KR20230006388A - Laser control apparatus and laser pulse extraction method - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 2021년 7월 2일에 출원된 일본 특허출원 제2021-110774호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-110774 filed on July 2, 2021. The entire content of that application is incorporated herein by reference.
본 발명은, 레이저제어장치 및 레이저펄스커팅방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser control device and a laser pulse cutting method.
레이저빔에 의하여 프린트기판 등에 펀칭가공을 행하는 레이저가공장치가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 개시된 레이저가공장치는, 펄스레이저빔을 출력하는 레이저발진기, 및 레이저펄스로부터 일부를 잘라내는 음향광학변조기를 포함한다. 레이저펄스의 상승(또는 발생) 후에, 음향광학변조기에 커팅지령을 부여함으로써, 레이저펄스로부터 일부가 잘린다. 잘린 레이저펄스가 가공대상물에 입사되고, 나머지 레이저펄스는 빔댐퍼에 입력된다.BACKGROUND ART A laser processing device that performs punching processing on a printed board or the like with a laser beam is known (see Patent Document 1). The laser processing device disclosed in Patent Literature 1 includes a laser oscillator that outputs a pulse laser beam, and an acousto-optical modulator that cuts out a part of the laser pulse. After the rise (or generation) of the laser pulse, by giving a cutting command to the acousto-optic modulator, a portion is cut from the laser pulse. The cut laser pulse is incident on the object to be processed, and the remaining laser pulse is input to the beam damper.
음향광학변조기 등의 커팅광학계에서는, 커팅지령이 입력되고 나서, 실제로 레이저펄스의 커팅이 행해질 때까지 동작지연이 발생한다. 따라서, 레이저펄스의 상승으로부터 커팅지령이 입력될 때까지의 기간, 및 커팅지령이 입력되고 나서 실제로 커팅이 행해질 때까지 기간의 레이저펄스의 에너지가 불필요해져 버린다. 바꾸어 말하면, 레이저펄스의 에너지의 이용효율이 저하되어 버린다.In a cutting optical system such as an acousto-optical modulator, an operation delay occurs after a cutting command is input until the laser pulse is actually cut. Therefore, the energy of the laser pulse in the period from the rise of the laser pulse to the input of the cutting command and the period from the input of the cutting command to the actual cutting is unnecessary. In other words, the utilization efficiency of laser pulse energy is lowered.
본 발명의 목적은, 레이저펄스의 에너지이용효율을 높일 수 있는 레이저제어장치 및 레이저펄스커팅방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a laser control device and a laser pulse cutting method capable of increasing the energy utilization efficiency of a laser pulse.
본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the present invention,
펄스레이저빔을 출력하는 레이저발진기와,A laser oscillator for outputting a pulsed laser beam;
상기 펄스레이저빔이 입사하고, 커팅지령이 입력되고 나서 일정한 동작지연시간이 경과한 시점에 있어서, 상기 펄스레이저빔의 레이저펄스의 일부의 커팅을 개시하는 특성을 갖는 커팅광학계를 제어하는 레이저제어장치로서,A laser control device for controlling a cutting optical system having a characteristic of starting to cut a part of the laser pulse of the pulsed laser beam when a predetermined operation delay time elapses after the pulsed laser beam is incident and a cutting command is input. as,
상기 레이저펄스의 상승(또는 발생)시점보다 이전의 시점에서, 상기 커팅광학계에 상기 커팅지령을 출력하며, 또한 상기 커팅지령을 출력한 시점으로부터 상기 동작지연시간만큼 경과한 시점이, 상기 레이저펄스의 상승시점보다 이후가 되도록, 상기 커팅지령을 출력하는 레이저제어장치가 제공된다.The cutting command is output to the cutting optical system at a point in time prior to the rising (or generating) point of the laser pulse, and a point in time when the operation delay time has elapsed from the point of outputting the cutting command is A laser control device for outputting the cutting command to be later than the rising point is provided.
본 발명의 다른 관점에 의하면,According to another aspect of the present invention,
레이저발진기로부터 레이저펄스를 출력시켜 커팅광학계에 입사시키고, 상기 레이저펄스의 일부를 잘라내는 레이저펄스커팅방법으로서,A laser pulse cutting method in which a laser pulse is output from a laser oscillator and entered into a cutting optical system, and a part of the laser pulse is cut out,
상기 커팅광학계는, 커팅지령이 입력되고 나서 일정한 동작지연시간이 경과한 시점에 있어서, 상기 레이저펄스의 일부의 커팅을 개시하는 특성을 갖고 있으며,The cutting optical system has a characteristic of starting cutting of a part of the laser pulse at a time when a predetermined operation delay time has elapsed after a cutting command is input,
상기 레이저펄스의 상승시점보다 이전의 시점에서, 상기 커팅광학계에 상기 커팅지령을 출력하고, 상기 커팅지령을 출력한 시점으로부터 상기 동작지연시간만큼 경과한 시점이, 상기 레이저펄스의 상승시점보다 이후가 되도록, 상기 커팅지령을 출력하는 레이저펄스커팅방법이 제공된다.At a time point prior to the rising point of the laser pulse, the cutting command is output to the cutting optical system, and a time point that has elapsed by the operation delay time from the time point of outputting the cutting command is after the rising point of the laser pulse. As much as possible, a laser pulse cutting method for outputting the cutting command is provided.
상술한 조건으로 커팅지령을 출력하면, 레이저펄스의 상승으로부터 커팅개시까지의 시간이, 동작지연시간보다 짧아진다. 이 때문에, 레이저펄스의 에너지이용효율을 높일 수 있다.When the cutting command is output under the above conditions, the time from the rise of the laser pulse to the start of cutting is shorter than the operation delay time. For this reason, the energy utilization efficiency of the laser pulse can be increased.
도 1은, 일 실시예에 의한 레이저제어장치를 탑재한 레이저가공기의 개략도이다.
도 2는, 기억부에 저장되어 있는 관계정보의 일례를 나타내는 도표이다.
도 3은, 기억부에 저장되어 있는 관계정보의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 4의 4A 및 4B는, 각각 본 실시예 및 비교예에 의한 레이저제어장치가 동작했을 때의 발진지령 trg, 레이저펄스 LP0, 커팅지령 chp, 및 레이저펄스 LP1의 타이밍차트이다.
도 5는, 본 실시예에 의한 레이저제어장치가 실행하는 레이저펄스의 커팅수순을 나타내는 플로차트이다.
도 6은, 펄스출력지연시간 td를 결정하는 수순을 나타내는 플로차트이다.
도 7은, 다른 실시예에 의한 레이저제어장치를 탑재한 레이저가공기의 개략도이다.
도 8은, 다른 실시예에 의한 레이저제어장치를 동작시켰을 때의 발진지령 trg, 레이저펄스 LP0, 경로선택지령 sel, 커팅지령 chp, 및 레이저펄스 LP1, LP2의 타이밍차트이다.1 is a schematic diagram of a laser processing machine equipped with a laser control device according to an embodiment.
Fig. 2 is a diagram showing an example of relationship information stored in a storage unit.
3 is a graph showing another example of relationship information stored in a storage unit.
4A and 4B of FIG. 4 are timing charts of the oscillation command trg, the laser pulse LP0, the cutting command chp, and the laser pulse LP1 when the laser control device according to the present embodiment and comparative example operates, respectively.
Fig. 5 is a flowchart showing the laser pulse cutting procedure executed by the laser control device according to the present embodiment.
Fig. 6 is a flowchart showing a procedure for determining the pulse output delay time td.
7 is a schematic diagram of a laser processing machine equipped with a laser control device according to another embodiment.
Fig. 8 is a timing chart of the oscillation command trg, the laser pulse LP0, the path selection command sel, the cutting command chp, and the laser pulses LP1 and LP2 when the laser control device according to another embodiment is operated.
도 1~도 6을 참조하여, 일 실시예에 의한 레이저제어장치 및 레이저펄스커팅방법에 대하여 설명한다.Referring to Figures 1 to 6, a laser control device and a laser pulse cutting method according to an embodiment will be described.
도 1은, 본 실시예에 의한 레이저제어장치(40)를 탑재한 레이저가공기의 개략도이다. 이 레이저가공기는, 예를 들면 프린트기판의 펀칭가공에 이용된다.1 is a schematic diagram of a laser processing machine equipped with a
레이저발진기(10)가 레이저제어장치(40)로부터 발진지령 trg를 받아, 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(10)로서, 예를 들면 탄산 가스레이저발진기 등의 가스레이저발진기가 이용된다. 레이저발진기(10)로부터 출력된 펄스레이저빔이 빔스플리터(11)에서 2개의 경로로 분기된다. 빔스플리터(11)로서, 예를 들면 부분반사미러가 이용된다.The
빔스플리터(11)에서 분기된 2개의 펄스레이저빔 중 일방은, 조사광학계(12), 애퍼처(13)를 경유하여 커팅광학계(14)에 입사하고, 타방은 광검출기(20)에 입사한다. 조사광학계(12)는, 펄스레이저빔의 확산각 및 빔직경 중 적어도 일방을 변화시킨다. 조사광학계(12)로서, 예를 들면 빔익스팬더가 이용된다. 애퍼처(13)는, 펄스레이저빔의 빔단면을 정형(整形)한다.One of the two pulsed laser beams diverged from the
광검출기(20)는, 레이저펄스가 입사하고 있는 기간, 검출신호(det)를 출력한다. 광검출기(20)로서, 예를 들면 고속의 응답이 가능한 광기전력(光起電力)소자 등이 이용된다. 광검출기(20)로부터 출력된 검출신호(det)가 레이저제어장치(40)에 입력된다.The
커팅광학계(14)는, 레이저제어장치(40)로부터 입력되는 커팅지령 chp에 근거하여, 입사하는 레이저펄스 LP0으로부터 시간축 상의 일부분을 잘라내고, 가공에 사용하는 레이저펄스 LP1을 생성한다. 커팅지령 chp의 입력시점으로부터 레이저펄스 LP1이 잘릴 때까지, 일정한 동작지연이 발생한다. 커팅지령 chp의 입력시점으로부터 레이저펄스 LP1이 잘릴 때까지의 시간을 동작지연시간 tdo라고 하는 것으로 한다. 레이저펄스 LP0 중 레이저펄스 LP1 이외의 부분은 빔댐퍼(15)에 입사한다. 레이저펄스 LP0으로부터 잘린 레이저펄스 LP1은 가공경로를 따라 전반(傳般)한다. 커팅광학계(14)로서, 예를 들면 음향광학변조기(AOM)가 이용된다.The cutting
커팅광학계(14)에 의하여 잘린 레이저펄스 LP1은, 반전미러(16), 주사광학계(17), 및 렌즈(19)를 경유하여 가공대상물(60)에 입사한다. 주사광학계(17)는, 레이저제어장치(40)로부터의 제어신호 sig1에 근거하여, 펄스레이저빔의 진행방향을 이차원 방향으로 바꾼다. 주사광학계(17)로서, 예를 들면 한 쌍의 가동미러(18X, 18Y)를 포함하는 갈바노스캐너가 이용된다. 렌즈(19)는, 주사광학계(17)로 진행방향을 바꾼 펄스레이저빔을 가공대상물(60)의 표면에 집광한다. 렌즈(19)로서, 예를 들면 fθ렌즈가 이용된다. 주사광학계(17)를 동작시킴으로써, 가공대상물(60)의 표면의 일부의 영역(스캔에어리어) 내의 임의의 위치에 펄스레이저빔을 입사시킬 수 있다.The laser pulse LP1 cut by the cutting
가공대상물(60)은, 예를 들면 프린트기판이며, 스테이지(30)에 수평으로 지지되어 있다. 이동기구(31)가, 레이저제어장치(40)로부터의 제어신호 sig2에 근거하여, 스테이지(30)를 수평면에 평행한 서로 직교하는 두 방향으로 이동시킨다. 스테이지(30)를 이동시킴으로써, 가공대상물(60)의 표면 내의 임의의 영역을, 주사광학계(17)로 스캔 가능한 스캔에어리어 내에 배치할 수 있다.The object to be processed 60 is, for example, a printed circuit board, and is supported horizontally on the
레이저제어장치(40)는, 레이저발진기(10), 커팅광학계(14), 주사광학계(17), 이동기구(31)를 제어한다. 이들을 제어하는 기능은, 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의하여 실현된다. 레이저제어장치(40)는, 이들 기능을 실현하기 위한 프로그램이나 다양한 데이터를 기억하는 기억부(41)를 포함한다. 이하, 레이저제어장치(40)의 기능에 대하여, 간단하게 설명한다. 다만, 레이저제어장치(40)의 상세한 기능에 대해서는, 이후에 도 4의 4A의 타이밍차트, 도 5 및 도 6의 플로차트를 참조하여 설명한다.The
입력장치(50)로부터 레이저제어장치(40)에, 레이저조사조건을 규정하는 다양한 파라미터가 입력된다. 레이저조사 조건을 규정하는 파라미터에는, 레이저발진기(10)로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수 f, 펄스폭(이하, 원초펄스폭 pw0이라고 한다.), 및 레이저펄스 LP0으로부터 잘리는 레이저펄스 LP1의 펄스폭 등이 포함된다. 입력장치(50)로서, 예를 들면, 키보드, 터치패널, 포인팅디바이스, 통신장치, 리무버블미디어의 판독장치 등이 이용된다.Various parameters defining laser irradiation conditions are input to the
레이저제어장치(40)는, 광검출기(20)로부터의 검출신호 det를 수신하고, 레이저펄스의 상승 및 하강을 검출한다. 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0을 규정하는 정보에 근거하여, 레이저발진기(10)에 발진지령 trg를 출력한다. 예를 들면, 발진지령 trg의 상승 및 하강이, 각각 발진개시 및 발진정지의 지령에 상당하고, 상승으로부터 하강까지의 시간이 원초펄스폭 pw0에 상당한다. 발진지령 trg를 출력하는 주파수가, 펄스의 반복주파수 f에 상당한다.The
또한, 발진지령 trg를 출력한 시점으로부터 레이저펄스의 상승을 검출하는 시점까지의 지연시간을 측정한다. 이 지연시간을, “펄스출력지연시간 td”라고 하는 것으로 한다. 레이저제어장치(40)는, 추가로, 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0과, 펄스출력지연시간 td를 관련지은 관계정보를, 기억부(41)에 저장한다.In addition, the delay time from the time of outputting the oscillation command trg to the time of detecting the rise of the laser pulse is measured. This delay time is referred to as "pulse output delay time td". The
도 2는, 기억부(41)에 저장되어 있는 관계정보의 일례를 나타내는 도표이다. 펄스의 반복주파수 f와, 원초펄스폭 pw0의 조합마다, 펄스출력지연시간 td가 관련지어져 있다. 예를 들면, 펄스의 반복주파수 f=f1, 원초펄스폭 pw0=pw1 일 때, 펄스출력지연시간 td=td11이다.2 is a chart showing an example of relational information stored in the
도 3은, 기억부(41)에 저장되어 있는 관계정보의 다른 예를 나타내는 그래프이다. 가로축은 펄스의 반복주파수 f를 나타내고, 세로축은 펄스출력지연시간 td를 나타낸다. 그래프 중의 곡선은, 원초펄스폭 pw0이 일정할 때의 펄스의 반복주파수 f와 펄스출력지연시간 td의 관계를 나타내고 있다. 펄스출력지연시간 td는, 원초펄스폭 pw0이 일정한 조건하에서, 펄스의 반복주파수 f의 함수로서 정의되어 있다. 기억부(41)에, 이 함수의 정의식이 기억되어 있다.3 is a graph showing another example of the relationship information stored in the
도 3에 나타낸 예에서는, 원초펄스폭 pw0이 일정할 때, 펄스의 반복주파수 f가 높아짐에 따라 펄스출력지연시간 td가 짧아진다. 또, 펄스의 반복주파수 f가 일정한 조건일 때, 원초펄스폭 pw0이 길어짐에 따라 펄스출력지연시간 td가 짧아진다.In the example shown in Fig. 3, when the original pulse width pw0 is constant, the pulse output delay time td becomes shorter as the pulse repetition frequency f increases. Also, when the pulse repetition frequency f is constant, the pulse output delay time td becomes shorter as the original pulse width pw0 increases.
레이저제어장치(40)(도 1)는, 발진지령 trg를 출력한 시점으로부터, 일정 시간 경과한 후에 커팅지령 chp를 출력한다. 발진지령 trg를 출력한 시점으로부터 커팅지령 chp를 출력할 때까지의 시간을 “커팅지령지연시간 tdc”라고 하는 것으로 한다. 레이저제어장치(40)는, 펄스출력지연시간 td 등에 근거하여, 커팅지령지연시간 tdc를 계산한다.The laser control device 40 (FIG. 1) outputs the cutting command chp after a certain time elapses from the time point at which the start command trg is output. The time from when the starting command trg is output to when the cutting command chp is output is referred to as "cutting command delay time tdc". The
레이저제어장치(40)는, 추가로, 주사광학계(17)에 제어신호 sig1을 출력하여, 펄스레이저빔의 입사위치의 위치결정을 행한다. 또한, 이동기구(31)에 제어신호 sig2를 출력하여, 가공대상물(60)을 이동시킨다.The
도 4의 4A는, 발진지령 trg, 레이저펄스 LP0, 커팅지령 chp, 및 레이저펄스 LP1의 타이밍차트이다. 시각 t0에서 레이저제어장치(40)가 발진지령 trg를 출력한다. 예를 들면, 발진지령 trg의 상승이 발진개시의 지령에 상당하고, 하강이 발진종료의 지령에 상당한다. 발진지령 trg의 상승으로부터 하강까지의 경과시간이, 원초펄스폭 pw0에 상당한다.4A of FIG. 4 is a timing chart of the oscillation command trg, the laser pulse LP0, the cutting command chp, and the laser pulse LP1. At time t0, the
레이저발진기(10)는, 발진지령 trg의 상승(시각 t0)으로부터 일정한 시간 경과 후에, 레이저펄스 LP0을 출력한다(시각 t2). 발진지령 trg의 상승으로부터 레이저펄스 LP0의 상승까지의 경과시간이, 펄스출력지연시간 td(도 2, 도 3)에 상당한다. 발진지령 trg이 하강하면(시각 t6), 레이저펄스 LP0의 강도가 저하되기 시작하고, 그 후 레이저펄스 LP0이 완전하게 하강한다(시각 t7).The
레이저제어장치(40)는, 발진지령 trg의 상승시점(시각 t0)으로부터 커팅지령지연시간 tdc만큼 경과한 시점(시각 t1)에, 커팅지령 chp를 출력한다. 커팅지령 chp의 상승이 커팅의 개시의 지령에 상당하고, 하강(시각 t4)이 커팅종료의 지령에 상당한다. 커팅지령 chp의 상승으로부터 하강까지의 경과시간을, 커팅펄스폭 pw1이라고 하는 것으로 한다.The
커팅광학계(14)(도 1)의 동작지연에 의하여, 커팅지령 chp의 상승(시각 t1)으로부터 동작지연시간 tdo가 경과한 시점(시각 t3)에, 레이저펄스 LP0으로부터의 커팅이 개시되어, 레이저펄스 LP1이 상승한다. 동일하게, 커팅지령 chp의 하강(시각 t4)으로부터 동작지연시간 tdo만큼 경과한 시점(시각 t5)에, 레이저펄스 LP0으로부터의 커팅이 종료되고, 레이저펄스 LP1이 하강한다.Due to the operation delay of the cutting optical system 14 (FIG. 1), cutting from the laser pulse LP0 is started at the time when the operation delay time tdo elapses (time t3) from the rise of the cutting command chp (time t1), and the laser Pulse LP1 rises. Similarly, at a time point (time t5) that has elapsed by the operation delay time tdo from the fall of the cutting command chp (time t4), the cutting from the laser pulse LP0 ends, and the laser pulse LP1 falls.
도 5는, 본 실시예에 의한 레이저제어장치가 실행하는 레이저펄스의 커팅수순을 나타내는 플로차트이다.Fig. 5 is a flowchart showing the laser pulse cutting procedure executed by the laser control device according to the present embodiment.
먼저, 레이저제어장치(40)가, 레이저발진기(10)로부터 출력시키는 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0(도 4의 4A), 및 기억부(41)에 기억되어 있는 관계정보(도 2, 도 3)에 근거하여, 펄스출력지연시간 td(도 4의 4A)를 산출한다(스텝 SA1). 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0을 지정하는 정보는, 미리 입력장치(50)(도 1)로부터 레이저제어장치(40)에 입력되어 있다.First, the repetition frequency f and the original pulse width pw0 (4A in FIG. 4) of the pulses of the pulsed laser beam output from the
레이저제어장치(40)는, 스텝 SA1로 산출된 펄스출력지연시간 td 및 커팅광학계(14)의 동작지연시간 tdo에 근거하여, 발진지령 trg의 출력시점(시각 t0)으로부터 커팅지령 chp를 출력하는 시점(시각 t1)까지의 커팅지령지연시간 tdc(도 4의 4A)를 산출한다(스텝 SA2). 예를 들면, 커팅지령지연시간 tdc가, 펄스출력지연시간 td로부터 동작지연시간 tdo를 뺀 값보다 길어지고(td-tdo<tdc), 또한 펄스출력지연시간 td보다 짧아지도록(tdc<td), 커팅지령지연시간 tdc를 결정한다.The
그 후, 또는 병행하여, 레이저펄스가 가공대상물(60)의 목표위치에 입사하도록, 주사광학계(17)에 대하여 제어신호 sig1을 출력함과 함께, 이동기구(31)에 대하여 제어신호 sig2를 출력한다(스텝 SA3).After that, or in parallel, the control signal sig1 is output to the scanning
레이저제어장치(40)는, 레이저발진기(10)에 대하여 발진지령 trg를 출력한다(스텝 SA4). 그 후, 커팅지령지연시간 tdc가 경과할 때까지 대기한다(스텝 SA5). 커팅지령지연시간 tdc가 경과하면, 레이저제어장치(40)는, 주사광학계(18) 및 이동기구(31)에 의한 레이저펄스의 입사위치의 위치결정이 완료되었는지 아닌지를 판정한다(스텝 SA6). The
위치결정이 완료되어 있지 않은 경우는, 발진지령 trg를 출력한 시점으로부터 원초펄스폭 pw0에 상당하는 시간이 경과한 후, 발진지령 trg를 정지한다(스텝 SA13).If the positioning is not completed, the start command trg is stopped after a time corresponding to the original pulse width pw0 has elapsed from the time of outputting the start command trg (step SA13).
위치결정이 완료되어 있는 경우에는, 레이저제어장치(40)는, 커팅광학계(14)에 대하여 커팅지령 chp를 출력한다(스텝 SA7). 그 후, 커팅펄스폭 pw1(도 4의 4A)에 상당하는 시간이 경과할 때까지 대기한다(스텝 SA8). 대기 후, 커팅지령 chp를 정지한다(스텝 SA9). 구체적으로는, 커팅지령 chp를 하강시킨다. 그 후, 발진지령 trg를 정지한다(스텝 SA10). 보다 구체적으로는, 발진지령 trg의 출력시점으로부터 원초펄스폭 pw0이 경과한 시점에서, 발진지령 trg를 하강시킨다.When the positioning is completed, the
가공대상물(60)의 모든 피가공점의 가공이 종료되었는지 아닌지를 판정한다(스텝 SA11). 모든 피가공점의 가공이 종료된 경우는, 처리를 종료한다. 미가공의 피가공점이 남아 있는 경우는, 레이저제어장치(40)는, 주사광학계(18) 및 이동기구(31)를 제어한다(스텝 SA12). 다만, 가공대상물(60)을 이동시킬 필요가 없는 경우는, 이동기구(31)를 구동할 필요는 없다.It is determined whether or not machining of all processing points of the
스텝 SA12 또는 스텝 SA13 후, 펄스의 반복주파수 f에 따른 시간만큼 대기한다(스텝 SA13). 이 대기시간은, 스텝 SA4에서 발진지령 trg를 출력한 시점이 기산점(起算點)이 된다. 펄스의 반복주파수 f에 따른 시간만큼 대기한 후, 발진지령 trg를 출력하고(스텝 SA4), 스텝 SA5 이후의 수순을 반복한다. 이로써, 도 4의 4A에 나타낸 발진지령 trg, 레이저펄스 LP0, LP1, 및 커팅지령 chp의 파형이 일정한 주파수로 반복된다. 다만, 위치결정이 완료되어 있지 않은 주기에서는, 커팅지령 chp가 출력되지 않는다.After step SA12 or step SA13, the process waits for a time corresponding to the pulse repetition frequency f (step SA13). The starting point of this waiting time is the point at which the start command trg is output in Step SA4. After waiting for the time corresponding to the pulse repetition frequency f, the oscillation command trg is output (Step SA4), and the procedures from Step SA5 are repeated. As a result, the waveforms of the oscillation command trg, the laser pulses LP0 and LP1, and the cutting command chp shown in 4A of FIG. 4 are repeated at a constant frequency. However, the cutting command chp is not output in a cycle in which positioning is not completed.
다음으로, 도 6을 참조하여, 기억부(41)(도 1)에 저장되는 펄스출력지연시간 td(도 2, 도 3)의 결정방법에 대하여 설명한다. 도 6은, 펄스출력지연시간 td를 결정하는 수순을 나타내는 플로차트이다.Next, with reference to Fig. 6, a method of determining the pulse output delay time td (Figs. 2 and 3) stored in the storage unit 41 (Fig. 1) will be described. Fig. 6 is a flowchart showing a procedure for determining the pulse output delay time td.
우선, 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0의 값을 결정한다(스텝 SB1). 이들 값은, 입력장치(50)로부터 입력된다. 레이저제어장치(40)가, 스텝 SB1에서 결정된 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0의 조건으로, 레이저발진기(10)에 대하여 발진지령 trg를 출력한다(스텝 SB2). 레이저펄스 LP0(도 1)이 상승하면, 광검출기(20)로부터의 검출신호 det가 레이저제어장치(40)에 입력된다. 발진지령 trg의 출력으로부터 검출신호 det를 수신할 때까지의 지연시간을 측정한다(스텝 SB3).First, the values of pulse repetition frequency f and original pulse width pw0 are determined (step SB1). These values are input from the
소정의 복수의 레이저펄스 LP0이 출력된 시점에서, 발진지령 trg의 출력으로부터 검출신호 det를 수신할 때까지의 지연시간의 측정값의 평균값을 산출한다(스텝 SB4). 이 평균값이, 펄스출력지연시간 td에 상당한다. 스텝 SB1에서 결정된 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0과 관련지어, 펄스출력지연시간 td를 기억부(41)에 저장한다(스텝 SB5).The average value of the measured delay time from the output of the oscillation command trg to the reception of the detection signal det from the point in time when the predetermined plurality of laser pulses LP0 is output is calculated (step SB4). This average value corresponds to the pulse output delay time td. The pulse output delay time td is stored in the
다음으로, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여, 도 4의 4B에 나타낸 비교예와 비교하여 설명한다.Next, the excellent effect of this embodiment will be described in comparison with the comparative example shown in Fig. 4B.
도 4의 4B는, 비교예에 있어서의 발진지령 trg, 레이저펄스 LP0, 커팅지령 chp, 및 레이저펄스 LP1의 타이밍차트이다. 비교예에 있어서는, 레이저펄스 LP0의 상승을 검출한 시점(시각 t2)으로부터 일정한 커팅지령지연시간 tdc1이 경과한 시점(시각 t1)에서, 커팅지령 chp가 출력된다. 커팅지령 chp의 출력으로부터 동작지연시간 tdo가 경과한 시점(시각 t3)에서, 레이저펄스 LP0으로부터의 커팅이 개시되고, 레이저펄스 LP1이 상승한다.4B of FIG. 4 is a timing chart of the oscillation command trg, the laser pulse LP0, the cutting command chp, and the laser pulse LP1 in the comparative example. In the comparative example, the cutting command chp is output at the time point (time t1) when a certain cutting command delay time tdc1 elapses from the time point at which the rise of the laser pulse LP0 is detected (time t2). At the time when the operation delay time tdo elapses from the output of the cutting command chp (time t3), cutting from the laser pulse LP0 is started, and the laser pulse LP1 rises.
레이저펄스 LP0 중 레이저펄스 LP1이 상승할 때까지의 시간의 레이저에너지가 불필요하게 폐기되어 버린다. 비교예에서는, 레이저에너지가 불필요하게 폐기되는 시간 tw가, 커팅광학계(14)의 동작지연시간 tdo보다 길어진다.Among the laser pulses LP0, the laser energy of the time until the laser pulse LP1 rises is wasted unnecessarily. In the comparative example, the time tw during which the laser energy is unnecessarily wasted is longer than the operation delay time tdo of the cutting
이에 대하여 상기 실시예에서는, 커팅지령 chp를 레이저펄스 LP0의 상승시점(시각 t2)보다 이전에 출력하기 때문에, 레이저펄스 LP0의 상승으로부터 레이저펄스 LP1의 커팅개시까지의 시간 tw가, 커팅광학계(14)의 동작지연시간 tdo보다 짧아진다. 이 때문에, 불필요하게 폐기되는 레이저에너지를 적게 하고, 레이저펄스 LP0의 이용효율을 높일 수 있다.In contrast, in the above embodiment, since the cutting command chp is output prior to the rising point of the laser pulse LP0 (time t2), the time tw from the rising of the laser pulse LP0 to the start of cutting of the laser pulse LP1 is the cutting optical system 14 ) is shorter than the operation delay time tdo. For this reason, it is possible to reduce unnecessarily wasted laser energy and increase the utilization efficiency of the laser pulse LP0.
또한, 상기 실시예에서는, 기억부(41)에, 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0마다, 펄스출력지연시간 td가 기억되어 있기 때문에, 실제의 가공에 사용하는 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0이 변경된 경우이더라도, 스텝 SA2(도 5)에 있어서, 실제의 가공조건에 따른 적절한 펄스출력지연시간 td를 이용하여, 커팅지령지연시간 tdc를 산출할 수 있다.Further, in the above embodiment, since the pulse output delay time td is stored in the
실제의 가공에 사용하는 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0에 대응하는 펄스출력지연시간 td가 기억부(41)에 기억되어 있지 않은 경우는, 도 6에 나타낸 수순에 따라, 펄스출력지연시간 td를 구할 수 있다. 다만, 실제의 가공에 사용하는 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0에 대응하는 펄스출력지연시간 td가 기억부(41)에 기억되어 있지 않은 경우에, 이미 기억되어 있는 펄스출력지연시간 td를 이용하여 보간(補間)연산을 행함으로써, 펄스출력지연시간 td를 구해도 된다.If the pulse output delay time td corresponding to the repetition frequency f and the original pulse width pw0 of the pulse used for actual processing is not stored in the
다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.Next, a modified example of the above embodiment will be described.
상기 실시예에서는, 펄스의 반복주파수 f 및 원초펄스폭 pw0의 양방과, 펄스출력지연시간 td를 관련지은 관계정보(도 2, 도 3)를 기억부(41)(도 1)에 기억시키고 있다. 예를 들면, 원초펄스폭 pw0을 변화시켜도 펄스출력지연시간 td가 거의 변화하지 않는 경우는, 펄스의 반복주파수 f에만 펄스출력지연시간 td를 관련지어도 된다. 반대로, 펄스의 반복주파수 f를 변화시켜도 펄스출력지연시간 td가 거의 변화하지 않는 경우는, 원초펄스폭 pw0에만 펄스출력지연시간 td를 관련지어도 된다.In the above embodiment, relational information relating both the pulse repetition frequency f and the original pulse width pw0 and the pulse output delay time td (FIG. 2, FIG. 3) is stored in the storage unit 41 (FIG. 1). . For example, when the pulse output delay time td hardly changes even when the original pulse width pw0 is changed, the pulse output delay time td may be related only to the pulse repetition frequency f. Conversely, if the pulse output delay time td hardly changes even when the pulse repetition frequency f is changed, the pulse output delay time td may be related only to the original pulse width pw0.
다음으로, 상기 실시예에 의한 레이저제어장치(40)(도 1)의 수순에 근거하는 레이저펄스커팅방법에 대하여 설명한다.Next, a laser pulse cutting method based on the procedure of the laser control device 40 (FIG. 1) according to the above embodiment will be described.
커팅광학계(14)(도 1)는, 도 4의 4A에 나타낸 바와 같이, 커팅지령 chp가 입력되고 나서 동작지연시간 tdo가 경과한 시점에 있어서, 레이저펄스 LP0의 일부의 커팅을 개시하는 특성을 갖고 있다. 레이저펄스 LP0의 상승시점보다 이전의 시점에서, 커팅광학계(14)에 커팅지령 chp를 출력한다. 이때, 커팅지령 chp를 출력한 시점으로부터 동작지연시간 tdo만큼 경과한 시점이, 레이저펄스 LP0의 상승시점보다 이후가 되도록, 커팅지령 chp를 출력한다.As shown in 4A of FIG. 4, the cutting optical system 14 (FIG. 1) has a characteristic of starting cutting of a part of the laser pulse LP0 at the time when the operation delay time tdo has elapsed after the cutting command chp is input. I have it. At a time point prior to the rising point of the laser pulse LP0, a cutting command chp is output to the cutting
이와 같이, 커팅지령 chp의 출력 타이밍을 제어함으로써, 불필요하게 폐기되는 레이저에너지를 적게 하고, 레이저펄스 LP0의 이용효율을 높일 수 있다.In this way, by controlling the output timing of the cutting command chp, it is possible to reduce unnecessarily wasted laser energy and increase the utilization efficiency of the laser pulse LP0.
다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 다른 실시예에 의한 레이저제어장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 6을 참조하여 설명한 실시예와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Next, a laser control device according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8 . Hereinafter, descriptions of configurations common to the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 6 will be omitted.
도 7은, 본 실시예에 의한 레이저제어장치를 탑재한 레이저가공기의 개략도이다. 도 1에 나타낸 실시예에서는, 가공경로가 1개이다. 이에 대하여 본 실시예에서는, 가공경로가 2개이다. 커팅광학계(14)가, 레이저펄스 LP0으로부터 잘라낸 레이저펄스 LP1을 일방의 가공경로로 전환하고, 레이저펄스 LP2를 타방의 가공경로로 전환한다. 2개의 가공경로의 각각에, 반전미러(16), 주사광학계(17), 렌즈(19), 스테이지(30), 및 이동기구(31)가 배치되어 있다.Fig. 7 is a schematic diagram of a laser processing machine equipped with a laser control device according to the present embodiment. In the embodiment shown in Fig. 1, there is only one machining path. In contrast, in this embodiment, there are two machining paths. The cutting
레이저제어장치(40)로부터 커팅광학계(14)에, 커팅지령 chp 외에, 경로선택지령 sel이 입력된다. 경로선택지령 sel은, 2개의 가공경로로부터 선택해야 할 가공경로를 지령한다. 커팅광학계(14)는, 지령된 가공경로를 향하여 레이저펄스를 잘라낸다.In addition to the cutting command chp, the path selection command sel is input from the
도 8은, 발진지령 trg, 레이저펄스 LP0, 경로선택지령 sel, 커팅지령 chp, 및 레이저펄스 LP1, LP2의 타이밍차트이다. 도 4의 4A에 나타낸 실시예와 동일하게, 발진지령 trg의 상승(시각 t0)으로부터, 펄스출력지연시간 td가 경과한 시점(시각 t2)에서, 레이저펄스 LP0이 상승한다. 레이저제어장치(40)는, 발진지령 trg의 상승으로부터, 커팅지령지연시간 tdc가 경과한 시점(시각 t1)에서, 1회째의 커팅지령 chp를 출력한다. 이때, 경로선택지령 sel은, 레이저펄스 LP1의 경로를 선택하고 있다. 이 때문에, 1회째의 커팅지령 chp의 출력시점으로부터 동작지연시간 tdo가 경과한 시점(시각 t3)에, 레이저펄스 LP0으로부터 레이저펄스 LP1이 잘린다.Fig. 8 is a timing chart of the oscillation command trg, the laser pulse LP0, the path selection command sel, the cutting command chp, and the laser pulses LP1 and LP2. Similar to the embodiment shown in 4A of Fig. 4, the laser pulse LP0 rises at the time point (time t2) when the pulse output delay time td elapses from the rise of the oscillation command trg (time t0). The
레이저펄스 LP1의 하강(시각 t5) 후, 레이저제어장치(40)는, 경로선택지령 sel을 전환하여 레이저펄스 LP2의 가공 경로를 선택한다(시각 t6). 또한, 2회째의 커팅지령 chp를 출력한다(시각 t7). 2회째의 커팅지령 chp의 출력시점으로부터 동작지연시간 tdo가 경과한 시점(시각 t8)에, 레이저펄스 LP0으로부터 레이저펄스 LP2가 잘린다. 레이저펄스 LP2의 하강(시각 t10) 후, 발진지령 trg의 출력을 정지한다(시각 t11). 또한, 경로선택지령 sel을 전환하여, 레이저펄스 LP1의 경로를 선택한다(시각 t12).After the fall of the laser pulse LP1 (time t5), the
다음으로, 도 7 및 도 8에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도, 레이저펄스 LP1의 상승보다 이전에 1회째의 커팅지령 chp를 출력하기 때문에, 폐기되는 레이저에너지를 적게 하고, 레이저펄스 LP0의 이용효율을 높일 수 있다.Next, excellent effects of the embodiment shown in Figs. 7 and 8 will be described. Also in this embodiment, since the first cutting command chp is output prior to the rise of the laser pulse LP1, waste laser energy can be reduced and the utilization efficiency of the laser pulse LP0 can be increased.
상술한 각 실시예는 예시이며, 상이한 실시예에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 복수의 실시예의 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 embodiment described above is an example, and it goes without saying that partial substitution or combination of configurations shown in different embodiments is possible. The same operation effect by the same configuration of a plurality of embodiments is not separately mentioned 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 레이저발진기
11 빔스플리터
12 조사광학계
13 애퍼처
14 커팅광학계
15 빔댐퍼
16 반전미러
17 주사광학계
18X 가동미러
18Y 가동미러
19 렌즈
20 광검출기
30 스테이지
31 이동기구
40 레이저제어장치
41 기억부
50 입력장치
60 가공대상물
trg 발진지령
chp 커팅지령
det 검출신호
sel 경로선택지령
sig1, sig2 제어신호10 Laser Oscillator
11 Beamsplitter
12 Irradiation optical system
13 Aperture
14 cutting optical system
15 Beam damper
16 reversing mirror
17 scanning optical system
18X movable mirror
18Y movable mirror
19 lens
20 photodetector
30 stages
31 Mobility
40 Laser control device
41 storage unit
50 input devices
60 processing object
trg start command
chp cutting command
det detection signal
sel path selection command
sig1, sig2 control signal
Claims (4)
상기 펄스레이저빔이 입사하고, 커팅지령이 입력되고 나서 일정한 동작지연시간이 경과한 시점에 있어서, 상기 펄스레이저빔의 레이저펄스의 일부의 커팅을 개시하는 특성을 갖는 커팅광학계를 제어하는 레이저제어장치로서,
상기 레이저펄스의 상승시점보다 이전의 시점에서, 상기 커팅광학계에 상기 커팅지령을 출력하며, 또한 상기 커팅지령을 출력한 시점으로부터 상기 동작지연시간만큼 경과한 시점이, 상기 레이저펄스의 상승시점보다 이후가 되도록, 상기 커팅지령을 출력하는 레이저제어장치.A laser oscillator for outputting a pulsed laser beam;
A laser control device for controlling a cutting optical system having a characteristic of starting to cut a part of the laser pulse of the pulsed laser beam when a predetermined operation delay time elapses after the pulsed laser beam is incident and a cutting command is input. as,
At a time point before the rising point of the laser pulse, the cutting command is output to the cutting optical system, and a time point that has elapsed by the operation delay time from the time point of outputting the cutting command is later than the rising point of the laser pulse. A laser control device for outputting the cutting command so that
상기 레이저발진기는, 발진지령의 입력에 동기하여 상기 레이저펄스를 출력하고,
또한,
상기 레이저발진기에 상기 발진지령을 출력하며,
상기 발진지령으로 지령되는 펄스의 반복주파수 및 펄스폭 중 적어도 일방과, 펄스출력지연시간을 관련지은 관계정보를 기억하고,
상기 발진지령으로 지령되는 펄스의 반복주파수 및 펄스폭 중 적어도 일방과 상기 관계정보로부터 얻어지는 상기 펄스출력지연시간, 및 상기 동작지연시간에 근거하여, 상기 펄스출력지연시간보다 짧으며, 또한 상기 펄스출력지연시간으로부터 상기 동작지연시간을 뺀 값보다 길어지도록, 커팅지령지연시간을 결정하고,
결정된 상기 커팅지령지연시간에 근거하여, 상기 발진지령의 출력시점으로부터 지연시켜 상기 커팅광학계에 상기 커팅지령을 출력하는 레이저제어장치.According to claim 1,
The laser oscillator outputs the laser pulse in synchronism with input of an oscillation command;
also,
Outputting the oscillation command to the laser oscillator;
storing relational information associating at least one of a repetition frequency and a pulse width of a pulse commanded by the oscillation command with a pulse output delay time;
Based on at least one of the repetition frequency and pulse width of the pulse commanded by the oscillation command, the pulse output delay time obtained from the relation information, and the operation delay time, which is shorter than the pulse output delay time, and which is shorter than the pulse output delay time, Determining a cutting command delay time so as to be longer than a value obtained by subtracting the operation delay time from the delay time;
Based on the determined cutting command delay time, the laser control device outputs the cutting command to the cutting optical system by delaying it from an output point of the oscillation command.
또한,
상기 레이저발진기로부터 출력된 상기 레이저펄스를 검출하는 광검출기로부터의 검출신호를 수신하고,
상기 발진지령을 출력하고 나서 상기 검출신호가 입력될 때까지의 지연시간을 측정하며, 지연시간의 측정값에 근거하여 상기 펄스출력지연시간을 구하고,
상기 발진지령으로 지령되는 펄스의 반복주파수 및 펄스폭 중 적어도 일방과, 지연시간의 측정값에 근거하여 구해진 상기 펄스출력지연시간의 관계를, 상기 관계정보로서 기억하는 레이저제어장치.According to claim 2,
also,
Receiving a detection signal from a photodetector for detecting the laser pulse output from the laser oscillator;
Measuring a delay time from outputting the oscillation command to inputting the detection signal, and obtaining the pulse output delay time based on the measured value of the delay time;
A laser control device that stores, as the relationship information, a relationship between at least one of a pulse repetition frequency and a pulse width of a pulse commanded by the oscillation command and the pulse output delay time obtained based on a measurement value of the delay time.
상기 커팅광학계는, 커팅지령이 입력되고 나서 일정한 동작지연시간이 경과한 시점에 있어서, 상기 레이저펄스의 일부의 커팅을 개시하는 특성을 갖고 있으며,
상기 레이저펄스의 상승시점보다 이전의 시점에서, 상기 커팅광학계에 상기 커팅지령을 출력하고, 상기 커팅지령을 출력한 시점으로부터 상기 동작지연시간만큼 경과한 시점이, 상기 레이저펄스의 상승시점보다 이후가 되도록, 상기 커팅지령을 출력하는 레이저펄스커팅방법.A laser pulse cutting method in which a laser pulse is output from a laser oscillator and entered into a cutting optical system, and a part of the laser pulse is cut out,
The cutting optical system has a characteristic of starting cutting of a part of the laser pulse at a time when a predetermined operation delay time has elapsed after a cutting command is input,
At a time point prior to the rising point of the laser pulse, the cutting command is output to the cutting optical system, and a time point that has elapsed by the operation delay time from the time point of outputting the cutting command is after the rising point of the laser pulse. As possible, a laser pulse cutting method for outputting the cutting command.
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