JP2020066039A - レーザ加工装置、レーザ加工装置の制御方法およびレーザ加工装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、容易にレーザ光の位置合わせをすること。【解決手段】レーザ加工装置であって、加工対象物が加工される加工ステージと、可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する光照射部と、加工ステージまたは加工対象物に照射された可視レーザ光の照射された位置に基づいて、加工ステージの位置を調整する調整部と、を備え、光照射部は、調整部により調整された加工ステージ上に配置された加工対象物に対し加工用レーザ光を照射する。【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ加工装置、レーザ加工装置の制御方法およびレーザ加工装置の制御プログラムに関する。

上記技術分野において、特許文献１には、調整機構により、第２の光ファイバにおける入射面の光軸の角度を、再集光用光学系によって再集光されたレーザ光の光軸に対して相対的に調整して位置合わせをする技術が開示されている。

特開２０１７−１７３３７１号公報

しかしながら、上記文献に記載の技術では、簡易な構成により、容易にレーザ光の位置合わせをすることができなかった。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る照射するレーザ加工装置は、
加工対象物が加工される加工ステージと、
可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する光照射部と、
前記加工ステージまたは前記加工対象物に照射された前記可視レーザ光の照射された位置に基づいて、前記加工ステージの位置を調整する調整部と、
を備え、
前記光照射部は、前記調整部により調整された前記加工ステージ上に配置された前記加工対象物に対し前記加工用レーザ光を。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ加工装置の制御方法は、
加工対象物が加工される加工ステージを有するレーザ加工装置の制御方法であって、
可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する光照射ステップと、
前記加工ステージまたは前記加工対象物に照射された前記可視レーザ光の照射された位置に基づいて、前記加工ステージの位置を調整する調整ステップと、
を含み、
前記光照射ステップにおいて、前記調整ステップにより調整された前記加工ステージ上に配置された前記加工対象物に対し前記加工用レーザ光を照射する。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ加工装置の制御プログラムは、
加工対象物が加工される加工ステージを有するレーザ加工装置の制御プログラムであって、
可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する光照射ステップと、
前記加工ステージまたは前記加工対象物に照射された前記可視レーザ光の照射された位置に基づいて、前記加工ステージの位置を調整する調整ステップと、
をコンピュータに実行させ、
前記光照射ステップにおいて、前記調整ステップにより調整された前記加工ステージ上に配置された前記加工対象物に対し前記加工用レーザ光を照射する。

本発明によれば、簡易な構成により、容易にレーザ光の位置合わせをすることができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の光照射部の構成の一例を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の有する調整テーブルの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置のハードウェア構成を説明するブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の動作手順を説明するフローチャートである。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としてのレーザ加工装置１００について、図１を用いて説明する。レーザ加工装置１００は、レーザ光を用いて加工対象物などを加工する装置である。

図１に示すように、レーザ加工装置１００は、加工ステージ１０１、光照射部１０２および調整部１０３を含む。加工ステージ１０１は、加工対象物１１１が加工される。光照射部１０２は、可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する。調整部１０３は、加工ステージ１０１または加工対象物１１１に照射された可視レーザ光の照射された位置に基づいて、加工ステージ１０１の位置を調整する。光照射部１０２は、調整部１０３により調整された加工ステージ１０１上に配置された加工対象物１１１に対し加工用レーザ光を照射する。

本実施形態によれば、簡易な構成により、容易にレーザ光の位置合わせをすることができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置について、図２乃至図６を用いて説明する。図２は、本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を説明するための図である。レーザ加工装置２００は、加工ステージ２０１、光照射部２０２、調整部２０３および検出部２０４を有する。加工ステージ２０１は、加工対象物２１１が加工される。つまり、加工対象物２１１は、加工ステージ２０１上において加工される。

光照射部２０２は、加工ステージ２０１または加工対象物２１１に可視レーザ光または加工用レーザ光を照射する。光照射部２０２は、用途や目的などに応じて、照射するレーザ光を切り替えて照射する。例えば、加工対象物２１１の加工を行う場合には、光照射部２０２は、加工用の加工用レーザ光を加工対象物２１１に照射する。加工用レーザ光の照射位置の位置合わせを行う場合には、可視レーザ光を加工ステージ２０１または加工対象物２１１に照射する。

調整部２０３は、加工ステージ２０１または加工対象物２１１に照射された可視レーザ光の照射された位置に基づいて、加工ステージ２０１の位置を調整する。つまり、照射された可視レーザ光が所望の位置へ照射されるように、加工ステージ２０１の位置をＸＹ方向に動かして調整する。なお、加工ステージ２０１の位置調整は、手動で行っても、自動で行ってもよい。

検出部２０４は、可視レーザ光の照射された位置を検出する。検出部２０４は、例えば、ＣＣＤ（Charged Coupled Devices）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）センサなどのセンサであるが、これらには限定されない。

そして、調整部２０３は、検出部２０４が検出した検出結果、つまり、可視レーザ光の照射位置のデータを受け取り、受け取った照射位置のデータに基づいて、加工ステージ２０１の位置をＸＹ方向に動かして調整する。

レーザ加工装置２００のオペレータは、操作用コンピュータ２５０を用いてレーザ加工装置２００を操作する。オペレータは、操作用コンピュータ２５０のＣＡＤ（Computer Aided Design）などで作成した加工や造形に用いる加工データ（造形データ）をレーザ加工装置２００に送信する。なお、ＣＡＤは、操作用コンピュータ２５０とは別のコンピュータにインストールされていてもよい。

そして、操作用コンピュータ２５０から加工データを受信したレーザ加工装置２００は、受信した加工データに基づいて、レーザ光２２１の照射などを制御する。なお、加工データや造形データの作成は、ＣＡＤを用いての作成には限られず、例えば、スマートフォンのアプリケーションやＣＡＥ（Computer Aided Engineering）などを用いて作成してもよい。

図３は、本実施形態に係るレーザ加工装置の光照射部の構成を説明する図である。光照射部２０２は、光源３０１、レーザ光源３０２および二次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー３０４を有する。二次元ＭＥＭＳミラー３０４は、電気機械式ミラーである。

光源３０１は、固体レーザやガスレーザ、高出力半導体レーザの発振器である。そして、光源３０１から放射されたレーザ光はレーザ光を誘導する光ファイバ３１１（誘導部）を経由して集光部３１２へと導かれる。集光部３１２は、集光レンズやコリメータレンズなどを含む。集光部３１２に入射したレーザ光は、例えば、集光レンズにより集光され、また、コリメータレンズにより平行光とされ、その後出射する。

レーザ光源３０２は、可視レーザ光源である。すなわち、レーザ光源３０２から放射されるレーザ光は、可視光のレーザである。そして、レーザ光源３０２から放射された可視レーザ光は、集光部３２２へと導かれる。集光部３２２は、集光レンズやコリメータレンズなどを含む。また、レーザ光源３０２は、半導体ＬＤ（Laser Diode；レーザダイオード）であり、可視光のレーザ光などを放射（発振）するレーザ光発振素子である。そして、集光部３２２に入射した可視レーザ光は、例えば、集光レンズにより集光され、また、コリメータレンズにより平行光とされ、その後出射する。

二次元ＭＥＭＳミラー３０４は、電気機械式ミラーである。二次元ＭＥＭＳミラー３０４は、外部から入力された制御信号に基づいて駆動される駆動ミラーであり、水平方向（Ｘ方向）および垂直方向（Ｙ方向）に角度を変えてレーザ光を反射するように振動する。二次元ＭＥＭＳミラー３０４で反射されたレーザ光は、画角補正素子（不図示）により画角の補正がなされる。そして、画角の補正がなされたレーザ光が、加工対象物２１１上や加工面上を走査され、所望の加工や造形が行われる。なお、画角補正素子は、必要に応じて設置される。なお、二次元ＭＥＭＳミラー３０４を用いる代わりに、一次元ＭＥＭＳミラーを２つ用いてもよい。

ここで、光源３０１から放射されたレーザ光は、ミラー３２０およびミラー３３０で反射して二次元ＭＥＭＳミラー３０４へと到達する。同様に、レーザ光源３０２から放射されたレーザ光は、ミラー３１０およびミラー３３０で反射して二次元ＭＥＭＳミラー３０４へと到達する。ミラー３３０は、光照射部２０１の底部（底面）に配置されている。そして、ミラー３１０は、レーザ光源３０２からのレーザ光の反射光を底面に配置されたミラー３３０へ向けて、下方向へ反射させる。ミラー３２０は、レーザ光源３０１からのレーザ光の反射光を底面に配置されたミラー３３０へ向けて下方向へ反射させる。そして、ミラー３３０は、ミラー３３０の上方に配置されている二次元ＭＥＭＳミラー３０４に向けて、上方向へミラー３１０，３２０からの各レーザ光を反射させる。二次元ＭＥＭＳミラー３０４は、ミラー３３０からの反射光を二次元方向に走査させて照射する。

光源３０１およびレーザ光源３０２から放射された各レーザ光は、各ミラー３１０，３２０で反射した後は、二次元ＭＥＭＳミラー３０４を通過して、加工ステージ２０１や加工対象物２１１へと到達する。

つまり、光源３０１から放射された加工用レーザ光とレーザ光源３０２から放射されたレーザ光とは、同じ光路を通過して加工ステージ２０１または加工対象物２１１へと到達する。したがって、可視レーザ光を用いて位置合わせをしておけば、可視レーザ光が照射された位置に加工用レーザ光が照射されるので、加工用レーザ光の位置合わせを容易に行える。よって、加工用レーザ光による加工の開始位置を容易に決定できる。

図４は、本実施形態に係るレーザ加工装置の有する調整テーブルの一例を示す図である。調整テーブル４０１は、目標照射位置４１４に関連付けて検出照射位置４１１、加工ステージ位置４１２および調整内容４１３を記憶する。目標照射位置４１４は、照射されるべき目標位置を示す。検出照射位置４１１は、光照射部２０２から照射された可視レーザ光の照射された位置を示す。加工ステージ位置４１２は、位置調整のために可視レーザ光を光照射部２０２から照射したときの加工ステージ２０１の位置を示す。調整内容４１３は、検出された可視レーザ光の照射位置と加工ステージ２０１の位置との関係から、加工用レーザ光の位置合わせに必要な加工ステージ２０１の位置調整の内容を示す。レーザ加工装置２００は、例えば、調整テーブル４０１を参照して加工用レーザ光の照射位置合わせを行う。

図５は、本実施形態に係るレーザ加工装置のハードウェア構成を示すブロック図である。ＣＰＵ(Central Processing Unit)５１０は、演算制御用のプロセッサであり、プログラムを実行することで図２のレーザ加工装置２００の機能構成部を実現する。ＣＰＵ５１０は複数のプロセッサを有し、異なるプログラムやモジュール、タスク、スレッドなどを並行して実行してもよい。ＲＯＭ(Read Only Memory)５２０は、初期データおよびプログラムなどの固定データおよびその他のプログラムを記憶する。また、ネットワークインタフェース５３０は、ネットワークを介して他の装置などと通信する。なお、ＣＰＵ５１０は１つに限定されず、複数のＣＰＵであっても、あるいは画像処理用のＧＰＵ(Graphics Processing Unit)を含んでもよい。また、ネットワークインタフェース５３０は、ＣＰＵ５１０とは独立したＣＰＵを有して、ＲＡＭ(Random Access Memory)５４０の領域に送受信データを書き込みあるいは読み出しするのが望ましい。また、ＲＡＭ５４０とストレージ５５０との間でデータを転送するＤＭＡＣ(Direct Memory Access Controller)を設けるのが望ましい（図示なし）。さらに、ＣＰＵ５１０は、ＲＡＭ５４０にデータが受信あるいは転送されたことを認識してデータを処理する。また、ＣＰＵ５１０は、処理結果をＲＡＭ５４０に準備し、後の送信あるいは転送はネットワークインタフェース５３０やＤＭＡＣに任せる。

ＲＡＭ５４０は、ＣＰＵ５１０が一時記憶のワークエリアとして使用するランダムアクセスメモリである。ＲＡＭ５４０には、本実施形態の実現に必要なデータを記憶する領域が確保されている。照射位置５４１は、光照射部２０２から照射された可視レーザ光の照射位置を示すデータである。加工ステージ位置５４２は、可視レーザ光が照射されたときの加工ステージ２０１の位置を示すデータである。調整内容５４３は、可視レーザ光の照射位置と加工ステージ２０１の位置との関係から行われる加工ステージ２０１の位置の調整内容を示すデータである。これらのデータは、例えば、調整テーブル４０１から展開される。

送受信データ５４４は、ネットワークインタフェース５３０を介して送受信されるデータである。また、ＲＡＭ５４０は、各種アプリケーションモジュールを実行するためのアプリケーション実行領域５４５を有する。

ストレージ５５０には、データベースや各種のパラメータ、あるいは本実施形態の実現に必要な以下のデータまたはプログラムが記憶されている。ストレージ５５０は、調整テーブル４０１を格納する。調整テーブル４０１は、図４に示した、検出照射位置４１１と調整内容４１３などとの関係を管理するテーブルである。

ストレージ５５０は、さらに、光照射モジュール５５１、調整モジュール５５２および検出モジュール５５３を格納する。光照射モジュール５５１は、加工ステージ２０１または加工対象物２１１に可視レーザ光または加工用レーザ光を照射するモジュールである。調整モジュール５５２は、可視レーザ光の照射された位置に基づいて、加工ステージ２０１の位置を調整するモジュールである。検出モジュール５５３は、可視レーザ光の照射された位置を検出するモジュールである。これらのモジュール５５１〜５５３は、ＣＰＵ５１０によりＲＡＭ５４０のアプリケーション実行領域５４５に読み出され、実行される。制御プログラム５５４は、レーザ加工装置２００の全体を制御するためのプログラムである。

入出力インタフェース５６０は、入出力機器との入出力データをインタフェースする。入出力インタフェース５６０には、表示部５６１、操作部５６２、が接続される。また、入出力インタフェース５６０には、さらに、記憶媒体５６４が接続されてもよい。さらに、音声出力部であるスピーカ５６３や、音声入力部であるマイク（図示せず）、あるいは、ＧＰＳ位置判定部が接続されてもよい。なお、図５に示したＲＡＭ５４０やストレージ５５０には、レーザ加工装置２００が有する汎用の機能や他の実現可能な機能に関するプログラムやデータは図示されていない。

図６は、本実施形態に係るレーザ加工装置の処理手順を説明するフローチャートである。このフローチャートは、図５のＣＰＵ５１０がＲＡＭ５４０を使用して実行し、図２のレーザ加工装置２００の機能構成部を実現する。

ステップＳ６０１において、レーザ加工装置２００は、加工プログラムを受信する。ステップＳ６０３において、レーザ加工装置２００は、可視レーザ光を照射する。ステップＳ６０５において、レーザ加工装置２００は、可視レーザ光の照射位置を検出する。ステップＳ６０７において、レーザ加工装置２００は、可視レーザ光が所望の位置に照射されているか否かを判断する。

可視レーザ光が所望の位置に照射されている場合（ステップＳ６０７のＹＥＳ）、レーザ加工装置２００は、ステップＳ６１１へ進む。可視レーザ光が所望の位置に照射されていない場合（ステップＳ６０７のＮＯ）、レーザ加工装置２００は、ステップＳ６０９へ進む。ステップＳ６０９において、レーザ加工装置２００は、加工ステージの位置を動かすることにより、可視レーザ光が所望の位置へと照射されるように調整する。ステップＳ６１１において、レーザ加工装置２００は、可視レーザ光から加工用レーザ光へと照射されるレーザ光を切り替える。ステップＳ６１３において、レーザ加工装置２００は、加工を実行する。ステップＳ６１５において、レーザ加工装置２００は、加工が終了したか否かを判断する。加工が終了していない場合（ステップＳ６１５のＮＯ）、レーザ加工装置２００は、ステップＳ６１３に戻る。加工が終了している場合（ステップＳ６１５のＹＥＳ）、レーザ加工装置２００は、加工処理を終了する。

本実施形態によれば、位置合わせ用の可視レーザ光と加工用の加工用レーザ光とが同じ光路を通過して加工対象物や加工ステージに到達するので、簡易、簡便に加工用開始位置を決定できる。また、可視レーザ光を用いるので、加工対象物や装置を破壊することなく加工用レーザ光の位置合わせを容易に行える。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。

Claims (6)

1. 加工対象物が加工される加工ステージと、
   可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する光照射部と、
   前記加工ステージまたは前記加工対象物に照射された前記可視レーザ光の照射された位置に基づいて、前記加工ステージの位置を調整する調整部と、
   を備え、
   前記光照射部は、前記調整部により調整された前記加工ステージ上に配置された前記加工対象物に対し前記加工用レーザ光を照射するレーザ加工装置。
2. 前記可視レーザ光の照射された位置を検出する検出部をさらに備え、
   前記調整部は、前記検出部による前記可視レーザ光の照射された位置の検出結果に基づいて、前記加工ステージの位置を調整する請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 加工用レーザ光源から前記光照射部へと前記加工用レーザ光を誘導する誘導部をさらに備えた請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記光照射部は、電気機械式ミラーを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 加工対象物が加工される加工ステージを有するレーザ加工装置の制御方法であって、
   可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する光照射ステップと、
   前記加工ステージまたは前記加工対象物に照射された前記可視レーザ光の照射された位置に基づいて、前記加工ステージの位置を調整する調整ステップと、
   を含み、
   前記光照射ステップにおいて、前記調整ステップにより調整された前記加工ステージ上に配置された前記加工対象物に対し前記加工用レーザ光を照射するレーザ加工装置の制御方法。
6. 加工対象物が加工される加工ステージを有するレーザ加工装置の制御プログラムであって、
   可視レーザ光および加工用レーザ光のいずれかを選択して照射する光照射ステップと、
   前記加工ステージまたは前記加工対象物に照射された前記可視レーザ光の照射された位置に基づいて、前記加工ステージの位置を調整する調整ステップと、
   をコンピュータに実行させ、
   前記光照射ステップにおいて、前記調整ステップにより調整された前記加工ステージ上に配置された前記加工対象物に対し前記加工用レーザ光を照射するレーザ加工装置の制御プログラム。

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