JP2007152356A - レーザ加工装置及びレーザ加工装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成にてレーザ光の出力を所望の値に設定しやすい構成を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置Ｍは、レーザ光を出射するレーザ光源１０と、レーザ光源１０を駆動する駆動回路１２と、を備えている。また、入力装置３１からの入力に応じてＣＰＵ３４によりレーザ光の出力設定値を設定可能とされており、ＣＰＵ３４は、その出力設定値に応じた指令値を駆動回路１２に与えるように構成されている。さらに、メモリ３２において、指令値を定めるための近似式が記憶されており、ＣＰＵ３４は、この近似式に基づいて補正指令値を算出し、その補正指令値（デューティ比を特定するための値）を駆動回路１２に与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工装置の製造方法に関する。

従来より、レーザ光源からのレーザ光を光走査手段により走査した後、同レーザ光を収束レンズを通じて加工対象物上の加工領域に集光させて加工を行うレーザ加工装置が広く知られている。このようなレーザ加工装置では、レーザ光のエネルギーを所望の値に制御する方法として例えば特許文献１のような方法が用いられている。
特開２００３−５３５６４公報

この特許文献１の技術では、レーザ発振器から被加工物に照射されるレーザ光の一部を分岐してエネルギーを検出し、そのエネルギーが所定値となるようにフィードバック制御を行う技術が開示されている。しかしながら、このようにフィードバック制御によってレーザ光の出力を調整する方法では、レーザ光を検出するための構成及びフィードバック制御を行うための構成が必要となるため、装置構成が大型化或いは複雑化しやすい。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡易な構成にてレーザ光の出力を所望の値に設定しやすい構成を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、
前記レーザ光の出力設定値を定める設定手段と、
前記出力設定値に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えたレーザ加工装置であって、
前記制御手段は、所定の出力設定値に設定した場合の前記レーザ光の出力レベルに基づく補正データに従って、前記出力設定値に応じた補正指令値を設定し、その補正指令値を前記駆動手段に与えることを有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記設定手段は、所定の設定範囲内で前記出力設定値を設定変更可能とされていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記設定手段は、外部操作に基づいて複数の前記出力設定値を所定の設定範囲内で設定変更可能とされており、
前記補正データを記憶する記憶手段を備え、
前記補正データは、前記設定範囲内で変更される出力設定値のそれぞれに対応して、前記レーザ光源からの出力レベルを、各出力設定値に対応する対応レベルとするように前記補正指令値を定めるデータであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のレーザ加工装置において、
前記補正データは、前記設定範囲内における複数の前記出力設定値と、これら複数の前記出力設定値に設定した場合の前記レーザ光源からの前記レーザ光のそれぞれの出力レベルと、に基づいて、前記出力設定値に応じた前記補正指令値を特定する近似式を有してなり、
前記制御手段は、前記出力設定値と前記近似式とに基づいて前記補正指令値を求め、その補正指令値を前記駆動手段に与えることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記制御手段は、前記補正データに基づき、前記レーザ光の前記対応レベルが前記設定範囲内で変更される前記出力設定値の変更量に応じて直線的に変化するように前記補正指令値を定めることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ光源は、炭酸ガスレーザ光源からなり、
前記駆動手段は、前記炭酸ガスレーザ光源に与えるパルス電圧のデューティ比を変更することにより、前記レーザ光源からの前記レーザ光の出力レベルを変更する構成をなし、
前記制御手段は、前記補正指令値としてデューティ比を特定するための値を前記駆動手段に与えることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のレーザ加工装置において、
前記補正データは、前記設定手段により所定の出力設定値に設定した場合において前記レーザ光の出力レベルを実測した実測値に基づくデータであることを特徴とする。

請求項８の発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、前記レーザ光の出力設定値を定める設定手段と、前記出力設定値に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたレーザ加工装置を製造する製造方法であって、
前記設定手段にて所定の出力設定値に設定する設定ステップと、
前記設定ステップにて設定された所定の出力設定値に応じた前記レーザ光の出力レベルを実測する実測ステップと、
所定の出力設定値に設定した場合に前記実測ステップにて得られた前記レーザ光の出力レベルの実測値に基づいて、前記駆動回路に与える補正指令値を算出するための補正データを設定する設定ステップと、
を有することを特徴とする。

＜請求項１の発明＞
請求項１の発明では、所定の出力設定値に設定した場合のレーザ光の出力レベルに基づいて補正データが定められ、その補正データに従って駆動手段に与える補正指令値を設定している。従って、簡易な構成にてレーザ光の出力を所望の値に設定しやすくなる。

＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、出力設定値が所定の設定範囲内で設定変更可能とされるため、出力設定値もそれに応じた範囲内でのみ設定可能となる。よって、当該レーザ加工装置において出力を想定していないような出力設定値に基づいて補正データが定められるようなことがなく、補正データを適切なものとすることができる。

＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、外部操作に基づいて複数の出力設定値を所定の設定範囲内で設定変更可能とされているため、レーザ光の出力設定の自由度が高まる。また、補正データが、設定範囲内で変更される出力設定値のそれぞれに対応して、レーザ光源からの出力レベルを、各出力設定値に対応する対応レベルとするように補正指令値を定めるデータとして構成されている。従って、自由度高い構成を実現しつつ、変更される各出力設定値に応じた出力の精度をも高めうる好適な構成となる。

＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によれば、補正データが近似式を備えた構成とされているため、補正指令値算出のためのデータ量を少なくすることができる。

＜請求項５の発明＞
請求項５の発明によれば、出力設定値の変更量に応じて直線的に変化するように補正指令値を定めるように構成されるため、補正データのデータ構成を簡易な構成とすることができる。

＜請求項６の発明＞
加工時にレーザ光を実測せずとも補正データに基づいて精度高い出力調整が可能となるため、レーザ光の出力検出を行いにくい炭酸ガスレーザ光源を用いるレーザ加工装置において特に有利な構成となる。

＜請求項７の発明＞
請求項７の発明によれば、所定の出力設定値に設定した場合の実測値に基づいて補正データが定められその補正データに従って補正指令値が設定されることとなる。したがって、レーザ光の出力を実データに基づいてより精度高く設定できることとなる。

＜請求項８の発明＞
請求項８の発明によれば、所定の出力設定値に設定した場合のレーザ光の出力レベルに基づいて駆動手段に与える補正指令値を設定するための補正データが定められる。従って、レーザ光の出力を所望の値に設定しやすいレーザ加工装置を、簡易に製造できる好適な方法となる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図面を参照して説明する。
１．レーザ加工装置の全体構成
図１に示す符号Ｚは加工対象物Ｗ（本実施形態では、携帯電話に使用される絶縁シート）がセットされる加工台であり、符号Ｍはレーザ加工装置である。
レーザ加工装置Ｍはレーザ光源１０と、レーザ光源１０を駆動する駆動回路１２を備え、同レーザ光源１０から出射されたレーザ光はガルバノスキャナ２０によって向きが変更されて加工対象物Ｗ上に照射される。ガルバノスキャナ２０は、一対のガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗと収束レンズ２０Ｚを備えており、一方のガルバノミラー２０Ｗは、駆動手段２０Ｙによって縦方向に反射角度を変更させることができ、他方のガルバノミラー２０Ｖは、駆動手段２０Ｘによって横方向に反射角度を変更させることができる。

これら両ガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗによりレーザ光は直交する２方向において向きを調整可能とされ、その結果、レーザ光を加工対象物Ｗ上の加工領域内のいずれの位置にも走査することが可能となる。なお、収束レンズ２０Ｚは例えばｆθレンズから構成されており、ガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗで反射されたレーザ光を収束して加工対象物Ｗ上に焦点を結ばせる機能を有する。

２．レーザ加工装置の電気的構成
図２に示すようにコントローラ３０は、文字図形等の加工データが記憶されているメモリ（本発明の記憶手段に相当する）３２と、ＣＰＵ３４とからなり、ＣＰＵ３４に対して入力装置３１が接続されている。なお、メモリ３２は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，不揮発性メモリ、ＨＤＤなどの各種記憶手段によって構成されるものであり、これらのうちの１種のみによって構成されていてもよく、複数種の記憶手段によって構成されていてもよい。

そして、入力装置３１で、所定の加工パターンが設定されると、ＣＰＵ３４はメモリ３２から対応する加工データ（ベクトルデータ）を読み出す。そして、読み出された加工データの線要素について、始点及び終点を含む複数点の座標データを算出するとともに、これを加工対象物Ｗ上の座標に割り付ける（座標データの生成）。そして、この割り付けに続いて、座標データに対して後述する補正処理を行う。

その後、ＣＰＵ３４は、補正された座標データを一時的にメモリ３２に格納し、所定のタイミングで信号線Ｓ１を通じて出力させる。ＣＰＵ３４から出力された座標データはＤ／Ａ変換回路３６によってディジタル信号からアナログ信号に変換され、その後、ガルバノ駆動手段２０Ｘ、２０Ｙを構成する回路（図２では図示略）に入力される。これにより、ガルバミラー２０Ｗ、２０Ｖの振り角が調整・制御されることでレーザ光が走査されて、加工対象物Ｗ上に所望の加工を行うことが可能となる。

３．特徴構成
上述したように、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｍは、レーザ光を出射するレーザ光源１０と、レーザ光源１０を駆動する駆動回路１２と、を備えており、さらに、ＣＰＵ３４によりレーザ光の出力設定値を定め、その出力設定値に応じて駆動回路１２を制御するように構成されている。本実施形態では、ＣＰＵ３４が、レーザ光の出力設定値を定める「設定手段」、及び「制御手段」に相当する。

本実施形態に係るレーザ加工装置Ｍは、レーザ光源１０が炭酸ガスレーザ光源によって構成されており、デューティ比制御によってレーザ光の出力が調整される公知の構成をなしている。駆動回路１２は、炭酸ガスレーザ光源に与えるパルス電圧のデューティ比を変更することにより、レーザ光源１０からのレーザ光の出力レベルを変更するように構成されている。

ＣＰＵ３４は、補正指令値としてデューティ比を特定するための値を駆動回路１２に与えるようになっており、さらに、この補正指令値（デューティ比を特定するための値）を決定するための補正データがメモリ３２（記憶手段）に記憶されている。

補正データは、所定の出力設定値に設定した場合のレーザ光の出力レベルに基づいて定められるものであり、具体的には、所定の出力設定値に設定した場合において、レーザ光源からのレーザ光の出力レベルを実測した実測値と、そのときの出力設定値との関係に基づくデータとされている。

本実施形態では、設定手段たるＣＰＵ３４の制御により、入力装置３１からの外部操作に基づいて複数の出力設定値を所定の設定範囲内で設定変更可能とされている。そして、上述の近似式は、設定範囲内における複数の出力設定値と、これら複数の出力設定値に設定した場合のレーザ光源からのレーザ光のそれぞれの出力レベル（出力レベルの実測値）と、に基づいて、出力設定値に応じた補正指令値を特定する式によって構成されている。この近似式を以下の数１に示す。

Ｐはレーザ光の出力（Ｗ）であり、ａ，ｂ，ｃは装置特有の係数である。また、Ｘは設定するデューティ比である。

この近似式は、設定範囲内で変更される出力設定値のそれぞれに対応して、レーザ光源１０からの出力レベルを、各出力設定値に対応する対応レベル（出力設定値と同一レベル）とするように補正指令値を定めるデータとされており、以下のように設定される。

上記近似式は、炭酸ガスレーザの出力特性（デューティ比と出力の関係）が、図３のような二次多項式で近似できるという点に着目して得られたものであり、この近似式を得るには、まず装置特有の二次多項式を求める。二次多項式は３つの係数ａ，ｂ，ｃを有する以下の式によって表すことができる。

本実施形態では、設定範囲内における３つの出力設定値（３つの基準デューティ比）と、それら出力設定値に設定した場合におけるレーザ光の出力レベルの実測値に基づいて各係数ａ，ｂ，ｃの数値を定めている。ここでは、２０％，５０％，７０％のデューティ比が出力設定値とされており、各デューティ比とそれに応じた実測値に基づいて数２のａ，ｂ，ｃを得ることで、図３のような曲線を示す二次多項式が得られる。

上記数２の二次多項式の解が、駆動回路１２に与える補正指令値（出力設定値に応じたデューティ比を特定するための値）となるため、二次多項式の解を算出するための式が上記近似式となる。即ち、数１は、数２の解を示す式である。

このように、上記近似式（数１）は、複数の出力設定値と、それら複数の出力設定値に設定した場合の複数の実測値によって定められている。

ＣＰＵ３４は、この近似式（数１）に従って補正指令値（加工時におけるデューティ比を特定するための値）を設定し、その補正指令値を駆動回路１２に与えるように制御を行う。即ち、加工を行う際には、入力装置３１にて指定された出力設定値と、メモリ３２に記憶される上記近似式（数１）とに基づいて補正指令値を求め、その補正指令値を駆動回路１２に与えるように制御を行う。

ＣＰＵ３４は、この近似式に基づき、出力設定値の変更量に応じてレーザ光の対応レベルが設定範囲内で直線的に変化するように補正指令値を定めることとなる。なお、図４には、入力装置３１から指示される出力設定値と、その出力設定値に応じた上述の補正指令値によって得られる実際の出力との関係を示している。即ち、出力設定値と実際の出力値（対応レベル）とが略一致するように補正指令値が設定され駆動回路１２に与えられるようになるため、出力設定値の変化量と実際の出力値（対応レベル）の変化量とがほぼ同じとなり、上記のように出力設定値の変更量に応じてレーザ光の対応レベルが設定範囲内で直線的に変化するようになる。

上記のレーザ加工装置は、設定手段にて所定の出力設定値に設定する設定ステップ（上述の例では、３つのデューティ比を設定するステップ）と、設定ステップにて設定された所定の出力設定値に応じたレーザ光の出力レベルを実測する実測ステップ（上述の例では、３つのデューティ比に応じたレーザ光の出力を実測するステップ）と、その設定ステップにて所定の出力設定値に設定した場合に実測ステップにて得られたレーザ光の出力レベルの実測値に基づいて、駆動回路に与える補正指令値を算出するための補正データを設定する設定ステップ（上述の例では、近似式を算出し、記憶手段に記憶するステップ）と、を実施することにより製造することができる。

以上のように、本実施形態の構成によれば、を所定の出力設定値に設定した場合のレーザ光の出力レベルに基づいて補正データが定められ、その補正データに従って駆動回路１２に与える補正指令値を設定している。従って、簡易な構成にてレーザ光の出力を所望の値に設定しやすくなる。

また、出力設定値が所定の設定範囲内で設定変更可能とされているため、自由度の高い出力設定が可能となる。また、出力設定値が所定の設定範囲内で設定変更可能とされるため、当該レーザ加工装置Ｍにおいて出力を想定していないような値に基づいて補正データが定められるようなことがなく、補正データが適切なものとなる。

また、補正データは、設定範囲内で変更される出力設定値のそれぞれに対応して、レーザ光源１０からの出力レベルを、各出力設定値に対応する対応レベルとするように補正指令値を定めるデータとして構成される。従って、自由度高い構成を実現しつつ、変更される各出力設定値に応じた出力の精度をも高めうる好適な構成となっている。

さらに、補正データが近似式を備えた構成とされているため、補正指令値を算出するためのデータ量が抑えられている。

また、出力設定値の変更量に応じて対応レベルが直線的に変化するように補正指令値を定めているため、補正データのデータ構成の簡易化が図られる。

また、加工時にレーザ光を実測せずとも補正データに基づいて精度高い出力調整が可能となるため、レーザ光の出力検出を行いにくい炭酸ガスレーザ光源を用いるレーザ加工装置において特に有利な構成となっている。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、近似式を補正データとしてメモリ３２に記憶しているが、所定の出力設定値に設定された場合のレーザ光の出力レベルを測定した実測値そのものを補正データとして記憶しておき、加工時にそれら補正データに基づいて上記近似式を算出するようにしてもよい。
（２）上記実施形態では、補正データとして近似式を例示したが、出力設定値と補正指令値とを対応付けてなるデータテーブルなどであってもよい。

本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置を概略的に示す説明図 レーザ加工装置の電気的構成を例示するブロック図 数２に対応した二次多項式を説明するグラフ 出力設定値と実際の出力レベルの関係を示すグラフ

符号の説明

１０…レーザ光源
１２…駆動回路（駆動手段）
３２…メモリ（記憶手段）
３４…ＣＰＵ（設定手段、制御手段）
Ｍ…レーザ加工装置

Claims (8)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、
   前記レーザ光の出力設定値を定める設定手段と、
   前記出力設定値に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備えたレーザ加工装置であって、
   前記制御手段は、所定の出力設定値に設定した場合の前記レーザ光の出力レベルに基づく補正データに従って、前記出力設定値に応じた補正指令値を設定し、その補正指令値を前記駆動手段に与えることを有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記設定手段は、所定の設定範囲内で前記出力設定値を設定変更可能とさ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。
3. 前記設定手段は、外部操作に基づいて複数の前記出力設定値を所定の設定範囲内で設定変更可能とされており、
   前記補正データを記憶する記憶手段を備え、
   前記補正データは、前記設定範囲内で変更される出力設定値のそれぞれに対応して、前記レーザ光源からの出力レベルを、各出力設定値に対応する対応レベルとするように前記補正指令値を定めるデータであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記補正データは、前記設定範囲内における複数の前記出力設定値と、これら複数の前記出力設定値に設定した場合の前記レーザ光源からの前記レーザ光のそれぞれの出力レベルと、に基づいて、前記出力設定値に応じた前記補正指令値を特定する近似式を有してなり、
   前記制御手段は、前記出力設定値と前記近似式とに基づいて前記補正指令値を求め、その補正指令値を前記駆動手段に与えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記制御手段は、前記補正データに基づき、前記レーザ光の前記対応レベルが前記設定範囲内で変更される前記出力設定値の変更量に応じて直線的に変化するように前記補正指令値を定めることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
6. 前記レーザ光源は、炭酸ガスレーザ光源からなり、
   前記駆動手段は、前記炭酸ガスレーザ光源に与えるパルス電圧のデューティ比を変更することにより、前記レーザ光源からの前記レーザ光の出力レベルを変更する構成をなし、
   前記制御手段は、前記補正指令値としてデューティ比を特定するための値を前記駆動手段に与えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
7. 前記補正データは、前記設定手段により所定の出力設定値に設定した場合において前記レーザ光の出力レベルを実測した実測値に基づくデータであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
8. レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、前記レーザ光の出力設定値を定める設定手段と、前記出力設定値に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたレーザ加工装置を製造する製造方法であって、
   前記設定手段にて所定の出力設定値に設定する設定ステップと、
   前記設定ステップにて設定された所定の出力設定値に応じた前記レーザ光の出力レベルを実測する実測ステップと、
   所定の出力設定値に設定した場合に前記実測ステップにて得られた前記レーザ光の出力レベルの実測値に基づいて、前記駆動回路に与える補正指令値を算出するための補正データを設定する設定ステップと、
   を有することを特徴とするレーザ加工装置の製造方法。

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