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JP2009262163A - Method and apparatus for alignment adjustment, and laser beam machining apparatus equipped with the same - Google Patents

Method and apparatus for alignment adjustment, and laser beam machining apparatus equipped with the same Download PDF

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JP2009262163A
JP2009262163A JP2008111542A JP2008111542A JP2009262163A JP 2009262163 A JP2009262163 A JP 2009262163A JP 2008111542 A JP2008111542 A JP 2008111542A JP 2008111542 A JP2008111542 A JP 2008111542A JP 2009262163 A JP2009262163 A JP 2009262163A
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JP
Japan
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laser
jet nozzle
focal point
image
moving
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008111542A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Muratsubaki
良司 村椿
Yukiaki Nagata
幸明 永田
Tadashi Sugimori
正 杉森
Nobuyuki Tera
信行 寺
Takahiro Ogura
隆広 小掠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sugino Machine Ltd
Original Assignee
Sugino Machine Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sugino Machine Ltd filed Critical Sugino Machine Ltd
Priority to JP2008111542A priority Critical patent/JP2009262163A/en
Publication of JP2009262163A publication Critical patent/JP2009262163A/en
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

【課題】レーザー加工ヘッドの構成を複雑化することなく、確実にレーザーのアライメント調整を行うことができるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】本発明は、液体噴流により導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置(1)であって、液体を噴射して液柱を形成するジェットノズル(18)と、液柱内にレーザーを集光させるレーザー光学系(4)と、レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口部に対する所定の目標焦点位置に位置合わせできるように、ジェットノズルとレーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構(12)と、ジェットノズルから噴射された液柱及びレーザーを受ける透光板(20)と、この透光板を透過したレーザーが投射されるように配置され、投射されたレーザーの像に基づいて、レーザーの焦点を位置合わせするための受光部材(24)と、を有することを特徴としている。
【選択図】図1
A laser processing apparatus capable of surely adjusting the alignment of a laser without complicating the configuration of a laser processing head.
The present invention relates to a laser processing apparatus (1) for processing a workpiece with a laser guided by a liquid jet, a jet nozzle (18) for injecting a liquid to form a liquid column, and a liquid The laser optical system (4) that focuses the laser in the column, and the jet nozzle and laser focus move relative to each other so that the laser focus can be aligned with a predetermined target focus position relative to the jet nozzle entrance opening. The relative movement mechanism (12) to be operated, the liquid column ejected from the jet nozzle and the light-transmitting plate (20) that receives the laser, and the laser that has been disposed and projected so that the laser transmitted through the light-transmitting plate is projected And a light receiving member (24) for aligning the focal point of the laser based on the above image.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、アライメント調整方法及び装置、及びそれを備えたレーザー加工装置に関し、特に、レーザー加工装置のレーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整方法及び装置、及びそれを備えたレーザー加工装置に関する。   The present invention relates to an alignment adjustment method and apparatus, and a laser processing apparatus including the alignment adjustment method, and more particularly, to an alignment adjustment method and apparatus for aligning a laser focus of a laser processing apparatus, and a laser processing apparatus including the alignment adjustment method and apparatus.

特開2005−288472号公報(特許文献1)には、ハイブリッド加工装置の軸合せ方法及びハイブリッド加工装置が記載されている。この軸合せ方法においては、レーザーがウォータージェット流を透過して導かれる際に発生するラマン散乱光の強度を測定することによって、レーザーとウォータージェット流の軸合わせを行っている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-288472 (Patent Document 1) describes a method of aligning a hybrid machining apparatus and a hybrid machining apparatus. In this axial alignment method, the laser and water jet flow are axially aligned by measuring the intensity of Raman scattered light generated when the laser is guided through the water jet flow.

特許第2732230号公報(特許文献2)には、レーザー光加工における同軸観測装置が記載されている。この同軸観測装置においては、加工用レーザーの加工対象物への照射位置を観測するために、ハーフミラー等を使用して、加工用レーザーを導く光学系の途中から観測用のレーザーを入射させている。さらに、この装置では、加工対象物によって反射された観測用のレーザーを、加工用レーザーの光学系の一部を介してCCDカメラに導き、加工対象物を観測している。   Japanese Patent No. 2732230 (Patent Document 2) describes a coaxial observation apparatus in laser beam processing. In this coaxial observation device, in order to observe the irradiation position of the machining laser on the object to be machined, the observation laser is incident from the middle of the optical system that guides the machining laser using a half mirror or the like. Yes. Further, in this apparatus, the observation laser reflected by the processing object is guided to the CCD camera through a part of the optical system of the processing laser, and the processing object is observed.

特開2005−288472号公報JP 2005-288472 A 特許第2732230号公報Japanese Patent No. 2732230

しかしながら、特開2005−288472号公報記載の位置合わせでは、光が透明媒質中を通過する際に生じるラマン散乱光を観測しているため、ラマン散乱光を観測するための特別な装置が必要になるという問題がある。また、この方法では、ラマン散乱光により間接的に位置合わせの状態を観測しているため、外乱の影響を受けやすいという問題がある。   However, in the alignment described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-288472, Raman scattered light generated when light passes through the transparent medium is observed, so a special device for observing the Raman scattered light is necessary. There is a problem of becoming. In addition, this method has a problem that it is easily affected by disturbance because the alignment state is indirectly observed by Raman scattered light.

また、特許第2732230号公報記載の同軸観測装置では、加工用レーザーを導く光学系の途中に、位置合わせに使用する光を入射させ、また、光学系の途中から観測に必要な光を分岐させて引き出す必要があるため、光学系の構成が複雑化するという問題がある。さらに、この装置では、光を合流させ又は分岐させる構成を光学系の途中に設ける必要があるため、加工用レーザーの伝送効率が低下するという問題がある。特に、噴射された液柱によって加工用のレーザーを導く形式のレーザー加工装置においては、光学系が複雑化すると照射ヘッドの構造が非常に複雑になるため、照射ヘッドの重量増、メンテナンスの困難化、照射ヘッドの駆動に必要な駆動力の増大等の問題が顕著になる。   In the coaxial observation device described in Japanese Patent No. 2732230, light used for alignment is incident on the middle of the optical system for guiding the processing laser, and light necessary for observation is branched from the middle of the optical system. Therefore, there is a problem that the configuration of the optical system becomes complicated. Furthermore, this apparatus has a problem that the transmission efficiency of the processing laser is lowered because it is necessary to provide a structure for combining or branching light in the middle of the optical system. In particular, in a laser processing apparatus of the type that guides the laser for processing by the ejected liquid column, the structure of the irradiation head becomes very complicated if the optical system becomes complicated, so the weight of the irradiation head increases and maintenance becomes difficult. Problems such as an increase in driving force necessary for driving the irradiation head become significant.

従って、本発明は、レーザー加工ヘッドの構成を複雑化することなく、確実にレーザーのアライメント調整を行うことができるアライメント調整方法及び装置、及びそれを備えたレーザー加工装置を提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an alignment adjustment method and apparatus capable of reliably performing laser alignment adjustment without complicating the configuration of the laser processing head, and a laser processing apparatus including the alignment adjustment method and apparatus. Yes.

上述した課題を解決するために、本発明は、液体噴流により導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置であって、液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、液柱内にレーザーを集光させるレーザー光学系と、レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口部に対する所定の目標焦点位置に位置合わせできるように、ジェットノズルとレーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構と、ジェットノズルから噴射された液柱及びレーザーを受ける透光板と、この透光板を透過したレーザーが投射されるように配置され、投射されたレーザーの像に基づいて、レーザーの焦点を位置合わせするための受光部材と、を有することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by a laser guided by a liquid jet, and includes a jet nozzle that ejects liquid to form a liquid column, and a liquid column A laser optical system that focuses the laser inside, and a relative movement mechanism that moves the jet nozzle and laser focus relative to each other so that the laser focus can be aligned with a predetermined target focus position relative to the inlet opening of the jet nozzle A liquid column ejected from the jet nozzle and a light-transmitting plate that receives the laser; and a laser that has passed through the light-transmitting plate is projected, and the laser is focused on the basis of the projected laser image. And a light receiving member for positioning.

このように構成された本発明においては、ジェットノズルから液体が噴射され液柱が形成される。レーザー光学系はレーザーを液柱内に集光させ、レーザーは液体噴流により導かれる。液体噴流により導かれたレーザーは透光板によって受けられ、レーザーは透光板を透過する。透光板を透過したレーザーは受光部材に投射され、受光部材上にレーザーの像が形成される。この受光部材上のレーザーの像に基づいて、ジェットノズルとレーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構を作動させることにより、レーザーの焦点を所定の目標焦点位置に位置合わせする。   In the present invention configured as described above, liquid is ejected from the jet nozzle to form a liquid column. The laser optical system focuses the laser in the liquid column, and the laser is guided by the liquid jet. The laser guided by the liquid jet is received by the translucent plate, and the laser passes through the translucent plate. The laser that has passed through the light transmitting plate is projected onto the light receiving member, and an image of the laser is formed on the light receiving member. Based on the laser image on the light receiving member, a relative movement mechanism for moving the jet nozzle and the focal point of the laser relative to each other is operated to align the focal point of the laser to a predetermined target focal position.

このように構成された本発明によれば、受光部材上のレーザーの像に基づいてレーザーの焦点が目標焦点位置に位置合わせされるので、ヘッドの構成を複雑化することなく、確実にレーザーのアライメント調整を行うことができる。   According to the present invention configured as described above, since the focal point of the laser is aligned with the target focal position based on the image of the laser on the light receiving member, it is possible to reliably perform the laser without complicating the configuration of the head. Alignment adjustment can be performed.

本発明において、好ましくは、さらに、受光部材に投射されたレーザーの像を撮像する撮像手段を有する。
このように構成された本発明によれば、受光部材に投射されたレーザーの像が撮像手段により撮像されるので、撮像された画像に基づいて位置合わせを行うことができる。
In this invention, Preferably, it has an imaging means which images the image of the laser projected on the light-receiving member further.
According to the present invention configured as described above, the image of the laser projected onto the light receiving member is picked up by the image pickup means, so that alignment can be performed based on the picked up image.

本発明において、好ましくは、さらに、撮像手段によって撮像された画像に基づいて相対移動機構を制御して、レーザーの焦点を目標焦点位置に移動させるアライメント制御手段を有する。   In the present invention, it is preferable to further include an alignment control means for controlling the relative movement mechanism based on the image picked up by the image pickup means and moving the focal point of the laser to the target focus position.

このように構成された本発明によれば、アライメント制御手段が相対移動機構を制御して、レーザーの焦点を目標焦点位置に移動させるので、位置合わせを自動的に行うことができる。   According to the present invention configured as described above, the alignment control means controls the relative movement mechanism to move the focus of the laser to the target focus position, so that alignment can be performed automatically.

本発明において、好ましくは、アライメント制御手段は、(a)レーザーの焦点をジェットノズルの軸線に直交する平面内で移動させ、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線上に移動させるステップと、(b)レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させ、レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口面上に移動させるステップと、を実行するように構成されている。   In the present invention, preferably, the alignment control means (a) moves the focal point of the laser in a plane orthogonal to the axis of the jet nozzle and moves the focal point of the laser on the axis of the jet nozzle; and (b) Moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle and moving the focal point of the laser onto the inlet opening surface of the jet nozzle.

このように構成された本発明においては、アライメント制御手段は、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線に一致させた後、ジェットノズルの入口開口面に一致させる。   In the present invention configured as described above, the alignment control means aligns the focal point of the laser with the axis of the jet nozzle and then aligns with the inlet opening surface of the jet nozzle.

本発明において、好ましくは、ステップ(a)は、(a1)ジェットノズルの入口開口面上に形成されるレーザーのスポット径がジェットノズルの直径よりも大きくなるように、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、(a2)レーザーの像が最も小さくなるように、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線に直交する平面内で移動させるステップと、を有する。
このように構成された本発明によれば、レーザーの焦点を、ジェットノズルの軸線に確実に一致させることができる。
In the present invention, preferably, step (a) comprises (a1) focusing the laser so that the spot diameter of the laser formed on the inlet opening surface of the jet nozzle is larger than the diameter of the jet nozzle. A step of moving in the axial direction; and (a2) a step of moving the focal point of the laser in a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle so that the image of the laser is minimized.
According to the present invention configured as described above, the focal point of the laser can surely coincide with the axis of the jet nozzle.

本発明において、好ましくは、ジェットノズルはレーザーを透過する材料で構成されており、ステップ(a)は、(a1)レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口から外れた第1オフセット位置に移動させ、受光部材上に液柱の方向が欠けた第1の像を形成させるステップと、(a2)レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口から外れた、第1オフセット位置とは異なる第2オフセット位置に移動させ、受光部材上に液柱の方向が欠けた第2の像を形成させるステップと、(a3)第1オフセット位置を通り、第1の像の欠けの方向に向けられた第1の直線と、第2オフセット位置を通り、第2の像の欠けの方向に向けられた第2の直線との交点を求め、その交点の位置にレーザーの焦点を移動させるステップと、を有する。
このように構成された本発明によれば、少なくとも2つのレーザーの像を得るだけで、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線に一致させることができる。
In the present invention, preferably, the jet nozzle is made of a material that transmits the laser, and step (a) includes (a1) moving the focal point of the laser to a first offset position off the inlet opening of the jet nozzle, Forming a first image in which the direction of the liquid column is missing on the light receiving member; and (a2) moving the laser focus to a second offset position different from the first offset position, which is out of the jet nozzle inlet opening. And forming a second image in which the direction of the liquid column is missing on the light receiving member; and (a3) a first straight line that passes through the first offset position and is oriented in the direction of the lack of the first image; , Obtaining an intersection point with a second straight line passing through the second offset position and directed in the direction of the defect of the second image, and moving the focal point of the laser to the position of the intersection point.
According to the present invention configured as described above, it is possible to make the focal point of the laser coincide with the axis of the jet nozzle only by obtaining at least two laser images.

本発明において、好ましくは、ステップ(b)は、(b1)レーザーの焦点を、ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、所定のオフセット方向に所定のオフセット距離移動させるステップと、(b2)レーザーの像が最も暗くなるように、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、(b3)レーザーの焦点を、ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、オフセット方向の反対方向にオフセット距離移動させるステップと、を有する。   In the present invention, preferably, step (b) includes (b1) moving the focal point of the laser within a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle in a predetermined offset direction, and (b2) laser. Moving the laser focus in the axial direction of the jet nozzle so that the image of the laser beam becomes the darkest, and (b3) offsetting the laser focus in the direction orthogonal to the offset direction in a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle Moving the distance.

このように構成された本発明によれば、レーザーの像が最も暗くなる位置を求めるだけで、レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口面に一致させることができる。   According to the present invention configured as described above, it is possible to make the focal point of the laser coincide with the inlet opening surface of the jet nozzle only by obtaining the position where the image of the laser is darkest.

本発明において、好ましくは、オフセット距離は、ジェットノズルのノズル穴の半径とほぼ等しい。
このように構成された本発明によれば、レーザーの焦点を、ジェットノズルの入口開口面に、確実に一致させることができる。
In the present invention, the offset distance is preferably approximately equal to the radius of the nozzle hole of the jet nozzle.
According to the present invention configured as described above, the focal point of the laser can be reliably matched with the inlet opening surface of the jet nozzle.

本発明において、好ましくは、ステップ(b)は、(b1)レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させ、レーザーの像が所定の直径よりも大きくなる範囲を求めるステップと、(b2)求められた範囲の中間の点に、レーザーの焦点を移動させるステップと、を有する。   In the present invention, preferably, step (b) includes (b1) a step of determining the range in which the laser image is larger than a predetermined diameter by moving the laser focus in the axial direction of the jet nozzle, and (b2) determination. Moving the focal point of the laser to an intermediate point in the defined range.

このように構成された本発明によれば、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させるだけで、レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口面に一致させることができる。   According to the present invention configured as described above, the focal point of the laser can be made to coincide with the inlet opening surface of the jet nozzle only by moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle.

また、本発明は、本発明のレーザー加工装置のレーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整方法であって、(a)ジェットノズルの入口開口面上に形成されるレーザーのスポット径がジェットノズルの直径よりも大きくなるように、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、(b)レーザーの像が最も小さくなるように、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線に直交する平面内で移動させるステップと、(c)レーザーの焦点を、ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、所定のオフセット方向に所定のオフセット距離移動させるステップと、(d)レーザーの像が最も暗くなるように、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、(e)レーザーの焦点を、ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、オフセット方向の反対方向にオフセット距離移動させるステップと、を有することを特徴としている。   The present invention also relates to an alignment adjustment method for aligning the focal point of the laser of the laser processing apparatus of the present invention, wherein (a) the spot diameter of the laser formed on the inlet opening surface of the jet nozzle is the diameter of the jet nozzle. (B) moving the laser focus in a plane perpendicular to the jet nozzle axis so that the laser image is minimized. (C) moving the focal point of the laser within a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle within a predetermined offset distance in a predetermined offset direction, and (d) so that the laser image is darkest. Moving the laser focus in the axial direction of the jet nozzle; and (e) moving the laser focus to the jet nozzle. In a plane perpendicular to the axis, it is characterized by having a step of offset distance in the direction opposite to the offset direction.

また、本発明は、本発明のレーザー加工装置のレーザーの焦点を位置合わせするアライメント調整方法であって、(a)レーザーの焦点を、レーザーを透過する材料で構成されたジェットノズルの入口開口から外れた第1オフセット位置に移動させ、受光部材上に液柱の方向が欠けた第1の像を形成させるステップと、(b)レーザーの焦点をジェットノズルの入口開口から外れた、第1オフセット位置とは異なる第2オフセット位置に移動させ、受光部材上に液柱の方向が欠けた第2の像を形成させるステップと、(c)第1オフセット位置を通り、第1の像の欠けの方向に向けられた第1の直線と、第2オフセット位置を通り、第2の像の欠けの方向に向けられた第2の直線との交点を求め、その交点の位置にレーザーの焦点を移動させるステップと、(d)レーザーの焦点をジェットノズルの軸線方向に移動させ、レーザーの像が所定の直径よりも大きくなる範囲を求めるステップと、(e)求められた範囲の中間の点に、レーザーの焦点を移動させるステップと、を有することを特徴としている。   The present invention also relates to an alignment adjustment method for aligning the focal point of the laser of the laser processing apparatus of the present invention, wherein (a) the focal point of the laser is from an inlet opening of a jet nozzle made of a material that transmits the laser. Moving to a first offset position deviated to form a first image in which the direction of the liquid column is missing on the light receiving member; and (b) a first offset defocused from the inlet opening of the jet nozzle. Moving to a second offset position different from the position to form a second image in which the direction of the liquid column is missing on the light-receiving member; and (c) passing through the first offset position and missing the first image. Find the intersection of the first straight line directed in the direction and the second straight line that passes through the second offset position and directed in the direction of the chipping of the second image, and moves the laser focus to the position of the intersection Let A step of (d) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle to obtain a range in which the laser image is larger than a predetermined diameter; and (e) a laser at a point intermediate between the obtained ranges. And a step of moving the focal point.

また、本発明は、液体を噴射して液柱を形成するジェットノズル、液柱内にレーザーを集光させるレーザー光学系、及びジェットノズルとレーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構を備えた、液体噴流により導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置において、レーザーの焦点を位置合わせするアライメント装置であって、ジェットノズルから噴射された液柱及びレーザーを受ける透光板と、この透光板を透過したレーザーが投射されるように配置され、投射されたレーザーの像に基づいて、レーザーの焦点を位置合わせするための受光部材と、を有することを特徴としている。   The present invention also includes a jet nozzle that ejects liquid to form a liquid column, a laser optical system that focuses the laser in the liquid column, and a relative movement mechanism that relatively moves the jet nozzle and the focal point of the laser. In addition, in a laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided by a liquid jet, an alignment apparatus for aligning the focal point of the laser, a liquid column ejected from a jet nozzle, and a translucent plate that receives the laser The light-transmitting plate is arranged so as to project a laser beam, and has a light-receiving member for aligning the focal point of the laser based on the projected image of the laser.

本発明のアライメント調整方法及び装置、及びそれを備えたレーザー加工装置によれば、レーザー加工ヘッドの構成を複雑化することなく、確実にレーザーのアライメント調整を行うことができる。   According to the alignment adjustment method and apparatus of the present invention and the laser processing apparatus including the alignment adjustment method, laser alignment adjustment can be reliably performed without complicating the configuration of the laser processing head.

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態によるレーザー加工装置を説明する。図1は、本実施形態によるレーザー加工装置全体の構成を示す図である。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, with reference to FIG. 1, the laser processing apparatus by 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the entire laser processing apparatus according to the present embodiment.

図1に示すように、本発明の第1実施形態によるレーザー加工装置1は、レーザー加工ヘッド2と、このレーザー加工ヘッド2内の所定の位置にレーザーを集光させるレーザー光学系4と、このレーザー光学系4にレーザーを入射させるレーザー光源6と、レーザー加工ヘッド2に高圧水を送り込む加圧ポンプ8と、を有する。
また、レーザー加工装置1は、レーザー光学系4から射出されるレーザーの焦点を位置合わせするためのアライメント装置10を備えている。さらに、レーザー加工装置1は、レーザー光源6、加圧ポンプ8、及びアライメント装置10を制御するコントローラ14を有する。
As shown in FIG. 1, a laser processing apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention includes a laser processing head 2, a laser optical system 4 for condensing a laser at a predetermined position in the laser processing head 2, and this A laser light source 6 that causes a laser to enter the laser optical system 4 and a pressure pump 8 that sends high-pressure water to the laser processing head 2 are provided.
The laser processing apparatus 1 also includes an alignment apparatus 10 for aligning the focal point of the laser emitted from the laser optical system 4. Further, the laser processing apparatus 1 includes a controller 14 that controls the laser light source 6, the pressure pump 8, and the alignment apparatus 10.

また、レーザー加工ヘッド2は、ヘッド本体部16と、このヘッド本体部16に取り付けられたジェットノズル18と、を有する。
レーザー光学系4は、レーザー光源6から射出されたレーザーを、レーザー加工ヘッド2に導くと共に、このレーザーをジェットノズル18の入口開口部に集光させるように構成されている。レーザー光学系4によりジェットノズル18の入口開口部に集光されたレーザーは、ジェットノズル18から噴射される水柱(液柱)内で全反射を繰り返し、水柱により被加工物(図示せず)まで導かれる。
Further, the laser processing head 2 includes a head main body 16 and a jet nozzle 18 attached to the head main body 16.
The laser optical system 4 is configured to guide the laser emitted from the laser light source 6 to the laser processing head 2 and condense the laser at the entrance opening of the jet nozzle 18. The laser focused on the inlet opening of the jet nozzle 18 by the laser optical system 4 repeats total reflection in the water column (liquid column) ejected from the jet nozzle 18 and reaches the workpiece (not shown) by the water column. Led.

また、レーザー光学系4は、相対移動機構12によって、レーザー加工ヘッド2に対して支持されている。この相対移動機構12により、レーザー光学系4から射出されるレーザーの焦点は、ジェットノズル18の軸線方向(Z軸方向)及びジェットノズル18の軸線に直交する平面(XY平面)内で移動可能に構成されている。相対移動機構12は、コントローラ14からの制御信号により制御され、レーザーの焦点を所定の目標焦点位置に移動させるように構成されている。   The laser optical system 4 is supported with respect to the laser processing head 2 by a relative movement mechanism 12. By this relative movement mechanism 12, the focal point of the laser emitted from the laser optical system 4 can move in the axial direction (Z-axis direction) of the jet nozzle 18 and a plane (XY plane) orthogonal to the axial line of the jet nozzle 18. It is configured. The relative movement mechanism 12 is controlled by a control signal from the controller 14, and is configured to move the focal point of the laser to a predetermined target focal position.

レーザー光源6は、コントローラ14からの制御信号に基づいて、所定強度のレーザーを生成するように構成されている。なお、本実施形態においては、レーザーとしてグリーンレーザーを使用している。   The laser light source 6 is configured to generate a laser having a predetermined intensity based on a control signal from the controller 14. In this embodiment, a green laser is used as the laser.

加圧ポンプ8は、コントローラ14からの制御信号に基づいて水を所定の圧力に加圧し、レーザー加工ヘッド2のヘッド本体部16内に流入させるように構成されている。ヘッド本体部16に送り込まれた水は、ジェットノズル18から噴射され、水柱を形成する。   The pressurizing pump 8 is configured to pressurize water to a predetermined pressure based on a control signal from the controller 14 and flow the water into the head main body 16 of the laser processing head 2. The water fed into the head main body 16 is ejected from the jet nozzle 18 to form a water column.

ヘッド本体部16は、その内部に液体供給チャンバ16aが形成されており、この液体供給チャンバ16aに連通するように液体供給通路16bが形成されている。また、液体供給チャンバ16aの底部には、液体供給チャンバ16aに連通するようにジェットノズル受入凹部が形成され、その中にジェットノズル18が配置されている。さらに、液体供給チャンバ16aの上端には、レーザー光学系4から射出されたレーザーを透過させ、ジェットノズル18の入口開口部まで導くための窓部材16cが取り付けられている。加圧ポンプ8から送られた水は、液体供給通路16bを通って液体供給チャンバ16aに流入し、ジェットノズル18から噴射される。   The head main body 16 has a liquid supply chamber 16a formed therein, and a liquid supply passage 16b is formed so as to communicate with the liquid supply chamber 16a. Further, a jet nozzle receiving recess is formed at the bottom of the liquid supply chamber 16a so as to communicate with the liquid supply chamber 16a, and the jet nozzle 18 is disposed therein. Further, a window member 16 c for transmitting the laser emitted from the laser optical system 4 and guiding it to the inlet opening of the jet nozzle 18 is attached to the upper end of the liquid supply chamber 16 a. The water sent from the pressurizing pump 8 flows into the liquid supply chamber 16a through the liquid supply passage 16b and is ejected from the jet nozzle 18.

ジェットノズル18は、概ね円柱形の部材であり、その中心軸線上に鉛直方向に向けられたノズル穴が形成されている。ノズル穴は、直径が小さく円筒状に延びる円筒形部分18aと、この円筒形部分18aに連なり、下流側に向かって直径が拡張されている円錐状部分から構成されている。なお、ジェットノズル18の直径とは、円筒形部分18aの直径を意味するものとする。ジェットノズル18は、ヘッド本体部16のジェットノズル受入凹部内に配置されている。   The jet nozzle 18 is a substantially cylindrical member, and a nozzle hole oriented in the vertical direction is formed on the central axis thereof. The nozzle hole includes a cylindrical portion 18a having a small diameter and extending in a cylindrical shape, and a conical portion that is continuous with the cylindrical portion 18a and whose diameter is expanded toward the downstream side. In addition, the diameter of the jet nozzle 18 shall mean the diameter of the cylindrical part 18a. The jet nozzle 18 is disposed in the jet nozzle receiving recess of the head main body 16.

アライメント装置10は、レーザー加工装置1のアライメント調整時にレーザー加工ヘッド2の下方に配置され、レーザーの焦点を位置合わせするために必要な信号をコントローラ14に出力するように構成されている。図1に示すように、アライメント装置10は、ジェットノズル18から噴射された液柱及びレーザーを受ける透光板であるガラス板20と、このガラス板20を透過したレーザーを所定の方向に反射させるミラー22と、ガラス板20を透過したレーザーがミラー22を介して投射されるように配置された受光部材であるスクリーン24と、このスクリーン24上に形成されたレーザーの像を撮像する撮像手段であるCCDカメラ26と、を有する。   The alignment apparatus 10 is arranged below the laser processing head 2 during alignment adjustment of the laser processing apparatus 1 and is configured to output a signal necessary for aligning the focal point of the laser to the controller 14. As shown in FIG. 1, the alignment apparatus 10 reflects a liquid column ejected from a jet nozzle 18 and a glass plate 20 that is a translucent plate that receives the laser, and reflects the laser beam transmitted through the glass plate 20 in a predetermined direction. A mirror 24, a screen 24 that is a light receiving member disposed so that a laser beam transmitted through the glass plate 20 is projected through the mirror 22, and an imaging unit that captures an image of the laser formed on the screen 24. And a certain CCD camera 26.

ガラス板20は、レーザー加工ヘッド2の下方にほぼ水平に配置され、ほぼ鉛直方向に噴射される水柱及びこれによって導かれるレーザーを受けるように構成されている。なお、レーザー加工装置1により被加工物を加工する際には、アライメント装置10は他の位置に移動され、図1においてガラス板20が配置されている位置に被加工物が配置される。また、アライメント装置10の使用時においては、レーザー加工時よりも低出力のレーザーがレーザー光源6から射出される。   The glass plate 20 is disposed substantially horizontally below the laser processing head 2 and is configured to receive a water column ejected in a substantially vertical direction and a laser guided thereby. In addition, when processing a workpiece by the laser processing apparatus 1, the alignment apparatus 10 is moved to another position, and the workpiece is disposed at a position where the glass plate 20 is disposed in FIG. Further, when the alignment apparatus 10 is used, a laser having a lower output than that during laser processing is emitted from the laser light source 6.

ガラス板20に入射したレーザー及び噴流は、ガラス板20によりレーザーと水に分離される。即ち、レーザーはガラス板20を透過してアライメント装置10の内部に透過し、水はガラス板20によって遮断され、アライメント装置10の外部に流れ落ちる。なお、本実施形態においては、透光板としてガラス板を使用しているが、プラスチック製の板等、液体を遮断し、低出力のレーザーによっても加工されずレーザーを透過させることができる任意の部材を使用することができる。   The laser and jet that have entered the glass plate 20 are separated into laser and water by the glass plate 20. That is, the laser passes through the glass plate 20 and passes through the alignment device 10, and the water is blocked by the glass plate 20 and flows down to the outside of the alignment device 10. In the present embodiment, a glass plate is used as the translucent plate. However, a plastic plate or the like can be used as long as it is capable of blocking the liquid and transmitting the laser without being processed by a low-power laser. A member can be used.

ミラー22は、アライメント装置10に内蔵され、ガラス板20の下方に配置されている。ミラー22は、鉛直軸線に対して約45゜の角度に向けられ、ガラス板20を透過してほぼ鉛直方向に入射したレーザーを、ほぼ水平方向に向けて反射するように配置されている。   The mirror 22 is built in the alignment apparatus 10 and is disposed below the glass plate 20. The mirror 22 is oriented at an angle of about 45 ° with respect to the vertical axis, and is arranged so as to reflect the laser beam that has passed through the glass plate 20 and is incident in the substantially vertical direction substantially in the horizontal direction.

スクリーン24は、ガラス板20を透過したレーザーをミラー22を介して受光するように構成され、ほぼ鉛直方向に向けて配置されている。スクリーン24は、レーザーの強度を減衰し、不必要な反射をすることがない部材で構成することができる。本実施形態においては、すりガラスによってスクリーン24を構成している。スクリーン24に入射したレーザーは像を形成し、このレーザーの像は、レーザーの焦点の位置に応じて様々な形状、模様を呈する。   The screen 24 is configured to receive the laser beam transmitted through the glass plate 20 through the mirror 22 and is arranged substantially in the vertical direction. The screen 24 can be formed of a member that attenuates the intensity of the laser and does not cause unnecessary reflection. In the present embodiment, the screen 24 is made of ground glass. The laser incident on the screen 24 forms an image, and this laser image has various shapes and patterns depending on the position of the focal point of the laser.

CCDカメラ26は、スクリーン24上に形成されたレーザーの像を撮像するように、アライメント装置10内に備えられている。CCDカメラ26によって撮像された画像のデータは、コントローラ14に送られる。また、ガラス板20を透過したレーザー、又はミラー22によって反射されたレーザーを、CCDカメラ26によって直接撮像するように、アライメント装置10を構成することもできる。この場合には、CCDカメラ26に内蔵された撮像素子(CCD)上に直接画像が形成されるので、撮像素子が受光部材として機能する。   The CCD camera 26 is provided in the alignment apparatus 10 so as to capture an image of a laser formed on the screen 24. Data of an image captured by the CCD camera 26 is sent to the controller 14. Further, the alignment apparatus 10 can also be configured so that the laser beam transmitted through the glass plate 20 or the laser beam reflected by the mirror 22 is directly imaged by the CCD camera 26. In this case, since an image is directly formed on the image sensor (CCD) built in the CCD camera 26, the image sensor functions as a light receiving member.

コントローラ14は、レーザー光源6、加圧ポンプ8及び相対移動機構12を作動させ、レーザーの焦点の位置合わせを実行し、又は被加工物を加工するように構成されている。具体的には、コントローラ14は、各種信号の入出力インターフェイス、メモリ、マイクロプロセッサ、及びこれらを作動させるプログラム等により構成されている。また、コントローラ14は、レーザーの焦点の位置合わせを実行する際には、アライメント制御手段として機能する。   The controller 14 is configured to operate the laser light source 6, the pressure pump 8, and the relative movement mechanism 12, perform laser focus alignment, or process a workpiece. Specifically, the controller 14 includes an input / output interface for various signals, a memory, a microprocessor, a program for operating these, and the like. Further, the controller 14 functions as an alignment control means when performing the alignment of the laser focus.

次に、図2乃至図10を参照して、本発明の第1実施形態によるレーザー加工装置1におけるアライメント調整方法を説明する。図2は、本実施形態のレーザー加工装置1において、アライメントを調整する手順を示すフローチャートである。また、図3は、ノズル穴の直径が100μmの場合における、各方向の位置合わせのずれ量と、ガラス板20に到達するレーザーのパワーの関係を示すグラフである。さらに、図4乃至図10は、ジェットノズル18のノズル穴を通過するレーザーの模式図、及びスクリーン24上に形成されるレーザーの像を示す。   Next, an alignment adjustment method in the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for adjusting alignment in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of misalignment in each direction and the laser power reaching the glass plate 20 when the nozzle hole diameter is 100 μm. Further, FIGS. 4 to 10 show a schematic view of the laser passing through the nozzle hole of the jet nozzle 18 and an image of the laser formed on the screen 24. FIG.

なお、本実施形態のレーザー加工装置1は、図1に示したように、ガラス板20を透過したレーザーがミラー22によって反射された後、スクリーン24上に像を形成するように構成されているが、ミラー22は単にレーザーの方向を変えるために配置されているものであり、省略することができる。従って、以下では、ガラス板20を透過したレーザーがミラー22を介することなく直接スクリーン24に入射するものとして説明するが、以下に説明するアライメント調整方法は、ミラー22を介する場合にも全く同様に適用することができる。   Note that the laser processing apparatus 1 of the present embodiment is configured to form an image on the screen 24 after the laser transmitted through the glass plate 20 is reflected by the mirror 22 as shown in FIG. However, the mirror 22 is simply arranged to change the direction of the laser and can be omitted. Accordingly, in the following description, it is assumed that the laser transmitted through the glass plate 20 is directly incident on the screen 24 without passing through the mirror 22. However, the alignment adjustment method described below is exactly the same when the mirror 22 is used. Can be applied.

図2は、本実施形態のレーザー加工装置1において、レーザーの焦点を所定の目標焦点位置に位置合わせする手順を示すフローチャートである。本実施形態においては、目標焦点位置は、ジェットノズル18の入口開口面18bと、円筒形部分18aの中心軸線との交点に設定されている。   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for aligning the focus of the laser to a predetermined target focus position in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment. In the present embodiment, the target focal position is set at the intersection of the inlet opening surface 18b of the jet nozzle 18 and the central axis of the cylindrical portion 18a.

まず、図2のステップS1において、コントローラ14は相対移動機構12に信号を送り、レーザー光学系4から射出されるレーザーの焦点をジェットノズル18の入口開口面18bよりも出口側に、即ち、ジェットノズル18の上端面よりも下側に所定距離移動させる。この際、レーザーの焦点の水平面内の位置は、ジェットノズル18のノズル穴の近傍であれは何れの位置であっても良い。なお、レーザーの焦点を移動させる所定距離は、入口開口面18b上に形成されるレーザーのスポット径DS(図4(a))が、円筒形部分18aの直径よりも大きくなるように選択する。また、本実施形態においては、レーザーの焦点をジェットノズル18の入口開口面18bよりも下側に移動させることにより、レーザーのスポット径DSを大きくしているが、レーザーの焦点を上方に移動させることにより、レーザーのスポット径DSを大きくしてもよい。   First, in step S1 of FIG. 2, the controller 14 sends a signal to the relative movement mechanism 12 so that the focal point of the laser emitted from the laser optical system 4 is closer to the outlet side than the inlet opening surface 18b of the jet nozzle 18, that is, the jet. The nozzle 18 is moved a predetermined distance below the upper end surface. At this time, the position of the focal point of the laser in the horizontal plane may be any position near the nozzle hole of the jet nozzle 18. The predetermined distance for moving the focal point of the laser is selected so that the spot diameter DS (FIG. 4A) of the laser formed on the entrance opening surface 18b is larger than the diameter of the cylindrical portion 18a. In the present embodiment, the laser spot diameter DS is increased by moving the focal point of the laser below the inlet opening surface 18b of the jet nozzle 18, but the focal point of the laser is moved upward. Accordingly, the laser spot diameter DS may be increased.

この状態においては、図4(a)に示すように、レーザー光学系4から射出されたレーザーのうちの、角度θ1の範囲のレーザーがジェットノズル18を通過し、ジェットノズル18から噴射される水柱によって導かれる。ジェットノズル18から噴射された水柱は、ガラス板20に当たり、水はガラス板20によって遮断され、レーザーのみがガラス板20を透過してアライメント装置10に入射する。ガラス板20を透過したレーザーは、開口数NAによって広がりながら、即ち、概ね角度θ1で広がりながらスクリーン24に投射される。   In this state, as shown in FIG. 4 (a), the water in the range of the angle θ1 among the lasers emitted from the laser optical system 4 passes through the jet nozzle 18 and is injected from the jet nozzle 18. Led by. The water column ejected from the jet nozzle 18 hits the glass plate 20, the water is blocked by the glass plate 20, and only the laser passes through the glass plate 20 and enters the alignment apparatus 10. The laser beam that has passed through the glass plate 20 is projected onto the screen 24 while spreading by the numerical aperture NA, that is, spreading at an angle θ1.

これにより、スクリーン24上に、図4(b)に示すようなレーザーの像が形成される。従って、スクリーン24上のレーザーの像の直径は、角度θ1に比例する。スクリーン24上のレーザーの像は、CCDカメラ26によって撮像され、その画像データは時々刻々コントローラ14に送られる。   As a result, a laser image as shown in FIG. 4B is formed on the screen 24. Accordingly, the diameter of the laser image on the screen 24 is proportional to the angle θ1. The laser image on the screen 24 is picked up by the CCD camera 26, and the image data is sent to the controller 14 every moment.

次に、ステップS2において、コントローラ14は、相対移動機構12に信号を送り、レーザー光学系4のZ軸方向の位置(ジェットノズル18の軸線方向の位置)を固定したまま、XY平面(ジェットノズル18の軸線に直交する平面)内、即ち、入口開口面18bに平行な平面内で、レーザー光学系4を走査する。各位置におけるレーザーの像の画像は、時々刻々コントローラ14に送られ、コントローラ14はレーザーの像の直径が最も小さくなる位置をサーチし、その位置にレーザー光学系4を移動させる(図5(a))。即ち、コントローラ14は、CCDカメラ26から送られる画像データを逐次、画像解析し、レーザーの像の直径が最も小さくなるレーザー光学系4の位置を特定し、その位置にレーザー光学系4を移動させる。   Next, in step S2, the controller 14 sends a signal to the relative movement mechanism 12 to fix the position of the laser optical system 4 in the Z-axis direction (the position of the jet nozzle 18 in the axial direction) while maintaining the XY plane (jet nozzle). The laser optical system 4 is scanned within a plane perpendicular to the axis 18), that is, within a plane parallel to the entrance opening surface 18b. The image of the laser image at each position is sent to the controller 14 from time to time, and the controller 14 searches the position where the diameter of the laser image is the smallest, and moves the laser optical system 4 to that position (FIG. 5A )). That is, the controller 14 sequentially analyzes the image data sent from the CCD camera 26, specifies the position of the laser optical system 4 where the diameter of the laser image is the smallest, and moves the laser optical system 4 to that position. .

図5(a)に示すように、レーザーの焦点がジェットノズル18の円筒形部分18aの中心軸線上にある状態では、角度θ2の範囲のレーザーのみがノズル穴を通過し、ガラス板20を透過したレーザーは、角度θ2で広がる。スクリーン24上に形成されるレーザーの像は、図5(b)に示すように、この際最も直径が小さくなる。これにより、レーザーの焦点と、ジェットノズル18の円筒形部分18aの中心軸線が整合する位置が、求められる。   As shown in FIG. 5A, in the state where the focal point of the laser is on the central axis of the cylindrical portion 18a of the jet nozzle 18, only the laser in the range of the angle θ2 passes through the nozzle hole and passes through the glass plate 20. The spread laser spreads at an angle θ2. At this time, the diameter of the laser image formed on the screen 24 is the smallest as shown in FIG. Thereby, a position where the focal point of the laser and the central axis of the cylindrical portion 18a of the jet nozzle 18 are aligned is obtained.

次に、ステップS3において、コントローラ14は、レーザー光学系4のX軸方向、Y軸方向の位置を固定したままレーザー光学系4を上昇させ、スクリーン24上に形成されるレーザーの像が最も大きくなる位置をサーチする。即ち、コントローラ14は、CCDカメラ26から送られる画像データを逐次、画像解析し、レーザーの像の直径が最も大きくなるレーザー光学系4のZ方向の位置を特定し、その位置にレーザー光学系4を移動させる。図6(a)に示すように、レーザーの焦点がジェットノズル18の入口開口面18b近傍にある場合には、レーザー光学系4から射出されるレーザー全体である角度θ3の範囲のレーザーがノズル穴を通過し、ガラス板20を透過したレーザーは角度θ3で広がる。ガラス板20を透過したレーザーは、角度θ3で広がり、スクリーン24上には図6(b)に示すように、最も直径が大きいレーザーの像が形成される。   Next, in step S3, the controller 14 raises the laser optical system 4 while fixing the positions of the laser optical system 4 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the laser image formed on the screen 24 is the largest. Search for a position. That is, the controller 14 sequentially analyzes the image data sent from the CCD camera 26, specifies the position in the Z direction of the laser optical system 4 where the diameter of the laser image is the largest, and the laser optical system 4 at that position. Move. As shown in FIG. 6A, when the focal point of the laser is in the vicinity of the inlet opening surface 18b of the jet nozzle 18, the laser in the range of the angle θ3 that is the entire laser emitted from the laser optical system 4 is injected into the nozzle hole. The laser beam that has passed through and transmitted through the glass plate 20 spreads at an angle θ3. The laser transmitted through the glass plate 20 spreads at an angle θ3, and a laser image having the largest diameter is formed on the screen 24 as shown in FIG.

しかしながら、スクリーン24上に形成されるレーザーの像の直径はレーザーの焦点が入口開口面18bの近傍にある所定の範囲でほぼ一定となる。このことは、Z方向のアライメントのずれ量とジェットノズル18を通過するレーザーの強度の関係を示す図3(c)からも明らかである。これは、図3(a)(b)に示すX軸方向、Y軸方向のアライメントのずれが、ジェットノズル18を通過するレーザーの強度に与える影響とは大きく異なるものである。   However, the diameter of the laser image formed on the screen 24 is substantially constant within a predetermined range in which the laser focus is in the vicinity of the entrance opening surface 18b. This is also apparent from FIG. 3C, which shows the relationship between the amount of misalignment in the Z direction and the intensity of the laser that passes through the jet nozzle 18. This is greatly different from the influence of the misalignment in the X-axis direction and the Y-axis direction shown in FIGS. 3A and 3B on the intensity of the laser passing through the jet nozzle 18.

図7(a)乃至(c)に示すように、この現象は、レーザーの焦点が入口開口面18b上にある図7(b)に対して、図7(a)(c)のように、焦点の位置が上下にずれた場合でも、レーザー全体がジェットノズル18を通過することができるためである。従って、スクリーン24上に形成されるレーザーの像の直径が最大になる位置に基づいて、レーザーの焦点を入口開口面18b上に精度良く位置合わせすることは困難である。   As shown in FIGS. 7A to 7C, this phenomenon is caused by the fact that the focal point of the laser is on the entrance opening surface 18b as shown in FIGS. 7A and 7C. This is because the entire laser can pass through the jet nozzle 18 even when the focus position is shifted up and down. Therefore, it is difficult to accurately align the focal point of the laser on the entrance opening surface 18b based on the position where the diameter of the laser image formed on the screen 24 is maximized.

次に、ステップS4において、コントローラ14は、レーザーの焦点とジェットノズル18の円筒形部分18aの中心軸線が整合している現在のX軸、Y軸方向の位置をメモリに記憶する。次いで、コントローラ14は、レーザーの焦点を所定のオフセット方向であるX軸方向に所定のオフセット距離移動させる。本実施形態においては、オフセット距離は、ジェットノズル18の円筒形部分18aの半径に等しく設定されている。従って、レーザーの焦点は、円筒形部分18aの円周上に移動される。なお、オフセット方向は、Y軸方向の他、入口開口面18bに平行な平面内の任意の方向に設定することができる。   Next, in step S4, the controller 14 stores in the memory the current X-axis and Y-axis positions where the laser focus and the central axis of the cylindrical portion 18a of the jet nozzle 18 are aligned. Next, the controller 14 moves the laser focus by a predetermined offset distance in the X-axis direction, which is a predetermined offset direction. In the present embodiment, the offset distance is set to be equal to the radius of the cylindrical portion 18 a of the jet nozzle 18. Accordingly, the focal point of the laser is moved on the circumference of the cylindrical portion 18a. The offset direction can be set in any direction in a plane parallel to the inlet opening surface 18b in addition to the Y-axis direction.

次に、ステップS5において、コントローラ14は、レーザー光学系4のX軸方向、Y軸方向の位置を固定したままレーザー光学系4を上昇、下降させ、スクリーン24上に形成されるレーザーの像が最も暗くなる位置をサーチする。図8(a)、(c)に示すように、レーザーの焦点がジェットノズル18の入口開口面18bよりも上又は下にある場合には、図9(a)(c)に示すようにスクリーン24上に形成されるレーザーの像は明るくなる。これに対して、図8(b)に示すように、レーザーの焦点が入口開口面18b上にある場合には、図9(b)に示すようにスクリーン24上に形成されるレーザーの像は暗くなる。   Next, in step S5, the controller 14 raises and lowers the laser optical system 4 while fixing the positions of the laser optical system 4 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and an image of the laser formed on the screen 24 is obtained. Search for the darkest position. As shown in FIGS. 8A and 8C, when the focal point of the laser is above or below the inlet opening surface 18b of the jet nozzle 18, as shown in FIGS. The image of the laser formed on 24 becomes brighter. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the focal point of the laser is on the entrance opening surface 18b, the image of the laser formed on the screen 24 as shown in FIG. Get dark.

この現象は、以下のように説明することができる。まず、ジェットノズル18を通過するレーザーの光量は、入口開口面18b上に形成されるレーザーのスポット面積のうち、円筒形部分18aと重なる部分の面積の割合が多いほど、大きくなるものと考えられる。しかしながら、実際には、ジェットノズル18から噴射される液柱の直径は、図8に想像線で示すように、縮流により円筒形部分18aの直径よりも僅かに小さくなる。このため、円筒形部分18aの周縁部(想像線の外側部分)に入射したレーザーは、液柱によって導光されないことになる。ここで、図8(a)乃至(c)を比較すると、図8(b)のようにレーザーの焦点が入口開口面18b上にあり、レーザーのスポット径が小さい場合には、円筒形部分18aの周縁部に入射するレーザー及び、円筒形部分18aの外側に入射するレーザーが多くなり、この結果、液柱によって導かれるレーザーの光量が少なくなり、スクリーン24上に形成されるレーザーの像が暗くなるものと考えられる。   This phenomenon can be explained as follows. First, it is considered that the amount of laser light passing through the jet nozzle 18 increases as the proportion of the area of the laser spot formed on the entrance opening surface 18b that overlaps the cylindrical portion 18a increases. . However, in practice, the diameter of the liquid column ejected from the jet nozzle 18 is slightly smaller than the diameter of the cylindrical portion 18a due to contraction, as indicated by an imaginary line in FIG. For this reason, the laser incident on the peripheral portion of the cylindrical portion 18a (the outer portion of the imaginary line) is not guided by the liquid column. Here, when FIGS. 8A to 8C are compared, when the focal point of the laser is on the entrance opening surface 18b and the spot diameter of the laser is small as shown in FIG. 8B, the cylindrical portion 18a. As a result, the amount of laser light incident on the peripheral portion of the laser beam and the laser beam incident on the outside of the cylindrical portion 18a increase, and as a result, the amount of laser light guided by the liquid column decreases, and the image of the laser formed on the screen 24 becomes dark. It is considered to be.

最後に、ステップS6においては、コントローラ14は、レーザー光学系4をステップS4でメモリに記憶したX軸、Y軸方向の位置に復帰させる。即ち、コントローラ14は、レーザーの焦点を、ステップS4において移動させたオフセット方向とは反対の方向に、オフセット距離だけ移動させる。これにより、図10(a)に示すように、レーザーの焦点は所定の目標焦点位置に位置合わせされる。また、この際、スクリーン24上には、図10(b)に示す像が形成される。   Finally, in step S6, the controller 14 returns the laser optical system 4 to the positions in the X axis and Y axis directions stored in the memory in step S4. That is, the controller 14 moves the focal point of the laser by an offset distance in a direction opposite to the offset direction moved in step S4. Thereby, as shown in FIG. 10A, the focus of the laser is aligned with a predetermined target focus position. At this time, an image shown in FIG. 10B is formed on the screen 24.

本発明の第1実施形態のレーザー加工装置によれば、スクリーン上のレーザーの像に基づいてレーザーの焦点が目標焦点位置に位置合わせされるので、レーザー加工ヘッドの構成を複雑化することなく、確実にレーザーのアライメント調整を行うことができる。   According to the laser processing apparatus of the first embodiment of the present invention, the focal point of the laser is aligned with the target focal position based on the laser image on the screen, so that the configuration of the laser processing head is not complicated. Laser alignment can be reliably adjusted.

また、本実施形態のレーザー加工装置によれば、スクリーンに投射されたレーザーの像がCCDカメラにより撮像されるので、撮像された画像に基づいて位置合わせを行うことができる。   Moreover, according to the laser processing apparatus of this embodiment, since the image of the laser projected on the screen is imaged by the CCD camera, alignment can be performed based on the imaged image.

さらに、本実施形態のレーザー加工装置によれば、コントローラが相対移動機構を制御して、レーザーの焦点を目標焦点位置に移動させるので、位置合わせを自動的に行うことができる。   Furthermore, according to the laser processing apparatus of the present embodiment, the controller controls the relative movement mechanism to move the laser focus to the target focus position, so that alignment can be performed automatically.

また、上述した実施形態においては、図2のステップS2の後、Z軸方向にレーザー光学系4を移動させ、レーザーの像が最も大きくなる位置をサーチした(ステップS3)が、この手順を省略することもできる。即ち、図2のステップS2を実行した後、ステップS3を実行することなく、ステップS4を実行しても良い。   In the above-described embodiment, after step S2 in FIG. 2, the laser optical system 4 is moved in the Z-axis direction to search for the position where the laser image becomes the largest (step S3), but this procedure is omitted. You can also That is, step S4 may be executed without executing step S3 after executing step S2 in FIG.

さらに、上述した実施形態においては、図2のステップS4において、所定のオフセット距離として、円筒形部分18aの半径に等しい距離レーザー光学系4を移動させたが、オフセット距離は、円筒形部分18aの半径と同程度の距離であれば良く、必ずしも半径と等しくなくても良い。   Further, in the above-described embodiment, the laser optical system 4 is moved as the predetermined offset distance by the distance equal to the radius of the cylindrical portion 18a in step S4 of FIG. 2, but the offset distance is the same as that of the cylindrical portion 18a. The distance may be approximately the same as the radius, and is not necessarily equal to the radius.

しかしながら、より確実にレーザーの焦点を位置合わせするには、図2のステップS3の手順を実行し、オフセット距離を円筒形部分18aの半径とほぼ等しくするのが良い。   However, in order to align the focal point of the laser more reliably, the procedure of step S3 in FIG. 2 may be executed so that the offset distance is substantially equal to the radius of the cylindrical portion 18a.

次に、図10乃至図16を参照して、本発明の第2実施形態によるレーザー加工装置を説明する。本実施形態のレーザー加工装置は、レーザーの焦点の位置合わせを行う手順が、上述した第1実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第1実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の点については説明を省略する。図11は、本実施形態のアライメント調整方法の原理を示す模式図である。図12は、本実施形態におけるアライメント調整方法の手順を示すフローチャートである。   Next, a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The laser processing apparatus of this embodiment differs from the first embodiment described above in the procedure for aligning the focal point of the laser. Accordingly, here, only the points of the present embodiment that are different from the first embodiment will be described, and description of similar points will be omitted. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the principle of the alignment adjustment method of the present embodiment. FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of the alignment adjustment method in the present embodiment.

本実施形態においては、ジェットノズル18の材料として、ダイヤモンド、サファイア等のレーザーを透過する硬質なものが使用される。この場合には、図11に示すように、レーザーの焦点がジェットノズル18のノズル穴から外れた場合にもレーザーはガラス板20に到達し、スクリーン24上にレーザーの像が形成される。加えて、このレーザーの像には、図11に示すような欠け100が発生する。本件発明者は、この欠け100は、ジェットノズル18のノズル穴でない部分を透過したレーザーの近傍に位置する液柱Bの影であり、レーザーの像には、ノズル穴が位置する方向に欠け100が発生することを見出した。本実施形態のアライメント調整方法は、この性質を利用したものである。   In the present embodiment, as the material of the jet nozzle 18, a hard material that transmits a laser such as diamond or sapphire is used. In this case, as shown in FIG. 11, the laser reaches the glass plate 20 even when the focus of the laser deviates from the nozzle hole of the jet nozzle 18, and a laser image is formed on the screen 24. In addition, a chip 100 as shown in FIG. 11 occurs in this laser image. The present inventors have found that the chip 100 is a shadow of the liquid column B located in the vicinity of the laser that has passed through the portion of the jet nozzle 18 that is not a nozzle hole, and the laser image has a chip 100 in the direction in which the nozzle hole is positioned. Found that occurs. The alignment adjustment method of the present embodiment uses this property.

まず、図12のステップS11においては、コントローラ14は、図11に示したような欠けが発生しているレーザーの像を形成させる。レーザーの像に欠けが発生する領域は十分に広いため、コントローラ14はレーザー光学系4を適宜移動させることにより、容易に欠けが発生している像を形成させることができる。例えば、コントローラ14が第1のオフセット位置にレーザーの焦点を移動させ、スクリーン24上に第1の像である図13(a)に示すようなレーザーの像が形成されている場合には、コントローラ14は、レーザーの焦点のX座標x1、Y座標y1、及びレーザーの像の欠けの方向α1をメモリに記憶する。この場合、ノズル穴(円筒形部分18a)の中心Cは、図13(b)に示すように、レーザーの焦点の座標(x1、y1)を通り、α1の方向に向けられた第1の直線L1上に位置する。   First, in step S <b> 11 of FIG. 12, the controller 14 forms an image of a laser having a chip as shown in FIG. 11. Since the area where the laser image is chipped is sufficiently wide, the controller 14 can easily form the image where the chip is generated by appropriately moving the laser optical system 4. For example, when the controller 14 moves the focal point of the laser to the first offset position and the laser image as shown in FIG. 13A as the first image is formed on the screen 24, the controller 14 stores the X coordinate x1 and Y coordinate y1 of the focal point of the laser and the direction α1 of the lack of the laser image in the memory. In this case, the center C of the nozzle hole (cylindrical part 18a) passes through the coordinates (x1, y1) of the focal point of the laser, as shown in FIG. 13B, and is a first straight line directed in the direction of α1. Located on L1.

さらに、コントローラ14は、第1のオフセット位置とは異なる第2のオフセット位置にレーザーの焦点を移動させ、スクリーン24上に第2の像である図14(a)に示すようなレーザーの像を形成させる。コントローラ14は、レーザーの焦点のX座標x2、Y座標y2、及びレーザーの像の欠けの方向α2をメモリに記憶する。この場合、ノズル穴(円筒形部分18a)の中心Cは、図14(b)に示すように、レーザーの焦点の座標(x2、y2)を通り、α2の方向に向けられた第2の直線L2上に位置する。   Further, the controller 14 moves the focal point of the laser to a second offset position different from the first offset position, and displays a laser image as shown in FIG. 14A as the second image on the screen 24. Let it form. The controller 14 stores the X coordinate x2, the Y coordinate y2, and the laser image chipping direction α2 in the memory. In this case, the center C of the nozzle hole (cylindrical portion 18a) passes through the laser focus coordinates (x2, y2) as shown in FIG. 14B, and is a second straight line directed in the direction of α2. Located on L2.

次いで、ステップS12において、コントローラ14は、第1のオフセット位置の座標(x1、y1)、欠けの方向α1、第2のオフセット位置の座標(x2、y2)、欠けの方向α2に基づいて、第1の直線L1と第2の直線L2の交点の座標を計算する。この計算された座標は、ノズル穴の中心Cの座標にほぼ一致するものであり、この位置を入口開口面18b内における仮の目標焦点位置とする。或いは、欠けが発生している3つ以上の像を求め、これらに対応する3本以上の直線の交点からノズル穴の中心Cの座標を計算しても良い。   Next, in step S12, the controller 14 determines the first offset position coordinates (x1, y1), the chipping direction α1, the second offset position coordinates (x2, y2), and the chipping direction α2. The coordinates of the intersection of the first straight line L1 and the second straight line L2 are calculated. The calculated coordinates substantially coincide with the coordinates of the center C of the nozzle hole, and this position is set as a temporary target focal position in the inlet opening surface 18b. Alternatively, three or more images with missing portions may be obtained, and the coordinates of the center C of the nozzle hole may be calculated from the intersection of three or more straight lines corresponding to these images.

さらに、ステップS13において、コントローラ14は、レーザー光学系4を移動させ、レーザーの焦点位置を第1の直線L1と第2の直線L2の交点に移動させる。   Further, in step S13, the controller 14 moves the laser optical system 4 to move the focal position of the laser to the intersection of the first straight line L1 and the second straight line L2.

次に、ステップS14において、コントローラ14は、レーザー光学系4のX軸方向、Y軸方向の位置を固定したままレーザー光学系4を上昇、下降させ、スクリーン24上に形成されるレーザーの像の直径を検出する。   Next, in step S <b> 14, the controller 14 raises and lowers the laser optical system 4 while fixing the positions of the laser optical system 4 in the X-axis direction and the Y-axis direction, so that the laser image formed on the screen 24 is displayed. Detect the diameter.

図15は、レーザーの焦点位置のZ方向のずれ量と、形成されるレーザーの像の直径の関係を示すグラフである。図15に示すように、スクリーン24上に形成されるレーザーの像の直径は、レーザーの焦点が入口開口面18bに一致する位置を中心として、所定の範囲でほぼ一定の大きな値になる。   FIG. 15 is a graph showing the relationship between the amount of deviation of the focal position of the laser in the Z direction and the diameter of the formed laser image. As shown in FIG. 15, the diameter of the image of the laser formed on the screen 24 becomes a substantially constant large value within a predetermined range with the position where the focal point of the laser coincides with the entrance opening surface 18b as the center.

ステップS15において、コントローラ14は、スクリーン24上に形成されるレーザーの像の直径が所定の直径D1よりも大きくなる範囲Aを計算する。次に、この範囲の中心点をレーザーの焦点が入口開口面18bに一致する位置として決定する。
最後に、ステップS16において、コントローラ14は、レーザーの焦点を入口開口面18b上で微小な距離移動させる。
In step S15, the controller 14 calculates a range A in which the diameter of the laser image formed on the screen 24 is larger than a predetermined diameter D1. Next, the center point of this range is determined as the position where the focal point of the laser coincides with the entrance opening surface 18b.
Finally, in step S16, the controller 14 moves the focal point of the laser by a minute distance on the entrance opening surface 18b.

図16は、レーザーの焦点を、円筒形部分18aの中心軸線近傍で微小距離移動させた場合におけるレーザーの像の変化を示す図である。レーザーの焦点が円筒形部分18aの中心軸線から或る程度外れている場合には、スクリーン24上に形成されるレーザーの像は、図16(a)のようにドーナツ状になる。レーザーの焦点が、図16(a)の場合よりも中心軸線に近づくと、レーザーの像は、図16(b)に示すように中央の暗い部分が減少する。さらに、レーザーの焦点が円筒形部分18aの中心軸線に一致すると、図16(c)に示すように、レーザーの像は中央に暗い部分が存在しない円形になる。   FIG. 16 is a diagram showing changes in the laser image when the focal point of the laser is moved by a minute distance in the vicinity of the central axis of the cylindrical portion 18a. When the focus of the laser is somewhat deviated from the central axis of the cylindrical portion 18a, the laser image formed on the screen 24 has a donut shape as shown in FIG. When the focal point of the laser is closer to the central axis than in the case of FIG. 16 (a), the dark portion at the center of the laser image is reduced as shown in FIG. 16 (b). Further, when the focal point of the laser coincides with the central axis of the cylindrical portion 18a, the laser image becomes a circle with no dark portion at the center, as shown in FIG.

コントローラ14は、この性質を利用して、レーザーの像が同程度のドーナツ状になる2つの点をサーチし、これらの点の中点を、レーザーの焦点が円筒形部分18aの中心軸線に一致する点として決定する。或いは、変形例として、レーザーの像がドーナツ状にならない位置を、レーザーの焦点が円筒形部分18aの中心軸線に一致する点として決定しても良い。   Using this property, the controller 14 searches for two points where the laser image has a similar donut shape, and the midpoint of these points coincides with the central axis of the cylindrical portion 18a. Decide as a point to do. Alternatively, as a modification, a position where the laser image does not become a donut shape may be determined as a point where the focal point of the laser coincides with the central axis of the cylindrical portion 18a.

本発明の第2実施形態のレーザー加工装置によれば、少なくとも2つのレーザーの像を得るだけで、レーザーの焦点をジェットノズルの軸線に一致させることができる。   According to the laser processing apparatus of the second embodiment of the present invention, the focal point of the laser can be made to coincide with the axis of the jet nozzle only by obtaining at least two laser images.

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、CCDカメラによって撮像された像が、コントローラに読み込まれ、コントローラが画像解析を行うことにより自動的にアライメント調整が行われていたが、これをレーザー加工装置の使用者が手動で行っても良い。この場合には、CCDカメラによって撮像された画像を、使用者がモニターで確認しながら相対移動機構を駆動し、上述した手順に従ってアライメント調整を行う。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above. In particular, in the above-described embodiment, the image captured by the CCD camera is read by the controller, and the controller automatically performs alignment adjustment by performing image analysis. It may be performed manually by a person. In this case, the user moves the relative movement mechanism while confirming the image captured by the CCD camera on the monitor, and performs alignment adjustment according to the above-described procedure.

或いは、CCDカメラによって撮像された画像ではなく、スクリーン上に形成された像を、使用者が確認しながらアライメント調整を行うこともできる。この場合には、スクリーン上の像を確認しやすくするために、適当な光学系を介して像を観察できるように構成することもできる。   Alternatively, the alignment adjustment can be performed while the user confirms the image formed on the screen instead of the image captured by the CCD camera. In this case, in order to make it easy to confirm the image on the screen, the image can be observed through an appropriate optical system.

また、上述した実施形態においては、アライメント装置は、レーザー加工装置の一部として構成されていたが、アライメント装置をレーザー加工装置とは別個のユニットとして構成することもできる。   In the embodiment described above, the alignment apparatus is configured as a part of the laser processing apparatus. However, the alignment apparatus may be configured as a unit separate from the laser processing apparatus.

さらに、上述した第1、第2実施形態におけるアライメント調整手順を適宜組み合わせて、アライメント調整を行うこともできる。例えば、図2のステップS1、S2により、入口開口面内におけるレーザーの焦点の位置を位置合わせした後、図12のステップS14、S15により、レーザーの焦点のZ軸方向の位置を位置合わせすることができる。   Furthermore, the alignment adjustment can be performed by appropriately combining the alignment adjustment procedures in the first and second embodiments described above. For example, after aligning the position of the laser focus in the entrance aperture plane in steps S1 and S2 of FIG. 2, the position of the laser focus in the Z-axis direction is aligned in steps S14 and S15 of FIG. Can do.

本発明の第1実施形態によるレーザー加工装置全体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the whole laser processing apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態によるレーザー加工装置において、アライメントを調整する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which adjusts alignment in the laser processing apparatus by 1st Embodiment of this invention. 各方向の位置合わせのずれ量と、ガラス板に到達するレーザーのパワーの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the shift | offset | difference amount of the alignment of each direction, and the power of the laser which reaches | attains a glass plate. (a)ジェットノズルのノズル穴を通過するレーザーの模式図、及び(b)スクリーン上に形成されるレーザーの像を示す図である。(A) The schematic diagram of the laser which passes the nozzle hole of a jet nozzle, (b) It is a figure which shows the image of the laser formed on a screen. (a)ジェットノズルのノズル穴を通過するレーザーの模式図、及び(b)スクリーン上に形成されるレーザーの像を示す図である。(A) The schematic diagram of the laser which passes the nozzle hole of a jet nozzle, (b) It is a figure which shows the image of the laser formed on a screen. (a)ジェットノズルのノズル穴を通過するレーザーの模式図、及び(b)スクリーン上に形成されるレーザーの像を示す図である。(A) The schematic diagram of the laser which passes the nozzle hole of a jet nozzle, (b) It is a figure which shows the image of the laser formed on a screen. ジェットノズルのノズル穴を通過するレーザーの模式図である。It is a schematic diagram of the laser which passes the nozzle hole of a jet nozzle. ジェットノズルのノズル穴を通過するレーザーの模式図である。It is a schematic diagram of the laser which passes the nozzle hole of a jet nozzle. スクリーン上に形成されるレーザーの像を示す図である。It is a figure which shows the image of the laser formed on a screen. (a)ジェットノズルのノズル穴を通過するレーザーの模式図、及び(b)スクリーン上に形成されるレーザーの像を示す図である。(A) The schematic diagram of the laser which passes the nozzle hole of a jet nozzle, (b) It is a figure which shows the image of the laser formed on a screen. 本発明の第2実施形態におけるアライメント調整方法の原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principle of the alignment adjustment method in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態におけるアライメント調整方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the alignment adjustment method in 2nd Embodiment of this invention. (a)スクリーン上に形成されるレーザーの第1の像、及び(b)レーザーの焦点の座標とノズル穴の位置関係を示す図である。(A) The 1st image of the laser formed on a screen, (b) It is a figure which shows the coordinate of the focus of a laser, and the positional relationship of a nozzle hole. (a)スクリーン上に形成されるレーザーの第2の像、及び(b)レーザーの焦点の座標とノズル穴の位置関係を示す図である。(A) The 2nd image of the laser formed on a screen, (b) It is a figure which shows the coordinate relationship of the focus of a laser, and the positional relationship of a nozzle hole. レーザーの焦点位置のZ方向のずれ量と、形成されるレーザーの像の直径の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the deviation | shift amount of the Z direction of the focus position of a laser, and the diameter of the image of the laser formed. レーザーの焦点を、ノズル穴の中心軸線近傍で微小距離移動させた場合におけるレーザーの像の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the image of a laser when the focus of a laser is moved a minute distance near the center axis line of a nozzle hole.

符号の説明Explanation of symbols

1 本発明の第1実施形態によるレーザー加工装置
2 レーザー加工ヘッド
4 レーザー光学系
6 レーザー光源
8 加圧ポンプ
10 アライメント装置
12 相対移動機構
14 コントローラ
16 ヘッド本体部
16a 液体供給チャンバ
16b 液体供給通路
16c 窓部材
18 ジェットノズル
18a 円筒形部分
18b 入口開口面
20 ガラス板(透光板)
22 ミラー
24 スクリーン(受光部材)
26 CCDカメラ(撮像手段)
100 欠け
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus by 1st Embodiment of this invention 2 Laser processing head 4 Laser optical system 6 Laser light source 8 Pressure pump 10 Alignment apparatus 12 Relative movement mechanism 14 Controller 16 Head main-body part 16a Liquid supply chamber 16b Liquid supply channel 16c Window Member 18 Jet nozzle 18a Cylindrical portion 18b Entrance opening surface 20 Glass plate (translucent plate)
22 mirror 24 screen (light receiving member)
26 CCD camera (imaging means)
100 chip

Claims (12)

液体噴流により導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置であって、
液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルと、
上記液柱内にレーザーを集光させるレーザー光学系と、
上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口部に対する所定の目標焦点位置に位置合わせできるように、上記ジェットノズルと上記レーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構と、
上記ジェットノズルから噴射された液柱及びレーザーを受ける透光板と、
この透光板を透過したレーザーが投射されるように配置され、投射されたレーザーの像に基づいて、上記レーザーの焦点を位置合わせするための受光部材と、
を有することを特徴とするレーザー加工装置。
A laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided by a liquid jet,
A jet nozzle that ejects liquid to form a liquid column;
A laser optical system for condensing the laser in the liquid column;
A relative movement mechanism that relatively moves the jet nozzle and the laser focus so that the focus of the laser can be aligned with a predetermined target focus position with respect to the inlet opening of the jet nozzle;
A liquid column ejected from the jet nozzle and a translucent plate for receiving a laser;
A light receiving member that is arranged so that a laser that has passed through the light transmitting plate is projected, and based on the image of the projected laser, and for aligning the focal point of the laser;
A laser processing apparatus comprising:
さらに、上記受光部材に投射されたレーザーの像を撮像する撮像手段を有する請求項1記載のレーザー加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising an imaging unit that captures an image of a laser projected on the light receiving member. さらに、上記撮像手段によって撮像された画像に基づいて上記相対移動機構を制御して、上記レーザーの焦点を上記目標焦点位置に移動させるアライメント制御手段を有する請求項2記載のレーザー加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 2, further comprising an alignment control unit that controls the relative movement mechanism based on an image captured by the imaging unit and moves the focal point of the laser to the target focal position. 上記アライメント制御手段は、
(a)上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線に直交する平面内で移動させ、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線上に移動させるステップと、
(b)上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線方向に移動させ、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口面上に移動させるステップと、
を実行するように構成されている請求項3記載のレーザー加工装置。
The alignment control means includes
(A) moving the focal point of the laser in a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle, and moving the focal point of the laser on the axis of the jet nozzle;
(B) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle, and moving the focal point of the laser onto the inlet opening surface of the jet nozzle;
The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the laser processing apparatus is configured to execute the following.
上記ステップ(a)は、
(a1)上記ジェットノズルの入口開口面上に形成されるレーザーのスポット径が上記ジェットノズルの直径よりも大きくなるように、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、
(a2)上記レーザーの像が最も小さくなるように、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線に直交する平面内で移動させるステップと、
を有する請求項4記載のレーザー加工装置。
Step (a) above is
(A1) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle so that the spot diameter of the laser formed on the inlet opening surface of the jet nozzle is larger than the diameter of the jet nozzle;
(A2) moving the focal point of the laser in a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle so that the image of the laser is minimized;
The laser processing apparatus of Claim 4 which has these.
上記ジェットノズルはレーザーを透過する材料で構成されており、上記ステップ(a)は、
(a1)上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口から外れた第1オフセット位置に移動させ、上記受光部材上に上記液柱の方向が欠けた第1の像を形成させるステップと、
(a2)上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口から外れた、上記第1オフセット位置とは異なる第2オフセット位置に移動させ、上記受光部材上に上記液柱の方向が欠けた第2の像を形成させるステップと、
(a3)上記第1オフセット位置を通り、上記第1の像の欠けの方向に向けられた第1の直線と、上記第2オフセット位置を通り、上記第2の像の欠けの方向に向けられた第2の直線との交点を求め、その交点の位置に上記レーザーの焦点を移動させるステップと、
を有する請求項4記載のレーザー加工装置。
The jet nozzle is made of a material that transmits laser, and the step (a) includes:
(A1) moving the focal point of the laser to a first offset position off the entrance opening of the jet nozzle to form a first image lacking the liquid column direction on the light receiving member;
(A2) The second focal point where the direction of the liquid column is missing on the light receiving member is moved to a second offset position different from the first offset position, which is deviated from the inlet opening of the jet nozzle. Forming an image; and
(A3) A first straight line passing through the first offset position and directed in the direction of chipping of the first image and a second straight line passing through the second offset position and directed toward the direction of chipping of the second image. Determining an intersection with the second straight line, and moving the laser focus to the position of the intersection;
The laser processing apparatus of Claim 4 which has these.
上記ステップ(b)は、
(b1)上記レーザーの焦点を、上記ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、所定のオフセット方向に所定のオフセット距離移動させるステップと、
(b2)上記レーザーの像が最も暗くなるように、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、
(b3)上記レーザーの焦点を、上記ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、上記オフセット方向の反対方向に上記オフセット距離移動させるステップと、
を有する請求項4乃至6の何れか1項に記載のレーザー加工装置。
Step (b) above
(B1) moving the focal point of the laser within a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle and a predetermined offset distance in a predetermined offset direction;
(B2) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle so that the image of the laser is darkest;
(B3) moving the focal point of the laser within the plane orthogonal to the axis of the jet nozzle in the direction opposite to the offset direction, the offset distance;
The laser processing apparatus according to any one of claims 4 to 6, comprising:
上記オフセット距離は、上記ジェットノズルのノズル穴の半径とほぼ等しい請求項7記載のレーザー加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 7, wherein the offset distance is substantially equal to a radius of a nozzle hole of the jet nozzle. 上記ステップ(b)は、
(b1)上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線方向に移動させ、上記レーザーの像が所定の直径よりも大きくなる範囲を求めるステップと、
(b2)求められた上記範囲の中間の点に、上記レーザーの焦点を移動させるステップと、
を有する請求項4乃至6の何れか1項に記載のレーザー加工装置。
Step (b) above
(B1) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle to obtain a range in which the laser image is larger than a predetermined diameter;
(B2) moving the focal point of the laser to an intermediate point in the determined range;
The laser processing apparatus according to any one of claims 4 to 6, comprising:
請求項1又は2記載のレーザー加工装置の、上記レーザーの焦点を位置合わせする方法であって、
(a)上記ジェットノズルの入口開口面上に形成されるレーザーのスポット径が上記ジェットノズルの直径よりも大きくなるように、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、
(b)上記レーザーの像が最も小さくなるように、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線に直交する平面内で移動させるステップと、
(c)上記レーザーの焦点を、上記ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、所定のオフセット方向に所定のオフセット距離移動させるステップと、
(d)上記レーザーの像が最も暗くなるように、上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線方向に移動させるステップと、
(e)上記レーザーの焦点を、上記ジェットノズルの軸線に直交する平面内で、上記オフセット方向の反対方向に上記オフセット距離移動させるステップと、
を有することを特徴とするアライメント調整方法。
A method of aligning the focus of the laser of the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
(A) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle so that the spot diameter of the laser formed on the inlet opening surface of the jet nozzle is larger than the diameter of the jet nozzle;
(B) moving the focal point of the laser in a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle so that the image of the laser is minimized;
(C) moving the focal point of the laser in a predetermined offset direction within a plane perpendicular to the axis of the jet nozzle; and
(D) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle so that the image of the laser is darkest;
(E) moving the focal point of the laser in the plane perpendicular to the axis of the jet nozzle in the direction opposite to the offset direction, the offset distance;
An alignment adjustment method characterized by comprising:
請求項1又は2記載のレーザー加工装置の、上記レーザーの焦点を位置合わせする方法であって、
(a)上記レーザーの焦点を、レーザーを透過する材料で構成された上記ジェットノズルの入口開口から外れた第1オフセット位置に移動させ、上記受光部材上に上記液柱の方向が欠けた第1の像を形成させるステップと、
(b)上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの入口開口から外れた、上記第1オフセット位置とは異なる第2オフセット位置に移動させ、上記受光部材上に上記液柱の方向が欠けた第2の像を形成させるステップと、
(c)上記第1オフセット位置を通り、上記第1の像の欠けの方向に向けられた第1の直線と、上記第2オフセット位置を通り、上記第2の像の欠けの方向に向けられた第2の直線との交点を求め、その交点の位置に上記レーザーの焦点を移動させるステップと、
(d)上記レーザーの焦点を上記ジェットノズルの軸線方向に移動させ、上記レーザーの像が所定の直径よりも大きくなる範囲を求めるステップと、
(e)求められた上記範囲の中間の点に、上記レーザーの焦点を移動させるステップと、
を有することを特徴とするアライメント調整方法。
A method of aligning the focus of the laser of the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
(A) The focal point of the laser is moved to a first offset position deviated from an inlet opening of the jet nozzle made of a material that transmits the laser, and a first direction in which the direction of the liquid column is missing on the light receiving member. Forming an image of
(B) The second focus position is shifted from the inlet opening of the jet nozzle to a second offset position different from the first offset position, and the direction of the liquid column is missing on the light receiving member. Forming an image; and
(C) a first straight line passing through the first offset position and directed in the direction of chipping of the first image, and passing through the second offset position and directed toward the direction of chipping of the second image. Determining an intersection with the second straight line, and moving the laser focus to the position of the intersection;
(D) moving the focal point of the laser in the axial direction of the jet nozzle to determine a range in which the laser image is larger than a predetermined diameter;
(E) moving the focus of the laser to an intermediate point in the determined range;
An alignment adjustment method characterized by comprising:
液体を噴射して液柱を形成するジェットノズル、上記液柱内にレーザーを集光させるレーザー光学系、及び上記ジェットノズルと上記レーザーの焦点を相対的に移動させる相対移動機構を備えた、液体噴流により導かれたレーザーにより被加工物を加工するレーザー加工装置において、上記レーザーの焦点を位置合わせするアライメント装置であって、
上記ジェットノズルから噴射された液柱及びレーザーを受ける透光板と、
この透光板を透過したレーザーが投射されるように配置され、投射されたレーザーの像に基づいて、上記レーザーの焦点を位置合わせするための受光部材と、
を有することを特徴とするアライメント装置。
A liquid comprising a jet nozzle that ejects a liquid to form a liquid column, a laser optical system that focuses a laser in the liquid column, and a relative movement mechanism that relatively moves the focal point of the jet nozzle and the laser In a laser processing apparatus for processing a workpiece by a laser guided by a jet, an alignment apparatus for aligning the focal point of the laser,
A liquid column ejected from the jet nozzle and a translucent plate for receiving a laser;
A light receiving member that is arranged so that a laser that has passed through the light transmitting plate is projected, and based on the image of the projected laser, and for aligning the focal point of the laser;
An alignment apparatus comprising:
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