JP6826427B2 - Laser machining equipment and laser machining method - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物をレーザービームを用いて加工するレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for processing a workpiece using a laser beam.
レーザを用いて被加工物に穴あけ等の加工を行うレーザ加工装置が広く用いられている。例えば、レーザ穴あけ機は、1つの被加工物(以下、ワークともいう)に対して複数のガルバノスキャナとFθレンズを有する加工ヘッド(ガルバノヘッドともいう)を備えており、複数の加工ヘッドに1台のレーザ発振器から出射したレーザを分岐して使用している。 A laser processing device that performs processing such as drilling a hole in a work piece using a laser is widely used. For example, a laser hole puncher is provided with a processing head (also referred to as a galvano head) having a plurality of galvano scanners and Fθ lenses for one workpiece (hereinafter, also referred to as a workpiece), and one for a plurality of processing heads. The laser emitted from the single laser oscillator is branched and used.
各加工ヘッドにおいて、異なる数の穴を加工する等加工条件が異なる場合がある。加工条件が異なると加工終了タイミングが異なる場合が生じる。その場合、レーザは、各加工ヘッドのうち加工終了タイミングが最も遅い加工ヘッドに合わせて発振し続けるため、加工が早く終わった加工ヘッドは、加工が終了した時点で、レーザ光が被加工物(ワーク)に照射されないように、レーザ光を遮断する必要がある。加工ヘッドを用いた加工は非常に高速であるため、レーザ光の遮断も高速に行う必要がある。一般的には、AOM(音響光学素子)やEOM(電気光学素子)等の光路切り換え装置を用いて高速で光路を切り換えることで、加工ヘッド自体にレーザ光が届かないようにしている(例えば、特許文献1,2)。 Machining conditions may differ, such as machining a different number of holes in each machining head. If the machining conditions are different, the machining end timing may be different. In that case, the laser continues to oscillate in accordance with the machining head having the latest machining end timing among the machining heads, so that the machining head that has finished machining earlier receives the laser light when the machining is completed. It is necessary to block the laser beam so that the work) is not irradiated. Since the processing using the processing head is very high speed, it is necessary to block the laser beam at high speed. Generally, the optical path is switched at high speed by using an optical path switching device such as AOM (acousto-optic element) or EOM (electro-optical element) to prevent the laser beam from reaching the processing head itself (for example). Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、従来のレーザ加工装置は、AOMやEOM等の光路切り換え装置が別途必要となるため、光学系が複雑となるという問題や、設備価格が高価になるという問題がある。 However, the conventional laser processing apparatus requires a separate optical path switching apparatus such as AOM or EOM, which causes a problem that the optical system becomes complicated and a problem that the equipment price becomes expensive.
そこで、本発明は、上記の課題を解決し、AOMやEOM等の光路切り換え装置を用いなくとも高速でレーザ加工が可能なレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とした。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a laser machining apparatus and a laser machining method capable of high-speed laser machining without using an optical path switching device such as AOM or EOM.
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器から出射したレーザ光を第1の加工ヘッドと第2の加工ヘッドとを含む複数の加工ヘッドに分岐し、分岐したレーザ光により複数の加工領域を有する被加工物を加工する、レーザ加工装置であって、前記複数の加工ヘッドの各加工ヘッドに取り付けられ、各加工ヘッドからのレーザ光を走査する複数の偏向器と、前記各加工ヘッドからのレーザ光の光路の一部に配置された1つ以上の遮光部材と、前記複数の加工ヘッドの各加工ヘッドを、加工モードまたは捨て打ちモードに切り換える制御部であって、前記加工モードでは、前記第1の加工ヘッドからのレーザ光の照射位置を前記加工領域内の加工位置に設定する一方、前記捨て打ちモードでは、前記第2の加工ヘッドの前記加工モードが終了するまで、前記加工モードが終了した第1の加工ヘッドからのレーザ光の照射位置を、レーザ光を走査して前記遮光部材に設定する、該制御部と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the laser processing apparatus according to the first aspect of the present invention branches the laser light emitted from the laser oscillator into a plurality of processing heads including the first processing head and the second processing head. , A laser processing device that processes a workpiece having a plurality of processing regions by branched laser light, which is attached to each processing head of the plurality of processing heads and scans the laser light from each processing head. Control of switching between the deflector, one or more light-shielding members arranged in a part of the optical path of the laser beam from each of the processing heads, and each processing head of the plurality of processing heads in a processing mode or a discard mode. In the processing mode, the irradiation position of the laser light from the first processing head is set to the processing position in the processing region, while in the discarding mode, the second processing head is said to have the same. It is characterized by having a control unit that scans the laser beam and sets the irradiation position of the laser light from the first machining head from which the machining mode is finished to the light-shielding member until the machining mode is finished. And.
上記の第1の態様によれば、加工ヘッドからのレーザ光を偏向器により走査することで、高速で捨て打ちモードに切り換えることができる。それにより、AOMやEOM等の光路切り換え装置を用いなくてもレーザ光を遮断することができるので、簡素化した光学系で、高速なレーザ加工を行うことができる。 According to the first aspect described above, the laser beam from the processing head can be scanned by the deflector to switch to the discard mode at high speed. As a result, the laser beam can be blocked without using an optical path switching device such as AOM or EOM, so that high-speed laser processing can be performed with a simplified optical system.
また、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置では、上記の遮光部材が、取り付け部材を介して前記加工ヘッドから吊り下げ固定されている。 Further, in the laser machining apparatus according to the embodiment of the present invention, the light-shielding member is suspended and fixed from the machining head via a mounting member.
上記の実施形態によれば、遮光部材を容易に加工ヘッドに取り付けることができる。 According to the above embodiment, the light shielding member can be easily attached to the processing head.
また、本発明の第2の態様は、レーザ発振器から出射したレーザ光をm個の加工ヘッドに分岐し、加工ヘッドからの分岐されたレーザ光により、n個(n≧m)の加工領域を含む被加工物に対して加工領域毎にレーザ加工を施すレーザ加工方法であって、前記m個の加工ヘッド及び/又は前記被加工物を移動して、前記n個の加工領域中のm個の加工領域にそれぞれ対応させて前記m個の加工ヘッドを配置する加工ヘッド配置工程と、対応して配置された加工ヘッドにより前記加工領域にそれぞれレーザ加工を施すレーザ加工工程と、対応する加工領域の加工が終了した加工ヘッドにおいて、加工が終了していない加工ヘッドが前記加工工程を終了するまで、出射するレーザ光を走査して捨て打ちさせるレーザ光捨て打ち工程と、を含むことを特徴とする。 Further, in the second aspect of the present invention, the laser light emitted from the laser oscillator is branched into m processing heads, and n (n ≧ m) processing regions are formed by the branched laser light from the processing heads. A laser processing method in which laser processing is performed on a work piece to be included in each work area by moving the m work heads and / or the work piece to m pieces in the n work areas. A processing head arrangement process in which the m processing heads are arranged corresponding to the processing areas of the above, a laser processing process in which laser processing is performed on the processing areas by the correspondingly arranged processing heads, and a corresponding processing area. The processing head is characterized by including a laser light discarding step of scanning and discarding the emitted laser beam until the machining head that has not been processed finishes the processing step. To do.
上記の第2の態様では、加工の終了した加工ヘッドからのレーザ光を走査して捨て打ちさせることで、AOMやEOM等の光路切り換え装置を用いなくてもレーザ光を高速で遮断することができるので、簡素化した光学系で、高速のレーザ加工を行うことができる。 In the second aspect described above, the laser beam from the processed processing head is scanned and discarded, so that the laser beam can be blocked at high speed without using an optical path switching device such as AOM or EOM. Therefore, high-speed laser machining can be performed with a simplified optical system.
また、上記の第2の態様に係るレーザ加工方法の一実施形態では、前記m個の加工領域におけるレーザ加工が全て終了した後、前記m個の加工ヘッド及び/又は前記被加工物を移動して、前記m個の加工領域とは異なるm個の加工領域にそれぞれ対応させて前記m個の加工ヘッドを配置する移動工程と、前記レーザ加工工程とレーザ光捨て打ち工程と移動工程とを繰り返す繰り返し工程と、をさらに含む。 Further, in one embodiment of the laser machining method according to the second aspect, after all the laser machining in the m machining regions is completed, the m machining heads and / or the workpieces are moved. The moving step of arranging the m machining heads corresponding to the m machining regions different from the m machining regions, the laser machining step, the laser light discarding step, and the moving step are repeated. It further includes a repetitive step.
上記の実施形態によれば、複数の加工領域を効率的にレーザ加工することができる。 According to the above embodiment, it is possible to efficiently perform laser machining on a plurality of machining regions.
また、上記の第2の態様に係るレーザ加工方法の一実施形態では、前記第1選択的レーザ加工工程において、前記各加工ヘッドからのレーザ光の光路の一部に配置された1つ以上の遮光部材にレーザ光を照射することにより捨て打ちを行う。 Further, in one embodiment of the laser processing method according to the second aspect, in the first selective laser processing step, one or more laser processing heads are arranged in a part of the optical path of the laser light from each processing head. By irradiating the light-shielding member with a laser beam, the light-shielding member is thrown away.
上記の実施形態によれば、遮光部材に捨て打ちすることで、被加工物(ワーク)の損傷を防止することができる。 According to the above embodiment, damage to the work piece (work) can be prevented by throwing it away at the light-shielding member.
また、上記の第2の態様に係るレーザ加工方法の一実施形態では、前記第1選択的レーザ加工工程において、前記各加工ヘッドからのレーザ光を前記被加工物の加工領域の少なくとも1箇所以上の捨て打ち領域に照射することにより捨て打ちを行う。 Further, in one embodiment of the laser processing method according to the second aspect, in the first selective laser processing step, laser light from each processing head is applied to at least one or more processing regions of the workpiece. By irradiating the discarding area of the above, discarding is performed.
上記の実施形態によれば、被加工物(ワーク)の加工領域に設けた捨て打ち領域に捨て打ちすることで、必要な加工位置への損傷を防止しながら、かつ新たな捨て打ち用の部材を用いることなく、高速での加工が可能となる。 According to the above embodiment, a new member for discarding while preventing damage to the required machining position by discarding in the discarding area provided in the processing area of the workpiece (work). It is possible to process at high speed without using.
また、本発明の第3の態様は、レーザ発振器から出射したレーザ光をm個の加工ヘッドに分岐し、加工ヘッドからの分岐されたレーザ光により、n個(n≧m)の加工領域を含む被加工物に対して加工領域毎にレーザ加工を施すレーザ加工方法であって、前記m個の加工ヘッド及び/又は前記被加工物を移動して、前記n個の加工領域中のm個の加工領域にそれぞれ対応させて前記m個の加工ヘッドを配置する加工ヘッド配置工程と、前記レーザ発振器に、選択された第1の加工条件のレーザ光を出射させ、対応して配置された加工ヘッドにより、第1の加工条件で少なくとも1つの前記加工領域にレーザ加工するとともに、前記第1の加工条件による加工が終了するまで、前記第1の加工条件による加工を行わない加工ヘッドが出射するレーザ光を走査して捨て打ちさせる第1選択的レーザ加工工程と、を含むことを特徴とする。 Further, in the third aspect of the present invention, the laser light emitted from the laser oscillator is branched into m processing heads, and n (n ≧ m) processing regions are formed by the branched laser light from the processing heads. This is a laser processing method in which laser processing is performed on a work piece to be included in each work area by moving the m work heads and / or the work piece to m pieces in the n work areas. The processing head arrangement process in which the m processing heads are arranged corresponding to the processing regions of the above, and the processing in which the laser beam of the selected first processing condition is emitted to the laser oscillator and arranged correspondingly. The head laser-processes at least one of the processing regions under the first processing condition, and a processing head that does not perform processing under the first processing condition is emitted until the processing under the first processing condition is completed. It is characterized by including a first selective laser processing step of scanning a laser beam and discarding it.
上記の第3の態様では、選択された第1の加工条件とは異なる加工条件に対応する加工ヘッドからのレーザ光を走査して捨て打ちさせることで、AOMやEOM等の光路切り換え装置を用いなくてもレーザ光を高速で遮断することができる。それにより、簡素化した光学系で、高速なレーザ加工を行うことができる。 In the third aspect described above, an optical path switching device such as AOM or EOM is used by scanning and discarding the laser beam from the processing head corresponding to the processing conditions different from the selected first processing conditions. The laser beam can be blocked at high speed without it. As a result, high-speed laser machining can be performed with a simplified optical system.
また、上記の第3の態様に係るレーザ加工方法の一実施形態では、前記第1選択的レーザ加工工程の後に、第2選択的レーザ加工工程を含み、該第2選択的レーザ加工工程は、前記レーザ発振器に第2の加工条件のレーザ光を出射させ、対応して配置された加工ヘッドにより、第2の加工条件で少なくとも1つの前記加工領域にレーザ加工するとともに、前記第2の加工条件による加工が終了するまで、前記第2の加工条件による加工を行わない加工ヘッドが出射するレーザ光を走査して捨て打ちさせることを含む。 Further, in one embodiment of the laser processing method according to the third aspect, the first selective laser processing step is followed by a second selective laser processing step, and the second selective laser processing step is performed. The laser beam is emitted from the laser oscillator under the second processing condition, and the correspondingly arranged processing heads perform laser processing on at least one of the processing regions under the second processing condition, and the second processing condition. This includes scanning and discarding the laser beam emitted by the processing head that does not perform processing under the second processing condition until the processing according to the above second processing condition is completed.
上記の実施形態によれば、異なる加工条件を設定することができるので、種々の加工パターンに対応することが可能となる。 According to the above embodiment, different machining conditions can be set, so that various machining patterns can be supported.
また、上記の第3の態様に係るレーザ加工方法の一実施形態では、前記第1選択的レーザ加工工程の加工条件は、前記第2選択的レーザ加工工程の加工条件とは異なる条件である。 Further, in one embodiment of the laser machining method according to the third aspect, the machining conditions of the first selective laser machining step are different from the machining conditions of the second selective laser machining step.
上記の実施形態によれば、新たな加工領域に対して、異なる加工条件を設定することができる。 According to the above embodiment, different machining conditions can be set for the new machining area.
また、上記の第3の態様に係るレーザ加工方法の一実施形態では、前記第1選択的レーザ加工工程において、前記各加工ヘッドからのレーザ光の光路の一部に配置された1つ以上の遮光部材にレーザ光を照射する。 Further, in one embodiment of the laser processing method according to the third aspect, in the first selective laser processing step, one or more laser processing heads are arranged in a part of the optical path of the laser light from each processing head. Irradiate the light-shielding member with laser light.
上記の実施形態によれば、遮光部材に捨て打ちすることで、被加工物(ワーク)の損傷を防止することができる。 According to the above embodiment, damage to the work piece (work) can be prevented by throwing it away at the light-shielding member.
また、上記の第3の態様に係るレーザ加工方法の一実施形態では、前記第1選択的レーザ加工工程において、前記各加工ヘッドからのレーザ光を前記被加工物の加工領域の少なくとも1箇所以上の捨て打ち領域に照射する。 Further, in one embodiment of the laser processing method according to the third aspect, in the first selective laser processing step, laser light from each processing head is applied to at least one or more processing regions of the workpiece. Irradiate the abandoned area.
上記の実施形態によれば、被加工物(ワーク)の加工領域に設けた捨て打ち領域に捨て打ちすることで、必要な加工位置への損傷を防止しながら、かつ新たな捨て打ち用の部材を用いることなく、高速での加工が可能となる。 According to the above embodiment, a new member for discarding while preventing damage to the required machining position by discarding in the discarding area provided in the processing area of the workpiece (work). It is possible to process at high speed without using.
本発明によれば、AOMやEOM等の光路切り換え装置を用いなくても加工に使用しないレーザ光を遮断することが可能であり、高速でレーザ加工を行うことができる。また、光学系を簡素化できるので、コストパフォーマンスに優れたレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to block laser light that is not used for processing without using an optical path switching device such as AOM or EOM, and laser processing can be performed at high speed. Further, since the optical system can be simplified, it is possible to provide a laser processing apparatus and a laser processing method having excellent cost performance.
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like.
実施の形態1
本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器から出射したレーザ光を第1の加工ヘッドと第2の加工ヘッドとを含む複数の加工ヘッドに分岐し、分岐したレーザ光により複数の加工領域を有する被加工物を加工する、レーザ加工装置であって、前記複数の加工ヘッドの各加工ヘッドに取り付けられ、各加工ヘッドからのレーザ光を走査する複数の偏向器と、前記各加工ヘッドからのレーザ光の光路の一部に配置された1つ以上の遮光部材と、前記複数の加工ヘッドの各加工ヘッドを、加工モードまたは捨て打ちモードに切り換える制御部であって、前記加工モードでは、前記第1の加工ヘッドからのレーザ光の照射位置を前記加工領域内の加工位置に設定する一方、前記捨て打ちモードでは、前記第2の加工ヘッドの前記加工モードが終了するまで、前記加工モードが終了した第1の加工ヘッドからのレーザ光の照射位置を、レーザ光を走査して前記遮光部材に設定する、該制御部と、を有することを特徴とするものである。
Embodiment 1
In the laser processing apparatus according to the present embodiment, the laser light emitted from the laser oscillator is branched into a plurality of processing heads including the first processing head and the second processing head, and the branched laser light is used to branch a plurality of processing regions. It is a laser processing apparatus for processing a workpiece having the above, and is attached to each processing head of the plurality of processing heads and scans laser light from each processing head from a plurality of deflectors and from each of the processing heads. A control unit that switches between one or more light-shielding members arranged in a part of the optical path of the laser beam of the laser beam and each processing head of the plurality of processing heads into a processing mode or a discarding mode. While the irradiation position of the laser beam from the first processing head is set to the processing position in the processing region, in the discarding mode, the processing mode is completed until the processing mode of the second processing head is completed. It is characterized by having a control unit that scans the laser beam and sets the irradiation position of the laser beam from the first processing head to the light-shielding member.
図1は、本実施の形態に係るレーザ加工装置Aの構造の一例を示す模式斜視図である。図2は、図1の部分拡大図であり、加工ヘッドの構造を示しているレーザ加工装置Aは、レーザ光を発振するレーザ発振器1と、レーザ発振器1からのレーザ光を複数の光路に分岐する分岐機構2と、分岐機構2からのレーザ光を被加工物Wに照射する複数の加工ヘッド3,4と、該複数の加工ヘッド3,4の下方の加工可能領域に位置するように該複数の加工ヘッド3,4の各加工ヘッドに取り付けられた複数の遮光部材11,12と、被加工物Wを搭載して被加工物WをX軸方向およびY軸方向に移動させる可動ステージ10を有している。加工ヘッド3,4は2つにかぎらず、3つ以上としてもよい。可動ステージ10は、第1ステージ10aと第2ステージ10bとから構成されている。さらに、加工ヘッド3は、分岐機構2からのレーザ光の光路を偏向させる偏向器5と、偏向器5からのレーザ光を集光する集光部7を有し、偏向器5は、X軸用偏向器5aとY軸用偏向器5bで構成されている。さらに、加工ヘッド4も同様に、分岐機構2からのレーザ光の光路を偏向させる偏向器6と、偏向器6からのレーザ光を集光する集光器8を有し、偏向器6は、X軸用偏向器6aとY軸用偏向器6bで構成されている。また、加工ヘッド3,4には、加工ヘッドを加工モードと捨て打ちモードに切り換える制御部20が接続されている。なお、図2中、15は加工可能領域、16はガルバノエリアを示し、これらについては後で説明する。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of the structure of the laser processing apparatus A according to the present embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1, and the laser processing apparatus A showing the structure of the processing head branches the laser oscillator 1 that oscillates the laser light and the laser light from the laser oscillator 1 into a plurality of optical paths. The branching
レーザ発振器1は、CO2レーザ等を用いることができ、内蔵するレーザ光源駆動回路(不図示)からの駆動信号により、レーザ光を出射する。レーザ発振器1には制御部20が接続されており、制御部20により、発振されるレーザ光のエネルギーやパルス周波数が制御される。なお、レーザ発振器1は、YAGレーザやYVO4レーザ等の他のレーザを発振するものであってもよい。
The laser oscillator 1 can use a CO 2 laser or the like, and emits laser light by a drive signal from a built-in laser light source drive circuit (not shown). A
分岐機構2には、ビームスプリッタ、ハーフミラー、音響光学偏向器(AOD)等の公知のレーザ光分岐装置を用いることができる。
As the branching
加工ヘッド3は、偏向器5と集光器7を含み、被加工物Wにレーザ光を照射する。偏向器5には、ガルバノスキャナを用いることができる。ガルバノスキャナは、X軸用ガルバノスキャナとY軸用ガルバノスキャナとから構成されている。さらにX軸用ガルバノスキャナはX軸用ガルバノメータと、その先端に回転可能に取り付けられた偏向ミラーとから構成されている。また、Y軸用ガルバノスキャナはY軸用ガルバノメータと、その先端に回転可能に取り付けられた偏向ミラーとから構成されている。この2枚の偏向ミラーが回転することで、レーザ光を任意の照射位置に走査することができる。また、集光器7は、偏向器5からのレーザ光を収束させるもので、例えばFθレンズを用いることができる。Fθレンズは、偏向器により振られて入射するレーザ光を、その入射角に比例して、被加工物Wの中心から変位した位置にレーザ光を集光することができる。以上、加工ヘッド3について説明したが、加工ヘッド4も、加工ヘッド3と同様の構成と機能を有している。
The
遮光部材には、レーザ光を吸収する金属板、ビームデュフーザー、またはビームダンパー等を用いることができる。金属板としては、ステンレス板、鉄板、銅板等を用いることができる。遮光部材は黒色もしくは黒色に近い色であることが好ましい。また、遮光部材で吸収した熱エネルギーは冷却水等の冷却手段で吸収することが好ましい。その場合、遮光部材は熱伝導率の高い金属を用いることが好ましい。遮光部材は、加工ヘッドからのレーザ光の光路の一部に位置するように配置することができる。例えば、取り付け部材を介して遮光部材を加工ヘッドから吊り下げ固定してもよい。図2はその取り付け部材の一例であり、一端が加工ヘッド7に固定され、他端に遮光部材11を固定したL字形状の取り付け部材13を用いた例を示している。なお、本実施の形態では、遮光部材を各加工ヘッドに1個取り付けた例を示したが、複数取り付けてもよい。複数取り付けることで、1個の場合と比べて、遮光部材の損傷を抑制できる。
As the light-shielding member, a metal plate that absorbs laser light, a beam diffuser, a beam damper, or the like can be used. As the metal plate, a stainless steel plate, an iron plate, a copper plate or the like can be used. The light-shielding member is preferably black or a color close to black. Further, it is preferable that the heat energy absorbed by the light-shielding member is absorbed by a cooling means such as cooling water. In that case, it is preferable to use a metal having a high thermal conductivity as the light-shielding member. The light-shielding member can be arranged so as to be located in a part of the optical path of the laser beam from the processing head. For example, the light-shielding member may be suspended and fixed from the processing head via the mounting member. FIG. 2 is an example of the mounting member, and shows an example using an L-shaped mounting
制御部は、可動ステージを制御して、複数の加工領域の各加工領域にそれぞれ対応させて複数の加工ヘッドを位置決めして配置する。この位置決めは、例えば、被加工物の加工領域内に設定された原点位置と、加工ヘッドからのレーザ光の光軸とを一致させることで行う。さらに、上述のように、制御部は、各加工ヘッドに取り付けられた偏向器と集光部を制御して、被加工物の加工領域内でレーザ光を走査して、レーザ光の照射位置を加工領域内の加工位置と、捨て打ち領域となる遮光部材に切り替える機能を有する。 The control unit controls the movable stage to position and arrange the plurality of machining heads corresponding to the respective machining regions of the plurality of machining regions. This positioning is performed, for example, by matching the origin position set in the processing region of the workpiece with the optical axis of the laser beam from the processing head. Further, as described above, the control unit controls the deflector and the condensing unit attached to each processing head to scan the laser beam within the processing region of the workpiece to determine the irradiation position of the laser beam. It has a function to switch between the processing position in the processing area and the light-shielding member that becomes the discarding area.
本実施の形態によれば、加工ヘッドからのレーザ光を偏向器により走査することで、高速で捨て打ちモードに切り換えることができる。それにより、AOMやEOM等の光路切り換え装置を用いなくてもレーザ光を遮断することができるので、簡素化した光学系で、高速なレーザ加工を行うことができる。 According to the present embodiment, by scanning the laser beam from the processing head with a deflector, it is possible to switch to the discard mode at high speed. As a result, the laser beam can be blocked without using an optical path switching device such as AOM or EOM, so that high-speed laser processing can be performed with a simplified optical system.
実施の形態2
本実施の形態は、レーザ発振器から出射したレーザ光をm個の加工ヘッドに分岐し、加工ヘッドからの分岐されたレーザ光により、n個(n≧m、本実施の形態ではn>m)の加工領域を含む被加工物に対して加工領域毎にレーザ加工を施すレーザ加工方法の一例である。以下、図1および図3〜6を参照して説明する。
In the present embodiment, the laser light emitted from the laser oscillator is branched into m processing heads, and n (n ≧ m, n> m in the present embodiment) due to the branched laser light from the processing head. This is an example of a laser processing method in which laser processing is performed for each processing area on a work piece including the processing area of. Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. 1 and 3 to 6.
まず、m個の加工ヘッド及び/又は被加工物(ワーク)を移動して、n個の加工領域中のm個の加工領域にそれぞれ対応させてm個の加工ヘッドを配置する(加工ヘッド配置工程)。加工ヘットの配置は、例えば、被加工物の加工領域内に設定された原点位置と、加工ヘッドからのレーザ光の光軸とを一致させることで行う。この配置は、可動ステージ10をX軸方向およびY軸方向に移動させて行ってもよく、あるいは加工ヘッドを駆動機構(不図示)により移動させてもよい。次に、対応して配置された加工ヘッドにより加工領域にそれぞれレーザ加工を施す(レーザ加工工程)。複数の加工領域は、それぞれ加工条件(本実施形態では穴開け箇所の数)が異なる。したがって、加工に必要な時間は加工領域によって異なる。そのレーザ加工工程において、1つの加工ヘッドの加工が終了した時点で、加工が終了していない加工ヘッドによる加工を継続する一方で、対応する加工領域の加工が終了した加工ヘッドについては、その加工ヘッドが出射するレーザ光を走査して捨て打ちさせる(レーザ光捨て打ち工程)。次に、m個の加工領域におけるレーザ加工が全て終了した後、m個の加工ヘッド及び/又は被加工物を移動して、m個の加工領域とは異なるm個の加工領域にそれぞれ対応させてm個の加工ヘッドを配置する(移動工程)。さらに、各加工ヘッドに新たな加工領域を加工させる場合には、レーザ加工工程とレーザ光捨て打ち工程と移動工程とを繰り返す(繰り返し工程)。
First, m machining heads and / or workpieces (workpieces) are moved, and m machining heads are arranged corresponding to m machining regions in n machining regions (machining head arrangement). Process). The processing heads are arranged, for example, by aligning the origin position set in the processing region of the workpiece with the optical axis of the laser beam from the processing head. This arrangement may be performed by moving the
図4は、レーザ加工工程の状態を示す模式斜視図であり、実施の形態1のレーザ加工装置を用い、2台の加工ヘッド3,4が、それぞれ加工可能領域15内のガルバノエリア16の各加工位置に穴開け加工している場合を示している。図5は、図4に示す加工ヘッド4により加工が終了し、加工ヘッド4からのレーザ光が遮光部材12に捨て打ちされている場合を示している。ここで、本発明においては、加工可能領域とは、加工ヘッドが所定の位置にあるときにおける、集光器と偏向器によりレーザ光を走査して加工が可能な領域を意味し、ガルバノエリアは、実際に加工を行う領域を意味する。本実施の形態では、ガルバノエリアを加工可能領域に内接する四角形状で表している。これは、加工領域を四角形状とすることで、被加工物を加工領域に容易に区画化することができ、加工領域の管理が容易になるからである。遮光部材11,12の位置は、加工ヘッドからのレーザ光Lの光路の一部であれば特に限定されないが、ガルバノエリアの外側であって加工可能領域よりも内側に到達する光路に位置することが好ましい。これは、ガルバノエリア16内に遮断部材11,12を設けた場合、実質使用出来るガルバノエリア16のサイズが小さくなり、これにより被加工物10の全面を加工する場合に必要な可動ステージ10の移動回数が増えてしまう、つまり加工タクトが伸びてしまうことを意味しているからである。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a state of the laser processing process, in which the laser processing apparatus of the first embodiment is used, and the two
なお、図4では、2つの加工ヘッド3,4に対応する2つのガルバノエリア16,16が一定間隔離れている例を示したが、隣接していてもよい。また、加工ヘッドは2つにかぎらず、3つ以上としてもよい。
Although FIG. 4 shows an example in which the two
また、上記の遮光部材に代えて、被加工物の加工領域に、少なくとも1箇所に捨て打ち領域を設け、その捨て打ち領域に、加工の終了した加工ヘッドからのレーザ光を捨て打ちさせることができる。図6は、その一例を示す模式斜視図である。加工の終了した加工ヘッド3からのレーザ光Lが、捨て打ち領域17に捨て打ちされている。また、被加工物Wの損傷を抑制する観点から、捨て打ち箇所を複数箇所にすることが好ましい。なお、捨て打ち領域は、基本的には被加工物において製品として使用しない部分に設けられることが好ましい。
Further, instead of the above-mentioned light-shielding member, a discarding region may be provided at at least one place in the processing region of the workpiece, and the laser beam from the processed head may be discarded in the discarding region. it can. FIG. 6 is a schematic perspective view showing an example thereof. The laser beam L from the
次に、移動工程と繰り返し工程について、図1と図6を参照して説明する。図1に示す被加工物Wは、X方向に8列、Y方向に8行の格子状に配列された64個の加工領域に区画されている。図6は、レーザ加工時の加工ヘッドの移動方法を示す模式上面図で、図1の一部を拡大したものであり、説明を容易にするため、加工ヘッドを移動させる場合を示している。図6に示すように、被加工物Wは、最下方を第1列としてX方向の最上方に第8列、最左翼を第1行としてY方向に最右翼の第8行の格子状に配列された複数の加工領域に区画されている。第2列第1行目に位置する加工ヘッド3をY方向(行方向)に1区画毎移動させてレーザ加工する区画の加工領域に位置合わせし、位置合わせされた区画の加工領域のレーザ加工が終了すると、隣の区画の加工領域に移動することを繰り返して、Y方向(行方向)に隣接する3つの加工領域(第2列の第2行目〜第4行目)のレーザ加工を行う。また、第5行目に位置する加工ヘッド4についても、加工ヘッド3の場合と同様にして、Y方向(行方向)に隣接する3つの加工領域(第2列の第5行目〜第8行目)のレーザ加工を行う。第2列のレーザ加工が終了すると、加工ヘッド3および加工ヘッド4を真上方向のX方向(列方向)に1区画移動させることで、加工ヘッド3と加工ヘッド4を、それぞれ、第3列の第4行目と第8行目の加工領域に配置する。その後、加工ヘッド3を第4行目から第1行目の方向に移動させながら、第4行目から第1行目の加工領域のレーザ加工を行う。また、加工ヘッド4を第8行目から第5行目の方向に移動させながら、第8行目から第5行目の加工領域のレーザ加工を行う。第3列のレーザ加工が終了すると、加工ヘッド3および加工ヘッド4を真上方向のX方向(列方向)に1区画移動させることで、加工ヘッド3と加工ヘッド4を、それぞれ、第4列の第1行目と第5行目の加工領域に配置する。この行方向と列方向の移動、すなわち、左右方向への蛇行移動あるいはジグザグ移動を繰り返すことで、格子状に配列された複数の加工領域のレーザ加工を行うことができる。ここで、第2列と第3列の行方向の移動の向きを逆にしている。これにより、加工ヘッドの動きの無駄を減らして、より効率的なレーザ加工を行うことができる。
Next, the moving process and the repeating process will be described with reference to FIGS. 1 and 6. The workpiece W shown in FIG. 1 is divided into 64 processing regions arranged in a grid pattern of 8 columns in the X direction and 8 rows in the Y direction. FIG. 6 is a schematic top view showing a method of moving the machining head during laser machining, which is an enlarged view of a part of FIG. 1, and shows a case where the machining head is moved for easy explanation. As shown in FIG. 6, the workpiece W has a grid pattern of the eighth row on the uppermost side in the X direction with the lowermost column as the first column and the eighth row on the rightmost wing in the Y direction with the leftmost wing as the first row. It is divided into a plurality of arranged processing areas. The
なお、上記の説明では、加工ヘッドの移動に関し、行方向の移動を先に行い、その後で列方向の移動を行う場合について説明したが、列方向の移動を先に行い、後で行方向の移動を行ってもよい。また、加工ヘッド3と加工ヘッド4を、行方向および列方向の所定の区画の加工領域に別々に移動させること(ランダム移動)、そしてその所定の区画の加工領域に対してレーザ加工を行うことを繰り返すことで被加工物のレーザ加工を行ってもよい。なお、上記の説明は、加工ヘッドが2個の場合について行ったが、加工ヘッドが3個以上であっても、上記のジクザク移動を繰り返すことで、または上記のランダム移動を繰り返すことで、被加工物のレーザ加工を行うことができる。また、加工ヘッドを移動させる場合について説明したが、加工ヘッドの位置を固定し、可動ステージをジクザク移動あるいはランダム移動させることで被加工物のレーザ加工を行ってもよい。また、ジクザク移動あるいはランダム移動ではなく、複数の加工ヘッドまたは可動ステージをX方向またはY方向の一方向に直線的に移動させることで、被加工物のレーザ加工を行ってもよい。特に、長尺の被加工物の場合には好ましい。
In the above description, regarding the movement of the machining head, the case where the movement in the row direction is performed first and then the movement in the column direction is described, but the movement in the column direction is performed first and the movement in the row direction is performed later. You may move. Further, the
本実施の形態によれば、加工の終了した加工ヘッドからのレーザ光を走査して捨て打ちさせることで、AOMやEOM等の光路切り換え装置を用いなくてもレーザ光を遮断することができるので、簡素化した光学系で、高速のレーザ加工を行うことができる。 According to the present embodiment, by scanning the laser beam from the processed processing head and discarding it, the laser beam can be blocked without using an optical path switching device such as AOM or EOM. High-speed laser processing can be performed with a simplified optical system.
実施の形態3
本実施の形態は、レーザ発振器から出射したレーザ光をm個の加工ヘッドに分岐し、加工ヘッドからの分岐されたレーザ光により、n個(n≧m、本実施の形態ではn>m)の加工領域を含む被加工物に対して加工領域毎にレーザ加工を施すレーザ加工方法の別の例である。実施の形態2と重複する部分については、説明を省略または簡略にし、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
In the present embodiment, the laser light emitted from the laser oscillator is branched into m processing heads, and n (n ≧ m, n> m in the present embodiment) due to the branched laser light from the processing head. This is another example of a laser machining method in which laser machining is performed for each machining area on a work piece including the machining area of. Regarding the parts that overlap with the second embodiment, the description will be omitted or simplified, and the parts different from the second embodiment will be mainly described.
実施の形態2では、同一の加工条件を用いて複数の加工ヘッドによりレーザ加工を行い、終了していない加工ヘッドによる加工を継続する一方で、対応する加工領域の加工が終了した加工ヘッドからのレーザ光を捨て打ちするのに対し、本実施の形態では、レーザ発振器に、選択された第1の加工条件のレーザ光を出射させ、対応して配置された加工ヘッドにより、第1の加工条件で少なくとも1つの前記加工領域にレーザ加工するとともに、前記第1の加工条件による加工条件で加工しない加工ヘッドが出射するレーザ光を走査して捨て打ちさせる、第1選択的レーザ加工工程を有する点が相違する。ここで、加工条件とは、複数の加工ヘッドに共通する条件であって、例えば、発振レーザ光のエネルギーやパルス周波数等を挙げることができる。本実施の形態によれば、実施の形態2と同様の効果が得られるのみならず、レーザ光を出射した状態で、加工ヘッド毎に加工条件を変更することが可能になり、加工時間の増加を抑制することも可能となる。なお、複数の加工領域における加工をまず同条件で行い、その後、途中で1以上の加工領域において発振レーザ光のエネルギーやパルス周波数等のような加工条件が変動するタイミングで、その加工条件による加工を行わない加工ヘッドを捨て打ちしてもよい。この場合、効率的な加工が可能となる。 In the second embodiment, laser machining is performed by a plurality of machining heads using the same machining conditions, and machining by unfinished machining heads is continued, while machining of the corresponding machining area is performed from the finished machining head. In contrast to discarding the laser beam, in the present embodiment, the laser oscillator emits the laser beam of the selected first processing condition, and the processing heads arranged correspondingly emit the laser light of the first processing condition. A point having a first selective laser machining step in which laser machining is performed on at least one of the machining regions and the laser beam emitted by a machining head that is not machined under the machining conditions according to the first machining condition is scanned and discarded. Is different. Here, the processing conditions are conditions common to a plurality of processing heads, and examples thereof include energy and pulse frequency of oscillating laser light. According to the present embodiment, not only the same effect as that of the second embodiment can be obtained, but also the machining conditions can be changed for each machining head while the laser beam is emitted, so that the machining time is increased. It is also possible to suppress. It should be noted that machining in a plurality of machining regions is first performed under the same conditions, and then machining under the machining conditions is performed at a timing when machining conditions such as energy of oscillating laser light and pulse frequency fluctuate in one or more machining regions. The processing head that does not perform the above may be discarded. In this case, efficient processing becomes possible.
また、第1選択的レーザ加工工程の後に、レーザ発振器に第2の加工条件のレーザ光を出射させ、対応して配置された加工ヘッドにより、第2の加工条件で少なくとも1つの加工領域にレーザ加工するとともに第2の加工条件による加工条件で加工しない加工ヘッドが出射するレーザ光を走査して捨て打ちさせる第2選択的レーザ加工工程を含んでもよい。これにより、異なる加工条件を設定することで、種々の加工パターンに対応することが可能となる。 Further, after the first selective laser machining step, the laser oscillator emits the laser beam of the second machining condition, and the correspondingly arranged machining heads provide a laser to at least one machining area under the second machining condition. A second selective laser machining step may be included in which the laser beam emitted by the machining head that is machined and not machined under the machining conditions according to the second machining condition is scanned and discarded. As a result, it is possible to correspond to various processing patterns by setting different processing conditions.
また、繰り返し工程における第1選択的レーザ加工工程の加工条件が、第2選択的レーザ加工工程の加工条件とは異なってもよい。これにより、新たな加工領域に対して、異なる加工条件を設定することが可能となる。 Further, the machining conditions of the first selective laser machining step in the repeating step may be different from the machining conditions of the second selective laser machining step. This makes it possible to set different machining conditions for the new machining area.
また、第1選択的レーザ加工工程、第2選択的レーザ加工工程において、各加工ヘッドからのレーザ光の光路の一部に配置された1つ以上の遮光部材にレーザ光を照射してもよい。遮光部材に捨て打ちすることで、被加工物(ワーク)の損傷を防止することが可能となる。 Further, in the first selective laser processing step and the second selective laser processing step, one or more light-shielding members arranged in a part of the optical path of the laser light from each processing head may be irradiated with the laser light. .. It is possible to prevent damage to the work piece (workpiece) by throwing it away at the light-shielding member.
また、第1選択的レーザ加工工程、第2選択的レーザ加工工程において、各加工ヘッドからのレーザ光を前記被加工物の加工領域の少なくとも1箇所以上の捨て打ち領域に照射してもよい。被加工物(ワーク)の加工領域に設けた捨て打ち領域に捨て打ちすることで、必要な加工位置への損傷を防止しながら、かつ新たな捨て打ち用の部材を用いることなく、高速での加工が可能となる。 Further, in the first selective laser machining step and the second selective laser machining step, laser light from each machining head may be applied to at least one or more discarding regions of the machining region of the workpiece. By discarding in the discarding area provided in the machining area of the work piece (work), damage to the required machining position can be prevented, and at high speed without using a new discarding member. Processing becomes possible.
1 レーザ発振器
2 分岐機構
3,4 加工ヘッド
5,6 偏向器
5a,6a X軸用偏向器
5b,6b Y軸用偏向器
7,8 集光器
10 可動ステージ
10a 第1ステージ
10b 第2ステージ
11,12 遮光部材
13,14 取り付け部材
15 加工可能領域
16 ガルバノエリア
L レーザ光
W 被加工物(ワーク)
1
Claims (12)
前記複数の加工ヘッドの各加工ヘッドに取り付けられ、各加工ヘッドからのレーザ光を走査する複数の偏向器と、
前記各加工ヘッドの前記複数の偏向器からのレーザ光を集光する集光部と、
前記各加工ヘッドの前記集光部からのレーザ光の光路の一部に位置するように配置された1つ以上の遮光部材であって、前記遮光部材の全体は、平面視で前記集光部に重なり、かつ、ガルバノエリアの外側に位置する、1つ以上の遮光部材と、
前記複数の加工ヘッドの各加工ヘッドを、加工モードまたは捨て打ちモードに切り換える制御部であって、前記加工モードでは、前記第1の加工ヘッドからのレーザ光の照射位置を前記加工領域内の加工位置に設定する一方、前記捨て打ちモードでは、前記第2の加工ヘッドの前記加工モードが終了するまで、前記加工モードが終了した第1の加工ヘッドからのレーザ光の照射位置を、レーザ光を走査して前記遮光部材に設定する、該制御部と、を有する、レーザ加工装置。 Laser processing in which the laser light emitted from the laser oscillator is branched into a plurality of processing heads including a first processing head and a second processing head, and a workpiece having a plurality of processing regions is processed by the branched laser light. It ’s a device,
A plurality of deflectors attached to each processing head of the plurality of processing heads and scanning the laser beam from each processing head, and
A condensing unit that collects laser light from the plurality of deflectors of each processing head,
Wherein and one or more shielding members that are arranged to be positioned on a part of the optical path of the laser beam from the condensing section of the processing head, the whole of the shielding member, the condensing section in a plan view With one or more light-shielding members that overlap and are located outside the galvano area ,
A control unit that switches each machining head of the plurality of machining heads to a machining mode or a discarding mode. In the machining mode, the irradiation position of the laser beam from the first machining head is set in the machining region. On the other hand, in the discarding mode, the laser beam is set to the irradiation position of the laser beam from the first machining head from which the machining mode has ended until the machining mode of the second machining head ends. A laser processing apparatus having the control unit that scans and sets the light-shielding member.
前記m個の加工ヘッド及び/又は前記被加工物を移動して、前記n個の加工領域中のm個の加工領域にそれぞれ対応させて前記m個の加工ヘッドを配置する加工ヘッド配置工程と、
対応して配置された加工ヘッドにより前記加工領域にそれぞれレーザ加工を施すレーザ加工工程と、
対応する加工領域の加工が終了した加工ヘッドにおいて、加工が終了していない加工ヘッドが前記加工工程を終了するまで、出射するレーザ光を走査して、加工ヘッドの集光部を介した後、遮光部に捨て打ちさせるレーザ光捨て打ち工程と、を含み、
前記遮光部は、前記加工ヘッドの前記集光部からのレーザ光の光路の一部に位置するように配置された1つ以上の遮光部材からなり、前記遮光部材の全体は、平面視で前記集光部に重なり、かつ、ガルバノエリアの外側に位置する、レーザ加工方法。 The laser light emitted from the laser oscillator is branched into m machining heads, and the branched laser light from the machining heads is used for each machining region for the workpiece including n (n ≧ m) machining regions. It is a laser processing method that performs laser processing.
A machining head arrangement step of moving the m machining heads and / or the workpiece and arranging the m machining heads corresponding to the m machining regions in the n machining regions. ,
A laser machining process in which laser machining is performed on each of the machining regions by the corresponding machining heads
In the machining head that has finished machining the corresponding machining area, the laser beam emitted is scanned until the machining head that has not finished machining finishes the machining step, and after passing through the condensing portion of the machining head, Including the laser light throwing-out process of throwing away the light-shielding part,
The light-shielding portion is composed of one or more light-shielding members arranged so as to be located in a part of an optical path of a laser beam from the light-collecting portion of the processing head, and the entire light-shielding member is viewed in a plan view. A laser processing method that overlaps the light collecting portion and is located outside the galvano area .
前記レーザ加工工程とレーザ光捨て打ち工程と移動工程とを繰り返す繰り返し工程と、をさらに含む、請求項4に記載のレーザ加工方法。 After all the laser machining in the m machining regions is completed, the m machining heads and / or the workpieces are moved to correspond to m machining regions different from the m machining regions. The moving process of arranging the m processing heads
The laser processing method according to claim 4, further comprising a repeating step of repeating the laser processing step, the laser light discarding step, and the moving step.
前記m個の加工ヘッド及び/又は前記被加工物を移動して、前記n個の加工領域中のm個の加工領域にそれぞれ対応させて前記m個の加工ヘッドを配置する加工ヘッド配置工程と、
前記レーザ発振器に、選択された第1の加工条件のレーザ光を出射させ、対応して配置された加工ヘッドにより、第1の加工条件で少なくとも1つの前記加工領域にレーザ加工するとともに、前記第1の加工条件による加工が終了するまで、前記第1の加工条件による加工を行わない加工ヘッドが出射するレーザ光を走査して、加工ヘッドの集光部を介した後、遮光部に捨て打ちさせる第1選択的レーザ加工工程と、を含み、
前記遮光部は、前記加工ヘッドの前記集光部からのレーザ光の光路の一部に位置するように配置された1つ以上の遮光部材からなり、前記遮光部材の全体は、平面視で前記集光部に重なり、かつ、ガルバノエリアの外側に位置する、レーザ加工方法。 The laser light emitted from the laser oscillator is branched into m machining heads, and the branched laser light from the machining heads is used for each machining region for the workpiece including n (n ≧ m) machining regions. It is a laser processing method that performs laser processing.
A processing head arrangement step of moving the m processing heads and / or the workpiece and arranging the m processing heads corresponding to the m processing regions in the n processing regions. ,
The laser oscillator emits a laser beam of the selected first processing condition, and the correspondingly arranged processing heads perform laser processing on at least one of the processing regions under the first processing condition, and the first processing region. Until the processing under the processing condition of 1 is completed, the laser beam emitted by the processing head that does not perform the processing under the first processing condition is scanned, passed through the condensing portion of the processing head, and then discarded in the light-shielding portion. Including the first selective laser machining step and
The light-shielding portion is composed of one or more light-shielding members arranged so as to be located in a part of an optical path of a laser beam from the light-collecting portion of the processing head, and the entire light-shielding member is viewed in a plan view. A laser processing method that overlaps the light collecting portion and is located outside the galvano area .
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