JP5889606B2 - レーザ加工方法、装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工方法、装置及びプログラムに係り、さらに詳しくは、レーザ光を照射して基板に複数の穴あけ加工を行う場合にレーザ光の照射に際して最適な経路を設定して加工するレーザ加工方法、装置、及びこのレーザ加工装置で実行されるレーザ加工プログラムに関する。

この種の技術として、例えば特許文献１及び２に記載された発明が公知である。このうち特許文献１には、経路決定に要する計算時間を短縮できるレーザドリリング経路決定方法として、予め設定されている複数の穴あけ位置情報に基づいて、レーザ光の照射位置の順序を規定する経路を、巡回セールスマン問題を適用して決定することが提案されている。この発明は、巡回セールスマン問題による経路決定は、レーザ光の照射位置を含む加工領域を複数のバケットに分割するステップと、分割された複数のバケットをどのような順序で巡回するかを規定する巡回路を決定するステップと、分割された各バケットにおいてレーザ光照射の始点となる始端点とレーザ光照射の終点となる終端点とを決定するステップと、分割された各バケットにおいて前記始端点と前記終端点との間のレーザ光照射位置に対して最適経路を決定するステップとを含み、あるバケットにおける終端点は、次に巡回されるべきバケットにおける始端点に結び付けられることを特徴とするものである。

他方、特許文献２には、耐熱性の低いシート状部材に狭いピッチで穴あけを行う場合でも、波打ち変形等の発生を抑制可能なレーザ穴あけ方法が提案されている。この発明は、シート状部材の複数の穴あけ予定箇所に対してレーザ光を順次照射することにより、穴あけ加工を行う方法であって、複数の穴あけ予定箇所の少なくとも一部については、当該一の穴あけ予定箇所に対してレーザ光を照射した後、当該一の穴あけ予定箇所から所定の範囲内に位置する穴あけ予定箇所をスキップして、所定の範囲外に位置する穴あけ予定箇所に対してレーザ光を照射することを特徴とするものである。

特開２００１−１９５１１２ 特開２００８−０４９３９８

前記特許文献１に記載された発明は、１つの加工領域を複数のバケットに分割し、ニアレストネイバー法及び２−ｏｐｔ法を適用し、最短経路を決定することによって加工速度を向上させるようにしている。しかし、特許文献１記載の発明では、最短経路をレーザ加工するため、隣接する穴あけ箇所にレーザ照射した場合、蓄積された熱の影響で隣接する穴径が設定した穴径よりも大きくなり、加工品質が低下してしまうおそれがあった。

そこで、特許文献２記載の発明では、蓄積された熱の影響を排除するために、隣り合う穴あけ予定箇所にレーザ照射しないようにして穴加工している。

しかし、特許文献２記載の発明では、１つおきに穴あけ予定箇所を加工するため最短経路でレーザ照射することが不可能であり、その分、加工経路が長くなり、加工効率が低下する。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、加工経路を最短にした場合であっても、熱による穴径のバラツキ量を最小限に抑え、加工品質を向上させることにある。

前記課題を解決するため、本発明は、レーザ光源から出射されたレーザ光をプリント基板表面でＸ方向及びＹ方向に走査させる走査手段と、前記プリント基板をＸ方向及びＹ方向へ移動させるＸＹテーブルと、を有するレーザ加工装置を用いて、前記プリント基板を、前記レーザ光を走査させるための複数のスキャンエリアに分割し、該スキャンエリアの一つを前記走査手段で穴あけし、前記ＸＹテーブルを移動させて次のスキャンエリア内の穴をあけることを繰り返し、前記プリント基板に前記レーザ光により複数の穴あけ加工を行うレーザ加工方法であって、前記スキャンエリア内の穴あけの順番を走査経路の距離が最短となるように並べ替え、前記並べ替えられた穴のうち、第Ｎ番目の穴と第Ｎ＋１番目の穴（ただし、Ｎは、「１≦Ｎ≦あける穴の最大数−１」の整数）との距離が予め設定された閾値未満と判断され、かつ第Ｎ＋１番目の穴が前記あける穴の最大数でないと判断された場合、前記第Ｎ＋１番目の穴と第Ｎ＋２番目の穴との順序を入れ替え、前記Ｎ番目の穴と前記入れ替えられた第Ｎ＋１番目の穴との距離が前記閾値未満と判断された場合、前記第Ｎ番目の穴を加工した後、予め設定された放熱時間だけ加工を停止する、ことを特徴とする。

これにより、加工経路を最短にした場合であっても、熱による穴径のバラツキ量を最小限に抑えることが可能となる。

本発明によれば、加工経路を最短にした場合であっても、熱による穴径のバラツキ量を最小限に抑え、加工品質を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態におけるレーザ加工装置のレーザ加工経路の一例を示す図である。 ＣＰＵによって実行される本実施形態における穴加工処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 ソート処理のサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。 再ソート処理のサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャート（その１）である。 再ソート処理のサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャート（その２）である。 再ソート処理のサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャート（その３）である。 加工処理のサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャート（その１）である。 加工処理のサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャート（その２）である。 距離を変化させたときの穴径のバラツキ量を測定した結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。同図において、レーザ加工装置１００は、レーザ光源１、第１及び第２のガルバノミラー３ａ，３ｂ、ｆθレンズ４、ＸＹテーブル６、及び制御装置８から基本的に構成されている。

このような基本構成のレーザ加工装置１００では、レーザ光源１からレーザ光２を出射し、レーザ光２は第１及び第２のガルバノミラー３ａ，３ｂ及びｆθレンズ４を介してＸＹテーブル６上に固定されたプリント基板５上をＸ方向及びＹ方向に走査される。すなわち、レーザ光２はｆθレンズ４を通ってプリント基板５表面に照射されるが、その際、第１のガルバノミラー３ａによってＸ方向に走査され、第２のガルバノミラー３ｂによってＹ方向に走査される。ＸＹテーブルはプリント基板５をＸ方向及びＹ方向へ移動させる。第１及び第２のガルバノミラー３ａ及び３ｂは図示しないガルバノスキャナによって駆動され、ミラーの角度が変化（揺動）する。制御装置８は制御手段としての図示しないＣＰＵ及びメモリを備え、レーザ光源１、ガルバノスキャナ、及びＸＹテーブル６を制御する。

なお、ＣＰＵは、制御部と演算部を含み、制御部が命令の解釈とプログラムの制御の流れを制御し、演算部が演算を実行する。また、プログラムは図示しないメモリに格納され、実行すべき命令（ある数値又は数値の並び）を前記プログラムの置かれたメモリから取り出し、前記プログラムを実行する。

図２は本実施形態におけるレーザ加工装置のレーザ加工経路の一例を示す図である。同図は、ＸＹテーブル６上に固定されたプリント基板５をＸＹ平面上に置いた状態を示す平面図で、プリント基板５上のスキャンエリア７内の第１ないし第６の穴Ｈ（１）〜Ｈ（６）の位置と加工経路の状態を示している。

図２に示した例では、第１ないし第６の６個の穴Ｈ（１）１〜Ｈ（６）がプリント基板５表面の領域が分割されたスキャンエリア７内に配置されている。スキャンエリア７のサイズはｆθレンズ４のサイズにより決められる。スキャンエリア７内の穴位置を最短になるようにソートされた経路（実線で示す）が、第１の穴Ｈ（１）から第６の穴Ｈ（６）を数字が大きくなる順でつないだ経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５である。第１の穴Ｈ（１）から第２の穴Ｈ（２）までの距離が短く第１の穴Ｈ（１）を加工した熱が第２の穴（２）に影響するのを防ぐためつなぎ変えた経路が、Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’，Ｌ４，Ｌ５である。前記Ｌ１’は第１の穴Ｈ（１）から第３の穴Ｈ（３）に向かう経路、前記Ｌ２’は第３の穴Ｈ（３）から第２の穴Ｈ（２）に向かう経路、前記Ｌ３’は第２の穴Ｈ（２）から第４の穴Ｈ（４）に向かう経路である。なお、ＣＰＵがプログラムを実行する際に参照するメモリには、加工のためにこれらの穴Ｈ（１）〜Ｈ（６）の座標値が入力されている。

図３はＣＰＵによって実行される本実施形態における穴加工処理のメインルーチンを示すフローチャートである。
図３におけるメインルーチンでは、まず、プリント基板５全体をｆθレンズ４の大きさで決まるスキャンエリア７（総数ＭＥ個）に分割し（ステップＳ１）、ソート処理Ａのサブルーチンに移行する。ソート処理Ａでは、加工経路が最短になるようにスキャンエリア７内の穴を加工する順番をソートする（ステップＳ２）。次に、再ソート処理Ｂのサブルーチンを実行し（ステップＳ３）、再ソート処理Ｂ終了後、加工処理Ｃのサブルーチンを実行する（ステップＳ４）。そして、ステップＳ１からステップＳ４の処理をＸＹテーブル６上に設定された全プリント基板５の加工が終了するまで繰り返し（ステップＳ５）、全プリント基板５の加工が終了した時点で、メインルーチンの処理を終える。

図４はソート処理Ａのサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。ソート処理Ａでは、まず、分割されたスキャンエリア７の番号を示す変数Ｍを１とし（ステップＳ２０１）、２−ｏｐｔ法などの局所探索法を用いて加工経路が最短になるようにスキャンエリア７内の穴の順番を並べ替え（ステップＳ２０２）、並べ替えた穴を第１番目の穴Ｈ（１）から最後（第ＮＥ番目。但し、ＮＥは２以上の整数）の穴Ｈ（ＮＥ）とし（ステップＳ２０３）、第１〜第ＮＥ番目の穴Ｈ（１）〜Ｈ（ＮＥ）の座標を制御装置（のメモリ）８に記憶する（ステップＳ２０４）。その後、最後のスキャンエリアＭＥか否かを判断する（ステップＳ２０５）。この判断で、変数ＭがＭＥより小さければ変数Ｍに１を加算し（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０２へ移行して、以降の処理を繰り返す。そして、ステップＳ２０５で変数ＭがＭＥとなった時点（最後のスキャンエリアＭＥとなった時点）でソート処理を終了する。

図５、図６及び図７は再ソート処理Ｂのサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。再ソート処理では、ソート処理Ａが終了した後（ステップＳ２０５：Ｙ）、変数Ｍを１とし（ステップＳ３０１）、穴の番号Ｎを１とし（ステップＳ３０２）、第Ｎ番目の穴Ｈ（Ｎ）と第Ｎ＋１番目の穴Ｈ（Ｎ＋１）の距離Ｌを求める（ステップＳ３０３）。距離Ｌが予め設定された閾値ＬＭ以上ならば（ステップＳ３０４：Ｙ）、Ｎ＋１が最後の穴番号かどうかを判断し（ステップＳ３０５）、最後の穴でない場合（ステップＳ３０５：Ｎ）、穴の番号に１加算してＮ＝Ｎ＋１とした（ステップＳ３０６）後、ステップＳ３０３の処理に戻り、以降の処理を繰り返す。なお、閾値ＬＭは次の穴が前の穴を加工した直後に連続して加工すると、穴径が熱の影響で大きくなる距離である。

ステップＳ３０４で、距離Ｌが閾値ＬＭ未満ならば（ステップＳ３０４：Ｎ）、図６のフローチャートに移行し、番号Ｎ＋１が最後の穴かどうかを判断する（ステップＳ３０７）。この判断で、最後の穴でない場合（ステップＳ３０７：Ｎ）、第Ｎ＋１番目の穴Ｈ（Ｎ＋１）と第Ｎ＋２番目の穴Ｈ（Ｎ＋２）を入れ替えた（ステップＳ３０８）後、再び第Ｎ番目の穴Ｈ（Ｎ）と第Ｎ＋１番目の穴Ｈ（Ｎ＋１）の距離Ｌを求める（ステップＳ３０９）。そして、距離Ｌを閾値ＬＭと比較し（ステップＳ３１０）、距離Ｌが閾値ＬＭ以上であれば、ステップＳ３０６の処理に戻って以降の処理を繰り返す。一方、距離Ｌが閾値ＬＭ未満ならば（ステップＳ３１０：Ｎ）、加工プログラム上で第Ｎ番目の穴Ｈ（Ｎ）の加工後に放熱のための停止時間（放熱時間）Ｔを追加し（ステップＳ３１１）、ステップＳ３０６の処理に戻って以降の処理を繰り返す。

ステップＳ３０７でＮ＋１が最後の穴の番号ＮＥだと判断された場合、加工プログラム上で第Ｎ番目の穴Ｈ（Ｎ）の加工後に放熱のための停止時間Ｔを追加し（ステップＳ３１２）、図７のフローチャートのステップＳ３１３に移行し、ステップＳ３１３で次に加工するスキャンエリア７があるかどうか、すなわち、Ｍ＝ＭＥかどうかを判断し、次に加工するスキャンエリア７があるならば（ステップＳ３１３：Ｎ）、変数Ｍに１加算してＭ＝Ｍ＋１として（ステップＳ３１４）ステップＳ３０２の処理に移行し、以降の処理を繰り返す。ステップＳ３１３で次に加工するスキャンエリア７がなければ（ステップＳ３１３：Ｙ）、再ソート処理を終了する。

図８及び図９は加工処理Ｃのサブルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。加工処理Ｃでは、まず、スキャンエリア７を示す変数Ｍを１（ステップＳ４０１）、穴番号Ｎを１（ステップＳ４０２）として、第Ｎ番目の穴Ｈ（Ｎ）を加工する（ステップＳ４０３）。その後、加工プログラム上で第Ｎ番目の穴Ｈ（Ｎ）の加工後に放熱のための停止時間Ｔが設定されているならば（ステップＳ４０４：Ｙ）、時間Ｔだけ加工を停止し（ステップＳ４０５）、停止時間Ｔが設定されていないならば（ステップＳ４０４：Ｎ）、停止することなく、Ｎが最後の穴番号ＮＥか否かを判断する（ステップＳ４０６）。

この判断でＮが最後の穴番号ＮＥで（ステップＳ４０６：Ｙ）、次に加工するスキャンエリア７がない場合（ステップＳ４０８：Ｙ）、加工処理Ｃを終了し、ステップＳ５に移行する。次に加工するスキャンエリア７がある場合（ステップＳ４０８：Ｎ）、Ｍ＝Ｍ＋１として（ステップＳ４０９）としてステップＳ４０２に戻り、それ以降の処理を繰り返す。ステップＳ４０６でＮが最後の穴番号ＮＥでなければ（ステップＳ４０６：Ｎ）、Ｎに１を加算し（ステップＳ４０７）、ステップＳ４０３に戻って、ステップＳ４０３以降の処理を繰り返す。

図１０は距離Ｌを変化させたときの穴径のバラツキ量を測定した結果を示す図である。縦軸の穴径のバラツキ量は、穴径６５μｍのレーザ加工を行い、加工された穴径の測定値から穴径６５μｍを減算した値である。

品質に問題のない穴径のバラツキ量は０．４μｍ以下であり、穴径のバラツキ量を０．４μｍ以下とするために距離Ｌの閾値ＬＭは、図１０から約８００μｍ以上とすれば良いことがわかる。また、実験的には、距離Ｌが８００μｍ未満の場合でも、停止時間Ｔを１０ｍｓｅｃ以上に設定すれば穴径バラツキ量が０．４μｍ以下となることがわかった。

なお、前記閾値ＬＭ及び前記停止時間Ｔは、予め実機で穴径、閾値ＬＭ、及び停止時間Ｔを加工対象となるプリント基板毎に計測し、その結果を前記座標値が入力されるメモリに格納しておく。メモリには前記計測結果を例えばテーブルとして持っておき、必要に応じてＣＰＵが参照し、テーブルの値を制御に反映させる。

以上のように、本実施形態によれば、加工経路が最短になるようにスキャンエリア７内の穴Ｈの順番を並べ替え、２つの連続する穴あけの対象となる穴の距離Ｌが閾値ＬＭより短い場合には、次の穴の加工に移る前に予め設定した時間Ｔだけ放熱のために加工を停止するので、加工経路を最短にした場合であっても、熱による穴径のバラツキ量を最小にすることが可能となり、加工品質を向上させることができる。

なお、特許請求の範囲におけるレーザ光源は本実施形態では符号１に、レーザ光は符号２に、走査手段は第１及び第２のガルバノミラー３ａ，３ｂ並びにｆθレンズ４に、ＸＹテーブルは符号６に、プリント基板は符号５に、レーザ加工装置は符号１００に、距離は符号Ｌに、閾値は符号ＬＭに、放熱時間は停止時間Ｔに、分割工程はステップＳ１に、並べ替え工程はステップＳ２０１〜Ｓ２０６を含むソート処理Ａ（ステップＳ２）に、入れ替え工程はステップＳ３０３〜Ｓ３０８に（再ソート処理Ｂ：ステップＳ３）、加工停止工程はステップＳ４０４及びステップＳ４０５（加工処理Ｃ）にそれぞれ対応する。また、分割工程、並べ替え工程、入れ替え工程及び加工停止工程は、制御装置８のＣＰＵのプログラムとして設定され、ＣＰＵによって実行される。

さらに、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１ レーザ光源
２ レーザ光
３ａ，３ｂ ガルバノミラー
４ ｆθレンズ
５ プリント基板
６ ＸＹテーブル
７ スキャンエリア
８ 制御装置
１００ レーザ加工装置
Ａ ソート処理
Ｂ 再ソート処理
Ｃ 加工処理
Ｈ 穴
Ｌ 距離
ＬＭ 閾値
Ｔ 停止時間

Claims (3)

1. レーザ光源から出射されたレーザ光をプリント基板表面でＸ方向及びＹ方向に走査させる走査手段と、
   前記プリント基板をＸ方向及びＹ方向へ移動させるＸＹテーブルと、
   を有するレーザ加工装置を用いて、
   前記プリント基板を、前記レーザ光を走査させるための複数のスキャンエリアに分割し、
   該スキャンエリアの一つを前記走査手段で穴あけし、
   前記ＸＹテーブルを移動させて次のスキャンエリア内の穴をあけることを繰り返し、
   前記プリント基板に前記レーザ光により複数の穴あけ加工を行うレーザ加工方法であって、
   前記スキャンエリア内の穴あけの順番を走査経路の距離が最短となるように並べ替え、
   前記並べ替えられた穴のうち、第Ｎ番目の穴と第Ｎ＋１番目の穴（ただし、Ｎは、「１≦Ｎ≦あける穴の最大数−１」の整数）との距離が予め設定された閾値未満と判断され、かつ第Ｎ＋１番目の穴が前記あける穴の最大数でないと判断された場合、前記第Ｎ＋１番目の穴と第Ｎ＋２番目の穴との順序を入れ替え、
   前記Ｎ番目の穴と前記入れ替えられた第Ｎ＋１番目の穴との距離が前記閾値未満と判断された場合、前記第Ｎ番目の穴を加工した後、予め設定された放熱時間だけ加工を停止する、
   ことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 請求項１に記載のレーザ加工方法を実行する制御部、
   を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
3. レーザ加工装置の制御部に請求項１記載のレーザ加工方法を実行させる、
   ことを特徴とするレーザ加工プログラム。

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