JP7489664B2 - Laser processing apparatus and optical adjustment method for laser processing apparatus - Google Patents
Laser processing apparatus and optical adjustment method for laser processing apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP7489664B2 JP7489664B2 JP2020140886A JP2020140886A JP7489664B2 JP 7489664 B2 JP7489664 B2 JP 7489664B2 JP 2020140886 A JP2020140886 A JP 2020140886A JP 2020140886 A JP2020140886 A JP 2020140886A JP 7489664 B2 JP7489664 B2 JP 7489664B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measurement
- measurement light
- laser
- processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 223
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 29
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000005542 laser surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
本開示は、レーザ加工装置およびレーザ加工装置の光学調整方法に関する。 This disclosure relates to a laser processing device and an optical adjustment method for the laser processing device.
特許文献1には、被加工物におけるレーザ光の進入深さを、測定光を用いて正確に測定する方法が開示されている。この測定は、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置との位置合わせをして行われる。この方法が適用されるレーザ加工装置は、射出されたレーザ光および測定光を被加工物に導くミラーやレンズなどの光学部材を備えている。
上述したレーザ加工装置においては、レーザ光の出力が比較的高いために、レーザ光による加工中に、光学部材を固定する部材が熱変形する。このような状態下で、被加工物におけるレーザ光の照射位置および測定光の照射位置を変化させると、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置とがずれる。ひいては、レーザ光の照射位置を精度良く測定することができない。 In the above-mentioned laser processing device, because the output of the laser light is relatively high, the member that fixes the optical member undergoes thermal deformation during processing with the laser light. Under such conditions, if the irradiation position of the laser light and the irradiation position of the measurement light on the workpiece are changed, the irradiation position of the laser light and the irradiation position of the measurement light on the workpiece will shift. As a result, the irradiation position of the laser light cannot be measured with high accuracy.
本開示は、上述した課題を解決するもので、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置との位置合わせを高精度に実現するレーザ加工装置を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to solve the above-mentioned problems by providing a laser processing device that achieves high-precision alignment between the irradiation position of the laser light and the irradiation position of the measurement light on the workpiece.
前記目的を達成するために、本開示におけるレーザ加工装置は、被加工物を加工するためのレーザ光を射出するレーザ光射出部と、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置を測定するための測定光を射出する測定光射出部と、前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出部と、前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる光路変化部と、加工点の深さを測定する測定部とを備え、前記光路変化部は、前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とが合ったときにおける、前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる。 In order to achieve the above object, the laser processing apparatus of the present disclosure includes a laser light emitting unit that emits laser light for processing a workpiece, a measurement light emitting unit that emits measurement light for measuring the irradiation position of the laser light on the workpiece, a relative position derivation unit that derives the relative position of the optical axis of the measurement light with respect to the optical axis of the laser light, an optical path changing unit that changes the optical path of at least one of the laser light and the measurement light based on the relative position derived by the relative position derivation unit , and a measurement unit that measures the depth of a processing point, wherein the optical path changing unit changes the optical path of at least one of the laser light and the measurement light so as to align the irradiation position of the laser light on the workpiece with the irradiation position of the measurement light based on the depth of the processing point measured by the measurement unit, and changes the optical path of at least one of the laser light and the measurement light based on the relative position derived by the relative position derivation unit when the irradiation position of the laser light on the workpiece with the irradiation position of the measurement light on the workpiece are aligned .
また、前記目的を達成するために、本開示におけるレーザ加工装置の光学調整方法は、被加工物にレーザ光を射出するレーザ光射出部、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置を測定するための測定光を射出する測定光射出部、および、加工点の深さを測定する測定部を備えるレーザ加工装置の光学調整方法であって、前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、前記測定光との照射位置とが合っているときに、前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出ステップと、前記相対位置導出ステップにより導出された相対位置と、前記相対位置導出ステップの後に導出された相対位置とに基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる。 Further, in order to achieve the above-mentioned object, the optical adjustment method of a laser processing apparatus disclosed herein is an optical adjustment method of a laser processing apparatus including a laser light emitting unit that emits laser light to a workpiece , a measurement light emitting unit that emits measurement light for measuring the irradiation position of the laser light on the workpiece, and a measurement unit that measures the depth of a processing point , and based on the depth of the processing point measured by the measurement unit, changes an optical path of at least one of the laser light and the measurement light so as to align the irradiation position of the laser light on the workpiece with the irradiation position of the measurement light, and when the irradiation position of the measurement light is aligned, a relative position derivation step is performed to derive the relative position of the optical axis of the measurement light with respect to the optical axis of the laser light, and changes the optical path of at least one of the laser light and the measurement light based on the relative position derived by the relative position derivation step and the relative position derived after the relative position derivation step.
本開示によれば、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置との位置合わせを高精度に実現することができる。 According to the present disclosure, it is possible to achieve highly accurate alignment between the irradiation position of the laser light and the irradiation position of the measurement light on the workpiece.
以下、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置1について、図面を用いて説明する。なお、図1における上側および下側をそれぞれレーザ加工装置1の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれレーザ加工装置1の左方および右方とし、同じく紙面手前側および紙面奥側をレーザ加工装置1の前方および後方として説明する。
The
レーザ加工装置1は、加工ヘッド2、計測部3、計測処理部4、レーザ発振器5を備えている。計測部3は、「測定光射出部」の一例である。計測処理部4は、「測定部」の一例である。レーザ発振器5は、「レーザ光射出部」の一例である。
The
加工ヘッド2には、被加工物Wを加工するためのレーザ光である加工光LBが入力される。加工ヘッド2は、入力された加工光LBを加工ヘッド2の下方に配置された被加工物Wに照射する。また、加工ヘッド2には、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置を測定するための測定光MBが入力される。加工ヘッド2は、入力された測定光MBを被加工物Wに照射する。
計測部3は、例えば、OCT(Optical Coherence Tomography)測定用の光干渉計である。計測部3は、OCT測定用のレーザ光を測定光MBとして射出する。測定光MBの波長は、例えば1300nmである。射出された測定光MBは、測定光導入口6から加工ヘッド2へ入力され、下方に向けて進む。
The
レーザ発振器5は、加工光LBを発振する。発振された加工光LBは、測定光導入口6の左方に配置された加工光導入口7から加工ヘッド2へ入力され、下方に向けて進む。加工光LBは、例えばYAGレーザまたはファイバーレーザである。加工光LBの波長は、測定光MBの波長と異なり、例えば1064nmである。加工ヘッド2内における加工光導入口7の下方には、第1ミラー8および第1レンズ9が配置されている。第1レンズ9は、「レンズ」の一例である。
The
加工光導入口7から入力された加工光LBは、第1ミラー8を透過する。第1ミラー8は、ダイクロイックミラーである。第1ミラー8は、加工光LBの波長の光を透過し、測定光MBの波長の光を反射する特性を有する。
The processing light LB input from the
さらに、加工光LBは、第1レンズ9によって収束され、被加工物Wの加工面Sにおける加工点WPに集められる。これにより、加工点WPがレーザ加工される。このとき、加工点WPでは、被加工物Wが溶融し、溶融池Mが形成される。また、溶融池Mにおいては溶融金属が蒸発し、蒸発によって生じる蒸気の圧力によってキーホールHが形成される。
The processing light LB is then converged by the
測定光導入口6から入力された測定光MBは、測定光導入口6の下方に配置されたコリメートレンズ10によって平行光に変換される。さらに、測定光MBは、コリメートレンズ10の下方に配置された第2ミラー11によって、加工光LBの光路上に配置された第1ミラー8に向けて反射される。続けて、測定光MBは、第1ミラー8によって、加工点WPに向けて反射される。第1ミラー8および第2ミラー11は、「ミラー」に相当する。
The measurement light MB input from the
また、第2ミラー11には、角度調整機構(不図示)が配置されている。角度調整機構は、第2ミラー11の角度を変更するものである。角度調整機構が第2ミラー11の角度を変更することで、第2ミラー11は、測定光MBの光路を変化させる。第2ミラー11は、「光路変化部」の一例である。
An angle adjustment mechanism (not shown) is also provided on the
さらに、測定光MBは、第1レンズ9によって収束され、加工点WPに向けて進む。後述するように第2ミラー11の角度が調整されることによって、測定光MBは、加工点WPに形成されたキーホールHの最下点に照射される。
The measurement light MB is then converged by the
続けて、測定光MBは、キーホールHの最下点にて反射して、測定光MBの光路を遡って計測部3に到達する。計測部3は、反射した測定光MBの光路長と射出した測定光MBの光路長との差によって生じる干渉に基づいて、光干渉強度信号を生成する。
The measurement light MB is then reflected at the lowest point of the keyhole H, and travels back along the optical path of the measurement light MB to reach the
計測処理部4は、計測部3によって生成された光干渉強度信号に基づいて、キーホールHの深さ、すなわち加工点WPの溶け込み深さを計測する。溶け込み深さとは、キーホールHの最下点と、加工面Sとの間の距離である。
The
また、レーザ加工装置1は、相対位置導出部20および制御装置30をさらに備えている。
The
相対位置導出部20は、加工光LBの光軸に対する測定光MBの光軸の相対位置を導出するものである。相対位置導出部20は、第1ミラー8と第1レンズ9との間に配置されている。相対位置導出部20は、反射部21、ビーム終端器22、第2レンズ23、および、受光部24を備えている。
The relative
反射部21およびビーム終端器22は、加工光LBおよび測定光MBの光路上から外れた第1位置P1(図1)と、加工光LBおよび測定光MBの光路上に位置する第2位置P2(図2)との間を移動可能に構成されている。第2レンズ23および受光部24は、反射部21の左方に配置されている。
The
反射部21は、第2位置P2に位置した場合に、加工光LBおよび測定光MBを第2レンズ23に向けて反射するミラーである。また、反射部21は、加工光LBの波長の光を反射光および透過光に分け、かつ、測定光MBの波長の光を全反射する特性を有する。反射部21の加工光LBの反射率は、所定値となるように設定されている。所定値は、受光部24に照射される加工光LBの反射光の強さが所定の範囲内となる値である。所定の範囲は、下限値が測定光MBの強さよりも小さく、上限値が測定光MBの強さよりも大きい範囲であり、かつ、受光部24が受光可能な強さの範囲である。
When the reflecting
例えば、定格出力が1kW以上のファイバーレーザが加工光LBに選定された場合、加工光LBの最小出力は、100W程度である。一方、測定光MBとしてOCT用光源を用いた場合の測定光MBの出力は、数10mW程度である。よって、100Wの加工光LBを数10mWの測定光MBと同じオーダー(数10mW)の出力まで低減させるためには、反射部21の加工光LB反射率を、0.1%以下に設定することが望ましい。なお、測定光MBは減衰する必要がないため、反射部21の測定光MBの反射率は、90%以上に設定することが望ましい。
For example, if a fiber laser with a rated output of 1 kW or more is selected for the processing light LB, the minimum output of the processing light LB is about 100 W. On the other hand, when an OCT light source is used as the measurement light MB, the output of the measurement light MB is about several tens of mW. Therefore, in order to reduce the 100 W processing light LB to an output of the same order as the several tens of mW measurement light MB (several tens of mW), it is desirable to set the reflectance of the reflecting
また、受光部24に加工光LBを照射する場合における加工光LBの出力は、レーザ発振器5の定格出力の10%以上の出力に設定することが望ましい。特にレーザ発振器5がファイバーレーザである場合において、加工光LBの出力が定格出力の10%未満であると、加工光LBの発振状態が不安定になり、受光部24における加工光LBの照射位置LPの精度が低下するためである。
In addition, when the processing light LB is irradiated to the
ビーム終端器22は、第2位置P2において、反射部21を透過した透過光を受けて、透過光を終端するものである。
The
第2レンズ23は、反射光および測定光MBを収束させるものである。収束された反射光および測定光MBは、受光部24に向けて進む。
The
受光部24は、反射光および測定光MBを受けるものである。受光部24は、加工光LBおよび測定光MBの波長に対して感度を有する2次元撮像素子である。受光部24は、例えば、CCD(Charge-Copled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semicondector)もしくはInGaAs(ヒ化インジウムガリウム)などの素子を有した市販の産業用カメラ、または、2次元ビームプロファイラである。
The
受光部24における反射光および測定光MBを受ける受光面にて、収束された反射光および測定光MBの焦点が位置するように、第2レンズ23の形状および受光部24と第2レンズ23との距離が設定されている。
The shape of the
制御装置30は、レーザ加工装置1を統括制御するコンピュータである。制御装置30は、角度調整機構を制御して、第2ミラー11の角度を調整する。
The
次に、上述したレーザ加工装置1の動作および制御装置30が実行するプログラムについて、図3のフローチャートを用いて説明する。このプログラムは、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とを合わせる光学調整を行うものである。反射部21およびビーム終端器22が第1位置P1に位置している状態(図1)から説明する。
Next, the operation of the
制御装置30は、S100にて、今回の光学調整が1回目の光学調整であるか否かを判定する。後述する受光部24における加工光LBの照射位置LPに対する測定光MBの照射位置MPである相対位置Rが制御装置30に記憶されていない場合、今回の光学調整は、1回目の光学調整である。この場合(S100にてYES)、制御装置30は、S102にて、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とを合わせる。
In S100, the
具体的には、制御装置30は、光学調整を行うために用意された調整用の被加工物(不図示)の加工面に加工光LBを照射して微小穴を形成する。続けて、制御装置30は、第2ミラー11の角度を調整して測定光MBの光路を変化させながら測定光MBにより微小穴を走査し、微小穴の最下点すなわち測定光MBの光路長さが最長となる位置を、計測処理部4の計測結果から導出する。微小穴の最下点は加工光LBの照射位置に相当する。制御装置30は、第2ミラー11の角度を調整し、測定光MBの照射位置を微小穴の最下点に合わせることにより、調整用の被加工物における加工光LBの照射位置と測定光MBとの照射位置とを合わせる。これにより、実際の被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBとの照射位置とが合う。
Specifically, the
続けて、制御装置30は、S104にて、反射部21およびビーム終端器22を第2位置P2に移動させる(図2)。加工光LBの透過光は、ビーム終端器22によって終端される。一方、加工光LBの反射光および測定光MBは、反射部21によって反射され、第2レンズ23によって収束されて、受光部24に照射される。
Then, in S104, the
このとき、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とが合っているにも関わらず、受光部24における反射光の照射位置LPと測定光MBの照射位置MPは合っていない(図4)。これは、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とが合っていても、加工光LBと測定光MBとは上述したように波長が異なるため、第1レンズ9の色収差の影響により、加工光LBの光軸と測定光MBの光軸とは合っていないためである。さらに、受光部24に照射される加工光LBである反射光および測定光MBは、第1レンズ9とは色収差が異なる第2レンズ23によって収束される。これらのため、受光部24における反射光の照射位置LPと測定光MBの照射位置MPは合っていない。
At this time, even though the irradiation position of the processing light LB and the irradiation position of the measurement light MB on the workpiece W are aligned, the irradiation position LP of the reflected light on the
しかしながら、このときの受光部24における加工光LBの反射光の照射位置LPに対する測定光MBの照射位置MPである相対位置(つまり、反射光の照射位置LPと測定光MBの照射位置MPのずれ)Rは、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とが合っているときの受光部24における相対位置Rである。
However, the relative position R, which is the irradiation position MP of the measurement light MB relative to the irradiation position LP of the reflected light of the processing light LB in the
相対位置Rは、受光部24によって測定される。なお、受光部24における相対位置Rは、加工光LBの光軸に対する測定光MBの光軸の相対位置と相関関係を有する。すなわち、受光部24は、加工光LBの光軸に対する測定光MBの光軸の相対位置を間接的に導出する。受光部24の測定結果は、制御装置30に出力される。
The relative position R is measured by the
制御装置30は、S106にて、受光部24の測定結果から、このときの受光部24における反射光の照射位置LPに対する測定光MBの照射位置MPである相対位置Rを、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とが合っているときの受光部24における相対位置Rとして導出して、記憶する。
In S106, the
続けて、制御装置30は、S108にて、反射部21およびビーム終端器22を第1位置P1に移動させてプログラムを終了する。この後、被加工物Wの加工を行う。制御装置30は、加工中において光学調整を行うために、所定のタイミング(例えば所定時間(10秒間)毎)にプログラムを実行する。
Then, in S108, the
制御装置30は、再度プログラムを開始すると、S100にて、今回の光学調整が1回目の光学調整であるか否かを判定する。上述した相対位置Rが制御装置30に記憶されている場合、今回の光学調整は2回目以降の光学調整である。この場合(S100にてNO)、制御装置30は、S110にて、反射部21及びビーム終端器22を第2位置P2に移動させる(図2)。これにより、上述したように、加工光LBおよび測定光MBは、反射部21によって反射され、第2レンズ23によって収束されて、受光部24に照射される。
When the
このとき、受光部24における加工光LBの反射光の照射位置LPおよび測定光MBの照射位置MP(調整前の測定光MBの照射位置MP)は、1回目の光学調整したときから変位している(図5)。つまり、受光部24における相対位置Rは、制御装置30によって導出された相対位置Rと異なっている。
At this time, the irradiation position LP of the reflected light of the processing light LB on the
これは、加工光LBが比較的高出力であるため、加工ヘッド2の構成部材ひいては構成部材を固定する固定部材の温度が上昇することにより、固定部材の熱変形ひいては構成部材の変位が発生して、加工光LBの光路および測定光MBの光路が変化するからである。なお、このとき、反射部21およびビーム終端器22が第1位置P1に位置する場合には、加工光LBおよび測定光MBの第1レンズ9への入射角度、ひいては、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置および測定光MBの照射位置も変位している。
This is because the processing light LB has a relatively high output, and as a result, the temperature of the components of the
続けて、制御装置30は、S112にて、導出された相対位置Rに基づいて、受光部24における相対位置Rを調整する。具体的には、受光部24における相対位置Rが、導出された相対位置Rとなるように、制御装置30は、第2ミラー11の角度を調整して、測定光MBの光路を変化させることにより、受光部24における測定光MBの照射位置MPを変位させる。これにより、受光部24における反射光の照射位置LPに対する調整後の測定光MBの照射位置MPである調整後の相対位置Rは、導出された相対位置Rと一致する(図5)。
Next, in S112, the
さらに、制御装置30は、S108にて反射部21およびビーム終端器22を第1位置P1に移動させる。これにより、加工光LBおよび測定光MBが被加工物Wに照射される。このとき、受光部24における相対位置Rが調整されたため、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置は合っている。
Furthermore, in S108, the
このように、2回目以降の光学調整においては、測定光MBにより微小穴を走査することなく被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とを合わせることができるため、制御装置30は、簡便に光学調整をすることができる。また、測定光MBを走査させて微小穴の最下点に対応する測定光MBの照射位置を導出する場合に比べて、受光部24における加工光LBの照射位置LPに対する測定光MBの照射位置MPを導出する場合の方が、制御装置30は、加工光LBの照射位置に対する測定光MBの照射位置を高精度に導出できる。よって、制御装置30は、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置を高精度に合わせることができる。さらに、2回目の光学調整においては、調整用の被加工物を準備しなくてもよい。
In this way, in the second and subsequent optical adjustments, the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W can be aligned with the irradiation position of the measurement light MB without scanning the microhole with the measurement light MB, so the
上述した実施の形態によれば、レーザ加工装置1は、被加工物Wに加工光LBを射出するレーザ発振器5と、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置を測定するための測定光MBを射出する計測部3と、加工光LBの光軸に対する測定光MBの光軸の相対位置を導出する相対位置導出部20と、相対位置導出部20によって導出された相対位置Rに基づいて、測定光MBの光路を変化させる第2ミラー11と、を備えている、
According to the above-mentioned embodiment, the
これによれば、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置との位置合わせを簡便に、かつ、高精度に実現することができる。 This makes it possible to easily and accurately align the irradiation position of the processing light LB and the irradiation position of the measurement light MB on the workpiece W.
また、レーザ加工装置1は、測定光MBを被加工物Wにおける加工光LBの照射位置に向けて反射させる第1ミラー8および第2ミラー11と、第1ミラー8および第2ミラー11と被加工物Wとの間に配置され、加工光LBおよび測定光MBを被加工物Wに収束させる第1レンズ9と、をさらに備えている。相対位置導出部20は、第1ミラー8および第2ミラー11と第1レンズ9との間に配置されている。
The
これによれば、相対位置導出部20は、第1ミラー8および第2ミラー11の変位によって生じた測定光MBの光路の変化の影響を含めて、加工光LBの光軸に対する測定光MBの光軸の相対位置を導出することができる。
This allows the relative
また、相対位置導出部20は、加工光LBおよび測定光MBを、被加工物Wに向かう方向以外の方向に向けて反射させる反射部21と、反射部21によって反射された加工光LBおよび測定光MBを受ける受光部24と、を備えている。受光部24における加工光LBの照射位置LPおよび測定光MBの照射位置MPに基づいて相対位置Rを導出する。
The relative
これによれば、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置との位置合わせを、より簡便に、かつ、より高精度に実現することができる。 This makes it possible to more easily and accurately align the irradiation position of the processing light LB and the irradiation position of the measurement light MB on the workpiece W.
また、反射部21の加工光LBの反射率は、所定値以下となるように設定されている。
In addition, the reflectance of the processing light LB from the reflecting
これによれば、受光部24に照射される反射光の強さおよび測定光MBの強さを所定の範囲内にできるため、複数の受光部24を用いずに、一つの受光部24を用いて、反射光の照射位置LPに対する測定光MBの照射位置MPを簡便に導出できる。なぜなら、反射光の強さおよび測定光MBの強さの一方が所定範囲から外れている場合、それぞれの強さに対応する受光部24が必要となるからである。
This allows the intensity of the reflected light irradiated to the
また、レーザ加工装置1は、加工点WPの深さを測定する計測処理部4をさらに備えている。第2ミラー11は、計測処理部4によって測定された加工点WPの深さに基づいて、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBとの照射位置と合わせるように、測定光MBの光路を変化させ、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBとの照射位置とが合ったきにおける、相対位置導出部20によって導出された相対位置Rに基づいて、測定光MBの光路を変化させる。
The
これによれば、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置との位置合わせを、より確実に高精度に実現することができる。 This makes it possible to more reliably and accurately align the irradiation position of the processing light LB and the irradiation position of the measurement light MB on the workpiece W.
また、計測処理部4は、被加工物Wが測定光MBを反射した光と、測定光MBとが干渉することにより生じる波形に基づいて測定光MBの光路の長さを測定する干渉計である。
The
これによれば、レーザ加工装置1は、被加工物Wにおける測定光MBの照射位置を精度よく導出することができる。
This allows the
なお、本開示は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。 This disclosure is not limited to the embodiments described above. As long as they do not deviate from the spirit of the present invention, various modifications to the present embodiments and forms constructed by combining components of different embodiments are also included within the scope of the present invention.
例えば、図3に示すフローチャートは、制御装置30が実行するプログラムとして説明したが、図3のフローチャートの各ステップをレーザ加工装置1の使用者が実行するようにしてもよい。この場合、制御装置30には、受光部24における相対位置Rを表示する表示部(不図示)、並びに、反射部21およびビーム終端器22の位置の切替、および、第2ミラー11の角度の調整を、使用者が実行するための操作部(不図示)を備えている。
For example, the flowchart shown in FIG. 3 has been described as a program executed by the
また、受光部24における相対位置Rは、受光部24における測定光MBの照射位置MPを変位させることで調整されているが、これに代えて、受光部24における反射光の照射位置LPを変位させることで調整してもよい。この場合、例えば、加工光導入口7に角度調整機構が配置されて、制御装置30は、この角度調整機構を制御して、加工光LBの光路を変化させてもよい。なお、第2ミラー11および加工光導入口7の両方に角度調整機構が配置されて、制御装置30は、両方の角度調整機構を制御して、加工光LBの光路および測定光MBの光路を変化させて、受光部24における相対位置Rを調整してもよい。また、第2ミラー11に配置された角度調整機構は、測定光導入口6に配置されてもよい。さらに、それぞれの角度調整機構は、制御装置30によって制御されてもよいし、手動式であってもよい。
The relative position R in the
また、上述した実施の形態において、相対位置導出部20は反射部21を1つ備えているが、複数備えてもよい。この場合、図6に示すように、第1位置P1と第2位置P2との間を移動する第1の反射部21aと、第1の反射部21aが反射した反射光および測定光MBを第2レンズ23および受光部24に向けて反射する第2の反射部21bと、を備えてもよい。また、この場合、ビーム終端器22は、反射部21の個数に対応するように複数備える。第1の反射部21aから透過した透過光は、第1のビーム終端器22aによって終端される。第2の反射部21bを透過した透過光は、第2のビーム終端器22bによって終端される。このように、複数の反射部21を備えることで、加工光LBの強さと測定光MBの強さとが比較的大きい場合であっても、反射光の強さおよび測定光MBの強さを所定の範囲内に調整することができる。
In the above-described embodiment, the relative
また、反射部21は加工光LBを透過光と反射光に分けるミラーを用いているが、これに加えて、加工光LBを全反射するミラーを備えてもよい。この場合、ビーム終端器22を備えなくてもよい。
The reflecting
また、上述した実施の形態において、加工光LBおよび測定光MBは、反射部21を反射して第2レンズ23を透過してから受光部24に照射される。これに代えて、加工光LBおよび測定光MBは、第2レンズ23を透過して、反射部21によって反射してから、受光部24に照射されてもよい。この場合、第2レンズ23が移動可能に配置される。これによれば、焦点距離が長い第2レンズ23が選定された場合であっても、反射光および測定光MBの光路が折り曲げられるため、相対位置導出部20の大型化を抑制することができる。
In addition, in the above-described embodiment, the processing light LB and the measurement light MB are reflected by the reflecting
また、相対位置導出部20は、2つの受光部(不図示)によって構成されてもよい。第1の受光部は、2回目の光学調整において、加工光導入口7と第1ミラー8との間に配置され、加工光LBが第1の受光部に照射される。第2の受光部は、2回目の光学調整において、コリメートレンズ10と第2ミラー11との間に配置され、測定光MBが第2の受光部に照射される。第1の受光部に照射された加工光LBの中心が、加工光の光軸に相当する。また、第2の受光部に照射された測定光の中心が測定光MBの光軸に相当する。よって、制御装置30は、第1の受光部に照射された加工光LBの中心位置および第2の受光部に照射された測定光MBの中心位置に基づいて、加工光LBの光軸に対する測定光MBの光軸の相対位置を直接導出することができる。また、この場合、制御装置30は、測定光導入口6に配置された角度調整機構を制御することにより、測定光導入口6の角度を調整して、測定光MBの光路を変化させる。
The relative
また、上述した実施の形態において、反射部21は、板状に形成されているが、加工光LBおよび測定光MBを反射する部位が平面状であれば、板状以外の形状でもよい。
In addition, in the above-described embodiment, the reflecting
また、相対位置導出部20は、ビーム終端器22を備えているが、これに代えて、透過光の強さが比較的小さい場合はビーム終端器22を備えなくてもよい。
The relative
また、反射部21は、測定光MBを全反射しているが、これに代えて、測定光MBを反射光と透過光とに分けるように反射率を設定してもよい。この場合、被加工物Wの加工をしながらリアルタイムに受光部24における相対位置Rを導出できるため、被加工物Wを加工しながらリアルタイムに被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とを合わせることができる。
The reflecting
なお、加工点WPでのビーム径が50μm以下となるようなレーザ光(例えばシングルモードのファイバーレーザ)が用いられた場合、加工光LBの照射位置および測定光MBの照射位置の調整の精度は10μm以下が要求されるが、上述したレーザ加工装置1の光学調整は、この要求精度に対応可能である。
When a laser beam (e.g., a single-mode fiber laser) is used that has a beam diameter of 50 μm or less at the processing point WP, the adjustment accuracy of the irradiation position of the processing light LB and the irradiation position of the measurement light MB is required to be 10 μm or less, but the optical adjustment of the
また、1回目の光学調整は、上述したように加工点WPに形成された微小穴を測定光MBによって走査することで行われているが、これに代えて、図7に示すように、スリット141が形成された板部材140および加工光LBの強さを検出するパワーメータ150を用いて行うようにしてもよい。
The first optical adjustment is performed by scanning the minute hole formed at the processing point WP with the measurement light MB as described above, but instead, as shown in FIG. 7, it may be performed using a
この場合、制御装置30は、加工光LBによりスリット141を走査するように加工光LBの光路を変化させ、パワーメータ150によって加工光LBの強さの変化を検出する。制御装置30は、この検出された加工光LBの強さの変化に基づいて、スリット141に対する加工光LBの光路の相対位置を調整する。同様に、制御装置30は、スリット141に対する測定光MBの光路の相対位置を調整して、被加工物Wにおける加工光LBの照射位置と測定光MBの照射位置とを合わせる。
In this case, the
また、測定光MBを被加工物Wにおける加工光LBの照射位置に向けて反射するミラーは、第1ミラー8および第2ミラー11の2つであるが、ミラーの数がこれに限定されないことは言うまでもない。例えば、このミラーの数は2つ以上でもよい。また、測定光導入口6の配置が変更されて、ミラーの数を1つとしてもよい。この場合、例えば、第1ミラー8の右方に測定光導入口6およびコリメートレンズ10が配置され、ミラーを第1ミラー8のみとしてもよい。なお、この場合、第1ミラー8に角度調整機構が配置されてもよい。
The mirrors that reflect the measurement light MB toward the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W are the
また、第1ミラー8は、加工光LBを透過し、かつ、測定光MBを反射する特性を有するが、これに代えて、測定光MBを透過し、かつ、加工光LBを反射する特性を有するようにしてもよい。この場合、例えば、第1ミラー8には、右方から加工光LBが入射され、かつ、上方から測定光MBが入射される。また、第1ミラー8は、加工光LBおよび測定光MBの両方を反射する特性を有するようにしてもよい。この場合、例えば、第1ミラー8には、右方から加工光LBおよび測定光MBが入射される。このように、第1ミラーは、加工光LBおよび測定光MBの少なくとも一方を被加工物Wに向けて反射する。
The
本開示のレーザ加工装置およびレーザ加工装置の光学調整方法は、レーザ溶接機、レーザ表面処理装置などのレーザ光を用いた装置に利用可能である。 The laser processing apparatus and the optical adjustment method for the laser processing apparatus disclosed herein can be used in devices that use laser light, such as laser welding machines and laser surface treatment devices.
1 レーザ加工装置
2 加工ヘッド
3 計測部(測定光射出部)
4 計測処理部(測定部)
5 レーザ発振器(レーザ光射出部)
6 測定光導入口
7 加工光導入口
8 第1ミラー(ミラー)
9 第1レンズ(レンズ)
10 コリメートレンズ
11 第2ミラー(光路変更部、ミラー)
20 相対位置導出部
21 反射部
22 ビーム終端器
23 第2レンズ
24 受光部
30 制御装置
LB 加工光
LP 受光部における加工光の照射位置
MB 測定光
MP 受光部における測定光の照射位置
R 相対位置
W 被加工物
1
4. Measurement processing section (measurement section)
5 Laser oscillator (laser light emission unit)
6 Measurement
9 First lens (lens)
10
20 Relative
Claims (7)
前記被加工物における前記レーザ光の照射位置を測定するための測定光を射出する測定光射出部と、
前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出部と、
前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる光路変化部と、
加工点の深さを測定する測定部とを備え、
前記光路変化部は、
前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、
前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とが合ったときにおける、前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる、
レーザ加工装置。 a laser light emitting unit that emits a laser light for processing a workpiece;
a measurement light emitting unit that emits measurement light for measuring an irradiation position of the laser light on the workpiece;
a relative position deriving unit that derives a relative position of an optical axis of the measurement light with respect to an optical axis of the laser light;
an optical path changing unit that changes an optical path of at least one of the laser light and the measurement light based on the relative position derived by the relative position derivation unit;
A measuring unit for measuring the depth of the processing point,
The optical path change unit is
changing an optical path of at least one of the laser light and the measurement light so as to align an irradiation position of the laser light and an irradiation position of the measurement light on the workpiece based on the depth of the processing point measured by the measurement unit;
changing an optical path of at least one of the laser light and the measurement light based on the relative position derived by the relative position derivation unit when the irradiation position of the laser light and the irradiation position of the measurement light on the workpiece are aligned;
Laser processing equipment.
前記ミラーと前記被加工物との間に配置され、前記レーザ光および前記測定光を前記被加工物に収束させるレンズと、をさらに備え、
前記相対位置導出部は、前記ミラーと前記レンズとの間に配置されている、
請求項1に記載のレーザ加工装置。 a mirror that reflects at least one of the laser light and the measurement light toward the workpiece;
a lens disposed between the mirror and the workpiece to converge the laser light and the measurement light on the workpiece;
The relative position derivation unit is disposed between the mirror and the lens.
The laser processing device according to claim 1.
前記レーザ光および前記測定光を、前記被加工物に向かう方向以外の方向に向けて反射させる反射部と、
前記反射部によって反射された前記レーザ光および前記測定光を受ける受光部と、を備え、
前記受光部における前記レーザ光の照射位置および前記測定光の照射位置に基づいて前記相対位置を導出する、
請求項1または2に記載のレーザ加工装置。 The relative position derivation unit
a reflecting section that reflects the laser light and the measurement light in a direction other than the direction toward the workpiece;
a light receiving unit that receives the laser light and the measurement light reflected by the reflecting unit,
deriving the relative position based on an irradiation position of the laser light and an irradiation position of the measurement light on the light receiving unit;
3. The laser processing apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3に記載のレーザ加工装置。 The reflectance of the laser light of the reflecting portion is set to be equal to or less than a predetermined value.
The laser processing apparatus according to claim 3.
請求項3または請求項4に記載のレーザ加工装置。 The relative position derivation unit includes a plurality of the reflecting units.
5. The laser processing apparatus according to claim 3 or 4.
請求項1から5のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 the measurement unit is an interferometer that measures the length of an optical path of the measurement light based on a waveform generated by interference between the measurement light and light reflected by the workpiece,
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、前記測定光との照射位置とが合っているときに、前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出ステップと、
前記相対位置導出ステップにより導出された相対位置と、前記相対位置導出ステップの後に導出された相対位置とに基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる、
レーザ加工装置の光学調整方法。 1. An optical adjustment method for a laser processing apparatus including a laser light emitting unit that emits laser light to a workpiece , a measurement light emitting unit that emits measurement light for measuring an irradiation position of the laser light on the workpiece, and a measurement unit that measures a depth of a processing point, comprising:
a relative position deriving step of changing an optical path of at least one of the laser light and the measurement light so as to align an irradiation position of the laser light and an irradiation position of the measurement light on the workpiece based on the depth of the processing point measured by the measurement unit, and deriving a relative position of the optical axis of the measurement light with respect to the optical axis of the laser light when the irradiation position of the measurement light is aligned;
changing an optical path of at least one of the laser light and the measurement light based on the relative position derived in the relative position derivation step and the relative position derived after the relative position derivation step;
A method for adjusting the optics of a laser processing device.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020140886A JP7489664B2 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Laser processing apparatus and optical adjustment method for laser processing apparatus |
US17/378,815 US20220055147A1 (en) | 2020-08-19 | 2021-07-19 | Laser processing apparatus and laser processing method |
DE102021120767.3A DE102021120767A1 (en) | 2020-08-19 | 2021-08-10 | Laser processing apparatus and laser processing method |
CN202110934141.0A CN114074213A (en) | 2020-08-19 | 2021-08-13 | Laser processing device and laser processing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020140886A JP7489664B2 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Laser processing apparatus and optical adjustment method for laser processing apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022036592A JP2022036592A (en) | 2022-03-08 |
JP7489664B2 true JP7489664B2 (en) | 2024-05-24 |
Family
ID=80493770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020140886A Active JP7489664B2 (en) | 2020-08-19 | 2020-08-24 | Laser processing apparatus and optical adjustment method for laser processing apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7489664B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001077046A (en) | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser processor |
JP2002210578A (en) | 2001-01-17 | 2002-07-30 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Device for laser beam irradiation and method for laser beam machining |
JP2015196169A (en) | 2014-03-31 | 2015-11-09 | ブラザー工業株式会社 | Laser processing apparatus, laser processing method, and program |
JP2016538134A (en) | 2013-09-23 | 2016-12-08 | プレシテク オプトロニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for measuring depth of penetration of laser beam into workpiece and laser processing apparatus |
US20190015931A1 (en) | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Method and device for measuring and controlling a distance between a machining head and a workpiece |
-
2020
- 2020-08-24 JP JP2020140886A patent/JP7489664B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001077046A (en) | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser processor |
JP2002210578A (en) | 2001-01-17 | 2002-07-30 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Device for laser beam irradiation and method for laser beam machining |
JP2016538134A (en) | 2013-09-23 | 2016-12-08 | プレシテク オプトロニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for measuring depth of penetration of laser beam into workpiece and laser processing apparatus |
JP2015196169A (en) | 2014-03-31 | 2015-11-09 | ブラザー工業株式会社 | Laser processing apparatus, laser processing method, and program |
US20190015931A1 (en) | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Method and device for measuring and controlling a distance between a machining head and a workpiece |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022036592A (en) | 2022-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8022332B2 (en) | Laser processing device | |
KR101985825B1 (en) | Laser dicing device | |
JP4762593B2 (en) | External laser introduction device | |
CN111954584B (en) | Laser welding method and laser welding device | |
US20220055147A1 (en) | Laser processing apparatus and laser processing method | |
TWI483296B (en) | Systems and methods for forming a time-averaged line image | |
JP5763771B2 (en) | Apparatus and method for treating matter with focused electromagnetic radiation | |
KR100763974B1 (en) | Method and apparatus for aligning optical axis for wavefront sensor for mid-infrared band | |
JP2008128744A (en) | Distance measurement apparatus and method | |
JP7489664B2 (en) | Laser processing apparatus and optical adjustment method for laser processing apparatus | |
KR20100079582A (en) | A revised system and revised method of laser beam power | |
US11428520B2 (en) | Distance measurement unit and light irradiation device | |
JP7308439B2 (en) | LASER PROCESSING DEVICE AND OPTICAL ADJUSTMENT METHOD | |
US20240075550A1 (en) | Laser machining head comprising a chromatic compensation device | |
JP5511632B2 (en) | Laser irradiation device | |
JP7262081B2 (en) | LASER PROCESSING DEVICE AND OPTICAL ADJUSTMENT METHOD | |
EP4074454A1 (en) | Laser device and method for controlling laser device | |
JP7291501B2 (en) | Laser processing equipment | |
KR102552969B1 (en) | Laser nozzle assemebly and laser apparatus having the same | |
US11801570B2 (en) | Laser processing machine | |
JP2008032524A (en) | Laser beam machining device, and focal point detection method of laser light for measurement | |
JP7478984B2 (en) | Laser processing device and laser processing method | |
EP4296612B1 (en) | Laser processing apparatus with measuring module with adjustable path length difference | |
TW202009081A (en) | Laser processing apparatus | |
JPH063611A (en) | Scanning optical device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230623 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240214 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240314 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240423 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240502 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7489664 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |