高効率・高精度レーザー加工のためのリアルタイムモニタリングシステムの開発

17年度の研究において、レーザー加工のリアルタイムモニタリング法として、プラズマの電子と電界との相互作用を利用する、誘導電流測定法を提案し、従来行われていたプラズマの発光をモニターする光学的方法に比較して、多くの優れた点をもつことを示した。18年度は特に、レーザ剤加工において重要なレーザーピアッシング工程のモニタリングに、誘導電流法が応用できるよう詳細な研究を行った。1)雰囲気ガスに関して誘導電流信号は雰囲気ガスの種類に非常に敏感であることが確認された。即ち空気に代わって高純度の窒素ガスを用いると信号は10倍以上も増大する。逆に炭酸ガスを用いると信号は殆どゼロとなる。酸素や炭酸ガスなど、活性ガスはプラズマの外側の電子を捕獲するためと考えられる。2)YAGレーザー(nsパルス)を用いたレーザー貫通検知実験レーザーピアッシングを行う試料の下側に、試料と平行に電極を配置することによって、レーザーが貫通した瞬間に、試料下側に現れるプラズマの電子によって誘導電流信号が観測され、これが貫通検知の鋭敏なモニタリングに使用できることがわかった。信号ピックアップ回路の抵抗を大きくすることで検出感度が増大することから、電極間隔を20mm程度までに広げることができ、これによってレーザー照射時のスパッタリングの影響を排除することが可能になった。3)CWCO_2レーザー加工機を用いたレーザー貫通検知実験実際の炭酸ガスレーザー加工機において、ステンレス材(厚さ1-1.5mm)を用いてレーザービーム貫通検知実験をおこなった。この場合、YAGレーザーの場合の平行電極方式は有効ではなく、加工金属材料をマイナス電極とし、上部にプラス電極を置く方式(縦型方式)で誘導電流が計測されることがわかった。この実験によって、誘導電流測定法の実用機への適用の可能性がたかまった。

17年度の研究において、レーザー加工のリアルタイムモニタリング法として、プラズマの電子と電界との相互作用を利用する、誘導電流測定法を提案し、従来行われていたプラズマの発光をモニターする光学的方法に比較して、多くの優れた点をもつことを示した。18年度は特に、レーザ剤加工において重要なレーザーピアッシング工程のモニタリングに、誘導電流法が応用できるよう詳細な研究を行った。1)雰囲気ガスに関して誘導電流信号は雰囲気ガスの種類に非常に敏感であることが確認された。即ち空気に代わって高純度の窒素ガスを用いると信号は10倍以上も増大する。逆に炭酸ガスを用いると信号は殆どゼロとなる。酸素や炭酸ガスなど、活性ガスはプラズマの外側の電子を捕獲するためと考えられる。2)YAGレーザー(nsパルス)を用いたレーザー貫通検知実験レーザーピアッシングを行う試料の下側に、試料と平行に電極を配置することによって、レーザーが貫通した瞬間に、試料下側に現れるプラズマの電子によって誘導電流信号が観測され、これが貫通検知の鋭敏なモニタリングに使用できることがわかった。信号ピックアップ回路の抵抗を大きくすることで検出感度が増大することから、電極間隔を20mm程度までに広げることができ、これによってレーザー照射時のスパッタリングの影響を排除することが可能になった。3)CWCO_2レーザー加工機を用いたレーザー貫通検知実験実際の炭酸ガスレーザー加工機において、ステンレス材(厚さ1-1.5mm)を用いてレーザービーム貫通検知実験をおこなった。この場合、YAGレーザーの場合の平行電極方式は有効ではなく、加工金属材料をマイナス電極とし、上部にプラス電極を置く方式(縦型方式)で誘導電流が計測されることがわかった。この実験によって、誘導電流測定法の実用機への適用の可能性がたかまった。