WO2019180960A1 - レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法 - Google Patents

レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法 Download PDF

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laser
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崇弘 八木
浩嗣 大石
良祐 光岡
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Ｐｒｉｍｅｔａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｊａｐａｎ株式会社
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    • B23K26/36—Removing material
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Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing head, a laser processing apparatus, and a laser processing head adjustment method.
  • a laser processing apparatus including a laser processing head for irradiating a workpiece with laser light from a laser oscillator is used.
  • Patent Document 1 includes a cutting head including a laser incident portion to which an optical fiber that transmits laser light from a laser oscillator is fixed, and a lens through which the laser light emitted from the laser incident portion passes.
  • a laser processing apparatus is disclosed.
  • the workpiece is cut by condensing the laser beam from the laser incident portion with a lens and increasing the energy density of the laser beam.
  • the positional relationship between the laser incident portion and the lens can be adjusted by moving or tilting the laser incident portion and the optical fiber with respect to the lens. The energy intensity distribution of the laser beam at the position where the workpiece is cut can be changed.
  • the processing quality may be affected by the energy intensity distribution of the laser light focused on the processing position of the workpiece.
  • the location where the energy density of the laser beam is relatively small compared to the location where the energy density is relatively large The roughness of the cut surface of the workpiece tends to be rough.
  • the energy intensity distribution at the processing position of the workpiece can be appropriately changed to a desired distribution by adjusting the positional relationship between the laser incident portion and the lens. It is thought that processing quality can be obtained.
  • the irradiation position (condensing position) of the laser beam on the workpiece usually changes accordingly.
  • the laser beam irradiation position on the workpiece is deviated from the original processing point (that is, the irradiation position before changing the positional relationship between the laser incident portion and the lens), so that laser processing including the laser incident portion is performed. It is necessary to adjust the irradiation position of the laser beam by changing the positional relationship between the head and the workpiece.
  • the laser The light irradiation position may overlap the attached device.
  • the energy intensity distribution of the laser beam irradiated to the workpiece can be adjusted, and the relative position relationship between the laser processing head and the workpiece or the accessory device can be adjusted without adjusting the relative positional relationship between the laser processing head and the workpiece or the accessory device. It is desirable to be able to adjust the laser irradiation position (condensing position).
  • At least one embodiment of the present invention is a laser capable of both adjusting the energy intensity distribution of the laser light irradiated to the workpiece and adjusting the laser irradiation position on the workpiece. It is an object of the present invention to provide a machining head, a laser machining apparatus, and a laser machining head adjustment method.
  • a laser processing head includes: A laser irradiation unit; A collimating optical system for collimating the laser light from the laser irradiation unit; A condensing optical system for condensing laser light that has passed through the collimating optical system, and a laser processing head comprising: The optical system including the collimating optical system and the condensing optical system is configured such that coma aberration can occur in the laser light that has passed through the condensing optical system, At least one of the laser irradiation unit or the collimating optical system is changed so as to change a relative position of the collimating optical system with respect to the laser irradiation unit in a first direction orthogonal to a central axis of the laser irradiation unit or the collimating optical system.
  • a laser processing head and a laser processing capable of simultaneously adjusting the energy intensity distribution of laser light irradiated to a workpiece and adjusting the laser irradiation position on the workpiece.
  • An apparatus and a method for adjusting a laser processing head are provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment.
  • the laser processing apparatus 1 includes a laser oscillator 2 for oscillating a laser beam, an optical fiber 4, a laser processing head 6, and a processing stage 8.
  • the laser oscillator 2 may be, for example, a fiber laser oscillator that uses the optical fiber 4 as a medium. In the case of a fiber laser oscillator, laser light having a wavelength of 1070 nm to 1080 nm can be obtained. The laser light generated by the laser oscillator 2 is transmitted to the optical fiber 4.
  • the laser oscillator 2 is not limited to a fiber laser. In some embodiments, the laser oscillator 2 may be, for example, a CO2 laser oscillator or a YAG laser oscillator.
  • the optical fiber 4 is connected to the laser oscillator 2 on one end side and connected to the laser processing head 6 on the other end side.
  • the optical fiber 4 is configured to transmit laser light from the laser oscillator 2 to the laser processing head 6.
  • the laser light oscillated by the laser oscillator 2 is sent to the laser processing head 6 through the optical fiber 4.
  • the laser processing head 6 has a condensing lens, and the laser light from the laser oscillator 2 is condensed by the condensing lens to increase the energy density.
  • the workpiece 100 placed on the processing stage 8 is irradiated.
  • the workpiece 100 is processed (for example, cut or welded) by the laser light thus irradiated.
  • the workpiece 100 may be formed from a metal or an alloy.
  • the processing is performed by moving the processing position (that is, the laser irradiation position) of the workpiece 100 by the laser irradiation from the laser processing head 6. .
  • the laser processing head 6 is fixed, and the processing stage 8 on which the workpiece 100 is placed is a laser irradiated to the laser processing head 6 from the optical fiber 4.
  • a plane (XY plane; see FIG. 1) perpendicular to the light incident axis is configured to be movable.
  • the workpiece 100 placed on the processing stage 8 is movable with respect to the laser processing head 6 and the laser beam in the XY plane described above.
  • the processing stage 8 and the workpiece 100 are fixed, and the laser processing head 6 may be provided so as to be movable in the above-described XY plane. .
  • the workpiece 100 can be moved relative to the laser processing head 6 to cut or weld the workpiece 100 linearly or curvedly.
  • the laser processing head 6 performs laser irradiation for irradiating the workpiece 100 with the laser light L from the optical fiber 4 (see FIG. 1). And a collimating lens 16 as a collimating optical system, and a condensing lens 18 as a condensing optical system.
  • the laser irradiation unit 14, the collimator lens 16, and the condenser lens 18 are arranged in this order in the direction of the central axis O3 of the condenser lens.
  • the laser irradiation unit 14 is held by the holding unit 21 so that the central axis O1 of the laser irradiation unit 14 is not shaken.
  • the collimating lens 16 and the condensing lens 18 are provided inside the housing 12 and are supported by the housing 12 via the first lens holding portion 22 and the second lens holding portion 25, respectively, or directly.
  • the holding unit 21 that holds the laser irradiation unit 14 is provided separately from the housing 12. Further, the collimating lens 16 is fixed to the housing 12 as the first lens holding portion 22, and the condenser lens 18 is supported by the housing 12 via the second lens holding portion 25.
  • the housing 12 that houses the optical system functions as a holding unit 21 that holds the laser irradiation unit 14.
  • the collimating lens 16 is supported on the housing 12 via the first lens holding portion 22, and the condenser lens 18 is supported on the housing 12 via the second lens holding portion 25.
  • the collimating lens 16 (collimating optical system) is configured to collimate the laser light emitted from the laser irradiation unit 14 with a divergence angle, that is, to adjust the laser light to be in a parallel state. Yes.
  • the condensing lens 18 (condensing optical system) is configured to condense the laser light that has passed through the collimating lens 16 (collimating optical system). As described above, the work piece is processed by irradiating the work piece with laser light having a high energy density that is condensed by the condenser lens 18.
  • the laser processing head 6 shown in FIGS. 2 and 3 is a laser cutting head provided with an assist gas nozzle 26 for blowing the cutting assist gas G toward the processing position during laser processing.
  • the assist gas nozzle 26 has a gas supply port 28 and a gas outlet 30, and blows the cutting assist gas G supplied from the gas supply port 28 toward the processing position from the gas outlet 30 during laser processing. It comes out.
  • the laser processing head 6 may be a laser welding head used for laser welding.
  • the laser processing head 6 may be provided with a welding wire supply device for supplying a welding wire to the processing position and an assist gas nozzle for blowing a welding assist gas toward the processing position.
  • the optical system including the collimating lens 16 (collimating optical system) and the condensing lens 18 (condensing optical system) passes through the condensing lens 18 (condensing optical system).
  • the laser processing head 6 moves the first moving unit 20 for moving at least one of the laser irradiation unit 14 or the collimating lens 16 (collimating optical system) and the condensing lens 18 (condensing optical system). And a second moving part 24 for the purpose.
  • the first moving unit 20 is a laser in a first direction (direction D1 or D2 in FIGS. 2 and 3) orthogonal to the central axis O1 of the laser irradiation unit 14 or the central axis O2 of the collimating lens 16 (collimating optical system).
  • At least one of the laser irradiation unit 14 and the collimating lens 16 is moved so as to change the relative position of the collimating lens 16 (collimating optical system) with respect to the irradiation unit 14.
  • the second moving unit condenses light on the collimating lens 16 (collimating optical system) in a second direction (direction D3 in FIGS. 2 and 3) orthogonal to the central axis O3 of the condensing lens 18 (condensing optical system).
  • the condensing lens 18 (condensing optical system) is moved so as to change the relative position of the lens 18 (condensing optical system).
  • the holding unit 21 that holds the laser irradiation unit 14 functions as the first moving unit 20, and the second lens holding unit 25 that holds the condenser lens 18 is the second moving unit 24. It is supposed to function as. That is, the holding part 21 is movable in a plane orthogonal to the central axis O2 of the collimating lens 16 (collimating optical system). Thereby, the relative position of the collimating lens 16 (collimating optical system) with respect to the laser irradiation unit 14 changes in the first direction orthogonal to the central axis O2 of the collimating lens 16 (collimating optical system).
  • the second lens holding part 25 is movable in a plane orthogonal to the central axis O3 of the condenser lens 18.
  • the relative position of the condensing lens 18 (condensing optical system) with respect to the collimating lens 16 (collimating optical system) changes in the second direction orthogonal to the central axis O3 of the condensing lens 18 (condensing optical system). It is like that.
  • the first lens holding unit 22 that holds the collimating lens 16 functions as the first moving unit 20
  • the second lens holding unit 25 that holds the condenser lens 18 is the first. 2 functions as a moving unit 24. That is, the first lens holding unit 22 is movable in a plane orthogonal to the central axis O2 of the collimating lens 16 (collimating optical system). Thereby, the relative position of the collimating lens 16 (collimating optical system) with respect to the laser irradiation unit 14 changes in the first direction orthogonal to the central axis O2 of the collimating lens 16 (collimating optical system).
  • the second lens holding part 25 is movable in a plane orthogonal to the central axis O3 of the condenser lens 18.
  • the relative position of the condensing lens 18 (condensing optical system) with respect to the collimating lens 16 (collimating optical system) changes in the second direction orthogonal to the central axis O3 of the condensing lens 18 (condensing optical system). It is like that.
  • the central axes O1 to O3 extend in the same direction. Therefore, the planes orthogonal to the central axes O1 to O3 are parallel to each other. Further, the planes orthogonal to the central axes O1 to O3 may be planes parallel to the XY plane in the coordinates shown in FIG.
  • known means can be used as means for moving the laser irradiation unit 14, the collimating lens 16 or the condenser lens 18.
  • an XY stage that can move the holding object in two directions orthogonal to each other can be used as the first moving unit 20 or the second moving unit 24.
  • each of the collimating optical system and the condensing optical system is configured by one lens (collimating lens 16 and condensing lens 18).
  • each of the collimating optical system and the condensing optical system may include two or more lenses.
  • one or more reflecting mirrors may be provided between the collimating optical system and the condensing optical system.
  • the optical path of the laser light traveling from the collimating optical system to the condensing optical system can be bent into, for example, an L shape or an N shape by reflection on the reflecting mirror, and laser irradiation
  • the laser processing head 6 can be made compact compared to the case where the portion 14, the collimating optical system, and the condensing optical system are linearly arranged.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an outline of a method for adjusting the laser processing head 6 according to an embodiment.
  • FIGS. 5 to 18 are diagrams showing an example of the adjustment process of the laser processing head 6 shown in FIG. 2 or FIG. 3, and in the order of (A), (B), and (C), the laser irradiation unit 14 and the collimating lens. It shows that either 16 or the condensing lens 18 is moved.
  • the arrow in a figure shows the moving direction of these members.
  • FIG. 5 shows the initial state before adjustment of the laser processing head 6
  • (B) shows the state after the laser irradiation unit 14 is moved from the initial position (indicated by a two-dot chain line).
  • FIGS. 5A to 18B show the position of the light beam on the XY plane at the irradiation position P on the workpiece 100, and the position P1 indicates the light near the center of the light beam.
  • the position which condenses is shown, and the position P2 shows the position where the light outside a light beam condenses.
  • the illustration is simplified and only main components of the laser processing head 6 are shown.
  • the laser processing head 6 shown in FIG. 2 or 3 can adjust the energy intensity distribution and the irradiation position P according to the procedure described below (that is, the laser processing head 6 is adjusted). be able to).
  • the energy intensity of the laser beam output from the laser processing head 6 on the processing surface of the workpiece 100 is adjusted to a desired distribution (first adjusting step; S2).
  • the irradiation position P on the processing surface of the workpiece 100 is adjusted (second adjusting step; S4).
  • First adjustment step S2 In the first adjustment step, either the following first movement step or second movement step is performed. That is, in the first movement step, the collimating lens 16 is moved relative to the laser irradiation unit 14 in the first direction perpendicular to the central axis O1 of the laser irradiation unit 14 or the central axis O2 of the collimating lens 16 by the first moving unit 20 described above. At least one of the laser irradiation unit 14 and the collimating lens 16 is moved so as to change the relative position.
  • the condensing lens is changed by the above-described second moving unit 24 so that the relative position of the condensing lens 18 with respect to the collimating lens 16 is changed in the second direction orthogonal to the central axis O3 of the condensing lens 18. 18 is moved.
  • the first adjustment step one of the first movement step and the second movement step described above in which the amount of change in coma aberration is greater is executed. That is, the change amount of the coma aberration with respect to the movement amount of the collimating lens 16 with respect to the laser irradiation unit 14 in the first direction by the first moving unit 20 and the condensing lens with respect to the collimating lens 16 in the second direction by the second moving unit 24.
  • the coma aberration change amount with respect to the movement amount of 18 is compared, and the larger one is executed.
  • the energy intensity of the laser beam output from the laser processing head 6 on the processing surface of the workpiece 100 is adjusted to a desired distribution.
  • the amount of change in coma aberration described above refers to the position P1 (see FIG. 5 and the like) where light near the center of the light beam at the irradiation position P on the workpiece 100 and the light outside the light beam collect. It may be the amount of change in the distance from the lighted position P2 (see FIG. 5 etc.).
  • Step S4 After the first adjustment step S2 described above, in the second adjustment step S4, the other of the first movement step or the second movement step (that is, coma aberration) so as to adjust the irradiation position P on the processing surface of the workpiece 100. ) Is performed while the amount of change is smaller. In this way, in the second adjustment step, the irradiation position P on the processing surface of the workpiece 100 is adjusted.
  • the laser processing head 6 in FIG. 5 corresponds to the laser processing head 6 shown in FIG. That is, in the laser processing head 6 in FIG. 5, the optical system including the collimating lens 16 and the condensing lens 18 is configured so that coma aberration occurs in the laser light that has passed through the condensing lens 18. Further, in the laser processing head 6 in FIG. 5, the laser irradiation unit 14 can be moved by the first moving unit 20, and the condenser lens 18 can be moved by the second moving unit 24. Further, the laser processing head 6 in FIG. 5 is configured such that the amount of change in coma aberration is greater when the first moving unit 20 is operated than when the second moving unit 24 is operated. ing.
  • the laser irradiation unit 14 the collimating lens 16, and the condensing lens 18 are arranged on the same axis, the optical axes of the collimating lens 16 and the condensing lens 18, and the laser irradiation.
  • the optical axis of the incident light from the section 14 is coincident with the axis Q.
  • the energy intensity distribution in the X direction at the irradiation position P is biased, the energy density is high at one end in the X direction, and the energy density decreases toward the other end. .
  • the first adjustment step S2 is performed to adjust the energy intensity distribution. Specifically, from the state shown in FIG. 5A, the first moving unit 20 in which the amount of change in coma aberration is larger is activated among the first moving unit 20 and the second moving unit 24, and the laser irradiation unit. 14 is moved in the first direction to change the relative position of the collimating lens 16 with respect to the laser irradiation unit 14 (see FIG. 5B). As a result, the laser light from the condensing lens 18 is displaced from the position P1 where the light near the center of the light beam is condensed and the position P2 where the outside light is condensed (coma aberration occurs; FIG. 5B). ) (B)).
  • the energy intensity distribution can be changed by utilizing the occurrence of such coma aberration.
  • the energy intensity distribution in the X direction is compared with that in FIGS. 5A and 5A by moving the laser irradiation unit 14 in the X direction by the first moving unit 20. They are flattened (see FIGS. 5B and 5A).
  • the first adjustment step S2 one of the first moving unit 20 and the second moving unit 24 in which the change amount of the coma aberration is larger (the first moving unit 20 in FIG. 5) is operated.
  • the energy intensity distribution at the laser irradiation position P can be effectively changed. Therefore, it is possible to appropriately adjust the energy intensity distribution at the laser irradiation position P by appropriately operating one of the first moving unit 20 and the second moving unit 24 (the first moving unit 20 in the case of FIG. 5). it can.
  • the laser beam has a certain extent at the laser irradiation position P (in the figure, it is circular, but it may be elliptical), and the front and both sides of the laser beam traveling direction with respect to the workpiece are It has a dominant influence on the roughness of the cut surface. For example, when a workpiece is hollowed out, the laser beam contributes to cutting over the entire circumference. Therefore, if the energy intensity distribution at the laser irradiation position P is flattened, the degree of roughness of the cut surface can be made uniform regardless of the cutting location.
  • the energy intensity distribution at the laser irradiation position P can be adjusted appropriately.
  • the irradiation position P (or condensing position) of the laser beam on the workpiece 100 is deviated from the axis Q of the initial position (see FIG. 5A) that is the processing point (see FIG. 5B). .
  • the second adjustment step S4 is performed to move the irradiation position P shifted as a result of the first adjustment step S2 to the initial processing point.
  • the second moving unit 24 in which the amount of change in coma aberration is smaller is operated among the first moving unit 20 and the second moving unit 24, and the condensing lens. 18 is moved in the X-axis direction (second direction), and the relative position of the condenser lens 18 with respect to the collimating lens 16 is changed in the second direction (see FIG. 5C).
  • the irradiation position P (condensing position) of the laser light from the condensing lens 18 is moved in the second direction (X direction), for example, as shown in FIG.
  • the position of the axis Q which is the position).
  • the laser is appropriately operated.
  • the light irradiation position P can be adjusted appropriately. Accordingly, it is possible to correct the deviation of the laser irradiation position P that occurs when the energy intensity distribution is adjusted in the first adjustment step S2.
  • FIG. 19 is a diagram showing a typical adjustment process of the laser processing head, and any one of the laser irradiation unit 14, the collimating lens 16 and the condenser lens 18 is moved in the order of (A) and (B). Indicates that
  • the optical system including the collimating lens 16 and the condensing lens 18 has a coma.
  • the aberration is corrected so that the coma aberration does not occur in the laser light that has passed through the condenser lens 18 or becomes very small.
  • the laser irradiation unit 14 the collimating lens 16, and the condensing lens 18 are arranged on the same axis.
  • the optical axis of the optical lens 18 and the optical axis of the incident light from the laser irradiation unit 14 coincide with each other at the axis Q.
  • the energy intensity distribution in the X direction at the irradiation position P is biased, the energy density is high at one end in the X direction, and the energy density decreases toward the other end. .
  • the laser is started from the initial state shown in FIG. Even if the irradiation unit 14 is moved to change the relative position of the collimating lens 16 with respect to the laser irradiation unit 14 (see FIG. 19B), the coma aberration of the optical system described above is corrected.
  • the laser beam is focused at one point at the condensing position by the lens 18 (that is, the laser irradiation position P on the workpiece 100). For this reason, the energy intensity distribution at the laser irradiation position P (see FIGS. 19B and 19A) is not significantly different from that before the change in the relative position (see FIGS. 19A and 19A). Therefore, with such a laser processing head, it is difficult to effectively adjust the energy intensity distribution.
  • the amount of change in coma aberration is larger in the first moving unit 20 and the second moving unit 24.
  • the energy intensity distribution at the laser irradiation position P can be effectively changed by operating one that occurs (for example, the first moving unit 20 in FIG. 5). Therefore, it is possible to appropriately adjust the energy intensity distribution at the laser irradiation position P by appropriately operating one of the first moving unit 20 and the second moving unit 24 (the first moving unit 20 in the case of FIG. 5). it can.
  • the second adjustment step one of the first moving unit 20 and the second moving unit 24 in which the amount of change in coma aberration is smaller (the second moving unit 24 in the case of FIG. 5) is appropriately operated.
  • the irradiation position P of the laser beam can be adjusted appropriately. Accordingly, it is possible to correct the deviation of the laser irradiation position P that occurs when the energy intensity distribution is adjusted in the first adjustment step S2.
  • the adjustment of the energy intensity distribution of the laser light irradiated to the workpiece 100 and the adjustment of the laser irradiation position P on the workpiece 100 are independent. Can be performed at the same time.
  • the adjustment of the energy intensity distribution in the first adjustment step S2 will be described mainly with respect to flattening the energy intensity distribution, but the present invention is not limited to this, and the desired energy intensity is described. Includes those that adjust the distribution. For example, when dividing a workpiece into two parts and discarding one as a product and the other as scrap, there is no problem even if the scraped surface is rough, so the laser that contacts the workpiece on the scrap side It is not necessary for the light region to have a strong energy distribution. In other words, since it is sufficient to make the laser beam region in contact with the workpiece on the product side a strong energy distribution, it is also possible to adjust the energy distribution so that the energy intensity distribution has a certain degree of bias. It is included in the present invention.
  • the laser processing head 6 in FIG. 6 corresponds to the laser processing head shown in FIG. 2 as in the example shown in FIG. That is, in the laser processing head 6 shown in FIG. 6, the optical system including the collimating lens 16 and the condensing lens 18 is configured so that coma aberration occurs in the laser light that has passed through the condensing lens 18.
  • the laser irradiation unit 14 can be moved by the first moving unit 20, and the condenser lens 18 can be moved by the second moving unit 24, as in FIG. 5. It has become.
  • the change in coma aberration is greater when the second moving unit 24 is operated than when the first moving unit 20 is operated. The amount is configured to be larger.
  • the moving part (the first moving part 20 or the second moving part 24) to be operated in the first adjustment step S2 and the second adjustment step S4 is the case in FIG. Different. That is, in the laser processing head 6 shown in FIG. 6, the first moving unit 20 and the second moving unit 24 of the first moving unit 20 and the second moving unit 24 are operated in the first adjustment step S ⁇ b> 2. Then, the collimating lens 16 is moved in the second direction described above. Thereby, the relative position of the condensing lens 18 with respect to the collimating lens 16 can be moved in the second direction, and the energy intensity distribution at the laser irradiation position P can be effectively changed.
  • the energy intensity distribution at the laser irradiation position P can be adjusted appropriately (see FIG. 6B).
  • the first moving unit 20 and the second moving unit 24 of the first moving unit 20 in which the change amount of the coma aberration is smaller are appropriately operated to move the laser irradiation unit 14.
  • the relative position of the collimating lens 16 with respect to the laser irradiation unit 14 in the first direction described above can be moved to appropriately adjust the irradiation position P of the laser light (see FIG. 6C).
  • difference (refer FIG. 6 (B)) of the laser irradiation position which arises when adjusting energy intensity distribution in 1st adjustment step S2 can be correct
  • FIGS. 7 and 8 corresponds to the laser processing head 6 shown in FIG. 3, but the other points are the same as the examples shown in FIGS. That is, in the laser processing head 6 shown in FIGS. 7 and 8, the optical system including the collimating lens 16 and the condensing lens 18 is configured so that coma aberration occurs in the laser light that has passed through the condensing lens 18. Further, in the laser processing head 6 shown in FIGS. 7 and 8, the collimating lens 16 can be moved by the first moving unit 20, and the condenser lens 18 can be moved by the second moving unit 24. Further, in the laser processing head 6 shown in FIG. 7, as in the case shown in FIG.
  • the change in coma aberration is greater when the first moving unit 20 is operated than when the second moving unit 24 is operated.
  • the first moving unit 20 is operated when the second moving unit 24 is operated as in the case shown in FIG. 6.
  • the change amount of the coma aberration is larger.
  • the first movement unit 20 in which the change amount of the coma aberration is larger among the first movement unit 20 and the second movement unit 24. Is operated to move the collimating lens 16. Accordingly, the energy intensity distribution at the laser irradiation position P can be effectively changed by moving the relative position of the collimating lens 16 with respect to the laser irradiation unit 14 in the first direction (see FIG. 7B). .
  • the collimating lens 16 is moved by appropriately operating the second moving unit 24 in which the amount of change in coma aberration is smaller, out of the first moving unit 20 and the second moving unit 24. Move in the second direction. Thereby, the relative position of the condensing lens 18 with respect to the collimating lens 16 can be moved in the second direction to appropriately adjust the irradiation position P of the laser light (see FIG. 7C).
  • the second moving unit 24 in which the change amount of the coma aberration is larger among the first moving unit 20 and the second moving unit 24. Is appropriately operated to move the collimating lens 16 in the second direction.
  • the collimator lens 16 is moved by operating the first moving unit 20 in which the change amount of the coma aberration is smaller, out of the first moving unit 20 and the second moving unit 24.
  • the relative position of the collimating lens 16 with respect to the laser irradiation unit 14 in the first direction described above can be moved to appropriately adjust the irradiation position P of the laser light (see FIG. 8C).
  • FIGS. 9 and 10 correspond to the laser processing head 6 shown in FIG. 2, and are similar to the examples shown in FIGS.
  • the difference from FIGS. 5 and 6 is that the energy intensity distribution at the laser irradiation position P is already in the initial state (see FIGS. 9A and 10A). That is, the laser beam irradiation position P (condensing position) is deviated from the axis Q indicating the processing point in the X direction (first direction, second direction).
  • the first adjustment step S2 is performed in a state where the energy distribution in the initial state is flattened, and the deviation of the irradiation position P caused by this adjustment is performed by performing the second adjustment step S4. Correct it.
  • the second adjustment step S4 in the example shown in FIG. 9 is the same as the second adjustment step S4 in the example shown in FIG. 5, and the second adjustment step S4 in the example shown in FIG. 10 is the same as in the example shown in FIG. Since it is the same as 2nd adjustment step S4, description is abbreviate
  • FIGS. 11 and 12 correspond to the laser processing head 6 shown in FIG. 2, respectively, and are similar to the examples shown in FIGS. 11 and 12 differs from FIGS. 5 and 6 in the initial state (see FIGS. 11A and 12A) in the irradiation position P (condensing position) of the laser beam. ) Is shifted from the axis Q indicating the processing point in the X direction (first direction, second direction).
  • the energy intensity distribution can be adjusted by performing the first adjustment step S2 as in the examples shown in FIGS. 5 and 6 (FIG. 11B).
  • the irradiation position P of the laser beam can be adjusted by performing the second adjustment step S4 (see FIG. 12B) (see FIGS. 11C and 12C).
  • the irradiation position P (condensing position) of the laser beam is shifted from the axis Q indicating the processing point in the X direction (first direction, second direction).
  • FIGS. 13 and 14 correspond to the laser processing head 6 shown in FIG. 2, and are similar to the examples shown in FIGS.
  • the difference from FIGS. 11 and 12 is that the laser beam irradiation position P (condensing position) in the initial state (see FIGS. 13A and 14A).
  • the X direction first direction, second direction
  • the processing point on the opposite side across the axis Q indicating the processing point.
  • the energy intensity is obtained by performing the first adjustment step S2 in the same manner as in the examples shown in FIGS. 11 and 12 (that is, as in the examples shown in FIGS. 5 and 6).
  • the distribution can be adjusted (see FIGS. 13B and 14B),
  • the second adjustment step S4 the irradiation position P of the laser beam can be adjusted (see FIGS. 13C and 14C).
  • the irradiation position of the laser beam. P moved from the initial position to the opposite side across the axis Q indicating the machining point.
  • the irradiation position P can be adjusted appropriately by moving the first moving unit 20 or the second moving unit 24 in the same direction as the example shown in FIGS.
  • FIGS. 15 and 16 correspond to the laser processing head 6 shown in FIG. 2 and are similar to the examples shown in FIGS. 13 and 14.
  • the difference from FIGS. 13 and 14 is that the laser beam irradiation position P (condensing position) in the initial state (see FIGS. 15A and 16A).
  • the X direction first direction, second direction
  • the amount of shift is larger.
  • the energy intensity is obtained by performing the first adjustment step S2 in the same manner as in the examples shown in FIGS. 13 and 14 (that is, in the same manner as in the examples shown in FIGS. 5 and 6).
  • the distribution can be adjusted (see FIGS. 15B and 16B), and the irradiation position P of the laser beam can be adjusted by performing the second adjustment step S4 (FIG. 15 ( C) and FIG. 16 (C)).
  • the irradiation position P of the laser beam is From the position in the initial state, it moved in the X direction so as to approach the axis Q (machining point), but within a range not exceeding the machining point.
  • the irradiation position P is appropriately adjusted by moving the first moving unit 20 or the second moving unit 24 in the opposite direction in the X direction to the example shown in FIGS. (See FIGS. 15C and 16C).
  • FIGS. 17 and 18 are diagrams showing an example of the adjustment process of the laser processing head 6 when viewed from the same position as (A2).
  • the examples shown in FIGS. 17 and 18 correspond to the laser processing head 6 shown in FIG. 2, and are similar to the examples shown in FIGS.
  • the difference from FIGS. 15 and 16 is that the laser beam irradiation position P (condensing position) in the initial state (see FIGS. 17A and 18A).
  • P condensing position in the initial state (see FIGS. 17A and 18A).
  • the energy intensity distribution biased in the X direction in the initial state is flattened.
  • the first adjustment step S2 one of the first moving unit 20 and the second moving unit 24 in which the amount of change in coma aberration is larger is activated to move the laser irradiation unit 14 or the condenser lens 18 in the X direction.
  • the energy intensity distribution in the X direction at the laser irradiation position P is adjusted (see FIGS. 17B and 18B).
  • one of the first moving unit 20 and the second moving unit 24 in which the change amount of the coma aberration is smaller is activated to move the condenser lens 18 or the laser irradiation unit 14 in the X direction. And appropriately move in the Y direction.
  • the relative position of the collimating lens 16 with respect to the laser irradiation unit 14 or the relative position of the condensing lens 18 with respect to the collimating lens 16 in the X direction and the Y direction can be moved to appropriately adjust the irradiation position P of the laser light. (See FIGS. 17C and 18C).
  • the first moving unit 20 in the XY plane, is moved so as to move the laser irradiation unit 14 along a direction from a position where the energy intensity is low to a high position. Activate (ie, perform the first movement step). For example, in the examples shown in FIGS. 5, 11, 13, 15, and 17, in the initial state (see (A) in each figure), there is a bias in the energy intensity distribution in the X direction, and the first adjustment step In S2, the energy intensity distribution is adjusted to be flattened by moving the laser irradiation unit 14 along the direction from the position where the energy intensity is low to the position where the energy intensity is high in the X direction (( B)).
  • the first moving unit 20 is configured to move the collimating optical system along the direction from the position where the energy intensity is high to the position where it is low in the XY plane. Is activated (ie, the first movement step is performed).
  • the first movement step is performed.
  • the energy intensity is high in the X direction.
  • the energy intensity distribution is adjusted so as to be flattened by moving the collimating lens 16 along the direction from low to low (see (B) of each figure).
  • the second moving unit in the first adjustment step S2, in the XY plane, is configured to move the condensing optical system along a direction from a position where the energy intensity is high to a position where the energy intensity is low. 24 is activated (ie, the second movement step is performed).
  • the energy intensity distribution in the examples shown in FIGS. 6, 8, 12, 14, 16, and 18, in the initial state (see (A) in each figure), there is a bias in the energy intensity distribution in the X direction.
  • the energy intensity distribution in 1 adjustment step S2, in the X direction, the energy intensity distribution is adjusted to be flattened by moving the condenser lens 18 along the direction from the position where the energy intensity is high to the position where the energy intensity is low (each (See (B) in the figure).
  • the first moving unit 20 or the second moving unit 24 is appropriately operated according to the direction of the energy intensity distribution, and the laser irradiation unit 14, the collimating lens 16 or the condenser lens 18 is appropriately moved.
  • the energy intensity distribution can be flattened.
  • the condensing optical system in the second adjustment step S4, is moved along the direction from the irradiation position P after the first adjustment step S2 toward the processing point on the processing surface of the workpiece 100.
  • the second moving unit 24 is operated so that the second moving step is performed.
  • the irradiation position P after the first adjustment step S ⁇ b> 2 on the processing surface of the workpiece 100 By operating the second moving unit 24 so as to move the condenser lens 18 along the direction toward the processing point (axis Q) described above, the irradiation position P approaches the processing point. P is adjusted.
  • the laser irradiation unit 14 is moved along the direction from the processing point toward the irradiation position P after the first adjustment step S2 on the processing surface of the workpiece 100.
  • the 1st moving part 20 is operated so that it may move (namely, a 1st movement step is performed).
  • the first adjustment step from the above processing point (axis Q) on the processing surface of the workpiece 100.
  • the irradiation position P is adjusted so that the irradiation position P approaches the processing point by operating the first moving unit 20 so as to move the laser irradiation unit 14 along the direction toward the irradiation position P after S2. It is carried out.
  • a collimating optical system is formed on the processing surface of the workpiece 100 along the direction from the irradiation position P after the first adjustment step S2 toward the processing point.
  • the first moving unit 20 is actuated so as to move (i.e., the first moving step is executed).
  • the first moving unit 20 in the second adjustment step S ⁇ b> 4, along the direction from the irradiation position P after the first adjustment step S ⁇ b> 2 toward the processing point (axis Q) on the processing surface of the workpiece 100.
  • the second adjustment step S4 by moving the condenser lens 18 or the collimating lens 16 along the direction from the laser irradiation position P after the first adjustment step S2 toward the processing point (axis Q), or By moving the laser irradiation unit 14 along the direction from the processing point (axis Q) toward the irradiation position P after the first adjustment step S2, the laser irradiation position P on the processing surface is changed to a desired position (that is, the processing point). ) Can be moved appropriately.
  • the direction of the moving direction of the condensing optical system with respect to the collimating optical system according to is opposite.
  • the laser by the operation of the first moving unit 20 that is, in the first moving step.
  • the energy intensity is obtained by performing the first movement step as described above. It is possible to flatten the distribution and correct the deviation of the irradiation position P.
  • the energy intensity distribution on the processing surface of the workpiece 100 is measured, and based on the measurement result of the energy intensity distribution, the laser irradiation unit 14, the collimating lens 16 or the collecting lens.
  • the moving direction or moving amount of the optical lens 18 may be determined.
  • the energy intensity distribution of the laser beam at the processing point may be measured by, for example, a beam mode measuring device (beam profiler).
  • a laser processing apparatus 1 measures an energy intensity distribution on the processing surface of the workpiece 100 of the laser processing head 6 and the laser beam output from the laser processing head 6 described above.
  • You may provide the measurement part (not shown) comprised so that, and a control part (not shown).
  • the control unit is configured to determine the moving direction or the moving amount of the laser irradiation unit 14, the collimating lens 16, or the condenser lens 18 based on the measurement result of the energy intensity distribution by the measuring unit.
  • the measurement unit may be, for example, the above-described beam mode measurement device.
  • the moving direction or moving amount of the laser irradiation unit 14, the collimating lens 16, or the condenser lens 18 is determined based on the observation result of the processing trace of the workpiece 100. You may do it.
  • the measurement result of the energy intensity distribution at the processing point of the workpiece 100 or the observation result of the processing trace of the workpiece 100 is obtained.
  • the energy intensity distribution at the laser irradiation position P can be adjusted more accurately by determining the moving direction or moving amount of the laser irradiation unit 14, the collimating lens 16 or the condenser lens 18.
  • a laser processing head includes: A laser irradiation unit; A collimating optical system for collimating the laser light from the laser irradiation unit; A condensing optical system for condensing laser light that has passed through the collimating optical system, and a laser processing head comprising: The optical system including the collimating optical system and the condensing optical system is configured such that coma aberration can occur in the laser light that has passed through the condensing optical system, At least one of the laser irradiation unit or the collimating optical system is changed so as to change a relative position of the collimating optical system with respect to the laser irradiation unit in a first direction orthogonal to a central axis of the laser irradiation unit or the collimating optical system.
  • the relative position of the collimating optical system with respect to the laser irradiation unit or the collimating optical system Even if the relative position of the condensing optical system is changed, since the laser beam is focused at one point at the condensing position by the condensing optical system (that is, the laser irradiation position on the workpiece), the energy intensity at the condensing position The distribution does not change much compared to before the change in the relative position described above.
  • the optical system including the collimating optical system and the condensing optical system is configured so that coma aberration can occur in the laser light that has passed through the condensing optical system.
  • the laser beam from the condensing optical system is changed by changing the relative position of the collimating optical system with respect to the laser irradiation unit by the unit, or by changing the relative position of the condensing optical system with respect to the collimating optical system by the second moving unit.
  • the position where the light near the center of the light beam collects is shifted from the position where the outside light collects (coma aberration occurs).
  • the energy intensity distribution at the laser irradiation position can be effectively changed by operating one of the first moving unit and the second moving unit, which produces a larger amount of change in coma aberration. Therefore, by appropriately operating one of the first moving unit and the second moving unit, the energy intensity distribution at the laser irradiation position can be adjusted appropriately.
  • the other of the first moving unit and the second moving unit (one of which the amount of change in coma aberration is smaller) is independent of the one of the first moving unit and the second moving unit. Therefore, by operating the other, it is possible to adjust the laser irradiation position without greatly changing the energy intensity distribution at the laser irradiation position.
  • Each of the collimating optical system and the condensing optical system includes at least one lens, The laser irradiation unit, the collimating optical system, and the condensing optical system are arranged in this order in a direction along the central axis of the condensing optical system.
  • each of the collimating optical system and the condensing optical system includes at least one lens, and the laser irradiation unit, the collimating optical system, and the condensing optical system are connected to the condensing optical system. Since they are arranged in this order in the direction along the central axis, the configuration (1) can be realized with a compact configuration.
  • a laser processing apparatus includes: The laser processing head according to (1) or (2) above; A measurement unit configured to measure an energy intensity distribution on a processing surface of a workpiece of laser light output from the laser processing head; A control unit configured to determine a moving direction or a moving amount of the laser irradiation unit, the collimating optical system or the condensing optical system based on a measurement result by the measuring unit; Is provided.
  • the laser irradiation unit, the collimating optical system, or the condensing optical system is moved by the first moving unit or the second moving unit based on the measurement result of the energy intensity distribution by the measuring unit. Since the direction or amount of movement is determined, the energy intensity distribution at the laser irradiation position can be changed more accurately.
  • a method for adjusting a laser processing head includes: A laser processing head comprising: a laser irradiation unit; a collimating optical system for collimating laser light from the laser irradiation unit; and a condensing optical system for condensing the laser light that has passed through the collimating optical system.
  • the optical system including the collimating optical system and the condensing optical system is configured such that coma aberration can occur in the laser light that has passed through the condensing optical system, At least one of the laser irradiation unit or the collimating optical system is changed so as to change a relative position of the collimating optical system with respect to the laser irradiation unit in a first direction orthogonal to a central axis of the laser irradiation unit or the collimating optical system.
  • the optical system including the collimating optical system and the condensing optical system is configured so that coma aberration can occur in the laser light that has passed through the condensing optical system.
  • the energy intensity distribution at the laser irradiation position can be appropriately adjusted by appropriately performing one of the first movement step and the second movement step.
  • the other of the first movement step and the second movement step (one of which the coma aberration change amount is smaller) is made independent of the one of the first movement step and the second movement step. Therefore, by performing the other, it is possible to adjust the laser irradiation position without largely changing the energy intensity distribution at the laser irradiation position. Therefore, by appropriately performing the other of the first movement step and the second movement step, it is possible to correct a laser irradiation position shift that occurs when adjusting the energy intensity distribution. Therefore, according to the method (4), it is possible to achieve both adjustment of the energy intensity distribution of the laser light applied to the workpiece and adjustment of the laser irradiation position on the workpiece.
  • Each of the collimating optical system and the condensing optical system includes at least one lens, The laser irradiation unit, the collimating optical system, and the condensing optical system are arranged in this order in a direction along the central axis of the condensing optical system.
  • each of the collimating optical system and the condensing optical system includes at least one lens, and the laser irradiation unit, the collimating optical system, and the condensing optical system are connected to the condensing optical system. Since they are arranged in this order in the direction along the central axis, the method (5) can be realized with a compact configuration.
  • the first adjustment step one of the first movement step and the second movement step in which the amount of change in coma aberration is larger is performed, and the processed surface of the workpiece is processed. Since the adjustment of the energy intensity distribution of the laser beam at is performed, the energy intensity distribution at the laser irradiation position can be effectively changed using a larger amount of coma aberration change.
  • the laser irradiation position is adjusted by performing the other of the first movement step and the second step (one of which the coma aberration change amount is smaller). The laser irradiation position can be adjusted without greatly changing the energy intensity distribution at the laser irradiation position. Therefore, according to the method (6), it is easy to achieve both adjustment of the energy intensity distribution of the laser light irradiated to the workpiece and adjustment of the laser irradiation position on the workpiece.
  • the energy intensity distribution is measured, and a moving direction or moving amount of the laser irradiation unit, the collimating optical system, or the condensing optical system is determined based on the measurement result of the energy intensity distribution. .
  • the laser irradiation unit, the collimating optical system, or the condensing optical system is based on the measurement result of the energy intensity distribution. Since the moving direction or moving amount is determined, the energy intensity distribution at the laser irradiation position can be changed more accurately.
  • the moving direction or moving amount of the laser irradiation unit, the collimating optical system or the condensing optical system is determined based on the observation result of the processing trace of the workpiece.
  • the laser irradiation unit, the collimating optical system, or the light condensing is performed based on the observation result of the processing trace of the workpiece. Since the moving direction or moving amount of the optical system is determined, the energy intensity distribution at the laser irradiation position can be changed more accurately.
  • the other of the first moving step or the second moving step is executed so that the irradiation position approaches a processing point on the processing surface.
  • the laser irradiation unit, the collimating optical system or the collecting unit is arranged so that the laser irradiation position approaches the processing point on the processing surface of the workpiece. Since the optical optical system is moved, the workpiece can be appropriately processed at a predetermined processing point.
  • the second moving step is executed on the processing surface so as to move the condensing optical system along a direction from the irradiation position after the first adjusting step toward the processing point.
  • the first movement step is executed on the processing surface so as to move the laser irradiation unit along a direction from the processing point toward an irradiation position after the first adjustment step.
  • the first moving step is executed on the processing surface so as to move the collimating optical system along a direction from the irradiation position after the first adjusting step toward the processing point.
  • the condensing optical system or the collimating optical system is moved along the direction from the laser irradiation position after the first adjustment step toward the processing point.
  • the laser irradiation position on the processing surface is moved to a desired position (that is, the processing point) by moving the laser irradiation unit along the direction from the processing point toward the irradiation position after the first adjustment step. Can do.
  • an expression representing a relative or absolute arrangement such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial”. Represents not only such an arrangement strictly but also a state of relative displacement with tolerance or an angle or a distance to obtain the same function.
  • an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within a range where the same effects can be obtained.
  • a shape including an uneven portion or a chamfered portion is also expressed.
  • the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression for excluding the existence of another constituent element.

Landscapes

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Abstract

レーザ加工ヘッドは、レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備え、前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第１移動部と、前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第２移動部と、をさらに備える。

Description

レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法
　本開示は、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法に関する。
　レーザ切断やレーザ溶接等のレーザ加工において、レーザ発振器からのレーザ光を被加工物に照射するためのレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置が用いられる。
　例えば、特許文献１には、レーザ発振器からのレーザ光を伝達する光ファイバが固定されるレーザ入射部と、レーザ入射部から照射されたレーザ光が通過するレンズと、を含む切断ヘッドを備えたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では、レーザ入射部からのレーザ光をレンズで集光して、レーザ光のエネルギー密度を高めることによって、被加工物を切断するようになっている。
　また、特許文献１のレーザ加工装置の切断ヘッドでは、レンズに対してレーザ入射部及び光ファイバを移動又は傾斜させて、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整可能になっており、これにより、被加工物を切断する位置でのレーザ光のエネルギー強度分布を変更できるようになっている。
特開２０１４－９７５２３号公報
　ところで、レーザ加工では、被加工物の加工位置に集光されたレーザ光のエネルギー強度分布によって、加工品質が影響を受けることがある。例えば、レーザ切断の場合、被加工物において集光されたレーザ光のエネルギー強度分布に偏りがある場合、レーザ光のエネルギー密度が比較的小さい場所では、エネルギー密度が比較的大きい場所に比べて、被加工物の切断面の粗さが粗くなる傾向となる。
　この点、例えば特許文献１の切断ヘッドでは、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整することによって、被加工物の加工位置におけるエネルギー強度分布を所望の分布に適宜変化させることができ、適切な加工品質を得ることができると考えられる。
　しかしながら、エネルギー強度分布を調整するために、レーザ入射部とレンズの位置関係を変更した場合、通常、これに応じて、被加工物上におけるレーザ光の照射位置（集光位置）も変化する。
　そうすると、被加工物上におけるレーザ光の照射位置は、本来の加工点（すなわち、レーザ入射部とレンズの位置関係を変更する前の照射位置）からずれてしまうため、レーザ入射部を含むレーザ加工ヘッドと、被加工物との位置関係を変更することによりレーザ光の照射位置を調整する必要が生じる。
　また、レーザ加工ヘッドの先端部等の加工点付近に、加工用アシストガスのノズル等の付属装置が設けられる場合には、上述のようにレーザ入射部とレンズの位置関係を変更した結果、レーザ光の照射位置が付属装置に重なってしまうことがある。この場合、レーザ光の照射位置と付属装置とが重ならないように、レーザ入射部を含むレーザ加工ヘッドと、上述の付属装置との位置関係を変更する必要が生じる。
　そこで、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布を調節可能であるとともに、レーザ加工ヘッドと被加工物又は付属装置との相対的な位置関係を調節せずとも、被加工物上におけるレーザ照射位置（集光位置）を調節可能とすることが望まれる。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法を提供することを目的とする。
　本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、
　レーザ照射部と、
　前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
　前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
　前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
　前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第１移動部と、
　前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第２移動部と、
をさらに備える。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法が提供される。
一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの概略断面図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの概略断面図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法の概要を示すフローチャートである。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。 典型的なレーザ加工ヘッドの調整過程を示す図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　まず、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置の概要について説明する。
　図１は、一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。同図に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ光を発振するためのレーザ発振器２と、光ファイバ４と、レーザ加工ヘッド６と、加工ステージ８と、を備えている。
  レーザ発振器２は、例えば光ファイバ４を媒質として利用するファイバレーザ発振器であってもよい。ファイバレーザ発振器の場合、1070nm～1080nmの波長のレーザ光が得られる。レーザ発振器２で生成されたレーザ光は、光ファイバ４に伝達される。
　なお、レーザ発振器２は、ファイバレーザに限定されない。幾つかの実施形態では、レーザ発振器２は、例えば、ＣＯ２レーザ発振器、又はＹＡＧレーザ発振器等であってもよい。
  光ファイバ４は、一端側においてレーザ発振器２と接続され、他端側においてレーザ加工ヘッド６と接続される。光ファイバ４は、レーザ発振器２からレーザ加工ヘッド６へレーザ光を伝達するように構成されている。
　レーザ発振器２で発振されたレーザ光は、光ファイバ４を介してレーザ加工ヘッド６に送られる。レーザ加工ヘッド６については後で詳述するが、レーザ加工ヘッド６は集光レンズを有しており、レーザ発振器２からのレーザ光は、集光レンズで集光されてエネルギー密度が高められて、加工ステージ８上に載置された被加工物１００に照射される。このようにして照射されるレーザ光によって、被加工物１００が加工（例えば、切断又は溶接等）されるようになっている。
　なお、被加工物１００は、金属又は合金から形成されていてもよい。
　レーザ加工ヘッド６に対して被加工物１００を相対的に移動させることにより、レーザ加工ヘッド６からのレーザ照射による被加工物１００の加工位置（即ち、レーザ照射位置）を動かすことで加工を行う。
　例えば、幾つかの実施形態では、レーザ加工ヘッド６が固定されており、これに対して被加工物１００が載置される加工ステージ８は、光ファイバ４からレーザ加工ヘッド６に照射されるレーザ光の入射軸に直交する平面（ＸＹ平面；図１参照）を移動可能に構成されている。これにより、加工ステージ８上に載置された被加工物１００は、上述のＸＹ平面内にて、レーザ加工ヘッド６及びレーザ光に対して移動可能である。
　また、他の幾つかの実施形態では、加工ステージ８及び被加工物１００が固定されており、これに対してレーザ加工ヘッド６が上述のＸＹ平面内にて移動可能に設けられていてもよい。
　このようにして、レーザ加工ヘッド６に対して被加工物１００を相対的に移動させて、被加工物１００を直線的又は曲線的に切断したり、あるいは溶接したりすることができる。
　次に、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６についてより詳細に説明する。
　図２及び図３は、それぞれ、一実施形態に係るレーザ加工ヘッド６の概略断面図である。図２及び図３に示すように、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６は、光ファイバ４（図１参照）からのレーザ光Ｌを被加工物１００に向けて照射するためのレーザ照射部１４と、コリメート光学系としてのコリメートレンズ１６と、集光光学系としての集光レンズ１８と、を備えている。
　レーザ照射部１４と、コリメートレンズ１６と、集光レンズ１８とは、集光レンズの中心軸Ｏ３の方向において、この順に配列されている。
　レーザ照射部１４は、レーザ照射部１４の中心軸Ｏ１がぶれないように、保持部２１によって保持されている。コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８は、ハウジング１２の内部に設けられるとともに、第１レンズ保持部２２及び第２レンズ保持部２５をそれぞれ介して、あるいは、直接、ハウジング１２に支持されている。
　図２に示す例示的な実施形態では、レーザ照射部１４を保持する保持部２１は、ハウジング１２とは別体として設けられている。また、コリメートレンズ１６は、第１レンズ保持部２２としてのハウジング１２に対して固定されており、集光レンズ１８は、第２レンズ保持部２５を介してハウジング１２に支持されている。
　図３に示す例示的な実施形態では、光学系を収容するハウジング１２が、レーザ照射部１４を保持する保持部２１として機能するようになっている。また、コリメートレンズ１６は、第１レンズ保持部２２を介してハウジング１２に支持されており、集光レンズ１８は、第２レンズ保持部２５を介してハウジング１２に支持されている。
　コリメートレンズ１６（コリメート光学系）は、レーザ照射部１４から広がり角を持って照射されるレーザ光をコリメートするように、即ち、該レーザ光が平行状態となるように調整するように構成されている。集光レンズ１８（集光光学系）は、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）を通過したレーザ光を集光するように構成されている。上述したように、集光レンズ１８によって集光されて高いエネルギー密度を有するレーザ光を被加工物に照射して、該被加工物を加工するようになっている。
　なお、図２及び図３に示すレーザ加工ヘッド６は、レーザ加工時に切断アシストガスＧを加工位置に向けて吹出すためのアシストガスノズル２６を備えた、レーザ切断ヘッドである。アシストガスノズル２６は、ガス供給口２８とガス吹出口３０とを有しており、レーザ加工時に、ガス供給口２８から供給される切断アシストガスＧを、ガス吹出口３０から加工位置に向けて吹出すようになっている。
　また、特に図示しないが、他の実施形態では、レーザ加工ヘッド６は、レーザ溶接に用いるレーザ溶接ヘッドであってもよい。この場合、レーザ加工ヘッド６には、加工位置に溶接ワイヤを供給するための溶接ワイヤ供給装置や、溶接アシストガスを加工位置に向けて吹出すためのアシストガスノズルが設けられていてもよい。
　図２及び図３に示すレーザ加工ヘッド６において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）及び集光レンズ１８（集光光学系）を含む光学系は、集光レンズ１８（集光光学系）を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成されている。
　また、このレーザ加工ヘッド６は、レーザ照射部１４又はコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の少なくとも一方を移動させるための第１移動部２０と、集光レンズ１８（集光光学系）を移動させるための第２移動部２４と、を備えている。
　第１移動部２０は、レーザ照射部１４の中心軸Ｏ１又はコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する第１方向（図２及び図３におけるＤ１又はＤ２の方向）において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の相対位置を変化させるように、レーザ照射部１４又はコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の少なくとも一方を移動させるように構成される。
　第２移動部は、集光レンズ１８（集光光学系）の中心軸Ｏ３に直交する第２方向（図２及び図３におけるＤ３の方向）において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）に対する集光レンズ１８（集光光学系）の相対位置を変化させるように集光レンズ１８（集光光学系）を移動させるように構成されている。
　図２に示す例示的な実施形態では、レーザ照射部１４を保持する保持部２１が第１移動部２０として機能し、集光レンズ１８を保持する第２レンズ保持部２５が第２移動部２４として機能するようになっている。
　すなわち、保持部２１は、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する第１方向において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の相対位置が変化するようになっている。
　また、第２レンズ保持部２５は、集光レンズ１８の中心軸Ｏ３に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ１８（集光光学系）の中心軸Ｏ３に直交する第２方向において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）に対する集光レンズ１８（集光光学系）の相対位置が変化するようになっている。
　また、図３に示す例示的な実施形態では、コリメートレンズ１６を保持する第１レンズ保持部２２が第１移動部２０として機能し、集光レンズ１８を保持する第２レンズ保持部２５が第２移動部２４として機能するようになっている。
　すなわち、第１レンズ保持部２２は、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する第１方向において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の相対位置が変化するようになっている。
　また、第２レンズ保持部２５は、集光レンズ１８の中心軸Ｏ３に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ１８（集光光学系）の中心軸Ｏ３に直交する第２方向において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）に対する集光レンズ１８（集光光学系）の相対位置が変化するようになっている。
　なお、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、中心軸Ｏ１～Ｏ３は、同一の方向に延在している。よって、中心軸Ｏ１～Ｏ３にそれぞれ直交する平面は、互いに平行である。また、中心軸Ｏ１～Ｏ３にそれぞれ直交する平面は、図１に示す座標におけるＸＹ平面と平行な面であってもよい。
　第１移動部２０又は第２移動部２４として、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８を移動させる手段としては、周知の手段を用いることができる。例えば、第１移動部２０又は第２移動部２４として、互いに直交する２方向において保持対象物を移動させることが可能なＸＹステージを用いることができる。あるいは、ボールねじ等の既知の手段を用いて、互いに直交する２方向において保持対象物を移動できるように第１移動部２０又は第２移動部２４を構成してもよい。
　なお、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、１つのレンズ（コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８）により構成されているが、他の実施形態では、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、２以上のレンズを含んでいてもよい。
　また、コリメート光学系と集光光学系との間には、１以上の反射鏡が設けられていてもよい。このように、反射鏡を設けることで、コリメート光学系から集光光学系に向かうレーザ光の光路を、反射鏡での反射によって、例えばＬ字状やＮ字状に折り曲げることができ、レーザ照射部１４、コリメート光学系、及び、集光光学系が直線状に配列される場合に比べて、レーザ加工ヘッド６がコンパクト化できる場合がある。
　図４は、一実施形態に係るレーザ加工ヘッド６の調整方法の概要を示すフローチャートである。
　また、図５～図１８は、図２又は図３に示すレーザ加工ヘッド６の調整過程の一例を示す図であり、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の順に、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の何れかを移動させていることを示す。なお、図中の矢印は、これらの部材の移動方向を示す。例えば、図５において、（Ａ）がレーザ加工ヘッド６の調整前の初期状態を示し、（Ｂ）は、レーザ照射部１４を初期状態の位置（二点鎖線で示す）から移動させた後の状態を示し、（Ｃ）は、集光レンズ１８を（Ｂ）の位置（二点鎖線で示す）から移動させた後の状態を示す。
　また、図５～図１８の（Ａ）～（Ｃ）の（ａ）は、被加工物１００上の照射位置ＰでのＸ方向におけるエネルギー強度分布（以下、単にエネルギー強度分布ともいう。）を表す。
　図５～図１８の（Ａ）～（Ｃ）の（ｂ）は、被加工物１００上の照射位置ＰでのＸＹ平面上における光線位置を示し、位置Ｐ１は、光線の中心付近の光が集光する位置を示し、位置Ｐ２は、光線の外側の光が集光する位置を示す。
　なお、図５～図１８では、図示を簡略化し、レーザ加工ヘッド６のうち主要な構成要素のみが示されている。
　図２又は図３に示すレーザ加工ヘッド６は、以下に説明する手順により、エネルギー強度分布の調整と、照射位置Ｐの調節と、を行うことができる（すなわち、レーザ加工ヘッド６の調整を行うことができる）。
　図４に示すように、一実施形態では、まず、レーザ加工ヘッド６から出力されるレーザ光の被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節する（第１調節ステップ；Ｓ２）。次に、被加工物１００の加工面における照射位置Ｐを調節する（第２調節ステップ；Ｓ４）。
（第１調節ステップＳ２）
　第１調節ステップでは、以下の第１移動ステップ又は第２移動ステップの何れかを行う。
　すなわち、第１移動ステップでは、上述の第１移動部２０により、レーザ照射部１４の中心軸Ｏ１又はコリメートレンズ１６の中心軸Ｏ２に直交する第１方向において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させるように、レーザ照射部１４又はコリメートレンズ１６の少なくとも一方を移動させる。第２移動ステップでは、上述の第２移動部２４により、集光レンズ１８の中心軸Ｏ３に直交する第２方向において、コリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を変化させるように集光レンズ１８を移動させる。
　ここで、第１調節ステップでは、上述の第１移動ステップ又は第２移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を実行する。すなわち、第１移動部２０による、第１方向におけるレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の移動量に対するコマ収差の変化量と、第２移動部２４による、第２方向におけるコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の移動量に対するコマ収差の変化量とを比べ、何れか大きい一方を実行する。
　このようにして、第１調節ステップでは、レーザ加工ヘッド６から出力されるレーザ光の被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節する。
　なお、上述のコマ収差の変化量とは、被加工物１００上の照射位置Ｐにおける、光線の中心付近の光が集光する位置Ｐ１（図５等参照）と、光線の外側の光が集光する位置Ｐ２（図５等参照）との距離の変化量であってもよい。
（第２調節ステップＳ４）
　上述の第１調節ステップＳ２の後、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面における照射位置Ｐを調節するように、第１移動ステップ又は第２移動ステップの他方（すなわち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を実行する。
　このようにして、第２調節ステップでは、被加工物１００の加工面における照射位置Ｐを調節する。
　一実施形態に係るレーザ加工ヘッド６の調整過程の一例として、図５に示す場合について、上述の第１調節ステップＳ２及び第２調節ステップＳ４に沿って説明する。
　図５におけるレーザ加工ヘッド６は、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応している。すなわち、図５におけるレーザ加工ヘッド６では、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図５におけるレーザ加工ヘッド６では、第１移動部２０によってレーザ照射部１４が移動可能になっており、第２移動部２４によって集光レンズ１８が移動可能になっている。さらに、図５におけるレーザ加工ヘッド６では、第１移動部２０を作動させた場合のほうが、第２移動部２４を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
　図５（Ａ）に示す初期状態では、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６、及び、集光レンズ１８は、同軸上に並んでおり、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８の光軸と、レーザ照射部１４からの入射光の光軸が軸Ｑで一致している。ただし、この初期状態において、照射位置ＰでのＸ方向におけるエネルギー強度分布に偏りがあり、Ｘ方向の一端部においてエネルギー密度が高く、他端部に向かうにつれてエネルギー密度が減少するようになっている。
　このような初期状態から、第１調節ステップＳ２を行い、エネルギー強度分布の調節を行う。具体的には、図５（Ａ）の状態から、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第１移動部２０を作動させて、レーザ照射部１４を第１方向において移動させて、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させる（図５（Ｂ）参照）。これにより、集光レンズ１８からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置Ｐ１と、外側の光が集光する位置Ｐ２とがずれる（コマ収差が発生する；図５（Ｂ）（ｂ）参照）。
　このようなコマ収差の発生を利用して、エネルギー強度分布を変化させることができる。例えば、図５（Ｂ）に示す例では、第１移動部２０によってレーザ照射部１４をＸ方向に移動させることで、Ｘ方向におけるエネルギー強度分布を、図５（Ａ）（ａ）に比べて平坦化させている（図５（Ｂ）（ａ）参照）。
　このように、第１調節ステップＳ２では、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方（図５においては第１移動部２０）を作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動部２０及び第２移動部２４の一方（図５の場合は第１移動部２０）を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
　なお、上述した例のように、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を平坦化させることにより、レーザ光による加工のムラを低減することができる。レーザ光は、レーザ照射位置Ｐにおいてある程度の広がりを持ち（図では円形状であるが、楕円形状等の場合もある。）、被加工物に対するレーザ光の進行方向の前方と両側方部分が、切断面の粗さに関して支配的に影響する。例えば、被加工物をくりぬく場合はレーザ光がその全周にわたって切断に寄与する。そのため、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布が平坦化されていれば、切断面の粗さの程度を、切断箇所によらず均一化することができる。
　上述したように、第１調節ステップＳ２を行うことで、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができるが、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させた結果、被加工物１００におけるレーザ光の照射位置Ｐ（又は集光位置）が、加工点である初期位置（図５（Ａ）参照）の軸Ｑからずれてしまっている（図５（Ｂ）参照）。
　そこで、第１調節ステップＳ２を行った結果ずれた照射位置Ｐを初期の加工点に移動すべく、第２調節ステップＳ４を行う。具体的には、図５（Ｂ）の状態から、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第２移動部２４を作動させて、集光レンズ１８をＸ軸方向（第２方向）において移動させ、第２方向において、コリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を変化させる（図５（Ｃ）参照）。これにより、集光レンズ１８からのレーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）を、第２方向（Ｘ方向）において移動させて、例えば、図５（Ｃ）に示すように、加工点（初期位置である軸Ｑの位置）に位置させることができる。
　このようにして、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方（図５の場合は第２移動部２４）を適切に作動させることにより、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる。よって、第１調節ステップＳ２においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Ｐのずれを補正することができる。
　ここで、図１９は、典型的なレーザ加工ヘッドの調整過程を示す図であり、（Ａ）（Ｂ）（の順に、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の何れかを移動させていることを示す。
　図１９に示す典型的なレーザ加工ヘッドでは、上述した図２、図３、図５～図１８に示すレーザ加工ヘッド６とは異なり、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、コマ収差が補正されており、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じないもしくは非常に小さくなるようになっている。
　図１９（Ａ）に示す初期状態では、上述した図５（Ａ）と同様、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６、及び、集光レンズ１８は、同軸上に並んでおり、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８の光軸と、レーザ照射部１４からの入射光の光軸が軸Ｑで一致している。ただし、この初期状態において、照射位置ＰでのＸ方向におけるエネルギー強度分布に偏りがあり、Ｘ方向の一端部においてエネルギー密度が高く、他端部に向かうにつれてエネルギー密度が減少するようになっている。
　図１９に示す例のように、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系として、コマ収差が補正された光学系を用いられている場合、図１９（Ａ）に示す初期状態から、レーザ照射部１４を移動させて、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させても（図１９（Ｂ）参照）、上述の光学系のコマ収差が補正されていることから、集光レンズ１８による集光位置（即ち被加工物１００上のレーザ照射位置Ｐ）においてレーザ光は一点に集束する。このため、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布（図１９（Ｂ）（ａ）参照）は、上述の相対位置の変化前（図１９（Ａ）（ａ）参照）と比べて大きくは変わらない。したがって、このようなレーザ加工ヘッドでは、エネルギー強度分布を効果的に調節することは難しい。
　この点、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６では、上述したように、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方（例えば、図５においては第１移動部２０）を作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動部２０及び第２移動部２４の一方（図５の場合は第１移動部２０）を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
　また、第２調節ステップにおいて、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方（図５の場合は第２移動部２４）を適切に作動させることにより、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる。よって、第１調節ステップＳ２においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Ｐのずれを補正することができる。
　このように、実施形態に係るレーザ加工ヘッド６によれば、被加工物１００に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物１００上でのレーザ照射位置Ｐの調節とを独立して行い、かつ、両立することができる。
　なお、本明細書では、第１調節ステップＳ２でのエネルギー強度分布の調節として、主に、エネルギー強度分布を平坦化させることについて説明するが、本発明はこれに限定されず、所望のエネルギー強度分布に調節するものが含まれる。例えば、被加工物を２つに分断して、一方を製品とし他方をスクラップとして廃棄する場合は、スクラップの加工面が粗くても問題ないので、スクラップとなる側の被加工物に接触するレーザ光の領域を強いエネルギー分布とする必要はない。即ち、製品となる側の被加工物に接触するレーザ光の領域を強いエネルギー分布とすればよいので、エネルギー強度分布に敢えてある程度の偏りを持たせるように、該エネルギー分布を調節することも、本発明に含まれる。
　次に、図５～図１８を参照して、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法における第１移動部２０及び第２移動部２４の具体的な動かし方のパターンについて説明する。なお、図５については、既に第１移動部２０及び第２移動部２４の動かし方について具体的に説明したので、以下においては、図６～図１８に示す例について、図５に示す場合との違いを中心に説明し、図５の場合と同じ点については、説明を適宜省略する。また、図５～図１８に示す各例では、レーザ光のエネルギー強度分布を平坦化するように調整している。
　図６におけるレーザ加工ヘッド６は、図５に示す例と同様、図２に示すレーザ加工ヘッドに対応している。すなわち、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、図５の場合と同様、第１移動部２０によってレーザ照射部１４が移動可能になっており、第２移動部２４によって集光レンズ１８が移動可能になっている。さらに、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、図５に示す場合と異なり、第２移動部２４を作動させた場合のほうが、第１移動部２０を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
　図６に示すレーザ加工ヘッド６の調整においては、第１調節ステップＳ２と、第２調節ステップＳ４において、作動させる移動部（第１移動部２０又は第２移動部２４）が図５の場合と異なる。
　すなわち、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第２移動部２４を作動させて、コリメートレンズ１６を上述の第２方向において移動させる。これにより、該第２方向においてコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第２移動部２４を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる（図６（Ｂ）参照）。
　また、第２調節ステップＳ４において、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第１移動部２０を適切に作動させて、レーザ照射部１４を移動させる。これにより、上述の第１方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図６（Ｃ）参照）。これにより、第１調節ステップＳ２においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Ｐのずれ（図６（Ｂ）参照）を補正することができる。
　図７及び図８に示す例は、それぞれ、図３に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであるが、その他の点は、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様である。
　すなわち、図７及び図８に示すレーザ加工ヘッド６では、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図７及び図８に示すレーザ加工ヘッド６では、第１移動部２０によってコリメートレンズ１６が移動可能になっており、第２移動部２４によって集光レンズ１８が移動可能になっている。さらに、図７に示すレーザ加工ヘッド６では、図５に示す場合と同様、第１移動部２０を作動させた場合のほうが、第２移動部２４を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成され、図８に示すレーザ加工ヘッド６では、図６に示す場合と同様、第２移動部２４を作動させた場合のほうが、第１移動部２０を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
　したがって、図７に示すレーザ加工ヘッド６の調整においては、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第１移動部２０を作動させて、コリメートレンズ１６を移動させる。これにより、上述の第１方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる（図７（Ｂ）参照）。
　また、第２調節ステップＳ４では、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第２移動部２４を適切に作動させて、コリメートレンズ１６を上述の第２方向において移動させる。これにより、該第２方向においてコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図７（Ｃ）参照）。
　また、図８に示すレーザ加工ヘッド６の調整においては、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第２移動部２４を適切に作動させて、コリメートレンズ１６を上述の第２方向において移動させる。これにより、該第２方向においてコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる（図８（Ｂ）参照）。
　また、第２調節ステップＳ４では、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第１移動部２０を作動させて、コリメートレンズ１６を移動させる。これにより、上述の第１方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図８（Ｃ）参照）。
　図９及び図１０に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図５及び図６に示す例と類似している。
　図９及び図１０に示す例において、図５及び図６と異なっているのは、初期状態（図９（Ａ）、図１０（Ａ）参照）において、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布が既に平坦化されていること、及び、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑからずれていることである。
　図９及び図１０に示す例では、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布が既に平坦化されているため、くりぬき加工等のレーザ光がその全周にわたって切断に寄与する場合は、それ以上エネルギー強度分布を調整する必要がない（即ち、第１調節ステップＳ２を行う必要がない）。よって、初期状態（図９（Ａ）、図１０（Ａ）参照）において生じている照射位置Ｐのずれを、第２調節ステップＳ４を行って是正している（図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）参照）。
　あえてエネルギー分布を偏らせる場合は、初期状態のエネルギー分布が平坦化されている状態で第１調節ステップＳ２を行い、この調節により生じた照射位置Ｐのずれを、第２調節ステップＳ４を行って是正すればよい。
　なお、図９に示す例における第２調節ステップＳ４は、図５に示す例における第２調節ステップＳ４と同じであり、図１０に示す例における第２調節ステップＳ４は、図６に示す例における第２調節ステップＳ４と同じであるから、説明を省略する。
　初期状態において照射位置Ｐがずれている場合であって、エネルギー強度分布を調節する場合も、先にエネルギー強度分布を調節してから照射位置Ｐを調節する。上述したように、エネルギー強度分布を調節すると照射位置Ｐがずれるため、先に調節した照射位置Ｐを再度調節する必要があり、二度手間となるからである。
　図１１及び図１２に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図５及び図６に示す例と類似している。
　図１１及び図１２に示す例において、図５及び図６と異なっているのは、初期状態（図１１（Ａ）、図１２（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑからずれていることである。
　図１１及び図１２に示す例では、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様に、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに（図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）参照）、第２調節ステップＳ４を行うことでレーザ光の照射位置Ｐの調節をすることができる（図１１（Ｃ）、図１２（Ｃ）参照）。
　ただし、図１１及び図１２に示す例では、初期状態において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑからずれているのに加え、第１調節ステップＳ２を行ってエネルギー強度分布の調節をしたときに、さらに照射位置Ｐの軸Ｑ（加工点）からのずれが大きくなっている（図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）参照）。このため、第２調節ステップＳ４でレーザ光の照射位置Ｐを軸Ｑ（加工点）の位置まで移動させるために、第１移動部２０又は第２移動部２４の移動量をより大きくする必要がある。
　図１３及び図１４に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図１１及び図１２に示す例と類似している。
　図１３及び図１４に示す例において、図１１及び図１２と異なっているのは、初期状態（図１３（Ａ）、図１４（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑを挟んで反対側に、該加工点からずれていることである。
　図１３及び図１４に示す例では、図１１及び図１２に示す例とそれぞれ同様に（すなわち、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様に）、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに（図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）参照）、
第２調節ステップＳ４を行うことでレーザ光の照射位置Ｐの調節をすることができる（図１３（Ｃ）、図１４（Ｃ）参照）。
　ただし、図１３及び図１４に示す例では、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をした時点において（図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）参照）、レーザ光の照射位置Ｐが、初期状態の位置から、加工点を示す軸Ｑを挟んで反対側に移動した。この場合、第２調節ステップＳ４では、図１１及び図１２に示す例と同じ方向に第１移動部２０又は第２移動部２４を動かすことにより、照射位置Ｐを適切に調節することができる。
　図１５及び図１６に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図１３及び図１４に示す例と類似している。
　図１５及び図１６に示す例において、図１３及び図１４と異なっているのは、初期状態（図１５（Ａ）、図１６（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑを挟んで反対側に、該加工点からずれており、そのずれ量がより大きいことである。
　図１５及び図１６に示す例では、図１３及び図１４に示す例とそれぞれ同様に（すなわち、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様に）、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに（図１５（Ｂ）、図１６（Ｂ）参照）、第２調節ステップＳ４を行うことでレーザ光の照射位置Ｐの調節をすることができる（図１５（Ｃ）、図１６（Ｃ）参照）。
　図１５及び図１６に示す例では、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をした時点において（図１５（Ｂ）、図１５（Ｂ）参照）、レーザ光の照射位置Ｐが、初期状態の位置から、Ｘ方向において、軸Ｑ（加工点）に近づくように、ただし加工点を超えない範囲で移動した。この場合、第２調節ステップＳ４では、図１３及び図１４に示す例とはＸ方向において逆向きに第１移動部２０又は第２移動部２４を動かすことにより、照射位置Ｐを適切に調節することができる（図１５（Ｃ）、図１６（Ｃ）参照）。
　図１７及び図１８において、（Ａ２）は、（Ａ１）のＡ２－Ａ２断面矢視図を示す。また、（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ２）と同じ位置から視た場合の、レーザ加工ヘッド６の調整過程の一例を示す図である。
　図１７及び図１８に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図１５及び図１６に示す例と類似している。
　図１７及び図１８に示す例において、図１５及び図１６と異なっているのは、初期状態（図１７（Ａ）、図１８（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）のみならず、Ｘ方向に直交するＹ方向にも、加工点を示す軸Ｑからずれていることである。
　図１７及び図１８に示す例では、初期状態においてＸ方向に偏っているエネルギー強度分布を平坦化する。まず第１調節ステップＳ２では、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を作動させて、レーザ照射部１４または集光レンズ１８をＸ方向に移動させることにより、レーザ照射位置ＰにおけるＸ方向のエネルギー強度分布の調節を行っている（図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ）参照）。
　また、第２調節ステップＳ４では、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方を作動させて、集光レンズ１８又はレーザ照射部１４をＸ方向及びＹ方向に適宜移動させる。これにより、Ｘ方向及びＹ方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置又はコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図１７（Ｃ）、図１８（Ｃ）参照）。
　幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２では、ＸＹ平面内において、エネルギー強度が低い位置から高い位置へ向かう方向に沿って、レーザ照射部１４を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
　例えば、図５、図１１、図１３、図１５及び図１７に示す例では、初期状態（各図の（Ａ）参照）において、Ｘ方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第１調節ステップＳ２では、Ｘ方向において、エネルギー強度が低い位置から高い位置へ向かう方向に沿って、レーザ照射部１４を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している（各図の（Ｂ）参照）。
　あるいは、幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２では、ＸＹ平面内において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、コリメート光学系を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
　例えば、図７に示す例では、初期状態（各図の（Ａ）参照）において、Ｘ方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第１調節ステップＳ２では、Ｘ方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、コリメートレンズ１６を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している（各図の（Ｂ）参照）。
　あるいは、幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２では、ＸＹ平面内において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、集光光学系を移動させるように、第２移動部２４を作動させる（すなわち、第２移動ステップを実行する）。
　例えば、図６、図８、図１２、図１４、図１６及び図１８に示す例では、初期状態（各図の（Ａ）参照）において、Ｘ方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第１調節ステップＳ２では、Ｘ方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、集光レンズ１８を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している（各図の（Ｂ）参照）。
　このように、エネルギー強度分布の向きに応じて、適切に第１移動部２０又は第２移動部２４を作動させて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８を適切に移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化することができる。
　幾つかの実施形態では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点に向かう方向に沿って集光光学系を移動させるように、第２移動部２４を作動させる（すなわち、第２移動ステップを実行する）。
　例えば、図５、図７、図１１、図１３、図１５及び図１７に示す例では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点（軸Ｑ）に向かう方向に沿って集光レンズ１８を移動させるように、第２移動部２４を作動させることにより、照射位置Ｐが加工点に近づくように、該照射位置Ｐの調節を行っている。
　あるいは、幾つかの実施形態では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、該加工点から第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐに向かう方向に沿ってレーザ照射部１４を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
　例えば、図６、図１２、図１４、図１６及び図１８に示す例では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、上述の加工点（軸Ｑ）から第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐに向かう方向に沿ってレーザ照射部１４を移動させるように、第１移動部２０を作動させることにより、照射位置Ｐが加工点に近づくように、該照射位置Ｐの調節を行っている。
　あるいは、幾つかの実施形態では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点に向かう方向に沿って、コリメート光学系を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
　例えば、図８に示す例では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点（軸Ｑ）に向かう方向に沿ってコリメートレンズ１６を移動させるように、第１移動部２０を作動させることにより、照射位置Ｐが加工点に近づくように、該照射位置Ｐの調節を行っている。
　このように、第２調節ステップＳ４において、第１調節ステップＳ２後のレーザ照射位置Ｐから加工点（軸Ｑ）に向かう方向に沿って集光レンズ１８又はコリメートレンズ１６を移動させることで、あるいは、加工点（軸Ｑ）から第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐに向かう方向に沿ってレーザ照射部１４を移動させることによって、加工面におけるレーザ照射位置Ｐを、所望の位置（即ち加工点）に適切に移動させることができる。
　幾つかの実施形態では、第１移動部２０の作動による（すなわち第１移動ステップにおける）レーザ照射部１４に対するコリメート光学系の移動方向において、該移動方向の向きと、第２移動部２４の作動による（すなわち第２移動ステップにおける）コリメート光学系に対する集光光学系の移動方向の向きとが反対である。
　例えば、図５、図６、図７、図８、図１１、図１２、図１３、図１４及び図１７に示す例では、第１移動部２０の作動による（すなわち第１移動ステップにおける）レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の移動方向において、該移動方向の向きと、第２移動部２４の作動による（すなわち第２移動ステップにおける）コリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の移動方向の向きとが反対である。
　このように、初期状態（各図の（Ａ）参照）における照射位置Ｐが、被加工物１００における加工点とあまり大きくずれていない場合、上述のように第１移動ステップすることで、エネルギー強度分布を平坦化するとともに、照射位置Ｐのずれを是正することができる。
　幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２において、被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定するようにしてもよい。
　なお、加工点におけるレーザ光のエネルギー強度分布は、例えば、ビームモード計測器（ビームプロファイラ）により測定してもよい。
　幾つかの実施形態に係るレーザ加工装置１（図１参照）は、上述したレーザ加工ヘッド６と、レーザ加工ヘッド６から出力されるレーザ光の被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部（不図示）と、制御部（不図示）と、を備えていてもよい。
　制御部は、計測部によるエネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定するように構成される。
　なお、計測部は、例えば、上述のビームモード計測器であってもよい。
　幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２において、被加工物１００の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定するようにしてもよい。
　このように、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布の調節を行う第１調節ステップＳ２において、被加工物１００の加工点におけるエネルギー強度分布の計測結果、又は、被加工物１００の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定することにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布をより的確に調節することができる。
　以下、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６及びレーザ加工装置１、並びに、レーザ加工ヘッド６の調整方法について概要を記載する。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、
　レーザ照射部と、
　前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
　前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
　前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
　前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第１移動部と、
　前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第２移動部と、
をさらに備える。
　コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系として、上述の構成とは異なりコマ収差が補正された光学系を用いた場合、レーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置、又は、コリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させたとしても、集光光学系による集光位置（即ち被加工物上のレーザ照射位置）においてレーザ光は一点に集束するため、該集光位置におけるエネルギー強度分布は、上述の相対位置の変化前と比べて大きくは変わらない。
　これに対し、上記（１）の構成では、コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系は、集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成したので、第１移動部によってレーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置を変化させることにより、又は、第２移動部によってコリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させることにより、集光光学系からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置と、外側の光が集光する位置とがずれる（コマ収差が発生する）。したがって、第１移動部及び第２移動部のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動部及び第２移動部の一方を適切に作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
　また、上記（１）の構成では、第１移動部及び第２移動部の他方（コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を、第１移動部及び第２移動部の前記一方とは独立して作動可能にしたので、該他方を作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第１移動部及び第２移動部の前記他方を適切に作動させることにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
　よって、上記（１）の構成によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
　前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
　上記（２）の構成によれば、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、かつ、レーザ照射部、コリメート光学系及び集光光学系を、集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列したので、コンパクトな構成で、上記（１）の構成を実現することができる。
（３）本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工装置は、
　上記（１）又は（２）に記載のレーザ加工ヘッドと、
　前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部と、
　前記計測部による計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するように構成された制御部と、
を備える。
　上記（３）の構成によれば、計測部によるエネルギー強度分布の計測結果に基づいて、第１移動部又は第２移動部による前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
（４）本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法は、
　レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を含むレーザ加工ヘッドの調整方法であって、
　前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
　前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させる第１移動ステップと、
　前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させる第２移動ステップと、
を備える。
　上記（４）の方法では、コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系は、集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成したので、第１移動ステップにおいてレーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置を変化させることにより、又は、第２移動ステップにおいてコリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させることにより、集光光学系からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置と、外側の光が集光する位置とがずれる（コマ収差が発生する）。したがって、第１移動ステップ及び第２移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動ステップ及び第２移動ステップの一方を適切に行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
　また、上記（４）の方法では、第１移動ステップ及び第２移動ステップの他方（コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を、第１移動ステップ及び第２移動ステップの前記一方とは独立して行うようにしたので、該他方を行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第１移動ステップ及び第２移動ステップの前記他方を適切に行うことにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
　よって、上記（４）の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の方法において、
　前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
　前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
　上記（５）の方法によれば、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、かつ、レーザ照射部、コリメート光学系及び集光光学系を、集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列したので、コンパクトな構成で、上記（５）の方法を実現することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の方法において、
　前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節するように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの一方を実行する第１調節ステップと、
　前記第１調節ステップの後、前記加工面における照射位置を調節するように、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する第２調節ステップと、
を備え、
　前記第１調節ステップでは、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップのうち、前記第１方向における前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の移動量又は前記第２方向における前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の移動量に対する前記コマ収差の変化量が大きい一方を実行する。
　上記（６）の方法によれば、まず、第１調節ステップにおいて、第１移動ステップ又は第２移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を行って、被加工物の加工面におけるレーザ光のエネルギー強度分布の調節を行うようにしたので、より大きなコマ収差変化量を利用して、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。また、第１調節ステップの後、第２調節ステップにおいて、第１移動ステップ又は第２ステップの他方（コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を行ってレーザ照射位置を調節するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。
　よって、上記（６）の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節との両立がしやすくなる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、
　前記第１調節ステップでは、前記エネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
　上記（７）の方法によれば、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布の調節を行う第１調節ステップにおいて、エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の方法において、
　前記第１調節ステップでは、前記被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
　上記（８）の方法によれば、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布の調節を行う第１調節ステップにおいて、被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（８）の何れかの方法において、
　前記第２調節ステップでは、前記照射位置が前記加工面上の加工点に近づくように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する。
　上記（９）の方法によれば、レーザ照射位置の調節を行う第２調節ステップにおいて、レーザ照射位置が被加工物の加工面上の加工点に近づくようにレーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系を移動させるので、所定の加工点において被加工物の加工を適切に行うことができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
　前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記集光光学系を移動させるように前記第２移動ステップを実行する。
（１１）あるいは、幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
　前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記加工点から前記第１調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿って、前記レーザ照射部を移動させるように前記第１移動ステップを実行する。
（１２）あるいは、幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
　前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記コリメート光学系を移動させるように前記第１移動ステップを実行する。
　上記（１０）～（１２）の方法によれば、第２調節ステップにおいて、第１調節ステップ後のレーザ照射位置から加工点に向かう方向に沿って集光光学系又はコリメート光学系を移動させることで、あるいは、加工点から第１調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿ってレーザ照射部を移動させることによって、加工面におけるレーザ照射位置を、所望の位置（即ち加工点）に移動させることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１　　　レーザ加工装置
２　　　レーザ発振器
４　　　光ファイバ
６　　　レーザ加工ヘッド
８　　　加工ステージ
１２　　ハウジング
１４　　レーザ照射部
１６　　コリメートレンズ
１８　　集光レンズ
２０　　第１移動部
２１　　保持部
２２　　第１レンズ保持部
２４　　第２移動部
２５　　第２レンズ保持部
２６　　アシストガスノズル
２８　　ガス供給口
３０　　ガス吹出口
１００　被加工物
Ｏ１～Ｏ３　　中心軸
Ｐ　　　照射位置

Claims (12)

  1. 　レーザ照射部と、
    　前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
    　前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
    　前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
    　前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第１移動部と、
    　前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第２移動部と、
    をさらに備える
    ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  2. 　前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
    　前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
  3. 　請求項１又は２に記載のレーザ加工ヘッドと、
    　前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部と、
    　前記計測部による計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するように構成された制御部と、
    を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
  4. 　レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を含むレーザ加工ヘッドの調整方法であって、
    　前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
    　前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させる第１移動ステップと、
    　前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させる第２移動ステップと、
    を備える
    ことを特徴とするレーザ加工ヘッドの調整方法。
  5. 　前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
    　前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている
    ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
  6. 　前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を所望の分布に調節するように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの一方を実行する第１調節ステップと、
    　前記第１調節ステップの後、前記加工面における照射位置を調節するように、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する第２調節ステップと、
    を備え、
    　前記第１調節ステップでは、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップのうち、前記第１方向における前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の移動量又は前記第２方向における前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の移動量に対する前記コマ収差の変化量が大きい一方を実行する
    ることを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
  7. 　前記第１調節ステップでは、前記エネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する
    ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
  8. 　前記第１調節ステップでは、前記被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
  9. 　前記第２調節ステップでは、前記照射位置が前記加工面上の加工点に近づくように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する
    ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
  10. 　前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記集光光学系を移動させるように前記第２移動ステップを実行する
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
  11. 　前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記加工点から前記第１調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿って、前記レーザ照射部を移動させるように前記第１移動ステップを実行する
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
  12. 　前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記コリメート光学系を移動させるように前記第１移動ステップを実行する
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
     
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