JPH04237587A - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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- JPH04237587A JPH04237587A JP3004316A JP431691A JPH04237587A JP H04237587 A JPH04237587 A JP H04237587A JP 3004316 A JP3004316 A JP 3004316A JP 431691 A JP431691 A JP 431691A JP H04237587 A JPH04237587 A JP H04237587A
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- laser beam
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- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 32
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- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 2
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工装置に関し
、特に、加工目的に応じた最適な品質を有するレーザ光
を容易かつ正確に得ることができるレーザ加工装置に関
するものである。
、特に、加工目的に応じた最適な品質を有するレーザ光
を容易かつ正確に得ることができるレーザ加工装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図2〜図7に従って、従来のレーザ加工
装置におけるレーザ光の断面形状等の品質を調整する構
成について説明する。図2において、レーザ発振器1か
ら出力されたレーザ光2は、ビームエキスパンダ3によ
り、そのビーム径が拡大されるように構成される。ビー
ムエキスパンダ3は、凹レンズ4と凸レンズ5からなる
。凸レンズ5は、その位置を光路方向6に変更できるよ
うに、位置調整装置7が設けられる。位置調整装置7で
凸レンズ5を移動させ、凹レンズ4と凸レンズ5の距離
を変更すると、レーザ光2のビーム断面の径を変えるこ
とができる。ビームエキスパンダ3から出力されたレー
ザ光2は、ベンディングミラー8でその進路を曲げられ
る。次いで、レーザ光2は、集光レンズ9で集光された
後に、集光状態でワーク10の加工面に照射される。 集光レンズ9についても、位置調整装置11が設けられ
、その位置を光路方向12にて調整することができる。 ワーク10は、Xテーブル13とYテーブル14からな
る加工テーブルの上に配置される。Xテーブル13は、
X方向への移動を行うためのモータ13aを備え、Yテ
ーブル14はY方向への移動を行うためのモータ14a
を備える。Xテーブル13とYテーブル14により、ワ
ーク10の加工面に2次元の軌跡を自由に描くことがで
きる。レーザ発振器1とビームエキスパンダ3との間に
は、機械的な構成を有するシャッタ15が配設される。 このシャッタ15は、そのシャッタ駆動装置16により
、Xテーブル13とYテーブル14の各移動動作に同期
して開閉動作が行われ、所定のタイミングで、レーザ発
振器1から出力したレーザ光2を、ワーク10へ送給す
る。ワーク10の加工面では、図3に示されるように、
軌跡17に沿ってレーザ光2を照射することができる。 以上の構成において、位置調整装置7,11、テーブル
用モータ13a,14a、シャッタ駆動装置16のそれ
ぞれの動作は、コントローラ18により制御される。な
お、19はビームダンパである。
装置におけるレーザ光の断面形状等の品質を調整する構
成について説明する。図2において、レーザ発振器1か
ら出力されたレーザ光2は、ビームエキスパンダ3によ
り、そのビーム径が拡大されるように構成される。ビー
ムエキスパンダ3は、凹レンズ4と凸レンズ5からなる
。凸レンズ5は、その位置を光路方向6に変更できるよ
うに、位置調整装置7が設けられる。位置調整装置7で
凸レンズ5を移動させ、凹レンズ4と凸レンズ5の距離
を変更すると、レーザ光2のビーム断面の径を変えるこ
とができる。ビームエキスパンダ3から出力されたレー
ザ光2は、ベンディングミラー8でその進路を曲げられ
る。次いで、レーザ光2は、集光レンズ9で集光された
後に、集光状態でワーク10の加工面に照射される。 集光レンズ9についても、位置調整装置11が設けられ
、その位置を光路方向12にて調整することができる。 ワーク10は、Xテーブル13とYテーブル14からな
る加工テーブルの上に配置される。Xテーブル13は、
X方向への移動を行うためのモータ13aを備え、Yテ
ーブル14はY方向への移動を行うためのモータ14a
を備える。Xテーブル13とYテーブル14により、ワ
ーク10の加工面に2次元の軌跡を自由に描くことがで
きる。レーザ発振器1とビームエキスパンダ3との間に
は、機械的な構成を有するシャッタ15が配設される。 このシャッタ15は、そのシャッタ駆動装置16により
、Xテーブル13とYテーブル14の各移動動作に同期
して開閉動作が行われ、所定のタイミングで、レーザ発
振器1から出力したレーザ光2を、ワーク10へ送給す
る。ワーク10の加工面では、図3に示されるように、
軌跡17に沿ってレーザ光2を照射することができる。 以上の構成において、位置調整装置7,11、テーブル
用モータ13a,14a、シャッタ駆動装置16のそれ
ぞれの動作は、コントローラ18により制御される。な
お、19はビームダンパである。
【0003】以上において、ワーク10の加工面で、レ
ーザ光2のエネルギ密度を制御することにより、レーザ
光2を用いて切断から表面熱処理間での種々の熱処理を
行うことが可能となる。レーザ光2のビーム断面形状や
エネルギ密度等の制御は、加工用光学系における位置調
整装置7,11によって行われる。
ーザ光2のエネルギ密度を制御することにより、レーザ
光2を用いて切断から表面熱処理間での種々の熱処理を
行うことが可能となる。レーザ光2のビーム断面形状や
エネルギ密度等の制御は、加工用光学系における位置調
整装置7,11によって行われる。
【0004】従来のレーザ加工装置において、特にレー
ザ光でワークを切断する場合には、エネルギ密度を高く
し、かつ切断幅の狭い切断加工が要求される。そこで、
位置調整装置11で集光レンズ9の位置を変化させ、ワ
ーク10の加工面に集光レンズ9の焦点が位置するよう
に、制御を行う必要がある。
ザ光でワークを切断する場合には、エネルギ密度を高く
し、かつ切断幅の狭い切断加工が要求される。そこで、
位置調整装置11で集光レンズ9の位置を変化させ、ワ
ーク10の加工面に集光レンズ9の焦点が位置するよう
に、制御を行う必要がある。
【0005】また、ビームエキスパンダ3では、図4に
示すように、位置調整装置7で凸レンズ5の位置を変化
させることにより、距離Lを変化させることができる。 図4(A)〜(C)に示す如く、距離Lを変えることに
より、集光レンズ5に入射されるレーザ光2の拡がり角
θを変化させる。図4(A)ではθ=θa>0、図4(
B)ではθ=0、図4(C)ではθ=θb<0となって
いる。図4(B)の場合、平行ビームで集光レンズ9に
入射させると、集光レンズ9の焦点距離Fの位置にある
ワーク10の加工面で焦点を結ぶことになる。これ以外
の場合には、図4(A)または(C)で明らかなように
、レーザ光2は集光レンズ9の焦点位置に集光せず、ワ
ーク10の加工面から外れることになる。一般的に、図
4(B)に示された位置的関係の条件を満足すれば、レ
ーザ発振器1から出力されたレーザ光2は、必ずワーク
10の加工面で一点に集束することになる。
示すように、位置調整装置7で凸レンズ5の位置を変化
させることにより、距離Lを変化させることができる。 図4(A)〜(C)に示す如く、距離Lを変えることに
より、集光レンズ5に入射されるレーザ光2の拡がり角
θを変化させる。図4(A)ではθ=θa>0、図4(
B)ではθ=0、図4(C)ではθ=θb<0となって
いる。図4(B)の場合、平行ビームで集光レンズ9に
入射させると、集光レンズ9の焦点距離Fの位置にある
ワーク10の加工面で焦点を結ぶことになる。これ以外
の場合には、図4(A)または(C)で明らかなように
、レーザ光2は集光レンズ9の焦点位置に集光せず、ワ
ーク10の加工面から外れることになる。一般的に、図
4(B)に示された位置的関係の条件を満足すれば、レ
ーザ発振器1から出力されたレーザ光2は、必ずワーク
10の加工面で一点に集束することになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ発振
器1から出力されるレーザ光2は、一般的に、図4に示
す如き平行ビームではなく、最初から或る拡がり角度を
有している。さらに、レーザ発振器1から出力されるレ
ーザ光2の拡がり角は、出力レベルに応じても、変化す
る。このため、凸レンズ5や集光レンズ9の位置が図4
(B)の位置関係を満足するように設定されていても、
レーザ光2はワーク10の加工面で一点に集束せず、外
れることになる。実際に、ワーク10の加工面に焦点が
来るようにするためには、凸レンズ5および集光レンズ
9を、それぞれの位置調整装置7,11で適宜に移動さ
せて、ワーク10の加工面でレーザ光2が一点に集束す
るように調整する必要がある。
器1から出力されるレーザ光2は、一般的に、図4に示
す如き平行ビームではなく、最初から或る拡がり角度を
有している。さらに、レーザ発振器1から出力されるレ
ーザ光2の拡がり角は、出力レベルに応じても、変化す
る。このため、凸レンズ5や集光レンズ9の位置が図4
(B)の位置関係を満足するように設定されていても、
レーザ光2はワーク10の加工面で一点に集束せず、外
れることになる。実際に、ワーク10の加工面に焦点が
来るようにするためには、凸レンズ5および集光レンズ
9を、それぞれの位置調整装置7,11で適宜に移動さ
せて、ワーク10の加工面でレーザ光2が一点に集束す
るように調整する必要がある。
【0007】ワーク10の加工面にレーザ光2の集束点
が来ているか否かというということは、従来では、図5
および図6に示す如く、ワークサンプル20に実際に加
工用光学系で集束させたレーザ光2を照射させて、その
加工を行い、形成された穴21の径を観測して判断する
。この調整作業では、ワークサンプル20に形成される
穴21の径が最小になるように、集光レンズ9または凸
レンズ5の位置を調整する。かかる調整作業は、レーザ
加工作業の最中において、レーザ発振器1の出力レベル
が変動するたびに、行わなければならない。以上のワー
ク加工面における焦点位置合せの調整方法では、実際に
、ワークを加工しなければならず、非常に時間を要し、
手間がかかるものであった。
が来ているか否かというということは、従来では、図5
および図6に示す如く、ワークサンプル20に実際に加
工用光学系で集束させたレーザ光2を照射させて、その
加工を行い、形成された穴21の径を観測して判断する
。この調整作業では、ワークサンプル20に形成される
穴21の径が最小になるように、集光レンズ9または凸
レンズ5の位置を調整する。かかる調整作業は、レーザ
加工作業の最中において、レーザ発振器1の出力レベル
が変動するたびに、行わなければならない。以上のワー
ク加工面における焦点位置合せの調整方法では、実際に
、ワークを加工しなければならず、非常に時間を要し、
手間がかかるものであった。
【0008】さらに、ワーク加工面におけるレーザ光の
エネルギ分布は加工に大きく影響するので、エネルギ分
布も、適切に調整されなければならない。例えば、図7
に示すビームプロファイル(この例では、x軸方向のレ
ーザ光のエネルギ分布である)において、(A)の如く
対称でかつ偏差が小さい分布の場合には、狭い切断幅が
得られ、穴あけには都合が良い。しかしながら、(B)
の如く非対称でかつ偏差が大きい分布の場合には、切断
幅が広くなり、穴あけの場合には、真円度の精度が非常
に悪くなるという不具合を有している。
エネルギ分布は加工に大きく影響するので、エネルギ分
布も、適切に調整されなければならない。例えば、図7
に示すビームプロファイル(この例では、x軸方向のレ
ーザ光のエネルギ分布である)において、(A)の如く
対称でかつ偏差が小さい分布の場合には、狭い切断幅が
得られ、穴あけには都合が良い。しかしながら、(B)
の如く非対称でかつ偏差が大きい分布の場合には、切断
幅が広くなり、穴あけの場合には、真円度の精度が非常
に悪くなるという不具合を有している。
【0009】本発明の目的は、ワーク加工面におけるレ
ーザ光のスポット径およびエネルギ分布を画像情報とし
て得ることができ、これを利用してスポット径およびエ
ネルギ分布を、容易、正確かつ短時間に、加工目的に応
じた最適な状態に調整することを企図したレーザ加工装
置を提供することにある。
ーザ光のスポット径およびエネルギ分布を画像情報とし
て得ることができ、これを利用してスポット径およびエ
ネルギ分布を、容易、正確かつ短時間に、加工目的に応
じた最適な状態に調整することを企図したレーザ加工装
置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1のレー
ザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ発振器と、レ
ーザ光をワークの加工面まで誘導すると共にその途中に
加工面におけるレーザ光のビーム品質を調整するための
調整機構部を備えた加工用光学系と、ワークを配設する
加工テーブルとからなるレーザ加工装置であり、レーザ
発振器から出力されるレーザ光の一部を取出す光学系で
あって加工用光学系と同じ構成を有しかつ同期がとられ
たモニタ用の光学系を有し、このモニタ用光学系で取出
されたレーザ光を入力して電気信号に変換する光電変換
器と、光電変換器で取出されたレーザ光のビーム断面の
エネルギ分布を表示する画像処理・表示装置とを備え、
画像処理・表示装置で表示されるレーザ光の断面に関す
る画像を参照しながら、モニタ用光学系の調整機構部を
調整し、この調整に基づき加工用に用いられるレーザ光
のビーム品質を調整するようにしたことを特徴とする。
ザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ発振器と、レ
ーザ光をワークの加工面まで誘導すると共にその途中に
加工面におけるレーザ光のビーム品質を調整するための
調整機構部を備えた加工用光学系と、ワークを配設する
加工テーブルとからなるレーザ加工装置であり、レーザ
発振器から出力されるレーザ光の一部を取出す光学系で
あって加工用光学系と同じ構成を有しかつ同期がとられ
たモニタ用の光学系を有し、このモニタ用光学系で取出
されたレーザ光を入力して電気信号に変換する光電変換
器と、光電変換器で取出されたレーザ光のビーム断面の
エネルギ分布を表示する画像処理・表示装置とを備え、
画像処理・表示装置で表示されるレーザ光の断面に関す
る画像を参照しながら、モニタ用光学系の調整機構部を
調整し、この調整に基づき加工用に用いられるレーザ光
のビーム品質を調整するようにしたことを特徴とする。
【0011】本発明に係る第2のレーザ加工装置は、前
記第1の構成において、モニタ用光学系の調整機構部と
加工用光学系の調整機構部との間で、モニタ用光学系の
調整機構部で調整操作を行うと、この調整操作に対応し
て、加工用光学系の調整機構部で調整動作が自動的に行
われることを特徴とする。
記第1の構成において、モニタ用光学系の調整機構部と
加工用光学系の調整機構部との間で、モニタ用光学系の
調整機構部で調整操作を行うと、この調整操作に対応し
て、加工用光学系の調整機構部で調整動作が自動的に行
われることを特徴とする。
【0012】本発明に係る第3のレーザ加工装置は、前
記第1の構成において、モニタ用光学系の調整機構部と
加工用光学系の調整機構部との間で、加工用光学系の調
整機構部で調整操作を行うと、この調整操作に対応して
、モニタ用光学系の調整機構部で調整動作が自動的に行
われることを特徴とする。
記第1の構成において、モニタ用光学系の調整機構部と
加工用光学系の調整機構部との間で、加工用光学系の調
整機構部で調整操作を行うと、この調整操作に対応して
、モニタ用光学系の調整機構部で調整動作が自動的に行
われることを特徴とする。
【0013】本発明に係る第4のレーザ加工装置は、前
記第1〜第3のいずれかの構成において、最初の光学系
の調整機構部における調整操作は、操作者による人為的
な調整によるものであることを特徴とする。
記第1〜第3のいずれかの構成において、最初の光学系
の調整機構部における調整操作は、操作者による人為的
な調整によるものであることを特徴とする。
【0014】本発明に係る第5のレーザ加工装置は、前
記第1〜第3のいずれかの構成において、最初の光学系
の調整機構部における調整操作は、画像処理・表示装置
の記憶手段に予め用意される基準データに従い、この基
準データと画像データとの比較に基づくデータ処理によ
り自動的に行われる調整によるものであることを特徴と
する。
記第1〜第3のいずれかの構成において、最初の光学系
の調整機構部における調整操作は、画像処理・表示装置
の記憶手段に予め用意される基準データに従い、この基
準データと画像データとの比較に基づくデータ処理によ
り自動的に行われる調整によるものであることを特徴と
する。
【0015】
【作用】本発明によるレーザ加工装置では、レーザ発振
器から出力されるレーザ光を、分岐部である分光ミラー
で、加工用レーザ光とモニタ用レーザ光に分け、さらに
、モニタ用レーザ光を、加工用光学系と同一の構成を有
しかつ移動部分が同期して移動するモニタ用光学系に通
し、画像処理・表示装置で、ワーク加工面における加工
用レーザ光の品質を、モニタTVで画像情報として間接
的に得ることができる。そして、モニタ光学系でモニタ
用レーザ光のビーム品質を、加工目的に応じて、調整す
ると、加工用光学系で同期して調整動作が行われ、加工
用レーザ光についても、自動的に所望のビーム品質を得
ることができる。ビーム品質の調整は、加工用光学系に
おける調整操作を優先させることもできる。さらに、最
初の光学系の調整操作は、人為的に、または自動的に行
い得る。
器から出力されるレーザ光を、分岐部である分光ミラー
で、加工用レーザ光とモニタ用レーザ光に分け、さらに
、モニタ用レーザ光を、加工用光学系と同一の構成を有
しかつ移動部分が同期して移動するモニタ用光学系に通
し、画像処理・表示装置で、ワーク加工面における加工
用レーザ光の品質を、モニタTVで画像情報として間接
的に得ることができる。そして、モニタ光学系でモニタ
用レーザ光のビーム品質を、加工目的に応じて、調整す
ると、加工用光学系で同期して調整動作が行われ、加工
用レーザ光についても、自動的に所望のビーム品質を得
ることができる。ビーム品質の調整は、加工用光学系に
おける調整操作を優先させることもできる。さらに、最
初の光学系の調整操作は、人為的に、または自動的に行
い得る。
【0016】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図1に基づいて説
明する。図1は、本発明に係るレーザ加工装置のブロッ
ク構成図である。図1において、前述したレーザ加工装
置の要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付す
ものとする。
明する。図1は、本発明に係るレーザ加工装置のブロッ
ク構成図である。図1において、前述したレーザ加工装
置の要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付す
ものとする。
【0017】図1を参照して、レーザ加工装置の加工用
系統を、再度、概説的に説明する。レーザ発振器1から
出力されたレーザ光2は、シャッタ15が開いている時
には、凹レンズ4と凸レンズ5とからなるビームエキス
パンダ3を通過し、ベンディングミラー8によって反射
され、集光レンズ9を通過し、ワーク10に誘導される
。ワーク10は、Xテーブル13とYテーブル14から
なる加工テーブルの上に配置されている。ワーク10の
加工面におけるレーザ光の集束状態は、すなわちビーム
径のスポット径やエネルギ分布等は、位置調整装置7に
より凸レンズ5の位置を調整することにより、または位
置調整装置11により集光レンズ9の位置を調整するこ
とにより、それぞれ適宜に調整することができる。シャ
ッタ15の開閉動作は、シャッタ駆動装置16により行
われる。シャッタ15が光路を閉じる時には、レーザ光
2はビームダンパ19の方向に送られる。また制御装置
としては、コントローラ18が配設され、このコントロ
ーラ18は、凸レンズ5の位置調整装置7、集光レンズ
9の位置調整装置11、シャッタ15の駆動装置16の
動作を制御する。31は指令信号を伝送するバス、32
は駆動信号を伝送する信号ラインである。
系統を、再度、概説的に説明する。レーザ発振器1から
出力されたレーザ光2は、シャッタ15が開いている時
には、凹レンズ4と凸レンズ5とからなるビームエキス
パンダ3を通過し、ベンディングミラー8によって反射
され、集光レンズ9を通過し、ワーク10に誘導される
。ワーク10は、Xテーブル13とYテーブル14から
なる加工テーブルの上に配置されている。ワーク10の
加工面におけるレーザ光の集束状態は、すなわちビーム
径のスポット径やエネルギ分布等は、位置調整装置7に
より凸レンズ5の位置を調整することにより、または位
置調整装置11により集光レンズ9の位置を調整するこ
とにより、それぞれ適宜に調整することができる。シャ
ッタ15の開閉動作は、シャッタ駆動装置16により行
われる。シャッタ15が光路を閉じる時には、レーザ光
2はビームダンパ19の方向に送られる。また制御装置
としては、コントローラ18が配設され、このコントロ
ーラ18は、凸レンズ5の位置調整装置7、集光レンズ
9の位置調整装置11、シャッタ15の駆動装置16の
動作を制御する。31は指令信号を伝送するバス、32
は駆動信号を伝送する信号ラインである。
【0018】上記構成を有するレーザ加工装置の加工用
系統に対して、本発明のモニタ用の系統が付加される。 次に、モニタ用の系統について説明する。レーザ発振器
1の出力部とシャッタ15との間の光路に、分光ミラー
33が配設され、この分光ミラー33で、レーザ発振器
1から出力されたレーザ光2が2Aと2Bに分岐される
。分岐されたレーザ光2Bはモニタ用のサンプル光とし
て用いられ、レーザ光2Aは加工用のレーザ光として用
いられる。レーザ光2Bの割合は、レーザ光2の例えば
4%程度である。サンプルのレーザ光2Bは、第2のビ
ームエキスパンダ34によって、そのビーム径が拡大さ
れる。ビームエキスパンダ34は凹レンズ35と、位置
調整装置37を備える凸レンズ36とから構成される。 ビームエキスパンダ34は、前述した加工用系統の第1
のビームエキスパンダ3と同一の構成を有し、同一の作
用を発揮する。ビームエキスパンダ34を通ったレーザ
光は、ビームサンプラ38でさらに減光され、集光レン
ズ39で集光されて、2次元の入射部を有する固体撮像
素子40に照射される。集光レンズ39は位置調整装置
41を備え、前記の集光レンズ9と同一の構成を有して
いる。
系統に対して、本発明のモニタ用の系統が付加される。 次に、モニタ用の系統について説明する。レーザ発振器
1の出力部とシャッタ15との間の光路に、分光ミラー
33が配設され、この分光ミラー33で、レーザ発振器
1から出力されたレーザ光2が2Aと2Bに分岐される
。分岐されたレーザ光2Bはモニタ用のサンプル光とし
て用いられ、レーザ光2Aは加工用のレーザ光として用
いられる。レーザ光2Bの割合は、レーザ光2の例えば
4%程度である。サンプルのレーザ光2Bは、第2のビ
ームエキスパンダ34によって、そのビーム径が拡大さ
れる。ビームエキスパンダ34は凹レンズ35と、位置
調整装置37を備える凸レンズ36とから構成される。 ビームエキスパンダ34は、前述した加工用系統の第1
のビームエキスパンダ3と同一の構成を有し、同一の作
用を発揮する。ビームエキスパンダ34を通ったレーザ
光は、ビームサンプラ38でさらに減光され、集光レン
ズ39で集光されて、2次元の入射部を有する固体撮像
素子40に照射される。集光レンズ39は位置調整装置
41を備え、前記の集光レンズ9と同一の構成を有して
いる。
【0019】以上の如く、レーザ発振器1から出力され
るレーザ光2に対して、加工用の光学系に対して、分岐
路としてモニタ用の光学系を併設し、レーザ光2の一部
がサンプル光2Bとして取り出される。このモニタ用光
学系は、ビームエキスパンダ34および集光レンズ39
を備え、加工用光学系と同一の構成を有している。なお
、42はビームダンパである。
るレーザ光2に対して、加工用の光学系に対して、分岐
路としてモニタ用の光学系を併設し、レーザ光2の一部
がサンプル光2Bとして取り出される。このモニタ用光
学系は、ビームエキスパンダ34および集光レンズ39
を備え、加工用光学系と同一の構成を有している。なお
、42はビームダンパである。
【0020】固体撮像装置40で捕らえられたレーザ光
2Bのエネルギ分布の画像データは、電気信号に変換さ
れ、画像処理部43に転送され、ここで、ディジタル信
号に変換され、内蔵された画像メモリに格納される。画
像データは、さらにTVモニタ44に伝送され、ここで
画像として表示され、サンプリングしたレーザ光2Bの
エネルギ分布の様子を観察することができる。この画像
は、同時に、加工用のレーザ光2Aのエネルギ分布を表
示するものである。画像処理装置43に蓄積された画像
データは、必要に応じて、データ処理および制御処理を
行うコンピュータ45に転送され、コンピュータ45で
画像データの解析およびこの解析結果に基づく制御指令
の作成等の動作が実行され、その結果を、フロッピーデ
ィスク46に保存したり、CRT47に表示する。
2Bのエネルギ分布の画像データは、電気信号に変換さ
れ、画像処理部43に転送され、ここで、ディジタル信
号に変換され、内蔵された画像メモリに格納される。画
像データは、さらにTVモニタ44に伝送され、ここで
画像として表示され、サンプリングしたレーザ光2Bの
エネルギ分布の様子を観察することができる。この画像
は、同時に、加工用のレーザ光2Aのエネルギ分布を表
示するものである。画像処理装置43に蓄積された画像
データは、必要に応じて、データ処理および制御処理を
行うコンピュータ45に転送され、コンピュータ45で
画像データの解析およびこの解析結果に基づく制御指令
の作成等の動作が実行され、その結果を、フロッピーデ
ィスク46に保存したり、CRT47に表示する。
【0021】分光ミラー33で分岐された2つのレーザ
光2A,2Bは、それぞれ、光学的に同じ構成を有する
加工用光学系とモニタ用光学系を通過し、ワーク10お
よび固体撮像装置40に照射される。この場合において
、加工用光学系とモニタ用光学系の作動部は同期がとら
れており、それぞれの各条件、例えばビームエキスパン
ダ3,34における凹レンズと凸レンズの距離、集光レ
ンズ9,39の位置に関する条件などは全く同じである
。そのため、固体撮像装置40におけるレーザ光2Bの
スポット径および規格化されたエネルギ分布は、ワーク
10の加工面におけるレーザ光2Aのものと実質的に同
じである。
光2A,2Bは、それぞれ、光学的に同じ構成を有する
加工用光学系とモニタ用光学系を通過し、ワーク10お
よび固体撮像装置40に照射される。この場合において
、加工用光学系とモニタ用光学系の作動部は同期がとら
れており、それぞれの各条件、例えばビームエキスパン
ダ3,34における凹レンズと凸レンズの距離、集光レ
ンズ9,39の位置に関する条件などは全く同じである
。そのため、固体撮像装置40におけるレーザ光2Bの
スポット径および規格化されたエネルギ分布は、ワーク
10の加工面におけるレーザ光2Aのものと実質的に同
じである。
【0022】ここで、加工用光学系とモニタ用光学系と
の関係を、具体的に説明する。加工用光学系において、
分光ミラー33と凹レンズ4との距離をL1、凹レンズ
4と凸レンズ5との距離をL2、凸レンズ5と集光レン
ズ9との距離L3、集光レンズ9とワーク10との距離
をL4と、それぞれ定義する。またモニタ用光学系にお
いて、分光ミラー33と凹レンズ35との距離をM1、
凹レンズ35と凸レンズ36との距離をM2、凸レンズ
36と集光レンズ39との距離M3、集光レンズ39と
固体撮像装置40との距離をM4と、それぞれ定義する
。加工用光学系とモニタ用光学系とが同一の構成である
ということは、原則として、L1=M1、L2=M2、
L3=M3、L4=M4の関係が成立し、それぞれ対応
する光学部品が全く同じであることを意味する。したが
って、位置調整装置7と37、位置調整装置11と41
は、それぞれ、同期して動くように構成され、前記距離
の関係を保持するようにしている。この同期関係は、コ
ントローラ18により制御されている。
の関係を、具体的に説明する。加工用光学系において、
分光ミラー33と凹レンズ4との距離をL1、凹レンズ
4と凸レンズ5との距離をL2、凸レンズ5と集光レン
ズ9との距離L3、集光レンズ9とワーク10との距離
をL4と、それぞれ定義する。またモニタ用光学系にお
いて、分光ミラー33と凹レンズ35との距離をM1、
凹レンズ35と凸レンズ36との距離をM2、凸レンズ
36と集光レンズ39との距離M3、集光レンズ39と
固体撮像装置40との距離をM4と、それぞれ定義する
。加工用光学系とモニタ用光学系とが同一の構成である
ということは、原則として、L1=M1、L2=M2、
L3=M3、L4=M4の関係が成立し、それぞれ対応
する光学部品が全く同じであることを意味する。したが
って、位置調整装置7と37、位置調整装置11と41
は、それぞれ、同期して動くように構成され、前記距離
の関係を保持するようにしている。この同期関係は、コ
ントローラ18により制御されている。
【0023】上記構成を有するレーザ加工装置の実際の
調整動作を説明する。レーザ加工装置で加工を行うとき
、レーザ発振器1から出力されるレーザ光2について、
ワーク10の加工面におけるレーザ光のスポット径等の
状態を、前記加工の目的に応じて適宜に調整する。 レーザ光2から分岐されたレーザ光2Bのスポット径等
の状態は、固体撮像装置40と画像処理装置43を介し
てモニタTV44に表示される。したがって、モニタ用
光学系が、加工用光学系と同一の構成を有するので、モ
ニタTV44に表示される画像内容が、ワーク10の加
工面におけるレーザ光2Aの状態を示している。そこで
、操作者は、モニタTV44の画像を観察しながら、こ
れを参照して、図示しない入力装置で、コントローラ1
8を介して、凸レンズ36の位置調整装置37と集光レ
ンズ39の位置調整装置41のいずれかを適宜に制御し
て、最適なスポット径およびエネルギ分布を有するレー
ザ光2Bを作る。このように調整することによって、レ
ーザ光2Bについても、モニタ用光学系と同期して動く
凸レンズ5および集光レンズ9により、ワーク10の加
工面におけるビーム特性が、モニタTV44で表示され
る特性と全く同じものになるように調整される。こうし
て、例えば、切断加工を行う場合には、モニタTVを見
ながら、レーザ光2Bのスポット径が最小になるように
、調整操作を行うと、レーザ光2Aのスポット径も最小
になるように調整される。この調整は、容易にかつ短時
間で行うことができ、最も望ましいを調整を行うことが
できる。
調整動作を説明する。レーザ加工装置で加工を行うとき
、レーザ発振器1から出力されるレーザ光2について、
ワーク10の加工面におけるレーザ光のスポット径等の
状態を、前記加工の目的に応じて適宜に調整する。 レーザ光2から分岐されたレーザ光2Bのスポット径等
の状態は、固体撮像装置40と画像処理装置43を介し
てモニタTV44に表示される。したがって、モニタ用
光学系が、加工用光学系と同一の構成を有するので、モ
ニタTV44に表示される画像内容が、ワーク10の加
工面におけるレーザ光2Aの状態を示している。そこで
、操作者は、モニタTV44の画像を観察しながら、こ
れを参照して、図示しない入力装置で、コントローラ1
8を介して、凸レンズ36の位置調整装置37と集光レ
ンズ39の位置調整装置41のいずれかを適宜に制御し
て、最適なスポット径およびエネルギ分布を有するレー
ザ光2Bを作る。このように調整することによって、レ
ーザ光2Bについても、モニタ用光学系と同期して動く
凸レンズ5および集光レンズ9により、ワーク10の加
工面におけるビーム特性が、モニタTV44で表示され
る特性と全く同じものになるように調整される。こうし
て、例えば、切断加工を行う場合には、モニタTVを見
ながら、レーザ光2Bのスポット径が最小になるように
、調整操作を行うと、レーザ光2Aのスポット径も最小
になるように調整される。この調整は、容易にかつ短時
間で行うことができ、最も望ましいを調整を行うことが
できる。
【0024】また、前記調整のための操作において、モ
ニタTV44を観察しながら、位置調整装置7,11を
制御するように構成することもできる。この場合、位置
調整装置7,11の調整動作は、位置調整装置37,4
1に同期しているから、モニタTV44を観察しながら
、同様に調整のための操作を行うことができる。
ニタTV44を観察しながら、位置調整装置7,11を
制御するように構成することもできる。この場合、位置
調整装置7,11の調整動作は、位置調整装置37,4
1に同期しているから、モニタTV44を観察しながら
、同様に調整のための操作を行うことができる。
【0025】さらに、その他の変形実施例として、コン
ピュータ45を用いて、画像データの解析を行うように
すれば、この解析データを用いて、ワーク10でのレー
ザ光2Aのスポット径が最小になるような制御を行うこ
とができる。この場合には、コンピュータ45からコン
トローラ18へ、解析データによって得られた制御指令
が与えられ、コントローラ18はこの制御指令に基づき
前述の制御を行う。
ピュータ45を用いて、画像データの解析を行うように
すれば、この解析データを用いて、ワーク10でのレー
ザ光2Aのスポット径が最小になるような制御を行うこ
とができる。この場合には、コンピュータ45からコン
トローラ18へ、解析データによって得られた制御指令
が与えられ、コントローラ18はこの制御指令に基づき
前述の制御を行う。
【0026】前記実施例では、レーザ光のワーク加工面
におけるスポット径の制御に関して説明したが、エネル
ギ分布についても、同様に、最適な制御を容易にかつ短
時間で行うことができる。
におけるスポット径の制御に関して説明したが、エネル
ギ分布についても、同様に、最適な制御を容易にかつ短
時間で行うことができる。
【0027】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、レーザ加工装置において、ワークの加工面にお
けるレーザ光のスポット径やエネルギ分布等の特性を、
加工の目的に応じて、高い精度で最適な状態に調整する
ことができ、かつ、この調整は容易にかつ短時間に行う
ことができる。さらに、かかる調整は、自動的に行うこ
とができ、装置全体の自動化に役に立つ。
よれば、レーザ加工装置において、ワークの加工面にお
けるレーザ光のスポット径やエネルギ分布等の特性を、
加工の目的に応じて、高い精度で最適な状態に調整する
ことができ、かつ、この調整は容易にかつ短時間に行う
ことができる。さらに、かかる調整は、自動的に行うこ
とができ、装置全体の自動化に役に立つ。
【図1】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図2】従来のレーザ加工装置の構成図である。
【図3】加工テーブルの平面図である。
【図4】ビームエキスパンダの構成と作用を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図5】ワークサンプルにおける調整のための加工状態
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図6】前記ワークサンプルの加工の傷を示す要部断面
図である。
図である。
【図7】レーザ光のエネルギ分布を示す分布図である。
1 レーザ発振器
2 レーザ光
2A 加工用レーザ光
2B モニタ用レーザ光3,34
ビームエキスパンダ7,37 凸レン
ズ用位置調整装置9,39 集光レンズ 10 ワーク 11,41 集光レンズ用位置調整装置13
Xテーブル 14 Yテーブル 15 シャッタ 18 コントローラ 33 分光ミラー 40 固体撮像装置 43 画像処理装置 44 モニタTV 45 コンピュータ
ビームエキスパンダ7,37 凸レン
ズ用位置調整装置9,39 集光レンズ 10 ワーク 11,41 集光レンズ用位置調整装置13
Xテーブル 14 Yテーブル 15 シャッタ 18 コントローラ 33 分光ミラー 40 固体撮像装置 43 画像処理装置 44 モニタTV 45 コンピュータ
Claims (5)
- 【請求項1】 レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ光をワークの加工面まで誘導すると共に前記
加工面におけるレーザ光のビーム品質を調整するための
調整機構部を備えた加工用光学系と、前記ワークを配設
する加工テーブルとからなるレーザ加工装置において、
前記レーザ発振器から出力される前記レーザ光の一部を
取出す光学系であって、前記加工用光学系と同じ構成を
有しかつ同期がとられたモニタ用の前記光学系を有し、
このモニタ用光学系で取出されたレーザ光を入力して電
気信号に変換する光電変換器と、前記光電変換器で取出
された前記レーザ光のビーム断面のエネルギ分布を表示
する画像処理・表示装置とを備え、前記画像処理・表示
装置で表示される前記レーザ光の断面に関する画像を参
照しながら、前記モニタ用光学系の調整機構部を調整し
、この調整操作に基づき加工用に用いられる前記レーザ
光のビーム品質を調整するようにしたことを特徴とする
レーザ加工装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のレーザ加工装置におい
て、前記モニタ用光学系の調整機構部と前記加工用光学
系の調整機構部との間で、モニタ用光学系の調整機構部
で調整操作を行うと、この調整操作に対応して、前記加
工用光学系の調整機構部で調整が自動的に行われること
を特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項3】 請求項1記載のレーザ加工装置におい
て、前記モニタ用光学系の調整機構部と前記加工用光学
系の調整機構部との間で、加工用光学系の調整機構部で
調整操作を行うと、この調整操作に対応して、前記モニ
タ用光学系の調整機構部で調整が自動的に行われること
を特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の
レーザ加工装置において、調整操作される前記調整機構
部における当該調整操作は、操作者による人為的な調整
によるものであることを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項5】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の
レーザ加工装置において、調整操作される前記調整機構
部における当該調整操作は、前記画像処理・表示装置の
記憶手段に予め用意される基準データに従い、この基準
データと前記画像データとの比較に基づくデータ処理に
より自動的に行われる調整によるものであることを特徴
とするレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3004316A JPH04237587A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3004316A JPH04237587A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04237587A true JPH04237587A (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=11581071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3004316A Pending JPH04237587A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04237587A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07185861A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザ加工装置 |
JP2002520165A (ja) * | 1998-07-13 | 2002-07-09 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 加工材料の加工のためのレーザ加工機械の較正のための方法及び装置 |
JP2006339267A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Hitachi Via Mechanics Ltd | レーザビームのビーム形状検出装置 |
JP2008098621A (ja) * | 2006-09-14 | 2008-04-24 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ光照射装置およびレーザ光照射方法 |
JP2008137058A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
JP2011000600A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Disco Abrasive Syst Ltd | 集光レンズ及びレーザー加工装置 |
JP2013021354A (ja) * | 2005-05-26 | 2013-01-31 | Cymer Inc | ラインビームとして成形されたレーザと基板上に堆積された膜との間の相互作用を実現するためのシステム及び方法 |
JP2018025606A (ja) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 三菱電機株式会社 | ビーム整形装置 |
JP2020531292A (ja) * | 2018-03-08 | 2020-11-05 | プレシテック ゲーエムベーハー ウント ツェーオー カーゲー | レーザ加工システム内でレーザビームの焦点位置を決定するための装置、その装置を備えるレーザ加工システム及びレーザ加工システム内でレーザビームの焦点位置を決定するための方法 |
-
1991
- 1991-01-18 JP JP3004316A patent/JPH04237587A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07185861A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザ加工装置 |
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JP4664269B2 (ja) * | 2006-12-05 | 2011-04-06 | 住友重機械工業株式会社 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
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US11673207B2 (en) | 2018-03-08 | 2023-06-13 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Device and methods for determining a focus position of a laser beam in a laser machining system |
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