KR20090113291A

KR20090113291A - 레이저 가공 장치 및 그 가공 방법

Info

Publication number: KR20090113291A
Application number: KR1020097017013A
Authority: KR
Inventors: 에이이치로 야마다; 아키라 이노우에; 히토시 하타야마
Original assignee: 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-10-29
Also published as: JPWO2008087984A1; WO2008087984A1; EP2105238A1; US20100068673A1; CN101588888A; EP2105238A4

Abstract

레이저 가공 장치(1)는 치아(13A) 또는 잇몸(13B)을 가공하기 위한 가공용 광을 발하는 가공용 광 광원(2)과, 치아(13A) 또는 잇몸(13B)을 조명하기 위한 조명광을 발하는 할로겐 램프(3)와, 치아(13A) 또는 잇몸(13B)으로부터의 복수의 파장의 광을 검출하는 것이 가능한 검출부(4)와, 제 l 발광부(2)의 발광 상태를 제어하는 제어부(5)를 구비하고 있다. 검출부(4)는 파장에 따라 수광 감도가 상이한 제 1 검출 소자(6)와 제 2 검출 소자(7)를 갖고, 상이한 파장의 광 강도를 검출하며, 검출된 결과를 제어부(5)로 출력하고 있다. 제어부(5)는 검출부(4)에 의해 검출된 상이한 파장의 광 각각의 광 강도의 비율에 근거하여 가공용 광 광원(2)의 발광 상태를 제어하고 있다.

Description

레이저 가공 장치 및 그 가공 방법{LASER PROCESSING DEVICE AND ITS PROCESSING METHOD}

본 발명은 레이저 가공 장치 및 그 가공 방법에 관한 것이다.

종래, 이러한 분야의 기술로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 문헌에 기재된 레이저 가공 장치는 접합용 광을 발하는 레이저 광원과, 판정용 광을 발하는 레이저 광원과, 접합 상태의 양부를 판정하는 판정 장치를 구비하고 있다. 그리고, 가공 대상물의 접합부에 접합용 광을 조사한 후에, 접합부에 판정용 광을 조사하고 그 반사광 및 복사광을 판정 장치에 수광함으로써, 접합 상태의 양부 판정을 실행하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개 특허 제 1993-335735 호 공보

그러나, 상술한 종래의 레이저 가공 장치에서는 접합부에 판정용 광을 조사하고, 그 조사에 의해 접합부에서 생기는 온도 변화를 복사광으로 검출하며, 검출된 결과에 근거하여 가공 대상물의 가공 상태의 양부를 판정하고 있다. 그 결과, 처리 시간이 소요되고, 처리 고속화의 향상에 저해된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 고속 처리를 가능하게 한 레이저 가공 장치 및 그 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 가공 대상물을 가공하기 위한 가공용 광을 발하는 제 1 발광부와, 제 1 발광부로부터 발하는 가공용 광을 가공 대상물에 도광하는 제 1 도광체와, 가공 대상물에서 생기는 복수의 파장의 광을 도광하는 제 2 도광체와, 제 2 도광체에 의해 도광되는 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광을 검출하는 검출부와, 검출부에 의해 검출된 결과에 근거하여 제 1 발광부의 발광 상태를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는 제 1 발광부로부터 발하는 가공용 광이 제 1 도광체에 의해 도광되어 가공 대상물에 조사된다. 그리고, 가공 대상물에서 생기는 복수의 파장의 광은 제 2 도광체에 의해 검출부까지 도광되어 검출부에 의해 검출된다. 제어부는 그 검출 결과를 근거로 가공 대상물의 가공 상태를 특정하고 제 1 발광부의 발광 상태를 제어한다. 이와 같이 직접적으로 복수의 파장의 광을 검출하여 가공 상태를 특정함으로써, 가공 대상물의 온도 변화로 가공 상태를 특정하는 경우와 비교하여, 처리 속도가 크게 향상되며 처리의 고속화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광을 검출하고, 검출된 결과에 근거하여 제 1 발광부의 발광 상태를 제어함으로써, 가공 상태에 따라 조사 조건을 적절하게 조정하는 것이 가능하게 되어 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 검출부는 상이한 파장의 광 각각의 광 강도를 검출하고, 제어부는 검출부에 의해 검출된 상이한 파장의 광 각각의 광 강도의 비율에 근거하여 제 1 발광부의 발광 상태를 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 검출한 상이한 파장의 광의 강도의 비율로 가공 상태를 특정하므로 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 검출부는 파장에 따라 수광 감도가 상이한 복수의 검출 소자를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 상이한 파장에 대응 가능한 검출 소자를 구비함으로써, 검출 정밀도를 향상시키고 가공 상태를 특정하는 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 검출부는 각각 상이한 중심 파장의 광을 투과 또는 반사시키는 광 필터와, 광 필터를 투과하거나 또는 광 필터에 의해 반사된 상이한 중심 파장의 광의 강도를 검출하는 복수의 검출 소자를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 검출부의 구성을 간단하게 할 수 있고, 장치 전체의 비용 삭감을 도모하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 검출부는 하나의 검출 소자와, 파장에 따라 광로를 변경하여 검출 소자로의 광로를 바꾸는 광로 변경 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 검출부의 구성을 간단하게 할 수 있고, 장치 전체의 비용 저감을 도모할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제 1 발광부는 중심 파장이 상이한 복수의 광원을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 중심 파장이 상이한 복수의 가공용 광을 얻을 수 있으므로, 가공 대상물의 가공 상태에 따라 가공용 광을 적절하게 선택하는 것이 가능하게 되어 가공 정밀도를 한층 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는 가공 대상물을 관찰하기 위한 관찰용 광을 발하는 제 2 발광부와, 제 2 발광부로부터 발하는 관찰용 광을 가공 대상물에 도광하는 제 3 도광체를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 가공용 광과 관찰용 광을 구별하여 사용함으로써 가공 정밀도를 한층 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제 2 발광부는 중심 파장이 상이한 복수의 광원을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 중심 파장이 상이한 복수의 관찰용 광을 얻을 수 있으므로, 가공 대상물의 가공 상태에 따라 관찰용 광을 적절하게 선택하는 것이 가능하게 되어 가공 정밀도를 한층 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 적어도 제 1 도광체 및 제 3 도광체는 가공 대상물 측에서 묶여서 고정되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는 도광체를 묶음으로써, 장치를 소형화할 수 있으면서 장치의 조작을 용이하게 실행할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 가공 대상물에 대하여 가공용 광 및 관찰용 광 중 적어도 하나의 광을 조사하는 제 1 단계와, 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하고, 검출된 검출광의 특성에 의해 조사 대상 영역을 특정하는 제 2 단계와, 특정된 조사 대상 영역에 가공용 광을 조사하여 가공 대상물을 가공하는 제 3 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하고, 검출 결과에 근거하여 조사 대상 영역을 특정한 후, 그 조사 대상 영역을 가공함으로써, 가공 대상물을 가공하는 속도를 향상시킬 수 있으면서 가공 대상물의 가공 상태에 따라 조사 조건을 적절하게 조정하는 것이 가능하게 되어 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는, 제 3 단계에 있어서 조사 시의 가공용 광의 강도는 제 1 단계에 있어서의 조사 시의 가공용 광의 강도보다도 높은 것이 바람직하다. 이 경우에는 제 3 단계의 가공용 광보다도 강도가 약한 가공용 광을 사용하여 조사 대상 영역을 특정함으로써, 조사 대상 영역의 특정 시에 가공 대상물에 손상을 끼치는 것을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 가공 대상물에 대하여 가공용 광 및 관찰용 광 중 적어도 하나의 광을 조사하는 제 1 단계와, 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하고, 검출된 검출광의 특성에 의해 가공 대상물의 온도 변화 또는 상태 변화를 판단하는 제 2 단계와, 판단된 결과에 근거하여 가공 대상물에 조사하는 가공용 광을 제어하는 제 3 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하여 가공 대상물의 온도 변화 또는 상태 변화를 판단하고, 판단된 결과를 근거로 가공 대상물에 조사하는 가공용 광을 제어함으로써, 가공 대상물의 가공 속도를 향상시킬 수 있으면서 가공 대상물의 가공 상태에 따라 조사 조건을 적절하게 조정하는 것이 가능하게 되어 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는, 제 2 단계에 있어서 검출광의 스펙트럼의 변화에 근거하여 상태 변화의 정도를 판단하고, 검출광의 스펙트럼의 변화가 있었던 경우, 제 3 단계에 있어서 가공 대상물에 조사하는 가공용 광의 파워를 작게 하거나 또는 가공용 광의 조사를 정지하도록 제 1 발광부의 발광 상태를 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 검출광의 스펙트럼의 변화를 근거로 가공 대상물의 가공 상태를 확인하여 가공 상태에 따라 가공용 광의 파워를 적절하게 조정함으로써 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는 가공 대상물에 있어서 관찰용 광의 조사 영역은 가공용 광의 조사 영역보다도 넓은 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 광범위하게 가공 대상물을 관찰할 수 있으므로 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워져서 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는, 제 1 도광체와 제 3 도광체의 출사단에는 제 1 도광체와 제 3 도광체에 각각 광학적으로 접속되는 제 4 도광체가 마련되고, 제 4 도광체로부터 출사된 관찰용 광의 퍼짐 각도는 제 4 도광체로부터 출사된 가공용 광의 퍼짐 각도보다도 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제 4 도광체로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 관찰용 광의 조사 영역을 넓힐 수 있으므로, 광범위하게 가공 대상물을 관찰하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워져서 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는, 제 1 도광체는 제 3 도광체에 의해 둘러싸여 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제 3 도광체는 제 1 도광체의 외측에 배치되므로, 제 1 도광체로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 제 3 도광체로부터 출사된 관찰용 광의 조사 영역을 넓힐 수 있으므로, 광범위하게 가공 대상물을 관찰하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워져서 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는 가공 대상물에 있어서 검출광의 검출 영역은 가공용 광의 조사 영역보다도 넓은 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 광범위하게 가공 대상물로부터의 검출광을 검출할 수 있으므로, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기가 쉬워져서 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는, 제 1 도광체의 출사측에는 제 1 도광체와 제 2 도광체에 각각 광학적으로 접속되는 제 5 도광체가 마련되고, 제 5 도광체에 입사하는 검출광의 제 5 도광체의 광축에 대한 최대 각도는 제 5 도광체로부터 출사된 가공용 광의 퍼짐 각도보다도 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제 5 도광체로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 제 5 도광체에 입사하는 검출광의 검출 영역을 넓힐 수 있으므로, 광범위하게 가공 대상물로부터의 검출광을 검출할 수 있다. 그 결과, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워지므로 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는, 제 1 도광체는 제 2 도광체에 의해 둘러싸여 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제 2 도광체는 제 1 도광체의 외측에 배치되기 때문에 제 1 도광체로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 제 2 도광체에 입사하는 검출광의 검출 영역을 넓힐 수 있으므로, 광범위하게 가공 대상물로부터의 검출광을 검출할 수 있다. 따라서, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워지므로 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고속 처리를 가능하게 한 레이저 가공 장치 및 그 가공 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 도시하는 개략도,

도 2는 경조직과 다랑어 살과의 반사/산란 스펙트럼을 도시하는 도면,

도 3은 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 변형예를 도시하는 개략도,

도 4는 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 변형예를 도시하는 개략도,

도 5는 제 2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 도시하는 개략도,

도 6은 제 2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 변형예를 도시하는 개략도,

도 7은 제 2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 변형예를 도시하는 개략도,

도 8은 제 3 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 가공 방법을 도시하는 흐름도,

도 9는 제 4 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 도시하는 개략도,

도 10은 번들 파이버를 도시하는 단면도,

도 11은 제 5 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 도시하는 개략도,

도 12는 번들 파이버를 도시하는 단면도,

도 13은 제 6 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 도시하는 개략도,

도 14는 집광 렌즈의 색수차를 이용하여 관찰용 광의 조사 범위를 넓히는 방법을 도시하는 도면.

부호의 설명

1, 14, 20, 25, 34, 39, 47, 57, 67 : 레이저 가공 장치

2, 35, 45 : 가공용 광 광원(제 1 발광부)

4, 15, 21 : 검출부 5 : 제어부

6, 7, 16, 17, 22, 28 : 검출 소자

8, 31, 32, 36, 46, 48, 58, 68 : 광 파이버(제 1 도광체)

10, 11, 24, 33, 53, 60, 73 : 광 파이버(제 2 도광체)

12 : 번들 파이버 13A : 치아(가공 대상물)

l3B : 잇몸(가공 대상물) 18, 19 : 광 필터

23 : 프리즘(광로 변경 수단) 26 : 전자 부품(가공 대상물)

27 : 가공용 광 발광부(제 1 발광부)

37 : 관찰용 광 광원(제 2 발광부)

38, 42, 44, 50, 63, 70 : 광 파이버(제 3 도광체)

40 : 관찰용 광 발광부(제 2 발광부)

55, 75, 78 : 광 파이버(제 4 도광체)

65 : 광 파이버(제 5 도광체)

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 상세히 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

(제 1 실시 형태)

도 1은 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 도시하는 개략도이다. 레이저 가공 장치(1)는 치과 치료에 사용할 수 있는 장치로서, 치아(13A) 또는 잇몸(13B)(가공 대상물)을 가공하기 위한 가공용 광을 발하는 가공용 광 광원(제 1 발광부)(2)과, 치아(13A)나 잇몸(13B), 또는 양자 모두를 관찰하기 위한 관찰용 광(조명광)인 백색광을 발하는 할로겐 램프(3)와, 치아(13A), 잇몸(13B)으로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하는 것이 가능한 검출부(4)와, 가공용 광 광원(2)의 발광 상태를 제어하는 제어부(5)를 구비하고 있다.

가공용 광 광원(2)은 특정 파장 408㎚의 레이저 광을 출력하는 반도체 레이저 소자를 포함하여 구성되어 있다. 이 가공용 광 광원(2)으로부터 발하는 가공용 광은 가공용 광 광원(2)에 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 1 도광체)(8)에 의해 치아(13A) 또는 잇몸(13B)에 도광된다.

검출부(4)는 파장에 따라 수광 감도가 상이한 제 1 검출 소자(6)와 제 2 검출 소자(7)를 구비하고 있다. 제 1 검출 소자(6)는 파장 540㎚의 광에 대하여 높은 수광 감도를 가지며, 제 2 검출 소자(7)는 파장 610㎚의 광에 대하여 높은 수광 감도를 갖고 있다. 제 1 검출 소자(6) 및 제 2 검출 소자(7)는 각각 광 파이버(제 2 도광체)(10, 11)와 광학적으로 접속되어, 광 파이버(10, 11)에 의해 도광되어 온 상이한 파장의 광 강도를 검출하고, 검출된 결과를 제어부(5)로 출력하고 있다. 제어부(5)는 검출부(4)에 의해 검출된 결과에 근거하여 가공용 광 광원(2)의 발광 상태를 제어하고 있다. 할로겐 램프(3)로부터의 조명광은 할로겐 램프(3)와 광학적으로 접속되는 광 파이버(9)에 의해 치아(13A)나 잇몸(13B), 또는 양자 모두를 향하여 도광된다.

치아(13A)는 경조직(에나멜질, 상아질 등)을, 잇몸(13B)은 연조직(잇몸 등)을 갖는다. 도 2는 경조직과 다랑어 살의 반사/산란 스펙트럼을 도시하는 도면이다. 다랑어 살은 연조직인 잇몸과 대략 동일한 구조를 갖기 때문에 잇몸(13B)을 대신하여 사용된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 경조직과 연조직의 반사/산란 스펙트럼은 파장 610㎚의 부근에서 가장 높은 최대값(peak)을 갖는다. 또한, 파장 540㎚ 부근에서 양자의 반사/산란 스펙트럼의 차는 가장 크다.

따라서, 파장 610㎚ 시의 반사/산란 스펙트럼을 100이라고 한 경우, 파장 540㎚에서의 경조직의 반사/산란 스펙트럼의 상대 강도가 약 85이며, 연조직의 반사/산란 스펙트럼의 상대 강도가 약 68이다. 그리고, 경조직[치아(13A)]의 판정 역치를 85로, 연조직[잇몸(13B)]의 판정 역치를 68로 한 경우, 검출부(4)에 의해 검출된 파장 540㎚의 광 강도와 파장 610㎚의 광 강도의 비율을 산출하고, 산출된 값과 판정 역치와의 비교를 실행함으로써, 치아(13A) 및 잇몸(13B) 중 어느 것이 조사 대상 영역에 있는지를 용이하게 판단할 수 있다.

광 파이버(8, 9, 10, 11)는 치아(13A) 측에서 묶여서 고정되어 있다. 이들 광 파이버(8, 9, 10, 11)는 번들 파이버(bundle fiber)(12)를 구성하고 있다. 이와 같이 광 파이버(8, 9, 10, 11)를 묶음으로써, 레이저 가공 장치(1)를 소형화할 수 있으면서 장치의 조작을 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 번들 파이버(12)의 선단에는 집광 렌즈(도시되지 않음)가 번들 파이버(12)의 축방향에 따라 이동 가능하게 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 레이저 가공 장치(1)에서는 가공용 광 광원(2)으로부터 발하는 가공용 광이 광 파이버(8)에 의해 도광되어 치아(13A) 또는 잇몸(13B)에 조사되며, 할로겐 램프(3)로부터 발하는 조명광이 광 파이버(9)에 의해 도광되어 치아(13A)나 잇몸(13B), 또는 양자 모두에 조사된다. 이에 의해, 치아(13A) 또는 잇몸(13B)에서 생긴 형광, 조명광 및 가공용 광의 반사광, 조명광 및 가공용 광의 산란광, 복사광 등을 포함하는 복수의 파장의 광(즉, 검출광)은 광 파이버(10, 11)에 의해 검출부(4)까지 도광되어 제 1 검출 소자(6)와 제 2 검출 소자(7)에 의해 검출된다. 제어부(5)는 그 검출 결과를 근거로 치아(13A) 또는 잇몸(13B)의 가공 상태를 특정하면서 가공용 광 광원(2)의 발광 상태를 제어한다. 이와 같이 직접적으로 복수의 파장의 광을 검출하여 가공 상태를 특정함으로써, 종래와 같이 온도 변화로 가공 상태를 특정하는 경우와 비교하면, 처리 속도를 크게 향상시키며 처리의 고속화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한, 치아(13A) 및 잇몸(13B)으로부터의 복수의 파장의 광을 검출하고 검출된 결과에 근거하여 가공용 광 광원(2)의 발광 상태를 제어함으로써, 치아(13A) 또 는 잇몸(13B)의 가공 상태에 따라 조사 조건을 적절하게 조정하는 것이 가능하게 되어 가공의 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 검출부(4)는 파장에 따라 수광 감도가 상이한 제 1 검출 소자(6) 및 제 2 검출 소자(7)를 가지므로, 검출 정밀도를 향상시키며 가공 상태를 특정하는 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

다음으로, 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)를 이용한 레이저 가공(치료) 방법에 대하여 설명한다.

최초로, 제 1 단계에서는 제어부(5)를 통해 할로겐 램프(3)로부터의 조명광을 발생시켜서 치아(13A)나 잇몸(13B), 또는 양자 모두에 조사한다. 이때, 최대 조사 시간은 20ms로 실행한다. 또한, 조사할 때에 조명광이 확산하도록, 번들 파이버(12)의 선단에 마련된 집광 렌즈를 번들 파이버(12)의 축방향에 따라 이동하여 광범위한 조사 범위를 확보한다.

계속하여, 제 2 단계에서는 치아(13A) 또는 잇몸(13B)으로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하고, 검출된 검출광의 특성에 의해 조사 대상 영역을 특정한다. 조명광의 조사에 의해, 치아(13A)(경조직)와 잇몸(13B)(연조직)이 각각 형광을 발생하거나 조명광을 반사하거나 한다. 그리고, 이들 형광, 조명광의 반사광, 조명광의 산란광, 복사광을 포함하는 복수의 파장의 광은 광 파이버(10, 11)에 입사하여 검출부(4)까지 도광된다.

검출부(4)는 파장 540㎚의 광에 대하여 높은 수광 감도를 갖는 제 1 검출 소자(6)와 파장 610㎚의 광에 대하여 높은 수광 감도를 갖는 제 2 검출 소자(7)를 구비하므로, 광 파이버(10, 11)에 의해 도광된 치아(13A) 또는 잇몸(13B)으로부터의 복수의 파장의 광 중 파장 540㎚ 및 610㎚의 광이 검출된다. 그 검출 결과는 제어부(5)에 입력된다. 제어부(5)에서는 검출부(4)에 의해 검출된 파장 540㎚의 광 강도와 파장 610㎚의 광 강도의 비율을 산출하고, 산출된 값과 판정 역치와의 비교를 실행한다. 그 후에, 산출된 값이 0.68 부근이면, 조사 대상 영역이 잇몸(13B)(연조직)인 것으로 판단되며, 한편 산출된 값이 0.85 부근이면, 조사 대상 영역이 치아(13A)(경조직)인 것으로 판단된다. 이에 의해, 조사 대상 영역이 용이하게 특정된다.

이어서, 제 3 단계에서는 특정된 조사 대상 영역에 가공용 광을 조사하여 치아(13A) 또는 잇몸(13B)을 가공한다. 예를 들면, 조사 대상 영역이 잇몸(13B)(연조직)인 것으로 판단된 경우에 제어부(5)는 가공용 광 광원(2)으로부터의 발광 상태를 계속하도록 가공용 광 광원(2)을 제어한다. 또한, 조사 대상 영역이 치아(13A)(경조직)인 것으로 판단된 경우에 제어부(5)는 가공용 광 광원(2)으로부터의 발광 상태를 정지하도록 가공용 광 광원(2)을 제어한다.

제 3 단계에 있어서, 조사 대상 영역에 가공용 광을 조사할 때에, 번들 파이버(12)의 선단에 마련된 집광 렌즈를 번들 파이버(12)의 축방향에 따라 이동시켜서 가공용 광을 조사 대상 영역에 집광시킨다.

이와 같이 치아(13A) 또는 잇몸(13B)으로부터의 복수의 파장의 광 특성을 검출하고 검출 결과에 근거하여 조사 대상 영역을 특정한 후 그 조사 대상 영역을 가공함으로써, 가공이 필요하지 않은 부분을 잘못하여 가공하는 것을 방지할 수 있고, 치아(13A) 또는 잇몸(13B)을 가공하는 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 치 아(13A) 또는 잇몸(13B)의 가공 상태에 따라 조사 조건을 적절하게 조정하는 것이 가능하게 되어 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하면서 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)의 변형예에 대하여 설명한다.

도 3에 도시된 변형예에서는, 레이저 가공 장치(14)의 검출부(15)는 각각 상이한 중심 파장의 광을 투과 또는 반사시키는 광 필터(18, 19)와, 복수의 파장의 광을 검출 가능한 검출 소자(16, 17)가 1대 1의 조합에 의해 구성되어 있다. 광 필터(18)는 파장 540㎚의 광에 대하여 높은 투과율을 가지며, 파장 610㎚의 광에 대하여 낮은 투과율을 갖고 있다. 한편, 광 필터(19)는 파장 610㎚의 광에 대하여 높은 투과율을 가지며, 파장 540㎚의 광에 대하여 낮은 투과율을 갖고 있다. 검출 소자(16, 17)는 파장 540㎚ 및 파장 610㎚을 포함하는 복수의 파장의 광을 검출 가능하다.

이러한 구성에 의해, 치아(13A) 또는 잇몸(13B)으로부터의 형광, 조명광의 반사광, 조명광의 산란광, 복사광을 포함하는 복수의 파장의 광은 광 파이버(10, 11)에 의해 광 필터(18, 19)에 각각 도광된다. 그리고, 복수의 파장의 광 중 파장 540㎚의 광은 광 필터(18)를 투과해서 검출 소자(16)에 입사하여 검출 소자(16)에 의해 검출되고, 파장 610㎚의 광은 광 필터(19)를 투과해서 검출 소자(17)에 입사하여 검출 소자(17)에 의해 검출된다. 이러한 구성을 갖는 레이저 가공 장치(14)는 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것 외에, 검출부(15)의 구성을 간단하게 할 수 있으며 장치 전체의 비용 삭감을 도모 할 수 있게 된다.

도 4에 도시된 변형예에서는, 레이저 가공 장치(20)의 검출부(21)는 하나의 검출 소자(22)와, 파장에 따라 광로를 변경하는 프리즘(광로 변경 수단)(23)을 포함하여 구성되어 있다. 프리즘(23)은 치아(13A) 또는 잇몸(13B)에서 생기는 복수의 파장의 광을 도광하는 광 파이버(제 2 도광체)(24)와 광학적으로 접속되어 있다. 검출 소자(22)는 파장 540㎚ 및 파장 610㎚을 포함하는 복수의 파장의 광을 검출 가능하다.

이러한 구성에 의해, 치아(13A) 또는 잇몸(13B)으로부터의 형광, 조명광의 반사광, 조명광의 산란광, 복사광을 포함하는 복수의 파장의 광은 광 파이버(24)에 의해 프리즘(23)에 도광된다. 프리즘(23)에서는 복수의 파장의 광 중 파장 540㎚의 광과 파장 610㎚의 광의 광로를 변경하고, 프리즘(23)의 회전에 의해 검출 소자(22)로의 광로를 변환한다. 따라서, 파장 540㎚의 광과 파장 610㎚의 광은 검출 소자(22)에 의해 각각 검출된다. 이러한 구성을 갖는 레이저 가공 장치(20)는 제 1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것 외에 검출부(21)의 구성을 간단하게 할 수 있고, 장치 전체의 비용 저감을 도모할 수 있게 된다.

(제 2 실시 형태)

다음으로, 제 2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(25)에 대하여 설명한다. 도 5는 제 2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 도시하는 개략도이다. 레이저 가공 장치(25)는 전자 부품 가공에 사용할 수 있는 장치로서, 전자 부품(가 공 대상물)(26)을 가공하기 위한 가공용 광을 발하는 가공용 광 발광부(제 1 발광부)(27)와, 전자 부품(26)으로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출할 수 있는 검출 소자(검출부)(28)와, 가공용 광 발광부(27)의 발광 상태를 제어하는 제어부(5)를 구비하고 있다.

가공용 광 발광부(27)는 중심 파장이 상이한 2개의 광원을 가지며, 파장 408㎚의 레이저 광을 출력하는 제 1 가공용 광 광원(29)과, 파장 910㎚의 레이저 광을 출력하는 제 2 가공용 광 광원(30)을 포함하여 구성되어 있다. 이들 가공용 광 광원(29, 30)으로부터 발하는 가공용 광은 각각의 광원과 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 1 도광체)(31, 32)에 의해 전자 부품(26)을 향하여 도광된다.

검출 소자(28)는 파장 408㎚ 및 파장 910㎚을 포함하는 복수의 파장의 광을 검출 가능한 소자를 가지며, 광 파이버(제 2 도광체)(33)와 광학적으로 접속되어 있다. 검출 소자(28)는 광 파이버(33)에 의해 도광되어 온 상이한 파장의 광 강도를 검출하고, 검출된 결과를 제어부(5)로 출력하고 있다.

제어부(5)는 검출 소자(28)에 의해 검출된 결과에 근거하여 가공용 광 발광부(27)의 발광 상태를 제어하고 있다. 즉, 제어부(5)에서는 검출 소자(28)에 의해 검출된 파장 408㎚의 광 강도와 파장 910㎚의 광 강도의 비율을 산출하고, 산출된 값과 판정 역치와의 비교를 실행함으로써, 전자 부품(26)의 조사 대상 영역을 특정한다.

광 파이버(31, 32, 33)는 전자 부품(26) 측에서 묶여서 고정되어 있다. 이들 광 파이버(31, 32, 33)는 번들 파이버(12)를 구성하고 있다. 이와 같이 광 파 이버(31, 32, 33)를 묶음으로써, 레이저 가공 장치(25)를 소형화할 수 있으면서 장치의 조작을 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 번들 파이버(12)의 선단에는 집광 렌즈(도시되지 않음)가 번들 파이버(12)의 축방향에 따라 이동 가능하게 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 레이저 가공 장치(25)에서는 제 1 가공용 광 광원(29) 및 제 2 가공용 광 광원(30)으로부터 발하는 가공용 광이 각각 광 파이버(31, 32)에 의해 도광되어 전자 부품(26)에 조사된다. 그리고, 이 조사에 의해 전자 부품(26)에서 생기는 복수의 파장의 광은 광 파이버(33)에 의해 검출 소자(28)에 도광되어 검출 소자(28)에 의해 검출된다. 제어부(5)는 그 검출 결과에 근거하여 전자 부품(26)의 조사 대상 영역을 특정하면서 가공용 광 발광부(27)의 발광 상태를 제어한다. 이와 같이 직접적으로 복수의 파장의 광을 검출하여 가공 상태를 특정함으로써, 종래와 같이 온도 변화로 가공 상태의 양부를 판정하는 경우와 비교하면, 처리 속도를 크게 향상시켜서 처리의 고속화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한, 전자 부품(26)으로부터의 복수의 파장의 광을 검출하고, 검출된 결과에 근거하여 제 1 가공용 광 광원(29) 및 제 2 가공용 광 광원(30)의 발광 상태를 제어함으로써, 전자 부품(26)의 가공 상태에 따라 조사 조건을 적절하게 조정하는 것이 가능하게 되어 가공의 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 가공용 광 발광부(27)는 중심 파장이 상이한 2개의 광원을 가지므로, 전자 부품(26)의 가공 상태에 따라 중심 파장이 상이한 2종류의 가공용 광을 적절하게 선택하는 것이 가능하게 되어 가공 정밀도를 한층 높일 수 있다.

다음으로, 제 2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(25)를 이용한 레이저 가공 방법에 대하여 설명한다.

최초로, 제 1 단계에서는 제어부(5)를 통해 제 1 가공용 광 광원(29) 및 제 2 가공용 광 광원(30)으로부터 각각 가공용 광을 발생시켜서 전자 부품(26)에 조사한다. 이때, 전자 부품(26)에 손상을 끼치지 않도록 가공용 광의 강도를 약하게 하여 최대 조사 시간을 20ms로 실행한다. 또한, 전자 부품(26)을 조사할 때에, 제 1 가공용 광 광원(29) 및 제 2 가공용 광 광원(30)으로부터 발생한 가공용 광을 확산하도록, 번들 파이버(12)의 선단에 마련된 집광 렌즈를 번들 파이버(12)의 축방향에 따라 이동시켜서 광범위한 조사 범위를 확보한다.

계속하여, 제 2 단계 및 제 3 단계에서는 전자 부품(26)으로부터의 복수의 파장의 광을 검출하고 검출광의 특성에 의해 조사 대상을 판단하여 전자 부품(26)을 가공한다. 구체적으로는, 가공용 광의 조사에 의해, 전자 부품(26)에 포함되는 금속 재료인 금, 주석 등 및 전자 부품(26)을 탑재하는 유리 에폭시 기판이 각각 가공용 광을 반사하거나 형광을 발생하거나 한다. 그리고, 이들 가공용 광의 반사광, 형광, 가공용 광의 산란광 및 복사광을 포함하는 복수의 파장의 광(즉, 검출광)은 광 파이버(33)에 입사하여 검출 소자(28)에 도광된다.

검출 소자(28)에서는 전자 부품(26)에서 생긴 복수의 파장의 광 중 가공용 광의 반사광인 파장 408㎚ 및 파장 910㎚의 광이 검출된다. 그 검출 결과는 제어부(5)에 입력된다. 제어부(5)에서는 검출 소자(28)에 의해 검출된 파장 408㎚의 광 강도와 파장 910㎚의 광 강도의 비율을 산출하여 산출된 값과 판정 역치와의 비 교를 실행한다.

예컨대, 금에 대한 판정 역치를 α로 하고 주석에 대한 판정 역치를 β로 한 경우, 산출된 값이 α 부근이면, 전자 부품(26)의 조사 대상 영역이 금인 것으로 판단되어 제 1 가공용 광 광원(29)을 동작시켜서 파장 408㎚의 광을 조사한다. 또한, 산출된 값이 β 부근이면, 전자 부품(26)의 조사 대상 영역이 주석인 것으로 판단되어 제 1 가공용 광 광원(29) 및 제 2 가공용 광 광원(30)을 동작시켜서 파장 408㎚ 및 파장 910㎚의 광을 조사한다. 그 이외이면 조사 대상 영역이 유리 에폭시 기판인 것으로 판단하여 제 1 가공용 광 광원(29) 및 제 2 가공용 광 광원(30)의 발광 상태를 정지한다.

이와 같이 전자 부품(26)으로부터의 반사광의 광 특성을 검출하고 검출 결과를 근거로 조사 대상을 판단하여 전자 부품(26)을 가공함으로써, 전자 부품(26)을 가공하는 속도를 향상시킬 수 있으면서 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하면서 제 2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(25)의 변형예에 대하여 설명한다.

도 6에 도시된 변형예에서는, 레이저 가공 장치(34)는 관찰용 광 광원(제 2 발광부)(37)을 더 구비하며, 가공용 광 발광부가 가공용 광 광원(제 1 발광부)(35)을 포함하여 구성되어 있다.

가공용 광 광원(35)은 특정 파장 408㎚의 레이저 광을 출력하는 반도체 레이저 소자를 갖는다. 가공용 광 광원(35)으로부터 발하는 가공용 광은 가공용 광 광원(35)에 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 1 도광체)(36)에 의해 전자 부품(26) 으로 도광된다. 관찰용 광 광원(37)은 전자 부품(26)을 관찰하기 위한 관찰용 광을 발하는 것으로서, 특정 파장 660㎚의 레이저 광을 출력하는 반도체 레이저 소자를 포함하여 구성되어 있다. 관찰용 광은 광 파이버(제 3 도광체)(38)에 의해 전자 부품(26)까지 도광된다.

이러한 구성을 갖는 레이저 가공 장치(34)를 이용하여 레이저 가공할 때에, 가공용 광 및 관찰용 광을 전자 부품(26)에 조사하고, 검출 소자(28)에 의해 가공용 광 및 관찰용 광의 반사광인 파장 408㎚ 및 파장 660㎚의 광을 검출한다. 그리고, 검출된 파장 408㎚의 광 강도와 파장 660㎚의 광 강도의 비율을 근거로 조사 대상 영역을 특정하여 가공용 광을 조사함으로써 전자 부품(26)을 가공한다.

도 7에 도시된 변형예에서는, 레이저 가공 장치(39)는 가공용 광 광원(제 1 발광부)(45)과 관찰용 광 발광부(제 2 발광부)(40)를 구비하고 있다. 가공용 광 광원(45)은 특정 파장 308㎚의 레이저 광을 출력하는 반도체 레이저 소자를 갖는다. 가공용 광은 가공용 광 광원(45)에 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 1 도광체)(46)에 의해 전자 부품(26)으로 도광된다.

관찰용 광 발광부(40)는 전자 부품(26)을 관찰하기 위한 관찰용 광을 발하는 것으로서, 중심 파장이 상이한 2개의 광원을 가지며, 파장 408㎚의 레이저 광을 출력하는 제 1 관찰용 광 광원(41)과 파장 660㎚의 레이저 광을 출력하는 제 2 관찰용 광 광원(43)을 포함하여 구성되어 있다. 이들 관찰용 광 광원(41, 43)으로부터 발하는 관찰용 광은 각각의 광원과 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 3 도광체)(42, 44)에 의해 전자 부품(26)으로 도광된다.

이러한 구성을 갖는 레이저 가공 장치(39)를 이용하여 레이저 가공할 때에, 제 1 관찰용 광 광원(41) 및 제 2 관찰용 광 광원(43)으로부터 발생하는 관찰용 광을 전자 부품(26)에 조사하고, 검출 소자(28)에 의해 관찰용 광의 반사광인 파장 408㎚ 및 파장 660㎚의 광을 검출한다. 그리고, 검출된 파장 408㎚의 광 강도와 파장 660㎚의 광 강도의 비율을 근거로 조사 대상 영역을 특정하고, 특정 파장 308㎚의 가공용 광을 조사함으로써 전자 부품(26)을 가공한다.

(제 3 실시 형태)

이하, 도 8을 참조하면서 레이저 가공 장치(1)를 사용한 잇몸(13B)의 절개에 대하여 설명한다.

순서 S1(제 1 단계)에서는 제어부(5)를 통해 할로겐 램프(3)로부터 조명광을 발생시켜서 치아(13A)와 잇몸(13B)에 조사한다. 이때, 최대 조사 시간은 20ms이다.

순서 S2(제 2 단계)에서는 치아(13A)와 잇몸(13B)으로부터의 검출광이 검출되며, 순서 S3(제 2 단계)에서는 검출된 검출광의 스펙트럼 변화에 근거하여 가공 상태의 변화에 대한 판단이 실행된다. 이때, 조명광의 조사에 의해 치아(13A)와 잇몸(13B)이 각각 형광을 발생하거나 조명광을 반사하거나 한다. 이들 형광, 조명광의 반사광, 조명광의 산란광, 복사광을 포함하는 검출광은 광 파이버(10, 11)에 입사하여 검출부(4)까지 도광된다.

검출부(4)는 파장 540㎚의 광에 대하여 높은 수광 감도를 갖는 제 1 검출 소자(6)와 파장 610㎚의 광에 대하여 높은 수광 감도를 갖는 제 2 검출 소자(7)를 구 비하므로, 광 파이버(10, 11)에 의해 도광된 치아(13A)와 잇몸(13B)으로부터의 복수의 파장의 광 중 파장 540㎚ 및 610㎚의 광이 검출된다. 그 검출 결과는 제어부(5)에 입력된다. 제어부(5)에서는 검출된 파장 540㎚ 및 파장 610㎚의 광의 각각의 스펙트럼의 변화에 근거하여 가공 상태 변화의 정도를 판단한다.

그리고, 파장 540㎚ 및 파장 610㎚의 광의 스펙트럼의 변화가 없다고 판단된 경우, 순서 S4(제 3 단계)로 진행한다. 순서 S4에서는 제어부(5)를 통해 가공용 광 광원(2)의 발광 상태를 유지시켜서 잇몸(13B)의 절개가 실행된다. 한편, 파장 540㎚ 및 파장 61O㎚의 광의 스펙트럼의 변화가 있었다고 판단된 경우, 순서 S5(제 3 단계)로 진행한다. 이 순서 S5에서는 제어부(5)를 통해 가공용 광의 파워를 작게 하거나 또는 가공용 광의 조사를 정지하도록 가공용 광 광원(2)의 발광 상태가 제어된다. 예를 들면, 잇몸(13B)의 절개 중에 파장 540㎚ 및 파장 610㎚의 광의 스펙트럼의 변화가 있어서 치아(13A)에 접근하고 있다고 판단된 경우, 제어부(5)는 가공용 광 광원(2)으로부터 발생한 가공용 광의 파워를 약하게 하도록 가공용 광 광원(2)을 제어한다. 또한, 파장 540㎚ 및 파장 610㎚의 광의 스펙트럼의 변화가 있어서 가공용 광이 치아(13A)에 닿았다고 판단된 경우, 제어부(5)는 가공용 광 광원(2)으로부터의 발광 상태를 정지하도록 가공용 광 광원(2)을 제어한다. 그리고, 순서 S1 내지 S5는 예를 들면 가공용 광이 치아(13A)에 닿을 때까지 필요한 횟수만큼 반복된다.

이와 같이 검출광의 스펙트럼의 변화에 근거하여 잇몸(13B)의 절개 상태를 수시로 확인하여 절개 상태에 따라 가공용 광 광원(2)으로부터 발생한 가공용 광의 파워를 적절하게 조정함으로써, 치아(13A)에 손상을 끼치는 것을 억제하면서 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

(제 4 실시 형태)

도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치(47)는 가공용 광 광원으로부터 발생되는 가공용 광을 가공 대상물에 도광하는 광 파이버(제 1 도광체)(48)와, 관찰용 광 광원으로부터 발생되는 관찰용 광을 가공 대상물에 도광하는 광 파이버(제 3 도광체)(50)와, 가공 대상물에서 생기는 복수의 파장의 검출광을 검출부로 도광하는 광 파이버(제 2 도광체)(53)와, 검출부에 의해 검출된 결과에 근거하여 가공용 광 광원과 관찰용 광 광원의 발광 상태를 제어하는 제어부를 구비한다. 본 실시 형태에 따른 가공용 광 광원, 관찰용 광 광원 및 제어부는 도 6에 도시된 변형예에 있어서의 가공용 광 광원(35), 관찰용 광 광원(37) 및 검출부(4)와 동일하며, 검출부는 도 4에 도시된 변형예에 있어서의 검출부(21)와 동일하기 때문에 중복 설명을 생략한다.

광 파이버(48)와 광 파이버(50)의 출사단에는 이들 광 파이버(48, 50)에 각각 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 4 도광체)(55)가 마련되어 있다. 광 파이버(55)의 부근에는 가공 대상물로부터의 검출광을 도광하는 광 파이버(53)가 설치되어 있다. 광 파이버(48)와 광 파이버(55)는 집광 렌즈(49, 54)와, 집광 렌즈(49, 54)의 사이에 배치된 광 필터(52)를 거쳐서 서로 접속되어 있다. 한편, 광 파이버(50)와 광 파이버(55)는 집광 렌즈(51, 54)와, 집광 렌즈(51, 54)의 사이에 배치된 광 필터(52)를 거쳐서 서로 접속되어 있다.

광 필터(52)는 광 파이버(48)에 의해 도광된 가공용 광을 투과시키고, 광 파이버(50)에 의해 도광된 관찰용 광을 반사시키는 것이다. 따라서, 광 파이버(48)로부터 출사된 가공용 광은 집광 렌즈(49)에 의해 집광되고, 광 필터(52)를 투과한 후 집광 렌즈(54)에 의해 더욱 집광되며, 광 파이버(55)에 입사하여 광 파이버(55)로부터 가공 대상물로 출사된다. 한편, 광 파이버(50)로부터 출사된 관찰용 광은 집광 렌즈(51)에 의해 집광되고, 광 필터(52)에 반사된 후 집광 렌즈(54)에 의해 더욱 집광되며, 광 파이버(55)에 입사하여 광 파이버(55)로부터 가공 대상물로 출사된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 광 파이버(55)로부터 출사된 관찰용 광의 퍼짐 각도(θ1)는 이 광 파이버(55)로부터 출사된 가공용 광의 퍼짐 각도(θ2)보다도 크다. 이와 같이 하면, 광 파이버(55)로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 관찰용 광의 조사 영역을 넓힐 수 있으므로 광범위하게 가공 대상물을 관찰하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워져서 레이저 가공 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

또한, 가공 대상물에 있어서 가공용 광의 조사 영역보다도 관찰용 광의 조사 영역을 넓히는 방법으로서, 상술한 방법 외에 도 10 및 도 14에 도시된 방법을 들 수 있다. 도 10에 도시된 방법에서는, 번들 파이버(56)는 단면이 육각형인 형상으로 형성되며, 그 중앙에는 7개의 광 파이버(48)가 마련되고 광 파이버(48)의 주위에는 30개의 광 파이버(50)가 배열되어 있다. 이와 같이 구성된 번들 파이버(56)에 있어서는 광 파이버(50)가 광 파이버(48)의 외측에 배치되므로, 광 파이버(50) 로부터 출사된 관찰용 광의 조사 영역은 광 파이버(48)로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 넓기 때문에 광범위하게 가공 대상물을 관찰할 수 있다. 따라서, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워져서 레이저 가공 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

도 14에 도시된 방법에서는, 광 파이버(48)와 광 파이버(50)의 출사단에는 이들 광 파이버(48, 50)에 각각 광학적으로 접속된 광 파이버(제 4 도광체)(78)가 마련되어 있다. 광 파이버(78)의 선단에는 집광 렌즈(79)가 설치되어 있다. 광 파이버(48)에 의해 도광된 가공용 광(특정 파장 408㎚)과 광 파이버(50)에 의해 도광된 관찰용 광(특정 파장 660㎚)은 서로 파장이 다르므로, 집광 렌즈(79)의 색수차에 의해 가공 대상물에서의 초점 위치는 상이하다. 그래서, 가공용 광의 초점 위치에 모아서 가공용 광을 결상(結像)시킨 경우(도 14의 실선 부분), 관찰용 광의 조사 범위(도 14의 파선 부분)를 넓히는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하면, 광범위하게 가공 대상물을 관찰할 수 있으므로, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워져서 레이저 가공 처리의 고속화를 도모할 수 있다. 또한, 집광 렌즈(79)는 광 파이버(78)의 축방향에 따라 이동 가능하게 설치되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 색수차가 없거나 또는 적은 렌즈를 사용해도 가공 대상물에서의 초점 위치를 충분히 바꿀 수 있고, 관찰용 광의 조사 범위를 확대하는 것이 가능하게 된다. 물론, 렌즈의 색수차를 이용하는 것과 렌즈 설치 위치를 이동 가능하게 하는 것의 양자를 조합시키는 것이 가능함은 당연하다.

(제 5 실시 형태)

도 11에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치(57)는 가공용 광 광원으로부터 발생하는 가공용 광을 가공 대상물에 도광하는 광 파이버(제 1 도광체)(58)와, 가공 대상물로부터의 검출광을 검출부까지 도광하는 광 파이버(제 2 도광체)(60)와, 관찰용 광 광원으로부터 발생하는 관찰용 광을 가공 대상물에 도광하는 광 파이버(제 3 도광체)(63)와, 검출부에 의해 검출된 결과에 근거하여 가공용 광 광원과 관찰용 광 광원의 발광 상태를 제어하는 제어부를 구비한다. 본 실시 형태에 따른 가공용 광 광원, 관찰용 광 광원 및 제어부는 도 6에 도시된 변형예에 있어서의 가공용 광 광원(35), 관찰용 광 광원(37) 및 검출부(4)와 동일하며, 검출부는 도 4에 도시된 변형예에 있어서의 검출부(21)와 동일하기 때문에 중복 설명을 생략한다.

광 파이버(58)의 출사단에는 광 파이버(58, 60)에 각각 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 5 도광체)(65)가 마련되어 있다. 광 파이버(65)의 부근에는 관찰용 광을 가공 대상물에 도광하는 광 파이버(63)가 설치되어 있다. 광 파이버(58)와 광 파이버(65)는 집광 렌즈(59, 64)와, 집광 렌즈(59, 64)의 사이에 배치된 광 필터(62)를 거쳐서 서로 접속되어 있다. 한편, 광 파이버(60)와 광 파이버(65)는 집광 렌즈(61, 64)와, 집광 렌즈(61, 64)의 사이에 배치된 광 필터(62)를 거쳐서 서로 접속되어 있다.

광 필터(62)는 광 파이버(58)에 의해 도광된 가공용 광을 투과시키고, 광 파이버(65)에 의해 도광된 검출광을 반사시키는 것이다. 따라서, 광 파이버(58)로부터 출사된 가공용 광은 집광 렌즈(59)에 의해 집광되고, 광 필터(62)를 투과한 후 집광 렌즈(64)에 의해 더욱 집광되며, 광 파이버(65)에 입사하여 광 파이버(65)로 부터 가공 대상물로 출사된다. 한편, 광 파이버(65)에 입사한 검출광은 집광 렌즈(64)에 의해 집광되고, 광 필터(62)에 반사된 후 집광 렌즈(61)에 의해 더욱 집광되며, 광 파이버(60)에 입사하여 검출부까지 도광된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 광 파이버(65)에 입사한 검출광의 광 파이버(65)의 광축(L1)에 대한 최대 각도(θ3)는 출사된 가공용 광의 퍼짐 각도(θ4)보다도 크다. 이 경우, 광 파이버(65)로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 광 파이버(65)에 입사한 검출광의 검출 영역을 넓힐 수 있으므로, 광범위하게 가공 대상물로부터의 검출광을 검출하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워지므로 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

또한, 가공 대상물에 있어서 가공용 광의 조사 영역보다도 검출광의 검출 영역을 넓히는 방법으로서, 상술한 방법 외에 도 12에 도시된 방법을 들 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 번들 파이버(66)는 단면이 육각형인 형상으로 형성되며, 그 중앙에는 7개의 광 파이버(58)가 마련되고 광 파이버(58)의 주위에는 30개의 광 파이버(60)가 배열되어 있다. 이와 같이 구성된 번들 파이버(66)에 있어서는, 광 파이버(60)가 광 파이버(58)의 외측에 배치되므로, 광 파이버(58)로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 광 파이버(60)에 입사한 검출광의 검출 영역을 넓힐 수 있어서, 광범위하게 가공 대상물로부터의 검출광을 검출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워지므로 처리의 고속화를 도모할 수 있다.

(제 6 실시 형태)

도 13에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치(67)는 가공용 광 광원으로부터 발생되는 가공용 광을 가공 대상물에 도광하는 광 파이버(제 1 도광체)(68)와, 관찰용 광 광원으로부터 발생되는 관찰용 광을 가공 대상물에 도광하는 광 파이버(제 3 도광체)(70)와, 가공 대상물에서 생기는 복수의 파장의 검출광을 검출부에 도광하는 광 파이버(제 2 도광체)(73)와, 검출부에 의해 검출된 결과에 근거하여 가공용 광 광원과 관찰용 광 광원의 발광 상태를 제어하는 제어부를 구비한다. 본 실시 형태에 따른 가공용 광 광원, 관찰용 광 광원 및 제어부는 도 6에 도시된 변형예에 있어서의 가공용 광 광원(35), 관찰용 광 광원(37) 및 검출부(4)와 동일하며, 검출부는 도 4에 도시된 변형예에 있어서의 검출부(21)와 동일하기 때문에 중복 설명을 생략한다.

광 파이버(68)와 광 파이버(70)의 출사단에는 광 파이버(68, 70, 73)에 각각 광학적으로 접속되는 광 파이버(제 4 도광체)(75)가 마련되어 있다. 광 파이버(68)와 광 파이버(75)는 집광 렌즈(69, 74)와, 집광 렌즈(69, 74)의 사이에 배치된 2개의 광 필터(72, 77)를 거쳐서 서로 접속되어 있다. 광 파이버(70)와 광 파이버(75)는 집광 렌즈(71, 74)와, 집광 렌즈(71, 74)의 사이에 배치된 광 필터(72)를 거쳐서 서로 접속되어 있다. 또한, 광 파이버(73)와 광 파이버(75)는 집광 렌즈(74, 76)와, 집광 렌즈(74, 76)의 사이에 배치된 광 필터(72, 77)를 거쳐서 서로 접속되어 있다.

광 필터(72)는 광 파이버(68)에 의해 도광된 가공용 광 및 광 파이버(75)에 의해 도광된 검출광을 투과시키고, 광 파이버(70)에 의해 도광된 관찰용 광을 반사 시키는 것이다. 광 필터(77)는 광 파이버(68)에 의해 도광된 가공용 광을 투과시키고, 광 파이버(75)에 의해 도광된 검출광을 반사시키는 것이다. 따라서, 광 파이버(68)로부터 출사된 가공용 광은 집광 렌즈(69)에 의해 집광되고, 광 필터(77, 72)를 투과한 후 집광 렌즈(74)에 의해 더욱 집광되며, 광 파이버(75)에 입사하여 광 파이버(75)로부터 가공 대상물로 출사된다. 광 파이버(70)로부터 출사된 관찰용 광은 집광 렌즈(71)에 의해 집광되고, 광 필터(72)에 반사된 후 집광 렌즈(74)에 의해 더욱 집광되며, 광 파이버(75)에 입사하여 광 파이버(75)로부터 가공 대상물로 출사된다. 광 파이버(75)에 입사한 검출광은 집광 렌즈(74)에 의해 집광되고, 광 필터(72)를 투과한 후 광 필터(77)에 반사되어 집광 렌즈(61)에 의해 더욱 집광되며, 광 파이버(73)에 입사하여 검출부까지 도광된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 광 파이버(75)로부터 출사된 관찰용 광의 퍼짐 각도(θ5)는 이 광 파이버(75)로부터 출사된 가공용 광의 퍼짐 각도(θ6)보다도 크다. 광 파이버(75)에 입사한 검출광의 광 파이버(75)의 광축(L2)에 대한 최대 각도(θ7)는 관찰용 광의 퍼짐 각도(θ5)와 동일하다. 이와 같이 하면, 광 파이버(75)로부터 출사된 가공용 광의 조사 영역보다도 출사된 관찰용 광의 조사 영역 및 광 파이버(75)에 입사한 검출광의 검출 영역을 넓힐 수 있으므로, 광범위하게 가공 대상물을 관찰할 수 있으면서 광범위하게 가공 대상물로부터의 검출광을 검출하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 가공 대상물의 가공 상태를 확인하기 쉬워져서 레이저 가공 처리의 고속화를 도모할 수 있다. 또한, 관찰용 광의 퍼짐 각도(θ5)와, 검출광의 광 파이버(75)의 광축(L2)에 대한 최대 각도(θ7)는 반드시 동 일하지 않아도 좋으며, 각각이 가공용 광의 퍼짐 각도(θ6)보다 크면 상이해도 좋다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 치과 치료와 전자 부품 가공에 사용된 레이저 가공 장치에 대하여 설명했지만, 레이저 가공 장치의 사용은 이들 용도에 한정되지 않으며, 그 밖의 분야에도 적용 가능하다. 또한, 본 방법 또는 본 가공 장치를 사용하면, 조사 대상에 대한 레이저 조사 위치를 상대적으로 변화시키면서 순차적으로 가공해 나가는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

가공 대상물을 가공하기 위한 가공용 광을 발하는 제 1 발광부와,

상기 제 1 발광부로부터 발생되는 가공용 광을 상기 가공 대상물에 도광하는 제 1 도광체와,

상기 가공 대상물에서 생기는 복수의 파장의 광을 도광하는 제 2 도광체와,

상기 제 2 도광체에 의해 도광되는 상기 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광을 검출하는 검출부와,

상기 검출부에 의해 검출된 결과에 근거하여 상기 제 1 발광부의 발광 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 검출부는 상이한 파장의 광 각각의 광 강도를 검출하고,

상기 제어부는 상기 검출부에 의해 검출된 상이한 파장의 광 각각의 광 강도의 비율에 근거하여 상기 제 1 발광부의 발광 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 검출부는 파장에 따라 수광 감도가 상이한 복수의 검출 소자를 포함하 는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 검출부는,

각각 상이한 중심 파장의 광을 투과 또는 반사시키는 광 필터와,

상기 광 필터를 투과하거나 또는 상기 광 필터에 의해 반사된 상이한 중심 파장의 광의 강도를 검출하는 복수의 검출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 검출부는,

하나의 검출 소자와,

파장에 따라 광로를 변경하여 상기 검출 소자로의 광로를 바꾸는 광로 변경 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 발광부는 중심 파장이 상이한 복수의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 가공 대상물을 관찰하기 위한 관찰용 광을 발하는 제 2 발광부와,

상기 제 2 발광부에서 발생되는 관찰용 광을 상기 가공 대상물에 도광하는 제 3 도광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 발광부는 중심 파장이 상이한 복수의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 7 항에 있어서,

적어도 상기 제 1 도광체 및 상기 제 3 도광체는 상기 가공 대상물 측에서 묶여서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치.
제 7 항에 기재된 레이저 가공 장치를 사용한 레이저 가공 방법으로서,

가공 대상물에 대하여, 가공용 광 및 관찰용 광 중 적어도 하나의 광을 조사 하는 제 1 단계와,

상기 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하고, 검출된 검출광의 특성에 의해 조사 대상 영역을 특정하는 제 2 단계와,

특정된 상기 조사 대상 영역에 가공용 광을 조사하여 상기 가공 대상물을 가공하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서의 조사 시의 가공용 광의 강도는 상기 제 1 단계에서의 조사 시의 가공용 광의 강도보다도 높은 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 7 항에 기재된 레이저 가공 장치를 사용한 레이저 가공 방법으로서,

가공 대상물에 대하여, 가공용 광 및 관찰용 광 중 적어도 하나의 광을 조사하는 제 1 단계와,

상기 가공 대상물로부터의 복수의 파장의 광인 검출광을 검출하고, 검출된 검출광의 특성에 의해 상기 가공 대상물의 온도 변화 또는 상태 변화를 판단하는 제 2 단계와,

판단된 결과에 근거하여 상기 가공 대상물에 조사하는 가공용 광을 제어하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 제 2 단계에서, 검출광의 스펙트럼의 변화에 근거하여 상태 변화의 정도를 판단하고,

검출광의 스펙트럼의 변화가 있었다고 판단된 경우, 상기 제 3 단계에 있어서 상기 가공 대상물에 조사하는 가공용 광의 파워를 작게 하거나 또는 가공용 광의 조사를 정지하도록 상기 제 1 발광부의 발광 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가공 대상물에서, 관찰용 광의 조사 영역은 가공용 광의 조사 영역보다도 넓은 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 1 도광체와 상기 제 3 도광체의 출사단에는 상기 제 1 도광체와 상기 제 3 도광체에 각각 광학적으로 접속되는 제 4 도광체가 마련되고,

상기 제 4 도광체로부터 출사된 관찰용 광의 퍼짐 각도는 상기 제 4 도광체 로부터 출사된 가공용 광의 퍼짐 각도보다도 큰 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 1 도광체는 상기 제 3 도광체에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가공 대상물에서, 검출광의 검출 영역은 가공용 광의 조사 영역보다도 넓은 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 제 1 도광체의 출사측에는 상기 제 1 도광체와 상기 제 2 도광체에 각각 광학적으로 접속되는 제 5 도광체가 마련되고,

상기 제 5 도광체에 입사하는 검출광의 상기 제 5 도광체의 광축에 대한 최대 각도는 상기 제 5 도광체로부터 출사된 가공용 광의 퍼짐 각도보다도 큰 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 제 1 도광체는 상기 제 2 도광체에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 방법.