WO2015159687A1 - 制御装置およびレーザ加工装置 - Google Patents

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WO2015159687A1
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laser beam
wavelength conversion
output value
harmonic laser
conversion crystal
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PCT/JP2015/059691
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English (en)
French (fr)
Inventor
森本 猛
治 茂木
昌裕 竹内
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三菱電機株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/353Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/354Third or higher harmonic generation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range

Definitions

  • the present invention relates to a control device for controlling an output value of a laser beam and a laser processing device.
  • the temperature of the wavelength conversion crystal is adjusted, and if the harmonic laser output exceeding the threshold cannot be obtained even if the temperature adjustment is performed, the wavelength conversion crystal is passed through the optical path. Was moved vertically. Thereby, since the passing point in the wavelength conversion crystal of the harmonic laser beam is updated, the output value of the harmonic laser beam can be recovered.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a control device and a laser processing device that prevent processing defects from occurring during laser processing using harmonic laser light.
  • the present invention provides an initial position of a moving optical system that adjusts the beam diameter of the harmonic laser beam output from the wavelength conversion crystal, and a distance from the initial position.
  • a storage unit that stores the defined movement allowable range of the moving optical system, and a machining point output value that is an output value of the harmonic laser beam on the workpiece is equal to or greater than a first set value.
  • the position of the moving optical system is moved, and it is determined whether or not the position of the moving optical system after the movement is within the movement allowable range. If the position is outside the movement allowable range, the wavelength conversion crystal And a controller that outputs an instruction to perform the movement to the outside.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the laser processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a thermal lens resulting from component deterioration of a laser oscillator.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the laser processing apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the rising relaxation phenomenon of the harmonic laser beam.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a transition example of the output value of the harmonic laser beam.
  • FIG. 7 is a view for explaining deterioration determination of the wavelength conversion crystal.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the laser processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a thermal
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a transition example of the output value of the harmonic laser beam when the comparison output is smaller than the lower limit output.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a transition example of the output value of the harmonic laser beam when the temperature is adjusted regardless of the initial output value.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the laser processing apparatus 1 includes a laser oscillator 20, a processing machine optical path system 30, and a control device 10.
  • the laser processing apparatus 1 is an apparatus for laser processing the workpiece 2 by irradiating the workpiece 2 with harmonic laser light such as UV (Ultra Violet) laser light.
  • the laser processing apparatus 1 of the present embodiment stores the initial position when the position of the moving optical system 31 is moved, and when the harmonic laser output at the processing point changes due to the generation of a thermal lens or the like.
  • the position of the moving optical system 31 is moved within a predetermined range. Thereby, the laser processing apparatus 1 keeps the beam diameter at the mask position substantially constant even when a thermal lens or the like is generated.
  • the laser processing apparatus 1 determines that the wavelength conversion crystal 42 is significantly deteriorated or damaged, and moves the wavelength conversion crystal 42. Perform temperature adjustment. Specifically, the laser processing apparatus 1 repeats the position movement of the moving optical system 31 and the laser processing. Then, when the laser processing apparatus 1 cannot move the beam diameter at the mask position within a predetermined range unless the moving optical system 31 is moved more than a predetermined amount of displacement from the initial position, the wavelength conversion crystal 42 is moved and the temperature is adjusted.
  • the laser oscillator 20 includes a fundamental laser power meter 21, a fundamental wave unit 22, a wavelength conversion unit 23, and a harmonic laser power meter 24.
  • the fundamental wave unit 22 has an excitation light source 41 and emits fundamental laser light from the excitation light source 41.
  • the fundamental laser beam from the fundamental wave unit 22 is sent to the wavelength conversion unit 23.
  • the fundamental laser power meter 21 detects the output value of the fundamental laser beam and sends it to the control device 10.
  • the wavelength conversion unit 23 has a wavelength conversion crystal 42 and a crystal moving mechanism 43.
  • the wavelength conversion crystal 42 converts the fundamental laser beam into a harmonic laser beam and sends it to the processing machine optical path system 30.
  • the wavelength conversion crystal 42 is, for example, an SHG (Second Harmonic Generation) crystal, a THG (Third Harmonic Generation) crystal, an FHG (Forth Harmonic Generation) crystal, or the like.
  • the crystal moving mechanism 43 moves the position of the wavelength conversion crystal 42.
  • the crystal moving mechanism 43 changes the irradiation position of the fundamental wave laser beam on the wavelength conversion crystal 42 by moving the wavelength conversion crystal 42 in the direction perpendicular to the optical path.
  • the crystal moving mechanism 43 moves the wavelength conversion crystal 42 in a direction perpendicular to the optical path when the harmonic laser output exceeding a predetermined value cannot be obtained even if the temperature of the wavelength conversion crystal 42 is adjusted. Further, the crystal moving mechanism 43 repeats the process of moving the moving optical system 31 described later in order to obtain a harmonic laser output greater than or equal to a predetermined value. Then, the crystal moving mechanism 43 moves the wavelength conversion crystal 42 in a direction perpendicular to the optical path when the distance between the moving optical system 31 and the initial position becomes a predetermined value or more.
  • the harmonic laser power meter 24 measures the output value of the harmonic laser beam sent from the laser oscillator 20 to the processing machine optical path system 30.
  • the harmonic laser power meter 24 sends the measurement result to the control unit 11 described later of the control device 10.
  • the processing machine optical path system 30 includes a moving optical system 31, a mask 37, and a processing point output power meter 32, and guides harmonic laser light to the workpiece 2.
  • the moving optical system 31 is a lens or the like.
  • the moving optical system 31 adjusts the beam system of the harmonic laser light irradiated to the mask 37 by being moved in the optical axis direction.
  • the mask 37 is provided with an opening having a predetermined radius, and the workpiece 2 is irradiated with the harmonic laser light that has passed through the opening.
  • the machining point output power meter 32 measures the output value of the harmonic laser beam output to the machining point on the workpiece 2.
  • the output value of the harmonic laser beam in the laser oscillator 20 is referred to as an output value P3 ⁇
  • the output value of the harmonic laser beam output to the processing point on the workpiece 2 is referred to as a processing point output value. .
  • the machining point output power meter 32 measures the machining point output value using, for example, harmonic laser light that passes through the mask 37 and is irradiated on the workpiece 2.
  • the machining point output power meter 32 sends the measurement result to the control unit 11 described later of the control device 10.
  • the control device 10 includes a control unit 11, an excitation light source 12, a temperature adjustment unit 13, a crystal movement mechanism control unit 14, a movement optical system control unit 15, and a storage unit 16.
  • the excitation light source 12 sends excitation light to the excitation light source 41.
  • the excitation light source 12 is, for example, an LD current.
  • the excitation light source 12 adjusts the amount of the fundamental laser beam emitted from the excitation light source 41 by adjusting the LD current and the like.
  • the temperature adjustment unit 13 adjusts the temperature of the wavelength conversion crystal 42.
  • the temperature adjustment unit 13 is the wavelength conversion crystal.
  • the temperature is adjusted so that 42 is lowered to the first temperature T1.
  • the first threshold value Pmin and the fifth threshold value Pdmg are reference values for determining the degree of deterioration of the wavelength conversion crystal 42, respectively. Note that Pdmg ⁇ Pmin.
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the second threshold value (Pmin + Pm), and the output value of the fundamental laser beam is the third threshold value (Px).
  • the temperature is adjusted so that the temperature of the wavelength conversion crystal 42 is lowered to the second temperature T2.
  • the first threshold value Pmin is a lower limit output allowed when the wavelength conversion crystal 42 is not deteriorated, and Pm is an output margin.
  • the temperature adjustment unit 13 adjusts the temperature of the wavelength conversion crystal 42 so as to increase to the third temperature T3 after moving the position of the wavelength conversion crystal 42.
  • the first temperature T1 to the third temperature T3 may be any temperature.
  • the second temperature T2 is a temperature lower than the first temperature T1 and the third temperature T3.
  • the first threshold value Pmin is a value equal to or less than the second threshold value (Pmin + Pm).
  • the crystal moving mechanism control unit 14 controls the crystal moving mechanism 43.
  • the crystal moving mechanism control unit 14 converts the wavelength into the crystal moving mechanism 43 when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the fourth threshold (Pmin + Pm) even if the temperature of the wavelength converting crystal 42 is lowered to the temperature Tx. The position of the crystal 42 is moved.
  • the crystal moving mechanism control unit 14 moves the position of the wavelength conversion crystal 42 to the crystal moving mechanism 43 when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the fifth threshold value (Pdmg).
  • the crystal moving mechanism control unit 14 moves the position of the wavelength conversion crystal 42 to the crystal moving mechanism 43 when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the sixth threshold value (Pmin + Pm). Further, the crystal moving mechanism control unit 14 causes the crystal moving mechanism 43 to move the position of the wavelength conversion crystal 42 when the position of the moving optical system 31 is outside the predetermined region.
  • the moving optical system control unit 15 controls the position of the moving optical system 31. After adjusting the temperature of the wavelength conversion crystal 42, the moving optical system control unit 15 adjusts the position of the moving optical system 31 if the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is within the acceptable range.
  • the control unit 11 Based on the measurement result from the harmonic laser power meter 24 and the measurement result from the machining point output power meter 32, the control unit 11 includes the excitation light source power source 12, the temperature adjustment unit 13, the crystal moving mechanism control unit 14, the movement The optical system control unit 15 is controlled. The control unit 11 adjusts the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam at the exit of the laser oscillator 20 and the processing point output value at the processing point at an arbitrary timing between processing on the workpiece 2.
  • the storage unit 16 stores the measurement result from the harmonic laser power meter 24 and the measurement result from the machining point output power meter 32.
  • the storage unit 16 stores first to sixth threshold values.
  • the storage unit 16 stores a movement allowable range in which the moving optical system 31 can move from the initial position without damaging the workpiece 2.
  • the movement allowable range is defined by the distance from the initial position.
  • the area defined by the movement allowable range is also updated.
  • the storage unit 16 stores the initial position of the moving optical system 31 when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is measured after the position movement of the wavelength conversion crystal 42 and the temperature adjustment are performed. After the position conversion and temperature adjustment of the wavelength conversion crystal 42 are performed, the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam becomes larger than the sixth threshold value (Pmin + Pm), and the processing point output at the processing point becomes the moving optical system 31. It is adjusted by the position adjustment. The position of the moving optical system 31 at this time is the initial position and is stored in the storage unit 16.
  • the control unit 11 determines whether the distance from the initial position of the moving optical system 31 is within the movement allowable range. Accordingly, the control unit 11 determines the degree of deterioration of the wavelength conversion crystal 42 that leads to processing defects based on the distance from the initial position of the moving optical system 31.
  • the control unit 11 adopts the position of the moving optical system 31 when the moving optical system 31 is within the allowable movement range.
  • the control unit 11 causes the crystal movement mechanism control unit 14 to move the position of the wavelength conversion crystal 42 and causes the storage unit 16 to adjust the position of the moving optical system 31 when the movement is outside the allowable movement range.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the laser processing apparatus according to the first embodiment.
  • control unit 11 causes the harmonic laser power meter 24 to check the output of the harmonic laser beam (step S20).
  • the harmonic laser power meter 24 measures the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam and sends the measurement result to the control unit 11.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is greater than or equal to a predetermined value. Specifically, the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is less than the first threshold value Pmin. Then, when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is less than the first threshold value Pmin, the control unit 11 determines whether the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is equal to or less than Pdmg which is the fifth threshold value. Determine whether or not.
  • the control unit 11 determines that it is rejected (1). Moreover, the control part 11 determines with disqualification (2), when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is below Pdmg which is a 5th threshold value. In other words, if Pdmg ⁇ P3 ⁇ ⁇ Pmin, it is determined as fail (1), and if P3 ⁇ ⁇ Pdmg, it is determined as fail (2). Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is more than Pmin which is a 1st threshold value.
  • the control unit 11 causes the temperature adjustment unit 13 to perform temperature adjustment of the wavelength conversion crystal 42 (Step S30). Thereby, the temperature adjustment unit 13 performs temperature adjustment so that the wavelength conversion crystal 42 falls to the temperature Tx.
  • control unit 11 causes the harmonic laser power meter 24 to check the output of the harmonic laser beam (step S40).
  • the harmonic laser power meter 24 measures the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam and sends the measurement result to the control unit 11.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is greater than or equal to a predetermined value. Specifically, the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser light is less than the second threshold value (Pmin + Pm). And the control part 11 determines with a failure, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is less than a 2nd threshold value. Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is more than a 2nd threshold value.
  • step S50 the control unit 11 performs output check of the fundamental laser beam (step S50).
  • the controller 11 determines whether or not the output value P ⁇ of the fundamental wave laser beam is less than the third threshold value Px. And the control part 11 determines with a failure, when the output value Pomega of a fundamental wave laser beam is less than a 3rd threshold value. Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value Pomega of a fundamental wave laser beam is more than a 3rd threshold value.
  • the control unit 11 adjusts the light amount of the fundamental laser beam emitted from the excitation light source 41 by adjusting the LD current and the like (step S60). Furthermore, the control unit 11 causes the temperature adjustment unit 13 to perform temperature adjustment of the wavelength conversion crystal 42 (step S70). Thereby, the temperature adjustment unit 13 performs temperature adjustment so that the wavelength conversion crystal 42 falls to the temperature Tx.
  • the temperature adjustment unit 13 performs temperature adjustment so as to decrease to the temperature Tx, the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the second threshold value, and the output value of the fundamental laser beam is the third value.
  • the temperature is adjusted so that the temperature drops to the temperature Tx after adjusting the LD current when it is lower than the threshold value.
  • control unit 11 causes the harmonic laser power meter 24 to check the output of the harmonic laser beam (step S80).
  • the harmonic laser power meter 24 measures the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam and sends the measurement result to the control unit 11.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is greater than or equal to a predetermined value. Specifically, the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is less than the fourth threshold value (Pmin + Pm). And the control part 11 determines with disqualification, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is less than a 4th threshold value. Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is more than a 4th threshold value.
  • control unit 11 determines whether or not the use point number N (N is a natural number) of the wavelength conversion crystal 42 is equal to or less than a specified number (step S90). Note that the value of the number N of used points here is the same value as the number of movements n of the wavelength conversion crystal 42.
  • step S90 If P3 ⁇ ⁇ Pdmg in the process of step S20 (step S20, reject (2)), the control unit 11 determines whether or not the number N of use points of the wavelength conversion crystal 42 is equal to or less than a specified number. (Step S90).
  • step S50 determines whether or not the use point number N of the wavelength conversion crystal is equal to or less than a specified number (step S90).
  • step S90, No the control unit 11 determines that the life of the wavelength conversion crystal 42 is the lifetime, and performs output adjustment processing of the harmonic laser beam. finish. In other words, when the use point number N of the wavelength conversion crystal 42 exceeds the specified number, the output adjustment process of the harmonic laser beam is terminated.
  • the control unit 11 causes the crystal movement mechanism control unit 14 to control the crystal movement mechanism 43.
  • the crystal moving mechanism control unit 14 causes the crystal moving mechanism 43 to move the position of the wavelength conversion crystal 42 (step S100).
  • control unit 11 causes the harmonic laser power meter 24 to check the output of the harmonic laser beam (step S130).
  • the harmonic laser power meter 24 measures the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam and sends the measurement result to the control unit 11.
  • the initial value update flag F is set to “1” when the wavelength conversion crystal 42 is moved. Then, the control unit 11 causes the machining point output power meter 32 to measure the machining point output value (step S160).
  • step S20 determines whether Pmin ⁇ P3 ⁇ in the process of step S20 (step S20, pass). If Pmin ⁇ P3 ⁇ in the process of step S20 (step S20, pass), the control unit 11 causes the machining point output power meter 32 to measure the machining point output value (step S160).
  • step S40 the control unit 11 causes the machining point output power meter 32 to measure the machining point output value (step S160).
  • step S80 when P3 ⁇ ⁇ (Pmin + Pm) is satisfied in the process of step S80 (step S80, pass), the control unit 11 causes the machining point output power meter 32 to measure the machining point output value (step S160).
  • control unit 11 moves the position of the moving optical system 31 to the moving optical system control unit 15 based on the measurement result of the processing point output value.
  • the moving optical system control unit 15 adjusts the position of the moving optical system 31 according to the instruction from the control unit 11 so that the machining point output value becomes equal to or larger than the first set value (step S170).
  • control unit 11 does not update the initial position of the moving optical system 31. And the control part 11 confirms whether the present position of the movement optical system 31 is in a regulation range (step S200).
  • control unit 11 determines that the laser oscillator 20 is normal and ends the harmonic laser beam output adjustment processing.
  • control unit 11 determines whether or not the use point number N of the wavelength conversion crystal 42 is equal to or less than the specified number (Step S200). S210).
  • control unit 11 determines that P3 ⁇ ⁇ (Pmin + Pm) in the process of step S130 (step S130, reject), whether or not the number N of used points of the wavelength conversion crystal 42 is equal to or less than the specified number. Is determined (step S210).
  • control unit 11 determines that the life of the wavelength conversion crystal 42 is the lifetime, and performs the output adjustment processing of the harmonic laser beam. finish.
  • step S210 when the use point number N of the wavelength conversion crystal 42 is N ⁇ the specified number of times (Yes in step S210), the control unit 11 determines whether or not the number of movements n of the moving optical system 31 is equal to or less than the specified number. Determination is made (step S220).
  • step S220, No the control unit 11 determines that the laser oscillator 20 is abnormal and ends the harmonic laser beam output adjustment processing. .
  • Step S220 when the moving number n of the moving optical system 31 is n ⁇ the specified number (step S220, Yes), the control unit 11 performs the processing of steps S100 to S130. And control part 11 performs processing of Step S210, when output value P3 omega of a harmonic laser beam is less than the 6th threshold (Step S130, rejection). In addition, when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is equal to or greater than the sixth threshold (Step S130, pass), the control unit 11 performs the processes of Steps S140 to S200.
  • the control unit 11 determines that the current position of the moving optical system 31 is within the specified range in the process of step S200, or the use point number N of the wavelength conversion crystal 42 is N> the specified number in the process of step S210.
  • the processing of steps S100 to S220 is repeated until it is determined or until it is determined in the processing of step S220 that the number of movements n of the moving optical system 31 is n> the specified number.
  • the second threshold value, the fourth threshold value, and the sixth threshold value are the same has been described, but these values may be different.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a thermal lens resulting from component deterioration of a laser oscillator.
  • 3A shows the beam propagation state before adjusting the position of the moving optical system 31
  • FIG. 3B shows the beam propagation state after adjusting the position of the moving optical system 31.
  • Yes. 3A and 3B the optical path from the wavelength conversion crystal 42 to the mask 37 is shown.
  • the moving optical system 31 before position adjustment is illustrated as a moving optical system lens 31A
  • the moving optical system 31 after position adjustment is illustrated as a moving optical system lens 31B.
  • 3 shows the case where the moving optical system lenses 31A and 31B are collimating lenses, the moving optical system lenses 31A and 31B may be ⁇ / 2 plates or the like.
  • the wavelength converting crystal 42 42 temperature adjustment is performed.
  • the beam passing point temperature of the wavelength conversion crystal 42 increases due to deterioration or damage, and the temperature of the wavelength conversion crystal 42 is lowered in order to cool the amount shifted from the optimum value. Therefore, the temperature gradient between the side surface of the wavelength conversion crystal 42 and the beam passing point is increased, and as a result, a thermal lens is generated.
  • the harmonic laser beam 51 when no thermal lens is generated due to deterioration of the wavelength conversion crystal 42 or the like is applied to the mask 37 so that a desired processing point output value can be obtained. More specifically, the mask 37 is irradiated with a harmonic laser beam 51 having a beam diameter capable of obtaining a desired processing point output value. At this time, the harmonic laser beam 51 output from the wavelength conversion crystal 42 is applied to the mask 37 via the collimating lens 35 and the moving optical system 31.
  • the thermal lens Since the wavelength conversion crystal 42 has a negative refractive index temperature characteristic, the thermal lens appears as a concave lens.
  • the harmonic laser beam 52 in the case where the thermal lens is generated due to deterioration of the wavelength conversion crystal 42 or the like is irradiated to the mask 37 with a beam diameter larger than a desired beam diameter.
  • the utilization rates of the harmonic laser beams 51 and 52 in the mask 37 differ depending on whether or not a thermal lens is generated. For this reason, the processing point output value taken out after passing through the mask 37 varies depending on whether or not a thermal lens is generated.
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is the same at the exit of the laser oscillator 20, the propagation of the laser beam changes and the machining point output value changes.
  • the position of the moving optical system 31 is adjusted so that the beam diameter at the mask 37 is the same before and after the generation of the thermal lens.
  • the control unit 11 adjusts the position of the moving optical system 31, thereby making the beam diameter at the mask 37 the same.
  • the wavefront of the harmonic laser beam in the mask 37 changes before and after the deterioration of the wavelength conversion crystal 42, it has been found that the processing state of the workpiece 2 changes. In other words, it has been found that the divergence angle, which is a harmonic laser wavefront, changes due to the deterioration of the wavelength conversion crystal 42.
  • the position of the moving optical system 31 is stored in the storage unit 16 as the initial position. deep.
  • the position of the moving optical system 31 is, for example, the position of the collimating lens when the processing point output value is adjusted with the moving collimating lens and the mask 37.
  • the processing point output value is adjusted by adjusting the position of the collimating lens in the optical path direction.
  • the processing point output value is adjusted by the ⁇ / 2 plate and the polarizer
  • the processing point output value of the position of the moving optical system 31 is adjusted by adjusting the rotational position of the ⁇ / 2 plate.
  • FIG. 3B shows a state in which the harmonic laser beam 52 is changed to the harmonic laser beam 53 by adjusting the position of the moving optical system lens 31 ⁇ / b> A to the position of the moving optical system lens 31 ⁇ / b> B.
  • the harmonic laser beam 53 is a laser beam irradiated on the mask 37 with the same beam diameter as the harmonic laser beam 51.
  • the harmonic laser beams 51 and 53 are laser beams that do not damage the workpiece 2 during laser processing.
  • the beam diameter on the mask 37 is adjusted to be the same as that before the generation of the thermal lens by adjusting the position of the moving optical system lens 31A. Due to the deterioration of the wavelength conversion crystal 42, the wavefront of the harmonic laser beam 53 becomes sharper than the harmonic laser beam 51. In the present embodiment, since the position of the moving optical system 31 is adjusted within a predetermined range, the harmonic laser beam on the mask 37 has the same wavefront before and after the generation of the thermal lens.
  • the storage unit 16 stores the movement allowable range from the initial position where the workpiece 2 is not damaged during laser processing. Then, the control unit 11 determines that the wavelength conversion crystal 42 is significantly deteriorated when the moving optical system 31 moved to adjust the processing point output value exceeds the allowable movement range from the initial position. The conversion crystal 42 is moved perpendicularly to the harmonic laser beam 52, thereby changing the beam passing point. Further, the control unit 11 performs temperature adjustment after the wavelength conversion crystal 42 is moved, newly adjusts the position of the moving optical system 31, and newly stores it as the initial position.
  • the utilization factor of the laser light at the processing point falls within the predetermined range. Therefore, when laser processing using harmonic laser light is performed. It is possible to prevent processing defects from occurring.
  • the initial position of the moving optical system 31 is stored, and the wavelength conversion crystal 42 is moved when the moving optical system 31 exceeds the allowable movement range. It is possible to prevent processing defects from occurring during laser processing using light.
  • the wavelength conversion crystal 42 is moved when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam sent from the laser oscillator 20 to the processing machine optical path system 30 is lower than a predetermined ratio from the initial output value.
  • the wavelength conversion crystal 42 is moved when the amount of change in the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam has decreased by a predetermined percentage or more from the initial output value.
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the seventh threshold value (Pmin or Pc (x)) and is higher than the tenth threshold value (Pdmg).
  • the temperature adjustment is performed so that the wavelength conversion crystal 42 is lowered to the fourth temperature T4.
  • Pc (x) is a comparative output used for determining the deterioration of the wavelength conversion crystal 42, and is a value defined using the rate of decrease from the initial output.
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the eighth threshold (Pmin or Pc (x)) and the output value of the fundamental laser beam is the first value.
  • the threshold value (Px) is lower than 3
  • the temperature adjustment is performed so that the temperature of the wavelength conversion crystal 42 is lowered to the fifth temperature T5.
  • the temperature adjustment unit 13 adjusts the temperature so that the temperature of the wavelength conversion crystal 42 is lowered to the sixth temperature T6 after the position of the wavelength conversion crystal 42 is moved.
  • the fourth temperature T4 to the sixth temperature T6 may be any temperature.
  • the fifth temperature T5 is a temperature lower than the fourth temperature T4 and the sixth temperature T6.
  • the case where the fourth temperature T4 to the sixth temperature T6 are all the same temperature Tx will be described.
  • the crystal moving mechanism control unit 14 controls the crystal moving mechanism 43.
  • the crystal moving mechanism control unit 14 is configured to operate the crystal moving mechanism 43 when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the ninth threshold value (Pjdg (x)) even if the temperature of the wavelength conversion crystal 42 is lowered to the temperature Tx.
  • the position of the wavelength conversion crystal 42 is moved.
  • the crystal moving mechanism control unit 14 causes the crystal moving mechanism 43 to move the position of the wavelength conversion crystal 42 when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the tenth threshold (Pmin + Pm).
  • the crystal moving mechanism control unit 14 moves the position of the wavelength conversion crystal 42 to the crystal moving mechanism 43 when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is lower than the eleventh threshold value (Pdmg).
  • the storage unit 16 stores the seventh to eleventh threshold values.
  • the storage unit 16 also stores an initial output value (P0) of the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam when the position of the wavelength conversion crystal 42 is moved.
  • the storage unit 16 also stores a comparison output used for determining the deterioration of the wavelength conversion crystal 42.
  • the control unit 11 determines whether the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is within a predetermined range of change from the initial output value. Specifically, the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is within the output value allowable range defined by the decrease rate of the initial output value. Accordingly, the control unit 11 determines the degree of deterioration of the wavelength conversion crystal 42 that leads to processing defects based on the amount of variation from the initial output value.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the laser processing apparatus according to the second embodiment. Of the processes in FIG. 4, the description of the same processes as those in the first embodiment shown in FIG. 2 is omitted.
  • the control unit 11 When the wavelength conversion crystal 42 is arranged in the laser processing apparatus 1, the control unit 11 resets the number of movements of the wavelength conversion crystal 42 (step S10). And the control part 11 makes the harmonic laser power meter 24 perform the output check of a harmonic laser beam (step S21). Thereby, the harmonic laser power meter 24 measures the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is greater than or equal to a predetermined value.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is less than the seventh threshold value.
  • the seventh threshold is, for example, Pc (x) when Pc (x)> Pmin, and Pmin when Pc (x) ⁇ Pmin.
  • the comparison output Pc (x) is defined by ⁇ x, which is the rate of decrease from the initial output P0.
  • Pc (x) when the wavelength conversion crystal 42 is moved for the first time is Pc (1)
  • Pc (x) when the wavelength conversion crystal 42 is moved for the Mth M is a natural number
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is equal to or greater than Pc (x), and the seventh threshold value is Pmin. In some cases, it is determined whether or not P3 ⁇ that is the output value of the harmonic laser beam is equal to or greater than Pmin. The controller 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is equal to or less than the 11th threshold value Pdmg when P3 ⁇ is equal to or greater than Pc (x) or equal to or greater than Pmin. .
  • the control unit 11 determines that the output is not acceptable (3). . Moreover, the control part 11 determines with disqualification (4), when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is below 11th threshold value Pdmg. In other words, if Pdmg ⁇ P3 ⁇ ⁇ Pc (x) or Pdmg ⁇ P3 ⁇ ⁇ Pmin, it is determined as fail (3), and if P3 ⁇ ⁇ Pdmg, it is determined as fail (4). Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is more than 7th threshold value Pmin or Pc (x). In the following description, a case where Pc (x)> Pmin is described.
  • control unit 11 causes the temperature adjustment unit 13 to perform temperature adjustment of the wavelength conversion crystal 42 (step S30).
  • control unit 11 causes the harmonic laser power meter 24 to check the output of the harmonic laser beam (step S41). Thereby, the harmonic laser power meter 24 measures the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is greater than or equal to a predetermined value.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is less than the eighth threshold value Pc (x). And the control part 11 determines with a failure, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is less than an 8th threshold value. Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is more than an 8th threshold value.
  • the control unit 11 When P3 ⁇ ⁇ Pc (x) is satisfied (step S41, failure), the control unit 11 performs an output check of the fundamental laser beam (step S50). The controller 11 determines whether or not the output value P ⁇ of the fundamental wave laser beam is less than the third threshold value Px. And the control part 11 determines with a failure, when the output value Pomega of a fundamental wave laser beam is less than a 3rd threshold value. Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value Pomega of a fundamental wave laser beam is more than a 3rd threshold value.
  • the control unit 11 adjusts the light amount of the fundamental laser beam emitted from the excitation light source 41 by adjusting the LD current and the like (step S60). Furthermore, the control unit 11 causes the temperature adjustment unit 13 to perform temperature adjustment of the wavelength conversion crystal 42 (step S70). Thereby, the temperature adjustment unit 13 performs temperature adjustment so that the wavelength conversion crystal 42 falls to the temperature Tx.
  • control unit 11 causes the harmonic laser power meter 24 to check the output of the harmonic laser beam (step S81). Thereby, the harmonic laser power meter 24 measures the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam.
  • the control unit 11 determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is greater than or equal to a predetermined value.
  • the control unit 11 of this embodiment determines whether or not the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is less than the output determination value Pjdg (x) that is the ninth threshold value.
  • the output determination value Pjdg (x) is obtained by adding Pm, which is an output margin, to Pc (x), which is the eighth threshold value, and is used as a criterion for determining whether or not to move the wavelength conversion crystal 42.
  • the output determination value Pjdg (x) is an output lower limit value that is allowed as the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam. When the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is smaller than this value, the wavelength conversion is performed. The movement of the crystal 42 is performed.
  • the control unit 11 determines that the output is not acceptable when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam is less than the ninth threshold value. Moreover, the control part 11 determines with a pass, when the output value P3 omega of a harmonic laser beam is more than a 9th threshold value.
  • step S90 determines whether or not the number N of use points of the wavelength conversion crystal 42 is equal to or less than a specified number. If P3 ⁇ ⁇ Pdmg in the process of step S21 (step S21, reject (4)), the control unit 11 determines whether or not the number N of used points of the wavelength conversion crystal 42 is equal to or less than a specified number. (Step S90).
  • step S50 determines whether or not the use point number N of the wavelength conversion crystal is equal to or less than a specified number (step S90).
  • control unit 11 determines that the life of the wavelength conversion crystal 42 is the lifetime, and performs output adjustment processing of the harmonic laser beam. finish.
  • control unit 11 When the use point number N of the wavelength conversion crystal 42 is N ⁇ the specified number (step S90, Yes), the control unit 11 performs the same process as steps S100 to S130 of the first embodiment. That is, the control unit 11 moves the position of the wavelength conversion crystal 42 (step S100) and increments the number of crystal movements by one (step S110). Further, the control unit 11 causes the temperature adjustment unit 13 to adjust the temperature of the wavelength conversion crystal 42 (step S120), and then causes the harmonic laser power meter 24 to check the output of the harmonic laser light (step S130). ).
  • control unit 11 updates the initial output value of the laser oscillator 20 at the crystal position Np corresponding to the use point number N (step S150). Thereby, the initial output value of the harmonic laser beam after moving the wavelength conversion crystal 42 is updated.
  • the initial output value is stored in the storage unit 16.
  • control unit 11 causes the machining point output power meter 32 to measure the machining point output value (step S160). If Pc (x) ⁇ P3 ⁇ in the process of step S21 (step S21, pass), the control unit 11 causes the machining point output power meter 32 to measure the machining point output value (step S160).
  • step S41 the control unit 11 causes the machining point output power meter 32 to measure the machining point output value (step S160).
  • step S81 if Pjdg (x) ⁇ P3 ⁇ in the processing of step S81 (step S81, pass), the control unit 11 causes the processing point output power meter 32 to measure the processing point output value (step S160).
  • step S160 the control unit 11 moves the position of the moving optical system 31 to the moving optical system control unit 15 based on the measurement result of the processing point output value.
  • the moving optical system control unit 15 adjusts the position of the moving optical system 31 according to the instruction from the control unit 11 so that the machining point output value is within a predetermined range (step S170).
  • the control part 11 judges that the laser oscillator 20 is normal, and complete
  • step S130 reject
  • the control unit 11 determines that P3 ⁇ ⁇ (Pmin + Pm) in the process of step S130 (step S130, reject) in the process of step S130 (step S130, reject)
  • control unit 11 determines that the life of the wavelength conversion crystal 42 is the lifetime, and performs the output adjustment processing of the harmonic laser beam. finish.
  • step S210 when the use point number N of the wavelength conversion crystal 42 is N ⁇ the specified number of times (Yes in step S210), the control unit 11 determines whether or not the number of movements n of the moving optical system 31 is equal to or less than the specified number. Determination is made (step S220).
  • step S220, No the control unit 11 determines that the laser oscillator 20 is abnormal and ends the harmonic laser beam output adjustment processing. .
  • step S220 when the moving number n of the moving optical system 31 is n ⁇ the specified number (step S220, Yes), the control unit 11 performs the processing of steps S100 to S130.
  • the control unit 11 determines that the number N of use points of the wavelength conversion crystal 42 is N ⁇ specified number in the process of step S210, or the number of movements n of the moving optical system 31 is n> specified number in the process of step S220. The processes in steps S100 to S130, S210, and S220 are repeated until it is determined that there is.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the rising relaxation phenomenon of the harmonic laser beam.
  • the horizontal axis in FIG. 5 is time, and the vertical axis is the normalized output of the harmonic laser beam.
  • the characteristic 61 shows the characteristic when the wavelength conversion crystal 42 is small or small.
  • the characteristic 62 shows the characteristics when the wavelength conversion crystal 42 is heavily contaminated or large.
  • the wavelength conversion crystal 42 dust burn-in and deterioration occur with the passage of laser light such as fundamental wave laser light and harmonic laser light. Thereby, the wavelength conversion crystal 42 easily absorbs the harmonic laser, and the temperature of the beam passing point of the wavelength conversion crystal 42 temporarily rises when the laser beam passes. Thereafter, the temperature is thermally diffused, and the temperature distribution in the wavelength conversion crystal 42 becomes uniform.
  • the wavelength conversion efficiency in the wavelength conversion crystal 42 changes. For this reason, the pulse output of the harmonic laser beam changes with time at the rise time when the output of the harmonic laser beam is started, and as a result, it takes a long time to stabilize at the desired output. In the present embodiment, this phenomenon is called a relaxation phenomenon.
  • the pulse output of the harmonic laser beam rises to a desired output in a short time as indicated by the characteristic 61.
  • the wavelength conversion crystal 42 is very dirty or large, as shown by the characteristic 62, it takes a long time for the pulse output of the harmonic laser light to rise to a desired output.
  • the temperature change at the beam passing point in the wavelength conversion crystal 42 can always occur due to the presence / absence of laser beam passage, damage to the beam passing point of the wavelength conversion crystal 42, and the degree of deterioration.
  • the control unit 11 outputs the harmonic laser beam when the laser beam is passed for the first time at the beam passing point on the wavelength conversion crystal 42.
  • An initial output value that is a value is stored. For example, after the position of the wavelength conversion crystal 42 is moved, the control unit 11 stores the initial output value of the harmonic laser light when the laser light is first passed.
  • the control unit 11 determines that the wavelength conversion crystal 42 is significantly deteriorated. Then, the controller 11 changes the beam passing point by moving the wavelength conversion crystal 42 in the direction perpendicular to the laser light. After movement of the wavelength conversion crystal 42, temperature adjustment is performed and a new initial output value is stored. With this flow, the pulse fluctuation width of the harmonic laser beam can be kept within a specified range, so that processing defects due to the relaxation phenomenon can be prevented.
  • control unit 11 may change Pc (x), which is the threshold value of the reduction ratio of the initial output value, for each beam passing point of the wavelength conversion crystal 42.
  • Pc (x) the threshold value of the reduction ratio of the initial output value
  • the control unit 11 may change Pc (x) according to the magnitude of the output value of the fundamental laser beam when the initial output value is stored.
  • the control unit 11 may change the output determination value Pjdg (x) for each beam passing point of the wavelength conversion crystal 42.
  • FIG. 6 is a diagram showing a transition example of the output value of the harmonic laser beam.
  • FIG. 6 shows the transition of the output value of the harmonic laser beam when the temperature adjustment and movement of the wavelength conversion crystal 42 are executed according to the processing of the present embodiment.
  • the initial output value at the beam passage point (1) is indicated by an initial output value P0 (1)
  • the initial output value at the beam passage point (2) is indicated by an initial output value P0 (2)
  • the output determination value Pjdg (1) is an output determination value at the beam passage point (1)
  • the output determination value Pjdg (2) is an output determination value at the beam passage point (2)
  • Pc (1) is a comparison output at the beam passage point (1)
  • Pc (2) is a comparison output at the beam passage point (2).
  • the control unit 11 adjusts the temperature of the wavelength conversion crystal 42. As a result, the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam increases. In the laser processing apparatus 1, the phenomenon in which the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam decreases and the process of increasing the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam by temperature adjustment are repeated.
  • the movement process of the wavelength conversion crystal 42 is executed. Thereby, the passing position of the laser light in the wavelength conversion crystal 42 is changed from the beam passing point (1) to the beam passing point (2).
  • the same processing as that for the beam passing point (1) is executed for the beam passing point (2).
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam decreases.
  • the control unit 11 adjusts the temperature of the wavelength conversion crystal 42.
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam increases.
  • the phenomenon that the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam decreases, the process of increasing the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam by temperature adjustment, and the process of moving the wavelength conversion crystal 42 are repeated.
  • FIG. 7 is a view for explaining deterioration determination of the wavelength conversion crystal. If the harmonic laser beam having the initial output value P0 (1) is continuously used, the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam decreases. When the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam becomes smaller than Pjdg (1) that is a comparative output value at the beam passing point (1), the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam becomes 0 at any timing thereafter. . For this reason, when the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam becomes smaller than Pjdg (1), the control unit 11 determines that the deterioration of the wavelength conversion crystal 42 has progressed beyond a predetermined value and moves the wavelength conversion crystal 42. To do.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a transition example of the output value of the harmonic laser beam when the comparison output is smaller than the lower limit output.
  • the initial output value at the beam passage point (M) is indicated by an initial output value P0 (M)
  • the initial output value at the beam passage point (M + 1) is indicated by an initial output value P0 (M + 1).
  • the output determination value Pjdg (M) is an output determination value at the beam passing point (M).
  • Pmin is larger than Pc (M).
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam decreases.
  • the control unit 11 performs temperature adjustment of the wavelength conversion crystal 42.
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam increases.
  • the phenomenon in which the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam decreases and the process of increasing the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam by temperature adjustment are repeated.
  • the movement process of the wavelength conversion crystal 42 is performed. Thereby, the passing position of the laser light in the wavelength conversion crystal 42 is changed from the beam passing point (M) to the beam passing point (M + 1). Then, the same processing as that for the beam passing point (M) is executed for the beam passing point (M + 1).
  • FIG. 9 is a diagram showing a transition example of the output value of the harmonic laser beam when the temperature is adjusted regardless of the initial output value.
  • FIG. 9 shows the transition of the output value of the harmonic laser light when the temperature adjustment and movement of the wavelength conversion crystal 42 are executed without taking measures against the rising relaxation phenomenon of the harmonic laser light.
  • the initial output value at the beam passage point (Z1) is indicated by an initial output value P0 (Z1)
  • the initial output value at the beam passage point (Z2) is indicated by an initial output value P0 (Z2).
  • the output determination value Pjdg (Zx) is an output determination value common to all beam passing points.
  • Pmin is a lower limit output common to all beam passing points.
  • Pdmg is a reference value for determining whether or not the wavelength conversion crystal 42 is deteriorated, and is a value common to all beam passing points.
  • the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam decreases.
  • the control unit 11 performs temperature adjustment of the wavelength conversion crystal 42. As a result, the output value P3 ⁇ of the harmonic laser beam increases.
  • the laser processing apparatus 1 may execute a process in which the process described in the first embodiment and the process described in the second embodiment are combined. In this case, for example, the laser processing apparatus 1 executes both the thermal lens countermeasure process described in the first embodiment and the rise mitigation phenomenon countermeasure process described in the second embodiment. Specifically, the laser processing apparatus 1 performs the processes in steps S21, S41, and S81 described in FIG. 4 instead of the processes in steps S20, S40, and S80 described in FIG. Perform the process described.
  • the initial output value of the harmonic laser light output value P3 ⁇ is stored, and the output value P3 ⁇ of the harmonic laser light is decreased from the initial output value by a predetermined rate or more. Since the wavelength conversion crystal 42 is moved, it is possible to prevent processing defects from occurring during laser processing using harmonic laser light.
  • control device and laser processing device according to the present invention are suitable for controlling the output value of laser light.
  • SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 2 Workpiece, 10 Control apparatus, 11 Control part, 13 Temperature adjustment unit, 14 Crystal movement mechanism control unit, 15 Movement optical system control unit, 16 Storage part, 20 Laser oscillator, 23 Wavelength conversion unit, 24 harmonic laser power meter, 30 processing machine optical path system, 31 moving optical system, 31A, 31B moving optical system lens, 32 processing point output power meter, 37 mask, 42 wavelength conversion crystal, 43 crystal moving mechanism, 51-53 Harmonic laser light.

Abstract

 制御装置が、波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、初期位置からの距離で定義された移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第1の設定値以上となるよう移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の移動光学系の位置が移動許容範囲内であるか否かを判定し、移動許容範囲外である場合には、波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、を備える。

Description

制御装置およびレーザ加工装置
 本発明は、レーザ光の出力値を制御する制御装置およびレーザ加工装置に関する。
 従来、高調波レーザ光の出力が低下した際には、波長変換結晶の温度調整を行ない、温度調整を行っても閾値以上の高調波レーザ出力を得ることができない場合に、波長変換結晶を光路に対して垂直方向に移動させていた。これにより、高調波レーザ光の波長変換結晶における通過点が更新されるので、高調波レーザ光の出力値の回復を図ることができる。
 波長変換結晶の温度調整が実施されることによって、波長変換結晶の温度が下げられると、波長変換結晶の側面とレーザ通過点との間の温度勾配が大きくなり、その結果、熱レンズが発生する。このため、発振器出口の高調波レーザ出力が同一であっても、高調波レーザ光の伝搬状態が変化し、加工点における高調波レーザ出力が変化する。特許文献1に記載の方法では、加工点における高調波レーザ出力を一定とするために、移動光学系の位置を調整し、マスク位置でのビーム径を一定に保つことが行われていた。
特開2000-176661号公報
 しかしながら、上記従来の技術では、レーザ発振器からの高調波レーザ光の出力値が回復した場合であっても、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることがあった。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止する制御装置およびレーザ加工装置を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第1の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、を備えることを特徴とする。
 本発明によれば、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止することが可能になるという効果を奏する。
図1は、本発明の実施の形態1に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 図2は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。 図3は、レーザ発振器の部品劣化に起因する熱レンズを説明するための図である。 図4は、実施の形態2に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。 図5は、高調波レーザ光の立上り緩和現象を説明するための図である。 図6は、高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。 図7は、波長変換結晶の劣化判定を説明するための図である。 図8は、比較出力が下限出力よりも小さい場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。 図9は、初期出力値に関係なく温度調整を行なった場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。
 以下に、本発明に係る制御装置およびレーザ加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置1は、レーザ発振器20、加工機光路系30、制御装置10を備えている。レーザ加工装置1は、UV(Ultra Violet)レーザ光などの高調波レーザ光を被加工物2に照射することによって被加工物2をレーザ加工する装置である。
 本実施の形態のレーザ加工装置1は、移動光学系31の位置を移動させた際の初期位置を記憶しておき、熱レンズなどの発生によって加工点における高調波レーザ出力が変化した場合には、移動光学系31の位置を所定範囲内で移動させる。これにより、レーザ加工装置1は、熱レンズなどが発生した場合であっても、マスク位置でのビーム径を略一定に保つ。
 この場合において、レーザ加工装置1は、初期位置からの移動光学系31の距離が、所定値以上になると、波長変換結晶42の劣化または損傷が著しいと判断して、波長変換結晶42の移動や温度調整を実施する。具体的には、レーザ加工装置1は、移動光学系31の位置移動と、レーザ加工とを繰り返す。そして、レーザ加工装置1は、初期位置から所定の変位量よりも多く移動光学系31を移動させなければ、マスク位置でのビーム径を所定範囲内に収めることができない状態になると、波長変換結晶42の移動や温度調整を実施する。
 レーザ発振器20は、基本波レーザパワーメータ21、基本波ユニット22、波長変換ユニット23、高調波レーザパワーメータ24を有している。基本波ユニット22は、励起光源41を有しており、励起光源41から基本波レーザ光を出射する。基本波ユニット22からの基本波レーザ光は、波長変換ユニット23に送られる。基本波レーザパワーメータ21は、基本波レーザ光の出力値を検出して制御装置10に送る。
 波長変換ユニット23は、波長変換結晶42と結晶移動機構43を有している。波長変換結晶42は、基本波レーザ光を高調波レーザ光に変換して加工機光路系30に送る。波長変換結晶42は、例えば、SHG(Second Harmonic Generation)結晶、THG(Third Harmonic Generation)結晶、FHG(Forth Harmonic Generation)結晶などである。
 結晶移動機構43は、波長変換結晶42の位置を移動させる。結晶移動機構43は、波長変換結晶42を、光路に対して垂直方向に移動させることによって、基本波レーザ光の波長変換結晶42への照射位置を変更する。結晶移動機構43は、波長変換結晶42の温度調整を行っても所定値以上の高調波レーザ出力を得ることができない場合に、波長変換結晶42を光路に対して垂直方向に移動させる。また、結晶移動機構43は、所定値以上の高調波レーザ出力を得るために、後述する移動光学系31を移動させる処理を繰り返す。そして、結晶移動機構43は、移動光学系31と初期位置との間の距離が所定値以上となった場合に、波長変換結晶42を光路に対して垂直方向に移動させる。
 高調波レーザパワーメータ24は、レーザ発振器20から加工機光路系30に送られる高調波レーザ光の出力値を測定する。高調波レーザパワーメータ24は、測定結果を制御装置10の後述する制御部11に送る。
 加工機光路系30は、移動光学系31、マスク37、加工点出力用パワーメータ32を有しており、高調波レーザ光を被加工物2へ導く。移動光学系31は、レンズなどである。移動光学系31は、光軸方向に移動させられることによって、マスク37へ照射する高調波レーザ光のビーム系を調整する。マスク37には、所定の半径を有した開口部が設けられており、開口部を通過した高調波レーザ光が被加工物2へ照射される。
 加工点出力用パワーメータ32は、被加工物2上の加工点に出力される高調波レーザ光の出力値を測定する。なお、以下の説明では、レーザ発振器20における高調波レーザ光の出力値を出力値P3ωといい、被加工物2上の加工点に出力される高調波レーザ光の出力値を加工点出力値という。
 加工点出力用パワーメータ32は、例えば、マスク37を通過した後、被加工物2に照射されるまでの高調波レーザ光を用いて加工点出力値を測定する。加工点出力用パワーメータ32は、測定結果を制御装置10の後述する制御部11に送る。
 制御装置10は、制御部11、励起光源用電源12、温度調整ユニット13、結晶移動機構制御ユニット14、移動光学系制御ユニット15、記憶部16を有している。励起光源用電源12は、励起光源41に励起光を送る。励起光源用電源12は、例えば、LD電流などである。励起光源用電源12は、LD電流などを調整することによって、励起光源41から出射される基本波レーザ光の光量などを調整する。
 温度調整ユニット13は、波長変換結晶42の温度を調整する。温度調整ユニット13は、レーザ発振器20における高調波レーザ光の出力値P3ωが第1の閾値(Pmin)よりも低下した場合であって第5の閾値(Pdmg)よりも高い場合に、波長変換結晶42が第1の温度T1まで下がるよう温度調整を行う。第1の閾値であるPminと第5の閾値であるPdmgは、それぞれ波長変換結晶42の劣化の程度を判定するための基準値である。なお、Pdmg<Pminである。
 また、温度調整ユニット13は、温度調整を行っても、高調波レーザ光の出力値P3ωが第2の閾値(Pmin+Pm)よりも低く、かつ基本波レーザ光の出力値が第3の閾値(Px)よりも低い場合に、波長変換結晶42の温度が第2の温度T2まで下がるよう温度調整を行う。第1の閾値であるPminは、波長変換結晶42が劣化していない場合に許容される下限出力であり、Pmは、出力マージンである。
 また、温度調整ユニット13は、波長変換結晶42の位置を移動させた後に、波長変換結晶42の温度が第3の温度T3まで上がるよう温度調整を行う。なお、第1の温度T1~第3の温度T3は、何れの温度でもよい。例えば、第2の温度T2は、第1の温度T1や第3の温度T3よりも低い温度である。本実施形態では、第1の温度T1~第3の温度T3が全て同じ温度Txである場合について説明する。また、第1の閾値であるPminは、第2の閾値である(Pmin+Pm)以下の値である。
 結晶移動機構制御ユニット14は、結晶移動機構43を制御する。結晶移動機構制御ユニット14は、波長変換結晶42の温度を温度Txまで下げても高調波レーザ光の出力値P3ωが第4の閾値(Pmin+Pm)よりも低い場合に、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる。
 また、結晶移動機構制御ユニット14は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第5の閾値(Pdmg)よりも低い場合に、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる。
 また、結晶移動機構制御ユニット14は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第6の閾値(Pmin+Pm)よりも低い場合に、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる。また、結晶移動機構制御ユニット14は、移動光学系31の位置が所定領域外となる場合に、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる。
 移動光学系制御ユニット15は、移動光学系31の位置を制御する。移動光学系制御ユニット15は、波長変換結晶42の温度調整を行った後に、高調波レーザ光の出力値P3ωが合格範囲内であれば、移動光学系31の位置調整を行う。
 制御部11は、高調波レーザパワーメータ24からの測定結果および加工点出力用パワーメータ32からの測定結果に基づいて、励起光源用電源12、温度調整ユニット13、結晶移動機構制御ユニット14、移動光学系制御ユニット15を制御する。制御部11は、被加工物2への加工の合間の任意のタイミングで、レーザ発振器20の出口における高調波レーザ光の出力値P3ωおよび、加工点における加工点出力値の調整を行う。
 記憶部16は、高調波レーザパワーメータ24からの測定結果および加工点出力用パワーメータ32からの測定結果を記憶する。また、記憶部16は、第1~第6の閾値を記憶する。
 また、記憶部16は、被加工物2が損傷を受けることなく移動光学系31が初期位置から移動可能な範囲である移動許容範囲を記憶する。移動許容範囲は、初期位置からの距離によって定義されるものであり、初期位置が更新された場合には、移動許容範囲で規定される領域も更新される。
 また、記憶部16は、波長変換結晶42の位置移動および温度調整が行なわれた後に、高調波レーザ光の出力値P3ωが測定された際の移動光学系31の初期位置を記憶する。波長変換結晶42の位置移動および温度調整が行なわれた後には、高調波レーザ光の出力値P3ωが第6の閾値(Pmin+Pm)よりも大きくなり、加工点における加工点出力が、移動光学系31の位置調整で調整される。このときの移動光学系31の位置が初期位置であり、記憶部16によって記憶される。
 本実施の形態の制御部11は、移動光学系31の初期位置からの距離が移動許容範囲内であるかを判定する。これにより、制御部11は、移動光学系31の初期位置からの距離に基づいて、加工不良につながる波長変換結晶42の劣化の程度を判断する。
 制御部11は、移動光学系31が移動許容範囲内である場合には、移動光学系31の位置を採用する。制御部11は、移動許容範囲外となる場合には、結晶移動機構制御ユニット14に、波長変換結晶42の位置移動を実行させるとともに、記憶部16に移動光学系31の位置を調整させる。
 図2は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。レーザ加工装置1に波長変換結晶42が配置されると、制御部11は、波長変換結晶42の移動回数をリセットする。具体的には、制御部11は、波長変換結晶42の移動回数n(nは自然数)をn=0に設定する(ステップS10)。
 そして、制御部11は、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS20)。これにより、高調波レーザパワーメータ24は、高調波レーザ光の出力値P3ωを測定し、測定結果を制御部11に送る。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第1の閾値であるPmin未満であるか否かを判定する。そして、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第1の閾値であるPmin未満である場合には、高調波レーザ光の出力値P3ωが第5の閾値であるPdmg以下であるか否かを判定する。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第5の閾値であるPdmgよりも大きく第1の閾値であるPmin未満である場合には不合格(1)と判定する。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第5の閾値であるPdmg以下である場合には不合格(2)と判定する。換言すると、Pdmg<P3ω<Pminであれば、不合格(1)と判定され、P3ω≦Pdmgであれば、不合格(2)と判定される。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第1の閾値であるPmin以上である場合には合格と判定する。
 Pdmg<P3ω<Pminである場合(ステップS20、不合格(1))、制御部11は、温度調整ユニット13に波長変換結晶42の温度調整を実行させる(ステップS30)。これにより、温度調整ユニット13は、波長変換結晶42が温度Txまで下がるよう温度調整を行う。
 そして、制御部11は、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS40)。これにより、高調波レーザパワーメータ24は、高調波レーザ光の出力値P3ωを測定し、測定結果を制御部11に送る。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第2の閾値である(Pmin+Pm)未満であるか否かを判定する。そして、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第2の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第2の閾値以上である場合には合格と判定する。
 P3ω<(Pmin+Pm)である場合(ステップS40、不合格)、制御部11は、基本波レーザ光の出力チェックを行う(ステップS50)。制御部11は、基本波レーザ光の出力値Pωが第3の閾値であるPx未満であるか否かを判定する。そして、制御部11は、基本波レーザ光の出力値Pωが第3の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部11は、基本波レーザ光の出力値Pωが第3の閾値以上である場合には合格と判定する。
 Pω<Pxである場合(ステップS50、不合格)、制御部11は、LD電流などを調整することによって、励起光源41から出射される基本波レーザ光の光量などを調整する(ステップS60)。さらに、制御部11は、温度調整ユニット13に波長変換結晶42の温度調整を実行させる(ステップS70)。これにより、温度調整ユニット13は、波長変換結晶42が温度Txまで下がるよう温度調整を行う。
 このように、温度調整ユニット13は、温度Txまで下がるよう温度調整を行なっても、高調波レーザ光の出力値P3ωが第2の閾値よりも低く、かつ基本波レーザ光の出力値が第3の閾値よりも低い場合に、LD電流を調整したうえで温度Txまで下がるよう温度調整を行う。
 この後、制御部11は、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS80)。これにより、高調波レーザパワーメータ24は、高調波レーザ光の出力値P3ωを測定し、測定結果を制御部11に送る。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第4の閾値である(Pmin+Pm)未満であるか否かを判定する。そして、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第4の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第4の閾値以上である場合には合格と判定する。
 P3ω<(Pmin+Pm)である場合(ステップS80、不合格)、制御部11は、波長変換結晶42の使用ポイント数N(Nは自然数)が規定数以下であるか否かを判定する(ステップS90)。なお、ここでの使用ポイント数Nの値は、波長変換結晶42の移動回数nと同じ値である。
 また、ステップS20の処理においてP3ω≦Pdmgであれば(ステップS20、不合格(2))、制御部11は、波長変換結晶42の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS90)。
 また、ステップS50の処理においてPω≧Pxである場合(ステップS50、合格)、制御部11は、波長変換結晶の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS90)。
 波長変換結晶42の使用ポイント数NがN>規定数である場合(ステップS90、No)、制御部11は、波長変換結晶42の寿命であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。換言すると、波長変換結晶42の使用ポイント数Nが規定数を超えると、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 波長変換結晶42の使用ポイント数NがN≦規定数である場合(ステップS90、Yes)、制御部11は、結晶移動機構制御ユニット14に結晶移動機構43を制御させる。結晶移動機構制御ユニット14は、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる(ステップS100)。
 そして、制御部11は、波長変換結晶42の移動回数nを1つカウントUPする。具体的には、制御部11は、波長変換結晶42の移動回数nに対して、n=n+1とする(ステップS110)。さらに、制御部11は、温度調整ユニット13に波長変換結晶42の温度調整を実行させる(ステップS120)。これにより、温度調整ユニット13は、波長変換結晶42が温度Txまで下がるよう温度調整を行う。
 この後、制御部11は、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS130)。これにより、高調波レーザパワーメータ24は、高調波レーザ光の出力値P3ωを測定し、測定結果を制御部11に送る。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第6の閾値である(Pmin+Pm)未満であるか否かを判定する。そして、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第6の閾値未満である場合には不合格と判定する。制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第6の閾値以上である場合(ステップS130、合格)、初期値更新フラグFにF=1を設定する(ステップS140)。
 初期値更新フラグFは、移動光学系31の初期位置を更新するか否かを示すフラグであり、移動光学系31の初期位置を更新する場合にF=1に設定される。初期値更新フラグFは、波長変換結晶42の結晶移動が行われた場合に「1」に設定される。そして、制御部11は、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。
 また、制御部11は、ステップS20の処理においてPmin≦P3ωであれば(ステップS20、合格)、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。
 また、制御部11は、ステップS40の処理において(Pmin+Pm)≦P3ωであれば(ステップS40、合格)、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。
 また、制御部11は、ステップS80の処理においてP3ω≧(Pmin+Pm)である場合(ステップS80、合格)、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。
 ステップS160の処理の後、制御部11は、加工点出力値の測定結果に基づいて、移動光学系31の位置を、移動光学系制御ユニット15に移動させる。移動光学系制御ユニット15は、制御部11からの指示に従って、加工点出力値が第1の設定値以上となるよう移動光学系31の位置を調整する(ステップS170)。
 そして、制御部11は、初期値更新フラグFがF=1であるか否かを確認する(ステップS180)。F=1である場合(ステップS180、Yes)、制御部11は、移動光学系31の初期位置を更新する(ステップS190)。具体的には、制御部11は、移動光学系31の初期位置を、現在位置に設定し、設定した情報を記憶部16に記憶させる。これにより、移動光学系31の初期位置は、現在の移動光学系31の位置となる。そして、制御部11は、移動光学系31の現在位置が規定範囲内であるか否かを確認する(ステップS200)。
 一方、F=1でない場合(ステップS180、No)、制御部11は、移動光学系31の初期位置を更新しない。そして、制御部11は、移動光学系31の現在位置が規定範囲内であるか否かを確認する(ステップS200)。
 移動光学系31の現在位置が規定範囲内である場合(ステップS200、Yes)、制御部11は、レーザ発振器20は正常であると判断して、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 一方、移動光学系31の現在位置が規定範囲内でない場合(ステップS200、No)、制御部11は、波長変換結晶42の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS210)。
 また、制御部11は、ステップS130の処理において、P3ω<(Pmin+Pm)であると判定した場合(ステップS130、不合格)、波長変換結晶42の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS210)。
 波長変換結晶42の使用ポイント数NがN>規定数である場合(ステップS210、No)、制御部11は、波長変換結晶42の寿命であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 一方、波長変換結晶42の使用ポイント数NがN≦規定回数である場合(ステップS210、Yes)、制御部11は、移動光学系31の移動回数nが、規定回数以下であるか否かを判定する(ステップS220)。
 移動光学系31の移動回数nがn>規定回数である場合(ステップS220、No)、制御部11は、レーザ発振器20の異常であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 一方、移動光学系31の移動回数nがn≦規定回数である場合(ステップS220、Yes)、制御部11は、ステップS100~S130の処理を行う。そして、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第6の閾値未満である場合(ステップS130、不合格)、ステップS210の処理を行う。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第6の閾値以上である場合(ステップS130、合格)、ステップS140~S200の処理を行う。
 制御部11は、ステップS200の処理において移動光学系31の現在位置が規定範囲内であると判断するか、ステップS210の処理において波長変換結晶42の使用ポイント数NがN>規定数であると判断するか、ステップS220の処理において移動光学系31の移動回数nがn>規定回数であると判断するまで、ステップS100~S220の処理を繰り返す。なお、本実施形態では、第2の閾値と、第4の閾値と、第6の閾値とが同じである場合について説明したが、これらは異なる値であってもよい。
 ここで、レーザ発振器20の部品劣化に起因する熱レンズとビーム伝播状況について説明する。図3は、レーザ発振器の部品劣化に起因する熱レンズを説明するための図である。図3の(a)は、移動光学系31の位置を調整する前のビーム伝播状況を示し、図3の(b)は、移動光学系31の位置を調整した後のビーム伝播状況を示している。図3の(a)と(b)においては、波長変換結晶42からマスク37までの光路を示している。
 図3では、位置調整前の移動光学系31を移動光学系レンズ31Aとして図示し、位置調整後の移動光学系31を移動光学系レンズ31Bとして図示している。なお、図3では、移動光学系レンズ31A,31Bがコリメートレンズである場合を示しているが、移動光学系レンズ31A,31Bは、λ/2板などでもよい。
 波長変換結晶42のレーザ光の通過点であるビーム通過点において経時的な劣化や損傷が発生した場合、レーザ発振器20の出口における高調波レーザ光の出力値P3ωを改善するために、波長変換結晶42の温度調整が実施される。換言すると、波長変換結晶42のビーム通過点温度が、劣化や損傷によって上昇し、最適値からシフトした分を冷却するために、波長変換結晶42の温度が下げられる。そのため、波長変換結晶42の側面とビーム通過点との間の温度勾配が大きくなり、この結果、熱レンズが発生する。
 波長変換結晶42の劣化などに起因する熱レンズの発生が無い場合の高調波レーザ光51は、所望の加工点出力値を得ることができるよう、マスク37に照射される。具体的には、所望の加工点出力値を得ることができるビーム径の高調波レーザ光51が、マスク37に照射される。このとき、波長変換結晶42から出力される高調波レーザ光51は、コリメートレンズ35および移動光学系31を介してマスク37に照射される。
 波長変換結晶42は、屈折率温度特性が負であるので、熱レンズは凹レンズとして現れる。そして、熱レンズが凹レンズとして現れると、波長変換結晶42の劣化などに起因する熱レンズの発生が有る場合の高調波レーザ光52は、所望のビーム径よりも大きなビーム径でマスク37に照射される。
 この結果、熱レンズの発生の有無によってマスク37での高調波レーザ光51,52の利用率が異なることとなる。このため、マスク37を通過した後に取り出される加工点出力値は、熱レンズの発生の有無によって変化する。このように、高調波レーザ光の出力値P3ωが、レーザ発振器20の出口で同じであっても、レーザ光の伝搬が変化し、加工点出力値が変化する。
 このため、マスク37でのビーム径が熱レンズの発生の前後で同じになるよう移動光学系31の位置が調整される。換言すると、加工点出力値を一定とするために、制御部11は、移動光学系31の位置を調整し、これにより、マスク37でのビーム径を同じにする。
 ところが、波長変換結晶42の劣化前後でマスク37における高調波レーザ光の波面が変化するので、被加工物2の加工状態が変わることが分かった。換言すると、波長変換結晶42の劣化によって高調波レーザ波面である発散角が変化することが分かった。
 そこで、本実施の形態では、制御部11が、レーザ発振器20の出口における高調波レーザ光の初期出力値を取得する際に、移動光学系31の位置を初期位置として記憶部16に記憶させておく。ここでの移動光学系31の位置は、例えば、移動式のコリメートレンズおよびマスク37で加工点出力値を調整する場合、コリメートレンズの位置である。換言すると、移動光学系31が、コリメートレンズである場合、コリメートレンズの光路方向の位置が調整されることによって加工点出力値が調整される。また、λ/2板および偏光子で加工点出力値を調整する場合、移動光学系31の位置は、λ/2板の回転位置が調整されることによって加工点出力値が調整される。
 図3の(b)では、移動光学系レンズ31Aの位置が、移動光学系レンズ31Bの位置に調整されることによって、高調波レーザ光52が、高調波レーザ光53に変化した様子を示している。高調波レーザ光53は、高調波レーザ光51と同じビーム径でマスク37に照射されるレーザ光である。この高調波レーザ光51,53は、被加工物2がレーザ加工の際に損傷を受けないレーザ光である。
 レーザ加工装置1では、移動光学系レンズ31Aの位置が調整されることによってマスク37でのビーム径が熱レンズ発生前と同じになるよう調整される。波長変換結晶42の劣化によって高調波レーザ光53の波面は、高調波レーザ光51よりも凸面が鋭くなる。本実施の形態では、所定範囲内で移動光学系31の位置を調整させているので、熱レンズの発生前後でマスク37上の高調波レーザ光が同様の波面を有することとなる。
 本実施の形態では、被加工物2がレーザ加工の際に損傷を受けない初期位置からの移動許容範囲を記憶部16が記憶しておく。そして、制御部11は、加工点出力値を調整するために移動した移動光学系31が、初期位置からの移動許容範囲を超えた場合に、波長変換結晶42の劣化が著しいと判断して波長変換結晶42を高調波レーザ光52に対して垂直に移動させ、これにより、ビーム通過点を変更させる。また、制御部11は、波長変換結晶42の移動後は温度調整を実施させ、新たに移動光学系31の位置を調整させ、初期位置として新たに記憶させる。
 このように、マスク位置でのビーム径が所定範囲内に収められることによって、加工点でのレーザ光の利用率が所定の範囲内に収まるので、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が発生することを防止できる。
 このように実施の形態1によれば、移動光学系31の初期位置を記憶しておき、移動光学系31が移動許容範囲を超えた場合に、波長変換結晶42を移動させるので、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止することが可能になる。
実施の形態2.
 つぎに、図4~図9を用いてこの発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2では、レーザ発振器20から加工機光路系30に送られる高調波レーザ光の出力値P3ωが、初期出力値から所定の割合よりも低下した場合に波長変換結晶42を移動させる。換言すると、高調波レーザ光の出力値P3ωの変化量が、初期出力値から所定の割合以上低下した場合に、波長変換結晶42が移動させられる。
 本実施の形態の温度調整ユニット13は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第7の閾値(PminまたはPc(x))よりも低下した場合であって第10の閾値(Pdmg)よりも高い場合に、波長変換結晶42が第4の温度T4まで下がるよう温度調整を行う。Pc(x)は、波長変換結晶42の劣化判定に用いられる比較出力であり、初期出力からの低下割合を用いて定義された値である。
 また、温度調整ユニット13は、温度調整を行っても、高調波レーザ光の出力値P3ωが第8の閾値(PminまたはPc(x))よりも低く、かつ基本波レーザ光の出力値が第3の閾値(Px)よりも低い場合に、波長変換結晶42の温度が第5の温度T5まで下がるよう温度調整を行う。
 また、温度調整ユニット13は、波長変換結晶42の位置を移動させた後に、波長変換結晶42の温度が第6の温度T6まで下がるよう温度調整を行う。なお、第4の温度T4~第6の温度T6は、何れの温度でもよい。例えば、第5の温度T5は、第4の温度T4や第6の温度T6よりも低い温度である。本実施の形態では、第4の温度T4~第6の温度T6が全て同じ温度Txである場合について説明する。
 結晶移動機構制御ユニット14は、結晶移動機構43を制御する。結晶移動機構制御ユニット14は、波長変換結晶42の温度を温度Txまで下げても高調波レーザ光の出力値P3ωが第9の閾値(Pjdg(x))よりも低い場合に、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる。また、結晶移動機構制御ユニット14は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第10の閾値(Pmin+Pm)よりも低い場合に、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる。また、結晶移動機構制御ユニット14は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第11の閾値(Pdmg)よりも低い場合に、結晶移動機構43に波長変換結晶42の位置を移動させる。
 記憶部16は、第7~第11の閾値を記憶する。また、記憶部16は、波長変換結晶42の位置を移動させた際の、高調波レーザ光の出力値P3ωの初期出力値(P0)を記憶する。また、記憶部16は、波長変換結晶42の劣化判定に用いられる比較出力を記憶する。
 本実施の形態の制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが、初期出力値から所定割合の変化範囲内であるかを判定する。具体的には、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが、初期出力値の低下割合で定義された出力値許容範囲内であるかを判定する。これにより、制御部11は、初期出力値からの変動量に基づいて、加工不良につながる波長変換結晶42の劣化の程度を判断する。
 図4は、実施の形態2に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。図4の各処理のうち図2に示す実施の形態1の処理と同様の処理についてはその説明を省略する。
 レーザ加工装置1に波長変換結晶42が配置されると、制御部11は、波長変換結晶42の移動回数をリセットする(ステップS10)。そして、制御部11は、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS21)。これにより、高調波レーザパワーメータ24は、高調波レーザ光の出力値P3ωを測定する。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが所定値以上であるか否かを判定する。本実施の形態の制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第7の閾値未満であるか否かを判定する。第7の閾値は、例えば、Pc(x)>Pminである場合には、Pc(x)であり、Pc(x)≦Pminである場合には、Pminである。
 Pc(x)は、波長変換結晶42の劣化判定に用いられる比較出力であり、例えば、Pc(x)=(1-αx)P0である。このように、比較出力であるPc(x)は、初期出力であるP0からの低下割合であるαxで定義されている。なお、以下の説明では、波長変換結晶42を1回目に移動させた際のPc(x)をPc(1)とし、M(Mは自然数)回目に移動させた際のPc(x)をPc(M)として説明する。
 制御部11は、第7の閾値がPc(x)である場合には、高調波レーザ光の出力値P3ωがPc(x)以上であるか否かを判定し、第7の閾値がPminである場合には、高調波レーザ光の出力値であるP3ωがPmin以上であるか否かを判定する。制御部11は、P3ωがPc(x)以上である場合、またはPmin以上である場合には、高調波レーザ光の出力値P3ωが第11の閾値であるPdmg以下であるか否かを判定する。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第11の閾値であるPdmgよりも大きく第7の閾値であるPminまたはPc(x)未満である場合には不合格(3)と判定する。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第11の閾値であるPdmg以下である場合には不合格(4)と判定する。換言すると、Pdmg<P3ω<Pc(x)またはPdmg<P3ω<Pminであれば、不合格(3)と判定され、P3ω≦Pdmgであれば、不合格(4)と判定される。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第7の閾値であるPminまたはPc(x)以上である場合には合格と判定する。なお、以下の説明では、Pc(x)>Pminである場合について説明する。
 Pdmg<P3ω<Pc(x)である場合(ステップS21、不合格(3))、制御部11は、温度調整ユニット13に波長変換結晶42の温度調整を実行させる(ステップS30)。
 そして、制御部11は、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS41)。これにより、高調波レーザパワーメータ24は、高調波レーザ光の出力値P3ωを測定する。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが所定値以上であるか否かを判定する。本実施の形態の制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第8の閾値であるPc(x)未満であるか否かを判定する。そして、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第8の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第8の閾値以上である場合には合格と判定する。
 P3ω<Pc(x)である場合(ステップS41、不合格)、制御部11は、基本波レーザ光の出力チェックを行う(ステップS50)。制御部11は、基本波レーザ光の出力値Pωが第3の閾値であるPx未満であるか否かを判定する。そして、制御部11は、基本波レーザ光の出力値Pωが第3の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部11は、基本波レーザ光の出力値Pωが第3の閾値以上である場合には合格と判定する。
 Pω<Pxである場合(ステップS50、不合格)、制御部11は、LD電流などを調整することによって、励起光源41から出射される基本波レーザ光の光量などを調整する(ステップS60)。さらに、制御部11は、温度調整ユニット13に波長変換結晶42の温度調整を実行させる(ステップS70)。これにより、温度調整ユニット13は、波長変換結晶42が温度Txまで下がるよう温度調整を行う。
 この後、制御部11は、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS81)。これにより、高調波レーザパワーメータ24は、高調波レーザ光の出力値P3ωを測定する。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが所定値以上であるか否かを判定する。本実施の形態の制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第9の閾値である出力判定値Pjdg(x)未満であるか否かを判定する。出力判定値Pjdg(x)は、第8の閾値であるPc(x)に出力マージンであるPmを加算したものであり、波長変換結晶42を移動させるか否かの判定基準に用いられる。出力判定値Pjdg(x)は、高調波レーザ光の出力値P3ωとして許容される出力下限値であり、この値よりも高調波レーザ光の出力値P3ωの値が小さくなる場合には、波長変換結晶42の移動が実行される。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第9の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第9の閾値以上である場合には合格と判定する。
 P3ω<Pjdg(x)である場合(ステップS81、不合格)、制御部11は、波長変換結晶42の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS90)。また、ステップS21の処理においてP3ω≦Pdmgであれば(ステップS21、不合格(4))、制御部11は、波長変換結晶42の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS90)。
 また、ステップS50の処理においてPω≧Pxである場合(ステップS50、合格)、制御部11は、波長変換結晶の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS90)。
 波長変換結晶42の使用ポイント数NがN>規定数である場合(ステップS90、No)、制御部11は、波長変換結晶42の寿命であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 波長変換結晶42の使用ポイント数NがN≦規定数である場合(ステップS90、Yes)、制御部11は、実施の形態1のステップS100~S130と同様の処理を行う。すなわち、制御部11は、波長変換結晶42の位置を移動させ(ステップS100)、結晶移動回数を1つカウントUPする(ステップS110)。さらに、制御部11は、温度調整ユニット13に波長変換結晶42の温度調整を実行させ(ステップS120)、その後、高調波レーザパワーメータ24に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる(ステップS130)。
 制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第10の閾値である(Pmin+Pm)未満であるか否かを判定する。なお、第10の閾値は、Pc(x)であってもよい。そして、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第10の閾値未満である場合には不合格と判定する。制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが第10の閾値以上である場合(ステップS130、合格)、初期値更新フラグFにF=1を設定する(ステップS140)。
 そして、制御部11は、使用ポイント数Nに対応する結晶位置Npにおけるレーザ発振器20の初期出力値を更新する(ステップS150)。これにより、波長変換結晶42を移動させた後の、高調波レーザ光の初期出力値が更新されることとなる。この初期出力値は、記憶部16によって記憶される。
 そして、制御部11は、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。また、制御部11は、ステップS21の処理においてPc(x)≦P3ωであれば(ステップS21、合格)、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。
 また、制御部11は、ステップS41の処理においてPc(x)≦P3ωであれば(ステップS41、合格)、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。
 また、制御部11は、ステップS81の処理においてPjdg(x)≦P3ωであれば(ステップS81、合格)、加工点出力用パワーメータ32に、加工点出力値を測定させる(ステップS160)。
 ステップS160の処理の後、制御部11は、加工点出力値の測定結果に基づいて、移動光学系31の位置を、移動光学系制御ユニット15に移動させる。移動光学系制御ユニット15は、制御部11からの指示に従って、加工点出力値が所定範囲内に収まるよう移動光学系31の位置を調整する(ステップS170)。そして、制御部11は、レーザ発振器20は正常であると判断して、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 一方、制御部11は、ステップS130の処理において、P3ω<(Pmin+Pm)であると判定した場合(ステップS130、不合格)、波長変換結晶42の使用ポイント数Nが規定数以下であるか否かを判定する(ステップS210)。
 波長変換結晶42の使用ポイント数NがN>規定数である場合(ステップS210、No)、制御部11は、波長変換結晶42の寿命であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 一方、波長変換結晶42の使用ポイント数NがN≦規定回数である場合(ステップS210、Yes)、制御部11は、移動光学系31の移動回数nが、規定回数以下であるか否かを判定する(ステップS220)。
 移動光学系31の移動回数nがn>規定回数である場合(ステップS220、No)、制御部11は、レーザ発振器20の異常であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。
 一方、移動光学系31の移動回数nがn≦規定回数である場合(ステップS220、Yes)、制御部11は、ステップS100~S130の処理を行う。
 制御部11は、ステップS210の処理において波長変換結晶42の使用ポイント数NがN≧規定数であると判断するか、ステップS220の処理において移動光学系31の移動回数nがn>規定回数であると判断するまで、ステップS100~S130,S210,S220の処理を繰り返す。
 ここで、レーザ発振器20の部品劣化に起因する高調波レーザ光の立上り緩和現象について説明する。図5は、高調波レーザ光の立上り緩和現象を説明するための図である。図5の横軸は時間であり、縦軸は、高調波レーザ光の規格化された出力である。
 図5では、波長変換結晶42の汚れが小さい場合や少ない場合の特性を特性61で示している。また、図5では、波長変換結晶42の汚れが大きい場合や多い場合の特性を特性62で示している。
 波長変換結晶42では、基本波レーザ光や高調波レーザ光などのレーザ光の通過に伴って、粉塵の焼け付きや劣化が発生する。これにより、波長変換結晶42は、高調波レーザを吸収しやすくなり、レーザ光通過時に、波長変換結晶42のビーム通過点温度が一時的に上昇する。その後、温度は熱拡散し、波長変換結晶42内の温度分布が均一となる。
 このように、レーザ発振器20では、高調波レーザ光の出力を開始した直後から波長変換結晶42のビーム通過点の温度が経時的に変化するので、波長変換結晶42における波長変換効率が変化する。このため、高調波レーザ光の出力開始時である立上り時には、高調波レーザ光のパルス出力が経時的に変化し、その結果、所望の出力で安定するまでに長時間を要することとなる。本実施の形態では、この現象を緩和現象と呼ぶ。
 例えば、波長変換結晶42の汚れが小さい場合や少ない場合には、特性61に示すように、高調波レーザ光のパルス出力が短時間で所望の出力まで上昇する。一方、波長変換結晶42の汚れが大きい場合や多い場合には、特性62に示すように、高調波レーザ光のパルス出力が所望の出力まで上昇するのに長時間を要する。
 波長変換結晶42におけるビーム通過点の温度変化は、レーザ光の通過の有無、波長変換結晶42のビーム通過点の損傷、劣化度合によって常に発生し得る状態にある。この温度変化に起因する緩和現象の程度を規定範囲以内に収めるために、制御部11は、波長変換結晶42上のビーム通過点において、初めてレーザ光を通過させた際の高調波レーザ光の出力値である初期出力値を記憶させておく。制御部11は、例えば、波長変換結晶42の位置を移動させた後、最初にレーザ光を通過させた際の高調波レーザ光の初期出力値を記憶させておく。
 そして、初期出力値からの出力低下割合が所定の閾値を超えた場合に、制御部11は、波長変換結晶42の劣化が著しいと判断する。そして、制御部11は、波長変換結晶42をレーザ光に対して垂直方向に移動させることによって、ビーム通過点を変更する。波長変換結晶42の移動後は、温度調整が実施され、新たな初期出力値が記憶される。このフローによって、高調波レーザ光のパルス変動幅を規定範囲以内に収めることができるので、緩和現象に起因する加工不良を防止することができる。
 なお、制御部11は、初期出力値の低下割合の閾値であるPc(x)を、波長変換結晶42のビーム通過点ごとに変えてもよい。例えば、制御部11は、初期出力値を記憶した際の基本波レーザ光の出力値の大きさに応じてPc(x)を変更してもよい。このとき、制御部11は、Pc(x)=(1-αx)P0のαxの値を種々変更することによって、Pc(x)の値を種々変更する。また、制御部11は、出力判定値Pjdg(x)を、波長変換結晶42のビーム通過点ごとに変えてもよい。
 図6は、高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。図6では、本実施の形態の処理に沿って波長変換結晶42の温度調整および移動を実行した場合の、高調波レーザ光の出力値の推移を示している。
 ここでは、ビーム通過点(1)における初期出力値を初期出力値P0(1)で示し、ビーム通過点(2)における初期出力値を初期出力値P0(2)で示している。出力判定値Pjdg(1)は、ビーム通過点(1)における出力判定値であり、出力判定値Pjdg(2)は、ビーム通過点(2)における出力判定値である。また、Pc(1)は、ビーム通過点(1)における比較出力であり、Pc(2)は、ビーム通過点(2)における比較出力である。
 出力マージンをPmとすると、Pc(1)=(1-α1)P0の場合、Pjdg(1)=(1-α1)P0+Pmとなり、Pc(2)=(1-α2)P0の場合、Pjdg(2)=(1-α2)P0+Pmとなる。
 初期出力値P0(1)の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下してくる。制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが、ビーム通過点(1)における比較出力であるPc(1)よりも小さくなると、波長変換結晶42の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値P3ωは上昇する。レーザ加工装置1では、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下する現象と、温度調整によって高調波レーザ光の出力値P3ωを上昇させる処理とが繰り返される。
 そして、温度調整が実行されても高調波レーザ光の出力値P3ωが出力判定値Pjdg(1)よりも大きくならない場合には、波長変換結晶42の移動処理が実行される。これにより、波長変換結晶42におけるレーザ光の通過位置は、ビーム通過点(1)からビーム通過点(2)に変更される。
 そして、ビーム通過点(2)に対しても、ビーム通過点(1)と同様の処理が実行される。初期出力値P0(2)の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下してくる。制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが、ビーム通過点(2)における比較出力であるPc(2)よりも小さくなると、波長変換結晶42の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値P3ωは上昇する。レーザ加工装置1では、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下する現象と、温度調整によって高調波レーザ光の出力値P3ωを上昇させる処理と、波長変換結晶42を移動させる処理とが繰り返される。
 図7は、波長変換結晶の劣化判定を説明するための図である。初期出力値P0(1)の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下してくる。高調波レーザ光の出力値P3ωが、ビーム通過点(1)における比較出力値であるPjdg(1)よりも小さくなると、その後、何れかのタイミングで高調波レーザ光の出力値P3ωが0になる。このため、制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが、Pjdg(1)よりも小さくなると、波長変換結晶42の劣化が所定値よりも進行したと判断して波長変換結晶42の移動を行わせる。
 つぎに、比較出力であるPc(M)が、下限出力であるPminよりも小さい場合の、高調波レーザ光の出力値の推移について説明する。図8は、比較出力が下限出力よりも小さい場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。
 ここでは、ビーム通過点(M)における初期出力値を初期出力値P0(M)で示し、ビーム通過点(M+1)における初期出力値を初期出力値P0(M+1)で示している。出力判定値Pjdg(M)は、ビーム通過点(M)における出力判定値である。そして、Pminは、Pc(M)よりも大きな値である。
 初期出力値P0(M)の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下してくる。制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが、下限出力であるPminよりも小さくなると、波長変換結晶42の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値P3ωは上昇する。レーザ加工装置1では、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下する現象と、温度調整によって高調波レーザ光の出力値P3ωを上昇させる処理とが繰り返される。
 そして、温度調整が実行されても高調波レーザ光の出力値P3ωが出力判定値Pjdg(M)よりも大きくならない場合には、波長変換結晶42の移動処理が実行される。これにより、波長変換結晶42におけるレーザ光の通過位置は、ビーム通過点(M)からビーム通過点(M+1)に変更される。そして、ビーム通過点(M+1)に対しても、ビーム通過点(M)と同様の処理が実行される。
 図9は、初期出力値に関係なく温度調整を行なった場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。図9では、高調波レーザ光の立上り緩和現象への対策を行うことなく波長変換結晶42の温度調整および移動を実行した場合の、高調波レーザ光の出力値の推移を示している。
 ここでは、ビーム通過点(Z1)における初期出力値を初期出力値P0(Z1)で示し、ビーム通過点(Z2)における初期出力値を初期出力値P0(Z2)で示している。出力判定値Pjdg(Zx)は、全てのビーム通過点に共通の出力判定値である。また、Pminは、全てのビーム通過点に共通の下限出力である。また、Pdmgは、波長変換結晶42が劣化しているか否かを判定する基準値であり、全てのビーム通過点に共通の値である。
 初期出力値P0(Z1)の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値P3ωが低下してくる。制御部11は、高調波レーザ光の出力値P3ωが、下限出力であるPminよりも小さくなると、波長変換結晶42の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値P3ωは上昇する。
 全てのビーム通過点で共通のPminを用いて温度調整の要否が判断されると、温度調整が行われた際に、高調波レーザ光の立上り緩和現象が発生する。この立上り緩和現象は、被加工物2への加工不良につながる。
 なお、レーザ加工装置1は、実施の形態1で説明した処理と実施の形態2で説明した処理とを組み合わせた処理を実行してもよい。この場合、レーザ加工装置1は、例えば、実施の形態1で説明した熱レンズ対策の処理と、実施の形態2で説明した立上り緩和現象対策の処理との両方を実行する。具体的には、レーザ加工装置1は、図2で説明したステップS20,S40,S80の処理の代わりに、図4で説明したステップS21,S41,S81の処理を実行することによって、図2で説明した処理を実行する。
 このように実施の形態2によれば、高調波レーザ光の出力値P3ωの初期出力値を記憶しておき、高調波レーザ光の出力値P3ωが初期出力値から所定の割合以上低下した場合に、波長変換結晶42を移動させるので、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止することが可能になる。
 以上のように、本発明に係る制御装置およびレーザ加工装置は、レーザ光の出力値制御に適している。
 1 レーザ加工装置、2 被加工物、10 制御装置、11 制御部、13 温度調整ユニット、14 結晶移動機構制御ユニット、15 移動光学系制御ユニット、16 記憶部、20 レーザ発振器、23 波長変換ユニット、24 高調波レーザパワーメータ、30 加工機光路系、31 移動光学系、31A,31B 移動光学系レンズ、32 加工点出力用パワーメータ、37 マスク、42 波長変換結晶、43 結晶移動機構、51~53 高調波レーザ光。

Claims (9)

  1.  波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、
     前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第1の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
     を備えることを特徴とする制御装置。
  2.  前記制御部は、前記波長変換結晶の移動を行わせた後、前記加工点出力値が前記第1の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を再び移動させ、移動後の前記移動光学系の初期位置を前記記憶部に更新させ、更新後の初期位置に基づいて、前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3.  前記移動光学系は、コリメートレンズであり、
     前記移動許容範囲は、前記コリメートレンズの光路方向の位置に関する範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
  4.  前記移動光学系は、λ/2板であり、
     前記移動許容範囲は、前記λ/2板の回転位置に関する範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
  5.  波長変換結晶の温度調整が行なわれた後に前記波長変換結晶から出力される高調波レーザ光の初期出力値と、前記初期出力値の低下割合で定義された比較出力値と、を記憶する記憶部と、
     前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値以下になると前記波長変換結晶の温度調整を行わせるとともに、温度調整後の前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値よりも大きな値である出力判定値以上であるか否かを判定し、前記出力判定値未満である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
     を備えることを特徴とする制御装置。
  6.  前記比較出力値は、前記高調波レーザ光が前記波長変換結晶を通過する位置であるビーム通過点毎に予め設定された値であることを特徴とする請求項5に記載の制御装置。
  7.  前記出力判定値は、前記高調波レーザ光が前記波長変換結晶を通過する位置であるビーム通過点毎に予め設定された値であることを特徴とする請求項5に記載の制御装置。
  8.  波長変換結晶を用いて高調波レーザ光を出力するレーザ発振器と、
     移動光学系を用いて前記高調波レーザ光を被加工物上へ導く加工機光路系と、
     前記レーザ発振器および前記加工機光路系を制御する制御装置と、
     を有し、
     前記制御装置は、
     波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、
     前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第1の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
     を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
  9.  波長変換結晶を用いて高調波レーザ光を出力するレーザ発振器と、
     移動光学系を用いて前記高調波レーザ光を被加工物上へ導く加工機光路系と、
     前記レーザ発振器および前記加工機光路系を制御する制御装置と、
     を有し、
     前記制御装置は、
     波長変換結晶の温度調整が行なわれた後に前記波長変換結晶から出力される高調波レーザ光の初期出力値と、前記初期出力値の低下割合で定義された比較出力値と、を記憶する記憶部と、
     前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値以下になると前記波長変換結晶の温度調整を行わせるとともに、温度調整後の前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値よりも大きな値である出力判定値以上であるか否かを判定し、前記出力判定値未満である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
     を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
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