JP5002250B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、超短光のパルスレーザ光を用いたレーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus using ultrashort pulse laser light.
従来、レーザ加工装置において、レーザパワーを可変する方法として、パルスレーザ光のパルス波高値を可変するものが知られている(例えば特許文献1、2など)。この方法は、要求されるレーザパワーの増加に伴って、パルスレーザ光のパルス波高値を増加させることで、パルス1発あたりのエネルギーを増加し必要なレーザパワーを確保するものである。この場合、所定の加工点に1発のパルスレーザ光を照射すればよいため、好適な加工レート(加工時間)が保持される。
ところで、パルスレーザ光のパルス波高値が、加工対象物の材質に応じて決まる一定値を超えると、該パルス波高値の増加量に対する加工対象物によるパルスレーザ光の光学的な光吸収率の増加量が抑えられることが知られている。 By the way, when the pulse peak value of the pulse laser beam exceeds a certain value determined according to the material of the workpiece, the optical light absorption rate of the pulse laser beam by the workpiece is increased with respect to the increase amount of the pulse peak value. It is known that the amount can be reduced.
すなわち、図5に、加工対象物の複数種類(4種類)の材質M1,M2,M3,M4に関して、パルス波高値と相関関係があるパルスエネルギー及び光学的な光吸収率(Absorbance)の関係をグラフで示したように、パルスエネルギーが小さいときには、パルスエネルギーの増加に従って光吸収率が増加することが確認される。また、パルスエネルギーが材質M1〜M4ごとの一定値(矢印↓にて図示)を超えると、パルスエネルギーの増加に対する光吸収率の増加が抑えられていることが確認される。ここでは、パルスエネルギーが材質M1〜M4ごとの一定値を超えると、該一定値に対応する光吸収率を境にして、パルスエネルギーの増加に従う光吸収率の増加が抑制されることが確認される。 That is, FIG. 5 shows the relationship between the pulse energy and the optical absorbance (Absorbance) correlated with the pulse peak value for a plurality of types (four types) of materials M1, M2, M3, and M4. As shown in the graph, when the pulse energy is small, it is confirmed that the light absorption rate increases as the pulse energy increases. Further, when the pulse energy exceeds a certain value for each of the materials M1 to M4 (illustrated by an arrow ↓), it is confirmed that an increase in light absorption rate with respect to an increase in pulse energy is suppressed. Here, it is confirmed that when the pulse energy exceeds a certain value for each of the materials M1 to M4, the increase in the light absorption rate according to the increase in the pulse energy is suppressed at the light absorption rate corresponding to the certain value. The
つまり、このような状態では、レーザパワーを増加すべくパルス波高値(パルスエネルギー)を増加させても、加工に使用されないパルスレーザ光の割合を徒に増加させることになり、該パルスレーザ光の光利用効率を悪くしてしまう。 That is, in such a state, even if the pulse peak value (pulse energy) is increased in order to increase the laser power, the ratio of the pulsed laser light that is not used for processing is increased, and the pulsed laser light The light utilization efficiency is deteriorated.
本発明の目的は、短光のパルスレーザ光を用いたレーザ加工装置において、加工レートを極力低下させることなく、レーザパワーを広範囲に調整させ、パルスレーザ光の光利用効率の高いレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置を提供することにある。 An object of the present invention is to perform laser processing with high light utilization efficiency of pulsed laser light by adjusting laser power over a wide range without reducing the processing rate as much as possible in a laser processing apparatus using short pulsed laser light. An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can perform the above processing.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、短光のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を加工対象物に収束させて照射する収束レンズと、外部信号に基づき前記加工対象物に照射にされるパルスレーザ光のレーザパワーの設定値を変更可能に設定するレーザパワー設定手段と、前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値に基づいて、前記レーザ光源のパルスレーザ光のパルス条件を設定するパルス条件設定手段と、前記パルス条件設定手段により設定されるパルス条件に基づいて、前記レーザ光源を制御する制御手段とを備え、前記パルス条件設定手段は、前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値が、所定の基準レーザパワーよりも低い場合は、前記パルス条件を前記パルスレーザ光のパルス波高値により変更させるとともに、前記基準レーザパワーよりも高い場合は、前記パルス条件を前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数により変更させることを要旨とする。 In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is directed to a laser light source that emits a short pulse laser beam, and a pulse laser beam emitted from the laser light source is converged and irradiated on a workpiece. A converging lens, laser power setting means for setting the set value of the laser power of the pulsed laser light irradiated to the object to be processed based on an external signal, and laser power set by the laser power setting means A pulse condition setting means for setting a pulse condition of the pulse laser light of the laser light source based on the set value of the laser light source; and a control means for controlling the laser light source based on the pulse condition set by the pulse condition setting means; wherein the pulse condition setting means, the set value of the laser power set by the laser power setting means, a predetermined reference laser power The pulse condition is changed by the pulse peak value of the pulsed laser beam, and when higher than the reference laser power, the pulse condition is changed by the number of pulses per predetermined period of the pulsed laser beam. The gist is to make it.
上記各構成によれば、前記レーザパワー設定手段により設定されたパルスレーザ光のレーザパワーの設定値が、該パルスレーザ光のパルス波高値の増加量に対する加工対象物による前記パルスレーザ光の光学的な光吸収率の増加量が抑えられる所定のレーザパワー(基準レーザパワー)よりも高い場合には、前記パルス条件設定手段により、前記パルス条件が前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数により変更されることで、前記レーザパワーを広範囲に調整しつつパルスレーザ光の光利用効率の低下を抑制することができる。 According to each of the above configurations, the set value of the laser power of the pulsed laser light set by the laser power setting means is such that the optical value of the pulsed laser light by the object to be processed with respect to the increase amount of the pulse peak value of the pulsed laser light. When the amount of increase in the light absorption rate is higher than a predetermined laser power (reference laser power) that can be suppressed, the pulse condition is changed by the number of pulses per predetermined period of the pulse laser light by the pulse condition setting means. As a result, it is possible to suppress a decrease in the light utilization efficiency of the pulsed laser light while adjusting the laser power over a wide range.
一方、前記レーザパワー設定手段により設定されたパルスレーザ光のレーザパワーの設定値が前記所定のレーザパワー(基準レーザパワー)よりも低い場合には、前記パルス条件設定手段により、前記パルス条件が前記パルスレーザ光のパルス波高値により変更されることで、例えば前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数により変更される場合のように所定の加工点に複数のパルスレーザ光を照射する必要がなく、加工レートの低下を抑制することができる。 On the other hand, when the set value of the laser power of the pulse laser beam set by the laser power setting means is lower than the predetermined laser power (reference laser power), the pulse condition is set by the pulse condition setting means. By changing according to the pulse peak value of the pulse laser light, for example, there is no need to irradiate a predetermined processing point with a plurality of pulse laser lights as in the case where the pulse laser light is changed according to the number of pulses per predetermined period. , The reduction of the processing rate can be suppressed.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ加工装置において、前記パルス条件設定手段が、前記パルス条件を前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数により設定する際に、前記パルスレーザ光の繰返し周波数により設定させることを要旨とする。 Invention according to claim 2, in the laser processing apparatus according to claim 1, wherein when the pulse condition setting means sets the pulse conditions by the number of pulses for each predetermined period of the pulsed laser light, the pulse The gist is to set it by the repetition frequency of the laser beam.
同構成によれば、前記加工対象物に照射にされるパルスレーザ光の必要なレーザパワーを満たすべく、所定の加工点に複数のパルスレーザ光を照射する場合、前記パルスレーザ光の繰返し周波数に相当する周期がより短くなるように変更されることで、元々の繰返し周波数に相当する周期で生じる無駄な待ち時間を解消でき、加工レートを増加することができる。 According to this configuration, when a plurality of pulse laser beams are irradiated to a predetermined processing point in order to satisfy the necessary laser power of the pulse laser beam irradiated to the workpiece, the repetition frequency of the pulse laser beam is set. By changing the corresponding cycle to be shorter, useless waiting time that occurs in the cycle corresponding to the original repetition frequency can be eliminated, and the processing rate can be increased.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物の複数種類の材質と、該材質ごとのレーザパワーの設定値及び該レーザパワーの設定値に対するパルス条件とを記憶する記憶手段と、前記複数種類の材質のいずれか一つを選択する選択手段と、を備え、前記パルス条件設定手段は、前記選択手段により前記複数種類の材質のいずれか一つが選択されることで、前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値に基づいて、該レーザパワーの設定値に対して前記記憶手段に記憶されるパルス条件を設定することを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to the first or second aspect , a plurality of types of materials of the workpiece, a set value of the laser power for each material, and a set value of the laser power Storage means for storing pulse conditions, and selection means for selecting any one of the plurality of types of materials, wherein the pulse condition setting means is configured to select any one of the plurality of types of materials by the selection means. And selecting a pulse condition stored in the storage unit for the set value of the laser power based on the set value of the laser power set by the laser power setting unit. To do.
同構成によれば、前記加工対象物の予め記憶されている複数種類の材質のいずれか一つの材質が選択されることで、前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値に基づいて、該レーザパワーの設定値に対して前記記憶手段に記憶されるパルス条件が設定され、最適なレーザパワーに調整することができ、パルス条件の設定(変更)を簡略化することができる。 According to the same configuration, one of a plurality of types of materials stored in advance of the workpiece is selected, and based on a laser power setting value set by the laser power setting unit. The pulse condition stored in the storage means is set with respect to the set value of the laser power, and can be adjusted to the optimum laser power, and the setting (change) of the pulse condition can be simplified.
請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物に照射されたパルスレーザ光が、該加工対象物を反射又は透過した光を受光する受光手段と、前記レーザパワー設定手段によりレーザパワーを順次変更しつつ、前記受光手段により受光された受光量を検出し、前記レーザパワーの設定値ごとの前記検出された受光量に基づいて、該受光量の変化が所定の増加量を下回ったときのレーザパワーの設定値を前記基準レーザパワーに設定する基準レーザパワー設定手段とを備えたことを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to the first or second aspect , the light receiving means for receiving the light that is reflected or transmitted through the processing object by the pulsed laser light applied to the processing object. And detecting the received light amount received by the light receiving means while sequentially changing the laser power by the laser power setting means, and based on the detected received light amount for each set value of the laser power, And a reference laser power setting means for setting the set value of the laser power when the change of the laser beam is below a predetermined increase amount to the reference laser power.
同構成によれば、前記加工対象物の膨大な種類の材質にレーザ加工を行う場合であっても、前記ティーチングモードにより前記基準レーザパワーが設定されることで、ユーザが加工する材質に柔軟に対応することができる。 According to this configuration, even when laser processing is performed on an enormous variety of materials of the processing object, the reference laser power is set by the teaching mode, so that the material processed by the user can be flexibly set. Can respond.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記パルスレーザ光は、ピコ秒オーダー以下の短光パルスレーザ光であることを要旨とする。 The gist of the invention according to claim 5 is the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the pulse laser beam is a short pulse laser beam of picosecond order or less. .
同構成によれば、熱を発生させない加工(いわゆるコールドマシニング)が可能なレーザ加工技術分野において、パルスレーザ光が吸収されて加工に使われる状態か、パルスレーザ光が吸収されず加工に使われない状態かがより顕著に現れるため、前記加工対象物による前記パルスレーザ光の光学的な光吸収率の変化をより明確に顕在化することができ、これによりパルスレーザ光の光利用効率の低下をより好適に抑制することができる。 According to this configuration, in the laser processing technology field where processing that does not generate heat (so-called cold machining) is possible, pulse laser light is absorbed and used for processing, or pulse laser light is not absorbed and used for processing. As a result, the change in the optical absorption rate of the pulsed laser beam due to the workpiece can be more clearly manifested, thereby reducing the light utilization efficiency of the pulsed laser beam. Can be more suitably suppressed.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光源からのパルスレーザ光を走査して前記加工対象物に照射されるパルスレーザ光を走査する光走査手段を備え、
前記制御手段は、前記パルス条件設定手段により設定された前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数に応じて前記光走査手段における走査速度を変更することを要旨とする。
A sixth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the processing object is irradiated with the pulsed laser light that is scanned with the pulsed laser light from the laser light source. Optical scanning means for scanning
The gist of the invention is that the control means changes the scanning speed of the optical scanning means in accordance with the number of pulses of the pulsed laser light for each predetermined period set by the pulse condition setting means.
同構成によれば、パルスレーザ光と加工対象物とを相対移動させる場合、例えば加工用のテーブルや加工対象物にパルスレーザ光を照射するヘッドを動かすよりも、前記レーザ光源からのパルスレーザ光を走査する方が高速であるため、加工レートを更に増加することができる。 According to this configuration, when the pulse laser beam and the object to be processed are relatively moved, for example, the pulse laser beam from the laser light source is moved rather than moving the table for processing or the head that irradiates the object to be processed with the pulse laser beam. Since the scanning is faster, the processing rate can be further increased.
各請求項に記載の発明では、短光のパルスレーザ光を用いたレーザ加工装置において、加工レートを極力低下させることなく、レーザパワーを広範囲に調整させ、パルスレーザ光の光利用効率の高いレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置を提供することができる。 In the invention described in each claim, in a laser processing apparatus using a short pulse laser beam, the laser power is adjusted in a wide range without reducing the processing rate as much as possible, and a laser with high light use efficiency of the pulse laser beam A laser processing apparatus capable of performing processing can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に、本実施形態のレーザ加工装置10の構成ブロック図を示す。このレーザ加工装置10は、例えば加工対象物Wの表面に文字・記号・図形等をマーキング加工するものである。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration block diagram of a
レーザ加工装置10のレーザ光源11は、レーザ発振器(例えばYAGレーザ)からなり、加工用の超短光のパルスレーザ光Lを出射するとともに、電気的に接続されたコントローラ12の制御手段12bによってその発振が制御される。このパルスレーザ光Lのレーザパワーの設定値は、コントローラ12のレーザパワー設定手段12cにより変更可能に設定されるとともに、該パルスレーザ光Lのパルス条件は、前記レーザパワー設定手段12cにより設定されるレーザパワーの設定値に基づいて、コントローラ12のパルス条件設定手段12dにより設定される。制御手段12bは、パルス条件設定手段12dにより設定されるパルス条件に基づいて、前記レーザ光源11を制御する。なお、本実施形態では、レーザ光源11は、パルスレーザ光Lとして、パルス幅(パルスデューティ)が一定となるピコ秒オーダー以下の短光パルスレーザ光を出射する。そして、コントローラ12のパルス条件設定手段12dは、パルス条件として、このパルスレーザ光Lのパルス波高値及び繰返し周波数(周期)を設定する。
A laser light source 11 of the
そして、このパルス条件に基づいて、コントローラ12の制御手段12bは、レーザ光源11に対する駆動電流を制御して、パルスレーザ光Lのパルス波高値を変更・制御する。また、コントローラ12の制御手段12bは、レーザ光源11に対する駆動電流の供給タイミングを制御して、パルスレーザ光Lの所定期間ごとのパルス数に対応する繰返し周波数を変更・制御する。
Based on this pulse condition, the control means 12b of the
レーザ光源11の後段に配置される光走査手段としての光走査機構13は、例えば対をなすX軸ミラーとY軸ミラーとからなるガルバノミラーにより構成されており、レーザ光源11から出射されたパルスレーザ光Lを反射してその照射方向を変更する。この光走査機構13は、電気的に接続されたコントローラ12の制御手段12bにより各ミラーの回動角度が制御される。各ミラーが回動することにより、マーキングする文字・記号・図形等に基づいてパルスレーザ光Lが2次元走査される。なお、コントローラ12の制御手段12bによる各ミラーの制御、即ちパルスレーザ光Lの走査速度は、該パルスレーザ光Lの繰返し周波数に合わせて制御される。
An
光走査機構13の後段に配置される収束レンズ(fθレンズ)14は、該光走査機構13にて照射方向の変更されたパルスレーザ光Lを集光させる。そして、このパルスレーザ光Lにより、加工対象物Wの表面に、マーキング加工が施される。
A converging lens (fθ lens) 14 disposed downstream of the
コントローラ12のレーザパワー設定手段12cに電気的に接続された選択手段としての操作部15は、加工対象物Wの加工情報(例えばマーキングすべき文字・記号・図形等の情報、加工対象物Wの材質、1箇所の加工点に照射するパルスレーザ光Lのレーザパワー)を選択・設定すべくユーザにより操作されるとともに、該設定された加工情報を外部信号としてコントローラ12に出力する。
The
コントローラ12のレーザパワー設定手段12cは、操作部15からの外部信号に基づき、前記加工対象物Wに照射にされるパルスレーザ光Lのレーザパワーを変更可能に設定する。具体的には、コントローラ12は、加工対象物の複数種類の材質と、該材質ごとのレーザパワーの設定値及び該レーザパワーの設定値に対するパルス条件とをその内蔵する記憶手段としてのメモリ12aに予め記憶している。そして、コントローラ12のレーザパワー設定手段12cは、操作部15からの外部信号に基づき、加工対象物Wの材質及びパルスレーザ光Lのレーザパワーの加工情報を取得するとともに、メモリ12aに予め記憶されているパルス条件の中からこれら加工情報に対応するパルス条件(パルス波高値及び繰返し周波数)を選択・設定する。そして、コントローラ12の制御手段12bは、設定されたパルス波高値に応じた駆動電流を、設定された繰返し周波数に応じたタイミングでレーザ光源11に供給する。同時に、コントローラ12の制御手段12bは、設定された繰返し周波数に合わせて光走査機構13を駆動する。
The laser power setting means 12c of the
このように構成されたレーザ加工装置10において、加工対象物Wへのマーキング加工を実施する場合には、コントローラ12の制御手段12bは、前述のパルス条件(パルス波高値及び繰返し周波数)に従ってレーザ光源11を駆動して、パルスレーザ光Lを出射させる。また、コントローラ12の制御手段12bは、操作部15が出力する加工情報に従って光走査機構13を駆動して、レーザ光源11から出射されたパルスレーザ光Lを2次元で走査し、加工対象物Wの表面に所定形状のマーキングを実施する。
In the
ここで、ユーザの操作により設定されるレーザパワーの設定値と、該レーザパワーの設定値に対応してメモリ12aに予め記憶されているパルス条件との関係について説明する。
Here, the relationship between the laser power setting value set by the user's operation and the pulse condition stored in advance in the
図2(a)(b)は、加工対象物Wのある材質に関して、ユーザの操作により設定されるレーザパワーの設定値Pと、該レーザパワーの設定値Pに対応してメモリ12aに予め記憶されているパルス条件としてのパルス波高値A及び繰返し周波数fとの関係を示すマップである。
2 (a) and 2 (b), regarding a certain material of the workpiece W, the laser power setting value P set by the user's operation and the
同図に示されるように、レーザパワーの設定値Pが所定の基準レーザパワーPx以下のときには、該レーザパワーの設定値Pの増加に伴ってパルスレーザ光Lのパルス波高値Aが増加するように、且つ、繰返し周波数fが所定の繰返し周波数f0に保持されるようにパルス条件が設定されている。一方、レーザパワーの設定値Pが前記基準レーザパワーPxを超えるときには、パルスレーザ光Lのパルス波高値Aが所定のパルス波高値A0に保持されるように、且つ、該レーザパワーの設定値Pの増加に伴って繰返し周波数fが増加するようにパルス条件が設定されている。なお、前記基準レーザパワーPx、パルス波高値A0及び繰返し周波数f0は、加工対象物Wの材質ごとに予め決められた一定値である。例えば、基準レーザパワーPxは、前記パルスレーザ光Lのパルス波高値の増加量に対する加工対象物Wによる該パルスレーザ光Lの光学的な光吸収率の増加量が抑えられる各材質に固有のレーザパワーである。 As shown in the figure, when the laser power set value P is less than or equal to a predetermined reference laser power Px, the pulse peak value A of the pulsed laser light L increases as the laser power set value P increases. In addition, the pulse condition is set so that the repetition frequency f is maintained at a predetermined repetition frequency f0. On the other hand, when the laser power set value P exceeds the reference laser power Px, the pulse peak value A of the pulsed laser light L is held at a predetermined pulse peak value A0 and the laser power set value P is set. The pulse condition is set so that the repetition frequency f increases with the increase of. The reference laser power Px, the pulse peak value A0, and the repetition frequency f0 are constant values determined in advance for each material of the workpiece W. For example, the reference laser power Px is a laser unique to each material that can suppress an increase in the optical light absorptance of the pulse laser beam L by the workpiece W with respect to an increase in the pulse peak value of the pulse laser beam L. Power.
従って、前記レーザパワーの設定値Pが前記基準レーザパワーPx以下のときには、コントローラ12により駆動制御されるレーザ光源11は、該レーザパワーの設定値Pの増加に従ってパルス波高値Aの増加する1発のパルスレーザ光Lを所定の加工点に照射するとともに、光走査機構13により繰返し周波数f0に合わせて照射方向が次の加工点へと変更される。このように、所定の加工点に1発のパルスレーザ光Lを照射するのみでよいため、必要なレーザパワーを確保しつつ好適な加工レートが保持される。
Accordingly, when the laser power set value P is less than or equal to the reference laser power Px, the laser light source 11 that is driven and controlled by the
一方、前記レーザパワーの設定値Pが前記基準レーザパワーPxを超えるときには、コントローラ12により駆動制御されるレーザ光源11は、該レーザパワーの設定値Pの増加に従って増加する繰返し周波数fに合わせてパルス波高値A0の複数パルス(2発)のパルスレーザ光Lを所定の加工点に順次照射するとともに、光走査機構13により繰返し周波数fの半分の周波数(f/2)に合わせて照射方向が次の加工点へと変更される。このように、所定の加工点に複数パルスのパルスレーザ光Lを照射することで、必要なレーザパワーが確保される。以上により、パルスレーザ光Lの光利用効率を低下することなく、レーザパワーの広範囲に亘る調整を可能にしている。
On the other hand, when the set value P of the laser power exceeds the reference laser power Px, the laser light source 11 that is driven and controlled by the
なお、所定の加工点に複数パルスのパルスレーザ光Lを照射することで、加工レートの低下が想定されるものの、繰返し周波数fの増加によって対処することで加工レートの低下を抑制している。 In addition, although the reduction of a processing rate is assumed by irradiating a predetermined | prescribed processing point with the pulsed laser beam L of a several pulse, the fall of a processing rate is suppressed by coping with the increase in the repetition frequency f.
図3(a)は、所定の加工点に1発のパルスレーザ光Lのみを照射する場合であって、繰返し周波数f0に相当する周期Tごとにパルスレーザ光Lが照射される基準の状態を示す説明図である。また、図3(b)(c)は、所定の加工点に2発のパルスレーザ光Lを照射する場合であって、前記周期Tごとに照射されるパルスレーザ光Lのパルス数が2発にされた状態及び前記周期Tの半分の時間(T/2)ごとに1発のパルスレーザ光Lが照射される状態(繰返し周波数fが2倍にされた状態)をそれぞれ示す説明図である。 FIG. 3A shows a reference state in which only one pulsed laser beam L is irradiated to a predetermined processing point, and the pulsed laser beam L is irradiated every period T corresponding to the repetition frequency f0. It is explanatory drawing shown. 3B and 3C show a case where two pulsed laser beams L are irradiated to a predetermined processing point, and the number of pulses of the pulsed laser beam L irradiated at each period T is two. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the pulse laser light L is irradiated every time (T / 2) half of the period T (a state in which the repetition frequency f is doubled). .
図3(b)に示すように、所定の加工点に前記周期Tごとに2発のパルスレーザ光Lを照射する場合には、当該2発のパルスレーザ光Lの照射間隔をどれだけ縮めたとしても、次の加工点への照射方向の変更は前記周期Tの経過を待って行われることになり、無駄な待ち時間が生じてしまう。 As shown in FIG. 3B, when irradiating a predetermined processing point with two pulsed laser beams L for each period T, how much the irradiation interval of the two pulsed laser beams L is reduced. However, the change of the irradiation direction to the next processing point is performed after the elapse of the period T, resulting in a wasteful waiting time.
一方、図3(c)に示すように、所定の加工点に前記周期Tの半分の時間(T/2)ごとに1発のパルスレーザ光Lを照射する場合にも、前記周期Tごとに2発のパルスレーザ光Lが照射される。換言すれば、所定の加工点に前記時間(T/2)よりも短い時間ごとに1発のパルスレーザ光Lを照射すれば、すなわち繰返し周波数fを2倍よりも大きくすれば、該繰返し周波数fを大きくするに従って、前記周期Tに対しより短い時間で次の加工点への照射方向の変更が可能となる。 On the other hand, as shown in FIG. 3 (c), even when one pulsed laser beam L is irradiated to a predetermined processing point every half time (T / 2) of the period T, every period T Two pulsed laser beams L are irradiated. In other words, if one pulsed laser beam L is irradiated to a predetermined processing point every time shorter than the time (T / 2), that is, if the repetition frequency f is made larger than twice, the repetition frequency As f is increased, the irradiation direction to the next processing point can be changed in a shorter time with respect to the period T.
以上により、所定の加工点に複数パルスのパルスレーザ光Lを照射する場合において、前記周期Tごとのパルスレーザ光Lのパルス数を増加する場合よりも加工レートの低下が抑制されている。 As described above, in the case of irradiating the predetermined laser beam with a plurality of pulses of laser light L, a decrease in the processing rate is suppressed as compared with the case where the number of pulses of the pulse laser light L for each period T is increased.
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、設定されたパルスレーザ光Lのレーザパワーの設定値Pが、前記基準レーザパワーPxよりも高い場合には、コントローラ12により、前記パルス条件が前記パルスレーザ光Lの繰返し周波数により変更されることで、前記レーザパワーを広範囲に調整しつつパルスレーザ光Lの光利用効率の低下を抑制することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, when the set value P of the laser power of the set pulse laser light L is higher than the reference laser power Px, the
一方、設定されたパルスレーザ光Lのレーザパワーの設定値Pが、前記基準レーザパワーPxよりも低い場合には、コントローラ12により、前記パルス条件が前記パルスレーザ光Lのパルス波高値により変更されることで、例えば前記パルスレーザ光Lの繰返し周波数、又は、前記パルスレーザ光Lの所定期間ごとのパルス数により変更される場合のように所定の加工点に複数パルスのパルスレーザ光Lを照射する必要がなく、加工レートの低下を抑制することができる。
On the other hand, when the set value P of the laser power of the set pulse laser beam L is lower than the reference laser power Px, the
(2)本実施形態では、前記加工対象物Wに照射にされるパルスレーザ光Lの必要なレーザパワーの設定値Pを満たすべく、所定の加工点に複数パルスのパルスレーザ光Lを照射する場合、前記パルスレーザ光Lの繰返し周波数に相当する周期がより短くなるように変更されることで、元々の繰返し周波数に相当する周期で生じる無駄な待ち時間を解消でき、加工レートを増加することができる。 (2) In the present embodiment, a predetermined processing point is irradiated with a plurality of pulses of pulsed laser light L so as to satisfy a necessary laser power setting value P of the pulsed laser light L irradiated onto the workpiece W. In this case, by changing the period corresponding to the repetition frequency of the pulsed laser light L to be shorter, it is possible to eliminate the wasteful waiting time that occurs in the period corresponding to the original repetition frequency, and to increase the processing rate. Can do.
特に、複数の加工点を走査する場合には、一の加工点から次の加工点へと迅速に移動することができ、加工レートを全体的に増加することができる。
(3)本実施形態では、前記加工対象物Wの予め記憶されている複数種類の材質のいずれか一つの材質が前記操作部15を通じて選択されることで、前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値に基づいて、該レーザパワーの設定値に対して前記メモリ12aに記憶されるパルス条件が設定され、最適なレーザパワーに調整することができ、パルス条件の設定(変更)を簡略化することができる。
In particular, when scanning a plurality of machining points, it is possible to quickly move from one machining point to the next machining point, and the machining rate can be increased as a whole.
(3) In the present embodiment, any one of a plurality of pre-stored materials of the workpiece W is selected through the
(4)本実施形態では、パルスレーザ光Lがピコ秒オーダー以下の短光パルスレーザ光であることで、非発熱加工(コールドマシニング)が可能なレーザ加工技術分野において、パルスレーザ光が吸収されて加工に使われる状態か、パルスレーザ光が吸収されず加工に使われない状態かがより顕著に現れるため、前記加工対象物Wによる前記パルスレーザ光Lの光学的な光吸収率の変化をより明確に顕在化することができ、これによりパルスレーザ光Lの光利用効率の低下をより好適に抑制することができる。 (4) In the present embodiment, the pulsed laser light is absorbed in the laser processing technology field capable of non-heat generation processing (cold machining) because the pulsed laser light L is a short light pulse laser light of picosecond order or less. Therefore, the state of being used for processing or the state of not being used for processing because the pulse laser beam is not absorbed appears more prominently. This can be clearly manifested, whereby the reduction in the light utilization efficiency of the pulsed laser light L can be more suitably suppressed.
(5)本実施形態では、前記レーザ光源11からのパルスレーザ光Lを光走査機構13により走査してパルスレーザ光Lと加工対象物Wとを相対移動させることで、例えば加工用のテーブルや加工対象物Wにパルスレーザ光Lを照射するヘッドを動かす場合に比べて高速で行うことができ、加工レートを更に増加することができる。
(5) In this embodiment, the pulse laser beam L from the laser light source 11 is scanned by the
(6)一般に、レーザパワーを可変すべく、パルスレーザ光のパルス幅を増減してパルス1発当たりのエネルギーを変化させると、加工点において加工に使われる光以外に熱に変換される光の割合が増減するため、加工点における加工状態が大きく変わってしまうおそれがある。特に、超短光パルスレーザ光を使った加工のように非発熱加工(コールドマシニング)と呼ばれる加工技術分野においては、熱量の発生は好ましくない。本実施形態では、レーザパワーの設定値Pに関わらず、パルスレーザ光Lのパルス幅が一定であることで、加工点における加工状態の変化を抑制することができる。 (6) In general, when the energy per pulse is changed by increasing or decreasing the pulse width of the pulse laser beam in order to vary the laser power, the light converted into heat in addition to the light used for processing at the processing point Since the ratio increases or decreases, the processing state at the processing point may change significantly. In particular, in the processing technical field called non-heat generation processing (cold machining) such as processing using an ultrashort pulse laser beam, generation of heat is not preferable. In this embodiment, regardless of the set value P of the laser power, the change in the machining state at the machining point can be suppressed because the pulse width of the pulsed laser light L is constant.
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図4に示したように、コントローラ12の基準レーザパワー設定手段12eに電気的に接続された受光手段としての光測定器21により、前記加工対象物Wに照射されたパルスレーザ光Lが該加工対象物Wを透過した光を受光するとともに、その受光量に応じた信号を外部信号としてコントローラ12に出力するようにしてもよい。この場合、コントローラ12のレーザパワー設定手段12cにより、レーザパワーの設定値を増加しつつ、光測定器21により受光された受光量を検出し、レーザパワーの設定値ごとの前記検出された受光量に基づいて、レーザパワーの増加量に対する受光量の変化が所定の増加量を下回ったときのレーザパワーの設定値を前記基準レーザパワーPxに設定する。なお、この基準レーザパワーPxの設定は、通常の加工モードとは別にコントローラ12に搭載したティーティングモードにて行ってもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
As shown in FIG. 4, the pulse laser beam L applied to the workpiece W is detected by the
このように変更することで、前記実施形態の(1)(2)(4)〜(6)と同様の効果に加え、加工対象物Wの膨大な種類の材質にレーザ加工を行う場合であっても、前記基準レーザパワー設定手段12eにより前記基準レーザパワーPxが設定されることで、ユーザが加工する材質に柔軟に対応することができる。つまり、コントローラ12は、加工対象物Wの複数種類の材質を前記メモリ12aに予め記憶しておく必要がなく、上述の態様で設定された基準レーザパワーPxに基づいてパルス条件を設定すればよい。なお、図4に破線にて併せて示したように、前記光測定器21により、前記加工対象物Wに照射されたパルスレーザ光Lが該加工対象物Wを反射した光を受光するようにしてもよい。
By changing in this way, in addition to the same effects as (1), (2), (4) to (6) of the above-described embodiment, it is a case where laser processing is performed on a huge variety of materials of the workpiece W. However, by setting the reference laser power Px by the reference laser
・前記実施形態において、レーザパワーの設定値Pが前記基準レーザパワーPxを超えるときには、パルスレーザ光Lの2つのパルスのパルス波高値Aがレーザパワーの設定値Pに応じた互いに同等の所定のパルス波高値になるようにパルス条件を設定してもよい。あるいは、パルスレーザ光Lの1発目のパルスのパルス波高値Aが所定のパルス波高値A0に保持されるように、且つ、2発目のパルスのパルス波高値Aがレーザパワーの設定値Pに応じた所定のパルス波高値になるようにパルス条件を設定してもよい。 In the embodiment, when the set value P of the laser power exceeds the reference laser power Px, the pulse peak values A of the two pulses of the pulse laser light L are equal to each other according to the set value P of the laser power. The pulse condition may be set so that the pulse peak value is obtained. Alternatively, the pulse peak value A of the first pulse of the pulsed laser light L is held at a predetermined pulse peak value A0, and the pulse peak value A of the second pulse is set to the laser power set value P. The pulse condition may be set so as to obtain a predetermined pulse peak value according to the above.
・前記実施形態において、パルス波高値Aの変更に合わせて、パルス幅を微調整しパルスエネルギーの調整を行ってもよい。
・前記実施形態において、レーザパワーの設定値Pが前記基準レーザパワーPxを超えるときには、前記パルス条件を前記パルスレーザ光Lの所定期間(周期T)ごとのパルス数により変更してもよい。
In the embodiment, the pulse energy may be adjusted by finely adjusting the pulse width in accordance with the change of the pulse peak value A.
In the embodiment, when the set value P of the laser power exceeds the reference laser power Px, the pulse condition may be changed according to the number of pulses per predetermined period (period T) of the pulsed laser light L.
・前記実施形態において、レーザ光源11を、例えば複数の半導体レーザで構成するとともに、コントローラ12により、駆動する半導体レーザの個数を変更することで、パルスレーザ光Lのパルス波高値Aを可変してもよい。
In the above embodiment, the laser light source 11 is composed of, for example, a plurality of semiconductor lasers, and the
W…加工対象物、10…レーザ加工装置、11…レーザ光源、12…コントローラ、12a…メモリ(記憶手段)、12b…制御手段、12c…レーザパワー設定手段、12d…パルス条件設定手段、12e…基準レーザパワー設定手段、13…光走査機構(光走査手段)、14…収束レンズ、15…操作部、21…光測定器(受光手段)。 W ... object to be processed, 10 ... laser processing device, 11 ... laser light source, 12 ... controller, 12a ... memory (storage means), 12b ... control means, 12c ... laser power setting means, 12d ... pulse condition setting means, 12e ... Reference laser power setting means, 13 ... optical scanning mechanism (optical scanning means), 14 ... converging lens, 15 ... operation unit, 21 ... optical measuring device (light receiving means).
Claims (6)
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を加工対象物に収束させて照射する収束レンズと、
外部信号に基づき前記加工対象物に照射されるパルスレーザ光のレーザパワーの設定値を変更可能に設定するレーザパワー設定手段と、
前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値に基づいて、前記レーザ光源のパルスレーザ光のパルス条件を設定するパルス条件設定手段と、
前記パルス条件設定手段により設定されるパルス条件に基づいて、前記レーザ光源を制御する制御手段とを備え、
前記パルス条件設定手段は、
前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値が、所定の基準レーザパワーよりも低い場合は、前記パルス条件を前記パルスレーザ光のパルス波高値により変更させるとともに、
前記基準レーザパワーよりも高い場合は、前記パルス条件を前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数により変更させる
ことを特徴とするレーザ加工装置。 A laser light source that emits a short pulse laser beam;
A converging lens that converges and irradiates the object to be processed with the pulsed laser light emitted from the laser light source;
Laser power setting means for setting the set value of the laser power of the pulsed laser light irradiated to the object to be processed based on an external signal to be changeable;
Pulse condition setting means for setting a pulse condition of the pulse laser beam of the laser light source based on a set value of the laser power set by the laser power setting means;
Control means for controlling the laser light source based on the pulse condition set by the pulse condition setting means,
The pulse condition setting means includes
When the set value of the laser power set by the laser power setting means is lower than a predetermined reference laser power, the pulse condition is changed by the pulse peak value of the pulse laser light,
When the reference laser power is higher than the reference laser power , the laser processing apparatus is characterized in that the pulse condition is changed by the number of pulses per predetermined period of the pulse laser light .
前記パルス条件設定手段が、前記パルス条件を前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数により設定する際に、前記パルスレーザ光の繰返し周波数により設定させる
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus of Claim 1 ,
The laser processing apparatus, wherein the pulse condition setting means sets the pulse condition based on the repetition frequency of the pulse laser beam when setting the pulse condition based on the number of pulses per predetermined period of the pulse laser beam.
前記加工対象物の複数種類の材質と、該材質ごとのレーザパワーの設定値及び該レーザパワーの設定値に対するパルス条件とを記憶する記憶手段と、
前記複数種類の材質のいずれか一つを選択する選択手段と、
を備え、
前記パルス条件設定手段は、
前記選択手段により前記複数種類の材質のいずれか一つが選択されることで、前記レーザパワー設定手段により設定されるレーザパワーの設定値に基づいて、該レーザパワーの設定値に対して前記記憶手段に記憶されるパルス条件を設定する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2 ,
Storage means for storing a plurality of types of materials of the workpiece, a set value of the laser power for each material, and a pulse condition for the set value of the laser power;
Selecting means for selecting any one of the plurality of types of materials;
With
The pulse condition setting means includes
Based on the set value of the laser power set by the laser power setting means by selecting any one of the plurality of kinds of materials by the selecting means, the storage means for the set value of the laser power A laser processing apparatus characterized in that a pulse condition stored in the is set.
前記加工対象物に照射されたパルスレーザ光が、該加工対象物を反射又は透過した光を受光する受光手段と、
前記レーザパワー設定手段によりレーザパワーを順次変更しつつ、前記受光手段により受光された受光量を検出し、前記レーザパワーの設定値ごとの前記検出された受光量に基づいて、該受光量の変化が所定の増加量を下回ったときのレーザパワーの設定値を前記基準レーザパワーに設定する基準レーザパワー設定手段とを備えた
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2 ,
A light receiving means for receiving the light reflected or transmitted by the pulsed laser light applied to the object to be processed;
While the laser power is sequentially changed by the laser power setting means, the received light amount received by the light receiving means is detected, and the change in the received light amount is determined based on the detected received light amount for each set value of the laser power. A laser processing apparatus, comprising: a reference laser power setting unit that sets a set value of the laser power when the value is less than a predetermined increase amount to the reference laser power.
前記パルスレーザ光は、ピコ秒オーダー以下の短光パルスレーザ光である
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus as described in any one of Claims 1-4 ,
The laser processing apparatus, wherein the pulse laser beam is a short pulse laser beam of picosecond order or less.
前記レーザ光源からのパルスレーザ光を走査して前記加工対象物に照射されるパルスレーザ光を走査する光走査手段を備え、
前記制御手段は、前記パルス条件設定手段により設定された前記パルスレーザ光の所定期間ごとのパルス数に応じて前記光走査手段における走査速度を変更する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus as described in any one of Claims 1-5 ,
An optical scanning unit that scans pulse laser light from the laser light source and scans pulse laser light applied to the workpiece;
The laser processing apparatus characterized in that the control means changes the scanning speed of the optical scanning means in accordance with the number of pulses of the pulsed laser light for each predetermined period set by the pulse condition setting means.
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