JPS62158592A

JPS62158592A - レ−ザ加工装置

Info

Publication number: JPS62158592A
Application number: JP61000500A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Takahashi; 良夫高橋
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1986-01-08
Filing date: 1986-01-08
Publication date: 1987-07-14

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザ加工装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザ光を集束レンズによって集束し、被加工体に上記
レーザ光を照射しつ一加工を行なうレーザ加工装置は公
知であり広く利用されている。

この種レーザ加工装置に於ては、集束レンズによって集
束されたレーザ光の集束点を被加工体の加工面と一致さ
せるため、被加工体の加工面をレーザ光の集束レンズを
共用する顕微鏡等で拡大して直接観察するか、或いは、
この顕微鏡等の像をテレビモニタを通して観察する照準
装置を設け、その像の焦点を合わせるようオペレータが
集束レンズ系の移動操作をしていた。

然しなから、上記のレーザ加工装置に於ては、集束レン
ズ系の移動制御を人間の観察及び操作により行なわなけ
ればならないため、非能率である上に、加工精度が低い
と云う問題点があった。

而して、本願出願人は叙上の問題点を解決するために先
に特願昭５８−９５７５０号（特開昭５９−２２３１８
６号公報参照）に於て、集束レンズによって集束された
レーザ光の集束点を被加工体の加工面と一致させるため
、被加工体の加工面を観察する照準装置のレンズによっ
て集束された照準用の光を複数の受光素子を有する光電
変換器で検知し、その信号を解読演算して集束レンズ系
移動装置を自動制御する発明を提案した。

然しなから、この種の集束型ビーム加工に於ては、いず
れも集束レンズの焦点位置に加工面が位置することにな
るが、必ずしも集束レンズによって集束されたレーザ光
の集束点を被加工体の加工面と一致させることが常に好
ましくはない。

例えば、集束レンズの焦点位置の微調整により被加工体
の加工面に対して焦点ばかしを行なうことを必要とされ
る加工としては、（１）集束レンズの焦点深度より厚い
被加工体の加工、（２）穴加工に於ける穴径の均一化、
（３）トリミング加工に於けるとりしろの制御等が挙げ
られる。

このため、従来のレーザ加工装置では、被加工体の加工
面を観察する照準装置のレンズ系が半固定状態であるた
めこの種の加工に対応できないと云う問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、叙上の観点に立ってなされたものであり、本
発明の目的とするところは、被加工体の加工面を観察す
る照準装置のレンズ系の微調整を可能にすることによっ
て、集束レンズによって集束されたレーザ光の集束点を
被加工体の加工面から任意の位置に集光させるように微
調整することよって高品位な加工ができるレーザ加工装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

而して、本発明の目的は、上記のレーザ加工装置に於て
、上記集束レンズが取り付けられたケーシングをレーザ
光の光軸方向に移動せしめる集束レンズ系移動装置と、
照準用の光源と、上記照準用光源から発せられる光を集
束して平行光とする第一の照準用レンズと、上記第一の
照準用レンズによって平行にされた照準用の光を反射し
てその光軸をレーザ光の光軸と一致・仕しめると共に、
被加工体の加工面で反射して戻って来た光を透過し得る
半透過鏡と、レーザ光を反射して光路変更せしめると共
に、照準用の光を透過し得る選択透過鏡と、上記照準用
の光が被加工体の加工面で反射し、上記選択透過鏡を透
過した後、これを集束する第二の照準用レンズと、上記
第二の照準用レンズが取り付けられたケーシングを光路
方向に移動せしめる第二の照準用レンズ移動装置と、上
記第二の照準用レンズによって集束された照準用の光を
結像する結像面と、上記結像面を映像し、検出器を内蔵
する映像装置と、上記映像装置からの信号を解読演算し
て上記集束レンズ系移動装置及び第二の照準用レンズ移
動装置を制御する制御装置を設けることによって達成さ
れる。

〔作用〕

叙上の如く構成することにより、本発明では、第二の照
準用レンズ移動装置の微調整により被加工体の加工面で
反射した照準用の光を結像面に結像できるので、集束レ
ンズによって集束されたレーザ光の集束点を被加工体の
加工面から任意の深さにある点に集光させるように集束
レンズ系移動装置を微調整することができる。

〔実　施　例〕以下、図面により本発明の詳細を具体的に説明する。

第１図は、本発明に係るレーザ加工装置の一実施例を示
す説明図、第２図は、他の一実施例を示す説明図である
。

第１図中、ｌは加工用のレーザ発振器、２は上記レーザ
発振器１の取付ケーシング、３は本体ケ−ランプ、４は
選択透過鏡であるグイクロックミラー、５．６は上記グ
イクロックミラー４の取付部材、７は集束レンズ、８は
集束レンズ固定部材、９は集束レンズケーシング、１０
はキー、１１はノズル、１２は上記集束レンズケーシン
グ９を移動せしめるモータ、１２ａはその駆動軸、１３
は固定板、１４は蓋体、１５は照準用の光源であるラン
プ、１６はソケット、１７は第一の照準レンズ、１８は
第一の照準レンズ固定部材、１９は半透過鏡であるハー
フミラ−１２０，２１は上記ハーフミラ−１９の取付部
材、２２は第二の照準レンズ、２３は第二の照準レンズ
固定部材、２４はフィルター、２５はフィルター固定部
材、２６は第二の照準レンズケーシング、２７は上記第
二の照準レンズケーシング２６を移動せしめるモータ、
２７　ａはその駆動軸、２８は固定板、２９は結像面、
園はキャップ、３１はＴＶカメラ、３２はテレビモニタ
、３３は制御装置、３４は被加工体、３５は上記被加工
体３４が取り付けられたクロススライドテーブルの載物
台である。

レーザ発振器ｌには、ルビーレーザやＹＡＧレーザ等の
固体レーザ、ＣＯ２レーザやＨｅ−Ｎｅレーザ等の気体
レーザ、その他を用いる。

グイクロックミラー４はケーシング３に固定された取付
部材５．６によって、レーザ発振器１がら発振されたレ
ーザ光の光軸に対して４５度の角をなして取り付けられ
ており、レーザ光を直角に光路変更せしめると共に、ラ
ンプ１５から発せられた光を透過する。

集束レンズ７は集束レンズ固定部材８によってケーシン
グ９内に取り付けられており、ランプ１５からの光と、
グイクロックミラー４に反射したレーザ光とを集束して
被加工体３４の加工点に集めると共に、被加工体３４の
加工面で反射して戻って来た照準用の光を集束する。

ケーシング３とケーシング９の接合部に於て、両者は共
に円筒状で、ケーシング９の外径はケーシング３の内径
と略等しく設定され、ケーシング９はケーシング３に摺
動自在に取り付けられている。

モータ１２はケーシング３の外周面にその駆動軸１２ａ
がケーシング３の軸と平行となるよう取り付けられてお
り、駆動軸１２ａにはねじが切られ、ケーシング９に固
定された固定板１３に切られためねじと噛み合っている
。

又、ケーシング３とケーシング９を同軸に保つため、ケ
ーシング９には軸と平行にキー１０が設けられており、
ケーシング３にはキーＩＯを軸と平行方向に摺動自在に
案内する案内？Ｒ３ａが設けられている。

ケーシング３とケーシング９の接合部は上記の如く構成
されるから、ケーシング９はモータ】２の駆動軸１２ａ
の回転に応じて微小距離ずつ図中Ｚ軸方向に移動する。

ランプ１５は第一の照準レンズ１７の焦点位置に設けら
れており、第一の照準レンズ１７はランプ１５から発せ
られた光を集束して平行光とする。

ハーフミラ−１９はケーシング３に固定された取付部材
２０．２１によって、レーザ光の光軸延長上に取り付け
られ、その取付角は第一の照準レンズ１７によって平行
にされた照準用の光がこれに反射してその光軸がレーザ
光の光軸と一致するよう設定する。

また、ハーフミラ−１９は被加工体３４の加工面で反射
して戻って来た光を透過する。

上記のように構成することによって、ハーフミラ−１９
に反射した平行な照準用の光は、その光軸がグイクロッ
クミラー４に反射したレーザ光の光軸と一致せしめられ
る。

ケーシング３とケーシング２６の接合部に於て、両者は
共に円筒状で、ケーシング２Ｇの外径はケーシング３の
内径と略等しく設定され、ケーシング２６はケーシング
３に摺動自在に取り付けられている。

モータ２７はケーシング３の外周面にその駆動軸２７ａ
がケーシング３の軸と平行となるよう取り付けられてお
り、駆動軸２７ａにはねじが切られ、ケーシング２６に
固定された固定板２８に切られためねじと噛み合ってい
る。

又、ケーシング３とケーシング２６を同軸に保つため、
ケーシング３には固定板２８を案内する長孔状の案内孔
３ｂが設けられている。

ケーシング３とケーシング２６の接合部は上記の如く構
成されるから、ケーシング２６はモータ２７の駆動軸２
７　ａの回転に応じて微小距離ずつ図中Ｚ軸方向に移動
する。

第二の照準レンズ２２は第二の照準レンズ固定部材２３
によってグイクロックミラー４に反射したレーザ光の光
軸延長上のケーシング２６内に取り付けられており、集
束レンズ７によって集束され、被加工体３４の加工面で
反射して再び集束レンズ７に集束された後、ダイクロツ
クミラー４及びハーフミラ−１９を透過して戻って来た
照準用の光を結像面２９に集束する。

第二の照準レンズ２２と結像面２９との間のケーシング
２６内には、保護フィルタ２４がフィルタ固定部材２５
によって取り付けられている。

結像面２９は第二の照準レンズ２２の焦点位置となるよ
うにケーシング３の上端開口部にキャンプ３０で取り付
けられる。

ＴＶカメラ３１はダイクロツクミラー４に反射したレー
ザ光の光軸延長上の結像面の第二の照準レンズ２２の焦
点位置とその焦点距離が合うように設けられる。

制御装置３３はＴＶカメラ３１に内蔵されたＣＣＤ３１
　ａからの信号を解読演算してケーシング９を図中Ｚ軸
方向に移動せしめるモータ１２を制御すると共に、ケー
シング２６を図中Ｚ軸方向に移動せしめるモータ２７を
制御し、更にクロススライドテーブルの載物台３５を図
中Ｘ−Ｙ方向に移動せしめるモータ（図示せず）を制御
し、又結像面２９に結ばれた像をテレビモニタ３２に映
像する。

而して、ランプ１５から発せられた光は第一の照準レン
ズ１７によって集束され平行光となり、ハーフミラ−１
９に反射してその光軸がレーザ光の光軸と一致せしめら
れる。

ハーフミラ−１９に反射した照準用の光はグイクロック
ミラー４を透過し、集束レンズ７によって集束されてそ
の焦点位置に向かって集束される。

集束レンズ７の焦点位置に向かって集束された光は被加
工体３４の加工面で反射して再び集束レンズ７に集束さ
れ、グイクロックミラー４及びハーフミラ−１９を透過
し、第二の照準レンズ２２によって集束され、結像面２
９に像を結ぶ。

結像面２９に結ばれた像はＴＶカメラ３１でテレビモニ
タ３２に映像され、ＴＶカメラ３１に内蔵されたＣＣＤ
３１ａにより検出される。

ＣＣＤ３１ａからの信号は制御装置３３によって解読演
算され、これによってケーシング９及び２６を図中Ｚ軸
方向に移動せしめるモータ１２及び２７が制御される。

このとき、レーザ光の集束点が被加工体３４の加工面と
一致していれば、照準用の光の集束点はこれと同一点で
あるから、被加工体３４の加工面と一致し、加工面上で
一点に集まる。

然るときは、被加工体３４の加工面で反射した照準用の
光はハーフミラ−１９から被加工体３４までの往路をな
ぞって反射され、反射された光が第二の照準レンズ２２
によって結像面２９に一点に集束されることになる。

この場合には、制御装置３３はレーザ光の集束点が被加
工体３４の加工面と一致しているのでレーザ光を被加工
体３４に照射する指令は行なわれず、レーザ光の集束点
が被加工体３４の加工面から所望の微小距離ずれるよう
にケーシング９を図中Ｚ軸方向に移動せしめるモータ１
２を制御する。

然るときは、照準用の光の集束点は加工面上にないから
、加工面にはある範囲に広がった部分に光が当ることと
なり、光はこの部分全体から反射するので、その反射光
は第二の照準レンズ２２によっては結像面２９に一点に
集束されなくなり、結像面２９には、ある範囲の広がり
をもった光点が生じる。

この場合には、制御装置３３は結像面２９にある範囲の
広がりをもった光点を一点に集束するようにケーシング
２６を図中Ｚ軸方向に移動せしめるモータ２７を制御す
る。

次いで、制御装置３３はレーザ光の集束点が被加工体３
４の加工面から所望の微小距離ずれた位置のときにレー
ザ光を被加工体３４に照射するｔ旨令を発する。

この場合、レーザ発振器１がガスレーザの場合は、電源
装置の放電電力を増大させるとか、固体レーザの場合に
は、ボンピング用の発光装置の出力を増大させるとか、
或いは、図示していないが、レーザ発振器１の出力側に
シャ・ツタを設け、これを開閉させることによってレー
ザ光の照射を制御する。

叩ち、加工に際しては、制御装置３３は先ずレーザ光の
集束点が被加工体３４の加工面と一致し、反射された光
が第二の照準レンズ２２によって結像面２９に一点に集
束されるようにそれぞれモータ１２及び２７を制御し、
停止させ、その位置を記憶する。

次いで、制御装置３３はレーザ光の集束点が被加工体３
４の加工面から所望の微小距離ずれた位置となるように
モータ１２を制御し、これに応じて結像面２９にその反
射光が一点に集束するようにモータ２７を制御し、上記
停止位置と対比しながらモータ１２及び２７を制御して
予め定められた回転量のときレーザ光を被加工体３４に
照射するｔ旨令を発する。

然る後、レーザ発振器１からレーザ光が発振されると、
レーザ光はグイクロックミラー４に反射して光路変更さ
れ、集束レンズ７によって集束された後、被加工体３４
の加工点に照射されて切断加工、穴加工及びトリミング
加工等が行われる。

以上に於て、集束レンズの焦点距離　　　　　　：ｒ２第２の照準レ
ンズの焦点距離　　　：ｆ１集束レンズと被加工面間の
距離　　：ａ第２の照準レンズと結像面間の距、？ｉＩ
ｔ：ｂとすると、ａ　＝　ｆ　２のとき、当然ｂ＝ｆ、
となる。

焦点を被加工体の表面からｄだけ内側にもっていきたい
場合、そのｄの位置が結像面２９上に集束されて像が明
瞭になるように第２の照準レンズ２２を動かす距離Ｓは
、上記の条件及び当然ながらｄ〈くｆ２等の条件から計
算によれば、式％式％ここに於て一般にｆ、＞ｆ２又はｆ、＞＞ｆ２であって
、例えばｆ１＝１００鰭、ｆ２　＝　１２．５ｍｍとる
とＳ＃０．８ｍｍとなって、分解能の高い調整が可能と
言うことになる。

次に、第２図に示す他の一実施例に就いて説明する。前
述の第１図に示す実施例と同一のものには同一の符号を
付し、重複説明は省略する。

第２図中、５０は照準用の光源である照準用レーザ発振
器、５１は上記照準用レーザ発振器５０の固定部材、５
２はケーシング３の上端開口部に取り付けられる蓋体、
５３は上記蓋体５２に設けられたＴＶ左カメラ５４は上
記ＴＶ左カメラ３に内蔵されたＣＣＤ、５５は制御装置
である。

而して、照準用レーザ発振器５０は、ハーフミラ−１９
により反射されたその照準用レーザ光が集束レンズ７に
よって集束されたレーザ光の光軸と一致するように取り
付けられている。

ＴＶカメラ５３は第二の照準レンズ２２の焦点位置とな
るようにケーシング３の上端開口部に蓋体５２により取
り付けられる。

制御装置５５はＴＶカメラ５３に内蔵されたＣＣＤ５４
からの信号を解読演算してケーシング９を図中Ｚ軸方向
に移動せしめるモータ１２を制御すると共に、ケーシン
グ２６を図中Ｚ軸方向に移動せしめるモータ２７を制御
し、更にクロススライドテーブルの載物台３５を図中Ｘ
−Ｙ方向に移動せしめるモータ（図示せず）を制御する
。

而して、制御装置５５は前述の第一実施例と同様の作用
によりケーシング９及び２６を図中Ｚ軸方向に移動せし
めるモータ１２及び２７を制御する。

レーザ発振器１からレーザ光が発振されると、レーザ光
はグイクロックミラー４に反射して光路変更され、集束
レンズ７によゲで集束された後、被加工体３４の加工点
に照射されて切断加工、穴加工及びトリミング加工等が
行われる。

〔発明の効果〕

本発明は叙上の如く構成されるので、本発明によるとき
には、被加工体の加工面を観察する照準装置のレンズ系
の微調整を可能にすることによって、集束レンズによっ
て集束されたレーザ光の集束点を被加工体の加工面から
任意の深さにある点に集光させるように微調整すること
よって高品位な加工ができるレーザ加工装置を提供し得
るものである。

尚、本発明は叙上の実施例に限定されるものではなく、
本発明の構成は、本発明の目的の範囲内で自由に設計変
更できるものであって、本発明はそれらの総てを包摂す
るものである。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】レーザ発振器から発振されたレーザ光を集束レンズによ
って集束し、これを被加工体に照射して加工するレーザ
加工装置に於て、上記集束レンズが取り付けられたケーシングをレーザ光
の光軸方向に移動せしめる集束レンズ系移動装置と、照
準用の光源と、上記照準用光源から発せられる光を集束
して平行光とする第一の照準用レンズと、上記第一の照
準用レンズによって平行にされた照準用の光を反射して
その光軸をレーザ光の光軸と一致せしめると共に、被加
工体の加工面で反射して戻って来た光を透過し得る半透
過鏡と、レーザ光を反射して光路変更せしめると共に、
照準用の光を透過し得る選択透過鏡と、上記照準用の光
が被加工体の加工面で反射し、上記選択透過鏡を透過し
た後、これを集束する第二の照準用レンズと、上記第二
の照準用レンズが取り付けられたケーシングを光路方向
に移動せしめる第二の照準用レンズ移動装置と、上記第
二の照準用レンズによって集束された照準用の光を結像
する結像面と、上記結像面を映像し、検出器を内蔵する
映像装置と、上記映像装置からの信号を解読演算して上
記集束レンズ系移動装置及び第二の照準用レンズ移動装
置を制御する制御装置を具備することを特徴とする上記
のレーザ加工装置。