JP5414782B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、パルスレーザを用いてワークをレーザ加工するレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus for laser processing a workpiece using a pulse laser.

パルスレーザを用いてワークをレーザ加工するレーザ加工装置は、パルスエネルギーや1穴当たりのバーストショット(パルスショット)数などの種々の加工条件に従ってワークを加工する。このようなレーザ加工装置は、安定したレーザ加工を行うために、適切な周波数のパルスレーザを用いる必要がある。このため、レーザ加工装置がレーザ加工を行う際には、パルスエネルギーを正確に測定し、正確に測定したパルスエネルギーに基づいて、レーザ発振装置の出力調整を行っておく必要がある。   A laser processing apparatus for laser processing a workpiece using a pulse laser processes the workpiece according to various processing conditions such as pulse energy and the number of burst shots (pulse shots) per hole. Such a laser processing apparatus needs to use a pulse laser with an appropriate frequency in order to perform stable laser processing. For this reason, when the laser processing device performs laser processing, it is necessary to accurately measure the pulse energy and adjust the output of the laser oscillation device based on the accurately measured pulse energy.

例えば、特許文献1に記載のエネルギー測定方法では、パルスレーザを数ショット発振しては休止することにより、パルスレーザを間欠的に発振している。そして、レーザ発振器の出力パルスのエネルギーを測定する際に、1ショット当りのパルスエネルギーEを、発振器の出力パワーP、発振周波数f、発振時間T1、休止時間T2を用いて、E=(P/f)×{T1/(T1+T2)}により算出している。   For example, in the energy measuring method described in Patent Document 1, the pulse laser is intermittently oscillated by oscillating the pulse laser for several shots and then pausing. Then, when measuring the energy of the output pulse of the laser oscillator, the pulse energy E per shot is obtained by using the output power P, the oscillation frequency f, the oscillation time T1, and the pause time T2 of E = (P / f) × {T1 / (T1 + T2)}.

特開2003−90760号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-90760

しかしながら、上記従来の技術では、レーザ発振装置の能力範囲内で動作条件(発振デューティ比)を設定しており、エネルギー測定装置側の能力を考慮していない。このため、エネルギー測定装置の測定能力以上のビーム照射によってエネルギー測定装置が破損する場合があるという問題があった。   However, in the above conventional technique, the operating conditions (oscillation duty ratio) are set within the capability range of the laser oscillation device, and the capability on the energy measuring device side is not taken into consideration. For this reason, there existed a problem that an energy measuring device might be damaged by beam irradiation more than the measuring capability of an energy measuring device.

また、エネルギー測定装置側の能力を考慮せずレーザ発振装置の動作条件を決定すると、分解能が小さなところでのエネルギー測定によって測定精度不良が発生する場合がある。また、レーザ発振装置が出力するパルスレーザの周波数特性には、時間応答が異なる種々の現象があるにも関わらず、上記従来の技術では1つの現象しか加味できないのでエネルギーの測定精度が悪かった。このように、パルスエネルギーの測定精度が悪い場合には、レーザ発振装置の出力調整を正確に行うことができず、この結果レーザ加工される穴の品質に差が生じるという問題があった。   Further, if the operating condition of the laser oscillation device is determined without considering the capability of the energy measurement device, measurement accuracy may be deteriorated due to energy measurement at a small resolution. Further, although there are various phenomena with different time responses in the frequency characteristics of the pulse laser output from the laser oscillation device, the conventional technique can take into account only one phenomenon, so the energy measurement accuracy is poor. Thus, when the measurement accuracy of the pulse energy is poor, there is a problem that the output adjustment of the laser oscillation device cannot be accurately performed, and as a result, there is a difference in the quality of the laser processed hole.

また、1台のレーザ加工装置でワークの幅広い加工を行う場合には、ワーク上に種々の出力パワーでパルスレーザが照射される。このため、ワークを幅広く加工するためには、エネルギー測定装置として、ワーク照射面上で測定できる出力パワーレンジ幅が広いものを用いる必要があるが、このようなエネルギー測定装置は高価であるという問題があった。   Further, when a wide range of workpieces are processed by one laser processing apparatus, a pulse laser is irradiated on the workpiece with various output powers. For this reason, in order to process a workpiece widely, it is necessary to use an energy measuring device having a wide output power range that can be measured on the workpiece irradiation surface. However, such an energy measuring device is expensive. was there.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パワーメータの破損を防止しつつ加工品質の安定したレーザ加工を安価に行うことができるレーザ加工装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a laser processing apparatus capable of performing laser processing with stable processing quality at low cost while preventing damage to a power meter.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パルスレーザを出力するレーザ発振装置と、前記レーザ発振装置から出力される前記パルスレーザをワークのレーザ光照射面まで伝送する伝送光学系と、前記パルスレーザのレーザパワーを測定するパワー測定装置と、前記レーザ発振装置の発振能力範囲内かつ前記パワー測定装置のパワー測定能力範囲内で前記パワー測定装置および前記ワークに前記パルスレーザが照射されるよう、前記パワー測定装置および前記ワークへのそれぞれのパルス照射パターンを、前記ワークのレーザ加工条件に基づいてそれぞれ算出する演算部と、前記パルス照射パターンに従って前記レーザ発振装置を制御するとともに、前記パワー測定装置が測定したレーザパワーを用いて算出された1ショット当りの前記パルスレーザのパルスエネルギーが予め設定した所定範囲内である場合に前記ワークのレーザ加工を行う制御装置と、を備え、前記演算部は、前記ワークへの所定数の穴あけ加工時間であるビームオン時間と、前記所定数の穴あけ加工後に所定時間レーザ発振を休止する時間である休止時間と、を合わせた時間での単位時間当たりのパルス照射数である平均周波数の最大値として、前記レーザ発振装置が発振可能な第1の最大平均周波数と、前記レーザ発振装置によるパルス照射において前記休止時間をゼロと仮定した場合の第2の最大平均周波数と、前記パワー測定装置に設定してあるパワーレンジで許容できる第3の最大平均周波数と、をそれぞれ算出し、前記第1〜第3の最大平均周波数の中から最小の最大平均周波数を用いて前記パルス照射パターンを算出することを特徴とする。




In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a laser oscillation device that outputs a pulse laser and a transmission that transmits the pulse laser output from the laser oscillation device to a laser light irradiation surface of a workpiece. An optical system; a power measurement device for measuring the laser power of the pulse laser; and the pulse laser applied to the power measurement device and the workpiece within the oscillation capability range of the laser oscillation device and within the power measurement capability range of the power measurement device. And calculating the respective pulse irradiation patterns for the power measuring device and the workpiece based on the laser processing conditions of the workpiece, and controlling the laser oscillation device according to the pulse irradiation pattern At the same time, one shot calculated using the laser power measured by the power measuring device. And a control device that performs laser processing of the workpiece when the pulse energy of the pulse laser per unit is within a predetermined range set in advance, and the arithmetic unit has a predetermined number of drilling times for the workpiece The laser oscillation as the maximum value of the average frequency that is the number of pulse irradiation per unit time in the combined time of the beam-on time and the pause time that is the pause time for the laser oscillation for a predetermined time after the predetermined number of holes are drilled A first maximum average frequency at which the apparatus can oscillate, a second maximum average frequency when the pause time is assumed to be zero in pulse irradiation by the laser oscillation apparatus, and a power range set in the power measurement apparatus in a third of the maximum average frequency acceptable, was calculated, the maximum average frequency smallest from among the first to third maximum average frequency There are and calculates the pulse irradiation pattern.




本発明によれば、レーザ発振装置の発振能力範囲内かつパワー測定装置のパワー測定能力範囲内でパルスレーザが照射されるようパルス照射パターンを算出するので、パワーメータの破損を防止しつつ加工品質の安定したレーザ加工を安価に行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, since the pulse irradiation pattern is calculated so that the pulse laser is irradiated within the oscillation capability range of the laser oscillation device and the power measurement capability range of the power measurement device, the processing quality is prevented while preventing the power meter from being damaged. The stable laser processing can be performed at low cost.

図1は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the laser processing apparatus according to the first embodiment. 図2は、周波数によってパルスエネルギーが変化する現象を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a phenomenon in which pulse energy changes with frequency. 図3は、周波数によってパルスエネルギーが変化する現象を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a phenomenon in which pulse energy changes with frequency. 図4は、周波数によってパルスエネルギーが変化する現象を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a phenomenon in which pulse energy changes with frequency. 図5は、周波数によってパルスエネルギーが変化する現象を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a phenomenon in which pulse energy changes with frequency. 図6は、周波数特性の時間応答の違いを説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a difference in time response of frequency characteristics. 図7は、レーザ加工装置がワークに照射するパルスレーザのパルス照射パターンの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a pulse irradiation pattern of a pulse laser irradiated to a workpiece by the laser processing apparatus. 図8は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an operation procedure of the laser processing apparatus according to the first embodiment. 図9は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing an operation procedure of the laser processing apparatus according to the first embodiment. 図10は、実施の形態2に係るレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing an operation procedure of the laser processing apparatus according to the second embodiment. 図11は、実施の形態2に係るレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing an operation procedure of the laser processing apparatus according to the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ発振装置
2 伝送光学系
3 マスク
4 ワーク
5 パワーメータ
6 制御装置
7 演算部
8 I/F部
9 ワークテーブル
10 レーザ加工装置
Fg 平均周波数
Fm_ave 平均位置決め周波数
Fp バースト周波数
Ng パルス群数
Np バーストショット数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillation apparatus 2 Transmission optical system 3 Mask 4 Work 5 Power meter 6 Control apparatus 7 Calculation part 8 I / F part 9 Work table 10 Laser processing apparatus Fg Average frequency Fm_ave Average positioning frequency Fp Burst frequency Ng Pulse group number Np Burst shot number

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置10は、レーザ発振装置1、伝送光学系2、ワークテーブル9、パワーメータ(パワー測定装置)5、制御装置6、演算部7、I/F(インターフェース)部8を備えて構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the laser processing apparatus according to the first embodiment. The laser processing device 10 includes a laser oscillation device 1, a transmission optical system 2, a work table 9, a power meter (power measurement device) 5, a control device 6, a calculation unit 7, and an I / F (interface) unit 8. ing.

レーザ発振装置1は、レーザ光をパルス発振してパルスレーザを伝送光学系2へ送る。伝送光学系2内には、パルスレーザの空間分布形状を整形するためのマスク3が配置されている。伝送光学系2は、レーザ発振装置1から出力されるパルスレーザを、マスク3やAQなどのスイッチング素子を用いてレーザ加工に適したビーム条件(空間分布形状や出力時間波形)に整形するとともに、整形したパルスレーザをワークテーブル9側へ伝送する。   The laser oscillation device 1 oscillates laser light and sends a pulse laser to the transmission optical system 2. A mask 3 for shaping the spatial distribution shape of the pulse laser is arranged in the transmission optical system 2. The transmission optical system 2 shapes the pulse laser output from the laser oscillation device 1 into a beam condition (spatial distribution shape and output time waveform) suitable for laser processing using a switching element such as a mask 3 or AQ, The shaped pulse laser is transmitted to the work table 9 side.

ワークテーブル9は、レーザ加工の対象となるワーク4を載置し、パワーメータ5は、ワークテーブル9上のワーク照射面位置(ワーク4がレーザ照射される位置)でのレーザ出力(パルスレーザの平均出力パワーP)を測定する。これにより、本実施の形態のレーザ加工装置10は、マスク3を通過した後の実際にワーク4上に照射されるパルスレーザの平均出力パワーPを測定する構成となっている。ここでのパルスレーザの平均出力パワーPは、ワーク照射面位置に照射される複数のパルスのパワーの平均である。 The work table 9 mounts a work 4 to be subjected to laser processing, and the power meter 5 has a laser output (pulse laser of the pulse laser) at the work irradiation surface position on the work table 9 (position where the work 4 is irradiated with laser). Measure the average output power P). Thereby, the laser processing apparatus 10 of this Embodiment becomes a structure which measures the average output power P of the pulse laser actually irradiated on the workpiece | work 4 after passing the mask 3. FIG. The average output power P of the pulse laser here is an average of the powers of a plurality of pulses irradiated to the workpiece irradiation surface position.

演算部7は、I/F部8に入力された加工条件に基づいて、パワーメータ5の測定能力などを考慮して、後述のパルス照射パターン(ビームオン時間Tonやビームの休止時間Toffなど)を演算する。また、演算部7は、パワーメータ5の測定能力などを考慮して、単位時間当たりのパルス照射数(後述のパルス平均周波数<f>)を決定する。また、演算部7は、パワーメータ5に接続されており、パワーメータ5が測定した平均出力パワーPとパルス平均周波数<f>を用いて、1ショット当りの平均パルスエネルギーEを算出する。具体的には、E=P/<f>によって1ショット当りの平均パルスエネルギーEが算出される。演算部7は、演算したパルス照射パターンを制御装置6に送る。   Based on the processing conditions input to the I / F unit 8, the calculation unit 7 considers the measurement capability of the power meter 5 and the like, and applies pulse irradiation patterns (beam-on time Ton, beam pause time Toff, etc.) described later. Calculate. In addition, the calculation unit 7 determines the number of pulse irradiations per unit time (pulse average frequency <f> described later) in consideration of the measurement capability of the power meter 5 and the like. The calculation unit 7 is connected to the power meter 5 and calculates the average pulse energy E per shot using the average output power P and the pulse average frequency <f> measured by the power meter 5. Specifically, the average pulse energy E per shot is calculated by E = P / <f>. The calculation unit 7 sends the calculated pulse irradiation pattern to the control device 6.

I/F部8は、レーザ加工装置10と作業者との間のインターフェース(情報の入出力部)であり、マウス、キーボードなどを備えて構成されている。I/F部8へは、加工条件などが入力され、I/F部8は、入力された加工条件を制御装置6や演算部7に送る。   The I / F unit 8 is an interface (information input / output unit) between the laser processing apparatus 10 and an operator, and includes a mouse, a keyboard, and the like. Processing conditions and the like are input to the I / F unit 8, and the I / F unit 8 sends the input processing conditions to the control device 6 and the calculation unit 7.

制御装置6は、I/F部8から送られてきた加工条件や演算部7が演算したパルス照射パターンに基づいて、レーザ発振装置1、伝送光学系2、ワークテーブル9、パワーメータ5、演算部7、I/F部8を制御する。   Based on the processing conditions sent from the I / F unit 8 and the pulse irradiation pattern calculated by the calculation unit 7, the control device 6 calculates the laser oscillation device 1, the transmission optical system 2, the work table 9, the power meter 5, and the calculation. The unit 7 and the I / F unit 8 are controlled.

レーザ加工装置10は、上述した構成により、パワーメータ5の測定能力に応じたパルスレーザをパワーメータ5に照射できるよう、レーザ発振装置1のレーザ発振や伝送光学系2を制御する。   The laser processing device 10 controls the laser oscillation of the laser oscillation device 1 and the transmission optical system 2 so that the power meter 5 can be irradiated with a pulse laser corresponding to the measurement capability of the power meter 5 with the above-described configuration.

レーザ加工装置10は、ワーク照射面上でのパルスエネルギーを、レーザ加工を行なう際の加工条件として用いる。例えば、ワーク4への穴あけ加工を行う場合、レーザ加工装置10は、ワークテーブル9の移動や、伝送光学系2に配置された高速移動できる偏向装置(図示しないガルバノミラーなど)の動作によって、任意のパターン位置を穴加工する。このときのパルス照射パターン(照射スケジュール)は、穴加工位置の間隔や偏向装置の位置移動速度などによって不特定の時間間隔を有している。したがって、レーザ加工装置10は、穴あけ加工に用いる装置(レーザ発振装置1や伝送光学系2など)、パルスレーザによる穴あけ位置、パワーメータ5の測定能力などの種々の情報に基づいて、レーザ加工時の適切なパルス照射パターンを決定する。   The laser processing apparatus 10 uses the pulse energy on the workpiece irradiation surface as a processing condition when performing laser processing. For example, when drilling a workpiece 4, the laser processing apparatus 10 is arbitrarily selected by moving the work table 9 or operating a deflecting device (such as a galvano mirror (not shown)) that can be moved at high speed arranged in the transmission optical system 2. Drill the pattern position. The pulse irradiation pattern (irradiation schedule) at this time has an unspecified time interval depending on the interval of the hole machining position, the position moving speed of the deflecting device, and the like. Therefore, the laser processing device 10 is used for laser processing based on various information such as a device used for drilling (laser oscillation device 1, transmission optical system 2, etc.), a drilling position by a pulse laser, and a measuring ability of the power meter 5. An appropriate pulse irradiation pattern is determined.

ところで、ワーク照射面上でのパルスエネルギーは安定していることが望ましいが、実際には周波数によって僅かに変化する場合がある。特に、伝送光学系2がマスク3などの空間分布形状を整形する光学系を有している場合、ワーク照射面上でのパルスエネルギーは、周波数による出力変化を多く受けやすい。このように、パルスレーザによってワーク4を加工する場合、周波数特性の時間応答が種々変化する場合がある。このため、周波数特性の時間応答の違いが原因でパルスエネルギーが変化する場合がある。   By the way, it is desirable that the pulse energy on the workpiece irradiation surface is stable, but in reality, it may slightly change depending on the frequency. In particular, when the transmission optical system 2 has an optical system that shapes the spatial distribution shape such as the mask 3, the pulse energy on the workpiece irradiation surface is likely to be subject to many output changes due to the frequency. As described above, when the workpiece 4 is processed by the pulse laser, the time response of the frequency characteristic may change variously. For this reason, pulse energy may change due to a difference in time response of frequency characteristics.

ここで、周波数の違いによってパルスエネルギーが変化する現象(時間応答の違いに起因するパルスエネルギー出力の変化)について説明する。図2〜図5は、周波数によってパルスエネルギーが変化する現象を説明するための図である。   Here, a phenomenon in which the pulse energy changes due to a difference in frequency (change in pulse energy output caused by a difference in time response) will be described. 2-5 is a figure for demonstrating the phenomenon in which pulse energy changes with frequency.

図2に示すように、レーザ発振装置1から出力されるレーザ光のビームポインティング(指向方向)が変化する場合がある。この場合に、周波数が低周波数であればマスク3の略中心をパルスレーザが通過するのに対し、周波数が高周波数であればマスク3の中心からずれた位置をパルスレーザが通過する。パルスレーザがマスク3の中心からずれた位置を通過する場合、マスク3の略中心をパルスレーザが通過する場合よりも、マスク3を通過するパルスレーザの光量が少なくなる。このため、マスク3を用いた場合に、高周波数のパルスレーザが照射されると、低周波数の場合よりもワーク照射面上でのパルスエネルギーが低くなる(ワーク照射面への照射エネルギーが出力低下する)。 As shown in FIG. 2, the beam pointing (directing direction) of the laser light output from the laser oscillation device 1 may change. In this case, if the frequency is low, the pulse laser passes through the approximate center of the mask 3, whereas if the frequency is high, the pulse laser passes through a position shifted from the center of the mask 3. When the pulse laser passes through a position shifted from the center of the mask 3, the amount of light of the pulse laser passing through the mask 3 is smaller than when the pulse laser passes through the approximate center of the mask 3. For this reason, when the mask 3 is used and the high-frequency pulse laser is irradiated, the pulse energy on the workpiece irradiation surface becomes lower than that at the low frequency (the irradiation energy on the workpiece irradiation surface is reduced in output). To do).

また、図3に示すように、レーザ発振装置1から出力するビームモード形状(モード次数)が変化する場合がある。この場合、高周波数の時は低周波数の時よりもワーク照射面上でのパルスエネルギーが低くなる。   Further, as shown in FIG. 3, the beam mode shape (mode order) output from the laser oscillation device 1 may change. In this case, the pulse energy on the workpiece irradiation surface is lower at the high frequency than at the low frequency.

また、図4に示すように、レーザ発振装置1から出力されるパルスレーザのビーム径が変化する場合や、伝送光学系2の中でパルスレーザのビーム径が変化する場合がある。この図4の場合、高周波数の時は低周波数の時よりもワーク照射面上でのパルスエネルギーが高くなる(出力上昇する)。   As shown in FIG. 4, the beam diameter of the pulse laser output from the laser oscillation device 1 may change, or the beam diameter of the pulse laser may change in the transmission optical system 2. In the case of FIG. 4, when the frequency is high, the pulse energy on the workpiece irradiation surface becomes higher (output increases) than when the frequency is low.

また、図5に示すように、伝送光学系2の中でビームモード形状が変化する場合がある。例えば、トップハット型に整形されたビームが用いられる場合に、パルスレーザが高周波数になることによってビームのプロファイル形状がトップハット型から崩れる場合がある。この場合、高周波数の時は低周波数の時よりもワーク照射面上でのパルスエネルギーが低くなる。   Further, as shown in FIG. 5, the beam mode shape may change in the transmission optical system 2. For example, when a beam shaped into a top hat type is used, the profile shape of the beam may collapse from the top hat type due to the high frequency of the pulse laser. In this case, the pulse energy on the workpiece irradiation surface is lower at the high frequency than at the low frequency.

図6は、周波数特性の時間応答の違いを説明するための図である。図6の特性X1は、周波数特性がない理想的な装置での特性であり、ワーク照射面上でのパルスエネルギー(出力)が時間的に変化しない場合を示している。   FIG. 6 is a diagram for explaining a difference in time response of frequency characteristics. A characteristic X1 in FIG. 6 is a characteristic in an ideal apparatus having no frequency characteristic, and shows a case where the pulse energy (output) on the workpiece irradiation surface does not change with time.

また、特性X2は、高周波数でパルスレーザ加工する場合の特性であり、ワーク照射面上でのパルスエネルギーの時間変化が極端に早く、そのまま安定する場合を示している。特性X2は、例えば、レーザ発振装置1が3軸直交型CO2レーザ発振器であり、前パルス放電の影響などを受けた場合などの特性である。   Characteristic X2 is a characteristic when pulse laser processing is performed at a high frequency, and shows a case where the temporal change of pulse energy on the workpiece irradiation surface is extremely fast and stable as it is. The characteristic X2 is, for example, a characteristic when the laser oscillation device 1 is a three-axis orthogonal CO2 laser oscillator and is affected by a pre-pulse discharge.

また、特性X3は、高周波数でパルスレーザ加工する場合の特性であり、ワーク照射面上でのパルスエネルギーの時間変化が比較的早く、所定時間の経過後に安定する場合を示している。特性X3は、例えば、光共振器の熱歪などによって軸移動などが起こった場合の特性である。   A characteristic X3 is a characteristic when pulse laser processing is performed at a high frequency, and shows a case where the time change of the pulse energy on the workpiece irradiation surface is relatively fast and is stable after a predetermined time. The characteristic X3 is a characteristic when an axial movement or the like occurs due to, for example, thermal distortion of the optical resonator.

また、特性X4は、高周波数でパルスレーザ加工する場合の特性であり、ワーク照射面上でのパルスエネルギーの時間変化が比較的緩やかで、所定時間の経過後に安定する場合を示している。特性X4は、例えば、光学部品の熱レンズの影響などを受けた場合の特性である。   A characteristic X4 is a characteristic when pulse laser processing is performed at a high frequency, and shows a case where the time change of the pulse energy on the workpiece irradiation surface is relatively gradual and stable after a predetermined time. The characteristic X4 is, for example, a characteristic when receiving an influence of a thermal lens of an optical component.

このように、周波数による出力変化の原因は、レーザ発振装置1および伝送光学系2に存在するので、本実施の形態のレーザ加工装置10は、平均出力パワーPの測定をワーク照射面上(伝送光学系2よりも後段)で行う。   As described above, since the cause of the output change due to the frequency exists in the laser oscillation device 1 and the transmission optical system 2, the laser processing device 10 of the present embodiment measures the average output power P on the workpiece irradiation surface (transmission). This is performed after the optical system 2.

図6で説明したように、パルスレーザによってワーク4を加工する場合、周波数特性の時間応答が種々変化する場合がある。例えば、レーザ加工をバーストショットによって行う場合、1発目のパルスレーザは、周波数の影響を受けていないパルスエネルギー出力で照射される。ところが、2発目以降のパルスレーザは、パルスレーザの周波数の影響を受けたパルスエネルギー出力で照射される。 As described with reference to FIG. 6, when the workpiece 4 is processed by the pulse laser, the time response of the frequency characteristics may change variously. For example , when laser processing is performed by burst shot, the first pulse laser is irradiated with a pulse energy output that is not affected by the frequency. However, the second and subsequent pulse lasers are irradiated with a pulse energy output affected by the frequency of the pulse laser.

図7は、レーザ加工装置が照射するパルスレーザのパルス照射パターンの一例を示す図である。図7では、実加工でのパルス照射パターンではなく、実加工を模擬した平均的なパルス照射パターンを示している。バースト周波数は、加工条件によって決定されるが、ガルバノ周波数は実際の穴位置によって様々であり、本実施の形態では使用される平均周波数をエネルギー照射時のパルス照射パターンとして用いる。なお、図7に示したパルス照射パターンによって実加工を行うわけではない。レーザ加工装置10は、バースト加工によってワーク4に複数の穴あけ加工を行う。バースト加工は、1つの加工穴に複数ショットのパルスレーザを照射し、その後、次の加工穴に移動して複数ショットのパルスレーザを照射するという処理を繰り返す加工方法である。図7では、バースト加工時のパルス照射パターンを示しており、バースト加工時の1穴へのショット数(以下、バーストショット数Npという)が3ショットである場合を示している。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a pulse irradiation pattern of a pulse laser irradiated by the laser processing apparatus. FIG. 7 shows an average pulse irradiation pattern simulating actual machining, not a pulse irradiation pattern in actual machining. Although the burst frequency is determined by the processing conditions, the galvano frequency varies depending on the actual hole position, and in this embodiment, the average frequency used is used as a pulse irradiation pattern at the time of energy irradiation. Note that actual processing is not performed by the pulse irradiation pattern shown in FIG. The laser processing apparatus 10 performs a plurality of holes in the workpiece 4 by burst processing. Burst processing is a processing method that repeats the process of irradiating a single processing hole with a plurality of shot pulse lasers, and then moving to the next processing hole and irradiating with a plurality of shot pulse lasers. FIG. 7 shows a pulse irradiation pattern at the time of burst processing, and shows a case where the number of shots to one hole at the time of burst processing (hereinafter referred to as burst shot number Np) is 3 shots.

ワーク4へ所定数の穴あけ加工を行う間にワーク4の1穴に照射されるパルス群(3ショット)の組数がパルス群数Ng(穴数)である。休止時間Toffまでの間にワーク4へ照射される総ショット数は、パルス群数Ngにバーストショット数Npを乗じた値となる。   The number of sets of pulse groups (3 shots) irradiated to one hole of the workpiece 4 while a predetermined number of holes are drilled in the workpiece 4 is the pulse group number Ng (number of holes). The total number of shots irradiated to the workpiece 4 before the pause time Toff is a value obtained by multiplying the number of pulse groups Ng by the number of burst shots Np.

レーザ加工装置10がバースト加工時に照射するパルスレーザの1ショット分の照射時間における周波数がバースト周波数Fpである。また、1つの加工穴に対してレーザ加工装置10が照射するパルスレーザの平均値が1穴毎の平均周波数(ガルバノ周波数)Fgである。1穴毎の平均周波数Fgは、1つの加工穴にパルスレーザを照射する時間と次の加工穴への移動時間(ガルバノスキャナ、ガルバノミラーを動作させる時間)とを合わせた時間(1穴当たりの加工時間)でのパルスレーザの周波数である。 The frequency in the irradiation time for one shot of the pulse laser irradiated by the laser processing apparatus 10 during burst processing is the burst frequency Fp. Moreover, the average value of the pulse laser which the laser processing apparatus 10 irradiates with respect to one processing hole is the average frequency (galvano frequency) Fg for every hole. The average frequency Fg for each hole is the time (per hole per hole), which is the sum of the time for irradiating the pulse laser to one processing hole and the time for moving to the next processing hole (time for operating the galvano scanner and galvano mirror). The frequency of the pulsed laser at the processing time).

平均位置決め周波数Fm_aveは、加工穴への照射位置を位置決めする際の周波数であり、ガルバノスキャナやガルバノミラーによる単位時間当たりの位置決め可能回数の平均値である。平均位置決め周波数Fm_aveは、実加工における平均周波数であってもよいし、他の方法によって算出した周波数であってもよい。本実施の形態では、平均位置決め周波数Fm_aveを、後述の最大位置決め周波数Fm_maxの半分とする。最大位置決め周波数Fm_maxは、加工穴への照射位置を位置決めする際の周波数であり、ガルバノスキャナやガルバノミラーによる単位時間当たりの位置決め可能回数の最大値である。   The average positioning frequency Fm_ave is a frequency when positioning the irradiation position to the processing hole, and is an average value of the number of times positioning can be performed per unit time by a galvano scanner or a galvano mirror. The average positioning frequency Fm_ave may be an average frequency in actual machining or a frequency calculated by another method. In the present embodiment, the average positioning frequency Fm_ave is half of the maximum positioning frequency Fm_max described later. The maximum positioning frequency Fm_max is a frequency when the irradiation position to the processing hole is positioned, and is the maximum value of the number of times positioning can be performed per unit time by a galvano scanner or a galvano mirror.

レーザ加工装置10は、パワーメータ5が平均出力パワーPを安定して測定できるよう、必要に応じてレーザ発振装置1を所定のタイミングで所定時間(休止時間Toff)だけ休止させている。レーザ発振装置1を休止させる必要がある場合、レーザ発振装置1は、ワーク4へ所定数の穴あけ加工を行った後、休止時間Toffだけパルスレーザの発振を停止する。   The laser processing device 10 pauses the laser oscillation device 1 at a predetermined timing for a predetermined time (rest time Toff) as necessary so that the power meter 5 can stably measure the average output power P. When the laser oscillation device 1 needs to be stopped, the laser oscillation device 1 stops the oscillation of the pulse laser for the pause time Toff after performing a predetermined number of holes in the workpiece 4.

ワーク4への所定数の穴あけ加工時間(ビームオン時間Ton)と休止時間Toffとを合わせた時間での周波数がパルス平均周波数<f>である。換言すると、パルス照射パターン(パルス平均周波数<f>)は、バースト加工時1穴分の照射時間における周波数(バースト周波数Fp)、照射の位置移動に伴う速度を想定した1穴毎の平均周波数Fg、パワーメータ5を保護するための休止時間Toff、によって決まるパルス周波数の平均値である。本実施の形態では、このパルス照射パターンを1つのパターンとしてパワーメータ5に繰返し照射することで、平均出力パワーPを測定する。 A frequency at a time obtained by combining a predetermined number of drilling times (beam on time Ton) to the workpiece 4 and the pause time Toff is a pulse average frequency <f>. In other words, the pulse irradiation pattern (pulse average frequency <f>) has a frequency (burst frequency Fp) in the irradiation time of one hole portion of the burst processing, the average of each hole assumes a speed associated with the position movement of the irradiation a frequency Fg, the average value of the pulse frequency determined the pause time Toff for protecting the power meter 5 by. In the present embodiment, the average output power P is measured by repeatedly irradiating the power meter 5 with this pulse irradiation pattern as one pattern.

演算部7は、パルス照射の平均周波数(単位時間当たりのパルス照射数)をパルス平均周波数<f>とした場合の、1ショット当りの平均パルスエネルギーEを式(1)によって算出する。式(1)でのPは、パワーメータ5によって測定される平均出力パワーPである。
E=P/<f>・・・(1)
The calculation unit 7 calculates an average pulse energy E per shot when the average pulse irradiation frequency (number of pulse irradiations per unit time) is set to the pulse average frequency <f> by the equation (1). P in the equation (1) is an average output power P measured by the power meter 5.
E = P / <f> (1)

これにより、パルス照射パターンでの平均パルスエネルギーEを容易に測定することができる。レーザ加工装置10は、パルス平均周波数<f>でのレーザ加工を繰り返すことによってワーク4のレーザ加工を行う。本実施の形態では、レーザ加工装置10の演算部7が、ワーク4の加工条件に基づいて、エネルギー測定に最適なパルス平均周波数<f>を算出する。   Thereby, the average pulse energy E in a pulse irradiation pattern can be measured easily. The laser processing apparatus 10 performs laser processing on the workpiece 4 by repeating laser processing at the pulse average frequency <f>. In the present embodiment, the calculation unit 7 of the laser processing apparatus 10 calculates a pulse average frequency <f> optimum for energy measurement based on the processing conditions of the workpiece 4.

つぎに、実施の形態1に係るレーザ加工装置の動作手順について説明する。図8および図9は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。図8および図9は、レーザ加工装置10に入力される加工条件に基づいたパルス平均周波数<f>の算出処理手順および平均パルスエネルギーEの測定処理手順を示している。   Next, an operation procedure of the laser processing apparatus according to Embodiment 1 will be described. 8 and 9 are flowcharts showing the operation procedure of the laser processing apparatus according to the first embodiment. FIG. 8 and FIG. 9 show the calculation processing procedure of the pulse average frequency <f> and the measurement processing procedure of the average pulse energy E based on the processing conditions input to the laser processing apparatus 10.

パルス平均周波数<f>を算出する際には、I/F部8を介して制御装置6に加工条件が入力される(ステップS10)。この加工条件は、作業者が入力してもよいし、他の装置から受信してもよい。加工条件は、例えば投入電力などに依存するレーザ発振条件(パルス幅Wdや電流値Ipなど)、加工基準エネルギー(1ショット当たりの基準となるパルスエネルギー)Est、バースト加工時の1穴へのバーストショット数Np、バースト加工時のバースト周波数Fpなどである。本実施の形態では、加工条件の一例が、パルス幅Wd=10μs、加工基準エネルギーEst=10mJ、バーストショット数Np=3ショット、バースト周波数Fp=10000Hzである場合について説明する。   When calculating the pulse average frequency <f>, machining conditions are input to the control device 6 via the I / F unit 8 (step S10). This processing condition may be input by an operator or may be received from another device. Processing conditions include, for example, laser oscillation conditions (pulse width Wd, current value Ip, etc.) that depend on input power, processing reference energy (pulse energy that is a reference per shot) Est, burst to one hole during burst processing The number of shots Np, the burst frequency Fp during burst processing, and the like. In the present embodiment, an example in which the processing conditions are a pulse width Wd = 10 μs, a processing reference energy Est = 10 mJ, a burst shot number Np = 3 shots, and a burst frequency Fp = 10000 Hz will be described.

制御装置6へ加工条件が入力された後、演算部7は、加工条件などを用いてレーザ発振装置1の最大平均周波数Fmax_1を算出する(ステップS20)。レーザ発振装置1の最大平均周波数Fmax_1は、レーザ発振装置1が発振可能な最大の平均周波数であり、例えば最大平均周波数Fmax_1=3000Hzである。最大平均周波数Fmax_1は、レーザ発振装置1の最大投入電力、1ショットに投入する電力(パルス幅Wdや電流値Ipなど)、光学部品への負荷などから求められる。レーザ発振装置1が発振可能な周波数は加工毎に異なるものであるので、最大平均周波数Fmax_1は、レーザ発振装置1が加工毎に発振可能な周波数を平均したもののうちの最大値である。
After the machining conditions are input to the control device 6, the calculation unit 7 calculates the maximum average frequency Fmax_1 of the laser oscillation device 1 using the machining conditions (step S20). The maximum average frequency Fmax_1 of the laser oscillation device 1 is the maximum average frequency at which the laser oscillation device 1 can oscillate. For example, the maximum average frequency Fmax_1 is 3000 Hz. The maximum average frequency Fmax_1 is obtained from the maximum input power of the laser oscillation device 1, the power input to one shot (such as the pulse width Wd and the current value Ip), the load on the optical component, and the like. Since the frequency that can be oscillated by the laser oscillation device 1 is different for each processing, the maximum average frequency Fmax_1 is the maximum value among the averaged frequencies that can be oscillated by the laser oscillation device 1 for each processing.

この後、演算部7は、最初の加工条件判定として、レーザ発振装置1の能力(レーザ発振装置1の最大平均周波数Fmax_1)やレーザ加工装置10の能力などに基づいて、入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作可能か否か(加工条件が適切か否か)を判定する(ステップS30)。   Thereafter, the calculation unit 7 performs the first processing condition determination based on the input processing conditions based on the capability of the laser oscillation device 1 (maximum average frequency Fmax_1 of the laser oscillation device 1), the capability of the laser processing device 10, and the like. It is determined whether or not the laser processing apparatus 10 is operable (whether or not the processing conditions are appropriate) (step S30).

入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作できない場合(ステップS30、NG)、演算部7は、入力された加工条件を拒否する(ステップS40)。具体的には、レーザ加工装置10の性能以上の加工条件や、レーザ発振装置1の性能以上の加工条件が入力された場合には、演算部7が入力された加工条件を拒否する。これにより、制御装置6は、入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作できないことをI/F部8から作業者に通知する。この後、制御装置6に加工条件が再入力される(ステップS10)。入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作可能と演算部7が判断するまで、レーザ加工装置10はステップS10〜S30の処理を繰り返す。   When the laser processing apparatus 10 cannot operate with the input processing conditions (step S30, NG), the calculation unit 7 rejects the input processing conditions (step S40). Specifically, when a processing condition that exceeds the performance of the laser processing apparatus 10 or a processing condition that exceeds the performance of the laser oscillation apparatus 1 is input, the processing unit 7 rejects the input processing condition. As a result, the control device 6 notifies the operator from the I / F unit 8 that the laser processing device 10 cannot operate under the input processing conditions. Thereafter, the machining conditions are re-input to the control device 6 (step S10). The laser processing apparatus 10 repeats the processes of steps S10 to S30 until the calculation unit 7 determines that the laser processing apparatus 10 can operate under the input processing conditions.

入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作できる場合(ステップS30、OK)、演算部7は、平均位置決め周波数Fm_ave、バースト周波数Fp、パルス幅Wd、バーストショット数Npを用いて1穴毎の平均周波数Fgを算出する(ステップS50)。前述したように、平均位置決め周波数Fm_aveを、例えば最大位置決め周波数Fm_maxの半分とする。   When the laser processing apparatus 10 can operate under the input processing conditions (step S30, OK), the calculation unit 7 uses the average positioning frequency Fm_ave, burst frequency Fp, pulse width Wd, and burst shot number Np for each hole. An average frequency Fg is calculated (step S50). As described above, the average positioning frequency Fm_ave is, for example, half of the maximum positioning frequency Fm_max.

最大位置決め周波数Fm_maxがFm_max=2000Hzである場合、Fm_ave=2000Hz/2=1000Hzとなる。演算部7は、式(2)を用いて1穴毎の平均周波数Fgを算出する。
Fg=1/{(Np−1)/Fp+Wd+(1/Fm_ave)}・・・(2)
この式(2)を用いると、1穴毎の平均周波数Fgは、Fg=1/{(3−1)/10000+0.00001+(1/1000)}=826Hzとなる。
When the maximum positioning frequency Fm_max is Fm_max = 2000 Hz, Fm_ave = 2000 Hz / 2 = 1000 Hz. The calculating part 7 calculates the average frequency Fg for every hole using Formula (2).
Fg = 1 / {(Np−1) / Fp + Wd + (1 / Fm_ave)} (2)
Using this equation (2), the average frequency Fg for each hole is Fg = 1 / {(3-1) /10000+0.00001+ (1/1000)} = 826 Hz.

つぎに、演算部7は、レーザ発振装置1がパルス群の発振を繰り返した場合の最大平均周波数Fmax_2を算出する(ステップS60)。具体的には、最大平均周波数Fmax_2は、Fmax_2=Fg×Np=2478Hzである。   Next, the computing unit 7 calculates the maximum average frequency Fmax_2 when the laser oscillation device 1 repeats the oscillation of the pulse group (step S60). Specifically, the maximum average frequency Fmax_2 is Fmax_2 = Fg × Np = 2478 Hz.

また、演算部7は、レーザ加工装置10に設定してあるパワーレンジで許容できる最大平均周波数Fmax_3を算出する(ステップS70)。この最大平均周波数Fmax_3は、パワーレンジの上限出力PWR_maxと加工基準エネルギーEstとを用いて算出される。パワーレンジの上限出力PWR_max(最大出力)が3Wの場合、Fmax_3=PWR_max/Est=3/0.01=300Hzとなる。なお、ステップS60の処理とステップS70の処理はどちらが先でもよい。   Moreover, the calculating part 7 calculates the maximum average frequency Fmax_3 which can be accept | permitted by the power range set to the laser processing apparatus 10 (step S70). This maximum average frequency Fmax_3 is calculated using the upper limit output PWR_max of the power range and the machining reference energy Est. When the upper limit output PWR_max (maximum output) of the power range is 3 W, Fmax_3 = PWR_max / Est = 3 / 0.01 = 300 Hz. Note that either step S60 or step S70 may be performed first.

この後、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minを算出する(ステップS80)。このステップS80でのパルス平均周波数Fmax_minの算出処理が、パルス平均周波数の第1の算出処理c1である。パルス平均周波数Fmax_minは、レーザ加工装置10に許容されるパルスレーザの平均周波数である。演算部7は、最大平均周波数Fmax_1,Fmax_2,Fmax_3を比較して最小のものをパルス平均周波数Fmax_minとする。これは、最大平均周波数Fmax_1,Fmax_2,Fmax_3は、それぞれ能力限界の周波数であるので、能力限界以下で使用するには、全ての最大平均周波数Fmax_1,Fmax_2,Fmax_3以下の周波数である必要があるからである。本実施の形態の例では、Fmax_min=Fmax_3=300Hzとなる。   Thereafter, the calculation unit 7 calculates a pulse average frequency Fmax_min (step S80). The calculation process of the pulse average frequency Fmax_min in step S80 is the first calculation process c1 of the pulse average frequency. The pulse average frequency Fmax_min is an average frequency of the pulse laser allowed in the laser processing apparatus 10. The calculation unit 7 compares the maximum average frequencies Fmax_1, Fmax_2, and Fmax_3 and sets the minimum one as the pulse average frequency Fmax_min. This is because the maximum average frequencies Fmax_1, Fmax_2, and Fmax_3 are frequencies at the capacity limit, respectively, and in order to be used below the capacity limit, it is necessary that the frequencies be all the maximum average frequencies Fmax_1, Fmax_2, and Fmax_3. It is. In the example of the present embodiment, Fmax_min = Fmax_3 = 300 Hz.

つぎに、演算部7は、パルス群数Ngを算出する(ステップS90)。本実施の形態の例では、パルス群数Ngは、Ng=Fmax_min/Np=300/3=100群である。   Next, the computing unit 7 calculates the number of pulse groups Ng (step S90). In the example of the present embodiment, the number of pulse groups Ng is Ng = Fmax_min / Np = 300/3 = 100 groups.

パルス平均周波数Fmax_minがバーストショット数Npで割り切れなかった場合、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minの微修正を行うことによって、微修正後のパルス平均周波数Fxを算出する(ステップS100)。このステップS100でのパルス平均周波数Fxの算出処理が、パルス平均周波数の第2の算出処理c2である。具体的には、演算部7は、算出したパルス群数Ngの小数点以下の値を切り捨てて、パルス群数Ngを自然数にする。そして、自然数にしたパルス群数Ngとバーストショット数Npを乗算した値を微修正後のパルス平均周波数Fxとする。本実施の形態の例では、Fx=Ng×Np=100×3=300Hzであり、微修正前のパルス平均周波数Fmax_minと同じであるので、このステップS100の処理は省略してもよい。   When the pulse average frequency Fmax_min is not divisible by the burst shot number Np, the calculation unit 7 performs fine correction of the pulse average frequency Fmax_min to calculate the pulse average frequency Fx after fine correction (step S100). The calculation process of the pulse average frequency Fx in step S100 is a second calculation process c2 of the pulse average frequency. Specifically, the calculation unit 7 rounds down the value after the decimal point of the calculated pulse group number Ng to make the pulse group number Ng a natural number. Then, a value obtained by multiplying the natural number of the pulse group number Ng and the burst shot number Np is set as the finely corrected pulse average frequency Fx. In the example of the present embodiment, Fx = Ng × Np = 100 × 3 = 300 Hz, which is the same as the pulse average frequency Fmax_min before fine correction, and therefore the processing in step S100 may be omitted.

以下の処理では、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minがFmax_1,Fmax_2,Fmax_3の何れであるかによって異なる処理を行う。このため、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minにFmax_1,Fmax_2,Fmax_3の何れを選択しているかを確認する(ステップS110)。   In the following processing, the calculation unit 7 performs different processing depending on whether the pulse average frequency Fmax_min is Fmax_1, Fmax_2, or Fmax_3. For this reason, the calculating part 7 confirms which of Fmax_1, Fmax_2, and Fmax_3 is selected as the pulse average frequency Fmax_min (step S110).

パルス平均周波数Fmax_minとしてFmax_1またはFmax_3を選択している場合(ステップS110、Fmax_1orFmax_3)、演算部7は、レーザ発振装置1が発振するパルスレーザの平均周波数をパワーメータ5の測定能力範囲に入れるため、休止時間Toffを設定する(ステップS120)。本実施の形態の例では、Fmax_min=Fmax_3であるので、演算部7は休止時間Toffを設定する。休止時間Toffは、長すぎるとパワーメータ5の測定精度が悪くなることが分かっている。また、種々の観点から休止時間Toffの最適化を図ることは可能であるが、本実施の形態では休止時間Toffが、Toff=0.15sの固定値である場合について説明する。   When Fmax_1 or Fmax_3 is selected as the pulse average frequency Fmax_min (step S110, Fmax_1 or Fmax_3), the calculation unit 7 puts the average frequency of the pulse laser oscillated by the laser oscillation device 1 into the measurement capability range of the power meter 5, A pause time Toff is set (step S120). In the example of the present embodiment, since Fmax_min = Fmax_3, the calculation unit 7 sets the pause time Toff. It has been found that if the pause time Toff is too long, the measurement accuracy of the power meter 5 deteriorates. Although it is possible to optimize the pause time Toff from various viewpoints, in the present embodiment, a case where the pause time Toff is a fixed value of Toff = 0.15 s will be described.

演算部7は、ビームオン時間Tonを算出する(ステップS130)。本実施の形態の例では、Ton=Ng/Fg=100/826=0.121sである。この後、演算部7は、ビームオン時間Tonの判定を行う(ステップS140)。具体的には、演算部7は、ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_maxよりも短いか否かを判定する。最大ビームオン時間Ton_maxは、許容されるビームオン時間であり、レーザ加工装置10は、この最大ビームオン時間Ton_maxよりも短い時間の間だけパルスレーザの照射が許される。   The calculator 7 calculates the beam on time Ton (step S130). In the example of the present embodiment, Ton = Ng / Fg = 100/826 = 0.121 s. Thereafter, the calculation unit 7 determines the beam on time Ton (step S140). Specifically, the calculation unit 7 determines whether or not the beam on time Ton is shorter than the maximum beam on time Ton_max. The maximum beam-on time Ton_max is an allowable beam-on time, and the laser processing apparatus 10 is allowed to irradiate a pulse laser for a time shorter than the maximum beam-on time Ton_max.

ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_max以上である場合(ステップS140、NG)、演算部7は、パルス平均周波数Fxを再算出する(ステップS150)。このステップS150でのパルス平均周波数Fxの算出処理が、パルス平均周波数の第3の算出処理c3である。ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_max以上である場合、演算部7は、ビームオン時間TonをTon_maxで固定し、パルス平均周波数<f>を算出する(ステップS160)。このように、休止時間Toffが設定される場合、ビームオン時間Tonと休止時間Toffにより決定されるパルス平均周波数<f>はパワーメータ5の能力に基づいて規定される場合がある。   When the beam on time Ton is equal to or longer than the maximum beam on time Ton_max (step S140, NG), the calculation unit 7 recalculates the pulse average frequency Fx (step S150). The calculation process of the pulse average frequency Fx in step S150 is a third calculation process c3 of the pulse average frequency. When the beam on time Ton is equal to or longer than the maximum beam on time Ton_max, the calculation unit 7 fixes the beam on time Ton at Ton_max, and calculates the pulse average frequency <f> (step S160). Thus, when the pause time Toff is set, the pulse average frequency <f> determined by the beam on time Ton and the pause time Toff may be defined based on the capability of the power meter 5.

ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_maxよりも短い場合(ステップS140、OK)、演算部7は、パルス平均周波数<f>を、<f>=Fxに決定する(ステップS160)。例えば、最大ビームオン時間Ton_maxをTon_max=0.15sとする。この場合、ビームオン時間Tonは、最大ビームオン時間Ton_maxよりも小さいので、パルス平均周波数<f>は、<f>=Fx=300Hzとなる。換言すると、本実施の形態の例では、ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_maxの範囲内であるので、パルス平均周波数を<f>=Fx=300Hzに決定する。   When the beam on time Ton is shorter than the maximum beam on time Ton_max (step S140, OK), the calculation unit 7 determines the pulse average frequency <f> to be <f> = Fx (step S160). For example, the maximum beam on time Ton_max is set to Ton_max = 0.15 s. In this case, since the beam on time Ton is smaller than the maximum beam on time Ton_max, the pulse average frequency <f> is <f> = Fx = 300 Hz. In other words, in the example of the present embodiment, since the beam on time Ton is within the range of the maximum beam on time Ton_max, the pulse average frequency is determined as <f> = Fx = 300 Hz.

また、パルス平均周波数Fmax_minとしてFmax_2を選択している場合(ステップS110、Fmax_2)、理想的なパルス群の照射パターンで照射されることとなる。したがって、演算部7は、休止時間Toffの設定は不要であると判断し、休止時間Toffを設定することなくパルス平均周波数<f>を、<f>=Fxに決定する(ステップS160)。   When Fmax_2 is selected as the pulse average frequency Fmax_min (step S110, Fmax_2), irradiation is performed with an ideal pulse group irradiation pattern. Therefore, the calculation unit 7 determines that the setting of the pause time Toff is unnecessary, and determines the pulse average frequency <f> as <f> = Fx without setting the pause time Toff (step S160).

照射パターンの条件(パルス平均周波数<f>)が決定した後、パワーメータ5は、平均出力パワー(実パワー)Pの測定を開始する。まず、パワーメータ5を、ワークテーブル9上に移動させ、パルスレーザの照射位置に固定する。そして、レーザ発振装置1からパルスレーザを発振させ、伝送光学系2を介してパワーメータ5に照射する。これにより、パワーメータ5は、パルスレーザの平均出力パワーPを測定する(ステップS170)。パワーメータ5が測定した平均出力パワーPは演算部7に送られる。   After the irradiation pattern condition (pulse average frequency <f>) is determined, the power meter 5 starts measuring the average output power (actual power) P. First, the power meter 5 is moved onto the work table 9 and fixed at the irradiation position of the pulse laser. Then, the laser oscillation device 1 oscillates a pulse laser and irradiates the power meter 5 through the transmission optical system 2. Thereby, the power meter 5 measures the average output power P of the pulse laser (step S170). The average output power P measured by the power meter 5 is sent to the calculation unit 7.

演算部7は、平均出力パワーPのパワーレンジ(実パワーレンジ)が所定範囲内であるかを判定する(ステップS180)。具体的には、平均出力パワーPがパワーレンジの下限出力PWR_minからパワーレンジの上限出力PWR_maxまでの範囲内であるか否かが判定される。換言すると、演算部7は、レーザ発振装置1が発振しているパルスレーザが、パワーメータ5の測定能力以上のパルスレーザであるか否かを判定している。   The computing unit 7 determines whether the power range (actual power range) of the average output power P is within a predetermined range (step S180). Specifically, it is determined whether or not the average output power P is within the range from the power range lower limit output PWR_min to the power range upper limit output PWR_max. In other words, the calculation unit 7 determines whether or not the pulse laser oscillated by the laser oscillation device 1 is a pulse laser that is equal to or higher than the measurement capability of the power meter 5.

平均出力パワーP(測定値)がパワーレンジ範囲外であれば(ステップS180、NG)、演算部7は、判定結果を制御装置6に送る。これにより、制御装置6は、レーザ発振装置1にビーム出力を停止させ(ステップS190)、I/F部8などからアラーム表示(a1)を行う(ステップS200)。アラーム表示(a1)は、平均出力パワーPがパワーレンジ範囲外であることを示すメッセージなどである。   If the average output power P (measured value) is outside the power range range (step S180, NG), the calculation unit 7 sends the determination result to the control device 6. As a result, the control device 6 causes the laser oscillation device 1 to stop the beam output (step S190), and performs an alarm display (a1) from the I / F unit 8 or the like (step S200). The alarm display (a1) is a message indicating that the average output power P is out of the power range.

平均出力パワーPがパワーレンジ範囲内であれば(ステップS180、OK)、演算部7は、パルス平均エネルギーEを、E=P/<f>によって算出する(ステップS210)。そして、演算部7は、エネルギー判定として、パルス平均エネルギーEが規定範囲内であるかを判定する(ステップS220)。   If the average output power P is within the power range range (step S180, OK), the computing unit 7 calculates the pulse average energy E by E = P / <f> (step S210). And the calculating part 7 determines whether the pulse average energy E is in a regulation range as energy determination (step S220).

演算部7は、例えばパルス平均エネルギーEが、予め規定しておいたパルス平均エネルギーの要求精度範囲内(加工基準エネルギーEst±x%以内)でなければ(ステップS220、NG)、パルス平均エネルギーEが規定範囲外であると判断し、この判断結果を制御装置6に通知する。   For example, if the pulse average energy E is not within the required accuracy range of pulse average energy (within the machining reference energy Est ± x%) (step S220, NG), for example, the calculation unit 7 determines that the pulse average energy E Is outside the specified range, and the determination result is notified to the control device 6.

パルス平均エネルギーEが規定範囲外である場合、演算部7は、制御装置6が調整したパルスレーザ出力の調整回数をカウントし(ステップS230)、カウントした調整回数が予め設定してある最大調整回数の範囲内であるか否かを判定する(ステップS240)。   When the pulse average energy E is outside the specified range, the calculation unit 7 counts the number of adjustments of the pulse laser output adjusted by the control device 6 (step S230), and the number of adjustments thus counted is the maximum number of adjustments set in advance. It is determined whether it is within the range (step S240).

カウントした調整回数が予め設定してある最大調整回数の範囲内(調整回数の許容範囲内)であれば(ステップS240、OK)、パルス平均エネルギーEが規定範囲外であることを制御装置6に通知する。これにより、制御装置6は、レーザ発振装置1、伝送光学系2を制御してパルスレーザの出力を調整する(ステップS250)。この後、レーザ加工装置10は、ステップS170の処理に戻り、ステップS170以降の処理を行う。   If the counted number of adjustments is within the range of the maximum number of adjustments set in advance (within the allowable range of the number of adjustments) (step S240, OK), the controller 6 is informed that the pulse average energy E is outside the specified range. Notice. Accordingly, the control device 6 controls the laser oscillation device 1 and the transmission optical system 2 to adjust the output of the pulse laser (step S250). Then, the laser processing apparatus 10 returns to the process of step S170, and performs the process after step S170.

カウントした調整回数が予め設定してある最大調整回数を超えていれば(ステップS240、NG)、カウントした調整回数が最大調整回数を超えていることを制御装置6に送る。これにより、制御装置6は、レーザ発振装置1にビーム出力を停止させ(ステップS260)、I/F部8などからアラーム表示(a2)を行う(ステップS270)。アラーム表示(a2)は、パルス平均エネルギーEが規定範囲外であること、パルスレーザ出力の調整回数が最大調整回数を超えていることを示すメッセージなどである。   If the counted number of adjustments exceeds the preset maximum number of adjustments (step S240, NG), the controller 6 is notified that the counted number of adjustments exceeds the maximum number of adjustments. As a result, the control device 6 causes the laser oscillation device 1 to stop the beam output (step S260), and performs an alarm display (a2) from the I / F unit 8 or the like (step S270). The alarm display (a2) is a message indicating that the pulse average energy E is out of the specified range, and that the number of adjustments of the pulse laser output exceeds the maximum number of adjustments.

エネルギー判定の際に(ステップS220)、演算部7は、例えばパルス平均エネルギーEが、予め規定しておいた加工基準エネルギーEst±x%以内であれば(ステップS220、OK)、パルス平均エネルギーEが規定範囲内であると判断し、この判断結果を制御装置6に通知する。これにより、制御装置6は、パルス平均エネルギーEの測定を完了する(ステップS280)。この後、制御装置6は、上述した本実施の形態のパルスエネルギー測定方法を用いて得られたパルス照射パターン(パルス平均照射数<f>)に基づいて、レーザ発振装置1や伝送光学系2を制御する。   At the time of energy determination (step S220), the calculation unit 7 determines that, for example, if the pulse average energy E is within a predetermined processing reference energy Est ± x% (step S220, OK), the pulse average energy E Is within the specified range, and the determination result is notified to the control device 6. Thereby, the control apparatus 6 completes the measurement of the pulse average energy E (step S280). Thereafter, the control device 6 uses the laser irradiation device 1 and the transmission optical system 2 based on the pulse irradiation pattern (pulse average irradiation number <f>) obtained by using the pulse energy measurement method of the present embodiment described above. To control.

このように、I/F部8から加工条件が入力されると、レーザ発振装置1の能力、パワーメータ5の能力を考慮した適切なパルス照射パターン(パルス平均周波数<f>)が自動設定される。そして、任意のパルス照射パターンがある中で、適切なパルス照射パターンを設定しているので、適切な平均出力パワーPを測定することができる。さらに、E=P/<f>によって正確なパルス平均エネルギーEを算出しているので、適切なパルス平均エネルギーEに基づいたレーザ加工を行うことが可能となる。これにより、ワーク4全体の加工品質向上を図ることが可能となる。   As described above, when processing conditions are input from the I / F unit 8, an appropriate pulse irradiation pattern (pulse average frequency <f>) is automatically set in consideration of the capabilities of the laser oscillation device 1 and the power meter 5. The Since an appropriate pulse irradiation pattern is set in the presence of an arbitrary pulse irradiation pattern, an appropriate average output power P can be measured. Furthermore, since the accurate pulse average energy E is calculated from E = P / <f>, laser processing based on the appropriate pulse average energy E can be performed. Thereby, it becomes possible to improve the machining quality of the entire workpiece 4.

また、周波数特性に機差があった場合であっても、算出した適切なパルス平均エネルギーEに基づいてレーザ加工するので、ワーク4全体の加工品質差を小さくすることが可能となる。また、パワーメータ5の測定能力以上で平均出力パワーPを測定することがないので、パワーメータ5のレーザ受光部(パワー測定受光部)の破損を防止することが可能となる。   Even if there is a machine difference in the frequency characteristics, the laser machining is performed based on the calculated appropriate pulse average energy E, so that the machining quality difference of the entire workpiece 4 can be reduced. In addition, since the average output power P is not measured beyond the measurement capability of the power meter 5, it is possible to prevent the laser light receiving unit (power measurement light receiving unit) of the power meter 5 from being damaged.

また、ワーク照射面上で実加工を模擬した平均周波数の平均出力パワーPを測定しているので、レーザ発振装置1で発生するパルス出力の周波数特性とともに、伝送光学系2中で受ける熱影響を加味した正確な平均出力パワーPを測定することが可能となる。また、伝送光学系2中にビームモード形状を整形するためのマスク3を有している場合、ワーク照射面上でのパルスエネルギーは、レーザ発振装置1で発生するビームポインティングの変化にも影響を受ける。この場合も、ワーク照射面上で平均出力パワーPを測定することによって、正確な平均出力パワーPを測定することが可能となる。   In addition, since the average output power P of the average frequency simulating actual machining is measured on the workpiece irradiation surface, the frequency effect of the pulse output generated in the laser oscillation device 1 and the thermal effect received in the transmission optical system 2 are also measured. It is possible to measure an accurate average output power P taking into account. Further, when the transmission optical system 2 has the mask 3 for shaping the beam mode shape, the pulse energy on the workpiece irradiation surface also affects the change of the beam pointing generated in the laser oscillation device 1. receive. Also in this case, it is possible to measure the accurate average output power P by measuring the average output power P on the workpiece irradiation surface.

このように、実施の形態1によれば、パルスレーザの平均出力パワーPの測定を、加工時の平均照射パターンに近いパターンで実施するので、ワーク全体の加工品質を向上させることが可能となる。また、パワーメータ5の測定能力以上でパルスレーザの平均出力パワーPを測定することがないので、パワーメータ5の破損を防止することが可能となる。また、パワーメータ5の測定能力に基づいてパルス平均エネルギーEを算出しているので、正確なパルス平均エネルギーEを算出することが可能となり、このパルス平均エネルギーEに基づいたパルスレーザの出力調整を適切に行うことが可能となる。したがって、パワーメータ5の破損を防止しつつ加工品質の安定したレーザ加工を安価に行うことが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, the measurement of the average output power P of the pulse laser is performed in a pattern close to the average irradiation pattern at the time of machining, so that the machining quality of the entire workpiece can be improved. . In addition, since the average output power P of the pulse laser is not measured with a measurement capability higher than that of the power meter 5, it is possible to prevent the power meter 5 from being damaged. Moreover, since the pulse average energy E is calculated based on the measurement capability of the power meter 5, it is possible to calculate the accurate pulse average energy E, and the output adjustment of the pulse laser based on the pulse average energy E can be adjusted. It becomes possible to carry out appropriately. Therefore, it is possible to perform laser processing with stable processing quality at low cost while preventing the power meter 5 from being damaged.

実施の形態2.
つぎに、図10、図11を参照して実施の形態2に係るレーザ加工装置について説明する。実施の形態2では、パワーメータ5のパワーレンジを複数段階に切替え可能なように構成しておく。例えば、低い平均出力パワーPを測定する際には、低いパワーレンジで測定し、高い平均出力パワーPを測定する際には高いパワーレンジで測定する。また、I/F部8から入力する加工条件に基づいてパワーレンジを自動設定してもよい。なお、実施の形態2に係るレーザ加工装置10は、実施の形態1に係るレーザ加工装置10と同様の構成を有しているので、その説明は省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a laser processing apparatus according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the power range of the power meter 5 is configured to be switchable in a plurality of stages. For example, when measuring a low average output power P, it is measured in a low power range, and when measuring a high average output power P, it is measured in a high power range. Further, the power range may be automatically set based on the processing conditions input from the I / F unit 8. In addition, since the laser processing apparatus 10 which concerns on Embodiment 2 has the structure similar to the laser processing apparatus 10 which concerns on Embodiment 1, the description is abbreviate | omitted.

以下、実施の形態2に係るレーザ加工装置10の動作手順について説明する。図10および図11は、実施の形態2に係るレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。図10および図11は、レーザ加工装置10に入力される加工条件に基づいたパルス平均周波数<f>の算出処理手順および平均パルスエネルギーEの測定処理手順を示している。なお、実施の形態1のレーザ加工装置10と同様の処理を行う手順については、その説明を省略する場合がある。   Hereinafter, an operation procedure of the laser processing apparatus 10 according to the second embodiment will be described. 10 and 11 are flowcharts showing the operation procedure of the laser processing apparatus according to the second embodiment. FIG. 10 and FIG. 11 show the calculation processing procedure of the pulse average frequency <f> and the measurement processing procedure of the average pulse energy E based on the processing conditions input to the laser processing apparatus 10. In addition, the description about the procedure which performs the process similar to the laser processing apparatus 10 of Embodiment 1 may be abbreviate | omitted.

レーザ加工装置10は、実施の形態1のステップS10〜S60と同様の処理としてステップS310〜S360の処理を行う。すなわち、パルス平均周波数<f>を算出する際には、I/F部8を介して制御装置6に加工条件が入力される(ステップS310)。本実施の形態では、加工条件の一例が、パルス幅Wd=10μs、加工基準エネルギーEst=10mJ、バーストショット数Np=3ショット、バースト周波数Fp=10000Hzである場合について説明する。   The laser processing apparatus 10 performs the processes of steps S310 to S360 as the same processes as steps S10 to S60 of the first embodiment. That is, when calculating the pulse average frequency <f>, the machining conditions are input to the control device 6 via the I / F unit 8 (step S310). In the present embodiment, an example in which the processing conditions are a pulse width Wd = 10 μs, a processing reference energy Est = 10 mJ, a burst shot number Np = 3 shots, and a burst frequency Fp = 10000 Hz will be described.

制御装置6へ加工条件が入力された後、演算部7は、加工条件などを用いてレーザ発振装置1の最大平均周波数Fmax_1を算出する(ステップS320)。例えば、最大平均周波数Fmax_1=3000Hzである。   After the machining conditions are input to the control device 6, the calculation unit 7 calculates the maximum average frequency Fmax_1 of the laser oscillation device 1 using the machining conditions (step S320). For example, the maximum average frequency Fmax_1 = 3000 Hz.

この後、演算部7は、最初の加工条件判定として、レーザ発振装置1の能力や光学伝送系2の能力などに基づいて、入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作可能か否かを判定する(ステップS330)。   Thereafter, the calculation unit 7 determines whether or not the laser processing apparatus 10 can operate under the input processing conditions based on the capabilities of the laser oscillation device 1 and the optical transmission system 2 as the first processing condition determination. Determination is made (step S330).

入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作できない場合(ステップS330、NG)、演算部7は、入力された加工条件を拒否する(ステップS340)。これにより、制御装置6は、入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作できないことをI/F部8から作業者に通知する。この後、制御装置6に加工条件が再入力される(ステップS310)。入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作可能と演算部7が判断するまで、レーザ加工装置10はステップS310〜S330の処理を繰り返す。   When the laser processing apparatus 10 cannot operate under the input processing conditions (step S330, NG), the calculation unit 7 rejects the input processing conditions (step S340). As a result, the control device 6 notifies the operator from the I / F unit 8 that the laser processing device 10 cannot operate under the input processing conditions. Thereafter, the machining conditions are re-input to the control device 6 (step S310). The laser processing apparatus 10 repeats the processes of steps S310 to S330 until the calculation unit 7 determines that the laser processing apparatus 10 is operable under the input processing conditions.

入力された加工条件でレーザ加工装置10が動作できる場合(ステップS330、OK)、演算部7は、平均位置決め周波数Fm_ave、バースト周波数Fp、パルス幅Wd、バーストショット数Npを用いて1穴毎の平均周波数Fgを算出する(ステップS350)。前述したように平均位置決め周波数Fm_aveを、例えば最大位置決め周波数Fm_maxの半分とする。   When the laser processing apparatus 10 can operate under the input processing conditions (step S330, OK), the calculation unit 7 uses the average positioning frequency Fm_ave, burst frequency Fp, pulse width Wd, and burst shot number Np for each hole. An average frequency Fg is calculated (step S350). As described above, the average positioning frequency Fm_ave is, for example, half of the maximum positioning frequency Fm_max.

最大位置決め周波数Fm_maxがFm_max=2000Hzである場合、Fm_ave=2000Hz/2=1000Hzとなる。演算部7は、実施の形態1で説明した式(2)を用いて1穴毎の平均周波数Fgを算出する。式(2)を用いると、実施の形態1の場合と同様に、Fg=826Hzとなる。   When the maximum positioning frequency Fm_max is Fm_max = 2000 Hz, Fm_ave = 2000 Hz / 2 = 1000 Hz. The calculation unit 7 calculates the average frequency Fg for each hole using the equation (2) described in the first embodiment. When Expression (2) is used, Fg = 826 Hz as in the first embodiment.

つぎに、演算部7は、レーザ発振装置1がパルス群の発振を繰り返した場合の最大平均周波数Fmax_2を算出する(ステップS360)。具体的には、最大平均周波数Fmax_2は、Fmax_2=Fg×Np=2478Hzである。   Next, the computing unit 7 calculates the maximum average frequency Fmax_2 when the laser oscillation device 1 repeats the oscillation of the pulse group (step S360). Specifically, the maximum average frequency Fmax_2 is Fmax_2 = Fg × Np = 2478 Hz.

演算部7は、ワーク照射面に照射されるパルスレーザの平均パワー出力を算出することによって、予想平均出力パワーPW_2を予測する(ステップS370)。本実施の形態の例では、予想平均出力パワーPW_2をPW_2=Est×Fmax_2=0.01×2478=24.8Wとなる。   The computing unit 7 predicts the expected average output power PW_2 by calculating the average power output of the pulse laser irradiated onto the workpiece irradiation surface (step S370). In the example of the present embodiment, the expected average output power PW_2 is PW_2 = Est × Fmax_2 = 0.01 × 2478 = 24.8W.

本実施の形態では、パワーメータ5に、以下に示す4種類のパワーレンジを設定しておく。パワーメータ5に設定するパワーレンジは、(1)パワーレンジR1:0〜1W、(2)パワーレンジR2:1〜3W、(3)パワーレンジR3:3〜5W、(4)パワーレンジR4:5〜10Wである。   In the present embodiment, the following four power ranges are set in the power meter 5. The power ranges set in the power meter 5 are (1) power range R1: 0 to 1 W, (2) power range R2: 1 to 3 W, (3) power range R3: 3 to 5 W, and (4) power range R4: 5-10W.

演算部7は、パワーメータ5に設定されるパワーレンジの中で、予想平均出力パワーPW_2が入るパワーレンジ、或いは予想平均出力パワーPW_2に近いパワーレンジを、パワーレンジPW_max(1)として仮設定する(ステップS380)。本実施の形態の例では、(4)パワーレンジR4:5〜10Wのパワーレンジよりも大きなパワーレンジが必要となるが、パワーレンジR4よりも大きなパワーレンジがパワーメータ5に設定されていないので、パワーメータ5にパワーレンジR4を適用し、(4)PW_max=10Wを設定する。   The calculation unit 7 temporarily sets, as the power range PW_max (1), a power range in which the expected average output power PW_2 is included in the power range set in the power meter 5 or a power range close to the expected average output power PW_2. (Step S380). In the example of the present embodiment, (4) power range R4: a power range larger than the power range of 5 to 10 W is required, but a power range larger than power range R4 is not set in power meter 5. The power range R4 is applied to the power meter 5, and (4) PW_max = 10W is set.

演算部7は、レーザ加工装置10に設定してあるパワーレンジで許容できる最大平均周波数Fmax_3(n)(nはR1〜R4の何れか)を算出する(ステップS390)。
この最大平均周波数Fmax_3(n)は、パワーレンジR4の上限出力PWR_max(10W)と加工基準エネルギーEstとを用いて算出される。パワーレンジの最大出力が10Wであるから、最大平均周波数Fmax_3(R4)は、Fmax_3(R4)=PWR_max/Est=10/0.01=1000Hzとなる。
The computing unit 7 calculates a maximum average frequency Fmax_3 (n) (n is any one of R1 to R4) that is allowable in the power range set in the laser processing apparatus 10 (step S390).
The maximum average frequency Fmax_3 (n) is calculated using the upper limit output PWR_max (10W) of the power range R4 and the machining reference energy Est. Since the maximum output of the power range is 10 W, the maximum average frequency Fmax_3 (R4) is Fmax_3 (R4) = PWR_max / Est = 10 / 0.01 = 1000 Hz.

この後、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minを算出する(ステップS400)。このステップS400でのパルス平均周波数Fmax_minの算出処理が、パルス平均周波数の第1の算出処理c11である。演算部7は、最大平均周波数Fmax_1,Fmax_2,Fmax_3(n)を比較して最小のものをパルス平均周波数Fmax_minとする。本実施の形態の例では、Fmax_min=Fmax_3(4R)=1000Hzとなる。   Thereafter, the calculation unit 7 calculates a pulse average frequency Fmax_min (step S400). The calculation process of the pulse average frequency Fmax_min in step S400 is the first calculation process c11 of the pulse average frequency. The calculation unit 7 compares the maximum average frequencies Fmax_1, Fmax_2, and Fmax_3 (n) and sets the minimum one as the pulse average frequency Fmax_min. In the example of the present embodiment, Fmax_min = Fmax_3 (4R) = 1000 Hz.

つぎに、演算部7は、パルス群数Ngを算出する(ステップS410)。本実施の形態の例では、パルス群数Ngは、Ng=Fmax_min/Np=1000/3=333.3群である。   Next, the computing unit 7 calculates the number of pulse groups Ng (step S410). In the example of the present embodiment, the pulse group number Ng is Ng = Fmax_min / Np = 1000/3 = 333.3 group.

パルス平均周波数Fmax_minがバーストショット数Npで割り切れなかった場合、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minの微修正を行うことによって、微修正後のパルス平均周波数Fx(n)を算出する(ステップS420)。このステップS420でのパルス平均周波数Fxの算出処理が、パルス平均周波数の第2の算出処理c12である。具体的には、演算部7は、算出したパルス群数Ngの小数点以下の値を切り捨てて、パルス群数Ngを自然数にする。本実施の形態の例では、パルス群数Ng=333となる。そして、自然数にしたパルス群数Ngとバーストショット数Npを乗算した値を微修正後のパルス平均周波数Fxとする。本実施の形態の例では、Fx=Ng×Np=333×3=999Hzとなる。なお、微修正前のパルス平均周波数Fmax_minと微修正後のパルス平均周波数Fxが同じとなる場合(パルス平均周波数Fmax_minがバーストショット数Npで割り切れる場合)、このステップS420の処理は省略してもよい。   When the pulse average frequency Fmax_min is not divisible by the burst shot number Np, the arithmetic unit 7 performs fine correction of the pulse average frequency Fmax_min to calculate the pulse average frequency Fx (n) after fine correction (step S420). . The calculation process of the pulse average frequency Fx in step S420 is a second calculation process c12 of the pulse average frequency. Specifically, the calculation unit 7 rounds down the value after the decimal point of the calculated pulse group number Ng to make the pulse group number Ng a natural number. In the example of the present embodiment, the number of pulse groups Ng = 333. Then, a value obtained by multiplying the natural number of the pulse group number Ng and the burst shot number Np is set as the finely corrected pulse average frequency Fx. In the example of the present embodiment, Fx = Ng × Np = 333 × 3 = 999 Hz. If the pulse average frequency Fmax_min before the fine correction is the same as the pulse average frequency Fx after the fine correction (when the pulse average frequency Fmax_min is divisible by the burst shot number Np), the process of step S420 may be omitted. .

以下の処理では、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minがFmax_1,Fmax_2,Fmax_3の何れであるかによって異なる処理を行う。その理由は、パルス平均周波数Fmax_minが何れであるかによって休止時間Toffを設定する必要があるか否か、パワーレンジの切替えが必要であるか否かが異なるからである。   In the following processing, the calculation unit 7 performs different processing depending on whether the pulse average frequency Fmax_min is Fmax_1, Fmax_2, or Fmax_3. This is because whether or not the pause time Toff needs to be set and whether or not the power range needs to be changed depends on which pulse average frequency Fmax_min is.

例えば、最大平均周波数Fmax_1が選択されていれば、パルスレーザの周波数がレーザ発振装置1から出ている値なのでパワーレンジを切替える可能性があり、かつ最大平均周波数Fmax_2のパワーレンジよりも低い周波数であるので、休止時間Toffを入れる必要があると判断できる。   For example, if the maximum average frequency Fmax_1 is selected, the power range may be switched because the frequency of the pulse laser is output from the laser oscillation device 1, and at a frequency lower than the power range of the maximum average frequency Fmax_2. Since there is, it can be determined that it is necessary to include the pause time Toff.

また、最大平均周波数Fmax_2が選択されていれば、パルスレーザの周波数が理想的なパルス群の照射パターンから出ている値であるのでパワーレンジの問題はなく、休止時間Toffも設定する必要がないと判断できる。   If the maximum average frequency Fmax_2 is selected, there is no problem of the power range because the frequency of the pulse laser is a value derived from the ideal pulse group irradiation pattern, and it is not necessary to set the pause time Toff. It can be judged.

また、最大平均周波数Fmax_3(n)が選択されていれば、パワーレンジの問題はないと考えてよいが、最大平均周波数Fmax_2のパワーレンジよりも低い周波数であるので、休止時間Toffを入れる必要があると判断できる。   If the maximum average frequency Fmax_3 (n) is selected, it may be considered that there is no problem in the power range. However, since the frequency is lower than the power range of the maximum average frequency Fmax_2, it is necessary to include the pause time Toff. It can be judged that there is.

したがって、演算部7は、パルス平均周波数Fmax_minにFmax_1,Fmax_2,Fmax_3の何れを選択しているかを確認する(ステップS430)。パルス平均周波数Fmax_minとしてFmax_1を選択している場合(ステップS430、Fmax_1)、演算部7は、予想平均出力パワーPW_nを算出する(ステップS440)。そして、演算部7は、予想平均出力パワーPW_nと現在設定しているパワーレンジとを比較することによって、改めてパワーレンジを判定する(ステップS450)。演算部7は、平均出力パワーPがパワーレンジの下限出力PWR_minからパワーレンジの上限出力PWR_maxまでの範囲内であるか否かを判定する。例えば、予想平均出力パワーPW_nと現在設定しているパワーレンジとの差や比が所定値以上ある場合、演算部7は、現在設定しているパワーレンジは不適切であると判断してもよい。   Therefore, the calculation unit 7 confirms which of Fmax_1, Fmax_2, and Fmax_3 is selected as the pulse average frequency Fmax_min (step S430). When Fmax_1 is selected as the pulse average frequency Fmax_min (step S430, Fmax_1), the calculation unit 7 calculates the expected average output power PW_n (step S440). And the calculating part 7 determines a power range anew by comparing the estimated average output power PW_n with the power range currently set (step S450). The calculation unit 7 determines whether or not the average output power P is within the range from the power range lower limit output PWR_min to the power range upper limit output PWR_max. For example, when the difference or ratio between the expected average output power PW_n and the currently set power range is greater than or equal to a predetermined value, the calculation unit 7 may determine that the currently set power range is inappropriate. .

現在設定しているパワーレンジが不適切な場合(ステップS450、NG)、演算部7は、現在設定しているパワーレンジから新たなパワーレンジに切替え可能か否かを判定する(ステップS460)。換言すると、演算部7は、現在設定しているパワーレンジよりも他のパワーレンジの方が適切か否かを判定する。演算部7は、現在設定しているパワーレンジから新たなパワーレンジに切替え可能な場合(ステップS460、OK)、パワーレンジを適切なパワーレンジに変更する(ステップS470)。この後、レーザ加工装置10は、ステップS390の処理に戻り、ステップS390以降の処理を行う。   If the currently set power range is inappropriate (step S450, NG), the calculation unit 7 determines whether or not the currently set power range can be switched to a new power range (step S460). In other words, the calculation unit 7 determines whether another power range is more appropriate than the currently set power range. When it is possible to switch from the currently set power range to a new power range (step S460, OK), the computing unit 7 changes the power range to an appropriate power range (step S470). Then, the laser processing apparatus 10 returns to the process of step S390, and performs the process after step S390.

一方、現在設定しているパワーレンジが適切な場合(ステップS450、OK)または現在設定しているパワーレンジから新たなパワーレンジに切替え不可能な場合(ステップS460、NG)、レーザ加工装置10は、パワーメータ5のパワーレンジを変更することなく、休止時間Toffを設定する(ステップS480)。   On the other hand, when the currently set power range is appropriate (step S450, OK) or when it is not possible to switch from the currently set power range to a new power range (step S460, NG), the laser processing apparatus 10 The rest time Toff is set without changing the power range of the power meter 5 (step S480).

また、パルス平均周波数Fmax_minとしてFmax_3(n)を選択している場合(ステップS430、Fmax_3(n))、演算部7は、レーザ発振装置1が発振するパルスレーザの平均周波数をパワーメータ5の測定能力範囲に入れるため、休止時間Toffを設定する(ステップS480)。本実施の形態の例では、Fmax_min=Fmax_3(R4)であるので、演算部7は休止時間Toffを設定する。休止時間Toffは、長すぎるとパワーメータ5の測定精度が悪くなることが分かっている。また、種々の観点から休止時間Toffの最適化を図ることは可能であるが、本実施の形態では休止時間Toffが、Toff=0.15sの固定値である場合について説明する。   When Fmax_3 (n) is selected as the pulse average frequency Fmax_min (step S430, Fmax_3 (n)), the calculation unit 7 measures the average frequency of the pulse laser oscillated by the laser oscillation device 1 with the power meter 5. In order to enter the capability range, a pause time Toff is set (step S480). In the example of the present embodiment, since Fmax_min = Fmax_3 (R4), the calculation unit 7 sets the pause time Toff. It has been found that if the pause time Toff is too long, the measurement accuracy of the power meter 5 deteriorates. Although it is possible to optimize the pause time Toff from various viewpoints, in the present embodiment, a case where the pause time Toff is a fixed value of Toff = 0.15 s will be described.

演算部7は、ビームオン時間Tonを算出する(ステップS490)。本実施の形態の例では、Ton=Ng/Fg=333/826=0.403sである。この後、演算部7は、ビームオン時間Tonの判定を行う(ステップS500)。具体的には、演算部7は、ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_maxよりも短いか否かを判定する。   The calculator 7 calculates the beam on time Ton (step S490). In the example of the present embodiment, Ton = Ng / Fg = 333/826 = 0.403 s. Thereafter, the calculation unit 7 determines the beam on time Ton (step S500). Specifically, the calculation unit 7 determines whether or not the beam on time Ton is shorter than the maximum beam on time Ton_max.

ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_max以上である場合(ステップS500、NG)、演算部7は、パルス平均周波数Fx(n)を再算出する(ステップS510)。このステップS510でのパルス平均周波数Fx(n)の算出処理が、パルス平均周波数の第3の算出処理c13である。例えば、最大ビームオン時間Ton_maxをTon_max=0.15sとする。この場合、本実施の形態の例では、ビームオン時間Tonが、最大ビームオン時間Ton_max以上となるので、ビームオン時間TonをTon_maxで固定し、パルス平均周波数<f>を算出する。ビームオン時間Ton内に含まれるパルス群数Ng2は、Ng2=Ton_max/(1/Fg)=0.15/(1/826)=123.9となる。したがって、パルス群数Ng2の小数点以下を切り捨てるとパルス群数Ng2=123群となる。これにより、微修正後のパルス平均周波数Fx(R4)=Ng2×Np=123×3=369Hzとなる。   When the beam on time Ton is equal to or longer than the maximum beam on time Ton_max (step S500, NG), the calculation unit 7 recalculates the pulse average frequency Fx (n) (step S510). The calculation process of the pulse average frequency Fx (n) in step S510 is a third calculation process c13 of the pulse average frequency. For example, the maximum beam on time Ton_max is set to Ton_max = 0.15 s. In this case, in the example of the present embodiment, since the beam on time Ton is equal to or longer than the maximum beam on time Ton_max, the beam on time Ton is fixed at Ton_max, and the pulse average frequency <f> is calculated. The number of pulse groups Ng2 included in the beam-on time Ton is Ng2 = Ton_max / (1 / Fg) = 0.15 / (1/826) = 123.9. Therefore, when the number of decimal places of the pulse group number Ng2 is rounded down, the pulse group number Ng2 = 123 groups. As a result, the pulse average frequency Fx (R4) after fine correction becomes Ng2 × Np = 123 × 3 = 369 Hz.

この後、演算部7は、予想平均出力パワーPW_nを算出する(ステップS520)。本実施の形態の例での予想平均出力パワーPW_nは、PW_(R4)=Est×Fx(R4)=0.01×369=3.69Wとなる。そして、演算部7は、予想平均出力パワーPW_nと現在設定しているパワーレンジとを比較することによって、改めてパワーレンジを判定する(ステップS530)。演算部7は、平均出力パワーPがパワーレンジの下限出力PWR_minからパワーレンジの上限出力PWR_maxまでの範囲内であるか否かを判定する。   Thereafter, the calculation unit 7 calculates an expected average output power PW_n (step S520). The expected average output power PW_n in the example of the present embodiment is PW_ (R4) = Est × Fx (R4) = 0.01 × 369 = 3.69W. Then, the computing unit 7 determines the power range again by comparing the predicted average output power PW_n with the currently set power range (step S530). The calculation unit 7 determines whether or not the average output power P is within the range from the power range lower limit output PWR_min to the power range upper limit output PWR_max.

現在設定しているパワーレンジが不適切な場合(ステップS530、NG)、演算部7は、現在設定しているパワーレンジから新たなパワーレンジに切替え可能か否かを判定する(ステップS540)。換言すると、演算部7は、現在設定しているパワーレンジよりも他のパワーレンジの方が適切か否かを判定する。演算部7は、現在設定しているパワーレンジから新たなパワーレンジに切替え可能な場合(ステップS540、OK)、パワーレンジを適切なパワーレンジに変更する。本実施の形態の例では、予想平均出力パワーPW_nが3.69Wなので、パワーレンジR2(3〜5W)の方がパワーレンジR4よりも好ましい。したがって、レーザ加工装置10は、パワーメータ5のパワーレンジを10Wから5Wに変更し(ステップS550)、パルス平均周波数<f>を決定する(ステップS560)。   When the currently set power range is inappropriate (step S530, NG), the calculation unit 7 determines whether or not the currently set power range can be switched to a new power range (step S540). In other words, the calculation unit 7 determines whether another power range is more appropriate than the currently set power range. If the power range that is currently set can be switched to a new power range (step S540, OK), the computing unit 7 changes the power range to an appropriate power range. In the example of the present embodiment, since the expected average output power PW_n is 3.69 W, the power range R2 (3 to 5 W) is preferable to the power range R4. Therefore, the laser processing apparatus 10 changes the power range of the power meter 5 from 10 W to 5 W (step S550), and determines the pulse average frequency <f> (step S560).

一方、現在設定しているパワーレンジが適切な場合(ステップS530、OK)または現在設定しているパワーレンジから新たなパワーレンジに切替え不可能な場合(ステップS540、NG)、レーザ加工装置10は、パワーメータ5のパワーレンジを変更することなくパルス平均周波数<f>を決定する(ステップS560)。   On the other hand, when the currently set power range is appropriate (step S530, OK) or when it is not possible to switch from the currently set power range to a new power range (step S540, NG), the laser processing apparatus 10 The pulse average frequency <f> is determined without changing the power range of the power meter 5 (step S560).

また、ビームオン時間Tonが最大ビームオン時間Ton_maxよりも短い場合(ステップS500、OK)、演算部7は、パワーレンジを変更することなくパルス平均周波数<f>を決定する(ステップS560)。   When the beam on time Ton is shorter than the maximum beam on time Ton_max (step S500, OK), the calculation unit 7 determines the pulse average frequency <f> without changing the power range (step S560).

また、パルス平均周波数Fmax_minとしてFmax_2を選択している場合(ステップS430、Fmax_2)、理想的なパルス群の照射パターンで照射されることとなる。したがって、演算部7は、パワーレンジの変更や休止時間Toffの設定は不要であると判断する。このため、演算部7は、パワーレンジの変更や休止時間の設定を行うことなくパルス平均周波数<f>を決定する(ステップS560)。   When Fmax_2 is selected as the pulse average frequency Fmax_min (step S430, Fmax_2), irradiation is performed with an ideal pulse group irradiation pattern. Therefore, the calculation unit 7 determines that it is not necessary to change the power range or set the pause time Toff. Therefore, the calculation unit 7 determines the pulse average frequency <f> without changing the power range or setting the pause time (step S560).

本実施の形態の例では、Fmax_min=Fmax_3(R4)であるので、パルス平均周波数<f>は、<f>=Fx(R4)=369Hzに決定される。パルス平均周波数<f>が決定した後、パワーメータ5は、平均出力パワーPの測定を開始する。この後、レーザ加工装置10は、実施の形態1のレーザ加工装置10と同様の処理によってパルス平均エネルギーEの測定を行うので、その説明は省略する。なお、図11に示したステップS570〜S680の処理が、図9に示したステップS170〜S280の処理に対応している。この後、制御装置6は、上述した本実施の形態のパルスエネルギー測定方法を用いて得られたパルス平均エネルギーEに基づいて、レーザ発振装置1や伝送光学系2を制御する。   In the example of the present embodiment, since Fmax_min = Fmax_3 (R4), the pulse average frequency <f> is determined as <f> = Fx (R4) = 369 Hz. After the pulse average frequency <f> is determined, the power meter 5 starts measuring the average output power P. Thereafter, the laser processing apparatus 10 measures the pulse average energy E by the same process as the laser processing apparatus 10 of the first embodiment, and the description thereof is omitted. Note that the processing in steps S570 to S680 shown in FIG. 11 corresponds to the processing in steps S170 to S280 shown in FIG. Thereafter, the control device 6 controls the laser oscillation device 1 and the transmission optical system 2 based on the pulse average energy E obtained by using the pulse energy measurement method of the present embodiment described above.

このように、実施の形態2によれば、パワーレンジを適切なパワーレンジに切替えながら正確なパルス平均エネルギーEを算出することが可能となり、このパルス平均エネルギーEに基づいたパルスレーザの出力調整を適切に行うことが可能となる。したがって、加工品質の安定したレーザ加工を安価に行うことが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, it is possible to calculate the accurate pulse average energy E while switching the power range to an appropriate power range, and to adjust the output of the pulse laser based on the pulse average energy E. It becomes possible to carry out appropriately. Therefore, laser processing with stable processing quality can be performed at low cost.

以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置は、パルスレーザを用いたワークのレーザ加工に適している。   As described above, the laser processing apparatus according to the present invention is suitable for laser processing of a workpiece using a pulse laser.

Claims (5)

パルスレーザを出力するレーザ発振装置と、
前記レーザ発振装置から出力される前記パルスレーザをワークのレーザ光照射面まで伝送する伝送光学系と、
前記パルスレーザのレーザパワーを測定するパワー測定装置と、
前記レーザ発振装置の発振能力範囲内かつ前記パワー測定装置のパワー測定能力範囲内で前記パワー測定装置および前記ワークに前記パルスレーザが照射されるよう、前記パワー測定装置および前記ワークへのそれぞれのパルス照射パターンを、前記ワークのレーザ加工条件に基づいてそれぞれ算出する演算部と、
前記パルス照射パターンに従って前記レーザ発振装置を制御するとともに、前記パワー測定装置が測定したレーザパワーを用いて算出された1ショット当りの前記パルスレーザのパルスエネルギーが予め設定した所定範囲内である場合に前記ワークのレーザ加工を行う制御装置と、
を備え、
前記演算部は、
前記ワークへの所定数の穴あけ加工時間であるビームオン時間と、前記所定数の穴あけ加工後に所定時間レーザ発振を休止する時間である休止時間と、を合わせた時間での単位時間当たりのパルス照射数である平均周波数の最大値として、
前記レーザ発振装置が発振可能な第1の最大平均周波数と、
前記レーザ発振装置によるパルス照射において前記休止時間をゼロと仮定した場合の第2の最大平均周波数と、
前記パワー測定装置に設定してあるパワーレンジで許容できる第3の最大平均周波数と、
をそれぞれ算出し、前記第1〜第3の最大平均周波数の中から最小の最大平均周波数を用いて前記パルス照射パターンを算出することを特徴とするレーザ加工装置。
A laser oscillation device that outputs a pulse laser; and
A transmission optical system for transmitting the pulse laser output from the laser oscillation device to a laser light irradiation surface of a workpiece;
A power measuring device for measuring the laser power of the pulse laser;
Each pulse to the power measuring device and the work is irradiated so that the pulse laser is applied to the power measuring device and the work within the oscillation capacity range of the laser oscillating device and within the power measuring capability range of the power measuring device. An operation unit that calculates an irradiation pattern based on laser processing conditions of the workpiece,
When the laser oscillation device is controlled according to the pulse irradiation pattern and the pulse energy of the pulse laser per shot calculated using the laser power measured by the power measurement device is within a predetermined range set in advance. A control device for performing laser processing of the workpiece;
With
The computing unit is
Number of pulse irradiations per unit time in a combined time of a beam-on time, which is a predetermined number of drilling times for the workpiece, and a pause time, which is a time for stopping laser oscillation for a predetermined time after the predetermined number of holes are drilled As the maximum value of the average frequency is
A first maximum average frequency at which the laser oscillation device can oscillate;
A second maximum average frequency when the pause time is assumed to be zero in pulse irradiation by the laser oscillation device;
A third maximum average frequency allowable in the power range set in the power measuring device;
And calculating the pulse irradiation pattern using the smallest maximum average frequency among the first to third maximum average frequencies.
前記パワー測定装置は、前記ワークにレーザ加工を行う際の位置で前記パルスレーザのレーザパワーを測定することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the power measuring apparatus measures a laser power of the pulse laser at a position when laser processing is performed on the workpiece. 前記伝送光学系は、前記パルスレーザの空間分布形状を整形するマスクを有し、
前記パルスレーザは、前記マスクで空間分布形状が整形された後、前記パワー測定装置および前記ワークに照射されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
The transmission optical system has a mask for shaping the spatial distribution shape of the pulse laser,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the pulse laser is irradiated onto the power measuring device and the workpiece after a spatial distribution shape is shaped by the mask.
前記パワー測定装置は、測定パワーレンジが複数段階に切替え可能なように構成され、予想されるレーザパワーの大きさに基づいて、前記測定パワーレンジを切替えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。   The said power measurement apparatus is comprised so that a measurement power range can be switched in multiple steps | paragraphs, The said measurement power range is switched based on the magnitude | size of the estimated laser power. Laser processing equipment. 前記演算部は、前記パワー測定装置が測定したレーザパワーを単位時間当たりのパルス照射数で除算することによって前記1ショット当りのパルスエネルギーを算出し、
前記制御装置は、前記演算部が算出したパルスエネルギーが予め設定した所定範囲内である場合に前記ワークのレーザ加工を行うことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
The calculation unit calculates the pulse energy per shot by dividing the laser power measured by the power measuring device by the number of pulse irradiations per unit time,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the control device performs laser processing of the workpiece when the pulse energy calculated by the calculation unit is within a predetermined range set in advance.
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