JP4132164B2

JP4132164B2 - レーザ穴明け加工装置

Info

Publication number: JP4132164B2
Application number: JP36043397A
Authority: JP
Inventors: 尚桑原; 一弘平田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JPH11188490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ穴明け加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置は、レーザ発振器からのレーザビームを、適当な光学系を介して加工対象物に照射し、その切断や溶接等の加工を行う装置である。
【０００３】
従来、この種のレーザ加工装置では、レーザビームを加工対象物の所望の位置に照射するために、レーザビームの進行方向を変更するガルバノミラーまたはポリゴンミラーか、加工対象物を移動させるＸ−Ｙステージが用いられている。
【０００４】
レーザ加工装置で使用されるレーザ発振器としては、紫外光を発するエキシマレーザから遠赤外光を発する炭酸ガスレーザまで様々なものが利用可能である。通常、加工には大きな光強度を要するので、これらのレーザのうちパルス発振レーザが使用される。
【０００５】
レーザ発振器からのレーザビームは、光ファイバやミラーを介して、あるいは直接ガルバノミラー等に導かれ、光学レンズを介して、あるいはその逆の構成（光学レンズを介してガルバノミラーに導く構成）で、もしくはそのまま加工対象物に照射される。実際の加工では、まず、ガルバノミラー等を駆動して、レーザビームが加工対象物の所望の位置に照射されるように光路を調整し、必要なパルス数のレーザビームを照射するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ加工装置では、ガルバノミラー等を機械的に駆動して光路を変更するため、光路調整に時間がかかり、レーザ発振器のパルス発振周波数に同期させて光路変更を行うことができない。つまり、従来のレーザ加工装置には、レーザ発振器を発振させた状態、つまりレーザ発振（パルス強度）が安定した状態で、加工を開始することができないという問題点がある。
【０００７】
特に、単一の加工対象物に対して複数の所望位置の加工を連続的に行う場合は、光路変更に要する時間が、各位置間の距離に依存するので、これらの距離が均一でなければ、レーザ発振器の停止から再発振までの時間はランダムとなり、再発振時におけるレーザ発振器の状態が均一でなく、加工品質を一定に保つことができなくなる。
【０００８】
本発明は、レーザ発振器を発振させた状態で、加工対象物へのレーザビームの照射開始及び照射停止を行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、パルスレーザ発振器からのレーザビームを加工対象物に照射して、該加工対象物の加工を行うレーザ穴明け加工装置において、前記レーザビームの光路上に前記加工対象物への前記レーザビームの照射を制御するように偏向光学素子を配するとともに、前記偏向光学素子と前記加工対象物との間に設けられ、前記加工対象物の所望の位置に前記レーザビームが入射するように進行方向を調整する光路調整装置を配し、前記光路調整装置により前記レーザビームの進行方向を調整している間、前記偏向光学素子が前記加工対象物への前記レーザビームの照射を停止するようにしたことを特徴とするレーザ穴明け加工装置が得られる。
【００１０】
前記偏向光学素子としては、前記レーザビームの強度変調を行う光変調素子が使用できる。
【００１１】
また、前記偏向光学素子としては、前記レーザビームの進行方向を変える光偏向素子も使用できる。この場合、前記光偏向素子から出射される２方向のレーザビームのうち、一方のレーザビームを吸収するダンパーを設けることが必要となる。
【００１２】
さらにまた、前記偏向光学素子は、電気光学素子であってもよいし、音響光学素子であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１に本発明の一実施の形態を示す。図１のレーザ穴空け加工装置は、レーザ発振器１１と、レーザ発振器１１から出射するレーザビーム１２を加工対象物１３へと導くための複数のミラー１４と、レーザビーム１２を加工対象物１３上で走査するためのガルバノミラー１５と、ガルバノミラー１５からのレーザビームを加工対象物１３上に集光する加工レンズ１６と、レーザビーム１２の光路上であって、ガルバノミラー１５よりもレーザ発振器１１側に配された音響光学素子１７と、音響光学素子１７を駆動するドライバー１８と、音響光学素子１７から加工対象物へ向かう光路を外れて出射するレーザビームを吸収するビームダンパー１９とを有している。
【００１５】
レーザ発振器１１から出射したレーザビーム１２は、２つのミラー１４で順次反射され、音響光学素子１７に入射する。
【００１６】
音響光学素子１７は、二酸化テルル（ＴｅＯ₂）、モリブデン酸鉛（ＰｂＭｏＯ₄）などの単結晶または石英（ＳｉＯ₂）からなる音響光学媒体に圧電素子を接着し、圧電素子に電気信号を印加することにより超音波を発生させて、音響光学媒体内に伝搬させることで、その結晶の屈折率を変化させ、そこを通過する光に回折を生じさせる素子である。本実施の形態では、このような音響光学素子１７のうち、レーザビームを角度変調する光偏向素子を用いている。この音響光学素子は、ドライバ１８から駆動信号が入力されていないときは、レーザビーム１２を加工対象物へ向かう光路上に出射し、駆動信号が入力されているときは、レーザビーム１２をビームダンパー１９へ出射する。
【００１７】
音響光学素子１７から加工対象物へ向かう光路上に出射されたレーザビーム１２は、ミラー１４で反射され、ガルバノミラー１５に入射する。また、ビームダンパー１９に入射したレーザビーム１２は、ビームダンパー１９に吸収される。
【００１８】
ガルバノミラー１５は、加工対象物の所望の位置にレーザビーム１２が入射するようにレーザビームの進行方向を調整して出射させる。
【００１９】
加工レンズ１６は、ガルバノミラー１５からのレーザビーム１２を加工対象物の表面に集光する。
【００２０】
以上のような構成において、加工対象物の加工を行う場合、ガルバノミラー１５を駆動して光路調整を行い、その後、レーザビームを加工対象物に照射する、という点では、従来と同様である。しかしながら、本実施の形態では、ガルバノミラー１５による光路調整を行っている間は、音響光学素子１７にドライバ１８から駆動信号を印加して、レーザビーム１２が、ビームダンパー１９に向かうようにする。そして、ガルバノミラー１５による光路調整が終了した後、ドライバ１８から音響光学素子１７への駆動信号の供給を停止する。そして、所定パルス数のレーザビームが照射された（所定時間が経過した）ならば、再び、ドライバ１８から音響光学素子１７へ駆動信号の供給してレーザビームの加工対象物への照射を停止する。
【００２１】
ここで、音響光学素子１７を用いて光のパルス変調を行った場合、その立上がり時間はnsオーダーから１０μsec 程度であるので、一般のキロヘルツオーダーのパルス発振周波数を有するレーザ発振器に対しては、十分な応答速度である。従って、この後、上記の動作を繰り返せば、レーザ発振を停止させることなく、複数の加工位置に対して連続的な加工が可能となる。
【００２２】
なお、レーザ発振器１１としては、例えば、ＹＬＦレーザやＹＡＧレーザ（いずれも第３高調波）が使用できる。これらのレーザ発振器のパルス周波数は、〜５ｋＨｚと、従来利用されていたＴＥＡ−ＣＯ₂レーザ（＜１ｋＨｚ）よりも非常に高く、高速加工が期待できる。これは、レーザ発振器を停止させる必要がなくなったことから、発振時のパルス強度安定性を考慮する必要がなくなったので可能となった。
【００２３】
また、上記実施の形態では、音響光学素子として、光偏向素子を用いた場合について説明したが、レーザビームの強度変調を行う光変調素子を用いることもできる。光変調素子を用いた場合は、ビームダンパー１９は不要になると共に、加工対象物の材質に応じて、加工対象物に照射されるレーザビーム１２の光強度を細かく調整することができる。また、加工対象物の加工閾値を利用して、選択的加工が可能になる。
【００２４】
さらに、上記実施の形態では、偏向光学素子として音響光学素子１７を用いる場合について説明したが、他の偏向光学素子、即ち、電気光学素子を用いてもよい。電気光学素子は、ＫＤＰ（ＫＤ₂ＰＯ₄）や、ＬｉＴａＯ₃等の結晶を用い、外部から電界を加えたときに結晶の複屈折性が生じ、その結晶中を通過する光の偏光面が変化する、ポッケルス効果あるいはカー効果と呼ばれる電気光学効果を利用するものである。
【００２５】
さらに、上記実施の形態では、音響光学素子１７に駆動信号を印加したときに、レーザビーム１２がビームダンパー１９へ向かうようにしたが、図２に示すように、駆動信号を印加したときに加工対象物へと向かい、駆動信号を印加しないときにビームダンパーへ向かうようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ加工装置の光路上に偏向光学素子を配して、レーザビームの変調を行うようにしたことで、レーザ発振器を停止させることなく、複数の加工位置に対して連続的に加工を施すことができる。また、加工品質を一定に保つことができる。
【００２７】
さらに本発明によれば、発振周波数の高いレーザ発振器を使用することができるので、安定した加工を高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１１レーザ発振器
１２レーザビーム
１３加工対象物
１４ミラー
１５ガルバノミラー
１６加工レンズ
１７音響光学素子
１８ドライバー
１９ビームダンパー

Claims

パルスレーザ発振器からのレーザビームを加工対象物に照射して、該加工対象物の加工を行うレーザ穴明け加工装置において、前記レーザビームの光路上に前記加工対象物への前記レーザビームの照射を制御するように偏向光学素子を配するとともに、前記偏向光学素子と前記加工対象物との間に設けられ、前記加工対象物の所望の位置に前記レーザビームが入射するように進行方向を調整する光路調整手段を配し、前記光路調整手段により前記レーザビームの進行方向を調整している間、前記偏向光学素子が前記加工対象物への前記レーザビームの照射を停止するようにしたことを特徴とするレーザ穴明け加工装置。
前記偏向光学素子が、前記レーザビームの強度変調を行う光変調素子であることを特徴とする請求項１のレーザ穴明け加工装置。
前記偏向光学素子が、前記レーザビームの角度変調を行う光偏向素子であることを特徴とする請求項１のレーザ穴明け加工装置。
前記偏向光学素子から出射される２方向のレーザビームのうち、一方のレーザビームを吸収するダンパーを備えたことを特徴とする請求項３のレーザ穴明け加工装置。
前記偏向光学素子が電気光学素子であることを特徴とする請求項１のレーザ穴明け加工装置。
前記偏向光学素子が音響光学素子であることを特徴とする請求項１のレーザ穴明け加工装置。
前記光路調整手段がガルバノミラーであることを特徴とする請求項１のレーザ穴明け加工装置。