JP2002318361A - ガルバノメータの位置決め制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の技術と同じ加工時間で被加工物を加工
することができ、また、被加工物の特性としては優れな
いが使用不可能となるには至らない程度の加工位置にレ
ーザ光線が照射されていることを上位コントローラによ
って確認することができ、従来のように日に数回の定期
検査を行わずに済むガルバノメータの位置決め制御方法
を提供する。 【解決手段】 偏差信号が０になるようにフィードバッ
ク制御するガルバノメータの位置決め制御方法であっ
て、被加工物の特性としては優れていないが使用不可能
とはならないようにレーザ光線が照射されることを補償
する偏差信号の範囲として第２静定範囲を予め設定して
おき、偏差信号が第２静定範囲内に入ったことを検出し
た時点から一定時間（Ｊｄ２）経過した時点をガルバノ
メータの位置決め完了時点とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガルバノメータの
位置決め制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話等の電子機器に代表され
る高密度配線回路基板の単位面積当たりの穴加工数が、
穴の微細化や基板の高密度化により益々増加してきてい
る。

【０００３】このような高密度配線回路基板において
は、穴加工の高速化及び加工位置や加工寸法などの高精
度化が必要不可欠であるため、高密度配線回路基板にス
ルーホール等の穴を加工する際には光走査形光学系ガル
バノメータを利用したレーザ穴加工技術が好適に採用さ
れている。

【０００４】このガルバノメータを利用したレーザ穴加
工技術は、ガルバノメータに付随するガルバノミラーに
よって反射されたレーザ光線を集光レンズによって集光
して被加工物の照射平面上に照射し、溶解あるいは蒸発
させて穴を穿つ加工技術であり、ミクロン単位の微細な
穴を正確な位置に加工する分野に適している。

【０００５】レーザ穴加工技術に使用されるガルバノメ
ータは、レーザ光線の照射位置決めを行う上位コントロ
ーラに照射位置を表す数値データを入力することにより
ガルバノメータの回転駆動部を制御し、レーザ光線を被
加工物の照射平面上に走査させるものである。

【０００６】また、このようなレーザ穴加工技術に使用
されるガルバノメータには、マイクロラジアンオーダの
高分解能と、±π／６［ｒａｄ］（±３０°）の広い駆
動角と、高速な照射位置決めとが要求されている。そこ
で、ガルバノメータの回転位置（回転角度）を検出する
センサ（回転位置検出センサ）として一般的には微小角
を高速に検出できる静電容量センサを設け、サーボ系の
アナログフィードバック制御によって、高速、且つ正確
に位置決めを行っている。

【０００７】このガルバノメータを用いたレーザ穴加工
技術の具体例としては、本出願人が先に特許出願した特
開平８−１７４２５６号公報等に開示されているものが
ある。図２に、同公報に開示されている高密度配線回路
基板にスルーホール等の穴を加工するレーザ加工装置の
構成の要部を示す。図２において、１はガルバノメー
タ、２はレーザ発振器、３はビームスプリッタ、４はｆ
−θレンズ、５は被加工物、６はＸＹテーブルである。
該装置は、ＸＹテーブル６上に設置された被加工物（高
密度配線回路基板）の任意の位置に穴を穿つ為に、ＸＹ
テーブル６に指令位置を与え、ガルバノメータ１に回転
位置指令を与え、双方の位置決めが完了した後、レーザ
発振器２よりレーザ光線を照射して穴加工を行ってい
る。

【０００８】該装置は、被加工物５（面積；５００［ｍ
ｍ］×３５０［ｍｍ］）の任意の位置に穴加工ができる
ようにするために、ガルバノメータ１の動作のみで５０
［ｍｍ］×５０［ｍｍ］の範囲にレーザ光線を照射でき
るようにし、かつＸＹテーブル６を５０［ｍｍ］単位で
動かせるようにしている。

【０００９】また該装置は、２対のガルバノメータ１と
ｆ−θレンズ４を配置し、またＸＹテーブル６上に２対
の被加工物５を設置し、レーザ光線をビームスプリッタ
３で分岐することで２枚同時加工を実現している。

【００１０】被加工物５である高密度配線回路基板は、
穴の微細化、基板の高密度化により５０［ｍｍ］×５０
［ｍｍ］の範囲当たりの穴加工数が１０００穴、全体で
は１０００００穴を越えており、ガルバノメータの位置
決めにかかる時間が１枚の被加工物の加工時間に大きく
影響している。

【００１１】図３は、同公報に開示されているガルバノ
メータの制御系の構成を示すブロック図である。以下、
この図３に基き従来のガルバノメータの位置決め制御方
法について説明する。

【００１２】図３に示す従来のガルバノメータ制御系に
おいて、上位コントローラ８が有する位置指令発生器１
２からは、ガルバノメータ１（つまり、ガルバノミラ
ー）を所望の回転位置に回転移動させるための回転位置
指令データが回転位置指令信号として出力される。一
方、回転位置検出センサである静電容量センサ９からは
ガルバノメータ１の回転位置を表す検出信号が出力さ
れ、位置検出器１１によってガルバノメータ１の実際の
回転位置を示す実位置データ信号に変換される。

【００１３】電流指令信号発生器１０は、回転位置指令
信号と実位置データ信号との偏差（偏差信号）が０とな
るように制御処理を行ない、前期偏差信号が０となる電
流指令値を演算して電流指令信号をガルバノメータ１の
駆動部（図示せず）に出力する。

【００１４】ガルバノメータの位置決めが完了したかど
うかの判断、つまりガルバノメータが目標とする回転位
置に位置決めされたかどうかの判断は、図４に示すよう
に、回転位置指令信号と実位置データ信号との偏差信号
が位置決め完了範囲内に収まったかどうかを確認する、
つまり偏差信号が位置決め完了範囲内に入ったことを上
位コントローラ８が検出することによって判断してい
る。この位置決め完了範囲内に偏差信号が入った時点を
ガルバノメータの位置決め完了のタイミングとし、この
判断の後、上位コントローラ８が有するレーザ照射指令
発生器１３から出力されるレーザ照射指令信号に従って
レーザ発振器２がレーザ光線を発振し、被加工物の加工
を行う。

【００１５】しかし、偏差信号はサブｍＶオーダ（サブ
ｍオーダは、１ｍｍ以下から０．１ｍｍまでの範囲を示
している）であり、そのため、ノイズの影響により、ま
た増幅したとしてもオフセット電圧等の影響により、正
確な位置決め完了のタイミングを知る手段として用いる
ことが現状ではできていない。また、ノイズの影響を軽
減させるためにフィルタを挿入することも考えられる
が、時定数を低く設定しなければならず、位置決め完了
のタイミングを知るために余計な時間を費やしてしまう
欠点があり、実用化されていない。

【００１６】そこで現在は、図５に示すように、フィー
ドバック制御の時間特性を予め求めておき、回転位置指
令信号が出力し終わってから一定時間経過した時点で位
置決め完了と判断している。

【００１７】そのため、ガルバノメータの位置決めが完
了しているか否か、つまりガルバノメータが正確に位置
決めされているか否かを実際に確認する必要があるが、
従来のレーザ穴加工技術に使用されているガルバノメー
タの位置決め制御は上位コントローラからはオープン制
御となるため、上位コントローラからガルバノメータが
正確に位置決めされているか否かを確認する手段がな
く、また、回転位置検出センサとして静電容量センサが
用いられているために経時変化の影響も考慮する必要が
あることから、定期的（日に数回）に、例えば実際に加
工された穴の位置を測定する等の方法で正確な位置に穴
が穿たれているか否かを確認し、これによって、ガルバ
ノメータが正確に位置決めされているか否かの判断をし
なければならなかった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、被加工物の特性としては優れていないが使用不
可能とはならないようにレーザ光線が照射されることを
補償する偏差信号の範囲を予め設定しておき、また、上
記予め設定されている範囲内に偏差信号が入ってからの
フィードバック制御の時間特性を予め求めておき、上記
予め設定されている範囲内に偏差信号が入ったことを検
出した時点から一定時間経過した時点でガルバノメータ
の位置決め完了とすることによって、従来の技術と同じ
加工時間で被加工物を加工することができ、また、被加
工物の特性としては優れないが使用不可能となるには至
らない程度の加工位置にレーザ光線が照射されているこ
とを上位コントローラによって確認することができ、従
来のように日に数回の定期検査を行わずに済むガルバノ
メータの位置決め制御方法を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載のガルバノメータの位置決め制御方法は、目標とす
る回転位置までガルバノメータの回転駆動部を回転させ
るための回転位置指令信号と、ガルバノメータの回転駆
動部の実際の回転位置を示す実位置データ信号との偏差
信号が０になるように回転駆動部をフィードバック制御
してレーザ光線を目標位置に照射するガルバノメータの
位置決め制御方法であって、被加工物の特性としては優
れていないが使用不可能とはならないようにレーザ光線
が照射されることを補償する偏差信号の範囲を予め設定
しておき、上記予め設定されている範囲に偏差信号が入
ったことを検出し、上記検出した時点から一定時間経過
した時点を以ってガルバノメータの位置決め完了時点と
することを特徴とする。

【００２０】本発明のガルバノメータの位置決め制御方
法によれば、従来の技術と同じ加工時間で被加工物を加
工することができ、また、被加工物の特性としては優れ
ないが使用不可能となるには至らない程度の加工位置に
レーザ光線が照射されていることを上位コントローラに
よって確認することができ、従来のように日に数回の定
期検査を行う必要がなくなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の一形態であるガルバノメータの位置決め制御方
法について説明する。

【００２２】本実施の形態におけるガルバノメータの位
置決め制御は、従来の技術と同様に、ガルバノメータの
回転位置検出センサとして静電容量センサを用い、サー
ボ系のアナログフィードバック制御によって位置決めを
行っている。つまり、図３に示すように、静電容量セン
サ９が出力する検出信号から求めたガルバノメータ１の
実際の回転位置を示す実位置データ信号と上位コントロ
ーラ８からの回転位置指令信号との偏差（偏差信号）が
０となるように制御処理を行ない、前期偏差信号が０と
なる電流指令値を演算して電流指令信号をガルバノメー
タ１の駆動部（図示せず）に出力することで位置決め制
御を行っている。

【００２３】本実施の形態におけるガルバノメータの位
置決めが完了しているか否かの判断方法について図１を
用い、以下に説明する。図１において第１静定範囲と
は、レーザ光線が所望の位置に照射されることを補償す
る偏差信号の範囲、つまりこの範囲に偏差信号が収まっ
たときには目標とする位置にレーザ光線が照射されるこ
とを補償する範囲であり、第２静定範囲とは、第１静定
範囲よりも広くとられた範囲であって、被加工物が使用
不可能とはならない位置にレーザ光線が照射されること
を補償する偏差信号の範囲、つまりこの範囲に偏差信号
が収まったときには被加工物の特性としては優れていな
いが使用不可能とはならないよう被加工物を加工できる
位置にレーザ光線が照射されることを補償する範囲であ
る。

【００２４】本実施の形態のガルバノメータの位置決め
制御方法においては、まず第２静定範囲内に偏差信号が
入ってからのフィードバック制御の時間特性を予め求め
ておき、図１に示すように、偏差信号が第２静定範囲内
に入った時点から一定時間（Ｊｄ２）経過した時点で第
１静定範囲内に収まったものと判断し（位置決め完了の
タイミングとし）、この時点（タイミング）でレーザ光
線を被加工物に照射することによって被加工物が完全な
良品として加工されると判断している。なお、フィード
バック制御の時間特性は、装置立ち上げ時に測定した数
点の実測データによって決定する。

【００２５】偏差信号はサブｍＶオーダであるため、第
２静定範囲内に偏差信号が入ったことを正確に検出する
にはノイズの影響を軽減する必要がある。そこで本実施
の形態においては時定数を低く設定したフィルタを挿入
するものとする。

【００２６】従来の技術において時定数を低く設定した
フィルタを挿入した場合、位置決め完了範囲内に偏差信
号が入ったことを検出するまでに時間がかかるという欠
点があったが、第２静定範囲は従来の技術の位置決め完
了範囲よりも広いため、従来の技術における位置決め完
了範囲内に偏差信号が入ったことを検出するまでにかか
る時間よりは短い時間で検出できる。また、フィルタを
挿入することによって生じる遅れ、つまり第２静定範囲
内に偏差信号が入ったことを検出するまでにかかる時間
は、予め求めたフィードバック制御の時間特性によって
決定した一定時間（Ｊｄ２）を調整することで取り戻す
ことも可能である。

【００２７】本実施の形態のガルバノメータの位置決め
制御方法は、例えば従来例として挙げた特開平８−１７
４２５６号公報に示すレーザ加工装置等に応用すること
ができる。この場合、従来の技術（回転位置指令信号が
出力し終わってから一定時間経過した時点でガルバノメ
ータの位置決めが完了したと判断し、レーザ光線を被加
工物に照射する方法）と同じ加工時間で被加工物を加工
することができ、更に、被加工物の特性としては優れな
いが使用不可能となるには至らない程度の加工位置にレ
ーザ光線が照射されていることを上位コントローラによ
って確認することができ、従来のように日に数回の定期
検査を行う必要がなくなる。

【００２８】

【発明の効果】本発明のガルバノメータの位置決め制御
方法によれば、従来の技術と同じ加工時間で被加工物を
加工することができ、また、被加工物の特性としては優
れないが使用不可能となるには至らない程度の加工位置
にレーザ光線が照射されていることを上位コントローラ
によって確認することができ、従来のように日に数回の
定期検査を行う必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態であるガルバノメータの
位置決め完了を判定するための概念図

【図２】高密度配線回路基板にスルーホール等の穴を加
工するレーザ加工装置の構成の要部を示す図

【図３】ガルバノメータの制御系の構成を示すブロック
図

【図４】従来のガルバノメータの位置決め完了を判定す
るための概念図

【図５】従来のガルバノメータの位置決め完了を判定す
るための概念図

【符号の説明】

１ ガルバノメータ ２ レーザ発振器 ３ ビームスプリッタ ４ ｆ−θレンズ ５ 被加工物 ６ ＸＹテーブル ７ ドライバ集積回路 ８ 上位コントローラ ９ 静電容量センサ １０ 電流指令信号発生器 １１ 位置検出器 １２ 位置指令発生器 １３ レーザ照射指令発生器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】目標とする回転位置までガルバノメータの
   回転駆動部を回転させるための回転位置指令信号と、ガ
   ルバノメータの回転駆動部の実際の回転位置を示す実位
   置データ信号との偏差信号が０になるように回転駆動部
   をフィードバック制御してレーザ光線を目標位置に照射
   するガルバノメータの位置決め制御方法であって、 被加工物の特性としては優れていないが使用不可能とは
   ならないようにレーザ光線が照射されることを補償する
   偏差信号の範囲を予め設定しておき、 上記予め設定されている範囲に偏差信号が入ったことを
   検出し、 上記検出した時点から一定時間経過した時点を以ってガ
   ルバノメータの位置決め完了時点とすることを特徴とす
   るガルバノメータの位置決め制御方法。