DE102005025556A1

DE102005025556A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005025556A1
Application number: DE102005025556A
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Ebina Masuda; Kaoru Ebina Matsumara
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2005-12-22
Also published as: JP2005342748A; US7098423B2; US20050263506A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung (1) auf einem Bearbeitungstisch (11) zur Fixierung eines Abschnitts eines blechförmigen Werkstücks (2), dessen eines Ende auf einer Zuführungsrolle (50, 51) aufgespult ist und dessen anderes Ende von einer Aufnahmerolle (52, 53) aufgenommen wird. Weiterhin sind Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) zur Positionierung und Fokussierung eines Laserstrahls auf dem blechförmigen Werkstück (2) vorgesehen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung (A) ist dazu eingerichtet, ein auf dem Bearbeitungstisch (11) befestigtes blechförmiges Werkstück (2) durch relatives Bewegen des Bearbeitungstischs (11) und der Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) zu bearbeiten und durch wiederholtes Bewegen des blechförmigen Werkstücks (2) in Längsrichtung ein nächstes zu bearbeitendes Gebiet auf dem Bearbeitungstisch (11) zu fixieren, wenn die Bearbeitung eines zu bearbeitenden Gebiets beendet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungstisch zur Befestigung eines Teils eines blechförmigen Werkstücks auf diesem und Laserkollimations- und Positionierungsmitteln, beispielsweise eine fθ-Linse zur Positionierung und Fokussierung eines Laserstrahls auf das blechförmige Werkstück, um das blechförmige Werkstück auf dem Bearbeitungstisch durch relatives Bewegen des Bearbeitungstischs und der Laserkollimations- und Positionierungsmittel zu bearbeiten, und nachdem die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, um das blechförmige Werkstück in Längsrichtung zu bewegen, um ein nächstes Bearbeitungsgebiet von diesem wiederholt zu bearbeiten.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils einer konventionellen Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines blechförmigen Werkstücks 2, während es in Längsrichtung bewegt wird. Das blechförmige Werkstück 2 ist auf einem XY-Tisch 1 mittels einer nicht dargestellten Haltevorrichtung fixiert. Das blechförmige Werkstück 2 wird von einer nicht dargestellten und an der rechten Seite in der Figur angeordneten Zuführungsrolle zugeführt und von einer nicht dargestellten und an der linken Seite in der Figur angeordneten Aufnahmerolle aufgenommen. Auf dem blechförmi gen Werkstück 2 sind Leiterplatten 3, beispielsweise zukünftige Ware, mit einem Abstand L2 in Y-Richtung angeordnet, d. h. in Längsrichtung (Zuführrichtung) des blechförmigen Werkstücks 2.

Zwei fθ-Linsen 4a und 4b sind oberhalb des XY-Tischs 1 zur Positionierung und Fokussierung eines Laserstrahls zum Werkstück angeordnet. Während die fθ-Linsen 4a und 4b so angeordnet sind, dass ihre X-Koordinaten miteinander übereinstimmen, ist ihr Abstand L1 einstellbar. Das blechförmige Werkstück 2 ist an dem XY-Tisch 1 fixiert, sodass die Mitte des Werkstücks 2 – in der Richtung der Breite des XY-Tischs 1 gesehen – mit den Mittelachsen O1 und O2 der fθ-Linsen 4a und 4b übereinstimmt.

Als Nächstes wird der Betrieb einer konventionellen Laserbearbeitungsvorrichtung erklärt. Vor der Bearbeitung wird der Abstand zwischen den fθ-Linsen 4a und 4b auf ein ganzzahliges Vielfaches des Abstands der Leiterplatten 3 (im Fall der dargestellten Figur ein einfaches Vielfaches dieses Abstands) eingestellt.

Dann wird jedes Gebiet, das durch die Größe der entsprechenden fθ-Linsen 4a und 4b definiert ist, beispielsweise ausgehend von der Seite der Punkte A1 und A2 in 4, mittels eines Pulslasers gebohrt, der von einem Laseroszillator angetrieben wird. Wenn die Bearbeitung der Gebiete beendet ist, wird der XY-Tisch 1 in X-Richtung bewegt, um das nächste Gebiet zu bearbeiten. Wenn die Bearbeitung in der X-Richtung beendet ist, wird der XY-Tisch 1 in die Y-Richtung bewegt, um ein anderes Gebiet zu bearbeiten. Diese Operation wird wiederholt bis die Bearbeitung der gesamten Leiterplatte 3 beendet ist. Wenn die Bearbeitung der Leiterplatte 3 beendet ist, wird das blechförmige Werkstück 2 freigegeben und in Y-Richtung bewegt, um eine weitere noch nicht fertig gestellte Leiterplatte wiederum unter den fθ-Linsen 4a und 4b zu positionieren. Diese Operation wird wiederholt, bis das blechförmige Werkstück 2 vollständig aufgenommen ist.

Da die Bearbeitung an zwei Punkten auf dem XY-Tisch 1 ausgeführt wird, kann die Bearbeitungseffizienz für den Fall der oben beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung verbessert werden.

Die Größe der Leiterplatte 3 in Y-Richtung (im Folgenden als „Länge" bezeichnet), die auf dem blechförmigen Werkstück 2 angeordnet ist, kann stark unterschiedlich sein. Wenn die Länge einer Leiterplatte 3 die Hälfte eines Bewegungshubs des XY-Tischs überschreitet, kann die Bearbeitung der zweiten Leiterplatte 3 nicht vollendet werden, auch wenn die Bearbeitung der ersten Leiterplatte 3 beendet ist. Deshalb ist es nicht nur aufwändig, das blechförmige Werkstück 2 durch Bewegen erneut zu positionieren, vielmehr muss auch das Bearbeitungsgebiet jedes Mal erneut berechnet werden, wenn das blechförmige Werkstück 2 bewegt wird. Somit wird es aufwändig, die Bearbeitung zu steuern.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Probleme durch das Bereitstellen einer Leiterplattenbearbeitungsvorrichtung zu lösen, dessen Beschränkung bezüglich der Länge der zu bearbeitenden Leiterplatten gering ist, die eine einfache Steuerung der Positionierung der blechförmigen Werkstücke ermöglicht, und die in der Lage ist, die Bearbeitungseffizienz zu erhöhen.

Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungstisch (11) zur Fixierung eines Teils eines blechförmigen Werkstücks (2) angegeben, dessen eines Ende von einer Zuführungsrolle (50, 51) zugeführt wird, und dessen anderes Ende von einer Aufnahmerolle (52, 53) aufgenommen wird. Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) sind vorgesehen zur Positionierung und Fokussierung eines Laserstrahls auf das blechförmigen Werkstück und zum Bearbeiten des auf dem Bearbeitungstisch (11) befestigten blechförmigen Werk stücks. Die Laserbearbeitungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, das blechförmige Werkstück durch relatives Bewegen des Bearbeitungstischs (11) und der Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) zu bearbeiten, und zur wiederholten Weiterbewegung des blechförmigen Werkstücks in Längsrichtung, wenn die Bearbeitung beendet ist. Hierdurch wird ein nächstes zu bearbeitendes Gebiet auf dem Bearbeitungstisch (11) fixiert.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von derartigen Laserkollimations- und Positionierungsmitteln (41, 42) auf. Dabei sind die Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) sind in Richtung der Breite des Bearbeitungstischs (die senkrecht zu seiner Längsrichtung verläuft) beabstandet angeordnet. Hierdurch wird eine Mehrzahl blechförmiger Werkstücke (2), die in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet sind, gleichzeitig bearbeitet, während sie an dem Bearbeitungstisch (11) fixiert sind.

Hierbei kann die Laserbearbeitungsvorrichtung zwei Sätze von Laserkollimations- und Positionierungsmitteln (41, 42) aufweisen. Sie kann weiter mit einem Laserverteilungsmittel (23) ausgerüstet sein, um den von einem Laseroszillator erzeugten Laserstrahl jedem der zwei Laserkollimations- und Positionierungsmittel zuzuführen. Das blechförmige Werkstück (2) wird dann mittels des über das Laserverteilungsmittel (23) zugeführten Lasers bearbeitet.

Da die erfinderische Laserbearbeitungsvorrichtung durch die Mehrzahl der Laserkollimations- und Positionierungsmittel in der Lage ist, eine Mehrzahl von länglichen Leiterplatten, deren Länge gleich dem Bewegungshub des Bearbeitungstischs ist, gleichzeitig zu bearbeiten, sind die Beschränkungen in der Länge der zu bearbeitenden Leiterplatten gering und die Positionierung der blechförmigen Werkstücke lässt sich einfach steuern. Darüber hinaus kann die Bearbeitungseffizienz verbessert werden, da es ermöglicht wird, die Häufigkeit der Positionierungen der blechförmigen Werkstücke auf dem Bearbeitungstisch zu reduzieren. Außerdem ist es nicht erforderlich, die Abstände zwischen Laserkollimations- und Positionierungsmitteln, beispielsweise den fθ-Linsen, zu verändern, wodurch Aufwand zu ihrer Justierung verringert werden kann.

Die spezielle Natur der Erfindung als auch der anderen Aufgaben, Verwendungen und Vorteile, wird durch die folgende Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen deutlicher, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in unterschiedlichen Ansichten bezeichnen.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
3a, 3b zeigen schematische Ansichten eines Abschnitts eines Bearbeitungstischs gemäß der Erfindung.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils einer konventionellen Laserbearbeitungsvorrichtung.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die 3a und 3b zeigen schematische Ansichten von Ausschnitten eines Bearbeitungstischs, wobei 3a eine Draufsicht von diesem und 3b eine Seitenansicht zeigt. Identische Komponenten, die dieselbe Funktion wie in 4 aufweisen, sind mit demselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf die sich wiederholende Beschreibung verzichtet wird.
Wie in 1 gezeigt, ist ein XY-Tisch 1 auf einem Bett 10 der Laserbearbeitungsvorrichtung A angeordnet. Der XY-Tisch 1 ist auf dem Bett 10 horizon tal in X- und Y-Richtungen beweglich. Ein Bearbeitungstisch 11 ist auf dem XY-Tisch 1 angeordnet. An dem Bett 10 ist ein brückenartiger Träger 12 befestigt, wobei auf dem Träger 12 ein Laseroszillator 20 angeordnet ist. Ein akustisch-optischer Modulator 23 zum Schalten des optischen Pfades eines Lasers auf einen ersten optischen Pfad 21 oder auf einen zweiten optischen Pfad 22 ist an einer optischen Achse des Laseroszillators 20 angeordnet. Eine aus einem Spiegel 24, einem Paar von optischen Scannern 25 und einer fθ-Linse 4a zusammengesetzte Laserkollimations- und Positionieranordnung 41 ist auf dem ersten optischen Pfad 21 angeordnet. Eine Laserkollimations- und Positionieranordnung 42 setzt sich aus Spiegeln 26 und 27, einem Paar von optischen Scannern 28 und einer fθ-Linse 4b zusammen und ist auf dem zweiten optischen Pfad 22 angeordnet. Die optischen Scanner 25 und 28 und die fθ-Linsen 4a und 4b positionieren und fokussieren den Laserstrahl auf dem Werkstück 2, welches sich auf dem Bearbeitungstisch 11 befindet. Dies ist die Funktion beider zusammengesetzter Laserkollimations- und Positionieranordnungen 41 und 42.
Wie in 2 gezeigt, sind die fθ-Linsen 4a und 4b in X-Achsen-Richtung mit einem Abstand L3 beabstandet angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass der Abstand L3 der maximalen Breite des blechförmigen Werkstücks 2 entspricht, welches auf der Laserbearbeitungsvorrichtung A gleichzeitig bearbeitet werden kann. Eine Vielzahl von mit entsprechenden inneren Hohlräumen 11a und 11b verbundenen Löchern 30 sind auf der Oberfläche des Bearbeitungstisches 11 ausgebildet, wie in 3 gezeigt. Die Hohlräume 11a und 11b sind jeweils durch eine Wand 11c voneinander getrennt und mit einer nicht dargestellten Vakuumquelle entsprechend verbunden.
Ein Werkstück-Zuführungsvorrichtung B ist an einer Seite (auf der rechten Seite von 1) der Laserbearbeitungsvorrichtung A angeordnet, auf der zwei Zuführungsrollen 50 und 51 drehbar gelagert sind. Auf den Zuführungsrollen 50 und 51 sind unbearbeitete blechförmige Werkstücke 2 aufge spult. Eine Aufnahmevorrichtung C zum Aufnehmen des fertig bearbeiteten blechförmigen Werkstücks 2 ist auf der anderen Seite (auf der linken Seite der 1) der Laserbearbeitungsvorrichtung A angeordnet, auf der zwei Aufnahmerollen 52 und 53 drehbar gelagert sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Mittel zum Zuführen und Befördern des blechförmigen Werkstücks in der Figur nicht dargestellt sind, da es sich um eine bekannte Technologie handelt.
Als Nächstes wird die Funktionsweise der Erfindung erklärt. Vor der Bearbeitung wird ein blechförmiges Werkstück 2 auf dem Bearbeitungstisch 11 platziert, so dass seine Mitte in der Breitenrichtung des Bearbeitungstisches 11 mit der Mittelachse O1 der fθ-Linse 4a übereinstimmt und der Rand eines ersten Bearbeitungsgebiets des Werkstücks 2 relativ zu A1 ausgerichtet ist. Dann wird der Hohlraum 11a evakuiert, um das blechförmige Werkstück am Bearbeitungstisch 11 zu fixieren. In derselben Art und Weise wird das andere blechförmige Werkstück 2 auf dem Bearbeitungstisch 11 platziert, so dass seine Mitte in der Breitenrichtung des Bearbeitungstisches 11 mit der Mittelachse O2 der fθ-Linse 4b übereinstimmt und der Rand eines ersten Bearbeitungsgebiets des Werkstücks relativ zu A2 ausgerichtet ist. Dann wird der Hohlraum 11b evakuiert, um das blechförmige Werkstück 2 am Bearbeitungstisch 11 zu fixieren.
Als Nächstes wird die Bearbeitung gestartet. Der aus dem Laseroszillator 20 austretende Laserstrahl tritt über den Spiegel 24 oder die Spiegel 26 und 27 jeweils in einen der zwei optischen Scanner 25 und 28 ein, während mittels des akusto-optischen Modulators 23 der optische Pfad abwechselnd hin- und hergeschaltet wird. Der Laserstrahl wird dann in X- und Y-Richtung positioniert und durchläuft die fθ-Linsen 4a oder 4b, um die Leiterplatten 3 entsprechend zu bearbeiten. Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung kann daher, wenn zwei blechförmige Werkstücke 2 auf dem Bearbeitungstisch 11 befestigt sind, die zwei blechförmigen Werkstücke 2 prak tisch gleichzeitig bearbeiten. Auch wenn nur ein blechförmiges Werkstück auf einer Seite des Bearbeitungstischs 11 befestigt ist, kann die Laserbearbeitungsvorrichtung das blechförmige Werkstück 2 noch bearbeiten.
Wenn die Bearbeitung eines Gebiets beendet ist, wird der XY-Tisch 1 zur Bearbeitung eines nächsten Gebiets der Leiterplatte in derselben Art und Weise wie bei der konventionellen Vorrichtung bewegt. Wenn die Bearbeitung des vorherbestimmten Teils des blechförmigen Werkstücks 2, welches am Bearbeitungstisch 11 fixiert, abgeschlossen ist, wird die Vakuum-Haltevorrichtung freigegeben und es wird ein neues zu bearbeitendes Teil auf dem Bearbeitungstisch 11 angeordnet.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Erfindung die gleichzeitige Bearbeitung zweier blechförmiger Werkstücke 2 unter Verwendung eines gemeinsamen Steuerungsprogramms, ohne von der Länge der zu bearbeitenden Leiterplatten 3 beeinflusst zu sein.
Es wird bemerkt, dass die blechförmigen Werkstücke 2, obwohl sie im obigen Ausführungsbeispiel durch ein Vakuum auf Tisch festgelegt werden, auch mittels mechanischer Haltemittel befestigt werden können.
Weiter wird angemerkt, dass die im obigen Ausführungsbeispiel in Y-Richtung beabstandet zueinander angeordneten fθ-Linsen 4a und 4b auch so angeordnet werden können, dass ihre Position in Y-Richtung übereinstimmt.
Weiterhin kann den Linsen fθ-Linsen 4a und 4b eine Mehrzahl von Laserstrahlen gleichzeitig zugeführt werden, auch wenn im obigen Ausführungsbeispiel den fθ-Linsen 4a und 4b nur ein Laserstrahl zugeführt wird.
Es wird ebenso darauf hingewiesen, dass anstelle eines akustisch-optischen Modulators als Laserverteilungsmittel auch ein Strahlteiler verwendet werden kann.
Auch wenn im obigen Ausführungsbeispiel fθ-Linsen als Laserkollimations- und Positionierungsmittel verwendet werden, ist die Erfindung nicht auf diese oder andere Linsen beschränkt. Beispielsweise können auch Kondensor-Linsen werden.
Ebenso ist die Anzahl der Laserkollimations- und Positionierungsmittel und der Werkstücke nicht auf zwei begrenzt. Beispielsweise können drei oder mehr Laserkollimations- und Positionierungsmittel zur gleichzeitigen Bearbeitung von drei oder mehr Werkstücken vorgesehen sein.
Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Für den Fachmann sind darüber hinaus eine Vielzahl von im Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche liegende Abwandlungen und Modifikationen nahe hegend, die ebenfalls von der vorliegenden Erfindung erfasst werden.

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung (A) mit den folgenden Merkmalen: a. einem Bearbeitungstisch (11) zur Fixierung eines Abschnitts eines blechförmigen Werkstücks (2), dessen eines Ende auf einer Zuführungsrolle (50, 51) aufgespult ist und dessen anderes Ende von einer Aufnahmerolle (52, 53) aufgenommen wird, b. einem Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) zur Positionierung und Fokussierung eines Laserstrahls auf dem blechförmige Werkstück (2), c. wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (A) dazu eingerichtet ist, i. ein auf dem Bearbeitungstisch (11) befestigtes blechförmiges Werkstück (2) durch relatives Bewegen des Bearbeitungstischs (11) und der Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) zu bearbeiten, und ii. durch wiederholtes Bewegen des blechförmigen Werkstücks (2) in Längsrichtung ein nächstes zu bearbeitendes Gebiet auf dem Bearbeitungstisch (11) zu fixieren, wenn die Bearbeitung eines zu bearbeitenden Gebiets beendet ist, d. wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (A) i. eine Mehrzahl der Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) aufweist, die in Richtung der Breite des Bearbeitungstisches (11), also senkrecht zu dessen Längsrichtung, voneinander beabstandet angeordnet sind; und ii. dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von auf dem Bearbeitungstisch (11) fixierten und in Richtung der Breite des Bearbeitungstisches (11) parallel nebeneinander angeordneten lechförmigen Werkstücken (2) praktisch gleichzeitig zu bearbeiten.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung (A) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: a. zwei Sätze von Laserkollimations- und Positionierungsmitteln (41, 42), b. ein Laserverteilungsmittel (23) zur Zuführung des von einem Laseroszillator (20) erzeugten Laserstrahls zu jeweils einem der zwei Sätze von Laserkollimations- und Positionierungsmitteln (41, 42), c. wobei das blechförmige Werkstück (2) mittels des Laserstrahls bearbeitet wird, der über das Laserverteilungsmittel (23) zugeführt wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Bearbeitungstisch (11) a. eine Vielzahl von inneren Hohlräumen (11a, 11b) aufweist, die jeweils mit einer Vakuumquelle verbunden sind, und b. eine Vielzahl von lochartigen Öffnungen (30) an der Oberfläche des Bearbeitungstischs (11) aufweist, die mit der Vielzahl der inneren Hohlräume (11a, 11b) verbunden sind, um die Mehrzahl der blechförmigen Werkstücke (2) auf dem Bearbeitungstisch (11) zu fixieren.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Laserkollimations- und Positionierungsmittel (41, 42) optische Scanner (25, 28) und fθ-Linsen (4a, 4b) umfassen.