CN1449319A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明的激光加工装置具有将利用偏转镜偏转的激光聚焦到被加工件上用的扫描透镜，通过用所述偏转镜和所述扫描透镜，对偏转区内的多个部位照射激光以进行加工。由于具有测量照射于所述偏转区内多个不同位置的激光能量的能量测量手段，能测量偏转区内的多个不同位置上照射的激光能量，可以了解扫描透镜污染所造成的激光照射位置上部分能量下降的情况，根据该信息进行适当维修保养，从而可进行长期稳定地进行加工而不发生加工不良的情况。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及加工装置，尤其涉及其激光能量的测量。

背景技术

最近的便携式信息电子设备等中，电子电路板采用多次叠置导电层和绝缘层的积累多层电路板，谋求电路高密度化，以实现设备小型化。此积累多层电路板为了取得中间夹有绝缘层的导电层布线图案相互导通，在绝缘层设置多个称为通路孔或通孔的导通孔。作为这些导通孔的钻孔加工方法，采用利用激光加工的方法。

这种已有的采用激光的电路板钻孔用激光加工装置由图6所示组成部分构成。利用一对偏转镜(一般为电流计式偏转镜)5(5a、5b)反射从激光振荡器1发射的激光2，并利用扫描透镜6将该光聚焦于被照射物(例如被加工件)4的表面。

这里，用电流计式偏转镜(为了方便，下文记为“偏转镜”)5改变入射到扫描透镜6的激光2的角度，以在被加工件4的表面上取得有限的偏转区7。偏转镜5通常用一对偏转镜5a、5b的2轴构成，因而该偏转区7的形状为矩形。2轴偏转镜5a、5b可相互自由改变角度，因而能在偏转区7内的所有部位自由照射激光2。被加工件4固定在由2轴组成的驱动台3上，加工完一个偏转区7，就用驱动台3使被加工件4仅移动相当于偏转区7的一个边长的距离，从而能在被加工件4的表面连续展开偏转区7，全面加工被加工件4。

激光加工中，利用激光2的能量去除被加工件4的材料成份，进行加工，因而为了进行良好的加工，需要照射适当能量的激光2。为此，这种激光加工装置具有能量测量手段，用于设定实际照射被加工件时的激光2的能量。

图7示出一例已有的激光加工装置具有的激光能量测量手段。利用在气缸16的前端设置能量测量部11，使能量测量部11可进入或退出与扫描透镜6的激光出射面相对的位置，并且仅在测量能量时将能量测量部11移动到与扫描透镜6的激光出射面相对的位置，进行能量测量。气缸16本身安装并固定在装定加工头的支柱(图中未示出)上。

这样设置的已有的能量测量手段11结构上做成仅能测量通过扫描透镜6的中央部的激光能量，即照射偏转区7的中央部的激光能量。

然而，采用偏转镜和扫描透镜的激光加工装置通常加工大小为四周约50mm的偏转区，因而，已有激光装置那样仅测量通过扫描透镜中央部的激光能量，有时不充分。下面详细说明其理由。

激光加工中，利用激光能量去除的被加工件材料成份产生为加工屑，但采用偏转镜和扫描透镜的激光加工装置由于扫描透镜的激光出射面附着该加工屑，阻碍激光通过，有时不能对被加工件照射适当的能量。因此，如图8所示，采用偏转镜5和扫描透镜6的普通激光加工装置中，通过在扫描透镜6附近设置集尘管道20和气帘21等防污染手段，防止扫描透镜6的激光出射面附着加工屑22。

然而，这种激光加工装置采用的扫描透镜6，其激光出射面的口径具有约为φ100mm的较大面积，即使设置上述防污染手段，也会有部分气流不充分，或者形成滞流，因而产生防污染不足的部位。这种部位在长时间使用中会逐渐附着加工屑22，形成阻碍激光2通过的状态。激光2通过这种附着加工屑22并造成扫描透镜6表面污染的部位时，会因加工屑22而发生激光2被吸收和散射的情况，使到达被加工件4的能量减少，因而偏转区内产生能量不均匀。具体而言，在图8所示防污染手段的情况下，集尘管道20附近的扫描透镜6的周边部近旁部位容易产生气流不足和滞流，因而存在该部位容易附着加工屑22的倾向。

即使扫描透镜6周边部近旁部位附着加工屑等，产生污染，对扫描透镜6的中央附近而言，也具有足够的气流，上述防污染手段有效作用，因而能防止加工屑22附着，扫描透镜6的激光出射面不产生污染。

这种状态下，仅测量通过扫描透镜6中央部的激光2的能量，进行能量设定，则附着加工屑22的部位所对应的偏转区内的位置会能量不足，该位置难以进行良好加工。根据经验，例如作为印刷电路板组成材料的环氧树脂，其加工屑附着于扫描透镜6的部分激光出射面时，该部位的能量降低20％以上，不顾这点地进行加工，则部分偏转区加工不良。这种情况下，需要利用酒精等对扫描透镜6的下表面进行清洁，使其去除污染，以便整个偏转区能得以良好加工。这样，即使因扫描透镜6的激光出射面附着加工屑而偏转区内产生能量不均匀，只要进行清洁等适当的维护，能量状态也会良好。然而，污染的发展程度因加工内容而不同，不能规定适当的维护时期。而且，提高维护频度，则有影响生产效率的问题。

综上所述，已有的激光加工装置只测定通过扫描透镜中央部的激光的能量，因而不能掌握扫描透镜的激光出射面部分污染造成的偏转区内能量不均匀的情况，有时会发生加工不良的情况。尤其是这种激光加工装置在短时间完成大量生产，因而发生一次如上所述的加工不良，也会发展成很大的损失。因此，掌握扫描透镜的不均匀污染情况已成为课题。

本发明是为解决上述课题而完成的，其目的是得到一种能够检测偏转区内能量的不均匀，以判断扫描透镜表面的部分污染，促使进行扫描透镜表面清洁等适当的维护，从而能够取得稳定的加工质量的激光加工装置。

发明内容

本发明提供一种激光加工装置，具有把利用偏转镜偏转的激光聚集到加工件上的扫描透镜，利用所述偏转镜和所述扫描透镜，在偏转区内的多个位置照射激光以进行加工，所述激光加工装置，还具有测量照射所述偏转区内多个不同测量位置的激光的能量的能量测量手段。

因此，能测量偏转区多个不同位置上照射的激光能量，可以了解扫描透镜污染所造成激光照射位置发生部分能量下降的情况，根据该信息进行适当维修保养，从而可进行长期稳定的加工，不发生加工不良的情况。

又，本发明提供一种激光加工装置，其中能量测量手段设置在装载被加工件并使其移动的驱动台上。

因此，不另外设置仅移动能量测量手段的机构，就能测量照射偏转区内任意位置的激光的能量。

又，本发明提供一种激光加工装置，具有将各测量位置上的测量值与预先设定的容许值比较的比较手段。

因此，能高精度检测并掌握偏转区内特定位置上的部分能量降低情况，不受根据加工条件设定的激光能量绝对值大小影响。

又，本发明提供一种激光加工装置，具有根据测量值和预先设定的容许值进行告警输出的告警发生手段。

因此，操作者能识别扫描透镜表面污染情况，以进行扫描透镜表面清洁工作等适当的维修保养。

又，本发明提供一种激光加工装置，具有按预先决定的计划进行能量测量的计划手段。

因此能防止忘记测量能量的情况发生。

又，本发明提供一种具有存储测量值的存储手段的激光加工装置。

因此，能掌握照射能量在时间上的变化等，而且能根据所存储测量值的数据推导出适当的维修保养时间等。

又，本发明提供一种激光加工装置，其中具有用图形显示测量所得激光能量的显示手段。

因此，所掌握照射能量在时间上的变化和照射位置造成的差别等，而且能根据显示的测量值数据导出适当的维修保养方法。

又，本发明提供一种激光加工装置，其中能量测量手段设置于在驱动台的装载被加工件的装载面上设置的凹部内。

因此，能避免能量测量手段与装在加工头单元周围的构件等相互干扰。

又，本发明提供一种激光加工装置，其中能量测量手段具有调整扫描透镜的高度位置，使激光能以散焦状态进行照射的手段。

因此，可对能量测量手段入射适当强度的激光，防止入射强度过高的激光造成能量测量手段受损伤。

又，本发明提供一种激光加工装置，其中能量测量手段具有对激光受光部的可动保护罩。

因此，能防止在激光受光部附着加工屑等，可使能量测量长期稳定。

附图说明

图1是本发明实施形态的激光加工装置的概略组成图。

图2是说明本发明实施形态的激光加工装置中扫描透镜的偏转区与能量测量部测量位置的关系的概略图。

图3是本发明实施形态的激光加工装置的动作流程图。

图4是说明本发明实施形态的激光加工装置中能量测量部安装位置用的概略图。

图5是说明本发明实施形态的激光加工装置中能量测量部的保护机械用的概略图。

图6是已有激光加工装置的组成图。

图7是已有激光加工装置中激光能量测量手段的说明图。

图8是对扫描透镜附着加工屑的说明图。

具体实施形态

实施形态1

用图1至图5说明本发明的第1实施形态。

图1是本发明第1实施形态的激光加工装置的概略组成图。图1中，符号1至8的部件与已有技术的部件相同或相当，因而省略详细说明，9是反射镜，13是加工头单元。

这里，偏转镜5a和5b、扫描透镜6和反射镜9装入可上下方向移动(即对垂直于区域台3的表面的方向移动)的加工头单元13中。图2轴构成偏转镜5a、5b，使入射到扫描透镜6的激光2的角度变化，从而在被加工件4的表面上可得有限矩形状的偏转区7。由于2轴偏转镜5a、5b相互自由改变角度，能在偏转7内的所有部位自由照射激光。被加工件4利用真空吸附固定在由2轴构成的驱动台3上，完成一个偏转区7的加工时，利用驱动台3移动相当于偏转区7的一个边长的距离，从而能在被加工件4上连接展开偏转区7，对被加工件的加工对象面全面加工。

11是作为能量测量手段的能量测量部，该部装入驱动台3的一端上避开与被加工件4相互干扰的位置。驱动台3不仅在原来被加工件4的加工范围，而且在足够大的工作范围活动，可由能量测量部11测量整个偏转区7的能量。这样将能量测量部11装在驱动台3的一端，可与驱动台3合为一体地移动，从而不必另外设置仅移动能量测量部11的机构，就能测量照射偏转区7内任意位置的激光的能量。

图2是说明本实施形态的激光加工装置中扫描透镜偏转区与能量测量部测量位置的关系的概略图。

为了就偏转区7决定测量激光2的能量用的位置，示出利用直角坐标系将偏转区7划分成格状的情况。通过将偏转区7内划分成格状，并且转动驱动台3，使能量测量部11的受光部11a在各测量位置Pn(n＝1、2、……9)移动，能测量照射偏转区7内预定位置的激光2的能量。这样测量预定测量位置上的能量，能短时间掌握扫描透镜6的多个部位的污染状态。

这时的栅格间隔的设定最好是根据扫描透镜6的直径和通过扫描透镜6的激光2的规模等适当改变。

图2中，假设对偏转区7的测量位置P3点照射激光时，激光通过的扫描透镜6的相当部位A粘附加屑22，则通过相当部位A的激光2受到吸收、散射，与其他测量位置的能量测量值相比，其测量的能量值低，因而能探测出扫描透镜6的相当部位A的污染情况。

本例中阐述了将偏转区7划分成格子状的情况，但不必拘于格子状，可根据经验预先决定容易发生污染的扫描透镜6的部位所对应的多个测量位置。

本例中阐述了预先决定测量位置的情况，但当然也可在各次测量时根据需要适当进行改变测量位置等。

上述例子中示出的情况是驱动台3所设置能量测量部11的受光部11a为一个，并使该受光部11a对应于假设划分成格状的测量位置Pn移动，但当然也可预先准备多个受光部11a，并且借助偏转镜5a、5b的转动将激光2引导到该多个受光部11a。

图3是本实施形态的激光加工装置的动作流程图，是每次对多个被加工件加工预定件数自动实施上述偏转区内多个不同位置上照射的激光的能量测量时的一个例子。

被加工件逐件送入驱动台上进行加工，加工完则送出。这里，分别预先设定加工件数的计数器n，进行能量测量用的件数m和决定的容许值Δ(S1a、S1b、S1c)，每次加工使n递增(S5)。运算n/m的余数为0时(S3)，实施能量测量(S7)。

接着，进行偏转区内不同测量位置上所测能量测量值或测量值的运算结果与预定容许值的比较，就能探测出照射能量的降低。图3所示的例子中，每进行100件的加工都测量偏转区内各测量位置上的激光能量，对该测量值求出最小值/平均值，检测出超过预定容许值Δ。例如取Δ＝0.8，判断量小值/平均值＜0.8(S8)，据此，在对整个偏转区能量测量值的平均值产生20％以上能量降低的测量位置出现时，通过激光加工装置的控制装置(图中未示出)进行告警输出，例如点亮告警灯或发出告警音等，进行促使实施扫描透镜清洁等的处理(S9)。

如上所述，采用运算偏转区不同测量位置上的测量值，按比率求出能量降低量，与容许值比较的方法，能高精度检测并掌握偏转区内特定位置上的有意能量降低，不受根据加工条件设定的激光能量绝对值大小影响。

每次偏转区内各测量位置的能量测量值保存在激光加工装置的控制装置内的存储装置中(S71)，或者根据需要，在控制装置内的操作屏幕上进行能量曲线显示(S72)。设置这种保存数据和进行图形显示的手段，能掌握扫描透镜什么部位污染，同时还能掌握各部位中能量在时间上的变化，可知进行扫描透镜清洁的适当时期。

借助于依据如上所述的动作流程图实施加工的方法，可一面实施适当维修保养，一面进行加工，不会发生在扫描透镜上附着加工屑所造成的能量降低带来的加工不良，因而能进行长期稳定的批量加工。又，可从保存的数据得到适当的维修保养时期等信息，进行必要的最小限度维修保养，抑制对生产能力的影响。图3中根据加工件数决定预定的计划，但是例如此外还可以根据对被加工件进行加工的累计时间决定。

图4是说明本实施形态的激光加工装置中能量测量部11的安装位置用的概略图。如上文所述，能量测量部11安装在驱动台3上，但这样在驱动台3上安装的情况下，需要考虑移动驱动台3时，加工头13上安装的观察用摄像机透镜14等构成与能量测量部11的相互干扰。因此，在驱动台3设置凹部，将能量测量部11安装在低于驱动台3的表面(即被加工件(图中未示出)的装载面)的位置。这样将能量测量部11安装在低于驱动台3的表面的位置，能避免与安装在加工头单元13周围的观察用摄像机透镜14等相互干扰。

对被加工件4进行加工时，激光2聚集在驱动台3的表面附近，因而保持这种状态不变地利用能量测量手段11进行能量测量，则因能量密度过高，有可能损伤能量测量部11的受光部11a。

因此，在进行能量测量时，借助对驱动台3的表面在上下方向移动加工头单元13，改变扫描透镜6的高度位置，使激光2对受光部11以散焦状态进行照射。借助具有这样在加工时和测量时调整扫描透镜6的高度位置的手段(图中未示出)，可长期稳定地测量能量，不损坏能量测量部11的受光部11a。本实施形态的加工装置中，通过使扫描透镜6下降取得散焦状态，但当然也可通过使该透镜上升取得散焦状态。

图5是说明本实施形态的激光加工装置中能量测量部11的保护机构用的概略图。图5中，15是保护能量测量部11用的保护罩，16是由气缸组成的保护罩15的开关驱动机构。这样对能量测量部11设置可动式保护罩15，如图5(a)所示，对被加工件(图中未示出)进行加工时等情况下，通常由保护罩15覆盖能量测量部11的上表面，保护能量测量部11。而且，如图5(b)所示，仅在能量测量时利用开关驱动机构16打开保护罩15，从而能防止对能量测量部11的受光部11a附着加工屑等，可长期稳定地测量能量。

工业应用性

综上所述，本发明涉及的激光加工装置适合用于例如便携信息电子设备等用的多层电路板的加工。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，具有把利用偏转镜偏转的激光聚集到被加工件上的扫描透镜，利用所述偏转镜和所述扫描透镜在偏转区内的多个位置上照射激光以进行加工，

其特征在于，具有测量照射于所述偏转区内多个不同测量位置的激光的能量的能量测量手段。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，能量测量手段设置在装载被加工件并使其移动的驱动台上。

3.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，具有将各测量位置上的测量值与预先设定的容许值比较的比较手段。

4.如权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，具有根据测量值和预先设定的容许值进行告警输出的告警发生手段。

5.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，具有按预先决定的计划进行能量测量的计划手段。

6.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，具有存储测量值的存储手段。

7.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，具有用图形显示测得的激光能量测定值的显示手段。

8.如权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，能量测量手段设置于在驱动台的装载被加工件的装载面上设置的凹部内。

9.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，能量测量手段具有调整扫描透镜的高度位置，以使激光能够以散焦状态进行照射的手段。

10.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，能量测量手段具有对激光受光部的可动保护罩。

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