KR100955149B1 - Laser processing apparatus - Google Patents
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Abstract
동시 다점 조사 타입의 레이저 가공 장치에 있어서 2 개의 레이저 광에 의한 가공 품질의 차를 줄여 가공 품질 향상을 도모할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것이다.In the laser processing apparatus of simultaneous multi-point irradiation type, the laser processing apparatus which can aim at the improvement of processing quality by reducing the difference of the processing quality by two laser beams is obtained.
1 개의 레이저 광(L)을 광로가 다른 2 개의 레이저 광(L, Lβ)으로 분광하는 제1 편광 수단(21)과; 레이저 광(L)의 광로상에 배치되고, XY 테이블(11)상의 제1 방향으로 레이저 광(L)을 주사하는 갈바노 스캐너(galvano scanner; 23a)와; 레이저 광(Lβ)의 광로상에 배치되고, XY 테이블(11)상의 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 레이저 광(Lβ)을 주사하는 갈바노 스캐너(23b)와; 2 개의 레이저 광(L, Lβ)을 혼합하는 제2 편광 수단(25)과; 레이저 광(L, Lβ)을 XY 테이블(11)상의 상이한 제3과 제4 방향으로 주사하는 한 쌍의 메인 갈바노 스캐너(26)와; 메인 갈바노 스캐너(26)로부터의 레이저 광(L, Lβ)을 피가공물(12)상의 소정 위치에 각각 집광시키는 fθ 렌즈(28)를 구비한다.One laser light (L) and two laser lights (L) with different light paths First polarizing means 21 for spectroscopy with L β ; Laser light (L ) Is disposed on the optical path, and the laser light L in the first direction on the XY table 11 Galvano scanner (23a) for injecting; Laser light (L β) is disposed on the optical path, XY table 11, the first direction is a galvanometer scanner (23b) for scanning the laser light (L β) in a second direction on the other and; 2 laser lights (L Second polarizing means 25 for mixing L β ); Laser light (L A pair of main galvano scanners 26 for scanning L β ) in different third and fourth directions on the XY table 11; Laser light (L) from main galvano scanner 26 , L β are provided with a fθ lens 28 for condensing each of the workpieces 12 at a predetermined position.
Description
본 발명은 프린트 기판 등의 피가공물에 대한 구멍내기 가공을 주목적으로 한 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 특히 생산성 향상을 목적으로 한 동시 다점 조사 타입의 레이저 가공 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a laser processing apparatus whose main purpose is to punch holes for a workpiece such as a printed board, and more particularly, to a laser processing apparatus of a simultaneous multi-point irradiation type for the purpose of improving productivity.
종래, 생산성 향상을 도모하기 위해서 레이저 광원으로부터의 1 개의 레이저 광을 두개로 분광하여 2 개 구멍을 동시 가공할 수 있는 레이저 가공 장치가 제안되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이 레이저 가공 장치에서는 1 개의 레이저 광을 제1 편광 수단으로 2 개의 레이저 광으로 분광하고, 다시 이들 2 개의 레이저 광의 광로를 거의 일치시키는 제2 편광 수단으로 유도한다. 이 때, 제1 편광 수단에서 분광된 레이저 광 중 한 쪽의 레이저 광(이하 메인 빔이라고 함)은 1 세트의 미러(벤드 미러(bend mirrior))를 경유하여 제2 편광 수단으로 유도된다. 또, 다른 쪽의 레이저 광(이하 서브 빔이라고 함)은 한 쌍의 제1 갈바노 스캐너 그룹에서 서로 평행하지 않은 2축 방향으로 주사된 후에 제2 편광 수단으로 유도되어 혼합된다. 제2 편광 수단을 통과한 2 개의 레이저 광은 한 쌍의 제2 갈바노 스캐너 그룹에서 서로 평행하지 않은 2축 방향으로 주사되어 fθ 렌즈에 입사하여 테이블 상의 피가공물에 조사된다. 여기서, 서브 빔은 제1 갈바노 스캐너 그룹에서 주사되는 것에 의해, 1 세트의 미러를 통과해 온 메인 빔에 비해 그 각도에 약간의 편차가 존재하므로, fθ 렌즈를 통과한 후의 메인 빔과 서브 빔은 각각 테이블상의 다른 위치에 조사되게 된다. 이에 의해서, 1 개의 fθ 렌즈로 2 개 구멍을 동시 가공할 수 있어 생산성이 향상된다.Background Art Conventionally, a laser processing apparatus capable of simultaneously processing two holes by spectroscopy two laser beams from a laser light source in order to improve productivity (for example, refer to Patent Document 1). In this laser processing apparatus, one laser beam is spectroscopically analyzed by two laser beams by the first polarizing means, and guided to the second polarizing means which substantially matches the optical paths of these two laser beams. At this time, one of the laser lights (hereinafter referred to as a main beam) of the laser light spectroscopy by the first polarizing means is led to the second polarizing means via one set of mirrors (bend mirrior). In addition, the other laser light (hereinafter referred to as a sub-beam) is guided to the second polarization means and mixed after being scanned in a pair of first galvano scanner groups in biaxial directions that are not parallel to each other. The two laser lights that have passed through the second polarization means are scanned in biaxial directions that are not parallel to each other in the pair of second galvano scanner groups, enter the f? Lens, and irradiate the workpiece on the table. Here, since the sub-beams are scanned by the first galvano scanner group, there is a slight deviation in their angles compared to the main beams that have passed through a set of mirrors, so that the main and sub-beams after passing through the fθ lens Will be examined at different locations on the table. Thereby, two holes can be processed simultaneously by one f (theta) lens, and productivity improves.
이 밖에도, 1 개의 레이저 광을 제1 편광 수단으로 2 개의 레이저 광으로 분광하여 각각의 레이저 광을 한 쌍의 갈바노 스캐너로 2축 방향으로 주사하고, 2 개의 레이저 광을 제2 편광 수단으로 유도한 후, 1 개의 fθ 렌즈로 2 개 구멍을 동시 가공하여 생산성을 향상시킨 레이저 가공 장치도 제안되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).In addition, one laser beam is spectroscopically analyzed by two laser beams by the first polarization means, and each laser beam is scanned in a biaxial direction by a pair of galvano scanners, and the two laser beams are guided by the second polarization means. Then, the laser processing apparatus which improved the productivity by simultaneously processing two holes with one f (theta) lens is also proposed (for example, refer patent document 2).
또, 특허 문헌 1에서 보여지는 바와 같은 레이저 가공 장치에 있어서, 목적의 위치에 구멍을 가공하기 위한 각 갈바노 스캐너의 각도 지령값을 생성하는 기술에 대해서도 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 3 참조).Moreover, in the laser processing apparatus shown by patent document 1, the technique of generating the angle command value of each galvano scanner for processing a hole in a target position is also known (for example, refer patent document 3). ).
특허 문헌 1: 국제공개 제O3/O419O4호 팜플렛Patent Document 1: International Publication No. O3 / O419O4 Pamphlet
특허 문헌 2: 일본 특개 2005-230872호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-230872
특허 문헌 3: 국제공개 제O3/O8O283호 팜플렛Patent Document 3: International Publication No. O3 / O8 O283 Pamphlet
그런데, 특허 문헌 1에 기재된 레이저 가공 장치에 있어서는 분광된 한 쪽의 서브 빔측은 합계 2 세트(즉 4 대)와, 메인 빔측의 1 세트(2 대)에 비해 많은 갈바노 스캐너를 경유하게 된다. 갈바노 스캐너는 미러부를 회전시켜 사용하기 때문에, 고정 미러를 경유하는 경우에 비해 불안정하므로, 이러한 갈바노 스캐너를 많이 경유하는 서브 빔은 아무래도 가공 품질이 나빠지기 쉽다고 하는 문제점이 있었다.By the way, in the laser processing apparatus of patent document 1, the spectroscopic one sub beam side will pass through two galvano scanners compared with two sets (namely four) in total, and one set (two units) on the main beam side. Since the galvano scanner is used by rotating the mirror portion, it is unstable compared with the case of passing through the fixed mirror, and thus, the sub beam passing through the galvano scanner has a problem in that the processing quality tends to be poor.
또한, 서브 빔에 있어서는 fθ 렌즈의 전(前) 초점 위치(fθ 렌즈 전의 빔 주사 이상 위치)로부터 떨어진 위치에 설치되어 있는 제1 갈바노 스캐너 그룹에서 빔을 주사한다. 그렇기 때문에, fθ 렌즈의 전 초점 위치로부터 제1 갈바노 스캐너 그룹까지의 거리가 멀면 멀수록, fθ 렌즈의 특성상, 가공 구멍 진원도(roundness)나 초점 여유도와 같은 가공 구멍 품질이 나빠지는 경향이 있고, 그 결과 피가공물에 대한 가공 구멍 품질도 나빠져 버린다고 하는 문제점이 있었다.In addition, in the sub beam, the beam is scanned by the first galvano scanner group provided at a position away from the pre-focus position of the fθ lens (beam scanning abnormal position before the fθ lens). Therefore, the farther the distance from the full focal position of the fθ lens to the first galvano scanner group, the poorer the processing hole quality, such as the processing hole roundness and the focus margin, is due to the characteristics of the fθ lens. As a result, there is a problem that the quality of the processing hole for the workpiece is also worsened.
또, 특허 문헌 2에 기재된 레이저 가공 장치에 있어서는 제1 편광 수단에서 2개로 분광된 레이저 광은 모두 고정 미러가 아니라 갈바노 스캐너를 경유하여 주사되는 구성이고, fθ 렌즈와 갈바노 스캐너 사이에 제2 편광 수단을 마련하는 스페이스가 필요하게 되기 때문에, 어느 쪽의 레이저 광이라도 fθ 렌즈의 전 초점 위치로부터 떨어진 위치에서의 주사로 된다. 그 결과, 어느 쪽의 레이저 광이라도 가공 구멍 품질이 나빠져 버린다고 하는 문제점이 있었다.Moreover, in the laser processing apparatus of
또한, 특허 문헌 1에 기재된 레이저 가공 장치와 같은 구성에서는 광학계가 복잡하기 때문에, 특허 문헌 3에 기재된 빔 위치를 제어하기 위해 필요한 각 갈바노 스캐너의 각도 지령값 등의 캘리브레이션(calibration) 작업에 있어서는 시험 가공에 많은 점수(点數)를 필요로 하여 시간이 걸린다고 하는 문제점도 있었다.Moreover, since the optical system is complicated in the same structure as the laser processing apparatus of patent document 1, in the calibration operation | work, such as the angle command value of each galvano scanner required in order to control the beam position of patent document 3, it is a test. There was also a problem that a large number of points are required for processing and it takes time.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 동시 다점 조사 타입의 레이저 가공 장치에 있어서 2 개의 레이저 광에 의한 가공 품질의 차를 줄여 가공 품질 향상을 도모할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 또, 레이저 광을 조사하는 가공 위치를 제어하기 위해 필요한 캘리브레이션 작업을 용이하게 할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것도 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the laser processing apparatus which can aim at the improvement of processing quality by reducing the difference of the processing quality by two laser beams in the simultaneous multi-point irradiation type laser processing apparatus. In addition, another object of the present invention is to obtain a laser processing apparatus capable of facilitating a calibration operation necessary for controlling a processing position for irradiating laser light.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는, 테이블상에 배치된 피가공물상의 2점 이상에 레이저 광을 동시에 조사하여 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 있어서, 1 개의 레이저 광을 광로가 다른 제1과 제2 레이저 광으로 분광하는 제1 편광 수단과; 상기 제1 레이저 광의 광로상에 배치되고, 상기 테이블상의 제1 방향으로 상기 제1 레이저 광을 주사하는 제1 갈바노 스캐너와; 상기 제2 레이저 광의 광로상에 배치되고, 상기 테이블상의 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 상기 제2 레이저 광을 주사하는 제2 갈바노 스캐너와; 상기 제1 및 제2 레이저 광을 혼합하는 제2 편광 수단과; 혼합된 상기 제1 및 제2 레이저 광을 상기 테이블상의 상이한 제3와 제4 방향으로 주사하는 한 쌍의 제3과 제4 갈바노 스캐너로 이루어진 메인 갈바노 스캐너와; 상기 메인 갈바노 스캐너로부터의 상기 제1 및 제2 레이저 광을 상기 피가공물상의 소정 위치에 각각 집광시키는 fθ 렌즈 를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus in which a laser beam is irradiated to two or more points on a workpiece placed on a table at the same time for processing. First polarizing means for spectroscopy with other first and second laser lights; A first galvano scanner disposed on an optical path of the first laser light and scanning the first laser light in a first direction on the table; A second galvano scanner disposed on an optical path of the second laser light and scanning the second laser light in a second direction different from the first direction on the table; Second polarization means for mixing the first and second laser lights; A main galvano scanner comprising a pair of third and fourth galvano scanners that scan the mixed first and second laser light in different third and fourth directions on the table; And a f? Lens for focusing the first and second laser light from the main galvano scanner at predetermined positions on the workpiece.
본 발명에 의하면, 제1 편광 수단에서 분광된 어떠한 레이저 광도 3 대의 갈바노 스캐너를 경유하는 구성으로 했으므로, 동시 다점 조사라고 하는 생산성을 유지한 채로 가공 품질을 향상할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.According to the present invention, since any laser light spectroscopically analyzed by the first polarization means is configured to pass through three galvano scanners, it has an effect that the processing quality can be improved while maintaining the productivity of simultaneous multi-point irradiation.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 바람직한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이들 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, with reference to an accompanying drawing, preferable embodiment of the laser processing apparatus which concerns on this invention is described in detail. In addition, this invention is not limited by these embodiment.
실시 형태 1.Embodiment 1.
본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 설명을 하기 전에, 종래의 레이저 가공 장치 구성의 개요에 대하여 설명한다. 도 14는 동시 다점 조사 타입의 레이저 가공 장치 구조의 종래예를 나타내는 도면이다. 레이저 가공 장치는 프린트 기판 등의 피가공물(212)을 재치(載置)하고, 수평면(XY 평면)내에서 이동 가능한 XY 테이블(211)과, 도시하지 않은 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광(L)을 XY 테이블(211)상의 피가공물(212)에 조사하기 위한 광학계를 구비한다. 또한, 본 도면에 있어서, 피가공물(212)을 재치하는 XY 테이블(211)의 면을 수평면으로 하고, 이 수평면내에서 서로 직교하는 2 개의 축을 X축과 Y축으로 하고, 이들 X축과 Y축의 양쪽에 수직인 축을 Z축으로 하고 있다.Before explaining the laser processing apparatus by this invention, the outline | summary of the structure of the conventional laser processing apparatus is demonstrated. It is a figure which shows the conventional example of the structure of the laser processing apparatus of simultaneous multi-point irradiation type. The laser processing apparatus mounts a
광학계는 도시하지 않는 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광(L)을 2 개의 레이저 광(La, Lb)으로 분광하는 편광 빔 스플리터(beam splitter) 등으로 이루어진 제1 편광 수단(222)과, 제1 편광 수단(222)으로 분광되고 다른 광로를 진행해 온 2 개의 레이저 광(La, Lb)을 혼합(믹스)하여, 거의 동일한 광로로 유도하는 편광 빔 스플리터 등으로 이루어진 제2 편광 수단(223)과, 제2 편광 수단(223)으로부터의 혼합된 레이저 광(La, Lb)을 피가공물(212)상에 집광시키는 fθ 렌즈(228)를 구비한다. 또한, 제1 편광 수단(222)과 제2 편광 수단(223) 사이에서 분광된 2 개의 레이저 광(La, Lb)은 광로 길이가 동일하게 되도록 구성되어 있다. 또, 상기 제2 편광 수단(223)에서 2 개의 레이저 광(La, Lb)을 혼합하는 이유는 하나의 fθ 렌즈(228)를 사용하여 2 개의 구멍을 동시 가공하기 위함이다.The optical system includes first polarizing
간단하게 위해서, 레이저 광(L, La, Lb)의 광로는 상기에서 설정한 X축, Y축, Z축 중 어느 하나와 거의 평행하게 되도록, 레이저 광(L, La, Lb)의 광로상에 미러(221a ~ 221d)와 갈바노 스캐너(224a, 224b, 226a, 226b)가 배치되어 있는 경우로 설명한다. 이 경우, 광로상에 배치되는 미러(221a ~ 221d)는 레이저 광(L)의 광로를 9O도의 각도로 기울이기(반사시키기) 때문에, 예를 들어 도면에 나타나는 XYZ 좌표계 중 어느 한 축에 대하여 45도의 각도를 이루어서 배치된다. 또, 제1 편광 수단(222)에서 반사된 레이저 광(Lb)의 광로상에는 레이저 광(Lb)을 2축 방향으로 주사하여 제2 편광 수단(223)으로 유도하기 위한 한 쌍의 갈바노 스캐너(224a, 224b)가 마련된다. 갈바노 스캐너(224a)는 미러(225a)의 회전축이 X축 방향으로 되도록 배치되고, 갈바노 스캐너(224b)는 미러(225b)의 회전축이 Y축 방향으로 되도록 배치된다. 갈바노 스캐너(224a)를 주사하는 것에 의해 레이저 광(Lb)을 XY 테이 블(211)상의 X축 방향으로 주사할 수 있고, 갈바노 스캐너(224b)를 주사하는 것에 의해 레이저 광(Lb)을 XY 테이블(211)상의 Y축 방향으로 주사할 수 있다.For the sake of simplicity, the optical paths of the laser lights L, La, and Lb are arranged on the optical paths of the laser lights L, La, and Lb such that they are substantially parallel to any one of the X, Y, and Z axes set above. The case where the
또한, 제2 편광 수단(223)과 fθ 렌즈(228) 사이에는 제2 편광 수단(223)으로부터의 혼합된 레이저 광(La, Lb)을 2축 방향으로 주사하여 피가공물(212)로 유도하기 위한 쌍의 갈바노 스캐너(226a, 226b)가 마련되어 있다. 갈바노 스캐너(226a)는 미러(227a)의 회전축이 Z축 방향으로 되도록 배치되고, 갈바노 스캐너(226b)는 미러(227b)의 회전축이 X축 방향으로 되도록 배치된다. 갈바노 스캐너(226a)를 주사하는 것에 의해 레이저 광(La, Lb)을 XY 테이블(211)상의 X축 방향으로 주사할 수 있고, 갈바노 스캐너(226b)를 주사하는 것에 의해 레이저 광(La, Lb)을 XY 테이블(211)상의 Y축 방향으로 주사할 수 있다.Further, between the second polarizing means 223 and the
여기서, 이와 같은 구성의 레이저 가공 장치의 동작에 대하여 설명한다. 도시하지 않는 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광(L)은 편광 방향을 45도의 방향으로 조정되어 있고, 2 개의 미러(221a, 221b)에서 반사되어 제1 편광 수단(222)에 입사한다. 제1 편광 수단(222)에서는 편광 방향이 입사면과 수직한 P파인 레이저 광과 편광 방향이 입사면과 평행한 S파인 레이저 광으로 분광된다.Here, the operation | movement of the laser processing apparatus of such a structure is demonstrated. The laser light L emitted from the laser oscillator (not shown) is adjusted in the polarization direction in the direction of 45 degrees, is reflected by the two
제1 편광 수단(222)을 투과한 레이저 광(이하 메인 빔이라고 함, La)은 2 개의 미러(221c, 221d)를 경유하여 제2 편광 수단(223)으로 유도된다. 한편, 제1 편광 수단(222)에서 반사한 레이저 광(이하 서브 빔이라고 함, Lb)은 갈바노 스캐너(224a, 224b)에서로 2축 방향으로 주사된 후, 제2 편광 수단(223)으로 유도된다. 여기서, 메인 빔(La)은 항상 같은 위치에서 제2 편광 수단(223)으로 유도되나, 서 브 빔(Lb)은 갈바노 스캐너(224a, 224b)의 움직임 각을 제어하는 것에 의해, 제2 편광 수단(223)에 입사하는 위치나 각도가 조정된다.The laser light (hereinafter referred to as the main beam, La) transmitted through the first polarization means 222 is guided to the second polarization means 223 via two
그 후, 메인 빔(La)은 제2 편광 수단(223)에서 반사되고, 서브 빔(Lb)은 제2 편광 수단(223)에서 투과되는 것에 의해, 두 개의 레이저 광(La, Lb)은 거의 같은 광로를 갈바노 스캐너(226a, 226b)로 유도된다. 그리고, 갈바노 스캐너(226a, 226b)에 의해 2축 방향으로 주사된 후, fθ 렌즈(228)로 유도되고, 각각 피가공물(212)상의 소정 위치에 집광되어 가공을 실시한다. 이 때, 갈바노 스캐너(224a, 224b, 226a, 226b)를 주사하는 것에 의해 피가공물(212)상의 임의의 다른 2점에, 메인 빔(La)과 서브 빔(Lb)을 조사하는 것이 가능하다. 주사 영역내의 구멍의 가공이 모두 종료한 후, XY 테이블(211)을 도면 중의 XY 방향으로 이동시키는 것에 의해, 다음의 주사 영역의 가공을 행할 수 있다.Thereafter, the main beam La is reflected by the second polarization means 223, and the sub beam Lb is transmitted by the second polarization means 223, whereby two laser lights La and Lb are almost The same light path is led to
여기서, 1 세트째의 갈바노 스캐너(224a, 224b)를 각각 어느 각도로 하면, 분광된 레이저 광(Lb)이 제2 편광 수단(223) 이후 동일한 궤적을 그려 같은 위치가 가공된다. 현재 충분히 가까운 2 개의 가공하고 싶은 구멍 위치 가, 나가 있다고 하면, 우선 제2 세트째의 갈바노 스캐너(226a, 226b)에서 어느 한 쪽(예를 들어 가)의 구멍 위치가 가공되도록 2축 방향으로 주사하면, 메인 빔(La)은 그 위치 가에 구멍을 가공한다. 이어서, 제1 세트째의 갈바노 스캐너(224a, 224b)에서 추가로 구멍 위치 가로부터 다른 구멍 위치인 나의 방향으로 2축 방향으로 주사하면 서브 빔(Lb)은 또다른 쪽의 위치 구멍 나를 가공한다.Here, when the first set of
이와 같이, 도 14의 구성을 갖는 레이저 가공 장치에 있어서는 제2 세트째의 갈바노 스캐너(226a, 226b)가 메인의 주사, 제1 세트째의 갈바노 스캐너(224a, 224b)는 상기의 구멍 위치 가로부터 구멍 위치 나와 같이 차분(差分)의 주사라고 하는 역할로서 생각할 수 있어 직감적으로 그 구조를 이해하기 쉬웠다. 또, 실제로 그 역할대로, 제1 세트째의 갈바노 스캐너(224a, 224b)가 주사하는 움직임 각은 제2 세트째의 갈바노 스캐너(226a, 226b)가 주사하는 움직임 각보다 작아져 있다.As described above, in the laser processing apparatus having the configuration shown in Fig. 14, the second set of
그런데 이와 같은 레이저 가공 장치에 있어서는 분광된 한 쪽의 서브 빔(Lb)은 합계 2 세트(즉 4 대)라는 많은 갈바노 스캐너(224a, 224b, 226a, 226b)를 경유하게 된다. 갈바노 스캐너는 미러부를 회전시켜 사용하기 때문에, 고정 미러를 경유하는 경우에 비해 불안정하고 서브 빔(Lb)에 의한 가공은 아무래도 가공 품질(여기서 말하는 가공 품질이란 스캔 에어리어내에서의 구멍의 진원성ㆍ초점 여유도와 같은 가공 구멍 품질과 가공 위치 정밀도 편차의 2 가지를 말함)이 나빠지기 쉽다고 하는 문제점이 있었다. 또, fθ 렌즈(228)의 전 초점 위치로부터 빔 주사하는 가장 먼 갈바노 스캐너(224a)까지의 거리가 긴 것도 가공 품질(특히, 가공 구멍 품질)이 나빠지는 원인의 하나이기도 했다.However, in such a laser processing apparatus, one spectroscopic sub-beam Lb passes through many
따라서, 본 발명에서는 2 개의 레이저 광의 가공 품질이 종래의 레이저 가공 장치에 있어서 메인 빔의 가공 품질보다 나빠져 버리지만, 서브 빔의 가공 품질보다 좋게 할 수 있는 구성으로 한 레이저 가공 장치를 제공한다. 이하에, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다.Therefore, in this invention, although the processing quality of two laser beams becomes worse than the processing quality of a main beam in the conventional laser processing apparatus, the laser processing apparatus provided with the structure which can make it better than the processing quality of a sub beam is provided. EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the laser processing apparatus which concerns on this invention is demonstrated.
도 1은 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 1의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 레이저 가공 장치의 fθ 렌즈의 전 초점 위치 부근의 갈 바노 스캐너의 배치 관계를 나타내는 도면이다. 이 레이저 가공 장치는 프린트 기판 등의 피가공물(12)을 재치하고, 수평면(XY 평면)내에서 이동 가능한 XY 테이블(11)과; 레이저 광(L)을 출사하는 레이저 발진기(20)와; 레이저 발진기(2O)로부터 출사된 레이저 광(L)을 XY 테이블(11)상의 피가공물(12)에 조사하기 위한 광학계와; 시험 가공시에 있어서 XY 테이블(11)상의 가공 위치를 촬상하는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 등의 촬상 수단(29)과; 레이저 발진기(20), 광학계를 구성하는 후술하는 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도 및 촬상 수단(29)을 제어하는 제어부(3O)를 구비한다. 또한, 이 도면에 있어서, 피가공물(12)을 재치하는 XY 테이블(11)의 면을 수평면으로 하고, 이 수평면내에서 서로 직교하는 2 개의 축을 X축과 Y축으로 하고, 이들 X축과 Y축의 양쪽에 수직인 축을 Z축으로 하고 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structure of Embodiment 1 of the laser processing apparatus concerning this invention, and FIG. 2 is a figure which shows the arrangement relationship of the galvano scanner in the vicinity of the full-focus position of the f (theta) lens of the laser processing apparatus of FIG. The laser processing apparatus includes an XY table 11 on which workpieces such as a printed board and the like are placed, and which are movable in a horizontal plane (XY plane); A
광학계는 레이저 발진기(20)로부터 출사된 레이저 광(L)을 분광하는 편광 빔 스플리터 등으로 이루어진 제1 편광 수단(21)과, 분광된 레이저 광(L, Lβ)을 반사시켜 광로로 유도하는 복수의 미러(22a ~ 22f)와, 각각의 광로의 레이저 광(L, Lβ)을 XY 테이블(11)상에서 상이한 방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(23a, 23b, 이하에서는 이들 갈바노 스캐너(23a, 23b)를 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)라고도 함)와, 제1 편광 수단(21)에서 분광되어 다른 광로를 진행해 온 2 개의 레이저 광(L, Lβ)을 혼합하여, 거의 동일한 광로로 유도하는 편광 빔 스플리터 등으로 이루어진 제2 편광 수단(25)과, 제2 편광 수단(25)으로부터의 혼합된 레이저 광(L, Lβ)을 XY 테이블(11)상에서 상이한 방향으로 주사하는 갈바노 스캐 너(26a, 26b, 이하에서는 이들 갈바노 스캐너(26a, 26b)를 메인 갈바노 스캐너(26)라고도 함)와, 혼합된 레이저 광(L, Lβ)을 피가공물(12)상에 집광시키는 fθ 렌즈(28)를 구비한다. 여기서, 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)는 특허청구의 범위에 있어서 제1과 제2 갈바노 스캐너에 대응하고, 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)는 마찬 가지로 제3과 제4 갈바노 스캐너에 대응한다.The optical system includes first polarizing means 21 made of a polarizing beam splitter or the like for spectroscopy laser light L emitted from the
또한, 간단하게 하기 위해서, 광로상에 배치되는 미러(22a ~ 22f)와 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)는 레이저 광(L, L, Lβ)의 광로를 X축, Y축 및 Z축 중 어느 하나와 거의 평행으로 되도록, 레이저 광(L, L, Lβ)을 90도의 각도로 기울일(반사시킬) 목적으로, 예를 들어 도면에 나타나는 XYZ 좌표계 중 어느 축에 대하여 45도의 각도를 이루어서 배치되는 경우로 설명한다. 또, 제1 편광 수단(21)에서 투과한 쪽의 레이저 광(L)은 제2 편광 수단(25)에서는 반사하고, 제1 편광 수단(21)에서 반사한 측의 레이저 광(Lβ)은 제2 편광 수단(25)에서 투과하도록 광로가 구성된다. 제1 편광 수단(21)과 제2 편광 수단(25) 사이에서 분광한 각각의 레이저 광(L, Lβ)의 광로 길이는 동일하게 되도록 구성되어 있다.In addition, for the sake of simplicity, the
이 실시 형태 1에서는, 제1 편광 수단(21)에서 분광된 2 개의 레이저 광(L, Lβ)의 광로상에 배치되는 미러(22a ~ 22f)의 수와 갈바노 스캐너(23a, 23b)의 수는 모두 2 개의 광로에서 동일하게 되도록 배치되어 있다. 또, 2 개의 레이저 광(L, Lβ)에서 특성의 차가 나지 않도록, 갈바노 스캐너의 배치 방법도 연구되어 있다. 즉, fθ 렌즈로부터 갈바노 스캐너(23a, 23b)의 배치 위치까지의 광로 길이는 모두 2 개의 광로에서 동일하게 되도록 설계되어 있다.In the first embodiment, two laser lights L spectroscopically obtained by the first
즉, 제1 편광 수단(21)에서 투과한 레이저 광(이하 빔이라고 함) L의 제2 편광 수단(25)까지의 광로상에는 n(n은 자연수) 매의 미러(22a ~ 22c)와 1 개의 갈바노 스캐너(23a)가 마련되어 있다. 또, 제1 편광 수단(21)에서 반사한 레이저 광(이하 β 빔이라고 함) Lβ의 제2 편광 수단(25)까지의 광로상에는 n 매의 미러(22d ~ 22f)와 1 개의 갈바노 스캐너(23b)가 마련되어 있다. 단, 이 도 1의 경우에서는 n=3 매이다. 이와 같은 구성에 의해, 2 개의 광로상에는 동일한 수의 미러와 갈바노 미러가 배치되므로, 2 개의 광로상을 통과하는 레이저 광의 품질은 동일하게 된다.That is, the laser light transmitted by the first polarizing means 21 (hereinafter referred to as L) On the optical path to the second polarizing means 25, n (n is a natural number) mirrors 22a to 22c and one
또, 이 실시 형태 1에서는 예를 들어 도 1과 도 2에 나타난 바와 같이, 메인 갈바노 스캐너(26a)는 미러(27a)의 회전축이 Z축 방향으로 되도록 배치하고, 메인 갈바노 스캐너(26b)는 미러(27b)의 회전축이 X축 방향으로 되도록 배치하는 것을 생각할 수 있다.In addition, in this Embodiment 1, as shown, for example in FIG. 1 and FIG. 2, the
레이저를 주사하는 상기 갈바노 스캐너(26a, 26b)의 미러(27a, 27b)는 모두 fθ 렌즈(28)의 전 초점 위치 F에 있는 것이 바람직하다. 그러나 실제로는 복수의 미러를 같은 위치에 배치하는 것이 불가능하므로, 가능한 이 상황에 접근시키는 것을 생각할 수 있다. 즉, 갈바노 스캐너(26a)의 미러(27a)와 갈바노 스캐너(26b)의 미러(27b)가 가능한 fθ 렌즈(28)의 전 초점 위치 F에 가까운 위치에서, 갈바노 스캐너(26a)의 미러(27a)의 중심 위치와 갈바노 스캐너(26b)의 미러(27b)의 중심 위치를 연결하는 선의 중점이 fθ 렌즈(28)의 전 초점 위치 F로 되도록 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)를 배치한다. 단, 이 때, 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b) 각각의 미러(27a, 27b)가 회전하는 것을 고려하여 이들 미러(27a, 27b)끼리가 간섭하지 않도록 2 개의 미러(27a, 27b; 갈바노 스캐너(26a, 26b)) 사이의 거리 2Y를 선택해야 한다.Preferably, the
그런데, 도 2에 나타난 예에서는 갈바노 스캐너(26a)의 미러(27a)의 회전을 고정하고, 갈바노 스캐너(26b)를 회전시킨 경우를 생각하면, 레이저 광(L, Lβ)의 fθ 렌즈(28)로의 입사 위치가 Y축 방향을 따라 바뀐다. 반대로, 갈바노 스캐너(26b)의 미러(27b)의 회전을 고정하고, 갈바노 스캐너(26a)를 회전시킨 경우를 생각하면, 레이저 광(L, Lβ)의 fθ 렌즈(28)로의 입사 위치가 X축 방향을 따라 바뀐다. 이와 같이, 갈바노 스캐너(26a, 26b)를 주사시키는 것에 의해, fθ 렌즈(28)로의 레이저 광(L, Lβ)의 입사 위치(입사 각도)를 바꿀 수 있다.By the way, in the example shown in FIG. 2, considering the case where the rotation of the
또, 광학계는 도 1에 나타난 바와 같이, 빔 L용 갈바노 스캐너(23a)와, β빔 Lβ용 갈바노 스캐너(23b)의 주사 방향이 동일하게 되지 않도록 결정된다. 이 도 1의 예에 있어서는 (이상적인 fθ 렌즈를 가정하면) 빔 L용 갈바노 스캐너(23a)의 주사 방향은 직후에 X 방향이며 XY 테이블(11)상에서는 X방향으로 되도록, 미러(24a)의 회전축이 Z축 방향으로 되도록 갈바노 스캐너(23a)가 배치된다. 또, β빔 Lβ용 갈바노 스캐너(23b)의 주사 방향은 직후에 Z방향이며 XY 테이블(11)상에서는 Y방향으로 되도록, 미러(24b)의 회전축이 Y축 방향으로 되도록 갈바노 스캐너(23b)는 배치된다. 즉, 갈바노 스캐너(23a)를 주사하는 것에 의해, 레이저 광(L)을 XY 테이블(11)상의 X축 방향으로 주사할 수 있고, 갈바노 스캐너(23b)를 주사하는 것에 의해 레이저 광(Lβ)을 XY 테이블(11)상의 Y축 방향으로 주사할 수 있다.In addition, the optical system, as shown in Figure 1, Beam L The scanning directions of the
제어부(30)는 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)와 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)의 미러 각도와 가공 구멍의 위치 관계를 구하는 캘리브레이션 작업을 행하여, 가공 구멍의 위치에 레이저 광(L, Lβ)을 조사하기 위한 메인 갈바노 스캐너(26)와 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)의 미러 각도를 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 이 제어부(30)에 의한 캘리브레이션 작업과 가공 제어 작업에 대해서는 실시 형태 4에서 설명한다.The
다음에, 이와 같은 구성을 갖는 레이저 가공 장치의 동작에 대하여 설명한다. 레이저 발진기(20)로부터 발진된 레이저 광(L)은 제1 편광 수단(21)에서 투과측의 레이저 광(L)과 반사측의 레이저 광(Lβ)으로 분광된다. 투과측의 레이저 광(즉 빔; L)은 몇 개의 고정 미러(22a ~ 22c)와 1 개의 빔용 갈바노 스캐너(23a)를 경유하여 제2 편광 수단(25)으로 유도된다. 동양(同樣)으로, 반사측의 레이저 광(즉 β빔; Lβ)도 다른 몇 개의 고정 미러(22d ~ 22f)와 1 개의 β빔용 갈바노 스캐너(23b)를 경유하여 제2 편광 수단(25)으로 유도된다. 제2 편광 수단(25)을 경유한 각각의 레이저 광(L, Lβ)은 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)로 주사되어 fθ 렌즈(28)를 통과하는 것에 의해 피가공물(12)상의 2점에 조사된다. 그리고, 피가공물(12)이 가공된다. 이 때, 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)와 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)는 모두 제어부(30)에 의해서 미리 설정된 가공 정보에 기초하여 미러 각도가 제어된다.Next, operation | movement of the laser processing apparatus which has such a structure is demonstrated. The laser light L oscillated from the
여기서, 이 실시 형태 1에 의한 레이저 가공 장치로 가공 품질을 향상시킬 수 있는 이유에 대하여 설명한다. 제1 편광 수단(21)과 제2 편광 수단(25) 사이에서 분광된 2 개의 레이저 광(L, Lβ)의 품질은 같은 수의 미러와 갈바노 미러를 통과하는 것에 의해 동일하게 된다. 이에 의해, 가공점 위치 정밀도의 편차와 가공 구멍 품질의 2점이 개선된다.Here, the reason why processing quality can be improved by the laser processing apparatus by this Embodiment 1 is demonstrated. Two laser lights L spectroscopically interposed between the first polarization means 21 and the second polarization means 25. , L β ) become the same by passing through the same number of mirrors and galvano mirrors. This improves the two points of the deviation of the machining point position accuracy and the machining hole quality.
가공점 위치 정밀도의 편차는 가공점에서의 위치 편차이고, 이상(理想) 위치에 대한 오차 편차다. 이 가공점 위치 정밀도 편차의 주된 원인은 갈바노 스캐너 주사시의 각도 편차에 의한 것으로, 1 개의 레이저 광이 경유하는 갈바노 스캐너의 대수가 적으면 적을수록 개선된다. 이 실시 형태 1에 의하면, 빔 L와 β빔 Lβ는 각각 3 대의 갈바노 스캐너를 경유하고 있고, 종래예의 서브 빔(Lb)이 경유하는 4 대보다 적기 때문에 가공 위치 정밀도의 편차는 개선된다.The deviation of the machining point position precision is the position deviation at the machining point, and the error deviation to the abnormal position. The main cause of this processing point position accuracy deviation is due to the angular deviation during scanning of the galvano scanner, and the smaller the number of galvano scanners passing through one laser light, the better. According to this first embodiment, Beam L And β beam L β are each passed through three galvano scanners, and since there are fewer than four via the subbeam Lb of the conventional example, the variation in the machining position accuracy is improved.
한 쪽의 가공 구멍 품질은 Z축 높이를 변화시키면서 갈바노 스캐너를 주사 영역내에서 주사하여 가공했을 때의 가공 구멍의 진원성의 정도를 나타내는 것이다. 통상, 구멍의 진원율(眞圓率)이 소정값 이상이면, 가공 구멍 품질이 좋다고 판단되게 되어, 이 가공 구멍 품질이 좋다고 판단되는 Z축 범위가 클수록 초점 여유도가 넓고 가공 구멍 품질이 좋다고 여겨지게 된다. 여기서, Z축은 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)와, 제2 편광 수단(25)과 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)와, fθ 렌즈(28)를 포함하여 구성되는 것으로, XY 테이블(11)의 상면에 대하여 수직인 방향(Z축 방향)에 평행한 방향으로 이동하는 기구를 갖는 부품 그룹이다.One processing hole quality represents the degree of roundness of the processing hole when the galvano scanner is scanned and processed in the scanning area while varying the Z axis height. Usually, when the roundness ratio of a hole is more than a predetermined value, it will be judged that the processing hole quality is good, and it is considered that the larger the Z-axis range where this processing hole quality is judged to be, the wider the focus margin is and the processing hole quality is better. You lose. Here, the Z axis includes the
일반적으로, 가공점까지의 광로에 삽입되는 미러의 수가 많을수록, 전파되는 레이저 광의 품질(진원성)이 나빠져서, 가공점에서의 빔 품질이 나빠지는 경향이 있다. 그 결과, 가공 구멍 품질도 나빠진다. 이것은 미러의 평면은 엄밀하게는 가로세로에서 요철(凹凸)이 별도 형상으로 되어 있는 경우가 많고, 이와 같은 미러를 복수매 전파한 레이저 광은 빔의 확산 각도나 집광점의 Z 위치가 가로세로에서 크게 달라지게 되기 때문이다. 특히, 갈바노 스캐너의 미러는 특수한 형상을 한 미러로, 비교적 평면도가 나쁜 것도 있기 때문에, 광로상에 복수의 갈바노 스캐너가 존재하는 경우에는 가공점에서의 빔 품질 악화가 매우 커져 버린다.In general, the larger the number of mirrors inserted into the optical path to the processing point, the worse the quality (roundness) of the propagated laser light, and the beam quality at the processing point tends to be worse. As a result, the machining hole quality also worsens. This is because the surface of the mirror is often rigorously separate from the horizontal and vertical, and the laser beam propagating a plurality of such mirrors has the beam diffusion angle and the Z position of the converging point. Because it will be very different. In particular, the mirror of the galvano scanner is a mirror having a special shape, and the planarity is relatively poor, so that when there are a plurality of galvano scanners on the optical path, the beam quality deterioration at the processing point becomes very large.
도 3a은 가공 구멍 품질이 좋은 상태를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 3b는 가공 구멍 품질이 나쁜 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3a과 같이, 레이저 광(L)이 전파하는 미러나 갈바노 미러의 매수가 적은 경우에는 레이저 광(L)을, 도면에 나타낸 좌표축을 기준으로 한 XZ 평면과 YZ 평면으로 잘랐을 때의 형상이 일치하므로 초점 높이는 동일하여 빔은 항상 진원이고, 초점 위치 부근의 Z축 어디서 자르든 레이저 광(L)은 둥글게 되어 있다. 그러나, 도 3b와 같이, 레이저 광(L)이 전파하는 미러나 갈바노 미러의 매수가 많은 경우에는 레이저 광(L)을, 도면에 나타낸 좌표축을 기준으로 한 XZ 평면과 YZ 평면으로 잘랐을 때의 형상은 일치하지 않는다. 즉, 초점 높이(Z축)가 다르다. 그 결과, 초점 위치 부근의 Z축에 수직인 방향에서 레이저 광(L)을 자르면 타원 형상으로 된다. 도 3b에서는 레이저 광(L)의 가로세로에서 빔의 확대나 집광 위치가 다르기 때문에 가로 타원에서 세로 타원으로 변화하는 경우가 나타나 있다FIG. 3A is a diagram schematically showing a state in which machining hole quality is good, and FIG. 3B is a diagram schematically showing a state in which machining hole quality is poor. As shown in FIG. 3A, when the number of mirrors or galvano mirrors propagated by the laser light L is small, the shape when the laser light L is cut into the XZ plane and the YZ plane based on the coordinate axis shown in the drawing Since the focal height is the same, the beam is always circular, and the laser light L is round no matter where the Z axis near the focal position is cut. However, as shown in FIG. 3B, when the number of mirrors and galvano mirrors through which the laser light L propagates is large, the laser light L is cut into the XZ plane and the YZ plane based on the coordinate axis shown in the drawing. The shapes do not match. That is, the focal height (Z axis) is different. As a result, when the laser light L is cut in the direction perpendicular to the Z axis near the focal position, an elliptic shape is obtained. In FIG. 3B, there is a case where the horizontal ellipse is changed from the vertical ellipse because the beam is enlarged or the light condensing position is different in the horizontal length of the laser light L.
도 4는 가공 구멍 품질의 평가 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 가공 구멍 품질의 평가 방법은 Z축 높이를 변화시켜 형성했을 때의 가공 구멍의 형상의 진원 도가 소정 퍼센티지 이상으로 되는 Z축 범위를 구하는 것에 의해 평가한다. 즉, 이 Z축 범위가 가공 구멍 품질이 좋다고 여겨지는 범위로 된다. 또, 이 Z축 범위가 넓을수록 가공을 행하기 쉽다.It is a figure which shows an example of the evaluation method of a process hole quality. The evaluation method of the processing hole quality evaluates by calculating | requiring the Z-axis range in which the roundness of the shape of the processing hole at the time of forming by changing Z-axis height becomes more than a predetermined percentage. That is, this Z-axis range becomes a range where the processing hole quality is considered good. In addition, the wider the Z-axis range, the easier it is to process.
도 5a는 종래의 도 14의 레이저 가공 장치에 있어서 메인 빔과 서브 빔의 가공 구멍 품질이 좋다고 판단되는 범위의 일례를 나타내는 도면이고, 도 5b는 이 실시 형태 1의 레이저 가공 장치에 있어서 빔과 β빔의 가공 구멍 품질이 좋다고 판단되는 범위의 일례를 나타내는 도면이다. 우선, 도 5a에 나타난 바와 같이, 메인 빔(La)에서는 레이저 광이 전파하는 갈바노 스캐너(226a, 226b)의 수가 2개로 적으나, 서브 빔(Lb)에서는 레이저 광이 전파하는 갈바노 스캐너(224a, 224b, 226a, 226b)의 수가 4개로 많다. 그렇기 때문에, 2 개의 갈바노 스캐너(226a, 226b)밖에 전파하지 않는 메인 빔(La)의 가공 구멍 품질은 높으나, 4 개의 갈바노 스캐너(224a, 224b, 226a, 226b)를 전파하는 서브 빔(Lb)의 가공 구멍 품질은 극단적으로 낮아져 있다. 이에 대하여, 도 5b에 나타난 바와 같이, 레이저 광이 전파하는 갈바노 스캐너의 수가 3개로 되는 빔 L와 β빔 Lβ는 모두 도 5a에 나타나는 종래의 레이저 가공 장치의 서브 빔(Lb)의 가공 구멍 품질보다 좋은 가공 구멍 품질로 되어 있다. 그리고, 2 개의 레이저 광의 가공 구멍 품질이 좋다고 판정되는 범위는 거의 동등하고, 양자가 겹치는 범위, 즉 2 개의 레이저 광으로 가공되는 가공 구멍의 품질이 양호해지는 Z축 범위는 도 5a의 종래의 레이저 가공 장치의 경우보다 넓어져 있다. 즉, 한 쪽의 빔 품질이 나쁜 레이저 광의 빔 품질을 개선하는 것에 의해, 레이저 가공 장치 전체의 가공 구멍 품질을 개선하는 것이 가능하게 된 다. 또, 가공 구멍 품질은 도 1에 나타낸 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)의 fθ 렌즈(28)의 전 초점 위치 F로부터의 배치 거리가 짧을수록 개선된다. 즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 이 실시 형태 1의 구성에 의하면, 빔 L와 β빔 Lβ가 전파하는 각각의 광로에 1개씩 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)가 배치되고, 그 배치 위치를 전 초점 위치 F에 접근시킬 수 있기 때문에 가공 구멍 품질을 개선할 수 있다. 이에 덧붙여, 전 초점 위치 F로부터 각각의 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)의 설치 거리가 동일하기 때문에, 2 개의 레이저 광(L, Lβ)에 의한 가공 구멍 품질은 동등하게 된다.FIG. 5A is a view showing an example of a range in which the processing hole quality of the main beam and the sub-beam is good in the conventional laser processing apparatus of FIG. 14, and FIG. 5B is the laser processing apparatus of this Embodiment 1 It is a figure which shows an example of the range in which the processing hole quality of a beam and a ( beta) beam is judged to be good. First, as shown in FIG. 5A, the number of
이 실시 형태 1에 의하면, 분광된 모든 레이저 광(L, Lβ) 모두 3 대의 갈바노 스캐너밖에 경유하지 않아, fθ 렌즈(28)의 전 초점 위치 F로부터 빔 주사하는 가장 먼 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)까지의 거리도 짧아지게 되는 것에 의해, 종래의 동시 다점 조사형 레이저 가공 장치와 동양의 생산성을 유지한 채로 종래의 서브 빔의 가공 품질이 열화한다고 하는 문제점을 해소할 수 있다. 또, 2 개의 레이저 광(L, Lβ)의 가공 품질이 동등하게 되므로, 가공 품질이 좋은 가공을 행할 수 있는 Z축 높이의 범위를 넓힐 수 있어, 종래의 레이저 가공 장치에 비해 보다 넓은 조건의 범위로의 가공을 행할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.According to the first embodiment, all spectroscopic laser light L , L β ) only pass through three galvano scanners, and the distance from the full focal position F of the
실시 형태 2.
도 6은 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 2의 구성을 나타내는 도면이고, 도 7a은 도 6의 레이저 가공 장치의 서브 갈바노 스캐너와 메인 갈바노 스캐너의 X축 방향에서 보았을 때의 배치 관계를 나타내는 도면이고, 도 7b는 도 6 의 레이저 가공 장치의 fθ 렌즈의 전 초점 위치 부근의 갈바노 스캐너의 배치 관계를 나타내는 도면이다. 이 레이저 가공 장치는 실시 형태 1의 도 1에 있어서, 갈바노 스캐너(26a)의 미러(27a)의 회전축을, Z축에 대하여 각도 θ만큼 기울여서 배치하는 것을 특징으로 한다. 또, 이에 수반하여, 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)도 각각 실시 형태 1 경우의 위치에 대하여 각도 θ만큼 기울여서 배치한다. 이들 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a)의 미러(24a, 24b, 27a)의 회전축은 각각 같은 직교 좌표계를 구성하고 있다. 또한, 실시 형태 1의 2 개의 광로내의 미러(22b)와 서브 갈바노 스캐너(23a) 사이와, 미러(22d)와 서브 갈바노 스캐너(23b) 사이에, 도면 중에 나타나는 XYZ 좌표계를, 이 XYZ 좌표계에 비해 각도 θ만큼 기울인 직교 좌표계로 변경하기 위한 미러(22g ~ 22j)가 각 광로에 2개씩 배치된다. 또한, 미러(22g, 22i)보다 레이저 발진기(20)측의 광로는 XY 테이블(11)을 기준으로 마련한 XYZ 직교 좌표의 X축, Y축 및 Z축 중 어느 하나에 평행하게 되도록 구성된다. 이것은 가공점 높이 조정을 위해, XY 평면에 대하여 직각인 것이 필요하기 때문이다.FIG. 6 is a diagram showing a configuration of
이 실시 형태 2의 경우, 갈바노 스캐너(26a)를 갈바노 스캐너(26b)의 기울어진 하측에서 경사시킨 상태로 배치한 것을 특징으로 하고 있다. 구체적으로, 도 7a ~ 도 7b에 나타난 바와 같이, 갈바노 스캐너(26a)는 도 2에 나타나는 실시 형태 1의 배치 위치에 비해, 각도 θ만큼 YZ면내에서 Y축 정(正)방향으로 기울여 배치시키고 있다. 이와 같이 기울이는 것에 의해, 미러(27a, 27b)의 가동 범위로부터 양자가 간섭하지 않는 거리를 고려하면, 2 개의 미러(27a, 27b) 사이의 거리를, 실시 형태 1의 경우에 비해 좁힐 수 있다. 그 결과, fθ 렌즈(28)의 전 초점 위치(fθ 렌즈(28)전의 빔 주사 이상 위치)와 2 개의 미러(27a, 27b) 사이의 거리 Y도 실시 형태 1의 도 2의 경우에 비해 짧게 할 수 있어 레이저 광의 가공 구멍 품질을 높일 수 있다. 또, 갈바노 스캐너(26a)를 각도 θ만큼 기울임에 따라, 갈바노 스캐너(23a, 23b)는 도 2에 나타나는 실시 형태 1의 배치 위치에 비해 각도 θ만큼 YZ면내에서 θ만큼 Z축 정방향으로 기울여서 배치시키고 있다.In the second embodiment, the
이와 같이 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a)를 경사시킨 경우에는 각 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)를 주사한 경우의 XY 테이블(11)상에서의 레이저 광(L, Lθ)의 주사 방향은 X축과 Y축에 평행한 방향으로 된다.When the
이 실시 형태 2에 의하면, 실시 형태 1의 효과에 덧붙여서, fθ 렌즈(28)의 전 초점 위치 F에 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)를 접근시키도록 배치하고 있기 때문에, 실시 형태 1에 비해, 가공 구멍 품질을 더욱 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 갖는다.According to the second embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, since the
실시 형태 3. Embodiment 3.
실시 형태 2에서는 Z축의 상하 조정 기구(가공 헤드 부분을 동작시키는 것에 의해 초점 위치 조정을 하는 구조)에 의한 동작으로 빔 위치가 변화하지 않도록 하기 때문에, 광로 도중에서 Z축과 평행한 광축을 마련할 필요가 있어, 제1 분광(제1 편광 수단(21)) 이후의 미러 매수가 실시 형태 1보다 1 개의 광로에 대하여 2매 이상 많아져 버린다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 이 실시 형태 3에서는 제1 분광 이후의 미러 매수를 실시 형태 1과 같은 매수로 하는 경우에 대하여 설명한다.In
도 8은 본 발명에 관련되는 레이저 가공 장치의 실시 형태 3의 구성을 나타 내는 도면이다. 이 레이저 가공 장치는 실시 형태 1의 도 1에서, 갈바노 스캐너(26a)만을 갈바노 스캐너(26b)의 기울어진 하측에서 경사시킨 상태로 배치한 것을 특징으로 하고 있다. 이 갈바노 스캐너(26a)의 배치 위치는 실시 형태 2의 도 7b에서 나타낸 것과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.It is a figure which shows the structure of Embodiment 3 of the laser processing apparatus which concerns on this invention. This laser processing apparatus is characterized by arranging only the
또, 이 실시 형태 3에서는 갈바노 스캐너(26a)만을 각도 θ만큼 경사시켜 배치시키고 있고, 다른 서브 갈바노 스캐너(23a, 23b)나 미러(22g ~ 22j)는 실시 형태 1과 동양으로, 광로가 XY 테이블(11)을 기준으로 한 XYZ 좌표계의 X축, Y축 및 Z축 중 어느 하나와 평행하게 되도록 배치되어 있다. 이에 의해, Z축의 상하 조정 기구에 의한 동작으로 빔 위치가 변화하지 않도록 하는 것이 가능하게 된다.In the third embodiment, only the
이 실시 형태 3의 경우는 각 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26)를 주사한 경우의 XY 테이블(11)상에서 레이저 광(L, Lβ)의 주사 방향은 X축과 Y축에 평행한 방향이 아니라, 직각이 아닌 소정 각도로 교차하는 2 개의 축에 평행한 방향으로 된다.In the case of the third embodiment, the laser light L on the XY table 11 when the
이 실시 형태 3에 의하면, 제2 편광 수단(25) 이후의 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)의 주사 좌표계는 XY 테이블(11)을 기준으로 한 직교 좌표계이지만, 서브 편광 갈바노 스캐너(23a, 23b)의 주사 좌표계는 직교가 아니게 되어 어느 각도 θ를 갖게 되지만, 제1 분광(제1 편광 수단(21)) 이후의 미러 매수가 실시 형태 1과 같이 적은 구성으로 끝나기 때문에, 실시 형태 2에 비해, 가공 구멍 품질의 열화를 억제할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.According to the third embodiment, the scan coordinate systems of the
실시 형태 4.Embodiment 4.
실시 형태 1 ~ 3에서는 레이저 가공 장치에 있어서 갈바노 스캐너와 미러의 배치에 대한 설명을 하였다. 상술한 바와 같이, 예를 들어, 실시 형태 1의 광학계에서는 도 1에 나타내는 바와 같이,빔 L용 갈바노 스캐너(23a)와, β빔 Lβ용 갈바노 스캐너(23b)의 주사 방향이 직교하면, 직관적으로 알기 쉽고 주사 면적을 최대로 할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태 1(도 1)에서는 이상적인 fθ 렌즈(28)를 상정하면, 빔 L용 갈바노 스캐너(23a)의 주사 방향은 직후에 X축 방향이므로 XY 테이블(11)상에서는 X축 방향이고, 빔 Lβ용 갈바노 스캐너(23b)의 주사 방향은 직후에 Z 방향이므로 XY 테이블(11)상에서는 Y축 방향이다. 그러나, 실제로는 이상적인 fθ 렌즈(28)의 제작이 곤란한 것이나, 렌즈 장착 정밀도의 한계 등에 의해, 1 대의 갈바노 스캐너에 의한 주사 방향이 XY 테이블(11)상에서 직선으로는 되지 않는다. 또, 갈바노 스캐너의 주사 방법(제어 방법)에 따라 가공 구멍 위치를 제어할 수 있으므로, 실시 형태 2, 3에서 나타낸 바와 같이, 빔 L용 갈바노 스캐너(23a)와 β빔 Lβ용 갈바노 스캐너(23b)의 주사 방향이 직교하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다. 따라서, 어느 경우로 하더라도, 목표의 구멍 좌표에 구멍 가공을 행할 수 있도록 각 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 각도를 결정해야 한다. 따라서, 이 실시 형태 4에서는 목표의 구멍 좌표에 구멍 가공을 행하기 위한 갈바노 스캐너의 제어 방법에 대하여 설명한다.In Embodiments 1-3, the arrangement | positioning of a galvano scanner and a mirror in the laser processing apparatus was demonstrated. As described above, for example, in the optical system of Embodiment 1, as shown in FIG. 1, Beam L If the scanning directions of the
이와 같은 레이저 가공 장치의 제어를 행하는 것은 도 1, 도 6, 도 8에 나타난 바와 같이 제어부(30)이다. 이 제어부(30)는 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도와 XY 테이블(11)상에 형성되는 가공 구멍 위치의 관계를 구하는 캘리브레이션 기능(31)과, 캘리브레이션 기능(31)에 의해 구해진 목표로 하는 위치에 구멍 가공을 행하기 위한 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도를 구하는 모델을 격납하는 모델 격납 기능(32)과, 피가공물(12)에 대하여 행하는 가공 구멍을 뚫는 위치 등의 가공 정보를 격납하는 가공 정보 격납 기능(33)과, 가공 정보 격납 기능(33)에 격납되는 가공 정보를 모델 격납 기능(32)의 모델을 사용하여 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)나 레이저 발진기(20)의 제어를 행하는 가공 제어 기능(34)을 구비한다.It is the
이하에서는 맨 먼저 레이저 가공 장치에 있어서 제어 방법의 개요를 설명하고, 그 다음에 제어를 행하기 위한 캘리브레이션 방법에 대하여 설명한다.Below, the outline | summary of a control method in a laser processing apparatus is demonstrated first, and the calibration method for performing control is demonstrated next.
레이저 가공 장치에는 가공하고 싶은 XY 테이블(11)상의 구멍 좌표(목표 구멍 좌표)에 대하여, 그 가공을 실현하기 위해서 있어야 할 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 각도(각도 지령값)를 구하는 기능이 요구된다.The angle (angle command value) of the
도 9는 도 14에 나타나는 종래의 동시 다점 조사형의 레이저 가공 장치에 있어서 각 갈바노 스캐너의 미러 각도와 가공되는 구멍의 좌표 관계를 나타내는 블록선도이다. 이 도 9에 나타난 바와 같이, 종래의 동시 다점 조사형 레이저 가공 장치에서는 메인 빔(La)의 가공 구멍의 좌표 (ax, ay)를 구하고, 서브 빔(Lb)의 가공 구멍의 좌표 (bx, by)는 이 메인 빔(La)의 가공 구멍의 좌표 (ax, ay)와의 차분에 의해 구하는 방법이 채용되고 있다. 즉, 메인 빔(La)의 가공 구멍의 좌표 (ax, ay)를 제2 세트째의 갈바노 스캐너(226a, 226b)의 미러 각도에 따라 정한다. 한 쪽의 서 브 빔(Lb)의 가공 구멍의 좌표 (bx, by)는 제2 세트째의 갈바노 스캐너(226a, 226b)의 미러 각도에 더하여, 제1 세트째의 갈바노 스캐너(224a, 224b)의 미러 각도에 따라 정한다. 그러나, 이들 메인 빔(La)과 서브 빔(Lb)을 정리해 보면, 4 개의 갈바노 스캐너(224a, 224b, 226a, 226b)의 미러 각도를 결정하면, 2 개의 가공 구멍의 좌표(4 개의 좌표 성분)가 정해지는 4 입력 4 출력의 관계에 있다. 이에 의해, 이들 관계는 사상(寫像)의 관계로서 파악할 수 있다(자세한 것은 특허 문헌 2 참조).FIG. 9 is a block diagram showing a coordinate relationship between a mirror angle of each galvano scanner and a hole to be machined in the conventional simultaneous multi-point irradiation type laser processing apparatus shown in FIG. 14. As shown in Fig. 9, in the conventional simultaneous multi-point irradiation laser processing apparatus, the coordinates a x and a y of the processing holes of the main beam La are obtained, and the coordinates of the processing holes of the sub-beam Lb (b). x and b y are obtained by a difference from the coordinates (a x , a y ) of the processing holes of the main beam La. That is, the coordinates (a x , a y ) of the processing holes of the main beam La are determined according to the mirror angles of the
그런데, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치에서는 상술한 바와 같이, 제1 편광 수단(21)에서 분광된 2 개의 레이저 광은 모두 같은 수의 갈바노 스캐너를 전파하는 것에 의해 빔 품질에 의한 우열이 없기 때문에, 메인 빔과 서브 빔이라고 하는 분류는 없고 동등하다. 즉, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치용으로는 상술한 종래의 도 9에 나타난 바와 사상의 관계를 사용하여 2 개의 가공 구멍의 좌표를 결정하기 위한 4 개의 갈바노 스캐너의 미러 각도를 구하는 방법을 적용할 수 없기 때문에, 새롭게 가공 구멍 좌표를 정하기 위한 제어 방법이 필요하다.By the way, in the laser processing apparatus according to the present invention, as described above, the two laser light spectroscopy by the first polarization means 21 do not have the superiority due to the beam quality by propagating the same number of galvano scanners. There is no classification of the main beam and the sub beam, but they are equivalent. That is, for the laser processing apparatus according to the present invention, a method for obtaining the mirror angles of four galvano scanners for determining the coordinates of two processing holes using the relation of the mapping as shown in FIG. 9 described above is applied. Since this cannot be done, a control method for newly defining the machining hole coordinates is required.
도 1O는 본 발명에 의한 레이저 가공 장치에 있어서 각 갈바노 스캐너의 미러 각도와 가공되는 구멍의 좌표 관계를 나타내는 블록선도이다. 이 도 1O에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치에서는 빔 L에서는 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)의 미러 각도에 더하여 빔 L의 광로상에 배치되는 서브 갈바노 스캐너(23a)의 미러 각도에 의해, 가공 구멍의 위치 좌표 ( x, y)가 정 해진다. 또, β빔 Lβ에서도, 메인 갈바노 스캐너(26a, 26b)의 미러 각도에 더하여 β빔 Lβ의 광로상에 배치되는 서브 갈바노 스캐너(23b)의 미러 각도에 의해 가공 구멍의 위치 좌표 (β x, β y)가 정해진다. 그리고, 이들을 정리해 보면, 4 대 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도가 정해지면, 4 개의 가공 구멍 좌표 ( x, y, β x, β y; 2 개의 구멍에서 각각 X 좌표와 Y 좌표가 있기 때문에 4 변수)가 정해진다고 하는 사상의 관계에 있음을 알 수 있다.10 is a block diagram showing the coordinate relationship between the mirror angle of each galvano scanner and the hole to be machined in the laser processing apparatus according to the present invention. As shown in Fig. 10, in the laser processing apparatus according to the present invention, Beam L In addition to the mirror angles of the
이로 인하여, 이 실시 형태 4에서는 2 개의 가공 구멍의 좌표(4 개의 가공 구멍 좌표의 성분)를 구하기 위하여, 도 1O의 블록선도로 나타낸 사상의 역(逆)사상 모델을 사용하는 것을 특징으로 한다. 또, 도 1O에서, 2 개의 가공 구멍의 목표 위치 좌표 ( x, y, β x, β y)의 4 입력에 대하여, 그 구멍 좌표 ( x, y, β x, β y)에서의 가공을 실현하기 위하여 4 대 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도의 추정값(gae, gbe, gce, gde)인 4 변수를 출력하는 4 입력 4 출력인 것을 특징으로 한다. 그리고, 이 실시 형태 4에서 사용되는 역사상 모델은 4 입력 4 출력의 다항식을 포함하는 다항식 모델을 사용하여, 4 대 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도로부터 4 개의 가공 구멍 좌표 ( x, y, β x, β y)를 구하는 기능을 실현한다. 여기서, 다항식은 정수와 변수의 사칙 연산만으로 계산되는 수식을 말하고, 그 종류는 여러 가지로 생각할 수 있다.For this reason, in this Embodiment 4, in order to calculate the coordinates (components of four machining hole coordinates) of two machining holes, the inverse thought model of the idea shown by the block diagram of FIG. 10 is used, It is characterized by the above-mentioned. In Fig. 10, the target position coordinates of the two machining holes ( x , For 4 inputs of y , β x , β y ), the hole coordinates ( x , Four variables that are estimated values of the mirror angles (ga e , gb e , gc e , gd e ) of the four
이 실시 형태 4에서 사용되는 역사상 모델을, 행렬식을 사용한 수식으로 나 타내면 다음 식 (1)과 같이 된다. 여기서, Be는 4 대 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도의 추정값을 나타내는 행렬이고, A는 n차(n은 자연수)의 다항식 모델로 나타낸 목표 구멍 좌표를 나타내는 행렬이고, X는 행렬 A의 계수 행렬(또는 미지(未知) 파라미터 행렬)이다.When the historical model used in the fourth embodiment is represented by a mathematical formula using a determinant, the following equation (1) is obtained. Where B e is a matrix representing an estimated value of the mirror angles of the four
Be=AX ㆍㆍㆍ (1)B e = AX ... (1)
예를 들어, 1차의 다항식 모델의 경우에는 항수가 5개로 되는 다음 식 (2)과 같은 형태로 되고, 2차의 다항식 모델의 경우에는 항수가 15개로 되는 다음 식 (3)과 같은 형태로 되며, 3차의 다항식 모델의 경우에는 항수가 35개로 되는 다음 식 (4)와 같은 형태로 된다. 또한, 여기에 나타낸 다항식 이외에도, 예를 들어 식 (4)의 일부를 사용하는 등의 다항식 모델을 생각할 수 있음을 보충해 둔다.For example, in the case of the first-order polynomial model, five terms are shown in the following equation (2), and in the case of the second-order polynomial model, the number of terms is fifteen terms. In the case of the third-order polynomial model, 35 terms are obtained as shown in Equation (4). Note that in addition to the polynomials shown here, for example, a polynomial model such as using a part of equation (4) can be considered.
상기의 식에서 계수 행렬 X의 성분 k1 -l, k1 -2, ㆍㆍㆍ 는 다항식의 계수이고, 광학계의 특성에 맞추어 잠시 후에 설명할 캘리브레이션 방법에 의해 결정된다. 이들 (2) 식 ~ (4) 식에 나타난 바와 같이, 행렬 X는 다항식의 계수만으로 이루어진 행렬이다. 예를 들어, 1차의 다항식 모델의 경우에는 계수 행렬 X는 5×4의 행렬이고, 2차의 다항식 모델의 경우에는 계수 행렬 X는 15×4의 행렬이고, 3차의 다항식 모델의 경우에는 계수 행렬은 35×4의 행렬이다.The components k 1 -l , k 1 -2 ,... In the above-described equation are coefficients of the polynomial, and are determined by a calibration method to be explained later in accordance with the characteristics of the optical system. As shown in these formulas (2) to (4), the matrix X is a matrix consisting of only coefficients of the polynomial. For example, in the first-order polynomial model, the coefficient matrix X is a matrix of 5x4, in the second-order polynomial model, the coefficient matrix X is a 15x4 matrix, and in the third-order polynomial model The coefficient matrix is a 35 × 4 matrix.
다항식의 차수를 높게 하여 항수를 늘려 가면, 보다 정밀도가 높은 가공 구멍의 위치 제어를 행할 수 있으나, 그 다항식 모델의 계수 행렬을 구하기 위해서 보다 많은 데이터가 필요하게 된다. 임의 차수의 다항식을 사용할 수 있으나, 실험의 결과, 프린트 기판 등의 구멍내기용의 레이저 가공 장치의 경우에는 차수가 3차 이하의 모든 항으로 이루어진 다항식 모델(항수=35)를 사용하면, 요구 사양을 만족하는 정밀도의 역사상 모델을 만들 수 있음을 알 수 있었다.If the number of terms is increased by increasing the degree of the polynomial, more precise position control of the machining hole can be performed, but more data is required to obtain the coefficient matrix of the polynomial model. Any order polynomial can be used, but as a result of the experiment, in the case of a laser processing apparatus for drilling holes such as a printed board, if a polynomial model (number = 35) consisting of all terms of order 3 or less is used, It can be seen that a historical model of precision that satisfies
상기의 다항식 모델의 계수(미지 파라미터)를 구하기 위해서 캘리브레이션 처리가 필요하게 된다. 이 캘리브레이션 처리는 제어부(30)의 캘리브레이션 기능(31)에 의해 실현된다. 캘리브레이션 처리에서는 각 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도를 몇 가지의 값으로 할당하여 시험 가공을 행하고, 실제로 가공된 구멍 좌표를 CCD 카메라 등의 촬상 수단(29)으로 측정한다. 각 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 각도 데이터(ga, gb, gc, gd)와, 그 때에 가공된 구멍 좌표 데이터( x, y, β x, β y)로부터, 최소제곱법이나 가중최소제곱법 등의 방법을 사용하여 상기 다항식 모델의 계수(미지 파라미터)를 결정한다. 캘리브레이션 기능(31)으로 상기와 같이 하여 산출된 각 갈바노 스캐너의 미러 각도로부터 가공되는 2 개의 구멍 좌표 사상의 역사상 모델(다항식 모델)은 모델 격납 기능(32)에 격납된다.In order to obtain coefficients (unknown parameters) of the polynomial model described above, a calibration process is required. This calibration process is realized by the
이 캘리브레이션 처리에 있어서도 본 발명에 의한 레이저 가공 장치는 종래의 동시 다점 조사 타입의 레이저 가공 장치에 비해 작업 시간을 단축할 수 있다고 하는 현저한 효과를 발휘한다. 이것을 이하의 간단한 예로 비교하는 것에 의해 나타낸다.Also in this calibration process, the laser processing apparatus by this invention exhibits the remarkable effect that work time can be shortened compared with the conventional simultaneous multi-point irradiation type laser processing apparatus. This is shown by comparing the following simple examples.
본 발명과 종래의 캘리브레이션 처리에 있어서, 제1 세트째의 갈바노 스캐너(23a, 23b, 또는 224a, 224b)는 미러 각도를 각각 4 가지, 제2 세트째의 갈바노 스캐너(26a, 26b, 또는 226a, 226b)는 미러 각도를 각각 3 가지로 할당하여 시험 가공을 행하는 경우로 비교한다. 도 11은 종래의 동시 다점 조사형의 레이저 가공 장치를 사용한 경우의 가공 구멍 위치를 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명에 의한 레이저 가공 장치를 사용한 경우의 가공 구멍 위치를 나타낸다. 또한, 간단하게 하기 위해서, 여기서는 fθ 렌즈(28, 228)가 이상적이라고 가정하고, XY 테이블(11, 211)상에서 직선상으로 주사한 것으로 한다. 이들 도면에서, 횡축은 XY 테이블(11, 211)상의 X축을 나타내고 있고, 세로축은 XY 테이블(11, 211)상의 Y축을 나타내고 있다. 또, 「○」표시는 메인 빔(La) 또는빔 L에 의해 형성된 가공 구멍의 위치를 나타내고 있고, 「×」표시는 서브 빔(Lb) 또는 β빔 Lβ에 의해서 형성된 가공 구멍의 위치를 나타내고 있다.In the present invention and the conventional calibration process, the first set of
도 13은 캘리브레이션에 필요한 가공 구멍 수를 나타내는 도면이다. 종래의 레이저 가공 장치(도 14)로 시험 가공을 행하는 경우, 갈바노 스캐너의 미러 각도의 조합은 3×3×4×4=144 가지 있으나, 레이저 광(La, Lb)이 2 개이므로 확인하는 것은 288 가지 있다. 그러나, 광학계의 특성에 의해, 같은 위치에 가공되는 중복분이 존재한다. 예를 들어, 도 9의 블록선도로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 의한 동시 다점 조사형의 레이저 가공 장치에서 메인 빔(La)의 광학계는 갈바노 스캐너(224a, 224b)의 미러 위치에 상관없으므로, 확인하는 것은 3×3=9 가지로 된다. 즉, 위치가 같아지는 경우는 중복해서 가공할 필요가 없기 때문에, 확인이 필 요한 구멍 수는 288 가지보다 적게 되어 153 가지로 된다.It is a figure which shows the number of the process hole required for calibration. When performing a test process with a conventional laser processing apparatus (FIG. 14), there are 3 x 3 x 4 x 4 = 144 combinations of mirror angles of the galvano scanner, but the laser light (La, Lb) is two. There are 288 things. However, due to the characteristics of the optical system, there is an overlap processed at the same position. For example, as can be seen from the block diagram of Fig. 9, the optical system of the main beam La is correlated with the mirror positions of the
한편, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치로 시험 가공을 행하는 경우, 갈바노 스캐너의 미러 각도의 조합은 3×3×4=36 가지 있고, 레이저 광(L, Lβ)가 2개이므로 확인하는 것은 72 가지로 된다.On the other hand, when performing a test process with the laser processing apparatus by this invention, there are 3 * 3 * 4 = 36 combinations of the mirror angles of a galvano scanner, and laser light (L , L β ) are two, so there are 72 types of things to check.
이 간단한 예에 있어서조차, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 경우에서는 종래 기술에 비해, 캘리브레이션 시험 가공을 행하는 구멍 수를 81 개만큼 줄일 수 있다. 실제의 캘리브레이션 처리에서는 더욱 상세하게 갈바노 스캐너의 미러의 각도를 할당할 필요가 있기 때문에, 종래 기술과의 구멍 수의 차가 현저하게 된다. 캘리브레이션 처리에서는 이 시험 가공한 구멍의 좌표를 촬상 수단(29)으로 측정하지만, 구멍 수가 많으면 많을수록 이 측정 작업에 긴 시간이 소비된다.Even in this simple example, in the case of the laser processing apparatus according to the present invention, the number of holes for performing the calibration test machining can be reduced by 81 compared with the prior art. In the actual calibration process, it is necessary to assign the angle of the mirror of the galvano scanner in more detail, so that the difference in the number of holes from the prior art becomes remarkable. In the calibration process, the coordinates of this tested hole are measured by the imaging means 29. However, the larger the number of holes, the longer the time required for this measuring operation.
이상 설명한 바와 같은 캘리브레이션 처리에 의해서 계수 행렬이 구해지고, 다항식 모델의 계수가 결정된다. 그리고, 실제의 가공에 있어서는 제어부(30)의 가공 제어 기능(34)은 피가공물(12)상의 구멍을 뚫고 싶은 위치로서 XY 테이블(11)상의 좌표 ( x, y), (β x, β y)를 가공 정보 격납 기능(33)으로부터 취득하고, 모델 격납 기능(32)에 격납된 다항식 모델에 취득한 구멍을 뚫고 싶은 위치 좌표를 입력하여, 연산한 결과 얻어지는 갈바노 스캐너의 미러 각도(ga, gb, gc, gd)로 되도록 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 각도를 제어한다. 이상에 의해, 목표로 하는 피가공물(12)상의 위치에 구멍을 뚫을 수 있다.The coefficient matrix is obtained by the calibration process as described above, and the coefficients of the polynomial model are determined. And in the actual process, the
또한, 상기의 설명에서는 실시 형태 1의 레이저 가공 장치의 경우를 예로 들 었으나, 실시 형태 2, 3의 경우에도 동양으로 하여 다항식 모델을 사용하여 갈바노 스캐너(23a, 23b, 26a, 26b)의 미러 위치를 제어하는 것에 의해 가공 구멍의 위치를 제어할 수 있다.In the above description, the case of the laser processing apparatus of Embodiment 1 is taken as an example, but in the case of
이 실시 형태 4에 의하면, 제1 편광 수단(21)으로 분광되는 2 개의 광로상에 같은 수의 갈바노 스캐너를 배치하도록 했으므로, 캘리브레이션 처리에 필요한 가공 구멍 수를 줄일 수 있어 캘리브레이션 처리 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있다고 하는 현저한 효과를 갖는다. 또, 이와 같은 광학계를 갖는 레이저 가공 장치에 대해서는 4 대 갈바노 스캐너의 미러 각도로부터 가공되는 2 개의 구멍 좌표로의 사상에 대한 역사상 모델로 가공 구멍의 위치를 제어할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.According to the fourth embodiment, since the same number of galvano scanners are arranged on the two optical paths which are spectroscopically analyzed by the first
또한, 상술한 실시 형태 1 ~ 4에서는 2개로 분광된 레이저 광 각각의 광로상에는 3 개의 갈바노 스캐너가 배치된 예를 나타냈으나, 각각의 광로에서 같은 수이면, 임의 수의 갈바노 스캐너를 배치해도 된다. 또, 본 아이디어를 응용하여, 2개로 분광한 레이저 광을 추가로 2개로 분광하는 방법이나, 레이저 발진기를 복수대 준비하여 동시 가공 구멍 수를 늘려도 된다.In addition, in the above embodiments 1 to 4, an example in which three galvano scanners are arranged on each optical path of two spectroscopic laser beams is provided. However, if the same number is used in each optical path, any number of galvano scanners are arranged. You may also In addition, by applying the present idea, a method of spectroscopically analyzing two laser beams in two or a plurality of laser oscillators may be prepared to increase the number of simultaneous processing holes.
이상과 같이, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는 동시에 복수의 구멍 가공을 양호한 정밀도로 행하는 경우에 유용하다.As mentioned above, the laser processing apparatus which concerns on this invention is useful when carrying out several hole processing simultaneously with favorable precision.
도 1은 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 실시 형태 1의 구성을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structure of Embodiment 1 of the laser processing apparatus by this invention.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치의 fθ 렌즈의 전 초점 위치 부근의 갈바노 스캐너의 배치 관계를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the arrangement relationship of the galvano scanner in the vicinity of the full-focus position of the f (theta) lens of the laser processing apparatus of FIG.
도 3a은 가공 구멍 품질이 좋은 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.It is a figure which shows typically the state in which the process hole quality is good.
도 3b는 가공 구멍 품질이 나쁜 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.It is a figure which shows typically the state in which a machining hole quality is bad.
도 4는 가공 구멍 품질의 평가 방법의 일례를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows an example of the evaluation method of a process hole quality.
도 5a는 종래의 레이저 가공 장치에 있어서 메인 빔과 서브 빔의 가공 구멍 품질이 좋다고 판단되는 범위의 일례를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows an example of the range with which the processing hole quality of a main beam and a sub beam is judged good in the conventional laser processing apparatus.
도 5b가 본 실시 형태 1의 레이저 가공 장치에 있어서 빔과 β빔의 가공 구멍 품질이 좋다고 판단되는 범위의 일례를 나타내는 도면이다.5B shows the laser processing apparatus of the first embodiment. It is a figure which shows an example of the range in which the processing hole quality of a beam and a ( beta) beam is judged to be good.
도 6은 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 실시 형태 2의 구성을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the structure of
도 7a은 도 6의 레이저 가공 장치의 서브 갈바노 스캐너와 메인 갈바노 스캐너의 X축 방향에서 보았을 때의 배치 관계를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the arrangement relationship when it sees from the X-axis direction of the sub galvano scanner and main galvano scanner of the laser processing apparatus of FIG.
도 7b는 도 6의 레이저 가공 장치의 fθ 렌즈의 전 초점 위치 부근의 갈바노 스캐너의 배치 관계를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the arrangement relationship of the galvano scanner in the vicinity of the full-focus position of the f (theta) lens of the laser processing apparatus of FIG.
도 8은 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 실시 형태 3의 구성을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the structure of Embodiment 3 of the laser processing apparatus by this invention.
도 9는 종래의 동시 다점 조사형의 레이저 가공 장치에 있어서 각 갈바노 스캐너의 미러 각도와 가공되는 구멍의 좌표 관계를 나타내는 블록선도이다.9 is a block diagram showing the coordinate relationship between the mirror angle of each galvano scanner and the hole to be machined in the conventional simultaneous multi-point irradiation laser processing apparatus.
도 1O은 본 발명에 의한 레이저 가공 장치에 있어서 각 갈바노 스캐너의 미러 각도와 가공되는 구멍의 좌표 관계를 나타내는 블록선도이다.10 is a block diagram showing the coordinate relationship between the mirror angle of each galvano scanner and the hole to be machined in the laser processing apparatus according to the present invention.
도 11은 종래의 동시 다점 조사형의 레이저 가공 장치를 사용한 경우의 가공 구멍 위치를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the processing hole position at the time of using the conventional simultaneous multi-point irradiation type laser processing apparatus.
도 12는 본 발명에 의한 레이저 가공 장치를 사용한 경우의 가공 구멍 위치를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the processing hole position at the time of using the laser processing apparatus by this invention.
도 13은 캘리브레이션에 필요한 가공 구멍 수를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the number of the process hole required for calibration.
도 14는 동시 다점 조사 타입의 레이저 가공 장치 구조의 종래예를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the conventional example of the structure of the laser processing apparatus of simultaneous multi-point irradiation type.
<부호의 설명><Description of the code>
11 XY 테이블11 XY table
12 피가공물12 Workpiece
2O 레이저 발진기2O laser oscillator
21 제1 편광 수단21 first polarization means
22a ~ 22j, 24a, 24b, 27a, 27b 미러22a to 22j, 24a, 24b, 27a, 27b mirror
23a, 23b, 26, 26a, 26b 갈바노 스캐너23a, 23b, 26, 26a, 26b galvano scanner
25 제2 편광 수단25 second polarization means
28 fθ 렌즈28 fθ lens
29 촬상 수단29 Imaging means
3O 제어부3O control unit
31 캘리브레이션 기능31 Calibration Function
32 모델 격납 기능32 model containment features
33 가공 정보 격납 기능33 Machining information storage function
34 가공 제어 기능34 Machining Control Function
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