JP2005161329A - Method and apparatus for regulating output of laser machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置の出力調整方法及び装置に係り、特に、レーザビームを使ってプリント基板に穴あけするレーザドリルマシンに用いるのに好適な、レーザの出力変化に伴ってレーザのパラメータ(パルス幅や周波数)を変更する必要があるレーザを用いたレーザ加工装置の出力調整方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for adjusting the output of a laser processing apparatus, and more particularly to a laser parameter (pulse) which is suitable for use in a laser drill machine for drilling a printed circuit board using a laser beam. The present invention relates to an output adjustment method and apparatus for a laser processing apparatus using a laser that needs to be changed.
レーザビームを用いてプリント基板等に穴をあけるレーザドリルマシンでは、他の要求性能との兼ね合いで、図1に実線Aで例示するような、例えばレーザの媒質や1次光源の劣化等により生じる経時変化によるレーザ出力Pの低下に伴って、レーザのパラメータ(パルス幅や周波数)を変える必要があるレーザを用いる場合がある。 In a laser drill machine that uses a laser beam to make a hole in a printed circuit board or the like, this occurs due to, for example, deterioration of a laser medium or a primary light source as exemplified by the solid line A in FIG. As the laser output P decreases with time, a laser that needs to change laser parameters (pulse width and frequency) may be used.
従来、レーザのパラメータが、パルス幅や周波数以外に、電圧若しくは電流で設定できるものについては、レーザから出力される光をモニタし、外部よりこの設定電流値又は設定電圧値を制御することにより、加工面での出力を維持管理することができた。 Conventionally, for laser parameters that can be set by voltage or current in addition to pulse width and frequency, by monitoring the light output from the laser and controlling the set current value or set voltage value from the outside, The output on the machined surface could be maintained.
しかしながら、前記のように、パルス幅又は周波数を変えて出力調整するタイプのレーザにおいては、加工に関連するこの2つのパラメータを変更するしか手段がなく、その結果、出力低下に伴って、加工品質が変化していた。即ち、図2(A)に示す如くであったパルスの波高Hが低下した場合に、その熱量を一定とするべく、(B)に示す如くパルス幅Wを増やしたり、あるいは(C)に示す如く周波数を高めてパルス数を増やすと、被加工面の加熱時間が長くなり、熱影響が大きくなって、だれてしまったり、あるいは、冷えるまで待つと加工時間が長くなる。 However, as described above, in the laser of the type that adjusts the output by changing the pulse width or the frequency, there is only a means for changing these two parameters related to the processing. Was changing. That is, when the pulse height H as shown in FIG. 2A decreases, the pulse width W is increased as shown in FIG. 2B or the pulse height H shown in FIG. When the frequency is increased and the number of pulses is increased as described above, the heating time of the surface to be processed becomes longer, the thermal effect becomes larger, and the processing time becomes longer when waiting until it cools or cools down.
このような問題点を解決するべく、レーザの出力側に光学的なアッテネータを入れることが考えられる。 In order to solve such a problem, an optical attenuator may be inserted on the laser output side.
又、本発明に類似するものとして、特許文献1及び2には、音響光学変調器(Acousto−Optic Modulator:AOM)を用いて、加工面に照射されるレーザ光の立上りと立下りを急激にして、略矩形波としたり、変調周波数を高めて、パルス幅を短くすることが記載されている。 Further, as similar to the present invention, in Patent Documents 1 and 2, an acoustic-optic modulator (AOM) is used to make the rise and fall of the laser light irradiated to the processing surface abrupt. Thus, it is described that the pulse width is shortened by making it a substantially rectangular wave or increasing the modulation frequency.
又、特許文献3には、エキシマレーザによるアルチック(アルミニウム酸化物とチタン酸化物との複合焼結体)の加工に際して、角度依存性のある光学素子を用いたバリアブルアッテネータにより、加工面でのレーザエネルギ密度を設定範囲に制御して、加工面を平滑に保つことが記載されている。 Further, Patent Document 3 discloses that a laser on a processed surface is obtained by a variable attenuator using an optical element having an angle dependency when processing AlTiC (a composite sintered body of aluminum oxide and titanium oxide) by an excimer laser. It is described that the energy density is controlled within a set range to keep the machined surface smooth.
しかしながら、光学的なアッテネータは、手動切換えで応答が遅く、フィードバック制御はできない。 However, the optical attenuator has a slow response by manual switching, and feedback control cannot be performed.
又、特許文献1乃至3では、レーザ加工装置の経時的な出力変化を調整することは考えられていなかった。 In Patent Documents 1 to 3, it has not been considered to adjust the change in output of the laser processing apparatus over time.
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、パルス幅や周波数等のレーザのパラメータを変えることなく、加工面での出力を常時一定に維持して、加工品質を一定に保つことを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and constantly maintains the output on the processing surface without changing the laser parameters such as the pulse width and frequency, so that the processing quality is constant. Keep it a challenge.
本発明は、レーザの出力変化に伴ってレーザのパラメータを変更する必要があるレーザを用いたレーザ加工装置の出力調整方法において、レーザから出射されたレーザ光を音響光学素子に入射し、該音響光学素子によるレーザ光の透過率を変化させることにより、該音響光学素子から出射されるレーザ光の出力を一定にするようにして、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to an output adjustment method of a laser processing apparatus using a laser that needs to change a laser parameter in accordance with a change in the output of the laser. By changing the transmittance of the laser beam by the optical element, the output of the laser beam emitted from the acoustooptic element is made constant, thereby solving the above-mentioned problem.
又、前記音響光学素子から出射されるレーザ光を検出して、該音響光学素子によるレーザ光の透過率を修正するようにしたものである。 Further, the laser beam emitted from the acoustooptic element is detected, and the transmittance of the laser beam by the acoustooptic element is corrected.
本発明は、又、レーザの出力変化に伴ってレーザのパラメータを変更する必要があるレーザを用いたレーザ加工装置の出力調整装置において、レーザから出射されたレーザが入射される音響光学素子と、該音響光学素子によるレーザ光の透過率を変化させる手段とを備え、前記音響光学素子から出射されるレーザ光の出力を一定にすることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention also provides an acoustooptic device to which a laser emitted from a laser is incident in an output adjusting device of a laser processing apparatus using a laser that needs to change a laser parameter in accordance with a change in the output of the laser; And a means for changing the transmittance of the laser light from the acoustooptic device, and the output of the laser light emitted from the acoustooptic device is made constant to solve the above problem.
又、前記音響光学素子から出射されるレーザ光を検出して、該音響光学素子によるレーザ光の透過率を修正する修正手段を更に備えたものである。 Further, the apparatus further includes correcting means for detecting the laser beam emitted from the acoustooptic device and correcting the transmittance of the laser beam by the acoustooptic device.
又、前記修正手段が、加工対象に向けてレーザ光を反射する加工ミラーの漏れ光が入射されるピンホールと、該ピンホールを通過したレーザ光を検出する漏れ光検出手段とを備え、該漏れ光検出手段の出力に応じて、前記音響光学素子によるレーザ光の透過率を変化させるようにしたものである。 The correction means includes a pinhole into which leakage light from a processing mirror that reflects laser light toward a processing target is incident, and leakage light detection means to detect laser light that has passed through the pinhole, The transmissivity of the laser beam by the acoustooptic device is changed according to the output of the leak light detection means.
本発明によれば、経時変化等によるレーザ出力低下時に、レーザのパラメータ(パルス幅や周波数)を変化させることなく、加工点の出力を一定に維持して、加工面での加工品質を一定に保つことが可能となる。 According to the present invention, when the laser output decreases due to changes over time, the output of the processing point is kept constant without changing the laser parameters (pulse width and frequency), and the processing quality on the processing surface is kept constant. It becomes possible to keep.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態は、図3に示す如く、レーザ10から出射されるレーザ光11を、被加工物8への照射に適したパルス状に整形するための音響光学素子(AO)12と、該AO12を通過したレーザ光13の方向を変えるミラー18と、該ミラー18により反射されたレーザ光を被加工物8の加工面8Aに集光するための集光レンズ20とを備えたレーザドリルマシンにおいて、前記AO12の透過率ηを可変とし、該AO12を通過したレーザ光13の強度が、レーザ10の出力低下にかかわらず、常に一定となるようにしたものである。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, an acoustooptic device (AO) 12 for shaping laser light 11 emitted from a
前記AO12としては、出射光の角度(偏向角)が固定されたAOMの他、偏向角が可変の音響光学偏向器(Acousto−Optic Deflector:AOD)を用いることもできる。 As the AO 12, in addition to the AOM in which the angle of outgoing light (deflection angle) is fixed, an acousto-optic deflector (AOD) having a variable deflection angle can also be used.
前記レーザ10から出射されたレーザ光11はAO12を通過し、ミラー18により集光レンズ20に導かれ、被加工物8に集光される。一方、AO12には、そのアンプ(AOアンプ)32により、RF周波数f及び該AOアンプ32に供給された印加電圧Vの信号が伝達される。AOM12の透過率ηは、図4に例示する如く、この印加電圧Vの信号により可変となる。
The laser beam 11 emitted from the
又、ミラー18を透過したレーザ漏れ光19は、ホトダイオード42で受光され、検知器44により検出される。該検知器44で検出されたレーザ漏れ光19のレベルP3は、ミラー18の配分比α(例えば99%)に応じて、次式により、レーザ光13のレベルP1に換算される。
The laser leakage light 19 transmitted through the mirror 18 is received by the
P1={1/(1−α)}P3 …(1) P1 = {1 / (1-α)} P3 (1)
レーザ10の内部でモニタされた出力P0と検知器44でモニタされ、換算された出力P1が出力比較器46で比較され、検知器44でモニタされた出力を一定にするため、必要な印加電圧Vが算出される。ここで算出された印加電圧がAOアンプ32に供給される。
The output P0 monitored inside the
レーザ10から出力されたレーザ光11の出力をP0とすると、AO12(透過率η)を通過した光の出力P1は、次式で表わすことができる。
Assuming that the output of the laser beam 11 output from the
P1=η×P0 …(2) P1 = η × P0 (2)
ここでP1は、既に説明したように、レーザ漏れ光19の出力P3をホトダイオード42と検知器44で検出し、換算して、求められる。そのため、事前に加工点出力P2を同時計測し、配分比αを校正しておく。
Here, as already described, P1 is obtained by detecting and converting the output P3 of the laser leakage light 19 with the
以下、図5を参照して、作用を説明する。 Hereinafter, the operation will be described with reference to FIG.
(1)事前調整
まず、AO12の初期透過率η0を、AOアンプ32により設定し、所定損失を設定する(ステップ100)。従って、レーザ10から発振された出力P0は、AO12を通過することによりP0×η0となるように設定される。
(1) Prior Adjustment First, the initial transmittance η 0 of the AO 12 is set by the
(2)出力調整
レーザ10の内部でモニタされた出力P0は、レーザの媒質若しくは1次光源等の劣化により、図1に実線Aで示す如く、低下してくる。この場合、AO12の透過率η(ここではη0)が一定であれば、加工点出力P1、P2も低下する(ステップ200)。ここでは、この加工点出力P1を、上記に記載したレーザ漏れ光19から換算し(ステップ210)、これとレーザ内部出力P0から、出力比較器46により、P1を一定に保つための透過率ηを求め、AOアンプ32に所定の印加電圧Vを供給する(ステップ230)。この結果、図1に破線Bで示す如く、AO12の透過率ηが常時制御され、図1に一点鎖線Cで示す如く、一定出力P2を得ることができる(ステップ250)。
(2) Output Adjustment The output P0 monitored inside the
本実施形態ではレーザ10内部の出力P0と比較して、AO12の透過率ηを制御しているので、迅速に整定する制御が可能である。なお、P0でなく、設定値と比較しても良い。
In this embodiment, since the transmittance η of the AO 12 is controlled as compared with the output P0 inside the
又、本実施形態では、パルス整形用AOMをAO12として用いているので、構成が簡略である。なお、出力調整用のAOMを別に設けたり、あるいは、AODを用いることも可能である。 In this embodiment, since the pulse shaping AOM is used as the AO 12, the configuration is simple. Note that an AOM for output adjustment can be provided separately, or an AOD can be used.
又、適用対象もレーザドリルマシンに限定されない。 Further, the application target is not limited to the laser drill machine.
8…被加工物
8A…加工面
10…レーザ
11、13…レーザ光
12…音響光学素子(AO)
18…ミラー
19…レーザ漏れ光
32…AOアンプ
42…ホトダイオード
44…検知器
46…出力比較器
8 ...
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Mirror 19 ...
Claims (5)
レーザから出射されたレーザ光を音響光学素子に入射し、
該音響光学素子によるレーザ光の透過率を変化させることにより、
該音響光学素子から出射されるレーザ光の出力を一定にすることを特徴とするレーザ加工装置の出力調整方法。 In the method of adjusting the output of a laser processing apparatus using a laser that needs to change the parameters of the laser in accordance with the change in the output of the laser,
The laser beam emitted from the laser is incident on the acoustooptic device,
By changing the transmittance of the laser light by the acoustooptic device,
An output adjustment method for a laser processing apparatus, characterized in that the output of laser light emitted from the acoustooptic device is made constant.
レーザから出射されたレーザが入射される音響光学素子と、
該音響光学素子によるレーザ光の透過率を変化させる手段とを備え、
前記音響光学素子から出射されるレーザ光の出力を一定にすることを特徴とするレーザ加工装置の出力調整装置。 In an output adjustment device of a laser processing apparatus using a laser that needs to change a laser parameter in accordance with a change in laser output,
An acoustooptic device on which a laser emitted from the laser is incident;
Means for changing the transmittance of the laser light by the acoustooptic device,
An output adjustment device for a laser processing apparatus, wherein the output of the laser light emitted from the acoustooptic element is made constant.
加工対象に向けてレーザ光を反射する加工ミラーの漏れ光が入射されるピンホールと、
該ピンホールを通過したレーザ光を検出する漏れ光検出手段とを備え、
該漏れ光検出手段の出力に応じて、前記音響光学素子によるレーザ光の透過率を変化させることを特徴とする請求項4に記載のレーザ加工装置の出力調整装置。 The correcting means is
A pinhole into which leakage light of a processing mirror that reflects laser light toward a processing target is incident;
A leakage light detecting means for detecting the laser light passing through the pinhole,
5. The output adjusting device for a laser processing apparatus according to claim 4, wherein a transmittance of the laser light by the acoustooptic device is changed in accordance with an output of the leakage light detecting means.
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KR100705080B1 (en) | 2005-09-22 | 2007-04-06 | 현대자동차주식회사 | Laser power control device of laser welding machine |
JP2013107089A (en) * | 2011-11-17 | 2013-06-06 | Fanuc Ltd | Laser beam machining system having auxiliary control unit |
JP2020006438A (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-16 | ビアメカニクス株式会社 | Laser processing device and laser processing method |
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