a very high light collecting property. However, the fiber laser has a slight time lag (on the order of several tens of msec) with respect to the on / off control when the laser beam is oscillated and stopped.
また、前述したランプ励起のレーザ発振器の他YAG CW 発振器は、AO−Qスイッチに負荷するRFパワーをアナログ信号によって変調することで、非常に高速駆動(数百nsecオーダー)が可能である。しかし、この場合、発振器内のQ値を変化させることによってレーザ出力を増減させることによる問題があった。ここで図5は、Q値の増減に伴うRFパワーの波形とレーザ発信波形を示した図である。特に、図5(a)は、RFパワーを急激に減少させた場合を示し、図5(b)は、逆にRFパワーを急激に増加させた場合を示している。 Further, the YAG CW oscillator in addition to the above-described lamp-pumped laser oscillator can be driven at a very high speed (on the order of several hundreds nsec) by modulating the RF power loaded on the AO-Q switch with an analog signal. However, in this case, there is a problem that the laser output is increased or decreased by changing the Q value in the oscillator. Here, FIG. 5 is a diagram showing the waveform of the RF power and the laser transmission waveform as the Q value increases and decreases. In particular, FIG. 5A shows a case where the RF power is suddenly decreased, and FIG. 5B shows a case where the RF power is suddenly increased.
発振器内のQ値を実線で示すように変化させた場合、RFパワーを急激に増減させたファーストパルス現象時のレーザ発振波形は、いずれも直ちに安定することなく不安定な波形変化が現れた。例えば、Q値を急激に減少させて図5(a)に示すようにRFパワーをt1時に一気に下げると、それに伴ってレーザ出力は所定の値に上がることになる。しかし、その際レーザ出力が所定値に安定するまでは、t1時からt2時までのレーザ発振波形に現れるように、一瞬急激に値が跳ね上がり、その後上下に変動した後に安定する。一方、Q値を急激に増加させて図5(b)に示すようにRFパワーをt3時に一気に上げると、それに伴ってレーザ出力は所定の値にまで下がることになる。しかし、この場合でもレーザ出力が所定値に安定するまでは、t3時からt4時までのレーザ発振波形に現れるように、一定時間値が落ち込んだ後に上昇して安定する。 When the Q value in the oscillator was changed as indicated by the solid line, the laser oscillation waveform at the time of the first pulse phenomenon in which the RF power was rapidly increased or decreased was not immediately stabilized but an unstable waveform change appeared. For example, when the Q value is sharply decreased and the RF power is rapidly reduced at t1 as shown in FIG. 5A, the laser output is increased to a predetermined value accordingly. However, until the laser output is stabilized at a predetermined value at that time, the value jumps up instantaneously as shown in the laser oscillation waveform from t1 to t2 and then stabilizes after fluctuating up and down. On the other hand, when the Q value is rapidly increased and the RF power is rapidly increased at t3 as shown in FIG. 5B, the laser output is lowered to a predetermined value accordingly. However, even in this case, until the laser output stabilizes to a predetermined value, the value rises and stabilizes after a certain period of time, as shown in the laser oscillation waveform from t3 to t4.
この結果、AO−Qスイッチを用いて高速にアナログ変調する場合、こうしてレーザ出力に不安定な変化が生じるため、ワークWに対して安定したエネルギを供給できないことになり、微細加工に影響を及ぼすことになる。本実施形態では、こうした点を考慮し、励起光にLDレーザを使用したファイバレーザ発振器11を使用している。しかし前述したようにファイバレーザにも課題があるため、本実施形態では、以下に示すようにその課題解決を図っている。
As a result, when analog modulation is performed at high speed using the AO-Q switch, an unstable change occurs in the laser output in this way, so that stable energy cannot be supplied to the workpiece W, which affects fine processing. It will be. In the present embodiment, in consideration of such points, the
次に、図2に従って、レーザ加工装置1を構成するシャッタ光学系12について説明する。図2は、シャッタ光学系12の構成を示した概念図である。
ファイバーレーザ発振器11から出射されたレーザビームBは、一般に偏光制御されていないランダム偏光である。そこで、シャッタ光学系12には先ず、このレーザビームBをp偏光成分とs偏光成分のレーザビームに分ける複屈折素子21が設けられている。
Next, the shutter
The laser beam B emitted from the
そして、p偏光成分とs偏光成分のレーザビームうち、p偏光成分の光路上に1/2波長板22が配置され、p偏光成分がこの1/2波長板22を通ってs偏光成分に変えられるようになっている。従って、偏光状態のレーザビームは2本のレーザビームが共に一旦s偏光成分に揃えられるようになっている。そして、更に2本のs偏光成分が透過するように、光路上にはレーザビームの偏光状態を切換制御する電気光学素子(EOM)23が配置されている。このEOM23は、2本のs偏光成分を同時に偏光制御するものであって、本実施形態では負荷電圧が加わった時にs偏光がp偏光に変えられ、s偏光成分とp偏光成分とが選択的に取り出せるようになっている。
Of the laser beams of the p-polarized component and the s-polarized component, the half-
レーザビームの光路上には更に偏光成分スプリッタ24が配置されている。偏光成分スプリッタは偏光状態によって偏光成分を反射あるいは透過させるものであり、特に本実施形態の偏光成分スプリッタ24は、p偏光成分を反射させs偏光成分を透過させるようにしたものである。従って、このシャッタ光学系12では、偏光成分スプリッタ24を反射したp偏光成分のレーザビームが正規の光路から外れて分岐され、不図示のダンパへと照射されるようになっている。
A
更に正規の光路上には、偏光成分スプリッタ24を透過した2本のs偏光成分のうち、一方の側の光路上に1/2波長板25が設置されている。本実施形態では、複屈折素子21で2本に分けられたうち、p偏光成分側の光路上に1/2波長板25が設けられている。従って、レーザビームは1/2波長板22によってs偏光成分に変えられ、再びこの1/2波長板25によってp偏光成分に戻されるようになっている。そして、光路上にこのp偏光成分と、偏光成分スプリッタ24を透過したもう1本のs偏光成分とが共に透過する複屈折素子26が配置されている。複屈折素子26は、p偏光成分とs偏光成分のレーザビームを、ファイバレーザ発振器11から出射されたレーザビームBと同じランダム偏光状態に戻すものである。
Further, a half-
こうしてシャッタ光学系12では、偏光制御が可能な状態にしてシャッタリングを行うようにしたものであり、ワークWに対する照射のon/offはEOM23の制御によって行われる。従って、そのEOM23には図1に示すように、EO電源18を介してコントローラ20が接続されている。このコントローラ20は、EOM23の他、ファイバレーザ発振器11を駆動させるレーザ電源19や、ワークWを載せたXYテーブル17にも接続されている。そして、例えばこのレーザ加工装置1が前述した三次元彫刻の加工を行う場合には、このコントローラ20の記憶手段に所定の加工プログラムが記憶され、それに基づいてファイバレーザ発振器11やEOM23、更にXYテーブル17を駆動制御するように構成されている。
Thus, the shutter
そこで次に、本実施形態のレーザ加工装置1についてその動作を説明する。レーザ加工装置1では、コントローラ20からレーザ電源19へ制御信号が送られ、そのレーザ電源19を介してファイバレーザ発振器11の励起源が起動する。そのため、ファイバレーザ発振器11では励起光源である半導体レーザ素子にエネルギが供給されてレーザビームが出射される。半導体レーザ素子から出射されたレーザビームは、レーザ媒質であるダブルクラッドファイバに集められて内部で共振し、きわめて集光性および直進性の高いレーザビームBとなる。
Then, next, the operation | movement is demonstrated about the
このレーザビームBはランダム偏光であるが、シャッタ光学系12の複屈折素子によってs偏光成分とp偏光成分とに分けられる。そして、分けられた一方p偏光成分が、その光路上にある1/2波長板22によってs偏光成分に変えられ、s偏光成分である2本のレーザビームがEOM23を透過する。このEOM23は、コントローラ20の制御信号によってEO電源18を介して負荷電圧が制御される。従って、その負荷電圧の制御によってs偏光成分とp偏光成分のいずれかのレーザビームが選択的に取り出せられる。
The laser beam B is randomly polarized, but is divided into an s-polarized component and a p-polarized component by the birefringent element of the shutter
そこで、ワークWへのレーザビームBの照射を遮断する場合には、EOM23に負荷電圧が加えられる。このときEOM23では偏光状態が変えられるため、2本のレーザビームは、このEOM23を透過してs偏光成分からp偏光成分に変えられる。そして、p偏光成分の2本のレーザビームは、偏光成分スプリッタ24を全反射して不図示のダンパへと照射されるため、ファイバレーザ発振器11から出射されたレーザビームBが全て正規の光路から外れる。こうしてEOM23の制御によって、レーザビームBがワークWへ照射されることなく、完全なシャッタリングが行われる。
Therefore, when blocking the irradiation of the laser beam B on the workpiece W, a load voltage is applied to the
一方、EOM23に負荷電圧を加えなければ、s偏光成分のレーザビームはEOM23をそのまま透過し、更に偏光成分スプリッタ24も透過することになる。そして、偏光成分スプリッタ24を透過したレーザビームのうち、一方が1/2波長板25を通ってp偏光成分に変えられる。そして、このp偏光成分のレーザビームと、偏光成分スプリッタ24を透過したもう1本のs偏光成分のレーザビームとが複屈折素子26を透過し、そこでランダム偏光状態の1本のレーザビームBに戻される。
On the other hand, if no load voltage is applied to the
シャッタ光学系12を出たレーザビームBは、ビームエクスパンダの平凹レンズ13及び平凸レンズ14によって拡大された平行光になって反射ミラー15を反射する。その後、レーザビームBは集光レンズ16によってワークW表面の所定加工ポイントに極小スポットとして照射される。XYテーブル17の上には拘束治具によってワークWが設置され、加工データに基づいてテーブルの移動が制御される。従って、XYテーブル17上のワークWに対してレーザビームBが照射されれば、相対的に照射位置が移動し、またレーザビームBのon/offやその出力の増減が調整され、ワークWの表面に対して所定のレーザ加工が施される。
The laser beam B exiting the shutter
よって、本実施形態のレーザ加工装置1によれば、シャッタ光学系12においてランダム偏光状態のレーザビームBをs偏光成分とp偏光成分に分け、その後2本のレーザビームをp偏光にすることで正規の光路から分岐し、ワークWに照射されるレーザビームBを完全に遮断することが可能になった。そして、このEOM23の制御によって高速シャッタリングを行うことができるため、ワークWに対する照射のon/offをEOM23の制御によって行い、ファイバレーザ発振器11の制御で問題であったタイムラグを解消することができた。
Therefore, according to the
また、ファイバレーザは、ランプ励起やLD励起のレーザ発振器特有の高出力化によるビームパラメータの劣化が非常に少なく、集光時のスポット径もシミュレーション通りの値が期待できて、集光時にはよりエネルギ密度を高めることができる。従って、本実施形態のレーザ加工装置1によれば、シャッタ光学系12を設けたことによって、ファイバレーザの利点を活かし、ワークWに対してより精細かつ高速な加工が加工になった。
また、シャッタ光学系12では、レーザビームBをワークWへ照射する場合、p偏光成分を一旦s偏光にして再度p偏光に戻すようにしたため、ファイバレーザ発振器11からの出射時と同じ偏光状態でワークWに照射するためエネルギーロスがない。
In addition, the fiber laser has very little deterioration in beam parameters due to the high output characteristic of the laser oscillator of lamp excitation and LD excitation, and the spot diameter at the time of condensing can be expected to be a value as simulated, and more energy can be obtained at the time of condensing. The density can be increased. Therefore, according to the
Further, in the shutter
以上、本発明のレーザ加工装置について一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、ファイバレーザ発振器11はランダム偏光のレーザビームを出射するものであったが、ブリュースタ窓を設けて一つの偏光のみの選択が可能な直線偏光のレーザビームを出射するファイバレーザ発振器であれば、s偏光及びp偏光に分ける複屈折素子21,26や1/2波長板22,25を省略することができる。従って、直線偏光のレーザビームを出射するファイバレーザ発振器であれば、より構成を簡易なものとしてコンパクトなレーザ加工装置にすることができる。
As mentioned above, although one Embodiment was described about the laser processing apparatus of this invention, this invention is not limited to this, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, in the above embodiment, the
また、前記実施形態では、シャッタ光学系12内でレーザビームBの偏光状態を切換えるためにEOM23を使用したが、これ以外にも光アイソレータと呼ばれる偏光方向を回転させるファラデーローテータや、偏光素子であるAOMなどを用いるようにしてもよい。こうしたファラデーローテータやAOMなどの偏光制御素子を使用する場合でも、EOM23と同様にon/off制御することで高速シャッタリングが可能である。
また、前記実施形態では、EOM23にs偏光成分を入射させて偏光成分スプリッタ24でp偏光成分を反射させるようにしたが、こうした関係をs偏光とp偏光とで逆転させてもよい。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the s-polarized component is incident on the
また、前記実施形態では、ファイバレーザ発振器11を使用し、前述したようにタイムラグの解消をについて説明したが、このファイバレーザ発振器11の代わりに、AO−Qスイッチを使用するランプYAG CW 励起発振器やLD励起YAG CW 発振器であってもよい。この場合は、図5に示したようにレーザ出力に不安定な変化が生じるが、EOM23によってon/off制御することで高速シャッタリングを行い、ワークWに対して安定したレーザビームの照射が可能になる。
更に、前記実施形態では、シャッタリングするEOM23などの光学素子へ急激なon/off制御を行うことを想定して説明したが、制御信号をアナログ的に変調することによって透過する偏光成分をアナログ的に変調するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
Furthermore, in the above-described embodiment, it has been described on the assumption that a sudden on / off control is performed on an optical element such as the
1 レーザ加工装置
11 ファイバレーザ発振器
12 シャッタ光学系
13 平凹レンズ
14 平凸レンズ
15 反射ミラー
16 集光レンズ
17 XYテーブル
18 EOM電源
19 レーザ電源
20 コントローラ
21,26 複屈折素子
22,25 1/2波長板
23 EOM
24 偏光成分スプリッタ
B レーザビーム
W ワーク
DESCRIPTION OF
24 Polarization component splitter B Laser beam W Workpiece
Claims (5)
レーザビームの偏光状態をs偏光成分又はp偏光成分に切り換える偏光制御素子と、s偏光成分又はp偏光成分のレーザビームのうち一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタとを備えたシャッタ光学系と、偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御するコントローラとを有し、
前記レーザ発振器から出射されたs偏光成分又はp偏光成分のレーザビームについて、コントローラによって偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御することにより、偏光ビームスプリッタを反射させてワークへの照射を遮断し、又は偏光ビームスプリッタを透過させてワークへ照射するようにしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus for processing a workpiece surface by irradiating the workpiece with a laser beam emitted from a laser oscillator through an optical path provided with a beam expander or a condenser lens,
Shutter optics comprising a polarization control element that switches the polarization state of a laser beam to an s-polarized component or a p-polarized component, and a polarizing beam splitter that transmits one of the s-polarized component or p-polarized component laser beams and reflects the other. A system and a controller for controlling the switching of the polarization component transmitted through the polarization control element,
For the laser beam of s-polarized component or p-polarized component emitted from the laser oscillator, the polarization beam splitter is reflected to control the irradiation of the workpiece by controlling the switching of the polarized component that passes through the polarization control element by the controller. Or a laser beam machining apparatus, wherein the workpiece is irradiated with light through a polarizing beam splitter.
レーザ発振器から出射された無偏光のレーザビームをs偏光成分とp偏光成分との2本のレーザビームに分ける複屈折素子と、
s偏光成分とp偏光成分の2本のレーザビームのうち一方のレーザビームの偏光状態を変えて他方のレーザビームの偏光状態に合わせる1/2波長板と、
2本のレーザビームの偏光状態をs偏光成分又はp偏光成分に切り換える偏光制御素子と、
s偏光成分又はp偏光成分のレーザビームのうち一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタと、
偏光ビームスプリッタを透過した2本のレーザビームのうち一方の偏光状態を変える1/2波長板と、
s偏光成分とp偏光成分との2本のレーザビームを1本の無偏光のレーザビームに戻す複屈折素子と、
偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御するコントローラとを有するものであ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 surface by irradiating the workpiece with a laser beam emitted from a laser oscillator through an optical path provided with a beam expander or a condenser lens,
A birefringent element that divides an unpolarized laser beam emitted from a laser oscillator into two laser beams of an s-polarized component and a p-polarized component;
a half-wave plate that changes the polarization state of one of the two laser beams of the s-polarization component and the p-polarization component to match the polarization state of the other laser beam;
A polarization control element that switches the polarization state of the two laser beams to an s-polarized component or a p-polarized component;
a polarizing beam splitter that transmits one of the laser beams of the s-polarized component or the p-polarized component and reflects the other;
A half-wave plate for changing the polarization state of one of the two laser beams transmitted through the polarizing beam splitter;
a birefringent element that converts two laser beams of an s-polarized component and a p-polarized component into one unpolarized laser beam;
A laser processing apparatus comprising: a controller that controls switching of a polarization component transmitted through the polarization control element.
前記レーザ発振器は、直線偏光のレーザビームを出射するものであり、
そのレーザビームの偏光状態をs偏光成分又はp偏光成分に切り換える偏光制御素子と、
s偏光成分又はp偏光成分のレーザビームのうち一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタと、
偏光制御素子を透過する偏光成分の切り換えを制御するコントローラとを有するものであ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 surface by irradiating the workpiece with a laser beam emitted from a laser oscillator through an optical path provided with a beam expander or a condenser lens,
The laser oscillator emits a linearly polarized laser beam,
A polarization control element that switches the polarization state of the laser beam to an s-polarized component or a p-polarized component;
a polarizing beam splitter that transmits one of the laser beams of the s-polarized component or the p-polarized component and reflects the other;
A laser processing apparatus comprising: a controller that controls switching of a polarization component transmitted through the polarization control element.
前記レーザ発振器は、ファイバレーザ発振器であることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The laser processing apparatus, wherein the laser oscillator is a fiber laser oscillator.
前記偏光制御素子は、電気光学素子(EOM)、音響光学素子(AOM )又はファラデーローテータであることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The laser processing apparatus, wherein the polarization control element is an electro-optic element (EOM), an acousto-optic element (AOM), or a Faraday rotator.
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