레이저 가공장치 및 펄스레이저빔의 출력방법 {LASER PROCESSING APPARATUS AND PULSE LASER BEAM OUTPUT METHOD}

본 출원은, 2014년 9월 17일에 출원된 일본 특허출원 제2014-188369호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 펄스레이저빔을 가공대상물에 입사시켜 가공을 행하는 레이저 가공장치, 및 레이저 가공장치에 적용되는 펄스레이저빔의 출력방법에 관한 것이다.

탄산가스 레이저의 방전전극에 공급되는 고주파전압을 인가함으로써, 레이저출력을 제어하는 전원장치가, 특허문헌 1~3에 개시되어 있다.

특허문헌 1에 개시된 전원장치에서는, 피가공물의 가공조건에 따라 펄스주파수 변조된 지령펄스에 근거하여, 인버터의 온오프제어가 행해진다. 인버터로부터, 펄스주파수 변조된 전압펄스가 출력되어, 방전전극에 인가된다. 이로써, 가공품질의 향상을 도모할 수 있다.

특허문헌 2에 개시된 전원장치에서는, 방전전류의 검출값이 설정값과 일치하도록, 인버터의 출력전압의 펄스폭이 제어된다. 인버터의 출력전류의 상승이 인버터의 출력전압의 상승보다 지연되도록, 방전전류의 감소에 따라 인버터의 스위칭주파수를 증가시킨다. 이로써, 레이저용 전원의 고효율화, 및 저노이즈화를 도모할 수 있다.

특허문헌 3에 개시된 전원장치에서는, 가스방전 레이저의 RF전원의 출력을 제어하기 위하여 펄스폭 변조가 채용된다. RF전원에 부여되는 디지털펄스열 내의 디지털펄스의 지속시간을 점증적으로 변동시킴으로써, 디지털펄스열의 평균 파워를 선택적으로 변화시킨다.

레이저가공품질을 높이기 위하여, 펄스레이저빔의 펄스에너지를 제어하는 것이 요구된다. 펄스에너지는, 레이저파워의 순간값을, 상승시점으로부터 하강시점까지 시간적분함으로써 구해진다. 펄스에너지를 크게 하고 싶은 경우, 펄스폭을 길게 하는 방법과, 레이저파워를 크게 하는 방법을 생각할 수 있다. 레이저광원에 탄산가스 레이저를 이용하는 경우, 종래에는, 레이저펄스의 펄스폭을 변화시킴으로써, 펄스에너지를 변화시키고 있었다. 이는, 레이저펄스마다 레이저파워를 변화시키는 것이 곤란하고, 펄스폭을 변화시키는 것이 용이했기 때문이었다.

그러나, 펄스에너지가 동일해도, 펄스폭 및 레이저파워가 상이하면, 가공품질도 상이한 것이 판명되었다. 펄스폭의 조정에 의하여 펄스에너지를 변화시키는 방법만으로는, 고품질의 가공을 행하기 위해서는 불충분하고, 레이저파워를 조정하여 펄스에너지를 변화시키는 기술이 요망된다.

본 발명의 목적은, 레이저펄스마다, 레이저파워를 조정하여, 펄스에너지를 변화시키는 것이 가능한 레이저 가공장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 레이저 가공장치에 적용되는 펄스레이저빔의 출력방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 관점에 의하면,

한 쌍의 방전전극을 포함하고, 펄스레이저빔을 출력하는 레이저발진기와,

입력되는 여진지령신호의 듀티사이클에 따라, 고주파전압을 상기 방전전극에 인가하는 레이저전원과,

듀티사이클정보를 포함하는 여진패턴 지령신호, 및 펄스레이저빔의 출력 타이밍을 지령하는 펄스출력 타이밍신호가 입력되면, 상기 여진패턴 지령신호에 포함되는 상기 듀티사이클정보에 근거하여, 상기 레이저전원에 상기 여진지령신호를 부여하는 레이저 제어장치와,

상기 펄스출력 타이밍신호, 및 상기 여진패턴 지령신호를 상기 레이저 제어장치에 부여하는 가공기 제어장치와,

가공대상물을 유지하는 스테이지와,

상기 레이저발진기로부터 출력된 상기 펄스레이저빔을, 상기 스테이지에 유지된 가공대상물에 도광하는 광학계

를 가지는 레이저 가공장치가 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면,

한 쌍의 방전전극을 포함하고, 펄스레이저빔을 출력하는 레이저발진기와,

입력되는 여진지령신호의 듀티사이클에 따라, 고주파전압을 상기 방전전극에 인가하는 레이저전원과,

듀티사이클정보가 입력되면, 입력된 상기 듀티사이클정보에 근거하여, 상기 레이저전원에 상기 여진지령신호를 부여하는 제어장치와,

상기 제어장치에 상기 듀티사이클정보를 입력하는 입력장치와,

가공대상물을 유지하는 스테이지와,

상기 레이저발진기로부터 출력된 상기 펄스레이저빔을, 상기 스테이지에 유지된 가공대상물에 도광하는 광학계

를 가지는 레이저 가공장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면,

가스 레이저발진기의 방전전극에, H브리지회로를 통하여 펄스적으로 고주파전압을 인가함으로써, 플라즈마를 여기시켜 펄스레이저빔을 출력하는 방법으로서,

상기 H브리지회로의 도통시간의 듀티사이클을, 레이저펄스마다 변화시킴으로써, 상기 레이저펄스의 펄스폭 내 평균 파워를 변화시키는 펄스레이저빔의 출력방법이 제공된다.

여진지령신호의 듀티사이클에 따라 고주파전압을 방전전극에 인가함으로써, 펄스레이저빔의 펄스폭 내 평균 파워를 변화시킬 수 있다. 레이저펄스마다 여진지령신호의 듀티사이클을 변화시킴으로써, 레이저펄스마다 펄스폭 내 평균 파워를 변화시킬 수 있다.

도 1은, 실시예에 의한 레이저 가공장치의 광학계의 개략도 및 제어계의 블록도이다.
도 2는, 레이저발진기의 단면도이다.
도 3은, 고주파전원의 등가회로도이다.
도 4는, 여진패턴 지령신호, 펄스출력 타이밍신호, 여진지령신호, 고주파전압, 방전전류, 펄스레이저빔의 타이밍차트이다.
도 5에 있어서, 도 5A는, 여진패턴 지령신호, 여진지령신호, 및 펄스레이저빔의 파형의 일례를 나타내는 그래프이고, 도 5B는, 여진패턴 지령신호, 여진지령신호, 및 펄스레이저빔의 파형의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 스위칭주파수와, 펄스레이저빔의 펄스폭 내 평균 파워와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 1에, 실시예에 의한 레이저 가공장치의 광학계의 개략도 및 제어계의 블록도를 나타낸다. 레이저전원(11)이, 레이저발진기(10)의 방전전극(12)에 펄스적으로 고주파전압(Ve)을 인가한다. 레이저전원(11)은, 직류전원(13) 및 고주파전원(14)을 포함한다. 레이저발진기(10)에는, 예를 들면 탄산가스 레이저발진기가 이용된다. 레이저 제어장치(15)가, 가공기 제어장치(35)로부터의 지령에 근거하여, 직류전원(13)에 제어값(Cv)을 부여하고, 고주파전원(14)에 여진지령신호(Ec)를 부여한다.

직류전원(13)은, 제어값(Cv)에 근거하여, 고주파전원(14)에 부여하는 직류전압의 제어를 행한다. 고주파전원(14)은, 여진지령신호(Ec)에 근거하여, 방전전극(12)에 고주파전압(Ve)을 인가한다. 구체적으로는, 제어값(Cv)에 의하여, 펄스레이저빔의 펄스폭 내 평균 출력이 제어된다. 여기에서, "펄스폭 내 평균 출력"은, 레이저출력을, 레이저펄스가 출력되고 있는 기간으로 평균낸 값을 의미하며, 펄스에너지를 펄스폭으로 나눈 값과 동일하다. 이에 대하여, 일반적으로 이용되는 "펄스레이저의 평균 출력"은, 레이저출력을, 레이저펄스가 출력되고 있지 않은 시간도 포함하여 단위시간으로 평균낸 값을 의미한다. 펄스레이저의 평균 출력은, 펄스폭 내 평균 출력보다 작다.

예를 들면, 프린트기판 등의 펀칭가공을 행하는 경우, 펄스폭 내 평균 출력, 펄스폭, 펄스의 반복 주파수 등이, 목표값과 일치하도록 제어된다.

고주파전원(14)은, 복수의 스위칭소자(14a)를 포함하며, 직류전원(13)으로부터 공급되는 직류전류를 스위칭하여 교류로 변환한다. 이 스위칭소자(14a)는, 레이저 제어장치(15)로부터 입력되는 여진지령신호(Ec)에 의하여 온오프제어된다. 고주파전원(14)의 상세한 구성에 대해서는, 후에 도 3을 참조하여 설명한다.

레이저발진기(10)의 레이저 매질(媒質)가스로서, 예를 들면 탄산가스와 질소가스의 혼합가스가 이용된다. 레이저전원(11)으로부터 방전전극(12)으로 고주파전압(Ve)이 인가되면, 방전전극 간에 플라즈마가 여기되어, 레이저발진기(10)로부터 펄스레이저빔(Lp)이 출력된다.

레이저발진기(10)로부터 출력된 펄스레이저빔(Lp)이, 부분반사경(21)에 의하여 투과빔과 반사빔으로 분기된다. 반사빔이 광검출기(20)에 입사한다. 광검출기(20)는, 광을 검출하면, 레이저 제어장치(15)에, 광강도에 따른 검출값(Dv)을 송출한다. 광검출기(20)는, 예를 들면, 탄산가스 레이저의 파장역에 감도를 가지는 수은카드뮴텔루라이드(MCT) 광도전소자를 포함한다.

부분반사경(21)을 직진한 투과빔이, 도광광학계를 통과하여 가공대상물(31)에 입사한다. 도광광학계는, 스팟위치 안정화 광학계(22), 비구면(非球面)렌즈(23), 콜리메이트렌즈(24), 마스크(25), 필드렌즈(26), 폴드미러(27), 빔주사기(28), 및 fθ렌즈(29)를 포함한다. 가공대상물(31)은, 스테이지(30)에 유지되어 있다.

스팟위치 안정화 광학계(22)를 투과한 펄스레이저빔(Lp)이, 비구면렌즈(23)에 입사한다. 스팟위치 안정화 광학계(22)는, 복수의 볼록렌즈를 포함하며, 레이저발진기(10)로부터 출력된 펄스레이저빔(Lp)의 진행방향으로 떨림이 발생해도, 비구면렌즈(23)가 배치된 위치에 있어서의 빔스팟의 위치를 안정화시킨다. 비구면렌즈(23)는, 펄스레이저빔(Lp)의 빔프로파일을 변화시킨다. 예를 들면, 가우시안 형상의 빔프로파일을, 탑플랫 형상의 빔프로파일로 변화시킨다.

비구면렌즈(23)를 투과한 펄스레이저빔(Lp)이, 콜리메이트렌즈(24)에 의하여 콜리메이트된 후, 마스크(25)에 입사한다. 마스크(25)는, 투과창 및 차광부를 포함하며, 펄스레이저빔(Lp)의 빔단면을 정형한다. 마스크(25)의 투과창을 투과한 펄스레이저빔(Lp)이 필드렌즈(26), 및 폴드미러(27)를 경유하여, 빔주사기(28)에 입사한다. 빔주사기(28)는, 가공기 제어장치(35)로부터의 지령에 의하여, 레이저빔을 이차원방향으로 주사한다. 빔주사기(28)로서, 예를 들면 갈바노스캐너가 이용된다.

빔주사기(28)에서 주사된 펄스레이저빔(Lp)이, fθ렌즈(29)에서 집광되어 가공대상물(31)에 입사한다. 필드렌즈(26) 및 fθ렌즈(29)는, 마스크(25)의 투과창을, 가공대상물(31)의 표면에 결상시킨다. 스테이지(30)는, 가공기 제어장치(35)로부터의 지령에 의하여, 가공대상물(31)을, 그 표면에 평행한 방향으로 이동시킬 수 있다. 빔주사기(28) 및 스테이지(30) 중 적어도 일방이, 가공대상물(31)의 표면에 있어서 펄스레이저빔(Lp)의 입사위치를 이동시키기 위한 이동기구로서 기능한다.

가공기 제어장치(35)는, 레이저 제어장치(15)에, 펄스출력 타이밍신호(Pt) 및 여진패턴 지령신호(Ep)를 부여한다. 레이저 제어장치(15)는, 펄스출력 타이밍신호(Pt)가 입력되고 있는 기간 동안, 여진지령신호(Ec)를 레이저발진기(10)에 부여한다. 여진패턴 지령신호(Ep)에 의하여, 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클 및 펄스의 반복 주파수가 지정된다. 여진지령신호(Ec)의 펄스의 반복 주파수는, 고주파전원(14)의 스위칭주파수와 일치한다.

도 2에, 레이저발진기(10)의 단면도를 나타낸다. 레이저챔버(50)의 내부에, 송풍기(40), 한 쌍의 방전전극(12), 열교환기(46), 및 레이저 매질가스가 수용되어 있다. 한 쌍의 방전전극(12)의 사이에 방전공간(42)이 획정(劃定)된다. 방전공간(42)에서 방전이 발생함으로써, 레이저 매질가스가 여기된다. 도 2에서는, 방전전극(12)의 길이방향에 직교하는 단면이 나타나 있다. 방전전극(12)의 각각은, 도전부재(43)와 세라믹부재(44)를 포함한다. 세라믹부재(44)는, 도전부재(43)와 방전공간(42)을 격리시킨다.

송풍기(40)로부터, 방전공간(42) 및 열교환기(46)를 경유하여 송풍기(40)로 되돌아가는 순환경로가, 레이저챔버(50) 내에 형성되어 있다. 열교환기(46)는 방전에 의하여 고온이 된 레이저 매질가스를 냉각시킨다.

한 쌍의 단자(51)가, 레이저챔버(50)의 벽면에 장착되어 있다. 방전전극(12)의 도전부재(43)가, 각각 챔버 내 전류로(52)에 의하여 단자(51)에 접속되어 있다. 단자(51)는, 챔버 외 전류로(55)에 의하여, 레이저전원(11)에 접속되어 있다.

도 3에, 고주파전원(14)의 등가회로도를 나타낸다. 고주파전원(14)은, 2개의 브리지암(14A, 14B)을 가지는 H브리지회로를 포함한다. 브리지암(14A, 14B)의 각각은, 서로 직렬로 접속된 2개의 스위칭소자(14a)를 포함한다. 방전전극(12)이, 변압기(14C)를 통하여, 2개의 브리지암(14A, 14B)의 중간점에 접속되어 있다. 직류전원(13)이 H브리지회로에 직류전압을 인가한다. 레이저 제어장치(15)로부터의 여진지령신호(Ec)에 의하여, 스위칭소자(14a)의 온오프제어가 행해진다.

모든 스위칭소자(14a)가 오프인 상태로부터, 일방의 브리지암(14A)의 고전위측의 스위칭소자(14a)와, 타방의 브리지암(14B)의 저전위측의 스위칭소자(14a)를 온 상태로 전환한 후, 오프 상태로 되돌리고, 그 후, 일방의 브리지암(14A)의 저전위측의 스위칭소자(14a)와, 타방의 브리지암(14B)의 고전위측의 스위칭소자(14a)를 온 상태로 전환한 후, 오프 상태에 되돌리는 순서를 반복함으로써, 방전전극(12)에 고주파전압이 인가된다.

도 4에, 여진패턴 지령신호(Ep), 펄스출력 타이밍신호(Pt), 여진지령신호(Ec), 고주파전압(Ve), 방전전류(Ie), 펄스레이저빔(Lp)의 타이밍차트의 일례를 나타낸다. 여진패턴 지령신호(Ep)는, 듀티사이클정보 및 스위칭주파수정보를 포함한다. 일례로서, 여진패턴 지령신호(Ep)는, 일반적인 시리얼통신 또는 패럴렐통신으로, 가공기 제어장치(35)(도 1)로부터 레이저 제어장치(15)(도 1)로 전달된다. 가공기 제어장치(35)는, 여진패턴 지령신호(Ep)를 송신한 후, 펄스출력 타이밍신호(Pt)를 상승시킨다. 1개의 레이저펄스 내에서, 듀티사이클 또는 스위칭주파수를 변화시키고 싶은 경우에는, 여진패턴 지령신호(Ep)에, 복수의 듀티사이클정보 및 스위칭주파수정보를 포함시킴과 함께, 전환 타이밍을 지령하는 정보를 포함시키면 된다.

펄스출력 타이밍신호(Pt)는, 그 상승 및 하강에 의하여, 여진지령신호(Ec)의 출력의 개시 및 정지를 지령한다. 시각(t1)에 있어서 펄스출력 타이밍신호(Pt)가 상승하면, 레이저 제어장치(15)는, 고주파전원(14)에 대한 여진지령신호(Ec)의 출력을 개시한다. 시각(t3)에 있어서 펄스출력 타이밍신호(Pt)가 하강하면, 레이저 제어장치(15)는, 고주파전원(14)에 대한 여진지령신호(Ec)의 출력을 정지한다.

도 4에 있어서, 여진지령신호(Ec)가 상태(Ec0)일 때, 고주파전원(14)(도 3)의 모든 스위칭소자(14a)가 오프 상태인 것을 나타낸다. 여진지령신호(Ec)가 상태(Ec1)일 때, 일방의 브리지암(14A)의 고전위측의 스위칭소자(14a), 및 타방의 브리지암(14B)의 저전위측의 스위칭소자(14a)가 온 상태인 것을 나타내고, 여진지령신호(Ec)가 상태(Ec2)일 때, 일방의 브리지암(14A)의 저전위측의 스위칭소자(14a), 및 타방의 브리지암(14B)의 고전위측의 스위칭소자(14a)가 온 상태인 것을 나타낸다.

고주파전원(14)에 여진지령신호(Ec)가 부여되면, 고주파전원(14)은, 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클 및 스위칭주파수에 따라, 방전전극(12)에 고주파전압(Ve)을 인가한다. 방전전극(12)에 고주파전압(Ve)이 인가되면, 방전전극(12)의 사이에 플라즈마가 여기되어, 방전전류(Ie)가 흐른다. 펄스출력 타이밍신호(Pt)의 상승시각(t1)보다 약간 지연되어, 시각(t2)에 있어서 펄스레이저빔(Lp)의 출력이 개시된다.

시각(t3)에 있어서, 여진지령신호(Ec)가 정지하면, 방전전극(12)에 대한 고주파전압(Ve)의 인가도 정지되어, 방전전류(Ie)가 감소하기 시작한다. 이로써, 펄스레이저빔(Lp)의 출력파워도 저하하기 시작한다.

다음으로, 도 5A 및 도 5B를 참조하여, 여진패턴 지령신호(Ep)의 듀티사이클정보, 여진지령신호(Ec), 및 펄스레이저빔(Lp)과의 관계에 대하여 설명한다.

도 5A에, 여진지령신호(Ec) 및 펄스레이저빔(Lp)의 파형의 일례를 나타낸다. 여진지령신호(Ec)의 1주기 내에, 상태(Ec1, Ec0, Ec2, Ec0)가 이 순서대로 출현한다. 상태(Ec1) 및 상태(Ec2)의 각각의 시간(T1), 및 여진지령신호(Ec)의 주기(T2)는, 여진패턴 지령신호(Ep)(도 4)에 의하여 지령된다. 고주파전원(14)의 스위칭주파수(fs)는, 1/T2이다. 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc), 즉 고주파전원(14)(도 3)을 구성하는 H브리지회로의 도통시간의 듀티사이클은, 2×T1/T2로 나타난다. 도 5로부터 알 수 있듯이, 듀티사이클(Dcc)이 변경되면, 도통시간과 비도통시간의 비율이 변경된다.

여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc) 및 스위칭주파수(fs)가, 도 5A에 나타낸 조건일 때, 펄스레이저빔(Lp)의 펄스폭 내 평균 파워는 Wa1이다. 펄스폭 내 평균 파워(Wa1)에 펄스폭을 곱함으로써, 펄스에너지가 구해진다.

도 5B에, 여진지령신호(Ec) 및 펄스레이저빔(Lp)의 파형의 다른 예를 나타낸다. 도 5에 나타낸 여진지령신호(Ec) 상태(Ec1) 및 상태(Ec2)의 각각의 시간(T1)이, 도 5A에 나타낸 여진지령신호(Ec)의 시간(T1)보다 짧다. 여진지령신호(Ec)의 주기(T2)는, 도 5A에 나타낸 여진지령신호(Ec)의 주기(T2)와 동일하다. 이로 인하여, 도 5B에 나타낸 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc)은, 도 5A에 나타낸 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc)보다 작다. 도 5B에 나타낸 여진지령신호(Ec)의 스위칭주파수(fs)는, 도 5A에 나타낸 여진지령신호(Ec)의 스위칭주파수(fs)와 동일하다. 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc)이 작아지면, 방전전극(12)(도 3)에 공급되는 고주파전력이 감소하여, 펄스레이저빔(Lp)의 펄스폭 내 평균 파워가 저하된다. 따라서, 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc) 및 스위칭주파수(fs)가 도 5B에 나타낸 조건일 때에 있어서의 펄스레이저빔(Lp)의 펄스폭 내 평균 파워(Wa2)는, 도 5A에 나타낸 펄스레이저빔(Lp)의 펄스폭 내 평균 파워(Wa1)보다 작다.

도 5A 및 도 5B에 나타낸 바와 같이, 여진패턴 지령신호(Ep)에 의하여 레이저 제어장치(15)에 지령되는 듀티사이클정보를 변화시킴으로써, 펄스레이저빔(Lp)의 펄스폭 내 평균 파워를 변화시킬 수 있다.

직류전원(13)(도 1)의 출력전압을 변화시키는 것에 의해서도, 방전전극(12)에 공급되는 고주파전력을 변화시켜, 펄스레이저빔(Lp)의 펄스폭 내 평균 파워를 제어할 수 있다. 그러나, 직류전원(13)의 출력전압은, 평활커패시터 등에 의하여 평활화되어 있다. 이로 인하여, 펄스레이저빔의 펄스간격 정도의 짧은 시정수로, 직류전원(13)의 출력전압을 변화시키는 것은 곤란하다.

상기 실시예에서는, 고주파전원(14)(도 1)에 인가되는 직류전압은 일정하게 유지한 채로, 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc)을 변화시킴으로써, 펄스레이저빔의 펄스폭 내 평균 파워를 변화시키고 있다. 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc)은, 펄스출력 타이밍신호(Pt)의 출력마다 변화시키는 것이 가능하다. 이로 인하여, 레이저펄스마다, 펄스폭 내 평균 파워를 제어하는 것이 가능하다.

도 5A~도 5B에서는, 여진지령신호(Ec)의 스위칭주파수(fs)를 일정하게 하여, 듀티사이클(Dcc)을 변화시킴으로써, 펄스폭 내 평균 파워를 변화시켰다. 반대로, 듀티사이클(Dcc)을 일정하게 하여, 스위칭주파수(fs)를 변화시켜도, 펄스폭 내 평균 파워를 변화시킬 수 있다.

여진지령신호(Ec)의 스위칭주파수(fs)는, 도 3에 나타낸 변압기(14C) 및 방전전극(12)을 포함하는 공진회로의 공진주파수(fr)의 근방으로 설정된다. 이로써, 레이저발진기(10)에 고주파전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 스위칭주파수(fs)가 공진주파수(fr)로부터 차이가 나면, 레이저발진기(10)에 공급되는 고주파전력이 저하된다.

도 6에, 스위칭주파수(fs)와, 펄스레이저빔(Lp)의 펄스폭 내 평균 파워(Wa)와의 관계의 일례를 나타낸다. 스위칭주파수(fs)가 공진주파수(fr)와 동일할 때, 레이저발진기(10)에 효율적으로 고주파전력이 공급되기 때문에, 펄스폭 내 평균 파워(Wa)가 최대치를 나타낸다. 스위칭주파수(fs)가 공진주파수(fr)로부터 차이가 나면, 레이저발진기(10)에 공급되는 고주파전력이 감소하여, 펄스폭 내 평균 파워(Wa)가 저하된다. 따라서, 스위칭주파수(fs)를 변화시키는 것에 의해서도, 펄스폭 내 평균 파워(Wa)를 변화시킬 수 있다.

펄스폭 내 평균 파워(Wa)를 변화시키기 위하여, 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc) 및 스위칭주파수(fs)의 양방을 변화시켜도 된다. 여진지령신호(Ec)의 듀티사이클(Dcc) 및 스위칭주파수(fs)는, 가공기 제어장치(35)로부터 레이저 제어장치(15)에 송신되는 여진패턴 지령신호(Ep)에 의하여 지령된다.

실시예에 의한 레이저 가공장치를, 프린트기판의 펀칭가공에 이용하는 경우, 레이저펄스마다 펄스폭 내 평균 파워를 제어함으로써, 가공품질을 높이는 것이 가능해진다. 듀티사이클정보 및 스위칭주파수정보는, 입력장치(36)를 통하여 가공기 제어장치(35)에 입력된다.

상기 실시예에서는, 레이저발진기(10)(도 1)로서, 탄산가스 레이저발진기를 이용했지만, 다른 가스 레이저발진기를 이용하는 것도 가능하다.

또, 상기 실시예에서는, 레이저 제어장치(15)와 가공기 제어장치(35)를, 상이한 장치로 실현했지만, 레이저 제어장치(15)와 가공기 제어장치(35)를 일체화하여, 1개의 장치로서 실현해도 된다. 이 경우에는, 일체화된 제어장치가, 입력장치(36)를 통하여 입력된 듀티사이클정보에 근거하여, 레이저전원(11)에 여진지령신호(Ec)를 부여한다.

이상 실시예를 따라 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명한 바이다.

10 레이저발진기
11 레이저전원
12 방전전극
13 직류전원
14 고주파전원
14a 스위칭소자
14A, 14B 브리지암
14C 변압기
15 레이저 제어장치
20 광검출기
21 부분반사경
22 스팟위치 안정화 광학계
23 비구면렌즈
24 콜리메이트렌즈
25 마스크
26 필드렌즈
27 폴드미러
28 빔주사기
29 fθ렌즈
30 스테이지
31 가공대상물
35 가공기 제어장치
36 입력장치
40 송풍기
42 방전공간
43 도전부재
44 세라믹부재
46 열교환기
50 레이저챔버
51 단자
52 챔버 내 전류로
55 챔버 외 전류로
Cv 제어값
Dcc 듀티사이클
Dv 검출값
Ec 여진지령신호
Ep 여진패턴 지령신호
Ie 방전전류
Lp 펄스레이저빔
Pt 펄스출력 타이밍신호
Ve 고주파전압
Wa 펄스폭 내 평균 파워
fr 공진주파수
fs 스위칭주파수