KR20190075143A

KR20190075143A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20190075143A
Application number: KR1020197017125A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 이토; 아츠시 이케미
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-06-28
Also published as: KR102084558B1; TWI658891B; JPWO2019058522A1; WO2019058522A1; CN110099768B; CN110099768A; JP6370517B1; TW201914718A

Abstract

레이저 가공 장치는 펄스 레이저광인 레이저광(3)을 발진하는 레이저 발진기(2)와, 펄스 레이저광을 수광하여 검출 신호를 출력하는 광 검출기인 적외선 센서(21)를 구비한다. 레이저 가공 장치는 레이저 발진기(2)의 동작 중에 펄스 레이저광이 온일 때에 검출 신호를 적분하는 제1 적분 회로(23)와, 레이저 발진기(2)의 동작 중에 펄스 레이저광이 오프일 때에 검출 신호를 적분하는 제2 적분 회로(24)를 구비한다.

Description

레이저 가공 장치

본 발명은 펄스 레이저광의 조사에 의해 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

펄스 레이저광의 조사에 의해 피가공물에 구멍을 형성하는 레이저 가공 장치가 알려져 있다. 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저광이 조사되는 영역인 스팟에 있어서의 펄스 레이저광의 에너지가 규정값으로부터 벗어나는 것에 의해, 가공품질의 악화를 발생시키는 일이 있다. 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저광의 에너지가 규정값보다 작은 경우에는, 형성되는 구멍의 깊이가 원하는 깊이보다 얕게 되거나, 형성되는 구멍의 지름이 원하는 지름보다 작게 되거나, 혹은 피가공물에 가공 부스러기가 남는 것과 같은 품질 악화를 발생시키는 일이 있다. 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저광의 에너지가 규정값보다 큰 경우에는, 형성되는 구멍의 깊이가 원하는 깊이보다 깊게 되거나, 혹은 형성되는 구멍의 지름이 원하는 지름보다 크게 되는 것과 같은 품질 악화를 발생시키는 일이 있다.

레이저 가공 장치는 피가공물로 진행하는 펄스 레이저광의 일부를 취출하고, 취출된 레이저광의 강도를 측정한 결과를 기초로, 피가공물에 조사하는 펄스 레이저광의 에너지를 계측할 수 있다. 레이저 가공 장치는 취출된 레이저광의 강도를 전기량으로 변환하여, 얻어진 전기 신호를 적분 회로에서 적분한 결과를 기초로, 펄스 레이저광의 에너지를 산출한다. 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저광의 에너지의 계측 결과를 기초로 펄스 레이저광의 발진을 제어함으로써, 높은 가공품질을 안정되게 얻는 것이 가능하게 된다.

레이저광의 강도를 전기량으로 변환하는 광 검출기에서는, 오프셋 전압의 변동이 요인으로 되어 출력이 변동되는 온도 드리프트가 발생되는 일이 있다. 광 검출기에는, 온도의 변화에 의해 출력 전압이 상승 혹은 강하하는 오차인 오프셋 전압이 발생될 수 있다. 온도 드리프트의 발생은, 펄스 레이저광의 에너지의 산출 정밀도에 영향을 미친다. 이러한 문제에 대해서, 특허문헌 1에는, 펄스와 펄스 사이의 기간에 있어서 오프셋 전압에 의한 출력의 변동을 보정하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 기술에 의하면, 레이저 가공 장치는 펄스 레이저광을 받은 광 검출기로부터 출력되는 전기 신호를 적분 회로에서 적분한다. 레이저 가공 장치는 펄스 레이저광을 받고 있지 않을 때에 광 검출기로부터 출력되는 전기 신호를 적분 회로에서 적분하고, 얻어진 적분 신호를 기초로, 광 검출기의 교정을 위한 오프셋 전압값을 산출한다.

일본 특개 2009-279631호 공보

오프셋 전압값의 산출에 있어서, 적분 회로는 0V 부근의 미소한 전압 레벨의 전기 신호를 적분하기 때문에, 오프셋 전압값의 산출 정밀도를 높이려면 가능한 한 긴 적분 시간을 확보하는 것이 요구된다. 한편, 특허문헌 1의 기술에서는, 펄스의 간격에 있어서의 적분 시간의 확보를 필요로 한다. 펄스 레이저광의 발진 주파수가 높을수록 펄스의 간격이 짧아지는 것으로부터, 특허문헌 1의 기술에서는, 오프셋 전압값의 산출을 위해서 확보할 수 있는 적분 시간이 단축되어, 오프셋 전압값의 고정밀의 산출이 어렵게 된다. 오프셋 전압의 산출 정밀도가 저하되면, 펄스 레이저광의 에너지의 계측 정밀도도 저하되게 되기 때문에, 피가공물에 조사하는 펄스 레이저광의 에너지의 고정밀의 조정이 어렵게 된다. 이 때문에, 특허문헌 1의 기술에 의하면, 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저광의 에너지의 조정 정밀도의 저하에 의해, 높은 가공품질을 안정되게 얻는 것이 어렵게 되는 경우가 있다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 높은 가공품질을 안정되게 얻을 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저광을 발진하는 레이저 발진기와, 펄스 레이저광을 수광하여 검출 신호를 출력하는 광 검출기와, 레이저 발진기의 동작 중에 펄스 레이저광이 온일 때에 검출 신호를 적분하는 제1 적분 회로와, 레이저 발진기의 동작 중에 펄스 레이저광이 오프일 때에 검출 신호를 적분하는 제2 적분 회로를 구비한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치는, 높은 가공품질을 안정되게 얻을 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 적분 신호 산출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타내는 제어 장치의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 제어 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 2에 나타내는 제1 적분 신호에 대해서 설명하는 제1 도면이다.
도 6은 도 2에 나타내는 제1 적분 신호에 대해서 설명하는 제2 도면이다.
도 7은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의한 전기 신호의 보정을 위한 동작에 대해서 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 나타내는 전기 신호에 대해서 설명하는 도면이다.
도 9는 도 2에 나타내는 적분 지령 신호에 의해 지정되는 적분 시간을 가변적으로 했을 경우에 대해서 설명하는 도면이다.
도 10은 도 1에 나타내는 증폭 회로의 게인을 가변적으로 했을 경우에 대해서 설명하는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 레이저 가공 장치(1)는 펄스 레이저광인 레이저광(3)의 조사에 의해 피가공물(12)에 구멍을 형성한다.

도 1에 있어서, X축과 Y축은, 수평 방향으로 평행하고, 또한 서로 수직인 2축으로 한다. Z축은 연직 방향으로 평행하고, 또한 X축과 Y축에 수직인 축으로 한다. 피가공물(12)은 X축과 Y축에 평행한 면인 테이블(13)의 상면에 놓여진다.

레이저 가공 장치(1)는 피가공물(12)에 조사시키는 펄스 레이저광인 레이저광(3)을 발진하는 레이저 발진기(2)를 구비한다. 레이저광(3)은 적외광이다. 레이저 발진기(2)에 의한 펄스 레이저광의 발진 주파수는, 100Hz에서 10000Hz의 범위에 포함된다. 레이저광(3)이 출사되는 1 펄스의 기간인 펄스폭은, 1μ초부터 100μ초의 범위에 포함된다. 레이저 발진기(2)의 동작 중에 있어서, 레이저 발진기(2)는 레이저광(3)의 온과 오프를 반복한다. 레이저광(3)이 온이라는 것은, 레이저 발진기(2)가 레이저광(3)을 출사하고 있는 것을 가리킨다. 레이저광(3)이 오프라는 것은, 레이저 발진기(2)가 레이저광(3)을 출사하고 있지 않은 것을 가리킨다.

부분 반사 미러(4)는 레이저 발진기(2)로부터의 레이저광(3)의 일부를 반사시키고, 또한 나머지의 레이저광(3)을 투과시킨다. 실시 형태에서는, 부분 반사 미러(4)는 레이저 발진기(2)로부터의 레이저광(3) 중 95%를 투과시키고, 또한 5%를 반사시킨다. 부분 반사 미러(4)를 투과한 레이저광(3)은, 피가공물(12)을 향하여 진행한다. 레이저 발진기(2)로부터의 레이저광(3) 중 부분 반사 미러(4)에서의 반사에 의해 분기된 레이저광(14)은, 적분 신호 산출 장치(15)를 향하여 진행한다. 미러(5, 6)는, 부분 반사 미러(4)를 투과한 레이저광(3)을 반사시킨다.

스캔 미러(8)는 미러(6)로부터의 레이저광(3)을 반사시킨다. 갈바노 스캐너(7)는 스캔 미러(8)를 회전 구동시키는 서보 모터이다. 갈바노 스캐너(7)는, 스캔 미러(8)를 회전시킴으로써, 피가공물(12)상에 있어서의 레이저광(3)의 입사 위치를 X축 방향에 있어서 변위시킨다. 스캔 미러(10)는 스캔 미러(8)로부터의 레이저광(3)을 반사시킨다. 갈바노 스캐너(9)는 스캔 미러(10)를 회전 구동시키는 서보 모터이다. 갈바노 스캐너(9)는, 스캔 미러(10)를 회전시킴으로써, 피가공물(12)상에 있어서의 레이저광(3)의 입사 위치를 Y축 방향에 있어서 변위시킨다.

집광 광학계(11)는 스캔 미러(10)로부터의 레이저광(3)을 수렴시킨다. 집광 광학계(11)는 하나 혹은 복수의 집광 렌즈를 구비한다. 집광 광학계(11)는 fθ 렌즈여도 된다. fθ 렌즈에 의한 레이저광(3)의 집광 위치는, 집광 광학계(11)의 초점 거리 f에 스캔 미러(8, 10)의 편향각 θ을 곱한 fθ의 위치이다.

테이블(13)은 X축 방향과 Y축 방향으로 이동 가능하다. 피가공물(12)은 테이블(13)과 함께 X축 방향과 Y축 방향으로 이동한다. 실시 형태에서는, 테이블(13)에는, 사방 300mm의 피가공물(12)이 재치된다. 갈바노 스캐너(7, 9)는 테이블(13)상의 피가공물(12)에 있어서의 사방 50mm의 범위에 있어서 레이저광(3)을 주사시킨다.

레이저 가공 장치(1)는 테이블(13)의 이동과 피가공물(12)에의 레이저광(3)의 조사를 반복하여, 피가공물(12)의 복수의 위치에 구멍을 형성한다. 레이저 가공 장치(1)는 10㎛오더 혹은 100㎛오더의 지름의 구멍을 형성한다. 레이저 발진기(2)는 테이블(13)을 이동시키는 동안은 레이저광(3)을 오프로 한다. 레이저 발진기(2)는, 테이블(13)이 원하는 위치에서 정지한 후, 레이저광(3)을 온으로 한다.

레이저 가공 장치(1)에 있어서 레이저광(3)을 진행시키는 광로에는, 부분 반사 미러(4), 미러(5, 6), 스캔 미러(8, 10) 및 집광 광학계(11) 이외의 광학 소자가 마련되어 있어도 된다. 레이저 가공 장치(1)에서는, 부분 반사 미러(4), 미러(5, 6), 스캔 미러(8, 10), 갈바노 스캐너(7, 9), 집광 광학계(11) 및 테이블(13) 중 어느 것이 생략되어 있어도 된다.

레이저 가공 장치(1)는 적분 신호 산출 장치(15)와 제어 장치(16)를 구비한다. 적분 신호 산출 장치(15)는 부분 반사 미러(4)에서 분기된 레이저광(14)의 강도를 측정한다. 적분 신호 산출 장치(15)는 레이저광(14)의 강도를 전기량으로 변환하고, 얻어진 전기 신호를 적분한 결과인 적분 신호를 출력한다.

제어 장치(16)는 적분 신호 산출 장치(15)와 레이저 발진기(2)에 접속되어 있다. 제어 장치(16)는, 적분 신호 산출 장치(15)로부터 입력된 적분 신호를 기초로, 피가공물(12)에 조사하는 레이저광(3)의 에너지값을 구한다. 제어 장치(16)는, 구한 에너지값을 기초로, 레이저 발진기(2)를 제어한다. 레이저 가공 장치(1)는, 피가공물(12)상의 스팟마다의 레이저광(3)의 발사 횟수를 조정함으로써, 스팟마다의 레이저광(3)의 에너지값과 규정값의 차이에 의한 가공품질의 악화를 저감 가능하게 한다.

또한, 제어 장치(16)는, 갈바노 스캐너(7, 9)와 테이블(13)의 제어를 행해도 된다. 여기에서는, 갈바노 스캐너(7, 9)와 테이블(13)의 제어에 대한 상세는 생략한다.

다음으로, 적분 신호 산출 장치(15)의 구성과 동작에 대해서 설명한다. 도 2는 도 1에 나타내는 적분 신호 산출 장치(15)의 구성을 나타내는 도면이다. 적분 신호 산출 장치(15)는 부분 반사 미러(4)에서 분기된 레이저광(14)을 검출하는 광 검출기인 적외선 센서(21)를 구비한다. 적외선 센서(21)는 레이저광(14)을 수광하여 검출 신호를 출력한다. 적외선 센서(21)는 수광한 레이저광(14)의 강도에 따른 전압 레벨의 검출 신호인 전기 신호(31)를 출력한다. 적외선 센서(21)는 제1 전기 신호인 전기 신호(31)를 출력한다.

적분 신호 산출 장치(15)는 OP 앰프인 증폭 회로(22)를 구비한다. 증폭 회로(22)는 적외선 센서(21)로부터 출력된 전기 신호(31)를 증폭시키고, 증폭후의 전기 신호(32)를 출력한다. 증폭 회로(22)는 증폭율의 변경을 위한 구성을 구비하고 있어도 된다. 증폭 회로(22)는 적외선 센서(21)와 증폭 회로(22)의 교정을 위한 오프셋 전압값(35)을 전기 신호(31)로부터 제함으로써 전기 신호(31)를 보정하고, 보정후의 전기 신호(31)인 제2 전기 신호를 증폭시킨다. 증폭 회로(22)는 적외선 센서(21)와 증폭 회로(22)의 오프셋 전압에 의한 오차가 캔슬된 전기 신호(31)인 제2 전기 신호를 증폭시키고, 증폭후의 제2 전기 신호인 전기 신호(32)를 출력한다.

적분 신호 산출 장치(15)는 증폭 회로(22)로부터의 전기 신호(32)를 적분하는 제1 적분 회로(23)와 제2 적분 회로(24)를 구비한다. 제1 적분 회로(23)와 제2 적분 회로(24)는, 증폭 회로인 OP 앰프와 콘덴서를 포함하는 적분 회로이다. 제1 적분 회로(23)와 제2 적분 회로(24)는, 병렬로 접속되어 있다.

제1 적분 회로(23)는 레이저 발진기(2)의 동작 중에 레이저광(3)이 온일 때에 적외선 센서(21) 및 증폭 회로(22)로부터 출력되는 검출 신호인 전기 신호(32)를 펄스마다 적분한다. 제1 적분 회로(23)는 적분 지령 신호(37)에 의해 지정되는 제1 적분 시간에 있어서 전기 신호(32)를 적분한다. 제1 적분 회로(23)는 입력된 전기 신호(32)의 시간 적분에 비례한 제1 적분 신호(33)를 출력한다. 제1 적분 회로(23)에 의한 적분 결과인 제1 적분 신호(33)는 레이저광(14)의 강도의 시간 적분을 나타낸다. 제1 적분 회로(23)는 1 펄스마다 전기 신호(32)를 적분한다.

제2 적분 회로(24)는 레이저 발진기(2)의 동작 중에 레이저광(3)이 오프일 때에 적외선 센서(21) 및 증폭 회로(22)로부터 출력되는 검출 신호인 전기 신호(32)를 적분한다. 제2 적분 회로(24)는 적분 지령 신호(38)에 의해 지정되는 제2 적분 시간에 있어서 전기 신호(32)를 적분한다. 제2 적분 회로(24)는 입력된 전기 신호(32)의 시간 적분에 비례한 제2 적분 신호(34)를 출력한다. 제2 적분 회로(24)에 의한 적분 결과인 제2 적분 신호(34)는, 적외선 센서(21)와 증폭 회로(22)에 있어서의 오프셋 전압의 시간 적분을 나타낸다. 제2 적분 회로(24)는 펄스의 간격마다 전기 신호(32)를 적분한다.

적분 신호 산출 장치(15)는 제1 적분 회로(23)의 출력인 제1 적분 신호(33)와 제2 적분 회로(24)의 출력인 제2 적분 신호(34)를 제어 장치(16)에 출력한다. 제어 장치(16)는, 제2 적분 신호(34)에 의해 보정된 제1 적분 신호(33)를 이용하여, 다음에 발진하는 레이저광(3)을 제어한다. 제어 장치(16)로부터의 오프셋 전압값(35)과, 적분 지령 신호(37, 38)와, 게인 신호(39)는, 적분 신호 산출 장치(15)에 입력된다.

도 3은 도 1에 나타내는 제어 장치(16)의 기능 구성을 나타내는 블록도이다. 제어부(40)는 제어 장치(16)의 각 기능부를 제어하는 기능부이다. 제어부(40)는 각 기능부 간의 신호의 주고받음을 통괄한다. 제1 적분 신호 입력부(41)는 적분 신호 산출 장치(15)로부터의 제1 적분 신호(33)를 접수하는 기능부이다. 제1 적분 신호 입력부(41)는 입력된 제1 적분 신호(33)를 제어부(40)로 보낸다. 제어부(40)는 제1 적분 신호(33)를 에너지 산출부(48)로 보낸다.

제2 적분 신호 입력부(42)는 적분 신호 산출 장치(15)로부터의 제2 적분 신호(34)를 접수하는 기능부이다. 제2 적분 신호 입력부(42)는 입력된 제2 적분 신호(34)를 제어부(40)로 보낸다. 제어부(40)는 제2 적분 신호(34)를 오프셋 전압 산출부(43)로 보낸다.

오프셋 전압 산출부(43)는 오프셋 전압값(35)을 산출하는 기능부이다. 오프셋 전압 산출부(43)는 제2 적분 신호(34)에 계수 파라미터를 곱함으로써, 오프셋 전압값(35)을 산출한다. 오프셋 전압 산출부(43)는 오프셋 전압값(35)을 제어부(40)로 보낸다. 제어부(40)는 오프셋 전압값(35)을 오프셋 전압 출력부(44)로 보낸다. 오프셋 전압 출력부(44)는 도 2에 나타내는 증폭 회로(22)에 오프셋 전압값(35)을 출력하는 기능부이다.

제1 적분 지령 출력부(45)는 도 2에 나타내는 제1 적분 회로(23)에 적분 지령 신호(37)를 출력하는 기능부이다. 제1 적분 시간은 적분 지령 신호(37)에 의해서 지정된다. 제2 적분 지령 출력부(46)는 도 2에 나타내는 제2 적분 회로(24)에 적분 지령 신호(38)를 출력하는 기능부이다. 제2 적분 시간은 적분 지령 신호(38)에 의해서 지정된다.

에너지 산출부(48)는, 오프셋 전압이 캔슬된 전기 신호(32)의 적분에 의해 얻어진 제1 적분 신호(33)를 기초로, 피가공물(12)의 스팟에 조사하는 레이저광(3)의 에너지값을 산출하는 기능부이다. 에너지 산출부(48)는, 제1 적분 신호(33)에 계수 파라미터를 곱함으로써, 스팟마다에 있어서의 레이저광(3)의 에너지값을 산출한다. 에너지 산출부(48)로 산출된 에너지값을, 적절히 「실측값」이라고 칭한다. 에너지 산출부(48)는 스팟마다에 있어서의 레이저광(3)의 에너지의 규정값과 실측값의 차분을 산출한다. 에너지 산출부(48)는 규정값과 실측값의 차분을 제어부(40)로 보낸다. 제어부(40)는 규정값과 실측값의 차분을 레이저 발진 제어부(47)로 보낸다.

레이저 발진 제어부(47)는, 에너지의 규정값과 실측값의 차분을 기초로, 레이저 발진기(2)에 의한 레이저광(3)의 발진을 제어하는 기능부이다. 레이저 발진 제어부(47)는, 에너지의 실측값이 규정값보다 작은 경우, 레이저광(3)의 조사를 추가시키는 제어 신호(36)를 생성한다. 레이저 발진 제어부(47)는, 규정값과 실측값의 차분에 따라서, 레이저광(3)의 조사 횟수를 결정한다. 또한, 레이저 발진 제어부(47)는, 에너지의 실측값이 규정값보다 커진다고 판정했을 때에, 레이저광(3)을 오프로 하는 제어 신호(36)를 생성한다. 레이저 발진 제어부(47)는 도 2에 나타내는 레이저 발진기(2)에 제어 신호(36)를 출력한다.

게인 신호 출력부(49)는 게인 신호(39)를 생성하여, 도 2에 나타내는 증폭 회로(22)에 게인 신호(39)를 출력하는 기능부이다. 증폭 회로(22)의 증폭율을 나타내는 게인은, 게인 신호(39)에 의해서 지정된다.

오프셋 전압 기억부(50)는 게인 신호(39)에 의해 지정 가능한 게인의 수에 상당하는 수의 데이터 영역을 구비한다. 오프셋 전압 기억부(50)는 게인에 대응하는 오프셋 전압값(35)을 유지하는 기능부이다. 게인이 변경된 경우로서, 변경후의 게인에 대응하는 오프셋 전압값(35)이 오프셋 전압 기억부(50)에 유지되어 있는 경우, 제어부(40)는 변경후의 게인에 대응하는 오프셋 전압값(35)을 오프셋 전압 기억부(50)로부터 읽어낸다. 제어부(40)는 읽어내진 오프셋 전압값(35)을 오프셋 전압 출력부(44)로 보낸다. 오프셋 전압 출력부(44)는 도 2에 나타내는 증폭 회로(22)에 오프셋 전압값(35)을 출력한다.

제어 장치(16)에 의한 기능은, 하드웨어 구성을 사용하여 실현된다. 도 4는 도 1에 나타내는 제어 장치(16)의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다. 실시 형태에 있어서, 제어 장치(16)의 하드웨어 구성은, 마이크로 컨트롤러이다. 제어 장치(16)의 기능은, 마이크로 컨트롤러에서 해석 및 실행되는 프로그램상에서 실행된다. 또한, 제어 장치(16)의 기능의 일부는, 와이어드 로직에 의한 하드웨어상에서 실행해도 된다.

제어 장치(16)는 각종 처리를 실행하는 프로세서(51)와, 각종 처리를 위한 프로그램이 격납되는 메모리(52)를 구비한다. 프로세서(51)와 메모리(52)는, 버스(53)를 통해서 서로 접속되어 있다. 프로세서(51)는 로드된 프로그램을 전개하여, 제어 장치(16)에 의한 레이저 가공 장치(1)의 제어를 위한 각종 처리를 실행한다. 도 3에 나타내는 제어부(40), 제1 적분 신호 입력부(41), 제2 적분 신호 입력부(42), 오프셋 전압 산출부(43), 오프셋 전압 출력부(44), 제1 적분 지령 출력부(45), 제2 적분 지령 출력부(46), 레이저 발진 제어부(47), 에너지 산출부(48) 및 게인 신호 출력부(49)는, 프로세서(51)를 사용하여 실현된다. 오프셋 전압 기억부(50)는 메모리(52)를 사용하여 실현된다.

다음으로, 증폭 회로(22)로부터 출력되는 전기 신호(32)와, 제1 적분 회로(23)로부터 출력되는 제1 적분 신호(33)에 대해서 설명한다. 도 5는 도 2에 나타내는 제1 적분 신호(33)에 대해서 설명하는 제1 도면이다. 적외선 센서(21)와 증폭 회로(22)에는, 온도의 변화에 의해 출력 전압이 상승 혹은 강하하는 오차인 오프셋 전압이 발생할 수 있다. 또한, 증폭 회로(22)에는, 게인의 변화에 의해 출력 전압이 상승 혹은 강하하는 오차인 오프셋 전압도 발생할 수 있다. 도 5에는, 적외선 센서(21)의 오프셋 전압의 변동이 요인으로 되어 출력이 변동되는 온도 드리프트가 발생되고 있지 않은 경우에 있어서의 전기 신호(32)와, 이러한 전기 신호(32)의 적분에 의해 얻어진 제1 적분 신호(33)를 나타내고 있다.

적외선 센서(21)의 오프셋 전압이 발생되고 있지 않은 경우에 있어서, 레이저광(3)이 오프일 때, 전기 신호(32)의 전압 레벨은 기준값인 0V가 된다. 증폭 회로(22)에 있어서의 오프셋 전압이 발생되고 있지 않은 경우, 증폭 회로(22)는 오프셋 전압에 의한 변동을 포함하지 않은 전기 신호(32)를 출력한다.

도 3에 나타내는 제1 적분 지령 출력부(45)는, 전기 신호(32)의 펄스의 상승보다 전에 적분 지령 신호(37)를 상승시킨다. 제1 적분 지령 출력부(45)는, 전기 신호(32)의 하강보다 후에, 적분 지령 신호(37)를 하강시킨다. 제1 적분 회로(23)는 적분 지령 신호(37)의 상승부터 하강까지의 시간에 있어서 전기 신호(32)를 적분한다.

제1 적분 회로(23)에 있어서의 전기 신호(32)의 시간 적분은, 전기 신호(32)의 펄스 파형의 면적을 구하는 것에 상당한다. 오프셋 전압에 의한 변동을 포함하지 않는 전기 신호(32)가 입력됨으로써, 제1 적분 회로(23)는, 정확한 제1 적분 신호(33)를 얻을 수 있다. 에너지 산출부(48)는 펄스 레이저광의 정확한 에너지값을 산출할 수 있다.

도 6은 도 2에 나타내는 제1 적분 신호(33)에 대해서 설명하는 제2 도면이다. 도 6에는, 적외선 센서(21)에 온도 드리프트가 발생되고 있는 경우에 있어서의 전기 신호(32)와, 적분 지령 신호(37)와, 제1 적분 신호(33)를 나타내고 있다.

적외선 센서(21)의 오프셋 전압의 레벨이 플러스 레벨, 즉 0V보다 높은 레벨인 경우, 레이저광(3)이 오프일 때의 전기 신호(32)의 전압 레벨은, 플러스측으로 시프트된다. 증폭 회로(22)에 입력되는 오프셋 전압값(35)이 제로인 경우, 증폭 회로(22)는 전압 레벨이 플러스측으로 시프트된 전기 신호(32)를 출력한다. 제1 적분 회로(23)는 전압 레벨이 플러스측으로 시프트된 제1 적분 신호(33)를 얻는다.

적외선 센서(21)의 오프셋 전압의 레벨이 마이너스 레벨, 즉 0V보다 낮은 레벨인 경우, 레이저광(3)이 오프일 때의 전기 신호(32)의 전압 레벨은, 마이너스측으로 시프트된다. 증폭 회로(22)에 입력되는 오프셋 전압값(35)이 제로인 경우, 증폭 회로(22)는 전압 레벨이 마이너스측으로 시프트된 전기 신호(32)를 출력한다. 제1 적분 회로(23)는 전압 레벨이 마이너스측으로 시프트된 제1 적분 신호(33)를 얻는다.

제1 적분 신호(33)의 전압 레벨이 플러스측 혹은 마이너스측으로 시프트됨으로써, 에너지 산출부(48)는 레이저광(3)의 정확한 에너지값을 산출하는 것이 어렵게 된다. 실시 형태에서는, 증폭 회로(22)는, 제2 적분 신호(34)를 기초로 산출된 오프셋 전압값(35)을 전기 신호(31)로부터 제함으로써, 오프셋 전압에 의한 변동이 보정된 전기 신호(32)를 얻는다. 오프셋 전압에 의한 변동이 보정된 전기 신호(32)가 입력됨으로써, 제1 적분 회로(23)는 정확한 제1 적분 신호(33)를 얻을 수 있다. 이것에 의해, 에너지 산출부(48)는 레이저광(3)의 정확한 에너지값을 산출하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 레이저 가공 장치(1)에 의한 전기 신호(32)의 보정을 위한 동작의 타이밍에 대해서 설명한다. 도 7은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)에 의한 전기 신호(32)의 보정을 위한 동작에 대해서 설명하는 도면이다. 도 8은 도 7에 나타내는 전기 신호(32)에 대해서 설명하는 도면이다.

오프셋 전압 산출부(43)는 펄스 레이저광이 온인 기간과, 다음의 펄스 레이저광이 온인 기간 사이의, 펄스 레이저광이 오프인 기간에 있어서, 오프셋 전압값(35)을 산출한다. 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저광이 오프인 기간에 있어서, 보정을 위한 동작을 행한다. 레이저 가공 장치(1)는, 보정을 위한 동작을 행하고 나서, 다음의 펄스 레이저광이 온인 기간과 추가로 다음의 펄스 레이저광이 온인 기간 사이에도, 보정을 위한 동작을 행한다. 레이저 가공 장치(1)는 1발의 펄스 레이저광의 출사와 보정을 위한 동작을 교호로 반복한다.

레이저 가공 장치(1)는 복수의 펄스 레이저광을 출사하여, 피가공물(12)을 가공한다. 피가공물(12)로 진행하는 펄스 레이저광으로부터 분기된 레이저광(14)은, 적외선 센서(21)에 연속해서 입력된다. 펄스 레이저광이 오프인 기간에 있어서의 보정이 행해지지 않는 경우, 도 8에서 2점 쇄선에 의해 나타내는 바와 같이, 시간이 경과함에 따라 전기 신호(32)의 전압 레벨과 기준값 사이의 차이가 커진다. 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저광이 온인 기간과 다음의 펄스 레이저광이 온인 기간의 사이에 보정을 행함으로써, 도 8에서 실선에 의해 나타내는 바와 같이, 전기 신호(32)의 전압 레벨과 기준값 사이의 차이를 줄일 수 있다.

제1 적분 지령 출력부(45)는, 펄스 레이저광의 출사가 개시되기 전에, 적분 지령 신호(37)를 오프에서 온으로 전환한다. 펄스 레이저광이 출사되고 있는 동안, 증폭 회로(22)는 펄스 레이저광의 강도에 따른 전압 레벨의 전기 신호(32)를 출력한다. 펄스 레이저광의 출사가 정지된 후, 제1 적분 신호 입력부(41)에 제1 적분 신호(33)가 입력된다. 제1 적분 회로(23)는 적분 시간 T11에 있어서 전기 신호(32)를 적분한다. 적분 시간 T11은, 적분 지령 신호(37)의 상승시부터 제1 적분 신호 입력부(41)로의 제1 적분 신호(33)의 입력이 개시될 때까지의 시간이다.

제1 적분 신호 입력부(41)는, 펄스 레이저광의 출사가 정지된 후의 측정 시간 T12에 있어서, 아날로그 신호인 제1 적분 신호(33)를 읽어낸다. 여기서, 제1 적분 신호 입력부(41)에서의 제1 적분 신호(33)의 읽어냄을, 제1 적분 신호(33)의 측정이라고 칭한다. 제1 적분 신호 입력부(41)는 제1 적분 신호(33)의 측정을 위한 아날로그 디지털(Analog to Digital, AD) 변환을 실시한다.

제1 적분 신호 입력부(41)에서의 제1 적분 신호(33)의 측정이 끝나는 타이밍에 있어서, 제1 적분 지령 출력부(45)는 적분 지령 신호(37)를 온에서 오프로 전환한다. 제1 적분 회로(23)는, 적분 지령 신호(37)가 온에서 오프로 전환되고 나서의 방전 시간 T13에 있어서, 콘덴서에 축적된 전하를 방출한다.

제2 적분 지령 출력부(46)는, 제1 적분 신호 입력부(41)에 의한 제1 적분 신호(33)의 측정이 개시되는 타이밍에서, 적분 지령 신호(38)를 오프에서 온으로 전환한다. 펄스 레이저광의 출사가 정지되어 있는 동안, 증폭 회로(22)는 적외선 센서(21)와 증폭 회로(22)의 오프셋 전압의 레벨에 따른 전기 신호(32)를 출력한다. 다음의 펄스 레이저광의 출사가 개시되기 전에, 제2 적분 신호 입력부(42)에 제2 적분 신호(34)가 입력된다. 제2 적분 회로(24)는 적분 시간 T21에 있어서 전기 신호(32)를 적분한다. 적분 시간 T21은, 적분 지령 신호(38)의 상승시부터 제2 적분 신호 입력부(42)로의 제2 적분 신호(34)의 입력이 개시될 때까지의 시간이다.

제2 적분 신호 입력부(42)는, 측정 시간 T22에 있어서, 아날로그 신호인 제2 적분 신호(34)를 읽어낸다. 여기서, 제2 적분 신호 입력부(42)에서의 제2 적분 신호(34)의 읽어냄을, 제2 적분 신호(34)의 측정이라고 칭한다. 제2 적분 신호 입력부(42)는 제2 적분 신호(34)의 측정을 위한 AD 변환을 실시한다.

제2 적분 신호 입력부(42)에서의 제2 적분 신호(34)의 측정이 끝나는 타이밍에 있어서, 제2 적분 지령 출력부(46)는 적분 지령 신호(38)를 온에서 오프로 전환한다. 제2 적분 회로(24)는, 적분 지령 신호(38)가 온에서 오프로 전환되고 나서의 방전 시간 T23에 있어서, 콘덴서에 축적된 전하를 방출한다.

만일, 펄스 레이저광의 에너지값의 산출을 위한 적분과 오프셋 전압값(35)의 산출을 위한 적분에 하나의 적분 회로가 이용되는 경우, 펄스 레이저광의 에너지값의 산출을 위한 적분후의 측정 및 방전보다 후에, 오프셋 전압값(35)의 산출을 위한 적분이 개시된다.

이것에 대해서, 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 제1 적분 신호(33)의 측정과 제1 적분 회로(23)의 방전에 병행하여, 제2 적분 회로(24)에 의해 전기 신호(32)를 적분 가능하게 한다. 레이저 가공 장치(1)는, 제1 적분 신호(33)에 대한 측정 시간 T12와 방전 시간 T13을 기다리지 않고, 오프셋 전압값(35)의 산출을 위한 적분 시간 T21을 개시할 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는, 제1 적분 회로(23)와 제2 적분 회로(24)가 마련된 것으로, 하나의 적분 회로가 이용되는 경우보다 긴 적분 시간 T21을 확보할 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저광의 출사 간격이 짧은 경우에 있어서도, 긴 적분 시간 T21의 확보가 가능하게 된다.

레이저 발진기(2)의 발진 주파수가 10kHz, 펄스의 간격이 100μ초로서, 적분 시간 T11을 55μ초, 측정 시간 T12, T22를 5μ초, 방전 시간 T13, T23를 10μ초로 설정했을 경우에, 적분 시간 T21은 45μ초로 할 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는, 긴 적분 시간 T21을 확보 가능하게 함으로써, 오프셋 전압값(35)을 정확하게 산출하는 것이 가능하게 된다.

또한, 레이저 가공 장치(1)는 1발의 펄스 레이저광이 출사될 때마다 전기 신호(32)를 보정해도 되고, 복수발의 펄스 레이저광이 출사될 때마다 전기 신호(32)를 보정해도 된다.

다음으로, 제1 적분 회로(23)에 있어서의 적분 시간 T11을 가변적으로 하는 경우에 대해서 설명한다. 제1 적분 지령 출력부(45)는 적분 지령 신호(37)에 의해 지정되는 적분 시간 T11을 가변적으로 해도 된다. 레이저 가공 장치(1)는 레이저 발진기(2)의 발진 주파수 혹은 펄스폭에 따라서 적분 시간 T11을 변경해도 된다.

도 9는 도 2에 나타내는 적분 지령 신호(37)에 의해 지정되는 적분 시간 T11을 가변적으로 했을 경우에 대해서 설명하는 도면이다. 제1 적분 지령 출력부(45)는, 레이저 발진기(2)의 발진 주파수 혹은 펄스폭을 기초로, 적분 시간을 산출한다. 제1 적분 지령 출력부(45)는, 펄스 레이저광의 출사가 개시되기 전에, 적분 지령 신호(37)를 오프에서 온으로 전환한다. 제1 적분 지령 출력부(45)는, 적분 지령 신호(37)를 오프로부터 온으로 전환하고 나서, 적분 시간 T11이 경과되었을 때에, 적분 지령 신호(37)를 온에서 오프로 전환한다.

만일, 적분 시간 T11이 60μ초로 불변이었을 경우에 있어서, 전기 신호(32)의 펄스폭이 60μ초였다고 한다. 이 경우, 전기 신호(32)의 펄스의 상승보다 전에 적분 시간 T11이 개시됨으로써, 전기 신호(32)의 펄스가 하강보다 전에 적분 시간 T11이 종료된다. 이 때문에, 전기 신호(32)의 펄스의 일부가 적분되지 않게 된다. 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 이러한 전기 신호(32)의 펄스에 대해서는, 적분 시간 T11을 60μ초보다 긴 시간을 적절히 설정한다. 레이저 가공 장치(1)는 적분 시간 T11을 110μ초로 설정할 수 있다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는 전기 신호(32)의 펄스의 일부가 적분되지 않는 것과 같은 사태를 회피할 수 있다.

만일, 적분 시간 T11이 120μ초로 불변이었을 경우에 있어서, 펄스폭이 20μ초인 2개의 전기 신호(32)의 펄스가 연속하고 있었다고 한다. 이 경우, 전기 신호(32)의 2개의 펄스가 분리되지 않고 일괄해서 적분되게 된다. 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 이러한 전기 신호(32)의 펄스에 대해서는 적분 시간 T11을 120μ초보다 짧은 시간을 적절히 설정한다. 레이저 가공 장치(1)는 적분 시간 T11을 70μ초로 설정할 수 있다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는 전기 신호(32)의 2개의 펄스가 분리되지 않고 적분되는 것과 같은 사태를 회피할 수 있다.

레이저 가공 장치(1)는, 적분 시간 T11을 가변적으로 함으로써, 펄스의 기간에 있어서의 신호의 일부가 적분되지 않거나, 혹은 복수의 펄스의 기간에 있어서의 신호로부터 하나의 적분 신호에의 적분이 되는 것과 같은 문제를 회피할 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는, 발진 주파수 혹은 펄스폭이 변화하는 경우여도, 펄스 레이저광마다의 에너지량을 산출할 수 있다.

다음으로, 증폭 회로(22)의 게인을 가변적으로 하는 경우에 대해서 설명한다. 게인 신호 출력부(49)는 게인 신호(39)에 의해 지정되는 게인을 가변적으로 해도 된다. 레이저 가공 장치(1)는 레이저 발진기(2)로부터 출력되는 펄스 레이저광의 강도에 따라서, 증폭 회로(22)의 게인을 변경해도 된다.

도 10은 도 1에 나타내는 증폭 회로(22)의 게인을 가변적으로 했을 경우에 대해서 설명하는 도면이다. 게인 신호 출력부(49)는 펄스 레이저광의 에너지값에 따라서 게인을 설정한다. 게인 신호 출력부(49)는 당해 게인의 지정을 포함한 게인 신호(39)를 생성한다.

증폭 회로(22)는 전기 신호(31)로부터 오프셋 전압값(35)을 제함으로써 전기 신호(31)를 보정하고, 보정후의 전기 신호(31)를 증폭시킨다. 증폭 회로(22)는 오프셋 전압이 캔슬된 전기 신호(31)를 증폭시키고, 증폭후의 전기 신호(32)를 출력한다.

도 10에 나타내는 레벨 L은, 제1 적분 신호 입력부(41)에 의한 측정이 가능한 제1 적분 신호(33)의 전압 레벨의 상한을 나타내고 있다. 만일, 게인을 고정으로 했을 경우, 적외선 센서(21)로 입사하는 레이저광(14)의 에너지값이 높음으로써, 제1 적분 신호(33)의 전압 레벨이 레벨 L을 초과하는 일이 있을 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저광의 에너지값이 높은 경우에 있어서 증폭 회로(22)의 게인을 낮춤으로써, 레벨 L보다 낮은 전압 레벨의 제1 적분 신호(33)를 얻는다. 레이저 가공 장치(1)는 제1 적분 신호 입력부(41)에 의한 제1 적분 신호(33)의 측정이 가능하게 된다. 도 10에 나타내는 예에서는, 제1 적분 신호(33)의 전압 레벨이 레벨 L를 초과하는 정도로까지 펄스 레이저광의 에너지값이 높은 경우에 있어서, 게인을 10배로 설정하고 있다. 이와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 기준값인 0V로부터 레벨 L까지의 범위인 제어 장치(16)의 입력 가능 범위에, 제1 적분 신호(33)의 전압 레벨을 둔다.

또한, 게인을 고정으로 했을 경우, 적외선 센서(21)로 입사하는 레이저광(14)의 에너지값이 낮음으로써, 제1 적분 신호(33)의 신호대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 저하되는 일이 있을 수 있다. 제1 적분 신호(33)의 SNR이 저하됨으로써, 제1 적분 신호 입력부(41)에 의한 제1 적분 신호(33)의 정확한 측정이 어렵게 된다. 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저광의 에너지값이 낮은 경우에 있어서 증폭 회로(22)의 게인을 높임으로써, 제1 적분 신호 입력부(41)에 의한 제1 적분 신호(33)의 정확한 측정이 가능하게 된다. 도 10에 나타내는 예에서는, 제1 적분 신호(33)의 SNR이 저하되는 정도로까지 펄스 레이저광의 에너지값이 낮은 경우에 있어서, 게인을 20배로 설정하고 있다. 이와 같이, 레이저 가공 장치(1)는 SNR의 저하를 억제할 수 있는 정도의 제1 적분 신호(33)의 전압 레벨을 유지한다.

다음으로, 펄스 레이저광의 출사마다에 있어서의 게인의 전환에 대해서 설명한다. 게인 신호 출력부(49)는, 펄스 레이저광의 출사가 개시되기 전에, 증폭 회로(22)에 게인 신호(39)를 보낸다. 증폭 회로(22)는 게인 신호(39)에 따라서 게인을 전환한다.

오프셋 전압 산출부(43)는, 게인의 변경에 의한 오프셋 전압값(35)의 산출 결과의 변동을 회피하기 위해서, 게인에 따라서 계수 파라미터를 변경한다. 에너지 산출부(48)는, 게인의 변경에 의한 에너지의 실측값의 산출 결과의 변동을 회피하기 위해서, 게인에 따라서 계수 파라미터를 변경한다.

증폭 회로(22)의 오프셋 전압은, 게인에 따라서 변화한다. 레이저 가공 장치(1)는, 게인이 변경되면, 오프셋 전압에 의한 증폭 회로(22)의 출력의 변동을 보정한다. 증폭 회로(22)의 게인이 변경되면, 제2 적분 지령 출력부(46)는 제2 적분 회로(24)에 적분 지령 신호(38)를 출력한다. 제2 적분 회로(24)는 펄스 레이저광의 출사가 정지되어 있을 때에 있어서의 전기 신호(32)를 적분하여, 제2 적분 신호 입력부(42)로 제2 적분 신호(34)를 보낸다.

오프셋 전압 산출부(43)는 제2 적분 신호 입력부(42)에 의한 제2 적분 신호(34)의 측정 결과에, 게인에 따라서 변경된 계수 파라미터를 곱함으로써, 오프셋 전압값(35)을 산출한다. 이것에 의해, 오프셋 전압 출력부(44)는, 게인이 변경되었을 때에, 증폭 회로(22)에 출력하는 오프셋 전압값(35)을 갱신한다.

레이저 가공 장치(1)에 의한 피가공물(12)의 가공이 개시되면, 레이저 발진 제어부(47)는 레이저 발진기(2)로 제어 신호(36)를 보낸다. 제1 적분 회로(23)는 펄스 레이저광이 출사되고 있을 때에 있어서의 전기 신호(32)를 적분하여, 제1 적분 신호 입력부(41)로 제1 적분 신호(33)를 보낸다. 에너지 산출부(48)는 제1 적분 신호 입력부(41)에 의한 제1 적분 신호(33)의 측정 결과에, 게인에 따라서 변경된 계수 파라미터를 곱함으로써, 펄스 레이저광의 에너지의 실측값을 산출한다.

이와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 증폭 회로(22)의 게인이 변경되었을 경우에, 오프셋 전압값(35)을 갱신하여 증폭 회로(22)의 출력을 보정한다. 또한, 레이저 가공 장치(1)는 게인에 따라서 계수 파라미터를 변경한다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는, 게인이 전환되었을 경우에 있어서도, 펄스 레이저광의 정확한 에너지값을 산출할 수 있다.

다음으로, 게인의 설정에 대해서 설명한다. 같은 조건에 의한 발진을 지시하는 제어 신호(36)가 레이저 발진기(2)에 입력되는 경우여도, 레이저 발진기(2)로부터 출력되는 펄스 레이저광의 강도는 가공마다 변동되는 일이 있다. 이하, 제어 신호(36)에 의해 지시되는 조건을, 가공 조건이라고 칭한다.

가공 전에, 레이저 가공 장치(1)는, 가공 조건마다의 펄스 레이저광을 순차적으로 출사시키고, 에너지 산출부(48)에서 펄스 레이저광의 에너지값을 산출함으로써, 각 가공 조건에 있어서의 펄스 레이저광의 에너지를 측정한다. 레이저 가공 장치(1)는 게인 신호 출력부(49)에서 지정되는 게인을 변경하면서 에너지를 측정한다. 게인 신호 출력부(49)는 상술한 입력 가능 범위에 제1 적분 신호(33)의 전압 레벨을 두는 것과 함께, SNR의 저하를 억제할 수 있는 정도의 제1 적분 신호(33)의 전압 레벨을 유지 가능한 게인을, 각 가공 조건에 대해서 선택한다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는 가공 조건마다 게인을 조정하여, 가공에 적합한 게인을 설정한다.

다음으로, 오프셋 전압 기억부(50)에 의한 오프셋 전압값(35)의 유지에 대해서 설명한다. 증폭 회로(22)의 오프셋 전압은 게인에 따라서 변화하기 때문에, 레이저 가공 장치(1)는, 가공 중에 있어서 게인이 변경되었을 경우, 오프셋 전압값(35)을 갱신한다.

변경후의 게인에 대응하는 오프셋 전압값(35)이 오프셋 전압 기억부(50)에 유지되어 있는 경우, 오프셋 전압 출력부(44)는 변경후의 게인에 대응하는 오프셋 전압값(35)을 오프셋 전압 기억부(50)로부터 읽어내고, 읽어내진 오프셋 전압값(35)을 출력한다.

한편, 변경후의 게인에 대응하는 오프셋 전압값(35)이 오프셋 전압 기억부(50)에 유지되어 있지 않은 경우, 오프셋 전압 산출부(43)는 오프셋 전압값(35)을 산출하고, 산출된 오프셋 전압값(35)을 오프셋 전압 출력부(44)에 출력한다. 또한, 오프셋 전압 산출부(43)는 산출된 오프셋 전압값(35)을 오프셋 전압 기억부(50)로 보낸다. 오프셋 전압 기억부(50)는 데이터 영역에 오프셋 전압값(35)을 격납한다.

레이저 가공 장치(1)는, 증폭 회로(22)에 설정 가능한 각 게인에 대응하는 오프셋 전압값(35)을 오프셋 전압 기억부(50)에 유지함으로써, 게인의 전환시에 있어서의 오프셋 전압값(35)의 산출을 생략할 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는 게인의 전환에 의한 오프셋 전압값(35)의 갱신에 필요로 하는 처리를 저감시킬 수 있고, 또한 갱신에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있다.

레이저 가공 장치(1)는, 가공시 이외일 때에, 증폭 회로(22)에서 취할 수 있는 모든 게인에 대해서 오프셋 전압값(35)을 산출하여, 오프셋 전압 기억부(50)의 각 데이터 영역에 오프셋 전압값(35)을 격납해도 된다. 레이저 가공 장치(1)는, 가공이 행해지지 않는 시간이 일정시간 이상 계속되었을 때에, 오프셋 전압값(35)의 산출 및 격납을 행해도 된다. 레이저 가공 장치(1)는, 다음에 가공이 개시되기보다 전에, 모든 게인에 대해서 오프셋 전압값(35)을 유지함으로써, 가공시에 있어서의 오프셋 전압값(35)의 산출을 생략할 수 있다.

오프셋 전압 산출부(43)는, 증폭 회로(22)에 설정 가능한 모든 게인에 대한 오프셋 전압값(35)의 산출 대신에, 증폭 회로(22)에 설정 가능한 게인 중 최대 게인과 최소 게인에 대해서 오프셋 전압값(35)을 산출해도 된다. 이 경우에 있어서, 오프셋 전압 산출부(43)는, 최대 게인에 대한 오프셋 전압값(35)과 최소 게인에 대한 오프셋 전압값(35)의 선형 보간에 의해, 최대 게인 및 최소 게인 이외의 게인에 대한 오프셋 전압값(35)을 구해도 된다. 이 경우도, 레이저 가공 장치(1)는 모든 게인에 대해서 오프셋 전압값(35)을 유지할 수 있다.

또한, 도 2에 나타내는 적분 신호 산출 장치(15)의 구성요소의 일부 혹은 전부는, 제어 장치(16)에 마련되는 것으로 해도 된다. 에너지 산출부(48)는, 제1 적분 신호(33) 대신에, 펄스 레이저광이 온일 때의 전기 신호(32)를 이용하여 에너지값을 산출해도 된다. 오프셋 전압 산출부(43)는, 제2 적분 신호(34) 대신에, 펄스 레이저광이 오프일 때의 전기 신호(32)를 이용하여 오프셋 전압값(35)을 산출해도 된다.

실시 형태에 의하면, 레이저 가공 장치(1)는, 제1 적분 회로(23)와는 별도로 마련된 제2 적분 회로(24)에 의해, 오프셋 전압값(35)의 산출을 위한 적분을 실시한다. 레이저 가공 장치(1)는, 제1 적분 신호(33)의 측정과 제1 적분 회로(23)의 방전에 병행하여, 제2 적분 회로(24)에 의해 전기 신호(32)를 적분 가능하게 함으로써, 오프셋 전압값(35)의 산출을 위한 적분 시간 T21을 길게 할 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는 긴 적분 시간 T21의 확보에 의해 오프셋 전압값(35)을 정확하게 산출할 수 있어, 펄스 레이저광의 에너지의 고정밀의 계측이 가능하게 된다. 레이저 가공 장치(1)는 펄스 레이저광의 에너지의 고정밀의 조정이 가능하게 되어, 높은 가공품질을 안정되게 얻을 수 있다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는 높은 가공품질을 안정되게 얻을 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용 중 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지된 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.

1 레이저 가공 장치, 2 레이저 발진기, 3, 14 레이저광, 4 부분 반사 미러, 5, 6 미러, 7, 9 갈바노 스캐너, 8, 10 스캔 미러, 11 집광 광학계, 12 피가공물, 13 테이블, 15 적분 신호 산출 장치, 16 제어 장치, 21 적외선 센서, 22 증폭 회로, 23 제1 적분 회로, 24 제2 적분 회로, 31, 32 전기 신호, 33 제1 적분 신호, 34 제2 적분 신호, 35 오프셋 전압값, 36 제어 신호, 37, 38 적분 지령 신호, 39 게인 신호, 40 제어부, 41 제1 적분 신호 입력부, 42 제2 적분 신호 입력부, 43 오프셋 전압 산출부, 44 오프셋 전압 출력부, 45 제1 적분 지령 출력부, 46 제2 적분 지령 출력부, 47 레이저 발진 제어부, 48 에너지 산출부, 49 게인 신호 출력부, 50 오프셋 전압 기억부, 51 프로세서, 52 메모리, 53 버스.

Claims

펄스 레이저광을 발진하는 레이저 발진기와,
상기 펄스 레이저광을 수광하여 검출 신호를 출력하는 광 검출기와,
상기 레이저 발진기의 동작 중에 상기 펄스 레이저광이 온일 때에 상기 검출 신호를 적분하는 제1 적분 회로와,
상기 레이저 발진기의 동작 중에 상기 펄스 레이저광이 오프일 때에 상기 검출 신호를 적분하는 제2 적분 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 적분 회로의 출력에 의해 보정된 상기 제1 적분 회로의 출력을 이용하여, 다음에 발진하는 상기 펄스 레이저광을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 적분 회로는 1 펄스마다 상기 검출 신호를 적분하고,
상기 제2 적분 회로는 펄스의 간격마다 상기 검출 신호를 적분하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제1 적분 회로는 상기 광 검출기의 교정을 위한 오프셋 전압값이 차감된 상기 검출 신호를 적분한 결과인 제1 적분 신호를 출력하고,
상기 제어 장치는 상기 제2 적분 회로에 의한 적분 결과인 제2 적분 신호로부터 상기 오프셋 전압값을 산출하는 오프셋 전압 산출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 광 검출기는 검출된 상기 펄스 레이저광의 강도에 따른 전압 레벨의 상기 검출 신호인 제1 전기 신호를 출력하고,
상기 제1 적분 회로는 상기 오프셋 전압값이 차감된 상기 제1 전기 신호인 제2 전기 신호를 적분하여 상기 제1 적분 신호를 출력하고,
상기 제어 장치는,
상기 제1 적분 신호를 기초로 상기 펄스 레이저광의 에너지값을 산출하는 에너지 산출부와,
상기 에너지값을 기초로 상기 레이저 발진기를 제어하는 레이저 발진 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 오프셋 전압 산출부는 상기 펄스 레이저광이 온인 기간과 다음의 상기 펄스 레이저광이 온인 기간 사이의 기간에 있어서 상기 오프셋 전압값을 산출하고,
상기 에너지값의 산출을 위한 상기 제1 적분 신호의 측정 및 상기 제1 적분 회로의 방전에 병행하여, 상기 제2 적분 회로는 상기 제2 전기 신호를 적분하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 제1 적분 회로에 있어서의 상기 제2 전기 신호의 적분 시간이 가변적인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전기 신호를 증폭시키는 증폭 회로를 구비하고,
상기 제1 적분 회로와 상기 제2 적분 회로는, 상기 증폭 회로로 증폭된 상기 제2 전기 신호를 적분하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 증폭 회로의 게인이 가변적인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 오프셋 전압 산출부는 상기 게인이 변경되었을 때에 상기 오프셋 전압값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 증폭 회로에 설정 가능한 각 게인에 대응하는 상기 오프셋 전압값을 유지하는 오프셋 전압 기억부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 오프셋 전압 산출부는 상기 증폭 회로에 설정 가능한 게인 중 최대 게인과 최소 게인에 대해서 상기 오프셋 전압값을 산출하고, 상기 최대 게인에 대한 상기 오프셋 전압값과 상기 최소 게인에 대한 상기 오프셋 전압값의 보간에 의해, 상기 최대 게인 및 상기 최소 게인 이외의 게인에 대한 상기 오프셋 전압값을 구하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 게인은 가공 전에 있어서의 상기 펄스 레이저광의 에너지의 측정 결과에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.