KR101399533B1

KR101399533B1 - 구멍뚫기 가공 방법 및 레이저 가공기

Info

Publication number: KR101399533B1
Application number: KR1020070078976A
Authority: KR
Inventors: 히데노리 다테이시; 마사루 후타아나; 유키 사에키; 야스노부 우에노
Original assignee: 비아 메카닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2014-05-30
Also published as: JP4272667B2; US7952050B2; JP2008073806A; KR20080027128A; CN101149613B; CN101149613A; US20080073329A1

Abstract

본 발명은, 테이블의 표면에 10㎛~ 30㎛정도의 요철(凹凸)이 존재하는 경우라도, 공작물 표면의 높이를 측정하는 시간을 짧게 할 수 있고, 가공 능률을 향상시킬 수 있는 구멍뚫기 가공 방법 및 레이저 가공기를 제공한다. 공작물(20)을 탑재하는 X-Y 테이블(6) 표면의 높이를 미리 격자형으로 측정하여 둔다. 가공에 앞서, X-Y 테이블(6) 상에 탑재된 공작물(20) 상면의 임의의 점 Pst(xs, yt)의 높이 Hst를 측정하고, 점 Pst를 둘러싸는 4점의 높이를 사용하여 연산에 의해, 점 Pst의 표면 높이 hst를 구하고, 측정된 높이 Hst와 연산에 의해 얻어진 높이 hst의 차이를 공작물(20)의 판두께 T로 한다. 그리고, 다른 가공 위치 Pef(xe, yf)에 있어서의 공작물(20) 상면의 높이 Hef는, 매트릭스형으로 측정한 테이블 표면의 높이로부터 연산되는 상기 위치에서의 높이 hef와 판두께 T의 합으로 하여 레이저의 결상(結像) 위치를 정한다.

구멍뚫기 가공 방법, 레이저 가공기, 공작물

Description

구멍뚫기 가공 방법 및 레이저 가공기 {PERFORATING METHOD AND LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 구멍뚫기 가공 방법, 및 레이저를 집광 렌즈에 의해 집광하고, 레이저의 결상(結像) 위치가 공작물의 표면으로부터 미리 정하는 거리로 되도록 상기 집광 렌즈를 높이 방향으로 위치결정하여 공작물을 가공하는 레이저 가공기에 관한 것이다.

공작물을 탑재하는 테이블의 표면이 평탄하고, 또한 공작물의 두께(판두께)가 대략 균일한 경우에는, 임의의 위치에 있어서의 공작물 상면의 높이를 측정하고, 얻어진 높이를 공작물 상면의 높이 방향의 위치로 할 수 있다. 공작물에 구멍을 가공하는 경우, 통상, 구멍의 깊이는 공작물의 표면을 기준으로 하여 지정되므로, 공작물 상면의 위치(높이)가 정해지면, 깊이 방향의 정밀도가 우수한 구멍을 가공할 수 있다.

또, 공작물의 판두께가 장소에 따라 불균해지는 경우에는, 가공하려는 개소마다 공작물 상면의 위치를 측정하거나, 공작물 상면의 높이를 복수 개소에서 측정하고, 그 평균값을 공작물 상면의 위치로 하여 가공을 하고 있었다.

또, 드릴을 사용하여 구멍을 가공하는 경우, 가공하려는 개소의 공작물의 표면 높이 Zn을 검출하고, 상기 높이 Zn와 상기 구멍뚫기 위치 직전부터 차례로 거슬러 올라가는 N개의 구멍뚫기 위치의 표면 높이의 평균값 Zm을 비교하여, (Zn -Zm)의 절대값이 소정값 δ 미만일 때는 구멍뚫기를 실시하고, 값 δ 이상에서는 상기 표면과 기판 억제판 사이에 칩 등이 걸려 있는 것으로 판단하여 기계를 정지시키고, 원인을 해결한 후에 구멍뚫기 가공을 재개하고 있었다(하기 특허 문헌).

최근, 소경의 구멍을 가공하는 수단으로서 레이저가 사용되도록 되었다. 레이저를 사용하여 구멍을 가공하는 경우, 어퍼쳐에 의해 레이저의 외형을 원하는 형상으로 정형하고, 렌즈에 의해 집광하여 어퍼쳐의 상(像)을 예를 들면, 공작물 표면에 결상시킨다. 이 경우, 결상 위치의 높이 방향의 어긋남의 허용값은 30㎛ 이내이다.

[특허 문헌] 일본국 특개평 9-277140호 공보

레이저의 경우, 가공 시간은 밀리초의 오더이므로, 특허 문헌과 같이 매회 공작물의 표면 높이를 측정하는 것은 실용적이지 않다. 또, 공작물 상면의 테이블 표면으로부터의 높이를 복수 개소로 한정하는 경우도, 측정 시간이 가공 시간에 비하여 매우 길어지므로, 토탈 가공 시간이 길어져, 실용적이지 않다.

그런데, 레이저로 구멍을 가공하는 공작물의 판두께는 일반적으로 대략 균일하므로, 공작물 상면의 임의의 1개소의 높이를 측정하면 가공 품질은 균일하게 되는 것으로 생각되고 있었다. 그러나, 공작물의 판두께가 균일한 경우라도, 가공 품질에 불균일이 발생하였다.

본 발명자는, 종래 평탄한 것으로 생각되고 있던 테이블 표면에는 10㎛~ 30㎛ 정도의 요철(凹凸)이 존재하는 경우가 있으므로, 이 요철의 고저차가 결상 위치의 높이 방향 어긋남의 허용값에 가까우므로, 가공 품질에 불균일이 발생하는 것을 발견하였다.

본 발명의 목적은, 테이블의 표면에 10㎛ ~ 30㎛ 정도의 요철이 존재하는 경우라도, 공작물 표면의 높이를 측정하는 시간을 짧게 할 수 있고, 가공 능률을 향상시킬 수 있는 구멍뚫기 가공 방법 및 레이저 가공기를 제공하는데 있다.

삭제

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 수단은, 구명뚫기 가공 방법으로서, 공작물을 탑재하는 테이블 표면의 미리 설정한 기준면으로부터의 높이를 격자형으로 측정하고, 측정한 격자점의 테이블 표면 높이를 기억해 두고, 가공에 앞서, 상기 테이블 상에 탑재된 판두께가 균일한 공작물 상면의 임의의 1점의 높이를 측정하고, 상기 임의의 1점의 테이블 표면 높이는, 상기 임의의 1점을 둘러싸는 최소 단위의 4개의 격자점의 상기 테이블 표면 높이를 사용하여 연산에 의해 구하고, 측정된 상기 공작물 상면의 1점의 높이와, 상기 연산에 의해 구해진 테이블 표면 높이의 차이를 상기 공작물의 판두께로 하고, 다른 가공 위치에 있어서의 상기 공작물 상면의 높이는, 상기 다른 가공 위치를 둘러싸는 4개의 최소의 격자점의 상기 테이블 표면 높이를 사용하여 연산되는 상기 가공 위치의 테이블 표면 높이에 상기 판두께를 가산한 높이로 하여, 상기 다른 가공 위치의 테이블 표면 높이에 상기 판두께를 가산한 높이를 공작물 상면의 높이로 하여 상기 다른 가공 위치의 구멍뚫기 가공을 행하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 제2 수단은, 레이저를 집광 렌즈에 의해 집광하고, 상기 레이저의 결상(結像) 위치가 공작물의 표면으로부터 미리 설정한 거리로 되도록 위치 결정 장치에 의해 상기 집광 렌즈를 상기 공작물 표면에 대하여 높이 방향으로 위치 결정하여 상기 공작물을 가공하는 레이저 가공기에 있어서, 상기 공작물을 탑재하는 테이블 표면의 미리 설정한 기준면으로부터의 높이를 격자형으로 측정하고, 측정한 격자점의 테이블 표면 높이 및 상기 테이블 상에 탑재된 판두께가 균일한 공작물 상면의 임의의 1점의 상기 기준면으로부터의 높이를 측정하는 측정 수단과, 상기 측정 수단에 의해 측정된 각 상기 격자점의 높이를 기억하는 기억 수단과, 상기 임의의 1점에 대응하는 테이블 표면 높이를, 상기 임의의 1점을 둘러싸는 최소 단위의 4개의 격자점의 상기 기억 수단에 기억된 테이블 표면 높이를 사용하여 연산에 의해 구하는 연산 수단을 구비하고, 상기 위치 결정 장치는, 상기 공작물 상면의 상기 임의의 1점의 높이와, 상기 연산 수단에 의해 구해진 상기 임의의 1점에 대응하는 테이블 표면의 높이의 차이를 상기 공작물의 판두께로 하고, 상기 기억 수단에 기억된 격자점의 테이블 높이에 기초하여 상기 연산 수단에 의해 구해진 다른 가공 위치에 있어서의 테이블 높이에 상기 판두께를 가산한 값을 다른 가공 위치에 있어서의 상기 공작물 상면의 높이로 하고, 상기 다른 가공 위치에 있어서의 공작물 상면에 대하여 상기 집광 렌즈를 높이 방향으로 위치결정하는 것을 특징으로 한다.

테이블의 표면에 10㎛~ 30㎛ 정도의 요철(凹凸)이 존재하는 경우라도, 임의의 1개소의 공작물 상면의 높이를 측정하는 것만으로, 다른 공작물 상면의 높이를 정밀도 양호하게 추정할 수 있으므로, 가공 품질을 저하시키지 않고 가공 능률을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 레이저 가공기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 있어서, 1점 쇄선으로 나타낸 레이저 가공기(1)의 도시하지 않은 베이스 상에는, 공작물(20)인 프린트 기판을 탑재하고, X축 구동 장치(11X) 및 Y축 구동 장치(11Y)에 의해 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동 가능한 X-Y 테이블(6)이 배치되어 있다. 그리고, X-Y 테이블(6)의 표면에는, 부압원(負壓源)에 접속되어 공작물(20)을 흡인하기 위한 다수의 소경의 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

베이스 상에 고정된 도시하지 않은 컬럼에는, 레이저를 출력하는 레이저 발진기(2), X-Y 테이블(6)의 상면 또는 공작물(20)의 상면의 위치(높이)를 측정하기 위한 센서(3), Z축 구동 장치(11Z)에 의해 컬럼 상을 X-Y 테이블(6)에 대하여 수직인 Z축 방향으로 이동 가능한 조사(照射) 헤드(10)가 배치되어 있다. 조사 헤드(10)에는, 레이저 발진기(2)로부터 출력된 펄스형의 레이저(5)를 2점 쇄선으로 나타낸 스캔 영역(7) 내의 원하는 위치에 위치결정하는 한쌍의 갈바노미러(9), 레 이저(5)를 집광하는 동시에 레이저(5)의 광축을 공작물에 대하여 수직으로 위치결정하는 fθ 렌즈(8), 갈바노미러(9)를 요동시키는 구동 장치(12) 등이 배치되어 있다.

NC 장치(13)는, 프린트 기판에서의 가공 개소의 좌표 등의 소요 데이터가 기술되어 있는 가공 프로그램(15) 및 키보드(16)로부터의 입력에 따라 레이저 가공기(1)로 소정의 제어 신호를 출력한다. NC 장치(13)에 접속된 기억 장치(14)는 소요 사항을 기억하고, CRT(17)는 입력 데이터나 가공 상황 등을 표시한다.

다음에, 본 발명의 동작을 설명한다.

도 2는, X-Y 테이블(6)의 평면도이다.

본 발명에서는, 가공에 앞서, X-Y 테이블(6)에 있어서의 공작물 탑재면의 기준면(예를 들면, 바닥면)으로부터의 높이(이하, 단지 「높이」라고 함)를 미리 측정하고, 얻어진 결과를 측정한 점(위치)의 XY좌표와 함께 기억 장치(24)에 기억시켜 둔다.

도시한 경우, X-Y 테이블(6)의 좌측 상단부로부터 a, b의 거리에 위치하는 점 P11의 좌표를 X-Y 테이블(6)의 원점(0, 0)으로 하고, 도면의 좌우 X방향으로 피치 p로 n열, 도면의 상하 Y방향으로 피치 q로 m행의 격자 상에 위치하는 격자점 Pij의 X좌표 xi, Y좌표 yj 및 높이 hij를 1세트로 하여 기억하여 둔다. 그리고, i, j는 정수(整數)이며, 1≤i≤n, 1≤j≤m이다. 또, 피치 p 및 피치 q로서는 fθ렌즈(8)의 직경에 의해 정해지는 스캔 영역(7)의 치수(예를 들면, 50mm)로 해도 되고, 또한 작은 값(예를 들면, 1mm)이라도 된다. 그리고, X-Y 테이블(6) 상의 임의 의 점 Pef(xe, yf)의 높이 hef를, 점 Pef를 둘러싸는 4개의 격자점의 높이를 사용하여,

… (수식 1)

에 의해 구한다.

여기서, i≤e≤i+1, j≤f≤j+1인 것으로 하고, i+1=I, j+1=J로 하면, 점 Pef를 둘러싸는 4점은, Pij, PIj, PiJ, PIJ의 4점이며, 높이는 각각 hij, hIj, hiJ, hIJ이다.

다음에, 판두께가 대략 균일한 공작물(20)을 가공하는 경우에 대하여 설명한다.

그리고, 격자점 Pij의 X좌표 xi, Y좌표 yj 및 높이 hij는 1세트로 하여 기억되어 있다. 또, 조사 헤드(10)를 이동 원점(또는 대기 위치)에 두었을 때의 fθ 렌즈(8)의 기준면으로부터의 높이는 미리 알려져 있다. 그리고, 품질이 우수한 가공을 행하기 위해서는, fθ 렌즈(8)와 공작물(20) 표면의 거리를 A, 즉 fθ 렌즈(8)를 공작물(20) 표면으로부터 A의 높이로 위치결정할 필요가 있다.

도 3은, 본 발명의 동작을 나타낸 플로차트이다.

가공에 앞서, 공작물(20)을 X-Y 테이블(6) 상에 배치하고, 부압원을 동작시킴으로써 공작물(20)을 X-Y 테이블(6)에 흡인시켜, 공작물(20)을 X-Y 테이블(6)에 밀착시켜 둔다.

도시하지 않은 가공 개시 버튼이 온되면, NC 장치(13)는 가공 프로그램을 참조하고, 센서(3)를 공작물 표면 높이의 측정 위치(여기서는, 점 Pst)에 위치결정하여, 점 Pst에 있어서의 공작물(20)의 상면의 위치(높이) Hst를 측정한다(스텝 S10). 다음에, 점 Pst의 테이블 표면 높이 hst는, 점 Pst를 둘러싸는 4개의 격자점의 높이를 수식 1에 대입하여 구하고(스텝 S20), 구해진 결과를

T= Hst-hst … (수식 2)

에 대입하여 공작물(20)의 판두께 T를 정한다(스텝 S30).

다음에, 미가공의 가공 개소 Pef의 유무를 확인하고, 미가공의 가공 개소 Pef가 있는 경우에는 스텝 S50의 처리를 행하고, 그 외의 경우에는 처리를 종료한다(스텝 S40). 스텝 S50에서는 미가공의 가공 개소 Pef의 높이 hef를 연산에 의해 구하고, 공작물(20)의 표면 높이 Hef를

Hef= T+hef …(수식 3)

에 의해 구하여(스텝 S60), fθ 렌즈(8)를 Hθ(단, Hθ= Hef+A)에 위치결정하고(스텝 S70), 가공을 행한 후(스텝 S80), 스텝 S40의 처리를 행한다.

이 결과, 공작물(20)의 어느 위치에 있어서도, 결상 위치는 공작물(20)의 상면으로부터 미리 정해진 위치(예를 들면, 표면)에 위치결정되므로, 품질이 우수한 구멍을 가공할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, X-Y 테이블(6)의 상면을 격자형으로 측정하여 둠으로써, 공작물(20)의 판두께 T를 1회 측정하는 것만으로, 공작물(20)의 어느 위치에 있어서도 품질이 우수한 가공을 행할 수 있을 뿐아니라, 가 공 시간을 단축할 수 있다.

그리고, 본 발명은, 레이저 가공기에 한정되지 않고, 예를 들면, 드릴을 사용하여 구멍을 가공하는 드릴 가공기에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 레이저 가공기의 구성도이다.

도 2는 X-Y 테이블의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 동작을 나타낸 플로차트이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

6; X-Y 테이블, 20; 공작물, Pst; 측정점,

Hst; 측정점 Pst에 있어서의 공작물(20) 상면의 높이(측정값),

hst; 측정점 Pst에 있어서의 X-Y 테이블(6)의 표면 높이,

Hef; 가공 위치 Pef에 있어서의 공작물(20) 상면의 높이(계산값),

Pef; 가공 위치, T; 공작물의 판두께,

hef; 가공 위치 Pef에 있어서의 X-Y 테이블(6)의 표면 높이

Claims

공작물을 탑재하는 테이블 표면의 미리 설정한 기준면으로부터의 높이를 격자형으로 측정하고, 측정한 격자점의 테이블 표면 높이를 기억해 두고,

가공에 앞서, 상기 테이블 상에 탑재된 판두께가 균일한 공작물 상면의 임의의 1점의 높이를 측정하고,

상기 임의의 1점의 테이블 표면 높이는, 상기 임의의 1점을 둘러싸는 최소 단위의 4개의 격자점의 상기 테이블 표면 높이를 사용하여 연산에 의해 구하고,

측정된 상기 공작물 상면의 1점의 높이와, 상기 연산에 의해 구해진 테이블 표면 높이의 차이를 상기 공작물의 판두께로 하고,

다른 가공 위치에 있어서의 상기 공작물 상면의 높이는, 상기 다른 가공 위치를 둘러싸는 4개의 최소의 격자점의 상기 테이블 표면 높이를 사용하여 연산되는 상기 가공 위치의 테이블 표면 높이에 상기 판두께를 가산한 높이로 하여,

상기 다른 가공 위치의 테이블 표면 높이에 상기 판두께를 가산한 높이를 공작물 상면의 높이로 하여 상기 다른 가공 위치의 구멍뚫기 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 가공 방법.
레이저를 집광 렌즈에 의해 집광하고, 상기 레이저의 결상(結像) 위치가 공작물의 표면으로부터 미리 설정한 거리로 되도록 위치 결정 장치에 의해 상기 집광 렌즈를 상기 공작물 표면에 대하여 높이 방향으로 위치 결정하여 상기 공작물을 가공하는 레이저 가공기에 있어서,

상기 공작물을 탑재하는 테이블 표면의 미리 설정한 기준면으로부터의 높이를 격자형으로 측정하고, 측정한 격자점의 테이블 표면 높이 및 상기 테이블 상에 탑재된 판두께가 균일한 공작물 상면의 임의의 1점의 상기 기준면으로부터의 높이를 측정하는 측정 수단과,

상기 측정 수단에 의해 측정된 각 상기 격자점의 높이를 기억하는 기억 수단과,

상기 임의의 1점에 대응하는 테이블 표면 높이를, 상기 임의의 1점을 둘러싸는 최소 단위의 4개의 격자점의 상기 기억 수단에 기억된 테이블 표면 높이를 사용하여 연산에 의해 구하는 연산 수단

을 구비하고,

상기 위치 결정 장치는,

상기 공작물 상면의 상기 임의의 1점의 높이와, 상기 연산 수단에 의해 구해진 상기 임의의 1점에 대응하는 테이블 표면의 높이의 차이를 상기 공작물의 판두께로 하고,

상기 기억 수단에 기억된 격자점의 테이블 높이에 기초하여 상기 연산 수단에 의해 구해진 다른 가공 위치에 있어서의 테이블 높이에 상기 판두께를 가산한 값을 다른 가공 위치에 있어서의 상기 공작물 상면의 높이로 하고,

상기 다른 가공 위치에 있어서의 공작물 상면에 대하여 상기 집광 렌즈를 높이 방향으로 위치결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기.