JP2008105054A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 穴あけ加工時間を短縮することが可能なレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 スキャナが、レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが被照射物の表面上を移動するように、パルスレーザビームの進行方向を変化させる。トリガコントローラが、記憶されている照射条件に基づいて、レーザ光源にトリガ信号を送出する。スキャナコントローラが、移動指令が通知されると、記憶されている目標位置にパルスレーザビームが入射するようにスキャナを制御する。制御装置が、トリガコントローラに照射条件を設定し、スキャナコントローラに目標位置を設定するとともに、移動指令を通知する。スキャナコントローラは、パルスレーザビームの入射位置が目標位置に整定されると、トリガコントローラに整定完了を通知する。トリガコントローラは、整定完了が通知されるとレーザ光源にトリガ信号を送出し、照射が完了すると制御装置に照射完了を通知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ加工装置に関し、特にレーザ光源から出射されたパルスレーザビームをスキャナで走査して、プリント基板等の被照射物の表面の所望の位置にレーザビームを入射させるレーザ加工装置に関する。

図４Ａに、下記の特許文献１に開示されたレーザ加工装置のブロック図を示す。トリガコントローラ２が、制御装置１から照射指令を受けると、所定の照射条件でパルスレーザビームが出射されるように、レーザ光源３にトリガ信号を送出する。レーザ光源３は、トリガコントローラ２からトリガ信号を受信すると、パルスレーザビームを出射する。

レーザ光源１から出射されたパルスレーザビームは、折り返しミラー４で反射され、部分反射鏡５を透過してＸＹスキャナ６に入射する。ＸＹスキャナ６は、パルスレーザビームを２次元方向に走査する。走査されたパルスレーザビームが、ｆθレンズ７により収束されて、被照射物２０に入射する。被照射物２０は、ＸＹステージ８に保持されている。

ＸＹスキャナ６は、スキャナコントローラ９により制御される。スキャナコントローラ９は、目標位置を記憶する２つのバッファを有している。これらの目標位置バッファに、制御装置１により目標位置が設定される。２つの目標位置バッファが準備されているため、スキャナコントローラ９は、次に加工すべき位置と、その次に加工すべき位置とを記憶することができる。スキャナコントローラ９は、制御装置１から移動指令を受けると、パルスレーザビームが被照射物２０の目標位置に入射するように、ＸＹスキャナを制御する。

部分反射鏡５で反射されたパルスレーザビームがフォトディテクタ１０に入射する。フォトディテクタ１０は、入射するパルスレーザビームの光強度を測定し、測定結果をパルス判定装置１１に送出する。トリガコントローラ２がパルス判定装置１１に動作タイミング信号を送出する。パルス判定装置１１は、動作タイミング信号を受信すると、その時点の光強度が基準値以上か否かを判定し、判定結果をトリガコントローラ２に返信する。

図４Ｂに、レーザ加工時におけるコマンド（信号）送受の経過を示す。まず、制御装置１がトリガコントローラ２に照射条件を設定する。照射条件は、例えばパルスの繰り返し周波数、パルス幅、ショット数等を含む。次に、制御装置１が、スキャナコントローラ９の一方の目標位置バッファに、最初に加工すべき目標位置を設定し、移動指令を送出する。スキャナコントローラ９は、目標位置が設定されると、その目標位置までの軌跡を計算する。さらに、移動指令を受けると、パルスレーザビームが目標位置に入射するように、ＸＹスキャナ６を制御する。

制御装置１は、スキャナコントローラ９に移動指令を送出した後、もう一方の目標位置バッファに次の目標位置を設定する。なお、移動指令の送出と、次の目標位置の設定との時間的前後関係を逆にしてもよい。次の目標位置が設定されると、スキャナコントローラ９は、現時点の目標位置から次の目標位置までの移動軌跡を計算する。制御装置１は、次の目標位置の設定を行った後、整定完了待状態になる。

ＸＹスキャナ６の整定が完了すると、スキャナコントローラ９は制御装置１に整定完了を通知する。

制御装置１は、整定完了の通知を受けると、トリガコントローラ２に照射指令を送出し、照射完了待ち状態になる。トリガコントローラ２は、予め記憶されている照射条件に基づいて、レーザ光源３にトリガ信号を送出する。このとき、トリガコントローラ２は、パルス判定装置１１から受信した判定結果に基づいて、必要であれば自立的に追加のレーザパルスを出射するためのトリガ信号を送出する。照射が完了すると、トリガコントローラ２から制御装置１に照射完了が通知される。

制御装置１は、照射完了が通知されると、スキャナコントローラ９に移動指令を送出するとともに、既に照射が完了した目標位置が設定されている目標位置バッファに、次の目標位置を設定し、整定完了待状態になる。スキャナコントローラ９は、次の目標位置までの移動軌跡を既に計算しているため、計算結果に基づいてＸＹスキャナ６を制御する。さらに、その次の目標位置までの移動軌跡を計算する。

上記処手順を繰り返すことにより、複数の目標位置のレーザ加工が行われる。

特開２００４−３４１２１号公報

図４Ａ及び図４Ｂに示したレーザ加工装置では、制御装置１の加工制御プログラム１Ａが一連の加工動作の制御を行っている。制御装置１が整定完了待ち状態のときに整定完了の通知を受けると、加工制御プログラムが動作することによって、照射指令を送出する。また、照射完了待ち状態のときに照射完了が通知されると、加工制御プログラムが動作し、移動指令信号を送出する。

加工制御プラグラムの動作は、ハードウェアによる論理回路の動作に比べて遅い。１回の処理時間は短いとしても、加工すべき穴が多くなると、例えば１万個程度以上になると、１枚の加工対象物を加工するのに必要な時間のうち、加工制御プログラムの動作時間が無視できない程度になる。近年、１枚のプリント基板に形成すべき穴の数が多くなってきており、穴あけ加工時間の短縮化が求められている。

本発明の目的は、穴あけ加工時間を短縮することが可能なレーザ加工装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
トリガ信号が入力されると、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
被照射物を保持するステージと、
駆動信号に基づいて、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが、前記ステージに保持された被照射物の表面上を移動するように、該パルスレーザビームの進行方向を変化させるスキャナと、
照射条件を記憶し、記憶されている照射条件に基づいて、前記レーザ光源に前記トリガ信号を送出するトリガコントローラと、
目標位置を記憶しており、移動指令が通知されると、記憶されている目標位置にパルスレーザビームが入射するように、前記スキャナを制御するスキャナコントローラと、
前記トリガコントローラに照射条件を設定し、前記スキャナコントローラに、パルスレーザビームを入射させるべき目標位置を設定するとともに、前記移動指令を通知する制御装置と
を有し、
前記スキャナコントローラは、パルスレーザビームの入射位置が目標位置に整定されると、前記トリガコントローラに整定完了を通知し、前記トリガコントローラは、前記整定完了が通知されると、記憶されている照射条件に基づいて前記レーザ光源にトリガ信号を送出し、照射が完了すると、前記制御装置に照射完了を通知するレーザ加工装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
トリガ信号が入力されると、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
被照射物を保持するステージと、
駆動信号に基づいて、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが、前記ステージに保持された被照射物の表面上を移動するように、該パルスレーザビームの進行方向を変化させるスキャナと、
照射条件を記憶し、記憶されている照射条件に基づいて、前記レーザ光源に前記トリガ信号を送出するトリガコントローラと、
目標位置を記憶しており、移動指令が通知されると、記憶されている目標位置にパルスレーザビームが入射するように、前記スキャナを制御するスキャナコントローラと、
前記トリガコントローラに照射条件を設定し、前記スキャナコントローラに、パルスレーザビームを入射させるべき目標位置を設定するとともに、前記移動指令を通知する制御装置と
を有し、
前記トリガコントローラは、パルスレーザビームの照射が完了すると、前記制御装置に照射完了を通知し、前記制御装置は、照射完了が通知されると、ゲートアレイ回路を介して、前記スキャナコントローラに移動指令を通知するレーザ加工装置が提供される。

スキャナコントローラからトリガコントローラに、制御装置を介することなく整定完了が通知される。トリガコントローラは、整定完了の通知を受けると、レーザ光源にトリガ信号を送出する。このため、スキャナコントローラから、制御装置を介してトリガコントローラに整定完了が通知される場合に比べて、整定完了からレーザ照射開始までの遅延時間を短くすることができる。

制御装置が、照射完了の通知を受けると、ゲートアレイ回路を介して、スキャナコントローラに移動指令を通知することにより、プログラムを起動して移動指令を通知する場合に比べて、移動指令通知までの遅延時間を短くすることができる。

図１Ａに、実施例によるレーザ加工装置のブロック図を示す。レーザ光源３から出射されたパルスレーザビームが、折り返しミラー４で反射され、部分反射鏡５を透過して、ＸＹスキャナ６に入射する。レーザ光源３は、トリガコントローラ２からトリガ信号が入力されると、入力されたトリガ信号のパルス幅に応じたパルス幅のパルスレーザビームを出射する。レーザ光源３として、例えば炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。

ＸＹスキャナ６は、スキャナコントローラ９からの制御を受けて、入射したレーザビームを２次元方向に走査する。ＸＹスキャナ６で走査されたレーザビームが、ｆθレンズ７により収束されて、加工対象物２０に入射する。加工対象物２０は、例えばプリント配線基板であり、ＸＹステージ８に保持されている。加工対象物２０の表面に、穴を形成すべき複数の位置が画定されている。ＸＹスキャナ６は、一対のガルバノミラーを含む。ＸＹスキャナ６を制御することにより、加工対象物２０の表面上の所望の位置にレーザビームを入射させることができる。トリガコントローラ２及びスキャナコントローラ９は、制御装置１からの制御を受ける。

部分反射鏡５で反射されたパルスレーザビームがフォトディテクタ１０に入射する。フォトディテクタ１０は、入射するパルスレーザビームの光強度を測定し、測定結果をパルス判定装置１１に送出する。トリガコントローラ２がパルス判定装置１１に動作タイミング信号を送出する。パルス判定装置１１は、動作タイミング信号を受信すると、その時点の光強度が基準値以上か否かを判定し、判定結果をトリガコントローラ２に返信する。

図１Ｂに、制御装置１、トリガコントローラ２、及びスキャナコントローラ９のより詳細なブロック図を示す。制御装置１、トリガコントローラ２、及びスキャナコントローラ９は、バスにより接続されている。制御装置１に加工制御プログラム１Ａが格納されている。トリガコントローラ２に、照射条件設定エリア２Ａが準備されている。制御装置１が、トリガコントローラ２の照射条件設定エリア２Ａに照射条件を設定する。照射条件は、照射するパルスレーザビームの繰り返し周波数、パルス幅、及び出射するショット数等を含む。

スキャナコントローラ９に、コマンド設定エリア９Ｃ、第１の目標位置設定エリア９Ａ、及び第２の目標位置設定エリア９Ｂが準備されている。制御装置１が、スキャナコントローラ９の第１の目標位置設定エリア９Ａ及び第２の目標位置設定エリア９Ｂに、レーザビームを入射すべき目標位置を設定する。制御装置１からスキャナコントローラ９に移動指令が通知されると、スキャナコントローラ９は、第１の目標位置設定エリア９Ａ及び第２の目標位置設定エリア９Ｂから一方を選択し、選択された目標位置設定エリアに設定されている目標位置にレーザビームが入射するように、ＸＹスキャナ６を制御する。移動指令の通知は、具体的には、コマンド設定エリア９Ｃに移動指令コマンドを設定することにより行われる。第１の目標位置設定エリア９Ａ及び第２の目標位置設定エリア９Ｂは、移動指令を受ける度に交互に選択される。

スキャナコントローラ９は、２つの目標位置設定エリア９Ａ及び９Ｂを有するため、次に照射すべき位置と、その次に照射すべき位置とを記憶することができる。このため、次に照射すべき位置にレーザビームが入射するように、ＸＹスキャナ６が動作している期間に、その次にレーザビームを照射すべき位置までの軌跡を計算しておくことができる。

レーザビームの入射する位置が目標位置に整定されると、スキャナコントローラ９は、トリガコントローラ２に整定完了を通知する。

トリガコントローラ２は、整定完了の通知を受けると、照射条件に基づいて、所定のパルス幅のパルスレーザビームを、所定の繰り返し周波数で、所定のショット数だけ出射するように、レーザ光源３にトリガ信号を送出する。パルスレーザビームの出射が完了すると、制御装置１に照射完了を通知する。このとき、トリガコントローラ２は、パルス判定装置１１から通知された判定結果に基づいて、必要であれば追加のレーサパルスを出射するように、レーザ光源３を制御する。

制御装置１が照射完了の通知を受けると、照射完了時に対応する加工制御プログラム１Ａのプロセスが起動される。加工制御プログラム１Ａは、スキャナコントローラ９の目標位置設定エリア９Ａ及び９Ｂから一方を選択し、選択された目標位置設定エリアに次の目標位置を設定する。

さらに、制御装置１は、照射完了の通知を受けると、加工制御プログラム１Ａの起動とは独立して、ゲートアレイ１Ｂを経由することによって、スキャナコントローラ９に移動指令を通知する。加工制御プログラム１Ａを起動することによってスキャナコントローラ９に移動指令を通知する場合に比べて、照射完了の受信から、移動指令の送出までの遅延時間が短くなる。

次に、図２及び図３を参照して、実施例によるレーザ加工装置の動作について説明する。図２は、制御装置１の加工制御プログラム１Ａの状態遷移図を示し、図３は、制御装置１、トリガコントローラ２、スキャナコントローラ９、及びＸＹスキャナ６の間の信号の送受信の経過を示す。

図２に示すように、加工制御プログラム１Ａが、休止状態Ａ１において加工開始指令を受信する。加工開始指令は、例えば外部のパーソナルコンピュータ等から制御装置１に送出される。なお、このとき、穴を形成すべき複数の位置、及び照射条件も、パーソナルコンピュータから制御装置１に与えられる。

制御装置１は、加工開始指令を受信すると、トリガコントローラ２に照射条件を設定する。さらに、制御装置１は、スキャナコントローラ９の第１の目標位置設定エリア９Ａに、最初に加工すべき穴の位置＃１（具体的には、Ｘ座標とＹ座標）を設定する。さらに、制御装置１は、スキャナコントローラ９に移動指令を通知する。

スキャナコントローラ９に目標位置＃１が設定されたら、スキャナコントローラ９は、現在のレーザビーム入射位置から目標位置＃１までの軌跡を計算する。さらに、移動指令の通知を受けると、ＸＹスキャナ６を制御して、レーザビームの入射位置を目標位置＃１に移動させる。

制御装置１は、移動指令を通知した後、次に加工すべき穴の位置＃２を、スキャナコントローラ９の第２の目標位置設定エリア９Ｂに設定する。目標位置＃２の設定を行った後、加工制御プログラム１Ａの状態は、照射完了待ち状態Ａ２に遷移する。ＸＹスキャナ６が動作している期間、スキャナコントローラ９は、目標位置＃１から次の目標位置＃２までの軌跡を計算する。

ＸＹスキャナ６は、レーザビームの入射位置が目標位置＃１へ移動し、その位置が整定されと、スキャナコントローラ９に整定完了を通知する。スキャナコントローラ９は、トリガコントローラ２に整定完了を通知する。

トリガコントローラ２は、整定完了の通知を受けると、照射条件設定エリア２Ａに設定されている照射条件でレーザビームが照射されるように、レーザ光源３にトリガ信号を送出する。レーザビームの照射が完了すると、トリガコントローラ２は、制御装置１に照射完了を通知する。

図１Ｂに示したように、照射完了の通知は、加工制御プログラム１Ａに引き渡されると共に、ゲートアレイ回路１Ｂを経由して、移動指令としてスキャナコントローラ９に送出される。スキャナコントローラ９は、この移動指令の通知を受けると、レーザビームの入射位置が目標位置＃２に移動するように、ＸＹスキャナ６を制御する。これによりレーザビームの入射位置が目標位置＃２に整定される。

加工制御プログラム１Ａは、照射完了の通知を受けると、ステップＳ１において、未加工の穴があるか否かを判定する。未加工の穴がない場合、すなわち加工すべき穴の加工がすべて完了した場合には、休止状態Ａ１に戻る。未加工の穴がある場合には、ステップＳ２において、目標位置を設定していない穴があるか否かを判定する。目標位置未設定の穴がある場合には、次に加工すべき穴の位置＃３を、第１の目標位置設定エリア９Ａに設定し、照射完了待ち状態Ａ２に戻る。目標位置未設定の穴がない場合には、新たな目標位置の設定を行うことなく、照射完了待ち状態Ａ２に戻る。

第１の目標位置設定エリア９Ａに次の目標位置＃３が設定されると、スキャナコントローラ９は、目標位置＃２から＃３までの軌跡を計算する。

ＸＹスキャナ６が動作することにより、レーザビームの入射位置が目標位置＃２に整定された後は、目標位置＃１に整定された後の手順と同様の手順が繰り返される。

上記実施例においては、ＸＹスキャナ６によりレーザビームの入射位置が整定されると、スキャナコントローラ９は、制御装置１を介することなく、トリガコントローラ２に整定完了を直接通知する。トリガコントローラ２は、整定完了の通知を受けると、直ちにレーザビームの照射を開始する。従来は、図４Ｂに示したように、整定完了の通知が加工制御プログラム１Ａに引き渡され、整定完了待状態から照射完了待ち状態に遷移するタスクが起動されていた。このタスクにより、トリガコントローラ２に照射指令が通知される。

実施例によるレーザ加工装置においては、ＸＹスキャナ６の整定完了からレーザビームの照射まで、制御装置１が介在しない。このため、整定完了から照射開始までの遅延時間を短くすることができる。

また、実施例においては、トリガコントローラ２から制御装置１に通知された照射完了通知が、ゲートアレイ回路を経由して、スキャナコントローラ９に移動指令通知として転送される。このため、加工制御プログラム１Ａを起動して移動指令通知を送出する場合に比べて、照射完了からＸＹスキャナ６の制御開始までの遅延時間を短くすることができる。

上記実施例では、スキャナコントローラ９に、２つの目標位置設定エリア９Ａ及び９Ｂを準備し、これらを交互に使用したが、３個以上の目標位置設定エリアを準備し、これらを順番に使用してもよい。

上記実施例では、トリガコントローラ２から、制御装置１のゲートアレイ１Ｂを介してスキャナコントローラ９に照射完了（移動指令）を通知したが、トリガコントローラ２からスキャナコントローラ９に、移動指令を直接通知してもよい。なお、この場合でも、制御装置１からスキャナコントローラ９に、次の目標位置を設定する必要があるため、トリガコントローラ２から制御装置１への照射完了通知は行う必要がある。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

（１Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置のブロック図であり、（１Ｂ）は、制御装置、トリガコントローラ、及びスキャナコントローラのより詳細なブロック図である。 実施例によるレーザ加工装置の制御装置に格納されている加工制御プログラムの状態遷移図である。 実施例によるレーザ加工装置の制御装置、トリガコントローラ、スキャナコントローラ、及びＸＹスキャナの間の信号の送受信の経過を示す線図である。 （４Ａ）は、従来のレーザ加工装置のブロック図であり、（４Ｂ）は、従来のレーザ加工装置の制御装置、トリガコントローラ、スキャナコントローラ、及びＸＹスキャナの間の信号の送受信の経過を示す線図である。

符号の説明

１ 制御装置
１Ａ 加工制御プログラム
１Ｂ ゲートアレイ回路
２ トリガコントローラ
２Ａ 照射条件設定エリア
３ レーザ光源
４ 折り返しミラー
５ 部分反射鏡
６ ＸＹスキャナ
７ ｆθレンズ
８ ＸＹステージ
９ スキャナコントローラ
９Ａ 第１の目標位置設定エリア
９Ｂ 第２の目標位置設定エリア
９Ｃ コマンド設定エリア
１０ フォトディテクタ
１１ パルス判定装置
２０ 加工対象物

Claims (5)

1. トリガ信号が入力されると、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
   被照射物を保持するステージと、
   駆動信号に基づいて、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが、前記ステージに保持された被照射物の表面上を移動するように、該パルスレーザビームの進行方向を変化させるスキャナと、
   照射条件を記憶し、記憶されている照射条件に基づいて、前記レーザ光源に前記トリガ信号を送出するトリガコントローラと、
   目標位置を記憶しており、移動指令が通知されると、記憶されている目標位置にパルスレーザビームが入射するように、前記スキャナを制御するスキャナコントローラと、
   前記トリガコントローラに照射条件を設定し、前記スキャナコントローラに、パルスレーザビームを入射させるべき目標位置を設定するとともに、前記移動指令を通知する制御装置と
   を有し、
   前記スキャナコントローラは、パルスレーザビームの入射位置が目標位置に整定されると、前記トリガコントローラに整定完了を通知し、前記トリガコントローラは、前記整定完了が通知されると、記憶されている照射条件に基づいて前記レーザ光源にトリガ信号を送出し、照射が完了すると、前記制御装置に照射完了を通知するレーザ加工装置。
2. 前記制御装置は、前記トリガコントローラから照射完了が通知されると、前記スキャナコントローラに移動指令を通知する請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記制御装置は、前記照射完了が通知されると、前記スキャナコントローラに、次の目標位置を設定する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記制御装置は、前記照射完了が通知されると、ゲートアレイ回路を介して、前記スキャナコントローラに移動指令を通知する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. トリガ信号が入力されると、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
   被照射物を保持するステージと、
   駆動信号に基づいて、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが、前記ステージに保持された被照射物の表面上を移動するように、該パルスレーザビームの進行方向を変化させるスキャナと、
   照射条件を記憶し、記憶されている照射条件に基づいて、前記レーザ光源に前記トリガ信号を送出するトリガコントローラと、
   目標位置を記憶しており、移動指令が通知されると、記憶されている目標位置にパルスレーザビームが入射するように、前記スキャナを制御するスキャナコントローラと、
   前記トリガコントローラに照射条件を設定し、前記スキャナコントローラに、パルスレーザビームを入射させるべき目標位置を設定するとともに、前記移動指令を通知する制御装置と
   を有し、
   前記トリガコントローラは、パルスレーザビームの照射が完了すると、前記制御装置に照射完了を通知し、前記制御装置は、照射完了が通知されると、ゲートアレイ回路を介して、前記スキャナコントローラに移動指令を通知するレーザ加工装置。

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