JP4320524B2

JP4320524B2 - Laser processing equipment

Info

Publication number: JP4320524B2
Application number: JP2002102290A
Authority: JP
Inventors: 健矢崎; 栄吉林; 浩一印藤; 靖彦祝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: JP2003290944A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工対象物（以下ワークと称する）をガルバノスキャナーを用いた集光レーザビームにより熱加工するレーザ加工装置の加工位置精度の向上に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
ガルバノスキャナーを利用したレーザ加工装置は、古くはレーザ彫刻機やレーザ刻印機などに始まり、一般にはレーザマーカなどとも呼ばれ良く知られている。
最近では、多層プリント配線基板や精密電子部品などの穴あけ製造工程に、従来のドリルなどの工法に替わり微細、高速でフレキシブルな加工方法として利用が拡大されている。
こうした電子回路や電子部品の高精細化は、関連する半導体の小型化や集積度の向上とあいまって近年では特に顕著で、このような技術利用分野では従来のレーザマーカなどでは全く問題にはならなかったμｍ単位の加工位置精度が要求されるようになっているのは周知である。
【０００３】
このような超高精度が要求されるレーザ加工装置の加工精度を向上させる従来技術としては、特開２０００−９８２７１号公報や特開２００１−１７９４７９号公報に開示されているように、主に設置環境周囲の温度や湿度の変化による加工精度の劣化を、
１）加工位置のずれを検出して補正処理を行う。
２）ガルバノスキャナーの温度・湿度を一定にして位置ずれを防止する。
３）変化する温度を測定し位置ずれを補正する。
といった方法・手段により解決を計っている。
他に、加工レンズの温度変化による位置ずれの補正などの技術もある。
【０００４】
次に、従来のレーザ加工装置の構成を図６の全体構成図を用いて説明する。
図において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振器１から水平方向出力されたレーザビーム、３ａはレーザビーム２を水平面内で偏向させる第１のガルバノミラー、３ｂはガルバノミラー３ａで偏向されたレーザビーム２を更に垂直面内で偏向する第２のガルバノミラー、４ａはガルバノミラー３ａを駆動するガルバノスキャナー、４ｂはガルバノミラー３ｂを駆動するガルバノスキャナー、６は水平面内で移動（駆動制御）動作されるＸＹテーブル上に載置されるレーザ加工対象となるワーク、５は偏向されたレーザビーム２をワーク６上に指向してほぼ垂直に集光照射するｆθレンズ、７はガルバノスキャナー４を駆動制御動作させるガルバノドライバー、８はレーザ発振器１、ガルバノドライバー７、ＣＣＤカメラ９、ＸＹテーブルなどを集中制御する制御装置、９はｆθレンズ５の近くに設けられたＣＣＤカメラである。
【０００５】
次に動作について説明する。
レーザ発振器１は制御装置８により制御され、予め定められパルス状出力のレーザビーム２を出射する。
制御装置８は予め定められたプログラムにより、同時にガルバノドライバー７を経由してガルバノスキャナー４を駆動制御することで、ガルバノミラー３の振り角度を変化させる制御を行う。
而してガルバノミラー３により偏向されたレーザビーム２はｆθレンズ５に入射した後、焦点位置でワーク６に照射され、ワーク６には穴あけなどの加工が施される。
加工穴のサイズなどはレーザ発振器１のレーザ出力の大きさを調整したり、１つの穴に対してどれだけのパルスレーザビームを照射するかなどの条件変更が実施され、加工位置は所定の位置へ集光レーザビームが照射されるようにガルバノミラー３の回転角度、即ち偏向変位動作位置が制御される。
ガルバノミラー３のスキャン範囲を超える部分の加工を実施する時は、ＸＹテーブルを動作させてワーク６を移動させたり、加工開始位置の補正や加工後の穴の観察にｆθレンズ５の近傍に設けられたＣＣＤカメラ９が使用される場合が多い。
【０００６】
上記のように構成・動作される従来のレーザ加工装置では、周囲環境温度の変化や自己の発熱などの影響による加工精度の劣化が無いことを長時間に渡って保証するために、
１）加工位置のずれを検出して補正する方法では、
ＸＹテーブル上のワーク６とは別の場所、あるいはワーク６をサンプルワークに取り替えＸＹテーブルに搭載し、図３（ａ）に示されるテスト穴あけ加工モデルの如く、ガルバノミラーのスキャン範囲において、例えばＸＹ方向に格子状に配列された線分Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＹ１、Ｙ２、Ｙ３の交点に予めプログラムされたＸＹデータを基準としてレーザ穴あけ加工を実施する。
そして、ＸＹテーブルを動作させＣＣＤカメラ９を用いることにより、基準（理想）の穴位置から実際の加工穴位置のずれ量を計測した後、ｎ次曲線近似などで上記線分位置を補正したデータを元に制御装置８によりガルバノドライバー７を介してガルバノスキャナー４、すなわちガルバノミラー３を補正制御動作させて加工精度の向上を計っている。
なお、特開２０００−０９８２７１号公報は、上記のような位置補正工程においてレーザビーム２の照射位置に受光センサーを設けて、人手による位置計測作業を自動化する発明である。
【０００７】
２）ガルバノスキャナーの温度・湿度を一定にして位置ずれを防止する方法では、
特開２００１−１７９４７９号公報に開示されているように、ガルバノスキャナ本体を容器内に気密的に収納して、温度一定エアーを供給することにより周囲環境変化に対する加工位置精度劣化防止を図っている。
特開平２−１３８０８７号公報においても、同様にガルバノミラーを密閉構造内に収納し、温調エアを供給することにより周囲環境変化に対する加工位置精度劣化防止を図っている。
【０００８】
３）変化する温度を測定し位置ずれを補正する方法では、
特開平１１−２７７２７４号公報に開示されているように、ガルバノミラー取付フレーム温度を検出し、目標位置に対して角度を補正し、加工精度の向上を計っている。
また、特開平２−２５５２９０号公報に開示されているように、レーザ光の位置・方向を変化させる平面ミラーの表面温度分布を赤外線カメラで非接触に測定し、そのときの画像パターンを各々記録しておき、基準との差異からずれ量を求めて焦点位置を補正することで、加工精度の向上を計っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ガルバノミラーやガルバノスキャナーは、設置環境温度変化が著しい場合の周囲の温度変化、加工機の運転・停止が頻繁な場合の加工機内部のサーボモータ等の発熱による機内温度変化、レーザ加工出力の変化が大きい場合のレーザ発振器の発熱やレーザビームの吸収による光学部品の発熱による周囲温度変化、あるいはユニット／部品レベルの温度変化で加工精度に影響を受ける。
すなわち、ガルバノミラーやガルバノスキャナーの温度を定常状態が保持できないと加工精度が低下するため、上記温度変化に対応して頻繁にガルバノ補正を実施することが必要となり、仮にガルバノ位置補正工程を自動化しても、その間にレーザ加工機は本来の穴あけ加工作業が出来ず、加工生産性が落ちてしまう。
なお、ガルバノ補正を実施しないと一定の加工精度・品質が維持できず、歩留まりの面で加工生産性は悪化してしまう。
また、前述のようにガルバノスキャナー本体の温度のみを一定に管理することは、実用的には装置が大型化して高価になるばかりか、温度変化に対応した精度低下に対しては何ら効果が無く、加工位置精度の向上への実効的な対策とはならない問題があった。
さらに、温度を測定する方法においても、実加工においては、加工による入熱による温度変化と加工による周辺温度変化による加工内部品の温度変化があるので、そのどちらか一方でも欠けた状態で加工しても、温度変化に対応した精度低下に対しては何ら効果が無く、加工位置精度の向上への実効的な対策とはならない問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来装置の問題点に鑑み、その問題点を解消するためになされたもので、安価で精度が高くかつ生産性の高いレーザ加工装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザビームをガルバノミラーで偏向し、ｆθレンズで集光加工するレーザ加工装置において、上記ガルバノミラーの温度を検出するガルバノ温度検出手段と、
上記ｆθレンズの温度を検出するレンズ温度検出手段と、このガルバノ温度検出手段及びレンズ温度検出手段からの温度に基づき、上記ガルバノミラーの偏向変位動作位置を制御する手段と、を備えたものである。
【００１２】
また、温度に基づき制御する位置ずれ（ΔＸ，ΔＹ）の補正として、ｆθレンズの温度変化（Δｔ1）によるＸ方向、Ｙ方向の伸縮率（ゲイン）をＧx，Ｇy、ガルバノミラーの温度変化（Δｔ2）によるＸ方向、Ｙ方向のオフセットをＸ0，Ｙ0、補正前の加工位置（Ｘ，Ｙ）、とした場合に、
ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊（Δｔ2−Δｔ1）
ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊（Δｔ2−Δｔ1）
に基づき求めるものである。
【００１３】
さらに、加工する際に予めガルバノミラーへの入熱量を算出する手段と、ガルバノミラーに乾燥空気を吹付ける手段と、を備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明によるレーザ加工装置の一実施の形態を、図１に示される全体構成図を用いて説明する。
図において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振器１から水平方向出力されたレーザビーム、３ａはレーザビーム２を水平面内で偏向させる第１のガルバノミラー、３ｂはガルバノミラー３ａで偏向されたレーザビーム２を更に垂直面内で偏向する第２のガルバノミラー、４ａはガルバノミラー３ａを駆動するガルバノスキャナー、４ｂはガルバノミラー３ｂを駆動するガルバノスキャナー、５は偏向されたレーザビーム２をワーク６上に向かってほぼ垂直に集光照射するｆθレンズ、６は水平面内で移動（駆動制御）動作されるＸＹテーブルに載置される被加工物であるワーク、７はガルバノスキャナー４ａ、４ｂを駆動動作させるガルバノドライバー、８はレーザ発振器１、ガルバノドライバー７、ＣＣＤカメラ、ＸＹテーブルなどを集中制御する制御装置、１１はｆθレンズ５の横面に取付られた熱電対などの温度検出器、１２はガルバノミラー３ｂの温度を非接触で検出するサーモビュアーなどの非接触温度検出器で、この場合温度検出対象はガルバノミラー３ａであっても良い。
１３はコンプレッサー、１４はコンプレッサー１３から供給される圧縮空気を清浄な乾燥空気とするフィルター付空気乾燥機、１５はフィルター付空気乾燥機１４から出た乾燥空気をガルバノスキャナー４ａ、４ｂやガルバノミラー３ａ、３ｂの近傍へ吹きつけるためのエアーノズルである。
ここで、温度検出器１１と非接触温度検出器１２の信号は制御装置８へ取り込まれて、集中制御される構成となっている。
なお、従来装置と同様な構成のＣＣＤカメラ９は図上省略してある。
【００１５】
次に動作について説明するが、通常のレーザ加工装置としての動作は従来装置と同様なので省略し、ここでは本発明の一実施例によるレーザ加工装置の特徴的な動作部分をこの発明に至った経緯も含めて説明する。
レーザ穴あけ加工の加工位置精度に大きな影響を及ぼす因子を特定する為に、レーザ加工機が設置されてある場所の室内温度１０１、レーザ加工機内部のｆθレンズおよびガルバノミラー近傍の温度１０２、ガルバノミラーの背面温度１０３が加工時間（１時間）と共にどのように変化するかを実験し、その結果を、図２のグラフで示す。
なお、ガルバノミラーの背面温度１０３は、レーザ加工時のレーザビームのパルスエネルギーをそれぞれ２５ｍＪ／パルス、５０ｍＪ／パルスと変化させた場合に分けて、それぞれ１０３ａ、１０３ｂとしている。
【００１６】
図に示されるように、室内温度１０１はほぼ一定であるが、それ以外の温度は時間と共に上昇して、約１時間後に加工機内や設置場所周辺への発熱吸収とバランスして飽和（定常）状態となっていることがわかる。
これはレーザ加工機内部のガルバノ周辺ユニットの熱容量から試算想定ができるものである。
ガルバノミラー温度１０３ａ、１０３ｂが鋸刃状の曲線を描いているのは、１枚のワークの加工に要する時間が約６分弱で、加工ワークの交換やワーク交換時の初期位置補正などに約１０〜１５秒を要し、その際レーザ発振が停止するので、ガルバノミラーへの入熱負荷が無くなるためである。
【００１７】
図３は、基準穴に対するテスト穴あけ加工の状態を示したモデル図である。
図において、図３（ａ）は、従来装置の動作１）で述べたような通常のガルバノ位置補正制御を実施した直後にテスト用ワークに一定のプログラムでレーザ穴あけ加工を実施した場合を示しており、この場合ガルバノミラーの温度は、図２の時間軸がほぼ０の時点に相当するものであり、温度・湿度管理された設置環境下において低出力レーザビームにより数秒ほどのごく短時間に実施された結果である。
図３（ｂ）、（ｃ）は、それぞれガルバノミラー温度が１０３ａと１０３ｂで、加工を開始して約１時間経過し、温度上昇がほぼ飽和した時点での同一プログラムによるテスト加工の結果を示している。
なお、図３（ｂ）、（ｃ）において、黒丸で示す正常な加工位置から、白丸で示す実際のテスト加工位置は温度変化にほぼ比例してずれており、ずれ量は（ｂ）で最大１５μｍ程度、（ｃ）では最大３２μｍ程度であった。
【００１８】
これらの実験結果より次の結論を見出した。
生産性の向上等の観点から加工用のレーザ出力が増大すると、ガルバノミラーの熱負荷が増大し、ガルバノミラーが熱変形して加工位置精度を低下させる。
あるいは、ガルバノミラーからの熱伝導でガルバノスキャナーの温度も上昇し、加工位置精度低下を助長させる。
また、ガルバノミラー温度上昇に伴う加工位置のずれ量は、図２のガルバノミラー温度１０３ａ、１０３ｂ及び図３のテスト加工結果（ｂ）、（ｃ）より明らかなように、ガルバノミラーの温度上昇にほぼ比例している。
その位置ずれ量の推移としてほぼ以下の算式に載ることがわかった。
【００１９】
ここで、位置ずれ量は、ガルバノミラーへの入熱による位置ずれ量（オフセットずれ）及び最終段のｆθレンズの温度上昇による位置ずれ量（伸縮ずれ）に分けることができる。

【００２０】
また、補正前加工位置Ｘ，Ｙと、補正後の実加工位置Ｘ’，Ｙ’との関係は、位置ずれ量に伴う補正する量ΔＸ，ΔＹとすると、
Ｘ’＝Ｘ＋ΔＸ
Ｙ’＝Ｙ＋ΔＹ・・・・式２
となる。
【００２１】
ここで、ガルバノミラーへの入熱による位置ずれを無視し、ｆθレンズの温度変化のみに着目した場合、ｆθレンズの温度変化（Δｔ1）による位置ずれのＸ方向、Ｙ方向の伸縮率（ゲイン）をＧx、Ｇy、位置ずれのＸ方向、Ｙ方向のオフセットずれをＸ0、Ｙ0とすると、
補正する量ΔＸ、ΔＹは、
ΔＸ＝Ｇx（Ｘ−Ｘ0）・Δｔ1
ΔＹ＝Ｇy（Ｙ−Ｙ0）・Δｔ1 ・・・・式３
展開すると、
ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊Δｔ1
ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊Δｔ1 ・・・・式４
となる。
【００２２】
なお、式１に基づき、ガルバノミラーへの入熱による位置ずれ量も考慮する必要があることから、本実施の形態では、式４に対してさらなる補正を加える。
つまり、ガルバノミラーへの入熱による位置ずれは、ｆθレンズへの入射位置に反映されることから、ガルバノミラーへの入熱により、ｆθレンズの温度変化（Δｔ1）による位置ずれのＸ方向、Ｙ方向のオフセットＸ0、Ｙ0が変化することに着目し、オフセットの要素となるΔｔ1を、ガルバノミラーの温度変化であるΔｔ2と置き換え、
ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊Δｔ2
ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊Δｔ2 ・・・・式５
を得、
ここで、ｆθレンズの温度変化（Δｔ1）時の補正は、同様にガルバノミラーのΔｔ1の温度変化も含んでいることから、ガルバノミラーの温度がΔｔ2とすると、補正すべきガルバノミラーへの実質的な入熱は、（Δｔ2−Δｔ1）となることから、
ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊（Δｔ2−Δｔ1）
ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊（Δｔ2−Δｔ1）・・・・式６
に基づき補正を行うものである。
【００２３】
これらの知見から、本実施の形態では、ｆθレンズの温度変化、ガルバノミラーの温度変化による加工位置ずれ量から、上記式６のパラメータを決定し、その決定したパラメータにより実加工時の偏向変位位置を制御動作させるようにした。
【００２４】
さらに具体的には、フローチャート図４、図５に従って説明する。
ガルバノミラーへの入熱による温度変化がない状態、すなわち、Δｔ1＝Δｔ2となる加工エネルギが小さい加工を実施することにより、Ｇx／Ｇyを決定する。ｆθレンズの温度変化、ガルバノミラーの温度変化による補正を無効とする設定（ＳＴ１）で、加工穴位置のずれ量を計測する。
計測方法については、ｆθレンズの温度変化を強制的に発生させ、サンプルワークをＸＹテーブルに搭載し、図３（ａ）に示すように、ガルバノミラーのスキャン範囲において、例えばＸＹ方向に格子状に配列された線分Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＹ１、Ｙ２、Ｙ３の交点に予めプログラムされたＸＹデータを基準としてレーザ穴あけ加工を実施し、ＸＹテーブル１０を動作させＣＣＤカメラ９を用いることにより、基準（理想）の穴位置から加工穴位置のずれ量を計測する。（ＳＴ２：ｆθ位置確認プログラム）
【００２５】
ｆθレンズの基準温度をＴ1（℃）とし、ｆθレンズの基準温度から強制的に温度変化（Ｔ1n）を与えた場合の温度変化量をΔｔ1nとすると、
Δｔ1n＝Ｔ1n−Ｔ1 ・・・・・・式７
の関係が成り立つ。
【００２６】
そのため、ＳＴ２による実際のずれ量は、計測により、Δｔ1nの際の各々の基準（理想）の穴位置からの加工穴位置のずれ量Δｘ、Δｙは、
Δｔ1n ：（Δｘn、Δｙn）・・・・・式８
となる。
以上、複数の温度変化量におけるずれ量をｆθレンズの温度変化分を横軸にとり、表にプロットすると、図４（ａ）の関係となることから、最小二乗法を使用して、ずれ量Ｘ、ずれ量Ｙ、すなわち式６におけるＧx，Ｇyを算出する。
【００２７】
次に、ｆθレンズの温度変化のない状態にて、ガルバノミラーに高エネルギを投入し、温度変化をさせ、式６に示したオフセットずれ量を算出する。
ここで、ＳＴ２で実施した「ｆθ位置確認プログラム」を使用して、基準（理想）の穴位置から加工穴位置のずれ量を計測するが、ｆθレンズの温度変化のない状態を作り出すことは、高エネルギ加工を実施する関係上、加工機内の温度上昇は避けられないので、非常にむずかしい。
そこで、位置ずれ量からｆθレンズの温度変化による位置ずれ量をキャンセルするために、ｆθレンズの温度変化による補正は有効、ガルバノミラーの温度変化による補正を無効とする設定とする（ＳＴ３）。
この設定は、図２において、加工室内の温度分布が１０２となっても、その温度変化による位置ずれ量をキャンセルすることを意味する。
【００２８】
具体的には、高エネルギ加工を実施しながら、「ｆθ位置確認プログラム」を使用して、位置ずれ量及び温度を採取する。（ＳＴ４）
ｆθレンズ温度センサからの基準温度（Ｔ1℃）を採取した同じタイミングにおけるガルバノミラー温度センサからの温度を、基準温度（Ｔ2℃）として定義し、実際のｆθレンズ温度センサからの温度（Ｔ2n）との差分をΔｔ2nとすると、
Δｔ2n＝Ｔ2n−Ｔ2 ・・・・・・式９
の関係が成り立つ。
【００２９】
そのため、ＳＴ４による実際のずれ量は、計測により，Δｔ2nの際の各々の基準（理想）の穴位置からの加工穴位置のずれ量Δｘ1、Δｙ1は、
Δｔ2n ：（Δｘ1n、Δｙ1n）・・・・・式１０
となる。
ここで、Δｔ2n時のずれ量Δｘ1n、Δｙ1nが求まるが、これは、ｆθレンズの温度変化による補正を含んでいることから、（Δｔ2n−Δｔ1n）について求める必要がある。
以上、複数の温度におけるずれ量をガルバノミラーの温度変化分を横軸にとり、表にプロットすると、図４（ｂ）の関係となることから、最小二乗法を使用してずれ量Ｘ、ずれ量Ｙのオフセット、すなわち式６におけるＸ0，Ｙ0を算出する。
【００３０】
以上の処理により式６におけるパラメータＧx，Ｇy、Ｘ0，Ｙ0が全て決定したので、続いて実加工における温度補正動作フローについて、フローチャート図５を用いて説明する。
ｆθレンズ温度センサ及びガルバノミラー温度センサに基づく補正が有効となるよう設定する。（ＳＴ１１）
加工するプログラムで使用する加工条件から、“使用エネルギ”について抽出し、ガルバノミラーに入熱されるエネルギー量の概算を演算する。（ＳＴ１２）
そして、演算値と所定の基準値を比較し、基準値より大きい場合にガルバノミラー温度補正ばかりでなくドライエアをガルバノミラーへ吹き付けるようにするための“ドライエア吹付けＦＬＧ”をＯＮし、ドライエア吹付けＦＬＧにより、ドライエア吹付けを実施する。（ＳＴ１３，１４）
すなわち、レーザ出力がさらに大きい場合は、ガルバノミラーやガルバノスキャナー周辺を冷却するため、コンプレッサー１３から供給される圧縮空気を清浄な乾燥空気とするフィルター付空気乾燥機１４を通し、乾燥空気をエアーノズル１５によりガルバノスキャナー３ｂ、４ｂやガルバノミラー３ａ、４ａの近傍へ吹きつけるよう動作させると、温度上昇が抑制され、更なる高精度化に有利となるが、室温より低い温度で冷却することは、ミラーや部品などの結露を招いたりするため有利でない。
なお、エアーノズルの形状や乾燥空気の吹付け方を変えたり、ミラーやスキャナーを冷却されやすいように構造変更することなどは適宜実施可能である。
ここで、“ドライエア吹付けＦＬＧ”の基準値は、実験値により決定し、予め、データとして、図示しない制御装置内の不揮発性ＲＡＭ領域に格納しておく。
【００３１】
位置決めされるべき位置Ｘ、Ｙに対して、ｆθレンズ温度（Δｔ1）及びガルバノミラー温度（Δｔ2）を考慮し、温度補正する量ΔＸ、ΔＹを式６に基づき算出する。ここで、Δｔ1（℃）、Δｔ2（℃）については、ｆθレンズ温度の基準温度（Ｔ1℃）、ガルバノミラー温度の基準温度（Ｔ2℃）からの温度変化分を指す。（ＳＴ５）
そして、計算されたΔＸ、ΔＹを位置決めされるべきＸ、Ｙに対して加えた量を図示していない制御装置のＤＡコンバータへ出力し、ガルバノを動作させる。（ＳＴ６）
ＳＴ１〜ＳＴ６を加工プログラム終了まで繰り返す。（ＳＴ７）
【００３２】
以上の結果、あらゆるレーザ出力の加工条件下でも、長時間の連続加工において、加工位置精度を±５μｍ以下とすることが可能となった。
ガルバノミラー温度上昇と加工位置ずれ量の関係が非線型な部分もあり、また温度測定点と変形部分の温度に差があることや、さらには、測定誤差やバラツキなどにより、これ以上の加工精度向上は困難であったが、加工品質上問題ないレベルまでは到達することが出来た。
【００３３】
また、本実施の形態では、ガルバノミラー温度は１個所のみで検出しているが、複数箇所の構成でも良く、ミラーの温度上昇に応じて加工位置がずれるデータの取得は、レーザ加工出力の変化水準（ミラー温度変化水準）、テスト加工穴あけ数量やピッチなどの水準、測定方法（ＣＣＤカメラなどによる自動計測）など種々条件や方法があり、位置補正の方法もデータ数、間引き処理などの要否、使用近似式などの種々条件や方法があり、制御動作でもリアルタイム、バッチ処理、指令単位などの諸条件があるが、いずれの構成・動作・方法・条件にしても本実施の形態によるレーザ加工装置と同様な効果を奏することができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、ガルバノミラーなどの温度変化による加工位置補正がレーザ加工を停止することなく可能となり、安価で精度が高くかつ生産性の高いレーザ加工装置ができる効果がある。
また、加工条件に応じて、ガルバノミラーに乾燥空気を吹付ける手段を有するよう構成したので、特に高出力レーザ加工においてはより高精度なレーザ加工装置ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるレーザ加工装置の構成図である。
【図２】ガルバノミラー温度と時間の関係をしめしたグラフである。
【図３】テスト穴あけ加工モデルを示した図である。
【図４】本発明におけるレーザ加工装置の温度センサパラメータ決定フローチャートである。
【図５】本発明におけるレーザ加工装置の加工時の温度補正制御フローチャートである。
【図６】従来のレーザ加工装置の構成図である。
【符号の説明】
１レーザ発振器、２レーザビーム、３ガルバノミラー、４ガルバノスキャナー、５ｆθレンズ、６ワーク、７ガルバノドライバー、８制御装置、９ＣＣＤカメラ、１１ｆθレンズ温度検出器、１２…非接触温度検出器、１３空気圧縮機、１４フィルター付空気乾燥機、１５エアーノズル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in processing position accuracy of a laser processing apparatus that thermally processes an object to be processed (hereinafter referred to as a workpiece) with a focused laser beam using a galvano scanner.
[0002]
[Prior art]
Laser processing apparatuses that use galvano scanners have long been known as laser markers and the like, beginning with laser engraving machines and laser engraving machines.
Recently, in the drilling manufacturing process of multilayer printed wiring boards and precision electronic components, the use has been expanded as a fine, high-speed and flexible processing method instead of a conventional drilling method.
Such high definition of electronic circuits and electronic parts is particularly remarkable in recent years, coupled with the miniaturization of related semiconductors and the improvement of integration, and conventional laser markers do not pose any problem in such technical fields. It is well known that processing position accuracy in units of μm is required.
[0003]
As a conventional technique for improving the processing accuracy of a laser processing apparatus that requires such ultra-high accuracy, it is mainly installed as disclosed in JP-A-2000-98271 and JP-A-2001-179479. Deterioration of processing accuracy due to changes in ambient temperature and humidity,
1) A correction process is performed by detecting a deviation of the machining position.
2) Keep the temperature and humidity of the galvano scanner constant to prevent displacement.
3) Measure the changing temperature and correct the misalignment.
The solution is measured by the method and means.
In addition, there is a technique such as correction of misalignment due to temperature change of the processing lens.
[0004]
Next, the configuration of a conventional laser processing apparatus will be described with reference to the overall configuration diagram of FIG.
In the figure, 1 is a laser oscillator, 2 is a laser beam output from the laser oscillator 1 in the horizontal direction, 3a is a first galvanometer mirror for deflecting the laser beam 2 in a horizontal plane, and 3b is a laser beam deflected by a galvanometer mirror 3a. 2 is a galvano scanner that drives the galvano mirror 3a, 4b is a galvano scanner that drives the galvano mirror 3b, and 6 is moved (driven and controlled) in a horizontal plane. A workpiece to be laser processed placed on an XY table, 5 is an fθ lens that focuses and irradiates the deflected laser beam 2 onto the workpiece 6, and 7 is a drive control operation for the galvano scanner 4. The galvano driver 8 is a laser oscillator 1, a galvano driver 7, a CCD camera 9 and an XY table. A control unit for centrally controlling, 9 is a CCD camera provided in the vicinity of the fθ lens 5.
[0005]
Next, the operation will be described.
The laser oscillator 1 is controlled by a control device 8 and emits a laser beam 2 having a predetermined pulse output.
The control device 8 performs control to change the swing angle of the galvanometer mirror 3 by driving and controlling the galvanometer scanner 4 simultaneously via the galvano driver 7 according to a predetermined program.
Thus, after the laser beam 2 deflected by the galvanometer mirror 3 is incident on the fθ lens 5, the workpiece 6 is irradiated at the focal position, and the workpiece 6 is subjected to processing such as drilling.
Conditions such as the size of the processing hole are adjusted such that the laser output of the laser oscillator 1 is adjusted and how many pulsed laser beams are irradiated to one hole, and the processing position is a predetermined position. The rotation angle of the galvanometer mirror 3, that is, the deflection displacement operation position is controlled so that the focused laser beam is irradiated.
When processing a part that exceeds the scanning range of the galvanometer mirror 3, the workpiece 6 is moved by operating the XY table, or provided near the fθ lens 5 for correction of the processing start position and observation of the hole after processing. The obtained CCD camera 9 is often used.
[0006]
In the conventional laser processing apparatus configured and operated as described above, in order to ensure that there is no deterioration in processing accuracy due to the influence of changes in ambient environment temperature or self-heating, over a long period of time,
1) In the method of detecting and correcting the deviation of the machining position,
A place different from the work 6 on the XY table, or the work 6 is replaced with a sample work and mounted on the XY table, and, for example, in the scan range of the galvanometer mirror as in the test drilling model shown in FIG. Laser drilling is performed with reference to XY data pre-programmed at the intersections of the line segments X1, X2, X3 and Y1, Y2, Y3 arranged in a grid pattern in the direction.
Then, by operating the XY table and using the CCD camera 9, after measuring the deviation amount of the actual machining hole position from the reference (ideal) hole position, data obtained by correcting the line segment position by nth-order curve approximation or the like Based on the above, the control device 8 performs a correction control operation of the galvano scanner 4, that is, the galvanometer mirror 3 through the galvano driver 7 to improve the processing accuracy.
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-098271 is an invention in which a light receiving sensor is provided at the irradiation position of the laser beam 2 in the position correction process as described above to automate the position measurement work by hand.
[0007]
2) In the method of preventing the position shift by keeping the temperature and humidity of the galvano scanner constant,
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-179479, the galvano scanner main body is hermetically accommodated in a container, and air at a constant temperature is supplied to prevent deterioration in processing position accuracy due to changes in the surrounding environment. .
Similarly, in Japanese Patent Laid-Open No. 2-138087, the galvanometer mirror is housed in a sealed structure, and temperature control air is supplied to prevent deterioration in machining position accuracy due to changes in the surrounding environment.
[0008]
3) In the method of measuring the changing temperature and correcting the displacement,
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-277274, the galvano mirror mounting frame temperature is detected, the angle is corrected with respect to the target position, and the processing accuracy is improved.
Further, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-255290, the surface temperature distribution of a flat mirror that changes the position and direction of laser light is measured in a non-contact manner with an infrared camera, and the image pattern at that time is recorded. In addition, the processing accuracy is improved by obtaining the shift amount from the difference from the reference and correcting the focal position.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Galvano mirrors and galvano scanners change the ambient temperature when there are significant changes in the installation environment temperature, internal temperature changes due to heat generated by the servo motors inside the processing machine when the machine is frequently operated and stopped, and changes in laser processing output The machining accuracy is affected by the change in ambient temperature due to the heat generated by the laser oscillator and the heat generated by the optical component due to the absorption of the laser beam, or the temperature change at the unit / component level.
In other words, if the temperature of the galvano mirror or galvano scanner cannot be maintained in a steady state, the machining accuracy will decrease, so it will be necessary to frequently carry out galvano correction in response to the above temperature change. However, in the meantime, the laser processing machine cannot perform the original drilling work, and the processing productivity falls.
If galvano correction is not performed, a certain machining accuracy and quality cannot be maintained, and machining productivity is deteriorated in terms of yield.
In addition, as described above, managing only the temperature of the galvano scanner body at a constant level is not only effective for increasing the size and cost of the apparatus, but also for reducing accuracy in response to temperature changes. There is a problem that is not an effective measure for improving the processing position accuracy.
Furthermore, in the method of measuring temperature, in actual machining, there is a temperature change due to heat input due to machining and a temperature change of internal parts due to changes in ambient temperature due to machining. However, there is a problem that there is no effect on the accuracy reduction corresponding to the temperature change, and it is not an effective measure for improving the processing position accuracy.
[0010]
The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional apparatus described above, and provides a laser processing apparatus that is inexpensive, has high accuracy, and has high productivity.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The laser processing apparatus according to the present invention includes a galvano temperature detecting means for detecting the temperature of the galvano mirror in a laser processing apparatus that deflects a laser beam with a galvano mirror and collects the light with an fθ lens.
A lens temperature detecting means for detecting the temperature of the fθ lens; and a means for controlling the deflection displacement operation position of the galvano mirror based on the temperature from the galvano temperature detecting means and the lens temperature detecting means. .
[0012]
Further, as the correction of the positional deviation (ΔX, ΔY) controlled based on the temperature, the expansion rate (gain) in the X direction and the Y direction due to the temperature change (Δt1) of the fθ lens is set to Gx, Gy, the temperature change (Δt2) of the galvanometer mirror. ), The offsets in the X and Y directions are X0 and Y0, the processing position (X, Y) before correction,
ΔX = Gx * X * Δt1−Gx * X0 * (Δt2−Δt1)
ΔY = Gy * Y * Δt1−Gy * Y0 * (Δt2−Δt1)
It is based on.
[0013]
Furthermore, it comprises means for calculating in advance the amount of heat input to the galvanometer mirror when processing, and means for blowing dry air onto the galvanometer mirror.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
An embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the overall configuration diagram shown in FIG.
In the figure, 1 is a laser oscillator, 2 is a laser beam output from the laser oscillator 1 in the horizontal direction, 3a is a first galvanometer mirror for deflecting the laser beam 2 in a horizontal plane, and 3b is a laser beam deflected by a galvanometer mirror 3a. 2 is a galvano scanner that drives the galvano mirror 3a, 4b is a galvano scanner that drives the galvano mirror 3b, and 5 is a deflected laser beam 2 on the workpiece 6. An fθ lens that condenses and irradiates substantially perpendicularly, 6 is a workpiece that is a workpiece placed on an XY table that is moved (driven and controlled) in a horizontal plane, and 7 is a drive operation of the galvano scanners 4a and 4b. Galvano driver 8 is a collection of laser oscillator 1, galvo driver 7, CCD camera, XY table, etc. A control device 11 for controlling, a temperature detector such as a thermocouple attached to the lateral surface of the fθ lens 5, and 12 a non-contact temperature detector such as a thermoviewer for detecting the temperature of the galvano mirror 3b in a non-contact manner. In this case, the temperature detection target may be the galvanometer mirror 3a.
Reference numeral 13 denotes a compressor, reference numeral 14 denotes an air dryer with a filter that uses compressed air supplied from the compressor 13 as clean dry air, and reference numeral 15 denotes galvano scanners 4a, 4b and a galvano mirror 3a. 3b is an air nozzle for spraying to the vicinity of 3b.
Here, the signals of the temperature detector 11 and the non-contact temperature detector 12 are taken into the control device 8 and are centrally controlled.
A CCD camera 9 having the same configuration as that of the conventional apparatus is omitted in the drawing.
[0015]
Next, the operation will be described. Since the operation as a normal laser processing apparatus is the same as that of the conventional apparatus, it will be omitted. Here, the characteristic operation part of the laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention is explained. Will be explained.
In order to specify factors that greatly affect the processing position accuracy of laser drilling, the room temperature 101 where the laser processing machine is installed, the temperature 102 near the fθ lens and the galvanometer mirror inside the laser processing machine, the galvanometer mirror An experiment was conducted on how the back surface temperature 103 of the steel plate changes with the processing time (1 hour), and the result is shown in the graph of FIG.
The back surface temperature 103 of the galvanometer mirror is set to 103a and 103b, respectively, when the pulse energy of the laser beam during laser processing is changed to 25 mJ / pulse and 50 mJ / pulse, respectively.
[0016]
As shown in the figure, the room temperature 101 is almost constant, but the other temperatures rise with time and are saturated (steady state) in about 1 hour in balance with heat absorption in the processing machine and around the installation location. It turns out that it is in a state.
This can be estimated from the heat capacity of the galvano peripheral unit inside the laser processing machine.
The

galvanometer mirror temperatures

103a and 103b draw a saw-toothed curve because the time required for processing a single workpiece is less than about 6 minutes, and it is necessary to replace the workpiece and correct the initial position when replacing the workpiece. This is because 10 to 15 seconds are required, and laser oscillation stops at that time, so that the heat input load to the galvanometer mirror is eliminated.
[0017]
FIG. 3 is a model diagram showing a state of test drilling with respect to the reference hole.
In FIG. 3, FIG. 3A shows a case where laser drilling is performed on a test workpiece with a certain program immediately after performing normal galvano position correction control as described in operation 1) of the conventional apparatus. In this case, the temperature of the galvanometer mirror corresponds to the time point when the time axis in FIG. 2 is almost zero, and it is carried out in a very short time of several seconds with a low-power laser beam in a temperature / humidity controlled installation environment. Is the result.
3 (b) and 3 (c) show the results of test machining using the same program when the galvanomirror temperature is 103a and 103b, respectively, and the temperature rise is almost saturated after about 1 hour has elapsed since the start of machining. ing.
In FIGS. 3B and 3C, the actual test machining position indicated by the white circle is shifted from the normal machining position indicated by the black circle in substantially proportion to the temperature change, and the deviation amount is the maximum at (b). It was about 15 μm and in FIG.
[0018]
The following conclusions were found from these experimental results.
If the laser output for processing increases from the viewpoint of improving productivity or the like, the thermal load of the galvano mirror increases, and the galvano mirror is thermally deformed to reduce the processing position accuracy.
Alternatively, the temperature of the galvano scanner also rises due to heat conduction from the galvanometer mirror, which promotes a reduction in processing position accuracy.
Further, the shift amount of the processing position accompanying the temperature increase of the galvano mirror is caused by the temperature increase of the galvano mirror as is apparent from the

galvano mirror temperatures

103a and 103b of FIG. 2 and the test processing results (b) and (c) of FIG. It is almost proportional.
It was found that the shift in the amount of misalignment appears in the following formula.
[0019]
Here, the positional shift amount can be divided into a positional shift amount (offset shift) due to heat input to the galvanometer mirror and a positional shift amount (expansion / contraction shift) due to the temperature rise of the final stage fθ lens.

[0020]
The relationship between the pre-correction machining positions X and Y and the post-correction actual machining positions X ′ and Y ′ is the amounts ΔX and ΔY to be corrected according to the positional deviation amount.
X ′ = X + ΔX
Y ′ = Y + ΔY (2)
It becomes.
[0021]
Here, when the position shift due to heat input to the galvano mirror is ignored and only the temperature change of the fθ lens is focused, the expansion / contraction rate (gain) of the position shift due to the temperature change (Δt 1) of the fθ lens in the X and Y directions. Is Gx, Gy, the X direction of the positional deviation, and the offset deviation in the Y direction is X0, Y0,
The amounts ΔX and ΔY to be corrected are
ΔX = Gx (X−X0) · Δt1
ΔY = Gy (Y−Y0) · Δt1...
When expanded
ΔX = Gx * X * Δt1−Gx * X0 * Δt1
ΔY = Gy * Y * Δt1−Gy * Y0 * Δt1
It becomes.
[0022]
Since it is necessary to consider the amount of displacement due to heat input to the galvanometer mirror based on Expression 1, further correction is added to Expression 4 in the present embodiment.
In other words, since the position shift due to heat input to the galvanometer mirror is reflected in the incident position to the fθ lens, the X direction of the position shift due to the temperature change (Δt1) of the fθ lens due to heat input to the galvanometer mirror, Y Paying attention to the fact that the direction offsets X0 and Y0 change, Δt1 which is an offset element is replaced with Δt2 which is a temperature change of the galvanometer mirror,
ΔX = Gx * X * Δt1-Gx * X0 * Δt2
ΔY = Gy * Y * Δt1−Gy * Y0 * Δt2
And
Here, since the correction at the time of the temperature change (Δt1) of the fθ lens also includes the temperature change of Δt1 of the galvanometer mirror, if the temperature of the galvanometer mirror is Δt2, the correction to the galvanometer mirror to be corrected is substantial. Since the heat input is (Δt2−Δt1),
ΔX = Gx * X * Δt1−Gx * X0 * (Δt2−Δt1)
ΔY = Gy * Y * Δt1−Gy * Y0 * (Δt2−Δt1).
The correction is performed based on the above.
[0023]
From these findings, in the present embodiment, the parameter of the above equation 6 is determined from the amount of processing position shift due to the temperature change of the fθ lens and the temperature change of the galvanometer mirror, and the deflection displacement position at the time of actual processing is determined by the determined parameter. Was controlled.
[0024]
More specifically, it will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
Gx / Gy is determined by carrying out machining in which there is no temperature change due to heat input to the galvanometer mirror, that is, machining with a small machining energy such that Δt1 = Δt2. The displacement amount of the machining hole position is measured with a setting (ST1) in which the correction due to the temperature change of the fθ lens and the temperature change of the galvanometer mirror is invalidated.
As for the measurement method, the temperature change of the fθ lens is forcibly generated, the sample work is mounted on the XY table, and as shown in FIG. 3A, in the scan range of the galvanometer mirror, for example, in a grid pattern in the XY direction. Laser drilling is performed on the basis of the pre-programmed XY data at the intersections of the arranged line segments X1, X2, X3 and Y1, Y2, Y3, and the XY table 10 is operated to use the CCD camera 9. Measure the deviation of the hole position from the (ideal) hole position. (ST2: fθ position confirmation program)
[0025]
Assuming that the reference temperature of the fθ lens is T1 (° C.) and the temperature change amount when the temperature change (T1n) is forcibly applied from the reference temperature of the fθ lens is Δt1n,
Δt1n = T1n-T1 Equation 7
The relationship holds.
[0026]
For this reason, the actual deviation amounts due to ST2 are determined by measuring the deviation amounts Δx and Δy of the machining hole positions from the respective reference (ideal) hole positions at the time of Δt1n.
Δt1n: (Δxn, Δyn) Equation 8
It becomes.
As described above, when the amount of deviation in a plurality of temperature change amounts is plotted on the horizontal axis with the temperature change of the fθ lens plotted on the table, the relationship shown in FIG. 4A is obtained. , The shift amount Y, that is, Gx and Gy in Equation 6 are calculated.
[0027]
Next, in a state where there is no temperature change of the fθ lens, high energy is applied to the galvanometer mirror to change the temperature, and the offset deviation amount shown in Expression 6 is calculated.
Here, using the “fθ position confirmation program” performed in ST2, the deviation amount of the machining hole position from the reference (ideal) hole position is measured, but creating a state in which there is no temperature change of the fθ lens is In view of performing high energy machining, the temperature rise in the machine is inevitable, so it is very difficult.
Therefore, in order to cancel the position shift amount due to the temperature change of the fθ lens from the position shift amount, the correction based on the temperature change of the fθ lens is set to be effective, and the correction based on the temperature change of the galvanometer mirror is disabled (ST3).
This setting means that even if the temperature distribution in the processing chamber becomes 102 in FIG. 2, the amount of misalignment due to the temperature change is canceled.
[0028]
Specifically, the amount of displacement and the temperature are collected using the “fθ position confirmation program” while performing high energy machining. (ST4)
The temperature from the galvano mirror temperature sensor at the same timing at which the reference temperature (T1 ° C.) from the fθ lens temperature sensor is sampled is defined as the reference temperature (T2 ° C.), and the actual temperature (T2n) from the fθ lens temperature sensor is defined as If the difference between is Δt2n,
Δt2n = T2n-T2 Equation 9
The relationship holds.
[0029]
For this reason, the actual deviation amounts due to ST4 are determined by measuring the deviation amounts Δx1 and Δy1 of the machining hole positions from the respective reference (ideal) hole positions at the time of Δt2n.
Δt2n: (Δx1n, Δy1n) Equation 10
It becomes.
Here, the shift amounts Δx1n and Δy1n at the time of Δt2n are obtained. Since this includes correction due to the temperature change of the fθ lens, it is necessary to obtain (Δt2n−Δt1n).
As described above, when the amount of deviation at a plurality of temperatures is plotted in a table with the temperature change of the galvano mirror taken on the horizontal axis, the relationship shown in FIG. 4B is obtained. The offset of Y, that is, X0 and Y0 in Equation 6 are calculated.
[0030]
Since the parameters Gx, Gy, X0, and Y0 in Expression 6 are all determined by the above processing, the temperature correction operation flow in actual machining will be described with reference to the flowchart of FIG.
The correction based on the fθ lens temperature sensor and the galvanometer mirror temperature sensor is set to be effective. (ST11)
“Processing energy” is extracted from the processing conditions used in the processing program, and an approximate amount of energy input to the galvanometer mirror is calculated. (ST12)
Then, the calculated value is compared with a predetermined reference value, and if it is larger than the reference value, not only the galvano mirror temperature correction but also the “dry air blowing FLG” for blowing dry air to the galvano mirror is turned on, and the dry air blowing Dry air is sprayed by FLG. (ST13, 14)
That is, when the laser output is larger, in order to cool the periphery of the galvanometer mirror or the galvano scanner, the air is passed through an air dryer 14 with a filter that uses compressed air supplied from the compressor 13 as clean dry air, and the dry air is supplied to the air nozzle. 15 is operated so as to blow near the galvano scanners 3b and 4b and the galvano mirrors 3a and 4a, the temperature rise is suppressed, which is advantageous for further high accuracy, but cooling at a temperature lower than room temperature is It is not advantageous because it causes condensation on mirrors and parts.
In addition, it is possible to appropriately change the shape of the air nozzle and the method of spraying dry air, or change the structure of the mirror and the scanner so that they can be easily cooled.
Here, the reference value of “dry air blowing FLG” is determined by an experimental value and stored in advance in a nonvolatile RAM area in the control device (not shown) as data.
[0031]
With respect to the positions X and Y to be positioned, fθ lens temperature (Δt 1) and galvanometer mirror temperature (Δt 2) are taken into account, and temperature correction amounts ΔX and ΔY are calculated based on Equation 6. Here, Δt1 (° C.) and Δt2 (° C.) indicate the temperature change from the reference temperature (T1 ° C.) of the fθ lens temperature and the reference temperature (T2 ° C.) of the galvanometer mirror temperature. (ST5)
Then, an amount obtained by adding the calculated ΔX and ΔY to X and Y to be positioned is output to a DA converter of a control device (not shown) to operate the galvano. (ST6)
ST1 to ST6 are repeated until the machining program ends. (ST7)
[0032]
As a result, the machining position accuracy can be made ± 5 μm or less in continuous machining for a long time under any laser output machining conditions.
There is a non-linear part of the relationship between the galvanometer mirror temperature rise and the amount of machining position deviation, and there is a difference in temperature between the temperature measurement point and the deformed part, as well as further machining accuracy due to measurement errors and variations. Although improvement was difficult, we were able to reach a level where there was no problem in processing quality.
[0033]
In this embodiment, the temperature of the galvanometer mirror is detected only at one location. However, the configuration of a plurality of locations may be used, and the acquisition of data in which the processing position is shifted in accordance with the temperature rise of the mirror is obtained by changing the laser processing output. There are various conditions and methods such as level (mirror temperature change level), level of test drilling quantity and pitch, measurement method (automatic measurement with CCD camera, etc.), and position correction method also requires the number of data, thinning processing, etc. There are various conditions and methods such as approximate expression used, and there are various conditions such as real time, batch processing, command unit etc. even in the control operation, but any configuration / operation / method / condition will make laser processing according to this embodiment The same effect as the device can be obtained.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to correct a processing position due to a temperature change of a galvanometer mirror or the like without stopping laser processing, and there is an effect that a laser processing apparatus with high accuracy and high productivity can be obtained at low cost.
In addition, since it is configured to have means for blowing dry air onto the galvanometer mirror according to the processing conditions, there is an effect that a highly accurate laser processing apparatus can be obtained particularly in high-power laser processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between galvanometer mirror temperature and time.
FIG. 3 is a diagram showing a test drilling model.
FIG. 4 is a temperature sensor parameter determination flowchart of the laser processing apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a temperature correction control flowchart during processing of the laser processing apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional laser processing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator, 2 Laser beam, 3 Galvanometer mirror, 4 Galvano scanner, 5 f (theta) lens, 6 Work, 7 Galvano driver, 8 Control apparatus, 9 CCD camera, 11 f (theta) lens temperature detector, 12 ... Non-contact temperature detector, 13 Air compressor, 14 Air dryer with filter, 15 Air nozzle.

Claims

In a laser processing apparatus that deflects a laser beam with a galvanometer mirror and collects light with an fθ lens,
Galvano temperature detecting means for detecting the temperature of the galvanometer mirror;
Lens temperature detecting means for detecting the temperature of the fθ lens;
A temperature change Δt2 from the reference temperature of the galvanometer mirror and a temperature change Δt1 from the reference temperature of the fθ lens are obtained from the temperatures detected by the galvano temperature detection means and the lens temperature detection means, and a processing position is obtained from the Δt1 and Δt2. The shift amounts ΔX and ΔY are obtained from the following formulas,
ΔX = Gx * X * Δt1-Gx * X0 * (Δt2-Δt1)
ΔY = Gy * Y * Δt1−Gy * Y0 * (Δt2−Δt1)
(However, the expansion / contraction ratios (gains) in the X direction and the Y direction due to the temperature change (Δt1) of the fθ lens are Gx and Gy, the X direction and the Y direction offset due to the temperature change (Δt2) of the galvanometer mirror are X0 and Y0. The processing position before correction is (X, Y) )
Means for controlling the deflection displacement operation position of the galvanometer mirror so as to correct the machining position deviation amounts ΔX and ΔY;
A laser processing apparatus comprising:

The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the galvano temperature detecting means measures a back surface temperature of the galvano mirror by a non-contact temperature detector.

Means for calculating the heat input to the galvanometer mirror in advance when processing;
Means for blowing dry air to the galvano mirror when the amount of heat input calculated by the calculating means is greater than a reference value;
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein: