JP2017124416A - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

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Tomohiro Nakajima
智宏 中島
遠藤 弘之
Hiroyuki Endo
弘之 遠藤
譲 工藤
Yuzuru Kudo
譲 工藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense with the work of positioning between a plurality of laser beams when the same point on a processing object with a plurality of laser beams having laser characteristics different from each other.SOLUTION: A laser beam irradiation means 11 that irradiates a processing object with laser beams emits a plurality of laser beams having laser characteristics different from each other out of a common emitting part 72, where a control means that controls the laser beam irradiation means 11 controls the laser beam irradiation means so that a point to be processed on the processing object may be irradiated with one laser beam of the plurality of laser beams, and then the same point as the point to be processed with another laser beam of the plurality of laser beams.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものである。   The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method.

従来、レーザ発振器からのレーザ光を照射して加工対象物を加工するレーザ加工装置が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating a laser beam from a laser oscillator.

例えば、特許文献1には、基板上に形成される金属配線を覆うように樹脂層が形成されている加工対象物を加工するレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では、まず、穴あけ用レーザ光学系により、赤外波長域(波長780nm以上)の炭酸ガスレーザや紫外波長域(波長380nm以下)のエキシマレーザによる穴あけ用レーザビームを照射して樹脂層に穴を形成し、その穴の底面に金属配線を露出させる。このとき、アブレーションされずに一旦溶融してそのまま残って固化した樹脂等の残渣が穴の底面に残る。そのため、このレーザ加工装置では、次に、穴あけ用レーザ光学系とは別に準備された残渣除去用レーザ光学系により、Nd:YLFレーザの第2高調波(波長523nm)である残渣除去用レーザビームを穴の底面に照射する。これにより、穴の底面に残っている残渣を金属配線の表層部とともに除去する。   For example, Patent Document 1 discloses a laser processing apparatus that processes a processing object in which a resin layer is formed so as to cover a metal wiring formed on a substrate. In this laser processing apparatus, first, a resin layer is formed by irradiating a laser beam for drilling with an infrared wavelength region (wavelength of 780 nm or more) carbon dioxide laser or an ultraviolet wavelength region (wavelength of 380 nm or less) excimer laser. A hole is formed in the hole, and the metal wiring is exposed on the bottom surface of the hole. At this time, a residue such as a resin that has been melted and remained solid without being ablated remains on the bottom surface of the hole. Therefore, in this laser processing apparatus, a residue removing laser beam that is the second harmonic (wavelength 523 nm) of the Nd: YLF laser is then obtained by a residue removing laser optical system that is prepared separately from the drilling laser optical system. To the bottom of the hole. Thereby, the residue remaining on the bottom surface of the hole is removed together with the surface layer portion of the metal wiring.

従来のレーザ加工装置では、互いに異なるレーザ特性(波長、パルス幅、繰返し周波数、平均出力、パワー密度、発信モード(連続波かパルス波か)等)をもつ複数のレーザ光を用いてレーザ加工を行う場合、当該複数のレーザ光をそれぞれ個別の出射部を有する各光学系から照射する。そのため、当該複数のレーザ光により加工対象物上の同一箇所(同じ被加工箇所)をレーザ加工する際、各レーザ光における加工対象物上のビームスポット内のエネルギー分布中心位置や結像位置を位置合わせするという困難な位置合わせ作業が必要となる。   In conventional laser processing equipment, laser processing is performed using multiple laser beams with different laser characteristics (wavelength, pulse width, repetition frequency, average output, power density, transmission mode (continuous wave or pulse wave), etc.). When performing, the said several laser beam is irradiated from each optical system which has an individual radiation | emission part, respectively. Therefore, when laser processing the same spot on the workpiece (the same workpiece spot) with the plurality of laser beams, the position of the energy distribution center position and the imaging position in the beam spot on the workpiece for each laser beam is positioned. Difficult alignment work of aligning is required.

上述した課題を解決するために、本発明は、レーザ光を加工対象物に照射するレーザ光照射手段と、前記レーザ光照射手段を制御する制御手段とを有するレーザ加工装置において、前記レーザ光照射手段は、互いに異なるレーザ特性をもつ複数のレーザ光を共通の出射部から出射するものであり、前記制御手段は、前記加工対象物上の被加工箇所に前記複数のレーザ光のうちの一のレーザ光を照射した後、該被加工箇所と同一箇所に該複数のレーザ光のうちの他のレーザ光を照射するように、前記レーザ光照射手段を制御することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a laser beam irradiation apparatus including a laser beam irradiation unit that irradiates a workpiece with a laser beam and a control unit that controls the laser beam irradiation unit. The means emits a plurality of laser beams having mutually different laser characteristics from a common emitting portion, and the control means applies one of the plurality of laser lights to a processing location on the workpiece. After irradiating the laser beam, the laser beam irradiating means is controlled so as to irradiate another laser beam of the plurality of laser beams to the same location as the processing location.

本発明によれば、互いに異なるレーザ特性(パルス幅、繰返し周波数、平均出力、パワー密度、発信モード(連続波かパルス波か)等)をもつ複数のレーザ光を共通の出射部から出射するので、当該複数のレーザ光により加工対象物上の同一箇所(同じ被加工箇所)をレーザ加工する際に、当該複数のレーザ光間の位置合わせ作業が不要となるという優れた効果が奏される。   According to the present invention, a plurality of laser beams having different laser characteristics (pulse width, repetition frequency, average output, power density, transmission mode (continuous wave or pulse wave), etc.) are emitted from a common emission part. When the same location (the same location to be processed) on the workpiece is laser-processed by the plurality of laser beams, an excellent effect is obtained that the alignment operation between the plurality of laser beams is not necessary.

実施形態におけるレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the principal part of the laser processing apparatus in embodiment. 同レーザ加工装置におけるレーザ発振器の一構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one structural example of the laser oscillator in the laser processing apparatus. 同レーザ加工装置におけるワーク搬送部の一構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one structural example of the workpiece conveyance part in the laser processing apparatus. 同レーザ加工装置におけるキャリッジが主走査方向の異なる位置にそれぞれ位置するときのレーザ光の光路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical path of a laser beam when the carriage in the said laser processing apparatus is each located in the position where a main scanning direction differs. ガルバノスキャナがキャリッジに非搭載である変形例において、キャリッジが主走査方向の異なる位置にそれぞれ位置するときのレーザ光の光路を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an optical path of laser light when the carriage is positioned at different positions in the main scanning direction in a modification in which the galvano scanner is not mounted on the carriage. 実施形態のレーザ加工装置による加工処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process by the laser processing apparatus of embodiment. ワークが停止した状態におけるアライメントマークの中心位置と目標位置とのズレの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the shift | offset | difference of the center position and alignment position of the alignment mark in the state which the workpiece | work stopped. 加工内容の違いによる最適なパルスレーザ光のパルス幅とパワー密度の分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of the optimal pulse width and power density of a pulsed laser beam by the difference in processing content. (a)は、アブレーション加工用の第一パルスレーザ光を出力するタイミングの一例を示すタイミングチャートであり、(b)は、溶融加工用の第二パルスレーザ光を出力するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。(A) is a timing chart which shows an example of the timing which outputs the 1st pulse laser beam for ablation processing, (b) is a timing which shows an example of the timing which outputs the 2nd pulse laser beam for melt processing. It is a chart. アブレーション加工及び溶融加工を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an ablation process and a melt process. 変形例1におけるマイクロ流路の溝加工時のアブレーション加工及び溶融加工を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the ablation process and the fusion | melting process at the time of the groove processing of the micro flow path in the modification 1. FIG. 変形例2における溶融加工用の第二パルスレーザ光を出力するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing an example of timing for outputting a second pulse laser beam for melt processing in Modification 2.

以下、本発明に係るレーザ加工装置を、インクジェットプリンタ等の液体を吐出する装置に用いられる液体吐出ヘッドのノズル板にノズル孔を形成するレーザ加工装置に適用した一実施形態について説明する。
なお、本発明に係るレーザ加工装置は、互いに異なる繰返し周波数で発振した複数のレーザ光により、加工対象物上の同一箇所(被加工箇所)をレーザ加工するものであれば、本実施形態のような孔加工装置に限らず、切削加工装置、溝加工装置などの他のレーザ加工装置にも適用可能である。
Hereinafter, an embodiment in which the laser processing apparatus according to the present invention is applied to a laser processing apparatus that forms nozzle holes in a nozzle plate of a liquid discharge head used in an apparatus for discharging liquid such as an ink jet printer will be described.
The laser processing apparatus according to the present invention is as in the present embodiment as long as it laser-processes the same place (worked place) on the object to be processed with a plurality of laser beams oscillated at different repetition frequencies. The present invention is not limited to a simple hole processing device, and can be applied to other laser processing devices such as a cutting device and a groove processing device.

図1は、本実施形態におけるレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図である。
本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ出力部1と、レーザ走査部2と、ワーク搬送部3と、制御部4とを備えている。
レーザ出力部1は、所定の繰返し周波数で発振するレーザ光照射手段としてのレーザ発振器11と、レーザ発振器11から出力されるレーザ光Lのビーム径を拡大するビームエキスパンダ12とを有する。
レーザ走査部2は、レーザ光Lを反射するX軸方向走査用とY軸方向走査用の2つのガルバノミラー21aをステッピングモータ21bで回動させてX軸方向及びY軸方向にレーザ光Lを走査させる光走査手段であるガルバノスキャナ21と、ガルバノスキャナ21で走査されたレーザ光Lをワーク35の表面(被加工面)又は基材上に形成された膜との界面等のワーク内部(ワーク表面から所定深さだけオフセットした箇所)に集光させる集光手段としてのfθレンズ22とを有する。
ワーク搬送部3は、ワーク35が載置される加工テーブル32を備えている。加工テーブル32は、ステッピングモータ31によりリニアガイド38に沿って副走査方向(Y軸方向)へ移動可能に構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of a laser processing apparatus according to the present embodiment.
The laser processing apparatus according to the present embodiment includes a laser output unit 1, a laser scanning unit 2, a work transfer unit 3, and a control unit 4.
The laser output unit 1 includes a laser oscillator 11 as laser light irradiation means that oscillates at a predetermined repetition frequency, and a beam expander 12 that expands the beam diameter of the laser light L output from the laser oscillator 11.
The laser scanning unit 2 rotates the two galvanometer mirrors 21a for reflecting the laser light L in the X-axis direction and the Y-axis direction by a stepping motor 21b to emit the laser light L in the X-axis direction and the Y-axis direction. A galvano scanner 21 which is an optical scanning means for scanning, and a laser beam L scanned by the galvano scanner 21 inside the workpiece (work surface, such as an interface between the surface of the workpiece 35 (surface to be processed) or a film formed on the substrate) And an fθ lens 22 as a condensing means for condensing light at a position offset by a predetermined depth from the surface.
The workpiece transfer unit 3 includes a processing table 32 on which the workpiece 35 is placed. The processing table 32 is configured to be movable in the sub-scanning direction (Y-axis direction) along the linear guide 38 by the stepping motor 31.

レーザ出力部1のレーザ発振器11は、レーザドライバ部10によって制御される。レーザドライバ部10は、レーザ走査部2のガルバノスキャナ21の走査動作に連動してレーザ発振器11の発光を制御する。レーザ発振器11には、例えば、パルス幅(時間幅)が1μ秒以下であるパルスレーザ光を発振するものが用いられ、基材への熱影響によるダメージが少ない100[n秒]以下、より好ましくは100[p秒]以下のパルス発振によるパルスファイバレーザ(ピコ秒ファイバレーザ)を発振するものが用いられるが、他のレーザ発振器を用いてもよい。   The laser oscillator 11 of the laser output unit 1 is controlled by the laser driver unit 10. The laser driver unit 10 controls the light emission of the laser oscillator 11 in conjunction with the scanning operation of the galvano scanner 21 of the laser scanning unit 2. The laser oscillator 11 is, for example, one that oscillates a pulsed laser beam having a pulse width (time width) of 1 μsec or less, and is preferably 100 [nsec] or less with little damage due to thermal influence on the substrate. Is used that oscillates a pulse fiber laser (picosecond fiber laser) with a pulse oscillation of 100 [p seconds] or less, but other laser oscillators may be used.

図2は、本実施形態のレーザ発振器11の一構成例を示す模式図である。
本実施形態のレーザ発振器11は、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)と呼ばれるパルスファイバレーザである。このレーザ発振器11は、例えば、基材への熱影響によるダメージが少ない100[n秒]以下のパルス発振によるパルスファイバレーザを発振する。このレーザ発振器11は、シードLD74をパルスジェネレータ73でパルス発振させてシード光を生成し、光ファイバアンプで複数段階に増幅するパルスエンジン部70と、パルスエンジン部70から出力されるレーザ光Lを導光する出力ファイバ71と、平行光束化手段としてのコリメート光学系83により略平行光束としてレーザ光Lを出射する出力ヘッド部72とから構成されている。本実施形態では、出力ヘッド部72のみがレーザ出力部1に設けられる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the laser oscillator 11 of the present embodiment.
The laser oscillator 11 of the present embodiment is a pulse fiber laser called MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). For example, the laser oscillator 11 oscillates a pulse fiber laser by pulse oscillation of 100 [n seconds] or less with little damage due to thermal influence on the base material. The laser oscillator 11 generates a seed beam by oscillating a seed LD 74 with a pulse generator 73 and amplifies the laser beam L output from the pulse engine unit 70 in a plurality of stages with an optical fiber amplifier. An output fiber 71 that guides light and an output head unit 72 that emits laser light L as a substantially parallel light beam by a collimating optical system 83 as a parallel light beam forming unit. In the present embodiment, only the output head unit 72 is provided in the laser output unit 1.

パルスエンジン部70は、光ファイバ78、励起LD76及びカプラ77を有するプリアンプ部と、光ファイバ82、励起LD80及びカプラ81を有するメインアンプ部とから構成される。光ファイバには、コアに希土類元素をドープしたダブルクラッド構造のものが用いられ、励起LD76からの励起光の吸収によりファイバの出力端、入射端に設置されるミラー間で反射を繰り返しレーザ発振に至る。図2中符号75は、逆方向の光を遮断するアイソレータであり、図2中符号79は、ASE光を除去するバンドパスフィルタである。   The pulse engine unit 70 includes a preamplifier unit having an optical fiber 78, a pumping LD 76 and a coupler 77, and a main amplifier unit having an optical fiber 82, a pumping LD 80 and a coupler 81. An optical fiber having a double clad structure in which a core is doped with a rare earth element is used, and laser light is repeatedly reflected between mirrors installed at the output end and the incident end of the fiber by absorption of pumping light from the pumping LD 76. It reaches. Reference numeral 75 in FIG. 2 is an isolator that blocks light in the reverse direction, and reference numeral 79 in FIG. 2 is a bandpass filter that removes ASE light.

本実施形態では、シードLD74の波長を近赤外の1064[nm]としているが、第2高調波である532[nm]、第3高調波である355[nm]をはじめとして、ワーク材質に応じて好適な波長を選択できる。また、一般に、パルス幅を短くすることで熱拡散距離が短くなり、加工対象物への熱ダメージが少ないレーザ加工が可能となることが知られている。瞬間的にGW(ギガワット)レベルの高いパルス強度をもつレーザ光を照射することで、光吸収がほとんどない、例えば透明な材質であっても加工が可能であるという利点がある。なお、レーザ発振器11には、イットリウム・バナデート結晶からなるレーザ媒質に励起光を照射することでレーザ発振を生じさせるYVOレーザ等の固体レーザを用いてもよい。 In this embodiment, the wavelength of the seed LD 74 is set to 1064 [nm] in the near infrared, but the work material such as 532 [nm] which is the second harmonic and 355 [nm] which is the third harmonic is used. A suitable wavelength can be selected accordingly. In general, it is known that by shortening the pulse width, the thermal diffusion distance is shortened, and laser processing with less thermal damage to the workpiece is possible. By instantaneously irradiating a laser beam having a high pulse intensity of a GW (gigawatt) level, there is an advantage that even a transparent material having little light absorption, for example, can be processed. The laser oscillator 11 may be a solid laser such as a YVO 4 laser that generates laser oscillation by irradiating a laser medium made of yttrium vanadate crystal with excitation light.

レーザ走査部2のガルバノスキャナ21は、X軸方向走査用とY軸方向走査用の各ガルバノミラー21aをそれぞれ回動させる各ステッピングモータ21bがガルバノスキャナ制御部20によって制御される。ガルバノスキャナ制御部20は、加工パターンを構成する線分要素データ(線分始点座標と線分終点座標)に応じて、ガルバノミラー21aの反射面に対する傾斜角度(反射面に入射してくるレーザ光の光軸に対する反射面の傾斜角度)がX軸方向に対応する方向あるいはY軸方向に対応する方向へ変化するように、各ステッピングモータ21bを制御する。これにより、線分要素の始点及び終点のX−Y座標に対応して、各ガルバノミラー21aを走査開始傾斜角度から走査終了傾斜角度まで回動させることができる。   The galvano scanner 21 of the laser scanning unit 2 is controlled by the galvano scanner control unit 20 for each stepping motor 21b that rotates the galvano mirrors 21a for X-axis direction scanning and Y-axis direction scanning. The galvano scanner control unit 20 tilts the laser beam incident on the reflecting surface with respect to the reflecting surface of the galvano mirror 21a in accordance with line segment element data (line segment start point coordinates and line segment end point coordinates) constituting the processing pattern. Each stepping motor 21b is controlled such that the angle of inclination of the reflecting surface with respect to the optical axis of the light changes in a direction corresponding to the X-axis direction or a direction corresponding to the Y-axis direction. Thereby, each galvanometer mirror 21a can be rotated from the scanning start inclination angle to the scanning end inclination angle corresponding to the XY coordinates of the start point and the end point of the line segment element.

なお、本実施形態では、光走査手段として、X軸方向走査とY軸方向走査のいずれもガルバノスキャナによって構成しているが、これに限らず、広く公知の光走査手段を用いることができる。また、X軸方向走査用の光走査手段とY軸方向走査用の光走査手段は、異なる構成の光走査手段であってもよい。例えば、Y軸方向走査用の走査手段にはガルバノスキャナを用い、X軸方向走査用の走査手段にはポリゴンミラーをモータで回転させるポリゴンスキャナを用いてもよい。X軸方向の光走査制御は、ポリゴンミラーで反射したレーザ光Lをレンズを介して光学センサで受光する受光タイミングに基づいて行うことができる。   In the present embodiment, as the optical scanning unit, both the X-axis direction scanning and the Y-axis direction scanning are configured by galvano scanners, but not limited to this, widely known optical scanning units can be used. In addition, the optical scanning unit for scanning in the X-axis direction and the optical scanning unit for scanning in the Y-axis direction may be optical scanning units having different configurations. For example, a galvano scanner may be used as the scanning means for Y-axis direction scanning, and a polygon scanner that rotates a polygon mirror with a motor may be used as the scanning means for X-axis direction scanning. The optical scanning control in the X-axis direction can be performed based on the light reception timing at which the laser light L reflected by the polygon mirror is received by the optical sensor via the lens.

レーザ走査部2は、主走査方向(X軸方向)に移動可能なキャリッジ25上に搭載されている。キャリッジ25は、駆動プーリ27a及び従動プーリ27bに掛け渡されているタイミングベルト27上に取り付けられている。駆動プーリ27aに接続されているステッピングモータ26を駆動させることで、タイミングベルト27が移動し、主走査方向に延びるリニアガイド29(図3参照)に沿ってタイミングベルト27上のキャリッジ25が主走査方向(X軸方向)へ移動する。キャリッジ25の主走査方向位置は、リニアエンコーダ28からの出力信号(アドレス信号)に基づいて検出することができる。ステッピングモータ26は、主走査制御部24によって制御される。   The laser scanning unit 2 is mounted on a carriage 25 that can move in the main scanning direction (X-axis direction). The carriage 25 is mounted on a timing belt 27 that is stretched over a driving pulley 27a and a driven pulley 27b. By driving the stepping motor 26 connected to the drive pulley 27a, the timing belt 27 moves, and the carriage 25 on the timing belt 27 performs main scanning along a linear guide 29 (see FIG. 3) extending in the main scanning direction. Move in the direction (X-axis direction). The position of the carriage 25 in the main scanning direction can be detected based on an output signal (address signal) from the linear encoder 28. The stepping motor 26 is controlled by the main scanning control unit 24.

なお、本実施形態では、レーザ走査部2を搭載するキャリッジ25の移動手段として、タイミングベルトを利用した移動手段を採用しているが、これに限られず、リニアステージ等の直線移動可能な手段でも代用できるし、2次元方向へ移動させる移動手段を利用してもよい。   In this embodiment, a moving means using a timing belt is used as a moving means of the carriage 25 on which the laser scanning unit 2 is mounted. However, the moving means using a timing belt is not limited to this, and a linearly movable means such as a linear stage is also used. Alternatively, a moving means for moving in a two-dimensional direction may be used.

ワーク搬送部3は、加工テーブル32を副走査方向(Y軸方向)へ移動させるリニアステージを備えている。このリニアステージは、タイミングベルト31aを介してステッピングモータ31から伝達される駆動力によって、リニアガイド38に沿って加工テーブル32を副走査方向(Y軸方向)へ移動させる。ステッピングモータ31は、副走査制御部30によって制御され、リニアステージ上の加工テーブル32を副走査方向(Y軸方向)における目標送り位置へ移動させ、これにより加工テーブル32上に保持されたワーク35を副走査方向(Y軸方向)における目標送り位置へ移動させることができる。ワーク搬送部3は、レーザ走査部2から照射されるレーザ光Lの走査範囲である加工領域36へワーク35上の被加工部分を順次送り込むように、ワークを間欠搬送する。   The workpiece transfer unit 3 includes a linear stage that moves the processing table 32 in the sub-scanning direction (Y-axis direction). This linear stage moves the processing table 32 in the sub-scanning direction (Y-axis direction) along the linear guide 38 by the driving force transmitted from the stepping motor 31 via the timing belt 31a. The stepping motor 31 is controlled by the sub-scanning control unit 30 to move the machining table 32 on the linear stage to the target feed position in the sub-scanning direction (Y-axis direction), and thereby the workpiece 35 held on the machining table 32. Can be moved to the target feed position in the sub-scanning direction (Y-axis direction). The workpiece conveyance unit 3 intermittently conveys the workpiece so as to sequentially feed the portion to be processed on the workpiece 35 to the processing region 36 that is the scanning range of the laser light L emitted from the laser scanning unit 2.

具体的には、ワーク搬送部3は、ワーク35の主走査方向両端付近におけるワーク表面に形成されている検出用マークとしてのアライメントマーク37を撮像する位置検出手段としての第一モニタカメラ34及び第二の位置検出手段としての第二モニタカメラ33を備えている。副走査制御部30は、ステッピングモータ31によってワーク35を微小量ずつワーク送り方向B(副走査方向)へステップ送りしながら、モニタカメラ33,34から出力される画像データを順次取り込む。そして、パターンマッチング処理等によりアライメントマーク37を検出して、目標送り位置までのワーク移動量を演算し、その演算結果に基づいてステッピングモータ31を制御して、ワーク35の副走査方向位置を目標送り位置まで移動させる。   Specifically, the workpiece transport unit 3 includes a first monitor camera 34 as a position detection unit that captures an alignment mark 37 as a detection mark formed on the workpiece surface in the vicinity of both ends of the workpiece 35 in the main scanning direction, and a first monitor camera 34. A second monitor camera 33 is provided as a second position detecting means. The sub-scanning control unit 30 sequentially captures the image data output from the monitor cameras 33 and 34 while stepping the workpiece 35 by the stepping motor 31 in small steps in the workpiece feeding direction B (sub-scanning direction). Then, the alignment mark 37 is detected by pattern matching processing or the like, the amount of workpiece movement to the target feed position is calculated, the stepping motor 31 is controlled based on the calculation result, and the position of the workpiece 35 in the sub-scanning direction is determined. Move to the feed position.

図3は、ワーク搬送部3の一構成例を示す模式図である。
本実施形態において、ワーク搬送部3の加工テーブル32は、本レーザ加工装置の前面から引き出し可能に構成されている。加工テーブル32上にワーク35をセットする場合、ユーザーPは、本レーザ加工装置の前面から加工テーブル32を引き出し、引き出された加工テーブル32上にワーク35をセットして、加工テーブル32を本レーザ加工装置へ押し込む。加工後のワーク35を取り出すときも同様である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the workpiece transfer unit 3.
In the present embodiment, the processing table 32 of the workpiece transfer unit 3 is configured to be drawable from the front surface of the laser processing apparatus. When setting the workpiece 35 on the processing table 32, the user P pulls out the processing table 32 from the front surface of the laser processing apparatus, sets the workpiece 35 on the extracted processing table 32, and sets the processing table 32 to the laser. Push into the processing equipment. The same applies when the workpiece 35 after processing is taken out.

加工テーブル32には無数の細孔が形成されており、加工テーブル32の裏面に形成された空洞部32aの空気をポンプ58が吸い出すことにより、ワーク35を加工テーブル32の表面に吸着させ、加工領域36におけるワーク35の平面性を確保しつつ保持している。   Innumerable pores are formed in the processing table 32, and the work 58 is adsorbed on the surface of the processing table 32 by sucking the air in the cavity 32 a formed on the back surface of the processing table 32 by the pump 58. The work 35 in the region 36 is held while ensuring flatness.

制御部4は、本レーザ加工装置の全体を統括して管理、制御する制御PC40を備えている。制御PC40は、レーザドライバ部10、ガルバノスキャナ制御部20、主走査制御部24、副走査制御部30等に接続されており、各々のステータスを管理したり、加工シーケンスを制御したりする。   The control unit 4 includes a control PC 40 that manages and controls the entire laser processing apparatus. The control PC 40 is connected to the laser driver unit 10, the galvano scanner control unit 20, the main scanning control unit 24, the sub-scanning control unit 30 and the like, and manages each status and controls the processing sequence.

レーザ出力部1のビームエキスパンダ12は、複数枚からなるレンズで構成され、レーザ光路上においてレーザ走査部2のfθレンズ22に最も近いレンズ39の位置がレーザ光の光軸方向へ移動可能に構成されている。レンズ39の位置を移動させることにより、レーザ走査部2を搭載したキャリッジが後述するように主走査方向の各停止目標位置に停止したときの集光距離が揃うように微調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ12は、ガルバノスキャナ21に入射するレーザ光Lが平行光束となるように微調整するフォーカシング機能を備える。
また、主走査方向の各停止目標位置に応じてレンズ39の位置を個別に移動調整するアクチュエータを備え、集光距離を停止目標位置ごとに可変することにより、被加工面に対するキャリッジの移動方向の平行度がわずかにずれている場合であってもfθレンズ22の結像位置を精度よく合わせることができる。
The beam expander 12 of the laser output unit 1 is composed of a plurality of lenses, and the position of the lens 39 closest to the fθ lens 22 of the laser scanning unit 2 on the laser beam path is movable in the optical axis direction of the laser beam. It is configured. By moving the position of the lens 39, the carriage on which the laser scanning unit 2 is mounted can be finely adjusted so that the converging distances when the carriage stops at each stop target position in the main scanning direction are aligned as will be described later. That is, the beam expander 12 has a focusing function that finely adjusts the laser light L incident on the galvano scanner 21 to be a parallel light flux.
In addition, an actuator that individually moves and adjusts the position of the lens 39 according to each stop target position in the main scanning direction is provided, and by changing the condensing distance for each stop target position, the movement direction of the carriage relative to the processing surface can be changed. Even when the parallelism is slightly deviated, the imaging position of the fθ lens 22 can be accurately adjusted.

本実施形態において、ワーク35に対するレーザ光Lの走査範囲である加工領域36のX軸方向及びY軸方向における各最大長Lは、fθレンズ22の焦点距離をfとすると、それぞれのガルバノミラー21aの最大傾斜角度θ(例えば±20°)を用いて、下記の式(1)より得られる。
L = f × θ ・・・(1)
In the present embodiment, the maximum lengths L in the X-axis direction and the Y-axis direction of the processing region 36 that is the scanning range of the laser beam L with respect to the workpiece 35 are the respective galvanometer mirrors 21a when the focal length of the fθ lens 22 is f. Is obtained from the following equation (1) using the maximum inclination angle θ (for example, ± 20 °).
L = f × θ (1)

この式(1)に示すように、加工領域36の広さは、ガルバノスキャナ21の走査範囲(ガルバノミラー21aの最大傾斜角度)によって制限されることになる。ここで、ガルバノスキャナ21の走査範囲が広がるほど、ワーク35上での適切な集光が困難となるため、加工領域36内における加工の均一性を維持することが難しくなる。そのため、ガルバノスキャナ21の走査範囲すなわちガルバノミラー21aの最大傾斜角度θを広げるにも限界がある。したがって、ガルバノスキャナ21の走査範囲(ガルバノミラー21aの最大傾斜角度θ)を広げて加工領域36の広さを拡げることには限界がある。   As shown in this equation (1), the width of the processing region 36 is limited by the scanning range of the galvano scanner 21 (the maximum inclination angle of the galvano mirror 21a). Here, as the scanning range of the galvano scanner 21 increases, it becomes more difficult to properly collect light on the work 35, so that it becomes difficult to maintain the processing uniformity in the processing region 36. Therefore, there is a limit in increasing the scanning range of the galvano scanner 21, that is, the maximum inclination angle θ of the galvano mirror 21a. Therefore, there is a limit in expanding the width of the processing region 36 by expanding the scanning range of the galvano scanner 21 (the maximum inclination angle θ of the galvano mirror 21a).

一方、前記式(1)によれば、fθレンズ22の焦点距離fを長くすれば、加工領域36の広さを拡げることができる。しかしながら、この焦点距離fを長くするほど、ワーク35からfθレンズ22を遠ざけて配置する必要があり、本レーザ加工装置が大型化してしまうという問題が生じる。   On the other hand, according to the above formula (1), if the focal length f of the fθ lens 22 is increased, the width of the processing region 36 can be increased. However, the longer the focal length f is, the more it is necessary to dispose the fθ lens 22 away from the workpiece 35, which causes a problem that the present laser processing apparatus becomes larger.

加えて、X軸方向及びY軸方向における各加工分解能σは、ステッピングモータ21bのパルス数をPとすると、下記の式(2)より得られる。
σ = f × (2π/P) ・・・(2)
この式(2)に示すように、fθレンズ22の焦点距離fを長くするほど、加工分解能σが低くなる。よって、高い加工分解能σによる高精細な加工の実現と、より広い加工領域の実現とは、トレードオフの関係にある。したがって、加工分解能σを考慮すると、焦点距離fを長くして加工領域36の広さを拡げることにも限界がある。
In addition, each processing resolution σ in the X-axis direction and the Y-axis direction can be obtained from the following equation (2), where P is the number of pulses of the stepping motor 21b.
σ = f × (2π / P) (2)
As shown in Expression (2), the processing resolution σ decreases as the focal length f of the fθ lens 22 increases. Therefore, the realization of high-definition machining with a high machining resolution σ and the realization of a wider machining area are in a trade-off relationship. Therefore, when the processing resolution σ is taken into consideration, there is a limit to extending the processing area 36 by increasing the focal length f.

他方、ワーク35を、ワーク搬送部3により副走査方向(Y軸方向)へ移動させるだけでなく、主走査方向(X軸方向)にも移動させる移動機構を設ける方法も考えられる。この方法であれば、加工領域36に対してワーク35の被加工部分を主走査方向に順次入れ替えながら、各被加工部分に対して加工処理を行うことができるので、加工領域36を超える主走査方向長さをもったワークに対しても加工処理が行うことが可能である。   On the other hand, a method of providing a moving mechanism for moving the work 35 not only in the sub-scanning direction (Y-axis direction) but also in the main scanning direction (X-axis direction) by the work transport unit 3 is also conceivable. According to this method, since the processing portion can be processed on each processing portion while sequentially replacing the processing portion of the workpiece 35 in the main scanning direction with respect to the processing region 36, the main scanning exceeding the processing region 36 is performed. Machining can be performed on a workpiece having a length in the direction.

しかしながら、ワークを副走査方向(Y軸方向)だけでなく主走査方向(X軸方向)にも移動させる移動機構を設けることは、本レーザ加工装置の大型化を招く。しかも、このような大きなワーク35は重量も大きいため、慣性力が大きく、高速な移動が実現困難であり、生産性が低いという問題も生じる。   However, providing a moving mechanism that moves the workpiece not only in the sub-scanning direction (Y-axis direction) but also in the main-scanning direction (X-axis direction) causes an increase in the size of the laser processing apparatus. Moreover, since such a large work 35 has a large weight, there is a problem that inertia force is large, high-speed movement is difficult to realize, and productivity is low.

そこで、本実施形態においては、主走査方向(X軸方向)について、ワーク35を移動させるのではなく、レーザ光Lの走査範囲を主走査方向へ移動させる構成を採用している。詳しくは、キャリッジ25上にレーザ走査部2を搭載し、レーザ走査部2を主走査方向へ移動可能に構成している。これにより、主走査方向(X軸方向)へワーク35を移動させることなく、ガルバノスキャナ21によって走査されたレーザ光Lがワーク表面を走査する範囲すなわち加工領域36をワーク35に対して主走査方向へ相対移動させることができる。これにより、加工領域36をワーク35の各被加工部分へ順次移動させて加工処理を行うことができ、主走査方向(X軸方向)における加工領域36の幅が狭くても、その幅を超える大きなワーク35に対して加工処理を行うことができる。   Therefore, in the present embodiment, a configuration is adopted in which the scanning range of the laser light L is moved in the main scanning direction instead of moving the workpiece 35 in the main scanning direction (X-axis direction). Specifically, the laser scanning unit 2 is mounted on the carriage 25, and the laser scanning unit 2 is configured to be movable in the main scanning direction. As a result, the range in which the laser beam L scanned by the galvano scanner 21 scans the surface of the workpiece, that is, the processing region 36 is moved in the main scanning direction with respect to the workpiece 35 without moving the workpiece 35 in the main scanning direction (X-axis direction). Can be moved relative to each other. As a result, the processing region 36 can be sequentially moved to each processing portion of the workpiece 35 to perform processing, and even if the width of the processing region 36 in the main scanning direction (X-axis direction) is narrow, it exceeds that width. Processing can be performed on the large workpiece 35.

その結果、加工領域36を無理に拡げることなく、加工領域36を超える大きなワーク35に対して加工処理を行うことができることで、高い加工分解能σを維持できるので、大きなワーク35に対して高精細な加工を実現することができる。しかも、主走査方向(X軸方向)へ移動する移動手段としてのキャリッジ25に搭載される搭載物は、本実施形態では、実質的には、レーザ走査部2のみ、すなわち、ガルバノスキャナ21とfθレンズ22のみである。この搭載物の重量は、ワーク35に比べて遙かに軽量であることから、キャリッジ25の主走査方向への高速移動が実現でき、高い生産性を得ることができる。   As a result, since the machining process can be performed on the large workpiece 35 exceeding the machining area 36 without forcibly expanding the machining area 36, a high machining resolution σ can be maintained, so that the large workpiece 35 is highly finely processed. Can be realized. Moreover, in the present embodiment, the load mounted on the carriage 25 as the moving means that moves in the main scanning direction (X-axis direction) is substantially only the laser scanning unit 2, that is, the galvano scanner 21 and fθ. Only the lens 22 is provided. Since the weight of the mounted object is much lighter than that of the workpiece 35, the carriage 25 can be moved at high speed in the main scanning direction, and high productivity can be obtained.

なお、キャリッジ25に搭載される搭載物は、少なくとも、加工光射出部を構成する集光手段としてのfθレンズ22が搭載されていればよい。したがって、最軽量の構成は、fθレンズ22のみをキャリッジ25に搭載した構成である。一方、ワーク35に対して軽量な部品であれば、fθレンズ22とともに他の部品も一緒にキャリッジ25に搭載してもよい。例えば、本実施形態のようにガルバノスキャナ21等の光走査手段をキャリッジに搭載してもよいし、レーザ出力部1の一部又は全部をキャリッジに搭載してもよい。   It should be noted that the mounted object mounted on the carriage 25 only needs to include at least the fθ lens 22 as the light condensing means constituting the machining light emitting unit. Therefore, the lightest configuration is a configuration in which only the fθ lens 22 is mounted on the carriage 25. On the other hand, as long as the component is light with respect to the workpiece 35, other components may be mounted on the carriage 25 together with the fθ lens 22. For example, as in the present embodiment, optical scanning means such as the galvano scanner 21 may be mounted on the carriage, or part or all of the laser output unit 1 may be mounted on the carriage.

また、本実施形態において、主走査方向へ移動するキャリッジ25に入射するレーザ光Lの光路、すなわち、レーザ出力部1から出力されたレーザ光Lの光路は、X軸方向に平行である。そのため、図4に示すように、キャリッジ25が主走査方向(X軸方向)のどの位置に移動しても、レーザ出力部1から出力されたレーザ光Lはキャリッジ25の同じ箇所から入射する。よって、キャリッジ25が主走査方向(X軸方向)に移動しても、キャリッジ25に入射後のレーザ光Lの光路は同じであり、主走査方向の互いに異なる加工領域36−1,36−2で加工処理を行う場合でも同じ加工処理を実現できる。   In the present embodiment, the optical path of the laser light L incident on the carriage 25 moving in the main scanning direction, that is, the optical path of the laser light L output from the laser output unit 1 is parallel to the X-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 4, the laser light L output from the laser output unit 1 is incident from the same position of the carriage 25 regardless of the position of the carriage 25 in the main scanning direction (X-axis direction). Therefore, even if the carriage 25 moves in the main scanning direction (X-axis direction), the optical path of the laser light L after entering the carriage 25 is the same, and the processing regions 36-1 and 36-2 are different from each other in the main scanning direction. The same processing can be realized even when the processing is performed with.

ただし、本実施形態では、キャリッジ25が移動すると、キャリッジ25に入射するまでのレーザ光Lの光路長が変化することになる。そのため、キャリッジ25に入射するレーザ光Lが非平行収束であると、キャリッジ25の主走査方向位置によって、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が変化し、ワーク35上におけるレーザ光Lのスポット径が変化するなど、加工精度に影響が出てしまう。   However, in this embodiment, when the carriage 25 moves, the optical path length of the laser light L until it enters the carriage 25 changes. Therefore, if the laser beam L incident on the carriage 25 is non-parallel convergent, the focal point of the laser beam L applied to the workpiece 35 changes depending on the position of the carriage 25 in the main scanning direction, and the laser beam L on the workpiece 35 changes. The processing accuracy is affected, for example, the spot diameter changes.

本実施形態では、レーザ発振器11から出力されるレーザ光Lは略平行光束であり、2つの反射ミラー14,15を介してビームエキスパンダ12から射出されて、反射ミラー16によって反射されてレーザ出力部1から出力されるレーザ光Lも略平行光束である。したがって、キャリッジ25に入射するレーザ光Lが略平行収束であれば、キャリッジ25が移動して主走査方向位置が変わっても、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が実質的に変化せず、ワーク35上におけるレーザ光Lのスポット径が変化するなどの影響が出ない。よって、主走査方向の互いに異なる加工領域36−1,36−2で加工処理を行う場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。   In the present embodiment, the laser beam L output from the laser oscillator 11 is a substantially parallel light beam, is emitted from the beam expander 12 via the two reflecting mirrors 14 and 15, is reflected by the reflecting mirror 16, and is output as a laser beam. The laser beam L output from the unit 1 is also a substantially parallel light beam. Therefore, if the laser light L incident on the carriage 25 is substantially parallel and converged, the focal point of the laser light L applied to the workpiece 35 is substantially changed even if the carriage 25 moves and the position in the main scanning direction changes. Therefore, there is no influence such as a change in the spot diameter of the laser beam L on the workpiece 35. Therefore, even when processing is performed in processing regions 36-1 and 36-2 that are different from each other in the main scanning direction, the processing can be performed with the same processing accuracy without performing operations such as focus adjustment, resulting in higher production. Can be realized.

ただし、レーザ走査部2のほかにレーザ出力部1の全部もキャリッジ25上に搭載する構成とすれば、すなわち、レーザ発振器11等の光源自体をキャリッジ25上に搭載する構成とすれば、キャリッジ25を移動しても、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が変化するようなことはない。しかしながら、キャリッジ25上の搭載物の重量が大きくなることから、キャリッジ25の高速移動の実現が難しくなる点を考慮する必要がある。   However, if the laser output unit 1 is entirely mounted on the carriage 25 in addition to the laser scanning unit 2, that is, if the light source itself such as the laser oscillator 11 is mounted on the carriage 25, the carriage 25 Does not change the focal point of the laser beam L applied to the workpiece 35. However, it is necessary to consider that it is difficult to realize high-speed movement of the carriage 25 because the weight of the load on the carriage 25 increases.

一方、キャリッジ25上の搭載物の重量をより軽量化するため、図5に示すように、ガルバノスキャナ21等の光走査手段をキャリッジ25に非搭載とする構成も考えられる。図5に示す構成では、レーザ出力部1’から出力したレーザ光Lを、固定配置されているレーザ走査部2’のガルバノスキャナ21によって、X軸方向に対応する方向及びY軸方向に対応する方向へ走査する。このようにして走査されるレーザ光Lは、カップリングレンズ61等の平行光束化手段によって、X軸方向に平行な平行光束となるように平行光束化されて、レーザ走査部2’から出力される。レーザ走査部2’から出力された略平行光束である走査後のレーザ光Lは、キャリッジ25に対してX軸方向から入射し、キャリッジ25上の反射ミラー16’で反射して集光手段としてのfθレンズ22に案内され、ワーク35に集光される。   On the other hand, in order to further reduce the weight of the mounted object on the carriage 25, a configuration in which the optical scanning means such as the galvano scanner 21 is not mounted on the carriage 25 as shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 5, the laser light L output from the laser output unit 1 ′ corresponds to the direction corresponding to the X-axis direction and the Y-axis direction by the galvano scanner 21 of the laser scanning unit 2 ′ that is fixedly arranged. Scan in the direction. The laser beam L scanned in this manner is converted into a parallel beam so as to become a parallel beam parallel to the X-axis direction by a parallel beam forming unit such as the coupling lens 61, and is output from the laser scanning unit 2 ′. The The laser beam L after scanning, which is a substantially parallel light beam output from the laser scanning unit 2 ′, enters the carriage 25 from the X-axis direction and is reflected by the reflecting mirror 16 ′ on the carriage 25 as a condensing unit. Are guided by the fθ lens 22 and focused on the work 35.

図5に示すような構成であっても、キャリッジ25に入射するレーザ光Lが略平行収束であるため、キャリッジ25が移動して主走査方向位置が変わっても、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が実質的に変化せず、ワーク35上におけるレーザ光Lのスポット径が変化するなどの影響が出ない。よって、主走査方向の互いに異なる加工領域36−1,36−2で加工処理を行う場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。   Even in the configuration as shown in FIG. 5, the laser beam L incident on the carriage 25 has a substantially parallel convergence, so that the laser irradiated to the workpiece 35 even if the carriage 25 moves and the position in the main scanning direction changes. The focal point of the light L is not substantially changed, and there is no influence such as a change in the spot diameter of the laser light L on the workpiece 35. Therefore, even when processing is performed in processing regions 36-1 and 36-2 that are different from each other in the main scanning direction, the processing can be performed with the same processing accuracy without performing operations such as focus adjustment, resulting in higher production. Can be realized.

図6は、本実施形態のレーザ加工装置による加工処理の一例を示すフローチャートである。
ユーザーPがワーク35を加工テーブル32上にセットしたら、制御PC40は、ポンプ58を稼働させて加工テーブル32の裏面に形成された空洞部32aの空気を吸い出し、加工テーブル32の表面にワーク35を吸着させて、ワーク35の位置が容易に動かないようにホールドする(S1)。その後、制御PC40からの制御命令に従い、副走査制御部30がステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿ってワーク搬送方向Bへ移動させる(S2)。そして、ワーク35の表面に形成されているアライメントマーク37がモニタカメラ33,34の撮像領域へ移動すると、モニタカメラ33,34の画像データからアライメントマーク37が検出される(S3)。制御PC40は、アライメントマーク37の検出結果から目標送り位置までのワーク移動量を演算し、その演算結果に基づいて副走査制御部30にステッピングモータ31を制御させる。これにより、副走査方向へ移動するワーク35は目標送り位置付近で停止する。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing by the laser processing apparatus of this embodiment.
When the user P sets the workpiece 35 on the machining table 32, the control PC 40 operates the pump 58 to suck out air from the cavity 32 a formed on the back surface of the machining table 32, and places the workpiece 35 on the surface of the machining table 32. The workpiece 35 is held so that the position of the workpiece 35 does not move easily (S1). Thereafter, in accordance with a control command from the control PC 40, the sub-scanning control unit 30 controls the stepping motor 31 to move the work 35 in the work transport direction B along the sub-scanning direction (S2). Then, when the alignment mark 37 formed on the surface of the workpiece 35 moves to the imaging area of the monitor cameras 33 and 34, the alignment mark 37 is detected from the image data of the monitor cameras 33 and 34 (S3). The control PC 40 calculates the workpiece movement amount from the detection result of the alignment mark 37 to the target feed position, and causes the sub-scanning control unit 30 to control the stepping motor 31 based on the calculation result. As a result, the workpiece 35 moving in the sub-scanning direction stops near the target feed position.

制御PC40は、ワークが停止した後、モニタカメラ33,34から出力される画像データを取り込み、アライメントマーク37の中心位置と目標位置とのズレ量(X軸方向ワークズレ量Δx、Y軸方向ワークズレ量Δy、傾斜ワークズレ量Δφ)を算出する。算出したワークズレ量Δx,Δy,Δφは、加工目標位置の補正値(オフセット値)として用いるために、制御PC40内のメモリに記憶される。 The control PC 40 captures the image data output from the monitor cameras 33 and 34 after the work is stopped, and the amount of misalignment between the center position of the alignment mark 37 and the target position (X-axis direction work misalignment amount Δx w , Y-axis direction work misalignment). Amount Δy w , tilt work deviation amount Δφ w ). The calculated workpiece deviation amounts Δx w , Δy w , Δφ w are stored in a memory in the control PC 40 for use as a correction value (offset value) of the machining target position.

図7は、ワークが停止した状態におけるアライメントマーク37の中心位置と目標位置Oとのズレの一例を示す説明図である。
ワークが停止したときのアライメントマーク37の中心位置と目標位置Oとのズレ量は、モニタカメラ33,34で撮像した画像の中心位置Oと当該画像上に映し出されるアライメントマーク37の中心位置とのズレ量から算出される。本実施形態では、このワークズレ量を、X軸方向(主走査方向)におけるズレ量であるX軸方向ワークズレ量Δxと、Y軸方向(副走査方向)におけるズレ量であるY軸方向ワークズレ量Δyと、ワーク35の主走査方向両端における副走査方向同位置に形成されている2つのアライメントマーク37を結ぶ直線とX軸方向と(主走査方向)とのなす角度である傾斜ワークズレ量Δφとで表している。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a deviation between the center position of the alignment mark 37 and the target position O in a state where the workpiece is stopped.
The amount of deviation between the center position of the alignment mark 37 and the target position O when the workpiece is stopped is the difference between the center position O of the image captured by the monitor cameras 33 and 34 and the center position of the alignment mark 37 displayed on the image. Calculated from the amount of deviation. In the present embodiment, the Wakuzure amount, the X-axis direction and the X-axis direction Wakuzure amount [Delta] x w is a shift amount in (the main scanning direction), the Y-axis direction Wakuzure amount is a shift amount in the Y-axis direction (sub scanning direction) Tilt workpiece deviation amount Δφ which is an angle formed between Δy w and a straight line connecting two alignment marks 37 formed at the same position in the sub-scanning direction at both ends of the work 35 in the main scanning direction and the X-axis direction (main scanning direction) It is represented by w .

なお、本実施形態におけるアライメントマーク37の形状は円形であるが、これに限らず、2本の線分を直交させたクロスライン形状など、画像処理によるパターンマッチングによる検出に有利な形状が好適である。アライメントマーク37の形状は、アライメントマーク37の検出方法等に応じて、適宜選定される。   The shape of the alignment mark 37 in the present embodiment is circular, but is not limited to this, and a shape advantageous for detection by pattern matching by image processing, such as a cross line shape in which two line segments are orthogonal to each other, is suitable. is there. The shape of the alignment mark 37 is appropriately selected according to the detection method of the alignment mark 37 and the like.

そして、制御PC40は、ワーク35上の被加工部分を特定するための被加工部分番号Nをゼロにセットした後(S4)、主走査制御部24によりステッピングモータ26を制御して、待機ポジションに待機しているキャリッジ25を主走査方向に沿ってキャリッジ送り方向A(レーザ出力部1から離れる向き)へ移動させ、所定のホームポジションで停止させるキャリッジ位置のイニシャライズ処理を行う(S5)。   Then, the control PC 40 sets the processed part number N for specifying the processed part on the workpiece 35 to zero (S4), and then controls the stepping motor 26 by the main scanning control unit 24 to set the standby position. The waiting carriage 25 is moved along the main scanning direction in the carriage feed direction A (in the direction away from the laser output unit 1), and the carriage position is initialized at a predetermined home position (S5).

このイニシャライズ処理において、制御PC40は、ホームポジションで停止したキャリッジ25の主走査方向位置をリニアエンコーダ28からのアドレス信号に基づいて取得する。そして、リニアエンコーダ28からのアドレス信号に基づき、制御PC40が管理しているホームポジションと実際に停止したキャリッジ25の位置との差分を検出し、これをその後のキャリッジ25の主走査方向位置制御に用いる。なお、この差分も、加工目標位置の補正値(オフセット値)として用いてもよい。   In this initialization process, the control PC 40 acquires the position in the main scanning direction of the carriage 25 stopped at the home position based on the address signal from the linear encoder 28. Based on the address signal from the linear encoder 28, the difference between the home position managed by the control PC 40 and the position of the carriage 25 actually stopped is detected, and this is used for the subsequent position control of the carriage 25 in the main scanning direction. Use. This difference may also be used as a correction value (offset value) for the processing target position.

次に、制御PC40は、上述したワークズレ量Δx,Δy,Δφと、その他のズレ量(キャリッジ姿勢ズレ量等)δxi,δyi,δφiとから、下記の式(3−1)〜(3−3)より、加工データを補正するための加工目標位置の補正値であるオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを導出する。なお、キャリッジ姿勢ズレ量などのその他のズレ量δxi,δyi,δφiは、予め測定しておき、その測定値を制御PC40内のメモリに記憶しておく。また、下記の式(3−1)〜(3−3)において、「i」は、キャリッジの主走査方向各停止位置(第一停止位置i=1、第二停止位置i=2、第三停止位置i=3、第四停止位置i=4)を示す番号である。
ΔDxi = Δx+(d0+(i−1)×d)×(cosΔφ−1)+δxi
・・・(3−1)
ΔDyi = Δy+(d0+(i−1)×d)×(sinΔφ−1)+δyi
・・・(3−2)
ΔDφi = Δφ+δφi ・・・(3−3)
Next, the control PC 40 calculates the following formulas (3-1) to (3) from the above-described work shift amounts Δx w , Δy w , Δφ w and other shift amounts (such as carriage posture shift amounts) δxi, δyi, δφi. From 3-3), offset values ΔDxi, ΔDyi, ΔDφi, which are correction values of the processing target position for correcting the processing data, are derived. Note that other deviation amounts δxi, δyi, and δφi such as a carriage posture deviation amount are measured in advance, and the measured values are stored in a memory in the control PC 40. In the following formulas (3-1) to (3-3), “i” represents each stop position in the main scanning direction of the carriage (first stop position i = 1, second stop position i = 2, third). This is a number indicating stop position i = 3 and fourth stop position i = 4).
ΔDxi = Δx w + (d0 + (i-1) × d) × (cosΔφ-1) + δxi
... (3-1)
ΔDyi = Δy w + (d0 + (i−1) × d) × (sinΔφ−1) + δyi
... (3-2)
ΔDφi = Δφ w + δφi ··· ( 3-3)

次に、制御PC40は、ワーク35の被加工部分番号Nを1にセットする(S6)。その後、制御PC40は、主走査制御部24によりステッピングモータ26を制御して、ホームポジションに位置しているキャリッジ25をキャリッジ送り方向Aへ移動させ、最初に加工処理が行われるワーク35上の第一被加工部分N=1を加工処理するための第一停止位置で停止させる(S7)。   Next, the control PC 40 sets the workpiece part number N of the workpiece 35 to 1 (S6). Thereafter, the control PC 40 controls the stepping motor 26 by the main scanning control unit 24 to move the carriage 25 located at the home position in the carriage feed direction A, so that the first processing on the workpiece 35 on which the processing is performed first. The machined part N = 1 is stopped at the first stop position for processing (S7).

本実施形態では、位置精度5μm以下の高い加工分解能を実現するために、ガルバノスキャナ21によって走査されるワーク上のレーザ光走査範囲すなわち加工領域36のサイズを150[mm]×150[mm]に設定してある。そのため、ワーク上の加工対象が全体で例えば600[mm](主走査方向)×300[mm](副走査方向)であるワーク35に対して加工処理を行う場合、当該加工対象の全体を、主走査方向へ4ピースに分割し、副走査方向へ2ピースに分割する。そして、これらの8個のピース(被加工部分N=1〜8)を順次加工処理することで、加工対象全体の加工処理を行う。   In this embodiment, in order to realize a high processing resolution with a positional accuracy of 5 μm or less, the laser beam scanning range on the workpiece scanned by the galvano scanner 21, that is, the size of the processing region 36 is set to 150 [mm] × 150 [mm]. It is set. Therefore, when a machining process is performed on the workpiece 35 in which the machining target on the workpiece is, for example, 600 [mm] (main scanning direction) × 300 [mm] (sub-scanning direction) as a whole, Dividing into 4 pieces in the main scanning direction and dividing into 2 pieces in the sub scanning direction. Then, the entire processing object is processed by sequentially processing these eight pieces (processed portion N = 1 to 8).

ここで、一般に、レーザ加工装置で照射すべきレーザ光は、切断、孔開け、溶接等の加工内容の違いや、加工対象の材料の違いなどによって、最適なパワー密度、最適なパルス幅(時間幅)等の最適なレーザ光条件が異なる。例えば、切断、孔開け等のような加工対象を除去する加工内容の場合、通常、アブレーションと呼ばれる短時間に高いエネルギーを投入して加工対象を瞬時に蒸発させることで良好な加工処理が実現される。そのため、図8に示すように、フェムト秒レーザに代表されるような10[p秒]以下のパルス幅をもつレーザ光が好適である。一方、溶接や溶着等のような加工対象を溶融させる加工内容の場合、図8に示すように、1[μ秒]以上の長いパルス幅をもつレーザ光を用い、融点より少し高めの温度を、熱伝導による十分な溶け込みが得られる時間だけ維持できるような条件が好ましい。   Here, in general, the laser beam to be irradiated by the laser processing apparatus has an optimal power density and an optimal pulse width (time) due to differences in processing contents such as cutting, drilling, and welding, and differences in materials to be processed. The optimum laser beam conditions such as (width) are different. For example, in the case of processing content that removes the processing target such as cutting, drilling, etc., normal processing is usually realized by applying high energy in a short time called ablation to instantly evaporate the processing target. The Therefore, as shown in FIG. 8, a laser beam having a pulse width of 10 [p seconds] or less as typified by a femtosecond laser is preferable. On the other hand, in the case of processing contents for melting a processing target such as welding or welding, as shown in FIG. 8, a laser beam having a long pulse width of 1 [μsec] or more is used and a temperature slightly higher than the melting point is used. The conditions are preferably such that they can be maintained only for a time during which sufficient penetration by heat conduction is obtained.

本実施形態におけるレーザ加工装置は、インクジェットプリンタ等の液体を吐出する装置に用いられる液体吐出ヘッドのノズル板にノズル孔を形成するためのレーザ加工を行う。本実施形態におけるノズル板の材料はポリイミド樹脂であるため、本実施形態のレーザ加工装置は、エキシマレーザやYAGレーザ等を用いたアブレーションによる孔加工を行うが、アブレーションによる孔加工を行う場合、加工飛散物等の不要物がノズル孔内や周囲に生成され、液体吐出ヘッドのインク吐出特性(インクの流体特性等)に悪影響を与えるおそれがある。そのため、本実施形態では、アブレーションに最適な条件のレーザ光を用いてノズル孔を形成するアブレーション工程を行った後に、加工したノズル孔の内部や周囲に生成された不要物を溶融させるのに最適な条件のレーザ光を用いてノズル孔から不要物を除去する溶融工程を実施する。   The laser processing apparatus in this embodiment performs laser processing for forming nozzle holes in a nozzle plate of a liquid discharge head used in an apparatus for discharging liquid such as an ink jet printer. Since the material of the nozzle plate in the present embodiment is polyimide resin, the laser processing apparatus of the present embodiment performs hole processing by ablation using an excimer laser, YAG laser, or the like. There is a possibility that unwanted matter such as scattered matter is generated in or around the nozzle hole and adversely affects the ink ejection characteristics (ink fluid characteristics, etc.) of the liquid ejection head. Therefore, in this embodiment, after performing an ablation process that forms a nozzle hole using a laser beam having an optimum condition for ablation, it is optimal for melting unnecessary materials generated in and around the processed nozzle hole. A melting step of removing unnecessary materials from the nozzle holes using a laser beam under various conditions is performed.

このようにアブレーション工程後に溶融工程を実施することで、不要物がノズル孔内や周囲に残留するのを抑制でき、不要物が残留することによる液体吐出ヘッドのインク吐出特性の低下を抑制できる。また、このような溶融工程は、アブレーション工程時に発生する不要物の除去に限らず、アブレーション工程等による前段の加工工程時の加工面の荒れを平滑化する効果もある。そのため、加工面の荒れによる液体吐出ヘッドのインク吐出特性(インクの流体特性等)の低下も抑制できる。   By performing the melting step after the ablation step in this manner, it is possible to suppress the unnecessary matter from remaining in or around the nozzle hole, and it is possible to suppress the deterioration of the ink discharge characteristics of the liquid discharge head due to the remaining unnecessary matter. In addition, such a melting process is not limited to removal of unnecessary materials generated during the ablation process, but also has an effect of smoothing the roughness of the processed surface during the previous processing process such as the ablation process. For this reason, it is possible to suppress a decrease in ink discharge characteristics (such as ink fluid characteristics) of the liquid discharge head due to the rough surface.

なお、インク孔の形成に限らず、例えば、生体検査等に利用されるマイクロ流路加工(μTAS)、DOE(Diffractive Optical Element:回折光学素子)や導光体などの微細光学素子の金型加工等においても同様である。すなわち、マイクロ流路加工(μTAS)では、加工対象物の材料としてアクリル樹脂(PMMA:Polymethyl methacrylate)等が用いられるが、加工面に付着する不要物や加工面の表面粗さが流体特性に大きく影響するため、アブレーション工程等による前段の加工工程後に溶融工程を実施するのが好ましい。また、金型加工では、加工面の鏡面性が光学特性に大きく影響するため、アブレーション工程等による前段の加工工程後に溶融工程を実施するのが好ましい。   In addition to the formation of ink holes, for example, micro-channel processing (μTAS) used for biopsy, die processing of micro optical elements such as DOE (Diffractive Optical Element) and light guides The same applies to the above. That is, in micro-channel processing (μTAS), acrylic resin (PMMA: Polymethyl methacrylate) or the like is used as the material of the object to be processed, but the unnecessary material adhering to the processed surface and the surface roughness of the processed surface greatly affect the fluid characteristics. Therefore, it is preferable to perform the melting step after the previous processing step such as an ablation step. Further, in the mold processing, since the specularity of the processed surface greatly affects the optical characteristics, it is preferable to perform the melting step after the previous processing step such as an ablation step.

ただし、従来のレーザ加工装置では、互いに異なるレーザ特性(波長、パルス幅、繰返し周波数、平均出力、パワー密度、発信モード(連続波かパルス波か)等)をもつ複数のレーザ光を用いてレーザ加工を行う場合、各レーザ光をそれぞれ個別の出射部を有する各光学系から照射する。そのため、本実施形態のように、アブレーション加工(非熱加工)に適したレーザ特性と溶融加工(熱加工)に適したレーザ特性という異なるレーザ特性をもつ2つのレーザ光により、ワーク35上の同一箇所(同じ被加工箇所)をレーザ加工しようとする場合、各レーザ光におけるワーク上のビームスポット内のエネルギー分布中心位置や結像位置を位置合わせするという困難な位置合わせ作業が必要となる。この位置合わせの精度が不十分であると、ノズル孔の真円度や対称性が損なわれ、液体吐出ヘッドのインク吐出特性が低下してしまう。特に、本実施形態では、レーザ光により孔開けする各ノズル孔の直径が10[μm]以下であり、このようなノズル孔間におけるノズル径のばらつきを抑制するためには、サブミクロンレベルの位置合わせが必要となる。   However, a conventional laser processing apparatus uses a plurality of laser beams having different laser characteristics (wavelength, pulse width, repetition frequency, average output, power density, transmission mode (continuous wave or pulse wave), etc.). When processing, each laser beam is irradiated from each optical system having an individual emitting portion. Therefore, as in this embodiment, two laser beams having different laser characteristics, that is, laser characteristics suitable for ablation processing (non-thermal processing) and laser characteristics suitable for melt processing (thermal processing), are identical on the workpiece 35. When laser processing is to be performed on a location (the same location to be processed), it is necessary to perform a difficult alignment operation of aligning the energy distribution center position and the imaging position in the beam spot on the workpiece with each laser beam. If the alignment accuracy is insufficient, the roundness and symmetry of the nozzle holes are impaired, and the ink discharge characteristics of the liquid discharge head are deteriorated. In particular, in the present embodiment, the diameter of each nozzle hole drilled by laser light is 10 [μm] or less, and in order to suppress such a variation in nozzle diameter between the nozzle holes, a position on the submicron level is used. Matching is required.

また、レーザ光ごとに個別の出射部を有する各光学系から複数のレーザ光を照射する構成では、仮に初期時には精度良く位置合わせできても、光学系の経時的な光軸ズレやパルス特性の変動などによって、位置合わせがズレてくることがある。そのため、このような構成では、経時的に安定した加工品質を得ることも難しい。   In addition, in the configuration in which a plurality of laser beams are irradiated from each optical system having an individual emitting part for each laser beam, even if the alignment can be performed with high accuracy at the initial stage, the optical axis shift with time and the pulse characteristics of the optical system can be reduced. The alignment may shift due to fluctuations. Therefore, with such a configuration, it is difficult to obtain a stable processing quality over time.

このような位置合わせの精度の低下による各種不具合は、インク孔のレーザ加工に限らず、異なるレーザ特性をもつ複数のレーザ光により加工対象物上の同一箇所(同じ被加工箇所)をレーザ加工する場合には、あらゆるレーザ加工で生じ得る。   Various problems due to such a decrease in alignment accuracy are not limited to laser processing of ink holes, but laser processing is performed on the same location (the same location to be processed) on a workpiece by using a plurality of laser beams having different laser characteristics. In some cases, this can occur with any laser processing.

そこで、本実施形態においては、互いに異なる繰返し周波数(レーザ特性)をもつ2つのパルスレーザ光を共通の出射部である出力ヘッド部72から出射して、各レーザ光により加工対象物上の同一箇所(同じ被加工箇所)をレーザ加工するように構成されている。これにより、このような2つのパルスレーザ光を個別の出射部を有する各光学系から出射する構成において必要であった当該2つのパルスレーザ光間における位置合わせ作業が不要となる。   Therefore, in the present embodiment, two pulsed laser beams having different repetition frequencies (laser characteristics) are emitted from the output head unit 72, which is a common emitting unit, and the same location on the workpiece by each laser beam. It is configured to laser-process (the same processed part). This eliminates the need for alignment work between the two pulse laser beams, which is necessary in the configuration in which such two pulse laser beams are emitted from the optical systems having the individual emission portions.

図9(a)及び(b)は、本実施形態における2つのパルスレーザ光を出力するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
パルスレーザ光のパルス発生タイミング、言い換えれば、パルス発振の繰返し周波数は、レーザ発振器11に設けられるパルスジェネレータ73で生成される基準クロックPCLOKによって決まる。ガルバノスキャナ制御部20は、パルスジェネレータ73からの基準クロックPCLOKに同期するように、シードLD74の点灯信号(トリガ信号)を生成する。シードLD74は、トリガ信号が立ち上がっている期間のみ点灯するため、パルスレーザ光はトリガ信号が立ち上がっている期間(レーザ照射可能期間)のみ発振して出力される。
FIGS. 9A and 9B are timing charts showing an example of timing for outputting two pulsed laser beams in the present embodiment.
The pulse generation timing of the pulse laser beam, in other words, the repetition frequency of the pulse oscillation is determined by the reference clock PCLOCK generated by the pulse generator 73 provided in the laser oscillator 11. The galvano scanner control unit 20 generates a lighting signal (trigger signal) for the seed LD 74 so as to be synchronized with the reference clock PCLOCK from the pulse generator 73. Since the seed LD 74 is lit only during the period when the trigger signal is rising, the pulse laser beam is oscillated and output only during the period when the trigger signal is rising (laser irradiation possible period).

本実施形態において、パルスジェネレータ73からの基準クロックPCLOKは、制御PC40からの受け取る発振条件に従って、2段階に切り換え可能である。具体的には、パルスジェネレータ73は、例えば、100k[Hz]の第一基準クロックPCLOK1と、100M[Hz]の第二基準クロックPCLOK2とを生成できる。これにより、第二基準クロックPCLOK2により出力される第二パルスレーザ光は、第一基準クロックPCLOK1により出力される第一パルスレーザ光の繰返し周波数の1000倍となる繰返し周波数をもつものとなる。   In the present embodiment, the reference clock PCLOCK from the pulse generator 73 can be switched in two stages according to the oscillation condition received from the control PC 40. Specifically, the pulse generator 73 can generate, for example, a first reference clock PCLOK1 of 100 k [Hz] and a second reference clock PCLOK2 of 100 M [Hz]. Thereby, the second pulse laser beam output by the second reference clock PCLOK2 has a repetition frequency that is 1000 times the repetition frequency of the first pulse laser beam output by the first reference clock PCLOK1.

平均出力が10[W]であるとすると、1パルスあたりのエネルギーは0.01[μJ]となり、パルス幅が100[p秒]でビームスポット径が30[μm]であるとすると、パワー密度は34G[W/cm]となる。したがって、本実施形態において、繰返し周波数が100k[Hz]である第一基準クロックPCLOK1では、パワー密度が34G[W/cm]である第一パルスレーザ光を照射し、繰返し周波数が100M[Hz]である第二基準クロックPCLOK2では、パワー密度が34M[W/cm]である第一パルスレーザ光を照射することができる。すなわち、本実施形態では、平均出力及びパルス幅が共通に設定してあるため、第一基準クロックPCLOK1よりも繰返し周波数が1000倍大きい第二基準クロックPCLOK2による第二パルスレーザ光のパワー密度は、第一基準クロックPCLOK1による第一パルスレーザ光の1000分の1となっている。 If the average output is 10 [W], the energy per pulse is 0.01 [μJ], the pulse width is 100 [p seconds], and the beam spot diameter is 30 [μm]. Is 34 G [W / cm 2 ]. Therefore, in the present embodiment, the first reference clock PCLOK1 having a repetition frequency of 100 k [Hz] is irradiated with the first pulse laser beam having a power density of 34 G [W / cm 2 ], and the repetition frequency is 100 M [Hz]. The second reference clock PCLOK2 can be irradiated with a first pulse laser beam having a power density of 34M [W / cm 2 ]. That is, in this embodiment, since the average output and the pulse width are set in common, the power density of the second pulse laser beam by the second reference clock PCLOK2 having a repetition frequency 1000 times larger than that of the first reference clock PCLOCK1 is This is 1/1000 of the first pulse laser beam by the first reference clock PCLOK1.

本実施形態では、第一基準クロックPCLOK1による高いパワー密度をもつ第一パルスレーザ光を用いてアブレーション加工によりノズル孔を形成するアブレーション工程を行う。その後、基準クロックを第二基準クロックPCLOK2に切り替えて、低いパワー密度をもつ第二パルスレーザ光により、形成したノズル孔の内部や周囲に生成される不要物を溶融させて除去する溶融工程を実施する。   In the present embodiment, an ablation process is performed in which nozzle holes are formed by ablation using a first pulse laser beam having a high power density by the first reference clock PCLOK1. After that, the reference clock is switched to the second reference clock PCLOK2, and a melting process is performed to melt and remove unnecessary materials generated in and around the formed nozzle holes with a second pulse laser beam having a low power density. To do.

なお、本実施形態では、平均出力及びパルス幅を共通とし、繰返し周波数のみを異ならせて、アブレーション加工用の第一パルスレーザ光と溶融加工用の第二パルスレーザ光とを共通の出力ヘッド部72から出射する構成であるが、これに限られない。例えば、繰返し周波数に代えて、又は、繰返し周波数とともに、平均出力やパルス幅などの他のレーザ特性を異ならせることにより、アブレーション加工用の第一パルスレーザ光と溶融工程用の第二パルスレーザ光とを共通の出力ヘッド部72から出射する構成としてもよい。   In this embodiment, the average output and the pulse width are made common, only the repetition frequency is changed, and the first pulse laser light for ablation processing and the second pulse laser light for melt processing are used as a common output head unit. Although it is the structure radiate | emitted from 72, it is not restricted to this. For example, the first pulse laser beam for ablation processing and the second pulse laser beam for the melting process can be changed by changing other laser characteristics such as average output and pulse width in place of the repetition frequency or in combination with the repetition frequency. May be emitted from the common output head unit 72.

なお、アブレーション工程時に用いる第一パルスレーザ光は、アブレーション加工が可能なレーザ特性をもっていれば、そのレーザ特性に特に制限ないが、パワー密度が5G[W/cm]以上であることが好ましい。また、溶融工程時に用いる第二パルスレーザ光も、溶融加工が可能なレーザ特性をもっていれば、そのレーザ特性に特に制限ないが、パワー密度が1M[W/cm]以上1G[W/cm]以下であることが好ましい。 The first pulse laser beam used in the ablation process is not particularly limited as long as it has laser characteristics that can be ablated, but the power density is preferably 5 G [W / cm 2 ] or more. Also, the second pulse laser beam used in the melting step is not particularly limited as long as it has laser characteristics capable of melting processing, but the power density is 1 M [W / cm 2 ] or more and 1 G [W / cm 2]. It is preferable that

本実施形態においては、アブレーション加工用の第一パルスレーザ光は、繰返し周波数が1M[Hz]以下で、かつ、パワー密度が5G[W/cm]以上であり、このときのエネルギー密度(フルエンス)が5[J/cm]以下であるレーザ特性であるのが好適である。また、溶融加工用の第二パルスレーザ光は、繰返し周波数が5M[Hz]以上で、かつ、パワー密度が1G[W/cm]以下であり、このときのエネルギー密度(フルエンス)が1[J/cm]以下であるレーザ特性であるのが好適である。溶融加工用の第二パルスレーザ光は、繰返し周波数を極端に高められることで、ビームスポット内でワーク35に熱が蓄積され、ワーク35を溶解される閾値まで温度を高めることができる。 In the present embodiment, the first pulse laser beam for ablation processing has a repetition frequency of 1 M [Hz] or less and a power density of 5 G [W / cm 2 ] or more. At this time, the energy density (fluence) ) Is preferably 5 [J / cm 2 ] or less. The second pulse laser beam for melt processing has a repetition frequency of 5 M [Hz] or more and a power density of 1 G [W / cm 2 ] or less, and the energy density (fluence) at this time is 1 [ J / cm 2 ] or less is preferable. The second pulse laser beam for melting processing can be increased in temperature up to a threshold value at which heat is accumulated in the work 35 in the beam spot and the work 35 is melted by increasing the repetition frequency extremely.

本実施形態においては、以上のような2つのパルスレーザ光を用いて、ワーク35の同一箇所をレーザ加工する。具体的には、制御PC40は、上述したとおり、ワーク35上の第一被加工部分N=1を加工処理するための第一停止位置でキャリッジ25を停止させた後(S7)、キャリッジ25の主走査方向位置をリニアエンコーダ28からのアドレス信号に基づいて取得する。そして、制御PC40が管理している目標停止位置と実際に停止したキャリッジ25の位置との差分を検出し、これをキャリア位置ズレ量Δxとし、メモリに一時保存する。その後、制御PC40は、メモリから、ワークズレ量Δx,Δy,Δφとキャリッジ位置ズレ量Δxを読み出し、上述した式(3−1)〜(3−3)より、オフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを算出する(S8)。 In the present embodiment, the same portion of the workpiece 35 is laser processed using the two pulse laser beams as described above. Specifically, as described above, the control PC 40 stops the carriage 25 at the first stop position for processing the first processed portion N = 1 on the workpiece 35 (S7), and then the carriage 25 The main scanning direction position is acquired based on the address signal from the linear encoder 28. Then, to detect the difference between the position of the carriage 25 which control PC40 has actually stopped the target stop position which manages, which was the carrier position deviation amount [Delta] x c, is temporarily stored in the memory. Thereafter, the control PC 40 reads the work shift amounts Δx w , Δy w , Δφ w and the carriage position shift amount Δx c from the memory, and uses the offset values ΔDxi, ΔDyi from the equations (3-1) to (3-3) described above. , ΔDφi is calculated (S8).

続いて、制御PC40は、ノズル孔の加工データを読み出し、算出したオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを用いて、加工データの座標原点をオフセットさせる。そして、制御PC40は、第一停止位置において、オフセット後の座標原点を基準にした加工データに基づいて、ワーク35上の第一被加工部分N=1に対し、ノズル孔の孔開け加工(アブレーション加工)をアブレーション加工用の加工条件で実施する(S9)。   Subsequently, the control PC 40 reads the nozzle hole machining data, and offsets the coordinate origin of the machining data using the calculated offset values ΔDxi, ΔDyi, ΔDφi. Then, at the first stop position, the control PC 40 performs nozzle hole drilling (ablation) on the first workpiece portion N = 1 on the workpiece 35 based on the machining data based on the coordinate origin after the offset. Processing) is performed under the processing conditions for ablation processing (S9).

具体的には、ガルバノスキャナ制御部20により、オフセット後の座標原点を基準にした加工データに基づいて、最初のノズル孔の加工目標位置にビームスポットが位置決めされるようにガルバノスキャナ21のスキャン角度を固定する。その後、パルスジェネレータ73から第一基準クロックPCLOK1を出力させて高いパワー密度の第一パルスレーザ光を発振させ、その第一パルスレーザ光によりワーク35上の第一被加工部分N=1に最初のノズル孔を形成するアブレーション加工を実施する。   Specifically, the galvano scanner control unit 20 scans the galvano scanner 21 so that the beam spot is positioned at the processing target position of the first nozzle hole based on the processing data based on the coordinate origin after the offset. To fix. Thereafter, the first reference clock PCLOK1 is output from the pulse generator 73 to oscillate a first pulse laser beam having a high power density, and the first pulse laser beam causes the first processed portion N = 1 on the workpiece 35 to be first. Ablation processing is performed to form nozzle holes.

このようにして、最初のノズル孔を形成するアブレーション加工を終えたら、続いて、制御PC40は、加工条件を溶融加工用の加工条件へ切り替え、同じノズル孔に向けて、今度はノズル孔内やその周囲の不要物を除去する溶融加工を溶融加工用の加工条件で実施する(S10)。すなわち、上述したとおり、パルスジェネレータ73から第二基準クロックPCLOK2を出力させて低いパワー密度の第二パルスレーザ光を発振させ、その第二パルスレーザ光によりワーク35上の第一被加工部分N=1に形成された最初のノズル孔内やその周囲の不要物を溶融して除去する溶融加工を実施する。   After finishing the ablation processing for forming the first nozzle hole in this way, the control PC 40 then switches the processing conditions to the processing conditions for melt processing, and toward the same nozzle hole, this time in the nozzle hole or Melt processing for removing unnecessary unnecessary objects is performed under the processing conditions for melt processing (S10). That is, as described above, the second reference clock PCLOK2 is output from the pulse generator 73 to oscillate a second pulse laser beam having a low power density, and the first processed portion N = Melting processing is performed to melt and remove unnecessary materials in and around the first nozzle hole formed in 1.

図10は、アブレーション加工及び溶融加工を説明するための説明図である。
アブレーション加工によりノズル孔の孔開け加工を行う場合、図10中点線で示すように、その加工面35aには、レーザアブレーション(レーザ吸収部の爆発)に伴う飛散物等の不要物が付着したり、レーザパルスによる周期的な凹凸が形成されたり、あるいは、ノズル孔の周縁にデブリ35bが堆積したりする。本実施形態では、最初のノズル孔を形成するアブレーション加工を終えたら、続いて、その最初のノズル孔に対し、今度は溶融加工用の加工条件で溶融加工を実施する。これにより、図10中実線で示すように、ノズル孔が完全に貫通するとともに、不要物やデブリ35b及び凹凸部分が溶解して加工面35aが凹凸のない平滑な鏡面35cとなる。
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining ablation processing and melt processing.
When the nozzle hole is drilled by ablation, as shown by the dotted line in FIG. 10, unwanted objects such as scattered matter accompanying laser ablation (explosion of the laser absorbing portion) adhere to the processed surface 35a. Periodic unevenness due to the laser pulse is formed, or debris 35b is deposited on the periphery of the nozzle hole. In the present embodiment, after the ablation process for forming the first nozzle hole is finished, the melt process is subsequently performed on the first nozzle hole under the process conditions for the melt process. As a result, as shown by the solid line in FIG. 10, the nozzle hole penetrates completely, and unnecessary objects, debris 35b, and uneven portions are dissolved, and the processed surface 35a becomes a smooth mirror surface 35c without unevenness.

ワーク35上の第一被加工部分N=1において、ガルバノスキャナ制御部20によりガルバノスキャナ21のスキャン角度を順次変更して、各ノズル孔の加工目標位置に対し、上述したアブレーション加工と溶融加工とを順次実施する。そして、ワーク35上の第一被加工部分N=1に対するすべてのノズル孔の孔開け加工を終えたら、制御PC40は、ワーク35の被加工部分番号Nを2にセットし(S6)、主走査制御部24によりステッピングモータ26を制御して、ワーク35上の第二被加工部分N=2を加工処理するための第二停止位置へキャリッジを移動させる(S7)。その後、第一停止位置の場合と同様、第二停止位置において、各ノズル孔の加工目標位置に対して上述したアブレーション加工と溶融加工とを順次実施する(S9,S10)。第二停止位置での加工処理も終了したら、同様に、第三停止位置及び第四停止位置においても、各ノズル孔の加工目標位置に対して上述したアブレーション加工と溶融加工とを順次実施する(S9,10)。そして、第四停止位置での加工処理が終了したら(S11のYes)、ホームポジションに戻る。   In the first processed portion N = 1 on the work 35, the galvano scanner control unit 20 sequentially changes the scan angle of the galvano scanner 21, and the above-described ablation processing and fusion processing are performed on the processing target position of each nozzle hole. Are carried out sequentially. When the drilling of all the nozzle holes for the first processed portion N = 1 on the workpiece 35 is finished, the control PC 40 sets the processed portion number N of the workpiece 35 to 2 (S6), and the main scanning The control unit 24 controls the stepping motor 26 to move the carriage to the second stop position for processing the second processed portion N = 2 on the workpiece 35 (S7). Thereafter, as in the case of the first stop position, at the second stop position, the above-described ablation processing and melting processing are sequentially performed on the processing target positions of the respective nozzle holes (S9, S10). When the processing at the second stop position is finished, similarly, the above-described ablation processing and melt processing are sequentially performed on the processing target positions of the nozzle holes at the third stop position and the fourth stop position ( S9, 10). When the processing at the fourth stop position is completed (Yes in S11), the home position is restored.

一方、副走査方向については、キャリッジ25が第四停止位置へ移動して加工処理を終了した後(S11のYes)、次に第一停止位置での加工処理を開始するまでに、制御PC40は、副走査制御部30によりステッピングモータ31を制御して、ワーク35をワーク搬送方向Bへ150[mm]だけ移動させる(S13)。そして、再び、キャリッジ25を第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置、第四停止位置に順次移動させてアブレーション加工及び溶融加工の両方を実施する(S5〜S11)。   On the other hand, in the sub-scanning direction, after the carriage 25 moves to the fourth stop position and finishes the processing process (Yes in S11), the control PC 40 starts until the next processing process at the first stop position is started. Then, the sub-scanning control unit 30 controls the stepping motor 31 to move the workpiece 35 by 150 [mm] in the workpiece conveyance direction B (S13). Then, again, the carriage 25 is sequentially moved to the first stop position, the second stop position, the third stop position, and the fourth stop position, and both the ablation process and the melting process are performed (S5 to S11).

ワーク35上における被加工部分がそれぞれ独立したものであれば、キャリッジ25の各停止位置は、それぞれの加工領域36が離間するような位置であってもよい。しかしながら、被加工部分が独立したものではなく、複数の被加工部分によって1つの加工対象となる場合には、キャリッジ25の各停止位置やワークの各停止位置を、それぞれの加工領域36が隣接又は部分的に重複するような位置とする必要がある。そのような場合には、8個のピース(被加工部分)間に数十[μm]程度のオーバーラップ領域を設け、隣り合う被加工部分が互いに部分的に重複するように、各ピース(被加工部分)を設定してもよい。   As long as the parts to be processed on the workpiece 35 are independent from each other, the stop positions of the carriage 25 may be positions where the respective processing regions 36 are separated from each other. However, when the parts to be processed are not independent, but are to be processed by a plurality of parts to be processed, each stop position of the carriage 25 and each stop position of the workpiece are respectively adjacent to the respective processing regions 36 or It is necessary to set the position so as to partially overlap. In such a case, an overlap region of about several tens [μm] is provided between the eight pieces (processed parts), and each piece (processed part) is overlapped so that adjacent process parts partially overlap each other. A processing portion) may be set.

以上のようにして主走査方向及び副走査方向への移動を行いながら、8個のピース(被加工部分N=1〜8)に対する加工処理を終了したら(S12のYes)、600[mm]×300[mm]の加工対象全体の加工処理が完了する。したがって、ユーザーPは、本レーザ加工装置の前面から加工テーブル32を引き出して、引き出された加工テーブル32上のワーク35を取り出し、加工後のワーク35を次工程へ移送する。   When the processing for the eight pieces (the processed portion N = 1 to 8) is completed while moving in the main scanning direction and the sub-scanning direction as described above (Yes in S12), 600 [mm] × Processing of the entire processing target of 300 [mm] is completed. Therefore, the user P pulls out the processing table 32 from the front surface of the laser processing apparatus, takes out the workpiece 35 on the extracted processing table 32, and transfers the processed workpiece 35 to the next process.

本実施形態においては、レーザ特性の異なる2つのパルスレーザ光により、ワーク35上の同一箇所をレーザ加工するものであり、同一材質に対して段階的に加工を行うものである。本実施形態では、アブレーション加工用の第一パルスレーザ光と溶融工程用の第二パルスレーザ光とを共通の出力ヘッド部72から出射する構成であるため、このような2つのパルスレーザ光を個別の出射部を有する各光学系から出射する構成において必要であった当該2つのパルスレーザ光間における位置合わせ作業が不要となる。   In this embodiment, the same part on the workpiece 35 is laser-processed by two pulsed laser beams having different laser characteristics, and the same material is processed stepwise. In the present embodiment, since the first pulse laser beam for ablation processing and the second pulse laser beam for the melting process are emitted from the common output head unit 72, such two pulse laser beams are individually supplied. The alignment work between the two pulse laser beams, which is necessary in the configuration in which the light is emitted from each optical system having the light emitting portion, becomes unnecessary.

特に、本実施形態では、ガルバノスキャナ21を含む光学系全体を固定したまま、第一パルスレーザ光によるアブレーション加工と第二パルスレーザ光による溶融加工とを続けて実施する構成となっているため、アブレーション加工と溶融加工との間で加工位置ずれが生じることがなく、高精度なレーザ加工が実現できる。   In particular, in the present embodiment, since the entire optical system including the galvano scanner 21 is fixed, the ablation processing by the first pulse laser light and the melting processing by the second pulse laser light are continuously performed. Processing position shift does not occur between ablation processing and melt processing, and high-precision laser processing can be realized.

なお、これに限らず、例えば、ワーク35上の各被加工部分に対し、ガルバノスキャナ21のスキャン角度を順次変更しながらアブレーション加工によりすべてのノズル孔を形成した後、キャリッジ25を固定したまま、再び同じ被加工部分について、ガルバノスキャナ21のスキャン角度を順次変更しながら各ノズル孔に対して溶融加工を実施するようにしてもよい。
また、例えば、キャリッジ25を順次移動させてワーク35上の第一被加工部分から第四被加工部分に対してアブレーション加工によりすべてのノズル孔を形成した後、再び第一被加工部分から第四被加工部分に対して各ノズル孔に対して溶融加工を実施するようにしてもよい。
Not limited to this, for example, after forming all nozzle holes by ablation while sequentially changing the scan angle of the galvano scanner 21 for each part to be processed on the workpiece 35, the carriage 25 remains fixed. Again, melt processing may be performed on each nozzle hole while sequentially changing the scan angle of the galvano scanner 21 for the same processed portion again.
Further, for example, after all the nozzle holes are formed by ablation processing from the first processed portion on the work 35 to the fourth processed portion by moving the carriage 25 sequentially, the fourth processed portion is again moved from the first processed portion to the fourth processed portion. You may make it implement a melt process with respect to each nozzle hole with respect to a to-be-processed part.

〔変形例1〕
次に、本実施形態におけるレーザ加工処理の一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
上述した実施形態は、インクジェットプリンタ等の液体を吐出する装置に用いられる液体吐出ヘッドのノズル板にノズル孔を形成する加工処理であったが、本変形例1は、生体検査等に利用されるマイクロ流路の溝加工を行う加工処理である。なお、基本的な構成及び動作は上述した実施形態と同様であるため、以下、上述した実施形態とは異なる点を中心に説明する。
[Modification 1]
Next, a modified example of the laser processing in the present embodiment (hereinafter referred to as “modified example 1”) will be described.
In the above-described embodiment, the processing for forming the nozzle holes in the nozzle plate of the liquid ejection head used in the apparatus for ejecting liquid such as an ink jet printer is used. However, the first modification is used for biopsy or the like. This is a processing process for performing micro-channel groove processing. Since the basic configuration and operation are the same as those in the above-described embodiment, the description below will focus on differences from the above-described embodiment.

図11は、本変形例1におけるマイクロ流路の溝加工時のアブレーション加工及び溶融加工を説明するための説明図である。
マイクロ流路の溝加工を行う場合、まず、制御PC40は、ワーク35上の第一被加工部分N=1を加工処理するための第一停止位置でキャリッジ25を停止させ、オフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを算出したら、溝加工用の加工データを読み出し、算出したオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを用いて、加工データの座標原点をオフセットさせる。そして、制御PC40は、第一停止位置において、オフセット後の座標原点を基準にした加工データに基づいて、ワーク35上の第一被加工部分N=1に対し、アブレーション加工用の加工条件で溝加工(アブレーション加工)を実施する。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining ablation processing and melt processing at the time of groove processing of the microchannel according to the first modification.
When performing the groove processing of the micro flow path, first, the control PC 40 stops the carriage 25 at the first stop position for processing the first processed portion N = 1 on the workpiece 35, and offset values ΔDxi, ΔDyi. , ΔDφi is read, the processing data for groove processing is read out, and the coordinate origin of the processing data is offset using the calculated offset values ΔDxi, ΔDyi, ΔDφi. Then, at the first stop position, the control PC 40 sets the groove under the processing conditions for ablation processing on the first processed portion N = 1 on the workpiece 35 based on the processing data based on the coordinate origin after the offset. Perform processing (ablation processing).

具体的には、ガルバノスキャナ制御部20により、オフセット後の座標原点を基準にした加工データに基づいて、一方のガルバノミラー21aのスキャン角度を固定した状態で、他方のガルバノミラー21aのスキャン角度を変化させながら、パルスジェネレータ73から第一基準クロックPCLOK1を出力させて高いパワー密度の第一パルスレーザ光を発振させ、その第一パルスレーザ光によりワーク35上の第一被加工部分N=1に対し、アブレーション加工により1ライン分の溝を形成する。   Specifically, the galvano scanner control unit 20 fixes the scan angle of the other galvanometer mirror 21a in a state where the scan angle of one galvanometer mirror 21a is fixed based on the processing data based on the coordinate origin after the offset. While changing, the first reference clock PCLOK1 is output from the pulse generator 73 to oscillate the first pulse laser beam with high power density, and the first pulse laser beam causes the first processed portion N = 1 on the workpiece 35 to be oscillated. In contrast, a groove for one line is formed by ablation.

このようにして、ワーク35上の第一被加工部分N=1に対する1ライン分のアブレーション加工を終えたら、続いて、制御PC40は、加工条件を溶融加工用の加工条件へ切り替え、同じラインについて、今度は溝内やその周囲の不要物を除去する溶融加工を溶融加工用の加工条件で実施する。すなわち、パルスジェネレータ73から第二基準クロックPCLOK2を出力させて低いパワー密度の第二パルスレーザ光を発振させ、その第二パルスレーザ光によりワーク35上の第一被加工部分N=1に形成された溝内やその周囲の不要物を溶融して除去する溶融加工を実施する。   When the ablation processing for one line for the first workpiece portion N = 1 on the workpiece 35 is completed in this way, the control PC 40 then switches the processing conditions to the processing conditions for melting and processing for the same line. This time, melt processing for removing unnecessary materials in and around the groove is performed under the processing conditions for melt processing. That is, the second reference clock PCLOK2 is output from the pulse generator 73 to oscillate a second pulse laser beam having a low power density, and the second pulse laser beam forms the first processed portion N = 1 on the workpiece 35. A melting process is performed to melt and remove unnecessary materials in and around the groove.

ワーク35上の第一被加工部分N=1において、ガルバノスキャナ制御部20により、一方のガルバノスキャナ21のスキャン角度を順次変更して、すべてのラインに対し、上述したアブレーション加工と溶融加工とを順次実施する。そして、ワーク35上の第一被加工部分N=1に対するすべての溝加工を終えたら、上述した実施形態と同様、すべての被加工部分に対する溝加工を行っていく。   In the first processed part N = 1 on the workpiece 35, the galvano scanner control unit 20 sequentially changes the scan angle of one galvano scanner 21 to perform the above-described ablation and melting processes on all the lines. Implement sequentially. Then, when all the grooving for the first processed portion N = 1 on the workpiece 35 is finished, the grooving is performed for all the processed portions as in the above-described embodiment.

本変形例1においても、アブレーション加工により溝加工を行う場合、図11中点線で示すように、その加工面35aには、レーザアブレーション(レーザ吸収部の爆発)に伴う飛散物等の不要物が付着したり、レーザパルスによる周期的な凹凸が形成されたりする。本変形例1では、1ライン分の溝を形成するアブレーション加工を終えたら、続いて、その溝に対し、今度は溶融加工用の加工条件で溶融加工を実施する。これにより、図11中実線で示すように、不要物や凹凸部分が溶解して加工面35aが凹凸のない平滑な鏡面35cとなる。   Also in this modification 1, when performing groove processing by ablation processing, as shown by a dotted line in FIG. 11, the processing surface 35 a is free of unwanted materials such as scattered matter due to laser ablation (explosion of the laser absorbing portion). Adhering or periodic irregularities due to laser pulses may be formed. In the first modification, after the ablation process for forming the groove for one line is finished, the melt process is subsequently performed on the groove under the process conditions for the melt process. As a result, as shown by a solid line in FIG. 11, unnecessary parts and uneven portions are dissolved, and the processed surface 35 a becomes a smooth mirror surface 35 c without uneven portions.

〔変形例2〕
次に、本実施形態におけるレーザ加工処理の他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
上述した実施形態は、ガルバノスキャナ制御部20から出力されるトリガ信号が立ち上がっている期間(レーザ照射可能期間)は、パルスレーザ光がずっと発振しつづける構成となっている。一般に、溶融加工は制御が難しく、例えば、融点を超える蓄熱状態が加工後も続くと、加工形状が変形してしまう。また、融点を超えない場合においても、酸化による焦げ等が発生し、ワーク表面を劣化させてしまうこともある。そのため、高い加工品質を得るためには、トリガ信号が立ち上がっている期間(レーザ照射可能期間)の中で、パワー密度あるいはエネルギー密度を制御することが望まれる。
[Modification 2]
Next, another modified example of the laser processing in the present embodiment (hereinafter, this modified example is referred to as “modified example 2”) will be described.
The above-described embodiment is configured such that the pulse laser beam continues to oscillate during the period in which the trigger signal output from the galvano scanner control unit 20 rises (the laser irradiation possible period). Generally, melt processing is difficult to control. For example, if a heat storage state exceeding the melting point continues even after processing, the processing shape is deformed. Even when the melting point is not exceeded, scorching due to oxidation may occur and the work surface may be deteriorated. Therefore, in order to obtain high processing quality, it is desired to control the power density or energy density during the period when the trigger signal rises (the period during which laser irradiation is possible).

図12は、本変形例2における溶融加工用の第二パルスレーザ光を出力するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
本変形例2においては、制御PC40の制御の下で生成されるバーストゲート信号を用いる。すなわち、本変形例2では、ガルバノスキャナ制御部20からのトリガ信号が立ち上がっている期間(レーザ照射可能期間)であっても、バーストゲート信号が立ち上がっていない期間は、シードLD74が点灯せず、パルスレーザ光は出力されない。したがって、本変形例2では、バーストゲート信号の立ち上がり期間を適宜変更することにより、ガルバノスキャナ制御部20からのトリガ信号が立ち上がっている期間が一定であっても、当該期間内におけるパルスレーザ光の出力時間(レーザ光照射時間)を調整できる。すなわち、ガルバノスキャナ制御部20からのトリガ信号が立ち上がっている期間が一定であっても、溶融加工用の第二パルスレーザ光のパワー密度あるいはエネルギー密度を調整することができる。
FIG. 12 is a timing chart showing an example of timing for outputting the second pulse laser beam for melt processing in the second modification.
In the second modification, a burst gate signal generated under the control of the control PC 40 is used. That is, in the second modification, even if the trigger signal from the galvano scanner controller 20 is rising (laser irradiation possible period), the seed LD 74 is not lit during the period when the burst gate signal is not rising, Pulse laser light is not output. Therefore, in the second modification, by appropriately changing the rising period of the burst gate signal, even if the period during which the trigger signal from the galvano scanner control unit 20 is rising is constant, the pulse laser beam within the period is fixed. The output time (laser beam irradiation time) can be adjusted. That is, even if the period during which the trigger signal from the galvano scanner control unit 20 rises is constant, the power density or energy density of the second pulse laser beam for melt processing can be adjusted.

本変形例2においては、バーストゲート信号の立ち上がり期間を適宜変更することにより、ガルバノスキャナ制御部20からのトリガ信号が立ち上がっている期間(レーザ照射可能期間)から、レーザ光照射時間の一部を間引くことができる。これにより、溶融加工後に瞬時に固形化して劣化の進行が抑制されるような適切な溶融加工条件に調整することが可能となり、高い加工品質が得られる。   In the second modification, by appropriately changing the rising period of the burst gate signal, a part of the laser beam irradiation time is obtained from the period (laser irradiation possible period) in which the trigger signal from the galvano scanner control unit 20 is rising. Can be thinned out. This makes it possible to adjust to an appropriate melt processing condition that solidifies instantaneously after the melt processing and suppresses the progress of deterioration, and high processing quality is obtained.

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
レーザ光を加工対象物に照射するレーザ発振器11等のレーザ光照射手段と、前記レーザ光照射手段を制御する制御PC40やレーザドライバ部10等の制御手段とを有するレーザ加工装置において、前記レーザ光照射手段は、互いに異なる繰返し周波数等のレーザ特性をもつ第一パルスレーザ光及び第二パルスレーザ光等の複数のレーザ光を出力ヘッド部72等の共通の出射部から出射するものであり、前記制御手段は、前記加工対象物上の被加工箇所に前記複数のレーザ光のうちの一のレーザ光を照射した後、該被加工箇所と同一箇所に該複数のレーザ光のうちの他のレーザ光を照射するように、前記レーザ光照射手段を制御することを特徴とする。
本態様によれば、互いに異なるレーザ特性(波長、パルス幅、繰返し周波数、平均出力、パワー密度、発信モード(連続波かパルス波か)等)をもつ複数のレーザ光を共通の出射部から出射して、各レーザ光により加工対象物上の同一箇所(同じ被加工箇所)をレーザ加工することができる。これにより、当該複数のレーザ光を個別の出射部を有する各光学系から出射する従来の構成において必要であった当該複数のレーザ光間の位置合わせ作業が不要となる。
What was demonstrated above is an example, and there exists an effect peculiar for every following aspect.
(Aspect A)
In a laser processing apparatus having a laser beam irradiation unit such as a laser oscillator 11 that irradiates a workpiece with a laser beam, and a control unit such as a control PC 40 or a laser driver unit 10 that controls the laser beam irradiation unit, the laser beam The irradiating means emits a plurality of laser beams such as a first pulse laser beam and a second pulse laser beam having laser characteristics such as different repetition frequencies from a common emitting portion such as the output head portion 72, and the like. The control means irradiates one of the plurality of laser beams on the workpiece on the workpiece, and then another laser of the plurality of laser beams at the same location as the workpiece. The laser light irradiation means is controlled so as to irradiate light.
According to this aspect, a plurality of laser beams having different laser characteristics (wavelength, pulse width, repetition frequency, average output, power density, transmission mode (continuous wave or pulse wave), etc.) are emitted from a common emission part. And the same location (same processing location) on a processing object can be laser-processed by each laser beam. Thereby, the alignment operation between the plurality of laser beams, which is necessary in the conventional configuration in which the plurality of laser beams are emitted from the respective optical systems having the individual emission units, becomes unnecessary.

(態様B)
前記態様Aにおいて、前記複数のレーザ光は、少なくとも100k[Hz]等の第一繰返し周波数で発振した第一レーザ光と該第一繰返し周波数よりも高い100M[Hz]等の第二繰返し周波数で発振する第二レーザ光とを含み、前記制御手段は、前記加工対象物上の被加工箇所に前記第一レーザ光を照射した後、該被加工箇所と同一箇所に前記第二レーザ光を照射するように、前記レーザ光照射手段を制御することを特徴とする。
これによれば、第一レーザ光によりアブレーション加工(非熱加工)を実施した被加工箇所に存在する不要物や加工面の荒れなどを、第二レーザ光による溶融加工(熱加工)を実施して除去するという段階的なレーザ加工を、第一レーザ光と第二レーザ光との間における高い位置合わせ精度により、高い加工精度で実現できる。
(Aspect B)
In the aspect A, the plurality of laser beams include a first laser beam oscillated at a first repetition frequency such as at least 100 k [Hz] and a second repetition frequency such as 100 M [Hz] higher than the first repetition frequency. A second laser beam that oscillates, and the control means irradiates the first laser beam on a portion to be processed on the workpiece and then irradiates the second laser beam on the same portion as the portion to be processed. Thus, the laser beam irradiation means is controlled.
According to this, melting processing (thermal processing) using the second laser light is performed to remove unwanted materials and roughened surface of the processed surface where ablation processing (non-thermal processing) has been performed by the first laser light. The stepwise laser processing of removing the first laser beam and the second laser beam can be realized with high processing accuracy due to the high alignment accuracy between the first laser beam and the second laser beam.

(態様C)
前記態様Bにおいて、前記第一レーザ光のパワー密度は、5G[W/cm]以上であることを特徴とする。
これにより、高品質なアブレーション加工(非熱加工)を実現できる。
(Aspect C)
In the aspect B, the power density of the first laser light is 5 G [W / cm 2 ] or more.
Thereby, high-quality ablation processing (non-thermal processing) can be realized.

(態様D)
前記態様B又はCにおいて、前記第二レーザ光のパワー密度は、1G[W/cm]以下であることを特徴とする。
これにより、高品質な溶融加工(熱加工)を実現できる。
(Aspect D)
In the aspect B or C, the power density of the second laser light is 1 G [W / cm 2 ] or less.
Thereby, high-quality melt processing (thermal processing) can be realized.

(態様E)
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記レーザ光照射手段は、シードLD74等の共通の光源から発せられる光から前記複数のレーザ光を生成可能なレーザ発振器11を用い、前記複数のレーザ光は、時間幅が1μ秒以下であるパルスレーザ光であることを特徴とする。
これによれば、共通の光源を用いて、アブレーション加工(非熱加工)に適したレーザ光と溶融加工(熱加工)に適したレーザ光とを得やすい。
(Aspect E)
In any one of the aspects A to D, the laser beam irradiation means uses the laser oscillator 11 that can generate the plurality of laser beams from light emitted from a common light source such as a seed LD 74, and the plurality of lasers. The light is a pulse laser beam having a time width of 1 μsec or less.
According to this, it is easy to obtain a laser beam suitable for ablation processing (non-thermal processing) and a laser light suitable for melt processing (thermal processing) using a common light source.

(態様F)
前記態様A〜Eのいずれかの態様において、前記レーザ光照射手段からのレーザ光を走査するガルバノスキャナ21等の光走査手段を有することを特徴とする。
これによれば、迅速かつ正確な加工処理が可能となる。
(Aspect F)
In any one of the aspects A to E, the apparatus includes an optical scanning unit such as a galvano scanner 21 that scans the laser beam from the laser beam irradiation unit.
According to this, quick and accurate processing can be performed.

(態様G)
前記態様A〜Fのいずれかの態様において、前記制御手段は、前記被加工箇所に対するレーザ照射可能期間中における前記複数のレーザ光の少なくとも1つのレーザ光照射時間を調整する制御を行うことを特徴とする。
被加工箇所に対するレーザ照射可能期間中ずっとレーザ光が照射される構成では、安定した加工品質を得ることが困難な場合がある。本態様によれば、レーザ光照射時間を調整することで、被加工箇所に対するレーザ照射可能期間からレーザ光が照射されない時間を間引くことができる。これにより、被加工箇所に対するレーザ照射可能期間を固定したままでも、当該レーザ照射可能期間中のレーザ光照射時間が調整でき、安定した加工品質を得ることが容易になる。
(Aspect G)
In any one of the aspects A to F, the control unit performs control to adjust at least one laser beam irradiation time of the plurality of laser beams during a laser irradiation possible period with respect to the processing site. And
In the configuration in which the laser beam is irradiated all the time during which the laser beam can be irradiated on the part to be processed, it may be difficult to obtain a stable processing quality. According to this aspect, by adjusting the laser beam irradiation time, it is possible to thin out the time during which the laser beam is not irradiated from the laser irradiation possible period for the portion to be processed. Thereby, even if the laser irradiation possible period with respect to a to-be-processed part is fixed, the laser beam irradiation time in the said laser irradiation possible period can be adjusted, and it becomes easy to obtain the stable processing quality.

(態様H)
互いに異なるレーザ特性をもつ複数のレーザ光を共通の出射部から出射するレーザ光照射手段により、加工対象物へ該複数のレーザ光を順次照射して該加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、前記レーザ光照射手段における前記共通の出射部から出射される前記複数のレーザ光のうちの一のレーザ光を前記加工対象物上の被加工箇所に照射した後、該複数のレーザ光のうちの他のレーザ光を該共通の出射部から出射して該被加工箇所と同一箇所に照射することにより、該被加工箇所を該複数のレーザ光により加工することを特徴とする。
本態様によれば、互いに異なるレーザ特性(波長、パルス幅、繰返し周波数、平均出力、パワー密度、発信モード(連続波かパルス波か)等)をもつ複数のレーザ光を共通の出射部から出射して、各レーザ光により加工対象物上の同一箇所(同じ被加工箇所)をレーザ加工することができる。これにより、当該複数のレーザ光を個別の出射部を有する各光学系から出射する従来の構成において必要であった当該複数のレーザ光間の位置合わせ作業が不要となる。
(Aspect H)
A laser processing method for processing a workpiece by sequentially irradiating the workpiece with a plurality of laser beams having different laser characteristics from a common emitting section. Then, after irradiating a portion to be processed on the object to be processed with one of the plurality of laser beams emitted from the common emitting portion in the laser beam irradiation means, The other laser beam is emitted from the common emitting portion and irradiated to the same portion as the portion to be processed, so that the portion to be processed is processed by the plurality of laser beams.
According to this aspect, a plurality of laser beams having different laser characteristics (wavelength, pulse width, repetition frequency, average output, power density, transmission mode (continuous wave or pulse wave), etc.) are emitted from a common emission part. And the same location (same processing location) on a processing object can be laser-processed by each laser beam. Thereby, the alignment operation between the plurality of laser beams, which is necessary in the conventional configuration in which the plurality of laser beams are emitted from the respective optical systems having the individual emission units, becomes unnecessary.

1 レーザ出力部
2 レーザ走査部
3 ワーク搬送部
4 制御部
10 レーザドライバ部
11 レーザ発振器
12 ビームエキスパンダ
20 ガルバノスキャナ制御部
21 ガルバノスキャナ
24 主走査制御部
25 キャリッジ
30 副走査制御部
32 加工テーブル
32a 空洞部
33,34 モニタカメラ
35 ワーク
37 アライメントマーク
38 リニアガイド
70 パルスエンジン部
71 出力ファイバ
72 出力ヘッド部
73 パルスジェネレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser output part 2 Laser scanning part 3 Work conveyance part 4 Control part 10 Laser driver part 11 Laser oscillator 12 Beam expander 20 Galvano scanner control part 21 Galvano scanner 24 Main scanning control part 25 Carriage 30 Sub-scanning control part 32 Processing table 32a Cavity 33, 34 Monitor camera 35 Work 37 Alignment mark 38 Linear guide 70 Pulse engine 71 Output fiber 72 Output head 73 Pulse generator

特開2004−74211号公報JP 2004-74211 A

Claims (8)

レーザ光を加工対象物に照射するレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段を制御する制御手段とを有するレーザ加工装置において、
前記レーザ光照射手段は、互いに異なるレーザ特性をもつ複数のレーザ光を共通の出射部から出射するものであり、
前記制御手段は、前記加工対象物上の被加工箇所に前記複数のレーザ光のうちの一のレーザ光を照射した後、該被加工箇所と同一箇所に該複数のレーザ光のうちの他のレーザ光を照射するように、前記レーザ光照射手段を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
Laser light irradiation means for irradiating the workpiece with laser light;
In a laser processing apparatus having a control means for controlling the laser light irradiation means,
The laser beam irradiation means emits a plurality of laser beams having mutually different laser characteristics from a common emitting portion,
The control means irradiates one portion of the plurality of laser beams on the portion to be processed on the object to be processed, and then applies another portion of the plurality of laser beams to the same portion as the portion to be processed. A laser processing apparatus, wherein the laser beam irradiation means is controlled so as to irradiate a laser beam.
請求項1に記載のレーザ加工装置において、
前記複数のレーザ光は、少なくとも第一繰返し周波数で発振した第一レーザ光と該第一繰返し周波数よりも高い第二繰返し周波数で発振する第二レーザ光とを含み、
前記制御手段は、前記加工対象物上の被加工箇所に前記第一レーザ光を照射した後、該被加工箇所と同一箇所に前記第二レーザ光を照射するように、前記レーザ光照射手段を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus of Claim 1,
The plurality of laser beams include at least a first laser beam oscillated at a first repetition frequency and a second laser beam oscillated at a second repetition frequency higher than the first repetition frequency,
The control unit is configured to irradiate the laser beam irradiation unit so as to irradiate the second laser beam to the same part as the processing part after irradiating the processing part on the processing object with the first laser beam. A laser processing apparatus characterized by controlling.
請求項2に記載のレーザ加工装置において、
前記第一レーザ光のパワー密度は、5G[W/cm]以上であることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus of Claim 2,
The power density of said 1st laser beam is 5 G [W / cm < 2 >] or more, The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項2又は3に記載のレーザ加工装置において、
前記第二レーザ光のパワー密度は、1G[W/cm]以下であることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to claim 2 or 3,
The power density of said 2nd laser beam is 1 G [W / cm < 2 >] or less, The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ光照射手段は、共通の光源から発せられる光から前記複数のレーザ光を生成可能なレーザ発振器を用いたものであり、
前記複数のレーザ光は、時間幅が1μ秒以下であるパルスレーザ光であることを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The laser beam irradiation means uses a laser oscillator capable of generating the plurality of laser beams from light emitted from a common light source,
The laser processing apparatus, wherein the plurality of laser beams are pulsed laser beams having a time width of 1 μsec or less.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ光照射手段からのレーザ光を走査する光走査手段を有することを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A laser processing apparatus comprising: an optical scanning unit that scans the laser beam from the laser beam irradiation unit.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記制御手段は、前記被加工箇所に対するレーザ照射可能期間中における前記複数のレーザ光の少なくとも1つのレーザ光照射時間を調整する制御を行うことを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus of any one of Claims 1 thru | or 6,
The laser processing apparatus, wherein the control means performs control to adjust at least one laser beam irradiation time of the plurality of laser beams during a laser irradiation possible period with respect to the processing site.
互いに異なるレーザ特性をもつ複数のレーザ光を共通の出射部から出射するレーザ光照射手段により、加工対象物へ該複数のレーザ光を順次照射して該加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光照射手段における前記共通の出射部から出射される前記複数のレーザ光のうちの一のレーザ光を前記加工対象物上の被加工箇所に照射した後、該複数のレーザ光のうちの他のレーザ光を該共通の出射部から出射して該被加工箇所と同一箇所に照射することにより、該被加工箇所を該複数のレーザ光により加工することを特徴とするレーザ加工方法。
A laser processing method for processing a workpiece by sequentially irradiating the workpiece with a plurality of laser beams having different laser characteristics from a common emitting section. And
After irradiating the part to be processed on the object to be processed with one laser light of the plurality of laser lights emitted from the common emission part in the laser light irradiation means, of the plurality of laser lights A laser processing method characterized in that another laser beam is emitted from the common emitting portion and irradiated to the same spot as the workpiece, thereby processing the workpiece with the plurality of laser beams.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3800033A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-07 Ricoh Company, Ltd. Irradiation target flying apparatus, three-dimensional modeling apparatus, and irradiation target flying method

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