JPH1158055A - 複数軸レーザ加工方法およびその装置 - Google Patents

複数軸レーザ加工方法およびその装置

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JPH1158055A
JPH1158055A JP9228522A JP22852297A JPH1158055A JP H1158055 A JPH1158055 A JP H1158055A JP 9228522 A JP9228522 A JP 9228522A JP 22852297 A JP22852297 A JP 22852297A JP H1158055 A JPH1158055 A JP H1158055A
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scanning optical
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研二 河西
Takeshi Muneyuki
健 宗行
Izuru Nakai
出 中井
Satoshi Tanaka
智 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単かつ安価な設備で複数軸加工ができ設置
スペースも小さく製品コストを低減できるようにするこ
とを目的とする。 【解決手段】 加工用のレーザ光1を複数に分岐して、
それぞれのレーザ光1a、1bを個別のスキャン光学系
2a、2bに導き、各スキャン光学系2a、2bを経る
複数の加工軸3a、3b上にある個別の被加工部4a、
4bに照射し、個別の被加工部4a、4bを並行してレ
ーザ加工することにより、また、必要に応じて、各加工
軸3a、3b上の共通した各被加工部4a、4bの位置
制御およびスキャン制御のもとに、各被加工部4a、4
bにつき同一の加工を並行して行うことにより、上記の
目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複数の加工軸にてレ
ーザ加工を並行して行う複数軸レーザ加工方法およびそ
の装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ加工により穴加工を行うと、ドリ
ルによる穴加工に比して、微細な穴の加工ができるとと
もに、加工の高速化が図れる。図5は従来の穴加工を行
うレーザ加工装置を示している。
【0003】このものは図5に示すように、レーザ光源
aから出射される加工用のレーザ光bを、Xガルバノミ
ラーcにより平面より見た互いに直交するXY2方向の
うちのX方向にスキャン制御し、かつYガルバノミラー
dによりY方向にスキャン制御しながら、f・θレンズ
eを介して被加工物f上の所定位置に結像させ、その結
像位置に穴gを明ける。被加工物fは必要に応じてXY
2方向に位置決めするXYテーブルhによって所定位置
に位置決めされる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
レーザ加工は、各種の電子部品を実装して電子回路基板
を製造するのに用いる回路基板に、電子部品のリードを
挿入してするための各種の穴、異層配線パターン間の接
続用スルーホールなどを設けるような穴加工に好適で、
高能率かつ高精度に達成することができ、製品コストの
低減も図れる。
【0005】一方、近時では、電子機器製品の製造数が
増大の一途をたどっている中、上記従来のような装置を
併設して複数軸加工することが行われている。しかし、
設備費や設置スペースの増大をもたらし、製品コストの
さらなる低減の妨げになっている。
【0006】本発明の目的は、複数軸加工が簡単かつ安
価な設備ででき、設備の設置スペースも小さく製品コス
トを低減できる複数軸レーザ加工方法およびその装置を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、請求項1の発明の複数軸レーザ加工方法
は、加工用のレーザ光を複数に分岐して、それぞれを個
別のスキャン光学系に導き、各スキャン光学系を経る複
数の加工軸上にある個別の被加工部に照射し、個別の被
加工部を並行して加工することを特徴とするものであ
る。
【0008】このような構成では、加工用のレーザ光の
出射制御と、このレーザ光を被加工部上の所定位置に結
像させるためのスキャン光学系のスキャン制御とによっ
て、被加工部上に所定のレーザ加工を複数加工軸にて並
行して施し、従来通り高能率に高精度に達成できるが、
特に、複数の各被加工部に対応した複数加工軸での各ス
キャン光学系に加工用のレーザ光を分岐して導き、前記
並行した穴加工を遂行するので、スキャン光学系は被加
工部に対応した数だけ要るものの、レーザ光源は1つで
よいし、出射制御も1つのレーザ光源に対してだけでよ
く、各スキャン光学系も被加工部を集約配置できる範囲
に集約でき、レーザ光の分岐数に逆比例して、必要な装
置および制御が簡略化するとともに、設備の設置スペー
スが低減し、製品コストを低減することができる。しか
も、各被加工部の複数加工軸によるレーザ加工は1つの
レーザ光の出射制御によるもので、被加工部間にレーザ
光の出射制御ずれによる加工誤差が生じない利点があ
る。
【0009】このように、複数の各被加工部につき同一
の加工を並行して行うのに、被加工部をも請求項2の発
明のように共通した位置制御を行うと、スキャン光学系
のスキャン範囲を越えた広域にレーザ加工域を拡大する
ことができる。
【0010】また、各加工軸上のレーザ光を、1つずつ
異なったスキャン時点で遮光解除して各被加工部に対し
それぞれに異なった対応位置に照射することにより、各
被加工部ごとにそれぞれに異なった位置条件を持つ加工
軸判別マークを付しておくようにすると、レーザ光を分
岐して複数加工軸上の複数の被加工部に共通したレーザ
加工を行いながら、各複数加工軸ごとの被加工部にはそ
れぞれに異なった位置条件にて差別化した加工軸判別マ
ークを付し、その差別化によってどの加工軸で加工され
た被加工部かを判別することができ、分岐されて後の光
学系の汚れの違いやスキャン光学系のスキャン制御ずれ
などに対応した個別な加工管理が容易になる。
【0011】請求項4の発明の複数軸レーザ加工装置
は、1つのレーザ発光源からのレーザ光を複数に分岐さ
せる分岐手段と、各分散されたレーザ光をそれぞれスキ
ャン制御して各被加工物上の所定位置に照射しレーザ加
工を行う個別のスキャン光学系と、並行してレーザ加工
を行う各被加工物全てを支持して各スキャン光学系の互
いに平行な各加工軸に対し直角な平面方向に共通した位
置決めを行う1つの位置決め手段と、レーザ発光源の出
射を制御する出射制御手段と、各スキャン光学系を制御
するスキャン制御手段と、位置決め手段を制御する位置
決め制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0012】このような構成では、請求項1、2の発明
の方法を自動的に達成することができるが、特に、並行
してレーザ加工を行う各被加工物を1つの位置決め手段
により共通した位置決めを行うので、被加工物間、ない
しはそれらに設定される各被加工部間に、それらの位置
制御ずれによる加工誤差が生じない利点がある。
【0013】この場合、各分岐されたレーザ光を異時に
遮光、遮光解除する遮光制御手段を備えると、請求項3
の発明の方法を自動的に達成することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の代表的な一実施の
形態につき、図1〜図4を参照しながら説明する。
【0015】本実施の形態は、図1に示すように、出射
された加工用のレーザ光1を必要に応じた2以上の複数
に分岐する。本実施の形態では説明の簡単のために一対
のレーザ光1a、1bの2つに分岐した場合を示してい
る。レーザ光1の分岐はビームスプリッタ2によって分
岐しているが、その分岐数や分岐させる方向などの違い
によって種々のものを選択して用いればよい。分岐した
レーザ光1a、1bのそれぞれを個別のスキャン光学系
2a、2bに導く。分岐したレーザ光1a、1bを各ス
キャン光学系2a、2bに導くには、図示しない反射ミ
ラーにて光路を適宜折り曲げて行えばよく、必要に応じ
てプリズムやその他のビームガイド部材を利用すること
もできる。各スキャン光学系2a、2bに導いたレーザ
光1a、1bは、これを経る複数の加工軸3a、3b上
にある個別の被加工部4a、4bに照射し、個別の被加
工部4a、4bを並行してレーザ加工する。
【0016】各スキャン光学系2a、2bは、レーザ光
1a、1bを、平面より見て互いに直交するXY2方向
のX方向にスキャン制御するXガルバノミラー2a1、
2b1と、Y方向にスキャン制御するYガルバノミラー
2a2、2b2とを組み合わせて備えたもので、これら
スキャン光学系2a、2bを経たレーザ光1a、1bは
f・θレンズ5a、5bを介して各被加工部4a、4b
の前記スキャン制御されたXY2方向の所定位置に結像
させ、その結像位置にレーザ光1a、1bの結像スポッ
ト径に見合う大きさの穴31を明ける穴加工を行う。も
っとも、このような加工に限らず、独立した、あるいは
連続した各種の凹凸パターを形成することもできる。も
っとも、各スキャン光学系2a、2bの具体的な構成は
本実施の形態のものに限られることはなく、被加工部4
a、4bの必要箇所に必要なレーザ加工を施せれば、ど
のような構成のものをどのように用いてもよい。
【0017】以上の結果、加工用のレーザ光1の出射制
御と、このレーザ光1を被加工部4a、4b上の所定位
置に結像させるためのスキャン光学系2a、2bのスキ
ャン制御とによって、被加工部4a、4b上に所定のレ
ーザ加工を複数加工軸3a、3bにて並行して施し、従
来通りに高能率に高精度に達成できる。特に、複数の各
被加工部4a、4bに対応した複数加工軸3a、3bの
各スキャン光学系2a、2bには出射される加工用のレ
ーザ光1aを分岐して導き、前記穴加工を遂行する。従
って、スキャン光学系2a、2bは被加工部4a、4b
に対応した数だけ要るものの、レーザ光源となるレーザ
発振器10などは1つでよいし、出射制御も1つのレー
ザ発振器10などに対してだけでよく、各スキャン光学
系2a、2bも被加工部4a、4bを集約配置できる範
囲へ図1に示すように集約でき、レーザ光1の分岐数に
逆比例して、必要な装置および制御が簡略化するととも
に、設備の設置スペースが低減し、製品コストを低減す
ることができる。しかも、各被加工部4a、4bの複数
加工軸3a、3bにおける個別のレーザ加工は1つのレ
ーザ光1の出射制御によるもので、被加工部4a、4b
間にレーザ光の出射制御ずれによる加工誤差が生じない
利点がある。
【0018】本実施の形態では各スキャン光学系2a、
2bを経た各加工軸3a、3bは平行であり、それらに
直角な向きの同一平面上に配列された各被加工部4a、
4bの所定位置にレーザ加工を施すようにしてあり、各
被加工部4a、4bを複数ずつ持った複数の被加工物4
を支持して加工に供するのに、1つの位置決め手段15
によって支持して加工に供する。これにより被加工物4
の支持構造が簡単になる。また、本実施の形態の位置決
め手段15は被加工物4を前記平面上で直交するXY2
方向に位置決めできるXYテーブルとしてある。このよ
うなXYテーブル15によって被加工物4を広域に位置
決めできるようにすることで、スキャン光学系2a、2
bのスキャン範囲を越えた広域に被加工物4を位置決め
することができる。
【0019】これに対応して本実施の形態では、スキャ
ン光学系2a、2bのスキャン範囲Sは、図1、図2の
(a)〜(c)に示すように1つの被加工部4a、4b
の範囲に対応するようにしてあり、各1つの被加工部4
a、4bのどの位置にレーザ加工を行うにも、スキャン
光学系2a、2bのスキャン制御だけで行うことがで
き、XYテーブル15による被加工物4の位置決め制御
はレーザ加工を施す被加工部4a、4bの切り換えにだ
け利用すればよく、制御が単純化する。もっとも、この
ような制御に限定されることはないし、被加工部4a、
4bへの加工位置の制御をスキャン光学系2a、2bの
スキャン制御と、XYテーブル15による位置決め制御
とを複合して行うこともでき、そのようにすると、現時
点の加工位置と次の加工位置とが大きく離れていても、
レーザ光1a、1bのスキャン位置と被加工部4a、4
bの位置決め位置とが近づき合う方向に複合制御するこ
とにより高速度で対応することができ、制御量が大きく
なりがちな被加工部4a、4bの切り換えに有効であ
る。また、並行してレーザ加工を行う各被加工物4、4
をXYテーブルなどの1つの位置決め手段15により共
通した位置決めを行うので、被加工物4、4間、ないし
はそれらに設定される各被加工部4a、4b間に、それ
らの位置制御ずれによる加工誤差が生じない利点があ
る。
【0020】また、各加工軸3a、3b上のレーザ光1
a、1bを、図2の(a)(b)、または図3の(a)
(b)に示すように1つずつ異なった時点、例えば異な
ったスキャン時点ないし位置X1,Y1とX2,Y2と
で遮光解除して各被加工部4a、4bに対しそれぞれに
異なった対応位置に照射することにより、各被加工部4
a、4bごとにそれぞれに異なった位置条件を持つ加工
軸判別マーク6a、6bを付しておける。このようにす
ると、1つのレーザ光1を複数加工軸3a、3bに分岐
して複数の被加工部に共通したレーザ加工を行いなが
ら、各複数加工軸ごとの被加工部にはそれぞれに異なっ
た位置条件X1,Y1とX2,Y2にて個別化した加工
軸判別マーク6a、6bを付し、その位置条件X1,Y
1とX2,Y2の違いによって、どの加工軸で加工され
た被加工部かを判別することができ、レーザ光1をレー
ザ光1a、1bに分岐した後の光学系の汚れの違いや、
各スキャン光学系2a、2bのスキャン動作制御ずれな
どによる個別な加工管理が容易になる。
【0021】このような加工軸判別マーク6a、6bを
付すのに、図2の(a)〜(c)に示すように、スキャ
ン光学系2a、2bのスキャン範囲Sを、レーザ加工を
行う実加工範囲Wよりも大きく設定し、スキャン範囲S
内の実加工範囲Wのまわりにできる非加工範囲Nの部分
を用いると、レーザ加工のためのスキャン制御および被
加工物4の位置制御とは異なった制御によって混乱なく
達成することができるし、付された加工軸判別マーク6
a、6bもレーザ加工された穴31などと区別しやすく
有効である。もっとも、加工軸判別マーク6a、6bは
本来レーザ加工を行う穴31などの態様と異なる凹部な
どの態様に加工して区別しやすくすることはできる。
【0022】本実施の形態の図1、図2の(a)(b)
に示す第1の実施例としては、非加工範囲Nの加工軸判
別マーク6a、6bを付す位置に対応して、各被加工部
4a、4bとの異なった対応位置X1,Y1とX2,Y
2に穴7a、7bを持ったマスク7を配置し、各被加工
部4a、4bの同じ位置制御のもとに、同じスキャン動
作により穴7aの位置X1,Y1にレーザ光1a、1b
を図2の(a)に示すように対応させたとき、加工軸3
a上のレーザ光1aは穴7aを通じて被加工部4aの非
加工範囲Nに到達してその位置に加工軸判別マーク6a
を付すが、加工軸3b上のレーザ光1bはマスク7に遮
光されて被加工部4bの非加工範囲Nに到達せず、被加
工部4aをレーザ加工している加工軸3aに対応した加
工軸判別マーク6aしか付されない。一方、穴7bの位
置X2,Y2にレーザ光1a、1bを図2の(b)に示
すように対応させたとき、加工軸3b上のレーザ光1b
は穴7bを通じて被加工部4bの非加工範囲Nに到達し
てその位置に加工軸判別マーク6bを付すが、加工軸3
a上のレーザ光1aはマスク7に遮光されて被加工部4
aの非加工範囲Nに到達せず、被加工部4bをレーザ加
工している加工軸3bに対応した加工軸判別マーク6b
しか付されない。これにより、各被加工部4a、4bを
並行してレーザ加工している加工軸3a、3bに対応し
た加工軸判別マーク6a、6bが、非加工範囲Nに照射
するレーザ光1a、1bを異時に遮光解除してそれぞれ
の各被加工部4a、4bに対する異なった位置条件X
1,Y1とX2,Y2を持って形成される。
【0023】また、第2の実施例としては、図1、図3
の(a)(b)に示すように、分岐した各レーザ光1
a、1bの光路の途中に、遮光、遮光解除を自在に行う
遮光部材8a、8bを設け、非加工範囲Nにおける加工
軸判別マーク6a、6bを付す位置X1,Y1とX2,
Y2に対応した位置に照射する際、それらレーザ光1
a、1bを遮光部材8a、8bにより異時、つまり前記
のような異なったスキャン時点で遮光解除することによ
り、被加工部4a、4bとの異なった対応位置X1,Y
1とX2,Y2に、各被加工部4a、4bを並行してレ
ーザ加工している加工軸3a、3bに対応した加工軸判
別マーク6a、6bが、図3の(a)に示すスキャン時
点と、図3の(b)に示すスキャン時点とに形成される
ようにすることができる。
【0024】本実施の形態の装置は、上記のような動作
制御を行うのに、図4に示すようなマイクロコンピュー
タ21を用いている。マイクロコンピュータ21は適当
なスタート信号を受けることにより、内蔵されあるいは
外部接続されたプログラムファイル22に格納された制
御プログラムに従って、各種位置情報やその他の入力を
伴い、内部機能としての出射制御手段23、各加工軸3
a、3bごとのXガルバノミラー2a1、2b1、Yガ
ルバノミラー2a2、2b2に対応したスキャンモータ
MXa、MXb、MYa、MYbを動作制御するスキャ
ン制御手段24、遮光部材8a、8bのアクチュエータ
であるソレノイドSLa、SLbをオン、オフ制御する
遮光制御手段25、およびXYテーブル15を駆動して
被加工物4、4の共通した位置決め制御を行う位置決め
制御手段26などが適時に働き、その都度必要な制御信
号、例えばレーザ発振器10を駆動、駆動停止するレー
ザ出射、出射停止信号、MXa、MXb、MYa、MY
b正逆駆動、駆動停止信号、SLa、SLbオン、オフ
信号、XY方向正逆位置決め駆動、駆動停止信号および
その他の信号を必要の都度出力し、前記各種の動作制御
を自動的に実行する。何らかの理由で停止信号がある
と、前記自動制御が停止する。
【0025】なお、遮光部材8a、8bは、ばね9a、
9bとの協働により、ソレノイドSLa、SLbのオ
ン、オフにより遮光、遮光解除するが、その他どのよう
なアクチュエータを用いてもよいのは勿論であり、場合
によっては液晶シャッタを用いることもでき、遮光、遮
光解除の応答性能によっては、それら遮光、遮光解除の
制御を個別に行うようにすると、加工軸判別マーク6
a、6bを付す場合だけでなく、レーザ1の出射制御に
よらないでレーザ加工それ自体も各加工軸3a、3bで
異なった加工を行うことができる。また、本実施の形態
では異なった被加工物4の上のそれぞれの被加工部4
a、4bについて複数加工軸による並行したレーザ加工
を行っているが、同一の被加工物4上に設定される複数
の被加工部について複数加工軸による並行したレーザ加
工を行うようにもできる。
【0026】
【発明の効果】請求項1の発明の複数加工軸レーザ加工
方法によれば、スキャン光学系は被加工部に対応した数
だけ要るものの、レーザ光源は1つでよいし、出射制御
も1つのレーザ光源に対してだけでよく、各スキャン光
学系も被加工部を集約配置できる範囲に集約でき、レー
ザ光の分岐数に逆比例して、必要な装置および制御が簡
略化するとともに、設備の設置スペースが低減し、製品
コストを低減することができる。しかも、各被加工部の
複数加工軸による個別のレーザ加工は1つのレーザ光の
出射制御によるもので、被加工部間にレーザ光の出射制
御ずれによる加工誤差が生じない利点がある。
【0027】また、被加工部をも請求項2の発明のよう
に共通した位置制御を行うと、スキャン光学系のスキャ
ン範囲を越えた広域にレーザ加工域を拡大することがで
きる。
【0028】また、請求項3の発明によれば、1つのレ
ーザ光を複数加工軸に分岐して複数の被加工部に共通し
たレーザ加工を行いながら、各複数加工軸ごとの被加工
部にはそれぞれに異なった位置条件にて差別化した加工
軸判別マークを付し、その差別化によって、どの加工軸
で加工された被加工部かを判別することができ、分岐さ
れて後の光学系の汚れの違いや各加工軸でのスキャン制
御ずれなどによる個別な加工管理が容易になる。
【0029】請求項5の発明の複数加工軸レーザ加工装
置によれば、請求項1、2の発明の方法を自動的に達成
することができるが、特に、並行してレーザ加工を行う
各被加工物を1つの2方向位置決め機構により共通した
位置決めを行うので、被加工物間、ないしはそれらに設
定される各被加工部間に、それらの位置制御ずれによる
加工誤差が生じない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における第1、第2の実施
例を含む複数加工軸レーザ加工装置を示す斜視図であ
る。
【図2】図1の第1の実施例による加工軸判別マークを
付す状態の説明図で、その(a)は第1の加工軸に対応
した図、その(b)は第2の加工軸に対応した図、その
(c)は加工軸判別マークを付す被加工部の平面図であ
る。
【図3】図1の第2の実施例による加工軸判別マークを
付す状態の説明図で、その(a)は第1の加工軸に対応
した図、その(b)は第2の加工軸に対応した図であ
る。
【図4】図1の装置の制御回路のブロック構成図であ
る。
【図5】従来のレーザ加工装置を示す斜視図である。
【符合の説明】
1、1a、1b レーザ光 2a、2b スキャン光学系 3a、3b 加工軸 4 被加工物 4a、4b 被加工部 5a、5b f・θレンズ 6a、6b 加工軸判別マーク 7a、7b マスク 8a、8b 遮光部材 10 レーザ発振器 15 XYテーブル 21 マイクロコンピュータ 22 プログラムファイル 23 出射制御手段 24 スキャン制御手段 25 遮光制御手段 26 位置決め制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 智 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工用のレーザ光を複数に分岐して、そ
    れぞれを個別のスキャン光学系に導き、各スキャン光学
    系を経る複数の加工軸上にある個別の被加工部に照射
    し、個別の被加工部を並行してレーザ加工することを特
    徴とする複数軸レーザ加工方法。
  2. 【請求項2】 各加工軸上の共通したスキャン制御およ
    び各被加工部の共通した位置制御のもとに、各被加工部
    につき同一の加工を並行して行う請求項1に記載の複数
    軸レーザ加工方法。
  3. 【請求項3】 各被加工部につき同一の加工を並行して
    行うのに、各加工軸上のレーザ光を、1つずつ異なった
    スキャン時点で遮光解除して各被加工部に対しそれぞれ
    に異なった対応位置に照射することにより、各被加工部
    ごとにそれぞれに異なった位置条件を持つ加工軸判別マ
    ークを付しておく請求項2に記載の複数軸レーザ加工方
    法。
  4. 【請求項4】 1つのレーザ発光源からのレーザ光を複
    数に分岐させる分岐手段と、各分岐されたレーザ光をそ
    れぞれスキャン制御して各被加工物上の所定位置に照射
    しレーザ加工を行う個別のスキャン光学系と、並行して
    レーザ加工する各被加工物全てを支持して各スキャン光
    学系の互いに平行な各加工軸に対し直角な平面方向に共
    通した位置決めを行う1つの位置決め手段と、レーザ発
    光源の出射を制御する出射制御手段と、各スキャン光学
    系を制御するスキャン制御手段と、位置決め手段を制御
    する位置決め制御手段とを備えたことを特徴とする複数
    軸レーザ加工装置。
  5. 【請求項5】 各分岐されたレーザ光を異時に遮光、遮
    光解除する遮光制御手段を備えた請求項4に記載の複数
    軸レーザ加工装置。
JP22852297A 1997-08-25 1997-08-25 複数軸レーザ加工方法およびその装置 Expired - Lifetime JP3642930B2 (ja)

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