JP2024127571A - レーザ電源及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ発振器から出力されるレーザパルスの各々のパワーの瞬時値の時間変化を緩やかにすることが可能なレーザ電源を提供する。
【解決手段】高周波電源が、レーザ発振器の放電電極にパルス的に高周波電流を供給する。高周波電源からレーザ発振器にパルス的に供給される高周波電流のパルスのそれぞれが出力されている期間内に、放電電極に与える高周波電流の振幅が変化するように、電源制御部が高周波電源を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ電源及びレーザ加工装置に関する。

インバータを動作させてレーザ発振器に高周波電流を供給し、パルスレーザビームを出力させるレーザ電源が公知である。インバータを連続動作とすることにより、高レベルのレーザパルスを出力させ、群パルス動作による間欠動作とすることにより、低レベルのレーザパルスを出力させる技術が公知である（特許文献１）。

特開２００３－２４３７４９号公報

炭酸ガスレーザ等のレーザ発振器からパルスレーザビームを出力させると、レーザパルスの各々が出力される期間に、パワーの瞬時値が時間的に変化する。レーザパルスの波形はレーザ発振器によって異なり、例えば、レーザパルスの立ち上がり時に急峻なピークが現れ、その後パワーが時間の経過とともに減少する場合がある。または、レーザパルスが立ち上がった後、ピークが形成されることなく、パワーの瞬時値が時間の経過とともに徐々に増大する場合もある。

音響光学素子を用いて、レーザパルスからパワーの瞬時値の変動が少ない部分を切り出し、切り出されたレーザパルスでレーザ加工を行う手法が多く用いられる。レーザ発振器から出力されるパルスレーザビームのレーザパルスのパワーの瞬時値の時間変化が緩やかである場合は、レーザ発振器から出力されたレーザパルスをそのまま加工対処物に入射させて加工を行うことができる。また、音響光学素子を用いて切り出す場合でも、レーザパルスのパワーの瞬時値の時間変化が緩やかである場合は、レーザパルスの立ち上がりと切り出しタイミングとの間にずれが生じても、切り出されたレーザパルスのパルスエネルギのばらつきが少なくなる。

本発明の目的は、レーザ発振器から出力されるレーザパルスの各々のパワーの瞬時値の時間変化を緩やかにすることが可能なレーザ電源を提供することである。本発明の他の目的は、このレーザ電源を用いたレーザ加工装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
レーザ発振器の放電電極にパルス的に高周波電流を供給する高周波電源と、
前記高周波電源から前記レーザ発振器にパルス的に供給される高周波電流のパルスのそれぞれが出力されている期間内に、前記放電電極に与える高周波電流の振幅が変化するように前記高周波電源を制御する電源制御部と
を備えたレーザ電源が提供される。

本発明の他の観点によると、
上述のレーザ電源と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザパルスを加工対象物に入射させてレーザ加工を行う加工機と
を備え、
前記加工機は、前記放電電極にパルス的に高周波電流を供給する契機となる励振指令を前記電源制御部に与える加工機制御部を有するレーザ加工装置が提供される。

高周波電流のパルスのそれぞれが出力されている期間内に、放電電極に与える高周波電流の振幅を変化させることにより、レーザ発振器から出力されるレーザパルスのパルス波形を変化させることができる。高周波電流の振幅の変化を調整することにより、レーザパルスのパワーの瞬時値の時間変化を緩やかにすることが可能になる。

図１は、一実施例によるレーザ電源を搭載したレーザ加工装置のブロック図である。 図２は、高周波電源及びレーザ発振器の概略等価回路図である。 図３は、図１に示した実施例によるレーザ電源に関わる信号のタイミングチャートである。 図４は、デューティ比の指令値の時間変化パターンを決定する手順を示すフローチャートである。 図５は、パルスレーザビームを１ショット出力させる手順を示すフローチャートである。 図６Ａ及び図６Ｂは、デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンと、その時間変化パターンで高周波電源３０を動作させたときのレーザパルスの波形を示すグラフである。 図７は、他の実施例によるレーザ電源に関わる信号のタイミングチャートである。 図８は、さらに他の実施例によるレーザ電源の電源制御部の機能を説明するためのブロック図である。 図９は、図８に示した実施例の変形例によるレーザ電源の電源制御部の機能を説明するためのブロック図である。 図１０は、図８に示した実施例の他の変形例によるレーザ電源の電源制御部３１の機能を説明するためのブロック図である。 図１１は、さらに他の実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。 図１２は、図１１に示した実施例によるレーザ加工装置のレーザ電源に関わる信号のタイミングチャートである。

図１～図６Ｂを参照して、一実施例によるレーザ電源について説明する。
図１は、本実施例によるレーザ電源を搭載したレーザ加工装置のブロック図である。レーザ加工装置は、レーザ電源１０、レーザ発振器４０、及び加工機５０を含む。レーザ電源１０からレーザ発振器４０に高周波電流Ｉｒｆが供給される。レーザ発振器４０として、ガスレーザ発振器、例えば炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。レーザ発振器４０は、一対の放電電極４１を含む。レーザ発振器４０に高周波電流Ｉｒｆが供給されると、一対の放電電極４１の間で放電が生じ、パルスレーザビームＬｐが出力される。

レーザ発振器４０から出力されたパルスレーザビームＬｐが、加工機５０に入射する。加工機５０に入射したパルスレーザビームＬｐは、部分反射鏡５１で反射され、ビーム走査器５２、集光レンズ５３を経由して加工対象物６０に入射する。加工対象物６０は、可動ステージ５４に保持されている。可動ステージ５４は、加工機制御部５９からの制御により、加工対象物６０を被加工面に平行な二方向及び被加工面に垂直な方向に移動させる。

ビーム走査器５２は、加工機制御部５９から制御を受けて、パルスレーザビームを走査することにより、加工対象物６０の被加工面上でビームスポットを移動させる。ビーム走査器５２として、例えばガルバノスキャナを用いることができる。集光レンズ５３は、パルスレーザビームを加工対象物６０の被加工面に集光する。集光レンズ５３として、例えばｆθレンズを用いることができる。なお、必要に応じて、ビームエキスパンダ、アパーチャ、アッテネータ等をビーム経路に配置してもよい。

加工対象物６０は、例えばプリント基板であり、ビーム走査器５２によってパルスレーザビームのビームスポットを移動させることにより、走査可能範囲内の穴あけ加工が行われる。可動ステージ５４を動作させて、加工対象物６０の表面の加工すべき領域を、ビーム走査器５２の走査可能範囲内に順次配置することにより、加工対象物６０の表面の全域の加工が行われる。

部分反射鏡５１に入射したパルスレーザビームのパワーの一部は、部分反射鏡５１を透過し、パワーメータ５５に入射する。パワーメータ５５は、パルスレーザビームの平均パワーを測定する。パワーメータ５５に入射したパルスレーザビームの一部は散乱され、散乱光の一部が光検出器５６に入射する。光検出器５６は、パルスレーザビームＬｐの各レーザパルスの波形に追従できる程度の応答速度を有している。光検出器５６として、例えばＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）センサを用いることができる。光検出器５６は、レーザパルスのパワーの瞬時値、すなわちパルス波形を検出することができる。パワーメータ５５及び光検出器５６による検出結果が加工機制御部５９に入力される。

加工機制御部５９は、レーザ電源１０に対して、励振指令Ｓｉｇ＿ｅ及びシマー指令Ｓｉｇ＿ｓを与える。レーザ電源１０は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅを受信すると、レーザ発振器４０に励振用の高周波電流Ｉｒｆを供給する。これにより、レーザ発振器４０からパルスレーザビームＬｐが出力される。また、レーザ電源１０は、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓを受信すると、レーザ発振器４０にシマー用の高周波電流Ｉｒｆを供給する。これにより、レーザ発振器４０内でシマー放電が生じ、レーザ媒質ガスが励起される。ただし、シマー放電が生じる時間が短いため、レーザパルスは出力されない。

次に、レーザ電源１０の構成について説明する。レーザ電源１０は、整流器１１、制御電源１２、充電電源２０、バンクコンデンサ２５、高周波電源３０、及び電源制御部３１を含む。

外部の交流電源７０から整流器１１に三相交流電流が供給される。整流器１１で整流された直流電流が充電電源２０に供給される。制御電源１２が、交流電源７０から供給される交流電力を直流電力に変換して、直流電力を電源制御部３１に供給する。

充電電源２０は、入力された直流電圧を昇圧して、バンクコンデンサ２５を充電する。バンクコンデンサ２５から高周波電源３０に直流電力が供給される。高周波電源３０は、バンクコンデンサ２５から供給された直流電力を高周波電力に変換し、高周波電流Ｉｒｆをレーザ発振器４０にパルス的に供給する。

電源制御部３１が、加工機制御部５９から励振指令Ｓｉｇ＿ｅ及びシマー指令Ｓｉｇ＿ｓを受ける。電源制御部３１は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅ及びシマー指令Ｓｉｇ＿ｓに基づいて充電電源２０及び高周波電源３０を制御する。具体的には、電源制御部３１は、高周波電源３０に動作指令Ｔｒｇ１を送出し、充電電源２０に動作指令Ｔｒｇ２を送出する。

充電電源２０として、例えば昇降圧コンバータが用いられる。バンクコンデンサ２５の電極間の電圧を、ＤＣリンク電圧ＶＣということとする。バンクコンデンサ２５から高周波電源３０に電力が供給されてＤＣリンク電圧ＶＣが低下すると、電源制御部３１は充電電源２０を動作させてＤＣリンク電圧ＶＣを元のレベルまで回復させる。昇降圧コンバータのスイッチングのデューティ比を変化させることにより、ＤＣリンク電圧ＶＣの回復量を調整することができる。これにより、ＤＣリンク電圧ＶＣがほぼ一定に維持される。

高周波電源３０は、例えばインバータを含む。レーザ発振器４０にパルス的に高周波電流Ｉｒｆを供給するタイミング、時間幅、及びインバータのスイッチング素子をオンオフするデューティ比が、動作指令Ｔｒｇ１により指令される。

図２は、高周波電源３０及びレーザ発振器４０の概略等価回路図である。レーザ発振器４０の放電電極４１の間の放電空間は、容量成分Ｃと抵抗成分Ｒとの直列接続回路で表すことができる。高周波電源３０とレーザ発振器４０とを接続する配線が誘導成分Ｌを有する。誘導成分Ｌ、容量成分Ｃ、及び抵抗成分Ｒが、共振回路４２を構成する。

高周波電源３０は、インバータ３０Ａ、インバータコントローラ３０Ｂ、及び昇圧トランス３０Ｃを含む。インバータ３０Ａとして、例えば４個のスイッチング素子を含むフルブリッジ型インバータが用いられる。インバータ３０ＡにＤＣリンク電圧ＶＣが印加される。インバータ３０Ａの出力が昇圧トランス３０Ｃで昇圧されて共振回路４２に供給される。高周波電源３０から出力される高周波電流Ｉｒｆの周波数は、共振回路４２の共振周波数の近傍に設定される。

電源制御部３１からインバータコントローラ３０Ｂに動作指令Ｔｒｇ１が与えられると、インバータコントローラ３０Ｂは動作指令Ｔｒｇ１による指令に基づいて、インバータ３０Ａのスイッチング素子をオンオフする。スイッチング素子のオンオフのデューティ比ＤＲを変化させると、共振回路４２に流れる高周波電流Ｉｒｆの振幅が変化する。

図３は、本実施例によるレーザ電源１０に関わる種々の信号のタイミングチャートである。図３に示した複数のタイミングチャートは、上段から順番に、励振指令Ｓｉｇ＿ｅ、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓ、動作指令Ｔｒｇ１で指令されるデューティ比ＤＲの指令値、高周波電源３０からレーザ発振器４０に供給される高周波電流Ｉｒｆ、及びレーザ発振器４０から出力されるパルスレーザビームＬｐを表す。

励振指令Ｓｉｇ＿ｅが送出されていない期間に、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓが周期的に送出される。シマー指令Ｓｉｇ＿ｓの立ち上がりが、レーザ発振器４０への高周波電流Ｉｒｆの供給開始の指令に相当し、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓの立下りが、レーザ発振器４０への高周波電流Ｉｒｆの供給停止の指令に相当する。

電源制御部３１（図１）がシマー指令Ｓｉｇ＿ｓを受信すると、高周波電源３０に対して、デューティ比ＤＲを指定する動作指令Ｔｒｇ１（図１）を送出する。デューティ比ＤＲの指令値は、例えば０．７２である。動作指令Ｔｒｇ１は、例えば、高周波電源３０のスイッチング素子のオンオフを指令する信号である。この場合、インバータコントローラ３０Ｂは、動作指令Ｔｒｇ１に同期してスイッチング素子のオンオフを行う。

高周波電源３０のスイッチング素子が、動作指令Ｔｒｇ１に応じたデューティ比ＤＲでスイッチングされることにより、高周波電流Ｉｒｆがレーザ発振器４０に供給される。高周波電流Ｉｒｆの振幅は、デューティ比ＤＲの指令値に依存する。シマー指令Ｓｉｇ＿ｓによる高周波電流Ｉｒｆの供給時間は、レーザ媒体ガスが励起されるが、レーザ発振は生じない程度の短い時間である。

電源制御部３１は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅを受けると、高周波電源３０に対してデューティ比ＤＲを指定する動作指令Ｔｒｇ１を送出する。励振指令Ｓｉｇ＿ｅの立ち上がり（時刻ｔ_１）が、レーザ発振器４０への高周波電流Ｉｒｆの供給開始の指令に相当し、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの立下り（時刻ｔ_２）が、レーザ発振器４０への高周波電流Ｉｒｆの供給停止の指令に相当する。図３では、１つの励振指令Ｓｉｇ＿ｅを表示しているが、複数の励振指令Ｓｉｇ＿ｅがパルス的に与えられる。高周波電源３０が励振指令Ｓｉｇ＿ｅを受けるごとに、その立ち上がりから立下りまでの期間、高周波電源３０からレーザ発振器４０に高周波電流Ｉｒｆがパルス的に供給される。

電源制御部３１は、高周波電流Ｉｒｆのパルスのそれぞれが出力されている期間、例えば時刻ｔ_１からｔ_２までの期間、デューティ比ＤＲの指令値を変化させる。デューティ比ＤＲの指令値が変化すると、高周波電流Ｉｒｆの振幅が変化する。デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンは、予め電源制御部３１に設定されている。例えば、デューティ比ＤＲの指令値の初期値が０．７２であり、その後０．５に低下し、その後０．７５に増加し、さらに０．８まで増加する。

高周波電流Ｉｒｆがレーザ発振器４０に供給されると、供給開始時点からやや遅れてパルスレーザビームＬｐのレーザパルスが立ち上がる。高周波電流Ｉｒｆの振幅が一定の場合、図３において破線で示すように、レーザパルスのパワーの瞬時値は一旦ピークを形成し、その後徐々に低下する。高周波電流Ｉｒｆの供給が停止すると、パワーの瞬時値はゼロに向って低下する。

本実施例では、レーザパルスのパワーの瞬時値がピークを形成する前に、高周波電流Ｉｒｆの振幅が低下する。このため、レーザパルスのパワーの瞬時値のピークが低くなるか、またはピークを形成しなくなる。その後、デューティ比ＤＲの指令値が階段的に増加するため、レーザパルスのパワーの瞬時値が低下することなく、ほぼ一定の状態が維持される。高周波電流Ｉｒｆの供給が停止すると、レーザパルスのパワーの瞬時値が低下する（レーザパルスが立ち下がる）。

次に、図４を参照してデューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンを決定する手順について説明する。

図４は、デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンを決定する手順を示すフローチャートである。まず、高周波電源３０を種々のデューティ比ＤＲで動作させてレーザ発振器４０からレーザパルスを出力させ、デューティ比ＤＲごとにレーザパルスの波形を測定する（ステップＳＡ１）。レーザパルスの波形の測定結果に基づいて、所望の波形に最も近い波形が得られたときのデューティ比ＤＲを、デューティ比ＤＲの指令値の好ましい時間変化として決定する（ステップＳＡ２）。決定されたデューティ比ＤＲの指令値の時間変化を、デューティ比の時間変化パターンとして電源制御部３１に設定する（ステップＳＡ３）。

このように、種々のデューティ比ＤＲで評価実験を行うことにより、デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンを決定することができる。

次に、図５を参照してパルスレーザビームＬｐを１ショット出力させる手順について説明する。

図５は、パルスレーザビームＬｐを１ショット出力させる手順を示すフローチャートである。電源制御部３１は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅを受信すると（ステップＳＢ１）、デューティ比ＤＲの指令値に、デューティ比ＤＲの時間変化パターンの初期値を設定する（ステップＳＢ２）。電源制御部３１は、このデューティ比ＤＲの指令値で高周波電源３０を動作させる（ステップＳＢ３）。

励振指令Ｓｉｇ＿ｅにより、励振停止が指令される（励振指令Ｓｉｇ＿ｅが立ち下がる）まで、デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンに応じてデューティ比ＤＲの指令値を変更し（ステップＳＢ４、ＳＢ５）、高周波電源３０の動作を継続させる（ステップＳＢ３、ＳＢ４）。励振指令Ｓｉｇ＿ｅにより励振停止が指令されると、電源制御部３１は高周波電源３０の動作を停止させる（ステップＳＢ４、ＳＢ６）。

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、１つのレーザパルスが出力されている期間に高周波電源３０に与えるデューティ比ＤＲの指令値を変化させることにより、レーザパルスの波形を調整することができる。デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンを、レーザパルスのパワーの瞬時値がほぼ一定になるように設定しておくことにより、レーザパルスのパワーの瞬時値をほぼ一定に、または瞬時値の時間変化を緩やかにすることができる。

一般的に、レーザ発振器から出力されたレーザパルスから、音響光学素子等の切出光学系を用いて一部分を切り出し、切り出されたレーザパルスでレーザ加工を行っている。本実施例によるレーザ電源１０（図１）を用いると、レーザパルスの波形を調整することが可能であるため、レーザ発振器４０（図１）から出力されたレーザパルスから音響光学素子等の切出光学系を用いて切り出すことなく、レーザ加工を行うことが可能になる。これにより、レーザ加工装置の部品点数を削減することができる。さらに、音響光学素子の動作時間に起因する時間的制約がなくなり、加工速度の向上を図ることができる。また、レーザ発振器４０から出力されたパルスレーザビームＬｐの光エネルギを有効に利用することが可能になる。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、上記実施例の変形例によるレーザ電源について説明する。

図６Ａ及び図６Ｂは、デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンと、その時間変化パターンで高周波電源３０を動作させたときのレーザパルスの波形を示すグラフである。

デューティ比ＤＲの指令値が一定の条件で高周波電源３０（図１）を動作させたとき、上記実施例（図３）では、レーザパルスの波形は破線で示すように、立ち上がり時にピークを形成し、その後緩やかに低下する。これに対して本変形例では、図６Ａに示すように、レーザパルスは、立ち上がった後ピークを形成することなくレーザパルスのパワーの瞬時値が時間の経過とともに徐々に増加する。高周波電源３０からの高周波電流Ｉｒｆの供給が停止されると、レーザパルスが立ち下がる。

本変形例による電源制御部３１（図１）に設定されているデューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターン（図６Ｂ）では、図６Ａに示したレーザパルスのパワーの瞬時値が徐々に増加する期間に、デューティ比ＤＲの指令値が徐々に低下する。これにより、レーザパルスは、立ち上がり後、パワーの瞬時値がほぼ一定に推移する。

上記実施例（図３）及び本変形例（図６Ａ、図６Ｂ）のように、レーザ発振器４０（図１）の特性に応じてデューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンを設定するとよい。

次に、上記実施例の他の変形例について説明する。上記実施例では、電源制御部３１からの動作指令Ｔｒｇ１に同期して、インバータコントローラ３０Ｂがスイッチング素子のオンオフを行う。その他の例として、動作指令Ｔｒｇ１が、高周波電源３０の動作の開始タイミング、終了タイミング、デューティ比ＤＲの指令値、及びデューティ比の指令値の変更タイミングを指令するようにしてもよい。この場合、インバータコントローラ３０Ｂは、動作指令Ｔｒｇ１で指令される種々のタイミング及びデューティ比の指令値に応じて、スイッチング素子をオンオフする。

次に、図７を参照して他の実施例によるレーザ電源について説明する。以下、図１～図５を参照して説明した実施例によるレーザ電源と共通の構成については説明を省略する。

図７は、本実施例によるレーザ電源に関わる信号のタイミングチャートである。図３に示した実施例では、励振指令Ｓｉｇ＿ｅが立ち下がると同時に高周波電源３０（図１）の動作が停止され、レーザ発振器４０への高周波電流Ｉｒｆの供給が停止される。これに対して本実施例では、励振指令Ｓｉｇ＿ｅが立ち下がると（時刻ｔ_２）、電源制御部３１は、直前の高周波電流Ｉｒｆの供給停止から半周期遅れて高周波電源３０の動作を再開させ（時刻ｔ_３）、一定時間経過後（時刻ｔ_４）に高周波電源３０の動作を停止させる。動作再開時のデューティ比ＤＲの指令値は、励振期間中のデューティ比ＤＲの指令値より小さい。

高周波電源３０の動作を再開させると、励振期間中の高周波電流Ｉｒｆに対して位相が反転した高周波電流Ｉｒｆがレーザ発振器４０に供給される。

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
レーザ発振器４０への高周波電流Ｉｒｆの供給を停止しても、共振回路４２（図２）を流れる電流は直ちにゼロにはならず、徐々に減少する。このため、図３に示したように、高周波電流Ｉｒｆの供給を停止した後も、レーザ出力が一定時間継続する。本実施例では、高周波電流Ｉｒｆの供給を停止した後、共振回路４２に反転位相の高周波電流が供給されるため、反転位相の高周波電流が共振回路４２を流れる高周波電流を打ち消し、共振回路４２を流れる高周波電流が速やかにゼロになる。このため、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの立下り（時刻ｔ_２）からレーザ出力がゼロになるまでの時間を短くすることができる。

位相を反転させた高周波電流の大きさ及び高周波電流を流す時間は、共振回路４２に流れている高周波電流を打ち消してゼロにするために必要な値にするとよい。

次に、図８を参照して、さらに他の実施例によるレーザ電源について説明する。以下、図１～図５を参照して説明した実施例によるレーザ電源と共通の構成については説明を省略する。

図８は、本実施例によるレーザ電源の電源制御部３１の機能を説明するためのブロック図である。図１～図５を参照して説明した実施例では、デューティ比ＤＲの指令値の時間変化パターンが予め電源制御部３１に設定されている。これに対して本実施例では、光検出器５６で検出されたレーザパルスのパワーの瞬時値に基づいてデューティ比ＤＲの指令値を変化させる。

電源制御部３１は、ＡＤ変換器３１Ａ、デューティ比決定部３１Ｂ、及びパワーデューティ比対応関係表３１Ｃを含む。ＡＤ変換器３１Ａは、光検出器５６によるパワーの瞬時値の測定値をデジタルデータに変換する。パワーデューティ比対応関係表３１Ｃに、パワーの瞬時値とデューティ比ＤＲとの対応関係が設定されている。例えば、パワーの瞬時値が４つの区分に分類され、各区分にデューティ比ＤＲが対応付けられている。例えば、パワーの瞬時値の測定値が大きくなるに従ってデューティ比ＤＲが小さくなるように、各区分にデューティ比ＤＲが対応付けられている。

デューティ比決定部３１Ｂは、ＡＤ変換器３１Ａにより変換されたパワーの瞬時値の値と、パワーデューティ比対応関係表３１Ｃで定義された対応関係に基づいて、デューティ比ＤＲの指令値を決定する。例えば、デューティ比決定部３１Ｂは、パワーの瞬時値の測定値が属する区分に対応付けられているデューティ比ＤＲを、デューティ比ＤＲの指令値とする。

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、レーザパルスのパワーの瞬時値の測定値が大きくなるとデューティ比ＤＲの指令値を小さくし、測定値小さくなるとデューティ比ＤＲの指令値を大きくする。このため、レーザパルスのパワーの瞬時値が一定に維持されるような制御が行われる。言い換えると、レーザパルスのパワーの瞬時値が一定になるように、パワーデューティ比対応関係表３１Ｃが定義されている。

パワーデューティ比対応関係表３１Ｃで定義されたデューティ比ＤＲを変更することにより、レーザパルスのパワーの瞬時値が一定になるときのパワーの瞬時値を変化させることができる。

次に、図９を参照して本実施例の変形例について説明する。
図９は、本変形例によるレーザ電源の電源制御部３１の機能を説明するためのブロック図である。図８に示した実施例では、光検出器５６の出力信号をＡＤ変換器３１Ａによってデジタルデータに変換している。これに対して本変形例では、光検出器５６の出力信号がコンパレータ３１Ｄに入力される。コンパレータ３１Ｄは、光検出器５６の出力信号のレベルを複数の基準レベルＬＶＬ１、ＬＶＬ２、ＬＶＬ３のそれぞれと比較し、光検出器５６によるパワーの瞬時値の測定値が属する区分を決定する。

デューティ比決定部３１Ｂは、コンパレータ３１Ｄによって決定された区分に応じて、パワーデューティ比対応関係表３１Ｃを参照してデューティ比ＤＲの指令値を決定する。

次に、図１０を参照して本実施例の他の変形例について説明する。
図１０は、本変形例によるレーザ電源の電源制御部３１の機能を説明するためのブロック図である。本変形例においては、電源制御部３１は、光検出器５６によるパワーの瞬時値の測定値がパワーの目標値Ｐ_ｓｅｔに一致するようにフィードバック制御を行う。

ＡＤ変換器３１Ａが、光検出器５６による測定値をデジタルデータに変換し、パワーの瞬時値の測定値Ｐ_{ｍｅａｓｕｒｅ}を出力する。ＰＩＤ制御部３１Ｅが、パワーの目標値Ｐ_ｓｅｔに対するパワーの瞬時値の測定値Ｐ_{ｍｅａｓｕｒｅ}の偏差に基づいて、デューティ比ＤＲの偏差ΔＤｕｔｙを生成する。デューティ比ＤＲの初期値Ｄｕｔｙ＿ｉｎｉに偏差ΔＤｕｔｙを足してデューティ比ＤＲの指令値Ｄｕｔｙが生成される。

図９及び図１０に示した変形例のように、光検出器５６によるパワーの瞬時値の測定値に基づいて、デューティ比ＤＲの指令値を決定するとよい。

次に、図１１及び図１２を参照して、さらに他の実施例によるレーザ加工装置について説明する。以下、図１～図５を参照して説明した実施例によるレーザ電源と共通の構成については説明を省略する。

図１１は、本実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。本実施例では、レーザ発振器４０から出力されたパルスレーザビームＬｐが音響光学素子（ＡＯＭ）５７に入射する。音響光学素子５７は、加工機制御部５９から制御されることにより、入射するレーザパルスから時間軸上の一部分を切り出す。加工機制御部５９は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの送出に同期して、音響光学素子５７によるレーザパルスの切り出しタイミングを制御する。加工機５０は、音響光学素子５７で切り出されたレーザパルスを加工対象物６０に入射させる。パルスレーザビームＬｐのうち音響光学素子５７で切り出されなかった残余の成分は、ビームダンパ５８に入射する。

図１２は、本実施例によるレーザ電源１０に関わる信号のタイミングチャートである。１段目から５段目までのタイミングチャートは、それぞれ図３に示した励振指令Ｓｉｇ＿ｅ、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓ、デューティ比ＤＲの指令値、高周波電流Ｉｒｆ、及びパルスレーザビームＬｐのタイミングチャートと同一である。６段目及び７段目のタイミングチャートは、それぞれ音響光学素子５７の制御信号及び音響光学素子５７で切り出されたレーザパルスを示す。

例えば、音響光学素子５７の制御信号の立ち上がり（時刻ｔ_５）から立ち下り（時刻ｔ_６）までの期間に、パルスレーザビームＬｐから加工用のレーザパルスが切り出される。加工用のレーザパルスが切り出されなかった期間のレーザパルスを、図１２において破線で示す。

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、音響光学素子５７で切り出す前のレーザパルスのパワーの瞬時値の変化が、デューティ比ＤＲの指令値を一定にした場合の変化（図１２において破線で示した波形）と比べて緩やかである。パワーの瞬時値の変化が緩やかな範囲から加工用のレーザパルスが切り出されるため、レーザパルスの波形の立ち上がり時点に対して切り出しのタイミングがずれても、切り出されたレーザパルスのパルスエネルギのばらつきが小さくなる。このため、安定したレーザ加工を行うことができる。例えば、プリント基板の穴あけ加工を行う場合、形成された穴の形状のばらつきを抑制することができる。

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。

１０ レーザ電源
１１ 整流器
１２ 制御電源
２０ 充電電源
２５ バンクコンデンサ
３０ 高周波電源
３０Ａ インバータ
３０Ｂ インバータコントローラ
３０Ｃ 昇圧トランス
３１ 電源制御部
３１Ａ ＡＤ変換器
３１Ｂ デューティ比決定部
３１Ｃ パワーデューティ比対応テーブル
３１Ｄ コンパレータ
３１Ｅ ＰＩＤ制御部
４０ レーザ発振器
４１ 放電電極
４２ 共振回路
５０ 加工機
５１ 部分反射鏡
５２ ビーム走査器
５３ 集光レンズ
５４ 可動ステージ
５５ パワーメータ
５６ 光検出器
５７ 音響光学素子（ＡＯＭ）
５８ ビームダンパ
５９ 加工機制御部
６０ 加工対象物
７０ 交流電源

Claims (9)

1. レーザ発振器の放電電極にパルス的に高周波電流を供給する高周波電源と、
   前記高周波電源から前記レーザ発振器にパルス的に供給される高周波電流のパルスのそれぞれが出力されている期間内に、前記放電電極に与える高周波電流の振幅が変化するように前記高周波電源を制御する電源制御部と
   を備えたレーザ電源。
2. 前記高周波電源はスイッチング素子のオンオフによって直流電力を高周波電力に変換して高周波電流を出力し、
   前記電源制御部は、前記スイッチング素子のデューティ比を変化させることにより、前記放電電極に与える高周波電流の振幅を変化させる請求項１に記載のレーザ電源。
3. 前記電源制御部は、前記デューティ比の指令値の時間変化パターンを記憶しており、記憶された前記時間変化パターンに基づいて、前記デューティ比の指令値を変化させる請求項２に記載のレーザ電源。
4. 前記電源制御部は、前記レーザ発振器から出力されたレーザパルスのパワーの瞬時値の測定値に基づいて、前記デューティ比の指令値を変化させる請求項２に記載のレーザ電源。
5. 前記電源制御部は、前記測定値と前記デューティ比の指令値との対応関係を記憶しており、前記測定値に対応する前記デューティ比の指令値で前記高周波電源を制御する請求項４に記載のレーザ電源。
6. 前記電源制御部は、前記測定値が、前記測定値の目標値に近づくように、前記デューティ比の指令値に対してフィードバック制御を行う請求項４に記載のレーザ電源。
7. 前記電源制御部は、前記高周波電源から前記放電電極にパルス的に高周波電流を供給した後、位相を反転させて追加の高周波電流を供給する制御を行う機能を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザ電源。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザ電源と、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザパルスを加工対象物に入射させてレーザ加工を行う加工機と
   を備え、
   前記加工機は、前記放電電極にパルス的に高周波電流を供給する契機となる励振指令を前記電源制御部に与える加工機制御部を有するレーザ加工装置。
9. 前記加工機は、前記レーザ発振器から出力されたレーザパルスから時間軸上の一部分を切り出す音響光学素子を、さらに有し、
   前記加工機制御部は、前記レーザ電源への前記励振指令の送出に同期して、前記音響光学素子によるレーザパルスの切り出しタイミングを制御する請求項８に記載のレーザ加工装置。
   

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