(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度なレーザ加工を実現する。【解決手段】レーザ発振器１１から出射されたレーザ光の一部を受光し、受光したレーザ光からレーザパワーを計測する計測手段１３と、レーザ発振器１１からのレーザ光により加工された加工対象物１の加工面を撮影する撮像手段１６と、撮像手段１６により得られる画像データに含まれる少なくとも１以上の加工部分の加工結果を取得する画像処理手段１７と、計測手段により得られるレーザパワーの計測結果と予め設定されるレーザパワーの目標値との比較を行い、比較結果に基づいてレーザ発振器１１から出射させるレーザ光のレーザパワーを制御し、更に画像処理手段１７により得られる加工結果に基づいて加工の良否判定を行い、判定結果に基づいて目標値の設定を変更する制御を行う制御手段２０とを有する。【選択図】図１
2007196274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射されるレーザ光を所定のレーザパワーに制御して加工対象物に照射することにより加工を行うレーザ加工装置において、
前記レーザ発振器から出射されたレーザ光の一部を受光し、受光したレーザ光からレーザパワーを計測する計測手段と、
前記レーザ発振器からのレーザ光により加工された加工対象物の加工面を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により得られる画像データに含まれる少なくとも１以上の加工部分の加工結果を取得する画像処理手段と、
前記計測手段により得られるレーザパワーの計測結果と予め設定されるレーザパワーの目標値との比較を行い、比較結果に基づいて前記レーザ発振器から出射させるレーザ光のレーザパワーを制御し、更に前記画像処理手段により得られる加工結果に基づいて加工の良否判定を行い、判定結果に基づいて前記目標値の設定を変更する制御を行う制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記計測手段によるレーザパワーの計測及び前記画像処理手段による加工結果の取得を、予め設定された時間間隔又は前記レーザ発振器からのレーザ光のショット数に基づいて実行させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記画像処理手段は、
前記画像データに含まれる加工対象物の加工面から予め設定された領域における加工穴径又は加工穴面積を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光を集光させて前記加工対象物の加工面に照射させるための光学系レンズを有し、
前記制御手段は、前記加工の良否判定結果に基づいて、予め設定された前記光学系レンズの目標位置を変更することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザ発振器から出射されるレーザ光を所定のレーザパワーに制御して加工対象物に照射することにより加工を行うレーザ加工方法において、
前記レーザ発振器から出射されたレーザ光の一部を受光し、受光したレーザ光からレーザパワーを計測する計測段階と、
前記レーザ発振器からのレーザ光により加工された加工対象物の加工面を撮影する撮像段階と、
前記撮像段階により得られる画像データに含まれる少なくとも１以上の加工部分の加工結果を計測する加工結果計測段階と、
前記計測段階により得られるレーザパワーと予め設定されるレーザパワーの目標値との比較を行い、比較結果に基づいて前記レーザ発振器から出射させるレーザ光のレーザパワーを制御するレーザパワー制御段階と、
前記加工結果計測段階により得られる加工結果に基づいて加工の良否判定を行う良否判定段階と、
前記良否判定段階により得られる判定結果に基づいて前記目標値の設定を変更するよう制御を行う目標値制御段階とを有することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項６】
前記計測段階によるレーザパワーの計測及び前記加工結果計測段階による加工結果の取得は、予め設定された時間間隔又は前記レーザ発振器からのレーザ光のショット数に基づいて実行することを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記加工結果計測段階は、
前記画像データに含まれる加工対象物の加工面から予め設定された領域における加工穴径又は加工穴面積を計測することを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記良否判定段階により得られる良否判定結果に基づいて、前記レーザ光を集光させて前記加工対象物の加工面に照射させるための光学系レンズの位置を変更するよう制御するレンズ位置制御段階を有することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に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、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に係り、特に高精度なレーザ加工を実現するための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、レーザ光を用いて半導体基板等の加工対象物（ワーク）に加工を行うレーザ加工装置においてレーザ加工を行う際には、まず予め設定されたレーザ光の出力パワーやタイミング等の加工条件に基づきテスト用の加工対象物に加工テストを行い、その結果を撮像装置等で撮影し、撮影した画像を確認することで、加工の良否の判定と判定結果に基づく加工条件の調整を人手により行っている。また、レーザ光のレーザパワーをパワーメータ等で計測し、その値を評価して、加工品質のＯＫ／ＮＧの判定を行う場合もある。
【０００３】
更に、上述したように予め設定した加工条件によりテスト加工した結果を用いて加工の良否を判定する加工条件出しモードと、レーザ光の照射パワーを計測して加工品質を判定するパワーチェックモードと、通常加工モードとを有し、何れかの動作モードを選択してビーム加工を行う技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２７５８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１では、加工条件出しモード及びパワーチェックモードは、制御システムによりオペレータが入力したモード選択データに基づいて対応する処理が実行される。このため、実際にワークに対するレーザ加工中において連続的な加工制御を行うことができなかった。
【０００５】
また、従来の技術では、レーザ加工されたワークを撮影した画像から得られる加工後の状態と、レーザ光のレーザパワーの計測結果とを組み合わせてレーザ加工における適切な制御を行う手法は存在していなかった。このため、レーザ加工を高精度に行うことができていなかった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、高精度なレーザ加工を実現するための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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器から出射されるレーザ光を所定のレーザパワーに制御して加工対象物に照射することにより加工を行うレーザ加工装置において、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光の一部を受光し、受光したレーザ光からレーザパワーを計測する計測手段と、前記レーザ発振器からのレーザ光により加工された加工対象物の加工面を撮影する撮像手段と、前記撮像手段により得られる画像データに含まれる少なくとも１以上の加工部分の加工結果を取得する画像処理手段と、前記計測手段により得られるレーザパワーの計測結果と予め設定されるレーザパワーの目標値との比較を行い、比較結果に基づいて前記レーザ発振器から出射させるレーザ光のレーザパワーを制御し、更に前記画像処理手段により得られる加工結果に基づいて加工の良否判定を行い、判定結果に基づいて前記目標値の設定を変更する制御を行う制御手段とを有することを特徴とする。これにより、レーザ光の安定化を向上することができ、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【０００８】
更に、前記制御手段は、前記計測手段によるレーザパワーの計測及び前記画像処理手段による加工結果の取得を、予め設定された時間間隔又は前記レーザ発振器からのレーザ光のショット数に基づいて実行させることが好ましい。これにより、効率的且つ継続的にレーザ光の出力制御を行うことができる。
【０００９】
更に、前記画像処理手段は、前記画像データに含まれる加工対象物の加工面から予め設定された領域における加工穴径又は加工穴面積を計測することが好ましい。これにより、加工部分の良否判定をより詳細に行うことができる。
【００１０】
更に、前記レーザ光を集光させて前記加工対象物の加工面に照射させるための光学系レンズを有し、前記制御手段は、前記加工の良否判定結果に基づいて、予め設定された前記光学系レンズの目標位置を変更することが好ましい。これにより、レーザ発振器から出射されるレーザ光のパワー制御だけでなく、レンズ位置調整の制御も行うことができるため、加工品質を向上させることができる。
【００１１】
また、レーザ発振器から出射されるレーザ光を所定のレーザパワーに制御して加工対象物に照射することにより加工を行うレーザ加工方法において、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光の一部を受光し、受光したレーザ光からレーザパワーを計測する計測段階と、前記レーザ発振器からのレーザ光により加工された加工対象物の加工面を撮影する撮像段階と、前記撮像段階により得られる画像データに含まれる少なくとも１以上の加工部分の加工結果を計測する加工結果計測段階と、前記計測段階により得られるレーザパワーと予め設定されるレーザパワーの目標値との比較を行い、比較結果に基づいて前記レーザ発振器から出射させるレーザ光のレーザパワーを制御するレーザパワー制御段階と、前記加工結果計測段階により得られる加工結果に基づいて加工の良否判定を行う良否判定段階と、前記良否判定段階により得られる判定結果に基づいて前記目標値の設定を変更するよう制御を行う目標値制御段階とを有することを特徴とする。これにより、レーザ光の安定化を向上することができ、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００１２】
更に、前記計測段階によるレーザパワーの計測及び前記加工結果計測段階による加工結果の取得は、予め設定された時間間隔又は前記レーザ発振器からのレーザ光のショット数に基づいて実行することが好ましい。これにより、効率的且つ継続的にレーザ光の出力制御を行うことができる。
【００１３】
更に、前記加工結果計測段階は、前記画像データに含まれる加工対象物の加工面から予め設定された領域における加工穴径又は加工穴面積を計測することが好ましい。これにより、加工部分の良否判定をより詳細に行うことができる。
【００１４】
更に、前記良否判定段階により得られる良否判定結果に基づいて、前記レーザ光を集光させて前記加工対象物の加工面に照射させるための光学系レンズの位置を変更するよう制御するレンズ位置制御段階を有することが好ましい。これにより、レーザ発振器から出射されるレーザ光のパワー制御だけでなく、レンズ位置調整の制御も行うことができるため、加工品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜本発明の概要＞
本発明は、パワーメータ等の計測手段により得られるレーザパワーの計測結果と、加工対象物の加工結果を撮影する撮像手段により得られる加工結果とに基づいて、レーザ光の制御を所定のタイミングで行う。具体的には、レーザ光のパワー計測により予め設定される目標値に対する安定性の制御を行い、画像処理を用いて加工品質の安定性の制御を行う。これにより、レーザ光源や環境による不安定性や、パワーメータによる計測後の光学系等の環境による不安定性や、ワークの厚さが加工処理中に変化する等のワーク品質のばらつき等による加工条件の変化に対応した高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
以下に、本発明におけるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明におけるレーザ加工装置の概略構成の一例を示す図である。図１に示すレーザ加工装置１０は、レーザ発振器１１と、ハーフミラー１２と、計測手段としてのパワーメータ１３と、レンズ位置調整手段１４と、光学系レンズ１５と、撮像手段としてのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）カメラ１６と、画像処理手段１７と、駆動制御手段１８と、ワーク（加工対象物）１を移動させる駆動ローラ１９と、制御手段２０とを有するよう構成されている。
【００１８】
レーザ発振器１１は、制御手段２０から得られる制御信号により、所定のタイミングでパルスレーザ光を出射する。ここで、本実施形態におけるレーザ光は、例えば１パルス当たりのエネルギーが１Ｊ以上、パルス幅２０μｓｅｃ以下、周波数１００Ｈｚ以上のＣＯ２レーザを用いることができる。なお、本発明におけるレーザ光の種類については特に限定されることはなく、例えば波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザや、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長が２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマレーザ、あるいはＹＡＧレーザ等を用いることもできる。
【００１９】
また、ハーフミラー１２は、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光の一部を透過させ、残りを所定の方向に反射させる。なお、透過率は予め設定されているが、例えばハーフミラー１２に入射されるレーザ光全体の約１％程度が透過され、残りの約９９％が反射される。
【００２０】
パワーメータ１３は、ハーフミラー１２により透過されたレーザパワー計測用のレーザ光のレーザパワーを計測する。なお、パワーメータ１３は、レーザパワーの計測のタイミングを、所定の時間（数秒）又はレーザパルスの所定のショット数（数千回）に１回の間隔で計測を行う。なお、本発明におけるタイミングはこれに限定されず、例えば、１ショット毎に計測することも可能である。パワーメータ１３は、計測したレーザパワー値を制御手段２０へ出力する。
【００２１】
レンズ位置調整手段１４は、制御手段２０からの制御により光学系レンズ１５の位置を所定の目標位置に移動させ、フォーカス位置の制御を行う。なお、レンズ位置調整手段１４は、光学系レンズ１５を図１に示すＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させることができる。なお、本実施形態において、ＸＹ軸平面はワーク面に対して水平であり、Ｚ軸はワーク面に対して垂直である。また、光学系レンズ１５は、ｆθレンズや集光レンズ等からなり、ハーフミラー１２からのレーザ光を集光（フォーカス）し、樹脂シート等のワーク１の加工面に対して所定の結像を行う。
【００２２】
次に、ＣＣＤカメラ１６は、レーザ光により加工されたワーク１の加工面を撮影する。具体的には、レーザ光により加工されたワーク１は、駆動ローラ１９により固定に設置されたＣＣＤカメラ１６の撮影範囲内に移動する。このとき、ＣＣＤカメラ１６は、撮影範囲内にある少なくとも１以上の加工部分の加工状態を撮影する。また、ＣＣＤカメラ１６は、撮影した加工面の画像データを画像処理手段１７に出力する。
【００２３】
ここで、レーザ光によりワーク１に加工される加工部分は、ＣＣＤカメラ１６の撮影範囲内に複数含まれるため、ＣＣＤカメラ１６は、数十秒もしくは数分に１回の間隔で撮影を行う。なお、本発明における撮影間隔はこの限りではなく、加工条件等により設定される。例えば、撮影範囲内における加工が１箇所しかなければ、その１箇所のみが撮影される。
【００２４】
画像処理手段１７は、ＣＣＤカメラ１６により撮影されたワーク１の加工部分の加工結果を取得する。具体的には、例えばレーザ光によりワーク１の穴あけを行った場合には、撮影された画像内に含まれる加工穴面積又は加工穴径を計測する。なお、加工穴面積又は加工穴径の計測は、例えば画像データから加工した部分と加工されていない部分との色差情報等を取得することで、面積又は径を計測することができる。
【００２５】
更に、画像処理手段１７は、画像内における右端、左端、中央、四隅等の所定の地点（領域）のそれぞれの穴面積又は穴径に基づいて判定を行なってもよく、また、上述した各地点の穴面積又は穴径の平均値を算出してもよい。画像処理手段１７は、上述した処理により得られた加工結果を制御手段２０に出力する。
【００２６】
なお、画像処理手段１７と制御手段２０とは、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信ネットワークにより、お互いがある程度離れた位置に設置することができる。その場合には、加工結果のデータを随時送信するだけでなく、所定のフォーマット（例えばテキストやＣＳＶ（Ｃｏｍｍａ  Ｓｅｐａｒａｔｅｄ  Ｖａｌｕｅｓ））のファイル形式にして、送信することもできる。また、ファイルは、画像処理手段１７や制御手段２０等に蓄積しておくことができる。
【００２７】
駆動制御手段１８は、制御手段２０からの制御信号により、ワーク１を所定の方向に所定の速度で移動させる駆動ローラ１９の駆動制御を行う。ここで、図１において、駆動ローラ１９−１は、駆動制御手段１８の制御により回転を行う主駆動部であり、駆動ローラ１９−２〜１９−４は、駆動ローラ１９−１により移動するワーク１により回転する従動ローラである。なお、本発明においては、駆動ローラの数や、主駆動部又は従駆動部の数や位置には特に制限されることはなく、例えば駆動制御手段１８により駆動ローラ１９−１及び１９−４を主駆動部として回転させてもよい。
【００２８】
制御手段２０は、図１に示すレーザ加工装置１０の各構成部全体の制御を行う。具体的には、レーザ発振器１１に送信するレーザ光の出力パワーやショットタイミング、レンズ位置調整手段１４による光学系レンズ１５の位置、駆動制御手段１８に送信するワークの移動速度、パワーメータ１３の計測タイミング、ＣＣＤカメラ１６における撮影タイミング、画像処理手段１７における画像処理タイミング等の制御を行う。
【００２９】
なお、本発明において制御手段２０は、パワーメータ１３からの計測結果に基づいて、予め設定された加工条件である所定のレーザパワーが目標値と比較して、所定の閾値以上離れている場合には、レーザパワーの制御を行う。また、制御手段２０は、画像処理手段１７からのワーク１の加工結果に基づいて、所定の加工が行われるか否かの加工の良否判定を行い、その良判定結果に基づいて上述した目標値の設定の変更を行う。
【００３０】
また、制御手段２０は、予めレーザ光の制御を行うための目標値や、例えばレーザ加工によりワークに穴あけを行う場合等による良品穴面積の標準値、上限設定値、下限値、ゲイン（増幅値）等が設定されており、この設定値と計測結果、良否判定結果に基づいてレーザ光の出力制御を行う。
【００３１】
更に、制御手段２０は、レーザ光の出力制御を有効／無効にする設定を行うパラメータや、制御周期を設定するパラメータ等が設定されており、これらのパラメータに設定することで、容易に本発明におけるレーザ光の出力制御を高精度に実現することができる。
【００３２】
このように、本発明では、パワーメータ１３におけるレーザパワーの計測によりレーザ光の安定性を向上し、更に画像処理手段１７における加工後のワーク１の良否判定により、例えば、加工時のワーク周辺の雰囲気やワークの僅かな厚さの違い、光学系の劣化等にも対応することができ、加工品質を向上させることができる。
【００３３】
ここで、図１に示すワーク１は、樹脂シート（プレート）や金属シート等であり、駆動ローラ１９により移動させているが、本発明においてはこの限りではなく、例えば、ＸＹステージ上にワーク１を固定し、ワーク１が加工された後、ＸＹステージ自体をＣＣＤカメラ１６の撮影範囲内に移動させて撮影を行ってもよく、またワーク１を搬送する搬送装置等を用いてワーク１の加工と加工後のワーク１の撮影を行ってもよい。
【００３４】
＜レーザ加工装置におけるレーザ光の出力制御手法＞
次に、上述した本発明におけるレーザ加工装置１０を用いたレーザ光の出力制御方法について具体的に説明する。
【００３５】
図２は、本発明におけるレーザ光の出力制御系の概略構成の一例を示す図である。図２に示すように、レーザ光の出力制御系では、制御手段２０が上述したようにパワーメータ１３におけるレーザパワーの計測結果と、画像処理手段１７により得られるレーザ加工後のワーク１の加工結果とに基づいて、レーザ発振器１１におけるレーザ光の出力制御を行う。
【００３６】
具体的には、制御手段２０は、予め条件だし等の加工テストにより得られるレーザパワーの目標値が設定されており、その目標値と上述した計測結果及び加工結果とを比較して、その比較結果によりレーザ発振器１１におけるレーザ光の出力制御を所定の周期で行う。
【００３７】
ここで、図３は、本発明におけるレーザ光の出力制御手順の一例を示すフローチャートである。なお、図３においては、レーザ加工装置の暖機運転後に、加工条件に基づいてレーザ光が適宜照射され、加工が行われている状態におけるレーザ光の出力制御の処理手順について説明する。なお、以下のフローチャートにおいて、パワーメータ等の計測手段におけるレーザパワーの計測時間を第１の設定時間（例えば、数秒〜数十秒間隔）とし、ワークの加工結果を撮影して画像処理を行い、加工良否の判定を行う判定時間を第２の設定時間（例えば、数十秒〜数分間隔）として説明する。
【００３８】
図３において、まずレーザ光によるレーザ加工中にレーザパワーの計測を行うための第１の設定時間が経過したかを判断する（Ｓ０１）。第１の設定時間が経過した場合（Ｓ０１において、ＹＥＳ）、レーザパワーの計測を行う（Ｓ０２）。また、計測結果と予め設定されたレーザパワーの目標値との比較を行い（Ｓ０３）、計測結果が所定の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ０４）。
【００３９】
具体的には、例えば計測結果が目標値±数％（５〜１０％）の範囲内にあるか、又は予め目標値に対する上限値（＋１０％）及び下限値（−５％）を設定しておき、その値の範囲内に含まれるか否かで判断する。ここで、所定の範囲内にない場合（Ｓ０４において、ＮＯ）、レーザパワーが目標値となるように、レーザパワーの出力制御を行う（Ｓ０５）。また、Ｓ０５の処理が終了後、Ｓ０２に戻りレーザパワーが所定の範囲内となるまで上述したレーザパワーの制御を繰り返し行う。
【００４０】
次に、Ｓ０１において第１の設定時間が経過していない場合（Ｓ０１において、ＮＯ）、Ｓ０４においてレーザパワーの計測値が目標値に基づく所定の範囲内にある場合（０４において、ＹＥＳ）、又はＳ０５の処理が終了後、第２の設定時間が経過しているかを判断する（Ｓ０６）。
【００４１】
第２の設定時間が経過している場合（Ｓ０６において、ＹＥＳ）、レーザの照射により加工されたワークの加工面を撮影し（Ｓ０７）、撮影された加工面の画像から加工結果を計測し（Ｓ０８）、計測した加工結果から加工の良否判定を行う（Ｓ０９）。なお、本発明おいては、まずレーザ光の照射により加工されたワークの加工面を常時撮影し、撮影された加工面の画像から加工結果を計測しておき、第２の設定時間が経過した場合に加工の良否判定を行うようにしてもよい。また、レーザ光の出力制御における良否判定の具体的な手法については後述する。
【００４２】
ここで、加工判定の結果、良好であったか否かを判断し（Ｓ１０）、良好でなかった場合（Ｓ１０において、ＮＯ）、予め設定されているレーザパワーの目標値の設定を変更する制御を行う(Ｓ１１)。具体的には、例えば、レーザ加工によりワークに穴あけ加工を行った場合には、穴径が予め設定した穴径よりも大きい場合には、レーザパワー目標値を下げ、予め設定した穴径よりも小さい場合には、レーザパワー目標値を上げて、レーザ光の出力制御を行う。また、Ｓ１１の処理が終了後、Ｓ０７に戻り判定結果が良好と判断されるまで上述した目標値の制御を繰り返し行う。
【００４３】
また、Ｓ１０において、判定結果が良好だった場合（Ｓ１０において、ＹＥＳ）、又はＳ１１の処理が終了後、加工制御を終了するか否かの判断を行い（Ｓ１２）、加工制御を継続する場合（Ｓ１２において、ＮＯ）、Ｓ０１に戻り上述した処理を繰り返し行う。また、Ｓ１２において、ユーザ等からの指示等により加工制御を終了する場合（Ｓ１２において、ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００４４】
上述したように、所定の時間間隔に基づいて、レーザパワーの計測を行うことでレーザ光の安定性を向上し、更に画像処理手段１７における加工後のワーク１の良否判定により、例えば加工時のワーク周辺の雰囲気やワークの僅かな厚さの違い、光学系の劣化等にも対応することができ、加工品質を向上させることができる。したがって、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００４５】
なお、Ｓ１１の処理が実行された後、つまり目標値が変更された後に、Ｓ０１以降の処理を行う場合は、第１の設定時間が経過していなくてもＳ０２〜Ｓ０５の処理を行ってもよい。これにより、目標値の変更に対応して迅速にレーザパワーの制御を行うことができ、加工品質を向上させることができる。
【００４６】
ここで、上述の第１の設定時間及び第２の設定時間は、レーザ発振器の性能やワークの材質、ワークの搬送速度、レーザ光の出射タイミング等の各種レーザ加工条件により設定される。更に、第２の設定時間は、上述のレーザ加工条件の他にもＣＣＤカメラ等の精度や撮影範囲等により設定される。
【００４７】
また、上述した例では、第１の設定時間と第２の設定時間を設けたが、１つの設定時間を基準に両方の処理を行ってもよい。更に、第１の設定時間及び第２の設定時間を、レーザ光の第１のショット数及び第２のショット数としてもよく、ショット数と設定時間とを組み合わせてもよい。
【００４８】
＜レーザ光の出力制御における加工の良否判定の具体例＞
ここで、上述したレーザ光の出力制御における加工の良否判定の具体例について説明する。なお、以下の説明では、一例としてレーザ加工によりワークに穴あけを行った場合について説明するが、本発明においてはこの限りではなく、例えば溶接、アニール等のレーザ加工の場合でも適宜変更して適用することができる。
【００４９】
まず、画像処理手段１７は、画像データに含まれるワークの加工面から、加工した部分と加工していない部分との色の違い（色差情報）等により加工穴の穴面積を計測する。ここで、画像内には、複数の加工穴が含まれているため、画像処理手段１７は、全ての加工穴の平均面積等を計測する。また、画像処理手段１７は、画像の全範囲に限定されず、予め設定された領域、例えば画像中の上下左右、又は中央部分、四隅等の領域を選択して計測することもできる。
【００５０】
ここで、制御手段２０は、上述の画像処理手段１７における計測により加工結果を取得し、予め設定されている目標値との比較を行う。具体的には、穴面積の平均計測値をＤａ、良品穴面積の上限設定値をＤｕ、良品穴面積の下限設定値をＤｌとし、「Ｄｌ＜Ｄａ＜Ｄｕ」の関係を満たすか否かを判定する。
【００５１】
ここで、「Ｄｌ＜Ｄａ＜Ｄｕ」の条件を満たす場合は、加工品質が良好であると判定され、そのまま継続して加工処理を行う。また、条件を満たさない場合は、レーザパワーの目標値の設定を行う。つまり、例えば「Ｄｕ＜Ｄａ」である場合は、穴径が大きいためレーザパワーの目標値を下げる制御を行う。また、「Ｄａ＜Ｄｌ」である場合は、穴径が小さいためレーザパワーの目標値を上げる制御を行う。
【００５２】
また、目標値の設定は、現在のレーザパワーの目標値をＰｐ、次のレーザパワーの目標値をＰｎ、標準穴面積をＤｓ、穴面積の目標との差に応じてレーザパワーの目標値を変更するための比（ゲイン）をＧ１とすると、例えば「Ｐｎ＝Ｐｐ＋Ｐｐ×（Ｄｓ−Ｄａ）／Ｄｓ×Ｇ１」と設定することができる。
【００５３】
これにより、レーザパワーの目標値自体を適切な位置に補正することができるため、パワーメータによる計測後の光学系等の環境による不安定性や、ワークの厚さが加工処理中に変化する等のワーク品質のばらつき等による加工条件の変化に対応した高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
ここで、上述した第１の実施形態では、図１に示すレーザ加工装置１０におけるレーザ発振器１１のレーザ光の出力制御を行ったが、本発明を適用して画像処理手段１７により得られる加工品質の良否判定結果に基づいて、制御手段２０により制御されているレンズ位置調整手段１４を制御し、光学系レンズ１５のＺ軸を変更することで、ワーク１に照射されるレーザ光のフォーカスを補正してもよい。これにより高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００５５】
次に、上述した内容を本発明における第２の実施形態として具体的に説明する。なお、レーザ加工装置１０の構成は、図１と同様のものを用いることができる。図４は、本発明におけるフォーカス制御系の概略構成の一例を示す図である。図４に示すように、フォーカス制御系では、レンズ位置調整手段１４により予め設定されたフォーカスの目標位置にレンズ光学系が位置付けられ、レーザ加工後にワーク１の加工面を撮影して得られた画像データから画像処理手段１７により加工結果を計測する。また、画像処理手段１７により得られる加工結果から加工の良否判定を行い、判定結果に基づいてレンズ位置調整手段１４における光学系レンズ１５のＺ軸位置の制御等を所定の周期で行う。
【００５６】
ここで、図５は、本発明におけるフォーカス制御手順の一例を示すフローチャートである。なお、図５では、制御の一例として上述した第１の設定時間に基づくレーザパワーの制御とフォーカス制御とを有する例について説明するが、本発明におけるフォーカス制御はこれに限定されず、フォーカス制御のみを行ってもよい。
【００５７】
また、図５におけるＳ２１〜Ｓ２８は、上述した図３におけるＳ０１〜Ｓ０８の処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、図５における第３の設定時間は、フォーカス制御開始時間（間隔）を示している。
【００５８】
フォーカス制御系における制御手順は、Ｓ２８において、ワーク１の加工結果からフォーカス制御用の加工の良否判定を行う（Ｓ２９）。ここで、フォーカス制御における良否判定の具体的な手法については後述する。
【００５９】
ここで、加工判定の結果、良好であったか否かを判断し（Ｓ３０）、良好でなかった場合（Ｓ３０において、ＮＯ）、フォーカスの位置の設定を変更するためレンズ位置の制御を行う(Ｓ３１)。例えば、加工面を撮影した画像データの右側、左側、中央部における平均穴面積が所定の範囲であるか否かにより良否判定を行い、光学系レンズ１５のＺ軸の上下動を行う。また、Ｓ３１の処理が終了後、Ｓ２７に戻り判定結果が良好と判断されるまで上述したレンズ位置の制御を繰り返し行う。
【００６０】
また、Ｓ３０において、判定結果が良好だった場合（Ｓ３０において、ＹＥＳ）、又はＳ３１の処理が終了後、加工制御を終了するか否かの判断を行い（Ｓ３２）、加工制御を継続する場合（Ｓ３２において、ＮＯ）、Ｓ２１に戻り上述した処理を繰り返し行う。また、Ｓ３１において、ユーザ等からの指示等により加工制御を終了する場合（Ｓ３２において、ＮＯ）、処理を終了する。
【００６１】
ここで、第３の設定時間は、レーザ発振器の性能やワークの材質、ワークの搬送速度、レーザ光の出射タイミング等の各種レーザ加工条件により設定される。更に、第３の設定時間は、ＣＣＤカメラ等の精度や撮影範囲等により設定される。また、上述した例では、第１の設定時間と第３の設定時間を設けたが、１つの設定時間を基準に処理を行ってもよい。更に、第１の設定時間及び第３の設定時間を、レーザ光の第１のショット数及び第３のショット数としてもよく、ショット数と設定時間とを組み合わせてもよい。
【００６２】
＜フォーカス制御における加工の良否判定の具体例＞
ここで、上述したレーザ光の出力制御における加工の良否判定の具体例について説明する。なお、以下の説明では、一例としてレーザ加工により穴あけを行った場合について説明するが、本発明においてはこの限りではなく、例えば溶接、アニール等のレーザ加工の場合でも適宜変更して適用することができる。
【００６３】
また、制御手段２０には、フォーカス制御開始時間（秒）等を設定しておき、穴面積がこの設定時間継続して安定した場合、フォーカス制御を有効にする等を設定するフォーカス制御用のパラメータを有している。
【００６４】
まず、画像処理手段１７は、画像データに含まれるワークの加工面から、加工部分と被加工部分との色の違い等により加工穴の穴面積を測定する。加工穴の穴面積を測定する。また、画像処理手段１７は、画像の全範囲でなく、予め設定された範囲、例えば画面の上下左右、又は中央部分、四隅等を選択して計測することもできる。
【００６５】
ここで、制御手段２０は、画像処理手段１７により上述した加工結果を取得し、予め蓄積されている設定値との比較を行う。なお、良否判定のために比較する対象としては、例えば左右両端の穴面積と中央部の穴面積との比較、又は左右両端の穴面積同士の比較等により加工良否判定を行う。
【００６６】
＜左右両端の穴面積と中央部の穴面積との比較＞
左右両端の穴面積と中央部の穴面積とを比較する場合、判定内容は、左側の穴面積をＤｌｅｆｔ、右側の穴面積をＤｒｉｇｈｔ、中央の穴面積をＤｃ、面積差上限設定値をＤｕ、面積差下限設定値をＤｌとすると、「Ｄｃ−Ｄｌｅｆｔ＜０  ＡＮＤ  Ｄｃ−Ｄｒｉｇｈｔ＜０  ＡＮＤ  ２×Ｄｃ−（Ｄｌｅｆｔ＋Ｄｒｉｇｈｔ）＜Ｄｌ」の場合は、中央と両端の平均の差が予め設定された下限値を超えているため、光学系レンズ１５とワーク１との距離を離すようにＺ軸の位置を調整する制御を行う。
【００６７】
また、「Ｄｃ−Ｄｌｅｆｔ＞０  ＡＮＤ  Ｄｃ−Ｄｒｉｇｈｔ＞０  ＡＮＤ  ２×Ｄｃ−（Ｄｌｅｆｔ＋Ｄｒｉｇｈｔ）＞Ｄｌ」の場合は、中央と両端の平均の差が予め設定された上限値を超えているため、光学系レンズ１５とワーク１との距離を近づけるようにＺ軸の位置を調整する制御を行う。
【００６８】
また、制御の内容としては、例えば、現在のフォーカス目標位置をＦｐ、次のフォーカス目標位置をＦｎ、制御量（一度に制御する幅）をＬ（単位ｍｍ）、全加工領域における中央部の加工穴と左右両端部の加工穴との穴面積の平均の差に応じてフォーカス位置に加算する１回の制御量の大きさを変更するための比（ゲイン）をＧ２とした場合、例えば、「Ｆｎ＝Ｆｐ±Ｌ×（Ｄｃ−（Ｄｒｉｇｈｔ＋Ｄｌｅｆｔ）／２）／Ｄｃ）×Ｇ２」と設定することができる。
【００６９】
＜左右両端の穴面積同士の比較＞
次に、左右両端の穴面積同士を比較する場合に付いて説明する。ここで、両端面積差の上限設定値をＤｕ２とすると、例えば「Ｄｕ２＜｜Ｄｌｅｆｔ−Ｄｒｉｇｈｔ｜」の場合は、左右の穴面積の差が予め設定された上限値を超えているため制御を行う。具体的には、左右両端部の加工穴の穴面積の差に応じてフォーカス位置に加算する１回の制御量の大きさを変更するための比（ゲイン）をＧ３とすると「Ｄｌｅｆｔ−Ｄｒｉｇｈｔ＞０」の場合は「Ｆｎ＝Ｆｐ＋Ｌ×Ｇ３」なるようフォーカス位置を調整し、「Ｄｌｅｆｔ−Ｄｒｉｇｈｔ＜０」の場合は「Ｆｎ＝Ｆｐ−Ｌ×Ｇ３」となるように調整する。
【００７０】
なお、上述した左右両端の穴面積と中央部の穴面積との比較、及び左右両端の穴面積同士の比較によるフォーカス制御手法は、それぞれ組み合わせることができる。この場合、どちらかの比較（例えば、左右両端の穴面積と中央部の穴面積との比較）を優先して行う等の制限を付加することができる。なお、上述した各設定値は、制御手段２０に予め登録されている。
【００７１】
上述したように、第２の実施形態により加工結果を良否判定の結果に基づいて光学系レンズの位置を調整することができるため、光学系等の環境による不安定性や、ワークの厚さが加工処理中に変化する等のワーク品質のばらつき等による加工条件の変化に対応した高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００７２】
また、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態を組み合わせた実施形態も可能である。具体的には、例えば加工後のワークの加工面を撮影した画像データから、レーザ出力制御用及びレンズ位置制御用の良否判定を行い、その結果に基づいてそれぞれの制御を行ってもよく、また各種加工条件等に基づいて何れか一方の制御を適宜選択して行ってもよい。
【００７３】
上述したように本発明によれば、高精度なレーザ加工を実現することができる。具体的には、レーザパワーの計測を行うことでレーザ光の安定性を向上（目標値に対するレーザ光の不安定部分を補正）し、更に加工後のワークの良否判定を画像処理にて行い、その結果に基づいて制御手段の設定値を変更することで、例えば加工時のワーク周辺の雰囲気やワークの僅かな厚さの違い、光学系の劣化等にも対応することができ、加工品質を向上させることができる。したがって、レーザ光の安定化を向上することができ、高精度なレーザ加工を実現することができる。また、本発明は、ワークの穴あけや溶接、切断、アニール等のレーザ加工全般に適用することができる。
【００７４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明におけるレーザ加工装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明におけるレーザ光の出力制御系の概略構成の一例を示す図である。
【図３】本発明におけるレーザ光の出力制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明におけるフォーカス制御系の概略構成の一例を示す図である。
【図５】本発明におけるフォーカス制御手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１  ワーク（加工対象物）
１０  レーザ加工装置
１１  レーザ発振器
１２  ハーフミラー
１３  パワーメータ（計測手段）
１４  レンズ位置調整手段
１５  光学系レンズ
１６  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１７  画像処理手段
１８  駆動制御手段
１９  駆動ローラ
２０  制御手段
【図１】
2007196274.tif 000003
【図２】
2007196274.tif 000004
【図３】
2007196274.tif 000005
【図４】
2007196274.tif 000006
【図５】
2007196274.tif 000007