JP6920540B2 - レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法 - Google Patents
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Description
本開示は、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法に関する。
レーザ切断やレーザ溶接等のレーザ加工において、レーザ発振器からのレーザ光を被加工物に照射するためのレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置が用いられる。
例えば、特許文献1には、レーザ発振器からのレーザ光を伝達する光ファイバが固定されるレーザ入射部と、レーザ入射部から照射されたレーザ光が通過するレンズと、を含む切断ヘッドを備えた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、レーザ入射部からのレーザ光をレンズで集光して、レーザ光のエネルギー密度を高めることによって、被加工物を切断するようになっている。
また、特許文献1のレーザ加工装置の切断ヘッドでは、レンズに対してレーザ入射部及び光ファイバを移動又は傾斜させて、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整可能になっており、これにより、被加工物を切断する位置でのレーザ光のエネルギー強度分布を変更できるようになっている。
また、特許文献1のレーザ加工装置の切断ヘッドでは、レンズに対してレーザ入射部及び光ファイバを移動又は傾斜させて、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整可能になっており、これにより、被加工物を切断する位置でのレーザ光のエネルギー強度分布を変更できるようになっている。
ところで、レーザ加工では、被加工物の加工位置に集光されたレーザ光のエネルギー強度分布によって、加工品質が影響を受けることがある。例えば、レーザ切断の場合、被加工物において集光されたレーザ光のエネルギー強度分布に偏りがある場合、レーザ光のエネルギー密度が比較的小さい場所では、エネルギー密度が比較的大きい場所に比べて、被加工物の切断面の粗さが粗くなる傾向となる。
この点、例えば特許文献1の切断ヘッドでは、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整することによって、被加工物の加工位置におけるエネルギー強度分布を所望の分布に適宜変化させることができ、適切な加工品質を得ることができると考えられる。
この点、例えば特許文献1の切断ヘッドでは、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整することによって、被加工物の加工位置におけるエネルギー強度分布を所望の分布に適宜変化させることができ、適切な加工品質を得ることができると考えられる。
しかしながら、エネルギー強度分布を調整するために、レーザ入射部とレンズの位置関係を変更した場合、通常、これに応じて、被加工物上におけるレーザ光の照射位置(集光位置)も変化する。
そうすると、被加工物上におけるレーザ光の照射位置は、本来の加工点(すなわち、レーザ入射部とレンズの位置関係を変更する前の照射位置)からずれてしまうため、レーザ入射部を含むレーザ加工ヘッドと、被加工物との位置関係を変更することによりレーザ光の照射位置を調整する必要が生じる。
また、レーザ加工ヘッドの先端部等の加工点付近に、加工用アシストガスのノズル等の付属装置が設けられる場合には、上述のようにレーザ入射部とレンズの位置関係を変更した結果、レーザ光の照射位置が付属装置に重なってしまうことがある。この場合、レーザ光の照射位置と付属装置とが重ならないように、レーザ入射部を含むレーザ加工ヘッドと、上述の付属装置との位置関係を変更する必要が生じる。
そこで、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布を調節可能であるとともに、レーザ加工ヘッドと被加工物又は付属装置との相対的な位置関係を調節せずとも、被加工物上におけるレーザ照射位置(集光位置)を調節可能とすることが望まれる。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法を提供することを目的とする。
本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、
レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第1移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第2移動部と、
をさらに備える。
レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第1移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第2移動部と、
をさらに備える。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
まず、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置の概要について説明する。
図1は、一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。同図に示すように、レーザ加工装置1は、レーザ光を発振するためのレーザ発振器2と、光ファイバ4と、レーザ加工ヘッド6と、加工ステージ8と、を備えている。
図1は、一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。同図に示すように、レーザ加工装置1は、レーザ光を発振するためのレーザ発振器2と、光ファイバ4と、レーザ加工ヘッド6と、加工ステージ8と、を備えている。
レーザ発振器2は、例えば光ファイバ4を媒質として利用するファイバレーザ発振器であってもよい。ファイバレーザ発振器の場合、1070nm〜1080nmの波長のレーザ光が得られる。レーザ発振器2で生成されたレーザ光は、光ファイバ4に伝達される。
なお、レーザ発振器2は、ファイバレーザに限定されない。幾つかの実施形態では、レーザ発振器2は、例えば、CO2レーザ発振器、又はYAGレーザ発振器等であってもよい。
なお、レーザ発振器2は、ファイバレーザに限定されない。幾つかの実施形態では、レーザ発振器2は、例えば、CO2レーザ発振器、又はYAGレーザ発振器等であってもよい。
光ファイバ4は、一端側においてレーザ発振器2と接続され、他端側においてレーザ加工ヘッド6と接続される。光ファイバ4は、レーザ発振器2からレーザ加工ヘッド6へレーザ光を伝達するように構成されている。
レーザ発振器2で発振されたレーザ光は、光ファイバ4を介してレーザ加工ヘッド6に送られる。レーザ加工ヘッド6については後で詳述するが、レーザ加工ヘッド6は集光レンズを有しており、レーザ発振器2からのレーザ光は、集光レンズで集光されてエネルギー密度が高められて、加工ステージ8上に載置された被加工物100に照射される。このようにして照射されるレーザ光によって、被加工物100が加工(例えば、切断又は溶接等)されるようになっている。
なお、被加工物100は、金属又は合金から形成されていてもよい。
なお、被加工物100は、金属又は合金から形成されていてもよい。
レーザ加工ヘッド6に対して被加工物100を相対的に移動させることにより、レーザ加工ヘッド6からのレーザ照射による被加工物100の加工位置(即ち、レーザ照射位置)を動かすことで加工を行う。
例えば、幾つかの実施形態では、レーザ加工ヘッド6が固定されており、これに対して被加工物100が載置される加工ステージ8は、光ファイバ4からレーザ加工ヘッド6に照射されるレーザ光の入射軸に直交する平面(XY平面;図1参照)を移動可能に構成されている。これにより、加工ステージ8上に載置された被加工物100は、上述のXY平面内にて、レーザ加工ヘッド6及びレーザ光に対して移動可能である。
また、他の幾つかの実施形態では、加工ステージ8及び被加工物100が固定されており、これに対してレーザ加工ヘッド6が上述のXY平面内にて移動可能に設けられていてもよい。
このようにして、レーザ加工ヘッド6に対して被加工物100を相対的に移動させて、被加工物100を直線的又は曲線的に切断したり、あるいは溶接したりすることができる。
次に、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド6についてより詳細に説明する。
図2及び図3は、それぞれ、一実施形態に係るレーザ加工ヘッド6の概略断面図である。図2及び図3に示すように、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド6は、光ファイバ4(図1参照)からのレーザ光Lを被加工物100に向けて照射するためのレーザ照射部14と、コリメート光学系としてのコリメートレンズ16と、集光光学系としての集光レンズ18と、を備えている。
レーザ照射部14と、コリメートレンズ16と、集光レンズ18とは、集光レンズの中心軸O3の方向において、この順に配列されている。
図2及び図3は、それぞれ、一実施形態に係るレーザ加工ヘッド6の概略断面図である。図2及び図3に示すように、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド6は、光ファイバ4(図1参照)からのレーザ光Lを被加工物100に向けて照射するためのレーザ照射部14と、コリメート光学系としてのコリメートレンズ16と、集光光学系としての集光レンズ18と、を備えている。
レーザ照射部14と、コリメートレンズ16と、集光レンズ18とは、集光レンズの中心軸O3の方向において、この順に配列されている。
レーザ照射部14は、レーザ照射部14の中心軸O1がぶれないように、保持部21によって保持されている。コリメートレンズ16及び集光レンズ18は、ハウジング12の内部に設けられるとともに、第1レンズ保持部22及び第2レンズ保持部25をそれぞれ介して、あるいは、直接、ハウジング12に支持されている。
図2に示す例示的な実施形態では、レーザ照射部14を保持する保持部21は、ハウジング12とは別体として設けられている。また、コリメートレンズ16は、第1レンズ保持部22としてのハウジング12に対して固定されており、集光レンズ18は、第2レンズ保持部25を介してハウジング12に支持されている。
図3に示す例示的な実施形態では、光学系を収容するハウジング12が、レーザ照射部14を保持する保持部21として機能するようになっている。また、コリメートレンズ16は、第1レンズ保持部22を介してハウジング12に支持されており、集光レンズ18は、第2レンズ保持部25を介してハウジング12に支持されている。
コリメートレンズ16(コリメート光学系)は、レーザ照射部14から広がり角を持って照射されるレーザ光をコリメートするように、即ち、該レーザ光が平行状態となるように調整するように構成されている。集光レンズ18(集光光学系)は、コリメートレンズ16(コリメート光学系)を通過したレーザ光を集光するように構成されている。上述したように、集光レンズ18によって集光されて高いエネルギー密度を有するレーザ光を被加工物に照射して、該被加工物を加工するようになっている。
なお、図2及び図3に示すレーザ加工ヘッド6は、レーザ加工時に切断アシストガスGを加工位置に向けて吹出すためのアシストガスノズル26を備えた、レーザ切断ヘッドである。アシストガスノズル26は、ガス供給口28とガス吹出口30とを有しており、レーザ加工時に、ガス供給口28から供給される切断アシストガスGを、ガス吹出口30から加工位置に向けて吹出すようになっている。
また、特に図示しないが、他の実施形態では、レーザ加工ヘッド6は、レーザ溶接に用いるレーザ溶接ヘッドであってもよい。この場合、レーザ加工ヘッド6には、加工位置に溶接ワイヤを供給するための溶接ワイヤ供給装置や、溶接アシストガスを加工位置に向けて吹出すためのアシストガスノズルが設けられていてもよい。
図2及び図3に示すレーザ加工ヘッド6において、コリメートレンズ16(コリメート光学系)及び集光レンズ18(集光光学系)を含む光学系は、集光レンズ18(集光光学系)を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成されている。
また、このレーザ加工ヘッド6は、レーザ照射部14又はコリメートレンズ16(コリメート光学系)の少なくとも一方を移動させるための第1移動部20と、集光レンズ18(集光光学系)を移動させるための第2移動部24と、を備えている。
第1移動部20は、レーザ照射部14の中心軸O1又はコリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する第1方向(図2及び図3におけるD1又はD2の方向)において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16(コリメート光学系)の相対位置を変化させるように、レーザ照射部14又はコリメートレンズ16(コリメート光学系)の少なくとも一方を移動させるように構成される。
第2移動部は、集光レンズ18(集光光学系)の中心軸O3に直交する第2方向(図2及び図3におけるD3の方向)において、コリメートレンズ16(コリメート光学系)に対する集光レンズ18(集光光学系)の相対位置を変化させるように集光レンズ18(集光光学系)を移動させるように構成されている。
第1移動部20は、レーザ照射部14の中心軸O1又はコリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する第1方向(図2及び図3におけるD1又はD2の方向)において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16(コリメート光学系)の相対位置を変化させるように、レーザ照射部14又はコリメートレンズ16(コリメート光学系)の少なくとも一方を移動させるように構成される。
第2移動部は、集光レンズ18(集光光学系)の中心軸O3に直交する第2方向(図2及び図3におけるD3の方向)において、コリメートレンズ16(コリメート光学系)に対する集光レンズ18(集光光学系)の相対位置を変化させるように集光レンズ18(集光光学系)を移動させるように構成されている。
図2に示す例示的な実施形態では、レーザ照射部14を保持する保持部21が第1移動部20として機能し、集光レンズ18を保持する第2レンズ保持部25が第2移動部24として機能するようになっている。
すなわち、保持部21は、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する第1方向において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16(コリメート光学系)の相対位置が変化するようになっている。
また、第2レンズ保持部25は、集光レンズ18の中心軸O3に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ18(集光光学系)の中心軸O3に直交する第2方向において、コリメートレンズ16(コリメート光学系)に対する集光レンズ18(集光光学系)の相対位置が変化するようになっている。
すなわち、保持部21は、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する第1方向において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16(コリメート光学系)の相対位置が変化するようになっている。
また、第2レンズ保持部25は、集光レンズ18の中心軸O3に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ18(集光光学系)の中心軸O3に直交する第2方向において、コリメートレンズ16(コリメート光学系)に対する集光レンズ18(集光光学系)の相対位置が変化するようになっている。
また、図3に示す例示的な実施形態では、コリメートレンズ16を保持する第1レンズ保持部22が第1移動部20として機能し、集光レンズ18を保持する第2レンズ保持部25が第2移動部24として機能するようになっている。
すなわち、第1レンズ保持部22は、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する第1方向において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16(コリメート光学系)の相対位置が変化するようになっている。
また、第2レンズ保持部25は、集光レンズ18の中心軸O3に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ18(集光光学系)の中心軸O3に直交する第2方向において、コリメートレンズ16(コリメート光学系)に対する集光レンズ18(集光光学系)の相対位置が変化するようになっている。
すなわち、第1レンズ保持部22は、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ16(コリメート光学系)の中心軸O2に直交する第1方向において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16(コリメート光学系)の相対位置が変化するようになっている。
また、第2レンズ保持部25は、集光レンズ18の中心軸O3に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ18(集光光学系)の中心軸O3に直交する第2方向において、コリメートレンズ16(コリメート光学系)に対する集光レンズ18(集光光学系)の相対位置が変化するようになっている。
なお、図2及び図3に示す例示的な実施形態では、中心軸O1〜O3は、同一の方向に延在している。よって、中心軸O1〜O3にそれぞれ直交する平面は、互いに平行である。また、中心軸O1〜O3にそれぞれ直交する平面は、図1に示す座標におけるXY平面と平行な面であってもよい。
第1移動部20又は第2移動部24として、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18を移動させる手段としては、周知の手段を用いることができる。例えば、第1移動部20又は第2移動部24として、互いに直交する2方向において保持対象物を移動させることが可能なXYステージを用いることができる。あるいは、ボールねじ等の既知の手段を用いて、互いに直交する2方向において保持対象物を移動できるように第1移動部20又は第2移動部24を構成してもよい。
なお、図2及び図3に示す例示的な実施形態では、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、1つのレンズ(コリメートレンズ16及び集光レンズ18)により構成されているが、他の実施形態では、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、2以上のレンズを含んでいてもよい。
また、コリメート光学系と集光光学系との間には、1以上の反射鏡が設けられていてもよい。このように、反射鏡を設けることで、コリメート光学系から集光光学系に向かうレーザ光の光路を、反射鏡での反射によって、例えばL字状やN字状に折り曲げることができ、レーザ照射部14、コリメート光学系、及び、集光光学系が直線状に配列される場合に比べて、レーザ加工ヘッド6がコンパクト化できる場合がある。
図4は、一実施形態に係るレーザ加工ヘッド6の調整方法の概要を示すフローチャートである。
また、図5〜図18は、図2又は図3に示すレーザ加工ヘッド6の調整過程の一例を示す図であり、(A)(B)(C)の順に、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の何れかを移動させていることを示す。なお、図中の矢印は、これらの部材の移動方向を示す。例えば、図5において、(A)がレーザ加工ヘッド6の調整前の初期状態を示し、(B)は、レーザ照射部14を初期状態の位置(二点鎖線で示す)から移動させた後の状態を示し、(C)は、集光レンズ18を(B)の位置(二点鎖線で示す)から移動させた後の状態を示す。
また、図5〜図18の(A)〜(C)の(a)は、被加工物100上の照射位置PでのX方向におけるエネルギー強度分布(以下、単にエネルギー強度分布ともいう。)を表す。
図5〜図18の(A)〜(C)の(b)は、被加工物100上の照射位置PでのXY平面上における光線位置を示し、位置P1は、光線の中心付近の光が集光する位置を示し、位置P2は、光線の外側の光が集光する位置を示す。
なお、図5〜図18では、図示を簡略化し、レーザ加工ヘッド6のうち主要な構成要素のみが示されている。
また、図5〜図18は、図2又は図3に示すレーザ加工ヘッド6の調整過程の一例を示す図であり、(A)(B)(C)の順に、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の何れかを移動させていることを示す。なお、図中の矢印は、これらの部材の移動方向を示す。例えば、図5において、(A)がレーザ加工ヘッド6の調整前の初期状態を示し、(B)は、レーザ照射部14を初期状態の位置(二点鎖線で示す)から移動させた後の状態を示し、(C)は、集光レンズ18を(B)の位置(二点鎖線で示す)から移動させた後の状態を示す。
また、図5〜図18の(A)〜(C)の(a)は、被加工物100上の照射位置PでのX方向におけるエネルギー強度分布(以下、単にエネルギー強度分布ともいう。)を表す。
図5〜図18の(A)〜(C)の(b)は、被加工物100上の照射位置PでのXY平面上における光線位置を示し、位置P1は、光線の中心付近の光が集光する位置を示し、位置P2は、光線の外側の光が集光する位置を示す。
なお、図5〜図18では、図示を簡略化し、レーザ加工ヘッド6のうち主要な構成要素のみが示されている。
図2又は図3に示すレーザ加工ヘッド6は、以下に説明する手順により、エネルギー強度分布の調整と、照射位置Pの調節と、を行うことができる(すなわち、レーザ加工ヘッド6の調整を行うことができる)。
図4に示すように、一実施形態では、まず、レーザ加工ヘッド6から出力されるレーザ光の被加工物100の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節する(第1調節ステップ;S2)。次に、被加工物100の加工面における照射位置Pを調節する(第2調節ステップ;S4)。
(第1調節ステップS2)
第1調節ステップでは、以下の第1移動ステップ又は第2移動ステップの何れかを行う。
すなわち、第1移動ステップでは、上述の第1移動部20により、レーザ照射部14の中心軸O1又はコリメートレンズ16の中心軸O2に直交する第1方向において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を変化させるように、レーザ照射部14又はコリメートレンズ16の少なくとも一方を移動させる。第2移動ステップでは、上述の第2移動部24により、集光レンズ18の中心軸O3に直交する第2方向において、コリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を変化させるように集光レンズ18を移動させる。
第1調節ステップでは、以下の第1移動ステップ又は第2移動ステップの何れかを行う。
すなわち、第1移動ステップでは、上述の第1移動部20により、レーザ照射部14の中心軸O1又はコリメートレンズ16の中心軸O2に直交する第1方向において、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を変化させるように、レーザ照射部14又はコリメートレンズ16の少なくとも一方を移動させる。第2移動ステップでは、上述の第2移動部24により、集光レンズ18の中心軸O3に直交する第2方向において、コリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を変化させるように集光レンズ18を移動させる。
ここで、第1調節ステップでは、上述の第1移動ステップ又は第2移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を実行する。すなわち、第1移動部20による、第1方向におけるレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の移動量に対するコマ収差の変化量と、第2移動部24による、第2方向におけるコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の移動量に対するコマ収差の変化量とを比べ、何れか大きい一方を実行する。
このようにして、第1調節ステップでは、レーザ加工ヘッド6から出力されるレーザ光の被加工物100の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節する。
なお、上述のコマ収差の変化量とは、被加工物100上の照射位置Pにおける、光線の中心付近の光が集光する位置P1(図5等参照)と、光線の外側の光が集光する位置P2(図5等参照)との距離の変化量であってもよい。
(第2調節ステップS4)
上述の第1調節ステップS2の後、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面における照射位置Pを調節するように、第1移動ステップ又は第2移動ステップの他方(すなわち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方)を実行する。
このようにして、第2調節ステップでは、被加工物100の加工面における照射位置Pを調節する。
上述の第1調節ステップS2の後、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面における照射位置Pを調節するように、第1移動ステップ又は第2移動ステップの他方(すなわち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方)を実行する。
このようにして、第2調節ステップでは、被加工物100の加工面における照射位置Pを調節する。
一実施形態に係るレーザ加工ヘッド6の調整過程の一例として、図5に示す場合について、上述の第1調節ステップS2及び第2調節ステップS4に沿って説明する。
図5におけるレーザ加工ヘッド6は、図2に示すレーザ加工ヘッド6に対応している。すなわち、図5におけるレーザ加工ヘッド6では、コリメートレンズ16及び集光レンズ18を含む光学系は、集光レンズ18を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図5におけるレーザ加工ヘッド6では、第1移動部20によってレーザ照射部14が移動可能になっており、第2移動部24によって集光レンズ18が移動可能になっている。さらに、図5におけるレーザ加工ヘッド6では、第1移動部20を作動させた場合のほうが、第2移動部24を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
図5(A)に示す初期状態では、レーザ照射部14、コリメートレンズ16、及び、集光レンズ18は、同軸上に並んでおり、コリメートレンズ16及び集光レンズ18の光軸と、レーザ照射部14からの入射光の光軸が軸Qで一致している。ただし、この初期状態において、照射位置PでのX方向におけるエネルギー強度分布に偏りがあり、X方向の一端部においてエネルギー密度が高く、他端部に向かうにつれてエネルギー密度が減少するようになっている。
このような初期状態から、第1調節ステップS2を行い、エネルギー強度分布の調節を行う。具体的には、図5(A)の状態から、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第1移動部20を作動させて、レーザ照射部14を第1方向において移動させて、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を変化させる(図5(B)参照)。これにより、集光レンズ18からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置P1と、外側の光が集光する位置P2とがずれる(コマ収差が発生する;図5(B)(b)参照)。
このようなコマ収差の発生を利用して、エネルギー強度分布を変化させることができる。例えば、図5(B)に示す例では、第1移動部20によってレーザ照射部14をX方向に移動させることで、X方向におけるエネルギー強度分布を、図5(A)(a)に比べて平坦化させている(図5(B)(a)参照)。
このように、第1調節ステップS2では、第1移動部20及び第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方(図5においては第1移動部20)を作動させることにより、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第1移動部20及び第2移動部24の一方(図5の場合は第1移動部20)を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
なお、上述した例のように、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を平坦化させることにより、レーザ光による加工のムラを低減することができる。レーザ光は、レーザ照射位置Pにおいてある程度の広がりを持ち(図では円形状であるが、楕円形状等の場合もある。)、被加工物に対するレーザ光の進行方向の前方と両側方部分が、切断面の粗さに関して支配的に影響する。例えば、被加工物をくりぬく場合はレーザ光がその全周にわたって切断に寄与する。そのため、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布が平坦化されていれば、切断面の粗さの程度を、切断箇所によらず均一化することができる。
上述したように、第1調節ステップS2を行うことで、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができるが、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を変化させた結果、被加工物100におけるレーザ光の照射位置P(又は集光位置)が、加工点である初期位置(図5(A)参照)の軸Qからずれてしまっている(図5(B)参照)。
そこで、第1調節ステップS2を行った結果ずれた照射位置Pを初期の加工点に移動すべく、第2調節ステップS4を行う。具体的には、図5(B)の状態から、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第2移動部24を作動させて、集光レンズ18をX軸方向(第2方向)において移動させ、第2方向において、コリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を変化させる(図5(C)参照)。これにより、集光レンズ18からのレーザ光の照射位置P(集光位置)を、第2方向(X方向)において移動させて、例えば、図5(C)に示すように、加工点(初期位置である軸Qの位置)に位置させることができる。
このようにして、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方(図5の場合は第2移動部24)を適切に作動させることにより、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる。よって、第1調節ステップS2においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Pのずれを補正することができる。
ここで、図19は、典型的なレーザ加工ヘッドの調整過程を示す図であり、(A)(B)(の順に、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の何れかを移動させていることを示す。
図19に示す典型的なレーザ加工ヘッドでは、上述した図2、図3、図5〜図18に示すレーザ加工ヘッド6とは異なり、コリメートレンズ16及び集光レンズ18を含む光学系は、コマ収差が補正されており、集光レンズ18を通過したレーザ光にコマ収差が生じないもしくは非常に小さくなるようになっている。
図19(A)に示す初期状態では、上述した図5(A)と同様、レーザ照射部14、コリメートレンズ16、及び、集光レンズ18は、同軸上に並んでおり、コリメートレンズ16及び集光レンズ18の光軸と、レーザ照射部14からの入射光の光軸が軸Qで一致している。ただし、この初期状態において、照射位置PでのX方向におけるエネルギー強度分布に偏りがあり、X方向の一端部においてエネルギー密度が高く、他端部に向かうにつれてエネルギー密度が減少するようになっている。
図19に示す例のように、コリメートレンズ16及び集光レンズ18を含む光学系として、コマ収差が補正された光学系を用いられている場合、図19(A)に示す初期状態から、レーザ照射部14を移動させて、レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を変化させても(図19(B)参照)、上述の光学系のコマ収差が補正されていることから、集光レンズ18による集光位置(即ち被加工物100上のレーザ照射位置P)においてレーザ光は一点に集束する。このため、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布(図19(B)(a)参照)は、上述の相対位置の変化前(図19(A)(a)参照)と比べて大きくは変わらない。したがって、このようなレーザ加工ヘッドでは、エネルギー強度分布を効果的に調節することは難しい。
この点、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド6では、上述したように、第1調節ステップS2において、第1移動部20及び第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方(例えば、図5においては第1移動部20)を作動させることにより、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第1移動部20及び第2移動部24の一方(図5の場合は第1移動部20)を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
また、第2調節ステップにおいて、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方(図5の場合は第2移動部24)を適切に作動させることにより、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる。よって、第1調節ステップS2においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Pのずれを補正することができる。
また、第2調節ステップにおいて、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方(図5の場合は第2移動部24)を適切に作動させることにより、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる。よって、第1調節ステップS2においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Pのずれを補正することができる。
このように、実施形態に係るレーザ加工ヘッド6によれば、被加工物100に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物100上でのレーザ照射位置Pの調節とを独立して行い、かつ、両立することができる。
なお、本明細書では、第1調節ステップS2でのエネルギー強度分布の調節として、主に、エネルギー強度分布を平坦化させることについて説明するが、本発明はこれに限定されず、所望のエネルギー強度分布に調節するものが含まれる。例えば、被加工物を2つに分断して、一方を製品とし他方をスクラップとして廃棄する場合は、スクラップの加工面が粗くても問題ないので、スクラップとなる側の被加工物に接触するレーザ光の領域を強いエネルギー分布とする必要はない。即ち、製品となる側の被加工物に接触するレーザ光の領域を強いエネルギー分布とすればよいので、エネルギー強度分布に敢えてある程度の偏りを持たせるように、該エネルギー分布を調節することも、本発明に含まれる。
次に、図5〜図18を参照して、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法における第1移動部20及び第2移動部24の具体的な動かし方のパターンについて説明する。なお、図5については、既に第1移動部20及び第2移動部24の動かし方について具体的に説明したので、以下においては、図6〜図18に示す例について、図5に示す場合との違いを中心に説明し、図5の場合と同じ点については、説明を適宜省略する。また、図5〜図18に示す各例では、レーザ光のエネルギー強度分布を平坦化するように調整している。
図6におけるレーザ加工ヘッド6は、図5に示す例と同様、図2に示すレーザ加工ヘッドに対応している。すなわち、図6に示すレーザ加工ヘッド6では、コリメートレンズ16及び集光レンズ18を含む光学系は、集光レンズ18を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図6に示すレーザ加工ヘッド6では、図5の場合と同様、第1移動部20によってレーザ照射部14が移動可能になっており、第2移動部24によって集光レンズ18が移動可能になっている。さらに、図6に示すレーザ加工ヘッド6では、図5に示す場合と異なり、第2移動部24を作動させた場合のほうが、第1移動部20を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
図6に示すレーザ加工ヘッド6の調整においては、第1調節ステップS2と、第2調節ステップS4において、作動させる移動部(第1移動部20又は第2移動部24)が図5の場合と異なる。
すなわち、図6に示すレーザ加工ヘッド6では、第1調節ステップS2において、第1移動部20及び第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第2移動部24を作動させて、コリメートレンズ16を上述の第2方向において移動させる。これにより、該第2方向においてコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第2移動部24を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる(図6(B)参照)。
また、第2調節ステップS4において、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第1移動部20を適切に作動させて、レーザ照射部14を移動させる。これにより、上述の第1方向においてレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図6(C)参照)。これにより、第1調節ステップS2においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Pのずれ(図6(B)参照)を補正することができる。
すなわち、図6に示すレーザ加工ヘッド6では、第1調節ステップS2において、第1移動部20及び第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第2移動部24を作動させて、コリメートレンズ16を上述の第2方向において移動させる。これにより、該第2方向においてコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第2移動部24を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる(図6(B)参照)。
また、第2調節ステップS4において、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第1移動部20を適切に作動させて、レーザ照射部14を移動させる。これにより、上述の第1方向においてレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図6(C)参照)。これにより、第1調節ステップS2においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Pのずれ(図6(B)参照)を補正することができる。
図7及び図8に示す例は、それぞれ、図3に示すレーザ加工ヘッド6に対応したものであるが、その他の点は、図5及び図6に示す例とそれぞれ同様である。
すなわち、図7及び図8に示すレーザ加工ヘッド6では、コリメートレンズ16及び集光レンズ18を含む光学系は、集光レンズ18を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図7及び図8に示すレーザ加工ヘッド6では、第1移動部20によってコリメートレンズ16が移動可能になっており、第2移動部24によって集光レンズ18が移動可能になっている。さらに、図7に示すレーザ加工ヘッド6では、図5に示す場合と同様、第1移動部20を作動させた場合のほうが、第2移動部24を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成され、図8に示すレーザ加工ヘッド6では、図6に示す場合と同様、第2移動部24を作動させた場合のほうが、第1移動部20を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
すなわち、図7及び図8に示すレーザ加工ヘッド6では、コリメートレンズ16及び集光レンズ18を含む光学系は、集光レンズ18を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図7及び図8に示すレーザ加工ヘッド6では、第1移動部20によってコリメートレンズ16が移動可能になっており、第2移動部24によって集光レンズ18が移動可能になっている。さらに、図7に示すレーザ加工ヘッド6では、図5に示す場合と同様、第1移動部20を作動させた場合のほうが、第2移動部24を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成され、図8に示すレーザ加工ヘッド6では、図6に示す場合と同様、第2移動部24を作動させた場合のほうが、第1移動部20を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
したがって、図7に示すレーザ加工ヘッド6の調整においては、第1調節ステップS2において、第1移動部20及び第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第1移動部20を作動させて、コリメートレンズ16を移動させる。これにより、上述の第1方向においてレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる(図7(B)参照)。
また、第2調節ステップS4では、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第2移動部24を適切に作動させて、コリメートレンズ16を上述の第2方向において移動させる。これにより、該第2方向においてコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図7(C)参照)。
また、第2調節ステップS4では、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第2移動部24を適切に作動させて、コリメートレンズ16を上述の第2方向において移動させる。これにより、該第2方向においてコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図7(C)参照)。
また、図8に示すレーザ加工ヘッド6の調整においては、第1調節ステップS2において、第1移動部20及び第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第2移動部24を適切に作動させて、コリメートレンズ16を上述の第2方向において移動させる。これにより、該第2方向においてコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる(図8(B)参照)。
また、第2調節ステップS4では、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第1移動部20を作動させて、コリメートレンズ16を移動させる。これにより、上述の第1方向においてレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図8(C)参照)。
また、第2調節ステップS4では、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第1移動部20を作動させて、コリメートレンズ16を移動させる。これにより、上述の第1方向においてレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図8(C)参照)。
図9及び図10に示す例は、それぞれ、図2に示すレーザ加工ヘッド6に対応したものであり、図5及び図6に示す例と類似している。
図9及び図10に示す例において、図5及び図6と異なっているのは、初期状態(図9(A)、図10(A)参照)において、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布が既に平坦化されていること、及び、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qからずれていることである。
図9及び図10に示す例において、図5及び図6と異なっているのは、初期状態(図9(A)、図10(A)参照)において、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布が既に平坦化されていること、及び、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qからずれていることである。
図9及び図10に示す例では、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布が既に平坦化されているため、くりぬき加工等のレーザ光がその全周にわたって切断に寄与する場合は、それ以上エネルギー強度分布を調整する必要がない(即ち、第1調節ステップS2を行う必要がない)。よって、初期状態(図9(A)、図10(A)参照)において生じている照射位置Pのずれを、第2調節ステップS4を行って是正している(図9(B)、図10(B)参照)。
あえてエネルギー分布を偏らせる場合は、初期状態のエネルギー分布が平坦化されている状態で第1調節ステップS2を行い、この調節により生じた照射位置Pのずれを、第2調節ステップS4を行って是正すればよい。
なお、図9に示す例における第2調節ステップS4は、図5に示す例における第2調節ステップS4と同じであり、図10に示す例における第2調節ステップS4は、図6に示す例における第2調節ステップS4と同じであるから、説明を省略する。
初期状態において照射位置Pがずれている場合であって、エネルギー強度分布を調節する場合も、先にエネルギー強度分布を調節してから照射位置Pを調節する。上述したように、エネルギー強度分布を調節すると照射位置Pがずれるため、先に調節した照射位置Pを再度調節する必要があり、二度手間となるからである。
あえてエネルギー分布を偏らせる場合は、初期状態のエネルギー分布が平坦化されている状態で第1調節ステップS2を行い、この調節により生じた照射位置Pのずれを、第2調節ステップS4を行って是正すればよい。
なお、図9に示す例における第2調節ステップS4は、図5に示す例における第2調節ステップS4と同じであり、図10に示す例における第2調節ステップS4は、図6に示す例における第2調節ステップS4と同じであるから、説明を省略する。
初期状態において照射位置Pがずれている場合であって、エネルギー強度分布を調節する場合も、先にエネルギー強度分布を調節してから照射位置Pを調節する。上述したように、エネルギー強度分布を調節すると照射位置Pがずれるため、先に調節した照射位置Pを再度調節する必要があり、二度手間となるからである。
図11及び図12に示す例は、それぞれ、図2に示すレーザ加工ヘッド6に対応したものであり、図5及び図6に示す例と類似している。
図11及び図12に示す例において、図5及び図6と異なっているのは、初期状態(図11(A)、図12(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qからずれていることである。
図11及び図12に示す例において、図5及び図6と異なっているのは、初期状態(図11(A)、図12(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qからずれていることである。
図11及び図12に示す例では、図5及び図6に示す例とそれぞれ同様に、第1調節ステップS2を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに(図11(B)、図12(B)参照)、第2調節ステップS4を行うことでレーザ光の照射位置Pの調節をすることができる(図11(C)、図12(C)参照)。
ただし、図11及び図12に示す例では、初期状態において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qからずれているのに加え、第1調節ステップS2を行ってエネルギー強度分布の調節をしたときに、さらに照射位置Pの軸Q(加工点)からのずれが大きくなっている(図11(B)、図12(B)参照)。このため、第2調節ステップS4でレーザ光の照射位置Pを軸Q(加工点)の位置まで移動させるために、第1移動部20又は第2移動部24の移動量をより大きくする必要がある。
ただし、図11及び図12に示す例では、初期状態において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qからずれているのに加え、第1調節ステップS2を行ってエネルギー強度分布の調節をしたときに、さらに照射位置Pの軸Q(加工点)からのずれが大きくなっている(図11(B)、図12(B)参照)。このため、第2調節ステップS4でレーザ光の照射位置Pを軸Q(加工点)の位置まで移動させるために、第1移動部20又は第2移動部24の移動量をより大きくする必要がある。
図13及び図14に示す例は、それぞれ、図2に示すレーザ加工ヘッド6に対応したものであり、図11及び図12に示す例と類似している。
図13及び図14に示す例において、図11及び図12と異なっているのは、初期状態(図13(A)、図14(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qを挟んで反対側に、該加工点からずれていることである。
図13及び図14に示す例において、図11及び図12と異なっているのは、初期状態(図13(A)、図14(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qを挟んで反対側に、該加工点からずれていることである。
図13及び図14に示す例では、図11及び図12に示す例とそれぞれ同様に(すなわち、図5及び図6に示す例とそれぞれ同様に)、第1調節ステップS2を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに(図13(B)、図14(B)参照)、
第2調節ステップS4を行うことでレーザ光の照射位置Pの調節をすることができる(図13(C)、図14(C)参照)。
第2調節ステップS4を行うことでレーザ光の照射位置Pの調節をすることができる(図13(C)、図14(C)参照)。
ただし、図13及び図14に示す例では、第1調節ステップS2を行うことでエネルギー強度分布の調節をした時点において(図13(B)、図14(B)参照)、レーザ光の照射位置Pが、初期状態の位置から、加工点を示す軸Qを挟んで反対側に移動した。この場合、第2調節ステップS4では、図11及び図12に示す例と同じ方向に第1移動部20又は第2移動部24を動かすことにより、照射位置Pを適切に調節することができる。
図15及び図16に示す例は、それぞれ、図2に示すレーザ加工ヘッド6に対応したものであり、図13及び図14に示す例と類似している。
図15及び図16に示す例において、図13及び図14と異なっているのは、初期状態(図15(A)、図16(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qを挟んで反対側に、該加工点からずれており、そのずれ量がより大きいことである。
図15及び図16に示す例において、図13及び図14と異なっているのは、初期状態(図15(A)、図16(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)において、加工点を示す軸Qを挟んで反対側に、該加工点からずれており、そのずれ量がより大きいことである。
図15及び図16に示す例では、図13及び図14に示す例とそれぞれ同様に(すなわち、図5及び図6に示す例とそれぞれ同様に)、第1調節ステップS2を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに(図15(B)、図16(B)参照)、第2調節ステップS4を行うことでレーザ光の照射位置Pの調節をすることができる(図15(C)、図16(C)参照)。
図15及び図16に示す例では、第1調節ステップS2を行うことでエネルギー強度分布の調節をした時点において(図15(B)、図15(B)参照)、レーザ光の照射位置Pが、初期状態の位置から、X方向において、軸Q(加工点)に近づくように、ただし加工点を超えない範囲で移動した。この場合、第2調節ステップS4では、図13及び図14に示す例とはX方向において逆向きに第1移動部20又は第2移動部24を動かすことにより、照射位置Pを適切に調節することができる(図15(C)、図16(C)参照)。
図17及び図18において、(A2)は、(A1)のA2−A2断面矢視図を示す。また、(B)及び(C)は、(A2)と同じ位置から視た場合の、レーザ加工ヘッド6の調整過程の一例を示す図である。
図17及び図18に示す例は、それぞれ、図2に示すレーザ加工ヘッド6に対応したものであり、図15及び図16に示す例と類似している。
図17及び図18に示す例において、図15及び図16と異なっているのは、初期状態(図17(A)、図18(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)のみならず、X方向に直交するY方向にも、加工点を示す軸Qからずれていることである。
図17及び図18に示す例は、それぞれ、図2に示すレーザ加工ヘッド6に対応したものであり、図15及び図16に示す例と類似している。
図17及び図18に示す例において、図15及び図16と異なっているのは、初期状態(図17(A)、図18(A)参照)において、レーザ光の照射位置P(集光位置)が、X方向(第1方向、第2方向)のみならず、X方向に直交するY方向にも、加工点を示す軸Qからずれていることである。
図17及び図18に示す例では、初期状態においてX方向に偏っているエネルギー強度分布を平坦化する。まず第1調節ステップS2では、第1移動部20及び第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を作動させて、レーザ照射部14または集光レンズ18をX方向に移動させることにより、レーザ照射位置PにおけるX方向のエネルギー強度分布の調節を行っている(図17(B)、図18(B)参照)。
また、第2調節ステップS4では、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方を作動させて、集光レンズ18又はレーザ照射部14をX方向及びY方向に適宜移動させる。これにより、X方向及びY方向においてレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置又はコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図17(C)、図18(C)参照)。
また、第2調節ステップS4では、第1移動部20と第2移動部24のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方を作動させて、集光レンズ18又はレーザ照射部14をX方向及びY方向に適宜移動させる。これにより、X方向及びY方向においてレーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の相対位置又はコリメートレンズ16に対する集光レンズ18の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Pを適切に調節することができる(図17(C)、図18(C)参照)。
幾つかの実施形態では、第1調節ステップS2では、XY平面内において、エネルギー強度が低い位置から高い位置へ向かう方向に沿って、レーザ照射部14を移動させるように、第1移動部20を作動させる(すなわち、第1移動ステップを実行する)。
例えば、図5、図11、図13、図15及び図17に示す例では、初期状態(各図の(A)参照)において、X方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第1調節ステップS2では、X方向において、エネルギー強度が低い位置から高い位置へ向かう方向に沿って、レーザ照射部14を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している(各図の(B)参照)。
例えば、図5、図11、図13、図15及び図17に示す例では、初期状態(各図の(A)参照)において、X方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第1調節ステップS2では、X方向において、エネルギー強度が低い位置から高い位置へ向かう方向に沿って、レーザ照射部14を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している(各図の(B)参照)。
あるいは、幾つかの実施形態では、第1調節ステップS2では、XY平面内において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、コリメート光学系を移動させるように、第1移動部20を作動させる(すなわち、第1移動ステップを実行する)。
例えば、図7に示す例では、初期状態(各図の(A)参照)において、X方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第1調節ステップS2では、X方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、コリメートレンズ16を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している(各図の(B)参照)。
例えば、図7に示す例では、初期状態(各図の(A)参照)において、X方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第1調節ステップS2では、X方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、コリメートレンズ16を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している(各図の(B)参照)。
あるいは、幾つかの実施形態では、第1調節ステップS2では、XY平面内において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、集光光学系を移動させるように、第2移動部24を作動させる(すなわち、第2移動ステップを実行する)。
例えば、図6、図8、図12、図14、図16及び図18に示す例では、初期状態(各図の(A)参照)において、X方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第1調節ステップS2では、X方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、集光レンズ18を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している(各図の(B)参照)。
例えば、図6、図8、図12、図14、図16及び図18に示す例では、初期状態(各図の(A)参照)において、X方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第1調節ステップS2では、X方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、集光レンズ18を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している(各図の(B)参照)。
このように、エネルギー強度分布の向きに応じて、適切に第1移動部20又は第2移動部24を作動させて、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18を適切に移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化することができる。
幾つかの実施形態では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、第1調節ステップS2後の照射位置Pから上述の加工点に向かう方向に沿って集光光学系を移動させるように、第2移動部24を作動させる(すなわち、第2移動ステップを実行する)。
例えば、図5、図7、図11、図13、図15及び図17に示す例では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、第1調節ステップS2後の照射位置Pから上述の加工点(軸Q)に向かう方向に沿って集光レンズ18を移動させるように、第2移動部24を作動させることにより、照射位置Pが加工点に近づくように、該照射位置Pの調節を行っている。
例えば、図5、図7、図11、図13、図15及び図17に示す例では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、第1調節ステップS2後の照射位置Pから上述の加工点(軸Q)に向かう方向に沿って集光レンズ18を移動させるように、第2移動部24を作動させることにより、照射位置Pが加工点に近づくように、該照射位置Pの調節を行っている。
あるいは、幾つかの実施形態では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、該加工点から第1調節ステップS2後の照射位置Pに向かう方向に沿ってレーザ照射部14を移動させるように、第1移動部20を作動させる(すなわち、第1移動ステップを実行する)。
例えば、図6、図12、図14、図16及び図18に示す例では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、上述の加工点(軸Q)から第1調節ステップS2後の照射位置Pに向かう方向に沿ってレーザ照射部14を移動させるように、第1移動部20を作動させることにより、照射位置Pが加工点に近づくように、該照射位置Pの調節を行っている。
例えば、図6、図12、図14、図16及び図18に示す例では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、上述の加工点(軸Q)から第1調節ステップS2後の照射位置Pに向かう方向に沿ってレーザ照射部14を移動させるように、第1移動部20を作動させることにより、照射位置Pが加工点に近づくように、該照射位置Pの調節を行っている。
あるいは、幾つかの実施形態では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、第1調節ステップS2後の照射位置Pから上述の加工点に向かう方向に沿って、コリメート光学系を移動させるように、第1移動部20を作動させる(すなわち、第1移動ステップを実行する)。
例えば、図8に示す例では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、第1調節ステップS2後の照射位置Pから上述の加工点(軸Q)に向かう方向に沿ってコリメートレンズ16を移動させるように、第1移動部20を作動させることにより、照射位置Pが加工点に近づくように、該照射位置Pの調節を行っている。
例えば、図8に示す例では、第2調節ステップS4では、被加工物100の加工面において、第1調節ステップS2後の照射位置Pから上述の加工点(軸Q)に向かう方向に沿ってコリメートレンズ16を移動させるように、第1移動部20を作動させることにより、照射位置Pが加工点に近づくように、該照射位置Pの調節を行っている。
このように、第2調節ステップS4において、第1調節ステップS2後のレーザ照射位置Pから加工点(軸Q)に向かう方向に沿って集光レンズ18又はコリメートレンズ16を移動させることで、あるいは、加工点(軸Q)から第1調節ステップS2後の照射位置Pに向かう方向に沿ってレーザ照射部14を移動させることによって、加工面におけるレーザ照射位置Pを、所望の位置(即ち加工点)に適切に移動させることができる。
幾つかの実施形態では、第1移動部20の作動による(すなわち第1移動ステップにおける)レーザ照射部14に対するコリメート光学系の移動方向において、該移動方向の向きと、第2移動部24の作動による(すなわち第2移動ステップにおける)コリメート光学系に対する集光光学系の移動方向の向きとが反対である。
例えば、図5、図6、図7、図8、図11、図12、図13、図14及び図17に示す例では、第1移動部20の作動による(すなわち第1移動ステップにおける)レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の移動方向において、該移動方向の向きと、第2移動部24の作動による(すなわち第2移動ステップにおける)コリメートレンズ16に対する集光レンズ18の移動方向の向きとが反対である。
例えば、図5、図6、図7、図8、図11、図12、図13、図14及び図17に示す例では、第1移動部20の作動による(すなわち第1移動ステップにおける)レーザ照射部14に対するコリメートレンズ16の移動方向において、該移動方向の向きと、第2移動部24の作動による(すなわち第2移動ステップにおける)コリメートレンズ16に対する集光レンズ18の移動方向の向きとが反対である。
このように、初期状態(各図の(A)参照)における照射位置Pが、被加工物100における加工点とあまり大きくずれていない場合、上述のように第1移動ステップすることで、エネルギー強度分布を平坦化するとともに、照射位置Pのずれを是正することができる。
幾つかの実施形態では、第1調節ステップS2において、被加工物100の加工面におけるエネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の移動方向又は移動量を決定するようにしてもよい。
なお、加工点におけるレーザ光のエネルギー強度分布は、例えば、ビームモード計測器(ビームプロファイラ)により測定してもよい。
なお、加工点におけるレーザ光のエネルギー強度分布は、例えば、ビームモード計測器(ビームプロファイラ)により測定してもよい。
幾つかの実施形態に係るレーザ加工装置1(図1参照)は、上述したレーザ加工ヘッド6と、レーザ加工ヘッド6から出力されるレーザ光の被加工物100の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部(不図示)と、制御部(不図示)と、を備えていてもよい。
制御部は、計測部によるエネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の移動方向又は移動量を決定するように構成される。
なお、計測部は、例えば、上述のビームモード計測器であってもよい。
制御部は、計測部によるエネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の移動方向又は移動量を決定するように構成される。
なお、計測部は、例えば、上述のビームモード計測器であってもよい。
幾つかの実施形態では、第1調節ステップS2において、被加工物100の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の移動方向又は移動量を決定するようにしてもよい。
このように、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布の調節を行う第1調節ステップS2において、被加工物100の加工点におけるエネルギー強度分布の計測結果、又は、被加工物100の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部14、コリメートレンズ16又は集光レンズ18の移動方向又は移動量を決定することにより、レーザ照射位置Pにおけるエネルギー強度分布をより的確に調節することができる。
以下、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド6及びレーザ加工装置1、並びに、レーザ加工ヘッド6の調整方法について概要を記載する。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、
レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第1移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第2移動部と、
をさらに備える。
レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第1移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第2移動部と、
をさらに備える。
コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系として、上述の構成とは異なりコマ収差が補正された光学系を用いた場合、レーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置、又は、コリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させたとしても、集光光学系による集光位置(即ち被加工物上のレーザ照射位置)においてレーザ光は一点に集束するため、該集光位置におけるエネルギー強度分布は、上述の相対位置の変化前と比べて大きくは変わらない。
これに対し、上記(1)の構成では、コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系は、集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成したので、第1移動部によってレーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置を変化させることにより、又は、第2移動部によってコリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させることにより、集光光学系からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置と、外側の光が集光する位置とがずれる(コマ収差が発生する)。したがって、第1移動部及び第2移動部のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第1移動部及び第2移動部の一方を適切に作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
また、上記(1)の構成では、第1移動部及び第2移動部の他方(コマ収差の変化量がより小さく生じる一方)を、第1移動部及び第2移動部の前記一方とは独立して作動可能にしたので、該他方を作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第1移動部及び第2移動部の前記他方を適切に作動させることにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
よって、上記(1)の構成によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
また、上記(1)の構成では、第1移動部及び第2移動部の他方(コマ収差の変化量がより小さく生じる一方)を、第1移動部及び第2移動部の前記一方とは独立して作動可能にしたので、該他方を作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第1移動部及び第2移動部の前記他方を適切に作動させることにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
よって、上記(1)の構成によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
上記(2)の構成によれば、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、かつ、レーザ照射部、コリメート光学系及び集光光学系を、集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列したので、コンパクトな構成で、上記(1)の構成を実現することができる。
(3)本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工装置は、
上記(1)又は(2)に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するように構成された制御部と、
を備える。
上記(1)又は(2)に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するように構成された制御部と、
を備える。
上記(3)の構成によれば、計測部によるエネルギー強度分布の計測結果に基づいて、第1移動部又は第2移動部による前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
(4)本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法は、
レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を含むレーザ加工ヘッドの調整方法であって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させる第1移動ステップと、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させる第2移動ステップと、
を備える。
レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を含むレーザ加工ヘッドの調整方法であって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させる第1移動ステップと、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させる第2移動ステップと、
を備える。
上記(4)の方法では、コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系は、集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成したので、第1移動ステップにおいてレーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置を変化させることにより、又は、第2移動ステップにおいてコリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させることにより、集光光学系からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置と、外側の光が集光する位置とがずれる(コマ収差が発生する)。したがって、第1移動ステップ及び第2移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第1移動ステップ及び第2移動ステップの一方を適切に行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
また、上記(4)の方法では、第1移動ステップ及び第2移動ステップの他方(コマ収差の変化量がより小さく生じる一方)を、第1移動ステップ及び第2移動ステップの前記一方とは独立して行うようにしたので、該他方を行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第1移動ステップ及び第2移動ステップの前記他方を適切に行うことにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
よって、上記(4)の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
また、上記(4)の方法では、第1移動ステップ及び第2移動ステップの他方(コマ収差の変化量がより小さく生じる一方)を、第1移動ステップ及び第2移動ステップの前記一方とは独立して行うようにしたので、該他方を行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第1移動ステップ及び第2移動ステップの前記他方を適切に行うことにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
よって、上記(4)の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の方法において、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
上記(5)の方法によれば、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、かつ、レーザ照射部、コリメート光学系及び集光光学系を、集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列したので、コンパクトな構成で、上記(5)の方法を実現することができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(4)又は(5)の方法において、
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節するように前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの一方を実行する第1調節ステップと、
前記第1調節ステップの後、前記加工面における照射位置を調節するように、前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの他方を実行する第2調節ステップと、
を備え、
前記第1調節ステップでは、前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップのうち、前記第1方向における前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の移動量又は前記第2方向における前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の移動量に対する前記コマ収差の変化量が大きい一方を実行する。
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節するように前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの一方を実行する第1調節ステップと、
前記第1調節ステップの後、前記加工面における照射位置を調節するように、前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの他方を実行する第2調節ステップと、
を備え、
前記第1調節ステップでは、前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップのうち、前記第1方向における前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の移動量又は前記第2方向における前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の移動量に対する前記コマ収差の変化量が大きい一方を実行する。
上記(6)の方法によれば、まず、第1調節ステップにおいて、第1移動ステップ又は第2移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を行って、被加工物の加工面におけるレーザ光のエネルギー強度分布の調節を行うようにしたので、より大きなコマ収差変化量を利用して、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。また、第1調節ステップの後、第2調節ステップにおいて、第1移動ステップ又は第2ステップの他方(コマ収差の変化量がより小さく生じる一方)を行ってレーザ照射位置を調節するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。
よって、上記(6)の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節との両立がしやすくなる。
よって、上記(6)の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節との両立がしやすくなる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(6)の方法において、
前記第1調節ステップでは、前記エネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
前記第1調節ステップでは、前記エネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
上記(7)の方法によれば、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布の調節を行う第1調節ステップにおいて、エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(6)又は(7)の方法において、
前記第1調節ステップでは、前記被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
前記第1調節ステップでは、前記被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
上記(8)の方法によれば、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布の調節を行う第1調節ステップにおいて、被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(6)乃至(8)の何れかの方法において、
前記第2調節ステップでは、前記照射位置が前記加工面上の加工点に近づくように前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの他方を実行する。
前記第2調節ステップでは、前記照射位置が前記加工面上の加工点に近づくように前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの他方を実行する。
上記(9)の方法によれば、レーザ照射位置の調節を行う第2調節ステップにおいて、レーザ照射位置が被加工物の加工面上の加工点に近づくようにレーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系を移動させるので、所定の加工点において被加工物の加工を適切に行うことができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(9)の方法において、
前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記第1調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記集光光学系を移動させるように前記第2移動ステップを実行する。
前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記第1調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記集光光学系を移動させるように前記第2移動ステップを実行する。
(11)あるいは、幾つかの実施形態では、上記(9)の方法において、
前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記加工点から前記第1調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿って、前記レーザ照射部を移動させるように前記第1移動ステップを実行する。
前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記加工点から前記第1調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿って、前記レーザ照射部を移動させるように前記第1移動ステップを実行する。
(12)あるいは、幾つかの実施形態では、上記(9)の方法において、
前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記第1調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記コリメート光学系を移動させるように前記第1移動ステップを実行する。
前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記第1調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記コリメート光学系を移動させるように前記第1移動ステップを実行する。
上記(10)〜(12)の方法によれば、第2調節ステップにおいて、第1調節ステップ後のレーザ照射位置から加工点に向かう方向に沿って集光光学系又はコリメート光学系を移動させることで、あるいは、加工点から第1調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿ってレーザ照射部を移動させることによって、加工面におけるレーザ照射位置を、所望の位置(即ち加工点)に移動させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1 レーザ加工装置
2 レーザ発振器
4 光ファイバ
6 レーザ加工ヘッド
8 加工ステージ
12 ハウジング
14 レーザ照射部
16 コリメートレンズ
18 集光レンズ
20 第1移動部
21 保持部
22 第1レンズ保持部
24 第2移動部
25 第2レンズ保持部
26 アシストガスノズル
28 ガス供給口
30 ガス吹出口
100 被加工物
O1〜O3 中心軸
P 照射位置
2 レーザ発振器
4 光ファイバ
6 レーザ加工ヘッド
8 加工ステージ
12 ハウジング
14 レーザ照射部
16 コリメートレンズ
18 集光レンズ
20 第1移動部
21 保持部
22 第1レンズ保持部
24 第2移動部
25 第2レンズ保持部
26 アシストガスノズル
28 ガス供給口
30 ガス吹出口
100 被加工物
O1〜O3 中心軸
P 照射位置
Claims (12)
- レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第1移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第2移動部と、
をさらに備える
ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。 - 前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工ヘッド。 - 請求項1又は2に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するように構成された制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。 - レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を含むレーザ加工ヘッドの調整方法であって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第1方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させる第1移動ステップと、
前記集光光学系の中心軸に直交する第2方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させる第2移動ステップと、
を備える
ことを特徴とするレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも1つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている
ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を所望の分布に調節するように前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの一方を実行する第1調節ステップと、
前記第1調節ステップの後、前記加工面における照射位置を調節するように、前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの他方を実行する第2調節ステップと、
を備え、
前記第1調節ステップでは、前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップのうち、前記第1方向における前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の移動量又は前記第2方向における前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の移動量に対する前記コマ収差の変化量が大きい一方を実行する
ることを特徴とする請求項4又は5に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記第1調節ステップでは、前記エネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する
ことを特徴とする請求項6に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記第1調節ステップでは、前記被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する
ことを特徴とする請求項6又は7に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記第2調節ステップでは、前記照射位置が前記加工面上の加工点に近づくように前記第1移動ステップ又は前記第2移動ステップの他方を実行する
ことを特徴とする請求項6乃至8の何れか一項に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記第1調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記集光光学系を移動させるように前記第2移動ステップを実行する
ことを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記加工点から前記第1調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿って、前記レーザ照射部を移動させるように前記第1移動ステップを実行する
ことを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。 - 前記第2調節ステップでは、前記加工面において、前記第1調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記コリメート光学系を移動させるように前記第1移動ステップを実行する
ことを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
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