JP2015186818A - Laser processing device and laser processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工対象物の表面に画定された複数の被加工点に順番にパルスレーザビームを入射させてレーザ加工を行うレーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for performing laser processing by sequentially applying a pulse laser beam to a plurality of processing points defined on the surface of a processing object.
パルスレーザビームを用いてプリント基板に穴あけ加工を行う技術が、下記の特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された方法では、許容値より小さなパルスエネルギを持つレーザパルスがプリント基板に入射した場合、その箇所に追加のレーザパルスを入射することにより、パルスエネルギの不足分が補償される。
A technique for drilling a printed circuit board using a pulsed laser beam is disclosed in
下記の特許文献2に開示された方法では、レーザパルスの立ち上がり部分のエネルギを検出する。検出結果が許容範囲内であれば、そのレーザパルスの後続部分を加工対象物に入射させ、加工を行う。検出結果が許容範囲から外れている場合には、そのレーザパルスは加工対象物に入射させない。これにより、エネルギ不足やエネルギ過多の不良レーザパルスが加工対象物に入射することを防止できる。
In the method disclosed in
レーザパルスのパルスエネルギの許容範囲や、レーザパルスの立ち上がり部分のエネルギの許容範囲を適切に決定するためには、異なるパルスエネルギで種々の評価実験を行わなければならない。レーザ光源が正常に動作している時のパルスエネルギのばらつきに基づいて、パルスエネルギの許容範囲を決定することも可能である。この方法だと、許容範囲を容易に決定することができる。 In order to appropriately determine the allowable range of the pulse energy of the laser pulse and the allowable range of the energy of the rising portion of the laser pulse, various evaluation experiments must be performed with different pulse energies. It is also possible to determine the allowable range of pulse energy based on the variation of pulse energy when the laser light source is operating normally. With this method, the allowable range can be easily determined.
パルスエネルギは、パルスの繰り返し周波数(以下、単に「周波数」という。)に依存する。このため、レーザ加工時の周波数がばらつくと、パルスエネルギのばらつきが大きくなる。パルスエネルギのばらつきが大きくなると、レーザ光源が正常動作していても、パルスエネルギが当初決定された許容範囲から外れてしまう場合がある。当初決定された許容範囲を基準として、レーザパルスの良、不良を判定すると、正常動作中に出力されたレーザパルスが不良と判定されてしまう場合がある。 The pulse energy depends on the pulse repetition frequency (hereinafter simply referred to as “frequency”). For this reason, if the frequency at the time of laser processing varies, the variation in pulse energy increases. When the variation of the pulse energy increases, the pulse energy may deviate from the initially determined allowable range even if the laser light source is operating normally. If it is determined whether the laser pulse is good or defective based on the initially determined allowable range, the laser pulse output during normal operation may be determined to be defective.
本発明の目的は、周波数が変動しても、レーザパルスの良、不良を適切に判定することが可能なレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of appropriately determining whether a laser pulse is good or bad even if the frequency fluctuates.
本発明の一観点によると、
パルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームを、前記加工対象物に入射させるとともに、前記加工対象物の表面における入射位置を移動させるビーム走査器と、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームの各レーザパルスのパルスエネルギに依存する物理量を測定する光検出器と、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームの経路を、前記加工対象物に入射する第1の経路と、前記加工対象物に入射しない第2の経路との間で切り替える経路切替器と、
前記加工対象物の表面の複数の被加工点の位置、及び加工順序を記憶しており、前記被加工点の位置、前記加工順序、及び前記光検出器の検出結果に基づいて、前記ビーム走査器及び前記経路切替器を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記加工順序に基づいて前記被加工点の位置に前記パルスレーザビームが入射するように前記ビーム走査器を制御しながら、前記光検出器でレーザパルスの各々のパルスエネルギに依存する前記物理量を測定し、前記物理量の分布に基づいて、前記物理量の許容範囲を決定する加工前準備手順を実行し、
前記加工前準備手順の後、前記加工対象物の加工中に、前記光検出器で測定された前記物理量が、前記許容範囲に収まっているレーザパルスの少なくとも一部を、前記第1の経路に沿って伝搬させ、前記許容範囲から外れているレーザパルスは、前記第2の経路に沿って伝搬させるレーザ加工装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A stage for holding the workpiece,
A beam scanner that causes the pulse laser beam output from the laser light source to enter the object to be processed and moves an incident position on the surface of the object to be processed;
A photodetector for measuring a physical quantity depending on pulse energy of each laser pulse of the pulse laser beam output from the laser light source;
A path switcher that switches a path of the pulse laser beam output from the laser light source between a first path incident on the workpiece and a second path not incident on the workpiece;
The positions of a plurality of processing points on the surface of the processing object and the processing order are stored, and the beam scanning is performed based on the positions of the processing points, the processing order, and the detection results of the photodetector. And a control device for controlling the path switch,
The controller is
The physical quantity depending on the pulse energy of each laser pulse is measured by the photodetector while controlling the beam scanner so that the pulse laser beam is incident on the position of the processing point based on the processing order. And performing a pre-processing preparation procedure for determining an allowable range of the physical quantity based on the distribution of the physical quantity,
After the pre-processing preparatory procedure, during processing of the workpiece, at least a part of the laser pulse whose physical quantity measured by the photodetector is within the allowable range is transferred to the first path. A laser processing apparatus is provided that propagates along the second path for laser pulses that are propagated along and out of the allowable range.
本発明の他の観点によると、
パルスレーザビームが、決められた被加工点の位置に、決められた加工順序で入射するように、ビーム走査器を制御しながら、各レーザパルスの、パルスエネルギに依存する物理量を測定する工程と、
測定された前記物理量の分布に基づいて、前記物理量の許容範囲を決定する工程と、
加工対象物上の前記被加工点の位置に、前記加工順序でパルスレーザビームを入射させて、レーザ加工を行う工程と
を有し、
前記レーザ加工を行う工程において、前記パルスレーザビームの各レーザパルスの前記物理量を測定し、測定結果が前記許容範囲に収まっている場合は、当該レーザパルスの少なくとも一部を前記加工対象物に入射させ、測定結果が前記許容範囲から外れている場合は、当該レーザパルスを前記加工対象物に入射させないレーザ加工方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Measuring the physical quantity of each laser pulse depending on the pulse energy while controlling the beam scanner so that the pulsed laser beam is incident on the position of the determined processing point in the determined processing order; ,
Determining an allowable range of the physical quantity based on the distribution of the measured physical quantity;
A step of performing laser processing by causing a pulse laser beam to enter the position of the processing point on the processing target in the processing order, and
In the laser processing step, the physical quantity of each laser pulse of the pulse laser beam is measured, and when the measurement result is within the allowable range, at least a part of the laser pulse is incident on the processing object. When the measurement result is out of the allowable range, a laser processing method is provided in which the laser pulse is not incident on the object to be processed.
実際にビーム走査器を制御しながらパルスレーザビームを出力して、パルスエネルギに依存する物理量を測定するため、加工時のパルスレーザビームの周波数のばらつきによるパルスエネルギのばらつきが、許容範囲の決定に反映される。このため、レーザパルスの良、不良を適切に判定することが可能になる。 Since the pulse laser beam is actually output while controlling the beam scanner and the physical quantity depending on the pulse energy is measured, the variation in the pulse energy due to the variation in the frequency of the pulse laser beam during processing determines the allowable range. Reflected. Therefore, it is possible to appropriately determine whether the laser pulse is good or bad.
図1に、実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。実施例によるレーザ加工装置は、例えばプリント基板に穴あけ加工するレーザドリルである。レーザ光源10が、制御装置50からトリガ信号trgを受信することにより、パルスレーザビームを出力する。レーザ光源10には、例えば炭酸ガスレーザが用いられる。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser processing apparatus according to the embodiment is, for example, a laser drill for drilling a printed board. When the
レーザ光源10から出力されたパルスレーザビームが照射光学系11に入射する。照射光学系11は、パルスレーザビームの広がり角及びビーム径の少なくとも一方を変化させる。照射光学系11を透過したパルスレーザビームがアパーチャ13に入射する。照射光学系11は、アパーチャ13の位置におけるビームプロファイルを均一化する機能も有する。アパーチャ13は、ビーム断面を整形する。
The pulse laser beam output from the
アパーチャ13を透過したパルスレーザビームが経路切替器15に入射する。経路切替器15は、制御装置50から制御信号conを受信することにより、パルスレーザビームの経路を、加工経路16とダンパ経路17との間で切り替える。経路切替器15には、例えば音響光学素子(AOD)が用いられる。入力されたレーザパルスLp1が直進する経路が、ダンパ経路17に相当し、レーザパルスが回折された経路が、加工経路16に相当する。
The pulsed laser beam that has passed through the
加工経路16に沿って伝搬するレーザパルスLp2は、折り返しミラー18により偏向されて、ビーム走査器20に入射する。ビーム走査器20は、制御装置50によって制御されて、パルスレーザビームの進行方向を二次元方向に振る。ビーム走査器20には、例えば一対のガルバノスキャナが用いられる。
The laser pulse Lp2 propagating along the
ビーム走査器20を通過したパルスレーザビームが、対物レンズ21を透過して加工対象物40に入射する。対物レンズ21には、例えばfθレンズが用いられる。加工対象物40は、例えば穴あけ加工すべきプリント基板である。加工対象物40は、ステージ23に保持されている。ステージ23は、移動機構24により、加工対象物40の表面に平行な二次元方向に移動する。移動機構24は、制御装置50によって制御される。
The pulsed laser beam that has passed through the
対物レンズ21により、アパーチャ13の開口部が、加工対象物40の表面に縮小投影される。ビーム走査器20によってパルスレーザビームの進行方向を振ることにより、加工対象物40の表面において、パルスレーザビームの入射位置を移動させることができる。
By the
ダンパ経路17に沿って伝搬するレーザパルスLp3は、部分反射ミラー30に入射する。部分反射ミラー30を透過したレーザパルスがビームダンパ31に入射する。部分反射ミラー30で反射したレーザパルスが、光検出器32に入射する。光検出器32には、例えば、レーザ光源10から出力されるパルスレーザビームの波長域に感度を持つエネルギメータが用いられる。光検出器32による検出信号detが、制御装置50に入力される。
The laser pulse Lp3 propagating along the
制御装置50は、記憶装置51を含む。記憶装置51には、加工対象物40の複数の被加工点の位置情報、加工順序、及び制御に必要な種々の情報が記憶されている。
The
図2に、トリガ信号trg、経路切替器15に入射するレーザパルスLp1、加工経路16を伝搬するレーザパルスLp2、ダンパ経路17を伝搬するレーザパルスLp3、経路切替器15を制御する制御信号con、及び光検出器32から制御装置50に送信される検出信号detのタイミングチャート及び波形の一例を示す。
In FIG. 2, a trigger signal trg, a laser pulse Lp1 incident on the path switch 15, a laser pulse Lp2 propagating through the
時刻t1において、トリガ信号trgが立ち上がると、やや遅れて時刻t2にレーザパルスLp1が立ち上がる。この時点では、経路切替器15の出力経路は、ダンパ経路17に切り替えられている。このため、ダンパ経路17を伝搬するレーザパルスLp3が立ち上がる。
When the trigger signal trg rises at time t1, the laser pulse Lp1 rises at time t2 with a slight delay. At this time, the output path of the path switch 15 is switched to the
光検出器32がレーザパルスLp3を検出し、検出信号detを制御装置50に送信する。検出信号detの大きさは、レーザパルスLp3のパワーにほぼ比例する。制御装置50は、立ち上がり時刻t2から一定の時間が経過した時刻t3まで、検出信号detを積分する。積分結果は記憶装置51に記憶される。
The
時刻t4において、制御装置50が経路切替器15に、加工経路16に切り替える制御信号conを送信する。経路切替器15の出力経路がダンパ経路17から加工経路16に切り替えられることにより、レーザパルスLp3が立ち下がり、レーザパルスLp2が立ち上がる。レーザパルスLp3が立ち下がることにより、光検出器32の検出信号detも0になる。
At time t <b> 4, the
時刻t5において、制御装置50が経路切替器15に、ダンパ経路17に切り替える制御信号conを送信する。経路切替器15の出力経路が加工経路16からダンパ経路17に切り替えられることにより、レーザパルスLp3が立ち上がり、レーザパルスLp2が立ち下がる。レーザパルスLp3が立ち上がることにより、光検出器32の検出信号detも立ち上がる。
At time t <b> 5, the
時刻t6において、トリガ信号trgが立ち下がる。これにより、レーザパルスLp1及びレーザパルスLp3が立ち下がる。レーザパルスLp3が立ち下がることにより、光検出器32の検出信号detも立ち下がる。
At time t6, the trigger signal trg falls. As a result, the laser pulse Lp1 and the laser pulse Lp3 fall. As the laser pulse Lp3 falls, the detection signal det of the
光検出器32の検出信号detを、時刻t2からt3まで積分した値(図2においてハッチングを付した部分の面積)は、レーザパルスLp1の立ち上がり部分のエネルギに相当する。レーザパルスLp1から加工用として切り出されたレーザパルスLp2のパルス幅が一定であれば、レーザパルスLp2のパルスエネルギと、レーザパルスLp1の立ち上がり部分のエネルギとは、相関関係を有している。このため、レーザパルスLp1の立ち上がり部分のエネルギにより、レーザパルスLp2のパルスエネルギの正常性を判定することができる。レーザパルスLp1の立ち上がり部分のエネルギを、「判定エネルギ」ということとする。判定エネルギは、パルスエネルギに依存する物理量である。
The value obtained by integrating the detection signal det of the
時刻t2から時刻t3までの時間は、レーザパルスLp1の平均的な立上り時間に基づいて決定される。時刻t2から時刻t3までの時間として、レーザパルスLp1のパワーが定常状態に達するまでの平均時間を採用してもよいし、レーザパルスLp2のパワーが、定常状態のパワーの90%に達するまでの平均時間を採用してもよい。 The time from time t2 to time t3 is determined based on the average rise time of the laser pulse Lp1. As the time from time t2 to time t3, an average time until the power of the laser pulse Lp1 reaches the steady state may be adopted, or until the power of the laser pulse Lp2 reaches 90% of the power in the steady state. Average time may be employed.
パルスエネルギに依存する物理量として、立ち上がり部分のエネルギに代えて、レーザパルスLp1の立ち上がり部分のパワーを採用してもよい。立ち上がり部分のうち、時間軸上で1点のみのパワーを、パルスエネルギに依存する物理量として採用すると、パワーから推測されるパルスエネルギの信頼性が低くなる。立ち上がり部分のうち、時間軸上で複数箇所のパワーを、パルスエネルギに依存する物理量として採用することにより、パワ
ーから推測されるパルスエネルギの信頼性を高めることができる。
As a physical quantity that depends on the pulse energy, the power of the rising portion of the laser pulse Lp1 may be employed instead of the energy of the rising portion. If the power of only one point on the time axis in the rising portion is adopted as a physical quantity depending on the pulse energy, the reliability of the pulse energy estimated from the power is lowered. By adopting the power at a plurality of locations on the time axis in the rising portion as a physical quantity depending on the pulse energy, the reliability of the pulse energy estimated from the power can be improved.
図3Aに、レーザ光源10からレーザパルスLp1が一定周波数で出力されている場合のタイミングチャートを示す。
FIG. 3A shows a timing chart when the laser pulse Lp1 is output from the
図3Bに、レーザパルスLp1が一定周波数で出力されている場合の、判定エネルギのヒストグラムを示す。横軸は判定エネルギを表し、縦軸は度数を表す。レーザ光源10が正常に動作している場合には、判定エネルギの分布は、ほぼ正規分布に従う。判定エネルギの平均値をm、標準偏差をσで表すと、ほとんどのレーザパルスLp1の判定エネルギは、m±3σの範囲(以下、正常範囲D0という。)に収まる。
FIG. 3B shows a histogram of determination energy when the laser pulse Lp1 is output at a constant frequency. The horizontal axis represents determination energy, and the vertical axis represents frequency. When the
図4Aに、加工対象物40の概略平面図を示す。加工対象物40の表面に複数の被加工点41が画定されている。被加工点41にレーザパルスLp2(図1)を入射させることにより、穴あけ加工が行われる。被加工点41の加工順序は予め決められている。図4Aにおいて、加工順序の一例を矢印で示している。図4Aに示したように、加工された被加工点41から、次に加工すべき被加工点41までの距離は、一定ではなく、ばらついている。パルスレーザビームの入射位置の移動距離が長くなると、ビーム走査器20の整定時間も長くなる。このため、加工対象物40の加工中には、パルスレーザビームの周波数は一定ではなく、パルスレーザビームの入射位置の移動距離に応じて変動する。
FIG. 4A shows a schematic plan view of the
図4Bに、レーザ光源10から出力されるパルスレーザビームの、加工期間中におけるタイミングチャートの一例を示す。図4Bに示すように、パルスレーザビームの周波数がばらついている。
FIG. 4B shows an example of a timing chart of the pulse laser beam output from the
図4Cに、パルスレーザビームの周波数がばらついたときの判定エネルギのヒストグラムを示す。比較のために、パルスレーザビームの周波数が一定であるときの判定エネルギのヒストグラムを破線で示す。一般に、レーザ光源10から出力されるパルスレーザビームのパルスエネルギは、周波数に依存する。例えば、炭酸ガスレーザにおいては、周波数が高くなると、パルスエネルギが低下する傾向を持つ。
FIG. 4C shows a histogram of determination energy when the frequency of the pulse laser beam varies. For comparison, a histogram of determination energy when the frequency of the pulse laser beam is constant is indicated by a broken line. In general, the pulse energy of the pulse laser beam output from the
周波数がばらついたときの判定エネルギのばらつきには、周波数が一定のときの判定エネルギのばらつきに、周波数がばらつくことに起因する判定エネルギのばらつきが重畳される。このため、周波数がばらつくと、判定エネルギのばらつきが大きくなる。周波数が一定でない場合には、レーザ光源10が正常に動作している場合であっても、判定エネルギが正常範囲D0から外れてしまう場合が生じる。
The variation in determination energy due to the variation in frequency is superimposed on the variation in determination energy when the frequency is constant in the variation in determination energy when the frequency varies. For this reason, when the frequency varies, the variation in determination energy increases. If the frequency is not constant, the determination energy may deviate from the normal range D0 even when the
判定エネルギが正常範囲D0に含まれるレーザパルスのみをレーザ加工に用いる制御を行う場合、レーザ光源10が正常に動作しているにもかかわらず、正常範囲D0から外れた判定エネルギを持つレーザパルスが加工に利用されないことになる。このため、レーザエネルギの利用効率が低下してしまう。以下に説明する実施例では、レーザ光源10が正常に動作している条件下での判定エネルギのばらつきに起因するレーザエネルギの利用効率の低下を抑制することができる。
When control is performed using only a laser pulse whose determination energy is included in the normal range D0 for laser processing, a laser pulse having determination energy deviating from the normal range D0 despite the
図5に、実施例によるレーザ加工方法のフローチャートを示す。ステップS1において、加工対象物40の被加工点41(図4A)の位置、及び加工順序に基づいて、レーザ光源10及びビーム走査器20を制御することにより、レーザ光源10からパルスレーザビームを出力する。このとき、経路切替器15は、出力経路がダンパ経路17に切り替えられた状態に維持しておく。このため、ステージ23には、パルスレーザビームが入射しない。ただし、ビーム走査器20を制御しているため、パルスレーザビームの周波数には、ビーム走査器20の整定時間のばらつきが反映される。
FIG. 5 shows a flowchart of a laser processing method according to the embodiment. In step S1, a pulsed laser beam is output from the
図6Aに、ステップS1でレーザ光源10から出力されるレーザパルスLp1のタイミングチャートを示す。ステップS1におけるパルスレーザビームの周波数は、図4Bに示した加工期間中のパルスレーザビームの周波数と同様に、ばらついている。ビーム走査器20が、実際の被加工点41の位置、及び加工順序に基づいて制御されているため、ステップS1におけるパルスレーザビームの周波数のばらつきの程度は、加工時のパルスレーザビームの周波数のばらつきの程度の同一である。
FIG. 6A shows a timing chart of the laser pulse Lp1 output from the
光検出器32の測定結果が制御装置50に入力される。制御装置50は、各レーザパルスLp1の判定エネルギを求め、求められた判定エネルギを記憶装置51に格納する。
The measurement result of the
ステップS2において、判定エネルギの分布に基づいて、判定エネルギの許容範囲R1を決定する。 In step S2, an allowable range R1 of determination energy is determined based on the distribution of determination energy.
図6Bを参照して、判定エネルギの許容範囲R1の決定方法について説明する。図6Bに、判定エネルギのヒストグラムを示す。比較のために、パルスレーザビームの周波数が一定のときの判定エネルギの分布を破線で示す。ステップS1で求められた判定エネルギの分布の平均値をm1で表し、標準偏差をσ1で表す。一例として、許容範囲R1の上限値をm1+3σ1とし、下限値をm1−3σ1とする。判定エネルギのばらつきの広がりに応じて、周波数一定のときの正常範囲R0よりも、周波数がばらついているときの許容範囲R1の方が広くなっている。 With reference to FIG. 6B, a method for determining the allowable range R1 of the determination energy will be described. FIG. 6B shows a histogram of determination energy. For comparison, the distribution of determination energy when the frequency of the pulse laser beam is constant is indicated by a broken line. The average value of the distribution of determination energy obtained in step S1 is represented by m1, and the standard deviation is represented by σ1. As an example, the upper limit value of the allowable range R1 is m1 + 3σ1, and the lower limit value is m1-3σ1. The allowable range R1 when the frequency varies is wider than the normal range R0 when the frequency is constant, according to the spread of the variation in determination energy.
ステップS3(図5)において、加工対象物40をステージ23(図1)に載せる。ステップS4において、ビーム走査器20を動作させて、パルスレーザビームのビーム走査器20が整定されるまで待機する。ビーム走査器20が整定されると、ステップS5においてレーザ光源10から1つのレーザパルスLp1を出力する。レーザパルスLp1の出力開始時点では、経路切替器15の出力経路がダンパ経路17に切り替えられている。このため、光検出器32による光強度の検出信号detが制御装置50に入力される。制御装置50は、光検出器32から入力された検出信号detに基づいて、判定エネルギを算出する。
In step S3 (FIG. 5), the
ステップS6において、判定エネルギが、許容範囲R1に収まっているか否かを判定する。判定エネルギが許容範囲R1から外れている場合には、レーザパルスLp1の立ち下がり後、ステップS5に戻って、次のレーザパルスLp1を出力する。判定エネルギが許容範囲R1に収まっている場合には、ステップS7において、経路切替器15を制御することにより、レーザパルスLp1からレーザパルスLp2(図2)を切り出し、加工経路16に沿って伝搬させる。レーザパルスLp2が加工対象物40に入射し、穴あけ加工が行われる。
In step S6, it is determined whether or not the determination energy is within the allowable range R1. If the determination energy is out of the allowable range R1, after the fall of the laser pulse Lp1, the process returns to step S5 to output the next laser pulse Lp1. If the determination energy is within the allowable range R1, the laser pulse Lp2 (FIG. 2) is cut out from the laser pulse Lp1 and propagated along the
ステップS8において、全ての被加工点41の加工が終了したか否かを判定する。未加工の被加工点41が残っている場合には、ステップS4に戻って、次の被加工点41の加工を行う。1つの被加工点41あたりに複数のレーザパルスを入射させて加工を行う場合には、サイクルモード加工、またはバーストモード加工が適用される。
In step S8, it is determined whether or not the processing of all the processing points 41 has been completed. When the
サイクルモード加工においては、1つの被加工点41に1つのレーザパルスを入射させるごとに、次の被加工点41に入射位置を移動させる。全ての被加工点41に対して1ショットのレーザパルスを入射させる手順を1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、所望のショット数のレーザパルスを、被加工点41に入射させることができる。サイクルモード加工を行う場合には、ステップS8において、所望の回数だけサイクルが繰り返されたとき、加工が終了したと判定される。
In cycle mode machining, each time one laser pulse is incident on one
バーストモード加工においては、1つの被加工点41に、所望のショット数のレーザパルスを連続入射させた後、次に加工すべき被加工点41の加工を行う。バーストモード加工を行う場合に、直前のレーザパルスと、次のレーザパルスとを同一の被加工点41に入射させるときには、ステップS4においてビーム走査器20を動作させる必要がない。
In burst mode machining, a laser beam having a desired number of shots is continuously incident on one
全ての被加工点41の加工が完了した場合には、ステップS9において、被加工点41の配置パターンが同一の未加工の加工対象物40が残っているか否かを判定する。未加工の加工対象物40が残っている場合には、ステップS3に戻り、次に加工すべき加工対象物40をステージ23に載せる。未加工の加工対象物40が残っていない場合には、加工手順を終了する。
When the processing of all the processing points 41 is completed, it is determined in step S9 whether or not an
直前に加工した加工対象物40の被加工点41の配置パターンと異なる配置パターンを有する加工対象物40を加工する場合には、ステップS1〜ステップS2の加工前準備手順を実行して、許容範囲R1を新たに決定する。
When processing the
上記実施例では、図6Bに示した正常範囲R0から外れた判定エネルギを持つレーザパルスLp1であっても、判定エネルギが許容範囲R1に収まっているレーザパルスは、加工用として利用される。このため、レーザエネルギの利用効率の低下を抑制することができる。また、レーザ光源10の動作が不安定になり、判定エネルギが許容範囲R1から外れた場合には、そのレーザパルスLp1は加工に利用されない。このため、パルスエネルギが不足または過剰なレーザパルスLp2の入射に起因する加工品質の低下を防止することができる。
In the above embodiment, even if the laser pulse Lp1 has the determination energy deviating from the normal range R0 shown in FIG. 6B, the laser pulse whose determination energy is within the allowable range R1 is used for processing. For this reason, the fall of the utilization efficiency of a laser energy can be suppressed. When the operation of the
上記実施例では、被加工点41の配置パターンが同一の複数の加工対象物40の加工を開始する前に、ステップS1〜ステップS2(図5)の加工前手順を実施して、許容範囲R1を決定した。決定された許容範囲R1と、被加工点41の配置パターンとを関連付けた対応関係を、記憶装置51に記憶しておいてもよい。
In the said Example, before starting the process of the some
図7に、この対応関係の一例を示す。被加工点41の配置パターンごとに、許容範囲R1の下限値及び上限値が記憶されている。次に加工すべき加工対象物40の被加工点41の配置パターンが、図7の対応表に記憶されている場合には、ステップS1〜ステップS2(図2)を省略することができる。ステップS6において、判定エネルギが、記憶装置51に記憶されている許容範囲R1に収まっているか否かを判定すればよい。
FIG. 7 shows an example of this correspondence. For each arrangement pattern of the points to be processed 41, a lower limit value and an upper limit value of the allowable range R1 are stored. When the arrangement pattern of the workpiece points 41 of the
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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 レーザ光源
11 照射光学系
13 アパーチャ
15 経路切替器
16 加工経路
17 ダンパ経路
18 折り返しミラー
20 ビーム走査器
21 対物レンズ
23 ステージ
24 移動機構
30 部分反射ミラー
31 ビームダンパ
32 光検出器
40 加工対象物
41 被加工点
50 制御装置
51 記憶装置
Lp1、Lp2、Lp3 レーザパルス
con 制御信号
det 検出信号
trg トリガ信号
R0 正常範囲
R1 許容範囲
DESCRIPTION OF
Claims (7)
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームを、前記加工対象物に入射させるとともに、前記加工対象物の表面における入射位置を移動させるビーム走査器と、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームの各レーザパルスのパルスエネルギに依存する物理量を測定する光検出器と、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームの経路を、前記加工対象物に入射する第1の経路と、前記加工対象物に入射しない第2の経路との間で切り替える経路切替器と、
前記加工対象物の表面の複数の被加工点の位置、及び加工順序を記憶しており、前記被加工点の位置、前記加工順序、及び前記光検出器の検出結果に基づいて、前記ビーム走査器及び前記経路切替器を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記加工順序に基づいて前記被加工点の位置に前記パルスレーザビームが入射するように前記ビーム走査器を制御しながら、前記光検出器でレーザパルスの各々のパルスエネルギに依存する前記物理量を測定し、前記物理量の分布に基づいて、前記物理量の許容範囲を決定する加工前準備手順を実行し、
前記加工前準備手順の後、前記加工対象物の加工中に、前記光検出器で測定された前記物理量が、前記許容範囲に収まっているレーザパルスの少なくとも一部を、前記第1の経路に沿って伝搬させ、前記許容範囲から外れているレーザパルスは、前記第2の経路に沿って伝搬させるレーザ加工装置。 A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A stage for holding the workpiece,
A beam scanner that causes the pulse laser beam output from the laser light source to enter the object to be processed and moves an incident position on the surface of the object to be processed;
A photodetector for measuring a physical quantity depending on pulse energy of each laser pulse of the pulse laser beam output from the laser light source;
A path switcher that switches a path of the pulse laser beam output from the laser light source between a first path incident on the workpiece and a second path not incident on the workpiece;
The positions of a plurality of processing points on the surface of the processing object and the processing order are stored, and the beam scanning is performed based on the positions of the processing points, the processing order, and the detection results of the photodetector. And a control device for controlling the path switch,
The controller is
The physical quantity depending on the pulse energy of each laser pulse is measured by the photodetector while controlling the beam scanner so that the pulse laser beam is incident on the position of the processing point based on the processing order. And performing a pre-processing preparation procedure for determining an allowable range of the physical quantity based on the distribution of the physical quantity,
After the pre-processing preparatory procedure, during processing of the workpiece, at least a part of the laser pulse whose physical quantity measured by the photodetector is within the allowable range is transferred to the first path. A laser processing apparatus that propagates along the second path, laser pulses that are propagated along and out of the allowable range.
測定された前記物理量の分布に基づいて、前記物理量の許容範囲を決定する工程と、
加工対象物上の前記被加工点の位置に、前記加工順序でパルスレーザビームを入射させて、レーザ加工を行う工程と
を有し、
前記レーザ加工を行う工程において、前記パルスレーザビームの各レーザパルスの前記物理量を測定し、測定結果が前記許容範囲に収まっている場合は、当該レーザパルスの少なくとも一部を前記加工対象物に入射させ、測定結果が前記許容範囲から外れている場合は、当該レーザパルスを前記加工対象物に入射させないレーザ加工方法。 Measuring the physical quantity of each laser pulse depending on the pulse energy while controlling the beam scanner so that the pulsed laser beam is incident on the position of the determined processing point in the determined processing order; ,
Determining an allowable range of the physical quantity based on the distribution of the measured physical quantity;
A step of performing laser processing by causing a pulse laser beam to enter the position of the processing point on the processing target in the processing order, and
In the laser processing step, the physical quantity of each laser pulse of the pulse laser beam is measured, and when the measurement result is within the allowable range, at least a part of the laser pulse is incident on the processing object. And a laser processing method in which the laser pulse is not incident on the object to be processed when the measurement result is out of the allowable range.
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