JPH05115992A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工レーザビームの光路中に２次元的にレー
ザビームの強度分布やその正確な中心位置を表示できる
表示装置を設け、レーザビームや送光光学系に起因する
レーザビームの強度分布の異常を簡単に知ることができ
るようにする。 【構成】 ＸーＹステージ１０の中には、レーザビーム
の強度分布を２次元的に検出するための検出装置１１、
１２、１７が配置されている。この検出装置はレーザビ
ームを通過させることができるピンホール１７とこのピ
ンホール１７を通過してきたレーザビームを反射させる
反射ミラー１１と反射ミラー１１によって反射されたレ
ーザビームを検知する２次元光センサー１２とから構成
されている。２次元光センサー１２によって検知された
レーザビームは表示装置１３によってモニターされ、他
方その信号が制御装置１６に入力されるようになってい
る。制御装置１６は２次元光センサー出力信号に基づき
光強度分布の計算を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、材質や構造等が異なる
様々な加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のレーザ加工装置においては、加工
対象物に対する最適加工条件を得るためにレーザコント
ロールをレーザ出力と、ビームサイズにより行なってい
た。図３にそうしたレーザ加工装置の１例を示す。図３
において、加工レーザ光源１により出射されたレーザ光
１４は、ビームエキスパンダー２により所定の大きさに
拡大され、次いでダイクロイックミラー３で反射された
後、集光レンズ４を通して加工対象物５に照射される。
一方、加工対象物５を観察するための照明光１５は、反
射ミラー７により反射された後、加工用レーザビームと
同一の光軸で加工対象物に照射される。加工対象物５に
照射された照明光は、加工対象物５で反射され、その反
射光は加工対象物と共役に置かれたＣＣＤカメラ８で検
出され、カメラ８に接続されたテレビモニター９により
加工状態が観測される。また、加工部位の位置決めは、
加工対象物を載置するＸーＹステージ１９により行う。 【０００３】上記レーザ加工装置においては、加工対象
物５に照射されるレーザビームのエネルギーは、例えば
加工対象物５を交換する毎に、ＸーＹステージ１９を移
動し、ＸーＹステージ１９上に置いた図示しないエネル
ギーメータにより検出し、不図示の制御部により設定エ
ネルギーになる様にレーザ励起光の出力を調整する。ま
た、レーザビームのビーム位置やその変動量は、ダイク
ロイックミラー３の漏れ透過光を４分割ディテクター２
０で受光し、その出力信号を入力する表示装置２１によ
り観測する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したよう
な従来のレーザ加工装置にあっては、レーザビームの位
置を検知することはできても、レーザビームの２次元的
強度分布は検知出来ないため、レーザビームの正確な中
心位置すなわち加工中心位置がわからないと言う問題点
があった。また、レーザビームの強度分布が変動しても
それが検知出来ないため、加工形状や加工位置が変動し
てしまうという問題点があった。そこで、本発明ではレ
ーザビームの強度分布を２次元的に検出し、特に微細加
工において安定した加工を行うことができるレーザ加工
装置を提案せんとするものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】このため本発明は、加工
用レーザ光源からのレーザビームを加工対象物に照射し
て加工対象物の加工を行うようにしたレーザ加工装置に
おいて、前記レーザビームの２次元的な強度分布を検出
する検出装置とその出力によって前記レーザビームの２
次元的な強度分布を表示する表示装置を設けたことを特
徴としており、これを課題解決のための手段とするもの
である。 【０００６】 【作用】本発明では、レーザビームの光路中に２次元的
に加工レーザビームの強度分布を検出する検出装置と表
示装置とを設けたため、その出力によって、加工レーザ
光源や送光光学系に起因するレーザビームの強度分布の
異常を簡単に知ることができる。この結果、本装置で
は、定期的にレーザビームの２次元的な強度分布をチェ
ックすることにより、加工異常を無くし安定した加工を
実現できる。 【０００７】 【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例を
説明すると、図１は本発明に係るレーザ加工装置の概略
図であり、図２は図１の表示装置１３でモニターされた
レーザビームの強度分布を表す図である。 【０００８】図１において、１は加工レーザ光源、２は
ビームエキスパンダ、３はダイクロイックミラー、４は
集光レンズ、５は加工対象物、１０はＸーＹステージ、
６はエネルギーメータ、１５は照明光、７はハーフミラ
ー、８はＣＣＤカメラ、９はテレビモニター、１６は制
御装置であり、これらのうち、送光系と照明光による観
察系は従来のレーザ加工装置のものと同様の構成を有し
ている。従ってここでは、従来装置と同様の構成部品の
説明は省略する。 【０００９】ＸーＹステージ１０には凹み１０Ａが形成
され、凹み１０Ａには、加工レーザ光の強度分布を２次
元的に検出するための検出装置１１、１２、１７が配置
されている。この検出装置は、ステージ１０の表面に設
けられ、レーザビームを通過させることができるピンホ
ール１７と、このピンホール１７を通過してきたレーザ
ビームを反射する反射ミラー１１と、反射ミラー１１に
よって反射されたレーザビームを検知する２次元光セン
サー１２とから構成されている。２次元光センサー１２
によって検知されたレーザビームは表示装置１３によっ
てモニターされ、他方、制御装置１６にも入力される。
制御装置１６は、ＸーＹステージ１０による加工位置制
御と、エネルギーメータ６に基づく加工レーザビームの
エネルギー制御と、２次元光センサー出力信号に基づく
レーザビームの２次元的強度分布計算とを行なう。 【００１０】上記装置において加工対象物１５に照射す
るレーザビームのエネルギーは、加工対象物５を交換す
る毎に、ステージ１０を移動させ、エネルギーメータ６
で検出し、設定エネルギーになる様に制御部１６よりレ
ーザ励起光の出力を調整する。また、加工対象物５に照
射されるレーザビームの２次元的強度分布は、加工対象
物５を交換する毎に、ＸーＹステージ１０を移動してピ
ンホール１７を通過したレーザビームを反射ミラー１１
で反射させ、これを例えばＣＣＤにて構成された２次元
光センサー１２により検出する。２次元光センサー１２
によって検出したレーザビームは表示装置１３に入力さ
れて表示される。その結果、図２に示す如くレーザビー
ムの２次元的強度分布が表示装置１３に等高線の形で表
示される。他方、２次元光センサー１２の出力信号は制
御装置１６に入力される。制御装置１６は、レーザビー
ムの２次元的強度分布とその中心位置を記憶する。 【００１１】このような構成であるから、作業者は先
ず、初期設定において、表示装置１３に表示されるレー
ザビームの強度分布が同心円状になるように、加工レー
ザ光源１および送光光学系２、３、４を調整する。具体
的には、レーザ光源１によるレーザビームの射出方向を
変えたり、レンズ２、４の偏心、傾き補正、ミラー３の
傾き補正等である。このように記憶しておいた加工レー
ザ光の強度分布とその中心位置情報に基づいて、加工レ
ーザ光の強度分布や中心位置を定期的にチェックする。
チェックは測定すべき加工レーザ光の２次元的強度分布
やその中心位置が、先に記憶しておいた２次元的強度分
布や中心位置とずれているか否かを判断し、その変動が
許容値を超えていた場合には、表示装置上にエラー表示
をする。そして、ずれがある場合には、そのずれを加工
位置の補正や加工レーザ光源、送光光学系を調整するこ
とにより修正する。これにより、レーザ光の２次元的光
強度分布の中心位置および強度分布変動を容易に知るこ
とができる。 【００１２】上記のように構成された本実施例のレーザ
加工装置による加工作業は次のようにして行われる。先
ず加工に先立ちレーザビームのエネルギーチェック、レ
ーザビームの２次元的強度分布やその中心位置の調整を
行う。なお、加工物に照射されるレーザ光の２次元的強
度分布は、加工対象物を交換する毎に、ＸーＹステージ
２を移動して、２次元光センサー１２により検出する。
制御装置１６は、予め記憶しておいた正しいレーザビー
ムの２次元的強度分布およびその中心位置に基づいてレ
ーザビームの２次元的強度分布や中心位置を定期的にチ
ェックする。この時、レーザビームの変動が許容値を超
えていた場合には、表示装置上にエラー表示をするとと
もに、ずれは加工位置の補正や加工レーザ光源、送光光
学系を調整することにより修正する。 【００１３】以上の様にしてエネルギー設定やレーザビ
ームの２次元的強度分布の調整が終了すると、制御部１
６によりＸ−Ｙステージ１０による加工位置が制御さ
れ、加工が実行される。加工レーザ光源１により出力さ
れたレーザビーム１４は、ビームエキスパンダー２によ
り拡大され、ダイクロイックミラー３で反射し、集光レ
ンズ４を通して加工対象物６に照射される。一方、加工
対象物５を観察するための照明光１５は、ハーフミラー
７で反射された後、レーザビーム１４と同軸で加工対象
物５に照射される。加工対象物５に照射された照明光
は、加工対象物５で反射され、その反射光はＣＣＤカメ
ラ８に入光し、テレビモニター９により加工状態が観測
される。なお、加工中はダイクロイックミラー３を漏れ
通過してくるレーザビームの一部をエネルギーメータ
（不図示）により検出し、その検出値を制御装置１６に
フィードバックして、制御装置１６により加工エネルギ
ーの強度変動を測定するようにしても良い。また、本実
施例では、加工対象物５を載置するＸーＹステージ１０
上でのレーザビームの強度分布のチェックについて説明
したが、途中のレーザビームの光路中にも同じ機能を有
する装置を取りつけ、各部でのレーザビームの強度分布
やその中心位置を上記と同様な方法によりモニターし、
制御装置１６にフィードバックするようにしてもよい。
このようにすると、加工時に常に安定したレーザビーム
を利用できるため、特に精度のよい微細加工等を安定し
て行うことができる。 【００１４】 【発明の効果】以上の様に本発明によれば、加工用レー
ザ光源から出力されたレーザビームの強度分布を検出す
る検出装置をレーザビームの光路中に設け、レーザビー
ムの２次元的強度分布やその正確な中心位置を簡単にモ
ニターできるため、加工レーザ光源や送光光学系に起因
するレーザビームの強度分布の異常を簡単に知ることが
できる。この結果、上記装置により定期的にレーザビー
ムの強度分布をチェックするだけで、加工異常を無くし
安定した精度の高いレーザ加工が実現できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による装置の概略図である。 【図２】表示装置での加工レーザ光の２次元的強度分布
を表す図である。 【図３】従来のレーザ加工装置の概略図である。 【符号の説明】 １ 加工用レーザ光源 ２ ビームエキスパンダー ３ ダイクロイックミラー ４ 集光レンズ ５ 加工対象物 ６ エネルギーメータ ７ 反射ミラー ８ ＣＣＤカメラ ９ テレビモニター １０ ＸーＹステージ １１ 反射ミラー １２ ２次元光センサー １３ 表示装置 １４ 加工レーザ光 １５ 照明光 １６ 制御装置 １７ ピンホール １８ ２次元光センサーモニター画面 １９ ＸーＹステージ ２０ ４分割ディテクター ２１ 表示装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 加工用レーザ光源からのレーザビームを
   加工対象物に照射して加工対象物の加工を行うようにし
   たレーザ加工装置において、前記レーザビームの２次元
   的な強度分布を検出する検出装置を設けると共に、前記
   検出装置の出力によって前記レーザビームの２次元的な
   強度分布を表示する表示装置を設けたことを特徴とする
   レーザ加工装置。 【請求項２】 前記検出装置は加工対象物を載置するＸ
   ーＹステージに設けられ、レーザビームを通過させるピ
   ンホール１７と、このピンホール１７を通過した前記レ
   ーザビームを検知して前記レーザビームの強度分布に応
   じた信号を出力する２次元光センサー１２とから構成さ
   れていることを特徴とする〔請求項１〕に記載のレーザ
   加工装置。