(57)【要約】【課題】狭い部位において高精度な微細加工を行うことが可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１は、波長０．６３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザ等の計測用レーザ光１１を発生させる計測用レーザ発振器１０と、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ等の加工用レーザ光１６を発生させる加工用レーザ発振器１５と、レーザ光１１、１６を集光する集光レンズ３１を有する集光ヘッド３０と、当該集光ヘッド３０をボア内面９１に対して相対移動及び回転駆動させるＮＣ工作機４０と、ボア内面９１に照射された計測用レーザ光１１の照射部１２を撮像するＣＣＤカメラ６０と、当該撮像された照射部１２の照射径を抽出し、当該照射径に基づいて、照射部１２に対する集光レンズ３１の相対的距離が、加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定するコンピュータ８０と、当該判定結果に基づいて、集光ヘッド３０を照射部１２に対して相対的に移動させるようにＮＣ工作機４０を制御するＮＣコントローラ５０と、を備えている。【選択図】図１
2005161387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測用レーザ光を発生する計測用レーザ光発生手段と、
前記計測用レーザ光と異なる波長の加工用レーザ光を発生する加工用レーザ光発生手段と、
前記計測用レーザ光及び前記加工用レーザ光を集光する集光レンズを有する集光手段と、
前記集光手段を被加工部に対して相対的に移動及び回転駆動させる駆動手段と、
前記被加工部に照射された前記計測用レーザ光の照射径を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記照射径に基づいて、前記被加工部に対する前記集光レンズの相対的距離が、前記加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記集光手段を前記被加工部に対して相対的に移動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記判定手段は、
前記照射径が所定の範囲内である場合には、前記相対的距離が前記加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であると判定し、
前記照射径が前記所定の範囲外である場合には、前記相対的距離が前記加工用レーザ光の焦点深度を確保出来ない距離であると判定する請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記集光手段は、
前記集光レンズにて集光された前記計測用レーザ光を透過すると共に前記加工用レーザ光を反射するように配置された部分透過手段と、
前記部分透過手段を透過した前記計測用レーザ光を反射するように配置された反射手段と、をさらに有する請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記集光手段は、
前記集光レンズにて集光された前記計測用レーザ光を反射するように配置された第１の反射手段と、
前記集光レンズにて集光された前記加工用レーザ光を反射するように配置された第２の反射手段と、をさらに有する請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
計測用レーザを集光レンズを介して被加工部に照射するステップと、
前記被加工部に照射された前記計測用レーザ光の照射径を検出するステップと、
前記検出された照射径に基づいて、前記被加工部に対する前記集光レンズの相対的距離が、前記加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定するステップと、
該判定結果に基づいて、前記集光レンズを前記被加工部に対して相対的に移動させるステップと、
前記計測用レーザと波長の異なる加工用レーザ光を、前記集光レンズを介して前記被加工部に対して照射するステップとを少なくとも備えたレーザ加工方法。
【請求項６】
前記被加工部に対する前記集光レンズの相対的距離を判定するステップにおいて、
前記照射径が所定の範囲内にある場合には、前記相対的距離が前記加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であると判定し、
前記照射径が所定の範囲外にある場合には、前記相対的距離が前記加工用レーザ光の焦点深度を確保出来ない距離であると判定する請求項５記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関のシリンダのボア内面等の筒状体の内部のような狭い部位における被加工部に対してレーザ光を用いて微細加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用エンジン等のシリンダの焼き付きを防止するために、ホーニング加工により当該シリンダのボア内面に窪みを形成して油溜まりを設けることが行われているが、近年、このホーニング加工に代えて、レーザ光を用いてボア内面を微細加工を行うことにより窪みを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、レーザ加工装置へのワークのセッティング精度やボア径等にバラツキがある場合には、当該バラツキにより、レーザ光を集光する集光レンズに対して被加工部がずれるので、一定の加工品質（窪みの深さや幅等）が得られる程度の加工用レーザ光の焦点深度を確保出来ず、油溜まりの焼き付け防止機能が低下する場合がある。
【０００４】
これに対し、加工用レーザ光の所定の焦点深度を確保するために、レーザ変位計等を用いて、被加工部に対する集光レンズの相対的距離を計測する方法が考えられるが、狭い部位であるシリンダ内では、レーザ変位計がボア内面に干渉するおそれがあるため、レーザ変位計の外形形状やレイアウト等に制約がある。また、レーザ変位計の設置精度は、被加工部に対する集光レンズの相対的距離の計測精度に影響を及ぼすため、レーザ変位計を高精度に設置することが要求される。
【特許文献１】特開平７−０４００６８号公報
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、狭い部位において高精度な微細加工を行うことが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、計測用レーザ光を発生する計測用レーザ光発生手段と、前記計測用レーザ光と異なる波長の加工用レーザ光を発生する加工用レーザ光発生手段と、前記計測用レーザ光及び前記加工用レーザ光を集光する集光レンズを有する集光手段と、前記集光手段を被加工部に対して相対的に移動及び回転駆動させる駆動手段と、前記被加工部に照射された前記計測用レーザ光の照射径を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記照射径に基づいて、前記被加工部に対する前記集光レンズの相対的距離が、前記加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記集光手段を前記被加工部に対して相対的に移動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたレーザ加工装置が提供される。
【０００６】
また、上記目的を達成するために本発明によれば、計測用レーザを集光レンズを介して被加工部に照射するステップと、前記被加工部に照射された前記計測用レーザ光の照射径を検出するステップと、前記検出された照射径に基づいて、前記被加工部に対する前記集光レンズの相対的距離が、前記加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定するステップと、該判定結果に基づいて、前記集光レンズを前記被加工部に対して相対的に移動させるステップと、前記計測用レーザと波長の異なる加工用レーザ光を、前記集光レンズを介して前記被加工部に対して照射するステップとを少なくとも備えたレーザ加工方法が提供される。
【０００７】
本発明では、レーザ加工に際して、先ず、計測用レーザ光発生手段が、加工用レーザ光と異なる波長の計測用レーザ光を照射し、検出手段が、被加工部に照射された当該計測用レーザ光の照射径を検出し、判定手段が、この検出された照射径に基づいて、被加工部に対する集光レンズの相対的距離が、加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定する。そして、この判定結果に基づいて、制御手段が、集光手段を被加工部に対して相対的に移動させるように駆動手段を制御してから、加工用レーザ光発生手段が、被加工部に対して加工用レーザ光を照射する。
【０００８】
このように、加工用レーザ光が照射される前に、計測用レーザ光を用いて、被加工部に対する集光レンズの相対的距離が、加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定して、当該判定結果を集光レンズの位置制御にフィードバックすることにより、被加工部の一定の加工品質を得る程度の加工用レーザ光の焦点深度が確保され、高精度な微細加工を行うことが可能となる。
【０００９】
また、例えば、同一のレーザ光を用いて位置計測及び加工の両方を行う場合には、当該レーザ光の分光が必要となり、集光レンズを有する集光手段の大型化を招くが、これに対し、本発明では特に、加工用レーザ光とは別の計測用レーザ光を用いることにより、集光手段の小型化を図ることが可能となり、狭い部位において高精度な微細加工を行うことが可能となる。さらに、同一の集光レンズにより、計測用レーザ光及び加工用レーザ光の両方の集光を行うため、上述のレーザ変位計の場合のような設置精度の問題も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の全体を示す概略図、図２（Ａ）は本発明の実施形態における被加工物であるシリンダのボア内面を示す斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のボア内面に形成された窪み部の拡大正面図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）のIIC-IIC線に沿った窪み部の断面図、図３（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の集光ヘッド及びボア内面の拡大断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のIIIB-IIIB線に沿った断面図、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置のＣＣＤカメラにより撮像された照射部の画像を示す図であり、図４（Ａ）はワークにバラツキがない場合の画像を示す図、図４（Ｂ）はワークにバラツキがある場合の画像を示す図、図５は本発明の第１実施形態における照射径とボア内面のズレ量との関係を示すグラフ、図６は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工動作の手順を示すフローチャートである。
【００１２】
先ず、本実施形態に係るレーザ加工装置１の加工対象物（ワーク）であるシリンダ９０について説明すると、このシリンダ９０は、例えば、自動車用エンジン等の内燃機関に用いられるシリンダであり、図１に示すように、全体として略円筒形状を有している。そして、このシリンダ９０は、内燃機関として使用された際に、その内部を軸方向に沿って往復摺動動作するピストンの焼き付けを防止するため、図２（Ａ）に示すように、ボア内面９１（内周面）に複数の窪み部９２が形成されて油溜まりが設けられている。この各窪み部９２は、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、所定の幅ｗと深さｈで形成されている。この窪み部９２の幅ｗ及び深さｈが大き過ぎたり小さ過ぎると、油溜まりとしての焼き付き防止機能が低下する。なお、図２（Ａ）は、ボア内面９１の様子を明瞭にするために、シリンダ９０の中心軸から当該ボア内面９１を見た図となっている。
【００１３】
次に、本実施形態に係るレーザ加工装置１について説明すると、このレーザ加工装置１は、レーザ加工によりシリンダ９０のボア内面９１に複数の窪み部９２を形成するための装置であり、図１に示すように、計測用レーザ光１１を発生させる計測用レーザ発振器１０（計測用レーザ光発生手段）と、計測用レーザ光１１と異なる波長の加工用レーザ光１６を発生させる加工用レーザ発振器１５（加工用レーザ光発生手段）と、これらレーザ光１１、１６を集光する集光レンズ３１を有する集光ヘッド３０（集光手段）と、当該集光ヘッド３０をボア内面９１に対して相対的に移動及び回転駆動させるＮＣ工作機４０（駆動手段）と、ボア内面９１に照射された計測用レーザ光の照射部１２を撮像するＣＣＤカメラ６０（検出手段）と、当該撮像された照射部１２の照射径を抽出し、当該照射径に基づいて、ボア内面９１の照射部１２に対する集光レンズ３１の相対的距離が、加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定するコンピュータ８０（判定手段）と、当該判定結果に基づいて、集光ヘッド３０をボア内面９１の照射部１２に対して相対的に移動させるようにＮＣ工作機４０を制御するＮＣコントローラ５０と、を備えている。
【００１４】
このレーザ加工装置１の計測用レーザ発振器１０は、ボア内面９１の被加工部に対する集光レンズ３１の相対的距離の判定に用いられる計測用レーザ光１１を発生させる発振器である。この計測用レーザ発振器１０で発振される計測用レーザ光１１は、例えば、波長０．６３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザ等の可視光レーザである。この計測用レーザ発振器１０から発振された計測用レーザ光１１は、第１のミラー２０により反射されて集光ヘッド３０内へと導かれる。なお、本発明の計測用レーザ光は、Ｈｅ−Ｎｅレーザに限定されず、例えば、ＧａＡｓレーザやＩｎＧａＰレーザ等の半導体レーザ光を用いることが出来る。
【００１５】
レーザ加工装置１の加工用レーザ発振器１５は、ボア内面９１を加工して窪み部９２を形成するための加工用レーザ光１６を発生させる発振器である。この加工用レーザ発振器１５で発振される加工用レーザ光１６は、例えば、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ光等の加工用レーザである。なお、本発明の加工用レーザ光は、ＹＡＧレーザ光に限定されることなく、例えば、ＣＯ２レーザやアルゴンレーザ、エキシマレーザ、ルビーレザー、ガラスレーザ、ＣＯレーザ、ヨウ素レーザ等の加工用レーザ光を用いることが出来る。
【００１６】
この加工用レーザ光１６が加工用レーザ発振器１５から平均出力４０Ｗ、繰り返し数３５ｋＨｚのパルス波として発振され、第１のハーフミラー２１により反射されて集光ヘッド３０内へと導かれる。この第１のハーフミラー２１は、図１に示すように、一方の面で加工用レーザ光１６を反射可能になっていると共に、他方の面から入射される計測用レーザ光１１を当該一方の面に透過可能となっている。
【００１７】
以上のレーザ発振器１０、１５、第１のミラー２０、及び、第１のハーフミラー２１は、第１のミラー２０により反射され、第１のハーフミラー２１を透過した計測用レーザ光１１と、この第１のハーフミラー２１により反射された加工用レーザ光１６とが実質的に同軸上に位置するように配置されている。
【００１８】
レーザ加工装置１の集光ヘッド３０は、図１に示すように、シリンダ９０のボア径より小さな直径を有する略円筒体である。そして、図３（Ａ）に示すように、この集光ヘッド３０の内部には、集光レンズ３１、第２のハーフミラー３３（部分透過手段）、及び、第２のミラー３４（反射手段）とが、計測用レーザ光１１及び加工用レーザ光１６の光軸上に位置するように設置されている。
【００１９】
この集光ヘッド３０の集光レンズ３１は、集光ヘッド３０の上方から混在して入射する計測用レーザ光１１及び加工用レーザ光１６を集光するレンズであり、集光ヘッド３０の内部上方に配置されている。この集光レンズ３１の下方に位置する第２のハーフミラー３３は、当該集光レンズ３１にて集光された計測用レーザ光１１を透過させると共に、当該集光レンズ３１にて集光された加工用レーザ光１６をボア内面９１に反射させて照射するように設置されている。さらに、この第２のハーフミラー３３の下方に位置する第２のミラー３４は、当該第２のハーフミラー３３を透過した計測用レーザ光１１をボア内面９１に反射させて照射部１２を照射するように設置されている。この第２のハーフミラー３３と第２のミラー３４とは、図３（Ｂ）に示すように、第２のミラー３４で反射された計測用レーザ光１１の光軸が、第２のハーフミラー３３で反射された加工用レーザ光１６の光軸に対してθ回転方向前方に位置するように設置されている。なお、後述するようにコンピュータ８０による判定の後にＮＣ工作機４０が集光ヘッド３０をθ方向に回転させるので、計測用レーザ光１１が照射されたボア内面９１の照射部１２と、加工用レーザ光１６によりレーザ加工される被加工部とは、実質的に一致することとなる。
【００２０】
また、この集光ヘッド３０は、支持部４１を介して、ＮＣ工作機４０に支持されている。そして、このＮＣ工作機４０に接続されたＮＣコントローラ９０の制御指令に基づいて、ＮＣ工作機４０のアクチュエータ（不図示）が駆動することにより、当該集光ヘッド３０をＸ−Ｙ−Ｚ軸方向（図３（Ａ）参照）に移動させることが可能になっていると共に、θ方向（図３（Ｂ）参照）に回転させることが可能となっている。
【００２１】
さらに、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、集光ヘッド３０を介してボア内面９１に照射された計測用レーザ光１１の照射部１２を撮像するためのＣＣＤカメラ６０を有している。
【００２２】
このＣＣＤカメラ６０は、図１及び図３（Ａ）に示すように、上述の集光ヘッド３０内に設置された第２のミラー３４と、集光ヘッド３０の上方に設けられた第３のハーフミラー７０との反射により、ボア内面９１に照射された計測用レーザ光１１の照射部１２を撮像可能となっており、集光ヘッド３０の外部からボア内面９１の照射部１２を撮像可能なようになっている。なお、第３のハーフミラー７０は、一方の面で照射部１２の画像を反射させると共に、他方の面から一方の面に計測用レーザ光１１及び加工用レーザ光１６を透過可能となっている。
【００２３】
このＣＣＤカメラ６０は、コンピュータ８０に接続されており、当該ＣＣＤカメラ６０が撮像した照射部１２の画像をコンピュータ８０に入力可能となっている。そして、レーザ加工装置１のコンピュータ８０は、ＣＣＤカメラ６０から入力された画像に対して、例えば二値化等の画像処理を行って当該照射部１２の照射径を抽出する。さらに、コンピュータ８０は、抽出された照射径に基づいて、照射部１２に対する集光レンズ３１の相対的距離が、加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定する。
【００２４】
このコンピュータ８０による判定の具体的な手法としては、ＣＣＤカメラ６０により撮像された照射部１２の照射径が、図４（Ａ）に示すような比較的小さな照射径Ｒ１となっており、当該照射径Ｒ１が図５に示す領域IVA内に位置する場合には、ワークのセッティング精度やボア径にバラツキがなく、集光ヘッド３０に対してボア内面９１がズレておらず、前記相対的距離が、加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離であると判定し、焼き付き防止機能を確保可能な加工品質（幅ｗ及び深さｈ）を具備した窪み部を形成可能であると判定する。
【００２５】
これに対し、例えば、ＣＣＤカメラ６０により撮像された照射部１２の照射径が、図４（Ｂ）に示すような比較的大きな照射径Ｒ２となっており、当該照射径Ｒ２が図５に示す領域IVB内に位置する場合には、例えば、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、シリンダ９０のボア内面９１が真円ではなく、同図にて右側にズレ量Ｂ分膨張したような楕円に形成され、集光ヘッド３０に対してボア内面９１がずれており、前記相対的距離が、加工用レーザ光１６の焦点深度を確保出来ない距離であると判定し、焼き付け防止機能を確保可能な加工品質を具備した窪み部を形成出来ないと判定する。
【００２６】
さらに、このコンピュータ８０は、当該判定結果をＮＣ工作機４０による集光ヘッド３０の位置制御にフィードバック可能なように、上述のＮＣコントローラ５０に接続されている。例えば、上述の図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すような、集光ヘッド３０に対してボア内面９１がズレ量Ｂ分ずれている場合には、ＮＣコントローラ５０が当該ズレ量Ｂ分を補正するようにＮＣ工作機４０を制御し、集光ヘッド３０をＹ軸正方向に移動させ、即ち、集光ヘッド３０を照射部１２に近づけるようにＮＣ工作機４０が駆動する。
【００２７】
以下に、図６を参照して、このレーザ加工装置１によるレーザ加工の具体的な動作について説明する。
【００２８】
先ず、図１に示すように、シリンダ９０（ワーク）がレーザ加工装置１の所定の位置にセッティングされると、ＮＣコントローラ５０の制御指令に基づいて、集光ヘッド３０をシリンダ９０のボア内に挿入するようにＮＣ工作機４０が駆動する（図６にてステップＳ１０）。
【００２９】
次に、測定用レーザ発振器１０が計測用レーザ光１１を発振し、当該計測用レーザ光１１が、第１のミラー２０に反射され、第１及び第３のハーフミラー２１、７０を透過して、集光ヘッド３０内に入射される。集光ヘッド３０内に入射された計測用レーザ光１１は、集光レンズ３１で集光され、第２のハーフミラー３３を透過し、第２のミラー３４で反射されて、シリンダ９０のボア内面９１の照射部１２を照射する（ステップＳ２０）。
【００３０】
次に、ＣＣＤカメラ６０が、第２のミラー３４及び第３のハーフミラー７０で反射された照射部１２の画像を撮像する（ステップＳ３０）。
【００３１】
次に、ＣＣＤカメラ６０により撮像された照射部１２の画像がコンピュータ８０に取り込まれて画像処理が施されて、当該照射部１２の照射径が抽出される（ステップＳ４０）。
【００３２】
次に、このコンピュータ８０は、抽出した照射部１２の照射径に基づいて、照射部１２に対する集光レンズ３１の相対的距離が、加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な程度の距離であるか否かの判定を行う（ステップＳ５０）。
【００３３】
この判定において、前記相対的距離が加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離であると判定した場合（ステップＳ５０にてＹＥＳ）には、当該判定結果に基づいて、第２のハーフミラー２１に反射された加工用レーザ光１６の光軸が前記照射部１２に向くように、ＮＣコントローラ５０がＮＣ工作機４０を制御し、集光ヘッド３０をθ方向に回転させるようにＮＣ工作機４０が駆動する（ステップＳ６０）。
【００３４】
これに対し、上記の判定において、前記相対的距離が加工用レーザ光１６の焦点深度を確保出来ない距離であると判定した場合（ステップＳ５０にてＮＯ）には、当該判定結果に基づいて、ＮＣコントローラ５０がＮＣ工作機４０を制御して、前記相対的距離が加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離となるように、集光ヘッド３０の位置を補正する（ステップＳ７０）。この集光ヘッド３０の位置補正が完了したら、次に、加工用レーザ光１６の光軸が前記照射部１２に向くように、ＮＣコントローラ５０がＮＣ工作機４０を制御し、集光ヘッド３０をθ方向に回転させるようにＮＣ工作機４０が駆動する（ステップＳ６０）。
【００３５】
加工用レーザ光１６の光軸が照射部１２に向いたら、加工用レーザ発振器１５が加工用レーザ光１６を発振し、当該加工用レーザ光１６が、第１のハーフミラー２１に反射され、第３のハーフミラー７０を透過して、集光ヘッド３０内に入射される。集光ヘッド３０内に入射された加工用レーザ光１６は、集光レンズ３１で集光され、第２のハーフミラー３３で反射されて、シリンダ９０のボア内面９１の照射部１２に照射される（ステップＳ８０）。この加工用レーザ光１６の照射の間、当該加工用レーザ光１６が加工速度１５ｍ／ｍｉｎ程度で照射されるようにＮＣ工作機４０が駆動して、照射部１２に窪み部９２が形成される。
【００３６】
以上のステップＳ１０〜Ｓ８０の動作をボア内面９１の全周に亘って繰り返すことにより、例えば、シリンダ９０のボア内面９１に図２（Ａ）に示す最上段の複数の窪み部９２が形成される。そして、ＮＣ工作機４０が集光ヘッド３０をＺ軸方向に移動させ、上述のステップＳ１０〜Ｓ８０の動作をボア内面９１の全周に亘って繰り返すことにより、例えば、図２（Ａ）に示す２段目の複数の窪み部９２が形成される。同様に、ＮＣ工作機４０が集光ヘッド３０をＺ軸方向に移動させ、上述のステップＳ１０〜Ｓ８０の動作をボア内面９１の全周に亘って繰り返すことにより、例えば、図２（Ａ）に示す３段目及び４段目の複数の窪み部９２が形成される。
【００３７】
なお、例えば、第２のハーフミラー３３により反射された加工用レーザ光１６の光軸と、第２のミラー３４により反射された計測用レーザ光１１の光軸とのピッチが、シリンダ９０のボア内面９１に形成される複数の窪み部９２のピッチと実質的に同一となるように、第１のハーフミラー３３と第２のミラー３４とを配置する等して、上記ステップＳ８０における加工用レーザ光１６による窪み部９２の形成の間に、次の照射部に光軸が向いている計測用レーザ光１１により上記のステップＳ１０乃至Ｓ５０の動作を行っても良く、これによりレーザ加工の生産性を高めることが出来る。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、レーザ加工に際して、先ず、計測用レーザ発振器から加工用レーザ光とは異なる波長の計測用レーザ光を照射し、ＣＣＤカメラがボア内面に照射された当該計測用レーザ光の照射部を撮像し、コンピュータがこの撮像された照射部の照射径を抽出し、この照射径に基づいて、照射部に対する集光レンズの相対的距離が、加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定する。そして、この判定結果に基づいて、ＮＣコントローラが、集光ヘッドを照射部に対して相対的に移動させるようにＮＣ工作機を制御してから、加工用レーザ発振器が、照射部に対して加工用レーザ光を照射する。
【００３９】
このように、加工用レーザ光が照射される前に、当該計測用レーザ光と波長の異なる計測用レーザ光を用いて、照射部に対する集光レンズの相対的距離が、加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定し、当該判定結果を集光ヘッドの位置制御にフィードバックすることにより、照射部において一定の加工品質を得ることが可能な加工用レーザ光の焦点深度が確保され、高精度な微細加工を行うことが可能となる。
【００４０】
また、例えば、同一のレーザ光を用いて位置計測及び加工の両方を行う場合には、当該レーザ光の分光が必要となり、集光ヘッドの大型化を招くが、これに対し、本実施形態では特に、加工用レーザ光とは別の計測用レーザ光を用いることにより、集光ヘッドの小型化を図ることが可能となり、内燃機関のシリンダ内等の筒状体の内側のような狭い部位において高精度な微細加工を行うことが可能となる。さらに、同一の集光レンズにより、計測用レーザ光及び加工用レーザ光の両方の集光を行うため、上述のレーザ変位計の場合のような設置精度の問題も生じない。
【００４１】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置では、集光ヘッドが、集光レンズにて集光された計測用レーザ光を透過すると共に加工用レーザ光を反射するように配置された第２のハーフミラーと、当該第２のハーフミラーを透過した計測用レーザ光を反射するように配置された第２のミラーとを有することにより、レーザ光の反射作用を利用して、ボア内面等の筒状体のような狭い部位における内側面に対して計測用レーザ光及び加工用レーザ光を照射する構造を小型化することが出来、狭い部位に入り込む集光ヘッドをコンパクトに構成することが可能となる。
【００４２】
［第２実施形態］
図７（Ａ）は本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の集光ヘッド及びボア内面の拡大断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のVIIB-VIIB線に沿った断面図である。
【００４３】
本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置１ｂは、計測用レーザ光１１と加工用レーザ光１６とが非同軸上に照射され、集光ヘッド３０ｂの内部の構成が異なる点で第１実施形態に係るレーザ加工装置１と相違し、その他の構成は上述の第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成と同一である。以下に、第２実施形態に係るレーザ加工装置１ｂについて、第１実施形態に係るレーザ加工装置１との相違点のみ説明する。
【００４４】
先ず、本実施形態に係るレーザ加工装置１ｂでは、図７（Ａ）に示すように、集光ヘッド３０ｂに入射される計測用レーザ光１１と加工用レーザ光１６とが非同軸上となるように、各レーザ発振器１０、１５、第１のミラー２０、及び、第１のハーフミラー２１（何れも不図示）が配置されている。
【００４５】
そして、これらレーザ光１１、１６が非同軸上に入射される集光ヘッド３０ｂの内部には、図７（Ａ）に示すように、二重焦点レンズ３２（集光レンズ）と、セグメントミラー３５とが設置されている。この集光ヘッド３０ｂの二重焦点レンズ３２は、計測用レーザ光１１を集光する第１の焦点部と、加工用レーザ光１６を集光する第２の焦点部（何れも不図示）とを有しており、第１の焦点部が計測用レーザ光１１の光軸と一致すると共に第２の焦点部が加工用レーザ光１６の光軸と一致するように、この二重焦点レンズ３２が配置されている。
【００４６】
この二重焦点レンズ３２の下方に位置するセグメントミラー３５は、計測用レーザ光１１を反射させる第１のセグメント部３６（第１の反射手段）と、加工用レーザ光１６を反射させる第２のセグメント部３７（第２の反射手段）とを有しており、第１のセグメント部３６が計測用レーザ光１１の光軸に一致すると共に第２のセグメント部３７が加工用レーザ光１６の光軸に一致するように、このセグメントミラー３５が配置されている。なお、このセグメントミラー３５は、図７（Ｂ）に示すように、第１のセグメント部３６により反射された計測用レーザ光１１の光軸が、第２のセグメント部３７により反射された加工用レーザ光１６の光軸よりθ回転方向前方に位置するように、第１のセグメント部３６が第２のセグメント部３７に対して配置されている。
【００４７】
このレーザ加工装置１ｂによるレーザ加工の動作は、上述の図６を参照して説明した第１実施形態のレーザ加工装置１による動作と同様であり、ＮＣ工作機４０が駆動して、セッティングされたシリンダ９０（ワーク）のボア内に集光ヘッド３０ｂが挿入されたら、測定用レーザ発振器１０が計測用レーザ光１１を発振し、当該計測用レーザ光１１が、第１のミラー２０と第１及び第３のハーフミラー２１、７０とを介して、集光ヘッド３０ｂ内に入射される。
【００４８】
そして、この集光ヘッド３０ｂ内に入射された計測用レーザ光１１は、第１実施形態と異なり本実施形態では、二重焦点レンズ３２の第１の焦点部で集光された後にセグメントミラー３５の第１のセグメント部３６で反射され、シリンダ９０のボア内面９１の照射部１２を照射する。
【００４９】
次に、ＣＣＤカメラ６０が、第２のミラー３４及び第３のハーフミラー７０を介して、ボア内面９１の照射部１２を撮像し、当該画像に対してコンピュータ８０が画像処理を行い、当該照射部１２の照射径が抽出し、さらに、当該抽出した照射部１２の照射径に基づいて、照射部１２に対する集光レンズ３１の相対的距離が、加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な程度の距離であるか否かの判定を行う。
【００５０】
この判定において、前記相対的距離が加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離であると判定した場合には、当該判定結果に基づいて、加工用レーザ光１６の光軸が前記照射部１２に向くように、ＮＣコントローラ５０がＮＣ工作機４０を制御し、集光ヘッド３０ｂをθ方向に回転させるようにＮＣ工作機４０が駆動する。
【００５１】
これに対し、上記の判定において、前記相対的距離が加工用レーザ光１６の焦点深度を確保出来ない距離であると判定した場合には、当該判定結果に基づいて、ＮＣコントローラ５０がＮＣ工作機４０を制御して、前記相対的距離が加工用レーザ光１６の焦点深度を確保可能な距離となるように、集光ヘッド３０ｂの位置を補正し、その後、加工用レーザ光１６の光軸が前記照射部１２に向くように、ＮＣコントローラがＮＣ工作機４０を制御し、集光ヘッド３０ｂをθ方向に回転させるようにＮＣ工作機４０が駆動する。
【００５２】
加工用レーザ光１６の光軸が照射部１２に向いたら、加工用レーザ発振器１５が加工用レーザ光１６を発振し、当該加工用レーザ光１６が、第１のハーフミラー２１及び第３のハーフミラー７０を介して、集光ヘッド３０ｂ内に入射される。
【００５３】
そして、この集光ヘッド３０ｂ内に入射された加工用レーザ光１６は、第１実施形態と異なり本実施形態では、二重焦点レンズ３２の第２の焦点部で集光された後に、セグメントミラー３５の第２のセグメント部３７で反射され、ボア内面９１の照射部１２に照射されて、ボア内面９１に窪み部９２が形成される。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、レーザ加工に際して、先ず、計測用レーザ発振器から加工用レーザ光とは異なる波長の計測用レーザ光を照射し、ＣＣＤカメラがボア内面に照射された当該計測用レーザ光の照射部を撮像し、コンピュータがこの撮像された照射部の照射径を抽出し、この照射径に基づいて、照射部に対する集光レンズの相対的距離が、加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定する。そして、この判定結果に基づいて、ＮＣコントローラが、集光ヘッドを照射部に対して相対的に移動させるようにＮＣ工作機を制御してから、加工用レーザ発振器が、照射部に対して加工用レーザ光を照射する。
【００５５】
このように、加工用レーザ光が照射される前に、当該計測用レーザ光と波長の異なる計測用レーザ光を用いて、照射部に対する集光レンズの相対的距離が加工用レーザ光の焦点深度を確保可能な距離であるか否かを判定し、当該判定結果を集光ヘッドの位置制御にフィードバックすることにより、照射部の一定の加工品質を得ることが可能な加工用レーザ光の焦点深度が確保され、高精度な微細加工を行うことが可能となる。
【００５６】
また、例えば、同一のレーザ光を用いて位置計測及び加工の両方を行う場合には、当該レーザ光の分光が必要となり、集光ヘッドの大型化を招くが、これに対し、本実施形態では特に、加工用レーザ光とは別の計測用レーザ光を用いることにより、集光ヘッドの小型化を図ることが可能となり、内燃機関のシリンダ内等の筒状体の内側のような狭い部位において高精度な微細加工を行うことが可能となる。さらに、同一の集光レンズにより、計測用レーザ光及び加工用レーザ光の両方の集光を行うため、上述のレーザ変位計の場合のような設置精度の問題も生じない。
【００５７】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置では、集光ヘッドが、二重焦点レンズの第１の焦点部にて集光された計測用レーザ光を反射する第１のセグメント部と、二重焦点レンズの第２の焦点部にて集光された加工用レーザ光を反射する第２のセグメント部とを持つセグメントミラーを有することにより、レーザ光の反射作用を利用して、ボア内面等の筒状体のような狭い部位における内側面に対して計測用レーザ光及び加工用レーザ光を照射させる構造を小型化することが出来、狭い部位に入り込む集光ヘッドをコンパクトに構成することが可能となる。
【００５８】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであ
って、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に
開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の全体を示す概略図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の実施形態における被加工物であるシリンダのボア内面を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のボア内面に形成された窪み部の拡大正面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）のIIC-IIC線に沿った窪み部の断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の集光ヘッド及びボア内面の拡大断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のIIIB-IIIB線に沿った断面図である。
【図４】図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置のＣＣＤカメラにより撮像された照射部の画像を示す図であり、図４（Ａ）は、ワークにバラツキがない場合の画像を示し、図４（Ｂ）は、ワークにバラツキがある場合の画像を示す。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態における照射径とボア内面のズレ量との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工動作の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の集光ヘッド及びボア内面の拡大断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のVIIB-VIIB線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…レーザ加工装置
１０…計測用レーザ発振器
１１…計測用レーザ光
１２…照射部
１５…加工用レーザ発振器
１６…加工用レーザ光
２０…第１のミラー
２１…第２のハーフミラー
３０…集光ヘッド
３１…集光レンズ
３２…二重焦点レンズ
３３…第２のミラー（反射手段）
３４…第２のハーフミラー（部分透過手段）
３５…セグメントミラー
３６…第１のセグメント（第１の反射手段）
３７…第２のセグメント（第２の反射手段）
４０…ＮＣ
５０…ＮＣコントローラ
６０…ＣＣＤカメラ
７０…第３のハーフミラー
８０…コンピュータ
９０…シリンダ
９１…ボア内面
９２…窪み部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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