JP2005186100A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 所要の加工形状に整合したビーム形状で均等なエネルギーのレーザ光をワークに照射して所定個所を正確に、かつ能率良く加工する。
【解決手段】 レーザ発振器3と、レーザ発振器3から出力されたレーザ光L1 のビーム形状を整形するアパーチャー機構4と、結像レンズ5と対物レンズ6を有しアパーチャー機構4を通過して整形されたレーザ照射光LoをワークW上に結像させる光学系7とを設けると共にアパーチャー機構4が、レーザ光L1 の光軸R方向に位置をずらして設けた一対のスリット機構4A,4Bからなり、各スリット機構4A,4Bが、レーザ光L1 の光軸Rに直交する平面において互いにナイフエッジの先端縁を平行にして対向された一対のスリット板8,8、9,9と、各スリット板8,8、9,9を互いに独立して対向方向に進退移動させる一対の駆動手段10a,10bとを備えている。
【選択図】 図1
Description
従来、この種のレーザ加工装置に適用可能なレーザトリミング装置として、レーザ発振器から出力されたレーザ光を開口部の形状を変更可能な可変スリットを通過させることにより、前記開口部の形状に整合したビーム径のレーザ光を結像レンズを介して欠陥部に結像させるようにし、前記可変スリットの開口部の形状を前記欠陥部の形状に対応させて変更して、多種形状の欠陥部の溶断、除去を容易に行えるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、前記可変スリットの中心を移動調節する機構を備えていないので、機械の組立誤差等によって前記可変スリットの中心とレーザ光の光軸とが一致していない場合には、レーザ光の光軸とビーム径の中心とが一致せず、配線の欠陥部をその全体に均等にレーザ光のエネルギーを作用させて能率良く、良好に加工することができない問題がある。
本発明の他の目的は、レーザ光の光軸とビーム径の中心軸を常に一致させて、ワークの加工個所をその全体にレーザ光のエネルギーを均等に作用させて能率良く、良好に加工することができるレーザ加工装置を提供することである。
すなわち、請求項1に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器と、該レーザ発振器から出力されたレーザ光を整形するアパーチャー機構と、結像レンズと対物レンズを有し前記アパーチャー機構を通過して整形されたレーザ光をワーク上に結像させる光学系とを設けたレーザ加工装置において、
前記アパーチャー機構は、前記レーザ光の光軸方向に位置をずらし、かつ該光軸に垂直な面内におけるスリットの開口方向を異ならせて設けた一対のスリット機構からなり、該各スリット機構は、前記レーザ光の光軸に交差する平面において互いに先端縁を平行に対向させて該対向縁間に前記スリットを形成する一対のスリット板と、該各スリット板を互いに独立して対向方向に進退移動させる一対の駆動手段とを備えていることを特徴としている。
請求項1に係るレーザ加工装置によれば、レーザ光の光軸方向に位置をずらして設けた一対のスリット機構の各スリット板を、各駆動手段によってそれぞれ独立に進退移動させることによって、種々の形状、大きさの合成スリットを形成するようにしたので、この合成スリットによってレーザ光のビーム形状を多様に変更させることができ、所要の加工形状に整合したビーム形状のレーザ光をワークに照射してその所定個所を正確に加工することができることができる。
図1,2において、1は本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置1は、レーザ電源2に接続されたレーザ発振器3と、該レーザ発振器3に内蔵され、該レーザ発振器3から出力されるレーザ光L1 と同軸にレーザの照射位置を示すガイド用の光L2 (以下、単に「ガイド光」という)を出力するガイド光投光器(投光手段)3aと、該レーザ光L1 またはガイド光L2 のビーム形状を整形するアパーチャー機構4と、結像レンズ5と対物レンズ6を有し前記アパーチャー機構4を通過して整形されたレーザ光L1 またはガイド光L2 をワークW上に結像させる光学系7とを備えている。
前記アパーチャー機構4は、前記レーザ光L1 またはガイド光L2 の光軸Rの方向(図1,2で上下方向)に位置をずらして設けた一対のスリット機構4A,4Bからなり、該各スリット機構4A,4Bは、前記光軸Rに交差する(図示の例では直交する)平面において互いに先端縁8a,8a、9a,9aを平行にして対向された一対のスリット板8,8、9,9と、各スリット板8,8、9,9を互いに独立して対向方向a,bに進退移動させる一対の駆動手段10a,10a、10b,10bとを備えている。
また、前記各スリット機構4A,4Bは、それぞれ、中心部にレーザ光L1 またはガイド光L2 が通過する開口部を有し前記光軸Rの回りに旋回可能に設けた上下の環状の旋回テーブル(旋回体)11a,11bと、該各旋回テーブル11a,11bを独立して旋回させる回転手段12a,12bとを備えている。そして、前記回転手段12a,12bは、例えば、前記旋回テーブル11a,11bの外周に環状ギヤ、ウォームホイール等(図示せず)を設け、これらにサーボモータ13a,13bで回転されるピニオンギヤ、ウォームギヤ等(図示せず)を噛み合わせたものとされている。これに限らず、他の任意の構造を採用することもできる。
また、下流位置のスリット機構4Bの各スリット板9,9は、前記下側の旋回テーブル11bに設けた案内部材(図示せず)によって支持され、下側の旋回テーブル11bに取り付けたサーボモータ14b,14bと、これらに連結したねじ軸(図示せず)を各スリット板9,9に固定したナット(図示せず)に螺合させたねじ機構とからなる前記駆動手段10b,10bを介して、互いに対向方向bに移動して先端縁9a,9a間(対向縁間)に任意の幅(間隔)のスリット15bを形成するようになっている。これにより、各スリット機構4A,4Bにおける各スリット板8,8間と各スリット9,9間に形成された各スリット15a,15bによって、レーザ光L1 またはガイド光L2 を整形して通過させる合成スリット16が形成されるようになっている。
なお、前記各駆動手段10a,10bは、サーボモータ14a,14bとねじ機構とで構成したものに限らず、リニアモータによる駆動機構、その他の駆動機構による構造のものであってもよい。
なお、前記対物レンズ6は、複数の倍率の異なるレンズを光軸Rの回りに配置し、必要に応じて適宜倍率のレンズを光軸Rの位置へ直線移動して倍率の変換を可能とすることができる。
レーザ加工装置1による加工の対象となるワークWは、例えば、図3(a)に示すように、電子回路基板上に複数の配線30が互いに微小間隔をあけて、かつ基板の側辺Waに対して平行な配線部分30aと斜めに形成された配線部分30bとを備え、平行な配線部分30aにおける隣接の配線同士を最短距離で直線的に接続する短絡部(欠陥部)31、または斜めの配線部分30bにおける隣接の配線同士を直線的に接続する短絡部(欠陥部)32が有り、その他は短絡部が無い正常な配線部分となっているものである。なお、図3(b)〜図3(d)、図3(e)〜図3(g)は、それぞれ、図3(a)の短絡部31,32を拡大して示している。
したがって、前記上流位置のスリット機構4Aの各スリット8,8,で形成される配線部30bに平行なスリット15aと、前記下流位置のスリット機構14Bの各スリット板9,9で形成される配線部30aに直角な方向のスリット15bとによって、平面視(光軸Rの横断面視)で前記対向縁30d,30dと前記外縁32a,32bとで囲まれた平行四辺形の合成スリット16aが形成される(図3(e)参照)。そして、該合成スリット16aが形成されると、前記と同様にして、合成スリット16aで整形されたビーム形状のレーザ照射光Loが短絡部32に照射されて(図3(f)参照)、ワークWの側辺Waに傾斜した配線部30bにおける短絡部32を補修する加工が終了する(図3(g)参照)。
そこで、前記各旋回テーブル11a,11bの旋回中心Ca,Cbの光軸Rからのずれ量を予め計測しておき、前記合成スリット16,16aを形成する過程で、前記光軸Rと前記合成スリット16,16aの中心Coとを一致させる操作が以下のようにして行われる。
先ず、図6に示すように、前記旋回テーブル11a,11bを相対的に旋回させて、上流位置のスリット機構4Aのスリット板8,8によるスリット(縦スリット)15aと、下流位置のスリット機構4Bのスリット板9,9によるスリット(横スリット)15bとを角度90°で交差させてそれぞれ最大スリット幅とし、縦、横スリット15a,15bによって正四角形の合成スリット16を形成した(ステップS1)後に、前記ガイド光投光器3aからガイド光L2 を出力する(ステップS2)。
なお、前記合成スリット16の中心Coを通る前記縦、横スリット15a,15bに沿う中心軸線をそれぞれMo,Noとする。
なお、前記においては、各旋回テーブル11a,11bを共に左右に45°旋回させるようにしたが、これに限らず、他の任意の角度であってもよく、旋回テーブル11a,11b毎に旋回角度を異ならせることもできる。
すなわち、レーザ加工ヘッド24がワークWに対して相対的に移動して所要の加工個所に移動、位置決めされると、例えば、前記ワークWの45°傾斜した矩形部分を加工するような場合、先ず、図12に示すように、サーボモータ13aにより旋回テーブル11aを旋回させ、上流位置のスリット機構4Aのスリット板8,8による縦スリット15aを右に45°旋回させる(ステップS21)。このとき、前記主制御部28dが、制御コンピュータ28の前記メモリに記憶されていた旋回テーブル11aの中心Caの座標値とその旋回角度45°とから、旋回テーブル11aの旋回中心Caと光軸Rとのスリット板8,8の移動方向aにおける位置のずれ成分(ずれ量補正値)d1を演算して求め(ステップS22)、レーザ/スリット制御部28aとモータドライバ27を介して各サーボモータ14a,14aを作動させ、各スリット板8,8を前記位置のずれ成分だけ、それを無くする方向に波線で示す位置から実線で示す位置へ移動させ、縦スリット15aの軸線Moが光軸Rを通る位置にもたらす(ステップS23)。
なお、各スリット機構4A,4Bのスリット板8,8、9,9による合成スリット16の中心Coを光軸Rに一致させる補正操作は、前記旋回テーブル11a,11bの両方を45°旋回させて前記縦、横スリット15a,15bの両方が傾斜して合成スリット16を形成する場合のほかに、旋回テーブル11a,11bの旋回角度が他の任意の角度である場合、旋回テーブル11a,11bの一方もしくは両方を旋回させずに、前記縦、横スリット15a,15bの一方が傾斜して合成スリット16を形成する場合や両方のスリット15a,15bが直交して合成スリット16を形成する場合にも同様にして行うことができる。
3 レーザ発振器
3a ガイド光投光器(投光手段)
4 アパーチャー機構
5 結像レンズ
6 対物レンズ
7 光学系
8,9 スリット板
8a,9a 先端縁
10a,10b 駆動手段
11a,11b 旋回テーブル(旋回体)
12a,12b 回転手段
13a,13b,14a,14b サーボモータ
15a,15b スリット
16,16a 合成スリット
19 CCDカメラ(撮像手段)
24 レーザ加工ヘッド
25 ワークテーブル
27 サーボドライバ
28 制御コンピュータ(制御装置)
28a レーザ/スリット制御部
28b 画像処理部
28c 表示器
28d 主制御部
30 配線
31,32 短絡部(欠陥部)
Lo レーザ照射光
L1 レーザ光
L2 ガイド光
R レーザ光およびガイド光の光軸
W ワーク
Claims (5)
- レーザ発振器と、該レーザ発振器から出力されたレーザ光を整形するアパーチャー機構と、結像レンズと対物レンズを有し前記アパーチャー機構を通過して整形されたレーザ光をワーク上に結像させる光学系とを設けたレーザ加工装置において、
前記アパーチャー機構は、前記レーザ光の光軸方向に位置をずらし、かつ該光軸に垂直な面内におけるスリットの開口方向を異ならせて設けた一対のスリット機構からなり、該各スリット機構は、前記レーザ光の光軸に交差する平面において互いに先端縁を平行に対向させて該対向縁間に前記スリットを形成する一対のスリット板と、該各スリット板を互いに独立して対向方向に進退移動させる一対の駆動手段とを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記各スリット機構は、いずれか一方が、回転手段によって前記レーザ光の光軸の回りに回転する旋回体に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
- 前記各スリット機構は、それぞれ個別の回転手段によって前記レーザ光の光軸の回りに互いに独立して回転する旋回体に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光の上流側に位置するスリット機構の各スリット板は、先端縁部が上記上流側面を先端に行くにしたがって薄くなるようにした傾斜面によってナイフエッジとして形成され、前記レーザ光の下流側に位置するスリット機構の各スリット板は、先端縁が上記下流側面を先端に行くにしたがって薄くなるようにした傾斜面によってナイフエッジとして形成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ発振器から出力される前記レーザ光と同一の光軸を通るガイド光をワークに投光する投光手段と、該投稿手段によって投光され前記各スリット機構のスリットを重ね合わせて形成される合成スリットを通過したガイド光のワークからの反射光を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって得られた画像にもとづいて前記旋回体の旋回中心のガイド光の光軸に対する位置のずれ量を求めておき、そのずれ量から求めた各スリット板の移動方向におけるずれ量補正値にもとづいて前記各駆動手段を作動させる制御装置とを備えていることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載のレーザ加工装置。
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