JP2017124416A - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工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,
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.
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
The
The
The workpiece transfer unit 3 includes a processing table 32 on which the
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
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
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
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YVO4レーザ等の固体レーザを用いてもよい。
In this embodiment, the wavelength of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
In addition, an actuator that individually moves and adjusts the position of the
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
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
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
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
σ = f × (2π / P) (2)
As shown in Expression (2), the processing resolution σ decreases as the focal length f of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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Δxw、Y軸方向ワークズレ量Δyw、傾斜ワークズレ量Δφw)を算出する。算出したワークズレ量Δxw,Δyw,Δφw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
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Δxw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Δyw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Δφw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
The amount of deviation between the center position of the
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
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
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
次に、制御PC40は、上述したワークズレ量Δxw,Δyw,Δφw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 = Δxw+(d0+(i−1)×d)×(cosΔφ−1)+δxi
・・・(3−1)
ΔDyi = Δyw+(d0+(i−1)×d)×(sinΔφ−1)+δyi
・・・(3−2)
ΔDφi = Δφw+δφi ・・・(3−3)
Next, the
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
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
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
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
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
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
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/cm2]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/cm2]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/cm2]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
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/cm2]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/cm2]以上1G[W/cm2]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/cm2]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/cm2]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/cm2]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/cm2]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
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Δxc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Δxw,Δyw,Δφwとキャリッジ位置ズレ量Δxc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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Further, for example, after all the nozzle holes are formed by ablation processing from the first processed portion on the
〔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
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
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
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
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
〔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
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
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
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
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/cm2]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/cm2]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
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
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
Claims (8)
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.
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.
前記第一レーザ光のパワー密度は、5G[W/cm2]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.
前記第二レーザ光のパワー密度は、1G[W/cm2]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.
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.
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.
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.
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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JP2016004439A JP2017124416A (en) | 2016-01-13 | 2016-01-13 | Laser processing apparatus and laser processing method |
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Cited By (1)
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 |
-
2016
- 2016-01-13 JP JP2016004439A patent/JP2017124416A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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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