JP2017051987A

JP2017051987A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法

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Publication number: JP2017051987A
Application number: JP2015178709A
Authority: JP
Inventors: 裕亮武川; Yusuke Takegawa; 鈴木　賢司; Kenji Suzuki; 賢司鈴木
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】
本発明は、ガルバノスキャナの停止に同期してレーザ発振を行い被加工物に照射するレーザ加工方式とレーザ発振を一定周期で行いガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザを被加工物に照射するレーザ加工方式の両方を実行できるようにしたうえでいずれか一方の方式を選択できるようにして、加工品質の低下あるいは加工効率の低下を防止することを目的とする。
【解決手段】
ガルバノスキャナの停止に同期してレーザ発振器にレーザ発振を行わせレーザパルスを被加工物に照射する第一の加工モードと前記レーザ発振器に一定周期のレーザ発振を行わせ前記ガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザパルスを被加工物に照射する第二の加工モードの両方を実行するための加工制御部と、前記二つの加工モードのいずれか一方を選択するモード選択部とを備え、当該モード選択部で選択した加工モードで前記加工制御部が動作することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリント基板にレーザを使用して穴明けを行うためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

レーザ穴明け方式として、特許文献１（段落００１１〜００１５）に開示されているように、ガルバノスキャナの停止に同期してレーザ発振を行い被加工物に照射する方式と、レーザ発振を一定周期で行いガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザを被加工物に照射する方式がある。
前者の方式においては、穴間隔の変動に基づくレーザ発振周期の変動によってレーザ発振器のエネルギーが不安定となり、さらに熱レンズ作用のある光学素子を使用している場合の熱レンズ作用による変動も加わり、加工品質が低下する欠点がある。
一方、後者の方式は前者の方式の欠点を解決するものであるが、レーザ発振とガルバノスキャナの停止のタイミングが合った時にのみ穴明けするので、特に穴間隔、レーザパルス幅及びレーザ発振周期の関係によっては、加工効率が低下する欠点がある。
従来、いずれか一方の加工方式だけを採用したレーザ加工装置により加工しており、加工品質の低下あるいは加工効率の低下を生じていた。

特開2012-115883号公報

そこで本発明は、ガルバノスキャナの停止に同期してレーザ発振を行い被加工物に照射するレーザ加工方式とレーザ発振を一定周期で行いガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザを被加工物に照射するレーザ加工方式の両方を実行できるようにしたうえでいずれか一方の方式を選択するようにして、加工品質の低下あるいは加工効率の低下を防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載のレーザ加工装置においては、レーザパルスを発振させる一つのレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる一つの音響光学変調器と、当該音響光学変調器において前記加工方向に分岐されたレーザパルスを二次元方向に走査して被加工物上の加工データに従った複数の加工位置へ順次照射させる一つのガルバノスキャナとを有するレーザ加工装置において、前記ガルバノスキャナの停止に同期して前記レーザ発振器にレーザ発振を行わせレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第一の加工モードと前記レーザ発振器に一定周期のレーザ発振を行わせ前記ガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第二の加工モードの両方を実行するための加工制御部と、前記二つの加工モードのいずれか一方を選択するモード選択部とを備え、当該モード選択部で選択した加工モードで前記加工制御部が動作することを特徴とする。

また、請求項２に記載のレーザ加工装置においては、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記モード選択部は隣り合う前記加工位置の間隔を調べて前記加工モードのいずれか一方を選択することを特徴とする。

また、請求項３に記載のレーザ加工装置においては、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記モード選択部は前記レーザ発振器に発振させるレーザパルスのパルス幅を識別する情報を使用して前記加工モードのいずれか一方を選択することを特徴とする。

また、請求項４に記載のレーザ加工装置においては、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記モード選択部は前記被加工物の材質を識別する情報を使用して前記加工モードのいずれか一方を選択することを特徴とする。

また、請求項５に記載のレーザ加工方法においては、一つのレーザ発振器で発振させたレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる一つの音響光学変調器に入力し、当該音響光学変調器において加工方向に分岐させたレーザパルスを二次元方向に走査して被加工物上の加工データに従った複数の加工位置へ順次照射させる一つのガルバノスキャナに入力するレーザ加工方法において、前記ガルバノスキャナの停止に同期して前記レーザ発振器にレーザ発振を行わせレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第一の加工モードと前記レーザ発振器に一定周期のレーザ発振を行わせ前記ガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第二の加工モードの両方を実行できるようにしたうえでいずれか一方の加工モードを選択し、当該選択した加工モードで加工動作を行うことを特徴とする。

また、請求項６に記載のレーザ加工方法においては、請求項５に記載のレーザ加工方法において、いずれか一方の加工モードを選択する場合、隣り合う前記加工位置の間隔を調べて選択することを特徴とする。

また、請求項７に記載のレーザ加工方法においては、請求項５に記載のレーザ加工方法において、いずれか一方の加工モードを選択する場合、前記レーザ発振器に発振させるレーザパルスのパルス幅を識別する情報を使用して選択することを特徴とする。

また、請求項８に記載のレーザ加工方法においては、請求項５に記載のレーザ加工方法において、いずれか一方の加工モードを選択する場合、前記被加工物の材質を識別する情報を使用して選択することを特徴とする。

また、請求項９に記載のレーザ加工装置においては、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記加工制御部は、前記モード選択部が前記第１加工モードを選択している場合に、前記レーザ発振器に一定周期のレーザパルスを発生させるための第１のレーザ発振指令信号を、また前記第２加工モードを選択している場合に、前記レーザ発振器に前記ガルバノスキャナの停止に同期してレーザパルスを発生させるための第２のレーザ発振指令信号を、それぞれ前記レーザ発振器に与えるレーザ発振制御部と、前記モード選択部が前記第１加工モードを選択している場合に、前記第１レーザ発振指令信号が出力されている状態で前記ガルバノスキャナが停止していたら、所定の時間、前記音響光学変調器に入力されたレーザパルスを加工方向に分岐させるための第１の駆動信号を、また前記第２加工モードを選択している場合に、前記第２レーザ発振指令信号が出力されたら、所定の時間、前記音響光学変調器に入力されたレーザパルスを加工方向に分岐させるための第２の駆動信号を、それぞれ前記音響光学変調器に与える音響光学変調器制御部とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ガルバノスキャナの停止に同期してレーザ発振を行い被加工物に照射するレーザ加工方式とレーザ発振を一定周期で行いガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザを被加工物に照射するレーザ加工方式の両方を実行できるようにしたうえでいずれか一方の方式を選択するようにして、加工品質の低下あるいは加工効率の低下を防止することことができる。

本発明の一実施例となるレーザ穴明け装置のブロック図である。図１におけるモード選択部の機能を説明するための図である。図１におけるレーザ発振制御部の機能を説明するための論理図である。図１におけるＡＯＭ制御部の機能を説明するための論理図である。本発明の一実施例におけるガルバノ同期発振モードのタイミング図である。本発明の一実施例における一定周期発振モードのタイミング図である。

本発明の一実施例について説明する。図１は本発明の一実施例となるレーザ穴明け装置のブロック図である。図１において、１は図示しないテーブル上に載置された加工すべきプリント基板、２はレーザパルスＬ１を発振するレーザ発振器、３はレーザ発振器２から出力されたレーザパルスＬ１を加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器（以下ＡＯＭと略す）、４はＡＯＭ３において加工方向へ分岐されたレーザパルスＬ２を二次元方向に走査して順次プリント基板１の穴明け位置に照射するガルバノスキャナである。このガルバノスキャナ４は回転することによりレーザパルスＬ２を走査するようになっている。５はＡＯＭ３において非加工方向へ分岐されたレーザパルスＬ３を吸収するダンパである。

６０は装置全体の動作を制御する全体制御部で、モード選択部６１と加工動作を制御する加工制御部６２を含む。全体制御部６０は、例えばプログラム制御の処理装置によって実現される部分を含み、ここで説明するもの以外に種々の機能要素を有するが、ここでは省略してある。

本実施例のレーザ穴明け装置においては、二つの動作モードを有する。その一つは、ガルバノスキャナの停止に同期してレーザ発振を行い被加工物に照射する加工モード（（以下「ガルバノ同期発振モード」と呼ぶ）、もう一つはレーザ発振を一定周期で行いガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザを被加工物に照射する加工モード（以下「一定周期発振モード」と呼ぶ）である。

モード選択部６１は、加工動作を行う前に穴明け位置の情報を含む加工データに基づき、図２に示すように、穴明けの加工順番Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２・・・に従って前後の穴の間隔を調べる。そして、間隔の大きい方の最大許容値ＭＸあるいは間隔の小さい方の最小許容値ＭＹを超える穴間隔があれば、それはレーザ発振周期の変動によってレーザ発振器のエネルギーを不安定にする要因となるので、それを一つでも検出した場合には一定周期発振モードを選択するモード信号Ｍ１を出力する。最大許容値ＭＸ及び最小許容値ＭＹを超える穴間隔が検出されない場合には、レーザ発振周期の変動によってレーザ発振器のエネルギーを不安定にする要因はないものとして、ガルバノ同期発振モードを選択するモード信号Ｍ２を出力する。ここで、最大許容値ＭＸと最小許容値ＭＹは、それを超える穴間隔が存在したら加工品質を保証できない穴間隔の限界値であり、実験等により予め定めておく。
図２は、各穴位置毎にレーザパルスを１個ずつ照射しながら穴位置が移動するサイクル加工の場合で、Ｎ＋２番目とＮ＋３番目の穴間隔が最大許容値ＭＸを超えており、Ｎ＋４番目とＮ＋５番目の穴間隔が最小許容値ＭＹを超えていることを示している。

全体制御部６０は、モード選択部６１が選択したモードで装置全体が動作するよう、各部を制御する。レーザ発振器２とＡＯＭ３とガルバノスキャナ４は、二つの動作モードに共通に使用される。加工制御部６２は、レーザ発振器２でのレーザパルスＬ１の発振を指示するレーザ発振指令信号Ｓを出力するレーザ発振制御部７、ＡＯＭ３の分岐動作を制御するＡＯＭ駆動信号Ｄを出力する音響光学変調器制御部（以下ＡＯＭ制御部と略す）８、ガルバノスキャナ４の動作を指示するガルバノ動作制御信号Ｇを出力するガルバノ制御部９を含む。

レーザ発振指令信号Ｓは、個々のレーザパルスＬ１の発振をレーザ発振器２に指示するものであるが、レーザ発振器２を一定周期で発振させる場合には、レーザ発振指令信号Ｓは一定周期で出力される。この場合の周期は複数種類あり、レーザ発振制御部７の内部で、そのうちのいずれかを指定できるようになっている。
レーザ発振器２で発振するレーザパルスＬ１のパルス幅は、このレーザ発振指令信号Ｓのオン期間により定まるようになっており、このオン期間の長さは複数種類あり、レーザ発振制御部７の内部で、そのうちのいずれかを指定できるようになっている。
ＡＯＭ駆動信号Ｄは、それがオンの時間帯でのみＡＯＭ３に入力されたレーザパルスＬ１を加工方向に分岐させてレーザパルスＬ２とし、それ以外の時間帯では非加工方向のレーザパルスＬ３としてダンパ５の方向に分岐させる。
ガルバノ動作制御信号Ｇは、オフの時間帯でガルバノスキャナ４を静止させ、オンの時間帯でガルバノスキャナ４を回転させる。ガルバノスキャナ４が静止した状態で一つの穴が明けられ、ガルバノスキャナ４が回転することによってレーザパルスＬ２を次の穴位置に照射させるようになる。

図３はレーザ発振制御部７の機能を説明するための論理図である。図３において、２１は指定された周期の信号を発振する信号発振器で、一定周期発振モードを選択するモード信号Ｍ１が出力されている場合、信号発振器２１から信号が出力されると、ゲート２２を経由して所定時間のパルスを発生するワンショット発生部２５がトリガされ、その出力信号がレーザ発振指令信号Ｓとして出力される。
一方、ガルバノ同期発振モードを選択するモード信号Ｍ２が出力されている場合、オフ検出部２３でガルバノ制御部９からのガルバノ動作制御信号Ｇのオフ状態が検出されると、ゲート２４を経由してワンショット発生部２５がトリガされ、その出力信号がレーザ発振指令信号Ｓとして出力される。
なお、レーザ発振指令信号Ｓがオンになると所定時間後にレーザ発振器２からのレーザパルスＬ１が立上り、オフとなると減衰が始まるので、ワンショット発生部２５が発生するパルス幅がレーザ発振器２で発振するレーザパルスのパルス幅を決定することになる。２６はワンショット発生部２５が発生するパルス幅を決定するパルス幅決定部である。

図４はＡＯＭ制御部８の機能を説明するための論理図である。図４において、一定周期発振モードを選択するモード信号Ｍ１が出力されている場合、オン検出部３１でレーザ発振制御部７からのレーザ発振指令信号Ｓのオン状態が検出され、オフ検出部３２でガルバノ制御部９からのガルバノ動作制御信号Ｇのオフ状態が検出されると、ゲート３３及び時間ｔ１だけ信号を遅延させる信号遅延部３４を経由して所定時間のパルスを発生するワンショット発生部３５がトリガされ、その出力信号がＡＯＭ駆動信号Ｄとして出力される。
一方、ガルバノ同期発振モードを選択するモード信号Ｍ２が出力されている場合、オン検出部３６でレーザ発振制御部７からのレーザ発振指令信号Ｓのオン状態が検出されると、ゲート３７及び時間ｔ１だけ信号を遅延させる信号遅延部３８を経由してワンショット発生部３５がトリガされ、その出力信号がＡＯＭ駆動信号Ｄとして出力される。

図５は、本発明の一実施例における一定周期発振モードのタイミング図で、各穴位置毎にレーザパルスを１個ずつ照射しながら穴位置が移動するサイクル加工の場合を示すものである。
この一定周期発振モードにおいては、図１において、全体制御部６の制御の下で、指定された周期でレーザ発振指令信号Ｓが出力され、レーザ発振器２でのレーザパルスの発振が指令される。この状態で、ガルバノ動作制御信号Ｇがオフになってガルバノスキャナ４が静止していると、レーザ発振指令信号Ｓが出力されてから時間ｔ１の後に、所定時間、ＡＯＭ駆動信号Ｄがオンとなり、加工方向へ分岐したレーザパルスＬ２がガルバノスキャナ４を経由してプリント基板１に照射される。その後、ＡＯＭ駆動信号Ｄのオン時期から時間ｔ２の後にガルバノ動作制御信号Ｇがオンとなり、次の穴位置への照射のためにガルバノスキャナ４は回転し、以後、同様に繰り返される。

図６は、本発明の一実施例におけるガルバノ同期発振モードのタイミング図で、各穴位置毎にレーザパルスを１個ずつ照射しながら穴位置が移動するサイクル加工の場合を示すものである。
このガルバノ同期発振モードにおいては、図１において、全体制御部６の制御の下で、ガルバノ動作制御信号Ｇがオフになってガルバノスキャナ４が静止すると、レーザ発振指令信号Ｓが出力されてレーザ発振器２でのレーザパルスの発振が指令される。レーザ発振指令信号Ｓが出力されてから時間ｔ１の後に、所定時間、ＡＯＭ駆動信号Ｄがオンとなり、加工方向へ分岐したレーザパルスＬ２がガルバノスキャナ４を経由してプリント基板１に照射される。その後、ＡＯＭ駆動信号Ｄのオン時期から時間ｔ２の後にガルバノ動作制御信号Ｇがオンとなり、次の穴位置への照射のためにガルバノスキャナ４は回転し、以後、同様に繰り返される。

以上の実施例によれば、プリント基板に明けるべき穴間隔が加工品質低下の許容範囲にある場合には、ガルバノ同期発振モードで動作させるので、加工効率を下げることなく加工ができ、また穴間隔が加工品質低下の許容範囲にない場合には、一定周期発振モードで動作させるので、加工品質の低下を防止することができ、使い勝手の良いレーザ穴明け装置を実現できる。

なお、以上の実施例においては、最大許容値ＭＸと最小許容値ＭＹは、それを超える穴間隔が一つでも存在したら加工品質を保証できない穴間隔の限界値としたが、これに限らず、例えば許容値を、それを超える穴間隔が所定数連続したら加工品質を保証できない穴間隔の限界値としても良い。この場合、モード選択部６１は、許容値を超える穴間隔が所定数連続することを検出した場合に一定周期発振モードを選択するモード信号Ｍ１を出力するようにする。

また、以上の実施例において、最大許容値ＭＸあるいは最小許容値ＭＹはレーザパルスＬ１のパルス幅、加工すべきプリント基板１の材質により変わる。そこで、モード選択部６１は、レーザ発振器２が発振するレーザパルスＬ１のパルス幅及びあるいは加工すべきプリント基板１の材質を識別する情報も併用してモードを選択しても良い。この場合、レーザパルスＬ１のパルス幅の識別情報はレーザ発振制御部７の中のパルス幅決定部２６からの情報を利用すれば良い。また、プリント基板１の材質の識別情報は、外部から全体制御部６にプリント基板１の種類を表す識別情報を入力させ、モード選択部６１はその情報を利用するようにしても良い。

さらに、レーザパルスＬ１のパルス幅あるいは加工すべきプリント基板１の材質によっては、ガルバノ同期発振モードか一定周期発振モードのいずれかが適している場合もあり、モード選択部６１は穴間隔を調べることなしに、レーザパルスＬ１のパルス幅及びあるいは加工すべきプリント基板１の材質を識別する情報により、いずれかの加工モードを選択するようになっていても良い。

さらに、モード選択部６１はオペレータの如き外部から入力される選択信号に基づいて、強制的にいずれかの加工モードを選択するようになっていても良い。このようにすれば、必要に応じて加工品質あるいは加工効率を優先させることが自由にできるようになる。

また、以上の実施例においては、プリント基板に穴明けを行う場合の実施例を説明したが、これに限らず、被加工物の複数個所に順次加工を施すレーザ加工に提供できる。

１：プリント基板２：レーザ発振器３：ＡＯＭ４：ガルバノスキャナ
５：ダンパ７：レーザ発振制御部８：ＡＯＭ制御部９：ガルバノ制御部
２１：信号発振器２２、２４、３３、３７：ゲート２３、３２：オフ検出部
２５、３５：ワンショットパルス発生部２６：パルス幅決定部
３１、３６：オン検出部３４、３８：信号遅延部６０：全体制御部
６１：モード選択部６２：加工制御部
Ｌ１〜Ｌ３：レーザパルスＭ１、Ｍ２：モード選択信号Ｎ：パルス幅指令信号
Ｓ：レーザ発振指令信号Ｇ：ガルバノ動作制御信号Ｄ：ＡＯＭ駆動信号

Claims

レーザパルスを発振させる一つのレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる一つの音響光学変調器と、当該音響光学変調器において前記加工方向に分岐されたレーザパルスを二次元方向に走査して被加工物上の加工データに従った複数の加工位置へ順次照射させる一つのガルバノスキャナとを有するレーザ加工装置において、前記ガルバノスキャナの停止に同期して前記レーザ発振器にレーザ発振を行わせレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第一の加工モードと前記レーザ発振器に一定周期のレーザ発振を行わせ前記ガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第二の加工モードの両方を実行するための加工制御部と、前記二つの加工モードのいずれか一方を選択するモード選択部とを備え、当該モード選択部で選択した加工モードで前記加工制御部が動作することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記モード選択部は隣り合う前記加工位置の間隔を調べて前記加工モードのいずれか一方を選択することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記モード選択部は前記レーザ発振器に発振させるレーザパルスのパルス幅を識別する情報を使用して前記加工モードのいずれか一方を選択することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記モード選択部は前記被加工物の材質を識別する情報を使用して前記加工モードのいずれか一方を選択することを特徴とするレーザ加工装置。
一つのレーザ発振器で発振させたレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる一つの音響光学変調器に入力し、当該音響光学変調器において加工方向に分岐させたレーザパルスを二次元方向に走査して被加工物上の加工データに従った複数の加工位置へ順次照射させる一つのガルバノスキャナに入力するレーザ加工方法において、前記ガルバノスキャナの停止に同期して前記レーザ発振器にレーザ発振を行わせレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第一の加工モードと前記レーザ発振器に一定周期のレーザ発振を行わせ前記ガルバノスキャナの停止後に出力されたレーザパルスを前記音響光学変調器と前記ガルバノスキャナを介して前記被加工物に照射する第二の加工モードのうちからいずれか一方の加工モードを選択し、当該選択した加工モードで加工動作を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
請求項５に記載のレーザ加工方法において、いずれか一方の加工モードを選択する場合、隣り合う前記加工位置の間隔を調べて選択することを特徴とするレーザ加工方法。
請求項５に記載のレーザ加工方法において、いずれか一方の加工モードを選択する場合、前記レーザ発振器に発振させるレーザパルスのパルス幅を識別する情報を使用して選択することを特徴とするレーザ加工方法。
請求項５に記載のレーザ加工方法において、いずれか一方の加工モードを選択する場合、前記被加工物の材質を識別する情報を使用して選択することを特徴とするレーザ加工方法。
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記加工制御部は、前記モード選択部が前記第１加工モードを選択している場合に、前記レーザ発振器に一定周期のレーザパルスを発生させるための第１のレーザ発振指令信号を、また前記第２加工モードを選択している場合に、前記レーザ発振器に前記ガルバノスキャナの停止に同期してレーザパルスを発生させるための第２のレーザ発振指令信号を、それぞれ前記レーザ発振器に与えるレーザ発振制御部と、前記モード選択部が前記第１加工モードを選択している場合に、前記第１レーザ発振指令信号が出力されている状態で前記ガルバノスキャナが停止していたら、所定の時間、前記音響光学変調器に入力されたレーザパルスを加工方向に分岐させるための第１の駆動信号を、また前記第２加工モードを選択している場合に、前記第２レーザ発振指令信号が出力されたら、所定の時間、前記音響光学変調器に入力されたレーザパルスを加工方向に分岐させるための第２の駆動信号を、それぞれ前記音響光学変調器に与える音響光学変調器制御部とを含むことを特徴とするレーザ加工装置。