KR19980079743A - 가스레이저 가공기 - Google Patents

Abstract

가스레이저 가공기에서 방전 에너지 투입 직후의 불 안정한 방전 상태하에서 일어나는 미스펄스를 방지하고, 안정된 펄스레이저 발진에 의한 안정된 구멍뚫기 가공을 실현하는 가스레이저 가공기를 얻는다.

펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 미스펄스 방지용 펄스 즉, 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 최초의 첫 번째의 가공용 펄스앞에 부여 하도록 하였다.

Description

가스레이저 가공기

본 발명은 예를들어 탄산 가스레이저 가공기의 가스레이저 가공기에 관한 것으로 특히 안정된 펄스레이저에 의한 천공 가공을 가능하게 하기 위한 기술에 관한 것이다.

탄산 가스레이저에 의한 미세 천공 가공에서는 펄스레이저의 가공 조건으로서 펄스 에너지 펄스의 피크, 펄스폭등외에 각 가공구멍에 대해 몇 펄스의 레이저 광을 조사하는가를 결정하는 펄스수가 있다. 하나의 가공구멍에 대해 조사하는 펄스수는 피 가공물의 재질 ,두께등의 조건에 따라 다르나 많아도 수 펄스정도이기 때문에 하나라는 미스펄스가 있으면 가공 결과에 크게 영향을 미친다.

종래의 펄스제어는 도 9(a)와 같은 입력 전력 파형에 대해 도 9(b)같은 레이저 출력을 얻는 것이 있다. 일본국 특개소 63 - 7688로부터 도 9(a)에서 보는바와 같이 전류 파형에 베이스 전력을 가함으로써 펄스의 상승,하강 특성 및 안정성은 향상 되었으나 방전 레이저 투입 직후의 방전상태를 안정되게 유지 하기가 곤란 하므로 드물게 도 9(d)에서 보는바와 같이 최초의 펄스에 피크가 낮은 미스/펄스가 4번에 한번 정도로 나타나는 것이 확인 되었다. 이 때문에 가공 스타트 후의 최초의 구멍에 대해 다른 가공 구멍에 비해 설정 펄스수 보다도 적은 펄스레이저광이 조사되는 경우가 있었다.

펄스레이저에 의한 미세공 천공 가공에서는 각 가공구멍에 각각 설정수의 펄스레이저 광을 조사하는 필요가 있기 때문에 이같은 미스펄스가 발생하면 가공불량에 연결될 염려가 있다. 따라서 미스펄스가 없는 안정된 펄스레이저 발진이 필요하다.

본 발명은 미스펄스가 없는 안정된 펄스레이저를 발진해서 안정된 미세 천공 가공을 실현하는 가스레이저 가공기를 제공 하는 것이다.

본 발명에 관한 가스레이저 가공기는 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 최초의 첫번째의 펄스앞에 부여 하도록 한 것이다.

또 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 베이스 전력을 가공중에 가하는 동시에 다시 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 최초의 첫번째의 펄스앞에 부여 하도록 한 것이다.

또, 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 가공에 사용하는 펄스의 발진 이전 및 각 펄스간에 연속적으로 부여 하도록 한 것이다.

또, 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 가공에 사용하는 각 펄스의 앞에 일정시간 부여 하도록 한 것이다.

또, 최초의 펄스를 피 가공물에 조사되지 않도록 레이저 광을 주사하는 것이다.

도 1 은 본 발명에 의한 레이저 광에 의한 미세천공 가공기의 기본 구성예의 도면,

도 2 는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 입력 전력 펄스파형과 레이저 출력파형도,

도 3 은 탄산가스레이저의 입,출력 특성도,

도 4 는 본 발명의 실시의 형태 2 에 의한 입력 전력 펄스파형과 레이저 출력파형도,

도 5 는 본 발명의 실시의 형태 3 에 의한 입력 전력 펄스파형과 레이저 출력파형도,

도 6 은 본 발명의 실시의 형태 4 에 의한 입력 전력 펄스파형과 레이저 출력파형도,

도 7 은 본 발명의 실시의 형태 5 의 모식도,

도 8 은 본 발명의 실시의 형태 6 의 모식도,

도 9 는 종래의 제어의 입력 전력 펄스파형과 레이저 출력파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 발진기 2 : 출력펄스 제어장치

3 : NC장치 4 : 사전사용 마스크

5 : 갈바노스켄미러 6 : fθ 렌즈

7 : 가공기판 8 : 차폐물

9 : 고속셔터 10 : 레이저광

실시의 형태 1.

본 발명에서의 기본 구성예를 도 1에 표시한다. 도 1은 프린트 기판 가공용의 탄산 가스레이저 가공기이다. 펄스레이저 광을 발진하는 부분은 레이저 발진기 1, 출력펄스 제어장치 2, NC장치 3으로 구성되어 있고, 우선, 가공하는 프린트 기판의 재질, 두께, 필요한 구멍 ,직경등의 조건에 의해 NC장치(3)에 펄스폭, 펄스피크, 펄스수등의 설정조건을 입력해서 가공 스타트의 신호를 내면 출력펄스 제어장치에 의해 펄스신호가 레이저 발진기(1)에 출력되어 레이저 발진기(1)가 펄스레이저 광을 발진한다. 레이저 발진기(1)로부터 나온 펄스레이저 광(10)은 상전사 마스크(4)를 통해서 갈바노스켄미러(5)에 의해 가공구멍 위치에 위치 결정된후 fθ렌즈(6)로 마스크(4)의 상을 전사 집광해서 피 가공물인 가공기판(7)에 조사된다.

여기서는 상전사 마스크,칼바노스켄미러, fθ렌즈에 의한 예를 표시 하였다. 이 발명은 상전사 광학계에 한정되는 것은 아니고 또, 갈바노스켄미러에 의해 구성되는 주사 광학계에 한정되는 것도 아니다.

도 2 는 본 발명에 의한 입력 전력파형(a)과 이에 따르는 레이저 출력파형(b)의 한 예이다. 탄산가스 레이저에서의 펄스레이저 발진에서는 방전전력 투입직후의 최초의 펄스는 특히 불 안정되고, 드물게 피크치가 낮은 미스펄스가 발생되는 일이 있으나 가공용 펄스의 최초의 펄스 보다는 시간t1만큼 앞에 미스펄스 방지용 펄스 즉 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 t0간 부여하면 방전 에너지 투입직후의 방전의 안정성이 증가하고, 적어도 최초의 첫번째의 펄스의 미스펄스를 방지 할 수가 있다.

레이저 광의 발진 임계치란 도 3의 레이저 발진에서의 입,출력 특성도에 표시한바와 같이 레이저 광이 출력되는 막바지의 입력 방전 전력치 P0이다. 따라서 가공시의 최초의 펄스 이전에 에너지가 임계치 P0 이하의 예비펄스 방전을 부여 함으로써 가공에 관계없는 레이저 광은 출력되지 않고 전력투입 직후의 방전의 안정성을 증가할 수 있도록 연구되어 있다.

부여하는 예비펄스 성분의 주파수 및 인가 타이밍과 인가 시간의 1예로서 예를들면 가공에 사용되는 펄스의 200㎲전에 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 주파수 1KHz로 150㎲ 부여하는 경우이나 특히 이 조건에 한정되는 것은 아니다.

실시의 형태 2

장치 구성은 실시의 형태 1 과 같다. 도 4는 본 발명에 의한 입력 전력파형(a)과 이에 따르는 레이저 출력파형(b)의 한 예이다.

탄산가스 레이저에서의 펄스레이저 발진에서는 각 펄스간에 레이저 광의 발진 임계치 이하의 베이스 전력을 투입함으로써 펄스의 안정성이 증가하는 것을 전부터 알려져 있으나 방전전력 투입 직후의 최초의 펄스에 관해서는 베이스 전력 추가후도 불 안정하고, 미스펄스가 발생한다.그래서 가공에 사용하는 전 펄스의 안정성 향상을 위한 베이스 전력에 의해 가공용 펄스의 최초의 펄스 보다도 시간 t1 만큼앞에 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 t0간 부여 함으로써 적어도 최초의 펄스의 미스펄스를 방지하고 또, 그 이후의 펄스의 안정성을 향상 시킬수가 있다.

부여하는 예비펄스 성분의 주파수 및 인가 타이밍과 인가 시간의 한 예로서는 선술된 조건에 레이저 발진 임계치 이하의 베이스 전류를 가하는 것이나 특히, 이 조건에 한정되는 것은 아니다.

실시의 형태 3

장치 구성은 실시의 형태 1과 같다. 도 5 는 본 발명에 의한 입력전력파형(a)과 이에 따른 레이저 출력파형(b)의 한 예이다

이는 베이스 전력 보다도 예비펄스 성분을 부여하는 쪽이 미스펄스를 방지하는 효과가 큰 것을 이용해 도 9(a)에 표시한 종래의 입력 전력파형에서 베이스 전력부분을 예비펄스 성분으로 치환 한 것으로 이로 인해 최초의 첫번째의 펄스뿐 아니라 가공중의 전 펄스에 대해 미스펄스를 방지 할 수있다.

부여하는 예비펄스의 주파수의 일 예로서는 선술한 조건을 들 수 있으나 특히, 이 조건에 한정되는 것은 아니다.

실시의 형태 4

장치 구성은 실시의 형태 1과 같다. 도 6은 본 발명에 의한 입력 전력파형(a)과 그에 따르는 레이저 출력파형(b)의 한 예이다.

이는 도 5 에 표시한 입력 전력파형에 대해 예비펄스 성분을 연속적이 아니고 일정시간 t0만큼 가공에 사용하는 펄스의 앞에 부여 한 것으로 이로 인해 가공중의 전 펄스에 대해 미스펄스를 방지 할 수가 있고, 또 소비전력을 억제할 수가 있다.

부여하는 예비펄스의 주파수 및 인가 타이밍과 인가시간의 한 예로서는 선술한 조건을 들 수 있으나 특히, 이 조건에 한정되는 것은 아니다.

실시의 형태 5

도 7(a)(b)는 본 발명의 청구항 5 에 따른 실시 형태의 모식도이다.

장치 구성은 실시의 형태 1의 것에 레이저 선수용 뎀퍼(8)를 추가 한 것이다. 이는 방전 에너지 투입 직후의 방전상태의 불 안정성에서 생기는 미스펄스에 대해 도 7(a)와 같이 적어도 최초의 펄스를 갈바노스켄미러(5)를 NC장치(3)로 주사함으로써 뎀퍼(8)같은 차폐물에 조사하고, 도 7(b)와 같이 그 이후의 안정된 펄스레이저를 가공물(7)에 조사 하도록 연구한 것이다

실시의 형태 6

도 8 (a),(b)는 본 발명의 청구항 5에 따른 실시 형태의 모식도이다.

장치구성은 실시의 형태 1에 레이저 광 차폐용 고속셔터(9)를 추가한 것이다. 이는 방전 에너지 투입 직후의 방전상태의 불 안정성에서 생기는 미스펄스에 대해 도 8 (a)와 같이 적어도 최초의 펄스를 고속셔터(9)를 NC장치(3)로 제어 함으로써 차광하고, 도 8 (b)와 같이 그 이후의 안정된 펄스레이저를 가공물(5)에 조사 하도록 연구 한 것이다.

또, 상기한 각 실시의 형태에서는 탄산가스 레이저에 대해 설명 하였으나 본 발명은 다른예를 들어 엑시머 레이저,헬륨네온 레이저의 경우에도 같은 효과가 얻어진다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로 아래에 표시하는 바와 같은 효과가 있다.

방전 전력파형을 전기적으로 제어함으로써 최초의 첫번째의 펄스의 미스펄스를 방지 할 수 있으므로 가공 시간은 종래 가공과 큰차가 없고, 또 안정된 구멍 가공을 실현할 수가 있다.

또, 방전 전력파형을 전기적으로 제어함으로써 최초의 첫번째의 펄스의 미스펄스를 방지하고, 그 이후의 펄스에 대해서도 안정성을 향상 시킬 수 가 있으므로 가공 시간은 종래 가공과 큰차가 없고 또, 안정된 구멍가공을 실현할 수가 있다.

또, 방전 전력파형을 전기적으로 제어 함으로써 가공중의 전 펄스의 미스펄스를 방지할 수 있으므로 가공 시간은 종래 가공과 대차가 없고, 또 안정된 구멍가공을 실현할 수가 있다.

또, 방전 전력파형을 전기적으로 제어함으로써 가공중의 전 펄스의 미스펄스를 방지할 수 있으므로 가공 시간은 종래 가공과 대차가 없고, 또 안정된 구멍가공을 실현할 수 있고, 또 종래보다도 적은 전력으로 제어할 수가 있다.

또, 불안정한 적어도 최초의 펄스만을 뎀퍼등의 차폐물에 조사해서 안정된 펄스만을 인출함으로써 미스펄스를 방지하고, 안정된 구멍 가공을 실현할 수가 있다.

Claims (5)

1. 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 최초의 첫번째의 펄스의 앞에 부여하는 것을 특징으로 하는 가스레이저 가공기.
2. 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 베이스 전력을 가공중에 가하는 동시에 다시 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 최초의 첫번째의 펄스앞에 부여하는 것을 특징으로 하는 가스레이저 가공기.
3. 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 가공에 사용하는 펄스의 발진 이전 및 각 펄스간에 연속으로 부여하는 것을 특징으로 하는 가스레이저 가공기.
4. 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 에너지가 레이저 발진 임계치 이하의 예비펄스 성분을 가공에 사용하는 각 펄스 앞에 일정 시간 부여하는 것을 특징으로 하는 가스레이저 가공기.
5. 펄스레이저 발진을 하는 가스레이저 가공기에서 적어도 최초의 펄스를 피 가공물에 조사되지 않도록 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로하는 가스레이저 가공기.