JP6021327B2

JP6021327B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP6021327B2
Application number: JP2011279512A
Authority: JP
Inventors: 泰之古田
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: JP2013128948A

Description

本発明は、レーザ加工装置に関し、詳しくは、ファイバーレーザ発振器から出力されるレーザ光を被加工物に照射して被加工物の切断加工などを行うレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置として、ＵＶテーブルやＸＹテーブルに保持した被加工物の加工位置情報に基づいてレーザを制御することにより、被加工物にスリットを形成したり、被加工物を切断したり、被加工物の表面にマーキングをしたりするものが広く用いられている。このようなレーザ加工装置において、微細加工を行う際には、レーザ光をパルスとして出力するファイバーレーザ発振器が用いられている。しかし、ファイバーレーザ発振器では、加工開始時のレーザの出力が低くなったりすることがある。このため、ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置において、ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行うことにより、パルス出力を、初期の第１パルスから一定の出力にする制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１８１９４３号公報

しかし、特許文献１に記載の制御方法は、複雑な制御を必要とするという問題があった。

そこで本発明は、簡単な構成で、被加工物の所定の位置に、所定の強度を有するレーザ光を確実に照射することができるレーザ加工装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のレーザ加工装置は、被加工物にレーザ光を照射するファイバーレーザ発振器と、ファイバーレーザ発振器にレーザ発振用のパルス信号を出力するパルスジェネレータと、前記被加工物の加工位置と前記レーザ光の照射位置との関係から前記パルスジェネレータにレーザ発生信号を出力するコントローラと、前記ファイバーレーザ発振器から出力されるレーザ光の強度を検出するレーザモニタとを備えたレーザ加工装置において、前記パルスジェネレータは、前記コントローラから出力されたレーザ発生信号に基づいて前記ファイバーレーザ発振器にパルス信号を出力するとともに、前記コントローラから出力されたレーザ発生信号の継続時間を記憶し、前記レーザモニタが検出したレーザ光の強度があらかじめ設定された強度に到達した時点をレーザ出力開始時に設定し、該レーザ出力開始時から前記レーザ発生信号の継続時間に対応する時間が経過するまで前記ファイバーレーザ発振器へのパルス信号を継続して出力することを特徴としている。

本発明のレーザ加工装置によれば、あらかじめ設定された強度のレーザ光を被加工物の加工位置に確実に照射することができる。

本発明のレーザ加工装置の一形態例を示す側面図である。本発明のレーザ加工装置における主要部の一形態例を示すブロック図である。レーザ発振器に出力されたパルス信号とレーザ発振器から出力されたレーザの出力との関係を示す説明図である。コントローラからのレーザ発生信号と、レーザモニタが検出したレーザ光の出力と、パルスジェネレータから出力されるパルス信号との関係を示す図である。

図１に示すように、本形態例に示すレーザ加工装置１は、被加工物としての基板Ｐにレーザ光を照射して基板Ｐに所定の加工パターンを施すものであって、主に、ベース２に連結されている第１移動装置３と、該第１移動装置３に連結されている固定装置４と、ベース２から立設して固定装置４と対向する位置に延出するアーム５の先端に連結されている第２移動装置６と、該第２移動装置６に連結されている加工ヘッド７とを備えている。

第１移動装置３は、固定装置４と一体に基板ＰをＸＹ方向に移動するものであり、ベース２に連結されているＸ軸移動装置３ａと、該Ｘ軸移動装置３ａと前記固定装置４とに連結されているＹ軸移動装置３ｂとによって構成されている。

Ｘ軸移動装置３ａは、Ｘ方向に延びる図示しないボールネジ駆動機構によってＸ方向に往復移動可能に構成されており、Ｙ軸移動装置３ｂと固定装置４とは、Ｘ軸移動装置３ａの移動に伴ってＸ方向に移動することができる。

Ｙ軸移動装置３ｂは、Ｙ方向に延びる図示しないボールネジ駆動機構によってＸ軸移動装置３ａとは別にＹ方向に往復移動可能に構成されており、固定装置４は、Ｙ軸移動装置３ｂの移動に伴ってＹ方向に移動することができる。これにより、第１移動装置３によって固定装置４に固定されている基板ＰをＸＹ方向に移動することができる。

固定装置４は、基板ＰをＸＹ平面上（Ｚ方向と直交する平面上）に固定するものであって枠状に形成されており、その固定装置４に基板Ｐを設置し、図示しない挟持装置によって基板Ｐの周縁部を挟持して基板ＰをＸＹ平面上に固定することができる。

第２移動装置６は、加工ヘッド７をＸＹ方向に移動するものであり、図示しないＸ軸移動装置と、Ｙ軸移動装置とによって構成されている。第１移動装置３は、ボールネジ駆動機構によってＸ方向、Ｙ方向に往復移動可能に構成されているが、この第２移動装置６は、リニアモータ駆動機構によってＸ方向、Ｙ方向に往復移動可能に構成されている。

リニアモータ駆動機構は、ボールネジ駆動機構に比べて振動が少なく、リニアモータ駆動機構を第２移動装置６に採用することで、加工ヘッド７に振動が伝播されるのが抑制され、高品質な加工をすることができる。

加工ヘッド７は、基板Ｐに向けてレーザ光及び加工ガスを照射するものであり、フォーカスレンズ、コリメーションレンズ等の光学系レンズを内蔵した周知の加工ヘッドである。レーザー加工装置１には、レーザ発振器及び加工ガス供給装置が搭載されており、このレーザー発振器からレーザ光が、加工ガス供給装置から加工ガスがそれぞれ加工ヘッド７に供給され、加工ヘッド７からレーザ光及び加工ガスが基板Ｐに照射される。

また、レーザー加工装置１には、アーム５のベース２から立設する部分に、各種入力や各種表示を行うことができる操作パネル８が設けられるとともに、各種制御を行う制御部などが設けられている。

被加工物に加工を行うための主要部としては、図２に示すように、被加工物にレーザ光Ｌを照射するファイバーレーザ発振器１１と、該ファイバーレーザ発振器１１にパルス信号Ａを出力するパルスジェネレータ１２と、前記被加工物の加工位置と前記レーザ光の照射位置との関係から前記パルスジェネレータ１２にレーザ発生信号Ｂを出力するとともに、ファイバーレーザ発振器１１にピークパワーを設定する信号Ｃを出力するコントローラ１３と、前記ファイバーレーザ発振器１１から出力されるレーザの強度Ｄを検出し、強度信号として前記パルスジェネレータ１２に出力するレーザモニタ１４とを備えている。

図３に示すように、パルスジェネレータ１２からファイバーレーザ発振器１１に出力されるパルス信号Ａは、起動から等間隔でパルスＡ１，Ａ２，…，Ａ６，…を発生させているのに対し、パルス信号Ａに対応してファイバーレーザ発振器１１から出力され、レーザモニタ１４で検出されるレーザの強度Ｄは、起動から１パルス目の強度Ｄ１は極めて小さく、起動から２パルス目の強度Ｄ２は、所定の強度の約半分程度となっており、起動から３パルス目の強度Ｄ３があらかじめ設定された強度に到達している。

被加工物に対して極めて微細な加工を行う際に、極めて短時間だけレーザを照射する場合、例えば、パルスジェネレータ１２から６パルスのパルス信号Ａをファイバーレーザ発振器１１に出力した場合、図３に示す状態では、初期の２パルス（Ｄ１，Ｄ２）はファイバーレーザ発振器１１から所定強度のレーザが出力されず、３パルス目から６パルス目までの４パルス（Ｄ３〜Ｄ６）しか被加工物にレーザが照射されないこととなり、全体としてのレーザの強度が不足して被加工物に所定の加工、例えば貫通孔を形成できなくなる。

そこで、図４に示すように、パルスジェネレータ１２では、コントローラ１３からレーザ発生信号Ｂを受けたときに、ファイバーレーザ発振器１１にパルス信号Ａを出力し、レーザ発生信号Ｂの継続時間ｔ１を計測して記憶するとともに、レーザモニタ１４から強度信号を受信し、ファイバーレーザ発振器１１から出力されるレーザの強度Ｄがあらかじめ設定された強度に到達した時点をレーザ出力開始時ｔ０に設定し、このレーザ出力開始時ｔ０から前記継続時間ｔ１に対応する時間ｔ２が経過するまで、ファイバーレーザ発振器１１へのパルス信号Ａを継続して出力する。

これにより、コントローラ１３から出力されたレーザ発生信号Ｂの継続時間ｔ１と同じ長さの時間ｔ２でファイバーレーザ発振器１１から被加工物にレーザを照射することができるので、被加工物に所定の加工、例えば貫通孔を確実に形成することができる。

また、図４に示すように、最初の起動時だけでなく、連続的に加工を行う場合でも、パルス信号Ａを前記継続時間ｔ１と同じ時間ｔ２だけ継続するので、レーザ発生信号Ｂの間隔が変化してファイバーレーザ発振器１１から出力されるレーザの強度Ｄがあらかじめ設定された強度に到達するまでのパルス数Ｐ１，Ｐ２、換言すれば時間が異なるようなことがあっても、強度Ｄがあらかじめ設定された強度に到達した時点からの時間ｔ２が前記継続時間ｔ１と同じになるまでパルス信号Ａを継続して出力するようにしていることから、被加工物へのレーザの照射を確実に行うことができる。

例えば、被加工物が１０μｍ移動するたびにレーザを照射して貫通孔を連続的に形成することで被加工物の切断加工を行う場合、加工開始部や加工終了部、屈曲部などで被加工物の移動速度が遅くなり、コントローラ１３から出力されるレーザ発生信号Ｂの間隔が広くなった場合でも、各貫通孔をそれぞれ確実に形成することができるので、被加工物の切断加工を支障なく行うことができる。さらに、継続時間（ｔ１，ｔ２）の比較だけを行えばよいので、簡単な構成の制御手段を使用することが可能である。

１…レーザ加工装置、２…ベース、３…第１移動装置、３ａ…Ｘ軸移動装置、３ｂ…Ｙ軸移動装置、４…固定装置、５…アーム、６…第２移動装置、７…加工ヘッド、８…操作パネル、１１…ファイバーレーザ発振器、１２…パルスジェネレータ、１３…コントローラ、１４…レーザモニタ

Claims

被加工物にレーザ光を照射するファイバーレーザ発振器と、ファイバーレーザ発振器にレーザ発振用のパルス信号を出力するパルスジェネレータと、前記被加工物の加工位置と前記レーザ光の照射位置との関係から前記パルスジェネレータにレーザ発生信号を出力するコントローラと、前記ファイバーレーザ発振器から出力されるレーザ光の強度を検出するレーザモニタとを備えたレーザ加工装置において、
前記パルスジェネレータは、前記コントローラから出力されたレーザ発生信号に基づいて前記ファイバーレーザ発振器にパルス信号を出力するとともに、前記コントローラから出力されたレーザ発生信号の継続時間を記憶し、前記レーザモニタが検出したレーザ光の強度があらかじめ設定された強度に到達した時点をレーザ出力開始時に設定し、該レーザ出力開始時から前記レーザ発生信号の継続時間に対応する時間が経過するまで前記ファイバーレーザ発振器へのパルス信号を継続して出力することを特徴とするレーザ加工装置。