JP2020089912A - レーザー加工方法、レーザー加工システム - Google Patents
レーザー加工方法、レーザー加工システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020089912A JP2020089912A JP2018230301A JP2018230301A JP2020089912A JP 2020089912 A JP2020089912 A JP 2020089912A JP 2018230301 A JP2018230301 A JP 2018230301A JP 2018230301 A JP2018230301 A JP 2018230301A JP 2020089912 A JP2020089912 A JP 2020089912A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- processing
- container
- laser
- laser light
- laser processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
- B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/122—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in a liquid, e.g. underwater
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
- B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/035—Aligning the laser beam
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
【課題】材料の表面及び内部における屈折の影響を排除して、材料の内部を加工可能なレーザー加工方法を提供する。【解決手段】レーザー光を照射し、材料の内部を加工するレーザー加工方法であって、材料は、当該材料と同等の屈折率を有する液体が充填された容器内に配置され、容器の少なくとも一部は、所定の曲率を持った入射面として構成され、材料の屈折率及び材料の内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、入射面を介してレーザー光を照射するレーザー加工方法。【選択図】図6
Description
本発明は、レーザー加工方法、及びレーザー加工システムに関する。
レーザー光を用いて材料を加工するレーザー加工装置が知られている(特許文献1参照)。
ここで、材料の内部を加工する場合には、屈折率を考慮する必要がある。図7A及び図7Bは、材料Mの内部を模式的に示した図である。加工位置Pは、実際に加工すべき位置(たとえば、目的物の外縁に相当する位置)を示す。また、材料Mの屈折率は「n」であるとする。なお、本明細書における加工は大気中での加工を想定しているが、材料や加工条件により材料および光路周辺は必ずしも大気中である必要はなく、真空中であってもよい。
仮に、加工位置Pとレーザー光Lの集光点とが一致するように設定した状態でレーザー光Lを照射したとする。この場合、レーザー光Lの光路長は屈折率nの影響を受け、屈折率分だけ長くなる。そのため、レーザー光Lは点P´の位置に照射される(図7A参照)。すなわち、点P´の位置が加工されることとなり、加工位置Pを加工することができない。
そこで、加工位置Pを加工する場合には、屈折率nを考慮してレーザー光Lを照射する位置を補正する必要がある。具体的には、レーザー光を入射する表面Sを規定し、表面Sから加工位置Pまでの光路長が1/nとなるよう補正し、補正位置Wを求める。補正位置Wにレーザー光Lの集光点を一致させた状態でレーザー光Lを照射することにより、加工位置Pを加工できる(図7B参照)。
また、材料の内部にレーザー光を照射する場合、材料の表面における屈折も考慮する必要がある。
図8は、材料Mの内部を模式的に示した図である。図8に示したように、補正位置Wとレーザー光Lの集光点とが一致するように設定した状態で、材料Mの表面Sに対して斜めからレーザー光Lを照射したとする。この場合、レーザー光Lは材料Mの表面Sを通過する際に屈折し、実際には点P´´の位置に照射される。
従って、加工位置Pを加工する場合には、材料Mの表面Sに対してレーザー光L(レーザー光Lの光軸OA)が垂直に入射するように調整する必要がある(図7B参照)。
図9は、材料Mの内部に楕円Eを加工する例を示した図である。図9では一部の加工位置のみ(加工位置P1〜P7)を示している。加工位置P1〜P7は、楕円Eの円周に沿って等間隔に配置されている。各加工位置に照射されるレーザー光の出力は均一である。
ここで、図9に示したように、材料Mの表面Sに対して垂直にレーザー光を照射し、各加工位置を加工する場合、レーザー光を照射する間隔に粗密が生じる。たとえば、加工位置P3に照射されるレーザー光L3の光軸OA3と加工位置P4に照射されるレーザー光L4の光軸OA4との間隔s1は、加工位置P2に照射されるレーザー光L2の光軸OA2と加工位置P3に照射されるレーザー光L3の光軸OA3との間隔s2より狭くなる。従って、各加工位置に加わるレーザー光のエネルギーにばらつきが生じるため、均一な加工ができなかったり、加工が不要な部分まで加工される恐れがある。また、たとえば加工位置P7を加工する際には、楕円Eの内側をレーザー光L7(光軸OA7)が通過することになるため(図9参照)、加工が不要な部分(図9中、斜線で示した領域)まで加工される恐れがある。
更に、材料の表面に対してレーザー光を垂直に入射させるためには、加工装置側の制御を厳密に行う必要がある。すなわち、材料を加工する際、レーザー光を照射する照射部と材料との位置決めを、加工位置毎に正確に行わなければならない。位置決めが正確でない場合や加工の途中で位置ずれが生じた場合、材料の表面に対してレーザー光が垂直に入射できず、その結果、加工が不要な部分まで加工される恐れがある。
本発明の目的は、材料の表面及び内部における屈折の影響を排除して、材料の内部を加工可能なレーザー加工方法及びレーザー加工システムを提供することにある。
上記目的を達成するための一の発明は、レーザー光を照射し、材料の内部を加工するレーザー加工方法であって、前記材料は、当該材料と同等の屈折率を有する液体が充填された容器内に配置され、前記容器の少なくとも一部は、所定の曲率を持った入射面として構成され、前記材料の屈折率及び前記材料の内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、前記入射面を介してレーザー光を照射するレーザー加工方法である。
また、上記目的を達成するための別の発明は、レーザー光を照射することで材料の内部を加工するレーザー加工システムであって、少なくとも一部が所定の曲率を持った入射面として構成された容器と、レーザー光を照射する照射部と、前記材料と同等の屈折率を有する液体が充填された前記容器内に配置された前記材料を保持する保持部と、前記照射部及び前記保持部の少なくとも一方を移動させる駆動機構と、前記材料の屈折率及び前記材料の内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、前記入射面を介してレーザー光を照射するよう前記照射部及び前記駆動機構を制御する制御部と、を有するレーザー加工システムである。
本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。
また、上記目的を達成するための別の発明は、レーザー光を照射することで材料の内部を加工するレーザー加工システムであって、少なくとも一部が所定の曲率を持った入射面として構成された容器と、レーザー光を照射する照射部と、前記材料と同等の屈折率を有する液体が充填された前記容器内に配置された前記材料を保持する保持部と、前記照射部及び前記保持部の少なくとも一方を移動させる駆動機構と、前記材料の屈折率及び前記材料の内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、前記入射面を介してレーザー光を照射するよう前記照射部及び前記駆動機構を制御する制御部と、を有するレーザー加工システムである。
本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。
本発明によれば、材料の表面及び内部における屈折の影響を排除して、材料の内部を加工できる。
図1は、実施形態に係るレーザー加工システム100、CAMシステム200及びCADシステム300を模式的に示した図である。
レーザー加工システム100は、レーザー光を用いて非接触で材料を加工することにより、目的物を作成する。
CAMシステム200は、レーザー加工システム100で使用する加工用データを作成する。加工用データは、材料の内部における加工位置の情報(たとえば、三次元座標値)や、使用する材料の屈折率の値、或いはレーザー光の照射に関する情報(シャッター開閉や出力の制御情報、光学系の情報)等を含む。
CADシステム300は、目的物の形状を示す形状データを作成する。形状データは、たとえば目的物の三次元データであり、具体的にはSTLデータや三次元CADで使用されるソリッドデータ、或いは3Dプリンタで使用される3MFやAMFなどのデータである。なお、CAMシステム200及びCADシステム300は、一体のシステムとして構成されていてもよい。
==レーザー加工システム==
レーザー加工システム100は、レーザー加工装置1及びコンピューター2を有する。レーザー加工システム100は、CAMシステム200で作成された加工用データに基づいて、材料を加工する。但し、コンピューター2の果たす機能をレーザー加工装置1で実現することによって、レーザー加工システム100がレーザー加工装置1単体で構成されてもよい。
レーザー加工システム100は、レーザー加工装置1及びコンピューター2を有する。レーザー加工システム100は、CAMシステム200で作成された加工用データに基づいて、材料を加工する。但し、コンピューター2の果たす機能をレーザー加工装置1で実現することによって、レーザー加工システム100がレーザー加工装置1単体で構成されてもよい。
レーザー加工装置1は、加工用データに基づいて材料Mにレーザー光を照射することにより、材料Mの表面や内部を加工する。
レーザー加工装置1は、照射部10、保持部20、及び駆動機構30を含む。
照射部10は、材料Mに対してレーザー光を照射する。照射部10は、レーザーの発振器10a、及び発振器10aからのレーザー光を所定の位置に集光させるためのレンズ群10b等を含む。なお、レーザーの発振器10aは、レーザー加工装置1の外部に設けられていてもよい。また、照射部10は、レンズ群10bの焦点距離を調整することにより、レーザー光を集光させる位置を可変とする調整機構(図示なし)を備えていてもよい。
レーザー光は超短パルスを用いる。超短パルスのレーザー光は、一のパルス幅が数ピコ秒〜数フェムト秒の光である。超短パルスのレーザー光を材料の加工位置に短時間照射することにより、アブレーション加工(非熱加工)を行うことができる。アブレーション加工は、レーザー光の照射により材料をプラズマまたはイオン化させる方法である。プラズマまたはイオン化(ガス化)した材料は、瞬時にプラズマ化した後、物体内部で拡散できない場合には再凝固し微小な空洞やクラック、周囲との密度差を生じた改質層を形成する。アブレーション加工は、一般的な熱加工と比べ、熱による加工部分の損傷が少ない。
本実施形態に係る材料Mは、レーザー光を透過する材料(透明材)である。透明材は、たとえば、ガラスセラミックのようなガラス材料、光透過性の高い樹脂材料(たとえば、アクリル樹脂)、ジルコニア系の光透過材料(ジルコニア配合型ガラスセラミックのような複合材料や一定の透過率を有するジルコニア単体)等である。なお、透明材の光透過率は、材料の内部の加工位置までレーザー光が届き、加工可能な値であればよい。
本実施形態において、レーザー加工を行う際、材料Mは容器C内に配置される。容器Cは、少なくとも一部が所定の曲率を持った入射面として構成された、中空の部材である。本実施形態に係る容器Cは球体である(図2A等参照)。すなわち、容器C全体が入射面として構成されている。
容器Cの入射面は、レーザー光の透過性が高い素材で構成されている曲面である。素材は、使用するレーザー光の波長特性に応じて適宜選択される。照射部10から照射されたレーザー光は、入射面を介して材料Mに照射される。
また、容器C内は、材料Mと同等の屈折率を有する液体で充填される。液体は、材料Mの種類(材料Mの屈折率)に応じて適宜選択できる。たとえば、材料Mがガラスやガラスセラミックの場合、屈折率は約1.5である。この場合、液体としては、屈折率が1.5と同等のもの(たとえば油浸レンズで使用する油脂)を用いることができる。なお、材料の屈折率と液体の屈折率とは厳密に同じ値である必要はない。レーザー光が液体を透過して材料に入射する際に生じる誤差(屈折率の変化に伴うレーザー光の屈折の度合い)が許容範囲内であれば、それぞれの屈折率の値が異なっていてもよい。
ここで、容器C内へ材料Mを配置したり、液体を充填する方法は特に限定されない。たとえば、図2Aに示した容器Cは、その一部が着脱可能な蓋Fとなっている。作業者は、蓋Fを取り外し、材料Mを蓋Fに固定する。具体的には、材料Mに接着した保持部分Gを蓋Fに形成された孔Hに嵌合することで、材料Mを蓋Fに固定する(図2B参照)。保持部分Gは、保持部20によって保持される部分である。図2Bの例において、保持部分Gはピン状の部材である。
作業者は、容器C内に材料Mの屈折率と同等の屈折率を有する液体Lqを充填した後、材料Mを固定した蓋Fを装着する(図2C参照)。図2Cの例において、孔Hは保持部分Gにより塞がれているため、液体Lqが容器Cから漏れることはない。なお、容器C内において、材料Mは、その中心が容器Cの中心と一致するように配置されることが好ましい。
保持部20は容器C内に配置された材料Mを保持する。材料Mを保持する方法は、保持された材料Mをレーザー加工装置1の駆動軸に沿って移動させることができれば、特に限定されない。たとえば、保持部20は、容器C自体を保持してもよいし、容器Cから突出した保持部分G(図2C参照)を保持してもよい。
駆動機構30は、照射部10及び保持部20の少なくとも一方を移動させる。駆動機構30は駆動用のサーボモータ等を含む。本実施形態において、駆動機構30は、照射部10及び保持部20を5軸(X軸、Y軸、Z軸、X軸回りの回転軸(A回転軸)、Y軸回りの回転軸(B回転軸))の駆動軸に沿って移動させることにより、照射部10と保持部20(保持部20に保持される材料M)との位置関係を調整することができる。
たとえば、容器Cを保持した状態で、駆動機構30が保持部20をX軸方向に移動させた場合、保持部20の移動に伴って容器C(容器Cに固定された材料M)もX軸方向に移動する。或いは、保持部20が容器Cを回転可能に保持した状態で、駆動機構30が保持部20をA回転軸に沿って回転させた場合、保持部20の回転に伴って容器C(容器Cに固定された材料M)もA回転軸に沿って回転する。なお、この場合、材料Mは、容器Cと回転軸が一致するよう、容器C内に配置されていることが好ましい。
なお、照射部10及び保持部20が移動できる範囲は、特に限定されない。たとえば、照射部10がZ軸方向のみ移動可能であり、保持部20がその他の4軸で移動可能という構成であってもよいし、照射部10が固定で保持部20が5軸に移動可能という構成であってもよい。或いは、照射部10及び保持部20の双方が同じ軸方向(たとえば、Z軸方向)に移動可能であってもよい。また、レーザー加工装置1の駆動軸は5軸に限られない。たとえば、レーザー加工装置1は、3軸(X軸、Y軸、Z軸)の駆動軸を有する構成であってもよい。
また、上述の通り、入射面は、容器Cの少なくとも一部に設けられていればよい。たとえば、入射面以外の部分は、平面で構成された矩形状であってもよい。或いは、入射面以外の部分を金属等、レーザー光を透過しない材料で構成してもよい。
また、保持部20が容器Cを保持する場合、レーザー光の照射に影響を与えないように保持することが好ましい。従って、たとえば、容器Cに入射面以外の部分が設けられている場合、保持部20は、当該入射面以外の部分を保持することが好ましい。
容器Cにおいて入射面が設けられる部分は、レーザー加工装置1の保持部20の構造や、駆動機構30が照射部10及び保持部20を駆動させることができる範囲に応じて決定できる。たとえば、保持部20が容器CをX軸方向の軸周りに360°回転可能、且つZ軸方向の軸を基準(0°)としてY軸方向の軸周りに±30°回転可能に保持できるとする。この場合、容器Cは、少なくとも、X軸方向の軸周りに360°の範囲、且つ容器Cの中心(材料Mの中心)を通るZ軸方向の軸Zpを基準として±30°の範囲に亘って入射面を有する構成であることが好ましい(図3参照)。なお、図3では、入射面以外の部分を破線で示している。
コンピューター2は、レーザー加工装置1が備える各種構成の動作を制御する。たとえば、コンピューター2は、駆動機構30を制御して照射部10と保持部20に保持される材料Mとの位置関係を調整する。或いは、コンピューター2は、加工用データに基づいて、材料Mの内部にレーザー光を照射するよう、照射部10及び駆動機構30を制御する。コンピューター2は、レーザー加工システム100が備える「制御部」の一例である。
本実施形態に係るコンピューター2は、材料の屈折率及び材料の内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、容器Cの入射面を介してレーザー光を照射するよう照射部10及び駆動機構30を制御する。加工位置は、レーザー光によって加工すべき位置である。補正位置は、レーザー光を集光させる設定上の位置である。
たとえば、図4に示したように、容器C内に配置された材料Mの加工位置Pにレーザー光を照射し、加工を行うとする。なお、CAMシステム200で作成された加工用データには、加工位置Pの位置情報、及び材料Mの屈折率nの情報が含まれているとする。
この場合、コンピューター2は、加工位置Pを含む任意の面を規定し、当該面の法線方向と、レーザー光Lの光軸方向とを一致させる。次に、コンピューター2は、加工位置Pからレーザー光Lが入射する入射面上の位置Tまでの距離Dを求める。さらに、コンピューター2は、屈折率nを用いて距離Dを補正することにより距離D´を求め、位置Tからレーザー光の光軸方向に距離D´だけ離れた位置を補正位置Wとして決定する。そして、コンピューター2は、容器Cの入射面を介して補正位置Wへレーザー光を集光させるよう、駆動機構30を制御し、照射部10と材料Mとの位置決めを行う。具体的には、補正位置Wを含む面の法線方向にレーザー光Lの光軸方向が一致するように、照射部10及び材料M(容器C)の位置や向きを調整する。その後、コンピューター2は、照射部10を制御し、補正位置Wに向けてレーザー光を照射させる。
補正位置Wは、材料Mの屈折率nを考慮した位置である。そのため、補正位置Wに対して照射されたレーザー光Lは、実際には加工位置Pに照射される(加工位置Pに集光する)。この際、材料Mは、屈折率が同等の液体で充填された容器C内に配置されている。従って、材料Mの表面が平面でない場合や、材料Mにレーザー光Lが入射する際の角度が垂直でない場合であっても、材料Mの表面において屈折が生じることはない。
==レーザー加工方法==
次に、図5を参照して、本実施形態に係るレーザー加工方法について説明する。本実施形態に係るレーザー加工方法は、レーザー加工システム100により実行される。この例では、予めCAMシステム200により作成された加工用データに基づいて加工を行う。
次に、図5を参照して、本実施形態に係るレーザー加工方法について説明する。本実施形態に係るレーザー加工方法は、レーザー加工システム100により実行される。この例では、予めCAMシステム200により作成された加工用データに基づいて加工を行う。
作業者は、少なくとも一部が所定の曲率を持った入射面として構成された容器C内に材料Mの屈折率と同等の屈折率を有する液体を充填し、更に、その中に材料Mを配置する(液体を充填した容器内に材料を配置。ステップ10)。
作業者は、材料Mが配置された容器Cを保持部20に装着する。保持部20は、容器C内に配置された材料Mを保持する(材料を保持。ステップ11)。
コンピューター2は、加工用データに含まれる材料Mの内部の加工位置及び材料Mの屈折率に基づいて、レーザー光の補正位置を求める(補正位置の算出。ステップ12)。なお、実際には目的物の形状に応じて、複数の加工位置が存在する。コンピューター2は、各加工位置に対する補正位置を求める。
コンピューター2は、ステップ12で取得した補正位置に対し、容器Cの入射面を介してレーザー光を照射するよう照射部10及び駆動機構30を制御する(容器の入射面を介して材料の内部にレーザー光を照射。ステップ13)。
なお、上記例では、コンピューター2が、加工用データに含まれる加工位置及び材料の屈折率に基づいて補正位置を求める例について述べたがこれに限られない。たとえば、CAMシステム200が補正位置を求め、その情報を予め加工用データに含めておくことも可能である。この場合、コンピューター2は、当該加工用データに含まれる補正位置に対してレーザー光を照射する。
このように、本実施形態に係るレーザー加工方法は、レーザー光を照射し、材料Mの内部を加工する。材料Mは、材料Mと同等の屈折率を有する液体が充填された容器C内に配置され、容器Cの少なくとも一部は、所定の曲率を持った入射面として構成されている。そして、本実施形態に係るレーザー加工方法は、材料Mの屈折率及び材料Mの内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、入射面を介してレーザー光を照射する。
また、本実施形態に係るレーザー加工システム100は、レーザー光を照射することで材料Mの内部を加工する。レーザー加工システム100は、少なくとも一部が所定の曲率を持った入射面として構成された容器Cと、レーザー光を照射する照射部10と、材料Mと同等の屈折率を有する液体が充填された容器C内に配置された材料Mを保持する保持部20と、照射部10及び保持部20の少なくとも一方を移動させる駆動機構30と、材料Mの屈折率及び材料Mの内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、入射面を介してレーザー光を照射するよう照射部10及び駆動機構30を制御するコンピューター2と、を有する。
たとえば、図6は、材料Mの内部に楕円Eを加工する例を示した図である。図6では一部の加工位置のみ(加工位置P1〜P7)を示している。加工位置P1〜P7は、楕円Eの円周に沿って等間隔となっている。
図6に示したように、本実施形態に係るレーザー加工方法及びレーザー加工システム100によれば、レーザー光の入射面が曲面であるため、加工位置に応じて任意の方向からレーザー光を入射させることができる。そのため、レーザー光を照射する間隔に粗密が生じないように調整できる。従って、各加工位置におけるレーザー光のエネルギーにばらつきが生じないため、均一な加工が可能となる。また、材料Mに対して任意の方向からレーザー光を照射できるため、楕円Eのような形状を加工する場合であっても、楕円Eの内側をレーザー光Lが通過しないように調整できる。従って、加工が不要な部分が加工されることを防止できる。また、材料Mは、屈折率が同等の液体で充填された容器C内に配置されている。そのため、材料Mの表面が平面でない場合や、材料Mの表面にレーザー光が入射する際の角度が垂直でない場合(図6参照)であっても、材料Mの表面においてレーザー光が屈折することはない。従って、照射部10と材料Mとの位置決めが容易となる。また、材料Mの屈折率及び加工位置に基づいて求めた補正位置に対してレーザー光を照射することにより、材料Mの内部における屈折率の影響を受けることなく、加工位置に対するレーザー加工が可能となる。すなわち、本実施形態に係るレーザー加工システム100、及び当該システムを利用したレーザー加工方法によれば、材料の表面及び内部における屈折の影響を排除して、材料の内部を加工できる。
なお、図9のように一の表面Sのみからレーザー光を入射する方法ではなく、目的物の形状に応じてレーザー光を照射する材料の表面を異ならせる方法もありうる。しかし、このような方法は加工用データの作成が煩雑となる。たとえば、加工位置毎に、レーザー光を入射する材料の表面を規定し、当該表面から加工位置までの光路長を求め、求めた光路長を屈折率で補正する必要がある。また、複雑な形状の目的物を加工する場合、隣接する加工位置であってもレーザー光を入射させる面が異なったり、レーザー光を垂直に入射させるための設定が異なる可能性もありうる。このような場合、加工用データが複雑化する。また、そのような加工用データに基づいて加工を行う場合、照射部10と材料Mの位置決めや、加工位置間の移動経路が複雑化し、加工時間が増大する。
また、材料の表面に対してレーザー光を垂直に入射させる代わりに、入射角度に応じて光路長を補正することも可能である。しかし、その場合には加工位置毎に入射角度を設定し、且つ入射角度に応じた光路長の補正も必要となるため、加工用データの作成が更に煩雑となる。また、入射角度に応じた照射部10と材料Mとの位置決めも必要となるため、加工装置側の制御も煩雑となる。
一方、本実施形態に係るレーザー加工方法及びレーザー加工システム100によれば、レーザー光の入射面が曲面であるため、加工位置毎にレーザー光を照射する面を規定する必要がない。従って、CAMシステム200における加工用データの作成や屈折率に基づく補正処理を簡略化できる。
また、本実施形態において、材料Mのレーザー加工は容器C内で行われる。従って、レーザー加工により発生したヒュームやガスは容器C内に留まるため、装置外部への飛散を防止することができる。また、容器C内は液体が充填されているため、容器Cの移動に伴う振動等により、材料に付着したヒュームを容易に取り除くことができる。従って、レーザー加工の効率を高めることができる。
更に、本実施形態において、液体を充填した容器C内に材料Mを配置しているため、材料の表面での散乱が減少する。従って、材料の透過性を保つことができる。たとえば、材料表面が粗い場合、レーザー光は表面で散乱し、減衰する。よって、材料に対して直接レーザー光を入射させる場合には、材料表面の研磨や化学的な鏡面処理、或いはコーティング処理が必要となる。一方、本実施形態において、材料Mは液体中に配置されるため、そのような処理が不要である。
また、本実施形態に係るレーザー加工システム100において、保持部20は、材料Mを回転可能に保持し、材料Mは、容器Cと回転軸が一致するよう、容器C内に配置されている。このような構成により、材料Mに対する照射部10の位置決めが容易となる。
また、容器Cは球体である。容器Cが球体である場合、材料Mに対して任意の方向からレーザー光を入射できる。よって、レーザー加工装置1の駆動範囲が狭い場合や目的物の形状が複雑な場合等であっても、加工位置に対してレーザー光を照射し易くなる。
==その他==
また、上記実施形態で説明したレーザー加工方法をプログラムとして構成することも可能である。このようなプログラムは、コンピューター2により実行できる。
また、上記実施形態で説明したレーザー加工方法をプログラムとして構成することも可能である。このようなプログラムは、コンピューター2により実行できる。
プログラムは、コンピューター2がサーバ装置(図示なし)やサーバ装置が提供するWebサイトから直接ダウンロードすることで入手できる。或いは、プログラムが記憶された非一時的なコンピューター可読媒体(non-transitory computer readable medium with an executable program thereon)を用いて、コンピューター2にプログラムを供給することも可能である。非一時的なコンピューターの可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、CD−ROM(Read Only Memory)等がある。
上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 レーザー加工装置
2 コンピューター
10 照射部
20 保持部
30 駆動機構
100 レーザー加工システム
200 CAMシステム
300 CADシステム
C 容器
M 材料
2 コンピューター
10 照射部
20 保持部
30 駆動機構
100 レーザー加工システム
200 CAMシステム
300 CADシステム
C 容器
M 材料
Claims (4)
- レーザー光を照射し、材料の内部を加工するレーザー加工方法であって、
前記材料は、当該材料と同等の屈折率を有する液体が充填された容器内に配置され、
前記容器の少なくとも一部は、所定の曲率を持った入射面として構成され、
前記材料の屈折率及び前記材料の内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、前記入射面を介してレーザー光を照射するレーザー加工方法。 - レーザー光を照射することで材料の内部を加工するレーザー加工システムであって、
少なくとも一部が所定の曲率を持った入射面として構成された容器と、
レーザー光を照射する照射部と、
前記材料と同等の屈折率を有する液体が充填された前記容器内に配置された前記材料を保持する保持部と、
前記照射部及び前記保持部の少なくとも一方を移動させる駆動機構と、
前記材料の屈折率及び前記材料の内部の加工位置に基づいて求めた補正位置に対し、前記入射面を介してレーザー光を照射するよう前記照射部及び前記駆動機構を制御する制御部と、
を有するレーザー加工システム。 - 前記保持部は、前記材料を回転可能に保持し、
前記材料は、前記容器と回転軸が一致するよう、前記容器内に配置されていることを特徴とする請求項2記載のレーザー加工システム。 - 前記容器は、球体であることを特徴とする請求項2または3記載のレーザー加工システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018230301A JP2020089912A (ja) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | レーザー加工方法、レーザー加工システム |
US16/682,012 US20200180073A1 (en) | 2018-12-07 | 2019-11-13 | Laser processing methods and laser processing systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018230301A JP2020089912A (ja) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | レーザー加工方法、レーザー加工システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020089912A true JP2020089912A (ja) | 2020-06-11 |
Family
ID=70970599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018230301A Pending JP2020089912A (ja) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | レーザー加工方法、レーザー加工システム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20200180073A1 (ja) |
JP (1) | JP2020089912A (ja) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01135083A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | レーザビーム変換装置 |
US6426480B1 (en) * | 2000-08-30 | 2002-07-30 | Igor Troitski | Method and laser system for production of high quality single-layer laser-induced damage portraits inside transparent material |
JP2005230863A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Institute Of Physical & Chemical Research | 透明材料内部の処理方法およびその装置 |
JP2007136482A (ja) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Denso Corp | 半導体基板の分断装置 |
JP2008132501A (ja) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Seiko Epson Corp | レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び電気光学装置の製造方法 |
JP2014033024A (ja) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | レーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法 |
US10131016B1 (en) * | 2014-08-14 | 2018-11-20 | Gentex Corporation | Laser system and process with buffer material |
-
2018
- 2018-12-07 JP JP2018230301A patent/JP2020089912A/ja active Pending
-
2019
- 2019-11-13 US US16/682,012 patent/US20200180073A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01135083A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | レーザビーム変換装置 |
US6426480B1 (en) * | 2000-08-30 | 2002-07-30 | Igor Troitski | Method and laser system for production of high quality single-layer laser-induced damage portraits inside transparent material |
JP2005230863A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Institute Of Physical & Chemical Research | 透明材料内部の処理方法およびその装置 |
JP2007136482A (ja) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Denso Corp | 半導体基板の分断装置 |
JP2008132501A (ja) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Seiko Epson Corp | レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び電気光学装置の製造方法 |
JP2014033024A (ja) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | レーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法 |
US10131016B1 (en) * | 2014-08-14 | 2018-11-20 | Gentex Corporation | Laser system and process with buffer material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200180073A1 (en) | 2020-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4218209B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
US11333824B2 (en) | Laterally emitting optical waveguide and method for introducing micromodifications into an optical waveguide | |
JP6869900B2 (ja) | ビームディレクタ | |
CN105555463B (zh) | 用具有波长和所选每脉冲能量的脉冲激光器对眼科镜片作标记的装置和方法 | |
CN105008086A (zh) | 加工装置及加工方法 | |
JP6159428B2 (ja) | レーザ加工システム及び方法 | |
TWI803934B (zh) | 雷射處理系統及其方法 | |
JP2013130856A5 (ja) | ||
JP7175457B2 (ja) | レーザ加工装置、レーザ加工方法及び成膜マスクの製造方法 | |
JP6484204B2 (ja) | ガルバノスキャナ | |
JP2008009661A5 (ja) | ||
KR20130107214A (ko) | 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법 | |
JP2020089912A (ja) | レーザー加工方法、レーザー加工システム | |
CN110856886A (zh) | 用于连接透明第一衬底和不透明第二衬底的焊接方法及其应用 | |
JP6576061B2 (ja) | レーザビームの強度分布測定装置およびレーザビームの強度分布測定方法 | |
JP2019141884A (ja) | 加工方法、加工システム、加工プログラム | |
JP2011056536A (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
EP3549710B1 (en) | Processing method, processing system, and computer processing program | |
CN115194320A (zh) | 光路同轴激光加工方法以及装置 | |
WO2018216562A1 (ja) | 加工データ作成方法、レーザー加工方法、加工データ作成システム、加工システム、加工データ作成プログラム、加工プログラム | |
JP2021113133A (ja) | 加工方法、加工システム、加工プログラム | |
JP2021122855A (ja) | 加工方法、加工システム、加工プログラム | |
KR102337278B1 (ko) | 고품질 용접이 가능한 레이저 진공 용접 장치 및 그 방법 | |
JP2011067826A (ja) | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 | |
KR102364054B1 (ko) | 레이저 진공 용접장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211110 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220921 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221004 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230328 |