JP4392388B2 - 穴明け方法及び穴明け装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームによってプリント基板に穴を加工する場合に、プリント基板に明けられる穴の位置のずれを補正する穴明け方法及び穴明け装置に関するものである。

従来、プリント基板に穴を明けるレーザ加工機として図３に示されるものが知られている。図３は、プリント基板に穴を明ける従来のレーザ加工機の構成図である。
図３に示されるように、制御装置９は、レーザ発振器１を制御し、レーザ発振器からレーザビームを出力させる。出力されたレーザビームは、光路系３を通過し、第１のガルバノスキャナ４のミラー４１に入射する。ミラー４１は、中立位置のときに図中右方向から入射するレーザビームを図中前方向に反射する。そして、制御装置９は、ミラー４１の角度を変えることにより、レーザビームの進路を図中水平面内、すなわち、ＸＹテーブル６上のスポット位置では図中左右方向（Ｙ軸方向）に変化させることができる。

ミラー４１で反射されたレーザビームは、次に、第２のガルバノスキャナ４のミラー４２に入射する。ミラー４２は、中立位置のときに図中奥方向から入射するレーザビームを図中下方向に反射する。そして、制御装置９は、ミラー４２の角度を変えることにより、レーザビームの進路を図中前後方向（Ｘ軸方向）に変化させることができる。

ミラー４２で反射されたレーザビームは、ｆθレンズ５を介して、ＸＹテーブル６上に戴置されたプリント基板１０に照射される。

ＸＹテーブル６は、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構により、それぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動され、ベッド上をＸＹ方向に位置決め自在である。

このようにして、プリント基板１０に照射されたレーザビームによって、スキャン領域内の穴を順次加工する。そして、１つのスキャン領域内の穴の加工が全て終了したら、制御装置９は、ＸＹテーブル６を移動させ、次のスキャン領域内の穴の加工を実行する。１つのスキャン領域の大きさは、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度である。

制御装置９は、照明装置１３を制御し、ＣＣＤカメラ７が被写体を撮像できるようにＣＣＤカメラ７の前方に光を照射させる。そして、制御装置９は、画像処理装置８を制御し、ＣＣＤカメラ７によりプリント基板に設けられた位置の基準となるマーク１１及びプリント基板に明けられた穴１２を撮像する。

また、ＸＹテーブル６には、ガルバノ補正処理を実行するためのアクリル等が戴置される。図３においては、ＸＹテーブル６には、アクリル１５が戴置されている。ガルバノ補正処理については、以下において説明する。

[ガルバノ補正処理について]
加工すべき穴の設計位置と実際にレーザで加工された穴の位置とにはずれが生じる。レーザ源として、例えば、炭酸ガス（ＣＯ_２）を使用する場合には、このずれの許容値は、約１５μｍである。この許容値内でプリント基板にレーザで穴を加工するために、制御装置９は、実際にプリント基板に穴を加工する前に、アクリル１５に穴を加工する。

そして、制御装置９は、加工された穴の設計位置に対するずれが許容値内であるか否かを判定する。加工された穴の設計位置に対するずれが許容値内にない場合には、制御装置９は、ミラー４１及びミラー４２の角度を調整してこのずれを許容値内に修正する処理（以下、ガルバノ補正処理ともいう）を実行する。制御装置９は、実際にプリント基板に穴を加工する前に、ガルバノ補正処理を実行する。制御装置９は、このずれが許容値を外れる毎に、適宜、ガルバノ補正処理を実行する。

次に、ガルバノ補正処理について図４を参照して少し詳しく説明する。図４は、アクリル１５に格子状に穴が明けられた様子を説明する説明図である。
まず、制御装置９は、レーザ発振器１からレーザビームを出力させ、図４に示されるようにアクリル１５に格子状に穴を加工する。このようにアクリル１５に格子状に穴を明ける理由は、各スキャン領域内のそれぞれの位置において加工された穴の設計位置に対するずれが許容値内であるか否かを判定するためである。

制御装置９は、照明装置１３を制御し、ＣＣＤカメラ７の前方に光を照射させる。そして、制御装置９は、画像処理装置８を制御し、ＣＣＤカメラ７によって加工された全ての穴を撮像する。画像処理装置８は、全ての穴の撮像データを制御装置９に伝達する。制御装置９は、それぞれの穴の設計データとそれぞれの穴の撮像データとに基づいて、実際にレーザで加工されたそれぞれの穴の位置のそれぞれの穴の設計位置に対するずれが許容値内であるか否かを判定する。ずれが許容値内になければ、制御装置９は、ガルバノ補正処理を実行する。

[アライメント補正処理について]
ガルバノ補正処理が終了した場合には、穴の設計位置と実際にレーザで加工された穴の位置とのずれは許容値内に入るが、制御装置９は、すぐには、プリント基板の加工を実行しない。なぜなら、プリント基板のＸＹテーブル６上の正確な位置が分からないと制御装置９は、プリント基板に高精度に穴を明けることはできないからである。
そこで、制御装置９は、画像処理装置８を制御し、ＣＣＤカメラ７によってプリント基板に設けられた位置決め用マークを撮像することによって、プリント基板のＸＹテーブル６上の正確な位置を確認する処理（以下、アライメント補正処理ともいう）を実行する。
制御装置９は、プリント基板をＸＹテーブル６上に戴置する毎に、アライメント補正処理を実行する。アライメント補正処理が終了した後、制御装置９は、プリント基板に穴を明ける処理を実行する。

ここで、制御装置がガルバノ補正処理を実行してからアライメント補正処理を実行するまでの間に、ＣＣＤカメラ７の位置が熱の影響等によりずれてしまった場合について考える。例えば、ガルバノ補正処理終了後に、ＣＣＤカメラ７の位置がプリント基板に形成される穴の設計上の位置に対してＸ方向にａ、Y方向にｂだけずれてしまったとする。この場合、図５に示すように、ガルバノ補正処理前にＣＣＤカメラ７が撮像した穴αは、ガルバノ補正処理終了後のＣＣＤカメラ７には、Ｘ方向に‐ａ、Ｙ方向に‐ｂずれた位置に確認される。

この状態でアライメント補正処理が実行されると、位置決め用マークがＸ方向に‐ａ、Ｙ方向に‐ｂずれた位置に確認される。従って、この後に明けられる穴は、設計上の位置に対して全てＸ方向にａ、Ｙ方向にｂずれた位置に明けられてしまうこととなる。
特開２００４−２３３８２５号公報

本発明の目的は、設計上の位置に対してずれがないように基板に穴を明けることである。

本発明は、レーザ源から出力されたレーザをガルバノミラーにより位置決めしてｆθレンズに入射させ、前記ｆθレンズから出射されるレーザによってＸＹテーブル上に戴置された基板に穴を明ける穴明け方法において、前記基板に設けられた位置決め用マークの近傍にテスト用の穴を明け、前記位置決め用マークと前記テスト用の穴とを撮像装置によって撮像し、前記ＸＹテーブル上に戴置された前記基板の位置を検出する処理と、加工された前記テスト用の穴の中心座標の目標座標に対するずれを検出することによって前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれを検出する処理と、を実行し、前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれに基づいて、前記基板に明けられるべき穴の加工データを補正して、前記基板に穴を明けることを特徴とする。

また、前記テスト用の穴は、その中心位置が前記位置決め用マークの中心位置と一致するように明けられることが好ましい。

本発明は、レーザ源と、前記レーザ源から出力されたレーザを位置決めするガルバノミラーと、前記ガルバノミラーによって位置決めされたレーザを集光するｆθレンズと、基板に設けられた位置決め用マークを撮像するための撮像装置と、を備え、前記ｆθレンズから出射されるレーザによってＸＹテーブル上に戴置された前記基板に穴を明ける穴明け装置であって、前記基板に設けられた前記位置決め用マークの近傍にテスト用の穴を明け、前記位置決め用マークと前記テスト用の穴とを前記撮像装置によって撮像し、前記ＸＹテーブル上に戴置された前記基板の位置を検出する処理と、加工された前記テスト用の穴の中心座標の目標座標に対するずれを検出することによって前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれを検出する処理と、を実行し、前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれに基づいて、前記基板に明けられるべき穴の加工データを補正して、前記基板に穴を明けることを特徴とする。

本発明の穴明け方法及び穴明け装置によれば、設計上の位置に対してずれがないように基板に穴を明けることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の穴明け方法を実行するレーザ加工機の構成は、図３に示される従来のレーザ加工機の構成と実質的に同じである。但し、内蔵するメモリに格納されている後で詳しく説明する穴明け処理を実行させるためのプログラムのみが従来のものと異なっている。

まず、図１を参照して、本発明の穴明け処理について説明する。図１は、本発明の穴明け処理について説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１０の処理において、制御装置９は、ガルバノ補正処理を実行してから所定時間経過したか否かを判定する。所定時間経過したと判定された場合、処理はステップＳ１２に進む。所定時間経過していないと判定された場合、処理はステップＳ１４に進む。

ここでの所定時間とは、ガルバノ補正処理を実行する間隔のことである。すなわち、レーザ加工機のユーザは、プリント基板に穴の加工を開始してから、加工された穴の設計位置に対するずれが許容値を外れる時間を予め実験的に求めておく。そして、この時間に安全率を乗じた値を制御装置９が内蔵するメモリに所定時間として記憶させておく。

ステップＳ１２の処理において、制御装置９は、実際にプリント基板に穴を加工する前に、ガルバノ補正処理を実行する。

ＸＹテーブル６上に加工すべきプリント基板が戴置されると、ステップＳ１４の処理において、制御装置９は、位置決め用マークがＣＣＤカメラ７の撮像範囲であり、かつ、レーザビームのスキャン領域内に位置するように、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を、それぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する。

ステップＳ１６の処理において、制御装置９は、レーザビームによって、図２に示されるように位置決め用マークのうち１つに穴を明ける。図２は、位置決め用マークの中心に穴が明けられることを説明する説明図である。穴を明けるための位置決め用マークは、どの１つを選択してもよい。

ステップＳ１８の処理において、制御装置９は、ＣＣＤカメラ７を制御し、穴が明けられた位置決め用マークを撮像する。

ステップＳ２０の処理において、制御装置９は、加工位置補正処理を実行する。具体的には、制御装置９は、撮像された位置決め用マークに明けられた穴の中心座標の目標座標に対するずれを演算する。

このままの状態で加工処理が実行されると、プリント基板に明けられる穴は、設計上の位置に対して全てこのずれだけずれてしまうこととなる。そこで、制御装置９は、穴の設計上の位置に関するデータを全てこのずれが打ち消されるように補正する。

このように、ステップＳ１６の処理において、制御装置９が位置決め用マークの１つに明けた穴は、ＣＣＤカメラ７の位置のずれを補正するためのものである。従って、図４に示されるガルバノ補正処理を実行するときのように格子状に多数の穴を明ける必要はなく、位置決め用マークに１つの穴を明けるだけでよい。

ステップＳ２２の処理において、制御装置９は、ＣＣＤカメラ７を制御し穴が明けられていない全ての位置決め用マークを撮像し、アライメント補正処理を実行する。ステップＳ２４の処理において、制御装置９は、レーザビームによって、プリント基板に全ての穴を明ける。

ステップＳ１０の処理において所定時間経過していないと判定されガルバノ補正処理が実行されない場合には、位置決め用マークに明けられた穴の中心座標の目標座標に対するずれは、最初にガルバノ補正処理が実行されてからステップＳ１８の処理において穴が明けられた位置決め用マークが撮像されるまでの間に生じたＣＣＤカメラ７の位置のずれである。

ステップＳ２６の処理において、制御装置９は、加工すべき次のプリント基板はあるか否かを判定する。加工すべき次のプリント基板があれば、処理はステップＳ１０に戻り、再び、以後の処理が実行される。加工すべき次のプリント基板がなければ、穴明け処理は終了する。

なお、ステップＳ１２の処理においてガルバノ補正処理が実行された場合には、位置決め用マークに明けられた穴の中心座標の目標座標に対するずれは、ステップＳ１２の処理においてガルバノ補正処理が実行されてからステップＳ１８の処理において穴が明けられた位置決め用マークが撮像されるまでの間に生じたＣＣＤカメラ７の位置のずれである。

このように、本実施の形態においては、プリント基板毎にガルバノ補正処理が実行されるのではなく、所定時間経過する毎にガルバノ補正処理が実行される。従って、プリント基板の加工効率が上昇する。

次に、このことについて具体的に説明する。例えば、１枚のプリント基板を加工するのに要する時間を約３分、ガルバノ補正処理を実行するのに要する時間を約５分、所定時間を４時間、そしてその他の処理に要する時間はこれらの時間に比べて極めて短いとする。
本発明の場合、所定時間経過する毎にガルバノ補正処理を実行した場合には、１時間に約２０枚のプリント基板を加工することができる。
これに対して、プリント基板毎にガルバノ補正処理を実行した場合には、１時間に約８枚のプリント基板しか加工することはできない。

本発明の場合、ＣＣＤカメラ７は、ＣＣＤカメラ７の位置のずれを補正するための穴を撮像するときに位置決め用マークも同時に撮像するので位置決め用マークを撮像するためにＸＹテーブル６を移動させる必要はない。
これに対して、ＣＣＤカメラ７の位置のずれを補正するための穴と位置決め用マークとの距離がＣＣＤカメラ７の撮像範囲よりも大きい場合、制御装置９は、ＣＣＤカメラ７によってＣＣＤカメラ７の位置のずれを補正するための穴を撮像した後、ＣＣＤカメラ７によって位置決め用マークを撮像するために、ＸＹテーブル６を移動させなければならない。

加工位置補正処理を実行するために明けられる穴は、これから加工しようとするプリント基板の位置決め用マークに明けられるので、ガルバノ補正処理を実行するときのようにプリント基板をわざわざアクリル等と交換する必要はなく、短時間で加工位置補正処理を実行することができる。

また、加工位置補正処理を実行するために明けられる穴は、位置決め用マークに明けられるので、プリント基板の設計上の穴と干渉してしまうことはない。

さらに、加工位置補正処理は、プリント基板毎に実行されるので、プリント基板毎にプリント基板に明けられる穴の位置の設計上の穴の位置に対するずれを補正することができる。

なお、本実施の形態においては、加工位置補正処理を実行するために明けられる穴は、位置決め用マークに明けられた。しかしながら、ＣＣＤカメラ７が位置決め用マークを撮像するときの撮像領域内であれば、位置決め用マークの外部に加工位置補正処理を実行するための穴を明けてもよい。但し、この場合には、プリント基板の設計上の穴と干渉しない位置に加工位置補正処理用の穴が明けられることが条件となる。

本発明の穴明け処理について説明するためのフローチャートである。 位置決め用マークの中心にテスト用の穴が明けられることを説明するための説明図である。 プリント基板に穴を明ける従来のレーザ加工機の構成図である。 アクリル１５等に格子状に穴が明けられた様子を説明する説明図である。 ＣＣＤカメラが撮像した穴の位置がガルバノ補正前後でずれてしまうことを説明するための説明図である。

符号の説明

６ ＸＹテーブル
１０ プリント基板
１１ 位置決め用マーク

Claims (3)

1. レーザ源から出力されたレーザをガルバノミラーにより位置決めしてｆθレンズに入射させ、前記ｆθレンズから出射されるレーザによってＸＹテーブル上に戴置された基板に穴を明ける穴明け方法において、
   前記基板に設けられた位置決め用マークの近傍にテスト用の穴を明け、
   前記位置決め用マークと前記テスト用の穴とを撮像装置によって撮像し、
   前記ＸＹテーブル上に戴置された前記基板の位置を検出する処理と、
   加工された前記テスト用の穴の中心座標の目標座標に対するずれを検出することによって前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれを検出する処理と、
   を実行し、
   前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれに基づいて、前記基板に明けられるべき穴の加工データを補正して、前記基板に穴を明ける
   ことを特徴とする穴明け方法。
2. 請求項１に記載の穴明け方法において、
   前記テスト用の穴は、その中心位置が前記位置決め用マークの中心位置と一致するように明けられる
   ことを特徴とする穴明け方法。
3. レーザ源と、
   前記レーザ源から出力されたレーザを位置決めするガルバノミラーと、
   前記ガルバノミラーによって位置決めされたレーザを集光するｆθレンズと、
   基板に設けられた位置決め用マークを撮像するための撮像装置と、
   を備え、
   前記ｆθレンズから出射されるレーザによってＸＹテーブル上に戴置された前記基板に穴を明ける穴明け装置であって、
   前記基板に設けられた前記位置決め用マークの近傍にテスト用の穴を明け、
   前記位置決め用マークと前記テスト用の穴とを前記撮像装置によって撮像し、
   前記ＸＹテーブル上に戴置された前記基板の位置を検出する処理と、
   加工された前記テスト用の穴の中心座標の目標座標に対するずれを検出することによって前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれを検出する処理と、
   を実行し、
   前記撮像装置の位置の設計上の位置に対するずれに基づいて、前記基板に明けられるべき穴の加工データを補正して、前記基板に穴を明ける
   ことを特徴とする穴明け装置。

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