JP2010279953A - Laser beam machining apparatus, and focus servo control method of the same - Google Patents

Laser beam machining apparatus, and focus servo control method of the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control the focal point of laser beam so as to become the appropriate position of an object OB to be machined even when performing the laser beam machining of the surface of the cylindrical tubular object OB of very small diameter. <P>SOLUTION: Laser beam for machining is applied to the cylindrical tubular object OB extending in X-axis direction in Z-axis direction from a machining head 10, and laser beam in Z-axis direction for servo is applied in Z-axis direction from a Z-axis direction beam head 20 for servo, and laser beam in Y-axis direction for servo is applied in Y-axis direction from a Y-axis direction beam head 30 for servo. The deviation in the Y-axis direction of the object OB is detected by the position of the projection of the object OB to be reflected on a photo detector 118. The deviation in the Z-axis direction of the object OB is detected by the position of the projection of the object OB to be reflected on a photo detector 402. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工するレーザ加工装置、および、レーザ加工装置におけるレーザ光の焦点位置を加工対象物の適正位置に合わせるフォーカスサーボ制御方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser processing on the surface of a cylindrical pipe-shaped object, and a focus servo control method that adjusts the focal position of laser light in the laser processing apparatus to an appropriate position of the object to be processed.

従来から、ドラム状の固定治具の外周面にシート状の加工対象物を固定し、固定治具をその中心軸周りに回転させながら軸方向に沿って移動させるとともに、加工ヘッドにより加工用レーザ光を対物レンズで集光して加工対象物の表面に照射することで、加工対象物表面に螺旋状にレーザ加工(ピット、溝、反応跡等の形成)を施すレーザ加工装置が知られている。このようなレーザ加工装置は、例えば、特許文献1に提案されている。   Conventionally, a sheet-like workpiece is fixed to the outer peripheral surface of a drum-shaped fixing jig, and the fixing jig is moved along the axial direction while rotating around its central axis. Laser processing apparatuses that perform laser processing (formation of pits, grooves, reaction traces, etc.) spirally on the surface of the processing object by condensing light with an objective lens and irradiating the surface of the processing object are known. Yes. Such a laser processing apparatus is proposed in Patent Document 1, for example.

ドラム式レーザ加工装置において、加工対象物に微細なレーザ加工を行う場合は、例えば、特許文献2に提案されているように、光ディスク装置におけるフォーカスサーボ制御と同様、加工対象物からの反射光を4分割された受光領域を有するフォトディテクタで受光し、非点収差法等により、各受光領域の受光信号からレーザ光の焦点位置と加工対象物の表面との光軸方向のずれに相当するフォーカスエラー信号を生成する。そして、このフォーカスエラー信号の値がゼロになるように、レーザ光を集光する対物レンズをレーザ光の光軸方向に移動させることで、レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようにしている。   In a drum type laser processing apparatus, when performing fine laser processing on an object to be processed, for example, as proposed in Patent Document 2, the reflected light from the object to be processed is similar to focus servo control in an optical disk apparatus. A focus error corresponding to a deviation in the optical axis direction between the focal position of the laser beam and the surface of the object to be processed from the light reception signal of each light reception area by a photo detector having a light reception area divided into four, and using an astigmatism method or the like Generate a signal. Then, by moving the objective lens that collects the laser light in the optical axis direction of the laser light so that the value of the focus error signal becomes zero, the focal position of the laser light coincides with the surface of the workpiece. I am doing so.

特開平8−132268号公報JP-A-8-132268 特開2001−243663号公報JP 2001-243663 A

しかしながら、上記フォーカスサーボ制御は、レーザ光を加工対象物の表面に垂直に照射できることを前提としているが、加工対象物が非常に細い円筒パイプ(例えば、直径が50μmの円筒パイプ)である場合には、レーザ光の光軸が円筒パイプの中心軸からずれている(交差しない)と、レーザ光を加工対象物の表面に対して斜めに照射してしまうため、適切なフォーカスエラー信号を生成することができない。こうした場合においては、加工対象物のレーザ光の光軸方向の変動に加えて光軸に垂直な方向の変動も考慮しなければならない。従って、従来のフォーカスサーボ制御では、レーザ光の焦点が加工対象物の適正位置になるように制御することは不可能であった。   However, the focus servo control is based on the premise that the laser beam can be irradiated perpendicularly to the surface of the workpiece. However, when the workpiece is a very thin cylindrical pipe (for example, a cylindrical pipe having a diameter of 50 μm). Generates an appropriate focus error signal because the laser beam is obliquely applied to the surface of the workpiece when the optical axis of the laser beam is deviated from the central axis of the cylindrical pipe (does not intersect). I can't. In such a case, in addition to the change in the optical axis direction of the laser beam of the workpiece, the change in the direction perpendicular to the optical axis must be considered. Therefore, in the conventional focus servo control, it is impossible to control the laser beam so that the focal point of the laser beam is at an appropriate position of the workpiece.

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、直径が非常に小さい円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工する場合であっても、レーザ光の焦点が加工対象物の適正位置になるように制御することを目的とする。   The present invention has been made to cope with the above problem, and even when the surface of a cylindrical pipe-shaped workpiece having a very small diameter is subjected to laser machining, the focus of the laser beam is appropriate for the workpiece. The purpose is to control the position.

上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置の特徴は、円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるX軸方向に対して垂直方向となるZ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記X軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段とを備えたレーザ加工装置において、照射方向がZ軸方向に設定されたサーボ用Z軸方向レーザ光と、照射方向が前記Z軸方向と前記X軸方向とに対して垂直方向となるY軸方向に設定されたサーボ用Y軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、前記Z軸方向に照射されたサーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するZ軸方向レーザ光検出手段と、前記Y軸方向に照射されたサーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するY軸方向レーザ光検出手段と、前記Z軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Y軸方向に駆動するY軸方向サーボ手段と、前記Y軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Z軸方向に駆動するZ軸方向サーボ手段とを備えたことにある。   In order to achieve the above object, the laser processing apparatus according to the present invention is characterized in that a cylindrical pipe-shaped workpiece is rotated around its central axis relative to a workpiece around the workpiece. And a laser beam for processing is condensed by an objective lens, and the surface of the processing object is irradiated in a Z-axis direction perpendicular to the X-axis direction that is the central axis direction of the processing object. In a laser processing apparatus comprising: a processing laser light irradiation means for performing laser processing; and a processing laser light irradiation position moving means for moving an irradiation position of the processing laser light applied to the processing object in the X-axis direction. Servo Z-axis laser light whose irradiation direction is set in the Z-axis direction, and servo Y whose irradiation direction is set in the Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction Processing with axial laser light Servo laser light irradiating means for irradiating an object, and projection or reflected light of the object to be processed of the servo Z-axis direction laser light irradiated in the Z-axis direction received on the light-receiving surface, A Z-axis direction laser beam detecting means for outputting a received light signal corresponding to the position of the projection or reflected light, and a projection or reflected light of the workpiece of the servo Y-axis direction laser beam irradiated in the Y-axis direction. Based on the Y-axis direction laser light detecting means that receives the light receiving surface and outputs a light receiving signal corresponding to the position of the projection or reflected light on the light receiving surface, and the light receiving signal output from the Z-axis direction laser light detecting means. Y-axis direction servo means for driving the objective lens in the Y-axis direction so that the optical axis of the processing laser light intersects the central axis of the object to be processed, and the Y-axis direction laser light detection means And a Z-axis direction servo means for driving the objective lens in the Z-axis direction so that the focal position of the processing laser beam coincides with the surface of the object to be processed based on the received light-receiving signal. .

本発明においては、回転手段により円筒パイプ状の加工対象物をその中心軸回りに回転させながら、加工用レーザ光照射手段が加工用レーザ光を対物レンズで集光して加工対象物の表面に照射する。同時に、加工用レーザ光照射位置移動手段が加工用レーザ光の照射位置を加工対象物の中心軸線方向に移動させる。これにより、加工対象物の表面が螺旋状にレーザ加工される。例えば、加工対象物の表面に微細なピット(断続的に形成される溝)、連続した溝、または、それらを形成するための反応跡(現像液等により変化する部分)が螺旋状に形成される。   In the present invention, the processing laser beam irradiating means condenses the processing laser beam with the objective lens while rotating the cylindrical pipe-shaped processing object around its central axis by the rotating means, and is applied to the surface of the processing object. Irradiate. At the same time, the processing laser light irradiation position moving means moves the processing laser light irradiation position in the direction of the central axis of the processing object. Thereby, the surface of the workpiece is laser-processed in a spiral shape. For example, fine pits (intermittently formed grooves), continuous grooves, or reaction traces (forms that change depending on the developer) are formed in a spiral on the surface of the workpiece. The

本発明では、加工対象物の中心軸線方向をX軸方向、X軸方向に対して垂直方向となり加工用レーザ光を加工対象物に照射する方向をZ軸方向、X軸方向とZ軸方向との両方に対して垂直方向となる方向をY軸方向と定義する。従って、加工用レーザ光の照射位置は、X軸方向に移動することになる。照射位置をX軸方向に移動させるにあたっては、加工対象物をX軸方向に移動させても良いし、加工用レーザ光をX軸方向に移動させても良い。   In the present invention, the central axis direction of the workpiece is the X-axis direction, the direction perpendicular to the X-axis direction and the laser beam for machining is irradiated onto the workpiece is the Z-axis direction, the X-axis direction and the Z-axis direction. The direction perpendicular to both of these is defined as the Y-axis direction. Therefore, the irradiation position of the processing laser light moves in the X-axis direction. In moving the irradiation position in the X-axis direction, the workpiece may be moved in the X-axis direction, or the processing laser beam may be moved in the X-axis direction.

一般に、レーザ加工を行う場合、加工用レーザ光の反射光を受光してフォーカスエラー信号を生成し、焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズを光軸方向に駆動するが、本発明においては、加工対象物が円筒パイプ状であるため、その径が非常に細い場合には加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差しない位置に外れてしまうと、加工用レーザ光の反射光からフォーカスエラー信号を適正に生成することができない。そこで、本発明は、加工対象物が加工されない非加工強度のサーボ用レーザ光を、加工対象物に対してZ軸方向とY軸方向とに照射して、その射影あるいは反射光の検出位置に基づいて対物レンズをZ軸方向とY軸方向とに駆動してフォーカスサーボ制御を行う。   In general, when performing laser processing, the reflected light of the processing laser light is received to generate a focus error signal, and the objective lens is driven in the optical axis direction so that the focal position coincides with the surface of the processing object. In the present invention, since the object to be processed is a cylindrical pipe, if the diameter of the object to be processed is very thin, if the optical axis of the processing laser beam deviates to a position that does not intersect the center axis of the object to be processed, The focus error signal cannot be properly generated from the reflected light of the laser beam for use. Therefore, the present invention irradiates the processing target object with a non-processing intensity servo laser beam in the Z-axis direction and the Y-axis direction at the detection position of the projected or reflected light. Based on this, the objective lens is driven in the Z-axis direction and the Y-axis direction to perform focus servo control.

サーボ用レーザ光照射手段は、加工対象物に対してZ軸方向とY軸方向との2つの方向からサーボ用レーザ光(サーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光)を照射する。サーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光は、別々のレーザ光源から出射されるものに限らず、1つのレーザ光源から出射されたレーザ光を分離してZ軸方向とY軸方向とに照射されるものであっても良い。   The servo laser light irradiation means irradiates the workpiece with servo laser light (servo Z-axis laser light and servo Y-axis laser light) from two directions, the Z-axis direction and the Y-axis direction. To do. The servo Z-axis direction laser light and the servo Y-axis direction laser light are not limited to those emitted from separate laser light sources, but the laser light emitted from one laser light source is separated and the Z-axis direction and the Y-axis are separated. It may be irradiated in the direction.

Z軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、受光面における射影あるいは反射光の位置に応じた受光信号を出力する。Y軸方向サーボ手段は、このZ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをY軸方向に駆動する。例えば、サーボ用Z軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を用いれば、Z軸方向レーザ光検出手段の受光面には加工対象物の棒状の射影が映し出され、その射影の位置は、加工対象物のY軸方向における位置に対応したものとなる。また、サーボ用Z軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を用いれば、加工対象物の表面にレーザスポットが形成され、加工対象物の中心軸位置がレーザ光の光軸から外れている場合にはそれに応じてレーザ光の反射方向が変動するため、Z軸方向レーザ光検出手段の受光面に受光される反射光の位置は、加工対象物のY軸方向における位置に対応したものとなる。このことを利用して、Y軸方向サーボ手段は、射影あるいは反射光が検出された位置に基づいて、対物レンズをY軸方向に駆動する。これにより、レーザ加工中に加工対象物がY軸方向に変動しても、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するようになる。つまり、加工用レーザ光のY軸方向における照射位置が適正となる。   The Z-axis direction laser beam detecting means receives the projection or reflected light of the processing object of the servo Z-axis direction laser beam on the light receiving surface, and outputs a received light signal corresponding to the position of the projected or reflected light on the light receiving surface. The Y-axis direction servo means drives the objective lens in the Y-axis direction so that the optical axis of the processing laser light intersects the central axis of the object to be processed based on the received light signal output from the Z-axis direction laser light detecting means. To do. For example, if a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece is used as the servo Z-axis laser beam, a rod-like projection of the workpiece is projected on the light receiving surface of the Z-axis laser beam detecting means. The position of the projection corresponds to the position of the workpiece in the Y-axis direction. Further, if a laser beam condensed to a diameter smaller than the diameter of the workpiece is used as the servo Z-axis direction laser beam, a laser spot is formed on the surface of the workpiece, and the center axis position of the workpiece is When the laser beam deviates from the optical axis, the reflection direction of the laser beam fluctuates accordingly. Therefore, the position of the reflected light received on the light receiving surface of the Z-axis direction laser beam detection means is Y of the workpiece. It corresponds to the position in the axial direction. Utilizing this fact, the Y-axis direction servo means drives the objective lens in the Y-axis direction based on the position where the projection or reflected light is detected. As a result, even if the object to be processed fluctuates in the Y-axis direction during laser processing, the optical axis of the processing laser light intersects with the center axis of the object to be processed. That is, the irradiation position in the Y-axis direction of the processing laser beam is appropriate.

同様に、Y軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、受光面における射影あるいは反射光の位置に応じた受光信号を出力する。Z軸方向サーボ手段は、このY軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズをZ軸方向に駆動する。例えば、サーボ用Y軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を用いれば、Y軸方向レーザ光検出手段の受光面には加工対象物の棒状の射影が写し出され、その射影の位置は、加工対象物のZ軸方向における位置に対応したものとなる。また、サーボ用Y軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を用いれば、加工対象物の表面にレーザスポットが形成され、加工対象物の中心軸位置がレーザ光の光軸から外れている場合にはそれに応じてレーザ光の反射方向が変動するため、Y軸方向レーザ光検出手段の受光面に受光される反射光の位置は、加工対象物のZ軸方向における位置に対応したものとなる。このことを利用して、Z軸方向サーボ手段は、射影あるいは反射光が検出された位置に基づいて、対物レンズをZ軸方向に駆動する。これにより、レーザ加工中に加工対象物がZ軸方向に変動しても、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようになる。   Similarly, the Y-axis direction laser beam detecting means receives the projection or reflected light of the workpiece of the servo Y-axis direction laser beam on the light receiving surface, and receives a received light signal corresponding to the position of the projected or reflected light on the light receiving surface. Output. The Z-axis direction servo means drives the objective lens in the Z-axis direction so that the focal position of the processing laser light coincides with the surface of the object to be processed based on the light reception signal output from the Y-axis direction laser light detection means. . For example, if a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece is used as the servo Y-axis laser beam, a rod-like projection of the workpiece is projected on the light receiving surface of the Y-axis laser beam detector. The projected position corresponds to the position of the workpiece in the Z-axis direction. Further, if a laser beam condensed to a diameter smaller than the diameter of the workpiece is used as the servo Y-axis laser beam, a laser spot is formed on the surface of the workpiece, and the central axis position of the workpiece is When the laser beam deviates from the optical axis, the reflection direction of the laser beam fluctuates accordingly. Therefore, the position of the reflected light received by the light receiving surface of the Y-axis direction laser beam detection means is Z of the workpiece. It corresponds to the position in the axial direction. Utilizing this fact, the Z-axis direction servo means drives the objective lens in the Z-axis direction based on the position where the projected or reflected light is detected. As a result, even if the object to be processed fluctuates in the Z-axis direction during laser processing, the focal position of the processing laser light coincides with the surface of the object to be processed.

この結果、本発明においては、加工対象物の径が非常に小さい場合であっても、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物を良好に加工することができる。特に、直径が100μm以下となる微細径の円筒パイプ状の加工対象物に対して有効である。   As a result, in the present invention, even when the diameter of the workpiece is very small, it is possible to irradiate the processing laser beam to an appropriate position on the surface of the workpiece, and to process the workpiece satisfactorily. can do. In particular, this is effective for a fine cylindrical pipe-shaped workpiece having a diameter of 100 μm or less.

本発明のレーザ加工装置の他の特徴は、前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Z軸方向に照射するZ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射するY軸方向照射手段とを備え、前記Z軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、前記Y軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することにある。   Another feature of the laser processing apparatus according to the present invention is that the servo laser light irradiation means applies the parallel laser light having a diameter larger than the diameter of the processing object to the processing object as servo Z-axis direction laser light. Z axis direction irradiation means for irradiating in the Z axis direction, and Y axis for irradiating the workpiece in the Y axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as a servo Y axis direction laser beam. Direction irradiation means, wherein the Z-axis direction laser light detection means receives a projection of the workpiece of the servo Z-axis direction laser light on a light receiving surface, and corresponds to the position of the projection on the light receiving surface A light reception signal is output, and the Y-axis direction laser light detection means receives the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light on a light receiving surface, and receives light according to the position of the projection on the light receiving surface. Output signal In the Rukoto.

本発明においては、Z軸方向照射手段が、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として加工対象物へZ軸方向に照射する。Z軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物の射影を受光面に受けて、受光面における射影の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Z軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のY軸方向の位置変動に応じてサーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するZ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差を求めた場合、加工対象物の射影のZ軸方向レーザ光検出器での形成位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の光軸と加工対象物の中心軸とのY軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Y軸方向サーボ手段は、Z軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをY軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するようになる。   In the present invention, the Z-axis direction irradiation means irradiates the workpiece in the Z-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as a servo Z-axis direction laser beam. The Z-axis direction laser beam detecting means receives the projection of the workpiece of the servo Z-axis direction laser beam on the light receiving surface and outputs a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface. For example, in the Z-axis direction laser beam detecting means, the light receiving region is divided in the direction in which the rod-like projection of the workpiece of the servo Z-axis direction laser beam moves in accordance with the position variation of the workpiece in the Y-axis direction. A Z-axis laser light detector having a light receiving surface may be provided. When the difference in the magnitude (light intensity) of the light receiving signal in the divided light receiving areas is obtained, the light receiving is increased as the formation position of the projection of the workpiece on the Z-axis laser light detector is farther from the center of the light receiving surface. The difference in signal output increases. Therefore, the difference in the received light signal output corresponds to the positional relationship in the Y-axis direction between the optical axis of the processing laser beam and the central axis of the workpiece. Utilizing this fact, the Y-axis direction servo means drives the objective lens in the Y-axis direction based on the light reception signal output from the Z-axis direction laser light detection means. As a result, the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis of the processing object.

一方、Y軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として加工対象物へY軸方向に照射する。Y軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影を受光面に受けて、受光面における射影の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Y軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のZ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するY軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差を求めた場合、加工対象物の射影のY軸方向レーザ光検出器での形成位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の焦点位置と加工対象物の表面とのZ軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Z軸方向サーボ手段は、Y軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをZ軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようになる。   On the other hand, the Y-axis direction irradiation means irradiates the workpiece in the Y-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as servo Y-axis laser beam. The Y-axis direction laser light detecting means receives the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light on the light receiving surface and outputs a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface. For example, in the Y-axis direction laser beam detecting means, the light receiving region is divided in the direction in which the rod-like projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser beam moves according to the position variation of the workpiece in the Z-axis direction. A Y-axis direction laser beam detector having a light receiving surface may be provided. When the difference in the magnitude (light intensity) of the light receiving signal in the divided light receiving area is obtained, the light receiving is increased as the formation position of the projection of the workpiece on the Y-axis direction laser light detector is farther from the center of the light receiving surface. The difference in signal output increases. Therefore, the difference in the received light signal output corresponds to the positional relationship in the Z-axis direction between the focal position of the processing laser beam and the surface of the processing object. Utilizing this fact, the Z-axis direction servo means drives the objective lens in the Z-axis direction based on the light reception signal output from the Y-axis direction laser light detection means. Thereby, the focal position of the processing laser beam coincides with the surface of the processing object.

このように、本発明によれば、Z軸方向とY軸方向との2方向における加工対象物の射影の検出位置に基づいて対物レンズを駆動するため、加工対象物の位置がX軸方向とY軸方向に変動しても、簡単に、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物を良好に加工することができる。   Thus, according to the present invention, since the objective lens is driven based on the detection position of the projection of the workpiece in the two directions of the Z-axis direction and the Y-axis direction, the position of the workpiece is the X-axis direction. Even if it fluctuates in the Y-axis direction, it is possible to easily irradiate the processing laser beam to the appropriate position on the surface of the processing target, and to process the processing target satisfactorily.

本発明のレーザ加工装置の他の特徴は、前記Z軸方向照射手段は、前記サーボ用Z軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、前記加工用レーザ光照射手段は、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射したサーボ用Z軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Z軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子を備えたことにある。   Another feature of the laser processing apparatus of the present invention is that the Z-axis direction irradiating means has the same optical axis as the processing laser light irradiated from the processing laser light irradiating means. And irradiating the processing object from a direction opposite to the irradiation direction of the processing laser light, and the processing laser light irradiating means applies the processing laser light to the processing object. In the middle of the optical path for irradiating, a separation optical element for separating the servo Z-axis direction laser light incident on the optical path from the optical path and guiding it to the light receiving surface of the Z-axis direction laser light detection means is provided. is there.

本発明においては、加工対象物に対して、加工用レーザ光とサーボ用Z軸方向レーザ光とを同一の光軸上で向かい合わせて照射し、かつ、サーボ用Z軸方向レーザ光を加工用レーザ光の光路から分離して検出する。従って、加工用レーザ光とサーボ用Z軸方向レーザ光との光軸が一致しているため、Z軸方向レーザ光検出手段の受光信号を常時フィードバックして、サーボ用Z軸方向レーザ光が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをY軸方向に駆動することができる。このため、Y軸方向サーボ手段の精度が向上する。例えば、Z軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のY軸方向の位置変動に応じてサーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するZ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。そして、Y軸方向サーボ手段が、分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差がゼロとなるようにクローズドループ制御にて対物レンズをY軸方向に駆動することで、精度良く加工用レーザ光の光軸を加工対象物の中心軸と交差させることができる。   In the present invention, a machining laser beam and a servo Z-axis direction laser beam are irradiated on a workpiece on the same optical axis, and the servo Z-axis direction laser beam is used for machining. It detects separately from the optical path of a laser beam. Therefore, since the optical axes of the machining laser beam and the servo Z-axis direction laser beam coincide with each other, the received light signal of the Z-axis direction laser beam detecting means is always fed back to process the servo Z-axis direction laser beam. The objective lens can be driven in the Y-axis direction so as to intersect the central axis of the object. For this reason, the accuracy of the Y-axis direction servo means is improved. For example, the Z-axis direction laser light detection means is a light-receiving surface in which the light-receiving area is divided in the direction in which the projection of the processing object of the servo Z-axis direction laser light moves according to the position variation of the processing object in the Y-axis direction. A Z-axis direction laser light detector having Then, the Y-axis direction servo means drives the objective lens in the Y-axis direction by closed-loop control so that the difference in the magnitude (light intensity) of the received light signal in the divided light-receiving area becomes zero, The optical axis of the laser beam for processing can be crossed with the central axis of the processing object with high accuracy.

本発明のレーザ加工装置の他の特徴は、前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Z軸方向に照射するZ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射するY軸方向照射手段とを備え、前記Z軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、前記Y軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することにある。   Another feature of the laser processing apparatus of the present invention is that the servo laser beam irradiation means uses the laser beam condensed to the same extent as the processing laser beam by the objective lens as the servo Z-axis direction laser beam. Z-axis direction irradiating means for irradiating the object to be processed in the Z-axis direction at a position coaxial with the laser beam for use, and parallel laser light having a diameter larger than the diameter of the object to be processed for servo Y-axis direction laser light Y-axis direction irradiating means for irradiating the object to be processed in the Y-axis direction, and the Z-axis direction laser light detecting means receives reflected light of the object to be processed of the servo Z-axis direction laser light. The Y-axis direction laser light detecting means receives the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light received by the surface and outputs a light reception signal corresponding to the position of the reflected light on the light receiving surface. In the face Serial is to output a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface.

本発明においては、Z軸方向照射手段が、対物レンズにより加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として加工用レーザ光と同軸となる位置で加工対象物へZ軸方向に照射する。Z軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物の反射光を受光面に受けて、受光面における反射光の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Z軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のY軸方向の位置変動に応じてサーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物の反射光が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するZ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差を求めた場合、加工対象物の反射光のZ軸方向レーザ光検出器での受光位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の光軸と加工対象物の中心軸とのY軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Y軸方向サーボ手段は、Z軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをY軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するようになる。   In the present invention, the Z-axis direction irradiation means converts the laser beam condensed by the objective lens to the same extent as the processing laser beam as a servo Z-axis direction laser beam at a position coaxial with the processing laser beam. Irradiate in the Z-axis direction. The Z-axis direction laser beam detection means receives the reflected light of the servo Z-axis direction laser beam from the workpiece and outputs a received light signal corresponding to the position of the reflected light on the light-receiving surface. For example, the Z-axis direction laser light detection means is a light-receiving region in which the light-receiving region is divided in the direction in which the reflected light of the processing object of the servo Z-axis direction laser light moves in accordance with the position variation of the processing object in the Y-axis direction. A Z-axis laser light detector having a surface may be provided. When the difference in the magnitude (light intensity) of the light receiving signal of the divided light receiving areas is obtained, the light receiving position of the reflected light of the workpiece to be detected by the Z-axis laser light detector is further away from the center of the light receiving surface. The difference in the received light signal output increases. Therefore, the difference in the received light signal output corresponds to the positional relationship in the Y-axis direction between the optical axis of the processing laser beam and the central axis of the workpiece. Utilizing this fact, the Y-axis direction servo means drives the objective lens in the Y-axis direction based on the light reception signal output from the Z-axis direction laser light detection means. As a result, the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis of the processing object.

一方、Y軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として加工対象物へY軸方向に照射する。Y軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影を受光面に受けて、受光面における射影の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Y軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のZ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するY軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差を求めた場合、加工対象物の射影のY軸方向レーザ光検出器での形成位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の焦点位置と加工対象物の表面とのZ軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Z軸方向サーボ手段は、Y軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをZ軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようになる。   On the other hand, the Y-axis direction irradiation means irradiates the workpiece in the Y-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as servo Y-axis laser beam. The Y-axis direction laser light detecting means receives the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light on the light receiving surface and outputs a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface. For example, in the Y-axis direction laser beam detecting means, the light receiving region is divided in the direction in which the rod-like projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser beam moves according to the position variation of the workpiece in the Z-axis direction. A Y-axis direction laser beam detector having a light receiving surface may be provided. When the difference in the magnitude (light intensity) of the light receiving signal in the divided light receiving area is obtained, the light receiving is increased as the formation position of the projection of the workpiece on the Y-axis direction laser light detector is farther from the center of the light receiving surface. The difference in signal output increases. Therefore, the difference in the received light signal output corresponds to the positional relationship in the Z-axis direction between the focal position of the processing laser beam and the surface of the processing object. Utilizing this fact, the Z-axis direction servo means drives the objective lens in the Z-axis direction based on the light reception signal output from the Y-axis direction laser light detection means. Thereby, the focal position of the processing laser beam coincides with the surface of the processing object.

このように、本発明によれば、サーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光とサーボ用Y軸方向レーザ光の映し出す加工対象物の射影の検出位置に基づいて対物レンズを駆動するため、加工対象物の位置がX軸方向とY軸方向に変動しても、簡単に、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物を良好に加工することができる。   As described above, according to the present invention, the objective lens is driven based on the detection position of the reflection of the servo Z-axis direction laser beam reflected from the workpiece and the projection of the servo target Y-axis direction laser beam. Therefore, even if the position of the processing object fluctuates in the X-axis direction and the Y-axis direction, it is possible to easily irradiate the processing laser beam to the appropriate position on the surface of the processing object, and to improve the processing object. Can be processed.

本発明のレーザ加工装置の他の特徴は、前記Z軸方向サーボ手段は、前記Y軸方向レーザ光検出手段の受光面への入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを備え、前記Y軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記Y軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動することにある。   Another feature of the laser processing apparatus of the present invention is that the Z-axis direction servo means is a relay lens that is movable in a direction perpendicular to the optical path of the incident light path to the light receiving surface of the Y-axis direction laser light detecting means. And the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light at the center of the light-receiving surface of the Y-axis direction laser light detection means based on the light-receiving signal output from the Y-axis direction laser light detection means The relay lens is driven so as to be positioned, and the objective lens is driven in the Z-axis direction together with the driving of the relay lens.

本発明においては、Z軸方向サーボ手段が、Y軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影がY軸方向レーザ光受光手段の受光面の中央に位置するようにリレーレンズ(例えば、結像レンズ)を駆動する。リレーレンズを光軸に対して垂直方向に移動させると、それに伴って、Y軸方向レーザ光検出手段の受光面に映し出されるサーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する。従って、Z軸方向サーボ手段は、サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置をフィードバックして、射影がY軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するようにリレーレンズを駆動制御することができる。   In the present invention, the Z-axis direction servo means receives the Y-axis direction laser light reception based on the light-receiving signal output from the Y-axis direction laser light detection means. A relay lens (for example, an imaging lens) is driven so as to be positioned at the center of the light receiving surface of the means. When the relay lens is moved in the direction perpendicular to the optical axis, the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light projected on the light receiving surface of the Y-axis direction laser light detection means is moved accordingly. Therefore, the Z-axis direction servo means feeds back the projection position of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light so that the projection is positioned at the center of the light receiving surface of the Y-axis direction laser light detection means. Can be controlled.

例えば、加工対象物のZ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するY軸方向レーザ光検出器を備え、Z軸方向サーボ手段が、分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差がゼロとなるようにクローズドループ制御によりリレーレンズを駆動すればよい。   For example, a Y-axis direction laser beam having a light-receiving surface in which a light-receiving area is divided in a direction in which a rod-like projection of the processing target object of the servo Y-axis direction laser beam moves in accordance with a change in position of the workpiece in the Z-axis direction A detector is provided, and the Z-axis direction servo means may drive the relay lens by closed loop control so that the difference in the magnitude of the received light signal (light intensity) in the divided light receiving area becomes zero.

Z軸方向サーボ手段は、このリレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをZ軸方向に駆動することにより、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に一致させる。この結果、Z軸方向サーボ手段の精度が向上するとともに、加工用レーザ光のZ軸方向の焦点位置調整範囲を広くすることができる。   The Z-axis direction servo means drives the objective lens in the Z-axis direction together with the driving of the relay lens, thereby matching the focal position of the processing laser light with the surface of the processing object. As a result, the accuracy of the Z-axis direction servo means is improved, and the focal position adjustment range in the Z-axis direction of the processing laser beam can be widened.

本発明のレーザ加工装置の他の特徴は、前記Y軸方向照射手段は、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第1サーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射する第1Y軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第2サーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射する第2Y軸方向照射手段とを備え、前記Y軸方向レーザ光検出手段は、前記第1Y軸方向照射手段により照射された第1サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第1Y軸方向レーザ光検出器と、前記第2Y軸方向照射手段により照射された第2サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第2Y軸方向レーザ光検出器とを備え、前記Z軸方向サーボ手段は、前記第1Y軸方向レーザ光検出器と前記第2Y軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズと、前記第1サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記第1Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動する第1Z軸方向サーボ手段と、前記第2サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光が前記第2Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動する第2Z軸方向サーボ手段と、前記第1Z軸方向サーボ手段の作動の後に、前記第2Z軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段とを備えたことにある。   Another feature of the laser processing apparatus of the present invention is that the Y-axis direction irradiating means applies parallel laser light having a diameter larger than the diameter of the processing object to the processing object as a first servo Y-axis direction laser light. First Y-axis direction irradiating means for irradiating in the Y-axis direction, and laser light condensed to a diameter smaller than the diameter of the object to be processed as second servo Y-axis direction laser light to the object to be processed to the Y-axis Second Y-axis direction irradiating means for irradiating in the direction, and the Y-axis direction laser light detecting means is a first servo Y-axis direction laser light irradiated by the first Y-axis direction irradiating means. A first Y-axis direction laser light detector that receives the projection on the light-receiving surface and outputs a light-receiving signal corresponding to the position of the projection on the light-receiving surface, and a second servo Y irradiated by the second Y-axis direction irradiation means Before the axial laser beam A second Y-axis direction laser beam detector that receives the reflected light of the object to be processed on the light-receiving surface and outputs a light-receiving signal corresponding to the position of the reflected light on the light-receiving surface, and the Z-axis direction servo means includes: A relay lens that is movable in a direction perpendicular to the optical path in a common incident optical path of the first Y-axis direction laser light detector and the second Y-axis direction laser light detector, and the first servo Y-axis direction The relay lens is driven so that the projection of the processing object of the laser light is positioned at the center of the light receiving surface of the first Y-axis direction laser light detector, and the objective lens is moved to Z together with the driving of the relay lens. The first Z-axis servo means for driving in the axial direction and the reflected light of the workpiece of the second servo Y-axis laser light are positioned at the center of the light receiving surface of the second Y-axis laser light detector. To the above A second Z-axis servo unit that drives the lens and drives the objective lens in the Z-axis direction in conjunction with the driving of the relay lens; and the second Z-axis servo unit after the first Z-axis servo unit operates. And an operation switching means for switching the operation so that the means operates.

本発明においては、サーボ用Y軸方向レーザ光として2つのサーボ用レーザ光が用いられる。第1Y軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第1サーボ用Y軸方向レーザ光として加工対象物へY軸方向に照射する。第2Y軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第2サーボ用Y軸方向レーザ光として加工対象物へY軸方向に照射する。第1サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影は、第1Y軸方向レーザ光検出器の受光面に入射し、第2サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の反射光は、第2Y軸方向レーザ光検出器の受光面に入射する。   In the present invention, two servo laser beams are used as the servo Y-axis direction laser beams. The first Y-axis direction irradiating unit irradiates the workpiece in the Y-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as first servo Y-axis laser beam. The second Y-axis direction irradiating means irradiates the processing object in the Y-axis direction with the laser light condensed to a diameter smaller than the diameter of the processing object as the second servo Y-axis direction laser light. The projection of the processing object of the first servo Y-axis direction laser light is incident on the light receiving surface of the first Y-axis direction laser light detector, and the reflected light of the processing object of the second servo Y-axis direction laser light is The light enters the light receiving surface of the second Y-axis direction laser beam detector.

2つのY軸方向レーザ光検出器の共通の入射光路には、入射光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズ(例えば、結像レンズ)が設けられている。Z軸方向サーボ手段は、第1Z軸方向サーボ手段と第2Z軸方向サーボ手段と作動切替手段とを備える。第1Z軸方向サーボ手段と第2Z軸方向サーボ手段とは、同時に作動せず、作動切替手段により、第1Z軸方向サーボ手段の作動の後に、第2Z軸方向サーボ手段が作動するように切り換えられる。   A common incident optical path of the two Y-axis direction laser light detectors is provided with a relay lens (for example, an imaging lens) that can move in a direction perpendicular to the incident optical path. The Z-axis direction servo means includes first Z-axis direction servo means, second Z-axis direction servo means, and operation switching means. The first Z-axis direction servo means and the second Z-axis direction servo means do not operate at the same time, and are switched by the operation switching means so that the second Z-axis direction servo means operates after the operation of the first Z-axis direction servo means. .

第1Z軸方向サーボ手段は、第1サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影が第1Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにリレーレンズを駆動するとともに、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをZ軸方向に駆動する。例えば、加工対象物のZ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有する第1Y軸方向レーザ光検出器を設け、分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差がゼロとなるようにリレーレンズを駆動し、この駆動量に応じた量だけ対物レンズをZ軸方向に駆動する。従って、第1Z軸方向サーボ手段は、第1サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置をフィードバックして、射影が第1Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにクローズドループ制御によりリレーレンズを駆動することができる。そして、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをZ軸方向に駆動することで、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に一致させる。   The first Z-axis direction servo means drives the relay lens so that the projection of the workpiece of the first servo Y-axis direction laser beam is positioned at the center of the light receiving surface of the first Y-axis direction laser beam detector, The objective lens is driven in the Z-axis direction together with the driving of the lens. For example, the first Y-axis direction laser light detection having a light-receiving surface in which a light-receiving area is divided in a direction in which the projection of the servo-target Y-axis direction laser light moves in accordance with the position variation of the processing object in the Z-axis direction. The relay lens is driven so that the difference in the magnitude of the received light signal (light intensity) in the divided light receiving area becomes zero, and the objective lens is driven in the Z-axis direction by an amount corresponding to this drive amount. To do. Therefore, the first Z-axis direction servo means feeds back the projection position of the workpiece of the first servo Y-axis direction laser beam, and the projection is located at the center of the light receiving surface of the first Y-axis direction laser beam detector. Thus, the relay lens can be driven by closed loop control. Then, by driving the objective lens in the Z-axis direction together with the driving of the relay lens, the focal position of the processing laser light is made to coincide with the surface of the processing object.

続いて、第2Z軸方向サーボ手段が、第2サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光が第2Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにリレーレンズを駆動するとともに、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをZ軸方向に駆動する。例えば、加工対象物のZ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の反射光が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有する第2Y軸方向レーザ光検出器を設け、分割された受光領域の受光信号の大きさ(光の強度)の差がゼロとなるようにリレーレンズを駆動し、この駆動量に応じた量だけ対物レンズをZ軸方向に駆動する。従って、第2Z軸方向サーボ手段は、第2サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の反射光の位置をフィードバックして、反射光が第2Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにクローズドループ制御によりリレーレンズを駆動することができる。そして、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをZ軸方向に駆動することで、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に一致させる。   Subsequently, the second Z-axis direction servo means moves the relay lens so that the reflected light from the workpiece of the second servo Y-axis direction laser beam is positioned at the center of the light receiving surface of the second Y-axis direction laser beam detector. In addition to driving, the objective lens is driven in the Z-axis direction together with the driving of the relay lens. For example, the second Y-axis direction laser light having a light-receiving surface in which the light-receiving region is divided in the direction in which the reflected light of the processing object of the servo Y-axis direction laser light moves according to the position variation of the processing object in the Z-axis direction. A detector is provided, and the relay lens is driven so that the difference in the magnitude (light intensity) of the light receiving signal in the divided light receiving areas becomes zero, and the objective lens is moved in the Z-axis direction by an amount corresponding to this driving amount. To drive. Therefore, the second Z-axis direction servo means feeds back the position of the reflected light of the workpiece of the second servo Y-axis direction laser light, and the reflected light is centered on the light receiving surface of the second Y-axis direction laser light detector. The relay lens can be driven by closed loop control so as to be positioned. Then, by driving the objective lens in the Z-axis direction together with the driving of the relay lens, the focal position of the processing laser light is made to coincide with the surface of the processing object.

レーザ光の焦点位置と加工対象物の表面とのずれを検出する場合、加工対象物の射影位置を用いれば検出範囲が広くなり、加工対象物の反射光位置を用いれば検出精度が高くなる。従って、先に、加工対象物の射影位置に基づいてZ軸方向のフォーカスサーボ制御を開始し(サーボ制御の引き込みを行い)、その後、加工対象物の反射光位置に基づいてZ軸方向のフォーカスサーボ制御を行うことで、Z軸方向のフォーカスサーボ制御の引き込みを確実に行え、Z軸方向のフォーカスサーボ制御を高精度に行うことができる。   When detecting the deviation between the focal position of the laser beam and the surface of the workpiece, the detection range is widened by using the projection position of the workpiece, and the detection accuracy is enhanced by using the reflected light position of the workpiece. Therefore, first, focus servo control in the Z-axis direction is started based on the projection position of the processing object (servo control is pulled in), and then focus in the Z-axis direction is based on the reflected light position of the processing object. By performing servo control, the focus servo control in the Z-axis direction can be reliably pulled in, and the focus servo control in the Z-axis direction can be performed with high accuracy.

本発明のレーザ加工装置の他の特徴は、前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とを照射するための共通のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にして前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とに分離する分離光路とを備え、前記Z軸方向レーザ光検出手段と前記Y軸方向レーザ光検出手段は、受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力する共通のレーザ光検出器と、前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とを、それぞれの前記加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成して前記レーザ光検出器の受光面に導く合成光路とを備え、前記Y軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Y軸方向に駆動し、前記Z軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Z軸方向に駆動することにある。   Another feature of the laser processing apparatus of the present invention is that the servo laser light irradiation means includes a common laser light source for irradiating the servo Z-axis direction laser light and the servo Y-axis direction laser light, A separation optical path for separating laser light emitted from the laser light source into parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece and separating the servo Z-axis laser light and the servo Y-axis laser light. The Z-axis direction laser light detection means and the Y-axis direction laser light detection means have a light-receiving surface in which the light-receiving area is divided in a cross shape, and output a light-receiving signal corresponding to the light intensity for each light-receiving area. And combining the servo Z-axis laser beam and the servo Y-axis laser beam so that the projections of the workpieces cross in a cross shape. Photo detector The Y-axis direction servo means is configured such that the optical axis of the laser beam for processing is the object to be processed based on the difference between the received light signals in the left and right or upper and lower light receiving areas of the laser light detector. The objective lens is driven in the Y-axis direction so as to intersect the central axis of the object, and the Z-axis direction servo means is based on the difference between the received light signals in the upper and lower or left and right light receiving regions of the laser light detector, The objective lens is driven in the Z-axis direction so that the focal position of the processing laser beam coincides with the surface of the object to be processed.

本発明においては、サーボ用レーザ光照射手段が、サーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光とを照射するための共通のレーザ光源を備えており、このレーザ光源から出射されたレーザ光を加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にし、分離光路を通過させてサーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光とに分離して加工対象物へZ軸方向とY軸方向とに照射する。   In the present invention, the servo laser light irradiation means includes a common laser light source for irradiating the servo Z-axis direction laser light and the servo Y-axis direction laser light, and is emitted from the laser light source. The laser light is converted into parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece, and is separated into a servo Z-axis direction laser beam and a servo Y-axis direction laser beam by passing through a separation optical path to the workpiece. And Y-axis direction.

加工対象物に照射されたサーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光とは、合成光路において、それぞれ加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成される。合成されたレーザ光は、受光領域が十字状に分割された受光面を有するレーザ光検出器に導かれる。この場合、レーザ光検出器は、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差し、かつ、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するときに、サーボ用Z軸方向レーザ光の射影とサーボ用Y軸方向レーザ光の射影との交差部が受光面の中心となるように配置されるものである。   The servo Z-axis direction laser light and the servo Y-axis direction laser light applied to the object to be processed are combined so that the projections of the object to be processed cross in a cross shape in the combined optical path. The combined laser light is guided to a laser light detector having a light receiving surface in which a light receiving region is divided into a cross shape. In this case, the laser beam detector is used for servo when the optical axis of the machining laser beam intersects the central axis of the workpiece and the focal position of the machining laser beam coincides with the surface of the workpiece. The intersection of the projection of the laser beam in the Z-axis direction and the projection of the laser beam in the Y-axis direction for servo is arranged so as to be the center of the light receiving surface.

そして、Y軸方向サーボ手段は、レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをY軸方向に駆動する。この場合、加工対象物がY軸方向に変動したときにサーボ用Z軸方向レーザ光の射影が移動する方向の受光領域における受光信号の差を用いればよい。例えば、加工対象物がY軸方向に変動したときにサーボ用Z軸方向レーザ光の射影が受光面を上下に移動する場合には、レーザ光検出器の上下の受光領域における受光信号の差に基づいて対物レンズを駆動する。尚、本発明において、上下、左右とは、絶対的な方向を意味するものではなく、受光面における一方の方向を上下と定義したときに、それに対して垂直な方向を左右と定義するものである。   Then, the Y-axis direction servo means has an objective lens so that the optical axis of the processing laser light intersects with the central axis of the object to be processed based on the difference between the light receiving signals in the left and right or upper and lower light receiving areas of the laser light detector. Is driven in the Y-axis direction. In this case, the difference between the received light signals in the light receiving region in the direction in which the projection of the servo Z-axis laser light moves when the workpiece changes in the Y-axis direction may be used. For example, if the projection of the laser beam in the servo Z-axis direction moves up and down on the light-receiving surface when the workpiece changes in the Y-axis direction, the difference between the received light signals in the upper and lower light-receiving areas of the laser light detector Based on this, the objective lens is driven. In the present invention, up and down and left and right do not mean absolute directions, but when one direction on the light receiving surface is defined as up and down, a direction perpendicular to that is defined as left and right. is there.

加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸位置から離れるほど、レーザ光検出器の受光面におけるサーボ用Z軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置が中心からずれ、これに伴って左右あるいは上下の受光領域における受光信号の大きさ(光の強度)の差も大きくなる。このことを利用して、Y軸方向サーボ手段は、左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをY軸方向に駆動することができる。   As the optical axis of the laser beam for processing is further away from the center axis position of the workpiece, the position of the projection of the workpiece of the laser beam in the Z-axis direction for servo on the light receiving surface of the laser detector deviates from the center. Accordingly, the difference in the magnitude (light intensity) of the received light signal in the left and right or upper and lower light receiving areas also increases. By utilizing this fact, the Y-axis direction servo means uses the objective lens so that the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis of the object to be processed based on the difference between the received light signals in the left and right or upper and lower light receiving areas. Can be driven in the Y-axis direction.

一方、Z軸方向サーボ手段は、レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズをZ軸方向に駆動する。この場合、加工対象物がZ軸方向に変動したときにサーボ用Y軸方向レーザ光の射影が移動する方向の受光領域における受光信号の差を用いればよい。例えば、加工対象物がZ軸方向に変動したときにサーボ用Y軸方向レーザ光の射影が受光面を左右に移動する場合には、レーザ光検出器の左右の受光領域における受光信号の差に基づいて対物レンズを駆動する。   On the other hand, the Z-axis servo means moves the objective lens so that the focal position of the machining laser beam coincides with the surface of the workpiece based on the difference between the received light signals in the upper and lower or left and right light receiving areas of the laser light detector. Drive in the Z-axis direction. In this case, the difference between the received light signals in the light receiving area in the direction in which the projection of the laser light in the Y-axis direction for servo moves when the workpiece changes in the Z-axis direction may be used. For example, if the projection of the laser beam in the Y-axis direction for servo moves left and right when the workpiece is moved in the Z-axis direction, the difference between the received light signals in the left and right light-receiving areas of the laser light detector Based on this, the objective lens is driven.

加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面から離れるほど、レーザ光検出器の受光面におけるサーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置が中心からずれ、これに伴って上下あるいは左右の受光領域における受光信号の大きさ(光の強度)の差も大きくなる。このことを利用して、Z軸方向サーボ手段は、上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズをZ軸方向に駆動することができる。   As the focal position of the laser beam for processing is farther from the surface of the workpiece, the position of the projection of the workpiece of the laser beam in the Y-axis direction for servo on the light receiving surface of the laser detector deviates from the center. Alternatively, the difference in the magnitude (light intensity) of the received light signal between the left and right light receiving areas also increases. Utilizing this, the Z-axis servo means moves the objective lens so that the focal position of the machining laser beam coincides with the surface of the workpiece based on the difference between the received light signals in the upper and lower or left and right light receiving areas. It can be driven in the Z-axis direction.

このように、本発明によれば、フォーカスサーボ用のレーザ光源、レーザ光検出器、その他の光学素子を減らすことができるため、低コスト化を図ることができる。   As described above, according to the present invention, the laser light source for focus servo, the laser light detector, and other optical elements can be reduced, so that the cost can be reduced.

本発明のレーザ加工装置の他の特徴は、前記加工用レーザ光照射手段により前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する焦点位置不適正判定手段を備えたことにある。   Another feature of the laser processing apparatus of the present invention is that the intensity of the reflected light of the processing laser light irradiated on the surface of the object to be processed is detected by the processing laser light irradiation means, and the intensity of the detected reflected light is detected. In other words, a focus position improper determination means for determining that the focus position of the laser beam for processing is not appropriate when the value is equal to or less than a reference value is provided.

本発明においては、焦点位置不適正判定手段が、加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する。従って、レーザ加工を開始する前に、Y軸方向サーボ手段とZ軸方向サーボ手段とを作動させた状態で、焦点位置不適正判定手段によりフォーカスサーボ制御が適正に行われているか否かを確認することができる。このため、レーザ加工の失敗を防止することが可能となる。   In the present invention, the focal position improperness determining means detects the intensity of the reflected light of the processing laser light irradiated on the surface of the processing object, and when the detected intensity of the reflected light is equal to or less than a reference value, It is determined that the focal position of the processing laser beam is not appropriate. Therefore, before starting laser processing, check whether focus servo control is properly performed by the focus position improper determination means with the Y-axis direction servo means and Z-axis direction servo means activated. can do. For this reason, it becomes possible to prevent the failure of laser processing.

更に、本発明の実施にあたっては、レーザ加工装置の発明に限定されることなく、レーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法の発明としても実施し得るものである。   Furthermore, the embodiment of the present invention is not limited to the invention of the laser processing apparatus, and can also be implemented as an invention of a focus servo control method of the laser processing apparatus.

本発明の第1実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ用Z軸方向光ヘッドの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the processing head and servo Z-axis direction optical head of the laser processing apparatus according to the first embodiment. 第1実施形態に係るレーザ加工装置のサーボ用Y軸方向光ヘッドとY軸方向受光装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the servo Y-axis direction optical head and Y-axis direction light receiving device of the laser processing apparatus according to the first embodiment. X軸方向、Y軸方向、Z軸方向を表す説明図である。It is explanatory drawing showing an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction. フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the state of the projection irradiated to the photodetector. 加工対象物の変位とエラー信号波形値との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the displacement of a workpiece and an error signal waveform value. フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the state of the projection irradiated to the photodetector. レーザ加工制御ルーチンを表すフローチャートである。It is a flowchart showing a laser processing control routine. 第2実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the process head of the laser processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 加工対象物の変位とフォトディテクタに照射された反射光の位置変化との関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between the displacement of a process target object, and the position change of the reflected light irradiated to the photodetector. 第3実施形態に係るレーザ加工装置のY軸方向受光装置とZ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the Y-axis direction light-receiving device and Z-axis direction servo system circuit of the laser processing apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るレーザ加工装置のY軸方向受光装置とZ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the Y-axis direction light-receiving device and Z-axis direction servo system circuit of the laser processing apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係るレーザ加工装置のレーザ加工制御ルーチンを表すフローチャート(変更部分)である。It is a flowchart (change part) showing the laser processing control routine of the laser processing apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ系回路の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the process head and servo system circuit of the laser processing apparatus which concerns on 5th Embodiment. フォトディテクタに照射された十字状の射影の状態を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the state of the cross-shaped projection irradiated to the photodetector. 第5実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the process head of the laser processing apparatus which concerns on the modification of 5th Embodiment.

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。このレーザ加工装置は、細い円筒パイプ状の加工対象物OBの表面に加工用レーザ光を螺旋状に照射してレーザ加工を行うものである。レーザ加工装置は、加工対象物OBを保持して加工対象物OBの中心軸回りに回転させるとともに加工対象物OBをその中心軸方向に移動させるワーク駆動装置50と、加工対象物OBの表面に加工用レーザ光を照射する加工用ヘッド10と(図2参照)、加工対象物OBの表面にサーボ用Z軸方向レーザ光を照射するサーボ用Z軸方向光ヘッド20と(図2参照)、同じく加工対象物OBの表面にサーボ用Y軸方向レーザ光を照射するサーボ用Y軸方向光ヘッド30と(図3参照)、サーボ用Y軸方向光ヘッド30から照射されたサーボ用Y軸方向レーザ光を受光するY軸方向受光装置40と(図3参照)、各種の電気回路(後述する)と、レーザ加工装置全体の作動を制御するコントローラ90とを備えている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram of the laser processing apparatus according to the first embodiment. This laser processing apparatus performs laser processing by irradiating the surface of a thin cylindrical pipe-shaped object OB with a processing laser beam in a spiral shape. The laser processing apparatus holds the workpiece OB and rotates it around the central axis of the workpiece OB, and moves the workpiece OB in the direction of the central axis, and the surface of the workpiece OB. A processing head 10 for irradiating a processing laser beam (see FIG. 2), a servo Z-axis direction optical head 20 for irradiating the surface of the workpiece OB with a servo Z-axis direction laser beam (see FIG. 2), Similarly, the servo Y-axis direction optical head 30 that irradiates the surface of the workpiece OB with the servo Y-axis direction laser light (see FIG. 3), and the servo Y-axis direction optical head 30 that is irradiated from the servo Y-axis direction optical head 30. A Y-axis direction light receiving device 40 that receives laser light (see FIG. 3), various electric circuits (described later), and a controller 90 that controls the operation of the entire laser processing device are provided.

ここで、レーザ加工装置における方向を定義する。図4に示すように、ワーク駆動装置50に固定された加工対象物OBの中心軸線方向をX軸方向と呼ぶ。また、X軸方向に対して垂直方向であって加工用ヘッド10から加工対象物OBに照射される加工用レーザ光の光軸の方向をZ軸方向と呼ぶ。また、X軸方向とZ軸方向との両方に対して垂直となる方向をY軸方向と呼ぶ。サーボ用Y軸方向光ヘッド30は、加工対象物OBに照射するサーボ用レーザ光の光軸がY軸方向となるように固定されている。従って、サーボ用Y軸方向光ヘッド30とY軸方向受光装置40は、図1中において、紙面の前後に位置するものであるが、ここでは、両者が重ならないように左右に配置して記載している。   Here, the direction in the laser processing apparatus is defined. As shown in FIG. 4, the central axis direction of the workpiece OB fixed to the workpiece driving device 50 is referred to as an X-axis direction. The direction of the optical axis of the processing laser beam that is perpendicular to the X-axis direction and is irradiated from the processing head 10 onto the processing object OB is referred to as the Z-axis direction. A direction perpendicular to both the X-axis direction and the Z-axis direction is referred to as a Y-axis direction. The servo Y-axis direction optical head 30 is fixed so that the optical axis of the servo laser light applied to the workpiece OB is in the Y-axis direction. Accordingly, the servo Y-axis direction optical head 30 and the Y-axis direction light receiving device 40 are located before and after the paper surface in FIG. 1, but here, they are described by being arranged on the left and right sides so that they do not overlap. is doing.

本実施形態における加工対象物OBは、表面にフォトレジストが被覆された直径50μmのニッケルパイプである。この加工対象物OBは、最終的に直径50μmのマイクロスプリングの製作に使用されるパイプに加工されるもので、本実施形態のレーザ加工装置は、フォトレジストの表面に加工用レーザ光を螺旋状に照射することにより、フォトレジストに螺旋状の反応跡を形成する装置として使用される。加工対象物OBは、その後、現像液に浸漬されて反応跡が除去され、残ったフォトレジストをマスクとして使ってエッチングされる。これにより、ニッケルパイプに螺旋状の開口が形成されてマイクロスプリング製作用のパイプが作られる。   The processing object OB in the present embodiment is a nickel pipe having a diameter of 50 μm whose surface is coated with a photoresist. This object to be processed OB is finally processed into a pipe used for manufacturing a microspring having a diameter of 50 μm. The laser processing apparatus according to the present embodiment spirals a processing laser beam on the surface of a photoresist. Is used as an apparatus for forming a spiral reaction trace in a photoresist. Thereafter, the processing object OB is immersed in a developing solution to remove the reaction trace, and is etched using the remaining photoresist as a mask. As a result, a spiral opening is formed in the nickel pipe, and a microspring-producing pipe is produced.

このように非常に細い径のパイプ状の加工対象物OBに対してレーザ加工を行う場合には、従来から知られているように加工用レーザ光の反射光から非点収差法などによりフォーカスエラー信号を生成しても、加工用レーザ光の光軸が加工対象物OBの中心軸から外れてしまうと、適正なフォーカスエラー信号が得られない。そこで、本実施形態においては、加工対象物OBにサーボ用レーザ光をZ軸方向とY軸方向とに照射し、加工対象物OBが映し出される射影の位置に基づいて加工用レーザ光の焦点位置を制御する。   When laser processing is performed on a pipe-shaped workpiece OB having a very thin diameter as described above, a focus error is generated from the reflected light of the processing laser beam by an astigmatism method or the like as conventionally known. Even if the signal is generated, if the optical axis of the processing laser beam deviates from the center axis of the processing object OB, an appropriate focus error signal cannot be obtained. Therefore, in the present embodiment, the processing object OB is irradiated with servo laser light in the Z-axis direction and the Y-axis direction, and the focal position of the processing laser light is based on the position of the projection on which the processing object OB is projected. To control.

まず、ワーク駆動装置50から説明する。ワーク駆動装置50は、加工対象物OBの両端をチャッキングして回転可能に保持する移動ステージ51と、移動ステージ51に保持された加工対象物OBをその中心軸回りに回転させるスピンドルモータ52と、移動ステージ51をX軸方向に移動させるねじ送り機構53とを備えている。   First, the work driving device 50 will be described. The work drive device 50 includes a moving stage 51 that chucks and holds both ends of the processing object OB, and a spindle motor 52 that rotates the processing object OB held on the moving stage 51 around its central axis. And a screw feed mechanism 53 for moving the moving stage 51 in the X-axis direction.

ねじ送り機構53は、移動ステージ51に固定されたナット(図示略)に螺合するスクリューロッド54と、スクリューロッド54を回転させるフィードモータ55とを備えている。スクリューロッド54は、移動ステージ51に保持された加工対象物OBの中心軸(即ち、スピンドルモータ52の回転軸)と平行となるX軸方向に延びて設けられ、その一端側が、レーザ加工装置本体フレーム(図示略)に固定されたフィードモータ55の出力軸に連結され、他端側が、レーザ加工装置本体フレームに固定された軸受部(図示略)に回転可能に軸支される。また、移動ステージ51は、図示しない案内ガイドにより、回転規制されており、X軸方向にのみ移動可能となっている。従って、フィードモータ55を正転あるいは逆転駆動すると、フィードモータ55の回転運動が移動ステージ51の直線運動に変換され、加工対象物OBがX軸方向に前進あるいは後退できるようになっている。   The screw feed mechanism 53 includes a screw rod 54 that is screwed into a nut (not shown) fixed to the moving stage 51, and a feed motor 55 that rotates the screw rod 54. The screw rod 54 is provided so as to extend in the X-axis direction parallel to the central axis of the workpiece OB held by the moving stage 51 (that is, the rotation axis of the spindle motor 52), and one end side of the screw rod 54 is the laser processing apparatus main body. It is connected to an output shaft of a feed motor 55 fixed to a frame (not shown), and the other end is rotatably supported by a bearing portion (not shown) fixed to the laser processing apparatus main body frame. The moving stage 51 is restricted in rotation by a guide guide (not shown) and can move only in the X-axis direction. Therefore, when the feed motor 55 is driven forward or reversely, the rotational motion of the feed motor 55 is converted into the linear motion of the moving stage 51 so that the workpiece OB can move forward or backward in the X-axis direction.

スピンドルモータ52内には、エンコーダ52aが組み込まれている。エンコーダ52aは、スピンドルモータ52が所定の微小回転角度だけ回転する度に、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。エンコーダ52aから出力されるパルス列信号は、スピンドルモータ制御回路56に入力される。スピンドルモータ制御回路56は、コントローラ90からの指示により作動開始し、エンコーダ52aから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ52の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ90によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ52の回転を制御する。   An encoder 52 a is incorporated in the spindle motor 52. The encoder 52a outputs a pulse train signal whose output is alternately switched between a high level and a low level every time the spindle motor 52 rotates by a predetermined minute rotation angle. The pulse train signal output from the encoder 52 a is input to the spindle motor control circuit 56. The spindle motor control circuit 56 starts operating in response to an instruction from the controller 90, calculates the rotational speed of the spindle motor 52 from the number of pulses per unit time of the pulse train signal output from the encoder 52a, and the calculated rotational speed is the controller 90. The rotation of the spindle motor 52 is controlled to be equal to the rotation speed set by.

フィードモータ55内にも、エンコーダ55aが組み込まれている。このエンコーダ55aは、フィードモータ55が所定の微小回転角度だけ回転する度に、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。エンコーダ55aから出力されるパルス列信号は、フィードモータ制御回路57と移動位置検出回路58に入力される。移動位置検出回路58は、コントローラ90からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ55aから出力されるパルス信号が入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をフィードモータ制御回路57に出力し、カウント値を「0」として、以後、エンコーダ55aが出力するパルス信号のパルス数をカウントする。そして積算したカウント数から移動ステージ51の移動位置を計算してコントローラ90およびフィードモータ制御回路57に出力する。このカウント値が「0」となる移動限界位置が、移動ステージ51の移動位置を制御する原点位置となる。   An encoder 55 a is also incorporated in the feed motor 55. The encoder 55a outputs a pulse train signal whose output is alternately switched between a high level and a low level each time the feed motor 55 rotates by a predetermined minute rotation angle. The pulse train signal output from the encoder 55 a is input to the feed motor control circuit 57 and the movement position detection circuit 58. The movement position detection circuit 58 starts operating in response to an instruction from the controller 90. After the operation starts, when the pulse signal output from the encoder 55a is not input, the movement position detection circuit 58 outputs a signal indicating the movement limit position to the feed motor control circuit 57. Then, the count value is set to “0”, and thereafter, the number of pulses of the pulse signal output from the encoder 55a is counted. Then, the moving position of the moving stage 51 is calculated from the accumulated count number and output to the controller 90 and the feed motor control circuit 57. The movement limit position where the count value is “0” is the origin position for controlling the movement position of the movement stage 51.

フィードモータ制御回路57は、コントローラ90からの指示により作動開始し、コントローラ90から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路58から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ90から入力した設定値になるまでフィードモータ55を駆動して移動ステージ51を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、フィードモータ55を駆動して移動ステージ51を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路58から移動限界位置を表す信号を入力するとフィードモータ55への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路58から出力される移動位置がコントローラ90から入力した移動位置の設定値になるまでフィードモータ55を駆動して移動ステージ51を移動させる。   The feed motor control circuit 57 starts to operate in response to an instruction from the controller 90. When the moving position setting value is input from the controller 90, the moving position output from the moving position detection circuit 58 is input at a predetermined time interval. The feed motor 55 is driven to move the moving stage 51 until the moving position reaches the set value input from the controller 90. When the set value of the movement position is input immediately after the start of operation, the feed motor 55 is driven to move the movement stage 51 in the movement limit position direction, and a signal indicating the movement limit position is input from the movement position detection circuit 58. Then, the drive signal output to the feed motor 55 is stopped. Thereafter, the feed motor 55 is driven to move the moving stage 51 until the movement position output from the movement position detection circuit 58 reaches the set value of the movement position input from the controller 90.

また、フィードモータ制御回路57には、移動ステージ51の移動速度の設定値(設定速度)がコントローラ90により入力される。そして、コントローラ90から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ55aから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ51の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ55を駆動制御する。   In addition, a set value (set speed) of the moving speed of the moving stage 51 is input to the feed motor control circuit 57 by the controller 90. When a movement start instruction is input from the controller 90, the moving speed of the moving stage 51 is calculated from the number of pulses per unit time of the pulse train signal output from the encoder 55a, so that the calculated moving speed becomes the set speed. The feed motor 55 is driven and controlled.

次に、加工用ヘッド10について図2を用いて説明する。加工用ヘッド10は、加工対象物OBの円筒表面に加工用レーザ光を照射する機能と、サーボ用Z軸方向光ヘッド20から照射されたサーボ用Z軸方向レーザ光を受光して加工対象物OBのY軸方向のずれに応じた信号を出力する機能を有する。加工用ヘッド10は、加工用レーザ光を出射するレーザ光源102と、レーザ光源102から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ104,偏光ビームスプリッタ106,1/4波長板108,ダイクロイックミラー110,対物レンズ112を備えている。   Next, the processing head 10 will be described with reference to FIG. The processing head 10 receives the processing laser beam irradiated from the servo Z-axis direction optical head 20 with the function of irradiating the cylindrical surface of the processing object OB with the processing laser beam, and the processing target object. It has a function of outputting a signal corresponding to the displacement of the OB in the Y-axis direction. The processing head 10 includes a laser light source 102 that emits processing laser light, a collimator lens 104 that is provided along the optical axis of the processing laser light emitted from the laser light source 102, a polarization beam splitter 106, and a quarter wavelength. A plate 108, a dichroic mirror 110, and an objective lens 112 are provided.

レーザ光源102は、加工用レーザ駆動回路150から供給される電流および電圧により駆動されて加工用レーザ光を出射する。レーザ光源102から出射された加工用レーザ光は、コリメートレンズ104により平行光となって偏光ビームスプリッタ106に入射する。加工用レーザ光は、その大半(例えば、95%)が偏光ビームスプリッタ106をそのまま透過し、1/4波長板108を通過して直線偏光から円偏光に変換される。1/4波長板108を通過した加工用レーザ光は、ダイクロイックミラー110を透過して対物レンズ112に入射する。こうして、加工用レーザ光は、対物レンズ112により加工対象物OBの表面で集光する。   The laser light source 102 is driven by the current and voltage supplied from the processing laser drive circuit 150 and emits processing laser light. The processing laser light emitted from the laser light source 102 is collimated by the collimator lens 104 and enters the polarization beam splitter 106. Most of the processing laser light (for example, 95%) passes through the polarization beam splitter 106 as it is, passes through the quarter wavelength plate 108, and is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. The processing laser light that has passed through the quarter-wave plate 108 passes through the dichroic mirror 110 and enters the objective lens 112. Thus, the processing laser light is condensed on the surface of the processing object OB by the objective lens 112.

対物レンズ112には、フォーカスアクチュエータ114が設けられている。フォーカスアクチュエータ114は、対物レンズ112を加工用レーザ光の光軸方向、つまり、Z軸方向に移動させるZ軸アクチュエータ114zと、対物レンズ112をY軸方向に移動させるY軸アクチュエータ114yとを備えている。従って、Z軸アクチュエータ114zを作動させることにより加工用レーザ光の焦点位置をZ軸方向(光軸方向)に移動でき、Y軸アクチュエータ114yを作動させることにより加工用レーザ光の焦点位置をY軸方向に移動できるようになっている。尚、対物レンズ112は、アクチュエータ114z、114yが通電されていないときに、Z軸方向およびY軸方向の可動範囲の中心に位置する。以下、この位置を対物レンズ112の原点位置と呼ぶ。また、対物レンズを2軸方向に駆動するアクチュエータは、例えば、特開2004−39065等において知られている。   The objective lens 112 is provided with a focus actuator 114. The focus actuator 114 includes a Z-axis actuator 114z that moves the objective lens 112 in the optical axis direction of the processing laser beam, that is, the Z-axis direction, and a Y-axis actuator 114y that moves the objective lens 112 in the Y-axis direction. Yes. Accordingly, by operating the Z-axis actuator 114z, the focal position of the processing laser light can be moved in the Z-axis direction (optical axis direction), and by operating the Y-axis actuator 114y, the focal position of the processing laser light can be changed to the Y-axis. It can be moved in the direction. The objective lens 112 is located at the center of the movable range in the Z-axis direction and the Y-axis direction when the actuators 114z and 114y are not energized. Hereinafter, this position is referred to as the origin position of the objective lens 112. An actuator that drives the objective lens in the biaxial direction is known from, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-39065.

対物レンズ112で集光された加工用レーザ光は、加工対象物OBの表面に照射され反射する。加工対象物OBで反射した反射光は、対物レンズ112、ダイクロイックミラー110、1/4波長板108を通過する。この場合、反射光は、1/4波長板108を2回通過したことになるため、レーザ光源から出射されたレーザ光とは偏光方向が90°相違したものとなる。従って、1/4波長板108を通過した反射光は、偏光ビームスプリッタ106で反射する。偏光ビームスプリッタ106の反射方向には、集光レンズ120、フォトディテクタ122が設けられている。このため、偏光ビームスプリッタ106で反射した反射光は、集光レンズ120によりフォトディテクタ122に集光する。   The processing laser beam condensed by the objective lens 112 is irradiated and reflected on the surface of the processing object OB. The reflected light reflected by the object OB passes through the objective lens 112, the dichroic mirror 110, and the quarter wavelength plate. In this case, since the reflected light has passed through the quarter-wave plate 108 twice, the direction of polarization is 90 ° different from that of the laser light emitted from the laser light source. Therefore, the reflected light that has passed through the quarter-wave plate 108 is reflected by the polarization beam splitter 106. A condenser lens 120 and a photodetector 122 are provided in the reflection direction of the polarization beam splitter 106. For this reason, the reflected light reflected by the polarization beam splitter 106 is condensed on the photodetector 122 by the condenser lens 120.

フォトディテクタ122は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ122は、加工用レーザ光が加工対象物OBで反射した反射光の強度に対応した受光信号を出力する。フォトディテクタ122の出力する受光信号は、増幅回路152により増幅され、A/D変換器153に供給される。A/D変換器153は、コントローラ90からの指令により作動し、増幅回路152から供給された受光信号をデジタル信号に変換してコントローラ90に出力する。コントローラ90は、この受光信号が表す反射光強度から、後述するZ軸方向とY軸方向のサーボ制御が適切に行われているかを判断する。   The photodetector 122 is a light receiving element that outputs a light reception signal corresponding to the intensity of light collected on the light receiving surface. Therefore, the photodetector 122 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the reflected light reflected from the processing object OB by the processing laser light. The light reception signal output from the photodetector 122 is amplified by the amplifier circuit 152 and supplied to the A / D converter 153. The A / D converter 153 operates in response to a command from the controller 90, converts the received light signal supplied from the amplifier circuit 152 into a digital signal, and outputs the digital signal to the controller 90. The controller 90 determines whether servo control in the Z-axis direction and Y-axis direction, which will be described later, is appropriately performed from the reflected light intensity represented by the light reception signal.

また、加工用ヘッド10は、レーザ光源102から出射された加工用レーザ光の一部(例えば、5%)を偏光ビームスプリッタ106で反射させ、その反射光を集光レンズ124によりフォトディテクタ126の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ126は、フォトディテクタ122と同様に、その受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ126は、レーザ光源102が出射した加工用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、加工用レーザ駆動回路150に供給される。   Further, the processing head 10 reflects a part (for example, 5%) of the processing laser light emitted from the laser light source 102 by the polarization beam splitter 106, and the reflected light is received by the photodetector 126 by the condenser lens 124. A configuration for condensing light onto the surface is provided. Similar to the photodetector 122, the photodetector 126 is a light receiving element that outputs a light reception signal corresponding to the intensity of light collected on the light receiving surface. Therefore, the photodetector 126 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the processing laser light emitted from the laser light source 102. This received light signal is supplied to the processing laser drive circuit 150.

加工用レーザ駆動回路150は、コントローラ90からの指令に基づいて、レーザ光源に対して加工用強度、つまり、加工対象物OBの表面を適切に加工できる強度(この例では、フォトレジストに反応跡を形成できる強度)のレーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。本実施形態においては、加工用レーザ駆動回路150は、フォトディテクタ126が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源102に出力する電流あるいは電圧を調整する。これにより、加工対象物OBに照射される加工用レーザ光の強度が設定加工用強度に維持される。   Based on a command from the controller 90, the processing laser drive circuit 150 has a processing intensity for the laser light source, that is, an intensity capable of appropriately processing the surface of the processing object OB (in this example, a reaction trace on the photoresist). This is a circuit for supplying a current and a voltage for emitting a laser beam having an intensity capable of forming a laser beam. In the present embodiment, the processing laser drive circuit 150 feeds back the light reception signal output from the photodetector 126 and supplies the current or voltage output to the laser light source 102 so that the intensity of the light reception signal becomes a preset set intensity. adjust. Thereby, the intensity of the processing laser beam applied to the processing object OB is maintained at the setting processing intensity.

また、加工用レーザ駆動回路150は、発光信号供給回路151によりレーザ光源102への駆動信号の出力形態が制御される。発光信号供給回路151は、コントローラ90から加工模様を表すデータを入力して、レーザ加工中に、そのデータに対応したパルス列信号、あるいは、連続信号を加工用レーザ駆動回路150に供給する。本実施形態では、加工対象物OBの表面のフォトレジストに連続した螺旋状の反応跡を形成するものであるため、発光信号供給回路151からは連続信号が出力されるが、例えば、複数の微細ピットを列状に形成する場合には、ピットの長さ、ピットの形成間隔に応じた時間幅のハイレベル信号とローレベル信号からなるパルス列信号が出力される。   In the processing laser drive circuit 150, the output form of the drive signal to the laser light source 102 is controlled by the light emission signal supply circuit 151. The light emission signal supply circuit 151 receives data representing a machining pattern from the controller 90 and supplies a pulse train signal or a continuous signal corresponding to the data to the machining laser drive circuit 150 during laser machining. In this embodiment, since a continuous spiral reaction trace is formed on the photoresist on the surface of the workpiece OB, a continuous signal is output from the light emission signal supply circuit 151. When the pits are formed in a row, a pulse train signal including a high level signal and a low level signal having a time width corresponding to the pit length and the pit formation interval is output.

加工用ヘッド10には、更に、ダイクロイックミラー110の反射方向にリレーレンズ(結像レンズ)116とフォトディテクタ118が設けられている。このリレーレンズ116およびフォトディテクタ118は、サーボ用Z軸方向光ヘッド20から照射されたサーボ用Z軸方向レーザ光を検出するために設けられたものである。従って、先に、サーボ用Z軸方向光ヘッド20について説明する。   The processing head 10 is further provided with a relay lens (imaging lens) 116 and a photodetector 118 in the reflection direction of the dichroic mirror 110. The relay lens 116 and the photodetector 118 are provided to detect servo Z-axis direction laser light emitted from the servo Z-axis direction optical head 20. Accordingly, the servo Z-axis direction optical head 20 will be described first.

サーボ用Z軸方向光ヘッド20は、図2に示すように、加工対象物OBを挟んで加工用ヘッド10と向き合うように、加工用ヘッド10と対になってレーザ加工装置の本体フレーム(図示略)に固定される。サーボ用Z軸方向光ヘッド20は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源202と、レーザ光源202から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ204,偏光ビームスプリッタ206と、偏光ビームスプリッタ206の反射方向に設けられる集光レンズ208,フォトディテクタ210を備えている。   As shown in FIG. 2, the servo Z-axis direction optical head 20 is paired with the processing head 10 so as to face the processing head 10 with the processing object OB interposed therebetween. Abbreviated). The servo Z-axis direction optical head 20 includes a laser light source 202 that emits servo laser light, a collimator lens 204 and a polarization beam splitter 206 that are provided along the optical axis of the servo laser light emitted from the laser light source 202. And a condenser lens 208 and a photodetector 210 provided in the reflection direction of the polarization beam splitter 206.

レーザ光源202は、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源202から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ204により平行光となって偏光ビームスプリッタ206に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半(例えば、95%)が偏光ビームスプリッタ206をそのまま透過してサーボ用Z軸方向光ヘッド20から出射する。このサーボ用Z軸方向光ヘッド20から出射したレーザ光が、サーボ用Z軸方向レーザ光である。サーボ用Z軸方向レーザ光は、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光となる。   The laser light source 202 is driven by the current and voltage supplied from the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 to emit servo laser light. The servo laser light emitted from the laser light source 202 is collimated by the collimator lens 204 and enters the polarization beam splitter 206. Most of the servo laser light (for example, 95%) passes through the polarization beam splitter 206 as it is and exits from the servo Z-axis direction optical head 20. The laser beam emitted from the servo Z-axis direction optical head 20 is the servo Z-axis direction laser beam. The servo Z-axis direction laser light becomes parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece OB.

サーボ用Z軸方向光ヘッド20は、サーボ用Z軸方向レーザ光の出射方向がZ軸方向となり、しかも、その光軸が、加工用ヘッド10の対物レンズ112が原点位置にある時に加工用ヘッド10から出射する加工用レーザ光の光軸と一致するように位置決めされている。この場合、サーボ用Z軸方向光ヘッド20と加工用ヘッド10は、サーボ用Z軸方向レーザ光および加工用レーザ光の光軸がワーク駆動装置50の回転軸(スピンドルモータ52の回転軸)と直交するように、ワーク駆動装置50に対する相対位置関係が定められている。   The servo Z-axis direction optical head 20 is a processing head when the servo Z-axis direction laser light is emitted in the Z-axis direction and the optical axis of the objective lens 112 of the processing head 10 is at the origin position. The laser beam is positioned so as to coincide with the optical axis of the processing laser beam emitted from 10. In this case, in the servo Z-axis direction optical head 20 and the processing head 10, the optical axes of the servo Z-axis direction laser light and the processing laser light are the rotation axis of the work driving device 50 (rotation axis of the spindle motor 52). A relative positional relationship with respect to the workpiece driving device 50 is determined so as to be orthogonal to each other.

サーボ用Z軸方向光ヘッド20から出射したサーボ用Z軸方向レーザ光は、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物OBに遮られなかったレーザ光が加工用ヘッド10の対物レンズ112に入射する。この場合、対物レンズ112に入射したサーボ用Z軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物OBの棒状の影が形成されたものとなる。この加工対象物OBによってできた影を射影と呼び、射影とその周囲の光とを合わせて射影光と呼ぶ。   Since the servo Z-axis direction laser light emitted from the servo Z-axis direction optical head 20 is parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece OB, the laser light not blocked by the workpiece OB is processed. Incident on the objective lens 112 of the head 10. In this case, when the servo Z-axis direction laser light incident on the objective lens 112 is received, a bar-shaped shadow of the workpiece OB is formed at the center. A shadow formed by the object OB is called projection, and the projection and the surrounding light are called projection light.

対物レンズ112に入射したサーボ用Z軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー110に入射する。ダイクロイックミラー110は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学素子であり、レーザ光源202から出射されるサーボ用レーザ光に対しては反射し、レーザ光源102から出射される加工用レーザ光に対しては透過するように、各レーザ光の波長が設定されている。従って、サーボ用Z軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー110で反射する。ダイクロイックミラー110の反射方向には、リレーレンズ116(結像レンズ)、フォトディテクタ118が設けられており、ダイクロイックミラー110で反射したサーボ用Z軸方向レーザ光がリレーレンズ116により平行光になりフォトディテクタ118の受光面に入射する。フォトディテクタ118の受光面には、加工対象物OBの影である棒状の射影が映し出される。   The servo Z-axis direction laser light incident on the objective lens 112 is condensed and incident on the dichroic mirror 110. The dichroic mirror 110 is an optical element that reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths, reflects the servo laser light emitted from the laser light source 202, and emits it from the laser light source 102. The wavelength of each laser beam is set so as to transmit the processed laser beam. Therefore, the servo Z-axis direction laser light is reflected by the dichroic mirror 110. A relay lens 116 (imaging lens) and a photodetector 118 are provided in the reflection direction of the dichroic mirror 110, and the servo Z-axis direction laser light reflected by the dichroic mirror 110 is converted into parallel light by the relay lens 116 and the photodetector 118. Is incident on the light receiving surface. On the light receiving surface of the photodetector 118, a rod-like projection that is a shadow of the object OB is projected.

フォトディテクタ118は、図5に示すように、受光領域が左右に(Y軸方向)2分割された受光素子を備え、その受光領域A,Bに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号(a,b)として出力する。このフォトディテクタ118は、受光したサーボ用Z軸方向レーザ光(射影光L)における棒状の射影Sが受光領域A,Bの分割線DIVと平行になるように、かつ、Z軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに加工対象物OBの射影Sが受光領域の分割線DIVにより2等分される位置に配置される。   As shown in FIG. 5, the photodetector 118 includes a light receiving element in which the light receiving area is divided into left and right (Y-axis direction), and receives a detection signal proportional to the intensity of light incident on the light receiving areas A and B. Output as (a, b). This photodetector 118 is processed so that the rod-like projection S in the received servo Z-axis direction laser light (projection light L) is parallel to the dividing line DIV of the light receiving areas A and B and viewed from the Z-axis direction. When the center axis of the object OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50, the projection S of the object OB is arranged at a position that is equally divided by the dividing line DIV of the light receiving area.

フォトディテクタ118から出力される受光信号(a,b)は、Y軸方向エラー信号生成回路161に入力される。Y軸方向エラー信号生成回路161は、受光信号(a,b)を増幅した後、この信号を使って光強度の差(a−b)を演算し、その演算結果をY軸方向エラー信号(a−b)としてY軸方向サーボ回路162に出力する。Y軸方向エラー信号(a−b)の大きさは、加工対象物OBの中心軸とワーク駆動装置50の回転軸とのY軸方向におけるずれ量を表すものである。   The light reception signals (a, b) output from the photodetector 118 are input to the Y-axis direction error signal generation circuit 161. The Y-axis direction error signal generation circuit 161 amplifies the light reception signal (a, b), calculates a difference in light intensity (ab) using this signal, and calculates the calculation result as a Y-axis direction error signal ( The result is output to the Y-axis direction servo circuit 162 as ab). The magnitude of the Y-axis direction error signal (ab) represents the amount of deviation in the Y-axis direction between the center axis of the workpiece OB and the rotation axis of the workpiece driving device 50.

図6は、加工対象物OBの位置をY軸方向に変化させたときのY軸方向エラー信号(a−b)の波高値を表したものである。図示するように、Y軸方向エラー信号(a−b)は、S字状波形となる。従って、S字状波形の山(c位置)から谷(a位置)までの範囲r(S字検出範囲rと呼ぶ)においては、加工対象物OBのY軸方向のずれ量とY軸方向エラー信号(a−b)の大きさとが一対一に対応する。このため、S字検出範囲r内において、Y軸方向エラー信号(a−b)に基づいて加工対象物OBのY軸方向のずれ量を検出することができる。   FIG. 6 shows the peak value of the Y-axis direction error signal (ab) when the position of the workpiece OB is changed in the Y-axis direction. As shown in the figure, the Y-axis direction error signal (ab) has an S-shaped waveform. Therefore, in the range r (referred to as the S-shaped detection range r) from the peak (c position) to the valley (a position) of the S-shaped waveform, the amount of deviation of the workpiece OB in the Y-axis direction and the Y-axis direction error The magnitude of the signal (ab) corresponds to one to one. For this reason, within the S-shaped detection range r, it is possible to detect the amount of deviation of the workpiece OB in the Y-axis direction based on the Y-axis direction error signal (ab).

例えば、加工対象物OBの位置がY軸方向にずれていない場合、(b)に示すように、フォトディテクタ118に映し出される射影Sは、受光面の中央に位置するため、Y軸方向エラー信号(a−b)はゼロとなる。一方、加工対象物OBの位置がY軸方向における一方側(左側と呼ぶ)にずれている場合には、(a)に示すように、フォトディテクタ118に映し出される射影Sが受光面の左側に位置するため、Y軸方向エラー信号(a−b)は負の値をとる。また、加工対象物OBの位置がY軸方向における他方側(右側と呼ぶ)にずれている場合には、(c)に示すように、フォトディテクタ118に映し出される射影Sが受光面の右側に位置するため、Y軸方向エラー信号(a−b)は正の値をとる。   For example, when the position of the processing object OB is not shifted in the Y-axis direction, the projection S projected on the photodetector 118 is located at the center of the light receiving surface as shown in FIG. ab) is zero. On the other hand, when the position of the workpiece OB is shifted to one side (referred to as the left side) in the Y-axis direction, as shown in (a), the projection S projected on the photodetector 118 is positioned on the left side of the light receiving surface. Therefore, the Y-axis direction error signal (ab) takes a negative value. When the position of the processing object OB is shifted to the other side (referred to as the right side) in the Y-axis direction, the projection S projected on the photodetector 118 is positioned on the right side of the light receiving surface as shown in (c). Therefore, the Y-axis direction error signal (ab) takes a positive value.

Y軸方向サーボ回路162は、コントローラ90からの指令により作動を開始し、Y軸方向エラー信号生成回路161から入力したY軸方向エラー信号(a−b)に基づいて、Y軸方向エラー信号(a−b)が常にゼロとなるようなY軸方向サーボ信号を生成してY軸方向ドライブ回路163に出力する。Y軸方向ドライブ回路163は、Y軸方向サーボ信号に基づいてY軸アクチュエータ114yを駆動する信号を出力して、対物レンズ112をY軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ118に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ112のY軸方向の位置が制御されることとなる。対物レンズ112のY軸方向の移動は、加工対象物OBに照射する加工用レーザ光の光軸をY軸方向に移動させることになる。このため、対物レンズ112のY軸方向の位置制御により、加工用レーザ光の光軸が加工対象物OBの中心軸と交差するように維持される。   The Y-axis direction servo circuit 162 starts to operate in response to a command from the controller 90, and based on the Y-axis direction error signal (ab) input from the Y-axis direction error signal generation circuit 161, the Y-axis direction error signal ( A Y-axis direction servo signal is generated so that ab) is always zero and is output to the Y-axis direction drive circuit 163. The Y-axis direction drive circuit 163 outputs a signal for driving the Y-axis actuator 114y based on the Y-axis direction servo signal, and moves the objective lens 112 in the Y-axis direction. Therefore, the position of the objective lens 112 in the Y-axis direction is controlled so that the projection projected on the photodetector 118 is maintained at the center of the light receiving surface. The movement of the objective lens 112 in the Y-axis direction moves the optical axis of the processing laser light applied to the workpiece OB in the Y-axis direction. For this reason, the position of the objective lens 112 in the Y-axis direction is maintained so that the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis of the processing object OB.

サーボ用Z軸方向光ヘッド20は、レーザ光源202から出射されたサーボ用レーザ光の一部(例えば、5%)を偏光ビームスプリッタ206で反射させ、その反射光を集光レンズ208によりフォトディテクタ210の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ210は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ210は、レーザ光源202が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240に供給される。   The servo Z-axis direction optical head 20 reflects a part (for example, 5%) of the servo laser light emitted from the laser light source 202 by the polarization beam splitter 206, and the reflected light is reflected by the condenser lens 208 to the photodetector 210. The structure which condenses on the light-receiving surface is provided. The photodetector 210 is a light receiving element that outputs a light reception signal corresponding to the intensity of light collected on the light receiving surface. Therefore, the photodetector 210 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the servo laser light emitted from the laser light source 202. This light reception signal is supplied to the servo Z-axis direction laser drive circuit 240.

サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240は、コントローラ90からの指令に基づいて、レーザ光源202に対して、加工対象物OBの表面を変化させず、かつ、加工用ヘッド10のフォトディテクタ118で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240は、フォトディテクタ210が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源202に出力する電流あるいは電圧を制御する。これにより、サーボ用Z軸方向光ヘッド20から出射するサーボ用Z軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。   The servo Z-axis direction laser drive circuit 240 does not change the surface of the object to be processed OB with respect to the laser light source 202 based on a command from the controller 90, and the projected light is projected by the photodetector 118 of the processing head 10. Is a circuit for supplying a current and a voltage for emitting servo laser light having an intensity capable of detecting. In the present embodiment, the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 feeds back the light reception signal output from the photodetector 210 and outputs the current output to the laser light source 202 so that the intensity of the light reception signal becomes a preset set intensity. Alternatively, the voltage is controlled. Thus, the intensity of the servo Z-axis direction laser light emitted from the servo Z-axis direction optical head 20 is maintained at a constant appropriate value.

次に、サーボ用Y軸方向光ヘッド30とY軸方向受光装置40とについて説明する。図3に示すように、サーボ用Y軸方向光ヘッド30とY軸方向受光装置40とは、互いに加工対象物OBをY軸方向に挟んで向かい合うようにレーザ加工装置の本体フレーム(図示略)に固定される。サーボ用Y軸方向光ヘッド30は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源302と、レーザ光源302から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ304,偏光ビームスプリッタ306と、偏光ビームスプリッタ306の反射方向に設けられる集光レンズ308,フォトディテクタ310を備えている。   Next, the servo Y-axis direction optical head 30 and the Y-axis direction light receiving device 40 will be described. As shown in FIG. 3, the servo Y-axis direction optical head 30 and the Y-axis direction light receiving device 40 have a main body frame (not shown) of the laser processing apparatus so as to face each other with the workpiece OB sandwiched in the Y-axis direction. Fixed to. The servo Y-axis optical head 30 includes a laser light source 302 that emits servo laser light, a collimator lens 304 and a polarization beam splitter 306 that are provided along the optical axis of the servo laser light emitted from the laser light source 302. And a condenser lens 308 and a photodetector 310 provided in the reflection direction of the polarization beam splitter 306.

レーザ光源302は、サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源302から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ304により平行光となって偏光ビームスプリッタ306に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半(例えば、95%)が偏光ビームスプリッタ306をそのまま透過してサーボ用Y軸方向光ヘッド30から出射する。このサーボ用Y軸方向光ヘッド30から出射したレーザ光がサーボ用Y軸方向レーザ光である。サーボ用Y軸方向レーザ光は、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光となる。   The laser light source 302 is driven by the current and voltage supplied from the servo Y-axis direction laser drive circuit 340 and emits servo laser light. The servo laser light emitted from the laser light source 302 is collimated by the collimator lens 304 and enters the polarization beam splitter 306. Most of the servo laser light (for example, 95%) passes through the polarization beam splitter 306 as it is and exits from the servo Y-axis optical head 30. The laser beam emitted from the servo Y-axis direction optical head 30 is the servo Y-axis direction laser beam. The servo Y-axis direction laser light becomes parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece OB.

サーボ用Y軸方向光ヘッド30は、サーボ用Y軸方向レーザ光の出射方向がY軸方向となり、しかも、その光軸が、ワーク駆動装置50の回転軸と交差するように位置決めされている。サーボ用Y軸方向光ヘッド30と向かい合うY軸方向受光装置40には、サーボ用Y軸方向レーザ光を受光するフォトディテクタ402が設けられる。フォトディテクタ402は、その受光面の中心にサーボ用Y軸方向レーザ光の光軸が通るように位置決めされている。サーボ用Y軸方向光ヘッド30から出射したサーボ用Y軸方向レーザ光は、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光であるため、フォトディテクタ402の受光面には加工対象物OBの影である棒状の射影が映し出される。   The servo Y-axis direction optical head 30 is positioned so that the emission direction of the servo Y-axis direction laser beam is the Y-axis direction, and the optical axis intersects with the rotation axis of the workpiece driving device 50. The Y-axis direction light receiving device 40 facing the servo Y-axis direction optical head 30 is provided with a photodetector 402 that receives the servo Y-axis direction laser light. The photodetector 402 is positioned so that the optical axis of the servo Y-axis direction laser beam passes through the center of the light receiving surface. Since the servo Y-axis direction laser beam emitted from the servo Y-axis direction optical head 30 is parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece OB, the shadow of the workpiece OB is reflected on the light receiving surface of the photodetector 402. A rod-like projection is projected.

フォトディテクタ402は、図7に示すように、受光領域が上下に(Z軸方向に)2分割された受光素子を備え、その受光領域C,Dに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号(c,d)として出力する。このフォトディテクタ402は、受光したサーボ用Y軸方向レーザ光(射影光L)における棒状の射影Sが受光領域C,Dの分割線DIVと平行になるように、かつ、Y軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに加工対象物OBの射影Sが受光領域の分割線DIVにより2等分される位置に配置される。   As shown in FIG. 7, the photodetector 402 includes a light receiving element whose light receiving area is divided into two vertically (in the Z-axis direction), and receives a detection signal proportional to the intensity of light incident on the light receiving areas C and D. Output as signals (c, d). This photodetector 402 is processed so that the rod-shaped projection S in the received servo Y-axis laser light (projection light L) for the servo is parallel to the dividing line DIV of the light receiving regions C and D and viewed from the Y-axis direction. When the center axis of the object OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50, the projection S of the object OB is arranged at a position that is equally divided by the dividing line DIV of the light receiving area.

フォトディテクタ402から出力される受光信号(c,d)は、Z軸方向エラー信号生成回路171に入力される。Z軸方向エラー信号生成回路171は、受光信号(c,d)を増幅した後、この信号を使って光強度の差(c−d)を演算し、その演算結果をZ軸方向エラー信号(c−d)としてZ軸方向サーボ回路172に出力する。Z軸方向エラー信号(c−d)の大きさは、加工対象物OBの位置をZ軸方向に変化させると、上述したY軸方向エラー信号(a−b)の特性と同様にS字状に変化する(図6参照)。従って、S字検出範囲rにおいては、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量(加工対象物OBの中心軸とワーク駆動装置50の回転軸とのZ軸方向におけるずれ量)とZ軸方向エラー信号(c−d)の大きさとが一対一に対応する。このため、S字検出範囲r内において、Z軸方向エラー信号(c−d)に基づいて加工対象物OBのZ軸方向のずれ量を検出することができる。   The light reception signal (c, d) output from the photodetector 402 is input to the Z-axis direction error signal generation circuit 171. The Z-axis direction error signal generation circuit 171 amplifies the received light signal (c, d), calculates a difference in light intensity (cd) using this signal, and calculates the calculation result as a Z-axis direction error signal ( cd) is output to the Z-axis servo circuit 172. The magnitude of the Z-axis direction error signal (cd) is S-shaped, similar to the characteristics of the Y-axis direction error signal (ab) described above, when the position of the workpiece OB is changed in the Z-axis direction. (See FIG. 6). Accordingly, in the S-shaped detection range r, the amount of deviation in the Z-axis direction of the workpiece OB (the amount of deviation in the Z-axis direction between the center axis of the workpiece OB and the rotation axis of the workpiece driving device 50) and the Z-axis direction. There is a one-to-one correspondence with the magnitude of the error signal (cd). For this reason, within the S-shaped detection range r, it is possible to detect the amount of deviation of the workpiece OB in the Z-axis direction based on the Z-axis direction error signal (cd).

Z軸方向サーボ回路172は、コントローラ90からの指令により作動を開始し、Z軸方向エラー信号生成回路171から入力したZ軸方向エラー信号(c−d)に基づいて、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分に相当する対物レンズ112のZ軸方向移動量を表すZ軸方向サーボ信号を生成してZ軸方向ドライブ回路173に出力する。Z軸方向ドライブ回路173は、Z軸方向サーボ信号に基づいてZ軸アクチュエータ114zを駆動する信号を出力して、対物レンズ112をZ軸方向に移動させる。従って、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ112が原点位置からZ軸方向に離れた位置に維持される。尚、フォトディテクタ402に映し出される射影の位置は、対物レンズ112のZ軸方向移動によっては変化しない。   The Z-axis direction servo circuit 172 starts to operate in response to a command from the controller 90, and based on the Z-axis direction error signal (cd) input from the Z-axis direction error signal generation circuit 171, Z of the workpiece OB is set. A shift amount in the axial direction is detected, and a Z-axis servo signal indicating the Z-axis direction movement amount of the objective lens 112 corresponding to the shift amount is generated and output to the Z-axis drive circuit 173. The Z-axis direction drive circuit 173 outputs a signal for driving the Z-axis actuator 114z based on the Z-axis direction servo signal, and moves the objective lens 112 in the Z-axis direction. Therefore, the objective lens 112 is maintained at a position away from the origin position in the Z-axis direction by the amount of deviation of the workpiece OB in the Z-axis direction. Note that the position of the projection displayed on the photodetector 402 does not change with the movement of the objective lens 112 in the Z-axis direction.

加工用ヘッド10は、対物レンズ112が原点位置にあり、かつ、加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致している場合に、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物OBの表面に一致するように位置決めされている。このため、加工対象物OBの位置がZ軸方向に変動しても、その変動量だけ対物レンズ112を原点位置からZ軸方向に移動させることにより、常に、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物OBの表面と一致させることができる。つまり、加工用レーザ光の焦点位置を、ワーク駆動装置50の回転軸よりも加工対象物OBの半径分だけ対物レンズ112側に維持させることができる。   In the processing head 10, when the objective lens 112 is at the origin position and the center axis of the processing object OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50, the focal position of the processing laser light is the processing target. Positioned to coincide with the surface of the object OB. For this reason, even if the position of the workpiece OB fluctuates in the Z-axis direction, the focal position of the machining laser beam is always machined by moving the objective lens 112 in the Z-axis direction from the origin position by the fluctuation amount. It can be made to coincide with the surface of the object OB. That is, the focal position of the processing laser beam can be maintained closer to the objective lens 112 than the rotation axis of the workpiece driving device 50 by the radius of the processing object OB.

サーボ用Y軸方向光ヘッド30は、レーザ光源302から出射されたサーボ用レーザ光の一部(例えば、5%)を偏光ビームスプリッタ306で反射させ、その反射光を集光レンズ308によりフォトディテクタ310の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ310は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ310は、レーザ光源302が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340に供給される。   The servo Y-axis direction optical head 30 reflects a part (for example, 5%) of the servo laser light emitted from the laser light source 302 by the polarization beam splitter 306, and the reflected light by the condenser lens 308. The structure which condenses on the light-receiving surface is provided. The photodetector 310 is a light receiving element that outputs a light reception signal corresponding to the intensity of light collected on the light receiving surface. Therefore, the photodetector 310 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the servo laser light emitted from the laser light source 302. This light reception signal is supplied to the servo Y-axis direction laser drive circuit 340.

サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340は、コントローラ90からの指令に基づいて、レーザ光源302に対して、加工対象物OBの表面を変化させず、かつ、Y軸方向受光装置40のフォトディテクタ402で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340は、フォトディテクタ310が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源302に出力する電流あるいは電圧を制御する。これにより、サーボ用Y軸方向光ヘッド30から出射するサーボ用Y軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。   The servo Y-axis direction laser drive circuit 340 does not change the surface of the workpiece OB with respect to the laser light source 302 based on a command from the controller 90, and the photo-detector 402 of the Y-axis direction light receiving device 40 is used. This is a circuit for supplying current and voltage for emitting servo laser light having an intensity capable of detecting projected light. In the present embodiment, the servo Y-axis direction laser drive circuit 340 feeds back the light reception signal output from the photodetector 310 and outputs the current output to the laser light source 302 so that the intensity of the light reception signal becomes a preset set intensity. Alternatively, the voltage is controlled. Thus, the intensity of the servo Y-axis direction laser light emitted from the servo Y-axis direction optical head 30 is maintained at a constant appropriate value.

コントローラ90は、CPU、ROM、RAMを備えたマイクロコンピュータと、ハードディスクや不揮発性メモリなどの記憶装置と、入出力インタフェース等から構成される電子制御装置である。コントローラ90には、作業者が各種パラメータや処理等を指示するための入力装置91と、作業者に対して作動状況等を視覚的に知らせるための表示装置92とが接続されている。   The controller 90 is an electronic control device including a microcomputer including a CPU, a ROM, and a RAM, a storage device such as a hard disk and a nonvolatile memory, an input / output interface, and the like. Connected to the controller 90 are an input device 91 for an operator to instruct various parameters, processing, and the like, and a display device 92 for visually informing the operator of the operation status and the like.

次に、レーザ加工を行う際の制御について説明する。図8は、コントローラ90が実行するレーザ加工制御ルーチンを表すフローチャートである。レーザ加工制御ルーチンは、コントローラ90のROM内に制御プログラムとして記憶されている。作業者は、加工対象物OBをワーク駆動装置50にセットした後、入力装置91を使ってレーザ加工の開始指示操作を行う。これにより、本制御ルーチンが起動する。   Next, control when performing laser processing will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a laser processing control routine executed by the controller 90. The laser processing control routine is stored in the ROM of the controller 90 as a control program. After setting the workpiece OB on the workpiece driving device 50, the operator performs a laser machining start instruction operation using the input device 91. Thereby, this control routine is started.

本制御ルーチンがステップS100にて起動すると、コントローラ90は、ステップS102において、各種回路の作動を開始させる。続いて、ステップS104において、フィードモータ制御回路57に対して加工開始位置への移動指令を出力する。この指令により、フィードモータ制御回路57は、移動位置検出回路58により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ55を駆動して移動ステージ51を加工開始位置にまで移動させる。続いて、コントローラ90は、ステップS106において、スピンドルモータ制御回路56に対して回転開始指令を出力する。これにより、スピンドルモータ52が起動して加工対象物OBの回転が始まる。このとき、スピンドルモータ制御回路56は、エンコーダ52aにより検出されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ52の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ90によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ52の回転を制御する。   When this control routine is activated in step S100, the controller 90 starts the operation of various circuits in step S102. Subsequently, in step S104, a command to move to the machining start position is output to the feed motor control circuit 57. In response to this command, the feed motor control circuit 57 drives the feed motor 55 while taking the movement position detected by the movement position detection circuit 58 to move the movement stage 51 to the machining start position. Subsequently, the controller 90 outputs a rotation start command to the spindle motor control circuit 56 in step S106. As a result, the spindle motor 52 is activated and the workpiece OB starts to rotate. At this time, the spindle motor control circuit 56 calculates the rotational speed of the spindle motor 52 from the number of pulses per unit time of the pulse train signal detected by the encoder 52a, and the calculated rotational speed becomes the rotational speed set by the controller 90. The rotation of the spindle motor 52 is controlled so as to be equal.

続いて、コントローラ90は、ステップS108において、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240とサーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340とに対して、サーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Z軸方向光ヘッド20からサーボ用Z軸方向レーザ光が加工対象物OBに対してZ軸方向に照射され、サーボ用Y軸方向光ヘッド30からサーボ用Y軸方向レーザ光が加工対象物OBに対してY軸方向に照射される。この処理は、本発明のZ軸方向照射ステップとY軸方向照射ステップとを含んだサーボ用レーザ光照射ステップに相当する。また、このサーボ用レーザ光の照射により、フォトディテクタ118が受光信号(a,b)を出力する処理が、本発明のZ軸方向レーザ光検出ステップに相当し、フォトディテクタ402が受光信号(c,d)を出力する処理が、本発明のY軸方向レーザ光検出ステップに相当する。   Subsequently, in step S108, the controller 90 outputs a servo laser beam irradiation start command to the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 and the servo Y-axis direction laser drive circuit 340. Accordingly, the servo Z-axis direction laser head 20 irradiates the servo Z-axis direction laser beam to the workpiece OB in the Z-axis direction, and the servo Y-axis direction optical head 30 emits the servo Y-axis direction laser beam. Irradiation is performed on the workpiece OB in the Y-axis direction. This process corresponds to a servo laser beam irradiation step including the Z-axis direction irradiation step and the Y-axis direction irradiation step of the present invention. Further, the process in which the photodetector 118 outputs the light reception signal (a, b) by the irradiation of the servo laser light corresponds to the Z-axis direction laser light detection step of the present invention, and the photodetector 402 receives the light reception signal (c, d). ) Corresponds to the Y-axis direction laser beam detection step of the present invention.

続いて、コントローラ90は、ステップS110において、Y軸方向サーボ回路162とZ軸方向サーボ回路172とに対して、サーボ制御の開始指令を出力する。これにより、Y軸方向サーボ回路162は、Y軸方向エラー信号生成回路161からY軸方向エラー信号(a−b)を入力し、このY軸方向エラー信号(a−b)に基づいて、Y軸方向エラー信号(a−b)が常にゼロとなるようなY軸方向サーボ信号を生成してY軸方向ドライブ回路163に出力する。Y軸方向ドライブ回路163は、Y軸方向サーボ信号に基づいてY軸アクチュエータ114yを駆動する信号を出力して、対物レンズ112をY軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ118に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ112のY軸方向位置が制御され、加工用レーザ光の光軸が加工対象物OBの中心軸と交差するように維持される。この処理は、本発明のY軸方向サーボステップに相当する。   Subsequently, in step S110, the controller 90 outputs a servo control start command to the Y-axis direction servo circuit 162 and the Z-axis direction servo circuit 172. Thereby, the Y-axis direction servo circuit 162 receives the Y-axis direction error signal (ab) from the Y-axis direction error signal generation circuit 161, and based on the Y-axis direction error signal (ab), the Y-axis direction error signal (ab) A Y-axis direction servo signal is generated so that the axial direction error signal (ab) is always zero, and is output to the Y-axis direction drive circuit 163. The Y-axis direction drive circuit 163 outputs a signal for driving the Y-axis actuator 114y based on the Y-axis direction servo signal, and moves the objective lens 112 in the Y-axis direction. Therefore, the position of the objective lens 112 in the Y-axis direction is controlled so that the projection projected on the photodetector 118 is maintained at the center of the light receiving surface, so that the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis of the processing object OB. Maintained. This process corresponds to the Y-axis direction servo step of the present invention.

同様に、Z軸方向サーボ回路172は、Z軸方向エラー信号生成回路171からZ軸方向エラー信号(c−d)を入力し、このZ軸方向エラー信号(c−d)に基づいて、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ112のZ軸方向移動量を表すZ軸方向サーボ信号を生成してZ軸方向ドライブ回路173に出力する。Z軸方向ドライブ回路173は、Z軸方向サーボ信号に基づいてZ軸アクチュエータ114zを駆動する信号を出力して、対物レンズ112をZ軸方向に移動させる。従って、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ112が原点位置からZ軸方向に離れた位置に制御され、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物OBの表面と常に一致するようになる。この処理は、本発明のZ軸方向サーボステップに相当する。   Similarly, the Z-axis direction servo circuit 172 receives the Z-axis direction error signal (cd) from the Z-axis direction error signal generation circuit 171 and performs machining based on the Z-axis direction error signal (cd). The amount of deviation of the object OB in the Z-axis direction is detected, and a Z-axis direction servo signal representing the amount of movement of the objective lens 112 in the Z-axis direction corresponding to the amount of deviation is generated and output to the Z-axis direction drive circuit 173. The Z-axis direction drive circuit 173 outputs a signal for driving the Z-axis actuator 114z based on the Z-axis direction servo signal, and moves the objective lens 112 in the Z-axis direction. Accordingly, the objective lens 112 is controlled to a position away from the origin position in the Z-axis direction by the amount of deviation of the processing object OB in the Z-axis direction, and the focal position of the processing laser light always matches the surface of the processing object OB. To come. This processing corresponds to the Z-axis direction servo step of the present invention.

続いて、コントローラ90は、ステップS112において、加工用レーザ駆動回路150に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ90は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物OBが変化しない低レベルに設定した照射開始指令を出力する。これにより、加工用レーザ駆動回路150は、レーザ光源102に供給する電圧および電流の強度を低いレベルに設定してレーザ光源102を駆動させる。従って、加工用ヘッド10からは、非加工強度のレーザ光が加工対象物OBに向けて出射されることになる。加工対象物OBは、この非加工強度のレーザ光に対してはレーザ加工されない。   Subsequently, in step S112, the controller 90 outputs a processing laser light irradiation start command to the processing laser drive circuit 150. In this case, the controller 90 outputs an irradiation start command in which the intensity of the processing laser light is set to a low level at which the processing object OB does not change. As a result, the processing laser drive circuit 150 drives the laser light source 102 by setting the intensity of the voltage and current supplied to the laser light source 102 to low levels. Accordingly, a non-machining intensity laser beam is emitted from the machining head 10 toward the workpiece OB. The processing object OB is not laser-processed with respect to this non-processing intensity laser beam.

続いて、コントローラ90は、ステップS114において、加工用ヘッド10に設けられたフォトディテクタ122の出力する受光信号を増幅回路152,A/D変換器153を介して取り込んで加工用レーザ光の反射光強度Rを検出する。次に、ステップS116において、反射光強度Rが下限値Rrefを上回っているか否かを判断する。反射光強度Rが下限値Rrefを上回っていれば、上述したZ軸方向サーボ制御とY軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断して、その処理をステップS118に進める。一方、反射光強度Rが下限値Rref以下であれば、Z軸方向サーボ制御とY軸方向サーボ制御とが正常に行われていないと判断して、ステップS138において、表示装置92にその旨を表示し、その処理をステップS130に進める。このステップS116,S138の処理が、本発明の焦点位置不適正判定ステップに相当する。   Subsequently, in step S114, the controller 90 takes in the received light signal output from the photodetector 122 provided in the processing head 10 via the amplifier circuit 152 and the A / D converter 153, and reflects the reflected light intensity of the processing laser light. R is detected. Next, in step S116, it is determined whether or not the reflected light intensity R exceeds the lower limit value Rref. If the reflected light intensity R exceeds the lower limit value Rref, it is determined that the Z-axis direction servo control and the Y-axis direction servo control described above are normally performed, and the process proceeds to step S118. On the other hand, if the reflected light intensity R is less than or equal to the lower limit value Rref, it is determined that the Z-axis direction servo control and the Y-axis direction servo control are not normally performed, and in step S138, the display device 92 is informed. Display, and the process proceeds to step S130. The processing in steps S116 and S138 corresponds to the focal position inappropriateness determination step of the present invention.

コントローラ90は、ステップS116において「Yes」、つまり、Z軸方向サーボ制御とY軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断した場合には、ステップS118において、加工用レーザ駆動回路150に対して、レーザ光源102から出射されているレーザ光の強度を非加工強度から加工強度に変更する指令を出力する。これにより、加工用レーザ駆動回路150は、レーザ光源102に供給する電圧および電流の強度を加工用レベルに切り換えてレーザ光源102を作動させる。従って、加工用ヘッド10からは、加工強度のレーザ光が加工対象物OBに向けて出射されることになる。   If the controller 90 determines “Yes” in step S116, that is, if the Z-axis direction servo control and the Y-axis direction servo control are normally performed, the controller 90 sends the processing laser drive circuit 150 to the processing laser drive circuit 150 in step S118. On the other hand, a command for changing the intensity of the laser light emitted from the laser light source 102 from the non-processing intensity to the processing intensity is output. As a result, the processing laser drive circuit 150 operates the laser light source 102 by switching the intensity of the voltage and current supplied to the laser light source 102 to the processing level. Therefore, the processing head 10 emits a laser beam having a processing intensity toward the processing object OB.

続いて、コントローラ90は、ステップS120において、フィードモータ制御回路57に対して移動ステージ51のX軸方向への移動開始指令を出力する。フィードモータ制御回路57は、エンコーダ55aから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ51の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ55を駆動制御する。   Subsequently, the controller 90 outputs a movement start command of the moving stage 51 in the X-axis direction to the feed motor control circuit 57 in step S120. The feed motor control circuit 57 calculates the moving speed of the moving stage 51 from the number of pulses per unit time of the pulse train signal output from the encoder 55a, and drives and controls the feed motor 55 so that the calculated moving speed becomes the set speed. To do.

これにより、加工対象物OBは、その中心軸回りに回転するとともにX軸方向に移動し、その表面に加工用レーザ光が照射される。従って、加工対象物OBは、螺旋状に加工用レーザ光が照射され、その照射軌跡に沿ってフォトレジストに反応跡が形成される。また、同時に、加工用レーザ光の光軸が加工対象物OBの中心軸と交差し、かつ、焦点位置が加工対象物OBの表面に一致するように、対物レンズ112のZ軸方向とY軸方向の位置が制御される。従って、加工対象物OBの表面には、適正に集光された加工用レーザ光が垂直に照射され、適正幅の螺旋状の反応跡がフォトレジストに形成される。   Thereby, the processing object OB rotates around its central axis and moves in the X-axis direction, and the processing laser beam is irradiated on the surface thereof. Accordingly, the processing object OB is irradiated with the processing laser light in a spiral shape, and a reaction trace is formed in the photoresist along the irradiation trajectory. At the same time, the Z-axis direction and the Y-axis of the objective lens 112 so that the optical axis of the processing laser beam intersects the center axis of the processing object OB and the focal position coincides with the surface of the processing object OB. The position of the direction is controlled. Accordingly, the surface of the object OB to be processed is irradiated with a vertically focused processing laser beam vertically, and a spiral reaction trace having an appropriate width is formed in the photoresist.

続いて、コントローラ90は、ステップS122において、移動位置検出回路58により検出される移動ステージ51の移動位置を取り込み、ステップS124において、現時点の移動位置が加工終了位置に到達したか否かを判断する。ステップS122,S124の処理は、移動ステージ51の移動位置が加工終了位置に到達するまで繰り返される。従って、この間は、上述したように、加工対象物OBのレーザ加工、および、サーボ制御が継続される。   Subsequently, the controller 90 takes in the movement position of the movement stage 51 detected by the movement position detection circuit 58 in step S122, and determines whether or not the current movement position has reached the machining end position in step S124. . The processes in steps S122 and S124 are repeated until the moving position of the moving stage 51 reaches the processing end position. Accordingly, during this period, as described above, laser processing and servo control of the workpiece OB are continued.

移動ステージ51の移動位置が加工終了位置に達すると(S124:Yes)、コントローラ90は、ステップS126において、加工用レーザ駆動回路150に対して加工用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、加工用レーザ光の照射が停止される。次に、ステップS128において、フィードモータ制御回路57に対して移動ステージ51の移動停止指令を出力する。これによりフィードモータ55への通電が停止され移動ステージ51が停止する。続いて、コントローラ90は、ステップS130において、Y軸方向サーボ回路162とZ軸方向サーボ回路172とに対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Y軸アクチュエータ114zおよびZ軸アクチュエータ114zの作動が停止する。次に、ステップS132において、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240とサーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Z軸方向光ヘッド20からのサーボ用Z軸方向レーザ光の照射、および、サーボ用Y軸方向光ヘッド30からのサーボ用Y軸方向レーザ光の照射が停止される。   When the moving position of the moving stage 51 reaches the processing end position (S124: Yes), the controller 90 outputs a processing laser light irradiation stop command to the processing laser drive circuit 150 in step S126. Thereby, irradiation of the processing laser beam is stopped. Next, in step S128, a movement stop command for the moving stage 51 is output to the feed motor control circuit 57. As a result, energization of the feed motor 55 is stopped and the moving stage 51 is stopped. Subsequently, in step S130, the controller 90 outputs a servo control stop command to the Y-axis direction servo circuit 162 and the Z-axis direction servo circuit 172. As a result, the operations of the Y-axis actuator 114z and the Z-axis actuator 114z are stopped. Next, in step S132, a servo laser light irradiation stop command is output to the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 and the servo Y-axis direction laser drive circuit 340. Thereby, the irradiation of the servo Z-axis direction laser light from the servo Z-axis direction optical head 20 and the irradiation of the servo Y-axis direction laser light from the servo Y-axis direction optical head 30 are stopped.

続いて、コントローラ90は、ステップS134において、スピンドルモータ制御回路56に対して回転停止指令を出力する。これにより、スピンドルモータ52への通電が停止され、加工対象物OBの回転が停止する。次に、ステップS136において、フィードモータ制御回路57に対して加工対象物OBの取り外し位置への移動指令を出力する。これによりフィードモータ制御回路57は、移動位置検出回路58により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ55を駆動して移動ステージ51を加工対象物OBの取り外し位置にまで移動させる。作業者は、この位置で加工対象物OBをワーク駆動装置50から取り外す。こうして、移動ステージ51が所定の取り外し位置にまで移動すると、ステップS140により本レーザ加工制御ルーチンが終了する。   Subsequently, the controller 90 outputs a rotation stop command to the spindle motor control circuit 56 in step S134. Thereby, the energization to the spindle motor 52 is stopped, and the rotation of the workpiece OB is stopped. Next, in step S136, a command to move the workpiece OB to the removal position is output to the feed motor control circuit 57. Accordingly, the feed motor control circuit 57 drives the feed motor 55 while taking in the movement position detected by the movement position detection circuit 58 to move the movement stage 51 to the removal position of the workpiece OB. The operator removes the workpiece OB from the workpiece driving device 50 at this position. When the moving stage 51 is moved to the predetermined removal position in this way, the laser processing control routine is finished in step S140.

以上説明した第1実施形態のレーザ加工装置によれば、加工対象物OBに対して、サーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光とを加工対象物OBに照射し、その射影の位置に基づいて、加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物OBの中心軸と交差し、かつ、焦点位置が加工対象物OBの表面に一致するように、対物レンズ112のZ軸方向とY軸方向の位置が制御される。従って、本実施形態のように50μmという非常に細いパイプ状の加工対象物OBの表面をレーザ加工する場合でも、適正に集光した加工用レーザ光を加工対象物OBの表面に垂直に照射することができ、これにより、適正幅の螺旋状の反応跡をフォトレジストに形成することができる。この結果、高精度にマイクロスプリング製作用のパイプを製造することが可能となる。   According to the laser processing apparatus of the first embodiment described above, the processing object OB is irradiated with the servo Z-axis direction laser light and the servo Y-axis direction laser light onto the processing object OB, and the projection thereof. Of the objective lens 112 so that the position of the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis of the processing object OB and the focal position coincides with the surface of the processing object OB. The direction and the position in the Y-axis direction are controlled. Therefore, even when the surface of a very thin pipe-shaped workpiece OB of 50 μm is laser-processed as in the present embodiment, the laser beam for processing that is properly condensed is irradiated perpendicularly to the surface of the workpiece OB. Accordingly, a spiral reaction trace having an appropriate width can be formed in the photoresist. As a result, it is possible to manufacture a pipe for producing a microspring with high accuracy.

また、本実施形態においては、加工用レーザ光とサーボ用Z軸方向レーザ光とを同一の光軸上で照射し、フォトディテクタ118の受光信号から得られたY軸方向エラー信号(a−b)をフィードバックして、Y軸方向エラー信号(a−b)が常にゼロとなるようにクローズドループ制御によりY軸アクチュエータ114yを駆動するため、特にY軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。   In the present embodiment, the processing laser beam and the servo Z-axis direction laser beam are irradiated on the same optical axis, and the Y-axis direction error signal (ab) obtained from the light reception signal of the photodetector 118. Thus, the Y-axis actuator 114y is driven by closed loop control so that the Y-axis direction error signal (ab) is always zero, so that the Y-axis direction servo control can be performed with high accuracy.

また、加工用レーザ光の反射光強度Rと下限値Rrefとの比較に基づいて、Z軸方向サーボ制御とY軸方向サーボ制御の異常発生の有無を判定し、異常が検出されたときには、加工用レーザ光の焦点位置が適正となっていないためレーザ加工を中止する。これにより、レーザ加工の失敗を防止することができる。   Further, based on the comparison between the reflected light intensity R of the machining laser beam and the lower limit value Rref, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the Z-axis direction servo control and the Y-axis direction servo control. Laser processing is stopped because the focal position of the laser beam for use is not appropriate. Thereby, the failure of laser processing can be prevented.

また、サーボ用Z軸方向レーザ光およびサーボ用Y軸方向レーザ光を出射するにあたり、フォトディテクタ210,310で検出した光の強度が設定強度となるようにレーザ光源202,302の出力を制御するため、Z軸方向およびY軸方向のサーボ制御を精度良く行うことができる。   In order to control the outputs of the laser light sources 202 and 302 so that the intensity of the light detected by the photodetectors 210 and 310 becomes the set intensity when the servo Z-axis laser light and the servo Y-axis laser light are emitted. Servo control in the Z-axis direction and the Y-axis direction can be performed with high accuracy.

次に、第2実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図9は、第2実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド12の概略構成を表す。第2実施形態のレーザ加工装置は、第1実施形態のレーザ加工装置の加工用ヘッド10とサーボ用Z軸方向光ヘッド20に代えて、加工用ヘッド12を設けたもので、他の構成については第1実施形態と同一である。この加工用ヘッド12は、加工用レーザ光を照射/受光する構成に加えて、サーボ用Z軸レーザ光を照射/受光する構成を備えている。以下、第1実施形態と同様な構成については、図面に第1実施形態と同一の符号を付して簡単な説明に留める。   Next, a laser processing apparatus according to the second embodiment will be described. FIG. 9 shows a schematic configuration of the processing head 12 in the laser processing apparatus of the second embodiment. The laser processing apparatus of the second embodiment is provided with a processing head 12 in place of the processing head 10 and servo Z-axis direction optical head 20 of the laser processing apparatus of the first embodiment. Is the same as in the first embodiment. This processing head 12 has a configuration for irradiating / receiving a servo Z-axis laser beam in addition to a configuration for irradiating / receiving a processing laser beam. Hereinafter, about the structure similar to 1st Embodiment, the code | symbol same as 1st Embodiment is attached | subjected to drawing, and only a brief description is given.

加工用ヘッド12は、第1実施形態の加工用ヘッド10と同様に、加工用レーザ光を加工対象物OBに照射する構成としてレーザ光源102,コリメートレンズ104,偏光ビームスプリッタ106,1/4波長板108,ダイクロイックミラー110,対物レンズ112を備え、加工用レーザ光の反射光強度を検出する構成として集光レンズ120、フォトディテクタ122を備え、レーザ光源102から出射する加工用レーザ光の強度を検出する構成として集光レンズ124,フォトディテクタ126を備え、対物レンズ112をZ軸方向とY軸方向とに駆動する構成としてZ軸アクチュエータ114zとY軸アクチュエータ114yからなるフォーカスアクチュエータ114を備える。   Similar to the processing head 10 of the first embodiment, the processing head 12 is configured to irradiate the processing object OB with a processing laser beam 102, a collimating lens 104, a polarization beam splitter 106, and a quarter wavelength. A plate 108, a dichroic mirror 110, and an objective lens 112 are provided, and a condenser lens 120 and a photodetector 122 are provided as a configuration for detecting the reflected light intensity of the processing laser light, and the intensity of the processing laser light emitted from the laser light source 102 is detected The configuration includes a condensing lens 124 and a photodetector 126, and a configuration for driving the objective lens 112 in the Z-axis direction and the Y-axis direction includes a focus actuator 114 including a Z-axis actuator 114z and a Y-axis actuator 114y.

更に、加工用ヘッド12は、サーボ用レーザ光を照射するレーザ光源130と、レーザ光源130から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ132,偏光ビームスプリッタ134,1/4波長板136を備えている。レーザ光源130は、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源130から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ132により平行光となって偏光ビームスプリッタ134に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半(例えば、95%)が偏光ビームスプリッタ134をそのまま透過して1/4波長板136を通過して直線偏光から円偏光に変換される。1/4波長板136を通過したサーボ用レーザ光は、加工用レーザ光の光路途中に設けられるダイクロイックミラー110に入射し、そこで反射する。従って、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光とが合成されて対物レンズ112に入射する。この場合、ダイクロイックミラー110で反射したサーボ用レーザ光の光軸と、ダイクロイックミラー110を透過した加工用レーザ光の光軸とが一致するように、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光の光路が設定されている。   Further, the processing head 12 includes a laser light source 130 for irradiating servo laser light, a collimating lens 132 provided along the optical axis of the servo laser light emitted from the laser light source 130, a polarization beam splitter 134, 1 / A four-wave plate 136 is provided. The laser light source 130 is driven by the current and voltage supplied from the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 to emit servo laser light. The servo laser light emitted from the laser light source 130 is collimated by the collimator lens 132 and enters the polarization beam splitter 134. Most of the servo laser light (for example, 95%) passes through the polarization beam splitter 134 as it is, passes through the quarter-wave plate 136, and is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. The servo laser light that has passed through the quarter-wave plate 136 is incident on the dichroic mirror 110 provided in the optical path of the processing laser light, and is reflected there. Therefore, the servo laser beam and the processing laser beam are combined and enter the objective lens 112. In this case, the optical paths of the servo laser beam and the processing laser beam are such that the optical axis of the servo laser beam reflected by the dichroic mirror 110 and the optical axis of the processing laser beam transmitted through the dichroic mirror 110 coincide with each other. Is set.

サーボ用レーザ光は、加工用レーザ光と同様に、対物レンズ112により加工対象物OBの直径よりも小さな径に集光されて加工対象物OBの表面にスポット状に照射される。この加工対象物OBの照射されるサーボ用レーザ光がサーボ用Z軸方向レーザ光である。加工用レーザ光およびサーボ用Z軸方向レーザ光は、加工対象物OBの表面で反射して対物レンズ112に入射し平行光に戻される。この場合、加工用レーザ光は、そのままダイクロイックミラー110を透過するが、サーボ用Z軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー110で反射する。従って、ダイクロイックミラー110で加工用レーザ光とサーボ用Z軸方向レーザ光とが分離されることになる。   Similarly to the processing laser light, the servo laser light is condensed to a diameter smaller than the diameter of the processing object OB by the objective lens 112 and irradiated onto the surface of the processing object OB in a spot shape. The servo laser beam irradiated on the workpiece OB is the servo Z-axis direction laser beam. The machining laser beam and the servo Z-axis direction laser beam are reflected by the surface of the workpiece OB, enter the objective lens 112, and return to parallel light. In this case, the processing laser light passes through the dichroic mirror 110 as it is, but the servo Z-axis direction laser light is reflected by the dichroic mirror 110. Therefore, the machining laser beam and the servo Z-axis direction laser beam are separated by the dichroic mirror 110.

ダイクロイックミラー110で反射したサーボ用Z軸方向レーザ光は、1/4波長板136を通過する。この場合、サーボ用Z軸方向レーザ光(反射光)は、1/4波長板を2回通過したことになるため、レーザ光源130から出射されたレーザ光とは偏光方向が90°相違したものとなる。従って、サーボ用Z軸方向レーザ光は、偏光ビームスプリッタ134で反射する。   The servo Z-axis direction laser light reflected by the dichroic mirror 110 passes through the quarter-wave plate 136. In this case, the servo Z-axis direction laser light (reflected light) passes through the quarter-wave plate twice, so that the polarization direction differs from the laser light emitted from the laser light source 130 by 90 °. It becomes. Therefore, the servo Z-axis direction laser light is reflected by the polarization beam splitter 134.

偏光ビームスプリッタ134の反射方向には、フォトディテクタ140が設けられている。従って、加工対象物OBの表面を反射したサーボ用Z軸方向レーザ光は、フォトディテクタ140に入射する。このフォトディテクタ140は、第1実施形態のフォトディテクタ118と同様に、受光領域が左右に(Y軸方向)2分割された2つの受光素子を備え、その受光領域A,Bに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号(a,b)として出力する。また、フォトディテクタ140は、対物レンズ112が原点位置にあり、かつ、Z軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに、図10(b)に示すように、サーボ用Z軸方向レーザ光が受光領域の分割線DIVにより2等分される位置に配置される。   A photodetector 140 is provided in the reflection direction of the polarization beam splitter 134. Therefore, the servo Z-axis direction laser light reflected from the surface of the workpiece OB is incident on the photodetector 140. Similar to the photodetector 118 of the first embodiment, the photodetector 140 includes two light receiving elements in which the light receiving area is divided into left and right (Y-axis direction), and the intensity of light incident on the light receiving areas A and B is adjusted. A proportional detection signal is output as a light reception signal (a, b). Further, when the objective lens 112 is at the origin position and the center axis of the workpiece OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50 when the objective lens 112 is at the origin position, the photodetector 140 is in FIG. 2), the servo Z-axis direction laser beam is arranged at a position that is divided into two equal parts by the dividing line DIV of the light receiving region.

フォトディテクタ140から出力される受光信号(a,b)は、第1実施形態と同様にY軸方向エラー信号生成回路161に入力される。Y軸方向エラー信号生成回路161は、受光信号(a,b)を増幅した後、この信号を使って光強度の差(a−b)演算し、その演算結果をY軸方向エラー信号(a−b)としてY軸方向サーボ回路162に出力する。加工対象物OBの位置がY軸方向に変動すると、図10(a),(b),(c)に示すように、その変動位置に応じて加工対象物OBに照射されるサーボ用Z軸方向レーザ光の位置が変化し、これに伴って、フォトディテクタ140に受光される反射光RLの位置が変化する。このため、Y軸方向エラー信号(a−b)の大きさは、加工対象物OBの中心軸とワーク駆動装置50の回転軸とのY軸方向におけるずれ量を表すものとなる。   The received light signals (a, b) output from the photodetector 140 are input to the Y-axis direction error signal generation circuit 161 as in the first embodiment. The Y-axis direction error signal generation circuit 161 amplifies the received light signal (a, b), calculates a light intensity difference (ab) using this signal, and outputs the calculated result as a Y-axis direction error signal (a -B) is output to the Y-axis direction servo circuit 162. When the position of the workpiece OB fluctuates in the Y-axis direction, as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C, the servo Z-axis irradiated to the workpiece OB according to the fluctuating position. The position of the directional laser beam changes, and accordingly, the position of the reflected light RL received by the photodetector 140 changes. For this reason, the magnitude of the Y-axis direction error signal (ab) represents the amount of deviation in the Y-axis direction between the center axis of the workpiece OB and the rotation axis of the workpiece driving device 50.

Y軸方向サーボ回路162およびY軸方向ドライブ回路163の動作についても第1実施形態と同様である。つまり、Y軸方向サーボ回路162が、Y軸方向エラー信号生成回路163から入力したY軸方向エラー信号(a−b)に基づいて、Y軸方向エラー信号(a−b)が常にゼロとなるようなY軸方向サーボ信号を生成し、Y軸方向ドライブ回路163が、Y軸方向サーボ信号に基づいてY軸アクチュエータ114yに駆動信号を出力して、対物レンズ112をY軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ140に受光されたサーボ用Z軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるように対物レンズ112のY軸方向位置が制御されることとなる。このため、加工用レーザ光の光軸が加工対象物OBの中心軸と交差するように維持される。   The operations of the Y-axis direction servo circuit 162 and the Y-axis direction drive circuit 163 are the same as in the first embodiment. That is, the Y-axis direction error signal (ab) is always zero based on the Y-axis direction error signal (ab) input from the Y-axis direction error signal generation circuit 163 by the Y-axis direction servo circuit 162. The Y-axis direction servo signal is generated, and the Y-axis direction drive circuit 163 outputs a drive signal to the Y-axis actuator 114y based on the Y-axis direction servo signal to move the objective lens 112 in the Y-axis direction. Therefore, the position of the objective lens 112 in the Y-axis direction is controlled so that the reflected light of the servo Z-axis laser beam received by the photodetector 140 is maintained at the center of the light-receiving surface. For this reason, the optical axis of the processing laser light is maintained so as to intersect the central axis of the processing object OB.

加工用ヘッド12は、更に、レーザ光源130から出射されたサーボ用レーザ光の一部(例えば、5%)を偏光ビームスプリッタ134で反射させ、その反射光を集光レンズ142によりフォトディテクタ144の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ144は、第1実施形態のフォトディテクタ210と同様に、レーザ光源130が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240に供給される。サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240は、フォトディテクタ144が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した強度となるようにレーザ光源130の出力を調整する。これにより、加工用ヘッド12から加工対象物OBに向けて出射するサーボ用Z軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。   The processing head 12 further reflects a part (for example, 5%) of the servo laser light emitted from the laser light source 130 by the polarization beam splitter 134, and the reflected light is received by the photodetector 144 by the condenser lens 142. A configuration for condensing light onto the surface is provided. The photodetector 144 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the servo laser light emitted from the laser light source 130, as with the photodetector 210 of the first embodiment. This light reception signal is supplied to the servo Z-axis direction laser drive circuit 240. The servo Z-axis direction laser drive circuit 240 feeds back the light reception signal output from the photodetector 144 and adjusts the output of the laser light source 130 so that the intensity of the light reception signal becomes a preset intensity. As a result, the intensity of servo Z-axis direction laser light emitted from the processing head 12 toward the processing object OB is maintained at a constant appropriate value.

また、第2実施形態のレーザ加工装置は、第1実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。   Moreover, the laser processing apparatus of 2nd Embodiment performs the laser processing control routine similar to 1st Embodiment.

以上説明した第2実施形態のレーザ加工装置においては、加工用ヘッド12によりサーボ用Z軸方向レーザ光を集光して加工対象物OBに照射し、その反射光の位置に基づいて加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物OBの中心軸と交差するように対物レンズ112のY軸方向の位置を制御するとともに、サーボ用Y軸方向光ヘッド30により加工対象物OBの直径より大きな直径のサーボ用レーザ光(平行光)を加工対象物OBに照射して、その射影光をY軸方向受光装置40にて受光し、射影の位置に基づいて加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物OBの表面位置と一致するように対物レンズ112のZ軸方向の位置を制御する。従って、第1実施形態と同様な効果を奏する。また、サーボ用Z軸方向レーザ光の反射光の検出位置は、加工対象物OBのY軸方向の変位に対して大きく変動するため、Y軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。   In the laser processing apparatus according to the second embodiment described above, servo laser light in the Z-axis direction is condensed by the processing head 12 and applied to the processing object OB, and the processing laser is based on the position of the reflected light. The position of the objective lens 112 in the Y-axis direction is controlled so that the position of the optical axis of the light intersects the central axis of the workpiece OB, and the servo Y-axis optical head 30 is larger than the diameter of the workpiece OB. A servo laser beam having a diameter (parallel light) is irradiated onto the workpiece OB, and the projected light is received by the Y-axis direction light receiving device 40, and the focal position of the machining laser beam is processed based on the position of the projection. The position of the objective lens 112 in the Z-axis direction is controlled so as to coincide with the surface position of the object OB. Accordingly, the same effects as those of the first embodiment are obtained. Further, the detection position of the reflected light of the servo Z-axis direction laser beam greatly varies with respect to the displacement of the workpiece OB in the Y-axis direction, so that Y-axis direction servo control can be performed with high accuracy.

次に、第3実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。この第3実施形態のレーザ加工装置は、Z軸方向のサーボ制御をクローズドループ制御で実施できるようにしたもので、第1実施形態のレーザ加工装置とは、Y軸方向受光装置、Z軸方向のサーボ系回路が相違し、他の構成については第1実施形態と同一である。   Next, a laser processing apparatus according to the third embodiment will be described. The laser processing apparatus according to the third embodiment can perform servo control in the Z-axis direction by closed-loop control. The laser processing apparatus according to the first embodiment includes a Y-axis direction light receiving device and a Z-axis direction. The other servo system circuits are the same as those in the first embodiment.

図11に示すように、第3実施形態のレーザ加工装置におけるY軸方向受光装置43は、第1実施形態におけるY軸方向受光装置40のフォトディテクタ402の入射部に第1リレーレンズ404、第2リレーレンズ406を設け、更に、第1リレーレンズ404をZ軸方向に駆動するリレーレンズアクチュエータ408を設けたものである。第1リレーレンズ404は、サーボ用Y軸方向光ヘッド30から出射したサーボ用Y軸方向レーザ光(加工対象物OBの射影光)を集光し、第2リレーレンズ406は、第1リレーレンズ404で集光したサーボ用Y軸方向レーザ光を平行光に戻す。フォトディテクタ402は、第2リレーレンズ406を通過したサーボ用Y軸方向レーザ光を受光する。第1リレーレンズ404は、その位置がリレーレンズアクチュエータ408によりZ軸方向に移動可能となっている。第1リレーレンズ404は、リレーレンズアクチュエータ408が通電されていないときに、Z軸方向の可動範囲の中心に位置する(この位置を原点位置と呼ぶ)。フォトディテクタ402は、第1リレーレンズ404が原点位置にあるとき、サーボ用Y軸方向レーザ光の光軸が受光面の中心を通るように位置決めされている。   As shown in FIG. 11, the Y-axis direction light receiving device 43 in the laser processing apparatus according to the third embodiment has a first relay lens 404 and a second relay at the incident portion of the photodetector 402 of the Y-axis direction light receiving device 40 in the first embodiment. A relay lens 406 is provided, and a relay lens actuator 408 that drives the first relay lens 404 in the Z-axis direction is further provided. The first relay lens 404 condenses the servo Y-axis direction laser light (projected light of the workpiece OB) emitted from the servo Y-axis direction optical head 30, and the second relay lens 406 is the first relay lens. The servo laser beam condensed in 404 is returned to parallel light. The photodetector 402 receives the servo Y-axis direction laser light that has passed through the second relay lens 406. The position of the first relay lens 404 can be moved in the Z-axis direction by a relay lens actuator 408. The first relay lens 404 is positioned at the center of the movable range in the Z-axis direction when the relay lens actuator 408 is not energized (this position is referred to as the origin position). The photodetector 402 is positioned so that the optical axis of the servo Y-axis direction laser beam passes through the center of the light receiving surface when the first relay lens 404 is at the origin position.

フォトディテクタ402の受光面には、加工対象物OBの棒状の射影が映し出されるが、リレーレンズアクチュエータ408により第1リレーレンズ404がZ軸方向に駆動された場合には、その移動に伴って射影の位置もZ軸方向に移動する。   A rod-like projection of the workpiece OB is projected on the light receiving surface of the photodetector 402, but when the first relay lens 404 is driven in the Z-axis direction by the relay lens actuator 408, the projection is accompanied by the movement. The position also moves in the Z-axis direction.

フォトディテクタ402は、上述したように、受光領域が上下に(Z軸方向)2分割された受光素子を備え、その受光領域C,Dに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号(c,d)として出力する。また、フォトディテクタ402は、受光したサーボ用Y軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線DIVと平行になるように、かつ、第1リレーレンズ404が原点位置にありY軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに加工対象物OBの射影が受光領域の分割線DIVにより2等分される位置に配置される。   As described above, the photodetector 402 includes a light receiving element in which the light receiving region is divided into two in the vertical direction (Z-axis direction), and a detection signal proportional to the intensity of light incident on the light receiving regions C and D is received as a light receiving signal (c , D). In addition, the photodetector 402 is arranged so that the rod-like projection of the received servo Y-axis laser light is parallel to the dividing line DIV of the light-receiving area, and the first relay lens 404 is at the origin position and viewed from the Y-axis direction. When the center axis of the workpiece OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50, the projection of the workpiece OB is arranged at a position that is equally divided by the dividing line DIV of the light receiving area.

第3実施形態のレーザ加工装置は、第1実施形態のZ軸方向サーボ回路172,Z軸方向ドライブ回路173に代えて、Z軸方向サーボ回路182,Z軸方向ドライブ回路183を備えている。尚、Z軸方向エラー信号生成回路171については、第1実施形態と同一である。フォトディテクタ402から出力される受光信号(c,d)は、Z軸方向エラー信号生成回路171に入力される。Z軸方向エラー信号生成回路171は、受光信号(c,d)を増幅した後、この信号を使って光強度の差(c−d)を演算し、その演算結果をZ軸方向エラー信号(c−d)としてZ軸方向サーボ回路182に出力する。Z軸方向サーボ回路182は、Z軸方向エラー信号(c−d)を入力し、Z軸方向エラー信号(c−d)が常にゼロとなるようなZ軸方向サーボ信号を生成してZ軸方向ドライブ回路183に出力する。Z軸方向ドライブ回路183は、Z軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ408を駆動する信号を出力して第1リレーレンズ404をZ軸方向に移動させるとともに、加工用ヘッド10のZ軸アクチュエータ114zを駆動する信号を出力して対物レンズ112をZ軸方向に移動させる。この場合、第1リレーレンズ404の移動量と対物レンズ112の移動量とが同一となるように、それぞれの駆動信号は設定されている。従って、対物レンズ112と第1リレーレンズ404とは、Z軸方向における相対位置がほとんど変化しない。   The laser processing apparatus of the third embodiment includes a Z-axis direction servo circuit 182 and a Z-axis direction drive circuit 183 instead of the Z-axis direction servo circuit 172 and the Z-axis direction drive circuit 173 of the first embodiment. The Z-axis direction error signal generation circuit 171 is the same as that in the first embodiment. The light reception signal (c, d) output from the photodetector 402 is input to the Z-axis direction error signal generation circuit 171. The Z-axis direction error signal generation circuit 171 amplifies the received light signal (c, d), calculates a difference in light intensity (cd) using this signal, and calculates the calculation result as a Z-axis direction error signal ( cd) is output to the Z-axis servo circuit 182. The Z-axis direction servo circuit 182 receives the Z-axis direction error signal (cd), generates a Z-axis direction servo signal such that the Z-axis direction error signal (cd) is always zero, and generates a Z-axis direction servo signal. Output to the direction drive circuit 183. The Z-axis direction drive circuit 183 outputs a signal for driving the relay lens actuator 408 based on the Z-axis direction servo signal to move the first relay lens 404 in the Z-axis direction, and at the same time, the Z-axis actuator of the machining head 10 A signal for driving 114z is output to move the objective lens 112 in the Z-axis direction. In this case, each drive signal is set so that the movement amount of the first relay lens 404 and the movement amount of the objective lens 112 are the same. Accordingly, the relative position of the objective lens 112 and the first relay lens 404 in the Z-axis direction hardly changes.

第1実施形態においては、対物レンズ112のみをZ軸方向に移動させる構成であったため、フォトディテクタ402に映し出される加工対象物OBの射影は移動しないが、第3実施形態においては、第1リレーレンズ404もZ軸方向サーボ信号によりZ軸方向に移動するため、フォトディテクタ402に映し出される加工対象物OBの射影がZ軸方向に移動する。従って、この第3実施形態におけるZ軸方向サーボ制御では、フォトディテクタ402に映し出される加工対象物OBの射影が、常に、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線DIVにより2等分される位置となるように第1リレーレンズ404がZ軸方向に駆動され、これに合わせて対物レンズ112がZ軸方向に駆動されることになる。従って、Y軸方向サーボ制御だけでなくZ軸方向サーボ制御においてもクローズドループ制御を行うため、Z軸方向サーボ制御も高精度となる。また、加工対象物OBがZ軸方向に大きく変動しても、それに合わせてリレーレンズアクチュエータ408が、フォトディテクタ402に映し出される射影の位置が受光面の中央側にくるように第1リレーレンズ404を移動させるため、加工対象物OBのZ軸方向の検出エリアが広くなる。   In the first embodiment, since only the objective lens 112 is moved in the Z-axis direction, the projection of the processing object OB projected on the photodetector 402 does not move, but in the third embodiment, the first relay lens. Since 404 also moves in the Z-axis direction by the Z-axis direction servo signal, the projection of the processing object OB projected on the photodetector 402 moves in the Z-axis direction. Therefore, in the Z-axis direction servo control in the third embodiment, the projection of the workpiece OB projected on the photodetector 402 is always at the center of the light receiving surface, that is, the position where the projection is divided into two equal parts by the dividing line DIV of the light receiving area. Thus, the first relay lens 404 is driven in the Z-axis direction, and the objective lens 112 is driven in the Z-axis direction accordingly. Therefore, since the closed loop control is performed not only in the Y-axis direction servo control but also in the Z-axis direction servo control, the Z-axis direction servo control is also highly accurate. Further, even if the workpiece OB greatly fluctuates in the Z-axis direction, the relay lens actuator 408 adjusts the first relay lens 404 so that the position of the projection projected on the photodetector 402 is on the center side of the light receiving surface. Since it is moved, the detection area in the Z-axis direction of the workpiece OB is widened.

また、第3実施形態のレーザ加工装置は、第1実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。この場合、ステップS110においては、Y軸方向エラー信号(a−b)が常にゼロとなるようなY軸方向サーボ信号に基づいてY軸アクチュエータ114yを駆動するとともに、Z軸方向エラー信号(c−d)が常にゼロとなるようなZ軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ408を駆動し、それと等しい駆動量でZ軸アクチュエータ114zを駆動する。   Moreover, the laser processing apparatus of 3rd Embodiment performs the laser processing control routine similar to 1st Embodiment. In this case, in step S110, the Y-axis actuator 114y is driven based on the Y-axis direction servo signal such that the Y-axis direction error signal (ab) is always zero, and the Z-axis direction error signal (c− The relay lens actuator 408 is driven based on the Z-axis direction servo signal so that d) is always zero, and the Z-axis actuator 114z is driven with a drive amount equal to that.

以上説明した第3実施形態のレーザ加工装置によれば、第1実施形態の効果に加えて、加工対象物OBのZ軸方向のずれ検出範囲が広くなるため、Z軸方向のサーボ制御可能範囲を広くすることができる。また、クローズドループ制御を行うためZ軸方向サーボ制御も高精度に行うことができる。   According to the laser processing apparatus of the third embodiment described above, in addition to the effects of the first embodiment, the detection range of the workpiece OB in the Z-axis direction is widened. Can be widened. Further, since the closed loop control is performed, the Z-axis direction servo control can be performed with high accuracy.

次に、第4実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。第3実施形態においては、1つのサーボ用Y軸方向レーザ光を加工対象物OBに照射し、その加工対象物OBの射影の位置に基づいて、Z軸方向サーボ制御を行ったが、この第4実施形態においては、さらに別のサーボ用Y軸方向レーザ光を加工対象物OBに照射してその反射光の位置を検出することにより、射影と反射光との両方の位置に基づいてZ軸方向サーボ制御を行うものである。第4実施形態のレーザ加工装置は、図12に示すように、第3実施形態のレーザ加工装置におけるY軸方向受光装置43に代えて、第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44を備えている。   Next, a laser processing apparatus according to the fourth embodiment will be described. In the third embodiment, one servo Y-axis direction laser beam is irradiated onto the workpiece OB, and the Z-axis servo control is performed based on the projection position of the workpiece OB. In the fourth embodiment, another servo Y-axis direction laser beam is irradiated onto the workpiece OB and the position of the reflected light is detected, so that the Z-axis is based on the positions of both the projection and the reflected light. Direction servo control is performed. As shown in FIG. 12, the laser processing apparatus of the fourth embodiment includes a second servo Y-axis direction optical head 44 instead of the Y-axis direction light receiving device 43 in the laser processing apparatus of the third embodiment. .

尚、第4実施形態のレーザ加工装置は、以下に説明する構成以外については第3実施形態のレーザ加工装置と同一であるが、サーボ用Y軸方向光ヘッド30と第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44と区別するために、このサーボ用Y軸方向光ヘッド30を第1サーボ用Y軸方向光ヘッド30と呼ぶ。また、第1サーボ用Y軸方向光ヘッド30から出射されるサーボ用レーザ光を第1サーボ用Y軸方向レーザ光と呼び、レーザ光源302を第1レーザ光源302と呼び、第1レーザ光源302を駆動するサーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340を第1サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340と呼ぶ。   The laser processing apparatus of the fourth embodiment is the same as the laser processing apparatus of the third embodiment except for the configuration described below, but the servo Y-axis direction optical head 30 and the second servo Y-axis direction are the same. In order to distinguish from the optical head 44, the servo Y-axis direction optical head 30 is referred to as a first servo Y-axis direction optical head 30. Also, the servo laser light emitted from the first servo Y-axis direction optical head 30 is called a first servo Y-axis direction laser light, the laser light source 302 is called a first laser light source 302, and the first laser light source 302 is called. The servo Y-axis direction laser drive circuit 340 for driving is called a first servo Y-axis direction laser drive circuit 340.

まず、第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44における、第1サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物OBの射影を検出する構成から説明する。図12に示すように、第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44は、第3実施形態のY軸方向受光装置43と同様に、第1リレーレンズ404、第2リレーレンズ406、フォトディテクタ402、リレーレンズアクチュエータ408を備えるが、更に、第1リレーレンズ404と第2リレーレンズ406と間にダイクロイックミラー418を介装している。第1サーボ用Y軸方向レーザ光は、その波長がダイクロイックミラー418で反射するように設定されている。従って、第1サーボ用Y軸方向レーザ光の進む光路は、ダイクロイックミラー418で90度曲がった構成となっている。   First, the configuration for detecting the projection of the workpiece OB of the first servo Y-axis direction laser light in the second servo Y-axis direction optical head 44 will be described. As shown in FIG. 12, the second servo Y-axis direction optical head 44 includes a first relay lens 404, a second relay lens 406, a photodetector 402, and a relay, similarly to the Y-axis direction light receiving device 43 of the third embodiment. A lens actuator 408 is provided, and a dichroic mirror 418 is further interposed between the first relay lens 404 and the second relay lens 406. The wavelength of the first servo Y-axis direction laser light is set so that the wavelength is reflected by the dichroic mirror 418. Accordingly, the optical path traveled by the first servo Y-axis direction laser beam is bent 90 degrees by the dichroic mirror 418.

第1リレーレンズ404に入射する第1サーボ用Y軸方向レーザ光は、加工対象物OBの射影光となる。射影光は、第1リレーレンズ404を通過して集光されダイクロイックミラー418で反射する。そして、第2リレーレンズ406で平行光に戻されてフォトディテクタ402の受光面に入射する。これにより、フォトディテクタ402の受光面には、加工対象物OBの棒状の射影が映し出される。以下、フォトディテクタ402を第1フォトディテクタ402と呼ぶ。   The first servo Y-axis direction laser light incident on the first relay lens 404 becomes projection light of the workpiece OB. The projected light passes through the first relay lens 404 and is collected and reflected by the dichroic mirror 418. Then, the light is returned to parallel light by the second relay lens 406 and is incident on the light receiving surface of the photodetector 402. As a result, a rod-like projection of the workpiece OB is projected on the light receiving surface of the photodetector 402. Hereinafter, the photo detector 402 is referred to as a first photo detector 402.

第1フォトディテクタ402は、受光領域が左右に(Y軸方向に)2分割された受光素子を備え、その受光領域C,Dに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号(c,d)として出力する。この第1フォトディテクタ402は、受光した第1サーボ用Y軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線DIVと平行になるように、かつ、第1リレーレンズ404が原点位置にありY軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに加工対象物OBの射影が受光領域の分割線DIVにより2等分される位置に配置される。   The first photodetector 402 includes a light receiving element in which a light receiving region is divided into right and left (in the Y-axis direction), and a detection signal proportional to the intensity of light incident on the light receiving regions C and D is received as a light receiving signal (c, d). ). The first photodetector 402 has a Y-axis laser beam at the origin position so that the rod-like projection of the received first servo Y-axis laser beam is parallel to the dividing line DIV of the light-receiving area. When the center axis of the workpiece OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50 as viewed from the direction, the projection of the workpiece OB is arranged at a position that is divided into two equal parts by the dividing line DIV of the light receiving area. .

第1リレーレンズ404は、その位置がリレーレンズアクチュエータ408によりZ軸方向に移動可能となっている。第1リレーレンズ404は、リレーレンズアクチュエータ408が通電されていないときに、Z軸方向の可動範囲の中心、つまり、原点に位置する。   The position of the first relay lens 404 can be moved in the Z-axis direction by a relay lens actuator 408. The first relay lens 404 is located at the center of the movable range in the Z-axis direction, that is, at the origin when the relay lens actuator 408 is not energized.

第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44は、更に、加工対象物OBに対して第1サーボ用Y軸方向レーザ光とは反対方向から第2サーボ用Y軸方向レーザ光を照射し、その反射光を検出する構成として、第2レーザ光源410、コリメートレンズ412、偏光ビームスプリッタ414、1/4波長板416、第2フォトディテクタ420を備えている。第2レーザ光源410は、第2サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路440から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。第2レーザ光源410から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ412により平行光となって偏光ビームスプリッタ414に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半(例えば、95%)が偏光ビームスプリッタ414をそのまま透過し、1/4波長板416を通過して直線偏光から円偏光に変換される。1/4波長板416を通過したサーボ用レーザ光は、ダイクロイックミラー418を透過し、第1リレーレンズ404に入射する。第1リレーレンズ404は、対物レンズとして働くためサーボ用レーザ光を集光する。こうして加工対象物OBの直径よりも小さな径に集光されたレーザスポットが加工対象物OBの表面に照射される。   The second servo Y-axis direction optical head 44 further irradiates the workpiece OB with the second servo Y-axis direction laser light from the opposite direction to the first servo Y-axis direction laser light, and reflects the reflected light. As a configuration for detecting light, a second laser light source 410, a collimating lens 412, a polarization beam splitter 414, a ¼ wavelength plate 416, and a second photodetector 420 are provided. The second laser light source 410 is driven by the current and voltage supplied from the second servo Y-axis direction laser drive circuit 440 to emit servo laser light. The servo laser light emitted from the second laser light source 410 is collimated by the collimator lens 412 and enters the polarization beam splitter 414. Most of the servo laser light (for example, 95%) passes through the polarization beam splitter 414 as it is, passes through the quarter wavelength plate 416, and is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. The servo laser light that has passed through the quarter-wave plate 416 passes through the dichroic mirror 418 and enters the first relay lens 404. The first relay lens 404 condenses servo laser light because it functions as an objective lens. In this way, the laser spot focused to a diameter smaller than the diameter of the workpiece OB is irradiated on the surface of the workpiece OB.

加工対象物OBに照射されたサーボ用レーザ光(第2サーボ用Y軸方向レーザ光)は、加工対象物OBの表面で反射して第1リレーレンズ404に入射し平行光に戻されて、ダイクロイックミラー418をそのまま通過し、さらに、1/4波長板416を通過する。この場合、第2サーボ用Y軸方向レーザ光は、第2レーザ光源410から出射されたサーボ用レーザ光とは偏光方向が90°相違したものとなるため、偏光ビームスプリッタ414で反射する。偏光ビームスプリッタ414の反射方向には、第2フォトディテクタ420が設けられている。従って、加工対象物OBの表面で反射した第2サーボ用Y軸方向レーザ光は、第2フォトディテクタ420に入射する。この第2フォトディテクタ420は、受光領域が左右に(Y軸方向に)2分割された受光素子を備え、その受光領域E,Fに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号(e,f)として出力する。この第2フォトディテクタ420は、第1リレーレンズ404が原点位置にあり、かつ、Y軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに加工対象物OBで反射した反射光が受光領域の分割線DIVにより2等分される位置に配置される。   The servo laser beam (second servo Y-axis laser beam) irradiated on the workpiece OB is reflected by the surface of the workpiece OB, enters the first relay lens 404, and is returned to parallel light. The light passes through the dichroic mirror 418 as it is, and further passes through the quarter wavelength plate 416. In this case, the second servo Y-axis direction laser beam is reflected by the polarization beam splitter 414 because the polarization direction is 90 ° different from that of the servo laser beam emitted from the second laser light source 410. A second photodetector 420 is provided in the reflection direction of the polarization beam splitter 414. Accordingly, the second servo Y-axis direction laser light reflected by the surface of the workpiece OB is incident on the second photodetector 420. The second photodetector 420 includes a light receiving element in which the light receiving region is divided into right and left (in the Y-axis direction), and a detection signal proportional to the intensity of light incident on the light receiving regions E and F is received as a light receiving signal (e, Output as f). This second photodetector 420 is to be processed when the first relay lens 404 is at the origin position and the center axis of the processing object OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50 when viewed from the Y-axis direction. The reflected light reflected by the object OB is arranged at a position that is divided into two equal parts by the dividing line DIV of the light receiving region.

また、第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44は、第2レーザ光源410から出射されたサーボ用レーザ光の一部(例えば、5%)を偏光ビームスプリッタ414で反射させ、その反射光を集光レンズ422によりフォトディテクタ424の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ424は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ424は、第2レーザ光源410が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、第2サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路440に供給される。   The second servo Y-axis direction optical head 44 reflects a part (for example, 5%) of the servo laser light emitted from the second laser light source 410 by the polarization beam splitter 414 and collects the reflected light. The optical lens 422 is configured to collect light on the light receiving surface of the photodetector 424. The photodetector 424 is a light receiving element that outputs a light reception signal corresponding to the intensity of light collected on the light receiving surface. Therefore, the photodetector 424 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the servo laser light emitted from the second laser light source 410. This light reception signal is supplied to the second servo Y-axis direction laser drive circuit 440.

第2サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路440は、コントローラ90からの指令に基づいて、第2レーザ光源410に対して、加工対象物OBの表面を変化させず、かつ、第2フォトディテクタ420で加工対象物OBからの反射光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。第2サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路440は、フォトディテクタ424が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるように第2レーザ光源410に出力する電流あるいは電圧を調整する。これにより、第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44から出射するサーボ用Y軸方向レーザ光の強度が一定に維持される。   The second servo Y-axis direction laser drive circuit 440 does not change the surface of the object to be processed OB with respect to the second laser light source 410 based on a command from the controller 90, and is processed by the second photodetector 420. This is a circuit for supplying a current and a voltage for emitting servo laser light having an intensity capable of detecting reflected light from the object OB. The second servo Y-axis direction laser drive circuit 440 feeds back the light reception signal output from the photodetector 424 and outputs the current or voltage output to the second laser light source 410 so that the intensity of the light reception signal becomes a preset set intensity. Adjust. As a result, the intensity of the servo Y-axis direction laser light emitted from the second servo Y-axis direction optical head 44 is maintained constant.

第4実施形態のレーザ加工装置は、第3実施形態のZ軸方向エラー信号生成回路171,Z軸方向サーボ回路182に代えて、Z軸方向エラー信号生成回路191,Z軸方向サーボ回路192を備えている。尚、Z軸方向ドライブ回路183に関しては、第3実施形態と同一である。   The laser processing apparatus of the fourth embodiment includes a Z-axis direction error signal generation circuit 191 and a Z-axis direction servo circuit 192 in place of the Z-axis direction error signal generation circuit 171 and the Z-axis direction servo circuit 182 of the third embodiment. I have. The Z-axis direction drive circuit 183 is the same as that in the third embodiment.

第1フォトディテクタ402から出力される受光信号(c,d)、および、第2フォトディテクタ420から出力される受光信号(e,f)は、Z軸方向エラー信号生成回路191に入力される。Z軸方向エラー信号生成回路191は、第1生成部1911と第2生成部1912とからなり、第1フォトディテクタ402から出力される受光信号(c,d)が第1生成部1911に入力され、第2フォトディテクタ420から出力される受光信号(e,f)が第2生成部1912に入力される。第1生成部1911は、受光信号(c,d)を増幅した後、この信号を使って光強度の差(c−d)を演算し、その演算結果を第1Z軸方向エラー信号(c−d)として出力する。第2生成部1912は、受光信号(e,f)を増幅した後、この信号を使って光強度の差(e−f)を演算し、その演算結果を第2Z軸方向エラー信号(e−f)として出力する。   The light reception signal (c, d) output from the first photodetector 402 and the light reception signal (e, f) output from the second photodetector 420 are input to the Z-axis direction error signal generation circuit 191. The Z-axis direction error signal generation circuit 191 includes a first generation unit 1911 and a second generation unit 1912, and a light reception signal (c, d) output from the first photodetector 402 is input to the first generation unit 1911. The light reception signal (e, f) output from the second photodetector 420 is input to the second generator 1912. The first generation unit 1911 amplifies the light reception signal (c, d), calculates a difference in light intensity (cd) using this signal, and outputs the calculation result as the first Z-axis direction error signal (c−). Output as d). The second generator 1912 amplifies the received light signal (e, f), calculates the difference in light intensity (ef) using this signal, and outputs the calculated result as the second Z-axis direction error signal (e−). Output as f).

第1Z軸方向エラー信号(c−d)、および、第2Z軸方向エラー信号(e−f)は、Z軸方向サーボ回路192に入力される。Z軸方向サーボ回路192は、第1サーボ部1921と第2サーボ部1922とからなり、第1Z軸方向エラー信号(c−d)が第1サーボ部1921に入力され、第2Z軸方向エラー信号(e−f)が第2サーボ部1922に入力される。   The first Z-axis direction error signal (cd) and the second Z-axis direction error signal (ef) are input to the Z-axis direction servo circuit 192. The Z-axis direction servo circuit 192 includes a first servo unit 1921 and a second servo unit 1922, and the first Z-axis direction error signal (cd) is input to the first servo unit 1921 and the second Z-axis direction error signal is input. (Ef) is input to the second servo unit 1922.

第1サーボ部1921は、コントローラ90から出力されるサーボ開始指令により作動を開始し、第1Z軸方向エラー信号(c−d)に基づいて、第1Z軸方向エラー信号(c−d)が常にゼロとなるようなZ軸方向サーボ信号を生成してZ軸方向ドライブ回路183に出力する。従って、第1フォトディテクタ402に映し出される加工対象物OBの射影が、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線DIVにより2等分される位置となるように第1リレーレンズ404がZ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ112がZ軸方向に駆動される。また、第1サーボ部1921は、コントローラ90からのサーボ切替指令に基づいて作動を停止する。   The first servo unit 1921 starts to operate in response to a servo start command output from the controller 90, and the first Z-axis direction error signal (cd) is always based on the first Z-axis direction error signal (cd). A Z-axis direction servo signal that becomes zero is generated and output to the Z-axis direction drive circuit 183. Therefore, the first relay lens 404 is positioned in the Z-axis direction so that the projection of the workpiece OB projected on the first photodetector 402 is at the center of the light receiving surface, that is, at a position that is equally divided by the dividing line DIV of the light receiving area. The objective lens 112 is driven in the Z-axis direction with the same driving amount. Further, the first servo unit 1921 stops its operation based on a servo switching command from the controller 90.

第2サーボ部1922は、コントローラ90から出力されるサーボ切替指令により、第1サーボ部1921に代わって作動を開始し、第2Z軸方向エラー信号(e−f)に基づいて、第2Z軸方向エラー信号(e−f)が常にゼロとなるようなZ軸方向サーボ信号を生成してZ軸方向ドライブ回路183に出力する。従って、第2フォトディテクタ420に受光された第2サーボ用Y軸方向レーザ光の反射光が受光領域の中央に維持されるように第1リレーレンズ404がZ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ112がZ軸方向に駆動される。   The second servo unit 1922 starts operation in place of the first servo unit 1921 in response to a servo switching command output from the controller 90, and based on the second Z-axis direction error signal (ef), the second Z-axis direction A Z-axis direction servo signal is generated so that the error signal (ef) is always zero, and is output to the Z-axis direction drive circuit 183. Accordingly, the first relay lens 404 is driven in the Z-axis direction so that the reflected light of the second servo Y-axis laser light received by the second photodetector 420 is maintained in the center of the light receiving region, and the same drive as this is performed. The objective lens 112 is driven in the Z-axis direction by the amount.

次に、第4実施形態におけるコントローラ90の実行するレーザ加工制御ルーチンについて説明する。第4実施形態のレーザ加工制御ルーチンは、第1実施形態のものとステップS108〜S110の処理、および、ステップS130〜S132の処理が相違する。図13は、第1実施形態におけるステップS108〜S110,ステップS130〜S132の処理に代えて行う第4実施形態の処理を表す部分フローチャートである。   Next, a laser processing control routine executed by the controller 90 in the fourth embodiment will be described. The laser processing control routine of the fourth embodiment is different from that of the first embodiment in steps S108 to S110 and steps S130 to S132. FIG. 13 is a partial flowchart showing the process of the fourth embodiment performed in place of the processes of steps S108 to S110 and steps S130 to S132 in the first embodiment.

コントローラ90は、ステップS106において、スピンドルモータ制御回路56に対して回転開始指令を出力すると、続いて、ステップS201において、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240と第1サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340とに対して、それぞれのサーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Z軸方向光ヘッド20からサーボ用Z軸方向レーザ光が加工対象物OBに対してZ軸方向に照射され、第1サーボ用Y軸方向光ヘッド30から第1サーボ用Y軸方向レーザ光が加工対象物OBに対してY軸方向に照射される。この第1サーボ用Y軸方向光ヘッド30から第1サーボ用Y軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第1Y軸方向照射ステップに相当する。また、第1サーボ用Y軸レーザ光の照射により、第1フォトディテクタ402が受光信号(c,d)を出力する処理が、本発明の第1Y軸方向レーザ光検出ステップに相当する。   In step S106, the controller 90 outputs a rotation start command to the spindle motor control circuit 56. Subsequently, in step S201, the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 and the first servo Y-axis direction laser drive circuit are provided. The servo laser beam irradiation start command is output to 340. Accordingly, the servo Z-axis direction laser head 20 irradiates the servo Z-axis direction laser beam to the workpiece OB in the Z-axis direction, and the first servo Y-axis direction optical head 30 emits the first servo Y-axis. Directional laser light is applied to the workpiece OB in the Y-axis direction. The process of irradiating the first servo Y-axis direction laser beam from the first servo Y-axis direction optical head 30 corresponds to the first Y-axis direction irradiation step of the present invention. Further, the process in which the first photodetector 402 outputs the light reception signal (c, d) by the irradiation of the first servo Y-axis laser beam corresponds to the first Y-axis direction laser beam detection step of the present invention.

続いて、コントローラ90は、ステップS202において、Z軸方向サーボ回路192とY軸方向サーボ回路162に対して、サーボ開始指令を出力する。これにより、各サーボ回路は、上述したZ軸方向サーボおよびY軸方向サーボ制御を開始する。この場合、Z軸方向サーボ回路192では、第1サーボ部1921のみが作動してZ軸方向サーボ信号を生成する。この場合の第1生成部1911,第1サーボ部1921,Z軸方向ドライブ回路183の処理が、本発明の第1Z軸方向サーボステップに相当する。   Subsequently, the controller 90 outputs a servo start command to the Z-axis direction servo circuit 192 and the Y-axis direction servo circuit 162 in step S202. Thereby, each servo circuit starts the above-described Z-axis direction servo and Y-axis direction servo control. In this case, in the Z-axis direction servo circuit 192, only the first servo unit 1921 operates to generate a Z-axis direction servo signal. The processing of the first generation unit 1911, the first servo unit 1921, and the Z-axis direction drive circuit 183 in this case corresponds to the first Z-axis direction servo step of the present invention.

続いて、コントローラ90は、ステップS203において、サーボ開始指令の出力から所定時間経過するまで待機する。この間、上述したサーボ制御が継続される。この場合、Z軸方向サーボにおいては、第1サーボ用Y軸方向光ヘッド30から出射された第1サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物OBの射影が、第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44の第1フォトディテクタ402の受光面の中央位置にくるように第1リレーレンズ404がZ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ112がZ軸方向に駆動されるため、Z軸方向のサーボ制御可能範囲が広い。従って、加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転中心軸に対してZ軸方向に大きくずれていても、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物OBの表面にまで移動させることができる。   Subsequently, in step S203, the controller 90 stands by until a predetermined time has elapsed from the output of the servo start command. During this time, the servo control described above is continued. In this case, in the Z-axis direction servo, the projection of the workpiece OB of the first servo Y-axis direction laser light emitted from the first servo Y-axis direction optical head 30 is the second servo Y-axis direction light. The first relay lens 404 is driven in the Z-axis direction so as to be positioned at the center of the light-receiving surface of the first photodetector 402 of the head 44, and the objective lens 112 is driven in the Z-axis direction with the same driving amount. Wide range of servo control in the axial direction. Therefore, even if the center axis of the workpiece OB is greatly displaced in the Z-axis direction with respect to the rotation center axis of the workpiece driving device 50, the focal position of the machining laser beam is moved to the surface of the workpiece OB. Can do.

サーボ開始指令の出力から所定時間経過すると(S203:Yes)、コントローラ90は、ステップS204において、第1サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340、第2サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路440、Z軸方向サーボ回路192に対してサーボ切替指令を出力する。これにより、第1サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340による第1レーザ光源302の駆動が停止され、代わりに、第2サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路440による第2レーザ光源410の駆動が開始される。従って、加工対象物OBには、第1サーボ用Y軸方向レーザ光に代わって第2サーボ用Y軸方向レーザ光が照射される。この第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44から第2サーボ用Y軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第2Y軸方向照射ステップに相当する。また、第2サーボ用Y軸レーザ光の照射により、第2フォトディテクタ420が受光信号(e,f)を出力する処理が、本発明の第2Y軸方向レーザ光検出ステップに相当する。   When a predetermined time has elapsed from the output of the servo start command (S203: Yes), the controller 90, in step S204, the first servo Y-axis direction laser drive circuit 340, the second servo Y-axis direction laser drive circuit 440, and the Z-axis A servo switching command is output to the direction servo circuit 192. As a result, the driving of the first laser light source 302 by the first servo Y-axis direction laser drive circuit 340 is stopped, and the driving of the second laser light source 410 by the second servo Y-axis direction laser drive circuit 440 is started instead. Is done. Accordingly, the workpiece OB is irradiated with the second servo Y-axis direction laser beam instead of the first servo Y-axis direction laser beam. The process of irradiating the second servo Y-axis direction laser beam from the second servo Y-axis direction optical head 44 corresponds to the second Y-axis direction irradiation step of the present invention. Further, the process in which the second photodetector 420 outputs the light reception signal (e, f) by the irradiation of the second servo Y-axis laser beam corresponds to the second Y-axis direction laser beam detection step of the present invention.

また、同時に、Z軸方向サーボ回路192においては、第1サーボ部1921に代わって第2サーボ部1922が作動を開始する。これにより、Z軸方向のサーボ制御態様が切り替わり、第2サーボ用Y軸方向レーザ光の加工対象物OBからの反射光が第2フォトディテクタ420の受光面の中央位置にくるように第1リレーレンズ404がZ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ112がZ軸方向に駆動される。この場合、反射光位置に基づいてZ軸方向サーボ制御を行うため、加工対象物OBのZ軸方向の変位に対して第2サーボ部1922の出力する第2Z軸方向エラー信号(e−f)の変化が大きくなり、高精度にZ軸方向サーボ制御を行うことができる。この場合の第2生成部1912,第1サーボ部1922,Z軸方向ドライブ回路183の処理が、本発明の第2Z軸方向サーボステップに相当する。コントローラ90は、ステップS204においてZ軸方向のサーボ制御態様を切り換えると、上述したステップS112からの処理を実行する。   At the same time, in the Z-axis direction servo circuit 192, the second servo unit 1922 starts operating instead of the first servo unit 1921. As a result, the servo control mode in the Z-axis direction is switched, and the first relay lens so that the reflected light from the workpiece OB of the second servo Y-axis direction laser light comes to the center position of the light receiving surface of the second photodetector 420. 404 is driven in the Z-axis direction, and the objective lens 112 is driven in the Z-axis direction with the same drive amount. In this case, since Z-axis direction servo control is performed based on the reflected light position, the second Z-axis direction error signal (ef) output from the second servo unit 1922 with respect to the displacement of the workpiece OB in the Z-axis direction. Thus, the Z-axis servo control can be performed with high accuracy. The processes of the second generation unit 1912, the first servo unit 1922, and the Z-axis direction drive circuit 183 in this case correspond to the second Z-axis direction servo step of the present invention. When the controller 90 switches the servo control mode in the Z-axis direction in step S204, the controller 90 executes the processing from step S112 described above.

コントローラ90は、第1実施形態のステップS130,S132の処理に代えて、ステップS205,S206の処理を実行する。コントローラ90は、ステップS205において、Z軸方向サーボ回路192とY軸方向サーボ回路162に対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Z軸アクチュエータ114z、Y軸アクチュエータ114y、リレーレンズアクチュエータ408の作動が停止する。続いて、ステップS206において、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240と第2サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路440とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Z軸方向光ヘッド20からのサーボ用Z軸方向レーザ光の照射、および、第2サーボ用Y軸方向光ヘッド44からの第2サーボ用Y軸方向レーザ光の照射が停止される。   The controller 90 executes the processes of steps S205 and S206 instead of the processes of steps S130 and S132 of the first embodiment. In step S <b> 205, the controller 90 outputs a servo control stop command to the Z-axis direction servo circuit 192 and the Y-axis direction servo circuit 162. As a result, the operations of the Z-axis actuator 114z, the Y-axis actuator 114y, and the relay lens actuator 408 are stopped. Subsequently, in step S206, a servo laser light irradiation stop command is output to the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 and the second servo Z-axis direction laser drive circuit 440. As a result, the irradiation of the servo Z-axis direction laser light from the servo Z-axis direction optical head 20 and the irradiation of the second servo Y-axis direction laser light from the second servo Y-axis direction optical head 44 are stopped. Is done.

以上説明した第4実施形態のレーザ加工装置によれば、最初に加工対象物OBの射影の検出位置に基づいてZ軸方向のフォーカスサーボ制御を開始し(サーボ制御の引き込みを行い)、その後、加工対象物OBの反射光の検出位置に基づいてZ軸方向サーボ制御を行うようにしているため、Z軸方向サーボ制御の引き込みを確実に行え、Z軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。   According to the laser processing apparatus of the fourth embodiment described above, first, focus servo control in the Z-axis direction is started based on the detection position of projection of the workpiece OB (servo control is pulled in), and then Since the Z-axis servo control is performed based on the detection position of the reflected light of the workpiece OB, the Z-axis servo control can be reliably pulled in and the Z-axis servo control can be performed with high accuracy. it can.

次に、第5実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。上述した第1〜第4実施形態のレーザ加工装置においては、サーボ用レーザ光の照射源としてZ軸方向とY軸方向とで別々のレーザ光源を備え、また、それらサーボ用レーザ光を検出する別々のフォトディテクタを備えた構成であったが、第5実施形態においては、Z軸方向とY軸方向とでレーザ光源とフォトディテクタとを共通化した構成を採用している。   Next, a laser processing apparatus according to the fifth embodiment will be described. In the laser processing apparatuses of the first to fourth embodiments described above, separate laser light sources are provided in the Z-axis direction and the Y-axis direction as the servo laser light irradiation sources, and these servo laser lights are detected. In the fifth embodiment, a configuration in which the laser light source and the photodetector are used in common in the Z-axis direction and the Y-axis direction is employed.

図14は、第5実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド15の概略構成を表す。この加工用ヘッド15は、第1実施形態における加工用ヘッド10,サーボ用Z軸方向光ヘッド20,サーボ用Y軸方向光ヘッド30,Y軸方向受光装置40に代えて設けられるもので、加工対象物OBの表面に加工用レーザ光を照射する機能と、加工対象物OBにサーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光とを照射する機能と、加工対象物OBに照射されたサーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光との両方の射影光を検出する機能を有する。図中において、第1実施形態と同じものについては、第1実施形態で使用した符号と同一の符号を付して簡単な説明に留める。   FIG. 14 shows a schematic configuration of the machining head 15 in the laser machining apparatus of the fifth embodiment. This processing head 15 is provided in place of the processing head 10, servo Z-axis direction optical head 20, servo Y-axis direction optical head 30, and Y-axis direction light receiving device 40 in the first embodiment. A function of irradiating the surface of the object OB with the processing laser light, a function of irradiating the processing object OB with the servo Z-axis direction laser light and the servo Y-axis direction laser light, and the processing object OB. Further, it has a function of detecting projection light of both the servo Z-axis direction laser beam and the servo Y-axis direction laser beam. In the figure, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the first embodiment, and are simply described.

加工用ヘッド15は、その中央に加工対象物OBが挿通される領域H(空間)が設けられており、その領域Hに加工用レーザ光およびサーボ用レーザ光を出射するように構成されている。加工用ヘッド15は、加工対象物OBの表面に加工用レーザ光を照射する構成として、加工用レーザ駆動回路150により駆動されるレーザ光源102と、レーザ光源102から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ104,偏光ビームスプリッタ106,1/4波長板108,ダイクロイックミラー110,対物レンズ112と、対物レンズ112の位置をZ軸方向とY軸方向とに調整するフォーカスアクチュエータ114(Z軸アクチュエータ114z,Y軸アクチュエータ114y)とを備えている。また、加工用レーザ光が加工対象物OBで反射した反射光の強度を検出するための構成として、集光レンズ120とフォトディテクタ122とを備えている。また、加工用レーザ光の強度を検出するための構成として、集光レンズ124とフォトディテクタ126とを備えている。これらの構成は、第1実施形態と同一である。従って、加工用レーザ光の進む経路や、フォトディテクタ122,126の出力に基づく制御についても第1実施形態と同一である。   The processing head 15 is provided with a region H (space) through which the processing object OB is inserted at the center, and is configured to emit processing laser light and servo laser light to the region H. . The processing head 15 is configured to irradiate the processing laser beam onto the surface of the processing object OB, and the laser light source 102 driven by the processing laser driving circuit 150 and the processing laser light emitted from the laser light source 102 are processed. A collimating lens 104, a polarizing beam splitter 106, a quarter-wave plate 108, a dichroic mirror 110, an objective lens 112, and a focus for adjusting the positions of the objective lens 112 in the Z-axis direction and the Y-axis direction provided along the optical axis. Actuator 114 (Z-axis actuator 114z, Y-axis actuator 114y). Moreover, the condensing lens 120 and the photodetector 122 are provided as a structure for detecting the intensity | strength of the reflected light which the processing laser beam reflected in the process target OB. Further, a condensing lens 124 and a photodetector 126 are provided as a configuration for detecting the intensity of the processing laser beam. These configurations are the same as those in the first embodiment. Accordingly, the path along which the processing laser light travels and the control based on the outputs of the photodetectors 122 and 126 are the same as in the first embodiment.

加工用ヘッド15は、対物レンズ112が原点位置にあり、かつ、加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致している場合に、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物OBの表面に一致するように位置決めされている。   In the processing head 15, when the objective lens 112 is at the origin position and the center axis of the processing object OB coincides with the rotation axis of the work driving device 50, the focal position of the processing laser beam is the processing target. Positioned to coincide with the surface of the object OB.

次に、サーボ用レーザ光を加工対象物OBに照射する構成について説明する。加工用ヘッド15は、第1実施形態のサーボ用Z軸方向光ヘッド20と同様な、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源202と、レーザ光源202から出射されるサーボ用レーザ光を平行光にするコリメートレンズ204と、平行光の大半(例えば95%)を透過し残りを反射する偏光ビームスプリッタ206と、偏光ビームスプリッタ206の反射方向に設けられる集光レンズ208と、集光レンズ208により集光されたサーボ用レーザ光の強度を検出するフォトディテクタ210を備えている。レーザ光源202は、サーボ用レーザ駆動回路540から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。このサーボ用レーザ駆動回路540は、第1実施形態のサーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240に相当するもので、フォトディテクタ210により検出したサーボ用レーザ光の光強度が設定強度となるようにレーザ光源202に出力する電流あるいは電圧を調整する。   Next, a configuration for irradiating the workpiece OB with servo laser light will be described. The processing head 15 is similar to the servo Z-axis optical head 20 of the first embodiment. The laser light source 202 emits servo laser light, and the servo laser light emitted from the laser light source 202 is converted into parallel light. A collimating lens 204, a polarizing beam splitter 206 that transmits most of parallel light (for example, 95%) and reflects the rest, a condensing lens 208 provided in the reflecting direction of the polarizing beam splitter 206, and a condensing lens 208. A photodetector 210 for detecting the intensity of the emitted servo laser light is provided. The laser light source 202 is driven by the current and voltage supplied from the servo laser drive circuit 540 and emits servo laser light. The servo laser drive circuit 540 corresponds to the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 of the first embodiment, and the laser light source is set so that the light intensity of the servo laser light detected by the photodetector 210 becomes the set intensity. The current or voltage output to 202 is adjusted.

サーボ用レーザ光が偏光ビームスプリッタ206を透過する方向には、ビームスプリッタ212が設けられる。ビームスプリッタ212は、入射したサーボ用レーザ光の半分を透過し残り半分を反射する。従って、サーボ用レーザ光は、光強度が同程度となる2つのサーボ用レーザ光に分けられる。ビームスプリッタ212を透過したサーボ用レーザ光は、加工対象物OBに対して加工用レーザ光とは反対方向からZ軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ212を透過したサーボ用レーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Z軸方向レーザ光は、第1実施形態のサーボ用Z軸方向レーザ光と同様に、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸が、加工用ヘッド15の対物レンズ112が原点位置にある時に加工用レーザ光の光軸と一致するように光路が位置決めされている。   A beam splitter 212 is provided in the direction in which the servo laser light passes through the polarization beam splitter 206. The beam splitter 212 transmits half of the incident servo laser light and reflects the other half. Therefore, the servo laser light is divided into two servo laser lights having the same light intensity. The servo laser light that has passed through the beam splitter 212 is applied to the workpiece OB in the Z-axis direction from the opposite direction to the processing laser light. Hereinafter, the servo laser light transmitted through the beam splitter 212 is referred to as servo Z-axis direction laser light. The servo Z-axis direction laser light is parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece OB, similar to the servo Z-axis direction laser light of the first embodiment, and the optical axis is the processing head. The optical path is positioned so as to coincide with the optical axis of the processing laser beam when the 15 objective lenses 112 are at the origin position.

サーボ用Z軸方向レーザ光は、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物OBに遮られなかったレーザ光が対物レンズ112に入射する。この場合、対物レンズ112に入射するサーボ用Z軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物OBの棒状の射影が形成された射影光となる。対物レンズ112に入射したサーボ用Z軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー110に入射して反射する。ダイクロイックミラー110の反射方向には、リレーレンズ116(結像レンズ)、偏光ビームスプリッタ228、フォトディテクタ230が設けられている。偏光ビームスプリッタ228は、透過方向がレーザ光源202を出射したレーザ光の偏光方向に設定されている。従って、ダイクロイックミラー110で反射したサーボ用Z軸方向レーザ光は、リレーレンズ116を通過して平行光となり、偏光ビームスプリッタ228を透過してフォトディテクタ230の受光面に入射する。こうしてフォトディテクタ230の受光面には、加工対象物OBの影であるX軸方向に延びた棒状の射影が映し出される。   Since the servo Z-axis direction laser light is parallel light having a diameter larger than the diameter of the object OB, the laser light that is not blocked by the object OB enters the objective lens 112. In this case, the servo Z-axis direction laser light incident on the objective lens 112 becomes projected light in which a rod-like projection of the workpiece OB is formed at the center when it is received. The servo Z-axis direction laser light incident on the objective lens 112 is condensed, incident on the dichroic mirror 110, and reflected. In the reflection direction of the dichroic mirror 110, a relay lens 116 (imaging lens), a polarizing beam splitter 228, and a photodetector 230 are provided. In the polarization beam splitter 228, the transmission direction is set to the polarization direction of the laser light emitted from the laser light source 202. Therefore, the servo Z-axis direction laser light reflected by the dichroic mirror 110 passes through the relay lens 116 to become parallel light, passes through the polarization beam splitter 228, and enters the light receiving surface of the photodetector 230. Thus, a rod-like projection extending in the X-axis direction, which is a shadow of the workpiece OB, is projected on the light receiving surface of the photodetector 230.

フォトディテクタ230は、図15に示すように、受光領域が十字状に4分割された4つの同一正方形状の受光素子を備え、時計回りに配置された受光領域A,B,C,Dに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号(a,b,c,d)として出力する。このフォトディテクタ230は、十字状の分割線DIVがZ軸方向とX軸方向とに向くように配置されている。以下、分割線DIVのうち、X軸方向に向いた分割線をX軸方向分割線DIVXと呼び、Z軸方向に向いた分割線をZ軸方向分割線DIVZと呼ぶ。   As shown in FIG. 15, the photodetector 230 includes four light receiving elements having the same square shape in which the light receiving area is divided into four in a cross shape, and is incident on the light receiving areas A, B, C, and D arranged in the clockwise direction. A detection signal proportional to the light intensity is output as a light reception signal (a, b, c, d). The photodetector 230 is arranged so that the cross-shaped dividing line DIV faces the Z-axis direction and the X-axis direction. Hereinafter, among the dividing lines DIV, a dividing line facing in the X-axis direction is referred to as an X-axis direction dividing line DIVX, and a dividing line facing in the Z-axis direction is referred to as a Z-axis direction dividing line DIVZ.

また、ビームスプリッタ212で反射したサーボ用レーザ光は、第1反射ミラー214と第2反射ミラー216とで反射して加工対象物OBに対してY軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ212で反射したサーボ用レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Y軸方向レーザ光は、第1実施形態のサーボ用Y軸方向レーザ光と同様に、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸がワーク駆動装置50の回転軸と交差するように光路が位置決めされている。   Further, the servo laser light reflected by the beam splitter 212 is reflected by the first reflecting mirror 214 and the second reflecting mirror 216 and is irradiated on the workpiece OB in the Y-axis direction. Hereinafter, the servo laser light reflected by the beam splitter 212 is referred to as servo Y-axis direction laser light. The servo Y-axis direction laser light is parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece OB, similar to the servo Y-axis direction laser light of the first embodiment, and the optical axis thereof is the workpiece driving device 50. The optical path is positioned so as to intersect with the rotation axis.

加工対象物OBを挟んで第2反射ミラー216と向かい合う位置に第3反射ミラー218が設けられる。第2反射ミラー216で反射したサーボ用Y軸方向レーザ光は、加工対象物OBの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物OBに遮られなかったレーザ光(射影光)が第3反射ミラー218に入射する。サーボ用Y軸方向レーザ光は、第3反射ミラー218で反射し、更に、第4反射ミラー220で反射する。第4反射ミラー220の反射方向には、像回転プリズム(ダブプリズム)222および第5反射ミラー224が設けられる。第4反射ミラー220で反射したサーボ用Y軸方向レーザ光は、像回転プリズム222で像が90度回転する。従って、像回転プリズム222から出射するサーボ用Y軸方向レーザ光は、加工対象物OBの射影の向きがZ軸方向となる。像回転プリズム222から出射したサーボ用Y軸方向レーザ光は、第5反射ミラー224で反射して進行方向を変え、1/2波長板226を通過することで偏光方向が90度変化して偏光ビームスプリッタ228に入射する。偏光ビームスプリッタ228は透過方向がレーザ光源202を出射したレーザ光の偏光方向に設定されているため、入射したサーボ用Y軸方向レーザ光は偏光ビームスプリッタ228で反射する。これにより、サーボ用Y軸方向レーザ光とサーボ用Z軸方向レーザ光とが合成される。   A third reflection mirror 218 is provided at a position facing the second reflection mirror 216 across the workpiece OB. The servo Y-axis direction laser light reflected by the second reflecting mirror 216 is parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece OB, and therefore the laser light (projected light) that is not blocked by the workpiece OB. The light enters the third reflection mirror 218. The servo Y-axis direction laser light is reflected by the third reflecting mirror 218 and further reflected by the fourth reflecting mirror 220. In the reflection direction of the fourth reflection mirror 220, an image rotation prism (double prism) 222 and a fifth reflection mirror 224 are provided. The servo Y-axis direction laser light reflected by the fourth reflecting mirror 220 is rotated 90 degrees by the image rotating prism 222. Accordingly, in the servo Y-axis direction laser light emitted from the image rotation prism 222, the projection direction of the workpiece OB is the Z-axis direction. The servo Y-axis laser light emitted from the image rotating prism 222 is reflected by the fifth reflecting mirror 224 to change the traveling direction, and passes through the half-wave plate 226 to change the polarization direction by 90 degrees. The light enters the beam splitter 228. Since the polarization beam splitter 228 has a transmission direction set to the polarization direction of the laser light emitted from the laser light source 202, the incident servo Y-axis direction laser light is reflected by the polarization beam splitter 228. As a result, the servo Y-axis direction laser beam and the servo Z-axis direction laser beam are combined.

フォトディテクタ230には、図15に示すように、サーボ用Y軸方向レーザ光とサーボ用Z軸方向レーザ光とによる加工対象物OBの射影Sが映し出されるが、この射影Sは、Z軸方向とX軸方向とに延びた十字形状となる。このフォトディテクタ230は、Y軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに射影Sが受光領域のZ軸方向分割線DIVZにより2等分される位置で、かつ、対物レンズ112が原点位置にありZ軸方向から見て加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸と一致しているときに射影Sが受光領域のX軸方向分割線DIVXにより2等分される位置に配置される。   As shown in FIG. 15, a projection S of the workpiece OB by the servo Y-axis direction laser beam and the servo Z-axis direction laser beam is projected onto the photodetector 230. This projection S is the same as the Z-axis direction. The cross shape extends in the X-axis direction. In the photodetector 230, the projection S is divided into two equal parts by the Z-axis direction dividing line DIVZ of the light receiving area when the central axis of the workpiece OB is coincident with the rotation axis of the work driving device 50 when viewed from the Y-axis direction. And the projection S is the X axis of the light receiving area when the objective lens 112 is at the origin position and the center axis of the workpiece OB coincides with the rotation axis of the workpiece driving device 50 when viewed from the Z-axis direction. They are arranged at positions that are equally divided by the direction dividing line DIVX.

フォトディテクタ230の出力する受光信号(a,b,c,d)は、ぞれぞれ、Y軸方向エラー信号生成回路561とZ軸方向エラー信号生成回路571とに入力される。この第5実施形態においては、Y軸方向エラー信号生成回路561は、受光信号(a,b,c,d)を使って((a+d)−(b+c))の演算を行い、その演算結果をY軸方向エラー信号((a+d)−(b+c))として出力する。Y軸方向エラー信号(((a+d)−(b+c))の大きさは、加工対象物OBの中心軸とワーク駆動装置50の回転軸とのY軸方向におけるずれ量を表すものとなる。また、Z軸方向エラー信号生成回路571は、受光信号(a,b,c,d)を使って((a+b)−(c+d))の演算を行い、その演算結果をZ軸方向エラー信号((a+b)−(c+d))として出力する。Z軸方向エラー信号((a+b)−(c+d))の大きさは、加工対象物OBの中心軸とワーク駆動装置50の回転軸とのZ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。   The light reception signals (a, b, c, d) output from the photodetector 230 are input to the Y-axis direction error signal generation circuit 561 and the Z-axis direction error signal generation circuit 571, respectively. In the fifth embodiment, the Y-axis direction error signal generation circuit 561 performs a calculation of ((a + d) − (b + c)) using the received light signals (a, b, c, d), and the calculation result is obtained. Y-axis direction error signal ((a + d)-(b + c)) is output. The magnitude of the Y-axis direction error signal (((a + d)-(b + c)) represents the amount of deviation in the Y-axis direction between the center axis of the workpiece OB and the rotation axis of the workpiece driving device 50. The Z-axis direction error signal generation circuit 571 calculates ((a + b)-(c + d)) using the received light signals (a, b, c, d), and outputs the calculation result as a Z-axis direction error signal (( a + b) − (c + d)) The magnitude of the Z-axis direction error signal ((a + b) − (c + d)) is determined in the Z-axis direction between the center axis of the workpiece OB and the rotation axis of the workpiece driving device 50. It represents the amount of deviation at.

Y軸方向サーボ回路562は、コントローラ90からの指令により作動を開始し、Y軸方向エラー信号生成回路561から入力したY軸方向エラー信号(((a+d)−(b+c))に基づいて、Y軸方向エラー信号(((a+d)−(b+c))が常にゼロとなるようなY軸方向サーボ信号を生成してY軸方向ドライブ回路563に出力する。Y軸方向ドライブ回路563は、Y軸方向サーボ信号に基づいてY軸アクチュエータ114yを駆動する信号を出力して、対物レンズ112をY軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ230に映し出される十字形状の射影におけるX軸方向に向いた部分が受光領域のX軸方向分割線DIVXにより2等分される位置に維持されるように対物レンズ112のY軸方向位置が制御される。この結果、加工用レーザ光の光軸が加工対象物OBの中心軸と交差する位置に維持される。   The Y-axis direction servo circuit 562 starts operating in response to a command from the controller 90, and based on the Y-axis direction error signal (((a + d) − (b + c)) input from the Y-axis direction error signal generation circuit 561, the Y-axis direction servo circuit 562 A Y-axis direction servo signal is generated so that the axial direction error signal (((a + d) − (b + c)) is always zero, and is output to the Y-axis direction drive circuit 563. The Y-axis direction drive circuit 563 is A signal for driving the Y-axis actuator 114y is output based on the direction servo signal, and the objective lens 112 is moved in the Y-axis direction, so that a portion facing the X-axis direction in the cross-shaped projection projected on the photodetector 230 is The position of the objective lens 112 in the Y-axis direction is controlled so that the position of the light-receiving area is equally divided by the X-axis direction dividing line DIVX. Result, the optical axis of the processing laser beam is maintained at a position intersecting the center axis of the workpiece OB.

また、Z軸方向サーボ回路572は、コントローラ90からの指令により作動を開始し、Z軸方向エラー信号生成回路571から入力したZ軸方向エラー信号((a+b)−(c+d))に基づいて、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ112のZ軸方向移動量を表すZ軸方向サーボ信号を生成してZ軸方向ドライブ回路573に出力する。Z軸方向ドライブ回路573は、Z軸方向サーボ信号に基づいてZ軸アクチュエータ114zを駆動する信号を出力して、対物レンズ112をZ軸方向に移動させる。従って、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ112が原点位置からZ軸方向に離れた位置に維持される。このため、加工対象物OBの位置がZ軸方向に変動しても、加工対象物OBの中心軸がワーク駆動装置50の回転軸とずれている量だけ対物レンズ112を原点位置から移動させることにより、常に、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物OBの表面と一致させることができる。   Further, the Z-axis direction servo circuit 572 starts to operate in response to a command from the controller 90, and based on the Z-axis direction error signal ((a + b) − (c + d)) input from the Z-axis direction error signal generation circuit 571, The amount of deviation of the workpiece OB in the Z-axis direction is detected, and a Z-axis direction servo signal representing the amount of movement of the objective lens 112 in the Z-axis direction corresponding to the amount of deviation is generated and output to the Z-axis direction drive circuit 573. The Z-axis direction drive circuit 573 outputs a signal for driving the Z-axis actuator 114z based on the Z-axis direction servo signal, and moves the objective lens 112 in the Z-axis direction. Therefore, the objective lens 112 is maintained at a position away from the origin position in the Z-axis direction by the amount of deviation of the workpiece OB in the Z-axis direction. For this reason, even if the position of the workpiece OB fluctuates in the Z-axis direction, the objective lens 112 is moved from the origin position by an amount by which the central axis of the workpiece OB deviates from the rotation axis of the workpiece driving device 50. Thus, the focal position of the processing laser beam can always coincide with the surface of the processing object OB.

尚、本実施形態においても、サーボ用Y軸方向レーザ光の光路上に第1リレーレンズ404,第2リレーレンズ406を設け、第3実施形態と同様、第1リレーレンズ404をリレーレンズアクチュエータ408で駆動し、それと等しい駆動量でZ軸アクチュエータ114zを駆動して、クローズドループ制御によりZ軸方向サーボ制御を行うようにすることができる。   Also in this embodiment, the first relay lens 404 and the second relay lens 406 are provided on the optical path of the servo Y-axis direction laser light, and the first relay lens 404 is connected to the relay lens actuator 408 as in the third embodiment. And the Z-axis actuator 114z is driven with the same amount of drive, and Z-axis direction servo control can be performed by closed loop control.

また、加工対象物OBに形成されるビームスポットの径が大きくてもよい場合は、図16に示すように、対物レンズ112の焦点距離を長くすることができるので、加工対象物OBと対物レンズ112の間にビームスプリッタ232を設け、像回転プリズム222から出射したサーボ用Y軸方向レーザ光とサーボ用Z軸方向レーザ光をビームスプリッタ232で合成させるようにしてもよい。この場合、加工対象物OBから対物レンズ112までの光路長を2つの方向のレーザ光において等しくする必要があるため、リレーレンズ234,236を設ける。これによれば、サーボ用Y軸方向レーザ光も対物レンズ112を通過させることができるので、リレーレンズを設けなくてもクローズドループ制御によりZ軸方向サーボ制御を行うことができる。   Further, when the diameter of the beam spot formed on the processing object OB may be large, the focal length of the objective lens 112 can be increased as shown in FIG. A beam splitter 232 may be provided between 112, and the servo Y-axis direction laser light and the servo Z-axis direction laser light emitted from the image rotation prism 222 may be combined by the beam splitter 232. In this case, since it is necessary to make the optical path length from the object OB to the objective lens 112 equal in the laser light in two directions, the relay lenses 234 and 236 are provided. According to this, since the servo Y-axis direction laser beam can also pass through the objective lens 112, Z-axis direction servo control can be performed by closed loop control without providing a relay lens.

以上説明した第5実施形態のレーザ加工装置によれば、第1実施形態の効果を奏するだけでなく、サーボ用レーザ光のレーザ光源、サーボ用レーザ駆動回路、フォトディテクタ、その他の光学素子の数を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができる。   According to the laser processing apparatus of the fifth embodiment described above, not only the effects of the first embodiment are obtained, but also the number of servo laser light sources, servo laser drive circuits, photodetectors, and other optical elements are reduced. Thus, the cost of the apparatus can be reduced.

尚、第1実施形態では、レーザ加工制御ルーチンにおけるステップS108,S132の処理において、サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路240とサーボ用Y軸方向レーザ駆動回路340との両方に対して照射開始指令あるいは照射停止指令を出力したが、第5実施形態においては、サーボ用Z軸方向レーザ光とサーボ用Y軸方向レーザ光とを共通のレーザ光源202から出射するように構成しているため、照射開始指令および照射停止指令は、レーザ光源202を駆動するサーボ用レーザ駆動回路540のみに対して出力されることになる。   In the first embodiment, in the processing of steps S108 and S132 in the laser processing control routine, the irradiation start command or both of the servo Z-axis direction laser drive circuit 240 and the servo Y-axis direction laser drive circuit 340 are given. Although the irradiation stop command is output, in the fifth embodiment, since the servo Z-axis direction laser beam and the servo Y-axis direction laser beam are emitted from the common laser light source 202, the irradiation start is started. The command and the irradiation stop command are output only to the servo laser drive circuit 540 that drives the laser light source 202.

以上、本発明の5つの実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。   As mentioned above, although five embodiment of this invention was described, in implementing this invention, it is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible unless it deviates from the objective of this invention.

例えば、第1実施形態においては、サーボ用Z軸方向レーザ光を、加工用レーザ光を集光させる対物レンズ112を介してフォトディテクタ118で受光する構成を採用しているが、サーボ用Z軸方向レーザ光の光軸を加工用レーザ光の光軸から僅かにずらし、対物レンズ112の近傍に設けたフォトディテクタでサーボ用Z軸方向レーザ光を受光する構成であってもよい。この構成では、加工対象物OBの変動を加工用レーザ光の焦点位置の近傍で検出することになるが、加工対象物OBの変動が大きくなければサーボ制御は可能である。   For example, in the first embodiment, a configuration is adopted in which the servo Z-axis direction laser light is received by the photodetector 118 via the objective lens 112 that condenses the processing laser light. The optical axis of the laser beam may be slightly shifted from the optical axis of the processing laser beam, and the servo Z-axis direction laser beam may be received by a photodetector provided in the vicinity of the objective lens 112. In this configuration, the variation of the processing object OB is detected in the vicinity of the focal position of the processing laser beam. However, if the variation of the processing object OB is not large, servo control is possible.

また、上記各実施形態においては、アクチュエータ114による対物レンズ112の駆動のみにより加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物OBの適正位置になるように制御したが、Y軸アクチュエータ114yに変位センサを設け、この変位センサが出力する信号の直流成分(オフセット部分)を検出し、この直流成分がゼロになるように加工用ヘッドおよびサーボ用Z軸方向光ヘッドをY軸方向に一体的に移動させるアクチュエータを別に設けるようにしてもよい。この場合には、対物レンズ112が原点位置を中心に駆動されるため、さらに精度の高いサーボ制御を行うことができる。尚、Y軸アクチュエータ114yに変位センサを設けずに、Y軸方向サーボ回路162、562が出力する信号の直流成分を検出するようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the focal position of the processing laser beam is controlled to be an appropriate position of the processing object OB only by driving the objective lens 112 by the actuator 114. However, a displacement sensor is provided to the Y-axis actuator 114y. And detecting the DC component (offset part) of the signal output from the displacement sensor, and moving the machining head and the servo Z-axis direction optical head integrally in the Y-axis direction so that the DC component becomes zero. An actuator may be provided separately. In this case, since the objective lens 112 is driven around the origin position, servo control with higher accuracy can be performed. The DC component of the signal output from the Y-axis direction servo circuits 162 and 562 may be detected without providing a displacement sensor in the Y-axis actuator 114y.

また、上記各実施形態においては、加工用レーザ光の照射位置をX軸方向に移動させるにあたって、ワーク駆動装置50により加工対象物OBをX軸方向に移動させているが、例えば、加工用ヘッド10、サーボ用Z軸方向光ヘッド20、サーボ用Y軸方向光ヘッド30、Y軸方向受光装置40を一体化したユニットをX軸方向に移動させる構成であってもよい。   Further, in each of the above embodiments, when the irradiation position of the processing laser beam is moved in the X-axis direction, the workpiece OB is moved in the X-axis direction by the work driving device 50. 10. The unit in which the servo Z-axis direction optical head 20, the servo Y-axis direction optical head 30, and the Y-axis direction light receiving device 40 are integrated may be moved in the X-axis direction.

また、上記各実施形態においては、加工対象物OBをその中心軸回りに回転させているが、加工対象物OBを固定し、加工用ヘッド10、サーボ用Z軸方向光ヘッド20、サーボ用Y軸方向光ヘッド30、Y軸方向受光装置40を加工対象物OBの中心軸回りに回転させる構成であってもよい。   In each of the above embodiments, the workpiece OB is rotated about its central axis. However, the workpiece OB is fixed, the machining head 10, the servo Z-axis optical head 20, and the servo Y. The configuration may be such that the axial optical head 30 and the Y-axis light receiving device 40 are rotated around the central axis of the workpiece OB.

また、上記各実施形態においては、加工対象物OBを横方向に向けて固定しているが、加工対象物OBを固定する向きは任意の方向に設定できるものである。また、これに伴って、加工用レーザ光、サーボ用Z軸方向レーザ光、サーボ用Y軸方向レーザ光の向きに関しても、X軸,Y軸,Z軸方向の関係を満たす条件で任意に設定できるものである。   Moreover, in each said embodiment, although the process target OB is being fixed toward the horizontal direction, the direction which fixes the process target OB can be set to arbitrary directions. Along with this, the orientations of the processing laser beam, servo Z-axis direction laser beam, and servo Y-axis direction laser beam are arbitrarily set under conditions that satisfy the relationship of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. It can be done.

OB…加工対象物、10,12,15…加工用ヘッド、20…サーボ用Z軸方向光ヘッド、30…サーボ用Y軸方向光ヘッド、40,43…Y軸方向受光装置、44…第2サーボ用Y軸方向光ヘッド、50…ワーク駆動装置、51…移動ステージ、52…スピンドルモータ、55…フィードモータ、56…スピンドルモータ制御回路、57…フィードモータ制御回路、58…移動位置検出回路、90…コントローラ、102,202,130,302,410…レーザ光源、110…ダイクロイックミラー、112…対物レンズ、114…フォーカスアクチュエータ、114y…Y軸アクチュエータ、114z…Z軸アクチュエータ、118,122,126,140,144,210,230,310,402,420,424…フォトディテクタ、404…第1リレーレンズ、408…リレーレンズアクチュエータ、161,561…Y軸方向エラー信号生成回路、162,562…Y軸方向サーボ回路、163,563…Y軸方向ドライブ回路、171,191,571…Z軸方向エラー信号生成回路、172,182,192,572…Z軸方向サーボ回路、173,183、573…Z軸方向ドライブ回路、212…ビームスプリッタ、222…像回転プリズム、240…サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路、340…サーボ用Y軸方向レーザ駆動回路、440…第2サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路、540…サーボ用レーザ駆動回路。   OB ... object to be processed, 10, 12, 15 ... processing head, 20 ... Z-axis optical head for servo, 30 ... Y-axis optical head for servo, 40, 43 ... Y-axis light receiving device, 44 ... second Y-axis optical head for servo, 50 ... work drive device, 51 ... moving stage, 52 ... spindle motor, 55 ... feed motor, 56 ... spindle motor control circuit, 57 ... feed motor control circuit, 58 ... moving position detection circuit, 90 ... Controller, 102, 202, 130, 302, 410 ... Laser light source, 110 ... Dichroic mirror, 112 ... Objective lens, 114 ... Focus actuator, 114y ... Y-axis actuator, 114z ... Z-axis actuator, 118, 122, 126, 140, 144, 210, 230, 310, 402, 420, 424 ... Photo data 404, first relay lens, 408, relay lens actuator, 161, 561, Y axis direction error signal generation circuit, 162, 562, Y axis direction servo circuit, 163, 563, Y axis direction drive circuit, 171, 191 , 571 ... Z-axis direction error signal generation circuit, 172, 182, 192, 572 ... Z-axis direction servo circuit, 173, 183, 573 ... Z-axis direction drive circuit, 212 ... Beam splitter, 222 ... Image rotation prism, 240 ... Servo Z-axis direction laser drive circuit, 340... Servo Y-axis direction laser drive circuit, 440... Second servo Z-axis direction laser drive circuit, 540.

Claims (16)

円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるX軸方向に対して垂直方向となるZ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記X軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
を備えたレーザ加工装置において、
照射方向がZ軸方向に設定されたサーボ用Z軸方向レーザ光と、照射方向が前記Z軸方向と前記X軸方向とに対して垂直方向となるY軸方向に設定されたサーボ用Y軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
前記Z軸方向に照射されたサーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するZ軸方向レーザ光検出手段と、
前記Y軸方向に照射されたサーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するY軸方向レーザ光検出手段と、
前記Z軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Y軸方向に駆動するY軸方向サーボ手段と、
前記Y軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Z軸方向に駆動するZ軸方向サーボ手段と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
Rotating means for rotating a cylindrical pipe-shaped workpiece relative to the periphery of the workpiece around its central axis;
Laser light for processing is condensed by an objective lens, and laser processing is performed by irradiating the surface of the processing object in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis direction that is the central axis direction of the processing object. Laser beam irradiation means for processing;
In a laser processing apparatus comprising: a processing laser beam irradiation position moving unit that moves an irradiation position of the processing laser beam irradiated to the processing object in the X-axis direction;
Servo Z-axis direction laser light whose irradiation direction is set in the Z-axis direction, and servo Y-axis whose irradiation direction is set in the Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction Laser beam irradiation means for servo that irradiates a workpiece with a direction laser beam,
The projection or reflected light of the workpiece to be processed of the servo Z-axis laser beam irradiated in the Z-axis direction is received by a light receiving surface, and a light reception signal corresponding to the position of the projection or reflected light on the light receiving surface is received. Z-axis direction laser beam detecting means for outputting;
The projection or reflected light of the workpiece to be processed of the servo Y-axis laser beam irradiated in the Y-axis direction is received by a light-receiving surface, and a light-receiving signal corresponding to the position of the projection or reflected light on the light-receiving surface is received. Y-axis direction laser beam detection means for outputting;
A Y-axis that drives the objective lens in the Y-axis direction so that the optical axis of the processing laser light intersects the central axis of the object to be processed based on the light reception signal output from the Z-axis direction laser light detecting means. Direction servo means;
Z-axis direction for driving the objective lens in the Z-axis direction so that the focal position of the processing laser light coincides with the surface of the object to be processed based on the light reception signal output from the Y-axis direction laser light detection means And a laser processing device.
前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Z軸方向に照射するZ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射するY軸方向照射手段とを備え、
前記Z軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Y軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
The servo laser light irradiation means is a Z-axis direction irradiation means for irradiating the workpiece in the Z-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as servo Z-axis laser light. Y-axis direction irradiation means for irradiating the processing object in the Y-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the processing object as Y-axis direction laser light for servo,
The Z-axis direction laser light detecting means receives a projection of the workpiece of the servo Z-axis direction laser light on a light receiving surface, and outputs a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface,
The Y-axis direction laser light detecting means receives a projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light on a light receiving surface and outputs a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
前記Z軸方向照射手段は、前記サーボ用Z軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
前記加工用レーザ光照射手段は、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射したサーボ用Z軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Z軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子を備えたことを特徴とする請求項2記載のレーザ加工装置。
The Z-axis direction irradiation means applies the servo Z-axis direction laser light at a position where the optical axis is the same as that of the processing laser light irradiated from the processing laser light irradiation means, and onto the object to be processed. For irradiation from the direction opposite to the irradiation direction of the processing laser light,
The processing laser beam irradiation means separates the servo Z-axis direction laser beam incident on the optical path from the optical path in the middle of the optical path for irradiating the processing laser beam to the processing target, and the Z 3. The laser processing apparatus according to claim 2, further comprising a separating optical element that leads to a light receiving surface of the axial laser light detecting means.
前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Z軸方向に照射するZ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射するY軸方向照射手段とを備え、
前記Z軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Y軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
The servo laser beam irradiating means uses the laser beam condensed to the same extent as the processing laser beam by the objective lens as a servo Z-axis direction laser beam at a position coaxial with the processing laser beam. Z-axis direction irradiation means for irradiating an object in the Z-axis direction, and parallel laser light having a diameter larger than the diameter of the object to be processed is irradiated as Y-axis laser light for servo in the Y-axis direction to the object to be processed Y-axis direction irradiation means
The Z-axis direction laser light detecting means receives the reflected light of the processing target of the servo Z-axis direction laser light on a light receiving surface and outputs a light reception signal corresponding to the position of the reflected light on the light receiving surface. ,
The Y-axis direction laser light detecting means receives a projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light on a light receiving surface and outputs a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
前記Z軸方向サーボ手段は、
前記Y軸方向レーザ光検出手段の受光面への入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを備え、前記Y軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記Y軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動することを特徴とする請求項1ないし請求項4の何れか一項記載のレーザ加工装置。
The Z-axis direction servo means is
The incident optical path to the light receiving surface of the Y-axis direction laser light detection means includes a relay lens that can move in a direction perpendicular to the optical path, and based on the light reception signal output from the Y-axis direction laser light detection means, The relay lens is driven such that the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser light is positioned at the center of the light receiving surface of the Y-axis direction laser light detection means, and in conjunction with the driving of the relay lens. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the objective lens is driven in a Z-axis direction.
前記Y軸方向照射手段は、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第1サーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射する第1Y軸方向照射手段と、
前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第2サーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射する第2Y軸方向照射手段と
を備え、
前記Y軸方向レーザ光検出手段は、
前記第1Y軸方向照射手段により照射された第1サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第1Y軸方向レーザ光検出器と、
前記第2Y軸方向照射手段により照射された第2サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第2Y軸方向レーザ光検出器と
を備え、
前記Z軸方向サーボ手段は、
前記第1Y軸方向レーザ光検出器と前記第2Y軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズと、
前記第1サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記第1Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動する第1Z軸方向サーボ手段と、
前記第2サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光が前記第2Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動する第2Z軸方向サーボ手段と、
前記第1Z軸方向サーボ手段の作動の後に、前記第2Z軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段と
を備えたことを特徴とする請求項2ないし請求項5の何れか一項記載のレーザ加工装置。
The Y-axis direction irradiation means is
First Y-axis direction irradiation means for irradiating the processing object in the Y-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the processing object as a first servo Y-axis direction laser beam;
A second Y-axis direction irradiating means for irradiating the workpiece in the Y-axis direction with a laser beam condensed to a diameter smaller than the diameter of the workpiece as a second servo Y-axis laser beam;
The Y-axis direction laser beam detecting means is
The projection of the processing object of the first servo Y-axis direction laser light irradiated by the first Y-axis direction irradiation means is received by a light receiving surface, and a light reception signal corresponding to the position of the projection on the light receiving surface is output. A first Y-axis direction laser light detector;
The reflected light of the workpiece of the second servo Y-axis direction laser light irradiated by the second Y-axis direction irradiation means is received by a light receiving surface, and a light reception signal corresponding to the position of the reflected light on the light receiving surface is received. A second Y-axis direction laser beam detector for outputting,
The Z-axis direction servo means is
A relay lens movable to a common incident optical path of the first Y-axis direction laser beam detector and the second Y-axis direction laser beam detector in a direction perpendicular to the optical path;
The relay lens is driven so that the projection of the workpiece of the first servo Y-axis direction laser beam is positioned at the center of the light receiving surface of the first Y-axis direction laser beam detector, and the relay lens is driven. Together with the first Z-axis direction servo means for driving the objective lens in the Z-axis direction,
The relay lens is driven so that the reflected light of the workpiece of the second servo Y-axis direction laser light is positioned at the center of the light receiving surface of the second Y-axis direction laser light detector, and the relay lens Second Z-axis direction servo means for driving the objective lens in the Z-axis direction together with driving;
6. An operation switching means for performing an operation switching so that the second Z-axis direction servo means operates after the operation of the first Z-axis direction servo means. The laser processing apparatus according to one item.
前記サーボ用レーザ光照射手段は、
前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とを照射するための共通のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にして前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とに分離する分離光路とを備え、
前記Z軸方向レーザ光検出手段と前記Y軸方向レーザ光検出手段は、
受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器と、
前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とを、それぞれの前記加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成して前記レーザ光検出器の受光面に導く合成光路とを備え、
前記Y軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Y軸方向に駆動し、
前記Z軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Z軸方向に駆動することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
The servo laser beam irradiation means is
A common laser light source for irradiating the servo Z-axis direction laser beam and the servo Y-axis direction laser beam;
A separation optical path for separating laser light emitted from the laser light source into parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece and separating the servo Z-axis laser light and the servo Y-axis laser light. Prepared,
The Z-axis direction laser light detection means and the Y-axis direction laser light detection means are
A laser light detector having a light receiving surface divided into a cross shape in a light receiving region, and outputting a light receiving signal corresponding to the light intensity for each light receiving region;
The servo Z-axis direction laser beam and the servo Y-axis direction laser beam are combined so that the projections of the workpieces cross each other in a cross shape and guided to the light receiving surface of the laser light detector. With an optical path,
The Y-axis direction servo means is arranged so that the optical axis of the laser beam for processing intersects the central axis of the workpiece based on the difference between the received light signals in the right and left or upper and lower light receiving areas of the laser light detector. Driving the objective lens in the Y-axis direction;
The Z-axis direction servo means is configured so that the focal position of the processing laser light coincides with the surface of the processing object based on a difference between light receiving signals in the light receiving regions on the top and bottom or the left and right of the laser light detector. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the objective lens is driven in the Z-axis direction.
前記加工用レーザ光照射手段により前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する焦点位置不適正判定手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項7の何れか一項記載のレーザ加工装置。   When the intensity of the reflected light of the processing laser light irradiated on the surface of the workpiece is detected by the processing laser light irradiation means, and the detected reflected light intensity is below a reference value, The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a focal position inappropriateness determining unit that determines that the focal position of the laser beam is not appropriate. 円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるX軸方向に対して垂直方向となるZ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記X軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
を備えたレーザ加工装置に適用され、前記加工用レーザ光の焦点位置を制御するフォーカスサーボ制御方法において、
照射方向がZ軸方向に設定されたサーボ用Z軸方向レーザ光と、照射方向が前記Z軸方向と前記X軸方向とに対して垂直方向となるY軸方向に設定されたサーボ用Y軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射ステップと、
前記Z軸方向に照射されたサーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光をZ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するZ軸方向レーザ光検出ステップと、
前記Y軸方向に照射されたサーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光をY軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するY軸方向レーザ光検出ステップと、
前記Z軸方向レーザ光検出ステップにより出力された受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Y軸方向に駆動するY軸方向サーボステップと、
前記Y軸方向レーザ光検出ステップにより出力された受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Z軸方向に駆動するZ軸方向サーボステップと
を含むことを特徴とするレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
Rotating means for rotating a cylindrical pipe-shaped workpiece relative to the periphery of the workpiece around its central axis;
Laser light for processing is condensed by an objective lens, and laser processing is performed by irradiating the surface of the processing object in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis direction that is the central axis direction of the processing object. Laser beam irradiation means for processing;
Applied to a laser processing apparatus comprising: a processing laser light irradiation position moving means for moving the irradiation position of the processing laser light applied to the processing object in the X-axis direction, and the focal position of the processing laser light In the focus servo control method for controlling
Servo Z-axis direction laser light whose irradiation direction is set in the Z-axis direction, and servo Y-axis whose irradiation direction is set in the Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction A laser beam irradiation step for servo that irradiates a workpiece with a direction laser beam;
The projection or reflected light of the object to be processed of the servo Z-axis laser light irradiated in the Z-axis direction is received by the light-receiving surface of the Z-axis laser light detector, and the projection or reflected light on the light-receiving surface. Z-axis direction laser beam detection step for outputting a light reception signal according to the position of
The projection or reflected light of the workpiece of the servo Y-axis laser light irradiated in the Y-axis direction is received by the light-receiving surface of the Y-axis laser light detector, and the projection or reflected light on the light-receiving surface. Y-axis direction laser beam detection step for outputting a light reception signal corresponding to the position of
The objective lens is driven in the Y-axis direction so that the optical axis of the processing laser light intersects the central axis of the object to be processed based on the light reception signal output in the Z-axis direction laser light detection step. An axial servo step;
A Z-axis that drives the objective lens in the Z-axis direction so that the focal position of the processing laser light coincides with the surface of the object to be processed based on the light reception signal output in the Y-axis direction laser light detection step. A focus servo control method for a laser processing apparatus, comprising: a direction servo step.
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Z軸方向に照射するZ軸方向照射ステップと、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射するY軸方向照射ステップとを含み、
前記Z軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を前記Z軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Y軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を前記Y軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とする請求項9記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
The servo laser beam irradiation step includes a Z-axis direction irradiation step of irradiating the workpiece with the parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as the servo Z-axis direction laser beam in the Z-axis direction; A Y-axis direction irradiation step of irradiating the processing target object in the Y-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the processing target object as servo Y-axis direction laser light,
The Z-axis direction laser light detecting step receives a projection of the workpiece of the servo Z-axis direction laser light on a light-receiving surface of the Z-axis direction laser light detector, and at the position of the projection on the light-receiving surface. According to the received light signal,
The Y-axis direction laser beam detecting step receives the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser beam on the light-receiving surface of the Y-axis direction laser beam detector, and at the position of the projection on the light-receiving surface. 10. The focus servo control method for a laser processing apparatus according to claim 9, wherein a corresponding light reception signal is output.
前記Z軸方向照射ステップは、前記サーボ用Z軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
前記Z軸方向レーザ光検出ステップは、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に設けた分離用光学素子により、前記光路に入射したサーボ用Z軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Z軸方向レーザ光検出器の受光面に導くことを特徴とする請求項10記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
In the Z-axis direction irradiation step, the servo Z-axis direction laser light is applied to the processing object at a position where the optical axis is the same as the processing laser light irradiated from the processing laser light irradiation means. For irradiation from the direction opposite to the irradiation direction of the processing laser light,
In the Z-axis direction laser beam detecting step, the servo Z-axis direction laser beam incident on the optical path is obtained by a separation optical element provided in the middle of the optical path for irradiating the processing laser beam on the workpiece. The focus servo control method for a laser processing apparatus according to claim 10, wherein the focus servo control method for the laser processing apparatus is separated from the optical path and led to the light receiving surface of the Z-axis direction laser light detector.
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Z軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Z軸方向に照射するZ軸方向照射ステップと、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射するY軸方向照射ステップとを含み、
前記Z軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Z軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を前記Z軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Y軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を前記Y軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とする請求項9記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
In the servo laser beam irradiation step, the laser beam focused to the same extent as the processing laser beam by the objective lens is used as a servo Z-axis direction laser beam at a position coaxial with the processing laser beam. Irradiating an object in the Z-axis direction, and irradiating the object to be processed in the Y-axis direction as a servo Y-axis laser beam having a diameter larger than the diameter of the object to be processed. Y-axis direction irradiation step to
The Z-axis direction laser light detection step receives the reflected light of the workpiece of the servo Z-axis direction laser light on the light-receiving surface of the Z-axis direction laser light detector, and detects the reflected light on the light-receiving surface. Outputs the received light signal according to the position,
The Y-axis direction laser beam detecting step receives the projection of the workpiece of the servo Y-axis direction laser beam on the light-receiving surface of the Y-axis direction laser beam detector, and at the position of the projection on the light-receiving surface. 10. The focus servo control method for a laser processing apparatus according to claim 9, wherein a corresponding light reception signal is output.
前記Z軸方向サーボステップは、
前記Y軸方向レーザ光検出器の受光面への入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを設けて、前記Y軸方向レーザ光検出器の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動することを特徴とする請求項9ないし請求項12の何れか一項記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
The Z-axis direction servo step includes:
A relay lens that is movable in a direction perpendicular to the optical path is provided on the incident optical path to the light receiving surface of the Y-axis direction laser light detector, and based on the light-receiving signal output from the Y-axis direction laser light detector. The relay lens is driven so that the projection of the workpiece of the Y-axis laser light for servo is located at the center of the light receiving surface of the Y-axis laser light detector, and the driving of the relay lens is performed. 13. The focus servo control method for a laser processing apparatus according to claim 9, wherein the objective lens is driven in the Z-axis direction.
前記Y軸方向照射ステップは、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第1サーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射する第1Y軸方向照射ステップと、
前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第2サーボ用Y軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Y軸方向に照射する第2Y軸方向照射ステップとを含み、
前記Y軸方向レーザ光検出ステップは、
前記第1Y軸方向照射ステップにより照射された第1サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を第1Y軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第1Y軸方向レーザ光検出ステップと、
前記第2Y軸方向照射ステップにより照射された第2サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を第2Y軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第2Y軸方向レーザ光検出ステップとを含み、
前記Z軸方向サーボステップは、
第1Y軸方向レーザ光検出器と前記第2Y軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを設けて、前記第1サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記第1Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動する第1Z軸方向サーボステップと、
第1Z軸方向サーボステップの後に行われ、前記第2サーボ用Y軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光が前記第2Y軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをZ軸方向に駆動する第2Z軸方向サーボステップと
を含むことを特徴とする請求項10ないし請求項13の何れか一項記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
The Y-axis direction irradiation step includes:
A first Y-axis direction irradiation step of irradiating the workpiece in the Y-axis direction with a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the workpiece as a first servo Y-axis laser beam;
A second Y-axis direction irradiation step of irradiating the processing object in the Y-axis direction with a laser beam condensed to a diameter smaller than the diameter of the processing object as a second servo Y-axis direction laser beam,
The Y-axis direction laser beam detection step includes:
The projection of the object to be processed by the first servo Y-axis direction laser light irradiated in the first Y-axis direction irradiation step is received by the light-receiving surface of the first Y-axis direction laser light detector, and the projection of the projection on the light-receiving surface is performed. A first Y-axis direction laser beam detection step for outputting a light reception signal corresponding to the position;
The reflected light of the workpiece of the second servo Y-axis direction laser light irradiated in the second Y-axis direction irradiation step is received by the light-receiving surface of the second Y-axis direction laser light detector, and the reflection on the light-receiving surface. A second Y-axis direction laser light detection step for outputting a light reception signal corresponding to the position of the light,
The Z-axis direction servo step includes:
A relay lens movable in a direction perpendicular to the optical path is provided on a common incident optical path of the first Y-axis direction laser light detector and the second Y-axis direction laser light detector, and the first servo Y-axis The relay lens is driven so that the projection of the workpiece of the directional laser light is located at the center of the light receiving surface of the first Y-axis direction laser light detector, and the objective lens is moved together with the driving of the relay lens. A first Z-axis servo step for driving in the Z-axis direction;
After the first Z-axis direction servo step, the reflected light of the workpiece of the second servo Y-axis direction laser light is positioned at the center of the light receiving surface of the second Y-axis direction laser light detector. 14. A second Z-axis direction servo step for driving the relay lens and driving the objective lens in the Z-axis direction in combination with the driving of the relay lens. A focus servo control method for the laser processing apparatus according to the item.
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、1つのレーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にして前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とに分離し、
前記Z軸方向レーザ光検出ステップと前記Y軸方向レーザ光検出ステップは、
前記サーボ用Z軸方向レーザ光と前記サーボ用Y軸方向レーザ光とを、それぞれの前記加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成して、受光領域が十字状に分割された受光面を備え各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器の受光面に導き、
前記Y軸方向サーボステップは、前記レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Y軸方向に駆動し、
前記Z軸方向サーボステップは、前記レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Z軸方向に駆動することを特徴とする請求項9記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
In the servo laser light irradiation step, the laser light emitted from one laser light source is converted into parallel light having a diameter larger than the diameter of the workpiece, the servo Z-axis laser light and the servo Y-axis direction. Separated into laser light,
The Z-axis direction laser light detection step and the Y-axis direction laser light detection step include:
The servo Z-axis direction laser beam and the servo Y-axis direction laser beam are combined so that the projections of the workpieces cross in a cross shape, and the light receiving region is divided into cross shapes. Led to the light-receiving surface of the laser detector that outputs a light-receiving signal corresponding to the light intensity for each light-receiving region,
In the Y-axis direction servo step, the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis of the processing object based on the difference between the received light signals in the left and right or upper and lower light receiving regions of the laser light detector. Driving the objective lens in the Y-axis direction;
In the Z-axis direction servo step, based on the difference between the received light signals in the upper and lower or left and right light receiving regions of the laser light detector, the focal position of the processing laser light coincides with the surface of the processing object. The focus servo control method for a laser processing apparatus according to claim 9, wherein the objective lens is driven in the Z-axis direction.
前記加工用レーザ光照射ステップにより前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する焦点位置不適正判定ステップを含むことを特徴とする請求項9ないし請求項15の何れか一項記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。   When the processing laser beam irradiation step detects the intensity of reflected light of the processing laser beam irradiated on the surface of the processing object, and the detected reflected light intensity is below a reference value, the processing laser beam is irradiated. 16. The focus servo control method for a laser processing apparatus according to claim 9, further comprising a focus position inappropriateness determining step for determining that the focal position of the laser beam is not appropriate.
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