JP3357646B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

Laser processing apparatus and laser processing method

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JP3357646B2
JP3357646B2 JP2000091287A JP2000091287A JP3357646B2 JP 3357646 B2 JP3357646 B2 JP 3357646B2 JP 2000091287 A JP2000091287 A JP 2000091287A JP 2000091287 A JP2000091287 A JP 2000091287A JP 3357646 B2 JP3357646 B2 JP 3357646B2
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acoustic emission
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、レーザビームを被
加工物に照射して、被加工物を所望の形状に除去加工す
るレーザ加工に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to laser processing for irradiating a workpiece with a laser beam to remove the workpiece into a desired shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザビームを用いた加工は、旋盤等の
機械加工と比較して工具摩耗の問題がなく、加工の自由
度が高く、またプレス加工のように型を必要としないと
いう利点を有している。
2. Description of the Related Art Machining using a laser beam has the advantages that there is no problem of tool wear, there is a high degree of freedom in machining, and there is no need for a mold as in press machining, as compared with machining such as a lathe. Have.

【0003】しかし、この加工方法は光を用いた非接触
式の加工であるため、機械加工のように工具の位置から
加工位置や加工深さを求めることができないという欠点
を有していた。
However, since this processing method is a non-contact type processing using light, it has a drawback that the processing position and the processing depth cannot be obtained from the position of the tool unlike the mechanical processing.

【0004】この欠点の解決策として、レーザの発振形
式の一つであるQスイッチ発振の周波数や、レーザの焦
点位置、加工回数など加工条件と加工量の関係をあらか
じめ求めておき、加工形状に合わせて、加工条件を設定
して加工することが行われてきた(応用物理Vol.5
7 No11 1789ページ 1994年、精密工学
会誌Vol.60 No3 397ページ 1988
年、昭和63年度精密工学会春季大会論文集 851ペ
ージなど)。
As a solution to this drawback, the relationship between the processing conditions and the processing amount such as the frequency of Q switch oscillation, which is one of the laser oscillation types, the focal position of the laser, and the number of times of processing, is determined in advance, and the processing shape In addition, processing has been performed by setting processing conditions (Applied Physics Vol. 5).
7 No11, p. 1789, Japan Society of Precision Engineering, Vol. 60 No3 397 pages 1988
, 1988, 1988 spring meeting of Japan Society for Precision Engineering, etc.).

【0005】しかし、この方法では、加工中にレーザの
発振条件や被加工物の加工面の状態に変化があったとき
は、加工誤差が大きくなるという問題がある。
[0005] However, this method has a problem that a processing error increases when a laser oscillation condition or a state of a processing surface of a workpiece changes during processing.

【0006】また、実際に加工された深さを求めるため
には、加工を中断するか終了して実測しなければなら
ず、必要に応じて追加加工や修正加工を行わなければな
らないという問題もある。
Further, in order to obtain the actually machined depth, there is a problem that the machining must be interrupted or terminated and actual measurement must be performed, and additional machining or correction machining must be performed as necessary. is there.

【0007】一方、レーザ加工におけるインプロセスの
制御方法として、加工点でアコースティックエミッショ
ンが発生することを利用し、このアコースティックエミ
ッションの変化を検出する方法によりレーザ加工中の加
工状態の変化を検知する例もある。
On the other hand, as an in-process control method in laser processing, an example in which a change in the processing state during laser processing is detected by utilizing the generation of acoustic emission at a processing point and detecting the change in acoustic emission. There is also.

【0008】例えば、特開平8−47786および特開
平8−90261においては、アコースティックエミッ
ションの変化をとらえることによりレーザアブレーショ
ンを制御し、最適な条件で加工を行うことが可能なレー
ザ加工装置が公開されている。
For example, JP-A-8-47786 and JP-A-8-90261 disclose a laser processing apparatus capable of controlling laser ablation by capturing a change in acoustic emission and performing processing under optimum conditions. ing.

【0009】しかし、これらのアコースティックエミッ
ションの変化を利用したインプロセスの制御方法は、加
工が起こり始めるタイミング(しきい値)や異なる材質
間の変化など加工状況をモニタリングし、その結果を用
いてレーザ加工の制御を行うものであり、加工の深さを
モニタリングしているものではないので、設計通りの形
状の加工には適用できない問題があった。
However, the in-process control method using the change in acoustic emission monitors a processing state such as a timing (threshold) at which processing starts to occur or a change between different materials, and uses the result to perform laser processing. Since it controls the processing and does not monitor the depth of the processing, there is a problem that it cannot be applied to the processing of the shape as designed.

【0010】また、レーザビーム照射点から発生する超
音波を超音波受信素子で検出し、レーザ照射状況や、被
加工物の厚さ、表面状態等のモニタを行い、照射条件や
加工条件を制御ができるレーザ加工装置も公開されてい
る(特開平7−232291)。
[0010] Further, the ultrasonic wave generated from the laser beam irradiation point is detected by the ultrasonic wave receiving element, and the laser irradiation state, the thickness and the surface state of the workpiece are monitored, and the irradiation condition and the processing condition are controlled. A laser processing apparatus capable of performing the above has been disclosed (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-232291).

【0011】しかし、この加工装置は液体中を伝播する
超音波をレーザビーム照射側で検出しているため、信号
の減衰による検出精度の低下により正確な厚みのモニタ
リングは困難であり設計形状を高精度に加工することが
できないという問題点を有していた。また、一般的に行
われている気相中の加工には適用できないという問題点
も有していた。
However, since this processing apparatus detects the ultrasonic wave propagating in the liquid on the laser beam irradiation side, it is difficult to accurately monitor the thickness due to a decrease in detection accuracy due to the attenuation of the signal, and the design shape is increased. There was a problem that it could not be processed with high precision. In addition, there is a problem that the method cannot be applied to general processing in a gas phase.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、加工量を予
測して加工条件を予め設定する加工制御装置あるいは制
御方法や、アコースティックエミッションを利用したレ
ーザ加工におけるインプロセスの制御装置あるいは制御
方法における上記諸問題に鑑み、加工条件と加工量の相
関をあらかじめ実験的に求めることが必要なく、加工深
さを直接モニタリングすることができ、短時間かつ低コ
ストで加工ができ、加工中レーザの発振条件や被加工物
の加工面の状況に変化があっても加工誤差が大きくなる
ことなく設計形状を高精度で加工できるレーザ加工装置
およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a machining control device or control method for predicting a machining amount and presetting machining conditions, and an in-process control device or control method in laser machining using acoustic emission. In view of the above problems, it is not necessary to experimentally obtain the correlation between the processing conditions and the processing amount in advance, and the processing depth can be directly monitored, processing can be performed in a short time and at low cost, and laser oscillation during processing is performed. It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of processing a design shape with high accuracy without increasing a processing error even if a condition or a condition of a processing surface of a workpiece changes.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザビーム
を照射することが可能なレーザ照射手段を有し、被加工
物をレーザビームで加工を施すレーザ加工装置におい
て、レーザのパルス発振手段と、被加工物に対しレーザ
照射面と反対側に設置されたアコースティックエミッシ
ョン測定用センサと、アコースティックエミッション測
定用センサにより得られた情報からレーザ照射点におけ
る被加工物の厚みの変化量として加工深さを算出する算
出手段と、算出手段により得られた情報からレーザ照射
点における被加工物とレーザビームの照射位置とを予め
定めたプログラムに従って相対的に移動させる移動手段
と、を備えたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a laser processing apparatus for processing a workpiece with a laser beam, the laser processing apparatus having laser irradiation means capable of irradiating a laser beam. The acoustic emission measurement sensor installed on the side opposite to the laser irradiation surface with respect to the workpiece, and the processing depth as the amount of change in the thickness of the workpiece at the laser irradiation point from information obtained by the acoustic emission measurement sensor. Calculating means for calculating the position of the workpiece and the irradiation position of the laser beam at the laser irradiation point based on information obtained by the calculating means, according to a predetermined program. And

【0014】この加工装置の模式図を図1に示す。レー
ザは、レーザ発振器1によってレーザパルスとして照射
される。レーザビームはレンズ7で集光され、被加工物
の一点に照射され溶融・蒸発現象により深さ方向に向か
って被加工物2が除去される。この際、よく知られてい
るようにレーザビームが照射されている加工点からはア
コースティックエミッションが発生する。このアコース
ティックエミッションは、被加工物内を伝播した後アコ
ースティックエミッション測定用センサ6により検出さ
れる。
FIG. 1 is a schematic diagram of this processing apparatus. The laser is irradiated as a laser pulse by the laser oscillator 1. The laser beam is condensed by the lens 7 and is irradiated to one point of the workpiece, and the workpiece 2 is removed in the depth direction by the melting and evaporation phenomenon. At this time, as is well known, acoustic emission occurs from a processing point irradiated with the laser beam. This acoustic emission is detected by the acoustic emission measuring sensor 6 after propagating in the workpiece.

【0015】本発明において、アコースティックエミッ
ション測定用センサについて特に限定はないが、高い周
波数帯域をもち、かつレーザのパルス発振間隔で十分減
衰可能な特性を具備することが望ましい。アコースティ
ックエミッションの信号測定の時間分解能が高くなると
ともに、レーザパルスの照射間隔が短くなってもアコー
スティックエミッションの信号が乱されることなく正確
に測定することができるからである。
In the present invention, the acoustic emission measurement sensor is not particularly limited, but preferably has a characteristic that it has a high frequency band and can sufficiently attenuate at laser pulse oscillation intervals. This is because the time resolution of the signal measurement of the acoustic emission is increased, and even if the irradiation interval of the laser pulse is shortened, the measurement can be accurately performed without disturbing the signal of the acoustic emission.

【0016】アコースティックエミッション測定用セン
サにより検出された信号は信号処理装置3により処理さ
れ、レーザビーム照射からアコースティックエミッショ
ン検出までの遅れ時間が算出され、さらにこの値からレ
ーザ照射点における被加工物の厚みに換算される。この
原理は、遅れ時間が、理論的に被加工物の厚みと比例関
係となることに基づくものである。また、図2に示すよ
うに実際に実験で求めた結果も、理論値と被加工物の厚
みとよい比例関係が得られた。
The signal detected by the acoustic emission measurement sensor is processed by the signal processing device 3 to calculate a delay time from laser beam irradiation to acoustic emission detection, and from this value the thickness of the workpiece at the laser irradiation point. Is converted to This principle is based on the fact that the delay time is theoretically proportional to the thickness of the workpiece. In addition, as shown in FIG. 2, the results obtained by actual experiments also showed a good proportional relationship between the theoretical value and the thickness of the workpiece.

【0017】この厚みの変化量として求めた加工深さの
情報を制御装置4にフィードバックし、被加工物とレー
ザビームの照射位置とを予め定めたプログラムに従って
相対的に移動させることによって、被加工物を所望の形
状に加工することができる。
The information of the processing depth obtained as the amount of change in the thickness is fed back to the control device 4, and the workpiece and the irradiation position of the laser beam are relatively moved in accordance with a predetermined program, whereby the workpiece is processed. The object can be processed into a desired shape.

【0018】このレーザ加工装置においては、レーザの
照射からアコースティックエミッションが被加工物中を
伝播してアコースティックエミッション測定用センサ6
で検出されるまでの遅れ時間を測定して直接厚みの変化
量として加工深さを算出しており、前もって加工深さと
加工条件の関係を実験によって求めておく必要はなく、
この結果加工を短時間かつ低コストで行うことが可能と
なる。
In this laser processing apparatus, the acoustic emission propagates through the workpiece from the laser irradiation, and the acoustic emission measuring sensor 6
The processing depth is calculated as the amount of change in the thickness by measuring the delay time until it is detected in, and it is not necessary to obtain the relationship between the processing depth and the processing conditions in advance by experiments,
As a result, processing can be performed in a short time and at low cost.

【0019】また、加工状況のモニタリングではなく、
加工深さをモニタリングしているので、加工中レーザの
発振条件や被加工物の加工面の状況に変化があっても加
工誤差が大きくなることはなく、設計形状を高精度で加
工することができる。
Also, instead of monitoring the processing status,
Since the processing depth is monitored, even if the laser oscillation conditions during processing or the condition of the processing surface of the workpiece change, the processing error does not increase, and the design shape can be processed with high precision. it can.

【0020】さらに、この加工装置は被加工物とレーザ
ビームの照射位置とを予め定めたプログラムに従って相
対的に移動させるため、単なるレーザを用いた穴あけと
は異なり、所望の形状を高精度に短時間に加工すること
ができる。
Further, since this processing apparatus relatively moves a workpiece and an irradiation position of a laser beam according to a predetermined program, unlike a simple laser drilling, a desired shape can be precisely formed in a short time. Can be processed in time.

【0021】アコースティックエミッション測定用セン
サ6の設置位置は、レーザ照射面と反対側であれば特に
限定はないが、レーザと同軸であることが特に好まし
い。このようにすれば、信号処理装置3で算出された厚
みの誤差を最も小さくすることができるからである。
The installation position of the acoustic emission measurement sensor 6 is not particularly limited as long as it is on the side opposite to the laser irradiation surface, but it is particularly preferable that the sensor is coaxial with the laser. This is because the error in the thickness calculated by the signal processing device 3 can be minimized.

【0022】アコースティックエミッション測定用セン
サ6は測定に影響を与えない部分で両面テープ等の介在
物を用いて被加工物に固定してもよいが、被加工物とア
コースティックエミッション測定用センサが一定の距離
を保てば、特に固定しなくてもよい。なお、アコーステ
ィックエミッション測定用センサ6を固定させない場合
において、被加工物のみを移動させれば、加工形状の大
きさや加工範囲の制約は受けないで加工を行うことがで
きる。
The acoustic emission measuring sensor 6 may be fixed to the workpiece using an interposition such as a double-sided tape at a portion which does not affect the measurement, but the workpiece and the acoustic emission measuring sensor are fixed. If the distance is maintained, it is not particularly necessary to fix. In the case where the acoustic emission measurement sensor 6 is not fixed, if only the workpiece is moved, the processing can be performed without being restricted by the size of the processing shape or the processing range.

【0023】レーザ加工は気相中でも液相中でも行うこ
とができるが、気相中の場合は乾燥空気を送るなどの方
法を用いて、加工除去物を排出することが望ましい。ま
た、アコースティックエミッション測定用センサと被加
工物の間に間隙が存在する場合、センサと音響インピー
ダンスを整合させるため、間隙に水等の液体を供給する
ことが特に効果的である。
The laser processing can be performed in the gas phase or the liquid phase. In the case of the gas phase, it is desirable to discharge the processed material by a method such as sending dry air. When a gap exists between the acoustic emission measuring sensor and the workpiece, it is particularly effective to supply a liquid such as water to the gap in order to match the acoustic impedance with the sensor.

【0024】信号処理装置3は、アコースティックエミ
ッション信号の遅れ時間を求めることができるものであ
れば特に限定はないが、デジタルオシロスコープや、ゲ
ートやタイマを用いた専用回路等を採用することができ
る。
The signal processing device 3 is not particularly limited as long as it can determine the delay time of the acoustic emission signal, but a digital oscilloscope, a dedicated circuit using a gate or a timer, or the like can be used.

【0025】また本発明は、加工中にレーザビームを周
期的に移動させ、アコースティックエミッションの測定
およびレーザのパルス発振をレーザビームの周期的移動
と同期する手段を設けることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a means for periodically moving a laser beam during processing and for synchronizing measurement of acoustic emission and pulse oscillation of the laser with the periodic movement of the laser beam are provided.

【0026】このような装置であれば、アコースティッ
クエミッションの測定後に追加加工されることがないた
め、レーザビームの周期的移動を行わない加工装置に比
較して、さらに高い加工精度を得ることができる。この
場合において、レーザビームの周期的移動の種類につい
て特に限定はないが、例えば偏心回転とすることなどを
採用することができる。図3にレーザビームを偏心回転
した場合の様子を示す。
With such an apparatus, since additional processing is not performed after measurement of acoustic emission, higher processing accuracy can be obtained as compared with a processing apparatus which does not periodically move a laser beam. . In this case, the type of the periodic movement of the laser beam is not particularly limited, but for example, eccentric rotation can be adopted. FIG. 3 shows a state where the laser beam is eccentrically rotated.

【0027】また、レーザビームの周期的移動の方法に
ついても特に限定はないが、図1に示すようにレーザビ
ームを光が透過するくさび状板9をレーザパルス発振装
置と被加工物の間に設置し、これをモーター等で回転す
ることにより行うことができる。また、集光レンズを偏
心回転させる方法を用いても良い。
Although there is no particular limitation on the method of periodically moving the laser beam, as shown in FIG. 1, a wedge-shaped plate 9 through which the laser beam is transmitted is placed between the laser pulse generator and the workpiece. It can be performed by installing and rotating this with a motor or the like. Further, a method of eccentrically rotating the condenser lens may be used.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施例
について述べる。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0029】[0029]

【実施例1】Nd:YAGレーザを、周波数1kHz、
平均出力10WでQスイッチ発振し、焦点距離50mm
のレンズで集光した。レーザビームをウェッジ(くさび
状板)の屈折により光軸から傾け、焦点で回転半径が約
0.1mmとなり、回転数毎分600回転となるよう回
転した。加工中の深さのインプロセス測定は、レーザビ
ームの回転とアコースティックエミッション検出による
深さの測定を回転部のスリットにより同期させ、一定方
向(加工方向の最後尾)でアコースティックエミッショ
ン検出することにより行った。また、レーザのQスイッ
チ発振を、制御装置と光電スイッチを用いて、レーザビ
ームの回転と同期させ、ゲートによりパルス発振数を外
部制御した。円周を8分割した各点で、パルス数が1か
ら12個のパルス群を発振して加工深さを制御した。
Embodiment 1 An Nd: YAG laser was used at a frequency of 1 kHz.
Q switch oscillation with average output 10W, focal length 50mm
The light was collected by the lens. The laser beam was tilted from the optical axis by refraction of a wedge (wedge-shaped plate), and rotated at a focal point so that the radius of rotation became about 0.1 mm and the number of rotations was 600 rotations per minute. The in-process measurement of the depth during processing is performed by synchronizing the rotation of the laser beam and the depth measurement by acoustic emission detection with the slit of the rotating part, and detecting the acoustic emission in a fixed direction (at the end of the processing direction). Was. In addition, the Q switch oscillation of the laser was synchronized with the rotation of the laser beam using a control device and a photoelectric switch, and the number of pulse oscillations was externally controlled by a gate. At each point obtained by dividing the circumference into eight, a pulse group having 1 to 12 pulses was oscillated to control the machining depth.

【0030】板厚4mmの窒化ケイ素を被加工物とし、
レーザ照射点で発生するアコースティックエミッション
は、被加工物裏面にレーザと同軸に設置した超音波厚さ
測定用の広帯域トランスデューサ(中心周波数5メガヘ
ルツ)を用いて検出し、超音波レシーバーで増幅した。
The work piece is made of silicon nitride having a thickness of 4 mm.
The acoustic emission generated at the laser irradiation point was detected using a broadband transducer for ultrasonic thickness measurement (center frequency: 5 MHz) installed coaxially with the laser on the back surface of the workpiece, and amplified by an ultrasonic receiver.

【0031】加工速度は0.5mm/secとし、ピッ
チ走査送りをしない一本の溝加工を行い,加工回数を1
〜3回に変えて加工深さを比較した。加工範囲は、アコ
ースティックエミッション測定用センサの中央約4mm
角内で行い、アコースティックエミッション測定用セン
サは測定に影響を及ぼさない2カ所で被加工物の裏面に
直接両面テープで接着した。テープの厚み分生じる約7
0μmの間隙には、センサと音響インピーダンスを整合
させるために水を供給しアコースティックエミッション
信号を伝播させた。
The processing speed is 0.5 mm / sec, a single groove processing without pitch scanning feed is performed, and the number of processing times is 1
The machining depth was compared by changing to ~ 3 times. The processing range is about 4mm at the center of the acoustic emission measurement sensor.
The measurement was performed in the corner, and the acoustic emission measurement sensor was directly adhered to the back surface of the workpiece with a double-sided tape at two places that did not affect the measurement. Approximately 7 resulting from the thickness of the tape
Water was supplied to the gap of 0 μm in order to match the acoustic impedance with the sensor, and an acoustic emission signal was propagated.

【0032】なお加工中は、加工除去物を排出するため
に、乾燥空気をレーザと同軸に加工部に吹きかけた。レ
ーザのパルス発振は集光レンズ直前でレーザを部分反射
し,PINフォトダイオードにより検出しトリガとして
用いた。このレーザの照射からアコースティックエミッ
ション検出までの遅れ時間を、信号処理装置として用い
たデジタルオシロスコープの測定機能により求めた。
During processing, dry air was blown to the processing portion coaxially with the laser in order to discharge the processed material. The laser pulse oscillation partially reflected the laser immediately before the condenser lens, detected by a PIN photodiode, and used as a trigger. The delay time from the laser irradiation to the acoustic emission detection was determined by a measurement function of a digital oscilloscope used as a signal processing device.

【0033】この結果、アコースティックエミッション
検出により加工深さのインプロセス測定が可能であるこ
とがわかった。この方法により、加工条件と加工量の相
関をあらかじめ実験的に求めることなく、加工深さを直
接モニタリングすることができた。
As a result, it was found that the in-process measurement of the machining depth was possible by detecting the acoustic emission. According to this method, the processing depth can be directly monitored without experimentally obtaining the correlation between the processing condition and the processing amount in advance.

【0034】[0034]

【実施例2】アコースティックエミッション検出による
深さの測定点に再度レーザビームが接近し、追加加工さ
れることのない加工速度0.5mm/sec、ピッチ走
査送り量0.25mmの加工条件を用いて、レーザ加工
の深さをインプロセス測定し、その測定値に基づいたQ
スイッチ発振のフィードバック制御を行って、幅4m
m、奥行き3mm、深さ約1mmの階段状の形状を6回
のピッチ走査により加工した。
Embodiment 2 The laser beam again approaches the depth measurement point by the acoustic emission detection, and the processing speed is 0.5 mm / sec and the pitch scanning feed amount is 0.25 mm without additional processing. In-process measurement of laser processing depth and Q based on the measured value
Perform feedback control of switch oscillation, width 4m
A step-like shape having a length of m, a depth of 3 mm and a depth of about 1 mm was processed by six pitch scans.

【0035】以上の加工条件以外は実施例1と同様な方
法で行った。
Except for the above processing conditions, the same procedure as in Example 1 was carried out.

【0036】図6に、設計形状と形状測定器による実測
値および最終ピッチ走査加工時のアコースティックエミ
ッション検出により求めた加工深さの比較を示す。この
図から設計寸法を入力するだけで、加工途中で加工深さ
を測定して確認することなく、設計値に対して50μm
以内の精度で自動的に形状加工が可能であることが分か
った。
FIG. 6 shows a comparison between a design shape, an actual measurement value by a shape measuring device, and a machining depth obtained by acoustic emission detection at the time of final pitch scanning machining. By simply inputting the design dimensions from this diagram, the machining depth is measured and confirmed during machining, and the
It was found that shape processing could be performed automatically with a precision of within.

【0037】[0037]

【実施例3】加工前に、被加工物の中央に0.23m
m,0.44mmの溝を設けたこと以外は実施例2と同
様のレーザビーム加工を行った。その結果、溝を設けた
にも係わらず、表面形状の影響を受けることなく図6と
同形状のものを同程度の精度で加工することができた。
[Embodiment 3] Before machining, the center of the workpiece is 0.23 m
Laser beam processing was performed in the same manner as in Example 2 except that grooves of m and 0.44 mm were provided. As a result, despite the provision of the grooves, a workpiece having the same shape as in FIG. 6 could be machined with the same level of accuracy without being affected by the surface shape.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるレーザ加工装置の構成図を示した
ものである。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a laser processing apparatus according to the present invention.

【図2】被加工物内のアコースティックエミッションの
伝播時間と被加工物の厚みの関係を示したものである。
FIG. 2 shows the relationship between the propagation time of acoustic emission in a workpiece and the thickness of the workpiece.

【図3】偏心回転させたレーザビームの様子を示したも
のである。
FIG. 3 shows a state of a laser beam rotated eccentrically.

【図4】レーザ検出信号とアコースティックエミッショ
ン検出信号の時間対電圧を示したものである。
FIG. 4 shows a voltage versus time of a laser detection signal and an acoustic emission detection signal.

【図5】実施例1における加工された溝の底の深さの実
測値とアコースティックエミッション検出により求めた
深さ値を比較したものである。
FIG. 5 is a diagram comparing a measured value of the depth of the bottom of the processed groove in Example 1 with a depth value obtained by acoustic emission detection.

【図6】実施例2において形状加工された断面形状の実
測値とアコースティックエミッション検出により求めた
深さ値と設計形状を比較して示したものである。
FIG. 6 shows a comparison between measured values of a cross-sectional shape processed in Example 2, depth values obtained by acoustic emission detection, and a design shape.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ発振器 2…被加工物 3…信号処理装置 4…制御装置 5…載置台 6…アコースティックエミッション測定用センサ 7…集光レンズ 8…PINフォトダイオード 9…くさび状板を用いた回転部 10…光電スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser oscillator 2 ... Workpiece 3 ... Signal processing device 4 ... Control device 5 ... Mounting table 6 ... Acoustic emission measurement sensor 7 ... Condensing lens 8 ... PIN photodiode 9 ... Rotating part using a wedge-shaped plate 10 …Photoelectric switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01S 3/00 H01S 3/00 B (56)参考文献 特開 昭63−60087(JP,A) 特開 平11−156579(JP,A) 特開 昭57−149087(JP,A) 米国特許5045669(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01S 3/00 H01S 3/00 B (56) References JP-A-63-60087 (JP, A) JP-A-11-156579 ( JP, A) JP-A-57-149087 (JP, A) US Patent 5,045,669 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/42

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザビームを照射することが可能なレ
ーザ照射手段を有し、被加工物を該レーザビームで加工
を施すレーザ加工装置において、 レーザ発振器と、被加工物に対しレーザ照射面と反対側
に設置されたアコースティックエミッション測定用セン
サと、該アコースティックエミッション測定用センサに
より得られた情報からレーザ照射点における該被加工物
の厚みの変化量として加工深さを算出する算出手段と、
該算出手段により得られた情報から該被加工物と該レー
ザビームの照射位置とを予め定めたプログラムに従って
相対的に移動させる移動手段と、加工中に、レーザビー
ムを周期的に移動する手段と、アコースティックエミッ
ションの測定及びレーザ発振を該レーザビームの周期的
移動と同期する手段と、を備えたことを特徴とするレー
ザ加工装置。
1. A laser processing apparatus having a laser irradiation means capable of irradiating a laser beam and processing a workpiece with the laser beam, comprising: a laser oscillator; Acoustic emission measurement sensor installed on the opposite side, and calculation means for calculating the processing depth as the amount of change in the thickness of the workpiece at the laser irradiation point from information obtained by the acoustic emission measurement sensor,
Moving means for relatively moving the workpiece and the irradiation position of the laser beam from information obtained by the calculating means according to a predetermined program; and means for periodically moving the laser beam during processing. Means for synchronizing the acoustic emission measurement and the laser oscillation with the periodic movement of the laser beam.
【請求項2】 加工中にレーザビームを周期的に移動す
る手段は、レーザビームの光路上に設置された光透過性
の屈折板と、該屈折板を回転するための駆動装置とから
なることを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
2. The means for periodically moving a laser beam during processing comprises a light-transmitting refraction plate provided on the optical path of the laser beam, and a driving device for rotating the refraction plate. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項3】 アコースティックエミッション測定用セ
ンサが被加工物と一体として移動することはないことを
特徴とする請求項1又は2記載のレーザ加工装置。
3. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the acoustic emission measurement sensor does not move integrally with the workpiece.
【請求項4】 レーザビームを照射し、被加工物をレー
ザビームで加工を施すレーザ加工方法において、 レーザ発振器により前記レーザビームを発振させ、被加
工物に対しレーザ照射面と反対側に設置されたアコース
ティックエミッション測定用センサによりアコースティ
ックエミッションを測定し、該アコースティックエミッ
ションの測定により得られた情報からレーザ照射点にお
ける被加工物の厚みの変化量として加工深さを算出し、
該算出により得られた情報から該被加工物と該レーザパ
ルスビームの照射位置とを予め定めたプログラムに従っ
て相対的に移動させ、加工中にレーザビームを周期的に
移動して、アコースティックエミッションの測定及びレ
ーザ発振を該レーザビームの移動と同期することを特徴
とするレーザ加工方法。
4. A laser processing method for irradiating a laser beam and processing a workpiece with the laser beam, wherein the laser beam is oscillated by a laser oscillator, and the laser beam is set on a side opposite to a laser irradiation surface with respect to the workpiece. The acoustic emission is measured by the acoustic emission measurement sensor, and the processing depth is calculated as the amount of change in the thickness of the workpiece at the laser irradiation point from information obtained by measuring the acoustic emission,
From the information obtained by the calculation, the workpiece and the irradiation position of the laser pulse beam are relatively moved according to a predetermined program, and the laser beam is periodically moved during the processing to measure the acoustic emission. And a method of synchronizing laser oscillation with movement of the laser beam.
【請求項5】 レーザビームの周期的な移動は、該レー
ザビームの光路上に光透過性の屈折板を設け、該屈折板
を回転することによりレーザビームの周期的移動を行う
ことを特徴とする請求項4記載のレーザ加工方法。
5. The periodic movement of a laser beam is characterized in that a light-transmissive refraction plate is provided on an optical path of the laser beam, and the laser beam is periodically moved by rotating the refraction plate. The laser processing method according to claim 4, wherein
【請求項6】 アコースティックエミッション測定用セ
ンサが被加工物と一体として移動することはないことを
特徴とする請求項4又は5記載のレーザ加工方法。
6. The laser processing method according to claim 4, wherein the acoustic emission measurement sensor does not move integrally with the workpiece.
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