JP2018039040A - Laser processing method, laser processing machine and processing calculator - Google Patents

Laser processing method, laser processing machine and processing calculator Download PDF

Info

Publication number
JP2018039040A
JP2018039040A JP2016176011A JP2016176011A JP2018039040A JP 2018039040 A JP2018039040 A JP 2018039040A JP 2016176011 A JP2016176011 A JP 2016176011A JP 2016176011 A JP2016176011 A JP 2016176011A JP 2018039040 A JP2018039040 A JP 2018039040A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processing
driving
amount
density profile
drive unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016176011A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
敬司 関
Takashi Seki
敬司 関
政治 久米
Seiji Kume
政治 久米
寛之 結城
Hiroyuki Yuki
寛之 結城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2016176011A priority Critical patent/JP2018039040A/en
Publication of JP2018039040A publication Critical patent/JP2018039040A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a processing method which secures a wide range of a processing area, controls a processing line width and performs processing at a high speed.SOLUTION: In a processing method which performs processing along a predetermined processing course and with a predetermined processing line width on a plane extended in a scanning direction of galvano mirrors by using a processing device which has a processing head provided with a set of galvano mirrors, a light condensing element and a driving part and causes the driving part to change defocus and/or optical magnification of an optical system in the processing head, processing is performed based on a galvano mirror driving amount and a driving part driving amount provided through a process consisting of a process S1 of 1. deciding a galvano mirror driving amount D7 of the galvano mirrors from the processing course D1, a process S2 of 2. deciding processing plane light density profile information D5 from light density profile information D3 determined beforehand and a processing position on the processing course and a process S3 of 3. deciding a driving part driving amount D6 from the processing course, the processing line width D2 and the processing plane light density profile information.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ガルバノミラーを用いてレーザー光を走査してワークを加工するレーザー加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing method for processing a workpiece by scanning a laser beam using a galvanometer mirror.

電池の溶接や、太陽電池パネルのスクライビングといったレーザー加工が広く行なわれている。中でも、ガルバノミラーによるスキャン加工が普及している。この加工では、広範囲なエリアを高速で加工できるというメリットがある。   Laser processing such as battery welding and solar cell scribing is widely performed. Among them, scan processing using a galvanometer mirror is widespread. This processing has an advantage that a wide area can be processed at high speed.

その一方で、スキャン加工では加工可能エリア外周でレーザー光が斜入射されてしまう。そのため、そこではワーク面上のビームプロファイルが歪み、加工経路によってはエネルギー密度が大きく変化してしまう。これにより、電池の溶接幅や太陽電池パネルのスクライビング幅といった加工線幅が一定にならないという問題が発生する。従来、この問題を解決する手段として、テレセントリックfθレンズを用いる方法(特許文献1)やワークのステージとしてゴニオステージを組み込む方法が知られている(特許文献2)。   On the other hand, in the scanning process, the laser beam is obliquely incident on the outer periphery of the processable area. For this reason, the beam profile on the workpiece surface is distorted, and the energy density varies greatly depending on the machining path. Thereby, the problem that the processing line width, such as the welding width of a battery and the scribing width of a solar cell panel, is not constant occurs. Conventionally, as means for solving this problem, a method using a telecentric fθ lens (Patent Document 1) and a method incorporating a gonio stage as a work stage (Patent Document 2) are known.

特開2013−3317号公報JP 2013-3317 A 特許4549620号公報Japanese Patent No. 4549620

しかしながら、テレセントリックfθレンズを用いる方法では、広範囲の加工エリアを確保しようとした場合、テレセントリックfθの光軸断面積は加工面積よりも必然的に大きくなってしまう。そのため、加工ヘッドの体積や重量が増大し、使用条件が制約されてしまう。また、ゴニオステージを使用する方法では、ガルバノミラーの振り角の2倍可動させなければならなく、かつ、ゴニオステージの重量はガルバノミラーの重量と比較して大きいため、ゴニオステージの可動速度はガルバノミラーの可動速度よりも遅くなってしまう。   However, in the method using a telecentric fθ lens, when a wide processing area is to be secured, the optical axis cross-sectional area of the telecentric fθ is necessarily larger than the processing area. For this reason, the volume and weight of the machining head increase, and the usage conditions are restricted. In addition, in the method using the gonio stage, the gonio stage must be moved twice as much as the swing angle of the galvano mirror, and the weight of the gonio stage is larger than the weight of the galvano mirror. It will be slower than the moving speed of the mirror.

ゆえに、ゴニオステージを利用した場合は、加工速度の低下を引き起こしてしまう。このように、従来ではコンパクトな構成で、広範囲の加工エリアを確保し、加工線幅をコントロールして、高速に加工することは困難であった。   Therefore, when the gonio stage is used, the processing speed is reduced. As described above, it has conventionally been difficult to secure a wide processing area, control the processing line width, and perform high-speed processing with a compact configuration.

光源と、前記光源から射出された光を、互いに平行ではない方向に走査する1組のガルバノミラーを備え、かつ、光路上に少なくとも1つの集光素子を備え、かつ、前記集光素子のうち少なくとも1つに前記集光素子を駆動させる駆動部を備えた加工ヘッドと
を有し、前記駆動部は、前記光源と前記集光素子と、前記ガルバノミラーから成る光学系のデフォーカス、かつ/または、光学倍率を変化させることを特徴とし、
前記光学系は、光源に対し共役となる結像面を1つ以上有し、かつ、そのうち1つはワーク近傍にあることを特徴とする加工装置を用いて、
前記1組のガルバノミラーの走査方向で張る面上を、予め与えられた加工経路に沿って、予め与えられた加工線幅で加工する加工方法において、
1.前記加工経路から前記ガルバノミラーのガルバノミラー駆動量を決定する工程と、
2.予め求められた光密度プロファイル情報と、前記加工経路中の加工位置から加工面光密度プロファイル情報を決定する工程と、
3.前記加工経路と、前記加工線幅と、前記加工面光密度プロファイル情報から前記駆動部の駆動部駆動量を決定する工程と、
から成る工程から得られた前記ガルバノミラー駆動量と前記駆動部駆動量に基づいて加工することを特徴とする。
A light source and a pair of galvanometer mirrors that scan the light emitted from the light source in directions that are not parallel to each other, and at least one condensing element on the optical path, and of the condensing elements At least one processing head having a drive unit for driving the light collecting element, the drive unit defocusing an optical system including the light source, the light collecting element, and the galvanometer mirror, and / or Or, it is characterized by changing the optical magnification,
The optical system has one or more imaging planes that are conjugate to the light source, and one of them is in the vicinity of the workpiece, using a processing apparatus,
In the processing method of processing the surface stretched in the scanning direction of the one set of galvanometer mirrors with a predetermined processing line width along a predetermined processing path,
1. Determining a galvanometer mirror driving amount of the galvanometer mirror from the processing path;
2. Determining light density profile information obtained in advance, and processing surface light density profile information from a processing position in the processing path;
3. Determining a driving unit driving amount of the driving unit from the processing path, the processing line width, and the processing surface light density profile information;
It processes based on the said galvanometer mirror drive amount obtained from the process which consists of, and the said drive part drive amount.

本発明を適用すると、広範囲の加工エリアを確保し、加工線幅をコントロールして、高速に加工する加工方法を提供する。   When the present invention is applied, a machining method for securing a wide machining area, controlling the machining line width, and machining at high speed is provided.

本発明の第1実施形態のレーザー加工機を示した図である。It is the figure which showed the laser beam machine of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の加工パラメータ導出フローを示した図である。It is the figure which showed the process parameter derivation | leading-out flow of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態において、別例を示した図である。It is the figure which showed another example in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における、予め計測された光密度プロファイルを示した図である。It is the figure which showed the optical density profile measured in advance in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における、加工面上での光密度プロファイルを示した図である。It is the figure which showed the light density profile on the processing surface in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態のレーザー加工機を示した図である。It is the figure which showed the laser beam machine of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の加工パラメータ導出フローを示した図である。It is the figure which showed the processing parameter derivation | leading-out flow of 4th Embodiment of this invention.

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

〔第1実施形態〕
図1は本発明の第一形態のレーザー加工機の図であり、図2はそれによる加工のフロー表した図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram of a laser beam machine according to the first embodiment of the present invention, and FIG.

<レーザー加工機の構成>
第一に本実施形態のレーザー加工機について説明する。図1に示すように、光源としてのレーザー光源1と加工ヘッドとしてのレーザー加工ヘッド3で構成されている。レーザー光源1には、パワー出力制御、シャッター制御などを行なう光源制御器51が、伝送ケーブル61によって接続されている。レーザー光源1から発振された加工光としてのレーザー光2は、導波路としての光ファイバーケーブル11を経由して、ファイバー端12からレーザー加工ヘッド3内へと射出される。次に、レーザー光2は集光素子としての集光レンズ21でコリメートされた後、集光レンズ23で拡散され、集光レンズ24によって再度コリメートされた後、集光レンズ22で集光光となる。
<Configuration of laser processing machine>
First, the laser beam machine according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, it comprises a laser light source 1 as a light source and a laser processing head 3 as a processing head. A light source controller 51 that performs power output control, shutter control, and the like is connected to the laser light source 1 by a transmission cable 61. Laser light 2 as processing light oscillated from the laser light source 1 is emitted from the fiber end 12 into the laser processing head 3 via an optical fiber cable 11 as a waveguide. Next, the laser beam 2 is collimated by a condenser lens 21 as a condenser element, diffused by a condenser lens 23, collimated again by a condenser lens 24, and then condensed by a condenser lens 22. Become.

次に、レーザー光2は、ガルバノミラー31によって偏向される。ガルバノミラー31は、2つ1組で構成され、それぞれの回転軸は、互いに平行ではないねじれの関係になるように配置されている。ガルバノミラー31には、その制御装置である制御器53が接続されて、制御されている。   Next, the laser beam 2 is deflected by the galvanometer mirror 31. The galvanometer mirrors 31 are configured in pairs, and their rotation axes are arranged so as to have a twisted relationship that is not parallel to each other. The galvanometer mirror 31 is connected to and controlled by a controller 53 that is a control device thereof.

ワーク4は、ワーク駆動機構としてのXYZステージ5上に取り付けられている。ワーク4が加工されるのに十分なエネルギー密度が確保できるように、XYZステージ5によってデフォーカス方向が調整されている。1組のガルバノミラー31によって張る面が、ワーク4の加工面と一致するようにXYZステージ5の調整が行なわれる。   The workpiece 4 is attached on an XYZ stage 5 as a workpiece driving mechanism. The defocus direction is adjusted by the XYZ stage 5 so that an energy density sufficient to process the workpiece 4 can be secured. The XYZ stage 5 is adjusted so that the surface stretched by the set of galvanometer mirrors 31 coincides with the processed surface of the workpiece 4.

本実施形態ではガルバノミラー31とワーク4との間に集光レンズを配置していないが、集光レンズを配置しても良い。ただし、従来にあるテレセントリックfθレンズを用いることは好ましくない。   In the present embodiment, a condensing lens is not disposed between the galvanometer mirror 31 and the workpiece 4, but a condensing lens may be disposed. However, it is not preferable to use a conventional telecentric fθ lens.

集光レンズ23には、レンズを駆動させる駆動部としてのリニアステージ41が取り付けられている。リニアステージ41の代わりに、別の形態として、ピエゾステージを用いてもよい。リニアステージは可動量が大きい点で優れており、ピエゾステージは応答性において優れている。リニアステージ41には、信号伝達手段としての伝送ケーブル62を介して、制御器53が接続されて制御されている。   A linear stage 41 as a drive unit for driving the lens is attached to the condenser lens 23. Instead of the linear stage 41, a piezo stage may be used as another form. The linear stage is excellent in that the movable amount is large, and the piezo stage is excellent in response. A controller 53 is connected to and controlled by the linear stage 41 via a transmission cable 62 as signal transmission means.

このズーム機構では、リニアステージ41の駆動量に応じて、単独に光学倍率を変化させることができる。別の形態として、図3のように集光レンズ24に駆動部24を追加して設ける方法がある。この場合は、光学倍率の他に、デフォーカスを駆動させることが可能となる。第1実施形態では、光学倍率を単独に変化させる場合を例にとって説明する。   In this zoom mechanism, the optical magnification can be changed independently according to the drive amount of the linear stage 41. As another form, there is a method in which a driving unit 24 is added to the condenser lens 24 as shown in FIG. In this case, defocusing can be driven in addition to the optical magnification. In the first embodiment, a case where the optical magnification is changed independently will be described as an example.

リニアステージ原点のNAをNA0とし、リニアステージ原点からの駆動量をξとし、駆動量ξにおけるNAをNA(ξ)とすると、   If the NA of the linear stage origin is NA0, the drive amount from the linear stage origin is ξ, and the NA at the drive amount ξ is NA (ξ),

という関係になる。ここで、κは駆動量ξに対するNA敏感度である。 It becomes the relationship. Here, κ is the NA sensitivity to the drive amount ξ.

制御器52と制御器53には、伝送ケーブル64によって、同期装置54が接続されている。同期装置54では、同期装置54の内部クロックや外部トリガー信号などによって、制御器52と制御器53の信号を同期させて送信することが可能となる。同期装置54には、図示されてはいないが、教示装置としてのジョグボックス、教示装置としてのPCを接続するLANポート、教示プログラムを読み込むCDドライブといった、外部との情報授受器が設けられている。   A synchronization device 54 is connected to the controller 52 and the controller 53 by a transmission cable 64. The synchronization device 54 can synchronize and transmit the signals of the controller 52 and the controller 53 by the internal clock of the synchronization device 54 or an external trigger signal. Although not shown, the synchronization device 54 is provided with an external information transfer device such as a jog box as a teaching device, a LAN port for connecting a PC as a teaching device, and a CD drive for reading a teaching program. .

<加工パラメータの導出フロー>
第二に、本発明の第一形態の加工パラメータの導出フローについて説明する。図2のフローチャートは、本発明におけるリニアステージ41の駆動量を決定するまでのフローを示した図である。このフローで決定された駆動量に基づき、図1で説明した加工装置で加工が行なわれる。
<Process parameter derivation flow>
Secondly, the flow for deriving the machining parameters according to the first embodiment of the present invention will be described. The flowchart of FIG. 2 is a diagram showing a flow until the driving amount of the linear stage 41 in the present invention is determined. Based on the driving amount determined in this flow, the processing is performed by the processing apparatus described with reference to FIG.

(工程S1)
D1は加工経路情報である。加工経路情報は、予めティーチングやプログラムによって与えられたものである。ここでは、加工経路とは加工位置のことではない。加工位置とは、{(X_1,Y_1),(X_2,Y_2),(X_3,Y_3),・・・,(X_i,Y_i),・・・,(X_N,Y_N)} といった加工する位置の点群データのことであり、加工経路とは{(Xs_1,Ys_1,Xe_1,Ye_1), (Xs_2,Ys_2,Xe_2,Ye_2) ,・・・,(Xs_i,Ys_i,Xe_i,Ye_i),・・・,(Xs_N,Ys_N,Xe_N,Ye_N)}といった、少なくとも始点位置と終点位置を含んだベクトル群データのことである。例外として一筆書きのような加工では、加工経路ベクトル群の(Xe_i,Ye_i)と(Xs_i+1,Ys_i+1)が一致するため、加工位置と同様の表記にすることも可能となる。
(Process S1)
D1 is machining path information. The machining path information is given in advance by teaching or a program. Here, the processing path is not a processing position. The processing position is the point of the processing position such as {(X_1, Y_1), (X_2, Y_2), (X_3, Y_3), ..., (X_i, Y_i), ..., (X_N, Y_N)} It is group data, and the processing path is {(Xs_1, Ys_1, Xe_1, Ye_1), (Xs_2, Ys_2, Xe_2, Ye_2), ..., (Xs_i, Ys_i, Xe_i, Ye_i), ..., (Xs_N, Ys_N, Xe_N, Ye_N)} is vector group data including at least a start point position and an end point position. As an exception, in processing such as one-stroke drawing, (Xe_i, Ye_i) and (Xs_i + 1, Ys_i + 1) of the processing path vector group coincide with each other, so that it is possible to use the same notation as the processing position.

加工速度や加工種類(直線加工、円弧加工など)が一定でない場合は、NC加工機のGコードのように、加工初期位置、経路種類(直線G01, 曲線G02など)、加工終了位置(Xe_i,Ye_i)、加工速度(F_i)で定義されたベクトル群データが好適である。この場合、加工初期位置を(Xs_i,Ys_i)と表し、経路種類をLiと表し、加工終了位置を(Xe_i,Ye_i)と表し、加工速度をF_iと表すと、加工経路は
{(Xs_1,Ys_1,L_1,Xe_1,Ye_1,F_1), (Xs_2,Ys_2,L_2,Xe_2,Ye_2,F_2), ・・・(Xs_i,Ys_i,L_i,Xe_i,Ye_i,F_i) ,・・・,(Xs_N,Ys_N,L_N,Xe_N,Ye_N,F_N)}と表記される。
第1実施例では、経路種類Liをすべて直線とし、{(Xs_1,Ys_1, Xe_1,Ye_1,F_1), (Xs_2,Ys_2,Xe_2,Ye_2,F_2), ・・・(Xs_i,Ys_i, Xe_i,Ye_i,F_i) ,・・・,(Xs_N,Ys_N, Xe_N,Ye_N,F_N)}を例にとって説明する。
If the machining speed or machining type (straight line machining, arc machining, etc.) is not constant, the machining initial position, path type (straight line G01, curve G02, etc.), machining end position (Xe_i, Ye_i) and vector group data defined by processing speed (F_i) are suitable. In this case, when the machining initial position is represented as (Xs_i, Ys_i), the path type is represented as Li, the machining end position is represented as (Xe_i, Ye_i), and the machining speed is represented as F_i.
{(Xs_1, Ys_1, L_1, Xe_1, Ye_1, F_1), (Xs_2, Ys_2, L_2, Xe_2, Ye_2, F_2), ... (Xs_i, Ys_i, L_i, Xe_i, Ye_i, F_i), ..., (Xs_N, Ys_N, L_N, Xe_N, Ye_N, F_N)}.
In the first embodiment, all route types Li are straight lines, and {(Xs_1, Ys_1, Xe_1, Ye_1, F_1), (Xs_2, Ys_2, Xe_2, Ye_2, F_2), ... (Xs_i, Ys_i, Xe_i, Ye_i , F_i),..., (Xs_N, Ys_N, Xe_N, Ye_N, F_N)}.

工程S1では、加工経路D1をガルバノミラー駆動量D7に変換する。ガルバノミラー駆動量D7が、加工経路D1と比例の関係である場合、   In step S1, the machining path D1 is converted into a galvanometer mirror driving amount D7. When the galvanometer mirror driving amount D7 is proportional to the machining path D1,

となる。 It becomes.

ここで、ωxs_i、ωys_i、ωxe_i、ωye_iは、それぞれ加工経路i番目初期位置でのガルバノXミラー駆動量、加工経路i番目初期位置でのガルバノYミラー駆動量、加工経路i番目終了位置でのガルバノXミラー駆動量、加工経路i番目終了位置でのガルバノYミラー駆動量である。また、Xs、Ys、Xe、Yeは、それぞれ加工経路i番目初期位置でのX方向加工位置、加工経路i番目初期位置でのY方向加工位置、加工経路i番目初期位置でのX方向加工位置、加工経路i番目終了位置でのY方向加工位置である。ωx_ostは、それぞれガルバノXミラーオフセット量、ωy_ostはガルバノYミラーオフセット量である。   Here, ωxs_i, ωys_i, ωxe_i, and ωye_i are the galvano X mirror drive amount at the machining path i-th initial position, the galvano Y mirror drive amount at the machining path i-th initial position, and the galvano at the machining path i-th end position, respectively. The X mirror drive amount and the galvano Y mirror drive amount at the processing path i-th end position. Xs, Ys, Xe, and Ye are the X-direction machining position at the machining path i-th initial position, the Y-direction machining position at the machining path i-th initial position, and the X-direction machining position at the machining path i-th initial position, respectively. The Y-direction machining position at the machining path i-th end position. ωx_ost is a galvano X mirror offset amount, and ωy_ost is a galvano Y mirror offset amount.

ここでいうオフセット量とは、加工位置が原点であるときにおける垂直入射からのずれを表している。このように定義することで、ガルバノミラーの振り角に対して、ワークへの入射角が2倍になるように設定される。kx、kyは、それぞれX方向加工位置に対するガルバノXミラーの駆動敏感度、Y方向加工位置に対するガルバノXミラーの駆動敏感度である。   Here, the offset amount represents a deviation from normal incidence when the processing position is the origin. By defining in this way, the incident angle to the workpiece is set to be twice the swing angle of the galvanometer mirror. kx and ky are the driving sensitivity of the galvano X mirror with respect to the X direction machining position and the driving sensitivity of the galvano X mirror with respect to the Y direction machining position, respectively.

加工経路情報D1に対するガルバノミラー駆動量情報D7は、比例の関係と扱って説明したが、厳密な補正を行なう場合やガルバノ振り角が大きい場合には、式2のようにm次多項式で表すのが好適である。ここで、kx1はx方向での1次補正係数、ky1はy方向での1次補正係数、k2xはx方向での2次補正係数、k2yはy方向での2次補正係数、kxmはx方向でのm次補正係数、kymはy方向でのm次補正係数である。本実施形態では式1に基づいて説明する。   The galvano mirror drive amount information D7 for the processing path information D1 has been described as a proportional relationship. However, when strict correction is performed or when the galvano swing angle is large, the galvano mirror drive amount information D7 is expressed by an m-order polynomial as shown in Equation 2. Is preferred. Where kx1 is the primary correction coefficient in the x direction, ky1 is the primary correction coefficient in the y direction, k2x is the secondary correction coefficient in the x direction, k2y is the secondary correction coefficient in the y direction, and kxm is x The m-th order correction coefficient in the direction, and kym is the m-th order correction coefficient in the y direction. This embodiment will be described based on Formula 1.

(工程S2)
工程S2では、加工経路情報D1と、予め求められた光密度プロファイル情報D3、光強度情報D4から加工面上の光密度プロファイル情報D5を算出する工程である。光密度プロファイル情報D3は、実際に計測して求めたり、レーザーによってその形状を仮定したりして求めたりして得られる。第1実施形態では、プロファイル形状を実測する場合について説明する。
(Process S2)
Step S2 is a step of calculating the light density profile information D5 on the processing surface from the processing path information D1, the light density profile information D3 and the light intensity information D4 obtained in advance. The light density profile information D3 is obtained by actually measuring or obtaining the shape by assuming the shape with a laser. In the first embodiment, a case where a profile shape is actually measured will be described.

実測データとして、図4を例にとって説明する。図4は、トータルパワーを1kWで規格化した垂直入射で、リニアステージ原点における垂直入射時の光密度プロファイルの2次元等高線マップである。この光密度プロファイルは、加工前に予め取得されている。駆動量ξに対する光密度プロファイルをIs(x,y;ξ)と表記すると、図4の光密度プロファイルはIs(x,y;0)となる。Is(x,y;ξ)は、Is(0,0;0)が光密度プロファイルの重心となっている。光密度プロファイル図4の横軸は、プロファイルx方向を表していて、図4の縦軸は、x方向と直交するプロファイルy方向を表している。   The actual measurement data will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a two-dimensional contour map of a light density profile at normal incidence at a linear stage origin at normal incidence with the total power normalized at 1 kW. This light density profile is acquired in advance before processing. If the light density profile with respect to the drive amount ξ is expressed as Is (x, y; ξ), the light density profile in FIG. 4 is Is (x, y; 0). In Is (x, y; ξ), Is (0,0; 0) is the center of gravity of the light density profile. Light Density Profile The horizontal axis of FIG. 4 represents the profile x direction, and the vertical axis of FIG. 4 represents the profile y direction orthogonal to the x direction.

加工経路情報D1の加工経路iにおける光プロファイルは、加工経路iの中心位置(Xave_i,Yave_i)で表すことができる。ここで、Xave_i、Yave_iは   The optical profile in the machining path i of the machining path information D1 can be represented by the center position (Xave_i, Yave_i) of the machining path i. Where Xave_i and Yave_i are

で定義される、加工経路iにおける初期位置と終了位置の中点である。式2から、ワークへの入射ベクトル(θxave_i, θyave_i)は、 Is the midpoint between the initial position and the end position in the machining path i. From Equation 2, the incident vector (θxave_i, θyave_i) to the workpiece is

となるので、入射角θave_iは Therefore, the incident angle θave_i is

となる。図4(a)の光密度プロファイルIs(x,y;0)は、図5(a)のφave_iの方向において、1/cosθave_iだけ伸長する。ここで、φave_i=arctan(Xave_i/Yave_i)である。φave_i方向と一致するx'軸と、x'軸と直交するy'軸に座標変換すると、 It becomes. The light density profile Is (x, y; 0) in FIG. 4A is extended by 1 / cos θave_i in the direction of φave_i in FIG. Here, φave_i = arctan (Xave_i / Yave_i). When coordinates are converted to the x 'axis that matches the φave_i direction and the y' axis that is orthogonal to the x 'axis,

で変換される光密度プロファイルIs(x',y';0)となる。 The light density profile Is (x ′, y ′; 0) converted by

さらに、加工経路iにおける走査方向ρs_iは、Xs_i、Ys_i、Xe_i、Xs_iを用いて、   Furthermore, the scanning direction ρs_i in the machining path i is determined using Xs_i, Ys_i, Xe_i, and Xs_i.

と表せられる。図5(b)のように、走査方向ρにおける光密度プロファイルIρs_i(u,v)は、(x',y')に対してρだけ回転した関係になるので、 It can be expressed. As shown in FIG. 5B, the light density profile Iρs_i (u, v) in the scanning direction ρ has a relationship rotated by ρ with respect to (x ′, y ′).

となる。u軸は加工経路iにおける走査方向であり、v軸は走査方向に対して垂直方向である。同様に、ワーク上の座標(X,Y)に対して(U, V)を定義し直したのが、図5(c)である。ここでlは、 It becomes. The u axis is the scanning direction in the machining path i, and the v axis is the direction perpendicular to the scanning direction. Similarly, FIG. 5C shows the redefinition of (U, V) with respect to the coordinates (X, Y) on the workpiece. Where l is

であり、加工経路iでの経路長である。 And the path length in the machining path i.

光密度プロファイルのデータが離散的に与えられている場合は、式9の変換を行なう前にIs(x,y;0)を補間してリメッシュたり、Is(x,y;0)を多項式で表したりして、データを補間するのが好適である。必要がある。あるいは、式9の変換を行なった後にIρs_i(u,v;ξ)のデータ補間をしてもよい。その際、トータルパワーを変換前後で等しくする必要がある。   If the light density profile data is given discretely, interpolating Is (x, y; 0) before performing the conversion of Equation 9, or Is (x, y; 0) as a polynomial For example, it is preferable to interpolate the data. There is a need. Alternatively, the data interpolation of Iρs_i (u, v; ξ) may be performed after the conversion of Expression 9. At that time, it is necessary to make the total power equal before and after the conversion.

ここでは、ξ=0を例に説明したが、同様にズーム駆動量ξのときの光密度プロファイルIρs_i(u,v;ξ)も取得する。ただし、Iρs_i(u,v;ξ)のプロファイル中心はIρs_i(u,v;0)と一致するように定義される。   Here, ξ = 0 has been described as an example. Similarly, a light density profile Iρs_i (u, v; ξ) at the zoom drive amount ξ is also acquired. However, the profile center of Iρs_i (u, v; ξ) is defined to coincide with Iρs_i (u, v; 0).

光密度プロファイルは、トータルパワーで規格化しているため、光強度情報D4で与えられたレーザーパワーPを乗じれば、加工面上の光強度プロファイル情報が取得される。D4は予め取得されても良いし、加工時に取得されても良い。加工時に取得された場合は、より精密な加工が可能となる。このとき加工面上での光密度プロファイルI_i(u, v;ξ)は式11となる。   Since the light density profile is normalized by the total power, the light intensity profile information on the processed surface is acquired by multiplying the laser power P given by the light intensity information D4. D4 may be acquired in advance or may be acquired at the time of processing. If it is obtained at the time of processing, more precise processing is possible. At this time, the light density profile I_i (u, v; ξ) on the processed surface is expressed by Equation 11.

(工程S3)
工程S3では、加工経路情報D1と加工面上の光密度プロファイル情報D5と加工線幅情報D2から駆動部駆動量情報D5を求める工程である。所望の加工に必要なエネルギー密度の範囲は、例えばレーザー加工学会ホームページ「http://www.jlps.gr.jp/laser/atoz/2/」や、非特許文献「平成22年度 特許出願技術動向調査報告書(概要)」に記載されている。これら文献によれば、所望の加工はエネルギー密度と作用時間の関係で決定される。ここでは、加工閾値の上限をWu,下限をWd、作用時間の上限をTu、下限をTdとして説明する。
光密度プロファイルI_i(u,v;ξ)の(u,v)に対する最大値をImax_i(ξ)とする。Imax_i(ξ)はWu未満でなければならないから、
(Process S3)
Step S3 is a step of obtaining drive unit driving amount information D5 from processing path information D1, light density profile information D5 on the processing surface, and processing line width information D2. The range of energy density required for desired processing is, for example, the Laser Processing Society website “http://www.jlps.gr.jp/laser/atoz/2/” and non-patent literature “2010 Patent Application Technology Trends” "Survey Report (Overview)" According to these documents, the desired processing is determined by the relationship between energy density and action time. Here, the upper limit of the processing threshold is Wu, the lower limit is Wd, the upper limit of the action time is Tu, and the lower limit is Td.
The maximum value for (u, v) of the light density profile I_i (u, v; ξ) is defined as Imax_i (ξ). Since Imax_i (ξ) must be less than Wu,

が成り立たなければならない。 Must hold.

また、作用時間の観点では、上限Tuを超えてはいけない。あるvにおいてI_i(u,v;ξ)がWbを超えている範囲をΔ(v;ξ)と置くと、作用時間t_i(v;ξ)は、   Also, from the viewpoint of action time, the upper limit Tu should not be exceeded. If a range where I_i (u, v; ξ) exceeds Wb in a certain v is Δ (v; ξ), the action time t_i (v; ξ) is

で定義される。加工線幅における作用時間t_i(u)の最大値tmax_i値は、 Defined by The maximum value tmax_i of the action time t_i (u) in the machining line width is

となり、それは作用時間の上限値Tuを超えてはいけないので、 And it must not exceed the upper limit Tu of action time,

が成り立たなければならない。 Must hold.

加工線幅δ_i(ξ)は、t_i(v;ξ)において作用時間下限値Tbを超えたvの範囲である。t_(v;ξ)≧Tbなるvの範囲をδ_i(ξ)と表現する。加工線幅情報D2で与えられた加工経路iにおける加工線幅をd_iとすると、式16を満たすξが存在すれば、加工経路iにおいて所望の線幅で加工することが可能となる。   The machining line width δ_i (ξ) is a range of v exceeding the action time lower limit value Tb at t_i (v; ξ). The range of v where t_ (v; ξ) ≧ Tb is expressed as δ_i (ξ). Assuming that the machining line width in the machining path i given by the machining line width information D2 is d_i, it is possible to perform machining with a desired line width in the machining path i as long as ξ satisfying Expression 16 exists.

このようにして、パワー密度上限Wuの条件、作用時間上限Tuの条件、加工線幅δ_iに対して、光密度プロファイルI_i(u,v;ξ)が定式化された。加工経路iごとに、式16によってξを求め、それに対し式12と式15が同時に成り立つξが存在すれば、全経路において所望の加工線幅で加工することができる。   In this way, the light density profile I_i (u, v; ξ) was formulated with respect to the condition of the power density upper limit Wu, the condition of the upper limit of working time Tu, and the machining line width Δ_i. For each machining path i, if ξ is obtained by Expression 16 and ξ for which Expression 12 and Expression 15 simultaneously exist, machining can be performed with a desired machining line width in all paths.

Wu、Tuなどの条件により、解が無い場合はF_iをさらにパラメータに取って、駆動量ξを求めても良い。ただし、加工経路iごとに加工速度を変えると、ガルバノ制御機構の負荷が多大になり、加工不良が生じやすくなるため加工速度は一定であることが望ましい。   If there is no solution due to conditions such as Wu and Tu, the drive amount ξ may be obtained by further taking F_i as a parameter. However, if the machining speed is changed for each machining path i, the load on the galvano control mechanism is increased and machining defects are likely to occur. Therefore, the machining speed is preferably constant.

また同じく、Wu、Tuなどの条件により、解が無い場合は、レーザーパワーPをパラメータにとってもよい。ただし、Pが大きい場合は、熱ドリフトが生じやすくなり、Pが小さい場合はFiを下げざるを得なくなる、加工時間が大きくなる問題が生じる。   Similarly, when there is no solution due to conditions such as Wu and Tu, the laser power P may be used as a parameter. However, when P is large, thermal drift tends to occur, and when P is small, Fi has to be lowered, resulting in a problem that processing time increases.

また同じく、ξ、Fi、Pを同時にパラメータにとって、以上列挙した問題点を考慮して、最適化問題によって求めても良い。このとき、式16の等式に対して重みをつけたり、式16を範囲不等式に変形して最適化したりても、本発明の効果は変わらない。   Similarly, ξ, Fi, and P may be simultaneously used as parameters, and may be obtained by an optimization problem in consideration of the problems listed above. At this time, the effect of the present invention does not change even if the equation 16 is weighted or the equation 16 is transformed into a range inequality and optimized.

I(u,v;0)の重心とI(u,v;ξ)の重心とが負一致した場合において、必要に応じてガルバノミラー31の駆動量にフィードバックをかけても良い。この場合、加工精度が向上する効果が得られる。   When the centroid of I (u, v; 0) and the centroid of I (u, v; ξ) are negatively matched, feedback may be applied to the drive amount of the galvanometer mirror 31 as necessary. In this case, an effect of improving the machining accuracy can be obtained.

ここでは、ズーム駆動量ξごとにI(u,v;ξ)を加工前に予め取得しているが、ξに対する関数として定式化しても良い。例えば本実施例の場合、ξによって光学倍率だけが変化するので、式17のように定式化できる。   Here, I (u, v; ξ) is acquired in advance for each zoom drive amount ξ before processing, but may be formulated as a function for ξ. For example, in the case of the present embodiment, only the optical magnification changes depending on ξ, so that it can be formulated as shown in Equation 17.

この場合、予め取得しなければならない光密度プロファイル情報D3が少なくなるという効果が得られる。   In this case, there is an effect that the light density profile information D3 that must be acquired in advance is reduced.

<加工>
最後に、工程S1、工程S2、工程S3によって導出された、ガルバノミラーの駆動量{ωxs, ωys, ωxe, ωye }と、ズーム駆動系の駆動量ξを、同期装置54に入力することで、加工線幅をコントロールして加工する作用を奏する。
<Processing>
Finally, the driving amount {ωxs, ωys, ωxe, ωye} of the galvano mirror and the driving amount ξ of the zoom driving system derived by the steps S1, S2 and S3 are input to the synchronization device 54, The processing line width is controlled and processed.

このように本発明によれば、fθレンズを使用することなく、加工線幅をコントロールできるため、従来の加工機よりもコンパクトに構成でき、さらに広範囲のエリアを加工することができる。さらに、本発明によれば集光素子を駆動させ、光学倍率やデフォーカスを変えているので、ワークに取り付けられたステージを駆動させるよりを高速に駆動することができる。   Thus, according to the present invention, since the processing line width can be controlled without using an fθ lens, it can be configured more compactly than a conventional processing machine, and a wider area can be processed. Furthermore, according to the present invention, since the condensing element is driven and the optical magnification and defocus are changed, it is possible to drive faster than driving the stage attached to the workpiece.

第1実施形態では、光学倍率のみ変換する光学系を例に取り説明したが、別の例として、デフォーカスを行なう光学系でも効果は同様である。また、2つ以上のズーム機構を組み合わせてもよい。この場合、少ない駆動で光学倍率やデフォーカスを変換する作用を奏する。   In the first embodiment, the optical system that converts only the optical magnification has been described as an example. However, as another example, the effect is the same in an optical system that performs defocusing. Two or more zoom mechanisms may be combined. In this case, the optical magnification and defocus are converted with a small amount of driving.

また、本実施形態では、ワーク駆動機構として3軸ステージで説明したが、必要に応じて軸数を増減させたり、ゴニオステージやθステージなどの回転ステージを追加したり、XYZステージ5の代わりにロボットアームを用いたりしても、本発明の効果は変わらない。   In this embodiment, the three-axis stage is described as the workpiece driving mechanism. However, the number of axes is increased or decreased as necessary, a rotation stage such as a gonio stage or a θ stage is added, or the XYZ stage 5 is used instead. Even if a robot arm is used, the effect of the present invention does not change.

また、本実施形態では、光密度プロファイルをスポットの重心位置で回転させていたが、ピーク位置、中心位置、2次モーメント平均値など、加工に応じて変更しても本発明の効果は変わらない。   In this embodiment, the light density profile is rotated at the center of gravity of the spot. However, the effect of the present invention does not change even if the peak position, the center position, the second moment average value, and the like are changed according to processing. .

また、本実施形態では駆動制御器52、駆動制御器53、同期装置54を別々の装置で説明したが、マルチチャンネルの制御を行なう制御器に置き換えても本発明の効果は変わらない。   In the present embodiment, the drive controller 52, the drive controller 53, and the synchronization device 54 have been described as separate devices, but the effect of the present invention does not change even if the controller is replaced with a controller that performs multi-channel control.

また、本実施形態では加工種類を直線として説明したが、曲線としても本発明の効果は変わらない。また、本実施形態では工程S1、工程S2、工程S3の順に説明したが、本発明はその順序に限定されるものではない。さらに、工程S2では加工経路情報D1と光密度プロファイル情報D3と光強度情報D4から加工面上光密度プロファイル情報D5を求めると説明したが、加工経路情報D1を駆動量情報D7に置き換えても、本発明の効果は変わらない。   In the present embodiment, the processing type is described as a straight line, but the effect of the present invention is not changed even when the processing type is a curved line. In this embodiment, the steps S1, S2, and S3 have been described in this order. However, the present invention is not limited to this order. Furthermore, in step S2, it has been described that the optical density profile information D5 on the processing surface is obtained from the processing path information D1, the light density profile information D3, and the light intensity information D4. However, even if the processing path information D1 is replaced with the drive amount information D7, The effect of the present invention is not changed.

[第2実施形態]
第1実施形態では、実測した光プロファイルに基づいて説明したが、シングルモードファイバーレーザーの光密度プロファイルがガウシアンビームで近似される場合について説明する。光密度プロファイルI_i(u,v;ξ)をガウシアンビームとすれば、式18のように記述される。
[Second Embodiment]
Although the first embodiment has been described based on an actually measured optical profile, a case will be described in which the optical density profile of a single mode fiber laser is approximated by a Gaussian beam. If the light density profile I_i (u, v; ξ) is a Gaussian beam, it can be described as in Expression 18.

加工密度の上限条件は The upper limit of processing density is

となり、式12と比較して簡単な式に定式化される。
また、式15で定義されるtmax_i(ξ)においても変形が可能で、
Therefore, it is formulated into a simple expression as compared with Expression 12.
Also, tmax_i (ξ) defined by Equation 15 can be transformed,

を満たせばよい。さらに加工線幅δ_i(ξ)は、 Should be satisfied. Furthermore, the machining line width δ_i (ξ) is

となり、式19、式20、式21を満たすξを求めればよい。 Therefore, ξ satisfying Expressions 19, 20, and 21 may be obtained.

第2実施形態では解析式を用いて説明を行なったが、マクローリン展開などの近似式や、数値テーブルを利用した数値解でξを導出しても、本発明の効果は変わらない。   Although the second embodiment has been described using an analytical expression, the effect of the present invention does not change even if ξ is derived by an approximate expression such as Macrolin expansion or a numerical solution using a numerical table.

[第3実施形態]
第1実施形態では、実測した光プロファイルに基づいて説明したが、マルチモードファイバーレーザーのようにトップフラットビームで近似される場合について説明する。
[Third embodiment]
Although the first embodiment has been described based on the actually measured optical profile, a case will be described in which a top flat beam is approximated like a multimode fiber laser.

トップフラットビームの場合、光密度プロファイルI(u,v;ξ)は式22のように記述される。   In the case of the top flat beam, the light density profile I (u, v; ξ) is described as in Expression 22.

加工密度の上限条件は式23、作用時間の上限条件は式24、加工線幅δ_i(ξ)は式25のようになり、加工経路iにおいて、式23、式24、式25を全て満たすξを求めればよい。 The upper limit condition of the machining density is Equation 23, the upper limit condition of the working time is Equation 24, the machining line width δ_i (ξ) is Equation 25, and in the machining path i, all of Equation 23, Equation 24, and Equation 25 are satisfied. You can ask for.

第2実施形態と同様、第3実施形態においても、マクローリン展開などの近似式や、数値テーブルを利用した数値解でξを導出しても、本発明の効果は変わらない。   Similar to the second embodiment, even in the third embodiment, the effect of the present invention does not change even if ξ is derived by an approximate expression such as Macrolin expansion or a numerical solution using a numerical table.

[第4実施形態]
第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態では、1組のガルバノミラーで張る面の加工について説明したが、焦点位置を変動させるズーム機構を組み合わせて、立体面を加工する場合にも適用できる。
[Fourth embodiment]
In the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the processing of the surface stretched by one set of galvanometer mirrors has been described. However, even when a three-dimensional surface is processed by combining a zoom mechanism that varies the focal position. Applicable.

<レーザー加工機の構成>
第一に、図6を用いて第4実施形態のレーザー加工機について説明する。第1実施形態と比較して、2つの構成要素が加わったレーザー加工機になっている。1つは、駆動部としてのリニアステージ42である。図3で説明した通り、デフォーカスのみを調整が可能である。もう1つは制御器55である。制御器55によって、ズーム光学系2の駆動部が制御されている。
<Configuration of laser processing machine>
First, the laser beam machine according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Compared to the first embodiment, the laser processing machine has two components added. One is a linear stage 42 as a drive unit. As described with reference to FIG. 3, only defocusing can be adjusted. The other is a controller 55. The drive unit of the zoom optical system 2 is controlled by the controller 55.

<加工パラメータの導出フロー>
第二に、本発明の第4実施径形態に係る加工パラメータの導出フローについて説明する。図7のフローチャートは、本発明におけるリニアステージ41とリニアステージ42の駆動量を決定するまでのフローを示した図である。このフローで決定された駆動量に基づき、図6で説明した加工装置で加工が行なわれる。
<Process parameter derivation flow>
Secondly, a flow for deriving machining parameters according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The flowchart of FIG. 7 is a diagram showing a flow until the drive amounts of the linear stage 41 and the linear stage 42 in the present invention are determined. Based on the driving amount determined in this flow, processing is performed by the processing apparatus described in FIG.

(工程S4)
第4実施形態では、第1実施形態のS1と異なり加工経路が3次元データで与えられる。加工経路情報D8では、{(Xs_1,Ys_1,Zs_1,L_1,Xe_1,Ye_1,Ze_1,F_1), (Xs_2,Ys_2, Zs_2,L_2,Xe_2,Ye_2, Ze_2,F_2), ・・・(Xs_i,Ys_i, Zs_i,L_i,Xe_i,Ye_i, Ze_i,F_i) ,・・・,(Xs_N,Ys_N,L_N,Xe_N,Ye_N, Ze_1,F_N)}となる。加工位置に対するガルバノミラー31の駆動量は第1実施例に倣うが、それに加えリニアステージ42の駆動部駆動量が加わった形となる。
(Process S4)
In the fourth embodiment, unlike S1 in the first embodiment, the machining path is given as three-dimensional data. In the machining path information D8, {(Xs_1, Ys_1, Zs_1, L_1, Xe_1, Ye_1, Ze_1, F_1), (Xs_2, Ys_2, Zs_2, L_2, Xe_2, Ye_2, Ze_2, F_2), ... (Xs_i, Ys_i , Zs_i, L_i, Xe_i, Ye_i, Ze_i, F_i),... (Xs_N, Ys_N, L_N, Xe_N, Ye_N, Ze_1, F_N)}. The driving amount of the galvanometer mirror 31 with respect to the processing position follows the first embodiment, but in addition to that, the driving amount of the driving unit of the linear stage 42 is added.

ここで、Zsは加工経路i番目初期位置での駆動部駆動量、Zeは加工経路i番目終了位置での駆動部駆動量である。また、加工位置原点に対する駆動部のオフセット量であり、ZsあるいはZeが0のとき、ζ_ofsはガルバノミラー31からワーク上の加工原点までの距離と一致する。第4実施形態においても、ガルバノミラー駆動量やリニアステージ42の駆動量を加工位置に対して線形の関係としたが、第1実施例の式3のように多項式近似にしても良い。   Here, Zs is a driving unit driving amount at the i-th initial position of the processing path, and Ze is a driving unit driving amount at the i-th end position of the processing path. Further, it is the offset amount of the drive unit with respect to the machining position origin. When Zs or Ze is 0, ζ_ofs coincides with the distance from the galvano mirror 31 to the machining origin on the workpiece. Also in the fourth embodiment, the galvano mirror drive amount and the drive amount of the linear stage 42 are linearly related to the machining position, but may be polynomial approximation as shown in Equation 3 of the first embodiment.

このように工程S4によって、加工経路情報D8から、ガルバノミラー駆動量情報D9とリニアステージ42の駆動部2駆動量情報D10が得られる。   As described above, the galvanometer mirror driving amount information D9 and the driving unit 2 driving amount information D10 of the linear stage 42 are obtained from the processing path information D8 by the step S4.

(工程S5)
第4実施形態の工程S5は、第1実施形態のS2と同様の工程である。S5は、加工経路情報D8、光密度プロファイル情報D3、光強度情報D4から、加工面上の光密度プロファイル情報D5を導出する工程である。S2と異なる点は、第1実施形態ではガルバノミラー31で張る面を加工面として扱ったのに対し、第4実施例ではさらに光軸方向が加わったことによって、加工面が立体面になったことである。その場合においても、ワーク4に対する加工光2の照射方向によって加工線幅が決定されることに変わりはない。ただし、y'方向にも光密度プロファイルが伸長することを考慮しなければならない。
(Process S5)
Step S5 of the fourth embodiment is the same step as S2 of the first embodiment. S5 is a step of deriving the light density profile information D5 on the processed surface from the processing path information D8, the light density profile information D3, and the light intensity information D4. The difference from S2 is that, in the first embodiment, the surface stretched by the galvanometer mirror 31 is treated as a processed surface, but in the fourth example, the processing surface becomes a three-dimensional surface due to the addition of the optical axis direction. That is. Even in that case, the processing line width is determined by the irradiation direction of the processing light 2 on the workpiece 4. However, it must be considered that the light density profile extends in the y ′ direction.

(工程S6と工程S7)
第4実施形態の工程S6においても、第1実施形態のS3と同様である。この工程によって、加工経路情報D8と加工面上の光密度プロファイル情報D5と加工線幅情報D2から、リニアステージ42の駆動部駆動量情報D6が求まる。本実施例で、リニアステージ41はその駆動量に対して光学倍率のみ変化する光学系であるため、D10とD6は独立して扱うことができた。しかしながら、駆動部の駆動量に対して光学倍率とデフォーカスが同時に変化する場合は、工程S7が必要になる。工程S7は、D10とD6を統合する工程である。そこでは、2つのステージ駆動量が線形和演算され、新たにリニアステージ41の駆動量情報D12、リニアステージ42の駆動部駆動量情報D11が得られる。こうすることで、複数の駆動部を有した場合でも、加工線幅をコントロールして加工する効果が得られる。
(Step S6 and Step S7)
The process S6 of the fourth embodiment is the same as S3 of the first embodiment. Through this process, the drive amount information D6 of the linear stage 42 is obtained from the processing path information D8, the light density profile information D5 on the processing surface, and the processing line width information D2. In this embodiment, since the linear stage 41 is an optical system that changes only the optical magnification with respect to its driving amount, D10 and D6 could be handled independently. However, when the optical magnification and the defocus change simultaneously with respect to the drive amount of the drive unit, step S7 is necessary. Step S7 is a step of integrating D10 and D6. There, the two stage drive amounts are subjected to a linear sum operation, and drive amount information D12 of the linear stage 41 and drive unit drive amount information D11 of the linear stage 42 are newly obtained. By doing so, even when a plurality of drive units are provided, the effect of machining by controlling the machining line width can be obtained.

<加工>
ガルバノ駆動量情報D9、リニアステージ41の駆動部駆動量D6、リニアステージ42の駆動部駆動量D10を同期装置54に入力することで、第1実施形態と同様に加工線幅をコントロールして加工する効果が得られる。あるいは、ガルバノミラー駆動量情報D9、リニアステージ41の駆動部駆動量D12、リニアステージ42の駆動部駆動量D11を同期装置54に入力することで、第1実施形態と同様に加工線幅をコントロールして加工する効果が得られる。
<Processing>
By inputting the galvano driving amount information D9, the driving unit driving amount D6 of the linear stage 41, and the driving unit driving amount D10 of the linear stage 42 to the synchronization device 54, the processing line width is controlled and processed as in the first embodiment. Effect is obtained. Alternatively, the processing line width is controlled in the same manner as in the first embodiment by inputting the galvano mirror drive amount information D9, the drive unit drive amount D12 of the linear stage 41, and the drive unit drive amount D11 of the linear stage 42 to the synchronization device 54. Thus, the effect of processing is obtained.

本実施形態の別例として、リニアステージ41の駆動量に応じてデフォーカスが変化する場合では、リニアステージ41とリニアステージ42は同一のものとしてもよい。この場合、レーザー加工ヘッド3の構成をより簡易にできるというメリットがある。   As another example of this embodiment, when the defocus changes according to the drive amount of the linear stage 41, the linear stage 41 and the linear stage 42 may be the same. In this case, there is an advantage that the configuration of the laser processing head 3 can be simplified.

本実施例では、ガルバノミラーの駆動量はリニアステージ42の駆動量と独立で扱っていたが、従属として扱っても良い。その場合、加工工程S7では、ガルバノミラー駆動量情報D9、リニアステージ42の駆動部駆動量情報D10、リニアステージ41の駆動部駆動量情報D11から、新たにガルバノミラー駆動量情報D13、リニアステージ42の駆動部駆動量情報D11、リニアステージ41の駆動部駆動量情報D12が決定される工程となる。   In this embodiment, the driving amount of the galvano mirror is handled independently of the driving amount of the linear stage 42, but may be handled as a subordinate. In this case, in the processing step S7, the galvanometer mirror drive amount information D9, the drive unit drive amount information D10 of the linear stage 42, and the drive unit drive amount information D11 of the linear stage 41 are newly added to the galvanometer mirror drive amount information D13, the linear stage 42. This is a step in which the drive unit drive amount information D11 and the drive unit drive amount information D12 of the linear stage 41 are determined.

本実施形態において、光密度プロファイル情報D3は、第1実施形態のように実計測で得られた光密度プロファイルを用いてもよいし、第2実施形態や第3実施形態のように関数で近似されるものでもよい。いずれの場合においても、本発明の効果は変わらない。   In the present embodiment, the light density profile information D3 may use a light density profile obtained by actual measurement as in the first embodiment, or may be approximated by a function as in the second embodiment or the third embodiment. It may be done. In any case, the effect of the present invention is not changed.

その他、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態で述べたとおり、種々変更が可能である。   In addition, various modifications are possible as described in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment.

[第5実施形態]
第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態では、駆動量ξiの導出方法について述べたが、演算器によって自動化するのが好ましい。この場合、加工プログラムを高速に導出するという作用を奏することができる。また、演算器をレーザー加工機に常時接続して使用しても良い。この場合、加工プログラム作成から加工までを連続して行なうことができ、時間短縮の効果が得られる。
[Fifth Embodiment]
In the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, the method for deriving the driving amount ξi has been described. However, it is preferable that the driving amount ξi is automated. In this case, the operation of deriving the machining program at high speed can be achieved. Further, the computing unit may be always connected to the laser processing machine. In this case, machining program creation to machining can be performed continuously, and the effect of shortening the time can be obtained.


以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。また、本発明の演算器によって作成された加工プログラムや、本発明の加工方法によって製作された加工物や、本発明の演算器で求められた加工プログラムに基づいて加工された加工物や、本発明の加工機で製作された加工物も対象となる。

As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary. Further, a machining program created by the computing unit of the present invention, a workpiece produced by the machining method of the present invention, a workpiece machined based on the machining program obtained by the computing unit of the present invention, A workpiece manufactured by the processing machine of the invention is also a target.

D1・・・加工経路情報
D2・・・加工線幅情報
D3・・・光密度プロファイル情報
D4・・・光強度情報
D5・・・加工面上の光密度プロファイル情報
D6・・・駆動部駆動量
D7・・・ガルバノミラー駆動情報
S1・・・工程S1
S2・・・工程S2
S3・・・工程S3
D1 ... Processing path information D2 ... Processing line width information D3 ... Light density profile information D4 ... Light intensity information D5 ... Light density profile information D6 on the processed surface ... Driving unit drive amount D7 ... Galvano mirror drive information S1 ... Process S1
S2 ... Process S2
S3 ... Process S3

Claims (7)

光源と、前記光源から射出された光を、互いに平行ではない方向に走査する1組のガルバノミラーを備え、かつ、光路上に少なくとも1つの集光素子を備え、かつ、前記集光素子のうち少なくとも1つに前記集光素子を駆動させる駆動部を備えた加工ヘッドと
を有し、
前記駆動部は、前記光源と前記集光素子と、前記ガルバノミラーから成る光学系のデフォーカス、かつ/または、光学倍率を変化させることを特徴とし、
前記光学系は、光源に対し共役となる結像面を1つ以上有し、かつ、そのうち1つはワーク近傍にあること
を特徴とする加工装置を用いて、
前記1組のガルバノミラーの走査方向で張る面上を、予め与えられた加工経路に沿って、予め与えられた加工線幅で加工する加工方法において、
1.前記加工経路から前記ガルバノミラーのガルバノミラー駆動量を決定する工程と、
2.予め求められた光密度プロファイル情報と、前記加工経路中の加工位置から加工面光密度プロファイル情報を決定する工程と、
3.前記加工経路と、前記加工線幅と、前記加工面光密度プロファイル情報から前記駆動部の駆動部駆動量を決定する工程と、
から成る工程から得られた前記ガルバノミラー駆動量と前記駆動部駆動量に基づいて加工することを特徴とした加工方法。
A light source and a pair of galvanometer mirrors that scan the light emitted from the light source in directions that are not parallel to each other, and at least one condensing element on the optical path, and of the condensing elements A processing head having at least one drive unit for driving the light collecting element;
The drive unit is characterized by changing the defocus and / or optical magnification of an optical system composed of the light source, the condensing element, and the galvanometer mirror,
The optical system has one or more imaging planes that are conjugate to the light source, and one of them is in the vicinity of the workpiece, using a processing apparatus,
In the processing method of processing the surface stretched in the scanning direction of the one set of galvanometer mirrors with a predetermined processing line width along a predetermined processing path,
1. Determining a galvanometer mirror driving amount of the galvanometer mirror from the processing path;
2. Determining light density profile information obtained in advance, and processing surface light density profile information from a processing position in the processing path;
3. Determining a driving unit driving amount of the driving unit from the processing path, the processing line width, and the processing surface light density profile information;
A processing method characterized in that processing is performed based on the galvanometer mirror driving amount and the driving unit driving amount obtained from the process consisting of:
光源と、前記光源から射出された光を、互いに平行ではない方向に走査する1組のガルバノミラーを備え、かつ、光路上に少なくとも1つの集光素子を備え、かつ、前記集光素子のうち少なくとも1つに前記集光素子を駆動させる駆動部を備えた加工ヘッドとを有し、
前記駆動部は、前記光源と前記集光素子と、前記ガルバノミラーから成る光学系のデフォーカス、かつ/または、光学倍率を変化させることを特徴とし、
前記光学系は、光源に対し共役となる結像面を1つ以上有し、かつ、そのうち1つはワーク近傍にあること
を特徴とする加工装置を用いて、
前記1組のガルバノミラーの走査方向と前記駆動部のデフォーカス方向で張る立体面上を、予め与えられた加工経路に沿って、予め与えられた加工線幅で加工を行なう加工方法において、
1.前記加工経路から前記ガルバノミラーのガルバノミラー駆動量と前記駆動部の駆動部駆動量1を決定する工程と、
2.予め求められた光密度プロファイル情報と、前記加工経路中の加工位置から加工面光密度プロファイル情報を決定する工程と、
3.前記加工経路と、前記加工線幅と、前記加工面光密度プロファイル情報から前記駆動部の駆動部駆動量2を決定する工程と、
4.前記駆動部駆動量1と前記駆動部駆動量2とを統合し、前記駆動部駆動量3を決定する工程と、
から成る工程から得られた前記ガルバノミラー駆動量と前記駆動部駆動量3に基づいて加工することを特徴とした加工方法。
A light source and a pair of galvanometer mirrors that scan the light emitted from the light source in directions that are not parallel to each other, and at least one condensing element on the optical path, and of the condensing elements A processing head having at least one drive unit for driving the light collecting element;
The drive unit is characterized by changing the defocus and / or optical magnification of an optical system composed of the light source, the condensing element, and the galvanometer mirror,
The optical system has one or more imaging planes that are conjugate to the light source, and one of them is in the vicinity of the workpiece, using a processing apparatus,
In a processing method for processing a solid surface extending in a scanning direction of the set of galvanometer mirrors and a defocusing direction of the drive unit along a predetermined processing path with a predetermined processing line width,
1. Determining a galvano mirror driving amount of the galvano mirror and a driving unit driving amount 1 of the driving unit from the processing path;
2. Determining light density profile information obtained in advance, and processing surface light density profile information from a processing position in the processing path;
3. Determining a drive unit drive amount 2 of the drive unit from the processing path, the processing line width, and the processing surface light density profile information;
4). Integrating the drive unit drive amount 1 and the drive unit drive amount 2 to determine the drive unit drive amount 3;
A processing method characterized in that processing is performed based on the galvanometer mirror driving amount and the driving unit driving amount 3 obtained from the process comprising the steps of:
前記加工面光密度プロファイル情報は、走査方向の断面プロファイルにおいて、エネルギー密度が加工閾値を超えた幅であることを特徴とする、請求項1または2に記載の加工方法。 The processing method according to claim 1, wherein the processing surface light density profile information is a width where an energy density exceeds a processing threshold in a cross-sectional profile in a scanning direction. 光源と、前記光源から射出された光を、互いに平行ではない方向に走査する1組のガルバノミラーを備え、かつ、光路上に少なくとも1つの集光素子を備え、かつ、前記集光素子のうち少なくとも1つに前記集光素子を駆動させる駆動部を備えた加工ヘッドと
を有し、
前記駆動部は、前記光源と前記集光素子と、前記ガルバノミラーから成る光学系のデフォーカス、かつ/または、光学倍率を変化させることを特徴とし、
前記光学系は、光源に対し共役となる結像面を1つ以上有し、かつ、そのうち1つはワーク近傍にあること
を特徴とする加工装置の制御パラメータを演算する加工演算器において、
1.前記加工経路から前記ガルバノミラーのガルバノミラー駆動量を決定する工程と、
2.予め求められた光密度プロファイル情報と、前記加工経路中の加工位置から加工面光密度プロファイル情報を決定する工程と、
3.前記加工経路と、前記加工線幅と、前記加工面光密度プロファイル情報から前記駆動部の駆動部駆動量を決定する工程と、
から成る工程から決定された前記ガルバノミラー駆動量と前記駆動部駆動量を出力することを特徴とした加工演算器。
A light source and a pair of galvanometer mirrors that scan the light emitted from the light source in directions that are not parallel to each other, and at least one condensing element on the optical path, and of the condensing elements A processing head having at least one drive unit for driving the light collecting element;
The drive unit is characterized by changing the defocus and / or optical magnification of an optical system composed of the light source, the condensing element, and the galvanometer mirror,
In the processing arithmetic unit for calculating the control parameter of the processing apparatus, wherein the optical system has one or more imaging planes conjugate to the light source, and one of them is in the vicinity of the workpiece.
1. Determining a galvanometer mirror driving amount of the galvanometer mirror from the processing path;
2. Determining light density profile information obtained in advance, and processing surface light density profile information from a processing position in the processing path;
3. Determining a driving unit driving amount of the driving unit from the processing path, the processing line width, and the processing surface light density profile information;
A machining arithmetic unit that outputs the galvanometer mirror driving amount and the driving unit driving amount determined from the process comprising:
光源と、前記光源から射出された光を、互いに平行ではない方向に走査する1組のガルバノミラーを備え、かつ、光路上に少なくとも1つの集光素子を備え、かつ、前記集光素子のうち少なくとも1つに前記集光素子を駆動させる駆動部を備えた加工ヘッドとを有し、
前記駆動部は、前記光源と前記集光素子と、前記ガルバノミラーから成る光学系のデフォーカス、かつ/または、光学倍率を変化させることを特徴とし、
前記光学系は、光源に対し共役となる結像面を1つ以上有し、かつ、そのうち1つはワーク近傍にあること
を特徴する加工装置の制御パラメータを演算する加工演算器において、
1.前記加工経路から前記ガルバノミラーのガルバノミラー駆動量と前記駆動部の駆動部駆動量1を決定する工程と、
2.予め求められた光密度プロファイル情報と、前記加工経路中の加工位置から加工面光密度プロファイル情報を決定する工程と、
3.前記加工経路と、前記加工線幅と、前記加工面光密度プロファイル情報から前記駆動部の駆動部駆動量2を決定する工程と、
4.前記駆動部駆動量1と前記駆動部駆動量2とを統合し、前記駆動部駆動量3を決定する工程と、
から成る工程から決定された前記ガルバノミラー駆動量と前記駆動部駆動量3を出力することを特徴とした加工演算器。
A light source and a pair of galvanometer mirrors that scan the light emitted from the light source in directions that are not parallel to each other, and at least one condensing element on the optical path, and of the condensing elements A processing head having at least one drive unit for driving the light collecting element;
The drive unit is characterized by changing the defocus and / or optical magnification of an optical system composed of the light source, the condensing element, and the galvanometer mirror,
The optical system has one or more imaging planes that are conjugate to a light source, and one of them is in the vicinity of a workpiece.
1. Determining a galvano mirror driving amount of the galvano mirror and a driving unit driving amount 1 of the driving unit from the processing path;
2. Determining light density profile information obtained in advance, and processing surface light density profile information from a processing position in the processing path;
3. Determining a drive unit drive amount 2 of the drive unit from the processing path, the processing line width, and the processing surface light density profile information;
4). Integrating the drive unit drive amount 1 and the drive unit drive amount 2 to determine the drive unit drive amount 3;
A machining arithmetic unit that outputs the galvanometer mirror driving amount and the driving unit driving amount 3 determined from the process comprising:
前記光密度プロファイル情報は、走査方向の断面プロファイルにおいて、エネルギー密度が加工閾値を超えた幅であることを特徴とする、請求項4または5に記載の加工演算器。 6. The processing unit according to claim 4, wherein the light density profile information is a width in which an energy density exceeds a processing threshold in a cross-sectional profile in a scanning direction. 請求項4乃至6のいずれか1項に記載の演算器が搭載されたレーザー加工機。 A laser processing machine on which the arithmetic unit according to any one of claims 4 to 6 is mounted.
JP2016176011A 2016-09-09 2016-09-09 Laser processing method, laser processing machine and processing calculator Pending JP2018039040A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016176011A JP2018039040A (en) 2016-09-09 2016-09-09 Laser processing method, laser processing machine and processing calculator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016176011A JP2018039040A (en) 2016-09-09 2016-09-09 Laser processing method, laser processing machine and processing calculator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018039040A true JP2018039040A (en) 2018-03-15

Family

ID=61624610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016176011A Pending JP2018039040A (en) 2016-09-09 2016-09-09 Laser processing method, laser processing machine and processing calculator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018039040A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102430858B (en) Automatic focusing adjustor for laser processing
CN105345595B (en) A kind of micro-diameter milling tool high-precision tool setting device and presetting cutter method
JP6159428B2 (en) Laser processing system and method
JP2019505850A (en) Exposure system, exposure apparatus, and exposure method
CN105772947A (en) Dual light source combined laser beam polishing device
CN110238521A (en) A kind of collimator lattice structure laser accurate welder and method
CN202317434U (en) Laser processing automatic focusing adjustment device
JP2019023721A (en) Beam shaper having optical free-form surface and laser optical system having this type of beam shaper
KR20210038953A (en) Systems, methods, and apparatus for profiling laser beams in machines
WO2017085768A1 (en) Tool path generating method
CN103092001B (en) The regulating device of light-beam position and angle
JP2011230179A (en) Method for adjusting optical axis of laser machining apparatus
JP2013084345A (en) Stage device of charged particle beam device
Le et al. In situ calibration of galvanometric scanning head for laser powder bed fusion machines based on a vision system
CN212470240U (en) Light beam pointing stability monitoring and feedback device
EP3549711A1 (en) Core adjustment method
JP2018039040A (en) Laser processing method, laser processing machine and processing calculator
CN211939504U (en) Spiral bevel gear femtosecond laser processing system
CN102547048A (en) Laser scanning device
CN205393786U (en) Laser beam machining head, laser beam machining device
JP4499248B2 (en) Laser processing method and apparatus
JP4935981B2 (en) Laser scanning device
JP2008006467A5 (en)
RU2283738C1 (en) Device for laser working
JP4497985B2 (en) Galvano scanner control method, galvano scanner control device, and laser processing machine