JP2004042103A - Trigger controller of laser beam machining mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラに係り、特に、プリント配線基板を加工するレーザ穴開け機に用いるのに好適な、周辺機器の動作タイミングやトリガ信号のタイミングを容易に変更可能なトリガコントローラ、及び、該トリガコントローラを用いたレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なうレーザ加工装置、例えばレーザ穴開け機においては、図1に例示する如く、レーザ発振器10と、該レーザ発振器10から出射されたレーザ光12の光路を分岐したりレーザパルスを成形するための、電気光学素子(EOM)、音響光学素子(AOM)等の光学素子14と、該光学素子14を制御するための光学素子制御装置16と、前記レーザ発振器10の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するトリガ発生器20と、加工対象物8に照射されるレーザ光の一部を分岐するためのハーフミラー22と、該ハーフミラー22で分岐されたレーザ光の強度を検出するための、GPD(Good Pulse Detector)センサ等の光センサ24と、該光センサ24の出力をモニタしつつ、前記トリガ発生器20に、オペレータから入力される加工条件に応じたレーザの発振条件を与える加工制御装置(又は上位制御装置)30を備えている。
【0003】
このようなレーザ加工機において、EOMやAOM等の光学素子14は、非常に高速に動作するため、高い発振周波数や短いレーザパルス幅に対応可能であり、高スループット実現に有用である。一方、非常に高速に動作するため、その動作タイミングは、正確にレーザ発振と同期させる必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、前記光学素子14に対しては、レーザ発振器10へのトリガ信号を分岐し、その信号に対して遅延回路18等で遅延時間を挿入し、該光学素子14の動作タイミング信号を生成していた。従って、調整等が困難であり、正確な同期も保証され難かった。又、光学素子14の性能を十分に発揮できない場合もあり、適用できる範囲が狭いものとなっていた。
【0005】
又、前記レーザ発振器10においては、トリガ信号のパルス幅を変化させることで、直接レーザ光のパルス幅を制御できるものがある。プリント基板の穴開け加工等に使用されるレーザ加工機においては、加工対象の材質、加工形状、パターン等により、レーザ発振器のパルス幅や発振周波数を変化させることが必要となる。
【0006】
しかしながら従来のトリガ発生器20においては、パルス幅を変更する場合、まず発振周波数に対応したトリガ発生器の内部カウンタ値を演算し、更に、パルス幅についても同様に演算してトリガ信号を生成していた。そのため、パルス幅のみ変更したい場合であっても、発振周波数の演算を行なう必要があり、演算による遅延が生じるという問題点を有していた。
【0007】
又、従来のトリガ発生器においては、加工条件が変化する度に、その都度演算を行ない、レーザの発振パラメータ(発振周波数、パルス幅等)を設定していた。そのため、速い周期で頻繁に加工条件が変化する場合、演算時間による遅延が生じ、加工のスループットが限定されていた。又、数種類の発振条件が繰返し発生する場合でも、その都度同じ演算を繰り返すという冗長な構成となっていた。
【0008】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、EOMやAOM等の周辺機器をレーザ発振器の発振タイミングに正確に同期させることを第1の課題とする。
【0009】
本発明は、発振周波数やパルス幅の設定の演算による遅延時間を防ぐことを第2の課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、前記トリガ信号と共に、周辺機器を動作させるための動作タイミング信号を発生するようにして、前記第1の課題を解決したものである。
【0011】
又、前記周辺機器からの異常信号を入力可能とし、該異常信号が検出された時は、前記トリガ信号を停止するようにしたものである。
【0012】
本発明は、又、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、レーザの発振周波数を制御するための周波数カウンタと、パルス幅を制御するためのパルス幅カウンタとを備え、レーザの発振周波数とパルス幅を独立して設定可能とすることにより、前記第2の課題を解決したものである。
【0013】
又、前記カウンタの分周数も設定可能としたものである。
【0014】
更に、前記周波数カウンタとパルス幅カウンタの設定値に基づいて、制限外のデューティ比のトリガ信号の発生を防ぐようにしたものである。
【0015】
本発明は、又、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、複数の発振条件を設定可能として、前記第2の課題を解決したものである。
【0016】
本発明は、又、前記のトリガコントローラを備えたことを特徴とするレーザ加工装置を提供するものである。
【0017】
又、前記のトリガコントローラと、該トリガコントローラに、加工条件に応じたレーザの発振条件を与える加工制御装置と、該加工制御装置と前記トリガコントローラ間で共有されるメモリとを備えたことを特徴とするレーザ加工装置を提供するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0019】
本実施形態は、図2に示す如く、本発明を、光学素子としてAOM15が用いられたレーザ穴明け機に適用したもので、加工制御装置30とレーザ発振器10の間に、本発明に係るトリガコントローラ40と、該トリガコントローラ40と前記加工制御装置30で共有されるデュアルポートメモリ(DPRAM)50を備えている。図において、17は、AOM15の制御装置である。
【0020】
前記トリガコントローラ40は、図3に詳細に示す如く、CPU41と、内部カウンタ42と、ROM43と、RAM44と、バッファ45と、A/D変換器46と、汎用出力ポート47とを含んで構成されている。
【0021】
このトリガコントローラ40には、加工条件に応じた所望のレーザ発振周波数、レーザパルス幅が加工制御装置30から与えられており、又、レーザトリガに対するAOM15の動作タイミング信号の遅延時間(図4のt)が予め設定される。そして、加工制御装置30からレーザ発振指令を受け取ると、図4に示す如く、まず、所望の発振周波数及びパルス幅に対応したレーザトリガ信号を出力する。そして、内部カウンタ42により計数される、設定された遅延時間t経過後、AOM15へ動作タイミング信号を出力する。
【0022】
このトリガコントローラ40には、AOM15等の周辺機器からの異常信号を入力することが可能とされており、例えばAOM15からの異常信号を検出した場合には、図5に示す如く、速やかにレーザ発振器10へのトリガ信号出力を停止する。
【0023】
前記AOM15は、入力される動作タイミング信号により、非常に高速に屈折率を変化させ、その結果として、レーザ光の光路を変化させ、例えばシャッタのような動作をする。
【0024】
前記レーザ発振器10は、例えばCO2レーザやUVレーザが用いられ、初めに出されたレーザトリガ信号により発振を開始する。この時点では、AOM15のシャッタ動作によりレーザ光は光路の途中で遮られ、加工はされない。
【0025】
設定された遅延時間tの後、AOM15への動作タイミング信号が、トリガコントローラ40から出力されると、AOM15は出力を変化させ、即ち、レーザの光路を変化させ、加工が行なわれる。このようにして、レーザ光のパルス幅を成形することが可能となる。
【0026】
AOM15への動作タイミング信号の遅延時間tは、トリガコントローラ40内のソフトウェアにより、自由に変化させることができ、本構成をとった場合、レーザ発振器10は、見掛け上レーザ発振1ショット毎に、そのパルス幅を変化させることが可能である。又、レーザ発振器10へのトリガ信号と、AOM15への動作タイミング信号が、両方共、トリガコントローラ40の内部カウンタ42を基準として生成されるため、非常に正確に同期を取ることが可能である。
【0027】
更に、トリガコントローラ40がAOM15の異常信号を検出した場合には、図5に示した如く、レーザ発振器10が次の1ショットを発振する前に、速やかにトリガ信号の出力を停止することで、装置の安全性及び加工品質を保証することができる。
【0028】
前記加工制御装置30とトリガコントローラ40間の通信は、シリアル、パラレル通信等が使用可能である。本実施形態では、DPRAM50を用いているので、非常に高速な通信が可能である。
【0029】
又、加工対象の材質、加工形状、パターン等によりレーザ発振器の発振周波数やパルス幅を変更する場合には、次のように行なう。
【0030】
即ち、オペレータによりレーザ発振器10の発振周波数及びパルス幅が加工制御装置30に入力されると、加工制御装置30は、トリガコントローラ40の内部カウンタ42に対応したカウンタ値(以下周波数カウンタ値と称する)を演算する。トリガコントローラ内部カウンタ42は、出力するトリガ信号の周波数によってカウンタの分周数を変更する必要があるので、図6に示す如く、同時にカウンタの分周数も演算しておく。パルス幅も同様にして、対応する内部カウンタ値(以下パルス幅カウンタ値と称する)を演算する。
【0031】
加工制御装置30は、このようにして演算された周波数カウンタ値、パルス幅カウンタ値、分周数をトリガコントローラ40へ設定する。トリガコントローラ40は、設定されたカウンタ値、分周数に従って内部カウンタ42を駆動し、図7に示す如くトリガ信号を生成する。
【0032】
レーザ加工機において加工中にオペレータにより発振周波数やパルス幅が変更された場合、加工制御装置30においては、前記演算を繰り返す必要があるが、パルス幅のみ変更された場合、本実施形態では、周波数カウンタ値を変更する必要がなく、パルス幅カウンタ値のみ演算し、トリガコントローラ40へ設定すればよいので、演算時間の短縮が可能となる。又、逆に分周数が一定の範囲内であれば、発振周波数のみが変化した場合においては、パルス幅カウンタ値は演算する必要がなく、同様に演算時間の短縮が可能となる。
【0033】
ここで、レーザ発振器10のパルス幅には、発振周波数によって設定できるパルス幅に制限があり、その制限は、デューティ比によって表わされることが多い。デューティ比は、パルス幅×発振周波数で表わせる値を%で表わしたものであり、例えば発振周波数10kHz、パルス幅10μ秒の場合、(10×103)×(10×10−6)=0.1となり、10%となる。これから明らかなように、デューティ比は、発振周波数が変更された場合に変わってしまう。
【0034】
しかしながら、前記トリガコントローラ40においては、内部カウンタ値で各パラメータが与えられるので、デューティ比の制限は比較的演算が簡単であり、周波数カウンタ値が与えられると、パルス幅の上限、下限値は、そのカウンタ値にデューティ比の上限、下限値を乗算するだけで求められる。従って、オペレータにより入力されたパルス幅の良否判定を速やかに行って、レーザ発振器10に制限値外のデューティ比のトリガ信号が入力されるのを防ぐことができる。
【0035】
又、前記パラメータは、良好な結果を得るため、加工中に常に一定ではなく、可変であることが望ましい。例えば図8に示す如く、1kHzパルス幅10μ秒で10ショット発振(サイクルデータT1とする)させた後、10kHz10μ秒で20ショット発振(サイクルデータT2とする)させるといった、発振条件を変化させることが一般的である。そこで、上記のような条件が上位の加工制御装置30にオペレータにより与えられると、加工制御装置30は、それらのパラメータを、トリガコントローラ40へ、発振周波数、パルス幅、ショット数を一まとめにしたデータ(サイクルデータと称する)として設定する。
【0036】
このようにして複数設定されたサイクルデータは、同時に、図9に示す如く、DPRAM50内に段数と称するデータとして設定することにより、サイクルデータの数を制御することができる。例えば図10に示すような、各加工エリアA〜Hの各加工点h1〜h9に対して、サイクルデータT1のみ、T1とT2を1回ずつ、又は、T1を2回行った後、T2を1回行う等、DPRAM50で有効、無効のフラグで設定する。そして、図11に示す如く、例えば一連の加工中にサイクルデータT1→サイクルデータT2とレーザを発振させて加工を行ない、次にはサイクルデータT1→サイクルデータT3とレーザを発振させて加工を行うことが可能となる。
【0037】
トリガコントローラ40においては、予めサイクルデータに対応して内部演算をしておくことで、発振開始信号入力直前、乃至は、直後に段数のみ参照すればよく、速やかなレーザ発振が可能になる。
【0038】
このように、予め与えられたサイクルデータに対し、段数を次々更新していくことにより、トリガコントローラ40内部での演算による遅延の影響を受けることなく、様々な加工に応じて速やかなレーザ発振が可能になる。
【0039】
なお前記実施形態においては、周辺機器として音響光学素子(AOM)15が用いられていたが、トリガコントローラ40によって直接制御される周辺機器はこれに限定されず、例えばレーザ光の光路分岐用に用いられる音響光学素子(AOM)等、他の周辺機器においても同様である。
【0040】
又、前記実施形態においては、本発明が、レーザ穴明け機に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レーザ切断機やマーキングマシン等、レーザ加工機一般に同様に適用できることは明らかである。レーザの種類もCO2レーザや、UVレーザに限定されず、他のレーザにも適用できる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、トリガコントローラへパラメータとして与えることにより、レーザ発振器の周辺機器の動作タイミングを容易に変更可能になり、より柔軟な加工が可能となる。又、レーザ発振器へのトリガコントローラから動作タイミング信号を直接出力することで、正確な同期動作が可能となり、その結果、加工品質を向上させることができる。
【0042】
又、レーザ発振条件変更時の演算による遅延時間を短縮することができ、加工時間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】トリガ発生器が用いられた従来のレーザ穴開け機の全体構成を示すブロック図
【図2】本発明に係るトリガコントローラが採用されたレーザ穴開け機の実施形態の全体構成を示すブロック図
【図3】前記トリガコントローラの構成を示すブロック図
【図4】前記実施形態におけるトリガ信号と動作タイミング信号の関係を示すタイムチャート
【図5】同じくAOM異常検出時のトリガ信号を示すタイムチャート
【図6】同じくトリガコントローラの内部カウンタの設定値と計数値の関係の例を示すタイムチャート
【図7】同じく内部カウンタの周波数カウンタ及びパルス幅カウンタ設定値と、出力されるトリガ信号の関係の例を示すタイムチャート
【図8】同じく加工条件によって変化するトリガ信号の例を示すタイムチャート
【図9】同じくDPRAMの設定状態の例を示す線図
【図10】加工対象の例を示す平面図
【図11】加工条件によってサイクルデータを変える様子を示すフローチャート
【符号の説明】
8…加工対象物
10…レーザ発振器
15…音響光学素子(AOM)
17…AOM制御装置
30…加工制御装置
40…トリガコントローラ
42…内部カウンタ
50…デュアルポートメモリ(DPRAM)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a trigger controller of a laser processing apparatus that generates a trigger signal for controlling the oscillation timing of a laser oscillator in accordance with a laser oscillation condition corresponding to a processing condition, and more particularly to laser drilling for processing a printed wiring board. The present invention relates to a trigger controller suitable for use in a machine and capable of easily changing the operation timing of a peripheral device and the timing of a trigger signal, and a laser processing apparatus using the trigger controller.
[0002]
[Prior art]
In a laser processing apparatus that performs processing by irradiating an object to be processed with a laser beam, such as a laser drilling machine, as illustrated in FIG. 1, an optical path of a
[0003]
In such a laser processing machine, the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, for the
[0005]
Some
[0006]
However, in the
[0007]
In the conventional trigger generator, the calculation is performed each time the machining conditions change, and the laser oscillation parameters (oscillation frequency, pulse width, etc.) are set. For this reason, when the machining conditions frequently change at a fast cycle, a delay due to the calculation time occurs, and the machining throughput is limited. Further, even when several types of oscillation conditions occur repeatedly, the redundant configuration is such that the same calculation is repeated each time.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and a first object is to accurately synchronize peripheral devices such as EOM and AOM with the oscillation timing of the laser oscillator.
[0009]
It is a second object of the present invention to prevent a delay time due to calculation of oscillation frequency and pulse width settings.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a trigger controller of a laser processing apparatus that generates a trigger signal for controlling the oscillation timing of a laser oscillator according to a laser oscillation condition according to a processing condition, for operating a peripheral device together with the trigger signal. The first problem is solved by generating an operation timing signal.
[0011]
Further, an abnormal signal from the peripheral device can be input, and when the abnormal signal is detected, the trigger signal is stopped.
[0012]
The present invention also provides a frequency for controlling a laser oscillation frequency in a trigger controller of a laser processing apparatus that generates a trigger signal for controlling an oscillation timing of a laser oscillator according to a laser oscillation condition corresponding to a processing condition. The second problem is solved by providing a counter and a pulse width counter for controlling the pulse width and enabling the laser oscillation frequency and pulse width to be set independently.
[0013]
Further, the frequency division number of the counter can also be set.
[0014]
Furthermore, generation of a trigger signal having a duty ratio outside the limit is prevented based on the set values of the frequency counter and the pulse width counter.
[0015]
In the trigger controller of the laser processing apparatus that generates a trigger signal for controlling the oscillation timing of the laser oscillator in accordance with the laser oscillation condition according to the processing condition, the present invention can set a plurality of oscillation conditions, It solves the second problem.
[0016]
The present invention also provides a laser processing apparatus comprising the trigger controller.
[0017]
The trigger controller, a processing control device that gives the trigger controller a laser oscillation condition according to processing conditions, and a memory shared between the processing control device and the trigger controller are provided. A laser processing apparatus is provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the present invention is applied to a laser drilling machine in which an AOM 15 is used as an optical element, and a trigger according to the present invention is provided between a
[0020]
As shown in detail in FIG. 3, the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
When an operation timing signal to the
[0026]
The delay time t of the operation timing signal to the
[0027]
Further, when the
[0028]
For communication between the
[0029]
Further, when changing the oscillation frequency and pulse width of the laser oscillator depending on the material to be processed, the processing shape, the pattern, etc., it is performed as follows.
[0030]
That is, when the oscillation frequency and pulse width of the
[0031]
The
[0032]
When the oscillation frequency or pulse width is changed by the operator during processing in the laser processing machine, the
[0033]
Here, the pulse width of the
[0034]
However, in the
[0035]
Also, it is desirable that the parameters are not always constant during processing but can be varied in order to obtain good results. For example, as shown in FIG. 8, the oscillation conditions can be changed, such as 10 shot oscillation (with cycle data T1) at 1 kHz pulse width of 10 μsec and then 20 shot oscillation (with cycle data T2) at 10 kHz 10 μsec. It is common. Therefore, when the above conditions are given by the operator to the host
[0036]
The plurality of cycle data set in this manner can be simultaneously set as data called the number of stages in the
[0037]
In the
[0038]
In this way, by updating the number of stages one after another with respect to cycle data given in advance, rapid laser oscillation can be performed according to various processes without being affected by the delay caused by the calculation in the
[0039]
In the above-described embodiment, the acoustooptic device (AOM) 15 is used as the peripheral device. However, the peripheral device directly controlled by the
[0040]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a laser drilling machine. However, the application target of the present invention is not limited to this, and is similarly applied to laser processing machines in general, such as a laser cutting machine and a marking machine. Obviously we can do it. The type of laser is not limited to CO 2 laser or UV laser, but can be applied to other lasers.
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, by giving the trigger controller as a parameter, the operation timing of the peripheral device of the laser oscillator can be easily changed, and more flexible processing is possible. Further, by directly outputting the operation timing signal from the trigger controller to the laser oscillator, an accurate synchronous operation is possible, and as a result, the processing quality can be improved.
[0042]
In addition, the delay time due to the calculation when the laser oscillation condition is changed can be shortened, and the processing time can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a conventional laser drilling machine using a trigger generator. FIG. 2 shows an overall configuration of an embodiment of a laser drilling machine employing a trigger controller according to the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the trigger controller. FIG. 4 is a time chart showing the relationship between a trigger signal and an operation timing signal in the embodiment. FIG. 5 is a time showing a trigger signal when an AOM abnormality is detected. Chart [Fig. 6] Time chart showing an example of the relationship between the setting value and count value of the internal counter of the trigger controller. [Fig. 7] The relationship between the frequency counter and pulse width counter setting values of the internal counter and the output trigger signal. [Figure 8] Time chart showing an example of a trigger signal that also changes depending on machining conditions [Figure 8] ] Similarly diagram showing an example of the setting state of the DPRAM [plan view showing an example of FIG. 10] processing object 11 is a flowchart EXPLANATION OF REFERENCE NUMERALS showing how to change the cycle data by processing conditions
8 ... Processing
17 ...
Claims (8)
前記トリガ信号と共に、周辺機器を動作させるための動作タイミング信号を発生するようにしたことを特徴とするレーザ加工装置のトリガコントローラ。In the trigger controller of the laser processing apparatus that generates a trigger signal for controlling the oscillation timing of the laser oscillator according to the laser oscillation conditions according to the processing conditions,
A trigger controller for a laser processing apparatus, wherein an operation timing signal for operating a peripheral device is generated together with the trigger signal.
レーザの発振周波数を制御するための周波数カウンタと、
パルス幅を制御するためのパルス幅カウンタとを備え、
レーザの発振周波数とパルス幅が独立して設定可能とされていることを特徴とするレーザ加工装置のトリガコントローラ。In the trigger controller of the laser processing apparatus that generates a trigger signal for controlling the oscillation timing of the laser oscillator according to the laser oscillation conditions according to the processing conditions,
A frequency counter for controlling the oscillation frequency of the laser;
A pulse width counter for controlling the pulse width,
A trigger controller for a laser processing apparatus, wherein a laser oscillation frequency and a pulse width can be set independently.
複数の発振条件が設定可能とされていることを特徴とするレーザ加工装置のトリガコントローラ。In the trigger controller of the laser processing apparatus that generates a trigger signal for controlling the oscillation timing of the laser oscillator according to the laser oscillation conditions according to the processing conditions,
A trigger controller for a laser processing apparatus, wherein a plurality of oscillation conditions can be set.
該トリガコントローラに、加工条件に応じたレーザの発振条件を与える加工制御装置と、
該加工制御装置と前記トリガコントローラ間で共有されるメモリと、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。The trigger controller according to any one of claims 1 to 6,
A processing control device for giving a laser oscillation condition according to the processing condition to the trigger controller;
A memory shared between the machining control device and the trigger controller;
A laser processing apparatus comprising:
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