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 PDF

Info

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
Application number
JP2020140886A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022036592A (en
Inventor
潤 横山
毅吏 浦島
洋平 武智
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2020140886A priority Critical patent/JP7489664B2/en
Priority to US17/378,815 priority patent/US20220055147A1/en
Priority to DE102021120767.3A priority patent/DE102021120767A1/en
Priority to CN202110934141.0A priority patent/CN114074213A/en
Publication of JP2022036592A publication Critical patent/JP2022036592A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7489664B2 publication Critical patent/JP7489664B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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。 Patent Document 1 discloses a method for accurately measuring the penetration depth of laser light in a workpiece using measurement light. This measurement is performed by aligning the irradiation position of the laser light on the workpiece with the irradiation position of the measurement light. A laser processing device to which this method is applied is equipped with optical components such as mirrors and lenses that guide the emitted laser light and measurement light to the workpiece.

特表2016-538134号公報JP 2016-538134 A

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.

本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置を示す概要図FIG. 1 is a schematic diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure. 相対位置導出部が加工光の光軸に対する測定光の光軸の相対位置を導出するときの状態を示す図FIG. 13 is a diagram showing a state when the relative position deriving unit derives the relative position of the optical axis of the measurement light with respect to the optical axis of the processing light. 制御装置が実行するプログラムのフローチャートFlowchart of a program executed by the control device 1回目の光学調整において、撮像素子における加工光の照射位置および測定光の照射位置を示す図FIG. 13 is a diagram showing the irradiation position of the processing light and the irradiation position of the measurement light on the image sensor in the first optical adjustment. 2回目以降の光学調整において、撮像素子における加工光の照射位置および測定光の照射位置を示す図FIG. 13 is a diagram showing the irradiation positions of the processing light and the measurement light on the image sensor in the second and subsequent optical adjustments; 本開示の実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置において、2回目以降の光学調整が行われている状態を示す図FIG. 13 is a diagram showing a state in which second or subsequent optical adjustments are being performed in a laser processing apparatus according to a modified example of an embodiment of the present disclosure; 本開示の実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置において、1回目以降の光学調整が行われている状態を示す図FIG. 13 is a diagram showing a state in which the first or subsequent optical adjustment is being performed in the laser processing apparatus according to the modified example of the embodiment of the present disclosure;

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 laser processing device 1 according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the upper and lower sides in FIG. 1 are respectively above and below the laser processing device 1, the left and right sides are respectively the left and right sides of the laser processing device 1, and the front and back sides of the paper are respectively the front and rear of the laser processing device 1.

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 laser processing device 1 includes a processing head 2, a measurement unit 3, a measurement processing unit 4, and a laser oscillator 5. The measurement unit 3 is an example of a "measurement light emitting unit." The measurement processing unit 4 is an example of a "measurement unit." The laser oscillator 5 is an example of a "laser light emitting unit."

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。 Processing head 2 receives processing light LB, which is a laser beam for processing workpiece W. Processing head 2 irradiates the input processing light LB onto workpiece W, which is positioned below processing head 2. In addition, processing head 2 receives measurement light MB for measuring the irradiation position of processing light LB on workpiece W. Processing head 2 irradiates workpiece W with the input measurement light MB.

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 measurement unit 3 is, for example, an optical interferometer for OCT (Optical Coherence Tomography) measurement. The measurement unit 3 emits laser light for OCT measurement as measurement light MB. The wavelength of the measurement light MB is, for example, 1300 nm. The emitted measurement light MB is input to the processing head 2 from the measurement light introduction port 6 and travels downward.

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 laser oscillator 5 oscillates processing light LB. The oscillated processing light LB is input to the processing head 2 from the processing light inlet 7 located to the left of the measurement light inlet 6, and travels downward. The processing light LB is, for example, a YAG laser or a fiber laser. The wavelength of the processing light LB is different from the wavelength of the measurement light MB, and is, for example, 1064 nm. A first mirror 8 and a first lens 9 are arranged below the processing light inlet 7 within the processing head 2. The first lens 9 is an example of a "lens".

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 processing light inlet 7 passes through the first mirror 8. The first mirror 8 is a dichroic mirror. The first mirror 8 has the property of transmitting light with the wavelength of the processing light LB and reflecting light with the wavelength of the measurement light MB.

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 first lens 9 and collected at the processing point WP on the processing surface S of the workpiece W. This causes the processing point WP to be laser processed. At this time, the workpiece W melts at the processing point WP, forming a molten pool M. In addition, the molten metal evaporates in the molten pool M, and a keyhole H is formed by the pressure of the vapor generated by the evaporation.

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 measurement light inlet 6 is converted into parallel light by the collimating lens 10 arranged below the measurement light inlet 6. The measurement light MB is then reflected by the second mirror 11 arranged below the collimating lens 10 toward the first mirror 8 arranged on the optical path of the processing light LB. The measurement light MB is then reflected by the first mirror 8 toward the processing point WP. The first mirror 8 and the second mirror 11 correspond to "mirrors".

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 second mirror 11. The angle adjustment mechanism changes the angle of the second mirror 11. When the angle adjustment mechanism changes the angle of the second mirror 11, the second mirror 11 changes the optical path of the measurement light MB. The second mirror 11 is an example of an "optical path changing section."

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 first lens 9 and travels toward the processing point WP. As described below, the angle of the second mirror 11 is adjusted so that the measurement light MB is irradiated onto the lowest point of the keyhole H formed at the processing point WP.

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 measurement unit 3. The measurement unit 3 generates an optical interference intensity signal based on the interference caused by the difference between the optical path length of the reflected measurement light MB and the optical path length of the emitted measurement light MB.

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 measurement processing unit 4 measures the depth of the keyhole H, i.e., the penetration depth of the processing point WP, based on the optical interference intensity signal generated by the measurement unit 3. The penetration depth is the distance between the lowest point of the keyhole H and the processing surface S.

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 laser processing device 1 further includes a relative position derivation unit 20 and a control device 30.

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 position derivation unit 20 derives the relative position of the optical axis of the measurement light MB with respect to the optical axis of the processing light LB. The relative position derivation unit 20 is disposed between the first mirror 8 and the first lens 9. The relative position derivation unit 20 includes a reflecting unit 21, a beam terminator 22, a second lens 23, and a light receiving unit 24.

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 reflector 21 and the beam terminator 22 are configured to be movable between a first position P1 (FIG. 1) that is off the optical path of the processing light LB and the measurement light MB, and a second position P2 (FIG. 2) that is on the optical path of the processing light LB and the measurement light MB. The second lens 23 and the light receiving unit 24 are disposed to the left of the reflector 21.

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 unit 21 is located at the second position P2, it is a mirror that reflects the processing light LB and the measurement light MB toward the second lens 23. The reflecting unit 21 also has the property of separating the light of the wavelength of the processing light LB into reflected light and transmitted light, and totally reflecting the light of the wavelength of the measurement light MB. The reflectance of the processing light LB of the reflecting unit 21 is set to a predetermined value. The predetermined value is a value that causes the intensity of the reflected light of the processing light LB irradiated to the light receiving unit 24 to be within a predetermined range. The predetermined range is a range whose lower limit is smaller than the intensity of the measurement light MB and whose upper limit is larger than the intensity of the measurement light MB, and is a range of intensity that can be received by the light receiving unit 24.

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 portion 21 for the processing light LB to 0.1% or less. Note that since there is no need to attenuate the measurement light MB, it is desirable to set the reflectance of the reflecting portion 21 for the measurement light MB to 90% or more.

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 light receiving unit 24, it is desirable to set the output of the processing light LB to an output of 10% or more of the rated output of the laser oscillator 5. This is because, particularly when the laser oscillator 5 is a fiber laser, if the output of the processing light LB is less than 10% of the rated output, the oscillation state of the processing light LB becomes unstable, and the accuracy of the irradiation position LP of the processing light LB on the light receiving unit 24 decreases.

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 beam terminator 22 receives the transmitted light that has passed through the reflector 21 at the second position P2 and terminates the transmitted light.

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 second lens 23 converges the reflected light and the measurement light MB. The converged reflected light and the measurement light MB proceed toward the light receiving unit 24.

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 light receiving unit 24 receives the reflected light and the measurement light MB. The light receiving unit 24 is a two-dimensional imaging element that is sensitive to the wavelengths of the processing light LB and the measurement light MB. The light receiving unit 24 is, for example, a commercially available industrial camera having elements such as a CCD (Charge-Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), or InGaAs (Indium Gallium Arsenide), or a two-dimensional beam profiler.

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 second lens 23 and the distance between the light receiving unit 24 and the second lens 23 are set so that the focal point of the converged reflected light and measurement light MB is located on the light receiving surface that receives the reflected light and measurement light MB in the light receiving unit 24.

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 control device 30 is a computer that provides overall control of the laser processing device 1. The control device 30 controls the angle adjustment mechanism to adjust the angle of the second mirror 11.

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 laser processing device 1 and the program executed by the control device 30 will be described with reference to the flowchart in FIG. 3. This program performs optical adjustment to align the irradiation position of the processing light LB and the irradiation position of the measurement light MB on the workpiece W. The description will start from the state in which the reflector 21 and the beam terminator 22 are located at the first position P1 (FIG. 1).

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 control device 30 determines whether the current optical adjustment is the first optical adjustment. If the relative position R, which is the irradiation position MP of the measurement light MB relative to the irradiation position LP of the processing light LB on the light receiving unit 24 described later, is not stored in the control device 30, the current optical adjustment is the first optical adjustment. In this case (YES in S100), the control device 30 aligns the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W with the irradiation position of the measurement light MB in S102.

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 control device 30 irradiates the processing light LB onto the processing surface of the workpiece (not shown) for adjustment, which is prepared for optical adjustment, to form a microhole. Next, the control device 30 scans the microhole with the measurement light MB while adjusting the angle of the second mirror 11 to change the optical path of the measurement light MB, and derives the lowest point of the microhole, i.e., the position where the optical path length of the measurement light MB is the longest, from the measurement result of the measurement processing unit 4. The lowest point of the microhole corresponds to the irradiation position of the processing light LB. The control device 30 adjusts the angle of the second mirror 11 to match the irradiation position of the measurement light MB to the lowest point of the microhole, thereby matching the irradiation position of the processing light LB on the workpiece for adjustment with the irradiation position of the measurement light MB. As a result, the irradiation position of the processing light LB on the actual workpiece W matches the irradiation position of the measurement light MB.

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 control device 30 moves the reflector 21 and the beam terminator 22 to the second position P2 (FIG. 2). The transmitted light of the processing light LB is terminated by the beam terminator 22. Meanwhile, the reflected light of the processing light LB and the measurement light MB are reflected by the reflector 21, converged by the second lens 23, and irradiated to the light receiving unit 24.

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 light receiving unit 24 does not match the irradiation position MP of the measurement light MB (Figure 4). This is because, even if the irradiation position of the processing light LB and the irradiation position of the measurement light MB on the workpiece W are aligned, the processing light LB and the measurement light MB have different wavelengths as described above, and therefore the optical axis of the processing light LB and the optical axis of the measurement light MB do not match due to the influence of chromatic aberration of the first lens 9. Furthermore, the reflected light, which is the processing light LB irradiated to the light receiving unit 24, and the measurement light MB are converged by the second lens 23, which has a different chromatic aberration from the first lens 9. For these reasons, the irradiation position LP of the reflected light on the light receiving unit 24 does not match the irradiation position MP of the measurement light MB.

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 light receiving unit 24 at this time (i.e., the deviation between the irradiation position LP of the reflected light and the irradiation position MP of the measurement light MB), is the relative position R in the light receiving unit 24 when the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W and the irradiation position of the measurement light MB are aligned.

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 light receiving unit 24. Note that the relative position R in the light receiving unit 24 correlates with the relative position of the optical axis of the measurement light MB with respect to the optical axis of the processing light LB. In other words, the light receiving unit 24 indirectly derives the relative position of the optical axis of the measurement light MB with respect to the optical axis of the processing light LB. The measurement result of the light receiving unit 24 is output to the control device 30.

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 control device 30 derives and stores 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 at the light receiving unit 24 at this time, from the measurement result of the light receiving unit 24 as the relative position R at the light receiving unit 24 when the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W and the irradiation position of the measurement light MB are aligned.

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 control device 30 moves the reflector 21 and the beam terminator 22 to the first position P1 and ends the program. After this, the workpiece W is processed. The control device 30 executes the program at a predetermined timing (for example, every predetermined time (10 seconds)) in order to perform optical adjustments during processing.

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 control device 30 restarts the program, it determines in S100 whether the current optical adjustment is the first optical adjustment. If the above-mentioned relative position R is stored in the control device 30, the current optical adjustment is the second or subsequent optical adjustment. In this case (NO in S100), the control device 30 moves the reflector 21 and the beam terminator 22 to the second position P2 (Figure 2) in S110. As a result, as described above, the processing light LB and the measurement light MB are reflected by the reflector 21, converged by the second lens 23, and irradiated to the light receiving unit 24.

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 light receiving unit 24 and the irradiation position MP of the measurement light MB (the irradiation position MP of the measurement light MB before adjustment) have shifted since the first optical adjustment (Figure 5). In other words, the relative position R on the light receiving unit 24 is different from the relative position R derived by the control device 30.

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 processing head 2 and the fixing members that fix the components rise, causing thermal deformation of the fixing members and thus displacement of the components, which changes the optical path of the processing light LB and the optical path of the measurement light MB. Note that at this time, when the reflector 21 and the beam terminator 22 are located at the first position P1, the angles of incidence of the processing light LB and the measurement light MB to the first lens 9, and therefore the irradiation positions of the processing light LB and the measurement light MB on the workpiece W, also change.

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 control device 30 adjusts the relative position R in the light receiving unit 24 based on the derived relative position R. Specifically, the control device 30 adjusts the angle of the second mirror 11 to change the optical path of the measurement light MB, thereby displacing the irradiation position MP of the measurement light MB in the light receiving unit 24 so that the relative position R in the light receiving unit 24 becomes the derived relative position R. As a result, the adjusted relative position R, which is the irradiation position MP of the measurement light MB after adjustment relative to the irradiation position LP of the reflected light in the light receiving unit 24, coincides with the derived relative position R (FIG. 5).

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 control device 30 moves the reflector 21 and the beam terminator 22 to the first position P1. This causes the processing light LB and the measurement light MB to be irradiated onto the workpiece W. At this time, since the relative position R in the light receiving unit 24 has been adjusted, the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W and the irradiation position of the measurement light MB are aligned.

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 control device 30 can easily perform optical adjustments. Furthermore, compared to scanning the measurement light MB to derive the irradiation position of the measurement light MB corresponding to the lowest point of the microhole, the control device 30 can more accurately derive the irradiation position of the measurement light MB relative to the irradiation position of the processing light LB when deriving the irradiation position MP of the measurement light MB relative to the irradiation position LP of the processing light LB on the light receiving unit 24. Therefore, the control device 30 can highly accurately align the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W with the irradiation position of the measurement light MB. Furthermore, in the second optical adjustment, it is not necessary to prepare a workpiece for adjustment.

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 laser processing device 1 includes a laser oscillator 5 that emits processing light LB to the workpiece W, a measurement unit 3 that emits measurement light MB for measuring the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W, a relative position derivation unit 20 that derives the relative position of the optical axis of the measurement light MB to the optical axis of the processing light LB, and a second mirror 11 that changes the optical path of the measurement light MB based on the relative position R derived by the relative position derivation unit 20.

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 laser processing device 1 further includes a first mirror 8 and a second mirror 11 that reflect the measurement light MB toward the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W, and a first lens 9 that is disposed between the first mirror 8 and the second mirror 11 and the workpiece W and that converges the processing light LB and the measurement light MB on the workpiece W. The relative position derivation unit 20 is disposed between the first mirror 8 and the second mirror 11 and the first lens 9.

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 position derivation unit 20 to derive the relative position of the optical axis of the measurement light MB with respect to the optical axis of the processing light LB, including the effect of changes in the optical path of the measurement light MB caused by the displacement of the first mirror 8 and the second mirror 11.

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 position derivation unit 20 also includes a reflector 21 that reflects the processing light LB and the measurement light MB in a direction other than the direction toward the workpiece W, and a light receiving unit 24 that receives the processing light LB and the measurement light MB reflected by the reflector 21. The relative position R is derived based on the irradiation position LP of the processing light LB and the irradiation position MP of the measurement light MB on the light receiving unit 24.

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 portion 21 is set to be equal to or lower than a predetermined value.

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 light receiving unit 24 and the intensity of the measurement light MB to be within a predetermined range, so that the irradiation position MP of the measurement light MB relative to the irradiation position LP of the reflected light can be easily derived using a single light receiving unit 24, without using multiple light receiving units 24. This is because, if either the intensity of the reflected light or the intensity of the measurement light MB falls outside the predetermined range, a light receiving unit 24 corresponding to each intensity is required.

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 laser processing device 1 further includes a measurement processing unit 4 that measures the depth of the processing point WP. The second mirror 11 changes the optical path of the measurement light MB so as to match the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W with the irradiation position of the measurement light MB based on the depth of the processing point WP measured by the measurement processing unit 4, and changes the optical path of the measurement light MB based on the relative position R derived by the relative position derivation unit 20 when the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W and the irradiation position of the measurement light MB are aligned.

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 measurement processing unit 4 is an interferometer that measures the length of the optical path of the measurement light MB based on the waveform that is generated by interference between the measurement light MB and the light reflected by the workpiece W.

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 laser processing device 1 to accurately derive the irradiation position of the measurement light MB on the workpiece W.

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 control device 30, but each step of the flowchart in FIG. 3 may be executed by a user of the laser processing device 1. In this case, the control device 30 includes a display unit (not shown) that displays the relative position R in the light receiving unit 24, and an operation unit (not shown) that allows the user to switch the positions of the reflecting unit 21 and the beam terminator 22 and adjust the angle of the second mirror 11.

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 light receiving unit 24 is adjusted by displacing the irradiation position MP of the measurement light MB in the light receiving unit 24. Alternatively, the relative position R in the light receiving unit 24 may be adjusted by displacing the irradiation position LP of the reflected light in the light receiving unit 24. In this case, for example, an angle adjustment mechanism may be arranged in the processing light inlet 7, and the control device 30 may control this angle adjustment mechanism to change the optical path of the processing light LB. Note that angle adjustment mechanisms may be arranged in both the second mirror 11 and the processing light inlet 7, and the control device 30 may control both angle adjustment mechanisms to change the optical path of the processing light LB and the optical path of the measurement light MB to adjust the relative position R in the light receiving unit 24. The angle adjustment mechanism arranged in the second mirror 11 may also be arranged in the measurement light inlet 6. Furthermore, each angle adjustment mechanism may be controlled by the control device 30 or may be manual.

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 position derivation unit 20 includes one reflector 21, but may include multiple reflectors. In this case, as shown in FIG. 6, the relative position derivation unit 20 may include a first reflector 21a that moves between the first position P1 and the second position P2, and a second reflector 21b that reflects the reflected light and measurement light MB reflected by the first reflector 21a toward the second lens 23 and the light receiving unit 24. In this case, multiple beam terminators 22 are provided to correspond to the number of reflectors 21. The transmitted light transmitted from the first reflector 21a is terminated by the first beam terminator 22a. The transmitted light transmitted through the second reflector 21b is terminated by the second beam terminator 22b. In this way, by providing multiple reflectors 21, the intensity of the reflected light and the intensity of the measurement light MB can be adjusted within a predetermined range even when the intensity of the processing light LB and the intensity of the measurement light MB are relatively large.

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 unit 21 uses a mirror that splits the processing light LB into transmitted light and reflected light, but in addition to this, a mirror that totally reflects the processing light LB may be provided. In this case, the beam terminator 22 may not be provided.

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 unit 21, pass through the second lens 23, and then irradiated to the light receiving unit 24. Alternatively, the processing light LB and the measurement light MB may pass through the second lens 23, be reflected by the reflecting unit 21, and then be irradiated to the light receiving unit 24. In this case, the second lens 23 is arranged to be movable. With this, even if a second lens 23 with a long focal length is selected, the optical paths of the reflected light and the measurement light MB are bent, so that the size of the relative position derivation unit 20 can be prevented from increasing.

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 position derivation unit 20 may also be composed of two light receiving units (not shown). The first light receiving unit is disposed between the processing light inlet 7 and the first mirror 8 in the second optical adjustment, and the processing light LB is irradiated to the first light receiving unit. The second light receiving unit is disposed between the collimator lens 10 and the second mirror 11 in the second optical adjustment, and the measurement light MB is irradiated to the second light receiving unit. The center of the processing light LB irradiated to the first light receiving unit corresponds to the optical axis of the processing light. Also, the center of the measurement light irradiated to the second light receiving unit corresponds to the optical axis of the measurement light MB. Therefore, the control device 30 can directly derive the relative position of the optical axis of the measurement light MB to the optical axis of the processing light LB based on the center position of the processing light LB irradiated to the first light receiving unit and the center position of the measurement light MB irradiated to the second light receiving unit. In this case, the control device 30 controls the angle adjustment mechanism arranged in the measurement light inlet 6 to adjust the angle of the measurement light inlet 6 and change the optical path of the measurement light MB.

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 portion 21 is formed in a plate shape, but it may have a shape other than a plate shape as long as the portion that reflects the processing light LB and the measurement light MB is planar.

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 position derivation unit 20 is also provided with a beam terminator 22, but alternatively, if the intensity of the transmitted light is relatively small, the beam terminator 22 may not be provided.

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 unit 21 also totally reflects the measurement light MB, but instead, the reflectance may be set to separate the measurement light MB into reflected light and transmitted light. In this case, the relative position R at the light receiving unit 24 can be derived in real time while the workpiece W is being processed, so that the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W and the irradiation position of the measurement light MB can be aligned in real time while the workpiece W is being processed.

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 laser processing device 1 described above can meet this required accuracy.

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 plate member 140 in which a slit 141 is formed and a power meter 150 that detects the intensity of the processing light LB.

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 control device 30 changes the optical path of the processing light LB so that the processing light LB scans the slit 141, and detects the change in intensity of the processing light LB using the power meter 150. Based on this detected change in intensity of the processing light LB, the control device 30 adjusts the relative position of the optical path of the processing light LB with respect to the slit 141. Similarly, the control device 30 adjusts the relative position of the optical path of the measurement light MB with respect to the slit 141 to align the irradiation position of the processing light LB on the workpiece W with the irradiation position of the measurement light MB.

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 first mirror 8 and the second mirror 11, but it goes without saying that the number of mirrors is not limited to this. For example, the number of mirrors may be two or more. The position of the measurement light inlet 6 may also be changed to reduce the number of mirrors to one. In this case, for example, the measurement light inlet 6 and the collimating lens 10 may be positioned to the right of the first mirror 8, and the only mirror may be the first mirror 8. In this case, an angle adjustment mechanism may be provided on the first mirror 8.

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 first mirror 8 has the property of transmitting the processing light LB and reflecting the measurement light MB, but instead, it may have the property of transmitting the measurement light MB and reflecting the processing light LB. In this case, for example, the processing light LB is incident on the first mirror 8 from the right, and the measurement light MB is incident on the first mirror 8 from above. The first mirror 8 may have the property of reflecting both the processing light LB and the measurement light MB. In this case, for example, the processing light LB and the measurement light MB are incident on the first mirror 8 from the right. In this way, the first mirror reflects at least one of the processing light LB and the measurement light MB toward the workpiece W.

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 Laser processing device 2 Processing head 3 Measurement unit (measurement light emission unit)
4. Measurement processing section (measurement section)
5 Laser oscillator (laser light emission unit)
6 Measurement light inlet 7 Processing light inlet 8 First mirror (mirror)
9 First lens (lens)
10 Collimator lens 11 Second mirror (optical path changing section, mirror)
20 Relative position derivation section 21 Reflection section 22 Beam terminator 23 Second lens 24 Light receiving section 30 Control device LB Processing light LP Irradiation position of processing light on light receiving section MB Measurement light MP Irradiation position of measurement light on light receiving section R Relative position W Workpiece

Claims (7)

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、
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.
前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方を前記被加工物に向けて反射させるミラーと、
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.
前記相対位置導出部は、
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.
前記反射部の前記レーザ光の反射率は、所定値以下となるように設定されている、
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.
前記相対位置導出部は、前記反射部を複数備えている、
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.
前記測定部は、前記被加工物が前記測定光を反射した光と、前記測定光とが干渉することにより生じる波形に基づいて前記測定光の光路の長さを測定する干渉計である、
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.
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、
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.
JP2020140886A 2020-08-19 2020-08-24 Laser processing apparatus and optical adjustment method for laser processing apparatus Active JP7489664B2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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