JP5219623B2 - レーザ加工制御装置およびレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工に用いるレーザパルス光の出射を制御するレーザ加工制御装置およびレーザ加工装置に関するものである。

短パルスレーザ加工装置は、例えば１〜１００マイクロ秒幅のレーザパルス光をプリント基板などの被加工物にパルス照射することによって、直径が数十μｍ〜数百μｍ程度のスルーホール（穴）をプリント基板上に形成することのできる工作機械である。

このようなレーザ加工装置では、１つの加工穴に照射するレーザ光のエネルギー量（強さ）の合計値が規定値からずれると、プリント基板上に形成する穴の品質を悪化させてしまう。例えば、レーザ光のエネルギー量の合計値が規定値からずれた場合、形成する穴径に異常が生じる、穴が開かない、レーザ光が穴を突き抜ける、加工屑が残ってしまうといった問題が発生する。このため、従来のレーザ加工装置は、レーザ発振器から発射されたレーザ光の一部を取り出すとともに、取り出したレーザ光を電気量に変換して積分回路で積分し、この積分値に基づいて１つの加工穴に照射されたレーザ光のエネルギー量を算出していた。そして、算出したエネルギー量の合計値が、予め設定した規定値と異なる場合には、レーザ加工を停止したり、発射するパルス数を追加したりしていた。

また、特許文献１に記載のレーザ加工装置は、プリント基板に照射されたレーザ光のエネルギー量を正確に算出するために、プリント基板に照射されたレーザ光のエネルギー量をレーザパルス光の１発毎に算出している。そして、レーザパルス光の発振周波数に同期したタイミングで積分回路をリセットして、各レーザパルス光のパルスエネルギーを測定している。

特開平１１−２６１１４６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、積分回路をリセットしてもレーザパワー測定用センサを校正することはできなかった。このため、レーザ光の出射に伴ってレーザパワー測定用センサに温度ドリフトが発生した場合、レーザパワー測定用センサは正確なレーザパワーを測定することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光のレーザパワーを正確に測定して正確なエネルギー量のレーザ光を出射させることができるレーザ加工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、レーザ発振器からレーザ加工対象の被加工物に照射されるレーザパルス光を出射制御するレーザ加工制御装置において、前記レーザ発振器からパルス出射されたレーザパルス光の光強度をパルス毎に積分することによって、前記レーザパルス光のレーザパワーを測定するレーザパワー測定部と、前記レーザパルス光が出射されていないタイミングで前記レーザパワー測定部が出力する出力値に基づいて、前記レーザパワー測定部が測定するレーザパワーのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、前記オフセット量算出部が算出したオフセット量を前記レーザパワー測定部に出力するオフセット量出力部と、前記レーザパワー測定部が前記オフセット量を用いて測定したレーザパワーに基づいて、前記被加工物に照射されたレーザパルス光のエネルギー量の合計値をレーザ照射位置毎に算出するエネルギー量算出部と、前記エネルギー量算出部が算出した合計値に基づいて、前記レーザ発振器が出射するレーザパルス光の出射制御を行なう制御部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、レーザパルス光が出射されていないタイミングのレーザパワーの出力値に基づいて、レーザパワーのオフセット量を算出するので、レーザ光のレーザパワーを正確に測定して正確なエネルギー量のレーザ光を出射させることが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係るレーザ加工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概略構成を示す図である。レーザ加工装置１０１は、プリント基板等の被加工物にレーザ光をパルス照射することによって被加工物の穴あけ加工などを行なう装置であり、レーザ加工制御装置１０によって制御される。

レーザ加工装置１０１は、レーザ発振器１、ミラー４、ｆθレンズ５、ガルバノスキャナ６Ｘ，６Ｙ、ガルバノミラー６１Ｘ，６１Ｙ、ＸＹテーブル８、部分反射鏡（部分透過鏡）３１、後述の積分信号算出装置２０、レーザ加工制御装置１０を有している。レーザ発振器１は、例えば１００〜１００００Ｈｚの発振周波数で、例えば１〜１００μｓｅｃ幅のレーザパルス光（レーザ光２）をパルス出射し、部分反射鏡３１を介してミラー４へ入射させる。レーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、その一部が部分反射鏡３１によって積分信号算出装置２０に送られる。積分信号算出装置２０は、レーザ加工制御装置１０と接続しており、レーザ加工制御装置１０はレーザ発振器１と接続している。積分信号算出装置２０からレーザ加工制御装置１０へは、後述の積分信号ａ３が送られ、レーザ加工制御装置１０から積分信号算出装置２０へは、後述の積分指令ｂ３、オフセット電圧ｂ１が送られる。また、レーザ加工制御装置１０からレーザ発振器１へは、後述の発振指示ｂ２が送られる。

ミラー４は、レーザ光２を反射して光路へ導く。レーザ光２は、複数のミラー４で反射されることによってガルバノミラー６１Ｘ，６１Ｙへ導かれる。ガルバノミラー６１Ｘ，６１Ｙは、レーザ光２を反射してｆθレンズ５へ導く。ｆθレンズ５は、レーザ光２をＸＹテーブル８上の被加工物７上に集光させる。

ガルバノスキャナ６Ｘ，６Ｙは、レーザ光２を例えば５０ｍｍ四方の範囲で走査させるサーボモータであり、レーザ光２をガルバノミラー６１Ｘ，６１Ｙで揺動することによって、レーザ光２の照射位置を被加工物７の穴位置に高速に位置決めする。

ガルバノスキャナ６Ｘは、被加工物７に対するレーザ光の照射位置をＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ６Ｙは被加工物７に対するレーザ光の照射位置をＹ方向に移動させる。ＸＹテーブル８は、例えば３００ｍｍ四方の被加工物７を載置するとともに、被加工物７をＸＹ方向に移動させる。

レーザ加工装置１０１は、ＸＹテーブル８の移動（加工位置へのステップ）と被加工物７へのレーザ照射を繰り返すことによって、被加工物７の複数箇所に例えば直径数十〜数百μｍの穴加工を行う。レーザ加工装置１０１では、ＸＹテーブル８を移動させる間、被加工物７へのレーザ照射を停止し、ＸＹテーブル８が所望の位置に到達してＸＹテーブル８が停止した後、被加工物７へのレーザ照射を行なう。

本実施の形態では、積分信号算出装置２０がレーザ発振器１から出射されるレーザ光２の一部を用いて、レーザパルス光の積分信号を測定する。そして、レーザ加工制御装置１０が、被加工物７へのレーザ照射を停止している間の積分信号に基づいて、被加工物７に照射されるレーザ光２のエネルギー量（レーザパワー）を算出する。レーザ加工制御装置１０は、算出したエネルギー量に基づいてレーザ発振器１を制御し、エネルギー量に応じたパルス数のレーザ光を被加工物７に照射させる。

なお、レーザ加工装置１０１では、レーザ発振器１、ミラー４、ｆθレンズ５、ガルバノスキャナ６Ｘ，６Ｙ、ガルバノミラー６１Ｘ，６１Ｙ、ＸＹテーブル８以外の光学素子などを光路に挿入しておいてもよいし、何れかを省く構成としてもよい。

ここで、積分信号算出装置（レーザパワー測定部）２０の構成と動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る積分信号算出装置の構成を示す図である。積分信号算出装置２０は、赤外線センサ２２、増幅回路２３、積分回路２４を含んで構成されており、レーザパルス光のレーザパワーに対応する積分信号ａ３を算出する。

赤外線センサ２２は、入射されたレーザ光２の光強度を電気信号ａ１（電圧や抵抗値などの電気量）に変換して出力するセンサである。増幅回路２３は、赤外線センサ２２から送られてくる電気信号ａ１を増幅する回路であり、増幅した信号を積分回路２４に送る。本実施の形態の増幅回路２３は、レーザ加工制御装置１０と接続されており、レーザ加工制御装置１０からオフセット電圧ｂ１（赤外線センサ２２の温度ドリフトをキャンセルさせるための電圧値）が送られてくる。増幅回路２３は、電気信号ａ１とオフセット電圧ｂ１を加算し、加算後の信号を電気信号ａ２（補正後の電気信号）として積分回路２４に送る。

積分回路２４は、電気信号ａ２を所定の時間で積分して積分信号ａ３を算出する回路である。積分回路２４へは、レーザ加工制御装置１０から積分指令ｂ３（積分時間を指定する信号）が送られる。積分回路２４は、積分指令ｂ３に対応する時間で電気信号ａ２を積分して積分信号ａ３（レーザパワーに応じた信号）を算出しレーザ加工制御装置１０に送る。

レーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、部分反射鏡（部分透過鏡）３１へ送られる。部分反射鏡３１は、レーザ光２のうち透過させないレーザ光２を反射してガルバノミラー６１Ｘ，６１Ｙ側へ送る。また、部分反射鏡３１は、レーザ光２の一部を透過させて積分信号算出装置２０（赤外線センサ２２）に送る。積分信号算出装置２０は、部分反射鏡３１からのレーザ光を用いて積分信号ａ３を算出し、算出した積分信号ａ３をレーザ加工制御装置１０に送る。レーザ加工制御装置１０は、積分信号ａ３に基づいて、被加工物７に照射されるレーザ光２のエネルギー量を算出する。そして、レーザ加工制御装置１０は、算出したエネルギー量に応じたオフセット電圧ｂ１を増幅回路２３に送る。

これにより、増幅回路２３は、電気信号ａ１とオフセット電圧ｂ１を加算し、加算後の信号を電気信号ａ２として積分回路２４に送る。レーザ加工制御装置１０は、この電気信号ａ２を用いて積分信号ａ３を算出し、算出した積分信号ａ３をレーザ加工制御装置１０に送る。そして、レーザ加工制御装置１０は、電気信号ａ２を用いて算出された積分信号ａ３に基づいて、被加工物７に照射されるレーザ光２のエネルギー量を算出する。レーザ加工制御装置１０は、算出したエネルギー量に応じたオフセット電圧ｂ１を増幅回路２３に送るとともに、算出したエネルギー量に応じたレーザ光を出射させる指示（発振指示ｂ２）をレーザ発振器１に送る。

つぎに、実施の形態１のレーザ加工制御装置１０の構成について説明する。レーザ加工制御装置１０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ゲートアレイなどによって構成されている。図３は、実施の形態１に係るレーザ加工制御装置の構成を示す機能ブロック図である。レーザ加工制御装置１０は、積分信号入力部１１、オフセット電圧算出部（オフセット量算出部）１２、オフセット電圧出力部（オフセット量出力部）１３、積分指令出力部１４、レーザパルス出力指示部（制御部）１５、エネルギー量算出部１６を有している。

積分信号入力部１１は、積分回路２４から送られてくる積分信号ａ３を入力し、オフセット電圧算出部１２とエネルギー量算出部１６に送る。オフセット電圧算出部１２は、積分信号ａ３に後述のオフセット係数ｋをかけることによって、増幅回路２３に送るオフセット電圧ｂ１を算出する。

オフセット電圧出力部１３は、オフセット電圧算出部１２が算出したオフセット電圧ｂ１を増幅回路２３へ出力する。積分指令出力部１４は、積分時間を指定するための積分指令ｂ３を積分回路２４へ出力する。積分指令出力部１４は、ＸＹテーブル８が所望の位置に到達してＸＹテーブル８が停止した後に、オフセット値を測定するための積分指令ｂ３を積分回路２４へ出力する。

エネルギー量算出部１６は、積分信号ａ３に基づいて、レーザ光２のエネルギー量をパルス毎に算出する。エネルギー量算出部１６は、予め加工穴毎に設定されるエネルギー量の合計値（各加工穴に設定されるパルス毎のエネルギー量を合計した値）（以下、エネルギー量基準値という）と、算出した実際のエネルギー量（以下、実エネルギー量という）と、を比較し、比較結果（エネルギー量の差分）をレーザパルス出力指示部１５に送る。

レーザパルス出力指示部１５は、エネルギー量の比較結果に基づいて、レーザ光の出射停止または追加出射を指示する発振指示ｂ２をレーザ発振器１に送る。レーザパルス出力指示部１５は、実エネルギー量がエネルギー量基準値よりも小さかった場合、エネルギー量の差分に応じたパルス数だけレーザ光を追加出射させる発振指示ｂ２をレーザ発振器１に送る。レーザパルス出力指示部１５は、実エネルギー量がエネルギー量基準値よりも大きくなると判明した時点で、レーザ光を出射停止させる発振指示ｂ２をレーザ発振器１に送る。

つぎに、赤外線センサ２２から出力されて増幅回路２３で増幅されたレーザパルス（電気信号ａ２）と、積分信号ａ３について説明する。図４は、赤外線センサに温度ドリフトが発生していない場合の積分信号を説明するための図であり、図５は、赤外線センサに温度ドリフトが発生した場合の積分信号を説明するための図である。

赤外線センサ２２に温度ドリフトが発生していない場合、赤外線センサ２２からはオフセットの無いレーザパルス（電気信号ａ１）が出力される。この場合、レーザ光が出射されていないタイミングでは、基準値である「０」のレーザパルスａ１が赤外線センサ２２から出力される。そして、レーザ加工制御装置１０から増幅回路２３へのオフセット電圧ｂ１の入力がなければ、図４に示すように、増幅回路２３からはオフセットの無いレーザパルス（電気信号ａ２）が出力される。

レーザ加工制御装置１０の積分指令出力部１４は、パルスの立ち上がりよりも前に積分指令（レーザ光のエネルギー量を測定するための積分指令）（以下、積分指令ｂｘという）の信号を立ち上げる。ここでの積分指令ｂｘは、積分指令ｂ３と同様の積分指令であり、積分指令ｂ３がオフセット値を測定するための積分指令であるのに対して、積分指令ｂｘは、エネルギー量を測定するための積分指令である。積分指令出力部１４は、パルスが立ち下がった後に積分指令ｂｘの信号を立ち下げる。これらの積分指令ｂｘは、積分指令出力部１４から積分回路２４に送られる。積分回路２４は、積分指令ｂｘが立ち上がっている時間だけ、レーザパルス光を積分（電気信号ａ２の面積を算出）する。これにより、積分回路２４は、積分結果として正常な積分信号ａ３（エネルギー量）を得る。

一方、赤外線センサ２２に温度ドリフトが発生している場合、赤外線センサ２２からはオフセットを有したレーザパルスａ１が出力される。この場合、レーザ光が出射されていないタイミングであっても、基準値である「０」よりも小さなレーザパルスａ１または「０」よりも大きなレーザパルスａ１が赤外線センサ２２から出力される。そして、レーザ加工制御装置１０から増幅回路２３へのオフセット電圧ｂ１の入力がなければ、図５に示すように、増幅回路２３からは、「＋」のオフセットを有したレーザパルスや、「−」のオフセットを有したレーザパルスが出力される。このため、積分回路２４は、積分結果としてプラス側にシフトした積分信号ａ３やマイナス側にシフトした積分信号ａ３を得る。

正常な値からプラス側またはマイナス側にシフトした積分信号ａ３を用いて、被加工物７へ照射されたレーザ光のエネルギー量を算出すると、実際のエネルギー量を正しく算出することができない。そこで、本実施の形態では、レーザ加工制御装置１０が、積分信号ａ３に応じたオフセット電圧ｂ１を増幅回路２３に入力する。これにより、オフセット電圧ｂ１が増幅回路２３に入力されなければ「＋」や「−」のオフセットを有したレーザパルスが増幅回路２３から出力される場合に、オフセットの無いレーザパルスを増幅回路２３から出力させることが可能となる。

つぎに、オフセット電圧ｂ１の算出処理手順について説明する。図６は、オフセット電圧の算出処理手順を示すフローチャートであり、図７は、オフセット電圧の算出処理手順を説明するための図である。

レーザ加工が開始されると、レーザ加工装置１０１は、ＸＹテーブル８を移動させることによって、被加工物７の加工位置（レーザ照射位置）に被加工物７を移動させる。この後、ガルバノスキャナ６Ｘ，６Ｙやガルバノミラー６１Ｘ，６１Ｙを動作させることによって被加工物７の加工位置が調整される。そして、レーザ発振器１からレーザ光２が出射される。レーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、部分反射鏡３１で一部だけ透過させられて赤外線センサ２２に送られる。

赤外線センサ２２は、レーザ光２の光強度を電気信号ａ１に変換して増幅回路２３に送る。増幅回路２３は、電気信号ａ１を増幅した電気信号ａ２（レーザパルス）を積分回路２４に送る。

また、レーザ加工が開始すると、積分指令出力部１４は、被加工物７にレーザ光が出射されているか否か（加工中であるか否か）を確認する（ステップＳ１１０）。具体的には、ガルバノスキャナ６Ｘ，６Ｙの動作が停止して被加工物７にレーザ光が出射されている状態（タイミング）であるか否かを判断する。

被加工物７にレーザ光が出射されていれば（ステップＳ１１０、Ｙｅｓ）、積分指令出力部１４は、積分指令ｂ３を出力することなく処理を終了する。被加工物７にレーザ光が出射されていなければ（ステップＳ１１０、Ｎｏ）、積分指令出力部１４は、例えば１００μｓｅｃ間の積分指令ｂ３を積分回路２４へ出力する。積分回路２４は、積分指令ｂ３が立ち上がっている時間だけ各レーザパルス（電気信号ａ２）を積分して積分信号ａ３を算出する（ステップＳ１２０）。そして、積分回路２４は、積分信号ａ３をレーザ加工制御装置１０に送る。この積分信号ａ３は、積分信号入力部１１を介してオフセット電圧算出部１２とエネルギー量算出部１６に送られる。

オフセット電圧算出部１２は、積分信号ａ３を積分電圧ｄに変換する。ここでの積分電圧ｄは、積分信号ａ３に対応する電圧であり、積分信号ａ３の各ピーク値である。そして、オフセット電圧算出部１２は、積分電圧ｄが設定範囲内であるか否かを判断する、具体的には、オフセット電圧算出部１２は、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値であるか否かを判断する（ステップＳ１３０）。ここでの合格閾値は、レーザ加工の加工品質に基づいて予め設定される値であり、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値の時に合格品質のレーザ加工を行なえるものである。合格閾値は、例えばレーザ発振器１からレーザ光が出射された際に算出される積分電圧の±１０％の範囲である。

｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値である場合（ステップＳ１３０、Ｙｅｓ）、オフセット電圧算出部１２は、オフセット電圧ｂ１を算出することなく、処理を終了する。｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値でない場合（ステップＳ１３０、Ｎｏ）、オフセット電圧算出部１２は、積分電圧ｄにオフセット係数ｋをかけることによってオフセット電圧ｂ１を算出する（ステップＳ１４０）。オフセット電圧出力部１３は、オフセット電圧算出部１２が算出したオフセット電圧ｂ１を増幅回路２３へ出力する（ステップＳ１５０）。この後、増幅回路２３は、電気信号ａ１にオフセット電圧ｂ１を加算した電気信号ａ２を積分回路２４に送る。

エネルギー量算出部１６は、積分信号ａ３に基づいて、レーザ光２のエネルギー量をパルス毎に算出する。そして、エネルギー量算出部１６は、パルス毎のエネルギー量を合計することによって実エネルギー量を算出する。エネルギー量算出部１６は、各加工穴に予め設定されるエネルギー量基準値と実エネルギー量とを比較して、エネルギー量の差分をレーザパルス出力指示部１５に送る。

レーザパルス出力指示部１５は、エネルギー量の差分に基づいて、レーザ光の出射停止または追加出射を指示する発振指示ｂ２をレーザ発振器１に送る。レーザパルス出力指示部１５は、実エネルギー量がエネルギー量基準値よりも小さかった場合、エネルギー量の差分に応じたパルス数だけレーザ光を追加出射させる発振指示ｂ２をレーザ発振器１に送る。レーザパルス出力指示部１５は、実エネルギー量がエネルギー量基準値よりも大きい場合または次に算出する実エネルギー量がエネルギー量基準値よりも大きくなると判断した場合、レーザ光を出射停止させる発振指示ｂ２をレーザ発振器１に送る。

レーザ加工装置１０１は、被加工物７にレーザ光が出射されていなければ（ステップＳ１１０、Ｎｏ）、ステップＳ１２０〜Ｓ１５０の処理（電気信号ａ２の校正動作）を繰り返す。

ここで、電気信号ａ２の校正動作を行なうタイミングについて説明する。図８は、パルス出射数の校正動作を行なうタイミングを説明するための図である。前述したように、レーザ加工装置１０１は、ＸＹテーブル８の移動と被加工物７へのレーザ照射を繰り返すことによって、被加工物７の複数箇所に穴加工を行う。レーザ加工装置１０１は、ＸＹテーブル８を移動させる間、被加工物７へのレーザ照射を停止する。ＸＹテーブル８の移動時間には例えば３００ｍｓｅｃが設定される。また、被加工物７へのレーザ照射には１箇所当たり例えば１〜１０ｓｅｃが設定され、この１〜１０ｓｅｃの間に複数のパルス光がレーザ照射される。

本実施の形態のレーザ加工装置１０１は、レーザ光を照射していない時（ＸＹテーブル８が移動している間）に、校正動作を行なう。具体的には、ＸＹテーブル８が移動を開始した後、所定時間（例えばガルバノスキャナ６Ｘ，６Ｙの動作に要する時間よりも長い例えば６０ｍｓｅｃ）の経過後に校正動作を開始する。

レーザ加工装置１０１は、図７で説明した校正動作を例えば５０回行なうことによって、電気信号ａ２を校正する。１回の校正動作（１つのオフセット電圧ｂ１の算出）に要する時間が例えば１００μｓｅｃである場合、この校正動作を例えば５０回行なうことによって、合計５ｍｓｅｃの時間で校正動作が完了する。

このように、ＸＹテーブル８が移動している間に校正動作を行なうので、レーザ加工処理にロス時間が発生することはない。また、ＸＹテーブル８が移動する度に、校正動作を行なうので、高頻度で校正を行なうことが可能となる。

なお、ここでは校正動作を５０回行なう場合について説明したが、校正動作を所定回数行なった後に、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値となれば、校正動作を終了してもよい。この場合、次にレーザ照射が行なわれるまで、校正動作を停止する。また、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値とならなければ、校正動作を５０回以上行ってもよい。この場合、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値となるまで校正動作を続けてもよいし、ＸＹテーブル８が移動している間のみ校正動作を続けてもよい。｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値となるまで校正動作を続ける場合、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値となるまで次のレーザ照射を待機させる。そして、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値となった後、次のレーザ照射を開始する。

なお、本実施の形態では、ＸＹテーブル８が移動している間に校正動作を行なう場合について説明したが、パルス出射とパルス出射の間（図８に示した１〜１０ｓｅｃの間など）に、校正動作を行なってもよい。この場合、１つのパルス出射を行った後、次のパルス出射を行うまでの間（パルス出射間毎）に、ステップＳ１２０〜Ｓ１５０の処理（校正動作）を少なくとも１回行なう。そして、校正動作を行なった後、次のパルス出射を行い、さらに次のパルス出射を行うまでの間に、ステップＳ１２０〜Ｓ１５０の処理を少なくとも１回行なう。換言すると、レーザ加工装置１０１は、１発のパルス出射と校正動作とを順番に繰り返して行なう。なお、レーザ加工装置１０１は、複数発のパルス出射に１回の割合で校正動作を行なってもよい。

レーザ加工装置１０１が被加工物７をレーザ加工する際には、複数のパルス光が出射される。そして、このパルス光は連続して赤外線センサ２２に入力されることとなる。このため、パルス出射とパルス出射の間に校正動作を行なわない場合、増幅回路２３からは図９の２点鎖線で示すような特性のレーザパルス（電気信号ａ２）が出力される場合がある。一方、パルス出射とパルス出射の間に校正動作を行なえば、増幅回路２３からは図９の実線で示すような特性のレーザパルス（電気信号ａ２）が出力されることとなる。

また、本実施の形態では、積分信号算出装置２０とレーザ加工制御装置１０を別々の校正としたが、レーザ加工制御装置１０が積分信号算出装置２０を有する構成としてもよい。

また、本実施の形態では、電気信号ａ２を積分した積分信号ａ３（積分電圧ｄ）を用いてオフセット電圧ｂ１を算出する場合について説明したが、電気信号ａ２を用いてオフセット電圧ｂ１を算出してもよい。また、電気信号ａ２を用いて実エネルギー量を算出してもよい。

なお、本実施の形態では、レーザ加工制御装置１０がレーザ発振器１が出射するレーザ光のパルス数を制御する場合について説明したが、レーザ加工制御装置１０はレーザ発振器１が出射するレーザ光のエネルギーパワーを制御してもよい。

このように実施の形態１によれば、増幅回路２３からはオフセット電圧ｂ１に応じた正確な電気信号ａ２が出力されるので、被加工物７に照射されるレーザ光のレーザパワーを正確に測定することが可能となる。

また、ＸＹテーブル８が移動している間に電気信号ａ２の校正動作を行なうので、電気信号ａ２の校正動作がレーザ加工処理を遅延させることはない。また、ＸＹテーブル８が移動する度に電気信号ａ２の校正動作を行なうので、高頻度に電気信号ａ２の校正を行なうことが可能となる。また、レーザ光２のパルス出射間毎に電気信号ａ２の校正動作を行なうので、正確な電気信号ａ２の校正を行なうことが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図１０〜図１２を参照し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、レーザ加工制御装置１０がソフトウェア上の演算によって、積分信号ａ３を正しい積分信号（温度ドリフトを考慮した積分信号）に補正し、補正した積分信号（後述の積分信号ａ４）を用いてレーザパルス光の実エネルギー量を算出する。

図１０は、実施の形態２に係る積分信号測定装置の構成を示す図である。図１０の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１の積分信号算出装置２０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

積分信号算出装置２０は、赤外線センサ２２、積分回路２４を含んで構成されている。本実施の形態の積分回路２４は、赤外線センサ２２に接続されており、赤外線センサ２２から出力される電気信号ａ１を所定の時間（積分指令ｂ３）で積分して積分信号ａ３を算出する。積分回路２４は、積分指令ｂ３に対応する時間で積分した電気信号ａ１を積分信号ａ３としてレーザ加工制御装置１０に送る。

つぎに、実施の形態２のレーザ加工制御装置１０の構成について説明する。図１１は、実施の形態２に係るレーザ加工制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図１１の各構成要素のうち図３に示す実施の形態１のレーザ加工制御装置１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

レーザ加工制御装置１０は、積分信号入力部１１、積分指令出力部１４、レーザパルス出力指示部１５、エネルギー量算出部１６、オフセット量記憶部１７、積分電圧算出部１８、オフセット量算出部１９を有している。

本実施の形態のオフセット量算出部１９は、積分信号ａ３を積分電圧ｄに変換するとともに、積分電圧ｄに基づいてオフセット量ｃを算出する。ここでのオフセット量ｃは、赤外線センサ２２の温度ドリフトに起因する積分信号ａ３のずれ量（オフセット）を補正するための補正値である。オフセット量ｃは、積分回路２４から次に入力されてくる積分信号ａ３の補正に用いられる。

オフセット量記憶部１７は、オフセット量算出部１９が算出した最新のオフセット量ｃを記憶する。積分電圧算出部１８は、積分回路２４から次に入力されてくる積分信号ａ３を、オフセット量記憶部１７が記憶している最新のオフセット量ｃを用いて補正する。積分電圧算出部１８は、オフセット量ｃを用いて補正した積分信号を積分信号ａ４（図示せず）としてエネルギー量算出部１６に送る。エネルギー量算出部１６は、積分信号ａ４に基づいてレーザ光２のエネルギー量をパルス毎に算出する。

つぎに、積分信号ａ４の算出処理手順について説明する。図１２は、積分信号の算出処理手順を示すフローチャートである。図１２に示す処理手順のうち、図６で説明した実施の形態１のレーザ加工装置１０１が行なう処理手順と同様の処理手順については、その説明を省略する。

レーザ加工装置１０１は、レーザ加工を開始すると、レーザ発振器１からレーザ光２を出射する。レーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、部分反射鏡３１で一部だけ透過させられて赤外線センサ２２に送られる。赤外線センサ２２は、レーザ光２の光強度を電気信号ａ１（レーザパルス）に変換して積分回路２４に送る。

また、レーザ加工を開始すると、積分指令出力部１４は、被加工物７にレーザ光が出射されているか否かを確認する（ステップＳ２１０）。被加工物７にレーザ光が出射されていれば（ステップＳ２１０、Ｙｅｓ）、積分指令出力部１４は、積分指令ｂ３を出力することなく処理を終了する。被加工物７にレーザ光が出射されていなければ（ステップＳ２１０、Ｎｏ）、積分指令出力部１４は、例えば１００μｓｅｃ間の積分指令ｂ３を積分回路２４へ出力する。積分回路２４は、積分指令ｂ３が立ち上がっている時間だけ各レーザパルス（電気信号ａ１）を積分して積分信号ａ３を算出する（ステップＳ２２０）。そして、積分回路２４は、積分信号ａ３をレーザ加工制御装置１０に送る。この積分信号ａ３は、積分信号入力部１１を介してオフセット量算出部１９と積分電圧算出部１８に送られる。

オフセット量算出部１９は、積分信号ａ３を積分電圧ｄに変換する。オフセット量算出部１９は、積分電圧ｄが設定範囲内であるか否かを判断する、具体的には、オフセット量算出部１９は、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値であるか否かを判断する（ステップＳ２３０）。

｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値である場合（ステップＳ２３０、Ｙｅｓ）、オフセット量算出部１９は、オフセット量ｃを算出することなく、処理を終了する。｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値でない場合（ステップＳ２３０、Ｎｏ）、オフセット量算出部１９は、積分電圧ｄに基づいてオフセット量ｃを算出する。

オフセット量算出部１９は、例えば積分電圧ｄの大きさをオフセット量ｃの大きさとする（積分電圧ｄ＝オフセット量ｃ）。このとき、積分電圧ｄの符号とオフセット量ｃの符号を反転させておく（積分電圧ｄ×（−１）をオフセット量ｃとする）。オフセット量記憶部１７は、オフセット量算出部１９が算出したオフセット量ｃを記憶しておく（ステップＳ２４０）。

この後、被加工物７にレーザ光が出射されていなければ、積分指令出力部１４は積分指令ｂ３を積分回路２４へ出力し、積分回路２４は積分信号ａ３を算出してレーザ加工制御装置１０に送る。

この積分信号ａ３は、積分信号入力部１１を介してオフセット量算出部１９と積分電圧算出部１８に送られる。積分電圧算出部１８は、オフセット量記憶部１７が記憶しておいた最新のオフセット量ｃを積分信号ａ３に加算して補正後の積分信号ａ４（赤外線センサ２２の温度ドリフトに起因する積分信号ａ１，ａ３のずれ量を補正した積分信号ａ４）を算出する（ステップＳ２５０）。

そして、積分電圧算出部１８は、算出した積分電圧ｄをエネルギー量算出部１６に送る。エネルギー量算出部１６は、積分電圧ｄに基づいて、レーザ光２のエネルギー量をパルス毎に算出する。以下、レーザ加工制御装置１０は、実施の形態１と同様の処理によってレーザ発振器１を制御する。

また、オフセット量算出部１９は、積分信号ａ３を積分電圧ｄに変換する。そして、オフセット量算出部１９は、｜積分電圧ｄ｜≦合格閾値でなければ、積分電圧ｄに基づいて新たなオフセット量ｃを算出する。オフセット量記憶部１７は、オフセット量算出部１９が算出した新たなオフセット量ｃを記憶しておく。

この後、レーザ加工装置１０１は、ステップＳ２１０〜Ｓ２５０の処理を繰り返す。具体的には、被加工物７にレーザ光が出射されていなければ、積分指令出力部１４はｎ（ｎは自然数）パルス目のパルス光に対応する積分指令ｂ３を積分回路２４へ出力し、積分回路２４はｎパルス目のパルス光の積分信号ａ３を算出してレーザ加工制御装置１０に送る。

オフセット量算出部１９は、ｎパルス目のパルス光の積分信号ａ３を積分電圧ｄに変換する。そして、積分電圧算出部１８は、（ｎ−１）パルス目のパルス光を照射した際に算出したオフセット量ｃ（最新のオフセット電気信号）をオフセット量記憶部１７から抽出する。積分電圧算出部１８は、抽出したオフセット量ｃを積分信号ａ３に加算することによって、ｎパルス目のパルス光の積分信号ａ４を算出する。

なお、積分信号ａ４を算出するタイミングは、実施の形態１で説明した電気信号ａ２の校正動作を行なうタイミングと同じタイミングとする。すなわち、ＸＹテーブル８が移動している間に積分信号ａ４を算出してもよいし、レーザ光２のパルス出射間毎に積分信号ａ４を算出してもよい。

このように実施の形態２によれば、（ｎ−１）パルス目のパルス光を照射した際に算出したオフセット量ｃをｎパルス目のパルス光の積分信号ａ３に加算することによって、ｎパルス目のパルス光の積分信号ａ４を算出するので、被加工物７に照射されるレーザ光のレーザパワーを正確測定することが可能となる。

以上のように、本発明に係るレーザ加工制御装置およびレーザ加工装置は、レーザ加工に用いるレーザパルス光の出射制御に適している。

本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１に係る積分信号算出装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ加工制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 赤外線センサに温度ドリフトが発生していない場合の積分信号を説明するための図である。 赤外線センサに温度ドリフトが発生した場合の積分信号を説明するための図である。 オフセット電圧の算出処理手順を示すフローチャートである。 オフセット電圧の算出処理手順を説明するための図である。 パルス出射数の校正動作を行なうタイミングを説明するための図である。 パルス出射とパルス出射の間に校正動作を行なった場合のレーザパルスを説明するための図である。 実施の形態２に係る積分信号測定装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係るレーザ加工制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 積分信号の算出処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ レーザ発振器
２ レーザ光
４ ミラー
５ ｆθレンズ
６Ｘ，６Ｙ ガルバノスキャナ
７ 被加工物
８ ＸＹテーブル
１０ レーザ加工制御装置
１１ 積分信号入力部
１２ オフセット電圧算出部
１３ オフセット電圧出力部
１４ 積分指令出力部
１５ レーザパルス出力指示部
１６ エネルギー量算出部
１７ オフセット量記憶部
１８ 積分電圧算出部
１９ オフセット量算出部
２０ 積分信号算出装置
２２ 赤外線センサ
２３ 増幅回路
２４ 積分回路
３１ 部分反射鏡
６１Ｘ，６１Ｙ ガルバノミラー
１０１ レーザ加工装置

Claims (6)

1. レーザ発振器からレーザ加工対象の被加工物に照射されるレーザパルス光を出射制御するレーザ加工制御装置において、
   前記レーザ発振器からパルス出射されたレーザパルス光の光強度をパルス毎に積分することによって、前記レーザパルス光のレーザパワーを測定するレーザパワー測定部と、
   前記レーザパルス光が出射されていないタイミングで前記レーザパワー測定部が出力する出力値に基づいて、前記レーザパワー測定部が測定するレーザパワーのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、
   前記オフセット量算出部が算出したオフセット量を前記レーザパワー測定部に出力するオフセット量出力部と、
   前記レーザパワー測定部が前記オフセット量を用いて測定したレーザパワーに基づいて、前記被加工物に照射されたレーザパルス光のエネルギー量の合計値をレーザ照射位置毎に算出するエネルギー量算出部と、
   前記エネルギー量算出部が算出した合計値に基づいて、前記レーザ発振器が出射するレーザパルス光の出射制御を行なう制御部と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工制御装置。
2. レーザ発振器からレーザ加工対象の被加工物に照射されるレーザパルス光を出射制御するレーザ加工制御装置において、
   前記レーザ発振器からパルス出射されたレーザパルス光の光強度をパルス毎に積分することによって、前記レーザパルス光のレーザパワーを測定するレーザパワー測定部と、
   前記レーザパルス光が出射されていないタイミングで前記レーザパワー測定部が出力する出力値に基づいて、前記レーザパワー測定部が測定するレーザパワーのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、
   前記レーザパワー測定部が測定したレーザパワーと、前記オフセット量算出部が算出したオフセット量と、に基づいて、前記被加工物に照射されたレーザパルス光のエネルギー量の合計値をレーザ照射位置毎に算出するエネルギー量算出部と、
   前記エネルギー量算出部が算出した合計値に基づいて、前記レーザ発振器が出射するレーザパルス光の出射制御を行なう制御部と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工制御装置。
3. 前記オフセット量算出部は、前記被加工物が所定の加工位置に移動させられている間に、前記レーザパワーのオフセット量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工制御装置。
4. 前記オフセット量算出部は、前記レーザパルス光のパルス出射間に前記レーザパワーのオフセット量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工制御装置。
5. レーザ発振器から被加工物に照射されるレーザパルス光を出射制御して前記被加工物のレーザ加工を行なうレーザ加工装置において、
   前記レーザパルス光を出射するレーザ発振器と、
   前記レーザパルス光の出射制御を行なうレーザ加工制御装置と、
   を有し、
   前記レーザ加工制御装置は、
   前記レーザ発振器からパルス出射されたレーザパルス光の光強度をパルス毎に積分することによって、前記レーザパルス光のレーザパワーを測定するレーザパワー測定部と、
   前記レーザパルス光が出射されていないタイミングで前記レーザパワー測定部が出力する出力値に基づいて、前記レーザパワー測定部が測定するレーザパワーのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、
   前記オフセット量算出部が算出したオフセット量を前記レーザパワー測定部に出力するオフセット量出力部と、
   前記レーザパワー測定部が前記オフセット量を用いて測定したレーザパワーに基づいて、前記被加工物に照射されたレーザパルス光のエネルギー量の合計値をレーザ照射位置毎に算出するエネルギー量算出部と、
   前記エネルギー量算出部が算出した合計値に基づいて、前記レーザ発振器が出射するレーザパルス光の出射制御を行なう制御部と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
6. レーザ発振器から被加工物に照射されるレーザパルス光を出射制御して前記被加工物のレーザ加工を行なうレーザ加工装置において、
   前記レーザパルス光を出射するレーザ発振器と、
   前記レーザパルス光の出射制御を行なうレーザ加工制御装置と、
   を有し、
   前記レーザ加工制御装置は、
   前記レーザ発振器からパルス出射されたレーザパルス光の光強度をパルス毎に積分することによって、前記レーザパルス光のレーザパワーを測定するレーザパワー測定部と、
   前記レーザパルス光が出射されていないタイミングで前記レーザパワー測定部が出力する出力値に基づいて、前記レーザパワー測定部が測定するレーザパワーのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、
   前記レーザパワー測定部が測定したレーザパワーと、前記オフセット量算出部が算出したオフセット量と、に基づいて、前記被加工物に照射されたレーザパルス光のエネルギー量の合計値をレーザ照射位置毎に算出するエネルギー量算出部と、
   前記エネルギー量算出部が算出した合計値に基づいて、前記レーザ発振器が出射するレーザパルス光の出射制御を行なう制御部と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。

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