JP2002137074A - レーザ加工方法およびレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一かつ優れた品質の穴を加工することがで
きるレーザ加工方法およびレーザ加工機を提供するこ
と。 【解決手段】 Ｘ−Ｙテーブル９の上方に、ＣＣＤカメ
ラ１１と、ＣＣＤカメラ用光源１７とを配置する。ま
た、Ｘ−Ｙテーブル９上に、ワークであるプリント基板
８に加えてアクリル板１３を載置しておく。予め定める
時期に、実際の加工に用いる出力のレーザ光２ａをアク
リル板１３に照射し、加工した穴をＣＣＤカメラ１１に
より撮像する。そして、得られた観測データと予めＮＣ
装置に入力された許容値とを比較し、観測データが許容
値の限界に近い場合には、観測データが許容値の中心側
に入るように加工条件を修正しながら加工をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
穴明け加工をするレーザ加工方法およびレーザ加工機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のレーザ加工機の構成図で
ある。レーザ発振器１の光軸上には、アパーチャ３、ガ
ルバノミラー５ａ、５ｂおよび集光レンズ（ｆθレン
ズ）６が配置されている。集光レンズ（ｆθレンズ）６
に対向する位置には、プリント基板８が配置されてい
る。プリント基板８はＸ−Ｙテーブル９に固定されてい
る。ＮＣ装置１４は、レーザ電源コントローラ１６、ア
パーチャ３を切り替える切り替え装置４およびガルバノ
コントローラ１５を制御する。

【０００３】次に、従来のレーザ加工機の動作を説明す
る。ＮＣ装置１４は、予め入力された加工プログラムを
参照し、加工しようとする穴の直径に基づいて、加工に
適した穴径のアパーチャ３をレーザ光の光軸上に位置決
めする。また、ガルバノコントローラ１５を介してガル
バノスキャナ７ａ、７ｂを動作させ、ガルバノミラー５
ａ、５ｂを加工位置に応じた角度に位置決めする。その
後、レーザ電源コントローラ１６を介してレーザ発振器
１を動作させ、パルス状のレーザ光２を発振させる。

【０００４】発振されたレーザ光２は、アパーチャ３の
径で決まる外径のレーザ光２ａに整形され、集光レンズ
６により、ガルバノミラー５ａ、５ｂの角度で定まるプ
リント基板８上に略垂直に入射して、穴を加工する。そ
して、集光レンズ６の大きさで定まる加工領域１０（５
０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさである）内の穴の加工が
終了したら、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させ、次の加工領
域１０を集光レンズ６に対向させる。以下、加工が終了
するまで上記の動作を繰り返す。

【０００５】なお、加工する穴の品質を優れたものとす
るため、通常、パルス状のレーザ光を２〜５回照射して
１個の穴を加工する。

【０００６】加工する穴の位置精度は、Ｘ−Ｙテーブル
の位置決め精度と、上記したガルバノミラー５ａ、５ｂ
の位置決め精度により決まり、穴径、穴形状、真円度は
アパーチャ３と、図示を省略するビーム径調整装置、お
よび加工条件等により決定される。

【０００７】レーザ加工機で加工する穴は、主として、
多層プリント基板における上下の銅箔を接続するための
導体を配置するための穴であり、直径は数十〜５００μ
ｍ程度である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】加工した穴の位置がず
れていたり、直径、真円度あるいは形状が不良であると
導通不良等が発生し易くなる。また、加工不良が後工程
で発見された場合は、多大な損害が発生する。

【０００９】しかし、加工する穴の径が小さいため、加
工した穴の位置ずれ、直径、真円度および形状を判定す
るには、顕微鏡で観察する必要がある。また、加工する
穴の数は、１枚のプリント基板について数万〜数十万で
ある。

【００１０】したがって、加工した穴を総て検査しよう
とすると、設備、時間、コスト等が大きくなり、実用的
ではない。

【００１１】そこで、従来は、加工したワークを適宜抜
き取り、作業者が顕微鏡等を用いて、加工した穴を目視
により観測し、結果の良否を判断していた。このため、
加工した穴の品質にばらつきがあった。

【００１２】本発明の目的は、上記課題を解決し、均一
かつ優れた品質の穴を加工することができるレーザ加工
方法およびレーザ加工機を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第１の手段は、レーザ光によりワークに穴
明けをするレーザ加工方法において、加工結果を確認し
ながら加工をする。

【００１４】この場合、確認する加工結果に、加工した
穴の位置精度、直径、形状および真円度のいずれかを含
むようにすること、また、実際に加工をするワークの材
質に代えて、予め定める材質のワークを加工することが
できる。

【００１５】また、本発明の第２の手段は、レーザ光に
よりワークに穴明けをするレーザ加工機において、加工
した穴を観測するための観測手段と、観測データと予め
入力されたデータとを比較して加工結果を評価する評価
手段と、を設け、加工結果を確認しながら加工をする。

【００１６】この場合、観測データを記憶する記憶手段
を設けることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明に係るレーザ加工機の構成
図であり、図６と同じものまたは同一機能のものは、同
一符号を付して重複する説明を省略する。

【００１９】テーブル９の上方には、ＣＣＤカメラ１１
と、ＣＣＤカメラ用光源１７が配置されている。ＣＣＤ
カメラ１１は画像処理装置１２を介して、またＣＣＤカ
メラ用光源１７はＣＣＤカメラ用光源コントローラ１８
を介して、それぞれＮＣ装置１４に接続されている。テ
ーブル９の予め定める位置にはアクリル板１３が載置さ
れている。

【００２０】次に、本実施の形態の動作を説明する。

【００２１】図２は、加工品質管理処理を行う時期の説
明図、図３は、加工品質管理処理の手順を示すフローチ
ャート、図４は、照射位置の説明図である。

【００２２】加工品質管理処理は、図２に示すように、
作業加工開始時または加工条件変更時と、予め定めるＮ
個の穴を加工した後、および作業終了時に実行される。

【００２３】次に、加工品質管理処理手順について説明
する。

【００２４】図示を省略する加工開始釦がオンされる
と、ＮＣ装置１４は、先ず、Ｘ−Ｙテーブル９を移動さ
せ、アクリル板１３を集光レンズ６に対向させる。そし
て、ガルバノミラー５ａ、５ｂを、加工領域の中央およ
び四隅の５か所（以下、この５か所を「観測５点」とい
う）に位置決めし、それぞれの位置において、出力を加
工に用いる値にしたレーザ光を１パルス照射した後（図
３の手順Ｓ１００）、アクリル板１３を移動させる。そ
して、ガルバノミラー５ａ、５ｂを観測５点に位置決め
し、それぞれの位置において出力を加工に用いる値にし
たレーザ光を加工条件と同じパルス数照射する（手順Ｓ
１１０）。

【００２５】ここで、ガルバノミラー５ａ、５ｂを観測
５点に位置決めするのは、ガルバノミラー５ａ、５ｂを
基準位置に位置決めすると、レーザ光は加工領域の中央
に、また、ガルバノミラー５ａ、５ｂを回転範囲の両端
に位置決めすると、レーザ光は加工領域の四隅に位置決
めされるので、ガルバノミラー５ａ、５ｂの位置決めに
誤差がある場合、誤差を容易に確認することができるか
らである。

【００２６】なお、アクリル板１３の表面を有効に活用
すると共に加工データの管理を容易にするため、図４に
示すように、レーザ光を１パルス照射する位置（図中に
示す○の位置）ａ１〜ａ５と、加工条件と同じパルス数
照射する位置（図中に示す☆の位置）ｂ１〜ｂ５とが並
ぶように、Ｘ−Ｙテーブル９を位置決めする。

【００２７】次に、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させ、ＣＣ
Ｄカメラ１１の光軸をプログラム上の位置ａ１〜ａ５お
よび位置ｂ１〜ｂ５に位置決めし、ＣＣＤカメラ用光源
１７で照明しながら、それぞれの位置に加工された穴を
撮像し、その結果を画像処理装置１２出力する（手順Ｓ
１２０）。画像処理装置１２は、撮像データを画像処理
し、それぞれの位置に加工された穴の中心位置、穴径、
形状、真円度を演算により求め、画像データと求めた観
測データとをＮＣ装置１４に送信する（手順Ｓ１３
０）。ＮＣ装置１４は、画像処理装置１２から送信され
たデータを、日時、加工条件、画像の撮影条件等と共に
記憶する（手順Ｓ１４０）。

【００２８】そして、穴径と真円度について、それぞれ
の観測データと予め入力されている許容値と比較し（手
順Ｓ１５０）、加工した１０個の穴の穴径と真円度が総
て許容値内である場合は、手順Ｓ１６０の処理を行い、
その他の場合は、アラームを表示すると共に、加工を中
止する（手順Ｓ２００）。

【００２９】手順Ｓ１６０では、位置ａ１〜ａ５に加工
された穴の中心座標を求め、プログラムで指定した座標
からのずれ量に応じて、下記の区分（ａ）〜（ｅ）に分
類する。

【００３０】（ａ）Ｘ方向のずれ量が許容値内で、Ｙ方
向のずれ量が許容値内。 （ｂ）Ｘ方向のずれ量が許容値内で、Ｙ方向のずれ量が
補正範囲内。 （ｃ）Ｘ方向のずれ量が補正範囲内で、Ｙ方向のずれ量
が許容値内。 （ｄ）Ｘ方向のずれ量が補正範囲内で、Ｙ方向のずれ量
が補正範囲内。 （ｅ）Ｘ方向のずれ量とＹ方向のずれ量のいずれかが補
正範囲外。 そして、分類結果が区分（ａ）に該当するかどうかを確
認し、区分（ａ）の場合は、加工品質管理処理を終了し
て実際の加工を開始し、その他の場合は手順Ｓ１８０の
処理を行う（手順Ｓ１７０）。手順Ｓ１８０では、分類
結果が区分（ｅ）に該当するかどうかを確認し、区分
（ｅ）の場合は、アラームを表示すると共に加工を中止
し、その他の場合は手順Ｓ１９０の処理を行う。

【００３１】手順Ｓ１９０では、ガルバノミラー５ａ、
５ｂを適切に位置決めするための補正値を演算により求
め、手順Ｓ１００の処理を行う。

【００３２】図５は、ＮＣ装置１４に設けられた表示装
置の画面表示例である。例えば、現在加工中の穴の品質
を推定したい場合は、手順Ｓ１４０において記憶した直
前の観測データを呼出して、ＮＣ装置１４の画面に表示
させる。なお、画面中の「位置」は、データ取得位置
を、「Δｘ」は中心座標のＸ方向のずれ量を、「Δｙ」
は中心座標のＹ方向のずれ量を、「ｄ」は穴の直径を、
「ｓ／ｌ」は長径と短径の百分比率、すなわち真円度を
示しており、Δｘ、Δｙおよびｄの単位はμｍである。
また、「ＡＰ」はアパーチャ３の番号、「加工条件」は
予め入力されている加工条件の番号、「画像」は画像デ
ータの判定条件である。また、画面に表示された表中の
任意の部分を指定することにより、観測データのばらつ
きや平均値をグラフにして表示できるように構成されて
いる。

【００３３】この実施の形態では、実際のプリント基板
に代えてアクリル板１３にレーザ光を照射して加工結果
を評価するから、ワークの材質に起因する観測データの
ばらつきを予防できる。

【００３４】また、ワークの材質を固定するので、加工
部の撮影条件を変える必要がなく、信頼性のある撮像結
果を得ることができる。

【００３５】なお、加工品質管理処理開始釦をＮＣ装置
１４に設けておき、オペレータが必要と認めるときに
は、加工品質管理処理を実行できるように構成してもよ
い。

【００３６】また、手順Ｓ１１０の作業を終了後、アク
リル板１３の該当個所の近傍に、加工条件あるいは加工
条件番号を記入するようにしてもよい。

【００３７】なお、加工品質管理処理を行う場合のワー
クを、アクリル板１３に代えて品質管理用プリント基板
にしてもよい。

【００３８】また、上記では、予め定める穴数を加工す
る毎に加工結果の確認するようにしたが、加工品質管理
処理を実行する時期として、加工したプリント基板の枚
数、あるいは加工時間等にしてもよい。

【００３９】また、加工データの評価順序は必要に応じ
て変更することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、予め
定める時期に、その時の加工条件にしたがって実際のワ
ークまたは実際のワークに相当するワークを加工し、加
工した穴の位置精度、直径、形状および真円度等を観測
し、得られた観測データに基づいて、加工条件を補正し
ながら加工をするから、均一かつ優れた品質の穴を加工
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ加工機の構成図である。

【図２】本発明に係る加工品質管理処理を実行する時期
の説明図である。

【図３】本発明に係る加工品質管理処理の手順を示すフ
ローチャートである。

【図４】本発明に係る照射位置の説明図である。

【図５】本発明に係る表示画面例である。

【図６】従来のレーザ加工機の構成図である。

【符号の説明】

２ａ レーザ光 ８ プリント基板 ９ Ｘ−Ｙテーブル １１ ＣＣＤカメラ １３ アクリル板 １７ ＣＣＤカメラ用光源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光によりワークに穴明けをするレ
   ーザ加工方法において、加工結果を確認しながら加工を
   することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】加工結果の確認項目に、加工した穴の位置
   精度、直径、形状および真円度のいずれかを含むことを
   特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 【請求項３】 実際に加工をするワークの材質に代え
   て、予め定める材質のワークを加工することを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
4. 【請求項４】 レーザ光によりワークに穴明けをするレ
   ーザ加工機において、加工した穴を観測するための観測
   手段と、観測データと予め入力されたデータとを比較し
   て加工結果を評価する評価手段と、を設け、加工結果を
   確認しながら加工をすることを特徴とするレーザ加工
   機。
5. 【請求項５】 観測データを記憶する記憶手段を設ける
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機。