JP6199224B2

JP6199224B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Info

Publication number: JP6199224B2
Application number: JP2014070708A
Authority: JP
Inventors: 大坂　義久; 義久大坂; 孝弘工藤
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015188932A

Description

本発明は、レーザビームを用いてプリント基板のような被加工物に穴明け等の加工を行うためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものである。

レーザ加工装置において、レーザ発振器からのレーザビームを加工に使用するかどうか（オン・オフ）のスイッチングを音響光学変調器（ＡＯＭ）によって行うものがある。このスイッチングは、従来、特許文献１に開示されるように、レーザ発振器に対する出射指令信号の出力時点あるいはレーザビーム出射の検出時点でオンするような方法で行っていた。

しかしながら、レーザ発振器へのレーザ出射指令に対し、実際にレーザビームが出射を開始する時刻は、発振指令の周期や環境要因、レーザ発振器の個体差によって変動する。そのため、従来のＡＯＭのスイッチング制御では、レーザビームの出射開始の時刻変動がそのまま加工エネルギーの変化につながるため、穴品質や穴径の変動原因になり、穴品質や穴径精度向上の阻害要因となっていた。

特開昭2005-199323号公報

そこで本発明は、レーザビーム出射開始時刻の変動による穴品質や穴径精度の低下を防止することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載のレーザ加工装置においては、レーザビームを出射するレーザ発振器と、当該レーザ発振器から出射されたレーザビームを受光し当該レーザビームを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行う音響光学変調器と、当該音響光学変調器の分岐方向を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、前記レーザ発振器から出射されたレーザビームを検出するフォトディテクタを備え、当該フォトディテクタによるレーザビーム出射検出時点よりも後になる一定時間後に前記制御部は前記レーザ発振器からのレーザビームを加工に使用する方向への分岐を開始させるよう前記音響光学変調器を制御することを特徴とする。

また請求項２に記載のレーザ加工装置においては、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記音響光学変調器は前記レーザ発振器から出射されたレーザビームをビームスプリッタを介して受光し、前記フォトディテクタは前記ビームスピリッタを透過したレーザビームを検出することを特徴とする。

また請求項３に記載のレーザ加工装置においては、請求項１又は２のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前記フォトディテクタはレーザビームのエネルギーレベルが所定のレベルに達したらレーザビーム出射を検出することを特徴とする。

また請求項４に記載のレーザ加工方法においては、レーザ発振器から出射されたレーザビームを音響光学変調器で受光し、当該音響光学変調器で前記レーザビームを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行うレーザ加工方法において、前記レーザ発振手段から出射されたレーザビームをフォトディテクタで検出し、当該フォトディテクタによるレーザビーム出射検出時点よりも後になる一定時間後にレーザビームを加工に使用する方向への分岐を開始させることを特徴とする。

また請求項５に記載のレーザ加工方法においては、請求項３に記載のレーザ加工方法において、前記音響光学変調器は前記レーザ発振器から出射されたレーザビームをビームスプリッタを介して受光し、前記フォトディテクタは前記ビームスピリッタを透過したレーザビームを検出することを特徴とする。

また請求項６に記載のレーザ加工方法においては、請求項４又は５のいずれかに記載のレーザ加工方法において、前記フォトディテクタはレーザビームのエネルギーレベルが所定のレベルに達したらレーザビーム出射を検出することを特徴とする。

本発明によれば、レーザビーム出射開始の時刻変動による穴品質や穴径精度の低下を防止することができる。

本発明の一実施例となるレーザ加工装置のタイミング図である。本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。

以下、本発明の一実施例について説明する。

図２は、本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。
図２において、１はレーザビームを発生する例えば炭酸ガスレーザタイプのレーザ発振器である。２はレーザ発振器１からのレーザビームの一部を反射するビームスプリッタ、３はビームスプリッタ２を透過したレーザビームの光強度を電気的信号に変換するフォトディテクタ、４はビームスプリッタで反射されたレーザビームに対し分岐方向の制御を行うことにより加工に使用するかどうか（オン・オフ）のスイッチングを行う音響光学変調器（以下ＡＯＭと略す）、５はＡＯＭ４から加工方向に分岐した（ＡＯＭがオン状態）レーザビームをプリント基板の如き被加工物６に照射する光学系である。ＡＯＭ４から光学系５に向かない方向に分岐した（ＡＯＭがオフ状態）レーザビームはダンパー７に入力される。光学系５には、ＡＯＭ４から出力されたレーザビームを被加工物６の加工位置に位置決めするための１組のガルバノスキャナー８やレーザビームの焦点調整を行うＦθレンズ９等が含まれる。１０は装置全体の動作を制御する制御部である。

図２は、以下のように動作する。図１は、図２のレーザ加工装置のタイミング図で、図２におけるレーザ発振器１から出射されたレーザビームのエネルギーレベルの推移示してある。
光学系５のガルバノスキャナー７で目標の加工位置への位置決めが完了すると、位置決め完了信号ａが制御部１０に送られ、それにより制御部１０からレーザ発振器１にLonのタイミングで出射指令信号ｂがオンされ、レーザ発振器１からレーザビームが出射される。その後、制御部１０はフォトディテクタ３からのレーザ検出信号ｃに基づき、出射指令信号ｂのオンから△T時間後に出射され始めた出射直後のレーザビームのエネルギーレベルが、所定のレベルＳＦを越えた時点Donから一定の時間Tond経過後のAonのタイミングで、ＡＯＭ４への加工指令信号ｄをオンにする。これにより、ＡＯＭ４の出力はダンパー７側から光学系５側に切り替えられ、その後、加工に必要なエネルギーを元に決定されるＡＯＭオン期間である一定の時間Taon後のAoffのタイミングで、加工指令信号ｄがオフとなり、ＡＯＭ４の出力はダンパー７側に戻される。制御部１０は、TondとTaonの加算した値に変動を考慮したオフディレイ時間Toffdを加えたLoffのタイミングで、レーザ発振器１への出射指令信号ｂをオフにする。

上記実施例によれば、制御部１０は、実際のレーザ出射を確認してＡＯＭ４のオン・オフを制御するので、レーザビームの出射タイミングまでが発振指令の周期や環境要因、レーザ発振器の個体差によって変動しても、常に一定の時間、すなわちTaonだけＡＯＭ４の出力が光学系５に与えられるので、加工エネルギーの変動を抑えることができ、穴品質や穴径精度向上ができる。また、レーザ発振器１への出射指令信号ｂは、ＡＯＭ４の出力のダンパー７側への切り替えとほぼ同時にオフするので、レーザ出射時間を最小化でき、消費電力を低減できる。

なお、以上において、出射され始めた直後のレーザビームのエネルギーレベルを捉えているが、実際に加工に使用する段階でエネルギーレベルを捉える方法も考えられる。しかしながら、この方法だと、レーザビームが出射され始めてからの推移過程は多様であるため、レーザビームが出射され始めてから実際に加工に使用するエネルギーレベルになるまでの時間が変動するので、ＡＯＭ４のオン期間である時間Taonと変動を考慮したオフディレイ時間Toffdを加えた後の、出射指令信号ｂをオフにするまでの時間が一定にならない。このため、後続のレーザビームの出射に影響を及ぼすおそれがある。
本発明に従った場合、出射され始めたレーザビームのエネルギーレベルを捉え、それが所定のレベルＳＦを越えた時点Donを起点として一定時間後にＡＯＭ４への加工指令信号ｄをオンにするものであるから、出射指令信号ｂをオフにするまでの時間を一定にすることができ、後続のレーザビームの出射に影響を及ぼすおそれがなくなる。

なお、上記実施例においては、制御部１０はフォトディテクタ３からのレーザ検出信号ｃに基づきレーザビームのエネルギーが所定のレベルを越えたかどうかを捉えているが、フォトディテクタ３によっては、その分解能として所定レベル検出機能的なものを有する場合もあり、そのような場合には、制御部１０はフォトディテクタ３からのレーザ検出信号ｃを監視するだけで良い。

１：レーザ発振器、２：ビームスプリッタ、３：フォトディテクタ、４：ＡＯＭ、５：光学系、６：被加工物、７：ダンパー、8：ガルバノスキャナー、９：Ｆθレンズ、１０：制御部、ａ：位置決め完了信号、ｂ：出射指令信号、ｃ：レーザ検出信号、ｄ：加工指令信号

Claims

レーザビームを出射するレーザ発振器と、当該レーザ発振器から出射されたレーザビームを受光し当該レーザビームを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行う音響光学変調器と、当該音響光学変調器の分岐方向を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、前記レーザ発振器から出射されたレーザビームを検出するフォトディテクタを備え、当該フォトディテクタによるレーザビーム出射検出時点よりも後になる一定時間後に前記制御部は前記レーザ発振器からのレーザビームを加工に使用する方向への分岐を開始させるよう前記音響光学変調器を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記音響光学変調器は前記レーザ発振器から出射されたレーザビームをビームスプリッタを介して受光し、前記フォトディテクタは前記ビームスピリッタを透過したレーザビームを検出することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１又は２のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前記フォトディテクタはレーザビームのエネルギーレベルが所定のレベルに達したらレーザビーム出射を検出することを特徴とするレーザ加工装置。
レーザ発振器から出射されたレーザビームを音響光学変調器で受光し、当該音響光学変調器で前記レーザビームを加工に使用する方向に分岐させるか否かを行うレーザ加工方法において、前記レーザ発振手段から出射されたレーザビームをフォトディテクタで検出し、当該フォトディテクタによるレーザビーム出射検出時点よりも後になる一定時間後にレーザビームを加工に使用する方向への分岐を開始させることを特徴とするレーザ加工方法。
請求項４に記載のレーザ加工方法において、前記音響光学変調器は前記レーザ発振器から出射されたレーザビームをビームスプリッタを介して受光し、前記フォトディテクタは前記ビームスピリッタを透過したレーザビームを検出することを特徴とするレーザ加工方法。
請求項４又は５のいずれかに記載のレーザ加工方法において、前記フォトディテクタはレーザビームのエネルギーレベルが所定のレベルに達したらレーザビーム出射を検出することを特徴とするレーザ加工方法。