JP3614308B2 - レーザ加工方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガルバノメータを用いた高速位置決め制御全般に適用される。特に、ガルバノメータの高速位置決めが必要とされるレーザ穴加工方法に関し、詳しくは、ガルバノメータに取り付けたミラーを介して、回路基板などにレーザを照射し、穴を加工する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度配線の回路基板にスルーホール等の穴を加工する作業において、ガルバノミラーを用いたレーザ穴加工技術が採用されている。
【０００３】
レーザ穴加工技術は、被加工材にレーザ光線を照射し、レーザ光線のエネルギーで被加工材を溶解あるいは蒸発させて穴を空ける方法であり、ミクロン単位の微細な穴を正確な位置に加工する場合に適している。最近の携帯電話等の電子機器を代表する高密度配線の回路基板における単位面積当たりの穴加工数は、穴の微細化、基板の高密度化により、ますます増加しており、このような回路基板の製造にレーザ穴加工技術が広く利用されるようにするためには、穴加工の高速化が必要不可欠となっている。
【０００４】
ガルバノメータにミラーを取り付けてなるガルバノミラーを用いた穴加工技術の具体例としては、本出願人が先に特許出願した特開平８−１７４２５６号公報等に開示されているように、レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して、加工対象である回路基板に照射させることで、レーザ加工を行うようになっている。
【０００５】
このような穴加工技術に用いられるガルバノメータは、μｒａｄオーダーの高分解能を有するとともに、光学角±２０°の駆動領域と高速位置決めの特性を有し、微小角が検知可能な静電容量センサを位置検知手段として設けてサーボ系のアナログフィードバック制御にて位置決めを行っている。
【０００６】
具体的には、ガルバノメータに対する移動の指令が制御部から与えられると、図４に示すように、実際の回転移動角度が目標回転角度を越えないように制御しながら、目標回転角度に徐々に近づくようにガルバノメータを回動制御させ、目標回転角度に達して安定した時点で、レーザ光線の照射指令を発して、レーザ加工を行う。
【０００７】
ここで、図４におけるＭｖはガルバノミラーに対する移動指令として目標回転角度を変動させている移動時間、Ｊｄはその後に目標回転角度までガルバノミラーが移動して位置決めされるまでの位置決め時間、Ｌｏｎはレーザ光線の照射時間、Ｓｄはレーザ波尾待時間である。
【０００８】
なお、静電容量センサは微小なアナログ信号で出力され、ノイズ等の影響等により目標位置決め完了の判定に用いることは難しいので、実際には目標位置決め完了の判定は、フィードバック制御におけるガルバノミラーに対する移動指令の変動が終了した時点（移動時間Ｍｖの終点）から所定時間の待ち時間を位置決め時間Ｊｄとして設定し、この位置決め時間Ｊｄを経過した時点で位置決めを完了したとみなして判定し、レーザ光線の照射を開始している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ加工方法によれば、目標回転角度に徐々に近づくようにガルバノメータを回動制御させ、目標回転角度に達して安定したことを待って位置決めを完了したとみなす手順を採用しているため、ガルバノミラーの位置決めに比較的長い時間がかかってしまい、処理能力が上がらず、生産性が向上しないという課題を生じていた。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、ガルバノミラーの位置決めを短時間で行うことが可能となり、生産性が向上するレーザ加工方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して加工対象物に照射させることでレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、ガルバノミラーの目標回転角度と実際の回転移動角度との差を角度差検出部で検出し、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラーを目標回転角度に位置決めしてレーザ光線を照射するに際し、前記角度差検出部のゲインをオーバーシュートが発生するように設定するとともに、オーバーシュート時にガルバノミラーが最適な回転角度となるような目標回転角度を設定し、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるものである。
【００１２】
この方法によれば、ガルバノミラーの位置決めを短時間で行うことが可能となり、生産性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の本発明は、レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して加工対象物に照射させることでレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、ガルバノミラーの目標回転角度と実際の回転移動角度との差を角度差検出部により検出し、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラーを目標回転角度に位置決めしてレーザ光線を照射するに際し、前記角度差検出部のゲインをオーバーシュートが発生するように設定するとともに、オーバーシュート時にガルバノミラーが最適な回転角度となるような目標回転角度を設定し、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるものである。
【００１４】
この方法によれば、従来のようにガルバノミラーが目標回転角度に達して安定することを待つのではなく、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるため、従来は改善が困難であったガルバノメータのアナログサーボで構成されたフィードバック制御系の最適設計以上の高速化が高精度で望める。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。この実施の形態においては、高密度配線の回路基板にスルーホール等の穴を加工するレーザ加工装置に用いられる場合に付いて説明する。
【００１６】
図１に示すように、レーザ加工装置は、レーザ光線１を出射するレーザ発振器２と、レーザ光線１を分岐させるビームスプリッタ３と、ガルバノメータ４ａにミラー４ｂが取り付けられてなるガルバノミラー４と、レーザ光線１を平面上に集光する集光レンズとしてのＦθレンズ５と、Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向に移動自在とされ、被加工物６としての回路基板を載置するＸＹテーブル７とにより基本構成されている。
【００１７】
そして、ＸＹテーブル７上におかれた被加工物６の任意の位置に穴を空けるために、ＸＹテーブル７が指令位置に位置決めされ、かつガルバノミラー４が指令位置に位置決めされて完了した後に、レーザ発振器２よりレーザ光線１を照射して、穴加工を行うようになっている。ガルバノミラー４の位置決めによって、５０ｍｍ×５０ｍｍエリア内の任意の点に穴加工でき、ＸＹテーブル７は、５０ｍｍ単位で移動動作して、５００ｍｍ×３５０ｍｍの被加工物６における任意の位置を加工できるように構成されている。
【００１８】
なお、図１に示すレーザ加工装置においては、レーザ光線をビームスプリッタ３で分岐し、２対のガルバノミラー４およびＦθレンズ５を配置して、ＸＹテーブル７上に２対の被加工物６を置くことによって２枚の被加工物６に対する同時加工を実現している。
【００１９】
ところで、最近の携帯電話等の電子機器を代表する高密度配線の回路基板は、穴の微細化、回路基板の高密度化により、５０ｍｍ×５０ｍｍ当たりの穴加工数は、１０００穴、回路基板全体では５００００穴を超えており、ガルバノミラー４の位置決めの時間が１枚の被加工物加工タクトに大きく影響する。
【００２０】
そこで、本発明においては、図２においてガルバノミラー４に関する制御系を示し、図３において制御方法を示すように、アナログフィードバック制御を行うガルバノドライバ８のゲインを上げ、オーバーシュートを発生させ、位置決め到達時間を短縮させる。また、オーバーシュート分の目標値に対する位置ずれに関しては、予め出力ゲインを強くしておいた状態にて、移動距離とオーバーシュート量、ピーク時間をそれぞれ測定しておき、指令値に加算しておき、目標の位置決めになるようガルバノミラー４を制御部としての上位コントローラ１０にて制御する。なお、図３における、Ｍｖはガルバノミラー４に対する移動指令として目標回転角度を変動させている移動時間、Ｊｄはその後に目標回転角度までガルバノミラー４が移動して位置決めされるまでの位置決め時間、Ｌｏｎはレーザ光線の照射時間、Ｓｄはレーザ波尾待時間である。
【００２１】
つまり、位置検知手段としての静電容量センサ９で検出したガルバノミラー４の実際の回転移動角度と、ガルバノミラー４の目標回転角度との差を、角度差検出部としても機能するガルバノドライバ８で算出しながら、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラー４を目標回転角度に位置決めしてレーザ光線を照射するに際し、ガルバノドライバ８のゲインをオーバーシュートが発生するように設定する。また、出力ゲインを強くしておいた状態にて、ガルバノミラー４の回転移動距離とオーバーシュート量、オーバーシュートのピークとなる時間をそれぞれ予め測定しておき、記憶させておく。さらに、オーバーシュート時に、ガルバノミラー４を回転させるべき最適な回転角度となるようなデータを抽出し、この抽出データに該当する回転角度を目標回転角度として設定する。そして、このようにして、オーバーシュート量を考慮した指令を発して、オーバーシュートを発生させるように制御するとともに、オーバーシュートのピークとなる時間にレーザ光線を照射させる。これにより、ガルバノミラー４の位置決め精度を確保しながら、位置決め時間Ｊｄを短縮させることができる。
【００２２】
本発明をこのレーザ加工装置に用いることにより、１穴当りの加工時間が約１００μＳ短縮でき、５００００穴のワーク１枚において、５秒の時間短縮が可能となった。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のようにガルバノミラーが目標回転角度に達して安定することを待つのではなく、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるため、位置決め時間を短縮させることができ、従来は改善が困難であったガルバノメータのアナログサーボで構成されたフィードバック制御系の最適設計以上の高速化が望め、かつ位置決め精度も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザ加工方法を行うレーザ加工装置の斜視図
【図２】同レーザ加工装置のガルバノミラー制御系を示す図
【図３】同レーザ加工方法を概念的に示す図
【図４】従来のレーザ加工方法を概念的に示す図
【符号の説明】
１ レーザ光線
２ レーザ発振器
４ ガルバノミラー
４ａ ガルバノメータ
４ｂ ミラー
５ Ｆθレンズ（集光レンズ）
６ ＸＹテーブル
７ 被加工物
８ ガルバノドライバ
９ 静電容量センサ（位置検知手段）
１０ 上位コントローラ（制御部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガルバノメータを用いた高速位置決め制御全般に適用される。特に、ガルバノメータの高速位置決めが必要とされるレーザ穴加工方法に関し、詳しくは、ガルバノメータに取り付けたミラーを介して、回路基板などにレーザを照射し、穴を加工する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度配線の回路基板にスルーホール等の穴を加工する作業において、ガルバノミラーを用いたレーザ穴加工技術が採用されている。
【０００３】
レーザ穴加工技術は、被加工材にレーザ光線を照射し、レーザ光線のエネルギーで被加工材を溶解あるいは蒸発させて穴を空ける方法であり、ミクロン単位の微細な穴を正確な位置に加工する場合に適している。最近の携帯電話等の電子機器を代表する高密度配線の回路基板における単位面積当たりの穴加工数は、穴の微細化、基板の高密度化により、ますます増加しており、このような回路基板の製造にレーザ穴加工技術が広く利用されるようにするためには、穴加工の高速化が必要不可欠となっている。
【０００４】
ガルバノメータにミラーを取り付けてなるガルバノミラーを用いた穴加工技術の具体例としては、本出願人が先に特許出願した特開平８−１７４２５６号公報等に開示されているように、レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して、加工対象である回路基板に照射させることで、レーザ加工を行うようになっている。
【０００５】
このような穴加工技術に用いられるガルバノメータは、μｒａｄオーダーの高分解能を有するとともに、光学角±２０°の駆動領域と高速位置決めの特性を有し、微小角が検知可能な静電容量センサを位置検知手段として設けてサーボ系のアナログフィードバック制御にて位置決めを行っている。
【０００６】
具体的には、ガルバノメータに対する移動の指令が制御部から与えられると、図４に示すように、実際の回転移動角度が目標回転角度を越えないように制御しながら、目標回転角度に徐々に近づくようにガルバノメータを回動制御させ、目標回転角度に達して安定した時点で、レーザ光線の照射指令を発して、レーザ加工を行う。
【０００７】
ここで、図４におけるＭｖはガルバノミラーに対する移動指令として目標回転角度を変動させている移動時間、Ｊｄはその後に目標回転角度までガルバノミラーが移動して位置決めされるまでの位置決め時間、Ｌｏｎはレーザ光線の照射時間、Ｓｄはレーザ波尾待時間である。
【０００８】
なお、静電容量センサは微小なアナログ信号で出力され、ノイズ等の影響等により目標位置決め完了の判定に用いることは難しいので、実際には目標位置決め完了の判定は、フィードバック制御におけるガルバノミラーに対する移動指令の変動が終了した時点（移動時間Ｍｖの終点）から所定時間の待ち時間を位置決め時間Ｊｄとして設定し、この位置決め時間Ｊｄを経過した時点で位置決めを完了したとみなして判定し、レーザ光線の照射を開始している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ加工方法によれば、目標回転角度に徐々に近づくようにガルバノメータを回動制御させ、目標回転角度に達して安定したことを待って位置決めを完了したとみなす手順を採用しているため、ガルバノミラーの位置決めに比較的長い時間がかかってしまい、処理能力が上がらず、生産性が向上しないという課題を生じていた。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、ガルバノミラーの位置決めを短時間で行うことが可能となり、生産性が向上するレーザ加工方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して加工対象物に照射させることでレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、ガルバノミラーの目標回転角度と実際の回転移動角度との差を角度差検出部で検出し、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラーを目標回転角度に位置決めしてレーザ光線を照射するに際し、前記角度差検出部のゲインをオーバーシュートが発生するように設定するとともに、オーバーシュート時にガルバノミラーが最適な回転角度となるような目標回転角度を設定し、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるものである。
【００１２】
この方法によれば、ガルバノミラーの位置決めを短時間で行うことが可能となり、生産性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の本発明は、レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して加工対象物に照射させることでレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、ガルバノミラーの目標回転角度と実際の回転移動角度との差を角度差検出部により検出し、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラーを目標回転角度に位置決めしてレーザ光線を照射するに際し、前記角度差検出部のゲインをオーバーシュートが発生するように設定するとともに、オーバーシュート時にガルバノミラーが最適な回転角度となるような目標回転角度を設定し、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるものである。
【００１４】
この方法によれば、従来のようにガルバノミラーが目標回転角度に達して安定することを待つのではなく、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるため、従来は改善が困難であったガルバノメータのアナログサーボで構成されたフィードバック制御系の最適設計以上の高速化が高精度で望める。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。この実施の形態においては、高密度配線の回路基板にスルーホール等の穴を加工するレーザ加工装置に用いられる場合に付いて説明する。
【００１６】
図１に示すように、レーザ加工装置は、レーザ光線１を出射するレーザ発振器２と、レーザ光線１を分岐させるビームスプリッタ３と、ガルバノメータ４ａにミラー４ｂが取り付けられてなるガルバノミラー４と、レーザ光線１を平面上に集光する集光レンズとしてのＦθレンズ５と、Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向に移動自在とされ、被加工物６としての回路基板を載置するＸＹテーブル７とにより基本構成されている。
【００１７】
そして、ＸＹテーブル７上におかれた被加工物６の任意の位置に穴を空けるために、ＸＹテーブル７が指令位置に位置決めされ、かつガルバノミラー４が指令位置に位置決めされて完了した後に、レーザ発振器２よりレーザ光線１を照射して、穴加工を行うようになっている。ガルバノミラー４の位置決めによって、５０ｍｍ×５０ｍｍエリア内の任意の点に穴加工でき、ＸＹテーブル７は、５０ｍｍ単位で移動動作して、５００ｍｍ×３５０ｍｍの被加工物６における任意の位置を加工できるように構成されている。
【００１８】
なお、図１に示すレーザ加工装置においては、レーザ光線をビームスプリッタ３で分岐し、２対のガルバノミラー４およびＦθレンズ５を配置して、ＸＹテーブル７上に２対の被加工物６を置くことによって２枚の被加工物６に対する同時加工を実現している。
【００１９】
ところで、最近の携帯電話等の電子機器を代表する高密度配線の回路基板は、穴の微細化、回路基板の高密度化により、５０ｍｍ×５０ｍｍ当たりの穴加工数は、１０００穴、回路基板全体では５００００穴を超えており、ガルバノミラー４の位置決めの時間が１枚の被加工物加工タクトに大きく影響する。
【００２０】
そこで、本発明においては、図２においてガルバノミラー４に関する制御系を示し、図３において制御方法を示すように、アナログフィードバック制御を行うガルバノドライバ８のゲインを上げ、オーバーシュートを発生させ、位置決め到達時間を短縮させる。また、オーバーシュート分の目標値に対する位置ずれに関しては、予め出力ゲインを強くしておいた状態にて、移動距離とオーバーシュート量、ピーク時間をそれぞれ測定しておき、指令値に加算しておき、目標の位置決めになるようガルバノミラー４を制御部としての上位コントローラ１０にて制御する。なお、図３における、Ｍｖはガルバノミラー４に対する移動指令として目標回転角度を変動させている移動時間、Ｊｄはその後に目標回転角度までガルバノミラー４が移動して位置決めされるまでの位置決め時間、Ｌｏｎはレーザ光線の照射時間、Ｓｄはレーザ波尾待時間である。
【００２１】
つまり、位置検知手段としての静電容量センサ９で検出したガルバノミラー４の実際の回転移動角度と、ガルバノミラー４の目標回転角度との差を、角度差検出部としても機能するガルバノドライバ８で算出しながら、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラー４を目標回転角度に位置決めしてレーザ光線を照射するに際し、ガルバノドライバ８のゲインをオーバーシュートが発生するように設定する。また、出力ゲインを強くしておいた状態にて、ガルバノミラー４の回転移動距離とオーバーシュート量、オーバーシュートのピークとなる時間をそれぞれ予め測定しておき、記憶させておく。さらに、オーバーシュート時に、ガルバノミラー４を回転させるべき最適な回転角度となるようなデータを抽出し、この抽出データに該当する回転角度を目標回転角度として設定する。そして、このようにして、オーバーシュート量を考慮した指令を発して、オーバーシュートを発生させるように制御するとともに、オーバーシュートのピークとなる時間にレーザ光線を照射させる。これにより、ガルバノミラー４の位置決め精度を確保しながら、位置決め時間Ｊｄを短縮させることができる。
【００２２】
本発明をこのレーザ加工装置に用いることにより、１穴当りの加工時間が約１００μＳ短縮でき、５００００穴のワーク１枚において、５秒の時間短縮が可能となった。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のようにガルバノミラーが目標回転角度に達して安定することを待つのではなく、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるため、位置決め時間を短縮させることができ、従来は改善が困難であったガルバノメータのアナログサーボで構成されたフィードバック制御系の最適設計以上の高速化が望め、かつ位置決め精度も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザ加工方法を行うレーザ加工装置の斜視図
【図２】同レーザ加工装置のガルバノミラー制御系を示す図
【図３】同レーザ加工方法を概念的に示す図
【図４】従来のレーザ加工方法を概念的に示す図
【符号の説明】
１ レーザ光線
２ レーザ発振器
４ ガルバノミラー
４ａ ガルバノメータ
４ｂ ミラー
５ Ｆθレンズ（集光レンズ）
６ ＸＹテーブル
７ 被加工物
８ ガルバノドライバ
９ 静電容量センサ（位置検知手段）
１０ 上位コントローラ（制御部）
Claims (1)
- レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して加工対象物に照射させることでレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、ガルバノミラーの目標回転角度と実際の回転移動角度との差を角度差検出部で検出し、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラーを目標回転角度に位置決めしてレーザ光線を照射するに際し、前記角度差検出部のゲインをオーバーシュートが発生するように設定するとともに、オーバーシュート時にガルバノミラーが最適な回転角度となるような目標回転角度を設定し、オーバーシュート時にレーザ光線を照射させるレーザ加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28713898A JP3614308B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | レーザ加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28713898A JP3614308B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | レーザ加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000117475A JP2000117475A (ja) | 2000-04-25 |
| JP3614308B2 true JP3614308B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=17713571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28713898A Expired - Fee Related JP3614308B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | レーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3614308B2 (ja) |
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| JP4698092B2 (ja) * | 2001-07-11 | 2011-06-08 | 住友重機械工業株式会社 | ガルバノスキャナ装置及びその制御方法 |
| JP4580600B2 (ja) * | 2001-09-11 | 2010-11-17 | 住友重機械工業株式会社 | ガルバノスキャナの制御方法、装置、及び、ガルバノスキャナ |
| JP4509174B2 (ja) * | 2007-12-27 | 2010-07-21 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工装置およびレーザ加工制御装置 |
| WO2009139026A1 (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-19 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | ガルバノスキャナシステムの駆動パターン作成方法 |
-
1998
- 1998-10-09 JP JP28713898A patent/JP3614308B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000117475A (ja) | 2000-04-25 |
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