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