JP2018099692A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、レーザパルスにノイズパルスが発生する場合においても、その影響を小さくして、レーザパルス出射開始時刻の変動による穴品質や穴径精度の低下を防止することを目的とするものである。
【解決手段】
レーザ発振指令時点からレーザパルスのエネルギーが所定の強度に達する時点までの経過時間を複数のレーザ発振指令について計測してその平均値を求める平均経過時間算出部を備え、前記レーザ発振指令時点から前記平均値に一定の時間を加えた時間の経過後に前記レーザパルスを加工に使用する方向への分岐を開始させるよう音響光学変調器を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザパルスを用いてプリント基板のような被加工物に穴明け等の加工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ものである。

レーザ加工装置において、レーザ発振器からのレーザパルスを加工に使用するかどうか（オン・オフ）のスイッチングを音響光学変調器（以下ＡＯＭと呼ぶ）によって行うものがある。レーザ発振器への発振指令に対し、レーザ発振器が実際にレーザパルスの出射を開始する時刻は、発振指令の周期や環境要因、レーザ発振器の個体差によって変動する。そこで、特許文献１に開示されている技術においては、レーザ発振器から出射されたレーザパルスのエネルギーが所定のレベルに達したことを検出してから一定時間後にＡＯＭをオンすることで、レーザパルス出射開始時刻の変動による穴品質や穴径精度の低下を防止するようにしている。

ところで、レーザ発振器から出射されるレーザパルスには、まれにノイズパルスが発生する場合がある。特許文献１に開示されている技術において、もしも所定のレベルの検出前にノイズパルスが発生し、そのエネルギーが所定のレベルに達していると、その検出時点を基準にした一定時間後にＡＯＭをオンにしてしまうことになる。この結果、レーザパルスの切出し時期が早まり、エネルギーが不充分となって穴品質や穴径精度の低下を招くことになる。

特開昭2015-188932号公報

そこで本発明は、レーザパルスにノイズパルスが発生する場合においても、その影響を小さくして、レーザパルス出射開始時刻の変動による穴品質や穴径精度の低下を防止することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本願において開示される代表的なレーザ加工装置は、 レーザの発振指令を受けてレーザパルスを出射するレーザ発振器と、前記レーザパルスを受光し当該レーザパルスを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行う音響光学変調器と、当該音響光学変調器の分岐方向を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、前記レーザ発振指令時点から前記レーザパルスのエネルギーが所定の強度に達する時点までの経過時間を複数のレーザ発振指令について計測してその平均値を求める平均経過時間算出部とを備え、前記制御部は前記レーザ発振指令時点から前記平均値に一定の時間を加えた時間の経過後に前記レーザパルスを加工に使用する方向への分岐を開始させるよう前記音響光学変調器を制御することを特徴とする。

また本願において開示される代表的なレーザ加工方法は、レーザの発振指令を受けたレーザ発振器から出射されたレーザパルスを音響光学変調器で受光し、当該音響光学変調器で前記レーザビームを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行うレーザ加工方法において、前記レーザ発振指令時点から前記レーザパルスのエネルギーが所定の強度に達する時点までの経過時間を複数のレーザ発振指令について計測してその平均値を求め、前記レーザ発振指令時点から前記平均値に一定の時間を加えた時間の経過後に前記レーザパルスを加工に使用する方向への分岐を開始させるよう前記音響光学変調器を制御することを特徴とする。

本発明によれば、レーザパルスにノイズパルスが発生する場合においても、その影響を小さくして、レーザパルス出射開始の時刻変動による穴品質や穴径精度の低下を防止することができる。

本発明の一実施例となるレーザ加工装置のタイミング図である。 本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。 レーザ発振器１から出射されたレーザパルスに所定のレベルに達するノイズパルスが発生した場合と発生しない場合を比較するためのタイミング図である。 本発明の一実施例となるレーザ加工装置の動作を説明するための図である。

以下、本発明の一実施例について説明する。図２は、本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。図２での各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、レーザ加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図２において、１はレーザパルスを発生する例えば炭酸ガスレーザタイプのレーザ発振器である。２はレーザ発振器１からのレーザパルスの一部を反射するビームスプリッタ、３はビームスプリッタ２を透過したレーザパルスのエネルギー強度が所定のレベルＳＦを越えた時点でレーザ検出信号ｃを出力するレーザ強度検出器である。このレーザ強度検出器３はフォトディテクタ等を使って実現されるものである。

４はビームスプリッタで反射されたレーザパルスに対し分岐方向の制御を行うことにより加工に使用するかどうかのスイッチングを行う音響光学変調器（以下ＡＯＭと略す）、５はＡＯＭ４から加工方向に分岐したレーザパルスをプリント基板の如き被加工物６に照射する光学系である。ＡＯＭ４から光学系５に向かない方向に分岐したレーザパルスはダンパー７に入力される。光学系５には、ＡＯＭ４から出力されたレーザパルスを被加工物６の加工位置に位置決めするための１組のガルバノスキャナ８やレーザパルスの焦点調整を行うＦθレンズ９等が含まれる。

１０は装置全体の動作を制御する全体制御部である。全体制御部１０の内部には、レーザ発振器１での個々のレーザパルスの発振を指令するレーザ発振指令信号ｂを出力するレーザ発振制御部１１、ＡＯＭ２３の加工方向への分岐を指示するＡＯＭ制御信号ｄを出力するＡＯＭ制御部１２、ガルバノスキャナ２５の動作を制御するガルバノ制御部１３が設けられている。

全体制御部１０の内部には、さらに、レーザ発振指令信号ｂが出力される都度、レーザ強度検出器３からのレーザ検出信号ｃを受信するまでの時間、すなわちレーザパルスのエネルギー強度レベルが所定のレベルを越えた時点までの時間を計測する経過時間計測部１４、及び経過時間計測部１４が新たな計測を行う毎にそれまでの平均値を算出する平均時間算出部１５が設けられている。ＡＯＭ制御部１２は、レーザ発振指令信号ｂが出力されてから平均時間算出部１５で算出された時間の経過後の一定時間後にＡＯＭ制御信号ｄを出力するようになっている。

全体制御部１０、ここで説明する以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。全体制御部１０は、例えばプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、その中の各構成要素や接続線は、論理的な意味のものも含むものとする。また各構成要素の一部は全体制御部１０と別個に設けられていてもよい。

図２は、以下のように動作する。図１は図２のレーザ加工装置のタイミング図である。光学系５のガルバノスキャナ８で目標の加工位置への位置決めが完了すると、ガルバノ制御部１３でそれが認識されて位置決め完了信号ａがレーザ発振制御部１１に出力される。そこで、レーザ発振制御部１１からレーザ発振器１へのレーザ発振指令信号ｂがLonの時点でオンとなり、レーザ発振器１からレーザパルスが出射される。Ｌはレーザ発振器１から出射されたレーザパルスを示し、その先行部分にはスパイクＰが存在する。

図３は、レーザ発振器１から出射されたレーザパルスに所定のレベルに達するノイズパルスが発生した場合と発生しない場合を比較するためのタイミング図である。
レーザ発振器１から出射されたレーザパルスにノイズパルスＮが発生しない場合は、レーザ発振指令信号ｂがLonの時点でオンとなってから△T1時間後のｔ１の時点であるスパイクＰの部分で所定のレベルＳＦに達する。このｔ１の時点を基準にして一定の時間Ｔondが経過した後の時点Ａon1でＡＯＭ制御信号ｄをオンにすれば、レーザパルスの切出し時期は適正なものとなる。
しかしながら、スパイクＰよりも前にまれであるがノイズパルスＮが発生した場合は、△T1より短い△T2時間後のｔ２の時点で所定のレベルＳＦに達する。このｔ２の時点を基準にして一定の時間Ｔondが経過した後の時点Ａon2でＡＯＭ制御信号ｄをオンにすると、レーザパルスの切出し時期が早まり、エネルギーが不充分となってしまう。

そこで、本実施例においては、図１に示すように、ＡＯＭ制御部１２は、後述するようにして平均時間算出部１４で得られた時間△Ｔを基準にして一定の時間Ｔondが経過した後の時点Ａonにおいて、ＡＯＭ制御信号ｄをオンにする。そして、加工に必要なエネルギーを元に決定されるＡＯＭのオン期間である一定の時間Taon 後のAoffの時点で、ＡＯＭ制御信号ｄをオフにする。レーザ発振制御部１１は、Aoffの時点から変動を考慮したオフディレイ時間Toffd後のLoffの時点で、レーザ発振器１へのレーザ発振指令信号ｂをオフにする。

全体制御部１０は以下のようにして上記平均値△Ｔを算出する。図４に示すように、レーザ発振器１での発振を安定させる等の目的での立上げ動作を終了した後、加工動作を行う前の予備動作として、所定の期間において上記平均値を算出する動作を行う。すなわち、予備動作期間において、ＡＯＭ制御信号ｄをオンしてからノイズパルスNが所定のレベルＳＦに達するまでの時間を各ノイズ毎にそれぞれΔＴ２１、ΔＴ２２、ΔＴ２３・・・ΔＴ２ｍ、またＡＯＭ制御信号ｄをオンしてから先行パルスが所定のレベルＳＦに達するまでの時間を各先行パルス毎にそれぞれΔＴ１１、ΔＴ１２、ΔＴ１３・・・ΔＴ１ｎとした場合、平均値△ＴはΔＴ２１、ΔＴ２２、ΔＴ２３・・・ΔＴ２ｍ＋ΔＴ１１、ΔＴ１２、ΔＴ１３・・・ΔＴ１ｎ／ｍ＋ｎとなり、この平均値△Ｔが平均時間算出部１４に得られる。

本記実施例によれば、レーザ発振器１から出射されたレーザパルスに所定のレベルに達するノイズパルスＮが発生した場合でも、この影響を即座に受けてＡＯＭ４によるレーザパルスの切出し時期が早まることを防止できる。従って、エネルギーが不充分となって、穴品質や穴径精度が低下するのを防止できる。
また、ノイズパルスＮが発生しない場合でも、その先行部分に発生するスパイクＰだけの発生が早まってしまうこともあり、そのような場合でも、加工用パルスの切出し時期も早まり、エネルギーが不充分となって、穴品質や穴径精度が低下するのを防止できる。

なお、上記実施例において、上記平均値△Ｔを算出する期間であるが、加工動作に入った以後も算出動作を継続させ、レーザ発振の都度、それまでに得られた平均値△Ｔを適用するようにしてもよい。また、加工動作中において周期的に所定の期間の算出を行い、その都度算出した平均値△Ｔを適用するようにしてもよい。この方が、レーザ発振器の発振特性の経時変化にも対応してレーザパルスの切出し時期を調整することができ、品質向上に効果がある。

また、上記実施例において、経過時間計測部１４と平均時間算出部１５は別々に設けられているが、双方の機能を合体させたものであってもよい。

１：レーザ発振器、２：ビームスプリッタ、３：レーザ強度検出器、４：ＡＯＭ、
５：光学系、６：被加工物、７：ダンパー、8：ガルバノスキャナ、９：Ｆθレンズ、
１０：全体制御部、１１：レーザ発振制御部、１２：ＡＯＭ制御部、
１３：ガルバノ制御部、１４：経過時間計測部、１５：平均時間算出部、
ｂ：レーザ発振指令信号、ｃ：レーザ検出信号、ｄ：ＡＯＭ制御信号、

Claims (6)

1. レーザの発振指令を受けてレーザパルスを出射するレーザ発振器と、前記レーザパルスを受光し当該レーザパルスを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行う音響光学変調器と、当該音響光学変調器の分岐方向を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、前記レーザ発振指令時点から前記レーザパルスのエネルギーが所定の強度に達する時点までの経過時間を複数のレーザ発振指令について計測してその平均値を求める平均経過時間算出部とを備え、前記制御部は前記レーザ発振指令時点から前記平均値に一定の時間を加えた時間の経過後に前記レーザパルスを加工に使用する方向への分岐を開始させるよう前記音響光学変調器を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記平均値は前記平均経過時間算出部が加工動作を行う前に計測した経過時間に基づいて算出したものであることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記平均値は前記経過時間計測部が加工動作中に計測した経過時間に基づいて算出したものであることを特徴とするレーザ加工装置。
4. レーザの発振指令を受けたレーザ発振器から出射されたレーザパルスを音響光学変調器で受光し、当該音響光学変調器で前記レーザビームを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行うレーザ加工方法において、前記レーザ発振指令時点から前記レーザパルスのエネルギーが所定の強度に達する時点までの経過時間を複数のレーザ発振指令について計測してその平均値を求め、前記レーザ発振指令時点から前記平均値に一定の時間を加えた時間の経過後に前記レーザパルスを加工に使用する方向への分岐を開始させるよう前記音響光学変調器を制御することを特徴とするレーザ加工方法。
5. 請求項４に記載のレーザ加工方法において、前記平均値は加工動作を行う前に計測した経過時間に基づいて算出したものであることを特徴とするレーザ加工方法。
6. 請求項４に記載のレーザ加工方法において、前記平均値は加工動作中に計測した経過時間に基づいて算出したものであることを特徴とするレーザ加工方法。

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