特許 6957113 レーザ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6957113

(24)【登録日】2021年10月8日

(45)【発行日】2021年11月2日

(54)【発明の名称】レーザ制御装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20211021BHJP

   B23K 26/0622 20140101ALI20211021BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20211021BHJP

   H01S 3/102 20060101ALI20211021BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 M

   B23K26/00 N

   B23K26/0622

   H01S3/00 G

   H01S3/102

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-13218(P2018-13218)

(22)【出願日】2018年1月30日

(65)【公開番号】特開2019-130547(P2019-130547A)

(43)【公開日】2019年8月8日

【審査請求日】2020年8月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 研太

(72)【発明者】

【氏名】河村 譲一

(72)【発明者】

【氏名】萬 雅史

(72)【発明者】

【氏名】岡田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】田坂 泰久

【審査官】 山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１８８５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５３９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８３１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９９７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２６８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２９８６５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５３３９３２３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｈ０１Ｓ ３／００ − ３／０２、３／０４ − ３／０９５９、３／０９８ − ３／１０２、３／１０５ − ３／１３１、

３／１３６ − ３／２１３、３／２３ − ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

さらに、前記レーザ発振器から出力されるパルスレーザビームの平均出力の測定値に基づいて、前記レーザ発振器の励振強度を調整する請求項１に記載のレーザ制御装置。

【請求項3】

レーザパルスのパルス幅の指令値を算出する際に、前記ビルドアップ時間の測定値を、前記ビルドアップ時間の基準値と比較し、比較結果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請求項１または２に記載のレーザ制御装置。

【請求項4】

レーザパルスのパルス幅の指令値を算出する際に、前記ビルドアップ時間の測定値に基づいて、前記ビルドアップ時間の基準値を更新する請求項３に記載のレーザ制御装置。

【請求項5】

前記ビルドアップ時間の基準値を周期的に更新し、前記ビルドアップ時間の基準値を、レーザパルスの前記ビルドアップ時間の測定値の直前の周期の平均値に更新する請求項４に記載のレーザ制御装置。

【請求項6】

レーザパルスのパルス幅の指令値を算出する際に、前記ビルドアップ時間の測定値が前記ビルドアップ時間の基準値より長くなるに従って、レーザパルスのパルス幅の指令値をパルス幅の基準値より長くし、前記ビルドアップ時間の測定値が前記ビルドアップ時間の基準値より短くなるに従って、レーザパルスのパルス幅の指令値をパルス幅の基準値より短くする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１４／０１００４６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【発明の効果】

【0007】

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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施例によるレーザ制御装置を搭載したレーザ加工装置の概略図である。

【図2】図２は、実施例によるレーザ制御装置からレーザ発振器に送信される発振指令信号Ｓ０、及び光検出器からレーザ制御装置に与えられる検出信号Ｓ１の波形を示すグラフである。

【図3】図３Ａは、パルス幅が一定の条件下における放電電圧とパルスエネルギとの関係を示すグラフであり、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り、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4】図４Ａは、実施例によるレーザ制御装置のブロック図の一例であり、図４Ｂは、実施例によるレーザ制御装置の記憶部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。

【図5】図５は、実施例によるレーザ制御装置が実行する処理のフローチャートである。

【図6】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。

【図7】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り、図７Ｂは、実施例によるレーザ制御装置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。

【図8】図８Ａは、他の実施例によるレーザ制御装置のブロック図であり、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。

【図9】図９は、図８Ａに示した実施例によるレーザ制御装置が放電電圧を制御する処理のフローチャートである。

【図10】図１０は、図８Ａに示した実施例によるステップＳＡ４（図５）のフローチャートである。

【図11】図１１は、ビルドアップ時間の基準値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。

【図12】図１２は、図８Ａに示した実施例によるレーザ制御装置を用いた場合における放電電圧の指令値、レーザ発振器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。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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ＢＵ_ｒｅｆのとき、パルス幅の指令値が基準値ＰＷ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆより長くなるに従って、パルス幅の指令値が基準値ＰＷ_ｒｅｆより長くなり、ビルドアップ時間の測定値が基準値ＢＵ_ｒｅｆより短くなるに従って、パルス幅ＰＷの指令値が基準値ＰＷ_ｒｅｆより短くなるように、両者の対応関係が定義されている。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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）。

【0034】

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。

【0035】

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）。

【0036】

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ＢＵ_ｒｅｆ（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）。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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Ｐ_ｒｅｆのとき、放電電圧の指令値が基準値Ｖ_ｒｅｆに対応する。平均出力の測定値が基準値Ｐ_ｒｅｆ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Ｐ_ｒｅｆ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。

【0045】

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。

【0046】

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Ｐ_ｒｅｆより大きくなるに従って、放電電圧の指令値を基準値Ｖ_ｒｅｆより小さくし、平均出力の測定値が基準値Ｐ_ｒｅｆより小さくなるに従って、放電電圧の指令値を基準値Ｖ_ｒｅｆより大きくする。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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Ｖ_ｒｅｆ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。

【0050】

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）。

【0051】

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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆを更新した後、ステップＳＡ５（図５）が実行される。

【0052】

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。

【0053】

図１１は、ビルドアップ時間の基準値ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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Ｖ_ｒｅｆに設定されており、パルス幅の指令値が基準値ＰＷ_ｒｅｆに設定されている。平均出力の測定値は基準値Ｐ_ｒｅｆにほぼ一致し、ビルドアップ時間の測定値は基準値ＢＵ_ｒｅｆにほぼ一致しているとする。

【0054】

何らかの要因によって平均出力の測定値が基準値Ｐ_ｒｅｆ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）。

【0055】

ビルドアップ時間の測定値が基準値ＢＵ_ｒｅｆより短くなると、パルス幅の指令値を基準値ＰＷ_ｒｅｆ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Ｐ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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）。

【0056】

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ＰＷ_ｍｉｎに達する。パルス幅の指令値が許容下限値ＰＷ_ｍｉｎに達した後は、パルス幅の指令値が許容下限値ＰＷ_ｍｉｎ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。

【0057】

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。

【0058】

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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆを破線で示す。ビルドアップ時間の基準値ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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）。

【0059】

時刻ｔ２１からビルドアップ時間の基準値ＢＵ_ｒｅｆの更新周期が経過すると、ビルドアップ時間の基準値ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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ＰＷ_ｒｅｆ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）。

【0060】

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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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）。

【0061】

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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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ＢＵ_ｒｅｆ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）。

【0062】

このように、本実施例では、ビルドアップ時間の基準値ＢＵ_ｒｅｆ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ＰＷ_ｍｉｎ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。

【0063】

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。

【符号の説明】

【0064】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】