JP2011104630A - Laser beam machining apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control a laser beam to be focused on the proper position of a workpiece, with a simple structure, even in machining the surface of a cylindrical workpiece having a small diameter with a laser beam. <P>SOLUTION: A cylindrical workpiece OB extending in the X axis direction is irradiated with a machining laser beam in the Z axis direction from a machining head 10 and also irradiated with a servo laser beam in the Z axis direction from the servo Z axis direction optical head 20. Thus, deviation in the Y axis direction of the workpiece OB is detected by the position of the projection of the workpiece OB projected on a photodetector 118. A Y axis direction servo circuit 162 or the like drives an objective lens 112 in the Y axis direction by servo control in accordance with the deviation in the Y axis direction. A delay circuit 164 delays the signal of the Y axis direction servo control, thereby driving the objective lens 112 in the Z axis direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、直径が小さな円筒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に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser processing on the surface of a cylindrical workpiece having a small diameter.

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、下記特許文献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 below, 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、下記特許文献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。   When performing fine laser processing on an object to be processed in the drum type laser processing apparatus, for example, as proposed in Patent Document 2 below, the reflected light from the object to be processed is the same as the focus servo control in the optical disk apparatus. Is received by a photodetector having a light-receiving area divided into four parts, and a focus corresponding to a deviation in the optical axis direction between the focal position of the laser beam and the surface of the workpiece from the light-receiving signal of each light-receiving area by an astigmatism method or the like Generate an error 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状部材(例えば、直径が50μmの円筒状のパイプ)である場合には、レーザ光の光軸が円筒状部材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。したがって、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 surface of the workpiece can be irradiated perpendicularly with the laser beam, but the workpiece is a very thin cylindrical member (for example, a cylindrical pipe having a diameter of 50 μm). In some cases, if the optical axis of the laser beam is deviated from the central axis of the cylindrical member (does not intersect), the laser beam is irradiated obliquely onto the surface of the workpiece, so an appropriate focus error The signal cannot be generated. 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 focus of the laser beam is 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、直径が小さな円筒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、簡単な構成で、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。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。   The present invention has been made to address the above-described problem. Even when the surface of a cylindrical workpiece having a small diameter is laser-processed, the laser beam is focused on the workpiece with a simple configuration. It aims at controlling so that it may become an appropriate position. In addition, in the description of each constituent element of the present invention below, in order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals of corresponding portions of the embodiment are described in parentheses, but each constituent element of the present invention is The present invention should not be construed as being limited to the configurations of the corresponding portions indicated by the reference numerals of the embodiments.

上記目的を達成するために、本発明は、直径が小さな円筒状の加工対象物(OB)を、その中心軸線方向をX軸方向にして支持する対象物支持手段(51)と、加工用レーザ光源(102)及び対物レンズ(112)を有し、加工用レーザ光源から出射されて対物レンズによって集光された加工用レーザ光を、加工対象物の表面にX軸方向と直交するZ軸方向から照射する加工用レーザ光照射手段と、対物レンズをX軸方向とZ軸方向とに直交するY軸方向に変位させて、加工用レーザ光の光軸をY軸方向に移動するY軸アクチュエータ(114y)と、対物レンズをZ軸方向に変位させて、加工用レーザ光の焦点位置をZ軸方向に移動するZ軸アクチュエータ(114z)と、加工対象物又は加工用レーザ光照射手段をX軸方向回りに回転させて、加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、加工対象物に対して相対的にX軸方向回りに回転させる回転手段(52)と、加工対象物又は加工用レーザ光照射手段をX軸方向に変位させて、加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、加工対象物に対して相対的にX軸方向に移動させる移動手段(53〜55)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レーザ光を加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段(20,130)と、サーボ用レーザ光に基づいて生成されて加工対象物のY軸方向の位置を表す情報を含むレーザ光を受光して、加工用レーザ光の光軸に対する加工対象物のX軸方向の中心軸のY軸方向のずれ量を表す受光信号を出力するずれ検出用フォトディテクタ(118,140)と、ずれ検出用フォトディテクタから出力された受光信号を用いて、加工用レーザ光の光軸を加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させるための制御信号を生成し、前記制御信号に応じてY軸アクチュエータを駆動制御して、加工用レーザ光の光軸を加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させるY軸方向サーボ制御手段(161〜163)と、ずれ検出用フォトディテクタから出力された受光信号又はY軸方向サーボ制御手段によって生成された制御信号を入力し、前記Y軸方向のずれが、回転手段による加工用レーザ光の照射位置のX軸方向周りの相対回転に伴い、Z軸方向のずれとして現れるのに要する時間だけ、前記入力した受光信号又は制御信号を遅延し、前記遅延した受光信号又は制御信号を用いてZ軸アクチュエータを駆動制御して、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の外周面に一致させるZ軸方向サーボ制御手段(164,165)とを設けたことにある。   In order to achieve the above object, the present invention provides an object support means (51) for supporting a cylindrical object (OB) having a small diameter with its central axis direction as the X-axis direction, and a processing laser. A Z-axis direction perpendicular to the X-axis direction on the surface of the workpiece is processed laser light emitted from the processing laser light source and condensed by the objective lens, having a light source (102) and an objective lens (112). Laser beam irradiating means for irradiating, and a Y-axis actuator for moving the optical axis of the laser beam for processing in the Y-axis direction by displacing the objective lens in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Z-axis direction (114y), a Z-axis actuator (114z) that moves the focal position of the processing laser light in the Z-axis direction by displacing the objective lens in the Z-axis direction, and a processing object or processing laser light irradiation means X Rotate around axial direction The rotating means (52) for rotating the irradiation position of the processing laser light on the processing object relative to the processing object around the X-axis direction, and the processing object or the processing laser light irradiation means. Laser processing apparatus provided with moving means (53-55) that is displaced in the X-axis direction and moves the irradiation position of the processing laser light on the processing object relative to the processing object in the X-axis direction , The servo laser light irradiation means (20, 130) for irradiating the processing object with the servo laser light whose irradiation direction is set in the Z-axis direction, and the processing object generated based on the servo laser light A deviation in which a laser beam including information representing a position in the Y-axis direction is received, and a received light signal representing a deviation amount in the Y-axis direction of the center axis in the X-axis direction of the workpiece to be processed with respect to the optical axis of the machining laser beam Photodetector for detection 118, 140) and the received light signal output from the photodetection detector for deviation detection, a control signal for causing the optical axis of the laser beam for processing to intersect the central axis in the X-axis direction of the workpiece is generated, Y-axis servo control means (161 to 163) for driving and controlling the Y-axis actuator in accordance with the control signal to cross the optical axis of the machining laser beam with the central axis in the X-axis direction of the workpiece, and deviation detection The light reception signal output from the photo detector or the control signal generated by the Y-axis direction servo control means is input, and the deviation in the Y-axis direction is relative to the irradiation position of the processing laser beam by the rotating means around the X-axis direction. The input light reception signal or control signal is delayed by the time required to appear as a shift in the Z-axis direction with rotation, and the Z-axis actuator is used using the delayed light reception signal or control signal. There is provided Z-axis direction servo control means (164, 165) for driving and controlling the eta so that the focal position of the machining laser beam coincides with the outer peripheral surface of the workpiece.

この場合、ずれ検出用フォトディテクタが、サーボ用レーザ光に基づいて生成されて加工対象物のY軸方向の位置を表す情報を含むレーザ光を受光するために、サーボ用レーザ光照射手段が、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レーザ光として、加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で加工対象物に照射するようにし、ずれ検出用フォトディテクタが、前記加工対象物のY軸方向の位置を表す情報を含むレーザ光として、加工対象物の射影を含むレーザ光を受光するようにするとよい。また、サーボ用レーザ光照射手段が、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レーザ光として、加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で加工対象物に照射し、加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、ずれ検出用フォトディテクタが、前記加工対象物のY軸方向の位置を表す情報を含むレーザ光として、加工対象物によるサーボ用レーザ光の反射光を受光するようにしてもよい。   In this case, in order for the deviation detection photo detector to receive the laser beam generated based on the servo laser beam and including the information indicating the position of the workpiece in the Y-axis direction, the servo laser beam irradiation means A parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the object is used as a servo laser beam so that the object to be processed is irradiated at a position where the optical axis is the same as that of the processing laser beam. The laser light including the projection of the object to be processed may be received as the laser light including information indicating the position of the object in the Y-axis direction. Further, the laser beam irradiation means for servo irradiates the object to be processed at a position where the optical axis of the laser beam for processing is the same as the laser beam for processing as the laser beam condensed to the same degree as the laser beam for processing, Reflected light of servo laser light from the processing object as a laser light including information indicating the position of the processing object in the Y-axis direction at a position where the optical axis is the same as the processing laser light. May be received.

上記のように構成した本発明においては、照射方向がZ軸方向に設定されたサーボ用レーザ光が加工対象物に照射され、ずれ検出用フォトディテクタが、サーボ用レーザ光に基づいて生成されて加工対象物のY軸方向の位置を表す情報を含むレーザ光を受光して、加工用レーザ光の光軸に対する加工対象物のX軸方向の中心軸のY軸方向のずれ量を表す受光信号を出力する。そして、Y軸方向サーボ制御手段が、ずれ検出用フォトディテクタから出力された受光信号を用いて、加工用レーザ光の光軸を加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させるための制御信号を生成してY軸アクチュエータを駆動制御して、加工用レーザ光の光軸を加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させる。また、Z軸方向サーボ制御手段が、前記Y軸方向のずれが、回転手段による加工用レーザ光の照射位置のX軸方向周りの相対回転に伴い、Z軸方向のずれとして現れるのに要する時間だけ、ずれ検出用フォトディテクタ又はY軸方向サーボ制御手段から入力した受光信号又は制御信号を遅延し、前記遅延した受光信号又は制御信号を用いてZ軸アクチュエータを駆動制御して、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の外周面に一致させる。   In the present invention configured as described above, the laser beam for servo whose irradiation direction is set in the Z-axis direction is irradiated to the object to be processed, and the photo detector for detecting the deviation is generated based on the laser beam for servo and processed. A laser beam including information indicating the position of the object in the Y-axis direction is received, and a light-receiving signal indicating a deviation amount in the Y-axis direction of the central axis of the processing object in the X-axis direction with respect to the optical axis of the processing laser beam is received Output. Then, the Y-axis direction servo control means uses the received light signal output from the deviation detection photodetector to generate a control signal for causing the optical axis of the processing laser light to intersect the central axis in the X-axis direction of the processing target. The Y-axis actuator is generated and driven and controlled so that the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis in the X-axis direction of the workpiece. The time required for the Z-axis direction servo control means to appear as a shift in the Z-axis direction due to the relative rotation around the X-axis direction of the irradiation position of the processing laser beam by the rotating means. Only by delaying the light reception signal or control signal input from the photodetector for detecting deviation or the Y-axis direction servo control means, and using the delayed light reception signal or control signal to drive and control the Z-axis actuator, The focal position is matched with the outer peripheral surface of the workpiece.

したがって、本発明によれば、直径の小さな円筒状の加工対象物の外周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の外周面に垂直に照射することができる。その結果、加工対象物の外周面を的確にレーザ加工することができ、適正幅の螺旋状の加工跡を加工対象物の外周面に形成できる。また、本発明によれば、Z軸方向サーボ制御手段が、ずれ検出用フォトディテクタ又はY軸方向サーボ制御手段から入力した受光信号又は制御信号を遅延して、前記遅延した受光信号又は制御信号を用いてZ軸アクチュエータを駆動制御するようにしたので、加工用レーザ光の焦点位置の加工対象物の外周面からのずれを検出するためのY軸方向にレーザ光を照射するサーボ用レーザ照射手段及び前記Y軸方向に照射されたレーザ光を受光するずれ検出用フォトディテクタが不要となり、レーザ加工装置全体を簡単に構成できる。   Therefore, according to the present invention, even when the outer peripheral surface of a cylindrical workpiece having a small diameter is subjected to laser processing, it is possible to irradiate the outer peripheral surface of the workpiece with the focused laser beam that is properly condensed perpendicularly. it can. As a result, the outer peripheral surface of the object to be processed can be precisely laser processed, and a spiral processing mark having an appropriate width can be formed on the outer peripheral surface of the object to be processed. Further, according to the present invention, the Z-axis direction servo control means delays the light reception signal or control signal input from the deviation detection photodetector or the Y-axis direction servo control means, and uses the delayed light reception signal or control signal. Since the Z-axis actuator is driven and controlled, servo laser irradiation means for irradiating the laser beam in the Y-axis direction for detecting the deviation of the focal position of the processing laser light from the outer peripheral surface of the processing object, and A shift detection photodetector that receives the laser beam irradiated in the Y-axis direction is not required, and the entire laser processing apparatus can be easily configured.

また、本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段(20)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レーザ光として、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、かつ加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から加工対象物に対して照射し、ずれ検出用フォトディテクタ(118)は、加工対象物の射影を含むレーザ光を受光し、加工用レーザ光照射手段は、加工用レーザ光を加工対象物に照射するための光路の途中に、光路に入射したサーボ用レーザ光を光路から分離してずれ検出用フォトディテクタに導く分離用光学素子(110)を備えたことにある。   Another feature of the present invention is that the servo laser light irradiation means (20) is irradiated from the processing laser light irradiation means with a parallel laser light having a diameter larger than the diameter of the workpiece as servo laser light. The processing object is irradiated at a position where the optical axis is the same as that of the processing laser light and from the direction opposite to the irradiation direction of the processing laser light, and the deviation detection photo-detector (118) The laser beam including the projection is received, and the processing laser beam irradiation means separates the servo laser beam incident on the optical path from the optical path in the middle of the optical path for irradiating the workpiece with the processing laser beam. A separation optical element (110) led to the detection photodetector is provided.

上記本発明の他の特徴においては、加工用レーザ光とサーボ用レーザ光とを同一の光軸上で照射し、ずれ検出用フォトディテクタは、この加工用レーザ光と同一の光軸を有するサーボ用レーザ光に基づいて、加工用レーザ光の光軸に対する加工対象物のX軸方向の中心軸のY軸方向のずれ量を表わす受光信号を出力する。そして、Y軸方向サーボ制御手段が、この受光信号を用いて加工用レーザ光の光軸を加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させるようにY軸方向アクチュエータを駆動制御するので、Y軸アクチュエータはクローズドループ制御により駆動制御され、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 another aspect of the present invention, the processing laser beam and the servo laser beam are irradiated on the same optical axis, and the shift detection photodetector is used for a servo having the same optical axis as the processing laser beam. Based on the laser light, a light reception signal representing the amount of deviation in the Y-axis direction of the central axis of the workpiece in the X-axis direction with respect to the optical axis of the processing laser light is output. Then, the Y-axis direction servo control means drives and controls the Y-axis direction actuator so that the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis in the X-axis direction of the workpiece using this received light signal. The axis actuator is driven and controlled by closed loop control, and particularly Y-axis direction servo control can be performed with high accuracy.

また、本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段(130)は、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レーザ光として、加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で加工対象物に照射し、かつずれ検出用フォトディテクタ(144)は、加工対象物によるサーボ用レーザ光の反射光を受光し、加工用レーザ光照射手段は、加工用レーザ光を加工対象物に照射するための光路の途中に、加工対象物によるサーボ用レーザ光の反射光を前記光路から分離してずれ検出用フォトディテクタに導く分離用光学素子(110)を備えたことにある。   Another feature of the present invention is that the servo laser beam irradiation means (130) uses the laser beam focused by the objective lens as much as the processing laser beam as the servo laser beam, and the processing laser beam and light. The workpiece is irradiated at a position where the axes are the same, and the deviation detection photodetector (144) receives reflected light of the servo laser beam from the workpiece, and the processing laser beam irradiation means is a processing laser. In the middle of the optical path for irradiating the workpiece with light, a separation optical element (110) for separating the reflected light of the servo laser beam from the workpiece and separating it from the optical path and guiding it to a photodetection detector for displacement detection was provided. It is in.

上記本発明の他の特徴においては、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が、サーボ用レーザ光として、加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で加工対象物に照射され、ずれ検出用フォトディテクタは、加工対象物によるサーボ用レーザ光の反射光に基づいて、加工用レーザ光の光軸に対する加工対象物のX軸方向の中心軸のY軸方向のずれ量を表わす受光信号を出力する。そして、Y軸方向サーボ制御手段が、この受光信号を用いて加工用レーザ光の光軸を加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させるようにY軸方向アクチュエータを駆動制御する。したがって、この場合も、Y軸アクチュエータはクローズドループ制御により駆動制御され、特にY軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。さらに、この場合には、サーボ用レーザ光の反射光の検出位置は、加工対象物の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 another aspect of the present invention, the laser beam condensed by the objective lens to the same extent as the processing laser beam is used as a servo laser beam at a position where the processing laser beam and the optical axis are the same. The deviation detection photo-detector is based on the reflected light of the servo laser light from the workpiece, and the amount of deviation in the Y-axis direction of the central axis of the workpiece in the X-axis direction with respect to the optical axis of the machining laser light A light receiving signal representing is output. Then, the Y-axis direction servo control means drives and controls the Y-axis direction actuator so that the optical axis of the processing laser beam intersects the central axis in the X-axis direction of the workpiece using this received light signal. Accordingly, in this case as well, the Y-axis actuator is driven and controlled by closed-loop control, and particularly Y-axis servo control can be performed with high accuracy. Further, in this case, the detection position of the reflected light of the servo laser light greatly varies with respect to the displacement of the workpiece in the Y-axis direction, so that the Y-axis direction servo control can be performed with high accuracy.

さらに、本発明の他の特徴は、加工用レーザ光照射手段により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を受光して、前記反射光の強度を表わす受光信号を出力する強度検出用フォトディテクタ(122)と、強度検出用フォトディテクタから出力された受光信号を入力して、前記入力した受光信号により表わされた反射光の強度が基準値以下であるとき、加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判定する判定手段(90、ステップS116)を備えたことにある。   Furthermore, another feature of the present invention is that the reflected light of the processing laser light irradiated on the surface of the processing object is received by the processing laser light irradiation means, and a received light signal indicating the intensity of the reflected light is output. When the intensity detection photodetector (122) and the light reception signal output from the intensity detection photodetector are input, and the intensity of the reflected light represented by the input light reception signal is equal to or less than a reference value, the processing laser beam Determination means (90, step S116) for determining that the focal position is not appropriate.

上記本発明においては、強度検出用フォトディテクタ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表わす受光信号を出力し、判定手段が、受光信号により表わされた反射光の強度が基準値以下であるとき、加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判定する。したがって、レーザ加工を開始する前に、Y軸方向サーボ制御手段とZ軸方向サーボ制御手段とを作動させた状態で、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 described above, the intensity detection photodetector outputs a light reception signal indicating the intensity of the reflected light of the processing laser light irradiated on the surface of the object to be processed, and the determination means reflects the reflected light represented by the light reception signal. When the intensity of the laser beam is below the reference value, it is determined that the focal position of the processing laser beam is not appropriate. Therefore, before starting laser processing, check whether the focus servo control is properly performed by the judging means with the Y-axis direction servo control means and the Z-axis direction servo control means activated. Can do. For this reason, it becomes possible to prevent the failure of laser processing.

さらに、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、方法発明としても実施し得るものである。   Furthermore, the implementation of the present invention is not limited to the invention of the laser processing apparatus, and can also be implemented as a method invention.

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. 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. 図1及び図2の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 of FIG.1 and FIG.2. 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. 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. 加工対象物が回転するときの様子を回転軸方向に見た図である。It is the figure which looked at the mode when a processing target object rotates in the direction of a rotation axis. (A)は加工対象物の回転角に対するY軸方向のずれの変化を示す波形図であり、(B)は加工対象物の回転角に対するZ軸方向のずれの変化を示す波形図である。(A) is a waveform diagram showing a change in deviation in the Y-axis direction with respect to the rotation angle of the workpiece, and (B) is a waveform diagram showing a change in deviation in the Z-axis direction with respect to the rotation angle of the workpiece. 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. 図9における、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図である。It is a figure showing the relationship between the displacement of the workpiece in FIG. 9, and the position change of the reflected light irradiated to the photodetector.

a.第1実施形態
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は、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。このレーザ加工装置は、直径の小さな円筒状の加工対象物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(図2参照)と、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(図2参照)と、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。
a. First Embodiment 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 of the present invention. This laser processing apparatus performs laser processing by irradiating the surface of a cylindrical processing object OB having a small diameter spirally with a processing laser beam. 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); Various electric circuits (described later) and a controller 90 for controlling the operation of the entire laser processing apparatus are provided.

ここで、レーザ加工装置における方向を定義する。図3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軸方向に直交し、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軸方向との両方に直交する方向をY軸方向と呼ぶ。   Here, the direction in the laser processing apparatus is defined. As shown in FIG. 3, 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 orthogonal 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 orthogonal to both the X-axis direction and the Z-axis direction is referred to as a Y-axis direction.

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ず、加工用レーザ光の焦点を加工対象物OBの外周面に合わせることができない。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Y軸方向に制御して加工用レーザ光の光軸を加工対象物OBの中心軸と交差させるとともに、Y軸方向に制御するための信号を遅延させて、加工用レーザ光の焦点位置をX軸方向に制御して加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物OBの外周面に一致させるようにする。   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 machining laser beam deviates from the center axis of the workpiece OB, an appropriate focus error signal cannot be obtained, and the machining laser beam is focused on the workpiece OB. It cannot be adjusted to the outer peripheral surface. Therefore, in the present embodiment, the processing object OB is irradiated with servo laser light in the Z-axis direction, and the focal position of the processing laser light is adjusted in the Y-axis direction based on the position of the projection on which the processing object OB is projected. The optical axis of the laser beam for processing intersects the central axis of the workpiece OB, and the signal for controlling in the Y-axis direction is delayed to control the focal position of the processing laser beam in the X-axis direction. Thus, the focal position of the processing laser beam is made to coincide with the outer peripheral surface of the processing object OB.

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。したがって、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及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とを有する。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及び対物レンズ112とを備えている。   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. And a function of outputting a signal corresponding to the deviation 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及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、すなわち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。したがって、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(すなわち光軸)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軸方向及び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. . Therefore, by operating the Z-axis actuator 114z, the focal position of the processing laser beam 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 beam (that is, light) The axis) can be moved in the Y-axis 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の表面に照射されて反射する。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及び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度異なったものとなる。したがって、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及びフォトディテクタ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 light condensed by the objective lens 112 is irradiated onto the surface of the processing object OB and reflected. The reflected light reflected by the object OB passes through the objective lens 112, the dichroic mirror 110, and the quarter wavelength plate 108. In this case, since the reflected light has passed through the quarter-wave plate 108 twice, the direction of polarization differs 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 polarizing 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。したがって、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の強度(瞬時値)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定する。   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 according to a command from the controller 90, converts the intensity (instantaneous value) of 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。したがって、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 beam 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、すなわち加工対象物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及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 is recorded on the photoresist). This is a circuit for supplying a current and a voltage for emitting a laser beam having an intensity that can be formed. 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、さらに、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及びフォトディテクタ118が設けられている。このリレーレンズ116及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。したがって、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 for detecting 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及び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及びフォトディテクタ210とを備えている。   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及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軸方向レーザ光及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 beam and the processing laser beam are the rotation axis of the work driving device 50 (the 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。したがって、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)及びフォトディテクタ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. Accordingly, 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 beam reflected by the dichroic mirror 110 becomes 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4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。したがって、この受光信号(a,b)は、それらの差により、加工用レーザ光の光軸すなわちワーク駆動装置50の回転軸に対する加工対象物OBのX軸方向の中心軸のY軸方向のずれ量を表している。   As shown in FIG. 4, 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. Therefore, the light reception signals (a, b) are shifted in the Y-axis direction from the optical axis of the machining laser beam, that is, the central axis in the X-axis direction of the workpiece OB with respect to the rotation axis of the workpiece driving device 50 due to the difference therebetween. Represents quantity.

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(加工用レーザ光の光軸)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 (the optical axis of the processing laser beam). It is.

図5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。したがって、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. 5 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. Accordingly, in the range r (referred to as S-shaped detection range r) from the peak (c position) to the valley (a position) of the S-shaped waveform, the displacement amount 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。したがって、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。したがって、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及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 a servo laser beam 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.

Y軸方向サーボ回路162から出力されるY軸方向サーボ信号は、遅延回路164にも供給されている。遅延回路164は、コントローラ90からの指令により作動を開始し、このY軸方向サーボ信号をコントローラ90によって指示される時間だけ遅延して、Z軸方向サーボ信号としてZ軸方向ドライブ回路165に出力する。この遅延時間は、コントローラ90によって計算されるものであり、加工対象物OBの軸線方向周りの回転速度N(回/秒)の逆数(すなわち、加工対象物OBの1回転当たりの時間1/N)を「4」で除した下記式1によって規定される時間(すなわち加工対象物OBの1/4回転に要する時間)である。
遅延時間=(1/4)・(1/回転速度N) …式1
The Y-axis direction servo signal output from the Y-axis direction servo circuit 162 is also supplied to the delay circuit 164. The delay circuit 164 starts operating in response to a command from the controller 90, delays the Y-axis direction servo signal by a time instructed by the controller 90, and outputs it to the Z-axis direction drive circuit 165 as a Z-axis direction servo signal. . This delay time is calculated by the controller 90, and is the reciprocal of the rotational speed N (times / second) around the axial direction of the workpiece OB (that is, the time 1 / N per revolution of the workpiece OB). ) Divided by “4”, the time defined by the following formula 1 (that is, the time required for 1/4 rotation of the workpiece OB).
Delay time = (1/4) · (1 / rotational speed N) Equation 1

Z軸方向ドライブ回路165は、遅延回路164からの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。この場合、前記遅延回路164から出力されるZ軸方向サーボ信号は、後述するように、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量、すなわちワーク駆動装置の回転軸に対する加工対象物OBのX軸方向の中心軸のZ軸方向のずれ量を表している。したがって、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軸方向に移動される。   The Z-axis direction drive circuit 165 outputs a signal for driving the Z-axis actuator 114z based on the Z-axis direction servo signal from the delay circuit 164, and moves the objective lens 112 in the Z-axis direction. In this case, the Z-axis direction servo signal output from the delay circuit 164 is, as will be described later, the amount of deviation of the workpiece OB in the Z-axis direction, that is, the X axis of the workpiece OB relative to the rotation axis of the workpiece driving device. This represents the amount of deviation in the Z-axis direction of the central axis of the direction. Therefore, the objective lens 112 is moved in the Z-axis direction from the origin position by the amount of deviation of the workpiece OB 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.

遅延回路164によって遅延されたY軸方向サーボ信号が加工対象物OBのZ軸方向のずれ量を表す点について詳しく説明しておく。図7は、加工対象物OBをその軸線方向から見た図である。破線で示す加工対象物OBが、回転中心Oを中心に矢印方向に図示実線位置まで回転したとする。このときの回転角をθとし、加工対象物OBの中心軸線位置をO1とし、回転中心Oから加工対象物OBの中心軸線位置O1までの距離をrとする。なお、図示1点差線は、加工対象物OBが1回転する際、加工対象物OBの中心軸線位置O1がたどる軌跡を示している。この場合、図示横方向がY軸方向であり、縦方向がZ軸方向である。破線位置にある加工対象物OBの中心軸線位置O1を基準にすると、加工対象物OBの回転角θの回転により、加工対象物OBの中心軸線位置O1の回転中心Oに対するY軸方向及びZ軸方向のずれ量Devy,Devzは下記式2,3のように表される。
Devy=r・cosθ …式2
Devz=r・sinθ=r・cos(θ−π/2) …式3
The point that the Y-axis direction servo signal delayed by the delay circuit 164 represents the amount of deviation of the workpiece OB in the Z-axis direction will be described in detail. FIG. 7 is a view of the workpiece OB viewed from the axial direction. It is assumed that the workpiece OB indicated by the broken line has rotated about the rotation center O in the direction of the arrow to the position shown in the solid line. The rotation angle at this time is θ, the center axis position of the workpiece OB is O1, and the distance from the rotation center O to the center axis position O1 of the workpiece OB is r. Note that the one-point difference line in the figure indicates a trajectory followed by the central axis position O1 of the workpiece OB when the workpiece OB rotates once. In this case, the illustrated horizontal direction is the Y-axis direction, and the vertical direction is the Z-axis direction. With reference to the center axis position O1 of the workpiece OB at the broken line position, the Y axis direction and the Z axis with respect to the rotation center O of the center axis position O1 of the workpiece OB are rotated by the rotation angle θ of the workpiece OB. The deviation amounts Devy and Devz in the direction are expressed by the following equations 2 and 3.
Devy = r · cosθ Equation 2
Devz = r · sin θ = r · cos (θ−π / 2) Equation 3

これらのY軸方向及びZ軸方向のずれ量Devy,Devzは、図8(A)(B)の波形図のようになる。これらからも明らかなように、Z軸方向の加工対象物OBのずれ量Devzは、Y軸方向の加工対象物OBのずれ量Devyに対してπ/2だけ遅れている。したがって、Y軸方向サーボ回路162からのY軸方向サーボ信号を、遅延回路164によって加工対象物OBの1/4回転に要する時間だけ遅延した信号は、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量を表している。   The deviations Devy and Devz in the Y-axis direction and the Z-axis direction are as shown in the waveform diagrams of FIGS. As is clear from these, the deviation Devz of the workpiece OB in the Z-axis direction is delayed by π / 2 with respect to the deviation Devy of the workpiece OB in the Y-axis direction. Therefore, a signal obtained by delaying the Y-axis direction servo signal from the Y-axis direction servo circuit 162 by the time required for ¼ rotation of the workpiece OB by the delay circuit 164 is a deviation amount of the workpiece OB in the Z-axis direction. Represents.

この点についてさらに説明しておくと、加工対象物OBの回転中心Oが加工対象物OBの中心軸線位置O1からずれているために、Y軸方向の加工対象物OBのずれ量Devyは、加工対象物OBが図7の矢印方向に1/4回転した時点で、Z軸方向の加工対象物OBのずれ量Devz と等しくなる。したがって、遅延回路164は、Y軸方向のずれ量Devyを補正するためのサーボ信号を、Y軸方向の加工対象物OBのずれ量DevyがZ軸方向の加工対象物OBのずれ量Devzとして現れるのに要する時間だけ遅延することになる。なお、加工対象物OBが図7の矢印方向と反対方向に回転する場合には、Z軸方向の加工対象物OBのずれ量DevzはY軸方向の加工対象物OBのずれ量Devyに対して加工対象物OBの3/4回転に相当する時間だけ遅れる。したがって、この場合の遅延時間は、下記式4のように表わされる。
遅延時間=(3/4)・(1/回転速度N) …式4
This point will be further described. Since the rotation center O of the workpiece OB is deviated from the center axis position O1 of the workpiece OB, the deviation amount Devy of the workpiece OB in the Y-axis direction is determined as follows. When the object OB rotates 1/4 in the direction of the arrow in FIG. 7, it becomes equal to the deviation Devz of the processing object OB in the Z-axis direction. Therefore, the delay circuit 164 uses the servo signal for correcting the deviation amount Devy in the Y-axis direction as the deviation amount Devy of the workpiece OB in the Y-axis direction appears as the deviation amount Devz of the workpiece OB in the Z-axis direction. It will be delayed by the time required for this. When the workpiece OB rotates in the direction opposite to the arrow direction in FIG. 7, the deviation Devz of the workpiece OB in the Z-axis direction is relative to the deviation Devy of the workpiece OB in the Y-axis direction. It is delayed by a time corresponding to 3/4 rotation of the workpiece OB. Therefore, the delay time in this case is expressed by the following equation 4.
Delay time = (3/4) · (1 / rotational speed N) Equation 4

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6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. 6 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。つづいて、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。つづいて、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.

つづいて、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に対して、サーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。したがって、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)を出力し、Y軸方向エラー信号生成回路161はY軸方向エラー信号(a−b)を出力し始める。   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. Therefore, the servo Z-axis direction laser beam is irradiated from the servo Z-axis direction optical head 20 to the workpiece OB in the Z-axis direction. Further, by the irradiation of the servo laser light, the photodetector 118 outputs a light reception signal (a, b), and the Y-axis direction error signal generation circuit 161 starts to output a Y-axis direction error signal (ab).

つづいて、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と遅延回路164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。したがって、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。   Subsequently, in step S110, the controller 90 outputs a servo control start command to the Y-axis direction servo circuit 162 and the delay circuit 164. 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.

一方、遅延回路164は、前記サーボ制御の開始指示と同時に、Y軸方向サーボ信号を遅延する時間を表す遅延時間データをコントローラ90から入力する。コントローラ90は、加工対象物OBの1/4回転に相当する時間を計算して、遅延時間データとして遅延回路164に出力する。遅延回路164は、前記Y軸方向サーボ回路162から入力したY軸方向サーボ信号を前記遅延時間だけ遅延して、Z軸方向サーボ信号としてZ軸方向ドライブ回路165に出力する。Z軸方向ドライブ回路165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。このY軸方向サーボ信号を遅延して形成したZ軸方向サーボ信号は、前述のように、加工対象物OBのZ軸方向のずれ量を表している。したがって、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。   On the other hand, the delay circuit 164 receives, from the controller 90, delay time data representing the time for delaying the Y-axis direction servo signal simultaneously with the servo control start instruction. The controller 90 calculates a time corresponding to ¼ rotation of the workpiece OB and outputs it to the delay circuit 164 as delay time data. The delay circuit 164 delays the Y-axis direction servo signal input from the Y-axis direction servo circuit 162 by the delay time, and outputs the delayed signal to the Z-axis direction drive circuit 165 as a Z-axis direction servo signal. The Z-axis direction drive circuit 165 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. The Z-axis direction servo signal formed by delaying the Y-axis direction servo signal represents the shift amount of the workpiece OB in the Z-axis direction as described above. Therefore, the objective lens 112 is controlled to a position away from the origin position in the Z-axis direction by the amount of deviation in the Z-axis direction of the processing object OB, and the focal position of the processing laser light always matches the surface of the processing object OB. To come.

つづいて、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に供給する電圧及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。したがって、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. Therefore, non-machining intensity laser light 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.

つづいて、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及び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より大きいか否かを判定する。反射光強度Rが下限値Rrefよりも大きければ、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定して、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定して、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。   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 is greater than the lower limit value Rref. If the reflected light intensity R is greater than 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 equal to or lower than 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.

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定した場合には、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に供給する電圧及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。したがって、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 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, from the processing head 10, a laser beam with processing intensity is emitted toward the processing object OB.

つづいて、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。したがって、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。したがって、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. Therefore, 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.

つづいて、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定する。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。したがって、この間は、上述したように、加工対象物OBのレーザ加工及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 in step S124 whether or not the current movement position has reached the machining end position. . The processes in steps S122 and S124 are repeated until the moving position of the moving stage 51 reaches the processing end position. Therefore, 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、コントローラ90は、ステップS124にて「Yes」と判定し、ステップS126に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。つづいて、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と遅延回路164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軸方向サーボ回路162と遅延回路164は作動を停止し、Y軸アクチュエータ114y及び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が停止される。   When the moving position of the moving stage 51 reaches the processing end position, the controller 90 determines “Yes” in step S124, and in step S126, instructs the processing laser drive circuit 150 to stop irradiation of the processing laser light. Is output. 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, the controller 90 outputs a servo control stop command to the Y-axis direction servo circuit 162 and the delay circuit 164 in step S130. As a result, the Y-axis direction servo circuit 162 and the delay circuit 164 stop operating, and the Y-axis actuator 114y and the Z-axis actuator 114z stop operating. Next, in step S132, a servo laser beam irradiation stop command is output to the servo Z-axis direction laser drive circuit 240. Thereby, the irradiation of the servo Z-axis direction laser beam from the servo Z-axis direction optical head 20 is stopped.

つづいて、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、サーボ用Z軸方向レーザ光を加工対象物OBに照射し、その射影の位置に基づいて、Y軸方向エラー信号生成回路161、Y軸方向サーボ回路162及びY軸方向ドライブ回路163により、対物レンズ112のY軸方向の位置が制御され、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なる。また、Y軸方向サーボ信号を用いた遅延回路164及びZ軸方向ドライブ回路165の作用により、対物レンズ112のZ軸方向の位置が制御され、焦点位置が加工対象物OBの表面に一致するようになる。したがって、本実施形態のように50μmという非常に細い円筒状の加工対象物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 Z-axis direction laser beam for servo is irradiated onto the processing object OB, and based on the position of the projection, the Y-axis direction error signal generation circuit 161, the Y-axis The direction servo circuit 162 and the Y-axis direction drive circuit 163 control the position of the objective lens 112 in the Y-axis direction, so that the position of the optical axis of the processing laser light intersects the central axis of the processing object OB. Further, the position of the objective lens 112 in the Z-axis direction is controlled by the action of the delay circuit 164 using the Y-axis direction servo signal and the Z-axis direction drive circuit 165 so that the focal position coincides with the surface of the workpiece OB. become. Therefore, even when laser processing is performed on the surface of a very thin cylindrical workpiece OB of 50 μm as in the present embodiment, the surface of the workpiece OB is irradiated with a properly focused processing laser beam. 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、上記第1実施形態においては、遅延回路164がY軸方向サーボ信号を遅延することにより、Z軸方向サーボ信号を形成するようにしたので、サーボ用Y軸方向レーザ光を照射するサーボ用Y軸方向光ヘッド及びサーボ用Y軸方向レーザ光を受光するY軸方向受光装置が不要となり、レーザ加工装置全体を簡単に構成できる。   In the first embodiment, since the delay circuit 164 delays the Y-axis direction servo signal to form the Z-axis direction servo signal, the servo circuit for irradiating servo Y-axis direction laser light is used. The Y-axis direction optical head and the Y-axis direction light receiving device for receiving the servo Y-axis direction laser beam are not required, and the entire laser processing apparatus can be configured easily.

また、上記第1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 first 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 (a−) obtained from the light reception signal of the photodetector 118 is used. b) is fed back, and the Y-axis actuator 114y is driven by closed-loop control so that the Y-axis direction error signal (ab) is always zero. In particular, the Y-axis direction servo control can be performed with high accuracy. it can.

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軸方向レーザ光を出射するにあたり、フォトディテクタ210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の出力を制御するため、Z軸方向及びY軸方向のサーボ制御を精度良く行うことができる。   Further, when the servo Z-axis direction laser light is emitted, the servo control in the Z-axis direction and the Y-axis direction is performed in order to control the output of the laser light source 202 so that the intensity of the light detected by the photodetector 210 becomes the set intensity. It can be performed with high accuracy.

b.第2実施形態
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。
b. Second Embodiment Next, a laser processing apparatus according to a 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及び対物レンズ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及びフォトディテクタ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及びフォトディテクタ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 the processing laser beam 102, the collimating lens 104, the polarization beam splitter 106, and the 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.

さらに、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及び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及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。したがって、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 and 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、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であって、加工用レーザ光と同程度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。加工用レーザ光及びサーボ用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。したがって、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。   The servo laser light has a diameter smaller than the diameter of the processing object OB by the objective lens 112, is condensed to the same extent as the processing laser light, and is 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 are returned 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度異なったものとなる。したがって、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) has passed 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 degrees. 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。したがって、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。したがって、この受光信号(a,b)も、それらの差により、加工用レーザ光の光軸すなわちワーク駆動装置50の回転軸に対する加工対象物OBのX軸方向の中心軸のY軸方向のずれ量を表している。   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. Therefore, this light reception signal (a, b) also shifts in the Y-axis direction from the optical axis of the machining laser beam, that is, the central axis in the X-axis direction of the workpiece OB with respect to the rotation axis of the workpiece driving device 50 due to the difference therebetween. Represents quantity.

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)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。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(加工用レーザ光の光軸)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 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). 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) is 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 optical axis of the processing laser beam). It represents.

Y軸方向サーボ回路162及び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、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。したがって、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 161 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、さらに、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 receives the reflected light from 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。また、遅延回路164及びZ軸方向ドライブ回路165は、Y軸方向サーボ回路162からY軸方向サーボ信号を用いて、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。したがって、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. Further, the delay circuit 164 and the Z-axis direction drive circuit 165 use the Y-axis direction servo signal from the Y-axis direction servo circuit 162 so that the focal position of the processing laser beam coincides with the surface position of the processing object OB. The position of the objective lens 112 in the Z-axis direction is controlled. Therefore, 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.

以上、本発明の第1及び第2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。   The first and second embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention. is there.

上記第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。   In the first embodiment, the servo Z-axis direction laser beam is received by the photodetector 118 via the objective lens 112 for condensing the processing laser beam, but the servo Z-axis direction laser beam is used. The optical axis of the light may be slightly shifted from the optical axis of the processing laser light, and the servo Z-axis direction laser light 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.

上記各実施形態においては、Y軸方向サーボ回路162からのY軸方向サーボ信号を遅延回路164に導いて、遅延回路164がZ軸方向サーボ信号を生成するようにした。しかし、これに代えて、図1に破線で示すように、Y軸方向ドライブ回路163から出力される駆動信号を遅延回路164に入力するようにして、遅延回路164が前記駆動信号を上記各実施形態と同様に遅延してZ軸方向サーボ信号を生成するようにしてもよい。また、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の場合は、サーボ制御はオープンループ制御であるためエラー信号を遅延させるようにしてもよい。すなわち、Y軸方向エラー信号生成回路161から出力されるY軸方向エラー信号(a−b)を遅延回路164に入力するようにして、遅延回路164が前記Y軸方向エラー信号(a−b)を上記各実施形態と同様に遅延する。そして、Y軸方向サーボ回路162と同様なZ軸方向サーボ回路を新たに設けて、Z軸方向サーボ回路が前記遅延したY軸方向エラー信号(a−b)を用いてZ軸方向サーボ信号を生成して、Z軸方向ドライブ165に供給するようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the Y-axis direction servo signal from the Y-axis direction servo circuit 162 is guided to the delay circuit 164, and the delay circuit 164 generates the Z-axis direction servo signal. However, instead of this, as shown by the broken line in FIG. 1, the drive signal output from the Y-axis direction drive circuit 163 is input to the delay circuit 164, and the delay circuit 164 sends the drive signal to each of the above-described embodiments. Similarly to the embodiment, the Z-axis direction servo signal may be generated with a delay. Further, in the case of a configuration in which the optical axis of the servo Z-axis direction laser light is slightly shifted from the optical axis of the processing laser light, and the servo Z-axis direction laser light is received by a photodetector provided in the vicinity of the objective lens 112, Since the servo control is open loop control, the error signal may be delayed. That is, the delay circuit 164 inputs the Y-axis direction error signal (ab) output from the Y-axis direction error signal generation circuit 161 to the delay circuit 164, and the delay circuit 164 outputs the Y-axis direction error signal (ab). Is delayed in the same manner as in the above embodiments. Then, a Z-axis direction servo circuit similar to the Y-axis direction servo circuit 162 is newly provided, and the Z-axis direction servo circuit generates a Z-axis direction servo signal using the delayed Y-axis direction error signal (ab). It may be generated and supplied to the Z-axis direction drive 165.

また、サーボ制御がオープンループ制御である場合はエラー信号を作成する際に用いる受光信号を遅延させるようにしてもよい。すなわち、図1に破線で示すように、フォトディテクタ118から出力される受光信号(a,b)を遅延回路164に入力するようにして、遅延回路164が前記受光信号(a,b)を上記各実施形態と同様に遅延する。そして、Y軸方向エラー信号生成回路161及びY軸方向サーボ回路162と同様なZ軸方向エラー信号生成回路及びZ軸方向サーボ回路を新たに設けて、Z軸方向エラー信号生成回路が前記遅延した受光信号(a,b)を用いてZ軸方向エラー信号を生成し、Y軸方向サーボ回路が前記生成したZ軸方向エラー信号を用いてZ軸方向サーボ信号を生成して、Z軸方向ドライブ165に供給するようにしてもよい。   Further, when the servo control is open loop control, the light reception signal used when generating the error signal may be delayed. That is, as indicated by broken lines in FIG. 1, the light reception signal (a, b) output from the photodetector 118 is input to the delay circuit 164, and the delay circuit 164 converts the light reception signal (a, b) Delay as in the embodiment. Then, a Z-axis direction error signal generation circuit and a Z-axis direction servo circuit similar to the Y-axis direction error signal generation circuit 161 and the Y-axis direction servo circuit 162 are newly provided, and the Z-axis direction error signal generation circuit is delayed. A Z-axis direction error signal is generated by using the received light signals (a, b), and a Y-axis direction servo circuit generates a Z-axis direction servo signal by using the generated Z-axis direction error signal. 165 may be supplied.

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及びサーボ用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又は遅延回路168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 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 circuit 162 or the delay circuit 168 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加工対象物OBに対して相対的にX軸方向に移動させるために、ワーク駆動装置50により加工対象物OBをX軸方向に移動させた。しかし、これに代えて、加工対象物OBを固定し、加工用ヘッド10及びサーボ用Z軸方向光ヘッド20(又は加工用ヘッド12)を一体化したユニットをX軸方向に移動させるようにしてもよい。また、加工対象物OBと、加工用ヘッド10及びサーボ用Z軸方向光ヘッド20(又は加工用ヘッド12)を一体化したユニットとの両方を、X軸方向に同時に移動させるようにしてもよい。   Further, in each of the above embodiments, in order to move the irradiation position of the processing laser light in the X-axis direction relative to the processing object OB, the work driving device 50 moves the processing object OB in the X-axis direction. Moved. However, instead of this, the object OB is fixed, and the unit in which the machining head 10 and the servo Z-axis direction optical head 20 (or the machining head 12) are integrated is moved in the X-axis direction. Also good. Further, both the processing object OB and the unit in which the processing head 10 and the servo Z-axis direction optical head 20 (or the processing head 12) are integrated may be moved simultaneously in the X-axis direction. .

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加工対象物OBに対して相対的にX軸方向回りに回転させるために、加工対象物OBをその中心軸回りに回転させた。しかし、これに代えて、加工対象物OBを固定し、加工用ヘッド10及びサーボ用Z軸方向光ヘッド20(又は加工用ヘッド12)を一体化したユニットを加工対象物OBの中心軸回りに回転させてもよい。また、加工対象物OBと、加工用ヘッド10及びサーボ用Z軸方向光ヘッド20(又は加工用ヘッド12)を一体化したユニットとの両方を、X軸方向回りに同時に回転させてもよい。   In each of the above embodiments, the processing object OB is rotated around its central axis in order to rotate the irradiation position of the processing laser light relative to the processing object OB around the X-axis direction. . However, instead of this, a unit in which the workpiece OB is fixed and the machining head 10 and the servo Z-axis direction optical head 20 (or the machining head 12) are integrated around the central axis of the workpiece OB. It may be rotated. Further, both the processing object OB and the unit in which the processing head 10 and the servo Z-axis direction optical head 20 (or the processing head 12) are integrated may be rotated simultaneously around 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、加工用レーザ光及びサーボ用Z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 direction of the processing laser beam and the servo Z-axis direction laser beam can be arbitrarily set under conditions satisfying the relationship between the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.

10,12…加工用ヘッド、20…Z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、90…コントローラ、102,130,202…レーザ光源、112…対物レンズ、114…フォーカスアクチュエータ、118,122,126,140,144,210…フォトディテクタ、150…加工用レーザ駆動回路、161…Y軸方向エラー信号生成回路、162…Y軸方向サーボ回路、164…遅延回路、240…サーボ用Z軸方向レーザ駆動回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,12 ... Machining head, 20 ... Z-axis direction optical head, 50 ... Work drive device, 51 ... Moving stage, 52 ... Spindle motor, 90 ... Controller, 102, 130, 202 ... Laser light source, 112 ... Objective lens, 114: Focus actuator, 118, 122, 126, 140, 144, 210 ... Photo detector, 150 ... Laser drive circuit for processing, 161 ... Y-axis direction error signal generation circuit, 162 ... Y-axis direction servo circuit, 164 ... Delay circuit, 240 ... Z-axis direction laser drive circuit for servo

Claims (4)

直径が小さな円筒状の加工対象物を、その中心軸線方向をX軸方向にして支持する対象物支持手段と、
加工用レーザ光源及び対物レンズを有し、前記加工用レーザ光源から出射されて前記対物レンズによって集光された加工用レーザ光を、前記加工対象物の表面に前記X軸方向と直交するZ軸方向から照射する加工用レーザ光照射手段と、
前記対物レンズを前記X軸方向と前記Z軸方向とに直交するY軸方向に変位させて、前記加工用レーザ光の光軸を前記Y軸方向に移動するY軸アクチュエータと、
前記対物レンズを前記Z軸方向に変位させて、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記Z軸方向に移動するZ軸アクチュエータと、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記X軸方向回りに回転させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記X軸方向回りに回転させる回転手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記X軸方向に変位させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記X軸方向に移動させる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レーザ光を加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
前記サーボ用レーザ光に基づいて生成されて前記加工対象物の前記Y軸方向の位置を表す情報を含むレーザ光を受光して、前記加工用レーザ光の光軸に対する前記加工対象物の前記X軸方向の中心軸の前記Y軸方向のずれ量を表す受光信号を出力するずれ検出用フォトディテクタと、
前記ずれ検出用フォトディテクタから出力された受光信号を用いて、前記加工用レーザ光の光軸を前記加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させるための制御信号を生成し、前記制御信号に応じて前記Y軸アクチュエータを駆動制御して、前記加工用レーザ光の光軸を前記加工対象物のX軸方向の中心軸に交差させるY軸方向サーボ制御手段と、
前記ずれ検出用フォトディテクタから出力された受光信号又は前記Y軸方向サーボ制御手段によって生成された制御信号を入力し、前記Y軸方向のずれが、前記回転手段による加工用レーザ光の照射位置のX軸方向周りの相対回転に伴い、前記Z軸方向のずれとして現れるのに要する時間だけ、前記入力した受光信号又は制御信号を遅延し、前記遅延した受光信号又は制御信号を用いて前記Z軸アクチュエータを駆動制御して、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物の外周面に一致させるZ軸方向サーボ制御手段と
を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
An object support means for supporting a cylindrical workpiece having a small diameter with its central axis direction as the X-axis direction;
A Z-axis having a processing laser light source and an objective lens, and processing laser light emitted from the processing laser light source and condensed by the objective lens on the surface of the processing object orthogonal to the X-axis direction A laser beam irradiating means for irradiating from a direction;
A Y-axis actuator that moves the optical axis of the processing laser light in the Y-axis direction by displacing the objective lens in a Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Z-axis direction;
A Z-axis actuator that displaces the objective lens in the Z-axis direction and moves a focal position of the processing laser light in the Z-axis direction;
The processing object or the processing laser light irradiation means is rotated about the X-axis direction, and the irradiation position of the processing laser light on the processing object is relatively set with respect to the processing object. Rotating means for rotating around the direction;
By displacing the processing object or the processing laser light irradiation means in the X-axis direction, the irradiation position of the processing laser light on the processing object is set relative to the processing object in the X-axis direction. In a laser processing apparatus provided with a moving means for moving to
Servo laser beam irradiation means for irradiating a workpiece with a servo laser beam whose irradiation direction is set in the Z-axis direction;
A laser beam generated based on the servo laser beam and including information representing the position of the workpiece in the Y-axis direction is received, and the X of the workpiece relative to the optical axis of the machining laser beam is received. A shift detection photodetector that outputs a light receiving signal representing a shift amount in the Y-axis direction of the central axis in the axial direction;
A control signal for causing the optical axis of the laser beam for processing to intersect the central axis in the X-axis direction of the processing object is generated using the light reception signal output from the photodetector for detecting deviation, and the control signal And a Y-axis direction servo control means for driving and controlling the Y-axis actuator to cross the optical axis of the processing laser light with the central axis in the X-axis direction of the workpiece.
The light reception signal output from the deviation detection photodetector or the control signal generated by the Y-axis direction servo control means is input, and the deviation in the Y-axis direction is the X of the irradiation position of the processing laser beam by the rotation means. With the relative rotation around the axial direction, the input light reception signal or control signal is delayed by the time required for appearing as a deviation in the Z axis direction, and the Z axis actuator is delayed using the delayed light reception signal or control signal. And a Z-axis direction servo control means for adjusting the focal position of the processing laser beam to the outer peripheral surface of the workpiece.
請求項1に記載したレーザ加工装置において、
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前記サーボ用レーザ光として、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、かつ前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から前記加工対象物に対して照射し、
前記ずれ検出用フォトディテクタは、前記加工対象物の射影を含むレーザ光を受光し、
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レーザ光を前記光路から分離して前記ずれ検出用フォトディテクタに導く分離用光学素子を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
The servo laser beam irradiation means uses a parallel laser beam having a diameter larger than the diameter of the object to be processed as the servo laser beam, and the processing laser beam and the optical axis emitted from the processing laser beam irradiation unit are Irradiate the object to be processed from the opposite position to the irradiation direction of the laser beam for processing at the same position,
The shift detection photodetector receives a laser beam including a projection of the workpiece,
The processing laser beam irradiating means separates the servo 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 object, and detects the deviation. A laser processing apparatus comprising a separation optical element that leads to a laser beam.
請求項1に記載したレーザ加工装置において、
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前記サーボ用レーザ光として、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に照射し、かつ
前記ずれ検出用フォトディテクタは、前記加工対象物による前記サーボ用レーザ光の反射光を受光し、
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、前記加工対象物による前記サーボ用レーザ光の反射光を前記光路から分離して前記ずれ検出用フォトディテクタに導く分離用光学素子を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
The servo laser beam irradiation means uses the laser beam condensed by the objective lens as much as the processing laser beam as the servo laser beam at a position coaxial with the processing laser beam. And the deviation detection photodetector receives the reflected light of the servo laser light from the workpiece,
The processing laser light irradiation means separates reflected light of the servo laser light from the processing target from the optical path in the middle of an optical path for irradiating the processing laser light on the processing target. A laser processing apparatus comprising a separation optical element that leads to a photodetection detector for deviation detection.
請求項1乃至3のうちのいずれか一つに記載したレーザ加工装置において、さらに、
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前記加工用レーザ光の反射光を受光して、前記反射光の強度を表わす受光信号を出力する強度検出用フォトディテクタと、
前記強度検出用フォトディテクタから出力された受光信号を入力して、前記入力した受光信号により表わされた反射光の強度が基準値以下であるとき、加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判定する判定手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
An intensity detection photodetector that receives the reflected light of the processing laser light irradiated on the surface of the object to be processed by the processing laser light irradiation means, and outputs a received light signal indicating the intensity of the reflected light;
When the light reception signal output from the intensity detection photodetector is input and the intensity of the reflected light represented by the input light reception signal is equal to or less than a reference value, it is determined that the focal position of the processing laser light is not appropriate. A laser processing apparatus comprising: a determination unit configured to perform determination.
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