JP2016022496A - Laser processing apparatus and processing head calibration method for laser processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置、及び、レーザ加工装置に備えられる加工ヘッドの校正方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a method for calibrating a processing head provided in the laser processing apparatus.
近年、レーザ加工が普及している。特に、レーザ光を出射するレーザ加工ヘッドと、レーザ加工を施される被加工物が、互いに移動することなく、ガルバノミラーや、平行平板を用いて自在にレーザの軌跡を描画してレーザ加工できる、レーザトレパニング加工が注目を集めている。 In recent years, laser processing has become widespread. In particular, a laser processing head that emits laser light and a workpiece to be laser processed can freely draw a laser trajectory using a galvano mirror or a parallel plate without moving each other and perform laser processing. Laser trepanning has been attracting attention.
それに伴い、レーザトレパニング加工において、所定の位置に、所定のビームの大きさ(径)の、所定の出力が、到達しうるかを測定し判定することが重要となっており、もし、所定の基準に達しない場合は、校正(加工校正)を行うことが必須となっている。 Accordingly, in laser trepanning processing, it is important to measure and determine whether or not a predetermined output of a predetermined beam size (diameter) can reach a predetermined position. When the standard is not reached, it is essential to perform calibration (processing calibration).
従来のレーザ加工装置において、その加工モニタ方法、及び、加工ヘッド校正方法には、オフラインで、パワーメータを用いたものや、フォトディテクタを用いたものがある。 In a conventional laser processing apparatus, there are an off-line processing method and a processing head calibration method using a power meter and a photo detector offline.
図13は従来技術に係るレーザ加工装置の全体構成図である。 FIG. 13 is an overall configuration diagram of a laser processing apparatus according to the prior art.
レーザ加工装置は、レーザ発振部310と、このレーザ発振部310にレーザ発振用の電力を供給するレーザ電源部312と、装置内の各部および装置全体の制御を行う制御部314と、レーザ出力校正用の光パワーモニタ部318とを有している。制御部314は、設定部320より与えられる所定の設定値にしたがってレーザ電源部312を制御するレーザ制御部322と、光パワーモニタ部318からのモニタ情報に基づいてレーザ生成部325のレーザ出力に関係する機能を校正する校正部326とを有している。
The laser processing apparatus includes a
光パワーモニタ部318は、光パワーメータ28とPINフォトダイオード330とを有している。光パワーモニタ部318に入射されるパルスレーザの出力をフィードバックして、レーザ発振部の出力を校正している(例えば特許文献1参照)。
The optical
しかし、従来の加工モニタ方法では、測定開口が1つの点であり、従って1点での測定であり、描画性の高いレーザトレパニング加工においては、計測点が不足し、十分な加工モニタ精度が得られないという課題を有していた。 However, in the conventional process monitoring method, the measurement aperture is one point, and therefore measurement is performed at one point. In laser trepanning processing with high drawability, measurement points are insufficient, and sufficient process monitoring accuracy is obtained. There was a problem that it could not be obtained.
具体的には、ある1点、通常は、加工開始点、においてレーザ出力の測定、及び、加工校正を行うが、そのままでは、例えば、レーザトレパニング加工に用いるトレパニングヘッドが傾いていても感知できない。仮に、この傾きを感知するには、トレパニングヘッドを上下に移動する必要があるが、その際に焦点位置を固定しておく必要があり、時間のかかるトレパニングヘッド自体の上下動や、あるいは、光路にズームレンズ等の複雑な機構設置が必要になる。さらに、開口の形状が、レーザ加工形状と異なる点、そして、加工モニタに使用するスキャニング軌跡が、レーザ加工に供する軌跡と異なる点から、加工モニタの精度が向上できないという課題も有していた。 Specifically, the laser output is measured and calibrated at one point, usually at the machining start point. However, as it is, for example, even if the trepanning head used for laser trepanning machining is tilted, it is detected. Can not. To sense this tilt, it is necessary to move the trepanning head up and down, but it is necessary to fix the focal position at that time, and the trepanning head itself takes time to move up and down, or It is necessary to install a complicated mechanism such as a zoom lens in the optical path. Furthermore, since the shape of the opening is different from the laser processing shape, and the scanning trajectory used for the processing monitor is different from the trajectory used for laser processing, there is a problem that the accuracy of the processing monitor cannot be improved.
そして一方、従来の加工ヘッド校正方法では、ある1つの位置でのトレパニングヘッドから得られる測定値からだけでは、トレパニングヘッドが(水平面内で)位置ずれ(回転ずれを含む)を起こしているのか、傾いているのか、焦点がずれている(すなわち、鉛直面内での位置ずれ)のか判断ができず、トレパニングヘッドの校正に用いるには、トレパニングヘッドの水平、鉛直面内で位置を可変しながら測定を繰り返す必要があり、時間を要していた。 On the other hand, in the conventional machining head calibration method, the trepanning head is misaligned (including rotational misalignment) only from the measurement value obtained from the trepanning head at a certain position. Whether it is tilted or out of focus (ie, misaligned in the vertical plane), and can be used for calibration of the trepanning head, it must be positioned in the horizontal and vertical planes of the trepanning head. It was necessary to repeat the measurement while changing the time, and it took time.
本発明は、レーザ出力を精度の高く測定し判定することができるレーザ加工装置を提供することと、短時間で加工ヘッドを校正することを目的とする。 An object of this invention is to provide the laser processing apparatus which can measure and determine a laser output with high precision, and to calibrate a processing head in a short time.
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ照射位置を機械的に制御するアクチュエータと、光学部材を駆動してレーザ照射位置を走査する加工ヘッド部とを備え、被加工物のレーザ加工部分で前記加工ヘッド部による照射位置の走査が予め決められた軌跡を描画するように設定された加工方法を実行するレーザ加工装置であって、レーザ光の光量を測定する光量検知器と、前記軌跡の一部又は全部と相似形状のスリットが形成され、前記光量検知器へのレーザ光の入射を制限するマスクと、前記加工ヘッドを制御し前記マスク上に前記軌跡の一部又は全部を描画する軌跡描画手段とを備えたものである。 In order to solve the above-described problem, a laser processing apparatus according to the present invention includes an actuator that mechanically controls a laser irradiation position, and a processing head unit that drives an optical member to scan the laser irradiation position. A laser processing apparatus for executing a processing method set so that scanning of an irradiation position by the processing head unit in a laser processing portion of an object draws a predetermined locus, and detects the amount of laser light. A slit having a shape similar to a part or all of the trajectory, a mask for limiting the incidence of laser light to the light amount detector, and a part of the trajectory on the mask by controlling the processing head Alternatively, a trajectory drawing unit that draws the whole is provided.
また、本発明に係るレーザ加工装置の加工ヘッド校正方法は、加工ヘッドを制御しマスク上に軌跡の一部又は全部を描画し、前記スリットからの透過光の光量を測定し、測定した光量の測定値に基いて、加工ヘッドの位置等を校正する方法である。 Further, in the processing head calibration method of the laser processing apparatus according to the present invention, the processing head is controlled, a part or all of the locus is drawn on the mask, the amount of transmitted light from the slit is measured, and the measured amount of light is measured. This is a method for calibrating the position or the like of the machining head based on the measured value.
上記の構成により、本発明に係るレーザ加工装置、及び、レーザ加工装置の加工ヘッド校正方法は、加工ヘッドの位置ずれ、焦点ズレを検出することができ、良好なレーザ加工を実現することができる。 With the above configuration, the laser processing apparatus and the processing head calibration method of the laser processing apparatus according to the present invention can detect the positional deviation and focus shift of the processing head, and can realize good laser processing. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
(実施の形態1)
(実施の形態1)
図1は本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す図である。図2は本発明の実施形態に係るレーザ出力を検出する部位の構成を示す概念図である。図3、図4、図5は、本発明の実施の形態1における説明図である。
(Embodiment 1)
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of a part for detecting a laser output according to the embodiment of the present invention. 3, 4, and 5 are explanatory diagrams according to Embodiment 1 of the present invention.
図1に示すように、本発明のレーザ加工装置は、レーザ照射位置を機械的に制御するアクチュエータ22と、光学部材を駆動してレーザ照射位置を走査する加工ヘッド部としてトレパニングヘッド21を備えている。トレパニングヘッド21には光ファイバ23で加工に用いるレーザ光が導光され、被加工物24のレーザ加工部分でトレパニングヘッド21による照射位置の走査が予め決められた描画軌跡25を描画するように設定されている。本図では円軌道を描いている。
As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus of the present invention includes an
次に、図2で、本発明のレーザ出力を検出する部位の構成を説明する。 Next, referring to FIG. 2, the configuration of the part for detecting the laser output of the present invention will be described.
マスク11は、銅製で、直径30ミリメートル、厚さ5ミリメートル、曲率半径20ミリメートルの球面を持つ形状である。その表面には、その曲率半径が7.5ミリメートルの、アルファベットのC字型、あるいはランドルト環型、の貫通スリットを、そのC字の曲率中心がマスク11の直径30ミリメートルに対する中心と一致するように設けている。
The
C字型スリットの幅は1ミリメートルで、時計の文字盤を用いて表現すると、1時から、反時計方向に5時まで設けている。C字型スリット端、すなわち1時と5時部分は、そのC字型スリット端曲率中心が、各1時と5時の位置に一致する半径0.5ミリメートルの円弧形状である。マスク11は、積分球12の入射ポートに設置し、入射光を制限するように設ける。
The width of the C-shaped slit is 1 mm, and it is provided from 1 o'clock to 5 o'clock counterclockwise when expressed using a clock face. The C-shaped slit ends, i.e., the 1 o'clock and 5 o'clock portions, are arc-shaped with a radius of 0.5 mm, with the center of curvature of the C-shaped slit end coinciding with the 1 o'clock and 5 o'clock positions, respectively. The
積分球12は、アルミ製の、内径100ミリメートル、外径127ミリメートルの球形で、使用するレーザ光の波長に対して95パーセントの反射率を持つ内面コーティングを施しており、入射するレーザ光の強度分布を均一化し、減衰する。
The integrating
積分球12の出射ポートには、直径0.5ミリメートルの開口を備える銅製のアパーチャ13を設けており、積分球12から出射するレーザ光を制限する。
The exit port of the integrating
アパーチャ13の、積分球12の反対側にはフォトディテクタ14を設置し、アパーチャ13からの出射光を計測する。フォトディテクタ14の検出器は、インジウムガリウムヒ素の検出器であり、その立ち上がりは10ナノ秒である。
A
また、レーザ加工を行う加工ヘッドであるトレパニングヘッド21は、別図で図示するロボット手首に設置しており、波長1064ナノメートルのレーザ光を、内蔵する機構、望ましくは、傾斜した2枚の平行平板を回転する機構、により、レーザ光を出射して自由にレーザの軌跡を描く。
Further, a
これにより、ロボット本体、ロボット手首、トレパニングヘッド21内蔵機構を用いることで、所望の位置で、所望のレーザ光を、所望の方向に出射でき、連続して照射することで自在に所望のレーザ光の軌跡で描画でき、その描画に従って、被加工物である加工材、望ましくはて鉄板をレーザ加工、例えば、トレパニング加工、できる。
Thereby, by using the robot body, the robot wrist, and the built-in mechanism of the
以上のように構成されたレーザ加工装置におけるレーザ出力を測定し判定する方法について、レーザトレパニング加工を例にその動作を説明する。 Regarding the method for measuring and determining the laser output in the laser processing apparatus configured as described above, the operation will be described taking laser trepanning as an example.
まず、鉛直下方に直立するトレパニングヘッド21は、マスク11に対して、基準の位置で正対する。トレパニングヘッド21からの出射するレーザ光は、そのレーザ光を制御する指令信号に従い、集光しながらマスク11に達し、その一部、あるいは全部がマスク11のC字型スリットを透過し(透過光)、積分球12で減衰、均一化され、更にアパーチャ13により減衰し、フォトディテクタ14に達する。フォトディテクタ14は、受光するレーザ光の光量に応じて電圧を出力する。
First, the trepanning
その電圧の波形、つまり、経時的な出力電圧の変化は、図示略の波形解析装置、例えば、オシロスコープ、で記録する。前記波形解析装置では、前記指令信号波形も記録する。前記波形解析装置はトレパニングヘッド21にレーザ光を供給する図示略のレーザ発振器の制御機器、トレパニングヘッド21を保持、移動する図示略のロボットの制御機器に接続しており、前記波形解析装置からの信号により、各制御機器を制御する。
The waveform of the voltage, that is, the change in output voltage over time is recorded by a waveform analysis device (not shown) such as an oscilloscope. The waveform analyzer also records the command signal waveform. The waveform analyzer is connected to a control device of a laser oscillator (not shown) that supplies laser light to the
まず、最初の例として、レーザ加工点において、その加工位置、そのビーム径、そのレーザ出力が正常である場合を例に、図3を用いて説明する。 First, as a first example, a case where the machining position, the beam diameter, and the laser output are normal at a laser machining point will be described with reference to FIG.
トレパニングヘッド21は、マスク11に対して、基準の位置で正対する。トレパニングヘッド21からの出射するレーザ光は、そのレーザ光を制御する指令信号に従い、低出力(望ましくは1ワット)で、マスク11上に、加工に供するビーム径(例えば、対エネルギー86.5%ビーム直径0.6ミリメートル)と同じビーム径で、直径15ミリメートルの円のレーザの軌跡を、その中心が、マスクの中心と一致するように、240ミリ秒を要して、加工に供する軌跡、つまり、C字型の軌跡、を描く。
The trepanning
そのときの前記レーザの軌跡と、前記波形解析装置における波形を図3に記す。図3において、レーザ光は、黒点で示すレーザ照射開始点から照射を開始する。そのとき前記波形解析装置が記録するフォトディテクタ14の出力電圧は、指令信号とほぼ同時に立ち上がり、指令信号オン時間240ミリ秒でオフする。つまり、出力電圧のオン時間は240ミリ秒である。
The locus of the laser at that time and the waveform in the waveform analyzer are shown in FIG. In FIG. 3, the laser beam starts irradiation from a laser irradiation start point indicated by a black dot. At that time, the output voltage of the
また、ビーム径に比較してC字型スリット幅が大きいので、レーザ光の全エネルギーがマスクを通過する。このときのフォトディテクタ14の出力電圧を基準電圧とする。同様に、高出力、望ましくは4キロワットの場合に得られるフォトディテクタ14の出力電圧を基準電圧大とする。これら出力電圧の波形、遅れ、オン時間、基準電圧、基準電圧大は前記波形解析装置に記憶され、随時測定値と比較できる。
Further, since the C-shaped slit width is larger than the beam diameter, the entire energy of the laser light passes through the mask. The output voltage of the
次に、トレパニングヘッド21が、その傾きは正常で、鉛直下方に直立はしているが、トレパニングヘッド21が回転ずれを起こし、加工位置がずれている例を、図4を用いて説明する。
Next, an example in which the
トレパニングヘッド21は、マスク11に対して、基準の位置で、そのレーザ光を制御する指令信号に従い、1ワットのレーザ光、をマスク11上に、加工に供するビーム径と同じである、対エネルギー86.5%ビーム直径0.6ミリメートルで、C字型のレーザの軌跡で、240ミリ秒を要して照射、描画する。
The trepanning
そのときの前記レーザの軌跡と、前記波形解析装置における波形を図4に記す。図4においてレーザ光は、黒点で示すレーザ照射開始点から照射を開始するが、位置ずれを生じているため、指令信号に対して遅れを生じている。また、同様に、加工終了位置についても位置ずれを生じているため、指令信号に対して終了時刻で差異を生じている。さらに、C字型のレーザの軌跡の一部が、C字型スリットに入射しないため、フォトディテクタ14出力電圧波形は1つの矩形ではなく、2つの小さな矩形となる。これらを正常時の値と比較して、正常であるか異常であるかを判断する。
FIG. 4 shows the locus of the laser at that time and the waveform in the waveform analyzer. In FIG. 4, the laser beam starts irradiation from the laser irradiation start point indicated by a black dot. However, since the position shift occurs, there is a delay with respect to the command signal. Similarly, since there is a displacement in the machining end position, there is a difference in the end time with respect to the command signal. Further, since a part of the locus of the C-shaped laser does not enter the C-shaped slit, the output voltage waveform of the
さらに、異なる位置ずれの例として、トレパニングヘッド21が、加工開始点の位置ずれは起こしていないが、その傾きが異常で、鉛直下方に対して直立していない場合を、図5を用いて説明する。
Further, as an example of a different positional deviation, a case where the
トレパニングヘッド21は、マスク11に対して、基準の位置で、そのレーザ光を制御する指令信号に従い、1ワットのレーザ光、をマスク11上に、加工に供するビーム径と同じである、対エネルギー86.5%ビーム直径0.6ミリメートルで、C字型のレーザの軌跡で、240ミリ秒を要して照射、描画する。
The trepanning
そのときの前記レーザの軌跡と、前記波形解析装置における波形を図5に記す。図5においてレーザ光は、黒点で示すレーザ照射開始点から照射を開始するが、位置ずれを生じていないため、指令信号に対して遅れは生じていない。また、同様に、加工終了位置についても位置ずれを生じていないため、指令信号に対して終了時刻で差異を生じていない。一方、C字型のレーザの軌跡の一部が、C字型スリットに入射しないため、フォトディテクタ14出力電圧波形は1つの矩形ではなく、2つの矩形となる。これらを正常時の値と比較して、正常であるか異常であるかを判断する。
The locus of the laser at that time and the waveform in the waveform analyzer are shown in FIG. In FIG. 5, the laser beam starts irradiation from the laser irradiation start point indicated by a black dot, but since there is no positional shift, there is no delay with respect to the command signal. Similarly, since there is no position shift at the machining end position, there is no difference in the end time with respect to the command signal. On the other hand, since a part of the locus of the C-shaped laser does not enter the C-shaped slit, the output voltage waveform of the
なお、マスク11スリット形状はC字型としたが、レーザ加工に合わせて十字型、半円型、らせん型、直線型としても良い。また、スリット幅は1ミリメートルとしたが、ビーム径に合わせて変更して良いし、被加工物の加工幅(例えば、熱影響部幅)に合わせても良い。
Although the slit shape of the
さらに、マスク11の肉厚は、要求するトレパニングヘッド21の倒れ角の分解能により、マスク11の曲率半径は、要求するマスク11からトレパニングヘッド21への戻り光の許容量により定めて良い。
Further, the thickness of the
以上のように、スリットを備えるマスク上にレーザの軌跡を描き、その透過光を測定、解析、比較することにより、レーザトレパニングヘッドの位置ずれ、傾きを、分別して知ることができる。さらに、レーザ出力を測定し判定する対象としてレーザ加工に使用しているレーザ光の軌跡と同一の軌跡を解析しているので、加工に供している加工ヘッドの位置ずれ、倒れ、焦点ずれを精度良く把握することができ、レーザ出力を測定し判定する精度が高い。また、マスクが球面であるので、マスクからの戻り光が、レーザトレパニングヘッドに戻りにくい。 As described above, a laser locus is drawn on a mask having a slit, and the transmitted light is measured, analyzed, and compared, so that the positional deviation and inclination of the laser trepanning head can be known separately. In addition, the same locus as that of the laser beam used for laser processing is analyzed as an object to measure and judge the laser output, so the positional deviation, tilting and defocusing of the processing head used for processing are accurate. It can be grasped well, and the accuracy of measuring and judging the laser output is high. In addition, since the mask is spherical, the return light from the mask is difficult to return to the laser trepanning head.
(実施の形態2)
本実施形態において、第1の実施形態と説明が重複する点については簡略化、あるいは省略し、異なる箇所について説明するものとする。また、符号については同一構成については同一の番号を付している。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, points that are the same as those in the first embodiment are simplified or omitted, and different portions will be described. Further, the same reference numerals are assigned to the same components.
図6において、トレパニングヘッド21の加工ヘッド校正方法をフローチャートで示す。図7、図8、図9、図10、図11、図12は、前記フローチャート内で示す一例を説明する本発明の実施の形態2における説明図であり、各図とも、上から順に、マスク11上面図とレーザの軌跡、レーザの指令電圧の波形、前記指令電圧に対応するフォトディテクタ14の出力電圧の波形を記し、黒点は、レーザ照射開始点を示す。
In FIG. 6, the processing head calibration method of the
実施の形態1との違いは、レーザの軌跡がC字型ではなく、円としている点である。円を1周描くに要する時間が360ミリ秒であるので、指令電圧のオン時間は360ミリ秒であるが、フォトディテクタ14の出力電圧は、レーザ光がスリットを透過する時間、すなわち、360ミリ秒の3分の2の240ミリ秒が終了時刻に関する規定値となる。
The difference from Embodiment 1 is that the locus of the laser is not a C-shape but a circle. Since the time required to draw one circle is 360 milliseconds, the on time of the command voltage is 360 milliseconds, but the output voltage of the
以上のように構成されたレーザ加工装置のレーザ出力を測定し判定する方法について、その動作を説明する。 The operation of the method for measuring and determining the laser output of the laser processing apparatus configured as described above will be described.
まず、トレパニングヘッド21は、マスク11に対して正対する基準点に移動する。規定低出力、望ましくは1ワット未満、で所定のレーザの軌跡を描画する。その結果、レーザの指令電圧の開始に対する、フォトディテクタ14出力電圧の開始の遅れが規定値以内であるか否かを判断する。
First, the trepanning
前記規定値以内でない場合、トレパニングヘッド21は少なくとも水平面内で位置ずれを生じていると考えられるので、その水平面内の位置を変え、再度、規定低出力で所定のレーザの軌跡を描画、判断のループを前記規定値以内になるまで繰り返す。
If it is not within the specified value, it is considered that the
例えば仮に、図7のフォトディテクタ14出力電圧の波形が得られたと仮定する。レーザの指令電圧の開始に対する、フォトディテクタ14出力電圧の開始の遅れが規定値以内にないことから、トレパニングヘッド21の水平面内位置ずれを生じていると考えることができる。
For example, suppose that the waveform of the output voltage of the
図6遅れ判断ループを完了したときの説明図が図8である。図8において、前記遅れが規定値以内であるので、トレパニングヘッド21の水平面内位置ずれは生じていないと考えることができる。
FIG. 8 is an explanatory diagram when the delay judgment loop of FIG. 6 is completed. In FIG. 8, since the delay is within a specified value, it can be considered that the horizontal displacement of the
次に、図6フローチャート終了の判断に従い、レーザの指令電圧の開始に対する、フォトディテクタ14出力電圧の終了時刻が規定値以内の差異であるか否かを判断する。
Next, according to the determination of the end of the flowchart in FIG. 6, it is determined whether or not the end time of the output voltage of the
前記規定値以内でない場合、トレパニングヘッド21は水平面内回転ずれを生じていると考えられるので、その水平面内回転角度を、そのマスク11上への狙い位置を維持した状態で、変え、再度、規定低出力で所定のレーザの軌跡を描画、遅れ、終了判断のループを前記規定値以内になるまで繰り返す。図6フローチャート終了判断ループを完了したときの説明図が図9である。図9において、前記遅れが規定値以内であるので、トレパニングヘッド21の水平面内回転ずれは生じていないと考えることができる。
If it is not within the specified value, the trepanning
次に、図6フローチャート矩形の判断に従い、フォトディテクタ14出力電圧の波形が1つの、つまり、そのピーク電圧が平坦である矩形になっているか否かを判断する。
Next, according to the determination of the flowchart rectangle in FIG. 6, it is determined whether or not the waveform of the output voltage of the
前記出力電圧波形が矩形でなく、例えば2つ以上の矩形である場合、マスク11スリットを2回以上横切っていることからレーザの軌跡が楕円であると考えることができ、例えば1つの台形、つまり、そのピーク電圧が一意的に増減する波形、である場合、マスク11を通過するレーザ光が斜入射であると考えることができ、例えば1つのM字型波形、つまり、そのピーク電圧が一意的に減少後に増加する波形、である場合、斜入射でスリットを2回通過していると考えることがでる。
When the output voltage waveform is not rectangular, for example, two or more rectangles, the laser trajectory can be considered to be an ellipse because it crosses the
これらより、指令電圧の波形が矩形であるのに、フォトディテクタ14出力電圧の波形が矩形でない場合、即ち、波形相似度が規定範囲内でない場合、トレパニングヘッド21には、倒れが生じていると考えることができるので、その倒れを、そのマスク11上への狙い位置を維持した状態で、変え、再度、規定低出力で所定のレーザの軌跡を描画し、遅れ、終了、矩形判断のループを前記規定値以内になるまで繰り返す。
Accordingly, when the waveform of the command voltage is rectangular but the waveform of the output voltage of the
前記ループの途上にある状態を示したのが図10であり、トレパニングヘッド21の倒れを修正することでレーザの軌跡が、より円に近付いている様子を示している。
FIG. 10 shows a state in the middle of the loop, and shows how the laser trajectory is closer to a circle by correcting the tilting of the
図6矩形判断ループを完了したときの説明図が図11である。図11において、フォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧に達していなことから、トレパニングヘッド21の焦点位置がずれていると考えることができる。
FIG. 11 is an explanatory diagram when the rectangular determination loop of FIG. 6 is completed. In FIG. 11, since the peak voltage of the output voltage of the
図6フローチャート基準電圧の判断に従い、フォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧に達しているか否かを判断する。
In accordance with the determination of the reference voltage in the flowchart of FIG. 6, it is determined whether or not the peak voltage of the
フォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧に達していない場合、トレパニングヘッド21を鉛直方向上下に移動し、その都度レーザの軌跡を描写し、その度に遅れ、終了、矩形、基準電圧判断のループを前記規定値以内になるまで繰り返す。但し、その回数が、既定の回数、望ましくは10回、を超過しても基準電圧に達しない場合、加工に供するレーザ出力が低下していると考えることができ、前記ループを終了し、異常である旨の表示をし、本実施の形態2の校正を完了する。
When the peak voltage of the output voltage of the
図6フローチャート基準電圧の判断に従い、フォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧に達している場合、加工に供している規定の高出力、例えば4000ワットの高出力で、低出力と同一のレーザの軌跡を描画する。そして、フォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧大に達しているか否かを判断する。
When the peak voltage of the
フォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧大に達していない場合、トレパニングヘッド21を、マスクに対して鉛直面内で鉛直上下方向に移動し、その都度レーザの軌跡を描写し、その度にフォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧大に達するまで繰り返す。但し、その回数が、既定の回数、例えば10回、を超過しても基準電圧に達しない場合、加工に供するレーザ出力が低下していると考えることができ、前記ループを終了し、異常である旨の表示をし、本実施の形態2の校正を完了する。
When the peak voltage of the output voltage of the
フォトディテクタ14出力電圧のピーク電圧が基準電圧大に達した場合は、その位置を校正位置とし、正常である旨の表示をし、本実施の形態2の校正を完了する。この時の説明図が図12である。
When the peak voltage of the output voltage of the
なお、終了判断ループに変えて、終了時刻の最大値が得られるまでのループであってもよい。さらに、判断基準として、基準電圧、あるいは、基準電圧大を用いず、最大電圧を与えるヘッド上下位置を求めるループでも良い。 Instead of the end determination loop, a loop until the maximum end time is obtained may be used. Further, a loop for obtaining the head vertical position that gives the maximum voltage without using the reference voltage or the large reference voltage as a criterion may be used.
また、本実施の形態では、基準電圧、あるいは、基準電圧大に、規定回数以内に達しない場合、異常として校正を完了したが、ある制限下で出力を増加して基準電圧、あるいは、基準電圧大に到達させる加工ヘッド校正方法や、ある条件下で出力を増加して基準電圧、あるいは、基準電圧大に達するか否かを判断する加工ヘッド校正方法でもよい。 In this embodiment, when the reference voltage or the reference voltage is not reached within the specified number of times, the calibration is completed as an abnormality, but the output is increased under a certain limit, and the reference voltage or the reference voltage is increased. A machining head calibration method for reaching a large value or a machining head calibration method for determining whether the output is increased under a certain condition to reach a reference voltage or a large reference voltage may be used.
また、本実施形態では、開始遅延時間から加工ヘッドの位置を校正する工程、終了遅延時間から加工ヘッドの回転角を校正する工程、波形の相似度から加工ヘッドのなす角度を校正する工程の順に行う校正方法を説明したが、それぞれの校正工程は独立して実施してもよい。 Further, in this embodiment, the process of calibrating the position of the machining head from the start delay time, the process of calibrating the rotation angle of the machining head from the end delay time, and the process of calibrating the angle formed by the machining head from the similarity of the waveforms. Although the calibration method to be performed has been described, each calibration step may be performed independently.
以上のように、 スリットを備えるマスク上にレーザの軌跡を描き、その透過光の遅れ、終了時刻差異、指令電圧との相似度合いを、測定、解析、比較することにより、レーザトレパニングヘッドの位置ずれ、傾きを、分別して知ることができ、さらに、遅れ、終了時刻差異、指令電圧との相似度合いの各々に対応して加工ヘッド位置ずれを各々校正でき、その後に焦点ズレを検出、校正することでマスクからの不要な反射を抑制することができる。 As described above, the position of the laser trepanning head is measured by drawing a laser trajectory on a mask with slits, measuring, analyzing, and comparing the transmitted light delay, end time difference, and similarity to the command voltage. Displacement and inclination can be known separately, and further, the machining head position deviation can be calibrated corresponding to each of delay, end time difference, and degree of similarity to command voltage, and then focus deviation is detected and calibrated. Thus, unnecessary reflection from the mask can be suppressed.
本発明にかかるレーザ加工装置、及び、レーザ加工装置の加工ヘッド校正方法は、レーザ出力を精度の高く測定し判定することができ、短時間で加工ヘッドを校正することができるものであり、レーザ加工装置等において有用である。 The laser processing apparatus and the processing head calibration method of the laser processing apparatus according to the present invention can measure and judge the laser output with high accuracy, and can calibrate the processing head in a short time. Useful in processing equipment and the like.
10 レーザ加工装置
11 マスク
12 積分球
13 アパーチャ
21 トレパニングヘッド
22 アクチュエータ
23 光ファイバ
24 被加工物
25 描画軌跡
DESCRIPTION OF
Claims (9)
光学部材を駆動してレーザ照射位置を走査する加工ヘッド部とを備え、
被加工物のレーザ加工部分で前記加工ヘッド部による照射位置の走査が予め決められた軌跡を描画するように設定された加工方法を実行するレーザ加工装置であって、
レーザ光の光量を測定する光量検知器と、
前記軌跡の一部又は全部と相似形状のスリットが形成され、前記光量検知器へのレーザ光の入射を制限するマスクと、
前記加工ヘッドを制御し前記マスク上に前記軌跡の一部又は全部を描画する軌跡描画手段とを備えたレーザ加工装置。 An actuator for mechanically controlling the laser irradiation position;
A processing head unit that drives the optical member to scan the laser irradiation position,
A laser processing apparatus that executes a processing method that is set so as to draw a predetermined trajectory of scanning of an irradiation position by the processing head unit in a laser processing part of a workpiece,
A light amount detector for measuring the amount of laser light;
A mask having a shape similar to part or all of the locus, and a mask for limiting the incidence of laser light on the light amount detector,
A laser processing apparatus comprising: a locus drawing unit that controls the machining head to draw a part or all of the locus on the mask.
3. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein a width of the slit is 1.5 times a beam diameter of 86.5% of a laser beam used for the laser processing.
前記加工ヘッドを制御し前記マスク上に前記軌跡の一部又は全部を描画する第1の軌跡描画工程と、
前記スリットからの透過光の光量を測定する第1の光量測定工程と、
前記第1の光量測定工程で測定した光量の測定値に基いて、前記加工ヘッドの位置並びに前記レーザ加工に用いる前記レーザ光の出力を校正する第1の校正工程を備えた
レーザ加工装置の加工ヘッド校正方法。 A method for calibrating a processing head of a laser processing apparatus according to claim 1,
A first locus drawing step for controlling the processing head to draw a part or all of the locus on the mask;
A first light amount measuring step for measuring the amount of light transmitted through the slit;
Processing of a laser processing apparatus comprising a first calibration step of calibrating the position of the processing head and the output of the laser beam used for the laser processing based on the measurement value of the light amount measured in the first light amount measurement step Head calibration method.
前記加工ヘッドを制御し前記マスク上に前記軌跡の一部又は全部を描画する第2の軌跡描画工程と、
前記スリットからの透過光の光量を測定する第2の光量測定工程と、
前記第2の光量測定工程で測定した光量の測定値に基いて、前記第2の軌跡描画工程の開始時刻と前記光量測定値の立上り時刻との差である開始遅延時間を算出する開始遅延時間算出工程と、
前記開始遅延時間を0乃至所定の値以下となるように、前記マスクと平行な面内で前記加工ヘッドの位置を校正する第2の校正工程を備えた
レーザ加工装置の加工ヘッド校正方法。 A method for calibrating a processing head of a laser processing apparatus according to claim 1,
A second locus drawing step of controlling the processing head and drawing a part or all of the locus on the mask;
A second light amount measurement step for measuring the amount of light transmitted through the slit;
A start delay time for calculating a start delay time that is a difference between the start time of the second locus drawing step and the rise time of the light amount measurement value based on the measurement value of the light amount measured in the second light amount measurement step. A calculation process;
A machining head calibration method for a laser machining apparatus, comprising: a second calibration step for calibrating the position of the machining head in a plane parallel to the mask so that the start delay time is 0 to a predetermined value or less.
前記加工ヘッドを制御し前記マスク上に前記軌跡の一部又は全部を描画する第2の軌跡描画工程と、
前記スリットからの透過光の光量を測定する第2の光量測定工程と、
前記第2の光量測定工程で測定した光量の測定値に基いて、前記軌跡と前記スリットの形状から算出される終了推定時刻と前記光量測定値の検知終了時刻との差である終了遅延時間を算出する終了遅延時間算出工程と、
前記終了遅延時間を0乃至所定の値以下となるように、前記マスクと平行な面内で前記加工ヘッドの回転角を校正する第3の校正工程を備えた
レーザ加工装置の加工ヘッド校正方法。 A method for calibrating a processing head of a laser processing apparatus according to claim 1,
A second locus drawing step of controlling the processing head and drawing a part or all of the locus on the mask;
A second light amount measurement step for measuring the amount of light transmitted through the slit;
Based on the measurement value of the light quantity measured in the second light quantity measurement step, an end delay time that is a difference between the estimated end time calculated from the locus and the shape of the slit and the detection end time of the light quantity measurement value is calculated. An end delay time calculating step to calculate,
A machining head calibration method for a laser machining apparatus, comprising: a third calibration step for calibrating the rotation angle of the machining head in a plane parallel to the mask so that the end delay time is 0 to a predetermined value or less.
前記加工ヘッドを制御し前記マスク上に前記軌跡の一部又は全部を描画する第2の軌跡描画工程と、
前記スリットからの透過光の光量を測定する第2の光量測定工程と、
前記第2の光量測定工程で測定した光量の測定値に基いて、時間軸に対する前記指令信号の出力波形と前記光量測定値の波形の相似度を算出する波形相似度算出工程と、
前記波形の相似度を所定の範囲内となるように、前記マスクと前記加工ヘッドのなす角度を校正する第4の校正工程を備えた
レーザ加工装置の加工ヘッド校正方法。
A method for calibrating a processing head of a laser processing apparatus according to claim 1,
A second locus drawing step of controlling the processing head and drawing a part or all of the locus on the mask;
A second light amount measurement step for measuring the amount of light transmitted through the slit;
A waveform similarity calculation step of calculating a similarity between the output waveform of the command signal and the waveform of the light amount measurement value with respect to the time axis based on the measurement value of the light amount measured in the second light amount measurement step;
A machining head calibration method for a laser machining apparatus, comprising: a fourth calibration step for calibrating an angle formed by the mask and the machining head so that the similarity of the waveform falls within a predetermined range.
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