JP2019025505A - Laser beam machining apparatus and laser beam machining method - Google Patents

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裕亮 武川
Yusuke Takegawa
裕亮 武川
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Abstract

To materialize high speed machining by shortening time up to irradiation of a workpiece with a laser pulse after stopping a galvanometer scanner, in laser beam machining in which laser oscillation is performed synchronously with stopping of the galvanometer scanner.SOLUTION: A laser beam machining apparatus is provided that comprises: a laser oscillator which oscillates a laser pulse; and a galvanometer scanner which is driven so that the laser pulse from the laser oscillator irradiates a working position complying with working data on a workpiece. The laser beam machining apparatus further comprises a laser oscillation control part which predicts a completion time point of positioning with the galvanometer scanner on the basis of a drive start time point every time the galvanometer scanner is driven, and outputs an oscillation command to the laser oscillator at a time point earlier than the predicted time point by a prescribed duration of time.SELECTED DRAWING: Figure 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あ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。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for making a hole in a printed circuit board using a laser, for example.

レーザ穴あけ方式として、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がある。
この方式のレーザ穴あけ装置においては、ガルバノスキャナと他の機能要素間の同期のための応答時間が必要であり、それが加工速度を落とす要因となっている。
As a laser drilling method, as disclosed in Patent Document 1 (paragraphs 0011 to 0015), there is a method of irradiating a workpiece by performing laser oscillation in synchronization with the stop of the galvano scanner.
In this type of laser drilling apparatus, a response time for synchronization between the galvano scanner and other functional elements is required, which is a factor of reducing the processing speed.

図3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従来のレーザ穴あけ装置のブロック図である。
図3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が加工データに従ったプリント基板1の穴あけ位置に照射されるように回転駆動されるガルバノスキャナである。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。
FIG. 3 is a block diagram of a conventional laser drilling apparatus that irradiates a workpiece by performing laser oscillation in synchronization with the stop of the galvano scanner.
In FIG. 3, 1 is a printed circuit board to be processed placed on a table (not shown), 2 is a laser oscillator that oscillates a laser pulse L1, 3 is a laser pulse L1 output from the laser oscillator 2 and the direction of machining is not An acousto-optic modulator (hereinafter abbreviated as AOM) for branching in two directions, 4 is rotated so that a laser pulse L2 branched in the machining direction in AOM 3 is applied to the drilling position of printed circuit board 1 according to the machining data It is a driven galvano scanner. A damper 5 absorbs the laser pulse L3 branched in the non-machining direction in the AOM 3.

6は装置全体の動作を制御するための全体制御部であり、その内部には、レーザ発振器2でのレーザパルスL1の発振と減衰を指令するための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の動作を制御するためのAOM駆動信号Dを出力するAOM制御部8、ガルバノスキャナ4の駆動動作を制御するためのガルバノ制御信号Gを出力するガルバノ制御部9が設けられている。レーザ発振器2はレーザ発振指令信号SがオフになるとレーザパルスL1の減衰を始めるようになっている。
全体制御部6はここで説明するもの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6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6と別個に設けられていてもよい。
Reference numeral 6 denotes an overall control unit for controlling the operation of the entire apparatus, and inside thereof, a laser oscillation control for outputting a laser oscillation command signal S for commanding oscillation and attenuation of the laser pulse L1 in the laser oscillator 2 7, an AOM control unit 8 that outputs an AOM drive signal D for controlling the operation of the AOM 3, and a galvano control unit 9 that outputs a galvano control signal G for controlling the drive operation of the galvano scanner 4 are provided. . The laser oscillator 2 starts to attenuate the laser pulse L1 when the laser oscillation command signal S is turned off.
The overall control unit 6 has control functions other than those described here, and is also connected to blocks not shown. The overall control unit 6 is configured, for example, centering on a program-controlled processing device, and each component and connection line therein includes logical ones. A part of each component may be provided separately from the overall control unit 6.

図4は図3のレーザ穴あけ装置におけるタイミング図である。図4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がオンとなってガルバノスキャナ4が回転し、ガルバノスキャナ4が目標の位置まで回転して位置決めが完了するとガルバノ動作制御信号Gがオフになり、時間t1の後にレーザ発振制御部7からレーザ発振指令信号Sが所定の時間出力されてレーザ発振器2でのレーザパルスの発振と減衰が指令される。
そして、レーザ発振指令信号Sがオンとなってから時間t2の後に、レーザ発振器2からレーザパルスL1が出力されるとともに、時間t3の後に、所定時間だけAOM駆動信号Dがオンとなる。AOM3からは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。この後、レーザ発振指令信号Sのオンから所定の時間t4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が回転し、以後、同様に繰り返す。
なお以上において、時間t1〜t3は、それぞれ関連機能要素における処理・応答時間や機能要素間の信号伝搬時間が含まれるものである。
FIG. 4 is a timing chart in the laser drilling apparatus of FIG. In FIG. 4, under the control of the overall control unit 6, the galvano operation control signal G is turned on, the galvano scanner 4 rotates, and when the galvano scanner 4 rotates to the target position and the positioning is completed, the galvano operation control signal G is turned off, and after time t1, a laser oscillation command signal S is output from the laser oscillation control unit 7 for a predetermined time to command the oscillation and attenuation of the laser pulse in the laser oscillator 2.
Then, the laser pulse L1 is output from the laser oscillator 2 after the time t2 after the laser oscillation command signal S is turned on, and the AOM drive signal D is turned on for a predetermined time after the time t3. From the AOM 3, the printed circuit board 1 is irradiated with a laser pulse L 2 branched in the processing direction via the galvano scanner 4. Thereafter, the galvano operation control signal G is turned on after a predetermined time t4 from the turning on of the laser oscillation command signal S, the galvano scanner 4 is rotated for irradiation to the next hole position, and the same is repeated thereafter.
In the above, the times t1 to t3 include processing / response times and signal propagation times between the functional elements in the related functional elements, respectively.

従来のレーザ穴あけ装置においては、図4から判るように、ガルバノスキャナ4が位置決めを完了してからレーザパルスL2を被加工物に照射するまでには、t1とt3を加えたtbなる時間の遅れが生じ、加工速度を上げる場合のネックとなる。   In the conventional laser drilling apparatus, as can be seen from FIG. 4, a delay of time tb obtained by adding t1 and t3 until the workpiece is irradiated with the laser pulse L2 after the galvano scanner 4 completes positioning. This becomes a bottleneck in increasing the processing speed.

特開2012-115883号公報JP 2012-115883 A

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うようにしたレーザ加工において、ガルバノスキャナが停止してからレーザパルスを被加工物に照射するまでの時間を短縮し、高速加工を実現することを目的とする。 Therefore, the present invention reduces the time from when the galvano scanner is stopped until the laser pulse is irradiated to the workpiece in laser processing in which laser oscillation is performed in synchronization with the stop of the galvano scanner. It aims to be realized.

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、 レーザパルスを発振させるレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザパルスが加工データに従った被加工物上の加工位置に照射されるように駆動される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が駆動される毎に当該駆動開始時点に基づいて当該ガルバノスキャナでの位置決めが完了する時点を予測し、当該予測時点よりも所定の時間だけ早い時点で前記レーザ発振器への発振指令を出すレーザ発振制御部を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a typical laser processing apparatus disclosed in the present application includes a laser oscillator that oscillates a laser pulse, and a laser pulse from the laser oscillator at a processing position on a workpiece according to processing data. In a laser processing apparatus having a galvano scanner that is driven to irradiate, every time the galvano scanner is driven, a point in time when positioning with the galvano scanner is completed is predicted based on the driving start point, and the prediction A laser oscillation control unit that issues an oscillation command to the laser oscillator at a time earlier than the time by a predetermined time is provided.

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、レーザ発振器で発振させたレーザパルスを加工データに従った被加工物上の加工位置に照射されるように駆動される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が駆動される毎に当該駆動開始時点に基づいて当該ガルバノスキャナでの位置決めが完了する時点を予測し、当該予測時点よりも所定の時間だけ早い時点で前記レーザ発振器への発振指令を出すことを特徴とする。   A typical laser processing method disclosed in the present application is a laser input to a galvano scanner that is driven so that a laser pulse oscillated by a laser oscillator is irradiated to a processing position on a workpiece according to processing data. In the processing method, every time the galvano scanner is driven, a time point at which positioning by the galvano scanner is completed is predicted based on the driving start time point, and the laser oscillator is sent to the laser oscillator at a time point earlier than the predicted time point. The oscillation command is issued.

本発明の一実施例となるレーザ穴あけ装置のタイミング図である。It is a timing diagram of the laser drilling apparatus which becomes one Example of this invention. 本発明の一実施例となるレーザ穴あけ装置のブロック図である。It is a block diagram of the laser drilling apparatus which becomes one Example of this invention. 従来のレーザ穴あけ装置のブロック図である。It is a block diagram of the conventional laser drilling apparatus. 図3のレーザ穴あけ装置のタイミング図である。It is a timing diagram of the laser drilling apparatus of FIG.

図2は、本発明の一実施例となるレーザ穴あけ装置のブロック図である。図3と同じものには同じ記号をつけてあり、各構成要素や接続線は、図3と同様、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、レーザ穴あけ装置として必要な全てを示している訳ではない。   FIG. 2 is a block diagram of a laser drilling apparatus according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 3, and each component and connection line are mainly those which are considered necessary for explaining the present embodiment, as in FIG. It does not show everything necessary as.

図2において、10はレーザ発振器2でのレーザパルスL1の発振を指令するためのレーザ発振指令信号SPを出力するレーザ発振制御部である。このレーザ発振制御部10の内部には、前の穴あけ位置での加工が終わり、ガルバノ動作制御信号Gがオンになって駆動される毎に、ガルバノスキャナ4に与えられる次の穴あけ位置の情報により、駆動開始時点からガルバノスキャナ4の位置決めが完了する時点を予測するガルバノ移動予測部11が設けられている。レーザ発振制御部10はこの位置決め完了予測時点から所定の時間t5だけ早い時点でレーザ発振指令信号SPを出力するようになっている。   In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a laser oscillation control unit that outputs a laser oscillation command signal SP for commanding oscillation of the laser pulse L1 in the laser oscillator 2. Inside the laser oscillation control unit 10, the machining at the previous drilling position is finished, and every time the galvano operation control signal G is turned on and driven, information on the next drilling position given to the galvano scanner 4 is used. A galvano movement prediction unit 11 is provided for predicting the time when the positioning of the galvano scanner 4 is completed from the start of driving. The laser oscillation control unit 10 outputs the laser oscillation command signal SP at a time earlier by a predetermined time t5 from the positioning completion prediction time.

図1は図2のレーザ穴あけ装置におけるタイミング図である。図4と同じものには同じ記号をつけてある。
図1において、全体制御部6の制御の下で、前の穴あけ位置での加工が終わり、ガルバノ動作制御信号Gがオンになると、ガルバノ移動予測部10はその駆動開始時点T01に基づいてガルバノスキャナ4の位置決めが完了する時点を計算する。この位置決め完了予測時点は、ガルバノスキャナ4を目標位置に完全に一致させるための整定時間を含むものであることはいうまでもなく、この位置決め完了予測時点をTmとすると、レーザ発振制御部10はTmから所定の時間t5だけ早いTm−t5の時点において、レーザ発振指令信号SPをレーザ発振器2に出力する。
FIG. 1 is a timing chart in the laser drilling apparatus of FIG. The same symbols are attached to the same components as those in FIG.
In FIG. 1, when the processing at the previous drilling position is completed under the control of the overall control unit 6 and the galvano operation control signal G is turned on, the galvano movement prediction unit 10 determines the galvano scanner based on the drive start time T01. 4. Calculate the point in time when positioning of 4 is completed. Needless to say, this positioning completion prediction time includes a settling time for causing the galvano scanner 4 to completely match the target position. If this positioning completion prediction time is Tm, the laser oscillation control unit 10 determines from Tm. The laser oscillation command signal SP is output to the laser oscillator 2 at a time Tm-t5 that is earlier by a predetermined time t5.

レーザ発振器2からは、従来と同様にして、レーザ発振指令信号SPがオンとなってから時間t2の後にレーザパルスL1が出力され、時間t3の後に、所定時間だけAOM駆動信号Dがオンとなる。AOM3からは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。この後、レーザ発振指令信号Sのオンから所定の時間t4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を回転させる。 The laser oscillator 2 outputs a laser pulse L1 after time t2 after the laser oscillation command signal SP is turned on, and the AOM drive signal D is turned on for a predetermined time after time t3, as in the conventional case. . From the AOM 3, the printed circuit board 1 is irradiated with a laser pulse L 2 branched in the processing direction via the galvano scanner 4. Thereafter, the galvano operation control signal G is turned on after a predetermined time t4 from the turning on of the laser oscillation command signal S, and the galvano scanner 4 is rotated for irradiation to the next hole position.

次の位置の穴あけのためにガルバノ動作制御信号Gがオンになると、ガルバノ移動予測部10はその駆動開始時点T02に基づいてガルバノスキャナ4の位置決めが完了する時点を計算する。この位置決め完了予測時点をTnとすると、レーザ発振制御部10はTnから所定の時間t5だけ早いTn−t5の時点において、レーザ発振指令信号SPをレーザ発振器2に出力する。以後、同様に繰り返す。 When the galvano operation control signal G is turned on for drilling the next position, the galvano movement prediction unit 10 calculates the time point when the positioning of the galvano scanner 4 is completed based on the drive start time T02. Assuming that this positioning completion predicted time is Tn, the laser oscillation control unit 10 outputs a laser oscillation command signal SP to the laser oscillator 2 at a time Tn−t5 that is earlier than Tn by a predetermined time t5. Thereafter, the same is repeated.

以上の実施例によれば、図1から判るように、ガルバノスキャナ4が位置決めを完了してからレーザパルスL2を被加工物に照射するまでにはtaなる時間の遅れだけとなり、この時間は図4でのt1とt3を加えたtbなる時間よりも短いので、従来よりも加工速度を上げることができる。   According to the above embodiment, as can be seen from FIG. 1, there is only a delay of time ta from the completion of positioning by the galvano scanner 4 until the workpiece is irradiated with the laser pulse L2, and this time is shown in FIG. Since it is shorter than the time tb obtained by adding t1 and t3 in 4, the processing speed can be increased as compared with the conventional case.

なお、所定の時間t5であるが、これはレーザ発振指令信号SPがオンになってからAOM駆動信号Dがオンになるまでの時間t3より小さくしておく必要がある。そうでないと、ガルバノスキャナ4が位置決めを完了する前にレーザパルスL2が出力されることになり、動作不良となるからである。   The predetermined time t5 is set to be smaller than the time t3 from when the laser oscillation command signal SP is turned on until the AOM drive signal D is turned on. Otherwise, the laser pulse L2 is output before the galvano scanner 4 completes positioning, resulting in malfunction.

以上の実施例においては、プリント基板に穴あけを行う場合の実施例を説明したが、本発明は、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。   In the above embodiment, the embodiment in the case where the printed circuit board is punched has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be provided for laser processing in which processing is sequentially performed at a plurality of locations on the workpiece.

1:プリント基板、2:レーザ発振器、3:AOM、4:ガルバノスキャナ、
5:ダンパ、6:全体制御部、8:AOM制御部、9:ガルバノ制御部、
10:レーザ発振制御部、11: ガルバノ移動予測部、
SP: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、
L1〜L3:レーザパルス、T01、T02:駆動開始時点、
Tm、Tn:位置決め完了予測時点、
1: printed circuit board, 2: laser oscillator, 3: AOM, 4: galvano scanner,
5: damper, 6: overall control unit, 8: AOM control unit, 9: galvano control unit,
10: Laser oscillation control unit, 11: Galvano movement prediction unit,
SP: laser oscillation command signal, G: galvano operation control signal, D: AOM drive signal,
L1 to L3: Laser pulse, T01, T02: Driving start time,
Tm, Tn: Positioning completion prediction point,

Claims (2)

レーザパルスを発振させるレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザパルスが加工データに従った被加工物上の加工位置に照射されるように駆動される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が駆動される毎に当該駆動開始時点に基づいて当該ガルバノスキャナでの位置決めが完了する時点を予測し、当該予測時点よりも所定の時間だけ早い時点で前記レーザ発振器への発振指令を出すレーザ発振制御部を備えることを特徴とするレーザ加工装置。   A laser processing apparatus comprising: a laser oscillator that oscillates a laser pulse; and a galvano scanner that is driven so that the laser pulse from the laser oscillator is irradiated to a processing position on a workpiece according to processing data. Each time the scanner is driven, a laser that predicts a time when positioning by the galvano scanner is completed based on the driving start time and issues an oscillation command to the laser oscillator at a time earlier than the predicted time by a predetermined time A laser processing apparatus comprising an oscillation control unit. レーザ発振器で発振させたレーザパルスを加工データに従った被加工物上の加工位置に照射されるように駆動される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が駆動される毎に当該駆動開始時点に基づいて当該ガルバノスキャナでの位置決めが完了する時点を予測し、当該予測時点よりも所定の時間だけ早い時点で前記レーザ発振器への発振指令を出すことを特徴とするレーザ加工方法。
In a laser processing method in which a laser pulse oscillated by a laser oscillator is input to a galvano scanner that is driven so as to irradiate a processing position on a workpiece according to processing data, each time the galvano scanner is driven, A laser processing method characterized by predicting a time point at which positioning by the galvano scanner is completed based on a driving start time point and issuing an oscillation command to the laser oscillator at a time point earlier than the predicted time point.
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