JPH0890261A

JPH0890261A - レーザー加工における被加工物の加工状態の検出方法

Info

Publication number: JPH0890261A
Application number: JP6248487A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Wada; 智之和田; Koji Sugioka; 幸次杉岡; Hideo Tashiro; 英夫田代; Koichi Toyoda; 浩一豊田
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザーにより被加工物を加工する際におい
て、当該被加工物にレーザーアブレーションが起こり始
めるしきい値や、当該被加工物に対するレーザーのビー
ム位置あるいは出力などを容易に検出することのできる
レーザー加工における被加工物の加工状態の検出方法を
提供する。【構成】レーザーを被加工物に照射して、上記被加工物
を加工するレーザー加工において、レーザーを被加工物
に照射した際に、上記被加工物に生じる音響波を測定
し、上記音響波の測定値に基づいて上記被加工物の加工
状態を検出するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザーを被加工物に
照射して、当該被加工物を加工するレーザー加工におけ
る被加工物の加工状態の検出方法に関し、さらに詳細に
は、被加工物にレーザーアブレーションが起こり始める
しきい値や、被加工物に対するレーザーのビーム位置あ
るいは出力などを検出することのできるレーザー加工に
おける被加工物の加工状態の検出方法に関する。

【０００２】

【発明の背景および発明が解決しようとする課題】従来
より、種々のレーザーが知られているが、こうしたレー
ザーの中で真空紫外レーザーは、波長が短く光子エネル
ギーが大きいので、レーザー加工に用いる場合には、加
工精度を上げることができるとともに、被加工物に対し
て様々な化学反応を誘起することができるため、各種の
分野への応用が期待されている。

【０００３】ところで、従来より知られているように、
真空紫外レーザー加工においては、光線の伝搬や被加工
物に対する光線の照射などを含めた全ての工程を真空中
で行う必要があり、さらには真空紫外レーザーを直接は
目視できないために、被加工物への照射の際に、当該被
加工物にレーザーアブレーションが起こり始めるしきい
値や、当該被加工物に対する真空紫外レーザーのビーム
位置あるいは出力などを検出すること困難であるという
問題点があった。

【０００４】また、真空紫外レーザー以外のレーザーに
おいても、被加工物への照射の際の当該被加工物にレー
ザーアブレーションが起こり始めるしきい値や、当該被
加工物に対するレーザーのビーム位置あるいは出力など
を、容易に検出できる方法の案出が望まれていた。

【０００５】本発明は、従来の技術の有するこのような
種々の問題点や要望に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、レーザーにより被加工物を加工す
る際において、当該被加工物にレーザーアブレーション
が起こり始めるしきい値や、当該被加工物に対するレー
ザーのビーム位置あるいは出力などを容易に検出するこ
とのできるレーザー加工における被加工物の加工状態の
検出方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明におけるレーザー加工における被
加工物の加工状態の検出方法は、レーザーアブレーショ
ンが起こり始める際に、プルームの作用・反作用により
物質（被加工物）に音響波（弾性波）が生じることに着
目してなされたものである。

【０００７】即ち、被加工物にレーザーを照射すると、
被加工物がレーザーを吸収することによって音響波を発
生することになるが、本発明は、この音響波を測定する
ことにより、被加工物の加工状態を検出しようとするも
のである。

【０００８】そして、被加工物に生じる音響波の測定に
は、例えば、圧電素子を用いることができる。

【０００９】つまり、本発明におけるレーザー加工にお
ける被加工物の加工状態の検出方法は、レーザーを被加
工物に照射して、上記被加工物を加工するレーザー加工
において、レーザーを被加工物に照射した際に、上記被
加工物に生じる音響波を測定し、上記音響波の測定値に
基づいて上記被加工物の加工状態を検出するようにした
ものである。

【００１０】そして、音響波の測定値が最も大きな変化
を示す際のレーザーの入力エネルギーを、被加工物にレ
ーザーアブレーションが起こり始めるしきい値とするも
のである。

【００１１】また、被加工物に生じる音響波の測定は、
被加工物に圧電素子を添着し、上記圧電素子により上記
被加工物に生じる音響波を検出して行うようにしたもの
である。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明によるレーザ
ー加工における被加工物の加工状態の検出方法の実施例
を詳細に説明するものとする。

【００１３】図１は、本発明によるレーザー加工におけ
る被加工物の加工状態の検出方法を実施するための測定
装置の概略構成を示す断面説明図である。

【００１４】この測定装置１０は、励起レーザーとして
Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１２の第４高調波（波長：２６６
ｎｍ）を、波長変換器としてのラマン変換器１３に入射
し、ラマン変化器１３によって波長１３０ｎｍ〜７００
ｎｍまで約１０ｎｍおきの波長をもった変換光を得るよ
うにしている。そして、こうして得られた変換光が真空
状態に維持されたチャンバー１４内へ導入されるように
なされている。

【００１５】チャンバー１４内に導入された変換光は、
ペランブロッカープリズム１５によって所望の特定の一
波長の変換光のみが分離され、チャンバー１４内のホル
ダー１６に保持された被加工物１８に照射されるように
なされている。

【００１６】即ち、ペランブロッカープリズム１５によ
って、例えば、波長１６０ｎｍの変換光のみが分離され
た場合には、波長１６０ｎｍの真空紫外レーザーが、チ
ャンバー１４内のホルダー１６に保持された被加工物１
８に照射されるようになされている。

【００１７】なお、本実施例においては、被加工物１８
としては石英を用いているが、被加工物１８として、石
英以外の他の材料のものを適宜用いてよいことは勿論で
ある。

【００１８】また、被加工物（本実施例においては、上
記したように石英である。）１８には、圧電素子よりな
るアコースティック・エミッション・センサー（Ａｃｏ
ｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎＳｅｎｓｏｒ：Ａ．
Ｅ．Ｓｅｎｓｏｒ）２０が、エレクトロン・ワックス
により密着状態で貼着されている。

【００１９】図２には、アコースティック・エミッショ
ン・センサー２０の概略構成が示されており、このアコ
ースティック・エミッション・センサー２０は、アルミ
ナ製の受波板２２上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
よりなる圧電素子２４が銀蒸着されていて、アルミ・ス
テンレス製のシールド２６により被覆されている、所
謂、シングル−エンド型（不平衡型）である。

【００２０】そして、圧電素子２４からの配線２８が、
シールド２６に設けられたコネクタ３０に接続されてお
り、圧電素子２４により検出された音響波の出力値は、
コネクタ３０を介してを音響波出力信号として外部に出
力することができるようになされている。

【００２１】なお、符号３２は、ダンパーである。

【００２２】また、本実施例においては、アコースティ
ック・エミッション・センサー２０として、上記したシ
ングル−エンド型のものを用いたが、これに限られるこ
となしに、他のタイプのアコースティック・エミッショ
ン・センサーを適宜用いてもよいことは勿論である。

【００２３】以上の構成において、被加工物１８に照射
されるレーザーとして、例えば、波長１６０ｎｍの真空
紫外レーザーをペランブロッカープリズム１５によって
分離して選択し、この波長１６０ｎｍの真空紫外レーザ
ーの入力エネルギーを変化させながら被加工物１８とし
ての石英に照射し、その際に被加工物１８に生じる音響
波の出力値をアコースティック・エミッション・センサ
ー２０によって音響波出力信号として測定する。

【００２４】図３には、上記のようして行った測定結果
が示されており、波長１６０ｎｍの真空紫外レーザーの
入力エネルギーが約１．９５Ｊ／ｃｍ²をしきい値とし
て音響波出力が大きく変化し、このしきい値のときに被
加工物１８にレーザーアブレーションが起こり始めてい
ることが観測された。

【００２５】なお、上記においては、レーザーとして波
長１６０ｎｍの真空紫外レーザーを選択したが、これに
限られるものでないことは勿論であり、種々の波長のレ
ーザーを用いた場合にも、同様な測定結果を得ることが
できる。

【００２６】従って、こうした音響波出力のしきい値を
測定することにより、被加工物のレーザーアブレーショ
ンの起こり始めを検出することができるものであり、被
加工物の加工状態を精度よく求めることができる。

【００２７】また、音響波出力を精密に分析することに
より、被加工物のより微細な加工状態や、被加工物に対
するレーザーのビーム位置あるいは出力などを検出する
ことができる。

【００２８】即ち、図４を参照すると、被加工物１８に
おけるレーザーの照射位置とアコースティック・エミッ
ション・センサー２０の設置位置との距離Ｌと、被加工
物１８にレーザーを照射することにより被加工物１８に
生じる音響波の音速Ｖａと、音響波がレーザーの照射位
置からアコースティック・エミッション・センサー２０
へ到達するまでの到達時間ｔとの間には、Ｌ＝Ｖａ×ｔの関係がある。

【００２９】従って、音響波の到達時間ｔを測定するこ
とで、被加工物１８におけるレーザーの照射位置とアコ
ースティック・エミッション・センサー２０の設置位置
との距離Ｌを求めることができるので、被加工物１８に
アコースティック・エミッション・センサー２０を複数
個配設することにより、被加工物に対するレーザーのビ
ーム位置を検出することができるようになる。

【００３０】また、レーザーの入力エネルギーと音響波
出力とは、しきい値の前後において一定の関数となり、
多くの場合には、例えば、図３に示すように、しきい値
の前後において比例関係が成立する。

【００３１】従って、音響波出力を測定することによ
り、被加工物１８における加工部位の大きさやレーザー
の照射強度が判る。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、レーザーにより被加工物を加工する際にお
いて、当該被加工物にレーザーアブレーションが起こり
始めるしきい値や、当該被加工物に対するレーザーのビ
ーム位置あるいは出力などを容易に検出することができ
るようになるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザー加工における被加工物の
加工状態の検出方法を実施するための測定装置の概略構
成を示す断面説明図である。

【図２】アコースティック・エミッション・センサーの
概略構成を示す断面説明図である。

【図３】被加工物へ照射する真空紫外レーザーの入力エ
ネルギーと真空紫外レーザーを照射された被加工物から
生じる音響波の出力との関係を示すグラフである。

【図４】被加工物におけるレーザーの照射位置とアコー
スティック・エミッション・センサーの設置位置との距
離Ｌと、被加工物にレーザーを照射することにより被加
工物に生じる音響波の音速Ｖａと、音響波がレーザーの
照射位置からアコースティック・エミッション・センサ
ーへ到達するまでの到達時間ｔとの間の関係式「Ｌ＝Ｖ
ａ×ｔ」を説明するための説明図である。

【符号の説明】１０測定装置１２Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１４チャンバー１５ペランブロッカープリズム１６ホルダー１８被加工物２０アコースティック・エミッション・センサ
ー２２受波板２４圧電素子２６シールド２８コネクタ３０配線３２ダンパー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者豊田浩一埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザーを被加工物に照射して、前記被
加工物を加工するレーザー加工において、レーザーを被加工物に照射した際に、前記被加工物に生
じる音響波を測定し、前記音響波の測定値に基づいて前
記被加工物の加工状態を検出することを特徴とするレー
ザー加工における被加工物の加工状態の検出方法。
【請求項２】請求項１記載のレーザー加工における被
加工物の加工状態の検出方法において、前記音響波の測定値が最も大きな変化を示す際の前記レ
ーザーの入力エネルギーを、前記被加工物にレーザーア
ブレーションが起こり始めるしきい値とすることを特徴
とするレーザー加工における被加工物の加工状態の検出
方法。
【請求項３】前記被加工物に生じる音響波の測定は、
前記被加工物に圧電素子を添着し、前記圧電素子により
前記被加工物に生じる音響波を検出して行う請求項１ま
たは２のいずれか１項に記載のレーザー加工における被
加工物の加工状態の検出方法。