JP2010075976A - Laser beam machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザをfθレンズにより集光してテーブル上に載置されたワークを加工するレーザ加工機に関する。 The present invention relates to a laser processing machine for processing a workpiece placed on a table by condensing a laser output from a laser oscillator by an fθ lens.
極薄板を切断するレーザ加工機として、ワークを高滑性の上部被加工部物押さえ部材と高滑性の下部固定定盤との間に挟み込んだ状態で、ワークを加工する技術がある(特許文献1参照)。 As a laser processing machine that cuts an ultra-thin plate, there is a technology for processing a workpiece while the workpiece is sandwiched between a highly slippery upper workpiece holding member and a highly slippery lower fixed surface plate (patent) Reference 1).
また、レーザで加工するプリント基板は、板厚が1mm未満のものが多く、剛性が小さい。そこで、加工テーブルの表面に内部の空間に連通する穴を多数形成しておき、前記空間を負圧源に接続して、吸着によりワークをテーブル表面に固定していた。いずれの場合も、ワークをほぼ平坦にテーブルに支持することができた。 Moreover, many printed circuit boards processed by laser have a thickness of less than 1 mm and have low rigidity. Therefore, a large number of holes communicating with the internal space are formed on the surface of the processing table, the space is connected to a negative pressure source, and the work is fixed to the table surface by suction. In either case, the workpiece could be supported on the table almost flatly.
近年、板厚が薄いプリント基板だけでなく、板厚が厚い(例えば、2mm以上)多層のプリント基板のレーザ加工の需要が増大している。多層のプリント基板は、絶縁物を介して複数の両面プリント基板を積層して製作されるが、製造過程で反りが発生する場合がある。 In recent years, there is an increasing demand for laser processing of not only a printed board having a thin plate thickness but also a multilayer printed board having a large plate thickness (for example, 2 mm or more). A multilayer printed circuit board is manufactured by laminating a plurality of double-sided printed circuit boards through an insulator, but warpage may occur in the manufacturing process.
上記特許文献1の技術の場合、ワークを上部被加工部物押さえ部材と高滑性の下部固定定盤との間に挟み込んではいるが、両者の間をワークが移動する構造であり、ワークに反りがある場合は、加工することができなかった。 In the case of the technique of Patent Document 1, the work is sandwiched between the upper work piece holding member and the highly-slidable lower fixed surface plate, but the work moves between them. If there was a warp, it could not be processed.
また、ワークの剛性が大きい場合、基板を真空吸着し、基板の4隅をクランプするだけでは、基板の内側(レーザ加工する部分)の反りが取りきれなかった。そして、レーザ加工を施す際に基板の反りがfθレンズの焦点深度(例えば、CO2レーザでは、焦点深度が±30〜100μm、UVレーザでは焦点深度が±100〜200μm)以上の場合、精度のよい加工ができなかった。 In addition, when the workpiece has high rigidity, the inside of the substrate (laser-processed portion) cannot be completely warped simply by vacuum-sucking the substrate and clamping the four corners of the substrate. And, when the laser processing is performed, if the warpage of the substrate is greater than or equal to the focal depth of the fθ lens (for example, the focal depth is ± 30 to 100 μm for the CO 2 laser and the focal depth is ± 100 to 200 μm for the UV laser) Could not process well.
本発明の目的は、上記課題を解決し、反りのあるワークであっても、精度良く加工することができるレーザ加工機を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a laser processing machine that can accurately process even a warped workpiece.
本発明は(例えば、図1、図2及び図4参照)、レーザ発振器(5)から出力されたレーザ(6)をfθレンズ(10)により集光してテーブル(3)上に載置されたワーク(30)を加工するレーザ加工機において、
断面の大きさが前記fθレンズ(10)で定まる加工領域(57)よりも大きい中空部(56)が形成された加圧部(55)を有する加圧装置(50)を備え、
前記ワーク(30)の加工に先立ち、前記加圧装置(50)により前記ワーク(30)を前記テーブル(3)に付勢する、
ことを特徴とするレーザ加工機(100)にある。
In the present invention (see, for example, FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4), the laser (6) output from the laser oscillator (5) is collected by the fθ lens (10) and placed on the table (3). In a laser processing machine for processing a workpiece (30),
A pressurizing device (50) having a pressurizing portion (55) in which a hollow portion (56) having a cross-sectional size larger than a processing region (57) determined by the fθ lens (10) is formed;
Prior to processing the work (30), the work (30) is urged to the table (3) by the pressure device (50).
There exists in the laser processing machine (100) characterized by this.
また、上記レーザ加工機(100)において、前記fθレンズ(10)の後ろ側焦点と前記加圧装置(50)の前記ワーク(30)と当接する先端部(55a)との距離を測定する測定部(60)を備え、
前記ワーク(30)の加工に先立ち、前記測定部(60)により前記後ろ側焦点と前記先端部(55a)との距離を測定し、
測定により得られた前記距離が予め定める値と異なる場合は、前記fθレンズ(10)を主軸方向に移動させることにより前記距離を予め定める値に一致させる、
ことを特徴とするものである。
In the laser processing machine (100), a measurement is performed to measure the distance between the rear focal point of the fθ lens (10) and the tip (55a) of the pressure device (50) that contacts the work (30). Part (60),
Prior to processing the workpiece (30), the distance between the rear focal point and the tip (55a) is measured by the measurement unit (60),
When the distance obtained by measurement is different from a predetermined value, the distance is matched with a predetermined value by moving the fθ lens (10) in the main axis direction.
It is characterized by this.
また、上記レーザ加工機において、前記加圧装置(50)は、前記加圧部(55)の加圧力を変化させる調整部(53)を有し、
前記加圧力を前記ワーク(30)の剛性に応じて選択する、
ことを特徴とするものである。
Further, in the laser processing machine, the pressurizing device (50) includes an adjusting unit (53) that changes a pressing force of the pressurizing unit (55),
The pressing force is selected according to the rigidity of the workpiece (30).
It is characterized by this.
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。 In addition, although the code | symbol in the said parenthesis is for contrast with drawing, this is for convenience for making an understanding of invention easy, and has no influence on the structure of a claim. It is not a thing.
本発明によれば、反りのあるワークであっても、精度良くワークをレーザで加工することができる。 According to the present invention, even a warped workpiece can be processed with a laser with high accuracy.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態におけるレーザ加工機100の正面図である。また、図2は、図1におけるA−A矢視図である。
FIG. 1 is a front view of a
レーザ加工機100は、ベッド1と、XYテーブル2と、加工テーブル3と、を備えている。XYテーブル2は、ベッド1上を水平なX、Y方向に移動自在である。XYテーブル2上には、表面に内部の不図示の中空部に接続する不図示の複数の孔が形成され、不図示の中空部を真空源に接続することにより真空吸着機能を持たせた加工テーブル3が固定されている。また、加工テーブル3の周囲には、ワーク30を加工テーブル3に固定する不図示のクランプが配置されている。このワーク30は、例えばプリント基板であり、製造過程で反りが発生する場合がある。門形のコラム4はベッド1に固定されている。
The
また、レーザ加工機100は、レーザ発振器5、ミラー7,8、加工ヘッド11及びレーザ照射部20を備えている。レーザ発振器5はコラム4に載置され、レーザ発振器5の光路上にはミラー7,8及びレーザ照射部20が配置されている。レーザ照射部20は、不図示の1対のミラーを回転自在に位置決めするスキャナ部9と、fθレンズ10とからなる。fθレンズ10の直径をDとするとき、加工領域(走査エリア)は直径Dの円に内接する正方形、すなわち、1辺の長さがD/√2角以下の大きさであり、通常50mmまたは30mm角である。
The
スキャナ部9は、構成が同じである2個のスキャナ9x、9yからなり、スキャナ9xにおける不図示のモータの出力軸の軸線とスキャナ9yにおけるモータの出力軸の軸線は、直交方向(いわゆるねじれの方向)に配置されている。そして、スキャナ9xはワーク30上の加工領域(走査エリア)においてレーザ6をX軸方向に走査し、スキャナ9yはレーザ6をY軸方向に走査する。レーザ照射部20は加工ヘッド11に支持されている。加工ヘッド11は図示を省略する手段により、コラム4上を図の上下方向(Z方向)に位置決め自在である。ミラー8は加工ヘッド11上のスキャナ9xと対向する位置に配置されている。
The scanner unit 9 includes two
更に、レーザ加工機100は、加圧装置50及び各部を制御する制御装置70を備えている。この加圧装置50は、一対のシリンダ51、圧縮空気源52、調整部としての圧力調整器(減圧弁)53、切換弁54及び加圧部としての加圧プレート55を有している。
Further, the
一対のシリンダ51は、加工ヘッド11を挟むようにして、コラム4に固定されている。シリンダ51は、圧力調整器53及び切換弁54を介して圧縮空気源52に接続されている。加圧プレート55は、シリンダ51に保持され、図1中矢印Z方向に移動自在である。加圧プレート55のワーク30と対向する先端部55aは、図2に示すように、断面形状が角パイプの断面形状と同様であり、中空部56の軸線はfθレンズ10の主軸と同軸である。なお、中空部56は先端部55aだけでなく、加圧プレート55全体を図1中矢印Z方向に貫通するように形成されている。
The pair of
加圧プレート55の中空部56は、断面の大きさがfθレンズ10で定まる加工領域57よりも大きく形成されている。具体的には、中空部56の辺の長さはfθレンズ10の直径で定まる加工領域(図2中2点鎖線で示す領域)57の1辺の長さよりも長く、加工領域57を包含する長さである。この中空部56が形成された加圧プレート55により、ワーク30の加工領域57の周囲が加工テーブル3に付勢されることとなり、効果的に加工領域57の反りを解消することができる。
The
圧力調整器53は、圧縮空気源52よりシリンダ51に供給される空気の圧力を調整し、加圧プレート55の加圧力を変化させることが可能である。切換弁54は、ソレノイドを有し、圧力調整器53とシリンダ51が連通する弁開状態と、圧力調整器53側を閉じ、シリンダ51側を開放する弁閉状態とに切り換え可能であり、制御装置70によりソレノイドに通電することで弁閉状態に切り換えられ、制御装置70によりソレノイドへの通電を停止することで弁開状態に切り換えられる。
The
したがって、切換弁54を弁開状態とすることにより、圧力調整器53で圧力が調整された空気がシリンダ51に供給され、加圧装置50の加圧プレート55によりワーク30を加工テーブル3に付勢することができる。そして、切換弁54を弁閉状態とすることにより、シリンダ51への空気の供給が遮断され、シリンダ51側が開放されるので、加圧プレート55をワーク30から離間する方向に移動させることができ、ワーク30を矢印XY方向に移動させることができる。
Therefore, when the
また、レーザ加工機100は、fθレンズ10の後ろ側焦点と加圧装置50のワーク30と当接する先端部55aとの距離を測定する測定部60を備えている。この測定部60は、ドッグ61及びスケール62からなる。
In addition, the
加圧プレート55側面の加工ヘッド11に対向する側には、ドッグ61が配置されている。加工ヘッド11のドッグ61と対向する位置にはスケール62が配置されている。スケール62はドッグ61の位置、すなわち、加圧プレート55の先端部55a(下端)の加工ヘッド11に対する相対的な位置を読み取る。通常、fθレンズ10の後ろ側焦点面をワーク30の表面に一致させるので、ここでは、加圧プレート55の先端部55aの矢印Z方向の位置がfθレンズ10の後ろ側焦点面(後ろ側焦点においてfθレンズ10の主軸に垂直な面)に一致するときに、両者の相対距離Lが0(予め定める値)であるように設定されている。
A
なお、予め定める値が0である場合が最適であるが、0に限定するものではなく、予め定める値をfθレンズ10の焦点深度の範囲内で設定することが可能である。
Although the case where the predetermined value is 0 is optimal, the value is not limited to 0, and the predetermined value can be set within the range of the focal depth of the
次に、本実施の形態のレーザ加工機100の動作を説明する。なお、加工ヘッド11と加圧プレート55は待機位置にある。加工ヘッド11が待機位置にあるときfθレンズ10の後ろ側焦点面は加工テーブル3から予め定められた距離Hだけ上方にある。また、加圧プレート55が待機位置にあるとき、加圧プレート55の先端部55aは加工テーブル3から予め定められた距離hだけ上方にある。
Next, the operation of the
図3は、本発明の実施の形態におけるレーザ加工機100の動作を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
予め、加工テーブル3に載置されたワーク30は、ユーザにより不図示のクランプにより加工テーブル3上に固定される。なお、このようにワーク30を固定するのは、ワーク30が加工テーブル3上で図1中矢印XY方向に移動することを防止するためであり、1カ所ないし2カ所が固定される。
The
また、予め圧力調整器53を、加圧プレート55がワーク30を加圧する際に加圧力Pとなるように設定しておく。なお、加圧力Pが過剰であると、ワーク30の表面に傷をつけるおそれがあるので、ワーク30の剛性、具体的にはワーク30の材質や反りの程度によって、予め必要な加圧力Pを選択して設定しておく。これにより、ワーク30に適した加圧力Pでワーク30を付勢することができる。
In addition, the
不図示の加工開始ボタンがオンされると、制御装置70は、XYテーブル2を移動させ、最初に加工する加工領域57の中心をfθレンズ10の主軸上に位置決めする(手順S10)。次に、制御装置70は、加圧プレート55を下降させる(手順S20)。具体的に説明すると、制御装置70は、切換弁54を弁開状態に制御し、圧力調整器53で圧力調整された空気をシリンダ51に供給する。これにより、ワーク30のレーザ加工に先立ち、加圧装置50によりワーク30が加工テーブル3に付勢される。そして、ワーク30のレーザで加工する加工領域57が加圧装置50の加圧プレート55により加工テーブル3に押圧されてほぼ平坦となる。例えば、図4(a)に示すように、ワーク30が凸状に変形していた場合、あるいは同図(b)に示すように、ワーク30が凹状に変形していた場合のいずれも、ワーク30の加圧プレート55で加圧された部分はほぼ平坦になる。
When a processing start button (not shown) is turned on, the
次に、制御装置70は、予め定める時間が経過したら、加工ヘッド11を矢印Z方向に下降させ(手順S30)、測定部60により得られた相対距離Lが予め定める値である0となったか否かを判断する(手順S40)。測定により得られた相対距離Lが0と異なる場合(手順S40:No)は、fθレンズ10を支持している加工ヘッド11を矢印Z方向に下降(主軸方向に移動)させることにより相対距離Lを0に一致させる。
Next, when a predetermined time elapses, the
相対距離Lが0になったら(手順S40:Yes)、レーザ加工を開始する(手順S50)。 When the relative distance L becomes 0 (procedure S40: Yes), laser processing is started (procedure S50).
なお、手順S50の内容は従来と同じであるので、詳細な説明を省略するが、レーザ6は、加圧プレート55の中空部56を通じてワーク30の加工領域57に照射される。このとき、ワーク30の加工領域57は加圧プレート55で加工テーブル3に押し付けられているので、ワーク30を加圧プレート55で加工テーブル3に押し付けている間はワーク30の加工領域57の反りを解消することができる。したがって、精度良くワーク30をレーザ加工することができる。
Since the content of step S50 is the same as the conventional one, detailed description is omitted, but the laser 6 is irradiated to the
そして、相対距離Lが0であるので、fθレンズ10の後ろ側焦点面とワーク30の表面とが一致しており、より精度良くワーク30をレーザ加工することができる。
Since the relative distance L is 0, the rear focal plane of the
次に、制御装置70は、当該加工領域内の加工が終了したら(手順S60)、次の加工領域があるかどうかを確認し(手順S70)、次の加工領域がある場合(手順S70:Yes)は、加圧プレート55を待機位置に移動(上昇)させてから(手順S80)、手順S10の処理に移行する。当該ワーク30の加工が終了した場合(手順S70:No)は、加圧プレート55を待機位置に移動させて(手順S90)、加工を終了する。
Next, when the machining in the machining area is completed (procedure S60), the
なお、ワーク30の表面に傷がつくことを予防するため、加圧プレート55先端のワーク30と当接する面にワーク30に傷を付けない材質(例えば、硬質の合成樹脂)を配置してもよい。
In order to prevent the surface of the
また、ワーク30の剛性が小さい場合は、従来の場合と同様に吸着によりワーク30を加工テーブル3に固定すればよい。
When the rigidity of the
3 テーブル(加工テーブル)
5 レーザ発振器
10 fθレンズ
30 ワーク
50 加圧装置
53 調整部(圧力調整器)
55 加圧部(加圧プレート)
55a 先端部
56 中空部
57 加工領域
60 測定部
100 レーザ加工機
3 Table (processing table)
5
55 Pressure part (Pressure plate)
Claims (3)
断面の大きさが前記fθレンズで定まる加工領域よりも大きい中空部が形成された加圧部を有する加圧装置を備え、
前記ワークの加工に先立ち、前記加圧装置により前記ワークを前記テーブルに付勢する、
ことを特徴とするレーザ加工機。 In a laser processing machine for processing a workpiece placed on a table by condensing a laser output from a laser oscillator by an fθ lens,
A pressure device having a pressure part in which a hollow part having a cross-sectional size larger than a processing region determined by the fθ lens is formed;
Prior to processing the workpiece, the workpiece is biased to the table by the pressurizing device.
A laser processing machine characterized by that.
前記ワークの加工に先立ち、前記測定部により前記後ろ側焦点と前記先端部との距離を測定し、
測定により得られた前記距離が予め定める値と異なる場合は、前記fθレンズを主軸方向に移動させることにより前記距離を予め定める値に一致させる、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工機。 A measurement unit that measures the distance between the back focal point of the fθ lens and the tip of the pressure device that contacts the workpiece;
Prior to processing the workpiece, measure the distance between the rear focal point and the tip by the measurement unit,
When the distance obtained by the measurement is different from a predetermined value, the distance is matched with the predetermined value by moving the fθ lens in the principal axis direction.
The laser beam machine according to claim 1.
前記加圧力を前記ワークの剛性に応じて選択する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ加工機。 The pressurizing device has an adjustment unit that changes the applied pressure of the pressurizing unit,
Selecting the applied pressure according to the rigidity of the workpiece;
The laser processing machine according to claim 1 or 2, wherein
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