JP3782212B2 - 光路長可変レーザー加工装置及び同装置のビームコリメーション方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法および同方法を使用したレーザー加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光路長可変タイプの大型レーザー加工装置においては、レーザー発振器からレーザー加工ヘッドまでの光路長が大きいので、レーザービームのコリメーションが必要かつ重要である。図１０は、加工テーブルの大きさが３ｍ（Ｙ軸方向）×１２ｍ（Ｘ軸方向）の光２軸移動形式の光路長可変レーザー加工装置１０１における光学系の概要を示したものである。
【０００３】
前記レーザー加工装置１０１のレーザー発振器１０３において発振したレーザービームＬＢは、出力ミラー１０５、第１ベンドミラー（位相遅延）１０７、第２ベンドミラー（全反射）１０９、第３ベンドミラー（全反射）１１１、第４ベンドミラー（全反射）１１３を介して加工テーブル１１７上を移動する加工ヘッドに設けた集光レンズ１１９に導かれるようになっている。
【０００４】
前記第３ベンドミラー１１１と第４ベンドミラー１１３は、それぞれＸ軸上とＹ軸上を移動するようになっており、加工テーブル１１７上に載置されるワーク上の任意の位置にレーザービームを集光照射することが可能である。このとき、各加工位置でのレーザービームの品質の差を小さくするために、発振器１０３から出たレーザービームをコリメーターレンズ１２１を用いて平行光に近い状態に補正するのが一般的である。
【０００５】
図１１に示す如く、前記レーザー発振器１０３から出たガウス分布を持つレーザービームの広がりは、レーザー発振器外部のビームウエストＷ０と、その位置でのＺｍｉｎが規定できれば、ガウスビームの伝搬は次式で表すことができる。
【０００６】
【数１】
Ｗ（ｚ）＝Ｗ0 ｛１＋［（Ｚ−Ｚｍｉｎ）／Ｚｒ］2 ｝0.5 ……（１）
ただし、Ｚｒ＝［π（Ｗ0 ）2 ］／λである。なお、λは光の波長である。また、レーザービームの発散角θ（半角）は、
【数２】
したがって、
【数３】
θＷ0 ＝λ／π＝一定…………………………………………………（３）
上記（３）式から、発散角が小さな平行光線を得るには、大きなビームウェストＷ0 が必要であることが分かる。
【０００７】
次に、前記大型レーザー加工装置１０１において、コリメーターレンズ１２１を用いてコリメーションした時の出力ミラー１０５からの距離に対するビーム径の変化の状況を図１２に示してある。曲線ａは、出力ミラー１０５から２ｍの位置に焦点距離５．５ｍの単レンズを配置した場合、曲線ｂは、出力ミラー１０５から８．６ｍの位置に焦点距離１１．８ｍの単レンズを配置した場合のビーム伝搬特性を示したものである。
【０００８】
前記図１２のグラフから、２ｍの位置に単レンズを１２１ａを配置した場合には十分なコリメーションが得られず、５．５ｍの位置に単レンズを１２１ｂを配置した場合には、かなり良好なコリメーションが得られていることが分かる。
【０００９】
しかし、上述のコリメーションにおいては、広い範囲に渡る良好なコリメーションが得ることが困難であり、また良好なコリメーションを得るには伝送部のビーム径を４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度に大きくしなければならないことが分かる。したがって、伝送部のビーム径をさらに大きいものにする必要があり、ミラーおよび集光レンズ等のビーム伝送用光学系のサイズをも大きくしなければならないという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、伝送ビームの径を大きくすることなく、広範囲に渡る良好なコリメーションが得られる光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法および同方法を使用したレーザー加工装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、請求項１に記載の光路長可変レーザー加工装置は、光路長可変レーザー加工装置において、レーザー発振器の出力ミラーの近傍に光軸上を移動位置決め可能なコリメーションレンズを設け、レーザー加工ヘッドを前記光軸上の任意の位置に移動させたときのコリメーションレンズの最適な位置を関係式、ΔＸ＝（８０Ｌ−４００ ) 、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ、ここに、ΔＸ：コリメーションレンズのシフト距離、Ｘ：Ｘ軸上の光路長、Ｙ：Ｙ軸上の光路長、に基づいて前記コリメーションレンズをシフトさせることを要旨とするものである。
【００１２】
したがって、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた適宜なビーム径を有する最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の光路長可変レーザー加工装置は、請求項１に記載の光路長可変レーザー加工装置において、ワークの数箇所のカーフ幅を画像計測装置によって測定して該カーフ幅の増減傾向を検出し、前記関係式に基づいて位置決めされたコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正可能なコリメーション補正手段を設けたことを要旨とするものである。
【００１６】
請求項２に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション装置によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅の変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に、関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【００１７】
請求項３に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法は、光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法において、レーザー発振器の出力ミラーの近傍に光軸上を移動位置決め可能なコリメーションレンズを設け、レーザー加工ヘッドを前記光軸上の任意の位置に移動させたときのコリメーションレンズの最適な位置を関係式、ΔＸ＝（８０Ｌ−４００ ) 、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ、ここに、ΔＸ：コリメーションレンズのシフト距離、Ｘ：Ｘ軸上の光路長、Ｙ：Ｙ軸上の光路長、に基づいて前記コリメーションレンズをシフトさせることを要旨とするものである。
【００１８】
したがって、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので、広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。
【００１９】
請求項４に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法は、請求項３に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法において、ワークの数箇所のカーフ幅を画像計測装置によって測定して該カーフ幅の増減傾向を検出し、前記関係式に基づいて位置決めされたコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正することを要旨とするものである。
【００２２】
したがって、請求項４に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅の変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置のシステム構成図である。
【００２４】
図１を参照するに、レーザー加工装置１は、レーザー発振器３と、レーザー発振器３からのレーザービームＬＢ0 のコリメーションを行うコリメーション手段５と、コリメーションされたレーザービームＬＢc をワークＷに集光照射するレーザー加工ヘッド７と、ワークＷの数箇所のカーフ幅を測定してコリメーションを補正するコリメーション補正手段９などから構成してある。なお、図１においては、レーザー発振器３からレーザー加工ヘッド７までのＸ軸上の光路とＹ軸上の光路とを直線に展開して示してある。
【００２５】
前記コリメーション手段５は、発振器内部側を部分透過凹面鏡に外部側を凹レンズに形成したレーザー発振器３の出力ミラー１１と、この出力ミラー１１から光軸上に距離Ｐ１離れた位置に設けた凸レンズからなるコリメーションレンズ１３とで、逆ガリレオ型のビームエキスパンダーになるように構成してある。なお、コリメーションレンズ１３は光軸上を駆動モーター１５でΔＸだけシフトすることが可能に設けてある。
【００２６】
前記コリメーション手段５によって補正され光束が拡大したレーザービームＬＢc は、出力ミラー１１から光軸上に距離Ｌ１（３．５ｍ）離れたＡ位置の近場（Near Field,N/F）に位置するレーザー加工ヘッド７の集光レンズ１７にベンドミラー１９を介して入射される。また、図示しない移動手段によってＡ位置から距離Ｌ２（１５ｍ）だけ離れたＢ位置の遠場（Far Field,F/F ）に移動したレーザー加工ヘッド７にも同様に補正した光束を入射することができる。
【００２７】
前記コリメーション補正手段９は、ワークＷのカーフ幅Ｇを測定する画像計測装置２１と、この画像計測装置２１による測定データとＮＣ装置３１からのレーザー加工ヘッド７の位置データ（Ｘ，Ｙ）とを演算処理する演算処理装置（personal computer,P/C ）２３とから構成してある。
【００２８】
前記レーザー加工ヘッド７はＸ軸キャリッジ（図示省略）に設けたＹ軸キャリッジ（図示省略）に設けてあり、このＸ、Ｙキャリッジは前記ＮＣ装置３１によってＸ軸モーター２５とＹ軸モーター２７を適宜に回転駆動することにより適宜な位置に移動位置決めされるものである。また、レーザー加工ヘッド７は図示しないＺ軸モーターによってＺ軸方向に位置決め可能に設けてある。なお、Ｘ軸モーター２５、Ｙ軸モーター２７およびＺ軸モーターには位置信号を生成するＸ軸エンコーダー２９およびＹ軸エンコーダー３０がそれぞれに設けてある。
【００２９】
前記画像計測装置２１は、ＣＣＤカメラなどによりワークＷの切断部を撮影し、その画像を画像計測装置２１により処理して切断部のカーフ幅Ｇを測定するものであり、例えば、本願出願人の出願である特開平１−９５８８９号公報の６頁第２図に開示される如き画像計測装置システムを利用することができる。
【００３０】
前記演算処理装置２３は、前記ＮＣ装置３１からのレーザー加工ヘッド７の位置データ（Ｘ，Ｙ）と前記画像計測装置２１からの測定データを用いて、光路長Ｌとシフト距離ΔＸ（ｍｍ）との関係式、
ΔＸ＝（８０Ｌ−４００）……（４）
Ｌ＝Ｘ＋Ｙ………（５）、ここに、ＸはＸ軸上の光路長（ｍ）、ＹはＹ軸上の光路長（ｍ）。
【００３１】
に基づきΔＸを演算により求め、前記駆動モーター１５を適宜に回転駆動してコリメーションレンズ１３を最適な位置にシフトさせることができる。
【００３２】
上記構成において、コリメーションレンズ１３を出力ミラー１１の位置からＰ１＝３．４ｍの位置に配置し、そこからＰ１＝４．２ｍまで２００ｍｍピッチで光軸上をシフトさせた場合のビーム伝搬特性の変化を図２に示してある。
【００３３】
図２によれば、コリメーションレンズ１３の位置をシフトすることにより、ビームの伝搬特性が少しずつ変化する。すなわち、シフト距離ΔＸの増加にしたがってビーム径の最小径の位置が右方に移動する。したがって、レーザー加工ヘッド７の移動位置におけるビーム径を３５ｍｍ程度に規定するならば、出力ミラー１１からレーザー加工ヘッド７の移動位置までの距離Ｌが１０ｍ以内の範囲では、図示の如く、コリメーションレンズ１３をＰ１＝３．４ｍの位置に固定したときの曲線ａが適用可能であり、１０ｍ以上〜１１．５ｍ未満は曲線ｂ、１１．５ｍ以上〜１４．２ｍ未満は曲線ｃ、１４．２ｍ以上〜１７．３ｍ未満は曲線ｄ、１７．３ｍ以上〜２０ｍ未満は曲線ｅが適用できることが分かる。すなわち、約５ｍの近場（Near Field,N/F）から、２０ｍの遠場（Far Field ,F/F）までは、コリメーションレンズ１３を最大で８００ｍｍシフトさせるだけで所定のビーム径を３５ｍｍの範囲に収めることができる。
【００３４】
なお、点Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは前記曲線ａ〜曲線ｅとビーム径３５ｍｍを示す横軸との交点を示す。
【００３５】
図３は、図１のレーザー加工装置１に示すビームコリメーションシステムの集光レンズ１７に、焦点距離が５インチのレンズと、７．５インチのレンズを使用したときの出力ミラー１１からの光軸上の距離Ｌ（ｍ）に対する集光スポット径φ（μｍ）との関係とを示したものである。図中「φav」は集光スポット径φの平均値、ΔＦは、遠場（Far Field ,F/F）における焦点距離Ｆｆと近場（Near Field,N/F）における焦点距離Ｆｎとの差を示す。
【００３６】
図３によれば、５インチのレンズおよび７．５インチのレンズとも、各位置における集光スポット径φの差が小さく、また、焦点距離の差も小さいことが分かる。したがって、このビームコリメーションシステムによれば、５ｍから２０ｍまで安定した加工特性が得られることが理解できる。なお、図中に記載のσは標準偏差である。
【００３７】
図４はコリメーションレンズの固定領域と変動領域を加工テーブル上に示したものである。なお、出力ミラー１３から光路長で５ｍの位置をレーザー加工機の原点位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）としてある。
【００３８】
図５は切断場（CUTTING FIELD)におけるレーザー加工ヘッドの位置とコリメーションレンズ１３のシフト距離ΔＸとの関係をグラフによって示したものであり、５ｍの近場（N/F ）、すなわち前記レーザー加工機の原点位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）から５ｍ未満の範囲にあっては、コリメーションレンズ１３は固定でしたままでよく、５ｍから１５ｍまでの範囲のシフト距離ΔＸは、前記関係式（４）によって求めることができる。なお、関係式（４）はガウシアンビームの伝搬理論に基づいて求めたものである。
【００３９】
次に、前記コリメーション補正手段９の補正手順について、図６のフローチャートと図７および図８のグラフを参照しながら説明する。
【００４０】
ステップＳ１において、光路長Ｌに対するコリメーションシフト距離ΔＸを表わす基本的な次の関係式（６）を選択する。
【００４１】
ΔＸ＝ｍ（Ｌ−５）…（６）、ここにＬ＝Ｘ＋Ｙ，ｍの初期値は８０とする。
【００４２】
ステップＳ２において、前記画像計測装置２１により、ワークＷの近接する少なくとも３点においてスリット切断を実施して、そのスリットのカーフ幅Ｇを測定する。ステップＳ３では、ステップＳ２で測定したデータを解析して、最小カーフ幅Ｇと、最小カーフ幅Ｇが得られ位置ＬGMin距離Ｌに対するカーフ幅Ｇの増減、焦点位置Ｆなどを求める。
【００４３】
次のステップＳ４において、測定されたカーフ幅Ｇの距離Ｌに対する勾配Ｇ／Ｌがあらかじめ設定しておいた期待値以内であるか否かの判断を行い、この増減が期待値以内であれば、ステップＳ５に進んで、この勾配Ｇ／Ｌが正または増加傾向であるときは、前記関係式（６）の勾配ｍをｍ’に変更する。なおｍ＞ｍ’＞０であり、ｍ’の大きさは適宜に選択する。また、勾配Ｇ／Ｌが負または減少傾向であるときは、勾配ｍをｍ”に変更する。なおｍ”＞ｍであり、ｍ”の大きさも適宜に選択する。
【００４４】
ステップＳ６において、測定領域内の前記関係式（６）を次の関係式（７）または関係式（８）に更新登録して補正ルーチンを終了する。
【００４５】
ΔＸ＝ｍ’（Ｌ−５）…（７）；ここにＬ＝Ｘ＋Ｙ。
【００４６】
ΔＸ＝ｍ”（Ｌ−５）…（８）；ここにＬ＝Ｘ＋Ｙ。
【００４７】
前記ステップＳ４において、カーフ幅Ｇの距離Ｌに対する勾配Ｇ／Ｌがあらかじめ設定しておいた期待値以上であるときは、ステップＳ７に行き、勾配Ｇ／Ｌが正（増加傾向）か否かの判断を行いＹＥＳである場合には、ステップＳ８において、コリメーションレンズ１３の距離Ｐ１を短く設定し、ＮＯの場合にはステップＳ９においてコリメーションレンズ１３の配置距離Ｐ１を長く設定し前記ステップＳ２に戻る。
【００４８】
ステップＳ２以後は、前述のステップＳ４の条件判断を満足するまでＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８またはＳ９のルーチンを繰り返す。
【００４９】
上述のコリメーション補正手順は常時実行する必要はなく、レーザー加工装置１の出力ミラー１１、コリメーションレンズ１３などの光学系の特性の変化が生じた時に実行しても構わない。したがって、数か月に１回の補正ですむ場合もある。
【００５０】
前記ステップＳ４またはステップＳ７における、勾配Ｇ／Ｌの正負または増減傾向の判断は、画像計測装置２１による測定結果に基づいて行われるものである。この測定結果を図７に示してある。図７は近場（Near Field,N/F）からの距離Ｌの増加に対するカーフ幅Ｇの変化を示したグラフである。このグラフにおいて、距離Ｌの増加に対してカーフ幅Ｇが変化しない点を基準（０）としてこれを期待値としている。
【００５１】
また、前記ステップＳ８またはステップＳ９におけるコリメーションレンズの補正の方向性は次の理論に基づいている。集光レンズで集光されるレーザービームのスポット径ｄ0 と入射ビームの径Ｄとの関係はレンズの球面収差を無視すれば次式で表わされる。
【００５２】
ｄ0 ＝１．２７Ｍ2 λ（ｆ／Ｄ）……（９）
ここに、Ｍ2 ：ビーム品質を表す定数、λ：波長、ｆ：焦点距離、Ｄ：入射ビームの径。
【００５３】
例えば、図７において勾配Ｇ／Ｌが正の場合、カーフ幅Ｇを小さくするためにスポット径ｄ0 を小さくする必要がある。そのためには、前記（９）式から入射ビーム径Ｄを大きくすれ良いことが判る。したがって、コリメーションレンズの配置距離Ｐ１を小さくすることになる。勾配Ｇ／Ｌが負の場合には、逆に、カーフ幅Ｇを大きくするためにスポット径ｄ0 を大きくする必要がある。したがって、コリメーションレンズの配置距離Ｐ１を大きくすることになる。
【００５４】
図８は前記ステップＳ５において、光路長Ｌとコリメーションレンズのシフト距離ΔＸとの関係式（６）に補正を加える方向性を示したものである。測定した勾配Ｇ／Ｌが正または増加傾向の場合には式（６）の勾配ｍをｍ’（ｍ＞ｍ’＞０）に補正する。勾配ｍを小さくすることは、光路長Ｌの増加に対するシフト距離ΔＸが小さくなる方向であり、前記スポット径ｄ0 を小さくする方向である。
また、勾配Ｇ／Ｌが負または減少傾向の場合には、勾配ｍをｍ”（ｍ”＞ｍ）に補正する。この場合はΔＸが大きくなる方向であり、前記スポット径ｄ0 を大きくする方向である。
【００５５】
なお、前記図５には上述の如くして５ｍの近場（Near Field,N/F）から１５ｍの遠場（Far Field ,F/F）の範囲において適宜に補正した曲線の一例を示してある。
【００５６】
図９は、本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置の第２の実施形態を示したものである。この第２の実施形態では、図１に示した前記第１の実施形態におけるコリメーション手段５の構成を変更した以外は第１の実施形態と同一であるので変更部分以外の説明は省略する。
【００５７】
図９に示す光路長可変レーザー加工装置１００のコリメーション手段５０は、レーザー発振器からの出力ビームを曲率可変凹面鏡１２０とベンドミラー１３０とで構成してある。この曲率可変凹面鏡１２０は、図示省略のコリメーション補正手段からの制御信号によって、凹面鏡１２０の曲率を任意に変更することができるようになている。
【００５８】
したがって、凹面鏡１２０の曲率を適宜に変更することにより、レーザー加工ヘッドを光軸上の任意の位置に移動させたときに、最適なコリメーションがえられるようにしたものである。これにより、第１の実施形態におけるコリメーションと同様な作用効果を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた適宜なビーム径を有する最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。したがって、ビームの伝送用のミラーおよび集光レンズなど光学系を大型のものに変更する必要がない。
【００６０】
請求項２に記載の発明によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅Ｇの変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた適宜なビーム径を有する最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。したがって、ビームの伝送用のミラーおよび集光レンズなどの光学系を大型なものに変更する必要がない。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅Ｇの変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置のシステム構成図。
【図２】コリメーションレンズの位置を変化させたときの、ビーム伝搬特性の変化を示した図。
【図３】本発明に係わるコリメーションシステムの光学的特性の評価図。
【図４】コリメーションレンズの固定領域と変動領域を加工テーブル上に示した図。
【図５】切断場に対におけるレーザー加工ヘッドの位置とコリメーションレンズのシフト距離との関係のグラフ。
【図６】コリメーション補正手順のフローチャート。
【図７】近場からの距離の増加に対するカーフ幅の変化傾向を示したグラフ。
【図８】光路長とコリメーションレンズのシフト距離との関係式に補正を加える方向性の説明図。
【図９】本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置の第２の実施形態。
【図１０】従来の光２軸移動形式の光路長可変レーザー加工装置。
【図１１】ガウスビームの伝搬の説明図。
【図１２】図１０の光路長可変レーザー加工装置におけるコリメーション方法におけるビームの伝搬特性。
【符号の説明】
１ レーザー加工装置
３ レーザー発振器
５ コリメーション手段
７ レーザー加工ヘッド
９ コリメーション補正手段
１１ 出力ミラー
１３ コリメーションレンズ
１５ 駆動モーター
１７ 集光レンズ
１９ ベンドミラー
２１ 画像計測装置
２３ 演算処理装置
２５ Ｘ軸モーター
２７ Ｙ軸モーター
２９ Ｘ軸エンコーダー
３０ Ｙ軸エンコーダー
３１ ＮＣ装置
Ｇ カーフ幅
Ｗ ワーク
ΔＸ コリメーションレンズのシフト距離
【発明の属する技術分野】
本発明は光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法および同方法を使用したレーザー加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光路長可変タイプの大型レーザー加工装置においては、レーザー発振器からレーザー加工ヘッドまでの光路長が大きいので、レーザービームのコリメーションが必要かつ重要である。図１０は、加工テーブルの大きさが３ｍ（Ｙ軸方向）×１２ｍ（Ｘ軸方向）の光２軸移動形式の光路長可変レーザー加工装置１０１における光学系の概要を示したものである。
【０００３】
前記レーザー加工装置１０１のレーザー発振器１０３において発振したレーザービームＬＢは、出力ミラー１０５、第１ベンドミラー（位相遅延）１０７、第２ベンドミラー（全反射）１０９、第３ベンドミラー（全反射）１１１、第４ベンドミラー（全反射）１１３を介して加工テーブル１１７上を移動する加工ヘッドに設けた集光レンズ１１９に導かれるようになっている。
【０００４】
前記第３ベンドミラー１１１と第４ベンドミラー１１３は、それぞれＸ軸上とＹ軸上を移動するようになっており、加工テーブル１１７上に載置されるワーク上の任意の位置にレーザービームを集光照射することが可能である。このとき、各加工位置でのレーザービームの品質の差を小さくするために、発振器１０３から出たレーザービームをコリメーターレンズ１２１を用いて平行光に近い状態に補正するのが一般的である。
【０００５】
図１１に示す如く、前記レーザー発振器１０３から出たガウス分布を持つレーザービームの広がりは、レーザー発振器外部のビームウエストＷ０と、その位置でのＺｍｉｎが規定できれば、ガウスビームの伝搬は次式で表すことができる。
【０００６】
【数１】
Ｗ（ｚ）＝Ｗ0 ｛１＋［（Ｚ−Ｚｍｉｎ）／Ｚｒ］2 ｝0.5 ……（１）
ただし、Ｚｒ＝［π（Ｗ0 ）2 ］／λである。なお、λは光の波長である。また、レーザービームの発散角θ（半角）は、
【数２】
【数３】
θＷ0 ＝λ／π＝一定…………………………………………………（３）
上記（３）式から、発散角が小さな平行光線を得るには、大きなビームウェストＷ0 が必要であることが分かる。
【０００７】
次に、前記大型レーザー加工装置１０１において、コリメーターレンズ１２１を用いてコリメーションした時の出力ミラー１０５からの距離に対するビーム径の変化の状況を図１２に示してある。曲線ａは、出力ミラー１０５から２ｍの位置に焦点距離５．５ｍの単レンズを配置した場合、曲線ｂは、出力ミラー１０５から８．６ｍの位置に焦点距離１１．８ｍの単レンズを配置した場合のビーム伝搬特性を示したものである。
【０００８】
前記図１２のグラフから、２ｍの位置に単レンズを１２１ａを配置した場合には十分なコリメーションが得られず、５．５ｍの位置に単レンズを１２１ｂを配置した場合には、かなり良好なコリメーションが得られていることが分かる。
【０００９】
しかし、上述のコリメーションにおいては、広い範囲に渡る良好なコリメーションが得ることが困難であり、また良好なコリメーションを得るには伝送部のビーム径を４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度に大きくしなければならないことが分かる。したがって、伝送部のビーム径をさらに大きいものにする必要があり、ミラーおよび集光レンズ等のビーム伝送用光学系のサイズをも大きくしなければならないという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、伝送ビームの径を大きくすることなく、広範囲に渡る良好なコリメーションが得られる光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法および同方法を使用したレーザー加工装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、請求項１に記載の光路長可変レーザー加工装置は、光路長可変レーザー加工装置において、レーザー発振器の出力ミラーの近傍に光軸上を移動位置決め可能なコリメーションレンズを設け、レーザー加工ヘッドを前記光軸上の任意の位置に移動させたときのコリメーションレンズの最適な位置を関係式、ΔＸ＝（８０Ｌ−４００ ) 、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ、ここに、ΔＸ：コリメーションレンズのシフト距離、Ｘ：Ｘ軸上の光路長、Ｙ：Ｙ軸上の光路長、に基づいて前記コリメーションレンズをシフトさせることを要旨とするものである。
【００１２】
したがって、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた適宜なビーム径を有する最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の光路長可変レーザー加工装置は、請求項１に記載の光路長可変レーザー加工装置において、ワークの数箇所のカーフ幅を画像計測装置によって測定して該カーフ幅の増減傾向を検出し、前記関係式に基づいて位置決めされたコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正可能なコリメーション補正手段を設けたことを要旨とするものである。
【００１６】
請求項２に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション装置によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅の変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に、関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【００１７】
請求項３に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法は、光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法において、レーザー発振器の出力ミラーの近傍に光軸上を移動位置決め可能なコリメーションレンズを設け、レーザー加工ヘッドを前記光軸上の任意の位置に移動させたときのコリメーションレンズの最適な位置を関係式、ΔＸ＝（８０Ｌ−４００ ) 、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ、ここに、ΔＸ：コリメーションレンズのシフト距離、Ｘ：Ｘ軸上の光路長、Ｙ：Ｙ軸上の光路長、に基づいて前記コリメーションレンズをシフトさせることを要旨とするものである。
【００１８】
したがって、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので、広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。
【００１９】
請求項４に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法は、請求項３に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法において、ワークの数箇所のカーフ幅を画像計測装置によって測定して該カーフ幅の増減傾向を検出し、前記関係式に基づいて位置決めされたコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正することを要旨とするものである。
【００２２】
したがって、請求項４に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅の変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置のシステム構成図である。
【００２４】
図１を参照するに、レーザー加工装置１は、レーザー発振器３と、レーザー発振器３からのレーザービームＬＢ0 のコリメーションを行うコリメーション手段５と、コリメーションされたレーザービームＬＢc をワークＷに集光照射するレーザー加工ヘッド７と、ワークＷの数箇所のカーフ幅を測定してコリメーションを補正するコリメーション補正手段９などから構成してある。なお、図１においては、レーザー発振器３からレーザー加工ヘッド７までのＸ軸上の光路とＹ軸上の光路とを直線に展開して示してある。
【００２５】
前記コリメーション手段５は、発振器内部側を部分透過凹面鏡に外部側を凹レンズに形成したレーザー発振器３の出力ミラー１１と、この出力ミラー１１から光軸上に距離Ｐ１離れた位置に設けた凸レンズからなるコリメーションレンズ１３とで、逆ガリレオ型のビームエキスパンダーになるように構成してある。なお、コリメーションレンズ１３は光軸上を駆動モーター１５でΔＸだけシフトすることが可能に設けてある。
【００２６】
前記コリメーション手段５によって補正され光束が拡大したレーザービームＬＢc は、出力ミラー１１から光軸上に距離Ｌ１（３．５ｍ）離れたＡ位置の近場（Near Field,N/F）に位置するレーザー加工ヘッド７の集光レンズ１７にベンドミラー１９を介して入射される。また、図示しない移動手段によってＡ位置から距離Ｌ２（１５ｍ）だけ離れたＢ位置の遠場（Far Field,F/F ）に移動したレーザー加工ヘッド７にも同様に補正した光束を入射することができる。
【００２７】
前記コリメーション補正手段９は、ワークＷのカーフ幅Ｇを測定する画像計測装置２１と、この画像計測装置２１による測定データとＮＣ装置３１からのレーザー加工ヘッド７の位置データ（Ｘ，Ｙ）とを演算処理する演算処理装置（personal computer,P/C ）２３とから構成してある。
【００２８】
前記レーザー加工ヘッド７はＸ軸キャリッジ（図示省略）に設けたＹ軸キャリッジ（図示省略）に設けてあり、このＸ、Ｙキャリッジは前記ＮＣ装置３１によってＸ軸モーター２５とＹ軸モーター２７を適宜に回転駆動することにより適宜な位置に移動位置決めされるものである。また、レーザー加工ヘッド７は図示しないＺ軸モーターによってＺ軸方向に位置決め可能に設けてある。なお、Ｘ軸モーター２５、Ｙ軸モーター２７およびＺ軸モーターには位置信号を生成するＸ軸エンコーダー２９およびＹ軸エンコーダー３０がそれぞれに設けてある。
【００２９】
前記画像計測装置２１は、ＣＣＤカメラなどによりワークＷの切断部を撮影し、その画像を画像計測装置２１により処理して切断部のカーフ幅Ｇを測定するものであり、例えば、本願出願人の出願である特開平１−９５８８９号公報の６頁第２図に開示される如き画像計測装置システムを利用することができる。
【００３０】
前記演算処理装置２３は、前記ＮＣ装置３１からのレーザー加工ヘッド７の位置データ（Ｘ，Ｙ）と前記画像計測装置２１からの測定データを用いて、光路長Ｌとシフト距離ΔＸ（ｍｍ）との関係式、
ΔＸ＝（８０Ｌ−４００）……（４）
Ｌ＝Ｘ＋Ｙ………（５）、ここに、ＸはＸ軸上の光路長（ｍ）、ＹはＹ軸上の光路長（ｍ）。
【００３１】
に基づきΔＸを演算により求め、前記駆動モーター１５を適宜に回転駆動してコリメーションレンズ１３を最適な位置にシフトさせることができる。
【００３２】
上記構成において、コリメーションレンズ１３を出力ミラー１１の位置からＰ１＝３．４ｍの位置に配置し、そこからＰ１＝４．２ｍまで２００ｍｍピッチで光軸上をシフトさせた場合のビーム伝搬特性の変化を図２に示してある。
【００３３】
図２によれば、コリメーションレンズ１３の位置をシフトすることにより、ビームの伝搬特性が少しずつ変化する。すなわち、シフト距離ΔＸの増加にしたがってビーム径の最小径の位置が右方に移動する。したがって、レーザー加工ヘッド７の移動位置におけるビーム径を３５ｍｍ程度に規定するならば、出力ミラー１１からレーザー加工ヘッド７の移動位置までの距離Ｌが１０ｍ以内の範囲では、図示の如く、コリメーションレンズ１３をＰ１＝３．４ｍの位置に固定したときの曲線ａが適用可能であり、１０ｍ以上〜１１．５ｍ未満は曲線ｂ、１１．５ｍ以上〜１４．２ｍ未満は曲線ｃ、１４．２ｍ以上〜１７．３ｍ未満は曲線ｄ、１７．３ｍ以上〜２０ｍ未満は曲線ｅが適用できることが分かる。すなわち、約５ｍの近場（Near Field,N/F）から、２０ｍの遠場（Far Field ,F/F）までは、コリメーションレンズ１３を最大で８００ｍｍシフトさせるだけで所定のビーム径を３５ｍｍの範囲に収めることができる。
【００３４】
なお、点Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは前記曲線ａ〜曲線ｅとビーム径３５ｍｍを示す横軸との交点を示す。
【００３５】
図３は、図１のレーザー加工装置１に示すビームコリメーションシステムの集光レンズ１７に、焦点距離が５インチのレンズと、７．５インチのレンズを使用したときの出力ミラー１１からの光軸上の距離Ｌ（ｍ）に対する集光スポット径φ（μｍ）との関係とを示したものである。図中「φav」は集光スポット径φの平均値、ΔＦは、遠場（Far Field ,F/F）における焦点距離Ｆｆと近場（Near Field,N/F）における焦点距離Ｆｎとの差を示す。
【００３６】
図３によれば、５インチのレンズおよび７．５インチのレンズとも、各位置における集光スポット径φの差が小さく、また、焦点距離の差も小さいことが分かる。したがって、このビームコリメーションシステムによれば、５ｍから２０ｍまで安定した加工特性が得られることが理解できる。なお、図中に記載のσは標準偏差である。
【００３７】
図４はコリメーションレンズの固定領域と変動領域を加工テーブル上に示したものである。なお、出力ミラー１３から光路長で５ｍの位置をレーザー加工機の原点位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）としてある。
【００３８】
図５は切断場（CUTTING FIELD)におけるレーザー加工ヘッドの位置とコリメーションレンズ１３のシフト距離ΔＸとの関係をグラフによって示したものであり、５ｍの近場（N/F ）、すなわち前記レーザー加工機の原点位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）から５ｍ未満の範囲にあっては、コリメーションレンズ１３は固定でしたままでよく、５ｍから１５ｍまでの範囲のシフト距離ΔＸは、前記関係式（４）によって求めることができる。なお、関係式（４）はガウシアンビームの伝搬理論に基づいて求めたものである。
【００３９】
次に、前記コリメーション補正手段９の補正手順について、図６のフローチャートと図７および図８のグラフを参照しながら説明する。
【００４０】
ステップＳ１において、光路長Ｌに対するコリメーションシフト距離ΔＸを表わす基本的な次の関係式（６）を選択する。
【００４１】
ΔＸ＝ｍ（Ｌ−５）…（６）、ここにＬ＝Ｘ＋Ｙ，ｍの初期値は８０とする。
【００４２】
ステップＳ２において、前記画像計測装置２１により、ワークＷの近接する少なくとも３点においてスリット切断を実施して、そのスリットのカーフ幅Ｇを測定する。ステップＳ３では、ステップＳ２で測定したデータを解析して、最小カーフ幅Ｇと、最小カーフ幅Ｇが得られ位置ＬGMin距離Ｌに対するカーフ幅Ｇの増減、焦点位置Ｆなどを求める。
【００４３】
次のステップＳ４において、測定されたカーフ幅Ｇの距離Ｌに対する勾配Ｇ／Ｌがあらかじめ設定しておいた期待値以内であるか否かの判断を行い、この増減が期待値以内であれば、ステップＳ５に進んで、この勾配Ｇ／Ｌが正または増加傾向であるときは、前記関係式（６）の勾配ｍをｍ’に変更する。なおｍ＞ｍ’＞０であり、ｍ’の大きさは適宜に選択する。また、勾配Ｇ／Ｌが負または減少傾向であるときは、勾配ｍをｍ”に変更する。なおｍ”＞ｍであり、ｍ”の大きさも適宜に選択する。
【００４４】
ステップＳ６において、測定領域内の前記関係式（６）を次の関係式（７）または関係式（８）に更新登録して補正ルーチンを終了する。
【００４５】
ΔＸ＝ｍ’（Ｌ−５）…（７）；ここにＬ＝Ｘ＋Ｙ。
【００４６】
ΔＸ＝ｍ”（Ｌ−５）…（８）；ここにＬ＝Ｘ＋Ｙ。
【００４７】
前記ステップＳ４において、カーフ幅Ｇの距離Ｌに対する勾配Ｇ／Ｌがあらかじめ設定しておいた期待値以上であるときは、ステップＳ７に行き、勾配Ｇ／Ｌが正（増加傾向）か否かの判断を行いＹＥＳである場合には、ステップＳ８において、コリメーションレンズ１３の距離Ｐ１を短く設定し、ＮＯの場合にはステップＳ９においてコリメーションレンズ１３の配置距離Ｐ１を長く設定し前記ステップＳ２に戻る。
【００４８】
ステップＳ２以後は、前述のステップＳ４の条件判断を満足するまでＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８またはＳ９のルーチンを繰り返す。
【００４９】
上述のコリメーション補正手順は常時実行する必要はなく、レーザー加工装置１の出力ミラー１１、コリメーションレンズ１３などの光学系の特性の変化が生じた時に実行しても構わない。したがって、数か月に１回の補正ですむ場合もある。
【００５０】
前記ステップＳ４またはステップＳ７における、勾配Ｇ／Ｌの正負または増減傾向の判断は、画像計測装置２１による測定結果に基づいて行われるものである。この測定結果を図７に示してある。図７は近場（Near Field,N/F）からの距離Ｌの増加に対するカーフ幅Ｇの変化を示したグラフである。このグラフにおいて、距離Ｌの増加に対してカーフ幅Ｇが変化しない点を基準（０）としてこれを期待値としている。
【００５１】
また、前記ステップＳ８またはステップＳ９におけるコリメーションレンズの補正の方向性は次の理論に基づいている。集光レンズで集光されるレーザービームのスポット径ｄ0 と入射ビームの径Ｄとの関係はレンズの球面収差を無視すれば次式で表わされる。
【００５２】
ｄ0 ＝１．２７Ｍ2 λ（ｆ／Ｄ）……（９）
ここに、Ｍ2 ：ビーム品質を表す定数、λ：波長、ｆ：焦点距離、Ｄ：入射ビームの径。
【００５３】
例えば、図７において勾配Ｇ／Ｌが正の場合、カーフ幅Ｇを小さくするためにスポット径ｄ0 を小さくする必要がある。そのためには、前記（９）式から入射ビーム径Ｄを大きくすれ良いことが判る。したがって、コリメーションレンズの配置距離Ｐ１を小さくすることになる。勾配Ｇ／Ｌが負の場合には、逆に、カーフ幅Ｇを大きくするためにスポット径ｄ0 を大きくする必要がある。したがって、コリメーションレンズの配置距離Ｐ１を大きくすることになる。
【００５４】
図８は前記ステップＳ５において、光路長Ｌとコリメーションレンズのシフト距離ΔＸとの関係式（６）に補正を加える方向性を示したものである。測定した勾配Ｇ／Ｌが正または増加傾向の場合には式（６）の勾配ｍをｍ’（ｍ＞ｍ’＞０）に補正する。勾配ｍを小さくすることは、光路長Ｌの増加に対するシフト距離ΔＸが小さくなる方向であり、前記スポット径ｄ0 を小さくする方向である。
また、勾配Ｇ／Ｌが負または減少傾向の場合には、勾配ｍをｍ”（ｍ”＞ｍ）に補正する。この場合はΔＸが大きくなる方向であり、前記スポット径ｄ0 を大きくする方向である。
【００５５】
なお、前記図５には上述の如くして５ｍの近場（Near Field,N/F）から１５ｍの遠場（Far Field ,F/F）の範囲において適宜に補正した曲線の一例を示してある。
【００５６】
図９は、本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置の第２の実施形態を示したものである。この第２の実施形態では、図１に示した前記第１の実施形態におけるコリメーション手段５の構成を変更した以外は第１の実施形態と同一であるので変更部分以外の説明は省略する。
【００５７】
図９に示す光路長可変レーザー加工装置１００のコリメーション手段５０は、レーザー発振器からの出力ビームを曲率可変凹面鏡１２０とベンドミラー１３０とで構成してある。この曲率可変凹面鏡１２０は、図示省略のコリメーション補正手段からの制御信号によって、凹面鏡１２０の曲率を任意に変更することができるようになている。
【００５８】
したがって、凹面鏡１２０の曲率を適宜に変更することにより、レーザー加工ヘッドを光軸上の任意の位置に移動させたときに、最適なコリメーションがえられるようにしたものである。これにより、第１の実施形態におけるコリメーションと同様な作用効果を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた適宜なビーム径を有する最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。したがって、ビームの伝送用のミラーおよび集光レンズなど光学系を大型のものに変更する必要がない。
【００６０】
請求項２に記載の発明によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅Ｇの変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、加工領域に応じてコリメーションレンズを最適な位置にシフトさせることができる。すなわち、コリメーションレンズを最適な位置にシフトすることにより、加工領域に応じた適宜なビーム径を有する最適なレーザービームの伝搬特性を選択することができるので広範囲に渡って安定した加工を行うことができる。したがって、ビームの伝送用のミラーおよび集光レンズなどの光学系を大型なものに変更する必要がない。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、レーザ加工装置のビーム伝送光学系の経時変化でコリメーションが狂った場合、カーフ幅Ｇの変化を画像計測装置によって測定してコリメーションレンズの位置を補正すると共に関係式を補正することができるので常に最適なコリメーションに維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置のシステム構成図。
【図２】コリメーションレンズの位置を変化させたときの、ビーム伝搬特性の変化を示した図。
【図３】本発明に係わるコリメーションシステムの光学的特性の評価図。
【図４】コリメーションレンズの固定領域と変動領域を加工テーブル上に示した図。
【図５】切断場に対におけるレーザー加工ヘッドの位置とコリメーションレンズのシフト距離との関係のグラフ。
【図６】コリメーション補正手順のフローチャート。
【図７】近場からの距離の増加に対するカーフ幅の変化傾向を示したグラフ。
【図８】光路長とコリメーションレンズのシフト距離との関係式に補正を加える方向性の説明図。
【図９】本発明に係わるビームコリメーション方法を用いた光路長可変レーザー加工装置の第２の実施形態。
【図１０】従来の光２軸移動形式の光路長可変レーザー加工装置。
【図１１】ガウスビームの伝搬の説明図。
【図１２】図１０の光路長可変レーザー加工装置におけるコリメーション方法におけるビームの伝搬特性。
【符号の説明】
１ レーザー加工装置
３ レーザー発振器
５ コリメーション手段
７ レーザー加工ヘッド
９ コリメーション補正手段
１１ 出力ミラー
１３ コリメーションレンズ
１５ 駆動モーター
１７ 集光レンズ
１９ ベンドミラー
２１ 画像計測装置
２３ 演算処理装置
２５ Ｘ軸モーター
２７ Ｙ軸モーター
２９ Ｘ軸エンコーダー
３０ Ｙ軸エンコーダー
３１ ＮＣ装置
Ｇ カーフ幅
Ｗ ワーク
ΔＸ コリメーションレンズのシフト距離
Claims (4)
- 光路長可変レーザー加工装置において、レーザー発振器の出力ミラーの近傍に光軸上を移動位置決め可能なコリメーションレンズを設け、レーザー加工ヘッドを前記光軸上の任意の位置に移動させたときのコリメーションレンズの最適な位置を関係式、ΔＸ＝（８０Ｌ−４００ ) 、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ、ここに、ΔＸ：コリメーションレンズのシフト距離、Ｘ：Ｘ軸上の光路長、Ｙ：Ｙ軸上の光路長、に基づいて前記コリメーションレンズをシフトさせることを特徴とする光路長可変レーザー加工装置。
- 請求項１に記載の光路長可変レーザー加工装置において、ワークの数箇所のカーフ幅を画像計測装置によって測定して該カーフ幅の増減傾向を検出し、前記関係式に基づいて位置決めされたコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正するコリメーション補正手段を設けたことを特徴とする光路長可変レーザー加工装置。
- 光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法において、レーザー発振器の出力ミラーの近傍に光軸上を移動位置決め可能なコリメーションレンズを設け、レーザー加工ヘッドを前記光軸上の任意の位置に移動させたときのコリメーションレンズの最適な位置を算出する関係式、ΔＸ＝（８０Ｌ−４００ ) 、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ、ここに、ΔＸ：コリメーションレンズのシフト距離、Ｘ：Ｘ軸上の光路長、Ｙ：Ｙ軸上の光路長、に基づいて前記コリメーションレンズをシフトさせることを特徴とする光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法。
- 請求項３に記載の光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法において、ワークの数箇所のカーフ幅を画像計測装置によって測定して該カーフ幅の増減傾向を検出し、前記関係式に基づいて位置決めされたコリメーションレンズの位置を補正すると共に、前記関係式を補正することを特徴とする光路長可変レーザー加工装置のビームコリメーション方法。
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