JP2003053564A - Method and device for controlling laser beam machining - Google Patents

Method and device for controlling laser beam machining

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JP2003053564A
JP2003053564A JP2001246709A JP2001246709A JP2003053564A JP 2003053564 A JP2003053564 A JP 2003053564A JP 2001246709 A JP2001246709 A JP 2001246709A JP 2001246709 A JP2001246709 A JP 2001246709A JP 2003053564 A JP2003053564 A JP 2003053564A
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laser
energy
laser light
optical path
processing control
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JP2001246709A
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Hidetaka Sekine
英隆 関根
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize the machining quality by always irradiating a machined face with a laser beam having a necessary and sufficient quantity of energy without causing a short nor excessive energy supply. SOLUTION: A part of laser beam 12 with which a work 16 is irradiated is branched from a laser oscillator 10, the energy is detected and the laser beam 12 is so controlled that the energy becomes a prescribed value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器から
被加工物に照射されるレーザ光を制御するためのレーザ
加工制御方法及び装置に係り、特に、パルス型レーザ発
振器を用いたレーザ穴明け機に用いるのに好適な、加工
品質の安定性を向上することが可能なレーザ加工制御方
法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing control method and apparatus for controlling laser light emitted from a laser oscillator to a workpiece, and more particularly to a laser drilling machine using a pulse laser oscillator. The present invention relates to a laser processing control method and apparatus suitable for use in, capable of improving the stability of processing quality.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パルスレーザ光を用いて、プリン
ト配線基板にビアホールやスルーホールを設けるレーザ
穴明け機が実用化されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a laser drilling machine for providing via holes and through holes in a printed wiring board by using pulsed laser light has been put into practical use.

【0003】このようなレーザ加工装置において、加工
品質を維持するためには、被加工物に照射されるエネル
ギを管理することが重要である。
In such a laser processing apparatus, in order to maintain the processing quality, it is important to control the energy applied to the workpiece.

【0004】従って、レーザ穴明け加工では、予め加工
条件出しと称する作業を行い、レーザ発振器が照射する
パルスの幅やパルス数などを決定し、加工条件データと
して登録する。そして、この加工条件に基づいてレーザ
発振器を操作し、加工面にレーザ光を照射している。
Therefore, in the laser drilling process, a work referred to as process condition setting is performed in advance to determine the width of the pulse irradiated by the laser oscillator, the number of pulses, etc. and register them as process condition data. Then, the laser oscillator is operated based on the processing conditions to irradiate the processed surface with laser light.

【0005】しかしながら、レーザ発振器の出力エネル
ギにはばらつきがあり、又、発振器の特性が劣化した場
合には、パルス抜けと呼ばれる照射エネルギが著しく不
足する現象が発生する場合がある。
However, there are variations in the output energy of the laser oscillator, and when the characteristics of the oscillator are deteriorated, a phenomenon called pulse omission in which the irradiation energy is significantly insufficient may occur.

【0006】従来の加工装置では、これらのばらつきや
エネルギの不足を検知する手段がないため、加工不良を
出していた。
In the conventional processing apparatus, since there is no means for detecting these variations and lack of energy, processing defects are generated.

【0007】このような問題点を解消するべく、出願人
は特許第2864005号で、レーザ光のエネルギが著
しく不足する場合には、図1に示す如く、追加のパルス
照射を行って、エネルギの不足を防止するパルス追加型
の加工制御装置を提案している。図1において、P1〜
P6とP7〜P12は、それぞれ、1回目と2回目の正
規のパルス、P13が、2回目にP10、P11でパル
ス抜けが発生したために追加される追加パルスである。
In order to solve such a problem, the applicant has disclosed in Japanese Patent No. 2864005 that when the energy of the laser beam is extremely insufficient, additional pulse irradiation is performed as shown in FIG. We have proposed a pulse-added machining control device that prevents shortages. In FIG. 1, P1 to
P6 and P7 to P12 are additional pulses that are added because the first and second regular pulses are generated, and P13 is a second missing pulse at P10 and P11, respectively.

【0008】このパルス追加型の加工制御装置を用いれ
ば、エネルギの不足による加工不良(穴径過小や、穴底
面への残留物)が防止できる。
By using this pulse-addition type machining control device, machining defects due to lack of energy (small hole diameter, residue on the bottom surface of the hole) can be prevented.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
単位でエネルギを調節しているため、エネルギの不足量
が1パルス未満である場合には、過剰なエネルギ照射に
よる品質の劣化が避けられない。又、追加でパルスを照
射するため、余分な時間がかかり、生産性を阻害する要
因になり得るという問題点を有していた。
However, since the energy is adjusted on a pulse-by-pulse basis, if the energy shortage is less than one pulse, quality deterioration due to excessive energy irradiation cannot be avoided. Further, since the pulse is additionally irradiated, it takes extra time, which causes a problem of impeding productivity.

【0010】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、加工面に常に必要十分なエネルギの
レーザ光を照射して、加工品質を安定化することを課題
とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to constantly irradiate a laser beam having a necessary and sufficient energy on a processing surface to stabilize the processing quality.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ発振器
から被加工物に照射されるレーザ光を制御するためのレ
ーザ加工制御方法において、前記レーザ光の一部を分岐
して、そのエネルギを検出し、該エネルギが所定値とな
るように、前記レーザ光をフィードバック制御すること
により、前記課題を解決したものである。
According to the present invention, in a laser processing control method for controlling a laser beam applied to a workpiece from a laser oscillator, a part of the laser beam is branched and its energy is reduced. The problem is solved by detecting and performing feedback control of the laser light so that the energy becomes a predetermined value.

【0012】本発明は、又、レーザ発振器から被加工物
に照射されるレーザ光を制御するためのレーザ加工制御
装置において、前記レーザ光の一部を分岐する手段と、
分岐されたレーザ光のエネルギを検出する手段と、検出
されたエネルギが所定値となるように、前記レーザ光を
フィードバック制御する手段とを備えることにより、同
じく前記課題を解決したものである。
The present invention is also a laser processing control device for controlling a laser beam applied to a workpiece from a laser oscillator, and means for branching a part of the laser beam,
The problem is also solved by providing means for detecting the energy of the branched laser light and means for feedback controlling the laser light so that the detected energy has a predetermined value.

【0013】又、前記レーザ光を制御する手段が、レー
ザ光の光路中に挿入された光路切換手段と、該光路切換
手段により排除された不要レーザ光を吸収するビームダ
ンプを含むようにしたものである。
Further, the means for controlling the laser light includes an optical path switching means inserted in the optical path of the laser light and a beam dump for absorbing unnecessary laser light eliminated by the optical path switching means. Is.

【0014】又、前記光路切換手段の切換タイミング
を、レーザ光の立上り特性に合わせて遅延するようにし
たものである。
Further, the switching timing of the optical path switching means is delayed according to the rising characteristics of the laser light.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0016】本実施形態は、図2に示す如く、レーザ発
振器10から被加工物16に照射されるレーザ光12を
制御するためのレーザ加工制御装置において、前記レー
ザ光の一部を分岐するためのハーフミラー20と、該ハ
ーフミラー20により分岐されたレーザ光のエネルギを
検出するためのエネルギ検出素子22と、前記レーザ光
12の光路中に挿入された高速光路切換素子24と、該
高速光路切換素子24により排除された不要レーザ光を
吸収するためのビームダンプ26と、前記エネルギ検出
素子22で検出されたエネルギが所定値となるように、
前記レーザ発振器10及び高速光路切換素子24をフィ
ードバック制御する発振制御装置30と、各パルス毎の
必要なエネルギ量をパルス発振直前に入力するための上
位の加工制御装置32とを備えている。図において、1
4はフォーカスレンズである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, in the laser processing control device for controlling the laser light 12 applied to the workpiece 16 from the laser oscillator 10, a part of the laser light is branched. Half mirror 20, an energy detection element 22 for detecting the energy of the laser light branched by the half mirror 20, a high-speed optical path switching element 24 inserted in the optical path of the laser light 12, and the high-speed optical path. The beam dump 26 for absorbing the unnecessary laser light rejected by the switching element 24 and the energy detected by the energy detecting element 22 have a predetermined value.
An oscillation control device 30 for feedback-controlling the laser oscillator 10 and the high-speed optical path switching element 24, and an upper processing control device 32 for inputting a necessary energy amount for each pulse immediately before pulse oscillation are provided. In the figure, 1
Reference numeral 4 is a focus lens.

【0017】前記エネルギ検出素子22としては、例え
ば光センサを用いて、その出力を電気的に積分したり、
あるいは、応答は遅いが、エネルギを熱に変えて直接検
出可能なサーモパイルを用いることも可能である。
As the energy detecting element 22, for example, an optical sensor is used and its output is electrically integrated,
Alternatively, it is also possible to use a thermopile, which has a slow response but converts energy into heat and can be directly detected.

【0018】前記高速光路切換素子24としては、例え
ば音響変調素子(AOM)を用いることができる。
As the high-speed optical path switching element 24, for example, an acoustic modulator (AOM) can be used.

【0019】前記ビームダンプ26としては、レーザ波
形を検出する光検出器の機能を有するものを用いること
ができる。
As the beam dump 26, one having a function of a photodetector for detecting a laser waveform can be used.

【0020】以下、図3を参照して、作用を説明する。The operation will be described below with reference to FIG.

【0021】前記発振制御装置30には、上位の加工制
御装置32から、各パルス毎の必要なエネルギ量がパル
ス発振直前に入力される。
The required energy amount for each pulse is input to the oscillation control device 30 from the host processing control device 32 immediately before pulse oscillation.

【0022】前記発振制御装置30は、該加工制御装置
32からのレーザ加工開始信号(図3(A))を受け取
ると、レーザ発振器10の操作信号(図3(B))をオ
ンにし、レーザ光12を出力させる。同時に、高速光路
切換素子24を制御して、図2に示す如く、レーザ光を
加工面に導く。
When the oscillation control device 30 receives the laser processing start signal (FIG. 3 (A)) from the processing control device 32, it turns on the operation signal (FIG. 3 (B)) of the laser oscillator 10 to turn on the laser. The light 12 is output. At the same time, the high-speed optical path switching element 24 is controlled to guide the laser light to the processed surface as shown in FIG.

【0023】なお、例えばRF型の発振器など、レーザ
発振器10の特性上、出力の立上りが遅い場合には、高
速光路切換素子24の切換タイミングを時間tDだけ遅
らせて、レーザ光の出力が、そのピークレベルに到達し
た後に、レーザ光を加工面に導くようにする。この切換
タイミングの遅延制御は、レーザ発振器10の特性に合
わせて、固定時間幅で実施する場合と、高速光路切換素
子24のビームダンプ26側に設けた光検出器で検出し
たレーザ波形(図3(C))から、リアルタイムで制御
する場合などが可能である。
When the output rise is slow due to the characteristics of the laser oscillator 10, such as an RF type oscillator, the switching timing of the high-speed optical path switching element 24 is delayed by the time t D , and the laser light output is After reaching the peak level, the laser light is guided to the processed surface. The delay control of the switching timing is performed in a fixed time width according to the characteristics of the laser oscillator 10 and the laser waveform detected by the photodetector provided on the beam dump 26 side of the high-speed optical path switching element 24 (see FIG. 3). From (C)), it is possible to control in real time.

【0024】前記レーザ光が加工面に導かれると同時
に、エネルギ検出素子22にも、その一部が分岐されて
照射される。照射されたパルス光のエネルギは、検出素
子24で時間積分され(図3(D))、予め設定された
エネルギレベルを超えると同時に、レーザ発振器10の
操作信号をオフとすると共に、図3に示す如く、高速光
路切換素子24をビームダンプ26側に切り換える。
At the same time that the laser light is guided to the processed surface, a part of the energy detection element 22 is also branched and irradiated. The energy of the irradiated pulsed light is time-integrated by the detection element 24 (FIG. 3 (D)) and exceeds the preset energy level, and at the same time, the operation signal of the laser oscillator 10 is turned off, and at the same time, as shown in FIG. As shown, the high speed optical path switching element 24 is switched to the beam dump 26 side.

【0025】本実施形態においては、高速光路切換素子
24を用いてレーザ光の照射状態を制御しているので、
高速、且つ、確実なフィードバック制御が可能である。
なお、レーザ光の照射状態を制御する手段は、これに限
定されず、例えばビームダンプ26を機械的に光路に出
入れすることも可能である。又、光路切換手段もAOM
に限定されない。
In this embodiment, since the irradiation state of the laser light is controlled by using the high-speed optical path switching element 24,
High-speed and reliable feedback control is possible.
The means for controlling the irradiation state of the laser light is not limited to this, and for example, the beam dump 26 can be mechanically moved in and out of the optical path. The optical path switching means is also AOM
Not limited to.

【0026】又、前記実施形態においては、本発明が、
パルス型のレーザ発振器を用いたレーザ穴明け機に適用
されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、
レーザ切断機等、連続発振型のレーザ発振器を用いたレ
ーザ加工装置一般にも同様に適用できる。又、被加工物
に照射されるレーザ光の一部を分岐する手段もハーフミ
ラーに限定されない。
In the above embodiment, the present invention is
It was applied to a laser drilling machine using a pulse type laser oscillator, the application target of the present invention is not limited to this,
The present invention can be similarly applied to general laser processing apparatuses using a continuous oscillation type laser oscillator such as a laser cutting machine. Further, the means for branching a part of the laser beam applied to the workpiece is not limited to the half mirror.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、エネルギ不足や過剰エ
ネルギを供給することなく、常に加工面に必要十分なエ
ネルギのレーザ光が照射されるので、加工品質が安定す
る。又、パルス追加型の加工制御装置では、追加パルス
を出力する余分な時間がかかるが、本発明によれば、そ
のような余分な時間は必要ない等の優れた効果を有す
る。
According to the present invention, since the laser beam of necessary and sufficient energy is always applied to the machined surface without supplying the energy shortage or the excessive energy, the machining quality is stable. Further, in the pulse-addition type processing control device, it takes extra time to output the additional pulse, but according to the present invention, such an extra time is not necessary, which is an excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】特許第2864005号で出願人が提案したパ
ルス追加型加工制御装置の作用を説明するための線図
FIG. 1 is a diagram for explaining the operation of a pulse addition type machining control device proposed by the applicant in Japanese Patent No. 2864005.

【図2】本発明に係るレーザ加工制御装置の実施形態の
全体構成を示すブロック図
FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of a laser processing control device according to the present invention.

【図3】前記実施形態の各部信号波形を示すタイミング
チャート
FIG. 3 is a timing chart showing signal waveforms of various parts of the embodiment.

【図4】前記実施形態において、高速光路切換素子によ
り不要レーザ光をビームダンプ側に切り換えた状態を示
す光路図
FIG. 4 is an optical path diagram showing a state in which unnecessary laser light is switched to a beam dump side by a high-speed optical path switching element in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…レーザ発振器 12…レーザ光 16…被加工物 20…ハーフミラー 22…エネルギ検出素子 24…高速光路切換素子 26…ビームダンプ 30…発振制御装置 32…加工制御装置 10 ... Laser oscillator 12 ... Laser light 16 ... Workpiece 20 ... Half mirror 22 ... Energy detecting element 24 ... High-speed optical path switching element 26 ... Beam dump 30 ... Oscillation control device 32 ... Machining control device

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ発振器から被加工物に照射されるレ
ーザ光を制御するためのレーザ加工制御方法において、 前記レーザ光の一部を分岐して、そのエネルギを検出
し、 該エネルギが所定値となるように、前記レーザ光をフィ
ードバック制御することを特徴とするレーザ加工制御方
法。
1. A laser processing control method for controlling laser light applied to a workpiece from a laser oscillator, wherein a part of the laser light is branched to detect its energy, and the energy is a predetermined value. The laser processing control method is characterized by performing feedback control of the laser light so that
【請求項2】レーザ発振器から被加工物に照射されるレ
ーザ光を制御するためのレーザ加工制御装置において、 前記レーザ光の一部を分岐する手段と、 分岐されたレーザ光のエネルギを検出する手段と、 検出されたエネルギが所定値となるように、前記レーザ
光をフィードバック制御する手段と、 を備えたことを特徴とするレーザ加工制御装置。
2. A laser processing control device for controlling a laser beam applied to a workpiece from a laser oscillator, and means for branching a part of the laser beam and detecting energy of the branched laser beam. A laser processing control device comprising: means, and means for feedback controlling the laser light so that the detected energy has a predetermined value.
【請求項3】前記レーザ光を制御する手段が、レーザ光
の光路中に挿入された光路切換手段と、該光路切換手段
により排除された不要レーザ光を吸収するビームダンプ
を含むことを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工制
御装置。
3. The means for controlling the laser light includes an optical path switching means inserted in the optical path of the laser light, and a beam dump for absorbing the unnecessary laser light eliminated by the optical path switching means. The laser processing control device according to claim 2.
【請求項4】前記光路切換手段の切換タイミングが、レ
ーザ光の立上り特性に合わせて遅延されていることを特
徴とする請求項3に記載のレーザ加工制御装置。
4. The laser processing control apparatus according to claim 3, wherein the switching timing of the optical path switching means is delayed according to the rising characteristics of the laser light.
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