JP4005386B2

JP4005386B2 - 加工機動作シミュレーション方法及び装置

Info

Publication number: JP4005386B2
Application number: JP2002059332A
Authority: JP
Inventors: 卓也西村
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP2003256008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工機動作シミュレーション方法、コンピュータプログラム及びコンピュータ読取り可能な記録媒体に係り、特に、レーザ穴開け機のように、ユーザ（基板メーカ）拠点が広範囲に広がっており、加工機メーカによる販売（基板メーカによる購入）のためには、加工機能力を実感させる必要があり、加工機能力を実感するためには、ユーザ側がメーカ拠点まで赴く必要があるような場合に用いるのに好適な、加工機の能力をユーザの拠点にいながら実感できるような加工機動作シミュレーション方法、コンピュータプログラム及びコンピュータ読取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化や高密度実装化の要求に伴い、複数のプリント配線基板を重ね合わせた多層プリント配線基板が提供されるようになってきている。このような多層プリント配線基板では、上下に積層されたプリント配線基板のそれぞれに形成された導電層間を電気的に接続するため、これらの基板に、スルーホールあるいはビアホールと呼ばれる穴が形成される。そして、これらの穴の内部に導電膜を形成することにより、各プリント配線基板の導電層間の接続が行われる。
【０００３】
プリント配線基板に形成される穴は、最近のプリント配線基板の小型化や高機能化に伴って小型化し、直径０．１mm以下になってきている。このような小径の穴を精度よく形成するために、パルス発振型のレーザビームが用いられている。
【０００４】
従来のパルス発振型レーザを用いたレーザ穴開け機の一例の構成を図１（全体構成）及び図２（詳細構成）に示す。このレーザ穴開け機１０は、パルス状レーザビームを発生するレーザ発振器１２と、該レーザ発振器１２により発生されたレーザビーム１３の出力を、加工対象であるプリント配線基板（ワークとも称する）６の二つの走査エリア（加工エリア）８Ｌ、８Ｒに導いて、左右同時加工を可能とするために２等分するビームスプリッタ１４と、該ビームスプリッタ１４により反射された左側のレーザビーム１３Ｌを、走査エリア８Ｌ内でＸ軸方向（図の左右方向）及びＹ軸方向（図の前後方向）に走査するための左ガルバノユニット（ガルバノシステム又は単にユニットとも称する）２２Ｌ（図２参照）と、前記ビームスプリッタ１４を通過した後、ミラー１６で反射された右側のレーザビーム１３Ｒを、右側の走査エリア８Ｒ内で同じくＸ軸方向及びＹ軸方向に走査するための右ガルバノユニット２２Ｒ（図２参照）と、前記プリント配線基板８をＸ軸方向に平行移動するためのＸステージ４０Ｘ、及び、該Ｘステージ４０Ｘ上で前記プリント配線基板８をＹ軸方向に移動するためのＹステージ４０Ｙを含むＸＹステージ４０（図２参照）とを主に備えている。
【０００５】
前記左ガルバノユニット２２Ｌ及び右ガルバノユニット２２Ｒには、図２に詳細に示す如く、レーザビーム１３Ｌ、１３Ｒをそれぞれ反射するためのミラー２４Ｌ、２４Ｒと、該ミラー２４Ｌ、２４Ｒで反射されたレーザビームを、例えばＹ軸方向に走査するための第１ガルバノミラー２６Ｌ、２６Ｒと、該第１ガルバノミラー２６Ｌ、２６Ｒを駆動するための第１ガルバノスキャナ（単に第１スキャナとも称する）２８Ｌ、２８Ｒと、前記第１ガルバノミラー２６Ｌ、２６ＲによってＹ軸方向に走査されたレーザビームを、更にこれに垂直なＸ軸方向に走査するための第２ガルバノミラー３０Ｌ、３０Ｒと、該第２ガルバノミラー３０Ｌ、３０Ｒを駆動するための第２ガルバノスキャナ（単に第２スキャナとも称する）３２Ｌ、３２Ｒと、前記第１及び第２ガルバノミラー２６Ｌ、２６Ｒ、３０Ｌ、３０ＲによりＸ軸方向及びＹ軸方向に走査されたレーザビームを、プリント配線基板８の表面に対して垂直に偏向し、照射口（図示省略）を介して落とすためのｆθレンズ３４Ｌが、それぞれ収容されている。
【０００６】
ここで、例えば前記左ガルバノユニット２２Ｌは固定され、右ガルバノユニット２２Ｒは、例えば、そのＸ軸方向位置が可変とされ、加工開始前に、ユニット間距離（Ｌ軸値と称する）Ａが変更可能とされている。
【０００７】
基板６上のビーム照射可能範囲は、ｆθレンズ３４Ｌ、３４Ｒの大きさがコストや品質等の点で制限されているため、加工中は完全に位置が固定されるビーム照射口の真下位置を中心とする、例えば４０mm×４０mmのＸ軸、Ｙ軸に両辺が平行な矩形範囲（走査エリアと称する）８Ｌ、８Ｒに限定されている。
【０００８】
一方、基板６の大きさは、例えば最大約５００mm×６００mm程度の大きさであり、一般に走査エリアよりも広い。従って、基板全体の穴開け加工を行うために、基板を支えるＸＹステージ４０をＸＹ平面内で自由な方向に駆動させ、基板６を移動するようにしている。
【０００９】
このようなレーザ穴開け機は、例えばステップアンドリピート動作の場合には、図３に全体の動作を示す如く、
（１）ＸＹステージ４０によって基板６を移動する、
（２）左右の走査エリア８Ｌ、８Ｒ内のレーザ穴開け加工を行う、
という２ステップの繰り返しにより、基板全体の穴開けを行う。被加工面では、レーザビームが照射された部分が蒸発し、プリント配線基板６に穴が形成される。ここで、レーザビームは２分されているため、同時に加工される走査エリアは左右に２つあり、同時加工エリア間距離は加工ヘッド間距離に等しい。
【００１０】
又、各走査エリア８Ｌ、８Ｒ内の加工については、図４に示す如く、左右ユニット２２Ｌ、２２Ｒの第１、第２スキャナ２８Ｌ、２８Ｒ、３２Ｌ、３２Ｒによる、基板上の穴開け終了点から次の穴開け予定点への移動走査（ビーム走査と称する）が全て完了した段階でレーザビームを照射するという工程を繰り返している。
【００１１】
レーザ穴開け機のシステム構成を、図５を参照して説明する。
【００１２】
レーザ穴開け（加工）機１０は、簡単に言うと、加工データファイル群７４（ここでは図示を省略したＣＡＤデータファイル７０及び図示しないＧＵＩ入力から作成される）を加工機付設パソコン（ＰＣ）６０の読込プログラム８２ｅによって読み込むことにより得られる、加工データ７２に従って動作を行う。加工開始命令を受け、加工機動作の制御を行うのは、加工制御プログラム６２である。
【００１３】
レーザ穴開け機のユーザ（基板メーカ）が求める価値として、コスト、加工スループット、穴開け精度、小径加工対応可能性等、多くの要素が挙げられる。
【００１４】
ユーザ価値の中でも、加工スループット等といった要素は、加工機メーカにとっては実機を用いてデモを行なうのが最も効果的であり、又、十分に納得してもらうためには、デモは不可欠である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、コンピュータ又はパソコンにより再現した加工状況と同期させて、加工位置をパソコンの表示画面上に表示する際に、機器の移動や走査、整定待ち、無駄時間を考慮していなかったため、加工状況を正確に再現することができなかった。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、機器の移動や走査、整定待ち、無駄時間を考慮して、加工状況を正確に再現できるようにすることを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コンピュータ又はパソコンにより再現した加工機による加工状況と同期させて、加工位置をパソコンの表示画面上に表示する際に、ステージの移動やスキャナの走査、これらが停止する迄の整定待ち、指令を与えてからこれらが動作する迄の無駄時間を合計した時間を待ち時間としてプログラム上で待った後、移動や走査前後の２点間を結ぶ直線を描画するようにして、前記課題を解決したものである。
【００２９】
更に、前記待ち時間に所定の係数を掛けて、時間軸を変更するようにしたものである。
【００３０】
本発明は、又、前記の加工機動作シミュレーション方法を実施するためのコンピュータプログラムを提供するものである。
【００３２】
又、前記コンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読取り可能な記録媒体を提供するものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３４】
本実施形態は、図６に示す如く、例えば基板メーカから提供される、被加工物の穴座標データなどが格納されたＣＡＤデータファイル７０と、該ＣＡＤデータファイル７０及び図示しないＧＵＩ入力を加工データ７２に変換する変換機能８２ａ、図示しない加工機の能力を引出すために、加工データ７２を更新する最適化機能８２ｂ、加工データ７２を読みつつ加工を再現するシミュレーション機能８２ｃ、前記加工データ７２から、加工機を制御するプログラムが加工時に用いる加工データファイル群７４を作成するファイル作成機能８２ｄ、前記加工データファイル群７４を読み込んで加工データ７２に変換するファイル読込機能８２ｅを有するプログラム８２と、該プログラム８２がインストールされた、デスプレイ８４を備えた携帯型パソコン（ＰＣ）８０により構成されている。
【００３５】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００３６】
加工機メーカのセールスマンは、携帯型ＰＣ８０を携帯して、ユーザ拠点へ赴く。
【００３７】
ユーザは、被加工物の穴座標データ等が格納されたＣＡＤデータファイル７０を有している。
【００３８】
加工機メーカのセールスマンは、プログラム８２を起動し、変換機能８２ａを用いて、ＣＡＤデータファイル７０及び図示しないＧＵＩ入力から加工データ７２を作成する。
【００３９】
該加工データ７２の中身は、例えば実機がガルバノスキャナの位置決めにより穴開け位置を順次訪問して加工する時の、穴開け位置訪問順序等であるが、ＣＡデータファイル７０を読み込んだだけでは、順序が最適化されているとは限らない。そこで、プログラム８２の最適化機能８２ｂを用いて、加工データ７２の例えば一部を更新する。この最適化機能８２ｂとしては、例えば出願人が特願２００１−３３１５５０や特願２００２−２６１８９で提案した方法を用いることができる。
【００４０】
次いで、プログラム８２のシミュレーション機能８２ｃを用いて、加工データ７２を読みながら、実機そのままの加工の様子をＰＣ８０のデスプレイ８４上で再現する。
【００４１】
前記シミュレーション機能８２ｃは、加工機がガルバノスキャナ及びＸＹステージを用いて位置決めし、レーザ照射するときの加工の過程を、実機のランニングタイムそのままに再現するものである。即ち、ガルバノスキャナ（走査）、ＸＹステージ（搬送）、レーザ（照射）などに費やす時間を、実機実測により求めてモデル化しておき、これらモデルをプログラム８２は読み込んでいて、それらを用いて、最適化及びシミュレーションを行う。
【００４２】
ここで、シミュレーションは、図７（Ａ）に示す如く、プログラム上の待ち命令と描画命令の２つにより行なわれる。ここで待ちとは、図８に示す如く、例えばある点を加工し、スキャナを走査し、次の点を加工する場合、実際には、その間スキャナの走査、整定待ち、若干の無駄時間等が存在するが、それらを合計した時間を待ち時間とし、プログラム上で待つこととする。待ち時間経過後、走査前後の２点間を結ぶ直線を描画する。ＸＹステージを移動する場合も同様である。
【００４３】
シミュレーションは、描画により行なわれ、ＰＣ８０のデスプレイ８４には、例えば図９に示すような表示がなされる。即ち、例えば現在のスキャンエリア（図１、図２に示した２軸加工時は左右対）１００、１０２の位置を濃い色で、スキャナの走査により遷移するレーザビームの照射位置の軌跡（レーザビーム軌跡）１０４、１０６を薄い色で表示する。ここで、各スキャンエリア１００、１０２内の表示は、図１０に示す如く、穴開け位置で方向を変える折線表示となる。例えば、特願２００２−２６１８９で出願人が提案した同期制御の場合、スキャンエリア１００、１０２が、同一方向に遷移する表示となる。
【００４４】
又、前記デスプレイ８４上には、図９に示した如く、加工開始からの経過時間を実機ランニングタイムと同じ単位で表示すると共に、スキャナ、ステージ、レーザに費やした消費時間の詳細内訳を表示することができる。更に、スキャンサイズ等の加工情報や、穴数等の基板情報を表示することもできる。
【００４５】
又、図１０に示したように、レーザビーム軌跡をデスプレイ８４上に拡大表示することも可能である。
【００４６】
従って、ユーザは、携帯型ＰＣ８０のデスプレイ８４上に再現される加工の様子を見ながら、レーザ加工の様子を実感できる。
【００４７】
ここで、プログラム８２の最適化機能８２ｂにより最適化された加工データ７２を実機で用いる場合や、最適化機能８２ｂやシミュレーション機能８２ｃを後で再使用する場合には、ファイル書込機能８２ｄを用いて、加工データファイル群７４を作成することができる。又、必要により、ファイル読込機能８２ｅも実行することができる。
【００４８】
前記変換機能８２ａ、最適化機能８２ｂ、シミュレーション機能８２ｃ、ファイル書込機能８２ｄ、ファイル読込機能８２ｅは、必要な機能のみを選択して用いることができる。
【００４９】
即ち、（１）単にＣＡＤデータファイル７０から加工データファイル群７４を作成したい場合には、図１１に示す如く、変換機能８２ａとファイル書込機能８２ｄのみを用いる。
【００５０】
又、（２）加工データファイル群７４が既に存在し、条件を変えて再最適化したい場合は、図１２に示す如く、最適化機能８２ｂと、ファイル書込機能８２ｄと、ファイル読込機能８２ｅとを用いる。
【００５１】
又、（３）加工データファイル群７４が既に存在し、シミュレーションが見たい時は、図１３に示す如く、ファイル読込機能８２ｅとシミュレーション機能８２ｃを用いる。
【００５２】
本実施形態によれば、必要な機能を全て携帯型ＰＣ８０にインストールしておくことで、客先環境に拘らず、客先でデモを行なうことが可能となる。
【００５３】
次に、前記実施形態を含む参考例を詳細に説明する。
【００５４】
本参考例は、図１４に示す如く、ＣＡＤデータファイル７０及び加工データファイル群７４が格納された、ブラウザを表示するデスプレイ１１２を備えた客先（ユーザ）ＰＣ（クライアント）１１０と、該客先ＰＣ１１０と例えばインターネット１２０を介して接続された、前記実施形態と同様の変換機能１３２ａ、最適化機能１３２ｂ、シミュレーション機能１３２ｃ、ファイル書込機能１３２ｄ、ファイル読込機能１３２ｅを有するプログラム（ＷＥＢアプリケーション）１３２を実行可能なメーカ側のサーバ１３０とにより構成されている。
【００５５】
この参考例においても、前記実施形態とほぼ同様に、シミュレーションを行なう。即ち、ユーザの担当者は、ＰＣ１１０を起動して、インターネット１２０に接続する。
【００５６】
該担当者は、所定ホームページにアクセスし、ＷＥＢアプリケーション１３２を起動して、変換（１３２ａ）、最適化（１３２ｂ）、シミュレーション（１３２ｃ）、ファイル作成（１３２ｄ）等を行なう。
【００５７】
本参考例においては、加工機メーカの担当者が携帯型ＰＣ８０を客先に持ち込まなくても、客先ＰＣ１１０を使って、加工機動作を体験可能である。
【００５８】
なお、図１４では、プログラム１３２をサーバ１３０で実行するようにされていたが、プログラム１３２を客先ＰＣ１１０にインストールして、クライアント側で実行するように構成することも可能である。
【００５９】
なお、前記実施形態においては、シミュレーションが実時間で行なわれていたが、シミュレーションは実時間でなくてもよい。例えば図７（Ｂ）に示す如く、２倍速で行なって、シミュレーション時間を短縮したり、あるいは逆に１／２倍速で行なって、細かな動きが目視で確認できるようにしてもよい。あるいは、シミュレーション結果（加工完了時間）のみを数字で表示するようにしてもよい。変速シミュレーションに際しては、図７に示すように、例えばある点からある点へのスキャナの走査時間が１ミリ秒であるとすると、実時間シミュレーションでは、（Ａ）に示す如く、１ミリ秒待って直線を描画するが、倍速シミュレーションの場合には、（Ｂ）に示す如く、半分の０．５ミリ秒待って描画すればよい。
【００６０】
又、前記動作モデルは任意のものでよく、場合によっては、将来予測される仕様でのスループットの確認も可能である。
【００６１】
なお、前記実施形態においては、本発明が、レーザ穴開け機の動作シミュレーションに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レーザ以外の穴開け機や、需要側拠点が広範囲であり、供給側製品販売（需要側製品購入）のためには、製品能力の実感が必要であり、実感のためには需要側が供給側拠点まで赴く必要があるような販売形態を持つ加工機一般に同様に適用できることは明らかである。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、コンピュータ又はパソコンにより再現した加工状況と同期させて、加工位置をパソコンの表示画面上に表示する際に、機器の移動や走査、整定待ち、無駄時間を考慮するようにしたもので、加工状況を正確に再現することができる。
【００６５】
又、時間軸を変更する変速シミュレーションにより、加工過程を任意の速度で確認でき、最適化の様子を短時間で確認したり、逆にじっくり確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるレーザ穴開け機の全体構成を示す斜視図
【図２】同じく、詳細構成を示す斜視図
【図３】同じく、ステップアンドリピートによる全体の加工動作を示すタイムチャート
【図４】同じく、各走査エリア内の加工動作を示すタイムチャート
【図５】レーザ穴開け機の従来の装置システム構成を示すブロック線図
【図６】本発明に係るレーザ穴開け機のシミュレーション装置の実施形態の構成を示すブロック図
【図７】本発明によるシミュレーションの方法を示すタイムチャート
【図８】同じく実機動作の描画方法を示す線図
【図９】同じく加工シミュレーションのデスプレイ表示例を示す線図
【図１０】同じくスキャンエリア内の拡大表示例を示す線図
【図１１】前記実施形態において、加工データファイル群の作成を目的とする場合の構成を示すブロック図
【図１２】同じく条件を変えて最適化する場合の構成を示すブロック図
【図１３】同じく加工シミュレーションを目視する場合の構成を示すブロック線図
【図１４】レーザ穴開け機のシミュレーション装置の参考例の構成を示すブロック図
【符号の説明】
７０…ＣＡＤデータファイル
７２…加工データ
７４…加工データファイル群
８０…携帯型パソコン（ＰＣ）
８２、１３２…プログラム
８２ａ、１３２ａ…変換機能
８２ｂ、１３２ｂ…最適化機能
８２ｃ、１３２ｃ…シミュレーション機能
８２ｄ、１３２ｄ…ファイル書込機能
８２ｅ、１３２ｅ…ファイル読込機能
８４、１１２…デスプレイ
１００、１０２…スキャンエリア
１０４、１０６…レーザビーム軌跡
１１０…客先（ユーザ）ＰＣ
１２０…インターネット
１３０…サーバ

Claims

コンピュータ又はパソコンにより再現した加工機による加工状況と同期させて、加工位置をパソコンの表示画面上に表示する際に、
ステージの移動やスキャナの走査、これらが停止する迄の整定待ち、指令を与えてからこれらが動作する迄の無駄時間を合計した時間を待ち時間としてプログラム上で待った後、
移動や走査前後の２点間を結ぶ直線を描画することを特徴とする加工機動作シミュレーション方法。
前記待ち時間に所定の係数を掛けて、時間軸を変更することを特徴とする請求項１に記載の加工機動作シミュレーション方法。
コンピュータ又はパソコンにより再現した加工機による加工状況と同期させて、加工位置をパソコンの表示画面上に表示するための加工機動作シミュレーション用コンピュータプログラムであって、
ステージの移動やスキャナの走査、これらが停止する迄の整定待ち、指令を与えてからこれらが動作する迄の無駄時間を合計した時間を待ち時間として待つステップと、
その後、移動や走査前後の２点間を結ぶ直線を描画するステップと
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
コンピュータ又はパソコンにより再現した加工機による加工状況と同期させて、加工位置をパソコンの表示画面上に表示するための加工機動作シミュレーション用コンピュータプログラムであって、
ステージの移動やスキャナの走査、これらが停止する迄の整定待ち、指令を与えてからこれらが動作する迄の無駄時間を合計した時間を待ち時間として待つステップと、
その後、移動や走査前後の２点間を結ぶ直線を描画するステップと
を含むことを特徴とするコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読取り可能な記録媒体。