激光加工装置以及脉冲激光束的输出方法
【专利说明】激光加工装置以及脉冲激光束的输出方法
[0001]本申请主张基于2014年9月17日申请的日本专利申请第2014-188369号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
[0002]本发明涉及一种将脉冲激光束入射到加工对象物来进行加工的激光加工装置以及应用于激光加工装置的脉冲激光束的输出方法。
【背景技术】
[0003]专利文献1?3中公开了通过施加供给给二氧化碳激光器的放电电极的高频电压来控制激光输出的电源装置。
[0004]在专利文献1所公开的电源装置中，根据按照被加工物的加工条件进行脉冲频率调制的指令脉冲，对逆变器的导通和断开进行控制。从逆变器输出脉冲频率调制后的电压脉冲，并施加至放电电极。由此，能够实现加工质量的提高。
[0005]在专利文献2所公开的电源装置中，对逆变器的输出电压的脉冲宽度进行控制，以使放电电流的检测值与设定值一致。为了使逆变器的输出电流的上升比逆变器的输出电压的上升慢，根据放电电流的减少而增加逆变器的开关频率。由此，能够实现激光用电源的高效率化以及低干扰化。
[0006]在专利文献3所公开的电源装置中，为了对气体放电激光器的RF电源的输出进行控制，采用了脉冲宽度调制。通过使提供至RF电源的数字脉冲序列内的数字脉冲的持续时间以递增方式变动，选择性地改变数字脉冲序列的平均功率。
[0007]专利文献1:日本特开2013-089788号公报
[0008]专利文献2:日本特许第03496369号公报
[0009]专利文献3:日本特表2013-507790号公报
[0010]为了提高激光加工质量，要求对脉冲激光束的脉冲能量进行控制。脉冲能量通过将激光功率的瞬时值从上升时刻至下降时刻为止进行时间积分来求出。想要增大脉冲能量时，可以考虑加长脉冲宽度的方法和增大激光功率的方法。在将二氧化碳激光器用于激光光源的情况下，以往通过改变激光脉冲的脉冲宽度来改变脉冲能量。这是因为很难按每一个激光脉冲改变激光功率，而改变脉冲宽度却比较容易。
[0011]但是，明确了一点就是即使脉冲能量相同，若脉冲宽度以及激光功率不同，则加工质量也不同。若仅采用通过调整脉冲宽度来改变脉冲能量的方法，则不足以进行高质量的加工，期待一种通过调整激光功率来改变脉冲能量的技术。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种能够按每一个激光脉冲调整激光功率从而改变脉冲能量的激光加工装置。本发明的另一目的在于提供一种应用于激光加工装置的脉冲激光束的输出方法。
[0013]根据本发明的一个观点，提供一种激光加工装置，其具有:
[0014]激光振荡器，包括一对放电电极，且输出脉冲激光束；
[0015]激光电源，按照所输入的激振指令信号的占空因数向所述放电电极施加高频电压；
[0016]激光控制装置，若输入有包括占空因数信息的激振模式指令信号以及指示脉冲激光束的输出时刻的脉冲输出时刻信号时，所述激光控制装置根据所述激振模式指令信号所包含的所述占空因数信息，向所述激光电源发出所述激振指令信号；
[0017]加工机控制装置，向所述激光控制装置发出所述脉冲输出时刻信号以及所述激振模式指令信号；
[0018]载物台，保持加工对象物；以及
[0019]光学系统，将从所述激光振荡器输出的所述脉冲激光束导光至保持于所述载物台的加工对象物。
[0020]根据本发明的另一观点，提供一种激光加工装置，其具有:
[0021]激光振荡器，包括一对放电电极，且输出脉冲激光束；
[0022]激光电源，按照所输入的激振指令信号的占空因数向所述放电电极施加高频电压；
[0023]控制装置，若输入有占空因数信息，则所述控制装置根据所输入的所述占空因数信息，向所述激光电源发出所述激振指令信号；
[0024]输入装置，向所述控制装置输入所述占空因数信息；
[0025]载物台，保持加工对象物；以及
[0026]光学系统，将从所述激光振荡器输出的所述脉冲激光束导光至保持于所述载物台的加工对象物。
[0027]根据本发明的又一观点，提供一种脉冲激光束的输出方法，经Η桥电路以脉冲方式向气体激光振荡器的放电电极施加高频电压，从而激发等离子体并输出脉冲激光束，其中，
[0028]按每一个激光脉冲改变所述Η桥电路的导通时间的占空因数，从而改变所述激光脉冲的脉冲宽度内平均功率。
[0029]通过按照激振指令信号的占空因数向放电电极施加高频电压，能够改变脉冲激光束的脉冲宽度内平均功率。通过按每一个激光脉冲改变激振指令信号的占空因数，能够按每一个激光脉冲改变脉冲宽度内平均功率。
【附图说明】
[0030]图1是根据实施例的激光加工装置的光学系统的示意图以及控制系统的框图。
[0031]图2是激光振荡器的剖视图。
[0032]图3是高频电源的等效电路图。
[0033]图4是激振模式指令信号、脉冲输出时刻信号、激振指令信号、高频电压、放电电流、脉冲激光束的时序图。
[0034]图5Α是示出激振模式指令信号、激振指令信号以及脉冲激光束的波形的一例的图表，图5Β是示出激振模式指令信号、激振指令信号以及脉冲激光束的波形的另一例的图表。
[0035]图6是示出开关频率与脉冲激光束的脉冲宽度内平均功率之间的关系的一例的图表。
[0036]图中:10_激光振荡器，11-激光电源，12-放电电极，13-直流电源，14-高频电源，14a-开关元件，14A、14B-电桥臂，14C-变压器，15-激光控制装置，20-光检测器，21-半透反射镜，22-光点位置稳定化光学系统，23-非球面透镜，24-准直透镜，25-掩膜，26-场透镜，27-折回镜，28-射束扫描器，29-f Θ透镜，30-载物台，31-加工对象物，35-加工机控制装置，36-输入装置，40-鼓风机，42-放电空间，43-导电部件，44-陶瓷部件，46-热交换器，50-激光腔室，51-端子，52-腔室内电流路，55-腔室外电流路，Cv_控制值，Dcc-占空因数，Dv-检测值，Ec-激振指令信号，Ep-激振模式指令信号，Ie-放电电流，Lp-脉冲激光束，Pt-脉冲输出时刻信号，Ve-高频电压，ffa-脉冲宽度内平均功率，fr-共振频率，fs_开关频率。
【具体实施方式】
[0037]在图1中示出根据实施例的激光加工装置的光学系统的示意图以及控制系统的框图。激光电源11以脉冲方式向激光振荡器10的放电电极12施加高频电压Ve。激光电源11包括直流电源13以及高频电源14。激光振荡器10例如使用二氧化碳激光振荡器。激光控制装置15根据来自加工机控制装置35的指令向直流电源13提供控制值Cv，向高频电源14提供激振指令信号Ec。
[0038]直流电源13根据控制值Cv对施加于高频电源14的直流电压进行控制。高频电源14根据激振指令信号Ec对放电电极12施加高频电压Ve。具体而言，根据控制值Cv对脉冲激光束的脉冲宽度内平均输出进行控制。在此，“脉冲宽度内平均输出”是指在输出激光脉冲的期间内对激光输出进行平均化而得到的值，与脉冲能量除以脉冲宽度而得到的值相等。而通常使用的“脉冲激光的平均输出”是指在包括不输出激光脉冲的时间在内的期间内以单位时间对激光输出进行平均化而得到的值。脉冲激光的平均输出小于脉冲宽度内平均输出。
[0039]例如，在对印刷基板等进行钻孔加工时，脉冲宽度内平均输出、脉冲宽度、脉冲的重复频率等被控制成与目标值一致。