JP6909392B2 - Laser processing equipment and laser processing method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する技術に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method, and more particularly to a technique for processing an workpiece by a laser beam induced by a liquid jet.

近年、IC、LSI等のデバイスの高集積化、小型化に伴い、シリコン等の半導体基板の表面に、SiOF、BSG(SiOB)等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)と回路を形成する機能膜が積層された積層体からなるデバイス層が形成されたウェーハが実用化されている。 In recent years, with the increasing integration and miniaturization of devices such as ICs and LSIs, inorganic films such as SiOF and BSG (SiOB) and polymer films such as polyimide and parylene have been applied to the surface of semiconductor substrates such as silicon. A wafer having a device layer formed of a laminated body in which a low-dielectric-constant insulator film (Low-k film) made of a certain organic film and a functional film forming a circuit are laminated has been put into practical use.

しかし、このようなデバイス層のあるウェーハのダイシングは、膜剥がれやバリ等が発生しやすく、ダイシング工程における大きな問題となっている。特に、デバイス層にLow−k膜が含まれる場合、Low−k膜は非常に脆いことから、ダイシングブレードによる切断が行われると、Low−k膜に剥離が生じやすい問題がある。すなわち、ダイシングブレードによって切断すると、Low−k膜が破壊され、この破壊された領域がデバイス形成領域(チップ形成領域)に広がると、チップは不良品となり、製造される半導体装置の歩留りを低下させてしまう要因となる。 However, dicing of a wafer having such a device layer tends to cause film peeling, burrs, and the like, which is a big problem in the dicing process. In particular, when the low-k film is contained in the device layer, the low-k film is very brittle, so that there is a problem that the low-k film is likely to be peeled off when the dicing blade is used for cutting. That is, when cut by a dicing blade, the Low-k film is destroyed, and when this destroyed region expands to the device forming region (chip forming region), the chip becomes a defective product and the yield of the manufactured semiconductor device is lowered. It becomes a factor to end up.

上記問題を解消するために、ダイシングブレードによる切断に先立って、ストリートと称される分割予定ラインに沿ってレーザ加工溝を形成してデバイス層を分断した後に、ダイシングブレードによって切断を行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve the above problem, a technique for forming a laser processing groove along a planned division line called a street to divide a device layer and then cutting with a dicing blade prior to cutting with a dicing blade is disclosed. (See, for example, Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、ダイシング装置のほかにレーザ加工装置(レーザスクライバ)が必要である。また、レーザ照射工程では、ダイシングブレードの幅より広いレーザ加工溝を形成するために、レーザ光の照射を1つのストリートに沿って往復移動して行わなければならない。このため、生産性が悪く、コストアップを招く問題がある。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 requires a laser processing device (laser scriber) in addition to the dicing device. Further, in the laser irradiation step, in order to form a laser processing groove wider than the width of the dicing blade, the laser irradiation must be reciprocated along one street. Therefore, there is a problem that productivity is poor and cost is increased.

一方、特許文献2は、加圧液体を液体ジェットにて噴射し、それを光導波路としてレーザ光を被加工物へ照射するレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では、被加工物に向けて液体ジェットが噴射されるので加工時の熱ダメージやコンタミネーションによる影響を防ぎつつ、レーザ光が液体ジェットにより拡散することなく被加工物に向けて誘導されるので高精度な加工を行うことが可能となる。また、ダイシングブレードによるダイシングやレーザダイシング等のダイシング工程が不要となる。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a laser processing apparatus that injects a pressurized liquid with a liquid jet and irradiates a work piece with laser light using the pressurized liquid as an optical waveguide. In this laser machining device, since the liquid jet is ejected toward the workpiece, the laser beam is guided toward the workpiece without being diffused by the liquid jet while preventing the effects of heat damage and contamination during machining. Therefore, it is possible to perform high-precision machining. In addition, a dicing step such as dicing with a dicing blade or laser dicing becomes unnecessary.

特開2006−140311号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-140311 特開2016−193453号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-193453

ところで、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する場合、加工条件(例えば、液体ジェット長さなど)がわずかに異なる場合でも加工形状が変化してしまう問題がある。 By the way, when the workpiece is processed by the laser beam induced by the liquid jet, there is a problem that the processing shape changes even if the processing conditions (for example, the length of the liquid jet) are slightly different.

かかる問題に対し、特許文献2に開示されたレーザ加工装置は、液体ジェットにより誘導されるレーザ光の分布を観察するレーザ光分布観察装置を備えている。このレーザ光分布観察装置では、遮蔽板と光検出器とが結像レンズに対して互いに共役な位置関係に配置されるので、液体ジェットと遮蔽板との接面におけるレーザ光の分布を光検出器の受光面に忠実に再現することができる。これにより、液体ジェットに誘導されるレーザ光の分布を観察することが可能となる。 To solve this problem, the laser processing device disclosed in Patent Document 2 includes a laser light distribution observation device for observing the distribution of laser light guided by a liquid jet. In this laser light distribution observation device, since the shielding plate and the photodetector are arranged in a positional relationship conjugate with each other with respect to the imaging lens, the distribution of laser light on the contact surface between the liquid jet and the shielding plate is detected. It can be faithfully reproduced on the light receiving surface of the device. This makes it possible to observe the distribution of the laser beam guided by the liquid jet.

しかしながら、特許文献2に開示されたレーザ加工装置では、レーザ加工が開始される前に、レーザ光観察装置によって観察されたレーザ光の分布が適正なものとなるように調整することが行われているが、任意の加工形状(目標加工形状)を得るためには、1つの加工パスにおいて複数回の加工を重ねる必要があった。 However, in the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 2, before the laser processing is started, the distribution of the laser beam observed by the laser beam observing apparatus is adjusted so as to be appropriate. However, in order to obtain an arbitrary machining shape (target machining shape), it is necessary to repeat machining a plurality of times in one machining pass.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する際、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and when a work piece is machined by a laser beam induced by a liquid jet, a target machining shape can be obtained without repeating machining in one machining path. It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of capable of processing.

上記目的を達成するために、本発明の第1態様に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器と、レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、レーザ発振器から加工ヘッドに向かう途中でレーザ光を高速偏向する高速偏向手段と、移動手段により加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させつつ加工ヘッドから被加工物にレーザ光を照射する際に、高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、被加工物のレーザ光照射面における液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段と、を備える。 In order to achieve the above object, the laser processing apparatus according to the first aspect of the present invention includes a laser oscillator, a processing head that irradiates a workpiece while guiding the laser light output from the laser oscillator with a liquid jet. A moving means for relatively moving the machining head and the workpiece, a high-speed deflecting means for high-speed deflecting the laser beam on the way from the laser oscillator to the machining head, and a moving means for relatively moving the machining head and the workpiece relative to each other. By changing the deflection conditions of the high-speed deflection means when irradiating the work piece with laser light from the work head while moving to, the laser light distribution in the liquid jet on the laser light irradiation surface of the work piece can be changed to a plurality. A high-speed deflection control means for switching to a distribution is provided.

本発明の第2態様に係るレーザ加工装置は、第1態様において、レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工ヘッドに向けて偏向する低速偏向手段を備え、高速偏向手段は、低速偏向手段よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う。 In the first aspect, the laser processing apparatus according to the second aspect of the present invention includes a low-speed deflection means for deflecting the laser beam output from the laser oscillator toward the processing head, and the high-speed deflection means is more than the low-speed deflection means. Performs high-speed deflection and narrow range deflection.

本発明の第3態様に係るレーザ加工装置は、第1態様又は第2態様において、高速偏向手段は音響光学偏向素子である。 In the laser processing apparatus according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the high-speed deflection means is an acoustic-optical deflection element.

本発明の第4態様に係るレーザ加工装置は、第1態様から第3態様のいずれか1つの態様において、高速偏向制御手段は、レーザ光分布におけるレーザ光のピーク位置が加工ヘッドと被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、高速偏向手段の偏向条件を変化させる。 In the laser processing apparatus according to the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the high-speed deflection control means has the processing head and the workpiece at the peak position of the laser light in the laser light distribution. The deflection condition of the high-speed deflection means is changed so that the scanning is performed in a direction orthogonal to the movement direction relative to the above.

本発明の第5態様に係るレーザ加工装置は、第1態様から第4態様のいずれか1つの態様において、被加工物の表面の状態を測定する表面状態測定手段を備え、高速偏向制御手段は、表面状態測定手段の測定結果に基づいて、高速偏向手段の偏向条件を変化させる。 The laser machining apparatus according to the fifth aspect of the present invention includes, in any one of the first to fourth aspects, a surface condition measuring means for measuring the surface condition of the workpiece, and the high-speed deflection control means , The deflection condition of the high-speed deflection means is changed based on the measurement result of the surface condition measuring means.

本発明の第6態様に係るレーザ加工方法は、液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、液体ジェットと被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、液体ジェットに入射する手前でレーザ光を高速偏向する高速偏向工程と、液体ジェットと被加工物とを相対的に移動させつつレーザ光を被加工物に照射する際に、レーザ光を高速偏向するときの偏向条件を変化させることにより、被加工物のレーザ光照射面における液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御工程を備える。 The laser processing method according to the sixth aspect of the present invention includes a laser light irradiation step of irradiating a work piece with a laser beam guided by a liquid jet, and a moving step of relatively moving the liquid jet and the work piece. , High-speed deflection step of high-speed deflection of the laser beam before it enters the liquid jet, and high-speed deflection of the laser beam when irradiating the workpiece with the laser beam while moving the liquid jet and the workpiece relative to each other. A high-speed deflection control step is provided in which the laser light distribution in the liquid jet on the laser light irradiation surface of the workpiece is switched to a plurality of distributions by changing the deflection conditions at the time of the operation.

本発明によれば、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する際、レーザ光を高速偏向することによって液体ジェット内のレーザ光の分布を能動的に制御することにより、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることができる。 According to the present invention, when a workpiece is processed by a laser beam induced by a liquid jet, the distribution of the laser beam in the liquid jet is actively controlled by deflecting the laser beam at high speed. The target machining shape can be obtained without repeating machining in the machining pass.

第1の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図The schematic diagram which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on 1st Embodiment 液体ジェット内のレーザ光経路を示した簡略図Simplified diagram showing the laser beam path in a liquid jet 図2のaに示した位置でレーザ光の分布を観察した結果を示した図The figure which showed the result of observing the distribution of the laser beam at the position shown by a of FIG. 図2のbに示した位置でレーザ光の分布を観察した結果を示した図The figure which showed the result of observing the distribution of the laser beam at the position shown by b of FIG. 図3と同じ条件でワークに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図The figure which showed the depth profile of the machined groove when the linear machined groove was formed in the work under the same conditions as FIG. 図4と同じ条件でワークに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図The figure which showed the depth profile of the machined groove when the linear machined groove was formed in the work under the same conditions as FIG. 液体ジェット内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case where laser processing is performed with the laser light distribution in the liquid jet constant. 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case where laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet to a plurality of distributions. 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case where laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet to a plurality of distributions. 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図Explanatory drawing schematically showing the case where laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet to a plurality of distributions. 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図The figure for demonstrating the processing result at the time of performing laser processing while switching the laser light distribution in a liquid jet between two distributions by a high-speed deflection means. 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図The figure for demonstrating the processing result at the time of performing laser processing while switching the laser light distribution in a liquid jet between two distributions by a high-speed deflection means. 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図The figure for demonstrating the processing result at the time of performing laser processing while switching the laser light distribution in a liquid jet between two distributions by a high-speed deflection means. 第1の実施形態に係るレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法の一例を示すフローチャートA flowchart showing an example of a laser processing method using the laser processing apparatus according to the first embodiment. 参照テーブルの一例を示した図Diagram showing an example of a reference table 予想加工形状の算出方法の第1例を示した図The figure which showed the 1st example of the calculation method of the expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第1例を示した図The figure which showed the 1st example of the calculation method of the expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第2例を示した図The figure which showed the 2nd example of the calculation method of the expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第2例を示した図The figure which showed the 2nd example of the calculation method of the expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第2例を示した図The figure which showed the 2nd example of the calculation method of the expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第3例を示した図The figure which showed the 3rd example of the calculation method of the expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第3例を示した図The figure which showed the 3rd example of the calculation method of the expected processing shape 予想加工形状の算出方法の第3例を示した図The figure which showed the 3rd example of the calculation method of the expected processing shape 照射フルーエンスと加工レートとの対応関係の一例を示した両対数グラフA log-log graph showing an example of the correspondence between irradiation fluence and processing rate 1つの加工パスにおいて液体ジェット内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合についてのレーザ加工方法を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining a laser machining method in a case where laser machining is performed in a state where the laser beam distribution in a liquid jet is constant in one machining path. 第2の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図The schematic diagram which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment 空間光位相変調器による位相調整の効果を説明するための図Diagram for explaining the effect of phase adjustment by a spatial optical phase modulator 第3の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図The schematic diagram which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on 3rd Embodiment 第3の実施形態の効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of the 3rd Embodiment 第3の実施形態の効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of the 3rd Embodiment

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るレーザ加工装置10の構成を示す概略図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the laser processing apparatus 10 according to the first embodiment.

図1に示すように、レーザ加工装置10は、レーザ電源12と、レーザ発振器14と、ワークテーブル16と、ワークテーブル移動部18と、液体供給手段20と、ヘッドユニット22と、レーザ光分布観察装置26と、制御部30とを備えている。 As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 10 includes a laser power supply 12, a laser oscillator 14, a work table 16, a work table moving unit 18, a liquid supply means 20, a head unit 22, and a laser beam distribution observation. It includes a device 26 and a control unit 30.

レーザ電源12は、信号ケーブルを介してレーザ発振器14に接続され、レーザ発振器14に電力を供給する。 The laser power supply 12 is connected to the laser oscillator 14 via a signal cable to supply electric power to the laser oscillator 14.

レーザ発振器14は、レーザ電源12から供給される電力を用いてレーザ光Lを出力する。レーザ光Lとしては、水に吸収されにくい波長域のレーザ光が用いられる。 The laser oscillator 14 outputs the laser beam L using the electric power supplied from the laser power supply 12. As the laser beam L, a laser beam in a wavelength range that is difficult to be absorbed by water is used.

ワークテーブル16は、ワークW(被加工物)を吸着して保持する保持面16aを有する。この保持面16aには、ワークWを吸着保持するための吸着穴が複数設けられ、吸着穴は不図示の真空吸着源に接続されている。 The work table 16 has a holding surface 16a that attracts and holds the work W (workpiece). The holding surface 16a is provided with a plurality of suction holes for sucking and holding the work W, and the suction holes are connected to a vacuum suction source (not shown).

ワークテーブル移動部18は、Xテーブル32と、θ回転テーブル34とを備えている。Xテーブル32は、水平に設置されており、図示しないX駆動機構によってX方向に移動可能に構成される。θ回転テーブル34は、Xテーブル32上に配設され、図示しないθ駆動機構によってθ方向(Z方向の軸を中心とした回転方向)に移動可能に構成される。そして、θ回転テーブル34上にはワークテーブル16が載置固定される。したがって、ワークテーブル16は、X方向及びθ方向にそれぞれ移動可能に構成される。なお、ワークテーブル移動部18は、移動手段の一例である。 The work table moving unit 18 includes an X table 32 and a θ rotation table 34. The X table 32 is installed horizontally and is configured to be movable in the X direction by an X drive mechanism (not shown). The θ rotary table 34 is arranged on the X table 32 and is configured to be movable in the θ direction (rotation direction centered on the axis in the Z direction) by a θ drive mechanism (not shown). Then, the work table 16 is placed and fixed on the θ rotary table 34. Therefore, the work table 16 is configured to be movable in the X direction and the θ direction, respectively. The work table moving unit 18 is an example of moving means.

液体供給手段20は、液体供給路を介してヘッドユニット22の加工ヘッド40に接続され、加工ヘッド40に加圧液体(例えば、加圧水)を供給する。 The liquid supply means 20 is connected to the processing head 40 of the head unit 22 via a liquid supply path, and supplies a pressurized liquid (for example, pressurized water) to the processing head 40.

ヘッドユニット22は、偏向部36と、ビーム形状整形手段38と、加工ヘッド40とを備えている。このヘッドユニット22は、図示しないZ駆動機構によってZ方向に移動可能に構成されるZテーブルに配設される。Zテーブルは、図示しないY駆動機構によってY方向に移動可能に構成されるYテーブルに配設される。したがって、ヘッドユニット22は、Y方向及びZ方向に移動可能に構成される。 The head unit 22 includes a deflection portion 36, a beam shape shaping means 38, and a processing head 40. The head unit 22 is arranged on a Z table configured to be movable in the Z direction by a Z drive mechanism (not shown). The Z table is arranged in a Y table configured to be movable in the Y direction by a Y drive mechanism (not shown). Therefore, the head unit 22 is configured to be movable in the Y direction and the Z direction.

偏向部36は、レーザ光Lの光路上に設けられており、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lを加工ヘッド40に向けて反射する。この偏向部36は、相互に直交する軸線回りに揺動可能な2つのガルバノミラー(不図示)を対向させて構成されており、2つのガルバノミラーを揺動させてレーザ光Lを偏向することで、加工ヘッド40(液体ジェット噴射ノズル48)から噴射される液体ジェットJに対する入射角度及び入射位置を変化させることができるようになっている。偏向部36は、低速偏向手段の一例である。 The deflection unit 36 is provided on the optical path of the laser beam L, and reflects the laser beam L output from the laser oscillator 14 toward the processing head 40. The deflection unit 36 is configured by facing two galvano mirrors (not shown) that can swing around axes orthogonal to each other, and swings the two galvano mirrors to deflect the laser beam L. Therefore, the incident angle and the incident position with respect to the liquid jet J ejected from the processing head 40 (liquid jet injection nozzle 48) can be changed. The deflection unit 36 is an example of low-speed deflection means.

ビーム形状整形手段38は、偏向部36と加工ヘッド40との間に配置され、レーザ発振器14から偏向部36を介して入力されたレーザ光Lを整形する。このビーム形状整形手段38は、例えば、可変アパーチャー(矩形、円形)やアキシコンレンズ、ビームホモジナイザ、及びこれらをレーザ光Lと直交する方向へ微小移動する機構などで構成されており、加工ヘッド40に入射する前のレーザ光Lを所定の形状、サイズ、強度分布に整形する。また、AOD(音響光学偏向素子)、SLM(空間変調素子)、DMD(Digital Mirror Device)、回折素子ならびに方解石などを用いて、レーザ光Lの分岐を含め、静的もしくは動的にレーザ光Lを整形することも可能である。 The beam shape shaping means 38 is arranged between the deflection unit 36 and the processing head 40, and shapes the laser beam L input from the laser oscillator 14 via the deflection unit 36. The beam shape shaping means 38 is composed of, for example, a variable aperture (rectangular or circular), an axicon lens, a beam homogenizer, and a mechanism for minutely moving these in a direction orthogonal to the laser beam L. The laser beam L before being incident on is shaped into a predetermined shape, size, and intensity distribution. Further, using an AOD (acoustic optical deflection element), SLM (spatial modulation element), DMD (Digital Mirror Device), diffraction element, calcite, etc., the laser beam L is statically or dynamically including the branching of the laser beam L. It is also possible to shape.

加工ヘッド40は、液体供給手段20から供給された加圧液体を液体ジェットJにてワークWに向けて噴射するとともに、液体ジェットJの中にレーザ光Lを導光することにより、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光LをワークWに照射する。加工ヘッド40の具体的な構成は、以下のとおりである。 The processing head 40 injects the pressurized liquid supplied from the liquid supply means 20 toward the work W by the liquid jet J, and guides the laser beam L into the liquid jet J to guide the liquid jet J. The work W is irradiated with the laser beam L guided by the above. The specific configuration of the processing head 40 is as follows.

加工ヘッド40は、集光レンズ42と、ヘッド本体44とを備えている。 The processing head 40 includes a condenser lens 42 and a head body 44.

集光レンズ42は、ヘッド本体44の前段(上方)に配置され、レーザ発振器14から偏向部36及びビーム形状整形手段38を介して入射したレーザ光Lをヘッド本体44の内部に向けて集光する。 The condensing lens 42 is arranged in the front stage (upper side) of the head main body 44, and condenses the laser light L incident from the laser oscillator 14 via the deflection portion 36 and the beam shape shaping means 38 toward the inside of the head main body 44. do.

ヘッド本体44の内部には、液体チャンバ46が区画形成されている。液体チャンバ46は、液体供給手段20から供給された高圧液体を収容する。また、ヘッド本体44の下部には、液体ジェット噴射ノズル48が設けられており、液体ジェット噴射ノズル48は液体チャンバ46に連通している。したがって、液体供給手段20から加工ヘッド40に対して高圧液体が供給されると、その加圧液体は液体チャンバ46に収容され、さらに液体ジェット噴射ノズル48からワークW(又は後述するレーザ光分布観察装置26の遮蔽板52)に向けて液体ジェットJが噴射される。 A liquid chamber 46 is partitioned inside the head body 44. The liquid chamber 46 accommodates the high pressure liquid supplied from the liquid supply means 20. A liquid jet injection nozzle 48 is provided in the lower part of the head body 44, and the liquid jet injection nozzle 48 communicates with the liquid chamber 46. Therefore, when the high-pressure liquid is supplied from the liquid supply means 20 to the processing head 40, the pressurized liquid is housed in the liquid chamber 46, and the work W (or laser beam distribution observation described later) is further observed from the liquid jet injection nozzle 48. The liquid jet J is ejected toward the shielding plate 52) of the device 26.

ヘッド本体44の上部には、窓部50が設けられている。窓部50は、レーザ光Lに対して光学的に透明な光透過性部材(例えば、石英ガラス)により構成されており、液体チャンバ46を密閉しかつレーザ光Lを透過する。したがって、集光レンズ42から出射したレーザ光Lは、窓部50を透過してヘッド本体44の内部(液体チャンバ46)に入射し、液体ジェット噴射ノズル48へ集光する。 A window portion 50 is provided on the upper portion of the head main body 44. The window portion 50 is composed of a light transmitting member (for example, quartz glass) that is optically transparent to the laser light L, seals the liquid chamber 46, and transmits the laser light L. Therefore, the laser beam L emitted from the condenser lens 42 passes through the window portion 50, enters the inside of the head body 44 (liquid chamber 46), and is focused on the liquid jet injection nozzle 48.

なお、本実施形態では、一例として、ワークテーブル16がX方向及びθ方向に移動可能に構成され、ヘッドユニット22がY方向及びZ方向に移動可能に構成される態様を示したが、ワークテーブル16とヘッドユニット22とがX方向、Y方向、Z方向、及びθ方向に相対的に移動可能に構成されていればよく、本実施形態とは異なる他の態様を適宜採用することができる。後述する他の実施形態においても同様である。 In the present embodiment, as an example, the work table 16 is configured to be movable in the X direction and the θ direction, and the head unit 22 is configured to be movable in the Y direction and the Z direction. It suffices that the 16 and the head unit 22 are relatively movable in the X direction, the Y direction, the Z direction, and the θ direction, and other embodiments different from the present embodiment can be appropriately adopted. The same applies to other embodiments described later.

レーザ光分布観察装置26は、ワークWの表面(レーザ光照射面)における液体ジェットJ内のレーザ光Lの分布(レーザ光分布)を観察するものである。 The laser beam distribution observation device 26 observes the distribution (laser beam distribution) of the laser beam L in the liquid jet J on the surface (laser beam irradiation surface) of the work W.

レーザ光分布観察装置26は、液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察する際に、ワークテーブル16に代えて、加工ヘッド40に対向する位置に配置される。 The laser beam distribution observation device 26 is arranged at a position facing the processing head 40 instead of the work table 16 when observing the laser beam distribution in the liquid jet J.

レーザ光分布観察装置26は、図示しない観察装置駆動機構を備えており、X方向、Y方向、及びZ方向に移動可能に構成される。これにより、レーザ光分布観察装置26は、加工ヘッド40に対向する観察位置と、その観察位置から離間した退避位置との間で移動することができる。 The laser beam distribution observation device 26 includes an observation device drive mechanism (not shown), and is configured to be movable in the X direction, the Y direction, and the Z direction. As a result, the laser beam distribution observation device 26 can move between the observation position facing the processing head 40 and the retracted position separated from the observation position.

レーザ光分布観察装置26は、遮蔽板52と、液体除去手段54と、結像レンズ56と、光検出器58とを備えている。 The laser light distribution observation device 26 includes a shielding plate 52, a liquid removing means 54, an imaging lens 56, and a photodetector 58.

遮蔽板52は、レーザ光分布観察装置26の上面(加工ヘッド40に対向する面)に設けられる。遮蔽板52は、レーザ光Lに対して光学的に透明な光透過部材(例えば、石英ガラス)により構成されており、液体ジェットJを遮蔽しかつレーザ光Lを透過する。したがって、加工ヘッド40の液体ジェット噴射ノズル48から噴射された液体ジェットJの液体は遮蔽板52により遮蔽される一方で、液体ジェットJに誘導されるレーザ光Lは遮蔽板52を透過し、レーザ光分布観察装置26を構成する本体部60の内部に入射する。 The shielding plate 52 is provided on the upper surface (the surface facing the processing head 40) of the laser beam distribution observation device 26. The shielding plate 52 is composed of a light transmitting member (for example, quartz glass) that is optically transparent to the laser light L, shields the liquid jet J, and transmits the laser light L. Therefore, the liquid of the liquid jet J ejected from the liquid jet injection nozzle 48 of the processing head 40 is shielded by the shielding plate 52, while the laser beam L guided by the liquid jet J passes through the shielding plate 52 and the laser. It is incident on the inside of the main body 60 that constitutes the light distribution observation device 26.

遮蔽板52は、加工ヘッド40に対してワークテーブル16に保持されるワークWと相対的に同一の高さに配置される。なお、加工ヘッド40と遮蔽板52との間の距離が加工ヘッド40とワークWとの間の距離と等しければよい。すなわち、加工ヘッド40からワークWに液体ジェットJが噴射されるときの液体ジェットJの長さと、加工ヘッド40から遮蔽板52に液体ジェットJが噴射されるときの液体ジェットJの長さとが互いに等しければよく、ワークWと遮蔽板52とが絶対座標的に同一高さであることは必ずしも必要ではない。例えば、ワークWと遮蔽板52とが絶対座標的に異なる高さである場合でも、加工ヘッド40に対する相対的な高さが互いに同一であればよい。加工ヘッド40と遮蔽板52との間の距離は、ヘッドユニット22(加工ヘッド40)又はレーザ光分布観察装置26のZ方向の移動により、加工ヘッド40とワークWとの間の距離と等しくなるように調整される。 The shielding plate 52 is arranged at the same height as the work W held on the work table 16 with respect to the processing head 40. The distance between the processing head 40 and the shielding plate 52 may be equal to the distance between the processing head 40 and the work W. That is, the length of the liquid jet J when the liquid jet J is ejected from the machining head 40 to the work W and the length of the liquid jet J when the liquid jet J is jetted from the machining head 40 to the shielding plate 52 are mutually exclusive. It suffices if they are equal, and it is not always necessary that the work W and the shielding plate 52 have the same height in absolute coordinates. For example, even when the work W and the shielding plate 52 have different heights in absolute coordinates, the heights relative to the processing head 40 may be the same. The distance between the processing head 40 and the shielding plate 52 becomes equal to the distance between the processing head 40 and the work W due to the movement of the head unit 22 (processing head 40) or the laser beam distribution observation device 26 in the Z direction. Is adjusted so that.

液体除去手段54は、遮蔽板52により遮蔽された液体ジェットJの液体(残留液体)を除去する。液体除去手段54としては、例えば、残留液体を吸収により除去する液体吸収手段、残留液体を吸引により除去する液体吸引手段、残留液体を送風により除去する液体送風手段、あるいはこれらを組み合わせたものを適宜採用することができる。なお、液体吸収手段としては、布などの繊維質の帯状部材を遮蔽板52の表面に当接させることにより、毛細管現象を利用して残留液体を帯状部材に吸収させる構成を好ましく採用することができる。 The liquid removing means 54 removes the liquid (residual liquid) of the liquid jet J shielded by the shielding plate 52. As the liquid removing means 54, for example, a liquid absorbing means for removing residual liquid by absorption, a liquid suction means for removing residual liquid by suction, a liquid blowing means for removing residual liquid by blowing air, or a combination thereof is appropriately used. Can be adopted. As the liquid absorbing means, it is preferable to adopt a configuration in which a fibrous strip-shaped member such as a cloth is brought into contact with the surface of the shielding plate 52 to absorb the residual liquid into the strip-shaped member by utilizing the capillary phenomenon. can.

結像レンズ56は、本体部60の内部において遮蔽板52と光検出器58との間に配置される。結像レンズ56は、複数枚のレンズから構成されており、液体ジェットJ内のレーザ光分布を光検出器58の受光面に投影する。すなわち、遮蔽板52と光検出器58とは結像レンズ56に対して互いに共役な位置関係に配置されており、液体ジェットJと遮蔽板52との接面における液体ジェットJ内のレーザ光分布が結像レンズ56により光検出器58の受光面に忠実に再現される。 The imaging lens 56 is arranged between the shielding plate 52 and the photodetector 58 inside the main body 60. The imaging lens 56 is composed of a plurality of lenses, and projects the laser light distribution in the liquid jet J onto the light receiving surface of the photodetector 58. That is, the shielding plate 52 and the photodetector 58 are arranged in a positional relationship conjugate with each other with respect to the imaging lens 56, and the laser light distribution in the liquid jet J at the contact surface between the liquid jet J and the shielding plate 52. Is faithfully reproduced on the light receiving surface of the photodetector 58 by the imaging lens 56.

光検出器58は、結像レンズ56により結像された液体ジェットJ内のレーザ光分布を示す投影像を受光する。光検出器58は、2次元的に配置された複数の受光素子を有し、各受光素子は受光した光量に応じた出力信号(電気信号)をレーザ光分布データとして出力する。光検出器58としては、例えば、CCDイメージセンサ(Charge Coupled Device Image Sensor)やCMOSイメージセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)などの固体撮像素子が好適に用いられる。 The photodetector 58 receives a projected image showing the laser beam distribution in the liquid jet J imaged by the imaging lens 56. The photodetector 58 has a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally, and each light receiving element outputs an output signal (electric signal) corresponding to the amount of received light as laser light distribution data. As the photodetector 58, for example, a solid-state image sensor such as a CCD image sensor (Charge Coupled Device Image Sensor) or a CMOS image sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) is preferably used.

ここで、レーザ光分布観察装置26によって、液体ジェットJ内のレーザ光分布の観察が行われるときの動作について説明する。 Here, the operation when the laser beam distribution observation device 26 observes the laser beam distribution in the liquid jet J will be described.

まず、レーザ光分布観察装置26は、図示しない観察装置駆動機構により観察位置(加工ヘッド40に対向する位置)に移動する。なお、遮蔽板52は、加工ヘッド40に対してワークテーブル16に保持されるワークWと相対的に同一の高さに配置される。 First, the laser beam distribution observation device 26 moves to an observation position (a position facing the processing head 40) by an observation device drive mechanism (not shown). The shielding plate 52 is arranged at the same height as the work W held on the work table 16 with respect to the processing head 40.

次に、液体供給手段20から加工ヘッド40に加圧液体を供給する。加工ヘッド40に供給された加圧液体は液体チャンバ46に収容され、さらに液体ジェット噴射ノズル48から遮蔽板52に向けて液体ジェットJが噴射される。 Next, the pressurized liquid is supplied from the liquid supply means 20 to the processing head 40. The pressurized liquid supplied to the processing head 40 is housed in the liquid chamber 46, and the liquid jet J is further injected from the liquid jet injection nozzle 48 toward the shielding plate 52.

また、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lは、後述する高速偏向手段68を介して、偏向部36により加工ヘッド40に向けて偏向され、ビーム形状整形手段38により所定の形状、サイズ、強度分布に整形され、集光レンズ42に入射する。さらに、レーザ光Lは、集光レンズ42により窓部50を介して液体ジェット噴射ノズル48へ集光される。これにより、レーザ光Lは、液体ジェットJに導光され、液体ジェットJにより誘導されて遮蔽板52に向けて照射される。 Further, the laser beam L output from the laser oscillator 14 is deflected toward the processing head 40 by the deflection unit 36 via the high-speed deflection means 68 described later, and has a predetermined shape, size, and intensity by the beam shape shaping means 38. It is shaped into a distribution and incident on the condenser lens 42. Further, the laser beam L is focused by the condenser lens 42 on the liquid jet injection nozzle 48 through the window portion 50. As a result, the laser beam L is guided by the liquid jet J, guided by the liquid jet J, and irradiated toward the shielding plate 52.

一方、液体ジェット噴射ノズル48から噴射された液体ジェットJは遮蔽板52で遮蔽されるとともに、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光Lは、遮蔽板52を透過して、結像レンズ56により光検出器58の受光面に結像される。その際、遮蔽板52と光検出器58とは結像レンズ56に対して互いに光学的に共役な位置関係に配置されるので、液体ジェットJと遮蔽板52との接面における液体ジェットJ内のレーザ光分布が結像レンズ56により光検出器58の受光面に忠実に再現される。 On the other hand, the liquid jet J ejected from the liquid jet injection nozzle 48 is shielded by the shielding plate 52, and the laser beam L guided by the liquid jet J passes through the shielding plate 52 and is emitted by the imaging lens 56. An image is formed on the light receiving surface of the detector 58. At that time, since the shielding plate 52 and the photodetector 58 are arranged in a positional relationship optically conjugate with each other with respect to the imaging lens 56, the inside of the liquid jet J at the contact surface between the liquid jet J and the shielding plate 52 The laser light distribution of the above is faithfully reproduced on the light receiving surface of the photodetector 58 by the imaging lens 56.

このようにして光検出器58の受光面に液体ジェットJ内のレーザ光分布を示す投影像が結像されると、光検出器58の各受光素子はそれぞれ受光量に応じた出力信号をレーザ光分布データとして制御部30に対して出力する。制御部30では、入力されたレーザ光分布データに各種処理を施し、当該処理が施されたレーザ光分布データに基づく画像をモニタ64に表示する。 When a projected image showing the laser light distribution in the liquid jet J is formed on the light receiving surface of the photodetector 58 in this way, each light receiving element of the photodetector 58 lasers an output signal according to the amount of light received. It is output to the control unit 30 as light distribution data. The control unit 30 performs various processes on the input laser beam distribution data, and displays an image based on the processed laser beam distribution data on the monitor 64.

このように本実施形態のレーザ光分布観察装置26によれば、液体ジェットJと遮蔽板52との接面(すなわち、ワークWの表面)における液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察することが可能となる。 As described above, according to the laser beam distribution observation device 26 of the present embodiment, it is possible to observe the laser beam distribution in the liquid jet J on the contact surface between the liquid jet J and the shielding plate 52 (that is, the surface of the work W). It will be possible.

また、レーザ光分布観察装置26によって液体ジェットJ内のレーザ光分布の観察が行われる際、遮蔽板52により遮蔽された液体ジェットJの液体(残留液体)は、液体除去手段54により除去されるので、遮蔽板52上の残留液体によるレーザ光Lの散乱の影響を受けることなく、液体ジェットJ内のレーザ光分布を安定して精度よく観察することが可能となる。 Further, when the laser light distribution observation device 26 observes the laser light distribution in the liquid jet J, the liquid (residual liquid) of the liquid jet J shielded by the shielding plate 52 is removed by the liquid removing means 54. Therefore, the distribution of the laser beam in the liquid jet J can be observed stably and accurately without being affected by the scattering of the laser beam L by the residual liquid on the shielding plate 52.

本実施形態のレーザ加工装置10は、上述した構成に加え、さらに、高速偏向手段68と、加工形状測定手段72とを備えている。 The laser machining apparatus 10 of the present embodiment further includes a high-speed deflection means 68 and a machining shape measuring means 72 in addition to the above-described configuration.

高速偏向手段68は、レーザ発振器14から加工ヘッド40に向かう途中(すなわち、液体ジェットJに入射する手前)でレーザ光Lを高速偏向するものである。すなわち、高速偏向手段68は、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lを所定の角度範囲内で偏向して、レーザ光Lの偏向角度及び出射方向を高速に切り替えるものである。高速偏向手段68としては、例えば、AOD(音響光学偏向素子)が好ましく用いられる。AODは、印加する高周波信号(RF信号)の周波数を変えることによりレーザ光Lを高速偏向するものである。なお、高速偏向手段68の偏向条件(偏向角度、偏向方向、及び偏向タイミング)は、制御部30(高速偏向制御手段の一例)により制御される。 The high-speed deflection means 68 high-speed deflects the laser beam L on the way from the laser oscillator 14 to the processing head 40 (that is, before it enters the liquid jet J). That is, the high-speed deflection means 68 deflects the laser beam L output from the laser oscillator 14 within a predetermined angle range, and switches the deflection angle and the emission direction of the laser beam L at high speed. As the high-speed deflection means 68, for example, an AOD (acoustic-optical deflection element) is preferably used. AOD is to deflect the laser beam L at high speed by changing the frequency of the applied high frequency signal (RF signal). The deflection conditions (deflection angle, deflection direction, and deflection timing) of the high-speed deflection means 68 are controlled by the control unit 30 (an example of the high-speed deflection control means).

高速偏向手段68の切替速度(周波数)は数MHz程度まで出せるものが望ましい。また、高速偏向手段68としては、回折光学素子など、レーザ光Lを分岐させる手段と併用してもよい。 It is desirable that the switching speed (frequency) of the high-speed deflection means 68 can be set up to about several MHz. Further, the high-speed deflection means 68 may be used in combination with a means for branching the laser beam L, such as a diffraction optical element.

加工形状測定手段72は、加工ヘッド40に隣接した位置に配置される。加工形状測定手段72は、加工ヘッド40によりワークWの表面に形成された加工形状を3次元的に測定する手段である。加工形状測定手段72としては、ワークWの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものが好ましく、例えば、レーザ顕微鏡や白色干渉顕微鏡などを好ましく採用することができる。加工形状測定手段72により測定された加工形状の3次元データ(加工形状データ)は制御部30に出力される。 The processing shape measuring means 72 is arranged at a position adjacent to the processing head 40. The processed shape measuring means 72 is a means for three-dimensionally measuring the processed shape formed on the surface of the work W by the processing head 40. As the processed shape measuring means 72, a non-contact type that measures without contacting the surface of the work W is preferable, and for example, a laser microscope or a white interference microscope can be preferably adopted. The three-dimensional data (machined shape data) of the machined shape measured by the machined shape measuring means 72 is output to the control unit 30.

制御部30は、CPU、メモリ、入出力回路部、及び各種制御回路部等からなり、レーザ加工装置10の各部の動作を制御する。すなわち、制御部30は、レーザ発振器14、ワークテーブル移動部18、液体供給手段20、ヘッドユニット22、高速偏向手段68、及び加工形状測定手段72などの動作を制御する。 The control unit 30 includes a CPU, a memory, an input / output circuit unit, various control circuit units, and the like, and controls the operation of each unit of the laser processing apparatus 10. That is, the control unit 30 controls the operations of the laser oscillator 14, the work table moving unit 18, the liquid supply means 20, the head unit 22, the high-speed deflection means 68, the processing shape measuring means 72, and the like.

なお、詳細については後述するが、制御部30は、高速偏向手段68の偏向条件を制御する高速偏向制御手段として機能する。また、制御部30は、レーザ光分布観察装置26が観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド40によりワークWに加工した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段として機能する。また、制御部30は、加工形状測定手段72が測定したワークWの加工形状とワークWの目標加工形状との比較に基づいて、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段として機能する。 Although details will be described later, the control unit 30 functions as a high-speed deflection control means for controlling the deflection conditions of the high-speed deflection means 68. Further, the control unit 30 functions as a predictive machining shape calculation means for calculating the predicted machining shape when the work W is machined by the machining head 40 based on the laser beam distribution observed by the laser beam distribution observation device 26. Further, the control unit 30 adjusts the laser beam distribution in the liquid jet J on the surface of the work W based on the comparison between the machined shape of the work W measured by the machined shape measuring means 72 and the target machined shape of the work W. It functions as a laser light distribution adjusting means.

ここで、本実施形態のレーザ加工装置10で行われるレーザ加工の動作原理について説明する。以下では、まず、液体ジェットJ内のレーザ光分布について説明し、次いで、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合の作用効果について説明する。 Here, the operating principle of laser processing performed by the laser processing apparatus 10 of the present embodiment will be described. In the following, first, the laser beam distribution in the liquid jet J will be described, and then the effect of laser machining while switching the laser beam distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions by the high-speed deflection means 68 will be described. do.

図2は、液体ジェットJの中心軸と同軸にレーザ光Lが入射する場合の液体ジェットJ内のレーザ光経路を示した簡略図である。なお、液体ジェットJは、いわばSI型マルチモード光ファイバと同様の機能を有するため、実際には液体ジェットJへの進入角度ごとに液体ジェットJの中心軸方向(長手方向)の移動速度が変わり、それらが干渉し、さらに液体ジェットJの円柱状の外周面(円柱表面)の微小凹凸により発生するスペックルノイズにより複雑化していると考えられるが、ここでは説明を簡単にするために簡略図を用いて説明する。 FIG. 2 is a simplified diagram showing a laser beam path in the liquid jet J when the laser beam L is incident coaxially with the central axis of the liquid jet J. Since the liquid jet J has the same function as the SI type multimode optical fiber, the moving speed of the liquid jet J in the central axis direction (longitudinal direction) actually changes depending on the approach angle to the liquid jet J. , They interfere with each other, and it is considered that they are complicated by speckle noise generated by the minute unevenness of the cylindrical outer peripheral surface (cylindrical surface) of the liquid jet J. Will be described using.

図2に示すように、集光レンズ42により集光されたレーザ光Lが液体ジェットJの中心軸と同軸に入射する場合、レーザ光Lは液体ジェットJの中で全反射により拡縮を繰り返しながら中心軸方向に沿って誘導される。例えば、図2のaで示した位置ではレーザ光経路の腹部分(レーザ光Lが拡大した部分)にあたるため、その位置におけるレーザ光Lの断面形状(液体ジェットJの中心軸に垂直な断面形状)は液体ジェット径全体に一様に広がっている。一方、図2のbで示した位置ではレーザ光経路の節部分(レーザ光Lが縮小した部分)にあたるため、液体ジェットJの中心の狭い範囲のみにレーザ光Lが集まった状態となる。 As shown in FIG. 2, when the laser light L focused by the condenser lens 42 is incident on the central axis of the liquid jet J, the laser light L repeats expansion and contraction by total reflection in the liquid jet J. It is guided along the central axis direction. For example, since the position shown by a in FIG. 2 corresponds to the antinode portion of the laser beam path (the portion where the laser beam L is enlarged), the cross-sectional shape of the laser beam L at that position (the cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the liquid jet J). ) Spreads uniformly over the entire liquid jet diameter. On the other hand, at the position shown by b in FIG. 2, since it corresponds to the node portion of the laser beam path (the portion where the laser beam L is reduced), the laser beam L is gathered only in a narrow range at the center of the liquid jet J.

図3は図2のaに示した位置、図4は図2のbに示した位置にそれぞれ相当する位置でレーザ光Lの分布を実際に観察した結果を示した図である。また、図5は図3と同じ条件で、図6は図4と同じ条件でそれぞれワークWに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図である。 FIG. 3 is a diagram showing the results of actually observing the distribution of the laser beam L at the positions shown in a of FIG. 2 and FIG. 4 at the positions corresponding to the positions shown in b of FIG. Further, FIG. 5 is a diagram showing the depth profile of the machined groove when a linear machined groove is formed on the work W under the same conditions as in FIG. 4, respectively.

これらの図から分かるように、液体ジェットJ内のレーザ光分布は、液体ジェットJの中心軸方向の位置、すなわち、液体ジェットJの長さによって変化し、さらに液体ジェットJ内のレーザ光分布の変化に応じて加工形状も変化する。 As can be seen from these figures, the laser beam distribution in the liquid jet J changes depending on the position in the central axis direction of the liquid jet J, that is, the length of the liquid jet J, and further, the laser beam distribution in the liquid jet J. The processed shape also changes according to the change.

したがって、ワークWの表面(レーザ光照射面)における液体ジェットJ内のレーザ光分布を変化させる制御を行うことによって、液体ジェットJ内のレーザ光分布の変化に応じた加工形状を得ることができる。 Therefore, by controlling to change the laser beam distribution in the liquid jet J on the surface of the work W (laser beam irradiation surface), it is possible to obtain a processed shape corresponding to the change in the laser beam distribution in the liquid jet J. ..

次に、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合の作用効果について説明する。 Next, the effect of laser machining while switching the laser light distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions by the high-speed deflection means 68 will be described.

図7は、液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図である。また、図8〜図10は、液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図である。なお、これらの図の左側には、液体ジェットJをワークWに対して加工送り方向(切断予定ラインに沿った方向)Mに相対的に移動させてワークWに直線状の加工溝Kを形成したときに、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光Lのピーク位置Q(ワークWの表面においてレーザ光Lの光強度が最も高くなる位置)の軌跡を示している。また、これらの図の右側には、ワークWに形成された加工溝Kの深さプロファイルを示している。 FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing a case where laser processing is performed in a state where the laser light distribution in the liquid jet J is constant. 8 to 10 are explanatory views schematically showing a case where laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions. On the left side of these figures, the liquid jet J is moved relative to the work W in the machining feed direction (direction along the planned cutting line) M to form a linear machining groove K in the work W. The locus of the peak position Q of the laser beam L guided by the liquid jet J (the position where the light intensity of the laser beam L is highest on the surface of the work W) is shown. Further, on the right side of these figures, the depth profile of the machined groove K formed in the work W is shown.

なお、各図では、説明を簡単にするため、液体ジェットJ内におけるレーザ光Lのピーク位置Qはいずれも強度が一様であるものとしている。また、液体ジェットJ内におけるレーザ光Lのピーク位置Q同士を十分離して描写しているが、加工送り方向Mに対して一様な加工溝を形成したい場合には、空間的に90%以上重なる条件でレーザ加工が行われることが好ましい。 In each figure, for the sake of simplicity, it is assumed that the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J has a uniform intensity. Further, although the peak positions Q of the laser beams L in the liquid jet J are depicted by being sufficiently separated from each other, if it is desired to form a uniform machining groove with respect to the machining feed direction M, the space is 90% or more. It is preferable that the laser processing is performed under overlapping conditions.

図7に示すように、液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qは加工送り方向Mに沿って一列に配列された状態となる。そのため、加工溝Kは、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qに対応する位置の加工深さが他の位置の加工深さに比べて深くなる。このような場合、加工溝Kの加工深さをその幅方向の全体にわたって均一なものとするためには、1つの加工パスにおいて複数回の加工を重ねる必要があり、全体のスループットを低下させる要因となる。 As shown in FIG. 7, when laser machining is performed with the laser beam distribution in the liquid jet J constant, the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is along the machining feed direction M. It will be arranged in a row. Therefore, in the processing groove K, the processing depth at the position corresponding to the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is deeper than the processing depth at other positions. In such a case, in order to make the machining depth of the machining groove K uniform over the entire width direction, it is necessary to repeat machining a plurality of times in one machining pass, which is a factor that reduces the overall throughput. It becomes.

これに対し、図8に示すように、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qを加工送り方向Mに直交する方向(加工溝の幅方向)に変化させることが可能となる。 On the other hand, as shown in FIG. 8, when laser processing is performed while switching the laser distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions by the high-speed deflection means 68, the peak position of the laser beam L in the liquid jet J It is possible to change Q in a direction orthogonal to the machining feed direction M (width direction of the machining groove).

図8に示した例では、液体ジェットJをワークWに対して加工送り方向Mに相対的に移動させながらレーザ加工が行われる際、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qを加工送り方向Mに直交する方向の互いに異なる位置に所定の間隔(ピッチ)Pで順次変化させながらレーザ加工を行っている。この場合、加工溝Kの加工深さをその幅方向の全体的にわたって均一にすることができる。したがって、図7に示した例と比較して、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、所望の加工形状を得ることができ、全体のスループットを向上させることが可能となる。 In the example shown in FIG. 8, when laser machining is performed while moving the liquid jet J relative to the work W in the machining feed direction M, the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is machined and fed. Laser machining is performed while sequentially changing the positions at different positions in the direction orthogonal to the direction M at predetermined intervals (pitch) P. In this case, the machining depth of the machining groove K can be made uniform over the entire width direction. Therefore, as compared with the example shown in FIG. 7, a desired processing shape can be obtained without repeating processing in one processing path, and the overall throughput can be improved.

なお、図8に示した例では、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向(加工溝Kの幅方向)の一方側(図8の上側)から他方側(図8の下側)に向かって一定の間隔Pで順次変化し、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向の他方側の端部(図8の下端部)に到達した場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qは加工送り方向Mに直交する方向の一方側の端部に切り替えられ、その後は同様の順序で液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが順次変化する。 In the example shown in FIG. 8, the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is from one side (upper side of FIG. 8) in the direction orthogonal to the machining feed direction M (width direction of the machining groove K) to the other. It changes sequentially toward the side (lower side in FIG. 8) at a constant interval P, and the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is the other end in the direction orthogonal to the machining feed direction M (FIG. 8). When the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is reached, the peak position Q of the laser beam L is switched to one end in the direction orthogonal to the machining feed direction M, and then the liquid jets are jetted in the same order. The peak position Q of the laser beam L in J changes sequentially.

これに対し、図9に示した例では、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向の一方側(図9の上側)から他方側(図9の下側)に向かって一定の間隔Pで順次変化し、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向Mに直交する方向の他方側の端部に到達した場合には、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qは加工送り方向Mに直交する方向の他方側から一方側に向かって一定の間隔Pで順次変化し、その後は同様の順序で液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが順次変化する。図9に示した例によれば、加工送り方向Mに直交する方向に隣接するレーザ光Lのピーク位置Q同士の間隔Pが常に一定となるので、図8に示した例に比べて、レーザ光Lのピーク位置Qの切替痕が現われにくくなり、レーザ加工における加工品質を更に向上させることが可能となる。 On the other hand, in the example shown in FIG. 9, the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J is from one side (upper side of FIG. 9) to the other side (lower side of FIG. 9) in the direction orthogonal to the processing feed direction M. When the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J reaches the other end in the direction orthogonal to the machining feed direction M, the liquid jet changes sequentially toward the side) at regular intervals P. The peak position Q of the laser beam L in J changes sequentially from the other side in the direction orthogonal to the machining feed direction M toward one side at a constant interval P, and then the laser beam in the liquid jet J in the same order. The peak position Q of L changes sequentially. According to the example shown in FIG. 9, since the distance P between the peak positions Q of the laser beams L adjacent to each other in the direction orthogonal to the machining feed direction M is always constant, the laser is compared with the example shown in FIG. The switching mark of the peak position Q of the light L is less likely to appear, and the processing quality in laser processing can be further improved.

図10に示した例は、図8に示した例に比べて、加工送り方向Mに直交する方向の両端部におけるレーザ光Lのピーク位置Qの回数を多く配分した場合である。この場合、加工溝Kの幅方向の両端部における加工深さを中央部と比べて深く加工することができる。また、図示は省略するが、加工送り方向Mに直交する方向の中央部におけるレーザ光Lのピーク位置Qの回数を多く配分した場合には、加工溝Kの幅方向の中央部における加工深さを両端部と比べて深く加工することができる。 The example shown in FIG. 10 is a case where the number of peak positions Q of the laser beam L at both ends in the direction orthogonal to the machining feed direction M is distributed more than in the example shown in FIG. In this case, the machining depth at both ends of the machining groove K in the width direction can be deeper than that at the central portion. Although not shown, when the number of peak positions Q of the laser beam L in the central portion in the direction orthogonal to the machining feed direction M is distributed a large number, the machining depth in the central portion in the width direction of the machining groove K Can be processed deeper than both ends.

このように本実施形態のレーザ加工装置10では、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向することにより、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことができる。これにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を能動的に制御することができ、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、任意の加工形状(目標加工形状)を得ることができる。 As described above, in the laser processing apparatus 10 of the present embodiment, the laser light L is high-speed deflected by the high-speed deflection means 68, so that the laser light distribution in the liquid jet J on the surface of the work W is switched to a plurality of distributions for laser processing. It can be performed. As a result, the laser beam distribution in the liquid jet J can be actively controlled, and an arbitrary processing shape (target processing shape) can be obtained without repeating processing in one processing path.

なお、このとき、高速偏向制御手段として機能する制御部30は、液体ジェットJ内のレーザ分布におけるレーザ光Lのピーク位置Qが加工送り方向に直交する方向に走査されるように、高速偏向手段68の偏向条件(偏向角度、偏向方向、及び偏向タイミング)を変化させる制御を行う。 At this time, the control unit 30 functioning as the high-speed deflection control means is a high-speed deflection means so that the peak position Q of the laser beam L in the laser distribution in the liquid jet J is scanned in the direction orthogonal to the machining feed direction. Control is performed to change the deflection conditions (deflection angle, deflection direction, and deflection timing) of 68.

図11〜図13は、高速偏向手段68によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を2つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図である。なお、ここでは、シングルモードのレーザ光Lを用いたときの結果を示している。 11 to 13 are diagrams for explaining the processing result when laser processing is performed while switching the laser light distribution in the liquid jet J to two distributions by the high-speed deflection means 68. Here, the result when the single mode laser beam L is used is shown.

図11は、高速偏向手段68による切替対象とした2つのレーザ光分布をレーザ光分布観察装置26によって観察した結果を示した図である。また、図12は、図11に示した2つのレーザ光分布をそれぞれ加工送り方向に直交する方向(図11の左右方向)へ射影した射影データを示したものである。なお、各図における(a)及び(b)はそれぞれ対応したものである。 FIG. 11 is a diagram showing the results of observing the two laser beam distributions to be switched by the high-speed deflection means 68 by the laser beam distribution observing device 26. Further, FIG. 12 shows projection data obtained by projecting the two laser beam distributions shown in FIG. 11 in directions orthogonal to the processing feed direction (horizontal direction in FIG. 11). Note that (a) and (b) in each figure correspond to each other.

図13は、図11及び図12に示した2つのレーザ光分布を同じ割合(本例では1:1の使用比率)で交互に切り替えながら直線状の加工溝を形成したときに得られた加工溝の深さプロファイルを示したものである。ここでは、高速偏向手段68によって2つのレーザ光分布を15kHzで切り替えながら、ワークWの加工送り方向(X方向)の移動速度(加工送り速度)を30mm/sで搬送しながらレーザ加工を行ったときの結果を示している。これは、加工距離(加工送り方向のワークWの移動距離)が2μm進む毎に液体ジェットJ内のレーザ光分布を切り替えていることに相当するものであり、図13に示すように、加工溝の加工深さは加工幅の幅方向に全体にわたって平均化された形状となる。 FIG. 13 shows the processing obtained when a linear processing groove was formed while alternately switching the two laser beam distributions shown in FIGS. 11 and 12 at the same ratio (1: 1 usage ratio in this example). It shows the depth profile of the groove. Here, laser machining was performed while switching the two laser beam distributions at 15 kHz by the high-speed deflection means 68 and conveying the moving speed (machining feed rate) of the work W in the machining feed direction (X direction) at 30 mm / s. The result of the time is shown. This corresponds to switching the laser beam distribution in the liquid jet J every time the machining distance (movement distance of the work W in the machining feed direction) advances by 2 μm, and as shown in FIG. 13, the machining groove The processing depth of is an average shape over the entire processing width in the width direction.

なお、液体ジェットJ内のレーザ光分布の切替速度が遅い場合、加工送り方向に対して、液体ジェットJ内のレーザ光分布の切り替えに伴う液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qが変化するときの切替痕が現われ、加工溝に凹凸のある形状が形成されてしまう。例えば、2つのレーザ光分布を交互に切り替えるとき、加工送り速度を50mm/sとし、2つのレーザ光分布の切替速度を500Hzとする条件でレーザ加工が行われた場合には、1つのレーザ光分布あたりの加工距離は100μmとなるため(すなわち、加工距離が100μm進む毎にレーザ光分布が切り替えられるため)、加工送り方向(加工溝の長手方向)に100μm毎の凹凸が形成される。 When the switching speed of the laser beam distribution in the liquid jet J is slow, the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J changes with the switching of the laser beam distribution in the liquid jet J with respect to the processing feed direction. A switching mark appears when the laser is used, and an uneven shape is formed in the machined groove. For example, when switching between two laser light distributions alternately, if laser processing is performed under the condition that the processing feed speed is 50 mm / s and the switching speed of the two laser light distributions is 500 Hz, one laser beam is used. Since the machining distance per distribution is 100 μm (that is, the laser beam distribution is switched every time the machining distance advances by 100 μm), irregularities are formed every 100 μm in the machining feed direction (longitudinal direction of the machining groove).

これに対して、加工送り速度を50mm/sとし、2つのレーザ光分布の切替速度を50kHzとする条件でレーザ加工が行われた場合には、連続加工距離が1μmとなり、加工溝の凹凸は判別できなくなる。 On the other hand, when laser machining is performed under the condition that the machining feed rate is 50 mm / s and the switching speed of the two laser light distributions is 50 kHz, the continuous machining distance is 1 μm and the unevenness of the machining groove is It becomes impossible to distinguish.

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置10を用いたレーザ加工方法について図14を参照して説明する。図14は、本実施形態に係るレーザ加工装置10を用いたレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。なお、特に断らない限り、各処理は制御部30の制御により実行される。 Next, a laser processing method using the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart showing an example of a laser processing method using the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment. Unless otherwise specified, each process is executed under the control of the control unit 30.

(ステップS10:目標加工形状設定工程)
まず、レーザ加工装置10に予め登録された複数の加工形状の中から1つの加工形状がユーザにより選択されると、制御部30は、選択された加工形状を目標加工形状として設定する。なお、ユーザによる選択に代えて、レーザ加工装置10が予め定められたデフォルト形状を目標加工形状として自動的に設定してもよい。なお、レーザ加工装置10には、図15に一例を示すように、複数の加工形状(K1〜K3)と、各加工形状にそれぞれ対応する複数のレーザ光分布(PT1〜PT9)と、各レーザ光分布の使用比率と、各レーザ光分布にそれぞれ対応する、高速偏向手段68の偏向パターン(C1〜C9)との対応関係を示す参照テーブル(ルックアップテーブル)がメモリ(不図示)に記憶されている。また、同一の加工形状に対応する複数のレーザ光分布(例えば、レーザ光分布PT1、PT2)は、高速偏向手段68の偏向パターン(偏向角度及び偏向方向)を変化させることによって実現可能なものとする。
(Step S10: Target machining shape setting process)
First, when one machining shape is selected by the user from a plurality of machining shapes registered in advance in the laser machining apparatus 10, the control unit 30 sets the selected machining shape as the target machining shape. Instead of the user's selection, the laser machining apparatus 10 may automatically set a predetermined default shape as the target machining shape. As shown in FIG. 15, the laser processing apparatus 10 has a plurality of processing shapes (K1 to K3), a plurality of laser light distributions (PT1 to PT9) corresponding to each processing shape, and each laser. A reference table (look-up table) showing the correspondence between the usage ratio of the light distribution and the deflection patterns (C1 to C9) of the high-speed deflection means 68 corresponding to each laser light distribution is stored in the memory (not shown). ing. Further, a plurality of laser light distributions (for example, laser light distributions PT1 and PT2) corresponding to the same processed shape can be realized by changing the deflection pattern (deflection angle and deflection direction) of the high-speed deflection means 68. do.

(ステップS12:レーザ光分布設定工程)
次に、制御部30は、目標加工形状設定工程(ステップS10)で設定された目標加工形状に対応したレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件(例えば、偏向部36のミラー角度など)を設定する。なお、レーザ加工装置10は、各加工形状に対応した装置各部の加工条件を内部値としてメモリ(不図示)に予め記憶しているものとする。
(Step S12: Laser light distribution setting step)
Next, the control unit 30 controls the processing conditions of each unit of the apparatus (for example, the mirror of the deflection unit 36) so that the laser beam distribution corresponding to the target processing shape set in the target processing shape setting step (step S10) is realized. Set the angle, etc.). It is assumed that the laser machining apparatus 10 stores in advance the machining conditions of each part of the apparatus corresponding to each machining shape as internal values in a memory (not shown).

(ステップS14:レーザ光分布取得工程)
次に、レーザ光分布観察装置26によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察する。この際、レーザ光分布観察装置26がレーザ光分布の観察位置(加工ヘッド40に対向する位置)にない場合には、図示しない観察装置駆動機構により観察位置に移動する。また、レーザ光分布を観察する際、加工ヘッド40からレーザ光分布観察装置26に向かって照射されるレーザ光Lの強度が、レーザ光分布観察装置26の観察可能範囲を超えている場合、ビーム形状整形手段38によりレーザ光Lの強度を低くするように調整する。レーザ光分布観察装置26によって観察された液体ジェットJ内のレーザ光分布を示すレーザ光分布データは、制御部30に対して出力される。なお、レーザ光分布観察装置26による液体ジェットJ内のレーザ光分布の観察は、目標加工形状に対応する全てのレーザ光分布についてそれぞれ行われる。
(Step S14: Laser light distribution acquisition step)
Next, the laser light distribution observation device 26 observes the laser light distribution in the liquid jet J. At this time, if the laser beam distribution observation device 26 is not at the observation position of the laser beam distribution (position facing the processing head 40), the laser beam distribution observation device 26 is moved to the observation position by an observation device drive mechanism (not shown). When observing the laser light distribution, if the intensity of the laser light L emitted from the processing head 40 toward the laser light distribution observation device 26 exceeds the observable range of the laser light distribution observation device 26, the beam The shape shaping means 38 is used to adjust the intensity of the laser beam L so as to be low. The laser beam distribution data indicating the laser beam distribution in the liquid jet J observed by the laser beam distribution observation device 26 is output to the control unit 30. The laser beam distribution observation device 26 observes the laser beam distribution in the liquid jet J for all the laser beam distributions corresponding to the target processed shape.

(ステップS16:予想加工形状算出工程)
次に、制御部30は、予想加工形状算出手段として機能し、レーザ光分布取得工程(ステップS14)で観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド40によりワークWに加工を施した場合の予想加工形状を算出する。具体的には、レーザ光分布観察装置26によって観察された各レーザ光分布を示すレーザ光分布データを、それぞれ、加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データへと変換する。そして、各レーザ光分布の射影データのそれぞれに対し、各レーザ光分布の使用比率(図15参照)を掛けたデータを足し合わせることで、予想加工形状を算出する。なお、制御部30により算出された予想加工形状はモニタ64に表示される。これにより、ユーザは、加工後の予想加工形状を容易に把握することができる。
(Step S16: Expected processing shape calculation process)
Next, the control unit 30 functions as a predictive machining shape calculation means, and predicts when the work W is machined by the machining head 40 based on the laser beam distribution observed in the laser beam distribution acquisition step (step S14). Calculate the processed shape. Specifically, the laser beam distribution data indicating each laser beam distribution observed by the laser beam distribution observation device 26 is converted into projection data projected in a direction orthogonal to the processing feed direction. Then, the expected processing shape is calculated by adding the data obtained by multiplying the projection data of each laser light distribution by the usage ratio of each laser light distribution (see FIG. 15). The predicted machining shape calculated by the control unit 30 is displayed on the monitor 64. As a result, the user can easily grasp the expected machining shape after machining.

ここで、予想加工形状の算出方法について、図16〜図23を参照して説明する。 Here, a method of calculating the expected processing shape will be described with reference to FIGS. 16 to 23.

図16及び図17は、予想加工形状の算出方法の第1例を示した図である。 16 and 17 are views showing a first example of a method for calculating a predicted processed shape.

図16の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100A、100Bは、加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データをグラフとして示したものであり、横軸はレーザ光Lの分布横幅(加工送り方向に直交する方向)であり、縦軸はレーザ光Lの分布強度(レーザ光強度)である。 The two laser beam distributions 100A and 100B shown in FIGS. 16A and 16B are graphs showing projection data projected in a direction orthogonal to the processing feed direction, and the horizontal axis is the laser beam L. Is the distribution width (direction orthogonal to the processing feed direction), and the vertical axis is the distribution intensity of the laser beam L (laser beam intensity).

図16の(a)に示したレーザ光分布100Aは分布横幅の一方側(図の左側)にレーザ光Lのピーク位置が偏っているのに対し、図16の(b)に示したレーザ光分布100Bは分布横幅の他方側(図の右側)にレーザ光Lのピーク位置が偏っている。また、2つのレーザ光分布100A、100Bのピーク強度は同じとなっている。 In the laser beam distribution 100A shown in FIG. 16 (a), the peak position of the laser beam L is biased to one side (left side in the figure) of the distribution width, whereas the laser beam shown in FIG. 16 (b) is biased. In the distribution 100B, the peak position of the laser beam L is biased to the other side (right side in the figure) of the distribution width. Further, the peak intensities of the two laser beam distributions 100A and 100B are the same.

このようなレーザ光分布100A、100Bを用いて、1つの加工パス内において1:1の使用比率でレーザ光分布100A、100Bを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Aの算出結果を図17に示す。図17に示した予想加工形状200Aは、図16の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100A、100Bのそれぞれに対し、1:1の使用比率を掛けたデータを足し合わせることで得ることができる。 Using such laser light distributions 100A and 100B, the calculation result of the expected processing shape 200A when laser processing is performed while switching the laser light distributions 100A and 100B at a usage ratio of 1: 1 in one processing path. It is shown in FIG. The predicted processing shape 200A shown in FIG. 17 is obtained by adding data obtained by multiplying each of the two laser beam distributions 100A and 100B shown in FIGS. 16A and 16 by a 1: 1 usage ratio. Can be obtained by

図18〜図20は、予想加工形状の算出方法の第2例を示した図である。 18 to 20 are views showing a second example of a method for calculating the expected processed shape.

図18の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100C、100Dは、図16の(a)及び(b)に示した2つのレーザ光分布100A、100Bと同様な偏り形状となっているが、ピーク強度の比が1:2となっている点が異なっている。 The two laser beam distributions 100C and 100D shown in FIGS. 18A and 18 have the same biased shapes as the two laser beam distributions 100A and 100B shown in FIGS. 16A and 16B. However, the difference is that the peak intensity ratio is 1: 2.

このようなレーザ光分布100C、100Dを用いて、1つの加工パス内において1:1の使用比率でレーザ光分布100C、100Dを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Bの算出結果を図19に示す。この場合、2つのレーザ光分布100C、100Dのピーク強度が異なっているため、使用比率を1:1とした場合には、図19に示すように、予想加工形状200Bは、加工溝の底面が幅方向(図の左右方向)に均一とはならない。 Using such laser light distributions 100C and 100D, the calculation result of the expected processing shape 200B when laser processing is performed while switching the laser light distributions 100C and 100D at a usage ratio of 1: 1 in one processing path. It is shown in FIG. In this case, since the peak intensities of the two laser beam distributions 100C and 100D are different, when the usage ratio is 1: 1, as shown in FIG. 19, the expected processing shape 200B has the bottom surface of the processing groove. It is not uniform in the width direction (horizontal direction in the figure).

また、1つの加工パス内において2:1の使用比率でレーザ光分布100C、100Dを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Cの算出結果を図20に示す。2つのレーザ光分布100C、100Dのピーク強度が異なる場合、ピーク強度が低い方のレーザ光分布100Cの使用比率を増やすことにより、図20に示した予想加工形状200Cは、図19に示した予想加工形状200Bに比べて、加工溝の底面を幅方向にわたって均一なものとすることができる。 Further, FIG. 20 shows the calculation result of the expected processing shape 200C when the laser processing is performed while switching the laser light distributions 100C and 100D at a usage ratio of 2: 1 in one processing path. When the peak intensities of the two laser beam distributions 100C and 100D are different, the predicted processing shape 200C shown in FIG. 20 is predicted as shown in FIG. 19 by increasing the usage ratio of the laser beam distribution 100C having the lower peak intensity. Compared with the machined shape 200B, the bottom surface of the machined groove can be made uniform over the width direction.

図21〜図23は、予想加工形状の算出方法の第3例を示した図である。 21 to 23 are views showing a third example of a method for calculating the expected processed shape.

図21の(a)〜(c)に示した3つのレーザ光分布100E、100F、100Gは、分布横幅の一方側(図の左側)、中央、他方側(図の右側)にそれぞれレーザ光Lのピーク位置が偏っている。また、3つのレーザ光分布100E、100F、100Gのピーク強度は同じとなっている。 The three laser beam distributions 100E, 100F, and 100G shown in FIGS. 21 (a) to 21 (c) have laser beams L on one side (left side of the figure), the center, and the other side (right side of the figure) of the distribution width, respectively. The peak position of is biased. Further, the peak intensities of the three laser beam distributions 100E, 100F, and 100G are the same.

このようなレーザ光分布100E、100F、100Gを用いて、1つの加工パス内において1:1:1の使用比率でレーザ光分布100E、100F、100Gを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Dの算出結果を図22に示す。図22に示した予想加工形状200Dは、上述したように、3つのレーザ光分布100E、100F、100Gのそれぞれに対し、1:1:1の使用比率を掛けたデータを足し合わせることで得ることができる。 Expected processing when laser processing is performed while switching the laser light distributions 100E, 100F, 100G at a usage ratio of 1: 1: 1 in one processing path using such laser light distributions 100E, 100F, 100G. The calculation result of the shape 200D is shown in FIG. As described above, the predicted processed shape 200D shown in FIG. 22 can be obtained by adding data obtained by multiplying each of the three laser beam distributions 100E, 100F, and 100G by a usage ratio of 1: 1: 1. Can be done.

また、1つの加工パス内においてレーザ光分布100E、100F、100Gの使用比率を2:1:2として、レーザ光分布100E、100F、100Gを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状200Eの算出結果を図23に示す。3つのレーザ光分布100E、100F、100Gのピーク強度が異なる場合、積算割合が高くなる中央のレーザ光分布100Fの使用比率を少なくすることで、図23に示した予想加工形状200Eは、図22に示した予想加工形状200Dに比べて、加工溝の底面を幅方向にわたって均一なものとすることができる。 Further, the expected processing shape 200E when laser processing is performed while switching the laser light distributions 100E, 100F, 100G with the usage ratio of the laser light distributions 100E, 100F, 100G set to 2: 1: 2 in one processing path. The calculation result is shown in FIG. When the peak intensities of the three laser beam distributions 100E, 100F, and 100G are different, the expected processing shape 200E shown in FIG. 23 is obtained by reducing the usage ratio of the central laser beam distribution 100F, which increases the integration ratio. Compared with the expected processing shape 200D shown in the above, the bottom surface of the processing groove can be made uniform over the width direction.

このように、複数のレーザ光分布のピーク強度が異なる場合でも、それらの使用比率を調整することにより、任意の加工形状を得ることができる。 As described above, even when the peak intensities of the plurality of laser light distributions are different, an arbitrary processed shape can be obtained by adjusting the usage ratio thereof.

また、1つの加工パス内において3つ以上のレーザ光分布を切り替えながらレーザ加工を行うとき、それぞれを任意の比率で振り分けることで、より細かい加工形状の調整が可能となる。 Further, when laser processing is performed while switching three or more laser light distributions in one processing path, finer processing shape can be adjusted by distributing each of them at an arbitrary ratio.

なお、ここでは説明を簡単にするため、各レーザ光分布の足し合わせがそのまま加工形状に反映されるものとして説明したが、一般的に加工レート(R)は照射フルーエンス(F)に対して比例ではなく、次式で表されることが知られている。 Here, for the sake of simplicity, the addition of the laser beam distributions is directly reflected in the processing shape, but in general, the processing rate (R) is proportional to the irradiation fluence (F). Instead, it is known to be expressed by the following equation.

R=C×ln(F/C
なお、lnは自然対数を示し、C及びCは定数を示している。
R = C 1 x ln (F / C 2 )
Note that ln indicates the natural logarithm, and C 1 and C 2 indicate constants.

図24は、照射フルーエンスと加工レートとの対応関係の一例を示した両対数グラフであり、横軸は照射フルーエンスの対数を表し、縦軸は加工レートの対数を表している。ここで、特に注意すべき点としては、図24から分かるように、ワーク材質にはそれぞれ照射フルーエンスに閾値が存在する点である。レーザ光分布(光強度分布)の一部がその閾値以下の照射フルーエンスである場合、その部分は加工への寄与が無くなり、単純な足し合わせによる予想加工形状の算出結果とは差異が発生することに注意が必要である。 FIG. 24 is a log-log graph showing an example of the correspondence between the irradiation fluence and the processing rate. The horizontal axis represents the logarithm of the irradiation fluence, and the vertical axis represents the logarithm of the processing rate. Here, it should be noted that, as can be seen from FIG. 24, each work material has a threshold value for irradiation fluence. If a part of the laser light distribution (light intensity distribution) is an irradiation fluence below the threshold value, that part loses its contribution to machining, and there is a difference from the calculation result of the expected machining shape by simple addition. It is necessary to pay attention to.

(ステップS18:判定工程)
次に、制御部30は、予想加工形状算出工程(ステップS16)で算出した予想加工形状と目標加工形状とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合には次のステップS20に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップS26に進む。
(Step S18: Judgment step)
Next, the control unit 30 compares the predicted machining shape calculated in the predicted machining shape calculation step (step S16) with the target machining shape to calculate an error, and determines that the error is within a preset allowable error range. If it is determined, the process proceeds to the next step S20. On the other hand, if it is determined that the error is not within the permissible error range, the process proceeds to step S26.

(ステップS20:テスト加工工程)
次に、テスト加工用ワークを用いて、判定工程(ステップS18)において両者の形状の差異を示す誤差が許容誤差囲内であると判定されたときの加工条件にてテスト加工用ワークに対してテスト加工を行う。
(Step S20: Test processing process)
Next, using the test machining work, the test machining work is tested under the machining conditions when the error indicating the difference between the two shapes is determined to be within the margin of error in the determination step (step S18). Perform processing.

(ステップS22:加工形状測定工程)
次に、加工形状測定手段72によって、テスト加工用ワークに形成された加工溝の加工形状を測定する。この際、加工形状測定手段72の測定位置(加工形状測定手段72に対向する位置)にテスト加工用ワークがない場合には、テスト加工用ワークを保持するワークテーブル16を測定位置に移動する。加工形状測定手段72によって測定された加工形状を示す加工形状データ(3次元形状データ)は、制御部30に対して出力される。
(Step S22: Machining shape measurement step)
Next, the machined shape measuring means 72 measures the machined shape of the machined groove formed in the test machining work. At this time, if there is no test machining work at the measurement position of the machining shape measuring means 72 (the position facing the machining shape measuring means 72), the work table 16 holding the test machining work is moved to the measurement position. The processed shape data (three-dimensional shape data) indicating the processed shape measured by the processed shape measuring means 72 is output to the control unit 30.

(ステップS24:加工形状比較工程)
次に、制御部30は、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合にはステップS28に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップS26に進む。
(Step S24: Machining shape comparison process)
Next, the control unit 30 compares the machining shape data obtained in the machining shape measurement step (step S22) with the target machining shape data, calculates an error, and the error is within a preset allowable error range. If it is determined, the process proceeds to step S28. On the other hand, if it is determined that the error is not within the permissible error range, the process proceeds to step S26.

(ステップS26:レーザ光分布調整工程)
判定工程(ステップS18)において、予想加工形状算出工程(ステップS16)で算出された予想加工形状と目標加工形状との差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合、又は、加工形状比較工程(ステップS24)において、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、制御部30は、レーザ光分布調整手段として機能し、その誤差が小さくなるように、液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整する。その後、ステップS12に戻り、調整後のレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件を設定(変更)して、同様の処理を繰り返し行う。なお、レーザ光分布調整工程では、目標加工形状に対応するレーザ光分布が複数存在する場合には、各レーザ光分布の使用比率を変更することも含むものとする。
(Step S26: Laser beam distribution adjustment step)
In the determination step (step S18), when it is determined that the error indicating the difference between the expected machining shape calculated in the prediction machining shape calculation step (step S16) and the target machining shape is not within the permissible error range, or the machining shape. In the comparison step (step S24), when it is determined that the error indicating the difference between the machining shape data obtained in the machining shape measurement step (step S22) and the target machining shape data is not within the permissible error range, the control unit Reference numeral 30 denotes a laser light distribution adjusting means, and adjusts the laser light distribution in the liquid jet J so that the error is small. After that, the process returns to step S12, and the processing conditions of each part of the apparatus are set (changed) so that the adjusted laser beam distribution is realized, and the same process is repeated. In the laser light distribution adjusting step, when there are a plurality of laser light distributions corresponding to the target processing shape, it is also included to change the usage ratio of each laser light distribution.

(ステップS28:本加工工程)
加工形状比較工程(ステップS24)において、加工形状測定工程(ステップS22)で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内であると判断された場合には、制御部30は、それまでに調整された加工条件で本加工工程を実施する。なお、本加工工程が行われる場合には、レーザ光分布観察装置26は退避位置に移動する。
(Step S28: Main processing step)
When it is determined in the machining shape comparison step (step S24) that the error indicating the difference between the machining shape data obtained in the machining shape measurement step (step S22) and the target machining shape data is within the permissible error range. , The control unit 30 carries out the main processing step under the processing conditions adjusted so far. When this processing step is performed, the laser beam distribution observation device 26 moves to the retracted position.

本加工工程では、制御部30は、ワークテーブル16の保持面16aに吸着保持されたワークWと加工ヘッド40とを加工送り方向(X方向)に相対的に移動させながら(移動工程の一例)、加工ヘッド40の液体ジェット噴射ノズル48からワークWに向かって液体ジェットJが噴射されるとともに、液体ジェットJにより誘導されたレーザ光LがワークWに照射される(レーザ光照射工程の一例)。これにより、膜剥がれやバリ等が発生することなく、ワークWには所定深さの加工溝が分割予定ラインに沿って形成される。 In this machining step, the control unit 30 moves the work W sucked and held on the holding surface 16a of the work table 16 and the machining head 40 relatively in the machining feed direction (X direction) (an example of the moving step). The liquid jet J is ejected from the liquid jet injection nozzle 48 of the processing head 40 toward the work W, and the laser beam L guided by the liquid jet J is irradiated to the work W (an example of the laser beam irradiation step). .. As a result, a machined groove having a predetermined depth is formed in the work W along the planned division line without causing peeling of the film, burrs, or the like.

また、このとき、制御部30は、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向することにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行う(高速偏向工程及び高速偏向制御工程の一例)。これにより、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることができる。 Further, at this time, the control unit 30 performs laser processing while switching the laser beam distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions by deflecting the laser beam L at high speed by the high-speed deflection means 68 (high-speed deflection step and high-speed). An example of a deflection control process). As a result, the target machining shape can be obtained without repeating machining in one machining pass.

1ラインの加工溝の形成が終了すると、ヘッドユニット22が取り付けられたYテーブルがY方向にインデックス送りされ、次のラインも同様に加工溝が形成される。 When the formation of the machined groove of one line is completed, the Y table to which the head unit 22 is attached is indexed in the Y direction, and the machined groove is formed in the same manner on the next line.

全てのX方向と平行な切断予定ラインに沿って加工溝が形成されると、θ回転テーブル34が90°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全て加工溝が形成される。 When the machining grooves are formed along all the scheduled cutting lines parallel to the X direction, the θ rotary table 34 is rotated by 90 °, and all the machining grooves are formed in the same manner for the lines orthogonal to the previous line.

以上のとおり、本実施形態によれば、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向することにより、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことができる。これにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を能動的に制御することができ、1つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by high-speed deflecting the laser beam L by the high-speed deflection means 68, laser processing is performed while switching the laser beam distribution in the liquid jet J on the surface of the work W to a plurality of distributions. be able to. As a result, the laser beam distribution in the liquid jet J can be actively controlled, and the target machining shape can be obtained without repeating machining in one machining path.

また、本実施形態では、加工形状測定手段72によって測定された加工形状(加工ヘッド40から照射されたレーザ光によって実際に加工された加工形状)が目標加工形状に近づくように、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を自動的に調整するフィードバック制御が行われる。したがって、目標加工形状を得るために、レーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要がないので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らし、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。 Further, in the present embodiment, the surface of the work W is such that the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 (the machining shape actually machined by the laser beam emitted from the machining head 40) approaches the target machining shape. Feedback control is performed to automatically adjust the laser beam distribution in the liquid jet J in the above. Therefore, in order to obtain the target machined shape, it is not necessary to manually repeat the adjustment of the laser beam distribution and the evaluation of the machined shape for several cycles. By shortening the time, it is possible to reduce the work man-hours and improve the production efficiency, and it is possible to obtain the target machining shape with high accuracy.

また、本実施形態では、レーザ光分布観察装置26によって観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド40によりワークWに加工を施した場合の予想加工形状を算出することができるので、加工後の予想加工形状を容易に把握することができる。また、予想加工形状が目標加工形状に近づくように、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整するフィードバック制御が行われるので、目標加工形状を短時間で効率良く得ることが可能となる。 Further, in the present embodiment, the expected machining shape when the work W is machined by the machining head 40 can be calculated based on the laser beam distribution observed by the laser beam distribution observing device 26, so that the expected machining shape after machining can be calculated. The expected machining shape can be easily grasped. Further, since feedback control is performed to adjust the laser beam distribution in the liquid jet J on the surface of the work W so that the expected machining shape approaches the target machining shape, the target machining shape can be efficiently obtained in a short time. It becomes.

なお、本実施形態において、レーザ光Lとしてパルスレーザを使用する場合には、高速偏向手段68の切替速度(周波数)に対してパルスレーザの繰り返し周波数が十分に速いことが好ましい。 In the present embodiment, when a pulse laser is used as the laser beam L, it is preferable that the repetition frequency of the pulse laser is sufficiently faster than the switching speed (frequency) of the high-speed deflection means 68.

また、本実施形態では、高速偏向手段68がレーザ光Lを高速偏向する角度範囲が、液体ジェットJ内に入射可能な角度範囲(液体ジェット入射角度範囲)内に設定されているが、これに限らず、液体ジェット入射角度範囲よりも広く設定されていてもよい。この場合、高速偏向手段68によってレーザ光Lを高速偏向する際、液体ジェットJ内にレーザ光Lを入射させるパターン(レーザ光分布)だけでなく、液体ジェットJ内にレーザ光Lを入射させないパターン(レーザ光分布)も含めることが可能となる。これにより、ワークWに照射されるレーザ光Lの実質的な強度を下げることが可能となるので、より広範囲かつ精細に加工形状を制御することができるとともに、加工形状はそのままに、構造物の有無に応じて加工レート自体を制御することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the angle range in which the high-speed deflection means 68 deflects the laser beam L at high speed is set within the angle range in which the liquid jet J can be incident (the liquid jet incident angle range). Not limited to this, it may be set wider than the liquid jet incident angle range. In this case, when the laser beam L is high-speed deflected by the high-speed deflection means 68, not only the pattern in which the laser beam L is incident in the liquid jet J (laser beam distribution) but also the pattern in which the laser beam L is not incident in the liquid jet J (Laser beam distribution) can also be included. As a result, it is possible to reduce the substantial intensity of the laser beam L applied to the work W, so that the processed shape can be controlled in a wider range and finely, and the processed shape remains the same as the processed shape of the structure. It is possible to control the machining rate itself depending on the presence or absence.

また、本実施形態では、1つの加工パスにおいて液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行う場合について説明したが、1つの加工パスにおいてレーザ光分布を切り替えずに、レーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合を含んでいてもよい。 Further, in the present embodiment, the case where the laser machining is performed while switching the laser beam distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions in one machining pass has been described, but the laser beam distribution is not switched in one machining pass. It may include the case where the laser processing is performed with the laser light distribution constant.

図25は、1つの加工パスにおいて液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合(すなわち、1種類のレーザ光分布を使用する場合)についてのレーザ加工方法を説明するための概念図である。以下、図25を参照しながら説明する。 FIG. 25 describes a laser processing method in a case where laser processing is performed in a state where the laser light distribution in the liquid jet J is constant in one processing path (that is, when one type of laser light distribution is used). It is a conceptual diagram for. Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 25.

まず、図25の(a)に示すように、レーザ加工装置10に予め設定された複数の加工形状(加工溝)の中から1つの加工形状がユーザにより選択されると、制御部30は、選択された加工形状を目標加工形状として設定する。ここでは、図中破線で囲んだ部分である矩形状の加工溝を示す加工形状が目標加工形状として選択され設定されるものとする。 First, as shown in FIG. 25 (a), when one machining shape is selected by the user from a plurality of machining shapes (machining grooves) preset in the laser machining apparatus 10, the control unit 30 receives the control unit 30. The selected machining shape is set as the target machining shape. Here, it is assumed that the machining shape indicating the rectangular machining groove, which is the portion surrounded by the broken line in the figure, is selected and set as the target machining shape.

次に、図25の(b)及び(c)に示すように、制御部30は、目標加工形状に対応したレーザ光分布(目標レーザ光分布)が実現されるように、装置各部の加工条件を設定する。なお、図25の(b)は、目標レーザ光分布を加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データを示したものである。また、図25の(c)は、目標レーザ光分布の平面図であり、横軸は加工送り方向に直交する方向の位置を表し、縦軸は加工送り方向の位置を表している。また、図25の(b)において、図中の濃度が高い部分(暗い部分)はレーザ光強度が高い部分に相当し、図中の濃度が低い部分(明るい部分)はレーザ光強度が低い部分に相当する。後述する図25の(g)においても同様である。 Next, as shown in FIGS. 25 (b) and 25 (c), the control unit 30 controls the processing conditions of each part of the apparatus so that the laser light distribution (target laser light distribution) corresponding to the target processing shape is realized. To set. Note that FIG. 25B shows projection data in which the target laser beam distribution is projected in a direction orthogonal to the processing feed direction. Further, FIG. 25 (c) is a plan view of the target laser beam distribution, the horizontal axis represents the position in the direction orthogonal to the machining feed direction, and the vertical axis represents the position in the machining feed direction. Further, in FIG. 25 (b), the high density portion (dark portion) in the figure corresponds to the high laser light intensity portion, and the low density portion (bright portion) in the figure corresponds to the low laser light intensity portion. Corresponds to. The same applies to (g) of FIG. 25, which will be described later.

次に、レーザ光分布観察装置26によって液体ジェットJ内のレーザ光分布を観察する。図25の(d)は、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布の射影データ(実測値)を示したものである。なお、図中破線は、図25の(b)に示した目標レーザ光分布の射影データ(目標値)である。 Next, the laser light distribution observation device 26 observes the laser light distribution in the liquid jet J. FIG. 25 (d) shows the projection data (actual measurement value) of the laser light distribution observed by the laser light distribution observation device 26. The broken line in the figure is the projection data (target value) of the target laser light distribution shown in FIG. 25 (b).

次に、制御部30は、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布と目標レーザ光分布とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であるか否かを判定する。誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、その誤差が小さくなるように(すなわち、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布が目標レーザ光分布に近づくように)、制御部30は、レーザ光分布を調整した後、誤差が許容範囲内と判定されるまで同様の処理を繰り返し行う。 Next, the control unit 30 compares the laser light distribution observed by the laser light distribution observation device 26 with the target laser light distribution to calculate an error, and whether or not the error is within a preset allowable error range. Is determined. When it is determined that the error is not within the permissible error range, control is performed so that the error becomes small (that is, the laser beam distribution observed by the laser beam distribution observation device 26 approaches the target laser beam distribution). After adjusting the laser beam distribution, the unit 30 repeats the same process until the error is determined to be within the permissible range.

一方、図25の(d)に示すように、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布が目標レーザ光分布に近似しており、両者の比較による誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合、その判定が行われたときの加工条件にてテスト加工用ワークに対してテスト加工を行う。 On the other hand, as shown in FIG. 25 (d), the laser beam distribution observed by the laser beam distribution observation device 26 is close to the target laser beam distribution, and the error due to the comparison between the two is within the permissible error range. If it is determined, the test machining workpiece is subjected to test machining under the machining conditions at the time of the judgment.

次に、加工形状測定手段72によって、テスト加工用ワークに形成された加工形状(加工溝)を測定する。図25の(e)は、加工形状測定手段72により測定された加工形状の測定結果の一例を示している。なお、図中実線は、加工形状測定手段72により測定された加工形状(実測値)を示し、図中破線は、目標加工形状(測定値)を示したものである。 Next, the machining shape (machining groove) formed on the test machining work is measured by the machining shape measuring means 72. FIG. 25 (e) shows an example of the measurement result of the processed shape measured by the processed shape measuring means 72. The solid line in the figure indicates the processed shape (measured value) measured by the processed shape measuring means 72, and the broken line in the figure indicates the target processed shape (measured value).

次に、制御部30は、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であるか否かを判定する。誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合には、その判定が行われたときの加工条件で本加工工程を実施する。 Next, the control unit 30 compares the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 with the target machining shape, calculates an error, and determines whether or not the error is within a preset allowable error range. do. If it is determined that the error is within the permissible error range, this processing step is performed under the processing conditions at the time of the determination.

一方、図25の(e)に示すように、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が近似しておらず、両者の比較による誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、制御部30は、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状とを比較した結果に基づいて、両者の比較による誤差が大きい位置ほど誤差が小さい位置に比べてレーザ光強度が相対的に大きくなるように、目標レーザ光分布を調整する。調整後の目標レーザ光分布の一例を図25の(f)及び(g)に示す。図25の(e)に示した場合では、図中左側の位置に比べて図中右側の位置における誤差が相対的に大きいので、図25の(f)及び(g)に示すように、図中右側の位置におけるレーザ光強度の方が相対的に大きくなるように目標レーザ光分布を調整している。 On the other hand, as shown in FIG. 25 (e), the error between the processed shape measured by the processed shape measuring means 72 and the target processed shape are not close to each other, and the error obtained by comparing the two is not within the permissible error range. When it is determined, the control unit 30 sets the position where the error is larger as the error is smaller based on the result of comparing the machined shape measured by the machined shape measuring means 72 and the target machined shape. The target laser light distribution is adjusted so that the laser light intensity is relatively large. An example of the adjusted target laser beam distribution is shown in FIGS. 25 (f) and 25 (g). In the case shown in FIG. 25 (e), the error at the position on the right side in the figure is relatively large as compared with the position on the left side in the figure. Therefore, as shown in FIGS. The target laser light distribution is adjusted so that the laser light intensity at the position on the right side of the center is relatively large.

このようにして制御部30は、目標レーザ光分布を調整した後、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が許容範囲内と判定されるまで同様の処理を繰り返し行う。 After adjusting the target laser beam distribution in this way, the control unit 30 repeats the same process until it is determined that the error between the processed shape measured by the processed shape measuring means 72 and the target processed shape is within the allowable range. conduct.

すなわち、図25の(h)に示すように、レーザ光分布観察装置26によって観察されたレーザ光分布(実測値)が修正後の目標レーザ光分布(目標値)に近づくまで調整が行われた後、さらにテスト加工が行われ、図25の(i)に示すように、加工形状測定手段72により測定された加工形状(実測値)が目標加工形状(測定値)に近づくまで調整が行われる。そして、加工形状測定手段72により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合には、その判定が行われたときの加工条件で本加工工程を実施する。 That is, as shown in FIG. 25 (h), adjustment was performed until the laser beam distribution (measured value) observed by the laser beam distribution observation device 26 approaches the corrected target laser beam distribution (target value). After that, further test machining is performed, and as shown in FIG. 25 (i), adjustment is performed until the machining shape (measured value) measured by the machining shape measuring means 72 approaches the target machining shape (measured value). .. Then, when it is determined that the error between the processed shape measured by the processed shape measuring means 72 and the target processed shape is within the permissible error range, the main processing step is performed under the processing conditions at the time of the determination. implement.

以上のとおり、1つの加工パスにおいて液体ジェットJ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合においても、加工形状測定手段72によって測定された加工形状が目標加工形状に近づくように、ワークWの表面における液体ジェットJ内のレーザ光分布を自動的に調整するフィードバック制御が行われる。したがって、目標加工形状を得るために、レーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要がないので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らし、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。 As described above, even when laser machining is performed with the laser beam distribution in the liquid jet J constant in one machining path, the machining shape measured by the machining shape measuring means 72 is brought closer to the target machining shape. , Feedback control is performed to automatically adjust the laser beam distribution in the liquid jet J on the surface of the work W. Therefore, in order to obtain the target machined shape, it is not necessary to manually repeat the adjustment of the laser beam distribution and the evaluation of the machined shape for several cycles. By shortening the time, it is possible to reduce the work man-hours and improve the production efficiency, and it is possible to obtain the target machining shape with high accuracy.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。以下、第1の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the parts common to the first embodiment will be omitted, and the characteristic parts of the present embodiment will be mainly described.

図26は、第2の実施形態に係るレーザ加工装置10Aの構成を示す概略図である。図26中、図1と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 26 is a schematic view showing the configuration of the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment. In FIG. 26, components common to or similar to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図26に示すように、第2の実施形態に係るレーザ加工装置10Aは、レーザ発振器14と高速偏向手段68との間に反射ミラー37及び空間光位相変調器70を備えている点が、第1の実施形態と異なっている。 As shown in FIG. 26, the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment is provided with a reflection mirror 37 and a spatial optical phase modulator 70 between the laser oscillator 14 and the high-speed deflection means 68. It is different from the first embodiment.

反射ミラー37は、レーザ発振器14から出力されたレーザ光Lを空間光位相変調器70に向けて反射する。 The reflection mirror 37 reflects the laser beam L output from the laser oscillator 14 toward the spatial optical phase modulator 70.

空間光位相変調器70は、レーザ発振器14から反射ミラー37を介して入射したレーザ光Lの位相を調整(変調)する手段であり、その動作は制御部30によって制御される。空間光位相変調器70としては、例えば、LCOS−SLM(Liquid Crystal on Silicon - Spatial Light Modulator)などを好ましく採用することができる。空間光位相変調器70によって位相が調整されたレーザ光Lは、高速偏向手段68に入射する。なお、空間光位相変調器70の構成及び動作については公知であるため、ここでは具体的な説明を省略する。 The spatial optical phase modulator 70 is a means for adjusting (modulating) the phase of the laser beam L incident from the laser oscillator 14 via the reflection mirror 37, and its operation is controlled by the control unit 30. As the spatial light phase modulator 70, for example, LCOS-SLM (Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator) or the like can be preferably adopted. The laser beam L whose phase has been adjusted by the spatial optical phase modulator 70 is incident on the high-speed deflection means 68. Since the configuration and operation of the spatial optical phase modulator 70 are known, specific description thereof will be omitted here.

図27は、空間光位相変調器70による位相調整の効果を説明するための図である。図27は、集光レンズ42によって集光されるレーザ光Lが液体ジェットJに入射する様子を示しており、(a)は空間光位相変調器70を設けない場合(位相調整なし)、(b)は空間光位相変調器70を設けた場合(位相調整あり)を示したものである。 FIG. 27 is a diagram for explaining the effect of phase adjustment by the spatial optical phase modulator 70. FIG. 27 shows how the laser beam L condensed by the condenser lens 42 is incident on the liquid jet J, and (a) shows the case where the spatial optical phase modulator 70 is not provided (no phase adjustment). b) shows the case where the spatial optical phase modulator 70 is provided (with phase adjustment).

図27の(a)に示すように、集光レンズ42により液体ジェットJに入射するようにレーザ光Lを集光する際、レーザ光Lに収差が発生する場合がある。これに対し、本実施形態では、図27の(b)に示すように、空間光位相変調器70によってレーザ光Lの位相を調整することにより、液体ジェットJへの入射時のレーザ光Lの収差を補正することが可能となる。これにより、加工位置(ワークWの表面)における液体ジェットJ内のレーザ光分布を精度よく調整することができる。 As shown in FIG. 27 (a), when the laser beam L is condensed so as to be incident on the liquid jet J by the condenser lens 42, an aberration may occur in the laser beam L. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 27 (b), the phase of the laser beam L is adjusted by the spatial optical phase modulator 70, so that the laser beam L at the time of incidence on the liquid jet J is generated. It is possible to correct the aberration. As a result, the laser beam distribution in the liquid jet J at the processing position (surface of the work W) can be adjusted with high accuracy.

このように第2の実施形態に係るレーザ加工装置10Aによれば、空間光位相変調器70によってレーザ光Lの位相を調整することにより、液体ジェットJ内のレーザ光分布を調整し、加工形状をより詳細に調整することができる。 As described above, according to the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment, the laser light distribution in the liquid jet J is adjusted by adjusting the phase of the laser light L by the space light phase modulator 70, and the processed shape is formed. Can be adjusted in more detail.

また、空間光位相変調器70によってレーザ光Lの位相を調整することによって、レーザ光Lを複数のレーザ光に分岐させることも可能である。これにより、レーザ光Lを複数のレーザ光に分岐させたパターン(レーザ光分布)も含めて切り替えることが可能となり、任意の加工形状を詳細かつ効率的に形成することが可能となる。 It is also possible to branch the laser beam L into a plurality of laser beams by adjusting the phase of the laser beam L with the spatial optical phase modulator 70. As a result, it is possible to switch the pattern (laser beam distribution) in which the laser beam L is branched into a plurality of laser beams, and it is possible to form an arbitrary processed shape in detail and efficiently.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the parts common to each of the above-described embodiments will be omitted, and the characteristic parts of the present embodiment will be mainly described.

図28は、第3の実施形態に係るレーザ加工装置10Bの構成を示す概略図である。図28中、図1と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 28 is a schematic view showing the configuration of the laser processing apparatus 10B according to the third embodiment. In FIG. 28, components common to or similar to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図28に示すように、第3の実施形態に係るレーザ加工装置10Bは、加工ヘッド40に隣接した位置にワーク表面状態測定手段74を備えている点が、第1の実施形態と異なっている。 As shown in FIG. 28, the laser machining apparatus 10B according to the third embodiment is different from the first embodiment in that the work surface state measuring means 74 is provided at a position adjacent to the machining head 40. ..

ワーク表面状態測定手段74は、ワークWの表面の状態を測定する手段である。ワーク表面状態測定手段74としては、ワークWの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものが好ましく、例えば、分光干渉レーザ変位計やナイフエッジ法を用いたセンサ、カメラなどを採用することができる。なお、ワーク表面状態測定手段74としては、ワークWの表面の状態(例えば、ワークWの表面の高さや反射強度など)を測定することができるものであればよい。また、ワーク表面状態測定手段74は、ワークWの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものに限らず、ワークWの表面に接触してワークWの表面の状態を測定するものであってもよい。 The work surface condition measuring means 74 is a means for measuring the surface condition of the work W. As the work surface state measuring means 74, a non-contact type that measures without contacting the surface of the work W is preferable, and for example, a spectroscopic interference laser displacement meter, a sensor using a knife edge method, a camera, or the like is adopted. Can be done. The work surface condition measuring means 74 may be any as long as it can measure the surface condition of the work W (for example, the height of the surface of the work W, the reflection intensity, etc.). Further, the work surface state measuring means 74 is not limited to the non-contact type that measures without contacting the surface of the work W, and measures the state of the surface of the work W by contacting the surface of the work W. You may.

かかる構成によれば、ワーク表面状態測定手段74によってワークWの表面の状態を測定することにより、ワークWの表面における切断予定ライン上の構造物(例えば、メタルパッド)の位置を検知することができる。このようにして検知された切断予定ライン上の構造物の位置はメモリ部(不図示)に記憶される。これにより、レーザ加工が行われる際、切断予定ライン上の構造物の有無に応じて加工条件を変化させることが可能となる。すなわち、構造物がある部分では構造物がない部分に比べてレーザ光Lの強度が高くなるように、液体ジェットJ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことによって、切断予定ライン上に構造物が存在する場合(すなわち、同一の切断予定ラインで加工レートが一様でない場合)でも、加工深さを一様(幅方向にわたって均一な深さ)にすることが可能となる。 According to such a configuration, the position of the structure (for example, a metal pad) on the planned cutting line on the surface of the work W can be detected by measuring the state of the surface of the work W by the work surface state measuring means 74. can. The position of the structure on the scheduled cutting line detected in this way is stored in the memory unit (not shown). As a result, when laser machining is performed, it is possible to change the machining conditions depending on the presence or absence of a structure on the planned cutting line. That is, cutting is performed by performing laser processing while switching the laser beam distribution in the liquid jet J to a plurality of distributions so that the intensity of the laser beam L is higher in the portion with the structure than in the portion without the structure. Even when the structure exists on the scheduled line (that is, when the machining rate is not uniform on the same scheduled cutting line), the machining depth can be made uniform (uniform depth in the width direction). Become.

図29及び図30は、第3の実施形態の効果を説明するための図であり、ワークWに切断予定ラインに沿って加工溝Kを形成する際、切断予定ライン上の構造物の有無によって互いに異なる材質(硬度)が存在する場合における照射光量(レーザ光強度)、加工レート、及び加工深さの関係の一例を示したものである。なお、ここでは、ワーク材質G1はワーク材質G2よりも硬度が高いものとする。また、図8に示したように、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qを加工送り方向Mに直交する方向に順次変化させながらレーザ加工を行った場合を示している。なお、ここでの硬度とは、使用する加工条件(レーザ光Lの波長など)に対する加工されにくさをいう。 29 and 30 are views for explaining the effect of the third embodiment, and when the machining groove K is formed in the work W along the planned cutting line, depending on the presence or absence of a structure on the planned cutting line. An example of the relationship between the amount of irradiation light (laser light intensity), the processing rate, and the processing depth when different materials (hardness) are present is shown. Here, it is assumed that the work material G1 has a higher hardness than the work material G2. Further, as shown in FIG. 8, the case where the laser machining is performed while sequentially changing the peak position Q of the laser beam L in the liquid jet J in the direction orthogonal to the machining feed direction M is shown. The hardness here means the difficulty of processing with respect to the processing conditions used (wavelength of laser beam L, etc.).

図29は、切断予定ライン上の構造物の有無にかかわらず加工条件を一定とした場合を示している。図29の(a)及び(b)に示すように、ワークWの表面に照射されるレーザ光Lの照射光量を加工送り方向Mに沿って一定とした場合、図29の(c)に示すように、ワーク材質G1とワーク材質G2との違いによって加工レートが変化する。そのため、図29の(d)に示すように、加工溝Kにおける加工深さは、ワーク材質G1とワーク材質G2とで互いに異なる深さとなり、全体で不均一な加工深さとなる。 FIG. 29 shows a case where the processing conditions are constant regardless of the presence or absence of the structure on the planned cutting line. As shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), when the irradiation light amount of the laser beam L irradiated on the surface of the work W is constant along the processing feed direction M, it is shown in FIG. 29 (c). As described above, the machining rate changes depending on the difference between the work material G1 and the work material G2. Therefore, as shown in FIG. 29 (d), the machining depth in the machining groove K is different between the work material G1 and the work material G2, and the machining depth is non-uniform as a whole.

図30は、切断予定ライン上の構造物の有無に応じて加工条件を変化させた場合を示している。図30の(a)及び(b)に示すように、液体ジェットJ内のレーザ光Lのピーク位置Qの加工送り方向の間隔をワーク材質G1に比べてワーク材質G2の方を大きくした場合、ワークWの表面に照射されるレーザ光Lの照射光量はワーク材質G1よりもワーク材質G2の方が小さくなる。この場合、図30の(c)に示すように、加工レートはワーク材質G1よりもワーク材質G2の方が大きくなる。そのため、図30の(d)に示すように、加工溝Kにおける加工深さは、ワーク材質G1とワーク材質G2とで同じ深さとなり、全体で均一な加工深さとなる。なお、ワークWの表面に照射されるレーザ光Lの照射光量は、ワーク表面状態測定手段74によって測定されたワークWの表面の状態に応じて調整されることが好ましい。 FIG. 30 shows a case where the processing conditions are changed depending on the presence or absence of the structure on the planned cutting line. As shown in FIGS. 30A and 30B, when the distance between the peak positions Q of the laser beam L in the liquid jet J in the machining feed direction is larger in the work material G2 than in the work material G1. The amount of irradiation light of the laser beam L irradiated on the surface of the work W is smaller in the work material G2 than in the work material G1. In this case, as shown in FIG. 30 (c), the machining rate of the work material G2 is higher than that of the work material G1. Therefore, as shown in FIG. 30D, the machining depth in the machining groove K is the same for the work material G1 and the work material G2, and the machining depth is uniform as a whole. The amount of laser light L irradiated on the surface of the work W is preferably adjusted according to the state of the surface of the work W measured by the work surface condition measuring means 74.

このように第3の実施形態に係るレーザ加工装置10Bによれば、ワーク表面状態測定手段74により測定した構造物の位置に応じて、ワークWに照射される実質的なレーザ光Lの強度を変化させることで、所望の加工形状を得ることが可能となる。 As described above, according to the laser processing apparatus 10B according to the third embodiment, the actual intensity of the laser beam L applied to the work W is determined according to the position of the structure measured by the work surface state measuring means 74. By changing it, it is possible to obtain a desired processed shape.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples, and it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. ..

10…レーザ加工装置、12…レーザ電源、14…レーザ発振器、16…ワークテーブル、16a…保持面、18…ワークテーブル移動部、20…液体供給手段、22…ヘッドユニット、26…レーザ光分布観察装置、30…制御部、32…Xテーブル、34…θ回転テーブル、36…偏向部、37…反射ミラー、38…ビーム形状整形手段、40…加工ヘッド、42…集光レンズ、44…ヘッド本体、46…液体チャンバ、48…液体ジェット噴射ノズル、50…窓部、52…遮蔽板、54…液体除去手段、56…結像レンズ、58…光検出器、60…本体部、64…モニタ、68…高速偏向手段、70…空間光位相変調器、72…加工形状測定手段、74…ワーク表面状態測定手段、L…レーザ光、J…液体ジェット 10 ... Laser processing device, 12 ... Laser power supply, 14 ... Laser oscillator, 16 ... Work table, 16a ... Holding surface, 18 ... Work table moving part, 20 ... Liquid supply means, 22 ... Head unit, 26 ... Laser light distribution observation Device, 30 ... Control unit, 32 ... X table, 34 ... θ rotation table, 36 ... Deflection unit, 37 ... Reflection mirror, 38 ... Beam shape shaping means, 40 ... Processing head, 42 ... Condensing lens, 44 ... Head body , 46 ... Liquid chamber, 48 ... Liquid jet injection nozzle, 50 ... Window, 52 ... Shielding plate, 54 ... Liquid removing means, 56 ... Imaging lens, 58 ... Light detector, 60 ... Main body, 64 ... Monitor, 68 ... High-speed deflection means, 70 ... Spatial optical phase modulator, 72 ... Machining shape measuring means, 74 ... Work surface condition measuring means, L ... Laser light, J ... Liquid jet

Claims (10)

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、
前記レーザ発振器から前記加工ヘッドに向かう途中で前記レーザ光を高速偏向する高速偏向手段と、
前記移動手段により前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記加工ヘッドから前記被加工物に前記レーザ光を照射する際に、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を前記加工ヘッドに向けて偏向する低速偏向手段と、
を備え、
前記高速偏向手段は、前記低速偏向手段よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う、
レーザ加工装置。
Laser oscillator and
A processing head that irradiates the workpiece while guiding the laser light output from the laser oscillator with a liquid jet.
A moving means for relatively moving the processing head and the work piece,
A high-speed deflection means that deflects the laser beam at high speed on the way from the laser oscillator to the processing head.
By changing the deflection conditions of the high-speed deflection means when irradiating the workpiece with the laser beam from the machining head while relatively moving the machining head and the workpiece by the moving means. A high-speed deflection control means for switching the laser beam distribution in the liquid jet on the laser beam irradiation surface of the workpiece into a plurality of distributions.
A low-speed deflection means that deflects the laser beam output from the laser oscillator toward the processing head, and
With
The high-speed deflection means performs higher-speed deflection and a narrower range of deflection than the low-speed deflection means.
Laser processing equipment.
前記被加工物の表面の状態を測定する表面状態測定手段を備え、
前記高速偏向制御手段は、前記表面状態測定手段の測定結果に基づいて、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させる、
請求項に記載のレーザ加工装置。
A surface condition measuring means for measuring the surface condition of the workpiece is provided.
The high-speed deflection control means changes the deflection conditions of the high-speed deflection means based on the measurement results of the surface state measuring means.
The laser processing apparatus according to claim 1.
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、
前記レーザ発振器から前記加工ヘッドに向かう途中で前記レーザ光を高速偏向する高速偏向手段と、
前記移動手段により前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記加工ヘッドから前記被加工物に前記レーザ光を照射する際に、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段と、
前記被加工物の表面の状態を測定する表面状態測定手段と、
を備え、
前記高速偏向制御手段は、前記表面状態測定手段の測定結果に基づいて、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させる、
レーザ加工装置。
Laser oscillator and
A processing head that irradiates the workpiece while guiding the laser light output from the laser oscillator with a liquid jet.
A moving means for relatively moving the processing head and the work piece,
A high-speed deflection means that deflects the laser beam at high speed on the way from the laser oscillator to the processing head.
By changing the deflection conditions of the high-speed deflection means when irradiating the workpiece with the laser beam from the machining head while relatively moving the machining head and the workpiece by the moving means. A high-speed deflection control means for switching the laser beam distribution in the liquid jet on the laser beam irradiation surface of the workpiece into a plurality of distributions.
A surface condition measuring means for measuring the surface condition of the work piece,
With
The high-speed deflection control means changes the deflection conditions of the high-speed deflection means based on the measurement results of the surface state measuring means.
Laser processing equipment.
前記高速偏向手段は音響光学偏向素子である、
請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
The high-speed deflection means is an acoustic-optical deflection element.
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記高速偏向制御手段は、前記レーザ光分布における前記レーザ光のピーク位置が前記加工ヘッドと前記被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させる、
請求項1からのいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
The high-speed deflection control means of the high-speed deflection control means so that the peak position of the laser beam in the laser light distribution is scanned in a direction orthogonal to the relative moving direction of the processing head and the workpiece. Change the deflection condition,
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、
前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、
前記液体ジェットに入射する手前で前記レーザ光を高速偏向する高速偏向工程と、
前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記レーザ光を前記被加工物に照射する際に、前記レーザ光を高速偏向するときの偏向条件を変化させることにより、前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御工程と、
前記液体ジェットに入射する手前で前記レーザ光を低速偏向する低速偏向工程と、
を備え、
前記高速偏向工程は、前記低速偏向工程よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う、
レーザ加工方法。
A laser beam irradiation process that irradiates a work piece with a laser beam induced by a liquid jet,
A moving step of relatively moving the liquid jet and the work piece,
A high-speed deflection step of high-speed deflecting the laser beam before it enters the liquid jet,
When irradiating the work piece with the laser beam while relatively moving the liquid jet and the work piece, the work piece is processed by changing the deflection conditions when the laser light is deflected at high speed. A high-speed deflection control step that switches the laser light distribution in the liquid jet on the laser light irradiation surface of an object to a plurality of distributions, and
A low-speed deflection step of slow-deflating the laser beam before it enters the liquid jet,
With
The high-speed deflection step performs higher-speed deflection and a narrower range of deflection than the low-speed deflection step.
Laser processing method.
前記被加工物の表面の状態を測定する表面状態測定工程を備え、A surface condition measuring step for measuring the surface condition of the workpiece is provided.
前記高速偏向制御工程は、前記表面状態測定工程の測定結果に基づいて、前記高速偏向工程の偏向条件を変化させる、The high-speed deflection control step changes the deflection conditions of the high-speed deflection step based on the measurement results of the surface state measurement step.
請求項6に記載のレーザ加工方法。The laser processing method according to claim 6.
液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、
前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、
前記液体ジェットに入射する手前で前記レーザ光を高速偏向する高速偏向工程と、
前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記レーザ光を前記被加工物に照射する際に、前記レーザ光を高速偏向するときの偏向条件を変化させることにより、前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御工程と、
前記被加工物の表面の状態を測定する表面状態測定工程と、
を備え、
前記高速偏向制御工程は、前記表面状態測定工程の測定結果に基づいて、前記高速偏向工程の偏向条件を変化させる、
レーザ加工方法。
A laser beam irradiation process that irradiates a work piece with a laser beam induced by a liquid jet,
A moving step of relatively moving the liquid jet and the work piece,
A high-speed deflection step of high-speed deflecting the laser beam before it enters the liquid jet,
When irradiating the work piece with the laser beam while relatively moving the liquid jet and the work piece, the work piece is processed by changing the deflection conditions when the laser light is deflected at high speed. A high-speed deflection control step that switches the laser light distribution in the liquid jet on the laser light irradiation surface of an object to a plurality of distributions, and
A surface condition measuring step for measuring the surface condition of the workpiece and
With
The high-speed deflection control step changes the deflection conditions of the high-speed deflection step based on the measurement results of the surface state measurement step.
Laser processing method.
前記高速偏向工程は音響光学偏向素子を用いて前記レーザ光を高速偏向する、In the high-speed deflection step, the laser beam is high-speed deflected by using an acoustic-optical deflection element.
請求項6から8のいずれか1項に記載のレーザ加工方法。The laser processing method according to any one of claims 6 to 8.
前記高速偏向制御工程は、前記レーザ光分布における前記レーザ光のピーク位置が前記液体ジェットと前記被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、前記高速偏向工程の偏向条件を変化させる、In the high-speed deflection control step, the high-speed deflection control step is performed so that the peak position of the laser beam in the laser light distribution is scanned in a direction orthogonal to the relative moving direction of the liquid jet and the workpiece. Change the deflection condition,
請求項6から9のいずれか1項に記載のレーザ加工方法。The laser processing method according to any one of claims 6 to 9.
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