JP4324456B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ発振器にパルス状のレーザ光を出力させ、出力されたレーザ光を加工個所に照射してワークを加工するレーザ加工方法に関する。

レーザ発振器の出力は、起動後ある程度の時間が経過するまで、大きさがばらつく。このため、例えばプリント基板を加工する場合、加工前の段取り作業として、レーザ発振器をウオーミングアップさせ、出力の安定化をはかっている。

レーザ加工方法としては、加工部に照射するパルス状のレーザ光の光強度（エネルギ）を均一にするため、パルス分配手段を設け、レーザ光の波形を略矩形波にして、加工部に照射するエネルギを略均一に制御するレーザ加工方法がある（特許文献１）。

また、加工部から反射される反射光の光強度を測定する手段を設け、反射光の光強度が予め定める値を超えた後、さらにパルス状のレーザ光を照射するレーザ加工方法がある（特許文献２）。
特開２０００−２６３２７１号公報 特開平１０−８５９７６号公報

しかし、加工中にレーザ発振器の出力が変化した場合、特許文献１の技術では加工部に照射するパルス状レーザのエネルギが変化してしまい、加工結果がばらつく場合があった。

また、特許文献２の技術の場合、レーザ発振器の出力変化による影響は小さいが、例えば、３回の照射で加工を完了する場合、最後（４回目）に照射されるレーザ光により、加工過剰になるおそれがあった。

また、レーザ光の光強度を調整するために例えばレーザ発振器の発振条件を変更すると、出力されるレーザ光の光軸に傾きが発生する等により調整に時間をし、加工能率が低下した。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、加工結果を均一にすることができるレーザ加工方法を提供するにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、レーザ発振器から出力されたパルス状のレーザ
光をビーム分配整形手段により整形し、整形した加工用レーザ光を加工個所に照射してワ
ークを加工するレーザ加工方法において、前記ビーム分配整形手段を光強度分配率が調整
可能なものとし、加工条件として、前記光強度分配率が１００％未満の値を選択すると共
に光強度の許容範囲を定めておき、加工時、前記レーザ光または加工用レーザ光の一部を
測定用レーザ光として分岐し、加工時、複数個の連続するパルスから成る前記測定用レーザ光の光強度が変化したとき、分岐した他部の加工用レーザ光の前記光強度分配率を変更して、前記加工用レーザ光の光強度を予め定めた範囲に維持することを特徴とする。

本発明によれば、複数個の連続するパルスから成る前記測定用レーザ光の光強度が変化したとき、分岐した他部のレーザ光の前記光強度分配率を変更して、前記加工用レーザ光の光強度を予め定めた範囲に維持するので、加工結果を均一にすることができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は本発明を適用したレーザ加工機の要部構成図である。

レーザ発振器１の光軸上にはビームスプリッタ２が配置されている。ビームスプリッタ２の透過側にはビーム分配整形装置３（ここでは音響光学素子）が配置され、反射側には光強度検出器４が配置されている。ビーム分配整形装置３の直進側にはダンパ５が配置されている。レーザ発振器１、ビーム分配整形装置３および光強度検出器４は制御装置６に接続されている。

ビームスプリッタ２はレーザ発振器１から出力されたレーザ光７のほとんどを加工用のレーザ光８として透過させ、残り（１％以下）を検出用のレーザ光９として反射する。

ビーム分配整形装置３は光強度分配率αを連続的に変更、すなわち、出射光の入射光に対する光強度の割合を連続的に変更する機能を備えており、制御装置６から指令を受けている間入射光を屈折させて出射させ、その他の場合は入射光を直進させる。ビーム分配整形装置３はダンパ５は入射するレーザ光を熱に変える。

次に、本実施形態の動作を説明する。

図２は、レーザ光８を周期Ｔｍで３回照射して１個の穴を加工する場合におけるレーザ光７（すなわちレーザ光９）およびビーム分配整形装置３を透過したレーザ光（実際に加工部に供給されるレーザ光で、光強度がレーザ光８の光強度のα％のレーザ光。以下、「レーザ光８α」という。）の光強度と時間との関係を示す模式図である。

なお、レーザ発振器１は、ビーム分配整形装置３の光強度分配率αを９５％に設定した時にレーザ光８αの光強度の最大値が所望の値になるように、出力を設定されている。また、加工部に供給するレーザ光８αの光強度の許容値は±３％であり、ビーム分配整形装置３におけるロスはないものとする。また、図２は理解を容易にするため、誇張して描かれている。

制御装置６は、ビーム分配整形装置３の光強度分配率αを９５％に設定してレーザ発振器１をオンする（時刻Ｔ０）。レーザ発振器１から出力されたレーザ光７はビームスプリッタ２によりレーザ光８とレーザ光９に分割され、レーザ光８αはビーム分配整形装置３を直進してダンパ５に入射し、熱に変えられる。また、レーザ光９は光強度検出器４に入射し、光強度を測定される。

予め定める期間ｔ１が経過すると、制御装置６はビーム分配整形装置３をオンする（時刻Ｔ１）。この結果、光強度がほぼ一定なレーザ光８αがビーム分配整形装置３により屈折されて図示を省略する加工部に供給される。なお、図中点線で示す場合がレーザ光８すなわち光強度分配率αが１００％の場合の光強度である。

時刻Ｔ１から予め定める期間ｔ２が経過すると、制御装置６はビーム分配整形装置３とレーザ発振器１をオフする（時刻Ｔ２）。この結果、光強度が一定でない期間ｔ３におけるレーザ光８αが加工部に供給されることはない。そして、時刻Ｔ０から予め定める期間Ｔｍが経過した後（時刻Ｔ４）、２回目のレーザ照射工程を開始する。

ここで、図示のように、２回目の照射において、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６におけるレーザ光９の光強度が予め定める値よりも小さかったとする。この場合、制御装置６は時刻Ｔ５から時刻Ｔ６におけるレーザ光９の光強度の検査結果に基づき、３回目のレーザ照射工程を開始する前に光強度分配率αを、レーザ光８αの光強度が予め定める値になるような光強度分配率αの値を演算により求め、その結果に基づいて光強度分配率αの値を大きくする。この結果、３回目のレーザ光７の光強度が２回目のレーザ光７の光強度と同じであっても、レーザ光８αの光強度は所望の値（すなわち、第１回目のレーザ光８αの光強度）に補正される。

同様に、レーザ光９の光強度が予め設定されている光強度よりも大きかった場合は、光強度分配率αを小さくすることによりレーザ光８αの光強度を予め定める値にする。なお、光強度分配率αを変更してもレーザ光８αの光強度を所望の範囲に収めることができない場合は、アラームを出力して加工を中止する。

以上説明したように、本発明によれば、レーザ発振器の発振条件を変更しなくても加工部に入射させるレーザ光の光強度をほぼ一定に保つことができるので、品質に優れる加工をすることができる。

なお、レーザ光８αの光強度を予め定める値にすることができない場合、加工に影響がない範囲で期間ｔ１または期間ｔ３あるいは期間ｔ１と期間ｔ３を短くし、短くした期間を期間ｔ２に加えて、加工部にレーザ光８αを照射する時間を長くするようにしてもよい。

また、当初におけるビーム分配整形装置３の光強度分配率αを９５％に設定したが、光強度分配率αの値は加工に応じた適切な値に設定すればよい。

また、ここでは、前回のレーザ光の光強度に基づいて次のレーザ光の光強度を直ちに変更するようにしたが、例えば、複数個の連続するレーザ光の光強度が変化した時に光強度分配率αを変更するようにしてもよい。

また、ここでは、ビームスプリッタをレーザ発振器とビーム分配整形装置との間に配置する場合について説明したが、ビーム分配整形装置とワークとの間に配置してもよい。

本発明を適用したレーザ加工機の要部構成図である。 本発明におけるレーザ光の光強度と時間との関係を示す図である。

符号の説明

７ レーザ光
８ レーザ光
８α レーザ光
９ レーザ光
α 光強度分配率

Claims (1)

1. レーザ発振器から出力されたパルス状のレーザ光をビーム分配整形手段により整形し、
   整形した加工用レーザ光を加工個所に照射してワークを加工するレーザ加工方法において
   、
   前記ビーム分配整形手段を光強度分配率が調整可能なものとし、
   加工条件として、前記光強度分配率が１００％未満の値を選択すると共に光強度の許容
   範囲を定めておき、
   加工時、前記レーザ光または加工用レーザ光の一部を測定用レーザ光として分岐し、
   加工時、複数個の連続するパルスから成る前記測定用レーザ光の光強度が変化したとき、分岐した他部の加工用レーザ光の前記光強度分配率を変更して、前記加工用レーザ光の光強度を予め定めた範囲に維持すること
   を特徴とするレーザ加工方法。

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