JP2021115619A - レーザー加工方法、レーザー加工装置、及びレーザー加工装置の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質かつ高速のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供すること。【解決手段】本開示のレーザー加工装置１００は、被加工物１に表面酸化が検出される前には、被加工物１に少なくとも青色レーザー光Ｌ１が照射され、かつ、被加工物１に表面酸化が検出された後には、被加工物１に照射される赤外レーザー光Ｌ２のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、青色レーザー発振器１０１及び赤外レーザー発振器１０２の出力を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、レーザー加工方法、レーザー加工装置、及びレーザー加工装置の出力制御装置に関する。

レーザー加工装置は、微細加工、溶接、マーキングや切断といった様々な加工に広く用いられている。レーザー加工装置は、レーザービームのエネルギーを局所的に集光して、高エネルギー密度のレーザー光を被加工物に照射するので、高精細な加工を高速で実現できる。

ところで、レーザー光は、被加工物である銅、アルミニウム、アルミニウム合金等への吸収率が悪い（換言すれば反射率が高いので）といった欠点がある。この結果、高パワーのレーザー光を照射する必要があった。

一方で、アルミニウム合金等の被加工物は、一度、溶融すると、レーザー光に対する反射率が下がり、吸収率が高まるといった特性がある。この点に着目して従来、被加工物の表面を速やかに溶融状態に移行させる技術が開発されている。

例えば特許文献１では、被加工物の初期加工段階において、被加工物に、低パワーの半導体レーザー光に加えて、高パワーのパルスレーザー光を照射することで、被加工物の表面溶融を促進させる技術が開示されている。

特開２００２−３１６２８２号公報

しかしながら、特許文献１のレーザー加工方法を用いれば、被加工物の溶融が促進され、被加工物の表面を速やかに溶融状態に移行させることができるが、被加工物のレーザー照射部分に高パワーのパルスレーザー光によりキーホールが形成され、スパッタやボイド等が発生するおそれがあった。

本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、高品質かつ高速のレーザー加工を行うことができるレーザー加工方法、レーザー加工装置、及びレーザー加工装置の出力制御装置を提供する。

本開示のレーザー加工方法の一つの態様は、
被加工物の表面酸化前の初期加工段階に、前記被加工物に少なくとも青色レーザー光を照射する第１照射ステップと、
前記被加工物の表面酸化を検出する酸化検出ステップと、
前記表面酸化が検出された後に、表面酸化が検出される前のパワーよりも大きなパワーの赤外レーザー光を前記被加工物に照射する第２照射ステップと、
を含む。

本開示のレーザー加工方法の一つの態様は、
被加工物の表面酸化及び又は表面溶融前の初期加工段階に、前記被加工物に少なくとも第１の波長のレーザー光を照射する第１照射ステップと、
前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出ステップと、
前記表面状態検出ステップにおいて表面酸化及び又は表面溶融が検出された後に、前記第１の波長とは異なる第２の波長のレーザー光を照射する第２照射ステップと、
を含み、
前記第２照射ステップで照射する前記第２の波長のレーザー光は、表面酸化及び又は表面溶融が検出される前のパワーよりも大きなパワーである。

本開示のレーザー加工装置の一つの態様は、
被加工物に照射する青色レーザー光及び赤外レーザー光を形成するレーザー光形成部と、
前記被加工物の表面酸化を検出する酸化検出部と、
前記レーザー光形成部により出力される前記青色レーザー光及び前記赤外レーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
を備え、
前記出力制御部は、
前記被加工物に表面酸化が検出される前には、前記被加工物に少なくとも青色レーザー光が照射され、かつ、
前記被加工物に表面酸化が検出された後には、前記被加工物に照射される赤外レーザー光のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、前記レーザー光形成部の出力を制御する。

本開示のレーザー加工装置の一つの態様は、
被加工物に照射するレーザー光として、それぞれ波長の異なる第１及び第２のレーザー光を形成するレーザー光形成部と、
前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出部と、
前記レーザー光形成部により出力される前記第１及び第２のレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
を備え、
前記出力制御部は、
前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出される前には、前記被加工物に少なくとも前記第１のレーザー光が照射され、
前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融が検出された後には、前記被加工物に照射される前記第２の波長のレーザー光のパワーが表面酸化及び又は表面溶融検出前よりも増加するように、前記レーザー光形成部の出力を制御する。

本開示のレーザー加工装置の出力制御装置の一つの態様は、
被加工物に照射されるレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
前記被加工物の表面酸化を検出する酸化検出部と、
を備え、
前記出力制御部は、
前記被加工物に表面酸化が検出される前には、前記被加工物に少なくとも青色レーザー光が照射され、
前記被加工物に表面酸化が検出された後には、前記被加工物に照射される赤外レーザー光のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、前記レーザー光のパワーを制御する。

本開示のレーザー加工装置の出力制御装置の一つの態様は、
被加工物に照射されるレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出部と、
を備え、
前記出力制御部は、
前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出される前には、前記被加工物に少なくとも第１の波長のレーザー光が照射され、
前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出された後には、前記被加工物に前記第１の波長とは異なる第２の波長のレーザー光が照射され、かつ、表面酸化及び又は表面溶融が検出された後に照射される前記第２の波長のレーザー光のパワーが、表面酸化及び又は表面溶融が検出される前のパワーよりも大きなパワーとなるように、前記レーザー光のパワーを制御する。

本開示によれば、高品質かつ高速のレーザー加工を行うことができるようになる。

実施の形態に係るレーザー加工装置の要部構成を示す概略図 実施の形態のレーザー加工装置の動作の説明に供する図 被加工物に対するレーザー光の波長と吸収率との関係を示す図

＜１＞本発明に至った経緯
先ず、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明に至った経緯について説明する。

本発明の発明者は、波長の異なるレーザー光、より具体的には青色レーザー光と赤外レーザー光の両方をレーザー加工に用いることを考えた。ここで、青色レーザー光の波長は３８０〜５００［ｎｍ］であり、赤外レーザー光の波長は７００〜１１００［ｎｍ］である。青色レーザー光は被加工物への吸収率が高い特徴があり、赤外レーザー光はビーム品質が良い（ＢＰＰ(Beam Parameter Products)やＭ２（Ｍスクエア）が小さい）特徴がある。

ここで、銅、アルミニウム、アルミニウム合金等の被加工物に対して、赤外レーザー光は、被加工物の表面溶融前の初期加工段階において、吸収率が低い欠点がある。これを補うために表面溶融前に高パワーの赤外レーザー光を照射して溶融を促進することが考えられるが、このようにすると、被加工物の固液相変化時に急激な温度上昇が生じるので、溶融が不安定となりスパッタや陥没穴の発生を招く。

これに対して、銅、アルミニウム、アルミニウム合金等の被加工物に対して、青色レーザー光は、被加工物の表面溶融前の初期加工段階において、赤外レーザー光よりも吸収率が高いという長所がある。よって、青色レーザー光を用いれば、赤色レーザー光よりも低パワーで溶融状態を形成できるので、溶融状態が安定化し、スパッタや陥没穴の発生を抑制できる。

しかし、高パワーの青色レーザー光を発生させるためのレーザー装置を実現するのは困難である。その結果、青色レーザーを用いた場合には、被加工物の溶融後においても低パワーの青色レーザー光を照射せざるを得ず、被加工物に十分な溶融体積を確保することは困難である。

そこで、発明者は、青色レーザー光と赤外レーザー光との両方を用い、それらの照射タイミングを適切に選択すれば、高品質かつ高速のレーザー加工を実現できると考え、本発明に至った。

さらに、発明者は、被加工物にレーザー照射を行った場合、被加工物の表面が溶融する前の段階として表面が酸化する状態があり、この表面酸化状態においても赤外レーザー光の吸収率が上昇することに着目した。

本発明のレーザー加工方法及び装置の一つの特徴は、被加工物の表面酸化前の初期加工段階には、被加工物に少なくとも青色レーザー光を照射し、被加工物の表面酸化が検出された後には、表面酸化が検出される前のパワーよりも大きなパワーの赤外レーザー光を被加工物に照射することである。

これにより、被加工物の初期加工段階では青色レーザー光によって被加工物の表面酸化を促進し、表面酸化により赤外レーザー光の吸収率が上昇した状態の被加工物に対して、高パワーの赤外レーザー光を照射するので、効率の良いレーザー加工を行うことができるようになる。また、表面溶融検出後に赤外レーザー光のパワーを上げる場合と比較して、それよりも早い段階から赤外レーザー光のパワーを上げるので、加工時間を短くすることができ、より高速のレーザー加工を実現できる。

＜２＞実施の形態
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本開示の実施の形態に係るレーザー加工装置１００の要部構成を示す概略図である。

レーザー加工装置１００は、青色レーザー発振器１０１と、赤外レーザー発振器１０２と、レーザーヘッド１１０と、駆動部１２０と、照明光形成部１３０と、カメラ１４０と、演算部１５０と、出力制御部１６０と、を有する。

青色レーザー発振器１０１により得られた青色レーザー光、及び、赤外レーザー発振器１０２により得られた赤外レーザー光は、レーザーヘッド１１０に入射される。

レーザーヘッド１１０は、集光レンズ１１１を有する。レーザーヘッド１１０に入射された青色レーザー光Ｌ１及び赤外レーザー光Ｌ２は、集光レンズ１１１によって被加工物１の表面に照射される。

なお、図１では、便宜上、青色レーザー光Ｌ１と赤色レーザー光Ｌ２をずらして記載しているが、実際には、青色レーザー光Ｌ１と赤色レーザー光Ｌ２は被加工物１上の同じ点に照射される。例えば、レーザーヘッド１１０に導光された青色レーザーＬ１及び赤外レーザー光Ｌ２は、レーザーヘッド１１０内でダイクロイックミラーやプリズムなどの波長合成手段（図示せず）によって重畳され、被加工物１上の同じ点に照射される。なお、レーザー照射を走査と共に行う場合には、青色レーザーＬ１を先行させ、赤外レーザーＬ２は青色レーザー光Ｌ１から走査後方にずれた位置に照射してもよい。

駆動部１２０は、被加工物１をレーザー光Ｌ１、Ｌ２の光軸に直交する面方向に移動させる。

照射光形成部１３０は、被加工物１の表面に照射する照明光Ｖ０を形成する。照明光Ｖ０は、被加工物１の表面の酸化を画像として検知できる波長の光であればよい。照明光Ｖ０は、加工に用いられている波長以外の光であり、カメラ１４０で酸化状態を検知できる波長の光であればよい。照明光Ｖ０としては、例えば可視光を用いることが好ましい。

撮像部としてのカメラ１４０は、被加工物１からの照明光Ｖ０の反射光Ｖ１を入力し、反射光Ｖ１に基づく撮像画像信号を得、当該撮像画像信号を演算部１５０の酸化領域画像認識部１５１に送る。

酸化領域画像認識部１５１は、撮像画像中で変色している領域を検出し、この変色領域を酸化領域として認識する。例えば赤く変色している領域を酸化領域と認識する。ただし、酸化領域画像認識部１５１は、必ずしも変色に基づいて酸化領域を認識しなくてもよく、例えば表面の光沢や粗さの変化に基づいて酸化領域を認識してもよい。

面積演算部１５２は、酸化領域の面積を算出する。閾値判定部１５３は、閾値記憶部１５４に記憶されている閾値Ｔｈを用いて、酸化領域の面積を閾値判定し、判定結果を出力制御部１６０に送る。

出力制御部１６０は、判定結果に基づいて、青色レーザー発振器１０１及び赤外レーザー発振器１０２の出力を制御する。出力制御部１６０は、酸化領域の面積が閾値Ｔｈ以上であるといった判定結果を入力すると（換言すると、表面酸化が検出されると）、赤外レーザー光Ｌ２のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、青色レーザー発振器１０１及び赤外レーザー発振器１０２の出力を制御する。

図２は、本実施の形態のレーザー加工装置１００の動作の説明に供する図である。

先ず、図２の（Ａ）に示したように、被加工物１の表面酸化前の初期加工段階に、レーザー加工装置１００は、被加工物１に、青色レーザー光Ｌ１と、赤外レーザー光Ｌ２とを照射する。このときの青色レーザー光Ｌ１は高パワーに制御され、赤外レーザー光Ｌ２は低パワーに制御される。ただし、上述したように青色レーザー光Ｌ１は高パワーであるとはいっても赤外レーザー光Ｌ２の高パワー（図２の（Ｃ）を参照）と比較すると非常に低いパワーである。

図２の（Ａ）の状態においては、銅、アルミニウム合金等の被加工物１に対する吸収率の高い青色レーザー光Ｌ１によって表面酸化及び表面溶融が促進される。また、図２の（Ａ）においては、被加工物１の表面の酸化による変色面積Ａ１は閾値Ｔｈよりも小さい。

やがて、図２の（Ｂ）に示したように、被加工物１の表面の酸化が進み、変色面積Ａ１が大きくなり閾値Ｔｈと等しくなる。このように、変色面積Ａ１が閾値Ｔｈと等しくなると、レーザー加工装置１００は、図２の（Ｃ）に示した状態へと遷移する。

図２の（Ｃ）に示したように、レーザー加工装置１００は、変色面積Ａ１が閾値Ｔｈ以上となった時点ｔ１の後には（つまり表面酸化を検出した後には）、赤外レーザー光Ｌ２のパワーを上げる。これにより、赤外レーザー光Ｌ２に対する吸収率が上がった表面酸化後は、高パワーの赤外レーザー光Ｌ２によって十分な溶融体積を確保したレーザー加工を行うことができるようになる。因みに、表面酸化が検出された後の青色レーザー光Ｌ１は、図２の例のように高パワーのままに制御してもよく、あるいは、低パワーに制御してもよい。

やがて、レーザー加工装置１００は、時点ｔ２で被加工物１に対して所望の溶融が完了すると、図２の（Ｄ）に示したように、青色レーザー発振器１０１及び赤外レーザー発振器１０２からの青色レーザー光Ｌ１及び赤外レーザー光Ｌ２の出力を停止する。

以上説明したように、本実施の形態のレーザー加工装置１００によれば、被加工物１の表面酸化前の初期加工段階には、被加工物１に少なくとも青色レーザー光Ｌ１を照射し、被加工物１の表面酸化が検出された後には、表面酸化が検出される前のパワーよりも大きなパワーの赤外レーザー光Ｌ２を被加工物１に照射する。

これにより、被加工物１への吸収率の高い青色レーザー光Ｌ１によって被加工物１の表面酸化を促進し、赤外レーザー光Ｌ２に対する吸収率が上がった表面酸化後には、高パワーの赤外レーザー光Ｌ１により溶融体積を確保するので、高品質かつ高速のレーザー加工を行うことができるようになる。

＜３＞他の実施の形態
上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、被加工物１の表面酸化前の初期加工段階において、青色レーザー光Ｌ１に加えて赤外レーザー光Ｌ２を照射する場合について述べたが、初期加工段階においては、必ずしも赤外レーザー光Ｌ２を照射する必要はない。

ただし、上述の実施の形態のように表面酸化前から低パワーの赤外レーザー光Ｌ２を照射しておけば、表面酸化が検出された後に高パワーの赤外レーザー光Ｌ２を照射するにあたって、赤外レーザー光Ｌ２の立ち上がりが早くなり、加工精度が向上するといったメリットがある。

また、表面酸化が検出された後の青色レーザー光Ｌ１は、酸化検出で検出される表面酸化状態に応じて増減制御されることがより好ましい。例えば、赤外レーザー光Ｌ２の反射光Ｌ３のレベルの変化量（＝初期酸化の成長の早さ）に基づいて、表面酸化後の青色レーザー光Ｌ１のパワーを調整すれば、表面酸化後の溶融をより安定させることができる。例えば、変色面積Ａ１の変化量が大きい場合、つまり急激に初期酸化が進んだ場合には、青色レーザー光Ｌ１によってスパッタやボイドが発生する可能性がある。よって、このような場合には、青色レーザー光Ｌ１のパワーを下げることで、良好な変化量を維持し、品質を安定化させるとよい。逆に、変色面積Ａ１の変化量が小さい場合には、初期酸化が不十分な可能性があるので、青色レーザー光Ｌ１のパワーを上げることが好ましい。

上述の実施の形態では、青色レーザー光Ｌ１と赤外レーザー光Ｌ２とを用いた場合について述べたが、これに限らず、本開示の考え方は、波長の異なる第１及び第２のレーザー光を用いる場合に広く適用可能である。

つまり、被加工物の表面酸化前の初期加工段階に、被加工物に少なくとも第１及び第２のレーザー光のうち、被加工物への吸収率が良い第１のレーザー光を照射し、表面酸化が検出された後に（つまり第２のレーザー光の吸収率が上がった後に）、表面酸化が検出される前のパワーよりも大きなパワーの第２のレーザー光を照射すればよい。

図３は、酸化や溶融前の被加工物に対するレーザー光の波長と吸収率との関係を示す図である。

一般には、図３に示したように、被加工物の表面酸化及び表面溶融前には、波長の短いレーザー光の方が波長の長いレーザー光よりも吸収率が良いので、（第１のレーザー光の波長）＜（第２のレーザー光の波長）である。ただし、被加工物の種類や、使用するレーザー光の波長によっては、（第１のレーザー光の波長）＞（第２のレーザー光の波長）としてもよい。例えば、被加工物がガラスや樹脂などである場合には、（第１のレーザー光の波長）＞（第２のレーザー光の波長）の関係となり得る。

つまり、第１のレーザー光と第２のレーザー光の関係は、第１のレーザー光は第２のレーザー光よりも被加工物への吸収率が高いレーザー光であり、第２のレーザー光は第１のレーザー光よりもビーム品質が良い（ＢＰＰ(Beam Parameter Products)やＭ２（Ｍスクエア）が小さい）レーザー光である。

また、上述の実施の形態では、表面酸化の検出を境に、第２のレーザー光（実施の形態の場合には赤外レーザー光）のパワーを増加させる場合について述べたが、表面溶融の検出を境に、第２のレーザー光のパワーを増加させるようにしてもよい。つまり、上述の実施の形態の「表面酸化」を「表面溶融」と読み換えて実施してもよい。なお、表面溶融は、赤外レーザー光Ｌ２の被加工物１の表面からの反射光のパワーの変化などによって検出できる。また、表面溶融は画像認識によっても検出できる。

要は、被加工物の表面酸化及び又は表面溶融前の初期加工段階に、被加工物に少なくとも第１の波長のレーザー光を照射する第１照射ステップと、被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出ステップと、表面状態検出ステップにおいて表面酸化及び又は表面溶融が検出された後に、前記第１の波長とは異なる第２の波長のレーザー光を照射する第２照射ステップと、を含み、第２照射ステップで照射する第２の波長のレーザー光は、表面酸化及び又は表面溶融が検出される前のパワーよりも大きなパワーであるようにしてもよい。

表面酸化は表面溶融の前に生じるので、表面酸化に基づいて第２の波長のレーザー光の照射タイミングあるいはパワー増加タイミングを切り替えれば、第２の波長のレーザー光をより速い段階から照射することができるので、加工に要する時間を短縮し得る。一方、表面溶融に基づいて第２の波長のレーザー光の照射タイミングあるいはパワー増加タイミングを切り替えれば、被加工物への第２の波長のレーザー光の吸収率がより確実に上がった段階から第２の波長のレーザー光をより速い段階から照射することができるので、加工に要する消費電力等を削減し得る。

また、表面酸化及び表面溶融の両方に基づいて第２の波長のレーザー光の照射タイミングあるいはパワー増加タイミングを切り替えてもよい。このようにすれば、加工に要する時間及び消費電力の削減を両立させることができる。

＜４＞まとめ
本開示のレーザー加工方法の一つの態様は、被加工物の表面酸化前の初期加工段階に、前記被加工物に少なくとも青色レーザー光を照射する第１照射ステップと、前記被加工物の表面酸化を検出する酸化検出ステップと、前記表面酸化が検出された後に、表面酸化が検出される前のパワー（０を含む）よりも大きなパワーの赤外レーザー光を前記被加工物に照射する第２照射ステップと、を含む。

本開示のレーザー加工方法の一つの態様は、前記酸化検出ステップでは、前記被加工物の表面画像を取得し、前記表面画像に基づいて前記表面酸化を検出する。

本開示のレーザー加工方法の一つの態様は、前記酸化検出ステップでは、前記表面画像中の変色領域を検出し、前記変色領域の面積に基づいて前記表面酸化を検出する。

本開示のレーザー加工方法の一つの態様は、被加工物の表面酸化及び又は表面溶融前の初期加工段階に、前記被加工物に少なくとも第１の波長のレーザー光を照射する第１照射ステップと、前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出ステップと、前記表面状態検出ステップにおいて表面酸化及び又は表面溶融が検出された後に、前記第１の波長とは異なる第２の波長のレーザー光を照射する第２照射ステップと、を含み、前記第２照射ステップで照射する前記第２の波長のレーザー光は、表面酸化及び又は表面溶融が検出される前のパワーよりも大きなパワーである。

本開示のレーザー加工装置の一つの態様は、被加工物１に照射する青色レーザー光Ｌ１及び赤外レーザー光Ｌ２を形成するレーザー光形成部（青色レーザー発振器１０１、赤外レーザー発振器１０２）と、被加工物１の表面酸化を検出する酸化検出部（照明光形成部１３０、カメラ１４０、演算部１５０）と、レーザー光形成部（青色レーザー発振器１０１、赤外レーザー発振器１０２）により出力される青色レーザー光Ｌ１及び赤外レーザー光Ｌ２のパワーを制御する出力制御部１６０と、を備え、出力制御部１６０は、被加工物１に表面酸化が検出される前には、被加工物１に少なくとも青色レーザー光Ｌ１が照射され、かつ、被加工物１に表面酸化が検出された後には、被加工物１に照射される赤外レーザー光Ｌ２のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、レーザー光形成部（青色レーザー発振器１０１、赤外レーザー発振器１０２）の出力を制御する。

本開示のレーザー加工装置の一つの態様は、酸化検出部は、被加工物１の表面を撮像する撮像部（カメラ１４０）を有し、当該撮像部（カメラ１４０）の撮像画像に基づいて、被加工物１の表面酸化を検出する。

本開示のレーザー加工装置の一つの態様は、酸化検出部は、表面画像中の変色領域を認識する画像認識部（酸化領域画像認識部１５１）と、変色領域の面積を算出する面積演算部１５２と、変色領域の面積を閾値判定することで検出判定を行う閾値判定部１５３と、を備える。

本開示のレーザー加工装置の一つの態様は、被加工物に照射するレーザー光として、それぞれ波長の異なる第１及び第２のレーザー光を形成するレーザー光形成部と、前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出部と、前記レーザー光形成部により出力される前記第１及び第２のレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、を備え、前記出力制御部は、前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出される前には、前記被加工物に少なくとも前記第１のレーザー光が照射され、前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融が検出された後には、前記被加工物に照射される前記第２の波長のレーザー光のパワーが表面酸化及び又は表面溶融検出前よりも増加するように、前記レーザー光形成部の出力を制御する。

本開示のレーザー加工装置の出力制御装置の一つの態様は、被加工物１に照射されるレーザー光のパワーを制御する出力制御部１６０と、被加工物１の表面酸化を検出する酸化検出部（照明光形成部１３０、カメラ１４０、演算部１５０）と、を備え、出力制御部１６０は、被加工物１に表面酸化が検出される前には、被加工物１に少なくとも青色レーザー光Ｌ１が照射され、被加工物１に表面酸化が検出された後には、被加工物１に照射される赤外レーザー光Ｌ２のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、レーザー光Ｌ１、Ｌ２のパワーを制御する。

本開示のレーザー加工装置の出力制御装置の一つの態様は、被加工物に照射されるレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出部と、を備え、前記出力制御部は、前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出される前には、前記被加工物に少なくとも第１の波長のレーザー光が照射され、前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出された後には、前記被加工物に前記第１の波長とは異なる第２の波長のレーザー光が照射され、かつ、表面酸化及び又は表面溶融が検出された後に照射される前記第２の波長のレーザー光のパワーが、表面酸化及び又は表面溶融が検出される前のパワーよりも大きなパワーとなるように、前記レーザー光のパワーを制御する。

本発明は、高品質かつ高速のレーザー加工を行うことができるといった効果を有し、溶接や切断などを行うレーザー加工方法、レーザー加工装置、及びレーザー加工装置の出力制御装置に広く適用可能である。

１ 被加工物
１００ レーザー加工装置
１０１ 青色レーザー発振器
１０２ 赤外レーザー発振器
１１０ レーザーヘッド
１１１ 集光レンズ
１２０ 駆動部
１３０ 照明光形成部
１４０ カメラ
１５０ 演算部
１５１ 酸化領域画像認識部
１５２ 面積演算部
１５３ 閾値判定部
１５４ 閾値記憶部
１６０ 出力制御部
Ｌ１ 青色レーザー光
Ｌ２ 赤外レーザー光
Ｖ０ 照明光
Ｖ１ 反射光

Claims (10)

1. 被加工物の表面酸化前の初期加工段階に、前記被加工物に少なくとも青色レーザー光を照射する第１照射ステップと、
   前記被加工物の表面酸化を検出する酸化検出ステップと、
   前記表面酸化が検出された後に、表面酸化が検出される前のパワーよりも大きなパワーの赤外レーザー光を前記被加工物に照射する第２照射ステップと、
   を含むレーザー加工方法。
2. 前記酸化検出ステップでは、
   前記被加工物の表面画像を取得し、前記表面画像に基づいて前記表面酸化を検出する、
   請求項１に記載のレーザー加工方法。
3. 前記酸化検出ステップでは、
   前記表面画像中の変色領域を検出し、前記変色領域の面積に基づいて前記表面酸化を検出する、
   請求項２に記載のレーザー加工方法。
4. 被加工物の表面酸化及び又は表面溶融前の初期加工段階に、前記被加工物に少なくとも第１の波長のレーザー光を照射する第１照射ステップと、
   前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出ステップと、
   前記表面状態検出ステップにおいて表面酸化及び又は表面溶融が検出された後に、前記第１の波長とは異なる第２の波長のレーザー光を照射する第２照射ステップと、
   を含み、
   前記第２照射ステップで照射する前記第２の波長のレーザー光は、表面酸化及び又は表面溶融が検出される前のパワーよりも大きなパワーである、
   レーザー加工方法。
5. 被加工物に照射する青色レーザー光及び赤外レーザー光を形成するレーザー光形成部と、
   前記被加工物の表面酸化を検出する酸化検出部と、
   前記レーザー光形成部により出力される前記青色レーザー光及び前記赤外レーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
   を備え、
   前記出力制御部は、
   前記被加工物に表面酸化が検出される前には、前記被加工物に少なくとも青色レーザー光が照射され、かつ、
   前記被加工物に表面酸化が検出された後には、前記被加工物に照射される赤外レーザー光のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、前記レーザー光形成部の出力を制御する、
   レーザー加工装置。
6. 前記酸化検出部は、前記被加工物の表面を撮像する撮像部を有し、当該撮像部の撮像画像に基づいて、前記被加工物の表面酸化を検出する、
   請求項５に記載のレーザー加工装置。
7. 前記酸化検出部は、
   前記表面画像中の変色領域を認識する画像認識部と、
   前記変色領域の面積を算出する面積演算部と、
   前記変色領域の面積を閾値判定することで検出判定を行う閾値判定部と、
   を備える、請求項６に記載のレーザー加工装置。
8. 被加工物に照射するレーザー光として、それぞれ波長の異なる第１及び第２のレーザー光を形成するレーザー光形成部と、
   前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出部と、
   前記レーザー光形成部により出力される前記第１及び第２のレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
   を備え、
   前記出力制御部は、
   前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出される前には、前記被加工物に少なくとも前記第１のレーザー光が照射され、
   前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融が検出された後には、前記被加工物に照射される前記第２の波長のレーザー光のパワーが表面酸化及び又は表面溶融検出前よりも増加するように、前記レーザー光形成部の出力を制御する、
   レーザー加工装置。
9. 被加工物に照射されるレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
   前記被加工物の表面酸化を検出する酸化検出部と、
   を備え、
   前記出力制御部は、
   前記被加工物に表面酸化が検出される前には、前記被加工物に少なくとも青色レーザー光が照射され、
   前記被加工物に表面酸化が検出された後には、前記被加工物に照射される赤外レーザー光のパワーが表面酸化検出前よりも増加するように、前記レーザー光のパワーを制御する、
   レーザー加工装置の出力制御装置。
10. 被加工物に照射されるレーザー光のパワーを制御する出力制御部と、
    前記被加工物の表面酸化及び又は表面溶融を検出する表面状態検出部と、
    を備え、
    前記出力制御部は、
    前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出される前には、前記被加工物に少なくとも第１の波長のレーザー光が照射され、
    前記被加工物に表面酸化及び又は表面溶融が検出された後には、前記被加工物に前記第１の波長とは異なる第２の波長のレーザー光が照射され、かつ、表面酸化及び又は表面溶融が検出された後に照射される前記第２の波長のレーザー光のパワーが、表面酸化及び又は表面溶融が検出される前のパワーよりも大きなパワーとなるように、前記レーザー光のパワーを制御する、
    レーザー加工装置の出力制御装置。

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