JP2018171632A - Laser processing device and laser processing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser processing device and a laser processing method which can reduce determination, a labor and a time to obtain a target processing shape when processing a workpiece with a laser beam guided from a liquid jet.SOLUTION: A laser processing device includes: a processing head 40 which irradiates a workpiece W with a laser beam L while guiding the laser beam L with a liquid jet J; processed shape measuring means 72 which measures a processed shape formed by the processing head 40; and a control section 30 (laser beam distribution adjusting means) which adjusts laser beam distribution in a liquid jet J on a laser beam irradiation surface of the workpiece W based on comparison of the processed shape measured by the processed shape measuring means 72 with a target processed shape.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する技術に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method, and more particularly to a technique for processing a workpiece by laser light guided by a liquid jet.

近年、IC、LSI等のデバイスの高集積化、小型化に伴い、シリコン等の半導体基板の表面に、SiOF、BSG(SiOB)等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)と回路を形成する機能膜が積層された積層体からなるデバイス層が形成されたウェーハが実用化されている。   In recent years, with the high integration and miniaturization of devices such as IC and LSI, an inorganic film such as SiOF or BSG (SiOB) or a polymer film such as polyimide or parylene is used on the surface of a semiconductor substrate such as silicon. A wafer on which a device layer made of a laminated body in which a low dielectric constant insulating film (Low-k film) made of a certain organic film and a functional film forming a circuit are laminated has been put into practical use.

しかし、このようなデバイス層のあるウェーハのダイシングは、膜剥がれやバリ等が発生しやすく、ダイシング工程における大きな問題となっている。特に、デバイス層にLow−k膜が含まれる場合、Low−k膜は非常に脆いことから、ダイシングブレードによる切断が行われると、Low−k膜に剥離が生じやすい問題がある。すなわち、ダイシングブレードによって切断すると、Low−k膜が破壊され、この破壊された領域がデバイス形成領域(チップ形成領域)に広がると、チップは不良品となり、製造される半導体装置の歩留りを低下させてしまう要因となる。   However, dicing of a wafer having such a device layer is likely to cause film peeling and burrs, which is a serious problem in the dicing process. In particular, when a low-k film is included in the device layer, the low-k film is very fragile. Therefore, when the device layer is cut by a dicing blade, there is a problem that the low-k film is likely to be peeled off. That is, if the low-k film is broken by cutting with a dicing blade, and the broken area spreads over the device forming area (chip forming area), the chip becomes defective, and the yield of the semiconductor device to be manufactured is lowered. It will be a factor.

上記問題を解消するために、ダイシングブレードによる切断に先立って、ストリートと称される分割予定ラインに沿ってレーザ加工溝を形成してデバイス層を分断した後に、ダイシングブレードによって切断を行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve the above problem, prior to cutting with a dicing blade, a technique is disclosed in which a laser processing groove is formed along a dividing line called a street to divide a device layer and then cut with a dicing blade. (For example, refer to Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、ダイシング装置のほかにレーザ加工装置(レーザスクライバ)が必要である。また、レーザ照射工程では、ダイシングブレードの幅より広いレーザ加工溝を形成するために、レーザ光の照射を1つのストリートに沿って往復移動して行わなければならない。このため、生産性が悪く、コストアップを招く問題がある。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 requires a laser processing apparatus (laser scriber) in addition to the dicing apparatus. Further, in the laser irradiation process, in order to form a laser processing groove wider than the width of the dicing blade, the laser beam irradiation must be performed by reciprocating along one street. For this reason, there is a problem that productivity is poor and the cost is increased.

一方、特許文献2は、加圧液体を液体ジェットにて噴射し、それを光導波路としてレーザ光を被加工物へ照射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、被加工物に向けて液体ジェットが噴射されるので加工時の熱ダメージやコンタミネーションによる影響を防ぎつつ、レーザ光が液体ジェットにより拡散することなく被加工物に向けて誘導されるので高精度な加工を行うことが可能となる。また、ダイシングブレードによるダイシングやレーザダイシング等のダイシング工程が不要となる。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a laser processing apparatus that injects pressurized liquid with a liquid jet and irradiates a workpiece with laser light using the liquid jet as an optical waveguide. In this laser processing device, a liquid jet is ejected toward the work piece, so that the laser beam is guided toward the work piece without being diffused by the liquid jet while preventing the effects of thermal damage and contamination during processing. Therefore, it becomes possible to perform highly accurate processing. Further, a dicing process such as dicing with a dicing blade or laser dicing is not required.

特開2006−140311号公報JP 2006-140311 A 特開2016−193453号公報JP, 2006-193453, A

ところで、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する場合、加工条件(例えば、液体ジェット長さなど)がわずかに異なる場合でも加工形状が変化してしまう問題がある。   By the way, when a workpiece is machined by laser light induced by a liquid jet, there is a problem that the machining shape changes even if the machining conditions (for example, the length of the liquid jet) are slightly different.

かかる問題に対し、特許文献2に開示されたレーザ加工装置は、液体ジェットにより誘導されるレーザ光の分布を観察するレーザ光分布観察装置を備えている。このレーザ光分布観察装置では、遮蔽板と光検出器とが結像レンズに対して互いに共役な位置関係に配置されるので、液体ジェットと遮蔽板との接面におけるレーザ光の分布を光検出器の受光面に忠実に再現することができる。これにより、液体ジェットに誘導されるレーザ光の分布を観察することが可能となる。   In response to such a problem, the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 2 includes a laser light distribution observation apparatus that observes the distribution of laser light induced by a liquid jet. In this laser light distribution observation device, the shielding plate and the photodetector are arranged in a conjugate relationship with each other with respect to the imaging lens, so that the laser beam distribution on the contact surface between the liquid jet and the shielding plate is detected. Can be faithfully reproduced on the light receiving surface of the instrument. Thereby, it is possible to observe the distribution of the laser light induced by the liquid jet.

しかしながら、特許文献2に開示されたレーザ加工装置では、任意の加工形状(目標加工形状)を得るためには、液体ジェット内のレーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要があり、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間がかかるという問題があった。   However, in the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 2, in order to obtain an arbitrary processing shape (target processing shape), it is necessary to manually adjust the laser light distribution in the liquid jet and evaluate the processing shape several times manually. However, there is a problem that it takes time, judgment, and time to obtain a target machining shape.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する際、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らすことができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and when processing a workpiece with a laser beam guided by a liquid jet, it is possible to reduce judgment, labor, and time until a target processing shape is obtained. An object is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method.

上記目的を達成するために、本発明の第1態様に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器と、レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、加工ヘッドによって形成された加工形状を測定する加工形状測定手段と、加工形状測定手段が測定した加工形状と被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、被加工物のレーザ光照射面における液体ジェット内のレーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段と、を備える。   In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a laser oscillator, a processing head that irradiates a workpiece while guiding laser light output from the laser oscillator with a liquid jet, A moving means for relatively moving the machining head and the workpiece, a machining shape measuring means for measuring a machining shape formed by the machining head, a machining shape measured by the machining shape measuring means and a target machining of the workpiece Laser light distribution adjusting means for adjusting the laser light distribution in the liquid jet on the laser light irradiation surface of the workpiece based on the comparison with the shape.

本発明の第2態様に係るレーザ加工装置は、第1態様において、レーザ光分布調整手段は、加工形状測定手段が測定した加工形状と被加工物の目標加工形状とを比較して誤差を算出し、誤差が許容誤差範囲外である場合には、誤差に基づいてレーザ光分布を調整する。   In the laser processing apparatus according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the laser light distribution adjusting unit compares the processing shape measured by the processing shape measuring unit with the target processing shape of the workpiece, and calculates an error. If the error is outside the allowable error range, the laser light distribution is adjusted based on the error.

本発明の第3態様に係るレーザ加工装置は、第1態様又は第2態様において、レーザ発振器から加工ヘッドに向かう途中でレーザ光を高速偏向する高速偏向手段を備え、レーザ光分布調整手段は、加工形状測定手段が測定した加工形状と被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、高速偏向手段の偏向条件を変化させることによりレーザ光分布を調整する。   A laser processing apparatus according to a third aspect of the present invention includes, in the first aspect or the second aspect, a high-speed deflecting unit that deflects laser light at high speed on the way from the laser oscillator to the processing head, and the laser light distribution adjusting unit includes: Based on the comparison between the machining shape measured by the machining shape measuring means and the target machining shape of the workpiece, the laser light distribution is adjusted by changing the deflection condition of the high-speed deflection means.

本発明の第4態様に係るレーザ加工装置は、第3態様において、レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工ヘッドに向けて偏向する低速偏向手段を備え、高速偏向手段は、低速偏向手段よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う。   A laser processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention includes, in the third aspect, a low-speed deflection unit that deflects the laser beam output from the laser oscillator toward the machining head, and the high-speed deflection unit is more than the low-speed deflection unit. High speed deflection and narrow range deflection.

本発明の第5態様に係るレーザ加工装置は、第3態様又は第4態様において、高速偏向手段は音響光学偏向素子である。   In the laser processing apparatus according to the fifth aspect of the present invention, in the third aspect or the fourth aspect, the high-speed deflection means is an acousto-optic deflection element.

本発明の第6態様に係るレーザ加工装置は、第3態様から第5態様のいずれか1つの態様において、レーザ光分布を観察するレーザ光分布観察手段と、レーザ光分布観察手段が観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッドにより被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段と、を備え、レーザ光分布調整手段は、予想加工形状算出手段が算出した予想加工形状と被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、レーザ光分布を調整する。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus according to any one of the third to fifth aspects, wherein the laser light distribution observation means for observing the laser light distribution and the laser observed by the laser light distribution observation means. An expected machining shape calculating means for calculating an expected machining shape when the workpiece is machined by the machining head based on the light distribution, and the laser light distribution adjusting means is calculated by the expected machining shape calculating means. The laser light distribution is adjusted based on a comparison between the predicted machining shape and the target machining shape of the workpiece.

本発明の第7態様に係るレーザ加工装置は、第6態様において、レーザ光分布調整手段は、予想加工形状算出手段が算出した予想加工形状と被加工物の目標加工形状とを比較して誤差を算出し、誤差が許容誤差範囲外である場合には、誤差に基づいてレーザ光分布を調整する。   The laser processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the sixth aspect, wherein the laser light distribution adjusting means compares the predicted processing shape calculated by the predicted processing shape calculation means with the target processing shape of the workpiece and produces an error. If the error is outside the allowable error range, the laser light distribution is adjusted based on the error.

本発明の第8態様に係るレーザ加工装置は、第6態様又は第7態様において、移動手段により加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させつつ加工ヘッドから被加工物にレーザ光を照射する際に、高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、レーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段を備え、予想加工形状算出手段は、レーザ光分布観察手段が観察したレーザ光の複数の分布に基づき、高速偏向制御手段によりレーザ光分布を複数の分布に切り替えながら加工ヘッドにより被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する。   A laser processing apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the sixth aspect or the seventh aspect, wherein the workpiece is irradiated with laser light from the processing head while the processing head and the workpiece are relatively moved by the moving means. The high-speed deflection control means for switching the laser light distribution to a plurality of distributions by changing the deflection conditions of the high-speed deflection means, and the predicted machining shape calculation means is configured to detect the laser light observed by the laser light distribution observation means. Based on the plurality of distributions, an expected machining shape is calculated when the workpiece is machined by the machining head while the laser beam distribution is switched to the plurality of distributions by the high-speed deflection control means.

本発明の第9態様に係るレーザ加工装置は、第8態様において、高速偏向制御手段は、レーザ光分布におけるレーザ光のピーク位置が加工ヘッドと被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、高速偏向手段の偏向条件を変化させる。   In the laser processing apparatus according to the ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the high-speed deflection control means is configured such that the peak position of the laser light in the laser light distribution is orthogonal to the relative movement direction of the processing head and the workpiece. The deflection condition of the high-speed deflection means is changed so that the scanning is performed in the direction.

本発明の第10態様に係るレーザ加工方法は、液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、液体ジェットと被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、レーザ光により形成された加工形状を測定する加工形状測定工程と、加工形状測定工程で測定した加工形状と被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、被加工物のレーザ光照射面における液体ジェット内のレーザ光分布を調整するレーザ光分布調整工程と、を備える。   A laser processing method according to a tenth aspect of the present invention includes a laser light irradiation step of irradiating a workpiece with laser light guided by a liquid jet, and a movement step of relatively moving the liquid jet and the workpiece. Based on the machining shape measurement step for measuring the machining shape formed by the laser beam and the comparison between the machining shape measured in the machining shape measurement step and the target machining shape of the workpiece, the laser beam irradiation surface of the workpiece A laser light distribution adjusting step for adjusting the laser light distribution in the liquid jet.

本発明によれば、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する際、実際の加工形状と目標加工形状との比較に基づいて、液体ジェット内のレーザ光分布が自動的に調整されるので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らすことができる。その結果、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。   According to the present invention, when processing a workpiece with laser light guided by a liquid jet, the laser light distribution in the liquid jet is automatically adjusted based on a comparison between the actual processing shape and the target processing shape. Therefore, it is possible to reduce the judgment, labor, and time until the target machining shape is obtained. As a result, it is possible to reduce the number of work steps and improve the production efficiency by shortening the time required for laser processing, and to obtain the target processing shape with high accuracy.

第1の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図Schematic which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on 1st Embodiment. 液体ジェット内のレーザ光経路を示した簡略図Simplified diagram showing the laser beam path in a liquid jet. 図2のaに示した位置でレーザ光の分布を観察した結果を示した図The figure which showed the result of having observed the distribution of the laser beam in the position shown to a of FIG. 図2のbに示した位置でレーザ光の分布を観察した結果を示した図The figure which showed the result of having observed the distribution of the laser beam in the position shown to b of FIG. 図3と同じ条件でワークに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図The figure which showed the depth profile of the processing groove when the linear processing groove was formed in the work on the same conditions as FIG. 図4と同じ条件でワークに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図The figure which showed the depth profile of the processing groove when the linear processing groove was formed in the work on the same conditions as FIG. 液体ジェット内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case of laser processing with the laser light distribution in the liquid jet constant 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case of laser processing while switching the laser light distribution in the liquid jet to multiple distributions 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case of laser processing while switching the laser light distribution in the liquid jet to multiple distributions 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case of laser processing while switching the laser light distribution in the liquid jet to multiple distributions 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図The figure for demonstrating the processing result when performing laser processing, switching the laser beam distribution in a liquid jet into two distributions by a high-speed deflection means 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図The figure for demonstrating the processing result when performing laser processing, switching the laser beam distribution in a liquid jet into two distributions by a high-speed deflection means 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図The figure for demonstrating the processing result when performing laser processing, switching the laser beam distribution in a liquid jet into two distributions by a high-speed deflection means 第1の実施形態に係るレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法の一例を示すフローチャートA flowchart which shows an example of the laser processing method using the laser processing apparatus concerning a 1st embodiment. 参照テーブルの一例を示した図Figure showing an example of a reference table 予想加工形状の算出方法の第1例を示した図The figure which showed the 1st example of the calculation method of an expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第1例を示した図The figure which showed the 1st example of the calculation method of an expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第2例を示した図The figure which showed the 2nd example of the calculation method of a predicted processing shape 予想加工形状の算出方法の第2例を示した図The figure which showed the 2nd example of the calculation method of a predicted processing shape 予想加工形状の算出方法の第2例を示した図The figure which showed the 2nd example of the calculation method of a predicted processing shape 予想加工形状の算出方法の第3例を示した図The figure which showed the 3rd example of the calculation method of a predicted machining shape 予想加工形状の算出方法の第3例を示した図The figure which showed the 3rd example of the calculation method of a predicted machining shape 予想加工形状の算出方法の第3例を示した図The figure which showed the 3rd example of the calculation method of a predicted machining shape 照射フルーエンスと加工レートとの対応関係の一例を示した両対数グラフLog-log graph showing an example of correspondence between irradiation fluence and processing rate 1つの加工パスにおいて液体ジェット内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合についてのレーザ加工方法を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining a laser processing method in a case where laser processing is performed with a laser beam distribution in a liquid jet constant in one processing pass. 第2の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図Schematic which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 空間光位相変調器による位相調整の効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of the phase adjustment by a spatial light phase modulator 第3の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図Schematic which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態の効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of 3rd Embodiment 第3の実施形態の効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of 3rd Embodiment

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るレーザ加工装置10の構成を示す概略図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus 10 according to the first embodiment.

図1に示すように、レーザ加工装置10は、レーザ電源12と、レーザ発振器14と、ワークテーブル16と、ワークテーブル移動部18と、液体供給手段20と、ヘッドユニット22と、レーザ光分布観察装置26と、制御部30とを備えている。   As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 10 includes a laser power source 12, a laser oscillator 14, a work table 16, a work table moving unit 18, a liquid supply means 20, a head unit 22, and laser light distribution observation. A device 26 and a control unit 30 are provided.

レーザ電源12は、信号ケーブルを介してレーザ発振器14に接続され、レーザ発振器14に電力を供給する。   The laser power source 12 is connected to the laser oscillator 14 via a signal cable and supplies power to the laser oscillator 14.

レーザ発振器14は、レーザ電源12から供給される電力を用いてレーザ光Lを出力する。レーザ光Lとしては、水に吸収されにくい波長域のレーザ光が用いられる。   The laser oscillator 14 outputs the laser light L using the power supplied from the laser power source 12. As the laser beam L, a laser beam having a wavelength region that is difficult to be absorbed by water is used.

ワークテーブル16は、ワークW(被加工物)を吸着して保持する保持面16aを有する。この保持面16aには、ワークWを吸着保持するための吸着穴が複数設けられ、吸着穴は不図示の真空吸着源に接続されている。   The work table 16 has a holding surface 16a that sucks and holds the work W (workpiece). The holding surface 16a is provided with a plurality of suction holes for sucking and holding the workpiece W, and the suction holes are connected to a vacuum suction source (not shown).

ワークテーブル移動部18は、Xテーブル32と、θ回転テーブル34とを備えている。Xテーブル32は、水平に設置されており、図示しないX駆動機構によってX方向に移動可能に構成される。θ回転テーブル34は、Xテーブル32上に配設され、図示しないθ駆動機構によってθ方向(Z方向の軸を中心とした回転方向)に移動可能に構成される。そして、θ回転テーブル34上にはワークテーブル16が載置固定される。したがって、ワークテーブル16は、X方向及びθ方向にそれぞれ移動可能に構成される。なお、ワークテーブル移動部18は、移動手段の一例である。   The work table moving unit 18 includes an X table 32 and a θ rotation table 34. The X table 32 is installed horizontally and is configured to be movable in the X direction by an X drive mechanism (not shown). The θ rotation table 34 is disposed on the X table 32 and is configured to be movable in the θ direction (rotation direction about the Z direction axis) by a θ drive mechanism (not shown). The work table 16 is placed and fixed on the θ rotation table 34. Therefore, the work table 16 is configured to be movable in the X direction and the θ direction, respectively. The work table moving unit 18 is an example of a moving unit.

液体供給手段20は、液体供給路を介してヘッドユニット22の加工ヘッド40に接続され、加工ヘッド40に加圧液体(例えば、加圧水)を供給する。   The liquid supply unit 20 is connected to the processing head 40 of the head unit 22 via a liquid supply path, and supplies pressurized liquid (for example, pressurized water) to the processing head 40.

ヘッドユニット22は、偏向部36と、ビーム形状整形手段38と、加工ヘッド40とを備えている。このヘッドユニット22は、図示しないZ駆動機構によってZ方向に移動可能に構成されるZテーブルに配設される。Zテーブルは、図示しないY駆動機構によってY方向に移動可能に構成されるYテーブルに配設される。したがって、ヘッドユニット22は、Y方向及びZ方向に移動可能に構成される。   The head unit 22 includes a deflection unit 36, a beam shape shaping unit 38, and a processing head 40. The head unit 22 is disposed on a Z table configured to be movable in the Z direction by a Z drive mechanism (not shown). The Z table is arranged in a Y table configured to be movable in the Y direction by a Y drive mechanism (not shown). Therefore, the head unit 22 is configured to be movable in the Y direction and the Z direction.

偏向部36は、レーザ光Lの光路上に設けられており、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lを加工ヘッド40に向けて反射する。この偏向部36は、相互に直交する軸線回りに揺動可能な2つのガルバノミラー(不図示)を対向させて構成されており、2つのガルバノミラーを揺動させてレーザ光Lを偏向することで、加工ヘッド40(液体ジェット噴射ノズル48)から噴射される液体ジェットJに対する入射角度及び入射位置を変化させることができるようになっている。偏向部36は、低速偏向手段の一例である。   The deflecting unit 36 is provided on the optical path of the laser beam L, and reflects the laser beam L output from the laser oscillator 14 toward the machining head 40. The deflecting unit 36 is configured to face two galvanometer mirrors (not shown) that can swing around mutually orthogonal axes, and deflects the laser light L by swinging the two galvanometer mirrors. Thus, the incident angle and the incident position with respect to the liquid jet J ejected from the processing head 40 (liquid jet ejection nozzle 48) can be changed. The deflection unit 36 is an example of a low-speed deflection unit.

ビーム形状整形手段38は、偏向部36と加工ヘッド40との間に配置され、レーザ発振器14から偏向部36を介して入力されたレーザ光Lを整形する。このビーム形状整形手段38は、例えば、可変アパーチャー(矩形、円形)やアキシコンレンズ、ビームホモジナイザ、及びこれらをレーザ光Lと直交する方向へ微小移動する機構などで構成されており、加工ヘッド40に入射する前のレーザ光Lを所定の形状、サイズ、強度分布に整形する。また、AOD(音響光学偏向素子)、SLM(空間変調素子)、DMD(Digital Mirror Device)、回折素子ならびに方解石などを用いて、レーザ光Lの分岐を含め、静的もしくは動的にレーザ光Lを整形することも可能である。   The beam shape shaping means 38 is disposed between the deflection unit 36 and the machining head 40 and shapes the laser beam L input from the laser oscillator 14 via the deflection unit 36. The beam shape shaping means 38 includes, for example, a variable aperture (rectangular or circular), an axicon lens, a beam homogenizer, and a mechanism for minutely moving these in a direction perpendicular to the laser beam L. Is shaped into a predetermined shape, size, and intensity distribution. In addition, the laser light L can be statically or dynamically included, including the branching of the laser light L, using an AOD (acousto-optic deflection element), SLM (spatial modulation element), DMD (Digital Mirror Device), diffraction element, calcite, and the like. Can also be shaped.

加工ヘッド40は、液体供給手段20から供給された加圧液体を液体ジェットJにてワークWに向けて噴射するとともに、液体ジェットJの中にレーザ光Lを導光することにより、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光LをワークWに照射する。加工ヘッド40の具体的な構成は、以下のとおりである。   The processing head 40 ejects the pressurized liquid supplied from the liquid supply means 20 toward the workpiece W by the liquid jet J, and guides the laser light L into the liquid jet J, whereby the liquid jet J The workpiece W is irradiated with the laser beam L guided by the above. A specific configuration of the machining head 40 is as follows.

加工ヘッド40は、集光レンズ42と、ヘッド本体44とを備えている。   The processing head 40 includes a condenser lens 42 and a head main body 44.

集光レンズ42は、ヘッド本体44の前段(上方)に配置され、レーザ発振器14から偏向部36及びビーム形状整形手段38を介して入射したレーザ光Lをヘッド本体44の内部に向けて集光する。   The condensing lens 42 is disposed in front (upper) of the head main body 44, and condenses the laser light L incident from the laser oscillator 14 via the deflection unit 36 and the beam shape shaping unit 38 toward the inside of the head main body 44. To do.

ヘッド本体44の内部には、液体チャンバ46が区画形成されている。液体チャンバ46は、液体供給手段20から供給された高圧液体を収容する。また、ヘッド本体44の下部には、液体ジェット噴射ノズル48が設けられており、液体ジェット噴射ノズル48は液体チャンバ46に連通している。したがって、液体供給手段20から加工ヘッド40に対して高圧液体が供給されると、その加圧液体は液体チャンバ46に収容され、さらに液体ジェット噴射ノズル48からワークW(又は後述するレーザ光分布観察装置26の遮蔽板52)に向けて液体ジェットJが噴射される。   A liquid chamber 46 is defined in the head main body 44. The liquid chamber 46 stores the high-pressure liquid supplied from the liquid supply means 20. In addition, a liquid jet spray nozzle 48 is provided below the head main body 44, and the liquid jet spray nozzle 48 communicates with the liquid chamber 46. Therefore, when the high-pressure liquid is supplied from the liquid supply means 20 to the processing head 40, the pressurized liquid is accommodated in the liquid chamber 46, and the workpiece W (or laser light distribution observation described later) is further supplied from the liquid jet injection nozzle 48. The liquid jet J is ejected towards the shielding plate 52) of the device 26.

ヘッド本体44の上部には、窓部50が設けられている。窓部50は、レーザ光Lに対して光学的に透明な光透過性部材(例えば、石英ガラス)により構成されており、液体チャンバ46を密閉しかつレーザ光Lを透過する。したがって、集光レンズ42から出射したレーザ光Lは、窓部50を透過してヘッド本体44の内部(液体チャンバ46)に入射し、液体ジェット噴射ノズル48へ集光する。   A window portion 50 is provided on the upper portion of the head main body 44. The window 50 is made of a light-transmissive member (for example, quartz glass) that is optically transparent to the laser light L, seals the liquid chamber 46 and transmits the laser light L. Accordingly, the laser light L emitted from the condensing lens 42 passes through the window portion 50 and enters the inside of the head main body 44 (liquid chamber 46) and is condensed on the liquid jet ejection nozzle 48.

なお、本実施形態では、一例として、ワークテーブル16がX方向及びθ方向に移動可能に構成され、ヘッドユニット22がY方向及びZ方向に移動可能に構成される態様を示したが、ワークテーブル16とヘッドユニット22とがX方向、Y方向、Z方向、及びθ方向に相対的に移動可能に構成されていればよく、本実施形態とは異なる他の態様を適宜採用することができる。後述する他の実施形態においても同様である。   In the present embodiment, as an example, the work table 16 is configured to be movable in the X direction and the θ direction, and the head unit 22 is configured to be movable in the Y direction and the Z direction. 16 and the head unit 22 may be configured to be relatively movable in the X direction, the Y direction, the Z direction, and the θ direction, and other modes different from the present embodiment can be appropriately employed. The same applies to other embodiments described later.

レーザ光分布観察装置26は、ワークWの表面(レーザ光照射面)における液体ジェットJ内のレーザ光Lの分布(レーザ光分布)を観察するものである。   The laser light distribution observation device 26 observes the distribution (laser light distribution) of the laser light L in the liquid jet J on the surface (laser light irradiation surface) of the workpiece W.

レーザ光分布観察装置26は、液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察する際に、ワークテーブル16に代えて、加工ヘッド40に対向する位置に配置される。   The laser light distribution observation device 26 is disposed at a position facing the processing head 40 instead of the work table 16 when observing the laser light distribution in the liquid jet J.

レーザ光分布観察装置26は、図示しない観察装置駆動機構を備えており、X方向、Y方向、及びZ方向に移動可能に構成される。これにより、レーザ光分布観察装置26は、加工ヘッド40に対向する観察位置と、その観察位置から離間した退避位置との間で移動することができる。   The laser light distribution observation device 26 includes an observation device driving mechanism (not shown) and is configured to be movable in the X direction, the Y direction, and the Z direction. Thereby, the laser beam distribution observation device 26 can move between an observation position facing the processing head 40 and a retracted position separated from the observation position.

レーザ光分布観察装置26は、遮蔽板52と、液体除去手段54と、結像レンズ56と、光検出器58とを備えている。   The laser light distribution observation device 26 includes a shielding plate 52, a liquid removing unit 54, an imaging lens 56, and a photodetector 58.

遮蔽板52は、レーザ光分布観察装置26の上面(加工ヘッド40に対向する面)に設けられる。遮蔽板52は、レーザ光Lに対して光学的に透明な光透過部材(例えば、石英ガラス)により構成されており、液体ジェットJを遮蔽しかつレーザ光Lを透過する。したがって、加工ヘッド40の液体ジェット噴射ノズル48から噴射された液体ジェットJの液体は遮蔽板52により遮蔽される一方で、液体ジェットJに誘導されるレーザ光Lは遮蔽板52を透過し、レーザ光分布観察装置26を構成する本体部60の内部に入射する。   The shielding plate 52 is provided on the upper surface of the laser light distribution observation device 26 (the surface facing the processing head 40). The shielding plate 52 is composed of a light transmission member (for example, quartz glass) that is optically transparent to the laser light L, shields the liquid jet J, and transmits the laser light L. Therefore, while the liquid of the liquid jet J ejected from the liquid jet ejection nozzle 48 of the processing head 40 is shielded by the shielding plate 52, the laser light L guided to the liquid jet J passes through the shielding plate 52, and the laser The light enters the main body 60 constituting the light distribution observation device 26.

遮蔽板52は、加工ヘッド40に対してワークテーブル16に保持されるワークWと相対的に同一の高さに配置される。なお、加工ヘッド40と遮蔽板52との間の距離が加工ヘッド40とワークWとの間の距離と等しければよい。すなわち、加工ヘッド40からワークWに液体ジェットJが噴射されるときの液体ジェットJの長さと、加工ヘッド40から遮蔽板52に液体ジェットJが噴射されるときの液体ジェットJの長さとが互いに等しければよく、ワークWと遮蔽板52とが絶対座標的に同一高さであることは必ずしも必要ではない。例えば、ワークWと遮蔽板52とが絶対座標的に異なる高さである場合でも、加工ヘッド40に対する相対的な高さが互いに同一であればよい。加工ヘッド40と遮蔽板52との間の距離は、ヘッドユニット22(加工ヘッド40)又はレーザ光分布観察装置26のZ方向の移動により、加工ヘッド40とワークWとの間の距離と等しくなるように調整される。   The shielding plate 52 is disposed at the same height as the work W held on the work table 16 with respect to the processing head 40. The distance between the machining head 40 and the shielding plate 52 may be equal to the distance between the machining head 40 and the workpiece W. That is, the length of the liquid jet J when the liquid jet J is ejected from the machining head 40 onto the workpiece W and the length of the liquid jet J when the liquid jet J is ejected from the machining head 40 onto the shielding plate 52 are mutually equal. The workpiece W and the shielding plate 52 are not necessarily required to have the same height in absolute coordinates. For example, even if the workpiece W and the shielding plate 52 have different heights in absolute coordinates, the relative heights with respect to the processing head 40 may be the same. The distance between the processing head 40 and the shielding plate 52 becomes equal to the distance between the processing head 40 and the workpiece W due to movement of the head unit 22 (processing head 40) or the laser light distribution observation device 26 in the Z direction. To be adjusted.

液体除去手段54は、遮蔽板52により遮蔽された液体ジェットJの液体(残留液体)を除去する。液体除去手段54としては、例えば、残留液体を吸収により除去する液体吸収手段、残留液体を吸引により除去する液体吸引手段、残留液体を送風により除去する液体送風手段、あるいはこれらを組み合わせたものを適宜採用することができる。なお、液体吸収手段としては、布などの繊維質の帯状部材を遮蔽板52の表面に当接させることにより、毛細管現象を利用して残留液体を帯状部材に吸収させる構成を好ましく採用することができる。   The liquid removing unit 54 removes the liquid (residual liquid) of the liquid jet J shielded by the shielding plate 52. As the liquid removing means 54, for example, a liquid absorbing means for removing residual liquid by absorption, a liquid suction means for removing residual liquid by suction, a liquid blowing means for removing residual liquid by blowing, or a combination of these is appropriately used. Can be adopted. In addition, as a liquid absorption means, it is preferable to employ | adopt the structure which makes a strip | belt member absorb a residual liquid using a capillary phenomenon by making a fibrous strip | belt-shaped member, such as cloth, contact | abut to the surface of the shielding board 52. FIG. it can.

結像レンズ56は、本体部60の内部において遮蔽板52と光検出器58との間に配置される。結像レンズ56は、複数枚のレンズから構成されており、液体ジェットJ内のレーザ光分布を光検出器58の受光面に投影する。すなわち、遮蔽板52と光検出器58とは結像レンズ56に対して互いに共役な位置関係に配置されており、液体ジェットJと遮蔽板52との接面における液体ジェットJ内のレーザ光分布が結像レンズ56により光検出器58の受光面に忠実に再現される。   The imaging lens 56 is disposed between the shielding plate 52 and the photodetector 58 inside the main body 60. The imaging lens 56 is composed of a plurality of lenses, and projects the laser light distribution in the liquid jet J onto the light receiving surface of the photodetector 58. That is, the shielding plate 52 and the light detector 58 are arranged in a conjugate relationship with each other with respect to the imaging lens 56, and the laser light distribution in the liquid jet J at the contact surface between the liquid jet J and the shielding plate 52. Is faithfully reproduced on the light receiving surface of the photodetector 58 by the imaging lens 56.

光検出器58は、結像レンズ56により結像された液体ジェットJ内のレーザ光分布を示す投影像を受光する。光検出器58は、2次元的に配置された複数の受光素子を有し、各受光素子は受光した光量に応じた出力信号(電気信号)をレーザ光分布データとして出力する。光検出器58としては、例えば、CCDイメージセンサ(Charge Coupled Device Image Sensor)やCMOSイメージセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)などの固体撮像素子が好適に用いられる。   The light detector 58 receives a projection image indicating the laser light distribution in the liquid jet J imaged by the imaging lens 56. The photodetector 58 has a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally, and each light receiving element outputs an output signal (electric signal) corresponding to the amount of received light as laser light distribution data. As the photodetector 58, for example, a solid-state imaging device such as a CCD image sensor (Charge Coupled Device Image Sensor) or a CMOS image sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) is preferably used.

ここで、レーザ光分布観察装置26によって、液体ジェットJ内のレーザ光分布の観察が行われるときの動作について説明する。   Here, the operation when the laser light distribution observation device 26 observes the laser light distribution in the liquid jet J will be described.

まず、レーザ光分布観察装置26は、図示しない観察装置駆動機構により観察位置(加工ヘッド40に対向する位置)に移動する。なお、遮蔽板52は、加工ヘッド40に対してワークテーブル16に保持されるワークWと相対的に同一の高さに配置される。   First, the laser light distribution observation device 26 is moved to an observation position (a position facing the processing head 40) by an observation device driving mechanism (not shown). The shielding plate 52 is disposed at the same height relative to the work W held on the work table 16 with respect to the processing head 40.

次に、液体供給手段20から加工ヘッド40に加圧液体を供給する。加工ヘッド40に供給された加圧液体は液体チャンバ46に収容され、さらに液体ジェット噴射ノズル48から遮蔽板52に向けて液体ジェットJが噴射される。   Next, the pressurized liquid is supplied from the liquid supply means 20 to the processing head 40. The pressurized liquid supplied to the processing head 40 is accommodated in the liquid chamber 46, and the liquid jet J is ejected from the liquid jet ejection nozzle 48 toward the shielding plate 52.

また、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lは、後述する高速偏向手段68を介して、偏向部36により加工ヘッド40に向けて偏向され、ビーム形状整形手段38により所定の形状、サイズ、強度分布に整形され、集光レンズ42に入射する。さらに、レーザ光Lは、集光レンズ42により窓部50を介して液体ジェット噴射ノズル48へ集光される。これにより、レーザ光Lは、液体ジェットJに導光され、液体ジェットJにより誘導されて遮蔽板52に向けて照射される。   The laser light L output from the laser oscillator 14 is deflected toward the processing head 40 by the deflecting unit 36 via a high-speed deflecting unit 68 described later, and has a predetermined shape, size, and intensity by the beam shape shaping unit 38. The light is shaped into a distribution and enters the condenser lens 42. Further, the laser light L is condensed by the condenser lens 42 onto the liquid jet spray nozzle 48 through the window 50. Accordingly, the laser light L is guided to the liquid jet J, guided by the liquid jet J, and irradiated toward the shielding plate 52.

一方、液体ジェット噴射ノズル48から噴射された液体ジェットJは遮蔽板52で遮蔽されるとともに、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光Lは、遮蔽板52を透過して、結像レンズ56により光検出器58の受光面に結像される。その際、遮蔽板52と光検出器58とは結像レンズ56に対して互いに光学的に共役な位置関係に配置されるので、液体ジェットJと遮蔽板52との接面における液体ジェットJ内のレーザ光分布が結像レンズ56により光検出器58の受光面に忠実に再現される。   On the other hand, the liquid jet J ejected from the liquid jet ejection nozzle 48 is shielded by the shielding plate 52, and the laser light L guided by the liquid jet J passes through the shielding plate 52 and is emitted by the imaging lens 56. An image is formed on the light receiving surface of the detector 58. At this time, since the shielding plate 52 and the photodetector 58 are disposed in an optically conjugate positional relationship with respect to the imaging lens 56, the inside of the liquid jet J at the contact surface between the liquid jet J and the shielding plate 52 is provided. Is reproduced faithfully on the light receiving surface of the photodetector 58 by the imaging lens 56.

このようにして光検出器58の受光面に液体ジェットJ内のレーザ光分布を示す投影像が結像されると、光検出器58の各受光素子はそれぞれ受光量に応じた出力信号をレーザ光分布データとして制御部30に対して出力する。制御部30では、入力されたレーザ光分布データに各種処理を施し、当該処理が施されたレーザ光分布データに基づく画像をモニタ64に表示する。   When a projection image showing the laser light distribution in the liquid jet J is formed on the light receiving surface of the light detector 58 in this way, each light receiving element of the light detector 58 outputs an output signal corresponding to the amount of received light to the laser. It outputs to the control part 30 as light distribution data. The control unit 30 performs various processes on the input laser light distribution data, and displays an image based on the laser light distribution data subjected to the process on the monitor 64.

このように本実施形態のレーザ光分布観察装置26によれば、液体ジェットJと遮蔽板52との接面(すなわち、ワークWの表面)における液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察することが可能となる。   As described above, according to the laser light distribution observation apparatus 26 of the present embodiment, the laser light distribution in the liquid jet J on the contact surface between the liquid jet J and the shielding plate 52 (that is, the surface of the workpiece W) can be observed. It becomes possible.

また、レーザ光分布観察装置26によって液体ジェットJ内のレーザ光分布の観察が行われる際、遮蔽板52により遮蔽された液体ジェットJの液体(残留液体)は、液体除去手段54により除去されるので、遮蔽板52上の残留液体によるレーザ光Lの散乱の影響を受けることなく、液体ジェットJ内のレーザ光分布を安定して精度よく観察することが可能となる。   Further, when the laser light distribution observation device 26 observes the laser light distribution in the liquid jet J, the liquid (residual liquid) of the liquid jet J shielded by the shielding plate 52 is removed by the liquid removing means 54. Therefore, it is possible to stably and accurately observe the laser light distribution in the liquid jet J without being affected by the scattering of the laser light L by the residual liquid on the shielding plate 52.

本実施形態のレーザ加工装置10は、上述した構成に加え、さらに、高速偏向手段68と、加工形状測定手段72とを備えている。   In addition to the above-described configuration, the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment further includes a high-speed deflection unit 68 and a processing shape measuring unit 72.

高速偏向手段68は、レーザ発振器14から加工ヘッド40に向かう途中(すなわち、液体ジェットJに入射する手前)でレーザ光Lを高速偏向するものである。すなわち、高速偏向手段68は、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lを所定の角度範囲内で偏向して、レーザ光Lの偏向角度及び出射方向を高速に切り替えるものである。高速偏向手段68としては、例えば、AOD(音響光学偏向素子)が好ましく用いられる。AODは、印加する高周波信号(RF信号)の周波数を変えることによりレーザ光Lを高速偏向するものである。なお、高速偏向手段68の偏向条件(偏向角度、偏向方向、及び偏向タイミング)は、制御部30(高速偏向制御手段の一例)により制御される。   The high-speed deflecting unit 68 deflects the laser light L at high speed on the way from the laser oscillator 14 toward the processing head 40 (that is, before entering the liquid jet J). That is, the high-speed deflecting unit 68 deflects the laser light L output from the laser oscillator 14 within a predetermined angle range, and switches the deflection angle and emission direction of the laser light L at high speed. As the high-speed deflection means 68, for example, an AOD (acousto-optic deflection element) is preferably used. AOD deflects the laser beam L at high speed by changing the frequency of an applied high frequency signal (RF signal). Note that the deflection conditions (deflection angle, deflection direction, and deflection timing) of the high-speed deflection unit 68 are controlled by the control unit 30 (an example of the high-speed deflection control unit).

高速偏向手段68の切替速度(周波数)は数MHz程度まで出せるものが望ましい。また、高速偏向手段68としては、回折光学素子など、レーザ光Lを分岐させる手段と併用してもよい。   It is desirable that the switching speed (frequency) of the high-speed deflection means 68 can be obtained up to about several MHz. Further, the high-speed deflecting means 68 may be used in combination with means for branching the laser light L such as a diffractive optical element.

加工形状測定手段72は、加工ヘッド40に隣接した位置に配置される。加工形状測定手段72は、加工ヘッド40によりワークWの表面に形成された加工形状を3次元的に測定する手段である。加工形状測定手段72としては、ワークWの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものが好ましく、例えば、レーザ顕微鏡や白色干渉顕微鏡などを好ましく採用することができる。加工形状測定手段72により測定された加工形状の3次元データ(加工形状データ)は制御部30に出力される。   The machining shape measuring means 72 is disposed at a position adjacent to the machining head 40. The machining shape measuring means 72 is a means for three-dimensionally measuring the machining shape formed on the surface of the workpiece W by the machining head 40. The machining shape measuring means 72 is preferably a non-contact type that performs measurement without contacting the surface of the workpiece W. For example, a laser microscope or a white interference microscope can be preferably employed. The three-dimensional data (machining shape data) of the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 is output to the control unit 30.

制御部30は、CPU、メモリ、入出力回路部、及び各種制御回路部等からなり、レーザ加工装置10の各部の動作を制御する。すなわち、制御部30は、レーザ発振器14、ワークテーブル移動部18、液体供給手段20、ヘッドユニット22、高速偏向手段68、及び加工形状測定手段72などの動作を制御する。   The control unit 30 includes a CPU, a memory, an input / output circuit unit, various control circuit units, and the like, and controls the operation of each unit of the laser processing apparatus 10. That is, the control unit 30 controls operations of the laser oscillator 14, the work table moving unit 18, the liquid supply unit 20, the head unit 22, the high-speed deflection unit 68, and the machining shape measurement unit 72.

なお、詳細については後述するが、制御部30は、高速偏向手段68の偏向条件を制御する高速偏向制御手段として機能する。また、制御部30は、レーザ光分布観察装置26が観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド40によりワークWに加工した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段として機能する。また、制御部30は、加工形状測定手段72が測定したワークWの加工形状とワークWの目標加工形状との比較に基づいて、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段として機能する。   Although details will be described later, the control unit 30 functions as a high-speed deflection control unit that controls the deflection conditions of the high-speed deflection unit 68. The control unit 30 functions as an expected machining shape calculation unit that calculates an expected machining shape when the workpiece W is machined by the machining head 40 based on the laser beam distribution observed by the laser beam distribution observation device 26. Further, the control unit 30 adjusts the laser light distribution in the liquid jet J on the surface of the workpiece W based on the comparison between the machining shape of the workpiece W measured by the machining shape measuring unit 72 and the target machining shape of the workpiece W. It functions as a laser light distribution adjusting means.

ここで、本実施形態のレーザ加工装置10で行われるレーザ加工の動作原理について説明する。以下では、まず、液体ジェットJ内のレーザ光分布について説明し、次いで、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合の作用効果について説明する。   Here, an operation principle of laser processing performed by the laser processing apparatus 10 of the present embodiment will be described. In the following, first, the laser light distribution in the liquid jet J will be described, and then the effects obtained when laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions by the high-speed deflection means 68 will be described. To do.

図2は、液体ジェットJの中心軸と同軸にレーザ光Lが入射する場合の液体ジェットJ内のレーザ光経路を示した簡略図である。なお、液体ジェットJは、いわばSI型マルチモード光ファイバと同様の機能を有するため、実際には液体ジェットJへの進入角度ごとに液体ジェットJの中心軸方向(長手方向)の移動速度が変わり、それらが干渉し、さらに液体ジェットJの円柱状の外周面(円柱表面)の微小凹凸により発生するスペックルノイズにより複雑化していると考えられるが、ここでは説明を簡単にするために簡略図を用いて説明する。   FIG. 2 is a simplified diagram showing a laser beam path in the liquid jet J when the laser beam L is incident on the same axis as the central axis of the liquid jet J. FIG. Since the liquid jet J has a function similar to that of the SI type multi-mode optical fiber, the moving speed in the central axis direction (longitudinal direction) of the liquid jet J actually changes for each angle of entry into the liquid jet J. It is thought that they are complicated by speckle noise generated by microscopic irregularities on the cylindrical outer peripheral surface (cylindrical surface) of the liquid jet J, but they are simplified for the sake of simplicity. Will be described.

図2に示すように、集光レンズ42により集光されたレーザ光Lが液体ジェットJの中心軸と同軸に入射する場合、レーザ光Lは液体ジェットJの中で全反射により拡縮を繰り返しながら中心軸方向に沿って誘導される。例えば、図2のaで示した位置ではレーザ光経路の腹部分(レーザ光Lが拡大した部分)にあたるため、その位置におけるレーザ光Lの断面形状(液体ジェットJの中心軸に垂直な断面形状)は液体ジェット径全体に一様に広がっている。一方、図2のbで示した位置ではレーザ光経路の節部分(レーザ光Lが縮小した部分)にあたるため、液体ジェットJの中心の狭い範囲のみにレーザ光Lが集まった状態となる。   As shown in FIG. 2, when the laser light L collected by the condenser lens 42 is incident on the same axis as the central axis of the liquid jet J, the laser light L is repeatedly expanded and contracted by total reflection in the liquid jet J. Guided along the central axis direction. For example, the position shown by a in FIG. 2 corresponds to the antinode portion of the laser beam path (the portion where the laser beam L is enlarged), so that the sectional shape of the laser beam L at that position (the sectional shape perpendicular to the central axis of the liquid jet J) ) Uniformly spread over the entire liquid jet diameter. On the other hand, at the position indicated by b in FIG. 2, the laser light L gathers only in a narrow range at the center of the liquid jet J because it corresponds to a node portion (a portion where the laser light L is reduced) of the laser light path.

図3は図2のaに示した位置、図4は図2のbに示した位置にそれぞれ相当する位置でレーザ光Lの分布を実際に観察した結果を示した図である。また、図5は図3と同じ条件で、図6は図4と同じ条件でそれぞれワークWに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図である。   FIG. 3 is a diagram showing a result of actually observing the distribution of the laser beam L at a position corresponding to the position shown in FIG. 2a, and FIG. 4 is a position corresponding to the position shown in FIG. 5 is a diagram showing the depth profile of the machining groove when a linear machining groove is formed on the workpiece W under the same conditions as FIG. 3, and FIG. 6 is the same condition as FIG.

これらの図から分かるように、液体ジェットJ内のレーザ光分布は、液体ジェットJの中心軸方向の位置、すなわち、液体ジェットJの長さによって変化し、さらに液体ジェットJ内のレーザ光分布の変化に応じて加工形状も変化する。   As can be seen from these figures, the laser light distribution in the liquid jet J varies depending on the position of the liquid jet J in the central axis direction, that is, the length of the liquid jet J. The machining shape changes according to the change.

したがって、ワークWの表面(レーザ光照射面)における液体ジェットJ内のレーザ光分布を変化させる制御を行うことによって、液体ジェットJ内のレーザ光分布の変化に応じた加工形状を得ることができる。   Therefore, by performing control to change the laser light distribution in the liquid jet J on the surface (laser light irradiation surface) of the workpiece W, a processed shape corresponding to the change in the laser light distribution in the liquid jet J can be obtained. .

次に、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合の作用効果について説明する。   Next, the operation and effect when laser processing is performed while the laser beam distribution in the liquid jet J is switched to a plurality of distributions by the high-speed deflection means 68 will be described.

図7は、液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図である。また、図8〜図10は、液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図である。なお、これらの図の左側には、液体ジェットJをワークWに対して加工送り方向(切断予定ラインに沿った方向)Mに相対的に移動させてワークWに直線状の加工溝Kを形成したときに、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光Lのピーク位置Q(ワークWの表面においてレーザ光Lの光強度が最も高くなる位置)の軌跡を示している。また、これらの図の右側には、ワークWに形成された加工溝Kの深さプロファイルを示している。   FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a case where laser processing is performed in a state where the laser light distribution in the liquid jet J is constant. 8 to 10 are explanatory views schematically showing a case where laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions. Note that, on the left side of these drawings, the liquid jet J is moved relative to the workpiece W in the machining feed direction (direction along the scheduled cutting line) M to form a linear machining groove K in the workpiece W. The locus of the peak position Q of the laser beam L induced by the liquid jet J (the position where the light intensity of the laser beam L is highest on the surface of the workpiece W) is shown. Further, on the right side of these drawings, a depth profile of the machining groove K formed in the workpiece W is shown.

なお、各図では、説明を簡単にするため、液体ジェットJ内におけるレーザ光Lのピーク位置Qはいずれも強度が一様であるものとしている。また、液体ジェットJ内におけるレーザ光Lのピーク位置Q同士を十分離して描写しているが、加工送り方向Mに対して一様な加工溝を形成したい場合には、空間的に90%以上重なる条件でレーザ加工が行われることが好ましい。   In each figure, the intensity of the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is assumed to be uniform for the sake of simplicity. In addition, although the peak positions Q of the laser beams L in the liquid jet J are depicted as being separated from each other, if it is desired to form a uniform processing groove in the processing feed direction M, it is spatially 90% or more. Laser processing is preferably performed under overlapping conditions.

図7に示すように、液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qは加工送り方向Mに沿って一列に配列された状態となる。そのため、加工溝Kは、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qに対応する位置の加工深さが他の位置の加工深さに比べて深くなる。このような場合、加工溝Kの加工深さをその幅方向の全体にわたって均一なものとするためには、1つの加工パスにおいて複数回の加工を重ねる必要があり、全体のスループットを低下させる要因となる。   As shown in FIG. 7, when laser processing is performed with the laser light distribution in the liquid jet J being constant, the peak position Q of the laser light L in the liquid jet J is along the processing feed direction M. It becomes the state arranged in one line. For this reason, in the processing groove K, the processing depth at the position corresponding to the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is deeper than the processing depth at other positions. In such a case, in order to make the processing depth of the processing groove K uniform in the entire width direction, it is necessary to perform processing a plurality of times in one processing pass, which causes a reduction in the overall throughput. It becomes.

これに対し、図8に示すように、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qを加工送り方向Mに直交する方向(加工溝の幅方向)に変化させることが可能となる。   On the other hand, as shown in FIG. 8, when laser processing is performed while the laser distribution in the liquid jet J is switched to a plurality of distributions by the high-speed deflection means 68, the peak position of the laser light L in the liquid jet J Q can be changed in a direction perpendicular to the machining feed direction M (width direction of the machining groove).

図8に示した例では、液体ジェットJをワークWに対して加工送り方向Mに相対的に移動させながらレーザ加工が行われる際、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qを加工送り方向Mに直交する方向の互いに異なる位置に所定の間隔(ピッチ)Pで順次変化させながらレーザ加工を行っている。この場合、加工溝Kの加工深さをその幅方向の全体的にわたって均一にすることができる。したがって、図7に示した例と比較して、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、所望の加工形状を得ることができ、全体のスループットを向上させることが可能となる。   In the example shown in FIG. 8, when laser processing is performed while moving the liquid jet J relative to the workpiece W in the processing feed direction M, the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is processed and sent. Laser processing is performed while sequentially changing at different intervals (pitch) P at different positions in a direction orthogonal to the direction M. In this case, the processing depth of the processing groove K can be made uniform over the entire width direction. Therefore, as compared with the example shown in FIG. 7, it is possible to obtain a desired processing shape without repeatedly performing processing in one processing pass, and it is possible to improve the overall throughput.

なお、図8に示した例では、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向(加工溝Kの幅方向)の一方側(図8の上側)から他方側(図8の下側)に向かって一定の間隔Pで順次変化し、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向の他方側の端部(図8の下端部)に到達した場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qは加工送り方向Mに直交する方向の一方側の端部に切り替えられ、その後は同様の順序で液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが順次変化する。   In the example shown in FIG. 8, the peak position Q of the laser light L in the liquid jet J is from one side (upper side in FIG. 8) in the direction perpendicular to the machining feed direction M (the width direction of the machining groove K) to the other. The other end of the laser beam L in the direction perpendicular to the machining feed direction M (see FIG. 8) is sequentially changed at a constant interval P toward the side (lower side in FIG. 8). At the lower end of the liquid jet J, the peak position Q of the laser light L in the liquid jet J is switched to one end in the direction orthogonal to the machining feed direction M, and thereafter the liquid jet is processed in the same order. The peak position Q of the laser beam L in J changes sequentially.

これに対し、図9に示した例では、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向の一方側(図9の上側)から他方側(図9の下側)に向かって一定の間隔Pで順次変化し、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向の他方側の端部に到達した場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qは加工送り方向Mに直交する方向の他方側から一方側に向かって一定の間隔Pで順次変化し、その後は同様の順序で液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが順次変化する。図9に示した例によれば、加工送り方向Mに直交する方向に隣接するレーザ光Lのピーク位置Q同士の間隔Pが常に一定となるので、図8に示した例に比べて、レーザ光Lのピーク位置Qの切替痕が現われにくくなり、レーザ加工における加工品質を更に向上させることが可能となる。   On the other hand, in the example shown in FIG. 9, the peak position Q of the laser light L in the liquid jet J is changed from one side (upper side in FIG. 9) to the other side (lower side in FIG. 9). When the peak position Q of the laser light L in the liquid jet J reaches the other end in the direction orthogonal to the machining feed direction M, the liquid jet The peak position Q of the laser beam L in J sequentially changes at a constant interval P from the other side in the direction orthogonal to the machining feed direction M to the one side, and thereafter the laser beam in the liquid jet J in the same order. The peak position Q of L changes sequentially. According to the example shown in FIG. 9, since the interval P between the peak positions Q of the laser beams L adjacent in the direction orthogonal to the machining feed direction M is always constant, the laser is compared with the example shown in FIG. Switching traces of the peak position Q of the light L are less likely to appear, and the processing quality in laser processing can be further improved.

図10に示した例は、図8に示した例に比べて、加工送り方向Mに直交する方向の両端部におけるレーザ光Lのピーク位置Qの回数を多く配分した場合である。この場合、加工溝Kの幅方向の両端部における加工深さを中央部と比べて深く加工することができる。また、図示は省略するが、加工送り方向Mに直交する方向の中央部におけるレーザ光Lのピーク位置Qの回数を多く配分した場合には、加工溝Kの幅方向の中央部における加工深さを両端部と比べて深く加工することができる。   The example shown in FIG. 10 is a case where the number of times of the peak position Q of the laser beam L at both ends in the direction orthogonal to the machining feed direction M is distributed more than in the example shown in FIG. In this case, the processing depth at both end portions in the width direction of the processing groove K can be processed deeper than the central portion. Although illustration is omitted, when the number of times of the peak position Q of the laser beam L in the central portion in the direction orthogonal to the processing feed direction M is distributed a lot, the processing depth in the central portion in the width direction of the processing groove K Can be processed deeper than both ends.

このように本実施形態のレーザ加工装置10では、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向することにより、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことができる。これにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を能動的に制御することができ、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、任意の加工形状(目標加工形状)を得ることができる。   As described above, in the laser processing apparatus 10 of the present embodiment, laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet J on the surface of the workpiece W to a plurality of distributions by deflecting the laser light L at high speed by the high speed deflecting means 68. It can be performed. Thereby, the laser beam distribution in the liquid jet J can be actively controlled, and an arbitrary machining shape (target machining shape) can be obtained without repeatedly performing machining in one machining pass.

なお、このとき、高速偏向制御手段として機能する制御部30は、液体ジェットJ内のレーザ分布におけるレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向に直交する方向に走査されるように、高速偏向手段68の偏向条件(偏向角度、偏向方向、及び偏向タイミング)を変化させる制御を行う。   At this time, the control unit 30 functioning as a high-speed deflection control unit performs high-speed deflection unit so that the peak position Q of the laser light L in the laser distribution in the liquid jet J is scanned in a direction orthogonal to the processing feed direction. Control for changing 68 deflection conditions (deflection angle, deflection direction, and deflection timing) is performed.

図11〜図13は、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図である。なお、ここでは、シングルモードのレーザ光Lを用いたときの結果を示している。   FIGS. 11 to 13 are diagrams for explaining processing results when laser processing is performed while the laser beam distribution in the liquid jet J is switched between two distributions by the high-speed deflecting means 68. Here, the result when the single mode laser beam L is used is shown.

図11は、高速偏向手段68による切替対象とした2つのレーザ光分布をレーザ光分布観察装置26によって観察した結果を示した図である。また、図12は、図11に示した2つのレーザ光分布をそれぞれ加工送り方向に直交する方向(図11の左右方向)へ射影した射影データを示したものである。なお、各図における(a)及び(b)はそれぞれ対応したものである。   FIG. 11 is a diagram showing a result of observing two laser light distributions to be switched by the high-speed deflecting means 68 with the laser light distribution observation device 26. FIG. 12 shows projection data obtained by projecting the two laser light distributions shown in FIG. 11 in a direction perpendicular to the machining feed direction (left and right direction in FIG. 11). Note that (a) and (b) in each figure correspond to each other.

図13は、図11及び図12に示した2つのレーザ光分布を同じ割合(本例では1:1の使用比率)で交互に切り替えながら直線状の加工溝を形成したときに得られた加工溝の深さプロファイルを示したものである。ここでは、高速偏向手段68によって2つのレーザ光分布を15kHzで切り替えながら、ワークWの加工送り方向(X方向)の移動速度(加工送り速度)を30mm/sで搬送しながらレーザ加工を行ったときの結果を示している。これは、加工距離(加工送り方向のワークWの移動距離)が2μm進む毎に液体ジェットJ内のレーザ光分布を切り替えていることに相当するものであり、図13に示すように、加工溝の加工深さは加工幅の幅方向に全体にわたって平均化された形状となる。   FIG. 13 shows the processing obtained when the linear processing grooves are formed while alternately switching the two laser light distributions shown in FIGS. 11 and 12 at the same ratio (the use ratio of 1: 1 in this example). It shows the depth profile of the groove. Here, the laser processing was performed while the movement speed (processing feed speed) of the workpiece W in the processing feed direction (X direction) was transported at 30 mm / s while switching the two laser light distributions at 15 kHz by the high-speed deflection means 68. Shows the results when. This is equivalent to switching the laser light distribution in the liquid jet J every time the machining distance (the movement distance of the workpiece W in the machining feed direction) advances by 2 μm. As shown in FIG. The processing depth is a shape averaged over the entire width direction of the processing width.

なお、液体ジェットJ内のレーザ光分布の切替速度が遅い場合、加工送り方向に対して、液体ジェットJ内のレーザ光分布の切り替えに伴う液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが変化するときの切替痕が現われ、加工溝に凹凸のある形状が形成されてしまう。例えば、2つのレーザ光分布を交互に切り替えるとき、加工送り速度を50mm/sとし、2つのレーザ光分布の切替速度を500Hzとする条件でレーザ加工が行われた場合には、1つのレーザ光分布あたりの加工距離は100μmとなるため(すなわち、加工距離が100μm進む毎にレーザ光分布が切り替えられるため)、加工送り方向(加工溝の長手方向)に100μm毎の凹凸が形成される。   When the switching speed of the laser light distribution in the liquid jet J is slow, the peak position Q of the laser light L in the liquid jet J changes with the switching of the laser light distribution in the liquid jet J with respect to the processing feed direction. When switching, a switching mark appears, and an uneven shape is formed in the processed groove. For example, when two laser light distributions are switched alternately, when laser processing is performed under the condition that the processing feed speed is 50 mm / s and the switching speed of the two laser light distributions is 500 Hz, one laser light is used. Since the processing distance per distribution is 100 μm (that is, the laser light distribution is switched every time the processing distance increases by 100 μm), unevenness is formed every 100 μm in the processing feed direction (longitudinal direction of the processing groove).

これに対して、加工送り速度を50mm/sとし、2つのレーザ光分布の切替速度を50kHzとする条件でレーザ加工が行われた場合には、連続加工距離が1μmとなり、加工溝の凹凸は判別できなくなる。   On the other hand, when laser processing is performed under the condition that the processing feed rate is 50 mm / s and the switching speed of the two laser light distributions is 50 kHz, the continuous processing distance is 1 μm, and the unevenness of the processing groove is Cannot be determined.

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置10を用いたレーザ加工方法について図14を参照して説明する。図14は、本実施形態に係るレーザ加工装置10を用いたレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。なお、特に断らない限り、各処理は制御部30の制御により実行される。   Next, a laser processing method using the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a laser processing method using the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment. Note that each processing is executed under the control of the control unit 30 unless otherwise specified.

(ステップS10:目標加工形状設定工程)
まず、レーザ加工装置10に予め登録された複数の加工形状の中から1つの加工形状がユーザにより選択されると、制御部30は、選択された加工形状を目標加工形状として設定する。なお、ユーザによる選択に代えて、レーザ加工装置10が予め定められたデフォルト形状を目標加工形状として自動的に設定してもよい。なお、レーザ加工装置10には、図15に一例を示すように、複数の加工形状(K1〜K3)と、各加工形状にそれぞれ対応する複数のレーザ光分布(PT1〜PT9)と、各レーザ光分布の使用比率と、各レーザ光分布にそれぞれ対応する、高速偏向手段68の偏向パターン(C1〜C9)との対応関係を示す参照テーブル(ルックアップテーブル)がメモリ(不図示)に記憶されている。また、同一の加工形状に対応する複数のレーザ光分布(例えば、レーザ光分布PT1、PT2)は、高速偏向手段68の偏向パターン(偏向角度及び偏向方向)を変化させることによって実現可能なものとする。
(Step S10: target machining shape setting step)
First, when one machining shape is selected from a plurality of machining shapes registered in advance in the laser machining apparatus 10, the control unit 30 sets the selected machining shape as a target machining shape. Instead of selection by the user, the laser processing apparatus 10 may automatically set a predetermined default shape as the target processing shape. As shown in FIG. 15, the laser processing apparatus 10 includes a plurality of processing shapes (K1 to K3), a plurality of laser light distributions (PT1 to PT9) corresponding to the processing shapes, and lasers. A reference table (look-up table) indicating a correspondence relationship between the usage ratio of the light distribution and the deflection patterns (C1 to C9) of the high-speed deflection means 68 corresponding to each laser light distribution is stored in a memory (not shown). ing. Further, a plurality of laser light distributions (for example, laser light distributions PT1 and PT2) corresponding to the same processed shape can be realized by changing the deflection pattern (deflection angle and deflection direction) of the high-speed deflection means 68. To do.

(ステップS12:レーザ光分布設定工程)
次に、制御部30は、目標加工形状設定工程(ステップS10)で設定された目標加工形状に対応したレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件(例えば、偏向部36のミラー角度など)を設定する。なお、レーザ加工装置10は、各加工形状に対応した装置各部の加工条件を内部値としてメモリ(不図示)に予め記憶しているものとする。
(Step S12: Laser light distribution setting step)
Next, the control unit 30 performs processing conditions (for example, a mirror of the deflection unit 36) of each part of the apparatus so that the laser light distribution corresponding to the target processing shape set in the target processing shape setting step (step S10) is realized. Angle). In addition, the laser processing apparatus 10 shall be previously memorize | stored in memory (not shown) as the internal value of the process conditions of each part of the apparatus corresponding to each process shape.

(ステップS14:レーザ光分布取得工程)
次に、レーザ光分布観察装置26によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察する。この際、レーザ光分布観察装置26がレーザ光分布の観察位置(加工ヘッド40に対向する位置)にない場合には、図示しない観察装置駆動機構により観察位置に移動する。また、レーザ光分布を観察する際、加工ヘッド40からレーザ光分布観察装置26に向かって照射されるレーザ光Lの強度が、レーザ光分布観察装置26の観察可能範囲を超えている場合、ビーム形状整形手段38によりレーザ光Lの強度を低くするように調整する。レーザ光分布観察装置26によって観察された液体ジェットJ内のレーザ光分布を示すレーザ光分布データは、制御部30に対して出力される。なお、レーザ光分布観察装置26による液体ジェットJ内のレーザ光分布の観察は、目標加工形状に対応する全てのレーザ光分布についてそれぞれ行われる。
(Step S14: Laser light distribution acquisition step)
Next, the laser light distribution in the liquid jet J is observed by the laser light distribution observation device 26. At this time, if the laser light distribution observation device 26 is not at the observation position of the laser light distribution (position facing the processing head 40), the laser light distribution observation device 26 is moved to the observation position by an observation device driving mechanism (not shown). Further, when observing the laser light distribution, if the intensity of the laser light L irradiated from the processing head 40 toward the laser light distribution observation device 26 exceeds the observable range of the laser light distribution observation device 26, the beam The shape shaping means 38 is adjusted so as to reduce the intensity of the laser light L. Laser light distribution data indicating the laser light distribution in the liquid jet J observed by the laser light distribution observation device 26 is output to the control unit 30. Note that the observation of the laser light distribution in the liquid jet J by the laser light distribution observation device 26 is performed for each of the laser light distributions corresponding to the target processing shape.

(ステップS16:予想加工形状算出工程)
次に、制御部30は、予想加工形状算出手段として機能し、レーザ光分布取得工程(ステップS14)で観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド40によりワークWに加工を施した場合の予想加工形状を算出する。具体的には、レーザ光分布観察装置26によって観察された各レーザ光分布を示すレーザ光分布データを、それぞれ、加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データへと変換する。そして、各レーザ光分布の射影データのそれぞれに対し、各レーザ光分布の使用比率(図15参照)を掛けたデータを足し合わせることで、予想加工形状を算出する。なお、制御部30により算出された予想加工形状はモニタ64に表示される。これにより、ユーザは、加工後の予想加工形状を容易に把握することができる。
(Step S16: Expected machining shape calculation step)
Next, the control unit 30 functions as an expected machining shape calculation unit, and predicts when the workpiece W is machined by the machining head 40 based on the laser light distribution observed in the laser light distribution acquisition step (step S14). The machining shape is calculated. Specifically, the laser light distribution data indicating each laser light distribution observed by the laser light distribution observation device 26 is converted into projection data projected in a direction orthogonal to the machining feed direction. Then, the projected processing shape is calculated by adding the data obtained by multiplying the projection data of each laser light distribution by the usage ratio of each laser light distribution (see FIG. 15). The predicted machining shape calculated by the control unit 30 is displayed on the monitor 64. Thereby, the user can grasp | ascertain easily the estimated process shape after a process.

ここで、予想加工形状の算出方法について、図16〜図23を参照して説明する。   Here, a method of calculating the predicted machining shape will be described with reference to FIGS.

図16及び図17は、予想加工形状の算出方法の第1例を示した図である。   16 and 17 are diagrams illustrating a first example of a predicted machining shape calculation method.

図16の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100A、100Bは、加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データをグラフとして示したものであり、横軸はレーザ光Lの分布横幅(加工送り方向に直交する方向)であり、縦軸はレーザ光Lの分布強度(レーザ光強度)である。   The two laser light distributions 100A and 100B shown in FIGS. 16A and 16B are graphs showing projection data projected in a direction orthogonal to the machining feed direction, and the horizontal axis indicates the laser light L. The distribution horizontal width (direction orthogonal to the machining feed direction), and the vertical axis represents the distribution intensity (laser light intensity) of the laser light L.

図16の(a)に示したレーザ光分布100Aは分布横幅の一方側(図の左側)にレーザ光Lのピーク位置が偏っているのに対し、図16の(b)に示したレーザ光分布100Bは分布横幅の他方側(図の右側)にレーザ光Lのピーク位置が偏っている。また、2つのレーザ光分布100A、100Bのピーク強度は同じとなっている。   In the laser light distribution 100A shown in FIG. 16A, the peak position of the laser light L is biased to one side (left side of the figure) of the distribution width, whereas the laser light shown in FIG. In the distribution 100B, the peak position of the laser beam L is biased to the other side of the distribution width (the right side in the figure). Further, the peak intensities of the two laser light distributions 100A and 100B are the same.

このようなレーザ光分布100A、100Bを用いて、1つの加工パス内において1:1の使用比率でレーザ光分布100A、100Bを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Aの算出結果を図17に示す。図17に示した予想加工形状200Aは、図16の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100A、100Bのそれぞれに対し、1:1の使用比率を掛けたデータを足し合わせることで得ることができる。   Using such laser light distributions 100A and 100B, the calculation result of the predicted machining shape 200A when laser machining is performed while switching the laser light distributions 100A and 100B at a use ratio of 1: 1 in one machining pass is shown. As shown in FIG. The predicted processed shape 200A shown in FIG. 17 adds data obtained by multiplying the two laser light distributions 100A and 100B shown in FIGS. 16A and 16B by a use ratio of 1: 1. Can be obtained.

図18〜図20は、予想加工形状の算出方法の第2例を示した図である。   18 to 20 are diagrams illustrating a second example of the method of calculating the predicted machining shape.

図18の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100C、100Dは、図16の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100A、100Bと同様な偏り形状となっているが、ピーク強度の比が1:2となっている点が異なっている。   The two laser light distributions 100C and 100D shown in FIGS. 18A and 18B have the same bias shape as the two laser light distributions 100A and 100B shown in FIGS. However, the difference is that the peak intensity ratio is 1: 2.

このようなレーザ光分布100C、100Dを用いて、1つの加工パス内において1:1の使用比率でレーザ光分布100C、100Dを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Bの算出結果を図19に示す。この場合、2つのレーザ光分布100C、100Dのピーク強度が異なっているため、使用比率を1:1とした場合には、図19に示すように、予想加工形状200Bは、加工溝の底面が幅方向(図の左右方向)に均一とはならない。   Using such laser light distributions 100C and 100D, the calculation result of the expected machining shape 200B when the laser machining is performed while switching the laser light distributions 100C and 100D at a use ratio of 1: 1 in one machining pass. It shows in FIG. In this case, since the peak intensities of the two laser light distributions 100C and 100D are different, when the usage ratio is 1: 1, as shown in FIG. 19, the predicted processing shape 200B has a bottom surface of the processing groove. It is not uniform in the width direction (left-right direction in the figure).

また、1つの加工パス内において2:1の使用比率でレーザ光分布100C、100Dを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Cの算出結果を図20に示す。2つのレーザ光分布100C、100Dのピーク強度が異なる場合、ピーク強度が低い方のレーザ光分布100Cの使用比率を増やすことにより、図20に示した予想加工形状200Cは、図19に示した予想加工形状200Bに比べて、加工溝の底面を幅方向にわたって均一なものとすることができる。   FIG. 20 shows the calculation result of the predicted machining shape 200C when laser machining is performed while switching the laser light distributions 100C and 100D at a use ratio of 2: 1 in one machining pass. When the peak intensities of the two laser light distributions 100C and 100D are different, by increasing the usage ratio of the laser light distribution 100C having the lower peak intensity, the expected processing shape 200C shown in FIG. Compared with the machining shape 200B, the bottom surface of the machining groove can be made uniform in the width direction.

図21〜図23は、予想加工形状の算出方法の第3例を示した図である。   21 to 23 are diagrams showing a third example of a predicted machining shape calculation method.

図21の(a)〜(c)に示した3つのレーザ光分布100E、100F、100Gは、分布横幅の一方側(図の左側)、中央、他方側(図の右側)にそれぞれレーザ光Lのピーク位置が偏っている。また、3つのレーザ光分布100E、100F、100Gのピーク強度は同じとなっている。   The three laser light distributions 100E, 100F, and 100G shown in FIGS. 21A to 21C have laser light L on one side (left side in the figure), center, and other side (right side in the figure) of the distribution width. The peak position of is biased. The peak intensities of the three laser light distributions 100E, 100F, and 100G are the same.

このようなレーザ光分布100E、100F、100Gを用いて、1つの加工パス内において1:1:1の使用比率でレーザ光分布100E、100F、100Gを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Dの算出結果を図22に示す。図22に示した予想加工形状200Dは、上述したように、3つのレーザ光分布100E、100F、100Gのそれぞれに対し、1:1:1の使用比率を掛けたデータを足し合わせることで得ることができる。   Using such laser light distributions 100E, 100F, and 100G, expected processing when laser processing is performed while switching the laser light distributions 100E, 100F, and 100G at a use ratio of 1: 1: 1 within one processing pass. The calculation result of the shape 200D is shown in FIG. As described above, the predicted processed shape 200D shown in FIG. 22 is obtained by adding data obtained by multiplying the three laser light distributions 100E, 100F, and 100G by a usage ratio of 1: 1: 1. Can do.

また、1つの加工パス内においてレーザ光分布100E、100F、100Gの使用比率を2:1:2として、レーザ光分布100E、100F、100Gを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Eの算出結果を図23に示す。3つのレーザ光分布100E、100F、100Gのピーク強度が異なる場合、積算割合が高くなる中央のレーザ光分布100Fの使用比率を少なくすることで、図23に示した予想加工形状200Eは、図22に示した予想加工形状200Dに比べて、加工溝の底面を幅方向にわたって均一なものとすることができる。   In addition, the usage ratio of the laser light distributions 100E, 100F, and 100G is set to 2: 1: 2 in one processing pass, and the expected processing shape 200E when the laser processing is performed while switching the laser light distributions 100E, 100F, and 100G. The calculation results are shown in FIG. When the peak intensities of the three laser light distributions 100E, 100F, and 100G are different, the expected processing shape 200E shown in FIG. Compared to the predicted machining shape 200D shown in Fig. 1, the bottom surface of the machining groove can be made uniform in the width direction.

このように、複数のレーザ光分布のピーク強度が異なる場合でも、それらの使用比率を調整することにより、任意の加工形状を得ることができる。   Thus, even when the peak intensities of the plurality of laser light distributions are different, an arbitrary processed shape can be obtained by adjusting the usage ratio thereof.

また、1つの加工パス内において3つ以上のレーザ光分布を切り替えながらレーザ加工を行うとき、それぞれを任意の比率で振り分けることで、より細かい加工形状の調整が可能となる。   Further, when laser processing is performed while switching between three or more laser light distributions in one processing pass, it is possible to finely adjust the processing shape by assigning them at an arbitrary ratio.

なお、ここでは説明を簡単にするため、各レーザ光分布の足し合わせがそのまま加工形状に反映されるものとして説明したが、一般的に加工レート(R)は照射フルーエンス(F)に対して比例ではなく、次式で表されることが知られている。   Here, for simplicity of explanation, it has been described that the sum of the distributions of the respective laser beams is directly reflected in the machining shape, but in general, the machining rate (R) is proportional to the irradiation fluence (F). Instead, it is known that

R=C×ln(F/C
なお、lnは自然対数を示し、C及びCは定数を示している。
R = C 1 × ln (F / C 2 )
Note that ln represents a natural logarithm, and C 1 and C 2 represent constants.

図24は、照射フルーエンスと加工レートとの対応関係の一例を示した両対数グラフであり、横軸は照射フルーエンスの対数を表し、縦軸は加工レートの対数を表している。ここで、特に注意すべき点としては、図24から分かるように、ワーク材質にはそれぞれ照射フルーエンスに閾値が存在する点である。レーザ光分布(光強度分布)の一部がその閾値以下の照射フルーエンスである場合、その部分は加工への寄与が無くなり、単純な足し合わせによる予想加工形状の算出結果とは差異が発生することに注意が必要である。   FIG. 24 is a log-log graph showing an example of the correspondence relationship between irradiation fluence and processing rate, where the horizontal axis represents the logarithm of irradiation fluence and the vertical axis represents the logarithm of processing rate. Here, as a point to be particularly noted, as can be seen from FIG. 24, there is a threshold value for the irradiation fluence for each workpiece material. If a part of the laser light distribution (light intensity distribution) has an irradiation fluence below the threshold value, that part will not contribute to processing, and there will be a difference from the calculation result of the predicted processing shape by simple addition. It is necessary to pay attention to.

(ステップS18:判定工程)
次に、制御部30は、予想加工形状算出工程(ステップS16)で算出した予想加工形状と目標加工形状とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合には次のステップS20に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップS26に進む。
(Step S18: Determination step)
Next, the control unit 30 calculates an error by comparing the predicted machining shape calculated in the predicted machining shape calculation step (step S16) with the target machining shape, and the error is within a preset allowable error range. If it is determined, the process proceeds to the next step S20. On the other hand, if it is determined that the error is not within the allowable error range, the process proceeds to step S26.

(ステップS20:テスト加工工程)
次に、テスト加工用ワークを用いて、判定工程(ステップS18)において両者の形状の差異を示す誤差が許容誤差囲内であると判定されたときの加工条件にてテスト加工用ワークに対してテスト加工を行う。
(Step S20: Test processing step)
Next, using the test machining workpiece, the test machining workpiece is tested under the machining conditions when the error indicating the difference between the two shapes is determined to be within the allowable error range in the determination step (step S18). Processing.

(ステップS22:加工形状測定工程)
次に、加工形状測定手段72によって、テスト加工用ワークに形成された加工溝の加工形状を測定する。この際、加工形状測定手段72の測定位置(加工形状測定手段72に対向する位置)にテスト加工用ワークがない場合には、テスト加工用ワークを保持するワークテーブル16を測定位置に移動する。加工形状測定手段72によって測定された加工形状を示す加工形状データ(3次元形状データ)は、制御部30に対して出力される。
(Step S22: Process shape measurement step)
Next, the machining shape of the machining groove formed on the test machining workpiece is measured by the machining shape measuring means 72. At this time, when there is no test machining workpiece at the measurement position of the machining shape measuring means 72 (position facing the machining shape measuring means 72), the work table 16 holding the test machining workpiece is moved to the measurement position. Machining shape data (three-dimensional shape data) indicating the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 is output to the control unit 30.

(ステップS24:加工形状比較工程)
次に、制御部30は、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合にはステップS28に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップS26に進む。
(Step S24: Process shape comparison process)
Next, the control unit 30 calculates an error by comparing the machining shape data obtained in the machining shape measurement step (step S22) with the target machining shape data, and the error is within a preset allowable error range. When it is determined that, the process proceeds to step S28. On the other hand, if it is determined that the error is not within the allowable error range, the process proceeds to step S26.

(ステップS26:レーザ光分布調整工程)
判定工程(ステップS18)において、予想加工形状算出工程(ステップS16)で算出された予想加工形状と目標加工形状との差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合、又は、加工形状比較工程(ステップS24)において、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、制御部30は、レーザ光分布調整手段として機能し、その誤差が小さくなるように、液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整する。その後、ステップS12に戻り、調整後のレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件を設定(変更)して、同様の処理を繰り返し行う。なお、レーザ光分布調整工程では、目標加工形状に対応するレーザ光分布が複数存在する場合には、各レーザ光分布の使用比率を変更することも含むものとする。
(Step S26: Laser light distribution adjusting step)
In the determination step (step S18), when it is determined that the error indicating the difference between the predicted machining shape calculated in the predicted machining shape calculation step (step S16) and the target machining shape is not within the allowable error range, or the machining shape In the comparison step (step S24), when it is determined that the error indicating the difference between the machining shape data obtained in the machining shape measurement step (step S22) and the target machining shape data is not within the allowable error range, the control unit 30 functions as a laser light distribution adjusting means, and adjusts the laser light distribution in the liquid jet J so that the error is reduced. Thereafter, the process returns to step S12, and the processing conditions of each part of the apparatus are set (changed) so that the adjusted laser light distribution is realized, and the same processing is repeated. Note that, in the laser light distribution adjustment step, when there are a plurality of laser light distributions corresponding to the target processing shape, the usage ratio of each laser light distribution is also changed.

(ステップS28:本加工工程)
加工形状比較工程(ステップS24)において、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内であると判断された場合には、制御部30は、それまでに調整された加工条件で本加工工程を実施する。なお、本加工工程が行われる場合には、レーザ光分布観察装置26は退避位置に移動する。
(Step S28: Main processing step)
In the machining shape comparison process (step S24), when it is determined that the error indicating the difference between the machining shape data obtained in the machining shape measurement process (step S22) and the target machining shape data is within the allowable error range. The control unit 30 performs the main machining process under the machining conditions adjusted so far. When this processing step is performed, the laser light distribution observation device 26 moves to the retracted position.

本加工工程では、制御部30は、ワークテーブル16の保持面16aに吸着保持されたワークWと加工ヘッド40とを加工送り方向(X方向)に相対的に移動させながら(移動工程の一例)、加工ヘッド40の液体ジェット噴射ノズル48からワークWに向かって液体ジェットJが噴射されるとともに、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光LがワークWに照射される(レーザ光照射工程の一例)。これにより、膜剥がれやバリ等が発生することなく、ワークWには所定深さの加工溝が分割予定ラインに沿って形成される。   In the present machining process, the control unit 30 moves the workpiece W and the machining head 40 that are sucked and held on the holding surface 16a of the work table 16 in the machining feed direction (X direction) (an example of the movement process). The liquid jet J is ejected from the liquid jet ejection nozzle 48 of the machining head 40 toward the workpiece W, and the workpiece W is irradiated with the laser beam L induced by the liquid jet J (an example of a laser beam irradiation step). . As a result, a processed groove having a predetermined depth is formed in the workpiece W along the planned division line without causing film peeling or burrs.

また、このとき、制御部30は、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向することにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行う(高速偏向工程及び高速偏向制御工程の一例)。これにより、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることができる。   At this time, the control unit 30 performs laser processing while switching the laser light distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions by deflecting the laser light L at high speed by the high speed deflecting means 68 (high speed deflection process and high speed). An example of a deflection control process). Thereby, a target machining shape can be obtained without repeatedly performing machining in one machining pass.

1ラインの加工溝の形成が終了すると、ヘッドユニット22が取り付けられたYテーブルがY方向にインデックス送りされ、次のラインも同様に加工溝が形成される。   When the formation of one line of the processing groove is completed, the Y table to which the head unit 22 is attached is indexed in the Y direction, and the processing groove is similarly formed on the next line.

全てのX方向と平行な切断予定ラインに沿って加工溝が形成されると、θ回転テーブル34が90°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全て加工溝が形成される。   When the machining grooves are formed along all the planned cutting lines parallel to the X direction, the θ rotation table 34 is rotated by 90 °, and all the machining grooves are formed in the same manner for the lines orthogonal to the previous line.

以上のとおり、本実施形態によれば、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向することにより、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことができる。これにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を能動的に制御することができ、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet J on the surface of the workpiece W to a plurality of distributions by deflecting the laser light L at high speed by the high-speed deflecting means 68. be able to. As a result, the laser light distribution in the liquid jet J can be actively controlled, and a target machining shape can be obtained without repeating machining in one machining pass.

また、本実施形態では、加工形状測定手段72によって測定された加工形状(加工ヘッド40から照射されたレーザ光によって実際に加工された加工形状)が目標加工形状に近づくように、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を自動的に調整するフィードバック制御が行われる。したがって、目標加工形状を得るために、レーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要がないので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らし、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。   Further, in the present embodiment, the surface of the workpiece W so that the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 (the machining shape actually machined by the laser light emitted from the machining head 40) approaches the target machining shape. Feedback control for automatically adjusting the laser light distribution in the liquid jet J is performed. Therefore, it is not necessary to manually adjust the laser light distribution and evaluate the machining shape for several cycles in order to obtain the target machining shape. Therefore, it is necessary for laser machining to reduce judgment, labor and time until the target machining shape is obtained. By shortening the time, it is possible to reduce the work man-hours and improve the production efficiency, and to obtain the target machining shape with high accuracy.

また、本実施形態では、レーザ光分布観察装置26によって観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド40によりワークWに加工を施した場合の予想加工形状を算出することができるので、加工後の予想加工形状を容易に把握することができる。また、予想加工形状が目標加工形状に近づくように、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整するフィードバック制御が行われるので、目標加工形状を短時間で効率良く得ることが可能となる。   Further, in the present embodiment, the expected machining shape when the workpiece W is machined by the machining head 40 can be calculated based on the laser beam distribution observed by the laser beam distribution observation device 26. The expected machining shape can be easily grasped. In addition, feedback control is performed to adjust the laser light distribution in the liquid jet J on the surface of the workpiece W so that the predicted machining shape approaches the target machining shape, so that the target machining shape can be obtained efficiently in a short time. It becomes.

なお、本実施形態において、レーザ光Lとしてパルスレーザを使用する場合には、高速偏向手段68の切替速度(周波数)に対してパルスレーザの繰り返し周波数が十分に速いことが好ましい。   In the present embodiment, when a pulse laser is used as the laser light L, it is preferable that the repetition frequency of the pulse laser is sufficiently faster than the switching speed (frequency) of the high-speed deflection means 68.

また、本実施形態では、高速偏向手段68がレーザ光Lを高速偏向する角度範囲が、液体ジェットJ内に入射可能な角度範囲(液体ジェット入射角度範囲)内に設定されているが、これに限らず、液体ジェット入射角度範囲よりも広く設定されていてもよい。この場合、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向する際、液体ジェットJ内にレーザ光Lを入射させるパターン(レーザ光分布)だけでなく、液体ジェットJ内にレーザ光Lを入射させないパターン(レーザ光分布)も含めることが可能となる。これにより、ワークWに照射されるレーザ光Lの実質的な強度を下げることが可能となるので、より広範囲かつ精細に加工形状を制御することができるとともに、加工形状はそのままに、構造物の有無に応じて加工レート自体を制御することが可能となる。   In this embodiment, the angle range in which the high-speed deflecting means 68 deflects the laser beam L at high speed is set within the angle range (liquid jet incident angle range) that can be incident on the liquid jet J. Not limited to this, it may be set wider than the liquid jet incident angle range. In this case, when the laser beam L is deflected at high speed by the high-speed deflection unit 68, not only a pattern (laser beam distribution) for causing the laser beam L to enter the liquid jet J but also a pattern for preventing the laser beam L from entering the liquid jet J. (Laser light distribution) can also be included. As a result, the substantial intensity of the laser light L irradiated to the workpiece W can be reduced, so that the machining shape can be controlled more extensively and finely, while the machining shape remains unchanged. The processing rate itself can be controlled according to the presence or absence.

また、本実施形態では、1つの加工パスにおいて液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行う場合について説明したが、1つの加工パスにおいてレーザ光分布を切り替えずに、レーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合を含んでいてもよい。   In the present embodiment, the case where laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions in one processing pass has been described, but without switching the laser light distribution in one processing pass, The case where laser processing is performed in a state where the laser light distribution is fixed may be included.

図25は、1つの加工パスにおいて液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合(すなわち、1種類のレーザ光分布を使用する場合)についてのレーザ加工方法を説明するための概念図である。以下、図25を参照しながら説明する。   FIG. 25 illustrates a laser processing method in a case where laser processing is performed with a constant laser beam distribution in the liquid jet J in one processing pass (that is, when one type of laser beam distribution is used). It is a conceptual diagram for. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

まず、図25の(a)に示すように、レーザ加工装置10に予め設定された複数の加工形状(加工溝)の中から1つの加工形状がユーザにより選択されると、制御部30は、選択された加工形状を目標加工形状として設定する。ここでは、図中破線で囲んだ部分である矩形状の加工溝を示す加工形状が目標加工形状として選択され設定されるものとする。   First, as shown in (a) of FIG. 25, when one machining shape is selected from a plurality of machining shapes (machining grooves) preset in the laser machining apparatus 10, the control unit 30 The selected machining shape is set as the target machining shape. Here, it is assumed that a machining shape indicating a rectangular machining groove which is a portion surrounded by a broken line in the drawing is selected and set as a target machining shape.

次に、図25の(b)及び(c)に示すように、制御部30は、目標加工形状に対応したレーザ光分布(目標レーザ光分布)が実現されるように、装置各部の加工条件を設定する。なお、図25の(b)は、目標レーザ光分布を加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データを示したものである。また、図25の(c)は、目標レーザ光分布の平面図であり、横軸は加工送り方向に直交する方向の位置を表し、縦軸は加工送り方向の位置を表している。また、図25の(b)において、図中の濃度が高い部分(暗い部分)はレーザ光強度が高い部分に相当し、図中の濃度が低い部分(明るい部分)はレーザ光強度が低い部分に相当する。後述する図25の(g)においても同様である。   Next, as shown in (b) and (c) of FIG. 25, the control unit 30 performs processing conditions for each part of the apparatus so that a laser light distribution (target laser light distribution) corresponding to the target processing shape is realized. Set. FIG. 25 (b) shows projection data obtained by projecting the target laser light distribution in a direction orthogonal to the machining feed direction. FIG. 25C is a plan view of the target laser light distribution, where the horizontal axis represents the position in the direction orthogonal to the machining feed direction, and the vertical axis represents the position in the machining feed direction. In FIG. 25 (b), the high density part (dark part) in the figure corresponds to the part with high laser light intensity, and the low density part (bright part) in the figure is the part with low laser light intensity. It corresponds to. The same applies to (g) of FIG.

次に、レーザ光分布観察装置26によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察する。図25の(d)は、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布の射影データ(実測値)を示したものである。なお、図中破線は、図25の(b)に示した目標レーザ光分布の射影データ(目標値)である。   Next, the laser light distribution in the liquid jet J is observed by the laser light distribution observation device 26. FIG. 25D shows projection data (actual measurement value) of the laser light distribution observed by the laser light distribution observation device 26. In addition, the broken line in a figure is the projection data (target value) of the target laser beam distribution shown to (b) of FIG.

次に、制御部30は、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布と目標レーザ光分布とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であるか否かを判定する。誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、その誤差が小さくなるように(すなわち、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布が目標レーザ光分布に近づくように)、制御部30は、レーザ光分布を調整した後、誤差が許容範囲内と判定されるまで同様の処理を繰り返し行う。   Next, the control unit 30 calculates an error by comparing the laser light distribution observed by the laser light distribution observation device 26 with the target laser light distribution, and whether or not the error is within a preset allowable error range. Determine whether. When it is determined that the error is not within the allowable error range, the control is performed so that the error becomes small (that is, the laser light distribution observed by the laser light distribution observation device 26 approaches the target laser light distribution). After adjusting the laser light distribution, the unit 30 repeats the same process until the error is determined to be within the allowable range.

一方、図25の(d)に示すように、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布が目標レーザ光分布に近似しており、両者の比較による誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合、その判定が行われたときの加工条件にてテスト加工用ワークに対してテスト加工を行う。   On the other hand, as shown in FIG. 25 (d), the laser light distribution observed by the laser light distribution observation device 26 is approximate to the target laser light distribution, and the error due to the comparison between the two is within the allowable error range. When it is determined, the test machining is performed on the test machining workpiece under the machining conditions when the determination is performed.

次に、加工形状測定手段72によって、テスト加工用ワークに形成された加工形状(加工溝)を測定する。図25の(e)は、加工形状測定手段72により測定された加工形状の測定結果の一例を示している。なお、図中実線は、加工形状測定手段72により測定された加工形状(実測値)を示し、図中破線は、目標加工形状(測定値)を示したものである。   Next, the machining shape (machining groove) formed on the test machining workpiece is measured by the machining shape measuring means 72. FIG. 25E shows an example of the measurement result of the machining shape measured by the machining shape measuring means 72. The solid line in the figure indicates the machining shape (actual value) measured by the machining shape measuring means 72, and the broken line in the figure indicates the target machining shape (measurement value).

次に、制御部30は、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であるか否かを判定する。誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合には、その判定が行われたときの加工条件で本加工工程を実施する。   Next, the control unit 30 compares the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 with the target machining shape, calculates an error, and determines whether the error is within a preset allowable error range. To do. When it is determined that the error is within the allowable error range, this processing step is performed under the processing conditions when the determination is made.

一方、図25の(e)に示すように、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が近似しておらず、両者の比較による誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、制御部30は、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状とを比較した結果に基づいて、両者の比較による誤差が大きい位置ほど誤差が小さい位置に比べてレーザ光強度が相対的に大きくなるように、目標レーザ光分布を調整する。調整後の目標レーザ光分布の一例を図25の(f)及び(g)に示す。図25の(e)に示した場合では、図中左側の位置に比べて図中右側の位置における誤差が相対的に大きいので、図25の(f)及び(g)に示すように、図中右側の位置におけるレーザ光強度の方が相対的に大きくなるように目標レーザ光分布を調整している。   On the other hand, as shown in FIG. 25 (e), the error between the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 and the target machining shape is not approximate, and the error due to the comparison between the two is not within the allowable error range. When the determination is made, the control unit 30, based on the result of comparing the machining shape measured by the machining shape measuring unit 72 and the target machining shape, the position where the error is larger as the error between the two is larger. In comparison, the target laser light distribution is adjusted so that the laser light intensity becomes relatively large. An example of the target laser light distribution after adjustment is shown in FIGS. In the case shown in (e) of FIG. 25, the error at the position on the right side in the drawing is relatively larger than the position on the left side in the drawing. Therefore, as shown in (f) and (g) in FIG. The target laser beam distribution is adjusted so that the laser beam intensity at the middle right position is relatively large.

このようにして制御部30は、目標レーザ光分布を調整した後、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が許容範囲内と判定されるまで同様の処理を繰り返し行う。   In this way, after adjusting the target laser light distribution, the control unit 30 repeats the same processing until it is determined that the error between the machining shape measured by the machining shape measuring unit 72 and the target machining shape is within the allowable range. Do.

すなわち、図25の(h)に示すように、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布(実測値)が修正後の目標レーザ光分布(目標値)に近づくまで調整が行われた後、さらにテスト加工が行われ、図25の(i)に示すように、加工形状測定手段72により測定された加工形状(実測値)が目標加工形状(測定値)に近づくまで調整が行われる。そして、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合には、その判定が行われたときの加工条件で本加工工程を実施する。   That is, as shown in (h) of FIG. 25, the adjustment was performed until the laser light distribution (measured value) observed by the laser light distribution observation device 26 approaches the corrected target laser light distribution (target value). Thereafter, further test machining is performed, and adjustment is performed until the machining shape (actual measurement value) measured by the machining shape measuring means 72 approaches the target machining shape (measurement value), as shown in FIG. . When it is determined that the error between the machining shape measured by the machining shape measuring unit 72 and the target machining shape is within the allowable error range, the machining process is performed under the machining conditions when the determination is performed. carry out.

以上のとおり、1つの加工パスにおいて液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合においても、加工形状測定手段72によって測定された加工形状が目標加工形状に近づくように、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を自動的に調整するフィードバック制御が行われる。したがって、目標加工形状を得るために、レーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要がないので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らし、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。   As described above, even when laser processing is performed in a state where the laser light distribution in the liquid jet J is constant in one processing pass, the processing shape measured by the processing shape measuring means 72 is close to the target processing shape. The feedback control for automatically adjusting the laser light distribution in the liquid jet J on the surface of the workpiece W is performed. Therefore, it is not necessary to manually adjust the laser light distribution and evaluate the machining shape for several cycles in order to obtain the target machining shape. Therefore, it is necessary for laser machining to reduce judgment, labor and time until the target machining shape is obtained. By shortening the time, it is possible to reduce the work man-hours and improve the production efficiency, and to obtain the target machining shape with high accuracy.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。以下、第1の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, description of parts common to the first embodiment will be omitted, and description will be made focusing on characteristic parts of the present embodiment.

図26は、第2の実施形態に係るレーザ加工装置10Aの構成を示す概略図である。図26中、図1と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 26 is a schematic diagram illustrating a configuration of a laser processing apparatus 10A according to the second embodiment. In FIG. 26, components that are the same as or similar to those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図26に示すように、第2の実施形態に係るレーザ加工装置10Aは、レーザ発振器14と高速偏向手段68との間に反射ミラー37及び空間光位相変調器70を備えている点が、第1の実施形態と異なっている。   As shown in FIG. 26, the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment is provided with a reflection mirror 37 and a spatial light phase modulator 70 between the laser oscillator 14 and the high-speed deflection means 68. This is different from the first embodiment.

反射ミラー37は、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lを空間光位相変調器70に向けて反射する。   The reflection mirror 37 reflects the laser light L output from the laser oscillator 14 toward the spatial light phase modulator 70.

空間光位相変調器70は、レーザ発振器14から反射ミラー37を介して入射したレーザ光Lの位相を調整(変調)する手段であり、その動作は制御部30によって制御される。空間光位相変調器70としては、例えば、LCOS−SLM(Liquid Crystal on Silicon - Spatial Light Modulator)などを好ましく採用することができる。空間光位相変調器70によって位相が調整されたレーザ光Lは、高速偏向手段68に入射する。なお、空間光位相変調器70の構成及び動作については公知であるため、ここでは具体的な説明を省略する。   The spatial light phase modulator 70 is means for adjusting (modulating) the phase of the laser beam L incident from the laser oscillator 14 via the reflection mirror 37, and its operation is controlled by the control unit 30. As the spatial light phase modulator 70, for example, an LCOS-SLM (Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator) can be preferably employed. The laser light L whose phase has been adjusted by the spatial light phase modulator 70 is incident on the high-speed deflection means 68. Since the configuration and operation of the spatial light phase modulator 70 are known, a specific description is omitted here.

図27は、空間光位相変調器70による位相調整の効果を説明するための図である。図27は、集光レンズ42によって集光されるレーザ光Lが液体ジェットJに入射する様子を示しており、(a)は空間光位相変調器70を設けない場合(位相調整なし)、(b)は空間光位相変調器70を設けた場合(位相調整あり)を示したものである。   FIG. 27 is a diagram for explaining the effect of phase adjustment by the spatial light phase modulator 70. FIG. 27 shows a state in which the laser light L condensed by the condenser lens 42 is incident on the liquid jet J. FIG. 27A shows the case where the spatial light phase modulator 70 is not provided (no phase adjustment). b) shows the case where the spatial light phase modulator 70 is provided (with phase adjustment).

図27の(a)に示すように、集光レンズ42により液体ジェットJに入射するようにレーザ光Lを集光する際、レーザ光Lに収差が発生する場合がある。これに対し、本実施形態では、図27の(b)に示すように、空間光位相変調器70によってレーザ光Lの位相を調整することにより、液体ジェットJへの入射時のレーザ光Lの収差を補正することが可能となる。これにより、加工位置(ワークWの表面)における液体ジェットJ内のレーザ光分布を精度よく調整することができる。   As shown in FIG. 27A, when the laser light L is condensed so as to be incident on the liquid jet J by the condenser lens 42, an aberration may occur in the laser light L. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 27B, the phase of the laser light L is adjusted by the spatial light phase modulator 70, so that the laser light L at the time of incidence on the liquid jet J is adjusted. Aberration can be corrected. Thereby, the laser beam distribution in the liquid jet J at the machining position (the surface of the workpiece W) can be adjusted with high accuracy.

このように第2の実施形態に係るレーザ加工装置10Aによれば、空間光位相変調器70によってレーザ光Lの位相を調整することにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整し、加工形状をより詳細に調整することができる。   As described above, according to the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment, the spatial light phase modulator 70 adjusts the phase of the laser light L, thereby adjusting the laser light distribution in the liquid jet J and processing shape. Can be adjusted in more detail.

また、空間光位相変調器70によってレーザ光Lの位相を調整することによって、レーザ光Lを複数のレーザ光に分岐させることも可能である。これにより、レーザ光Lを複数のレーザ光に分岐させたパターン(レーザ光分布)も含めて切り替えることが可能となり、任意の加工形状を詳細かつ効率的に形成することが可能となる。   Further, the laser light L can be branched into a plurality of laser lights by adjusting the phase of the laser light L by the spatial light phase modulator 70. Accordingly, it is possible to switch the pattern including a pattern (laser light distribution) obtained by branching the laser beam L into a plurality of laser beams, and it is possible to form an arbitrary processed shape in detail and efficiently.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, description of parts common to the above-described embodiments will be omitted, and description will be made focusing on characteristic parts of the present embodiment.

図28は、第3の実施形態に係るレーザ加工装置10Bの構成を示す概略図である。図28中、図1と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 28 is a schematic diagram showing the configuration of a laser processing apparatus 10B according to the third embodiment. In FIG. 28, components that are the same as or similar to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図28に示すように、第3の実施形態に係るレーザ加工装置10Bは、加工ヘッド40に隣接した位置にワーク表面状態測定手段74を備えている点が、第1の実施形態と異なっている。   As shown in FIG. 28, the laser processing apparatus 10B according to the third embodiment is different from the first embodiment in that a workpiece surface state measuring unit 74 is provided at a position adjacent to the processing head 40. .

ワーク表面状態測定手段74は、ワークWの表面の状態を測定する手段である。ワーク表面状態測定手段74としては、ワークWの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものが好ましく、例えば、分光干渉レーザ変位計やナイフエッジ法を用いたセンサ、カメラなどを採用することができる。なお、ワーク表面状態測定手段74としては、ワークWの表面の状態(例えば、ワークWの表面の高さや反射強度など)を測定することができるものであればよい。また、ワーク表面状態測定手段74は、ワークWの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものに限らず、ワークWの表面に接触してワークWの表面の状態を測定するものであってもよい。   The workpiece surface state measuring unit 74 is a unit that measures the state of the surface of the workpiece W. The workpiece surface state measuring means 74 is preferably a non-contact type that performs measurement without contacting the surface of the workpiece W. For example, a sensor using a spectral interference laser displacement meter, a knife edge method, a camera, or the like is employed. Can do. The workpiece surface state measuring means 74 may be any device that can measure the surface state of the workpiece W (for example, the height of the surface of the workpiece W, the reflection intensity, etc.). The workpiece surface state measuring means 74 is not limited to a non-contact type that performs measurement without contacting the surface of the workpiece W, and measures the surface state of the workpiece W by contacting the surface of the workpiece W. May be.

かかる構成によれば、ワーク表面状態測定手段74によってワークWの表面の状態を測定することにより、ワークWの表面における切断予定ライン上の構造物(例えば、メタルパッド)の位置を検知することができる。このようにして検知された切断予定ライン上の構造物の位置はメモリ部(不図示)に記憶される。これにより、レーザ加工が行われる際、切断予定ライン上の構造物の有無に応じて加工条件を変化させることが可能となる。すなわち、構造物がある部分では構造物がない部分に比べてレーザ光Lの強度が高くなるように、液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことによって、切断予定ライン上に構造物が存在する場合(すなわち、同一の切断予定ラインで加工レートが一様でない場合)でも、加工深さを一様(幅方向にわたって均一な深さ)にすることが可能となる。すなわち、ワーク表面状態測定手段74により測定した構造物の位置に応じて、ワークWに照射される実質的なレーザ光Lの強度を変化させることで、加工溝などの加工形状全体の加工レートを均一に保つことが可能となる。   According to such a configuration, the position of the structure (for example, a metal pad) on the planned cutting line on the surface of the workpiece W can be detected by measuring the surface state of the workpiece W by the workpiece surface state measuring unit 74. it can. The position of the structure on the planned cutting line thus detected is stored in a memory unit (not shown). Thereby, when laser processing is performed, it becomes possible to change a processing condition according to the presence or absence of the structure on a cutting scheduled line. That is, cutting is performed by performing laser processing while switching the laser light distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions so that the intensity of the laser light L is higher in the portion with the structure than in the portion without the structure. Even when there is a structure on the planned line (that is, when the machining rate is not uniform for the same scheduled cutting line), the machining depth can be made uniform (a uniform depth in the width direction). Become. That is, by changing the intensity of the substantial laser beam L irradiated to the workpiece W according to the position of the structure measured by the workpiece surface state measuring means 74, the machining rate of the entire machining shape such as the machining groove can be changed. It becomes possible to keep it uniform.

図29及び図30は、第3の実施形態の効果を説明するための図であり、ワークWに切断予定ラインに沿って加工溝Kを形成する際、切断予定ライン上の構造物の有無によって互いに異なる材質(硬度)が存在する場合における照射光量(レーザ光強度)、加工レート、及び加工深さの関係の一例を示したものである。なお、ここでは、ワーク材質G1はワーク材質G2よりも硬度が高いものとする。また、図8に示したように、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qを加工送り方向Mに直交する方向に順次変化させながらレーザ加工を行った場合を示している。なお、ここでの硬度とは、使用する加工条件(レーザ光Lの波長など)に対する加工されにくさをいう。   FIGS. 29 and 30 are diagrams for explaining the effect of the third embodiment. When the machining groove K is formed on the workpiece W along the planned cutting line, depending on the presence or absence of structures on the planned cutting line. It shows an example of the relationship between the irradiation light quantity (laser beam intensity), the processing rate, and the processing depth when different materials (hardness) exist. Here, it is assumed that the workpiece material G1 has higher hardness than the workpiece material G2. Further, as shown in FIG. 8, the laser processing is performed while sequentially changing the peak position Q of the laser light L in the liquid jet J in a direction orthogonal to the processing feed direction M. In addition, hardness here means the difficulty of being processed with respect to the processing conditions to be used (the wavelength of the laser beam L, etc.).

図29は、切断予定ライン上の構造物の有無にかかわらず加工条件を一定とした場合を示している。図29の(a)及び(b)に示すように、ワークWの表面に照射されるレーザ光Lの照射光量を加工送り方向Mに沿って一定とした場合、図29の(c)に示すように、ワーク材質G1とワーク材質G2との違いによって加工レートが変化する。そのため、図29の(d)に示すように、加工溝Kにおける加工深さは、ワーク材質G1とワーク材質G2とで互いに異なる深さとなり、全体で不均一な加工深さとなる。   FIG. 29 shows a case where the processing conditions are constant regardless of the presence or absence of structures on the planned cutting line. As shown in (a) and (b) of FIG. 29, when the irradiation light quantity of the laser light L irradiated on the surface of the workpiece W is constant along the processing feed direction M, it is shown in (c) of FIG. As described above, the machining rate varies depending on the difference between the workpiece material G1 and the workpiece material G2. For this reason, as shown in FIG. 29 (d), the machining depth in the machining groove K differs between the workpiece material G1 and the workpiece material G2, resulting in a non-uniform machining depth as a whole.

図30は、切断予定ライン上の構造物の有無に応じて加工条件を変化させた場合を示している。図30の(a)及び(b)に示すように、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qの加工送り方向の間隔をワーク材質G1に比べてワーク材質G2の方を大きくした場合、ワークWの表面に照射されるレーザ光Lの照射光量はワーク材質G1よりもワーク材質G2の方が小さくなる。この場合、図30の(c)に示すように、加工レートはワーク材質G1よりもワーク材質G2の方が大きくなる。そのため、図30の(d)に示すように、加工溝Kにおける加工深さは、ワーク材質G1とワーク材質G2とで同じ深さとなり、全体で均一な加工深さとなる。なお、ワークWの表面に照射されるレーザ光Lの照射光量は、ワーク表面状態測定手段74によって測定されたワークWの表面の状態に応じて調整されることが好ましい。   FIG. 30 shows a case where the machining conditions are changed according to the presence or absence of structures on the planned cutting line. As shown in FIGS. 30A and 30B, when the workpiece material G2 has a larger interval in the machining feed direction at the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J than the workpiece material G1, The workpiece material G2 has a smaller amount of laser light L irradiated onto the surface of the workpiece W than the workpiece material G1. In this case, as shown in FIG. 30C, the work material G2 has a higher processing rate than the work material G1. Therefore, as shown in FIG. 30 (d), the machining depth in the machining groove K is the same depth for the workpiece material G1 and the workpiece material G2, and the machining depth is uniform throughout. In addition, it is preferable that the irradiation light quantity of the laser beam L irradiated on the surface of the workpiece W is adjusted according to the state of the surface of the workpiece W measured by the workpiece surface state measuring unit 74.

このように第3の実施形態に係るレーザ加工装置10Bによれば、ワーク表面状態測定手段74により測定した構造物の位置に応じて、ワークWに照射される実質的なレーザ光Lの強度を変化させることで、所望の加工形状を得ることが可能となる。   As described above, according to the laser processing apparatus 10B according to the third embodiment, the substantial intensity of the laser light L irradiated to the workpiece W is changed according to the position of the structure measured by the workpiece surface state measuring unit 74. By changing it, it becomes possible to obtain a desired processed shape.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. .

10…レーザ加工装置、12…レーザ電源、14…レーザ発振器、16…ワークテーブル、16a…保持面、18…ワークテーブル移動部、20…液体供給手段、22…ヘッドユニット、26…レーザ光分布観察装置、30…制御部、32…Xテーブル、34…θ回転テーブル、36…偏向部、37…反射ミラー、38…ビーム形状整形手段、40…加工ヘッド、42…集光レンズ、44…ヘッド本体、46…液体チャンバ、48…液体ジェット噴射ノズル、50…窓部、52…遮蔽板、54…液体除去手段、56…結像レンズ、58…光検出器、60…本体部、64…モニタ、68…高速偏向手段、70…空間光位相変調器、72…加工形状測定手段、74…ワーク表面状態測定手段、L…レーザ光、J…液体ジェット   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser processing apparatus, 12 ... Laser power supply, 14 ... Laser oscillator, 16 ... Work table, 16a ... Holding surface, 18 ... Work table moving part, 20 ... Liquid supply means, 22 ... Head unit, 26 ... Observation of laser light distribution Device: 30 ... Control unit, 32 ... X table, 34 ... theta rotation table, 36 ... deflection unit, 37 ... reflection mirror, 38 ... beam shape shaping means, 40 ... processing head, 42 ... condensing lens, 44 ... head body , 46 ... Liquid chamber, 48 ... Liquid jet injection nozzle, 50 ... Window part, 52 ... Shielding plate, 54 ... Liquid removing means, 56 ... Imaging lens, 58 ... Photo detector, 60 ... Body part, 64 ... Monitor, 68 ... High-speed deflection means, 70 ... Spatial light phase modulator, 72 ... Work shape measurement means, 74 ... Work surface state measurement means, L ... Laser light, J ... Liquid jet

Claims (10)

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、
前記加工ヘッドによって形成された加工形状を測定する加工形状測定手段と、
前記加工形状測定手段が測定した前記加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段と、
を備えるレーザ加工装置。
A laser oscillator;
A processing head for irradiating a workpiece while guiding a laser beam output from the laser oscillator with a liquid jet;
Moving means for relatively moving the processing head and the workpiece;
Machining shape measuring means for measuring a machining shape formed by the machining head;
A laser beam for adjusting a laser beam distribution in the liquid jet on the laser beam irradiation surface of the workpiece based on a comparison between the machining shape measured by the machining shape measuring unit and a target machining shape of the workpiece. Distribution adjustment means;
A laser processing apparatus comprising:
前記レーザ光分布調整手段は、前記加工形状測定手段が測定した前記加工形状と前記被加工物の目標加工形状とを比較して誤差を算出し、前記誤差が許容誤差範囲外である場合には、前記誤差に基づいて前記レーザ光分布を調整する、
請求項1に記載のレーザ加工装置。
The laser light distribution adjusting unit calculates an error by comparing the machining shape measured by the machining shape measuring unit with a target machining shape of the workpiece, and when the error is outside an allowable error range. Adjusting the laser light distribution based on the error;
The laser processing apparatus according to claim 1.
前記レーザ発振器から前記加工ヘッドに向かう途中で前記レーザ光を高速偏向する高速偏向手段を備え、
前記レーザ光分布調整手段は、前記加工形状測定手段が測定した前記加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより前記レーザ光分布を調整する、
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。
Comprising high-speed deflection means for deflecting the laser beam at high speed on the way from the laser oscillator to the machining head;
The laser beam distribution adjusting unit changes the deflection condition of the high-speed deflection unit based on a comparison between the machining shape measured by the machining shape measuring unit and a target machining shape of the workpiece. Adjust the distribution,
The laser processing apparatus according to claim 1.
前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を前記加工ヘッドに向けて偏向する低速偏向手段を備え、
前記高速偏向手段は、前記低速偏向手段よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う、
請求項3に記載のレーザ加工装置。
Comprising low-speed deflection means for deflecting the laser beam output from the laser oscillator toward the machining head;
The high-speed deflection means performs a higher-speed deflection and a narrower range of deflection than the low-speed deflection means.
The laser processing apparatus according to claim 3.
前記高速偏向手段は音響光学偏向素子である、
請求項3又は4に記載のレーザ加工装置。
The high-speed deflection means is an acousto-optic deflection element;
The laser processing apparatus according to claim 3 or 4.
前記レーザ光分布を観察するレーザ光分布観察手段と、
前記レーザ光分布観察手段が観察した前記レーザ光分布に基づいて、前記加工ヘッドにより前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段と、を備え、
前記レーザ光分布調整手段は、前記予想加工形状算出手段が算出した予想加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記レーザ光分布を調整する、
請求項3から5のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
Laser light distribution observation means for observing the laser light distribution;
Based on the laser light distribution observed by the laser light distribution observation means, an expected machining shape calculation means for calculating an expected machining shape when the workpiece is machined by the machining head, and
The laser light distribution adjusting means adjusts the laser light distribution based on a comparison between an expected machining shape calculated by the expected machining shape calculating means and a target machining shape of the workpiece.
The laser processing apparatus of any one of Claim 3 to 5.
前記レーザ光分布調整手段は、前記予想加工形状算出手段が算出した予想加工形状と前記被加工物の目標加工形状とを比較して誤差を算出し、前記誤差が許容誤差範囲外である場合には、前記誤差に基づいて前記レーザ光分布を調整する、
請求項6に記載のレーザ加工装置。
The laser light distribution adjusting unit calculates an error by comparing the predicted machining shape calculated by the predicted machining shape calculation unit with a target machining shape of the workpiece, and the error is outside an allowable error range. Adjusts the laser light distribution based on the error,
The laser processing apparatus according to claim 6.
前記移動手段により前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記加工ヘッドから前記被加工物に前記レーザ光を照射する際に、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、前記レーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段を備え、
前記予想加工形状算出手段は、前記レーザ光分布観察手段が観察した前記レーザ光の前記複数の分布に基づき、前記高速偏向制御手段により前記レーザ光分布を前記複数の分布に切り替えながら前記加工ヘッドにより前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する、
請求項6又は7に記載のレーザ加工装置。
By changing the deflection condition of the high-speed deflection means when irradiating the workpiece with the laser light from the machining head while relatively moving the machining head and the workpiece by the moving means. , Comprising high-speed deflection control means for switching the laser light distribution to a plurality of distributions,
The predicted machining shape calculation means is based on the plurality of distributions of the laser light observed by the laser light distribution observation means, and is changed by the machining head while switching the laser light distribution to the plurality of distributions by the high-speed deflection control means. Calculate an expected machining shape when machining the workpiece.
The laser processing apparatus according to claim 6 or 7.
前記高速偏向制御手段は、前記レーザ光分布における前記レーザ光のピーク位置が前記加工ヘッドと前記被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させる、
請求項8に記載のレーザ加工装置。
The high-speed deflection control unit is configured so that the peak position of the laser beam in the laser beam distribution is scanned in a direction orthogonal to the relative movement direction of the processing head and the workpiece. Change the deflection condition,
The laser processing apparatus according to claim 8.
液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、
前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、
前記レーザ光により形成された加工形状を測定する加工形状測定工程と、
前記加工形状測定工程で測定した加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を調整するレーザ光分布調整工程と、
を備えるレーザ加工方法。
A laser light irradiation step of irradiating a workpiece with laser light guided by a liquid jet;
A moving step of relatively moving the liquid jet and the workpiece;
A machining shape measuring step for measuring a machining shape formed by the laser beam;
Laser light distribution for adjusting the laser light distribution in the liquid jet on the laser light irradiation surface of the workpiece based on a comparison between the machining shape measured in the machining shape measurement step and the target machining shape of the workpiece. Adjustment process;
A laser processing method comprising:
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