JP5988903B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

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雅史 萬
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Description

本発明は、パルスレーザを出射してレーザ加工を行うレーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser processing by emitting a pulse laser, and a laser processing method.

炭酸ガスレーザ等のガスレーザにおいては、レーザ媒質ガス中の不純物等が放電に影響を及ぼす。このため、出射するレーザパルスごとにパルスエネルギにばらつきが生じる。レーザパルスを穴開け加工に用いる場合、パルスエネルギにばらつきが生じると加工品質がばらついてしまう。   In a gas laser such as a carbon dioxide laser, impurities in the laser medium gas affect the discharge. For this reason, variation occurs in pulse energy for each emitted laser pulse. When laser pulses are used for drilling, if the pulse energy varies, the processing quality varies.

下記の特許文献1に、パルスエネルギのばらつきを低減させるレーザ発振方法が開示されている。特許文献1に開示された方法では、1回のパルス励起中に、レーザ発振器から出射されたレーザ光のエネルギ値を複数回測定する。測定された複数のエネルギ値を加算し、当該パルス励起により発振されるレーザ光の見込みトータルエネルギ値を予測する。この見込みトータルエネルギ値に基づいて、励起時間を制御する。これにより、トータルエネルギ値(パルスエネルギ)を安定化させることが可能である。   Patent Document 1 below discloses a laser oscillation method that reduces variations in pulse energy. In the method disclosed in Patent Document 1, the energy value of the laser beam emitted from the laser oscillator is measured a plurality of times during one pulse excitation. A plurality of measured energy values are added, and a predicted total energy value of the laser light oscillated by the pulse excitation is predicted. The excitation time is controlled based on this expected total energy value. Thereby, the total energy value (pulse energy) can be stabilized.

特開2002−299736号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-299736

パルス幅が比較的長い場合、例えば数百μs程度である場合には、上記特許文献1に開示された方法でパルスエネルギを調節することが可能である。ところが、パルス幅が短い場合、例えば数十μsである場合には、エネルギ検出感度や演算時間を勘案すると、励起時間を制御することは困難である。   When the pulse width is relatively long, for example, about several hundred μs, it is possible to adjust the pulse energy by the method disclosed in Patent Document 1. However, when the pulse width is short, for example, several tens of μs, it is difficult to control the excitation time in consideration of energy detection sensitivity and calculation time.

本発明の目的は、パルス幅が短い場合でも、パルス毎に、パルスエネルギを安定化させることが可能なレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of stabilizing pulse energy for each pulse even when the pulse width is short.

本発明の一観点によると、
レーザ媒質ガスを励起する放電電極と、
放電開始トリガを受信することにより、前記放電電極への電力の供給を開始し、放電停止トリガを受信することにより前記放電電極への電力の供給を停止する駆動回路と、
前記放電電極に与えられる電圧及び電流の少なくとも一方の物理量を計測する計測器と、
前記駆動回路に、前記放電開始トリガを与えた後、前記計測器により測定された前記物理量の計測値に基づいて、前記放電開始トリガが前記駆動回路に与えられてから前記放電電極への電力の供給が継続している期間に、前記駆動回路に前記放電停止トリガを与える制御装置と
を有するレーザ加工装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A discharge electrode for exciting the laser medium gas;
A drive circuit that starts supplying power to the discharge electrode by receiving a discharge start trigger and stops supplying power to the discharge electrode by receiving a discharge stop trigger;
A measuring instrument for measuring a physical quantity of at least one of a voltage and a current applied to the discharge electrode;
After giving the discharge start trigger to the drive circuit, based on the measured value of the physical quantity measured by the measuring instrument , the electric power to the discharge electrode after the discharge start trigger is given to the drive circuit There is provided a laser processing apparatus having a control device that gives the discharge stop trigger to the drive circuit during a period in which the supply continues .

本発明の他の観点によると、
ガスレーザ発振器に、放電電極への電力供給開始の指令を与える工程と、
前記ガスレーザ発振器に前記電力供給開始の指令を与えた時点から、前記放電電極に与えられている電圧または電流の少なくとも一方の物理量を計測する工程と、
前記物理量の計測値に基づいて、前記放電電極に電力を供給する時間幅を算出する工程
と、
前記電力供給開始の指令の時点から、算出された前記時間幅が経過した時点で、前記ガスレーザ発振器に、前記放電電極への電力供給の停止を指令する工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Providing a gas laser oscillator with a command to start power supply to the discharge electrode;
A step of measuring a physical quantity of at least one of a voltage or a current applied to the discharge electrode from a time when the gas laser oscillator is instructed to start power supply;
Based on the measured value of the physical quantity, calculating a time width for supplying power to the discharge electrode;
And a step of instructing the gas laser oscillator to stop power supply to the discharge electrode when the calculated time width has elapsed from the time of the power supply start command. .

放電電極に供給される物理量に応じて、駆動回路に放電停止トリガを与えることにより、パルスエネルギを安定化させることができる。放電電極に与えられる電圧または電流は、出射したレーザパルスの光強度に比べて、容易に、かつ短時間で計測することが可能である。このため、パルス幅が短くなっても、パルス幅を安定化させることが可能である。   The pulse energy can be stabilized by giving a discharge stop trigger to the drive circuit according to the physical quantity supplied to the discharge electrode. The voltage or current applied to the discharge electrode can be measured easily and in a short time compared to the light intensity of the emitted laser pulse. For this reason, even if the pulse width is shortened, it is possible to stabilize the pulse width.

図1は、実施例によるレーザ加工装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. 図2は、実施例によるレーザ加工装置に用いられているレーザ発振器の断面図、及び制御系のブロック図である。FIG. 2 is a sectional view of a laser oscillator used in the laser processing apparatus according to the embodiment and a block diagram of a control system. 図3は、トリガ信号、高周波電圧、放電電流、及び光出力のタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart of the trigger signal, the high frequency voltage, the discharge current, and the light output. 図4Aは、放電電流のピーク値とパルスエネルギとの関係を示すグラフであり、図4Bは、高周波電圧印加時間とパルスエネルギとの関係を示すグラフである。4A is a graph showing the relationship between the peak value of the discharge current and the pulse energy, and FIG. 4B is a graph showing the relationship between the high frequency voltage application time and the pulse energy. 図5は、パルスエネルギを一定にするという条件の下での放電電流のピーク値と高周波電圧印加時間との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the peak value of the discharge current and the high frequency voltage application time under the condition that the pulse energy is constant. 図6は、実施例によるレーザ加工装置の制御装置が実行する処理のフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart of processing executed by the control device of the laser processing apparatus according to the embodiment. 図7は、トリガ信号、高周波電圧、放電電流、及び光出力のタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart of the trigger signal, the high frequency voltage, the discharge current, and the light output.

図1に、実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ発振器10が駆動回路11から電力の供給を受けてパルスレーザビームを出射する。レーザ発振器10には、例えば炭酸ガスレーザ発振器等のガスレーザ発振器が用いられる。駆動回路11は、制御装置20からのトリガ信号に同期して、レーザ発振器10への電力の供給及び停止を行う。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser oscillator 10 receives power from the drive circuit 11 and emits a pulsed laser beam. As the laser oscillator 10, a gas laser oscillator such as a carbon dioxide laser oscillator is used. The drive circuit 11 supplies and stops power to the laser oscillator 10 in synchronization with the trigger signal from the control device 20.

レーザ発振器10から出射したレーザビームが、スポット位置安定化光学系12を透過して非球面レンズ13に入射する。スポット位置安定化光学系12は、複数の凸レンズを含み、レーザ発振器10から出射したレーザビームの進行方向がぶれても、非球面レンズ13が配置された位置におけるビームスポットの位置を安定化させる。非球面レンズ13は、レーザビームのプロファイルを変える。例えば、ガウシアン形状のビームプロファイルを、トップフラット形状のビームプロファイルに変える。   The laser beam emitted from the laser oscillator 10 passes through the spot position stabilizing optical system 12 and enters the aspherical lens 13. The spot position stabilizing optical system 12 includes a plurality of convex lenses, and stabilizes the position of the beam spot at the position where the aspherical lens 13 is disposed even if the traveling direction of the laser beam emitted from the laser oscillator 10 is deviated. The aspheric lens 13 changes the profile of the laser beam. For example, a Gaussian beam profile is changed to a top flat beam profile.

非球面レンズ13を透過したレーザビームが、コリメートレンズ14によってコリメートされた後、マスク15に入射する。マスク15は、透過窓及び遮光部を含み、レーザビームのビーム断面を整形する。マスク15の透過窓を透過したレーザビームがフィールドレンズ16、折り返しミラー17を経由して、ビーム走査器18に入射する。ビーム走査器18は、レーザビームを二次元方向に走査する。ビーム走査器18として、例えばガルバノスキャナが用いられる。   The laser beam transmitted through the aspherical lens 13 is collimated by the collimating lens 14 and then enters the mask 15. The mask 15 includes a transmission window and a light shielding portion, and shapes the beam cross section of the laser beam. The laser beam transmitted through the transmission window of the mask 15 enters the beam scanner 18 via the field lens 16 and the folding mirror 17. The beam scanner 18 scans the laser beam in a two-dimensional direction. For example, a galvano scanner is used as the beam scanner 18.

ビーム走査器18で走査されたレーザビームが、fθレンズ19で集光されて加工対象物30に入射する。加工対象物30はステージ25に保持されている。フィールドレンズ16及びfθレンズ19は、マスク15の透過窓を、加工対象物30の表面に結像させる。ステージ25は、加工対象物30を、その表面に平行な方向に移動させる。   The laser beam scanned by the beam scanner 18 is condensed by the fθ lens 19 and enters the workpiece 30. The workpiece 30 is held on the stage 25. The field lens 16 and the fθ lens 19 image the transmission window of the mask 15 on the surface of the workpiece 30. The stage 25 moves the workpiece 30 in a direction parallel to the surface.

次に、制御装置20の構成について簡単に説明する。制御装置20が行う詳細な処理については、図6及び図7を参照して、後に説明する。制御装置20は、レーザ発振器10に供給される電流及び電圧の少なくとも一方の物理量の計測値を受信する機能ブロック20Aを有する。制御装置20に、パルスエネルギを一定にする条件データ20Bが記憶されている。制御装置20の、放電停止トリガを送出する時刻を調整する機能ブロック20Cが、物理量の計測値、及びパルスエネルギを一定にする条件データ20Bに基づいて、放電停止トリガを送出する時刻を調整する。   Next, the configuration of the control device 20 will be briefly described. Detailed processing performed by the control device 20 will be described later with reference to FIGS. 6 and 7. The control device 20 includes a functional block 20 </ b> A that receives a measurement value of a physical quantity of at least one of current and voltage supplied to the laser oscillator 10. The control device 20 stores condition data 20B that makes the pulse energy constant. The function block 20C that adjusts the time at which the discharge stop trigger is sent out of the control device 20 adjusts the time at which the discharge stop trigger is sent based on the measured value of the physical quantity and the condition data 20B that makes the pulse energy constant.

制御装置20のトリガ生成機能ブロック20Dが、放電停止トリガを送出する時刻を調整する機能ブロック20Cによって調整された時刻に、放電停止トリガを駆動回路11に送出する。放電停止トリガを送出する時刻を調整することにより、パルスエネルギのばらつきが抑制され、パルスエネルギが均一化される。   The trigger generation function block 20D of the control device 20 sends the discharge stop trigger to the drive circuit 11 at the time adjusted by the function block 20C for adjusting the time for sending the discharge stop trigger. By adjusting the time at which the discharge stop trigger is sent, variation in pulse energy is suppressed and the pulse energy is made uniform.

図2に、実施例によるレーザ発振器10の断面図、及び制御系のブロック図を示す。チェンバ50の内部に、送風機40、一対の放電電極41、熱交換器46、及びレーザ媒質ガスが収容されている。一対の放電電極41の間に放電空間42が画定される。放電空間42で放電が生じることにより、レーザ媒質ガスが励起される。図2では、放電電極41の長さ方向に直交する断面が示されている。送風機40には、例えばターボブロワが用いられる。なお、ターボブロワに代えて、クロスフローファン、軸流ファン等を用いてもよい。放電電極41の各々は、導電部材43とセラミック部材44とを含む。セラミック部材44は、導電部材43と放電空間42とを隔離する。   FIG. 2 shows a sectional view of the laser oscillator 10 according to the embodiment and a block diagram of a control system. A blower 40, a pair of discharge electrodes 41, a heat exchanger 46, and a laser medium gas are accommodated in the chamber 50. A discharge space 42 is defined between the pair of discharge electrodes 41. The discharge of the discharge space 42 excites the laser medium gas. In FIG. 2, a cross section orthogonal to the length direction of the discharge electrode 41 is shown. For the blower 40, for example, a turbo blower is used. Instead of a turbo blower, a cross flow fan, an axial flow fan or the like may be used. Each of the discharge electrodes 41 includes a conductive member 43 and a ceramic member 44. The ceramic member 44 isolates the conductive member 43 and the discharge space 42.

送風機40から、放電電極41の間の放電空間42、及び熱交換器46を経由して送風機40に戻る循環経路がチェンバ50内に形成されている。熱交換器46は放電によって高温になったレーザ媒質ガスを冷却する。   A circulation path from the blower 40 to the blower 40 via the discharge space 42 between the discharge electrodes 41 and the heat exchanger 46 is formed in the chamber 50. The heat exchanger 46 cools the laser medium gas that has become hot due to the discharge.

一対の端子51が、チェンバ50の壁面に取り付けられている。放電電極41の導電部材43が、それぞれチェンバ内電流路52により端子51に接続されている。端子51は、チェンバ外電流路55により、駆動回路11に接続されている。計測器56が、チェンバ外電流路55を流れる電流を計測する。計測器56で計測された電流の計測値が制御装置20に入力される。制御装置20は、計測器56による電流の計測値に基づいて、駆動回路11を制御する。   A pair of terminals 51 are attached to the wall surface of the chamber 50. The conductive member 43 of the discharge electrode 41 is connected to the terminal 51 by an in-chamber current path 52, respectively. The terminal 51 is connected to the drive circuit 11 by a chamber outside current path 55. The measuring instrument 56 measures the current flowing through the chamber outside current path 55. A measured value of the current measured by the measuring instrument 56 is input to the control device 20. The control device 20 controls the drive circuit 11 based on the current measured value by the measuring instrument 56.

図3に、制御装置20(図1)から駆動回路11(図1)に与えられるトリガ信号、放電電極41(図2)に印加される高周波電圧、放電電極41に流れる放電電流、及びレーザ発振器10(図1)から出射される光出力のタイミングチャートを示す。   3 shows a trigger signal given from the control device 20 (FIG. 1) to the drive circuit 11 (FIG. 1), a high-frequency voltage applied to the discharge electrode 41 (FIG. 2), a discharge current flowing through the discharge electrode 41, and a laser oscillator. 10 shows a timing chart of the light output emitted from 10 (FIG. 1).

時刻t1において、トリガ信号が立ち上がる。トリガ信号の立ち上がりは、放電開始トリガに相当する。時刻t1において、駆動回路11が放電開始トリガを受信すると、駆動回路11は、放電電極41に高周波電圧を印加する。高周波電圧の周波数は、例えば2MHzである。高周波電圧が印加された後、時刻t2で放電が始まると、放電電流が流れ始める。   At time t1, the trigger signal rises. The rising edge of the trigger signal corresponds to a discharge start trigger. When the drive circuit 11 receives a discharge start trigger at time t <b> 1, the drive circuit 11 applies a high frequency voltage to the discharge electrode 41. The frequency of the high frequency voltage is 2 MHz, for example. When the discharge starts at time t2 after the high frequency voltage is applied, the discharge current starts to flow.

放電が始まった後、レーザ発振器10の光共振器内の利得が損失を上回った時刻t3において、光出力(レーザパルス)が立ち上がる。光出力は、立ち上がり時に瞬間的に鋭いピークを示し、その後、安定する。   After the discharge starts, the optical output (laser pulse) rises at time t3 when the gain in the optical resonator of the laser oscillator 10 exceeds the loss. The light output shows a sharp peak instantaneously at the rise, and then stabilizes.

放電が開始した直後の過渡状態においては、放電電流の振幅が、定常状態のときの振幅より小さく、時間の経過とともに徐々に大きくなる。時刻t3において光出力が立ち上が
った後、放電電流は、振幅がほぼ一定の定常状態になる。
In the transient state immediately after the start of discharge, the amplitude of the discharge current is smaller than the amplitude in the steady state and gradually increases with time. After the light output rises at time t3, the discharge current is in a steady state with a substantially constant amplitude.

時刻t4において、トリガ信号が立ち下がる。トリガ信号の立下りは、放電停止トリガに相当する。駆動回路11が制御装置20から放電停止トリガを受信すると、駆動回路11は高周波電圧の印加を中止する。放電電極41に高周波電圧が印加されなくなると、放電が停止し、放電電流が流れなくなるとともに、光出力が0になる(レーザパルスが立ち下がる)。時刻t3から時刻t4までの時間幅が、レーザパルスのパルス幅に相当する。   At time t4, the trigger signal falls. The falling edge of the trigger signal corresponds to a discharge stop trigger. When the drive circuit 11 receives the discharge stop trigger from the control device 20, the drive circuit 11 stops applying the high-frequency voltage. When the high frequency voltage is no longer applied to the discharge electrode 41, the discharge stops, the discharge current stops flowing, and the light output becomes 0 (the laser pulse falls). The time width from time t3 to time t4 corresponds to the pulse width of the laser pulse.

レーザ媒質ガスの励起強度は、投入された電力に比例する。レーザ発振器から出射されるパルスレーザビームのパルスエネルギは、パルス幅が一定の条件の下で、励起強度に比例する。従って、パルスエネルギは、投入される電力、すなわち高周波電圧及び放電電流から予測することが可能である。   The excitation intensity of the laser medium gas is proportional to the input power. The pulse energy of the pulse laser beam emitted from the laser oscillator is proportional to the excitation intensity under the condition that the pulse width is constant. Therefore, the pulse energy can be predicted from the input power, that is, the high frequency voltage and the discharge current.

図4Aに、高周波電圧印加時間(時刻t1から時刻t4までの時間)が一定であるという条件の下での放電電流のピーク値Ippと、パルスエネルギとの関係を示す。ここで、放電電流のピーク値Ippは、放電電流の振幅の2倍に相当する。図4Aの横軸は定常状態のときのピーク値Ippを表し、縦軸はパルスエネルギを表す。放電電流のピーク値Ippが大きくなるに従ってパルスエネルギも増大し、両者の関係はほぼ線型である。   FIG. 4A shows the relationship between the peak value Ipp of the discharge current and the pulse energy under the condition that the high-frequency voltage application time (time from time t1 to time t4) is constant. Here, the peak value Ipp of the discharge current corresponds to twice the amplitude of the discharge current. The horizontal axis of FIG. 4A represents the peak value Ipp in the steady state, and the vertical axis represents the pulse energy. As the peak value Ipp of the discharge current increases, the pulse energy increases, and the relationship between them is almost linear.

放電電流が定常状態になった後は、放電電流のピーク値Ippがほぼ一定であるため、放電開始から、放電停止よりも前のある時刻までの放電電流のピーク値Ippを計測することにより、当該レーザパルスのパルスエネルギを予測することができる。   After the discharge current is in a steady state, the peak value Ipp of the discharge current is substantially constant. Therefore, by measuring the peak value Ipp of the discharge current from the start of discharge to a certain time before the stop of discharge, The pulse energy of the laser pulse can be predicted.

図4Bに、放電電流のピーク値Ippが一定であるという条件の下での高周波電圧印加時間(図3の時刻t1からt4までの時間)と、パルスエネルギとの関係を示す。横軸は高周波電圧印加時間を表し、縦軸はパルスエネルギを表す。高周波電圧印加時間が長くなるに従ってパルスエネルギが大きくなり、両者の関係はほぼ線型である。   FIG. 4B shows the relationship between the high frequency voltage application time (time from time t1 to time t4 in FIG. 3) and pulse energy under the condition that the peak value Ipp of the discharge current is constant. The horizontal axis represents the high frequency voltage application time, and the vertical axis represents the pulse energy. The pulse energy increases as the high-frequency voltage application time increases, and the relationship between them is almost linear.

図4A及び図4Bに示したグラフから、以下のことが導き出される。放電電流のピーク値Ippが小さくなると、パルスエネルギも小さくなる。パルスエネルギの減少分を補償するように高周波電圧印加時間を長くすると、パルスエネルギを一定に維持することが可能になる。図4A及び図4Bに示したグラフから、パルスエネルギを一定に維持するための放電電流のピーク値Ippと、高周波電圧印加時間との対応関係を求めることができる。   From the graphs shown in FIGS. 4A and 4B, the following can be derived. As the discharge current peak value Ipp decreases, the pulse energy also decreases. Increasing the high-frequency voltage application time so as to compensate for the decrease in pulse energy makes it possible to maintain the pulse energy constant. From the graphs shown in FIGS. 4A and 4B, it is possible to obtain the correspondence between the peak value Ipp of the discharge current for maintaining the pulse energy constant and the high-frequency voltage application time.

図5に、パルスエネルギを一定に維持するための放電電流のピーク値Ippと、高周波電圧印加時間との対応関係を示す。横軸は放電電流のピーク値Ippを表し、縦軸は高周波電圧印加時間を表す。放電電流のピーク値Ippが大きくなるに従って、高周波電圧印加時間が短くなる。図5に示した対応関係が、制御装置20(図1)に予め記憶されている。この対応関係は、図1に示したパルスエネルギを一定にする条件データ20Bに相当する。   FIG. 5 shows the correspondence between the peak value Ipp of the discharge current for maintaining the pulse energy constant and the high frequency voltage application time. The horizontal axis represents the peak value Ipp of the discharge current, and the vertical axis represents the high frequency voltage application time. As the peak value Ipp of the discharge current increases, the high frequency voltage application time is shortened. The correspondence shown in FIG. 5 is stored in advance in the control device 20 (FIG. 1). This correspondence corresponds to the condition data 20B for making the pulse energy constant shown in FIG.

次に、図6及び図7を参照して、実施例によるレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について説明する。レーザ加工を行う前に、まず加工対象物30をステージ25(図1)に保持して、ステージ25を移動させることにより、加工対象物30の位置決めを行う。加工対象物30には、ビーム走査器18で走査可能な範囲内に、複数の被加工点が定義されている。レーザ加工中は、制御装置20がビーム走査器18を制御して、加工対象物30上の被加工点に、順番にレーザパルスを入射させることにより穴開け加工が行われる。   Next, with reference to FIG.6 and FIG.7, the laser processing method using the laser processing apparatus by an Example is demonstrated. Prior to laser processing, the workpiece 30 is first held on the stage 25 (FIG. 1), and the stage 25 is moved to position the workpiece 30. A plurality of processing points are defined in the processing object 30 within a range that can be scanned by the beam scanner 18. During laser processing, the control device 20 controls the beam scanner 18 so that the laser pulses are incident on the processing points on the processing object 30 in order to perform drilling processing.

図6に、実施例によるレーザ加工装置の制御装置20(図1)が実行する処理のフロー
チャートを示す。図7に、トリガ信号、高周波電圧、放電電流、及び光出力のタイミングチャートを示す。加工対象物30をステージ25に保持して、加工対象物30の位置決めが完了すると、最初に加工すべき被加工点にレーザパルスが入射するように、ビーム走査器18を制御する。ステップS1において、ビーム走査器18の位置決めが完了するまで待機する。ビーム走査器18の位置決めが完了すると、ステップS2において、駆動回路11に放電開始トリガ(電力供給開始の指令)を与える。ステップS2は、図7に示した時刻t11、t21、t31に相当する。
FIG. 6 shows a flowchart of processing executed by the control device 20 (FIG. 1) of the laser processing apparatus according to the embodiment. FIG. 7 shows a timing chart of the trigger signal, the high frequency voltage, the discharge current, and the light output. When the workpiece 30 is held on the stage 25 and the positioning of the workpiece 30 is completed, the beam scanner 18 is controlled so that a laser pulse is incident on a workpiece to be processed first. In step S1, the process waits until the positioning of the beam scanner 18 is completed. When the positioning of the beam scanner 18 is completed, a discharge start trigger (power supply start command) is given to the drive circuit 11 in step S2. Step S2 corresponds to the times t11, t21, and t31 shown in FIG.

高周波電圧の印加開始時刻t11、t21、t31後に、それぞれレーザパルスLp1、Lp2、Lp3が立ち上がる。   Laser pulses Lp1, Lp2, and Lp3 rise after high-frequency voltage application start times t11, t21, and t31, respectively.

ステップS3において、予め決められた判定時間Tj(図7)が経過するまで放電電流のピーク値Ippを計測する。この計測は、計測器56(図2)により行われる。判定時間Tjは、出射すべきレーザパルスの定格パルス幅よりも短い。一例として、定格パルス幅が50μsであり、判定時間Tjは5μsである。高周波電圧の周波数が2MHzであるとき、5μsの判定時間Tjは、高周波電圧の10周期分に相当する。   In step S3, the peak value Ipp of the discharge current is measured until a predetermined determination time Tj (FIG. 7) elapses. This measurement is performed by the measuring instrument 56 (FIG. 2). The determination time Tj is shorter than the rated pulse width of the laser pulse to be emitted. As an example, the rated pulse width is 50 μs, and the determination time Tj is 5 μs. When the frequency of the high-frequency voltage is 2 MHz, the determination time Tj of 5 μs corresponds to 10 periods of the high-frequency voltage.

放電電流のピーク値Ippの計測は、放電電流が定常状態になった後から開始される。約3周期で放電電流が定常状態になる場合、4周期目から10周期目までのピーク値Ippが計測される。   Measurement of the peak value Ipp of the discharge current is started after the discharge current is in a steady state. When the discharge current becomes a steady state in about three cycles, the peak value Ipp from the fourth cycle to the tenth cycle is measured.

図7に示した時刻t11、t21、t31の放電開始トリガによる放電電流のピーク値を、それぞれIpp1、Ipp2、Ipp3で表す。図7に示された例では、3つのピーク値の大小関係は、Ipp2<Ipp1<Ipp3である。   The peak values of the discharge current due to the discharge start trigger at times t11, t21, and t31 shown in FIG. 7 are represented by Ipp1, Ipp2, and Ipp3, respectively. In the example shown in FIG. 7, the magnitude relationship between the three peak values is Ipp2 <Ipp1 <Ipp3.

ステップS4(図6)において、放電電流のピーク値Ippが規格内か否かを判定する。計測されたピーク値Ippが規格外である場合、ステップS8において、放電電極41(図1)への電力の供給を停止する。電力の供給を停止することにより、異常発振を防止することができる。   In step S4 (FIG. 6), it is determined whether or not the peak value Ipp of the discharge current is within the standard. If the measured peak value Ipp is out of specification, the supply of power to the discharge electrode 41 (FIG. 1) is stopped in step S8. Abnormal oscillation can be prevented by stopping the supply of power.

計測されたピーク値Ippが規格内であるとき、ステップS5において、ピーク値Ippに基づいて、放電開始トリガから放電停止トリガまでの時間幅を算出する。以下、ステップS5の処理の一例について説明する。例えば、判定時間Tj(図7)の間に計測された複数のピーク値Ippの平均を求める。ピーク値Ippの平均値と、図5に示した対応関係とから、高周波電圧印加時間を求める。   When the measured peak value Ipp is within the standard, in step S5, a time width from the discharge start trigger to the discharge stop trigger is calculated based on the peak value Ipp. Hereinafter, an example of the process of step S5 will be described. For example, an average of a plurality of peak values Ipp measured during the determination time Tj (FIG. 7) is obtained. The high frequency voltage application time is obtained from the average value of the peak values Ipp and the correspondence shown in FIG.

図5に示した対応関係から、ピーク値Ipp1、Ipp2、Ipp3に対して、それぞれ時間幅Pd1、Pd2、Pd3が求まる。これらの時間幅の大小関係は、Pd3<Pd1<Pd2である。   From the correspondence shown in FIG. 5, time widths Pd1, Pd2, and Pd3 are obtained for the peak values Ipp1, Ipp2, and Ipp3, respectively. The magnitude relationship of these time widths is Pd3 <Pd1 <Pd2.

ステップS6(図6)において、放電開始トリガから、ステップS5で求められた時間幅が経過した時点で、放電停止トリガ(電力供給停止の指令)を送出する。図7において、時刻t12、t22、t32で放電停止トリガが送出されている。時刻t11からt12までの時間幅がPd1と等しく、時刻t21からt22までの時間幅がPd2と等しく、時刻t31からt32までの時間幅がPd3と等しい。時刻t12、t22、t32で放電が停止し、それぞれレーザパルスLp1、Lp2、Lp3が立ち下がる。   In step S6 (FIG. 6), a discharge stop trigger (power supply stop command) is sent out when the time width obtained in step S5 has elapsed from the discharge start trigger. In FIG. 7, the discharge stop trigger is sent out at times t12, t22, and t32. The time width from time t11 to t12 is equal to Pd1, the time width from time t21 to t22 is equal to Pd2, and the time width from time t31 to t32 is equal to Pd3. Discharge stops at times t12, t22, and t32, and laser pulses Lp1, Lp2, and Lp3 fall, respectively.

ステップS7(図6)において、加工終了か否かを判定する。未加工の被加工点が残っている場合には、次に加工すべき被加工点にレーザパルスが入射するように、ビーム走査器18を制御し、ステップS1に戻る。すべての被加工点の加工が完了した場合には、レ
ーザ加工処理を終了する。
In step S7 (FIG. 6), it is determined whether or not the processing is finished. When an unprocessed processing point remains, the beam scanner 18 is controlled so that the laser pulse is incident on the processing point to be processed next, and the process returns to step S1. When the processing of all the processing points is completed, the laser processing is finished.

定常状態におけるレーザパルスLp2の光出力は、レーザパルスLp1の光出力より低い。レーザパルスLp2のパルス幅をレーザパルスLp1のパルス幅より長くすることによって、光出力の低下分が補償される。また、定常状態におけるレーザパルスLp3の光出力は、レーザパルスLp1の光出力より高い。レーザパルスLp3のパルス幅をレーザパルスLp1のパルス幅より短くすることによって、光出力の増加分が補償される。放電開始トリガから放電停止トリガまでの時間幅が、図5に示した対応関係に基づいて決定されるため、レーザパルスLp1、Lp2、Lp3のパルスエネルギを均一にすることができる。   The light output of the laser pulse Lp2 in the steady state is lower than the light output of the laser pulse Lp1. By making the pulse width of the laser pulse Lp2 longer than the pulse width of the laser pulse Lp1, the decrease in light output is compensated. Further, the light output of the laser pulse Lp3 in the steady state is higher than the light output of the laser pulse Lp1. By making the pulse width of the laser pulse Lp3 shorter than the pulse width of the laser pulse Lp1, the increase in the optical output is compensated. Since the time width from the discharge start trigger to the discharge stop trigger is determined based on the correspondence shown in FIG. 5, the pulse energy of the laser pulses Lp1, Lp2, and Lp3 can be made uniform.

放電電流のピーク値Ippが大きいほど、放電開始トリガから放電停止トリガまでの時間幅を短くすることにより、レーザパルスのパルスエネルギを均一に近付けることができる。   By increasing the peak value Ipp of the discharge current, the time width from the discharge start trigger to the discharge stop trigger is shortened, whereby the pulse energy of the laser pulse can be made closer to the uniform.

放電電流のピーク値Ippは、光出力に比べて、容易に、かつ短時間で計測することが可能である。このため、実施例による方法は、光出力を計測してパルス幅を調節する場合に比べて、判定時間Tj(図7)を短くすることが可能である。このため、出射すべきレーザパルスのパルス幅が100μs以下であっても、上記実施例による方法を適用することが可能である。   The peak value Ipp of the discharge current can be measured easily and in a short time compared to the light output. For this reason, the method according to the embodiment can shorten the determination time Tj (FIG. 7) as compared with the case where the light output is measured and the pulse width is adjusted. For this reason, even if the pulse width of the laser pulse to be emitted is 100 μs or less, the method according to the above embodiment can be applied.

上記実施例では、判定時間Tjの間に、放電電流のピーク値Ippを計測したが、放電電極41(図2)に供給される電力に依存する他の物理量を計測してもよい。例えば、放電電流の実効値を計測してもよい。   In the above embodiment, the peak value Ipp of the discharge current is measured during the determination time Tj, but other physical quantities depending on the power supplied to the discharge electrode 41 (FIG. 2) may be measured. For example, the effective value of the discharge current may be measured.

放電の状態が変化すると、一対の放電電極41の間に印加される電圧も変化する。この電圧の変化、放電電極41に供給される電力の変化に追随する。このため、放電電極41(図2)に供給される電力に依存する他の物理量として、放電電極41の間に印加される電圧のピーク値または実効値を採用してもよい。このように、放電電極41に与えられる電圧または電流の少なくとも一方の物理量を計測すればよい。   When the discharge state changes, the voltage applied between the pair of discharge electrodes 41 also changes. This change in voltage follows the change in power supplied to the discharge electrode 41. For this reason, the peak value or effective value of the voltage applied between the discharge electrodes 41 may be employed as another physical quantity that depends on the power supplied to the discharge electrodes 41 (FIG. 2). In this way, it is only necessary to measure at least one physical quantity of voltage or current applied to the discharge electrode 41.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10 レーザ発振器
11 駆動回路
12 スポット位置安定化光学系
13 非球面レンズ
14 コリメートレンズ
15 マスク
16 フィールドレンズ
17 折り返しミラー
18 ビーム走査器
19 fθレンズ
20 制御装置
20A 物理量の計測値を受信する機能ブロック
20B パルスエネルギを一定にする条件データ
20C 放電停止トリガを送出する時刻調整を行う機能ブロック
20D トリガ生成機能ブロック
25 ステージ
30 加工対象物
40 送風機
41 放電電極
42 放電空間
43 導電部材
44 セラミック部材
46 熱交換器
50 チェンバ
51 端子
52 チェンバ内電流路
55 チェンバ外電流路
56 計測器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser oscillator 11 Drive circuit 12 Spot position stabilization optical system 13 Aspherical lens 14 Collimating lens 15 Mask 16 Field lens 17 Folding mirror 18 Beam scanner 19 f (theta) lens 20 Control apparatus 20A Functional block 20B which receives the measured value of physical quantity Pulse Condition data 20C for making the energy constant Function block 20D for adjusting the time for sending out the discharge stop trigger Trigger generation function block 25 Stage 30 Work object 40 Blower 41 Discharge electrode 42 Discharge space 43 Conductive member 44 Ceramic member 46 Heat exchanger 50 Chamber 51 Terminal 52 Chamber current path 55 Chamber outside current path 56 Measuring instrument

Claims (6)

レーザ媒質ガスを励起する放電電極と、
放電開始トリガを受信することにより、前記放電電極への電力の供給を開始し、放電停止トリガを受信することにより前記放電電極への電力の供給を停止する駆動回路と、
前記放電電極に与えられる電圧及び電流の少なくとも一方の物理量を計測する計測器と、
前記駆動回路に、前記放電開始トリガを与えた後、前記計測器により測定された前記物理量の計測値に基づいて、前記放電開始トリガが前記駆動回路に与えられてから前記放電電極への電力の供給が継続している期間に、前記駆動回路に前記放電停止トリガを与える制御装置と
を有するレーザ加工装置。
A discharge electrode for exciting the laser medium gas;
A drive circuit that starts supplying power to the discharge electrode by receiving a discharge start trigger and stops supplying power to the discharge electrode by receiving a discharge stop trigger;
A measuring instrument for measuring a physical quantity of at least one of a voltage and a current applied to the discharge electrode;
After giving the discharge start trigger to the drive circuit, based on the measured value of the physical quantity measured by the measuring instrument , the electric power to the discharge electrode after the discharge start trigger is given to the drive circuit A laser processing apparatus comprising: a control device that applies the discharge stop trigger to the drive circuit during a period in which the supply continues .
前記制御装置は、前記駆動回路に前記放電開始トリガを与えた後、予め決められた判定時間が経過するまでの、前記計測器による計測結果に基づいて、前記放電開始トリガを与えてから前記放電停止トリガを与えるまでの時間幅を算出する請求項1に記載のレーザ加工装置。   The control device provides the discharge start trigger after giving the discharge start trigger to the drive circuit, based on a measurement result by the measuring instrument until a predetermined determination time elapses. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein a time width until a stop trigger is given is calculated. 前記制御装置は、前記計測器により計測された前記物理量が大きいほど、前記放電開始トリガから前記放電停止トリガまでの時間幅を短くする請求項1または2に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the control device shortens a time width from the discharge start trigger to the discharge stop trigger as the physical quantity measured by the measuring instrument is larger. 前記制御装置は、前記計測器により計測される前記物理量と、前記放電開始トリガから前記放電停止トリガまでの時間との対応関係を記憶しており、
前記計測器により計測された前記物理量の計測値と前記対応関係とに基づいて、前記放電開始トリガから前記放電停止トリガまでの時間幅を求める請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
The control device stores the correspondence between the physical quantity measured by the measuring instrument and the time from the discharge start trigger to the discharge stop trigger,
The laser according to any one of claims 1 to 3, wherein a time width from the discharge start trigger to the discharge stop trigger is obtained based on the measured value of the physical quantity measured by the measuring instrument and the correspondence relationship. Processing equipment.
ガスレーザ発振器に、放電電極への電力供給開始の指令を与える工程と、
前記ガスレーザ発振器に前記電力供給開始の指令を与えた時点から、前記放電電極に与えられている電圧または電流の少なくとも一方の物理量を計測する工程と、
前記物理量の計測値に基づいて、前記放電電極に電力を供給する時間幅を算出する工程と、
前記電力供給開始の指令の時点から、算出された前記時間幅が経過した時点で、前記ガスレーザ発振器に、前記放電電極への電力供給の停止を指令する工程と
を有するレーザ加工方法。
Providing a gas laser oscillator with a command to start power supply to the discharge electrode;
A step of measuring a physical quantity of at least one of a voltage or a current applied to the discharge electrode from a time when the gas laser oscillator is instructed to start power supply;
Based on the measured value of the physical quantity, calculating a time width for supplying power to the discharge electrode;
A step of instructing the gas laser oscillator to stop power supply to the discharge electrode when the calculated time width has elapsed from the time point of the power supply start command.
前記時間幅を算出する工程において、前記電力供給開始の指令の時点から、予め決められた判定時間が経過するまでの前記電圧または電流の計測値に基づいて、前記時間幅を算出する請求項5に記載のレーザ加工方法。
6. The time width is calculated based on a measured value of the voltage or current until a predetermined determination time elapses from the time point of the power supply start command in the step of calculating the time width. The laser processing method as described in.
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