JP2022155687A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザパワー測定に必要な時間を短縮し、加工工程全体の生産性を向上させる。【解決手段】レーザ発振器（５）から出射されたレーザビームにより被加工物（１）を加工するレーザ加工装置であって、レーザパワーを測定するためのサーマルセンサ（２）と、サーマルセンサ（２）の受光部（２１）を加熱するヒータ（３１）を備える。レーザパワー非測定時に、ヒータ（３１）によってサーマルセンサ（２）をレーザの目標値近傍に対応する温度で加熱する。【選択図】図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に関する。

レーザ加工装置では、例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３などに記載されているように、レーザ発振器から射出されるレーザビームのパワーが目標値にあるか否かを確認し、これを調整する等の目的で、パワーを測定する必要がある。ここでパワーとは、レーザビームの単位時間あたりの平均エネルギーを意味する。パワーの測定は、パワーセンサにレーザ光を照射することで行う。測定に使用するパワーセンサとしては、熱電型のパワーセンサ（サーマルセンサ）が用いられることが多い。

熱電型のパワーセンサは、センサの受光部にレーザを照射し、受光部の温度変化に基づいてパワーを測定する。より詳しくは、レーザ光を受光部において熱に変換し、その温度上昇を電圧に変換してパワーを測定する。

特開２０２０－００６４３８号公報 特開２００３－１２４５５２号公報 特開２０１９－０３８０００号公報

ここで、熱電型のパワーセンサは、測定対象のレーザを照射しても、センサの出力が安定するまでに時間がかかることが知られている。これは、パワーセンサの受光部が熱的に平衡状態になるまで時間を要するためである。そのため、正確な測定値を得るためには、出力が安定するまで数十秒程度の待ち時間を要していた。

近年プリント基板の高機能化により加工精度のさらなる高度化、安定化の要求が高まっており、パワーを頻繁に測定する必要がある。一回あたりの測定待ち時間はさほど多くはないが、測定回数が増加すると加工工程全体としての待ち時間が多くなり、生産効率の観点から問題があった。

そこで、本発明は、レーザパワーの測定時間を短縮することにより、生産効率を向上させることを目的とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なレーザ加工装置は以下の通りである。レーザ発振器から出射されたレーザビームを被加工物に入射し加工するレーザ加工装置であって、レーザ発振器から出射されたレーザビームのパワーを測定する熱電型パワーセンサと、前記熱電型パワーセンサの受光部を加熱する加熱部とを備え、前記加熱部が、前記熱電型パワーセンサが前記レーザビームのパワーを測定していないときに、前記熱電型パワーセンサの受光部を加熱する、ことを特徴とする。

本発明によれば、一回あたりのレーザ測定時間を短縮することができ、レーザ加工工程全体としての生産効率を上げることができる。

本発明の実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。 本発明の実施例となるレーザ加工装置の加熱ユニットを説明する図であり、ヒータがレーザパワー非測定時の位置にある図である。 本発明の実施例となるレーザ加工装置の加熱ユニットを説明する図であり、ヒータがレーザパワー測定時の位置にある図である。 本発明の実施例における加熱タイミングを示す図である。

本発明の代表的な実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。

図１において、１は被加工物であるプリント基板、２はレーザパワーを測定するサーマルセンサである。サーマルセンサ２の上部には、入射する測定対象のレーザを受光して熱に変換する受光部として機能する吸光部材２１が配置されている。サーマルセンサ２は、吸光部材２１でレーザパワーを熱に変換し、その温度上昇を電圧に変換することでパワーを測定し、測定値に応じた信号を出力する。

３１はサーマルセンサを加熱するためのヒータ、３２はその下面にヒータ３１を保持するヒータ保持体、３３はヒータ３１及びヒータ保持体３２を駆動支持するヒータ駆動装置である。３はヒータ３１、ヒータ保持体３２、ヒータ駆動装置３３を含む加熱ユニット、４はプリント基板１、サーマルセンサ２及び加熱ユニット３を載置するテーブルである。

５はレーザパルスＬ１を発振するレーザ発振器、６はレーザパルスＬ１を加工方向と非加工方向の二通りに分岐させるとともに、レーザパルスＬ１を加工に必要なビームパワーとなるように変調するするＡＯＭである。７はＡＯＭ６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、８はＡＯＭ６において加工方向へ分岐されたレーザパルスＬ２を走査させ順次プリント基板１の穴明け位置に照射するガルバノスキャナである。このガルバノスキャナ８は回転することによりレーザパルスＬ２を走査させるようになっている。９はガルバノスキャナ８からのレーザパルスＬ４をプリント基板１の穴あけ位置に照射する集光レンズである。１０はＡＯＭ６、ダンパ７、ガルバノスキャナ８及び集光レンズ９が実装されたレーザ照射ユニットである。

１１は装置全体の動作を制御する全体制御部で、例えばプログラム制御の処理装置によって実現されるものである。全体制御部１１は、レーザ発振器５でのレーザパルスＬ１の発振を指示するレーザ発振指令信号Ｓを出力するレーザ発振制御部１２、ＡＯＭ６の分岐動作及び変調動作を制御するＡＯＭ駆動信号Ｄを出力するＡＯＭ制御部１３、ガルバノスキャナ８の動作を指示するガルバノ動作制御信号Ｇを出力するガルバノ制御部１４、加熱ユニット３の動作を指示する加熱ユニット制御信号Ｈを出力する制御部１５を含む。なお、全体制御部１１に含まれるこれらの機能要素のうちの一部は全体制御部１１とは別個に設けても良い。レーザ穴明け装置としては、ここで説明するもの以外に種々の要素と接続線を有するが、ここでは省略してある。なお、全体制御部１１には、サーマルセンサ２からの測定値が入力され、レーザパワーの目標値に対して差があれば、目標値に合うようにＡＯＭ６にてパワーを調整する。

ガルバノ動作制御信号Ｇは、オフの時間帯でガルバノスキャナ８を静止させ、オンの時間帯でガルバノスキャナ８を回転させる。ガルバノスキャナ８が静止した状態で一つの穴が明けられ、ガルバノスキャナ８が回転することによってレーザパルスＬ２を次の穴位置に照射させるようになる。レーザ発振指令信号Ｓは、オンになることによりレーザ発振器５に発振を起こさせ、オフになることによりその発振を停止させる。レーザ発振指令信号Ｓはガルバノ動作制御信号Ｇのオフに同期してオンとなり、またガルバノ動作制御信号Ｇはレーザ発振指令信号Ｓのオンとは一定の遅れをもってオンとなり、次の穴位置までガルバノスキャナを回転させる。ＡＯＭ駆動信号Ｄは、それがオンの時間帯でのみＡＯＭ６に入力されたレーザパルスＬ１を加工方向に分岐させてレーザパルスＬ２とし、それ以外のオフの時間帯では非加工方向のレーザパルスＬ３としてダンパ７の方向に分岐させる。

図示を省略するテーブル駆動部によりテーブル４を図の紙面に対して左右方向（以下、Ｘ方向とする）と垂直方向（以下、Ｙ方向とする）に移動させることによりプリント基板１とレーザ照射ユニット１０との相対移動を行い、さらにガルバノスキャナ８においてＸ方向とＹ方向にレーザパルスを偏向させることにより、プリント基板１の必要な穴あけ位置に照射できるようになっている。また、同様に相対移動を行い、レーザパルスをサーマルセンサ２へ照射できるようになっている。テーブル駆動部及びガルバノスキャナ８の各々には、Ｘ方向への移動（偏向）を行う系とＹ方向への移動（偏向）を行う系の両方が設けられている。

次に、加熱ユニット３についてより詳しく説明する。図２は、加熱ユニット３を説明する図である。図２に示すように、ヒータ駆動装置３３は、内部にシリンダ３４を備えている。シリンダ３４は、図面左右方向へ伸縮するロッド３５を備え、ロッド３５の先端にヒータ保持体３２及びヒータ３１が取り付けられている。ヒータ保持体３２及びヒータ３１は、シリンダ３４の伸縮動作に応じて図面左右方向へ移動する。ヒータ３１は、加熱ユニット制御部１５により制御され、任意の温度で発熱する。

レーザパワー非測定時には、図２に示すように、ロッド３５が伸長し、ヒータ３１が吸光部材２１の全面を覆うようにして吸光部材２１を加熱する。本実施例においては、目標値のパワーのレーザを照射したときの吸光部材２１の温度（以下、対応温度という）でヒータ３１を発熱させて、吸光部材２１が対応温度の近傍になるように加熱する。なお、レーザパワーと対応温度の関係については、加工条件ごとに予め測定したものをテーブル化し、加熱ユニット制御部１５内のメモリに記憶させてあり、加工条件に応じた温度で加熱することができる。ここで、「加工条件ごと」とは、主にレーザ加工条件のことを指し、レーザの周波数、パルス幅などを意味する。レーザパワー測定時には、図３に示すようにロッド３５を収縮し、ヒータ３１及びヒータ保持体３２が吸光部材２１の上方を覆わない状態にし、吸光部材２１にレーザを照射する。

このようにすることで、吸光部材２１は、レーザパワー測定時には対応温度の近傍の温度となり、レーザ入射後に吸光部材２１が平衡状態になるまでの時間が短縮される。つまり、正確な測定値を得るまでの時間を短縮することができる。なお、レーザパワーの測定は、加工開始前や加工を開始してから一定の時間が経過した後、または、被加工物を一定数加工した後、などの任意のタイミングで行う。

本実施例においては、レーザパワー非測定時に、吸光部材２１を加熱するものとしたが、レーザパワーを測定するタイミングで吸光部材２１が対応温度近傍に加熱されていればよく、非測定時に常に加熱している必要はない。したがって、例えば図４に示すように、所定のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３にレーザパワーを測定する場合であって、加熱を開始してから対応温度に到達するまでにｔｐかかる場合には、ｔ１－ｔｐからｔ１まで、ｔ２－ｔｐからｔ２まで、ｔ３－ｔｐからｔ３までの間だけ加熱し、それ以外の時間は加熱しないようにしてもよい。このようにすれば、必要以上の加熱を省略することができる。

なお、本実施例においては、パワー測定時に受光部上方を遮らないようにするために、ヒータを伸縮移動させたが、ヒータを固定しサーマルセンサを移動させる構成としてもよい。

また、本実施例においては、加工点近傍の一か所でレーザパワーを測定する場合を例に説明した。しかしこれに限らず、レーザ発振器のレーザ出射口から被加工物へ照射されるまでの間の任意の複数箇所で測定するものとしてもよい。

１：プリント基板
２：サーマルセンサ ２１：吸引部材
３：加熱ユニット ３１：ヒータ ３２：ヒータ保持体 ３３：ヒータ駆動装置 ３４：シリンダ ３５：ロッド
４：テーブル
５：レーザ発振器
６：ＡＯＭ
７：ダンパ
８：ガルバノスキャナ
９：集光レンズ
１０：レーザ照射ユニット
１１：全体制御部
１２：レーザ発振制御部
１３：ＡＯＭ制御部
１４：ガルバノ制御部
１５：加熱ユニット制御部

Claims (2)

1. レーザ発振器から出射されたレーザビームを被加工物に入射し加工するレーザ加工装置であって、
   レーザ発振器から出射されたレーザビームのパワーを測定する熱電型パワーセンサと、
   前記熱電型パワーセンサのレーザ受光部を加熱する加熱部と、を備え、
   前記加熱部が、前記熱電型パワーセンサが前記レーザビームのパワーを測定していないときに、前記熱電型パワーセンサのレーザ受光部を加熱する、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記加熱部が、レーザパワーの目標値に対応する温度で前記レーザ受光部を加熱する、
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
   
   

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