KR20200074851A - Gas laser apparatus and method for laser oscillation - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 2018년 12월 17일에 출원된 일본 특허출원 제2018-235276호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-235276 filed on December 17, 2018. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.
본 발명은, 가스레이저장치 및 레이저발진방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas laser device and a laser oscillation method.
레이저가스의 온도를 일정하게 제어하는 가스레이저장치가 공지이다(예를 들면, 하기의 특허문헌 1). 특허문헌 1에 기재된 가스레이저장치에서는, 방전에 의하여 온도가 상승한 레이저가스를, 열교환기로 냉각하고 있다. 또한, 레이저가스의 온도를 측정하고, 레이저가스의 온도가 일정해지도록 열교환기에 흘려보내는 냉각수의 온도를 제어하고 있다. 레이저가스의 온도를 일정하게 제어함으로써, 레이저출력의 안정도를 높일 수 있다.A gas laser device that constantly controls the temperature of a laser gas is known (for example,
레이저빔의 빔스폿의 위치를 고정밀도로 제어하여 레이저가공을 행하는 경우, 종래의 방법으로는 충분한 위치정밀도를 확보하는 것이 곤란하다는 것이 판명되었다. 또, 종래의 방법으로는, 레이저발진기의 효율이 저하되는 경우가 있는 것이 판명되었다.When laser processing is performed by controlling the position of the beam spot of the laser beam with high precision, it has been found that it is difficult to secure sufficient positional accuracy with a conventional method. In addition, it has been found that the efficiency of the laser oscillator may be lowered by the conventional method.
본 발명의 목적은, 빔스폿의 위치 정밀도를 높여, 효율의 저하를 억제하는 것이 가능한 가스레이저장치, 및 레이저발진방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a gas laser device and a laser oscillation method capable of increasing the positional accuracy of a beam spot and suppressing a decrease in efficiency.
본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the invention,
레이저가스가 순환하는 순환로의 일부의 방전영역에 방전을 발생시켜 레이저빔을 출력하는 가스레이저장치로서,A gas laser device that generates a discharge in a discharge region of a part of a circuit through which laser gas circulates and outputs a laser beam,
상기 순환로를 순환하는 상기 레이저가스를 냉각하는 열교환기와,A heat exchanger for cooling the laser gas circulating in the circulation path,
상기 열교환기로부터 상기 방전영역으로 향하는 상기 레이저가스의 온도를 측정하는 온도센서와,And a temperature sensor for measuring the temperature of the laser gas from the heat exchanger to the discharge region,
상기 온도센서에 의한 온도의 측정값에 근거하여, 상기 온도센서의 측정값이, 30℃ 이하의 목표온도가 되도록 상기 열교환기의 냉각능력을 제어하는 제어장치를 갖는 가스레이저장치가 제공된다.A gas laser device is provided having a control device for controlling the cooling capacity of the heat exchanger so that the measured value of the temperature sensor is a target temperature of 30°C or less based on the measured value of the temperature by the temperature sensor.
본 발명의 다른 관점에 의하면,According to another aspect of the invention,
방전영역을 통과하여 레이저가스를 순환시키면서, 상기 방전영역에서 방전을 발생시켜 레이저발진시키고 있는 동안에, 상기 방전영역으로 유입되는 상기 레이저가스의 온도가 30℃ 이하가 되도록 상기 레이저가스의 온도를 조정하는 레이저발진방법이 제공된다.While circulating the laser gas through the discharge region, generating the discharge in the discharge region and adjusting the temperature of the laser gas so that the temperature of the laser gas flowing into the discharge region is 30° C. or less while generating the laser. A laser oscillation method is provided.
레이저가스의 온도를 30℃ 이하의 범위 내로 제어함으로써, 효율의 저하를 억제하여, 빔스폿의 위치의 편차를 작게 할 수 있다.By controlling the temperature of the laser gas within a range of 30° C. or less, a decrease in efficiency can be suppressed and a deviation in the position of the beam spot can be reduced.
도 1은, 실시예에 의한 가스레이저장치의 광축을 포함하는 단면도이다.
도 2는, 본 실시예에 의한 가스레이저장치의 광축에 수직인 단면도이다.
도 3은, 레이저가스의 방전 전 온도와, 방전전류와, 효율과의 관계의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 레이저가스의 방전 전 온도와, 빔스폿위치의 편차와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 레이저가스의 방전 전 온도와, 빔스폿 평균위치의 변위량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략블록도이다.
도 7은, 실시예의 레이저가공장치를 동작시켜 레이저가공을 행하는 절차를 나타내는 플로차트이다.1 is a cross-sectional view including an optical axis of a gas laser device according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the gas laser device according to the present embodiment.
3 is a graph showing measurement results of the relationship between the temperature before the discharge of the laser gas, the discharge current, and the efficiency.
4 is a graph showing the relationship between the temperature before the discharge of the laser gas and the deviation of the beam spot position.
5 is a graph showing the relationship between the temperature before the discharge of the laser gas and the displacement amount of the beam spot average position.
6 is a schematic block diagram of a laser processing apparatus according to another embodiment.
7 is a flow chart showing a procedure for performing laser processing by operating the laser processing factory of the embodiment.
도 1 및 도 2를 참조하여, 실시예에 의한 가스레이저장치에 대하여 설명한다.The gas laser device according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은, 실시예에 의한 가스레이저장치의 광축을 포함하는 단면도이다. 챔버(10)에 레이저가스가 수용된다. 챔버(10)의 내부공간이, 상대적으로 상측에 위치하는 광학실(11)과, 상대적으로 하측에 위치하는 블로어실(12)로 구분되어 있다. 광학실(11)과 블로어실(12)은, 상하 구획판(13)으로 구획되어 있다. 다만, 상하 구획판(13)에는, 레이저가스를 광학실(11)과 블로어실(12)의 사이에서 유통시키는 개구가 마련되어 있다. 블로어실(12)의 측벽으로부터 광학실(11)의 바닥판(14)이 광축방향으로 뻗어 있으며, 광학실(11)의 광축방향의 길이가, 블로어실(12)의 광축방향의 길이보다 길다. 챔버(10)는, 광학실(11)의 바닥판(14)에 있어서 챔버 지지부재(16)에 의하여 광학베이스에 지지된다.1 is a cross-sectional view including an optical axis of a gas laser device according to an embodiment. The laser gas is accommodated in the
광학실(11) 내에, 한 쌍의 방전전극(21) 및 한 쌍의 공진기미러(25)가 배치되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 각각 방전전극 지지부재(22, 23)를 통하여 바닥판(14)에 지지되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 상하 방향으로 간격을 두어 배치되고, 양자 간에 방전영역(24)이 획정(劃定)된다. 방전전극(21)은 방전영역(24)에 방전을 발생시킴으로써, 레이저가스를 여기시킨다. 후에 도 2를 참조하여 설명하는 바와 같이, 방전영역(24)을 도 1의 지면(紙面)에 수직인 방향으로 레이저가스가 흐른다.In the
한 쌍의 공진기미러(25)는, 광학실(11) 내에 배치된 1개의 공통 지지부재(26)에 고정되어 있다. 공통 지지부재(26)는, 한 쌍의 광공진기 지지부재(27)를 통하여 바닥판(14)에 지지되어 있다. 공진기미러(25)는, 방전영역(24)을 통과하는 광축을 갖는 광공진기를 구성한다. 광공진기의 광축을 일 방향(도 1에 있어서 좌측방향)으로 연신시킨 연장선과 광학실(11)의 벽면과의 교차 개소에, 레이저빔을 투과시키는 광투과창(28)이 장착되어 있다. 광공진기 내에서 여진된 레이저빔이 광투과창(28)을 투과하여 외부에 방사된다.The pair of
블로어실(12)에 블로어(30)가 배치되어 있다. 블로어(30)는, 광학실(11)과 블로어실(12)의 사이에서 레이저가스를 순환시킨다.The
도 2는, 본 실시예에 의한 가스레이저장치의 광축에 수직인 단면도이다. 챔버(10)의 내부공간이 상하 구획판(13)에 의하여, 상방의 광학실(11)과 하방의 블로어실(12)로 구분되어 있다. 광학실(11) 내에, 한 쌍의 방전전극(21), 광공진기를 지지하는 공통 지지부재(26)가 배치되어 있다. 방전전극(21)의 사이에 방전영역(24)이 획정되어 있다.2 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the gas laser device according to the present embodiment. The inner space of the
광학실(11) 내에 구획판(15)이 배치되어 있다. 구획판(15)은, 상하 구획판(13)에 마련된 개구(13A)로부터 방전영역(24)까지의 제1 가스유로(51), 방전영역(24)으로부터 상하 구획판(13)에 마련된 다른 개구(13B)까지의 제2 가스유로(52)를 획정한다. 레이저가스는, 방전영역(24)을, 광축에 대하여 직교하는 방향으로 흐른다. 방전방향은, 레이저가스가 흐르는 방향, 및 광축의 양쪽 모두에 대하여 직교한다. 블로어실(12), 제1 가스유로(51), 방전영역(24), 및 제2 가스유로(52)에 의하여, 레이저가스가 순환하는 순환로가 구성된다. 블로어(30)는, 이 순환로를 레이저가스가 순환하도록, 레이저가스의 흐름을 발생시킨다.A
블로어실(12) 내의 순환로에, 열교환기(56)가 수용되어 있다. 냉각기(57)로부터 열교환기(56)로 냉각수 등의 냉각매체가 공급되고, 열교환기(56)로부터 냉각기(57)로 냉각매체가 회수된다. 방전영역(24)에서 가열된 레이저가스가, 열교환기(56)를 통과함으로써 냉각되고, 냉각된 레이저가스가 방전영역(24)으로 재공급된다.The
상하 구획판(13)에, 블로어실(12)로부터 광학실(11)로 레이저가스를 유출시키는 유출구멍(58)이 마련되어 있다. 블로어(30)에 의하여 제1 가스유로(51)로 향하는 레이저가스의 흐름에 포함되는 일부의 레이저가스는, 유출구멍(58)을 통과하여 광학실(11)에 유출한다. 유출구멍(58)에는, 파티클을 제거하는 필터(59)가 마련되어 있다. 예를 들면, 필터(59)는 유출구멍(58)을 막고 있으며, 블로어실(12)로부터 광학실(11)로 유출되는 레이저가스는, 필터(59)를 통과함으로써 여과된다.The upper and
제1 가스유로(51) 내에 온도센서(55)가 배치되어 있다. 온도센서(55)는, 열교환기(56)로부터 방전영역(24)으로 향하는 레이저가스의 온도를 측정한다. 온도센서(55)로서, 예를 들면 측온저항체를 이용할 수 있다. 온도센서(55)의 측정결과가 제어장치(40)에 입력된다. 제어장치(40)는, 온도센서(55)에 의한 측정값이 목표온도가 되도록 열교환기(56)의 냉각능력을 제어한다. 예를 들면, 제어장치(40)는, 냉각기(57)로부터 열교환기(56)에 공급되는 냉각매체의 온도를 변화시킨다. 이로써, 방전영역(24)으로 유입되는 레이저가스의 온도를 목표온도로 유지할 수 있다.A
다음으로, 도 3~도 5를 참조하여, 레이저가스의 바람직한 온도에 대하여 설명한다. 가스레이저장치의 출력 및 클리어런스비(CR값)를 일정하게 하여, 레이저가스의 온도를 변화시키고 평가실험을 행했다.Next, with reference to FIGS. 3 to 5, the preferred temperature of the laser gas will be described. The output and the clearance ratio (CR value) of the gas laser device were made constant, and the temperature of the laser gas was changed and an evaluation experiment was conducted.
도 3은, 레이저가스의 방전 전 온도와, 방전전류와, 효율과의 관계의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 레이저가스의 방전 전 온도를 단위 "℃"로 나타내고, 좌측 세로축은 효율을 단위 "J/A"로 나타내며, 우측 세로축은 방전전류를 단위 "A"로 나타낸다. 도 3의 그래프 중의 원기호는 방전전류의 측정값을 나타내고, 삼각기호는 효율을 나타낸다. 레이저가스의 방전 전 온도는, 온도센서(55)(도 2)의 측정값과 동등하다.3 is a graph showing measurement results of the relationship between the temperature before the discharge of the laser gas, the discharge current, and the efficiency. The horizontal axis represents the temperature before the discharge of the laser gas in units of "°C", the vertical axis on the left represents efficiency in units "J/A", and the vertical axis on the right represents the discharge current in units "A". The circle symbol in the graph of FIG. 3 represents the measured value of the discharge current, and the triangle symbol represents efficiency. The temperature before discharge of the laser gas is equivalent to the measured value of the temperature sensor 55 (FIG. 2).
가스레이저장치로서 탄산가스레이저장치를 사용하여, 레이저출력이 240W가 되도록 조정했다. 보다 구체적으로는, 펄스주파수를 3kHz로 설정하고, 1펄스당 에너지를 80mJ로 설정했다. 레이저가스의 CR값을 약 1.7로 했다. CR값은 이하의 식으로 정의된다.As the gas laser device, a carbon dioxide gas ray storage value was used, and the laser power was adjusted to be 240 W. More specifically, the pulse frequency was set to 3 kHz, and the energy per pulse was set to 80 mJ. The CR value of the laser gas was set to about 1.7. The CR value is defined by the following equation.
CR=v/(W×f)CR=v/(W×f)
여기에서, v는 레이저가스의 유속을 나타내고, W는 가스흐름방향의 방전폭을 나타내며, f는 펄스의 반복주파수를 나타낸다.Here, v represents the flow rate of the laser gas, W represents the discharge width in the gas flow direction, and f represents the repetition frequency of the pulse.
레이저가스의 방전 전 온도가 높아짐에 따라, 방전전류가 커지고 있다. 특히, 레이저가스의 방전 전 온도가 30℃보다 높은 범위에서, 30℃ 이하의 범위와 비교하여, 레이저가스의 방전 전 온도의 상승에 대한 방전전류의 상승의 비가 커지고 있다. 또, 레이저가스의 방전 전 온도가 30℃ 이하인 범위에서는, 효율의 변동이 적지만, 30℃보다 높은 범위에서는, 레이저가스의 방전 전 온도가 높아짐에 따라, 효율이 저하되고 있다.As the temperature before the discharge of the laser gas increases, the discharge current increases. In particular, in a range in which the temperature before the discharge of the laser gas is higher than 30°C, the ratio of the increase in the discharge current to the increase in the temperature before the discharge of the laser gas is increased compared to the range below 30°C. Moreover, in the range in which the temperature before the discharge of the laser gas is 30° C. or less, the variation in efficiency is small, but in the range higher than 30° C., the efficiency decreases as the temperature before the discharge of the laser gas increases.
효율의 저하를 억제하기 위하여, 레이저가스의 방전 전 온도를 30℃ 이하가 되도록 온도제어하는 것이 바람직하다.In order to suppress the decrease in efficiency, it is preferable to control the temperature of the laser gas before discharge to be 30°C or less.
도 4는, 레이저가스의 방전 전 온도와, 빔스폿위치의 편차의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축은 레이저가스의 방전 전 온도를 단위 "℃"로 나타내고, 세로축은 빔스폿위치의 편차의 지표로서 6σ를 단위 "mm"로 나타낸다. 빔스폿의 위치는, 가스레이저장치로부터의 광로길이가 5m인 위치에서 측정했다. 가스레이저장치로부터 빔스폿의 위치측정 개소까지의 광로에 오목면거울을 배치했다. 빔스폿의 위치를 측정하는 면에 있어서의 빔스폿의 직경은 약 7mm였다. 도 4의 그래프 중의 원기호 및 삼각기호는, 각각 서로 직교하는 x방향 및 y방향의 빔스폿의 위치의 편차를 나타낸다. 가스레이저장치의 출력, 및 CR값은, 도 3에 나타낸 평가실험의 경우와 동일하다.4 is a graph showing the relationship between the temperature before the discharge of the laser gas and the beam spot position. The horizontal axis represents the temperature before the discharge of the laser gas as a unit "°C", and the vertical axis represents 6σ as the unit "mm" as an index of the deviation of the beam spot position. The position of the beam spot was measured at a position where the optical path length from the gas laser device was 5 m. A concave mirror was placed in the optical path from the gas laser device to the location of the beam spot. The diameter of the beam spot in the plane for measuring the position of the beam spot was about 7 mm. The circular and triangular symbols in the graph of FIG. 4 indicate variations in the positions of the beam spots in the x and y directions, which are orthogonal to each other. The output of the gas laser device and the CR value are the same as in the case of the evaluation experiment shown in FIG. 3.
레이저가스의 방전 전 온도가 30℃보다 높아지면, 30℃ 이하의 범위와 비교하여 빔스폿위치의 편차가 크게 되어 있는 것을 알 수 있다. 빔스폿위치의 편차를 작게 하기 위하여, 레이저가스의 방전 전 온도를 30℃ 이하가 되도록 온도제어하는 것이 바람직하다.When the temperature before the discharge of the laser gas is higher than 30°C, it can be seen that the deviation of the beam spot position is large compared to the range below 30°C. In order to reduce the deviation of the beam spot position, it is preferable to control the temperature of the laser gas before discharge to be 30°C or less.
도 5는, 평가실험에서 구해진 레이저가스의 방전 전 온도와, 빔스폿 평균위치의 변위량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축은 레이저가스의 방전 전 온도를 단위 "℃"로 나타내고, 세로축은 빔스폿 평균위치의 변위량을 단위 "mm"로 나타낸다. 레이저가스의 방전 전 온도가 22.5℃일 때의 빔스폿 평균위치를, 위치의 기준으로 했다. 도 5의 그래프 중의 원기호 및 삼각기호는, 서로 직교하는 x방향 및 y방향의 빔스폿의 평균위치의 변위량을 나타낸다. 가스레이저장치의 출력, 및 CR값은, 도 3에 나타낸 평가실험의 경우와 동일하다.5 is a graph showing the relationship between the temperature before the discharge of the laser gas obtained in the evaluation experiment and the displacement amount of the beam spot average position. The horizontal axis represents the temperature before the discharge of the laser gas as a unit "°C", and the vertical axis represents the displacement amount of the beam spot average position in the unit "mm". The average position of the beam spot when the temperature before the discharge of the laser gas was 22.5°C was used as a reference for the position. The circular symbols and the triangular symbols in the graph of FIG. 5 indicate the displacement amounts of the average positions of the beam spots in the x and y directions orthogonal to each other. The output of the gas laser device and the CR values are the same as those of the evaluation experiment shown in FIG. 3.
도 5에 나타낸 평가실험의 결과로부터, 레이저가스의 방전 전 온도가 26℃~30℃인 범위에서 y방향의 위치의 변위량이 가장 큰 것을 알 수 있다. y방향의 위치의 변위량이 가장 큰 범위에서는, 가스온도가 약 4℃ 변화하면, 빔스폿의 위치가 약 0.3mm 변화하고 있다. 예를 들면, 가스레이저장치를 프린트기판의 펀칭가공에 이용하는 경우, 경험적으로, 평가실험에서 빔스폿위치를 측정한 개소에 있어서의 빔스폿의 변위량을 0.2mm 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 도 5에 나타낸 평가실험의 결과에 있어서, 가스온도의 변화에 대한 빔스폿의 평균위치의 변위량이 가장 큰 범위에서도, 가스온도의 변화폭이 ±1℃ 이하이면, 빔스폿의 평균위치의 변위량이 약 0.15mm로 되어 있다. 이때, 변위량을 0.2mm 이하로 한다는 목표가 충족되어 있다. 따라서, 빔스폿의 변위량을 0.2mm 이하로 하기 위하여, 레이저가스의 방전 전 온도를, 목표온도를 중심으로 하여 ±1℃ 이하의 범위에 넣는 것이 바람직하다.From the results of the evaluation experiment shown in Fig. 5, it can be seen that the displacement amount in the y-direction position was the largest in the range in which the temperature before the discharge of the laser gas was 26°C to 30°C. In the range where the displacement amount in the y-direction position is the largest, when the gas temperature changes by about 4°C, the position of the beam spot changes by about 0.3 mm. For example, it can be seen that when the gas ray storage value is used for punching the printed substrate, empirically, it is desirable to make the displacement amount of the beam spot at the location where the beam spot position is measured in the evaluation experiment 0.2 mm or less. In the results of the evaluation experiment shown in Fig. 5, even if the displacement amount of the average position of the beam spot with respect to the change in gas temperature is the largest, if the variation width of the gas temperature is ±1°C or less, the displacement amount of the average position of the beam spot is about It is 0.15mm. At this time, the target that the displacement amount is 0.2 mm or less is satisfied. Therefore, in order to make the amount of displacement of the beam spot 0.2 mm or less, it is preferable to put the temperature before the discharge of the laser gas in the range of ±1°C or less, centering on the target temperature.
또, 레이저가스의 온도가 26℃ 이하인 범위에서는, 도 5에 나타낸 그래프의 경사가 완만하다. 이것은, 레이저가스의 온도 변화가 발생해도, 빔스폿의 평균위치의 변위량이 작은 것을 의미한다. 따라서, 빔스폿의 평균위치를 안정시키기 위하여, 레이저가스의 온도를 26℃ 이하로 제어하는 것이 보다 바람직하다.Moreover, in the range where the temperature of the laser gas is 26° C. or less, the slope of the graph shown in FIG. 5 is gentle. This means that even if the temperature change of the laser gas occurs, the displacement amount at the average position of the beam spot is small. Therefore, in order to stabilize the average position of the beam spot, it is more preferable to control the temperature of the laser gas to 26°C or less.
다음으로, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of the above embodiment will be described.
상기 실시예에서는, 레이저가스의 방전 전 온도가 30℃ 이하가 되도록 온도제어를 행하고 있다. 그 결과, 가스레이저장치를 높은 효율로 동작시킬 수 있다(도 3 참조). 또한, 빔스폿위치의 편차를 억제할 수 있다(도 4 참조). 또, 상기 실시예에서는, 레이저가스의 방전 전 온도가 목표온도를 중심으로 하여 ±1℃의 범위에 들어가도록 온도제어를 행하고 있다. 그 결과, 빔스폿의 평균위치의 변위량을 일정한 허용범위 내에 넣을 수 있다.In the above embodiment, temperature control is performed so that the temperature before discharge of the laser gas is 30°C or less. As a result, the gas ray storage value can be operated with high efficiency (see FIG. 3). Moreover, the deviation of the beam spot position can be suppressed (see Fig. 4). Further, in the above embodiment, temperature control is performed so that the temperature before discharge of the laser gas falls within a range of ±1°C centering on the target temperature. As a result, the displacement amount of the average position of the beam spot can be put within a certain allowable range.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 본 실시예에 의한 레이저가공장치는, 예를 들면, 프린트기판의 펀칭가공 등에 사용된다.Next, a laser processing apparatus according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The laser processing factory according to the present embodiment is used, for example, for punching a printed substrate.
도 6은, 본 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략블록도이다. 레이저발진기(70)로부터 출력된 펄스레이저빔이 빔정형 주사광학계(71)를 경유하여 프린트기판 등의 가공대상물(75)에 입사한다. 가공대상물(75)은, XY스테이지 등의 스테이지(72)로 유지되어 있다. 빔정형 주사광학계(71)는, 빔단면의 형상 및 크기를 조정함과 함께, 레이저빔을 2차원 방향으로 주사한다. 스테이지(72)는, 가공대상물(75)을 피가공면에 평행한 2방향으로 이동시킨다.6 is a schematic block diagram of a laser processing apparatus according to the present embodiment. The pulsed laser beam output from the
제어장치(40) 및 레이저발진기(70)가, 도 1 및 도 2에 나타낸 실시예에 의한 가스레이저장치에 상당한다. 제어장치(40)는, 설정된 발진조건에 근거하여 레이저발진기(70)를 제어한다. 또한, 제어장치(40)는, 설정된 목표온도에 근거하여, 레이저발진기(70)의 레이저가스의 온도제어를 행한다.The
입출력장치(41)가, 화상을 표시하는 기능, 및 오퍼레이터로부터의 지령을 입력하는 기능을 갖고, 입력장치와 출력장치를 겸한다. 예를 들면, 입출력장치(41)로서, 터치패널 등이 이용된다. 그 외에, 출력장치로서 디스플레이를 이용하고, 입력장치로서 포인팅디바이스나 키보드를 이용해도 된다.The input/
다음으로, 발진조건 및 온도제어조건의 설정방법에 대하여 설명한다.Next, a method of setting the oscillation condition and temperature control condition will be described.
제어장치(40)는, 입출력장치(41)에, 발진조건 및 온도제어조건을 오퍼레이터에 입력시키기 위한 입력 화면을 표시한다. 발진조건에는, 예를 들면 펄스의 반복주파수, 펄스폭 등이 포함된다. 온도제어조건에는, 목표온도, 피드백주기, 피드백게인 등이 포함된다. 또한, 제어장치(40)는, 레이저가스의 현재 온도를 입출력장치(41)에 표시한다.The
온도제어의 피드백주기 및 피드백게인은, 레이저가스의 온도가 목표온도를 중심으로 하여 ±1℃의 범위 내에 들어가도록 미리 적절한 값으로 설정되어 있다. 피드백주기 및 피드백게인의 값은, 통상의 오퍼레이터는 수정할 수 없으며, 관리자 권한을 갖는 유저만이 수정할 수 있다. 주파수, 펄스폭, 및 목표온도는, 오퍼레이터가, 예를 들면 풀다운메뉴로부터 선택함으로써 입력한다.The feedback cycle and the feedback gain of the temperature control are set to appropriate values in advance so that the temperature of the laser gas falls within the range of ±1°C centering on the target temperature. The value of the feedback period and the feedback gain cannot be modified by a normal operator, and can only be modified by a user with administrator authority. The frequency, pulse width, and target temperature are input by the operator, for example, by selecting from a pull-down menu.
도 7은, 본 실시예의 레이저가공장치를 동작시켜 레이저가공을 행하는 절차를 나타내는 플로차트이다.7 is a flowchart showing a procedure of laser processing by operating the laser processing factory in this embodiment.
오퍼레이터는, 입출력장치(41)를 조작하여 목표온도를 입력한다(스텝 S1). 다음으로, 주파수 및 펄스폭을 입력한다(스텝 S2). 제어장치(40)는, 입력된 조건에 근거하여 레이저발진기(70)의 조정운전을 행한다(스텝 S3). 이때, 레이저발진기(70)로부터 출력된 펄스레이저빔은 빔댐퍼 등에 입사하게 하고, 가공대상물(75)에는 입사시키지 않는다. 조정운전 중에, 제어장치(40)는 레이저가스의 온도의 측정값을 입출력장치(41)에, 현재 온도로서 표시시킨다.The operator operates the input/
레이저가스의 현재 온도가 허용범위 내에 들어갈될 때까지 조정운전을 행한다(스텝 S4). 레이저가스의 현재 온도가 허용범위 내에 들어가 있는지 여부의 판정은, 입출력장치(41)에 표시된 레이저가스의 현재 온도에 근거하여 오퍼레이터가 행하면 된다. 레이저가스의 현재 온도가 허용범위에 들어가 있는 경우에는, 실제로 레이저가공을 행한다(스텝 S5).The adjustment operation is performed until the current temperature of the laser gas falls within the allowable range (step S4). The operator may perform the determination as to whether or not the current temperature of the laser gas is within an allowable range based on the current temperature of the laser gas displayed on the input/
레이저가공의 작업을 종료하는 경우에는, 오퍼레이터는 종료절차에 근거하여 레이저가공장치의 조작을 행한다(스텝 S6). 작업을 계속하거나, 또한 발진조건에 변경이 없는 경우에는, 스텝 S5의 레이저가공을 재차 실행한다(스텝 S7의 N). 발진조건을 변경하여 작업을 계속하는 경우에는, 스텝 S2의 주파수 및 펄스폭의 입력을 행하는 처리를 재차 실행한다(스텝 S7의 Y).When the work of laser processing is finished, the operator operates the laser processing apparatus based on the end procedure (step S6). If the operation continues or the oscillation condition is not changed, the laser processing in step S5 is performed again (N in step S7). When the operation continues by changing the oscillation condition, the process of inputting the frequency and pulse width in step S2 is executed again (Y in step S7).
다음으로, 본 실시예가 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the effect that this embodiment is excellent will be described.
본 실시예에서는, 오퍼레이터가 레이저가스의 적절한 목표온도를 입력함으로써, 빔스폿위치의 편차가 적고, 또한 고효율인 조건으로 레이저발진기(70)를 운전할 수 있다.In this embodiment, the operator can input the appropriate target temperature of the laser gas, so that the
도 5에 나타낸 바와 같이, 빔스폿의 평균위치를 안정시키기 위해서는, 레이저가스의 온도를 낮추는 것이 바람직하다. 그런데, 레이저가스의 온도를 과하게 낮추면, 결로가 발생하기 쉬워진다. 결로를 방지하기 위해서는, 레이저가스의 목표온도를, 레이저발진기(70)가 설치되어 있는 환경의 노점 이상으로 하는 것이 바람직하다. 오퍼레이터는, 환경의 습도로부터 노점을 구하여, 결로가 발생하지 않는 범위 내에서, 바람직한 목표온도를 설정하면 된다.As shown in Fig. 5, in order to stabilize the average position of the beam spot, it is desirable to lower the temperature of the laser gas. However, if the temperature of the laser gas is excessively lowered, dew condensation tends to occur. In order to prevent condensation, it is preferable that the target temperature of the laser gas is equal to or higher than the dew point of the environment in which the
일반적으로, 레이저가공장치의 추천환경이 습도 50%, 온도 25℃ 정도인 경우가 많다. 이 추천 환경하에서는, 노점이 약 14℃이다. 이 때문에, 레이저가스의 목표온도를 14℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.In general, the recommended environment of the laser processing device is often 50% humidity and 25°C temperature. Under this recommended environment, the dew point is about 14°C. For this reason, it is preferable to set the target temperature of the laser gas to 14°C or higher.
또, 본 실시예에서는, 바람직한 값을 설정하기 위하여 숙련이 필요해지는 피드백주기나 피드백게인의 값은 미리 설정되어 있어, 일반의 오퍼레이터는 이들의 값을 입력할 필요가 없다. 이 때문에, 숙련도가 낮은 오퍼레이터여도, 본 레이저가공장치를 조작하여, 바람직한 조건으로 레이저가공을 행하는 것이 가능하다.In addition, in this embodiment, the values of the feedback period and the feedback gain, which require skill in order to set the desired value, are set in advance, and the general operator does not need to input these values. For this reason, even if the operator is a low-skilled operator, it is possible to perform laser processing under preferred conditions by operating the present laser factory value.
상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예로 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 것도 없다. 복수의 실시예와 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로는 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.Each of the above-described embodiments is an example, and it goes without saying that partial substitution or combination of configurations shown in other embodiments is possible. The same action and effect by the same configuration as the plurality of embodiments are not mentioned separately for each embodiment. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, and the like are possible.
10 챔버
11 광학실
12 블로어실
13 상하 구획판
13A, 13B 개구
14 바닥판
15 구획판
16 챔버 지지부재
21 방전전극
22, 23 방전전극 지지부재
24 방전영역
25 공진기미러
26 공통 지지부재
27 광공진기 지지부재
28 광투과창
30 블로어
40 제어장치
41 입출력장치
51 제1 가스유로
52 제2 가스유로
55 온도센서
56 열교환기
57 냉각기
58 유출구멍
59 필터
70 레이저발진기
71 빔정형 주사광학계
72 스테이지
75 가공대상물10 chamber
11 Optical room
12 Blower Room
13 Upper and lower partition plates
13A, 13B opening
14 bottom plate
15 compartments
16 chamber support member
21 discharge electrode
22, 23 discharge electrode support member
24 discharge area
25 resonator mirror
26 Common support member
27 Optical resonator support member
28 Light transmission window
30 blowers
40 Control
41 I/O device
51 1st gas flow path
52 2nd gas flow path
55 Temperature sensor
56 heat exchanger
57 cooler
58 Outflow hole
59 Filter
70 laser oscillator
71 Beam Scanning Optical System
72 stages
75 Object to be processed
Claims (5)
상기 순환로를 순환하는 상기 레이저가스를 냉각하는 열교환기와,
상기 열교환기로부터 상기 방전영역으로 향하는 상기 레이저가스의 온도를 측정하는 온도센서와,
상기 온도센서에 의한 온도의 측정값에 근거하여, 상기 온도센서의 측정값이, 30℃ 이하의 목표온도가 되도록 상기 열교환기의 냉각능력을 제어하는 제어장치를 갖는 가스레이저장치.A gas laser device that generates a discharge in a discharge region of a part of a circuit through which laser gas circulates and outputs a laser beam,
A heat exchanger for cooling the laser gas circulating in the circulation path,
And a temperature sensor for measuring the temperature of the laser gas from the heat exchanger to the discharge region,
A gas laser device having a control device for controlling the cooling capacity of the heat exchanger so that the measured value of the temperature sensor is a target temperature of 30°C or less based on the measured value of the temperature by the temperature sensor.
상기 목표온도가 14℃ 이상인 가스레이저장치.According to claim 1,
A gas laser device having the target temperature of 14°C or higher.
상기 제어장치는, 상기 온도센서의 측정값이, 상기 목표온도를 중심으로 하여 ±1℃의 범위 내에 들어가도록 상기 열교환기의 냉각능력을 제어하는 가스레이저장치.The method according to claim 1 or 2,
The control device is a gas laser device that controls the cooling capacity of the heat exchanger so that the measured value of the temperature sensor is within a range of ±1°C centering on the target temperature.
상기 목표온도의 값을 입력하는 입력장치를 더 갖고,
상기 제어장치는, 상기 입력장치에 입력된 상기 목표온도의 값에 근거하여, 상기 열교환기의 냉각능력을 제어하는 가스레이저장치.The method according to claim 1 or 2,
Further having an input device for inputting the value of the target temperature,
The control device is a gas laser device that controls the cooling capacity of the heat exchanger based on the value of the target temperature input to the input device.
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