JPH05261577A

JPH05261577A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH05261577A
Application number: JP4062068A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hayashi; 健一林
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】本発明は、下地材料にダメージを与えることなく、表面
材料を加工することができ、かつ、効率的に加工を行う
ことができるエキシマレーザ加工装置を提供することを
目的とする。【構成】エキシマレーザ発振器１１から出射されるレ
ーザー光を部分反射鏡で２分割し、一方を被加工材２０
に照射する。被加工材２０からの反射光及び加工によっ
て発生する放射光のうち少なくとも一方を光量検出器１
３で検出し、前記２分割されたレーザー光の他方を光量
検出器１４で検出する。演算装置は、２つの光量検出器
１３、１４からの出力から、被加工材２０の材質が変化
したことを判定し、判定に基づいて、エキシマレーザ発
振器１１を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエキシマレーザ等のレー
ザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物に照射し
て、被加工物を加工するレーザ加工装置に関し、特に２
種の異なる材料が合わさった被加工物を加工するための
レーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置は、レーザ発振器から出
射されたレーザ光を被加工物に照射して、被加工物を加
工する装置である。このレーザ加工装置を用いて、２種
類以上の異なる材料が合わさった素材、例えば、表面に
金属薄膜を形成したプラスチック材、あるいは表面をプ
ラスチック、紙、硝子繊維などで覆った金属線等を加工
することが行われる。このように２種類以上の異なる材
料が合わさった素材を加工する場合は、下地材料にはダ
メージを与えず、表面の被覆材料のみを加工することが
しばしば要求される。

【０００３】従来、レーザ加工装置による２種類以上の
異なる材料が合わさった素材の被覆材料のみの加工は、
エネルギーの小さい（短時間の）レーザ照射を多数回行
う方法が取られている。この方法では、予め、予備試験
を行って、レーザー照射を行う回数を決めてから、実際
の加工を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法は、予備試験を行わなければならず、実質的に同じ
工程を２度行なわなければならないという問題点があ
る。

【０００５】また、レーザ発振器、特にエキシマレーザ
発振機の出力安定性（照射ごとのばらつき、経時劣化）
を考慮すると予備試験の結果よりも照射回数を増やさざ
るを得ず、下地材料にダメージを与えることが多々ある
という問題点がある。

【０００６】さらに、照射を所定回数行うごとに、検査
を行い、下地材料にダメージを与える前に照射を終了す
るようにもできるが、加工時間が長くなるという問題点
もある。

【０００７】本発明は、下地材料にダメージを与えるこ
となく、表面材料を加工することができ、かつ、効率的
に加工を行うことができるレーザ加工装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
発振器から出射されるレーザ光を被加工物に照射して、
前記被加工物を加工するレーザ加工装置において、前記
レーザ光の光量を検出する第１の光量検出手段と、前記
被加工物からの反射光の光量を検出する第２の光量検出
手段と、前記第１及び第２の光量検出手段からの出力信
号に基づいて前記レーザ発振器を制御する制御手段とを
設けたことを特徴とするレーザ加工装置が得られる。

【０００９】また、本発明によれば、第２の光量検出手
段に代えて、被加工物からのプルーム発光のスペクトル
分布を検出するスペクトル検出手段を有するレーザ加工
装置が得られる。

【００１０】さらに本発明によれば、第２の光量検出手
段に加えて、被加工物からのプルーム発光のスペクトル
分布を検出するスペクトル検出手段を有するレーザ加工
装置が得られる。

【００１１】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。図１に本発明の一実施例を示す。図１のエキシ
マレーザ加工装置は、エキシマレーザ発振器１１、部分
反射鏡１２、光量検出器１３及び１４、及び演算装置１
５を有している。以下、このエキシマレーザ加工装置で
被加工材２０を加工する場合について説明する。ここ
で、被加工材２０は、下地材２１の表面が被覆材２２で
覆われているものとする。

【００１２】エキシマレーザ発振器１１から出たレーザ
光は、部分反射鏡１２で一部反射され、光量検出器１４
に入射する。光量検出器１４は、入射光の光量を検出
し、光量に応じた出力信号を出力する。一方、部分反射
鏡１２を透過したレーザ光は、レンズ、ミラーなどの光
学系（図示せず）を介して被加工材２０に照射される。

【００１３】被加工材２０のレーザ光が照射された部分
では、アブレーションと呼ばれる現象が生じる。アブレ
ーションは、被加工材の表面層が瞬間的に除去されると
いう現象である。そのメカニズムは、詳しく解明されて
いない（レーザー学会研究会報告、ＲＴＭ−９１−３３
〜４１、１９９１年１０月２９日参照）が、照射された
レーザー光のエネルギーを被加工材２０が吸収して結合
が切れ、プルームと呼ばれる球形のプラズマ状物体が発
生しながら、ばらばらになって飛散していくものと考え
られている。こうして、被加工材２０のレーザ光が照射
された部分では、レーザー光を照射する毎に、少しずつ
表面から深さ方向に向かって削られていく。

【００１４】ここで、アブレーション加工速度は、被加
工材２０の材質によって異なる。従って、被加工材２０
の材質によってレーザ光の照射時間、及び照射回数を変
化させる必要がある。例えば、金属とプラスチック類と
の加速速度を比較すれば、プラスチックのほうが金属に
比べて、１〜２桁程度速い。従って、下地材２１が金属
で、被覆材２２がプラスチック類であれば、一回の照射
時間を長くしたり、または、照射回数を多くして、下地
材２１にダメージを与えることなく、被覆材２２を完全
に取り除くことができる。逆に、下地材２１がプラスチ
ック類で、被覆材２２が金属であれば、金属が取り除か
れるとプラスチックが急速にダメージを受けるので、少
なくとも、金属の除去が終了に近付いたときに、一回の
照射時間を短くして、プラスチックにダメージを与えな
いようにしなければならない。ただし、アブレーション
加工では、単位面積当たりの照射エネルギー密度がスレ
ッシュホールド値を越えなければアブレーションが発生
しないので、レーザー光量の調節は注意が必要である。

【００１５】上記のように、被加工材２０に照射された
レーザ光は、被加工材２０を加工する。同時に、このレ
ーザ光は被加工材２０で反射され、光量検出器１３に入
射する。また、上記プルームからの放射光が光量検出器
１３に入射する。このように、光量検出器１３には２種
類の光が入射する。

【００１６】一般に、光の反射率は材料の屈折率に依存
する。即ち、下地材２１及び被覆材２２の屈折率を、そ
れぞれｎ_A、ｎ_Bとすると、垂直に入射した光に対する
反射率は、それぞれ（ｎ_A−１／ｎ_A＋１）²、（ｎ_B
−１／ｎ_B＋１）²となる。よって、下地材２１からの
反射光と被覆材２２からの反射光とでは、その光量が異
なる。また、同様に、プルームからの放射光のスペクト
ル（分光強度）は、レーザー光の光量及びアブレーショ
ンが生じた材料の種類によって異なる。そこで、光量検
出器１３では、反射光の光量、または放出光のスペクト
ル、或いはこれら両方を検出する。

【００１７】反射光の光量を検出するには、レーザ光の
みを通過させるバンドパスフィルタを光量検出器１３に
設け、放出光の入射を阻止するようにする。バンドパス
フィルタとしては、プリズムやグレーティング等の分散
素子を用いることもできるが、反射光量の減衰を考慮す
ると、エタロンや干渉フィルタ等の非分散素子が望まし
い。なお、被加工材２０からの反射光は、加工面の状態
により散乱光となるので、積分球として知られる集光装
置を光量検出器１３の前面に設ける必要が生じる場合も
ある。こうして検出された反射光の光量は、検出信号と
して演算装置１５へ送られる。演算装置１５は、この検
出信号と、光量検出器１４の出力信号とに基づいて、被
加工材２０の材質を検知して、エキシマレーザ発振器を
停止させる。

【００１８】また、放出光のスペクトルを検出する場合
は、ある特定の波長の光を検出する場合と、ある波長帯
のスペクトルすべてを検出する場合とがある。ある特定
の波長の光を検出する場合は、反射光を検出する場合と
同様に、特定の周波数を通過させるバンドパスフィルタ
を用いて、その光量を検出する。そして、演算装置１５
は光量検出器１３の検出信号と光量検出器１４の出力信
号とに基づいて、被加工材２０の材質を判定し、エキシ
マレーザ発振器１１を制御する。

【００１９】ある波長帯のスペクトルすべてを検出する
場合は、そのスペクトルのピーク波長を求め、その波長
から材質を判断する。光量検出器１３がスペクトルのピ
ーク波長を自動的に検出できることが好ましいが、光量
検出器１３に複数個の検出部を設け、これら複数の検出
部に、それぞれ異なる波長の光を透過するバンドパスフ
ィルタを設けてもよい。この場合、各検出部からの出力
を比較し、最大出力のものをピーク波長とする。

【００２０】なお、光量検出器１３がスペクトルのピー
ク波長を自動的に検出する場合は、反射光の強度が放出
光に比べ非常に強いので、紫外レーザ光を透過させない
バンドパスフィルターを必要とする。または、反射光と
放出光との検出器までの到達時間の差から両者を分ける
信号処理回路を演算装置６内に設けても良い。

【００２１】また、上記の放射光のスペクトルを検出す
る方法は、エキシマレーザー発振器１１からのレーザー
光の光量に依存してスペクトルが変化することに注意す
る必要がある。即ち、光量の変化に応じて、スペクトル
がどの様に変化するかを表す補正表などを演算装置１５
に組み込む必要がある。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、被加工材からの反射光
及びアブレーションにより生じたプルームからの放射光
のうち、少なくとも一方の光量を検出し、エキシマレー
ザ発振器からのレーザ光量と比較することにより、被加
工材の材質の変化を検出することができる。これによ
り、被覆材のみを効率的に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための構成図であ
る。

【符号の説明】

１１エキシマレーザ発振器１２部分反射鏡１３光量検出器１４光量検出器１５演算装置２０被加工材２１下地材２２被覆材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器から出射されるレーザ光を
被加工物に照射して、前記被加工物を加工するレーザ加
工装置において、前記レーザ光の光量を検出する第１の
光量検出手段と、前記被加工物からの反射光の光量を検
出する第２の光量検出手段と、前記第１及び第２の光量
検出手段からの出力信号に基づいて前記レーザ発振器を
制御する制御手段とを設けたことを特徴とするレーザ加
工装置。
【請求項２】レーザ発振器から出射されるレーザ光を
被加工物に照射して、前記被加工物を加工するレーザ加
工装置において、前記レーザ光の光量を検出する光量検
出手段と、前記被加工物からのプルーム発光のスペクト
ル分布を検出するスペクトル検出手段と、前記光量検出
手段と前記スペクトル検出手段からの出力信号に基づい
て前記レーザ発振器を制御する制御手段とを設けたこと
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】レーザ発振器から出射されるレーザ光を
被加工物に照射して、前記被加工物を加工するレーザ加
工装置において、前記レーザ光の光量を検出する第１の
光量検出手段と、前記被加工物からの反射光の光量を検
出する第２光量検出手段と、プルーム発光のスペクトル
分布を検出するスペクトル検出手段と、前記第１及び第
２の光量検出手段からの出力信号と前記スペクトル検出
手段からの出力信号とに基づいて前記レーザ発振器を制
御する制御手段とを設けたことを特徴とするレーザ加工
装置。