JPH0556237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザ加工装置に関し、特にレーザ光
の照射時間を任意に設定し、照射時間に応じてレ
ーザ出力を可変することができるように工夫した
ものである。

（従来技術） 加工用のレーザ光は概して高いエネルギをもつ
が、加工の種類によつて照射条件が異なり、例え
ば切断や破壊等では極めて大きなパワーをもつレ
ーザ光が使用される一方、ハンダ付けやロー付け
等では小さなパワーで短い照射時間のレーザ光が
使用される。

従来の連続発振のレーザ加工装置では、所望の
照射時間のレーザ光を得るために、レーザ発振器
の共振器内に機械式シヤツタを設け、この照射時
間分だけ該シヤツタを開閉するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、機械式シヤツタの開閉速度は高々
100msecが限度で、レーザ光のパルス幅もそれよ
り小さくならず、より短い時間の照射を必要とす
る微細加工を行うにはレーザ出力が高すぎた。

さらに、シヤツタ方式のレーザ加工装置によれ
ば、一定強度のレーザ光を得られるが、例えばハ
ンダ付けにそれが用いられると、急激に強いレー
ザ光がハンダに当たるためハンダが局部加熱さ
れ、溶けて延びるどころか望ましくない粒状のい
わゆるハンダボールが出来やすかつた。

このように、従来のレーザ加工装置で得られる
レーザ出力は融通性がなく、加工物によつては適
合しない場合があり、上述のような不都合を生じ
た。

また、従来のレーザ加工装置では、短時間照射
といつても、第３図Ａの実線で示すようにレーザ
発振ができる状態のランプ電流AFを加工作業中
連続して流しており、機械式シヤツタの開閉によ
つて第３図Ｂのような短時間（t1〜t2）の期間の
レーザ出力を得ている。したがつて励起用ランプ
自体はレーザ発振可能の状態で連続点灯している
ため、レーザ光を照射しない時間、つまりt1〜t2
期間以外の時間で消費電力を無駄にし、さらに励
起用ランプの寿命をも短くするという問題があつ
た。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされ
たもので、レーザ光の照射時間および出力を任意
に設定、制御し、照射時間に応じてレーザ出力を
可変することができ、特に高精度な微細加工を可
能とし、消費電力の節減と励起用ランプの長寿命
化をも図るレーザ加工装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の構成は、レーザ光
を被加工物に照射して所定の加工を行うレーザ加
工装置において、励起用ランプ電流に応じた出力
のレーザ光を発生するレーザ光発生手段と；レー
ザ光の出力を検出する光センサ手段と；加工条件
に応じた所定の波形を有する基準波形信号を与え
る基準波形信号発生手段と；光センサ手段より得
られるレーザ出力検出信号と該基準波形信号とを
比較して誤差信号を発生する比較手段と；ランプ
電流を誤差信号に基づいて基準波形信号に追従さ
せレーザ光発生手段に供給するランプ電流供給手
段と；を具備することを特徴とする。

（作用） レーザ光発生手段より発生されるレーザ光の出
力は光センサ手段によつて検出され、そのレーザ
出力を表すレーザ出力検出信号が比較手段により
基準波形信号と比較される。そして、両信号の誤
差に応じたランプ電流がレーザ光発生手段に供給
され、そのランプ電流に応じた出力のレーザ光が
発生される。

このように、レーザ光発生手段、光センサ手
段、比較手段、ランプ電流供給手段が閉ループを
形成してレーザ光の瞬時出力（パワー）、時間特
性（例えば立上がり、立下がり等）が基準波形信
号に追従する（倣う）ように制御される。

したがつて、レーザ光の照射時間および出力を
任意に設定、制御することが可能となる。

（実施例） 以下、第１図および第２図を参照して本発明の
一実施例を説明する。

第１図は、この実施例によるレーザ加工装置の
要部の構成を示す。この図において、ランプ電流
供給回路１２には、交流電源１０から交流電圧
E₀が供給される。ランプ電流供給回路１２は交
流−直流変換回路を有し、レーザ発振を規定する
直流のランプ電流または励起電流DIをレーザ発
振器１４に供給する。

レーザ発振器１４は、例えばYAG（イツトリウ
ム・アルミニウム・ガーネツト）レーザで、レー
ザロツド１６、励起用ランプ１８、共振器１９お
よび冷却機構（図示せず）を含み、励起用ランプ
１８がランプ電流DIに応じた光量の光をレーザ
ロツド１６に照射することにより、それが励起さ
れてランプ電流DIに対応したレーザ光LBを発振
出力するように構成されている。そして、このレ
ーザ光LBは99.9％の反射率をもつミラー２０に
より進行方向を曲げられてからレンズ２２、光フ
アイバ２４を介して出射ユニツト２６に送られ、
そこから集光されたレーザ光LB₀が被加工物、例
えばプリント基板２８に照射されるようになつて
いる。

以上の構成は、従来のレーザ加工装置と共通す
る部分である。

さて、本実施例によれば、ミラー２０を透過し
た0.1％のレーザ光LB₁が光センサ３０に入射さ
れる。この光センサ３０は、例えばPINフオトダ
イオードからなり、レーザ光LBの出力P_L（Ｗ）に
対応した光電流I_Lを出力する。そして、この光電
流I_Lはレーザ出力検出回路３２に供給され、そこ
で電流−電圧変換処理を受ける。しかして、レー
ザ出力検出回路３２の出力端子にはレーザ光LB
の出力P_Lを表す直流のレーザ出力検出電圧E_Lが
得られ、このレーザ出力検出電圧E_Lは比較回路
３４の一方の入力端子C₁に与えられる。

比較回路３４の他方の入力端子C₂には、基準
波形信号発生回路３８より加工条件に応じた直流
の基準波形信号WSが与えられる。この信号WS
の波形は、例えばプリント基板や電子部品のハン
ダ付けに対しては、第２図に示すような台形状に
される。すなわち、ハンダの溶融特性、被ハンダ
付部の物理的特性・形状、接合要件等の加工条件
に応じた電流値（レーザ出力値）A_F、立上がり
時間T_R、持続時間T_C、立下がり時間T_Fのランプ
電流が規定される。特に、立上がり時間T_Rにお
ける勾配は、ハンダの溶融特性にマツチングする
速度でレーザ光LBを除々に立ち上がらせるよう
に選ばれる。それらのパラメータA_F，T_R，T_C，
T_Fは、それぞれレーザ出力設定回路４２、立上
がり時間設定回路４６、持続時間設定回路４６、
立下がり時間設定回路４８を介してデイジタルス
イツチ５０，５２，５４，５６により設定され
る。

比較回路３４は、入力端子C₁，C₂にそれぞれ
受けたレーザ出力検出電圧E_Lおよび基準波形信
号WSのそれぞれの値を比較し、前者が後者より
低いときにはその差に比例した正の誤差電圧EV
＋を出力し、前者が後者より高いときにはその差
に比例した負の誤差電圧EV−を出力する。

比較回路３４より出力された誤差電圧EV＋
（EV−）は、演算増幅器からなるドライブ回路３
６を介してランプ電流供給回路１２に与えられ
る。そして、ランプ電流供給回路１２において
は、誤差電圧EV＋（EV−）に応じたランプ電流
DIを発生する。すなわち、正の誤差電圧EV＋に
対してはランプ電流DIを増大させ、負の誤差電
圧EV−に対しては逆にランプ電流DIを減少させ
るようになつている。なお、レーザ出力検出電圧
ELはアナログ−デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器５
８を介してモニタ装置６０に送られ、レーザ光
LBの波形が表示されるようになつている。

次に、本実施例の動作を説明すると、加工開始
前にはランプ電流供給回路１２より予備電流
（AB）が励起用ランプ１８に供給されてランプ
１８は点灯しているが、しきい値以下のためレー
ザ光はまだ発振していない。

そして、スタート回路４０から起動信号STが
発せられると、基準波形信号発生回路３８から第
２図Ａに示すような予め設定された波形の基準波
形信号WSが発生される。その信号WSに応じて
後述するようにランプ電流供給回路１２からラン
プ電流DIが流れ、励起用ランプ１８がその電流
に応じて点灯する。そうすると、ランプ１８から
の照射光によつてレーザロツド１６は励起されレ
ーザ光LBが出る。このレーザ光LBの大部分
（99.9％）は、上述のようにミラー２０、レンズ
２２、光フアイバ２４を通つて出射ユニツト２６
から被加工物２８のハンダ付部に照射される。残
り（0.1％）のレーザ光LB₁は光センサ３０に入
射され、レーザ出力検出回路３２よりレーザ光
LBの瞬時的出力P_Lを表すレーザ出力検出信号E_L
が得られる。

比較回路３４は、レーザ出力検出信号E_Lと基
準波形信号WSとを比較するが、立上がり時間T_R
の期間では前者E_Lより後者WSの方が高いので正
の誤差電圧EV＋を出力する。したがつて、この
期間T_Rでは、第２図Ａに示すようにランプ電流
DIが徐々に増大し、これに応じて第２図Ｂに示
すようにレーザ光LBの出力P_Lも徐々に増大する。
そして、期間T_Rが経過すると、レーザ出力検出
信号E_Lと基準波形信号WSとが略等しくなつて均
衡状態となり、レーザ光LBの出力P_Lはランプ電
流設定値A_Fに対応した所定値P_Aに維持される。
そして、起動時から設定時間T_Cが経過すると、
立下がり期間T_Fに入り、この期間T_FではE_L＞
WSとなつて負の誤差電圧EV−が発生し、ラン
プ電流DIが徐々に減少し、それに応じてレーザ
光LBのレベルP_Lも徐々に低下し、終にはレーザ
発振が停止する。

このように、本実施例によれば、フイードバツ
クループによつてレーザ光LBの立上がり、瞬時
出力（パワー）、照射時間、立下がりが予め設定
された基準波形信号WSに追従する（倣う）よう
に制御される。したがつて、上述のようなハンダ
付けの場合、レーザ出力がハンダの溶融特性にマ
ツチングするような速度で徐々に立ち上がるの
で、ハンダが急激に加熱されることなく速やかに
溶融し、ハンダボールの発生しない良質なハンダ
接合が得られる。

なお、本発明を連続発振のレーザ発振器につい
て説明したが、パルスレーザ発振器を用いてもよ
い。また、上記実施例ではハンダ付けを例にして
台形波状の基準波形信号WSが選ばれたが、加工
条件に応じて種々の波形が設定可能であり、した
がつて基準信号発生手段として関数発生器を用い
てもよい。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、レーザ光の照
射時間および出力が任意設定（プログラム）可能
で、任意の被加工物に適合した精細な加工を行う
ことができ、また消費電力の節減が図られ、励起
用ランプの寿命も延ばせる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるレーザ加工
装置の要部の構成を示すブロツク図、第２図は、
上記実施例における基準波形信号（またはランプ
電流）およびレーザ出力のそれぞれの時間特性を
示すタイミング図、および第３図は、従来のレー
ザ加工装置における励起用ランプ電流およびレー
ザ出力の時間特性を示すタイミング図である。 １０……交流電源、１２……ランプ電流供給回
路、１４……レーザ発生器、１６……レーザロツ
ド、１８……励起用ランプ、１９……共振器、２
０……ミラー、２６……出射ユニツト、２８……
プリント回路板（被加工物）、３０……光センサ、
３２……レーザ出力検出回路、３４……比較回
路、３８……基準波形信号発生回路、４０……ス
タート回路、４２……レーザ出力設定回路、４４
……立上がり時間設定回路、４６……持続時間設
定回路、４８……立下がり時間設定回路、５０〜
５６……デイジタルスイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光を被加工物に照射して所定の加工を
   行うレーザ加工装置において、 励起用ランプ電流に応じた出力のレーザ光を発
   生するレーザ光発生手段と、 前記レーザ光の出力を検出する光センサ手段
   と、 加工条件に応じた所定の波形を有する基準波形
   信号を与える基準波形信号発生手段と、 前記光センサ手段より得られるレーザ出力検出
   信号と前記基準波形信号とを比較して誤差信号を
   発生する比較手段と、 前記ランプ電流を前記誤差信号に基づいて前記
   基準波形信号に追従させ前記レーザ光発生手段に
   供給するランプ電流供給手段と、 を具備することを特徴とするレーザ加工装置。 ２ 前記基準波形信号を台形波状とした特許請求
   の範囲第１項に記載のレーザ加工装置。 ３ 前記基準波形信号のレーザ出力、立上がり時
   間、持続時間、立下がり時間を設定する手段を設
   けた特許請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装
   置。 ４ 前記基準波形信号発生手段を関数発生器とし
   た特許請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装
   置。