JP2749712B2 - レーザー加工における被加工物位置合わせ方法 - Google Patents

レーザー加工における被加工物位置合わせ方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザービーム溶接、レーザービーム切断
の如くレーザー光を照射して被加工物を加工する際に、
レーザー光を用いて被加工物の位置を合わせる方法の改
良に関するものである。
〔従来の技術〕 レーザービーム加工装置は、例えば、第6図に示すよ
うに、レーザー発振器1から取出されたレーザー光を光
学経路2を経て被加工物3に誘導してこの被加工物3を
加工するように構成されている。光学経路2は、ビーム
ベンダー4と集光レンズ5とを含んでいる。レーザー発
振器1に用いられる光源の種類は、レーザー加工の種類
によって異なるが、穴開け、切断、溶接等には大出力が
得られる炭酸ガスレーザー、YAGレーザーが用いられ、
微細加工には短波長のレーザーが用いられる。レーザー
発振器1は、反射板6、7から成るレーザー共振器8を
含んでいる。例えば、炭酸ガスレーザーではレーザー共
振器8内で放電が起こり反転分布を作り、レーザー光を
発振させる。一方の反射板6の反射率がほぼ100%であ
り、他方の反射板7の反射率はそれ以下であり、共振器
8内で発生した光は、反射板6、7を往復している間に
増幅され誘導放出を起こしてレーザー光Lとして反射板
7から取出される。
被加工物3は、X、Y、Zの3方向に位置合わせして
治具9に支持された状態でレーザー加工されるが、従来
技術では、この被加工物の位置合わせは、第7図または
第8図(A)(B)に示す方法で行なわれている。
即ち、第7図に示すように、被加工物3が支持される
べき治具9にテープ10を貼付け、レーザー光Lをこのテ
ープ10に照射し、テープ10の穴10aによりレーザー光L
が通過した位置に穴があくことによりレーザーの光学経
路を求め、その上に支持される被加工物3が所定の位置
で加工されるようにしている。
また、第8図(A)(B)に示すように、加工用レー
ザーとは別の位置合わせ用のHe、Neレーザー光源の如き
可視レーザー光線11を用いてレーザー共振器8からの加
工用レーザー光Lwと位置合わせ用可視レーザー光Lpとは
切換シャッター12によって切り換えている。被加工物3
を位置合せする際には、位置合わせ用可視レーザー光Lp
を切換シャッター12によって加工用レーザー光Lwと同じ
光学経路2を経て被加工物3に照射して位置合わせを行
なう。その後、第8図(B)に示すように、切換シャッ
ター12を開いて加工用レーザー光Lwを光学経路2に導い
て被加工物3に照射し、レーザー加工を行なう。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、これらの従来技術による位置合わせ方法は、
下記のように種々の欠点があった。
即ち、第7図に示す方法では、治具にテープを貼付
け、治具の位置合わせ後、このテープを剥し、被加工物
はテープによって予め測定された位置を基準にしてセッ
トされるが、被加工物が軟質であってその加工部分の位
置が被加工物の取付け方に依存する場合には、この被加
工物の加工部分を加工用レーザー光に照準を合わせるこ
とが困難であって加工精度が低下する欠点があった。
また、第8図に示す方法では、位置合わせ用レーザー
光の波長による焦点のずれが発生し易く、その上位置合
わせ用レーザー光と加工用レーザー光の光学経路を切換
シャッターによって合わせる際に誤差が生じ易く、この
ため被加工物の位置合わせの精度が低下する欠点があっ
た。特に、被加工物の加工部分が見えない場合にはその
傾向が一層高くなる。
また、いずれの方法も被加工物を高い精度で位置合せ
することができない欠点があった。
本発明の目的は、レーザー加工前に被加工物を高い精
度で容易に位置合わせすることができ、且つ被加工物が
軟質であってもまた加工部分が不可視であっても確実に
位置合わせすることができ、また位置合せを自動化する
ことができるレーザー加工における被加工物の位置合わ
せ方法を提供することにある。
〔課題を解決すべき手段〕
本発明は、上記の課題を解決するために、被加工物に
加工用レーザー光源から出力される加工用レーザー光を
照射して加工する際に被加工物または被加工物が取付け
られる治具の位置を設定するために、高反射材料から成
る位置決め用被照射物を用い、加工用レーザー光源から
加工用レーザー光の限界出力よりも低い値に設定されて
出力された検査用レーザー光を加工用レーザー光と同じ
光学経路を経て被照射物に照射して反射させ、その戻り
光によるレーザー出力の変化から被照射物を変位しつつ
被加工物の位置を設定することを特徴とするレーザー加
工における被加工物位置合わせ方法を提供するものであ
る。
尚、被照射物はそれ自体が反射性であれば被加工物自
体であってもよいし、被加工物が反射性でない場合に
は、別の反射性材料を被加工物の代わりに用いることが
でき、また被加工物を保持する治具自体が反射性であれ
ばこれを被照射物としてもよい。
〔作用〕
このように、加工用レーザー光源から加工用レーザー
光の限界出力よりも低い値の検査用レーザー光を出力
し、これを位置合わせ用被照射物に照射させ、その戻り
光によるレーザー出力の変化から被照射物の位置を検出
しつつこの被照射物を変位して被加工物を位置合わせす
るので、検査用レーザー光は加工用レーザー光と全く同
じ光学経路を通過してその間に誤差が生ずることがな
く、従って高い精度で被加工物を位置合わせすることが
できる。また、検査用レーザー光は従来のように可視レ
ーザー光ではなく、戻り光の量の変化による増幅率の変
化から加工用レーザー光源のレーザー出力を変化させて
被加工物の位置を検出するので、可視的に位置合わせす
る方法のように被加工物の加工部分が不可視部分であっ
ても確実に位置合わせすることができる。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面を参照して詳細にのべると、第
1図は本発明による被加工物の位置合わせ方法の基本原
理を示し、高反射性材料の被加工物3または被加工物が
非反射性である場合に被加工物に代えて用いられる銀、
銅の如き0.5mm厚の板状高反射材料から成る被照射物13
は、移動台の如きテーブル上に載置される治具9上に取
付けられ、加工用レーザー光源1は、例えば、炭酸ガス
レーザーから成り、レーザー光は、ビームベンダー4及
び集光レンズ5を含む光学経路2を経てレーザー光に対
して垂直になるように治具9上にセットされた被加工物
3または被照射物13に照射される。以下第1図の原理で
は被照射物13に検査用レーザー光Lpを照射する場合につ
いて説明する。
本発明の方法では、加工用レーザー光源であるレーザ
ー発振器1から加工用レーザー光Lwの限界出力よりも低
い値に設定されて出力された検査用レーザー光Lpを加工
用レーザー光Lwと同じ光学経路2を経て被照射物13に照
射して反射させ、その戻り光Lrがレーザー発振器1に戻
って誘導放出を引き起こし、レーザー出力が変化するこ
とを利用する。
第1図の実施例では、被照射物13をZ方向(垂直方
向)に変位して被加工物3をZ方向に位置合わせをする
ことができることが解る。
若し、被照射物13が検査用レーザー光Lpの焦点位置か
またはその近くであり、且つ被照射物13による反射方向
が入射方向に対して全く逆であれば、戻り率が高く戻り
光Lrの量が多くなってこの戻り光によってレーザー共振
器8に高い増幅が生ずる。
従って、移動台をZ方向に変位して検査用レーザー光
Lpの焦点位置に接近しまたは離反すると、その位置に応
じて戻り光Lrの量及びレーザー共振器8の増幅率が変化
してレーザー出力が変化する。このようにしてレーザー
出力の変化をみながら移動台をZ方向に変位することに
よって被照射物13をZ方向の位置合わせをすることがで
きる。
レーザー出力測定器17は、第1図に示すように、光学
経路2のレーザー発振器1側の端部に配置されて戻り光
量の変化によるレーザー出力の変化を測定する。従っ
て、このレーザー出力測定器17の測定結果を見ながら被
照射物13を変位して被加工物の位置合わせを行なうこと
ができる。
第1図の装置を用いて被照射物13をZ方向に変化した
時の被照射物の変位位置(d)と各変位位置に応じて得
られたレーザー出力(O)との関係を第2図(A)に示
す。このデータは、被照射物として銀板が用いられ、光
源として最大出力1.2kWの炭酸ガスレーザーのシマー放
電光が用いられた場合のものである。第2図(A)にお
いて変位位置(d)は移動台の当初の位置からZ方向
(垂直の下向き)に変位した距離(mm)である。
次に、本発明の方法によって被照射物13をX方向及び
Y方向に位置合わせする方法を第3図及び第4図をそれ
ぞれ参照してのべる。
第3図に示すように、被照射物13をX方向に位置合わ
せするためにX方向の変位によって戻り光Lrの量が変化
するように被照射物13の上にX方向に沿って傾斜する2
つの傾斜面14a、14′aを有する高反射材料の第2の被
照射物14,14′を用いる。この状態で移動台をX方向に
変位すると、検査用レーザー光Lpが、第3図のL2で示す
ように、被照射物13、14、14′の平坦なところで反射す
る時には、戻り光Lrの量が変化しないが、検査用レーザ
ー光Lrが、第3図のL3で示すように、第2の被照射物1
4、14′の傾斜面14a、14′aに照射すると、レーザー光
Lpは光学経路2から外れた方向に反射され、従って戻り
光Lrの量はほとんどなく、また検査用レーザー光Lpが、
第3図のL1で示すように、傾斜面14a、14′aと被照射
物13の上面との境界部分15、15′を通って照射する時に
は、戻り光Lrの量は急激に変化する。従って、このよう
に戻り光Lrの量が急激に変化する位置Px,P′xの中間位
置を計算によって求めることによって被照射物13と被照
射物14、14′をX方向に位置合わせすることができる。
第1図の装置を用いて被照射物13をX方向に変位した
時の被照射物の位置Xと各位置Xに応じて得られたレー
ザー出力(O)との関係を第2図(B)に示す。このデ
ータも、被照射物として銀板が用いられ、光源として最
大出力1.2kWの炭酸ガスレーザーのシマー放電光が用い
られた場合のものである。
また、第4図に示すように、被照射物13をY方向(水
平面上を斜めに傾いていないように)に位置合わせする
ために、移動台をY方向に移動しつつレーザー光Lpを被
照射物13と14との一方の境界部分15上に照射する。若
し、移動台をY方向に移動して被照射物13、14、14′が
同方向に変位するにつれて戻り光Lrの量が零または最大
値に変化するなら、被照射物13、14、14′の上面がX方
向に水平に変位していることが解り、従って移動台のY
方向の移動につれてこのような戻り光Lrの量の変化を生
じることがないように移動台の水平面上での傾きを矯正
してY方向(斜め方向)の位置合わせを行なう。
次に、被加工物を回転しつつ加工する場合にこの被加
工物の加工位置を設定する方法を第5図を参照してのべ
る。この場合には、被照射物13の上に中央の円形被照射
物14Aと外周の環状被照射物14′Aとを重合し、これら
の被照射物13、14A、14′Aの組合わせをZ方向、X方
向に変位しつつ同様にしてこれらの方向の位置合わせを
行ない、また回転軸16を中心にこれらの組合わせを回転
しつつ上記Y方向の位置合わせと同様の位置合わせを行
なって偏心を矯正することができる。
尚、上記実施例では、被照射物は、被加工物が取付け
られる位置に取付けられた銀等の高反射材料を用いた
が、被加工物自体が反射材料であれば、この被加工物に
検査用レーザー光Lpを照射して位置合わせすることがで
きる。また、被照射物が被加工物でない場合において、
被照射物は被加工物と同じ取付け位置にしなければなら
ないものではなく、両者の相対位置関係が予め解れば、
被加工物とは別個の被照射物によって位置合わせを行な
った後、この被照射物に対する相対位置から被加工物の
取付け位置を設定してその位置合わせを行なうことがで
きる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、上記のように、加工用レーザー光源
から出力される低出力のレーザー光を検査用として用い
てその戻り光量の変化によるレーザー出力の変化を利用
して被加工物の位置合わせを行なうので、検査用レーザ
ー光と加工用レーザー光との光学経路のずれが生ずるこ
とがなく、また被加工物の位置を可視的に検出するので
はなく、レーザー出力の変化から検出するので加工部分
が不可視部分でも確実に位置合わせすることができ、更
に被加工物のあらゆる方向の位置わせを行なうことがで
き、従って被加工物を高い精度で効率よく位置合わせす
ることができる実益がある。尚、出力の情報を用いて被
加工物の位置を自動的に合せることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るレーザー加工における被加工物位
置合わせ方法に用いられる装置の概略系統図、第2図
(A)(B)はそれぞれ第1図の装置を用いて被加工物
のZ方向及びX方向の位置合わせを行なう場合の測定方
法を示すプロット図、第3図及び第4図は本発明の方法
によって被加工物のX方向及びY方向の位置合わせを行
なうのに用いられる被照射物の断面図及び平面図、第5
図は回転する被加工物の位置合わせを行なうのに用いら
れる被照射物の断面図、第6図はレーザー加工装置の一
般的な概略図、第7図は第6図の装置を用いて被加工物
の位置合わせを行なう従来技術の1つの方法の説明図、
第8図(A)(B)は他の従来技術の方法を説明する概
略図である。 1……レーザー発振器、2……光学経路、3……被加工
物、6、7……反射板、8……共振器、9……治具、1
3、14、14′、14A、14′A……被照射物、14a、14′a
……傾斜面、15、15′……境界部分、Lw……加工用レー
ザー光、Lp……検査用レーザー光、Lr……戻り光、17…
…レーザー出力測定器。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被加工物に加工用レーザー光源から出力さ
    れる加工用レーザー光を照射して加工する際に前記被加
    工物または前記被加工物が取付けられる治具の位置を設
    定するために、高反射材料から成る位置決め用被照射物
    を用い、前記加工用レーザー光源から前記加工用レーザ
    ー光の限界出力よりも低い値に設定されて出力された検
    査用レーザー光を前記加工用レーザー光と同じ光学経路
    を経て前記被照射物に照射して反射させ、その戻り光に
    よるレーザー出力の変化から前記被照射物を変位しつつ
    前記被加工物の位置を設定することを特徴とするレーザ
    ー加工における被加工物位置合わせ方法。
  2. 【請求項2】前記位置決め用被照射物からの戻り光の量
    は前記被照射物の焦点位置に対するずれと被照射物の傾
    斜面と平坦面との境界部分での急激な反射変化とのいず
    れかによって定められる請求項第1項に記載のレーザー
    加工における被加工物位置合せ方法。
  3. 【請求項3】前記被照射物は被加工物自体である請求項
    第1項に記載のレーザー加工における被加工物位置合せ
    方法。
  4. 【請求項4】前記被照射物は被加工物を保持する治具で
    ある請求項第1項に記載のレーザー加工における被加工
    物位置合せ方法。
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JP6392804B2 (ja) * 2016-03-29 2018-09-19 ファナック株式会社 ギャップセンサ補正と反射光プロファイル測定を同時に行うレーザ加工装置及びレーザ加工装置の相関テーブル生成方法

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