JP7250231B1 - Laser device, laser processing device, learning device, reasoning device, laser processing system, and laser processing method - Google Patents
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Abstract
レーザ装置（５００）は、パルスレーザ光を発生させるＱスイッチレーザ発振器（１００）と、パルスレーザ光を増幅する増幅器（２００）と、Ｑスイッチレーザ発振器（１００）と増幅器（２００）との間の光路上に配置された光スイッチング素子（２６）と、Ｑスイッチレーザ発振器（１００）がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子（２６）の透過率を変調させる制御装置（３５）と、を備えることを特徴とする。The laser device (500) includes a Q-switched laser oscillator (100) that generates pulsed laser light, an amplifier (200) that amplifies the pulsed laser light, and a Q-switched laser oscillator (100) and amplifier (200). Transmittance of the optical switching element (26) based on the optical switching element (26) arranged on the optical path and the pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval at which the Q-switched laser oscillator (100) generates the pulsed laser light. a control device (35) for modulating the
Description
本開示は、レーザ加工用のレーザ装置、レーザ加工装置、学習装置、推論装置、レーザ加工システムおよびレーザ加工方法に関する。 The present disclosure relates to a laser device for laser processing, a laser processing device, a learning device, an inference device, a laser processing system, and a laser processing method.
高出力のパルスレーザ光が必要な場合、必要とされるレーザ出力よりも低出力のパルスレーザ光を発生させた後、パルスレーザ光を増幅器で増幅させる構成が採用される。このような構成において、パルスレーザ光を発生させる時間間隔であるパルス周期が一定でない場合、増幅器にパルスレーザ光を入射する時間間隔が変化し、増幅器のゲインがパルスレーザ光ごとに変化するため、増幅器から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーにばらつきが生じる。 When a high-power pulsed laser beam is required, a configuration is employed in which a pulsed laser beam with a lower output than the required laser output is generated and then amplified by an amplifier. In such a configuration, if the pulse period, which is the time interval for generating the pulsed laser light, is not constant, the time interval at which the pulsed laser light is incident on the amplifier changes, and the gain of the amplifier changes for each pulsed laser light. Variation occurs in the pulse energy of the pulsed laser light output from the amplifier.
特許文献１には、パルス周期が一定でないパルスレーザ光を増幅器で増幅させる場合に、主信号の他に、主信号と異なる波長の二次信号を増幅器に入射することによって、増幅器にパルスレーザ光が入射される時間間隔の変化を抑制し、増幅器のゲインの変動を抑制するパルスレーザシステムが開示されている。このパルスレーザシステムでは、増幅器の出力から二次信号を取り除いて主信号をレーザ出力として取り出している。
In
しかしながら、上記従来の技術によれば、所望のパルス周期が長い場合、増幅後に取り除く二次信号が多くなる。このため、投入電力のうちの多くの部分が主信号ではなく二次信号に使われ、エネルギー効率が低下するという問題があった。 However, according to the above-described conventional technique, when the desired pulse period is long, more secondary signals are removed after amplification. As a result, most of the input power is used for the secondary signal rather than the main signal, resulting in a decrease in energy efficiency.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能なレーザ装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and suppresses fluctuations in post-amplification pulse energy even when the pulse period changes while suppressing a decrease in conversion efficiency from input power to laser output. It is an object of the present invention to obtain a laser device capable of
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のレーザ装置は、パルスレーザ光を発生させるＱスイッチレーザ発振器と、パルスレーザ光を増幅する増幅器と、Ｑスイッチレーザ発振器と増幅器との間の光路上に配置された光スイッチング素子と、Ｑスイッチレーザ発振器がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子の透過率を変調させる制御装置と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the laser device of the present disclosure includes a Q-switched laser oscillator that generates pulsed laser light, an amplifier that amplifies the pulsed laser light, and a Q-switched laser oscillator and the amplifier. a control device that modulates the transmittance of the optical switching element based on the optical switching element disposed on the optical path between the Q-switched laser oscillator and the pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval at which the Q-switched laser oscillator generates the pulsed laser light; characterized by comprising
本開示によれば、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能なレーザ装置を得ることができるという効果を奏する。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a laser device capable of suppressing fluctuations in post-amplification pulse energy even when the pulse period changes while suppressing deterioration in conversion efficiency from input power to laser output. It has the effect of being able to
以下に、本開示の実施の形態にかかるレーザ装置、レーザ加工装置、学習装置、推論装置、レーザ加工システムおよびレーザ加工方法を図面に基づいて詳細に説明する。 A laser device, a laser processing device, a learning device, an inference device, a laser processing system, and a laser processing method according to embodiments of the present disclosure will be described below in detail with reference to the drawings.
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるレーザ装置５００の構成を示す図である。レーザ装置５００は、Ｑスイッチのようなシャッター機能を有する素子を用いてパルスレーザ光を発生させるＱスイッチレーザ発振器１００と、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させたパルスレーザ光を増幅する増幅器２００と、Ｑスイッチレーザ発振器１００と増幅器２００との間の光軸２上に配置された光スイッチング素子２６と、制御装置３５と、情報処理装置３６とを有する。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a
Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させたパルスレーザ光は、光スイッチング素子２６に入射され、設定された透過率で光スイッチング素子２６を透過した後、光軸２に沿って増幅器２００に入射する。光スイッチング素子２６の透過率は、制御装置３５からの信号に従って変調される。なお、「透過率を変調する」とは、透過率を経時的に変化させることを指す。光スイッチング素子２６は、例えば、音響光学素子、電気光学素子などである。
A pulsed laser beam generated by the Q-switched
制御装置３５は、光スイッチング素子２６の透過率の制御と並行して、Ｑスイッチレーザ発振器１００がパルスレーザ光を発振する時間間隔であるパルス周期、パルス幅、Ｑスイッチレーザ発振器１００および増幅器２００のそれぞれへの投入電力などを制御する。
In parallel with the control of the transmittance of the
情報処理装置３６は、Ｑスイッチレーザ発振器１００および増幅器２００内に設置した図示していないセンサが取得する情報に基づいて、パルスレーザ光の発振間隔に応じた光スイッチング素子の制御信号を計算し、制御装置３５に計算結果を含む情報を送る。
The
センサが取得する情報は、例えば、パルスレーザ光のパルスエネルギー、パルスレーザ光の波形、レーザ装置５００の温度情報などである。制御装置３５は、情報処理装置３６からの情報に基づいて、光スイッチング素子２６等に制御信号を送ることで、レーザ装置５００の動作を制御する。
Information acquired by the sensor includes, for example, the pulse energy of the pulsed laser light, the waveform of the pulsed laser light, and the temperature information of the
光スイッチング素子２６を透過して増幅器２００に入射したパルスレーザ光は、増幅器２００で増幅された後、光軸３に沿って射出される。光スイッチング素子２６は、連続してパルスレーザ光を発生させるときに増幅器２００を射出後にパルスレーザ光のパルスエネルギーの変動が小さくなるように制御される。なお、図１では、レーザ装置５００が有する光スイッチング素子２６は１つであるが、レーザ装置５００は、複数の光スイッチング素子２６を有していてもよい。
The pulsed laser light that has passed through the
また、図１では、Ｑスイッチレーザ発振器１００と増幅器２００とはそれぞれ個別の装置である場合を示したが、以下に示すように、Ｑスイッチレーザ発振器１００と増幅器２００とが１つの筐体内に構成された１つの装置であってもよい。
Further, FIG. 1 shows the case where the Q-switched
なお、制御装置３５および情報処理装置３６の機能は、処理回路を用いて実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いた制御回路であってもよい。
The functions of the
処理回路が専用のハードウェアである場合、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが用いられる。 If the processing circuit is dedicated hardware, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or any of these A combination is used.
上記の処理回路が、ＣＰＵを用いた制御回路で実現される場合、制御回路は、プロセッサと、メモリとを備える。プロセッサは、ＣＰＵであり、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などとも呼ばれる。メモリは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などである。 When the processing circuit described above is realized by a control circuit using a CPU, the control circuit includes a processor and a memory. A processor is a CPU, and is also called a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like. Memory includes, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), magnetic They include discs, flexible discs, optical discs, compact discs, mini discs, and DVDs (Digital Versatile Discs).
上記の処理回路がＣＰＵを用いた制御回路により実現される場合、プロセッサがメモリに記憶された、制御装置３５および情報処理装置３６の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリは、プロセッサが実行する各処理における一時メモリとしても使用される。
When the above processing circuit is realized by a control circuit using a CPU, the processor reads out and executes a program corresponding to the processing of the
図２は、実施の形態１にかかるレーザ装置５００の詳細な構成の一例を示す図である。図２では、レーザ装置５００の内部の構成を斜視図で示している。レーザ装置５００は、例えば、三軸直交型炭酸ガスレーザである。また、レーザ装置５００は、一酸化炭素レーザ、エキシマレーザなどであってもよい。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a detailed configuration of the
図２に示す構成において、図１に示すレーザ装置５００のＱスイッチレーザ発振器１００と増幅器２００とを構成する部分は、同じ筐体３００に格納されている。
In the configuration shown in FIG. 2, the parts forming the Q-switched
筐体３００内には、レーザガスが封印されている。レーザ装置５００は、筐体３００内に送風機４０，４１と、一対の電極１１および一対の電極１２と、熱交換器４２，４３とを有する。レーザガスは、送風機４０，４１によって、それぞれ矢印で示されるガス流方向１３，１４に流れる。レーザガスは、その後、電極１１，１２の電極間を通過する。電極１１，１２には、放電制御装置４４の制御に従って高周波電力が印加され、電極間に無声放電が発生する。この放電によりレーザガスが励起される。その後、レーザガスは、矢印で示されるガス流方向１５，１６に沿って流れ、熱交換器４２，４３によって冷却される。
A laser gas is sealed in the
また、レーザ装置５００は、全反射ミラー２１と部分反射ミラー２４とを有する。全反射ミラー２１と部分反射ミラー２４とは共振器を構成しており、共振器の光軸１が、レーザガスが励起される放電空間内に位置するように、全反射ミラー２１および部分反射ミラー２４は配置されている。ただし、レーザガスは放電空間を通過した後も一定時間励起された状態を保つため、光軸１は放電空間から外れた位置を通っていてもよい。
The
レーザ装置５００は、さらに、Ｑスイッチ２２を有する。Ｑスイッチ２２は、共振器の光軸１上に配置され、共振器のＱ値を制御することによりパルス発振をさせてパルスレーザ光が発生する。Ｑスイッチ２２は、例えば、音響光学素子や電気光学素子であってもよい。
The
共振器を構成する全反射ミラー２１は、ほとんどの光を反射するが、わずかに光を透過させるようにしてあり、透過した光が入射する位置に光センサ５０が配置されている。光センサ５０は、共振器が発振させるパルスレーザ光のパルス波形、パルスエネルギーなどを測定する。レーザ装置５００は、さらに、筐体３００内のレーザガスと外気とを遮断するウィンドウ２３を有している。図２に示す例では、全反射ミラー２１、Ｑスイッチ２２および光センサ５０は、筐体３００の外部に配置されており、ウィンドウ２３は、レーザガスの筐体３００からの漏出を防ぐと共に、部分反射ミラー２４からの光を全反射ミラー２１に向けて筐体３００の外部に通している。部分反射ミラー２４は、筐体３００内のレーザガスと外気とを遮断する役割も担っている。光センサ５０から光軸１に沿って部分反射ミラー２４までの間に配置された素子が、Ｑスイッチレーザ発振器１００を構成する部分となる。
The
上記では、Ｑスイッチ２２は、大気中に設置されることとしたが、Ｑスイッチ２２を筐体３００内に設置して、ウィンドウ２３の代わりに全反射ミラー２１で筐体３００内のレーザガスと外気とを遮断するようにしてもよい。また、ウィンドウ２３から全反射ミラー２１までの間に１枚以上のミラーを設置してもよい。
In the above description, the
発振器の部分反射ミラー２４から射出されたパルスレーザ光は、ミラー２５を介して光スイッチング素子２６，２７に入射し、光スイッチング素子２６，２７を透過したパルスレーザ光は、ミラー２８を介してウィンドウ２９から光軸２に沿って再び筐体３００内に入射する。このとき、共振器の部分反射ミラー２４からウィンドウ２９までの光路上にレンズ、曲率ミラーなどを用いてパルスレーザ光のビーム径を調整してもよい。ウィンドウ２９から筐体内に入射したパルスレーザ光は、励起されたレーザガス内を通過し、増幅された後、ミラー３０によって反射されて、再度、励起されたレーザガス内に入射する。その後、励起されたレーザガス内を通過し増幅された後、ミラー３１に反射され再度励起されたレーザガス内に入射する。その後、励起されたレーザガス内を通過し増幅された後、ミラー３２に反射され再度励起されたレーザガス内に入射する。その後、励起されたレーザガス内を通過して増幅された後、ウィンドウ３３から増幅後のパルスレーザ光が筐体３００の外部に出力される。増幅後のパルスレーザ光は、光軸３に沿って部分反射ミラー３４により反射されて、レーザ出力として出力される。部分反射ミラー３４により一部透過した光は、光センサ５１に入射する。光センサ５１は、レーザ出力として出力されるパルスレーザ光のパルス波形、パルスエネルギーなどを測定する。
The pulsed laser light emitted from the partially reflecting
ウィンドウ２９から筐体内に入射したパルスレーザ光が筐体３００内の励起されたレーザガスを通過して部分反射ミラー３４から出力されるまでと、光センサ５１とを含んだ部分が、増幅器２００を構成する部分である。
A portion including the
図２に示すレーザ装置５００は、Ｑスイッチレーザ発振器１００と増幅器２００とが１つの筐体３００内に構成され、Ｑスイッチレーザ発振器１００および増幅器２００の光軸が少なくとも１つの連続した放電空間内を通る一体型のＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構成となっている。ここで、筐体３００内の各ミラーの反射面と放電空間との間に、図示していないアパーチャを配置して、光の通過する範囲を制限してもよい。
The
レーザ装置５００は、連続的に放電させておき、Ｑスイッチ２２で共振器のＱ値を急激に変化させることによってパルス発振を行うことができる。
The
制御装置３５は、Ｑスイッチ２２および光スイッチング素子２６，２７および放電制御装置４４に接続されており、これらを制御する。
The
情報処理装置３６は、光センサ５０，５１からの情報を受け取る。また、情報処理装置３６は、制御装置３５から光スイッチング素子２６，２７の制御信号および放電電流の制御信号を受け取ってもよい。情報処理装置３６は、パルスレーザ光のパルス波形からパルスレーザ光のパルスエネルギーを演算してもよい。
The
また、情報処理装置３６は、図示していないセンサから、レーザガスの温度、ガス圧、レーザ装置５００の温度、冷却水の温度、その他、経時的に変化する情報であって、レーザ装置５００の状態を示す情報を受け取ってもよい。また、以下に説明するように、レーザ装置５００が、レーザ加工装置のレーザ光源として使用される場合、レーザ加工装置から、レーザ発振のタイミングを示す情報、レーザ加工装置に搭載されたガルバノミラーの整定時間、静止時間、整定時間および静止時間を含む位置決め時間などの情報を受け取ってもよい。
The
情報処理装置３６は、受け取った情報に基づいて、Ｑスイッチ２２、光スイッチング素子２６，２７および放電制御装置４４の制御に必要な情報を演算し、制御装置３５に送る。
The
図３は、実施の形態１にかかるレーザ装置５００をレーザ光源として用いたレーザ加工装置５１０の構成を示す図である。レーザ加工装置５１０は、レーザ装置５００と、穴あけ加工機４００とを有する。穴あけ加工機４００は、レーザ装置５００が出力するパルスレーザ光を用いて、穴あけ加工を行う装置であり、例えば、電子基板に穴あけ加工を行うことができる。穴あけ加工機４００は、パルスレーザ光が電子基板の所定の位置に照射されるように、ガルバノミラー４０３のような位置決め機構を用いて位置決めされる。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a
レーザ装置５００が出力するパルスレーザ光は、穴あけ加工機４００に入射する。パルスレーザ光は、穴あけ加工機４００のミラー４０１，４０２を介してガルバノミラー４０３に照射される。なお、ガルバノミラー４０３は、パルスレーザ光を偏向することによって、加工対象物４０５上のパルスレーザ光の照射位置を調整する偏向素子の一例である。なお、パルスレーザ光が穴あけ加工機４００に入射してからガルバノミラー４０３に照射されるまでの光路上には、図示していないレンズ、球面ミラーなどのビーム径を調整するための光学素子が配置されてもよいし、ビームプロファイルを整形するためのマスクが配置されてもよい。また、図３では１枚のガルバノミラー４０３を示しているが、２枚のガルバノミラー４０３を用いて２軸とし、平面をスキャンできるようにしてもよい。
A pulsed laser beam output from the
ガルバノミラー４０３に照射されたパルスレーザ光は、対物光学系であるレンズ４０４を介して加工対象物４０５上に照射される。上記のマスクを使用した場合は、マスクで成形されたパルスレーザ光を加工対象物４０５上に転写する転写光学系としてもよい。加工対象物４０５は、直交する３軸方向に可動するテーブル上に設置してもよい。
The pulsed laser beam irradiated to the
加工対象物４０５上のパルスレーザ光が照射される位置は、ガルバノミラー４０３の角度を調整することによって位置決めされる。
The position of the
ガルバノミラー４０３によって位置決めされた位置に、パルスレーザ光が１ショット或いは複数ショット照射され、次に、別の位置にガルバノミラー４０３によって位置決めされた後、次のパルスレーザ光が照射される。このような処理を繰返し連続的に行うことによって、加工対象物４０５上に多数の穴が加工される。
A position positioned by the
ガルバノミラー４０３が位置決めに要する時間は、電子基板に加工する穴の目標形状、つまり、穴の加工パターンに依存する。図４は、電子基板に形成する穴の目標形状の一例を示す図である。図４の矢印は穴の加工経路を示しており、以下の説明では、加工経路に付された数字によって、各加工経路を特定する。加工経路＃１、加工経路＃２、加工経路＃３・・・と数字の順番に穴の加工を行う場合、電子基板の穴の間隔が短い部分、例えば、加工経路＃１、加工経路＃４、加工経路＃６、加工経路＃７などでは、ガルバノミラー４０３が位置決めにかかる時間は短くなり、穴の間隔が離れている部分、例えば、加工経路＃３、加工経路＃５、加工経路＃８などでは、ガルバノミラー４０３が位置決めにかかる時間は長くなる。このため、電子基板に複数の穴を連続的にあける場合、それぞれの穴を加工する際のガルバノミラーの位置決め時間は一定ではなく、時間的に変動する。
The time required for the positioning of the
パルスレーザ光は、ガルバノミラー４０３の位置決めが完了したタイミングで照射されるため、レーザ装置５００からパルスレーザ光が射出するタイミングも時間的に変動することになる。Ｑスイッチ発振では、パルスレーザ光の発振タイミングが時間的に変化すると、パルスレーザ光毎に利得の蓄積時間が変化するため、発振するパルスレーザ光のパルスエネルギーも時間的に変化してしまう。このため、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発振したパルスレーザ光をそのまま増幅器２００で増幅すると、パルスレーザ光のパルスエネルギーも時間的に変化してしまう。この場合、穴あけ加工機４００では、加工穴毎にパルスレーザ光のパルスエネルギーが変化してしまうことになる。この様子を図５および図６に示す。
Since the pulsed laser light is emitted at the timing when the positioning of the
図５は、電子基板に加工する加工穴のパターンおよび加工経路の一例を示す図である。図６は、図５に示すパターンの加工穴を加工するときのパルスレーザ光の波形の時間変化を示す図である。図５に示すように、加工穴＃１、加工穴＃２、加工穴＃３、加工穴＃４の順番に穴加工を行う場合、Ｑスイッチ発振によるパルスレーザ光の波形は、図６に示すようになる。図６の横軸は、時間を示しており、横軸に付した数字は、図５の各加工穴に付した数字に対応している。加工穴＃１および加工穴＃２に比較して、加工穴＃３、加工穴＃４では、穴間隔が長い。このため、加工穴＃１および加工穴＃２を加工する際に照射されるパルスレーザ光よりも、加工穴＃３および加工穴＃４では、パルスエネルギーが高くなる。この場合、加工穴毎に加工に使用されるパルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきが生じるため、加工品質が安定しない恐れがある。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a pattern of machining holes to be machined on an electronic substrate and a machining path. FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in the waveform of the pulsed laser beam when machining holes having the pattern shown in FIG. As shown in FIG. 5, when drilling
このため、レーザ装置５００では、穴あけ加工機４００に入射するパルスレーザ光毎のパルスエネルギーのばらつきを抑制するために、Ｑスイッチレーザ発振器１００から出射されたパルスレーザ光が光スイッチング素子２６を透過する際の透過率を、パルスレーザ光毎に調整して、増幅器２００に入射するパルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきを抑制している。
Therefore, in the
図７は、レーザ装置５００の効果の説明図である。図７（ａ）は、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図７（ｂ）は、光スイッチング素子２６の透過率を示している。図７（ｃ）は、増幅器２００に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図７（ｄ）は、増幅器２００から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the effect of the
Ｑスイッチレーザ発振器１００で発振タイミングが一定の周期でなく、パルス周期が変化する場合、Ｑスイッチレーザ発振器１００から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、前回の発振タイミングからの時間間隔が長いほど大きくなる。例えば、前回のパルスレーザ光との間隔の長さは、長い方から順に、パルスレーザ光＃３、パルスレーザ光＃４、パルスレーザ光＃１であり、パルスレーザ光＃１およびパルスレーザ光＃２は同一であるとした場合、Ｑスイッチレーザ発振器１００から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、大きい方から順にパルスレーザ光＃３、パルスレーザ光＃４、パルスレーザ光＃１の順であり、パルスレーザ光＃１およびパルスレーザ光＃２は同一となる。
When the oscillation timing of the Q-switched
また、増幅器２００においては、同一のパルスエネルギーのパルスレーザ光が入力された場合、前回のパルスレーザ光との時間間隔が長いほど、出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは大きくなる。このため、パルスレーザ光の時間間隔が長いほど増幅器２００に入射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが小さくなるように、光スイッチング素子２６の透過率をパルスレーザ光の時間間隔が長いほど小さく制御する。図７の例では、増幅器２００に入射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが、小さい方から順に、パルスレーザ光＃３、パルスレーザ光＃４、パルスレーザ光＃１の順であり、パルスレーザ光＃１およびパルスレーザ光＃２は同一となるように、透過率は、小さい方から順に、パルスレーザ光＃３、パルスレーザ光＃４、パルスレーザ光＃１の順であり、パルスレーザ光＃１およびパルスレーザ光＃２は同一とする。これにより、増幅器２００から出射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは均一に近づき、ばらつきが抑制される。
In the
パルスレーザ光とパルスレーザ光との間の時間間隔は、例えば、パルス波形に基づいて検知し、検知した値を用いて、透過率の制御を行うことができる。フォトディテクタ、フォトチューブなどのパルスレーザ光の光強度の時間依存性を計測することができるセンサの測定電圧に基づいて、パルス波形の特徴的な形状から、そのパルスレーザ光の発生時刻を特定し、パルスレーザ光の間の時間間隔を定義することができる。例えば、パルスのピーク時刻を発生時刻としてもよいし、パルスのピークに対して光強度が予め定められた割合まで立ち上がった時刻を発生時刻としてもよいし、パルスがピークまで立ち上がった後、ピークに対して光強度が予め定められた割合まで低下した時刻を発生時刻としてもよい。 The time interval between the pulsed laser beams can be detected, for example, based on the pulse waveform, and the detected value can be used to control the transmittance. Identifying the generation time of the pulsed laser light from the characteristic shape of the pulse waveform based on the measured voltage of a sensor capable of measuring the time dependence of the light intensity of the pulsed laser light, such as a photodetector or phototube, A time interval between pulsed laser light can be defined. For example, the peak time of the pulse may be set as the generation time, the time when the light intensity rises to a predetermined ratio with respect to the pulse peak may be set as the generation time, or the pulse may reach the peak after rising to the peak. On the other hand, the time when the light intensity has decreased to a predetermined ratio may be set as the occurrence time.
レーザ装置５００は、Ｑスイッチレーザ発振器１００がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、パルスレーザ光毎に光スイッチング素子２６の透過率を変調させる。パルス特性時間は、例えば、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔、または、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔の移動平均であってよい。レーザ装置５００は、パルス特性時間が示す時間間隔が短いほど透過率を高く、且つ、パルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように光スイッチング素子２６の透過率を制御する。
The
なお、図２に示すように、レーザ装置５００が複数の光スイッチング素子２６，２７を有する場合、レーザ装置５００は、複数の光スイッチング素子２６，２７を合わせた透過率が、上記の条件を満たすように制御する。
As shown in FIG. 2, when the
以上説明したように、実施の形態１にかかるレーザ装置５００は、パルスレーザ光を発生させるＱスイッチレーザ発振器１００と、パルスレーザ光を増幅する増幅器２００と、Ｑスイッチレーザ発振器１００と増幅器２００との間の光路上に配置された光スイッチング素子２６と、Ｑスイッチレーザ発振器１００がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子２６の透過率を変調させる制御装置３５と、を備える。透過率を変調させるとは、透過率の値を経時的に変化させることを示す。具体的には、実施の形態１において、制御装置３５は、透過率の値を、光スイッチング素子２６に入射するパルスレーザ光毎に変化させる。これにより、Ｑスイッチレーザ発振器１００がパルスレーザ光を発生させる時間間隔が変化し、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させるパルスレーザ光のパルスエネルギーがパルスレーザ光毎に異なり、増幅器２００の増幅率が変動してしまう場合であっても、増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能である。また、このとき、主信号の他に、二次信号を増幅器に入射することによって増幅器にパルスレーザ光が入射される時間間隔の変化を抑制する方法では、二次信号を取り除いて主信号をレーザ出力として取り出すために生じる投入電力からレーザ出力への変換効率の低下は抑制される。したがって、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能になる。
As described above, the
また、制御装置３５は、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔、または、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔の移動平均をパルス特性時間として求め、時間間隔が短いほど光スイッチング素子２６の透過率を高く、且つ、増幅器２００から出射される複数のパルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように光スイッチング素子２６の透過率を制御する。ここで、増幅器２００から出射される複数のパルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように、とは、例えば、図７の例では、図７（ｄ）に示すパルスレーザ光＃１～＃４の間のパルスエネルギーの差が予め定められた値よりも小さくなるように制御することを指す。これにより、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能になる。
In addition, the
なお、上記では、パルスレーザ光は、ガルバノミラー４０３の位置決めが完了したタイミングで照射されることとしたが、ガルバノミラー４０３の位置決め時間が短すぎる場合はＱスイッチレーザ発振器１００で発振を止めている間に蓄積されるゲインが小さすぎて、増幅器２００から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが所望の値よりも小さくなる場合も想定される。この場合、増幅後に必要なパルスエネルギーが得られるまでガルバノミラー４０３を止めておき、必要なパルスエネルギーが得られた時点でパルスレーザ光を照射するという制御を行ってもよい。
In the above description, the pulsed laser beam is emitted at the timing when the positioning of the
実施の形態２．
実施の形態２では、レーザ装置５００のレーザ出力を電子基板の穴あけ加工機４００に用いるレーザ加工装置５１０の制御フローを説明する。
In
図８は、実施の形態２にかかるレーザ加工装置５１０の制御動作を説明するためのフローチャートである。レーザ装置５００の制御装置３５は、まず、穴あけ加工機４００が加工する電子基板の穴あけパターンを示すデータを取得する（ステップＳ１０１）。例えば、穴あけパターンを示すデータは、加工する電子基板の穴の位置情報が含まれていてよい。
FIG. 8 is a flow chart for explaining the control operation of the
続いて制御装置３５は、取得した穴あけパターンを示すデータから、電子基板の穴あけ経路を計算する（ステップＳ１０２）。その後、制御装置３５は、それぞれの加工穴を加工するためにＱスイッチレーザ発振器１００がパルスレーザ光を発生させる時間間隔であるパルスレーザ光の発振間隔を算出する（ステップＳ１０３）。
Subsequently, the
制御装置３５は、パルスレーザ光の発振間隔に応じたパルスレーザ光毎の光スイッチング素子２６の透過率の初期値を算出する（ステップＳ１０４）。制御装置３５は、上記で算出したパルスレーザ光の発振間隔および光スイッチング素子２６の透過率のデータを、例えば制御装置３５内のメモリに保存し、パルスレーザ光毎の光スイッチング素子２６の透過率を設定する（ステップＳ１０５）。
The
制御装置３５は、算出したパルスレーザ光の発振間隔と、算出した光スイッチング素子２６の透過率とを用いて、Ｑスイッチレーザ発振器１００および光スイッチング素子２６の制御を行い、Ｑスイッチレーザ発振器１００にレーザ発振を行わせる（ステップＳ１０６）。
The
また、制御装置３５は、情報処理装置３６を介して、光センサ５１が取得した、増幅後のパルスレーザ光のパルスエネルギーを取得する（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０６でレーザ発振を行う回数は、例えば、電子基板の１枚分の穴の数と同数であってもよいし、電子基板の１枚分を複数回に分けてもよい。ここで発振されるパルスレーザ光は、電子基板には照射されず、未だ穴あけ加工は行わない。
In addition, the
制御装置３５は、ステップＳ１０７で取得された増幅後の複数のパルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきを示す値が閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。パルスエネルギーのばらつきが閾値以下でない場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、制御装置３５は、増幅後のパルスレーザ光毎のパルスエネルギーのばらつきから、パルスエネルギーのばらつきが閾値以上となったパルスレーザ光を発振時の光スイッチング素子２６の透過率を補正し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０５の処理に戻る。したがって、レーザ装置５００は、補正後の透過率を設定し、補正後の透過率を用いて光スイッチング素子２６を制御した状態で、再び、レーザ発振を行わせ、増幅後のパルスエネルギーを取得することになる。
The
パルスエネルギーのばらつきが閾値以下である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、レーザ加工装置５１０は、電子基板の穴あけ加工を開始する（ステップＳ１１０）。このような処理を行うことで、レーザ装置５００は、レーザ発振を行って測定した増幅後のパルスエネルギーのばらつきが閾値以下となるまで、光スイッチング素子２６の透過率の補正を繰返すことになる。
If the variation in pulse energy is equal to or less than the threshold (step S108: Yes), the
制御装置３５は、例えば、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御などを用いて、透過率を補正することができる。また、後述する機械学習により透過率を決定してもよい。
The
光スイッチング素子２６の透過率の初期値として設定した値で、パルスエネルギーのばらつきが所定の範囲内に収まっていることが予め分かっている場合、パルスエネルギーの取得やパルスエネルギーのばらつきの補正などの処理は省略して、そのまま加工を実施してもよい。つまり、加工時にはフィードバック制御は不要としてもよい。また、パルスエネルギーの取得やパルスエネルギーのばらつきの補正は、加工を実施しながら行っても、つまり、フィードバック制御であってもよい。
If it is known in advance that the variation in pulse energy is within a predetermined range at the value set as the initial value of the transmittance of the
なお、制御装置３５と情報処理装置３６との機能の分担は一例であって、上記で制御装置３５の機能として記述した処理を情報処理装置３６で行ってもよいし、情報処理装置３６の機能として記述した処理を制御装置３５で行ってもよい。例えば、電子基板の穴あけパターンのデータの取得、電子基板の穴あけ経路の計算、パルスレーザ光の発振間隔の算出、光スイッチング素子２６の透過率の初期値の算出、パルスエネルギーのばらつきを示す値の算出、光スイッチング素子２６の透過率の補正量の算出などを情報処理装置３６で行ってもよい。
The division of functions between the
以上説明したように、実施の形態２にかかるレーザ加工方法は、制御装置３５がＱスイッチレーザ発振器１００を制御することによってパルスレーザ光を発生させるステップと、制御装置３５が、パルスレーザ光を透過させる光スイッチング素子２６の透過率を設定するステップと、設定された透過率の光スイッチング素子２６にパルスレーザ光を入射することでパルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップと、増幅器２００によってパルスレーザ光を増幅するステップと、ガルバノミラー４０３が増幅後のパルスレーザ光を偏向することによって、パルスレーザ光が加工対象物４０５に照射される位置を調整するステップと、偏向後のパルスレーザ光を集光または転写して加工対象物４０５に照射するステップと、を含み、パルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップでは、パルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子２６の透過率を変調させる。
As described above, the laser processing method according to the second embodiment includes the step of generating pulsed laser light by the
実施の形態３．
実施の形態２では、パルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきが予め定められた範囲内となるように制御したが、加工した穴の形状のばらつきが予め定められた範囲におさまるように制御してもよい。
In the second embodiment, the variation in the pulse energy of the pulsed laser light is controlled to be within a predetermined range. good.
図９は、実施の形態３にかかるレーザ加工装置５１０の制御動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１０１からステップＳ１０６の処理は、図８と同様であるためここでは説明を省略する。
FIG. 9 is a flow chart for explaining the control operation of the
ステップＳ１０６でレーザ発振させるとレーザ加工装置５１０は、レーザ装置５００が出力するパルスレーザ光を用いて、電子基板の穴あけ加工を開始する（ステップＳ１２１）。穴あけ加工を行った後、レーザ加工装置５１０は、加工後の加工穴の形状を取得する（ステップＳ１２２）。加工穴の形状は、例えば、カメラなどを用いて取得した画像により取得してもよいし、プローブレーザを用いた距離センサで加工面上をスキャンすることにより取得してもよい。パルスレーザ光を発振させる回数は、電子基板の１枚分の穴の数と同数であってもよいし、１枚の電子基板を複数回に分けてもよい。
When the laser is oscillated in step S106, the
制御装置３５は、加工穴の形状のばらつきを示す値を計算し、加工穴の形状のばらつきは予め定められた範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１２３）。
The
ここで、加工穴の形状のばらつきは、複数の加工穴のそれぞれの特徴を示す値の変動の幅である。加工穴の特徴を示す値は、複数の加工穴のそれぞれを計測した計測結果を示す値であってもよいし、計測結果から算出した値であってもよい。加工穴の特徴を示す値の一例としては、穴径、穴の縦横比、穴の面積、穴の深さ、穴の底面の凹凸、穴周辺の飛散物の量などを挙げることができる。また、加工穴の形状は、個別の穴の形状について規定するだけでなく、穴の配置、すなわち、穴がどの位置に、いくつ配置されるかなどについても、加工プログラム、指令などに記述されていてもよい。また、複数の加工穴の間の相互の位置関係について規定してもよい。 Here, the variation in the shape of the machined holes is the range of variation in the values indicating the characteristics of each of the plurality of machined holes. The value indicating the feature of the machined hole may be a value indicating a measurement result obtained by measuring each of a plurality of machined holes, or may be a value calculated from the measurement result. Examples of values that indicate features of a machined hole include the hole diameter, the aspect ratio of the hole, the area of the hole, the depth of the hole, the unevenness of the bottom surface of the hole, and the amount of scattered matter around the hole. In addition, the shape of a machined hole is not only specified for individual hole shapes, but also the arrangement of holes, i.e., where and how many holes are to be arranged, is described in machining programs, commands, etc. may Also, the mutual positional relationship between a plurality of machined holes may be specified.
加工穴の形状のばらつきが予め定められた範囲内でない場合（ステップＳ１２３：Ｎｏ）、制御装置３５は、加工穴の形状のばらつきから、光スイッチング素子２６の透過率を補正し（ステップＳ１２４）、ステップＳ１０５の処理に戻る。ここで、透過率は、各パルスレーザ光に対応して設定されるが、補正対象となる透過率は、加工穴の形状を示す値の基準値からの差が予め定められた範囲内でない加工穴を加工するパルスレーザ光に対応する透過率である。
If the variation in the shape of the machined hole is not within the predetermined range (step S123: No), the
加工穴の形状のばらつきが予め定められた範囲内である場合（ステップＳ１２３：Ｙｅｓ）、設定された透過率で電子基板の穴あけ加工を実施する（ステップＳ１２５）。穴あけ加工の実施に使用する透過率が決定するまでの間は、調整用の電子基板サンプルが用いられてもよい。 If the variation in the shape of the processed hole is within the predetermined range (step S123: Yes), the electronic substrate is drilled with the set transmittance (step S125). A preparatory electronic substrate sample may be used pending the determination of the transmittance used to perform the drilling process.
制御装置３５は、例えば、ＰＩＤ制御などを用いて、透過率を補正することができる。また、後述する機械学習により透過率を決定してもよい。
The
なお、実施の形態３においても、制御装置３５と情報処理装置３６との機能の分担は一例であって、上記で制御装置３５の機能として記述した処理を情報処理装置３６で行ってもよいし、情報処理装置３６の機能として記述した処理を制御装置３５で行ってもよい。例えば、電子基板の穴あけパターンのデータの取得、電子基板の穴あけ経路の計算、パルスレーザ光の発振間隔の算出、光スイッチング素子２６の透過率の初期値の算出、加工穴形状の取得、加工穴形状のばらつきを示す値の算出、光スイッチング素子２６の透過率の補正量の算出などを情報処理装置３６で行ってもよい。
Also in
以上説明したように、実施の形態３にかかるレーザ加工装置５１０は、レーザ装置５００と、増幅器２００から出力されたパルスレーザ光を偏向する偏向素子であるガルバノミラー４０３と、ガルバノミラー４０３からのパルスレーザ光を集光または転写して加工対象物４０５に照射する対物光学系であるレンズ４０４と、加工対象物４０５を移動させる移動機構とを有する。制御装置３５は、パルスレーザ光によって加工対象物４０５に穴あけ加工を行うときの加工経路上に含まれる加工穴の特性を示す加工穴特性値に応じて透過率を制御し、加工穴の間隔が短いほど透過率を高く、且つ、複数の加工穴の形状のばらつきを示す値が予め定められた値よりも小さくなるように、透過率を制御する。レーザ装置５００が穴あけ加工に用いられる場合には、加工穴の間隔が長いほど、パルス特性時間も長くなるため、加工穴特性値に応じて透過率を制御することによっても、パルス特性時間に基づく透過率の制御を行うことができ、さらに、加工穴の形状を均質化することができる。
As described above, the
なお、加工穴特性値は、加工経路の上の複数の加工穴の間隔、または、複数の加工穴の間隔の移動平均を示す値である。 The machined hole characteristic value is a value that indicates the interval between a plurality of machined holes on the machining path or the moving average of the intervals between the plurality of machined holes.
実施の形態４．
実施の形態２，３では、電子基板の穴あけパターンが予め分かっている場合を示したが、電子基板の穴数が非常に多い場合、それぞれの穴に対する透過率をデータとして保存しておく必要があり、メモリリソースが圧迫される。また、パルスレーザ光の発振タイミングも予め決めておく必要がある。
In
実施の形態４では、電子基板の穴あけパターンやパルスレーザ光の発振タイミングが予め分かっていない場合でも適用することができる制御方法を示す。
図１０は、実施の形態４にかかる学習装置６０の構成を示す図である。学習装置６０は、レーザ装置５００に関する機械学習を行う。学習装置６０は、学習に使用するデータである学習用データを取得する学習用データ取得部６１と、学習用データを用いて、光スイッチング素子２６の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部６２とを有する。モデル生成部６２は、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶部７０に記憶させる。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a
学習用データ取得部６１は、レーザ装置５００がパルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とパルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、光スイッチング素子２６の透過率と、を学習用データとして取得する。間隔情報は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す情報であれば、どのような情報であってもよい。間隔情報は、例えば、上述のパルス特性時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００の発生させるパルスレーザ光のエネルギーと、Ｑスイッチレーザ発振器１００の発生させるパルスレーザ光の波形と、増幅器２００による増幅後のパルスレーザ光の波形と、Ｑスイッチレーザ発振器１００および増幅器２００の駆動電流または放電電流と、のうち少なくとも１つを含む情報である。学習装置６０は、例えば、パルスレーザ光を発生させる時間間隔と、光スイッチング素子２６の透過率とを、様々な値に変化させたときの増幅後のパルスレーザ光のパルスエネルギーを取得し、そのときの間隔情報と増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、設定した透過率と、を学習用データとして取得する。
The learning data acquisition unit 61 acquires state quantities including interval information indicating the time intervals at which the
なお、レーザ装置５００が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、学習用データ取得部６１が取得する状態量は、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の冷却水温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス圧と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の連続放電時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の電極温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも１つをさらに含んでもよい。
When the
モデル生成部６２は、学習用データ取得部６１から出力される間隔情報およびレーザ装置５００が発生させるパルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーを含む状態量と、光スイッチング素子２６の透過率との組み合わせに基づいて作成される学習用データに基づいて、光スイッチング素子２６の透過率を学習する。具体的には、モデル生成部６２は、レーザ装置５００の状態量から増幅後のパルスエネルギーが目標値となる光スイッチング素子２６の透過率を推論するための学習済モデルを生成する。ここで、学習用データは、状態量と光スイッチング素子２６の透過率とを互いに関連付けたデータである。
The model generation unit 62 combines the state quantity including the interval information output from the learning data acquisition unit 61 and the amplified pulse energy of the pulsed laser light generated by the
モデル生成部６２が用いる学習アルゴリズムは教師あり学習、教師なし学習、強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。 Known algorithms such as supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning can be used as the learning algorithm used by the model generator 62 . As an example, a case where a neural network is applied will be described.
モデル生成部６２は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、光スイッチング素子２６の透過率を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果（ラベル）とのデータの組を学習装置６０に与えることで、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
The model generator 62 learns the transmittance of the
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる隠れ層である中間層、および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、１層であってもよいし、２層以上であってもよい。 A neural network is composed of an input layer consisting of a plurality of neurons, an intermediate layer which is a hidden layer consisting of a plurality of neurons, and an output layer consisting of a plurality of neurons. The intermediate layer may be one layer, or two or more layers.
図１１は、３層のニューラルネットワークの一例を示す図である。例えば、図１１に示すような３層のニューラルネットワークであれば、複数の入力が入力層（Ｘ１‐Ｘ３）に入力されると、その値に重みＷ１（ｗ１１‐ｗ１６）を掛けて中間層（Ｙ１‐Ｙ２）に入力され、その結果にさらに重みＷ２（ｗ２１‐ｗ２６）を掛けて出力層（Ｚ１‐Ｚ３）から出力される。この出力結果は、重みＷ１および重みＷ２の値によって変わる。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a three-layer neural network. For example, in a three-layer neural network as shown in FIG. 11, when multiple inputs are input to the input layer (X1-X3), the value is multiplied by the weight W1 (w11-w16) and the intermediate layer ( Y1-Y2), and the result is further multiplied by weight W2 (w21-w26) and output from the output layer (Z1-Z3). This output result varies depending on the values of weight W1 and weight W2.
実施の形態４において、ニューラルネットワークは、学習用データ取得部６１によって取得される状態量および透過率の組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、透過率を学習する。
In
すなわち、ニューラルネットワークは、入力層に増幅後のパルスエネルギーの目標値を含む状態量を入力して出力層から出力された結果が、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような光スイッチング素子２６の透過率に近づくように重みＷ１および重みＷ２を調整することで学習する。
That is, the neural network has an
モデル生成部６２は、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成し、学習済モデル記憶部７０に出力する。
The model generation unit 62 generates a learned model by executing the learning as described above, and outputs the learned model to the learned
学習済モデル記憶部７０は、モデル生成部６２から出力された学習済モデルを記憶する。
The learned
次に、図１２を用いて、学習装置６０が学習する処理について説明する。図１２は、学習装置６０の学習処理を説明するためのフローチャートである。
Next, a process of learning by the
学習用データ取得部６１は、状態量および透過率を含む学習用データを取得する（ステップＳ２０１）。なお、ここでは状態量と透過率とを同時に取得するものとしたが、状態量および透過率を関連付けて入力できればよく、状態量と透過率とをそれぞれ別のタイミングで取得してもよい。 The learning data acquisition unit 61 acquires learning data including the state quantity and the transmittance (step S201). Here, the state quantity and the transmittance are acquired at the same time.
モデル生成部６２は、学習用データ取得部６１によって取得される状態量および透過率の組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような透過率を学習する学習処理を行うことによって、学習済モデルを生成する（ステップＳ２０２）。 The model generation unit 62 performs so-called supervised learning according to learning data created based on the combination of the state quantity and the transmittance acquired by the learning data acquisition unit 61 so that the amplified pulse energy becomes the target value. A learned model is generated by performing such a learning process for learning the transmittance (step S202).
学習済モデル記憶部７０は、モデル生成部６２が生成した学習済モデルを記憶する（ステップＳ２０３）。
The learned
図１３は、レーザ装置５００に関する推論装置８０の構成図である。推論装置８０は、推論用データ取得部８１と、推論部８２とを備える。
FIG. 13 is a block diagram of the reasoning device 80 for the
推論用データ取得部８１は状態量を推論用データとして取得する。状態量は、上述の間隔情報と、増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む。なお、レーザ装置５００が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、推論用データ取得部８１が取得する状態量は、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の冷却水温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス圧と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の連続放電時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の電極温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも１つをさらに含んでもよい。
The inference data acquisition unit 81 acquires state quantities as inference data. The state quantity includes the interval information described above and the target value of the pulse energy after amplification. When the
推論部８２は、学習済モデルを利用して得られる透過率を推論する。すなわち、推論部８２は、学習済モデル記憶部７０に記憶された学習済モデルに推論用データ取得部８１で取得した推論用データを入力することで、状態量から推論される、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような透過率を出力することができる。
The inference unit 82 infers the transmittance obtained using the trained model. That is, the inference unit 82 inputs the inference data acquired by the inference data acquisition unit 81 to the learned model stored in the learned
なお、推論装置８０が用いる学習済モデルは、推論装置８０の推論対象であるレーザ装置５００から取得した学習用データで学習した学習済モデルであってもよいし、推論装置８０の推論対象であるレーザ装置５００とは異なる他のレーザ装置５００等の外部から学習済モデルを取得して用いてもよい。
The trained model used by the inference device 80 may be a trained model trained with learning data acquired from the
次に、図１４を用いて、推論装置８０を使って透過率を得るための処理を説明する。図１４は、推論装置８０を使って透過率を得るための処理を説明するためのフローチャートである。 Next, the processing for obtaining the transmittance using the inference device 80 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flow chart for explaining the processing for obtaining the transmittance using the inference device 80. As shown in FIG.
推論用データ取得部８１は、推論用データを取得する（ステップＳ３０１）。 The inference data acquisition unit 81 acquires inference data (step S301).
推論部８２は学習済モデル記憶部７０に記憶された学習済モデルに状態量を入力し（ステップＳ３０２）、透過率の推論結果をレーザ装置５００に出力する（ステップＳ３０３）。 The inference unit 82 inputs the state quantity to the learned model stored in the learned model storage unit 70 (step S302), and outputs the inference result of the transmittance to the laser device 500 (step S303).
レーザ装置５００は、出力された透過率の推定結果を用いて、光スイッチング素子２６を制御する（ステップＳ３０４）。
The
例えば、図３に示したような穴あけ加工機４００において、電子基板の穴あけ加工を実施する際、制御装置３５は、ガルバノミラー４０３の位置決めが終わってからパルスレーザ光が加工対象物４０５に照射されるように、Ｑスイッチレーザ発振器１００にパルスレーザ光の出力指令を出す。または、制御装置３５は、指令信号の遅延による時間ロスを低減するために、ガルバノミラー４０３の位置決め時刻を予想して、位置決めが終わった直後にパルスレーザ光が加工対象物４０５に照射されるように、ガルバノミラー４０３の位置決めが終わる前にＱスイッチレーザ発振器１００にパルスレーザ光の出力指令を出す。いずれにしても、パルスレーザ光の発生時刻は、ガルバノミラー４０３の位置決め時間に依存している。このとき、上記の学習装置６０で得られた学習済モデルを用いることで、推論装置８０は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報および増幅後のパルスエネルギーの目標値を含む状態量から、光スイッチング素子２６の透過率を決定することができる。したがって、学習済モデルを用いることで、パルスレーザ光の発生間隔が予め決まっていない場合であっても、パルスレーザ光毎に、光スイッチング素子２６の透過率を決定することができ、増幅後のパルスエネルギーを制御することができる。
For example, in the
なお、本実施の形態では、モデル生成部６２が用いる学習アルゴリズムに教師あり学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、教師あり学習以外にも、強化学習、教師なし学習、又は半教師あり学習等を適用することも可能である。 In the present embodiment, a case where supervised learning is applied to the learning algorithm used by the model generation unit 62 has been described, but the present invention is not limited to this. In addition to supervised learning, it is also possible to apply reinforcement learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, and the like as learning algorithms.
また、モデル生成部６２は、複数のレーザ装置５００に対して作成される学習用データに従って、透過率を学習するようにしてもよい。なお、モデル生成部６２は、同一のエリアで使用される複数のレーザ装置５００から学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数のレーザ装置５００から収集される学習用データを利用して透過率を学習してもよい。また、学習用データを収集するレーザ装置５００を途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。さらに、あるレーザ装置５００に関して透過率を学習した学習装置６０を、これとは別のレーザ装置５００に適用し、当該別のレーザ装置５００に関して透過率を再学習して更新するようにしてもよい。
Further, the model generator 62 may learn transmittance according to learning data created for a plurality of
また、モデル生成部６２に用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習（Deep Learning）を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。 In addition, as the learning algorithm used in the model generation unit 62, deep learning that learns to extract the feature amount itself can be used, and other known methods such as genetic programming, functional logic programming, Machine learning may be performed according to support vector machines and the like.
なお、学習装置６０および推論装置８０は、レーザ装置５００の有する光スイッチング素子２６の透過率を学習するために使用されるが、例えば、ネットワークを介してレーザ装置５００に接続され、このレーザ装置５００とは別個の装置であってもよい。また、学習装置６０および推論装置８０は、レーザ装置５００またはレーザ加工装置５１０に内蔵されていてもよい。例えば、学習装置６０および推論装置８０の少なくとも一方が制御装置３５または情報処理装置３６の機能の一部であってもよい。さらに、学習装置６０および推論装置８０は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
The
また、上記では光スイッチング素子２６の透過率を制御することによって増幅後のパルスエネルギーを安定化していたが、光スイッチング素子２６の透過率とともに放電駆動電流または放電電力を制御することによって、増幅後のパルスエネルギーを安定化してもよい。
In the above description, the pulse energy after amplification is stabilized by controlling the transmittance of the
また、実施の形態１に示したように、ガルバノミラー４０３の位置決め時間が短すぎて、増幅器２００から出力されるパルスエネルギーが所望の値よりも小さくなる場合は、増幅後に必要なパルスエネルギーが得られるまでガルバノミラー４０３を止めておき、必要なパルスエネルギーが得られた時点でパルスレーザ光を照射するといった制御を行ってもよい。
Also, as shown in
例えば、ＣＯ２レーザでは、ガス温度、ガス圧によって発振効率が変化する。このためガス温度、ガス圧によるパルスエネルギーの変化や、光スイッチング素子２６の透過率を補正するために、これらのパラメータを機械学習の状態量として用いてもよい。また、連続的に放電を行うとレーザガスの劣化によりパルスエネルギーが低下する場合もある。このため、レーザ装置５００の連続放電時間を機械学習の状態量として用いることで、光スイッチング素子２６の透過率、パルスエネルギーとの依存性を算出し、光スイッチング素子２６の透過率またはパルスエネルギーの補正に利用してもよい。さらに、光学部品交換時からの総放電時間は、光学部品の劣化状態の指標となる。光学部品が劣化すると、その反射率や透過率の低下によりパルスエネルギーが変化する場合がある。このため、光学部品交換時からの総放電時間を、機械学習の状態量として用いてもよい。
For example, in a CO2 laser, the oscillation efficiency changes depending on gas temperature and gas pressure. Therefore, in order to correct changes in pulse energy due to gas temperature and gas pressure, and the transmittance of the
以上説明したように、実施の形態４にかかるレーザ装置５００は、学習装置６０をさらに備えることができる。学習装置６０は、レーザ装置５００がパルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とパルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、光スイッチング素子２６の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部６１と、学習用データを用いて、状態量から、増幅後のパルスエネルギーが目標値となる光スイッチング素子２６の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部６２と、を有する。
As described above, the
また、実施の形態４にかかるレーザ装置５００は、推論装置８０をさらに備えることができる。推論装置８０は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と、パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む状態量を取得する推論用データ取得部８１と、状態量から増幅後のパルスエネルギーが目標値となる光スイッチング素子２６の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、推論用データ取得部８１で取得した状態量から透過率を推論する推論部８２と、を有する。制御装置３５は、推論装置８０が推論した透過率を用いて、光スイッチング素子２６を制御する。
Also, the
なお、学習装置６０および推論装置８０のそれぞれが用いる間隔情報は、例えば、Ｑスイッチレーザ発振器１００の発生させるパルスレーザ光のパルス特性時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００の発生させるパルスレーザ光のエネルギーと、Ｑスイッチレーザ発振器１００の発生させるパルスレーザ光の波形と、増幅器２００による増幅後のパルスレーザ光の波形と、Ｑスイッチレーザ発振器１００および増幅器２００の駆動電流または放電電力と、のうち少なくとも１つを含む情報であってもよい。
The interval information used by each of the
また、レーザ装置５００がガスレーザである場合、学習装置６０および推論装置８０のそれぞれが用いる状態量は、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の冷却水温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス圧と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の連続放電時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の電極温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも１つをさらに含む情報であってもよい。
When the
また、この学習装置６０および推論装置８０は、レーザ装置５００とは別体の装置であってもよい。レーザ装置５００とは別体の装置である学習装置６０および推論装置８０の少なくとも１つを備えるレーザ加工システムを構成することもできる。
Also, the
実施の形態５．
実施の形態４では、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような光スイッチング素子２６の透過率を学習することとしたが、レーザ装置５００の出力するパルスレーザ光が電子基板の穴あけ加工に用いられる際には、加工形状が安定していることがより望ましい。
In the fourth embodiment, the transmittance of the
このため、実施の形態５では、加工後の加工穴の形状が目標形状となるような透過率を学習する方法について説明する。 Therefore, in the fifth embodiment, a method of learning the transmittance so that the shape of the machined hole after machining becomes the target shape will be described.
図１５は、実施の形態５にかかる学習装置６０ａの構成を示す図である。学習装置６０ａは、例えば、図３に示すようなレーザ加工装置５１０に関する機械学習を行う。学習装置６０ａは、学習に使用するデータである学習用データを取得する学習用データ取得部６１ａと、学習用データを用いて、光スイッチング素子２６の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部６２ａとを有する。モデル生成部６２ａは、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶部７０ａに記憶させる。
FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a
学習用データ取得部６１ａは、レーザ加工装置５１０のレーザ装置５００がパルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とレーザ加工装置５１０による加工後の加工穴の形状を示す形状情報とを含む状態量と、光スイッチング素子２６の透過率と、を学習用データとして取得する。間隔情報は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す情報であれば、どのような情報であってもよい。間隔情報は、例えば、上述のパルス特性時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００の発生させるパルスレーザ光のエネルギーと、Ｑスイッチレーザ発振器１００の発生させるパルスレーザ光の波形と、増幅器２００による増幅後のパルスレーザ光の波形と、Ｑスイッチレーザ発振器１００および増幅器２００の駆動電流または放電電流と、のうち少なくとも１つを含む情報である。学習装置６０ａは、例えば、パルスレーザ光を発生させる時間間隔と、光スイッチング素子２６の透過率とを、様々な値に変化させたときに加工された加工穴の形状を示す形状情報を取得し、そのときの間隔情報と形状情報を含む状態量と、設定した透過率と、を学習用データとして取得する。
The learning data acquisition unit 61a includes interval information indicating the time interval at which the
なお、レーザ装置５００が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、学習用データ取得部６１ａが取得する状態量は、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の冷却水温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス圧と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の連続放電時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の電極温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも１つをさらに含んでもよい。
When the
モデル生成部６２ａは、学習用データ取得部６１ａから出力される間隔情報およびレーザ加工装置５１０により加工された加工穴の形状を示す形状情報を含む状態量と、光スイッチング素子２６の透過率との組み合わせに基づいて作成される学習用データに基づいて、光スイッチング素子２６の透過率を学習する。具体的には、モデル生成部６２ａは、レーザ加工装置５１０の状態量から加工後の加工穴の形状が所望の形状となる光スイッチング素子２６の透過率を推論するための学習済モデルを生成する。ここで、学習用データは、状態量と光スイッチング素子２６の透過率とを互いに関連付けたデータである。
The model generation unit 62a is a state quantity including the interval information output from the learning data acquisition unit 61a and the shape information indicating the shape of the machined hole machined by the
モデル生成部６２ａが用いる学習アルゴリズムは教師あり学習、教師なし学習、強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。 Known algorithms such as supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning can be used as the learning algorithm used by the model generator 62a. As an example, a case where a neural network is applied will be described.
モデル生成部６２ａは、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、光スイッチング素子２６の透過率を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果（ラベル）のデータの組を学習装置６０ａに与えることで、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
The model generator 62a learns the transmittance of the
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる隠れ層である中間層、および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、１層であってもよいし、２層以上であってもよい。実施の形態４と同様に、図１１に示すようなニューラルネットワークを用いることができる。 A neural network is composed of an input layer consisting of a plurality of neurons, an intermediate layer which is a hidden layer consisting of a plurality of neurons, and an output layer consisting of a plurality of neurons. The intermediate layer may be one layer, or two or more layers. As in the fourth embodiment, a neural network as shown in FIG. 11 can be used.
実施の形態５において、ニューラルネットワークは、学習用データ取得部６１ａによって取得される状態量および透過率の組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、加工穴の形状が所望の形状となるような透過率を学習する。 In the fifth embodiment, the neural network obtains the desired shape of the machined hole by so-called supervised learning according to the learning data created based on the combination of the state quantity and the transmittance acquired by the learning data acquisition unit 61a. Learn the transmittance that gives the shape of
すなわち、ニューラルネットワークは、入力層に増幅後のパルスエネルギーの目標値を含む状態量を入力して出力層から出力された結果が、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような光スイッチング素子２６の透過率に近づくように重みＷ１および重みＷ２を調整することで学習する。
That is, the neural network has an
モデル生成部６２ａは、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成し、学習済モデル記憶部７０ａに出力する。
The model generation unit 62a generates a learned model by executing the learning as described above, and outputs the learned model to the learned
学習済モデル記憶部７０ａは、モデル生成部６２ａから出力された学習済モデルを記憶する。
The learned
学習装置６０ａが学習する処理の流れは、実施の形態４にかかる学習装置６０と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Since the flow of processing for learning by the
図１６は、レーザ加工装置５１０に関する推論装置８０ａの構成図である。推論装置８０ａは、推論用データ取得部８１ａと、推論部８２ａとを備える。
FIG. 16 is a configuration diagram of an inference device 80a related to the
推論用データ取得部８１ａは状態量を推論用データとして取得する。状態量は、上述の間隔情報と、加工後の加工穴の目標形状とを含む。なお、レーザ装置５００が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、推論用データ取得部８１ａが取得する状態量は、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の冷却水温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００のガス圧と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の連続放電時間と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の電極温度と、Ｑスイッチレーザ発振器１００または増幅器２００の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも１つをさらに含んでもよい。
The inference data acquisition unit 81a acquires state quantities as inference data. The state quantity includes the above-described interval information and the target shape of the machined hole after machining. When the
推論部８２ａは、学習済モデルを利用して得られる透過率を推論する。すなわち、推論部８２ａは、学習済モデル記憶部７０ａに記憶された学習済モデルに推論用データ取得部８１ａで取得した推論用データを入力することで、状態量から推論される、加工穴の形状が目標形状となるような透過率を出力することができる。
The inference unit 82a infers the transmittance obtained using the trained model. That is, the inference unit 82a inputs the inference data acquired by the inference data acquisition unit 81a to the learned model stored in the learned
なお、推論装置８０ａが用いる学習済モデルは、推論装置８０ａの推論対象であるレーザ装置５００から取得した学習用データで学習した学習済モデルであってもよいし、推論装置８０ａの推論対象であるレーザ装置５００とは異なる他のレーザ装置５００等の外部から学習済モデルを取得して用いてもよい。
The trained model used by the inference device 80a may be a trained model trained with learning data acquired from the
推論装置８０ａの推論動作の流れは、実施の形態４にかかる推論装置８０と同様であるため、ここでは説明を省略する。 Since the flow of the inference operation of the inference device 80a is the same as that of the inference device 80 according to the fourth embodiment, the explanation is omitted here.
例えば、図３に示したような穴あけ加工機４００において、電子基板の穴あけ加工を実施する際、制御装置３５は、ガルバノミラー４０３の位置決めが終わってからパルスレーザ光が加工対象物４０５に照射されるように、Ｑスイッチレーザ発振器１００にパルスレーザ光の出力指令を出す。または、制御装置３５は、指令信号の遅延による時間ロスを低減するために、ガルバノミラー４０３の位置決め時刻を予想して、位置決めが終わった直後にパルスレーザ光が加工対象物４０５に照射されるように、ガルバノミラー４０３の位置決めが終わる前にＱスイッチレーザ発振器１００にパルスレーザ光の出力指令を出す。いずれにしても、パルスレーザ光の発生時刻は、ガルバノミラー４０３の位置決め時間に依存している。このとき、上記の学習装置６０ａで得られた学習済モデルを用いることで、推論装置８０ａは、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報および加工穴の目標形状を含む状態量から、光スイッチング素子２６の透過率を決定することができる。したがって、学習済モデルを用いることで、パルスレーザ光の発生間隔が予め決まっていない場合であっても、パルスレーザ光毎に、光スイッチング素子２６の透過率を決定することができ、増幅後のパルスエネルギーを制御することができる。
For example, in the
なお、本実施の形態では、モデル生成部６２ａが用いる学習アルゴリズムに教師あり学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、教師あり学習以外にも、強化学習、教師なし学習、又は半教師あり学習等を適用することも可能である。 In this embodiment, the case where supervised learning is applied to the learning algorithm used by model generation unit 62a has been described, but the present invention is not limited to this. In addition to supervised learning, it is also possible to apply reinforcement learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, and the like as learning algorithms.
また、モデル生成部６２ａは、複数のレーザ装置５００に対して作成される学習用データに従って、透過率を学習するようにしてもよい。なお、モデル生成部６２ａは、同一のエリアで使用される複数のレーザ装置５００から学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数のレーザ装置５００から収集される学習用データを利用して透過率を学習してもよい。また、学習用データを収集するレーザ装置５００を途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。さらに、あるレーザ装置５００に関して透過率を学習した学習装置６０ａを、これとは別のレーザ装置５００に適用し、当該別のレーザ装置５００に関して透過率を再学習して更新するようにしてもよい。
Further, the model generator 62a may learn transmittance according to learning data created for a plurality of
また、モデル生成部６２ａに用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。 In addition, as a learning algorithm used in the model generating unit 62a, deep learning that learns to extract the feature amount itself can be used, and other known methods such as genetic programming, functional logic programming, support vector machine, etc. Machine learning may be performed according to
なお、学習装置６０ａおよび推論装置８０ａは、レーザ装置５００の有する光スイッチング素子２６の透過率を学習するために使用されるが、例えば、ネットワークを介してレーザ装置５００に接続され、このレーザ装置５００とは別個の装置であってもよい。また、学習装置６０ａおよび推論装置８０ａは、レーザ装置５００に内蔵されていてもよい。さらに、学習装置６０ａおよび推論装置８０ａは、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
The
また、上記では光スイッチング素子２６の透過率を制御することによって増幅後のパルスエネルギーを安定化していたが、光スイッチング素子２６の透過率とともに放電駆動電流または放電電力を制御することによって、増幅後のパルスエネルギーを安定化してもよい。
In the above description, the pulse energy after amplification is stabilized by controlling the transmittance of the
また、実施の形態１に示したように、ガルバノミラー４０３の位置決め時間が短すぎて、増幅器２００から出力されるパルスエネルギーが所望の値よりも小さくなる場合は、増幅後に必要なパルスエネルギーが得られるまでガルバノミラー４０３を止めておき、必要なパルスエネルギーが得られた時点でパルスレーザ光を照射するといった制御を行ってもよい。
Also, as shown in
例えば、ＣＯ２レーザでは、ガス温度、ガス圧によって発振効率が変化する。このためガス温度、ガス圧によるパルスエネルギーの変化や、光スイッチング素子２６の透過率を補正するために、これらのパラメータを機械学習の状態量として用いてもよい。また、連続的に放電を行うとレーザガスの劣化によりパルスエネルギーが低下する場合もある。このため、レーザ装置５００の連続放電時間を機械学習の状態量として用いることで、光スイッチング素子２６の透過率、パルスエネルギーとの依存性を算出し、光スイッチング素子２６の透過率またはパルスエネルギーの補正に利用してもよい。さらに、光学部品交換時からの総放電時間は、光学部品の劣化状態の指標となる。光学部品が劣化すると、その反射率や透過率の低下によりパルスエネルギーが変化する場合がある。このため、光学部品交換時からの総放電時間を、機械学習の状態量として用いてもよい。
For example, in a CO2 laser, the oscillation efficiency changes depending on gas temperature and gas pressure. Therefore, in order to correct changes in pulse energy due to gas temperature and gas pressure, and the transmittance of the
以上説明したように、実施の形態５にかかる学習装置６０ａは、レーザ加工装置５１０のレーザ装置５００が有する光スイッチング素子２６の透過率を学習する学習装置６０ａであって、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とパルスレーザ光を用いて加工した加工穴の形状を示す形状情報とを含む状態量と、光スイッチング素子２６の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部６１ａと、学習用データを用いて、状態量から、加工穴の形状が目標形状となる光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部６２ａと、を有する。このような構成を有することによって、加工後の加工穴の形状を均質化するような透過率と状態量との関係を学習することが可能になる。
As described above, the
また、実施の形態５にかかる推論装置８０ａは、レーザ加工装置５１０のレーザ装置５００が有する光スイッチング素子２６の透過率を推論する推論装置８０ａであって、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報を含む状態量と、パルスレーザ光を用いて加工する加工穴の目標形状を示す形状情報とを取得する推論用データ取得部８１ａと、状態量および形状情報から光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、推論用データ取得部８１ａで取得した状態量および目標形状から透過率を推論する推論部８２ａと、を有する。このような推論装置８０ａを用いることによって、加工後の加工穴の形状を均質化するような透過率を推論することが可能になる。
An inference device 80a according to the fifth embodiment is an inference device 80a that infers the transmittance of the
学習装置６０ａおよび推論装置８０ａについても、レーザ装置５００またはレーザ加工装置５１０に内蔵されていてもよいし、レーザ装置５００およびレーザ加工装置５１０とは別体の装置であってもよい。また、学習装置６０ａおよび推論装置８０ａの少なくとも１つを備えるレーザ加工システムを構成することもできる。
The
実施の形態６．
実施の形態１では、パルスレーザ光毎に光スイッチング素子２６の透過率を決定しており、ひとつひとつのパルスレーザ光発生時の透過率は一定としていた。
In
しかしながら、Ｑスイッチレーザ発振器１００でパルス間隔が異なるパルスレーザ光を発生させたときパルス波形は、相似形ではない場合がある。図１７は、パルス間隔が異なるパルスレーザ光の波形の一例を示す図である。
However, when pulsed laser light with different pulse intervals is generated by the Q-switched
図１７（ａ）は、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図１７（ｂ）は、光スイッチング素子２６の透過率を示している。図１７（ｃ）は、増幅器２００に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図１７（ｄ）は、増幅器２００から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 17A shows the waveform of pulsed laser light oscillated by the Q-switched
図１７（ａ）に示すように、Ｑスイッチレーザ発振器１００が出力するパルスレーザ光の波形は、パルス間隔が異なるパルスレーザ光を発生させたとき、相似形ではなく、パルス先頭部分のピーク値と、パルス後方部分の定常値との強度比率が異なっている場合がある。例えば、パルスレーザ光＃２のピーク値ｐ２と、パルスレーザ光＃３のピーク値ｐ３とは大きく異なっているのに対して、パルスレーザ光＃２の定常値ｃ２と、パルスレーザ光＃３の定常値ｃ３とはほぼ同じ値となっている。このような場合、実施の形態１と同様の方法で、図１７（ｂ）に示すように、パルスレーザ光毎に一定の透過率とする制御を行うと、図１７（ｄ）に示すように、増幅後のパルスレーザ光は、パルスエネルギーは等しくても、波形が異なったものになる。ここで、図１７（ｃ）は、増幅器２００に入射するレーザパルス光の波形である。
As shown in FIG. 17( a ), the waveform of the pulsed laser light output from the Q-switched
このように、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発生させる複数のパルスレーザ光の波形が相似形とならない場合、図１８に示すように、光スイッチング素子２６の透過率を、ひとつのパルス時間内で変化させることにより、パルスエネルギーだけでなく波形も均質化することができる。
In this way, when the waveforms of a plurality of pulsed laser beams generated by the Q-switched
図１８は、透過率をパルス時間内で経時変化させる例の説明図である。図１８（ａ）は、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図１８（ｂ）は、光スイッチング素子２６の透過率を示している。図１８（ｃ）は、増幅器２００に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図１８（ｄ）は、増幅器２００から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 18 is an explanatory diagram of an example in which the transmittance is changed over time within the pulse time. FIG. 18A shows the waveform of pulsed laser light oscillated by the Q-switched
なお、このような透過率の設定を機械学習を用いて行う場合、状態量として、Ｑスイッチレーザ発振器１００がパルスレーザ光を発生させるタイミングと、パルスレーザ光のパルスエネルギー、パルス先頭部分のパルスピーク値、および、パルス後方部分のパルス定常値の少なくとも１つと、のうち少なくとも１つをさらに含んでもよい。また、学習結果である透過率は、パルスレーザ光毎に一定の値ではなく、１つのパルスレーザ光を透過させる間に経時変化する値とすればよい。
When the transmittance is set using machine learning, the timing at which the Q-switched
以上説明したように、実施の形態６にかかるレーザ装置５００は、１つのパルスレーザ光が光スイッチング素子２６を透過する間に透過率を経時変化させる。これにより、増幅後のレーザパルス光の波形を均質化することが可能になる。また、機械学習を用いて透過率を設定する場合、学習装置６０，６０ａのモデル生成部６２，６２ａは、状態量から、１つのパルスレーザ光が光スイッチング素子２６を透過する間に経時変化する透過率を推論するための学習済モデルを生成することもできる。
As described above, the
実施の形態７．
パルスレーザ光を発生させる間隔が短い場合、１つ前までのパルスレーザ光の間隔だけでなく、複数のレーザパルス光の履歴が影響する場合がある。この場合、実施の形態４から６に示す状態量に含まれる間隔情報は、対象のパルスレーザ光と１つ前のパルスレーザ光との間の時間間隔だけでなく、一定時間に含まれる複数のパルスレーザ光についての複数の時間間隔を示す情報としてもよい。
When the interval of generating the pulsed laser light is short, not only the interval of the previous pulsed laser light but also the history of a plurality of laser pulsed lights may affect. In this case, the interval information included in the state quantities shown in
図１９は、実施の形態７にかかる透過率の制御についての説明図である。図１９（ａ）は、Ｑスイッチレーザ発振器１００が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図１９（ｂ）は、光スイッチング素子２６の透過率を示している。図１９（ｃ）は、増幅器２００に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図１９（ｄ）は、増幅器２００から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 19 is an explanatory diagram of transmittance control according to the seventh embodiment. FIG. 19A shows the waveform of pulsed laser light oscillated by the Q-switched
図１９（ａ）に示すように、パルスレーザ光＃１～＃６が一定時間間隔で発振される場合であっても、時間間隔が短い場合、各パルスレーザ光＃１～＃６が、直前のパルスレーザ光の影響だけでなく、複数のパルスレーザ光の影響を受ける場合がある。この場合、パルスレーザ光＃１～＃６のように一定の間隔で発振されていても、影響を受ける期間長をＴＬとした場合、パルスレーザ光＃１では、パルスレーザ光＃１の発生時刻以前のＴＬの期間に１つのパルスレーザ光を含むのに対して、パルスレーザ光＃３ではパルスレーザ光＃３の発生時刻以前のＴＬの期間に２つのパルスレーザ光＃１～＃２を含む。また、パルスレーザ光＃４では、パルスレーザ光＃４の発生時刻以前のＴＬの期間に３つのパルスレーザ光＃１～＃３を含む。パルスレーザ光＃５，＃６についてもパルスレーザ光＃４と同様に、各パルスレーザ光の発生時刻以前のＴＬの期間に３つのパルスレーザ光を含む。したがって、パルスレーザ光＃１～＃４ではパルスエネルギーが変化し、パルスレーザ光＃４～＃６ではパルスエネルギーは一定である。この場合、パルスレーザ光が影響を受けるＴＬの期間内のパルスレーザ光の間の時間間隔の合計値つまり移動平均値に基づいて、図１９（ｂ）に示すように透過率を制御すると、図１９（ｄ）に示すように、増幅後のパルスエネルギーのばらつきを抑制することができる。
As shown in FIG. 19A, even when the pulsed
なお、ＴＬの値はパルス出力等の条件によって異なるため、実施の形態４，５で示したように、機械学習を用いる場合には、ＴＬの値も変化させて様々な条件でデータを取得し、ＴＬの値を状態量に含めて機械学習を行い、最適な範囲を得てもよい。
Since the value of TL varies depending on conditions such as pulse output, when machine learning is used, the value of TL is also changed to acquire data under various conditions, as shown in
実施の形態８．
パルスレーザ光を発生させる間隔が十分に長い場合、放電電力を変化させてもよい。例えば、レーザ装置５００が三軸直交型ＣＯ２レーザである場合、放電開始から利得が立ち上がるまで一定の時間がかかる。
If the interval at which the pulsed laser light is generated is long enough, the discharge power may be changed. For example, if the
図２０は、実施の形態８にかかるレーザ装置５００の電極１１間の部分構成を示す図である。簡単のため、図２０では電極１１の部分のみを示しており、電極１２については示していない。
FIG. 20 is a diagram showing a partial configuration between the
図２０は、図２に示すレーザ装置５００の電極１１間の放電空間を光軸方向から見た図である。図２０において、Ｖｇはガス流速、Ｄｗｄは、ガス流方向１３の電極１１の電極幅である。
FIG. 20 is a view of the discharge space between the
図２１は、図２０に示す構成のレーザ装置５００の電極１１間の定常状態の利得分布を示す図である。放電開始から定常状態の利得分布になるまでに電極１１の幅方向であるガス流方向１３において、電極１１の端から端までレーザガスが流れる分だけの時間がかかる。つまり、放電開始から利得分布が定常状態になるまでの時間をτとすると、τ＝Ｄｗｄ／Ｖｇとなる。例えば、ガス流速Ｖｇ＝８０ｍ／ｓ、電極幅Ｄｗｄ＝４０ｍｍの場合、τ＝０．５ｍｓｅｃとなる。つまり、パルスレーザ光を発生させる時間間隔が上記のτよりも長い場合、電力消費を抑制するために放電を止めて、次のパルスレーザ光を発生させる時刻のτだけ前に放電を開始するようにしてもよい。また、パルスレーザ光を発生させる時間間隔が上記τよりも短い場合でも、パルスエネルギーが大きすぎるときは放電電力を落とすような制御をしてもよい。このようにすると、パルス周波数が低い場合でもエネルギー効率をよくすることができる。また、τよりも長い時間は、前のパルスレーザ光の影響を受けないため、実施の形態７で説明したＴＬの値をτとしてもよい。
FIG. 21 is a diagram showing a steady-state gain distribution between the
以上説明したように、実施の形態８にかかるレーザ装置５００では、パルス特性時間は、Ｑスイッチレーザ発振器１００の有する放電電極である電極１１，１２のレーザガスが流れる方向の長さである放電電極の電極幅Ｄｗｄをガス流速Ｖｇで除算した値以下である。これにより、増幅器２００から出力するパルスレーザ光のパルスエネルギーを安定化させることができ、このレーザ装置５００を用いて行う加工の加工形状を均質化させることができる。
As described above, in the
実施の形態９．
図２２は、実施の形態９にかかるレーザ装置５００ａの内部構成を示す図である。レーザ装置５００ａは、共振器を構成する部分の構成の一部がレーザ装置５００と異なる。具体的には、レーザ装置５００ａでは、全反射ミラー２１の代わりに全反射ミラー５４を有し、全反射ミラー５４は、互いに法線が直交する２つの平面ミラーを組み合わせたものである。このとき、２つの法線は電極面と平行、つまりＸＺ平面と平行である。したがって、全反射ミラー５４は、ＸＺ平面方向の再帰反射ミラーとなる。Embodiment 9.
FIG. 22 is a diagram showing the internal configuration of a
図２２に示すレーザ装置５００ａの電極１１間の放電空間を光軸方向から見ると、図２０に示す状態と同様になる。また、図２３は、レーザ装置５００ａの電極１１間の定常状態の温度分布を示す図である。
When the discharge space between the
レーザガスが、ガス流の上流側つまりＸ軸のプラス方向から下流側つまりＸ軸のマイナス方向に向けて流れる間、連続的に放電によって電力が投入される。このため、ガス流方向１３に温度分布が生じ、上流側よりも下流側の方がレーザガスの温度が高くなる。このため、電極１１間のレーザガスに屈折率分布が生じ、この部分を伝搬する光はわずかに光軸が曲がることになる。通常の凹面ミラー対を用いた共振器では、この場合、ガス流の上流側に光軸が移動し、場合によっては発振が止まる。実施の形態９では、再帰反射ミラーである全反射ミラー５４を用いて共振器を構成しているため、共振条件は、再帰反射ミラーの２枚のミラーの接線上に光軸位置が限定されるようになる。つまり、再帰反射ミラーを用いる場合、ガス流方向に温度分布が生じても光軸の移動が制限され、安定して発振させることができる。この場合、発振器のパルスエネルギーおよびパルス波形は、共振器を出力した後のミラーを、レーザ装置５００におけるミラー２５の代わりに部分反射ミラー５５とし、一部の透過光を光センサ５０で観測してもよい。図２２では、部分反射ミラー２４と、再帰反射ミラーである全反射ミラー５４とが直線上に配置されているが、部分反射ミラー２４と全反射ミラー５４との間に折り返しミラーを配置してもよい。
While the laser gas flows from the upstream side of the gas flow, ie, the positive direction of the X-axis, to the downstream side, ie, the negative direction of the X-axis, power is continuously applied by the discharge. Therefore, a temperature distribution occurs in the
以上説明したように、実施の形態９にかかるレーザ装置５００ａのＱスイッチレーザ発振器１００は、共振器を構成する全反射ミラー５４として、再帰反射ミラーを有する。これにより、ガス流方向に温度分布が生じた場合であっても安定した発振を実現することができる。
As described above, the Q-switched
実施の形態１０．
図２に示すレーザ装置５００では、Ｑスイッチレーザ発振器１００と増幅器２００とが同じ筐体３００内に収容され、レーザ媒質を共有している。このため、Ｑスイッチレーザ発振器１００のパルスエネルギーから、増幅器２００の利得の状態が推測できる。例えば、レーザガスが劣化して発振段のパルスレーザ光のパルスエネルギーが低下しているときは、増幅段の利得も低下していることがわかる。増幅器２００における利得の状態と、Ｑスイッチレーザ発振器１００におけるパルスエネルギーとの関係をモデル化しておき、そのモデルから光スイッチング素子２６の透過率を補正することにより、増幅後のパルスエネルギーを安定化することができ、その結果、このパルスレーザ光を用いたレーザ加工の加工形状を均質化することができる。Embodiment 10.
In the
図２４は、実施の形態１０にかかるレーザ加工装置５１０の動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１０１～ステップＳ１０４については、図８などと同様のため、ここでは説明を省略する。
FIG. 24 is a flow chart for explaining the operation of the
制御装置３５は、算出した光スイッチング素子２６の透過率のデータを、例えば制御装置３５内のメモリに保存し、パルスレーザ光毎の光スイッチング素子２６の透過率を設定する（ステップＳ１３１）。
The
制御装置３５は、ステップＳ１０３で算出したパルスレーザ光の発振間隔と、ステップＳ１３１で設定した光スイッチング素子２６の透過率とを用いて、Ｑスイッチレーザ発振器１００および光スイッチング素子２６の制御を行い、Ｑスイッチレーザ発振器１００に１パルス分だけレーザ発振を行わせる（ステップＳ１３２）。
The
また、制御装置３５は、情報処理装置３６を介して、光センサ５０が取得した、Ｑスイッチレーザ発振器１００のパルスレーザ光のパルスエネルギーを取得する（ステップＳ１３３）。
Also, the
レーザ加工装置５１０は、レーザ装置５００が発振させたパルスレーザ光を用いて、電子基板の穴あけ加工を１穴分だけ行うと（ステップＳ１３４）、ステップＳ１３２の処理に戻る。また、この穴あけ加工の実施と並行して、制御装置３５は、モデルに基づき次のパルスレーザ光のパルスエネルギーを算出する（ステップＳ１３５）。ここで使用するモデルは、上述した、増幅器２００における利得の状態と、Ｑスイッチレーザ発振器１００におけるパルスエネルギーとの関係を示すモデルである。制御装置３５は、モデルに基づいて算出した次のパルスレーザ光のパルスエネルギーに基づいて、光スイッチング素子２６の透過率を補正し（ステップＳ１３６）、ステップＳ１３１の処理に戻る。
The
上記のような処理を行うことにより、１パルス発振するごとに、発振段のパルスエネルギーを取得して、次のパルスレーザ光を発振するまでに、モデルに基づいた光スイッチング素子の透過率の補正を行うことができる。 By performing the above processing, the pulse energy of the oscillation stage is acquired each time one pulse is oscillated, and the transmittance of the optical switching element is corrected based on the model before the next pulsed laser beam is oscillated. It can be performed.
このとき、モデルの作成は、機械学習によって行ってもよい。 At this time, the model may be created by machine learning.
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are only examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, without departing from the scope of the invention. It is also possible to omit or change part of the configuration.
例えば、上記の実施の形態１～１０では、レーザ装置５００，５００ａは、レーザ媒質が気体であるガスレーザであることとしたが、パルスレーザ光の発振間隔を変化させたときのＱスイッチレーザ発振器１００の発振時におけるパルスエネルギーの変動は、固体レーザなどでも同様の影響がある。したがって、上記に示したガスレーザに特有の部分を除けば、上述の構成は、固体レーザなどに対しても適用することができ、同様の効果が期待できる。
For example, in
なお、上記では、主に、光スイッチング素子２６の透過率を制御する例について説明したが、図２に示すように、レーザ装置５００が複数の光スイッチング素子２６，２７を有する場合、複数の光スイッチング素子２６，２７を合わせた透過率が上述の条件を満たすように制御すればよい。
In the above description, an example of controlling the transmittance of the
１，２，３ 光軸、１１，１２ 電極、１３，１４，１５，１６ ガス流方向、２１，５４ 全反射ミラー、２２ Ｑスイッチ、２３，２９，３３ ウィンドウ、２４，３４，５５ 部分反射ミラー、２５，２８，３０，３１，３２，４０１，４０２ ミラー、２６，２７ 光スイッチング素子、３５ 制御装置、３６ 情報処理装置、４０，４１ 送風機、４２，４３ 熱交換器、４４ 放電制御装置、５０，５１ 光センサ、６０，６０ａ 学習装置、６１，６１ａ 学習用データ取得部、６２，６２ａ モデル生成部、７０，７０ａ 学習済モデル記憶部、８０，８０ａ 推論装置、８１，８１ａ 推論用データ取得部、８２，８２ａ 推論部、１００ Ｑスイッチレーザ発振器、２００ 増幅器、３００ 筐体、４００ 穴あけ加工機、４０３ ガルバノミラー、４０４ レンズ、４０５ 加工対象物、５００，５００ａ レーザ装置、５１０ レーザ加工装置。
1,2,3 optical axis, 11,12 electrode, 13,14,15,16 gas flow direction, 21,54 total reflection mirror, 22 Q switch, 23,29,33 window, 24,34,55 partial reflection mirror , 25, 28, 30, 31, 32, 401, 402 mirror, 26, 27 optical switching element, 35 control device, 36 information processing device, 40, 41 fan, 42, 43 heat exchanger, 44 discharge control device, 50 , 51
Claims (23)
前記パルスレーザ光を増幅する増幅器と、
前記Ｑスイッチレーザ発振器と前記増幅器との間の光路上に配置された光スイッチング素子と、
前記Ｑスイッチレーザ発振器が前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、前記光スイッチング素子の透過率を変調させる制御装置と、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。 a Q-switched laser oscillator that generates pulsed laser light;
an amplifier that amplifies the pulsed laser light;
an optical switching element arranged on an optical path between the Q-switched laser oscillator and the amplifier;
a control device that modulates the transmittance of the optical switching element based on a pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval at which the Q-switched laser oscillator generates the pulsed laser light;
A laser device comprising:
前記Ｑスイッチレーザ発振器が発生させる複数の前記パルスレーザ光の間の時間間隔、または、前記Ｑスイッチレーザ発振器が発生させる複数の前記パルスレーザ光の間の時間間隔の移動平均を前記パルス特性時間として求め、
前記時間間隔が短いほど前記透過率を高く、且つ、前記増幅器から出射される複数の前記パルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように前記透過率を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。 The control device is
The time interval between the plurality of pulsed laser beams generated by the Q-switched laser oscillator, or the moving average of the time intervals between the plurality of pulsed laser beams generated by the Q-switched laser oscillator, is defined as the pulse characteristic time. seek,
The transmittance is controlled such that the shorter the time interval, the higher the transmittance, and the change in energy among the plurality of pulsed laser beams emitted from the amplifier is smaller than a predetermined value. 2. The laser device according to claim 1, wherein:
前記学習装置は、
前記レーザ装置が前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、前記光スイッチング素子の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部と、
前記学習用データを用いて、前記状態量から、増幅後の前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。 further equipped with a learning device,
The learning device
learning data including state quantity including interval information indicating the time interval at which the laser device generates the pulsed laser beam and pulse energy after amplification of the pulsed laser beam; and transmittance of the optical switching element. a learning data acquisition unit to acquire;
a model generation unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose target value is the pulse energy after amplification from the state quantity, using the learning data;
The laser device according to claim 1 , characterized by comprising:
前記推論装置は、
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と、前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む状態量を取得する推論用データ取得部と、
前記状態量から増幅後の前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量から前記透過率を推論する推論部と、
を有し、
前記制御装置は、前記推論装置が推論した前記透過率を用いて、前記光スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。 further comprising an inference device for inferring the transmittance of the optical switching element;
The reasoning device is
an inference data acquisition unit for acquiring state quantities including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser light and a target value of pulse energy after amplification of the pulsed laser light;
The transmittance from the state quantity acquired by the data acquisition unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose target value is the pulse energy after amplification from the state quantity an inference unit that infers
has
2. The laser device according to claim 1 , wherein the control device controls the optical switching element using the transmittance inferred by the inference device.
前記推論装置は、The reasoning device is
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と、前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む状態量を取得する推論用データ取得部と、an inference data acquisition unit for acquiring state quantities including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser light and a target value of pulse energy after amplification of the pulsed laser light;
前記状態量から増幅後の前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量から前記透過率を推論する推論部と、The transmittance from the state quantity acquired by the data acquisition unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose target value is the pulse energy after amplification from the state quantity an inference unit that infers
を有し、has
前記制御装置は、前記推論装置が推論した前記透過率を用いて、前記光スイッチング素子を制御するThe control device controls the optical switching element using the transmittance inferred by the inference device.
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。4. The laser device according to claim 3, characterized in that:
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。 The interval information includes the pulse characteristic time of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, the energy of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, and the pulse generated by the Q-switched laser oscillator. 4. The waveform includes at least one of a waveform of a laser beam, a waveform of the pulsed laser beam amplified by the amplifier, and drive current or discharge power of the Q-switched laser oscillator and the amplifier. 6. The laser device according to any one of 3 to 5 .
前記状態量は、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の冷却水温度と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス温度と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス圧と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の連続放電時間と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の電極温度と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも１つをさらに含む
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。 The laser device is a gas laser in which the laser medium is a gas,
The state quantity includes a cooling water temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas pressure of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and the Q-switched laser oscillator. or at least one of a continuous discharge time of the amplifier, an electrode temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and a total discharge time from the time of optical component replacement of the Q-switched laser oscillator or the amplifier. 6. The laser device according to any one of claims 3 to 5, characterized in that:
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。 6. The pulse characteristic time is equal to or less than a value obtained by dividing an electrode width, which is a length of a discharge electrode of the Q-switched laser oscillator in a gas flow direction, by a gas flow velocity. 2. The laser device according to item 1.
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。 6. The laser device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the control device changes the transmittance with time while one of the pulsed laser beams is transmitted through the optical switching element.
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。 The model generation unit generates a learned model for inferring the transmittance that changes with time while one of the pulsed laser beams is transmitted through the optical switching element, from the state quantity. Item 4. The laser device according to item 3.
前記増幅器から出力された前記パルスレーザ光を偏向する偏向素子と、
前記偏向素子からの前記パルスレーザ光を集光または転写して加工対象物に照射する対物光学系と、
を備え、
前記制御装置は、前記パルスレーザ光によって前記加工対象物に穴あけ加工を行うときの加工経路上に含まれる加工穴の特性を示す加工穴特性値に応じて前記透過率を制御し、前記加工穴の間隔が短いほど前記透過率を高く、且つ、複数の前記加工穴の形状のばらつきを示す値が予め定められた値よりも小さくなるように、前記透過率を制御する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 A Q-switched laser oscillator that generates a pulsed laser beam, an amplifier that amplifies the pulsed laser beam, an optical switching element arranged on an optical path between the Q-switched laser oscillator and the amplifier, and the Q-switched laser oscillator. a control device that modulates the transmittance of the optical switching element based on a pulse characteristic time that characterizes the time interval for generating the pulsed laser light;
a deflection element that deflects the pulsed laser light output from the amplifier;
an objective optical system for condensing or transferring the pulsed laser beam from the deflecting element and irradiating the object to be processed;
with
The control device controls the transmittance according to a processing hole characteristic value indicating characteristics of a processing hole included on a processing path when the processing object is drilled by the pulsed laser beam, and controls the processing hole. The transmittance is controlled so that the transmittance increases as the interval between the laser processing equipment.
ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。 12. The laser according to claim 11 , wherein the machined hole characteristic value is a value that indicates the interval between the plurality of machined holes on the machining path or a moving average of the intervals between the plurality of machined holes. processing equipment.
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載のレーザ加工装置。 13. The laser processing apparatus according to claim 11 , wherein the Q-switched laser oscillator has a retroreflection mirror as a total reflection mirror forming a resonator.
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、前記光スイッチング素子の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部と、
前記学習用データを用いて、前記状態量から、前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を備える
ことを特徴とする学習装置。 A learning device for learning the transmittance of the optical switching element of the laser device according to claim 1 ,
For learning to acquire learning data including a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and pulse energy after amplification of the pulsed laser beam, and the transmittance of the optical switching element. a data acquisition unit;
a model generating unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose pulse energy is a target value from the state quantity, using the learning data;
A learning device comprising:
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と前記パルスレーザ光を用いて加工した加工穴の形状を示す形状情報とを含む状態量と、前記光スイッチング素子の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部と、
前記学習用データを用いて、前記状態量から、前記加工穴の形状が目標形状となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を備える
ことを特徴とする学習装置。 A learning device for learning the transmittance of the optical switching element included in the laser device of the laser processing device according to claim 11 ,
Learning including a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and shape information indicating a shape of a machined hole machined using the pulsed laser beam, and the transmittance of the optical switching element. a learning data acquisition unit that acquires data for
a model generation unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element having the shape of the machined hole as a target shape from the state quantity, using the learning data;
A learning device comprising:
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の学習装置。 The interval information includes the pulse characteristic time of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, the energy of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, and the pulse generated by the Q-switched laser oscillator. 4. The waveform includes at least one of a waveform of a laser beam, a waveform of the pulsed laser beam amplified by the amplifier, and drive current or discharge power of the Q-switched laser oscillator and the amplifier. 16. The learning device according to 14 or 15 .
前記状態量は、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の冷却水温度と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス温度と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス圧と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の連続放電時間と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の電極温度と、前記Ｑスイッチレーザ発振器または前記増幅器の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも１つをさらに含む
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の学習装置。 The laser device is a gas laser in which the laser medium is a gas,
The state quantity includes a cooling water temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas pressure of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and the Q-switched laser oscillator. or at least one of a continuous discharge time of the amplifier, an electrode temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and a total discharge time from the time of optical component replacement of the Q-switched laser oscillator or the amplifier. 16. The learning device according to claim 14 or 15, characterized in that:
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報を含む状態量と、前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを取得する推論用データ取得部と、
前記状態量および前記目標値から前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量および前記目標値から前記透過率を推論する推論部と、
を有する
ことを特徴とする推論装置。 An inference device for inferring the transmittance of the optical switching element of the laser device according to claim 1 or 2,
an inference data acquisition unit that acquires a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser light and a target value of pulse energy after amplification of the pulsed laser light;
inferring the transmittance from the state quantity and the target value obtained by the data obtaining unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element from the state quantity and the target value; an inference unit;
A reasoning device characterized by having:
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報を含む状態量と、前記パルスレーザ光を用いて加工する加工穴の目標形状を示す形状情報とを取得する推論用データ取得部と、
前記状態量および前記形状情報から前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量および前記目標形状から前記透過率を推論する推論部と、
を有する
ことを特徴とする推論装置。 An inference device for inferring the transmittance of the optical switching element of the laser device of the laser processing device according to claim 11 or 12 ,
an inference data acquisition unit for acquiring a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and shape information indicating a target shape of a hole to be machined using the pulsed laser beam;
inferring the transmittance from the state quantity and the target shape obtained by the data obtaining unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element from the state quantity and the shape information; an inference unit;
A reasoning device characterized by having:
前記パルスレーザ光を増幅する増幅器と、
前記Ｑスイッチレーザ発振器と前記増幅器との間の光路上に配置された光スイッチング素子と、
前記増幅器から出力された前記パルスレーザ光を偏向する偏向素子と、
前記偏向素子からの前記パルスレーザ光を集光または転写して加工対象物に照射する対物光学系と、
前記パルスレーザ光によって前記加工対象物に穴あけ加工を行うときの加工経路上に含まれる加工穴の特性を示す加工穴特性値に応じて前記光スイッチング素子の透過率を制御し、前記加工穴の間隔が短いほど前記透過率を高く、且つ、複数の前記加工穴の形状のばらつきを示す値が予め定められた値よりも小さくなるように、前記透過率を制御することによって前記透過率を変調させる制御装置と、
を備える
ことを特徴とするレーザ加工システム。 a Q-switched laser oscillator that generates pulsed laser light;
an amplifier that amplifies the pulsed laser light;
an optical switching element arranged on an optical path between the Q-switched laser oscillator and the amplifier;
a deflection element that deflects the pulsed laser light output from the amplifier;
an objective optical system for condensing or transferring the pulsed laser beam from the deflecting element and irradiating the object to be processed;
The transmittance of the optical switching element is controlled in accordance with a machined hole characteristic value indicating the characteristics of the machined hole included on the machined path when the machined object is machined by the pulsed laser beam. The transmittance is modulated by controlling the transmittance so that the transmittance increases as the distance becomes shorter, and a value indicating variation in shape of the plurality of processed holes becomes smaller than a predetermined value. a control device that causes
A laser processing system comprising:
前記学習用データを用いて、前記状態量から、前記加工穴の形状が目標形状となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を有する学習装置、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項２０に記載のレーザ加工システム。 Learning data acquisition for acquiring learning data including a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam, and shape information indicating a shape of a machined hole machined using the pulsed laser beam. Department and
a model generation unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element having the shape of the machined hole as a target shape from the state quantity, using the learning data;
a learning device having
21. The laser processing system of claim 20 , further comprising:
前記状態量および前記形状情報から前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量および前記目標形状から前記透過率を推論する推論部と、
を有する推論装置、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項２０または２１に記載のレーザ加工システム。 an inference data acquisition unit for acquiring a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and shape information indicating a target shape of a hole to be machined using the pulsed laser beam;
inferring the transmittance from the state quantity and the target shape obtained by the data obtaining unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element from the state quantity and the shape information; an inference unit;
A reasoning device having
22. The laser processing system of claim 20 or 21 , further comprising:
前記パルスレーザ光を透過させる光スイッチング素子の透過率を設定するステップと、
設定された透過率の前記光スイッチング素子に前記パルスレーザ光を入射することで前記パルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップと、
前記パルスレーザ光を増幅するステップと、
増幅後の前記パルスレーザ光を偏向することによって、前記パルスレーザ光が加工対象物に照射される位置を調整するステップと、
偏向後の前記パルスレーザ光を集光または転写して前記加工対象物に照射するステップと、
を含み、
前記パルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップでは、前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、前記光スイッチング素子の透過率を変調させる
ことを特徴とするレーザ加工方法。 generating pulsed laser light;
setting the transmittance of an optical switching element that transmits the pulsed laser light;
changing the pulse energy of the pulsed laser light by making the pulsed laser light incident on the optical switching element having a set transmittance;
Amplifying the pulsed laser light;
a step of adjusting a position at which the pulsed laser beam is irradiated onto the workpiece by deflecting the amplified pulsed laser beam;
condensing or transferring the deflected pulsed laser beam and irradiating it onto the object to be processed;
including
The step of changing the pulse energy of the pulsed laser beam modulates the transmittance of the optical switching element based on a pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval for generating the pulsed laser beam. Method.
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- 2022-09-15 JP JP2023504596A patent/JP7250231B1/en active Active
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