CN102596484A

CN102596484A - 激光加工装置

Info

Publication number: CN102596484A
Application number: CN2011800043711A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木义典; 杉山勤; 西原学; 樱井通雄; 小寺一知
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: TW201213032A; TWI581887B; JP5500248B2; CN102596484B; JPWO2012039106A1; WO2012039106A1

Abstract

本发明提供一种激光加工装置，本发明的激光加工装置(100)具备：加工头部(109)，其对被加工物进行激光加工；载置部，其保持所述被加工物，并且包括形成有吸附孔的外周载置部(114)和形成有吸附孔且上下升降的多个可动载置部(112)；XY工作台(131、133)，其沿X轴方向及Y轴方向驱动所述载置部；工件按压部(121)，其设置于所述外周载置部，且对所述被加工物的一边中的至少与所述可动载置部的长度方向平行的加工的起点侧的一边进行按压。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及照射激光而进行加工的激光加工装置，尤其涉及利用一台加工装置提供盲孔加工(非贯通孔加工)和通孔加工(贯通孔加工)双方的激光加工装置。

背景技术

近年来，随着部件的小型化、高集成化、复合模块化，作为这些部件的基础的基材的开孔加工也发生小径化，在以往的加工方法中，难以应对这样的小型化。为了解决这些间题，使用激光进行开孔加工的情况有所增加。在该通过激光对被加工物进行的孔加工中，大致分为对被加工物开设贯通孔的通孔加工和对被加工物开设非贯通孔的盲孔加工这两种孔加工。

图9是表示以往技术的激光加工装置的第1例的载置被加工物的载置部的结构的从剖面观察到的侧视图。

如图9所示，上下升降的被分割的可动载置部812和外周载置部816作为载置部设置。在此，载置部在从如下的剖面观察到的侧视图中示出，通过所述剖面能够明确可动载置部812和外周载置部816的结构。在外周载置部816上形成有外周吸附孔814，在被分割的可动载置部812上形成有载置部吸附孔813。被加工物811载置于被分割的可动载置部812和外周载置部816的上部且被吸附保持。被分割的可动载置部812具有能够分别沿上下方向动作的结构，在工作气缸等升降驱动部的作用下沿上下方向进行动作。

在盲孔加工时，可动载置部812的所有吸附部成为上升的状态。然后，使用载置部整面吸附固定被加工物811而进行加工。在通孔加工时，如图9所示，在仅使与被加工物811的要加工的部分的下部相当的被分割的可动载置部812下降的状态下进行激光加工。

通过构成为以上方式，能够在维持被加工物811的平面度的同时，防止因通孔加工时的激光造成的载置部的损伤(例如，参照专利文献1)。

近年来，为了进一步实现精密的加工和高集成化，板状的被加工物811的厚度变得更薄，实施的孔加工的孔径也变得更小。例如，40μm～120μm左右的厚度的树脂膜、数十μm的厚度的金属箔成为其加工对象。

在上述的以往技术的激光加工装置的结构中，当进行通孔加工时，由于在与被加工物811的加工部分的下部相当的吸附部下降的状态下进行激光加工，因此虽然只是局部，但是被加工物并未在平面被保持。

因此，虽然对载置部未带来因激光造成的损伤，虽然如上所述那样对于厚度薄的片状或箔状的被加工物811而言，会因自重造成该部分以下垂的方式发生弯曲。其结果是，加工部分的平面度发生劣化。平面度的劣化成为激光的焦点的偏差和加工位置的偏差，由于激光未被缩小成最小径，所以会成为精密加工的障碍。

一般而言，加工从被加工物811的任意一方的端部的加工区域进行，并向依次邻接的加工区域移动而进行。但是在进行最初的加工区域的激光加工时，最靠端部的第一可动载置部812下降。如此，在被加工物811的加工起点侧的边部，通过仅由外周载置部816的外周吸附孔814产生的吸附力来保持。因此，在起点侧的边部对被加工物811的保持力小。在相反的方向上，通过上述的外周吸附孔814以外的剩余的所有的可动载置部812的载置部吸附孔813对被加工物811进行充分保持。

因此，若在被加工物811上产生弯曲，则不仅产生铅垂方向的偏差，而且起点侧的边沿滑动方向被拉拽而引起水平方向的位置偏差。

在与第一可动载置部812邻接的第二可动载置部812下降的情况下，加工起点侧通过外周吸附孔814和第一可动载置部812的载置部吸附孔813的吸附被保持。然而，与第一可动载置部812的位置对应的加工区域因为激光加工已结束所以存在多个贯通孔，因此基于抽真空产生的吸附力弱。作为结果，不但在因自重产生的弯曲的基础上增添了最初的位置偏差产生的弯曲，而且从加工起点侧的边部引起水平方向的位置偏差。在与第二可动载置部812邻接的第三可动载置部812下降的情况下也是同样。

如此，配合于加工的进行，依次进行与完成加工的可动载置部812邻接的可动载置部812的下降，但是对应于此，被加工物811的弯曲也依次传递而增大。进一步而言，水平方向的偏差也随着传递而变大。这些弯曲和偏差重合而产生数十μm量级的位置偏差，从而造成精密加工的精度不良。因此，难以实现精密的孔加工，存在无法进行高精度激光加工的问题。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】国际公开第2009/001497号

发明内容

本发明提供能够施行精密的孔加工从而实现高精度的激光加工的激光加工装置。

本发明的激光加工装置具备：加工头部，其对被加工物进行激光加工；载置部，其保持所述被加工物，并且包括形成有吸附孔的外周载置部和形成有吸附孔且上下升降的多个可动载置部；XY工作台，其沿X轴方向及Y轴方向驱动所述载置部；工件按压部，其设置于所述外周载置部，且对所述被加工物的一边中的至少与所述可动载置部的长度方向平行的加工的起点侧的一边进行按压。

根据该结构，即使在具有被分割的可动载置部而对被加工物进行通孔加工的情况下，也能够防止对应于加工的进行而依次传递增大的被加工物的弯曲和位置偏差。因此，即使是厚度的非常薄的片状的被加工物，也能够进行高精度的激光加工，降低伴随精度不良产生的加工不良，从而能够实现精密的孔加工。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的激光加工装置的简要结构的主视图。

图2是表示本发明的实施方式的激光加工装置的载置部周边的详细结构的立体图。

图3表示本发明的实施方式的激光加工装置的工件按压部的详细结构，是从图2的3-3线的剖面观察到的侧视图。

图4表示本发明的实施方式的激光加工装置的工件按压部的详细结构和动作，是从图2的3-3线的剖面观察到的侧视图。

图5是表示本发明的实施方式的被加工物的加工区域的顺序的一例的立体图。

图6是表示本发明的实施方式的载置部的第一动作状态的从3-3线的剖面观察到的侧视图。

图7是表示本发明的实施方式的载置部的第二动作状态的从3-3线的剖面观察到的侧视图。

图8是表示本发明的实施方式的载置部的第三动作状态的从3-3线的剖面观察到的侧视图。

图9是表示以往技术的激光加工装置的载置部的结构的从剖面观察到的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，存在对相同的构成要件赋予相同的符号而省略其说明。另外，附图中所示的X轴、Y轴及Z轴为相互正交的方向。在此，Z轴为沿着上下的铅垂方向，各图中的坐标轴以对应于各个视野的方向的方式绘出。

(实施方式)

图1是本发明的实施方式的一例的激光加工装置100的简要结构图。在图1中，激光振荡器102在内部振荡激光而射出激光束103。射出的激光束103通过光学系统104而改变方向，进行激光的密度、光束径的调整及光束形状的整形等。

通过光学系统104后的激光束103通过由沿X轴方向扫描的X镜106和用于沿Y轴方向扫描的Y镜107构成的检流计式扫描仪105被扫描并定位。进而，以通过检流计式扫描仪105定位的激光束103利用fθ透镜108聚光而照射被加工物111的加工点的方式构成激光加工装置100。

由X镜106及Y镜107构成的检流计式扫描仪105和fθ透镜108设置在加工头部109，加工头部109以能够沿Z轴方向移动的方式设置在装置主体上。

被加工物111置于设置有多个的可动载置部112和外周载置部114上。进一步而言，被加工物111的一边中的与可动载置部112的长度方向(Y轴方向)平行的两边由一对工件按压部121按压。可动载置部112分别由1对工作缸(未图示)支承，该工作缸能够由空气压控制而使各个可动载置部112独立上下动作。

加工工作台由X工作台131和Y工作台133这两大工作块构成。X工作台131构成为载置有可动载置部112、外周载置部114及附随于它们的整套结构且沿X轴方向可动。对于X轴方向的移动，通过驱动X工作台驱动部132而使滚珠丝杠旋转，从而使X工作台131按照每一套载置于其上的整套结构滑动而进行移动。

Y工作台133进而载置有X工作台131和载置于其上的整套结构且构成为沿Y轴方向可动。对于Y轴方向的移动，可以通过驱动Y工作台驱动部134而使滚珠丝杠旋转，从而使Y工作台133按照每一套载置于其上的整套结构滑动而进行移动。

此外，设置有使所述激光振荡器102、检流计式扫描仪105、可动载置部112升降的工作缸、对X工作台驱动部132及Y工作台驱动部134等进行控制的加工控制部101。

使用图2对进一步详细的激光加工装置100的一部分结构进行说明。图2是表示本发明的实施方式的激光加工装置的载置部周边的详细结构的立体图。

首先，如图2所示，载置·保持有被加工物(未图示)的载置部通过设置有多个的可动载置部112和外周载置部114构成。在可动载置部112设置有多个载置部吸附孔113，另外，在外周载置部114也设置有外周吸附孔115。被加工物通过从载置部吸附孔113和外周吸附孔115抽真空而被吸附保持。

工件按压部121在可动载置部112的与长度方向(Y轴方向)平行的2边上设置有一对。该工件按压部121安装成能够通过在设于外周载置部114的构件上设置的支点124而旋转，且通过按压部驱动工作缸123而被开闭。

工件按压部121由比Z轴方向的尺寸的限制长的板状的金属体形成，在工件按压部121的与被加工物对置的一侧的面上设置有夹持构件122。夹持构件122由聚氨酯橡胶或硅橡胶那样的有机物弹性体形成。由此，能够在与被加工物接触时在不对其造成损伤的状态下产生按压力，并且能够防止因被加工物的滑动而造成的偏差。

需要说明的是，夹持构件122的形状可以如图示那样形成为呈线状连续隆起，也可以形成为以规定间隔离散的点状。若为线状则能够对被加工物的边施加同样的按压，若为点状则能够集中地进行按压。例如，若将形成为点状的位置配置于在与外周吸附孔115的关系中在邻接的外周吸附孔115的中央部附近，则能够有效地分布吸引和按压产生的保持力。

另外，在本实施方式中，在长条的板状的工件按压部121的中央设置有铰链部126。铰链部126成为工件按压部121的开闭动作的旋转的支点，由于按压部驱动工作缸123位于长条的两端，所以能够抑制工件按压部121的中心部分的翘起，因此具有使按压力更为均匀的作用。

对如以上那样构成的激光加工装置100的动作进行说明。

图3是表示搭载被加工物111时的载置部和工件按压部121的状态的从自Y轴方向观察到的(3-3线的)剖面观察到的侧视图。图4表示本发明的实施方式的激光加工装置的工件按压部的详细结构和动作，是从图2的3-3线的剖面观察到的侧视图。

当被加工物111搭载在装置上时，通过使加工工作台移动而使载置部移动到被加工物111的搭载位置，在此，停止载置部吸附孔113和外周吸附孔115的抽真空而成为未进行吸附的状态，并预先使可动载置部112全部上升。

另外，工件按压部121通过按压部驱动工作缸123而成为打开的状态。通过两个支点124和按压部驱动连接件125，按压部驱动工作缸123的上下动作如箭头所示那样转换为工件按压部121的旋转动作。

在将被加工物111搭载于载置部上之后，对载置部吸附孔113和外周吸附孔115进行抽真空而开始对被加工物111的下表面的吸附保持。

然后，通过按压部驱动工作缸123，对工件按压部121进行驱动而使其从图3所示的打开的状态成为关闭的状态。该状态在图4中示出。如图4所示，在形成有吸附孔115的外周载置部114和形成有吸附孔113的多个可动载置部112(112a、112b、112c、112d)上保持被加工物111。此外，被加工物111的边中的与可动载置部112的长度方向(Y轴方向)平行的边由工件按压部121按压。

在与被加工物111相接的部分设置有夹持构件122，对被加工物111产生按压力且防止因被加工物111的滑动而造成的偏差。

在被加工物111的保持完成后进行以下的动作。为了使保持有被加工物111的载置部向第一加工区域移动而使加工工作台开始移动。位于原点位置的加工头开始向焦点位置移动。仅对位于第一加工区域的下表面的可动载置部112将设置于该可动载置部112的载置部吸附孔113的抽真空切换为吹出(正压)，停止对该部位的被加工物111下表面的吸附保持，使该可动载置部112下降。这些动作并行进行。

关于该加工区域，其一例在图5中示出。图5是表示本发明的实施方式的被加工物的加工区域的顺序的一例的立体图。在图5中，对被加工物111赋予了1至48的符号的区域为加工区域140。各个加工区域140设定在检流计式扫描仪105的扫描范围内，通过控制检流计式扫描仪105而进行该区域内的激光加工的定位。需要说明的是，图示的区域仅为一例，并不局限于该图中的区域。

在上述的动作完成而被加工物111的第一加工区域141到达加工头部109所存在的位置的下方后，通过激光束103开始第一加工区域141的孔加工。需要说明的是，在本图中赋予了142的符号的被加工物111的一边与可动载置部的长度方向平行而相当于加工的起点侧的一边142。

图6是从3-3线的剖面观察在第一加工区域141进行孔加工的状态的而得到的侧视图。在与第一加工区域141对应的位置的可动载置部112a下降的状态下被照射激光束103而进行孔加工。被加工物111的与可动载置部的长度方向平行的加工的起点侧的一边(未图示)通过设置于外周载置部114上的外周吸附孔115吸附保持。伴随于此，起点侧的一边被设置有夹持构件122的工件按压部121按压。由此，防止被加工物111的弯曲和位置偏差。

在规定的激光的照射完成且第一加工区域141内的全部的孔加工完成后，为了接着移动到第二加工区域，在本实施方式中使加工工作台向Y方向移动。关于第二加工区域(例如，加工区域143)的激光孔加工的状态也如图6所示。如此，在可动载置部112a下降的区域全部(图5中从第一加工区域到第六加工区域)完成激光加工之前依次重复进行同样的动作。需要说明的是，可动载置部112a保持图5中的第一加工区域到第六加工区域。

在一个可动载置部112a下降的区域的全部激光加工结束后，开始以下的动作。

首先，为了将载置部移动到接下来的加工区域，使加工工作台开始向X方向移动。在停止已经下降的可动载置部112a的吹出(正压)的同时，使该可动载置部112a上升。在上升完成后对设置于该可动载置部112a上的载置部吸附孔113进行抽真空，从而再次吸附保持被加工物111。将设置于与接下来的加工区域(图5中的第七加工区域)对应的位置的可动载置部112b上的载置部吸附孔113的抽真空切换为吹出。在对该部位的被加工物111的下表面的保持结束后，使该部位的可动载置部112b下降。这些动作并行地进行。

如以上所述，在该加工区域的准备齐整后，控制检流计式扫描仪105，对孔加工位置开始进行激光束103的照射。图7是表示本发明的实施方式的载置部的第二动作状态的从3-3线的剖面观察到的侧视图。图7是从Y轴方向观察对该加工区域进行激光孔加工的状态得到的局部剖视图。在与加工区域对应的位置的可动载置部112b下降的状态下照射激光束103而实施孔加工。被加工物111的与可动载置部的长度方向平行的加工的起点侧的一边通过设置于外周载置部114的外周吸附孔115吸附·保持，且同时被设置有夹持构件122的工件按压部121按压。对于基于可动载置部112a的吸附而言，由于施加被加工物的孔加工，因此与其他可动载置部的吸附相比，基于可动载置部112a的吸附不强，但是根据本发明的结构能够防止被加工物的弯曲和位置偏差。

当可动载置部112b下降的区域的全部(图5中从第七加工区域到第十二加工区域)激光加工结束时，同样向下一加工区域移动。该状态在图8中示出。

再此，同样也是在与加工区域对应的位置的可动载置部112c下降的状态下照射激光束103而实施孔加工。被加工物111的与可动载置部的长度方向平行的加工的起点侧的一边通过设置于外周载置部114的外周吸附孔115吸附保持，且被设有夹持构件122的工件按压部121按压，从而防止被加工物111的弯曲和位置偏差。

重复进行上述动作，进行被加工物111的规定区域的全部加工。当规定区域的全部加工完成之后，开始进行以下的动作。

首先，为了使被加工物开始向取出位置移动，使加工工作台开始移动。加工头部109开始向原点移动。在停止已经下降的可动载置部112的吹出的同时，使该可动载置部112上升，在上升完成后对设置于该可动载置部112的载置部吸附孔113进行抽真空，从而再次吸附保持被加工物111。这些动作并行进行。

在上述的全部动作完成而加工工作台向被加工物111的取出位置的移动结束后，使按压部驱动工作缸123动作而成为打开工件按压部121的状态，停止全部的载置部吸附孔113和全部的外周吸附孔115的抽真空。然后，确认对被加工物111的吸附保持不再进行，并且被加工物111的取出装置(未图示)从载置部取出被加工物111，从而完成被加工物的激光孔加工。

如上所述，本发明的激光加工装置100为具备加工头部109、载置部、XY工作台、工件按压部121的结构。在此，加工头部109对被加工物111进行激光加工。载置部包括形成有吸附孔115的外周载置部114和形成有吸附孔113且沿上下升降的多个可动载置部112，该载置部保持被加工物111。XY工作台将载置部向X轴方向及Y轴方向驱动。工件按压部121设置于外周载置部114，对被加工物111的一边中的至少与可动载置部112的长度方向平行的加工的起点侧的一边142进行按压。

根据该结构，即使对应于加工的进行而使可动载置部112从加工的起点侧依次进行了下降和上升，也能够防止伴随于此依次传递增大的被加工物111的弯曲和位置偏差。由此，即使是厚度非常薄的片状的被加工物111，也能够进行高精度的激光加工，从而能够降低伴随精度不良产生的加工不良，从而能够实现精密的孔加工。

另外，也可以构成为，具备设置于外周载置部114且至少对被加工物111的一边中的与可动载置部112的长度方向平行的两边进行按压的一对工件按压部121。

根据该结构，能够防止从加工的起点侧对应于加工的进行而依次传递增大的被加工物的弯曲和位置偏差，尤其能够防止在加工的结束期间从相反侧产生的被加工物111的弯曲和位置偏差，从而其效果变得更好。由此，即使是厚度非常薄的片状的被加工物111，也能够进行高精度的激光加工，能够降低伴随精度不良产生的加工不良，从而能够实现精密的孔加工。

另外，可以构成为，在工件按压部121的与被加工物111对置的一侧的面上设置有有机物弹性体、例如夹持构件。

根据该结构，能够在与被加工物111接触时不造成损伤的情况下产生按压力，并且能够防止因被加工物111的滑动而产生偏差。

另外，还可以构成为有机物弹性体形成为线状。根据该结构，能够对被加工物的边进行同样的按压且能够使吸引和按压产生的保持力有效地分布。

另外，还可以构成为，有机物弹性体形成为以规定间隔离散的点状。根据该结构，能够对点状的部分集中地进行按压，能够使吸引和按压产生的保持力有效地分布。

另外，还可以构成为，在工件按压部121的中央部分具备成为开闭的支点124的铰链部126和对工件按压部121的两端向被加工物111侧加压的加压部。

根据该结构，能够抑制工件按压部121的中心部分的翘起，使按压力更加均匀。

如以上所述，针对通过上下升降的多个可动载置部112的吸附而保持被加工物111的激光加工装置100，进一步利用工件按压部121按压被加工物111的特定边的这种发明构思并非显而易见。在被加工物111变得非常薄且对其加工要求的精度高的情况下，当认识到下述课题，即认识到由于对应于加工的进行而使可动载置部112从加工的起点侧依次下降和上升，因此被加工物的弯曲和位置偏差依次传递而增大这一课题时，才第一次能够想到本发明。

需要说明的是，在本实施方式中，以设置八个可动载置部112且将被加工物111的加工区域140设定为48个区域的情况为例进行了说明，但是可动载置部112的数量和加工区域140的数量可以根据激光加工装置100的大小和被加工物的形状等设计要件确定，并不局限于该例。

【产业上的可利用性】

对于本发明的激光加工装置而言，在由被分割而升降的载置部保持的被加工物的基于激光的孔加工中，能够防止被加工物的弯曲和位置偏差而实现较高的加工精度，其在进行通孔加工的激光加工装置等中是有用的。

【符号说明】

100激光加工装置

101加工控制部

102激光振荡器

103激光束

104光学系统

105检流计式扫描仪

106X镜

107Y镜

108fθ透镜

109加工头部

111被加工物

112、112a、112b、112c、112d可动载置部

113载置部吸附孔

114外周载置部

115外周吸附孔

121工件按压部

122夹持构件

123按压部驱动工作缸

124支点

125按压部驱动连接件

126铰链部

131X工作台

132X工作台驱动部

133Y工作台

134Y工作台驱动部

140加工区域

141第一加工区域

142起点侧的一边

143第二加工区域

Claims

1.一种激光加工装置，其中，具备：

加工头部，其对被加工物进行激光加工；

载置部，其保持所述被加工物，包括形成有吸附孔的外周载置部和形成有吸附孔且上下升降的多个可动载置部；

XY工作台，其沿X轴方向及Y轴方向驱动所述载置部；

工件按压部，其设置于所述外周载置部，且对所述被加工物的一边中的至少与所述可动载置部的长度方向平行的加工的起点侧的一边进行按压。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

具备一对工件按压部，其设置于所述外周载置部，至少按压所述被加工物的一边中的与所述可动载置部的长度方向平行的两边。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述工件按压部的与所述被加工物对置的一侧的面上设置有有机物弹性体。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

所述有机物弹性体形成为线状。

5.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

所述有机物弹性体形成为以规定间隔离散的点状。

6.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

具备：在所述工件按压部的中央部分成为开闭的支点的铰链部、对所述工件按压部的两端向所述被加工物侧进行加压的加压部。