(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ光の検出位置と光軸調整装置の位置とを分離し、実加工物へのレーザ光の照射を正確に行うことができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ発振器１から出射されるレーザ光の光軸を調整する光軸調整装置２０、レーザ光を反射及び透過させて、第１のレーザ光と第２のレーザ光とに分離させる固定ミラー１０及び、第１のレーザ光を集光させて被加工物１６に照射させる対物レンズ１５を順次に配設させ、かつ、第２のレーザ光の位置を検出する位置検出素子１２を備えさせ、固定ミラー１０から位置検出素子１２までの光路長Ｙ１と、固定ミラー１０から対物レンズ１５までの光路長Ｘ１＋Ｙ２とを合致させて設定すると共に、レーザ光の光軸を光軸調整装置２０によつて調整し、位置検出素子１２による位置検出信号が所定値を示すとき、対物レンズ１５の所定位置に第１のレーザ光が照射されるようにする。【選択図】図１
2005103598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生するレーザ発振器（１）と被加工物（１６）との間に、レーザ発振器（１）側から順次に、
レーザ発振器（１）から出射されるレーザ光の光軸を調整する光軸調整装置（２０）、レーザ光を反射及び透過させて、第１のレーザ光と第２のレーザ光とに分離させる固定ミラー（１０）及び、第１のレーザ光を集光させて被加工物（１６）に照射させる対物レンズ（１５）を配設させ、かつ、
第２のレーザ光が入射され、第２のレーザ光の位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出素子（１２）を備えさせ、
前記固定ミラー（１０）から位置検出素子（１２）までの光路長（Ｙ１）と、固定ミラー（１０）から対物レンズ（１５）までの光路長（Ｘ１＋Ｙ２）とを合致させて設定すると共に、
レーザ光の光軸を光軸調整装置（２０）によつて調整することにより、第２のレーザ光の位置検出素子（１２）への照射位置を調整し、位置検出素子（１２）による位置検出信号が所定値を示すとき、対物レンズ（１５）の所定位置に第１のレーザ光が照射されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記固定ミラー（１０）と対物レンズ（１５）との間に、レーザ光を反射し可視光を透過する合波ミラー（１４）が配置され、第１のレーザ光が合波ミラー（１４）によつて偏向されて対物レンズ（１５）に導かれると共に、
被加工物（１６）に照射される第１のレーザ光の被加工物（１６）への照射位置（Ｅ）を、合波ミラー（１４）及び対物レンズ（１５）を透過して撮像できるカメラ（１８）を配置し、
第１のレーザ光の被加工物（１６）への照射位置（Ｅ）を参照しながら光軸調整装置（２０）を操作し、照射位置（Ｅ）を適正位置に導くことを特徴とする請求項１のレーザ加工装置。
【請求項３】
カメラ（１８）の撮像向きとなる中心軸線が、対物レンズ（１５）の光軸と合致していることを特徴とする請求項２のレーザ加工装置。
【請求項４】
固体レーザからなるレーザ光を発生するレーザ発振器（１）と被加工物（１６）との間に、レーザ発振器（１）側から順次に、
レーザ発振器（１）から出射されるレーザ光の基本波を第二高調波、第三高調波及び第四高調波の内の一つの高調波に変換する高調波変換素子（４，５）、レーザ光の光軸を調整する光軸調整装置（２０）、レーザ光を反射及び透過させて、第１のレーザ光と第２のレーザ光とに分離させる固定ミラー（１０）及び、第１のレーザ光を集光させて被加工物（１６）に照射させる対物レンズ（１５）を配設させ、かつ、
第２のレーザ光が入射され、第２のレーザ光の位置及び出力を検出して位置検出信号及び出力検出信号を出力する位置検出素子（１２）を備えさせ、
前記位置検出素子（１２）の出力検出信号に基づいて高調波変換素子（４，５）を変位させ、高調波の出力を調整することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
前記固定ミラー（１０）から位置検出素子（１２）までの光路長（Ｙ１）と、固定ミラー（１０）から対物レンズ（１５）までの光路長（Ｘ１＋Ｙ２）とを合致させて設定すると共に、
レーザ光の光軸を光軸調整装置（２０）によつて調整することにより、第２のレーザ光の位置検出素子（１２）への照射位置を調整し、位置検出素子（１２）による位置検出信号が所定値を示すとき、対物レンズ（１５）の所定位置に第１のレーザ光が照射されていることを特徴とする請求項４のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接、切断、表面処理、マーキング、スクライビングなどの加工に使用されるレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザビームを利用したレーザ加工装置は、レーザ発振器そのものの出力や光軸の不安定さ、設置環境の振動や温度変化、更には経時変化などの要因により、光軸のずれが発生し、その結果、被加工物への照射位置の変動による加工精度の劣化、光路中に配置したレンズなどの中心軸線から光軸が外れることによる収差の発生に伴うビーム形状の悪化による加工精度の劣化を招いていた。
【０００３】
とりわけ、固体レーザの第三高調波又は第四高調波を利用するレーザ加工装置は、そのレーザビームの出力や光軸の不安定さのゆえ、訓練された作業者による頻繁なレンズ、ミラーなどの光学部品の変位つまり位置及び角度の調整が必要であつた。
【０００４】
すなわち、第三高調波又は第四高調波に変換するための第三高調波変換素子又は第四高調波変換素子は、使用に伴う変換効率の悪化や光学損傷（ひび、割れ）が起こるため、第三高調波変換素子、第四高調波変換素子等の交換や素子へのレーザ照射位置の変更のための位置調整などが必要である。そのため、光軸に対する第三高調波変換素子、第四高調波変換素子等の位置調整又は角度調整が必要となつている。
【０００５】
また、第三高調波変換素子、第四高調波変換素子等は、室温に対し高温又は低温に温度制御して用いるものが多く、熱平衡状態になるまでの熱膨張などによつて生ずる光軸のずれが、特にレーザ加工装置の使用開始初期において発生する。
【０００６】
レーザ加工装置において、レーザ光の光軸のずれが生ずると、被加工物へのレーザ光の照射位置にずれを生じ、被加工物に対する加工が適正に行われなくなるので、光軸調整のためにその都度レーザ加工作業を中断しなければならず、生産ラインにおける生産効率を低下させる要因となる。
【０００７】
また、レーザ加工装置の設置環境での振動や温度変化、更には経時劣化に起因する光軸のずれを防ぐために、レーザ加工装置の構成部材の高剛性化を図らねばならず、構造材として使用できる材料が制限されるなど、製作コストの増加にも繋がつていた。
【０００８】
これらの課題を解決するために、従来、特許文献１（特開平１１−２２６７６７号公報）及び特許文献２（特開平１１−１７９５７９号公報）の技術が提案されている。
【０００９】
特許文献１の技術は、隣合う２つのミラーの前側のミラーの後方及び後側のミラーの前方に、それぞれ光軸調整用のクロスヘアーを着脱自在に保持するためのターゲットホルダを設置するものであり、レーザビームの光路中にクロスヘアーを挿入し、その像を頼りに作業者が手動で光軸調整を行うものである。なお、加工テーブル上でのレーザ光の焦点合わせや、実際の加工状態を観察するための観察光学系を備え、この観察光学系には観察カメラが含まれている。
特許文献２の技術は、２つの位置検出素子を用いる光軸調整装置である。
【特許文献１】特開平１１−２２６７６７号公報
【特許文献２】特開平１１−１７９５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような従来のレーザ加工装置の光軸調整装置にあつては、次の技術的課題を有している。
（１）特許文献１の技術は、隣合う前側のミラーの後方及び後側のミラーの前方に、それぞれ光軸調整用のクロスヘアーを着脱自在に設置し、クロスヘアーの影がダブルクロスヘアーとならずに１つになるように前側のミラーのあおり角を調整する。このため、クロスヘアーの配置空間を加工用のレーザ光の光路上に確保する必要があり、レーザ加工装置の設計の自由度に劣るのみならず、光軸の適否の確認作業を行う度にクロスヘアーを着脱しなければならず、光軸調整作業が煩雑でもある。
【００１１】
（２）特許文献２の技術は、レーザ光を空間上で直交する３軸であるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に反射させるとき、レーザ光を第１及び第２の位置で位置検出素子によつて検出し、両検出値の差が零になるようにレーザ光の反射の角度を調整し、また、一方の検出値が所定値となるようにレーザ光の反射の位置を調整する。そして、位置検出素子に導くレーザ光を得るために、加工用のレーザ光の光路上に光軸調整に専用のハーフミラーを介在させてある。
【００１２】
このように、特許文献２の技術は、ハーフミラーによつて分離したレーザ光を位置検出素子に導くため、加工用のレーザ光の光路上に光軸調整のための空間を大きく確保する必要がなく、特許文献１の技術的課題は大略解決される。
【００１３】
しかしながら、レーザ光の反射の角度及び位置を調整することにより、レーザ光の光軸調整を行うために、レーザ光を反射させる第１及び第２の位置を使用してレーザ光を検出し、その位置での光軸調整を行うものである。すなわち、被加工物から大きく離れた位置でレーザ光の位置検出及び光軸調整の両者を行うものであり、必ずしも被加工物へのレーザ光の照射を正確に行わせるものとはなつていない、という技術的課題がある。加えて、光軸調整に専用のハーフミラーを光路上に介在させ、レーザ光を位置検出素子に導く必要がある。
【００１４】
また、大きく離れた被加工物へのレーザ光の照射出力についても、正確に把握し難い、という技術的課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、レーザ光の検出位置と光軸調整装置の位置とを分離し、被加工物に近接する位置でのレーザ光の検出を実質的に行うことにより、被加工物へのレーザ光の照射を正確に行うことを目的としている。その構成は、次の通りである。
【００１６】
請求項１の発明は、レーザ光を発生するレーザ発振器１と被加工物１６との間に、レーザ発振器１側から順次に、
レーザ発振器１から出射されるレーザ光の光軸を調整する光軸調整装置２０、レーザ光を反射及び透過させて、第１のレーザ光と第２のレーザ光とに分離させる固定ミラー１０及び、第１のレーザ光を集光させて被加工物１６に照射させる対物レンズ１５を配設させ、かつ、
第２のレーザ光が入射され、第２のレーザ光の位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出素子１２を備えさせ、
前記固定ミラー１０から位置検出素子１２までの光路長Ｙ１と、固定ミラー１０から対物レンズ１５までの光路長Ｘ１＋Ｙ２とを合致させて設定すると共に、
レーザ光の光軸を光軸調整装置２０によつて調整することにより、第２のレーザ光の位置検出素子１２への照射位置を調整し、位置検出素子１２による位置検出信号が所定値を示すとき、対物レンズ１５の所定位置に第１のレーザ光が照射されていることを特徴とするレーザ加工装置である。
請求項２の発明は、前記固定ミラー１０と対物レンズ１５との間に、レーザ光を反射し可視光を透過する合波ミラー１４が配置され、第１のレーザ光が合波ミラー１４によつて偏向されて対物レンズ１５に導かれると共に、
被加工物１６に照射される第１のレーザ光の被加工物１６への照射位置Ｅを、合波ミラー１４及び対物レンズ１５を透過して撮像できるカメラ１８を配置し、
第１のレーザ光の被加工物１６への照射位置Ｅを参照しながら光軸調整装置２０を操作し、照射位置Ｅを適正位置に導くことを特徴とする請求項１のレーザ加工装置である。
請求項３の発明は、カメラ１８の撮像向きとなる中心軸線が、対物レンズ１５の光軸と合致していることを特徴とする請求項２のレーザ加工装置である。
請求項４の発明は、固体レーザからなるレーザ光を発生するレーザ発振器１と被加工物１６との間に、レーザ発振器１側から順次に、
レーザ発振器１から出射されるレーザ光の基本波を第二高調波、第三高調波及び第四高調波の内の一つの高調波に変換する高調波変換素子４，５、レーザ光の光軸を調整する光軸調整装置２０、レーザ光を反射及び透過させて、第１のレーザ光と第２のレーザ光とに分離させる固定ミラー１０及び、第１のレーザ光を集光させて被加工物１６に照射させる対物レンズ１５を配設させ、かつ、
第２のレーザ光が入射され、第２のレーザ光の位置及び出力を検出して位置検出信号及び出力検出信号を出力する位置検出素子１２を備えさせ、
前記位置検出素子１２の出力検出信号に基づいて高調波変換素子４，５を変位させ、高調波の出力を調整することを特徴とするレーザ加工装置である。
請求項５の発明は、前記固定ミラー１０から位置検出素子１２までの光路長Ｙ１と、固定ミラー１０から対物レンズ１５までの光路長Ｘ１＋Ｙ２とを合致させて設定すると共に、
レーザ光の光軸を光軸調整装置２０によつて調整することにより、第２のレーザ光の位置検出素子１２への照射位置を調整し、位置検出素子１２による位置検出信号が所定値を示すとき、対物レンズ１５の所定位置に第１のレーザ光が照射されていることを特徴とする請求項４のレーザ加工装置である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１によれば、固定ミラーを基準として、対物レンズ及び位置検出素子を同光路長に配置し、位置検出素子の位置検出信号を参照しながら光軸調整装置を操作することにより、位置検出素子と等価位置の対物レンズに光軸調整させたレーザ光を導入することができる。その結果、対物レンズに近接する被加工物に精度よく光軸調整させたレーザ光を導入し、良好な照射位置を得ながら、所要のレーザ加工を施すことが可能になるという著効が得られる。
【００１８】
加えて、光軸の調整に際して、実質的に対物レンズを基準とすることになるため、対物レンズの中心（主点）を基準とすることにより、光路中に配置した対物レンズなどの中心軸線から光軸が外れることによる収差を減少できる。これにより、収差の発生に伴うレーザビーム形状の悪化による加工精度の劣化を良好に低減することができる。
【００１９】
また、レーザ光を反射及び透過させて分離して得た第２のレーザ光を位置検出素子に導くため、加工用のレーザ光の光路上にレーザ光の位置検出のための空間を確保する必要がないと共に、位置（及び出力）の検出を連続的に行うことができるため、生産性を犠牲にすることなく、高精度なレーザ加工が可能になる。
【００２０】
請求項２によれば、カメラにより撮像される第１のレーザ光の被加工物への照射位置を参照しながら光軸調整装置を操作し、第１のレーザ光を被加工物の適正位置に導く。これにより、更に高精度なレーザ加工が可能になる。
【００２１】
請求項３によれば、カメラによつて第１のレーザ光の被加工物への照射位置を参照することにより、レーザ光の光軸の位置を識別することが可能になる。その結果、被加工物の厚さの如何によらず、第１のレーザ光の被加工物への照射位置を正確に調整することが可能になる。
【００２２】
請求項４によれば、レーザ光を集光させて被加工物に照射させる対物レンズの近くかつ等価位置の位置検出素子の出力検出信号に基づいて高調波変換素子を変位させ、高調波の出力を調整する。これにより、位置検出素子を有効活用しながら、被加工物に照射するレーザ光の出力を、被加工物に近接する対物レンズの位置で参照しながら、適正に調整することが可能になる。
請求項５によれば、請求項１に係る発明の効果を合わせて奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１〜図３は、本発明の１実施の形態に係るレーザ加工装置の概略を示す。図１，図２中において符号１はレーザ発振器であり、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯレーザなどの固体レーザ光を発生する。レーザ発振器１から水平方向（Ｘ軸方向）に出射する基本波は、２つの固定ミラー２，３によつて９０°ずつ合計で１８０°偏向させた後、第二高調波変換素子４、高調波変換素子５、分離ミラー６，７、複数の固定ミラー８，９，１０、合波ミラー１４及び対物レンズ１５に順次に導き、被加工物１６（ダミーを含む）に集光させて照射させる。
【００２４】
なお、空間で直交する３軸であるＸ，Ｙ，Ｚに対し、固定ミラー２，３，８は、Ｘ軸及びＺ軸を含む水平方向に入射及び反射させ、固定ミラー９及び合波ミラー１４は、水平方向に入射するものをＹ軸を含む垂直方向に反射させ、固定ミラー１０は、垂直方向に入射するものを水平方向に反射させる機能を有する。分離ミラー６，７は、後述するあおり駆動を考慮しなければ、Ｘ軸及びＺ軸を含む水平方向に入射及び反射させる機能を有する。また、固定ミラー１０と合波ミラー１４との間には、メカニカルシャッタ１３が配設され、メカニカルシャッタ１３の操作によつてレーザ光を遮断することができるようになつている。
【００２５】
第二高調波変換素子４は非線形光学結晶からなり、第二高調波変換素子４からは、第二高調波及び変換されずに透過する基本波が同一光路で出射する。これらは、非線形光学結晶からなる高調波変換素子５に入射し、第三高調波、及び変換されずに透過する基本波及び第二高調波が同一光路で出射する。
【００２６】
第二高調波変換素子４は、アクチュエータ２６，２８を付属し、高調波変換素子５は、アクチュエータ３０，３２を付属する。各アクチュエータ２６，３０は、各素子４，５を垂直方向（Ｙ軸方向）及び水平方向（Ｘ軸、Ｚ軸方向）にスライド移動させる。各アクチュエータ２８，３２は、各素子４，５のＸ軸に対する角度を変化させ、レーザ光の入射角を変化させる。これらのアクチュエータ２６，２８、３０，３２の操作により、高調波への高変換を行わせ、通常は可及的最大に変換させる。
【００２７】
分離ミラー６，７は、レーザ加工に用いる特定の単一波長のみ、つまり高調波変換素子５によつて変換された第三高調波のみを反射するものである。分離ミラー６，７は、その特性として、ミラー１枚につき分離除去したい基本波及び第二高調波を数％〜１０％程度だけ、必要とする第三高調波と同方向に反射させるため、分離ミラー６，７を二枚組合せて、基本波及び第二高調波の反射率を下げてある。
【００２８】
なお、上記高調波変換素子５は、第三高調波変換素子としたが、これを第四高調波変換素子に置換することもできる。第四高調波変換素子に置換することにより、第四高調波、及び変換されずに透過する基本波及び第二高調波が変換素子５から出射することになるので、分離ミラー６，７によつて特定の第四高調波のみを反射させる。以下、主として第三高調波又は第四高調波を単に高調波と称するが、第二高調波も高調波に含まれる。
【００２９】
また、分離ミラー６は、アクチュエータ１９を付属し、分離ミラー７は、アクチュエータ２１を付属する。各アクチュエータ１９，２１は、例えば各分離ミラー６，７をθｘ，θｙの二自由度に駆動する。分離ミラー６，７は、レーザ発振器１と固定ミラー１０との間に配設され、ミラー６，７をＸ軸及びＹ軸を基準としてあおり駆動することにより、レーザ光（高調波）の光軸を直交するＸ−Ｙ方向に調整し、ひいては被加工物１６上で直交するＸ−Ｚ方向に調整する光軸調整装置２０を構成している。すなわち、分離ミラー６，７のθｘのあおりは、被加工物１６上でＸ軸方向の変位となり、θｙのあおりは、固定ミラー９でのＹ軸方向への反射により、被加工物１６上でＺ軸方向の変位となる。
【００３０】
しかして、高調波のみが分離ミラー６，７によつて次々にほぼ９０°ずつ合計で１８０°偏向され、基本波及び第二高調波は分離ミラー６を透過してレーザビーム終端器２３で終端処理される。分離ミラー７の背後にも、同様にレーザビーム終端器が配設される。従つて、光軸調整装置２０は、２つのミラー６，７によつてレーザ光の反射の角度のみをＸ軸及びＹ軸に対して調整して高調波の光軸を調整するものである。
【００３１】
固定ミラー８，９，１０は、高調波を次々に全反射して９０°ずつ偏向させる。各固定ミラー８，９，１０での高調波の反射率は９９％程度であり、残りの１％程度は透過する。垂直方向（Ｙ軸方向）に入射し、固定ミラー１０で水平方向（Ｘ軸方向）に反射した高調波は合波ミラー１４で垂直方向（Ｙ軸方向）に全反射して９０°偏向され、対物レンズ１５に入射し、対物レンズ１５で集光された高調波が水平配置された被加工物１６に照射されて所望の加工がなされる。被加工物１６に対する加工は、溶接、切断、表面処理、マーキング、スクライビングなどである。
【００３２】
一方、固定ミラー１０の垂直方向の背後（Ｙ方向）には、減衰フィルター１１を介してＰ．Ｓ．Ｄ．（Position Sensing Device ）からなる位置検出素子１２を水平配置してある。このＰ．Ｓ．Ｄ．は、正方形をなすように配置した４個のフォトダイオードの組立体の四隅に電極を設け、レーザ光の照射に伴う光電流値の変化を各電極で検出し、これらの検出値からレーザ光（高調波）の二次元（Ｘ−Ｚ方向）の位置検出を行うものであり、４個のフォトダイオードで受けた全光電流の検出値からレーザ光の出力検出を行うこともできる。従つて、位置検出素子１２は、位置及び出力検出素子となり得る。この位置検出素子１２は、固定ミラー１０を透過後の高調波のＸ−Ｚ方向の位置を検出して信号（位置検出信号及び出力検出信号）を出力するため、光軸調整装置２０よりも被加工物１６に近い位置で、高調波変換素子５によつて変換された高調波の位置（及び出力）を正確に検出することができる。
【００３３】
ここで、位置検出素子１２は、固定ミラー１０から対物レンズ１５の中心（主点）までの光路長（Ｘ１＋Ｙ２）と、固定ミラー１０から位置検出素子１２までの光路長（Ｙ１）とが等しい関係に位置し、また、それらの中心が等価になるように設置されている。すなわち、光軸調整装置２０によつて適正に光軸調整されたレーザ光（高調波）は、固定ミラー１０において反射した第１のレーザ光が合波ミラー１４を経て対物レンズ１５の中心（主点）に到達するとき、固定ミラー１０を透過した第２のレーザ光が位置検出素子１２の中心に到達する。
【００３４】
また、合波ミラー１４のＹ軸方向の背後には、結像レンズ１７及び被加工物観察用のカメラ１８を配置してある。カメラ１８に写し出される画像の中心軸線は対物レンズ１５の中心軸線と合致し、被加工物１６（ダミーを含む）にレーザで加工される加工跡つまり第１のレーザ光の照射位置Ｅがカメラ１８からの情報として得られる。被加工物観察用のカメラ１８、結像レンズ１７及び対物レンズ１５は、芯出ししてある。
【００３５】
アクチュエータ１９，２１，２６，２８，３０，３２、位置検出素子１２及びカメラ１８は、それぞれ制御装置２４に接続され、位置検出素子１２の検出値及びカメラ１８の検出値（映像信号）が計算機２５を付属する制御装置２４（マイクロコンピュータ）に入力され、計算機２５による演算結果に基づいて、制御装置２４によつて各アクチュエータ１９，２１，２６，２８，３０，３２が操作される。
【００３６】
しかして、カメラ１８で得られる被加工物１６（ダミーを含む）のレーザによる特定の加工跡（照射位置Ｅ）と、位置検出素子１２から得られるレーザビームの位置データとを基に、光軸調整装置２０によつてレーザ光の光軸を調整し、光軸を水平面内の中心に合致させることができる。
【００３７】
具体的には、制御装置２４によつてアクチュエータ１９，２１を制御し、分離ミラー６，７のあおり角を調整し、位置検出素子１２の検出値を基にレーザ光を対物レンズ１５の主点に導くと共に、カメラ１８の映像信号を基に加工跡（照射位置Ｅ）を被加工物１６の所定位置に導く。これにより、レーザ光の光軸が対物レンズ１５の中心軸線に合致するようになる。なお、被加工物１６に代えて蛍光塗料を塗布した板材などを用い、加工跡に代えて、レーザビームが蛍光塗料に照射された際の蛍光から照射位置Ｅを知り、光軸調整をすることもできる。
【００３８】
高調波が伝播する光軸は、高調波変換素子４，５の結晶の光軸に対する角度、結晶に付属する集光レンズ（図示せず）の位置及び角度、固定の各ミラー２，３，８，９，１０，１４の位置及び角度などの意図しない位置ずれにより、微小ではあるが変位、偏向してしまう。
【００３９】
そこで、被加工物１６にレーザビームを照射するために集光させる対物レンズ１５の主点と同光路長に位置検出素子１２を配置し、予め対物レンズ１５の光軸と調整されたカメラ１８の撮像情報とを基に、計算機２５を付属する制御装置２４によつて光軸が中心に合致するようにアクチュエータ１９，２１を制御し、二自由度が与えられた二枚の分離ミラー６，７のあおり角を調整することにより、対物レンズ１５の主点と等価な位置に配置された位置検出素子１２の中心と、カメラ１８の中央に光軸を自動的に合致させる。その際、カメラ１８上で直接レーザビームを観察することはできないため、被加工物１６にレーザビームを照射した加工跡などのレーザ照射位置Ｅを参照し、光軸の位置を識別する。
【００４０】
次に作用について説明する。
レーザ発振器１から出射する基本波は、固定ミラー２及び固定ミラー３で反射して１８０°偏向した後、第二高調波変換素子４及び高調波変換素子５を順次に通過し、高調波、及び変換されずに透過する基本波及び第二高調波が出射し、分離ミラー６，７で次々に高調波のみとなるように反射される。引続き、高調波は、複数の固定ミラー８，９，１０によつて次々に全反射されて偏向される。固定ミラー１０で反射した高調波（第１のレーザ光）は合波ミラー１４で全反射して９０°偏向され、対物レンズ１５に入射し、集光されて被加工物１６（ダミー）に照射される。
【００４１】
固定ミラー１０を透過する僅かの高調波（第２のレーザ光）は、減衰フィルター１１を透過して適宜に減衰されて位置検出素子１２に入射し、高調波の水平面上の位置が検出されて位置検出信号が出力される。同時に、位置検出素子１２は高調波の出力も検出し、出力検出信号を出力している。
【００４２】
この位置検出素子１２による位置検出信号から、第１のレーザ光が対物レンズ１５の主点に正しく到達しているか否かが分かるので、対物レンズ１５の主点にレーザ光が到達していない場合には、光軸調整装置２０を適宜に操作させて対物レンズ１５の主点に第１のレーザ光を導く。すなわち、位置検出素子１２の４個のフォトダイオードの光電流値が等しくなるように、分離ミラー６，７のθｘのあおり（角度）及びθｙのあおり（角度）を調整変更する。位置検出素子１２の４個のフォトダイオードのレーザ光の照射に伴う光電流値が一致することにより、これと等価位置の対物レンズ１５の主点にレーザ光が到達していることが分かる。
【００４３】
レーザ光が対物レンズ１５の主点に正しく照射される状態で、カメラ１８により、合波ミラー１４及び対物レンズ１５を透過して被加工物１６に照射される第１のレーザ光の被加工物１６（ダミー）への照射位置Ｅを撮像する。そして、照射位置Ｅを参照し、レーザ光の光軸の位置の適否を識別する。照射位置Ｅがカメラ１８の像の中心に対して位置ずれを生じているときは、光軸が正しくないため、光軸調整装置２０を適宜に操作させて第１のレーザ光の被加工物１６への照射位置Ｅを適正位置に導く。光軸調整装置２０の操作は、制御装置２４によつて自動的に行うが、手動によつて行うことも可能である。
【００４４】
光軸調整装置２０の繰り返し操作により、対物レンズ１５の主点に第１のレーザ光が到達し、かつ、被加工物１６への適正な照射位置Ｅに加工跡が存在する状態に調整する。これにより、レーザ光の光軸が正しく調整され、対物レンズ１５によつて集光されるレーザ光が被加工物１６に正しく照射され、高精度の加工が可能になる。
【００４５】
カメラ１８の中央に光軸を合致させる工程は、レーザ加工を開始する前に１度行うだけでよく、その後は、対物レンズ１５の主点と等価な位置に配置された位置検出素子１２の検出結果から、光軸の変位と出力の変動とをリアルタイム・モニタリングすればよい。
【００４６】
一方、位置検出素子１２による出力検出値は、高調波の出力を示しているので、高調波の出力モニタリングとして利用でき、出力検出値を参照しながら、別途付加する光量減衰装置によつて所定の出力に調整することができる。高調波の出力は、位置検出素子１２の４個のフォトダイオードの光電流値の合計として得られるので、レーザ加工を開始する前に適正値に設定し、その後、高調波の出力モニタリングを行う。出力検出値から、波長変換部の異常を読み取ることもできる。
【００４７】
レーザ加工を開始した後の高調波の出力モニタリングは、次のようにして行うことができる。すなわち、加工の種類に応じた高調波の適正な出力を与えてレーザ加工を開始し、この加工開始時の位置検出素子１２の４領域で受けた光電流値の合計を全光電流値として制御装置２４に記憶しておき、次に高調波の出力モニタリングを行うときに位置検出素子１２の全光電流値を得、これと前回記憶した全光電流値とを比較する。そして、比較結果が、今回の全光電流値が前回の全光電流値より以上であるときは、適正な高調波の出力が得られているので、調整を終了する。
【００４８】
一方、今回の全光電流値が前回記憶した全光電流値よりも小であるときは、適正な高調波の出力が得られていないので、第二高調波変換素子４をアクチュエータ２６，２８によつて調整変位させる。すなわち、アクチュエータ２６によつて素子４を垂直及び水平の方向に適宜にスライドさせ、また、アクチュエータ２８によつて素子４の角度を変化させ、レーザ光の入射角を適宜に変化させる。引き続き、位置検出素子１２の全光電流値を得、再度比較を行い、今回の全光電流値が前回記憶した全光電流値より以上であるときは、適正な高調波の出力が得られているので、調整を終了する。
【００４９】
再度、今回の全光電流値が前回記憶した全光電流値よりも小であるときは、適正な高調波の出力が得られていないので、高調波変換素子５をアクチュエータ３０，３２によつて調整変位させる。すなわち、アクチュエータ３０によつて素子５を垂直及び水平の方向に適宜にスライドさせ、アクチュエータ３２によつて素子５の角度を変化させ、レーザ光の入射角を適宜に変化させる。引き続き、位置検出素子１２の全光電流値を得、再度比較を行い、今回の全光電流値が前回記憶した全光電流値より以上であるときは、適正な高調波の出力が得られているので、調整を終了する。
【００５０】
今回の全光電流値が前回記憶した全光電流値よりも小であるときは、第二高調波変換素子４及び高調波変換素子５のアクチュエータ２６，２８、３０，３２の上記操作を繰り返す。アクチュエータ２６，２８、３０，３２の上記操作の適当回数の繰り返しによつて適正な高調波の出力が得られないときは、第二高調波変換素子４及び高調波変換素子５を含む波長変換部が異常であると判断することができる。
【００５１】
なお、分離ミラー６，７は、高調波変換素子５によつて変換された高調波のみを反射する高調波の分離機能と、光軸調整装置２０の主要部を構成し、レーザ光の反射の角度をＸ軸及びＹ軸に対して調整して高調波の光軸を調整する機能とを併有している。このように両機能を併有させることにより、レーザ加工装置の構造を簡素化することができる。
【００５２】
ところで、上記実施形態の光軸調整装置２０は、２つのミラー６，７によつてレーザ光の入・反射の角度のみを変更調整して高調波の光軸を調整するものであるが、これに少なくとも一方のミラー６又は７ひいてはレーザ光をＸ方向に平行移動させる機能を付加し、レーザ光の反射の角度に加えて位置をも調整して、レーザ光の光軸調整を行うものによつて構成することもできる。光軸調整装置に対し、レーザ光の反射の角度及び位置を調整する機能を付与すれば、光軸調整装置２０により、対物レンズ１５と被加工物１６への照射位置Ｅとの間の光軸を更に適正に調整することが可能になる。すなわち、カメラ１８の撮像向き（中心軸線）が対物レンズ１５の光軸と合致し、レーザ光の位置検出素子１２への入射位置の中心からのずれと、カメラ１８に写し出される第１のレーザ光の照射位置Ｅのずれとが、Ｘ軸方向に同等であるときは、光軸調整装置２０によつてレーザ光をＸ方向に平行移動させて光軸調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の１実施の形態に係るレーザ加工装置を示す概略図。
【図２】同じく一部を拡大して示す図。
【図３】同じく一部を拡大して示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１：レーザ発振器
４：第二高調波変換素子（高調波変換素子）
５：高調波変換素子
１０：固定ミラー
１２：位置検出素子
１４：合波ミラー
１５：対物レンズ
１６：被加工物
１８：カメラ
２０：光軸調整装置
Ｅ：照射位置
Ｙ１，Ｙ２：光路長
Ｘ１：光路長
【図１】
2005103598.tif 000003
【図２】
2005103598.tif 000004
【図３】
2005103598.tif 000005