JPS585755B2 - 光ビ−ム加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザービーム露光装置およびレーザートリミ
ング装置等のように光ビームにより加工を行なう光ビー
ム加工装置に関する。

従来、この種の光ビーム加工装置において、被加工物に
照射される光ビームは目的の加工パターン位置以外では
光シャツタで遮断されるとともに走査停止状態にある。

そして、目的の加エパターンの始点部で光シャツタが開
放され光ビームの照射および走査を開始し、終点部で光
ビームの走査を停止した後、光シャツタを閉成し被加工
物への光ビーム照射を遮断することにより、パターン加
工が実施される。

このように光ビームの照射を制御するのは前記光シャツ
タとして電磁式シャツタを使用しているためである。

即ち、この電磁式シャツタの開閉速度は２〜１５ｍｓと
一定していないため、前記のように光ビームの走査を制
御した後光シャツタの開閉制御を行なわなければ、数μ
ｍ単位の高精度加工を実施できない。

しかしながら、このような光ビーム加工装置は光ビーム
の走査開始および停止を迅速に行なうための速度制御手
段を必要とする。

また、加工パターンの始点部および終点部付近において
は低速走査になるため、被加工物への光ビーム照射量が
すべての加工パターンに対して一定でなく不均一な加工
状態になる。

さらに、前記したように常に一定の走査速度で加工を遂
行できないため加工工数の増大をも招いている。

本発明はこれらの問題点を解消するためになされたもの
であり、光ビームを常に一定の速度で連続走査させる上
に、光ビームの照射および遮断を高速度に且つ高精度に
行なう光シャツタを用い、この光シャツタの開閉指示信
号に所定の時間補正を設定することにより、被加工物の
所望の位置に均一な加工パターンを精度良く且つ短時間
で形成できる光ビーム加工装置を提供するものである。

本発明による光ビーム加工装置は、光ビーム発生器から
の光ビームを被加工物に照射させる集光器を一つの軸上
で往復移動させる集光器移動器と被加工物を前記集光器
の移動方向に対して直角に移動させる被加工物移動器と
、これらの移動器により変化する被加工物への光ビーム
照射位置の検出器と、前記集光器と光ビーム発生器間に
配置され且つ前記集光器移動器および前記被加工物移動
器の移動制御情報と前記位置検出器からの位置検出情報
とを比較して開閉制御信号を送出する制御部からの前記
制御信号により駆動仝れ前記集光器への光ビーム入射を
制御する光変調器とを備え、前記集光器移動器および前
記被加工物移動器の少なくとも一方を連続移動させ、前
記制御部が前記情報比較により前起位置検出器および前
記光変調器の動作遅延時間分早く前記開閉制御信号を前
記光変調器に送出することを特徴とする。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は光源にレーザーを用いた杢発明に係わる光ビー
ム加工装置の概略構成図である。

この図に示すように、２台のリニアモータ１、６はそれ
ぞれのモータ軸が互いに直角方向に位置するように配置
されている，第１のモータ（Ｘ軸モータ）１の軸１ａは
レーザー発振装置２から発射された水平方向のレーザー
ビーム３を直角方向に屈折させる反射鏡４とこのヌ射鏡
４により屈折されたレーザービーム３を集光する集光レ
ンズ５とを有する集光部材１２に連結され、この集光部
材１２を矢印Ｘ方向に移動させる。

一方、第２のモータ（Ｙ軸モータ）６の軸６ａは被加工
物８を装着するための加工テーブル７に連結され、この
加工テーブル７を矢印Ｙ方向に移動させる。

また、被加工物８へのレーザービームの照射および遮断
はビーム軸上に配置された光シャツタ９の開閉動作によ
り制御される。

前記第１および第２のモータ１，６のモータ軸１ ａ．
， ６ ａのＸ，Ｙ方向移動量はデイジタル位置セン
サ１０，１１（磁気マグネチツクスケール）により検出
される。

このように構成される光ビーム加工装置は第１および第
２のモータ１，６を動作させることによりレーザー発振
装置２から発射されたレーザービーム３を光シャツタ９
で制御し反射鏡４で屈折させた後集光レンズ５を通して
加工テーブルＴ上に配置された被加工物８にレーザービ
ーム３を照射して所望のパターン加工を行なう。

第２図は第１図に示した光ビーム加工装置の制御を説明
するためのブロック図である。

この図において、ミニコンピュータ２０は入出力機器２
１とインターフェース部２３を介して操作パネル２２と
より動作指定を受ける。

Ｘ軸およびＹ軸モータ１，６への移動情報は入出力機器
２１より入力され、ミニコンピュータ２０で移動アドレ
ス値に変換された後、インターフェース部２３を介して
Ｘ軸およびＹ軸位置レジスタ２４および２８に送られる
。

Ｘ軸およびＹ軸位置レジスタ２４ ，２８にそれぞれ所
定の移動アドレス値が入力されるとＤ−Ａコンバータ２
５，２９により直交変換された前記移動情報がサーボア
ンプ２６．３０を通してＸ軸およびＹ軸モータ１，６に
送出される。

これにより、Ｘ軸およびＹ軸モータ１，６はそれぞれ動
作するが、これらのモータの駆動速度は速度トランスジ
ューサ１３，１４で検出され、タコアンプ２７．３１に
よりサーボアンプ２６，３０に負帰還される。

そして、Ｘ軸およびＹ軸モータ１，６はＤ−Ａコンバー
タ２５，２９の出力に比例した速度で駆動される。

さらに、これらのモータの軸の移動距離はデイジタル位
置センサー１０．１１で検出され、これらセンサー１０
，１１からの位置検出情報により位置レジスタ２ ４．
， ２ ８のアドレス値が減算される。

このアドレス値が所定の値になるとＤ−Ａコンバータ２
５，２９からの移動情報は送出されない。

第３図Ａないし第３図Ｅは従来の光ビーム加工装置にお
ける光シャツタの開閉動作と加工パターン形状との関係
を示す図である。

時間ｔ１において第２図におけるデイジタル位置センサ
１０．１１が所望の加工パターンの始点位置を検出し、
その検出情報をミニコンピュータ２０が識別するとイン
ターフェース部２３を介駿て光シャツタ９にシャツタ開
放信号を送５出する。

第３図Ａに示すようにこのシャツタ開放信号Ｐ１は時間
ｔａ遅延した後光シャツタ９に入力される。

この遅延時間ｔａはミニコンピュータ２０およびデイジ
タル位置センサ１０，１１等の電気的、機械的遅れによ
るものである。

第３図Ｂに示すように、光シャツタ９はシャツタ開放信
号Ｐ１の印加により、時間ｔｂ遅延した後時間ｔ３で開
放状態になる。

ここで、時間ｔｂは光シャツタ９の応答速度により生じ
る遅延時間であり、電磁式光シャツタにおいては５〜２
０ ｍｓとなる。

光シャツタ９の開放により、レーザー発振装置２から発
射されているレーザービーム３が被加工物８に照射され
る。

一方、Ｘ軸およびＹ軸モータ１および６に連動して、第
３図Ｃに示すようにレーザービーム３の走査が開始され
る。

この走査速度は時間ｔ４で所定の速度に達するが、時間
ｔ５において減速され、加工パターンの終点部に対応す
る時間ｔ７で走査状態となる。

このレーザービーム３の走査速度はデイジタル位置セン
サ１０．１１および速度トランスジューサ１３．１４に
より制御される。

また、時間ｔｂにおいて、デイジタル位置センサ１０，
１１が所望の加工パターンの終点位置を検出すると、こ
の位置検出情報により時間ｔ７においてミニコンピュー
タ２０は光シャツタ９にシャツタ閉成信号Ｐ２（第３図
Ａ）を入力する。

これにより、第３図Ｂに示すように、光シャツタ９が時
間ｔｂ遅延した後、時間ｔ８で閉成する。

上記のように、被加工物８に照射されるレーザービーム
３の走査速度がｔ４〜ｔ，間に比べて時間ｔ３〜ｔ４お
よびｔ，〜ｔ７間で低下する上に、電磁式シャツタを使
用した光シャツタ９はシャツタ開閉信号印加により連動
できないため、被加工物８へのレーザービーム照射量に
差が生じる。

そのため第３図Ｄに示すような不均一な加工パターンが
形成される。

また、この加工パターソは第３図Ｅに示す所望の加工パ
ターンより遅延時間ｔ’ａ＋ｔｂに相当する位置分ずれ
て形成される。

上述した従来の光ビーム加工装置により形成反れる加工
パターンの不均一は、光シャツタに超音波光変調器を使
用することにより解消できる。

この超音波光変調器はモリブデン酸４（ＰｂＭｏ０４）
などの透明な媒体にニオブ酸リチューム（ Ｌ ｒ Ｎ
ｂ Ｏ ｓ ）などを接着した圧電素子に電気信号を
印加すると超音波が媒体中を伝搬し、この超音波により
媒体の屈折率が超音波の波長を周期として変動する。

このような媒体に光ビームが入射すると光と超音波の周
波数の関係により異なった屈折が生じると云う原理に基
づいている。

したがって、超音波光変調器に印加する電気信号を制御
して屈折率を変化させるととにより、光ビームの進行方
向を制御し例えば反射鏡に入射できる場合をシャツタ開
放状態、また反射鏡に入射できない場合をシャツタ閉成
状態として使用するならば高精度で且つ高速動作を行な
う光シャツタを実現できる。

また光ビーム加工装置の電気的、機械的遅れのために被
加工物に形成された加工パターン位置が所望の加工パタ
ーン位置よりずれると云う問題点は、前記遅れ時間を補
正するタイミングでシャツタ開閉信号を光シャツタに印
加することにより解消できる。

第４図Ａないし第４図Ｅは本発明による光ビーム加工装
置における光シャツタの開閉動作と加工パターンとの関
係を示す図である。

以下、第２図に示したブロック図を併用して説明する。

デイジタル位置センサ１０，１１が第３図Ｅに示す所望
の加工パターンの始点位置Ａを検出する時間ｔ１３より
時間ｔｃ早くミニコンピュータ２０からインターフェー
ス部２３を介して光シャツタ９にシャツタ開放信号Ｐ１
０を送出する。

この時間ｔｃは第３図に示す時間ｔａとこの発明に使用
される光シャツタ（超音波光変調器）９の応答時間ｔｂ
とをプラスした値となる。

シャツタ開放信号ＰＩＯを時間ｔ１１において送出させ
るためには、例えばデイジタル位置センサ１０，１１の
示す位置情報を加工パターンの始点位置Ａより早く読取
り演算処理することにより実現できる。

これにより、時間ｔ において光シャツタ９にシャツタ
開放信号Ｐ１０′が入力され、応答遅延時間ｔｂ（最大
ｌμＳ）後に光シャツタ９′が開放状態になる（第４図
Ｂ）。

この時間’１３はデイジタル位置センサ１０，１１が加
工パターンの始点位置を実際に検出した時間と一致する
。

これにより、レーザー発振装置２から発射されているレ
ーザービーム３が被加工物８に照射される。

一方、ミニコンピュータ２０の制御によりＸ軸およびＹ
軸モータ１および６が連続的に動作しているため、第４
図Ｃに示すようにレーザービーム３はシャツタ開放時直
ちに所定の速度で走査する。

以後、デイジタル位置センサ１０，１１が所望の加工パ
ターンの終点位置Ｂを検出する時間１１６より時間ｔｃ
早くシャツタ閉成信号Ｐ１１を光シャツタ９に送出する
。

これにより、時間ｔ１５において光シャツタ閉成信号Ｐ
１１′が入力される。

そして、光シャツタ９が時間ｔｂ遅延した後、時間ｔ１
６で閉成状態となる。

なお、この時間ｔｌ６はデイジタル位置センサ１０，１
１が加工パターンの終点位置を実際に検出した時間と一
致する。

このように被加工物８に照射されるレーザービーム３の
走査速度が時間ｔ１３〜１６間で一定である上に、超音
波光変調器を使用した光シャツタ９はシャツタ開閉信号
印加により速動できるため、被加工物８へのレーザービ
ーム照射量を一定にできる。

そのため、第４図Ｄに示すように均一な加工パターンが
所望の加工パターンと等しい位置に形成される。

第５図は本発明による光ビーム加工装置により形成され
た加工パターンの一例を示す平面図である。

被加工物８のＸ軸方向にレーザービームを走査させるＸ
軸モータとＹ軸方向にレーザービームを走査させるＹ軸
モータとの連続動作／ｔζともなって光シャツタを開閉
制御することにより、被加工物８の所望の位置にパター
ン加工を施こすことができる。

この図中、Ａはパターン形成部を且つＢはパターン非形
成部を示す。

以上説明したように本発明によれば、被加工物の所望の
位置に均一な加工パターンを精度良く且つ短時間で形成
できる光ビーム加工装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる光ビーム加工装置の概略構成図
、第２図は第１図に示した光ビーム加工装置の制御を説
明するためのブロック図、第３図人ないし第３図Ｅは従
来の光ビーム加工装置における光シャツタの開閉動作と
加工パターン形状との関係牽示す図、第４図Ａないし第
４図Ｅは本発明による光ビーム加工装置における光シャ
ツタの開閉動作と加工パターン形状との関係を示す図、
第５図は本発明による光ビーム加工装置により形成され
た加工パターンの一例を示す平面図である。 １・・・・・・Ｘ軸モータ、１ａ・・・・・・Ｘ軸モー
タのモータ軸、２・・・・・・レーザー発振装置、３・
・・・・・レーザービーム、４・・・・・・反射鏡、５
・・・・・・集光レンズ、６・・・・・・Ｙ軸モータ、
６ａ・・・・・・Ｙ軸モータのモータ軸、７・・・・・
・加工テーブル、８・・・・・・被加工物、９・・・・
・・光シャツタ、１０・・・・・・Ｘ軸デイジタル位置
センサ、１１・・・・・・Ｙ軸デイジタル位置センサ、
１２・・・・・・集光部材、１３，１４・・・・・・速
度トランスジューサ、２０・・・・・・ミニコンピュー
タ、２１・・・・・・入出力機器、２２・・・・・・操
作パネル、２３・・・・・・インターフェース部、２４
，２８・・・・・・位置レジスタ、２５，２９・・・・
・・Ｄ−Ａコンバータ、２６，３０・・・・・・サーボ
アンプ、２７，３１・・・・・・タコアンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光ビーム発生器からの光ビームを被加工物に照射さ
   せる集光器を一つの軸上で往復移動させる集光器移動器
   と、被加工物を前記集光器の移動方向に対して直角に移
   動させる被加工物移動器と、これらの移動器により変化
   する被加工物への光ビーム照射位置の検出器と、前記集
   光器と光ビーム発生器間に配置され且つ前記集光器移動
   器および前記被加工物移動器の移動制御情報と前記位置
   検出器からの位置検出情報とを比較して開閉制御信号を
   送出する制御部からの前記制御信号により駆動され前記
   集光器への光ビーム入射を制御する光変調器とを備え、
   前記集光器移動器および前記被加工物移動器の少なくと
   も一方を連続移動させ、前記制御部が前記情報比較によ
   り前記位置検出器および前記光変調器の動作遅延時間分
   早く前記開閉制御信号を前記光変調器に送出することを
   特徴とする光ビーム加工装置。