JP6957113B2 - Laser control device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ制御装置に関する。 The present invention relates to a laser control device.
プリント配線板の穴明け加工等に、パルスレーザ光を利用した加工技術が用いられる。特許文献1に、所望のパルス幅を持つパルスレーザ光を出力することが可能なレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置においては、レーザ共振器にパルスレーザ光を出力させるパルス制御電源をオンにした後、レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力タイミング及びパルス幅指令に基づいて、パルス制御電源をオフにする。パルス制御電源をオンにしてから実際にパルスレーザ光が出力されるまでの時間がばらついても、パルス幅を指令された値に維持することができる。 Processing technology using pulsed laser light is used for drilling holes in printed wiring boards. Patent Document 1 discloses a laser processing apparatus capable of outputting a pulsed laser beam having a desired pulse width. In this laser processing device, after turning on the pulse control power supply that outputs the pulsed laser beam to the laser resonator, the pulse is based on the output timing and pulse width command of the pulsed laser beam actually output from the laser resonator. Turn off the control power. Even if the time from turning on the pulse control power supply to the actual output of the pulsed laser light varies, the pulse width can be maintained at the commanded value.
パルスレーザビームを用いて加工を行う際には、1パルス当たりのエネルギ(パルスエネルギ)を一定にすることが重要である。本願の発明者らの評価実験によると、パルス幅を指令された値に維持しても、パルスエネルギのばらつきを抑制する効果が十分ではない場合があることが判明した。 When processing using a pulsed laser beam, it is important to keep the energy per pulse (pulse energy) constant. According to the evaluation experiments of the inventors of the present application, it has been found that even if the pulse width is maintained at the commanded value, the effect of suppressing the variation in the pulse energy may not be sufficient.
本発明の目的は、パルスエネルギのばらつきを抑制することが可能なレーザ制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser control device capable of suppressing variations in pulse energy.
本発明の一観点によると、
パルスレーザビームを出力するレーザ発振器の励起開始からレーザパルスの立ち上がりまでの経過時間であるビルドアップ時間を求めて測定値とし、
前記ビルドアップ時間の測定値が長くなるに従って、前記レーザ発振器から出力されているレーザパルスのパルス幅の指令値が長くなるように指令値を算出し、
現時点で出力されているレーザパルスのパルス幅が算出された指令値になるように前記レーザ発振器を制御するレーザ制御装置が提供される。
According to one aspect of the invention
The build-up time, which is the elapsed time from the start of excitation of the laser oscillator that outputs the pulsed laser beam to the rise of the laser pulse, is calculated and used as the measured value.
The command value is calculated so that the command value of the pulse width of the laser pulse output from the laser oscillator becomes longer as the measured value of the build-up time becomes longer.
Provided is a laser control device that controls the laser oscillator so that the pulse width of the laser pulse output at the present time becomes the calculated command value.
ビルドアップ時間の測定値が長くなるにしたがって、レーザ発振器から出力されているレーザパルスのパルス幅の指令値を長くすることにより、パルス幅を一定にした場合と比べてパルスエネルギのばらつきを少なくすることができる。 According to the measurement value of the build-up time is longer, the longer you Rukoto the command value of the pulse width of the laser pulses being output from the laser oscillator, less variation in pulse energy as compared with the case where the pulse width constant can do.
図1〜図7Bを参照して、実施例によるレーザ制御装置について説明する。 The laser control device according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7B.
図1は、実施例によるレーザ制御装置30を搭載したレーザ加工装置の概略図である。レーザ発振器20が、レーザ制御装置30から発振指令信号S0を受けてパルスレーザビームを出力する。レーザ発振器20として、種々のパルスレーザ発振器、例えば、パルス発振する炭酸ガスレーザ発振器等を用いることができる。レーザ発振器20は、光共振器、放電電極、放電電極駆動回路等を含む。
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing device equipped with a
レーザ発振器20から出力されたパルスレーザビームが、第1光学系21を通過し、ベンディングミラー22で反射され、第2光学系23を通過して、ステージ24に保持された加工対象物25に入射する。加工対象物25は、例えばプリント配線基板であり、パルスレーザビームによって穴明け加工が行われる。
The pulsed laser beam output from the
ベンディングミラー22に入射したパルスレーザビームの一部はベンディングミラー22を透過して光検出器26に入射する。光検出器26は、入射したレーザパルスを検出し、レーザパルスの光強度に応じた電気信号である検出信号S1を出力する。光検出器26として、パルス波形の変化に追従することが可能な応答速度を持つ赤外線センサ、例えばテルル化カドミウム水銀センサ(MCTセンサ)等を用いることができる。なお、光検出器26は、レーザ発振器20のレーザ射出口の直後に配置してもよい。
A part of the pulsed laser beam incident on the
第1光学系21は、ビームエキスパンダ、非球面レンズ、アパーチャ等を含む。ビームエキスパンダは、レーザビームのビーム径及び広がり角を変化させる。非球面レンズは、ビームプロファイルをガウシアン形状からトップフラット形状に変化させる。アパーチャは、ビーム断面形状を整形する。
The first
第2光学系23は、ビーム走査器、fθレンズ等を含む。ビーム走査器は、例えば一対のガルバノミラーを含み、レーザ制御装置30からの指令によりレーザビームを二次元方向に走査する。fθレンズは、ビーム走査器で走査されたレーザビームを加工対象物25の表面に集光する。なお、アパーチャの位置を加工対象物25の表面に縮小投影する構成としてもよい。
The second
ステージ24は、例えば水平な保持面に加工対象物25を保持し、加工対象物25を水平面内の二方向に移動させることができる。レーザ制御装置30が、ステージ24の移動を制御する。ステージ24には、例えばXYステージが用いられる。
The
レーザ制御装置30は、光検出器26によるレーザパルスの検出信号S1に基づいて、レーザ発振器20から出力されるパルスレーザビームのパルス幅を、パルスエネルギが一定になるように、レーザパルスごとに調整する。
The
図2は、レーザ制御装置30(図1)からレーザ発振器20(図1)に送信される発振指令信号S0、及び光検出器26(図1)からレーザ制御装置30(図1)に与えられる検出信号S1の波形を示すグラフである。 FIG. 2 shows an oscillation command signal S0 transmitted from the laser control device 30 (FIG. 1) to the laser oscillator 20 (FIG. 1), and is given to the laser control device 30 (FIG. 1) from the light detector 26 (FIG. 1). It is a graph which shows the waveform of the detection signal S1.
時刻t0において発振指令信号S0が立ち上がると、レーザ発振器20は、放電電極への高周波電力の供給を開始する。放電電極への高周波電力の供給を開始することにより、レーザ発振器20のレーザ媒質の励起が開始される。すなわち、発振指令信号S0の立ち上がりが、レーザ発振器20の発振開始指令に相当し、発振指令信号S0の立ち上がり時点が、レーザ発振器20の励起開始の時点に相当する。
When the oscillation command signal S0 rises at time t0, the
励起開始の時刻t0から遅れて、時刻t1においてレーザパルスが立ち上がる。レーザパルスの立ち上がりに対応して、検出信号S1も立ち上がる。励起開始の時刻t0からレーザパルスの立ち上がりの時刻t1までの経過時間をビルドアップ時間BUということとする。レーザパルスの立ち上がり時に、ゲインスイッチングによる極短時間のピーク波形が現れ、その後ほぼ一定の光強度が維持される。ほぼ一定の光強度が維持される部分を、パルス波形の主部ということとする。 The laser pulse rises at time t1 after the excitation start time t0. The detection signal S1 also rises in response to the rise of the laser pulse. The elapsed time from the excitation start time t0 to the laser pulse rise time t1 is referred to as the build-up time BU. At the rising edge of the laser pulse, a very short peak waveform due to gain switching appears, after which a nearly constant light intensity is maintained. The portion where a substantially constant light intensity is maintained is referred to as the main portion of the pulse waveform.
時刻t2において発振指令信号S0が立ち下がると、レーザ発振器20は、放電電極への高周波電力の供給を停止する。放電電極への高周波電力の供給を停止すると、レーザ発振器20のレーザ媒質の励起が行われなくなる。すなわち、発振指令信号S0の立ち下がりが、レーザ発振器20の励起停止の指令を意味する。レーザ発振器20の励起が停止されると、レーザ発振器20から出力されるレーザパルスの強度が急激に低下する。
When the oscillation command signal S0 falls at time t2, the
検出信号S1の1つのパルス波形を時間で積分した値は、1パルス当たりのエネルギ(パルスエネルギ)によって決まる。本明細書において、パルスエネルギによって決まるこの積分値を、「パルスエネルギ依存物理量」ということとする。 The value obtained by integrating one pulse waveform of the detection signal S1 with time is determined by the energy per pulse (pulse energy). In the present specification, this integrated value determined by pulse energy is referred to as "pulse energy-dependent physical quantity".
ゲインスイッチングによる極短時間のピーク波形の時間幅は、全体のパルス幅に比べて十分短いため、パルス波形からゲインスイッチングによる極短時間のピーク波形を除いた部分の積分値を、パルスエネルギ依存物理量として採用してもよい。また、励起停止後のテール部分の時間幅も、レーザパルスのパルス幅に比べて十分短く、かつテール部分の光強度は、時間の経過とともに急激に低下するため、テール部分を除いたパルス波形の積分値をパルスエネルギ依存物理量として採用してもよい。このように、パルス波形の主部の積分値をパルスエネルギ依存物理量として採用してもよい。 Since the time width of the extremely short peak waveform due to gain switching is sufficiently shorter than the overall pulse width, the integrated value of the portion of the pulse waveform excluding the extremely short peak waveform due to gain switching is the pulse energy-dependent physical quantity. May be adopted as. Further, the time width of the tail portion after the excitation is stopped is also sufficiently shorter than the pulse width of the laser pulse, and the light intensity of the tail portion sharply decreases with the passage of time. The integrated value may be adopted as a pulse energy-dependent physical quantity. In this way, the integrated value of the main part of the pulse waveform may be adopted as the pulse energy-dependent physical quantity.
図3Aは、パルス幅が一定の条件下におけるレーザ発振器20の放電電圧とパルスエネルギとの関係を示すグラフである。放電電圧が高くなるとレーザ発振器20へ投入される高周波電力が大きくなる。放電電圧が高くなり、投入される高周波電力が大きくなると、レーザ媒質がより強く励起される。その結果、パルスエネルギが高くなる。このため、放電電圧、高周波電力等は、励起強度ということができる。
FIG. 3A is a graph showing the relationship between the discharge voltage and the pulse energy of the
図3Bは、放電電圧とビルドアップ時間との関係を示すグラフである。放電電圧が高くなると、レーザ媒質の励起状態がより早く発振閾値まで達するため、ビルドアップ時間が短くなる。 FIG. 3B is a graph showing the relationship between the discharge voltage and the build-up time. The higher the discharge voltage, the faster the excited state of the laser medium reaches the oscillation threshold, which shortens the build-up time.
図3Cは、パルス幅が一定の条件下におけるビルドアップ時間とパルスエネルギとの関係を示すグラフである。図3Aに示した放電電圧とパルスエネルギとの関係、及び図3Bに示した放電電圧とビルドアップ時間との関係から、ビルドアップ時間が長くなるに従って、パルスエネルギが低下することがわかる。逆に、ビルドアップ時間が短くなると、パルスエネルギが大きくなる。 FIG. 3C is a graph showing the relationship between the build-up time and the pulse energy under the condition that the pulse width is constant. From the relationship between the discharge voltage and the pulse energy shown in FIG. 3A and the relationship between the discharge voltage and the build-up time shown in FIG. 3B, it can be seen that the pulse energy decreases as the build-up time increases. Conversely, the shorter the build-up time, the larger the pulse energy.
図3A〜図3Cでは、一例として、ビルドアップ時間が放電電圧によって変化する例を示したが、ビルドアップ時間を変化させる因子は放電電圧のみではない。その他の因子によってもビルドアップ時間が変化するが、パルス幅が一定の条件の下では、通常、図3Cに示したように、ビルドアップ時間が長くなるに従ってパルスエネルギが低下する傾向を示す。 Although FIGS. 3A to 3C show an example in which the build-up time changes depending on the discharge voltage, the discharge voltage is not the only factor that changes the build-up time. Although the build-up time changes depending on other factors, under the condition that the pulse width is constant, the pulse energy usually tends to decrease as the build-up time increases, as shown in FIG. 3C.
図4Aは、実施例によるレーザ制御装置30のブロック図の一例である。レーザ制御装置30は、レーザパルス検出部31、信号送信部32、パルス幅調整部33、及び記憶部34を含む。
FIG. 4A is an example of a block diagram of the
レーザパルス検出部31は、光検出器26からの検出信号S1を受けて、レーザパルスの立ち上がり時刻を検出する。信号送信部32は、レーザ発振器20に発振指令信号S0を送信する。
The laser
記憶部34に、ビルドアップ時間の測定値とパルス幅の指令値との対応関係が記憶されている。
The
図4Bは、記憶部34に記憶されているビルドアップ時間の測定値とパルス幅の指令値との対応関係をグラフで示す図である。ビルドアップ時間の測定値が基準値BUrefのとき、パルス幅の指令値が基準値PWrefに対応付けられている。ビルドアップ時間の測定値が基準値BUrefより長くなるに従って、パルス幅の指令値が基準値PWrefより長くなり、ビルドアップ時間の測定値が基準値BUrefより短くなるに従って、パルス幅PWの指令値が基準値PWrefより短くなるように、両者の対応関係が定義されている。
FIG. 4B is a graph showing the correspondence between the measured value of the build-up time stored in the
パルス幅調整部33(図4A)は、信号送信部32から発振指令信号S0の立ち上がり時点(図2のt0)を示す情報を取得し、レーザパルス検出部31からレーザパルスの立ち上がり時点(図2のt1)を示す情報を取得する。パルス幅調整部33は、取得したこれらの情報からビルドアップ時間(図2)を求めて、ビルドアップ時間の測定値とする。さらに、ビルドアップ時間の測定値、及び記憶部34に記憶されている対応関係に基づいて、レーザパルスのパルス幅の指令値を算出する。
The pulse width adjusting unit 33 (FIG. 4A) acquires information indicating the rising time of the oscillation command signal S0 (t0 in FIG. 2) from the
信号送信部32は、パルス幅調整部33で算出されたパルス幅の指令値を取得する。さらに、信号送信部32は、現在出力されているレーザパルスのパルス幅が、パルス幅の指令値に一致するように、レーザ発振器20に送信している発振指令信号S0(図2)を立ち下げる。これにより、レーザ発振器20から出力されているレーザパルスのパルス幅が指令値にほぼ一致する。
The
図5は、実施例によるレーザ制御装置30(図4A)が実行する処理のフローチャートである。
信号送信部32がレーザ発振器20に対して、発振開始指令を送信する(ステップSA1)。具体的には、発振指令信号S0(図2)を立ち上げる。これにより、レーザ発振器20から出力されるレーザパルスが立ち上がる。レーザパルス検出部31(図4)が検出信号S1(図2)を取得し、レーザパルスの立ち上がりを検出する(ステップSA2)。
FIG. 5 is a flowchart of the process executed by the laser control device 30 (FIG. 4A) according to the embodiment.
The
レーザパルスの立ち上がりが検出されると、パルス幅調整部33が、ビルドアップ時間の測定値を算出する(ステップSA3)。さらに、パルス幅調整部33は、ビルドアップ時間の測定値に基づいて、記憶部34に記憶されている対応関係を参照してパルス幅の指令値を算出する(ステップSA4)。その後、信号送信部32が、現時点のレーザパルスのパルス幅が指令値に一致するように、レーザ発振器20に対して発振停止指令を送信する(ステップSA5)。具体的には、発振指令信号S0(図2)を立ち下げる。
When the rising edge of the laser pulse is detected, the pulse width adjusting unit 33 calculates the measured value of the build-up time (step SA3). Further, the pulse width adjusting unit 33 calculates the command value of the pulse width based on the measured value of the build-up time with reference to the correspondence stored in the storage unit 34 (step SA4). After that, the
ステップSA1からステップSA5までの処理を、レーザ加工が終了するまで繰り返す(ステップSA6)。 The processing from step SA1 to step SA5 is repeated until the laser machining is completed (step SA6).
図6は、ステップSA4(図5)の処理を示すフローチャートである。まず、パルス幅調整部33が、ビルドアップ時間の測定値を基準値BUref(図4B)と比較する(ステップSA41)。さらに、パルス幅調整部33は、比較結果、及び記憶部34に記憶されている対応関係に基づいて、パルス幅の指令値を算出する(ステップSA42)。 FIG. 6 is a flowchart showing the process of step SA4 (FIG. 5). First, the pulse width adjusting unit 33 compares the measured value of the build-up time with the reference value BU ref (FIG. 4B) (step SA41). Further, the pulse width adjusting unit 33 calculates the command value of the pulse width based on the comparison result and the correspondence relationship stored in the storage unit 34 (step SA42).
次に、上記実施例によるレーザ制御装置30でレーザ加工装置を制御することにより得られる優れた効果について説明する。
Next, the excellent effect obtained by controlling the laser processing device with the
炭酸ガスレーザ発振器等のパルスレーザ発振器においては、図3Cに示したように、パルス幅が一定であっても、ビルドアップ時間が長くなるに従ってパルスエネルギが低下する傾向を示す。実施例においては、図4Bに示したように、ビルドアップ時間の測定値が長くなるに従って、現在出力されているレーザパルスのパルス幅の指令値を長くすることにより、パルスエネルギの低下を補償している。このため、パルス幅が一定になるように制御する場合に比べて、パルスエネルギのばらつきを少なくすることができる。 In a pulse laser oscillator such as a carbon dioxide laser oscillator, as shown in FIG. 3C, even if the pulse width is constant, the pulse energy tends to decrease as the build-up time becomes longer. In the embodiment, as shown in FIG. 4B, as the measured value of the build-up time becomes longer, the command value of the pulse width of the currently output laser pulse is lengthened to compensate for the decrease in pulse energy. ing. Therefore, the variation in pulse energy can be reduced as compared with the case where the pulse width is controlled to be constant.
次に、図7A及び図7Bを参照して、上記実施例によるレーザ制御装置30を用いることにより得られる効果を評価実験により確認した結果について説明する。
Next, with reference to FIGS. 7A and 7B, the result of confirming the effect obtained by using the
図7Aは、ビルドアップ時間に依らずパルス幅を一定にした場合のビルドアップ時間の測定値とパルスエネルギの測定値との関係を示すグラフである。横軸はビルドアップ時間を任意単位で表し、縦軸はパルスエネルギを任意単位で表す。1つのレーザパルスに関する測定値を1つの丸記号で表している。ビルドアップ時間が長くなるに従ってパルスエネルギが低下する傾向が得られていることがわかる。 FIG. 7A is a graph showing the relationship between the measured value of the build-up time and the measured value of the pulse energy when the pulse width is constant regardless of the build-up time. The horizontal axis represents the build-up time in an arbitrary unit, and the vertical axis represents the pulse energy in an arbitrary unit. The measured value for one laser pulse is represented by one circle symbol. It can be seen that the pulse energy tends to decrease as the build-up time increases.
図7Bは、上記実施例によるレーザ制御装置30を用いた場合のビルドアップ時間の測定値とパルスエネルギの測定値との関係を示すグラフである。このときのパルスエネルギの分布の標準偏差は、図7Aに示したパルスエネルギの標準偏差より小さい。実施例によるレーザ制御装置30を用いることにより、パルスエネルギのばらつきが小さくなることが確認された。
FIG. 7B is a graph showing the relationship between the measured value of the build-up time and the measured value of the pulse energy when the
次に、図8A〜図12を参照して、他の実施例によるレーザ制御装置について説明する。以下、図1〜図7Bに示した実施例によるレーザ制御装置と共通の構成については説明を省略する。本実施例においては、レーザパルスのパルス幅のみならず、レーザ発振器20に与える励振強度を変化させる。励振強度を変化させるためには、例えば、放電電極に印加する放電電圧の大きさを変化させてもよいし、放電電極に供給する高周波電流のデューティを変化させてもよい。以下の説明では、放電電圧を変化させることによって励振強度を変化させている。
Next, the laser control device according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 8A to 12. Hereinafter, the description of the configuration common to the laser control device according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 7B will be omitted. In this embodiment, not only the pulse width of the laser pulse but also the excitation intensity given to the
図8Aは、本実施例によるレーザ制御装置30のブロック図である。本実施例によるレーザ制御装置30は、図4Aに示した実施例によるレーザ制御装置30の各部に加えて、平均出力算出部35及び平均出力調整部36を有する。さらに、記憶部34に、平均出力の測定値と励振強度の指令値との対応関係が記憶されている。
FIG. 8A is a block diagram of the
図8Bは、平均出力の測定値と放電電圧の指令値との対応関係を示すグラフである。平均出力の測定値が基準値Prefのとき、放電電圧の指令値が基準値Vrefに対応する。平均出力の測定値が基準値Prefより高くなるに従って、放電電圧の指令値が低下する傾向を示す。逆に、平均出力の測定値が基準値Prefより低くなるに従って、放電電圧の指令値が高くなる傾向を示す。 FIG. 8B is a graph showing the correspondence between the measured value of the average output and the command value of the discharge voltage. When the measured value of the average output is the reference value Pref , the command value of the discharge voltage corresponds to the reference value Vref. As the measured value of the average output becomes higher than the reference value Pref , the command value of the discharge voltage tends to decrease. On the contrary, as the measured value of the average output becomes lower than the reference value Pref , the command value of the discharge voltage tends to increase.
平均出力算出部35(図8A)は、光検出器26からの検出信号S1(図2)に基づいて、ある一定期間の平均出力を算出し、平均出力の測定値とする。平均出力は、一定期間に取得されたパルス波形の積分値の合計値を、一定期間の長さで除することにより算出することができる。
The average output calculation unit 35 (FIG. 8A) calculates the average output for a certain period based on the detection signal S1 (FIG. 2) from the
平均出力調整部36は、平均出力の測定値と、記憶部34に記憶されている対応関係(図8B)とに基づいて、放電電圧の指令値を算出する。例えば、平均出力の測定値が基準値Prefより大きくなるに従って、放電電圧の指令値を基準値Vrefより小さくし、平均出力の測定値が基準値Prefより小さくなるに従って、放電電圧の指令値を基準値Vrefより大きくする。
The average
信号送信部32は、平均出力調整部36で求められた放電電圧の指令値に基づいて、レーザ発振器20に放電電圧を指令する信号S2を送信する。レーザ発振器20は、レーザ媒質の励起時に、信号S2で指令された放電電圧を放電電極に印加する。
The
図9は、本実施例によるレーザ制御装置30(図8A)が放電電圧を制御する処理のフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart of a process in which the laser control device 30 (FIG. 8A) according to the present embodiment controls the discharge voltage.
レーザ制御装置30が起動されると、放電電圧の指令値を基準値Vrefに設定する(ステップSB1)。レーザパルスを出力する際に、現時点の放電電圧の指令値に基づいて、レーザ発振器20を励振する(ステップSB2)。放電電圧の指令値は、一定期間固定される。放電電圧の指令値が固定される一定期間を「放電電圧固定期間」ということとする。放電電圧固定期間の間にも、図4に示したビルドアップ時間に基づくパルス幅の調整が、レーザパルスごとに行われる。
When the
放電電圧の指令値を設定してから放電電圧固定期間が経過すると、平均出力算出部35(図8A)が、放電電圧固定期間の平均出力を算出し、平均出力の測定値とする(ステップSB3)。平均出力調整部36(図8A)が、放電電圧の指令値を、平均出力の測定値と、記憶部34に記憶されている対応関係(図8B)とに基づいて更新する(ステップSB4)。信号送信部32が、更新された指令値をレーザ発振器20に送信する。ステップSB2からステップSB4までの処理を、レーザ加工が終了するまで繰り返す(ステップSB5)。
When the discharge voltage fixed period elapses after setting the discharge voltage command value, the average output calculation unit 35 (FIG. 8A) calculates the average output during the discharge voltage fixed period and uses it as the measured value of the average output (step SB3). ). The average output adjusting unit 36 (FIG. 8A) updates the command value of the discharge voltage based on the measured value of the average output and the correspondence relationship (FIG. 8B) stored in the storage unit 34 (step SB4). The
図10は、図5のステップSA4のフローチャートである。ステップSA41及びステップSA42は、図6に示した実施例の対応するステップと同一である。図6に示した実施例では、ビルドアップ時間の基準値BUrefが不変であった。本実施例では、周期的にビルドアップ時間の基準値BUrefをビルドアップ時間の測定値に更新する。例えば、パルス幅の指令値を算出した後、ビルドアップ時間の基準値BUrefの直前の更新から更新周期が経過したら(ステップSA43)、ビルドアップ時間の基準値BUrefを、直前の1周期におけるレーザパルスのビルドアップ時間の平均値に更新する。ビルドアップ時間の基準値BUrefを更新した後、ステップSA5(図5)が実行される。 FIG. 10 is a flowchart of step SA4 of FIG. Step SA41 and step SA42 are the same as the corresponding steps of the embodiment shown in FIG. In the example shown in FIG. 6, the reference value BU ref of the build-up time was unchanged. In this embodiment, the reference value BU ref of the build-up time is periodically updated to the measured value of the build-up time. For example, after calculating the command value of the pulse width, when the update cycle elapses from the update immediately before the reference value BU ref of the build-up time (step SA43), the reference value BU ref of the build-up time is set in the immediately preceding one cycle. Update to the average laser pulse build-up time. After updating the build-up time reference value BU ref , step SA5 (FIG. 5) is executed.
次に、図8A〜図10の実施例によるレーザ制御装置30を採用することにより得られる優れた効果について説明する前に、図11を参照して、ビルドアップ時間の基準値を不変とした場合、すなわちステップSA43及びステップSA44(図10)を実行しない場合について説明する。
Next, before explaining the excellent effect obtained by adopting the
図11は、ビルドアップ時間の基準値BUrefを不変とした場合における放電電圧の指令値、レーザ発振器20の平均出力の測定値、ビルドアップ時間の測定値、及びパルス幅の指令値の時間変化の一例を示すグラフである。なお、ビルドアップ時間の測定値及びパルス幅の指令値は、レーザパルスごとに変化するが、図11では、ビルドアップ時間の基準値BUrefの更新周期ごとの平均値を示している。初期状態では、放電電圧の指令値が基準値Vrefに設定されており、パルス幅の指令値が基準値PWrefに設定されている。平均出力の測定値は基準値Prefにほぼ一致し、ビルドアップ時間の測定値は基準値BUrefにほぼ一致しているとする。
FIG. 11 shows the time change of the discharge voltage command value, the measured value of the average output of the
何らかの要因によって平均出力の測定値が基準値Prefより低下すると(t10)、放電電圧の指令値を上昇させる制御が行われる(t11)(図9のステップSB4)。放電電圧の指令値が上昇すると、レーザ発振器20の出力が高くなるため、平均出力の測定値が上昇する(t12)とともに、ビルドアップ時間の測定値が短くなる(t13)。
When the measured value of the average output falls below the reference value Pref for some reason (t10), control is performed to increase the command value of the discharge voltage (t11) (step SB4 in FIG. 9). When the command value of the discharge voltage rises, the output of the
ビルドアップ時間の測定値が基準値BUrefより短くなると、パルス幅の指令値を基準値PWrefより短くする制御が行われる(t14)(図5のステップSA4)。パルス幅の指令値が短くなることは、平均出力を低下させる方向に作用する。このため、平均出力の測定値が低下する(t15)。平均出力の測定値が低下すると、時刻t10のときと同様に、放電電圧の指令値が上昇する(t16)。その結果、平均出力の測定値は基準値Prefに戻る(t17)。放電電圧の上昇はビルドアップ時間を短くする方向に作用するため、ビルドアップ時間の測定値がさらに短くなる(t18)。ビルドアップ時間の測定値が短くなると、ビルドアップ時間の基準値BUrefと測定値との差が広がるため、パルス幅の指令値がさらに短くなる(t19)。 When the measured value of the build-up time becomes shorter than the reference value BU ref, the control to make the command value of the pulse width shorter than the reference value PW ref is performed (t14) (step SA4 in FIG. 5). Shortening the command value of the pulse width acts to reduce the average output. Therefore, the measured value of the average output decreases (t15). When the measured value of the average output decreases, the command value of the discharge voltage increases as at the time t10 (t16). As a result, the measured value of the average output is returned to the reference value P ref (t17). Since the increase in the discharge voltage acts in the direction of shortening the build-up time, the measured value of the build-up time is further shortened (t18). When the measured value of the build-up time is shortened , the difference between the reference value BU ref of the build-up time and the measured value is widened, so that the command value of the pulse width is further shortened (t19).
このように、パルス幅の指令値を短くする処理が継続して実行されることにより、パルス幅の指令値が許容下限値PWminに達する。パルス幅の指令値が許容下限値PWminに達した後は、パルス幅の指令値が許容下限値PWminに固定されてしまう。このように、放電電圧の調整と、パルス幅の調整とを併用したとしても、パルス幅を調整する機能が働かなくなってしまう場合がある。これは、放電電圧の変化によるパルスエネルギの変化よりも、放電電圧の変化から、ビルドアップ時間の変化及びパルス幅の調整を介したパルスエネルギの変化までのゲインの方が大きいためである。パルス幅を調整する機能が働かなくなると、パルスエネルギのばらつきを抑制する効果が得られなくなってしまう。 By continuously executing the process of shortening the command value of the pulse width in this way, the command value of the pulse width reaches the permissible lower limit value PW min. After the command value of the pulse width reaches the allowable lower limit value PW min , the command value of the pulse width is fixed to the allowable lower limit value PW min. As described above, even if the adjustment of the discharge voltage and the adjustment of the pulse width are used in combination, the function of adjusting the pulse width may not work. This is because the gain from the change in the discharge voltage to the change in the pulse energy through the change in the build-up time and the adjustment of the pulse width is larger than the change in the pulse energy due to the change in the discharge voltage. If the function for adjusting the pulse width does not work, the effect of suppressing the variation in pulse energy cannot be obtained.
図12は、本実施例によるレーザ制御装置30を用いた場合における放電電圧の指令値、レーザ発振器20の平均出力の測定値、ビルドアップ時間の測定値、及びパルス幅の指令値の時間変化の一例を示すグラフである。時刻t10からt17までの放電電圧の指令値、レーザ発振器20の平均出力の測定値、ビルドアップ時間の測定値、及びパルス幅の指令値の時間変化は、図11に示した例と同一である。
FIG. 12 shows the time change of the command value of the discharge voltage, the measured value of the average output of the
放電電圧が上昇すると(t16)、ビルドアップ時間の測定値が短くなる(t21)。この時で、ビルドアップ時間の基準値BUrefを、直前の周期の測定値の平均値に更新する(ステップSA44)。図12においてビルドアップ時間の基準値BUrefを破線で示す。ビルドアップ時間の基準値BUrefが更新されるため、例えば、時刻t21におけるビルドアップ時間の測定値と基準値BUrefとの差は、時刻t13におけるビルドアップ時間の測定値と基準値BUrefとの差とほぼ等しい。このため、パルス幅の指令値は実質的に変化しない(t22)。 As the discharge voltage rises (t16), the build-up time measurement becomes shorter (t21). At this time, the reference value BU ref of the build-up time is updated to the average value of the measured values in the immediately preceding cycle (step SA44). In FIG. 12, the reference value BU ref of the build-up time is shown by a broken line. Since the reference value BU ref buildup time is updated, for example, the difference between the measured value of the build-up time and the reference value BU ref at time t21, the measurement of the build-up time at the time t13 and the reference value BU ref Is almost equal to the difference. Therefore, the command value of the pulse width does not substantially change (t22).
時刻t21からビルドアップ時間の基準値BUrefの更新周期が経過すると、ビルドアップ時間の基準値BUrefが更新され(t23)、ビルドアップ時間の測定値がビルドアップ時間の基準値BUrefとほぼ等しくなる。このため、パルス幅の指令値をほぼ基準値PWrefに戻す制御が行われる(t24)(ステップSA4)。パルス幅を長くする制御は、平均出力を高める方向に作用するため、平均出力の測定値が上昇する(t25)。 When the update cycle of the build-up time reference value BU ref elapses from the time t21, the build-up time reference value BU ref is updated (t23), and the measured value of the build-up time is almost the same as the build-up time reference value BU ref. Become equal. Therefore, control is performed to return the command value of the pulse width to substantially the reference value PW ref (t24) (step SA4). Since the control for increasing the pulse width acts in the direction of increasing the average output, the measured value of the average output increases (t25).
平均出力の測定値が上昇すると、放電電圧の指令値を低下させる制御が行われる(t26)(図9のステップSB4)。放電電圧の指令値が低下すると、平均出力の測定値が低下する(t27)とともに、ビルドアップ時間の測定値が長くなる(t28)。ビルドアップ時間の基準値BUrefは直前の周期のビルドアップ時間の測定値の平均値に更新されるため、ビルドアップ時間の測定値が基準値BUrefより長くなる。このため、パルス幅の指令値を長くする制御が行われる(t29)(図10のステップSA42)。 When the measured value of the average output rises, control is performed to lower the command value of the discharge voltage (t26) (step SB4 in FIG. 9). When the command value of the discharge voltage decreases, the measured value of the average output decreases (t27) and the measured value of the build-up time becomes long (t28). Since the build-up time reference value BU ref is updated to the average value of the build-up time measurement values of the immediately preceding cycle, the build-up time measurement value becomes longer than the reference value BU ref. Therefore, control is performed to lengthen the command value of the pulse width (t29) (step SA42 in FIG. 10).
パルス幅の指令値が長くなると、時刻t24のときと同様に、平均出力の測定値が大きくなり(t30)、その後、放電電圧の指令値を低下させる制御が行われる(t31)。その結果、平均出力の測定値が低下する(t32)とともに、ビルドアップ時間の測定値が長くなる(t33)。ビルドアップ時間の基準値BUrefは直前の周期のビルドアップ時間の測定値の平均値に更新されるため、ビルドアップ時間の測定値と基準値BUrefとの差は、時刻t28のときのビルドアップ時間の測定値と基準値BUrefとの差とほぼ等しくなる。その結果、パルス幅の指令値は実質的に変化しない(t34)。 When the command value of the pulse width becomes long, the measured value of the average output becomes large (t30) as at the time t24, and then the control to lower the command value of the discharge voltage is performed (t31). As a result, the measured value of the average output decreases (t32), and the measured value of the build-up time becomes long (t33). Since the build-up time reference value BU ref is updated to the average value of the build-up time measurement values of the immediately preceding cycle, the difference between the build-up time measurement value and the reference value BU ref is the build at time t28. It is almost equal to the difference between the measured value of the up time and the reference value BU ref. As a result, the command value of the pulse width does not change substantially (t34).
このように、本実施例では、ビルドアップ時間の基準値BUrefを測定値に基づいて更新するため、パルス幅の指令値が許容下限値PWminに固定されてしまうことを防止することができる。このため、放電電圧の調整と、パルス幅の調整とを併用する場合でも、パルス幅を調整する機能を有効に働かせることができる。このため、出力の安定と、パルスエネルギのばらつきの低減との両方の効果が得られる。 As described above, in this embodiment, since the reference value BU ref of the build-up time is updated based on the measured value, it is possible to prevent the command value of the pulse width from being fixed to the allowable lower limit value PW min. .. Therefore, even when the adjustment of the discharge voltage and the adjustment of the pulse width are used in combination, the function of adjusting the pulse width can be effectively used. Therefore, both the effects of stabilizing the output and reducing the variation in pulse energy can be obtained.
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 It goes without saying that each of the above embodiments is exemplary and the configurations shown in different examples can be partially replaced or combined. Similar effects and effects due to the same configuration of a plurality of examples will not be mentioned sequentially for each example. Furthermore, the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
20 レーザ発振器
21 第1光学系
22 ベンディングミラー
23 第2光学系
24 ステージ
25 加工対象物
26 光検出器
30 レーザ制御装置
31 レーザパルス検出部
32 信号送信部
33 パルス幅調整部
34 記憶部
35 平均出力算出部
36 平均出力調整部
20
Claims (6)
前記ビルドアップ時間の測定値が長くなるに従って、前記レーザ発振器から出力されているレーザパルスのパルス幅の指令値が長くなるように指令値を算出し、
現時点で出力されているレーザパルスのパルス幅が算出された指令値になるように前記レーザ発振器を制御するレーザ制御装置。 The build-up time, which is the elapsed time from the start of excitation of the laser oscillator that outputs the pulsed laser beam to the rise of the laser pulse, is calculated and used as the measured value.
The command value is calculated so that the command value of the pulse width of the laser pulse output from the laser oscillator becomes longer as the measured value of the build-up time becomes longer.
A laser control device that controls the laser oscillator so that the pulse width of the laser pulse output at the present time becomes the calculated command value.
When calculating the command value of the pulse width of the laser pulse, the command value of the pulse width of the laser pulse becomes longer than the reference value of the pulse width as the measured value of the build-up time becomes longer than the reference value of the build-up time. Then, as the measured value of the build-up time becomes shorter than the reference value of the build-up time, the command value of the pulse width of the laser pulse is made shorter than the reference value of the pulse width according to any one of claims 1 to 5. The laser control device described.
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