JP2009119480A - Laser beam machining method and apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining method and an apparatus therefor which are suitable to when forming a grooves on a material to be machined and to such a working as the removal of a coating film coated on a material to be machined by making so that uniform strength distribution is obtained in a liquid column while preventing energy loss as small as possible. <P>SOLUTION: This laser beam machining apparatus is made so that required machining is performed to the material to be machined by jetting liquid toward the material 2 to be machined from a jetting nozzle by making the liquid into the liquid column W and emitting a laser beam L by introducing the laser beam into the liquid column by taking the liquid column as a light guide. The optical axis of the laser beam L is set by shifting within the range D of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the center line O of the jetting nozzle. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はレーザ加工方法とその装置に関し、より詳しくは、噴射ノズルから被加工物に向けて液柱を噴射するとともに、該液柱を導光路としてこれを通過させたレーザ光を被加工物に照射して、被加工物に所要の加工を施すようにしたレーザ加工方法とその装置に関する。   The present invention relates to a laser processing method and an apparatus therefor, and more specifically, ejects a liquid column from a spray nozzle toward a workpiece, and uses the liquid column as a light guide to pass laser light to the workpiece. The present invention relates to a laser processing method and an apparatus for irradiating and performing a required processing on a workpiece.

従来のレーザ加工装置として、噴射ノズルから液体を液柱にして噴射する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光を導光路としての上記液柱内に案内する光学案内手段とを備え、上記噴射ノズルから被加工物に向けて液体を液柱にして噴射するとともに該液柱を通過させたレーザ光を被加工物に照射して、被加工物に所要の加工を施すようにしたものが知られている(特許文献1、特許文献2)。
そして従来のレーザ加工装置においては、上記噴射ノズルの中心線すなわち該噴射ノズルから噴射される液柱の軸心と、該液柱を通過するレーザ光の光軸とを一致させるようにしている。つまり、液体流の軸心とレーザ光の光軸とを一致させることによって、液体流内から外部へのレーザ光の漏れ量を最も少なくしてエネルギーの損失を抑えるようにしている。
特開2005−288472号公報 特開2006−255768号公報
As a conventional laser processing apparatus, a liquid supply means that ejects liquid from an ejection nozzle as a liquid column, a laser oscillator that oscillates laser light, and guides the laser light from the laser oscillator into the liquid column as a light guide. An optical guide means for ejecting the liquid from the spray nozzle toward the work piece as a liquid column and irradiating the work piece with laser light that has passed through the liquid column. The thing which performed the process of this is known (patent document 1, patent document 2).
In the conventional laser processing apparatus, the center line of the spray nozzle, that is, the axis of the liquid column ejected from the spray nozzle is aligned with the optical axis of the laser beam passing through the liquid column. That is, by aligning the axial center of the liquid flow with the optical axis of the laser light, the amount of leakage of laser light from the liquid flow to the outside is minimized to suppress energy loss.
JP 2005-288472 A JP 2006-255768 A

図8に示すように、液柱Wの軸心とレーザ光Lの光軸とを一致させた場合には、エネルギーの損失を最少とすることができるが、そのときの液柱W内におけるレーザ光Lの強度分布は、中心部が強く、周辺部が弱い山形の強度分布となる。
このような強度分布は、レーザ光Lの強度分布におけるピークが大きくなるので、被加工物2の切断加工には好適となるが、被加工物2に溝を形成する場合や被加工物2に被覆された図示しない皮膜を除去するような加工には不向きであった。
本発明はそのような事情に鑑み、エネルギーの損失を可及的に防止しつつ、液柱内で均質な強度分布が得られるようにすることにより、被加工物に溝を形成する場合や被加工物に被覆された皮膜を除去するような加工に好適なレーザ加工方法とその装置を提供するものである。
As shown in FIG. 8, when the axial center of the liquid column W and the optical axis of the laser beam L coincide with each other, energy loss can be minimized, but the laser in the liquid column W at that time can be minimized. The intensity distribution of the light L is a mountain-shaped intensity distribution with a strong central part and a weak peripheral part.
Such an intensity distribution is suitable for cutting the workpiece 2 because the peak in the intensity distribution of the laser beam L is large. However, when a groove is formed in the workpiece 2 or in the workpiece 2. It was unsuitable for processing that removes the coated film (not shown).
In view of such circumstances, the present invention provides a uniform strength distribution in the liquid column while preventing energy loss as much as possible, thereby forming a groove on the workpiece or covering the workpiece. The present invention provides a laser processing method and apparatus suitable for processing that removes a coating film coated on a workpiece.

すなわち請求項1の加工方法は、被加工物に向けて噴射ノズルから液体を液柱にして噴射するとともに、該液柱を導光路として該液柱内にレーザ光を導入して上記被加工物に照射し、被加工物に所要の加工を施すようにしたレーザ加工方法において、
上記レーザ光の光軸を、噴射ノズルの中心線からノズル直径の1/5〜1/10の範囲内でずらして設定したことを特徴とするものである。
また請求項2の加工装置は、噴射ノズルから液体を液柱にして噴射する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光を導光路としての上記液柱内に案内する光学案内手段とを備え、上記噴射ノズルから被加工物に向けて液体を液柱にして噴射するとともに該液柱を通過させたレーザ光を被加工物に照射して、被加工物に所要の加工を施すレーザ加工装置において、
上記光学案内手段は、上記レーザ光の光軸を、噴射ノズルの中心線からノズル直径の1/5〜1/10の範囲内でずらして設定してあることを特徴とするものである。
That is, in the processing method of claim 1, the liquid is ejected from the ejection nozzle toward the workpiece as a liquid column, and laser light is introduced into the liquid column using the liquid column as a light guide path. In the laser processing method that irradiates the workpiece and performs the required processing on the workpiece,
The optical axis of the laser beam is set to be shifted from the center line of the injection nozzle within a range of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a processing apparatus comprising: a liquid supply means that ejects liquid from an ejection nozzle as a liquid column; a laser oscillator that oscillates laser light; and the liquid column that uses the laser light from the laser oscillator as a light guide. And an optical guide means for guiding the workpiece to the workpiece by jetting the liquid from the jet nozzle toward the workpiece as a liquid column and irradiating the workpiece with laser light that has passed through the liquid column. In the laser processing equipment that performs the required processing on
The optical guiding means is characterized in that the optical axis of the laser beam is set so as to be shifted within a range of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the center line of the injection nozzle.

本発明によれば、レーザ光の光軸を、噴射ノズルの中心線からノズル直径の1/5〜1/10の範囲内でずらして設定してあるので、後に詳述するようにレーザ光のエネルギー損失を可及的に防止することができ、しかも液柱内で均質な強度分布が得られるようになるので、被加工物に溝を形成する加工や被加工物に被覆された皮膜を除去するような加工を効率的に行うことができるようになる。   According to the present invention, the optical axis of the laser beam is set so as to be shifted within the range of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the center line of the injection nozzle. Energy loss can be prevented as much as possible, and a uniform strength distribution can be obtained in the liquid column, so that processing to form grooves in the workpiece and removal of the coating film on the workpiece are removed. Such processing can be performed efficiently.

以下図示実施例について本発明を説明すると、図1において、レーザ加工装置1は液体の噴射により形成した液柱Wにレーザ光Lを導光することで、被加工物2に所要の加工を施すことができるようになっている。
上記レーザ加工装置1は、上記被加工物2を支持する加工テーブル3と、レーザ光Lを発振するレーザ発振器4と、水等の液体を供給する液体供給手段としての高圧ポンプ5と、被加工物2に向けて液体を液柱Wとして噴射するとともに、レーザ光Lを上記液柱Wに導光する加工ヘッド6とを備えている。
上記加工テーブル3は従来公知であるので詳細な説明をしないが、上記被加工物2を加工ヘッド6に対して水平方向に移動させるようになっており、また上記加工ヘッド6は図示しない昇降手段によって垂直方向に移動するようにされている。
本実施例では、上記レーザ発振器4はYAGレーザであり、加工に応じてCW発振又はパルス発振が可能であり、またその出力やパルスの発振周期を適宜調整できるようになっている。
さらに、レーザ発振器4としてこの他にも半導体レーザやCOレーザ等を用いることも可能であるが、COレーザのように照射されるレーザ光Lが水に吸収されやすい波長である場合には、加工ヘッド6より噴射される液体をレーザ光Lが吸収されないような液体にすればよい。
The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiment. In FIG. 1, a laser processing apparatus 1 guides a laser beam L to a liquid column W formed by jetting a liquid, thereby performing a required processing on a workpiece 2. Be able to.
The laser processing apparatus 1 includes a processing table 3 that supports the workpiece 2, a laser oscillator 4 that oscillates laser light L, a high-pressure pump 5 that serves as a liquid supply unit that supplies a liquid such as water, and a workpiece. A processing head 6 for injecting a liquid as a liquid column W toward the object 2 and guiding the laser beam L to the liquid column W is provided.
The processing table 3 is conventionally known and will not be described in detail. However, the workpiece 2 is moved in the horizontal direction with respect to the processing head 6, and the processing head 6 is not shown. It is intended to move vertically.
In the present embodiment, the laser oscillator 4 is a YAG laser, can perform CW oscillation or pulse oscillation according to processing, and can appropriately adjust its output and pulse oscillation period.
In addition to this, a semiconductor laser, a CO 2 laser, or the like can be used as the laser oscillator 4. However, when the laser light L irradiated has a wavelength that is easily absorbed by water, such as a CO 2 laser. The liquid ejected from the processing head 6 may be a liquid that does not absorb the laser light L.

次に上記加工ヘッド6について説明すると、加工ヘッド6は図示しない昇降手段に固定された平板状のフレーム11と、上記レーザ光Lを集光する集光レンズ12と、上記高圧ポンプ5より供給された液体を液柱Wにして噴射するとともに、当該液柱Wにレーザ光Lを導光する噴射ノズル13と、上記集光レンズ12と噴射ノズル13の相対位置や角度を調整する光学案内手段14とを備えている。
なお図1では、説明のため図示下方側(後述する第6プレート41より下方)の断面図は、図2におけるI−Iの断面で切断した断面図となっている。
上記フレーム11はレーザ発振器4によって発振されるレーザ光Lの光軸上に設けられており、レーザ光Lの光軸が通過する位置には円形の貫通孔11aが形成されている。
上記集光レンズ12はレーザ光Lの光軸上に配置され、円筒状のレンズホルダ21の下端に保持されるとともに、このレンズホルダ21は略十字型(図2参照)の取付ステー22を介してフレーム11の下面に固定されている。
なお、図2は、図1におけるII−IIの断面で切断した断面図となっているが、説明のため、下記第2保持円筒28bについては表示を省略している。
また上記噴射ノズル13もレーザ光Lの光軸上に配置されており、この噴射ノズル13は円筒状のノズルホルダ23の下端に保持されると共に、当該ノズルホルダ23は上記光学案内手段14によって移動されるようになっている。
Next, the processing head 6 will be described. The processing head 6 is supplied from a flat frame 11 fixed to a lifting means (not shown), a condensing lens 12 for condensing the laser light L, and the high-pressure pump 5. In addition to ejecting the liquid as a liquid column W, the ejection nozzle 13 that guides the laser light L to the liquid column W, and the optical guide means 14 that adjusts the relative position and angle of the condenser lens 12 and the ejection nozzle 13. And.
In FIG. 1, a cross-sectional view on the lower side of the drawing (below a sixth plate 41 described later) is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
The frame 11 is provided on the optical axis of the laser beam L oscillated by the laser oscillator 4, and a circular through hole 11a is formed at a position where the optical axis of the laser beam L passes.
The condenser lens 12 is disposed on the optical axis of the laser beam L, and is held at the lower end of a cylindrical lens holder 21. The lens holder 21 is attached via a substantially cross-shaped (see FIG. 2) mounting stay 22. Are fixed to the lower surface of the frame 11.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, but for the sake of explanation, the following second holding cylinder 28 b is not shown.
The ejection nozzle 13 is also arranged on the optical axis of the laser beam L. The ejection nozzle 13 is held at the lower end of a cylindrical nozzle holder 23 and the nozzle holder 23 is moved by the optical guide means 14. It has come to be.

図3は上記噴射ノズル13およびノズルホルダ23の拡大図を示し、上記ノズルホルダ23には被加工物2側から順に、小径部23a、中径部23b、大径部23cが形成され、上記噴射ノズル13は上記小径部23aの下端にリング状の保持部材24を用いて固定されている。
上記噴射ノズル13はステンレス製で、噴射ノズル13の中央には噴射孔13aが形成され、該噴射孔13aには、被加工物2に向けて縮径する第1傾斜面13bと、当該第1傾斜面13bよりも被加工物2側に形成されて被加工物2に向けて拡径する第2傾斜面13cとが形成されている。
上記第1傾斜面13bと第2傾斜面13cとは、最小径部13d(図6)で接続されており、上記第1傾斜面13bには、レーザ光Lを反射させるための鏡面加工が施されている。
また、上記第1傾斜面13bの角度は、上記集光レンズ12によって集光されるレーザ光Lの円錐角よりも大きくなるように設定されている。
FIG. 3 is an enlarged view of the injection nozzle 13 and the nozzle holder 23. A small diameter portion 23a, a medium diameter portion 23b, and a large diameter portion 23c are formed on the nozzle holder 23 in this order from the workpiece 2 side. The nozzle 13 is fixed to the lower end of the small diameter portion 23a using a ring-shaped holding member 24.
The injection nozzle 13 is made of stainless steel, and an injection hole 13 a is formed at the center of the injection nozzle 13. The injection hole 13 a has a first inclined surface 13 b that decreases in diameter toward the workpiece 2, and the first A second inclined surface 13c that is formed closer to the workpiece 2 than the inclined surface 13b and expands toward the workpiece 2 is formed.
The first inclined surface 13b and the second inclined surface 13c are connected by a minimum diameter portion 13d (FIG. 6), and the first inclined surface 13b is subjected to mirror finishing for reflecting the laser light L. Has been.
The angle of the first inclined surface 13b is set to be larger than the cone angle of the laser light L condensed by the condenser lens 12.

上記噴射ノズルホルダ23の中径部23bには、シール部材25を介してガラス板26がはめ込まれ、このガラス板26は上記中径部23bの内周面に加工されたねじ部に螺合するナット27によって固定されている。
また、上記小径部23aの位置には、小径部23aを中心に同心円上に等間隔に4つの接続口23dが形成されており、この接続口23dは液体通路23eを介して小径部23aに連通し、上記高圧ポンプ5によって送液された液体は上記ガラス板26よりも下方の小径部23a内に供給されるようになっている。
そして上記保持部材24の中央には、上記第2傾斜面13cよりも大径の貫通孔が設けられており、この貫通孔は上記第2傾斜面13cと共に、噴射ノズル13から噴射される液柱Wを囲繞するエアポケットPを構成している。
A glass plate 26 is fitted into the middle diameter portion 23b of the injection nozzle holder 23 via a seal member 25, and this glass plate 26 is screwed into a screw portion processed on the inner peripheral surface of the middle diameter portion 23b. It is fixed by a nut 27.
Further, at the position of the small diameter portion 23a, four connection ports 23d are formed at equal intervals on a concentric circle centering on the small diameter portion 23a, and the connection ports 23d communicate with the small diameter portion 23a through the liquid passage 23e. The liquid fed by the high-pressure pump 5 is supplied into the small-diameter portion 23 a below the glass plate 26.
A through hole having a diameter larger than that of the second inclined surface 13c is provided in the center of the holding member 24. The through hole is a liquid column ejected from the injection nozzle 13 together with the second inclined surface 13c. An air pocket P surrounding W is formed.

上記光学案内手段14は、上記ノズルホルダ23を保持する保持円筒28と、当該保持円筒28を水平方向に移動させるXY軸ステージ29と、XY軸ステージ29を垂直方向に移動させるZ軸ステージ30と、Z軸ステージ30の角度を変更させる角度調整ステージ31とを備えている。
上記保持円筒28は円筒状の第1保持円筒28aおよび第2保持円筒28bから構成され、このうち第1保持円筒28aは上記XY軸ステージ29に固定され、第2保持円筒28bの下端には上記ノズルホルダ23が固定されている。そして噴射ノズル13における噴射孔13aの中心軸と第1,第2保持円筒28a,28bの中心軸とが一致するようになっている。
また、上記第2保持円筒28bの内部には上記レンズホルダ21が相互に接触しないように収容されており、第1保持円筒28aおよび第2保持円筒28bは、上記レンズホルダ21をフレーム11に固定する上記取付ステー22と干渉しないよう、上記4本の連結部材32(図2参照)によって連結されている。
The optical guiding means 14 includes a holding cylinder 28 that holds the nozzle holder 23, an XY axis stage 29 that moves the holding cylinder 28 in the horizontal direction, and a Z axis stage 30 that moves the XY axis stage 29 in the vertical direction. And an angle adjustment stage 31 for changing the angle of the Z-axis stage 30.
The holding cylinder 28 includes a cylindrical first holding cylinder 28a and a second holding cylinder 28b. The first holding cylinder 28a is fixed to the XY axis stage 29, and the lower end of the second holding cylinder 28b The nozzle holder 23 is fixed. The central axis of the injection hole 13a in the injection nozzle 13 and the central axes of the first and second holding cylinders 28a and 28b are made to coincide with each other.
The lens holder 21 is accommodated inside the second holding cylinder 28b so as not to contact each other. The first holding cylinder 28a and the second holding cylinder 28b fix the lens holder 21 to the frame 11. The four connecting members 32 (see FIG. 2) are connected so as not to interfere with the mounting stays 22.

上記XY軸ステージ29は、上記第1保持円筒28aを固定する第1プレート33と、第1プレート33を下方から保持する第2プレート34と、第2プレート34を下方から保持する第3プレート35と、第1保持円筒28aを図示左右方向のX軸方向と、図示奥行き方向のY軸方向とに移動させるマイクロメータ36,37とを備えている。
上記第1〜第3プレート33〜35の中央にはそれぞれ貫通孔33a〜35aが形成され、第1プレート33の貫通孔33aには、第1プレート33の上面に固定された固定部材33bにより、上記第1保持円筒28aが垂下するように固定されている。
また図4に示すように、第1〜第3プレート33〜35は平面的に略正方形の形状を有し、その側面がそれぞれ上記X軸方向及びY軸方向を向くように設置されている。
さらに、上記第1プレート33と第2プレート34とは、X軸方向に形成された図示しないレールによってX軸方向に相対移動し、上記第2プレート34と第3プレート35とは、Y軸方向に形成されたレール35b(図1参照)によってY軸方向に相対移動するようになっている。
そして上記マイクロメータ36、37は上記第2プレート34の側面にそれぞれX軸方向及びY軸方向に向けて固定され、第1プレート33の側面には、マイクロメータ36によって押圧可能な位置に突起33cが設けられ、上記第3プレート35の側面には、上記マイクロメータ37の先端によって押圧可能な位置に突起35cが設けられている。
このような構成により、X軸方向を向いたマイクロメータ36によって上記突起33cを押圧することで、ノズルホルダ23を保持円筒28および第1プレート33ごとX軸方向に移動させることができ、またY軸方向を向いたマイクロメータ37を操作することで、ノズルホルダ23を保持円筒28および第1、第2プレート33、34ごとY軸方向に移動させることができる。
The XY axis stage 29 includes a first plate 33 that fixes the first holding cylinder 28a, a second plate 34 that holds the first plate 33 from below, and a third plate 35 that holds the second plate 34 from below. And micrometers 36 and 37 for moving the first holding cylinder 28a in the X-axis direction in the horizontal direction in the figure and the Y-axis direction in the depth direction in the figure.
Through holes 33a to 35a are formed at the centers of the first to third plates 33 to 35, respectively, and the through holes 33a of the first plate 33 are fixed by fixing members 33b fixed to the upper surface of the first plate 33. The first holding cylinder 28a is fixed so as to hang down.
As shown in FIG. 4, the first to third plates 33 to 35 have a substantially square shape in plan view, and are disposed so that the side surfaces thereof face the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively.
Further, the first plate 33 and the second plate 34 are moved relative to each other in the X-axis direction by a rail (not shown) formed in the X-axis direction, and the second plate 34 and the third plate 35 are moved in the Y-axis direction. The rail 35b (see FIG. 1) formed on the Y-axis moves relative to each other.
The micrometers 36 and 37 are fixed to the side surfaces of the second plate 34 in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, and the projections 33c are formed on the side surfaces of the first plate 33 at positions that can be pressed by the micrometer 36. On the side surface of the third plate 35, a projection 35c is provided at a position that can be pressed by the tip of the micrometer 37.
With such a configuration, the nozzle holder 23 can be moved together with the holding cylinder 28 and the first plate 33 in the X-axis direction by pressing the projection 33c with the micrometer 36 facing the X-axis direction. By operating the micrometer 37 facing the axial direction, the nozzle holder 23 can be moved in the Y-axis direction together with the holding cylinder 28 and the first and second plates 33 and 34.

上記Z軸ステージ30はその上面に上記第3プレート35を固定する第4プレート38と、上記角度調整ステージ31の上面に固定された第5プレート39と、第4、第5プレート38,39の間に設けられた2つのハンドル40とを備え、第4、第5プレート38,39の中央には、移動する第1保持円筒28aと接触しない範囲で貫通孔38a,39aが形成されている。
ここで、上記ハンドル40は従来公知のジャッキスクリュー方式によって第4プレート38を昇降させるものであり、その構成については詳細な説明を省略する。
そしてこのZ軸ステージ30によれば、上記ハンドル40のいずれか一方を操作することで第4プレート38は第5プレート39に対して平行を保ったまま昇降し、上記ノズルホルダ23を保持円筒28及びXY軸ステージ29ごと昇降させることができる。
The Z-axis stage 30 has a fourth plate 38 for fixing the third plate 35 on its upper surface, a fifth plate 39 fixed on the upper surface of the angle adjusting stage 31, and fourth and fifth plates 38, 39. There are two handles 40 provided between them, and through holes 38a and 39a are formed in the center of the fourth and fifth plates 38 and 39 in a range not contacting the moving first holding cylinder 28a.
Here, the handle 40 raises and lowers the fourth plate 38 by a conventionally known jack screw system, and detailed description of the configuration is omitted.
According to the Z-axis stage 30, the fourth plate 38 is moved up and down while maintaining parallel to the fifth plate 39 by operating any one of the handles 40, and the nozzle holder 23 is held in the holding cylinder 28. The XY axis stage 29 can be moved up and down.

そして角度調整ステージ31は、その上面に上記Z軸ステージ30を固定する第6プレート41と、上記フレーム11を貫通し、その先端で第6プレート41を下方から保持する支点ボルト42と、同じく第6プレート41を下方から保持する2本の調整ボルト43(図5参照)とを備えている。
図2に示すように、上記第6プレート41は略正方形の形状を有しており、上記支点ボルト42は、第6プレート41の四隅のうちのいずれかの隅部を下面から支持し、上記調整ボルト43は、上記支点ボルト42を挟んだ位置の隅部を下面から支持するようになっている。
図5に示すように、上記支点ボルト42および調整ボルト43の先端は半球状に加工され、その先端は第6プレート41に埋設された受け部材44の凹部44aに収容されるようになっている。
そして、上記調整ボルト43はフレーム11の下面側に位置するダイヤル43aによってボルトの先端を上下に移動させることができるようになっており、これら2つの調整ボルト43を用いることで、第6プレート41のフレーム11に対する傾きを変更することができる。
すなわち、2つの調整ボルト43により、上記ノズルホルダ23のフレーム11に対する傾きを、保持円筒28およびXY軸ステージ29、Z軸ステージ30ごと調整することができる。
このような構成を有する光学案内手段14によれば、XY軸ステージ29および角度調整ステージ31を用いることで、レーザ発振器4より照射されたレーザ光Lの光軸に対し、噴射ノズル13より噴射される液柱Wの位置と角度とを調整することができ、またZ軸ステージ30を用いることで、集光レンズ12によって集光されるレーザ光Lの焦点位置を、液柱Wの方向に沿って移動させることができる。
The angle adjustment stage 31 has a sixth plate 41 that fixes the Z-axis stage 30 on the upper surface thereof, a fulcrum bolt 42 that passes through the frame 11 and holds the sixth plate 41 from below at the tip thereof, 6 plate 41 is provided with two adjusting bolts 43 (see FIG. 5) for holding from below.
As shown in FIG. 2, the sixth plate 41 has a substantially square shape, and the fulcrum bolt 42 supports any one of the four corners of the sixth plate 41 from the lower surface. The adjustment bolt 43 is configured to support a corner portion at a position sandwiching the fulcrum bolt 42 from the lower surface.
As shown in FIG. 5, the distal ends of the fulcrum bolt 42 and the adjustment bolt 43 are processed into a hemispherical shape, and the distal ends thereof are accommodated in the recesses 44 a of the receiving member 44 embedded in the sixth plate 41. .
The adjustment bolt 43 can be moved up and down by a dial 43 a located on the lower surface side of the frame 11. By using these two adjustment bolts 43, the sixth plate 41 can be moved. Can be changed with respect to the frame 11.
That is, the tilt of the nozzle holder 23 with respect to the frame 11 can be adjusted by the two adjusting bolts 43 together with the holding cylinder 28, the XY axis stage 29, and the Z axis stage 30.
According to the optical guide means 14 having such a configuration, the XY axis stage 29 and the angle adjustment stage 31 are used to inject from the injection nozzle 13 with respect to the optical axis of the laser light L irradiated from the laser oscillator 4. The position and angle of the liquid column W can be adjusted, and by using the Z-axis stage 30, the focal position of the laser light L condensed by the condenser lens 12 can be adjusted along the direction of the liquid column W. Can be moved.

図6は上記噴射ノズル13の拡大図を示しており、この図において、レーザ光Lの光軸は、上記光学案内手段14のXY軸ステージ29及び角度調整ステージ31によって、噴射ノズル13より噴射される液柱Wの中心軸すなわち噴射ノズル13の中心線Oからノズル直径の1/5〜1/10の範囲D内でずらして設定してある。
この状態で上記高圧ポンプ5によってノズルホルダ23内に液体を供給すると、当該液体はノズルホルダ23の小径部23a(図3)内を経て、上記噴射ノズル13の噴射孔13aより被加工物2に向けて噴射される。
このとき、第1傾斜面13bの下部には第2傾斜面13c及び保持部材24の貫通孔によって、エアポケットPが形成されているため、噴射された液体は拡散することなく、第1傾斜面13bの最小径部13dの径とほぼ同径の液柱Wとなって噴射される。
次に、レーザ発振器4よりレーザ光Lが発振されると、このレーザ光Lは集光レンズ12によって集光された後、上記ガラス板26とノズルホルダ23の小径部23a内に充満する液体とを透過して、上記噴射ノズル13へと照射される。
本実施例では、上記Z軸ステージ30を調整することで、レーザ光Lの焦点が上記第1傾斜面13bの最小径部13dを越えた液柱W内に位置し、かつ、レーザ光Lが噴射孔13aの最大径部13eよりも小さく集光されるようになっている。
なお、図6には破線により噴射ノズル13がない場合のレーザ光Lの焦点fを示してある。
このようにして集光されたレーザ光Lは、最小径部13dよりも外側の部分が上記第1傾斜面13bによって遮られ、当該部分が第1傾斜面13bで反射された後、上記液柱Wにおける外気との境界面で臨界角より大きい入射角で反射を繰り返しながら、液柱Wを導光路として被加工物2まで導光される。
FIG. 6 shows an enlarged view of the injection nozzle 13. In this figure, the optical axis of the laser light L is injected from the injection nozzle 13 by the XY axis stage 29 and the angle adjustment stage 31 of the optical guide means 14. It is set so as to be shifted within a range D of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the central axis of the liquid column W, that is, the center line O of the injection nozzle 13.
When a liquid is supplied into the nozzle holder 23 by the high-pressure pump 5 in this state, the liquid passes through the small-diameter portion 23a (FIG. 3) of the nozzle holder 23 and enters the workpiece 2 from the injection hole 13a of the injection nozzle 13. It is injected towards.
At this time, since the air pocket P is formed in the lower part of the first inclined surface 13b by the second inclined surface 13c and the through hole of the holding member 24, the injected liquid does not diffuse and the first inclined surface The liquid column W having the same diameter as that of the minimum diameter portion 13d of 13b is ejected.
Next, when the laser light L is oscillated from the laser oscillator 4, the laser light L is condensed by the condenser lens 12, and then the liquid filling the small diameter portion 23 a of the glass plate 26 and the nozzle holder 23. Is transmitted to the spray nozzle 13.
In the present embodiment, by adjusting the Z-axis stage 30, the focal point of the laser beam L is located in the liquid column W beyond the minimum diameter portion 13d of the first inclined surface 13b, and the laser beam L is The light is condensed smaller than the maximum diameter portion 13e of the injection hole 13a.
FIG. 6 shows the focal point f of the laser light L when there is no ejection nozzle 13 by a broken line.
The laser beam L thus collected is shielded by the first inclined surface 13b at a portion outside the minimum diameter portion 13d, and the portion is reflected by the first inclined surface 13b. The light is guided to the workpiece 2 using the liquid column W as a light guide path while repeating reflection at an incident angle larger than the critical angle at the boundary surface with the outside air at W.

ところで前述したように、従来は図8で示すように液柱Wの軸心とレーザ光Lの光軸とを一致させていたので、液柱W内におけるレーザ光Lの強度分布は、中心部が強く、周辺部が弱い断面山形の強度分布となっていた。
しかるに本実施例においては、図6に示すように、レーザ光Lの光軸を噴射ノズル13の中心線Oからノズル直径の1/5〜1/10の範囲D内でずらして設定してあるので、図7に示すように、液柱内のレーザ光Lの強度分布は、中心部から周辺部にかけて台形状の均質な強度分布が得られるようになる。したがってこれにより、被加工物2に溝を形成する加工や被加工物に被覆された皮膜を除去するような加工を効率的に行うことができるようになる。
他方、上記レーザ光Lの光軸を、噴射ノズル13の中心線Oからノズル直径の1/5を越えて大きくずらした場合には、図9に示すように、液柱内のレーザ光Lの強度分布が乱れてしまい、レーザ光のエネルギー損失が多くなる。
このように、レーザ光Lの光軸を、噴射ノズル13の中心線からノズル直径の1/5〜1/10の範囲内でずらすことにより、レーザ光のエネルギー損失を可及的に防止することができると同時に、液柱W内で均質な強度分布が得られるようになる。
具体例として、上記噴射ノズル13の最小径部13dの径を100μmとした場合には、上記ずらす範囲Dは10〜20μmの範囲が好適であり、ずらす範囲を10μm未満とすると均質な強度分布を得ることが困難となり、また20μmを越えるとエネルギー損失が大きくなる。
Incidentally, as described above, conventionally, as shown in FIG. 8, since the axis of the liquid column W and the optical axis of the laser beam L coincide with each other, the intensity distribution of the laser beam L in the liquid column W has a central portion. However, the intensity distribution of the cross-sectional mountain shape was weak and the periphery was weak.
However, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the optical axis of the laser beam L is set to be shifted from the center line O of the injection nozzle 13 within a range D of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter. Therefore, as shown in FIG. 7, the intensity distribution of the laser beam L in the liquid column can be obtained as a trapezoidal uniform intensity distribution from the center to the periphery. Therefore, this makes it possible to efficiently perform a process for forming a groove in the work piece 2 and a process for removing the film coated on the work piece.
On the other hand, when the optical axis of the laser beam L is largely shifted from the center line O of the injection nozzle 13 by more than 1/5 of the nozzle diameter, as shown in FIG. 9, the laser beam L in the liquid column The intensity distribution is disturbed, and the energy loss of laser light increases.
In this way, by displacing the optical axis of the laser beam L within the range of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the center line of the injection nozzle 13, the energy loss of the laser beam is prevented as much as possible. At the same time, a uniform intensity distribution can be obtained in the liquid column W.
As a specific example, when the diameter of the minimum diameter portion 13d of the injection nozzle 13 is 100 μm, the range D to be shifted is preferably 10 to 20 μm. When the range to be shifted is less than 10 μm, a uniform intensity distribution is obtained. It becomes difficult to obtain, and when it exceeds 20 μm, energy loss increases.

本発明におけるレーザ加工装置の断面図。Sectional drawing of the laser processing apparatus in this invention. 図1のII―II断面における平面図。The top view in the II-II cross section of FIG. 噴射ノズル及びノズルホルダについての断面図。Sectional drawing about an injection nozzle and a nozzle holder. XY軸ステージについての平面図。The top view about an XY-axis stage. 図2のV−V断面における断面図。Sectional drawing in the VV cross section of FIG. 噴射ノズルについての拡大断面図。The expanded sectional view about an injection nozzle. レーザ光Lの光軸を、噴射ノズルの中心線Oからノズル直径の1/5〜1/10の範囲D内でずらして設定した場合のエネルギーの強度分布を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the intensity distribution of energy at the time of setting the optical axis of the laser beam L by shifting within the range D of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the center line O of the injection nozzle. レーザ光Lの光軸を、噴射ノズルの中心線Oに一致させた場合のエネルギーの強度分布を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the intensity distribution of energy at the time of making the optical axis of the laser beam L correspond to the centerline O of an injection nozzle. レーザ光Lの光軸を、噴射ノズルの中心線Oからノズル直径の1/5を越えてずらして設定した場合のエネルギーの強度分布を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the intensity distribution of energy at the time of setting the optical axis of the laser beam L shifted from the centerline O of an injection nozzle over 1/5 of a nozzle diameter.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ加工装置 2 被加工物
4 レーザ発振器 5 高圧ポンプ(液体供給装置)
6 加工ヘッド 13 噴射ノズル
13a 噴射孔 13d 最小径部
14 光学案内手段 D 設定範囲
L レーザ光 O 噴射ノズルの中心線
W 液柱
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 2 Workpiece 4 Laser oscillator 5 High pressure pump (liquid supply apparatus)
6 Processing Head 13 Injection Nozzle 13a Injection Hole 13d Minimum Diameter Part 14 Optical Guide Means D Setting Range L Laser Light O Center Line of Injection Nozzle W Liquid Column

Claims (2)

被加工物に向けて噴射ノズルから液体を液柱にして噴射するとともに、該液柱を導光路として該液柱内にレーザ光を導入して上記被加工物に照射し、被加工物に所要の加工を施すようにしたレーザ加工方法において、
上記レーザ光の光軸を、噴射ノズルの中心線からノズル直径の1/5〜1/10の範囲内でずらして設定したことを特徴とするレーザ加工方法。
The liquid is ejected from the ejection nozzle toward the workpiece as a liquid column, and the liquid column is guided to the workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam. In the laser processing method in which the processing of
A laser processing method, wherein the optical axis of the laser beam is set to be shifted within a range of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the center line of the injection nozzle.
噴射ノズルから液体を液柱にして噴射する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光を導光路としての上記液柱内に案内する光学案内手段とを備え、上記噴射ノズルから被加工物に向けて液体を液柱にして噴射するとともに該液柱を通過させたレーザ光を被加工物に照射して、被加工物に所要の加工を施すレーザ加工装置において、
上記光学案内手段は、上記レーザ光の光軸を、噴射ノズルの中心線からノズル直径の1/5〜1/10の範囲内でずらして設定してあることを特徴とするレーザ加工装置。
Liquid supply means for ejecting liquid from the ejection nozzle as a liquid column, a laser oscillator for oscillating laser light, and optical guide means for guiding laser light from the laser oscillator into the liquid column as a light guide A laser processing apparatus that performs a required processing on a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam that is sprayed from the spray nozzle toward the workpiece as a liquid column and passes through the liquid column. In
The laser processing apparatus, wherein the optical guiding means is set by shifting the optical axis of the laser beam within a range of 1/5 to 1/10 of the nozzle diameter from the center line of the injection nozzle.
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