激光加工裝置以及激光加工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光加工裝置以及激光加工方法，該激光加工裝置即使在脈沖寬度較短時(shí)，也能夠使每個(gè)脈沖的脈沖能量穩(wěn)定。激光光源與從外部接收的激光振蕩開始觸發(fā)信號同步開始激光振蕩，并與激光振蕩停止觸發(fā)信號同步停止激光振蕩。檢測器檢測依賴于向激光光源施加的電力以及從激光光源射出的激光脈沖的至少其中之一的物理量?？刂蒲b置向激光光源施加激光振蕩開始觸發(fā)信號，并且根據(jù)利用檢測器檢測的物理量的檢測結(jié)果，向激光光源施加振蕩停止觸發(fā)信號。
【專利說明】激光加工裝置以及激光加工方法
[0001] 本申請主張基于2013年3月19日申請的日本專利申請第2013-056217號，以及 2013年3月28日申請的日本專利申請第2013-067746號的優(yōu)先權(quán)。該日本申請的全部內(nèi) 容通過參考援用于本說明書中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種射出脈沖激光而進(jìn)行激光加工的激光加工裝置以及激光加工方 法。

【背景技術(shù)】
[0003] 在二氧化碳激光器等氣體激光器中，激光介質(zhì)氣體中的雜質(zhì)等影響放電。因此，射 出的每個(gè)激光脈沖的脈沖能量發(fā)生偏差。將激光脈沖用于開孔加工時(shí)，若脈沖能量發(fā)生偏 差，則導(dǎo)致加工品質(zhì)不一致。
[0004] 下述專利文獻(xiàn)1中公開有減少脈沖能量的偏差的激光振蕩方法。專利文獻(xiàn)1所公 開的方法中，在1次的脈沖激發(fā)中多次測定從激光振蕩器射出的激光的能量值。將所測定 的多個(gè)能量值加在一起，預(yù)測因該脈沖激發(fā)所振蕩的激光的總能量估計(jì)值。根據(jù)該總能量 估計(jì)值控制激發(fā)時(shí)間。由此，能夠使總能量值(脈沖能量）穩(wěn)定。
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2002-299736號公報(bào)
[0006] 脈沖寬度比較長時(shí)，例如為幾百μ s左右時(shí)，即使從激光振蕩指令到激光脈沖的 上升為止的延遲時(shí)間有所偏差，也能夠利用上述專利文獻(xiàn)1中公開的方法調(diào)節(jié)脈沖能量。 然而，脈沖寬度較短時(shí)，例如為幾十μ s時(shí)，若考慮能量檢測靈敏度、運(yùn)算時(shí)間，則很難控制 激發(fā)時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種即使脈沖寬度較短時(shí)，也能夠使每個(gè)脈沖的脈沖能量 穩(wěn)定的激光加工裝置以及激光加工方法。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，其中，具有：
[0009] 激光光源，與從外部接收的激光振蕩開始觸發(fā)信號同步開始激光振蕩，并與激光 振蕩停止觸發(fā)信號同步停止激光振蕩；
[0010] 檢測器，檢測依賴于向所述激光光源施加的電力以及從所述激光光源射出的激光 脈沖的至少其中之一的物理量；以及
[0011] 控制裝置，向所述激光光源施加所述激光振蕩開始觸發(fā)信號，并且根據(jù)利用所述 檢測器檢測的所述物理量的檢測結(jié)果，向所述激光光源施加所述振蕩停止觸發(fā)信號。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)，提供一種激光加工方法，其中，具有如下工序：
[0013] 向與從外部接收的振蕩開始觸發(fā)信號同步開始激光振蕩，并與振蕩停止觸發(fā)信號 同步停止激光振蕩的激光光源施加所述振蕩開始觸發(fā)信號的工序；
[0014] 檢測依賴于向所述激光光源施加的電力以及從所述激光光源射出的激光脈沖的 至少其中之一的物理量的工序；以及
[0015] 根據(jù)所述物理量的檢測結(jié)果，向所述激光光源施加所述振蕩停止觸發(fā)信號的工 序。
[0016] 根據(jù)利用檢測器檢測的物理量的檢測結(jié)果，能夠通過向激光光源施加振蕩停止觸 發(fā)信號來使脈沖能量穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是基于實(shí)施例1的激光加工裝置的示意圖。
[0018] 圖2是基于實(shí)施例1的激光加工裝置的激光振蕩器的剖視圖以及驅(qū)動電路的框 圖。
[0019] 圖3是從控制裝置向激光光源施加的觸發(fā)信號、施加于激光振蕩器的放電電極的 高頻電壓、流經(jīng)放電電極的放電電流，以及來自激光振蕩器的光輸出的時(shí)序圖。
[0020] 圖4是表75將向激光光源施加激光振蕩開始觸發(fā)信號的時(shí)刻到施加激光振蕩停 止觸發(fā)信號的時(shí)刻為止的觸發(fā)信號時(shí)間寬度設(shè)為恒定的條件下，激光脈沖上升為止的延遲 時(shí)間與脈沖能量之間的關(guān)系的曲線圖。
[0021] 圖5是基于實(shí)施例1的激光加工裝置的控制裝置所執(zhí)行的處理的流程圖。
[0022] 圖6是從控制裝置向激光光源施加的觸發(fā)信號、施加于激光振蕩器的放電電極的 高頻電壓、流經(jīng)放電電極的放電電流、以及來自激光振蕩器的光輸出的時(shí)序圖。
[0023] 圖7是基于實(shí)施例2的激光加工裝置的示意圖。
[0024] 圖8是基于實(shí)施例2的激光加工裝置中所使用的激光振蕩器的剖視圖以及控制系 統(tǒng)的框圖。
[0025] 圖9是觸發(fā)信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時(shí)序圖。
[0026] 圖10A是表示放電電流的峰值與脈沖能量之間的關(guān)系的曲線圖，圖10B是表示高 頻電壓施加時(shí)間與脈沖能量之間的關(guān)系的曲線圖。
[0027] 圖11是表示將脈沖能量設(shè)為恒定的條件下的放電電流的峰值與高頻電壓施加時(shí) 間之間的關(guān)系的曲線圖。
[0028] 圖12是基于實(shí)施例2的激光加工裝置的控制裝置所執(zhí)行的處理的流程圖。
[0029] 圖13是觸發(fā)信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時(shí)序圖。
[0030] 圖中：1_激光光源，10-激光振蕩器，11-驅(qū)動電路，12-光點(diǎn)位置穩(wěn)定光學(xué)系統(tǒng)， 13-非球面透鏡，14-準(zhǔn)直透鏡，15-掩膜，16-場透鏡，17-折回反射鏡，18-光束掃描器， 19-f Θ透鏡，20-控制裝置，20A-接收物理量的測量值的功能模塊，20B-使脈沖能量恒定的 條件數(shù)據(jù)，20C-進(jìn)行發(fā)送振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻調(diào)整的功能模塊，20D-觸發(fā)信息生成功 能模塊，21-部分反射鏡，22-光檢測器，25-載物臺，30-加工對象物，40-送風(fēng)機(jī)，41-放電 電極，42-放電空間，43-導(dǎo)電部件，44-陶瓷部件，46-熱交換器，50-腔室，51-端子，52-腔 室內(nèi)電流通路，55-腔室外電流通路，56-檢測器。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 圖1中示出基于實(shí)施例1的激光加工裝置的示意圖。激光光源1與從控制裝置20 接收的激光振蕩開始觸發(fā)信號同步開始激光振蕩，并與激光振蕩停止觸發(fā)信號同步停止激 光振蕩。若開始激光振蕩，則激光光源1射出激光脈沖。
[0032] 激光光源1包括激光振蕩器10以及驅(qū)動電路11。激光振蕩器10使用例如二氧化 碳激光振蕩器等氣體激光振蕩器。從控制裝置20向驅(qū)動電路11施加激光振蕩開始觸發(fā)信 號以及激光振蕩停止觸發(fā)信號。若驅(qū)動電路11接收激光振蕩開始觸發(fā)信號，則開始向激光 振蕩器10供給電力。若接收激光振蕩停止觸發(fā)信號，則停止向激光振蕩器10供給電力。
[0033] 從激光光源1射出的激光束被部分反射鏡21分為透射光束和反射光束。反射光 束射入于光檢測器22。若光檢測器22檢測到光，則向控制裝置20發(fā)送檢測信號?？刂蒲b 置20以從光檢測器22接收檢測信號的時(shí)刻，即激光脈沖的上升時(shí)刻為基準(zhǔn)，決定向激光光 源1施加激光振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻。在所決定的時(shí)刻，向激光光源1施加激光振蕩停 止觸發(fā)信號。
[0034] 直接穿過部分反射鏡21的透射光束透過光點(diǎn)位置穩(wěn)定光學(xué)系統(tǒng)12而射入于非球 面透鏡13。光點(diǎn)位置穩(wěn)定光學(xué)系統(tǒng)12包括多個(gè)凸透鏡，即使激光光源1射出的激光束的 行進(jìn)方向偏離，也可使配置有非球面透鏡13的位置的激光束光點(diǎn)的位置穩(wěn)定。非球面透鏡 13可改變激光束的輪廓。例如，可將高斯形狀的光束輪廓改變成平頂形狀的光束輪廓。
[0035] 透過非球面透鏡13的激光束利用準(zhǔn)直透鏡14進(jìn)行準(zhǔn)直之后，射入于掩膜15。掩 膜15包括透射窗以及遮光部，對激光束的光束截面進(jìn)行整形。透過掩膜15的透射窗的激 光束經(jīng)由場透鏡16、折回反射鏡17射入于光束掃描器18。光束掃描器18沿二維方向掃描 激光束。作為光束掃描器18,可使用例如電流掃描儀。
[0036] 由光束掃描器18掃描的激光束被f Θ透鏡19集光而射入于加工對象物30。加工 對象物30保持在載物臺25上。場透鏡16以及f Θ透鏡19使掩膜15的透射窗在加工對 象物30的表面成像。載物臺25使加工對象物30向與其表面平行的方向移動。
[0037] 圖2中示出基于實(shí)施例1的激光振蕩器10的剖視圖以及驅(qū)動電路的框圖。在腔 室50的內(nèi)部容納有送風(fēng)機(jī)40、一對放電電極41、熱交換器46以及激光介質(zhì)氣體。在一對 放電電極41之間劃定有放電空間42。激光介質(zhì)氣體通過在放電空間42內(nèi)產(chǎn)生放電而被 激發(fā)。圖2中示出與放電電極41的長度方向正交的截面。送風(fēng)機(jī)40中使用例如渦輪鼓風(fēng) 機(jī)。另外，可用橫流風(fēng)扇、軸流風(fēng)扇等代替渦輪鼓風(fēng)機(jī)。各放電電極41分別包括導(dǎo)電部件 43和陶瓷部件44。陶瓷部件44隔離導(dǎo)電部件43與放電空間42。
[0038] 在腔室50內(nèi)形成有從送風(fēng)機(jī)40經(jīng)由放電電極41之間的放電空間42以及熱交換 器46返回送風(fēng)機(jī)40的循環(huán)路徑。熱交換器46冷卻通過放電成為高溫的激光介質(zhì)氣體。
[0039] 在腔室50的壁面安裝有一對端子51。放電電極41的導(dǎo)電部件43分別通過腔室 內(nèi)電流通路52與端子51連接。端子51通過腔室外電流通路55與驅(qū)動電路11連接。
[0040] 圖3中示出從控制裝置20 (圖1)向驅(qū)動電路11 (圖1)施加的觸發(fā)信號、施加于 放電電極41 (圖2)的高頻電壓、流經(jīng)放電電極41的放電電流，以及從激光振蕩器10 (圖 1)射出的光輸出的時(shí)序圖。
[0041] 觸發(fā)信號在時(shí)刻tl上升。觸發(fā)信號的上升相當(dāng)于激光振蕩開始觸發(fā)信號。在時(shí) 亥|J tl，若驅(qū)動電路11接收激光振蕩開始觸發(fā)信號，則驅(qū)動電路11向放電電極41施加高頻 電壓。高頻電壓的頻率為例如2MHz。施加高頻電壓后，若在時(shí)刻t2開始放電，則放電電流 開始流動。
[0042] 放電開始后，光輸出（激光脈沖)在激光振蕩器10的光諧振器內(nèi)的增益超過損耗的 時(shí)刻t3上升。即，激光脈沖在從施加激光振蕩開始觸發(fā)信號的時(shí)刻tl經(jīng)過延遲時(shí)間Td的 時(shí)刻t3上升。光輸出在上升時(shí)瞬間顯示尖銳的峰值之后穩(wěn)定。若激光脈沖上升，則光通過 光檢測器22 (圖1)被檢測，檢測信號發(fā)送至控制裝置20 (圖1)。
[0043] 控制裝置20以從光檢測器22接收檢測信號的時(shí)刻，即激光脈沖的上升時(shí)刻t3為 基準(zhǔn)，決定向激光光源1施加激光振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻t4。例如，以從激光脈沖的檢測 時(shí)刻t3到時(shí)刻t4為止的脈沖寬度Pd成為恒定的方式?jīng)Q定時(shí)刻t4。
[0044] 控制裝置20在時(shí)刻t4使觸發(fā)信號下降，由此向激光光源1施加激光振蕩停止觸 發(fā)信號。若驅(qū)動電路11從控制裝置20接收激光振蕩停止觸發(fā)信號，則驅(qū)動電路11中止高 頻電壓的施加。若不向放電電極41施加高頻電壓，則放電停止，放電電流不會流動，并且光 輸出成為0 (激光脈沖下降)。從時(shí)刻t3到時(shí)刻t4為止的時(shí)間寬度相當(dāng)于激光脈沖的脈沖 寬度Pd。將從施加激光振蕩開始觸發(fā)信號的時(shí)刻tl到施加激光振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻 t4為止的經(jīng)過時(shí)間稱為觸發(fā)時(shí)間寬度Te。
[0045] 圖4中示出在觸發(fā)時(shí)間寬度Te為恒定條件下進(jìn)行控制時(shí)的延遲時(shí)間Td與激光脈 沖的脈沖能量之間的關(guān)系。橫軸表示延遲時(shí)間Td，縱軸表示脈沖能量。觸發(fā)時(shí)間寬度Te為 恒定，因此延遲時(shí)間Td與脈沖寬度Pd (圖3)之和恒定。因此，若延遲時(shí)間Td變長，則脈沖 寬度Pd變短。脈沖能量通過脈沖寬度Pd變短而降低。可知若以觸發(fā)時(shí)間寬度Te成為恒 定的方式對激光振蕩進(jìn)行控制，則因延遲時(shí)間Td的偏差而導(dǎo)致脈沖能量不均。
[0046] 接著，參考圖5以及圖6對使用基于實(shí)施例1的激光加工裝置的激光加工方法進(jìn) 行說明。進(jìn)行激光加工之前，首先將加工對象物30保持在載物臺25 (圖1)上并移動載物 臺25,由此進(jìn)行加工對象物30的定位。在加工對象物30中，在能夠利用光束掃描器18掃 描的范圍內(nèi)定義有多個(gè)被加工點(diǎn)。激光加工中，控制裝置20控制光束掃描器18而向加工 對象物30上的被加工點(diǎn)依次射入激光脈沖，由此進(jìn)行開孔加工。
[0047] 圖5中示出基于實(shí)施例1的激光加工裝置的控制裝置20 (圖1)所執(zhí)行的處理的 流程圖。圖6中示出觸發(fā)信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時(shí)序圖。若將加工對象物 30保持在載物臺25上而完成加工對象物30的定位，則使激光脈沖射入到應(yīng)第一個(gè)加工的 被加工點(diǎn)的方式對光束掃描器18進(jìn)行控制。在步驟S1中待機(jī)到完成光束掃描器18的定 位為止。若完成光束掃描器18的定位，則在步驟S2中向激光光源1施加激光振蕩開始觸 發(fā)信號。步驟S2相當(dāng)于圖6所示的時(shí)刻til、t21、t31。
[0048] 若向激光光源1施加激光振蕩開始觸發(fā)信號，則高頻電壓施加到激光振蕩器10 (圖1)，放電電流流動。在從被施加激光振蕩開始觸發(fā)信號的時(shí)刻til、t21、t31分別經(jīng)過 延遲時(shí)間了(11、了(12、了(13的時(shí)刻^2422432，激光脈沖14)1、14)2、14)3上升。受光諧振器的 反射鏡的振動、激光介質(zhì)氣體中含有的雜質(zhì)等的影響，延遲時(shí)間Tdl、Td2、Td3不一定全部 相等。圖6中示有延遲時(shí)間的大小關(guān)系為Td3 < Tdl < Td2的例子。
[0049] 在步驟S3中測量從被施加激光振蕩停止觸發(fā)信號起到激光脈沖上升為止的延遲 時(shí)間Tdl、Td2、Td3。具體而言，控制裝置20測量從向激光光源1施加激光振蕩開始觸發(fā)信 號的時(shí)刻到由光檢測器22接收檢測信號為止的經(jīng)過時(shí)間。
[0050] 在步驟S4中判定延遲時(shí)間Td是否在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。延遲時(shí)間Td在標(biāo)準(zhǔn)之外時(shí)，在步 驟S8中向激光光源1施加激光振蕩停止觸發(fā)信號。由此，停止向放電電極41 (圖1)供給 電力。通過停止電力的供給，能夠防止異常振蕩。
[0051] 延遲時(shí)間Td在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)時(shí)，在步驟S5中，以激光脈沖的上升時(shí)刻tl2、t22、t32 (圖6)為基準(zhǔn)，計(jì)算向激光光源1施加激光振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻tl3、t23、t33 (圖6)。 具體而言，將從激光脈沖的上升時(shí)刻112、t22、t32經(jīng)過與目標(biāo)脈沖寬度Pd相當(dāng)?shù)臅r(shí)間的時(shí) 刻作為施加激光振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻tl3、t23、t33。目標(biāo)脈沖寬度Pd預(yù)先存儲于控 制裝置20中。
[0052] 在步驟S6中，在由步驟S5計(jì)算出的時(shí)刻tl3、t23、t33 (圖6)向激光光源1施加 激光振蕩停止觸發(fā)信號。由此激光脈沖Lpl、Lp2、Lp3下降。
[0053] 在步驟S7 (圖5)中判定加工是否結(jié)束。還剩下未加工的被加工點(diǎn)時(shí)，以使激光脈 沖射入到下一個(gè)應(yīng)加工的被加工點(diǎn)的方式對光束掃描器18進(jìn)行控制，并返回步驟S1。若已 完成所有被加工點(diǎn)的加工，則結(jié)束激光加工處理。
[0054] 圖6所示的例子中，若以觸發(fā)時(shí)間寬度Tel、Te2、Te3成為相同的方式進(jìn)行定時(shí)控 制，則從激光脈沖的上升時(shí)刻到下降時(shí)刻為止的脈沖寬度受到延遲時(shí)間Tdl、Td2、Td3的偏 差的影響而導(dǎo)致不均。
[0055] 上述實(shí)施例1中，以激光脈沖的上升時(shí)刻tl2、t22、t32 (圖6)為基準(zhǔn)，決定向激 光光源1施加激光振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻tl3、t23、t33 (圖6)。因此，激光脈沖的脈沖 寬度Pd不受延遲時(shí)間Tdl、Td2、Td3的偏差的影響。從而，即使延遲時(shí)間Tdl、Td2、Td3有 所偏差，也能夠使脈沖寬度Pd恒定。其結(jié)果，脈沖能量的偏差變少。若將從激光脈沖的上 升時(shí)刻tl2、t22、t32到施加激光振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻tl3、t23、t33為止的經(jīng)過時(shí)間 設(shè)為恒定，則能夠使脈沖能量大致均勻。
[0056] 由于脈沖寬度Pd預(yù)先存儲于控制裝置20 (圖1)中，因此在檢測出激光脈沖的上 升之后，無需進(jìn)行用于決定作為目標(biāo)的脈沖寬度的運(yùn)算等。根據(jù)激光脈沖的上升后的測定 結(jié)果，用于決定該激光脈沖的脈沖寬度的運(yùn)算的方法無法適用于采用具有比運(yùn)算時(shí)間更短 的脈沖寬度的激光脈沖的激光加工中。上述實(shí)施例1中無需進(jìn)行用于決定脈沖寬度的運(yùn) 算，因此脈沖寬度Pd不會受到因運(yùn)算時(shí)間的限制。另外，上述實(shí)施例1中，無需測定激光脈 沖上升后的光能等，只要檢測激光脈沖的有無即可。因此，也無需確保用于進(jìn)行高精度的光 能測定的測定時(shí)間。根據(jù)上述理由，上述實(shí)施例1也能夠適用于脈沖寬度Pd較短的激光加 工，例如脈沖寬度比幾十μ S短的激光加工中。
[0057] 圖7中示出基于實(shí)施例2的激光加工裝置的示意圖。激光振蕩器10從驅(qū)動電路 11接受電力的供給而射出脈沖激光束。激光振蕩器10使用例如二氧化碳激光振蕩器等氣 體激光振蕩器。驅(qū)動電路11與來自控制裝置20的觸發(fā)信號同步進(jìn)行向激光振蕩器10的 電力的供給以及停止。
[0058] 從激光振蕩器10射出的激光束透過光點(diǎn)位置穩(wěn)定光學(xué)系統(tǒng)12而射入于非球面透 鏡13。從光點(diǎn)位置穩(wěn)定光學(xué)系統(tǒng)12至載物臺25為止的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖1所示的從光 點(diǎn)位置穩(wěn)定光學(xué)系統(tǒng)12到載物臺25為止的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同。
[0059] 接著，對控制裝置20的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單說明。關(guān)于控制裝置20所進(jìn)行的詳細(xì)的處 理，在之后參考圖12以及圖13進(jìn)行說明?？刂蒲b置20具有功能模塊20Α，該功能模塊20Α 接收供給于激光振蕩器10的電流以及電壓的至少其中之一的物理量的測量值?？刂蒲b置 20中存儲有使脈沖能量恒定的條件數(shù)據(jù)20Β?？刂蒲b置20的調(diào)整發(fā)送振蕩停止觸發(fā)信號 的時(shí)刻的功能模塊20C根據(jù)物理量的測量值以及使脈沖能量恒定的條件數(shù)據(jù)20Β調(diào)整發(fā)送 振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻。
[0060] 控制裝置20的觸發(fā)信號生成功能模塊20D在通過調(diào)整發(fā)送振蕩停止觸發(fā)信號的 時(shí)刻的功能模塊20C被調(diào)整的時(shí)刻，向驅(qū)動電路11發(fā)送振蕩停止觸發(fā)信號。通過調(diào)整發(fā)送 振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻，脈沖能量的偏差被抑制，脈沖能量被均勻化。
[0061] 圖8中示出基于實(shí)施例2的激光振蕩器10的剖視圖以及控制系統(tǒng)的框圖。腔室 50的內(nèi)部以及腔室外電流通路55的結(jié)構(gòu)與圖2所示的腔室50的內(nèi)部以及腔室外電流通路 55的結(jié)構(gòu)相同。
[0062] 檢測器56測量流經(jīng)腔室外電流通路55的電流。利用檢測器56測量的電流的測 量值被輸入到控制裝置20?？刂蒲b置20根據(jù)利用檢測器56檢測的電流的測量值控制驅(qū)動 電路11。
[0063] 圖9中示出從控制裝置20 (圖7)向驅(qū)動電路11 (圖7)施加的觸發(fā)信號、施加于 放電電極41 (圖8)的高頻電壓、流經(jīng)放電電極41的放電電流，以及從激光振蕩器10 (圖 7)射出的光輸出的時(shí)序圖。
[0064] 觸發(fā)信號在時(shí)刻tl上升。觸發(fā)信號的上升相當(dāng)于振蕩開始觸發(fā)信號。在時(shí)刻tl， 若驅(qū)動電路11接收振蕩開始觸發(fā)信號，則驅(qū)動電路11向放電電極41施加高頻電壓。高頻 電壓的頻率為例如2MHz。施加高頻電壓后，若在時(shí)刻t2開始放電，則放電電流開始流動。
[0065] 放電開始后，光輸出（激光脈沖)在激光振蕩器10的光諧振器內(nèi)的增益超過損耗的 時(shí)刻t3上升。光輸出在上升時(shí)瞬間顯示尖銳的峰值之后穩(wěn)定。
[0066] 在放電剛開始后的過渡狀態(tài)中，放電電流的振幅小于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的振幅，伴隨時(shí) 間的經(jīng)過逐漸變大。光輸出在時(shí)刻t3上升之后，放電電流成為振幅大致恒定的穩(wěn)定狀態(tài)。 [0067] 觸發(fā)信號在時(shí)刻t4下降。觸發(fā)信號的下降相當(dāng)于振蕩停止觸發(fā)信號。若驅(qū)動電 路11從控制裝置20接收振蕩停止觸發(fā)信號，則驅(qū)動電路11中止高頻電壓的施加。若不向 放電電極41施加高頻電壓，則放電停止，放電電流不會流動，并且光輸出成為0 (激光脈沖 下降)。從時(shí)刻t3到時(shí)刻t4為止的時(shí)間寬度相當(dāng)于激光脈沖的脈沖寬度。
[0068] 激光介質(zhì)氣體的激發(fā)強(qiáng)度與所輸入的電力成正比。從激光振蕩器射出的脈沖激光 束的脈沖能量在脈沖寬度為恒定的條件下與激發(fā)強(qiáng)度成正比。因此，能夠由所輸入的電力， 即高頻電壓以及放電電流預(yù)測脈沖能量。
[0069] 圖10A中示出高頻電壓施加時(shí)間(從時(shí)刻tl到時(shí)刻t4為止的時(shí)間)恒定的條件下 的放電電流的峰值ipp與脈沖能量之間的關(guān)系。在此，放電電流的峰值ipp相當(dāng)于放電電 流的振幅的2倍。圖10A的橫軸表示穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的峰值Ipp，縱軸表示脈沖能量。隨著放電 電流的峰值Ipp變大，脈沖能量也增大，二者之間大致為線性關(guān)系。
[0070] 放電電流成為穩(wěn)定狀態(tài)后，放電電流的峰值Ipp大致恒定，因此通過測量從放電 開始到放電停止之前的某一時(shí)刻為止的放電電流的峰值Ipp，能夠預(yù)測該激光脈沖的脈沖 能量。
[0071] 圖10B中示出放電電流的峰值Ipp恒定的條件下的高頻電壓施加時(shí)間（圖9的時(shí) 刻tl到t4為止的時(shí)間)與脈沖能量之間的關(guān)系。橫軸表示高頻電壓施加時(shí)間，縱軸表示脈 沖能量。隨著高頻電壓施加時(shí)間變長，脈沖能量變大，二者之間大致為線性關(guān)系。
[0072] 由圖10A以及圖10B所示的曲線圖可推導(dǎo)出以下情況。若放電電流的峰值Ipp變 小，則脈沖能量也變小。若延長高頻電壓施加時(shí)間以補(bǔ)償脈沖能量的減少量，則能夠使脈沖 能量維持為恒定。由圖10A以及圖10B所示的曲線圖，能夠求出用于將脈沖能量維持為恒 定的放電電流的峰值Ipp與高頻電壓施加時(shí)間之間的對應(yīng)關(guān)系。
[0073] 圖11中示出用于將脈沖能量維持為恒定的放電電流的峰值Ipp與高頻電壓施加 時(shí)間之間的對應(yīng)關(guān)系。橫軸表示放電電流的峰值Ipp，縱軸表示高頻電壓施加時(shí)間。隨著放 電電流的峰值Ipp變大，高頻電壓施加時(shí)間變短。圖11所示的對應(yīng)關(guān)系預(yù)先存儲于控制裝 置20 (圖7)中。該對應(yīng)關(guān)系相當(dāng)于圖7所示的使脈沖能量恒定的條件數(shù)據(jù)20B。
[0074] 接著，參考圖12以及圖13,對使用基于實(shí)施例2的激光加工裝置的激光加工方法 進(jìn)行說明。在進(jìn)行激光加工之前，首先將加工對象物30保持在載物臺25 (圖7)上并移動 載物臺25,由此進(jìn)行加工對象物30的定位。在加工對象物30中，在能夠利用光束掃描器 18掃描的范圍內(nèi)定義有多個(gè)被加工點(diǎn)。激光加工中，控制裝置20控制光束掃描器18,向加 工對象物30上的被加工點(diǎn)依次射入激光脈沖，由此進(jìn)行開孔加工。
[0075] 圖12中示出基于實(shí)施例2的激光加工裝置的控制裝置20 (圖7)所執(zhí)行的處理的 流程圖。圖13中示出觸發(fā)信號、高頻電壓、放電電流以及光輸出的時(shí)序圖。若加工對象物 30保持在載物臺25上而完成加工對象物30的定位，則以使激光脈沖射入于應(yīng)第一個(gè)加工 的被加工點(diǎn)的方式對光束掃描器18進(jìn)行控制。在步驟S11中待機(jī)到完成光束掃描器18的 定位為止。若完成了光束掃描器18的定位，則在步驟S12中向驅(qū)動電路11施加振蕩開始 觸發(fā)信號（電力供給開始的指令)。步驟S12相當(dāng)于圖13所示的時(shí)刻tll、t21、t31。
[0076] 各激光脈沖Lpl、Lp2、Lp3在高頻電壓的施加開始時(shí)刻til、t21、t31之后上升。
[0077] 在步驟S13中，測量放電電流的峰值Ipp，直到經(jīng)過預(yù)先規(guī)定的判定時(shí)間Tj (圖 13)為止。該測量利用檢測器56 (圖8)進(jìn)行。判定時(shí)間Tj比應(yīng)射出的激光脈沖的額定脈 沖寬度短。作為一個(gè)例子，額定脈沖寬度為50μ8、判定時(shí)間Tj為5ys。高頻電壓的頻率 為2MHz時(shí)，5 μ s的判定時(shí)間Tj相當(dāng)于高頻電壓的10個(gè)周期的量。
[0078] 放電電流的峰值Ipp從放電電流成為穩(wěn)定狀態(tài)之后開始測量。放電電流通過約3 個(gè)周期成為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，測量從第4個(gè)周期到第10個(gè)周期為止的峰值Ipp。
[0079] 分別以Ippl、Ipp2、Ipp3表示圖13所示的時(shí)刻til、t21、t31的由振蕩開始觸發(fā) 信號產(chǎn)生的放電電流的峰值。圖13所示的例子中，3個(gè)峰值的大小關(guān)系為Ipp2 < Ippl < Ipp3〇
[0080] 在步驟S14 (圖12)中，判定放電電流的峰值Ipp是否在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。若所測量的峰 值Ipp在標(biāo)準(zhǔn)之外時(shí)，在步驟S18中停止向放電電極41 (圖7)供給電力。通過停止電力的 供給，能夠防止異常振蕩。
[0081] 所測量的峰值Ipp在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)時(shí)，在步驟S15中根據(jù)峰值Ipp計(jì)算從振蕩開始觸 發(fā)信號到振蕩停止觸發(fā)信號為止的時(shí)間寬度。以下，對步驟S15的處理的一個(gè)例子進(jìn)行說 明。例如求出在判定時(shí)間Tj (圖13)期間所測量的多個(gè)峰值Ipp的平均值。由峰值Ipp的 平均值與圖11所示的對應(yīng)關(guān)系求出高頻電壓施加時(shí)間。
[0082] 由圖11所示的對應(yīng)關(guān)系得到相對于峰值Ippl、Ipp2、Ipp3的各時(shí)間寬度Pdl、Pd2、 Pd3。這些時(shí)間寬度的大小關(guān)系為Pd3 < Pdl < Pd2。
[0083] 在步驟S16 (圖12)中，在從振蕩開始觸發(fā)信號起經(jīng)過由步驟S15求出的時(shí)間寬度 的時(shí)刻，發(fā)送振蕩停止觸發(fā)信號（電力供給停止的指令)。圖13中，在時(shí)刻tl2、t22、t32發(fā) 送振蕩停止觸發(fā)信號。從時(shí)刻til到tl2為止的時(shí)間寬度與Pdl相等，從時(shí)刻t21到t22 為止的時(shí)間寬度與Pd2相等，從時(shí)刻t31到t32為止的時(shí)間寬度與Pd3相等。在時(shí)刻tl2、 t22、t32停止放電，各激光脈沖Lpl、Lp2、Lp3下降。
[0084] 在步驟S17 (圖12)中，判定加工是否結(jié)束。還剩下未加工的被加工點(diǎn)時(shí)，以將激 光脈沖射入到下一個(gè)應(yīng)加工的被加工點(diǎn)的方式對光束掃描器18進(jìn)行控制，返回步驟S11。 若已完成所有被加工點(diǎn)的加工，則結(jié)束激光加工處理。
[0085] 穩(wěn)定狀態(tài)下的激光脈沖Lp2的光輸出低于激光脈沖Lpl的光輸出。通過使激光脈 沖Lp2的脈沖寬度長于激光脈沖Lpl的脈沖寬度，補(bǔ)償光輸出的降低量。另外，穩(wěn)定狀態(tài)下 的激光脈沖Lp3的光輸出高于激光脈沖Lpl的光輸出。通過使激光脈沖Lp3的脈沖寬度短 于激光脈沖Lpl的脈沖寬度，補(bǔ)償光輸出的增加量。根據(jù)圖11所示的對應(yīng)關(guān)系決定從振蕩 開始觸發(fā)信號到振蕩停止觸發(fā)信號為止的時(shí)間寬度，因此能夠使激光脈沖Lpl、Lp2、Lp3的 脈沖能量均勻。
[0086] 通過放電電流的峰值Ipp越大，越縮短從振蕩開始觸發(fā)信號到振蕩停止觸發(fā)信號 為止的時(shí)間寬度，從而能夠使激光脈沖的脈沖能量接近均勻。
[0087] 與光輸出相比，能夠輕松地、以短時(shí)間測量放電電流的峰值Ipp。因此，與測量光輸 出而調(diào)節(jié)脈沖寬度的情況相比，基于實(shí)施例2的方法能夠縮短判定時(shí)間Tj (圖13)。因此， 即使應(yīng)射出的激光脈沖的脈沖寬度為1〇〇 μ s以下，也能夠適用基于上述實(shí)施例2的方法。
[0088] 上述實(shí)施例2中，在判定時(shí)間Tj期間測量了放電電流的峰值Ipp，但也可以測量依 賴于向放電電極41 (圖8)供給的電力的其他物理量。例如，可測量放電電流的有效值。
[0089] 若放電狀態(tài)變化，則施加于一對放電電極41之間的電壓也變化。該電壓的變化追 隨向放電電極41供給的電力的變化。因此，作為依賴于向放電電極41 (圖8)供給的電力 的其他物理量，也可以采用施加于放電電極41之間的電壓的峰值或有效值。如上，只要測 量向放電電極41施加的電壓或電流的至少其中之一的物理量即可。
[0090] 根據(jù)以上實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于這些。例如，能夠進(jìn)行 各種變更、改良以及組合等，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1. 一種激光加工裝置，其中，具有： 激光光源，與從外部接收的振蕩開始觸發(fā)信號同步開始激光振蕩，并與振蕩停止觸發(fā) 信號同步停止激光振蕩； 檢測器，檢測依賴于向所述激光光源施加的電力以及從所述激光光源射出的激光脈沖 的至少其中之一的物理量；以及 控制裝置，向所述激光光源施加所述振蕩開始觸發(fā)信號，并且根據(jù)利用所述檢測器檢 測的所述物理量的檢測結(jié)果，向所述激光光源施加所述振蕩停止觸發(fā)信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其中， 所述檢測器檢測從所述激光光源射出的激光脈沖， 所述控制裝置以利用所述檢測器檢測的激光脈沖的檢測時(shí)刻為基準(zhǔn)，決定向所述激光 光源施加所述振蕩停止觸發(fā)信號的時(shí)刻，在所決定的時(shí)刻向所述激光光源施加所述振蕩停 止觸發(fā)信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工裝置，其中， 所述控制裝置存儲應(yīng)射出的激光脈沖的目標(biāo)脈沖寬度，在從利用所述檢測器檢測的激 光脈沖的檢測時(shí)刻經(jīng)過與所述目標(biāo)脈沖寬度相等的時(shí)間的時(shí)刻，向所述激光光源施加所述 振蕩停止觸發(fā)信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其中， 所述激光光源具有： 激光介質(zhì)氣體； 放電電極，激發(fā)所述激光介質(zhì)氣體；以及 驅(qū)動電路，通過接收所述振蕩開始觸發(fā)信號，開始向所述放電電極供給電力，并通過接 收所述振蕩停止觸發(fā)信號，停止向所述放電電極供給電力， 所述物理量為施加于所述放電電極的電壓以及電流的至少其中之一， 所述控制裝置在向所述驅(qū)動電路施加所述振蕩開始觸發(fā)信號之后，根據(jù)利用所述檢測 器檢測出的所述物理量的檢測值，向所述驅(qū)動電路施加所述振蕩停止觸發(fā)信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光加工裝置，其中， 所述控制裝置在向所述驅(qū)動電路施加所述振蕩開始觸發(fā)信號之后，根據(jù)經(jīng)過預(yù)先規(guī)定 的判定時(shí)間之前檢測出的利用所述檢測器檢測的檢測結(jié)果，計(jì)算從施加所述振蕩開始觸發(fā) 信號到施加所述振蕩停止觸發(fā)信號為止的時(shí)間寬度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的激光加工裝置，其中， 所述控制裝置進(jìn)行如下控制：所述檢測器檢測出的所述物理量越大，使從所述振蕩開 始觸發(fā)信號到所述振蕩停止觸發(fā)信號為止的時(shí)間寬度越短。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其中， 所述控制裝置存儲利用所述檢測器測量的所述物理量與從所述振蕩開始觸發(fā)信號到 所述振蕩停止觸發(fā)信號為止的時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系， 根據(jù)利用所述檢測器檢測出的所述物理量的檢測值與所述對應(yīng)關(guān)系，求出從所述振蕩 開始觸發(fā)信號到所述振蕩停止觸發(fā)信號為止的時(shí)間寬度。
8. -種激光加工方法，其中，具有如下工序： 向激光光源施加振蕩開始觸發(fā)信號的工序，所述激光光源與從外部接收的所述振蕩開 始觸發(fā)信號同步開始激光振蕩，并與振蕩停止觸發(fā)信號同步停止激光振蕩； 檢測依賴于向所述激光光源施加的電力以及從所述激光光源射出的激光脈沖的至少 其中之一的物理量的工序；以及 根據(jù)所述物理量的檢測結(jié)果，向所述激光光源施加所述振蕩停止觸發(fā)信號的工序。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工方法，其中， 在檢測所述物理量的工序中，檢測從所述激光光源射出的所述激光脈沖的上升時(shí)刻， 在施加所述振蕩停止觸發(fā)信號的工序中，在從所述激光脈沖的上升時(shí)刻經(jīng)過與預(yù)先設(shè) 定的目標(biāo)脈沖寬度相當(dāng)?shù)臅r(shí)間的時(shí)刻，向所述激光光源施加所述振蕩停止觸發(fā)信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工方法，其中， 所述激光光源包括放電電極， 在檢測所述物理量的工序中檢測出的所述物理量為施加于所述放電電極的電壓或電 流的至少其中之一， 施加所述振蕩停止觸發(fā)信號的工序包括： 根據(jù)所述物理量的檢測值，計(jì)算向所述放電電極供給電力的時(shí)間寬度的工序，以及 在從施加所述振蕩開始觸發(fā)信號的時(shí)刻經(jīng)過計(jì)算出的所述時(shí)間寬度的時(shí)刻，向所述激 光光源施加所述振蕩停止觸發(fā)信號的工序。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光加工方法，其中， 在計(jì)算所述時(shí)間寬度的工序中，根據(jù)從施加了所述振蕩開始觸發(fā)信號的時(shí)刻到經(jīng)過預(yù) 先規(guī)定的判定時(shí)間為止的所述電壓或電流的檢測值，計(jì)算所述時(shí)間寬度。
【文檔編號】B23K26/0622GK104057203SQ201410090728
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月19日
【發(fā)明者】萬雅史, 岡田康弘 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會社