TW201811476A - 雷射光源及使用雷射光源之雷射加工裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種抑制發射不良，且提高了信頼性之雷射加工裝置及其雷射光源。雷射光源（12）使用於雷射加工裝置（10），響應於觸發訊號（S1 ）而進行振盪，而產生雷射脈衝（6）。雷射脈衝藉由光學系統而被照射於對象物。控制裝置（16）對雷射光源（12）輸出觸發訊號（S1 ）。驅動電路（60）響應於觸發訊號（S1 ）而使高頻電源（50）動作，並且若直流電壓（VDC ）脫離容許範圍，則激活照射禁止訊號（S3 ）。雷射加工裝置（10）構成為，在照射禁止訊號（S3 ）被激活時不向對象物照射雷射脈衝。

Description

雷射光源及使用雷射光源之雷射加工裝置
[0001] 本發明係有關一種雷射加工裝置用的雷射驅動裝置。
[0002] 作為工業用的加工工具，已廣泛普及雷射加工裝置。雷射加工裝置的加工精度取決於雷射光源產生之雷射脈衝的特性、例如能量、強度、時間波形等。因此，為了實現高精度之加工，需要從雷射光源產生偏差較小之雷射脈衝。 　　[0003] 在專利文獻1中公開有一種技術：藉由光檢測器來測定取決於雷射脈衝的能量之物理量，並在測定之物理量脫離容許值之情況下，以雷射脈衝沒有向對象物照射之方式，向其他路徑放出。 （先前技術文獻） （專利文獻） 　　[0004] 專利文獻1：日本特開2015-186818號公報
（本發明所欲解決之課題） 　　[0005] 習知技術中，即使雷射脈衝的能量脫離容許值之情況下亦發出雷射光，會消耗不必要之能量。並且，由於需要收集（吸收）向其他路徑放出之雷射光，因此亦會存在裝置變大之問題。 　　[0006] 本發明係在該種狀況下而完成者，其一態様的例示性目的之一為，根據與習知不同之途徑，提供一種抑制了發射不良之雷射加工裝置及其雷射光源。 （用以解決課題之手段） 　　[0007] 本發明的一態様係有關一種雷射加工裝置。雷射加工裝置具備：雷射光源，響應於觸發訊號而進行振盪，而產生雷射脈衝；光學系統，向對象物照射雷射脈衝；及控制裝置，對雷射光源輸出觸發訊號。雷射光源具備：放電電極；直流電源，產生直流電壓；高頻電源，接受直流電壓，在放電電極之間產生高頻電壓；及驅動電路，響應於觸發訊號而使高頻電源動作，並且若直流電壓脫離容許範圍，則生成被激活之照射禁止訊號。雷射加工裝置構成為，在照射禁止訊號被激活時不向對象物照射雷射脈衝。 　　[0008] 依該態様，對規定施加於放電電極之高頻電壓的振幅之直流電壓進行監視，藉此能夠在實際上使雷射光源進行振盪之前推斷發射不良。 　　[0009] 驅動電路在照射禁止訊號被激活時，可以不使高頻電源動作。藉此，在照射禁止訊號被激活時，由於能夠防止雷射的振盪，因此能夠抑制不必要之電力，並且抑制發射不良。 　　[0010] 控制裝置在照射禁止訊號被激活時，可以不輸出觸發訊號。藉此，能夠防止照射禁止訊號被激活時的高頻電源的動作。 　　[0011] 容許範圍可以比直流電壓的目標值的±10%小。亦可以規定成容許範圍的上限及下限比直流電壓的目標值的±5%小之範圍為更佳，規定成比目標值的±1%小之範圍為進一步較佳。 　　[0012] 本發明的另一態樣係有關一種雷射加工裝置用的雷射光源。雷射光源係根據來自控制裝置的觸發訊號而發光之雷射加工裝置用的雷射光源，其具備：放電電極；直流電源，產生直流電壓；高頻電源，接受直流電壓，在放電電極之間產生高頻電壓；及驅動電路，響應於觸發訊號而使高頻電源動作，並且若直流電壓脫離容許範圍，則生成表示發光禁止之標記訊號。 　　[0013] 另外，在方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要件的任意的組合或本發明的構成要件和表現之方式亦作為本發明的態樣有效。 （發明之效果） 　　[0014] 依本發明的一態様，能夠抑制發射不良。
[0016] 以下，以較佳之實施形態為根據，並參閱圖式對本發明進行說明。對各圖式中所示之相同或相等的構成要件、構件、處理中標註相同的符號，並適當省略重複之說明。並且，實施的形態係例示而非限定發明者，在實施形態中所記述之所有的特徵或其組合並非一定為發明的本質性之內容。 　　[0017] 圖1係實施形態之雷射加工裝置10的方塊圖。雷射加工裝置10向對象物2照射雷射脈衝4，並對對象物2進行加工。對象物2的種類並無特別限定，並且，加工的種類還例示有衝孔（鑽孔）、切割等，但並不限定於此。 　　[0018] 雷射加工裝置10具備：雷射光源12、光學系統14、控制裝置16、載物台18。對象物2載置於載物台18上，並根據需要而固定。載物台18根據來自控制裝置16的位置控制訊號S2 而對對象物2進行定位，並相對地掃描對象物2與雷射脈衝4的照射位置。載物台18可以係1個軸、2個軸（XY）或3個軸（XYZ）。 　　[0019] 雷射光源12根據來自控制裝置16的觸發訊號S1 進行振盪，而產生雷射脈衝6。光學系統14向對象物2照射雷射脈衝6。光學系統14的構成並無特別限定，可包括用於將射束引導至對象物2之反射鏡組、用於射束整形之透鏡和孔徑等。 　　[0020] 控制裝置16統括控制雷射加工裝置10。具體而言，控制裝置16對雷射光源12間歇性地輸出觸發訊號S1 。並且，控制裝置16依據記述加工處理之資料（配方（recipe）），而生成用於控制載物台18之位置控制訊號S2 。 　　[0021] 詳細內容如後述，雷射光源12生成照射禁止訊號S3 。能夠從控制裝置16參閱照射禁止訊號S3 。在照射禁止訊號S3 被激活（例如高位準）時，控制裝置16不輸出觸發訊號S1 。 　　[0022] 接著，對雷射光源12的構成進行說明。圖2係雷射光源12的方塊圖。雷射光源12具備放電電極30、直流電源40、高頻電源50。放電電極30設置於填充有CO2 等混合氣體之腔室32內，等效性表示為串聯電容器。直流電源40生成幾百V（例如500V）的直流電壓VDC 。直流電源40的構成並無特別限定，可包括電容器組42、電源裝置44、過濾器46等。電源裝置44可以係將電容器組42的直流電壓VDC 穩定成目標值之轉換器和充電電路。 　　[0023] 高頻電源50從直流電源40接受直流電壓VDC ，而產生矩形波的驅動電壓VDRV 。該驅動電壓VDRV 經由電感器34而施加於放電電極30之間，並藉由電感器34與放電電極30的串聯諧振，而在放電電極30的兩端之間產生交流的高頻電壓VAC 。高頻電源50包括輸入電容器52、全橋（H橋接器）型的逆變器54、升壓變壓器56。逆變器54使將直流電壓VDC 設為振幅之交流電壓施加於升壓變壓器56的一次繞組。在升壓變壓器56的二次繞組中，產生具有與繞組比相應之振幅之高頻電壓VAC 。例如VDC =500V，繞組比為4時，高頻電壓VAC 的振幅成為2kV。另外，可以省略升壓變壓器56，而將直流電壓VDC 設為幾kV。 　　[0024] 驅動電路60響應於觸發訊號S1 而使高頻電源50動作，並產生高頻電壓VAC 。具體而言，若驅動電路60輸入有觸發訊號S1 ，則對逆變器54的4個開關進行切換。在觸發訊號S1 的無輸入狀態下，關閉逆變器54的所有的開關。 　　[0025] 而且，驅動電路60在進行高頻電源50的切換動作之前，換言之，在雷射發光之前，直流電壓VDC 脫離容許範圍時，激活照射禁止訊號S3 。 　　[0026] 例如，在發光之前設置判定區間，在該判定區間，直流電壓VDC 脫離容許範圍時，可以激活照射禁止訊號S3 。判定區間設置在進行雷射光源12的振盪動作之後，直流電壓VDC 應穩定在目標值VREF 之期間為較佳，例如，可以設在雷射脈衝6的次一發射之正前。 　　[0027] 照射禁止訊號S3 能夠利用將直流電壓VDC （或者基於此之檢測電壓）與相當於容許範圍的上限、下限之臨限值進行比較之電壓比較器來構成。或者，可以藉由A/D轉換器將直流電壓VDC （或者基於其之檢測電壓）轉換成數位值，將該數位值與相當於容許範圍的上限、下限之臨限值進行比較。 　　[0028] 容許範圍比直流電壓VDC 的目標值VREF 的±10%小為較佳，比目標值VREF 的±5%小為更佳，比目標值VREF 的±1%小為進一步較佳。直流電壓VDC 的目標值VREF 為500V時，容許範圍可以設為500±1V，亦即可以設為目標值VREF 的±0.2%。越縮小容許範圍則加工精度越高，但有可能會提高不發射之概率。因此，容許範圍只要考慮該等權衡關係而確定即可。 　　[0029] 雷射加工裝置10構成為，在照射禁止訊號S3 被激活時，不向對象物2照射雷射脈衝4。本實施形態中構成為，在照射禁止訊號S3 被激活時，使雷射光源12不發光。具體而言，驅動電路60在照射禁止訊號S3 被激活時不使高頻電源50動作。如上所述，在控制裝置16中輸入有照射禁止訊號S3 ，在照射禁止訊號S3 被激活時，不輸出觸發訊號S1 。 　　[0030] 以上係雷射加工裝置10的構成。接著，對其動作進行說明。圖3係圖1的雷射加工裝置10的動作波形圖。在穩定狀態下，直流電壓VDC 穩定在目標電壓VREF 。每當控制裝置16激活（高位準）觸發訊號S1 時，高頻電源50切換，並產生雷射脈衝6。若高頻電源50切換，則由於電容器組42及52的電荷被放電，因此直流電壓VDC 降低，雷射的振盪停止時，朝向目標值VREF 而恢復。 　　[0031] 第1、第2週期的判定區間τ1 、τ2 中，直流電壓VDC 限制在容許範圍（陰影線）70，因此照射禁止訊號S3 被無效化。因此，在接續該等的第2、第3週期，觸發訊號S1 被激活，並輸出有雷射脈衝6。 　　[0032] 在第3週期的判定區間τ3 ，直流電壓VDC 脫離容許範圍70，因此照射禁止訊號S3 被激活。激活照射禁止訊號S3 之結果，在接下來的第4週期不產生觸發訊號S1 ，亦不會產生雷射脈衝6。在第4週期之間，直流電壓VDC 收斂在容許範圍70內，在判定區間τ4 ，照射禁止訊號S3 無效，在接下來的第5週期中觸發訊號S1 被激活，並輸出有雷射脈衝6。 　　[0033] 以上係雷射加工裝置10的動作。施加於放電電極30之高頻電壓VAC 的振幅藉由直流電壓VDC 而規定，因此，雷射脈衝6的能量、峰值、時間分佈取決於電容器42、52中產生之直流電壓VDC 。依雷射加工裝置10，監視直流電壓VDC ，藉此能夠在實際上使雷射光源12進行振盪之前推斷發射不良。而且，在發射不良的可能性較高之狀況下，不向對象物2照射雷射，藉此能夠提高加工精度。 　　[0034] 尤其，直流電壓VDC 脫離容許範圍時，不使高頻電源50動作，而不發射雷射脈衝6，藉此能夠抑制不必要之電力消耗。並且，在不發射之週期的期間，能夠使直流電壓VDC 恢復至目標值VREF ，因此在接下來的發射中，能夠生成理想的雷射脈衝6。 　　[0035] 以上，根據若干個實施形態對本發明進行了說明。該等實施形態係例示，本領域技術人員能夠理解，該等各構成要件和各處理程序的組合中能夠進行各種變形例，並且該種變形例亦落在本發明的範圍。以下，對該種變形例進行說明。 　　[0036] （第1變形例） 　　實施形態中，若照射禁止訊號S3 被激活，則控制裝置16不輸出觸發訊號S1 ，但並不限定於此。例如，控制裝置16與照射禁止訊號S3 無關地輸出觸發訊號S1 ，驅動電路60在照射禁止訊號S3 被激活時，輸入有觸發訊號S1 之情況下，可以不使高頻電源50動作。 　　[0037] （第2變形例） 　　實施形態中，根據判定區間中之直流電壓VDC 而生成照射禁止訊號S3 ，但並不限定於此。圖4係第2變形例之雷射加工裝置10的動作波形圖。照射禁止訊號S3 可以係在直流電壓VDC 包含於容許範圍時（準備狀態）成為第1位準（例如高位準），在脫離時（非準備狀態）成為第2位準（低位準）之2值訊號。控制裝置16以照射禁止訊號S3 係第1位準為條件，可以輸出觸發訊號S1 。 　　[0038] （第3變形例） 　　實施形態中，在照射禁止訊號S3 被激活時，不產生雷射脈衝6，但並不限定於此。在照射禁止訊號S3 被激活時，可以將雷射脈衝6引導至對象物2以外的路徑。例如，可以構成為，在與對象物2為其他路徑上，在光學系統14中設置射束阻尼器，若照射禁止訊號S3 被激活，則向射束阻尼器引導雷射脈衝4。 　　[0039] 基於實施形態，使用具體的語句對本發明進行了說明，實施形態僅表示本發明的原理、應用的一個方面，在實施形態中，在不脫離申請專利範圍中所規定之本發明的思想之範圍內，認可許多變形例和配置的變更。
[0040]
2‧‧‧對象物
4、6‧‧‧雷射脈衝
10‧‧‧雷射加工裝置
12‧‧‧雷射光源
14‧‧‧光學系統
16‧‧‧控制裝置
18‧‧‧載物台
S1‧‧‧觸發訊號
S2‧‧‧位置控制訊號
S3‧‧‧照射禁止訊號
30‧‧‧放電電極
32‧‧‧腔室
40‧‧‧直流電源
42‧‧‧電容器組
44‧‧‧電源裝置
46‧‧‧過濾器
50‧‧‧高頻電源
52‧‧‧輸入電容器
54‧‧‧逆變器
56‧‧‧升壓變壓器
60‧‧‧驅動電路
[0015] 　　圖1係實施形態之雷射加工裝置的方塊圖。 　　圖2係雷射光源的方塊圖。 　　圖3係圖1的雷射加工裝置的動作波形圖。 　　圖4係第2變形例之雷射加工裝置的動作波形圖。

Claims (5)

  1. 一種雷射加工裝置，其特徵為，具備： 　　雷射光源，響應於觸發訊號進行振盪，而產生雷射脈衝； 　　光學系統，向對象物照射前述雷射脈衝；及 　　控制裝置，對前述雷射光源輸出觸發訊號， 　　前述雷射光源具備： 　　放電電極； 　　直流電源，產生直流電壓； 　　高頻電源，接受前述直流電壓，在前述放電電極之間產生高頻電壓；及 　　驅動電路，響應於前述觸發訊號而使前述高頻電源動作，並且若前述直流電壓脫離容許範圍，則生成被激活之照射禁止訊號， 　　前述雷射加工裝置構成為，在前述照射禁止訊號被激活時不向對象物照射雷射脈衝。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中 　　前述驅動電路在前述照射禁止訊號被激活時，不使前述高頻電源動作。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工裝置，其中 　　前述控制裝置在前述照射禁止訊號被激活時，不輸出前述觸發訊號。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工裝置，其中 　　前述容許範圍比直流電壓的目標值的±10%小。
  5. 一種雷射光源，其為根據來自控制裝置的觸發訊號而發光之雷射加工裝置用的雷射光源，其特徵為，具備： 　　放電電極； 　　直流電源，產生直流電壓； 　　高頻電源，接受前述直流電壓，在前述放電電極之間產生高頻電壓；及 　　驅動電路，響應於前述觸發訊號而使前述高頻電源動作，並且若前述直流電壓脫離容許範圍，則生成表示發光禁止之標記訊號。
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