JP7489664B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工装置の光学調整方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ加工装置およびレーザ加工装置の光学調整方法に関する。

特許文献１には、被加工物におけるレーザ光の進入深さを、測定光を用いて正確に測定する方法が開示されている。この測定は、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置との位置合わせをして行われる。この方法が適用されるレーザ加工装置は、射出されたレーザ光および測定光を被加工物に導くミラーやレンズなどの光学部材を備えている。

特表２０１６－５３８１３４号公報

上述したレーザ加工装置においては、レーザ光の出力が比較的高いために、レーザ光による加工中に、光学部材を固定する部材が熱変形する。このような状態下で、被加工物におけるレーザ光の照射位置および測定光の照射位置を変化させると、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置とがずれる。ひいては、レーザ光の照射位置を精度良く測定することができない。

本開示は、上述した課題を解決するもので、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置との位置合わせを高精度に実現するレーザ加工装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本開示におけるレーザ加工装置は、被加工物を加工するためのレーザ光を射出するレーザ光射出部と、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置を測定するための測定光を射出する測定光射出部と、前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出部と、前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる光路変化部と、加工点の深さを測定する測定部とを備え、前記光路変化部は、前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とが合ったときにおける、前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる。

また、前記目的を達成するために、本開示におけるレーザ加工装置の光学調整方法は、被加工物にレーザ光を射出するレーザ光射出部、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置を測定するための測定光を射出する測定光射出部、および、加工点の深さを測定する測定部を備えるレーザ加工装置の光学調整方法であって、前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、前記測定光との照射位置とが合っているときに、前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出ステップと、前記相対位置導出ステップにより導出された相対位置と、前記相対位置導出ステップの後に導出された相対位置とに基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる。

本開示によれば、被加工物におけるレーザ光の照射位置と測定光の照射位置との位置合わせを高精度に実現することができる。

本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置を示す概要図 相対位置導出部が加工光の光軸に対する測定光の光軸の相対位置を導出するときの状態を示す図 制御装置が実行するプログラムのフローチャート １回目の光学調整において、撮像素子における加工光の照射位置および測定光の照射位置を示す図 ２回目以降の光学調整において、撮像素子における加工光の照射位置および測定光の照射位置を示す図 本開示の実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置において、２回目以降の光学調整が行われている状態を示す図 本開示の実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置において、１回目以降の光学調整が行われている状態を示す図

以下、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置１について、図面を用いて説明する。なお、図１における上側および下側をそれぞれレーザ加工装置１の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれレーザ加工装置１の左方および右方とし、同じく紙面手前側および紙面奥側をレーザ加工装置１の前方および後方として説明する。

レーザ加工装置１は、加工ヘッド２、計測部３、計測処理部４、レーザ発振器５を備えている。計測部３は、「測定光射出部」の一例である。計測処理部４は、「測定部」の一例である。レーザ発振器５は、「レーザ光射出部」の一例である。

加工ヘッド２には、被加工物Ｗを加工するためのレーザ光である加工光ＬＢが入力される。加工ヘッド２は、入力された加工光ＬＢを加工ヘッド２の下方に配置された被加工物Ｗに照射する。また、加工ヘッド２には、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置を測定するための測定光ＭＢが入力される。加工ヘッド２は、入力された測定光ＭＢを被加工物Ｗに照射する。

計測部３は、例えば、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）測定用の光干渉計である。計測部３は、ＯＣＴ測定用のレーザ光を測定光ＭＢとして射出する。測定光ＭＢの波長は、例えば１３００ｎｍである。射出された測定光ＭＢは、測定光導入口６から加工ヘッド２へ入力され、下方に向けて進む。

レーザ発振器５は、加工光ＬＢを発振する。発振された加工光ＬＢは、測定光導入口６の左方に配置された加工光導入口７から加工ヘッド２へ入力され、下方に向けて進む。加工光ＬＢは、例えばＹＡＧレーザまたはファイバーレーザである。加工光ＬＢの波長は、測定光ＭＢの波長と異なり、例えば１０６４ｎｍである。加工ヘッド２内における加工光導入口７の下方には、第１ミラー８および第１レンズ９が配置されている。第１レンズ９は、「レンズ」の一例である。

加工光導入口７から入力された加工光ＬＢは、第１ミラー８を透過する。第１ミラー８は、ダイクロイックミラーである。第１ミラー８は、加工光ＬＢの波長の光を透過し、測定光ＭＢの波長の光を反射する特性を有する。

さらに、加工光ＬＢは、第１レンズ９によって収束され、被加工物Ｗの加工面Ｓにおける加工点ＷＰに集められる。これにより、加工点ＷＰがレーザ加工される。このとき、加工点ＷＰでは、被加工物Ｗが溶融し、溶融池Ｍが形成される。また、溶融池Ｍにおいては溶融金属が蒸発し、蒸発によって生じる蒸気の圧力によってキーホールＨが形成される。

測定光導入口６から入力された測定光ＭＢは、測定光導入口６の下方に配置されたコリメートレンズ１０によって平行光に変換される。さらに、測定光ＭＢは、コリメートレンズ１０の下方に配置された第２ミラー１１によって、加工光ＬＢの光路上に配置された第１ミラー８に向けて反射される。続けて、測定光ＭＢは、第１ミラー８によって、加工点ＷＰに向けて反射される。第１ミラー８および第２ミラー１１は、「ミラー」に相当する。

また、第２ミラー１１には、角度調整機構（不図示）が配置されている。角度調整機構は、第２ミラー１１の角度を変更するものである。角度調整機構が第２ミラー１１の角度を変更することで、第２ミラー１１は、測定光ＭＢの光路を変化させる。第２ミラー１１は、「光路変化部」の一例である。

さらに、測定光ＭＢは、第１レンズ９によって収束され、加工点ＷＰに向けて進む。後述するように第２ミラー１１の角度が調整されることによって、測定光ＭＢは、加工点ＷＰに形成されたキーホールＨの最下点に照射される。

続けて、測定光ＭＢは、キーホールＨの最下点にて反射して、測定光ＭＢの光路を遡って計測部３に到達する。計測部３は、反射した測定光ＭＢの光路長と射出した測定光ＭＢの光路長との差によって生じる干渉に基づいて、光干渉強度信号を生成する。

計測処理部４は、計測部３によって生成された光干渉強度信号に基づいて、キーホールＨの深さ、すなわち加工点ＷＰの溶け込み深さを計測する。溶け込み深さとは、キーホールＨの最下点と、加工面Ｓとの間の距離である。

また、レーザ加工装置１は、相対位置導出部２０および制御装置３０をさらに備えている。

相対位置導出部２０は、加工光ＬＢの光軸に対する測定光ＭＢの光軸の相対位置を導出するものである。相対位置導出部２０は、第１ミラー８と第１レンズ９との間に配置されている。相対位置導出部２０は、反射部２１、ビーム終端器２２、第２レンズ２３、および、受光部２４を備えている。

反射部２１およびビーム終端器２２は、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢの光路上から外れた第１位置Ｐ１（図１）と、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢの光路上に位置する第２位置Ｐ２（図２）との間を移動可能に構成されている。第２レンズ２３および受光部２４は、反射部２１の左方に配置されている。

反射部２１は、第２位置Ｐ２に位置した場合に、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢを第２レンズ２３に向けて反射するミラーである。また、反射部２１は、加工光ＬＢの波長の光を反射光および透過光に分け、かつ、測定光ＭＢの波長の光を全反射する特性を有する。反射部２１の加工光ＬＢの反射率は、所定値となるように設定されている。所定値は、受光部２４に照射される加工光ＬＢの反射光の強さが所定の範囲内となる値である。所定の範囲は、下限値が測定光ＭＢの強さよりも小さく、上限値が測定光ＭＢの強さよりも大きい範囲であり、かつ、受光部２４が受光可能な強さの範囲である。

例えば、定格出力が１ｋＷ以上のファイバーレーザが加工光ＬＢに選定された場合、加工光ＬＢの最小出力は、１００Ｗ程度である。一方、測定光ＭＢとしてＯＣＴ用光源を用いた場合の測定光ＭＢの出力は、数１０ｍＷ程度である。よって、１００Ｗの加工光ＬＢを数１０ｍＷの測定光ＭＢと同じオーダー（数１０ｍＷ）の出力まで低減させるためには、反射部２１の加工光ＬＢ反射率を、０．１％以下に設定することが望ましい。なお、測定光ＭＢは減衰する必要がないため、反射部２１の測定光ＭＢの反射率は、９０％以上に設定することが望ましい。

また、受光部２４に加工光ＬＢを照射する場合における加工光ＬＢの出力は、レーザ発振器５の定格出力の１０％以上の出力に設定することが望ましい。特にレーザ発振器５がファイバーレーザである場合において、加工光ＬＢの出力が定格出力の１０％未満であると、加工光ＬＢの発振状態が不安定になり、受光部２４における加工光ＬＢの照射位置ＬＰの精度が低下するためである。

ビーム終端器２２は、第２位置Ｐ２において、反射部２１を透過した透過光を受けて、透過光を終端するものである。

第２レンズ２３は、反射光および測定光ＭＢを収束させるものである。収束された反射光および測定光ＭＢは、受光部２４に向けて進む。

受光部２４は、反射光および測定光ＭＢを受けるものである。受光部２４は、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢの波長に対して感度を有する２次元撮像素子である。受光部２４は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｅｃｔｏｒ）もしくはＩｎＧａＡｓ（ヒ化インジウムガリウム）などの素子を有した市販の産業用カメラ、または、２次元ビームプロファイラである。

受光部２４における反射光および測定光ＭＢを受ける受光面にて、収束された反射光および測定光ＭＢの焦点が位置するように、第２レンズ２３の形状および受光部２４と第２レンズ２３との距離が設定されている。

制御装置３０は、レーザ加工装置１を統括制御するコンピュータである。制御装置３０は、角度調整機構を制御して、第２ミラー１１の角度を調整する。

次に、上述したレーザ加工装置１の動作および制御装置３０が実行するプログラムについて、図３のフローチャートを用いて説明する。このプログラムは、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とを合わせる光学調整を行うものである。反射部２１およびビーム終端器２２が第１位置Ｐ１に位置している状態（図１）から説明する。

制御装置３０は、Ｓ１００にて、今回の光学調整が１回目の光学調整であるか否かを判定する。後述する受光部２４における加工光ＬＢの照射位置ＬＰに対する測定光ＭＢの照射位置ＭＰである相対位置Ｒが制御装置３０に記憶されていない場合、今回の光学調整は、１回目の光学調整である。この場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、制御装置３０は、Ｓ１０２にて、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とを合わせる。

具体的には、制御装置３０は、光学調整を行うために用意された調整用の被加工物（不図示）の加工面に加工光ＬＢを照射して微小穴を形成する。続けて、制御装置３０は、第２ミラー１１の角度を調整して測定光ＭＢの光路を変化させながら測定光ＭＢにより微小穴を走査し、微小穴の最下点すなわち測定光ＭＢの光路長さが最長となる位置を、計測処理部４の計測結果から導出する。微小穴の最下点は加工光ＬＢの照射位置に相当する。制御装置３０は、第２ミラー１１の角度を調整し、測定光ＭＢの照射位置を微小穴の最下点に合わせることにより、調整用の被加工物における加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢとの照射位置とを合わせる。これにより、実際の被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢとの照射位置とが合う。

続けて、制御装置３０は、Ｓ１０４にて、反射部２１およびビーム終端器２２を第２位置Ｐ２に移動させる（図２）。加工光ＬＢの透過光は、ビーム終端器２２によって終端される。一方、加工光ＬＢの反射光および測定光ＭＢは、反射部２１によって反射され、第２レンズ２３によって収束されて、受光部２４に照射される。

このとき、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とが合っているにも関わらず、受光部２４における反射光の照射位置ＬＰと測定光ＭＢの照射位置ＭＰは合っていない（図４）。これは、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とが合っていても、加工光ＬＢと測定光ＭＢとは上述したように波長が異なるため、第１レンズ９の色収差の影響により、加工光ＬＢの光軸と測定光ＭＢの光軸とは合っていないためである。さらに、受光部２４に照射される加工光ＬＢである反射光および測定光ＭＢは、第１レンズ９とは色収差が異なる第２レンズ２３によって収束される。これらのため、受光部２４における反射光の照射位置ＬＰと測定光ＭＢの照射位置ＭＰは合っていない。

しかしながら、このときの受光部２４における加工光ＬＢの反射光の照射位置ＬＰに対する測定光ＭＢの照射位置ＭＰである相対位置（つまり、反射光の照射位置ＬＰと測定光ＭＢの照射位置ＭＰのずれ）Ｒは、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とが合っているときの受光部２４における相対位置Ｒである。

相対位置Ｒは、受光部２４によって測定される。なお、受光部２４における相対位置Ｒは、加工光ＬＢの光軸に対する測定光ＭＢの光軸の相対位置と相関関係を有する。すなわち、受光部２４は、加工光ＬＢの光軸に対する測定光ＭＢの光軸の相対位置を間接的に導出する。受光部２４の測定結果は、制御装置３０に出力される。

制御装置３０は、Ｓ１０６にて、受光部２４の測定結果から、このときの受光部２４における反射光の照射位置ＬＰに対する測定光ＭＢの照射位置ＭＰである相対位置Ｒを、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とが合っているときの受光部２４における相対位置Ｒとして導出して、記憶する。

続けて、制御装置３０は、Ｓ１０８にて、反射部２１およびビーム終端器２２を第１位置Ｐ１に移動させてプログラムを終了する。この後、被加工物Ｗの加工を行う。制御装置３０は、加工中において光学調整を行うために、所定のタイミング（例えば所定時間（１０秒間）毎）にプログラムを実行する。

制御装置３０は、再度プログラムを開始すると、Ｓ１００にて、今回の光学調整が１回目の光学調整であるか否かを判定する。上述した相対位置Ｒが制御装置３０に記憶されている場合、今回の光学調整は２回目以降の光学調整である。この場合（Ｓ１００にてＮＯ）、制御装置３０は、Ｓ１１０にて、反射部２１及びビーム終端器２２を第２位置Ｐ２に移動させる（図２）。これにより、上述したように、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢは、反射部２１によって反射され、第２レンズ２３によって収束されて、受光部２４に照射される。

このとき、受光部２４における加工光ＬＢの反射光の照射位置ＬＰおよび測定光ＭＢの照射位置ＭＰ（調整前の測定光ＭＢの照射位置ＭＰ）は、１回目の光学調整したときから変位している（図５）。つまり、受光部２４における相対位置Ｒは、制御装置３０によって導出された相対位置Ｒと異なっている。

これは、加工光ＬＢが比較的高出力であるため、加工ヘッド２の構成部材ひいては構成部材を固定する固定部材の温度が上昇することにより、固定部材の熱変形ひいては構成部材の変位が発生して、加工光ＬＢの光路および測定光ＭＢの光路が変化するからである。なお、このとき、反射部２１およびビーム終端器２２が第１位置Ｐ１に位置する場合には、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢの第１レンズ９への入射角度、ひいては、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置および測定光ＭＢの照射位置も変位している。

続けて、制御装置３０は、Ｓ１１２にて、導出された相対位置Ｒに基づいて、受光部２４における相対位置Ｒを調整する。具体的には、受光部２４における相対位置Ｒが、導出された相対位置Ｒとなるように、制御装置３０は、第２ミラー１１の角度を調整して、測定光ＭＢの光路を変化させることにより、受光部２４における測定光ＭＢの照射位置ＭＰを変位させる。これにより、受光部２４における反射光の照射位置ＬＰに対する調整後の測定光ＭＢの照射位置ＭＰである調整後の相対位置Ｒは、導出された相対位置Ｒと一致する（図５）。

さらに、制御装置３０は、Ｓ１０８にて反射部２１およびビーム終端器２２を第１位置Ｐ１に移動させる。これにより、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢが被加工物Ｗに照射される。このとき、受光部２４における相対位置Ｒが調整されたため、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置は合っている。

このように、２回目以降の光学調整においては、測定光ＭＢにより微小穴を走査することなく被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とを合わせることができるため、制御装置３０は、簡便に光学調整をすることができる。また、測定光ＭＢを走査させて微小穴の最下点に対応する測定光ＭＢの照射位置を導出する場合に比べて、受光部２４における加工光ＬＢの照射位置ＬＰに対する測定光ＭＢの照射位置ＭＰを導出する場合の方が、制御装置３０は、加工光ＬＢの照射位置に対する測定光ＭＢの照射位置を高精度に導出できる。よって、制御装置３０は、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置を高精度に合わせることができる。さらに、２回目の光学調整においては、調整用の被加工物を準備しなくてもよい。

上述した実施の形態によれば、レーザ加工装置１は、被加工物Ｗに加工光ＬＢを射出するレーザ発振器５と、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置を測定するための測定光ＭＢを射出する計測部３と、加工光ＬＢの光軸に対する測定光ＭＢの光軸の相対位置を導出する相対位置導出部２０と、相対位置導出部２０によって導出された相対位置Ｒに基づいて、測定光ＭＢの光路を変化させる第２ミラー１１と、を備えている、

これによれば、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置との位置合わせを簡便に、かつ、高精度に実現することができる。

また、レーザ加工装置１は、測定光ＭＢを被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置に向けて反射させる第１ミラー８および第２ミラー１１と、第１ミラー８および第２ミラー１１と被加工物Ｗとの間に配置され、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢを被加工物Ｗに収束させる第１レンズ９と、をさらに備えている。相対位置導出部２０は、第１ミラー８および第２ミラー１１と第１レンズ９との間に配置されている。

これによれば、相対位置導出部２０は、第１ミラー８および第２ミラー１１の変位によって生じた測定光ＭＢの光路の変化の影響を含めて、加工光ＬＢの光軸に対する測定光ＭＢの光軸の相対位置を導出することができる。

また、相対位置導出部２０は、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢを、被加工物Ｗに向かう方向以外の方向に向けて反射させる反射部２１と、反射部２１によって反射された加工光ＬＢおよび測定光ＭＢを受ける受光部２４と、を備えている。受光部２４における加工光ＬＢの照射位置ＬＰおよび測定光ＭＢの照射位置ＭＰに基づいて相対位置Ｒを導出する。

これによれば、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置との位置合わせを、より簡便に、かつ、より高精度に実現することができる。

また、反射部２１の加工光ＬＢの反射率は、所定値以下となるように設定されている。

これによれば、受光部２４に照射される反射光の強さおよび測定光ＭＢの強さを所定の範囲内にできるため、複数の受光部２４を用いずに、一つの受光部２４を用いて、反射光の照射位置ＬＰに対する測定光ＭＢの照射位置ＭＰを簡便に導出できる。なぜなら、反射光の強さおよび測定光ＭＢの強さの一方が所定範囲から外れている場合、それぞれの強さに対応する受光部２４が必要となるからである。

また、レーザ加工装置１は、加工点ＷＰの深さを測定する計測処理部４をさらに備えている。第２ミラー１１は、計測処理部４によって測定された加工点ＷＰの深さに基づいて、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢとの照射位置と合わせるように、測定光ＭＢの光路を変化させ、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢとの照射位置とが合ったきにおける、相対位置導出部２０によって導出された相対位置Ｒに基づいて、測定光ＭＢの光路を変化させる。

これによれば、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置との位置合わせを、より確実に高精度に実現することができる。

また、計測処理部４は、被加工物Ｗが測定光ＭＢを反射した光と、測定光ＭＢとが干渉することにより生じる波形に基づいて測定光ＭＢの光路の長さを測定する干渉計である。

これによれば、レーザ加工装置１は、被加工物Ｗにおける測定光ＭＢの照射位置を精度よく導出することができる。

なお、本開示は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、図３に示すフローチャートは、制御装置３０が実行するプログラムとして説明したが、図３のフローチャートの各ステップをレーザ加工装置１の使用者が実行するようにしてもよい。この場合、制御装置３０には、受光部２４における相対位置Ｒを表示する表示部（不図示）、並びに、反射部２１およびビーム終端器２２の位置の切替、および、第２ミラー１１の角度の調整を、使用者が実行するための操作部（不図示）を備えている。

また、受光部２４における相対位置Ｒは、受光部２４における測定光ＭＢの照射位置ＭＰを変位させることで調整されているが、これに代えて、受光部２４における反射光の照射位置ＬＰを変位させることで調整してもよい。この場合、例えば、加工光導入口７に角度調整機構が配置されて、制御装置３０は、この角度調整機構を制御して、加工光ＬＢの光路を変化させてもよい。なお、第２ミラー１１および加工光導入口７の両方に角度調整機構が配置されて、制御装置３０は、両方の角度調整機構を制御して、加工光ＬＢの光路および測定光ＭＢの光路を変化させて、受光部２４における相対位置Ｒを調整してもよい。また、第２ミラー１１に配置された角度調整機構は、測定光導入口６に配置されてもよい。さらに、それぞれの角度調整機構は、制御装置３０によって制御されてもよいし、手動式であってもよい。

また、上述した実施の形態において、相対位置導出部２０は反射部２１を１つ備えているが、複数備えてもよい。この場合、図６に示すように、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を移動する第１の反射部２１ａと、第１の反射部２１ａが反射した反射光および測定光ＭＢを第２レンズ２３および受光部２４に向けて反射する第２の反射部２１ｂと、を備えてもよい。また、この場合、ビーム終端器２２は、反射部２１の個数に対応するように複数備える。第１の反射部２１ａから透過した透過光は、第１のビーム終端器２２ａによって終端される。第２の反射部２１ｂを透過した透過光は、第２のビーム終端器２２ｂによって終端される。このように、複数の反射部２１を備えることで、加工光ＬＢの強さと測定光ＭＢの強さとが比較的大きい場合であっても、反射光の強さおよび測定光ＭＢの強さを所定の範囲内に調整することができる。

また、反射部２１は加工光ＬＢを透過光と反射光に分けるミラーを用いているが、これに加えて、加工光ＬＢを全反射するミラーを備えてもよい。この場合、ビーム終端器２２を備えなくてもよい。

また、上述した実施の形態において、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢは、反射部２１を反射して第２レンズ２３を透過してから受光部２４に照射される。これに代えて、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢは、第２レンズ２３を透過して、反射部２１によって反射してから、受光部２４に照射されてもよい。この場合、第２レンズ２３が移動可能に配置される。これによれば、焦点距離が長い第２レンズ２３が選定された場合であっても、反射光および測定光ＭＢの光路が折り曲げられるため、相対位置導出部２０の大型化を抑制することができる。

また、相対位置導出部２０は、２つの受光部（不図示）によって構成されてもよい。第１の受光部は、２回目の光学調整において、加工光導入口７と第１ミラー８との間に配置され、加工光ＬＢが第１の受光部に照射される。第２の受光部は、２回目の光学調整において、コリメートレンズ１０と第２ミラー１１との間に配置され、測定光ＭＢが第２の受光部に照射される。第１の受光部に照射された加工光ＬＢの中心が、加工光の光軸に相当する。また、第２の受光部に照射された測定光の中心が測定光ＭＢの光軸に相当する。よって、制御装置３０は、第１の受光部に照射された加工光ＬＢの中心位置および第２の受光部に照射された測定光ＭＢの中心位置に基づいて、加工光ＬＢの光軸に対する測定光ＭＢの光軸の相対位置を直接導出することができる。また、この場合、制御装置３０は、測定光導入口６に配置された角度調整機構を制御することにより、測定光導入口６の角度を調整して、測定光ＭＢの光路を変化させる。

また、上述した実施の形態において、反射部２１は、板状に形成されているが、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢを反射する部位が平面状であれば、板状以外の形状でもよい。

また、相対位置導出部２０は、ビーム終端器２２を備えているが、これに代えて、透過光の強さが比較的小さい場合はビーム終端器２２を備えなくてもよい。

また、反射部２１は、測定光ＭＢを全反射しているが、これに代えて、測定光ＭＢを反射光と透過光とに分けるように反射率を設定してもよい。この場合、被加工物Ｗの加工をしながらリアルタイムに受光部２４における相対位置Ｒを導出できるため、被加工物Ｗを加工しながらリアルタイムに被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とを合わせることができる。

なお、加工点ＷＰでのビーム径が５０μｍ以下となるようなレーザ光（例えばシングルモードのファイバーレーザ）が用いられた場合、加工光ＬＢの照射位置および測定光ＭＢの照射位置の調整の精度は１０μｍ以下が要求されるが、上述したレーザ加工装置１の光学調整は、この要求精度に対応可能である。

また、１回目の光学調整は、上述したように加工点ＷＰに形成された微小穴を測定光ＭＢによって走査することで行われているが、これに代えて、図７に示すように、スリット１４１が形成された板部材１４０および加工光ＬＢの強さを検出するパワーメータ１５０を用いて行うようにしてもよい。

この場合、制御装置３０は、加工光ＬＢによりスリット１４１を走査するように加工光ＬＢの光路を変化させ、パワーメータ１５０によって加工光ＬＢの強さの変化を検出する。制御装置３０は、この検出された加工光ＬＢの強さの変化に基づいて、スリット１４１に対する加工光ＬＢの光路の相対位置を調整する。同様に、制御装置３０は、スリット１４１に対する測定光ＭＢの光路の相対位置を調整して、被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置と測定光ＭＢの照射位置とを合わせる。

また、測定光ＭＢを被加工物Ｗにおける加工光ＬＢの照射位置に向けて反射するミラーは、第１ミラー８および第２ミラー１１の２つであるが、ミラーの数がこれに限定されないことは言うまでもない。例えば、このミラーの数は２つ以上でもよい。また、測定光導入口６の配置が変更されて、ミラーの数を１つとしてもよい。この場合、例えば、第１ミラー８の右方に測定光導入口６およびコリメートレンズ１０が配置され、ミラーを第１ミラー８のみとしてもよい。なお、この場合、第１ミラー８に角度調整機構が配置されてもよい。

また、第１ミラー８は、加工光ＬＢを透過し、かつ、測定光ＭＢを反射する特性を有するが、これに代えて、測定光ＭＢを透過し、かつ、加工光ＬＢを反射する特性を有するようにしてもよい。この場合、例えば、第１ミラー８には、右方から加工光ＬＢが入射され、かつ、上方から測定光ＭＢが入射される。また、第１ミラー８は、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢの両方を反射する特性を有するようにしてもよい。この場合、例えば、第１ミラー８には、右方から加工光ＬＢおよび測定光ＭＢが入射される。このように、第１ミラーは、加工光ＬＢおよび測定光ＭＢの少なくとも一方を被加工物Ｗに向けて反射する。

本開示のレーザ加工装置およびレーザ加工装置の光学調整方法は、レーザ溶接機、レーザ表面処理装置などのレーザ光を用いた装置に利用可能である。

１ レーザ加工装置
２ 加工ヘッド
３ 計測部（測定光射出部）
４ 計測処理部（測定部）
５ レーザ発振器（レーザ光射出部）
６ 測定光導入口
７ 加工光導入口
８ 第１ミラー（ミラー）
９ 第１レンズ（レンズ）
１０ コリメートレンズ
１１ 第２ミラー（光路変更部、ミラー）
２０ 相対位置導出部
２１ 反射部
２２ ビーム終端器
２３ 第２レンズ
２４ 受光部
３０ 制御装置
ＬＢ 加工光
ＬＰ 受光部における加工光の照射位置
ＭＢ 測定光
ＭＰ 受光部における測定光の照射位置
Ｒ 相対位置
Ｗ 被加工物

Claims (7)

1. 被加工物を加工するためのレーザ光を射出するレーザ光射出部と、
   前記被加工物における前記レーザ光の照射位置を測定するための測定光を射出する測定光射出部と、
   前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出部と、
   前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる光路変化部と、
   加工点の深さを測定する測定部とを備え、
   前記光路変化部は、
   前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、
   前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とが合ったときにおける、前記相対位置導出部によって導出された前記相対位置に基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる、
   レーザ加工装置。
2. 前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方を前記被加工物に向けて反射させるミラーと、
   前記ミラーと前記被加工物との間に配置され、前記レーザ光および前記測定光を前記被加工物に収束させるレンズと、をさらに備え、
   前記相対位置導出部は、前記ミラーと前記レンズとの間に配置されている、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記相対位置導出部は、
   前記レーザ光および前記測定光を、前記被加工物に向かう方向以外の方向に向けて反射させる反射部と、
   前記反射部によって反射された前記レーザ光および前記測定光を受ける受光部と、を備え、
   前記受光部における前記レーザ光の照射位置および前記測定光の照射位置に基づいて前記相対位置を導出する、
   請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記反射部の前記レーザ光の反射率は、所定値以下となるように設定されている、
   請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記相対位置導出部は、前記反射部を複数備えている、
   請求項３または請求項４に記載のレーザ加工装置。
6. 前記測定部は、前記被加工物が前記測定光を反射した光と、前記測定光とが干渉することにより生じる波形に基づいて前記測定光の光路の長さを測定する干渉計である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 被加工物にレーザ光を射出するレーザ光射出部、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置を測定するための測定光を射出する測定光射出部、および、加工点の深さを測定する測定部を備えるレーザ加工装置の光学調整方法であって、
   前記測定部によって測定された前記加工点の深さに基づいて、前記被加工物における前記レーザ光の照射位置と前記測定光との照射位置とを合わせるように、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させ、前記測定光との照射位置とが合っているときに、前記レーザ光の光軸に対する前記測定光の光軸の相対位置を導出する相対位置導出ステップと、
   前記相対位置導出ステップにより導出された相対位置と、前記相対位置導出ステップの後に導出された相対位置とに基づいて、前記レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の光路を変化させる、
   レーザ加工装置の光学調整方法。

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