JP2003285189A - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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- JP2003285189A JP2003285189A JP2002084911A JP2002084911A JP2003285189A JP 2003285189 A JP2003285189 A JP 2003285189A JP 2002084911 A JP2002084911 A JP 2002084911A JP 2002084911 A JP2002084911 A JP 2002084911A JP 2003285189 A JP2003285189 A JP 2003285189A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ファイバレーザ加工装置において、集光点の
目視を可能とし、レーザ光の集光点を加工部に正確に位
置決めすることができるレーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 ファイバレーザ発振装置11と、ファイ
バレーザ発振装置11の能動光ファイバ12から出射さ
れたレーザ光を加工部に集光する第1集光光学系24と
を備えたレーザ加工装置に10おいて、能動光ファイバ
12の出力端面13に相対する反射端面14にファイバ
レーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光を透過するコー
トが施されており、可視レーザ光を発振する可視光レー
ザ発振装置32と、可視光レーザ発振装置32と反射端
面14との間に配置され、可視光レーザ発振装置32か
らの可視レーザ光を反射端面14に集光する第2集光光
学系34とを備えている。
目視を可能とし、レーザ光の集光点を加工部に正確に位
置決めすることができるレーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 ファイバレーザ発振装置11と、ファイ
バレーザ発振装置11の能動光ファイバ12から出射さ
れたレーザ光を加工部に集光する第1集光光学系24と
を備えたレーザ加工装置に10おいて、能動光ファイバ
12の出力端面13に相対する反射端面14にファイバ
レーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光を透過するコー
トが施されており、可視レーザ光を発振する可視光レー
ザ発振装置32と、可視光レーザ発振装置32と反射端
面14との間に配置され、可視光レーザ発振装置32か
らの可視レーザ光を反射端面14に集光する第2集光光
学系34とを備えている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属、セラミッ
クなどの加工材を溶接、切断、あるいは表面処理するレ
ーザ加工装置に関する。
クなどの加工材を溶接、切断、あるいは表面処理するレ
ーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、金属、セラミックなどの加工分野
で溶接、切断、穴あけ、表面処理その他の加工にCO2
レーザ、YAGレーザなどのレーザが広く用いられてい
る。近年、ファイバレーザが実用化に向け開発が進めら
れている。ファイバレーザは光ファイバでレーザ光を発
振するので、そのままレーザ光を光ファイバで伝送する
ことができる。したがって、レンズ、反射鏡などの光学
部品およびこれらの調整は不要であるという利点があ
る。
で溶接、切断、穴あけ、表面処理その他の加工にCO2
レーザ、YAGレーザなどのレーザが広く用いられてい
る。近年、ファイバレーザが実用化に向け開発が進めら
れている。ファイバレーザは光ファイバでレーザ光を発
振するので、そのままレーザ光を光ファイバで伝送する
ことができる。したがって、レンズ、反射鏡などの光学
部品およびこれらの調整は不要であるという利点があ
る。
【0003】一方、ファイバレーザ光は赤外線であるた
め、加工面に集光した集光点を直接目視することができ
ない。また、集光点の大きさは数十μmと微小である。
したがって、加工部に集光点を正確に位置決めすること
はできなかった。
め、加工面に集光した集光点を直接目視することができ
ない。また、集光点の大きさは数十μmと微小である。
したがって、加工部に集光点を正確に位置決めすること
はできなかった。
【0004】また、大出力のレーザ溶接では溶融部にプ
ラズマが発生する。このプラズマの強度は加工性能と強
い相関がある。このため、プラズマの強度変化をモニタ
できれば安定した加工が可能となる。
ラズマが発生する。このプラズマの強度は加工性能と強
い相関がある。このため、プラズマの強度変化をモニタ
できれば安定した加工が可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、フ
ァイバレーザ加工装置において、集光点の目視を可能と
し、レーザ光の集光点を加工部に正確に位置決めするこ
とができるレーザ加工装置を提供することである。
ァイバレーザ加工装置において、集光点の目視を可能と
し、レーザ光の集光点を加工部に正確に位置決めするこ
とができるレーザ加工装置を提供することである。
【0006】この発明の他の課題は、加工部に発生した
プラズマの光強度を正確に測定することができるレーザ
加工装置を提供することである。
プラズマの光強度を正確に測定することができるレーザ
加工装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1発明のレーザ加工装
置は、ファイバレーザ発振装置と、ファイバレーザ発振
装置の能動光ファイバから出射されたレーザ光を加工部
に集光する第1集光光学系とを備えたレーザ加工装置に
おいて、前記能動光ファイバの出力端面に相対する反射
端面にファイバレーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光
を透過するコートが施されており、可視レーザ光を発振
する可視光レーザ発振装置と、可視光レーザ発振装置と
前記反射端面との間に配置され、可視光レーザ発振装置
からの可視レーザ光を前記反射端面に集光する第2集光
光学系とを備えている。
置は、ファイバレーザ発振装置と、ファイバレーザ発振
装置の能動光ファイバから出射されたレーザ光を加工部
に集光する第1集光光学系とを備えたレーザ加工装置に
おいて、前記能動光ファイバの出力端面に相対する反射
端面にファイバレーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光
を透過するコートが施されており、可視レーザ光を発振
する可視光レーザ発振装置と、可視光レーザ発振装置と
前記反射端面との間に配置され、可視光レーザ発振装置
からの可視レーザ光を前記反射端面に集光する第2集光
光学系とを備えている。
【0008】上記レーザ加工装置において、可視光レー
ザ発振装置から出射された可視レーザ光は、第2集光光
学系、光ファイバ、および第1集光光学系を経て加工面
に集光される。加工面に集光された可視レーザ光の集光
点を直接目視で観察し、集光点の位置決めを行なう。可
視光であるのために集光点を目視することができ、集光
点を正確に位置決めすることができる。
ザ発振装置から出射された可視レーザ光は、第2集光光
学系、光ファイバ、および第1集光光学系を経て加工面
に集光される。加工面に集光された可視レーザ光の集光
点を直接目視で観察し、集光点の位置決めを行なう。可
視光であるのために集光点を目視することができ、集光
点を正確に位置決めすることができる。
【0009】第2発明のレーザ加工装置は、ファイバレ
ーザ発振装置と、ファイバレーザ発振装置の能動光ファ
イバから出射されたレーザ光を加工部に集光する第1集
光光学系とを備えたレーザ加工装置において、前記能動
光ファイバの出力端面に相対する反射端面にファイバレ
ーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光を透過するコート
が施されており、前記反射端面からの可視レーザ光を集
光する第2集光光学系と、第2集光光学系の出射側に配
置され、加工点に発生したプラズマの光強度を測定する
プラズマ光強度測定装置とを備えている。
ーザ発振装置と、ファイバレーザ発振装置の能動光ファ
イバから出射されたレーザ光を加工部に集光する第1集
光光学系とを備えたレーザ加工装置において、前記能動
光ファイバの出力端面に相対する反射端面にファイバレ
ーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光を透過するコート
が施されており、前記反射端面からの可視レーザ光を集
光する第2集光光学系と、第2集光光学系の出射側に配
置され、加工点に発生したプラズマの光強度を測定する
プラズマ光強度測定装置とを備えている。
【0010】上記レーザ加工装置において、加工部で発
生した高輝度のプラズマ光は、第1集光光学系で光ファ
イバの出力端面に集光される。プラズマ光は光ファイバ
を逆行して光強度測定装置に入射し、光強度が測定され
る。プラズマ光の強度を目視で観測するのではなく、プ
ラズマ光を光ファイバで伝送し、プラズマ光強度測定装
置で測定する。したがって、プラズマ光の強度を正確に
知ることができる。
生した高輝度のプラズマ光は、第1集光光学系で光ファ
イバの出力端面に集光される。プラズマ光は光ファイバ
を逆行して光強度測定装置に入射し、光強度が測定され
る。プラズマ光の強度を目視で観測するのではなく、プ
ラズマ光を光ファイバで伝送し、プラズマ光強度測定装
置で測定する。したがって、プラズマ光の強度を正確に
知ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は第1発明の実施の形態を示
すもので、レーザ加工装置の概略図である。レーザ加工
装置10は、主としてファイバレーザ発振装置11、加
工ヘッド、20および集光点位置決め装置30からなっ
ている。
すもので、レーザ加工装置の概略図である。レーザ加工
装置10は、主としてファイバレーザ発振装置11、加
工ヘッド、20および集光点位置決め装置30からなっ
ている。
【0012】ファイバレーザ発振装置11は加工用レー
ザ光を出力し、励起装置として半導体レーザ発振器16
を備えている。半導体レーザ発振器16として、例えば
Ga−As系半導体レーザ発振器を用いることができ
る。半導体レーザ発振器14から能動光ファイバ(レー
ザ発振用光ファイバ)12に励起レーザ光(波長:約
0.8μm)を照射すると、能動光ファイバ12でレー
ザ光(波長:約1.06μm)が発振する。能動光ファ
イバ12の出力は例えば1kWであり、コア径は25μm
である。能動光ファイバ12は、先端がレーザ光の出力
端面13となっており、後端が反射端面14となってい
る。反射端面14は例えばMgF2、CaFなどの薄膜
が蒸着されており、ファイバレーザ光は全反射し、可視
レーザ光は透過する。可視レーザ光に対する薄膜の透過
率は、できるだけ高いことが望ましい。なお、出力端面
に受動光ファイバ(パワー伝送用光ファイバ)を融着に
より接続し、受動光ファイバで加工ヘッド20までレー
ザ光を伝送するようにしてもよい。
ザ光を出力し、励起装置として半導体レーザ発振器16
を備えている。半導体レーザ発振器16として、例えば
Ga−As系半導体レーザ発振器を用いることができ
る。半導体レーザ発振器14から能動光ファイバ(レー
ザ発振用光ファイバ)12に励起レーザ光(波長:約
0.8μm)を照射すると、能動光ファイバ12でレー
ザ光(波長:約1.06μm)が発振する。能動光ファ
イバ12の出力は例えば1kWであり、コア径は25μm
である。能動光ファイバ12は、先端がレーザ光の出力
端面13となっており、後端が反射端面14となってい
る。反射端面14は例えばMgF2、CaFなどの薄膜
が蒸着されており、ファイバレーザ光は全反射し、可視
レーザ光は透過する。可視レーザ光に対する薄膜の透過
率は、できるだけ高いことが望ましい。なお、出力端面
に受動光ファイバ(パワー伝送用光ファイバ)を融着に
より接続し、受動光ファイバで加工ヘッド20までレー
ザ光を伝送するようにしてもよい。
【0013】加工ヘッド20は、コネクタ22と第1集
光光学系24とを備えている。コネクタ22は加工ヘッ
ド20の頂部にあって、光ファイバ12の先端部の光軸
(光ファイバ束の場合は、束中心軸)が第1集光光学系
24の光軸と一致するようにして光ファイバ12の先端
部を保持する。
光光学系24とを備えている。コネクタ22は加工ヘッ
ド20の頂部にあって、光ファイバ12の先端部の光軸
(光ファイバ束の場合は、束中心軸)が第1集光光学系
24の光軸と一致するようにして光ファイバ12の先端
部を保持する。
【0014】第1集光光学系24は、出力端面13から
出射されたレーザ光を加工点に集光する。この実施の形
態では、第1集光光学系24は100mmの間隔をおいて
配置された焦点距離100mmの2枚の第1、第2レンズ
で構成されている。第1集光光学系は、光ファイバ12
の出力端面13と第1レンズとの間隔が100mmとなる
位置に配置されている。したがって、レーザ光は第2レ
ンズから100mmの位置に集光される。
出射されたレーザ光を加工点に集光する。この実施の形
態では、第1集光光学系24は100mmの間隔をおいて
配置された焦点距離100mmの2枚の第1、第2レンズ
で構成されている。第1集光光学系は、光ファイバ12
の出力端面13と第1レンズとの間隔が100mmとなる
位置に配置されている。したがって、レーザ光は第2レ
ンズから100mmの位置に集光される。
【0015】なお、加工ヘッド20の先端部は加工ノズ
ル26となっており、加工ノズル26内にアシストガス
供給管28からアシストガスが供給される。アシストガ
スはAr、Heなどの不活性ガスが用いられており、溶
接では溶融部のシールド、切断では溶融物の吹飛ばしな
どを行なう。
ル26となっており、加工ノズル26内にアシストガス
供給管28からアシストガスが供給される。アシストガ
スはAr、Heなどの不活性ガスが用いられており、溶
接では溶融部のシールド、切断では溶融物の吹飛ばしな
どを行なう。
【0016】集光点位置決め装置30は、HeNeレー
ザ発振装置32と第2集光光学系34からなっている。
第2集光光学系34は、HeNeレーザ発振装置32か
ら出力されたレーザ光(波長:0.633μm)を光フ
ァイバ12の反射端面14に集光する。この実施の形態
では、第2集光光学系34は例えば焦点距離30mmのレ
ンズであり、光ファイバ12の反射端面14より30mm
の位置にある。
ザ発振装置32と第2集光光学系34からなっている。
第2集光光学系34は、HeNeレーザ発振装置32か
ら出力されたレーザ光(波長:0.633μm)を光フ
ァイバ12の反射端面14に集光する。この実施の形態
では、第2集光光学系34は例えば焦点距離30mmのレ
ンズであり、光ファイバ12の反射端面14より30mm
の位置にある。
【0017】上記のように構成されたレーザ加工装置1
0において、加工開始前に集光点の位置決めを行なう。
HeNeレーザ発振装置32から出射されたHeNeレ
ーザ光を第2集光光学系34で光ファイバ12の反射端
面14に照射、集光する。HeNeレーザ光は光ファイ
バ12中を進み、先端の出力端面13から出射される。
出力端面13から出射されたHeNeレーザ光は、第1
集光光学系24により加工面に集光される。加工面に集
光されたHeNeレーザ光の集光点を直接目視で観察
し、集光点の位置を確認する。集光点が加工点Pからず
れている場合、加工ヘッド20を変位させて集光点の位
置を加工点Pに合わせる。なお、複数の光ファイバで光
ファイバ束が形成されている場合、光ファイバ束中心の
1本の光ファイバについて位置合わせする。
0において、加工開始前に集光点の位置決めを行なう。
HeNeレーザ発振装置32から出射されたHeNeレ
ーザ光を第2集光光学系34で光ファイバ12の反射端
面14に照射、集光する。HeNeレーザ光は光ファイ
バ12中を進み、先端の出力端面13から出射される。
出力端面13から出射されたHeNeレーザ光は、第1
集光光学系24により加工面に集光される。加工面に集
光されたHeNeレーザ光の集光点を直接目視で観察
し、集光点の位置を確認する。集光点が加工点Pからず
れている場合、加工ヘッド20を変位させて集光点の位
置を加工点Pに合わせる。なお、複数の光ファイバで光
ファイバ束が形成されている場合、光ファイバ束中心の
1本の光ファイバについて位置合わせする。
【0018】図2は第2発明の実施の形態を示すもの
で、レーザ加工装置40の概略図である。レーザ加工装
置40は、主としてファイバレーザ発振装置11、加工
ヘッド20、集光点位置決め装置30およびプラズマ光
強度測定装置45からなっている。前記レーザ加工装置
10の装置、部材と同様のものには同一の参照符号を付
け、その詳細な説明は省略する。
で、レーザ加工装置40の概略図である。レーザ加工装
置40は、主としてファイバレーザ発振装置11、加工
ヘッド20、集光点位置決め装置30およびプラズマ光
強度測定装置45からなっている。前記レーザ加工装置
10の装置、部材と同様のものには同一の参照符号を付
け、その詳細な説明は省略する。
【0019】プラズマ光強度測定装置45は、半透過ミ
ラー46、CCDカメラ47および画像処理装置48か
らなっている。半透過ミラー46は、前記HeNeレー
ザ発振装置32と第2集光光学系34との間に水平面に
対し45°の角度で配置されている。CCDカメラ47
は、半透過ミラー46で反射されたプラズマ光を撮像す
る。
ラー46、CCDカメラ47および画像処理装置48か
らなっている。半透過ミラー46は、前記HeNeレー
ザ発振装置32と第2集光光学系34との間に水平面に
対し45°の角度で配置されている。CCDカメラ47
は、半透過ミラー46で反射されたプラズマ光を撮像す
る。
【0020】上記レーザ加工装置40において、加工部
で発生した高輝度のプラズマ光は、第1集光光学系24
で光ファイバ12の出力端面13に集光され、レーザ光
の進行方向とは逆方向に光ファイバ12を進行する。さ
らに、半透過ミラー46で反射されたプラズマ光はCC
Dカメラ47に入射し、画像処理装置48により光強度
が測定される。
で発生した高輝度のプラズマ光は、第1集光光学系24
で光ファイバ12の出力端面13に集光され、レーザ光
の進行方向とは逆方向に光ファイバ12を進行する。さ
らに、半透過ミラー46で反射されたプラズマ光はCC
Dカメラ47に入射し、画像処理装置48により光強度
が測定される。
【0021】なお、集光点を位置決めする場合、HeN
eレーザ光は半透過ミラーを透過し、第2集光光学系に
より反射端面に集光される。また、レーザ加工装置が集
光点位置決め装置を備えていない場合には、半透過ミラ
ーは設けずに第2集光光学系で集光されたプラズマ光を
直接測定する。
eレーザ光は半透過ミラーを透過し、第2集光光学系に
より反射端面に集光される。また、レーザ加工装置が集
光点位置決め装置を備えていない場合には、半透過ミラ
ーは設けずに第2集光光学系で集光されたプラズマ光を
直接測定する。
【0022】
【発明の効果】第1発明では、可視レーザ光を加工点に
集光し、集光点を直接目視することができるので、集光
点を正確に位置決めすることができる。この結果、集光
点の位置決めを短時間かつ正確に行うことができ、また
高い加工精度で加工材を加工することができる。
集光し、集光点を直接目視することができるので、集光
点を正確に位置決めすることができる。この結果、集光
点の位置決めを短時間かつ正確に行うことができ、また
高い加工精度で加工材を加工することができる。
【0023】第2発明では、プラズマの光強度を目視で
観測するのではなく、プラズマ光強度測定装置で測定す
るので、プラズマの光強度を正確に知ることができる。
この結果、プラズマの発生を抑え、高いエネルギー効率
で加工材を加工することができる。
観測するのではなく、プラズマ光強度測定装置で測定す
るので、プラズマの光強度を正確に知ることができる。
この結果、プラズマの発生を抑え、高いエネルギー効率
で加工材を加工することができる。
【図1】第1発明の実施の形態を示すもので、レーザ加
工装置の概略図である。
工装置の概略図である。
【図2】第2発明の実施の形態を示すもので、レーザ加
工装置の概略図である。
工装置の概略図である。
10 レーザ加工装置 11 ファイバレーザ
発振装置 12 光ファイバ 13 光ファイバの出
力端面 14 光ファイバの反射端面 16 半導体レーザ発
振装置 20 加工ヘッド 22 コネクタ 24 第1集光光学系 26 加工ノズル 30 集光点位置決め装置 32 HeNeレーザ
発振装置 34 第2集光光学系 40 レーザ加工装置 45 プラズマ測定装置 46 半透過ミラー 47 CCDカメラ 48 画像処理装置
発振装置 12 光ファイバ 13 光ファイバの出
力端面 14 光ファイバの反射端面 16 半導体レーザ発
振装置 20 加工ヘッド 22 コネクタ 24 第1集光光学系 26 加工ノズル 30 集光点位置決め装置 32 HeNeレーザ
発振装置 34 第2集光光学系 40 レーザ加工装置 45 プラズマ測定装置 46 半透過ミラー 47 CCDカメラ 48 画像処理装置
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フロントページの続き
(72)発明者 浜田 直也
千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式
会社技術開発本部内
(72)発明者 杉橋 敦史
千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式
会社技術開発本部内
(72)発明者 坂井 辰彦
千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式
会社技術開発本部内
(72)発明者 濱村 秀行
千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式
会社技術開発本部内
(72)発明者 山本 博之
千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式
会社技術開発本部内
Fターム(参考) 4E068 CA17 CC01 CE08
5F072 AA01 AB07 AK06 FF09 JJ11
PP07 RR01 RR03 YY06 YY11
Claims (2)
- 【請求項1】 ファイバレーザ発振装置と、ファイバレ
ーザ発振装置の能動光ファイバから出射されたレーザ光
を加工部に集光する第1集光光学系とを備えたレーザ加
工装置において、前記能動光ファイバの出力端面に相対
する反射端面にファイバレーザ光を全反射し、かつ可視
レーザ光を透過するコートが施されており、可視レーザ
光を発振する可視光レーザ発振装置と、可視光レーザ発
振装置と前記反射端面との間に配置され、可視光レーザ
発振装置からの可視レーザ光を前記反射端面に集光する
第2集光光学系とを備えていることを特徴とするレーザ
加工装置。 - 【請求項2】 ファイバレーザ発振装置と、ファイバレ
ーザ発振装置の能動光ファイバから出射されたレーザ光
を加工部に集光する第1集光光学系とを備えたレーザ加
工装置において、前記能動光ファイバの出力端面に相対
する反射端面にファイバレーザ光を全反射し、かつ可視
レーザ光を透過するコートが施されており、前記反射端
面からの可視レーザ光を集光する第2集光光学系と、第
2集光光学系の出射側に配置され、加工点に発生したプ
ラズマの光強度を測定するプラズマ光強度測定装置とを
備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084911A JP2003285189A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084911A JP2003285189A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003285189A true JP2003285189A (ja) | 2003-10-07 |
Family
ID=29232062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002084911A Withdrawn JP2003285189A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003285189A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004082882A1 (ja) * | 2003-03-19 | 2004-09-30 | Miyachi Technos Corporation | レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 |
| JP2009178720A (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ加工装置 |
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