JP2019141877A - Laser processing device - Google Patents

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若林 知敬
Tomotaka Wakabayashi
知敬 若林
石田 宏
Hiroshi Ishida
宏 石田
卓朗 漆畑
Takuro Urushibata
卓朗 漆畑
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Abstract

To provide a laser processing device that can properly measure surface roughness of an object to be processed.SOLUTION: A laser processing device 1 comprises a support base 81a, a laser light irradiation part 10, a light sensor head 121, a light power meter 122 and a surface roughness deriving instrument 123. The laser light irradiation part 10 emits laser light for processing and laser light LB2 for measuring roughness whose light energy is smaller than light energy of the laser light for processing to a surface to be processed (a flat surface W2 to be processed) of an object to be processed supported on the support base 81a. The light power meter 122 derives intensity of scattering light from the flat surface W2 to be processed, on the basis of a result of light-receiving by the light sensor head 121. The surface roughness deriving instrument 123 measures roughness of the flat surface W2 to be processed. The light sensor head 121, provided at a position shifted from a light shaft K of reflected light to be propagated concentrically with the laser light for processing reflected on the surface to be processed, receives laser light LB2 for measuring roughness reflected or scattered on the flat surface W2 to be processed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus.

従来、レーザ加工装置として、例えば、特許文献1には、粗さ測定用のレーザ光及び加工用のレーザ光を照射するレーザ発振器と、被加工物の表面に照射した粗さ測定用のレーザ光の反射光により当該被加工物の表面の粗さを測定する面粗さ測定器とを備える加工表面仕上加工装置が開示されている。この加工表面仕上加工装置は、例えば、粗さ測定用のレーザ光により被加工物の表面の粗さを測定後、レーザ発振器の出力を上げて加工用のレーザ光により被加工物の表面を仕上げ加工する。   Conventionally, as a laser processing apparatus, for example, Patent Document 1 discloses a laser oscillator that irradiates a laser beam for roughness measurement and a laser beam for processing, and a laser beam for roughness measurement that irradiates the surface of a workpiece. A machined surface finish processing apparatus is disclosed that includes a surface roughness measuring device that measures the roughness of the surface of the workpiece by the reflected light. This machined surface finishing machine, for example, measures the surface roughness of the workpiece with a laser beam for roughness measurement, and then increases the output of the laser oscillator to finish the surface of the workpiece with the laser beam for machining. Process.

特開昭59−87993号公報JP 59-87993 A

ところで、上述の特許文献1に記載の加工表面仕上加工装置は、例えば、加工用のレーザ光の強力な反射光が面粗さ測定器に悪影響を及ぼすおそれがある。   By the way, in the machined surface finishing apparatus described in Patent Document 1 described above, for example, powerful reflected light of a laser beam for machining may adversely affect the surface roughness measuring instrument.

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適正に被加工物の表面の粗さを測定することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of appropriately measuring the roughness of the surface of a workpiece.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、被加工面に凹凸を有する被加工物を支持する支持台と、前記支持台に支持された前記被加工物の前記被加工面に、加工用のレーザ光、及び、前記加工用のレーザ光よりも光エネルギーが小さい粗さ測定用のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、光を受光する受光部と、前記受光部による受光結果に基づいて前記被加工面からの反射光強度又は散乱光強度の少なくとも一方を導出可能であり前記被加工面の粗さを導出する測定部と、を備え、前記受光部は、前記被加工面で反射した前記加工用のレーザ光と同軸で伝搬する反射光の光軸からずれた位置に設けられ、前記被加工面で反射又は散乱した前記粗さ測定用のレーザ光を受光することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a laser processing apparatus according to the present invention includes a support base that supports a workpiece having irregularities on a processing surface, and the workpiece that is supported by the support base. A laser beam irradiation unit that irradiates the processing surface of an object with a processing laser beam and a laser beam for roughness measurement whose light energy is smaller than that of the processing laser beam, and a light receiving unit that receives the light And a measuring unit capable of deriving at least one of reflected light intensity or scattered light intensity from the processing surface based on a light reception result by the light receiving unit and deriving roughness of the processing surface, The light receiving unit is provided at a position shifted from the optical axis of the reflected light that propagates coaxially with the laser beam for processing reflected by the processing surface, and is used for measuring the roughness reflected or scattered by the processing surface. It is characterized by receiving laser light.

上記レーザ加工装置において、前記レーザ光照射部は、前記加工用のレーザ光を出射する出射位置と前記粗さ測定用のレーザ光を出射する出射位置とが異なる位置であり、前記加工用のレーザ光の光軸と前記粗さ測定用のレーザ光の光軸とが交差することが好ましい。   In the laser processing apparatus, the laser beam irradiation unit is a position where an emission position for emitting the processing laser beam and an emission position for emitting the roughness measuring laser beam are different, and the laser for processing It is preferable that the optical axis of the light and the optical axis of the laser beam for roughness measurement intersect.

上記レーザ加工装置において、前記レーザ光照射部は、前記加工用のレーザ光を出射する出射位置と前記粗さ測定用のレーザ光を出射する出射位置とが同じ位置であり、前記加工用のレーザ光の光軸と前記粗さ測定用のレーザ光の光軸とが同軸であることが好ましい。   In the laser processing apparatus, the laser beam irradiating unit has an emission position for emitting the machining laser beam and an emission position for emitting the roughness measuring laser beam, and the machining laser. The optical axis of the light and the optical axis of the laser beam for roughness measurement are preferably coaxial.

上記レーザ加工装置において、前記レーザ光照射部及び前記測定部を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記測定部により測定した前記被加工面の粗さが予め定められた基準値を満たしていない場合、前記レーザ光照射部により前記加工用のレーザ光を前記被加工面に照射して当該被加工面を平坦化することが好ましい。   The laser processing apparatus includes a control unit that controls the laser beam irradiation unit and the measurement unit, and the control unit satisfies a predetermined reference value for a roughness of the processing surface measured by the measurement unit. If not, it is preferable to flatten the processing surface by irradiating the processing surface with the laser light for processing by the laser light irradiation section.

本発明に係るレーザ加工装置は、被加工面で反射した加工用のレーザ光の反射光の光軸からずれた位置に受光部が設けられるので、強力な加工用のレーザ光の反射光を受光部が受光することを抑制することができ、適正に被加工物の表面の粗さを測定することができる。   In the laser processing apparatus according to the present invention, since the light receiving unit is provided at a position shifted from the optical axis of the reflected light of the processing laser light reflected by the processing surface, the reflected light of the powerful laser light for processing is received. It can suppress that a part receives light, and can measure the roughness of the surface of a workpiece appropriately.

図1は、実施形態1に係るレーザ加工装置の構成例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a laser processing apparatus according to the first embodiment. 図2は、実施形態1に係るレーザ加工装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the laser processing apparatus according to the first embodiment. 図3は、実施形態1に係る散乱光の強度の測定例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a measurement example of the intensity of scattered light according to the first embodiment. 図4は、実施形態1に係るレーザ加工装置の動作例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation example of the laser processing apparatus according to the first embodiment. 図5は、実施形態2に係るレーザ加工装置の構成例を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the laser processing apparatus according to the second embodiment. 図6は、実施形態2に係る反射光の強度の測定例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement example of the intensity of reflected light according to the second embodiment.

本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the structures described below can be combined as appropriate. Various omissions, substitutions, or changes in the configuration can be made without departing from the scope of the present invention.

〔実施形態1〕
実施形態1に係るレーザ加工装置1について説明する。レーザ加工装置1は、加工用のレーザ光LB1を被加工物Wに照射して当該被加工物Wを加工し、且つ、粗さ測定用のレーザ光LB2を被加工物Wに照射して当該被加工物Wの表面の粗さを測定する装置である。ここで、被加工物Wは、例えば、金属素材等から形成される。被加工物Wは、例えば、3Dプリンタによる積層造形物や、ツールマーク等が形成された金属加工物である。なお、以下の説明において、加工用のレーザ光LB1及び粗さ測定用のレーザ光LB2を特に区別する必要がない場合、単にレーザ光LBと称する。以下、レーザ加工装置1について詳細に説明する。
Embodiment 1
A laser processing apparatus 1 according to the first embodiment will be described. The laser processing apparatus 1 irradiates the workpiece W with the processing laser beam LB1 and processes the workpiece W, and irradiates the workpiece W with the roughness measurement laser beam LB2. This is an apparatus for measuring the roughness of the surface of the workpiece W. Here, the workpiece W is formed of, for example, a metal material. The workpiece W is, for example, a layered product by a 3D printer, a metal workpiece on which a tool mark or the like is formed. In the following description, the laser beam LB1 for processing and the laser beam LB2 for roughness measurement are simply referred to as laser beam LB when it is not necessary to distinguish them. Hereinafter, the laser processing apparatus 1 will be described in detail.

なお、以下の説明では、X方向(第一方向)とY方向(第二方向)とZ方向(第三方向)とは、それぞれ直交する方向である。X方向とY方向とは、後述する被加工物Wを支持する支持面81b上で直交する方向である。Z方向は、支持面81bに直交する方向である。なお、X方向とY方向とは、典型的には、被加工物Wの厚み方向に直交する面を仮想平面とした場合、当該仮想平面上で直交する方向であり、Z方向は、仮想平面に直交する直交方向である。   In the following description, the X direction (first direction), the Y direction (second direction), and the Z direction (third direction) are directions orthogonal to each other. The X direction and the Y direction are directions orthogonal to each other on a support surface 81b that supports a workpiece W to be described later. The Z direction is a direction orthogonal to the support surface 81b. The X direction and the Y direction are typically directions orthogonal to each other on the virtual plane when a plane orthogonal to the thickness direction of the workpiece W is a virtual plane, and the Z direction is a virtual plane. It is an orthogonal direction orthogonal to.

レーザ加工装置1は、例えば、加工用のレーザ光LB1の焦点を固定し当該加工用のレーザ光LB1を被加工物Wの被加工面W1に集光して加工する。レーザ加工装置1は、図1及び図2に示すように、レーザ光照射部10と、シャッター20と、アッテネータ30と、ビームエキスパンダ40と、ビーム伝送光学系50と、落射光学系60と、対物レンズ70と、駆動部80と、ランプ照明90と、カメラ100と、ガス供給装置110と、測定部としての計測器120と、制御部130と、支持柱140を備えている。   For example, the laser processing apparatus 1 fixes the focus of the laser beam LB1 for processing and focuses the laser beam LB1 for processing on the processing surface W1 of the workpiece W to be processed. As shown in FIGS. 1 and 2, the laser processing apparatus 1 includes a laser beam irradiation unit 10, a shutter 20, an attenuator 30, a beam expander 40, a beam transmission optical system 50, an incident light optical system 60, The objective lens 70, the drive part 80, the lamp illumination 90, the camera 100, the gas supply apparatus 110, the measuring instrument 120 as a measurement part, the control part 130, and the support pillar 140 are provided.

レーザ光照射部10は、パルス状の出力(レーザ光LB)を一定の繰り返し周波数で発振するレーザ光発振器である。レーザ光照射部10は、支持柱140により支持されている。レーザ光照射部10は、例えば、パルス幅可変光源をシード光源に用いた主発振器出力増幅器(MOPA;Master Oscillator Power Amplifier)である。パルス幅可変光源は、例えば、加工用のレーザ光LB1及び粗さ測定用のレーザ光LB2を照射する。加工用及び粗さ測定用のレーザ光LB1、LB2は、例えば、平行化された光であるコリメート光である。レーザ光照射部10は、MOPAを用いた場合、加工用のレーザ光LB1の出力特性の一例は次の通りである。すなわち、加工用のレーザ光LB1の動作波長は、1030nm±1nm程度であり、繰り返し周波数は、5kHz〜10MHz程度であり、パルス幅は、50ps〜1μs程度であり、出力パワーは、10W以上であり、偏波は、直線であり、ビーム品質であるスクエア(M)は、1.2未満であり、真円度は、80%超過である。レーザ光照射部10は、加工用及び粗さ測定用のレーザ光LB1、LB2をシャッター20に出力(出射)する。なお、パルス幅とは、レーザ光LBのピークパワーの半分の地点におけるパルスの立ち上がりと立ち下がりの時間間隔である。レーザ光照射部10は、MOPAを用いることによりパルス幅を可変とすることができるので、様々な加工に対応することができ、加工コストを抑制することができる。 The laser beam irradiation unit 10 is a laser beam oscillator that oscillates a pulsed output (laser beam LB) at a constant repetition frequency. The laser beam irradiation unit 10 is supported by a support column 140. The laser beam irradiation unit 10 is, for example, a master oscillator output amplifier (MOPA) using a variable pulse width light source as a seed light source. The pulse width variable light source irradiates, for example, a processing laser beam LB1 and a roughness measurement laser beam LB2. The laser beams LB1 and LB2 for processing and roughness measurement are, for example, collimated light that is collimated light. When the laser beam irradiation unit 10 uses MOPA, an example of output characteristics of the processing laser beam LB1 is as follows. That is, the operating wavelength of the processing laser beam LB1 is about 1030 nm ± 1 nm, the repetition frequency is about 5 kHz to 10 MHz, the pulse width is about 50 ps to 1 μs, and the output power is 10 W or more. The polarization is a straight line, the beam quality square (M 2 ) is less than 1.2, and the roundness is more than 80%. The laser beam irradiation unit 10 outputs (emits) laser beams LB1 and LB2 for processing and roughness measurement to the shutter 20. The pulse width is the time interval between the rise and fall of the pulse at a point that is half the peak power of the laser beam LB. Since the laser beam irradiation unit 10 can change the pulse width by using MOPA, the laser beam irradiation unit 10 can cope with various types of processing and can suppress the processing cost.

レーザ光照射部10は、平坦化加工では、パルス幅がピコ秒オーダーの短パルス幅である加工用のレーザ光LB1を用いる。加工用のレーザ光LB1は、後述する粗さ測定用のレーザ光LB2よりもレーザ強度のピーク値が高く且つパルス幅が短い。加工用のレーザ光LB1は、レーザ強度のピーク値が、被加工面W1の凸部の最大の高さ(例えば10μmを超える高さ)に相当する加工深さを得ることが可能な光エネルギー密度である。被加工面W1の凸部は、被加工面W1の最も深い部分(凹部の底)を基準位置とした場合、Z方向に沿って突出している部分である。   In the flattening process, the laser beam irradiation unit 10 uses a processing laser beam LB1 having a short pulse width of a picosecond order. The laser beam LB1 for processing has a higher peak value of laser intensity and a shorter pulse width than a laser beam LB2 for roughness measurement described later. The laser beam LB1 for processing has a light energy density at which the peak value of the laser intensity can obtain a processing depth corresponding to the maximum height (for example, a height exceeding 10 μm) of the convex portion of the processing surface W1. It is. The convex portion of the processing surface W1 is a portion protruding along the Z direction when the deepest portion (bottom of the concave portion) of the processing surface W1 is used as a reference position.

レーザ光照射部10は、加工平坦面(被加工面)W2の粗さ測定では、加工用のレーザ光LB1よりも小さい光エネルギー密度(光エネルギー)の粗さ測定用のレーザ光LB2を用いる。粗さ測定用のレーザ光LB2は、例えば、パルス幅がナノ秒〜マイクロ秒オーダーのパルス幅である。粗さ測定用のレーザ光LB2は、加工用のレーザ光LB1よりもレーザ強度のピーク値が低く、レーザ強度のピーク値が加工平坦面W2を加工しない光エネルギー密度である。レーザ光照射部10は、加工用のレーザ光LB1を出射する出射位置Lと粗さ測定用のレーザ光LB2を出射する出射位置Mとが同じ位置である。レーザ光照射部10は、例えば、各出射位置L、MがZ方向に沿った軸上に位置している。レーザ光照射部10は、加工用のレーザ光LB1の光軸Pと粗さ測定用のレーザ光LB2の光軸Qとが同軸である。つまり、レーザ光照射部10は、Z方向から視た場合、加工用のレーザ光LB1の光軸Pと粗さ測定用のレーザ光LB2の光軸Qとが重なっている。   The laser beam irradiation unit 10 uses the laser beam LB2 for measuring roughness of light energy density (light energy) smaller than the laser beam LB1 for processing in the roughness measurement of the processing flat surface (surface to be processed) W2. The laser beam LB2 for roughness measurement has, for example, a pulse width in the order of nanoseconds to microseconds. The laser beam LB2 for roughness measurement has a light energy density at which the peak value of the laser intensity is lower than that of the processing laser beam LB1, and the peak value of the laser intensity does not process the processed flat surface W2. In the laser beam irradiation unit 10, the emission position L for emitting the processing laser beam LB1 and the emission position M for emitting the roughness measurement laser beam LB2 are the same position. In the laser beam irradiation unit 10, for example, the emission positions L and M are located on an axis along the Z direction. In the laser beam irradiation unit 10, the optical axis P of the processing laser beam LB1 and the optical axis Q of the roughness measuring laser beam LB2 are coaxial. That is, when viewed from the Z direction, the laser beam irradiation unit 10 has the optical axis P of the processing laser beam LB1 overlapped with the optical axis Q of the roughness measuring laser beam LB2.

シャッター20は、レーザ光LBの透過と遮断とを切り替えるものである。シャッター20は、レーザ光照射部10とアッテネータ30との間に設置され、レーザ光照射部10から出力されたレーザ光LBを透過又は遮断する。シャッター20は、透過したレーザ光LBをアッテネータ30に出力する。   The shutter 20 switches between transmission and blocking of the laser beam LB. The shutter 20 is installed between the laser beam irradiation unit 10 and the attenuator 30 and transmits or blocks the laser beam LB output from the laser beam irradiation unit 10. The shutter 20 outputs the transmitted laser beam LB to the attenuator 30.

アッテネータ30は、レーザ光LBの強度を調整する減衰器である。アッテネータ30は、シャッター20とビームエキスパンダ40との間に設置され、シャッター20から出力されたレーザ光LBの強度を調整してビームエキスパンダ40に出力する。   The attenuator 30 is an attenuator that adjusts the intensity of the laser beam LB. The attenuator 30 is installed between the shutter 20 and the beam expander 40, adjusts the intensity of the laser light LB output from the shutter 20, and outputs it to the beam expander 40.

ビームエキスパンダ40は、レーザ光LBのビーム径を広げるものである。ビームエキスパンダ40は、アッテネータ30とビーム伝送光学系50との間に設置され、アッテネータ30から出力されたレーザ光LBのビーム径を広げてビーム伝送光学系50に出力する。   The beam expander 40 widens the beam diameter of the laser beam LB. The beam expander 40 is installed between the attenuator 30 and the beam transmission optical system 50, widens the beam diameter of the laser light LB output from the attenuator 30, and outputs it to the beam transmission optical system 50.

ビーム伝送光学系50は、レーザ光LBを導光する導光ミラー等から構成される光学系である。ビーム伝送光学系50は、ビームエキスパンダ40と落射光学系60との間に設置され、ビームエキスパンダ40から出力されたレーザ光LBを導光して落射光学系60に出力する。   The beam transmission optical system 50 is an optical system including a light guide mirror that guides the laser beam LB. The beam transmission optical system 50 is installed between the beam expander 40 and the epi-illumination optical system 60, guides the laser beam LB output from the beam expander 40, and outputs it to the epi-illumination optical system 60.

落射光学系60は、レーザ光LBが進行する方向を変更する方向変更ミラー等から構成される光学系である。落射光学系60は、ビーム伝送光学系50と対物レンズ70との間に設置され、ビーム伝送光学系50から出力されたレーザ光LBの進行方向を変更して対物レンズ70に出力する。   The epi-illumination optical system 60 is an optical system including a direction change mirror that changes the direction in which the laser beam LB travels. The epi-illumination optical system 60 is installed between the beam transmission optical system 50 and the objective lens 70, changes the traveling direction of the laser beam LB output from the beam transmission optical system 50, and outputs the laser beam LB to the objective lens 70.

対物レンズ70は、レーザ光LBを集光して被加工物Wの被加工面W1にレーザ光LBを照射するものである。対物レンズ70は、落射光学系60と駆動部80との間に設置され、落射光学系60から出力されたレーザ光LBを集光し、駆動部80に支持された被加工物Wの被加工面W1にレーザ光LBを照射する。   The objective lens 70 collects the laser beam LB and irradiates the workpiece surface W1 of the workpiece W with the laser beam LB. The objective lens 70 is installed between the epi-illumination optical system 60 and the driving unit 80, condenses the laser light LB output from the epi-illumination optical system 60, and processes the workpiece W supported by the driving unit 80. The surface W1 is irradiated with the laser beam LB.

駆動部80は、被加工物Wを保持すると共に対物レンズ70等を含む光学系に対して被加工物Wを相対移動させるものである。駆動部80は、XY軸駆動部81と、Z軸駆動部82とを備える。XY軸駆動部81は、被加工物Wを支持する平板状の支持台81aと、固定部(図示省略)と、ボールネジ等から構成されるXY軸駆動機構(図示省略)とを備える。XY軸駆動部81は、固定部により被加工物Wを支持台81aの支持面81bに固定し、XY軸駆動機構により対物レンズ70等の光学系に対して被加工物WをX方向又はY方向に相対移動させる。Z軸駆動部82は、ボールネジ等から構成されるZ軸駆動機構(図示省略)を備え、Z軸駆動機構により対物レンズ70等の光学系に対して被加工物WをZ方向に相対移動させる。   The drive unit 80 holds the workpiece W and moves the workpiece W relative to the optical system including the objective lens 70 and the like. The drive unit 80 includes an XY axis drive unit 81 and a Z axis drive unit 82. The XY axis drive unit 81 includes a flat plate-shaped support base 81a that supports the workpiece W, a fixing unit (not shown), and an XY axis drive mechanism (not shown) configured by a ball screw or the like. The XY-axis drive unit 81 fixes the workpiece W to the support surface 81b of the support base 81a by the fixing unit, and the workpiece W to the optical system such as the objective lens 70 by the XY-axis drive mechanism in the X direction or Y direction. Move relative to the direction. The Z-axis drive unit 82 includes a Z-axis drive mechanism (not shown) configured by a ball screw or the like, and moves the workpiece W relative to the optical system such as the objective lens 70 in the Z direction by the Z-axis drive mechanism. .

ランプ照明90は、撮像のために被加工物Wを照明により照らすものである。ランプ照明90は、例えば、駆動部80の支持面81bに対向して設置され、支持面81bに支持された被加工物Wに照明を照らす。   The lamp illumination 90 illuminates the workpiece W with illumination for imaging. The lamp illumination 90 is installed, for example, facing the support surface 81b of the drive unit 80, and illuminates the workpiece W supported by the support surface 81b.

カメラ100は、被加工物Wを撮像するものである。カメラ100は、駆動部80の支持面81bに対向して設置され、支持面81bに支持された被加工物Wの被加工面W1の凹凸等を撮像する。カメラ100は、撮像した画像を制御部130に出力する。   The camera 100 images the workpiece W. The camera 100 is installed to face the support surface 81b of the drive unit 80, and images the unevenness of the work surface W1 of the work W supported by the support surface 81b. The camera 100 outputs the captured image to the control unit 130.

ガス供給装置110は、ガスを供給するものである。ガス供給装置110は、例えば、、不活性ガス(例えばアルゴン、窒素ガス等)を供給する。ガス供給装置110は、ノズルが被加工物Wに向けられており、不活性ガスを当該ノズルから被加工物Wの被加工面W1に向けて噴射する。   The gas supply device 110 supplies gas. The gas supply device 110 supplies, for example, an inert gas (for example, argon, nitrogen gas, etc.). The gas supply device 110 has a nozzle directed toward the workpiece W, and injects an inert gas from the nozzle toward the workpiece surface W1 of the workpiece W.

計測器120は、被加工物Wの表面の粗さを測定するものである。計測器120は、例えば、受光面121aを有する光センサヘッド(受光部)121と、光パワーメータ122と、表面粗さ導出器123とを含んで構成される。光センサヘッド121は、受光した光を光電変換するものである。光センサヘッド121は、例えば、加工平坦面W2に照射された粗さ測定用のレーザ光LB2が散乱した散乱光を受光し、受光した散乱光を光電変換する。光センサヘッド121は、その受光面121aが加工平坦面W2に対して斜めに対向して配置されている。光センサヘッド121は、被加工面W1で反射した加工用のレーザ光LB1と同軸で伝搬する反射光の光軸Kからずれた位置に設けられる。言い換えると、光センサヘッド121は、被加工面W1で反射した加工用のレーザ光LB1の反射光の光軸Kと交差する交差方向に沿って設けられる。光センサヘッド121は、例えば、受光面121aが交差方向に対して直交している。光センサヘッド121は、光パワーメータ122に接続され、粗さ測定用のレーザ光LB2の散乱光を受光する。そして、光センサヘッド121は、受光した散乱光を光電変換した測定信号(散乱光パワー)を光パワーメータ122に出力する。なお、計測器120は、平坦化加工によって生じる被加工物Wの材料蒸気が光センサヘッド121を汚染する場合、平坦化加工の時に光センサヘッド121にカバーを装着しておく。光センサヘッド121は、端面が大口径の光ファイバや複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバ等により入射した光を当該光センサヘッド121に導くようにしてもよい。   The measuring instrument 120 measures the surface roughness of the workpiece W. The measuring instrument 120 includes, for example, an optical sensor head (light receiving unit) 121 having a light receiving surface 121a, an optical power meter 122, and a surface roughness deriving device 123. The optical sensor head 121 photoelectrically converts received light. The optical sensor head 121 receives, for example, scattered light scattered by the laser beam LB2 for roughness measurement irradiated on the processing flat surface W2, and photoelectrically converts the received scattered light. The optical sensor head 121 is arranged such that its light receiving surface 121a is diagonally opposed to the processing flat surface W2. The optical sensor head 121 is provided at a position shifted from the optical axis K of the reflected light propagating coaxially with the processing laser light LB1 reflected by the processing surface W1. In other words, the optical sensor head 121 is provided along the intersecting direction intersecting the optical axis K of the reflected light of the processing laser light LB1 reflected by the processing surface W1. In the optical sensor head 121, for example, the light receiving surface 121a is orthogonal to the intersecting direction. The optical sensor head 121 is connected to the optical power meter 122 and receives the scattered light of the laser beam LB2 for roughness measurement. Then, the optical sensor head 121 outputs a measurement signal (scattered light power) obtained by photoelectrically converting the received scattered light to the optical power meter 122. In addition, when the material vapor | steam of the to-be-processed object W produced by the planarization process contaminates the optical sensor head 121, the measuring device 120 attaches a cover to the optical sensor head 121 at the time of the planarization process. The optical sensor head 121 may guide the incident light to the optical sensor head 121 through an optical fiber having a large diameter end face, a bundle fiber in which a plurality of optical fibers are bundled, or the like.

光パワーメータ122は、散乱光パワー(散乱光強度)を導出するものであり、表面粗さ導出器123は、表面粗さを導出するものである。光パワーメータ122は、光センサヘッド121に接続され、当該光センサヘッド121から出力された測定信号に基づいて散乱光の光パワーを導出する。ここで、表面粗さ導出器123は、図3に示すように、粗さ測定用のレーザ光照射強度を基準とした散乱光パワーと表面粗さとの関係を示す基準テーブルを有している。図3は、縦軸が相対散乱光パワー(dB)であり、横軸が表面粗さRa(nm)である。図3では、実際に測定した実測データを実線で表し当該実測データの近似線を点線で表している。実測データは、予め、被加工物Wのサンプルの表面に照射された粗さ測定用のレーザ光LB2の相対散乱光パワーと、当該サンプルの表面粗さとを記録したデータである。実測データは、散乱光パワーが増加すると表面粗さRaが大きくなる傾向にある。表面粗さ導出器123は、測定信号の散乱光パワーに一致する基準テーブルの散乱光パワーに基づいて加工平坦面W2の表面粗さを導出する。表面粗さ導出器123は、制御部130に接続され、導出した加工平坦面W2の表面粗さを制御部130に出力する。   The optical power meter 122 derives scattered light power (scattered light intensity), and the surface roughness deriving device 123 derives surface roughness. The optical power meter 122 is connected to the optical sensor head 121 and derives the optical power of the scattered light based on the measurement signal output from the optical sensor head 121. Here, as shown in FIG. 3, the surface roughness deriving device 123 has a reference table showing the relationship between the scattered light power and the surface roughness with reference to the intensity of laser light irradiation for roughness measurement. In FIG. 3, the vertical axis represents the relative scattered light power (dB), and the horizontal axis represents the surface roughness Ra (nm). In FIG. 3, actual measurement data actually measured is represented by a solid line, and an approximate line of the actual measurement data is represented by a dotted line. The actual measurement data is data in which the relative scattered light power of the laser beam LB2 for roughness measurement irradiated on the surface of the sample of the workpiece W and the surface roughness of the sample are recorded in advance. The measured data tends to increase the surface roughness Ra as the scattered light power increases. The surface roughness deriving device 123 derives the surface roughness of the processing flat surface W2 based on the scattered light power of the reference table that matches the scattered light power of the measurement signal. The surface roughness deriving device 123 is connected to the control unit 130 and outputs the derived surface roughness of the processed flat surface W2 to the control unit 130.

制御部130は、レーザ加工装置1を制御するものである。制御部130は、CPU、記憶部を構成するROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部130は、レーザ光照射部10及びシャッター20等の光学系を制御し、レーザ光LBの出力を調整する。また、制御部130は、ガス供給装置110を制御し、不活性ガスの流量を調整する。また、制御部130は、予め定められた粗さの基準値に基づいて加工平坦面W2の粗さの適否を判断する。   The control unit 130 controls the laser processing apparatus 1. The control unit 130 includes an electronic circuit mainly composed of a well-known microcomputer including a CPU, a ROM that constitutes a storage unit, a RAM, and an interface. The control unit 130 controls the optical system such as the laser beam irradiation unit 10 and the shutter 20 to adjust the output of the laser beam LB. The control unit 130 also controls the gas supply device 110 to adjust the flow rate of the inert gas. Further, the control unit 130 determines whether or not the roughness of the processed flat surface W2 is appropriate based on a predetermined roughness reference value.

次に、図4を参照してレーザ加工装置1の動作例について説明する。レーザ加工装置1は、作業者により予め加工条件が設定される(ステップS1)。ここで、加工条件は、例えば、レーザ光LBのエネルギー密度、走査時のスポット径の重なり、繰り返し照射数、加工時間等である。これらの加工条件は、被加工物Wの材質や被加工面W1の凹凸の粗さ等に基づいて、予め実験等により求めておく。   Next, an operation example of the laser processing apparatus 1 will be described with reference to FIG. In the laser processing apparatus 1, processing conditions are set in advance by an operator (step S1). Here, the processing conditions are, for example, the energy density of the laser beam LB, the overlap of spot diameters during scanning, the number of repeated irradiations, the processing time, and the like. These processing conditions are obtained in advance by experiments or the like based on the material of the workpiece W, the roughness of the unevenness of the processing surface W1, and the like.

レーザ加工装置1は、加工条件が設定された後、平坦化加工を実施する(ステップS2)。レーザ加工装置1は、駆動部80の支持台81aに支持された被加工物Wを駆動部80に固定し、XY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させ、さらにZ軸駆動部82によりZ方向に被加工物Wを移動させて被加工物Wを加工開始位置に移動させる。レーザ加工装置1は、ガス供給装置110を制御し不活性ガスを被加工物Wに供給する。そして、レーザ加工装置1は、カメラ100により被加工物Wの被加工面W1を撮像しながら、被加工面W1の凸部に対して加工用のレーザ光LB1を照射する。レーザ加工装置1は、当該加工用のレーザ光LB1を照射した状態でXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させることで、被加工面W1に対して加工用のレーザ光LB1を走査させながら被加工面W1の凸部を加工する。レーザ加工装置1は、例えば、加工用のレーザ光LB1が照射された部分が瞬時に蒸発、飛散することで被加工面W1の凸部を平坦化するアブレーション加工、又は、加工用のレーザ光LB1が照射された部分が溶融することで被加工面W1の凸部を平坦化する溶融加工等により加工平坦面W2を形成する。   After the processing conditions are set, the laser processing apparatus 1 performs flattening processing (step S2). The laser processing apparatus 1 fixes the workpiece W supported on the support base 81a of the driving unit 80 to the driving unit 80, moves the workpiece W in the X direction or the Y direction by the XY axis driving unit 81, and further The workpiece W is moved in the Z direction by the Z-axis drive unit 82 to move the workpiece W to the machining start position. The laser processing apparatus 1 controls the gas supply device 110 to supply an inert gas to the workpiece W. And the laser processing apparatus 1 irradiates the convex part of the to-be-processed surface W1 with the laser beam LB1 for a process, imaging the to-be-processed surface W1 of the to-be-processed object W with the camera 100. FIG. The laser processing apparatus 1 moves the workpiece W in the X direction or the Y direction by the XY axis drive unit 81 in a state where the laser beam LB1 for processing is irradiated, so that the processing surface W1 is processed. While the laser beam LB1 is scanned, the convex portion of the processing surface W1 is processed. The laser processing apparatus 1 is, for example, an ablation process that flattens the convex portion of the processing surface W1 by instantaneously evaporating and scattering a portion irradiated with the processing laser light LB1, or processing laser light LB1. The processed flat surface W2 is formed by melting processing or the like for flattening the convex portion of the processing surface W1 by melting the portion irradiated with.

次に、レーザ加工装置1は、加工平坦面W2の粗さを測定する(ステップS3)。レーザ加工装置1は、加工平坦面W2の粗さの測定において、ガス供給装置110を制御し不活性ガスの供給を停止する。そして、レーザ加工装置1は、カメラ100により加工平坦面W2を撮像しながら、加工平坦面W2に対して粗さ測定用のレーザ光LB2を照射する。なお、レーザ加工装置1は、例えば、Z軸駆動部82によりZ方向に被加工物Wを移動させて被加工物Wを所望の高さに設定してもよい。レーザ加工装置1は、当該粗さ測定用のレーザ光LB2を照射した状態でXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させることで、加工平坦面W2に対して粗さ測定用のレーザ光LB2を走査させ、複数個所で粗さ測定用のレーザ光LB2の散乱光パワーを検出する。そして、レーザ加工装置1は、検出した散乱光パワーに基づいて加工平坦面W2の粗さを測定する。なお、加工平坦面W2は、粗さに対して散乱角度の分布が一様ではないので局所への散乱光パワーが同等とはならない。このため、レーザ加工装置1は、散乱光パワーの平均値等を利用することが考えられる。   Next, the laser processing apparatus 1 measures the roughness of the processing flat surface W2 (step S3). In the measurement of the roughness of the processing flat surface W2, the laser processing apparatus 1 controls the gas supply apparatus 110 and stops supplying the inert gas. Then, the laser processing apparatus 1 irradiates the processing flat surface W2 with the laser beam LB2 for roughness measurement while imaging the processing flat surface W2 with the camera 100. The laser processing apparatus 1 may set the workpiece W to a desired height by moving the workpiece W in the Z direction by the Z-axis drive unit 82, for example. The laser processing apparatus 1 moves the workpiece W in the X direction or the Y direction by the XY axis drive unit 81 in a state where the laser beam LB2 for roughness measurement is irradiated, so that the rough processing surface W2 is roughened. The laser beam LB2 for thickness measurement is scanned, and the scattered light power of the laser beam LB2 for roughness measurement is detected at a plurality of locations. Then, the laser processing apparatus 1 measures the roughness of the processing flat surface W2 based on the detected scattered light power. Note that the processed flat surface W2 has a nonuniform distribution of scattering angles with respect to roughness, and therefore the local scattered light power is not equal. For this reason, it is conceivable that the laser processing apparatus 1 uses an average value or the like of scattered light power.

レーザ加工装置1は、予め定められた粗さの基準値に基づいて加工平坦面W2の粗さの適否を判断する。制御部130は、例えば、加工平坦面W2の粗さと当該基準値とを比較し、加工平坦面W2の粗さが基準値より小さいか否かを判定する(ステップS4)。制御部130は、加工平坦面W2の粗さが基準値より小さい場合(ステップS4;Yes)、被加工物Wの平坦化処理を終了する。制御部130は、加工平坦面W2の粗さが基準値以上の場合(ステップS4;No)、上述のステップS2に戻り、加工用のレーザ光LB1を加工平坦面W2に照射して当該加工平坦面W2を平坦化する。この場合、加工用のレーザ光LB1は、加工平坦面W2の粗さ、つまり加工平坦面W2に残存する凸部の大きさに応じて光エネルギー密度等が調整される。   The laser processing apparatus 1 determines whether or not the roughness of the processing flat surface W2 is appropriate based on a predetermined roughness reference value. For example, the control unit 130 compares the roughness of the processed flat surface W2 with the reference value, and determines whether the roughness of the processed flat surface W2 is smaller than the reference value (step S4). When the roughness of the processed flat surface W2 is smaller than the reference value (step S4; Yes), the control unit 130 ends the flattening process of the workpiece W. When the roughness of the processing flat surface W2 is equal to or larger than the reference value (step S4; No), the control unit 130 returns to step S2 described above, and irradiates the processing flat surface W2 with the processing laser beam LB1. The surface W2 is flattened. In this case, the optical energy density of the processing laser beam LB1 is adjusted according to the roughness of the processing flat surface W2, that is, the size of the convex portion remaining on the processing flat surface W2.

以上のように、実施形態1に係るレーザ加工装置1は、支持台81aと、レーザ光照射部10と、光センサヘッド121と、光パワーメータ122と、表面粗さ導出器123とを備える。支持台81aは、被加工面W1に凹凸を有する被加工物Wを支持する。レーザ光照射部10は、支持台81aに支持された被加工物Wの被加工面W1(加工平坦面W2)に、加工用のレーザ光LB1、及び、加工用のレーザ光LB1よりも光エネルギーが小さい粗さ測定用のレーザ光LB2を照射する。光パワーメータ122は、光センサヘッド121による受光結果に基づいて加工平坦面W2からの散乱光強度を導出可能とする。表面粗さ導出器123は、加工平坦面W2の粗さを導出する。光センサヘッド121は、被加工面W1で反射した加工用のレーザ光LB1と同軸で伝搬する反射光の光軸Kからずれた位置に設けられ、加工平坦面W2で散乱した粗さ測定用のレーザ光LB2を受光する。   As described above, the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment includes the support base 81a, the laser light irradiation unit 10, the optical sensor head 121, the optical power meter 122, and the surface roughness deriving device 123. The support table 81a supports the workpiece W having irregularities on the processing surface W1. The laser beam irradiation unit 10 has a light energy higher than that of the processing laser beam LB1 and the processing laser beam LB1 on the processing surface W1 (processing flat surface W2) of the workpiece W supported by the support table 81a. Is irradiated with a laser beam LB2 for roughness measurement. The optical power meter 122 can derive the scattered light intensity from the processed flat surface W <b> 2 based on the light reception result by the optical sensor head 121. The surface roughness deriving device 123 derives the roughness of the processed flat surface W2. The optical sensor head 121 is provided at a position shifted from the optical axis K of the reflected light propagating coaxially with the processing laser beam LB1 reflected by the processing surface W1, and is used for roughness measurement scattered on the processing flat surface W2. The laser beam LB2 is received.

この構成により、レーザ加工装置1は、被加工面W1の平坦化加工処理及び加工平坦面W2の粗さ測定を同一の装置で実施することができる。これにより、レーザ加工装置1は、粗さ測定用の専用装置に被加工物Wを移動させる必要がないので作業性を向上することができる。また、レーザ加工装置1は、強力な加工用のレーザ光LB1の反射光を光センサヘッド121で受光することを抑制することができ、光センサヘッド121への悪影響(ダメージ)を抑制できる。この結果、レーザ加工装置1は、適正に被加工物Wの表面の粗さを測定することができる。レーザ加工装置1は、被加工物Wの表面の粗さが相対的に大きく反射光を用いて被加工物Wの表面の粗さを測定できない場合でも、散乱光による被加工物Wの表面の粗さの測定が可能である。   With this configuration, the laser processing apparatus 1 can perform the flattening processing of the processing surface W1 and the roughness measurement of the processing flat surface W2 with the same apparatus. Thereby, the laser processing apparatus 1 can improve workability because it is not necessary to move the workpiece W to a dedicated apparatus for roughness measurement. Moreover, the laser processing apparatus 1 can suppress the reflected light of the powerful processing laser beam LB1 from being received by the optical sensor head 121, and can suppress adverse effects (damage) on the optical sensor head 121. As a result, the laser processing apparatus 1 can appropriately measure the roughness of the surface of the workpiece W. Even when the surface roughness of the workpiece W is relatively large and the roughness of the surface of the workpiece W cannot be measured using reflected light, the laser processing apparatus 1 can detect the surface of the workpiece W due to scattered light. Roughness can be measured.

上記レーザ加工装置1において、レーザ光照射部10は、加工用のレーザ光LB1を出射する出射位置Lと粗さ測定用のレーザ光LB2を出射する出射位置Mとが同じ位置であり、加工用のレーザ光LB1の光軸Pと粗さ測定用のレーザ光LB2の光軸Qとが同軸である。この構成により、レーザ加工装置1は、強力な加工用のレーザ光LB1の反射光を光センサヘッド121で受光することを抑制することができ、光センサヘッド121のダメージを抑制できる。そして、レーザ加工装置1は、光センサヘッド121による散乱光の受光結果に基づいて加工平坦面W2の粗さを適正に測定することができる。   In the laser processing apparatus 1, the laser beam irradiating unit 10 has the same emission position L for emitting the processing laser beam LB 1 and the emission position M for emitting the roughness measuring laser beam LB 2. The optical axis P of the laser beam LB1 and the optical axis Q of the laser beam LB2 for roughness measurement are coaxial. With this configuration, the laser processing apparatus 1 can prevent the reflected light of the powerful processing laser beam LB1 from being received by the optical sensor head 121, and can suppress damage to the optical sensor head 121. Then, the laser processing apparatus 1 can appropriately measure the roughness of the processed flat surface W2 based on the result of receiving the scattered light by the optical sensor head 121.

上記レーザ加工装置1は、レーザ光照射部10及び表面粗さ導出器123を制御する制御部130を備える。制御部130は、表面粗さ導出器123により導出した加工平坦面W2の粗さが予め定められた基準値を満たしていない場合、レーザ光照射部10により加工用のレーザ光LB1を加工平坦面W2に照射して当該加工平坦面W2をさらに平坦化する。この構成により、レーザ加工装置1は、追加加工することにより平坦化加工の品質を向上することができる。また、レーザ加工装置1は、加工平坦面W2の粗さが基準値を満たしていない位置の情報に基づき、局所的に加工することができる。   The laser processing apparatus 1 includes a control unit 130 that controls the laser beam irradiation unit 10 and the surface roughness deriving device 123. When the roughness of the processing flat surface W2 derived by the surface roughness deriving device 123 does not satisfy a predetermined reference value, the control unit 130 causes the laser light irradiation unit 10 to apply the processing laser beam LB1 to the processing flat surface. The processed flat surface W2 is further flattened by irradiating W2. With this configuration, the laser processing apparatus 1 can improve the quality of planarization by performing additional processing. Moreover, the laser processing apparatus 1 can process locally based on the information of the position where the roughness of the processing flat surface W2 does not satisfy the reference value.

〔実施形態2〕
次に、実施形態2に係るレーザ加工装置1Aについて説明する。実施形態2に係るレーザ加工装置1Aは、反射光を用いて加工平坦面W2の粗さを測定する点で実施形態1と異なる。なお、実施形態1と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。レーザ加工装置1Aは、図5に示すように、レーザ光照射部10を可動自在に支持する支持柱140Aを備えている。支持柱140Aは、支持面81bに直交するZ方向に沿って延在している。支持柱140Aは、長尺状のレーザ光照射部10が回動自在に組み付けられている。支持柱140Aは、例えば、レーザ光照射部10の長辺方向の略中央部を支持し、当該中央部を中心に回動自在且つ水平方向(X方向)に移動自在にレーザ光照射部10を支持している。レーザ光照射部10は、中央部を中心に回動することで、支持面81bに対する当該レーザ光照射部10の向きが変更される。レーザ光照射部10は、例えば、当該レーザ光照射部10の向きが加工位置方向に設定されることで当該レーザ光照射部10の光軸Pが支持面81bに直交するZ方向に沿って延在する。そして、レーザ光照射部10は、加工用のレーザ光LB1を被加工面W1に対して垂直に照射することが可能である。また、レーザ光照射部10は、当該レーザ光照射部10の向きが粗さ測定位置方向に設定されることで当該レーザ光照射部10の光軸QがZ方向に交差する交差方向に沿って延在する。そして、レーザ光照射部10は、粗さ測定用のレーザ光LB2を加工平坦面W2に対して傾斜して照射することが可能である。このように、レーザ光照射部10は、加工用のレーザ光LB1を出射する出射位置Lと粗さ測定用のレーザ光LB2を出射する出射位置Mとが異なる位置であり、加工用のレーザ光LB1の光軸Pと粗さ測定用のレーザ光LB2の光軸Qとが交差する。計測器120Aは、光センサヘッド121の受光面121aが粗さ測定用のレーザ光LB2の反射光を受光可能に設けられている。受光面121aは、粗さ測定用のレーザ光LB2が散乱した散乱光の受光を抑制するために支持台81aから一定間隔離れている。計測器120Aは、レーザ光照射部10により加工平坦面W2に照射された粗さ測定用のレーザ光LB2の反射光に基づいて加工平坦面W2の粗さを導出する。ここで、計測器120Aの光パワーメータ122は、加工平坦面W2からの反射光パワー(反射光強度)を導出可能である。計測器120Aの表面粗さ導出器123は、図6に示すように、粗さ測定用のレーザ光照射強度を基準とした反射光パワーと表面粗さとの関係を示す基準テーブルを有している。図6は、縦軸が相対反射光パワー(dB)であり、横軸が表面粗さRa(nm)である。図6では、実際に測定した実測データを実線で表し当該実測データの近似線を点線で表している。実測データは、予め、被加工物Wのサンプルの表面に照射された粗さ測定用のレーザ光LB2の相対反射光パワーと、当該サンプルの表面粗さとを記録したデータである。実測データは、反射光パワーが減少すると表面粗さRaが大きくなる傾向にある。表面粗さ導出器123は、測定信号の反射光パワーに一致する基準テーブルの反射光パワーに基づいて加工平坦面W2の表面粗さを導出する。表面粗さ導出器123は、制御部130に接続され、導出した加工平坦面W2の表面粗さを制御部130に出力する。
[Embodiment 2]
Next, a laser processing apparatus 1A according to Embodiment 2 will be described. The laser processing apparatus 1A according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the roughness of the processed flat surface W2 is measured using reflected light. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component equivalent to Embodiment 1, and the detailed description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 5, the laser processing apparatus 1 </ b> A includes a support column 140 </ b> A that movably supports the laser light irradiation unit 10. The support pillar 140A extends along the Z direction orthogonal to the support surface 81b. 140 A of support pillars are assembled | attached so that the elongate laser beam irradiation part 10 can rotate freely. The support pillar 140A supports, for example, a substantially central portion in the long side direction of the laser light irradiation unit 10, and allows the laser light irradiation unit 10 to rotate about the central portion and move in the horizontal direction (X direction). I support it. The laser light irradiation unit 10 is rotated about the central portion, whereby the direction of the laser light irradiation unit 10 with respect to the support surface 81b is changed. The laser light irradiation unit 10 extends, for example, along the Z direction in which the optical axis P of the laser light irradiation unit 10 is orthogonal to the support surface 81b by setting the direction of the laser light irradiation unit 10 to the processing position direction. Exists. The laser beam irradiation unit 10 can irradiate the processing laser beam LB1 perpendicularly to the processing surface W1. Further, the laser light irradiation unit 10 is set along the intersecting direction in which the optical axis Q of the laser light irradiation unit 10 intersects the Z direction by setting the direction of the laser light irradiation unit 10 to the roughness measurement position direction. Extend. The laser beam irradiation unit 10 can irradiate the laser beam LB2 for roughness measurement with an inclination with respect to the processing flat surface W2. Thus, the laser beam irradiation unit 10 is a position where the emission position L for emitting the processing laser beam LB1 and the emission position M for emitting the roughness measuring laser beam LB2 are different, and the processing laser beam. The optical axis P of LB1 and the optical axis Q of the laser beam LB2 for roughness measurement intersect. In the measuring instrument 120A, the light receiving surface 121a of the optical sensor head 121 is provided so that it can receive the reflected light of the laser beam LB2 for roughness measurement. The light receiving surface 121a is spaced apart from the support base 81a by a certain distance in order to suppress the reception of scattered light scattered by the roughness measuring laser light LB2. The measuring instrument 120A derives the roughness of the processed flat surface W2 based on the reflected light of the laser beam LB2 for roughness measurement irradiated to the processed flat surface W2 by the laser light irradiation unit 10. Here, the optical power meter 122 of the measuring instrument 120A can derive the reflected light power (reflected light intensity) from the processed flat surface W2. As shown in FIG. 6, the surface roughness deriving device 123 of the measuring instrument 120A has a reference table showing the relationship between the reflected light power and the surface roughness with reference to the intensity of laser light irradiation for roughness measurement. . In FIG. 6, the vertical axis represents the relative reflected light power (dB), and the horizontal axis represents the surface roughness Ra (nm). In FIG. 6, actual measurement data actually measured is represented by a solid line, and an approximate line of the actual measurement data is represented by a dotted line. The actual measurement data is data in which the relative reflected light power of the laser beam LB2 for roughness measurement irradiated on the surface of the sample of the workpiece W and the surface roughness of the sample are recorded in advance. The measured data tends to increase the surface roughness Ra as the reflected light power decreases. The surface roughness deriving device 123 derives the surface roughness of the processing flat surface W2 based on the reflected light power of the reference table that matches the reflected light power of the measurement signal. The surface roughness deriving device 123 is connected to the control unit 130 and outputs the derived surface roughness of the processed flat surface W2 to the control unit 130.

以上のように、実施形態2に係るレーザ加工装置1Aにおいて、レーザ光照射部10は、加工用のレーザ光LB1を出射する出射位置Lと粗さ測定用のレーザ光LB2を出射する出射位置Mとが異なる位置であり、加工用のレーザ光LB1の光軸Pと粗さ測定用のレーザ光LB2の光軸Qとが交差する。この構成により、レーザ加工装置1Aは、強力な加工用のレーザ光LB1の反射光を光センサヘッド121で受光することを抑制することができ、光センサヘッド121のダメージを抑制できる。そして、レーザ加工装置1Aは、光センサヘッド121による反射光の受光結果に基づいて加工平坦面W2の粗さを適正に測定することができる。   As described above, in the laser processing apparatus 1A according to the second embodiment, the laser beam irradiation unit 10 outputs the emission position L for emitting the processing laser beam LB1 and the emission position M for emitting the roughness measurement laser beam LB2. And the optical axis P of the laser beam LB1 for processing intersects with the optical axis Q of the laser beam LB2 for roughness measurement. With this configuration, the laser processing apparatus 1 </ b> A can prevent the reflected light of the powerful processing laser beam LB <b> 1 from being received by the optical sensor head 121, and can suppress damage to the optical sensor head 121. Then, the laser processing apparatus 1A can appropriately measure the roughness of the processing flat surface W2 based on the light reception result of the reflected light by the optical sensor head 121.

〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。レーザ光照射部10は、同じ光源により加工用及び粗さ測定用のレーザ光LB1、LB2を照射する例について説明したが、これに限定されない。レーザ光照射部10は、加工用のレーザ光LB1と粗さ測定用のレーザ光LB2とを別のレーザ光源を用いて照射してもよい。粗さ測定用のレーザ光LB2は、例えば、He−Neレーザを用いて照射してもよい。このとき、光センサヘッド121に加工用レーザの波長を遮断するフィルタを設けることで加工と同時に粗さを測定することが可能である。
[Modification]
Next, a modification of the embodiment will be described. Although the laser beam irradiation part 10 demonstrated the example which irradiates the laser beams LB1 and LB2 for processing and roughness measurement with the same light source, it is not limited to this. The laser beam irradiation unit 10 may irradiate the laser beam LB1 for processing and the laser beam LB2 for roughness measurement using different laser light sources. The laser beam LB2 for roughness measurement may be irradiated using, for example, a He—Ne laser. At this time, by providing the optical sensor head 121 with a filter that cuts off the wavelength of the processing laser, it is possible to measure the roughness simultaneously with the processing.

レーザ加工装置1Aは、レーザ光照射部10を回動することで支持面81bに対する当該レーザ光照射部10の光軸P、Qを変更する例について説明したが、これに限定されない。レーザ加工装置1Aは、例えば、位置を固定したレーザ光照射部10に対して支持台81aを回動することで支持面81bに対する当該レーザ光照射部10の光軸P、Qを変更してもよい。この場合、加工部を測定するには回転中心を加工点にする必要がある。また、レーザ加工装置1Aは、レーザ光照射部10及び支持台81aの両方を相対的に回動(移動)することで支持面81bに対する当該レーザ光照射部10の光軸P、Qを変更してもよい。   Although 1 A of laser processing apparatuses demonstrated the example which changes the optical axes P and Q of the said laser beam irradiation part 10 with respect to the support surface 81b by rotating the laser beam irradiation part 10, it is not limited to this. For example, the laser processing apparatus 1A may change the optical axes P and Q of the laser light irradiation unit 10 with respect to the support surface 81b by rotating the support base 81a with respect to the laser light irradiation unit 10 having a fixed position. Good. In this case, it is necessary to use the center of rotation as a processing point in order to measure the processing portion. Further, the laser processing apparatus 1A changes the optical axes P and Q of the laser light irradiation unit 10 relative to the support surface 81b by relatively rotating (moving) both the laser light irradiation unit 10 and the support base 81a. May be.

レーザ加工装置1は、対物レンズ70等を含む光学系の位置を固定し、被加工物WをX方向、Y方向、又は、Z方向に相対移動させて加工する例について説明したが、これに限定されない。レーザ加工装置1は、例えば、被加工物Wの位置を固定し、対物レンズ70等を含む光学系をX方向、Y方向、又は、Z方向に相対移動させて被加工物Wを加工するガルバノスキャナ等を用いてもよい。   The laser processing apparatus 1 has been described with respect to the example in which the position of the optical system including the objective lens 70 and the like is fixed and the workpiece W is processed by being relatively moved in the X direction, the Y direction, or the Z direction. It is not limited. For example, the laser processing apparatus 1 fixes the position of the workpiece W and relatively moves the optical system including the objective lens 70 in the X direction, the Y direction, or the Z direction to process the workpiece W. A scanner or the like may be used.

レーザ光照射部10は、パルス幅可変光源をシード光源に用いた主発振器出力増幅器(MOPA)である例について説明したが、これに限定されず、他のパルス幅可変光源を用いてもよい。   Although the laser light irradiation unit 10 has been described as an example of a main oscillator output amplifier (MOPA) using a pulse width variable light source as a seed light source, the present invention is not limited to this, and another pulse width variable light source may be used.

加工用及び粗さ測定用のレーザ光LB1、LB2は、一定の出力を連続して発振する連続波レーザ光(CW(Continuous Wave)レーザ光))でもよい。   The laser beams LB1 and LB2 for processing and roughness measurement may be continuous wave laser beams (CW (Continuous Wave) laser beams) that continuously oscillate a constant output.

計測器120、120Aは、被加工物Wにツールマークが残存しているような粗さ性状の場合、特異な反射光又は散乱光のパターンを検出することも可能である。   The measuring instruments 120 and 120A can also detect a peculiar reflected light or scattered light pattern in the case of a roughness property such that a tool mark remains on the workpiece W.

1 レーザ加工装置
10 レーザ光照射部
81a 支持台
121 光センサヘッド(受光部)
122 光パワーメータ(測定部)
130 制御部
LB1 加工用のレーザ光
LB2 粗さ測定用のレーザ光
W 被加工物
W1 被加工面
W2 加工平坦面(被加工面)
L、M 出射位置
K 加工用のレーザ光の反射光の光軸
P 加工用のレーザ光の光軸
Q 粗さ測定用のレーザ光の光軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 10 Laser beam irradiation part 81a Support stand 121 Optical sensor head (light-receiving part)
122 Optical power meter (measurement unit)
130 Control part LB1 Laser beam LB2 for processing Laser beam W for roughness measurement Workpiece W1 Work surface W2 Work flat surface (work surface)
L, M Emission position K Optical axis of reflected laser beam P for processing Optical axis Q of laser beam for processing Optical axis of laser beam for roughness measurement

Claims (4)

被加工面に凹凸を有する被加工物を支持する支持台と、
前記支持台に支持された前記被加工物の前記被加工面に、加工用のレーザ光、及び、前記加工用のレーザ光よりも光エネルギーが小さい粗さ測定用のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
光を受光する受光部と、
前記受光部による受光結果に基づいて前記被加工面からの反射光強度又は散乱光強度の少なくとも一方を導出可能であり前記被加工面の粗さを導出する測定部と、を備え、
前記受光部は、前記被加工面で反射した前記加工用のレーザ光と同軸で伝搬する反射光の光軸からずれた位置に設けられ、前記被加工面で反射又は散乱した前記粗さ測定用のレーザ光を受光することを特徴とするレーザ加工装置。
A support base for supporting a workpiece having irregularities on the workpiece surface;
Laser light for irradiating the processing surface of the workpiece supported by the support table with laser light for processing and laser light for roughness measurement whose light energy is smaller than that of the laser light for processing An irradiation unit;
A light receiving portion for receiving light;
A measurement unit capable of deriving at least one of reflected light intensity or scattered light intensity from the processing surface based on a light reception result by the light receiving unit, and deriving roughness of the processing surface,
The light receiving unit is provided at a position shifted from an optical axis of reflected light that is transmitted coaxially with the laser beam for processing reflected on the processing surface, and is used for measuring the roughness reflected or scattered on the processing surface. The laser processing apparatus characterized by receiving the laser beam.
前記レーザ光照射部は、前記加工用のレーザ光を出射する出射位置と前記粗さ測定用のレーザ光を出射する出射位置とが異なる位置であり、前記加工用のレーザ光の光軸と前記粗さ測定用のレーザ光の光軸とが交差する請求項1に記載のレーザ加工装置。   The laser beam irradiation unit is a position where an emission position for emitting the processing laser beam and an emission position for emitting the roughness measuring laser beam are different from each other, and the optical axis of the processing laser beam and the laser beam The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the optical axis of the laser beam for roughness measurement intersects. 前記レーザ光照射部は、前記加工用のレーザ光を出射する出射位置と前記粗さ測定用のレーザ光を出射する出射位置とが同じ位置であり、前記加工用のレーザ光の光軸と前記粗さ測定用のレーザ光の光軸とが同軸である請求項1に記載のレーザ加工装置。   In the laser beam irradiation unit, an emission position for emitting the laser beam for processing and an emission position for emitting the laser beam for roughness measurement are the same position, and the optical axis of the laser beam for processing and the The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the optical axis of the laser beam for roughness measurement is coaxial. 前記レーザ光照射部及び前記測定部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記測定部により測定した前記被加工面の粗さが予め定められた基準値を満たしていない場合、前記レーザ光照射部により前記加工用のレーザ光を前記被加工面に照射して当該被加工面を平坦化する請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
A control unit for controlling the laser beam irradiation unit and the measurement unit;
The control unit irradiates the processing surface with the laser light for processing by the laser light irradiation unit when the roughness of the processing surface measured by the measurement unit does not satisfy a predetermined reference value. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the processing surface is flattened.
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