JP2011235347A - Alignment regulation method, alignment regulation device, and laser beam machining device equipped with the alignment regulation device - Google Patents

Alignment regulation method, alignment regulation device, and laser beam machining device equipped with the alignment regulation device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alignment regulation device capable of position-aligning precisely and easily a focal point of a laser beam with respect to an axis of a liquid jet flow, in a laser beam machining device.SOLUTION: The alignment regulation device 10 includes a relative moving mechanism 34 for moving relatively a jet nozzle 20 and an optical fiber 22, an imaging means 37 for photographing an image Q of an inlet opening part 20a of the jet nozzle 20 and an image R of a laser image, and an alignment control means for controlling the relative moving mechanism 34, based on the images Q, R, and the alignment control means is constituted to execute (a) a step of finding the center of the inlet opening part 20a, based on the image Q, (b) a step of finding the center of the laser image, based on the image R, and (c) a step of moving the optical fiber 22 with respect to the jet nozzle 20, by driving the relative moving mechanism 34 so as to make the center of the laser image consistent with the center of the inlet opening part 20a.

Description

本発明は、液体噴流により導かれたレーザーによって被加工物を加工するレーザー加工装置のレーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整方法、アライメント調整装置、及びアライメント調整装置を備えたレーザー加工装置に関する。   The present invention relates to an alignment adjustment method, an alignment adjustment apparatus, and a laser processing apparatus including the alignment adjustment apparatus that align a laser focus of a laser processing apparatus that processes a workpiece with a laser guided by a liquid jet.

液体噴流により導かれたレーザーによって被加工物を加工するレーザー加工装置において、レーザーの照射光軸を液体噴流の軸線に合わせることは、重要である。なぜなら、液体噴流に対するレーザーの焦点位置は、レーザーの出力に大きく影響し、ひいてはレーザー加工能力に大きく影響するからである。レーザーの照射光軸を液体噴流の軸線に合わせる方法として、例えば特許文献1及び特許文献2に記載されるような方法がある。特許文献1に記載される方法では、ノズルから噴射される液体噴流内にレーザーを照射し、ノズルの下方に配置された透光板を透過したレーザーの像の欠け方向からレーザーの焦点位置を推定し、レーザーの焦点をノズルの軸線上に位置決めする。   In a laser processing apparatus that processes a workpiece by a laser guided by a liquid jet, it is important to align the laser irradiation optical axis with the axis of the liquid jet. This is because the focal position of the laser with respect to the liquid jet greatly affects the output of the laser, and thus greatly affects the laser processing capability. As a method of aligning the laser irradiation optical axis with the axis of the liquid jet, for example, there are methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2. In the method described in Patent Document 1, a laser is irradiated into a liquid jet ejected from a nozzle, and a focal position of the laser is estimated from a missing direction of a laser image transmitted through a translucent plate arranged below the nozzle. The laser focus is positioned on the nozzle axis.

特許文献2に記載される方法では、液体噴流内に導かれたレーザーの強度を計測し、このレーザーの強度が最大となるようにノズルをレーザーの照射位置に対して位置決めを行う。   In the method described in Patent Document 2, the intensity of the laser guided into the liquid jet is measured, and the nozzle is positioned with respect to the laser irradiation position so that the intensity of the laser is maximized.

また、液体噴流を使用せずにレーザー照射のみで加工を行うレーザー加工装置においては、レーザーの照射位置を被加工物等に対して位置合わせする方法として、例えば特許文献3及び特許文献4に記載されるような方法がある。特許文献3に記載の方法では、光ファイバからの光を分割して2つのスポット光を照射するレーザー加工装置において、コリメートレンズを光軸方向に移動させることにより、2つのスポット光の焦点を調整することができる。また、このレーザー加工装置には、2つのスポット光の照射域を観察するためにCCDカメラが設けられており、このCCDカメラでスポット光の照射域を観察しながらワークの位置決めを行うことができる。   Further, in a laser processing apparatus that performs processing only by laser irradiation without using a liquid jet, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4 describe a method for aligning a laser irradiation position with a workpiece or the like. There is a way to be. In the method described in Patent Document 3, the focal point of two spot lights is adjusted by moving a collimating lens in the optical axis direction in a laser processing apparatus that divides light from an optical fiber and emits two spot lights. can do. In addition, this laser processing apparatus is provided with a CCD camera for observing the irradiation areas of two spot lights, and the workpiece can be positioned while observing the irradiation areas of the spot lights with this CCD camera. .

特許文献4に記載される方法では、固定治具に配置された感光板にレーザーを照射してバーンパターンを形成し、バーンパターンをTVカメラのモニタで観察しながらバーンパターンがモニタの中心に位置し且つバーンパターンのスポット径が光ファイバのコア径内に収まるように固定治具を位置決めする。その後、固定治具に光ファイバを取り付け、TVカメラで撮影した光ファイバの画像がモニタの中心に位置するように光ファイバを位置決めする。   In the method described in Patent Document 4, a burn pattern is formed by irradiating a photosensitive plate arranged on a fixing jig with a laser, and the burn pattern is positioned at the center of the monitor while observing the burn pattern with a monitor of a TV camera. In addition, the fixing jig is positioned so that the spot diameter of the burn pattern is within the core diameter of the optical fiber. Thereafter, the optical fiber is attached to the fixing jig, and the optical fiber is positioned so that the optical fiber image taken by the TV camera is positioned at the center of the monitor.

特開2009−262163号公報JP 2009-262163 A 特開2007−61914号公報JP 2007-61914 A 特開2001−79679号公報JP 2001-79679 A 特開平5−150145号公報JP-A-5-150145

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、照射レーザーの位置およびノズルの開口部からレーザーの焦点位置を直接求めるものではなく、レーザーの焦点とノズルの開口部との位置のずれによって生じる液柱内のレーザーの像の欠け方向からレーザーの焦点座標を間接的に求めるため、レーザーの焦点座標とノズルの開口部の中心座標を高精度に一致させることが難しい。
また、特許文献2に記載の方法では、液柱内に導かれたレーザーのラマン散乱光の強度を測定することによってレーザーの焦点の位置合わせを行うので、レーザーの焦点を高精度に位置あわせすることが困難である。また、その位置あわせを作業者によって手動で行うので、位置合わせ作業に時間がかかるとともに、作業者によって調整精度にばらつきがありレーザー出力にばらつきが出てしまう。さらに、水にラマン散乱光を発生させるには、強いレーザー出力が必要であるため、調整をする段階でレーザーを照射するときに、レーザーがノズルに照射されてノズルを損傷する可能性がある。
However, in the method described in Patent Document 1, the focal position of the laser is not directly obtained from the position of the irradiation laser and the opening of the nozzle, but in the liquid column caused by the deviation of the position of the laser focus and the opening of the nozzle. Since the focal point of the laser is indirectly obtained from the missing direction of the laser image, it is difficult to make the focal point of the laser coincide with the center coordinate of the nozzle opening with high accuracy.
In the method described in Patent Document 2, the focus of the laser is aligned by measuring the intensity of the Raman scattered light of the laser guided into the liquid column, so that the focus of the laser is aligned with high accuracy. Is difficult. In addition, since the alignment is manually performed by an operator, the alignment operation takes time, and the adjustment accuracy varies depending on the operator, resulting in variations in laser output. Furthermore, in order to generate Raman scattered light in water, a strong laser output is required. Therefore, when irradiating a laser in the adjustment stage, there is a possibility that the laser is irradiated to the nozzle and damages the nozzle.

また、特許文献3に記載の方法では、光ファイバの位置合わせやレーザーの焦点合わせは手動で複数箇所のねじを用いて行うため、位置合わせ作業に時間がかかるとともに、高精度な位置合わせができない。
特許文献4に記載の方法では、感光板上に形成したレーザーのバーンパターンを検証してレーザーの中心を求めるものであり、レーザー自体から中心を求めるものではなく、また感光板上でのレーザーの位置合わせ作業後に、光ファイバを取り付けるため、このとき取付誤差が生じる可能性があり、光ファイバとレーザーの中心とのアライメントが正確でなく、高精度なレーザーの位置合わせができない。また、レーザーの中心を求めるためにバーンパターンを繰り返し形成しなくてはならず、時間がかかるとともに、これらの位置合わせ作業が手作業であるため、位置合わせが不正確となる。
Further, in the method described in Patent Document 3, since alignment of the optical fiber and laser focusing are performed manually using a plurality of screws, the alignment operation takes time and high-accuracy alignment cannot be performed. .
In the method described in Patent Document 4, the laser burn pattern of the laser formed on the photosensitive plate is verified to determine the center of the laser, not the center of the laser itself, and the laser on the photosensitive plate is not determined. Since the optical fiber is attached after the alignment operation, an attachment error may occur at this time, the alignment between the optical fiber and the center of the laser is not accurate, and the laser cannot be aligned with high accuracy. In addition, the burn pattern must be repeatedly formed in order to obtain the center of the laser, which is time consuming and the alignment is inaccurate because these alignment operations are manual operations.

そもそも、特許文献3および4に記載のレーザー加工装置は、レーザーの焦点を直接ワークに合わせて加工を行う装置であるため、ノズルから噴射される液柱内にレーザーを導くレーザー加工装置とは原理的に異なるものである。したがって、レーザーによるノズルの損傷を考慮に入れる必要がなく、レーザーと被加工物との関係でのみ位置合わせを行えばよいから、液柱にレーザーを導くレーザー加工装置のような問題が生じない。   In the first place, the laser processing apparatuses described in Patent Documents 3 and 4 are apparatuses that perform processing with the laser focused directly on the workpiece, so that the principle of the laser processing apparatus that guides the laser into the liquid column ejected from the nozzle is the principle. Is different. Therefore, it is not necessary to take into account the damage of the nozzle due to the laser, and it is only necessary to perform alignment only in the relationship between the laser and the workpiece, so that there is no problem like the laser processing apparatus that guides the laser to the liquid column.

本発明の目的は、液体噴流により導かれたレーザーによって被加工物を加工するレーザー加工装置において、レーザーの焦点を液体噴流に対して高精度に且つ容易に位置合わせすることができるアライメント調整方法、アライメント調整装置、およびアライメント調整装置を備えたレーザー加工装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an alignment adjustment method capable of easily and accurately aligning the focal point of a laser with a liquid jet in a laser processing apparatus that processes a workpiece by a laser guided by the liquid jet. An object of the present invention is to provide an alignment adjusting device and a laser processing apparatus including the alignment adjusting device.

上記の目的を達成するために、本発明のアライメント調整装置は、液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、液柱内にレーザー光源からのレーザーを集光させるレーザー光学系とを有し、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置に使用され、レーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整装置であって、レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口部の中心に対して位置合わせできるように、ジェットノズルとレーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構と、ジェットノズルの入口開口部の画像および入口開口部付近に照射された微弱なレーザーの像の画像を撮影する撮像手段と、撮像手段によって撮像された上記ジェットノズルの入口開口部およびレーザーの像の画像に基づいて相対移動機構を制御して、レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口部の中心に移動させるアライメント制御手段と、を有し、アライメント制御手段は、a)ジェットノズルの入口開口部の画像に基づいて、入口開口部の中心を求めるステップと、b)ジェットノズルの入口開口部付近に照射されたレーザーの像の画像に基づいて、レーザーの像の中心を求めるステップと、c)レーザーの像の中心が入口開口部の中心に一致するように、相対移動機構を駆動してジェットノズルとレーザーの焦点とを相対的に移動させるステップと、を実行するように構成されている、ことを特徴としている。   In order to achieve the above object, an alignment adjusting apparatus of the present invention has a jet nozzle that forms a liquid column by ejecting a liquid, and a laser optical system that focuses a laser beam from a laser light source in the liquid column. And an alignment adjusting device for aligning the focus of the laser, which is used in a laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided into the liquid column, and the laser focus is set at the center of the inlet opening of the jet nozzle. The relative movement mechanism that relatively moves the focal point of the jet nozzle and the laser so that it can be aligned with the nozzle, and the image of the jet nozzle inlet opening and the weak laser image irradiated near the inlet opening Relative movement based on the image of the jet nozzle and the inlet opening of the jet nozzle and the image of the laser imaged by the imaging means Alignment control means for controlling the structure to move the focal point of the laser to the center of the inlet opening of the jet nozzle, the alignment control means a) based on the image of the inlet opening of the jet nozzle, Determining the center of the inlet opening; b) determining the center of the laser image based on the image of the laser image irradiated near the inlet opening of the jet nozzle; and c) determining the center of the laser image. A step of driving the relative movement mechanism to move the jet nozzle and the focal point of the laser relatively so as to coincide with the center of the inlet opening.

このように構成された本発明においては、撮像手段によってジェットノズルの入口開口部の画像と、入口開口部付近に照射された微弱なレーザーの像の画像を撮像し、アライメント制御手段が、これらの画像に基づいて、入口開口部の中心とレーザーの像の中心とをそれぞれ求める。そして、これらの入口開口部の中心とレーザーの像の中心とが一致するように、相対移動機構を制御して、ジェットノズルとレーザーの焦点とを相対的に移動させる。   In the present invention configured as described above, an image of the entrance opening of the jet nozzle and an image of the weak laser image irradiated near the entrance opening are captured by the image capturing means, and the alignment control means Based on the image, the center of the entrance opening and the center of the laser image are obtained. Then, the relative movement mechanism is controlled so that the center of these inlet openings and the center of the laser image coincide with each other to move the jet nozzle and the focal point of the laser relatively.

このような本発明によれば、ジェットノズルの入口開口部の画像と、入口開口部付近に照射されたレーザーの像の画像とに基づいて直接入口開口部およびレーザーの中心を求めるので、入口開口部の位置とレーザーの像の位置自体を直接比較して位置合わせすることができるから、高精度の位置合わせが可能になる。
また、入口開口部およびレーザーの像の中心をそれぞれ求め、これらの中心が互いに一致するように、ジェットノズルとレーザーの焦点とを相対的に移動させるので、レーザーの焦点を微少量移動させてから再びレーザーの像の画像を取得して比較するというような作業を繰り返し行う必要がないから、調整作業が短時間で行われる。また、作業者が手動で位置合わせ作業を行う必要がなく、作業時間が短縮されると共に容易且つ高精度な位置合わせが可能となる。これにより、作業者による手動調整作業による調整位置のばらつきの発生が防止され、レーザーの出力が安定し、加工性が安定する。
According to the present invention, since the inlet opening and the center of the laser are directly obtained based on the image of the inlet opening of the jet nozzle and the image of the image of the laser irradiated in the vicinity of the inlet opening, the inlet opening Since the position of the part and the position of the laser image itself can be directly compared, alignment can be performed with high accuracy.
In addition, the center of the entrance opening and the laser image are obtained, and the jet nozzle and the laser focus are moved relative to each other so that these centers coincide with each other. Since it is not necessary to repeat the operation of acquiring and comparing the image of the laser image again, the adjustment operation is performed in a short time. In addition, it is not necessary for the operator to manually perform the alignment operation, so that the operation time can be shortened and the alignment can be performed easily and with high accuracy. Thereby, the occurrence of variations in the adjustment position due to manual adjustment work by the operator is prevented, the output of the laser is stabilized, and the workability is stabilized.

更に、レーザーの像の画像を得る際には、ジェットノズルの入口開口部付近に微弱なレーザーを照射するので、アライメント調整の際にレーザーの照射によってジェットノズルを損傷するのを防止することができる。
ここで、微弱なレーザーとは、ジェットノズルを損傷しない程度の出力のレーザーを意味し、例えばジェットノズルを構成する材料を加工するのに必要なレーザー出力よりも低いレーザー出力を有するレーザーや、レーザー加工装置が被加工物を加工するのに設定されるレーザー出力よりも低いレーザー出力を有するレーザーとして設定される。
また、レーザーの焦点位置の決定およびレーザーの焦点とジェットノズルの入口開口部との相対位置の移動制御を、アライメント制御手段の制御によって行うので、作業者が手動で位置合わせを行う必要がない。したがって、アライメント調整作業を短時間且つ容易に行うことができ、手動で調整を行う場合に比べて、より高精度に調整することができる。
Further, when obtaining an image of a laser image, a weak laser is irradiated near the inlet opening of the jet nozzle, so that it is possible to prevent damage to the jet nozzle due to laser irradiation during alignment adjustment. .
Here, the weak laser means a laser with an output that does not damage the jet nozzle. For example, a laser having a laser output lower than the laser output necessary for processing the material constituting the jet nozzle, or a laser It is set as a laser having a laser power lower than the laser power set for the processing device to process the workpiece.
Further, since the determination of the focal position of the laser and the movement control of the relative position between the focal point of the laser and the inlet opening of the jet nozzle are performed by the control of the alignment control means, there is no need for the operator to manually perform alignment. Therefore, the alignment adjustment work can be performed in a short time and easily, and the adjustment can be performed with higher accuracy than in the case where the adjustment is performed manually.

本発明において、好ましくは、ステップa)は、ジェットノズルの入口開口部の中心の情報を含む入口開口部の画像を予め記憶しておき、撮像手段により撮像したジェットノズルの入口開口部の画像と比較することにより、入口開口部の中心を求めるステップを有する。
このように構成された本発明においては、ジェットノズルの入口開口部の中心を、予め登録した入口開口部の画像と、撮像した画像とを比較することにより求めるので、ジェットノズルの入口開口部の中心を簡単な手法で且つ短時間に求めることができる。
In the present invention, preferably, in step a), an image of the inlet opening including information on the center of the inlet opening of the jet nozzle is stored in advance, and the image of the inlet opening of the jet nozzle imaged by the imaging means Determining the center of the inlet opening by comparison;
In the present invention configured as described above, the center of the inlet opening of the jet nozzle is obtained by comparing a pre-registered image of the inlet opening with the captured image. The center can be obtained in a short time by a simple method.

本発明において、好ましくは、ステップb)は、レーザーの像の画像を、所定の輝度以上の領域と、所定の輝度未満の領域とに分類し、所定の輝度以上の領域の重心を求めることによってレーザーの像の中心を求めるステップを有する。
このように構成された本発明においては、レーザーの像の中心を、所定の輝度以上の領域の重心を算出することによって求めるので、レーザーの像の中心を簡単な手法で正確に求めることができる。
In the present invention, preferably, the step b) classifies the image of the laser image into a region having a predetermined luminance or higher and a region having a predetermined luminance or lower, and obtaining a center of gravity of the region having the predetermined luminance or higher. Determining the center of the image of the laser.
In the present invention configured as described above, the center of the laser image is obtained by calculating the center of gravity of a region having a predetermined luminance or higher, so that the center of the laser image can be accurately obtained by a simple method. .

本発明において、好ましくは、レーザーの出力を測定するためのパワーメータを更に有し、アライメント制御手段は、d)液柱内に導かれたレーザーの出力をパワーメータで所定領域にわたって測定し、測定されたレーザーの出力が最大となる位置に、ジェットノズルおよびレーザーの焦点の相対位置を設定するステップを更に実行するように構成されている。   In the present invention, preferably, it further has a power meter for measuring the output of the laser, and the alignment control means d) measures the output of the laser guided into the liquid column over a predetermined region with the power meter, and measures The step of setting the relative position of the jet nozzle and the focal point of the laser at a position where the output of the generated laser is maximized is further performed.

このように構成された本発明においては、パワーメータで測定されたレーザーの出力が最大となる位置にジェットノズルおよびレーザーの焦点の相対位置が設定されるので、レーザーの焦点をより高精度にジェットノズルの入口開口部に位置決めすることができる。また、ジェットノズルの入口開口部およびレーザーの像の画像に基づいて両者の相対位置を位置決めした後にこのステップd)を行うので、より信頼性の高い位置決めが可能となる。   In the present invention configured as described above, the relative position of the jet nozzle and the focal point of the laser is set at a position where the laser output measured by the power meter is maximized. It can be positioned at the inlet opening of the nozzle. In addition, since step d) is performed after the relative positions of the two are determined based on the inlet opening of the jet nozzle and the image of the laser, positioning with higher reliability is possible.

本発明において、好ましくは、レーザー光学系は、レーザー光源から出射されたレーザーを導く光ファイバと、光ファイバからのレーザーを平行光にするコリメートレンズと、コリメートレンズからのレーザーを集光させる集光レンズとを備え、相対移動機構は、光ファイバを移動させることにより、レーザーの焦点を、ジェットノズルに対して移動させるように構成され、更に、レーザー光学系は、光ファイバの移動距離が、レーザーの焦点の移動距離よりも大きくなるように構成される。   In the present invention, preferably, the laser optical system includes an optical fiber that guides a laser beam emitted from a laser light source, a collimator lens that collimates the laser beam from the optical fiber, and a condensing beam that condenses the laser beam from the collimator lens. A relative movement mechanism configured to move the focal point of the laser with respect to the jet nozzle by moving the optical fiber, and further, the laser optical system is configured so that the moving distance of the optical fiber is a laser beam. It is comprised so that it may become larger than the movement distance of a focus.

このように構成された本発明においては、相対移動機構が、光ファイバを移動させることにより、レーザーの焦点を、ジェットノズルに対して移動させるように構成されているので、ジェットノズルは静止したままとなる。通常、ジェットノズルは、液柱用の液体を導入するための機構や各部品を支持する必要があるため、レーザー光学系に比べて重量が大きくなる場合がある。したがって、本発明では、レーザーの焦点をジェットノズルに対して移動させることにより、レーザー加工装置の安定性を良好にできる。また、相対移動機構が、液体噴流が噴射されるジェットノズルを移動させる構成ではなく、レーザー光学系の光ファイバを移動させる構成となっているので、ジェットノズルから離れた位置に相対移動機構を配置することができ、相対移動機構への液滴の付着、侵入等を確実に防止することができる。
また、レーザー光学系が、相対移動機構による光ファイバの移動距離がレーザーの焦点の移動距離よりも大きくなるように構成されているので、相対移動機構による光ファイバの移動距離を大きく取ってもレーザーの焦点の移動距離を小さくすることができる。これにより、レーザーの焦点の移動を精密に行うことができ、レーザーの焦点の位置の調整を高精度に行うことができる。
In the present invention configured as above, the relative movement mechanism is configured to move the focal point of the laser relative to the jet nozzle by moving the optical fiber, so that the jet nozzle remains stationary. It becomes. Usually, a jet nozzle needs to support a mechanism for introducing a liquid for a liquid column and each component, and therefore, the weight may be larger than that of a laser optical system. Therefore, in the present invention, the stability of the laser processing apparatus can be improved by moving the focal point of the laser with respect to the jet nozzle. In addition, the relative movement mechanism is not configured to move the jet nozzle from which the liquid jet is ejected, but is configured to move the optical fiber of the laser optical system, so the relative movement mechanism is arranged at a position away from the jet nozzle. It is possible to prevent the liquid droplet from adhering to and entering the relative movement mechanism.
In addition, since the laser optical system is configured such that the optical fiber moving distance by the relative moving mechanism is larger than the moving distance of the laser focal point, even if the optical fiber moving distance by the relative moving mechanism is large, the laser is The moving distance of the focal point can be reduced. Thereby, the focal point of the laser can be precisely moved, and the position of the focal point of the laser can be adjusted with high accuracy.

本発明において、好ましくは、撮像手段は、CCDカメラと、ジェットノズル付近を照らす照明と、照明からの光の中心部分に配置されたフィルタと、照明からの光をジェットノズル付近に導くコリメートレンズおよび集光レンズと、CCDカメラにより得られた画像を表示するモニタと、を備えて構成される。
このように構成された本発明においては、撮像手段が、照明からの光の中心部分に配置されたフィルタを有するので、当該中心部分からCCDカメラに届く不要な光を除去して、鮮明な画像を得ることができる。
In the present invention, preferably, the imaging means includes a CCD camera, illumination that illuminates the vicinity of the jet nozzle, a filter disposed in a central portion of light from the illumination, a collimating lens that guides light from the illumination to the vicinity of the jet nozzle, and A condensing lens and a monitor for displaying an image obtained by a CCD camera are provided.
In the present invention configured as described above, the image pickup means has a filter disposed in the central portion of the light from the illumination, so that unnecessary light reaching the CCD camera is removed from the central portion and a clear image is obtained. Can be obtained.

また、上記の目的を達成するために、本発明のアライメント調整方法は、液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、レーザーを出射するレーザー光源と、液柱内にレーザー光源からのレーザーを集光させるレーザー光学系とを有し、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置に使用され、レーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整方法であって、A)ジェットノズルの入口開口部の画像を得て、この入口開口部の画像に基づいて、入口開口部の中心を求めるステップと、B)ジェットノズルの入口開口部付近に微弱なレーザーを照射してレーザーの像の画像を得て、このレーザーの像の画像に基づいて、レーザーの像の中心を求めるステップと、C)レーザーの像の中心が入口開口部の中心に一致するように、ジェットノズルとレーザーの焦点とを相対的に移動させるステップと、を有することを特徴としている。   In order to achieve the above object, the alignment adjustment method of the present invention includes a jet nozzle that ejects a liquid to form a liquid column, a laser light source that emits a laser, and a laser from a laser light source in the liquid column. An alignment adjustment method for aligning the focal point of a laser, which is used in a laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided into a liquid column Obtaining an image of the inlet opening of the jet nozzle and determining the center of the inlet opening based on the image of the inlet opening; and B) irradiating a weak laser near the inlet opening of the jet nozzle. And obtaining the center of the laser image based on the laser image, and C) aligning the center of the laser image with the center of the entrance opening. As to, it is characterized by having a step of relatively moving the focal point of the jet nozzle and the laser, the.

このような本発明によれば、ジェットノズルの入口開口部の画像と、入口開口部付近に照射されたレーザーの像の画像とに基づいて直接入口開口部およびレーザーの中心を求めるので、入口開口部の位置とレーザーの像の位置自体を直接比較して位置合わせすることができるから、高精度の位置合わせが可能になる。
また、入口開口部およびレーザーの像の中心をそれぞれ求め、これらの中心が互いに一致するように、ジェットノズルとレーザーの焦点とを相対的に移動させるので、レーザーの焦点を微少量移動させてから再びレーザーの像の画像を取得して比較するというような作業を繰り返し行う必要がないから、調整作業が短時間で行われる。また、作業者が手動で位置合わせ作業を行う必要がなく、作業時間が短縮されると共に容易且つ高精度な位置合わせが可能となる。これにより、作業者による手動調整作業による調整位置のばらつきの発生が防止され、レーザーの出力が安定し、加工性が安定する。
更に、レーザーの像の画像を得る際には、ジェットノズルの入口開口部付近に微弱なレーザーを照射するので、アライメント調整の際にレーザーの照射によってジェットノズルを損傷するのを防止することができる。
According to the present invention, since the inlet opening and the center of the laser are directly obtained based on the image of the inlet opening of the jet nozzle and the image of the image of the laser irradiated in the vicinity of the inlet opening, the inlet opening Since the position of the part and the position of the laser image itself can be directly compared, alignment can be performed with high accuracy.
In addition, the center of the entrance opening and the laser image are obtained, and the jet nozzle and the laser focus are moved relative to each other so that these centers coincide with each other. Since it is not necessary to repeat the operation of acquiring and comparing the image of the laser image again, the adjustment operation is performed in a short time. In addition, it is not necessary for the operator to manually perform the alignment operation, so that the operation time can be shortened and the alignment can be performed easily and with high accuracy. Thereby, the occurrence of variations in the adjustment position due to manual adjustment work by the operator is prevented, the output of the laser is stabilized, and the workability is stabilized.
Further, when obtaining an image of a laser image, a weak laser is irradiated near the inlet opening of the jet nozzle, so that it is possible to prevent damage to the jet nozzle due to laser irradiation during alignment adjustment. .

本発明において、好ましくは、ステップA)は、ジェットノズルの入口開口部の中心の情報を含む入口開口部の画像を予め記憶しておき、撮像したジェットノズルの入口開口部の画像と比較することにより、入口開口部の中心を求めるステップを有する。
このように構成された本発明においては、ジェットノズルの入口開口部の中心を、予め登録した入口開口部の画像と、撮像した画像とを比較することにより求めるので、ジェットノズルの入口開口部の中心を簡単な手法で且つ短時間に求めることができる。
In the present invention, preferably, in step A), an image of the inlet opening including information on the center of the inlet opening of the jet nozzle is stored in advance, and is compared with the image of the captured inlet opening of the jet nozzle. To obtain the center of the inlet opening.
In the present invention configured as described above, the center of the inlet opening of the jet nozzle is obtained by comparing a pre-registered image of the inlet opening with the captured image. The center can be obtained in a short time by a simple method.

本発明において、好ましくは、ステップB)は、レーザーの像の画像を、所定の輝度以上の領域と、所定の輝度未満の領域とに分類し、所定の輝度以上の領域の重心を求めることによってレーザーの像の中心を求めるステップを有する。
このように構成された本発明においては、レーザーの像の中心を、所定の輝度以上の領域の重心を算出することによって求めるので、レーザーの像の中心を簡単な手法で正確に求めることができる。
In the present invention, preferably, the step B) classifies the image of the laser image into a region having a predetermined luminance or higher and a region having a lower luminance than the predetermined luminance, and obtaining the center of gravity of the region having the predetermined luminance or higher. Determining the center of the image of the laser.
In the present invention configured as described above, the center of the laser image is obtained by calculating the center of gravity of a region having a predetermined luminance or higher, so that the center of the laser image can be accurately obtained by a simple method. .

本発明において、好ましくは、D)液柱内に導かれたレーザーの出力を所定領域にわたって測定し、測定されたレーザーの出力が最大となる位置に、ジェットノズルおよびレーザーの焦点の相対位置を設定するステップを更に有する。
このように構成された本発明においては、測定されたレーザーの出力が最大となる位置にジェットノズルおよびレーザーの焦点の相対位置が設定されるので、レーザーの焦点をより高精度にジェットノズルの入口開口部に位置決めすることができる。また、ジェットノズルの入口開口部およびレーザーの像の画像に基づいて両者の相対位置を位置決めした後にこのステップD)を行うので、より信頼性の高い位置決めが可能となる。
In the present invention, preferably, D) the output of the laser guided into the liquid column is measured over a predetermined region, and the relative position of the jet nozzle and the focal point of the laser is set at a position where the measured laser output is maximized. The method further includes the step of:
In the present invention configured as described above, the relative position of the jet nozzle and the laser focus is set at a position where the measured laser output is maximized, so that the laser focus can be adjusted to the entrance of the jet nozzle with higher accuracy. It can be positioned in the opening. In addition, since step D) is performed after the relative positions of the jet nozzle inlet opening and the laser image are positioned based on the image of the jet nozzle, positioning with higher reliability is possible.

本発明において、好ましくは、レーザー光学系を通るレーザーは、レーザー光源から光ファイバによって導かれ、コリメートレンズによって平行光にされ、その後集光レンズによって集光され、ステップC)は、光ファイバを移動させることにより、レーザーの焦点を、ジェットノズルに対して移動させ、光ファイバの移動距離は、レーザーの焦点の移動距離よりも大きくなるように構成されている。   In the present invention, the laser passing through the laser optical system is preferably guided by an optical fiber from a laser light source, collimated by a collimating lens, and then condensed by a condenser lens, and step C) moves through the optical fiber. By doing so, the focal point of the laser is moved relative to the jet nozzle, and the moving distance of the optical fiber is configured to be larger than the moving distance of the focal point of the laser.

このように構成された本発明においては、光ファイバを移動させることにより、レーザーの焦点を、ジェットノズルに対して移動させるので、ジェットノズルは静止したままとなる。通常、ジェットノズルは、液柱用の液体を導入するための機構や各部品を支持する必要があるため、レーザー光学系に比べて重量が大きくなる場合がある。したがって、本発明では、レーザーの焦点をジェットノズルに対して移動させることにより、レーザー加工装置の安定性を良好にできる。また、レーザーの焦点を移動させるために、液体噴流が噴射されるジェットノズルを移動させるのではなく、レーザー光学系の光ファイバを移動させるので、ジェットノズルから離れた位置に、レーザーの焦点を移動させるための相対移動機構を配置することができるから、相対移動機構への液滴の付着、侵入等を確実に防止することができる。
また、光ファイバの移動距離がレーザーの焦点の移動距離よりも大きくなるように構成されているので、光ファイバの移動距離を大きく取ってもレーザーの焦点の移動距離を小さくすることができる。これにより、レーザーの焦点の移動を精密に行うことができ、レーザーの焦点の位置の調整を高精度に行うことができる。
In the present invention thus configured, the focal point of the laser is moved relative to the jet nozzle by moving the optical fiber, so that the jet nozzle remains stationary. Usually, a jet nozzle needs to support a mechanism for introducing a liquid for a liquid column and each component, and therefore, the weight may be larger than that of a laser optical system. Therefore, in the present invention, the stability of the laser processing apparatus can be improved by moving the focal point of the laser with respect to the jet nozzle. Also, instead of moving the jet nozzle that ejects the liquid jet to move the focal point of the laser, the optical fiber of the laser optical system is moved, so the focal point of the laser is moved away from the jet nozzle. Therefore, it is possible to reliably prevent adhesion, intrusion, and the like of droplets to the relative movement mechanism.
Further, since the moving distance of the optical fiber is configured to be larger than the moving distance of the focal point of the laser, the moving distance of the focal point of the laser can be reduced even if the moving distance of the optical fiber is increased. Thereby, the focal point of the laser can be precisely moved, and the position of the focal point of the laser can be adjusted with high accuracy.

本発明において、好ましくは、ステップA)およびB)において、入口開口部の画像またはレーザーの像の画像は、光の中心部分をフィルタによって覆われた照明によってジェットノズル付近を照らして得る。
このように構成された本発明においては、照明からの光の中心部分に配置されたフィルタによって、当該中心部分からの不要な光を除去するので、鮮明な画像を得ることができる。
In the present invention, preferably in steps A) and B), an image of the entrance opening or of the laser image is obtained by illuminating the vicinity of the jet nozzle with illumination in which the central part of the light is covered by a filter.
In the present invention configured as described above, unnecessary light from the central portion is removed by the filter disposed in the central portion of the light from the illumination, so that a clear image can be obtained.

また、上記の目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、液体噴流により導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置であって、液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、液柱内にレーザーを集光させるレーザー光学系と、前述のアライメント調整装置と、を備えた、ことを特徴としている。
このような本発明によれば、レーザー加工装置が前述のアライメント調整装置を備えているので、アライメント調整装置の前述の効果と同様の効果が得られる。即ち、ジェットノズルの入口開口部の画像と、入口開口部付近に照射されたレーザーの像の画像とに基づいて直接入口開口部およびレーザーの中心を求めるので、入口開口部の位置とレーザーの像の位置自体を直接比較して位置合わせすることができるから、高精度の位置合わせが可能になる。
また、入口開口部およびレーザーの像の中心をそれぞれ求め、これらの中心が互いに一致するように、ジェットノズルとレーザーの焦点とを相対的に移動させるので、レーザーの焦点を微少量移動させてから再びレーザーの像の画像を取得して比較するというような作業を繰り返し行う必要がないから、調整作業が短時間で行われる。また、作業者が手動で位置合わせ作業を行う必要がなく、作業時間が短縮されると共に容易且つ高精度な位置合わせが可能となる。これにより、作業者による手動調整作業による調整位置のばらつきの発生が防止され、レーザーの出力が安定し、加工性が安定する。
In order to achieve the above object, a laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by a laser guided by a liquid jet, and forms a liquid column by ejecting liquid. It is characterized by comprising a jet nozzle, a laser optical system for condensing a laser beam in the liquid column, and the alignment adjusting device described above.
According to the present invention, since the laser processing apparatus includes the above-described alignment adjustment device, the same effect as the above-described effect of the alignment adjustment device can be obtained. That is, since the inlet opening and the center of the laser are obtained directly based on the image of the inlet opening of the jet nozzle and the image of the laser image irradiated near the inlet opening, the position of the inlet opening and the image of the laser are obtained. Since the positions themselves can be directly compared and aligned, high-accuracy alignment is possible.
In addition, the center of the entrance opening and the laser image are obtained, and the jet nozzle and the laser focus are moved relative to each other so that these centers coincide with each other. Since it is not necessary to repeat the operation of acquiring and comparing the image of the laser image again, the adjustment operation is performed in a short time. In addition, it is not necessary for the operator to manually perform the alignment operation, so that the operation time can be shortened and the alignment can be performed easily and with high accuracy. Thereby, the occurrence of variations in the adjustment position due to manual adjustment work by the operator is prevented, the output of the laser is stabilized, and the workability is stabilized.

更に、レーザーの像の画像を得る際には、ジェットノズルの入口開口部付近に微弱なレーザーを照射するので、アライメント調整の際にレーザーの照射によってジェットノズルを損傷するのを防止することができる。
また、レーザーの焦点位置の決定およびレーザーの焦点とジェットノズルの入口開口部との相対位置の移動制御を、アライメント制御手段の制御によって行うので、作業者が手動で位置合わせを行う必要がない。したがって、アライメント調整作業を短時間且つ容易に行うことができ、手動で調整を行う場合に比べて、より高精度に調整することができる。
Further, when obtaining an image of a laser image, a weak laser is irradiated near the inlet opening of the jet nozzle, so that it is possible to prevent damage to the jet nozzle due to laser irradiation during alignment adjustment. .
Further, since the determination of the focal position of the laser and the movement control of the relative position between the focal point of the laser and the inlet opening of the jet nozzle are performed by the control of the alignment control means, there is no need for the operator to manually perform alignment. Therefore, the alignment adjustment work can be performed in a short time and easily, and the adjustment can be performed with higher accuracy than in the case where the adjustment is performed manually.

本発明の一実施形態によるレーザー加工装置の構造を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the laser processing apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアライメント調整装置のフィルタを示す図である。It is a figure which shows the filter of the alignment adjustment apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアライメント調整装置において、ジェットノズルの入口開口部の中心を求める方法を示す図である。It is a figure which shows the method of calculating | requiring the center of the inlet opening part of a jet nozzle in the alignment adjustment apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアライメント調整装置において、ジェットノズルの入口開口部とともに示されるレーザーの像の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the image of the laser shown with the inlet opening part of a jet nozzle in the alignment adjustment apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアライメント調整装置において、レーザーの画像の輝度の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the brightness | luminance of the image of a laser in the alignment adjustment apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアライメント調整装置において、レーザーの画像の中心を求める方法を示す図である。It is a figure which shows the method of calculating | requiring the center of the image of a laser in the alignment adjustment apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアライメント調整装置において、レーザーの焦点の移動量とレーザー出力との関係の例を示す図である。In the alignment adjustment apparatus by one Embodiment of this invention, it is a figure which shows the example of the relationship between the movement amount of a laser focus, and a laser output. 本発明の一実施形態によるアライメント調整装置による調整結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the adjustment result by the alignment adjustment apparatus by one Embodiment of this invention.

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるレーザー加工装置1の構造を概略的に示す図である。この図1に示すように、本実施形態におけるレーザー加工装置1は、レーザー加工ヘッド2と、このレーザー加工ヘッド2内の所定の位置にレーザーを集光させるレーザー光学系4と、このレーザー光学系4にレーザーを入射させるレーザー光源6と、レーザー加工ヘッド2に高圧水を送り込む加圧ポンプ8と、を有する。
また、レーザー加工装置1は、レーザー光学系4から出射されるレーザーの焦点を位置合わせするためのアライメント調整装置10を備えている。さらに、レーザー加工装置1は、レーザー光源6、加圧ポンプ8、およびアライメント調整装置10を制御するコントローラとしてのパソコン14を有する。パソコン14には、モニタ16が設けられている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a laser processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a laser processing apparatus 1 in this embodiment includes a laser processing head 2, a laser optical system 4 for condensing a laser beam at a predetermined position in the laser processing head 2, and the laser optical system. 4 includes a laser light source 6 that causes a laser to enter the laser beam 4 and a pressure pump 8 that sends high-pressure water to the laser processing head 2.
The laser processing apparatus 1 also includes an alignment adjustment apparatus 10 for aligning the focal point of the laser emitted from the laser optical system 4. Furthermore, the laser processing apparatus 1 includes a personal computer 14 as a controller that controls the laser light source 6, the pressure pump 8, and the alignment adjustment apparatus 10. The personal computer 14 is provided with a monitor 16.

また、レーザー加工ヘッド2は、ヘッド本体部18と、このヘッド本体部18に取り付けられたジェットノズル20と、を有する。
ヘッド本体部18は、その内部に液体供給チャンバ18aが形成されており、この液体供給チャンバ18aに連通するように液体供給通路18bが形成されている。また、液体供給チャンバ18aの底部には、ジェットノズル20が配置されている。さらに、液体供給チャンバ18aの上端には、レーザー光学系4から射出されたレーザーを透過させ、ジェットノズル20の入口開口部20aまで導くための窓部材18cが取り付けられている。加圧ポンプ8から送られた水は、液体供給通路18bを通って液体供給チャンバ18aに流入し、ジェットノズル20から噴射される。
Further, the laser processing head 2 includes a head main body 18 and a jet nozzle 20 attached to the head main body 18.
The head main body 18 has a liquid supply chamber 18a formed therein, and a liquid supply passage 18b is formed so as to communicate with the liquid supply chamber 18a. A jet nozzle 20 is disposed at the bottom of the liquid supply chamber 18a. Further, a window member 18 c for transmitting the laser emitted from the laser optical system 4 and guiding it to the inlet opening 20 a of the jet nozzle 20 is attached to the upper end of the liquid supply chamber 18 a. The water sent from the pressurizing pump 8 flows into the liquid supply chamber 18a through the liquid supply passage 18b and is ejected from the jet nozzle 20.

ジェットノズル20は、概ね円柱形の部材であり、その中心軸線上に鉛直方向に向けられたノズル孔が形成されている。ノズル孔は、直径が小さく円筒状に延びる円筒形部分と、この円筒形部分に連なり、下流側に向かって直径が拡張されている円錐状部分から構成されている。ジェットノズル20の上端面35に開口するノズル孔の上端面は、液体がノズル孔に入る円形の入口開口部20aとなっている。   The jet nozzle 20 is a substantially cylindrical member, and a nozzle hole directed in the vertical direction is formed on the central axis thereof. The nozzle hole is composed of a cylindrical portion having a small diameter and extending in a cylindrical shape, and a conical portion connected to the cylindrical portion and having a diameter expanded toward the downstream side. The upper end surface of the nozzle hole that opens to the upper end surface 35 of the jet nozzle 20 is a circular inlet opening 20a through which the liquid enters the nozzle hole.

レーザー光学系4は、レーザー光源6から射出されたレーザーを、レーザー加工ヘッド2に導くと共に、このレーザーをジェットノズル20の入口開口部20aに集光させるように構成されている。レーザー光学系4によりジェットノズル20の入口開口部20aに集光されたレーザーは、ジェットノズル20から噴射される水柱(液柱)内で全反射を繰り返し、水柱により被加工物(図示せず)まで導かれる。   The laser optical system 4 is configured to guide the laser emitted from the laser light source 6 to the laser processing head 2 and to condense the laser onto the inlet opening 20 a of the jet nozzle 20. The laser focused on the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 by the laser optical system 4 repeats total reflection in the water column (liquid column) ejected from the jet nozzle 20, and the workpiece (not shown) is processed by the water column. Led up to.

具体的には、レーザー光学系4は、レーザー光源6から射出されたレーザーを導く光ファイバ22と、光ファイバ22から鉛直方向下方に出射されたレーザーを平行光にするコリメートレンズ24と、コリメートレンズ24からのレーザーの通過量を制限するアパーチャ部材26と、アパーチャ部材26を通ったレーザーを反射するミラー28と、ミラー28と平行に設けられ、ミラー28で反射されたレーザーを再び反射するミラー30と、レーザーをジェットノズル20の入口開口部20aに集光させるための集光レンズ32と、を備える。ミラー28,30は、全反射ミラーであり、透過防止コーティングが施されている。また、コリメートレンズ24および集光レンズ32には、反射防止コーティングが施されている。   Specifically, the laser optical system 4 includes an optical fiber 22 that guides the laser emitted from the laser light source 6, a collimator lens 24 that collimates the laser emitted downward from the optical fiber 22 in the vertical direction, and a collimator lens. An aperture member 26 that restricts the amount of laser passing through the aperture 24, a mirror 28 that reflects the laser that has passed through the aperture member 26, and a mirror 30 that is provided in parallel with the mirror 28 and reflects the laser reflected by the mirror 28 again. And a condensing lens 32 for condensing the laser at the inlet opening 20a of the jet nozzle 20. The mirrors 28 and 30 are total reflection mirrors and are provided with a transmission preventing coating. The collimating lens 24 and the condenser lens 32 are provided with an antireflection coating.

本実施形態では、ミラー28は、光ファイバ22を出たレーザーの光軸Aに対して45°の角度で配置されており、この配置により、光ファイバ22を鉛直方向下方に出たレーザーは、ミラー28によって90°の角度で水平方向に反射される。また、ミラー30は、ジェットノズル20の入口開口部20aに集光されるレーザーの光軸Bに対して45°の角度で配置されており、この配置により、水平方向に入ってきたレーザーは再び90°の角度で反射して、鉛直方向下方に向く。本実施形態では、ミラー28およびミラー30により、光軸Aが光軸Bと平行で且つ光軸Bから外れた位置に位置する。このような構成により、レーザー加工ヘッド2の上方のスペースを空けることができ、このスペースにアライメント調整装置10を配置することが可能になる。   In the present embodiment, the mirror 28 is disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis A of the laser exiting the optical fiber 22. With this arrangement, the laser exiting the optical fiber 22 downward in the vertical direction is Reflected in the horizontal direction at an angle of 90 ° by the mirror 28. Further, the mirror 30 is arranged at an angle of 45 ° with respect to the optical axis B of the laser focused on the inlet opening 20a of the jet nozzle 20, and this arrangement allows the laser that has entered the horizontal direction again. Reflects at an angle of 90 ° and faces downward in the vertical direction. In the present embodiment, the mirror 28 and the mirror 30 position the optical axis A parallel to the optical axis B and away from the optical axis B. With such a configuration, a space above the laser processing head 2 can be made, and the alignment adjusting device 10 can be arranged in this space.

レーザー光源6は、パソコン14からの制御信号に基づいて、所定強度のレーザーを生成するように構成されている。なお、本実施形態においては、レーザーとして、YAGレーザーの2倍波である、波長532nmのグリーンレーザーが使用されている。なお、レーザーとしては、緑色の波長帯であれば他の波長のレーザーを使用してもよく、またレーザー加工装置に使用されるのに適した波長のレーザーであれば、任意の波長のレーザーを使用してよい。   The laser light source 6 is configured to generate a laser having a predetermined intensity based on a control signal from the personal computer 14. In this embodiment, a green laser having a wavelength of 532 nm, which is a second harmonic of a YAG laser, is used as the laser. As the laser, other wavelength lasers may be used as long as they are in the green wavelength band, and lasers of any wavelength can be used as long as they are suitable for use in laser processing equipment. May be used.

加圧ポンプ8は、パソコン14からの制御信号に基づいて水を所定の圧力に加圧し、レーザー加工ヘッド2のヘッド本体部18内に流入させるように構成されている。ヘッド本体部18に送り込まれた水は、ジェットノズル20から噴射され、水柱を形成する。   The pressurizing pump 8 is configured to pressurize water to a predetermined pressure based on a control signal from the personal computer 14 and flow the water into the head main body 18 of the laser processing head 2. The water fed into the head main body 18 is ejected from the jet nozzle 20 to form a water column.

パソコン14は、レーザー光源6、加圧ポンプ8及び相対移動機構12を作動させ、レーザーの焦点の位置合わせを実行し、又は被加工物を加工するように構成されている。具体的には、パソコン14は、各種信号の入出力インターフェイス、メモリ、マイクロプロセッサ、及びこれらを作動させるプログラム等により構成されている。また、パソコン14は、レーザーの焦点の位置合わせを実行する際には、アライメント調整装置10の動作を制御するアライメント制御手段として機能する。   The personal computer 14 is configured to operate the laser light source 6, the pressure pump 8, and the relative movement mechanism 12 so as to perform alignment of the focal point of the laser or to process a workpiece. Specifically, the personal computer 14 includes an input / output interface for various signals, a memory, a microprocessor, a program for operating these, and the like. Further, the personal computer 14 functions as an alignment control means for controlling the operation of the alignment adjusting device 10 when performing the alignment of the laser focus.

アライメント調整装置10は、光ファイバ22に取り付けられ、光ファイバ22を移動させる相対移動機構34と、ジェットノズル20の上端面35の像を撮像する撮像手段37と、ジェットノズル20から出射された液柱内に導かれたレーザーの出力を測定するためのパワーメータ40と、相対移動機構34、CCDカメラ36、およびパワーメータ40に接続されたパソコン14とを備えて構成される。撮像手段37は、CCDカメラ36と、アライメント用コリメータレンズ38と、前述の集光レンズ32とを備えて構成される。   The alignment adjustment apparatus 10 is attached to the optical fiber 22, and moves relative to the optical fiber 22, an imaging unit 37 that captures an image of the upper end surface 35 of the jet nozzle 20, and the liquid emitted from the jet nozzle 20. The power meter 40 for measuring the output of the laser guided into the column, the relative movement mechanism 34, the CCD camera 36, and the personal computer 14 connected to the power meter 40 are configured. The imaging means 37 includes a CCD camera 36, an alignment collimator lens 38, and the above-described condenser lens 32.

相対移動機構34は、光ファイバ22を、光軸Aの方向(Z軸方向)に移動させるためのZ軸用モータ(図示せず)と、光軸Aに直交する平面(XY平面)内で移動させるためのX軸およびY軸用モータ(共に図示せず)とを備え、これらのXYZ軸用モータによって、光ファイバ22をXYZ軸方向に移動可能に構成されている。光ファイバ22が移動すると、これに伴って、レーザー加工ヘッド2内におけるレーザーの焦点の位置が移動する。本実施形態では、相対移動機構34は、光ファイバ22の位置を、1μmの精度で調整可能に構成されている。
相対移動機構34は、パソコン14からの制御信号により制御され、レーザーの焦点を所定の目標焦点位置に移動させるように構成されている。本実施形態では、所定の目標焦点位置は、ジェットノズル20の入口開口部20aの中心に設定されている。
The relative movement mechanism 34 includes a Z-axis motor (not shown) for moving the optical fiber 22 in the direction of the optical axis A (Z-axis direction) and a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis A. An X-axis motor and a Y-axis motor (both not shown) for movement are provided, and the optical fiber 22 is configured to be movable in the XYZ axis directions by these XYZ axis motors. When the optical fiber 22 moves, the focal position of the laser in the laser processing head 2 moves accordingly. In the present embodiment, the relative movement mechanism 34 is configured to be able to adjust the position of the optical fiber 22 with an accuracy of 1 μm.
The relative movement mechanism 34 is controlled by a control signal from the personal computer 14 and is configured to move the focal point of the laser to a predetermined target focal position. In the present embodiment, the predetermined target focal position is set at the center of the inlet opening 20 a of the jet nozzle 20.

CCDカメラ36は、レーザー加工ヘッド2の上方に、光軸B上に配置されており、入口開口部20aを含むジェットノズル20の上端面35を撮像するように構成される。CCDカメラ36には、撮像用の照明(図示せず)が取り付けられており、照明としては、赤色の照明が使用される。ここで、本実施形態ではレーザーとしてグリーンレーザーが採用されているため、ミラー30においては緑色の光に対して反射率が高くなるように設定されている。このため、ミラー30は、赤色の光に対する透過率が高くなる。そこで、照明として赤色のものを用いることにより、ミラー30での透過率を高くすることができる。   The CCD camera 36 is disposed on the optical axis B above the laser processing head 2 and is configured to image the upper end surface 35 of the jet nozzle 20 including the inlet opening 20a. The CCD camera 36 is provided with illumination for imaging (not shown), and red illumination is used as the illumination. Here, since a green laser is employed as the laser in the present embodiment, the mirror 30 is set to have a high reflectance with respect to green light. For this reason, the mirror 30 has a high transmittance for red light. Therefore, the transmittance at the mirror 30 can be increased by using red illumination.

また、照明には、照明の中心部分を覆うフィルタ42(図2)が設けられている。フィルタ42は、図2に示すように、照明に取り付けられる環状の枠部分42aと、枠部分42aの内部に配置され、複数の連結部で枠部分42aに連結された円形のフィルタ部分42bとを有する。   Moreover, the filter 42 (FIG. 2) which covers the center part of illumination is provided in illumination. As shown in FIG. 2, the filter 42 includes an annular frame portion 42a attached to the illumination, and a circular filter portion 42b disposed inside the frame portion 42a and connected to the frame portion 42a by a plurality of connecting portions. Have.

アライメント用コリメータレンズ38は、光軸B上でミラー30とCCDカメラ36との間に配置されており、反射防止コーティングが施されている。
パワーメータ40は、レーザー加工ヘッド2の下方に配置され、ジェットノズル20から噴射された液柱内に導かれたレーザーの出力を測定可能に構成されている。パワーメータ40には、噴射された液柱がかかるので、防水処理が施されている。
The alignment collimator lens 38 is disposed between the mirror 30 and the CCD camera 36 on the optical axis B, and is provided with an antireflection coating.
The power meter 40 is arranged below the laser processing head 2 and is configured to measure the output of the laser guided into the liquid column ejected from the jet nozzle 20. Since the sprayed liquid column is applied to the power meter 40, the power meter 40 is waterproofed.

次に、このように構成された本実施形態のレーザー加工装置1のアライメント調整装置10を用いて、レーザーの焦点をジェットノズル20の入口開口部20aの中心に位置合わせする際のアライメント調整方法を、図3〜7を用いて以下に説明する。
アライメント調整方法は、概略的に、撮像手段37によって撮像した画像に基づいてレーザーの焦点とジェットノズル20の入口開口部20aの中心を位置合わせする粗調整を行い、パワーメータ40を用いて両者を位置合わせする微調整を行い、その後、アライメント調整が適切に行われたかどうかを確認するアライメント確認を行い、所望の出力が得られるかどうかを確認する出力確認を行う。
Next, an alignment adjustment method for aligning the focal point of the laser with the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 using the alignment adjustment apparatus 10 of the laser processing apparatus 1 of the present embodiment configured as described above will be described. This will be described below with reference to FIGS.
The alignment adjustment method roughly performs a rough adjustment to align the focal point of the laser and the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 based on the image picked up by the image pickup means 37, and uses the power meter 40 to adjust both. Fine adjustment for alignment is performed, and then alignment confirmation is performed to confirm whether alignment adjustment is properly performed, and output confirmation is performed to confirm whether a desired output is obtained.

まず、粗調整によって、レーザーの焦点をジェットノズル20の入口開口部20aの中心に位置合わせする。
まず、ジェットノズル20の入口開口部20aの中心を求める。図3は、本実施形態のアライメント調整装置10によってジェットノズル20の入口開口部20aの中心を求める方法を示す。図3(A)に示すように、パソコン14には、予めジェットノズル20の入口開口部20aの画像Pを登録しておく。この画像Pには、予め中心P1が設定され、この中心P1の情報も、画像Pとともにパソコン14に登録されている。
First, the focus of the laser is aligned with the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 by coarse adjustment.
First, the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 is obtained. FIG. 3 shows a method for obtaining the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 by the alignment adjusting apparatus 10 of the present embodiment. As shown in FIG. 3A, an image P of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 is registered in the personal computer 14 in advance. The center P1 is set in advance for the image P, and information about the center P1 is also registered in the personal computer 14 together with the image P.

次に、CCDカメラ36により、ジェットノズル20の入口開口部20aの画像Qを撮像する。図3(B)は、ジェットノズル20の入口開口部20aの画像Qを示す。図3(B)に示すように、モニタ16に表示される画像Qには、ジェットノズル20の上端面35の全体が比較的明るく表示され、入口開口部20aに相当する部分が比較的暗く円形に表示される。
パソコン14は、この画像Qを画像Pと比較し、図3(C)に示すように、登録された画像Pと撮像した画像Qの入口開口部20aの形状が一致する点を探索し、その点における画像Pの中心P1の座標を、入口開口部20aの中心座標として検出するとともに、その座標位置を記憶する。
Next, an image Q of the inlet opening 20 a of the jet nozzle 20 is taken by the CCD camera 36. FIG. 3B shows an image Q of the inlet opening 20 a of the jet nozzle 20. As shown in FIG. 3B, in the image Q displayed on the monitor 16, the entire upper end surface 35 of the jet nozzle 20 is displayed relatively brightly, and the portion corresponding to the inlet opening 20a is relatively dark and circular. Is displayed.
The personal computer 14 compares this image Q with the image P, and searches for a point where the registered image P and the shape of the entrance opening 20a of the captured image Q match, as shown in FIG. The coordinates of the center P1 of the image P at the point are detected as the center coordinates of the entrance opening 20a, and the coordinate position is stored.

次に、アライメント調整装置10は、ジェットノズル20の上端面35の入口開口部20a付近に照射されるレーザーの像の中心を求める。
まず、加圧ポンプ8を運転して液体供給通路18bを通って液体供給チャンバ18aに水を供給し、ジェットノズル20から水柱を噴射する。また、レーザー光源6から、第1のアライメント用に出力した微弱なレーザーを出射する。この第1のアライメント用出力は、レーザーがジェットノズル20の上端面35に照射された場合でも、ジェットノズル20を損傷しない程度の出力に選択されている。本実施形態では、第1のアライメント用出力は、0.01W以下に設定されている。
レーザー光源6から出射されたレーザーは、光ファイバ22、コリメータレンズ24、アパーチャ部材26、ミラー28,30,集光レンズ32を通って、ジェットノズル20の入口開口部20a付近に集光する。
Next, the alignment adjustment apparatus 10 obtains the center of the image of the laser irradiated near the entrance opening 20 a of the upper end surface 35 of the jet nozzle 20.
First, the pressurizing pump 8 is operated to supply water to the liquid supply chamber 18 a through the liquid supply passage 18 b, and a water column is ejected from the jet nozzle 20. Further, a weak laser output for the first alignment is emitted from the laser light source 6. The first alignment output is selected so as not to damage the jet nozzle 20 even when the laser is irradiated onto the upper end surface 35 of the jet nozzle 20. In the present embodiment, the first alignment output is set to 0.01 W or less.
The laser emitted from the laser light source 6 passes through the optical fiber 22, the collimator lens 24, the aperture member 26, the mirrors 28 and 30, and the condenser lens 32, and is condensed near the inlet opening 20 a of the jet nozzle 20.

CCDカメラ36で、ジェットノズル20の上端面35に照射されたレーザーの像を撮像する。図4は、本実施形態によるアライメント調整装置10において、CCDカメラ36によってレーザーの像を撮像した画像Rを示す。図4において、ジェットノズル20の入口開口部20aは比較的暗い領域R1に表示され、また、レーザーの像は、比較的明るい領域R2に表示されている。   The CCD camera 36 captures an image of the laser irradiated on the upper end surface 35 of the jet nozzle 20. FIG. 4 shows an image R obtained by capturing a laser image with the CCD camera 36 in the alignment adjusting apparatus 10 according to the present embodiment. In FIG. 4, the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 is displayed in a relatively dark region R1, and the laser image is displayed in a relatively bright region R2.

次に、パソコン14は、この画像Rから、レーザーの像の中心を推定する。図5は、本実施形態によるアライメント調整装置10において、レーザーの画像Rの輝度の分布を示す図である。この図5に示すように、輝度は、或る一定範囲に集中し、それよりも大きい輝度分布は小さくなる。ここで、集中した範囲の輝度を有する領域は、ジェットノズル20の上端面35および入口開口部20aの領域であり、レーザーの像は、それよりも大きな輝度を有すると考えられる。そこで、パソコン14は、集中する範囲の輝度よりも大きな輝度を2値化用閾値として設定し、レーザーの画像Rを、輝度が2値化用閾値未満の場合には、0とし、2値化用閾値以上である場合には、1とする2値化処理を行う。2値化用閾値は、測定条件や演算処理条件によって様々な値を採用することができるが、本実施形態では、検出された輝度の最大値の9割の値を2値化用閾値に設定している。このような2値化処理をモニタ16に表示する際には、図5に示すように、2値化用閾値以上の輝度の領域を1とし、モニタ16には白で表示し、2値化用閾値未満の輝度の領域は0として、モニタ16には黒で表示する。   Next, the personal computer 14 estimates the center of the laser image from the image R. FIG. 5 is a diagram showing the luminance distribution of the laser image R in the alignment adjusting apparatus 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the luminance is concentrated in a certain range, and the luminance distribution larger than that is small. Here, the area | region which has the brightness | luminance of the concentrated range is an area | region of the upper end surface 35 of the jet nozzle 20, and the entrance opening part 20a, and it is thought that the image of a laser has a bigger brightness | luminance than it. Therefore, the personal computer 14 sets a luminance larger than the luminance in the concentrated range as a threshold for binarization, and sets the laser image R to 0 when the luminance is less than the binarization threshold. If it is equal to or greater than the threshold for use, a binarization process of 1 is performed. Various values can be adopted as the binarization threshold depending on the measurement conditions and the calculation processing conditions. In this embodiment, 90% of the detected maximum luminance value is set as the binarization threshold. is doing. When such binarization processing is displayed on the monitor 16, as shown in FIG. 5, an area having a luminance equal to or higher than the binarization threshold is set to 1 and displayed on the monitor 16 in white and binarized. An area having a luminance less than the threshold for use is set to 0 and displayed on the monitor 16 in black.

図6は、本実施形態によるアライメント調整装置10において、画像Rのレーザーの像の中心を求める方法を示す図である。図6(A)に示すように、レーザーの画像Rを2値化処理して白黒で表示すると、レーザーの像に相当する領域R3だけが白く表示されることとなる。パソコン14は、この白い領域R3の重心を求めることにより、図6(B)に示すように、レーザーの像の中心R4の座標を算出する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a method of obtaining the laser image center of the image R in the alignment adjustment apparatus 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 6A, when the laser image R is binarized and displayed in black and white, only the region R3 corresponding to the laser image is displayed in white. The personal computer 14 calculates the coordinates of the center R4 of the laser image as shown in FIG. 6B by obtaining the center of gravity of the white region R3.

次に、パソコン14は、レーザーの像の中心R4の座標と、ジェットノズル20の入口開口部20aの中心の座標とを比較して、これらの座標のずれを計算し、座標のずれに相当する光ファイバ22の移動量を計算する。そして、光ファイバ22の必要移動量に応じた移動信号を相対移動機構34に送信する。相対移動機構34は、X軸用モータおよびY軸用モータを駆動して、光ファイバ22をXY平面内で移動させ、これにより、レーザーの像の中心R4がジェットノズル20の入口開口部20aの中心に一致する。
以上のような調整手順により、ジェットノズル20の入口開口部20aの中心とレーザーの焦点との粗調整が完了する。
Next, the personal computer 14 compares the coordinates of the center R4 of the laser image with the coordinates of the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20, calculates the deviation of these coordinates, and corresponds to the deviation of the coordinates. The amount of movement of the optical fiber 22 is calculated. Then, a movement signal corresponding to the required movement amount of the optical fiber 22 is transmitted to the relative movement mechanism 34. The relative movement mechanism 34 drives the X-axis motor and the Y-axis motor to move the optical fiber 22 in the XY plane, whereby the center R4 of the laser image is located at the entrance opening 20a of the jet nozzle 20. Match the center.
Through the adjustment procedure as described above, rough adjustment between the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 and the focal point of the laser is completed.

次に、ジェットノズル20の入口開口部20aの中心とレーザーの焦点との位置合わせの微調整について説明する。
まず、レーザー光源6において、第2のアライメント用の微弱なレーザーを出射する。ここで、第2のアライメント用出力は、第1のアライメント用出力よりも高く、且つジェットノズル20を損傷しないが、水柱内でレーザーを伝搬することができる程度の出力に設定される。本実施形態では、第2のアライメント用出力は、0.5〜2Wに設定される。このように、第1および第2のアライメント用出力は、ジェットノズル20を損傷しないような出力に設定されている。
Next, the fine adjustment of the alignment between the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 and the focal point of the laser will be described.
First, the laser light source 6 emits a weak laser for second alignment. Here, the second alignment output is set to an output that is higher than the first alignment output and does not damage the jet nozzle 20 but can propagate the laser beam in the water column. In the present embodiment, the second alignment output is set to 0.5 to 2 W. As described above, the first and second alignment outputs are set to outputs that do not damage the jet nozzle 20.

ここで、微弱なレーザーとは、ジェットノズル20に照射してもジェットノズル20を損傷しない程度の出力で出射されるレーザーを意味し、例えばジェットノズルを構成する材料を加工するのに必要なレーザー出力よりも低いレーザー出力を有するレーザーや、レーザー加工装置が被加工物を加工するのに設定されるレーザー出力よりも低いレーザー出力を有するレーザーとして設定される。このようなレーザーの出力は、ジェットノズル20の材質に応じて、2W以下に設定されるのがよい。   Here, the weak laser means a laser emitted with an output that does not damage the jet nozzle 20 even when irradiated to the jet nozzle 20. For example, a laser necessary for processing a material constituting the jet nozzle It is set as a laser having a laser output lower than the output or a laser having a laser output lower than the laser output set for processing the workpiece by the laser processing apparatus. The output of such a laser is preferably set to 2 W or less depending on the material of the jet nozzle 20.

パソコン14は、相対移動機構34のZ軸用モータを駆動して、光ファイバ22をZ軸方向に所定距離(例えば400μmずつ)移動させ、各移動位置において、ジェットノズル20から噴射された水柱内のレーザーの出力をパワーメータ40によって測定する。本実施形態では、粗調整した後のレーザーの焦点位置を測定の開始点とし、所定距離(例えば400μm)を1ステップとして、開始点からZ軸に沿って上方および下方にそれぞれ10ステップ移動させ、開始点における測定と合わせて計21箇所においてレーザーの出力を測定する。したがって、本実施形態では、パワーメータ40は、複数回(21回)、Z軸に沿った線状領域にわたって、レーザーの出力を測定する。   The personal computer 14 drives the Z-axis motor of the relative movement mechanism 34 to move the optical fiber 22 in the Z-axis direction by a predetermined distance (for example, 400 μm), and in the water column ejected from the jet nozzle 20 at each movement position. The power output of the laser is measured by the power meter 40. In this embodiment, the focal position of the laser after coarse adjustment is used as a measurement start point, a predetermined distance (for example, 400 μm) is set as one step, and each step is moved 10 steps upward and downward along the Z axis from the start point. Together with the measurement at the starting point, the laser output is measured at a total of 21 locations. Therefore, in this embodiment, the power meter 40 measures the output of the laser over a linear region along the Z axis a plurality of times (21 times).

ここで、光ファイバ22のZ軸方向の移動量とレーザーの焦点のZ軸方向の移動量は、レーザー光学系の焦点距離に反比例する。即ち、一般的に、物点からレンズまでの物点距離をa、レンズから像点までの像点距離をbとすると、このレーザー光学系全体の焦点距離fは、近似的に次の式で表される。   Here, the amount of movement of the optical fiber 22 in the Z-axis direction and the amount of movement of the laser focus in the Z-axis direction are inversely proportional to the focal length of the laser optical system. That is, generally, when the object point distance from the object point to the lens is a and the image point distance from the lens to the image point is b, the focal length f of the entire laser optical system is approximately expressed by the following equation. expressed.

本実施形態では、上記の近似式を用いてレーザーの焦点の移動距離を算出している。つまり、本実施形態では、物点距離aは、コリメートレンズ24の焦点距離に対応し、この焦点距離は400mmに設定されている。また、像点距離bは、集光レンズ32の焦点距離に対応し、この焦点距離は60mmに設定されている。したがって、上記の近似式を用いると、レーザー光学系4全体の焦点距離fは約52.17mmとなる。同じレーザー光学系であれば、レーザー光学系4全体の焦点距離fは変化しないため、光ファイバ22のZ軸方向の移動によってコリメートレンズ24の焦点距離a’が変化すると、これに伴って集光レンズ32の焦点距離b’も変化することとなる。具体的には、光ファイバ22をZ軸に沿って上方に400μm移動させると、レーザーの焦点は、約10μm上方に移動する。なお、上記のように、本実施形態では、レーザー光学系4の焦点距離は、光ファイバ22のZ軸方向の移動距離が、レーザーの焦点のZ軸方向の移動距離よりも大きくなるように設定されている。   In the present embodiment, the moving distance of the laser focal point is calculated using the above approximate expression. That is, in this embodiment, the object point distance a corresponds to the focal length of the collimating lens 24, and this focal length is set to 400 mm. The image point distance b corresponds to the focal length of the condenser lens 32, and this focal length is set to 60 mm. Therefore, when the above approximate expression is used, the focal length f of the entire laser optical system 4 is about 52.17 mm. If the same laser optical system is used, the focal length f of the entire laser optical system 4 does not change. Therefore, if the focal length a ′ of the collimating lens 24 changes due to the movement of the optical fiber 22 in the Z-axis direction, condensing is performed accordingly. The focal length b ′ of the lens 32 also changes. Specifically, when the optical fiber 22 is moved upward by 400 μm along the Z axis, the focal point of the laser moves upward by about 10 μm. As described above, in the present embodiment, the focal length of the laser optical system 4 is set so that the movement distance of the optical fiber 22 in the Z-axis direction is larger than the movement distance of the laser focus in the Z-axis direction. Has been.

図7は、本実施形態によるアライメント調整装置10において、レーザーの焦点の移動量(即ち光ファイバ22の移動量)とレーザー出力との関係の例を示す図である。図7(C)に示すように、レーザーの出力はZ軸方向の各移動位置において変化する。パソコン14は、これらのレーザー出力のうち、レーザーの出力が最大となる位置のZ軸座標を算出する。そして、このZ軸座標と測定の開始点との間の座標のずれを計算し、この座標のずれを光ファイバ22の移動量に変換し、レーザーの焦点がそのZ軸座標に位置するように、光ファイバ22を移動させる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the relationship between the laser focus movement amount (that is, the movement amount of the optical fiber 22) and the laser output in the alignment adjustment apparatus 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 7C, the output of the laser changes at each movement position in the Z-axis direction. The personal computer 14 calculates the Z-axis coordinate of the position where the laser output is maximum among these laser outputs. Then, a coordinate shift between the Z-axis coordinate and the measurement start point is calculated, and the coordinate shift is converted into a moving amount of the optical fiber 22 so that the focal point of the laser is located at the Z-axis coordinate. The optical fiber 22 is moved.

次に、相対移動機構34のX軸用モータおよびY軸用モータを駆動して、光ファイバ22をX軸およびY軸方向にそれぞれ所定距離ずつ移動させ、各移動位置においてレーザーの出力をパワーメータ40で測定する。本実施形態では、測定の開始点、および開始点からX軸およびY軸に沿ってそれぞれ両方向に所定距離ずつ(例えば10μmずつ)、10ステップ移動させて測定するので、計21箇所においてレーザーの出力を測定する。
ここで、光ファイバ22のX軸およびY軸方向の移動量とレーザーの焦点のX軸およびY軸方向の移動量は、レンズの倍率に比例する。本実施形態では、コリメートレンズ24の焦点距離が400mmであり、集光レンズ32の焦点距離が60mmであるので、倍率は0.15となり、したがって、光ファイバ22をX軸またはY軸に沿って一方向に10μm移動させると、レーザーの焦点は、光ファイバ22の移動方向とは反対方向に約1.5μm移動する。なお、上記のように、本実施形態では、レーザー光学系4のレンズの倍率は、光ファイバ22のX軸及びY軸の移動距離が、レーザーの焦点のX軸及びY軸方向の移動距離よりも大きくなるように設定されている。
Next, the X-axis motor and the Y-axis motor of the relative movement mechanism 34 are driven to move the optical fiber 22 by a predetermined distance in the X-axis and Y-axis directions, and the laser output is measured at each moving position. Measure at 40. In the present embodiment, the measurement is performed by moving the measurement start point and 10 steps from the start point along the X-axis and the Y-axis by a predetermined distance in each direction (for example, 10 μm) for 10 steps. Measure.
Here, the amount of movement of the optical fiber 22 in the X-axis and Y-axis directions and the amount of movement of the laser focus in the X-axis and Y-axis directions are proportional to the magnification of the lens. In this embodiment, since the focal length of the collimating lens 24 is 400 mm and the focal length of the condensing lens 32 is 60 mm, the magnification is 0.15. Therefore, the optical fiber 22 is aligned along the X axis or the Y axis. When moved 10 μm in one direction, the focal point of the laser moves about 1.5 μm in the direction opposite to the moving direction of the optical fiber 22. As described above, in this embodiment, the magnification of the lens of the laser optical system 4 is such that the movement distance of the optical fiber 22 in the X axis and Y axis is greater than the movement distance of the laser focus in the X axis and Y axis directions. Is also set to be large.

図7(A)および図7(B)に示すように、レーザーの出力は、各移動位置において変化する。パソコン14は、得られたX軸およびY軸それぞれの計21箇所におけるレーザー出力のピーク値をそれぞれ計算し、そのピーク値におけるX座標およびY座標にレーザーの焦点が位置するように、X軸座標およびY軸座標を決定する。そして、このX軸座標およびY軸座標と測定の開始点との間の座標のずれを計算し、この座標のずれを光ファイバ22の移動量に変換し、レーザーの焦点がそのX軸座標およびY軸座標に位置するように、相対移動機構34を駆動して光ファイバ22を移動させる。
以上のような調整作業により、ジェットノズル20の入口開口部20aの中心とレーザーの焦点との位置合わせの微調整が完了する。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the laser output changes at each movement position. The personal computer 14 calculates the peak values of the laser output at the total 21 locations of the obtained X axis and Y axis, respectively, and the X axis coordinates so that the laser focus is located at the X coordinates and Y coordinates at the peak values. And determine the Y-axis coordinates. Then, the deviation of the coordinates between the X-axis coordinates and the Y-axis coordinates and the measurement start point is calculated, and the deviation of the coordinates is converted into the movement amount of the optical fiber 22, and the focal point of the laser is changed to the X-axis coordinates and The relative movement mechanism 34 is driven to move the optical fiber 22 so as to be positioned at the Y-axis coordinates.
The fine adjustment of the alignment between the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 and the focal point of the laser is completed by the adjustment operation as described above.

次に、上記のような方法で、ジェットノズル20の入口開口部20aの中心とレーザーの焦点とを位置合わせした状態で、アライメント調整が適切であるどうかを確認するアライメント確認を行う。   Next, alignment confirmation for confirming whether the alignment adjustment is appropriate is performed in a state where the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 and the focal point of the laser are aligned by the method described above.

ジェットノズル20の入口開口部20aの中心とレーザーの焦点との位置合わせの微調整が終了した状態で、レーザー光源6においてレーザーの出力を上げ、アライメント確認用出力のレーザーを出射する。ここで、アライメント確認用出力は、第1および第2のアライメント用出力よりも大きいが、実際のレーザー加工時に使用する出力よりは小さく設定され、例えば5〜12.5W程度に設定される。なお、アライメント確認用出力を第1および第2のアライメント用出力よりも大きく設定することにより、第1および第2のアライメント用出力での微弱なレーザーでは確認しにくい場合がある出力の差がより明確になるため、より正確な出力が得られる。また、アライメント確認用出力を実際のレーザー加工時に使用する出力より小さく設定することにより、アライメント確認作業中のレーザーによるジェットノズル20の損傷を最小限に抑制することができる。   In a state where the fine adjustment of the alignment between the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 and the focal point of the laser has been completed, the laser light source 6 raises the laser output and emits an alignment confirmation output laser. Here, the alignment confirmation output is larger than the first and second alignment outputs, but is set smaller than the output used in actual laser processing, for example, about 5 to 12.5 W. By setting the alignment confirmation output to be larger than the first and second alignment outputs, the difference between the outputs that may be difficult to confirm with the weak laser at the first and second alignment outputs is greater. Because it becomes clear, more accurate output is obtained. Further, by setting the output for alignment confirmation to be smaller than the output used during actual laser processing, damage to the jet nozzle 20 by the laser during the alignment confirmation work can be minimized.

パワーメータ40は、水柱に導かれたレーザーの出力を測定し、この測定データをパソコン14に送信する。パソコン14は、このレーザーの出力を、予め設定されたアライメント確認用出力閾値と比較し、レーザーの出力がアライメント確認用出力閾値に到達しているかどうかを判断する。アライメント確認用出力閾値は、レーザー光学系4における出力の損失等を考慮して設定され、本実施形態では、例えば5〜10W程度に設定される。
レーザーの出力が、アライメント確認用出力閾値に到達している場合には、アライメント調整が完了したとして、アライメント調整作業を完了する。一方、レーザーの出力がアライメント確認用出力閾値に到達していない場合には、再び、光ファイバ22をXYZ軸にそれぞれ移動させてパワーメータ40でレーザーの出力を測定し、それぞれレーザーの出力が最大となる位置にレーザーの焦点が位置するように、光ファイバ22を移動させる微調整を行う。
The power meter 40 measures the output of the laser guided to the water column and transmits this measurement data to the personal computer 14. The personal computer 14 compares the laser output with a preset alignment confirmation output threshold value, and determines whether the laser output has reached the alignment confirmation output threshold value. The alignment confirmation output threshold value is set in consideration of output loss in the laser optical system 4, and is set to about 5 to 10 W, for example, in the present embodiment.
If the laser output has reached the alignment confirmation output threshold, the alignment adjustment is completed, assuming that the alignment adjustment has been completed. On the other hand, if the laser output has not reached the alignment confirmation output threshold, the optical fiber 22 is moved again to the XYZ axes, and the laser output is measured by the power meter 40. Fine adjustment is performed to move the optical fiber 22 so that the focal point of the laser is positioned at the position.

アライメント確認が終了すると、パソコン14は、次に、ジェットノズル20からの水柱に導かれるレーザーが所望の出力となるかどうかを確認する出力確認を行う。
まず、レーザー光源6において、レーザーの出力を上げ、出力確認用出力のレーザーを出射する。ここで、出力確認用出力は、第1および第2のアライメント用出力よりも大きく、実際のレーザー加工時に使用する出力程度に設定される。この出力確認用出力は、被加工物の材料、厚さなどに応じて決定され、例えば被加工物の材料としてSUS304、厚さt=0.1mmを使用する場合には、10〜19W程度に設定される。パワーメータ40は、水柱内に導かれたレーザーの出力を測定し、この測定データをパソコン14に送信する。パソコン14は、このレーザーの出力を、予め設定された出力閾値と比較し、レーザーの出力が出力閾値に到達しているかどうかを判断する。出力閾値は、レーザー光学系4における出力の損失等を考慮して設定され、本実施形態では、例えば10〜15W、好ましくは13W前後を目安として設定される。
When the alignment confirmation is completed, the personal computer 14 next performs output confirmation for confirming whether the laser guided to the water column from the jet nozzle 20 has a desired output.
First, in the laser light source 6, the output of the laser is increased, and an output confirmation output laser is emitted. Here, the output confirmation output is larger than the first and second alignment outputs, and is set to about the output used during actual laser processing. The output confirmation output is determined according to the material and thickness of the workpiece. For example, when using SUS304 and the thickness t = 0.1 mm as the material of the workpiece, the output is about 10 to 19 W. Is set. The power meter 40 measures the output of the laser guided into the water column and transmits this measurement data to the personal computer 14. The personal computer 14 compares the laser output with a preset output threshold value, and determines whether the laser output has reached the output threshold value. The output threshold value is set in consideration of the output loss in the laser optical system 4 and the like, and in this embodiment, for example, 10 to 15 W, preferably around 13 W is set as a guide.

パソコン14は、レーザーの出力が出力閾値に到達していれば、アライメント調整が適切に行われていると判断し、アライメント調整作業を完了する。一方、レーザーの出力が出力閾値に到達していない場合には、再び、光ファイバ22をXYZ軸にそれぞれ移動させてパワーメータ40でレーザーの出力を測定し、それぞれレーザーの出力が最大となる位置にレーザーの焦点が位置するように、光ファイバ22を移動させる微調整を行う。   If the laser output has reached the output threshold value, the personal computer 14 determines that the alignment adjustment has been performed appropriately, and completes the alignment adjustment operation. On the other hand, if the laser output has not reached the output threshold, the optical fiber 22 is moved again to the XYZ axes, the laser output is measured by the power meter 40, and the position where the laser output is maximized. Fine adjustment is performed to move the optical fiber 22 so that the focal point of the laser is located at the center.

図8は、本実施形態によるアライメント調整装置10による調整結果の例を示す図である。図8では、本実施形態によるレーザー加工装置1のアライメント調整装置10を繰り返し作動させてアライメント調整を4回行い、各調整後における各軸の座標の、1回目の座標とのずれを表している。図8に示すように、XYZ軸それぞれにおいて、各回の座標の誤差は、μm台の誤差に留まっており、したがって、本実施形態によるアライメント調整装置10の調整再現性が非常に高いことが分かる。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an adjustment result by the alignment adjustment apparatus 10 according to the present embodiment. In FIG. 8, the alignment adjustment apparatus 10 of the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment is repeatedly operated to perform alignment adjustment four times, and the deviation of the coordinates of each axis after each adjustment from the first coordinate is shown. . As shown in FIG. 8, in each of the XYZ axes, the error in the coordinates of each time remains in the μm range, and thus it can be seen that the adjustment reproducibility of the alignment adjustment apparatus 10 according to the present embodiment is very high.

このように構成された本実施形態によれば、次のような優れた効果を得ることができる。
アライメント調整装置10が、ジェットノズル20の入口開口部20aの画像Pとレーザーの像の画像Rとに基づいて、レーザーの焦点を入口開口部20aの中心に位置合わせするので、入口開口部20aおよびレーザーの像の実際の位置情報を使用してアライメント調整を行うことができる。したがって、アライメント調整を高精度に行うことができる。
また、このアライメント調整作業、即ちレーザーの焦点位置の計算および光ファイバ22の移動制御を、パソコン14の制御によって行うので、作業者が手動で位置合わせを行う必要がない。したがって、アライメント調整作業を短時間且つ容易に行うことができ、手動で調整を行う場合に比べて、より高精度に調整することができる。これにより、作業者による調整位置のばらつきの発生を防止することができ、調整位置の再現性を高めることができるとともに、調整位置のばらつきが防止されることにより、安定したレーザー出力を得ることができ、安定したレーザー加工を行うことができる。
According to the present embodiment configured as described above, the following excellent effects can be obtained.
The alignment adjustment device 10 aligns the focal point of the laser at the center of the inlet opening 20a based on the image P of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 and the image R of the laser image. The alignment adjustment can be performed using the actual position information of the laser image. Therefore, alignment adjustment can be performed with high accuracy.
In addition, since the alignment adjustment operation, that is, the calculation of the focal position of the laser and the movement control of the optical fiber 22 are performed by the control of the personal computer 14, it is not necessary for the operator to perform the alignment manually. Therefore, the alignment adjustment work can be performed in a short time and easily, and the adjustment can be performed with higher accuracy than in the case where the adjustment is performed manually. As a result, the occurrence of variations in the adjustment position by the operator can be prevented, the reproducibility of the adjustment position can be improved, and a stable laser output can be obtained by preventing variations in the adjustment position. And stable laser processing can be performed.

アライメント調整作業中に照射するレーザーを、微弱な第1および第2のアライメント用出力で出射するので、アライメントが調整されていない状態でレーザーがジェットノズル20の上端面35に照射されてジェットノズル20を損傷するのを防止することができる。   Since the laser irradiated during the alignment adjustment operation is emitted with weak first and second alignment outputs, the laser is irradiated onto the upper end surface 35 of the jet nozzle 20 in a state where the alignment is not adjusted, and the jet nozzle 20 Can be prevented from being damaged.

ジェットノズル20の入口開口部20aの中心を求める際には、予めジェットノズルの20の画像Pをその中心位置の情報と共に登録しておき、CCDカメラ36で撮像した入口開口部20aの画像Qと比較することにより、入口開口部20aの中心の座標を求める。したがって、入口開口部20aの中心座標を簡単な手法で短時間に求めることができる。
また、レーザーの像の画像Rの中心座標と入口開口部の画像Qの中心座標をそれぞれ求めて、レーザーの焦点位置を入口開口部の中心座標に移動させるので、繰り返しレーザーの像の画像Rや入口開口部の画像Qを撮像して比較する必要がない。したがって、レーザーの焦点の位置合わせ作業を容易且つ短時間に行うことができる。
When determining the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20, the image P of the jet nozzle 20 is registered in advance together with the information on the center position, and the image Q of the inlet opening 20a captured by the CCD camera 36 is obtained. By comparing, the coordinates of the center of the inlet opening 20a are obtained. Therefore, the center coordinates of the inlet opening 20a can be obtained in a short time by a simple method.
Further, the center coordinates of the image R of the laser image and the center coordinates of the image Q of the entrance opening are respectively obtained, and the focal position of the laser is moved to the center coordinates of the entrance opening. There is no need to capture and compare the image Q of the inlet opening. Therefore, the alignment operation of the laser focus can be performed easily and in a short time.

レーザーの像の中心を求める際には、画像Rの輝度の最大値の9割の値を閾値に設定して、画像Rを、この閾値以上の画像領域および閾値未満の画像領域に2値化処理を行い、閾値以上の画像領域の重心を求めることによってレーザーの像の中心を求める。このように、2値化処理による簡単な画像解析でアライメント調整を行うので、短時間にレーザーの中心を求めることができる。   When determining the center of the image of the laser, 90% of the maximum luminance value of the image R is set as a threshold value, and the image R is binarized into an image area above and below this threshold value. Processing is performed to determine the center of the laser image by determining the center of gravity of the image area above the threshold. Thus, since alignment adjustment is performed by simple image analysis by binarization processing, the center of the laser can be obtained in a short time.

画像Q,Rの解析によるレーザーの焦点の粗調整の後、パワーメータ40を用いてレーザーの出力を測定し、レーザーの出力が最大となるように、レーザーの焦点の位置を移動させるので、レーザーの焦点の位置を更に微調整することができ、アライメント調整をより高精度に行うことができる。
また、パワーメータ40は、水柱内に導かれたレーザーの出力を測定するので、水柱内にレーザーを導くために、レーザーには或る程度の出力が必要となる。このとき、画像Q,Rの解析によってレーザーの焦点を粗調整した後に、パワーメータ40による微調整を行うので、レーザーを確実に入口開口部20aに入射させることができるから、ジェットノズル20を損傷するリスクを軽減することができる。
After coarse adjustment of the laser focus by analyzing the images Q and R, the laser output is measured using the power meter 40, and the laser focus position is moved so that the laser output is maximized. The focus position can be further finely adjusted, and alignment adjustment can be performed with higher accuracy.
In addition, since the power meter 40 measures the output of the laser guided into the water column, the laser needs a certain level of output in order to guide the laser into the water column. At this time, after the laser focus is roughly adjusted by analyzing the images Q and R, fine adjustment by the power meter 40 is performed, so that the laser can surely enter the entrance opening 20a, and the jet nozzle 20 is damaged. Can reduce the risk.

ここで、実際のレーザー加工装置1では、レーザーの焦点の中心とジェットノズル20の入口開口部20aの中心が一致した位置において、常に水中内に導かれたレーザーの出力が最大となるとは限らない。そこで、本実施形態では、画像Q,Rの解析によるレーザーの焦点の粗調整の後に、パワーメータ40を用いてレーザーの焦点の微調整を行うので、実際のレーザー加工装置1の状態に合わせて、レーザーの出力が最大となる位置にレーザーの焦点の位置合わせを行うことができる。
また、粗調整によってレーザーの焦点の中心をジェットノズル20の入口開口部20aの中心に一致させ、その位置を微調整時の測定開始点として設定するので、測定開始点から所定範囲内でレーザーの焦点を移動させてレーザーの出力を測定することができる。つまり、微調整の際には、入口開口部20aの全範囲にわたってレーザーの出力をパワーメータ40で測定する必要がなく、入口開口部20aの中心付近のみを測定すればよい。したがって、パワーメータ40を使用した微調整の調整時間を短縮することができる。
Here, in the actual laser processing apparatus 1, at the position where the center of the laser focus coincides with the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20, the output of the laser guided into the water is not always the maximum. . Therefore, in this embodiment, the laser focus is finely adjusted using the power meter 40 after the coarse adjustment of the laser focus by the analysis of the images Q and R, so that the laser beam is adjusted according to the actual state of the laser processing apparatus 1. The focus of the laser can be aligned at a position where the laser output is maximized.
In addition, the center of the laser focus is made to coincide with the center of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 by rough adjustment, and the position is set as the measurement start point at the time of fine adjustment. The laser output can be measured by moving the focal point. That is, during fine adjustment, it is not necessary to measure the laser output with the power meter 40 over the entire range of the inlet opening 20a, and only the vicinity of the center of the inlet opening 20a may be measured. Therefore, the adjustment time for fine adjustment using the power meter 40 can be shortened.

相対移動機構34が光ファイバ22に設けられ、光ファイバ22がレーザー加工ヘッド2に対して移動するように構成されているので、レーザー加工ヘッド2を移動させる必要がない。レーザー加工ヘッド2は、液体供給空間18bを有し、高圧水配管等にも接続しているため、重量が光ファイバ22を支持する構造よりも重い場合が多い。したがって、相対移動機構34をより重量が軽い光ファイバ22に取り付けることにより、レーザー加工装置1の機械的安定性を確保することができる。
また、レーザー加工ヘッド2の周辺は、加圧ポンプ8等、様々な構造部品が配置されることが多く、相対移動機構34のためのスペースを確保しにくい。本実施形態では、相対移動機構34が光ファイバ22に取り付けられているので、相対移動機構34のためのスペースを確保しやすく、レーザー加工装置1の設計が容易になる。
Since the relative movement mechanism 34 is provided in the optical fiber 22 and the optical fiber 22 is configured to move relative to the laser processing head 2, it is not necessary to move the laser processing head 2. Since the laser processing head 2 has the liquid supply space 18b and is also connected to a high-pressure water pipe or the like, the weight is often heavier than the structure supporting the optical fiber 22. Therefore, the mechanical stability of the laser processing apparatus 1 can be ensured by attaching the relative movement mechanism 34 to the optical fiber 22 having a lighter weight.
In addition, various structural components such as the pressurizing pump 8 are often arranged around the laser processing head 2, and it is difficult to secure a space for the relative movement mechanism 34. In the present embodiment, since the relative movement mechanism 34 is attached to the optical fiber 22, it is easy to secure a space for the relative movement mechanism 34 and the design of the laser processing apparatus 1 is facilitated.

相対移動機構34が光ファイバ22に取り付けられているので、XYZ軸用モータ等の液体の付着や侵入を確実に防止する必要がある構造部品を、レーザー加工ヘッド2から遠くに配置することができる。したがって、相対移動機構34に必要な防水対策を容易に講じることができる。   Since the relative movement mechanism 34 is attached to the optical fiber 22, it is possible to dispose a structural component such as an XYZ-axis motor or the like that needs to reliably prevent liquid adhesion and penetration from the laser processing head 2. . Therefore, it is possible to easily take a waterproof measure necessary for the relative movement mechanism 34.

レーザー光学系4が、光ファイバ22のXYZ軸方向の移動距離がレーザー焦点のXYZ軸方向の移動距離よりも大きくなるように設定されているので、光ファイバ22の移動距離に対してレーザーの焦点を短距離だけ移動させることができる。したがって、光ファイバ22の移動精度に対してレーザーの焦点の位置を高精度に制御することができる。また反対に、必要なレーザーの焦点の移動精度に対して相対移動機構34の移動精度を比較的粗く取ることができるので、相対移動機構34に要求される移動精度が比較的低くなるから、相対移動機構34の構成を簡単且つ安価に設計することができる。   Since the laser optical system 4 is set so that the movement distance of the optical fiber 22 in the XYZ-axis direction is larger than the movement distance of the laser focus in the XYZ-axis direction, the focal point of the laser with respect to the movement distance of the optical fiber 22 is set. Can be moved by a short distance. Therefore, the position of the focal point of the laser can be controlled with high accuracy with respect to the movement accuracy of the optical fiber 22. On the other hand, since the movement accuracy of the relative movement mechanism 34 can be made relatively coarse with respect to the required movement accuracy of the focal point of the laser, the movement accuracy required for the relative movement mechanism 34 becomes relatively low. The configuration of the moving mechanism 34 can be designed easily and inexpensively.

CCDカメラ36の照明の中心部分がフィルタ42で覆われているので、フィルタ42によって不要な光成分を除去することができ、CCDカメラ36において、鮮明な画像を得ることができる。つまり、照明から照射される照明光のうちの数%は、アライメント用コリメートレンズ38や集光レンズ32で反射される。このとき、照明の中心部分から照射された光の反射光は、そのままCCDカメラ36に向かって反射されるため、CCDカメラ36においてこの反射光を受光すると、ジェットノズル20の入口開口部20aの画像に全体的に明るい成分(バイアス成分)が含まれ、画像のコントラストが弱くなってしまう。本実施形態では、フィルタ42を設けたので、このバイアス成分を除去することができ、鮮明な画像Q,Rを得ることができる。   Since the central part of the illumination of the CCD camera 36 is covered with the filter 42, unnecessary light components can be removed by the filter 42, and a clear image can be obtained in the CCD camera 36. That is, several percent of the illumination light emitted from the illumination is reflected by the alignment collimating lens 38 and the condenser lens 32. At this time, since the reflected light of the light irradiated from the central portion of the illumination is reflected directly toward the CCD camera 36, when the reflected light is received by the CCD camera 36, an image of the inlet opening 20a of the jet nozzle 20 is received. Contains a bright component (bias component) as a whole, and the contrast of the image becomes weak. In the present embodiment, since the filter 42 is provided, this bias component can be removed, and clear images Q and R can be obtained.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、例えば、ジェットノズルの入口開口部の中心を求める方法は、前述の実施形態では、予め登録した入口開口部の画像を、撮像した入口開口部の画像と比較したが、これに限らず、例えばレーザーの像の中心を求める方法と同様に、入口開口部の画像を2値化処理して入口開口部の中心を求めてもよい。
また、ジェットノズルの入口開口部およびレーザーの中心を位置合わせする際には、前述の実施形態では、粗調整においてXY軸方向のみに移動させたが、これに限らず、例えば画像における入口開口部およびレーザーの像の大きさを考慮してZ軸方向にも調整してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the method for obtaining the center of the inlet opening of a jet nozzle is the same as the above-described embodiment in which an image of a pre-registered inlet opening is captured. Although it compared with the image of an opening part, it is not restricted to this, For example, the image of an entrance opening part may be binarized and the center of an entrance opening part may be calculated | required similarly to the method of calculating | requiring the center of the image of a laser.
Further, when aligning the inlet opening of the jet nozzle and the center of the laser, in the above-described embodiment, the coarse adjustment is performed only in the XY-axis direction. Further, the Z-axis direction may be adjusted in consideration of the size of the laser image.

パワーメータによってレーザーの出力を測定する際には、前述の実施形態では複数回にわたって所定距離毎にレーザーの出力を測定していたが、これに限らず、例えばレーザーの焦点を移動させながらレーザーの出力を連続的に測定してもよい。
また、前述の実施形態では、レーザーの出力をXYZ軸のそれぞれの方向について線状の領域にわたって測定していたが、これに限らず、例えばレーザーの焦点をXYの2次元の領域にわたって移動させて、レーザーの出力を測定するようにしてもよい。
また、パワーメータによってレーザーの出力を測定してレーザーの焦点を位置合わせする方法は、必ずしも必要ではなく、例えば画像に基づいてジェットノズルの入口開口部とレーザーの中心を位置合わせすることにより十分な調整精度が得られる場合には、パワーメータによってレーザーの出力を測定してレーザーの焦点位置を微調整しなくてもよい。
When the laser output is measured by the power meter, the laser output is measured at predetermined distances a plurality of times in the above-described embodiment. However, the present invention is not limited to this. For example, the laser power is moved while moving the laser focus. The output may be measured continuously.
In the above-described embodiment, the laser output is measured over a linear region in each direction of the XYZ axes. However, the present invention is not limited to this. For example, the laser focus is moved over a two-dimensional region of XY. The laser output may be measured.
In addition, the method of measuring the laser output with a power meter and aligning the focal point of the laser is not always necessary. For example, it is sufficient to align the inlet opening of the jet nozzle and the center of the laser based on the image. When adjustment accuracy can be obtained, the laser output may not be finely adjusted by measuring the laser output with a power meter.

レーザー光学系は、前述の実施形態では、光ファイバ22、コリメートレンズ24、アパーチャ部材26、ミラー28,30、集光レンズ32を備えて構成されていたが、このような構成に限られず、レーザー光源から出射されたジェットノズルまで伝搬されるように構成されていれば、部材の構成、配置等は任意に設定できる。
また、相対移動機構は、光ファイバを移動させるものに限らず、レーザーの焦点をジェットノズルに対して移動させるように構成されていればその構成は任意である。また、相対移動機構は、レーザーの焦点をジェットノズルに対して移動させる構成に限らず、ジェットノズルをレーザーの焦点に対して移動させる構成となっていてもよい。
In the above-described embodiment, the laser optical system is configured to include the optical fiber 22, the collimating lens 24, the aperture member 26, the mirrors 28 and 30, and the condensing lens 32. However, the laser optical system is not limited to such a configuration. If it is configured to propagate to the jet nozzle emitted from the light source, the configuration, arrangement, etc. of the members can be arbitrarily set.
Further, the relative movement mechanism is not limited to one that moves the optical fiber, and the configuration thereof is arbitrary as long as the focal point of the laser is moved relative to the jet nozzle. In addition, the relative movement mechanism is not limited to the configuration in which the focal point of the laser is moved relative to the jet nozzle, and may be configured to move the jet nozzle relative to the focal point of the laser.

1 レーザー加工装置
6 レーザー光源
10 アライメント調整装置
14 パソコン
16 モニタ
20 ジェットノズル
20a 入口開口部
32 集光レンズ
34 相対移動機構
36 CCDカメラ
38 アライメント用コリメートレンズ
40 パワーメータ
42 フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 6 Laser light source 10 Alignment adjustment apparatus 14 Personal computer 16 Monitor 20 Jet nozzle 20a Entrance opening part 32 Condensing lens 34 Relative movement mechanism 36 CCD camera 38 Collimating lens 40 for alignment Power meter 42 Filter

Claims (13)

液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、上記液柱内にレーザー光源からのレーザーを集光させるレーザー光学系とを有し、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置に使用され、上記レーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整装置であって、
上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口部の中心に対して位置合わせできるように、上記ジェットノズルと上記レーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構と、
上記ジェットノズルの入口開口部の画像および上記入口開口部付近に照射された微弱なレーザーの像の画像を撮影する撮像手段と、
上記撮像手段によって撮像された上記ジェットノズルの入口開口部および上記レーザーの像の画像に基づいて上記相対移動機構を制御して、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口部の中心に移動させるアライメント制御手段と、を有し、
上記アライメント制御手段は、
a)上記ジェットノズルの入口開口部の画像に基づいて、上記入口開口部の中心を求めるステップと、
b)上記ジェットノズルの入口開口部付近に照射されたレーザーの像の画像に基づいて、上記レーザーの像の中心を求めるステップと、
c)上記レーザーの像の中心が上記入口開口部の中心に一致するように、上記相対移動機構を駆動して上記ジェットノズルと上記レーザーの焦点とを相対的に移動させるステップと、
を実行するように構成されている、
ことを特徴とするアライメント調整装置。
It has a jet nozzle that ejects liquid to form a liquid column, and a laser optical system that condenses the laser from the laser light source in the liquid column, and the workpiece is processed by the laser guided into the liquid column. An alignment adjusting device used for a laser processing apparatus for aligning the focal point of the laser,
A relative movement mechanism for relatively moving the jet nozzle and the laser focus so that the focus of the laser can be aligned with the center of the inlet opening of the jet nozzle;
An imaging means for capturing an image of the inlet opening of the jet nozzle and an image of a weak laser image irradiated near the inlet opening;
The relative movement mechanism is controlled on the basis of the inlet opening of the jet nozzle and the image of the laser imaged by the imaging means, and the focal point of the laser is moved to the center of the inlet opening of the jet nozzle. Alignment control means,
The alignment control means includes
a) determining a center of the inlet opening based on an image of the inlet opening of the jet nozzle;
b) determining the center of the laser image based on the image of the laser image irradiated near the inlet opening of the jet nozzle;
c) driving the relative movement mechanism to relatively move the jet nozzle and the focal point of the laser so that the center of the laser image coincides with the center of the entrance opening;
Is configured to run,
An alignment adjustment device characterized by that.
上記ステップa)は、上記ジェットノズルの入口開口部の中心の情報を含む入口開口部の画像を予め記憶しておき、上記撮像手段により撮像した上記ジェットノズルの入口開口部の画像と比較することにより、上記入口開口部の中心を求めるステップを有する、
請求項1に記載のアライメント調整装置。
The step a) stores in advance an image of the inlet opening including information on the center of the inlet opening of the jet nozzle and compares it with an image of the inlet opening of the jet nozzle imaged by the imaging means. By determining the center of the inlet opening,
The alignment adjusting apparatus according to claim 1.
上記ステップb)は、上記レーザーの像の画像を、所定の輝度以上の領域と、所定の輝度未満の領域とに分類し、所定の輝度以上の領域の重心を求めることによってレーザーの像の中心を求めるステップを有する、
請求項1又は2に記載のアライメント調整装置。
The step b) classifies the image of the laser image into a region having a predetermined luminance or higher and a region having a predetermined luminance or lower, and obtains the center of gravity of the region having the predetermined luminance or higher to obtain the center of the laser image. Having the step of:
The alignment adjustment apparatus according to claim 1 or 2.
レーザーの出力を測定するためのパワーメータを更に有し、
上記アライメント制御手段は、
d)液柱内に導かれたレーザーの出力を上記パワーメータで所定領域にわたって測定し、測定されたレーザーの出力が最大となる位置に、上記ジェットノズルおよび上記レーザーの焦点の相対位置を設定するステップを更に実行するように構成されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載のアライメント調整装置。
A power meter for measuring the output of the laser;
The alignment control means includes
d) Measure the output of the laser guided into the liquid column over a predetermined area with the power meter, and set the relative position of the jet nozzle and the focal point of the laser at a position where the measured laser output is maximized. Configured to perform further steps;
The alignment adjustment apparatus of any one of Claim 1 to 3.
上記レーザー光学系は、上記レーザー光源から出射されたレーザーを導く光ファイバと、光ファイバからのレーザーを平行光にするコリメートレンズと、コリメートレンズからのレーザーを集光させる集光レンズとを備え、
上記相対移動機構は、上記光ファイバを移動させることにより、上記レーザーの焦点を、上記ジェットノズルに対して移動させるように構成され、
更に、上記レーザー光学系は、上記光ファイバの移動距離が、レーザーの焦点の移動距離よりも大きくなるように構成される、
請求項1から4のいずれか1項に記載のアライメント調整装置。
The laser optical system includes an optical fiber that guides the laser emitted from the laser light source, a collimating lens that collimates the laser from the optical fiber, and a condensing lens that condenses the laser from the collimating lens,
The relative movement mechanism is configured to move the focal point of the laser with respect to the jet nozzle by moving the optical fiber,
Further, the laser optical system is configured such that the moving distance of the optical fiber is larger than the moving distance of the focal point of the laser.
The alignment adjustment apparatus of any one of Claim 1 to 4.
上記撮像手段は、CCDカメラと、上記ジェットノズル付近を照らす照明と、上記照明からの光の中心部分に配置されたフィルタと、上記照明からの光を上記ジェットノズル付近に導くコリメートレンズおよび集光レンズと、上記CCDカメラにより得られた画像を表示するモニタと、を備えて構成される、
請求項1から5のいずれか1項に記載のアライメント調整装置。
The imaging means includes a CCD camera, illumination that illuminates the vicinity of the jet nozzle, a filter disposed in a central portion of light from the illumination, a collimator lens that guides light from the illumination to the vicinity of the jet nozzle, and a condensing lens A lens, and a monitor that displays an image obtained by the CCD camera.
The alignment adjustment apparatus according to any one of claims 1 to 5.
液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、レーザーを出射するレーザー光源と、上記液柱内に上記レーザー光源からのレーザーを集光させるレーザー光学系とを有し、液柱内に導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置に使用され、上記レーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整方法であって、
A)上記ジェットノズルの入口開口部の画像を得て、この入口開口部の画像に基づいて、上記入口開口部の中心を求めるステップと、
B)上記ジェットノズルの入口開口部付近に微弱なレーザーを照射してレーザーの像の画像を得て、このレーザーの像の画像に基づいて、上記レーザーの像の中心を求めるステップと、
C)上記レーザーの像の中心が上記入口開口部の中心に一致するように、上記ジェットノズルと上記レーザーの焦点とを相対的に移動させるステップと、を有する
ことを特徴とするアライメント調整方法。
A jet nozzle that ejects liquid to form a liquid column, a laser light source that emits a laser, and a laser optical system that condenses the laser from the laser light source in the liquid column, are guided into the liquid column. An alignment adjustment method for aligning the focal point of the laser, which is used in a laser processing apparatus that processes a workpiece with a laser beam,
A) obtaining an image of the inlet opening of the jet nozzle and determining the center of the inlet opening based on the image of the inlet opening;
B) irradiating a weak laser near the entrance opening of the jet nozzle to obtain an image of the laser image, and determining the center of the laser image based on the image of the laser image;
And (c) relatively moving the jet nozzle and the focal point of the laser so that the center of the laser image coincides with the center of the entrance opening.
上記ステップA)は、上記ジェットノズルの入口開口部の中心の情報を含む入口開口部の画像を予め記憶しておき、撮像した上記ジェットノズルの入口開口部の画像と比較することにより、上記入口開口部の中心を求めるステップを有する、
請求項7に記載のアライメント調整方法。
The step A) stores in advance an image of the inlet opening including information on the center of the inlet opening of the jet nozzle, and compares the image with the captured image of the inlet opening of the jet nozzle. Determining the center of the opening,
The alignment adjustment method according to claim 7.
上記ステップB)は、上記レーザーの像の画像を、所定の輝度以上の領域と、所定の輝度未満の領域とに分類し、所定の輝度以上の領域の重心を求めることによってレーザーの像の中心を求めるステップを有する、
請求項7又は8に記載のアライメント調整方法。
The step B) classifies the image of the laser image into a region having a predetermined luminance or higher and a region having a predetermined luminance or lower, and obtains the center of gravity of the region having the predetermined luminance or higher to obtain the center of the laser image. Having the step of:
The alignment adjustment method according to claim 7 or 8.
D)液柱内に導かれたレーザーの出力を所定領域にわたって測定し、測定されたレーザーの出力が最大となる位置に、上記入口開口部と上記レーザーの焦点の相対位置を設定するステップを更に有する、
請求項7から9のいずれか1項に記載のアライメント調整方法。
D) measuring the output of the laser guided into the liquid column over a predetermined region, and further setting the relative position of the inlet opening and the focal point of the laser at a position where the measured laser output is maximized Have
The alignment adjustment method according to any one of claims 7 to 9.
上記レーザー光学系を通るレーザーは、上記レーザー光源から光ファイバによって導かれ、コリメートレンズによって平行光にされ、その後集光レンズによって集光され、
上記ステップC)は、上記光ファイバを移動させることにより、上記レーザーの焦点を、上記ジェットノズルに対して移動させ、上記光ファイバの移動距離は、上記レーザーの焦点の移動距離よりも大きくなるように構成されている、
請求項7から10のいずれか1項に記載のアライメント調整方法。
The laser passing through the laser optical system is guided from the laser light source by an optical fiber, collimated by a collimating lens, and then condensed by a condenser lens.
The step C) moves the optical fiber to move the focal point of the laser with respect to the jet nozzle, and the moving distance of the optical fiber is larger than the moving distance of the focal point of the laser. Configured to,
The alignment adjustment method according to claim 7.
上記ステップA)およびB)において、上記入口開口部の画像または上記レーザーの画像は、光の中心部分をフィルタによって覆われた照明によって上記ジェットノズル付近を照らして得る、
請求項7から11のいずれか1項に記載のアライメント調整方法。
In the steps A) and B), an image of the inlet opening or an image of the laser is obtained by illuminating the vicinity of the jet nozzle with illumination in which the central part of the light is covered by a filter,
The alignment adjustment method according to any one of claims 7 to 11.
液体噴流により導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置であって、
液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、
上記液柱内にレーザーを集光させるレーザー光学系と、
請求項1から6のいずれか1項に記載のアライメント調整装置と、を備えた、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
A laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided by a liquid jet,
A jet nozzle that ejects liquid to form a liquid column;
A laser optical system for condensing the laser in the liquid column;
An alignment adjustment device according to any one of claims 1 to 6, comprising:
Laser processing equipment characterized by that.
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