JP2017217682A - Laser beam machining device and laser beam machining method - Google Patents

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雅史 石黒
Masafumi Ishiguro
雅史 石黒
杉山 勤
Tsutomu Sugiyama
勤 杉山
学 西原
Manabu Nishihara
学 西原
佐伯 英史
Hidefumi Saeki
英史 佐伯
義典 佐々木
Yoshinori Sasaki
義典 佐々木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that machining position deviation on a work-piece occurs due to influence of a tilt angle of a laser beam transmitted by a condensing lens in order to perform machining while focusing the laser beam on the inner side than a surface of the work-piece upon LTH machining (penetration machining) with respect to glass penetration electrode work-piece or the like when performing perforation of the work-piece by means of a laser beam machining device.SOLUTION: A laser beam machining device includes: a laser oscillator which receives a laser pulse output instruction signal and emits a laser beam; a galvano device which receives an instruction position information, is operated and performs positioning of the laser beam to a machining position; a control device which controls at least the laser oscillator and the galvano device; and a defocus correction part which corrects the instruction position information in accordance with a defocus amount.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザを用いて基板に穴あけ加工などを施すレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。特に、当該装置に用いられるデフォーカス加工に起因する加工位置ずれの防止に関するものである。   The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method that perform drilling and the like on a substrate using a laser. In particular, the present invention relates to prevention of machining position deviation caused by defocus machining used in the apparatus.

近年、部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、被加工物の穴あけ加工もますます精密加工化し、それに対応するために、レーザを用いた穴あけ加工が増えてきている。   In recent years, with the miniaturization of parts, high integration, and the formation of composite modules, drilling of workpieces has become increasingly precise, and in order to respond to this, drilling using lasers has increased.

レーザ加工装置にて被加工物の穴あけ加工をおこなう場合、樹脂基板等に対するBVH加工(非貫通加工)では被加工物の表面にレーザ光の焦点を合わせて加工をおこなう。これにに対し、ガラス貫通電極被加工物等に対するLTH加工(貫通加工)の場合には、レーザ光の焦点を被加工物の表面より内側にレーザ光の焦点を合わせて加工をおこなう、デフォーカス加工がおこなわれている。この場合、集光レンズを透過したレーザ光が有する倒れ角の影響により、被加工物上における加工位置ずれが発生し、加工穴が貫通しないという課題がある。   When drilling a workpiece with a laser processing apparatus, in the BVH processing (non-penetrating processing) on a resin substrate or the like, the processing is performed by focusing the laser beam on the surface of the workpiece. On the other hand, in the case of LTH processing (penetration processing) for a glass through electrode workpiece, etc., defocusing is performed by focusing the laser beam on the inner side of the surface of the workpiece. Processing is performed. In this case, due to the influence of the tilt angle of the laser light transmitted through the condenser lens, there is a problem that the processing position shift on the workpiece occurs and the processing hole does not penetrate.

この課題に対して従来のレーザ加工装置は、プリント基板とf・θレンズとの間隔を変えることによりレーザビームの単位面積当たりのエネルギ強度を変えるようにして、品質に優れる穴を効率よく加工することができるレーザ加工方法が開示されている(例えば特許文献1参照)   In response to this problem, conventional laser processing apparatuses efficiently process holes with excellent quality by changing the energy intensity per unit area of the laser beam by changing the distance between the printed circuit board and the f · θ lens. The laser processing method which can be performed is disclosed (for example, refer patent document 1).

特開2005−159898号公報JP 2005-159898 A

しかしながら、実際のレーザ加工装置では、部品単体の個体差、部品相互の組み付け誤差等により、理論値どおりの結果が得られないという課題を有していた。   However, an actual laser processing apparatus has a problem that a result as the theoretical value cannot be obtained due to individual differences of individual parts, assembly errors between parts, and the like.

そこで、本発明のレーザ加工装置では、実際に被加工物上にデフォーカス加工をおこない、デフォーカス量に応じて発生する加工位置ずれを補正するための補正データをあらかじめ求めておき、その補正データに基づいて加工位置を補正することで、デフォーカス加工時の加工位置ずれの発生を防止することを目的とする。   Therefore, in the laser processing apparatus of the present invention, the defocus processing is actually performed on the workpiece, and correction data for correcting the processing position deviation generated according to the defocus amount is obtained in advance, and the correction data By correcting the machining position based on the above, it is an object to prevent the occurrence of machining position deviation during defocus machining.

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、レーザパルス出力指令信号を受けてレーザ光を出射するレーザ発振器と、指令位置情報を受けて動作し被加工物の加工位置に前記レーザ光の位置決めするガルバノ装置と、少なくとも前記レーザ発振器及び前記ガルバノ装置を制御する制御装置と、デフォーカス量に応じて前記指令位置情報を補正するデフォーカス補正部とを備えたものである。   In order to solve the above-described problems, a laser processing apparatus according to the present invention includes a laser oscillator that emits a laser beam in response to a laser pulse output command signal; A galvano device that positions light, a control device that controls at least the laser oscillator and the galvano device, and a defocus correction unit that corrects the command position information in accordance with a defocus amount.

また、本発明のレーザ加工方法は、デフォーカス量に応じて発生する加工位置ずれを補正するための補正データをあらかじめ備えておき、その補正データに基づいて所望のデフォーカス量に対するレーザ光の指令位置情報を補正して、補正後の位置にレーザ光を出射
して穴あけ加工する際に、被加工物のおもて面を穴あけ加工した後に、被加工物を反転し、被加工物のうら面の同じ位置に穴あけ加工をおこなうものである。
In addition, the laser processing method of the present invention is provided with correction data for correcting a processing position shift that occurs in accordance with the defocus amount, and a laser beam command for a desired defocus amount based on the correction data. When the position information is corrected and the laser beam is emitted to the corrected position for drilling, the workpiece surface is drilled, the workpiece is inverted, and the back of the workpiece Drilling is performed at the same position on the surface.

本発明のレーザ加工装置では、デフォーカス加工をおこなう場合に、加工位置ずれを防止することができる。また本発明のレーザ加工方法では被加工物上における加工位置ずれを防止し、加工穴を貫通させることができる。   With the laser processing apparatus of the present invention, it is possible to prevent a processing position shift when performing defocus processing. Further, in the laser processing method of the present invention, it is possible to prevent a processing position shift on the workpiece and to penetrate the processing hole.

本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の制御装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a control device of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置における加工位置補正の概念の説明図Explanatory drawing of the concept of the process position correction in the laser processing apparatus which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置における制御アルゴリズムのフローチャートFlowchart of control algorithm in laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置における補正係数の求め方の説明図Explanatory drawing of how to obtain | require the correction coefficient in the laser processing apparatus which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置を用いた加工例の説明図Explanatory drawing of the example of a process using the laser processing apparatus concerning embodiment of this invention 本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置を用いた他の加工例の説明図Explanatory drawing of the other example of a process using the laser processing apparatus concerning embodiment of this invention

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する場合がある。また、図面中に示されるX軸、Y軸およびZ軸はそれぞれ直交する方向を示す。ここで、Z軸は上下にあたる鉛直方向であり、各図の座標軸はそれぞれの視野の方向に対応するように描いている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted. Further, the X axis, the Y axis, and the Z axis shown in the drawings indicate directions orthogonal to each other. Here, the Z axis is the vertical direction corresponding to the top and bottom, and the coordinate axes in each figure are drawn so as to correspond to the directions of the respective fields of view.

<レーザ加工装置の構成>
図1は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。レーザ加工装置100は、レーザ発振器110と、ガルバノスキャナ112と、集光レンズ113と、加工テーブル116と、制御装置200を有している。レーザ発振器110は、制御装置200から出力されるレーザパルス出力指令信号120を受けてレーザ光111を出射する。
<Configuration of laser processing equipment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 100 includes a laser oscillator 110, a galvano scanner 112, a condenser lens 113, a processing table 116, and a control device 200. The laser oscillator 110 receives the laser pulse output command signal 120 output from the control device 200 and emits laser light 111.

レーザ発振器110の方式としては、YAGレーザや炭酸ガスレーザなど、加工に必要なエネルギーやレーザ波長等から適切なものを選べばよい。本実施の形態では、封じ切り型のRF励起炭酸ガスレーザを用いた一例を説明する。これは、基板にレーザ光で高速に穴あけ加工をする場合に必要となる短パルスで高いピーク出力を得られるからである。   As a system of the laser oscillator 110, an appropriate one such as a YAG laser or a carbon dioxide gas laser may be selected from energy necessary for processing, a laser wavelength, and the like. In this embodiment, an example using a sealed RF excited carbon dioxide laser will be described. This is because a high peak output can be obtained with a short pulse required when drilling a substrate at high speed with a laser beam.

レーザ発振器110から出射されたレーザ光111は、ガルバノスキャナ112に導かれる。ガルバノスキャナ112は、制御装置200からガルバノ動作指令信号121を受けて動作を開始し、被加工物115の所定の加工位置114にレーザ光111を導く。具体的には、X軸方向のガルバノミラー124は、X軸方向にレーザ光111をスキャンし、Y軸方向のガルバノミラー125は、Y軸方向にレーザ光111をスキャンする。各ガルバノミラー124,125は、それぞれに設けたモータで角度を振るようになっている。   Laser light 111 emitted from the laser oscillator 110 is guided to the galvano scanner 112. The galvano scanner 112 starts operation upon receiving a galvano operation command signal 121 from the control device 200, and guides the laser beam 111 to a predetermined processing position 114 of the workpiece 115. Specifically, the galvano mirror 124 in the X-axis direction scans the laser beam 111 in the X-axis direction, and the galvano mirror 125 in the Y-axis direction scans the laser beam 111 in the Y-axis direction. Each of the galvanometer mirrors 124 and 125 is adapted to swing an angle by a motor provided in each.

ガルバノコントローラ123は、加工プログラムによる加工位置のデータに従い、X軸方向のガルバノミラー124とY軸方向のガルバノミラー125の振れ角度を制御している。ガルバノスキャナ112で位置決めされたレーザ光111は、集光レンズ113(f
θレンズとも呼ぶ)で被加工物115に集光される。集光レンズ113は制御装置200から集光レンズ位置指令信号122を受けて、Z軸方向に動作する。
The galvano controller 123 controls the deflection angle of the galvanometer mirror 124 in the X-axis direction and the galvanometer mirror 125 in the Y-axis direction according to the processing position data by the processing program. The laser beam 111 positioned by the galvano scanner 112 is converted into a condenser lens 113 (f
(also referred to as a θ lens). The condenser lens 113 receives the condenser lens position command signal 122 from the control device 200 and operates in the Z-axis direction.

被加工物115は、基板、グリーンシート、フィルム、薄板金属板などのシート状の部材である。被加工物115は加工テーブル116に載置されている。加工テーブル116は、X軸方向とY軸方向に駆動可能で、ガルバノスキャナ112がスキャン可能な加工エリアから他の異なる加工エリアに被加工物を移動させることができる。   The workpiece 115 is a sheet-like member such as a substrate, a green sheet, a film, or a thin metal plate. The workpiece 115 is placed on the processing table 116. The machining table 116 can be driven in the X-axis direction and the Y-axis direction, and can move the workpiece from the machining area that can be scanned by the galvano scanner 112 to another different machining area.

以上のように構成された本発明のレーザ加工装置の動作について説明する。   The operation of the laser processing apparatus of the present invention configured as described above will be described.

レーザ発振器110は必要に応じて十分にウォーミングアップされる。被加工物115は加工テーブル116に載置かつ固定され、所定の加工エリアに移動される。加工プログラムに従い、ガルバノスキャナ112は所定の加工位置114にレーザ光111が照射されるように位置決めされる。レーザ光111がパルスとして照射され、例えば穴あけなど、被加工物115が加工される。ガルバノスキャナ112は次の加工位置114にレーザ光111が照射されるように位置決めされる。レーザ光111がパルスとして照射され被加工物115が加工される。   The laser oscillator 110 is sufficiently warmed up as necessary. The workpiece 115 is placed and fixed on the processing table 116, and is moved to a predetermined processing area. In accordance with the processing program, the galvano scanner 112 is positioned so that the laser beam 111 is irradiated to a predetermined processing position 114. The laser beam 111 is irradiated as a pulse, and the workpiece 115 is processed, for example, drilling. The galvano scanner 112 is positioned so that the next processing position 114 is irradiated with the laser beam 111. The workpiece 115 is processed by irradiating the laser beam 111 as a pulse.

以上のサイクルを繰り返し、所定の加工エリア内の加工が終了する。その後、被加工物115を次の加工エリアに移動させて、同様に加工をおこない、被加工物115全体の加工が終了する。   The above cycle is repeated and the processing in a predetermined processing area is completed. Thereafter, the workpiece 115 is moved to the next machining area, the same machining is performed, and the machining of the entire workpiece 115 is completed.

<制御装置の構成>
制御装置200は、少なくともレーザ発振器110及びガルバノスキャナ112及び集光レンズ113を制御する機能を備えている。更に詳細に図を用いて説明する。
<Configuration of control device>
The control device 200 has a function of controlling at least the laser oscillator 110, the galvano scanner 112, and the condenser lens 113. Further details will be described with reference to the drawings.

図2は本発明の実施の形態に係る制御装置のブロック図である。制御装置200は、メインソフト処理部211と、パラメータ記憶部212と、加工データ解析部213と、レーザパルス指令部214と、デフォーカス補正部215と、デフォーカス設定部216と、加工穴位置計測部217と、ガルバノ位置指令部220と、集光レンズ位置指令部221を有している。   FIG. 2 is a block diagram of the control device according to the embodiment of the present invention. The control device 200 includes a main software processing unit 211, a parameter storage unit 212, a machining data analysis unit 213, a laser pulse command unit 214, a defocus correction unit 215, a defocus setting unit 216, and a machining hole position measurement. A unit 217, a galvano position command unit 220, and a condenser lens position command unit 221.

なお、これらの構成要素は制御装置200の有する機能をブロック化したものである。個々に独立したハードウェアで構成してもよく、あるいは、インターフェースとソフトウェアの組合せで構成してもよい。また、これらの構成要素は、制御装置200の機能の内、本発明の特徴的な構成や動作を説明するために示したもので、当然、レーザ加工装置100のその他の制御機能を有している。   Note that these components are obtained by blocking the functions of the control device 200. It may be configured by hardware that is individually independent, or may be configured by a combination of an interface and software. In addition, these components are shown for explaining the characteristic configuration and operation of the present invention, among the functions of the control device 200, and naturally have other control functions of the laser processing device 100. Yes.

パラメータ記憶部212は、レーザ加工装置の動作の前に予め定められた各種のパラメータを記憶しており、デフォーカス量のパラメータも含まれる。加工データ解析部213は、被加工物を加工するための加工プログラムを解析し、レーザ発振器110、ガルバノスキャナ112、集光レンズ113を制御するための加工データに変換する。   The parameter storage unit 212 stores various parameters that are determined in advance before the operation of the laser processing apparatus, and includes a defocus amount parameter. The processing data analysis unit 213 analyzes a processing program for processing the workpiece and converts it into processing data for controlling the laser oscillator 110, the galvano scanner 112, and the condenser lens 113.

レーザパルス指令部214は、加工データ解析部213にて変換された加工データに従い、レーザ発振器110に対してレーザパルス出力指令信号120を出力する。レーザパルス出力指令信号120はパルス状の信号であり、レーザパワーと被加工物の材質や厚さとの関係で最適なパルス幅が決定される。   The laser pulse command unit 214 outputs a laser pulse output command signal 120 to the laser oscillator 110 according to the machining data converted by the machining data analysis unit 213. The laser pulse output command signal 120 is a pulse signal, and an optimum pulse width is determined based on the relationship between the laser power and the material and thickness of the workpiece.

デフォーカス補正部215は、加工データ解析部213のガルバノ位置指令に対し、デフォーカス量をもとに補正演算をおこない、演算結果をガルバノ位置指令部220に出力
する。ガルバノ位置指令部220は、デフォーカス補正部215より演算結果を入力し、ガルバノスキャナ112に対してガルバノ動作指令信号121を出力する。
The defocus correction unit 215 performs a correction operation on the galvano position command of the machining data analysis unit 213 based on the defocus amount and outputs the calculation result to the galvano position command unit 220. The galvano position command unit 220 receives the calculation result from the defocus correction unit 215 and outputs a galvano operation command signal 121 to the galvano scanner 112.

デフォーカス設定部216は、パラメータ記憶部212に記憶されているデフォーカス量のパラメータを集光レンズ位置指令部に出力する。加工穴位置計測部217は、被加工物上の加工穴の位置を計測する。メインソフト処理部211は、以上の構成要素をプログラムに従って制御するとともに、内部にタイマー機能も有して時間経過に伴う制御も同時に行う。   The defocus setting unit 216 outputs the defocus amount parameter stored in the parameter storage unit 212 to the condenser lens position command unit. The processing hole position measurement unit 217 measures the position of the processing hole on the workpiece. The main software processing unit 211 controls the above components in accordance with a program, and also has a timer function inside, and simultaneously performs control with the passage of time.

ここで、デフォーカス補正部215における補正の概念を図3を用いて説明する。図3(a)において、集光レンズ113が第1の位置310にある場合は、レーザ光314は被加工物の加工面上のa点に集光される(以降、この状態をジャストフォーカスと呼ぶ)。   Here, the concept of correction in the defocus correction unit 215 will be described with reference to FIG. In FIG. 3A, when the condensing lens 113 is at the first position 310, the laser beam 314 is condensed at a point a on the processed surface of the workpiece (hereinafter, this state is referred to as just focus). Call).

集光レンズ113が距離Dの分だけ下方に移動した位置311にある場合は、レーザ光315はa点から距離Dの分だけ下方の位置であるb点に集光される(以降、この状態をデフォーカスと呼ぶ)。この距離Dをデフォーカス量という。   When the condenser lens 113 is at a position 311 moved downward by the distance D, the laser beam 315 is condensed at the point b which is a position below the distance D from the point a (hereinafter, this state). Is called defocus). This distance D is called a defocus amount.

デフォーカスの場合は、レーザ光倒れ角313の影響により、被加工物の加工面上では、a点とc点の差分である距離W1だけ加工穴位置がずれることになる。そこで、図3(b)に示すように、後述する補正演算式により、距離W1に相当する距離W2を算出し、ガルバノスキャナ112によりレーザ光の方向を変えることで加工位置を補正してやれば、レーザ光321をa点に集光させることができるので、加工穴位置がずれることはない。   In the case of defocusing, due to the influence of the laser beam tilt angle 313, the processing hole position is shifted on the processing surface of the workpiece by a distance W1, which is the difference between the points a and c. Therefore, as shown in FIG. 3B, a distance W2 corresponding to the distance W1 is calculated by a correction arithmetic expression described later, and the processing position is corrected by changing the direction of the laser beam by the galvano scanner 112, so that the laser is obtained. Since the light 321 can be condensed at the point a, the processing hole position does not shift.

<制御アルゴリズム>
図4は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
<Control algorithm>
FIG. 4 is a flowchart showing a control algorithm of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.

実際の加工をおこなう前段階として、まずデフォーカス量hを被加工物の内部に設定し、指令値の位置にレーザ加工をおこなう(ステップS50)。その加工位置を加工穴位置計測部217にて測定する。この測定値と指令値の差を加工穴位置誤差とし、これを補正するためのデフォーカス補正係数Kx、Ky(詳細は後述する)を求めておく(ステップS51)。   As a step before performing actual machining, first, the defocus amount h is set inside the workpiece, and laser machining is performed at the position of the command value (step S50). The machining position is measured by the machining hole position measuring unit 217. A difference between the measured value and the command value is used as a machining hole position error, and defocus correction coefficients Kx and Ky (details will be described later) for correcting this are obtained (step S51).

次に、実際の加工プログラムを解析し、最初の加工位置の指令値としてPxおよびPyを読み出す(ステップS52)。デフォーカス補正係数に基づいて、その指令値に対する補正後の加工位置として、デフォーカス補正値fx、fyを演算する(ステップS53)。   Next, an actual machining program is analyzed, and Px and Py are read out as command values for the first machining position (step S52). Based on the defocus correction coefficient, defocus correction values fx and fy are calculated as the corrected processing positions for the command value (step S53).

そのデフォーカス補正値を新たな指令値として、ガルバノスキャナにガルバノ動作指令をおこなう。ガルバノ動作完了後、レーザ光を照射し、穴加工をおこなう(ステップS54)。   Using the defocus correction value as a new command value, a galvano operation command is issued to the galvano scanner. After completion of the galvano operation, laser light is irradiated to perform drilling (step S54).

加工プログラムに含まれる加工データがなくなるまでステップS52〜S54の動作を繰り返し実行する(ステップS55)。   The operations in steps S52 to S54 are repeatedly executed until there is no machining data included in the machining program (step S55).

ここで、図5を用いて、デフォーカス補正係数の詳細な算出方法について説明する。図5は、被加工物の所定のガルバノスキャンエリア(ガルバノスキャナのみの動作でレーザ加工できる範囲)を切り出したもので、図5(a)はXY方向の座標を示し、図5(b)
はZ方向の座標をしめしている。
Here, a detailed calculation method of the defocus correction coefficient will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a predetermined galvano scan area (range in which laser processing can be performed only by the operation of the galvano scanner) of the workpiece. FIG. 5 (a) shows coordinates in the XY directions, and FIG. 5 (b).
Indicates coordinates in the Z direction.

このガルバノスキャンエリア410のX軸方向長さをLx、Y軸方向長さをLyとし、そのガルバノスキャンエリア410の中心点の座標をG(0,0)とする。   The length of the galvano scan area 410 in the X-axis direction is Lx, the length in the Y-axis direction is Ly, and the coordinates of the center point of the galvano scan area 410 are G (0, 0).

便宜上、X軸方向の補正についてまず説明する。被加工物の表面431から内部(下方)にデフォーカス量hを設定して、点A(Lx/2,0)を指令値としてレーザ加工をおこない、その加工位置を加工穴位置計測部217にて測定する。この測定値と指令値のX軸方向の差を加工穴位置誤差exとすると、デフォーカス補正係数をKxとすれば、次式が成り立つ。   For convenience, the correction in the X-axis direction will be described first. A defocus amount h is set inside (downward) from the surface 431 of the workpiece, laser processing is performed using the point A (Lx / 2, 0) as a command value, and the processing position is set to the processing hole position measuring unit 217. To measure. Assuming that the difference between the measured value and the command value in the X-axis direction is the machining hole position error ex, the following equation is established if the defocus correction coefficient is Kx.

ex=(Lx/2)×Kx×h
変形すると、デフォーカス補正係数Kxは、
Kx=ex/(Lx/2×h)
となる。
ex = (Lx / 2) × Kx × h
When deformed, the defocus correction coefficient Kx is
Kx = ex / (Lx / 2 × h)
It becomes.

次に、ガルバノスキャンエリア410内の任意の加工位置の点P(px,0)でのX軸方向の加工穴位置誤差量sxを考えると、
sx=px×Kx×h
=px×ex/(Lx/2×h)×h
=px×ex/(Lx/2)
となる。
Next, considering the machining hole position error amount sx in the X-axis direction at a point P (px, 0) at an arbitrary machining position in the galvano scan area 410,
sx = px × Kx × h
= Px × ex / (Lx / 2 × h) × h
= Px x ex / (Lx / 2)
It becomes.

よって、このsxの分だけ元の加工位置を補正し、新たな位置としてデフォーカス補正値fxを次式で算出する。   Therefore, the original processing position is corrected by this sx, and a defocus correction value fx is calculated as a new position by the following equation.

fx=px−sx
=px−px×ex/(Lx/2)
=px×(1−2×ex/Lx)
以上がX軸方向の補正の詳細であるが、Y軸方向の補正についても、X軸方向の場合と同様であり、デフォーカス補正係数Kyは、
Ky=ey/(Ly/2×h)
で示される。なお、eyはY方向の加工穴位置誤差である。
fx = px-sx
= Px-px x ex / (Lx / 2)
= Px × (1-2 × ex / Lx)
The above is the details of the correction in the X-axis direction. The correction in the Y-axis direction is the same as in the X-axis direction, and the defocus correction coefficient Ky is
Ky = ey / (Ly / 2 × h)
Indicated by Note that ey is a machining hole position error in the Y direction.

以上のように、所定のガルバノスキャンエリア410における最外縁の点Aにおける加工穴位置誤差から補正係数をあらかじめ求め、その補正係数を用いて、ガルバノスキャンエリア内の所定の位置における加工位置の指令値を補正することにより、デフォーカス加工をおこなう場合の加工位置ずれを防止することができる。   As described above, the correction coefficient is obtained in advance from the processing hole position error at the outermost point A in the predetermined galvano scan area 410, and the command value of the processing position at the predetermined position in the galvano scan area is obtained using the correction coefficient. By correcting this, it is possible to prevent a processing position shift when performing defocus processing.

なお、上記では点Aのみの加工穴位置誤差から補正係数を求めたが、例えば、X軸方向の補正は点A、Cの加工穴位置誤差を平均し、Y軸方向の補正は点B、Dの加工穴位置誤差を平均して補正係数を求めても良い。また、点A、B、C、D、Gの5点での加工穴位置誤差を荷重平均して補正係数を求めても良い。これらの場合は、より位置補正の精度が向上する。   In the above, the correction coefficient is obtained from the machining hole position error of only the point A. For example, the correction in the X-axis direction averages the machining hole position error of the points A and C, and the correction in the Y-axis direction is the point B, The correction coefficient may be obtained by averaging the machining hole position errors of D. Alternatively, the correction coefficient may be obtained by load-averaging the machining hole position errors at the five points A, B, C, D, and G. In these cases, the accuracy of position correction is further improved.

<加工例1>
図6(a)は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の加工例を説明するもので、図4に対応したフローチャートと被加工物の加工状態を簡易的にしめしている。
<Processing example 1>
FIG. 6A illustrates a processing example of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention. The flowchart corresponding to FIG. 4 and the processing state of the workpiece are simply shown.

被加工物601の表面と裏面の間にデフォーカス量hを設定し、あらかじめ実加工によ
りデフォーカス補正係数を求める(S50、S51)。被加工物601の表面に対して、加工位置を解析し、デフォーカス補正値を算出してその加工位置を補正し、ガルバノ動作指令を出力し、レーザ光602を照射して表面の穴明けをおこなう(S52、S53、S54)。次に被加工物の表面と裏面を反転させる。反転後、再度加工位置Pを解析し、加工位置を補正した後、ガルバノ動作指令を出力し、レーザ光603を照射して被加工物の裏面の穴明けをおこなう(S52、S53、S54)。
A defocus amount h is set between the front surface and the back surface of the workpiece 601 and a defocus correction coefficient is obtained in advance by actual processing (S50, S51). The machining position is analyzed with respect to the surface of the workpiece 601, a defocus correction value is calculated and the machining position is corrected, a galvano operation command is output, and laser light 602 is irradiated to make a hole in the surface. Perform (S52, S53, S54). Next, the front surface and the back surface of the workpiece are reversed. After the reversal, the machining position P is analyzed again, the machining position is corrected, a galvano operation command is output, and laser light 603 is irradiated to drill the back surface of the workpiece (S52, S53, S54).

このように、加工位置補正をおこなう場合は、表面からの加工穴位置と裏面からの加工穴位置が合致しているため、加工穴604は貫通した状態となる。これに対し、図6(b)に示すように、加工位置補正をおこなわない場合は、表面からの加工穴位置と裏面からの加工穴位置にズレが発生し、加工穴は貫通しない。   As described above, when the machining position correction is performed, the machining hole position from the front surface matches the machining hole position from the back surface, and thus the machining hole 604 is in a penetrating state. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the machining position correction is not performed, a deviation occurs between the machining hole position from the front surface and the machining hole position from the back surface, and the machining hole does not penetrate.

<加工例2>
図7(a)は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の他の加工例を説明するもので、図4に対応するフローチャートと被加工物の加工状態をしめしている。
<Processing example 2>
FIG. 7A illustrates another example of processing of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention, and shows a flowchart corresponding to FIG. 4 and the processing state of the workpiece.

被加工物の表面と裏面の間にデフォーカス量hを設定し、あらかじめ実加工によりデフォーカス補正係数を求める(S50、S51)。第1層の被加工物701の表面に対して、加工位置を解析し、デフォーカス補正値を算出して加工位置を補正し、ガルバノ動作指令を出力し、レーザ光702を照射する。(S52、S53、S54)。   A defocus amount h is set between the front surface and the back surface of the workpiece, and a defocus correction coefficient is obtained in advance by actual processing (S50, S51). The processing position is analyzed with respect to the surface of the workpiece 701 of the first layer, a defocus correction value is calculated to correct the processing position, a galvano operation command is output, and the laser beam 702 is irradiated. (S52, S53, S54).

次に被加工物を第2層に交換する。同様にして、第2層の被加工物703の表面に対して、加工位置Pを解析し、デフォーカス補正値を算出して加工位置を補正し、ガルバノ動作指令を出力し、レーザ光704を照射する(S52、S53、S54)
次に、被加工物を第3層に交換する。同様にして、第3層の被加工物705の表面に対して、加工位置Pを解析し、デフォーカス補正値を算出して加工位置を補正し、ガルバノ動作指令を出力し、レーザ光706を照射する(S52・S53・S54)。
Next, the workpiece is exchanged for the second layer. Similarly, with respect to the surface of the workpiece 703 of the second layer, the machining position P is analyzed, a defocus correction value is calculated to correct the machining position, a galvano operation command is output, and the laser beam 704 is emitted. Irradiate (S52, S53, S54)
Next, the workpiece is exchanged for the third layer. Similarly, the processing position P is analyzed with respect to the surface of the workpiece 705 of the third layer, a defocus correction value is calculated to correct the processing position, a galvano operation command is output, and the laser beam 706 is emitted. Irradiate (S52, S53, S54).

最後に各層の被加工物701、703、705を重ねあわせて積層する。   Finally, the workpieces 701, 703, and 705 of each layer are overlaid and stacked.

このように、加工位置補正をおこなう場合は、第1層、第2層、第3層の加工穴位置が合致しているため、加工穴707は貫通した状態となる。これに対し、図7(b)に示すように、加工位置補正をおこなわない場合は、各層の加工穴位位置にズレが発生し、加工穴は貫通しない。   As described above, when the machining position correction is performed, the machining holes 707 are penetrated because the machining hole positions of the first layer, the second layer, and the third layer are matched. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the machining position correction is not performed, a deviation occurs in the machining hole position of each layer, and the machining hole does not penetrate.

本発明に係るレーザ加工装置は、デフォーカスで加工をおこなう場合に、加工穴位置を補正することによって高精度な加工をおこなうことができるものであり、レーザを用いて基板に穴あけ加工などを施すレーザ加工装置等において有用である。   The laser processing apparatus according to the present invention can perform high-precision processing by correcting the processing hole position when processing is performed with defocus, and performs drilling processing on a substrate using a laser. This is useful in a laser processing apparatus or the like.

100 レーザ加工装置
110 レーザ発振器
111 レーザ光
112 ガルバノスキャナ
113 集光レンズ
114 加工位置
115 被加工物
116 加工テーブル
120 レーザパルス出力指令信号
121 ガルバノ動作指令信号
122 集光レンズ位置指令信号
123 ガルバノコントローラ
124 ガルバノミラー
125 ガルバノミラー
200 制御装置
211 メインソフト処理部
212 パラメータ記憶部
213 加工データ解析部
214 レーザパルス指令部
215 デフォーカス補正部(XY方向)
216 デフォーカス設定部(Z方向)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Laser processing apparatus 110 Laser oscillator 111 Laser beam 112 Galvano scanner 113 Condensing lens 114 Processing position 115 Workpiece 116 Processing table 120 Laser pulse output command signal 121 Galvano operation command signal 122 Condensing lens position command signal 123 Galvano controller 124 Galvano Mirror 125 Galvano mirror 200 Control device 211 Main software processing unit 212 Parameter storage unit 213 Processing data analysis unit 214 Laser pulse command unit 215 Defocus correction unit (XY direction)
216 Defocus setting part (Z direction)

Claims (4)

レーザパルス出力指令信号を受けてレーザ光を出射するレーザ発振器と、
指令位置情報を受けて動作し被加工物の加工位置に前記レーザ光の位置決めするガルバノ装置と、
少なくとも前記レーザ発振器及び前記ガルバノ装置を制御する制御装置と、
デフォーカス量に応じて前記指令位置情報を補正するデフォーカス補正部と、
を備えたレーザ加工装置。
A laser oscillator for receiving a laser pulse output command signal and emitting laser light;
A galvano device that operates in response to the command position information and positions the laser beam at the processing position of the workpiece;
A control device for controlling at least the laser oscillator and the galvano device;
A defocus correction unit that corrects the command position information according to a defocus amount;
A laser processing apparatus comprising:
所定のガルバノスキャンエリアの最外縁の少なくとも1点において、所定のデフォーカス量に対する実際の加工位置ずれ量から補正係数を求め、
前記補正係数を用いて、前記指令位置情報を補正することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
At least one point on the outermost edge of a predetermined galvano scan area, a correction coefficient is obtained from an actual processing position deviation amount with respect to a predetermined defocus amount,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the command position information is corrected using the correction coefficient.
前記ガルバノスキャンエリアのX軸方向長さをLx、Y軸方向長さをLyとし、前記デフォーカス量をh、前記デフォーカス量に対する加工位置ずれ量をexとすると、
X軸方向の前記補正係数Kxは、Kx=ex/((Lx/2)×h)で示され、
Y軸方向の前記補正係数Kyは、Ky=ey/((Ly/2)×h)で示される、
ことを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。
When the length in the X-axis direction of the galvano scan area is Lx, the length in the Y-axis direction is Ly, the defocus amount is h, and the processing position deviation amount with respect to the defocus amount is ex,
The correction coefficient Kx in the X-axis direction is expressed as Kx = ex / ((Lx / 2) × h)
The correction coefficient Ky in the Y-axis direction is expressed as Ky = ey / ((Ly / 2) × h).
The laser processing apparatus according to claim 2.
デフォーカス量に応じて発生する加工位置ずれを補正するための補正データをあらかじめ備えておき、前記補正データに基づいて所望のデフォーカス量に対するレーザ光の指令位置情報を補正して、補正後の位置にレーザ光を出射して穴あけ加工する際に、
被加工物のおもて面を穴あけ加工した後に、被加工物を反転して、被加工物のうら面の同じ位置を穴あけ加工をおこなうことを特徴とするレーザ加工方法。
Correction data for correcting a processing position deviation that occurs in accordance with the defocus amount is prepared in advance, and the command position information of the laser beam with respect to the desired defocus amount is corrected based on the correction data. When drilling by emitting laser light to the position,
A laser processing method comprising drilling a front surface of a workpiece, then inverting the workpiece and drilling the same position on the back surface of the workpiece.
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