[go: up one dir, main page]

JP2002283077A - Laser processing monitoring device, laser processing monitoring method, laser processing device, and laser processing method - Google Patents

Laser processing monitoring device, laser processing monitoring method, laser processing device, and laser processing method

Info

Publication number
JP2002283077A
JP2002283077A JP2001082606A JP2001082606A JP2002283077A JP 2002283077 A JP2002283077 A JP 2002283077A JP 2001082606 A JP2001082606 A JP 2001082606A JP 2001082606 A JP2001082606 A JP 2001082606A JP 2002283077 A JP2002283077 A JP 2002283077A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser processing
laser
workpiece
vibration
processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001082606A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yosuke Kawahito
洋介 川人
Toshiharu Okada
俊治 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001082606A priority Critical patent/JP2002283077A/en
Publication of JP2002283077A publication Critical patent/JP2002283077A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物の加工領域の内部状態を高速リアル
タイムモニタリングする。 【解決手段】 被加工物4にレーザを照射して行なうレ
ーザ加工の進歩状況をモニタリングするレーザ加工モニ
タリング装置2において、レーザ加工時に被加工物4に
振動を発生させる振動発生手段6と、被加工物4の振動
を測定する振動測定手段13と、該振動測定手段13に
よるに振動測定結果に基づいてレーザ加工の進歩状況を
判定する判定手段14とから構成した。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To monitor the internal state of a processing area of a workpiece at high speed in real time. SOLUTION: In a laser processing monitoring device 2 for monitoring the progress of laser processing performed by irradiating a laser to a workpiece 4, a vibration generating means 6 for generating vibration in the workpiece 4 during laser processing, A vibration measuring means 13 for measuring the vibration of the object 4 and a judging means 14 for judging the progress of laser processing based on the vibration measurement result by the vibration measuring means 13 are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工時の加工
状況をモニタリングするレーザ加工モニタリング装置、
レーザ加工モニタリング方法、レーザ加工装置およびレ
ーザ加工方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing monitoring device for monitoring a processing state during laser processing.
The present invention relates to a laser processing monitoring method, a laser processing apparatus, and a laser processing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ加工では、高い加工品質を得るた
めに、最適化された加工状態を安定的に維持する必要が
あるが、その作業は熟練作業者に頼っていた。特にレー
ザの波長に対する反射率の高い材料、高融点材料等のい
わゆる難加工材料のレーザ加工では、僅かな表面状態の
変化や素材の不均一性が加工品質に影響を及ぼすので、
たとえ熟練作業者でも高い加工品質を維持することは困
難であった。そこで、レーザ加工時の進歩状況をリアル
タイムにモニタリングし、レーザ加工を制御することが
必要となる。
2. Description of the Related Art In laser processing, it is necessary to stably maintain an optimized processing state in order to obtain high processing quality, but the operation has relied on skilled workers. Especially in laser processing of so-called difficult-to-process materials such as materials with high reflectance to laser wavelength and high melting point materials, slight changes in surface state and non-uniformity of the materials affect the processing quality,
It was difficult even for a skilled worker to maintain high processing quality. Therefore, it is necessary to monitor the progress of laser processing in real time and control the laser processing.

【0003】レーザ加工時の進歩状況をモニタリングす
る技術として、従来、CCDで得られる画像を画像処理
する画像モニタリング、赤外線センサー・サーモカップ
ルによる温度モニタリング、フォトダイオード等による
光モニタリング等が実用化されている。
Conventionally, as technologies for monitoring the progress of laser processing, image monitoring for processing an image obtained by a CCD, temperature monitoring using an infrared sensor / thermocouple, light monitoring using a photodiode, and the like have been put to practical use. I have.

【0004】画像モニタリングは、レーザ加工時に被加
工物の外観、寸法をモニタリングし、該モニタリング結
果をそれぞれ基準の外観、寸法と比較して、それらの良
否を判定する技術である。この画像モニタリングは、市
販の部品を使用して容易に構成することができ、他の多
く分野でも実績がある利点があるが、レーザ照射回数が
数キロKzの高速モニタリングには適さないという欠点
がある。
Image monitoring is a technique in which the appearance and dimensions of a workpiece are monitored during laser processing, and the results of the monitoring are compared with reference appearances and dimensions to judge the quality of the workpieces. This image monitoring can be easily configured using commercially available parts and has an advantage that has been proven in many other fields, but has the disadvantage that it is not suitable for high-speed monitoring with a laser irradiation frequency of several kilo Kz. is there.

【0005】温度モニタリングは、レーザ加工時に被加
工物からの熱輻射を感知して加工部の温度をモニタリン
グし、該モニタリング結果を所定の温度と比較して、そ
の良否を判定する技術である。この温度モニタリングは
加工部の温度情報から直接的に加工状態を知ることがで
き、高速モニタリングにも適するという利点があるが、
温度情報として2次元、3次元の詳細な温度分布を扱う
となると前記画像モニタリングと同様に高速モニタリン
グには適さなくなるという欠点がある。
[0005] Temperature monitoring is a technique in which heat radiation from a workpiece is sensed during laser processing to monitor the temperature of a processing portion, and the monitoring result is compared with a predetermined temperature to judge the quality. This temperature monitoring has the advantage of being able to know the processing state directly from the temperature information of the processing part and is also suitable for high-speed monitoring,
If detailed two-dimensional and three-dimensional temperature distributions are handled as temperature information, there is a drawback that they are not suitable for high-speed monitoring like the image monitoring described above.

【0006】光モニタリングは、被加工物からの反射レ
ーザ光を感知し、該反射レーザ光の光強度に基づいて加
工部の表面状態の良否を判定する技術である。この光モ
ニタリングは、高速モニタリングに適する利点がある
が、被加工物が高反射率の材料でなければならないので
材料が限定されるという欠点がある。
Light monitoring is a technique in which reflected laser light from a workpiece is sensed, and the quality of the surface condition of a processed portion is determined based on the light intensity of the reflected laser light. This optical monitoring has the advantage of being suitable for high-speed monitoring, but has the disadvantage that the material to be processed must be a material having a high reflectivity, so that the material is limited.

【0007】以上のように、現在実用化されているモニ
タリング技術はレーザ加工領域の表面状態をモニタリン
グするものであり、加工領域の内部状態をモニタリング
するものは、X線カメラによる画像を画像処理するシス
テム等が存在するが、まだ研究段階にある。
As described above, the monitoring technology currently put to practical use is for monitoring the surface state of the laser processing area, and for monitoring the internal state of the processing area, image processing by an X-ray camera is performed. There are systems, etc., but still in the research stage.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の問
題点に鑑みてなされたもので、被加工物の加工領域の内
部状態を高速リアルタイムモニタリングすることが可能
なレーザ加工モニタリング装置および方法、さらにこれ
らを用いたレーザ加工装置および方法を提供すことを課
題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a laser processing monitoring apparatus and method capable of performing high-speed real-time monitoring of the internal state of a processing area of a workpiece. It is another object of the present invention to provide a laser processing apparatus and a method using the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明レーザ加工モニタリング装置は、被加工物に
レーザを照射して加工するレーザ加工の進歩状況をモニ
タリングするレーザ加工モニタリング装置において、レ
ーザ加工時に被加工物に振動を発生させる振動発生手段
と、被加工物の振動を測定する振動測定手段と、該振動
測定手段によるに振動測定結果に基づいてレーザ加工の
進歩状況を判定する判定手段とから構成したものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a laser processing monitoring apparatus according to the present invention is a laser processing monitoring apparatus for monitoring the progress of laser processing for irradiating a workpiece with a laser to perform processing. Vibration generating means for generating vibration in the workpiece during laser processing, vibration measuring means for measuring the vibration of the workpiece, and determination of the progress of the laser processing based on the vibration measurement result by the vibration measuring means And means.

【0010】前記レーザ加工モニタリング装置では、レ
ーザ加工時に振動発生手段により被加工物に振動を発生
させ、振動測定手段により被加工物の振動を測定し、そ
の振動測定結果に基づいてレーザ加工の進歩状況を判定
する。例えば、被加工物に穴が貫通したこと、複数の被
加工物が接合したこと、材料の異なる複数の層からなる
被加工物ではどの層の加工が完了したか等の被加工物の
内部状態を高速リアルタイムモニタリングすることがで
きる。
[0010] In the laser processing monitoring device, vibration is generated in the workpiece by the vibration generating means during laser processing, the vibration of the workpiece is measured by the vibration measuring means, and the laser processing is advanced based on the vibration measurement result. Determine the situation. For example, the internal state of the workpiece, such as that a hole has penetrated the workpiece, that multiple workpieces have been joined, and which layer has been processed in a workpiece consisting of multiple layers of different materials. Can be monitored in real time at high speed.

【0011】前記振動発生手段は、前記振動発生手段は
パルスレーザであり、さらにこのパルスレーザで被加工
物の加工を行うことが好ましい。このようにすること
で、加工レーザの発生手段と振動発生手段を共用するこ
とができ、新たな振動発生手段を別個に設ける必要がな
く、構成が簡略化する。
It is preferable that the vibration generating means is a pulse laser, and that the workpiece is processed with the pulse laser. By doing so, the processing laser generating means and the vibration generating means can be shared, and it is not necessary to separately provide a new vibration generating means, and the configuration is simplified.

【0012】前記振動測定手段は、被加工物にプローブ
光を照射し、該プローブ光の反射光のドップラー効果に
より被加工物の振動を測定するものであることが好まし
い。このプローブ光は、加工部の近傍に照射すること
で、加工時の表面状態の変化が振動測定に与える影響を
無くすことができ、正確な振動測定を行える。
It is preferable that the vibration measuring means irradiates the workpiece with probe light and measures the vibration of the workpiece by Doppler effect of the reflected light of the probe light. By irradiating the vicinity of the processing portion with the probe light, it is possible to eliminate the influence of the change in the surface state during processing on the vibration measurement, and to perform accurate vibration measurement.

【0013】前記プローブ光と前記レーザを1つの集光
レンズ光学系で被加工物上に集光させることが、構成を
簡略化するうえで好ましい。
It is preferable that the probe light and the laser be condensed on the workpiece by one condensing lens optical system in order to simplify the configuration.

【0014】前記判定手段は、前記レーザパルスの各パ
ルス毎に、前記パルスレーザのパワーの最大値に対する
被加工物の最大変位量と最小変位量の差の比を求め、該
比の変化によってレーザ加工の進歩状況を判定するもの
であることが好ましい。あるいは、前記判定手段は、前
記振動測定結果より周波数特性を求め、該周波数特性に
基づいてレーザ加工の進歩状況を判定するものであって
もよい。
The determining means obtains, for each pulse of the laser pulse, a ratio of a difference between a maximum displacement amount and a minimum displacement amount of the workpiece with respect to a maximum value of the power of the pulse laser. It is preferable to determine the progress of processing. Alternatively, the determination means may determine a frequency characteristic from the vibration measurement result and determine a progress of laser processing based on the frequency characteristic.

【0015】前記レーザ加工は被加工物に穴を開ける穴
加工であり、前記判定手段は穴加工の完了を判定するも
のであることが好ましい。
It is preferable that the laser processing is a hole processing for making a hole in a workpiece, and the determining means determines completion of the hole processing.

【0016】前記被加工物は2種類以上の異なる材料が
積層されたものであり、前記判定手段は各材料毎にレー
ザ加工の進歩状況を判定するものであることが好まし
い。
It is preferable that the workpiece is formed by laminating two or more different materials, and that the determination means determines the progress of laser processing for each material.

【0017】前記レーザ加工は2以上の被加工物を接合
する接合加工であり、前記判定手段は2以上の被加工物
の接合状態を判定するものであることが好ましい。
It is preferable that the laser processing is a bonding processing for bonding two or more workpieces, and the determining means is for determining a bonding state of the two or more workpieces.

【0018】前記課題を解決するために、本発明レーザ
加工モニタリング方法は、レーザ加工時に被加工物に振
動を発生させ、被加工物の振動を測定し、該振動測定結
果に基づいてレーザ加工の進歩状況を判定するものであ
る。また、本発明にかかるレーザ加工装置は、前記レー
ザ加工モニタリング装置を備と、該レーザ加工モニタリ
ング装置でモニタリングされたレーザ加工の進歩状況に
基づいて被加工物のレーザ加工を制御する制御手段とを
備えたものである。さらに、本発明にかかるレーザ加工
方法は、前記レーザ加工モニタリング方法によりレーザ
加工の進歩状況をモニタリングし、そのモニタリングし
たレーザ加工の進歩状況に基づいて被加工物のレーザ加
工を制御するものである。
In order to solve the above problems, a laser processing monitoring method according to the present invention generates a vibration in a workpiece during laser processing, measures the vibration of the workpiece, and performs laser processing based on the vibration measurement result. It is a measure of progress. Further, the laser processing apparatus according to the present invention includes the laser processing monitoring apparatus, and control means for controlling laser processing of the workpiece based on the progress of the laser processing monitored by the laser processing monitoring apparatus. It is provided. Further, a laser processing method according to the present invention monitors the progress of laser processing by the laser processing monitoring method, and controls laser processing of a workpiece based on the monitored progress of laser processing.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0020】図1は、本発明にかかるレーザ加工モニタ
リング装置2を備えたレーザ加工装置1を示す。3は、
被加工物4を載置し、該被加工物4の位置を制御するX
YZステージである。このXYZステージ3の上方に
は、加工レーザとしてSHG−YAGレーザ5を発射す
るレーザ発生器6と、該レーザ発生器6から発射された
SHG−YAGレーザ5を前記XYZステージ3上の被
加工物4に向けて反射するミラー7と、該ミラー7で反
射されたSHG−YAGレーザ5を集光する集光レンズ
8とが配設されている。前記ミラー7には、レーザ発生
器6から発射される波長532nmのSHG−YAGレ
ーザ5を反射し、後述するドップラー計測計13から発
射される波長633nmのHe−Neレーザ11を透過
させる誘電体コートが施されている。
FIG. 1 shows a laser processing apparatus 1 provided with a laser processing monitoring apparatus 2 according to the present invention. 3 is
X for placing the workpiece 4 and controlling the position of the workpiece 4
The YZ stage. Above the XYZ stage 3, a laser generator 6 for emitting an SHG-YAG laser 5 as a processing laser, and a SHG-YAG laser 5 emitted from the laser generator 6 are placed on the workpiece on the XYZ stage 3. A mirror 7 that reflects light toward the mirror 4 and a condenser lens 8 that collects the SHG-YAG laser 5 reflected by the mirror 7 are provided. The mirror 7 has a dielectric coating that reflects the SHG-YAG laser 5 having a wavelength of 532 nm emitted from a laser generator 6 and transmits the He-Ne laser 11 having a wavelength of 633 nm emitted from a Doppler measuring instrument 13 described later. Is given.

【0021】前記レーザ発生器6と前記ミラー7の間に
は、レーザ発生器6から発射されたSHG−YAGレー
ザ5の一部を分岐させるビームサンプラー9と、該ビー
ムサンプラー9で分岐されたSHG−YAGレーザ5の
パワーを測定するフォトセンサ10とが配設されてい
る。ミラー7の上方には、光プローブとしてHe−Ne
レーザ11を発射して、光学系12、ミラー7および集
光レンズ8を介して被加工物4に照射し、被加工物4の
振動を測定するドップラー計測計13が配置されてい
る。光学系12は、ドップラー計測計13から発射され
るHe−Neレーザ11の焦点位置を調整するための図
示しないズーム機構を有している。ドップラー計測計1
3は、該ドップラー計測計13から発射されるHe−N
eレーザ11の光軸の角度を調整する角度調整機構14
を有している。
Between the laser generator 6 and the mirror 7, there is provided a beam sampler 9 for branching a part of the SHG-YAG laser 5 emitted from the laser generator 6, and a SHG branched by the beam sampler 9. A photosensor 10 for measuring the power of the YAG laser 5 is provided. Above the mirror 7, He-Ne is used as an optical probe.
A Doppler meter 13 that emits a laser 11 and irradiates the workpiece 4 via an optical system 12, a mirror 7 and a condenser lens 8 to measure the vibration of the workpiece 4 is arranged. The optical system 12 has a zoom mechanism (not shown) for adjusting the focal position of the He-Ne laser 11 emitted from the Doppler meter 13. Doppler meter 1
3 is He-N emitted from the Doppler meter 13
Angle adjusting mechanism 14 for adjusting the angle of the optical axis of e-laser 11
have.

【0022】前述したレーザ発生器6、ビームサンプラ
ー9、フォトセンサ10、ドップラー計測計13、光学
系12およびデータ処理器15によって、本発明のレー
ザ加工モニタリング装置2が構成されている。レーザ発
生器6は、被加工物4に加工レーザを発射する手段であ
るとともに、被加工物4に振動を発生させるための本発
明でいう振動発生手段でもある。ドップラー計測計13
は、被加工物4の振動測定手段を構成している。データ
処理器15は、フォトセンサ10で測定されるSHG−
YAGレーザ5のパワーと、ドップラー計測計13で計
測される被加工物4の振動とに基づいて、被加工物4の
進歩状況を判定する本発明の判定手段を構成している。
また、レーザ発生装置6には、前記データ処理器15で
判定された被加工物4の進歩状況に基づいて、前記レー
ザ発生装置6によるレーザの発射を停止させる等してレ
ーザ加工を制御する制御装置6aが設けられている。
The laser generator 6, the beam sampler 9, the photo sensor 10, the Doppler meter 13, the optical system 12, and the data processor 15 constitute the laser processing monitoring device 2 of the present invention. The laser generator 6 is a means for emitting a processing laser beam to the workpiece 4 and also a vibration generating means according to the present invention for generating vibrations on the workpiece 4. Doppler meter 13
Constitutes a vibration measuring means of the workpiece 4. The data processor 15 is provided with a SHG-
The determination means of the present invention for determining the progress of the workpiece 4 based on the power of the YAG laser 5 and the vibration of the workpiece 4 measured by the Doppler meter 13 is configured.
Further, the laser generator 6 controls the laser processing by controlling the laser processing by stopping the laser emission by the laser generator 6 based on the progress of the workpiece 4 determined by the data processor 15. An apparatus 6a is provided.

【0023】前記ドップラー計測計13により被加工物
4の振動を測定する位置は、レーザ加工部周辺である。
レーザ加工部では、加工により表面形状が大きく変化し
ており、ここのドップラー計測計13からHe−Neレ
ーザ11を照射しても、そのHe−Neレーザ11の反
射光強度が表面形状に強く影響され、被加工物4の振動
を正確に測定できないからである。また、レーザ穴加工
では、図2に示すように、加工条件によっては、加工穴
16の周辺部にドロス17が存在し、このドロス17に
よってHe−Neレーザ11の反射光が散乱され、正確
な振動測定ができなくなる。一方、レーザ加工部から距
離が離れた位置では、その距離の2乗で振動の大きさが
減衰するので、あまりに加工部から離れると、被加工物
4の振動の測定が困難になる。したがって、He−Ne
レーザ11の光プローブのスポットは、被加工物4の表
面形状の変化がなく、ドロス17に重ならない位置であ
って、できるだけ加工部に近い位置に調整する必要があ
る。実施例では、400×300×0.3mmの99.
99%の純銅板に直径50μmの穴加工する場合、レー
ザ加工部の中心から10mmの位置であれば、被加工物
4の振動の測定が可能あった。
The position where the vibration of the workpiece 4 is measured by the Doppler meter 13 is around the laser processing part.
In the laser processing part, the surface shape is greatly changed by the processing, and even if the He-Ne laser 11 is irradiated from the Doppler measuring device 13 here, the reflected light intensity of the He-Ne laser 11 strongly affects the surface shape. This is because the vibration of the workpiece 4 cannot be measured accurately. Further, in the laser hole processing, as shown in FIG. 2, depending on the processing conditions, a dross 17 is present around the processing hole 16, and the reflected light of the He-Ne laser 11 is scattered by the dross 17, so that an accurate Vibration measurement cannot be performed. On the other hand, at a position far from the laser processing part, the magnitude of the vibration is attenuated by the square of the distance. Therefore, if the distance from the processing part is too large, it becomes difficult to measure the vibration of the workpiece 4. Therefore, He-Ne
The spot of the optical probe of the laser 11 has to be adjusted to a position where the surface shape of the workpiece 4 does not change and does not overlap the dross 17 and is as close as possible to the processing portion. In the embodiment, 99.times.
When a hole having a diameter of 50 μm was formed in a 99% pure copper plate, the vibration of the workpiece 4 could be measured at a position 10 mm from the center of the laser processing portion.

【0024】被加工物4の振動を測定する位置の調整
は、光学系12のズーム機構とドップラー計測計13の
角度調整機構14によって行う。具体的には、最初に、
SHG−YAGレーザ5の加工レーザの焦点位置で加工
できるように、XYZステージ3で被加工物4の位置を
調節する。次に、ドップラー計測計13の角度調整機構
14によって、被加工物4上のHe−Neレーザ11の
光プローブのスポットがSHG−YAGレーザ5の加工
レーザのスポットから振動測定が可能な距離だけ離れる
ように移動させる。そして、光学系12のズーム機構に
よって、ドップラー計測計13に戻ってくるレーザ光量
が最大になるように焦点位置を調整して、光学系12を
固定する。
The position for measuring the vibration of the workpiece 4 is adjusted by the zoom mechanism of the optical system 12 and the angle adjusting mechanism 14 of the Doppler meter 13. Specifically, first,
The position of the workpiece 4 is adjusted by the XYZ stage 3 so that processing can be performed at the focal position of the processing laser of the SHG-YAG laser 5. Next, the spot of the optical probe of the He-Ne laser 11 on the workpiece 4 is separated from the spot of the processing laser of the SHG-YAG laser 5 by the angle adjusting mechanism 14 of the Doppler measuring meter 13 by a distance that allows vibration measurement. To move. The focal point is adjusted by the zoom mechanism of the optical system 12 so that the amount of laser light returning to the Doppler meter 13 is maximized, and the optical system 12 is fixed.

【0025】レーザ発生器6は、前述したように、加工
レーザ発生手段であるとともに振動発生手段でもある
が、このレーザ発生器6による振動発生の原理を説明す
る。図3に示すように、SHG−YAGレーザ5を照射
すると加工領域の被加工物4が蒸発して蒸気Sが発生
し、この蒸発Sの反作用として被加工物4に対して逆制
動放射fを与える結果、被加工物4に振動が発生する。
被加工物4の穴加工が完了し被加工物4に貫通穴18が
形成されると、SHG−YAGレーザ5が貫通穴18を
通過するので、加工領域に前述したような被加工物4の
蒸気Sが発生せず、逆制動放射fを受けなくなる結果、
振動が無くなる。このように、レーザ加工中に振動が発
生し、加工が完了すると振動が無くなるので、加工中に
ドップラー計測計13によって被加工物4の振動を測定
することで、加工の進歩状況すなわち加工が進行中であ
るか否か、完了したか否か等のモニタリングをすること
ができる。
As described above, the laser generator 6 is not only a processing laser generating means but also a vibration generating means. The principle of vibration generation by the laser generator 6 will be described. As shown in FIG. 3, when the SHG-YAG laser 5 is irradiated, the workpiece 4 in the processing area evaporates to generate steam S. As a reaction of the evaporation S, reverse braking radiation f is applied to the workpiece 4. As a result, vibration occurs in the workpiece 4.
When the drilling of the workpiece 4 is completed and the through-hole 18 is formed in the workpiece 4, the SHG-YAG laser 5 passes through the through-hole 18. As a result that no steam S is generated and no reverse bremsstrahlung f is received,
Vibration disappears. As described above, the vibration occurs during the laser processing, and the vibration disappears when the processing is completed. Therefore, by measuring the vibration of the workpiece 4 by the Doppler meter 13 during the processing, the progress of the processing, that is, the processing progresses. It is possible to monitor whether the operation is in progress, whether the operation is completed, and the like.

【0026】レーザ発生器6から発射される加工レーザ
としてのSHG−YAGレーザ5は、パルスレーザであ
り、レーザ照射時間は数百nsと非常に短時間である。
これに対し、ドップラー計測計13によって振動測定す
る時間は、数百μsからmsのオーダーである。したが
って、SHG−YAGレーザ5を被加工物4の加振源と
みると、ドップラー計測計13は被加工物4のインパル
スの過渡応答を測定していることになり、固有振動数も
求めることができる。
The SHG-YAG laser 5 as a processing laser emitted from the laser generator 6 is a pulse laser, and the laser irradiation time is as short as several hundred ns.
On the other hand, the time for measuring the vibration by the Doppler meter 13 is on the order of several hundred μs to ms. Therefore, when the SHG-YAG laser 5 is regarded as the excitation source of the workpiece 4, the Doppler measurement meter 13 measures the transient response of the impulse of the workpiece 4, and the natural frequency can be obtained. it can.

【0027】次に、データ処理器15によるレーザ加工
モニタリング動作を説明すると、レーザ発生器6から発
射されるSHG−YAGレーザ5の各レーザパルスをビ
ームサンプラー9で1%分岐し、該レーザパルスのパワ
ーをフォトセンサ10で測定する。これにより、図4
(b)に示すようなSHG−YAGレーザ5のレーザパ
ルスのパワーの時間的変化が得られる。一方、ドップラ
ー計測計13によりHe−Neレーザ11の光プローブ
を被加工物4に照射してその反射光のパワーから、被加
工物4の振動を測定する。これにより、図4(a)に示
すような被加工物4の変位の時間的変化が得られる。次
に、図4(b)に示すSHG−YAGレーザ5のレーザ
パルスのパワーの最大値Pと、図4(a)に示す被加工
物4の変位の最大値と最小値の差(Amax−Ami
n)、すなわち絶対変位量を求める。そして、各レーザ
パルスのパワーの最大値Pに対する被加工物4の絶対変
位量(Amax−Amin)の比(Amax−Ami
n)/Pを求め、この比に基づいてレーザ加工の進歩状
況をモニタリングすることができる。例えば、レーザ穴
加工の場合、図4(a)中P1点におけるように前記比
が高くてある閾値以上のときはレーザ加工中であり、図
4(a)中P2点におけるように前記比がある閾値以下
になると穴加工が完了したと判定する。この判定結果に
基づいて、制御装置6aはレーザ発生器6によるレーザ
の発射を停止し、レーザ加工を終了する。
Next, the laser processing monitoring operation by the data processor 15 will be described. Each laser pulse of the SHG-YAG laser 5 emitted from the laser generator 6 is branched by 1% by the beam sampler 9, and The power is measured by the photo sensor 10. As a result, FIG.
A temporal change in the power of the laser pulse of the SHG-YAG laser 5 as shown in FIG. On the other hand, the workpiece 4 is irradiated with an optical probe of the He-Ne laser 11 by the Doppler meter 13, and the vibration of the workpiece 4 is measured from the power of the reflected light. As a result, a temporal change in the displacement of the workpiece 4 as shown in FIG. Next, the difference between the maximum value P of the laser pulse power of the SHG-YAG laser 5 shown in FIG. 4B and the maximum value and the minimum value of the displacement of the workpiece 4 shown in FIG. Ami
n), that is, the absolute displacement amount is obtained. Then, the ratio (Amax-Ami) of the absolute displacement amount (Amax-Amin) of the workpiece 4 to the maximum value P of the power of each laser pulse.
n) / P can be determined and the progress of laser processing can be monitored based on this ratio. For example, in the case of laser drilling, when the ratio is higher than a certain threshold value as shown at point P1 in FIG. 4A, laser processing is in progress, and as shown at point P2 in FIG. When the value becomes equal to or less than a certain threshold value, it is determined that the hole machining is completed. Based on this determination result, the control device 6a stops the laser emission by the laser generator 6, and ends the laser processing.

【0028】前記実施形態ではレーザ穴加工のモニタリ
ングについて説明したが、本発明にかかるレーザ加工モ
ニタリング装置は、以下に説明するように、他のレーザ
加工のモニタリングも可能である。
In the above embodiment, monitoring of laser hole processing has been described. However, the laser processing monitoring device according to the present invention can also monitor other laser processing as described below.

【0029】図5は、2種類以上の異なる材料が積層さ
れた構造の被加工物のレーザ穴加工を示す。この被加工
物は、厚さ10μmの銅の第1層21、厚さ80μmの
ポリイミドの第2層22、厚さ10μmの銅の第3層2
3からなる合計厚さ100μmの3層構造のハイブリッ
ド基板24である。このような3層構造のハイブリッド
基板24のレーザ穴加工では、加工レートが各層によっ
て異なり、各レーザパルスのパワーの最大値に対する被
加工物の絶対変位量の比(Amax−Amin)/Pが
各層によって異なるため、ハイブリッド基板24の内部
すなわち各層のレーザ加工の完了をモニタリングするこ
とができる。したがって、図5(a)に示すように、第
1層21の穴加工が完了した時点でレーザ加工を停止す
れば、第1層21だけに穴を形成することができる。
FIG. 5 shows laser drilling of a workpiece having a structure in which two or more different materials are laminated. The workpiece includes a first layer 21 of copper having a thickness of 10 μm, a second layer 22 of polyimide having a thickness of 80 μm, and a third layer 2 of copper having a thickness of 10 μm.
3 is a hybrid substrate 24 having a total thickness of 100 μm and a three-layer structure. In the laser hole processing of the hybrid substrate 24 having such a three-layer structure, the processing rate differs for each layer, and the ratio (Amax−Amin) / P of the absolute displacement amount of the workpiece to the maximum value of the power of each laser pulse is determined for each layer. Therefore, the completion of laser processing inside the hybrid substrate 24, that is, for each layer, can be monitored. Therefore, as shown in FIG. 5A, if the laser processing is stopped when the hole processing of the first layer 21 is completed, the holes can be formed only in the first layer 21.

【0030】図6は、2つ以上の被加工物を接合するレ
ーザマイクロ溶接加工を示す。この加工は、プリント基
板25上の径400μmのランド26に直径50μmの
ワイヤ27を溶接するものである。加工レーザとしてパ
ルスYAGレーザを用い、ドップラー計測計によりワイ
ヤ27単体に対して変位を測定し、FFTにより周波数
特性を求める。図6(a)に示すようにワイヤ27がラ
ンド26に接合される前に比べて、図6(b)に示すよ
うにワイヤ27がランド26に接合された後では、ワイ
ヤ27の変位が大幅に減少し、周波数特性に大きな変化
が得られる。したがって、このワイヤ27の周波数特性
の変化から、ワイヤ27のランド26への接合の時点を
モニタリングすることができる。この時点でレーザ発射
を停止すれば、効率よく溶接加工を行うことができる。
FIG. 6 shows a laser micro welding process for joining two or more workpieces. In this processing, a wire 27 having a diameter of 50 μm is welded to a land 26 having a diameter of 400 μm on the printed board 25. A pulse YAG laser is used as a processing laser, a displacement of the wire 27 is measured by a Doppler meter, and a frequency characteristic is obtained by FFT. The displacement of the wire 27 after the wire 27 is joined to the land 26 as shown in FIG. 6B is greater than that before the wire 27 is joined to the land 26 as shown in FIG. And a large change is obtained in the frequency characteristic. Therefore, from the change in the frequency characteristic of the wire 27, it is possible to monitor the time of joining the wire 27 to the land 26. If laser emission is stopped at this point, welding can be performed efficiently.

【0031】同様に、図7に示すように、2つの板材2
8,29を重ねてスポット接合する接合加工において
も、上方の板材28の周波数特性の変化から2つの板材
28,29の接合の時点をモニタリングすることがで
き、この時点でレーザ発射を停止すれば、効率よく接合
加工を行うことができる。
Similarly, as shown in FIG.
Also in the joining process of overlapping the spots 8 and 29, it is possible to monitor the time of joining of the two sheet materials 28 and 29 from the change in the frequency characteristic of the upper sheet material 28. If the laser emission is stopped at this time, The joining process can be performed efficiently.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、レーザ加工時に被加工物に振動を発生させて
その被加工物の振動測定結果に基づいてレーザ加工の進
歩状況を判定するので、被加工物に穴が貫通したこと、
複数の被加工物が接合したこと、材料の異なる複数の層
からなる被加工物ではどの層の加工が完了したか等の被
加工物の内部状態を高速リアルタイムモニタリングする
ことができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, vibration is generated in a workpiece during laser processing, and the progress of laser processing is determined based on the vibration measurement result of the workpiece. So that the hole has penetrated the workpiece,
It is possible to perform high-speed real-time monitoring of the internal state of a workpiece, such as the fact that a plurality of workpieces have been joined and the processing of which layer has been completed in a workpiece made of a plurality of layers made of different materials.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明にかかるレーザ加工モニタリング装置
を備えたレーザ加工装置の概略図。
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus provided with a laser processing monitoring apparatus according to the present invention.

【図2】 加工穴の周囲のドロスを示す被加工物の平面
図。
FIG. 2 is a plan view of a workpiece showing a dross around a processing hole.

【図3】 レーザ穴加工であって、(a)は加工時、
(b)は完了時を示す断面図。
FIGS. 3A and 3B show laser hole processing, and FIG.
(B) is sectional drawing which shows the time of completion.

【図4】 (a)は被加工物の変位の時間的変化、
(b)は加工パルスのパワーの時間的変化を示すグラ
フ。
FIG. 4 (a) is a temporal change in displacement of a workpiece,
(B) is a graph showing a temporal change of the power of the processing pulse.

【図5】 多層基板のレーザ穴加工であって、(a)は
第1層の加工完了時、(b)は第2層の加工時を示す断
面図。
5A and 5B are cross-sectional views showing laser hole processing of a multi-layer substrate, in which FIG. 5A shows a state when processing of a first layer is completed and FIG.

【図6】 基板とワイヤのレーザ接合加工であって、
(a)は接合前、(b)は接合後を示す正面図。
FIG. 6 shows a laser joining process between a substrate and a wire,
(A) is a front view showing before joining, (b) is showing after joining.

【図7】 2つの板材のレーザ接合加工であって、
(a)は接合前、(b)は接合後を示す断面図。
FIG. 7 shows a laser joining process of two plate materials,
(A) is sectional drawing which shows before joining, (b) shows after joining.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ加工装置 2 レーザ加工モニタリング装置 4 被加工物 5 SHG−YAGレーザ(加工レーザ) 6 レーザ発生器(振動発生手段) 6a 制御装置 8 集光レンズ 11 He−Neレーザ(光プローブ) 13 ドップラー計測計(振動測定手段) 14 データ処理器(判定手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 2 Laser processing monitoring apparatus 4 Workpiece 5 SHG-YAG laser (processing laser) 6 Laser generator (vibration generating means) 6a Controller 8 Condensing lens 11 He-Ne laser (optical probe) 13 Doppler measurement Meter (vibration measurement means) 14 Data processor (judgment means)

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被加工物にレーザを照射して加工するレ
ーザ加工の進歩状況をモニタリングするレーザ加工モニ
タリング装置において、 レーザ加工時に被加工物に振動を発生させる振動発生手
段と、 被加工物の振動を測定する振動測定手段と、 該振動測定手段による振動測定結果に基づいてレーザ加
工の進歩状況を判定する判定手段とからなることを特徴
とするレーザ加工モニタリング装置。
1. A laser processing monitoring apparatus for monitoring the progress of laser processing in which a workpiece is irradiated with a laser to monitor the progress of the laser processing, comprising: a vibration generating means for generating vibration in the workpiece during laser processing; A laser processing monitoring apparatus comprising: a vibration measuring means for measuring vibration; and a judging means for judging a progress of laser processing based on a result of the vibration measurement by the vibration measuring means.
【請求項2】 前記振動発生手段はパルスレーザであ
り、さらにこのパルスレーザで被加工物の加工を行うこ
と特徴とする請求項1に記載のレーザ加モニタリング装
置。
2. The laser monitoring apparatus according to claim 1, wherein said vibration generating means is a pulse laser, and said workpiece is processed by said pulse laser.
【請求項3】 前記振動測定手段は、被加工物にプロー
ブ光を照射し、該プローブ光の反射光のドップラー効果
により被加工物の振動を測定するものであること特徴と
する請求項1または2に記載のレーザ加工モニタリング
装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the vibration measuring means irradiates the workpiece with probe light and measures the vibration of the workpiece by Doppler effect of reflected light of the probe light. 3. The laser processing monitoring device according to 2.
【請求項4】 前記プローブ光を加工部の近傍に照射す
ること特徴とする請求項3に記載のレーザ加工モニタリ
ング装置。
4. The laser processing monitoring apparatus according to claim 3, wherein the probe light is applied to a vicinity of a processing part.
【請求項5】 前記プローブ光と前記レーザを1つの集
光レンズ光学系で被加工物上に集光させることを特徴と
する請求項3または4に記載のレーザ加工モニタリング
装置。
5. The laser processing monitoring apparatus according to claim 3, wherein the probe light and the laser are condensed on a workpiece by one condensing lens optical system.
【請求項6】 前記判定手段は、前記レーザパルスの各
パルス毎に、前記パルスレーザのパワーの最大値に対す
る被加工物の最大変位量と最小変位量の差の比を求め、
該比の変化によってレーザ加工の進歩状況を判定するも
のであること特徴とする請求項2から6のいずれかに記
載のレーザ加工モニタリング装置。
6. The determination means obtains, for each pulse of the laser pulse, a ratio of a difference between a maximum displacement amount and a minimum displacement amount of the workpiece with respect to a maximum value of the power of the pulse laser,
7. The laser processing monitoring device according to claim 2, wherein a progress of laser processing is determined based on the change in the ratio.
【請求項7】 前記判定手段は、前記振動測定結果より
周波数特性を求め、該周波数特性に基づいてレーザ加工
の進歩状況を判定するものであること特徴とする請求項
2から6のいずれかに記載のレーザ加工モニタリング装
置。
7. The method according to claim 2, wherein the determining means determines a frequency characteristic from the vibration measurement result and determines a progress of laser processing based on the frequency characteristic. The laser processing monitoring device as described in the above.
【請求項8】 前記レーザ加工は被加工物に穴を開ける
穴加工であり、前記判定手段は穴加工の完了を判定する
ものであることを特徴とする請求項1から8のいずれか
に記載のレーザ加工モニタリング装置。
8. The laser processing according to claim 1, wherein the laser processing is a hole processing for making a hole in a workpiece, and the determination unit determines completion of the hole processing. Laser processing monitoring equipment.
【請求項9】 前記被加工物は2種類以上の異なる材料
が積層されたものであり、前記判定手段は各材料毎にレ
ーザ加工の進歩状況を判定するものであること特徴とす
る請求項1から8のいずれかに記載のレーザ加工モニタ
リング装置。
9. The apparatus according to claim 1, wherein the workpiece is formed by laminating two or more different materials, and wherein the determining means determines the progress of laser processing for each material. 9. The laser processing monitoring device according to any one of items 1 to 8.
【請求項10】 前記レーザ加工は2以上の被加工物を
接合する接合加工であり、前記判定手段は2以上の被加
工物の接合状態を判定するものであること特徴とする請
求項1から8のいずれかに記載のレーザ加工モニタリン
グ装置。
10. The method according to claim 1, wherein the laser processing is a bonding processing for bonding two or more workpieces, and the determining unit determines a bonding state of the two or more workpieces. 9. The laser processing monitoring device according to any one of 8.
【請求項11】 被加工物にレーザを照射して加工する
レーザ加工の進歩状況をモニタリングする方法におい
て、 レーザ加工時に被加工物に振動を発生させ、 被加工物の振動を測定し、 該振動測定結果に基づいてレーザ加工の進歩状況を判定
することを特徴とするレーザ加工モニタリング方法。
11. A method for monitoring the progress of laser processing in which a workpiece is irradiated with a laser to monitor the processing, comprising: generating a vibration in the workpiece during laser processing; measuring the vibration of the workpiece; A laser processing monitoring method comprising: determining a progress of laser processing based on a measurement result.
【請求項12】 振動測定結果より前記レーザのパワー
の最大値に対する被加工物の最大変位量と最小変位量の
差の比を求め、該比の変化によってレーザ加工の進歩状
況を判定すること特徴とする請求項11に記載のレーザ
加工モニタリング方法。
12. A ratio of a difference between a maximum displacement amount and a minimum displacement amount of a workpiece to a maximum value of the power of the laser from a vibration measurement result, and a progress of laser processing is determined based on the change in the ratio. The laser processing monitoring method according to claim 11, wherein
【請求項13】 前記振動測定結果より周波数特性を求
め、該周波数特性に基づいてレーザ加工の進歩状況を判
定するものであること特徴とする請求項11に記載のレ
ーザ加工モニタリング方法。
13. The laser processing monitoring method according to claim 11, wherein a frequency characteristic is obtained from the vibration measurement result, and a progress of laser processing is determined based on the frequency characteristic.
【請求項14】 前記請求項1から10のいずれかに記
載のレーザ加工モニタリング装置と、該レーザ加工モニ
タリング装置でモニタリングされたレーザ加工の進歩状
況に基づいて被加工物のレーザ加工を制御する制御手段
とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
14. A laser processing monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 10, and control for controlling laser processing of a workpiece based on the progress of the laser processing monitored by the laser processing monitoring apparatus. And a laser processing device.
【請求項15】 前記請求項11から13のいずれかに
記載のレーザ加工モニタリング方法によりレーザ加工の
進歩状況をモニタリングし、そのモニタリングしたレー
ザ加工の進歩状況に基づいて被加工物のレーザ加工を制
御することを特徴とするレーザ加工方法。
15. The progress of laser processing is monitored by the laser processing monitoring method according to claim 11, and the laser processing of the workpiece is controlled based on the monitored progress of laser processing. A laser processing method.
JP2001082606A 2001-03-22 2001-03-22 Laser processing monitoring device, laser processing monitoring method, laser processing device, and laser processing method Pending JP2002283077A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001082606A JP2002283077A (en) 2001-03-22 2001-03-22 Laser processing monitoring device, laser processing monitoring method, laser processing device, and laser processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001082606A JP2002283077A (en) 2001-03-22 2001-03-22 Laser processing monitoring device, laser processing monitoring method, laser processing device, and laser processing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002283077A true JP2002283077A (en) 2002-10-02

Family

ID=18938532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001082606A Pending JP2002283077A (en) 2001-03-22 2001-03-22 Laser processing monitoring device, laser processing monitoring method, laser processing device, and laser processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002283077A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006528071A (en) * 2003-07-22 2006-12-14 カール ツァイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト Material processing method using laser pulses with wide spectral bandwidth and apparatus for performing the method
JP2011241478A (en) * 2010-05-12 2011-12-01 General Electric Co <Ge> System and method for laser shock peening
JP2020189305A (en) * 2019-05-20 2020-11-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 Laser machining system, leaning device, and leaning method for leaning device
CN115555742A (en) * 2022-12-06 2023-01-03 苏州思萃声光微纳技术研究所有限公司 Laser perforation real-time detection method and system for multilayer structure

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006528071A (en) * 2003-07-22 2006-12-14 カール ツァイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト Material processing method using laser pulses with wide spectral bandwidth and apparatus for performing the method
JP2011241478A (en) * 2010-05-12 2011-12-01 General Electric Co <Ge> System and method for laser shock peening
JP2020189305A (en) * 2019-05-20 2020-11-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 Laser machining system, leaning device, and leaning method for leaning device
CN115555742A (en) * 2022-12-06 2023-01-03 苏州思萃声光微纳技术研究所有限公司 Laser perforation real-time detection method and system for multilayer structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100674520B1 (en) Laser ultrasonic bonding completeness evaluation system and method
TW460350B (en) Processing method of printed wiring board
TWI386267B (en) Real time target topography tracking during laser processing
Lee et al. A study on automatic seam tracking in pulsed laser edge welding by using a vision sensor without an auxiliary light source
US8207471B2 (en) Method for measuring phase boundaries of a material during machining with a machining beam using additional illumination radiation and an automated image processing algorithm, and associated device
CN1729076A (en) A method and a device for laser spot welding
US9285211B2 (en) Height detecting apparatus
KR101414867B1 (en) Alignment of printed circuit board target
US20160144452A1 (en) System and method for detecting a defect in a workpiece undergoing material processing by an energy point source
TWI729205B (en) Inspection wafer and how to use inspection wafer
JP2013535340A (en) Fiber laser focus optimization method, material processing apparatus, and fiber laser focus change measurement method
WO2018185973A1 (en) Laser processing monitoring method and laser processing monitoring device
JP6757185B2 (en) Laser beam inspection method
JPWO2018097018A1 (en) Laser processing apparatus and laser processing method
JP2021186848A (en) Laser processing equipment
CN115561280A (en) Composite material defect detection system and method
JP2002283077A (en) Laser processing monitoring device, laser processing monitoring method, laser processing device, and laser processing method
JP4210560B2 (en) Laser welding monitoring method and laser welding monitoring apparatus
JP2003136267A (en) Laser beam machining method and device
JP2017220634A (en) Coating removal device
CN114131189A (en) Annular laser welding device and method
JP3353136B2 (en) Laser drilling machine
CN116329740B (en) Method and device for in-situ monitoring and process control of laser fusion welding
JP3259695B2 (en) Laser processing apparatus and laser processing method
US20250137937A1 (en) Method for identifying defects in materially integral connections