JPH0280185A

JPH0280185A - レーザ加工装置及び加工方法

Info

Publication number: JPH0280185A
Application number: JP63232177A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Katayama; 薫片山; Hideaki Sasaki; 秀昭佐々木; Mamoru Kobayashi; 守小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1990-03-20
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2566296B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、金属、セラミックスの表面加工等に用いるレ
ーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、レーザによる表面加工は、レーザ技術読本（日刊
工業新聞社、　１９８５年）第１８６頁及び第１９３頁
から第１９５頁又は続・レーザ加工（開発社。

１９８２年）第１６４頁から１６６頁に記載されている
ように、金属表面のクリーニング、酸化膜の除去、焼入
れ１合金層の形成又はグレージングといわれる非晶質構
造の形成、セラミックスの表面のクリーニング等に適用
されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、被加工物表面にうねりや反りがある場
合について配慮がされておらず、うねりや反りのある被
加工物を加工する場合、被加工物表面に合わせた焦点の
位置が変動し、その為被加工物の加工面におけるエネル
ギ密度が変化し、被加工物全面に均一な加工を行なうこ
とが困難であるという問題があった。

本発明の目的は、うねりや反りのある被加工物に対して
も、均一な加工状態を得ることができるレーザ加工装置
及び加工方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、（１）被加工物を搭載するための。

移動可能なステージと、該ステージ上に搭載された被加
工物を照射するための加工用レーザと、該加工用レーザ
からのレーザ光の照射面積を制御するためのアパーチャ
ーと、第２の照射光源と、該第２の照射光源からの照射
光を上記被加工物表面の上記加工用レーザによる照射位
置に照射させるための光学系と、上記第２の照射光源か
らの照射光による被加工物からの散乱光の強度を測定す
る検出器と、該強度に基づき上記加工用レーザと上記ア
パーチャーとを制御するための制御手段を有することを
特徴とするレーザ加工装置、（２）レーザ光を被加工物
に照射し、被加工物表面を加工するレーザ加工方法にお
いて、上記被加工物表面の上記レーザ光の照射位置を該
レーザ光の非照射時に第２の照射光により照射し、該第
２の照射光の散乱光強度を測定し、該強度に基づいて上
記レーザ光を制御することを特徴とするレーザ加工方法
によって達成される。

加工用レーザとしては短波長レーザが好ましく、例えば
エキシマレーザ（波長１９０ｎｍ〜３６０ｎ　ｍ　）を
用いることができる。特にＫｒＦレーザ（２４８ｎｍ）
とＸｅＣΩレーザ（３０８ｎ　ｍ　）が金属表面の加工
に適している。その他前記従来例記載のレーザを用いる
ことができる。加工用レーザはパルス状に照射し、その
休止中に加工面をｗｔ察することが好ましい。なお、あ
る一定時間まで連続して照射し、その後パルス状に照射
する等の方法も用いられる。

第２の照射光源としては、例えば可視光レーザを用いる
ことができる。可視光レーザは１例えば加工面にスポッ
ト照射され、加工面からの散乱光の強度は受光器により
、加工用レーザによる加工中を除き測定されている。加
工用レーザ照射時間の変化に従い加工面へ照射している
可視光レーザの散乱光強度が変化する。この散乱光の強
度変化を利用し、加工用レーザの照射を制御し、被加工
物表面で常に同一の加工状態を得る。

また、被加工物表面の反りが非常に大きく、可視光レー
ザの散乱光強度が弱い場合には、加工用レーザの照射面
積を小さくし、ステップ状に照射を繰り返すことにより
、加工状態を均一化することができる。

〔作用〕

従来、被加工物の表面にうねりや反りがある場合、加工
用レーザの焦点位置が変わり、均一な加工エネルギ密度
が得られず、加工状態も不均一となってしまう１本発明
においては、第２の照射光を加工面上にスポット照射し
、そこから得られる散乱光強度を測定して、加工用レー
ザの照射面積（加工面積）や加工時間を変えることによ
り、被加工物の表面上で均一な加工状態を得ることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明のレーザ加工装置の一例の概略を示し
たものである。短波長パルスレーザのエキシマレーザ１
により発振するレーザ光２は、全反射ミラー３により直
角に折り返され、任意に面積が変えられるアパーチャー
４を通り、結像レンズ５で、被加工物６の照射面ヘアパ
ーチャー形状を結像する。また、光軸合わせ、ＩＨ％用
さらに被加工物の加工面からの散乱光を得る為の第２の
照射光源に用いる可視光レーザのＨｅ−Ｎｅレーザ７か
ら発振する可視光８は、ハーフミラ−９により、一方が
レーザ光と同じ光路となるように直角に折り返され、他
方は、直進後、全反射ミラー１０によリレーザ光の光軸
と平行となるように直角に折り返される。その後、集光
レンズ１１及び、全反射ミラー１２により、被加工物６
の加工面上で集光する。

被加工物６の加工面からの散乱光１３は、結像レンズ１
４で、シャッター１５を介し受光器１６へと導かれる。

シャッター１５は、レーザ光で加工中に発生する蛍光を
受光器１６へ導かないように、紫外パルスレーザのエキ
シマレーザ１の発振と同期をとって開閉する。受光器１
６の受ける散乱光の強度は、光電変換によって電流に変
換され、Ａ−Ｄ変換によってデジタル信号に変換され、
信号線１７を介してコンピュータＩ８に入力される。コ
ンピュータ１８は、信号線１９を介してエキシマレーザ
１を制御する。

また、被加工物は、Ｘ−Ｙ加工ステージ２０の上に取り
付けられている。加工ステージ２０は、信号線２１を介
し、ＮＣコントローラ２２とコンピュータ１８により制
御される。コンピュータ１８は、信号線２３を介し、Ｎ
Ｃコントローラ２４によりアパーチャー４の開孔面積も
制御可能である。

つぎにこの装置を用いて反りのある被加工物を加工する
場合について説明する。第２図に示すように被加工面に
反りがある場合、加工位置Ａ点とＢ点では単位面積当た
りのエネルギ量が異なる。

すなわち、加工位置Ｂ点の方がエネルギ密度が大きくな
る。このような場合、加工位置Ｂ点における照射時間は
加工位置Ａ点の照射時間よりも短くする必要がある。さ
らに被加工物の反りが大きい場合は、加工位置Ｂ点の照
射面内でもエネルギ密度が変化する。そのため加工位置
Ｂ点における照射面積を加工位置Ａ点のそれより小さく
して照射面内でのエネルギ密度変化を少なくすることが
好ましい。

そこで、短波長レーザ光で加工する前に、可視光レーザ
の散乱光強度１３を加工位置Ａ点とＢ点で測定すると、
被加工物の反りが大きい場合には、受光器１６へ導かれ
る散乱光の強度は、第５図に示すように加工位置Ａ点よ
り、加工位置Ｂ点の方が小さくなる。この情報は、コン
ピュータ１８で処理さ九、アパーチャー４の開孔面積は
、加工位置Ａ点より加工位ｌＢ点の方が小さくなるよう
に制御される。同時に、Ｘ−Ｙステージ２０の移動量も
、アパーチャー制御により小さくなった照射面積と対応
して第６図に示すようなステップ状に制御し、照射面内
での加工用短波長レーザ光のエネルギ密度変化を少なく
する。

つぎに、第３図に示すように、短波長レーザ光で被加工
物表面の加工中を除いた時間Δｔの間に、シャッタ１５
を開き、加工面からの散乱光１３を一定時間測定しなが
ら加工を行なう、この時散乱光強度は第４図のように増
加する。散乱光強度が所望の強度になった時加工を終了
し、つぎの位置の加工を行なう、このようにして被加工
物にうねりやそりがある場合でも均一な加工が行なえる
。

第７図は、コンピュータ１８の処理機能のフローチャー
トを示したものである。短波長レーザ照射前に、被加工
物の加工面からの散乱光強度を測定し、その後シャッタ
ーを閉じる。コンピュータは散乱光強度に合った最適照
射面積にアパーチャーの開孔量を制御する。次に短波長
エキシマレーザの照射が行なわれ、シャッタが開けられ
る。加工後加工面での散乱光強度が測定され、シャッタ
ーが閉じられ、先に測定した散乱光強度が最適か判断さ
れ、最適散乱強度になるまで、加工用短波長エキシマレ
ーザの照射が繰り返される。最適散乱光量になりしだい
、Ｘ−Ｙステージが移動し再び加工が行なわれる。

本装置によりＮｉメツキ上にＡｕメツキを施した金属表
面を加工し、合金化を行なったところ均一に加工するこ
とができた。

以上本発明を用いることにより、被加工物の表面にうね
りや反りがある場合にでも、均一な加工を行なうことが
可能となる。

なお、本発明は本実施例に限定されることな〈発明の効
果を脱しない範囲でどのような組み合わせを用いても良
い。

また、第３図の加工面からの散乱光測定時間は、加工用
短パルスレーザの加工パルス間隔範囲内であればいくら
でも良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被加工物の加工表面にうねりや反りが
ある場合でも、被加工物表面からの散乱光を測定し、加
工用レーザの加工時間制御や照射面積を制御し、被加工
物表面の加工状態を均一にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の概略図、第２図は、被加
工物にうねりや反りがある場合それぞれの加工面でエネ
ルギ密度変化が生じることを示した説明図、第３図は、
被加工物の加工面からの散乱光測定時間を示した説明図
、第４図は、最適加工時間と散乱光強度の関係を示した
図、第５図は。被加工物に大きな反りがある場合の加工前の散乱光強度
の違いを示した図、第６図は、被加工物に大きな反りが
ある場合の加工状態を示した説明図、第７図は、コンピ
ュータによる制御フローを示した図である。１・・・エキシマレーザ　２・・・レーザ光３　、１０
．１２・・・全反射ミラー４・・・アパーチャー　　５，１４・・・結像レンズ６
・・・被加工物　　　　７・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザ８・
・・可視光　　　　　９・・・ハーフミラ−１１・・・
集光レンズ　　　１３・・・散乱光１５・・・シャッタ
ー　　　１６・・・受光器１７、１９．２１．２３・・
・信号線１８・・・コンピュータ　　２０・・・Ｘ−２２、２４
・・・ＮＣコントローラＡ、Ｂ・・・被加工物の加工点 Δｔ・・・短波長レーザの出力パルス間隔Ｙステージ

Claims

【特許請求の範囲】１、被加工物を搭載するための、移動可能なステージと
、該ステージ上に搭載された被加工物を照射するための
加工用レーザと、該加工用レーザからのレーザ光の照射
面積を制御するためのアパーチャーと、第２の照射光源
と、該第２の照射光源からの照射光を上記被加工物表面
の上記加工用レーザによる照射位置に照射させるための
光学系と、上記第２の照射光源からの照射光による被加
工物からの散乱光の強度を測定する検出器と、該強度に
基づき上記加工用レーザと上記アパーチャーとを制御す
るための制御手段を有することを特徴とするレーザ加工
装置。２、レーザ光を被加工物に照射し、被加工物表面を加工
するレーザ加工方法において、上記被加工物表面の上記
レーザ光の照射位置を該レーザ光の非照射時に第２の照
射光により照射し、該第２の照射光の散乱光強度を測定
し、該強度に基づいて上記レーザ光を制御することを特
徴とするレーザ加工方法。