JP7250231B1 - Laser device, laser processing device, learning device, reasoning device, laser processing system, and laser processing method - Google Patents
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Abstract
レーザ装置(500)は、パルスレーザ光を発生させるQスイッチレーザ発振器(100)と、パルスレーザ光を増幅する増幅器(200)と、Qスイッチレーザ発振器(100)と増幅器(200)との間の光路上に配置された光スイッチング素子(26)と、Qスイッチレーザ発振器(100)がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子(26)の透過率を変調させる制御装置(35)と、を備えることを特徴とする。The laser device (500) includes a Q-switched laser oscillator (100) that generates pulsed laser light, an amplifier (200) that amplifies the pulsed laser light, and a Q-switched laser oscillator (100) and amplifier (200). Transmittance of the optical switching element (26) based on the optical switching element (26) arranged on the optical path and the pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval at which the Q-switched laser oscillator (100) generates the pulsed laser light. a control device (35) for modulating the
Description
本開示は、レーザ加工用のレーザ装置、レーザ加工装置、学習装置、推論装置、レーザ加工システムおよびレーザ加工方法に関する。 The present disclosure relates to a laser device for laser processing, a laser processing device, a learning device, an inference device, a laser processing system, and a laser processing method.
高出力のパルスレーザ光が必要な場合、必要とされるレーザ出力よりも低出力のパルスレーザ光を発生させた後、パルスレーザ光を増幅器で増幅させる構成が採用される。このような構成において、パルスレーザ光を発生させる時間間隔であるパルス周期が一定でない場合、増幅器にパルスレーザ光を入射する時間間隔が変化し、増幅器のゲインがパルスレーザ光ごとに変化するため、増幅器から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーにばらつきが生じる。 When a high-power pulsed laser beam is required, a configuration is employed in which a pulsed laser beam with a lower output than the required laser output is generated and then amplified by an amplifier. In such a configuration, if the pulse period, which is the time interval for generating the pulsed laser light, is not constant, the time interval at which the pulsed laser light is incident on the amplifier changes, and the gain of the amplifier changes for each pulsed laser light. Variation occurs in the pulse energy of the pulsed laser light output from the amplifier.
特許文献1には、パルス周期が一定でないパルスレーザ光を増幅器で増幅させる場合に、主信号の他に、主信号と異なる波長の二次信号を増幅器に入射することによって、増幅器にパルスレーザ光が入射される時間間隔の変化を抑制し、増幅器のゲインの変動を抑制するパルスレーザシステムが開示されている。このパルスレーザシステムでは、増幅器の出力から二次信号を取り除いて主信号をレーザ出力として取り出している。
In
しかしながら、上記従来の技術によれば、所望のパルス周期が長い場合、増幅後に取り除く二次信号が多くなる。このため、投入電力のうちの多くの部分が主信号ではなく二次信号に使われ、エネルギー効率が低下するという問題があった。 However, according to the above-described conventional technique, when the desired pulse period is long, more secondary signals are removed after amplification. As a result, most of the input power is used for the secondary signal rather than the main signal, resulting in a decrease in energy efficiency.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能なレーザ装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and suppresses fluctuations in post-amplification pulse energy even when the pulse period changes while suppressing a decrease in conversion efficiency from input power to laser output. It is an object of the present invention to obtain a laser device capable of
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のレーザ装置は、パルスレーザ光を発生させるQスイッチレーザ発振器と、パルスレーザ光を増幅する増幅器と、Qスイッチレーザ発振器と増幅器との間の光路上に配置された光スイッチング素子と、Qスイッチレーザ発振器がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子の透過率を変調させる制御装置と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the laser device of the present disclosure includes a Q-switched laser oscillator that generates pulsed laser light, an amplifier that amplifies the pulsed laser light, and a Q-switched laser oscillator and the amplifier. a control device that modulates the transmittance of the optical switching element based on the optical switching element disposed on the optical path between the Q-switched laser oscillator and the pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval at which the Q-switched laser oscillator generates the pulsed laser light; characterized by comprising
本開示によれば、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能なレーザ装置を得ることができるという効果を奏する。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a laser device capable of suppressing fluctuations in post-amplification pulse energy even when the pulse period changes while suppressing deterioration in conversion efficiency from input power to laser output. It has the effect of being able to
以下に、本開示の実施の形態にかかるレーザ装置、レーザ加工装置、学習装置、推論装置、レーザ加工システムおよびレーザ加工方法を図面に基づいて詳細に説明する。 A laser device, a laser processing device, a learning device, an inference device, a laser processing system, and a laser processing method according to embodiments of the present disclosure will be described below in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかるレーザ装置500の構成を示す図である。レーザ装置500は、Qスイッチのようなシャッター機能を有する素子を用いてパルスレーザ光を発生させるQスイッチレーザ発振器100と、Qスイッチレーザ発振器100が発生させたパルスレーザ光を増幅する増幅器200と、Qスイッチレーザ発振器100と増幅器200との間の光軸2上に配置された光スイッチング素子26と、制御装置35と、情報処理装置36とを有する。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a
Qスイッチレーザ発振器100が発生させたパルスレーザ光は、光スイッチング素子26に入射され、設定された透過率で光スイッチング素子26を透過した後、光軸2に沿って増幅器200に入射する。光スイッチング素子26の透過率は、制御装置35からの信号に従って変調される。なお、「透過率を変調する」とは、透過率を経時的に変化させることを指す。光スイッチング素子26は、例えば、音響光学素子、電気光学素子などである。
A pulsed laser beam generated by the Q-switched
制御装置35は、光スイッチング素子26の透過率の制御と並行して、Qスイッチレーザ発振器100がパルスレーザ光を発振する時間間隔であるパルス周期、パルス幅、Qスイッチレーザ発振器100および増幅器200のそれぞれへの投入電力などを制御する。
In parallel with the control of the transmittance of the
情報処理装置36は、Qスイッチレーザ発振器100および増幅器200内に設置した図示していないセンサが取得する情報に基づいて、パルスレーザ光の発振間隔に応じた光スイッチング素子の制御信号を計算し、制御装置35に計算結果を含む情報を送る。
The
センサが取得する情報は、例えば、パルスレーザ光のパルスエネルギー、パルスレーザ光の波形、レーザ装置500の温度情報などである。制御装置35は、情報処理装置36からの情報に基づいて、光スイッチング素子26等に制御信号を送ることで、レーザ装置500の動作を制御する。
Information acquired by the sensor includes, for example, the pulse energy of the pulsed laser light, the waveform of the pulsed laser light, and the temperature information of the
光スイッチング素子26を透過して増幅器200に入射したパルスレーザ光は、増幅器200で増幅された後、光軸3に沿って射出される。光スイッチング素子26は、連続してパルスレーザ光を発生させるときに増幅器200を射出後にパルスレーザ光のパルスエネルギーの変動が小さくなるように制御される。なお、図1では、レーザ装置500が有する光スイッチング素子26は1つであるが、レーザ装置500は、複数の光スイッチング素子26を有していてもよい。
The pulsed laser light that has passed through the
また、図1では、Qスイッチレーザ発振器100と増幅器200とはそれぞれ個別の装置である場合を示したが、以下に示すように、Qスイッチレーザ発振器100と増幅器200とが1つの筐体内に構成された1つの装置であってもよい。
Further, FIG. 1 shows the case where the Q-switched
なお、制御装置35および情報処理装置36の機能は、処理回路を用いて実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いた制御回路であってもよい。
The functions of the
処理回路が専用のハードウェアである場合、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが用いられる。 If the processing circuit is dedicated hardware, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or any of these A combination is used.
上記の処理回路が、CPUを用いた制御回路で実現される場合、制御回路は、プロセッサと、メモリとを備える。プロセッサは、CPUであり、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)などとも呼ばれる。メモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disk)などである。 When the processing circuit described above is realized by a control circuit using a CPU, the control circuit includes a processor and a memory. A processor is a CPU, and is also called a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like. Memory includes, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), magnetic They include discs, flexible discs, optical discs, compact discs, mini discs, and DVDs (Digital Versatile Discs).
上記の処理回路がCPUを用いた制御回路により実現される場合、プロセッサがメモリに記憶された、制御装置35および情報処理装置36の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリは、プロセッサが実行する各処理における一時メモリとしても使用される。
When the above processing circuit is realized by a control circuit using a CPU, the processor reads out and executes a program corresponding to the processing of the
図2は、実施の形態1にかかるレーザ装置500の詳細な構成の一例を示す図である。図2では、レーザ装置500の内部の構成を斜視図で示している。レーザ装置500は、例えば、三軸直交型炭酸ガスレーザである。また、レーザ装置500は、一酸化炭素レーザ、エキシマレーザなどであってもよい。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a detailed configuration of the
図2に示す構成において、図1に示すレーザ装置500のQスイッチレーザ発振器100と増幅器200とを構成する部分は、同じ筐体300に格納されている。
In the configuration shown in FIG. 2, the parts forming the Q-switched
筐体300内には、レーザガスが封印されている。レーザ装置500は、筐体300内に送風機40,41と、一対の電極11および一対の電極12と、熱交換器42,43とを有する。レーザガスは、送風機40,41によって、それぞれ矢印で示されるガス流方向13,14に流れる。レーザガスは、その後、電極11,12の電極間を通過する。電極11,12には、放電制御装置44の制御に従って高周波電力が印加され、電極間に無声放電が発生する。この放電によりレーザガスが励起される。その後、レーザガスは、矢印で示されるガス流方向15,16に沿って流れ、熱交換器42,43によって冷却される。
A laser gas is sealed in the
また、レーザ装置500は、全反射ミラー21と部分反射ミラー24とを有する。全反射ミラー21と部分反射ミラー24とは共振器を構成しており、共振器の光軸1が、レーザガスが励起される放電空間内に位置するように、全反射ミラー21および部分反射ミラー24は配置されている。ただし、レーザガスは放電空間を通過した後も一定時間励起された状態を保つため、光軸1は放電空間から外れた位置を通っていてもよい。
The
レーザ装置500は、さらに、Qスイッチ22を有する。Qスイッチ22は、共振器の光軸1上に配置され、共振器のQ値を制御することによりパルス発振をさせてパルスレーザ光が発生する。Qスイッチ22は、例えば、音響光学素子や電気光学素子であってもよい。
The
共振器を構成する全反射ミラー21は、ほとんどの光を反射するが、わずかに光を透過させるようにしてあり、透過した光が入射する位置に光センサ50が配置されている。光センサ50は、共振器が発振させるパルスレーザ光のパルス波形、パルスエネルギーなどを測定する。レーザ装置500は、さらに、筐体300内のレーザガスと外気とを遮断するウィンドウ23を有している。図2に示す例では、全反射ミラー21、Qスイッチ22および光センサ50は、筐体300の外部に配置されており、ウィンドウ23は、レーザガスの筐体300からの漏出を防ぐと共に、部分反射ミラー24からの光を全反射ミラー21に向けて筐体300の外部に通している。部分反射ミラー24は、筐体300内のレーザガスと外気とを遮断する役割も担っている。光センサ50から光軸1に沿って部分反射ミラー24までの間に配置された素子が、Qスイッチレーザ発振器100を構成する部分となる。
The
上記では、Qスイッチ22は、大気中に設置されることとしたが、Qスイッチ22を筐体300内に設置して、ウィンドウ23の代わりに全反射ミラー21で筐体300内のレーザガスと外気とを遮断するようにしてもよい。また、ウィンドウ23から全反射ミラー21までの間に1枚以上のミラーを設置してもよい。
In the above description, the
発振器の部分反射ミラー24から射出されたパルスレーザ光は、ミラー25を介して光スイッチング素子26,27に入射し、光スイッチング素子26,27を透過したパルスレーザ光は、ミラー28を介してウィンドウ29から光軸2に沿って再び筐体300内に入射する。このとき、共振器の部分反射ミラー24からウィンドウ29までの光路上にレンズ、曲率ミラーなどを用いてパルスレーザ光のビーム径を調整してもよい。ウィンドウ29から筐体内に入射したパルスレーザ光は、励起されたレーザガス内を通過し、増幅された後、ミラー30によって反射されて、再度、励起されたレーザガス内に入射する。その後、励起されたレーザガス内を通過し増幅された後、ミラー31に反射され再度励起されたレーザガス内に入射する。その後、励起されたレーザガス内を通過し増幅された後、ミラー32に反射され再度励起されたレーザガス内に入射する。その後、励起されたレーザガス内を通過して増幅された後、ウィンドウ33から増幅後のパルスレーザ光が筐体300の外部に出力される。増幅後のパルスレーザ光は、光軸3に沿って部分反射ミラー34により反射されて、レーザ出力として出力される。部分反射ミラー34により一部透過した光は、光センサ51に入射する。光センサ51は、レーザ出力として出力されるパルスレーザ光のパルス波形、パルスエネルギーなどを測定する。
The pulsed laser light emitted from the partially reflecting
ウィンドウ29から筐体内に入射したパルスレーザ光が筐体300内の励起されたレーザガスを通過して部分反射ミラー34から出力されるまでと、光センサ51とを含んだ部分が、増幅器200を構成する部分である。
A portion including the
図2に示すレーザ装置500は、Qスイッチレーザ発振器100と増幅器200とが1つの筐体300内に構成され、Qスイッチレーザ発振器100および増幅器200の光軸が少なくとも1つの連続した放電空間内を通る一体型のMOPA(Master Oscillator Power Amplifier)構成となっている。ここで、筐体300内の各ミラーの反射面と放電空間との間に、図示していないアパーチャを配置して、光の通過する範囲を制限してもよい。
The
レーザ装置500は、連続的に放電させておき、Qスイッチ22で共振器のQ値を急激に変化させることによってパルス発振を行うことができる。
The
制御装置35は、Qスイッチ22および光スイッチング素子26,27および放電制御装置44に接続されており、これらを制御する。
The
情報処理装置36は、光センサ50,51からの情報を受け取る。また、情報処理装置36は、制御装置35から光スイッチング素子26,27の制御信号および放電電流の制御信号を受け取ってもよい。情報処理装置36は、パルスレーザ光のパルス波形からパルスレーザ光のパルスエネルギーを演算してもよい。
The
また、情報処理装置36は、図示していないセンサから、レーザガスの温度、ガス圧、レーザ装置500の温度、冷却水の温度、その他、経時的に変化する情報であって、レーザ装置500の状態を示す情報を受け取ってもよい。また、以下に説明するように、レーザ装置500が、レーザ加工装置のレーザ光源として使用される場合、レーザ加工装置から、レーザ発振のタイミングを示す情報、レーザ加工装置に搭載されたガルバノミラーの整定時間、静止時間、整定時間および静止時間を含む位置決め時間などの情報を受け取ってもよい。
The
情報処理装置36は、受け取った情報に基づいて、Qスイッチ22、光スイッチング素子26,27および放電制御装置44の制御に必要な情報を演算し、制御装置35に送る。
The
図3は、実施の形態1にかかるレーザ装置500をレーザ光源として用いたレーザ加工装置510の構成を示す図である。レーザ加工装置510は、レーザ装置500と、穴あけ加工機400とを有する。穴あけ加工機400は、レーザ装置500が出力するパルスレーザ光を用いて、穴あけ加工を行う装置であり、例えば、電子基板に穴あけ加工を行うことができる。穴あけ加工機400は、パルスレーザ光が電子基板の所定の位置に照射されるように、ガルバノミラー403のような位置決め機構を用いて位置決めされる。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a
レーザ装置500が出力するパルスレーザ光は、穴あけ加工機400に入射する。パルスレーザ光は、穴あけ加工機400のミラー401,402を介してガルバノミラー403に照射される。なお、ガルバノミラー403は、パルスレーザ光を偏向することによって、加工対象物405上のパルスレーザ光の照射位置を調整する偏向素子の一例である。なお、パルスレーザ光が穴あけ加工機400に入射してからガルバノミラー403に照射されるまでの光路上には、図示していないレンズ、球面ミラーなどのビーム径を調整するための光学素子が配置されてもよいし、ビームプロファイルを整形するためのマスクが配置されてもよい。また、図3では1枚のガルバノミラー403を示しているが、2枚のガルバノミラー403を用いて2軸とし、平面をスキャンできるようにしてもよい。
A pulsed laser beam output from the
ガルバノミラー403に照射されたパルスレーザ光は、対物光学系であるレンズ404を介して加工対象物405上に照射される。上記のマスクを使用した場合は、マスクで成形されたパルスレーザ光を加工対象物405上に転写する転写光学系としてもよい。加工対象物405は、直交する3軸方向に可動するテーブル上に設置してもよい。
The pulsed laser beam irradiated to the
加工対象物405上のパルスレーザ光が照射される位置は、ガルバノミラー403の角度を調整することによって位置決めされる。
The position of the
ガルバノミラー403によって位置決めされた位置に、パルスレーザ光が1ショット或いは複数ショット照射され、次に、別の位置にガルバノミラー403によって位置決めされた後、次のパルスレーザ光が照射される。このような処理を繰返し連続的に行うことによって、加工対象物405上に多数の穴が加工される。
A position positioned by the
ガルバノミラー403が位置決めに要する時間は、電子基板に加工する穴の目標形状、つまり、穴の加工パターンに依存する。図4は、電子基板に形成する穴の目標形状の一例を示す図である。図4の矢印は穴の加工経路を示しており、以下の説明では、加工経路に付された数字によって、各加工経路を特定する。加工経路#1、加工経路#2、加工経路#3・・・と数字の順番に穴の加工を行う場合、電子基板の穴の間隔が短い部分、例えば、加工経路#1、加工経路#4、加工経路#6、加工経路#7などでは、ガルバノミラー403が位置決めにかかる時間は短くなり、穴の間隔が離れている部分、例えば、加工経路#3、加工経路#5、加工経路#8などでは、ガルバノミラー403が位置決めにかかる時間は長くなる。このため、電子基板に複数の穴を連続的にあける場合、それぞれの穴を加工する際のガルバノミラーの位置決め時間は一定ではなく、時間的に変動する。
The time required for the positioning of the
パルスレーザ光は、ガルバノミラー403の位置決めが完了したタイミングで照射されるため、レーザ装置500からパルスレーザ光が射出するタイミングも時間的に変動することになる。Qスイッチ発振では、パルスレーザ光の発振タイミングが時間的に変化すると、パルスレーザ光毎に利得の蓄積時間が変化するため、発振するパルスレーザ光のパルスエネルギーも時間的に変化してしまう。このため、Qスイッチレーザ発振器100が発振したパルスレーザ光をそのまま増幅器200で増幅すると、パルスレーザ光のパルスエネルギーも時間的に変化してしまう。この場合、穴あけ加工機400では、加工穴毎にパルスレーザ光のパルスエネルギーが変化してしまうことになる。この様子を図5および図6に示す。
Since the pulsed laser light is emitted at the timing when the positioning of the
図5は、電子基板に加工する加工穴のパターンおよび加工経路の一例を示す図である。図6は、図5に示すパターンの加工穴を加工するときのパルスレーザ光の波形の時間変化を示す図である。図5に示すように、加工穴#1、加工穴#2、加工穴#3、加工穴#4の順番に穴加工を行う場合、Qスイッチ発振によるパルスレーザ光の波形は、図6に示すようになる。図6の横軸は、時間を示しており、横軸に付した数字は、図5の各加工穴に付した数字に対応している。加工穴#1および加工穴#2に比較して、加工穴#3、加工穴#4では、穴間隔が長い。このため、加工穴#1および加工穴#2を加工する際に照射されるパルスレーザ光よりも、加工穴#3および加工穴#4では、パルスエネルギーが高くなる。この場合、加工穴毎に加工に使用されるパルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきが生じるため、加工品質が安定しない恐れがある。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a pattern of machining holes to be machined on an electronic substrate and a machining path. FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in the waveform of the pulsed laser beam when machining holes having the pattern shown in FIG. As shown in FIG. 5, when drilling
このため、レーザ装置500では、穴あけ加工機400に入射するパルスレーザ光毎のパルスエネルギーのばらつきを抑制するために、Qスイッチレーザ発振器100から出射されたパルスレーザ光が光スイッチング素子26を透過する際の透過率を、パルスレーザ光毎に調整して、増幅器200に入射するパルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきを抑制している。
Therefore, in the
図7は、レーザ装置500の効果の説明図である。図7(a)は、Qスイッチレーザ発振器100が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図7(b)は、光スイッチング素子26の透過率を示している。図7(c)は、増幅器200に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図7(d)は、増幅器200から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the effect of the
Qスイッチレーザ発振器100で発振タイミングが一定の周期でなく、パルス周期が変化する場合、Qスイッチレーザ発振器100から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、前回の発振タイミングからの時間間隔が長いほど大きくなる。例えば、前回のパルスレーザ光との間隔の長さは、長い方から順に、パルスレーザ光#3、パルスレーザ光#4、パルスレーザ光#1であり、パルスレーザ光#1およびパルスレーザ光#2は同一であるとした場合、Qスイッチレーザ発振器100から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、大きい方から順にパルスレーザ光#3、パルスレーザ光#4、パルスレーザ光#1の順であり、パルスレーザ光#1およびパルスレーザ光#2は同一となる。
When the oscillation timing of the Q-switched
また、増幅器200においては、同一のパルスエネルギーのパルスレーザ光が入力された場合、前回のパルスレーザ光との時間間隔が長いほど、出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは大きくなる。このため、パルスレーザ光の時間間隔が長いほど増幅器200に入射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが小さくなるように、光スイッチング素子26の透過率をパルスレーザ光の時間間隔が長いほど小さく制御する。図7の例では、増幅器200に入射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが、小さい方から順に、パルスレーザ光#3、パルスレーザ光#4、パルスレーザ光#1の順であり、パルスレーザ光#1およびパルスレーザ光#2は同一となるように、透過率は、小さい方から順に、パルスレーザ光#3、パルスレーザ光#4、パルスレーザ光#1の順であり、パルスレーザ光#1およびパルスレーザ光#2は同一とする。これにより、増幅器200から出射されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは均一に近づき、ばらつきが抑制される。
In the
パルスレーザ光とパルスレーザ光との間の時間間隔は、例えば、パルス波形に基づいて検知し、検知した値を用いて、透過率の制御を行うことができる。フォトディテクタ、フォトチューブなどのパルスレーザ光の光強度の時間依存性を計測することができるセンサの測定電圧に基づいて、パルス波形の特徴的な形状から、そのパルスレーザ光の発生時刻を特定し、パルスレーザ光の間の時間間隔を定義することができる。例えば、パルスのピーク時刻を発生時刻としてもよいし、パルスのピークに対して光強度が予め定められた割合まで立ち上がった時刻を発生時刻としてもよいし、パルスがピークまで立ち上がった後、ピークに対して光強度が予め定められた割合まで低下した時刻を発生時刻としてもよい。 The time interval between the pulsed laser beams can be detected, for example, based on the pulse waveform, and the detected value can be used to control the transmittance. Identifying the generation time of the pulsed laser light from the characteristic shape of the pulse waveform based on the measured voltage of a sensor capable of measuring the time dependence of the light intensity of the pulsed laser light, such as a photodetector or phototube, A time interval between pulsed laser light can be defined. For example, the peak time of the pulse may be set as the generation time, the time when the light intensity rises to a predetermined ratio with respect to the pulse peak may be set as the generation time, or the pulse may reach the peak after rising to the peak. On the other hand, the time when the light intensity has decreased to a predetermined ratio may be set as the occurrence time.
レーザ装置500は、Qスイッチレーザ発振器100がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、パルスレーザ光毎に光スイッチング素子26の透過率を変調させる。パルス特性時間は、例えば、Qスイッチレーザ発振器100が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔、または、Qスイッチレーザ発振器100が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔の移動平均であってよい。レーザ装置500は、パルス特性時間が示す時間間隔が短いほど透過率を高く、且つ、パルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように光スイッチング素子26の透過率を制御する。
The
なお、図2に示すように、レーザ装置500が複数の光スイッチング素子26,27を有する場合、レーザ装置500は、複数の光スイッチング素子26,27を合わせた透過率が、上記の条件を満たすように制御する。
As shown in FIG. 2, when the
以上説明したように、実施の形態1にかかるレーザ装置500は、パルスレーザ光を発生させるQスイッチレーザ発振器100と、パルスレーザ光を増幅する増幅器200と、Qスイッチレーザ発振器100と増幅器200との間の光路上に配置された光スイッチング素子26と、Qスイッチレーザ発振器100がパルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子26の透過率を変調させる制御装置35と、を備える。透過率を変調させるとは、透過率の値を経時的に変化させることを示す。具体的には、実施の形態1において、制御装置35は、透過率の値を、光スイッチング素子26に入射するパルスレーザ光毎に変化させる。これにより、Qスイッチレーザ発振器100がパルスレーザ光を発生させる時間間隔が変化し、Qスイッチレーザ発振器100が発生させるパルスレーザ光のパルスエネルギーがパルスレーザ光毎に異なり、増幅器200の増幅率が変動してしまう場合であっても、増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能である。また、このとき、主信号の他に、二次信号を増幅器に入射することによって増幅器にパルスレーザ光が入射される時間間隔の変化を抑制する方法では、二次信号を取り除いて主信号をレーザ出力として取り出すために生じる投入電力からレーザ出力への変換効率の低下は抑制される。したがって、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能になる。
As described above, the
また、制御装置35は、Qスイッチレーザ発振器100が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔、または、Qスイッチレーザ発振器100が発生させる複数のパルスレーザ光の間の時間間隔の移動平均をパルス特性時間として求め、時間間隔が短いほど光スイッチング素子26の透過率を高く、且つ、増幅器200から出射される複数のパルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように光スイッチング素子26の透過率を制御する。ここで、増幅器200から出射される複数のパルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように、とは、例えば、図7の例では、図7(d)に示すパルスレーザ光#1~#4の間のパルスエネルギーの差が予め定められた値よりも小さくなるように制御することを指す。これにより、投入電力からレーザ出力への変換効率の低下を抑制しつつ、パルス周期が変化する場合であっても増幅後のパルスエネルギーの変動を抑制することが可能になる。
In addition, the
なお、上記では、パルスレーザ光は、ガルバノミラー403の位置決めが完了したタイミングで照射されることとしたが、ガルバノミラー403の位置決め時間が短すぎる場合はQスイッチレーザ発振器100で発振を止めている間に蓄積されるゲインが小さすぎて、増幅器200から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーが所望の値よりも小さくなる場合も想定される。この場合、増幅後に必要なパルスエネルギーが得られるまでガルバノミラー403を止めておき、必要なパルスエネルギーが得られた時点でパルスレーザ光を照射するという制御を行ってもよい。
In the above description, the pulsed laser beam is emitted at the timing when the positioning of the
実施の形態2.
実施の形態2では、レーザ装置500のレーザ出力を電子基板の穴あけ加工機400に用いるレーザ加工装置510の制御フローを説明する。
In
図8は、実施の形態2にかかるレーザ加工装置510の制御動作を説明するためのフローチャートである。レーザ装置500の制御装置35は、まず、穴あけ加工機400が加工する電子基板の穴あけパターンを示すデータを取得する(ステップS101)。例えば、穴あけパターンを示すデータは、加工する電子基板の穴の位置情報が含まれていてよい。
FIG. 8 is a flow chart for explaining the control operation of the
続いて制御装置35は、取得した穴あけパターンを示すデータから、電子基板の穴あけ経路を計算する(ステップS102)。その後、制御装置35は、それぞれの加工穴を加工するためにQスイッチレーザ発振器100がパルスレーザ光を発生させる時間間隔であるパルスレーザ光の発振間隔を算出する(ステップS103)。
Subsequently, the
制御装置35は、パルスレーザ光の発振間隔に応じたパルスレーザ光毎の光スイッチング素子26の透過率の初期値を算出する(ステップS104)。制御装置35は、上記で算出したパルスレーザ光の発振間隔および光スイッチング素子26の透過率のデータを、例えば制御装置35内のメモリに保存し、パルスレーザ光毎の光スイッチング素子26の透過率を設定する(ステップS105)。
The
制御装置35は、算出したパルスレーザ光の発振間隔と、算出した光スイッチング素子26の透過率とを用いて、Qスイッチレーザ発振器100および光スイッチング素子26の制御を行い、Qスイッチレーザ発振器100にレーザ発振を行わせる(ステップS106)。
The
また、制御装置35は、情報処理装置36を介して、光センサ51が取得した、増幅後のパルスレーザ光のパルスエネルギーを取得する(ステップS107)。なお、ステップS106でレーザ発振を行う回数は、例えば、電子基板の1枚分の穴の数と同数であってもよいし、電子基板の1枚分を複数回に分けてもよい。ここで発振されるパルスレーザ光は、電子基板には照射されず、未だ穴あけ加工は行わない。
In addition, the
制御装置35は、ステップS107で取得された増幅後の複数のパルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきを示す値が閾値以下であるか否かを判断する(ステップS108)。パルスエネルギーのばらつきが閾値以下でない場合(ステップS108:No)、制御装置35は、増幅後のパルスレーザ光毎のパルスエネルギーのばらつきから、パルスエネルギーのばらつきが閾値以上となったパルスレーザ光を発振時の光スイッチング素子26の透過率を補正し(ステップS109)、ステップS105の処理に戻る。したがって、レーザ装置500は、補正後の透過率を設定し、補正後の透過率を用いて光スイッチング素子26を制御した状態で、再び、レーザ発振を行わせ、増幅後のパルスエネルギーを取得することになる。
The
パルスエネルギーのばらつきが閾値以下である場合(ステップS108:Yes)、レーザ加工装置510は、電子基板の穴あけ加工を開始する(ステップS110)。このような処理を行うことで、レーザ装置500は、レーザ発振を行って測定した増幅後のパルスエネルギーのばらつきが閾値以下となるまで、光スイッチング素子26の透過率の補正を繰返すことになる。
If the variation in pulse energy is equal to or less than the threshold (step S108: Yes), the
制御装置35は、例えば、PID(Proportional Integral Differential)制御などを用いて、透過率を補正することができる。また、後述する機械学習により透過率を決定してもよい。
The
光スイッチング素子26の透過率の初期値として設定した値で、パルスエネルギーのばらつきが所定の範囲内に収まっていることが予め分かっている場合、パルスエネルギーの取得やパルスエネルギーのばらつきの補正などの処理は省略して、そのまま加工を実施してもよい。つまり、加工時にはフィードバック制御は不要としてもよい。また、パルスエネルギーの取得やパルスエネルギーのばらつきの補正は、加工を実施しながら行っても、つまり、フィードバック制御であってもよい。
If it is known in advance that the variation in pulse energy is within a predetermined range at the value set as the initial value of the transmittance of the
なお、制御装置35と情報処理装置36との機能の分担は一例であって、上記で制御装置35の機能として記述した処理を情報処理装置36で行ってもよいし、情報処理装置36の機能として記述した処理を制御装置35で行ってもよい。例えば、電子基板の穴あけパターンのデータの取得、電子基板の穴あけ経路の計算、パルスレーザ光の発振間隔の算出、光スイッチング素子26の透過率の初期値の算出、パルスエネルギーのばらつきを示す値の算出、光スイッチング素子26の透過率の補正量の算出などを情報処理装置36で行ってもよい。
The division of functions between the
以上説明したように、実施の形態2にかかるレーザ加工方法は、制御装置35がQスイッチレーザ発振器100を制御することによってパルスレーザ光を発生させるステップと、制御装置35が、パルスレーザ光を透過させる光スイッチング素子26の透過率を設定するステップと、設定された透過率の光スイッチング素子26にパルスレーザ光を入射することでパルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップと、増幅器200によってパルスレーザ光を増幅するステップと、ガルバノミラー403が増幅後のパルスレーザ光を偏向することによって、パルスレーザ光が加工対象物405に照射される位置を調整するステップと、偏向後のパルスレーザ光を集光または転写して加工対象物405に照射するステップと、を含み、パルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップでは、パルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、光スイッチング素子26の透過率を変調させる。
As described above, the laser processing method according to the second embodiment includes the step of generating pulsed laser light by the
実施の形態3.
実施の形態2では、パルスレーザ光のパルスエネルギーのばらつきが予め定められた範囲内となるように制御したが、加工した穴の形状のばらつきが予め定められた範囲におさまるように制御してもよい。
In the second embodiment, the variation in the pulse energy of the pulsed laser light is controlled to be within a predetermined range. good.
図9は、実施の形態3にかかるレーザ加工装置510の制御動作を説明するためのフローチャートである。ステップS101からステップS106の処理は、図8と同様であるためここでは説明を省略する。
FIG. 9 is a flow chart for explaining the control operation of the
ステップS106でレーザ発振させるとレーザ加工装置510は、レーザ装置500が出力するパルスレーザ光を用いて、電子基板の穴あけ加工を開始する(ステップS121)。穴あけ加工を行った後、レーザ加工装置510は、加工後の加工穴の形状を取得する(ステップS122)。加工穴の形状は、例えば、カメラなどを用いて取得した画像により取得してもよいし、プローブレーザを用いた距離センサで加工面上をスキャンすることにより取得してもよい。パルスレーザ光を発振させる回数は、電子基板の1枚分の穴の数と同数であってもよいし、1枚の電子基板を複数回に分けてもよい。
When the laser is oscillated in step S106, the
制御装置35は、加工穴の形状のばらつきを示す値を計算し、加工穴の形状のばらつきは予め定められた範囲内であるか否かを判断する(ステップS123)。
The
ここで、加工穴の形状のばらつきは、複数の加工穴のそれぞれの特徴を示す値の変動の幅である。加工穴の特徴を示す値は、複数の加工穴のそれぞれを計測した計測結果を示す値であってもよいし、計測結果から算出した値であってもよい。加工穴の特徴を示す値の一例としては、穴径、穴の縦横比、穴の面積、穴の深さ、穴の底面の凹凸、穴周辺の飛散物の量などを挙げることができる。また、加工穴の形状は、個別の穴の形状について規定するだけでなく、穴の配置、すなわち、穴がどの位置に、いくつ配置されるかなどについても、加工プログラム、指令などに記述されていてもよい。また、複数の加工穴の間の相互の位置関係について規定してもよい。 Here, the variation in the shape of the machined holes is the range of variation in the values indicating the characteristics of each of the plurality of machined holes. The value indicating the feature of the machined hole may be a value indicating a measurement result obtained by measuring each of a plurality of machined holes, or may be a value calculated from the measurement result. Examples of values that indicate features of a machined hole include the hole diameter, the aspect ratio of the hole, the area of the hole, the depth of the hole, the unevenness of the bottom surface of the hole, and the amount of scattered matter around the hole. In addition, the shape of a machined hole is not only specified for individual hole shapes, but also the arrangement of holes, i.e., where and how many holes are to be arranged, is described in machining programs, commands, etc. may Also, the mutual positional relationship between a plurality of machined holes may be specified.
加工穴の形状のばらつきが予め定められた範囲内でない場合(ステップS123:No)、制御装置35は、加工穴の形状のばらつきから、光スイッチング素子26の透過率を補正し(ステップS124)、ステップS105の処理に戻る。ここで、透過率は、各パルスレーザ光に対応して設定されるが、補正対象となる透過率は、加工穴の形状を示す値の基準値からの差が予め定められた範囲内でない加工穴を加工するパルスレーザ光に対応する透過率である。
If the variation in the shape of the machined hole is not within the predetermined range (step S123: No), the
加工穴の形状のばらつきが予め定められた範囲内である場合(ステップS123:Yes)、設定された透過率で電子基板の穴あけ加工を実施する(ステップS125)。穴あけ加工の実施に使用する透過率が決定するまでの間は、調整用の電子基板サンプルが用いられてもよい。 If the variation in the shape of the processed hole is within the predetermined range (step S123: Yes), the electronic substrate is drilled with the set transmittance (step S125). A preparatory electronic substrate sample may be used pending the determination of the transmittance used to perform the drilling process.
制御装置35は、例えば、PID制御などを用いて、透過率を補正することができる。また、後述する機械学習により透過率を決定してもよい。
The
なお、実施の形態3においても、制御装置35と情報処理装置36との機能の分担は一例であって、上記で制御装置35の機能として記述した処理を情報処理装置36で行ってもよいし、情報処理装置36の機能として記述した処理を制御装置35で行ってもよい。例えば、電子基板の穴あけパターンのデータの取得、電子基板の穴あけ経路の計算、パルスレーザ光の発振間隔の算出、光スイッチング素子26の透過率の初期値の算出、加工穴形状の取得、加工穴形状のばらつきを示す値の算出、光スイッチング素子26の透過率の補正量の算出などを情報処理装置36で行ってもよい。
Also in
以上説明したように、実施の形態3にかかるレーザ加工装置510は、レーザ装置500と、増幅器200から出力されたパルスレーザ光を偏向する偏向素子であるガルバノミラー403と、ガルバノミラー403からのパルスレーザ光を集光または転写して加工対象物405に照射する対物光学系であるレンズ404と、加工対象物405を移動させる移動機構とを有する。制御装置35は、パルスレーザ光によって加工対象物405に穴あけ加工を行うときの加工経路上に含まれる加工穴の特性を示す加工穴特性値に応じて透過率を制御し、加工穴の間隔が短いほど透過率を高く、且つ、複数の加工穴の形状のばらつきを示す値が予め定められた値よりも小さくなるように、透過率を制御する。レーザ装置500が穴あけ加工に用いられる場合には、加工穴の間隔が長いほど、パルス特性時間も長くなるため、加工穴特性値に応じて透過率を制御することによっても、パルス特性時間に基づく透過率の制御を行うことができ、さらに、加工穴の形状を均質化することができる。
As described above, the
なお、加工穴特性値は、加工経路の上の複数の加工穴の間隔、または、複数の加工穴の間隔の移動平均を示す値である。 The machined hole characteristic value is a value that indicates the interval between a plurality of machined holes on the machining path or the moving average of the intervals between the plurality of machined holes.
実施の形態4.
実施の形態2,3では、電子基板の穴あけパターンが予め分かっている場合を示したが、電子基板の穴数が非常に多い場合、それぞれの穴に対する透過率をデータとして保存しておく必要があり、メモリリソースが圧迫される。また、パルスレーザ光の発振タイミングも予め決めておく必要がある。
In
実施の形態4では、電子基板の穴あけパターンやパルスレーザ光の発振タイミングが予め分かっていない場合でも適用することができる制御方法を示す。
図10は、実施の形態4にかかる学習装置60の構成を示す図である。学習装置60は、レーザ装置500に関する機械学習を行う。学習装置60は、学習に使用するデータである学習用データを取得する学習用データ取得部61と、学習用データを用いて、光スイッチング素子26の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部62とを有する。モデル生成部62は、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶部70に記憶させる。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a
学習用データ取得部61は、レーザ装置500がパルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とパルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、光スイッチング素子26の透過率と、を学習用データとして取得する。間隔情報は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す情報であれば、どのような情報であってもよい。間隔情報は、例えば、上述のパルス特性時間と、Qスイッチレーザ発振器100の発生させるパルスレーザ光のエネルギーと、Qスイッチレーザ発振器100の発生させるパルスレーザ光の波形と、増幅器200による増幅後のパルスレーザ光の波形と、Qスイッチレーザ発振器100および増幅器200の駆動電流または放電電流と、のうち少なくとも1つを含む情報である。学習装置60は、例えば、パルスレーザ光を発生させる時間間隔と、光スイッチング素子26の透過率とを、様々な値に変化させたときの増幅後のパルスレーザ光のパルスエネルギーを取得し、そのときの間隔情報と増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、設定した透過率と、を学習用データとして取得する。
The learning data acquisition unit 61 acquires state quantities including interval information indicating the time intervals at which the
なお、レーザ装置500が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、学習用データ取得部61が取得する状態量は、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の冷却水温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス圧と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の連続放電時間と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の電極温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも1つをさらに含んでもよい。
When the
モデル生成部62は、学習用データ取得部61から出力される間隔情報およびレーザ装置500が発生させるパルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーを含む状態量と、光スイッチング素子26の透過率との組み合わせに基づいて作成される学習用データに基づいて、光スイッチング素子26の透過率を学習する。具体的には、モデル生成部62は、レーザ装置500の状態量から増幅後のパルスエネルギーが目標値となる光スイッチング素子26の透過率を推論するための学習済モデルを生成する。ここで、学習用データは、状態量と光スイッチング素子26の透過率とを互いに関連付けたデータである。
The model generation unit 62 combines the state quantity including the interval information output from the learning data acquisition unit 61 and the amplified pulse energy of the pulsed laser light generated by the
モデル生成部62が用いる学習アルゴリズムは教師あり学習、教師なし学習、強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。 Known algorithms such as supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning can be used as the learning algorithm used by the model generator 62 . As an example, a case where a neural network is applied will be described.
モデル生成部62は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、光スイッチング素子26の透過率を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果(ラベル)とのデータの組を学習装置60に与えることで、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
The model generator 62 learns the transmittance of the
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる隠れ層である中間層、および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、1層であってもよいし、2層以上であってもよい。 A neural network is composed of an input layer consisting of a plurality of neurons, an intermediate layer which is a hidden layer consisting of a plurality of neurons, and an output layer consisting of a plurality of neurons. The intermediate layer may be one layer, or two or more layers.
図11は、3層のニューラルネットワークの一例を示す図である。例えば、図11に示すような3層のニューラルネットワークであれば、複数の入力が入力層(X1‐X3)に入力されると、その値に重みW1(w11‐w16)を掛けて中間層(Y1‐Y2)に入力され、その結果にさらに重みW2(w21‐w26)を掛けて出力層(Z1‐Z3)から出力される。この出力結果は、重みW1および重みW2の値によって変わる。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a three-layer neural network. For example, in a three-layer neural network as shown in FIG. 11, when multiple inputs are input to the input layer (X1-X3), the value is multiplied by the weight W1 (w11-w16) and the intermediate layer ( Y1-Y2), and the result is further multiplied by weight W2 (w21-w26) and output from the output layer (Z1-Z3). This output result varies depending on the values of weight W1 and weight W2.
実施の形態4において、ニューラルネットワークは、学習用データ取得部61によって取得される状態量および透過率の組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、透過率を学習する。
In
すなわち、ニューラルネットワークは、入力層に増幅後のパルスエネルギーの目標値を含む状態量を入力して出力層から出力された結果が、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような光スイッチング素子26の透過率に近づくように重みW1および重みW2を調整することで学習する。
That is, the neural network has an
モデル生成部62は、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成し、学習済モデル記憶部70に出力する。
The model generation unit 62 generates a learned model by executing the learning as described above, and outputs the learned model to the learned
学習済モデル記憶部70は、モデル生成部62から出力された学習済モデルを記憶する。
The learned
次に、図12を用いて、学習装置60が学習する処理について説明する。図12は、学習装置60の学習処理を説明するためのフローチャートである。
Next, a process of learning by the
学習用データ取得部61は、状態量および透過率を含む学習用データを取得する(ステップS201)。なお、ここでは状態量と透過率とを同時に取得するものとしたが、状態量および透過率を関連付けて入力できればよく、状態量と透過率とをそれぞれ別のタイミングで取得してもよい。 The learning data acquisition unit 61 acquires learning data including the state quantity and the transmittance (step S201). Here, the state quantity and the transmittance are acquired at the same time.
モデル生成部62は、学習用データ取得部61によって取得される状態量および透過率の組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような透過率を学習する学習処理を行うことによって、学習済モデルを生成する(ステップS202)。 The model generation unit 62 performs so-called supervised learning according to learning data created based on the combination of the state quantity and the transmittance acquired by the learning data acquisition unit 61 so that the amplified pulse energy becomes the target value. A learned model is generated by performing such a learning process for learning the transmittance (step S202).
学習済モデル記憶部70は、モデル生成部62が生成した学習済モデルを記憶する(ステップS203)。
The learned
図13は、レーザ装置500に関する推論装置80の構成図である。推論装置80は、推論用データ取得部81と、推論部82とを備える。
FIG. 13 is a block diagram of the reasoning device 80 for the
推論用データ取得部81は状態量を推論用データとして取得する。状態量は、上述の間隔情報と、増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む。なお、レーザ装置500が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、推論用データ取得部81が取得する状態量は、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の冷却水温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス圧と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の連続放電時間と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の電極温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも1つをさらに含んでもよい。
The inference data acquisition unit 81 acquires state quantities as inference data. The state quantity includes the interval information described above and the target value of the pulse energy after amplification. When the
推論部82は、学習済モデルを利用して得られる透過率を推論する。すなわち、推論部82は、学習済モデル記憶部70に記憶された学習済モデルに推論用データ取得部81で取得した推論用データを入力することで、状態量から推論される、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような透過率を出力することができる。
The inference unit 82 infers the transmittance obtained using the trained model. That is, the inference unit 82 inputs the inference data acquired by the inference data acquisition unit 81 to the learned model stored in the learned
なお、推論装置80が用いる学習済モデルは、推論装置80の推論対象であるレーザ装置500から取得した学習用データで学習した学習済モデルであってもよいし、推論装置80の推論対象であるレーザ装置500とは異なる他のレーザ装置500等の外部から学習済モデルを取得して用いてもよい。
The trained model used by the inference device 80 may be a trained model trained with learning data acquired from the
次に、図14を用いて、推論装置80を使って透過率を得るための処理を説明する。図14は、推論装置80を使って透過率を得るための処理を説明するためのフローチャートである。 Next, the processing for obtaining the transmittance using the inference device 80 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flow chart for explaining the processing for obtaining the transmittance using the inference device 80. As shown in FIG.
推論用データ取得部81は、推論用データを取得する(ステップS301)。 The inference data acquisition unit 81 acquires inference data (step S301).
推論部82は学習済モデル記憶部70に記憶された学習済モデルに状態量を入力し(ステップS302)、透過率の推論結果をレーザ装置500に出力する(ステップS303)。 The inference unit 82 inputs the state quantity to the learned model stored in the learned model storage unit 70 (step S302), and outputs the inference result of the transmittance to the laser device 500 (step S303).
レーザ装置500は、出力された透過率の推定結果を用いて、光スイッチング素子26を制御する(ステップS304)。
The
例えば、図3に示したような穴あけ加工機400において、電子基板の穴あけ加工を実施する際、制御装置35は、ガルバノミラー403の位置決めが終わってからパルスレーザ光が加工対象物405に照射されるように、Qスイッチレーザ発振器100にパルスレーザ光の出力指令を出す。または、制御装置35は、指令信号の遅延による時間ロスを低減するために、ガルバノミラー403の位置決め時刻を予想して、位置決めが終わった直後にパルスレーザ光が加工対象物405に照射されるように、ガルバノミラー403の位置決めが終わる前にQスイッチレーザ発振器100にパルスレーザ光の出力指令を出す。いずれにしても、パルスレーザ光の発生時刻は、ガルバノミラー403の位置決め時間に依存している。このとき、上記の学習装置60で得られた学習済モデルを用いることで、推論装置80は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報および増幅後のパルスエネルギーの目標値を含む状態量から、光スイッチング素子26の透過率を決定することができる。したがって、学習済モデルを用いることで、パルスレーザ光の発生間隔が予め決まっていない場合であっても、パルスレーザ光毎に、光スイッチング素子26の透過率を決定することができ、増幅後のパルスエネルギーを制御することができる。
For example, in the
なお、本実施の形態では、モデル生成部62が用いる学習アルゴリズムに教師あり学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、教師あり学習以外にも、強化学習、教師なし学習、又は半教師あり学習等を適用することも可能である。 In the present embodiment, a case where supervised learning is applied to the learning algorithm used by the model generation unit 62 has been described, but the present invention is not limited to this. In addition to supervised learning, it is also possible to apply reinforcement learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, and the like as learning algorithms.
また、モデル生成部62は、複数のレーザ装置500に対して作成される学習用データに従って、透過率を学習するようにしてもよい。なお、モデル生成部62は、同一のエリアで使用される複数のレーザ装置500から学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数のレーザ装置500から収集される学習用データを利用して透過率を学習してもよい。また、学習用データを収集するレーザ装置500を途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。さらに、あるレーザ装置500に関して透過率を学習した学習装置60を、これとは別のレーザ装置500に適用し、当該別のレーザ装置500に関して透過率を再学習して更新するようにしてもよい。
Further, the model generator 62 may learn transmittance according to learning data created for a plurality of
また、モデル生成部62に用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習(Deep Learning)を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。 In addition, as the learning algorithm used in the model generation unit 62, deep learning that learns to extract the feature amount itself can be used, and other known methods such as genetic programming, functional logic programming, Machine learning may be performed according to support vector machines and the like.
なお、学習装置60および推論装置80は、レーザ装置500の有する光スイッチング素子26の透過率を学習するために使用されるが、例えば、ネットワークを介してレーザ装置500に接続され、このレーザ装置500とは別個の装置であってもよい。また、学習装置60および推論装置80は、レーザ装置500またはレーザ加工装置510に内蔵されていてもよい。例えば、学習装置60および推論装置80の少なくとも一方が制御装置35または情報処理装置36の機能の一部であってもよい。さらに、学習装置60および推論装置80は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
The
また、上記では光スイッチング素子26の透過率を制御することによって増幅後のパルスエネルギーを安定化していたが、光スイッチング素子26の透過率とともに放電駆動電流または放電電力を制御することによって、増幅後のパルスエネルギーを安定化してもよい。
In the above description, the pulse energy after amplification is stabilized by controlling the transmittance of the
また、実施の形態1に示したように、ガルバノミラー403の位置決め時間が短すぎて、増幅器200から出力されるパルスエネルギーが所望の値よりも小さくなる場合は、増幅後に必要なパルスエネルギーが得られるまでガルバノミラー403を止めておき、必要なパルスエネルギーが得られた時点でパルスレーザ光を照射するといった制御を行ってもよい。
Also, as shown in
例えば、CO2レーザでは、ガス温度、ガス圧によって発振効率が変化する。このためガス温度、ガス圧によるパルスエネルギーの変化や、光スイッチング素子26の透過率を補正するために、これらのパラメータを機械学習の状態量として用いてもよい。また、連続的に放電を行うとレーザガスの劣化によりパルスエネルギーが低下する場合もある。このため、レーザ装置500の連続放電時間を機械学習の状態量として用いることで、光スイッチング素子26の透過率、パルスエネルギーとの依存性を算出し、光スイッチング素子26の透過率またはパルスエネルギーの補正に利用してもよい。さらに、光学部品交換時からの総放電時間は、光学部品の劣化状態の指標となる。光学部品が劣化すると、その反射率や透過率の低下によりパルスエネルギーが変化する場合がある。このため、光学部品交換時からの総放電時間を、機械学習の状態量として用いてもよい。
For example, in a CO2 laser, the oscillation efficiency changes depending on gas temperature and gas pressure. Therefore, in order to correct changes in pulse energy due to gas temperature and gas pressure, and the transmittance of the
以上説明したように、実施の形態4にかかるレーザ装置500は、学習装置60をさらに備えることができる。学習装置60は、レーザ装置500がパルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とパルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、光スイッチング素子26の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部61と、学習用データを用いて、状態量から、増幅後のパルスエネルギーが目標値となる光スイッチング素子26の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部62と、を有する。
As described above, the
また、実施の形態4にかかるレーザ装置500は、推論装置80をさらに備えることができる。推論装置80は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と、パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む状態量を取得する推論用データ取得部81と、状態量から増幅後のパルスエネルギーが目標値となる光スイッチング素子26の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、推論用データ取得部81で取得した状態量から透過率を推論する推論部82と、を有する。制御装置35は、推論装置80が推論した透過率を用いて、光スイッチング素子26を制御する。
Also, the
なお、学習装置60および推論装置80のそれぞれが用いる間隔情報は、例えば、Qスイッチレーザ発振器100の発生させるパルスレーザ光のパルス特性時間と、Qスイッチレーザ発振器100の発生させるパルスレーザ光のエネルギーと、Qスイッチレーザ発振器100の発生させるパルスレーザ光の波形と、増幅器200による増幅後のパルスレーザ光の波形と、Qスイッチレーザ発振器100および増幅器200の駆動電流または放電電力と、のうち少なくとも1つを含む情報であってもよい。
The interval information used by each of the
また、レーザ装置500がガスレーザである場合、学習装置60および推論装置80のそれぞれが用いる状態量は、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の冷却水温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス圧と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の連続放電時間と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の電極温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも1つをさらに含む情報であってもよい。
When the
また、この学習装置60および推論装置80は、レーザ装置500とは別体の装置であってもよい。レーザ装置500とは別体の装置である学習装置60および推論装置80の少なくとも1つを備えるレーザ加工システムを構成することもできる。
Also, the
実施の形態5.
実施の形態4では、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような光スイッチング素子26の透過率を学習することとしたが、レーザ装置500の出力するパルスレーザ光が電子基板の穴あけ加工に用いられる際には、加工形状が安定していることがより望ましい。
In the fourth embodiment, the transmittance of the
このため、実施の形態5では、加工後の加工穴の形状が目標形状となるような透過率を学習する方法について説明する。 Therefore, in the fifth embodiment, a method of learning the transmittance so that the shape of the machined hole after machining becomes the target shape will be described.
図15は、実施の形態5にかかる学習装置60aの構成を示す図である。学習装置60aは、例えば、図3に示すようなレーザ加工装置510に関する機械学習を行う。学習装置60aは、学習に使用するデータである学習用データを取得する学習用データ取得部61aと、学習用データを用いて、光スイッチング素子26の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部62aとを有する。モデル生成部62aは、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶部70aに記憶させる。
FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a
学習用データ取得部61aは、レーザ加工装置510のレーザ装置500がパルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とレーザ加工装置510による加工後の加工穴の形状を示す形状情報とを含む状態量と、光スイッチング素子26の透過率と、を学習用データとして取得する。間隔情報は、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す情報であれば、どのような情報であってもよい。間隔情報は、例えば、上述のパルス特性時間と、Qスイッチレーザ発振器100の発生させるパルスレーザ光のエネルギーと、Qスイッチレーザ発振器100の発生させるパルスレーザ光の波形と、増幅器200による増幅後のパルスレーザ光の波形と、Qスイッチレーザ発振器100および増幅器200の駆動電流または放電電流と、のうち少なくとも1つを含む情報である。学習装置60aは、例えば、パルスレーザ光を発生させる時間間隔と、光スイッチング素子26の透過率とを、様々な値に変化させたときに加工された加工穴の形状を示す形状情報を取得し、そのときの間隔情報と形状情報を含む状態量と、設定した透過率と、を学習用データとして取得する。
The learning data acquisition unit 61a includes interval information indicating the time interval at which the
なお、レーザ装置500が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、学習用データ取得部61aが取得する状態量は、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の冷却水温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス圧と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の連続放電時間と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の電極温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも1つをさらに含んでもよい。
When the
モデル生成部62aは、学習用データ取得部61aから出力される間隔情報およびレーザ加工装置510により加工された加工穴の形状を示す形状情報を含む状態量と、光スイッチング素子26の透過率との組み合わせに基づいて作成される学習用データに基づいて、光スイッチング素子26の透過率を学習する。具体的には、モデル生成部62aは、レーザ加工装置510の状態量から加工後の加工穴の形状が所望の形状となる光スイッチング素子26の透過率を推論するための学習済モデルを生成する。ここで、学習用データは、状態量と光スイッチング素子26の透過率とを互いに関連付けたデータである。
The model generation unit 62a is a state quantity including the interval information output from the learning data acquisition unit 61a and the shape information indicating the shape of the machined hole machined by the
モデル生成部62aが用いる学習アルゴリズムは教師あり学習、教師なし学習、強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。 Known algorithms such as supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning can be used as the learning algorithm used by the model generator 62a. As an example, a case where a neural network is applied will be described.
モデル生成部62aは、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、光スイッチング素子26の透過率を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果(ラベル)のデータの組を学習装置60aに与えることで、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
The model generator 62a learns the transmittance of the
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる隠れ層である中間層、および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、1層であってもよいし、2層以上であってもよい。実施の形態4と同様に、図11に示すようなニューラルネットワークを用いることができる。 A neural network is composed of an input layer consisting of a plurality of neurons, an intermediate layer which is a hidden layer consisting of a plurality of neurons, and an output layer consisting of a plurality of neurons. The intermediate layer may be one layer, or two or more layers. As in the fourth embodiment, a neural network as shown in FIG. 11 can be used.
実施の形態5において、ニューラルネットワークは、学習用データ取得部61aによって取得される状態量および透過率の組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、加工穴の形状が所望の形状となるような透過率を学習する。 In the fifth embodiment, the neural network obtains the desired shape of the machined hole by so-called supervised learning according to the learning data created based on the combination of the state quantity and the transmittance acquired by the learning data acquisition unit 61a. Learn the transmittance that gives the shape of
すなわち、ニューラルネットワークは、入力層に増幅後のパルスエネルギーの目標値を含む状態量を入力して出力層から出力された結果が、増幅後のパルスエネルギーが目標値となるような光スイッチング素子26の透過率に近づくように重みW1および重みW2を調整することで学習する。
That is, the neural network has an
モデル生成部62aは、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成し、学習済モデル記憶部70aに出力する。
The model generation unit 62a generates a learned model by executing the learning as described above, and outputs the learned model to the learned
学習済モデル記憶部70aは、モデル生成部62aから出力された学習済モデルを記憶する。
The learned
学習装置60aが学習する処理の流れは、実施の形態4にかかる学習装置60と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Since the flow of processing for learning by the
図16は、レーザ加工装置510に関する推論装置80aの構成図である。推論装置80aは、推論用データ取得部81aと、推論部82aとを備える。
FIG. 16 is a configuration diagram of an inference device 80a related to the
推論用データ取得部81aは状態量を推論用データとして取得する。状態量は、上述の間隔情報と、加工後の加工穴の目標形状とを含む。なお、レーザ装置500が、レーザ媒質が気体であるガスレーザの場合、推論用データ取得部81aが取得する状態量は、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の冷却水温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200のガス圧と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の連続放電時間と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の電極温度と、Qスイッチレーザ発振器100または増幅器200の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも1つをさらに含んでもよい。
The inference data acquisition unit 81a acquires state quantities as inference data. The state quantity includes the above-described interval information and the target shape of the machined hole after machining. When the
推論部82aは、学習済モデルを利用して得られる透過率を推論する。すなわち、推論部82aは、学習済モデル記憶部70aに記憶された学習済モデルに推論用データ取得部81aで取得した推論用データを入力することで、状態量から推論される、加工穴の形状が目標形状となるような透過率を出力することができる。
The inference unit 82a infers the transmittance obtained using the trained model. That is, the inference unit 82a inputs the inference data acquired by the inference data acquisition unit 81a to the learned model stored in the learned
なお、推論装置80aが用いる学習済モデルは、推論装置80aの推論対象であるレーザ装置500から取得した学習用データで学習した学習済モデルであってもよいし、推論装置80aの推論対象であるレーザ装置500とは異なる他のレーザ装置500等の外部から学習済モデルを取得して用いてもよい。
The trained model used by the inference device 80a may be a trained model trained with learning data acquired from the
推論装置80aの推論動作の流れは、実施の形態4にかかる推論装置80と同様であるため、ここでは説明を省略する。 Since the flow of the inference operation of the inference device 80a is the same as that of the inference device 80 according to the fourth embodiment, the explanation is omitted here.
例えば、図3に示したような穴あけ加工機400において、電子基板の穴あけ加工を実施する際、制御装置35は、ガルバノミラー403の位置決めが終わってからパルスレーザ光が加工対象物405に照射されるように、Qスイッチレーザ発振器100にパルスレーザ光の出力指令を出す。または、制御装置35は、指令信号の遅延による時間ロスを低減するために、ガルバノミラー403の位置決め時刻を予想して、位置決めが終わった直後にパルスレーザ光が加工対象物405に照射されるように、ガルバノミラー403の位置決めが終わる前にQスイッチレーザ発振器100にパルスレーザ光の出力指令を出す。いずれにしても、パルスレーザ光の発生時刻は、ガルバノミラー403の位置決め時間に依存している。このとき、上記の学習装置60aで得られた学習済モデルを用いることで、推論装置80aは、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報および加工穴の目標形状を含む状態量から、光スイッチング素子26の透過率を決定することができる。したがって、学習済モデルを用いることで、パルスレーザ光の発生間隔が予め決まっていない場合であっても、パルスレーザ光毎に、光スイッチング素子26の透過率を決定することができ、増幅後のパルスエネルギーを制御することができる。
For example, in the
なお、本実施の形態では、モデル生成部62aが用いる学習アルゴリズムに教師あり学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、教師あり学習以外にも、強化学習、教師なし学習、又は半教師あり学習等を適用することも可能である。 In this embodiment, the case where supervised learning is applied to the learning algorithm used by model generation unit 62a has been described, but the present invention is not limited to this. In addition to supervised learning, it is also possible to apply reinforcement learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, and the like as learning algorithms.
また、モデル生成部62aは、複数のレーザ装置500に対して作成される学習用データに従って、透過率を学習するようにしてもよい。なお、モデル生成部62aは、同一のエリアで使用される複数のレーザ装置500から学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数のレーザ装置500から収集される学習用データを利用して透過率を学習してもよい。また、学習用データを収集するレーザ装置500を途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。さらに、あるレーザ装置500に関して透過率を学習した学習装置60aを、これとは別のレーザ装置500に適用し、当該別のレーザ装置500に関して透過率を再学習して更新するようにしてもよい。
Further, the model generator 62a may learn transmittance according to learning data created for a plurality of
また、モデル生成部62aに用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。 In addition, as a learning algorithm used in the model generating unit 62a, deep learning that learns to extract the feature amount itself can be used, and other known methods such as genetic programming, functional logic programming, support vector machine, etc. Machine learning may be performed according to
なお、学習装置60aおよび推論装置80aは、レーザ装置500の有する光スイッチング素子26の透過率を学習するために使用されるが、例えば、ネットワークを介してレーザ装置500に接続され、このレーザ装置500とは別個の装置であってもよい。また、学習装置60aおよび推論装置80aは、レーザ装置500に内蔵されていてもよい。さらに、学習装置60aおよび推論装置80aは、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
The
また、上記では光スイッチング素子26の透過率を制御することによって増幅後のパルスエネルギーを安定化していたが、光スイッチング素子26の透過率とともに放電駆動電流または放電電力を制御することによって、増幅後のパルスエネルギーを安定化してもよい。
In the above description, the pulse energy after amplification is stabilized by controlling the transmittance of the
また、実施の形態1に示したように、ガルバノミラー403の位置決め時間が短すぎて、増幅器200から出力されるパルスエネルギーが所望の値よりも小さくなる場合は、増幅後に必要なパルスエネルギーが得られるまでガルバノミラー403を止めておき、必要なパルスエネルギーが得られた時点でパルスレーザ光を照射するといった制御を行ってもよい。
Also, as shown in
例えば、CO2レーザでは、ガス温度、ガス圧によって発振効率が変化する。このためガス温度、ガス圧によるパルスエネルギーの変化や、光スイッチング素子26の透過率を補正するために、これらのパラメータを機械学習の状態量として用いてもよい。また、連続的に放電を行うとレーザガスの劣化によりパルスエネルギーが低下する場合もある。このため、レーザ装置500の連続放電時間を機械学習の状態量として用いることで、光スイッチング素子26の透過率、パルスエネルギーとの依存性を算出し、光スイッチング素子26の透過率またはパルスエネルギーの補正に利用してもよい。さらに、光学部品交換時からの総放電時間は、光学部品の劣化状態の指標となる。光学部品が劣化すると、その反射率や透過率の低下によりパルスエネルギーが変化する場合がある。このため、光学部品交換時からの総放電時間を、機械学習の状態量として用いてもよい。
For example, in a CO2 laser, the oscillation efficiency changes depending on gas temperature and gas pressure. Therefore, in order to correct changes in pulse energy due to gas temperature and gas pressure, and the transmittance of the
以上説明したように、実施の形態5にかかる学習装置60aは、レーザ加工装置510のレーザ装置500が有する光スイッチング素子26の透過率を学習する学習装置60aであって、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報とパルスレーザ光を用いて加工した加工穴の形状を示す形状情報とを含む状態量と、光スイッチング素子26の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部61aと、学習用データを用いて、状態量から、加工穴の形状が目標形状となる光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部62aと、を有する。このような構成を有することによって、加工後の加工穴の形状を均質化するような透過率と状態量との関係を学習することが可能になる。
As described above, the
また、実施の形態5にかかる推論装置80aは、レーザ加工装置510のレーザ装置500が有する光スイッチング素子26の透過率を推論する推論装置80aであって、パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報を含む状態量と、パルスレーザ光を用いて加工する加工穴の目標形状を示す形状情報とを取得する推論用データ取得部81aと、状態量および形状情報から光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、推論用データ取得部81aで取得した状態量および目標形状から透過率を推論する推論部82aと、を有する。このような推論装置80aを用いることによって、加工後の加工穴の形状を均質化するような透過率を推論することが可能になる。
An inference device 80a according to the fifth embodiment is an inference device 80a that infers the transmittance of the
学習装置60aおよび推論装置80aについても、レーザ装置500またはレーザ加工装置510に内蔵されていてもよいし、レーザ装置500およびレーザ加工装置510とは別体の装置であってもよい。また、学習装置60aおよび推論装置80aの少なくとも1つを備えるレーザ加工システムを構成することもできる。
The
実施の形態6.
実施の形態1では、パルスレーザ光毎に光スイッチング素子26の透過率を決定しており、ひとつひとつのパルスレーザ光発生時の透過率は一定としていた。
In
しかしながら、Qスイッチレーザ発振器100でパルス間隔が異なるパルスレーザ光を発生させたときパルス波形は、相似形ではない場合がある。図17は、パルス間隔が異なるパルスレーザ光の波形の一例を示す図である。
However, when pulsed laser light with different pulse intervals is generated by the Q-switched
図17(a)は、Qスイッチレーザ発振器100が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図17(b)は、光スイッチング素子26の透過率を示している。図17(c)は、増幅器200に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図17(d)は、増幅器200から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 17A shows the waveform of pulsed laser light oscillated by the Q-switched
図17(a)に示すように、Qスイッチレーザ発振器100が出力するパルスレーザ光の波形は、パルス間隔が異なるパルスレーザ光を発生させたとき、相似形ではなく、パルス先頭部分のピーク値と、パルス後方部分の定常値との強度比率が異なっている場合がある。例えば、パルスレーザ光#2のピーク値p2と、パルスレーザ光#3のピーク値p3とは大きく異なっているのに対して、パルスレーザ光#2の定常値c2と、パルスレーザ光#3の定常値c3とはほぼ同じ値となっている。このような場合、実施の形態1と同様の方法で、図17(b)に示すように、パルスレーザ光毎に一定の透過率とする制御を行うと、図17(d)に示すように、増幅後のパルスレーザ光は、パルスエネルギーは等しくても、波形が異なったものになる。ここで、図17(c)は、増幅器200に入射するレーザパルス光の波形である。
As shown in FIG. 17( a ), the waveform of the pulsed laser light output from the Q-switched
このように、Qスイッチレーザ発振器100が発生させる複数のパルスレーザ光の波形が相似形とならない場合、図18に示すように、光スイッチング素子26の透過率を、ひとつのパルス時間内で変化させることにより、パルスエネルギーだけでなく波形も均質化することができる。
In this way, when the waveforms of a plurality of pulsed laser beams generated by the Q-switched
図18は、透過率をパルス時間内で経時変化させる例の説明図である。図18(a)は、Qスイッチレーザ発振器100が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図18(b)は、光スイッチング素子26の透過率を示している。図18(c)は、増幅器200に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図18(d)は、増幅器200から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 18 is an explanatory diagram of an example in which the transmittance is changed over time within the pulse time. FIG. 18A shows the waveform of pulsed laser light oscillated by the Q-switched
なお、このような透過率の設定を機械学習を用いて行う場合、状態量として、Qスイッチレーザ発振器100がパルスレーザ光を発生させるタイミングと、パルスレーザ光のパルスエネルギー、パルス先頭部分のパルスピーク値、および、パルス後方部分のパルス定常値の少なくとも1つと、のうち少なくとも1つをさらに含んでもよい。また、学習結果である透過率は、パルスレーザ光毎に一定の値ではなく、1つのパルスレーザ光を透過させる間に経時変化する値とすればよい。
When the transmittance is set using machine learning, the timing at which the Q-switched
以上説明したように、実施の形態6にかかるレーザ装置500は、1つのパルスレーザ光が光スイッチング素子26を透過する間に透過率を経時変化させる。これにより、増幅後のレーザパルス光の波形を均質化することが可能になる。また、機械学習を用いて透過率を設定する場合、学習装置60,60aのモデル生成部62,62aは、状態量から、1つのパルスレーザ光が光スイッチング素子26を透過する間に経時変化する透過率を推論するための学習済モデルを生成することもできる。
As described above, the
実施の形態7.
パルスレーザ光を発生させる間隔が短い場合、1つ前までのパルスレーザ光の間隔だけでなく、複数のレーザパルス光の履歴が影響する場合がある。この場合、実施の形態4から6に示す状態量に含まれる間隔情報は、対象のパルスレーザ光と1つ前のパルスレーザ光との間の時間間隔だけでなく、一定時間に含まれる複数のパルスレーザ光についての複数の時間間隔を示す情報としてもよい。
When the interval of generating the pulsed laser light is short, not only the interval of the previous pulsed laser light but also the history of a plurality of laser pulsed lights may affect. In this case, the interval information included in the state quantities shown in
図19は、実施の形態7にかかる透過率の制御についての説明図である。図19(a)は、Qスイッチレーザ発振器100が発振するパルスレーザ光の波形を示している。図19(b)は、光スイッチング素子26の透過率を示している。図19(c)は、増幅器200に入力されるパルスレーザ光の波形を示している。図19(d)は、増幅器200から出力されるパルスレーザ光の波形を示している。
FIG. 19 is an explanatory diagram of transmittance control according to the seventh embodiment. FIG. 19A shows the waveform of pulsed laser light oscillated by the Q-switched
図19(a)に示すように、パルスレーザ光#1~#6が一定時間間隔で発振される場合であっても、時間間隔が短い場合、各パルスレーザ光#1~#6が、直前のパルスレーザ光の影響だけでなく、複数のパルスレーザ光の影響を受ける場合がある。この場合、パルスレーザ光#1~#6のように一定の間隔で発振されていても、影響を受ける期間長をTLとした場合、パルスレーザ光#1では、パルスレーザ光#1の発生時刻以前のTLの期間に1つのパルスレーザ光を含むのに対して、パルスレーザ光#3ではパルスレーザ光#3の発生時刻以前のTLの期間に2つのパルスレーザ光#1~#2を含む。また、パルスレーザ光#4では、パルスレーザ光#4の発生時刻以前のTLの期間に3つのパルスレーザ光#1~#3を含む。パルスレーザ光#5,#6についてもパルスレーザ光#4と同様に、各パルスレーザ光の発生時刻以前のTLの期間に3つのパルスレーザ光を含む。したがって、パルスレーザ光#1~#4ではパルスエネルギーが変化し、パルスレーザ光#4~#6ではパルスエネルギーは一定である。この場合、パルスレーザ光が影響を受けるTLの期間内のパルスレーザ光の間の時間間隔の合計値つまり移動平均値に基づいて、図19(b)に示すように透過率を制御すると、図19(d)に示すように、増幅後のパルスエネルギーのばらつきを抑制することができる。
As shown in FIG. 19A, even when the pulsed
なお、TLの値はパルス出力等の条件によって異なるため、実施の形態4,5で示したように、機械学習を用いる場合には、TLの値も変化させて様々な条件でデータを取得し、TLの値を状態量に含めて機械学習を行い、最適な範囲を得てもよい。
Since the value of TL varies depending on conditions such as pulse output, when machine learning is used, the value of TL is also changed to acquire data under various conditions, as shown in
実施の形態8.
パルスレーザ光を発生させる間隔が十分に長い場合、放電電力を変化させてもよい。例えば、レーザ装置500が三軸直交型CO2レーザである場合、放電開始から利得が立ち上がるまで一定の時間がかかる。
If the interval at which the pulsed laser light is generated is long enough, the discharge power may be changed. For example, if the
図20は、実施の形態8にかかるレーザ装置500の電極11間の部分構成を示す図である。簡単のため、図20では電極11の部分のみを示しており、電極12については示していない。
FIG. 20 is a diagram showing a partial configuration between the
図20は、図2に示すレーザ装置500の電極11間の放電空間を光軸方向から見た図である。図20において、Vgはガス流速、Dwdは、ガス流方向13の電極11の電極幅である。
FIG. 20 is a view of the discharge space between the
図21は、図20に示す構成のレーザ装置500の電極11間の定常状態の利得分布を示す図である。放電開始から定常状態の利得分布になるまでに電極11の幅方向であるガス流方向13において、電極11の端から端までレーザガスが流れる分だけの時間がかかる。つまり、放電開始から利得分布が定常状態になるまでの時間をτとすると、τ=Dwd/Vgとなる。例えば、ガス流速Vg=80m/s、電極幅Dwd=40mmの場合、τ=0.5msecとなる。つまり、パルスレーザ光を発生させる時間間隔が上記のτよりも長い場合、電力消費を抑制するために放電を止めて、次のパルスレーザ光を発生させる時刻のτだけ前に放電を開始するようにしてもよい。また、パルスレーザ光を発生させる時間間隔が上記τよりも短い場合でも、パルスエネルギーが大きすぎるときは放電電力を落とすような制御をしてもよい。このようにすると、パルス周波数が低い場合でもエネルギー効率をよくすることができる。また、τよりも長い時間は、前のパルスレーザ光の影響を受けないため、実施の形態7で説明したTLの値をτとしてもよい。
FIG. 21 is a diagram showing a steady-state gain distribution between the
以上説明したように、実施の形態8にかかるレーザ装置500では、パルス特性時間は、Qスイッチレーザ発振器100の有する放電電極である電極11,12のレーザガスが流れる方向の長さである放電電極の電極幅Dwdをガス流速Vgで除算した値以下である。これにより、増幅器200から出力するパルスレーザ光のパルスエネルギーを安定化させることができ、このレーザ装置500を用いて行う加工の加工形状を均質化させることができる。
As described above, in the
実施の形態9.
図22は、実施の形態9にかかるレーザ装置500aの内部構成を示す図である。レーザ装置500aは、共振器を構成する部分の構成の一部がレーザ装置500と異なる。具体的には、レーザ装置500aでは、全反射ミラー21の代わりに全反射ミラー54を有し、全反射ミラー54は、互いに法線が直交する2つの平面ミラーを組み合わせたものである。このとき、2つの法線は電極面と平行、つまりXZ平面と平行である。したがって、全反射ミラー54は、XZ平面方向の再帰反射ミラーとなる。Embodiment 9.
FIG. 22 is a diagram showing the internal configuration of a
図22に示すレーザ装置500aの電極11間の放電空間を光軸方向から見ると、図20に示す状態と同様になる。また、図23は、レーザ装置500aの電極11間の定常状態の温度分布を示す図である。
When the discharge space between the
レーザガスが、ガス流の上流側つまりX軸のプラス方向から下流側つまりX軸のマイナス方向に向けて流れる間、連続的に放電によって電力が投入される。このため、ガス流方向13に温度分布が生じ、上流側よりも下流側の方がレーザガスの温度が高くなる。このため、電極11間のレーザガスに屈折率分布が生じ、この部分を伝搬する光はわずかに光軸が曲がることになる。通常の凹面ミラー対を用いた共振器では、この場合、ガス流の上流側に光軸が移動し、場合によっては発振が止まる。実施の形態9では、再帰反射ミラーである全反射ミラー54を用いて共振器を構成しているため、共振条件は、再帰反射ミラーの2枚のミラーの接線上に光軸位置が限定されるようになる。つまり、再帰反射ミラーを用いる場合、ガス流方向に温度分布が生じても光軸の移動が制限され、安定して発振させることができる。この場合、発振器のパルスエネルギーおよびパルス波形は、共振器を出力した後のミラーを、レーザ装置500におけるミラー25の代わりに部分反射ミラー55とし、一部の透過光を光センサ50で観測してもよい。図22では、部分反射ミラー24と、再帰反射ミラーである全反射ミラー54とが直線上に配置されているが、部分反射ミラー24と全反射ミラー54との間に折り返しミラーを配置してもよい。
While the laser gas flows from the upstream side of the gas flow, ie, the positive direction of the X-axis, to the downstream side, ie, the negative direction of the X-axis, power is continuously applied by the discharge. Therefore, a temperature distribution occurs in the
以上説明したように、実施の形態9にかかるレーザ装置500aのQスイッチレーザ発振器100は、共振器を構成する全反射ミラー54として、再帰反射ミラーを有する。これにより、ガス流方向に温度分布が生じた場合であっても安定した発振を実現することができる。
As described above, the Q-switched
実施の形態10.
図2に示すレーザ装置500では、Qスイッチレーザ発振器100と増幅器200とが同じ筐体300内に収容され、レーザ媒質を共有している。このため、Qスイッチレーザ発振器100のパルスエネルギーから、増幅器200の利得の状態が推測できる。例えば、レーザガスが劣化して発振段のパルスレーザ光のパルスエネルギーが低下しているときは、増幅段の利得も低下していることがわかる。増幅器200における利得の状態と、Qスイッチレーザ発振器100におけるパルスエネルギーとの関係をモデル化しておき、そのモデルから光スイッチング素子26の透過率を補正することにより、増幅後のパルスエネルギーを安定化することができ、その結果、このパルスレーザ光を用いたレーザ加工の加工形状を均質化することができる。Embodiment 10.
In the
図24は、実施の形態10にかかるレーザ加工装置510の動作を説明するためのフローチャートである。ステップS101~ステップS104については、図8などと同様のため、ここでは説明を省略する。
FIG. 24 is a flow chart for explaining the operation of the
制御装置35は、算出した光スイッチング素子26の透過率のデータを、例えば制御装置35内のメモリに保存し、パルスレーザ光毎の光スイッチング素子26の透過率を設定する(ステップS131)。
The
制御装置35は、ステップS103で算出したパルスレーザ光の発振間隔と、ステップS131で設定した光スイッチング素子26の透過率とを用いて、Qスイッチレーザ発振器100および光スイッチング素子26の制御を行い、Qスイッチレーザ発振器100に1パルス分だけレーザ発振を行わせる(ステップS132)。
The
また、制御装置35は、情報処理装置36を介して、光センサ50が取得した、Qスイッチレーザ発振器100のパルスレーザ光のパルスエネルギーを取得する(ステップS133)。
Also, the
レーザ加工装置510は、レーザ装置500が発振させたパルスレーザ光を用いて、電子基板の穴あけ加工を1穴分だけ行うと(ステップS134)、ステップS132の処理に戻る。また、この穴あけ加工の実施と並行して、制御装置35は、モデルに基づき次のパルスレーザ光のパルスエネルギーを算出する(ステップS135)。ここで使用するモデルは、上述した、増幅器200における利得の状態と、Qスイッチレーザ発振器100におけるパルスエネルギーとの関係を示すモデルである。制御装置35は、モデルに基づいて算出した次のパルスレーザ光のパルスエネルギーに基づいて、光スイッチング素子26の透過率を補正し(ステップS136)、ステップS131の処理に戻る。
The
上記のような処理を行うことにより、1パルス発振するごとに、発振段のパルスエネルギーを取得して、次のパルスレーザ光を発振するまでに、モデルに基づいた光スイッチング素子の透過率の補正を行うことができる。 By performing the above processing, the pulse energy of the oscillation stage is acquired each time one pulse is oscillated, and the transmittance of the optical switching element is corrected based on the model before the next pulsed laser beam is oscillated. It can be performed.
このとき、モデルの作成は、機械学習によって行ってもよい。 At this time, the model may be created by machine learning.
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are only examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, without departing from the scope of the invention. It is also possible to omit or change part of the configuration.
例えば、上記の実施の形態1~10では、レーザ装置500,500aは、レーザ媒質が気体であるガスレーザであることとしたが、パルスレーザ光の発振間隔を変化させたときのQスイッチレーザ発振器100の発振時におけるパルスエネルギーの変動は、固体レーザなどでも同様の影響がある。したがって、上記に示したガスレーザに特有の部分を除けば、上述の構成は、固体レーザなどに対しても適用することができ、同様の効果が期待できる。
For example, in
なお、上記では、主に、光スイッチング素子26の透過率を制御する例について説明したが、図2に示すように、レーザ装置500が複数の光スイッチング素子26,27を有する場合、複数の光スイッチング素子26,27を合わせた透過率が上述の条件を満たすように制御すればよい。
In the above description, an example of controlling the transmittance of the
1,2,3 光軸、11,12 電極、13,14,15,16 ガス流方向、21,54 全反射ミラー、22 Qスイッチ、23,29,33 ウィンドウ、24,34,55 部分反射ミラー、25,28,30,31,32,401,402 ミラー、26,27 光スイッチング素子、35 制御装置、36 情報処理装置、40,41 送風機、42,43 熱交換器、44 放電制御装置、50,51 光センサ、60,60a 学習装置、61,61a 学習用データ取得部、62,62a モデル生成部、70,70a 学習済モデル記憶部、80,80a 推論装置、81,81a 推論用データ取得部、82,82a 推論部、100 Qスイッチレーザ発振器、200 増幅器、300 筐体、400 穴あけ加工機、403 ガルバノミラー、404 レンズ、405 加工対象物、500,500a レーザ装置、510 レーザ加工装置。
1,2,3 optical axis, 11,12 electrode, 13,14,15,16 gas flow direction, 21,54 total reflection mirror, 22 Q switch, 23,29,33 window, 24,34,55 partial reflection mirror , 25, 28, 30, 31, 32, 401, 402 mirror, 26, 27 optical switching element, 35 control device, 36 information processing device, 40, 41 fan, 42, 43 heat exchanger, 44 discharge control device, 50 , 51
Claims (23)
前記パルスレーザ光を増幅する増幅器と、
前記Qスイッチレーザ発振器と前記増幅器との間の光路上に配置された光スイッチング素子と、
前記Qスイッチレーザ発振器が前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、前記光スイッチング素子の透過率を変調させる制御装置と、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。 a Q-switched laser oscillator that generates pulsed laser light;
an amplifier that amplifies the pulsed laser light;
an optical switching element arranged on an optical path between the Q-switched laser oscillator and the amplifier;
a control device that modulates the transmittance of the optical switching element based on a pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval at which the Q-switched laser oscillator generates the pulsed laser light;
A laser device comprising:
前記Qスイッチレーザ発振器が発生させる複数の前記パルスレーザ光の間の時間間隔、または、前記Qスイッチレーザ発振器が発生させる複数の前記パルスレーザ光の間の時間間隔の移動平均を前記パルス特性時間として求め、
前記時間間隔が短いほど前記透過率を高く、且つ、前記増幅器から出射される複数の前記パルスレーザ光の間のエネルギーの変動が予め定められた値よりも小さくなるように前記透過率を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 The control device is
The time interval between the plurality of pulsed laser beams generated by the Q-switched laser oscillator, or the moving average of the time intervals between the plurality of pulsed laser beams generated by the Q-switched laser oscillator, is defined as the pulse characteristic time. seek,
The transmittance is controlled such that the shorter the time interval, the higher the transmittance, and the change in energy among the plurality of pulsed laser beams emitted from the amplifier is smaller than a predetermined value. 2. The laser device according to claim 1, wherein:
前記学習装置は、
前記レーザ装置が前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、前記光スイッチング素子の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部と、
前記学習用データを用いて、前記状態量から、増幅後の前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 further equipped with a learning device,
The learning device
learning data including state quantity including interval information indicating the time interval at which the laser device generates the pulsed laser beam and pulse energy after amplification of the pulsed laser beam; and transmittance of the optical switching element. a learning data acquisition unit to acquire;
a model generation unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose target value is the pulse energy after amplification from the state quantity, using the learning data;
The laser device according to claim 1 , characterized by comprising:
前記推論装置は、
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と、前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む状態量を取得する推論用データ取得部と、
前記状態量から増幅後の前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量から前記透過率を推論する推論部と、
を有し、
前記制御装置は、前記推論装置が推論した前記透過率を用いて、前記光スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 further comprising an inference device for inferring the transmittance of the optical switching element;
The reasoning device is
an inference data acquisition unit for acquiring state quantities including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser light and a target value of pulse energy after amplification of the pulsed laser light;
The transmittance from the state quantity acquired by the data acquisition unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose target value is the pulse energy after amplification from the state quantity an inference unit that infers
has
2. The laser device according to claim 1 , wherein the control device controls the optical switching element using the transmittance inferred by the inference device.
前記推論装置は、The reasoning device is
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と、前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを含む状態量を取得する推論用データ取得部と、an inference data acquisition unit for acquiring state quantities including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser light and a target value of pulse energy after amplification of the pulsed laser light;
前記状態量から増幅後の前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量から前記透過率を推論する推論部と、The transmittance from the state quantity acquired by the data acquisition unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose target value is the pulse energy after amplification from the state quantity an inference unit that infers
を有し、has
前記制御装置は、前記推論装置が推論した前記透過率を用いて、前記光スイッチング素子を制御するThe control device controls the optical switching element using the transmittance inferred by the inference device.
ことを特徴とする請求項3に記載のレーザ装置。4. The laser device according to claim 3, characterized in that:
ことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載のレーザ装置。 The interval information includes the pulse characteristic time of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, the energy of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, and the pulse generated by the Q-switched laser oscillator. 4. The waveform includes at least one of a waveform of a laser beam, a waveform of the pulsed laser beam amplified by the amplifier, and drive current or discharge power of the Q-switched laser oscillator and the amplifier. 6. The laser device according to any one of 3 to 5 .
前記状態量は、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の冷却水温度と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス温度と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス圧と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の連続放電時間と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の電極温度と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも1つをさらに含む
ことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載のレーザ装置。 The laser device is a gas laser in which the laser medium is a gas,
The state quantity includes a cooling water temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas pressure of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and the Q-switched laser oscillator. or at least one of a continuous discharge time of the amplifier, an electrode temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and a total discharge time from the time of optical component replacement of the Q-switched laser oscillator or the amplifier. 6. The laser device according to any one of claims 3 to 5, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザ装置。 6. The pulse characteristic time is equal to or less than a value obtained by dividing an electrode width, which is a length of a discharge electrode of the Q-switched laser oscillator in a gas flow direction, by a gas flow velocity. 2. The laser device according to item 1.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザ装置。 6. The laser device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the control device changes the transmittance with time while one of the pulsed laser beams is transmitted through the optical switching element.
ことを特徴とする請求項3に記載のレーザ装置。 The model generation unit generates a learned model for inferring the transmittance that changes with time while one of the pulsed laser beams is transmitted through the optical switching element, from the state quantity. Item 4. The laser device according to item 3.
前記増幅器から出力された前記パルスレーザ光を偏向する偏向素子と、
前記偏向素子からの前記パルスレーザ光を集光または転写して加工対象物に照射する対物光学系と、
を備え、
前記制御装置は、前記パルスレーザ光によって前記加工対象物に穴あけ加工を行うときの加工経路上に含まれる加工穴の特性を示す加工穴特性値に応じて前記透過率を制御し、前記加工穴の間隔が短いほど前記透過率を高く、且つ、複数の前記加工穴の形状のばらつきを示す値が予め定められた値よりも小さくなるように、前記透過率を制御する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 A Q-switched laser oscillator that generates a pulsed laser beam, an amplifier that amplifies the pulsed laser beam, an optical switching element arranged on an optical path between the Q-switched laser oscillator and the amplifier, and the Q-switched laser oscillator. a control device that modulates the transmittance of the optical switching element based on a pulse characteristic time that characterizes the time interval for generating the pulsed laser light;
a deflection element that deflects the pulsed laser light output from the amplifier;
an objective optical system for condensing or transferring the pulsed laser beam from the deflecting element and irradiating the object to be processed;
with
The control device controls the transmittance according to a processing hole characteristic value indicating characteristics of a processing hole included on a processing path when the processing object is drilled by the pulsed laser beam, and controls the processing hole. The transmittance is controlled so that the transmittance increases as the interval between the laser processing equipment.
ことを特徴とする請求項11に記載のレーザ加工装置。 12. The laser according to claim 11 , wherein the machined hole characteristic value is a value that indicates the interval between the plurality of machined holes on the machining path or a moving average of the intervals between the plurality of machined holes. processing equipment.
ことを特徴とする請求項11または12に記載のレーザ加工装置。 13. The laser processing apparatus according to claim 11 , wherein the Q-switched laser oscillator has a retroreflection mirror as a total reflection mirror forming a resonator.
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーとを含む状態量と、前記光スイッチング素子の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部と、
前記学習用データを用いて、前記状態量から、前記パルスエネルギーが目標値となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を備える
ことを特徴とする学習装置。 A learning device for learning the transmittance of the optical switching element of the laser device according to claim 1 ,
For learning to acquire learning data including a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and pulse energy after amplification of the pulsed laser beam, and the transmittance of the optical switching element. a data acquisition unit;
a model generating unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element whose pulse energy is a target value from the state quantity, using the learning data;
A learning device comprising:
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報と前記パルスレーザ光を用いて加工した加工穴の形状を示す形状情報とを含む状態量と、前記光スイッチング素子の透過率と、を含む学習用データを取得する学習用データ取得部と、
前記学習用データを用いて、前記状態量から、前記加工穴の形状が目標形状となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を備える
ことを特徴とする学習装置。 A learning device for learning the transmittance of the optical switching element included in the laser device of the laser processing device according to claim 11 ,
Learning including a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and shape information indicating a shape of a machined hole machined using the pulsed laser beam, and the transmittance of the optical switching element. a learning data acquisition unit that acquires data for
a model generation unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element having the shape of the machined hole as a target shape from the state quantity, using the learning data;
A learning device comprising:
ことを特徴とする請求項14または15に記載の学習装置。 The interval information includes the pulse characteristic time of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, the energy of the pulsed laser light generated by the Q-switched laser oscillator, and the pulse generated by the Q-switched laser oscillator. 4. The waveform includes at least one of a waveform of a laser beam, a waveform of the pulsed laser beam amplified by the amplifier, and drive current or discharge power of the Q-switched laser oscillator and the amplifier. 16. The learning device according to 14 or 15 .
前記状態量は、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の冷却水温度と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス温度と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器のガス圧と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の連続放電時間と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の電極温度と、前記Qスイッチレーザ発振器または前記増幅器の光学部品交換時からの総放電時間と、のうち少なくとも1つをさらに含む
ことを特徴とする請求項14または15に記載の学習装置。 The laser device is a gas laser in which the laser medium is a gas,
The state quantity includes a cooling water temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, a gas pressure of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and the Q-switched laser oscillator. or at least one of a continuous discharge time of the amplifier, an electrode temperature of the Q-switched laser oscillator or the amplifier, and a total discharge time from the time of optical component replacement of the Q-switched laser oscillator or the amplifier. 16. The learning device according to claim 14 or 15, characterized in that:
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報を含む状態量と、前記パルスレーザ光の増幅後のパルスエネルギーの目標値とを取得する推論用データ取得部と、
前記状態量および前記目標値から前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量および前記目標値から前記透過率を推論する推論部と、
を有する
ことを特徴とする推論装置。 An inference device for inferring the transmittance of the optical switching element of the laser device according to claim 1 or 2,
an inference data acquisition unit that acquires a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser light and a target value of pulse energy after amplification of the pulsed laser light;
inferring the transmittance from the state quantity and the target value obtained by the data obtaining unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element from the state quantity and the target value; an inference unit;
A reasoning device characterized by having:
前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔を示す間隔情報を含む状態量と、前記パルスレーザ光を用いて加工する加工穴の目標形状を示す形状情報とを取得する推論用データ取得部と、
前記状態量および前記形状情報から前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量および前記目標形状から前記透過率を推論する推論部と、
を有する
ことを特徴とする推論装置。 An inference device for inferring the transmittance of the optical switching element of the laser device of the laser processing device according to claim 11 or 12 ,
an inference data acquisition unit for acquiring a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and shape information indicating a target shape of a hole to be machined using the pulsed laser beam;
inferring the transmittance from the state quantity and the target shape obtained by the data obtaining unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element from the state quantity and the shape information; an inference unit;
A reasoning device characterized by having:
前記パルスレーザ光を増幅する増幅器と、
前記Qスイッチレーザ発振器と前記増幅器との間の光路上に配置された光スイッチング素子と、
前記増幅器から出力された前記パルスレーザ光を偏向する偏向素子と、
前記偏向素子からの前記パルスレーザ光を集光または転写して加工対象物に照射する対物光学系と、
前記パルスレーザ光によって前記加工対象物に穴あけ加工を行うときの加工経路上に含まれる加工穴の特性を示す加工穴特性値に応じて前記光スイッチング素子の透過率を制御し、前記加工穴の間隔が短いほど前記透過率を高く、且つ、複数の前記加工穴の形状のばらつきを示す値が予め定められた値よりも小さくなるように、前記透過率を制御することによって前記透過率を変調させる制御装置と、
を備える
ことを特徴とするレーザ加工システム。 a Q-switched laser oscillator that generates pulsed laser light;
an amplifier that amplifies the pulsed laser light;
an optical switching element arranged on an optical path between the Q-switched laser oscillator and the amplifier;
a deflection element that deflects the pulsed laser light output from the amplifier;
an objective optical system for condensing or transferring the pulsed laser beam from the deflecting element and irradiating the object to be processed;
The transmittance of the optical switching element is controlled in accordance with a machined hole characteristic value indicating the characteristics of the machined hole included on the machined path when the machined object is machined by the pulsed laser beam. The transmittance is modulated by controlling the transmittance so that the transmittance increases as the distance becomes shorter, and a value indicating variation in shape of the plurality of processed holes becomes smaller than a predetermined value. a control device that causes
A laser processing system comprising:
前記学習用データを用いて、前記状態量から、前記加工穴の形状が目標形状となる前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を有する学習装置、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項20に記載のレーザ加工システム。 Learning data acquisition for acquiring learning data including a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam, and shape information indicating a shape of a machined hole machined using the pulsed laser beam. Department and
a model generation unit that generates a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element having the shape of the machined hole as a target shape from the state quantity, using the learning data;
a learning device having
21. The laser processing system of claim 20 , further comprising:
前記状態量および前記形状情報から前記光スイッチング素子の透過率を推論するための学習済モデルを用いて、前記推論用データ取得部で取得した前記状態量および前記目標形状から前記透過率を推論する推論部と、
を有する推論装置、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項20または21に記載のレーザ加工システム。 an inference data acquisition unit for acquiring a state quantity including interval information indicating a time interval for generating the pulsed laser beam and shape information indicating a target shape of a hole to be machined using the pulsed laser beam;
inferring the transmittance from the state quantity and the target shape obtained by the data obtaining unit for inference using a trained model for inferring the transmittance of the optical switching element from the state quantity and the shape information; an inference unit;
A reasoning device having
22. The laser processing system of claim 20 or 21 , further comprising:
前記パルスレーザ光を透過させる光スイッチング素子の透過率を設定するステップと、
設定された透過率の前記光スイッチング素子に前記パルスレーザ光を入射することで前記パルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップと、
前記パルスレーザ光を増幅するステップと、
増幅後の前記パルスレーザ光を偏向することによって、前記パルスレーザ光が加工対象物に照射される位置を調整するステップと、
偏向後の前記パルスレーザ光を集光または転写して前記加工対象物に照射するステップと、
を含み、
前記パルスレーザ光のパルスエネルギーを変化させるステップでは、前記パルスレーザ光を発生させる時間間隔の特徴を示すパルス特性時間に基づいて、前記光スイッチング素子の透過率を変調させる
ことを特徴とするレーザ加工方法。 generating pulsed laser light;
setting the transmittance of an optical switching element that transmits the pulsed laser light;
changing the pulse energy of the pulsed laser light by making the pulsed laser light incident on the optical switching element having a set transmittance;
Amplifying the pulsed laser light;
a step of adjusting a position at which the pulsed laser beam is irradiated onto the workpiece by deflecting the amplified pulsed laser beam;
condensing or transferring the deflected pulsed laser beam and irradiating it onto the object to be processed;
including
The step of changing the pulse energy of the pulsed laser beam modulates the transmittance of the optical switching element based on a pulse characteristic time that indicates the characteristics of the time interval for generating the pulsed laser beam. Method.
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