JP2015085336A - Laser processing method, and processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工対象物の表面を研磨する、あるいは加工対象物の表面に合わせて形状加工する等の場合に有効なレーザ加工方法及び加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing method and a processing apparatus that are effective in the case of polishing the surface of an object to be processed or processing the shape in accordance with the surface of the object to be processed.
ドリルやエンドミルなどの切削工具において、超硬合金等からなる工具基体に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法等によりダイヤモンド等の硬質皮膜を被覆して長寿命化するものが知られている。一方、これらの硬質皮膜を被覆した場合、元の工具基体の鋭利なエッジを鈍化させることが課題となっており、この被覆切削工具において、刃先稜線部のシャープエッジ化の要望は以前より存在していた。このような切削工具の場合、表面から数μｍの精度で均一に、成膜されたままの状態の皮膜を加工除去することが求められている。また、同じ仕様の切削工具であっても、砥石の変形を伴う研削加工で形態加工を行うため、そのエッジの一つ一つの形状は完全には一致していない。そのため、加工装置を使って形態を整える場合には、工具ごとに補正手続きが必要である。
特許文献１では、逃げ面に、ダイヤモンド被覆を除去しない範囲で元の逃げ角より小さい逃げ角のチャンファを設けることが開示されている。
このようなチャンファをレーザ加工により実現するためには、三次元曲線である刃先稜線に沿って数μｍ未満の誤差範囲でレーザビームを走査する必要があり、狙い精度上の困難性があった。
このレーザビームの狙い精度を向上する方法として、特許文献２では、狙いとする照射位置と実際に加工された穴の位置のずれを読み取り、そこから得られた補正量を次の加工時に反映するという方法を提案している
Among cutting tools such as drills and end mills, a tool base made of a cemented carbide or the like is coated with a hard film such as diamond by a chemical vapor deposition (CVD) method or the like to increase the life. On the other hand, when these hard coatings are coated, it has been a problem to blunt the sharp edges of the original tool base. In this coated cutting tool, there has been a demand for sharp edges at the edge of the cutting edge. It was. In the case of such a cutting tool, it is required to process and remove the film in a film-formed state uniformly with an accuracy of several μm from the surface. Moreover, even if the cutting tools have the same specifications, the shape processing is performed by grinding processing with deformation of the grindstone, so that the shape of each edge does not completely match. Therefore, when the form is adjusted using the processing apparatus, a correction procedure is required for each tool.
In Patent Document 1, it is disclosed that a chamfer having a clearance angle smaller than the original clearance angle is provided on the clearance surface without removing the diamond coating.
In order to realize such a chamfer by laser processing, it is necessary to scan the laser beam with an error range of less than several μm along the edge of the cutting edge, which is a three-dimensional curve, and there is a difficulty in aiming accuracy.
As a method for improving the aiming accuracy of the laser beam, in Patent Document 2, a deviation between the target irradiation position and the position of the actually processed hole is read, and the correction amount obtained therefrom is reflected in the next processing. We propose a method
レーザ加工においては、レーザ光の照射によって加工対象物の材料を蒸発、飛散させるので、加工部の周囲にはデブリ（再凝固層）が形成され、特許文献２の方法では、加工穴の位置読み取り精度が、加工穴の周囲に堆積するデブリ等により低下してしまう問題がある。また、第１のワークへの加工結果により算出した補正情報に基づき第２のワークへのレーザ加工を行うものであるため、加工対象物の形状に個体ごとのばらつきが存在した場合は、そのばらつきにより発生するずれを補正出来ない問題もあった。例えば、規格寸法内でのばらつきを持つ基体にダイヤモンド等の皮膜の成膜をし、エッジの部分を鋭利に追加工しようとした場合、十分厚みのある皮膜であれば基体を露出させない追加工が可能であるが、薄膜の場合、一律に形状を揃える追加工をしてしまった場合、皮膜を取りすぎて基体を露出させてしまうことが考えられる。 In laser processing, the material of the object to be processed is evaporated and scattered by laser light irradiation, so debris (re-solidified layer) is formed around the processing part. In the method of Patent Document 2, the position of the processing hole is read. There is a problem that the accuracy is deteriorated due to debris or the like accumulated around the processing hole. In addition, since the laser processing for the second workpiece is performed based on the correction information calculated from the processing result for the first workpiece, if there is variation for each individual in the shape of the workpiece, the variation There is also a problem that the deviation caused by the above cannot be corrected. For example, when a film of diamond or the like is formed on a substrate having variation within the standard dimensions and an attempt is made to sharpen the edge portion, if the film is sufficiently thick, there is an additional process that does not expose the substrate. Although it is possible, in the case of a thin film, if additional processing is performed to uniformly align the shape, it is conceivable that the film is removed so that the substrate is exposed.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、加工対象物の個体間に形状のばらつきが存在する場合にも、その個体ごとの形状に応じて正確にレーザ加工することができ、許容されている規格内の寸法ばらつきのある形態に対して倣い加工が精度よくできるレーザ加工方法及び加工装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of such circumstances, and even when there is a variation in shape between individuals of the workpiece, it can be accurately laser processed according to the shape of each individual, It is an object of the present invention to provide a laser processing method and a processing apparatus capable of accurately performing a profiling process on a form having a dimensional variation within an allowable standard.
本発明のレーザ加工方法は、予め定めた加工プログラムに従って加工対象物にレーザビームを照射しながら加工するレーザ加工方法であって、前記加工対象物のエッジの位置を検出するエッジ位置検出工程と、該エッジ位置検出工程により検出した前記エッジの位置データに基づき前記加工プログラムを作成する加工プログラム作成工程とを備え、前記エッジ位置検出工程は、前記加工対象物に対する加工閾値未満のエネルギー密度の低出力レーザビームを前記加工対象物の前記エッジに交差するように走査することにより、前記低出力レーザビームの前記加工対象物からの反射光の強度の変化を観測し、該反射光の強度の変化に基づき前記エッジの位置を検出することを特徴とする。 The laser processing method of the present invention is a laser processing method for processing while irradiating a laser beam to a processing object according to a predetermined processing program, and an edge position detection step for detecting the position of the edge of the processing object; A machining program creation step of creating the machining program based on the edge position data detected by the edge position detection step, wherein the edge position detection step has a low output of energy density less than a machining threshold for the workpiece. By scanning the laser beam so as to intersect the edge of the workpiece, the change in the intensity of the reflected light from the workpiece of the low-power laser beam is observed, and the change in the intensity of the reflected light is observed. Based on this, the position of the edge is detected.
レーザ加工時の加工閾値未満のエネルギー密度の低出力レーザビームを加工対象物のエッジに交差するように走査すると、その反射光の強度がエッジにより変化する。その変化に基づいてエッジの位置を検出し、その位置データに基づき加工プログラムを作成し、その加工プログラムに従って加工対象物を加工する。
つまり、エッジ位置検出工程により個々の加工対象物のエッジ位置を事前に検出しながら、その検出結果に基づいて加工しており、加工対象物の個体ごとのばらつきに対しても確実に補正した状態で加工することができる。この場合、エッジ位置検出工程では、次のレーザ加工工程で加工される加工対象物に対して、その加工に用いるレーザビームの出力を低下させて使用しており、光学系におけるレンズの収差や加工対象物を保持するステージの機械的誤差等を考慮する必要はなく効率的である。
なお、加工プログラムの作成には、予め定めた加工プログラムをエッジ位置検出工程によって検出されたエッジ位置データに基づき補正することも含むものとする。
When a low-power laser beam having an energy density less than the processing threshold at the time of laser processing is scanned so as to intersect the edge of the object to be processed, the intensity of the reflected light changes depending on the edge. The position of the edge is detected based on the change, a machining program is created based on the position data, and the workpiece is machined according to the machining program.
In other words, while detecting the edge position of each processing object in advance by the edge position detection process, processing is performed based on the detection result, and the state in which the variation for each processing object is reliably corrected Can be processed. In this case, in the edge position detection process, the output of the laser beam used for the processing is reduced with respect to the object to be processed in the next laser processing process. It is efficient because there is no need to consider the mechanical error of the stage holding the object.
Note that the creation of the machining program includes correcting a predetermined machining program based on the edge position data detected by the edge position detection step.
本発明のレーザ加工方法において、前記エッジ位置検出工程では、前記低出力レーザビームを走査して前記反射光の強度の最大値を検出して、該最大値の中間の値のときの位置データを前記エッジの位置データとするとよい。
加工対象物の表面の被覆を部分的に除去する場合など、表面に対してわずかなレーザ加工を行う場合に、エッジの稜線を正確に検出して加工することができる。
In the laser processing method of the present invention, in the edge position detection step, the low-power laser beam is scanned to detect the maximum value of the intensity of the reflected light, and position data at the intermediate value of the maximum value is obtained. The edge position data may be used.
When performing slight laser processing on the surface, such as when partially removing the coating on the surface of the workpiece, it is possible to accurately detect and process the edge line of the edge.
本発明のレーザ加工方法において、前記エッジ位置検出工程では、前記加工対象物のエッジに沿う複数個所で低出力レーザビームを走査しながら前記最大値を検出し、各検出点ごとに前記位置データを求めるとよい。 In the laser processing method of the present invention, in the edge position detection step, the maximum value is detected while scanning a low-power laser beam at a plurality of locations along the edge of the workpiece, and the position data is detected for each detection point. It is good to ask.
加工対象物のエッジが三次元的形状を有している場合には、そのエッジに沿う複数個所で低出力レーザビームを走査すると、各検出点ごとに反射光の強度の最大値が異なる場合がある。そこで、各検出点ごとに反射光の強度の最大値を検出しながら、エッジの位置データを求めることにより、三次元的形状のエッジにおいても、正確にエッジ位置を検出することができる。 If the edge of the workpiece has a three-dimensional shape, the maximum value of the intensity of reflected light may be different at each detection point when scanning with a low-power laser beam at a plurality of locations along the edge. is there. Therefore, by obtaining edge position data while detecting the maximum value of the intensity of reflected light for each detection point, the edge position can be accurately detected even for an edge having a three-dimensional shape.
本発明によれば、加工対象物の個体間に形状のばらつきが存在する場合にも、レーザ加工前のエッジ検出工程により、個体ごとの形状を正確に把握してレーザ加工することができ、しかも、加工に用いるレーザの出力を低下させてエッジ検出に使用しているので、レンズの収差やステージの機械的誤差などを考慮する必要がなく、効率的で作業性がよい。 According to the present invention, even when there is a variation in shape between individuals of a workpiece, the edge detection step before laser processing can accurately grasp the shape of each individual and perform laser processing. Since the output of the laser used for processing is reduced and used for edge detection, it is not necessary to consider lens aberration, stage mechanical error, etc., and it is efficient and has good workability.
以下、本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
まず、レーザ加工装置の実施形態について説明する。この実施形態のレーザ加工装置１は、図２に示すように、加工対象物２にレーザ光３を照射して加工する装置であり、加工対象物１にレーザ光を照射するレーザ照射手段５と、加工対象物２を保持した状態で回転及びｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動可能なステージを有するワーク保持手段６と、これらレーザ照射手段５及びワーク保持手段６を制御するコンピュータからなる制御手段７とを備える。
Hereinafter, an embodiment of a laser processing method and a laser processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an embodiment of a laser processing apparatus will be described. As shown in FIG. 2, the laser processing apparatus 1 according to this embodiment is an apparatus that processes a workpiece 2 by irradiating a laser beam 3 with a laser irradiation unit 5 that irradiates the workpiece 1 with laser light. The workpiece holding means 6 having a stage that can rotate and move in the x, y, and z axis directions while holding the workpiece 2, and the control means comprising a computer that controls the laser irradiation means 5 and the workpiece holding means 6. 7.
レーザ照射手段５は、例えばレーザ光３を一定の繰り返し周波数でパルス発振するレーザ発振機１１と、レーザビーム３を走査する走査手段１２と、レーザビーム３をスポット状に集光する集光レンズ１３とを備えている。
レーザ発振機１１には、１９０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザ光３を照射できる光源を使用することができ、例えば本実施形態では、波長３５５ｎｍのレーザ光３を発振して出射できるものを用いている。
The laser irradiation means 5 includes, for example, a laser oscillator 11 that pulsates the laser light 3 at a constant repetition frequency, a scanning means 12 that scans the laser beam 3, and a condenser lens 13 that condenses the laser beam 3 in a spot shape. And.
For the laser oscillator 11, a light source capable of irradiating the laser beam 3 with a wavelength of 190 nm to 1100 nm can be used. For example, in the present embodiment, a laser beam that can oscillate and emit the laser beam 3 with a wavelength of 355 nm is used. .
走査手段１２は、例えば２枚のミラーを動かすことでレーザビーム３を走査するガルバノスキャナが用いられる。また、集光レンズ１３はＦ−θレンズであり、走査手段１２のガルバノスキャナと一体に設けられている。
また、加工対象物２におけるレーザビーム３の照射位置を撮像するＣＣＤカメラ等の撮像手段１４が設けられている。
As the scanning unit 12, for example, a galvano scanner that scans the laser beam 3 by moving two mirrors is used. The condenser lens 13 is an F-θ lens and is provided integrally with the galvano scanner of the scanning unit 12.
Further, an imaging means 14 such as a CCD camera for imaging the irradiation position of the laser beam 3 on the workpiece 2 is provided.
ワーク保持手段６は、加工対象物ｗを把持するチャック２１と、このチャック２１を回転する回転機構２２と、この回転機構２２を搭載してｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動可能なステージ２３ｘ〜２３ｚを有している。具体的には、水平面に平行なｘ方向に移動可能なｘ軸ステージ部２３ｘと、そのｘ軸ステージ部２３ｘの下に設けられｘ方向に対して垂直で、かつ水平面に平行なｙ方向に移動可能なｙ軸ステージ部２３ｙと、ｙ軸ステージ部２３ｙの下に設けられ水平面に対して垂直方向に移動可能なｚ軸ステージ部２３ｚとを備える構成とされている。 The workpiece holding means 6 includes a chuck 21 that grips the workpiece w, a rotating mechanism 22 that rotates the chuck 21, and a stage 23 x that is mounted with the rotating mechanism 22 and can move in the x, y, and z axis directions. 23z. Specifically, an x-axis stage unit 23x that can move in the x direction parallel to the horizontal plane and a y-axis stage that is provided below the x-axis stage unit 23x and is perpendicular to the x direction and parallel to the horizontal plane The configuration includes a possible y-axis stage unit 23y and a z-axis stage unit 23z that is provided below the y-axis stage unit 23y and is movable in a direction perpendicular to the horizontal plane.
制御手段７は、予め設定した加工プログラムに従って走査手段１２、ワーク保持手段６をそれぞれ制御するものであり、レーザビームのＯＮ／ＯＦＦ、その出力の制御、走査手段１２の動作、ワーク保持手段６の各ステージ２３ｘ〜２３ｚ及び回転機構２２の動作を制御する。また、加工対象物２に照射されるレーザビーム３の発光時の座標から、加工対象物２のエッジの形状を計算により求め、走査手段１２の走査プログラム及びワーク保持手段６のステージ移動プログラムからなる加工プログラムの作成も行う。加工対象物２へのレーザビーム３の照射位置をＣＣＤカメラ等の撮像手段１４によって確認しながら制御することができる。 The control means 7 controls the scanning means 12 and the work holding means 6 according to a preset machining program. The control means 7 controls ON / OFF of the laser beam, its output control, the operation of the scanning means 12, and the work holding means 6. The operations of the stages 23x to 23z and the rotation mechanism 22 are controlled. Further, the shape of the edge of the workpiece 2 is obtained by calculation from the coordinates when the laser beam 3 irradiated to the workpiece 2 is emitted, and includes a scanning program for the scanning means 12 and a stage moving program for the workpiece holding means 6. A machining program is also created. The irradiation position of the laser beam 3 on the workpiece 2 can be controlled while being confirmed by the imaging means 14 such as a CCD camera.
次に、このレーザ加工装置１を用いて加工対象物２を研磨加工する方法について説明する。このレーザ加工方法においては、研削加工等によって外形加工され、その刃先にダイヤモンド等の硬質皮膜が形成されている切削工具が加工対象物２である。
図１は加工順を示すフローチャートであり、まず、加工の対象とするエッジ（輪郭）を決定する（Ｓ１）。加工対象物２の刃先に形成したダイヤモンド等の硬質皮膜を部分的に研磨する場合であれば、その刃先の研磨する部分の形状に合わせたエッジを設計データ等に基づき決定する。
そして、ワーク保持手段６のチャック２１に加工対象物２を保持し、制御手段７により各ステージ２３ｘ〜２３ｚ及び必要に応じて回転機構２２を制御して、加工対象物２の加工対象部分をレーザビーム照射可能な範囲へ移動する（Ｓ２）。
次いで、加工対象物２のエッジ位置を検出して（Ｓ３）、その検出結果に基づき加工プログラムを作成し（Ｓ４）、その加工プログラムに従って加工対象物２のレーザ加工を行う（Ｓ５）。この加工対象物２のエッジ位置検出からレーザ加工までの詳細を以下に説明する。
Next, a method for polishing the workpiece 2 using the laser processing apparatus 1 will be described. In this laser processing method, the cutting object 2 is a cutting tool that is externally processed by grinding or the like and has a hard film such as diamond formed on the cutting edge.
FIG. 1 is a flowchart showing a processing order. First, an edge (contour) to be processed is determined (S1). If a hard coating such as diamond formed on the cutting edge of the workpiece 2 is to be partially polished, an edge that matches the shape of the portion to be polished of the cutting edge is determined based on design data or the like.
Then, the workpiece 2 is held on the chuck 21 of the workpiece holding means 6, and each stage 23 x to 23 z and the rotating mechanism 22 are controlled by the control means 7, and the machining target portion of the workpiece 2 is laser-controlled. It moves to the range where beam irradiation is possible (S2).
Next, the edge position of the workpiece 2 is detected (S3), a machining program is created based on the detection result (S4), and laser machining of the workpiece 2 is performed according to the machining program (S5). Details from detection of the edge position of the workpiece 2 to laser processing will be described below.
＜エッジ位置検出工程＞
最初に、レーザ加工装置１のレーザビーム３の出力を、加工対象物２の被覆を研磨するために必要な加工閾値以下に設定する（このレーザビームを低出力レーザビームとする。符号は同じ３を用いる）。その低出力レーザビーム３を加工対象物２のエッジに向かって、加工対象物２の外側の何もない空間から走査手段（ガルバノスキャナ）１２の走査により移動し、低出力レーザビーム３がエッジに当たったときの反射による発光を検出することで一つ目のエッジ座標（ガルバノスキャナ上の仮想的座標ｘ１，ｙ１）とする。
<Edge position detection process>
First, the output of the laser beam 3 of the laser processing apparatus 1 is set to be equal to or lower than a processing threshold necessary for polishing the coating of the workpiece 2 (this laser beam is a low-power laser beam. Reference numeral 3 is the same). Is used). The low-power laser beam 3 moves toward the edge of the workpiece 2 from an empty space outside the workpiece 2 by scanning by a scanning means (galvano scanner) 12, and the low-power laser beam 3 is moved to the edge. The first edge coordinates (virtual coordinates x1, y1 on the galvano scanner) are detected by detecting light emission due to reflection when hit.
図３は低出力レーザビーム３を、加工対象物２のエッジに向けて走査した場合の反射光の発光強度Ｅの変化を示している。符号２ａは加工対象物２の表面に形成されたダイヤモンド等の皮膜を示しており、レーザビーム３が矢印で示すように走査されるものとする。
レーザビーム３の直径の一部がエッジに到達して重なった場合はその重なり度合に合わせて発光強度が（ｃ）で示すグラフのように変化し、最大値Ｅｍへ至る。（ａ）で示すように低出力レーザビーム３の走査方向（この場合、ｘ方向）が加工対象物２のエッジに垂直である場合の発光強度の変化を（ｃ）にａで示す。
一方、（ｂ）で示すように低出力レーザビーム３の走査方向とエッジが垂直からずれて傾斜している場合は、レーザビーム３を走査したときの発光強度の変化率は、ａの場合よりも小さくなる（この変化をｂとする）。
いずれの場合も、レーザビーム３の断面形状に異方性が無い等方性の場合であれば、エッジ位置は発光強度がＥｍの半分の値であるＥｎとなったときのｘ座標（ｘａ又はｘｂ）とすれば良い。
なお、加工対象物の表面形状によっては、必ずしもＥｍの半分の値になったときをエッジとせずに、半分よりもずれた値の位置をエッジとすることもある。
FIG. 3 shows a change in the emission intensity E of the reflected light when the low-power laser beam 3 is scanned toward the edge of the workpiece 2. Reference numeral 2a indicates a film of diamond or the like formed on the surface of the workpiece 2, and it is assumed that the laser beam 3 is scanned as indicated by an arrow.
When a part of the diameter of the laser beam 3 reaches the edge and overlaps, the emission intensity changes as shown in the graph (c) in accordance with the overlapping degree, and reaches the maximum value Em. As shown in (a), the change in emission intensity when the scanning direction of the low-power laser beam 3 (in this case, the x direction) is perpendicular to the edge of the workpiece 2 is shown in (c).
On the other hand, as shown in (b), when the scanning direction and edge of the low-power laser beam 3 are tilted away from the vertical, the change rate of the emission intensity when the laser beam 3 is scanned is higher than that in the case of a. (This change is b).
In any case, if the cross-sectional shape of the laser beam 3 is isotropic with no anisotropy, the edge position is the x coordinate (x a when the emission intensity becomes En, which is half the value of Em. Or x b ).
Depending on the surface shape of the object to be processed, a position with a value deviating from half may be used as an edge without necessarily setting an edge when the value becomes half of Em.
＜加工プログラム作成工程＞
以上のようにして、加工対象物２のエッジ上の数点の座標を検出し、それらから得られたエッジの形状（輪郭形状）を多項式などで表し、それを用いて走査手段（ガルバノスキャナ）１２及びワーク保持手段６の加工プログラムを都度生成する。
<Processing program creation process>
As described above, the coordinates of several points on the edge of the workpiece 2 are detected, and the shape of the edge (contour shape) obtained therefrom is expressed by a polynomial or the like, and using this, scanning means (galvano scanner) 12 and the machining program for the workpiece holding means 6 are generated each time.
なお、加工対象物２の図面上の輪郭がわかっている場合などには、発光の検出位置から都度多項式等で表す必要はなく、その輪郭の図面上の形状からずれるパラメータのみが分かれば良い。例えば、図面上で直線となっている輪郭は、その角度や長さなどの個体間ばらつきはあるにしても、それが曲線にはならないと考えることが出来る（例えば平坦な砥石を用いた研削加工で形成した輪郭の場合）。その場合、任意の２点の座標が分かれば直線が得られる。同様に、輪郭形状が円弧で、その半径のみばらつきがある場合は、２〜３点の座標を調べるだけで済む。そのようにして、必要最低限の数の座標だけを調べてゆけば良い。 When the contour of the processing object 2 on the drawing is known, it is not necessary to represent the light emission detection position by a polynomial or the like each time, and only a parameter deviating from the shape of the contour on the drawing needs to be known. For example, it can be considered that a contour that is a straight line in the drawing does not become a curve even if there are variations among individuals such as its angle and length (for example, grinding using a flat grindstone) In the case of the contour formed by). In that case, a straight line can be obtained if the coordinates of any two points are known. Similarly, when the contour shape is a circular arc and only its radius varies, it is only necessary to check the coordinates of a few points. In that way, only the minimum number of coordinates need be examined.
＜レーザ加工工程＞
レーザビーム３の出力を加工閾値以上に設定した後、先に作成した加工プログラムを用いて実際のレーザ加工を行う。
このレーザ加工工程においては、先のエッジ位置検出工程により加工対象物２のエッジ位置が正確に検出されており、そのエッジ位置データに基づいて作成された加工プログラムにしたがって加工するので、事前の機械加工により個体差が生じている場合でも、その個体ごとの形状に応じてレーザ加工を実施することができる。本実施形態の場合は、加工対象物表面の被覆の一部を除去しながら研磨してシャープエッジにする加工であり、表面から数μｍの精度で均一に研磨することができる。
しかも、エッジ検出に用いるレーザ光は、加工に用いるレーザ光の出力を低下させただけで、レーザ発振機１１、走査手段１２及びワーク保持手段６は、加工に用いるものをそのまま使用しているため、エッジ検出においてレンズの収差やステージの機械的誤差などを考慮する必要がなく、効率的で作業性がよい。
<Laser processing process>
After setting the output of the laser beam 3 to be equal to or greater than the machining threshold, actual laser machining is performed using the machining program created earlier.
In this laser machining step, the edge position of the workpiece 2 is accurately detected by the previous edge position detection step, and machining is performed according to the machining program created based on the edge position data. Even when individual differences are caused by processing, laser processing can be performed according to the shape of each individual. In the case of this embodiment, it is the process which grind | polishes while removing a part of coating | cover of the workpiece surface, and makes it a sharp edge, and it can grind | polish uniformly with the precision of several micrometers from the surface.
In addition, the laser beam used for edge detection is merely reduced in the output of the laser beam used for processing, and the laser oscillator 11, the scanning unit 12 and the work holding unit 6 are used as they are for processing. In the edge detection, it is not necessary to consider the aberration of the lens or the mechanical error of the stage, and it is efficient and has good workability.
図４は、工具の刃先にＣＶＤ法により形成したダイヤモンド被覆の一部を、本発明の方法により研磨して削除した実施例のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像を示している。レーザ光としては、出力３Ｗ、波長３５５ｎｍのナノ秒レーザを用いた。図４の三角矢印で示す方向にレーザビームを照射し、Ｓで示す部分の被覆を５μｍの厚みの範囲で除去した。
この図４に示されるように、目標位置の限られた範囲で被覆が除去されていることがわかる。また、この研磨加工により、Ｇで示すエッジがシャープエッジに仕上げられている。
また、特許文献２に記載の条件で任意に選んだダイヤモンド皮膜が形成された５本の直径４ｍｍのエンドミルのエッジのレーザ加工を実施したところ、２本については皮膜を除去しすぎて、基体を露出させてしまった。一方、本発明の方法によると、同じく任意に選んだ５本の前記仕様のエンドミルのエッジのレーザ加工を実施したところ、全てで基体の露出は無く、目標位置の限られた範囲で皮膜が除去された。
FIG. 4 shows an SEM (scanning electron microscope) image of an example in which a part of the diamond coating formed on the cutting edge of the tool by the CVD method was polished and removed by the method of the present invention. As the laser light, a nanosecond laser with an output of 3 W and a wavelength of 355 nm was used. A laser beam was irradiated in the direction indicated by the triangular arrow in FIG. 4, and the coating at the portion indicated by S was removed in a thickness range of 5 μm.
As shown in FIG. 4, it can be seen that the coating is removed in a limited range of the target position. In addition, by this polishing process, the edge indicated by G is finished to a sharp edge.
In addition, when laser processing was performed on the edges of five 4 mm diameter end mills on which diamond films arbitrarily selected under the conditions described in Patent Document 2 were formed, the films were removed excessively for the two, and the substrate was removed. I was exposed. On the other hand, according to the method of the present invention, when laser processing was carried out on the edges of five end mills of the same specifications that were arbitrarily selected, the substrate was not exposed at all, and the film was removed in a limited range of the target position. It was done.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上述の実施形態では加工対象物の表面を研磨する場合について説明したが、本発明は、研磨加工に限らず、加工対象物の表面に彫刻する場合等にも用いることができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
In the above-described embodiment, the case where the surface of the workpiece is polished has been described. However, the present invention is not limited to the polishing process, and can also be used when engraving the surface of the workpiece.
１ レーザ加工装置
２ 加工対象物
３ レーザ光（レーザビーム）
５ レーザ照射手段
６ ワーク保持手段
７ 制御手段
１１ レーザ発振機
１２ 走査手段
１３ 集光レンズ
１４ 撮像手段
２１ チャック
２２ 回転機構
２３ｘ，２３ｙ、２３ｚ ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 2 Processing target object 3 Laser beam (laser beam)
5 Laser irradiation means 6 Work holding means 7 Control means 11 Laser oscillator 12 Scanning means 13 Condensing lens 14 Imaging means 21 Chuck 22 Rotating mechanisms 23x, 23y, 23z Stage
Claims (3)
The edge position detection step detects the maximum value while scanning a low-power laser beam at a plurality of locations along the edge of the workpiece, and obtains the position data for each detection point. 3. The laser processing method according to 1 or 2.
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