JPH1015681A - レーザ光の集光位置調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各照射ヘッドごとにレーザ光の照射位置を個別
に調整し、複数の加工を正確に、効率よく行えるレーザ
光の集光位置調整装置を提供する。 【解決手段】集光レンズ１１と、反射鏡１２を固定した
ホルダ２１を任意の方向に揺動可能に支持した照射ヘッ
ド１０と、この照射ヘッド１０に支持され、前記ホルダ
２１を二方向に揺動させる一対の駆動装置３１、３２
と、前記照射ヘッド１２に配置され、レーザ光１４の照
射位置を照らす照明装置３５と、前記照射位置における
レーザ光１４の照射痕を撮像する撮像装置１６と、撮像
された照射痕からレーザ光１４の照射位置の中心を算出
し、基準位置との差を求め、前記駆動装置３１、３２を
制御して前記反射鏡１２の角度を調整する制御装置１９
とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ照射装置に
おけるレーザ光の集光位置調整装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、プリント基板においては、実
装密度の高密度化が進み、配線パターンの細線化、多層
化が進められている。このため、プリント基板に形成さ
れる穴も、小径化が要求され、現在では、直径が０．１
ｍｍ程度のスルーホールやブラインドホールの加工も行
われるようになってきた。

【０００３】多層プリント基板の外層の配線パターンと
内層の配線パターンとを接続するためのブラインドホー
ルの加工では、炭酸ガスレーザのレーザ光では、銅箔が
加工できないことを利用して、予め、ドリルなどの切削
工具で、外層のパターンを構成する銅箔を除去し窓穴を
形成した後、この窓穴を通してレーザ発振器から発振さ
れたレーザ光を照射し、外層と内層の間にあるエポキシ
樹脂やガラス繊維を除去して内層の銅箔に達する穴を形
成する。

【０００４】このような穴明けを行うため、図６に示す
レーザ加工装置が提案されている。同図において、１は
ベッド。２はＸテーブルで、ベッド１に固定されたレー
ル３上に移動可能に支持され、図示しないねじ送り機構
を介して、ベッド１に支持されたモータ４によって駆動
される。５はＹテーブルで、Ｘテーブル２に固定された
レール６上に移動可能に支持され、ねじ送り機構７を介
して、Ｘテーブル２に支持されたモータ８によって駆動
される。９はコラムで、ベッド１に固定されている。１
０は照射ヘッドで、内部に集光レンズ１１および反射鏡
１２を備え、コラム９に固定されている。１３はレーザ
発振器で、前記反射鏡１２と対向するように配置されて
いる。１４はレーザ発振器１３から発振されたレーザ光
で、照射ヘッド１０に入射し、反射鏡１２で反射された
後、集光レンズ１１を通しＹテーブル５上に載置された
ワークＷ上に集光される。

【０００５】１６はＣＣＤカメラで、照射ヘッド１０と
並行に所定の間隔で、コラム９に固定されている。１７
は画像処理装置で、ＣＣＤカメラ１６の撮像結果に基づ
いて、ワークＷ上の基準マークＭと、レーザ光１４の照
射痕Ｋの位置を検出し、レーザ光１４の照射位置のずれ
量を求める。１８はモニタで、ＣＣＤカメラ１６での撮
像結果を表示する。１９は制御装置で、前記モータ４、
８を駆動制御して、ワークＷの加工位置を照射ヘッド１
０の下に位置決めする。この時、画像処理装置１７から
出力された照射位置のずれ量を補正する。

【０００６】このようなレーザ加工装置では、装置の熱
変位などによってレーザ光の照射位置が変わってもワー
クＷの移動量を補正することによって、正確な加工を行
うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、コラムに複数
の照射ヘッドを配置し、Ｙテーブル上に複数のワークを
載置して、複数のワークを同時に加工する場合、それぞ
れの照射ヘッドによる照射位置のずれ量やずれ方向が異
なると、ワークの移動量の補正が困難になる。

【０００８】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、複数
の照射ヘッドを用いた場合でも、各照射ヘッドごとにレ
ーザ光の照射位置を個別に調整でき、複数の加工を正確
に、効率よく行えるようにしたレーザ光の集光位置調整
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、集光レンズと、反射鏡を固定し
たホルダを任意の方向に揺動可能に支持した照射ヘッド
と、この照射ヘッドに所定の間隔で支持され、前記ホル
ダを二方向に揺動させる一対の駆動装置と、前記照射ヘ
ッドに配置され、レーザ光の照射位置を照らす照明装置
と、前記照射位置におけるレーザ光の照射痕を撮像する
撮像装置と、撮像された照射痕からレーザ光の照射位置
の中心を算出し、基準位置との差を求め、前記駆動装置
を制御して前記反射鏡の角度を調整する制御装置とを設
けた。

【００１０】そして、レーザ光の照射位置にずれが発生
したとき、各照射ヘットごとに、そのずれ量や方向に基
づいて、反射鏡の角度を調整してレーザ光の光路を変え
ることにより、レーザ光の照射位置を調整する。したが
って、レーザ光の照射位置の調整を各照射ヘッドごとに
行うことができるので、複数の照射ヘッドを用いて同時
に複数の加工を正確に、効率よく行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図１
ないし図５に基づいて説明する。同図において、図６と
同じものは同じ符号を付けて示してある。図１におい
て、２１は反射鏡１２を支持したホルダで、照射ヘッド
１０の上端面に立設されたピン２２に遊嵌し、ばね２３
で照射ヘッド１０に向けて付勢されている。２４はサポ
ートで、照射ヘッド１０上端面に固定されている。２５
はブラケットで、ホルダ２１に固定されている。２６は
ブラケットで、サポート２４に固定されている。２７は
球面軸受で、ブラケット２５に支持されている。２８は
ピンで、球面軸受２７とブラケット２６を結合してい
る。

【００１２】３１、３２はステッピングモータで、サポ
ート２４に取付けられている。３３はねじ軸で、ステッ
ピングモータ３１、３２の回転軸に固定され、ねじ部が
前記ホルダ２１に形成されたねじ穴に螺合している。３
５は照明装置で、前記照射ヘッド１０に固定されてい
る。

【００１３】上記の構成で、レーザ加工装置のＸテーブ
ルおよびＹテーブル５を原点位置に移動させたとき、Ｙ
テーブル５の表面に、照射ヘッド１０の軸心と交差する
位置に基準位置を示すマークを設けておく。そして、こ
のマークをＣＣＤカメラ１６で撮像し、ＣＣＤカメラ１
６の軸心のずれ量を求めておく。なお、以下の説明で
は、基準位置を示すマークとＣＣＤカメラ１６の軸心が
一致しているものとして説明する。

【００１４】Ｙテーブル５上にワークＷを固定し、制御
装置１９の指令によって、ＸテーブルとＹテーブル５を
所定量移動させる。そして、レーザ発振器１３を作動さ
せ、発振されたレーザ光１４を、反射鏡１２で反射さ
せ、集光レンズ１１で集光してワークＷに照射する。

【００１５】レーザ光１４の照射によってワークＷを加
工し、あるいはワークＷの表面に照射痕（以下、加工痕
を含め照射痕という）を形成した後、照明装置３５によ
りレーザ光１４の照射位置周辺を照らし、照射痕をＣＣ
Ｄカメラ１６で撮像する。

【００１６】この時、ＣＣＤカメラ１６の、その座標軸
Ｘ、Ｙがレーザ加工装置側の座標軸ｘ、ｙに対し、回転
方向角度ωだけ回転した状態で照射ヘッド１０に取付け
られていると、撮像された照射痕の像は、図２に示すよ
うに、レーザ加工装置側の座標軸ｘ、ｙに対し回転方向
角度ωだけ回転した像２０がモニタ１８上に表示され
る。

【００１７】この回転方向角度ωだけ回転した像２０
を、真上から見た像に置き換えるために、まず、式１に
基づいて、座標系の回転変換を行い、回転方向角度ω補
正する。

【００１８】

【数１】

【００１９】ついで、式２に基づいて、ＣＣＤカメラ１
６の取付け角度φによる扁平率変換を行う。

【００２０】

【数２】

【００２１】前記回転変換および扁平率変換を行い、そ
の結果をモニタ１８に投影すると、照射痕の像は、図３
に示すように、真上から見た状態の擬似映像２０ａに変
換されている。この擬似映像２０ａの中心を重心法など
により測定し、ＣＣＤカメラ１６の軸心座標（Ｘ０、Ｙ
０）と、実際に形成された照射痕の中心座標との差を、
誤差座標（ΔＸ、ΔＹ）として求める。

【００２２】この誤差座標（ΔＸ、ΔＹ）データに基づ
き、制御装置１９は、反射鏡１２で反射され集光レンズ
１１に入射するレーザ光１４の変位量Ｌｘ、Ｌｙを算出
する。 たとえば、レンズ１１が、図４に示すような、
一方の面が平面で、他方の面が曲面であるプラノコンべ
ックスの場合（ａ）〜（ｊ）の式を用いて変位量Ｌｘ、
Ｌｙを算出することができる。但し、Ａはレーザビーム
の半径、ηは屈折率である。

【００２３】

【数３】

【００２４】このようにして、集光レンズ１１に入射す
るレーザ光１４の変位量Ｌｘ、Ｌｙを算出した後、反射
鏡１２を補正すべき角度θｘ、θｙを式４により算出す
る。

【００２５】

【数４】

【００２６】この角度θｘ、θｙと、ねじ軸３３のねじ
部のリード角、回転角度の関係から、ステッピングモー
タ３１、３２の回転角度を算出する。この算出結果に基
づいてステッピングモータ３１、３２を駆動して、反射
鏡１２の傾き角度を補正することにより、反射鏡１２で
反射されたレーザ光１４の集光位置を、ＣＣＤカメラ１
６の軸心座標（Ｘ０、Ｙ０）へ移動させる。

【００２７】なお、反射鏡１２の傾き角を調整すること
により、図４における集光レンズ１１とワークＷの間の
距離ｆがΔｆだけ変化することになるが、誤差座標（Δ
Ｘ、ΔＹ）に比べて小さい値であり、集光レンズ１１の
焦点深度内に収まるので、実用上無視することができ
る。

【００２８】また、基準位置を示すマークに対しＣＣＤ
カメラ１６の軸心がずれている場合には、そのずれ量を
図３に示す誤差座標（ΔＸ、ΔＹ）に加算することによ
り、誤差座標を求めればよい。

【００２９】図５に示すように、複数の照射ヘッドを備
え、複数のワークＷを同時に加工する場合にも、各照射
ヘッドの反射鏡１２を個別に調整することが出きるの
で、各ワークＷを同じ精度で加工することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、反
射鏡で反射されたレーザ光を、集光レンズを通して対象
物上に集光させるようにしたレーザ照射装置におけるレ
ーザ光の集光位置調整装置であって、対象物側に前記集
光レンズを固定し、他端側に、前記反射鏡を固定したホ
ルダを任意の方向に揺動可能に支持した照射ヘッドと、
この照射ヘッドに所定の間隔で支持され、前記ホルダを
二方向に揺動させる一対の駆動装置と、前記照射ヘッド
の対象物側に配置され、レーザ光の照射位置およびその
回りを照らす照明装置と、前記照射位置におけるレーザ
光の照射痕を撮像する撮像装置と、撮像された照射痕か
らレーザ光の照射位置の中心を算出し、基準位置との差
を求め、前記駆動装置を制御して前記反射鏡の角度を調
整する制御装置とを設けたので、複数の照射ヘッドを用
いた場合でも、各照射ヘッドごとにレーザ光の照射位置
を個別に調整でき、複数の加工を正確に、効率よく行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による集光位置調整装置を備えた照射ヘ
ッドの正面断面図。

【図２】図１におけるモニタの映像を示す正面図。

【図３】図１におけるモニタの扁平率変換を行った擬似
映像を示す正面図。

【図４】図１における光学系の拡大図。

【図５】本発明による集光位置調整装置を備えたレーザ
加工装置の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面
図。

【図６】従来のレーザ加工装置の斜視図。

【符号の説明】

１０ 照射ヘッド １１ 集光レンズ １２ 反射鏡 １４ レーザ光 １６ 撮像装置 １９ 制御装置 ２１ ホルダ ３１、３２ 駆動装置 ３５ 照明装置 Ｗ ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射鏡で反射されたレーザ光を、集光レン
   ズを通して対象物上に集光させるようにしたレーザ照射
   装置におけるレーザ光の集光位置調整装置であって、対
   象物側に前記集光レンズを固定し、他端側に、前記反射
   鏡を固定したホルダを任意の方向に揺動可能に支持した
   照射ヘッドと、この照射ヘッドに所定の間隔で支持さ
   れ、前記ホルダを二方向に揺動させる一対の駆動装置
   と、前記照射ヘッドの対象物側に配置され、レーザ光の
   照射位置を照らす照明装置と、前記照射位置におけるレ
   ーザ光の照射痕を撮像する撮像装置と、撮像された照射
   痕からレーザ光の照射位置の中心を算出し、基準位置と
   の差を求め、前記駆動装置を制御して前記反射鏡の角度
   を調整する制御装置とを設けたことを特徴とするレーザ
   光の集光位置調整装置。