JP2021030268A - レーザ加工装置、レーザ加工方法、および補正データ生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置1の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態のレーザ加工装置1の構成を模式的に示す図である。
次に、図2を用いて、色収差による影響について説明する。図2は、可動ミラー13を原点位置から動作させた状態のレーザ加工装置1を模式的に示す図である。図2において、ステージ17は原点位置にあるとする。
次に、図3を用いて、倍率色収差の補正方法について説明する。図3は、倍率色収差による加工用レーザ光11および測定光15それぞれの到達位置のずれを補正した状態のレーザ加工装置1を模式的に示す図である。
次に、図4を用いて、ステージ17を原点位置から動作させることで測定光軸23の角度を変化させる仕組みについて説明する。図4は、レーザ加工装置1におけるステージ17、測定光導入口9、およびコリメートレンズ16の関係を模式的に示す図である。
次に、補正量と走査角との関係について説明する。fθレンズであるレンズ14では、レンズ14の焦点距離をfとし、レンズ14に入射する光のレンズ光軸25からの角度をθとし、レンズ14を透過した光線の像面における光軸からの距離(以下、像高という)をhとした場合、h=fθという関係が成り立つ。
以下、補正数表データの作成方法について説明する。補正数表データは、加工点20毎の走査角と補正量との対応関係を示すデータ(補正済み加工用データの一例)である。
次に、被加工物18を加工するための加工データの作成方法について説明する。
次に、図9のフローにより設定された各加工データに対して補正量を設定する方法について説明する。
次に、図11に示したステップS34(補間処理)について、詳細に説明する。ステップS34の補間処理は、ユーザが設定した走査角(φxk,φyk)が、データ点32内の補正数表用走査角(Φxi,Φyj)のいずれにも一致していない場合に行われる。
ψxk=(EΨxij+FΨxi+1j+GΨxij+1+HΨxi+1j+1)/J・・・(1)
ψyk=(EΨyij+FΨyi+1j+GΨyij+1+HΨyi+1j+1)/J・・・(2)
E=(φxk−Φxi)(φyk−Φyj)・・・(3)
F=(Φxi+1−φxk)(φyk−Φyj)・・・(4)
G=(φxk−Φxi)(Φyj+1−φyk)・・・(5)
H=(Φxi+1−φxk)(Φyj+1−φyk)・・・(6)
J=(Φxi+1−Φxi)(Φyj+1−Φyj)・・・(7)
次に、図13を用いて、レーザ加工装置1によるレーザ加工方法の流れについて説明する。図13は、レーザ加工方法を示すフローチャートである。
次に、図14を用いて、上述したレーザ加工方法の実行時におけるキーホール22(例えば図1参照)の深さの計測方法の流れについて説明する。図14は、キーホール22の深さの計測方法を示すフローチャートである。
以上説明したように、本実施の形態のレーザ加工装置1は、被加工物18の表面(加工面19)において加工されるべき加工点20に対して加工用レーザ光11を発振するレーザ発振器5と、加工点20に対して測定光15を出射し、加工点20で反射された測定光15と参照光との光路差によって生じる干渉に基づく光干渉強度信号を生成する光干渉計3と、加工用レーザ光11および測定光15の進行方向を変化させる可動ミラー13と、測定光15の可動ミラー13への入射角を変化させるステージ17と、加工用レーザ光11および測定光15を加工点に集光させるレンズ14と、レンズ14の色収差により生じる加工用レーザ光11および測定光15の少なくとも一方の到達位置の被加工物18の表面におけるずれを解消するように予め補正された、被加工物18を加工するための補正済み加工用データを記憶するメモリ31と、補正済み加工用データに基づいて、レーザ発振器5、可動ミラー13、およびステージ17を制御する制御部6と、光干渉強度信号に基づいて、加工用レーザ光11によって加工点に生じるキーホール22の深さを計測する計測処理部4と、を有する。
2 加工ヘッド
3 光干渉計
4 計測処理部
5 レーザ発振器
6 制御部
7 第1ドライバ
8 第2ドライバ
9 測定光導入口
10 加工光導入口
11 加工用レーザ光
12 ダイクロイックミラー
13 可動ミラー
14 レンズ
15 測定光
16 コリメートレンズ
17 ステージ
18 被加工物
19 加工面
20 加工点
21 溶融池
22 キーホール
23、23a、23b、23c、23d 測定光軸
24、24a 加工光軸
25 レンズ光軸
26 加工原点
27 測定光軌跡
28 加工光軌跡
29 測定光格子点
30 加工光格子点
31 メモリ
32 データ点
33 補正データ点
34 補正数表
35 コリメートレンズ焦点位置
Claims (9)
- 被加工物の表面の加工点に対して加工用レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記加工点に対して測定光を出射し、前記加工点で反射された前記測定光と参照光との光路差によって生じる干渉に基づく光干渉強度信号を生成する光干渉計と、
前記加工用レーザ光および前記測定光の進行方向を変化させる可動ミラーと、
前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、
前記加工用レーザ光および前記測定光を前記加工点に集光させるレンズと、
補正済み加工用データを記憶するメモリと、
前記補正済み加工用データに基づいて、前記レーザ発振器、前記可動ミラー、および前記ステージを制御する制御部と、
前記光干渉強度信号に基づいて、前記加工用レーザ光が照射されることで前記加工点に生じるキーホールの深さを計測する計測処理部と、を有し、
前記補正済み加工用データは、
前記被加工物の加工用として予め生成された加工用データを、前記レンズの色収差により生じる前記加工用レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の到達位置の前記被加工物の表面におけるずれが解消されるように補正したデータである、
レーザ加工装置。 - 前記補正済み加工用データは、
前記加工点毎に予め設定された、前記レーザ発振器から発振される前記加工用レーザ光の強度を示す出力指示値と、前記可動ミラーの動作量を示す第1指示値と、前記ステージの動作量を示す第2指示値と、を含む、
請求項1に記載のレーザ加工装置。 - 前記加工用レーザ光の波長と前記測定光の波長とが互いに異なる、
請求項1または2に記載のレーザ加工装置。 - 前記可動ミラーは、ガルバノミラーであり、
前記ステージは、ピエゾステージである、
請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 前記レンズは、fθレンズである、
請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる可動ミラーと、前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、前記加工用レーザ光および前記測定光を被加工物の表面の加工点に集光させるレンズと、を有するレーザ加工装置が行うレーザ加工方法であって、
補正済み加工用データに基づいて、前記可動ミラーおよび前記ステージを制御し、前記加工用レーザ光および前記測定光を前記被加工物に対して照射し、
前記加工点で反射された前記測定光と参照光との光路差によって生じる干渉に基づいて、前記加工用レーザ光が照射されることで前記加工点に生じるキーホールの深さを計測し、
前記補正済み加工用データは、
前記被加工物の加工用として予め生成された加工用データを、前記レンズの色収差により生じる前記加工用レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の到達位置の前記被加工物の表面におけるずれが解消されるように補正したデータである、
レーザ加工方法。 - 加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる可動ミラーと、前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、前記加工用レーザ光および前記測定光を被加工物の表面に集光させるレンズと、を有するレーザ加工装置が行う補正データ生成方法であって、
前記被加工物の表面の加工点毎に、前記加工用レーザ光の出力強度と、前記加工用レーザ光を前記加工点に到達させるための前記可動ミラーの動作量とが設定された加工用データを生成し、
前記被加工物の表面の所定の位置毎に、前記測定光を前記所定の位置に到達させるための前記ステージの動作量である第1動作量を算出し、
前記第1動作量に基づいて、前記加工点毎に、前記測定光を前記加工点に到達させるための前記ステージの動作量である第2動作量を算出し、
前記第2動作量を前記加工用データに加えることにより、前記レンズの色収差により生じる前記加工用レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の前記被加工物への到達位置のずれが解消されるように補正した補正済み加工用データを生成する、
補正データ生成方法。 - 前記第2動作量の算出にあたり、前記加工点と前記所定の位置とが一致しない場合、前記加工点に近い順に所定数の前記所定の位置における前記第1動作量を用いて補間処理を行い、前記第2動作量を算出する、
請求項7に記載の補正データ生成方法。 - 前記所定の位置は、前記可動ミラーの可動範囲に対応した前記被加工物の表面の範囲に設定され、かつ、前記範囲内で前記補間処理を実行可能に設定される、
請求項8に記載の補正データ生成方法。
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