JP2566296B2 - レーザ加工装置及び加工方法 - Google Patents
レーザ加工装置及び加工方法Info
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- JP2566296B2 JP2566296B2 JP63232177A JP23217788A JP2566296B2 JP 2566296 B2 JP2566296 B2 JP 2566296B2 JP 63232177 A JP63232177 A JP 63232177A JP 23217788 A JP23217788 A JP 23217788A JP 2566296 B2 JP2566296 B2 JP 2566296B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属、セラミックスの表面加工等に用いる
レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
従来、レーザによる表面加工は、レーザ技術読本（日
刊工業新聞社,1985年）第186頁及び第193頁から第195頁
又は続・レーザ加工（開発社,1982年）第164頁から166
頁に記載されているように、金属表面のクリーニング、
酸化膜の除去、焼入れ、合金層の形成又はグレージング
といわれる非晶質構造の形成、セラミックスの表面のク
リーニング等に適用されていた。
刊工業新聞社,1985年）第186頁及び第193頁から第195頁
又は続・レーザ加工（開発社,1982年）第164頁から166
頁に記載されているように、金属表面のクリーニング、
酸化膜の除去、焼入れ、合金層の形成又はグレージング
といわれる非晶質構造の形成、セラミックスの表面のク
リーニング等に適用されていた。
上記従来技術は、被加工物表面にうねりや反りがある
場合について配慮がされておらず、うねりや反りのある
被加工物を加工する場合、被加工物表面に合わせた焦点
の位置が変動し、その為被加工物の加工面におけるエネ
ルギ密度が変化し、被加工物全面に均一な加工を行なう
ことが困難であるという問題があった。
場合について配慮がされておらず、うねりや反りのある
被加工物を加工する場合、被加工物表面に合わせた焦点
の位置が変動し、その為被加工物の加工面におけるエネ
ルギ密度が変化し、被加工物全面に均一な加工を行なう
ことが困難であるという問題があった。
本発明の目的は、うねりや反りのある被加工物に対し
ても、均一な加工状態を得ることができるレーザ加工装
置及び加工方法を提供することにある。
ても、均一な加工状態を得ることができるレーザ加工装
置及び加工方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置
は、被加工物を搭載するための、移動可能なステージ
と、ステージ上に搭載された被加工物を照射するための
加工用レーザ発振器と、加工用レーザ発振器からのレー
ザ光の照射面積を制御するためのアパーチャーと、第２
の照射光源と、第２の照射光源からの照射光を上記被加
工物表面の上記レーザ光による照射位置に照射させるた
めの光学系と、第２の照射光源からの照射光による被加
工物からの散乱光の強度を測定する検出器と、この強度
に基づいて上記レーザ光の照射面積及び照射時間の少な
くとも１を変化させるために上記加工用レーザ発振器と
上記アパーチャーとを制御する制御手段を設けるように
したものである。
は、被加工物を搭載するための、移動可能なステージ
と、ステージ上に搭載された被加工物を照射するための
加工用レーザ発振器と、加工用レーザ発振器からのレー
ザ光の照射面積を制御するためのアパーチャーと、第２
の照射光源と、第２の照射光源からの照射光を上記被加
工物表面の上記レーザ光による照射位置に照射させるた
めの光学系と、第２の照射光源からの照射光による被加
工物からの散乱光の強度を測定する検出器と、この強度
に基づいて上記レーザ光の照射面積及び照射時間の少な
くとも１を変化させるために上記加工用レーザ発振器と
上記アパーチャーとを制御する制御手段を設けるように
したものである。
また、上記目的を達成するために、本発明のレーザ加
工方法は、レーザ光を被加工物に照射し、被加工物表面
を加工する際に、被加工物表面のレーザ光の照射位置を
レーザ光の非照射時に第２の照射光により照射し、この
第２の照射光の散乱光強度を測定し、この強度に基づい
て上記レーザ光の照射面積及び照射時間の少なくとも１
を制御するようにしたものである。
工方法は、レーザ光を被加工物に照射し、被加工物表面
を加工する際に、被加工物表面のレーザ光の照射位置を
レーザ光の非照射時に第２の照射光により照射し、この
第２の照射光の散乱光強度を測定し、この強度に基づい
て上記レーザ光の照射面積及び照射時間の少なくとも１
を制御するようにしたものである。
加工用レーザ発振器としては短波長レーザ発振器が好
ましく、例えばエキシマレーザ（波長190nm〜360nm）を
用いることができる。特にKrFレーザ（248nm）とXeClレ
ーザ（308nm）が金属表面の加工に適している。その他
前記従来例記載のレーザ発振器を用いることができる。
レーザ光はパルス状に照射し、その休止中に加工面を観
察することが好ましい。なお、ある一定時間まで連続し
て照射し、その後パルス状に照射する等の方法も用いら
れる。
ましく、例えばエキシマレーザ（波長190nm〜360nm）を
用いることができる。特にKrFレーザ（248nm）とXeClレ
ーザ（308nm）が金属表面の加工に適している。その他
前記従来例記載のレーザ発振器を用いることができる。
レーザ光はパルス状に照射し、その休止中に加工面を観
察することが好ましい。なお、ある一定時間まで連続し
て照射し、その後パルス状に照射する等の方法も用いら
れる。
第２の照射光源としては、例えば可視光レーザ発振器
を用いることができる。第２の照射光源からの可視光
は、例えば加工面にスポット照射され、加工面からの散
乱光の強度は受光器により、加工用のレーザ光による加
工中を除き測定されている。加工用のレーザ光の照射時
間の変化に従い加工面へ照射している可視光の散乱光強
度が変化する。この散乱光の強度変化を利用し、加工用
のレーザ光の照射を制御し、被加工物表面で常に同一の
加工状態を得る。
を用いることができる。第２の照射光源からの可視光
は、例えば加工面にスポット照射され、加工面からの散
乱光の強度は受光器により、加工用のレーザ光による加
工中を除き測定されている。加工用のレーザ光の照射時
間の変化に従い加工面へ照射している可視光の散乱光強
度が変化する。この散乱光の強度変化を利用し、加工用
のレーザ光の照射を制御し、被加工物表面で常に同一の
加工状態を得る。
また、被加工物表面の反りが非常に大きく、第２の照
射光源からの可視光の散乱光強度が弱い場合には、加工
用のレーザ光の照射面積を小さくし、ステップ状に照射
を繰り返すことにより、加工状態を均一化することがで
きる。
射光源からの可視光の散乱光強度が弱い場合には、加工
用のレーザ光の照射面積を小さくし、ステップ状に照射
を繰り返すことにより、加工状態を均一化することがで
きる。
従来、被加工物の表面にうねりや反りがある場合、加
工用のレーザ光の焦点位置が変わり、均一な加工エネル
ギ密度が得られず、加工状態も不均一となってしまう。
本発明においては、第２の照射光を加工面上にスポット
照射し、そこから得られる散乱光強度を測定して、加工
用のレーザ光の照射面積（加工面積）や加工時間を変え
ることにより、被加工物の表面上で均一な加工状態を得
ることができる。
工用のレーザ光の焦点位置が変わり、均一な加工エネル
ギ密度が得られず、加工状態も不均一となってしまう。
本発明においては、第２の照射光を加工面上にスポット
照射し、そこから得られる散乱光強度を測定して、加工
用のレーザ光の照射面積（加工面積）や加工時間を変え
ることにより、被加工物の表面上で均一な加工状態を得
ることができる。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。第１
図は、本発明のレーザ加工装置の一例の概略を示したも
のである。短波長パルスレーザのエキシマレーザ１によ
り発振するレーザ光２は、全反射ミラー３により直角に
折り返され、任意に面積が変えられるアパーチャー４を
通り、結像レンズ５で、被加工物６の照射面へアパーチ
ャー形状を結像する。また、光軸合わせ、観察用さらに
被加工物の加工面からの散乱光を得る為の第２の照射光
源に用いる可視光レーザのHe−Neレーザ７から発振する
可視光８は、ハーフミラー９により、一方がレーザ光と
同じ光路となるように直角に折り返され、他方は、直進
後、全反射ミラー10によりレーザ光の光軸と平行となる
ように直角に折り返される。その後、集光レンズ11及
び、全反射ミラー12により、被加工物６の加工面上で集
光する。被加工物６の加工面からの散乱光13は、結像レ
ンズ14で、シャッター15を介し受光器16へと導かれる。
シャッター15は、レーザ光で加工中に発生する蛍光を受
光器16へ導かないように、紫外パルスレーザのエキシマ
レーザ１の発振と同期をとって開閉する。受光器16の受
ける散乱光の強度は、光電変換によって電流に変換さ
れ、Ａ−Ｄ変換によってデジタル信号に変換され、信号
線17を介してコンピュータ18に入力される。コンピュー
タ18は、信号線19を介してエキシマレーザ１を制御す
る。また、被加工物は、Ｘ−Ｙ加工ステージ20の上に取
り付けられている。加工ステージ20は、信号線21を介
し、NCコントローラ22とコンピュータ18により制御され
る。コンピュータ18は、信号線23を介し、NCコントロー
ラ24によりアパーチャー４の開孔面積も制御可能であ
る。
図は、本発明のレーザ加工装置の一例の概略を示したも
のである。短波長パルスレーザのエキシマレーザ１によ
り発振するレーザ光２は、全反射ミラー３により直角に
折り返され、任意に面積が変えられるアパーチャー４を
通り、結像レンズ５で、被加工物６の照射面へアパーチ
ャー形状を結像する。また、光軸合わせ、観察用さらに
被加工物の加工面からの散乱光を得る為の第２の照射光
源に用いる可視光レーザのHe−Neレーザ７から発振する
可視光８は、ハーフミラー９により、一方がレーザ光と
同じ光路となるように直角に折り返され、他方は、直進
後、全反射ミラー10によりレーザ光の光軸と平行となる
ように直角に折り返される。その後、集光レンズ11及
び、全反射ミラー12により、被加工物６の加工面上で集
光する。被加工物６の加工面からの散乱光13は、結像レ
ンズ14で、シャッター15を介し受光器16へと導かれる。
シャッター15は、レーザ光で加工中に発生する蛍光を受
光器16へ導かないように、紫外パルスレーザのエキシマ
レーザ１の発振と同期をとって開閉する。受光器16の受
ける散乱光の強度は、光電変換によって電流に変換さ
れ、Ａ−Ｄ変換によってデジタル信号に変換され、信号
線17を介してコンピュータ18に入力される。コンピュー
タ18は、信号線19を介してエキシマレーザ１を制御す
る。また、被加工物は、Ｘ−Ｙ加工ステージ20の上に取
り付けられている。加工ステージ20は、信号線21を介
し、NCコントローラ22とコンピュータ18により制御され
る。コンピュータ18は、信号線23を介し、NCコントロー
ラ24によりアパーチャー４の開孔面積も制御可能であ
る。
つぎにこの装置を用いて反りのある被加工物を加工す
る場合について説明する。第２図に示すように被加工面
に反りがある場合、加工位置Ａ点とＢ点では単位面積当
たりのエネルギ量が異なる。すなわち、加工位置Ｂ点の
方がエネルギ密度が大きくなる。このような場合、加工
位置Ｂ点における照射時間は加工位置Ａ点の照射時間よ
りも短くする必要がある。さらに被加工物の反りが大き
い場合は、加工位置Ｂ点の照射面内でもエネルギ密度が
変化する。そのため加工位置Ｂ点における照射面積を加
工位置Ａ点のそれより小さくして照射面内でのエネルギ
密度変化を少なくすることが好ましい。
る場合について説明する。第２図に示すように被加工面
に反りがある場合、加工位置Ａ点とＢ点では単位面積当
たりのエネルギ量が異なる。すなわち、加工位置Ｂ点の
方がエネルギ密度が大きくなる。このような場合、加工
位置Ｂ点における照射時間は加工位置Ａ点の照射時間よ
りも短くする必要がある。さらに被加工物の反りが大き
い場合は、加工位置Ｂ点の照射面内でもエネルギ密度が
変化する。そのため加工位置Ｂ点における照射面積を加
工位置Ａ点のそれより小さくして照射面内でのエネルギ
密度変化を少なくすることが好ましい。
そこで、短波長レーザ光で加工する前に、可視光の散
乱光強度13を加工位置Ａ点とＢ点で測定すると、被加工
物の反りが大きい場合には、受光器16へ導かれる散乱光
の強度は、第５図に示すように加工位置Ａ点より、加工
位置Ｂ点の方が小さくなる。この情報は、コンピュータ
18で処理され、アパーチャー４の開孔面積は、加工位置
Ａ点より加工位置Ｂ点の方が小さくなるように制御され
る。同時に、Ｘ−Ｙステージ20の移動量も、アパーチャ
ー制御により小さくなった照射面積と対応して第６図に
示すようなステップ状に制御し、照射面内での加工用短
波長レーザ光のエネルギ密度変化を少なくする。
乱光強度13を加工位置Ａ点とＢ点で測定すると、被加工
物の反りが大きい場合には、受光器16へ導かれる散乱光
の強度は、第５図に示すように加工位置Ａ点より、加工
位置Ｂ点の方が小さくなる。この情報は、コンピュータ
18で処理され、アパーチャー４の開孔面積は、加工位置
Ａ点より加工位置Ｂ点の方が小さくなるように制御され
る。同時に、Ｘ−Ｙステージ20の移動量も、アパーチャ
ー制御により小さくなった照射面積と対応して第６図に
示すようなステップ状に制御し、照射面内での加工用短
波長レーザ光のエネルギ密度変化を少なくする。
つぎに、第３図に示すように、短波長レーザ光で被加
工物表面の加工中を除いた時間Δｔの間に、シャッタ15
を開き、加工面からの散乱光13を一定時間測定しながら
加工を行なう。この時散乱光強度は第４図のように増加
する。散乱光強度が所望の強度になった時加工を終了
し、つぎの位置の加工を行なう。このようにして被加工
物にうねりやそりがある場合でも均一な加工が行なえ
る。
工物表面の加工中を除いた時間Δｔの間に、シャッタ15
を開き、加工面からの散乱光13を一定時間測定しながら
加工を行なう。この時散乱光強度は第４図のように増加
する。散乱光強度が所望の強度になった時加工を終了
し、つぎの位置の加工を行なう。このようにして被加工
物にうねりやそりがある場合でも均一な加工が行なえ
る。
第７図は、コンピュータ18の処理機能のフローチャー
トを示したものである。短波長レーザ光の照射前に、被
加工物の加工面からの散乱光強度を測定し、その後シャ
ッターを閉じる。コンピュータは散乱光強度に合った最
適照射面積にアパーチャーの開孔量を制御する。次に短
波長エキシマレーザ光の照射が行なわれ、シャッタが開
けられる。加工後加工面での散乱光強度が測定され、シ
ャッターが閉じられ、先に測定した散乱光強度が最適か
判断され、最適散乱強度になるまで、加工用短波長エキ
シマレーザ光の照射が繰り返される。最適散乱光量にな
りしだい、Ｘ−Ｙステージが移動し再び加工が行なわれ
る。
トを示したものである。短波長レーザ光の照射前に、被
加工物の加工面からの散乱光強度を測定し、その後シャ
ッターを閉じる。コンピュータは散乱光強度に合った最
適照射面積にアパーチャーの開孔量を制御する。次に短
波長エキシマレーザ光の照射が行なわれ、シャッタが開
けられる。加工後加工面での散乱光強度が測定され、シ
ャッターが閉じられ、先に測定した散乱光強度が最適か
判断され、最適散乱強度になるまで、加工用短波長エキ
シマレーザ光の照射が繰り返される。最適散乱光量にな
りしだい、Ｘ−Ｙステージが移動し再び加工が行なわれ
る。
本装置によりNiメッキ上にAuメッキを施した金属表面
を加工し、合金化を行なったところ均一に加工すること
ができた。
を加工し、合金化を行なったところ均一に加工すること
ができた。
以上本発明を用いることにより、被加工物の表面にう
ねりや反りがある場合にでも、均一な加工を行なうこと
が可能となる。
ねりや反りがある場合にでも、均一な加工を行なうこと
が可能となる。
なお、本発明は本実施例に限定されることなく発明の
効果を脱しない範囲でどのような組み合わせを用いても
良い。
効果を脱しない範囲でどのような組み合わせを用いても
良い。
また、第３図の加工面からの散乱光測定時間は、加工
用のパルスレーザ光の加工パルス間隔範囲内であればい
くらでも良い。
用のパルスレーザ光の加工パルス間隔範囲内であればい
くらでも良い。
本発明によれば、被加工物の加工表面にうねりや反り
がある場合でも、被加工物表面からの散乱光を測定し、
加工用レーザ光の加工時間制御や照射面積を制御し、被
加工物表面の加工状態を均一にする効果がある。
がある場合でも、被加工物表面からの散乱光を測定し、
加工用レーザ光の加工時間制御や照射面積を制御し、被
加工物表面の加工状態を均一にする効果がある。
第１図は、本発明の一実施例の概略図、第２図は、被加
工物にうねりや反りがある場合それぞれの加工面でエネ
ルギ密度変化が生じることを示した説明図、第３図は、
被加工物の加工面からの散乱光測定時間を示した説明
図、第４図は、最適加工時間と散乱光強度の関係を示し
た図、第５図は、被加工物に大きな反りがある場合の加
工前の散乱光強度の違いを示した図、第６図は、被加工
物に大きな反りがある場合の加工状態を示した説明図、
第７図は、コンピュータによる制御フローを示した図で
ある。 １……エキシマレーザ、２……レーザ光 3,10,12……全反射ミラー ４……アパーチャー、5,14……結像レンズ ６……被加工物、７……He−Neレーザ ８……可視光、９……ハーフミラー 11……集光レンズ、13……散乱光 15……シャッター、16……受光器 17,19,21,23……信号線 18……コンピュータ、20……Ｘ−Ｙステージ 22,24……NCコントローラ A,B……被加工物の加工点 Δｔ……短波長レーザ光の出力パルス間隔
工物にうねりや反りがある場合それぞれの加工面でエネ
ルギ密度変化が生じることを示した説明図、第３図は、
被加工物の加工面からの散乱光測定時間を示した説明
図、第４図は、最適加工時間と散乱光強度の関係を示し
た図、第５図は、被加工物に大きな反りがある場合の加
工前の散乱光強度の違いを示した図、第６図は、被加工
物に大きな反りがある場合の加工状態を示した説明図、
第７図は、コンピュータによる制御フローを示した図で
ある。 １……エキシマレーザ、２……レーザ光 3,10,12……全反射ミラー ４……アパーチャー、5,14……結像レンズ ６……被加工物、７……He−Neレーザ ８……可視光、９……ハーフミラー 11……集光レンズ、13……散乱光 15……シャッター、16……受光器 17,19,21,23……信号線 18……コンピュータ、20……Ｘ−Ｙステージ 22,24……NCコントローラ A,B……被加工物の加工点 Δｔ……短波長レーザ光の出力パルス間隔
Claims (2)
- 【請求項１】被加工物を搭載するための、移動可能なス
テージと、該ステージ上に搭載された被加工物を照射す
るための加工用レーザ発振器と、該加工用レーザ発振器
からのレーザ光の照射面積を制御するためのアパーチャ
ーと、第２の照射光源と、該第２の照射光源からの照射
光を上記被加工物表面の上記レーザ光による照射位置に
照射させるための光学系と、上記第２の照射光源からの
照射光による被加工物からの散乱光の強度を測定する検
出器と、該強度に基づいて上記レーザ光の照射面積及び
照射時間の少なくとも１を変化させるために上記加工用
レーザ発振器と上記アパーチャーとを制御する制御手段
を有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】レーザ光を被加工物に照射し、被加工物表
面を加工するレーザ加工方法において、上記被加工物表
面の上記レーザ光の照射位置を上記レーザ光の非照射時
に第２の照射光により照射し、該第２の照射光の散乱光
強度を測定し、該強度に基づいて上記レーザ光の照射面
積及び照射時間の少なくとも１を制御することを特徴と
するレーザ加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232177A JP2566296B2 (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | レーザ加工装置及び加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232177A JP2566296B2 (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | レーザ加工装置及び加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0280185A JPH0280185A (ja) | 1990-03-20 |
| JP2566296B2 true JP2566296B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=16935213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63232177A Expired - Fee Related JP2566296B2 (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | レーザ加工装置及び加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2566296B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0634884U (ja) * | 1992-09-30 | 1994-05-10 | オリンパス光学工業株式会社 | レーザー加工装置 |
| US6531681B1 (en) * | 2000-03-27 | 2003-03-11 | Ultratech Stepper, Inc. | Apparatus having line source of radiant energy for exposing a substrate |
| US20150096963A1 (en) * | 2013-10-04 | 2015-04-09 | Gerald J. Bruck | Laser cladding with programmed beam size adjustment |
| JP6989328B2 (ja) * | 2017-09-25 | 2022-01-05 | ダイセルポリマー株式会社 | 金属成形体表面の粗面化方法 |
| DE112021004113T5 (de) * | 2020-10-06 | 2023-07-20 | Fanuc Corporation | Vorrichtung zur Erfassung einer Werkstückkantenposition und Verfahren zur Erfassung einer Werkstückkantenposition |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56157830A (en) * | 1980-05-08 | 1981-12-05 | Toshiba Corp | Laser machining apparatus |
-
1988
- 1988-09-19 JP JP63232177A patent/JP2566296B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0280185A (ja) | 1990-03-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |