(57)【要約】【課題】光学部品の破損をより確実に防ぐことが可能な処理装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１Ａは、対物レンズ１１を含む光学系５を備え、光学系５からワーク１０にレーザ光を照射することによりワーク１０を加工するための処理装置である。レーザ加工装置１Ａは、接触感知部材１２と、支持棒１３が設けられたセンサーリング１３と、感圧センサ１６とを備えている。接触感知部材１２は、対物レンズ１１との間に間隔を保持し、対物レンズ１１を覆うように配置されている。感圧センサ１６は、支持棒１３と接触するように配置され、支持棒１３から受ける圧力の変化を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品を含む光学系を備え、前記光学系から処理対象物に光を照射することにより前記処理対象物を処理するための処理装置であって、
前記光学部品との間に間隔を保持し、前記光学部品の少なくとも一部を覆うように配置される保護部材と、
前記保護部材と接触するように配置され、前記保護部材から受ける圧力の変化を検出する検出部材とを備える、処理装置。
【請求項２】
前記検出部材は、前記保護部材と接触するように配置され、前記保護部材から受ける圧力の変化を検出する複数の検出センサを含む、請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記保護部材と前記検出部材との接触状態を調整するための調整部材をさらに備える、請求項１または２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記検出部材により検出された圧力の変化の情報に基づいて、処理装置の動作を停止させるための制御部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項５】
前記保護部材は、
前記光学部品の少なくとも一部を覆う第１保護部材と、
前記検出部材と接触するように配置される第２保護部材とを含み、
前記第１保護部材は、前記第２保護部材と磁力により接続されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項６】
前記光学系を介して前記処理対象物にレーザ光を照射することにより、前記処理対象物を加工するためのレーザ光発生部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項７】
前記光学系を介して前記処理対象物に測定用レーザ光を照射するための測定用レーザ光発生部と、
前記処理対象物に照射される前記測定用レーザ光を検出することにより前記処理対象物の状態を測定するための測定部とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置に関するものであり、より特定的には、光学部品を含む光学系を備え、光学系から処理対象物に光を照射することにより処理対象物を処理するための処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置や測定装置などの処理装置においては、対物レンズなどの光学部品により集光したレーザ光を、ステージ上に載置された処理対象物であるワークに照射することにより加工や測定などの処理が行われる。このような処理装置においては、対物レンズとステージとの間の距離が小さいため、動作中に対物レンズがステージと衝突して対物レンズが破損する場合がある。特に、装置の立上げ時などにおいてはステージの位置が明確ではないため、対物レンズとステージとの衝突の可能性が高くなる。そのため、従来は、装置の立上げや立下げ時またはプログラムの動作確認時には対物レンズを取り外すことにより、対物レンズの破損を防ぐ運用がなされている。一方、トーチボディとエンドエフェクタとの係合状態が解除されたことを検出して装置の動作を停止させることにより、トーチの破損を防ぐことが可能なレーザ加工機や（たとえば、特許文献１参照）、レーザ加工ヘッドを保持する連結管と位置決めピンとの接触状態が解除されたことを検出して装置の動作を停止させることにより、レーザ加工ヘッドの破損を防ぐことが可能なレーザ加工機（たとえば、特許文献２参照）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８２５６９号公報
【特許文献２】特開平５−３３７６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のように、装置の立上げ時などに対物レンズを取り外すという運用では、対物レンズの着脱作業に時間を要するため効率的な処理が困難になるという問題がある。また、対物レンズの着脱により対物レンズとステージとの距離が数μｍ程度ずれる場合もあり、対物レンズを取り付ける際にその補正が必要となる。また、特許文献１および２において提案されているレーザ加工機では、トーチボディとエンドエフェクタ、または連結管と位置決めピンとが外れたことを検出して装置の動作を停止させるため、高感度な検出ができず、対物レンズの破損を確実に防ぐことが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学部品の破損をより確実に防ぐことが可能な処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の処理装置は、光学部品を含む光学系を備え、光学系から処理対象物に光を照射することにより処理対象物を処理するための処理装置であって、保護部材と、検出部材とを備えている。保護部材は、光学部品との間に間隔を保持し、光学部品の少なくとも一部を覆うように配置されている。検出部材は、保護部材と接触するように配置され、保護部材から受ける圧力の変化を検出する。
【０００７】
本発明の処理装置では、光学部品との間に間隔を保持し、かつ光学部品を覆うように保護部材が配置されている。そのため、光学部材が他の構成部材と衝突しようとする場合において、光学部品に直接衝撃が加わることを抑制することができる。また、本発明の処理装置は、保護部材に接触するように配置され、保護部材から受ける圧力の変化を検出する検出部材を備えている。これにより、保護部材が他の構成部材と衝突する場合において、その衝突による衝撃を検出部材が保護部材から受ける圧力の変化として検出することができる。そのため、保護部材が他の構成部材と衝突することにより所定の位置から外れることを検出する従来の処理装置に比べて、より高感度な検出が可能となる。したがって、本発明の処理装置によれば、保護部材と他の構成部材との衝突による衝撃を高感度に検出することにより、光学部品の破損をより確実に防ぐことができる。
【０００８】
上記処理装置において、検出部材は、保護部材と接触するように配置され、保護部材から受ける圧力の変化を検出する複数の検出センサを含んでいてもよい。これにより、保護部材と他の構成部材との衝突による衝撃をより効果的に検出することができる。
【０００９】
上記処理装置は、保護部材と検出部材との接触状態を調整するための調整部材をさらに備えていてもよい。当該調整部材を用いて保護部材と検出部材との接触状態を適宜調整することにより、保護部材と他の構成部材との衝突による衝撃を一層高感度に検出することができる。その結果、光学部材の破損をさらに確実に防ぐことができる。
【００１０】
上記処理装置は、検出部材により検出された圧力の変化の情報に基づいて、処理装置の動作を停止させるための制御部をさらに備えていてもよい。これにより、検出部材により検出された圧力の変化が一定値を超える場合には処理装置の動作を停止させるという制御が可能となる。その結果、光学部品の破損を一層確実に防ぐことができる。
【００１１】
上記処理装置において、保護部材は、光学部品の少なくとも一部を覆う第１保護部材と、検出部材と接触するように配置される第２保護部材とを含んでいてもよい。そして、第１保護部材は、第２保護部材と磁力により接続されていてもよい。これにより、光学部品を覆う第１保護部材を第２保護部材から容易に取り外すことができる。その結果、光学部品について部品交換などの作業を容易に実施することができる。
【００１２】
上記処理装置は、光学系を介して処理対象物にレーザ光を照射することにより、処理対象物を加工するためのレーザ光発生部をさらに備えていてもよい。このように、上記処理装置は、処理対象物にレーザ光を照射して処理対象物を加工するためのレーザ加工装置として好適に採用することができる。
【００１３】
上記処理装置は、光学系を介して処理対象物に測定用レーザ光を照射するための測定用レーザ光発生部と、処理対象物に照射される測定用レーザ光を検出することにより処理対象物の状態を測定するための測定部とをさらに備えていてもよい。このように、上記処理装置は、処理対象物に測定用レーザ光を照射し、その測定用レーザ光を検出することにより処理対象物の状態を測定するためのレーザ測定装置としても好適に採用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、本発明の処理装置によれば、光学部品の破損をより確実に防ぐことが可能な処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１のレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１のレーザ加工装置の構成を拡大して示す概略図である。
【図３】実施の形態１のレーザ加工装置の構成を拡大して示す概略図である。
【図４】実施の形態２のレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１７】
（実施の形態１）
まず、本発明の一の実施の形態である実施の形態１の処理装置としてのレーザ加工装置の構成について説明する。図１を参照して、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａは、光学部品である対物レンズ（集光レンズ）を含む光学系５を備え、光学系５から処理対象物であるワーク１０にレーザ光を照射することによりワーク１０を加工処理するための処理装置である。レーザ加工装置１Ａは、レーザ光発生部としての合成レーザ発生手段２と、円偏光レーザ発生手段３と、ミラー４と、光学系５と、ガス供給手段６と、多軸ステージ７と、制御部８とを主に備えている。図１中の実線は各レーザＬ１，Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の光路を示し、また当該実線付近の矢印は各レーザＬ１，Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向を示している。
【００１８】
合成レーザ発生手段２は、光学系５を介してワーク１０にレーザ光を照射することによりワーク１０を加工するためのものであって、レーザ発振器２ａ，２ｂと、１／２波長板２ｃとを主に有している。レーザ発振器２ａ，２ｂの各々は、たとえばＱスイッチパルスＹＶＯ４（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｖａｎａｄａｔｅ）レーザ発振器であって、波長が５３２ｎｍ、出力が７Ｗ、パルス幅が２３ｎｓのレーザＬ１，Ｌ２を各々発生する。１／２波長板２ｃは、レーザＬ１の光路上に配置され、レーザＬ１の偏光方向を９０°回転させることによりレーザＬ１をレーザＬ１’に変換する。そして、偏光方向が互いに直交するレーザＬ１’とレーザＬ２とが合成されて、合成レーザＬ３が発生する。なお、合成レーザＬ３は、出力が７ＷのレーザＬ１’およびレーザＬ２とが合成されて発生するため、その出力が１４Ｗとなる。
【００１９】
円偏光レーザ発生手段３は、たとえば１／４波長板であり、合成レーザＬ３の光路上に配置されている。円偏光レーザ発生手段３は、合成レーザ発生手段２から発生した合成レーザＬ３を円偏光させることにより、円偏光レーザＬ４を発生する。
【００２０】
ミラー４は、円偏光レーザ発生手段３から発生した円偏光レーザＬ４を、光学系５側へ反射させる。光学系５は、対物レンズを含み、ミラー４において反射した円偏光レーザＬ４を集光し、ワーク１０の先端部に配置されたダイヤモンド部１０ａにこれを照射する。光学系５の詳細な構成については後述する。
【００２１】
ガス供給手段６は、たとえば酸素ガスなどのアシストガスが充填されたガス供給源（図示しない）と、当該アシストガスをワーク１０に吹き付けるためのガスノズル６ａとを主に有している。ガス供給手段６は、アシストガスをワーク１０に吹き付けることにより、ワーク１０をレーザ加工する際にダイヤモンド部１０ａから飛散する物質が光学系５の対物レンズなどに付着することを抑制する。
【００２２】
多軸ステージ７は、Ａ軸旋回ステージ７ａと、θ軸旋回ステージ７ｂと、Ｘ軸ステージ７ｃと、Ｙ軸ステージ７ｄと、Ｚ軸ステージ７ｅとを主に有している。Ａ軸旋回ステージ７ａ、θ軸旋回ステージ７ｂ、Ｘ軸ステージ７ｃ、Ｙ軸ステージ７ｄおよびＺ軸ステージ７ｅの各々は互いに接続され、かつ図１中矢印に示すように各軸方向において移動可能となっている。Ａ軸旋回ステージ７ａは、シャンク１０ｂの一方の端部においてワーク１０を保持する。多軸ステージ７は、Ａ軸旋回ステージ７ａにおいて保持されたワーク１０を各軸方向において移動可能に保持する。
【００２３】
制御部８は、光学系５および多軸ステージ７を構成する各ステージと接続されている。制御部８は、光学系５から入力された情報に基づいて多軸ステージ７を構成する各ステージの動作を制御する。
【００２４】
次に、光学系５の構成について詳細に説明する。図２を参照して、光学系５は、対物レンズ１１と、保護部材としての接触感知部材１２およびセンサーリング１３と、ホルダー１４と、ボディ１５と、検出部材としての複数の感圧センサ（検出センサ）１６と、調整部材としての調整ネジ１７とを主に有している。
【００２５】
対物レンズ１１は、ミラー４（図１参照）から反射したレーザ光を集光し、図２中矢印に示すようにワーク１０のダイヤモンド部１０ａにこれを照射する。対物レンズ１１は、円筒形状を有し、その倍率はたとえば５倍である（たとえば、株式会社ミツトヨ製、Ｍ  Ｐｌａｎ  Ａｐｏ  Ｎｉｒ）。対物レンズ１１にはＺ軸ステージ（図示しない）が設けられており、これにより、対物レンズ１１はワーク１０に接近する向きまたはワーク１０から退避する向きに移動可能となっている。
【００２６】
第１保護部材としての接触感知部材１２は、対物レンズ１１よりも内径が大きな円筒形状を有し、対物レンズ１１の先端部１１ａを含む部分を覆うように配置されている。より具体的には、接触感知部材１２は、対物レンズ１１との間に間隔を保持し、かつその内周面が対物レンズ１１の外周面と対向するように配置されている。接触感知部材１２の内周面と対物レンズ１１の外周面との間の間隔Ｄ１は、たとえば１ｍｍである。また、接触感知部材１２の先端部１２ａと対物レンズ１１の先端部１１ａとの間の間隔Ｄ２は、たとえば１ｍｍである。
【００２７】
図２および図３を参照して、第２保護部材であるセンサーリング１３は、円環状の形状を有し、接触感知部材１２と接続されている。より具体的には、センサーリング１３および接触感知部材１２の各々には磁石（図示しない）が設けられており、センサーリング１３は、接触感知部材１２と磁力により接続されている。
【００２８】
図３を参照して、センサーリング１３の外周部には、径方向において外側に突出する支持棒１３ａが複数（たとえば３つ）設けられている。支持棒１３ａは、センサーリング１３の周方向において等間隔に設けられている。支持棒１３ａの各々は、ホルダー１４に設けられた溝部１４ａに嵌め込まれ、かつ溝部１４ａにおいて変位可能な状態となっている。これにより、センサーリング１３と接続された接触感知部材１２は、ホルダー１４に対して吊り下げられた状態となっている。
【００２９】
感圧センサ１６は、たとえば棒形状を有し、その一方の端部がセンサーリング１３の支持棒１３ａと接触するように配置されている。感圧センサ１６は、支持棒１３ａから受ける圧力の変化を検出する。また、感圧センサ１６は、制御部８（図１参照）と接続されており、検出された圧力の変化の情報を制御部８へ入力する。制御部８は、感圧センサ１６により検出された圧力の変化の情報に基づいて、レーザ加工装置１Ａ（図１参照）の動作を停止させる。
【００３０】
調整ネジ１７は、ボディ１５に取り付けられており、感圧センサ１６の支持棒１３ａと接触する一方の端部とは反対側の他方の端部において感圧センサ１６を固定する。感圧センサ１６と支持棒１３ａとの接触状態は、調整ネジ１７を調節することにより調整することが可能となっている。
【００３１】
次に、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａによるワーク１０の加工処理について説明する。図１および図２を参照して、まず、処理対象物であるワーク１０がレーザ加工装置１Ａに設置される。次に、ワーク１０の先端部に配置されたダイヤモンド部１０ａに光学系５を介してレーザ光を照射することにより、ダイヤモンド部１０ａが所望の形状に加工される。そして、ダイヤモンド部１０ａの加工が完了した後、ワーク１０がレーザ加工装置１Ａから取り出される。このようにして、レーザ加工装置１Ａによるワーク１０のレーザ加工が実施される。
【００３２】
また、ダイヤモンド部１０ａを加工する際には、多軸ステージ７を構成する各ステージを動作させることにより、ダイヤモンド部１０ａの所望の位置にレーザ光が照射されるようにワーク１０の位置が調整される。このように多軸ステージ７を動作させる場合において、接触感知部材１２がＡ軸旋回ステージ７ａなどと衝突すると、接触感知部材１２に接続されたセンサーリング１３の支持棒１３ａが変位し、その結果感圧センサ１６と支持棒１３ａとの接触状態が変化する。そして、感圧センサ１６は、支持棒１３ａから受ける圧力の変化を検出し、その情報を制御部８に入力する。そして、当該圧力変化が一定値以上である場合には、制御部８によりレーザ加工装置１Ａの動作が停止される。このようにすることにより、接触感知部材１２がＡ軸旋回ステージ７ａなどの他の構成部材と衝突した場合においても対物レンズ１１の破損を防止することができる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａでは、対物レンズ１１との間に間隔を保持し、かつ対物レンズ１１の先端部１１ａを含む部分を覆うように接触感知部材１２が配置されている。そのため、対物レンズ１１がＡ軸旋回ステージ７ａなどの他の構成部材と衝突しようとする場合において、対物レンズ１１に直接衝撃が加わることを抑制することができる。また、レーザ加工装置１Ａは、支持棒１３ａに接触するように配置され、支持棒１３ａから受ける圧力の変化を検出する感圧センサ１６を備えている。これにより、接触感知部材１２がＡ軸旋回ステージ７ａなどと衝突する場合において、その衝突による衝撃を感圧センサ１６が支持棒１３ａから受ける圧力の変化として検出することができる。そのため、接触感知部材１２がＡ軸旋回ステージ７ａなどと衝突することにより所定の位置から外れることを検出する従来のレーザ加工装置に比べて、より高感度な検出が可能となる。したがって、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａによれば、接触感知部材１２と他の構成部材との衝突による衝撃を高感度に検出することにより、対物レンズ１１の破損をより確実に防ぐことができる。
【００３４】
また、上述のように、レーザ加工装置１Ａは、支持棒１３ａと接触するように配置され、支持棒１３ａから受ける圧力の変化を検出する複数（３つ）の感圧センサ１６を備えていてもよい。これにより、接触感知部材１２に対して複数の方向から他の構成部材が接近して衝突する場合においても、その衝突による衝撃を容易に検出することができる。また、本実施の形態では、感圧センサ１６が３つの場合について説明しているが、この個数は４つ以上であってもよく、また２つ以下であってもよい。
【００３５】
また、上述のように、レーザ加工装置１Ａは、支持棒１３ａと感圧センサ１６との接触状態を調整するための調整ネジ１７を備えていてもよい。これにより、接触感知部材１２と他の構成部材との衝突による衝撃をさらに高感度に検出することができるように、支持棒１３ａと感圧センサ１６との接触状態を調整することができる。その結果、対物レンズ１１の破損をさらに確実に防ぐことができる。
【００３６】
また、上述のように、レーザ加工装置１Ａは、感圧センサ１６により検出された圧力の変化の情報に基づいて、装置の動作を停止させるための制御部８を備えていてもよい。より具体的には、レーザ加工装置１Ａは、感圧センサ１６が制御部８に接続され、感圧センサ１６が検出した圧力の変化が一定値を超えると、装置の動作が自動で停止するような非常停止回路を備えていてもよい。これにより、対物レンズ１１の破損を一層確実に防ぐことができる。
【００３７】
また、上述のように、レーザ加工装置１Ａは、対物レンズ１１を覆う接触感知部材１２と、感圧センサ１６と接触するように配置されるセンサーリング１３とを備えていてもよい。そして、接触感知部材１２は、センサーリング１３と磁力により接続されていてもよい。これにより、接触感知部材１２をセンサーリング１３から容易に取り外すことができる。その結果、対物レンズ１１の交換作業などを円滑に行うことができる。また、対物レンズ１１の寸法に変更があった場合においても、接触感知部材１２のみの寸法を修正することにより容易に対応することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２の処理装置としてのレーザ加工装置の構成について説明する。図４を参照して、本実施の形態のレーザ加工装置１Ｂは、基本的には実施の形態１のレーザ加工装置１Ａと同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態のレーザ加工装置１Ｂは、加工後のワーク１０のダイヤモンド部１０ａの状態を測定するための構成をさらに備えているという点で実施の形態１のレーザ加工装置１Ａとは異なっている。
【００３９】
レーザ加工装置１Ｂは、実施の形態１と同様に、合成レーザ発生手段２と、円偏光レーザ発生手段３と、ミラー４と、光学系５と、ガス供給手段６と、多軸ステージ７と、制御部８とを備えている。本実施の形態では、合成レーザ発生手段２は、実施の形態１と同様にレーザ光の照射によりワーク１０を加工するためのレーザ光発生部として機能するとともに、光学系５を介してワーク１０に測定用レーザ光を照射するための測定用レーザ光発生部としても機能する。また、レーザ加工装置１Ｂは、ワーク１０に照射される測定用レーザ光を検出することにより、加工後のワーク１０の状態を測定するための検出部９ａおよび表示部９ｂ（測定部）をさらに備えている。検出部９ａは、ワーク１０に照射される測定用レーザ光を検出する。表示部９ｂは、検出部９ａにより検出された光のデータに基づいてダイヤモンド部１０ａの形状などを表示する。本実施の形態のレーザ加工装置１Ｂは、実施の形態１と同様の構成を有する光学系５を備えている。そのため、レーザ加工装置１Ｂにより加工後のワーク１０の状態を測定する場合においても、ワーク１０を加工する場合と同様に対物レンズ１１の破損を防止することができる。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の処理装置は、光学部品を含む光学系を備え、光学系から処理対象物に光を照射することにより処理対象物を処理するための処理装置において特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００４２】
１Ａ，１Ｂ  レーザ加工装置、２  合成レーザ発生手段、２ａ，２ｂ  レーザ発振器、２ｃ  波長板、３  円偏光レーザ発生手段、４  ミラー、５  光学系、６  ガス供給手段、６ａ  ガスノズル、７  多軸ステージ、７ａ  Ａ軸旋回ステージ、７ｂ  θ軸旋回ステージ、７ｃ  Ｘ軸ステージ、７ｄ  Ｙ軸ステージ、７ｅ  Ｚ軸ステージ、８  制御部、９ａ  検出部、９ｂ  表示部、１０  ワーク、１０ａ  ダイヤモンド部、１０ｂ  シャンク、１１  対物レンズ、１１ａ，１２ａ  先端部、１２  接触感知部材、１３  センサーリング、１３ａ  支持棒、１４  ホルダー、１４ａ  溝部、１５  ボディ、１６  感圧センサ、１７  調整ネジ、Ｄ１，Ｄ２  間隔、Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ２  レーザ、Ｌ３  合成レーザ、Ｌ４  円偏光レーザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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