JP2008296269A - レーザ加工機の多機能加工制御方法とレーザ加工機の多機能加工制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 平板ワークや厚物ワークの平面又は緩やかな三次元平面等のワーク表面に、各種模様パターンを自由自在に加工制御できるようにしたレーザ加工機の多機能加工制御方法とレーザ加工機の多機能加工制御装置を提供するものである。
【解決手段】 フェムト秒レーザ発振器１０から発射される直線偏光のフェムト秒レーザＬＯを、シャッタＳＴで開閉制御されて間欠照射可能なレーザ光とし、上記レーザ光を切換手段ＨＤで切り換え選択される周期性溝用ホモジナイザーＨ１又はディンプル加工用ホモジナイザーＨ２又は混合加工用ホモジナイザーＨ３の何れか一つを介して集光レンズＲ３で集光され、更に上記レーザ光は回転駆動と三次元移動が可能なワーク移動ユニット５０に搭載された平面ワークＷの表面Ｗ１に対して照射する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フェムト秒レーザ加工機により、平板ワークや厚物ワークの平面又は緩やかな三次元平面等（以下、平面ワークという）に周期構造体を加工する加工制御方法と加工制御装置に係り、特に、ワーク表面に周期構造体の各種模様パターンを加工制御できるようにしたレーザ加工機の多機能加工制御方法とレーザ加工機の多機能加工制御装置に関する。

近年、フェムト秒レーザでナノ周期構造体（連続した微細周期性溝、不連続に多穴加工されたディンプル）を施す加工技術やその加工装置が注目を集め旺盛に開発されている。また、上記ナノ周期構造体が正しく生成されているか・否か・を判定する観測装置も開発されている。

上記フェムト秒レーザ加工機において、周期構造体（例えば微細周期性溝）を加工する加工方法は、固体材料表面に、低フルーエンスの超短パルスレーザ（フェムト秒レーザ）を偏光制御して照射することで、照射したレーザの波長より小さいサイズの微細構造を形成する。そして、超短パルスレーザを直線偏光させて固体材料表面に照射することで、偏光方向とは直交する方向に沿って細長い微細構造を形成でき、また、円偏光させて照射することで微細構造体が形成される。こうした微細構造のサイズは、照射するレーザの波長と正の相関関係があり、波長を選択することで微細構造のサイズを制御するものが提供されている（例えば、特許文献１を参照。）。

また、フェムト秒レーザがレーザ駆動部から入射されたとき、レーザを複数の光束に分離する回折格子３と、回折格子３によって分離された光束を互いに干渉させるための凸レンズ４，５と、光束が互いに交差し干渉する干渉領域と凸レンズ５との間に配設された円柱レンズ６と、レーザによって加工するため、加工用基材７を干渉領域に配設することができるＸＹＺステージ８を備え、円柱レンズ６が、干渉領域を扁平な領域に整形するとともにエネルギ密度を集中し、加工用基材７と該干渉領域の物質レーザ相互作用によって微細加工することができるものが提供されている（例えば、特許文献２を参照。）。

更に、互いに干渉したフェムト秒レーザ・パルスを、基材に照射することにより、最小平均寸法５〜２００ｎｍを有する周期微細構造を基材中に作成するフェムト秒レーザの照射による一次元及び／または二次元周期微細構造の作成方法であり、特に近赤外領域の発振波長で、０．１ＴＷ／ｃｍ２以上の高密度エネルギーを有し、互いに干渉した２つのフェムト秒レーザ・パルスをシリカガラスに照射することにより、シリカガラス中に、平均幅５〜５０ｎｍを有する周期溝を作成するフェムト秒レーザの照射による一次元周期微細構造の作成方法が提供されている（例えば、特許文献３を参照。）。

また、更には、金属対象表面の摩擦抵抗を現状以上に低減することを可能としたものが提供されている。この金属摺動面表面処理装置によると、金属対象物の摺動面にフェムト秒レーザを照射して微細周期構造を形成し、これにより当該摺動面の摩擦抵抗を低減させる構成となっているので、その性質上、加工サイズの均一性が大きく制御性も高いことから、金属対象物の摺動面の摩擦抵抗を現状以上に低減することが可能になる。また、どのような大きさ、形状、材質の金属対象物であってもその摺動面の摩擦抵抗を低減させることが可能であることから、摺動面を有する機械部品の性能を向上させるメリットを有するものである（例えば、特許文献４を参照。）。

更に、赤外領域又は紫外領域におけるレーザビームをレンズ系を通して材料の加工面に照射して微細加工を行うようにしたレーザ加工方法において、前記レンズ系内に、面状の加工パターンに沿うようにレーザ光を指向せしめるための画像形成面を備えた光学素子を設置して少なくとも一回の照射で面加工を行うレーザ加工方法である。これにより、少なくとも１回の照射により面状パターン加工が可能なレーザ加工方法が提供されている（例えば、特許文献５を参照。）。

特開２００３−２１１４００号公報 特開２００３−３３４６８３号公報 特開２００３−５７４２２号公報 特開２００４−３６００１１号公報 特開２００４−２２３５２２号公報

上記各公知例は、レーザ光を金属対象表面（平面）に照射して面状パターンに加工するものである。また、その周期構造体の模様も、微細周期性溝又はディンプルに限定されている。このために、フェムト秒レーザ加工機により微細周期性溝とディンプルとを混合した複合的な加工をすることができない。従って、従来工作機械の平面状の滑り面に手作業で行っていた面取りキサゲを、フェムト秒レーザ加工機による微細周期性溝又はディンプルに変更した時に、周期構造体の模様は、微細周期性溝又はディンプルの加工に限定されてしまうから、一つのフェムト秒レーザ加工機でその周期構造体の素早い模様切り換えができず、一つの加工面に両模様の特徴出しを行うための加工ができないと言う問題点がある。

本発明の課題は、上記工作機械の平面状の滑り面に手作業で行っていた面取りキサゲを、フェムト秒レーザ加工機による微細周期性溝又はディンプルに変更した時に、一つの模様に限定されてしまうという問題点に鑑みてなされたものである。しかして、その目的は、平板ワークや厚物ワークの平面又は緩やかな三次元平面等のワーク表面に、各種模様パターンを自由自在に加工制御できるようにしたレーザ加工機の多機能加工制御方法とレーザ加工機の多機能加工制御装置を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するべくなされたもので、請求項１のレーザ加工機の多機能加工制御方法は、フェムト秒レーザ発振器から発射される直線偏光のフェムト秒レーザを、シャッタを開閉制御して間欠的に照射されるレーザ光とし、上記レーザ光を切換手段で切り換え選択される周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーの何れか一つを通過させ集光レンズで集光させてワーク移動ユニットに搭載された平面ワークに照射し、且つ、ワーク移動ユニットによりＸＹ軸の二次元移動させることにより平面ワークの表面に周期性溝又はディンプルまたはこれらの混合からなる任意の模様を形成するようにしたことを特徴とするものである。

また、請求項２のレーザ加工機の多機能加工制御方法は、請求項１記載のレーザ加工機の多機能加工制御方法において、上記ワーク移動ユニットを回転駆動手段で回転移動させることを特徴とするものである。

また、請求項３のレーザ加工機の多機能加工制御方法は、請求項１又は２記載のレーザ加工機の多機能加工制御方法において、上記ワーク移動ユニットをＺ軸駆動手段で平面ワークに対して接近・離反移動させることを特徴とするものである。

また、請求項４のレーザ加工機の多機能加工制御装置は、フェムト秒レーザ発振器と、上記フェムト秒レーザ発振器から発射される直線偏光のフェムト秒レーザを間欠照射可能なレーザ光として開閉制御するシャッタと、周期性溝用ホモジナイザーとディンプル加工用ホモジナイザーと混合加工用ホモジナイザーとからなるホモジナイザーと、上記周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーのうちの任意のものに切り換える切換手段と、上記周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーの何れか一つを通過したレーザ光を集光する集光レンズと、上記集光されたレーザ光が照射されることによりレーザ加工される平面ワークと、上記平面ワークを搭載しＸＹ軸の二次元移動が可能なワーク移動ユニットと、を具備したことを特徴とするものである。

また、請求項５のレーザ加工機の多機能加工制御装置は、請求項４記載のレーザ加工機の多機能加工制御装置において、上記ワーク移動ユニットに回転駆動手段により平面ワークに対して回転移動を可能としたことを特徴とするものである。

また、請求項６のレーザ加工機の多機能加工制御装置は、請求項４又は５記載のレーザ加工機の多機能加工制御装置において、上記ワーク移動ユニットにＺ軸駆動手段により平面ワークに対して接近・離反移動を可能としたことを特徴とするものである。

上記のレーザ加工機の多機能加工制御方法とそのレーザ加工機の多機能加工制御装置によると次のような作用が得られる。
第１に、請求項１、４におけるレーザ加工機の多機能加工制御方法とその多機能加工制御装置は、平面ワークに対する加工である。まず、フェムト秒レーザ発振器から発射される直線偏光のフェムト秒レーザは、シャッタで開閉制御されて間欠照射可能なレーザ光となって、切換手段で切り換え選択された周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーの何れか一つを介して集光レンズで集光される。更に、上記レーザ光は、ＸＹ軸方向の二次元に移動するワーク移動ユニットに搭載された平面状のワーク表面に対して照射される。

これにより、ワーク表面には、周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーの何れか一つを介して周期性溝又はディンプル又は両者の混合溝が選択的に加工される。その加工はシャッタの開閉制御によって、間欠的な模様としても加工することができる。また、ワーク移動ユニットにより平面ワークを二次元方向に平面移動させてワーク表面の広範囲にわたり、多彩な模様状の周期構造体の加工が行える。上記多機能加工制御方法は、このレーザ加工機の多機能加工制御装置により多機能に実行される。

第２に、請求項２、５におけるレーザ加工機の多機能加工制御方法とその多機能加工制御装置は、上記ワーク移動ユニットに回転駆動手段を備え、この回転駆動手段によりワーク移動テーブを回転移動させるものである。
これにより、ワーク移動ユニットが回転されるから周期性溝の溝方向が自由に変更でき、最も条件の良い方向に加工したり、重合加工によりクロス状に加工することが可能である。上記多機能加工制御方法は、このレーザ加工機の多機能加工制御装置により多機能に実行される。

第３に、請求項３、６におけるレーザ加工機の多機能加工制御方法とその多機能加工制御装置は、上記ワーク移動ユニットをＺ軸駆動手段により、平面ワークに対して接近・離反させ三次元移動を可能としたものである。
これにより、ワーク移動ユニット及びこれに搭載された平面ワークは、三次元方向に立体的に移動されるから、ワーク表面をレーザ光の焦点位置合せや焦点位置からのずれ調節が簡便な手段により行えるとともに、緩やかに湾曲したワーク表面や階段状に段差のあるワーク表面に対する多機能加工制御が行える。また、ワーク移動ユニットが回転される場合には周期性溝の溝方向が自由に変更でき、最も条件の良い方向に加工したり、重合加工によりクロス状に加工することとの複合加工もできる。上記多機能加工制御方法は、このレーザ加工機の多機能加工制御装置により多機能に実行される。

かくして、上記各種の平面ワークには、微細周期性溝又はディンプル及びこれらを混合した周期構造体が複雑な模様として効率良く加工させられる。これにより、上記平面ワークが、例えば、工作機械の平面状の摺動面であれば、その加工面に対する周期構造体の多彩な加工が行なえるから、摩擦抵抗の低減策が自在になされる。また、これに止まらず、あらゆる平面部材の表面処理にも適用される。

本発明のレーザ加工機の多機能加工制御方法とその多機能加工制御装置によると、平板ワークや厚物ワークの平面又は緩やかな三次元平面ワーク等に対して、周期構造体「例えば、微細周期性溝又はディンプル又は混合加工用ホモジナイザーの何れか一つやこれらの組み合わせから成る任意な模様が多彩に多機能的に加工できる。また、その多機能加工制御方法は、一つの多機能加工制御装置によって実行できる。これにより、上記平面ワークが、工作機械の平面状の摺動面であれば、その摺動面の摩擦抵抗の低減策が自在にできる。更に、あらゆる平面部材の表面処理ができる。

以下、本発明によるレーザ加工機の多機能加工制御方法とその多機能加工制御装置について、図示の第１の実施の形態により説明する。図１は平面ワークに対する多機能加工制御装置の全体構成図、図２と図３はレーザ加工ヘッドの斜視と制御系の構成図、図４はホモジナイザーの構成図、図５は自動運転のフローチャート図、図６〜図９は各種模様状に加工した周期構造体の平面図である。

図１〜図４により、本発明の第１の実施の形態となる平板ワークＷに対するレーザ加工機の多機能加工制御装置１００の概要を説明する。その構成は、直線偏光のフェムト秒レーザＬＯを発振するフェムト秒レーザ発振器１０と、加工装置の中枢部となるレーザ加工ヘッド２０と、平板ワークＷをチャック手段７で着脱自在に把持するとともに三次元方向（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の三方向）に移動させるワーク制御テーブル３及びこれに搭載されていて二次元方向（Ｘ軸，Ｙ軸）に平面移動させるワーク移動ユニット５０と、このワーク移動ユニット５０を回転駆動θさせるワーク回転駆動部５Ａと、からなる。まず、上記フェムト秒レーザ発振器１０とレーザ加工ヘッド２０とは、防振台１の基盤２上に水平姿勢の横向きに搭載されている。上記フェムト秒レーザ発振器１０は、公知なものであるから詳細構成を省略して概要説明すれば、発振源となるレーザ発振部１０Ａとこの発振を調整するファイバーレーザ発振器１０Ｂとパルスストレッチャー１０ＣとＴｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ再生増幅器１０Ｄとパルスコンプレッサー１０Ｅとレーザパワー減衰器１０Ｆと励起用パルスグリーンレーザ１０Ｇと電源制御部１０Ｈと筐体温度安定化用冷却装置１０Ｉとにより構成されている。上記レーザ加工ヘッド２０には、その入力側にフェムト秒レーザＬＯを受け入れ任意に出力遮断（出力制御）する電磁式のシャッタ開閉手段ＳＨで開閉するシャッタＳＴと、三連スライド式のホモジナイザーＨの切換手段ＨＤとを装備し、上記フェムト秒レーザ発振器１０の出力がレーザ入力部２０Ａに繋がれている。また、上記レーザ加工ヘッド２０の出力側には、平板ワークＷに向けてフェムト秒レーザＬＯを照射する外筒４９を備えている。上記三連スライド式のホモジナイザーＨは、エネルギー効率を改善する周期性溝用ホモジナイザーＨ１とディンプル加工用ホモジナイザーＨ２と両者の混合加工用ホモジナイザーＨ３の三種類からなり、適宜に切替え選択される。

上記ワーク制御テーブル３は、図１に示すように、チャック手段７に把持された平面ワークＷをＸ軸方向（図示の前後方向）に移動させるＸ軸駆動手段３０と、これに搭載されて平面ワークＷをＺ軸方向（図示の左右方向）に移動させるＺ軸駆動手段９と、このＺ軸駆動手段９上のコラム９Ａに搭載されてＹ軸方向（図示の上下方向）に移動させるＹ軸駆動手段５と、この前壁面に配置したワーク回転駆動部５Ａと、この前部に配置したチャック手段７とからなる。しかして、上記平面ワークＷは、上記レーザ出力部２０Ａの軸芯Ｏ１に対してその中心位置Ｏ２を一致させるべく、Ｙ軸駆動手段５と、これを左右Ｘ軸の方向に移動させるＸ軸駆動手段３０とを合成して平面移動させるワーク移動ユニット５０の機能により微動送りで位置合わせが行われる。また、上記レーザ出力部２０Ａに対する平面ワークＷの対面距離ＺＡは、上記Ｘ軸駆動手段３０に搭載されたＺ軸駆動手段９を前後方向となる−Ｚ軸方向（図示の左側方向）又は＋Ｚ軸方向（図示の右側方向）へ微動させて行う。更に、上記平面ワークＷを、上記レーザ加工ヘッド２０の先端でフェムト秒レーザＬＯの照射を受けながら回転駆動θさせるには、Ｙ軸駆動手段５上のワーク回転駆動部５Ａに備える回転制御モータＭＭによりチャック手段７を回転駆動θさせて行われる。上記上下のＹ軸と左右のＸ軸と前後のＺ軸の各駆動は、ガイドレール部材Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３とＹ軸送りのモータＭ１及びＺ軸送りのモータＭ２，Ｘ軸送りのモータＭ３により行われる。

また、図１と図２に示すように、上記レーザ加工機の多機能加工制御装置１００は、上記各送りモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３，回転制御モータＭＭや電磁式のシャッタ開閉手段ＳＨで作動するシャッタＳＴやホモジナイザーＨの切換手段ＨＤ等を駆動する加工制御部ＣＯを備えている。上記加工制御部ＣＯの概要構成と機能を説明する。まず、多機能加工制御装置１００の全体を総括的にコンピュータ管理するとともに装置全体の運転制御を支配する中央制御部ＣＰＵと、この中央制御部ＣＰＵに対して加工プログラミング情報を提供して平面ワークＷに任意な模様加工を実行させるプログラム手段ＰＣと、このプログラム手段ＰＣと中央制御部ＣＰＵからの指令で、各モータＭＯ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，ＭＭやシャッタＳＴやホモジナイザーＨの切換手段ＨＤの駆動制御をプログラム通り運転させる数値制御部ＮＣと、この数値制御部ＮＣからの指令を受けて各モータＭ１, Ｍ２，Ｍ３，ＭＭやＳＨ，ＨＤを駆動する駆動部ＤＤとからなる。これらの機能を備えた上記加工制御部ＣＯの制御のもとに、各ユニット３，５，９，１０，２０，３０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，ＭＭやＳＨ，ＨＤ等の駆動部ＤＤが作動される。これで、上記レーザ出力部２０Ａに対してワークＷをワーク移動ユニット５０で二方向（Ｘ軸とＹ軸方向）に大きく移動させ、上記フェムト秒レーザＬＯをワークＷの所定面積にわたり広範囲に照射させ、微細周期性溝等が所定面積に加工される。

続いて、上記レーザ加工ヘッド２０において、光学系の全体構成の概要を説明する。
まず、上記平面ワークＷに微細周期性溝ＫＭを加工する場合は、図２と図４に示すように、フェムト秒レーザ発振器１０のレーザ出力部２０Ａからのフェムト秒レーザＬＯは、アイリスＡ１・シャッタＳＴ・凹レンズＲ１を介して進み、更に、レーザ加工ヘッド２０の筒体４１内の平凸レンズＲ２とアイリスＡ２を介して進み、周期性溝用ホモジナイザーＨ１から集光レンズ（平凸レンズ）Ｒ３を介して外筒４９の先端に至る。上記三連スライド式のホモジナイザーＨにおいて、周期性溝用ホモジナイザーＨ１の機能は、上記フェムト秒レーザ光ＬＯのエネルギー波形は、図４（ｂ）に示す山形の二次曲線のもので両裾のエネルギーが利用されない。そこで、図４（ｃ）に示すように、その特性を改善する周期性溝用ホモジナイザーＨ１によりエネルギー分布を矩形に整形し、エネルギー効率を限り無く１００％にすることが可能だからである。従って、エネルギー効率を問題にしなければ、上記周期性溝用ホモジナイザーＨ１は省略することも可能である。即ち、フェムト秒レーザ光ＬＯによる微細周期性溝ＫＭの溝方向と加工面積は、フェムト秒レーザの偏光方向とフル−エンス（レーザ出力のエネルギー）に依存されるから、周期性溝用ホモジナイザーＨ１は、微細周期性溝ＫＭを形成する為のホモジナイザーと言うよりは、微細周期性溝ＫＭを効率良く形成する為のホモジナイザーと言う機能を持っている。ディンプル加工用ホモジナイザーＨ２は、図４（ａ）に示すように、一種のホログラムであり、集光部のエネルギー分布を制御する。即ち、ディンプル加工用ホモジナイザーＨ２は、その表面に微細な凹凸があり、この凹凸を通過するフェムト秒レーザＬＯの光が回折し、多数のエネルギー分布（エネルギー密度の高い複数のスポットＳ１〜Ｓ６）を生じさせる。このエネルギー分布により、ディンプルＤＰが加工される。尚、微細周期性溝ＫＭとディンプルＤＰとを混合加工する混合加工用ホモジナイザーＨ３に切替えれば、図４（ｄ）に示すように、微細周期性溝ＫＭを加工する均一なエネルギー分布ＳＯの全加工領域と、この領域内にエネルギー密度の高い複数のスポットＳ１〜Ｓ６とが存在し、微細周期性溝ＫＭとディンプルＤＰとが混在した複合加工が行なわれる。

本発明の第１の実施の形態のレーザ加工機の多機能加工制御装置１００は、以上のように構成されており、以下のように作用する。
先ず、図２に示すように、平面ワークＷの表面Ｗ１に連続する微細周期性溝ＫＭ又は不連続な微細周期性溝ＫＭを加工するには、上記レーザ加工ヘッド２０において、プログラム手段ＰＣにより予め手入力で作られた図５の自動運転加工フローチャート図により実行される。上記加工フローチャートによれば、まず、「自動運転の開始」の第１ステップＳ１が実行される。これで、平面ワークＷは、原点位置ＰＯから、その加工開始点Ｐ１にワーク移動ユニット５とＺ軸駆動手段９との駆動で「ワーク加工開始位置決め」まで移動搬送される第２ステップＳ２が実行される。また、三連スライド式のホモジナイザーＨにおいて、「周期性溝用ホモジナイザーＨ１の選択」の第３ステップＳ３が実行される。この周期性溝用ホモジナイザーＨ１は、微細周期性溝ＫＭを加工する時、フェムト秒レーザＬＯのエネルギーロスの改善を図る。続いて、「ワーク平面加工開始」の第４ステップＳ４が実行される。このワーク平面加工開始による具体例を図６〜図９に示す。先ず、図６は、正方形の平面ワークＷの表面Ｗ１に対して加工開始点Ｐ１から加工終了点Ｐｅに向けて左右方向への往復動とピッチ送りからなる移動軌跡Ｋにおける微細周期性溝ＫＭを同一方向に揃えた加工を示している。図示ではシャッタＳＴが周期的に「シャッタ開」と「シャッタ閉」とを繰り返した加工が進められ、各列に「加工有」と「加工無」の空白地帯が設けられた加工となる。この時の模様は、市松模様を呈したものとなる。

図７は、正方形の平面ワークＷの表面Ｗ１に対して加工開始点Ｐ１から加工終了点Ｐｅに向けて左右方向への往復動とピッチ送りからなる移動軌跡Ｋにける微細周期性溝ＫＭを同一方向に揃えた加工を示している。図示ではシャッタＳＴが平面ワークＷの中央位置において「シャッタ閉」を行うことにより、この中央位置の一帯が「加工無」の空白地帯として加工されたものとなる。図８は、ワーク移動ユニット５０により円板ワークＷ２を移動制御する加工例を示し、例えば、ワーク中心の加工開始点Ｐ１から渦巻き状に回転半径を拡げ外周端の加工終了点Ｐｅに向けて加工する移動軌跡Ｋにおいて、微細周期性溝ＫＭを同一方向に揃えて加工される。図示ではシャッタＳＴが「開」で加工が進められた状態を示しているが、必要に応じて「閉」とした加工無しの空白地帯を設けることも可能である。

続く、図９（ａ）は、正方形の平面ワークＷの表面Ｗ１に対して加工開始点Ｐ１から加工終了点Ｐｅに向けて左右方向への往復動とピッチ送りからなる移動軌跡Ｋにおいて、往路で「周期性溝用ホモジナイザーＨ１の選択」による微細周期性溝ＫＭを同一方向に揃えた加工とし、復路では図３に示すように、「ディンプル加工用ホモジナイザーＨ２の切り換え」によるディンプルＤＰを示している。図示ではシャッタＳＴが「開」で加工が進められているが、必要に応じて「閉」とした加工無しの空白地帯を設けることも可能である。更に、第５列目の移動軌跡Ｋにおいて、両者の混合加工用ホモジナイザーＨ３に切り換えれば、微細周期性溝ＫＭとディンプルＤＰとの混合加工が行われる。図９（ｂ）は、ワーク移動ユニット５０により平面ワークＷを移動軌跡Ｋで平面移動させるとともに、Ｙ軸駆動手段５上のワーク回転駆動部５Ａ内に備える回転制御モータＭＭにより平面ワークＷを把持するチャック手段７を「往路で０度、復路で９０度回転」すべく、回転駆動θして位置決めした後に、上記微細周期性溝ＫＭが往路と復路とで、相互に加工方向を反対方向（９０度反転）に向けた加工が行われる。

また、図９（ｃ）は、ワーク移動ユニット５０を移動軌跡Ｋで平面移動させるとともに、Ｙ軸駆動手段５上のワーク回転駆動部５Ａに備える回転制御モータＭＭにより平面ワークＷを把持するチャック手段７を往路の区間で「０度〜９０度」の回転駆動θを継続させて微細周期性溝ＫＭの溝方向を右向きから次第に変化して左向き方向に変えながら加工する状況を示している。また、復路の区間で「９０度〜０度」への逆回転駆動を継続することで微細周期性溝ＫＭの溝方向を左向きから次第に変化して右向き方向に変えながらの加工状況を示している。そして、移動軌跡Ｋの第三列目と第四列目とを重合させ、第三列目の往路は往路０度とし、第四列目の復路を９０度にチャック手段７を回転駆動θして位置決め後に、上記微細周期性溝ＫＭが往路と復路とで、相互に加工方向を反対方向（９０度交差）に向けたクロス状の加工が行われる。

以上の加工例は、本発明のレーザ加工機の多機能加工制御装置１００で実行される僅かな数例を説明したに過ぎない。この他にも多彩なバリエーションの加工が可能である。例えば、チャック手段７、即ち、ワーク移動ユニット５０をＺ軸駆動手段９のＺ軸送りモータＭ２の制御を付加すれば、ワーク移動ユニット５０及びこれに搭載された平面ワークＷは、三次元方向に立体的に移動されるから、ワーク表面Ｗ１をレーザ光の焦点位置合せや焦点位置からのずれ調節が簡便な手段により行える。更に、上記平面ワークＷ１において、緩やかに湾曲したワーク表面や階段状に段差のあるワーク表面を持つワークに対する加工もできるから、さらなる多機能加工制御が行える。上記の如く、「ワーク平面加工開始」の第４ステップＳ４が終了すると、ワーク移動ユニット５０を原点位置ＰＯへ復帰させる「原点復帰」の第５ステップＳ５が行われて、「加工終了」となる。

上記本発明の第１の実施の形態のレーザ加工機の多機能加工制御方法とその多機能加工制御装置１００によれば、下記の効果が発揮される。まず、平板ワークや厚物ワークの平面又は緩やかな三次元平面（総称して平面ワークＷという）の表面Ｗ１に対して、連続する微細周期性溝ＫＭ又は不連続な微細周期性溝ＫＭや微細周期性溝ＫＭ又はディンプルＤＰのいずれか一つ、又はこれらを混合させた混合溝（任意な模様となる複雑模様）が効率良く加工できる。

また、上記多機能加工制御方法は、一つの多機能加工制御装置によって実行できる。しかして、上記平面ワークが、工作機械の平面状の摺動面であれば、その摺動面の摩擦抵抗の低減策が自在にできるとともに、更に、あらゆる平面部材の表面処理もできる。

本発明は、上記平面ワークに限定されず、その他の各種機器・部品の加工面に対する豊富な加工が行なえる。例えば、鏡板であれば、多数の微細周期性溝ＫＭ他を加工し、鏡本来の物体を映し出す作用・効果を失うことなく、上記多数の微細周期性溝ＫＭが水分・水滴を弾いて表面張力の作用を促し、水滴防止機能を発揮する。また、自動車のフロントガラスであれば、雨水の水滴や夜露の水滴を弾く水滴防止機能を発揮する。更に、あらゆる平面部材の表面処理に適用される。

本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ加工機の多機能加工制御装置の全体構成図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ加工ヘッドの斜視と制御系の構成図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ加工ヘッドの斜視と制御系の構成図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、ホモジナイザーの構成図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、自動運転のフローチャート図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、各種模様状に加工した周期構造体の平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、各種模様状に加工した周期構造体の平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、各種模様状に加工した周期構造体の平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、各種模様状に加工した周期構造体の平面図である。

符号の説明

１ 防振台
２ 基盤
３ ワーク制御テーブル
５ Ｙ軸駆動手段
５Ａ ワーク回転駆動部
７ チャック手段
９ Ｚ軸駆動手段
９Ａ 垂直台
１０ フェムト秒レーザ発振器
１０Ａ レーザ発生部
１０Ｂ ファイバーレーザ発振器
１０Ｃ パルスストレッチャー
１０Ｄ Ｔｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ再生増幅器
１０Ｅ パルスコンプレッサー
１０Ｆ レーザパワー減衰器
１０Ｇ 励起用パルスグリーンレーザ
１０Ｈ 電源制御部
１０Ｉ 筐体温度安定化用冷却装置
２０ レーザ加工ヘッド
２０Ａ レーザ出力部
３０ Ｘ軸駆動手段
４０ 支持体
４１ 筒体
４２ 連絡筒
４９ 外筒
５０ ワーク移動ユニット
Ａ１，Ａ２ アイリス
ＣＰＵ 中央制御部
ＣＯ 加工制御部
ＤＤ 駆動部
ＤＰ ディンプル
ＮＣ ＮＣ制御部
ＫＭ 微細周期性溝
ＬＯ フェムト秒レーザ
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ ガイドレール部材
Ｋ 移動軌跡
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ モータ
ＭＭ 回転制御モータ
ＭＯ 駆動モータ
Ｈ ホモジナイザー
Ｈ１ 微細周期性溝用のホモジナイザー
Ｈ２ ディンプル用のホモジナイザー
Ｈ３ 混合加工用のホモジナイザー
ＨＤ 切換手段
Ｏ１，Ｏ２ 軸芯
ＰＣ プログラム手段
ＰＯ 原点位置
Ｐ１ 加工開始点
Ｐｅ 加工終了点
Ｒ１ 平凹レンズ
Ｒ２ 平凸レンズ
Ｒ３ 集光レンズ（平凸レンズ）
θ 回転駆動
ＳＴ シャッタ手段
ＳＤ 回転駆動手段
ＳＨ シャッタ開閉手段
ＳＯ エネルギー分布
Ｓ１〜Ｓ６ スポット
Ｗ 平面ワーク
Ｗ１ 表面
Ｗ２ 円板ワーク
１００ レーザ加工機の多機能加工制御装置

Claims (6)

1. フェムト秒レーザ発振器から発射される直線偏光のフェムト秒レーザを、シャッタを開閉制御して間欠的に照射されるレーザ光とし、上記レーザ光を切換手段で切り換え選択される周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーの何れか一つを通過させ集光レンズで集光させてワーク移動ユニットに搭載された平面ワークに照射し、且つ、ワーク移動ユニットによりＸＹ軸の二次元移動させることにより平面ワークの表面に周期性溝又はディンプルまたはこれらの混合からなる任意の模様を形成するようにしたことを特徴とするレーザ加工機の多機能加工制御方法。
2. 上記ワーク移動ユニットを回転駆動手段で回転移動させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機の多機能加工制御方法。
3. 上記ワーク移動ユニットをＺ軸駆動手段で平面ワークに対して接近・離反移動させることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工機の多機能加工制御方法。
4. フェムト秒レーザ発振器と、上記フェムト秒レーザ発振器から発射される直線偏光のフェムト秒レーザを間欠照射可能なレーザ光として開閉制御するシャッタと、周期性溝用ホモジナイザーとディンプル加工用ホモジナイザーと混合加工用ホモジナイザーとからなるホモジナイザーと、上記周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーのうちの任意のものに切り換える切換手段と、上記周期性溝用ホモジナイザー又はディンプル加工用ホモジナイザー又は混合加工用ホモジナイザーの何れか一つを通過したレーザ光を集光する集光レンズと、上記集光されたレーザ光が照射されることによりレーザ加工される平面ワークと、上記平面ワークを搭載しＸＹ軸の二次元移動が可能なワーク移動ユニットと、を具備したことを特徴とするレーザ加工機の多機能加工制御装置。
5. 上記ワーク移動ユニットに回転駆動手段により平面ワークに対して回転移動を可能としたことを特徴とする請求項４記載のレーザ加工機の多機能加工制御装置。
6. 上記ワーク移動ユニットにＺ軸駆動手段により平面ワークに対して接近・離反移動を可能としたことを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ加工機の多機能加工制御装置。

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