KR20210114874A - Apparatus for determination of processing sequence, Laser Processing Apparatus, and Laser Processing Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 2020년 3월 11일에 출원된 일본 특허출원 제2020-041934호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-041934 filed on March 11, 2020. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.
본 발명은, 펄스레이저빔을 차례로 입사시켜 가공하는 레이저가공방법에 있어서 가공순서를 결정하는 가공순서결정장치, 이 가공순서로 레이저가공을 행하는 레이저가공장치, 및 레이저가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a processing sequence determining device for determining a processing sequence in a laser processing method in which a pulsed laser beam is sequentially incident and processing, a laser processing apparatus for performing laser processing in this processing sequence, and a laser processing method.
빔주사기로 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시켜, 펀칭 등의 가공을 행하는 레이저가공장치가 알려져 있다. 레이저발진기로 펄스발진을 행하는 경우, 펄스에너지는, 펄스의 반복주파수에 의하여 변화한다. 복수의 피가공점에 있어서 가공조건을 동일하게 하기 위하여, 일정한 반복주파수로 펄스발진을 행하고 있다.A laser processing apparatus is known which moves an incident position of a pulsed laser beam with a beam scanner to perform processing such as punching. In the case of performing pulse oscillation with a laser oscillator, the pulse energy changes depending on the repetition frequency of the pulse. Pulse oscillation is performed at a constant repetition frequency in order to make the machining conditions the same at a plurality of machining points.
그러나, 펄스레이저빔의 입사가 종료된 피가공점부터 다음으로 입사시키는 피가공점까지의 거리가 먼 경우에는, 빔주사기에 의한 빔 입사위치의 이동이, 반복주파수에 따른 다음의 레이저펄스의 출력에 늦는 경우가 있다. 이 경우에는, 가공대상물에 대하여 레이저펄스를 입사시키지 않도록 전반(傳搬)광학계를 제어하여, 가공에 기여하지 않는 더미의 레이저발진을 실행한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).However, when the distance from the processing point where the incident of the pulsed laser beam is finished to the processing point where the pulsed laser beam is applied to the next is long, the movement of the beam incidence position by the beam scanner causes the output of the next laser pulse according to the repetition frequency. may be late for In this case, the propagation optical system is controlled so that the laser pulse is not incident on the object to be processed, and laser oscillation of the dummy that does not contribute to processing is performed (see, for example, Patent Document 1).
더미의 레이저발진이 실행되면, 더미의 레이저발진의 직전 및 직후의 2개의 펄스발진의 사이가, 2주기분의 간격으로 확산된다. 빔주사기에 의한 빔 입사위치의 이동시간이 2주기분보다 짧은 경우, 다음의 레이저발진을 행하기까지 불필요한 대기시간이 발생해 버린다. 이 대기시간이 누적됨으로써, 하나의 가공대상물에 대한 가공시간이 길어져 버린다. 다만, 가공시간 단축을 위하여, 빔 이동시간에 맞추어 펄스의 반복주파수를 변화시키면, 펄스에너지가 불안정하게 되어 버린다.When the laser oscillation of the dummy is executed, the interval between the two pulse oscillations immediately before and immediately after the laser oscillation of the dummy is spread at an interval of two cycles. When the movement time of the beam incident position by the beam scanner is shorter than two periods, an unnecessary waiting time is generated until the next laser oscillation is performed. By accumulating this waiting time, the processing time for one processing object becomes long. However, in order to shorten the processing time, if the repetition frequency of the pulse is changed according to the beam movement time, the pulse energy becomes unstable.
본 발명의 목적은, 펄스에너지의 안정화를 유지하면서, 가공시간의 단축화를 도모하는 것이 가능한 가공순서결정장치, 레이저가공장치, 및 레이저가공방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a processing sequence determining apparatus, a laser processing apparatus, and a laser processing method capable of reducing the processing time while maintaining the stabilization of pulse energy.
본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the present invention,
펄스레이저빔을 입사시켜 가공하는 복수의 피가공점의 가공순서를 결정하는 가공순서결정장치로서,A processing sequence determining device for determining the processing sequence of a plurality of processing points processed by inputting a pulsed laser beam, the processing sequence determining device comprising:
상기 복수의 피가공점의 위치정보에 근거하여, 가공순서가 연속하는 2개의 피가공점 간의 이동거리의 합계가 가장 짧아진다는 조건하에서 임시의 가공순서를 결정하고,Based on the positional information of the plurality of processing points, a temporary processing sequence is determined under the condition that the sum of the movement distances between two processing points in which the processing sequence is continuous is the shortest;
하나의 레이저펄스의 출력부터 다음의 레이저펄스의 출력까지의 사이에 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킬 수 있는 최장의 거리를 이동 가능 최장거리라고 정의했을 때,When the longest distance that can move the incident position of the pulsed laser beam between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is defined as the longest movable distance,
상기 피가공점 간의 이동거리의 각각을 상기 이동 가능 최장거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림하여 정수화하며,Each of the moving distances between the processing points is rounded up to an integer by rounding up the decimal point of the quotient divided by the longest movable distance,
정수화된 값을, 모든 상기 피가공점 간의 이동거리에 대하여 합계한 값이 작아지도록 상기 임시의 가공순서를 수정하여 실제의 가공순서로 하는 가공순서결정장치가 제공된다.There is provided a machining order determining device that corrects the temporary machining order so that the integerized value for the movement distances between all the machining points becomes smaller and becomes the actual machining order.
본 발명의 다른 관점에 의하면,According to another aspect of the present invention,
펄스레이저빔을 주사하여 출력함으로써, 기판으로의 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시키는 기능을 갖는 레이저광학계와,A laser optical system having a function of moving the incident position of the pulsed laser beam onto the substrate by scanning and outputting the pulsed laser beam;
상기 레이저광학계를 제어하여, 펄스레이저빔을 기판에 입사시킴과 함께, 입사위치를 이동시키는 제어장치를 갖고,and a control device for controlling the laser optical system to make the pulsed laser beam incident on the substrate and move the incident position;
상기 제어장치는, 상술한 가공순서결정장치를 구비하고 있으며, 상기 가공순서결정장치에 의하여 결정된 상기 실제의 가공순서에 근거하여, 기판의 피가공점에 펄스레이저빔을 입사시키는 레이저가공장치가 제공된다.The control device is provided with the above-described processing sequence determining device, and a laser processing device for injecting a pulsed laser beam onto the processing target point of the substrate based on the actual processing sequence determined by the processing sequence determining device. do.
본 발명의 다른 관점에 의하면,According to another aspect of the present invention,
기판 상에 분포하는 복수의 피가공점의 위치정보에 근거하여, 가공순서가 연속하는 2개의 피가공점 간의 이동거리의 합계가 가장 짧아진다는 조건하에서 임시의 가공순서를 결정하고,Based on the positional information of a plurality of processing points distributed on the substrate, a temporary processing sequence is determined under the condition that the sum of the movement distances between two processing points in which the processing sequence is continuous is the shortest;
하나의 레이저펄스의 출력부터 다음의 레이저펄스의 출력까지의 사이에 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킬 수 있는 최장의 거리를 이동 가능 최장거리라고 정의했을 때,When the longest distance that can move the incident position of the pulsed laser beam between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is defined as the longest movable distance,
상기 이동거리의 각각을 상기 이동 가능 최소거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림하여 정수화하며,Each of the movement distances is rounded up to an integer by rounding up the decimal point of the quotient divided by the minimum movable distance,
정수화된 값을, 모든 상기 이동거리에 대하여 합계한 값이 작아지도록 상기 임시의 가공순서를 수정하여 실제의 가공순서로 하고,The temporary processing order is modified so that the sum of the integer values for all the moving distances becomes small, and the actual processing order is made,
상기 실제의 가공순서로 상기 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 입사시켜 가공을 행하는 레이저가공방법이 제공된다.A laser processing method is provided in which a pulsed laser beam is incident on the plurality of processing target points in the actual processing sequence to perform processing.
피가공점 간의 이동거리가 이동 가능 최장거리보다 긴 경우, 이동 중에 더미의 레이저발진이 행해진다. 피가공점 간의 이동거리의 각각을 이동 가능 최장거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림한 값을, 모든 피가공점 간의 이동거리에 대하여 합계한 값은, 더미의 레이저발진을 행하는 횟수와 동일하다. 이 합계의 값을 작게 하면, 더미의 레이저발진의 횟수가 줄어, 가공시간을 단축하는 것이 가능해진다. 피가공점 간의 이동거리가 이동 가능 최장거리보다 긴 개소에서 더미의 레이저발진을 행함으로써, 펄스에너지의 안정성을 유지할 수 있다.When the movement distance between the processing target points is longer than the longest possible movement distance, laser oscillation of the dummy is performed during movement. The value obtained by rounding up the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the movement distances between the processing points by the longest possible movement distance, and the sum of the movement distances between all the processing points, is the same as the number of laser oscillations of the dummy. When the value of this sum is made small, the number of laser oscillations of the dummy is reduced, and it becomes possible to shorten the processing time. By oscillating the dummy laser at a location where the moving distance between the processing points is longer than the longest possible move, the stability of the pulse energy can be maintained.
도 1은, 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2의 2A는, 기판의 표면에 정의되어 있는 복수의 피가공점의 분포의 일례를 나타내는 도이며, 도 2의 2B는, 복수의 피가공점의 가공순서의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은, 레이저발진기로부터의 펄스레이저빔의 출력과, 빔주사기의 동작기간의 시간적인 관계를 나타내는 타이밍차트이다.
도 4는, 본 실시예에 의한 가공순서결정장치가 가공순서를 결정하고, 제어장치가 레이저가공의 제어를 행하는 수순을 나타내는 플로차트이다.
도 5의 5A는, 피가공점 간의 이동거리의 분포의 일례를 나타내는 히스토그램이며, 도 5의 5B는, 실제의 가공순서의 이동경로에 대하여, 피가공점 간의 이동거리의 도수(度數)를 나타내는 히스토그램이다.
도 6은, 임시의 가공순서 및 실제의 가공순서에 있어서의 피가공점의 가공순서를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment.
2A of FIG. 2 is a figure which shows an example of the distribution of the some to-be-processed point defined on the surface of a board|substrate, and 2B of FIG. 2 is a figure which shows an example of the processing procedure of a some to-be-processed point.
Fig. 3 is a timing chart showing the temporal relationship between the output of a pulsed laser beam from the laser oscillator and the operation period of the beam scanner.
Fig. 4 is a flowchart showing a procedure in which the processing sequence determining device according to the present embodiment determines the processing sequence and the control device controls the laser processing.
Fig. 5A is a histogram showing an example of the distribution of the movement distance between the processing points, and Fig. 5B is the frequency of the movement distance between the processing points with respect to the movement path of the actual processing procedure. is a histogram.
Fig. 6 is a schematic diagram showing a processing procedure of a processing target point in a temporary processing procedure and an actual processing procedure.
도 1~도 6을 참조하여 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다.A laser processing apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6 .
도 1은, 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다. 실시예에 의한 레이저가공장치는, 레이저광학계(10), 기판(40)을 지지하여 이동시키는 이동기구(30), 레이저광학계(10) 및 이동기구(30)를 제어하는 제어장치(20), 및 가공순서결정장치(25)를 포함한다.1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser processing apparatus according to the embodiment includes a laser
이하, 레이저광학계(10)의 구성에 대하여 설명한다. 레이저발진기(11)가 제어장치(20)로부터의 지령에 의하여, 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(11)로부터 출력된 펄스레이저빔은, 도광(導光)광학계(12) 및 애퍼처(13)를 통과하여, 음향광학소자(AOD)(14)에 입사된다. 도광광학계(12)는, 예를 들면 빔익스팬더 등을 포함한다. 음향광학소자(14)는, 제어장치(20)로부터의 지령에 의하여, 입사된 펄스레이저빔을 제1 경로(15A), 제2 경로(15B), 및 빔댐퍼(19)를 향하는 경로 중 어느 하나로 향하게 한다.Hereinafter, the configuration of the laser
제1 경로(15A)로 향해진 펄스레이저빔은, 빔주사기(16A) 및 집광렌즈(17A)를 통과하여, 가공대상물인 기판(40)에 입사된다. 제2 경로(15B)로 향해진 펄스레이저빔은, 폴드미러(18)로 반사되고, 빔주사기(16B) 및 집광렌즈(17B)를 통과하여, 가공대상물인 다른 기판(40)에 입사된다. 2매의 기판(40)은, 예를 들면 프린트배선기판이다.The pulsed laser beam directed to the
2매의 기판(40)에 각각 펄스레이저빔이 입사함으로써, 펀칭가공이 행해진다. 기판(40)의 표면 상에, 구멍을 형성해야 할 복수의 피가공점의 위치가 미리 결정되어 있다. 가공순서결정장치(25)는, 복수의 피가공점의 가공순서를 결정한다.When a pulsed laser beam is incident on the two
빔주사기(16A, 16B)로서, 예를 들면 한 쌍의 요동(搖動)미러를 포함하는 갈바노스캐너가 이용된다. 빔주사기(16A, 16B)는, 제어장치(20)로부터의 지령에 의하여, 레이저빔을 주사하고, 각각 2매의 기판(40)의 표면에 있어서 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킨다. 집광렌즈(17A, 17B)로서, 예를 들면 fθ렌즈가 이용된다.As the
2매의 기판(40)은 이동기구(30)의 가동테이블(31)의 수평인 지지면에 지지되어 있다. 이동기구(30)는, 제어장치(20)로부터의 지령에 의하여, 2매의 기판(40)을 지지면에 평행한 이차원방향으로 이동시킨다.The two
도 2의 2A는, 기판(40)의 표면에 정의되어 있는 복수의 피가공점(41)의 분포의 일례를 나타내는 도이다. 기판(40)의 표면에, 복수의 피가공점(41)이 정의되어 있다. 도 2의 2A에서는, 피가공점(41)을 원형의 기호로 나타내고 있지만, 실제로는, 기판(40)의 표면에 어떠한 마크가 부여되어 있는 것은 아니며, 복수의 피가공점(41)의 위치를 정의하는 위치데이터가 제어장치(20)에 기억되어 있다. 도 2의 2A에서는, 복수의 피가공점(41) 중 일부만을 나타내고 있다. 이동기구(30)(도 1)에 지지된 2매의 기판(40)에 정의되어 있는 복수의 피가공점(41)의 분포는 동일하다. 기판(40)의 외형은, 예를 들면 직사각형이다. 기판(40)의 네 모서리에, 각각 얼라인먼트마크(42)가 마련되어 있다.2A of FIG. 2 is a figure which shows an example of the distribution of the some to-
기판(40)의 표면에 복수의 스캔에어리어(45)가 정의되어 있다. 스캔에어리어(45)의 각각의 형상은 정사각형이며, 그 크기는, 빔주사기(16A, 16B)(도 1)의 각각을 동작시켜 펄스레이저빔을 주사함으로써, 펄스레이저빔을 입사시킬 수 있는 범위의 크기와 대략 동일하다. 기판(40) 상의 모든 피가공점(41)이 어느 하나의 스캔에어리어(45) 내에 포함되도록, 복수의 스캔에어리어(45)가 배치된다. 복수의 스캔에어리어(45)는 부분적으로 중첩되는 경우가 있고, 피가공점(41)이 분포되어 있지 않은 영역에는 스캔에어리어(45)가 배치되지 않는 경우도 있다.A plurality of
하나의 스캔에어리어(45)를 집광렌즈(17A, 17B)(도 1) 중 일방의 바로 아래로 이동시키고, 그 스캔에어리어(45) 내의 복수의 피가공점(41)에 펄스레이저빔을 차례로 입사시킴으로써, 그 스캔에어리어(45)의 가공이 행해진다. 하나의 스캔에어리어(45)의 가공이 종료되면, 이동기구(30)(도 1)를 동작시켜, 다음으로 가공해야 할 스캔에어리어(45)를, 집광렌즈(17A, 17B) 중 일방의 바로 아래로 이동시킨다. 도 2의 2A에 있어서, 스캔에어리어(45)의 가공순서를 화살표로 나타내고 있다.One
도 2의 2B는, 복수의 피가공점(41)의 가공순서의 일례를 나타내는 도이다. 복수의 피가공점(41)에, 가공순서대로 일련번호가 부여되어 있다. 빔주사기(16A, 16B)(도 1)를 동작시켜, 일련번호의 순서대로, 복수의 피가공점(41)에 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 하나의 스캔에어리어(45)의 가공을 행한다. 도 2의 2B에 있어서, 복수의 피가공점(41)의 가공순서를 화살표로 나타내고 있다. 복수의 피가공점(41)의 가공순서는, 가공순서결정장치(25)에 의하여 결정된다. 본 명세서에 있어서, 하나의 피가공점(41)부터, 다음의 일련번호가 매겨진 피가공점(41)까지의 직선경로의 길이를 간단히 "피가공점 간의 이동거리"라고 한다.2B of FIG. 2 is a figure which shows an example of the processing procedure of the some to-
도 3은, 레이저발진기(11)(도 1)로부터의 펄스레이저빔의 출력과, 빔주사기(16A, 16B)(도 1)의 동작기간의 시간적인 관계를 나타내는 타이밍차트이다. 여기에서, "빔주사기(16A, 16B)의 동작기간"이란, 펄스레이저빔을 입사시키는 위치의 이동의 개시부터 이동완료까지의 시간을 의미한다.Fig. 3 is a timing chart showing the temporal relationship between the output of the pulsed laser beam from the laser oscillator 11 (Fig. 1) and the operation period of the
레이저발진기(11)로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수는 일정하다. 제어장치(20)는, 레이저펄스의 하강 후, 빔주사기(16A, 16B)를 동작시켜, 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킨다. 여기에서, "펄스레이저빔"은, 유도방출에 의한 광증폭으로 펄스적으로 방사되는 광빔을 의미하고, "레이저펄스"는, 펄스레이저빔의 하나하나의 펄스를 의미한다. 입사위치가 제어장치(20)로부터의 지령위치로 정정되면, 빔주사기(16A, 16B)가 제어장치(20)에 이동완료를 통지한다. 빔주사기(16A, 16B)의 동작시간(입사위치의 이동개시부터 이동완료까지의 시간)은, 피가공점 간의 이동거리에 의존한다. 이 때문에, 빔주사기(16A, 16B)의 동작시간은, 소정 범위 내에 확산된 분포를 갖는다.The repetition frequency of the pulses of the pulsed laser beam output from the
펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수를, 빔주사기(16A, 16B)의 동작시간의 최댓값에 맞추어 설정하면, 대부분의 피가공점(41)에 있어서, 펄스레이저빔의 입사위치의 이동완료부터 레이저펄스의 입사까지의 대기시간이 길어져 버린다. 그 결과, 가공시간이 길어져 버린다.When the repetition frequency of the pulse of the pulsed laser beam is set to match the maximum value of the operation time of the
펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수를, 빔주사기(16A, 16B)의 동작시간의 편차의 중간의 값에 맞추어 설정하면, 레이저펄스를 출력시키는 시점에서 빔주사기(16A, 16B)의 동작이 완료되고 있지 않은 경우가 발생한다. 레이저펄스를 출력시키는 시점에서 빔주사기(16A, 16B)의 동작이 완료되고 있지 않은 경우, 제어장치(20)는, 음향광학소자(14)(도 1)를 제어하여, 레이저펄스를 빔댐퍼(19)(도 1)로 향하게 한다. 이 때문에, 빔주사기(16A, 16B)의 동작이 완료되고 있지 않은 상태에서는, 레이저펄스는 기판(40)에 입사되지 않는다. 본 명세서에 있어서, 빔댐퍼(19)로 향하게 하는 레이저펄스를 무효펄스(LPd)라고 한다. 무효펄스(LPd)와 구별하기 위하여, 기판(40)에 입사시키는 레이저펄스를 유효펄스(PDe)라고 한다. 도 3에 있어서, 유효펄스(PDe)에 상대적으로 짙은 해칭을 부여하고, 무효펄스(LPd)에 상대적으로 옅은 해칭을 부여하고 있다.If the repetition frequency of the pulse of the pulsed laser beam is set according to the middle value of the deviation of the operation time of the
가공시간을 짧게 하기 위하여, 빔주사기(16A, 16B)의 동작 완료부터 레이저펄스의 출력까지의 대기시간(Tw)을 짧게 하고, 또한 무효펄스(LPd)의 개수를 삭감하는 것이 바람직하다.In order to shorten the processing time, it is preferable to shorten the waiting time Tw from the completion of the operation of the
도 4는, 본 실시예에 의한 가공순서결정장치(25)가 가공순서를 결정하고, 제어장치(20)가 레이저가공의 제어를 행하는 수순을 나타내는 플로차트이다.Fig. 4 is a flowchart showing a procedure in which the processing
먼저, 가공순서결정장치(25)가, 복수의 피가공점(41)의 위치정보에 근거하여 복수의 스캔에어리어(45)의 배치를 결정한다(스텝 S1). 이때, 모든 피가공점(41)의 각각이, 적어도 하나의 스캔에어리어(45)에 포함되고, 또한 스캔에어리어(45)의 수가 최소가 되도록 복수의 스캔에어리어(45)를 배치한다. 복수의 스캔에어리어(45)가 중첩되어 있는 영역에 위치하는 피가공점(41)은, 복수의 스캔에어리어(45) 중 하나의 스캔에어리어(45)에 배분한다.First, the processing
다음으로, 가공순서결정장치(25)는, 가동테이블(31)(도 1)의 이동거리가 최소가 되도록, 복수의 스캔에어리어(45)의 방문순서를 결정한다(스텝 S2). 스캔에어리어(45)의 방문순서의 결정에는, 예를 들면 순회세일즈맨문제를 푸는 다양한 알고리즘을 적용할 수 있다.Next, the processing
스캔에어리어(45)의 방문순서를 결정하면, 스캔에어리어(45)마다 스텝 S3, S4, S5를 실행함으로써, 스캔에어리어(45)에 속하는 복수의 피가공점(41)의 가공순서를 결정한다.When the visit order of the
먼저, 복수의 피가공점(41)의 위치정보에 근거하여, 가공순서가 연속하는 2개의 피가공점(41)의 사이의 이동거리의 합계가 최단이 된다는 조건하에서, 임시의 가공순서를 결정한다(스텝 S3). 이하, 임시의 가공순서를 결정하는 방법에 대하여 설명한다.First, on the basis of the positional information of the plurality of processing points 41, a temporary processing sequence is determined under the condition that the sum of the movement distances between two
임의의 하나의 피가공점(41)을 개시점으로 하고, 모든 피가공점(41)을 1회씩 통과하여 개시점으로 되돌아가는 순환경로의 길이가 가장 짧아진다는 조건하에서, 최단의 순환경로를 결정한다. 최단의 순환경로의 결정에는, 예를 들면 순회세일즈맨문제를 푸는 공지의 알고리즘을 이용할 수 있다. 적용되는 알고리즘으로서, 예를 들면 니어리스트네이버법, 멀티플프래그먼트법, 2옵토법, 3옵토법, 린앤드커니핸법(LK법), ITERATRD-LK법, CHAINED-LK법, ITERATED-3옵토법, CHAINED-3옵토법 등을 들 수 있다. 여기에서, "최단의 순환경로"는, 모든 조합을 평가하여 얻어진 최적해(最適解)를 의미하는 것은 아니며, 예를 들면 국소탐색알고리즘 등의, 어느 정도의 레벨로 최적해에 가까운 해를 얻을 수 있는 알고리즘을 이용하여 얻어진 순환경로여도 된다.Under the condition that any one to-
순환경로의 모든 피가공점 간의 경로 중 이동거리가 가장 긴 경로를 절단하고, 절단된 경로의 양단의 피가공점(41) 중 일방을 개시점으로 하며, 타방을 종점으로 한다. 개시점의 피가공점(41)으로부터 순환경로를 따라 종점을 향할 때에 통과하는 피가공점(41)의 순번을 임시의 가공순서로 한다.The path with the longest moving distance among the paths between all the processing points of the circulation path is cut, and one of the processing points 41 at both ends of the cut path is taken as a starting point, and the other is taken as an end point. Let the order of the to-
다음으로, 임시의 가공순서에 있어서의 피가공점 간의 이동거리의 분포에 근거하여, 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수를 결정한다(스텝 S4). 도 5의 5A를 참조하여, 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수의 결정방법에 대하여 설명한다.Next, the repetition frequency of the pulses of the pulsed laser beam is determined based on the distribution of the movement distances between the processing target points in the temporary processing procedure (step S4). With reference to 5A of FIG. 5, the determination method of the repetition frequency of the pulse of a pulsed laser beam is demonstrated.
도 5의 5A는, 피가공점 간의 이동거리의 분포의 일례를 나타내는 히스토그램이다. 가로축은 피가공점 간의 이동거리를 나타내고, 세로축은 도수를 나타낸다. 길이가 L1 이상 L2 미만인 이동거리의 도수가 가장 많다. 이동거리가 L1 이상 L2 미만인 범위로부터 길어지는 방향 및 짧아지는 방향으로 멀어짐에 따라, 도수가 적어진다. 제어장치(20)는, 이동거리의 최빈값에 상당하는 범위에 근거하여, 펄스의 반복주파수를 결정한다. 예를 들면, 레이저발진의 1주기의 동안에 입사위치를 이동할 수 있는 최대길이가, 최빈값에 상당하는 범위의 최댓값인 길이 L2와 동일해지도록, 펄스의 반복주파수를 결정한다.5A of FIG. 5 is a histogram showing an example of the distribution of the movement distance between the processing target points. The horizontal axis represents the moving distance between the processing target points, and the vertical axis represents the frequency. The frequency of movement distances with a length of L1 or more and less than L2 is the highest. The frequency decreases as the moving distance increases in the lengthening direction and in the shortening direction from the range of L1 or more and less than L2. The
펄스의 반복주파수를 결정하면, 무효펄스(LPd)의 개수가 가장 적어지도록, 임시의 가공순서를 수정하여 실제의 가공순서를 결정한다(스텝 S5).When the repetition frequency of the pulses is determined, the actual processing sequence is determined by correcting the temporary processing sequence so that the number of invalid pulses LPd is the smallest (step S5).
이하, 무효펄스(LPd)의 개수의 산출방법에 대하여 설명한다. 하나의 레이저펄스의 출력부터 다음의 레이저펄스의 출력까지의 사이에 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킬 수 있는 최장의 거리를 "이동 가능 최장거리"라고 하는 것으로 한다. 피가공점 간의 이동거리의 각각을 이동 가능 최장거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림한 값이, 당해 피가공점 간의 이동 시에 출력하는 무효펄스(LPd)의 개수와 동일하다. 피가공점 간의 이동거리의 각각을 이동 가능 최장거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림하여 정수화한다. 이 정수화된 값을, 모든 피가공점 간의 이동거리에 대하여 합계한 값이 무효펄스(LPd)의 총 개수와 동일하다.Hereinafter, a method of calculating the number of invalid pulses LPd will be described. The longest distance at which the incident position of the pulsed laser beam can be moved between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is referred to as the "movable longest distance". A value obtained by rounding up the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the movement distances between the processing points by the longest possible movement distance is the same as the number of invalid pulses LPd output during movement between the processing points. Each of the movement distances between the processing points is rounded up to the decimal point of the quotient divided by the longest possible movement distance and converted to an integer. The sum of these integer values for the movement distances between all the processing points is equal to the total number of invalid pulses LPd.
다음으로, 임시의 가공순서를 수정하는 방법에 대하여 설명한다. 제1 평가함수로서, 피가공점 간의 이동거리의 합계가 짧을수록 평가값이 작아지는 평가함수를 이용한다. 제2 평가함수로서, 피가공점 간의 이동거리의 각각을 이동 가능 최장거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림한 값을, 모든 이동거리에 대하여 합계한 값이 작을수록 평가값이 작아지는 평가함수를 이용한다. 임시의 가공순서의 순번을 수정한 가공순서에 대하여, 제1 평가함수 및 제2 평가함수의 평가값의 가중평균값을 계산한다. 이 평가값의 가중평균값이 작아지도록 가공순서를 변경하는 수순을 반복하여, 평가값의 가중평균값이 최솟값에 수렴되면, 그 때의 가공순서를 실제의 가공순서로서 채용한다. 가중평균값을 구할 때의 가중값부여는, 가중값부여가 다른 조건으로 다양한 평가실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 결정하면 된다.Next, a method for correcting the temporary processing order will be described. As the first evaluation function, an evaluation function in which the evaluation value becomes smaller as the sum of the moving distances between the processing target points is shorter is used. As the second evaluation function, a value obtained by rounding up the decimal point of the quotient obtained by dividing each of the moving distances between the processing points by the longest moving distance, and an evaluation function in which the evaluation value becomes smaller as the sum of all moving distances is smaller use it A weighted average value of the evaluation values of the first evaluation function and the second evaluation function is calculated for the processing sequence in which the order of the temporary processing sequence is corrected. The procedure for changing the processing order is repeated so that the weighted average value of the evaluation value becomes small. When the weighted average value of the evaluation value converges to the minimum value, the processing procedure at that time is adopted as the actual processing procedure. The weighting when obtaining the weighted average value may be determined based on the results of various evaluation experiments conducted under different weighting conditions.
도 5의 5B는, 실제의 가공순서의 이동경로에 대하여 구한 피가공점 간의 이동거리의 도수를 나타내는 히스토그램이다. 도 5의 5B에 있어서, 임시의 가공순서의 이동경로에 대하여 구한 피가공점 간의 이동거리의 도수를 파선으로 나타내고 있다. 이동거리의 최빈값보다 긴 이동거리의 도수가, 임시의 가공순서일 때와 비교하여 적어져 있다. 이로써, 무효펄스(LPd)의 개수가 적어진다.5B in Fig. 5 is a histogram showing the frequency of the movement distance between the processing target points obtained with respect to the movement path of the actual processing procedure. In Fig. 5B, the frequency of the movement distance between the processing target points obtained with respect to the movement path of the temporary processing procedure is indicated by a broken line. The frequency of the movement distance longer than the mode value of the movement distance is decreased compared with the case of the temporary processing procedure. Accordingly, the number of invalid pulses LPd is reduced.
실제의 가공순서일 때에 이동거리의 최빈값보다 긴 이동거리의 도수가 적어진 것에 대응하여, 이동거리가 길어진 부분이 발생한다. 이동거리가 길어진 부분의 발생이 히스토그램에 반영되어, 최빈값의 도수가 증가하고 있다. 또한, 이동거리가 최빈값 이하인 범위에서, 상대적으로 짧은 이동거리의 도수가 적어지고, 상대적으로 긴 이동거리의 도수가 증가하고 있다. 최빈값 이하의 범위에서 이동거리가 길어져도, 그 이동거리가 이동 가능 최대거리 이하이면, 무효펄스(LPd)의 개수는 증가하지 않는다. 이 때문에, 실제의 가공순서에 있어서의 개시점부터 종점까지의 이동경로는, 임시의 가공순서에 있어서의 이동경로보다 길지만, 무효펄스(LPd)의 개수는 적어진다.In the actual processing sequence, a portion with a longer movement distance occurs in response to a decrease in the frequency of the movement distance longer than the mode value of the movement distance. The occurrence of a portion with a longer moving distance is reflected in the histogram, and the frequency of the mode is increasing. In addition, in the range in which the moving distance is less than or equal to the mode, the frequency of the relatively short moving distance is decreased and the frequency of the relatively long moving distance is increasing. Even if the movement distance is increased in the range less than the mode value, if the movement distance is less than the maximum possible movement distance, the number of invalid pulses LPd does not increase. For this reason, although the movement path from the start point to the end point in the actual processing procedure is longer than the movement path in the temporary processing procedure, the number of invalid pulses LPd is reduced.
실제의 가공순서가 결정되면, 펄스의 반복주파수를 일정하게 한 조건으로, 실제의 가공순서에 근거하여 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시켜, 기판(40)의 레이저가공을 행한다(스텝 S6). 이때, 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수는, 이동거리의 최빈값으로부터 결정한 값으로 설정한다.When the actual processing sequence is determined, the laser processing of the
다음으로, 도 6을 참조하여, 임시의 가공순서의 이동경로, 및 그것을 수정한 실제의 가공순서의 이동경로의 일례에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 6, an example of the movement path|route of a temporary processing procedure and the movement path of the actual processing procedure which corrected it is demonstrated.
도 6은, 임시의 가공순서 및 실제의 가공순서에 있어서의 일부의 피가공점의 가공순서를 나타내는 모식도이다. 임시의 가공순서에서는, 예를 들면 피가공점이 A, B, C…I, J, K의 차례로 가공된다. 이 가공순서는, 도 6에 나타낸 6개의 피가공점(41)뿐만 아니라, 다른 모든 피가공점(41)을 포함시켜 전체적으로 이동거리가 가장 짧아지도록 결정된 일례이다.Fig. 6 is a schematic diagram showing a temporary processing procedure and a processing procedure of some to-be-processed points in an actual processing procedure. In the temporary processing sequence, for example, the processing target points are A, B, C... It is processed in order of I, J, and K. This processing sequence is an example in which the movement distance is determined to be the shortest overall by including not only the six
피가공점 A부터 B까지, 및 피가공점 I부터 J까지의 이동거리는, 이동 가능 최장거리보다 짧기 때문에, 그 이동의 동안에 무효펄스(LPd)는 출력되지 않는다. 피가공점 B부터 C까지, 및 피가공점 J부터 K까지의 이동거리는, 이동 가능 최장거리보다 길기 때문에, 그 이동의 동안에, 무효펄스(LPd)가 출력된다. 무효펄스(LPd)가 출력되는 시점에 있어서의 펄스레이저빔의 입사위치 X, Y를 속이 막힌 까만 동그라미 기호로 나타내고 있다.Since the movement distances from the processing target points A to B and the processing target points I to J are shorter than the longest possible movement distance, the invalid pulse LPd is not output during the movement. Since the movement distances from the processing target points B to C and the processing target points J to K are longer than the longest possible movement distance, an invalid pulse LPd is output during the movement. The incident positions X and Y of the pulsed laser beam at the point in time when the invalid pulse LPd is output are indicated by black circle symbols.
실제의 가공순서에서는, 임시의 가공순서의 이동경로 ABC가 이동경로 AJC로 수정되고, 임시의 가공순서의 이동경로 IJK가 이동경로 IBK로 수정되어 있다. 실제의 가공순서의 이동경로 AJC와 이동경로 IBK의 합계의 길이는, 임시의 가공순서의 이동경로 ABC와 이동경로 IJK의 합계의 길이보다 길다. 피가공점 A부터 J까지, 피가공점 J부터 C까지, 피가공점 B부터 K까지의 이동거리는 이동 가능 최장거리보다 짧다. 피가공점 I부터 B까지의 이동거리는, 이동 가능 최장거리보다 길다. 이 때문에, 이 이동의 동안에, 무효펄스(LPd)가 출력된다. 무효펄스(LPd)가 출력되는 시점의 입사위치 Z를 속이 막힌 까만 동그라미 기호로 나타내고 있다.In the actual machining procedure, the movement path ABC of the temporary machining procedure is corrected to the movement path AJC, and the movement path IJK of the temporary processing procedure is corrected to the movement path IBK. The length of the sum of the movement path AJC and the movement path IBK of the actual machining procedure is longer than the length of the sum of the movement path ABC and the movement path IJK of the temporary machining procedure. The moving distances from the processing points A to J, from the processing points J to C, and from the processing points B to K are shorter than the longest possible movement distance. The moving distance from the processing target points I to B is longer than the longest possible moving distance. For this reason, during this movement, the invalid pulse LPd is output. The incident position Z at the point in time when the invalid pulse LPd is output is indicated by a solid black circle symbol.
도 6에 나타낸 예에서는, 임시의 가공순서일 때에 무효펄스(LPd)의 개수가 2개인 것에 대하여, 실제의 가공순서일 때에는, 무효펄스(LPd)의 개수가 1개이다. 이와 같이, 실제의 가공순서에 있어서는, 임시의 가공순서와 비교하여, 입사위치의 이동경로의 합계의 길이가 길어져 있지만, 무효펄스(LPd)의 개수는 감소되어 있다.In the example shown in Fig. 6, the number of invalid pulses LPd is one in the case of the actual processing procedure, whereas the number of invalid pulses LPd is two in the temporary processing procedure. As described above, in the actual machining procedure, compared with the temporary machining procedure, the total length of the movement paths of the incident position is longer, but the number of invalid pulses LPd is reduced.
다음으로, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of the above embodiment will be described.
상기 실시예에서는, 펄스레이저빔의 입사위치의 이동경로의 길이가 최소가 된다는 조건으로 결정한 임시의 가공순서로 가공할 때의 무효펄스의 개수보다 무효펄스의 개수를 적게 할 수 있다. 하나의 스캔에어리어(45) 내의 가공시간은, 피가공점(41)에 입사되는 레이저펄스의 개수와 무효펄스의 개수의 합계에, 레이저펄스의 반복주기를 곱한 값과 동일하다. 피가공점(41)에 입사되는 레이저펄스의 개수는 불변(不變)이기 때문에, 무효펄스의 개수가 적어지면, 스캔에어리어(45) 내의 가공시간이 짧아진다.In the above embodiment, the number of invalid pulses can be made smaller than the number of invalid pulses when processing in the temporary processing sequence determined on the condition that the length of the movement path at the incident position of the pulsed laser beam is minimized. The processing time in one
상기 실시예에서는, 무효펄스의 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 가공시간의 단축화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 상기 실시예에서는, 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수를 일정하게 하여 가공을 행하기 때문에, 레이저펄스마다의 펄스에너지의 편차를 저감시키고, 그 결과, 가공품질을 높일 수 있다.In the above embodiment, since the number of ineffective pulses can be reduced, it becomes possible to shorten the machining time. Further, in the above embodiment, since the processing is performed with a constant repetition frequency of the pulses of the pulsed laser beam, the variation in pulse energy for each laser pulse can be reduced, and as a result, the processing quality can be improved.
다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.Next, a modified example of the above embodiment will be described.
상기 실시예에서는, 피가공점 간의 이동거리의 최빈값(도 5의 5A)에 근거하여, 펄스의 반복주파수를 결정하고 있지만, 그 외의 방법으로 펄스의 반복주파수를 결정해도 된다. 예를 들면, 피가공점 간의 이동거리의 평균값, 중앙값 등에 근거하여, 펄스의 반복주파수를 결정해도 된다. 그 외에, 레이저발진기(11)(도 1)의 특성 등에 근거하여, 펄스의 반복주파수를 결정해도 된다.Although the repetition frequency of a pulse is determined based on the mode (5A of FIG. 5) of the movement distance between to-be-processed points in the said embodiment, the repetition frequency of a pulse may be determined by another method. For example, the repetition frequency of a pulse may be determined based on the average value, a median value, etc. of the movement distance between to-be-processed points. Alternatively, the repetition frequency of the pulse may be determined based on the characteristics of the laser oscillator 11 (FIG. 1) and the like.
또, 상기 실시예에서는, 레이저가공을 행할 때(도 4의 스텝 S6)에, 펄스의 반복주파수를 일정하게 하고 있지만, 펄스에너지의 충분한 균일성이 유지되는 범위에서, 펄스의 반복주파수를 변화시켜도 된다. 이 경우, 펄스의 반복주파수를 변화시키는 범위의 최고의 주파수에 근거하여, 이동 가능 최장거리를 결정하면 된다.Further, in the above embodiment, the repetition frequency of the pulse is kept constant when laser processing is performed (step S6 in Fig. 4), but within a range in which sufficient uniformity of the pulse energy is maintained, even if the repetition frequency of the pulse is changed do. In this case, based on the highest frequency of the range in which the repetition frequency of the pulse is changed, the longest distance that can be moved may be determined.
상기 실시예에서는, 도 1에 있어서 제어장치(20)와 가공순서결정장치(25)를 별도로 표기하고 있지만, 가공순서결정장치(25)의 기능을 제어장치(20)에 도입해도 된다.In the above embodiment, although the
상술한 실시예는 예시이며, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.The above-described embodiment is an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
10 레이저광학계
11 레이저발진기
12 도광광학계
13 애퍼처
14 음향광학소자
15A 제1 경로
15B 제2 경로
16A, 16B 빔주사기
17A, 17B 집광렌즈
18 폴드미러
19 빔댐퍼
20 제어장치
25 가공순서결정장치
30 이동기구
31 가동테이블
40 기판
41 피가공점
42 얼라인먼트마크
45 스캔에어리어10 laser optics
11 laser oscillator
12 light guide optical system
13 aperture
14 Acousto-optical device
15A first route
15B second route
16A, 16B beam syringe
17A, 17B condensing lens
18 fold mirror
19 Beam Damper
20 control
25 Machining sequence determining device
30 moving mechanism
31 movable table
40 board
41 processing point
42 alignment mark
45 scan area
Claims (6)
상기 복수의 피가공점의 위치정보에 근거하여, 가공순서가 연속하는 2개의 피가공점 간의 이동거리의 합계가 가장 짧아진다는 조건하에서 임시의 가공순서를 결정하고,
하나의 레이저펄스의 출력부터 다음의 레이저펄스의 출력까지의 사이에 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킬 수 있는 최장의 거리를 이동 가능 최장거리라고 정의했을 때,
상기 피가공점 간의 이동거리의 각각을 상기 이동 가능 최장거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림하여 정수화하며,
정수화된 값을, 모든 상기 피가공점 간의 이동거리에 대하여 합계한 값이 작아지도록 상기 임시의 가공순서를 수정하여 실제의 가공순서로 하는 가공순서결정장치.A processing sequence determining device for determining the processing sequence of a plurality of processing points processed by inputting a pulsed laser beam, the processing sequence determining device comprising:
Based on the positional information of the plurality of processing points, a temporary processing sequence is determined under the condition that the sum of the movement distances between two processing points in which the processing sequence is continuous is the shortest;
When the longest distance that can move the incident position of the pulsed laser beam between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is defined as the longest movable distance,
Each of the moving distances between the processing points is rounded up to an integer by rounding up the decimal point of the quotient divided by the longest movable distance,
A processing sequence determining device for correcting the temporary processing sequence so that the integerized value for the movement distances between all the processing target points becomes smaller and the temporary processing sequence becomes the actual processing sequence.
상기 임시의 가공순서에 있어서의 상기 피가공점 간의 이동거리의 분포에 근거하여, 상기 이동 가능 최장거리를 결정하는 가공순서결정장치.According to claim 1,
A machining order determining device for determining the longest movable distance based on a distribution of moving distances between the points to be machined in the temporary machining order.
상기 이동거리의 합계의 길이가 짧을수록 평가값이 작아지는 평가함수를 제1 평가함수로 하고,
상기 정수화된 값을, 모든 상기 이동거리에 대하여 합계한 값이 작을수록 평가값이 작아지는 평가함수를 제2 평가함수로 하며,
상기 임시의 가공순서를 수정하여 상기 실제의 가공순서를 구할 때에, 상기 제1 평가함수와 상기 제2 평가함수의 평가값의 가중평균값이 작아지도록 가공순서를 변경하는 가공순서결정장치.According to claim 1,
An evaluation function in which the evaluation value becomes smaller as the length of the sum of the moving distances becomes shorter as the first evaluation function,
An evaluation function in which the evaluation value becomes smaller as the sum of the integer values for all the moving distances decreases as a second evaluation function,
a machining order determining device for changing the machining order so that, when the actual machining order is obtained by correcting the temporary machining order, a weighted average value of the evaluation values of the first evaluation function and the second evaluation function becomes smaller.
상기 레이저광학계를 제어하여, 펄스레이저빔을 기판에 입사시킴과 함께, 입사위치를 이동시키는 제어장치를 갖고,
상기 제어장치는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 가공순서결정장치를 구비하고 있으며, 상기 가공순서결정장치에 의하여 결정된 상기 실제의 가공순서에 근거하여, 기판의 피가공점에 펄스레이저빔을 입사시키는 레이저가공장치.A laser optical system having a function of moving the incident position of the pulsed laser beam onto the substrate by scanning and outputting the pulsed laser beam;
and a control device for controlling the laser optical system to make the pulsed laser beam incident on the substrate and move the incident position;
The control device includes the processing sequence determining device according to any one of claims 1 to 3, and based on the actual processing sequence determined by the processing sequence determining device, A laser processing device that irradiates a pulsed laser beam.
하나의 레이저펄스의 출력부터 다음의 레이저펄스의 출력까지의 사이에 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킬 수 있는 최장의 거리를 이동 가능 최장거리라고 정의했을 때,
상기 이동거리의 각각을 상기 이동 가능 최장거리로 나눈 몫의 소수점 이하를 올림하여 정수화하며,
정수화된 값을, 모든 상기 이동거리에 대하여 합계한 값이 작아지도록 상기 임시의 가공순서를 수정하여 실제의 가공순서로 하고,
상기 실제의 가공순서로 상기 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 입사시켜 가공을 행하는 레이저가공방법.Based on the positional information of a plurality of processing points distributed on the substrate, a temporary processing sequence is determined under the condition that the sum of the movement distances between two processing points in which the processing sequence is continuous is the shortest;
When the longest distance that can move the incident position of the pulsed laser beam between the output of one laser pulse and the output of the next laser pulse is defined as the longest movable distance,
Each of the moving distances is rounded up to an integer by rounding up the decimal point of the quotient divided by the longest movable distance,
The temporary processing order is modified so that the sum of the integer values for all the moving distances becomes small, and the actual processing order is made,
A laser processing method in which a pulsed laser beam is incident on the plurality of processing target points in the actual processing sequence to perform processing.
또한, 상기 임시의 가공순서에 있어서의 상기 피가공점 간의 이동거리의 분포에 근거하여, 상기 이동 가능 최장거리를 결정하는 레이저가공방법.6. The method of claim 5,
Further, a laser processing method for determining the longest possible movement distance based on a distribution of movement distances between the processing target points in the temporary processing procedure.
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