JP2021144406A - Machining order determination device, laser machining device, and laser machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルスレーザビームを順番に入射させて加工するレーザ加工方法において加工順を決定する加工順決定装置、この加工順でレーザ加工を行うレーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a machining order determining device that determines a machining order in a laser machining method in which a pulsed laser beam is sequentially incident to be machined, a laser machining device that performs laser machining in this machining order, and a laser machining method.
ビーム走査器でパルスレーザビームの入射位置を移動させて、穴あけ等の加工を行うレーザ加工装置が知られている。レーザ発振器でパルス発振を行う場合、パルスエネルギは、パルスの繰り返し周波数によって変化する。複数の被加工点において加工条件を同一にするために、一定の繰り返し周波数でパルス発振を行っている。 A laser processing apparatus is known that performs processing such as drilling by moving the incident position of a pulsed laser beam with a beam scanner. When pulse oscillation is performed by a laser oscillator, the pulse energy changes depending on the repetition frequency of the pulse. In order to make the machining conditions the same at a plurality of work points, pulse oscillation is performed at a constant repetition frequency.
しかし、パルスレーザビームの入射が終了した被加工点から次に入射させる被加工点までの距離が遠い場合には、ビーム走査器によるビーム入射位置の移動が、繰り返し周波数に応じた次のレーザパルスの出力に間に合わない場合がある。この場合には、加工対象物に対してレーザパルスを入射させないように伝搬光学系を制御し、加工に寄与しないダミーのレーザ発振を実行する(例えば、特許文献1参照)。 However, when the distance from the work point where the pulse laser beam has finished incident to the work point to be incident next is long, the movement of the beam incident position by the beam scanner causes the next laser pulse according to the repetition frequency. It may not be in time for the output of. In this case, the propagation optical system is controlled so that the laser pulse is not incident on the object to be processed, and dummy laser oscillation that does not contribute to processing is executed (see, for example, Patent Document 1).
ダミーのレーザ発振が実行されると、ダミーのレーザ発振の直前及び直後の2つのパルス発振の間が、二周期分の間隔に広がる。ビーム走査器によるビーム入射位置の移動時間が二周期分より短い場合、次のレーザ発振を行うまでに不要な待ち時間が生じてしまう。この待ち時間が累積されることにより、1つの加工対象物に対する加工時間が長くなってしまう。なお、加工時間短縮のために、ビーム移動時間に合わせてパルスの繰り返し周波数を変化させると、パルスエネルギが不安定になってしまう。 When the dummy laser oscillation is executed, the interval between the two pulse oscillations immediately before and after the dummy laser oscillation spreads at intervals of two cycles. If the movement time of the beam incident position by the beam scanner is shorter than two cycles, an unnecessary waiting time will occur before the next laser oscillation is performed. By accumulating this waiting time, the processing time for one processing object becomes long. If the pulse repetition frequency is changed according to the beam movement time in order to shorten the processing time, the pulse energy becomes unstable.
本発明の目的は、パルスエネルギの安定化を保ちつつ、加工時間の短縮化を図ることが可能な加工順決定装置、レーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a machining order determination device, a laser machining device, and a laser machining method capable of shortening the machining time while maintaining the stabilization of pulse energy.
本発明の一観点によると、
パルスレーザビームを入射させて加工する複数の被加工点の加工順を決定する加工順決定装置であって、
前記複数の被加工点の位置情報に基づいて、加工順が連続する2つの被加工点間の移動距離の合計が最も短くなるという条件の下で仮の加工順を決定し、
1つのレーザパルスの出力から次のレーザパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を移動可能最長距離と定義したとき、
前記被加工点間の移動距離の各々を前記移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り上げて整数化し、
整数化された値を、全ての前記被加工点間の移動距離について合計した値が小さくなるように前記仮の加工順を修正して実際の加工順とする加工順決定装置が提供される。
According to one aspect of the invention
It is a machining order determination device that determines the machining order of a plurality of work points to be machined by injecting a pulsed laser beam.
Based on the position information of the plurality of work points, the temporary work order is determined under the condition that the total moving distance between two work points having continuous work orders is the shortest.
When the longest distance that the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is defined as the longest movable distance,
The quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the longest movable distance is rounded up to an integer.
Provided is a machining order determining device that modifies the provisional machining order so that the total value of the integerized values for the moving distances between all the machining points becomes smaller to obtain the actual machining order.
本発明の他の観点によると、
パルスレーザビームを走査して出力することにより、基板へのパルスレーザビームの入射位置を移動させる機能を持つレーザ光学系と、
前記レーザ光学系を制御して、パルスレーザビームを基板に入射させるとともに、入射位置を移動させる制御装置と
を有し、
前記制御装置は、上述の加工順決定装置を備えており、前記加工順決定装置によって決定された前記実際の加工順に基づいて、基板の被加工点にパルスレーザビームを入射させるレーザ加工装置が提供される。
According to another aspect of the invention
A laser optical system that has the function of moving the incident position of the pulsed laser beam on the substrate by scanning and outputting the pulsed laser beam.
It has a control device that controls the laser optical system to cause a pulsed laser beam to enter the substrate and move the incident position.
The control device includes the above-mentioned machining order determining device, and is provided by a laser machining device that causes a pulsed laser beam to be incident on a work point of a substrate based on the actual machining order determined by the machining order determining device. Will be done.
本発明の他の観点によると、
基板上に分布する複数の被加工点の位置情報に基づいて、加工順が連続する2つの被加工点間の移動距離の合計が最も短くなるという条件の下で仮の加工順を決定し、
1つのパルスの出力から次のパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を移動可能最長距離と定義したとき、
前記移動距離の各々を前記移動可能最小距離で除した商の小数点以下を切り上げて整数化し、
整数化された値を、全ての前記移動距離について合計した値が小さくなるように前記仮の加工順を修正して実際の加工順とし、
前記実際の加工順で前記複数の被加工点にパルスレーザビームを入射させて加工を行うレーザ加工方法が提供される。
According to another aspect of the invention
Based on the position information of a plurality of work points distributed on the substrate, the temporary work order is determined under the condition that the total moving distance between two work work points in which the work order is continuous is the shortest.
When the longest distance that the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one pulse and the output of the next pulse is defined as the longest movable distance,
The quotient obtained by dividing each of the travel distances by the minimum travel distance is rounded up to an integer.
The tentative machining order was modified so that the integerized values would be smaller than the total value for all the travel distances, and the actual machining order was used.
Provided is a laser machining method in which a pulsed laser beam is incident on a plurality of workpieces in the actual machining order to perform machining.
被加工点間の移動距離が移動可能最長距離より長い場合、移動中にダミーのレーザ発振が行われる。被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り上げた値を、全ての被加工点間の移動距離について合計した値は、ダミーのレーザ発振を行う回数に等しい。この合計の値を小さくすると、ダミーのレーザ発振の回数が減り、加工時間を短縮することが可能になる。被加工点間の移動距離が移動可能最長距離より長い箇所でダミーのレーザ発振を行うことにより、パルスエネルギの安定性を保つことができる。 If the moving distance between the work points is longer than the longest movable distance, dummy laser oscillation is performed during the moving. The value obtained by rounding up the value after the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the maximum movable distance is added up for the moving distances between all the work points is the number of times dummy laser oscillation is performed. equal. If the total value is reduced, the number of times of dummy laser oscillation is reduced, and the machining time can be shortened. The stability of the pulse energy can be maintained by performing dummy laser oscillation at a point where the moving distance between the work points is longer than the maximum movable distance.
図1〜図6を参照して実施例によるレーザ加工装置について説明する。
図1は、実施例によるレーザ加工装置の概略図である。実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光学系10、基板40を保持して移動させる移動機構30、レーザ光学系10及び移動機構30を制御する制御装置20、及び加工順決定装置25を含む。
The laser processing apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser machining apparatus according to the embodiment includes a laser
以下、レーザ光学系10の構成について説明する。レーザ発振器11が制御装置20からの指令により、パルスレーザビームを出力する。レーザ発振器11から出力されたパルスレーザビームは、導光光学系12及びアパーチャ13を通って、音響光学素子(AOD)14に入射する。導光光学系12は、例えばビームエキスパンダ等を含む。音響光学素子14は、制御装置20からの指令により、入射したパルスレーザビームを第1経路15A、第2経路15B、及びビームダンパ19に向かう経路のいずれか1つに振り向ける。
Hereinafter, the configuration of the laser
第1経路15Aに振り向けられたパルスレーザビームは、ビーム走査器16A及び集光レンズ17Aを通って、加工対象物である基板40に入射する。第2経路15Bに振り向けられたパルスレーザビームは、折り返しミラー18で反射され、ビーム走査器16B及び集光レンズ17Bを通って、加工対象物である他の基板40に入射する。2枚の基板40は、例えばプリント配線基板である。
The pulsed laser beam directed to the
2枚の基板40にそれぞれパルスレーザビームが入射することにより、穴明け加工が行われる。基板40の表面上に、穴を形成すべき複数の被加工点の位置が予め決められている。加工順決定装置25は、複数の被加工点の加工順を決定する。
Drilling is performed by injecting a pulsed laser beam onto each of the two
ビーム走査器16A、16Bとして、例えば一対の揺動ミラーを含むガルバノスキャナが用いられる。ビーム走査器16A、16Bは、制御装置20からの指令により、レーザビームを走査し、それぞれ2枚の基板40の表面においてパルスレーザビームの入射位置を移動させる。集光レンズ17A、17Bとして、例えばfθレンズが用いられる。
As the
2枚の基板40は移動機構30の可動テーブル31の水平な支持面に支持されている。移動機構30は、制御装置20からの指令により、2枚の基板40を支持面に平行な二次元方向に移動させる。
The two
図2Aは、基板40の表面に定義されている複数の被加工点41の分布の一例を示す図である。基板40の表面に、複数の被加工点41が定義されている。図2Aでは、被加工点41を円形の記号で示しているが、実際には、基板40の表面に何らかのマークが付されているわけではなく、複数の被加工点41の位置を定義する位置データが制御装置20に記憶されている。図2Aでは、複数の被加工点41のうち一部のみを示している。移動機構30(図1)に支持された2枚の基板40に定義されている複数の被加工点41の分布は同一である。基板40の外形は、例えば長方形である。基板40の四隅に、それぞれアライメントマーク42が設けられている。
FIG. 2A is a diagram showing an example of the distribution of a plurality of work points 41 defined on the surface of the
基板40の表面に複数のスキャンエリア45が定義されている。スキャンエリア45の各々の形状は正方形であり、その大きさは、ビーム走査器16A、16B(図1)の各々を動作させてパルスレーザビームを走査することによって、パルスレーザビームを入射させることができる範囲の大きさとほぼ等しい。基板40上のすべての被加工点41がいずれかのスキャンエリア45内に包含されるように、複数のスキャンエリア45が配置される。複数のスキャンエリア45は部分的に重なる場合があり、被加工点41が分布していない領域にはスキャンエリア45が配置されない場合もある。
A plurality of
1つのスキャンエリア45を集光レンズ17A、17B(図1)の一方の直下に移動させて、そのスキャンエリア45内の複数の被加工点41にパルスレーザビームを順番に入射させることにより、そのスキャンエリア45の加工が行われる。1つのスキャンエリア45の加工が終了すると、移動機構30(図1)を動作させて、次に加工すべきスキャンエリア45を、集光レンズ17A、17Bの一方の直下に移動させる。図2Aにおいて、スキャンエリア45の加工順を矢印で示している。
By moving one
図2Bは、複数の被加工点41の加工順の一例を示す図である。複数の被加工点41に、加工順に通し番号が付されている。ビーム走査器16A、16B(図1)を動作させて、通し番号の順に、複数の被加工点41にパルスレーザビームを入射させることにより、1つのスキャンエリア45の加工を行う。図2Bにおいて、複数の被加工点41の加工順を矢印で示している。複数の被加工点41の加工順は、加工順決定装置25により決定される。本明細書において、1つの被加工点41から、次の通し番号が振られた被加工点41までの直線経路の長さを単に「被加工点間の移動距離」という。
FIG. 2B is a diagram showing an example of the processing order of the plurality of work points 41. A plurality of work points 41 are numbered serially in the order of processing. One
図3は、レーザ発振器11(図1)からのパルスレーザビームの出力と、ビーム走査器16A、16B(図1)の動作期間との時間的な関係を示すタイミングチャートである。ここで、「ビーム走査器16A、16Bの動作期間」とは、パルスレーザビームを入射させる位置の移動の開始から移動完了までの時間を意味する。
FIG. 3 is a timing chart showing the temporal relationship between the output of the pulsed laser beam from the laser oscillator 11 (FIG. 1) and the operating period of the
レーザ発振器11から出力されるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数は一定である。制御装置20は、レーザパルスの立下り後、ビーム走査器16A、16Bを動作させて、パルスレーザビームの入射位置を移動させる。ここで、「パルスレーザビーム」は、誘導放出による光増幅でパルス的に放射される光ビームを意味し、「レーザパルス」は、パルスレーザビームの一つ一つのパルスを意味する。入射位置が制御装置20からの指令位置に整定されると、ビーム走査器16A、16Bが制御装置20に移動完了を通知する。ビーム走査器16A、16Bの動作時間(入射位置の移動開始から移動完了までの時間)は、被加工点間の移動距離に依存する。このため、ビーム走査器16A、16Bの動作時間は、ある範囲内に広がった分布を持つ。
The repetition frequency of the pulse of the pulsed laser beam output from the
パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を、ビーム走査器16A、16Bの動作時間の最大値に合わせて設定すると、殆どの被加工点41において、パルスレーザビームの入射位置の移動完了からレーザパルスの入射までの待ち時間が長くなってしまう。その結果、加工時間が長くなってしまう。
When the pulse repetition frequency of the pulsed laser beam is set according to the maximum operating time of the
パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を、ビーム走査器16A、16Bの動作時間のばらつきの中間の値に合わせて設定すると、レーザパルスを出力させる時点でビーム走査器16A、16Bの動作が完了していない場合が発生する。レーザパルスを出力させる時点でビーム走査器16A、16Bの動作が完了していない場合、制御装置20は、音響光学素子14(図1)を制御して、レーザパルスをビームダンパ19(図1)に振り向ける。このため、ビーム走査器16A、16Bの動作が完了していない状態では、レーザパルスは基板40に入射しない。本明細書において、ビームダンパ19に振り向けるレーザパルスを捨て射ちパルスLPdという。捨て射ちパルスLPdと区別するために、基板40に入射させるレーザパルスを有効パルスPDeという。図3において、有効パルスPDeに相対的に濃いハッチングを付し、捨て射ちパルスLPdに相対的に淡いハッチングを付している。
When the pulse repetition frequency of the pulsed laser beam is set according to a value in the middle of the variation in the operating time of the
加工時間を短くするために、ビーム走査器16A、16Bの動作完了からレーザパルスの出力までの待ち時間Twを短くし、かつ捨て射ちパルスLPdの個数を削減することが好ましい。
In order to shorten the processing time, it is preferable to shorten the waiting time Tw from the completion of the operation of the
図4は、本実施例による加工順決定装置25が加工順を決定し、制御装置20がレーザ加工の制御を行う手順を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure in which the machining
まず、加工順決定装置25が、複数の被加工点41の位置情報に基づいて複数のスキャンエリア45の配置を決定する(ステップS1)。このとき、すべての被加工点41の各々が、少なくとも1つのスキャンエリア45に含まれ、かつスキャンエリア45の数が最小になるように複数のスキャンエリア45を配置する。複数のスキャンエリア45が重なっている領域に位置する被加工点41は、複数のスキャンエリア45のうち1つのスキャンエリア45に配分する。
First, the machining
次に、加工順決定装置25は、可動テーブル31(図1)の移動距離が最小になるように、複数のスキャンエリア45の訪問順を決定する(ステップS2)。スキャンエリア45の訪問順の決定には、例えば巡回セールスマン問題を解く種々のアルゴリズムを適用することができる。
Next, the machining
スキャンエリア45の訪問順を決定したら、スキャンエリア45ごとにステップS3、S4、S5を実行することに予より、スキャンエリア45に属する複数の被加工点41の加工順を決定する。
After determining the visit order of the
まず、複数の被加工点41の位置情報に基づき、加工順が連続する2つの被加工点41の間の移動距離の合計が最短になるという条件の下で、仮の加工順を決定する(ステップS3)。以下、仮の加工順を決定する方法について説明する。 First, based on the position information of a plurality of work points 41, a temporary work order is determined under the condition that the total movement distance between two work points 41 having a continuous work order is the shortest (the work order is determined). Step S3). Hereinafter, a method of determining the temporary processing order will be described.
任意の1つの被加工点41を始点とし、全ての被加工点41を1回ずつ通過して始点に戻る循環経路の長さが最も短くなるという条件の下で、最短の循環経路を決定する。最短の循環経路の決定には、例えば巡回セールスマン問題を解く公知のアルゴリズムを用いることができる。適用されるアルゴリズムとして、例えばニアレストネイバー法、マルチプルフラグメント法、2オプト法、3オプト法、リンアンドカーニハン法(LK法)、ITERATRD−LK法、CHAINED−LK法、ITERATED−3オプト法、CHAINED−3オプト法等が挙げられる。ここで、「最短の循環経路」は、すべての組み合わせを評価して得られた最適解を意味するわけではなく、例えば局所探索アルゴリズム等の、ある程度のレベルで最適解に近い解を得ることができるアルゴリズムを用いて得られた循環経路であってもよい。
The shortest circulation path is determined under the condition that the length of the circulation path that starts from any one
循環経路のすべての被加工点間の経路のうち移動距離が最も長い経路を切断し、切断された経路の両端の被加工点41のうち一方を始点とし、他方を終点とする。始点の被加工点41から循環経路をたどって終点に向かうときに通過する被加工点41の順番を仮の加工順とする。
Of all the paths to be processed in the circulation path, the path having the longest movement distance is cut, and one of the workpiece points 41 at both ends of the cut path is set as a start point and the other is set as an end point. The order of the work points 41 that pass from the
次に、仮の加工順における被加工点間の移動距離の分布に基づいて、パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を決定する(ステップS4)。図5Aを参照して、パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の決定方法について説明する。 Next, the repetition frequency of the pulse of the pulsed laser beam is determined based on the distribution of the moving distance between the work points in the temporary machining order (step S4). A method for determining the pulse repetition frequency of the pulsed laser beam will be described with reference to FIG. 5A.
図5Aは、被加工点間の移動距離の分布の一例を示すヒストグラムである。横軸は被加工点間の移動距離を表し、縦軸は度数を表す。長さがL1以上L2未満の移動距離の度数が最も多い。移動距離がL1以上L2未満の範囲から長くなる方向及び短くなる方向に遠ざかるにしたがって、度数が少なくなる。制御装置20は、移動距離の最頻値に相当する範囲に基づいて、パルスの繰り返し周波数を決定する。例えば、レーザ発振の1周期の間に入射位置が移動できる最大長さが、最頻値に相当する範囲の最大値である長さL2と等しくなるように、パルスの繰り返し周波数を決定する。
FIG. 5A is a histogram showing an example of the distribution of the moving distance between the work points. The horizontal axis represents the moving distance between the work points, and the vertical axis represents the frequency. The frequency of travel distance with a length of L1 or more and less than L2 is the highest. The frequency decreases as the moving distance increases and decreases from the range of L1 or more and less than L2. The
パルスの繰り返し周波数を決定したら、捨て射ちパルスLPdの個数が最も少なくなるように、仮の加工順を修正して実際の加工順を決定する(ステップS5)。 After determining the pulse repetition frequency, the temporary machining order is modified so that the number of discarded pulse LPds is the smallest, and the actual machining order is determined (step S5).
以下、捨て射ちパルスLPdの個数の求め方について説明する。1つのレーザパルスの出力から次のレーザパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を「移動可能最長距離」ということとする。被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り上げた値が、当該被加工点間の移動に際して出力する捨て射ちパルスLPdの個数に等しい。被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り上げて整数化する。この整数化された値を、全ての被加工点間の移動距離について合計した値が捨て射ちパルスLPdの総個数に等しい。 Hereinafter, how to obtain the number of discarded pulse LPds will be described. The longest distance at which the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is referred to as the "longest movable distance". The value obtained by rounding up the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the maximum movable distance is equal to the number of discarded shot pulses LPd output when moving between the work points. The quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the longest movable distance is rounded up to an integer. The sum of the integerized values for the moving distances between all the work points is equal to the total number of discarded pulse LPd.
次に、仮の加工順を修正する方法について説明する。第1評価関数として、被加工点間の移動距離の合計が短いほど評価値が小さくなる評価関数を用いる。第2評価関数として、被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り上げた値を、全ての移動距離について合計した値が小さいほど評価値が小さくなる評価関数を用いる。仮の加工順の順番を修正した加工順について、第1評価関数及び第2評価関数との評価値の加重平均値を計算する。この評価値の加重平均値が小さくなるように加工順を変更する手順を繰り返し、評価値の加重平均値が最小値に収束したら、その時の加工順を実際の加工順として採用する。加重平均値を求めるときの重み付けは、重みづけが異なる条件で種々の評価実験を行い、その結果に基づいて決定するとよい。 Next, a method of modifying the temporary machining order will be described. As the first evaluation function, an evaluation function is used in which the evaluation value becomes smaller as the total movement distance between the work points becomes shorter. As the second evaluation function, the evaluation value becomes smaller as the total value for all the movement distances is reduced by rounding up the value after the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the movement distances between the work points by the maximum movable distance. Use a function. For the machining order in which the order of the provisional machining order is modified, the weighted average value of the evaluation values of the first evaluation function and the second evaluation function is calculated. The procedure of changing the machining order so that the weighted average value of the evaluation value becomes small is repeated, and when the weighted average value of the evaluation value converges to the minimum value, the machining order at that time is adopted as the actual machining order. The weighting when obtaining the weighted average value may be determined based on the results of various evaluation experiments under different weighting conditions.
図5Bは、実際の加工順の移動経路について求めた被加工点間の移動距離の度数を示すヒストグラムである。図5Bにおいて、仮の加工順の移動経路について求めた被加工点間の移動距離の度数を破線で示している。移動距離の最頻値よりも長い移動距離の度数が、仮の加工順のときと比べて少なくなっている。これにより、捨て射ちパルスLPdの個数が少なくなる。 FIG. 5B is a histogram showing the frequency of the movement distance between the work points obtained for the movement path in the actual processing order. In FIG. 5B, the frequency of the movement distance between the work points obtained for the movement path in the temporary processing order is shown by a broken line. The frequency of the movement distance longer than the mode of the movement distance is less than that in the tentative processing order. As a result, the number of discarded pulse LPd is reduced.
実際の加工順のときに移動距離の最頻値よりも長い移動距離の度数が少なくなったことに対応して、移動距離が長くなった部分が発生する。移動距離が長くなった部分の発生がヒストグラムに反映され、最頻値の度数が増加している。さらに、移動距離が最頻値以下の範囲で、相対的に短い移動距離の度数が少なくなり、相対的に長い移動距離の度数が増加している。最頻値以下の範囲で移動距離が長くなっても、その移動距離が移動可能最大距離以下であれば、捨て射ちパルスLPdの個数は増加しない。このため、実際の加工順における始点から終点までの移動経路は、仮の加工順における移動経路より長いが、捨て射ちパルスLPdの個数は少なくなる。 In the actual machining order, a portion where the moving distance becomes longer occurs in response to the fact that the frequency of the moving distance longer than the mode value of the moving distance becomes smaller. The occurrence of the part where the movement distance is long is reflected in the histogram, and the frequency of the mode is increasing. Further, in the range where the travel distance is less than the mode, the frequency of the relatively short travel distance decreases, and the frequency of the relatively long travel distance increases. Even if the moving distance becomes longer in the range below the mode, the number of discarded pulse LPd does not increase as long as the moving distance is less than the maximum movable distance. Therefore, the moving path from the start point to the ending point in the actual machining order is longer than the moving path in the tentative machining order, but the number of discarded pulse LPd is small.
実際の加工順が決定されたら、パルスの繰り返し周波数を一定にした条件で、実際の加工順に基づいてパルスレーザビームの入射位置を移動させて、基板40の加工を行う(ステップS6)。このとき、パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数は、移動距離の最頻値から決定した値に設定する。
After the actual processing order is determined, the
次に、図6を参照して、仮の加工順の移動経路、及びそれを修正した実際の加工順の移動経路の一例について説明する。 Next, with reference to FIG. 6, an example of a temporary machining order movement path and an example of a modified actual machining order movement path will be described.
図6は、仮の加工順及び実際の加工順における一部の被加工点の加工順を示す模式図である。仮の加工順では、例えば、被加工点がA、B、C・・・I、J、Kの順番に加工される。この加工順は、図6に示した6個の被加工点41のみならず、他のすべての被加工点41を含めて全体として移動距離が最も短くなるように決定された一例である。
FIG. 6 is a schematic view showing a temporary machining order and a machining order of some work points in the actual machining order. In the tentative processing order, for example, the processing points are processed in the order of A, B, C ... I, J, K. This processing order is an example in which the moving distance is determined to be the shortest as a whole including not only the six processed
被加工点AからBまで、及び被加工点IからJまでの移動距離は、移動可能最長距離より短いため、その移動の間に捨て射ちパルスLPdは出力されない。被加工点BからCまで、及び被加工点JからKまでの移動距離は、移動可能最長距離より長いため、その移動の間に、捨て射ちパルスLPdが出力される。捨て射ちパルスLPdが出力される時点におけるパルスレーザビームの入射位置X、Yを中実の黒丸記号で示している。 Since the moving distances from the work points A to B and from the work points I to J are shorter than the longest movable distance, the discard pulse LPd is not output during the movement. Since the moving distances from the work points B to C and from the work points J to K are longer than the longest movable distance, the discard pulse LPd is output during the movement. The incident positions X and Y of the pulsed laser beam at the time when the discarded pulse LPd is output are indicated by solid black circle symbols.
実際の加工順では、仮の加工順の移動経路ABCが移動経路AJCに修正され、仮の加工順の移動経路IJKが移動経路IBKに修正されている。実際の加工順の移動経路AJCと移動経路IBKの合計の長さは、仮の加工順の移動経路ABCと移動経路IJKの合計の長さより長い。被加工点AからJまで、被加工点JからCまで、被加工点BからKまでの移動距離は移動可能最長距離より短い。被加工点IからBまでの移動距離は、移動可能最長距離より長い。このため、この移動の間に、捨て射ちパルスLPdが出力される。捨て射ちパルスLPdが出力される時点の入射位置Zを中実の黒丸記号で示している。 In the actual machining order, the moving path ABC in the temporary machining order is modified to the moving path AJC, and the moving path IJK in the temporary machining order is modified to the moving path IBK. The total length of the moving path AJC and the moving path IBK in the actual machining order is longer than the total length of the moving path ABC and the moving path IJK in the temporary machining order. The moving distance from the work point A to J, the work point J to C, and the work point B to K is shorter than the longest movable distance. The moving distance from the work point I to B is longer than the longest movable distance. Therefore, during this movement, the discard pulse LPd is output. The incident position Z at the time when the discard pulse LPd is output is indicated by a solid black circle symbol.
図6に示した例では、仮の加工順のときに捨て射ちパルスLPdの個数が2個であるのに対し、実際の加工順のときには、捨て射ちパルスLPdの個数が1個である。このように、実際の加工順においては、仮の加工順と比べて、入射位置の移動経路の合計の長さが長くなっているが、捨て射ちパルスLPdの個数は減少している。 In the example shown in FIG. 6, the number of throw-away pulses LPd is 2 in the temporary machining order, whereas the number of throw-away pulses LPd is 1 in the actual machining order. As described above, in the actual processing order, the total length of the moving paths of the incident positions is longer than that in the temporary processing order, but the number of throw-away pulses LPd is reduced.
次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、パルスレーザビームの入射位置の移動経路の長さが最小になるという条件で決定した仮の加工順で加工するときの捨て射ちパルスの個数よりも捨て射ちパルスの個数を少なくすることができる。1つのスキャンエリア45内の加工時間は、被加工点41に入射するレーザパルスの個数と捨て射ちパルスの個数との合計に、レーザパルスの繰り返し周期を乗じた値に等しい。被加工点41に入射するレーザパルスの個数は不変であるため、捨て射ちパルスの個数が少なくなると、スキャンエリア45内の加工時間が短くなる。
Next, the excellent effect of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the number of discarded shot pulses is smaller than the number of discarded shot pulses when processing is performed in the temporary processing order determined on the condition that the length of the moving path of the incident position of the pulsed laser beam is minimized. be able to. The machining time in one
上記実施例では、捨て射ちパルスの個数を少なくすることができるため、加工時間の短縮化を図ることが可能になる。また、上記実施例では、パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を一定にして加工を行うため、レーザパルスごとのパルスエネルギのばらつきを低減させ、その結果、加工品質を高めることができる。 In the above embodiment, the number of discarded shot pulses can be reduced, so that the machining time can be shortened. Further, in the above embodiment, since the processing is performed with the pulse repetition frequency of the pulsed laser beam constant, the variation in the pulse energy for each laser pulse can be reduced, and as a result, the processing quality can be improved.
次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、被加工点間の移動距離の最頻値(図5A)に基づいて、パルスの繰り返し周波数を決定しているが、その他の方法でパルスの繰り返し周波数を決定してもよい。例えば、被加工点間の移動距離の平均値、中央値等に基づいて、パルスの繰り返し周波数を決定してもよい。その他に、レーザ発振器11(図1)の特性等に基づいて、パルスの繰り返し周波数を決定してもよい。
Next, a modified example of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the pulse repetition frequency is determined based on the mode of the moving distance between the work points (FIG. 5A), but the pulse repetition frequency may be determined by another method. For example, the repetition frequency of the pulse may be determined based on the average value, the median value, or the like of the moving distance between the work points. In addition, the pulse repetition frequency may be determined based on the characteristics of the laser oscillator 11 (FIG. 1) and the like.
また、上記実施例では、レーザ加工を行うとき(図4のステップS6)に、パルスの繰り返し周波数を一定にしているが、パルスエネルギの十分な均一性が保たれる範囲で、パルスの繰り返し周波数を変化させてもよい。この場合、パルスの繰り返し周波数を変化させる範囲の最高の周波数に基づいて、移動可能最長距離を決定すればよい。 Further, in the above embodiment, when laser machining is performed (step S6 in FIG. 4), the pulse repetition frequency is kept constant, but the pulse repetition frequency is within a range in which sufficient uniformity of pulse energy is maintained. May be changed. In this case, the longest movable distance may be determined based on the highest frequency in the range in which the repetition frequency of the pulse is changed.
上記実施例では、図1において制御装置20と加工順決定装置25とを別々に表記しているが、加工順決定装置25の機能を制御装置20に組み込んでもよい。
In the above embodiment, the
上述の実施例は例示であり、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 The above-mentioned examples are examples, and the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
10 レーザ光学系
11 レーザ発振器
12 導光光学系
13 アパーチャ
14 音響光学素子
15A 第1経路
15B 第2経路
16A、16B ビーム走査器
17A、17B 集光レンズ
18 折り返しミラー
19 ビームダンパ
20 制御装置
25 加工順決定装置
30 移動機構
31 可動テーブル
40 基板
41 被加工点
42 アライメントマーク
45 スキャンエリア
10 Laser
本発明の一観点によると、
パルスレーザビームを入射させて加工する複数の被加工点の加工順を決定する加工順決定装置であって、
前記複数の被加工点の位置情報に基づいて、加工順が連続する2つの被加工点間の移動距離の合計が最も短くなるという条件の下で仮の加工順を決定し、
1つのレーザパルスの出力から次のレーザパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を移動可能最長距離と定義したとき、
前記被加工点間の移動距離の各々を前記移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り捨てて整数化し、
整数化された値を、全ての前記被加工点間の移動距離について合計した値が小さくなるように前記仮の加工順を修正して実際の加工順とする加工順決定装置が提供される。
According to one aspect of the invention
It is a machining order determination device that determines the machining order of a plurality of work points to be machined by injecting a pulsed laser beam.
Based on the position information of the plurality of work points, the temporary work order is determined under the condition that the total moving distance between two work points having continuous work orders is the shortest.
When the longest distance that the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is defined as the longest movable distance,
The quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the longest movable distance is rounded down to an integer.
Provided is a machining order determining device that modifies the provisional machining order so that the total value of the integerized values for the moving distances between all the machining points becomes smaller to obtain the actual machining order.
本発明の他の観点によると、
基板上に分布する複数の被加工点の位置情報に基づいて、加工順が連続する2つの被加工点間の移動距離の合計が最も短くなるという条件の下で仮の加工順を決定し、
1つのパルスの出力から次のパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を移動可能最長距離と定義したとき、
前記移動距離の各々を前記移動可能最小距離で除した商の小数点以下を切り捨てて整数化し、
整数化された値を、全ての前記移動距離について合計した値が小さくなるように前記仮の加工順を修正して実際の加工順とし、
前記実際の加工順で前記複数の被加工点にパルスレーザビームを入射させて加工を行うレーザ加工方法が提供される。
According to another aspect of the invention
Based on the position information of a plurality of work points distributed on the substrate, the temporary work order is determined under the condition that the total moving distance between two work work points in which the work order is continuous is the shortest.
When the longest distance that the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one pulse and the output of the next pulse is defined as the longest movable distance,
The quotient obtained by dividing each of the travel distances by the minimum travel distance is rounded down to an integer.
The tentative machining order was modified so that the integerized values would be smaller than the total value for all the travel distances, and the actual machining order was used.
Provided is a laser machining method in which a pulsed laser beam is incident on a plurality of workpieces in the actual machining order to perform machining.
被加工点間の移動距離が移動可能最長距離より長い場合、移動中にダミーのレーザ発振が行われる。被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り捨てた値を、全ての被加工点間の移動距離について合計した値は、ダミーのレーザ発振を行う回数に等しい。この合計の値を小さくすると、ダミーのレーザ発振の回数が減り、加工時間を短縮することが可能になる。被加工点間の移動距離が移動可能最長距離より長い箇所でダミーのレーザ発振を行うことにより、パルスエネルギの安定性を保つことができる。
If the moving distance between the work points is longer than the longest movable distance, dummy laser oscillation is performed during the moving. The value obtained by rounding down the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the maximum movable distance is the sum of the moving distances between all the work points is the number of times dummy laser oscillation is performed. equal. If the total value is reduced, the number of times of dummy laser oscillation is reduced, and the machining time can be shortened. The stability of the pulse energy can be maintained by performing dummy laser oscillation at a point where the moving distance between the work points is longer than the maximum movable distance.
以下、捨て射ちパルスLPdの個数の求め方について説明する。1つのレーザパルスの出力から次のレーザパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を「移動可能最長距離」ということとする。被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り捨てた値が、当該被加工点間の移動に際して出力する捨て射ちパルスLPdの個数に等しい。被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り捨てて整数化する。この整数化された値を、全ての被加工点間の移動距離について合計した値が捨て射ちパルスLPdの総個数に等しい。
Hereinafter, how to obtain the number of discarded pulse LPds will be described. The longest distance at which the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is referred to as the "longest movable distance". The value obtained by rounding down the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the maximum movable distance is equal to the number of throw-away pulses LPd output when moving between the work points. The quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the longest movable distance is rounded down to an integer. The sum of the integerized values for the moving distances between all the work points is equal to the total number of discarded pulse LPd.
次に、仮の加工順を修正する方法について説明する。第1評価関数として、被加工点間の移動距離の合計が短いほど評価値が小さくなる評価関数を用いる。第2評価関数として、被加工点間の移動距離の各々を移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り捨てた値を、全ての移動距離について合計した値が小さいほど評価値が小さくなる評価関数を用いる。仮の加工順の順番を修正した加工順について、第1評価関数及び第2評価関数との評価値の加重平均値を計算する。この評価値の加重平均値が小さくなるように加工順を変更する手順を繰り返し、評価値の加重平均値が最小値に収束したら、その時の加工順を実際の加工順として採用する。加重平均値を求めるときの重み付けは、重みづけが異なる条件で種々の評価実験を行い、その結果に基づいて決定するとよい。
Next, a method of modifying the temporary machining order will be described. As the first evaluation function, an evaluation function is used in which the evaluation value becomes smaller as the total movement distance between the work points becomes shorter. As the second evaluation function, the evaluation value becomes smaller as the total value for all the movement distances is smaller than the value obtained by dividing each of the movement distances between the work points by the maximum movable distance and rounding down after the decimal point. Use a function. For the machining order in which the order of the provisional machining order is modified, the weighted average value of the evaluation values of the first evaluation function and the second evaluation function is calculated. The procedure of changing the machining order so that the weighted average value of the evaluation value becomes small is repeated, and when the weighted average value of the evaluation value converges to the minimum value, the machining order at that time is adopted as the actual machining order. The weighting when obtaining the weighted average value may be determined based on the results of various evaluation experiments under different weighting conditions.
Claims (6)
前記複数の被加工点の位置情報に基づいて、加工順が連続する2つの被加工点間の移動距離の合計が最も短くなるという条件の下で仮の加工順を決定し、
1つのレーザパルスの出力から次のレーザパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を移動可能最長距離と定義したとき、
前記被加工点間の移動距離の各々を前記移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り上げて整数化し、
整数化された値を、全ての前記被加工点間の移動距離について合計した値が小さくなるように前記仮の加工順を修正して実際の加工順とする加工順決定装置。 It is a machining order determination device that determines the machining order of a plurality of work points to be machined by injecting a pulsed laser beam.
Based on the position information of the plurality of work points, the temporary work order is determined under the condition that the total moving distance between two work points having continuous work orders is the shortest.
When the longest distance that the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is defined as the longest movable distance,
The quotient obtained by dividing each of the moving distances between the work points by the longest movable distance is rounded up to an integer.
A machining order determining device that modifies the provisional machining order so that the total value of the integerized values for the moving distances between all the machining points becomes smaller, and sets the temporary machining order as the actual machining order.
前記整数化された値を、全ての前記移動距離について合計した値が小さいほど評価値が小さくなる評価関数を第2評価関数とし、
前記仮の加工順を修正して前記実際の加工順を求めるときに、前記第1評価関数と前記第2評価関数との評価値の加重平均値が小さくなるように加工順を変更する請求項1または2に記載の加工順決定装置。 The evaluation function whose evaluation value becomes smaller as the total length of the travel distance is shorter is defined as the first evaluation function.
The second evaluation function is an evaluation function in which the smaller the total value of the integerized values for all the travel distances, the smaller the evaluation value.
Claim to change the machining order so that the weighted average value of the evaluation values of the first evaluation function and the second evaluation function becomes smaller when the temporary machining order is modified to obtain the actual machining order. The processing order determination device according to 1 or 2.
前記レーザ光学系を制御して、パルスレーザビームを基板に入射させるとともに、入射位置を移動させる制御装置と
を有し、
前記制御装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の加工順決定装置を備えており、前記加工順決定装置によって決定された前記実際の加工順に基づいて、基板の被加工点にパルスレーザビームを入射させるレーザ加工装置。 A laser optical system that has the function of moving the incident position of the pulsed laser beam on the substrate by scanning and outputting the pulsed laser beam.
It has a control device that controls the laser optical system to cause a pulsed laser beam to enter the substrate and move the incident position.
The control device includes the machining order determining device according to any one of claims 1 to 3, and the machining point of the substrate is determined based on the actual machining order determined by the machining order determining device. A laser processing device that incidents a pulsed laser beam.
1つのパルスの出力から次のパルスの出力までの間にパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる最長の距離を移動可能最長距離と定義したとき、
前記移動距離の各々を前記移動可能最長距離で除した商の小数点以下を切り上げて整数化し、
整数化された値を、全ての前記移動距離について合計した値が小さくなるように前記仮の加工順を修正して実際の加工順とし、
前記実際の加工順で前記複数の被加工点にパルスレーザビームを入射させて加工を行うレーザ加工方法。 Based on the position information of a plurality of work points distributed on the substrate, the temporary work order is determined under the condition that the total moving distance between two work work points in which the work order is continuous is the shortest.
When the longest distance that the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one pulse and the output of the next pulse is defined as the longest movable distance,
The quotient obtained by dividing each of the travel distances by the maximum travel distance is rounded up to an integer.
The tentative machining order was modified so that the integerized values would be smaller than the total value for all the travel distances, and the actual machining order was used.
A laser machining method in which a pulsed laser beam is incident on a plurality of workpieces in the actual machining order to perform machining.
Further, the laser machining method according to claim 5, wherein the longest movable distance is determined based on the distribution of the moving distance between the machining points in the provisional machining order.
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