JP4647372B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、パルスレーザ発振器にトリガ信号を送信するトリガコントローラ、及びこのトリガコントローラを用いたレーザ加工装置に関する。

図４（Ａ）に、下記の特許文献１に開示されたレーザ加工装置の主要部分のブロック図を示す。制御装置１００が、トリガコントローラ１０１に、発振指令信号ｓｉｇ１０を送信する。図４（Ｂ）に、発振指令信号ｓｉｇ１０のフォーマットを示す。発振指令信号ｓｉｇ１０は、スタートフラグＳで始まり、エンドフラグＥで終わり、両者の間に定常発振条件Ｃ１〜Ｃ３が含まれている。定常発振条件Ｃ１〜Ｃ３の各々は、パルス周波数ｆｐ、パルス幅ｔｗ、及びショット数ｎｓを含む。なお、発振指令信号ｓｉｇ１０に含まれる定常発振条件の数は３個に限定されず、１個以上であればよい。

トリガコントローラ１０１は、受信した発振指令信号ｓｉｇ１０に基づいて、レーザ発振器１０２にトリガ信号ｓｉｇ１１を送信する。図４（Ｃ）にトリガ信号ｓｉｇ１１のタイミングチャートを示す。まず、１番目の定常発振条件Ｃ１で指定されたパルス幅ｔｗのトリガパルスを、パルス周波数ｆｐで、ショット数ｎｓだけ出力する。その後同様に、２番目の定常発振条件Ｃ２及び３番目の定常発振条件Ｃ３で指定された条件でトリガパルスを出力する。

レーザ発振器１０２は、入力されたトリガ信号ｓｉｇ１１の１パルスに対応して、１パルスのパルスレーザビームを出射する。レーザ発振器１０２から出射されたパルスレーザビームは、プリント基板等の加工対象物１０３に入射する。パルスレーザビームが入射した位置に穴が形成される。

特開２００４−４２１０３号公報

プリント基板には、一般的に多数の穴、例えば数千個の穴が形成される。制御装置１００は、１個の穴に対して、１つの発振指令信号ｓｉｇ１０をトリガコントローラ１０１に送信する。このため、１枚のプリント基板の加工を行う期間に、処理装置１００はトリガコントローラ１０１に発振指令信号ｓｉｇ１０を数千回送信しなければならない。これにより、制御装置１００に大きな負荷がかかり、発振指令信号ｓｉｇ１０の送信時期が、期待される時期よりも遅れる場合があった。発振指令信号ｓｉｇ１０の送信時期が遅れると、加工時間が長くなり、生産性の低下につながる。

本発明の目的は、制御装置にかかる負荷を軽減し、生産性の低下を防止することができるレーザ加工装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
外部から入力されるトリガ信号に基づいてパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ発振器から出射されたパルスレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に入射させるとともに、入射位置を移動させることができるビーム走査器と、
外部からの指示でレーザ発振条件と繰返し条件とが設定され、設定されたレーザ発振条件で前記レーザ発振器が発振するように、該レーザ発振器にトリガ信号を出力する繰返し単位処理を、設定された繰返し条件に基づいて複数回繰り返すトリガコントローラと、
前記トリガコントローラに、レーザ発振条件及び繰返し条件を設定し、前記ビーム走査器に、レーザビームの入射位置を指示する指令信号を送信する制御装置と
を有し、
前記トリガコントローラは、１つの前記繰返し単位処理が終了すると、前記制御装置に終了信号を送信し、前記制御装置は、該終了信号を受信すると、次に加工すべき位置にレーザビームが入射するように、前記ビーム走査器に指令信号を送信するレーザ加工装置が提供される。

繰返し単位処理の度に制御装置からの発振条件の設定や発振指令信号の受信を行うことなく、トリガコントローラが自律的にトリガ信号を送信する。このため、制御装置にかかる負荷を軽減することができる。

図１に、実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。制御装置５が、トリガコントローラ６に、発振条件及び繰返し条件を設定し、発振指令信号ｓｉｇ１を送信する。トリガコントローラ６は、発振指令信号ｓｉｇ１を受信すると、制御装置５により設定された発振条件、及び繰返し条件に基づいて、レーザ発振器１にトリガ信号ｓｉｇ２を送信する。トリガコントローラ６は、トリガ信号ｓｉｇ２を出力する繰返し単位処理（後に図２及び図３を参照して詳述）が終了すると、制御装置５に終了信号ｓｉｇ３を送信する。

レーザ発振器１は、例えば炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等で構成され、トリガ信号ｓｉｇ２のトリガパルスを受信する度に、そのパルス幅を有するレーザパルスを出射する。レーザ発振器１から出射されたパルスレーザビームが、ビーム走査器２及び集光レンズ３を経由して、加工対象物１０に入射する。ビーム走査器２は、例えばガルバノスキャナで構成され、加工対象物３の表面上をレーザビームの入射位置が移動するように、レーザビームを走査する。集光レンズ３は、例えばｆθレンズで構成され、レーザビームを加工対象物１０の表面に集光する。

加工対象物１０は、例えばプリント基板であり、ＸＹステージ４に保持されている。ＸＹステージ４は、加工対象物４を、その被加工面に平行な２次元方向に移動させることができる。加工対象物１０を静止させた状態で、ビーム走査器２によりレーザビームを走査することにより、加工対象物１０の表面の一部の領域（走査可能範囲）内の任意の位置にレーザビームを入射させることができる。ＸＹステージ４を作動させて加工対象物１０を移動させることにより、加工対象物１０の全面を加工することができる。

制御装置５は、ビーム走査器２に、レーザビームの入射位置情報を含む移動指令信号ｓｉｇ４を送信し、ＸＹステージ４に、加工対象物１０の位置情報を含む移動指令信号ｓｉｇ５を送信する。

図２（Ａ）に、制御装置５がトリガコントローラ６に設定する発振条件Ｃ及び繰返し条件Ｒのフォーマットを示す。発振条件Ｃは、例えば３つの定常発振条件Ｃ１〜Ｃ３を含む。なお、発振条件Ｃは、少なくとも１つの定常発振条件Ｃ１を含んでいればよい。定常発振条件Ｃ１〜Ｃ３の各々は、パルス周波数ｆｐ、パルス幅ｔｗ、及びショット数ｎｓを含む。繰返し条件Ｒは、繰返し周期Ｔｒ及び繰返し回数Ｎｒを含む。

図２（Ｂ）に、トリガコントローラ６がレーザ発振器１に送出するトリガ信号ｓｉｇ２のタイミングチャートを示す。まず。１番目の定常発振条件Ｃ１で指定されたパルス周波数ｆｐ、パルス幅ｔｗの条件で、ショット数ｎｓだけトリガパルスを出力する。次に、２番目の定常発振条件Ｃ２、及び３番目の定常発振条件Ｃ３で指定された条件でトリガパルスを順番に出力する。発振条件Ｃに設定されているすべての定常発振条件に基づいて、順番にトリガパルスの出力を行う処理を、「繰返し単位処理」と呼ぶこととする。この繰返し単位処理を、繰返し条件Ｒに設定されている繰返し周期Ｔｒで、繰返し回数Ｎｒだけ繰り返す。

レーザ発振器１は、トリガ信号ｓｉｇ２のトリガパルスが入力されている期間、レーザパルスを出射する。トリガコントローラ６に設定する発振条件Ｃを変えることにより、パルスレーザビームのパルス周波数、パルス幅、及びショット数を制御することができる。

プリント基板に穴あけ加工を行う場合には、例えば、２つの定常発振条件Ｃ１及びＣ２を指定する。一例として、定常発振条件Ｃ１のパルス周波数ｆｐを１ｋＨｚ、パルス幅ｔｗを１０μｓ、ショット数ｎｓを１０に設定し、定常発振条件Ｃ２のパルス周波数ｆｐを１０ｋＨｚ、パルス幅ｔｗを１０μｓ、ショット数ｎｓを２０に設定する。繰返し周期Ｔｒは、例えば１４ｍｓに設定する。

図３に、加工対象物１０に複数の穴を形成する加工を行うときの信号の流れを示す。制御装置５がビーム走査器２に、最初に穴を形成すべき位置を指示する移動指令信号ｓｉｇ４を送信する。ビーム走査器２は、移動指令信号ｓｉｇ４を受信すると、移動指令信号ｓｉｇ４で指示された位置にレーザビームが入射する状態に移行する。具体的には、ガルバノスキャナの可動反射鏡を揺動させ、所定の位置で静止させる。

その後、制御装置５は、トリガコントローラ６に、発振条件Ｃ及び繰返し条件Ｒを設定し、発振指令信号ｓｉｇ１を送信する。トリガコントローラ６は、発振指令信号ｓｉｇ１を受信すると、設定されている発振条件Ｃに基づいて１回目の繰返し単位処理を実行する。１回の繰返し単位処理により、１個の穴の形成が完了する。１回目の繰返し単位処理が終了すると、トリガコントローラ６は制御装置５に繰返し単位処理が終了したことを通知する終了信号ｓｉｇ３を送信する。

制御装置５は、終了信号ｓｉｇ３を受信すると、ビーム走査器２に、次に穴を形成すべき位置を指示する移動指令信号ｓｉｇ４を送信する。ビーム走査器２は、次に穴を形成すべき位置にレーザビームが入射する状態に設定される。ビーム走査器２の状態変化が完了するまでの動作は、トリガコントローラ６が直前の繰返し単位処理を開始した時点から繰返し周期Ｔｒが経過する前に完了する。

直前の繰返し単位処理を開始した時点から繰返し周期Ｔｒが経過すると、トリガコントローラ６は、次の周期の繰返し単位処理を開始する。この繰返し単位処理が終了すると、トリガコントローラ６は、制御装置５に終了信号ｓｉｇ３を送信する。

制御装置５からビーム走査器２への移動指令信号ｓｉｇ４の送信、トリガコントローラ６からレーザ発振器１への繰返し単位処理１回分のトリガ信号ｓｉｇ２の送信、及びトリガコントローラ６から制御装置５への終了信号ｓｉｇ３の送信からなる一連の手順が繰り返される。Ｎｒ回目の繰返し単位処理が終了すると、トリガコントローラ６は、制御装置５に、全繰返し単位処理の終了を通知する全処理終了信号を送信する。

１回目の繰返し単位処理からＮｒ回目の繰返し単位処理までの処理で、加工対象物１０の表面内の１つの走査可能範囲内の加工が終了する。

上記実施例では、２回目からＮｒ回目までの繰返し単位処理は、制御装置５からの発振条件の設定や発振指令信号ｓｉｇ１の受信がなくても、トリガコントローラ２が自律的に実行する。このため、制御装置５にかかる負荷を軽減することができる。これにより、制御装置５の過剰な負荷に起因する加工速度の低下を防止することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

実施例によるレーザ加工装置の概略図である。 （Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置の制御装置がトリガコントローラに設定する発振条件のフォーマットを示す図であり、（Ｂ）は、トリガコントローラからレーザ発振器に送信されるトリガ信号のタイミングチャートである。 実施例によるレーザ加工装置の制御装置、トリガコントローラ、レーザ発振器、及びビーム走査器の間の信号の送受信の様子を示す図である。 （Ａ）は、従来のレーザ加工装置の概略図であり、（Ｂ）は、制御装置からトリガコントローラへ送信される発振条件設定コマンドのフォーマットを示す図であり、（Ｃ）は、トリガコントローラからレーザ発振器に送信されるトリガ信号のタイミングチャートである。

符号の説明

１、１０２ レーザ発振器
２ ビーム走査器
３ 集光レンズ
４ ＸＹステージ
５、１００ 制御装置
６、１０１ トリガコントローラ
１０、１０３ 加工対象物

Claims (2)

1. 外部から入力されるトリガ信号に基づいてパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、
   加工対象物を保持するステージと、
   前記レーザ発振器から出射されたパルスレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に入射させるとともに、入射位置を移動させることができるビーム走査器と、
   外部からの指示でレーザ発振条件と繰返し条件とが設定され、設定されたレーザ発振条件で前記レーザ発振器が発振するように、該レーザ発振器にトリガ信号を出力する繰返し単位処理を、設定された繰返し条件に基づいて複数回繰り返すトリガコントローラと、
   前記トリガコントローラに、レーザ発振条件及び繰返し条件を設定し、前記ビーム走査器に、レーザビームの入射位置を指示する指令信号を送信する制御装置と
   を有し、
   前記トリガコントローラは、１つの前記繰返し単位処理が終了すると、前記制御装置に終了信号を送信し、前記制御装置は、該終了信号を受信すると、次に加工すべき位置にレーザビームが入射するように、前記ビーム走査器に指令信号を送信するレーザ加工装置。
2. 前記繰返し条件は繰返し周期を含み、
   前記トリガコントローラは、前記繰返し単位処理を、前記繰返し条件に含まれている前記繰返し周期で繰返し、
   前記ビーム走査器は、前記指令信号を受信すると、次に加工すべき位置にレーザビームが入射する状態に設定され、
   前記トリガコントローラが直前の繰返し単位処理を開始した時点から前記繰返し周期が経過する前に、次に加工すべき位置にレーザビームが入射するように前記ビーム走査器の状態の設定が完了しているように、前記繰返し周期が設定されている請求項１に記載のレーザ加工装置。

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