JP2008246540A - レーザ加工装置及び加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光源の出力強度に応じた適切な異常検出を行うことが可能なレーザ加工装置及び加工システムを提供する。
【解決手段】レーザ光を出力するレーザ光源５３と、レーザ光源５３からのレーザ光Ｌを加工物Ｗに照射して加工を施す加工手段５１と、レーザ光源５３からのレーザ光Ｌを受光する受光手段５８と、受光手段５８の受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１を下回った場合、その下回った時間等に関する第１報知条件を満たしたときに第１異常信号Ｓ２を出力する第１報知手段５６と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置は、レーザ光源を有し、これのレーザ光源からのレーザ光を加工物に照射して加工を施すための装置である。この種のレーザ加工装置では、一般的に、上記レーザ光源の出力強度を一定に保つためにＡＰＣ（Auto Power Control）を行うようになっている。ＡＰＣは、レーザ光源からのレーザ光をモニタ用の受光素子で受光し、ここでの受光レベルをフィードバックする定出力制御であり、これにより加工品質を一定レベルに保つことができる。しかし、例えばレーザ光源が劣化したりすると、上記ＡＰＣでは制御しきれなくなり、レーザ光源の出力強度が加工品質に実質的影響を与える程度まで低下してしまうことがある。そこで、特許文献１には、搬送機構によって搬送される複数の加工物に順次加工を施すレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置は、モニタ用の受光素子での受光レベルが所定の閾値を下回った場合に、上記搬送機構を停止或いは減速させるようにしている。
特開平１１−９０６６６号公報

ところが、上記特許文献１のレーザ加工装置では、例えば一時的なノイズによって受光レベルが一時的に所定の閾値を下回った場合でも、搬送機構を停止或いは減速してしまう。搬送機構を停止或いは減速することは、生産効率が低下するため、なるべ避けるべきである。これに対処するために、上記所定の閾値を極端に低い値に設定することも考えられる。しかしながら、これでは、レーザ光源の出力強度が極めて低いレベルにならなければ異常を検出できないという問題が生じ得る。印字かすれなど、僅かな加工品質の低下でも異常として検出したい場合もある。

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、その目的は、レーザ光源の出力強度に応じた適切な対応をすることが可能なレーザ加工装置及び加工システムを提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、第１の発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を加工物に照射して加工を施す加工手段と、前記レーザ光源からのレーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合に、所定の報知動作を実行する第１報知手段と、を備える。

本発明によれば、受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合、所定の報知動作（例えば、発音手段の警報により報知したり、表示手段による表示によって報知したり、外部への異常信号の出力によって報知したり、或いは、加工手段で加工物に識別マークを付与することによる報知など）を行う。従って、その報知動作に基づき、レーザ光源の出力強度に応じた適切な対応を行うことができる。

第２の発明は、第１の発明であって、前記第１報知手段は、前記受光レベルが前記第１基準値を下回った時間、下回った回数、及び、下回った状態で加工を施した加工物の個数、のうち少なくともいずれか一つに関する第１報知条件を満たしたときに前記報知動作を実行する。

この発明によれば、受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合、その下回った時間（継続時間、或いは、断続時間の累計時間）及び下回った回数（連続回数、或いは、断続的な回数の累計回数）、下回った状態で加工を施した加工物の個数のうち少なくともいずれか一つに関する第１報知条件を満たしたときに報知動作を行う。

第３の発明は、第２の発明であって、前記加工手段は、前記受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合に、前記第１報知条件を満たしたかどうかにかかわらず、前記加工物に対して識別マークを付与する。

この発明によれば、受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合に、そのときの加工物に識別マークを付与するから、その識別マークをもとに不良な加工物かどうかを選別できる。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明であって、前記受光手段の受光レベルが前記第１基準値よりも低い第２基準値を下回った場合、前記第１報知条件よりも緩やかな第２報知条件を満たしたときに、前記報知動作を実行する第２報知手段を備える。

この発明によれば、受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合よりも、第２基準値（＜第１基準値）を下回った場合の方が、報知動作を行うための報知条件が緩やかである。換言すれば、受光レベルが第１基準値を下回った場合よりも、受光レベルが第２基準値を下回った場合の方が報知動作が実行され易い。従って、レーザ光源の出力強度に応じたタイミングで報知動作を行うことができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれか一つの発明であって、前記報知動作は、前記レーザ光源の駆動を禁止するための信号を出力することである。

この発明によれば、レーザ光源の出力強度に応じた適切な異常検出ができる。或いは、レーザ光源の出力強度に応じたタイミングでレーザ光源の駆動を禁止することができる。

第６の発明は、第１から第５のいずれか一つの発明であって、前記第１報知条件は、前記受光レベルが前記第１基準値を下回った継続時間が基準時間に達したことを含む条件である。

第１報知条件を、受光レベルが第１基準値を下回った時間に基づく条件とすると、例えば、受光レベルが第１基準値を下回った状態が続いた継続時間が、基準時間に達したことを条件とする場合、受光レベルが第１基準値を下回った時間（継続時間だけでなく断続的な時間も含む）の累積時間が基準時間に達することを条件とする場合などが考えられる。この発明では後者を採用した。

第７の発明は、第１から第６のいずれか一つの発明であって、前記第１報知条件は、前記受光レベルが前記第１基準値を下回った状態で連続して加工を施した加工物の個数が基準個数に達したことを含む条件である。

第１報知条件を、受光レベルが第１基準値を下回った状態で加工を施した加工物の個数に基づく条件とすると、例えば、受光レベルが第１基準値を下回った状態で連続して加工を施した加工物の個数が基準個数に達したことを条件とする場合、受光レベルが第１基準値を下回った状態で加工を施した加工物の個数（連続的な加工に限らない）の累計個数が基準個数に達したことを条件とする場合などが考えられる。この発明は後者を採用した。

第８の発明は、第１から第７のいずれか一つの発明であって、前記レーザ光源からのレーザ光を分割する分割手段を備え、前記加工手段は、前記分割手段で分割された一方のレーザ光を前記加工物に照射して加工を施す構成であり、前記受光手段は、前記分割手段で分割された他方のレーザ光を受光する構成とされている。

この発明によれば、実際に加工物に加工している際に、そのときのレーザ光源の出力強度を監視して報知動作の出力の有無を判断できる。

第９の発明は、第１から第８のいずれか一つの発明であって、モニタ用受光手段の受光レベルに基づき前記レーザ光源の出力強度を制御する制御手段を備え、
前記モニタ用受光手段は、前記受光手段を兼ねる。

もともとレーザ光源の出力強度の制御のために備えられているモニタ用受光手段を利用して、報知動作の実行の有無を判断する構成であるため、別々の受光手段を設けるものに比べて部品点数を低減できる。

第１０の発明は、第１から第９のいずれか一つのレーザ加工装置と、処理装置とを備える加工システムであって、前記レーザ加工装置は、複数の加工物に順次加工を施す構成とされ、前記受光手段の受光レベルが前記第１基準値を下回った場合に異常信号を前記処理装置に出力する出力手段を備え、前記処理装置は、前記レーザ加工装置から前記異常信号を受けた場合には、前記加工物に対して識別マークを付与する付与手段を備える。

本発明によれば、受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った状態で加工が施された加工物には、識別マークが付与されるから、その識別マークをもとに不良な加工物かどうかを選別できる。

レーザ光源の出力強度に応じた適切な異常検出を行うことができる。

本発明の一実施形態１を図１から図３によって説明する。
１．本実施形態の構成
図１に示すように、搬送ベルト１０（搬送機構の一例）は、複数の電子部品Ｗ（例えばＩＣチップ部品等。加工物の一例。）を間隔を開けて順次搬送する。本実施形態の加工システム１は上記搬送ベルト１０に隣接配置される。この加工システム１は、光電スイッチ１１、レーザマーキング装置５０（レーザ加工装置の一例）及び処理装置６０を備えて構成されている。光電スイッチ１１はレーザマーキング装置５０よりも搬送方向（同図で右から左に向かう方向）の上流側に設けられ、処理装置６０はレーザマーキング装置５０よりも搬送方向の下流側に設けられている。レーザマーキング装置５０は、上記複数の電子部品Ｗに例えば製造番号等のロット番号を順次マーキングする。

（光電スイッチ）
具体的には、光電スイッチ１１は、搬送ベルト１０を挟んで対向配置される投光部１２と受光部１３とを備える、透過型光電スイッチである。投光部１２と受光部１３との間の検出領域内に電子部品Ｗが有る場合と無い場合とで受光部１３での受光量レベルが変化する。光電スイッチ１１は、この受光量レベルの変化に基づき上記検出領域内の電子部品Ｗの有無を判定し、電子部品Ｗ有りと判定したときにはトリガ信号Ｓ１を出力してレーザマーキング装置５０に与えるようになっている。

（レーザマーキング装置）
レーザマーキング装置５０は、上記光電スイッチ１１の下流側において搬送ベルト１０の上方に配置され、電子部品Ｗの先頭部分が光電スイッチ１１の検出領域に進出することで当該光電スイッチ１１から出力される上記トリガ信号Ｓ１を受けるようになっている。そして、レーザマーキング装置５０は、上記搬送ベルト１０上に所定のマーキングエリア５２が設定されている。レーザマーキング装置５０は、トリガ信号Ｓ１を受けてから所定時間経過したときに、そのマーキングエリア５２内に移動してきた上記電子部品Ｗに対してレーザ光Ｌ１を照射してマーキングを行う。

より具体的には、レーザマーキング装置５０は、例えば、レーザ光源５３から放たれたレーザ光Ｌ１の照射点Ｍを、例えばガルバノスキャナ５１によって、上記マーキングエリア５２内で移動させることができる。そして、レーザマーキング装置５０は、電子部品Ｗがマーキングエリア５２に進出してから通過し終わるまでの間に、その電子部品Ｗ上で照射点Ｍを移動させて上記ロット番号等のマーキング処理を行う。

上記ガルバノスキャナ５１（加工手段の一例）は、一対のガルバノミラー５４，５４を備えており、一方のガルバノミラー５４は、駆動手段５５によって縦方向に角度を変移させることができ、他方のガルバノミラー５４は、駆動手段５５によって横方向に角度を変移させることができる。これにより、レーザ光が両ガルバノミラー５４，５４によって２方向に向きを変えられ、そのレーザ光の照射点Ｍが、電子部品Ｗ上を二次元的に移動する。

ガルバノスキャナ５１には、コントローラ部５６が連ねられ、このコントローラ部５６は、上記光電スイッチ１１からのトリガ信号Ｓ１を受け、このトリガ信号Ｓ１を受けたことに同期したタイミングで上記レーザ光源５３を駆動制御するとともに、上記ロット番号に関するマーキングパターンに基づく駆動信号を各駆動手段５５を与えて各ガルバノミラー５４を回動させる。

また、レーザ光源５３からのレーザ光Ｌの光路上には、ビームスプリッタ５７（分割手段の一例）が設けられており、このビームスプリッタ５７によって分割された一部のレーザ光Ｌ１がガルバノミラー５４を介して電子部品Ｗへのマーキングに使用される。また、分割された残りのレーザ光Ｌ２は、モニタ用受光部５８（モニタ用受光手段、受光手段の一例）にて受光される。このモニタ用受光部５８での受光レベルは、受光信号Ｓ２として随時コントローラ部５６に与えられる。コントローラ部５６では、モニタ用受光部５８での受光レベルが所定レベルになるようにレーザ光源５３の出力制御（ＡＰＣ制御）を実行する。このとき、コントローラ部５６は制御手段として機能する。

また、コントローラ部５６は、上記モニタ用受光部５８での受光レベルを利用してレーザ光源５３の異常判定を行っている。具体的には、本実施形態では、図２に示すように、第１基準値ＴＨ１と第２基準値ＴＨ２（＜ＴＨ１）とがある。第１基準値ＴＨ１は、レーザ光源５３の出力強度が正規のレベルよりもやや低くなり、電子部品Ｗにマーキングかすれが生じ得るレベルである。一方、第２基準値ＴＨ２は、上記第１基準値ＴＨ１よりも低く、レーザ光源５３が劣化等によって明らかにその出力強度が低下し、このままマーキングを継続すべきでないレベルである。なお、第１基準値ＴＨ１及び第２基準値ＴＨ２は、コントローラ部５６への例えばユーザによる操作によって任意のレベルに変更できるようにすることが好ましい。

２．異常判定処理
コントローラ部５６は、マーキング開始指令を受けると、図３に示す異常判定処理を実行する。まず、Ｓ１で所定のタイミングごとにモニタ用受光部５８の受光レベルＲを読み込む。そして、Ｓ２でその受光レベルＲが第２基準値ＴＨ２よりも低いかどうかを判断する（このときの条件が第２報知条件の一例）。低い場合には（Ｓ２：Ｙ）、このままマーキングを継続すべきでないレベルまでレーザ光源の出力強度が低下していることを意味する。そこで、コントローラ部５６は、Ｓ３で第１異常信号Ｓ２をレーザ光源５３に与えてその駆動を停止させる。また、第１異常信号Ｓ２は搬送ベルト１０にも与えられ、これにより搬送ベルト１０は停止し、加工システム１全体が停止する。このとき、コントローラ部５６は、第２報知手段として機能する。

一方、受光レベルＲが第２基準値ＴＨ２以上である場合には（Ｓ２：Ｎ）、Ｓ４で受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１より低いかどうかを判断する。受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１以上である場合には（Ｓ４：Ｎ）、レーザ光源５３の出力強度は正常であり、そのままＳ１に戻る。従って、レーザマーキング装置５０は、電子部品Ｗへのマーキングをそのまま続行する。これに対して、受光レベルＲが第２基準値ＴＨ２以上で且つ、第１基準値ＴＨ１よりも低い場合には（Ｓ４：Ｙ）、Ｓ５で第１報知条件を満たしているかどうかを判断する。ここで第１報知条件としては、次の条件がある。なお、この第１報知条件は、Ｓ２における第２報知条件よりも第１異常信号Ｓ２を出力するための条件が厳しい。

条件Ａ：受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１より低くなっている状態が続いた継続時間が基準時間に達したこと。
条件Ｂ：受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１より低くなっている時間を累計し、その累計時間が基準時間に達したこと。例えば受光レベルＲが一時的に第１基準値ＴＨ１よりも高いレベルになっても、上記累計時間が基準時間に達すれば、この条件Ｂを満たすことになる。受光レベルＲが一時的に第１基準値ＴＨ１よりも高くなったときに累計時間をクリアしない点が、上記条件Ａと異なる。
条件Ｃ：受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１より低くなっている状態で連続してマーキングを施した電子部品Ｗの個数が基準個数に達したこと。コントローラ部５６は、電子部品Ｗの個数を、上記光電スイッチ１１からトリガ信号Ｓ１を受けた回数によって把握できる。
条件Ｄ：受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１より低くなっている状態でマーキングを施した電子部品Ｗの累計個数が基準個数（２個以上）に達したこと。受光レベルＲが一時的に第１基準値ＴＨ１よりも高くなったときに累計個数をクリアしない点が、上記条件Ｃと異なる。

これらの条件Ａ〜Ｄのいずれか、或いは、これらのうちの複数を含む条件を満たした場合には（Ｓ５：Ｙ）、レーザ光源５３の出力強度の低下は一時的ではなく、ある程度継続的に発生していることになり、やはり、このままマーキングを継続すべきでない。そこで、Ｓ３に進み、上記第１異常信号Ｓ２を出力する。このとき、コントローラ部５６は、第１報知手段として機能する。

上記第１報知条件を満たしていない場合には（Ｓ５：Ｎ）、加工システム１を停止させるほどではないが、マーキングかすれが生じた不良の電子部品Ｗが形成され得る。そこで、Ｓ６で第２異常信号Ｓ３（異常信号の一例）を出力して処理装置６０に与える。このとき、コントローラ部５６は、出力手段として機能する。

この処理装置６０は、基本的には上記レーザマーキング装置５０と同じ構成を有し、上記第２異常信号Ｓ３を受けると、レーザマーキング装置５０側から搬送されてきた電子部品Ｗに識別マークＮ（例えば”×”マーク）をマーキングする。従って、作業者は電子部品Ｗ上の識別マークＮを見れば、この電子部品Ｗは、受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１より低くなっている状態でマーキングを施したものであり、不良品である可能性が高いと判断できる。なお、例えば処理装置６０の下流側に設けた撮像手段によって電子部品Ｗを撮像し、その撮像画像から識別マークＮを有無を判断して、電子部品Ｗの良品・不良品を自動選別するようにしてもよい。

３．本実施形態の効果
第１報知条件が例えば上記条件Ａである場合、図２に示すように、受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１を下回った継続時間Ｔ１が基準時間Ｔ２に達しなければ加工システム１は停止しない。つまり、レーザ光源５３の出力強度がノイズなどによって一時的に第１基準値を下回る場合には、加工システム１を停止せずにマーキングを継続し、電子部品Ｗの生産効率を低下させないようにする。これに対して、受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１を下回った継続時間Ｔ１が基準時間Ｔ２を超えるか、或いは、受光レベルＲが第２基準値ＴＨ２を下回ったときに、このままマーキングを継続しても不良品を生産するだけになり、却って生産効率が低下することになるため、加工システム１を停止させる。

また、ビームプリッタ５７の代わりに、反射ミラー等を回動可能に設けて、レーザ光源５３からのレーザ光Ｌを、マーキング時にはガルバノスキャナ５１側に導き、異常判定処理（図３）時にはモニタ用受光部５３側に導く構成であってもよい。しかし、ビームプリッタ５７を利用してレーザ光源５３からのレーザ光Ｌの一部をモニタ用受光部５８に受光させる構成であれば、電子部品Ｗへのマーキング中に異常判定処理を行うことができる。

また、異常判定処理に利用するモニタ用受光部５８は、レーザマーキング装置５３においてＡＰＣのために既に設けられたものであり、部品点数の低減を図ることができる。

＜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）レーザ加工装置としては、レーザマーキング装置以外にドットマーキング装置などであってもよい。

（２）上記実施形態において、第２基準値による異常判定（図３のＳ２）を行わない構成であってもよい。

（３）上記実施形態では、識別マークＮを処理装置６０がマーキングする構成であったが、上記第１報知条件を満たさなくても、受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１を下回った時点で、レーザマーキング装置５３（ガルバノスキャナ５１）自身が、電子部品Ｗに識別マークをマーキングする構成であってもよい。また、この識別マークＮは、不良品と良品との識別が可能であれば、”×”マーク以外に例えば”△”、”／”などであってもよい。また、ユーザがコントローラ部５６の操作部にて、この識別マークを任意のマーク（大きさ・位置を含む）に設定できるようにしてもよい。
（４）第１報知条件として、所定時間内において、受光レベルＲが第１基準値ＴＨ１より低くなった回数が基準回数（＞２）に達したことなどであってもよい。

本発明の一実施形態に係る加工システムの全体構成図 第１基準値及び第２基準値と受光レベル変化を示したグラフ 異常判定処理を示すフローチャート

符号の説明

１…加工システム
１０…搬送ベルト（搬送機構）
５０…レーザマーキング装置（レーザ加工装置）
５１…ガルバノスキャナ（加工手段）
５３…レーザ光源
５６…コントローラ部（第１報知手段、第２報知手段、制御手段、出力手段）
５７…ビームスプリッタ（分割手段）
５８…モニタ用受光部（モニタ用受光手段、受光手段）
６０…処理装置
Ｓ３…第２異常信号（異常信号）
Ｎ…識別マーク
ＴＨ１…第１基準値
ＴＨ２…第２基準値
Ｗ…電子部品（加工物）

Claims (10)

1. レーザ光を出力するレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を加工物に照射して加工を施す加工手段と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を受光する受光手段と、
   前記受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合に、所定の報知動作を実行する第１報知手段と、を備えるレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
   前記第１報知手段は、前記受光レベルが前記第１基準値を下回った時間、下回った回数、及び、下回った状態で加工を施した加工物の個数、のうち少なくともいずれか一つに関する第１報知条件を満たしたときに前記報知動作を実行する。
3. 請求項２に記載のレーザ加工装置であって、
   前記加工手段は、前記受光手段の受光レベルが第１基準値を下回った場合に、前記第１報知条件を満たしたかどうかにかかわらず、前記加工物に対して識別マークを付与する。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置であって、
   前記受光手段の受光レベルが前記第１基準値よりも低い第２基準値を下回った場合、前記第１報知条件よりも緩やかな第２報知条件を満たしたときに、前記報知動作を実行する第２報知手段を備える。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置であって、
   前記報知動作は、前記レーザ光源の駆動を禁止するための信号を出力することである。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置であって、
   前記第１報知条件は、前記受光レベルが前記第１基準値を下回った継続時間が基準時間に達したことを含む条件である。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置であって、
   前記第１報知条件は、前記受光レベルが前記第１基準値を下回った状態で連続して加工を施した加工物の個数が基準個数に達したことを含む条件である。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光源からのレーザ光を分割する分割手段を備え、
   前記加工手段は、前記分割手段で分割された一方のレーザ光を前記加工物に照射して加工を施す構成であり、
   前記受光手段は、前記分割手段で分割された他方のレーザ光を受光する構成とされている。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザ加工装置であって、
   モニタ用受光手段の受光レベルに基づき前記レーザ光源の出力強度を制御する制御手段を備え、
   前記モニタ用受光手段は、前記受光手段を兼ねる。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザ加工装置と、処理装置とを備える加工システムであって、
    前記レーザ加工装置は、複数の加工物に順次加工を施す構成とされ、
    前記受光手段の受光レベルが前記第１基準値を下回った場合に異常信号を前記処理装置に出力する出力手段を備え、
    前記処理装置は、前記レーザ加工装置から前記異常信号を受けた場合には、前記加工物に対して識別マークを付与する付与手段を備える加工システム。

Images