CN101274391A - 激光能测量装置与激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于拓宽激光光能的测量范围。根据本发明，激光能测量装置(32)具备：设置在激光(2b)的光路中并使上述激光(2b)的光能衰减的滤光器(21)；对通过上述滤光器(21)的激光(2b)的光能进行测量的运算部(19)；以及配设在滤光器(21)之前并将激光(2b)聚光在运算部(19)上的聚光镜(17)。滤光器(21)在与激光(2b)的中心一致的位置上具备阻止激光(2b)中心部分通过的遮挡部(21a)。激光(2b)被遮挡部(21a)切除掉能量较大的中心部分，并通过运算部(19)来测量能量不太大的部分。由此可以拓宽激光的光能测量范围。

Description

激光能测量装置与激光加工装置
技术领域
本发明涉及激光能测量装置及具备该激光能测量装置的激光加工装置。
背景技术
以往，例如当用激光加工装置在积层式打印基板上加工连接层间的盲孔(以下，称为孔)时，利用开铜窗法、即从预先由蚀刻除去外层铜箔而形成的蚀刻窗照射激光，或者利用直接法、即直接照射激光到没有外层铜箔的绝缘层上，从而除去由含有玻璃强化纤维等填充剂的树脂形成的绝缘层。
此时若激光振荡器的输出变动，加工结果即产生偏差。因此，为了提高加工的可靠性，使供给到加工部的激光的一部分(供给到加工部的激光的1％～2％)分流，并测量该分流的激光光能，从而一边确认激光的光能的大小(以下，简称“光能”)在预定的范围内，一边进行加工。
图6是沿以往的激光能测量装置的测量用激光的剖面简略图。
在从由激光振荡器振荡的激光分流出来的测量用激光2b(以下，称作“监控光束”)的光路上，配置有聚光镜17及光能测量部19。光能测量部19配置成传感器23的传感器面的中心与聚光镜17的焦点大体一致。
下面，对激光能测量装置的动作进行说明。
监控光束2b被聚光镜17聚光并入射到传感器23。光能测量部19的运算部19a对传感器23的输出与预定值进行比较。运算部19a当监控光束2b的光能偏出预定的范围时，向激光加工装置的控制部30输出报警信号。控制部30在从光能测量部19收到报警信号后，对收到报警信号时所加工的孔的坐标进行存储，同时进行预先指示过的处理(例如响起警报蜂鸣器并根据情况中止加工)。
另外，加工用激光的直径根据欲加工的孔的直径而发生变化。这样，入射到传感器23的监控光束2b的直径也随之变化，且光能发生变化。因此，就必须使用光能检测范围较宽的传感器来作为传感器23。但检测范围宽的传感器23价格又较高。
为此，提出有这样一种技术，即通过使监控光束2b的光能衰减，而能够以检测范围较窄的传感器来测量激光光能的技术(专利文献1)。该技术是将衰减部件、即在监控光束2b无法透过的材质的平板上筛孔状形成极小直径的贯穿孔的部件，配置在聚光镜17的入射侧，以使监控光束2b的光能衰减。若监控光束2b的直径变化，则衰减部件能够根据监控光束2b的直径使光能衰减，因此即便使用低成本的传感器23，也能够测量监控光束2b的光能。
专利文献1：日本专利特开2003-136267号公报
然而，在专利文献1中的衰减部件中，光能衰减率一样，故而，若对照监控光束2b的最大直径来决定配置在平板上的贯穿孔的直径及密度并设定衰减率，则当监控光束2b为最小直径时，就会出现光能检测精度下降，测量结果出现偏差的情况。
发明内容
本发明在于提供一种激光的光能测量范围宽、且测量精度高的激光能测量装置。
本发明在于提供一种在由激光能测量装置测量的激光光能的大小在规定范围之外时，停止加工而不会给加工精度造成破坏的激光加工装置。
本发明中的激光能测量装置(32)，具备：衰减部件(21)，其设置在激光(2b)的光路中并使上述激光(2b)的光能衰减；测量机构(19)，其对通过上述衰减部件(21)的上述激光(2b)的光能进行测量，该激光能测量装置(32)的特征在于，还具备聚光镜(17)，其配设在上述衰减部件(21)的前后的一方并将上述激光(2b)聚光到上述测量机构(19)上，上述衰减部件(21)在与上述激光(2b)的中心一致的位置上具备有阻止上述激光(2b)中心部分通过的遮挡部(21a)。
本发明中的激光加工装置(31)，具备：分流机构(16)，其将从激光振荡器(1)振荡出来的激光(2)分流成加工工件(8)的加工用激光(2a)、及测量激光(2)的光能的测量用激光(2b)；激光能测量装置，其对上述测量用激光(2b)的光能进行测量，且在上述测量值处于规定范围之外时检出异常状态；该激光加工装置(31)的特征在于，上述激光能测量装置为上述的激光能测量装置(32)。
上述激光能测量装置(32)通过衰减部件(21)使激光(2b)在聚光镜(17)之前或之后衰减，而且通过聚光镜(17)聚光，并由测量机构(19)测量激光(2b)的光能。衰减部件(21)在与上述激光(2b)的中心一致的位置上具备有阻止激光(2b)的中心部分通过的遮挡部(21a)，以遮挡激光(2b)的中心部分。因此，激光能测量装置(32)，遮挡了根据激光(2b)的直径不同而差异较大的中心部分的光能，并通过测量机构(19)对光能不太大的部分的光能进行测量。
本发明的激光加工装置(31)通过分流机构(16)将从激光振荡器(1)中振荡出来的激光(2)分流，并由激光能测量装置(32)测量该分流的测量用激光(2b)，并在光能测量值处于规定范围之外时检出异常状态。激光加工装置(31)在由激光能测量装置(32)检测出异常状态时停止加工。
上述括号内的符号用来与附图对照用的，不对本发明的构成进行任何的限定。
本发明的激光能测量装置因对激光中光能不太大的部分的光能进行测量，故具有如下的效果。
即便是廉价的测量机构，仍可测量光能。可以拓宽激光光能的测量范围。可以提高激光的测量精度。可以对衰减部件的衰减率进行设定，而不受激光直径的限制。
本发明的激光加工装置因在由光能测量装置测量出的激光光能的大小处于规定范围之外时停止加工，故可以不对加工精度造成破坏。
附图说明
图1是本发明的实施方式中的激光加工装置的分解立体图。
图2是沿本发明的实施方式中的激光能测量装置的测量用激光的剖面简略图。
图3是本发明的实施方式中的激光能测量装置的滤光器的俯视图。
图4是表示与入射到光束分离器的激光的光轴垂直的面上的强度分布的图。
图5是表示与通过滤光器的监控光束的光轴垂直的面上的光能的图。
图6是沿以往的激光能测量装置的测量用激光的剖面简略图。
符号说明如下：
1…激光振荡器；2…激光；2a…加工光束(加工用激光)；2b…监控光束(测量用激光)；8…打印基板(工件)；12…掩模；12a…掩模孔；16…光束分离器(分流机构)；17…聚光镜；19…光能测量部(测量机构)；21…滤光器(衰减部件)；21a…遮挡部；22…贯穿孔；23…传感器；30…控制部；31…激光加工装置；32…激光能测量装置。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式中的激光能测量装置与具备该测量装置的激光加工装置进行说明。
图1是本发明的实施方式中的激光加工装置的分解立体图。图2是沿着本发明的实施方式中的激光能测量装置的测量用激光的剖面简略图。图3是本发明的实施方式中的激光能测量装置的滤光器的俯视图。
对激光加工装置进行说明。
激光加工装置31通过激光2a在打印基板8上进行开孔。在从激光振荡器1输出的激光2的光轴上，配置有脉冲整形器18、全反射面镜4a、掩模12、全反射面镜4b以及光束分离器16。激光振荡器1输出脉冲状的激光2。脉冲整形器18对向加工部供给的激光2的强度与脉冲宽度进行控制。此外未被向加工部供给的0次光15被光束阻尼器14吸收。在支承于2级汽缸11的掩模12上形成有孔径不同的多个(图示中为3个)掩模孔12a。光束分离器16使入射的激光2的2％透过，并将剩余的反射。
在光束分离器16的反射侧配置有全反射面镜4c、扫描仪面镜5b、5a以及fθ透镜3，在光束分离器16的透过侧配置有聚光镜17、滤光器21以及光能测量部19。聚光镜17、滤光器21以及光能测量部19形成激光能测量装置32。
扫描仪面镜5a、5b分别利用扫描仪6a、6b以旋转轴为中心旋转并被定位。全反射面镜4c、扫描仪6a、6b以及fθ透镜3载置于加工头7。加工头7利用Z轴马达13沿箭头Z方向进行移动。
打印基板8被固定在与fθ透镜3相向且可在箭头X、Y方向上移动的X-Y工作台9上。fθ透镜3的直径所决定的加工区域10的范围在50mm×50mm左右。
下面，对激光加工装置31的加工动作进行说明。
在加工之前，以打印基板8的表面为基准将fθ透镜3在箭头Z方向上定位，同时将欲加工的加工区域10的中心定位于fθ透镜3的光轴上。另外使2级汽缸11动作，将与欲加工孔的直径最匹配的掩模孔12a定位在激光2的光轴上。
从激光振荡器1中输出的激光2，由脉冲整形器18决定光能(也就是强度与脉冲宽度)，并由掩模12的掩模孔12a将外形整形，并入射到光束分离器16。入射了的激光2的2％透过光束分离器16，并作为监控光束(测量用激光)2b向聚光镜17入射。由光束分离器16反射的剩余激光2(以下，称为“加工光束2a”。)的光路经扫描仪面镜5b、5a定位，并入射到fθ透镜3。而后，加工光束2a垂直地照射到打印基板8上，并在打印基板8上开孔。
监控光束2b通过后述的激光能测量装置32来测量光能。激光能测量装置32在所测量的光能值处于规定的范围之外时，向控制部30报告来使激光加工装置31的加工动作停止。
对激光能测量装置进行说明。
激光能测量装置32对监控光束2b的光能进行测量，并在光能值处于规定范围之外时向控制部30汇报，来使由加工光束2a进行的激光加工装置31的加工动作停止。
如图2所示，激光能测量装置32具备聚光镜17、滤光器21以及光能测量部19等。
如图3所示，滤光器21例如为铜板制，在其上除去阻止以中心O的位置为中心的圆形激光通过的遮挡部21a之外，在箭头X、Y方向上以间距P(例如P＝1mm)且格子状形成小径(例如直径d＝0.5mm)的贯穿孔22。此外，图3中的Ds表示掩模孔12a为小径时监控光束2b所入射的范围，DL表示掩模孔12a为大径时监控光束2b所入射的范围。
如图2所示，透过了光束分离器16(图1)的监控光束2b，被聚光镜17聚光，并且被滤光器21减少强度而入射到光能测量部19的传感器23。光能测量部19的运算部19a对传感器23的输出与预定值进行比较，并当监控光束2b的光能在预定范围之外时，将报告异常状态的报警信号向对激光加工装置31整体进行控制的控制部30输出。
下面，对滤光器21的作用进行说明。
图4是表示与向光束分离器16入射的激光2的光轴垂直的面上的强度分布的图。图5是表示与通过滤光器21的监控光束2b的光轴垂直的面上的光能的图。图4、图5的横轴是距光轴的距离，纵轴是光能。此外用图中注上斜线的区域24、25的面积表示光能量。
尽管透过掩模孔12a的激光2的直径逐渐增加，但直径增加比例与垂直于光轴面上的强度分布(也就是光能分布)因掩模孔12a的直径不同而不同。也就是，当掩模孔为大径时，如图4(a)所示，中心部的强度很大而光束的直径却不太大(不扩散)。另一方面，当掩模孔为小径时，如图4(b)所示，虽然中心部的强度不太大，但光束的直径很大(扩散)。
由于滤光器21在中心部具有遮光部21a，因而若具有图4(a)的光能分布的监控光束2b透过滤光器21，则光能分布就形成图5(a)所示那样。另外，若具有图4(b)的光能分布的监控光束2b透过滤光器21，则光能分布就形成图5(b)所示那样。
此外，图5(a)、(b)上注有斜线的区域24a的面积与区域25a的面积(也就是由传感器23检测出的光能量)几乎没有差别。也就是，与掩模孔12a的直径无关，入射到传感器23的监控光束2b的光能几乎相同。
因此，不会发生由监控光束2b的光能过大引起的输出信号饱和或传感器23烧损。另外，也不会受到监控光束2b的光能过小时所产生的噪声影响。而且对于传感器23可以使用一般泛用的传感器。
此外，遮挡监控光束2b的中心部的遮挡部21a的形状也并不局限于圆形，可以制为其它形状，例如多边形状。
另外，也可以准备多张改变了贯穿孔22的直径d以及间距P的滤光器，以根据激光2的输出来进行更换。

Claims (3)

1.一种激光能测量装置，具备：
衰减部件，其设置于激光的光路中并使上述激光的光能衰减；
测量机构，其对通过上述衰减部件的上述激光的光能进行测量，
该激光能测量装置的特征在于，
具备聚光镜，其配设在上述衰减部件前后的一方并将上述激光聚光在上述测量机构上，
上述衰减部件在与上述激光的中心一致的位置上具备阻止上述激光的中心部分通过的遮挡部。
2.根据权利要求1所述的激光能测量装置，其特征在于，
上述衰减部件使上述激光的一部分通过形成于上述遮挡部周围的多个贯穿孔，并使上述激光衰减。
3.一种激光加工装置，具备：
分流机构，其将从激光振荡器振荡出来的激光分流成加工工件的加工用激光、及测量激光的光能的测量用激光；
激光能测量装置，其对上述测量用激光的光能进行测量，并且在上述测量值处于规定范围之外时检出异常状态，
该激光加工装置的特征在于，
上述激光能测量装置为权利要求1中所述的激光能测量装置。
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