TW201438361A - 雷射加工裝置及雷射加工方法 - Google Patents

雷射加工裝置及雷射加工方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201438361A
TW201438361A TW103106477A TW103106477A TW201438361A TW 201438361 A TW201438361 A TW 201438361A TW 103106477 A TW103106477 A TW 103106477A TW 103106477 A TW103106477 A TW 103106477A TW 201438361 A TW201438361 A TW 201438361A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
laser
oscillation
trigger
light source
time
Prior art date
Application number
TW103106477A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI523357B (zh
Inventor
Masafumi Yorozu
Yasuhiro Okada
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2013056217A external-priority patent/JP5988903B2/ja
Priority claimed from JP2013067746A external-priority patent/JP5995767B2/ja
Application filed by Sumitomo Heavy Industries filed Critical Sumitomo Heavy Industries
Publication of TW201438361A publication Critical patent/TW201438361A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI523357B publication Critical patent/TWI523357B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本發明提供一種雷射加工裝置以及雷射加工方法，該雷射加工裝置即使在脈衝寬度較短時，亦能夠使每個脈衝的脈衝能量穩定。雷射光源與從外部接收之雷射振盪開始觸發同步開始進行雷射振盪，並與雷射振盪停止觸發同步停止雷射振盪。檢測器檢測取決於對雷射光源施加之電力以及從雷射光源射出之雷射脈衝的至少一方之物理量。控制裝置對雷射光源施加雷射振盪開始觸發，並且根據檢測器所檢測之物理量的檢測結果，對雷射光源施加振盪停止觸發。

Description

雷射加工裝置及雷射加工方法
本申請主張基於2013年3月19日申請之日本專利申請第2013-056217號，以及2013年3月28日申請之日本專利申請第2013-067746號的優先權。該申請的全部內容通過參閱援用於本說明書中。
本發明係有關一種射出脈衝雷射而進行雷射加工之雷射加工裝置以及雷射加工方法。
在二氧化碳雷射等氣體雷射中，雷射介質氣體中的雜質等會影響放電。因此，射出之每個雷射脈衝的脈衝能量會發生偏差。將雷射脈衝用於鑽孔加工時，若脈衝能量發生偏差，則導致加工品質不一致。
下述專利文獻1中揭示出減少脈衝能量的偏差之雷射振盪方法。專利文獻1所揭示之方法中，在1次的脈衝激發中測定複數次從雷射振盪器射出之雷射光的能量值。將所測定之複數個能量值加總，預測藉由該脈衝激發所振盪之雷射光的總能量估計值。根據該總能量估計值控制激發時間。藉此，能夠使總能量值(脈衝能量)穩定。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2002-299736號公報
脈衝寬度比較長時，例如為數百μs左右時，即使從雷射振盪指令到雷射脈衝的上升為止的延遲時間有所偏差，亦能夠利用上述專利文獻1中公開之方法調節脈衝能量。然而，脈衝寬度較短時，例如為數十μs時，考慮到能量檢測靈敏度、運算時間，則很難控制激發時間。
本發明的目的為提供一種雷射加工裝置以及雷射加工方法，即使脈衝寬度較短時，亦能夠使每個脈衝的脈衝能量穩定。
依本發明的一觀點，提供一種雷射加工裝置，係具有：雷射光源，與從外部接收之雷射振盪開始觸發同步開始進行雷射振盪，並與雷射振盪停止觸發同步停止雷射振盪；檢測器，檢測取決於對前述雷射光源施加之電力以及從前述雷射光源射出之雷射脈衝的至少一方之物理量；以及 控制裝置，對前述雷射光源施加前述雷射振盪開始觸發，並且根據前述檢測器所檢測之前述物理量的檢測結果，對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發。
依本發明的另一觀點，提供一種雷射加工方法，係具有以下製程：對雷射光源施加從外部接收之振盪開始觸發之製程，該雷射光源是與前述振盪開始觸發同步開始進行雷射振盪，並與振盪停止觸發同步停止雷射振盪；檢測取決於對前述雷射光源施加之電力以及從前述雷射光源射出之雷射脈衝的至少一方之物理量之製程；以及根據前述物理量的檢測結果，對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發之製程。
根據檢測器所檢測之物理量的檢測結果對雷射光源施加振盪停止觸發，藉此能使脈衝能量穩定。
1‧‧‧雷射光源
10‧‧‧雷射振盪器
11‧‧‧驅動電路
12‧‧‧光點位置穩定化光學系統
13‧‧‧非球面透鏡
14‧‧‧準直透鏡
15‧‧‧光罩
16‧‧‧場透鏡
17‧‧‧反射鏡
18‧‧‧光束掃描器
19‧‧‧fθ透鏡
20‧‧‧控制裝置
20A‧‧‧接收物理量的計測值之功能塊
20B‧‧‧使脈衝能量恆定之條件資料
20C‧‧‧調整發送振盪停止觸發之時刻之功能塊
20D‧‧‧觸發生成功能塊
21‧‧‧部份反射鏡
22‧‧‧光檢測器
25‧‧‧載台
30‧‧‧加工對象物
40‧‧‧送風機
41‧‧‧放電電極
42‧‧‧放電空間
43‧‧‧導電構件
44‧‧‧陶瓷構件
46‧‧‧熱交換器
50‧‧‧腔室
51‧‧‧端子
52‧‧‧腔室內電流路
55‧‧‧腔室外電流路
56‧‧‧檢測器
第1圖係實施例1之雷射加工裝置的概略圖。
第2圖係實施例1之雷射加工裝置的雷射振盪器的剖面圖以及驅動電路的方塊圖。
第3圖係從控制裝置對雷射光源施加之觸發信號、施加於雷射振盪器的放電電極之高頻電壓、流經放電電極之放電電流、以及來自雷射振盪器的光輸出的時序圖。
第4圖係表示將從對雷射光源施加雷射振盪開始觸發之時刻到施加雷射振盪停止觸發之時刻為止的觸發時間寬度設為恆定之條件下，雷射脈衝上升為止的延遲時間與脈衝能量的關係之曲線圖。
第5圖係實施例1之雷射加工裝置的控制裝置所執行之處理的流程圖。
第6圖係從控制裝置對雷射光源施加之觸發信號、施加於雷射振盪器的放電電極之高頻電壓、流經放電電極之放電電流，以及來自雷射振盪器的光輸出的時序圖。
第7圖係實施例2之雷射加工裝置的概略圖。
第8圖係實施例2之雷射加工裝置所使用之雷射振盪器的剖面圖以及控制系統的方塊圖。
第9圖係觸發信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時序圖。
第10圖中，第10圖A係表示放電電流的峰值與脈衝能量的關係之曲線圖，第10圖B係表示高頻電壓施加時間與脈衝能量的關係之曲線圖。
第11圖係表示將脈衝能量設為恆定之條件下的放電電流的峰值與高頻電壓施加時間的關係之曲線圖。
第12圖係實施例2之雷射加工裝置的控制裝置所執行之處理的流程圖。
第13圖係觸發信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時序圖。
第1圖中示出實施例1之雷射加工裝置的概略圖。雷射光源1與從控制裝置20接收之雷射振盪開始觸發同步開始進行雷射振盪，並與雷射振盪停止觸發同步停止雷射振盪。若開始雷射振盪，則雷射光源1射出雷射脈衝。
雷射光源1包括雷射振盪器10以及驅動電路11。雷射振盪器10是使用例如二氧化碳雷射振盪器等氣體雷射振盪器。從控制裝置20對驅動電路11施加雷射振盪開始觸發以及雷射振盪停止觸發。若驅動電路11接收雷射振盪開始觸發，則開始對雷射振盪器10供給電力。若接收雷射振盪停止觸發，則停止對雷射振盪器10供給電力。
從雷射光源1射出之雷射光束藉由部份反射鏡21分歧為透射光束和反射光束。反射光束射入光檢測器22。若光檢測器22對光進行檢測，則對控制裝置20發送檢測信號。控制裝置20以從光檢測器22接收檢測信號之時刻、亦即雷射脈衝的上升時刻為基準，決定對雷射光源1施加雷射振盪停止觸發之時刻。在所決定之時刻，對雷射光源1施加雷射振盪停止觸發。
直接穿過部份反射鏡21之透射光束透過光點位置穩定化光學系統12而射入非球面透鏡13。光點位置穩定化光學系統12包括複數個凸透鏡，即使從雷射光源1射出之雷射光束的行進方向偏離，亦可使配置有非球面透鏡13之位置之電子束光點的位置穩定。非球面透鏡13可改變雷射光束的輪廓。例如，可將高斯形狀的光束輪廓改變 成平頂形狀的光束輪廓。
透過非球面透鏡13之雷射光束，利用準直透鏡14進行準直之後，射入光罩15。光罩15包括透過窗以及遮光部，將雷射光束的光束截面進行整形。透過光罩15的透過窗之雷射光束經由場透鏡16、反射鏡17射入光束掃描器18。光束掃描器18沿二維方向掃描雷射光束。作為光束掃描器18，可使用例如電流掃描器。
藉由光束掃描器18掃描之雷射光束藉由fθ透鏡19聚光而射入加工對象物30。加工對象物30保持在載台25上。場透鏡16以及fθ透鏡19使光罩15的透過窗在加工對象物30的表面成像。載台25使加工對象物30朝與其表面平行的方向移動。
第2圖中示出實施例1之雷射振盪器10的剖面圖以及驅動電路的方塊圖。在腔室50的內部容納有送風機40、一對放電電極41、熱交換器46以及雷射介質氣體。在一對放電電極41之間界定有放電空間42。雷射介質氣體藉由在放電空間42內產生放電而被激發。第2圖中示出與放電電極41的長邊方向正交之截面。送風機40使用例如渦輪鼓風機。另外，亦可用橫流風扇、軸流風扇等代替渦輪鼓風機。各放電電極41包括導電構件43和陶瓷構件44。陶瓷構件44隔離導電構件43與放電空間42。
在腔室50內形成有循環路徑，該循環路徑是從送風機40經由放電電極41之間的放電空間42以及熱交換器46返回送風機40。熱交換器46用來冷卻藉由放電而成為 高溫之雷射介質氣體。
在腔室50的壁面安裝有一對端子51。放電電極41的導電構件43分別藉由腔室內電流路52與端子51連接。端子51藉由腔室外電流路55與驅動電路11連接。
第3圖中示出從控制裝置20(第1圖)對驅動電路11(第1圖)施加之觸發信號、施加於放電電極41(第2圖)之高頻電壓、流經放電電極41之放電電流，以及從雷射振盪器10(第1圖)射出之光輸出的時序圖。
觸發信號在時刻t1上升。觸發信號的上升相當於雷射振盪開始觸發。在時刻t1，若驅動電路11接收雷射振盪開始觸發，則驅動電路11對放電電極41施加高頻電壓。高頻電壓的頻率為例如2MHz。施加高頻電壓後，若在時刻t2開始放電，則放電電流開始流動。
放電開始後，光輸出(雷射脈衝)在雷射振盪器10的光共振器內的增益超過損耗之時刻t3上升。亦即，雷射脈衝在從施加雷射振盪開始觸發之時刻t1經過延遲時間Td後之時刻t3上升。光輸出在上升時瞬間顯示尖銳的峰值之後穩定。若雷射脈衝上升，則藉由光檢測器22(第1圖)檢測出光，將檢測信號發送至控制裝置20(第1圖)。
控制裝置20以從光檢測器22接收檢測信號之時刻、亦即雷射脈衝的上升時刻t3為基準，決定對雷射光源1施加雷射振盪停止觸發之時刻t4。例如，以從雷射脈衝的檢測時刻t3到時刻t4為止的脈衝寬度Pd成為恆定之方 式決定時刻t4。
控制裝置20在時刻t4使觸發信號下降，藉此對雷射光源1施加雷射振盪停止觸發。若驅動電路11從控制裝置20接收雷射振盪停止觸發，則驅動電路11中止高頻電壓的施加。若不對放電電極41施加高頻電壓，則放電停止，放電電流不會流動，並且光輸出成為0(雷射脈衝下降)。從時刻t3到時刻t4為止的時間寬度相當於雷射脈衝的脈衝寬度Pd。將從施加雷射振盪開始觸發之時刻t1到施加雷射振盪停止觸發之時刻t4為止的經過時間稱為觸發時間寬度Te。
第4圖中示出在觸發時間寬度Te為恆定條件下進行控制時的延遲時間Td與雷射脈衝的脈衝能量的關係。橫軸表示延遲時間Td，縱軸表示脈衝能量。觸發時間寬度Te為恆定，因此延遲時間Td與脈衝寬度Pd(第3圖)之和恆定。因此，若延遲時間Td變長，則脈衝寬度Pd變短。脈衝能量藉由脈衝寬度Pd變短而降低。可知若以觸發時間寬度Te成為恆定之方式對雷射振盪進行控制，會因延遲時間Td的偏差而導致脈衝能量不均一。
接著，參閱第5圖以及第6圖對使用實施例1之雷射加工裝置之雷射加工方法進行說明。進行雷射加工之前，首先將加工對象物30保持在載台25(第1圖)上並移動載台25，藉此進行加工對象物30的定位。在加工對象物30中，在能夠利用光束掃描器18掃描的範圍內定義有複數個被加工點。雷射加工中，控制裝置20控制光束掃描 器18而對加工對象物30上的被加工點依序射入雷射脈衝，藉此進行鑽孔加工。
第5圖中示出實施例1之雷射加工裝置的控制裝置20(第1圖)所執行之處理的流程圖。第6圖中示出觸發信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時序圖。若將加工對象物30保持在載台25上並完成加工對象物30的定位，則以將雷射脈衝射入最初應加工之被加工點之方式對光束掃描器18進行控制。在步驟S1中待機到完成光束掃描器18的定位為止。若完成光束掃描器18的定位，則在步驟S2中對雷射光源1施加雷射振盪開始觸發。步驟S2相當於第6圖所示之時刻t11、t21、t31。
若對雷射光源1施加雷射振盪開始觸發，則高頻電壓施加到雷射振盪器10(第1圖)，放電電流流動。在從被施加雷射振盪開始觸發之時刻t11、t21、t31分別經過延遲時間Td1、Td2、Td3之時刻t12、t22、t32，雷射脈衝Lp1、Lp2、Lp3上升。因光共振器的反射鏡的振動、雷射介質氣體所含有之雜質等的影響，延遲時間Td1、Td2、Td3不一定全部相等。第6圖中示有延遲時間的大小關係為Td3<Td1<Td2之例子。
在步驟S3中計測從被施加雷射振盪停止觸發起到雷射脈衝上升為止的延遲時間Td1、Td2、Td3。具體而言，控制裝置20計測從對雷射光源1施加雷射振盪開始觸發之時刻到由光檢測器22接收檢測信號為止的經過時間。
在步驟S4中判定延遲時間Td是否在規格內。延遲時 間Td在規格外時，在步驟S8中對雷射光源1施加雷射振盪停止觸發。藉此，停止對放電電極41(第1圖)供給電力。藉由停止電力的供給，能夠防止異常振盪。
延遲時間Td在規格內時，在步驟S5中，以雷射脈衝的上升時刻t12、t22、t32(第6圖)為基準，算出對雷射光源1施加雷射振盪停止觸發之時刻t13、t23、t33(第6圖)。具體而言，將從雷射脈衝的上升時刻t12、t22、t32經過與目標脈衝寬度Pd相當之時間後之時刻作為施加雷射振盪停止觸發之時刻t13、t23、t33。目標脈衝寬度Pd預先儲存於控制裝置20中。
在步驟S6中，在由步驟S5算出之時刻t13、t23、t33(第6圖)對雷射光源1施加雷射振盪停止觸發。藉此使雷射脈衝Lp1、Lp2、Lp3下降。
在步驟S7(第5圖)中判定加工是否結束。還剩下未加工的被加工點時，以將雷射脈衝射入到下一個應加工之被加工點之方式對光束掃描器18進行控制，返回步驟S1。若已完成所有被加工點的加工，則結束雷射加工處理。
第6圖所示之例子中，若以觸發時間寬度Te1、Te2、Te3成為相同之方式進行時序控制，則從雷射脈衝的上升時刻到下降時刻為止的脈衝寬度受到延遲時間Td1、Td2、Td3的偏差的影響而導致不均一。
上述實施例1中，以雷射脈衝的上升時刻t12、t22、t32(第6圖)為基準，決定對雷射光源1施加雷射振盪 停止觸發之時刻t13、t23、t33(第6圖)。因此，雷射脈衝的脈衝寬度Pd不受延遲時間Td1、Td2、Td3的偏差的影響。從而，即使延遲時間Td1、Td2、Td3有所偏差，亦能夠使脈衝寬度Pd恆定。其結果，脈衝能量的偏差變少。若將從雷射脈衝的上升時刻t12、t22、t32到施加雷射振盪停止觸發之時刻t13、t23、t33為止的經過時間設為恆定，則能夠使脈衝能量大致均一。
由於脈衝寬度Pd預先儲存於控制裝置20(第1圖)中，因此在檢測出雷射脈衝的上升之後，無需進行用於決定作為目標之脈衝寬度之運算等。根據雷射脈衝的上升後的測定結果進行用於決定該雷射脈衝的脈衝寬度之運算之方法，無法適用於採用具有比運算時間更短的脈衝寬度之雷射脈衝之雷射加工中。上述實施例1中無需進行用於決定脈衝寬度之運算，因此脈衝寬度Pd不會受到運算時間之限制。又，上述實施例1中，無需測定雷射脈衝上升後的光能等，只要檢測是否有雷射脈衝即可。因此，亦無需確保用於進行高精度的光能測定之測定時間。藉由上述理由，上述實施例1亦能夠適用於脈衝寬度Pd較短的雷射加工，例如脈衝寬度比數十μs短的雷射加工中。
第7圖中示出實施例2之雷射加工裝置的概略圖。雷射振盪器10從驅動電路11接受電力的供給而射出脈衝雷射光束。雷射振盪器10是使用例如二氧化碳雷射振盪器等氣體雷射振盪器。驅動電路11與來自控制裝置20的觸發信號同步進行對雷射振盪器10的電力的供給以及停 止。
從雷射振盪器10射出之雷射光束透過光點位置穩定化光學系統12而射入非球面透鏡13。從光點位置穩定化光學系統12至載台25為止的光學系統的結構與第1圖所示之從光點位置穩定化光學系統12到載台25為止的光學系統的結構相同。
接著，對控制裝置20的結構進行簡單說明。關於控制裝置20所進行之詳細的處理，隨後參閱第12圖以及第13圖進行說明。控制裝置20具有功能塊20A，該功能塊20A接收供給於雷射振盪器10之電流以及電壓的至少一方的物理量的計測值。控制裝置20中儲存有使脈衝能量恆定之條件資料20B。控制裝置20的調整發送振盪停止觸發之時刻之功能塊20C，是根據物理量的計測值以及使脈衝能量恆定之條件資料20B調整發送振盪停止觸發之時刻。
控制裝置20的觸發生成功能塊20D，在藉由調整發送振盪停止觸發之時刻之功能塊20C調整後之時刻，對驅動電路11發送振盪停止觸發。藉由調整發送振盪停止觸發之時刻，可抑制脈衝能量的偏差，使脈衝能量均一化。
第8圖中示出實施例2之雷射振盪器10的剖面圖以及控制系統的方塊圖。腔室50的內部以及腔室外電流路55的結構與第2圖所示之腔室50的內部以及腔室外電流路55的結構相同。
檢測器56計測流經腔室外電流路55之電流。檢測器 56所計測之電流的計測值輸入控制裝置20。控制裝置20根據檢測器56所檢測之電流的計測值控制驅動電路11。
第9圖中示出從控制裝置20(第7圖)對驅動電路11(第7圖)施加之觸發信號、施加於放電電極41(第8圖)之高頻電壓、流經放電電極41之放電電流，以及從雷射振盪器10(第7圖)射出之光輸出的時序圖。
觸發信號在時刻t1上升。觸發信號的上升相當於振盪開始觸發。在時刻t1，若驅動電路11接收振盪開始觸發，則驅動電路11對放電電極41施加高頻電壓。高頻電壓的頻率為例如2MHz。施加高頻電壓後，若在時刻t2開始放電，則放電電流開始流動。
放電開始後，光輸出(雷射脈衝)在雷射振盪器10的光共振器內的增益超過損耗之時刻t3上升。光輸出在上升時瞬間顯示尖銳的峰值之後穩定。
在放電剛開始後的過渡狀態下，放電電流的振幅小於穩定狀態時的振幅，伴隨時間的經過而逐漸變大。光輸出在時刻t3上升之後，放電電流成為振幅大致恆定的穩定狀態。
觸發信號在時刻t4下降。觸發信號的下降相當於振盪停止觸發。若驅動電路11從控制裝置20接收振盪停止觸發，則驅動電路11中止高頻電壓的施加。若不對放電電極41施加高頻電壓，則放電停止，放電電流不會流動，並且光輸出成為0(雷射脈衝下降)。從時刻t3到時刻t4為止的時間寬度相當於雷射脈衝的脈衝寬度。
雷射介質氣體的激發強度與所投入之電力成正比。從雷射振盪器射出之脈衝雷射光束的脈衝能量在脈衝寬度為恆定的條件下與激發強度成正比。因此，能夠根據所投入之電力、亦即高頻電壓以及放電電流來預測脈衝能量。
第10圖A中示出高頻電壓施加時間(從時刻t1到時刻t4為止的時間)恆定的條件下的放電電流的峰值Ipp與脈衝能量的關係。在此，放電電流的峰值Ipp相當於放電電流的振幅的2倍。第10圖A的橫軸表示穩定狀態時的峰值Ipp，縱軸表示脈衝能量。隨著放電電流的峰值Ipp變大，脈衝能量亦增大，二者之間大致為線性關係。
放電電流成為穩定狀態後，放電電流的峰值Ipp大致恆定，因此藉由計測從放電開始到放電停止前的某一時刻為止的放電電流的峰值Ipp，能夠預測該雷射脈衝的脈衝能量。
第10圖B中示出放電電流的峰值Ipp為恆定條件下的高頻電壓施加時間(第9圖的時刻t1到t4為止的時間)與脈衝能量的關係。橫軸表示高頻電壓施加時間，縱軸表示脈衝能量。隨著高頻電壓施加時間變長，脈衝能量變大，二者之間大致為線性關係。
根據第10圖A以及第10圖B所示之曲線圖可推導出以下現象。若放電電流的峰值Ipp變小，則脈衝能量亦變小。若將高頻電壓施加時間增長以補償脈衝能量的減少量，則能夠使脈衝能量維持為恆定。根據第10圖A以及第10圖B所示之曲線圖，能夠求出用於將脈衝能量維持 為恆定之放電電流的峰值Ipp與高頻電壓施加時間的對應關係。
第11圖中示出用於將脈衝能量維持為恆定之放電電流的峰值Ipp與高頻電壓施加時間的對應關係。橫軸表示放電電流的峰值Ipp，縱軸表示高頻電壓施加時間。隨著放電電流的峰值Ipp變大，高頻電壓施加時間變短。第11圖所示之對應關係預先儲存於控制裝置20(第7圖)中。該對應關係相當於第7圖所示之使脈衝能量恆定之條件資料20B。
接著，參閱第12圖以及第13圖，對使用實施例2之雷射加工裝置之雷射加工方法進行說明。在進行雷射加工之前，首先將加工對象物30保持在載台25(第7圖)上並移動載台25，藉此進行加工對象物30的定位。在加工對象物30中，在能夠利用光束掃描器18掃描的範圍內定義有複數個被加工點。雷射加工中，控制裝置20控制光束掃描器18，對加工對象物30上的被加工點依序射入雷射脈衝，藉此進行鑽孔加工。
第12圖中示出實施例2之雷射加工裝置的控制裝置20(第7圖)所執行之處理的流程圖。第13圖中示出觸發信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時序圖。若加工對象物30保持在載台25上並完成加工對象物30的定位，則以將雷射脈衝射入最初應加工之被加工點之方式對光束掃描器18進行控制。在步驟S11中待機到完成光束掃描器18的定位為止。若完成了光束掃描器18的定位， 則在步驟S12中對驅動電路11施加振盪開始觸發(電力供給開始的指令)。步驟S12相當於第13圖所示之時刻t11、t21、t31。
各雷射脈衝Lp1、Lp2、Lp3在高頻電壓的施加開始時刻t11、t21、t31之後上升。
在步驟S13中計測放電電流的峰值Ipp，直到經過預先決定之判定時間Tj(第13圖)為止。該計測是利用檢測器56(第8圖)進行。判定時間Tj比應射出之雷射脈衝的額定脈衝寬度短。作為一個例子，額定脈衝寬度為50μs、判定時間Tj為5μs。高頻電壓的頻率為2MHz時，5μs的判定時間Tj相當於高頻電壓的10個週期的量。
放電電流的峰值Ipp的計測是從放電電流成為穩定狀態之後開始進行。放電電流於約3個週期成為穩定狀態時，計測從第4個週期到第10個週期為止的峰值Ipp。
分別以Ipp1、Ipp2、Ipp3表示第13圖所示之時刻t11、t21、t31的振盪開始觸發所產生之放電電流的峰值。第13圖所示之例子中，3個峰值的大小關係為Ipp2<Ipp1<Ipp3。
在步驟S14(第12圖)中，判定放電電流的峰值Ipp是否在規格內。若所計測之峰值Ipp在規格外時，在步驟S18中停止對放電電極41(第7圖)供給電力。藉由停止電力的供給，能夠防止異常振盪。
所計測之峰值Ipp在規格內時，在步驟S15中根據峰值Ipp算出從振盪開始觸發到振盪停止觸發為止的時間寬 度。以下，對步驟S15的處理的一個例子進行說明。例如求出在判定時間Tj(第13圖)期間所計測之複數個峰值Ipp的平均值。根據峰值Ipp的平均值與第11圖所示之對應關係求出高頻電壓施加時間。
由第11圖所示之對應關係得到對應於峰值Ipp1、Ipp2、Ipp3之各時間寬度Pd1、Pd2、Pd3。該些時間寬度的大小關係為Pd3<Pd1<Pd2。
在步驟S16(第12圖)中，在從振盪開始觸發起經過由步驟S15求出之時間寬度後之時點，發送振盪停止觸發(電力供給停止的指令)。第13圖中，在時刻t12、t22、t32發送振盪停止觸發。從時刻t11到t12為止的時間寬度與Pd1相等，從時刻t21到t22為止的時間寬度與Pd2相等，從時刻t31到t32為止的時間寬度與Pd3相等。在時刻t12、t22、t32停止放電，使各雷射脈衝Lp1、Lp2、Lp3下降。
在步驟S17(第12圖)中，判定加工是否結束。還剩下未加工的被加工點時，以將雷射脈衝射入到下一個應加工之被加工點之方式對光束掃描器18進行控制，返回步驟S11。若已完成所有被加工點的加工，則結束雷射加工處理。
穩定狀態下之雷射脈衝Lp2的光輸出低於雷射脈衝Lp1的光輸出。藉由使雷射脈衝Lp2的脈衝寬度比雷射脈衝Lp1的脈衝寬度更長，可補償光輸出的降低量。又，穩定狀態下之雷射脈衝Lp3的光輸出高於雷射脈衝Lp1的光 輸出。藉由使雷射脈衝Lp3的脈衝寬度比雷射脈衝Lp1的脈衝寬度更短，可補償光輸出的增加量。根據第11圖所示之對應關係決定從振盪開始觸發到振盪停止觸發為止的時間寬度，因此能夠使雷射脈衝Lp1、Lp2、Lp3的脈衝能量均一。
當放電電流的峰值Ipp越大越縮短從振盪開始觸發到振盪停止觸發為止的時間寬度，藉此能夠使雷射脈衝的脈衝能量接近均一。
與光輸出相比，能夠輕鬆地、以短時間計測放電電流的峰值Ipp。因此，與計測光輸出而調節脈衝寬度之情況相比，實施例2之方法能夠縮短判定時間Tj(第13圖)。因此，即使應射出之雷射脈衝的脈衝寬度為100μs以下，亦能夠適用上述實施例2之方法。
上述實施例2中，在判定時間Tj的期間計測了放電電流的峰值Ipp，但亦可以計測取決於對放電電極41(第8圖)供給之電力之其他物理量。例如，可計測放電電流的有效值。
若放電狀態變化，則施加於一對放電電極41之間之電壓亦變化。該電壓的變化追隨對放電電極41供給之電力的變化。因此，作為取決於對放電電極41(第8圖)供給之電力之其他物理量，亦可採用施加於放電電極41之間之電壓的峰值或有效值。如此，只要計測對放電電極41施加之電壓或電流的至少一方的物理量即可。
依以上實施例對本發明進行了說明，但本發明並非限 定於該等實施例。例如，能夠進行各種變更、改良以及組合等，這對所屬技術領域具有通常知識者是顯而易見的。
1‧‧‧雷射光源
10‧‧‧雷射振盪器
11‧‧‧驅動電路
12‧‧‧光點位置穩定化光學系統
13‧‧‧非球面透鏡
14‧‧‧準直透鏡
15‧‧‧光罩
16‧‧‧場透鏡
17‧‧‧反射鏡
18‧‧‧光束掃描器
19‧‧‧fθ透鏡
20‧‧‧控制裝置
21‧‧‧部份反射鏡
22‧‧‧光檢測器
25‧‧‧載台
30‧‧‧加工對象物

Claims (11)

  1. 一種雷射加工裝置，係具有：雷射光源，與從外部接收之振盪開始觸發同步開始進行雷射振盪，並與振盪停止觸發同步停止雷射振盪；檢測器，檢測取決於對前述雷射光源施加之電力以及從前述雷射光源射出之雷射脈衝的至少一方之物理量；以及控制裝置，對前述雷射光源施加前述振盪開始觸發，並且根據前述檢測器所檢測之前述物理量的檢測結果，對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，前述檢測器檢測從前述雷射光源射出之雷射脈衝，前述控制裝置，以前述檢測器所檢測之雷射脈衝的檢測時刻為基準，決定對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發之時刻，在所決定之時刻對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射加工裝置，其中，前述控制裝置，儲存有應射出之雷射脈衝的目標脈衝寬度，在從前述檢測器所檢測之雷射脈衝的檢測時刻經過與前述目標脈衝寬度相等的時間後之時點，對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其 中，前述雷射光源具有：雷射介質氣體；放電電極，激發前述雷射介質氣體；以及驅動電路，藉由接收前述振盪開始觸發，開始對前述放電電極供給電力，並藉由接收前述振盪停止觸發，停止對前述放電電極供給電力，前述物理量為施加於前述放電電極之電壓以及電流的至少一方，前述控制裝置在對前述驅動電路施加前述振盪開始觸發之後，根據前述檢測器所檢測出之前述物理量的檢測值，對前述驅動電路施加前述振盪停止觸發。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射加工裝置，其中，前述控制裝置，在對前述驅動電路施加前述振盪開始觸發之後，根據經過預先決定之判定時間之前檢測出之前述檢測器所檢測之檢測結果，算出從施加前述振盪開始觸發之後到施加前述振盪停止觸發為止的時間寬度。
  6. 如申請專利範圍第4或5項所述之雷射加工裝置，其中，前述控制裝置，當前述檢測器所檢測出之前述物理量越大，越縮短從前述振盪開始觸發到前述振盪停止觸發為止的時間寬度。
  7. 如申請專利範圍第4或5項所述之雷射加工裝置， 其中，前述控制裝置儲存有：前述檢測器所計測之前述物理量與從前述振盪開始觸發到前述振盪停止觸發為止的時間的對應關係，根據前述檢測器所檢測出之前述物理量的檢測值與前述對應關係，求出從前述振盪開始觸發到前述振盪停止觸發為止的時間寬度。
  8. 一種雷射加工方法，係具有以下製程：對雷射光源施加從外部接收之振盪開始觸發之製程，該雷射光源是與前述振盪開始觸發同步開始進行雷射振盪，並與振盪停止觸發同步停止雷射振盪；檢測取決於對前述雷射光源施加之電力以及從前述雷射光源射出之雷射脈衝的至少一方的物理量之製程；以及根據前述物理量的檢測結果，對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發之製程。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之雷射加工方法，其中，在前述檢測物理量之製程中，檢測從前述雷射光源射出之前述雷射脈衝的上升時刻，在施加前述振盪停止觸發之製程中，在從前述雷射脈衝的上升時刻經過與預先決定之目標脈衝寬度相當之時間後之時刻，對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之雷射加工方法，其中， 前述雷射光源包括放電電極，在前述檢測物理量之製程中檢測出之前述物理量為施加於前述放電電極之電壓或電流的至少一方，施加前述振盪停止觸發之製程包括：根據前述物理量的檢測值，算出對前述放電電極供給電力之時間寬度之製程，以及在從施加前述振盪開始觸發之時點經過算出之前述時間寬度後之時點，對前述雷射光源施加前述振盪停止觸發之製程。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之雷射加工方法，其中，在前述算出時間寬度之製程中，根據從施加了前述振盪開始觸發之時點到經過預先決定之判定時間為止的前述電壓或電流的檢測值，算出前述時間寬度。
TW103106477A 2013-03-19 2014-02-26 Laser processing device and laser processing method TWI523357B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013056217A JP5988903B2 (ja) 2013-03-19 2013-03-19 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2013067746A JP5995767B2 (ja) 2013-03-28 2013-03-28 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201438361A true TW201438361A (zh) 2014-10-01
TWI523357B TWI523357B (zh) 2016-02-21

Family

ID=51545290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103106477A TWI523357B (zh) 2013-03-19 2014-02-26 Laser processing device and laser processing method

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101617080B1 (zh)
CN (1) CN104057203B (zh)
TW (1) TWI523357B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106148889B (zh) * 2014-11-21 2019-10-18 三星显示有限公司 沉积用掩模制造装置及利用该装置的沉积用掩模制造方法
US9695522B2 (en) * 2014-11-21 2017-07-04 Samsung Display Co., Ltd. Deposition mask, method of manufacturing deposition mask, and method of manufacturing display apparatus
CN104985323B (zh) * 2015-07-21 2017-03-01 武汉帝尔激光科技股份有限公司 一种激光脉冲信号同步定向抓取的方法
JP6732613B2 (ja) * 2016-09-07 2020-07-29 住友重機械工業株式会社 レーザ光源およびそれを用いたレーザ加工装置
JP6957113B2 (ja) * 2018-01-30 2021-11-02 住友重機械工業株式会社 レーザ制御装置
TW202114308A (zh) * 2019-05-21 2021-04-01 日商索尼股份有限公司 被動ｑ開關雷射裝置、控制方法及雷射加工裝置
JP7262303B2 (ja) * 2019-05-21 2023-04-21 住友重機械工業株式会社 パルスレーザ発振器及びパルスレーザ出力方法
US20230098272A1 (en) * 2020-03-09 2023-03-30 Lsp Technologies, Inc. Method and apparatus for pulsed laser beam control in laser shock peening process

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1018971B (zh) * 1990-07-03 1992-11-04 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光振荡放大链同步自动控制装置
JP2724993B2 (ja) * 1995-08-31 1998-03-09 株式会社小松製作所 レーザ加工装置およびレーザ装置
WO1997011810A1 (fr) * 1995-09-27 1997-04-03 Komatsu Ltd. Appareil laser
US5657334A (en) 1996-02-15 1997-08-12 Cymer, Inc. External high voltage control for a laser system
JP3116306B2 (ja) * 1998-10-14 2000-12-11 日本電子材料株式会社 異種金属接合プローブ、その製造方法及び異種金属接合プローブを用いたプローブカード
JP4330250B2 (ja) * 2000-06-19 2009-09-16 パナソニック株式会社 レーザ加熱装置、及び、レーザ加熱方法
JP4543272B2 (ja) 2001-03-30 2010-09-15 澁谷工業株式会社 レーザ発振方法
JP2004034121A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ加工装置及び加工方法
JP5851138B2 (ja) * 2011-07-20 2016-02-03 株式会社フジクラ 高パワーパルス光発生装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104057203B (zh) 2016-04-20
TWI523357B (zh) 2016-02-21
KR20140115250A (ko) 2014-09-30
CN104057203A (zh) 2014-09-24
KR101617080B1 (ko) 2016-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI523357B (zh) Laser processing device and laser processing method
JP2724993B2 (ja) レーザ加工装置およびレーザ装置
US7095773B2 (en) Injection locking type or MOPA type of laser device
JP6355496B2 (ja) レーザ加工装置及びパルスレーザビームの出力方法
US10224686B2 (en) Laser apparatus, EUV light generation system, and method of controlling laser apparatus
JP5988903B2 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
KR19980702629A (ko) 레이저장치
KR100639585B1 (ko) 레이저 제어방법, 레이저 장치, 및 이에 이용되는 레이저가공방법, 레이저 가공기
JP2011014685A (ja) レーザ照射装置、及びレーザ照射方法
JP5995767B2 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2015153917A (ja) レーザ加工装置
JPH09248682A (ja) レーザ装置
JP2015223591A (ja) レーザ加工装置及びレーザ発振方法
US6822977B1 (en) Method and apparatus for compensation of beam property drifts detected by measurement systems outside of an excimer laser
JP4619146B2 (ja) レーザ発振器の出力補正方法およびレーザ発振器
KR102615048B1 (ko) 레이저가공기 및 그 전원장치
JP6184798B2 (ja) ガスレーザ装置、パルスレーザビーム出力方法及びレーザ加工装置
CN110091081B (zh) 激光控制装置
JP4148379B2 (ja) パルスレーザの発光タイミング信号制御装置
WO2018025394A1 (ja) ガスレーザ装置
KR102084558B1 (ko) 레이저 가공 장치
CN111987573B (zh) 脉冲激光振荡器及脉冲激光输出方法
JP2024071793A (ja) 光学装置及び検査装置
JP2005172465A (ja) 粒子測定装置
JP4323550B2 (ja) レーザ装置