JP2002316280A - レーザ加工のモニタリング方法、装置、レーザ加工方法及び装置 - Google Patents
レーザ加工のモニタリング方法、装置、レーザ加工方法及び装置Info
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- JP2002316280A JP2002316280A JP2001121122A JP2001121122A JP2002316280A JP 2002316280 A JP2002316280 A JP 2002316280A JP 2001121122 A JP2001121122 A JP 2001121122A JP 2001121122 A JP2001121122 A JP 2001121122A JP 2002316280 A JP2002316280 A JP 2002316280A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザを高速ストロボとして用いて、画像計
測した場合、時間分解能は非常に高くすることができる
が、繰り返しを上げることができない。。 【解決手段】 パルスレーザ５により異なる色素を励起
し、異なる波長レーザパルスを発生させ、それぞれの波
長レーザパルスに所定の遅延を与え、この遅延を与えた
それぞれの波長レーザを対象物４に照射し、この照射し
たそれぞれの波長レーザの反射光を受光し、このそれぞ
れの反射光から画像計測する。
測した場合、時間分解能は非常に高くすることができる
が、繰り返しを上げることができない。。 【解決手段】 パルスレーザ５により異なる色素を励起
し、異なる波長レーザパルスを発生させ、それぞれの波
長レーザパルスに所定の遅延を与え、この遅延を与えた
それぞれの波長レーザを対象物４に照射し、この照射し
たそれぞれの波長レーザの反射光を受光し、このそれぞ
れの反射光から画像計測する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】レーザ加工照射時におけるレ
ーザ加工のモニタリング方法、装置、レーザ加工方法及
び装置に関する。
ーザ加工のモニタリング方法、装置、レーザ加工方法及
び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】対象物の大きさを測定する一般的な画像
計測としては、ＣＣＤカメラによる画像計測が知られて
いる。これは、計測対象をＣＣＤで撮影し、画像の濃淡
を２値化等の画像処理を行うことで、測定対象の大きさ
を計測している。
計測としては、ＣＣＤカメラによる画像計測が知られて
いる。これは、計測対象をＣＣＤで撮影し、画像の濃淡
を２値化等の画像処理を行うことで、測定対象の大きさ
を計測している。
【０００３】レーザ加工に関する画像計測では、Ｑスイ
ッチレーザによるピコ秒オーダーからナノ秒オーダーの
非常に短い時間での加工も存在するため、ピコ秒オーダ
ーからナノ秒オーダーの時間分解能で観測する必要が
り、ポッケルスセル等の高速シャッターを用いたイメー
ジインテンシファイア等による画像計測技術が存在して
いる。高速なシャッター方式では、電気光学効果のカー
効果やポッケルス効果を用いたものが多く、数十ナノ秒
の動作が可能である。
ッチレーザによるピコ秒オーダーからナノ秒オーダーの
非常に短い時間での加工も存在するため、ピコ秒オーダ
ーからナノ秒オーダーの時間分解能で観測する必要が
り、ポッケルスセル等の高速シャッターを用いたイメー
ジインテンシファイア等による画像計測技術が存在して
いる。高速なシャッター方式では、電気光学効果のカー
効果やポッケルス効果を用いたものが多く、数十ナノ秒
の動作が可能である。
【０００４】しかしながら、現在、照射時間がフェムト
秒オーダーのレーザも、研究開発段階では使われるよう
になり、従来のこの方法では限界にきている。また、一
般的な方法ではないが、この方法と全く異なる高速スト
ロボを用いて画像計測する方法も存在する。これらの方
法の相違点は、前者では、一般に使われているカメラ同
様、シャッターが閉まることで時間分解能を決定してい
るが、後者では、ストロボが光らない時には画像計測で
きない程、弱い光しか透過しない条件で、ストロボを照
射することによって初めて画像計測できるような機構に
なっており、照射時間が時間分解を決定している点であ
る。後者の方法では、ストロボにフェムト秒オーダーの
レーザを用いることで、理論的にはフェムト秒オーダー
の時間分解の有することができ、高速なレーザ加工の画
像計測に適した方法と考えられる。
秒オーダーのレーザも、研究開発段階では使われるよう
になり、従来のこの方法では限界にきている。また、一
般的な方法ではないが、この方法と全く異なる高速スト
ロボを用いて画像計測する方法も存在する。これらの方
法の相違点は、前者では、一般に使われているカメラ同
様、シャッターが閉まることで時間分解能を決定してい
るが、後者では、ストロボが光らない時には画像計測で
きない程、弱い光しか透過しない条件で、ストロボを照
射することによって初めて画像計測できるような機構に
なっており、照射時間が時間分解を決定している点であ
る。後者の方法では、ストロボにフェムト秒オーダーの
レーザを用いることで、理論的にはフェムト秒オーダー
の時間分解の有することができ、高速なレーザ加工の画
像計測に適した方法と考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】高速ストロボを用いて
画像計測する方法においても、時間分解能は非常に高く
することができるが、繰り返しを上げることはできな
い。この理由としては、ストロボ、つまりレーザの発振
にするために必要なエネルギーをチャージするのに時間
が必要であり、現状では早くても数十ｋＨｚ程度であ
る。例えば、１００ｎｓ照射時間のレーザを照射し、穴
加工した場合、形状変化等の物理的な変化は１μｓ程度
で加工は終了しているので、１ＭＨｚオーダーのレーザ
照射の繰り返しが必要であり、現状の技術では実現でき
ない。
画像計測する方法においても、時間分解能は非常に高く
することができるが、繰り返しを上げることはできな
い。この理由としては、ストロボ、つまりレーザの発振
にするために必要なエネルギーをチャージするのに時間
が必要であり、現状では早くても数十ｋＨｚ程度であ
る。例えば、１００ｎｓ照射時間のレーザを照射し、穴
加工した場合、形状変化等の物理的な変化は１μｓ程度
で加工は終了しているので、１ＭＨｚオーダーのレーザ
照射の繰り返しが必要であり、現状の技術では実現でき
ない。
【０００６】また、照射中の画像計測で問題となるの
は、加工レーザの反射光による影響であり、このため
に、計測した画像のボケの問題が生じることがある。こ
の現象は、加工レーザと同軸方向で、被加工物に対して
垂直方向から観測する場合に最も顕著に現れる。
は、加工レーザの反射光による影響であり、このため
に、計測した画像のボケの問題が生じることがある。こ
の現象は、加工レーザと同軸方向で、被加工物に対して
垂直方向から観測する場合に最も顕著に現れる。
【０００７】さらに、レーザによって被加工物が加工さ
れると、画像計測の焦点深度よりも、被加工物が膨張し
たり窪んだりするため、特に加工の中心部、つまり高い
加工エネルギーが投入されたところを、画像計測結果か
ら見つけるのが困難である場合がある。そこで、加工周
辺部の情報と加工レーザのエネルギープロファイルか
ら、加工の中心部を推測しているが、正確な加工の中心
部を見つけることが困難で、被加工物が僅かに傾いてい
ると、たちまち加工中心を推察することは難しくなる。
れると、画像計測の焦点深度よりも、被加工物が膨張し
たり窪んだりするため、特に加工の中心部、つまり高い
加工エネルギーが投入されたところを、画像計測結果か
ら見つけるのが困難である場合がある。そこで、加工周
辺部の情報と加工レーザのエネルギープロファイルか
ら、加工の中心部を推測しているが、正確な加工の中心
部を見つけることが困難で、被加工物が僅かに傾いてい
ると、たちまち加工中心を推察することは難しくなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、パルスレーザにより異なる色素を励起し、
異なる波長レーザパルスを発生させ、それぞれの波長レ
ーザパルスに所定の遅延を与え、この遅延を与えたそれ
ぞれの波長レーザを対象物に照射し、この照射したそれ
ぞれの波長レーザの反射光を受光し、このそれぞれの反
射光から画像計測するものである。
に本発明は、パルスレーザにより異なる色素を励起し、
異なる波長レーザパルスを発生させ、それぞれの波長レ
ーザパルスに所定の遅延を与え、この遅延を与えたそれ
ぞれの波長レーザを対象物に照射し、この照射したそれ
ぞれの波長レーザの反射光を受光し、このそれぞれの反
射光から画像計測するものである。
【０００９】これにより、レーザ照射中の状況をモニタ
リングすることが可能となり、正確な加工も可能とな
る。
リングすることが可能となり、正確な加工も可能とな
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係るレーザ加工装置を示す図で、図１において、レ
ーザ照射時間が１００ｎｓである波長５３２ｎｍのＳＨ
Ｇ−ＹＡＧレーザ１から出射したレーザ光は、５３２ｎ
ｍの波長のみを反射し他の波長帯の光を透過する誘電体
多層膜ミラー２により、色収差の少ない集光レンズ３に
送られ、５０μｍのスポット径で、被加工物４の純銅に
集光している。
態に係るレーザ加工装置を示す図で、図１において、レ
ーザ照射時間が１００ｎｓである波長５３２ｎｍのＳＨ
Ｇ−ＹＡＧレーザ１から出射したレーザ光は、５３２ｎ
ｍの波長のみを反射し他の波長帯の光を透過する誘電体
多層膜ミラー２により、色収差の少ない集光レンズ３に
送られ、５０μｍのスポット径で、被加工物４の純銅に
集光している。
【００１１】レーザ照射中の現象をモニタリングするた
めに、高速ストロボを用いた画像計測方法を用いてお
り、ストロボ光源として照射時間は３ｎｓの窒素レーザ
５を使用した。窒素レーザ５から出てきたレーザ光は、
ハーフミラー６によって分岐し、色素ローダミン６４０
を有機溶剤に溶かした容器７と、色素コーマリン４５０
を有機溶剤に溶かした容器８とに導かれる。ここで、ハ
ーフミラー６から容器７に導く間に、レーザを遅延させ
る光学系を置いている。レーザを遅延させる光学系は、
ハーフミラー６で分岐したレーザ光を、集光レンズ９で
集め、材質が石英、径が６００μｍのファイバー１０の
先端に集光し、再びファイバー１０から出射したレーザ
光を、集光レンズ１１で集め、平行光にしている。レー
ザを遅延させる光学系により、２０〜３０％程度のロス
が生じるが、色素ローダミン６４０のほうが、色素コー
マリン４５０よりも変換効率が２０〜３０％程度よいの
で、異なる波長の色素レーザのパワーは、同等レベルの
輝度を有することになる。
めに、高速ストロボを用いた画像計測方法を用いてお
り、ストロボ光源として照射時間は３ｎｓの窒素レーザ
５を使用した。窒素レーザ５から出てきたレーザ光は、
ハーフミラー６によって分岐し、色素ローダミン６４０
を有機溶剤に溶かした容器７と、色素コーマリン４５０
を有機溶剤に溶かした容器８とに導かれる。ここで、ハ
ーフミラー６から容器７に導く間に、レーザを遅延させ
る光学系を置いている。レーザを遅延させる光学系は、
ハーフミラー６で分岐したレーザ光を、集光レンズ９で
集め、材質が石英、径が６００μｍのファイバー１０の
先端に集光し、再びファイバー１０から出射したレーザ
光を、集光レンズ１１で集め、平行光にしている。レー
ザを遅延させる光学系により、２０〜３０％程度のロス
が生じるが、色素ローダミン６４０のほうが、色素コー
マリン４５０よりも変換効率が２０〜３０％程度よいの
で、異なる波長の色素レーザのパワーは、同等レベルの
輝度を有することになる。
【００１２】一般に金属では、レーザによって金属が加
熱され溶融する際に、ドロスあるいはスパッタと呼ばれ
るものになって飛散する。その後、スパッタの中には加
工周辺部に付着するものもあり、加工領域を明確に規定
することができない。そこで、スパッタの影響なく加工
領域を明確に規定することが重要なことになる。光は１
秒間に３億ｍ進むため、５０ｎｓ遅延させるために、フ
ァイバー１０の長さを１５ｍとした。１００ｎｓ照射後
の変化を検証するためには、３０ｍファイバー１０が必
要になる。目的とする遅延時間に対しては、０．３×遅
延させる時間［単位：ｎｓ］＝ファイバーの長さ［単
位：ｍ］になる。
熱され溶融する際に、ドロスあるいはスパッタと呼ばれ
るものになって飛散する。その後、スパッタの中には加
工周辺部に付着するものもあり、加工領域を明確に規定
することができない。そこで、スパッタの影響なく加工
領域を明確に規定することが重要なことになる。光は１
秒間に３億ｍ進むため、５０ｎｓ遅延させるために、フ
ァイバー１０の長さを１５ｍとした。１００ｎｓ照射後
の変化を検証するためには、３０ｍファイバー１０が必
要になる。目的とする遅延時間に対しては、０．３×遅
延させる時間［単位：ｎｓ］＝ファイバーの長さ［単
位：ｍ］になる。
【００１３】レーザ光は各色素の容器７、８を通過させ
ることで、６４０ｎｍを中心波長とする色素を励起する
ことによって生じたレーザパルスと、４５０ｎｍを中心
波長とする色素を励起することによって生じたレーザパ
ルスとになる。しかしながら、このままでは波長帯が広
いため、それぞれのレーザパルスを各干渉フィルター１
２、１３に通すことにより、４４１．６ｎｍを中心とす
る半値幅１０ｎｓと、６３２．８ｎｍを中心とする半値
幅１０ｎｓの色素レーザになるように変換している。
ることで、６４０ｎｍを中心波長とする色素を励起する
ことによって生じたレーザパルスと、４５０ｎｍを中心
波長とする色素を励起することによって生じたレーザパ
ルスとになる。しかしながら、このままでは波長帯が広
いため、それぞれのレーザパルスを各干渉フィルター１
２、１３に通すことにより、４４１．６ｎｍを中心とす
る半値幅１０ｎｓと、６３２．８ｎｍを中心とする半値
幅１０ｎｓの色素レーザになるように変換している。
【００１４】そして、波長４４１．６ｎｍを透過し、波
長６３２．８ｎｍを反射するミラー１４により、同光軸
上に一致させ、色収差の少ない集光レンズ１５に導き、
再び集光し、６００μｍのピンホール１６を集光レンズ
１５の焦点に置き、再びレンズ１７で平行光にしてい
る。その後、ハーフミラー１８を介して、ミラー２に導
き、色収差の少ない集光レンズ３を用いて、６００μｍ
のスポット径でレーザ加工中の被加工物４の純銅に投影
した。その後、被加工物４から反射した光は、集光レン
ズ３、ミラー２を介して、ハーフミラー１８でＣＣＤカ
メラに導かれる光に分岐している。
長６３２．８ｎｍを反射するミラー１４により、同光軸
上に一致させ、色収差の少ない集光レンズ１５に導き、
再び集光し、６００μｍのピンホール１６を集光レンズ
１５の焦点に置き、再びレンズ１７で平行光にしてい
る。その後、ハーフミラー１８を介して、ミラー２に導
き、色収差の少ない集光レンズ３を用いて、６００μｍ
のスポット径でレーザ加工中の被加工物４の純銅に投影
した。その後、被加工物４から反射した光は、集光レン
ズ３、ミラー２を介して、ハーフミラー１８でＣＣＤカ
メラに導かれる光に分岐している。
【００１５】そして、反射型の回折格子２１に垂直に入
射させる。このとき、回折格子はスリット幅９００μｍ
であり、波長４４１．６ｎｍの光は入射角に対して４２
度方向に、波長６３２．８ｎｍの光は入射角に対して６
０度方向に一次回折光として照射され、スリット２２、
２３を透過し、集光レンズ２４、２５で各ＣＣＤカメラ
２６、２７に集められ、５０ｎｓ連続の画像観測を実施
した。
射させる。このとき、回折格子はスリット幅９００μｍ
であり、波長４４１．６ｎｍの光は入射角に対して４２
度方向に、波長６３２．８ｎｍの光は入射角に対して６
０度方向に一次回折光として照射され、スリット２２、
２３を透過し、集光レンズ２４、２５で各ＣＣＤカメラ
２６、２７に集められ、５０ｎｓ連続の画像観測を実施
した。
【００１６】この結果、照射時間１００ｎｓ、パワー１
Ｗ、スポット径５０μｍのＳＨＧ−ＹＡＧレーザを銅に
対して照射したとき、レーザ照射開始からスパッタの発
生する時間を観測すると、１５０ｎｓであり、加工領域
を明確に規定することが可能であった。
Ｗ、スポット径５０μｍのＳＨＧ−ＹＡＧレーザを銅に
対して照射したとき、レーザ照射開始からスパッタの発
生する時間を観測すると、１５０ｎｓであり、加工領域
を明確に規定することが可能であった。
【００１７】ここで、ハーフミラー１８に関する注意点
を述べる。ハーフミラー１８を、図２に示す一般的にな
キューブ型のハーフミラーを用いた場合には、図２の実
線で示す光路１９以外に、破線で示すキューブ型のハー
フミラー内部の反射光２０が反射し、加工領域以外の画
像が写り、画像計測を妨げるため、図３に示すような三
角形型のハーフミラーを用いることが望ましい。
を述べる。ハーフミラー１８を、図２に示す一般的にな
キューブ型のハーフミラーを用いた場合には、図２の実
線で示す光路１９以外に、破線で示すキューブ型のハー
フミラー内部の反射光２０が反射し、加工領域以外の画
像が写り、画像計測を妨げるため、図３に示すような三
角形型のハーフミラーを用いることが望ましい。
【００１８】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る
レーザ加工装置を示す図で、図４において、基本構成は
図１と同様で、同じ働きをするものについては、同じ符
号を付す。図４が図１と異なるところは、光学系に基本
波ＹＡＧレーザ２９の９９．５％を反射し、可視項領域
の光は透過する誘電体多層膜ミラー２８を、ハーフミラ
ー１８と回折格子２１に間に設置した。これは、加工部
から基本波ＹＡＧレーザ２９の反射光を低減させるため
に使用する。また、基本波ＹＡＧレーザ２９を被加工物
４に照射するため、ミラー３０を追加し、ミラー２をミ
ラー３１に変更した。ミラー３０は５３２ｎｍの波長を
透過し、１０６４ｎｍを反射する誘電体多層膜ミラー
で、ミラー３１は、５３２ｎｍと１０６４ｎｍを反射す
る誘電体多層膜ミラーである。
レーザ加工装置を示す図で、図４において、基本構成は
図１と同様で、同じ働きをするものについては、同じ符
号を付す。図４が図１と異なるところは、光学系に基本
波ＹＡＧレーザ２９の９９．５％を反射し、可視項領域
の光は透過する誘電体多層膜ミラー２８を、ハーフミラ
ー１８と回折格子２１に間に設置した。これは、加工部
から基本波ＹＡＧレーザ２９の反射光を低減させるため
に使用する。また、基本波ＹＡＧレーザ２９を被加工物
４に照射するため、ミラー３０を追加し、ミラー２をミ
ラー３１に変更した。ミラー３０は５３２ｎｍの波長を
透過し、１０６４ｎｍを反射する誘電体多層膜ミラー
で、ミラー３１は、５３２ｎｍと１０６４ｎｍを反射す
る誘電体多層膜ミラーである。
【００１９】ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ１と基本波ＹＡＧレ
ーザ２９を重畳させ、純銅に照射する加工の特長は、こ
の２つのレーザが重畳した時のみ、単独で基本波ＹＡＧ
レーザ２９を照射して溶けない加工エネルギーでも、溶
け込みが生じることである。しかし、銅の僅かな表面状
態の変化に対しても、影響を受ける非常に難しい加工で
あるため、モニタリングして加工を制御しなれば安定的
な加工品質を保つのは難しい。このような加工中のモニ
タリングに、画像モニタリングは有効である。１０ｍｓ
の照射時間である基本波ＹＡＧレーザ２９照射中に、レ
ーザ照射時間が１００ｎｓであるＳＨＧ−ＹＡＧレーザ
１を１ｋＨｚで照射し、溶融部のサイズとサイズ変化
と、良好な溶融部のサイズとサイズ変化とを比較した。
ここで、良好な溶融部のサイズとサイズ変化とは、目的
である溶融サイズと目的である溶融深さの両方を満足す
る加工結果である複数の溶接部に関して、照射開始から
スパッタの発生するまでの時間において、５０ｎｓ以上
離れた２点のある時間で計測して得られる溶融部のサイ
ズの平均値と、平均の溶融サイズの差である。溶融部の
サイズが、良好な溶融部のサイズより大である場合では
レーザ照射を停止し、それ以外条件ではレーザ照射を継
続する。サイズ変化が、良好なサイズ変化より小である
場合にはレーザを停止し、大である場合にはレーザ照射
を継続する。また、どちらか一方がレーザ停止条件なら
ば、レーザを停止する。以上の法則で制御部４０によっ
て、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ１の照射回数を制御した。ス
ポット径５０μｍ、エネルギー０．８ｍＪのＳＨＧ−Ｙ
ＡＧレーザ１とスポット径４００μｍ、エネルギー１
０．４Ｊの基本波ＹＡＧレーザ２９を用いた場合には、
良好な溶融部のサイズとサイズ変化は、２２０μｍと２
５μｍであった。
ーザ２９を重畳させ、純銅に照射する加工の特長は、こ
の２つのレーザが重畳した時のみ、単独で基本波ＹＡＧ
レーザ２９を照射して溶けない加工エネルギーでも、溶
け込みが生じることである。しかし、銅の僅かな表面状
態の変化に対しても、影響を受ける非常に難しい加工で
あるため、モニタリングして加工を制御しなれば安定的
な加工品質を保つのは難しい。このような加工中のモニ
タリングに、画像モニタリングは有効である。１０ｍｓ
の照射時間である基本波ＹＡＧレーザ２９照射中に、レ
ーザ照射時間が１００ｎｓであるＳＨＧ−ＹＡＧレーザ
１を１ｋＨｚで照射し、溶融部のサイズとサイズ変化
と、良好な溶融部のサイズとサイズ変化とを比較した。
ここで、良好な溶融部のサイズとサイズ変化とは、目的
である溶融サイズと目的である溶融深さの両方を満足す
る加工結果である複数の溶接部に関して、照射開始から
スパッタの発生するまでの時間において、５０ｎｓ以上
離れた２点のある時間で計測して得られる溶融部のサイ
ズの平均値と、平均の溶融サイズの差である。溶融部の
サイズが、良好な溶融部のサイズより大である場合では
レーザ照射を停止し、それ以外条件ではレーザ照射を継
続する。サイズ変化が、良好なサイズ変化より小である
場合にはレーザを停止し、大である場合にはレーザ照射
を継続する。また、どちらか一方がレーザ停止条件なら
ば、レーザを停止する。以上の法則で制御部４０によっ
て、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ１の照射回数を制御した。ス
ポット径５０μｍ、エネルギー０．８ｍＪのＳＨＧ−Ｙ
ＡＧレーザ１とスポット径４００μｍ、エネルギー１
０．４Ｊの基本波ＹＡＧレーザ２９を用いた場合には、
良好な溶融部のサイズとサイズ変化は、２２０μｍと２
５μｍであった。
【００２０】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る
レーザ加工装置を示す図で、図５において、基本構成は
図１と同様で、同じ働きをするものについては、同じ符
号を付す。図５が図１と異なるところは、加工レーザを
偏光有するＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３に変更し、モニタ
リングする光を受光する光学系の部分である。ハーフミ
ラー１８で反射した反射光を、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ用
の偏光板３２を介して、ハーフミラー４１に入射させて
いる。ハーフミラー４１によって分岐された光は、その
後、干渉フィルター３４、３５を通し、集光レンズ３
６、３７によって、ＣＣＤカメラ２６、２７に対して感
度が２倍あるＣＣＤカメラ３８、３９に集光された光に
より、画像計測を行っている。
レーザ加工装置を示す図で、図５において、基本構成は
図１と同様で、同じ働きをするものについては、同じ符
号を付す。図５が図１と異なるところは、加工レーザを
偏光有するＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３に変更し、モニタ
リングする光を受光する光学系の部分である。ハーフミ
ラー１８で反射した反射光を、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ用
の偏光板３２を介して、ハーフミラー４１に入射させて
いる。ハーフミラー４１によって分岐された光は、その
後、干渉フィルター３４、３５を通し、集光レンズ３
６、３７によって、ＣＣＤカメラ２６、２７に対して感
度が２倍あるＣＣＤカメラ３８、３９に集光された光に
より、画像計測を行っている。
【００２１】ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３は、色素レーザ
に比べて、３桁から６桁程度エネルギーが高いため、Ｓ
ＨＧ−ＹＡＧレーザ３３の光も、ＣＣＤカメラ３８、３
９によって捕らえる。干渉フィルター３４、３５を通過
するＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３のエネルギーを、偏光板
３２で調整することにより、加工時に加工エネルギーの
高い所、すなわち加工部の中心を同時に計測することが
できる。得られた画像を濃淡に関して２値化を行い、閾
値を最低から最高にまで挙げていく間に、加工部にある
ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３の像が無くなる一つ前の状態
の画像において、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３の像が示す
領域の中心を加工の中心とした。
に比べて、３桁から６桁程度エネルギーが高いため、Ｓ
ＨＧ−ＹＡＧレーザ３３の光も、ＣＣＤカメラ３８、３
９によって捕らえる。干渉フィルター３４、３５を通過
するＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３のエネルギーを、偏光板
３２で調整することにより、加工時に加工エネルギーの
高い所、すなわち加工部の中心を同時に計測することが
できる。得られた画像を濃淡に関して２値化を行い、閾
値を最低から最高にまで挙げていく間に、加工部にある
ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３の像が無くなる一つ前の状態
の画像において、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ３３の像が示す
領域の中心を加工の中心とした。
【００２２】これにより、加工レーザにおける所定のエ
ネルギーの光だけ観測できるように程度にすれば、加工
部の中心を画像計測の焦点深度よりも被加工物が膨張し
たり、窪んだりしたりする等の被加工面の状態に関係な
く、容易に加工中心を見つけることができる。
ネルギーの光だけ観測できるように程度にすれば、加工
部の中心を画像計測の焦点深度よりも被加工物が膨張し
たり、窪んだりしたりする等の被加工面の状態に関係な
く、容易に加工中心を見つけることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ナノ秒オ
ーダーの画像計測の繰り返しが可能になった。加工モニ
タリング装置において、回折格子や干渉フィルター等を
用いることより、加工レーザと同軸方向から、被加工物
に対して垂直方向から観測する場合でも、画像もボケの
問題解決した。さらに、本来は、ボケの原因である加工
レーザの光を用い、被加工物の加工中心を容易に求める
ことができる装置を提案した。
ーダーの画像計測の繰り返しが可能になった。加工モニ
タリング装置において、回折格子や干渉フィルター等を
用いることより、加工レーザと同軸方向から、被加工物
に対して垂直方向から観測する場合でも、画像もボケの
問題解決した。さらに、本来は、ボケの原因である加工
レーザの光を用い、被加工物の加工中心を容易に求める
ことができる装置を提案した。
【００２４】また、本発明により、イメージインテシフ
ァイア等の高速シャッター式に比べ、低コストで時間分
解能が高く、高い画像計測の繰り返しが可能なレーザ加
工用のモニタリング装置を提案した。
ァイア等の高速シャッター式に比べ、低コストで時間分
解能が高く、高い画像計測の繰り返しが可能なレーザ加
工用のモニタリング装置を提案した。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装
置を示す図
置を示す図
【図２】キューブハーフミラーを用いた場合の光路を示
す概略図
す概略図
【図３】ハーフミラーを用いた場合の光路を示す概略図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装
置を示す図
置を示す図
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ加工装
置を示す図
置を示す図
１ ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ ５ 窒素レーザ ７ 容器 ８ 容器 １０ ファイバー １８ ハーフミラー ２１ 回折格子 ２６ ＣＣＤカメラ ２７ ＣＣＤカメラ ２８ ミラー ２９ 基本波ＹＡＧレーザ ３２ 偏光板 ３３ 偏光特性があるＳＨＧ−ＹＡＧレーザ ３８ ＣＣＤカメラ ３９ ＣＣＤカメラ ４０ 制御部 ４１ ハーフミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 3/213 Ｈ０１Ｓ 3/20 Ｂ Ｆターム(参考） 2G020 BA20 CB23 CB42 CB43 CC02 CC26 CC31 CC47 CD12 CD24 4E068 CA17 CB09 CC02 5F072 AC02 KK01 KK07 KK15 KK30 PP10 QQ02 YY06
Claims (7)
- 【請求項１】 パルスレーザにより異なる色素を励起
し、異なる波長レーザパルスを発生させる工程と、それ
ぞれの波長レーザパルスに所定の遅延を与える工程と、
この遅延を与えたそれぞれの波長レーザを対象物に照射
する工程と、この照射したそれぞれの波長レーザの反射
光を受光する工程と、このそれぞれの反射光から画像計
測したことを特徴とするレーザ加工のモニタリング方
法。 - 【請求項２】 パルスレーザにより異なる色素を励起
し、異なる波長レーザパルスを発生させる工程と、それ
ぞれの波長レーザパルスに所定の遅延を与える工程と、
この遅延を与えたそれぞれの波長レーザを対象物に照射
する工程と、偏光特性を持つレーザを前記対象物に照射
する工程と、前記対象物からの反射光を偏光板を介し
て、それぞれの波長レーザの反射光を受光する工程と、
このそれぞれの反射光から画像計測したことを特徴とす
るレーザ加工のモニタリング方法。 - 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載のモニタ
リング方法から対象物の加工状況を判断する工程と、こ
の判断に応じてレーザの制御を行うことを特徴とするレ
ーザ加工方法。 - 【請求項４】 パルスレーザと、このパルスレーザによ
り異なる色素を励起し、異なる波長レーザパルスを発生
させる手段と、それぞれの波長レーザパルスに所定の遅
延を与える手段と、この遅延を与えたそれぞれの波長レ
ーザを対象物に照射する手段と、この照射したそれぞれ
の波長レーザの反射光を受光する手段と、このそれぞれ
の反射光から画像計測する手段とを有することを特徴と
するレーザ加工のモニタリング装置。 - 【請求項５】 照射したそれぞれの波長レーザの反射光
を受光する手段は、この反射光に垂直に設けた回折格子
と、波長ごとにそれぞれ別の位置に照射する一次回折光
を受光するＣＣＤとを有することを特徴とする請求項４
記載のレーザ加工のモニタリング装置。 - 【請求項６】 パルスレーザと、このパルスレーザによ
り異なる色素を励起し、異なる波長レーザパルスを発生
させる手段と、それぞれの波長レーザパルスに所定の遅
延を与える手段と、偏光特性を持つレーザと、前記遅延
を与えたそれぞれの波長レーザと前記偏光特性を持つレ
ーザとを対象物に照射する手段と、この照射したそれぞ
れの波長レーザの反射光を受光する手段と、このそれぞ
れの反射光から画像計測する手段とを有することを特徴
とするレーザ加工のモニタリング装置。 - 【請求項７】 請求項４〜６のいずれかに記載のモニタ
リング装置と、対象物の加工状況を判断する手段と、こ
の判断に応じてレーザの制御を行う制御手段とを有する
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 |
|---|---|---|---|
| JP2001121122A JP2002316280A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | レーザ加工のモニタリング方法、装置、レーザ加工方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001121122A JP2002316280A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | レーザ加工のモニタリング方法、装置、レーザ加工方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002316280A true JP2002316280A (ja) | 2002-10-29 |
Family
ID=18971054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001121122A Pending JP2002316280A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | レーザ加工のモニタリング方法、装置、レーザ加工方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002316280A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200117857A (ko) * | 2019-04-03 | 2020-10-14 | 가부시기가이샤 디스코 | 초고속도 촬상 장치 |
-
2001
- 2001-04-19 JP JP2001121122A patent/JP2002316280A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200117857A (ko) * | 2019-04-03 | 2020-10-14 | 가부시기가이샤 디스코 | 초고속도 촬상 장치 |
| JP2020170089A (ja) * | 2019-04-03 | 2020-10-15 | 株式会社ディスコ | 超高速度撮像装置 |
| CN111812939A (zh) * | 2019-04-03 | 2020-10-23 | 株式会社迪思科 | 超高速拍摄装置 |
| JP7290449B2 (ja) | 2019-04-03 | 2023-06-13 | 株式会社ディスコ | 超高速度撮像装置 |
| TWI820325B (zh) * | 2019-04-03 | 2023-11-01 | 日商迪思科股份有限公司 | 超高速攝像裝置 |
| CN111812939B (zh) * | 2019-04-03 | 2025-01-07 | 株式会社迪思科 | 超高速拍摄装置 |
| KR102852279B1 (ko) * | 2019-04-03 | 2025-08-28 | 가부시기가이샤 디스코 | 초고속도 촬상 장치 |
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