TWI682154B - 評價裝置、評價方法及顯示裝置 - Google Patents

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萬雅史
田中研太
河村譲一
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Abstract

本發明提供一種無需在雷射裝置的各部安裝感測器，就能夠利用簡單的方法檢測動作異常的雷射裝置之評價裝置。將從雷射振蘯器的激發開始至雷射脈衝的上升為止的經過時間亦即上升時間(build-up time)與藉由雷射脈衝的脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量的正常的對應關係儲存於儲存部。將顯示評價對象的雷射振蘯器的激發開始時刻之資訊及從評價對象的雷射振蘯器輸出之雷射脈衝的光強度的時間變化的測定結果獲取到資料獲取部。判定部根據由資料獲取部獲取之資訊計算上升時間及脈衝能量依存物理量，將上升時間的計算值及脈衝能量依存物理量的計算值與正常的對應關係進行比較來判定評價對象的雷射振蘯器的動作的正常性。

Description

評價裝置、評價方法及顯示裝置
本申請主張基於2018年1月29日申請之日本專利申請第2018-012661號的優先權。該日本申請的全部內容藉由參閱援用於本說明書中。 本發明係有關一種評價雷射裝置的正常性之評價裝置、評價方法及顯示雷射裝置的評價結果之顯示裝置。
已知具備故障診斷功能之雷射加工裝置(例如專利文獻1)。下述專利文獻1中公開之雷射加工裝置具有：複數個感測器，檢測各部的狀態；及運算機構，由複數個感測器的輸出來導出各部的動作狀態。複數個感測器包括雷射輸出感測器、流量儀、氣體溫度感測器、全反射鏡溫度感測器、轉向鏡(bend mirror)溫度感測器、放電管內氣體壓力感測器等。該等感測器的輸出超出正常範圍時，判斷為各部異常。 (先前技術文獻) (專利文獻) 專利文獻1：日本特開平11-156570號公報
(本發明所欲解決之課題) 為了實現習知之故障診斷功能，必須在雷射加工裝置的各部分別安裝感測器。並且，即使在裝置整體無法進行正常動作的狀態下，只要各部的感測器的輸出正常，則無法檢測這種異常狀態。 本發明的目的在於，提供一種無需在雷射裝置的各部安裝感測器，就能夠利用簡單的方法檢測動作異常的雷射裝置之評價裝置及評價方法。本發明的又一其他目的在於，提供一種將動作異常易於理解地通知給操作員之顯示裝置。 (用以解決課題之手段) 基於本發明的一觀點提供一種評價裝置，其具有： 儲存部，儲存從雷射振蘯器的激發開始至雷射脈衝的上升為止的經過時間亦即上升時間與藉由雷射脈衝的脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量的正常的對應關係； 資料獲取部，獲取表示評價對象的雷射振蘯器的激發開始時刻之資訊及從前述評價對象的雷射振蘯器輸出之雷射脈衝的光強度的時間變化的測定結果；及 判定部，根據由前述資料獲取部獲取之資訊，計算前述上升時間及前述脈衝能量依存物理量，將前述上升時間的計算值及前述脈衝能量依存物理量的計算值與儲存在前述儲存部中之前述正常的對應關係進行比較來判定前述評價對象的雷射振蘯器的動作的正常性。 基於本發明的其他觀點，提供一種評價方法，其中 向評價對象的雷射振蘯器發送振蘯指令訊號， 檢測從前述評價對象的雷射振蘯器輸出之雷射脈衝， 計算從基於前述振蘯指令訊號之振蘯指令時刻至前述雷射脈衝的上升為止的經過時間亦即上升時間及藉由前述雷射脈衝的脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量， 將前述上升時間的計算值及前述脈衝能量依存物理量的計算值與前述上升時間及前述脈衝能量依存物理量的預先確定之正常的對應關係進行比較來判定前述評價對象的雷射振蘯器的動作的正常性。 基於本發明又一其他觀點，提供一種顯示裝置，其中 在顯示畫面中顯示從雷射振蘯器的激發開始至雷射脈衝的上升為止的經過時間亦即上升時間與藉由雷射脈衝的脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量的正常的對應關係，以及檢測從評價對象的雷射振蘯器輸出之雷射脈衝而獲得之前述上升時間的計算值與前述脈衝能量依存物理量的計算值的對應關係。 (發明之效果) 無需在雷射裝置的各部安裝感測器，就能夠利用簡易的方法檢測動作異常。
參閱圖1～圖6，對基於實施例之雷射裝置的評價裝置及評價方法進行說明。 圖1係組裝有實施例之評價裝置之評價對象的雷射裝置的概略圖。雷射振蘯器10從控制裝置20接收振蘯指令訊號S0而輸出脈衝雷射光束。作為雷射振蘯器10能夠使用各種脈衝雷射振蘯器，例如進行脈衝振蘯之二氧化碳雷射振蘯器。雷射振蘯器10包括光共振器、放電電極、放電電極驅動電路等。 從雷射振蘯器10輸出的脈衝雷射光束通過第1光學系統11且由折射鏡12反射，並通過第2光學系統13且入射至保持於載台14上之加工對象物15。加工對象物15例如為印刷配線板，且藉由脈衝雷射光束進行鑽孔加工。 入射至折射鏡12之脈衝雷射光束的一部分透射折射鏡12而入射至光檢測器21。光檢測器21檢測入射之雷射脈衝，並輸出與雷射脈衝的光強度相應之電訊號亦即檢測訊號S1。作為光檢測器21能夠使用具有可追蹤脈衝波形的變化之響應速度之紅外線感測器，例如碲化鎘汞感測器(MCT感測器)等。 第1光學系統11包括光束擴展器、非球面透鏡、光圈等。光束擴展器改變雷射光束的光束直徑及擴散角。非球面透鏡使光束輪廓由高斯形狀改變為平頂形狀。光圈對光束剖面形狀進行整形。 第2光學系統13包括光束掃描器、fθ透鏡等。光束掃描器例如包括1對電流鏡，藉由來自控制裝置20的指令向二維方向掃描雷射光束。fθ透鏡將由光束掃描器掃描之雷射光束聚光在加工對象物15的表面。再者，可以設為將光圈的位置縮小投影至加工對象物15的表面上的結構。 載台14能夠將加工對象物15保持在水平的保持面上，並使加工對象物15向水平面內的兩方向移動。控制裝置20控制載台14的移動。載台14例如使用XY載台。 評價裝置30根據從控制裝置20發送之振蘯指令訊號S0及從光檢測器21供給之檢測訊號S1評價雷射裝置的動作的正常性。評價裝置30在顯示裝置26中顯示雷射裝置的動作的正常性的評價結果。另外，當判定為雷射裝置的動作異常之情況下，評價裝置30由警報發出裝置25發出警報。 圖2係表示從控制裝置20(圖1)發送到雷射振蘯器10(圖1)之振蘯指令訊號S0及從光檢測器21(圖1)供給到評價裝置30(圖1)之檢測訊號S1的波形之曲線圖。 若在時刻t0，振蘯指令訊號S0上升，則雷射振蘯器10開始向放電電極供給高頻電力。藉由開始向放電電極供給高頻電力，開始雷射振蘯器10的雷射介質的激發。亦即，振蘯指令訊號S0的上升相當於雷射振蘯器10的振蘯指令，振蘯指令訊號S0的上升時刻相當於雷射振蘯器10的激發開始的時刻。 延遲於激發開始的時刻t0，雷射脈衝在時刻t1上升。與雷射脈衝的上升相對應地，檢測訊號S1亦上升。將從激發開始的時刻t0至雷射脈衝的上升的時刻t1為止之經過時間稱作上升時間tBU 。在雷射脈衝的上升時刻顯現基於增益開關之極短時間的峰波形，之後維持大致恆定的光強度。將維持大致恆定的光強度之部分稱作脈衝波形的主要部分。 若在時刻t2，振蘯指令訊號S0下降，則雷射振蘯器10停止向放電電極供給高頻電力。若停止向放電電極供給高頻電力，則不進行雷射振蘯器10的雷射介質的激發。亦即，振蘯指令訊號S0的下降係指雷射振蘯器10的激發停止的指令。若雷射振蘯器10的激發停止，則從雷射振蘯器10輸出之雷射脈衝的強度逐漸下降。 將檢測訊號S1的1個脈衝波形以時間積分之值藉由每1脈衝的能量(脈衝能量)確定。在說明書中，將藉由脈衝能量確定之該積分值設為“脈衝能量依存物理量”。 與整體脈衝寬度相比，基於增益開關之極短時間的峰波形的時間幅度非常短，因此可以將從脈衝波形去除基於增益開關之極短時間的峰波形後之部分的積分值採用為脈衝能量依存物理量。並且，與雷射脈衝的脈衝寬度相比激發停止後的尾部分的時間幅度亦非常短，且尾部分的光強度隨著時間的經過急劇下降，如此可以將去除尾部分後之脈衝波形的積分值採用為脈衝能量依存物理量。如此，可以將脈衝波形的主要部分的積分值採用為脈衝能量依存物理量。 上升時間tBU 依存於投入到雷射振蘯器10的放電電極之高頻電力(激發強度)，隨著激發強度變大而上升時間tBU 變短。脈衝波形的主要部分的光強度亦依存於激發強度，隨著激發強度變大而脈衝波形的主要部分的光強度變高。因此，上升時間tBU 與脈衝能量依存物理量的關係表示隨著上升時間tBU 變長而脈衝能量依存物理量變小的趨勢。 圖3係表示上升時間tBU 與藉由脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量的關係之散佈圖。橫軸由線性標尺表示上升時間tBU ，縱軸由線性標尺表示藉由脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量。當雷射振蘯器10的動作為正常時，使激發強度在雷射振蘯器10的額定電力的範圍內發生變化而收集上升時間tBU 與脈衝能量依存物理量的資料，並將該些資料標繪到散佈圖，則標繪之點位於表示正常的對應關係之範圍50內。表示正常的對應關係之範圍50，係表示沿著向隨著上升時間tBU 變長而脈衝能量依存物理量變小的方向傾斜之直線之細長形狀。 與基於在雷射振蘯器10的動作異常時獲取之脈衝波形求出之上升時間tBU 的計算值及脈衝能量依存物理量的計算值對應之散佈圖上的位置，係脫離表示正常的對應關係之範圍50之外。 若與計算值對應之位置，比起表示正常的對應關係之範圍50更朝向上升時間tBU 變長之方向或者脈衝能量依存物理量變大的方向偏離之情況下，推定為雷射振蘯器10的振蘯模式異常。例如，可懷疑振蘯模式成為高次模式。 若與計算值對應之位置，比起表示正常的對應關係之範圍50更朝向上升時間tBU 變短之方向或者脈衝能量依存物理量變小的方向偏離之情況下，推定為在第1光學系統11(圖1)發生異常。例如可懷疑第1光學系統11內的光學零件的透射率的下降。再者，亦可懷疑光檢測器21自身的異常。 當與計算值對應之位置位於使表示正常的對應關係之範圍50向上升時間tBU 變長且脈衝能量依存物理量變小的方向延伸之區域之情況下，推定為在雷射振蘯器10內發生了異常。例如可推定為發生了雷射振蘯器10的光共振器內的放大率的下降、損失的增大等。藉此，可懷疑光共振器的不對準(misalignment)、激發能量供給源的異常、構成光共振器之反射鏡的損傷等。 圖4係基於實施例之評價裝置30的框圖。評價裝置30包括判定部31、儲存部32、資料獲取部33及顯示控制部34。判定部31、資料獲取部33及顯示控制部34的功能藉由例如由電腦執行程式來實現。 儲存部32儲存上升時間tBU 與脈衝能量依存物理量的正常的對應關係。例如儲存部32儲存表示散佈圖(圖3)中的正常的對應關係之範圍50。 資料獲取部33從控制裝置20獲取表示評價對象的雷射振蘯器10的激發開始時刻(圖2的時刻t0)之資訊。例如資料獲取部33藉由檢測從控制裝置20輸入之振蘯指令訊號S0的上升而獲取振蘯指令訊號S0的上升時刻。振蘯指令訊號S0的上升時刻相當於表示激發開始時刻之資訊。另外，資料獲取部33藉由從光檢測器21接收檢測訊號S1而獲取從雷射振蘯器10輸出之雷射脈衝的光強度的時間變化的測定結果。 判定部31根據由資料獲取部33獲取之資訊計算上升時間tBU 及脈衝能量依存物理量。另外，將上升時間tBU 的計算值及脈衝能量依存物理量的計算值與儲存於儲存部32之正常的對應關係進行比較來判定雷射脈衝的正常性。具體而言，上升時間tBU 的計算值與脈衝能量依存物理量的計算值的對應關係不包括在儲存於儲存部32之正常的對應關係內時，判定為雷射脈衝異常。 更具體而言，若與上升時間tBU 的計算值及脈衝能量依存物理量的計算值對應之散佈圖(圖3)上的位置在表示正常的對應關係之範圍50的外側，則判定部31判定為雷射脈衝異常。並且，若與上升時間tBU 的計算值及脈衝能量依存物理量的計算值對應之散佈圖(圖3)上的位置在表示正常的對應關係之範圍50的內側，則判定部31判定為雷射脈衝正常。 判定部31求出判定為異常之雷射脈衝的出現頻度。出現頻度例如由異常的雷射脈衝的個數對在某一時間內輸出之雷射脈衝的總數之比來定義。若異常的雷射脈衝的出現頻度超過臨界值，則判定部31判定為雷射裝置的動作異常。 另外，判定部31在判定為雷射裝置的動作異常時，使警報發出裝置25動作而發出警報。例如，警報發出裝置25為揚聲器，判定部31從揚聲器輸出警報音。另外，判定部31在判定為雷射裝置的動作異常時，向顯示控制部34發送顯示異常狀態之指令。 顯示控制部34根據來自判定部31的指令將表示雷射裝置的動作的異常狀態之資訊顯示於顯示裝置26。 圖5係顯示有表示雷射裝置的動作的異常狀態之資訊之顯示裝置26的正視圖。使上升時間tBU 與其中一方的軸(橫軸)對應，並使脈衝能量依存物理量與另一方的軸(縱軸)對應之散佈圖顯示於顯示裝置26的顯示畫面。該散佈圖中顯示有表示上升時間tBU 與脈衝能量依存物理量的正常的對應關係之範圍50。另外，由在評價時間內獲取之上升時間tBU 的計算值及脈衝能量依存物理量的計算值組成之複數個資料被標繪在散佈圖上。圖5中顯示有在比表示正常的對應關係之範圍50更靠上側(脈衝能量依存物理量大的區域)標繪多數資料的例子。 另外，在表示顯示於顯示畫面之散佈圖的正常的對應關係之範圍50以外的區域利用文字顯示表示異常狀態之資訊。例如“振蘯模式異常”、“光學系統異常”、“振蘯器內異常”等文字在與其異常對應之散佈圖內的區域中顯示。 圖6係表示基於實施例之雷射裝置的動作的正常性的評價方法的過程之流程圖。以下，參閱圖6及圖1對本實施例的評價方法進行說明。 首先，由控制裝置20向雷射振蘯器10發送振蘯指令訊號S0(步驟ST1)。振蘯指令訊號S0還輸入到評價裝置30。評價裝置30根據來自光檢測器21的檢測訊號S1檢測雷射脈衝的上升及脈衝波形(步驟ST2)。評價裝置30根據振蘯指令訊號S0及檢測訊號S1計算上升時間tBU 及脈衝能量依存物理量(步驟ST3)。根據計算結果判定雷射脈衝的正常性(步驟ST4)。直到已評價的脈衝數達到規定脈衝數為止重複步驟ST1至步驟ST4的過程(步驟ST5)。 若已評價的脈衝數達到規定脈衝數，則初始設定已評價的脈衝數的值。之後，評價雷射裝置的動作的正常性(步驟ST7)。例如，根據異常的脈衝數的出現頻度判定雷射裝置的動作的正常性。異常的雷射脈衝的出現頻度超出判定臨界值之情況下，判定為雷射裝置的動作異常。 判定為雷射裝置的動作異常之情況下，執行異常時的處理(步驟ST8)。例如，進行警報的發出、異常狀態的顯示等。之後，判定是否結束雷射加工處理(步驟ST9)。判定為雷射裝置的動作正常之情況下，判定是否無需進行異常時的處理，就結束是否雷射加工處理(步驟ST9)。 繼續進行雷射加工處理之情況下，重複執行步驟ST1至步驟ST9為止的處理。由評價裝置30執行上述之步驟ST2至步驟ST9為止的處理。例如，若加工對象物15(圖1)的雷射加工結束，則結束雷射加工處理。除此之外，亦可以由操作員觀察顯示於顯示裝置26(圖5)之異常的狀態，並藉由操作員的介入結束雷射加工處理。 接著，對藉由採用基於上述實施例之評價裝置的結構而獲得之優異之效果進行說明。 本實施例中，無需在雷射裝置的各部分別安裝感測器，就能夠根據從控制裝置20發送之振蘯指令訊號S0及從光檢測器21輸出之檢測訊號S1評價雷射裝置的動作的正常性。觀察顯示於顯示裝置26之散佈圖(圖5)，能夠由操作員直觀地把握雷射裝置的動作狀態。例如，圖5所示之例子中，在雷射振蘯器10發生振蘯模式的異常時，能夠容易進行推定。 並且，上述實施例中，能夠一邊進行加工對象物15(圖1)的雷射加工，一邊即時檢測發生異常的雷射脈衝。若縮短計算異常的雷射脈衝的出現頻度的期間，則能夠快速檢測雷射裝置的異常。 接著，對上述實施例的變形例進行說明。上述實施例中，若異常的雷射脈衝的発生頻度超出臨界值，則發出警報並在顯示裝置26中顯示異常狀態。亦可以將容許上限值設定為比發出警報之臨界值更高，並且，若異常的雷射脈衝的出現頻度超出容許上限值，則使雷射加工自動停止。藉此，能夠抑制不良品的增加。 上述實施例中，如圖1所示，與控制裝置20分開設置了評價裝置30，但亦可以使控制裝置20持有評價裝置30的功能。 本發明並不限定於上述實施例。例如能夠進行各種變更、改良及組合等對於本領域技術人員係顯而易見的。
10‧‧‧雷射振蘯器 11‧‧‧第1光學系統 12‧‧‧折射鏡 13‧‧‧第2光學系統 14‧‧‧載台 15‧‧‧加工對象物 20‧‧‧控制裝置 21‧‧‧光檢測器 25‧‧‧警報發出裝置 26‧‧‧顯示裝置 30‧‧‧評價裝置 31‧‧‧判定部 32‧‧‧儲存部 33‧‧‧資料獲取部 34‧‧‧顯示控制部 50‧‧‧表示上升時間tBU與脈衝能量依存物理量的正常的對應關係之範圍 S0‧‧‧振蘯指令訊號 S1‧‧‧檢測訊號
圖1係組裝基於實施例之評價裝置之評價對象的雷射裝置的概略圖。 圖2係表示從雷射裝置的控制裝置發送到雷射振蘯器的振蘯指令訊號S0及從光檢測器提供給評價裝置的檢測訊號S1的波形之曲線圖。 圖3係表示上升時間與藉由脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量的關係之散佈圖。 圖4係基於實施例之評價裝置的框圖。 圖5係顯示有表示雷射裝置的動作的異常狀態之資訊之顯示裝置的正視圖。 圖6係表示基於實施例之雷射裝置的動作的正常性的評價方法的過程之流程圖。
20‧‧‧控制裝置
21‧‧‧光檢測器
25‧‧‧警報發出裝置
26‧‧‧顯示裝置
30‧‧‧評價裝置
31‧‧‧判定部
32‧‧‧儲存部
33‧‧‧資料獲取部
34‧‧‧顯示控制部
S0‧‧‧振蘯指令訊號
S1‧‧‧檢測訊號

Claims (5)

  1. 一種評價裝置，其具有：儲存部，儲存從雷射振蘯器的激發開始至雷射脈衝的上升為止的經過時間亦即上升時間與藉由雷射脈衝的脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量的正常的對應關係；資料獲取部，獲取表示評價對象的雷射振蘯器的激發開始時刻之資訊及從前述評價對象的雷射振蘯器輸出之雷射脈衝的光強度的時間變化的測定結果；及判定部，根據由前述資料獲取部獲取之資訊，計算前述上升時間及前述脈衝能量依存物理量，將前述上升時間的計算值與前述脈衝能量依存物理量的計算值的對應關係與儲存在前述儲存部中之前述正常的對應關係進行比較來判定前述評價對象的雷射振蘯器的動作的正常性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之評價裝置，其中當前述上升時間的計算值與前述脈衝能量依存物理量的計算值的對應關係不包括在儲存於前述儲存部之前述正常的對應關係內時，前述判定部發出警報。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之評價裝置，前述評價裝置還具有顯示控制部，該顯示控制部在顯示裝置中顯示儲存於前述儲存部之前述正常的對應關係及前述上升時間的計算值與前述脈衝能量依存物理量的計算 值的對應關係。
  4. 一種評價方法，其中向評價對象的雷射振蘯器發送振蘯指令訊號，檢測從前述評價對象的雷射振蘯器輸出之雷射脈衝，計算從基於前述振蘯指令訊號之振蘯指令時刻至前述雷射脈衝的上升為止的經過時間亦即上升時間及藉由前述雷射脈衝的脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量，將前述上升時間的計算值與前述脈衝能量依存物理量的計算值的對應關係與前述上升時間及前述脈衝能量依存物理量的預先確定之正常的對應關係進行比較來判定前述評價對象的雷射振蘯器的動作的正常性。
  5. 一種顯示裝置，其中在顯示畫面中顯示從雷射振蘯器的激發開始至雷射脈衝的上升為止的經過時間亦即上升時間與藉由雷射脈衝的脈衝能量確定之脈衝能量依存物理量的正常的對應關係，以及檢測從評價對象的雷射振蘯器輸出之雷射脈衝而獲得之前述上升時間的計算值與前述脈衝能量依存物理量的計算值的對應關係。
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