JP2007335900A - Laser device, method of controlling power feed for the same, power feed control circuit for the same, and method of adjusting power feed control circuit for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子多層基板の穴開け加工等に使用するレーザ装置、レーザ装置の給電制御方法、レーザ装置の給電制御回路、及び、当該給電制御回路の調整方法に関する。 The present invention relates to a laser device used for punching an electronic multilayer substrate, a power supply control method for the laser device, a power supply control circuit for the laser device, and a method for adjusting the power supply control circuit.
従来、電子多層基板の穴開け加工等に使用し得る種々のタイプのレーザ装置が知られている。例えば、CO2レーザ装置では、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の供給に応じて発振増幅したレーザ光線を射出する。当該CO2レーザ装置が備える従来の電源は、例えば、外部より入力されるビームON信号BのLowレベルからHighレベルへの切り換りに応じて、当該レーザ装置の備えるレーザ光線生成部(CO2レーザの場合、CO2の雰囲気に置いた励起部及び共振器で成る。)に高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の供給を行う(例えば特許文献1)。
ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、レーザ光線生成部に高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧を供給開始すると、レーザ光線生成部は最初に加工用の出力範囲を外れる過剰な出力のレーザ光線、いわゆる初期スパイクを生じた後、緩和発振しながら上記加工用の出力範囲内の値に収束するレーザ光線を出力することが知られている。 In response to switching of the beam ON signal B to the high level, when the supply of the high-frequency alternating voltage or the high-frequency pulsed alternating voltage is started to the laser beam generation unit, the laser beam generation unit first outputs the output range for processing. It is known that after generating an excessive output laser beam that deviates from the above, that is, a so-called initial spike, a laser beam that converges to a value within the output range for the above processing while relaxing oscillation is known.
図9には、ビームON信号Bを実線で表し、当該ビームON信号Bの入力に応じてレーザ光線生成部から射出されるレーザ光線の出力値を太い点線で表す。また、図中、レーザ媒質の利得の発振閾値を細い点線で表し、レーザ媒質の利得を一点鎖線で示す。図示するように、ビームON信号BがHighレベルに切り換ってから、CO2分子が励起してレーザ光線の射出が行われるまでにtON時間だけ要する。一般的に、この時間を発振遅れ時間という。レーザ光線の出力は、初期スパイクにより最初に加工用の出力範囲を大きく超えた後、緩和発振しながら上記加工用の出力範囲内の値に収束する。ビームON信号BがLowレベルに切り換った後は、レーザ光線の出力値はゼロへと減衰する。 In FIG. 9, the beam ON signal B is represented by a solid line, and the output value of the laser beam emitted from the laser beam generation unit in response to the input of the beam ON signal B is represented by a thick dotted line. In the drawing, the oscillation threshold of the gain of the laser medium is indicated by a thin dotted line, and the gain of the laser medium is indicated by a one-dot chain line. As shown in the figure, after the beam ON signal B is switched to the high level, it takes t ON time until the CO 2 molecule is excited and the laser beam is emitted. In general, this time is called an oscillation delay time. The output of the laser beam first largely exceeds the processing output range due to the initial spike, and then converges to a value within the processing output range while relaxing oscillation. After the beam ON signal B is switched to the low level, the output value of the laser beam is attenuated to zero.
上記初期スパイクによるレーザ光線の出力値のむらは、レーザ加工の精度を悪くする原因の1つである。図10は、加工対象がポリイミド樹脂である場合の加工処理結果を表す。図10の(a)は、ポリイミド樹脂を真上から見た図である。図10の(b)は、レーザ加工部分を含むポリイミド樹脂の断面図である。図9に示すように、初期スパイクによりレーザ光線の出力値が最初に加工用の出力範囲を大きく超えて発振するため、レーザ光線の径がぶれてポリイミド樹脂の加工穴表面付近が溶融され荒れた状態になる。 The unevenness of the output value of the laser beam due to the initial spike is one of the causes that deteriorate the accuracy of laser processing. FIG. 10 shows a processing result when the processing target is a polyimide resin. (A) of FIG. 10 is the figure which looked at the polyimide resin from right above. FIG. 10B is a cross-sectional view of a polyimide resin including a laser processed portion. As shown in FIG. 9, since the laser beam output value oscillates greatly beyond the processing output range initially due to the initial spike, the laser beam diameter is blurred and the vicinity of the surface of the polyimide resin processing hole is melted and roughened. It becomes a state.
図11は、加工対象がエポキシ樹脂である場合の加工処理結果を表す。図11の(a)は、エポキシ樹脂を真上から見た図である。更に図11の(b)は、レーザ加工される部分を含むエポキシ樹脂の断面図である。エポキシ樹脂の場合、上記ポリイミド樹脂のように加工穴表面付近が荒れるだけでなく、加工処理により飛散した破片が加工穴表面付近に付着するため品質の悪さが目立つ。 FIG. 11 shows a processing result when the processing target is an epoxy resin. (A) of FIG. 11 is the figure which looked at the epoxy resin from right above. Further, FIG. 11B is a cross-sectional view of an epoxy resin including a portion to be laser processed. In the case of the epoxy resin, not only the surface of the processed hole becomes rough like the polyimide resin described above, but also the bad quality is conspicuous because debris scattered by the processing process adheres to the surface of the processed hole.
レーザ光線生成部に供給する電圧を低くすれば、初期スパイク現象で現れるレーザ光線の出力ピーク値を低く抑えることができるが、レーザ光線の出力自体も低くなるためレーザ加工の作業効率が悪くなるといった欠点を持つ。 If the voltage supplied to the laser beam generation unit is lowered, the output peak value of the laser beam that appears in the initial spike phenomenon can be kept low, but the laser beam output itself is also lowered, so that the working efficiency of laser processing is deteriorated. Has drawbacks.
本発明は、加工用のレーザ光線の出力値を低下させることなく、初期スパイクの発生による悪影響を排除したレーザ装置、レーザ装置の給電制御方法、レーザ装置用の給電制御回路、及び、レーザ装置用の給電制御回路の調整方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a laser device, a power supply control method for a laser device, a power supply control circuit for a laser device, and a laser device that eliminates an adverse effect caused by the occurrence of an initial spike without reducing the output value of a laser beam for processing. It is an object of the present invention to provide a method for adjusting the power supply control circuit.
請求項1に記載のレーザ装置は、放電により励起されるパルスレーザ装置であって、レーザ光線生成部と、レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行い、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する給電制御部と、を備えており、上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、ことを特徴とすることを特徴とする。 The laser device according to claim 1 is a pulse laser device that is excited by electric discharge, and is necessary for processing the laser beam generation unit and the laser beam generation unit according to the output request of the laser beam. A power supply control unit that performs a preliminary power supply for generating a laser beam that does not satisfy the output value and starts a main power supply for generating a laser beam that is equal to or greater than the output value while the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted. The laser beam generation unit generates a laser beam in response to power supply of a high-frequency AC voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage, and performs only main power supply when power supply starts. And a laser generator that emits a laser beam with an initial spike.
請求項2に記載のレーザ装置は、請求項1に記載のレーザ装置において、上記給電制御部は、予備給電の期間、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間、主給電の期間の内、少なくとも一つを調整する手段を備えることを特徴とする。
The laser apparatus according to
請求項3に記載の給電制御方法は、放電により励起されるパルスレーザ装置の給電制御方法であって、レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ装置が備えるレーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行う第1工程と、上記予備給電に応じてレーザ光線生成部がレーザ光線の射出を行っている間に、上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する第2工程と、で成り、上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、ことを特徴とする。
A power supply control method according to
請求項4に記載のレーザ装置用の給電制御回路は、放電により励起されるパルスレーザ装置用の給電制御回路であって、給電スイッチと、制御回路と、を含んでおり、給電スイッチが、制御回路からのオン信号に応じて、レーザ装置のレーザ光線生成部へ給電を行うものであり、制御回路が、レーザ光線の出力要求に応じて、レーザ光線生成部から、加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる期間だけ給電スイッチをオンにして予備給電を行うように調整されており、且つ、予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させるように給電スイッチをオンにして主給電を開始するように、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間が調整されている、制御回路を含んでおり、制御回路が、予備給電を行う期間の調整を行う第1調整手段と、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間の調整を行う第2調整手段と、を有するものであり、上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、ことを特徴とする。 The power supply control circuit for a laser device according to claim 4 is a power supply control circuit for a pulse laser device excited by discharge, and includes a power supply switch and a control circuit. Power is supplied to the laser beam generator of the laser device in response to an ON signal from the circuit, and the control circuit outputs an output necessary for processing from the laser beam generator in response to an output request of the laser beam. The power supply switch is turned on only during a period for generating a laser beam that is less than the value, and the standby power supply is adjusted, and the laser beam generated by the preliminary power supply is emitted while the laser beam is emitted. Including a control circuit in which the period from the completion of the preliminary power supply to the start of the main power supply is adjusted so as to start the main power supply by turning on the power supply switch so as to generate the laser beam. The control circuit includes first adjusting means for adjusting a period for performing the preliminary power supply, and second adjusting means for adjusting a period until the main power supply is started after completion of the preliminary power supply. The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency AC voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage. When only the main feeding is performed at the start of feeding, a laser with an initial spike is generated. It is a laser generator that emits a light beam.
請求項5に記載のレーザ装置用の給電制御回路の調整方法は、請求項4に記載の、放電により励起されるパルスレーザ装置用の給電制御回路の調整方法であって、レーザ光線の出力要求に応じて、レーザ装置のレーザ光線生成部から、加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線が生成されるように、第1調整手段により予備給電を行う期間を調整する第1工程と、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出がされている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電が開始されるように、第2調整手段により予備給電の完了後、主放電を開始するまでの期間を調整する第2工程とで成ることを特徴とする。 The adjustment method of the power supply control circuit for the laser device according to claim 5 is the adjustment method of the power supply control circuit for the pulse laser device excited by discharge according to claim 4, wherein the output request of the laser beam is requested. And a first step of adjusting a period for performing the preliminary power supply by the first adjustment means so that a laser beam that does not satisfy an output value necessary for processing is generated from the laser beam generation unit of the laser device. The main discharge is started after the completion of the preliminary power supply by the second adjusting means so that the main power supply for generating a laser beam having the output value or more is started while the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted. And a second step of adjusting a period until the operation is performed.
請求項1に記載のレーザ装置は、レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行った後、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に、上記出力値以上の所望の出力のレーザ光線を生成させる主給電を開始することで、初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。 The laser device according to claim 1, after performing preliminary power supply for generating a laser beam that is less than an output value necessary for processing the laser beam generator, in response to an output request of the laser beam, While the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted, a stable laser beam without an initial spike is generated by starting the main power supply that generates a laser beam with a desired output above the output value. can do.
請求項2に記載のレーザ装置は、レーザ光線生成部の劣化や環境の変化に応じて、予備給電の期間、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間、主給電の期間の内、少なくとも1つが調整可能であるため、常に、初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。 According to a second aspect of the present invention, in accordance with deterioration of the laser beam generation unit or environmental change, the standby power supply period, the period until the main power supply is started after the completion of the preliminary power supply, and the main power supply period are included. Since at least one is adjustable, a stable laser beam without an initial spike can always be generated.
請求項3に記載のレーザ装置の給電制御方法によれば、予備給電により所定の出力値に満たないレーザ光線が生成されている間に主給電が開始されるため、初期スパイクを伴わずに滑らかに上記所定の出力値以上の所望の出力にまで増加するレーザ光線を生成することができる。
According to the power supply control method of the laser device according to
請求項4に記載のレーザ装置用の給電制御回路は、使用することによって、初期スパイクを伴わずに滑らかに上記所定の出力値以上の所望の出力にまで増加するレーザ光線を生成することができるだけでなく、第1調整手段により、レーザ光線の出力要求に応じてレーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成するように予備給電の期間Tpreを調整し、第2調整手段により、上記予備給電により生成されたレーザ光線が発光している間に上記出力値以上の所望の出力のレーザ光線を生成させる主給電を開始するように待機期間τを調整することができる。 When used, the power supply control circuit for a laser device according to claim 4 can generate a laser beam that smoothly increases to a desired output equal to or higher than the predetermined output value without an initial spike. Instead, the first adjustment means adjusts the pre- feeding period T pre so as to generate a laser beam that does not satisfy the output value necessary for processing the laser beam generator in response to the output request of the laser beam. Then, the second adjustment means adjusts the standby period τ so as to start the main power supply for generating a laser beam having a desired output equal to or higher than the output value while the laser beam generated by the preliminary power supply is emitted. can do.
請求項5に記載の放電により励起されるパルスレーザ装置用の給電制御回路の調整方法は、請求項4に記載の給電制御回路を用いて、レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ光線生成部から、加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線が生成されるように、第1調整手段により予備給電期間Tpreを調整する第1ステップと、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出がされている間に、上記出力値以上の所望の出力のレーザ光線を生成させる主給電が開始されるように、第2調整手段により主放電を開始するまでの期間τを調整する第2ステップを実行することで、初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting a power supply control circuit for a pulse laser device excited by a discharge, wherein the power generation control circuit according to the fourth aspect is used to generate the laser beam in response to a laser beam output request. The first step of adjusting the pre- feed period T pre by the first adjusting means so that a laser beam that does not satisfy the output value necessary for processing is generated from the unit, and the emission of the laser beam generated by the pre-feed The second step of adjusting the period τ until the main discharge is started by the second adjusting means so that the main power supply for generating a laser beam having a desired output equal to or higher than the output value is started. By executing the above, it is possible to generate a stable laser beam without an initial spike.
(1)全体構成
図1は、実施の形態に係るCO2レーザ装置100の回路構成を示す図である。CO2レーザ装置100は、レーザ光線生成部10及び給電制御部80で構成される。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a CO 2 laser apparatus 100 according to an embodiment. The CO 2 laser device 100 includes a laser
レーザ光線生成部10は、周知のCO2レーザ発生器であり、CO2の充填された管6内部に、レーザ光線の励起部、及び、当該励起部で励起されたレーザ光線を共振増幅する発振器を備える。上記励起部は、所定の間隙を持って、対向面に誘電体2a,2bを備える一対の電極1a,1bで構成される。上記発振器は、対向して設けた光透過型の反射ガラス3,4で構成される。反射ガラス3は、例えば透過率が30%であり、管6内部から外へと向かうレーザ光線の70%を反射するガラスである。反射ガラス4は、例えば透過率が1%であり、管6内部から外へと向かうレーザ光線の99%を反射するガラスである。
The laser
なお、レーザ光線生成部10は、CO2レーザ発生器に限定されず、給電開始に伴い初期スパイクを発生するタイプのものであれば代替可能である。
The laser
給電制御部80は、ビームON信号BのLowレベルからHighレベルへの切り換りに応じて、レーザ媒質の利得が発振閾値を越えた直後に給電を停止して上記レーザ光線生成部10に対して加工に必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行い、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に、加工用の出力範囲内にあるレーザ光線を生成させる主給電を行う。当該主給電の開始時、レーザ光線生成部10には予備給電により生成された光の場が既に存在しているため初期スパイクは生じない。これにより、加工用の出力範囲内の値にまで滑らかに励起したレーザ光線を生成することができる。
In response to the switching of the beam ON signal B from the low level to the high level, the power
(2)給電制御部の詳細な説明
図2は、給電制御部80の具体的な回路構成を示す図である。給電制御部80は、高い周波数の交流電圧Eを安定して出力する交流電源20と、当該交流電源20及びレーザ光線生成部10の接続される回路を開閉するスイッチ68と、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、上記スイッチ68のオン/オフを制御する駆動信号Dを出力する制御回路50とで構成される。スイッチ68は、Highレベルの駆動信号Dの入力時にオンに切り換り、回路を閉じる。なお、レーザ光線生成部10に供給する電圧は、高い周波数のパルス状の交番電圧であっても良い。
(2) Detailed Description of Power Supply Control Unit FIG. 2 is a diagram illustrating a specific circuit configuration of the power
図3は、ビームON信号B、当該ビームON信号BのLowレベルからHighレベルへの切り換りに応じて制御回路50からスイッチ68に出力される駆動信号D、及び、当該駆動信号Dの値に応じて給電制御部80からレーザ光線生成部10に供給される電圧Eを表すタイムチャートである。以下、図2及び図3を参照しつつ、制御回路50の構成及び動作について説明する。
FIG. 3 shows the beam ON signal B, the drive signal D output from the control circuit 50 to the switch 68 in response to the switching of the beam ON signal B from Low level to High level, and the value of the drive signal D. 5 is a time chart showing the voltage E supplied from the power
制御回路50は、大きく分けて、予備給電処理部C1、期間τ待機部C2及び主給電処理部C3で構成される。予備給電処理部C1は、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、Tpreの期間だけHighレベルの駆動信号Dを出力する。期間τ待機部C2は、予備給電処理部C1における予備給電が終了した後、期間τだけ経過するのを待機する。主給電処理部C3は、上記期間τ待機部C2における期間τの経過後に、期間TmainだけHighレベルの駆動信号Dを出力する。 The control circuit 50 is roughly divided into a standby power supply processing unit C1, a period τ standby unit C2, and a main power supply processing unit C3. The standby power supply processing unit C1 outputs a high-level drive signal D only during the period T pre in response to the switching of the beam ON signal B to the high level. The period τ standby unit C2 waits for the period τ to elapse after the standby power supply in the standby power supply processing unit C1 is completed. The main power supply processing unit C3 outputs a high-level drive signal D for the period Tmain after the period τ in the period τ standby unit C2 elapses.
(2-1)予備給電処理部
以下、予備給電処理部C1の構成について説明する。フリップフロップ52,56のセット端子には、ビームON信号Bの入力される外部端子70が接続されている。フリップフロップ52,56は、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じてHighレベルの信号を出力する。フリップフロップ56の出力端子は、2入力ORゲート67の一方の信号入力端子に接続されている。ORゲート67は、フリップフロップ56からのHighレベルの信号入力に応じて、Highレベルの駆動信号Dを出力する。これにより、スイッチ68がオンに切り換り、レーザ光線生成部10への給電が開始される。
(2-1) Standby Power Supply Processing Unit The configuration of the standby power supply processing unit C1 will be described below. An
一方、フリップフロップ52の出力端子は、2入力ANDゲート53の一方の入力端子に接続されている。ANDゲート53の残りの入力端子には、高周波数の基準クロック信号CLKを出力するクロック発生器51の出力端子が接続されている。ANDゲート53の出力端子は、加算器54の一方の信号入力端子に接続されている。ANDゲート53は、ビームON信号BがHighレベルの間、クロック発生回路51から入力されるクロック信号CLKをそのまま加算器54に出力する。加算器54の出力端子は、次段の比較器55の一方の信号入力端子に接続されると共に、当該加算器54の残りの信号入力端子に接続されている。当該構成を採用することにより、加算器54は、累算器として機能し、入力されるクロック信号の累算値を表す信号を次段の比較器55に出力する。
On the other hand, the output terminal of the flip-
比較器55の残りの信号入力端子には、予備給電期間Tpreに応じて決まる基準電圧VTpreが入力されている。当該基準電圧VTpreは、出力調整機能を備えた周知の直流電源から供給する(図示せず)。比較器55は、加算器54の出力する信号の値が基準電圧VTpreよりも大きくなった場合にHighレベルの信号を出力する。比較器55の出力端子は、フリップフロップ52,56のリセット端子及びフリップフロップ57のセット端子に接続されている。フリップフロップ52のリセット端子にHighレベルの信号が入力されることで、当該フリップフロップ52の出力がLowレベルに切り換り、予備給電処理部C1の動作は停止する。
A reference voltage V Tpre determined according to the standby power supply period T pre is input to the remaining signal input terminals of the comparator 55. The reference voltage V Tpre is supplied from a known DC power source having an output adjustment function (not shown). The comparator 55 outputs a high level signal when the value of the signal output from the
比較器55からフリップフロップ56のリセット端子にHighレベルの信号が入力されることで、当該フリップフロップ56の出力がLowレベルに戻る。これにより、ORゲート67の出力する駆動信号DがLowレベルに切り換る。これにより、スイッチ68がオフに切り換り、レーザ光線生成部10への給電が停止される。
When a high level signal is input from the comparator 55 to the reset terminal of the flip-
上記構成を採用することにより、予備給電処理部C1は、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、予め設定されたTpreの期間だけHighレベルの駆動信号Dを出力して端子70,71を接続し、レーザ光線発生部10に予備給電を行うように機能する。
By adopting the above configuration, the standby power supply processing unit C1 outputs a high level drive signal D for a preset T pre period in response to the switching of the beam ON signal B to the high level. The
(2-2)期間τ待機部
以下、期間τ待機部C2の構成について説明する。2入力ANDゲート58の一方の信号入力端子には、フリップフロップ57の出力端子が接続され、残りの信号入力端子には、クロック発生器51の出力端子が接続されている。フリップフロップ57の出力は、上記予備給電処理部C1における予備給電期間Tpreの終了に応じてHighレベルに切り換る。フリップフロップ57の出力のHighレベルへの切り換りに応じて、ANDゲート58は、基準クロック信号CLKを次段に接続される加算器59の一方の信号入力端子に出力する。加算器59の出力端子は、次段の比較器60の一方の信号入力端子に入力されると共に、当該加算器59の残りの信号入力端子に接続される。当該構成を採用することで、加算器59は、累算器として機能し、入力されるクロック信号の累算値を表す信号を次段の比較器60に出力する。
(2-2) Period τ Standby Part Hereinafter, the configuration of the period τ standby part C2 will be described. One signal input terminal of the 2-input AND
比較器60の残りの信号入力端子には、待機期間τに応じて決まる基準電圧Vτが入力されている。当該基準電圧Vτは、出力調整機能を備えた周知の直流電源から供給する(図示せず)。比較器60は、加算器59より入力される信号値が基準電圧Vτよりも大きくなった場合、即ち、待機期間τの経過後にHighレベルの信号を出力する。比較器60の信号出力端子は、フリップフロップ57のリセット端子及びフリップフロップ61,65のセット端子に接続される。リセット端子へのHighレベルの信号入力を受けてフリップフロップ57の出力する信号は、Lowレベルに切り換り、期間τ待機部C2の動作は停止する。
A reference voltage V τ determined according to the standby period τ is input to the remaining signal input terminals of the
上記構成を採用することにより、期間τ待機部C2は、予備給電処理部C1における予備給電が終了した後、期間τだけ経過するのを待機するように機能する。 By adopting the above configuration, the period τ standby unit C2 functions to wait for the period τ to elapse after the standby power supply in the standby power supply processing unit C1 ends.
(2-3)主給電処理部
以下、主給電処理部C3の構成について説明する。期間τ待機部C2の備える比較器60からのHighレベルの信号入力を受けてフリップフロップ61,65の出力する信号は、Highレベルに切り換る。ORゲート67は、フリップフロップ65からのHighレベルの信号入力を受けて駆動信号DをHighレベルに切り換える。これにより、スイッチ68がオンに切り換わり、レーザ光線生成部10への主給電が開始される。
(2-3) Main Power Supply Processing Unit Hereinafter, the configuration of the main power supply processing unit C3 will be described. The signals output from the flip-
2入力ANDゲート62の残りの信号入力端子には、クロック発生回路51より出力される高い周波数のクロック信号CLKが入力される。ANDゲート62の出力端子は、加算器63の一方の信号入力端子に接続されている。ANDゲート62は、フリップフロップ61からのHighレベルの信号入力に応じて、クロック発生回路51から入力されるクロック信号CLKをそのまま加算器63に出力する。加算器63の出力端子は、次段の比較器64の一方の信号入力端子に接続されると共に、当該加算器63の出力端子に接続されている。当該構成を採用することにより、加算器63は、累算器として機能し、入力されるクロック信号の累算値を表す信号を次段の比較器64に出力する。
A high-frequency clock signal CLK output from the
比較器64の残りの信号入力端子には、主給電期間Tmainを特定する基準電圧VTmainが入力されている。当該基準電圧VTmainは、出力調整機能を備えた周知の直流電源から供給する(図示せず)。比較器64は、加算器63より入力される信号値が基準電圧VTmainよりも大きくなった場合にHighレベルの信号を出力する。比較器64の出力端子は、フリップフロップ61,65のリセット端子に接続されている。比較器64からフリップフロップ65のリセット端子にHighレベルの信号が入力されることで、当該フリップフロップ65の出力がLowレベルに戻る。これにより、ORゲート67の出力する駆動信号DがLowレベルに切り換りスイッチ68がオフに切り換り、レーザ光線生成部10への主給電が停止される。
A reference voltage V Tmain that specifies the main power supply period T main is input to the remaining signal input terminals of the
上記構成を採用することにより主給電部C3は、上記期間τ待機部C2において期間τだけ待機した後に、期間Tmainだけ主給電を行うように機能する。 By adopting the above configuration, the main power feeding unit C3 functions to perform main power feeding for the period Tmain after waiting for the period τ in the period τ standby unit C2.
以上、説明するように、上記構成の給電制御部80を備えるレーザ装置100によれば、初期スパイクを伴わずに、加工用の出力範囲内の値にまで滑らかに励起したレーザ光線を生成することができる。
As described above, according to the
なお、給電制御部80の内、特に制御回路50及びスイッチ68で成る回路を給電制御回路として単体で提供し、初期スパイクの発生するタイプのレーザ光線生成部及び電源で成る従来のレーザ装置の回路に介在させる(後から取りつける)ことで、当該従来のレーザ装置を、初期スパイクを伴わないレーザ光線を発生させるように改良することが可能になる。この場合、従来のレーザ装置が備える電源と上記給電制御回路とで給電制御部80に相当する回路が構成される。
Of the power
(3)給電制御部の調整方法
加工用のレーザ光線の発光期間Tmainは、レーザ加工を行う対象物及びその加工量等の要因により変えることが必要になる。当該期間Tmainは、制御回路50の主給電処理部C3において使用する基準電圧VTmainの値を調整することにより適宜変更することができる。
(3) Adjustment method of power supply control unit The light emission period T main of the laser beam for processing needs to be changed depending on factors such as the object to be laser processed and the amount of processing. The period T main can be changed as appropriate by adjusting the value of the reference voltage V Tmain used in the main power supply processing unit C3 of the control circuit 50.
また、初期スパイクの発生タイミングは、レーザ装置100の組立精度や使用部品のばらつき等により変わる。更に、当該タイミングは、レーザ装置100で使用するレーザ光線生成部10を初期スパイクが発生する別タイプのレーザ発生器に取り換えた場合にも変る。また、上述したように、給電制御部80の内、特に制御回路50及びスイッチ68で成る給電制御回路を、初期スパイクの発生するタイプのレーザ光線生成部及び電源で構成される従来のレーザ装置の回路に取りつけた場合、初期スパイクの発生タイミングは、使用するレーザ光線生成部により変わる。これらの場合、初期スパイクの発生タイミングに応じて、給電制御部50の予備給電処理部C1及び期間τ待機部C2において使用する基準電圧VTpre及びVτの各値を調整する必要が生じる。基準電圧VTpre及びVτの値の調整は、対応する出力調整機能付きの直流電源の各々の出力を調整して行う。
In addition, the timing at which the initial spike is generated varies depending on the assembly accuracy of the
以下、基準電圧VTpre、Vτ、及び、VTmainの具体的な調整手順について説明する。図4は、レーザ光線生成部10において発生するレーザ光線の出力を、共振器を構成する反射ミラー4より漏れ出てくるレーザ光線16の出力から測定する周知の測定装置200を示す。測定装置200は、上記反射ミラー4から漏れ出てくるレーザ光線16を内側の砂目により2π方向に散乱させる積分球201と、当該積分球201の内部の散乱光の強度を検出し、検出した光強度に応じるレベルの電気信号を出力する光検出器202と、当該光検出器202の信号出力線が信号入力端子203aに接続され、該光検出器202から入力されるレーザ光線の強度に応じた波形を表示するオシロスコープ203とで構成される。
Hereinafter, a specific adjustment procedure of the reference voltages V Tpre , V τ , and V Tmain will be described. FIG. 4 shows a known measuring
基準電圧VTpre、Vτ及びVTmainの各値の調整は、上記オシロスコープ203により表示されるレーザ光線の出力波形を確認しながら行う。上述したように、これらの基準電圧の値は、出力調整機能付きの直流電源の各々の出力を調整することで変更できる。
Each value of the reference voltages V Tpre , V τ and V Tmain is adjusted while checking the output waveform of the laser beam displayed by the
まず、基準電圧VTpreの値を設定可能な最小値に設定し、基準電圧Vτを待機時間τの経過タイミングが、通常、初期スパイクが発生するタイミングよりも十分に遅くなる値に設定しておく。 First, the value of the reference voltage V Tpre is set to a minimum value that can be set, and the reference voltage V τ is set to a value at which the elapsed time of the standby time τ is usually sufficiently later than the timing at which the initial spike occurs. deep.
基準電圧VTpreの値を最小値より徐々に大きくして行く。図5(a)〜(c)は、この場合にオシロスコープ203において表示されるレーザ光線の出力を太い点線で表す図である。本図には、理解の容易のため、基準電圧VTpreの値に応じてORゲート67から出力される駆動信号Dを実線で示し、レーザ媒質の利得の発振閾値を細い点線で表し、レーザ媒質の利得を一点鎖線で示す。
The value of the reference voltage V Tpre is gradually increased from the minimum value. FIGS. 5A to 5C are diagrams showing the output of the laser beam displayed on the
図5の(a)に示すように、基準電圧VTpreが小さい場合、即ち、予備給電期間Tpreが短い場合、レーザ光線生成部10からレーザ光線の射出は行われない。図5の(b)に示すように、基準電圧VTpreが更に大きく、即ち、予備給電期間Tpreが長くなると、レーザ光線生成部10からレーザ光線の射出が始まる。ここで、レーザ媒質の利得が発振閾値を超えた直後に給電を停止すれば、加工に必要な出力値に満たない低出力のレーザ光線が発射される。以下、レーザ媒質の利得が発振閾値を超えた時の基準電圧の値をVTpreとする。なお、更に基準電圧VTpreを大きくすると、図5の(c)に示すように、レーザ媒質の利得が発振閾値を大きく超え、初期スパイクが発生する。
As shown in FIG. 5A, when the reference voltage V Tpre is small, that is, when the standby power supply period T pre is short, the laser
次に、基準電圧VTmainの値を、対象を加工するのに必要なレーザ出力時間が得られる値に設定する。なお、当該基準電圧VTmainの値の調整は、このタイミングに限定されず、基準電圧VTpreを決める前、又は、基準電圧Vτを決めた後に実行しても良い。 Next, the value of the reference voltage V Tmain is set to a value that can obtain the laser output time necessary for processing the object. The adjustment of the value of the reference voltage V Tmain is not limited to this timing, and may be performed before the reference voltage V Tpre is determined or after the reference voltage V τ is determined.
次に、基準電圧Vτの値を徐々に低くする。これにより、待機期間τが徐々に短くなる。図6(a)及び(b)は、この場合にオシロスコープ203において表示されるレーザ光線の出力を太い点線で表す図である。なお、図5と同様に、理解の容易のため、基準電圧VTpreの値に応じてORゲート67から出力される駆動信号Dを実線で示し、レーザ媒質の利得の発振閾値を細い点線で表し、レーザ媒質の利得を一点鎖線で示す。
Next, the value of the reference voltage Vτ is gradually lowered. Thereby, the waiting period τ is gradually shortened. FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the output of the laser beam displayed on the
基準電圧Vτの値が高い場合、図6の(a)に示されるように、予備給電により発生した低出力のレーザ光線の出力が完全に終わった後に、主給電が開始される。この場合、主給電の開始に伴い初期スパイクが現れる。 When the value of the reference voltage Vτ is high, as shown in FIG. 6A, the main power supply is started after the output of the low-power laser beam generated by the preliminary power supply is completely completed. In this case, an initial spike appears with the start of main power feeding.
基準電圧Vτを更に低くすると、Tmainの開始時期も早まる。予備給電による低出力のレーザ光線の発光が完了する前に主給電によるレーザ発光が開始するようにタイミング調整すれば、レーザ光線の出力は、図6の(b)に示す状態になる。レーザ光線の出力が図6の(b)に示す状態になった時の電圧値を基準電圧Vτに決定する。 If the reference voltage Vτ is further lowered, the start time of T main is also advanced. If the timing is adjusted so that the laser emission by the main power supply starts before the emission of the low-power laser beam by the preliminary power supply is completed, the output of the laser beam becomes the state shown in FIG. The voltage value when the output of the laser beam reaches the state shown in FIG. 6B is determined as the reference voltage Vτ .
以上の手順で基準電圧VTpre、VTmain及びVτを調整することで、図6の(b)に示すように、初期スパイクを伴わずに、加工用の所望値にまで滑らかに増加するレーザ出力を得ることができる。 By adjusting the reference voltages V Tpre , V Tmain, and V τ by the above procedure, as shown in FIG. 6B, a laser that smoothly increases to a desired value for processing without an initial spike. Output can be obtained.
図7は、図6の(b)に示すレーザ光線によりポリイミド樹脂を加工した結果を表す図である。図7の(a)は、ポリイミド樹脂を真上から見た図である。図7の(b)は、レーザ加工部分を含むポリイミド樹脂の断面図である。初期スパイクを伴わないため、ポリイミド樹脂の加工穴表面付近が荒れたりしない。 FIG. 7 is a diagram showing the result of processing a polyimide resin by the laser beam shown in FIG. (A) of FIG. 7 is the figure which looked at the polyimide resin from right above. FIG. 7B is a cross-sectional view of a polyimide resin including a laser processed portion. Since there is no initial spike, the surface area of the polyimide resin hole is not roughened.
図8は、加工対象がエポキシ樹脂である場合の加工処理結果を表す。図8の(a)は、エポキシ樹脂を真上から見た図である。更に図8の(b)は、レーザ加工される部分を含むエポキシ樹脂の断面図である。初期スパイクを伴わないため、エポキシ樹脂の加工穴表面付近が荒れたりしない。 FIG. 8 shows a processing result when the processing target is an epoxy resin. (A) of FIG. 8 is the figure which looked at the epoxy resin from right above. Further, FIG. 8B is a cross-sectional view of an epoxy resin including a portion to be laser processed. Since there is no initial spike, the vicinity of the hole surface of the epoxy resin is not roughened.
以上説明するように、レーザ装置100では、給電制御部80の働きによって初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。
As described above, the
10 CO2レーザ光線生成部、20 電源、50 給電制御部、100 レーザ装置、C1 予備給電処理部、C2 待機期間τ処理部、C3 主給電処理部。 10 CO 2 laser beam generation unit, 20 power supply, 50 power supply control unit, 100 laser device, C1 standby power supply processing unit, C2 standby period τ processing unit, C3 main power supply processing unit.
Claims (5)
レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行い、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する給電制御部と、を備えており、
上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、
ことを特徴とするレーザ装置。 A pulse laser device excited by discharge, a laser beam generation unit,
In response to the output request of the laser beam, the laser beam generation unit performs preliminary power supply for generating a laser beam that does not satisfy the output value necessary for processing, and the laser beam generated by the preliminary power supply is emitted. A power supply control unit for starting main power supply for generating a laser beam of the above output value or more during
The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency alternating voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage, and when only the main feeding is performed at the start of feeding, the laser beam with an initial spike A laser generator that emits
A laser device characterized by that.
上記給電制御部は、予備給電の期間、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間、主給電の期間の内、少なくとも一つを調整する手段を備えるレーザ装置。 The laser device according to claim 1,
The power supply control unit is a laser device including means for adjusting at least one of a period of standby power supply, a period from completion of standby power supply to a start of main power supply, and a period of main power supply.
レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ装置が備えるレーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行う第1工程と、
上記予備給電に応じてレーザ光線生成部がレーザ光線の射出を行っている間に、上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する第2工程と、で成り、
上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、
ことを特徴とするレーザ装置の給電制御方法。 A power supply control method for a pulsed laser device excited by discharge,
A first step of performing preliminary power supply for generating a laser beam that is less than an output value necessary for processing with respect to a laser beam generator included in the laser device in response to an output request of the laser beam;
A second step of starting main power supply for generating a laser beam of the output value or more while the laser beam generator emits a laser beam in response to the preliminary power supply,
The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency alternating voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage. When only the main feeding is performed at the start of feeding, a laser beam with an initial spike is generated. A laser generator that emits
A power supply control method for a laser device.
給電スイッチが、制御回路からのオン信号に応じて、レーザ装置のレーザ光線生成部へ給電を行うものであり、
制御回路が、レーザ光線の出力要求に応じて、レーザ光線生成部から、加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる期間だけ給電スイッチをオンにして予備給電を行うように調整されており、且つ、予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させるように給電スイッチをオンにして主給電を開始するように、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間が調整されている、制御回路を含んでおり、
制御回路が、予備給電を行う期間の調整を行う第1調整手段と、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間の調整を行う第2調整手段と、を有するものであり、
上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、
ことを特徴とするレーザ装置用の給電制御回路。 A power supply control circuit for a pulsed laser device excited by discharge, including a power supply switch and a control circuit,
The power supply switch supplies power to the laser beam generation unit of the laser device in response to an ON signal from the control circuit.
The control circuit adjusts so that the power supply switch is turned on and the preliminary power supply is performed only during the period in which the laser beam generation unit generates a laser beam that does not satisfy the output value required for processing, in response to the output request of the laser beam. In order to start the main power supply by turning on the power supply switch so as to generate a laser beam of the above output value or more while the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted. Includes a control circuit, which is adjusted after completion until the main power supply is started,
The control circuit includes a first adjustment unit that adjusts a period for performing the preliminary power supply, and a second adjustment unit that adjusts a period until the main power supply is started after the completion of the preliminary power supply.
The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency alternating voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage, and when only the main feeding is performed at the start of feeding, the laser beam with an initial spike A laser generator that emits
A power supply control circuit for a laser device.
レーザ光線の出力要求に応じて、レーザ装置のレーザ光線生成部から、加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線が生成されるように、第1調整手段により予備給電を行う期間を調整する第1工程と、
上記予備給電により生じるレーザ光線の射出がされている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電が開始されるように、第2調整手段による予備給電の完了後、主放電を開始するまでの期間を調整する第2工程とで成ることを特徴とするレーザ装置用の給電制御回路の調整方法。 A method for adjusting a power supply control circuit for a pulse laser device excited by discharge according to claim 4,
In response to the output request of the laser beam, the first adjustment unit adjusts the period for performing the preliminary power supply so that the laser beam generation unit of the laser device generates a laser beam that does not satisfy the output value necessary for processing. A first step of
The main discharge is started after the completion of the preliminary power supply by the second adjusting means so that the main power supply for generating a laser beam having the output value or more is started while the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted. And a second step of adjusting the period until the adjustment of the power supply control circuit for the laser device.
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JP2013089788A (en) * | 2011-10-19 | 2013-05-13 | Mitsubishi Electric Corp | Power supply device for laser beam machine |
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