KR101617080B1 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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Abstract
펄스폭이 짧은 경우에도, 펄스마다, 펄스에너지를 안정화시키는 것이 가능한 레이저 가공장치를 제공한다.
레이저 광원이, 외부로부터 수신하는 레이저 발진 개시 트리거에 동기하여 레이저 발진을 개시하고, 레이저 발진 정지 트리거에 동기하여 레이저 발진을 정지한다. 검출기가, 레이저 광원에 부여하는 전력, 및 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 중 적어도 일방에 의존하는 물리량을 검출한다. 제어장치가, 레이저 광원에 레이저 발진 개시 트리거를 부여함과 함께, 검출기에 의한 물리량의 검출 결과에 근거하여, 레이저 광원에 발진 정지 트리거를 부여한다.Provided is a laser machining apparatus capable of stabilizing pulse energy for each pulse even when the pulse width is short.
The laser light source starts laser oscillation in synchronization with the laser oscillation start trigger received from the outside, and stops the laser oscillation in synchronization with the laser oscillation stop trigger. The detector detects a physical quantity depending on at least one of the power given to the laser light source and the laser pulse emitted from the laser light source. The control device gives a laser oscillation start trigger to the laser light source and gives an oscillation stop trigger to the laser light source based on the detection result of the physical quantity by the detector.
Description
본 출원은, 2013년 3월 19일에 출원된 일본 특허출원 제2013-056217호, 2013년 3월 28일에 출원된 일본 특허출원 제2013-067746호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2013-056217 filed on March 19, 2013, and Japanese Patent Application No. 2013-067746 filed on March 28, 2013. The entire contents of which are incorporated herein by reference.
본 발명은, 펄스레이저를 출사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공장치, 및 레이저 가공방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a laser machining apparatus for performing laser machining by emitting a pulse laser, and a laser machining method.
탄산가스레이저 등의 가스레이저에 있어서는, 레이저매질가스 중의 불순물 등이 방전에 영향을 미친다. 이로 인하여, 출사하는 레이저펄스마다 펄스에너지에 편차가 발생한다. 레이저펄스를 펀칭 가공에 이용하는 경우, 펄스에너지에 편차가 발생하면 가공품질이 불균일해진다.In a gas laser such as a carbon dioxide gas laser, impurities in the laser medium gas affect the discharge. As a result, a deviation occurs in the pulse energy for each laser pulse to be emitted. When the laser pulse is used for punching, if the pulse energy deviates, the processing quality becomes uneven.
하기의 특허문헌 1에, 펄스에너지의 편차를 저감시키는 레이저 발진방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 방법에서는, 1회의 펄스여기 중에, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저광의 에너지값을 복수회 측정한다. 측정된 복수의 에너지값을 가산하여, 당해 펄스여기에 의하여 발진되는 레이저광의 예상 토탈 에너지값을 예측한다. 이 예상 토탈 에너지값에 근거하여, 여기시간을 제어한다. 이로써, 토탈 에너지값(펄스에너지)을 안정화시키는 것이 가능하다.
펄스폭이 비교적 긴 경우, 예를 들면 수 백㎲ 정도인 경우에는, 레이저 발진 지령으로부터 레이저펄스의 상승까지의 지연시간이 불균일하여도, 상기 특허문헌 1에 개시된 방법으로 펄스에너지를 조절하는 것이 가능하다. 그런데, 펄스폭이 짧은 경우, 예를 들면 수 십㎲인 경우에는, 에너지 검출 감도나 연산시간을 감안하면, 여기시간을 제어하는 것은 곤란하다.When the pulse width is relatively long, for example, about several hundreds of microseconds, it is possible to adjust the pulse energy by the method disclosed in
본 발명의 목적은, 펄스폭이 짧은 경우에도, 펄스마다, 펄스에너지를 안정화시키는 것이 가능한 레이저 가공장치, 및 레이저 가공방법을 제공하는 것이다.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.
본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the present invention,
외부로부터 수신하는 레이저 발진 개시 트리거에 동기하여 레이저 발진을 개시하고, 레이저 발진 정지 트리거에 동기하여 레이저 발진을 정지하는 레이저 광원과,A laser light source for starting laser oscillation in synchronization with a laser oscillation start trigger received from the outside and for stopping laser oscillation in synchronization with the laser oscillation stop trigger,
상기 레이저 광원에 부여하는 전력, 및 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 중 적어도 일방에 의존하는 물리량을 검출하는 검출기와,A detector for detecting a physical quantity depending on at least one of a power given to the laser light source and a laser pulse emitted from the laser light source;
상기 레이저 광원에 상기 레이저 발진 개시 트리거를 부여함과 함께, 상기 검출기에 의한 상기 물리량의 검출 결과에 근거하여, 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 제어장치And a control unit which gives the laser oscillation start trigger to the laser light source and gives the oscillation stop trigger to the laser light source based on the detection result of the physical quantity by the detector
를 가지는 레이저 가공장치가 제공된다.Is provided.
본 발명의 다른 관점에 의하면,According to another aspect of the present invention,
외부로부터 수신하는 발진 개시 트리거에 동기하여 레이저 발진을 개시하고, 발진 정지 트리거에 동기하여 레이저 발진을 정지하는 레이저 광원에, 상기 발진 개시 트리거를 부여하는 공정과,A step of giving the oscillation start trigger to a laser light source that starts laser oscillation in synchronization with an oscillation start trigger received from the outside and stops laser oscillation in synchronization with the oscillation stop trigger;
상기 레이저 광원에 부여하는 전력, 및 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 중 적어도 일방에 의존하는 물리량을 검출하는 공정과,A step of detecting a physical quantity depending on at least one of an electric power given to the laser light source and a laser pulse emitted from the laser light source;
상기 물리량의 검출 결과에 근거하여, 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 공정A step of giving the oscillation stop trigger to the laser light source based on the detection result of the physical quantity
을 가지는 레이저 가공방법이 제공된다.Is provided.
검출기에 의한 물리량의 검출 결과에 근거하여, 레이저 광원에 발진 정지 트리거를 부여함으로써, 펄스에너지를 안정화시킬 수 있다.By providing an oscillation stop trigger to the laser light source based on the detection result of the physical quantity by the detector, the pulse energy can be stabilized.
도 1은, 실시예 1에 의한 레이저 가공장치의 개략도이다.
도 2는, 실시예 1에 의한 레이저 가공장치의 레이저 발진기의 단면도, 및 구동회로의 블록도이다.
도 3은, 제어장치로부터 레이저 광원에 부여되는 트리거신호, 레이저 발진기의 방전전극에 인가되는 고주파전압, 방전전극을 흐르는 방전전류, 및 레이저 발진기로부터의 광출력의 타이밍 차트이다.
도 4는, 레이저 광원에 레이저 발진 개시 트리거를 부여하는 시각으로부터 레이저 발진 정지 트리거를 부여하는 시각까지의 트리거 시간폭을 일정하게 한 조건하에서의 레이저펄스 상승까지의 지연시간과, 펄스에너지와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 실시예 1에 의한 레이저 가공장치의 제어장치가 실행하는 처리의 플로우차트이다.
도 6은, 제어장치로부터 레이저 광원에 부여되는 트리거신호, 레이저 발진기의 방전전극에 인가되는 고주파전압, 방전전극을 흐르는 방전전류, 및 레이저 발진기로부터의 광출력의 타이밍 차트이다.
도 7은, 실시예 2에 의한 레이저 가공장치의 개략도이다.
도 8은, 실시예 2에 의한 레이저 가공장치에 이용되고 있는 레이저 발진기의 단면도, 및 제어계의 블록도이다.
도 9는, 트리거신호, 고주파전압, 방전전류, 및 광출력의 타이밍 차트이다.
도 10a는, 방전전류의 피크값과 펄스에너지와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10b는, 고주파전압 인가시간과 펄스에너지와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 펄스에너지를 일정하게 한다는 조건하에서의 방전전류의 피크값과 고주파전압 인가시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 실시예 2에 의한 레이저 가공장치의 제어장치가 실행하는 처리의 플로우차트이다.
도 13은, 트리거신호, 고주파전압, 방전전류, 및 광출력의 타이밍 차트이다.1 is a schematic view of a laser machining apparatus according to a first embodiment.
Fig. 2 is a cross-sectional view of the laser oscillator of the laser machining apparatus according to the first embodiment, and a block diagram of the drive circuit. Fig.
3 is a timing chart of a trigger signal given to the laser light source from the control device, a high-frequency voltage applied to the discharge electrode of the laser oscillator, a discharge current flowing through the discharge electrode, and a light output from the laser oscillator.
4 is a graph showing the relationship between the delay time until the rise of the laser pulse under the condition that the trigger time width from the time at which the laser oscillation start trigger is given to the laser light source to the time at which the laser oscillation stop trigger is given is constant, FIG.
5 is a flowchart of processing executed by the control apparatus of the laser machining apparatus according to the first embodiment.
6 is a timing chart of a trigger signal given to the laser light source from the control device, a high-frequency voltage applied to the discharge electrode of the laser oscillator, a discharge current flowing through the discharge electrode, and a light output from the laser oscillator.
7 is a schematic view of a laser machining apparatus according to a second embodiment.
8 is a cross-sectional view of a laser oscillator used in the laser machining apparatus according to the second embodiment and a block diagram of the control system.
9 is a timing chart of a trigger signal, a high-frequency voltage, a discharge current, and an optical output.
10A is a graph showing the relationship between the peak value of the discharge current and the pulse energy.
10B is a graph showing the relationship between the high-frequency voltage application time and the pulse energy.
11 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 kept constant.
12 is a flowchart of a process executed by the control device of the laser machining apparatus according to the second embodiment.
13 is a timing chart of a trigger signal, a high-frequency voltage, a discharge current, and an optical output.
도 1에, 실시예 1에 의한 레이저 가공장치의 개략도를 나타낸다. 레이저 광원(1)이, 제어장치(20)로부터 수신하는 레이저 발진 개시 트리거에 동기하여 레이저 발진을 개시하고, 레이저 발진 정지 트리거에 동기하여 레이저 발진을 정지한다. 레이저 발진이 개시되면, 레이저 광원(1)이 레이저펄스를 출사한다.1 is a schematic view of a laser machining apparatus according to a first embodiment. The
레이저 광원(1)은, 레이저 발진기(10) 및 구동회로(11)를 포함한다. 레이저 발진기(10)에는, 예를 들면 탄산가스레이저 발진기 등의 가스레이저 발진기가 이용된다. 제어장치(20)로부터 구동회로(11)에, 레이저 발진 개시 트리거 및 레이저 발진 정지 트리거가 부여된다. 구동회로(11)는, 레이저 발진 개시 트리거를 수신하면, 레이저 발진기(10)에 전력의 공급을 개시한다. 레이저 발진 정지 트리거를 수신하면, 레이저 발진기(10)로의 전력의 공급을 정지한다.The
레이저 광원(1)으로부터 출사된 레이저빔이, 부분반사경(21)에 의하여 투과빔과 반사빔으로 분기된다. 반사빔이 광검출기(22)에 입사된다. 광검출기(22)는, 빛을 검출하면, 제어장치(20)에 검출신호를 송출한다. 제어장치(20)는, 광검출기(22)로부터 검출신호를 수신한 시각, 즉 레이저펄스의 상승 시각을 기준으로 하여, 레이저 광원(1)에 레이저 발진 정지 트리거를 부여하는 시각을 결정한다. 결정된 시각에, 레이저 광원(1)에 레이저 발진 정지 트리거를 부여한다.The laser beam emitted from the
부분반사경(21)을 직진한 투과빔은, 스폿 위치 안정화 광학계(12)를 투과하여 비구면렌즈(13)에 입사한다. 스폿 위치 안정화 광학계(12)는, 복수의 볼록렌즈를 포함하고, 레이저 광원(1)으로부터 출사된 레이저빔의 진행방향이 벗어나도, 비구면렌즈(13)가 배치된 위치에 있어서의 빔 스폿의 위치를 안정화시킨다. 비구면렌즈(13)는, 레이저빔의 프로파일을 바꾼다. 예를 들면, 가우시안형상의 빔 프로파일을, 탑플랫(top-flat)형상의 빔 프로파일로 바꾼다.The transmission beam that travels straight through the partial reflecting
비구면렌즈(13)를 투과한 레이저빔이, 콜리메이트렌즈(14)에 의하여 콜리메이트된 후, 마스크(15)에 입사한다. 마스크(15)는, 투과창 및 차광부를 포함하고, 레이저빔의 빔 단면을 정형한다. 마스크(15)의 투과창을 투과한 레이저빔이 필드렌즈(16), 반사미러(17)를 경유하여, 빔주사기(18)에 입사한다. 빔주사기(18)는, 레이저빔을 이차원방향으로 주사한다. 빔주사기(18)로서, 예를 들면 갈바노스캐너가 이용된다.The laser beam transmitted through the
빔주사기(18)로 주사된 레이저빔이, fθ렌즈(19)로 집광되어 가공대상물(30)에 입사된다. 가공대상물(30)은 스테이지(25)에 지지되어 있다. 필드렌즈(16) 및 fθ렌즈(19)는, 마스크(15)의 투과창을, 가공대상물(30)의 표면에 결상시킨다. 스테이지(25)는, 가공대상물(30)을, 그 표면에 평행한 방향으로 이동시킨다.The laser beam scanned by the
도 2에, 실시예 1에 의한 레이저 발진기(10)의 단면도, 및 구동회로의 블록도를 나타낸다. 챔버(50)의 내부에, 송풍기(40), 한 쌍의 방전전극(41), 열교환기(46), 및 레이저매질가스가 수용되고 있다. 한 쌍의 방전전극(41)의 사이에 방전공간(42)이 획정된다. 방전공간(42)에서 방전이 발생함으로써, 레이저매질가스가 여기된다. 도 2에서는, 방전전극(41)의 길이방향에 직교하는 단면이 나타나 있다. 송풍기(40)에는, 예를 들면 터보블로어가 이용된다. 다만, 터보블로어 대신에, 크로스플로우팬, 축류팬 등을 이용하여도 된다. 방전전극(41)의 각각은, 도전부재(43)와 세라믹부재(44)를 포함한다. 세라믹부재(44)는, 도전부재(43)와 방전공간(42)을 격리한다.2 is a cross-sectional view of the
송풍기(40)로부터, 방전전극(41)의 사이의 방전공간(42), 및 열교환기(46)를 경유하여 송풍기(40)로 되돌아오는 순환경로가 챔버(50) 내에 형성되어 있다. 열교환기(46)는 방전에 의하여 고온이 된 레이저매질가스를 냉각한다.A circulation path for returning from the
한 쌍의 단자(51)가, 챔버(50)의 벽면에 장착되어 있다. 방전전극(41)의 도전부재(43)가, 각각 챔버 내부 전류로(電流路)(52)에 의하여 단자(51)에 접속되어 있다. 단자(51)는, 챔버 외부 전류로(55)에 의하여, 구동회로(11)에 접속되어 있다.A pair of
도 3에, 제어장치(20)(도 1)로부터 구동회로(11)(도 1)에 부여되는 트리거신호, 방전전극(41)(도 2)에 인가되는 고주파전압, 방전전극(41)에 흐르는 방전전류, 및 레이저 발진기(10)(도 1)로부터 출사되는 광출력의 타이밍 차트를 나타낸다.3 shows a trigger signal given to the drive circuit 11 (Fig. 1) from the control device 20 (Fig. 1), a high-frequency voltage applied to the discharge electrode 41 A discharge current flowing, and a light output from the laser oscillator 10 (Fig. 1).
시각 t1에 있어서, 트리거신호가 상승한다. 트리거신호의 상승은, 레이저 발진 개시 트리거에 상당한다. 시각 t1에 있어서, 구동회로(11)가 레이저 발진 개시 트리거를 수신하면, 구동회로(11)는, 방전전극(41)에 고주파전압을 인가한다. 고주파전압의 주파수는, 예를 들면 2MHz이다. 고주파전압이 인가된 후, 시각 t2에서 방전이 시작되면, 방전전류가 흐르기 시작한다.At time t1, the trigger signal rises. The rise of the trigger signal corresponds to a laser oscillation start trigger. When the
방전이 시작된 후, 레이저 발진기(10)의 광공진기 내의 이득이 손실을 상회한 시각 t3에 있어서, 광출력(레이저펄스)이 상승한다. 즉, 레이저 발진 개시 트리거가 주어진 시각 t1로부터 지연시간(Td)이 경과한 시각 t3에, 레이저펄스가 상승한다. 광출력은, 상승 시에 순간적으로 날카로운 피크를 나타내고, 그 후, 안정된다. 레이저펄스가 상승하면, 광검출기(22)(도 1)에 의하여 빛이 검출되고, 검출신호가 제어장치(20)(도 1)에 송출된다.After the start of the discharge, the optical output (laser pulse) rises at time t3 when the gain in the optical resonator of the
제어장치(20)는, 광검출기(22)로부터 검출신호를 수신한 시각, 즉 레이저펄스의 상승 시각 t3을 기준으로 하여, 레이저 광원(1)에 레이저 발진 정지 트리거를 부여하는 시각 t4를 결정한다. 예를 들면, 레이저펄스의 검출 시각 t3으로부터 시각 t4까지의 펄스폭(Pd)이 일정해지도록, 시각 t4를 결정한다.The
시각 t4에 있어서, 제어장치(20)가, 트리거신호를 하강시킴으로써, 레이저 광원(1)에 레이저 발진 정지 트리거를 부여한다. 구동회로(11)가 제어장치(20)로부터 레이저 발진 정지 트리거를 수신하면, 구동회로(11)는 고주파전압의 인가를 중지한다. 방전전극(41)에 고주파전압이 인가되지 않게 되면, 방전이 정지되어, 방전전류가 흐르지 않게 됨과 함께, 광출력이 0이 된다(레이저펄스가 하강한다). 시각 t3으로부터 시각 t4까지의 시간폭이, 레이저펄스의 펄스폭(Pd)에 상당한다. 레이저 발진 개시 트리거를 부여하는 시각 t1로부터, 레이저 발진 정지 트리거를 부여하는 시각 t4까지의 경과시간을, 트리거 시간폭(Te)이라고 한다.At time t4, the
도 4에, 트리거 시간폭(Te)이 일정한 조건하에서 제어를 행하였을 때의, 지연시간(Td)과, 레이저펄스의 펄스에너지와의 관계를 나타낸다. 가로축은 지연시간(Td)을 나타내고, 세로축은 펄스에너지를 나타낸다. 트리거 시간폭(Te)이 일정하기 때문에, 지연시간(Td)과 펄스폭(Pd)(도 3)과의 합이 일정해진다. 이로 인하여, 지연시간(Td)이 길어지면, 펄스폭(Pd)이 짧아진다. 펄스폭(Pd)이 짧아짐으로써, 펄스에너지가 저하된다. 트리거 시간폭(Te)이 일정해지도록 레이저 발진의 제어를 행하면, 지연시간(Td)의 편차에 의하여, 펄스에너지가 불균일해지는 것을 알 수 있다.Fig. 4 shows the relationship between the delay time Td and the pulse energy of the laser pulse when the control is performed under the condition that the trigger time width Te is constant. The abscissa represents the delay time (Td), and the ordinate represents the pulse energy. Since the trigger time width Te is constant, the sum of the delay time Td and the pulse width Pd (Fig. 3) becomes constant. As a result, if the delay time Td becomes longer, the pulse width Pd becomes shorter. As the pulse width Pd becomes shorter, the pulse energy decreases. When the laser oscillation is controlled so that the trigger time width Te becomes constant, it can be seen that the pulse energy becomes non-uniform due to the deviation of the delay time Td.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 실시예 1에 의한 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법에 대하여 설명한다. 레이저 가공을 행하기 전에, 먼저 가공대상물(30)을 스테이지(25)(도 1)에 지지하여, 스테이지(25)를 이동시킴으로써, 가공대상물(30)의 위치결정을 행한다. 가공대상물(30)에는, 빔주사기(18)로 주사 가능한 범위 내에, 복수의 피가공점이 정의되어 있다. 레이저 가공 중은, 제어장치(20)가 빔주사기(18)를 제어하여, 가공대상물(30) 상의 피가공점에, 차례로 레이저펄스를 입사시킴으로써 펀칭 가공이 행해진다.Next, a laser processing method using the laser processing apparatus according to the first embodiment will be described with reference to Figs. 5 and 6. Fig. The object to be processed 30 is positioned by first supporting the
도 5에, 실시예 1에 의한 레이저 가공장치의 제어장치(20)(도 1)가 실행하는 처리의 플로우차트를 나타낸다. 도 6에, 트리거신호, 고주파전압, 방전전류, 및 광출력의 타이밍 차트를 나타낸다. 가공대상물(30)을 스테이지(25)에 지지하여, 가공대상물(30)의 위치결정이 완료되면, 최초로 가공해야 하는 피가공점에 레이저펄스가 입사되도록, 빔주사기(18)를 제어한다. 스텝 S1에 있어서, 빔주사기(18)의 위치결정이 완료될 때까지 대기한다. 빔주사기(18)의 위치결정이 완료되면, 스텝 S2에 있어서, 레이저 광원(1)에 레이저 발진 개시 트리거를 부여한다. 스텝 S2는, 도 6에 나타낸 시각 t11, t21, t31에 상당한다.Fig. 5 shows a flowchart of processing executed by the control device 20 (Fig. 1) of the laser machining apparatus according to the first embodiment. FIG. 6 shows a timing chart of the trigger signal, the high-frequency voltage, the discharge current, and the optical output. The
레이저 발진 개시 트리거가 레이저 광원(1)에 부여되면, 레이저 발진기(10)(도 1)에 고주파전압이 인가되어, 방전전류가 흐른다. 레이저 발진 개시 트리거가 부여된 시각 t11, t21, t31로부터, 각각 지연시간(Td1, Td2, Td3)이 경과한 시각 t12, t22, t32에 있어서 레이저펄스(Lp1, Lp2, Lp3)가 상승한다. 광공진기의 반사경의 진동이나, 레이저매질가스에 포함되는 불순물 등의 영향에 의하여, 지연시간(Td1, Td2, Td3)이 모두 동일하다고는 할 수 없다. 도 6에서는, 지연시간의 대소 관계가, Td3<Td1<Td2인 예를 나타내고 있다.When a laser oscillation start trigger is applied to the
스텝 S3에 있어서, 레이저 발진 정지 트리거가 부여된 후 레이저펄스가 상승할 때까지의 지연시간(Td1, Td2, Td3)을 계측한다. 구체적으로는, 제어장치(20)는, 레이저 발진 개시 트리거를 레이저 광원(1)에 부여한 시각으로부터, 광검출기(22)로부터 검출신호를 수신할 때까지의 경과시간을 계측한다.In step S3, the delay times (Td1, Td2, and Td3) from when the laser oscillation stop trigger is applied until the laser pulse rises are measured. Specifically, the
스텝 S4에 있어서, 지연시간(Td)이 규격 내인지 아닌지를 판정한다. 지연시간(Td)이 규격 외인 경우, 스텝 S8에 있어서, 레이저 광원(1)에 레이저 발진 정지 트리거를 부여한다. 이로써, 방전전극(41)(도 1)으로의 전력의 공급이 정지된다. 전력의 공급이 정지됨으로써, 이상 발진을 방지할 수 있다.In step S4, it is determined whether or not the delay time Td is within the specification. When the delay time Td is outside the specification, a laser oscillation stop trigger is given to the
지연시간(Td)이 규격 내일 때, 스텝 S5에 있어서, 레이저펄스의 상승 시각 t12, t22, t32(도 6)를 기준으로 하여, 레이저 광원(1)에 레이저 발진 정지 트리거를 부여하는 시각 t13, t23, t33(도 6)을 산출한다. 구체적으로는, 레이저펄스의 상승 시각 t12, t22, t32로부터, 목표 펄스폭(Pd)에 상당하는 시간이 경과한 시각을, 레이저 발진 정지 트리거를 부여한 시각 t13, t23, t33으로 한다. 목표 펄스폭(Pd)은, 미리 제어장치(20)에 기억되어 있다.When the delay time Td is within the specification, the time t13 at which the laser oscillation stop trigger is given to the
스텝 S6에 있어서, 스텝 S5에서 산출된 시각 t13, t23, t33(도 6)에, 레이저 광원(1)에 대해서 레이저 발진 정지 트리거를 부여한다. 이로써 레이저펄스(Lp1, Lp2, Lp3)가 하강한다.In step S6, the laser oscillation stop trigger is given to the
스텝 S7(도 5)에 있어서, 가공이 종료되었는지 아닌지를 판정한다. 미가공의 피가공점이 남아 있는 경우에는, 다음으로 가공해야 하는 피가공점에 레이저펄스가 입사되도록, 빔주사기(18)를 제어하고, 스텝 S1로 되돌아온다. 모든 피가공점의 가공이 완료된 경우에는, 레이저 가공 처리를 종료한다.In step S7 (Fig. 5), it is determined whether or not the machining is completed. When there remains a raw workpiece, the
도 6에 나타낸 예에 있어서, 트리거 시간폭(Te1, Te2, Te3)이 동일해지도록, 타이밍 제어를 행하면, 레이저펄스의 상승 시각으로부터 하강 시각까지의 펄스폭이, 지연시간(Td1, Td2, Td3)의 편차의 영향을 받아, 불균일해진다.6, when the timing control is performed so that the trigger time widths Te1, Te2 and Te3 become equal to each other, the pulse width from the rising time to the falling time of the laser pulse becomes shorter than the delay times Td1, Td2 and Td3 ), And are thus uneven.
상기 실시예 1에 있어서는, 레이저펄스가 상승하는 시각 t12, t22, t32(도 6)를 기준으로 하여, 레이저 발진 정지 트리거를 레이저 광원(1)에 부여하는 시각 t13, t23, t33(도 6)이 결정된다. 이로 인하여, 레이저펄스의 펄스폭(Pd)이, 지연시간(Td1, Td2, Td3)의 편차의 영향을 받지 않는다. 따라서, 지연시간(Td1, Td2, Td3)이 불균일해져도, 펄스폭(Pd)을 일정하게 할 수 있다. 그 결과, 펄스에너지의 불균일도 적어진다. 레이저펄스의 상승 시각 t12, t22, t32로부터, 레이저 발진 정지 트리거를 부여하는 시각 t13, t23, t33까지의 경과시간을 일정하게 하면, 펄스에너지를 대략 균일하게 할 수 있다.6) at which the laser oscillation stop trigger is given to the
펄스폭(Pd)은, 미리 제어장치(20)(도 1)에 기억되어 있기 때문에, 레이저펄스의 상승을 검출한 후에, 목표로 하는 펄스폭을 결정하기 위한 연산 등을 행할 필요가 없다. 레이저펄스의 상승 후의 측정 결과에 근거하여, 당해 레이저펄스의 펄스폭을 결정하기 위한 연산을 행하는 방법은, 연산시간보다 짧은 펄스폭을 가지는 레이저펄스를 이용한 레이저 가공에 적용할 수 없다. 상기 실시예 1에 있어서는, 펄스폭을 결정하기 위한 연산을 행할 필요가 없기 때문에, 펄스폭(Pd)이 연산시간에 의한 제약을 받지 않는다. 또, 상기 실시예 1에서는, 레이저펄스의 상승 후의 광에너지 등을 측정할 필요는 없고, 레이저펄스의 유무만을 검출하면 된다. 이로 인하여, 고정밀도의 광에너지 측정을 행하기 위한 측정시간을 확보할 필요도 없다. 상술의 이유에 의하여, 상기 실시예 1은, 펄스폭(Pd)이 짧은 레이저 가공, 예를 들면 펄스폭이 수 십㎲보다 짧은 레이저 가공에도 적용하는 것이 가능하다.Since the pulse width Pd is stored in advance in the control device 20 (Fig. 1), it is not necessary to perform an arithmetic operation for determining the target pulse width after detecting the rise of the laser pulse. The method of performing the calculation for determining the pulse width of the laser pulse based on the measurement result after the rise of the laser pulse can not be applied to the laser processing using the laser pulse having the pulse width shorter than the calculation time. In the first embodiment, there is no need to perform an operation for determining the pulse width, so that the pulse width Pd is not limited by the calculation time. In the first embodiment, it is not necessary to measure the light energy or the like after the rise of the laser pulse, and only the presence or absence of the laser pulse may be detected. Therefore, there is no need to secure a measurement time for performing high-precision light energy measurement. For the reasons described above, the first embodiment can be applied to laser processing with a short pulse width Pd, for example, laser processing with a pulse width shorter than several tens of microseconds.
도 7에, 실시예 2에 의한 레이저 가공장치의 개략도를 나타낸다. 레이저 발진기(10)가 구동회로(11)로부터 전력의 공급을 받아 펄스레이저빔을 출사한다. 레이저 발진기(10)에는, 예를 들면 탄산가스레이저 발진기 등의 가스레이저 발진기가 이용된다. 구동회로(11)는, 제어장치(20)로부터의 트리거신호에 동기하여, 레이저 발진기(10)로의 전력의 공급 및 정지를 행한다.7 is a schematic view of a laser machining apparatus according to a second embodiment. The
레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저빔이, 스폿 위치 안정화 광학계(12)를 투과하여 비구면렌즈(13)에 입사한다. 스폿 위치 안정화 광학계(12)로부터 스테이지(25)까지의 광학계의 구성은, 도 1에 나타낸 스폿 위치 안정화 광학계(12)로부터 스테이지(25)까지의 광학계의 구성과 동일하다.The laser beam emitted from the
다음으로, 제어장치(20)의 구성에 대하여 간단하게 설명한다. 제어장치(20)가 행하는 상세한 처리에 대해서는, 도 12 및 도 13을 참조하여, 후에 설명한다. 제어장치(20)는, 레이저 발진기(10)에 공급되는 전류 및 전압 중 적어도 일방의 물리량의 계측치를 수신하는 기능 블록(20A)을 가진다. 제어장치(20)에, 펄스에너지를 일정하게 하는 조건 데이터(20B)가 기억되어 있다. 제어장치(20)의, 발진 정지 트리거를 송출하는 시각을 조정하는 기능 블록(20C)이, 물리량의 계측치, 및 펄스에너지를 일정하게 하는 조건 데이터(20B)에 근거하여, 발진 정지 트리거를 송출하는 시각을 조정한다.Next, the configuration of the
제어장치(20)의 트리거 생성 기능 블록(20D)이, 발진 정지 트리거를 송출하는 시각을 조정하는 기능 블록(20C)에 의하여 조정된 시각에, 발진 정지 트리거를 구동회로(11)에 송출한다. 발진 정지 트리거를 송출하는 시각을 조정함으로써, 펄스에너지의 편차가 억제되어, 펄스에너지가 균일화된다.The trigger
도 8에, 실시예 2에 의한 레이저 발진기(10)의 단면도, 및 제어계의 블록도를 나타낸다. 챔버(50)의 내부, 및 챔버 외부 전류로(55)의 구성은, 도 2에 나타낸 챔버(50)의 내부, 및 챔버 외부 전류로(55)의 구성과 동일하다.8 is a cross-sectional view of the
검출기(56)가, 챔버 외부 전류로(55)를 흐르는 전류를 계측한다. 검출기(56)로 계측된 전류의 계측치가 제어장치(20)에 입력된다. 제어장치(20)는, 검출기(56)에 의한 전류의 계측치에 근거하여, 구동회로(11)를 제어한다.The
도 9에, 제어장치(20)(도 7)로부터 구동회로(11)(도 7)에 부여되는 트리거신호, 방전전극(41)(도 8)에 인가되는 고주파전압, 방전전극(41)에 흐르는 방전전류, 및 레이저 발진기(10)(도 7)로부터 출사되는 광출력의 타이밍 차트를 나타낸다.9 shows a trigger signal given to the drive circuit 11 (Fig. 7) from the control device 20 (Fig. 7), a high frequency voltage applied to the discharge electrode 41 A discharge current flowing, and a light output from the laser oscillator 10 (Fig. 7).
시각 t1에 있어서, 트리거신호가 상승한다. 트리거신호의 상승은, 발진 개시 트리거에 상당한다. 시각 t1에 있어서, 구동회로(11)가 발진 개시 트리거를 수신하면, 구동회로(11)는, 방전전극(41)에 고주파전압을 인가한다. 고주파전압의 주파수는, 예를 들면 2MHz이다. 고주파전압이 인가된 후, 시각 t2에서 방전이 개시되면, 방전전류가 흐르기 시작한다.At time t1, the trigger signal rises. The rise of the trigger signal corresponds to the oscillation start trigger. At the time t1, when the
방전이 개시된 후, 레이저 발진기(10)의 광공진기 내의 이득이 손실을 상회한 시각 t3에 있어서, 광출력(레이저펄스)이 상승한다. 광출력은, 상승 시에 순간적으로 날카로운 피크를 나타내고, 그 후, 안정된다.After the discharge is started, the optical output (laser pulse) rises at time t3 when the gain in the optical resonator of the
방전이 개시된 직후의 과도상태에 있어서는, 방전전류의 진폭이, 정상 상태일 때의 진폭보다 작고, 시간의 경과와 함께 서서히 커진다. 시각 t3에 있어서 광출력이 상승한 후, 방전전류는, 진폭이 대략 일정한 정상상태가 된다.In the transient state immediately after the discharge is started, the amplitude of the discharge current is smaller than the amplitude at the steady state, and gradually increases with the lapse of time. After the light output rises at time t3, the discharge current becomes a steady state with an approximately constant amplitude.
시각 t4에 있어서, 트리거신호가 하강한다. 트리거신호의 하강은, 발진 정지 트리거에 상당한다. 구동회로(11)가 제어장치(20)로부터 발진 정지 트리거를 수신하면, 구동회로(11)는 고주파전압의 인가를 중지한다. 방전전극(41)에 고주파전압이 인가되지 않게 되면, 방전이 정지되어, 방전전류가 흐르지 않게 됨과 함께, 광출력이 0이 된다(레이저펄스가 하강한다). 시각 t3으로부터 시각 t4까지의 시간폭이, 레이저펄스의 펄스폭에 상당한다.At time t4, the trigger signal falls. The falling of the trigger signal corresponds to the oscillation stop trigger. When the
레이저매질가스의 여기 강도는, 투입된 전력에 비례한다. 레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빔의 펄스에너지는, 펄스폭이 일정한 조건하에서, 여기 강도에 비례한다. 따라서, 펄스에너지는, 투입되는 전력, 즉 고주파전압 및 방전전류로부터 예측하는 것이 가능하다.The excitation intensity of the laser medium gas is proportional to the applied power. The pulse energy of the pulsed 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 applied electric power, that is, from the high-frequency voltage and the discharge current.
도 10a에, 고주파전압 인가시간(시각 t1로부터 시각 t4까지의 시간)이 일정하다는 조건하에서의 방전전류의 피크값(Ipp)과, 펄스에너지와의 관계를 나타낸다. 여기에서, 방전전류의 피크값(Ipp)은, 방전전류의 진폭의 2배에 상당한다. 도 10a의 가로축은 정상 상태일 때의 피크값(Ipp)을 나타내고, 세로축은 펄스에너지를 나타낸다. 방전전류의 피크값(Ipp)이 커짐에 따라 펄스에너지도 증대하여, 양자의 관계는 거의 선형이다.Fig. 10A 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 in Fig. 10A 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 becomes larger, the pulse energy also increases, and the relationship between them is almost linear.
방전전류가 정상 상태가 된 후는, 방전전류의 피크값(Ipp)이 대략 일정하기 때문에, 방전 개시부터, 방전 정지보다 이전의 어느 시각까지의 방전전류의 피크값(Ipp)을 계측함으로써, 당해 레이저펄스의 펄스에너지를 예측할 수 있다.Since the peak value Ipp of the discharge current is substantially constant after the discharge current becomes steady, by measuring the peak value Ipp of the discharge current from the start of discharge to a time before discharge stop, The pulse energy of the laser pulse can be predicted.
도 10b에, 방전전류의 피크값(Ipp)이 일정하다는 조건하에서의 고주파전압 인가시간(도 9의 시각 t1로부터 t4까지의 시간)과, 펄스에너지와의 관계를 나타낸다. 가로축은 고주파전압 인가시간을 나타내고, 세로축은 펄스에너지를 나타낸다. 고주파전압 인가시간이 길어짐에 따라 펄스에너지가 커져, 양자의 관계는 거의 선형이다.Fig. 10B shows the relationship between the high-frequency voltage application time (time from time t1 to time t4 in Fig. 9) under the condition that the peak value Ipp of the discharge current is constant and the pulse energy. The horizontal axis represents the high-frequency voltage application time, and the vertical axis represents the pulse energy. As the high-frequency voltage application time becomes longer, the pulse energy becomes larger, and the relationship between them becomes almost linear.
도 10a 및 도 10b에 나타낸 그래프로부터, 이하가 도출된다. 방전전류의 피크값(Ipp)이 작아지면, 펄스에너지도 작아진다. 펄스에너지의 감소분을 보상하도록 고주파전압 인가시간을 길게 하면, 펄스에너지를 일정하게 유지하는 것이 가능해진다. 도 10a 및 도 10b에 나타낸 그래프로부터, 펄스에너지를 일정하게 유지하기 위한 방전전류의 피크값(Ipp)과, 고주파전압 인가시간과의 대응 관계를 구할 수 있다.From the graphs shown in Figs. 10A and 10B, the following is derived. As the peak value Ipp of the discharge current becomes smaller, the pulse energy also becomes smaller. It is possible to keep the pulse energy constant by increasing the high-frequency voltage application time so as to compensate for the decrease in the pulse energy. From the graphs shown in Figs. 10A and 10B, it is possible to find the corresponding relationship between the peak value Ipp of the discharge current for maintaining the pulse energy constant and the high-frequency voltage application time.
도 11에, 펄스에너지를 일정하게 유지하기 위한 방전전류의 피크값(Ipp)과, 고주파전압 인가시간과의 대응 관계를 나타낸다. 가로축은 방전전류의 피크값(Ipp)을 나타내고, 세로축은 고주파전압 인가시간을 나타낸다. 방전전류의 피크값(Ipp)이 커짐에 따라, 고주파전압 인가시간이 짧아진다. 도 11에 나타낸 대응 관계가, 제어장치(20)(도 7)에 미리 기억되어 있다. 이 대응 관계는, 도 7에 나타낸 펄스에너지를 일정하게 하는 조건 데이터(20B)에 상당한다.11 shows a correspondence relationship between the peak value Ipp of the discharge current for keeping 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 becomes larger, the high-frequency voltage application time becomes shorter. The corresponding relationship shown in Fig. 11 is stored in advance in the control device 20 (Fig. 7). This correspondence corresponds to the
다음으로, 도 12 및 도 13을 참조하여, 실시예 2에 의한 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법에 대하여 설명한다. 레이저 가공을 행하기 전에, 먼저 가공대상물(30)을 스테이지(25)(도 7)에 지지하여, 스테이지(25)를 이동시킴으로써, 가공대상물(30)의 위치결정을 행한다. 가공대상물(30)에는, 빔주사기(18)로 주사 가능한 범위 내에, 복수의 피가공점이 정의되고 있다. 레이저 가공 중은, 제어장치(20)가 빔주사기(18)를 제어하여, 가공대상물(30) 상의 피가공점에, 차례로 레이저펄스를 입사시킴으로써 펀칭 가공이 행해진다.Next, a laser processing method using the laser processing apparatus according to the second embodiment will be described with reference to Figs. 12 and 13. Fig. The object to be processed 30 is positioned by first supporting the
도 12에, 실시예 2에 의한 레이저 가공장치의 제어장치(20)(도 7)가 실행하는 처리의 플로우차트를 나타낸다. 도 13에, 트리거신호, 고주파전압, 방전전류, 및 광출력의 타이밍 차트를 나타낸다. 가공대상물(30)을 스테이지(25)에 지지하여, 가공대상물(30)의 위치결정이 완료되면, 최초로 가공해야 하는 피가공점에 레이저펄스가 입사되도록, 빔주사기(18)를 제어한다. 스텝 S11에 있어서, 빔주사기(18)의 위치결정이 완료될 때까지 대기한다. 빔주사기(18)의 위치결정이 완료되면, 스텝 S12에 있어서, 구동회로(11)에 발진 개시 트리거(전력 공급 개시의 지령)를 부여한다. 스텝 S12는, 도 13에 나타낸 시각 t11, t21, t31에 상당한다.Fig. 12 shows a flowchart of processing executed by the control device 20 (Fig. 7) of the laser machining apparatus according to the second embodiment. 13 shows a timing chart of a trigger signal, a high-frequency voltage, a discharge current, and an optical output. The
고주파전압의 인가 개시시각 t11, t21, t31 후에, 각각 레이저펄스(Lp1, Lp2, Lp3)가 상승한다.The laser pulses Lp1, Lp2, and Lp3 rise after the application start time t11, t21, and t31 of the high-frequency voltage.
스텝 S13에 있어서, 미리 결정된 판정시간(Tj)(도 13)이 경과할 때까지 방전전류의 피크값(Ipp)을 계측한다. 이 계측은, 검출기(56)(도 8)에 의하여 행해진다. 판정시간(Tj)은, 출사해야 하는 레이저펄스의 정격 펄스폭보다 짧다. 일례로서, 정격 펄스폭이 50㎲이며, 판정시간(Tj)은 5㎲이다. 고주파전압의 주파수가 2MHz일 때, 5㎲의 판정시간(Tj)은, 고주파전압의 10주기째에 상당한다.In step S13, the peak value Ipp of the discharge current is measured until a predetermined determination time Tj (FIG. 13) elapses. This measurement is performed by the detector 56 (Fig. 8). 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 占 퐏, and the determination time Tj is 5 占 퐏. When the frequency of the high-frequency voltage is 2 MHz, the determination time Tj of 5 mu s corresponds to the 10th cycle of the high-frequency voltage.
방전전류의 피크값(Ipp)의 계측은, 방전전류가 정상 상태가 된 후에 개시된다. 약 3주기에서 방전전류가 정상 상태가 되는 경우, 4주기째부터 10주기째까지의 피크값(Ipp)이 계측된다.The measurement of the peak value Ipp of the discharge current starts after the discharge current becomes a normal state. When the discharge current becomes a steady state in about 3 cycles, the peak value Ipp from the 4th cycle to the 10th cycle is measured.
도 13에 나타낸 시각 t11, t21, t31의 발진 개시 트리거에 의한 방전전류의 피크값을, 각각 Ipp1, Ipp2, Ipp3으로 나타낸다. 도 13에 나타난 예에서는, 3개의 피크값의 대소 관계는, Ipp2<Ipp1<Ipp3이다.The peak values of the discharge current due to the oscillation start trigger at time t11, t21, and t31 shown in Fig. 13 are represented by Ipp1, Ipp2, and Ipp3, respectively. In the example shown in Fig. 13, the magnitude relation of the three peak values is Ipp2 < Ipp1 < Ipp3.
스텝 S14(도 12)에 있어서, 방전전류의 피크값(Ipp)이 규격 내인지 아닌지를 판정한다. 계측된 피크값(Ipp)이 규격외인 경우, 스텝 S18에 있어서, 방전전극(41)(도 7)으로의 전력의 공급을 정지한다. 전력의 공급을 정지함으로써, 이상 발진을 방지할 수 있다.In step S14 (Fig. 12), it is determined whether or not the peak value Ipp of the discharge current is within the specification. When the measured peak value Ipp is outside the specification, the supply of electric power to the discharge electrode 41 (Fig. 7) is stopped in step S18. By stopping the supply of electric power, abnormal oscillation can be prevented.
계측된 피크값(Ipp)이 규격 내일 때, 스텝 S15에 있어서, 피크값(Ipp)에 근거하여, 발진 개시 트리거로부터 발진 정지 트리거까지의 시간폭을 산출한다. 이하, 스텝 S15의 처리의 일례에 대하여 설명한다. 예를 들면, 판정시간(Tj)(도 13)의 사이에 계측된 복수의 피크값(Ipp)의 평균을 구한다. 피크값(Ipp)의 평균값과, 도 11에 나타낸 대응 관계로부터, 고주파전압 인가시간을 구한다.When the measured peak value Ipp is within the specification, the time width from the oscillation start trigger to the oscillation stop trigger is calculated in step S15 based on the peak value Ipp. Hereinafter, an example of the processing in step S15 will be described. For example, an average of the plurality of peak values Ipp measured during the determination time Tj (FIG. 13) is obtained. From the average value of the peak value Ipp and the corresponding relationship shown in Fig. 11, the high-frequency voltage application time is obtained.
도 11에 나타낸 대응 관계로부터, 피크값(Ipp1, Ipp2, Ipp3)에 대해서, 각각 시간폭(Pd1, Pd2, Pd3)이 구해진다. 이러한 시간폭의 대소 관계는, Pd3<Pd1<Pd2이다.From the corresponding relationship shown in Fig. 11, the time widths Pd1, Pd2, and Pd3 are obtained for the peak values Ipp1, Ipp2, and Ipp3, respectively. The magnitude relation of the time width is Pd3 < Pd1 < Pd2.
스텝 S16(도 12)에 있어서, 발진 개시 트리거로부터, 스텝 S15에서 구해진 시간폭이 경과한 시점에서, 발진 정지 트리거(전력 공급 정지의 지령)를 송출한다. 도 13에 있어서, 시각 t12, t22, t32에서 발진 정지 트리거가 송출되고 있다. 시각 t11로부터 t12까지의 시간폭이 Pd1와 동일하고, 시각 t21로부터 t22까지의 시간폭이 Pd2와 동일하며, 시각 t31로부터 t32까지의 시간폭이 Pd3과 동일하다. 시각 t12, t22, t32에서 방전이 정지하여, 각각 레이저펄스(Lp1, Lp2, Lp3)가 하강한다.In step S16 (FIG. 12), the oscillation stop trigger (command of power supply stop) is transmitted from the oscillation start trigger at a time point when the time width obtained in step S15 has elapsed. In Fig. 13, an oscillation stop trigger is transmitted at time 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 time t32 is equal to Pd3. At time t12, t22, and t32, the discharge stops and laser pulses Lp1, Lp2, and Lp3 fall, respectively.
스텝 S17(도 12)에 있어서, 가공이 종료되었는지 아닌지를 판정한다. 미가공의 피가공점이 남아 있는 경우에는, 다음으로 가공해야 하는 피가공점에 레이저펄스가 입사되도록, 빔주사기(18)를 제어하여, 스텝 S11로 되돌아온다. 모든 피가공점의 가공이 완료된 경우에는, 레이저 가공 처리를 종료한다.In step S17 (Fig. 12), it is determined whether or not the machining has been completed. When there remains a raw workpiece, the
정상 상태에 있어서의 레이저펄스(Lp2)의 광출력은, 레이저펄스(Lp1)의 광출력보다 낮다. 레이저펄스(Lp2)의 펄스폭을 레이저펄스(Lp1)의 펄스폭보다 길게 함으로써, 광출력의 저하분이 보상된다. 또, 정상상태에 있어서의 레이저펄스(Lp3)의 광출력은, 레이저펄스(Lp1)의 광출력보다 높다. 레이저펄스(Lp3)의 펄스폭을 레이저펄스(Lp1)의 펄스폭보다 짧게 함으로써, 광출력의 증가분이 보상된다. 발진 개시 트리거로부터 발진 정지 트리거까지의 시간폭이, 도 11에 나타낸 대응 관계에 근거하여 결정되기 때문에, 레이저펄스(Lp1, Lp2, Lp3)의 펄스에너지를 균일하게 할 수 있다.The optical output of the laser pulse Lp2 in the steady state is lower than the optical 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 the optical output is compensated. The optical output of the laser pulse Lp3 in the steady state is higher than the optical 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 increment of the optical output is compensated. The pulse widths of the laser pulses Lp1, Lp2, and Lp3 can be made uniform since the time width from the oscillation start trigger to the oscillation stop trigger is determined based on the corresponding relationship shown in Fig.
방전전류의 피크값(Ipp)이 클수록, 발진 개시 트리거로부터 발진 정지 트리거까지의 시간폭을 짧게 함으로써, 레이저펄스의 펄스에너지를 균일에 가깝게 할 수 있다.As the peak value Ipp of the discharge current is larger, the time width from the oscillation start trigger to the oscillation stop trigger is shortened, so that the pulse energy of the laser pulse can be made closer to uniformity.
방전전류의 피크값(Ipp)은, 광출력에 비해, 용이하고, 또한 단시간에 계측하는 것이 가능하다. 이로 인하여, 실시예 2에 의한 방법은, 광출력을 계측하여 펄스폭을 조절하는 경우에 비해, 판정시간(Tj)(도 13)을 짧게 하는 것이 가능하다. 이로 인하여, 출사해야 하는 레이저펄스의 펄스폭이 100㎲ 이하여도, 상기 실시예 2에 의한 방법을 적용하는 것이 가능하다.The peak value Ipp of the discharge current can be measured easily in a shorter time than the optical output. Thus, the method according to the second embodiment can shorten the determination time Tj (Fig. 13) as compared with the case where the optical output is measured to adjust the pulse width. As a result, the method according to the second embodiment can be applied even if the pulse width of the laser pulse to be emitted is 100 mu s or less.
상기 실시예 2에서는, 판정시간(Tj)동안에, 방전전류의 피크값(Ipp)을 계측하였지만, 방전전극(41)(도 8)에 공급되는 전력에 의존하는 다른 물리량을 계측하여도 된다. 예를 들면, 방전전류의 실효값을 계측하여도 된다.Although the peak value Ipp of the discharge current is measured during the determination time Tj in the second embodiment, another physical quantity depending on the electric power supplied to the discharge electrode 41 (FIG. 8) may be measured. For example, the effective value of the discharge current may be measured.
방전 상태가 변화되면, 한 쌍의 방전전극(41)의 사이에 인가되는 전압도 변화된다. 이 전압의 변화, 방전전극(41)에 공급되는 전력의 변화에 추종한다. 이로 인하여, 방전전극(41)(도 8)에 공급되는 전력에 의존하는 다른 물리량으로서, 방전전극(41)의 사이에 인가되는 전압의 피크값 또는 실효값을 채용하여도 된다. 이와 같이, 방전전극(41)에 부여되는 전압 또는 전류 중 적어도 일방의 물리량을 계측하면 된다.When the discharge state changes, the voltage applied between the pair of
이상 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
1 레이저 광원
10 레이저 발진기
11 구동회로
12 스폿 위치 안정화 광학계
13 비구면렌즈
14 콜리메이트렌즈
15 마스크
16 필드렌즈
17 반사미러
18 빔주사기
19 fθ렌즈
20 제어장치
20A 물리량의 계측치를 수신하는 기능 블록
20B 펄스에너지를 일정하게 하는 조건 데이터
20C 발진 정지 트리거를 송출하는 시각 조정을 행하는 기능 블록
20D 트리거 생성 기능 블록
21 부분반사경
22 광검출기
25 스테이지
30 가공대상물
40 송풍기
41 방전전극
42 방전공간
43 도전부재
44 세라믹부재
46 열교환기
50 챔버
51 단자
52 챔버 내부 전류로
55 챔버 외부 전류로
56 검출기1 laser light source
10 laser oscillator
11 drive circuit
12 spot position stabilization optical system
13 aspheric lens
14 Collimate Lens
15 Mask
16-field lens
17 reflection mirror
18 beam syringe
19 f? Lens
20 control device
20A Function block for receiving measured values of physical quantities
20B Condition data that makes the pulse energy constant
20C Function block for performing time adjustment to send oscillation stop trigger
20D trigger generation function block
21 partial reflector
22 photodetector
25 stages
30 object to be processed
40 blowers
41 discharge electrode
42 discharge space
43 conductive member
44 ceramic member
46 Heat exchanger
50 chamber
51 terminal
52 With chamber internal current
55 chamber external current
56 detector
Claims (11)
상기 레이저 광원에 부여하는 전력, 및 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 중 적어도 일방에 의존하는 물리량을 검출하는 검출기와,
상기 레이저 광원에 상기 발진 개시 트리거를 부여함과 함께, 상기 검출기에 의한 상기 물리량의 검출 결과에 근거하여, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 내에서 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 제어장치
를 가지고,
상기 검출기는, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스를 검출하고,
상기 제어장치는, 상기 검출기에 의한 레이저펄스의 검출 시각을 기준으로 하여, 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 시각을 결정하며, 결정된 시각에 상기 발진 정지 트리거를 상기 레이저 광원에 부여하고,
상기 제어장치는, 출사해야 하는 레이저펄스의 목표 펄스폭을 기억하고 있고, 상기 검출기에 의한 레이저펄스의 검출 시각부터, 상기 목표 펄스폭과 동일한 시간이 경과한 시점에서, 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 레이저 가공장치.A laser light source that starts laser oscillation in synchronization with an oscillation start trigger received from the outside and stops laser oscillation in synchronization with the oscillation stop trigger,
A detector for detecting a physical quantity depending on at least one of a power given to the laser light source and a laser pulse emitted from the laser light source;
And a control device for giving the oscillation start trigger to the laser light source and for giving the oscillation stop trigger to the laser light source in the laser pulse emitted from the laser light source based on the detection result of the physical quantity by the detector
Lt; / RTI &
The detector detects laser pulses emitted from the laser light source,
Wherein the control device determines the time to give the oscillation stop trigger to the laser light source based on the detection time of the laser pulse by the detector and gives the oscillation stop trigger to the laser light source at the determined time,
Wherein the control device stores the target pulse width of a laser pulse to be emitted, and when the same time as the target pulse width has elapsed from the detection time of the laser pulse by the detector, A laser processing apparatus for imparting a trigger.
상기 레이저 광원이,
레이저매질가스와,
상기 레이저매질가스를 여기하는 방전전극과,
상기 발진 개시 트리거를 수신함으로써, 상기 방전전극으로의 전력의 공급을 개시하고, 상기 발진 정지 트리거를 수신함으로써 상기 방전전극으로의 전력의 공급을 정지하는 구동회로
를 가지고,
상기 물리량은, 상기 방전전극에 부여되는 전압 및 전류 중 적어도 일방이며,
상기 제어장치는, 상기 구동회로에, 상기 발진 개시 트리거를 부여한 후, 상기 검출기에 의하여 검출된 상기 물리량의 검출치에 근거하여, 상기 구동회로에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 레이저 가공장치.The method according to claim 1,
Wherein the laser light source
Laser medium gas,
A discharge electrode for exciting the laser medium gas,
And a drive circuit for starting supply of electric power to the discharge electrode by receiving the oscillation start trigger and stopping supply of electric power to the discharge electrode by receiving the oscillation stop trigger,
Lt; / RTI &
Wherein the physical quantity is at least one of a voltage and a current applied to the discharge electrode,
Wherein the control device gives the oscillation stop trigger to the drive circuit based on the detection value of the physical quantity detected by the detector after giving the oscillation start trigger to the drive circuit.
상기 제어장치는, 상기 구동회로에 상기 발진 개시 트리거를 부여한 후, 미리 결정된 판정시간이 경과하기까지 검출된 상기 검출기에 의한 검출 결과에 근거하여, 상기 발진 개시 트리거를 부여하고부터 상기 발진 정지 트리거를 부여할 때까지의 시간폭을 산출하는 레이저 가공장치.5. The method of claim 4,
Wherein the control device controls the oscillation start trigger after giving the oscillation start trigger based on the detection result detected by the detector until a predetermined determination time elapses after giving the oscillation start trigger to the drive circuit And calculates a time width until the laser beam is applied.
상기 레이저 광원에 부여하는 전력, 및 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 중 적어도 일방에 의존하는 물리량을 검출하는 검출기와,
상기 레이저 광원에 상기 발진 개시 트리거를 부여함과 함께, 상기 검출기에 의한 상기 물리량의 검출 결과에 근거하여, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 내에서 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 제어장치
를 가지고,
상기 레이저 광원이,
레이저매질가스와,
상기 레이저매질가스를 여기하는 방전전극과,
상기 발진 개시 트리거를 수신함으로써, 상기 방전전극으로의 전력의 공급을 개시하고, 상기 발진 정지 트리거를 수신함으로써 상기 방전전극으로의 전력의 공급을 정지하는 구동회로
를 가지고,
상기 물리량은, 상기 방전전극에 부여되는 전압 및 전류 중 적어도 일방이며,
상기 제어장치는, 상기 구동회로에, 상기 발진 개시 트리거를 부여한 후, 상기 검출기에 의하여 검출된 상기 물리량의 검출치에 근거하여, 상기 구동회로에 상기 발진 정지 트리거를 부여하고,
상기 제어장치는, 상기 검출기에 의하여 검출된 상기 물리량이 클수록, 상기 발진 개시 트리거로부터 상기 발진 정지 트리거까지의 시간폭을 짧게 하는 레이저 가공장치.A laser light source that starts laser oscillation in synchronization with an oscillation start trigger received from the outside and stops laser oscillation in synchronization with the oscillation stop trigger,
A detector for detecting a physical quantity depending on at least one of a power given to the laser light source and a laser pulse emitted from the laser light source;
And a control device for giving the oscillation start trigger to the laser light source and for giving the oscillation stop trigger to the laser light source in the laser pulse emitted from the laser light source based on the detection result of the physical quantity by the detector
Lt; / RTI &
Wherein the laser light source
Laser medium gas,
A discharge electrode for exciting the laser medium gas,
And a drive circuit for starting supply of electric power to the discharge electrode by receiving the oscillation start trigger and stopping supply of electric power to the discharge electrode by receiving the oscillation stop trigger,
Lt; / RTI &
Wherein the physical quantity is at least one of a voltage and a current applied to the discharge electrode,
The control device gives the oscillation stop trigger to the drive circuit based on the detection value of the physical quantity detected by the detector after giving the oscillation start trigger to the drive circuit,
Wherein the control device reduces the time width from the oscillation start trigger to the oscillation stop trigger as the physical quantity detected by the detector is larger.
상기 레이저 광원에 부여하는 전력, 및 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 중 적어도 일방에 의존하는 물리량을 검출하는 검출기와,
상기 레이저 광원에 상기 발진 개시 트리거를 부여함과 함께, 상기 검출기에 의한 상기 물리량의 검출 결과에 근거하여, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 내에서 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 제어장치
를 가지고,
상기 레이저 광원이,
레이저매질가스와,
상기 레이저매질가스를 여기하는 방전전극과,
상기 발진 개시 트리거를 수신함으로써, 상기 방전전극으로의 전력의 공급을 개시하고, 상기 발진 정지 트리거를 수신함으로써 상기 방전전극으로의 전력의 공급을 정지하는 구동회로
를 가지고,
상기 물리량은, 상기 방전전극에 부여되는 전압 및 전류 중 적어도 일방이며,
상기 제어장치는, 상기 구동회로에, 상기 발진 개시 트리거를 부여한 후, 상기 검출기에 의하여 검출된 상기 물리량의 검출치에 근거하여, 상기 구동회로에 상기 발진 정지 트리거를 부여하고,
상기 제어장치는, 상기 검출기에 의하여 계측되는 상기 물리량과, 상기 발진 개시 트리거로부터 상기 발진 정지 트리거까지의 시간과의 대응 관계를 기억하고 있으며,
상기 검출기에 의하여 검출된 상기 물리량의 검출치와 상기 대응 관계에 근거하여, 상기 발진 개시 트리거로부터 상기 발진 정지 트리거까지의 시간폭을 구하는 레이저 가공장치.A laser light source that starts laser oscillation in synchronization with an oscillation start trigger received from the outside and stops laser oscillation in synchronization with the oscillation stop trigger,
A detector for detecting a physical quantity depending on at least one of a power given to the laser light source and a laser pulse emitted from the laser light source;
And a control device for giving the oscillation start trigger to the laser light source and for giving the oscillation stop trigger to the laser light source in the laser pulse emitted from the laser light source based on the detection result of the physical quantity by the detector
Lt; / RTI &
Wherein the laser light source
Laser medium gas,
A discharge electrode for exciting the laser medium gas,
And a drive circuit for starting supply of electric power to the discharge electrode by receiving the oscillation start trigger and stopping supply of electric power to the discharge electrode by receiving the oscillation stop trigger,
Lt; / RTI &
Wherein the physical quantity is at least one of a voltage and a current applied to the discharge electrode,
The control device gives the oscillation stop trigger to the drive circuit based on the detection value of the physical quantity detected by the detector after giving the oscillation start trigger to the drive circuit,
The control device stores a correspondence relationship between the physical quantity measured by the detector and the time from the oscillation start trigger to the oscillation stop trigger,
And obtains a time width from the oscillation start trigger to the oscillation stop trigger based on the detected value of the physical quantity detected by the detector and the corresponding relationship.
상기 레이저 광원에 부여하는 전력, 및 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 중 적어도 일방에 의존하는 물리량을 검출하는 공정과,
상기 물리량의 검출 결과에 근거하여, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저펄스 내에서 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 공정
을 가지고,
상기 물리량을 검출하는 공정에 있어서, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저펄스의 상승 시각을 검출하고,
상기 발진 정지 트리거를 부여하는 공정에 있어서, 상기 레이저펄스의 상승 시각부터, 미리 설정되어 있는 목표 펄스폭에 상당하는 시간이 경과한 시각에, 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 레이저 가공방법.A step of giving the oscillation start trigger to a laser light source that starts laser oscillation in synchronization with an oscillation start trigger received from the outside and stops laser oscillation in synchronization with the oscillation stop trigger;
A step of detecting a physical quantity depending on at least one of an electric power given to the laser light source and a laser pulse emitted from the laser light source;
A step of giving the oscillation stop trigger to the laser light source in the laser pulse emitted from the laser light source based on the detection result of the physical quantity
To have,
Detecting a rise time of the laser pulse emitted from the laser light source,
And a laser processing method for giving the oscillation stop trigger to the laser light source at a time when a time corresponding to a preset target pulse width has elapsed since the rise time of the laser pulse in the step of giving the oscillation stop trigger .
상기 레이저 광원이 방전전극을 포함하고,
상기 물리량을 검출하는 공정에 있어서 검출되는 상기 물리량이, 상기 방전전극에 부여되고 있는 전압 또는 전류 중 적어도 일방이며,
상기 발진 정지 트리거를 부여하는 공정이,
상기 물리량의 검출치에 근거하여, 상기 방전전극에 전력을 공급하는 시간폭을 산출하는 공정과,
상기 발진 개시 트리거를 부여한 시점으로부터, 산출된 상기 시간폭이 경과한 시점에서, 상기 레이저 광원에 상기 발진 정지 트리거를 부여하는 공정
을 포함하는 레이저 가공방법.9. The method of claim 8,
Wherein the laser light source includes a discharge electrode,
Wherein the physical quantity detected in the step of detecting the physical quantity is at least one of a voltage or a current given to the discharge electrode,
Wherein the step of imparting the oscillation-
Calculating a time width for supplying electric power to the discharge electrode based on the detection value of the physical quantity;
A step of giving the oscillation stop trigger to the laser light source at a time point when the calculated time width has elapsed from the time when the oscillation start trigger is given
.
상기 시간폭을 산출하는 공정에 있어서, 상기 발진 개시 트리거를 부여한 시점으로부터, 미리 결정된 판정시간이 경과할 때까지의 상기 전압 또는 전류의 검출치에 근거하여, 상기 시간폭을 산출하는 레이저 가공방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the time width is calculated based on a detection value of the voltage or current from a time point at which the oscillation start trigger is given until a predetermined determination time elapses in the step of calculating the time width.
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