(57)【要約】【課題】加工用レーザ光の照射による加工対象物の加工時において加工用レーザ光の補正精度を向上させることができるレーザ照射システムを提供することである。【解決手段】実施形態のレーザ照射システムは、第１照射部と、第２照射部と、波面センサと、波面変更部と、制御部とを持つ。第１照射部は、波面強度分布の形状が円環状である第１レーザ光を照射する。第２照射部は、第１レーザ光の内周側で前記第１レーザ光と同軸の第２レーザ光を照射する。波面センサは、第１レーザ光および第２レーザ光の組み合わせを加工用レーザ光および制御用レーザ光の組み合わせとして、制御用レーザ光が加工対象物に反射されて成る反射光の波面を検出する。波面変更部は、加工用レーザ光の波面を変化させる。制御部は、波面センサから出力される反射光の波面の信号に応じて波面変更部を駆動することによって加工用レーザ光の波面を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波面強度分布の形状が円環状である第１レーザ光を照射する第１照射部と、
前記第１レーザ光の内周側で前記第１レーザ光と同軸の第２レーザ光を照射する第２照射部と、
前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の組み合わせを加工用レーザ光および制御用レーザ光の組み合わせとして、前記制御用レーザ光が加工対象物に反射されて成る反射光の波面を検出する波面センサと、
前記加工用レーザ光の波面を変化させる波面変更部と、
前記波面センサから出力される前記反射光の波面の信号に応じて前記波面変更部を駆動することによって前記加工用レーザ光の波面を制御する制御部と、
を備える、
レーザ照射システム。
【請求項２】
前記第１レーザ光を前記加工用レーザ光とし、
前記第２レーザ光を前記制御用レーザ光とする、
請求項１に記載のレーザ照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、参照用レーザ光が加工対象物で反射されて成る反射光を検出して、加工対象物を加工する加工用レーザ光の波面および焦点を補正するレーザ照射システムがある。しかしながら補正精度を向上させるために加工用レーザ光と同軸に参照用レーザ光を照射する場合には、加工用レーザ光の照射による加工対象物の表面の変化に伴い、参照レーザ光による補正精度が低下する可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、加工用レーザ光の照射による加工対象物の加工時において加工用レーザ光の補正精度を向上させることができるレーザ照射システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のレーザ照射システムは、第１照射部と、第２照射部と、波面センサと、波面変更部と、制御部とを持つ。第１照射部は、波面強度分布の形状が円環状である第１レーザ光を照射する。第２照射部は、第１レーザ光の内周側で前記第１レーザ光と同軸の第２レーザ光を照射する。波面センサは、第１レーザ光および第２レーザ光の組み合わせを加工用レーザ光および制御用レーザ光の組み合わせとして、制御用レーザ光が加工対象物に反射されて成る反射光の波面を検出する。波面変更部は、加工用レーザ光の波面を変化させる。制御部は、波面センサから出力される反射光の波面の信号に応じて波面変更部を駆動することによって加工用レーザ光の波面を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態のレーザ照射システムの構成を示す図。
【図２】実施形態のレーザ照射システムの加工用レーザ光および制御用レーザ光の各々のビームプロファイルを模式的に示す斜視図、並びに加工用レーザ光および制御用レーザ光の各々の照射領域を模式的に示す照射対象の断面図。
【図３】実施形態の変形例に係るレーザ照射システムの加工用レーザ光および制御用レーザ光の各々のビームプロファイルを模式的に示す斜視図、並びに加工用レーザ光および制御用レーザ光の各々の照射領域を模式的に示す照射対象の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態のレーザ照射システムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
実施形態のレーザ照射システム１０は、図１に示すように、第１照射部１１と、第２照射部１２と、照射光学系１３と、波面センサ１４と、波面変更部１５と、制御部１６と、を備えている。
実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、レーザ光による照射対象の切断または穴あけなどの各種のレーザ加工に用いることができる。また、実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、地上に設置可能であるとともに、各種のプラットホーム（例えば、航空機、船、および車両など）に搭載可能である。
【０００９】
第１照射部１１は、例えば、誘導放出を起こす媒質としてフッ化重水素またはヨウ素などを用いた化学レーザ装置、あるいは、結晶、セラミック、石英ファイバ、フッ化物ファイバなどにイッテリビウムやネオジウムなどの希土類を添加した固体レーザ装置などの各種のレーザ装置である。
【００１０】
第１照射部１１は、例えば、加工用レーザ光出力部２１、およびプロファイル変換部２２を備えている。加工用レーザ光出力部２１は、照射対象Ｐの加工に寄与するレーザ光Ｌ１を出力する。加工用レーザ光出力部２１は、例えば、レーザ発振器（図示略）および変調器（図示略）などを備えている。レーザ発振器は、レーザ光源（図示略）から射出されたレーザ光を、誘導放出を起こす媒質を備える共振器（図示略）に照射することによって、連続波のレーザ光を発振する。変調器は、レーザ発振器から出力された連続波のレーザ光をパルス波のレーザ光に変換可能である。
【００１１】
プロファイル変換部２２は、加工用レーザ光出力部２１から出力されるレーザ光Ｌ１のビームプロファイルを変換する。プロファイル変換部２２は、図２に示すように、波面強度分布の形状が光軸を中心とする円形状であるレーザ光Ｌ１を、波面強度分布の形状が光軸を中心とする円環状である加工用レーザ光Ｌａに変換する。プロファイル変換部２２は、例えばアキシコンレンズおよび球面レンズなどを備えている。プロファイル変換部２２は、例えば、円錐形状のレーザービームを形成する。
【００１２】
第２照射部１２は、例えば、誘導放出を起こす媒質としてフッ化重水素またはヨウ素などを用いた化学レーザ装置、あるいは、結晶、セラミック、石英ファイバ、フッ化物ファイバなどにイッテリビウムやネオジウムなどの希土類を添加した固体レーザ装置などの各種のレーザ装置である。
【００１３】
第２照射部１２は、例えば、制御用レーザ光出力部３１を備えている。制御用レーザ光出力部３１は、加工用レーザ光Ｌａとは干渉しないように加工用レーザ光Ｌａとは異なる波長を有するとともに照射対象Ｐの加工には寄与しない程度の所定強度以下のレーザ光を出力する。制御用レーザ光出力部３１は、例えば、加工用レーザ光出力部２１と同様にレーザ発振器（図示略）および変調器（図示略）などを備えている。第２照射部１２は、波面強度分布の形状が光軸を中心とする円形状であるレーザ光を、制御用レーザ光Ｌｂとして出力する。
【００１４】
照射光学系１３は、例えば複数のミラー４１〜４３などの光学素子を備えている。照射光学系１３は、第１照射部１１から出力される加工用レーザ光Ｌａの光軸と、第２照射部１２から出力される制御用レーザ光Ｌｂの光軸とを同軸として、波面変更部１５を介して照射対象Ｐに照射する。照射光学系１３は、例えば、照射対象Ｐの表面上において、加工用レーザ光Ｌａの照射による円環状の照射領域Ａを形成するとともに、制御用レーザ光Ｌｂの照射による円形状の照射領域Ｂを形成する。照射光学系１３は、例えば、加工用レーザ光Ｌａによる円環状の照射領域Ａの内径に比べて、制御用レーザ光Ｌｂによる円形状の照射領域Ｂの外径が相対的に小さくなるように、加工用レーザ光Ｌａおよび制御用レーザ光Ｌｂを照射対象Ｐに照射する。これにより照射光学系１３は、加工用レーザ光Ｌａによる円環状の照射領域Ａに比べて、照射対象Ｐの表面の溶融および酸化が緩やか、または生じない円形状の照射領域Ｂにおいて、制御用レーザ光Ｌｂを反射させる。
【００１５】
波面センサ１４は、照射対象Ｐに照射された制御用レーザ光Ｌｂが照射対象Ｐの表面で反射されることによって得られる反射光を検出して、大気ゆらぎなどに起因する反射光の波面の歪みを検知する。
【００１６】
波面変更部１５は、例えば制御部１６により駆動制御される可変鏡などを備えている。波面変更部１５は、制御部１６による制御に応じて、照射対象Ｐに向かい反射する加工用レーザ光Ｌａの波面を変更する。
制御部１６は、波面センサ１４によって検知される制御用レーザ光Ｌｂの反射光における波面の歪みに基づき、大気ゆらぎなどに起因する加工用レーザ光Ｌａの波面の歪みを光学的に補償（波面補正）するために波面変更部１５を駆動制御する。
【００１７】
以上説明した実施形態によれば、波面強度分布の形状が円環状の加工用レーザ光Ｌａの内周側で加工用レーザ光Ｌａと同軸の制御用レーザ光Ｌｂによって加工用レーザ光Ｌａの波面を制御する制御部１６を持つことにより、波面制御の精度を向上させることができる。さらに、加工用レーザ光Ｌａの内周側に制御用レーザ光Ｌｂを照射する照射光学系１３を持つことにより、制御用レーザ光Ｌｂの照射領域Ｂを、加工用レーザ光Ｌａの照射領域Ａに比べて照射対象Ｐの表面の溶融および酸化が緩やかな領域とすることができる。これにより制御用レーザ光Ｌｂの照射領域Ｂにおいて、照射面の乱れを抑制し、制御用レーザ光Ｌｂの反射率を向上させることができ、制御用レーザ光Ｌｂの照射対象Ｐによる反射光を検出する際における反射光の波面の検知精度を向上させることができる。さらに、制御用レーザ光Ｌｂの反射光による波面の検知および加工用レーザ光Ｌａの波面補正に所望の精度を確保することができる時間を長くすることができ、加工用レーザ光Ｌａによる照射対象Ｐの加工効率を向上させることができる。
さらに、加工用レーザ光Ｌａに対して円錐形状のレーザービームを形成するプロファイル変換部２２を持つことにより、加工用レーザ光Ｌａの照射領域Ａが照射対象Ｐの内部に向かうことに伴い縮小傾向に変化するので、加工効率を向上させることができる。さらに、加工用レーザ光Ｌａによる照射対象Ｐの加工中であっても、照射対象Ｐの表面において制御用レーザ光Ｌｂの照射領域Ｂの大きさをほぼ不変に確保する状態を維持することができ、加工用レーザ光Ｌａの波面補正を精度良く行なうことができる。
【００１８】
以下、変形例について説明する。
上述した実施形態では、プロファイル変換部２２は、例えばアキシコンレンズおよび球面レンズなどを備え、加工用レーザ光Ｌａに対して円錐形状のレーザービームを形成するとしたが、これに限定されない。プロファイル変換部２２は、加工用レーザ光Ｌａに対して波面強度分布の形状が円環状となる他の形状のレーザービームを形成してもよい。
変形例のレーザ照射システム１０において、プロファイル変換部２２は、例えば２つのアキシコンレンズなどを備え、図３に示すように、加工用レーザ光Ｌａに対して円筒形状のレーザービームを形成する。
以上説明した変形例によれば、照射対象Ｐの表面において制御用レーザ光Ｌｂの照射領域Ｂを容易に確保することができる。
【００１９】
以下、他の変形例について説明する。
上述した実施形態では、波面強度分布の形状が光軸を中心とする円環状である加工用レーザ光Ｌａの内周側に同軸に制御用レーザ光Ｌｂを照射するとしたが、これに限定されない。波面強度分布の形状が光軸を中心とする円環状である制御用レーザ光Ｌｂの内周側に同軸に加工用レーザ光Ｌａを照射してもよい。この場合、プロファイル変換部２２は、第１照射部１１の代わりに第２照射部１２に備えられる。
上述した実施形態では、加工用レーザ光Ｌａの照射領域Ａにおいて所定の程度以上に溶融および酸化が進行した後に、制御用レーザ光Ｌｂの照射領域Ｂにおいて溶融および酸化が始まるので、制御用レーザ光Ｌｂの反射光の変化に基づいて照射領域Ａの加工の進行状態を推定してもよい。
上述した実施形態では、レーザ照射システム１０は、各種のプラットホーム（例えば、航空機、船、および車両など）に搭載可能であることに限定されず、移動可能に構成されてもよい。
【００２０】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、波面強度分布の形状が加工用レーザ光Ｌａとは異なるとともに加工用レーザ光Ｌａと同軸の制御用レーザ光Ｌｂによって加工用レーザ光Ｌａの波面を制御する制御部１６を持つことにより、波面制御の精度を向上させることができる。さらに、加工用レーザ光Ｌａに対して径方向で異なる領域に制御用レーザ光Ｌｂを照射する照射光学系１３を持つことにより、制御用レーザ光Ｌｂの照射領域Ｂを、加工用レーザ光Ｌａの照射領域Ａに比べて照射対象Ｐの表面の溶融および酸化が緩やかな領域とすることができる。これにより制御用レーザ光Ｌｂの照射領域Ｂにおいて、照射面の乱れを抑制し、制御用レーザ光Ｌｂの反射率を向上させることができ、制御用レーザ光Ｌｂの照射対象Ｐによる反射光を検出する際における反射光の波面の検知精度を向上させることができる。さらに、制御用レーザ光Ｌｂの反射光による波面の検知および加工用レーザ光Ｌａの波面補正に所望の精度を確保することができる時間を長くすることができ、加工用レーザ光Ｌａによる照射対象Ｐの加工効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２２】
１０…レーザ照射システム、１１…第１照射部、１１ａ…第１貫通孔、１２…第２照射部、１３…照射光学系、１４…波面センサ、１５…波面変更部、１６…制御部
【図１】
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【図２】
2016043369.tif 000004
【図３】
2016043369.tif 000005