WO2012093471A1 - ビーム加工装置 - Google Patents

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processing apparatus
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processing surface
control
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PCT/JP2011/050022
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French (fr)
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清之 近藤
Original Assignee
Kondo Kiyoyuki
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    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a beam processing apparatus for irradiating a processing surface of a workpiece with a beam and processing the processing surface.
  • a laser processing apparatus for processing a workpiece using a laser beam there are a laser marker for forming characters on the workpiece, a laser cutting machine for cutting the workpiece into a predetermined shape, a laser welding machine for welding the workpiece, and the like.
  • Various laser processing apparatuses such as a laser soldering apparatus that performs soldering and a glass sealing machine that uses a laser beam to bond and seal glass in solar cells and the like have been developed.
  • the laser beam is swung in two directions using two galvanometer mirrors, and the laser beam is guided to the processing surface through an F ⁇ lens (hereinafter referred to as “shaking method”). That said.)
  • a laser beam reflected on the processing surface is detected, a distance to the processing surface is calculated, and a focus adjusting unit disposed on the upstream side of the galvanometer mirror is controlled to thereby adjust the processing surface. It is possible to focus the laser beam with high accuracy.
  • Patent Document 2 In the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 2, a workpiece is placed on a three-degree-of-freedom stage that can be operated three-dimensionally, and the stage is moved with respect to the laser beam, whereby the laser beam is processed on the processing surface. (Hereinafter referred to as “movement method”). In Patent Document 2, it is possible to perform high-accuracy processing by always irradiating the processing surface with a laser beam perpendicularly by making the stage three-dimensionally operable.
  • the laser beam is swung in a fan shape around the reflection surface of the galvanometer mirror. Therefore, when the swing angle increases, the laser beam cannot be irradiated perpendicularly to the processing surface. If the laser beam is not irradiated perpendicularly to the processing surface, the shape of the beam spot on the processing surface is greatly distorted, so that highly accurate processing cannot be performed.
  • the F ⁇ lens disposed between the galvano mirror and the processing surface can focus the laser beam and adjust the beam spot shape to some extent, but the adjustable range is the size and performance of the F ⁇ lens. Usually, it is about 100 mm to 300 mm.
  • the laser processing apparatus becomes large.
  • the processing range of the processing surface is 300 mm
  • the angle by which the beam spot is moved by 1 mm on the processing surface is about 0.0127 °, and control for that is extremely difficult.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is capable of processing a workpiece processing surface at high speed and with high accuracy and capable of processing a wide processing surface without increasing the size of the apparatus.
  • An object is to provide a processing apparatus.
  • the beam processing apparatus irradiates a processing surface of a workpiece with a beam and moves the beam output from the output source in the beam processing apparatus that processes the processing surface. And a plurality of reflections disposed in an optical path of the beam between the beam moving unit and the processing surface to reflect and guide the beam moved by the beam moving unit to the processing surface And the plurality of reflecting mirrors are set at an inclination angle corresponding to the incident direction of the beam so as to guide the beam moved by the beam moving means to a different position on the processing surface substantially perpendicularly. It is characterized by being.
  • the plurality of reflecting mirrors are disposed at positions where optical path lengths from the output source to the processing surface via the plurality of reflecting mirrors are substantially equal. .
  • the beam processing apparatus includes a processing pattern setting unit that is disposed between the plurality of reflecting mirrors and the processing surface and sets a processing pattern of the beam irradiated onto the processing surface.
  • a plurality of distributing mirrors disposed between the beam moving means and the plurality of reflecting mirrors, for reflecting the beam moved by the beam moving means and distributing it to the plurality of reflecting mirrors. It is characterized by providing.
  • the beam processing apparatus includes a condensing lens that is disposed between the plurality of reflecting mirrors and the processing surface and condenses the beam on the processing surface.
  • a lens moving unit that moves the condenser lens along the processing surface
  • a position control unit that controls the lens moving unit to control the position of the condensing point of the beam on the processing surface.
  • control beam irradiation means for irradiating the processing surface with a control beam coaxial with the beam
  • control beam detection means for detecting the control beam reflected by the processing surface
  • control beam detection means Beam control means for controlling the irradiation position of the beam on the processing surface and / or the output of the beam on the basis of the control beam detected by the step.
  • the beam processing apparatus includes: a camera that captures an image of the processing surface; and a beam control unit that controls an irradiation position of the beam on the processing surface based on an image captured by the camera. To do.
  • the beam output from the output source is moved by the beam moving means, then reflected by a plurality of reflecting mirrors, and guided substantially perpendicularly to the processing surface of the workpiece. It can be processed with high accuracy. Further, the beam can be guided to a wide range of the workpiece without increasing the size of the apparatus. In addition, by applying the beam substantially perpendicular to the work surface of the workpiece, for example, highly accurate processing and image measurement using a mask plate can be performed.
  • FIG. 3 is an optical path explanatory diagram of a laser beam in the laser processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a configuration diagram of a beam moving unit that constitutes the laser processing apparatus of Embodiment 1
  • FIG. 3B is an explanatory diagram of a camera mirror that constitutes the beam moving unit. It is arrangement
  • FIG. 5A to 5C are explanatory diagrams of parameters including the arrangement of the plane reflecting mirrors in the laser processing apparatus of the first embodiment.
  • 6A is a configuration diagram of the left half of the laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention, FIG.
  • FIG. 6B is a side configuration diagram of FIG. 6A
  • FIG. 6C is a distribution mirror that configures the laser processing apparatus of the second embodiment. It is explanatory drawing of the correspondence of arrangement
  • 7A is a configuration diagram of the left half of the laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a side configuration diagram of FIG. 7A
  • FIG. 7C is a distribution mirror that constitutes the laser processing apparatus of the third embodiment. It is explanatory drawing of the correspondence of arrangement
  • 8A and 8B are explanatory views of a modification of the laser processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 9A is a configuration diagram of the left half of the laser processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 9B is a side configuration diagram of FIG. 9A
  • 10A is a side view showing a state in which an objective lens incorporated in a laser processing apparatus according to the present invention is arranged on the front surface of a workpiece
  • FIG. 10B is a plan view of FIG. 10A
  • FIG. 10C is a side view of another embodiment.
  • 10D is a plan view of FIG. 10C
  • FIG. 10E is a side view of still another embodiment
  • FIG. 10F is a plan view of FIG. 10E.
  • It is a block diagram of the focus position correction mechanism integrated in the laser processing apparatus which concerns on this invention.
  • FIG. 12A and 12B are explanatory diagrams of another configuration of the objective lens incorporated in the laser processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 13A is a perspective explanatory view of a mask plate incorporated in the laser processing apparatus according to the present invention, and
  • FIG. 13B is a plan view of the mask plate.
  • 14A and 14B are explanatory diagrams of an image of solder on the workpiece, and
  • FIG. 14C is a flowchart for performing beam control based on the image of solder.
  • 15A is an explanatory diagram of a workpiece to be machined
  • FIG. 15B is an explanatory diagram of an image of the workpiece of FIG. 15A
  • FIG. 15C is an explanatory diagram of another workpiece to be machined
  • 15D is a workpiece of FIG. It is explanatory drawing of the image of. It is an explanatory view of the relationship between the laser beam output pulse and the workpiece temperature.
  • 17A to 17E are flowcharts for overall control of the laser processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus 10 according to a first embodiment to which a beam processing apparatus according to the present invention is applied
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical path of a laser beam LB in the laser processing apparatus 10.
  • FIG. 3A is a configuration diagram of the beam moving unit 12 (beam moving means) constituting the laser processing apparatus 10
  • FIG. 3B is an explanatory diagram of the camera mirror 26 constituting the beam moving unit 12.
  • the laser processing apparatus 10 is an apparatus that processes the workpiece W into a desired state by irradiating the processing surface of the workpiece W with the laser beam LB and moving the processing surface.
  • the laser processing apparatus 10 can be applied to various laser processing apparatuses such as a laser marker, a laser cutting machine, a laser welding machine, a laser soldering apparatus, and a glass sealing machine.
  • a desired machining pattern can be formed on the workpiece W by controlling the laser beam LB and guiding it to the workpiece W according to the machining mode.
  • the laser processing apparatus 10 includes a beam moving unit 12 that generates a laser beam LB that moves on the workpiece W, and a plurality of plane reflections that reflect the laser beam LB generated by the beam moving unit 12 and guide it to the processing surface of the workpiece W. And a mirror 14.
  • Each planar reflecting mirror 14 is fixed to the inner peripheral surface of the arc-shaped support frame 16.
  • the workpiece W has a long processing surface in the direction of the arrow X in FIG. 1, and the planar reflecting mirrors 14 are arranged at predetermined intervals in the direction of the arrow X in a state of facing the workpiece W.
  • Each planar reflecting mirror 14 is disposed in the optical path of the laser beam LB between the beam moving unit 12 and the processing surface of the workpiece W, reflects the laser beam LB output from the beam moving unit 12, and Each is fixed to the support frame 16 in a state where it is inclined at a predetermined angle in accordance with the incident direction of the laser beam LB so as to be distributed and reflected substantially vertically at different positions on the processing surface. “Distribution” means that the processed surface of the workpiece W is distributed to each plane reflecting mirror 14.
  • the shape of the inner peripheral surface of the support frame 16 that fixes the planar reflecting mirror 14 is such that the optical path lengths of the laser beams LB from the beam moving unit 12 through the planar reflecting mirrors 14 to the processed surface of the workpiece W are substantially the same. Configured in shape. Therefore, each planar reflecting mirror 14 is disposed at a position where the optical path lengths from the beam moving unit 12 to the processing surface via the planar reflecting mirror 14 are substantially equal.
  • the optical path length is the same
  • the optical path lengths are the same. It means that. If the ratio of the error of the beam spot area, which is the allowable range of the beam spot diameter, is constant, the allowable error of the optical path length when the beam spot diameter is small decreases in proportion to the beam spot diameter. However, the optical path length when the objective lens is placed on the workpiece W is within the range of the required beam spot diameter with respect to the objective lens.
  • the plane reflecting mirror 14 does not need to be arranged in an arc shape and is placed at a free position. Can do.
  • the beam moving unit 12 includes a laser light source 18 (output source) that outputs a laser beam LB, and an LED 20 (control beam irradiation unit) that outputs a control beam CB having a wavelength different from that of the laser beam LB. And a camera 22 (control beam detecting means) that receives the control beam CB reflected by the processing surface of the workpiece W.
  • the beam moving unit 12 includes a half mirror 24 that reflects the laser beam LB and transmits the control beam CB, and an opening 26 a through which the control beam CB output from the LED 20 passes, and transmits the half mirror 24.
  • the mirror 26 (FIG.
  • the camera 22 has a control unit 42 (beam control) that controls the irradiation position of the irradiation point 40 on the workpiece W of the laser beam LB and / or the output control of the laser beam LB according to the beam profile or received light amount of the received control beam CB. Control means) is connected.
  • the optical axes of the laser light source 18 and the LED 20 are set coaxially between the half mirror 24 and the workpiece W.
  • the opening 26 a formed in the mirror 26 is formed with respect to the optical axis of the control beam CB so that the control beam CB output from the LED 20 becomes a circular irradiation point 40 on the workpiece W.
  • the mirror surface coating of the reflection surface of the mirror 26 tilted by about 45 ° is peeled off in an elliptical shape.
  • the area of the opening 26a is, for example, 1/25 or less of the light receiving area of the control beam CB received by the camera 22 so that the control beam CB reflected by the workpiece W can be sufficiently guided to the camera 22.
  • the optical path length between the camera 22 and the workpiece W is set based on the observation / measurement visual field including the irradiation point 40 of the laser beam LB photographed by the camera 22.
  • the laser light source 18 includes a laser oscillator 32, a beam expander 34, a beam stop 36, and a beam focus lens 38 as shown in FIG. Note that the arrangement order of the beam stop 36, the beam focus lens 38, and the half mirror 24 disposed downstream of the beam focus lens 38 is arbitrary.
  • the beam focus lens 38 condenses the laser beam LB output from the laser oscillator 32 on the processed surface of the workpiece W to form an irradiation point 40.
  • a controller 42 that controls the laser beam LB is connected to the laser oscillator 32 in order to form a desired processing pattern on the processing surface of the workpiece W (FIG. 3A).
  • FIG. 4 shows a state in which the beam moving unit 12 is arranged at a position that does not block the optical path of the laser beam LB. That is, the beam moving unit 12 is not disposed between the workpiece W and the plane reflecting mirror 14, but is disposed at a position shifted by a predetermined amount on the left side in the arrow Y direction in FIG. 1, and in FIG. . Accordingly, the laser beam LB is reflected by the plane reflecting mirror 14 and then guided to the processing surface of the workpiece W without being blocked by the beam moving unit 12.
  • the planar reflecting mirror 14 is disposed so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the arrow Y direction in FIG.
  • the optical path length of the laser beam LB from the beam moving unit 12 to the workpiece W via the plane reflecting mirror 14 and the inclination angle of the plane reflecting mirror 14 can be calculated by computer simulation or obtained by geometric calculation.
  • FIGS. 5A to 5C show only the left half of the laser processing apparatus 10 shown in FIG.
  • the width Mw of the planar reflecting mirrors 14 in the arrangement direction is set so that the beam diameter ⁇ LB is set to the effective width Lw of the planar reflecting mirror 14 as shown in FIG. It is the added value.
  • the effective width Lw is determined based on the swing angle Ra of the laser beam LB with respect to the rotation center CXP of the galvano mirror 28X, the distance R from the rotation center CXP to the center of the plane reflection mirror 14, and the processing surface of the workpiece W as a reference. 14 using the angle La (FIG. 5C) of the laser beam LB incident on the center of 14 and the beam diameter ⁇ LB,
  • the positions of the respective plane reflecting mirrors 14 are the distances from the rotation center CXP of the galvano mirror 28X to the centers of the two arbitrarily selected plane reflecting mirrors R1, R2, respectively, and the two selected plane reflecting mirrors. Assuming that the distance from the center of 14 to the processed surface of the workpiece W is H1 and H2, respectively,
  • the mounting angle Ma of the plane reflecting mirror 14 with respect to the processing surface of the workpiece W is set on condition that the laser beam LB is incident on the processing surface of the workpiece W substantially perpendicularly.
  • the control unit 42 drives the LED 20 of the beam moving unit 12 and outputs the control beam CB from the LED 20.
  • the control beam CB output from the LED 20 passes through the central opening 26a of the mirror 26, passes through the half mirror 24, and then is rotated in the X direction by the galvano mirrors 28X and 28Y rotated by the galvano motors 30X and 30Y. Moved in the Y direction.
  • the moved control beam CB is reflected by the respective plane reflecting mirrors 14 fixed to the support frame 16 and irradiated onto the processing surface of the workpiece W.
  • the control beam CB reflected by the processing surface travels back along the same optical path, is reflected by the mirror 26 of the beam moving unit 12, and then received by the camera 22.
  • the control unit 42 processes the image of the control beam CB received by the camera 22, and acquires the position information of the irradiation point 40, the received light amount information of the received control beam CB, the type information of the workpiece W, and the like as the irradiation point 40 information. To do.
  • control unit 42 drives the laser oscillator 32 of the beam moving unit 12 to output the laser beam LB simultaneously with the output of the control beam CB or after acquiring the above information based on the control beam CB.
  • the laser beam LB output from the laser oscillator 32 is reflected by the half mirror 24 and then moved in the X direction and the Y direction by the galvanometer mirrors 28X and 28Y, similarly to the control beam CB.
  • the moved laser beam LB is reflected by the respective plane reflecting mirrors 14 fixed to the support frame 16 and irradiated onto the processing surface of the workpiece W.
  • control unit 42 adjusts and controls the irradiation position and output of the laser beam LB based on the information of the irradiation point 40 acquired by the camera 22, so that the laser beam LB is accurately applied to the processed surface of the workpiece W. To form a desired processing pattern.
  • a liquid crystal mask and a digital mirror device are disposed between the beam stop 36 and the half mirror 24, and the laser beam LB is modulated to generate a desired processing pattern.
  • an image or a character can be exposed to the irradiation point 40 or printed.
  • a character string, a pattern, a mark, an encryption pattern, etc. can be formed at high-speed and wide range.
  • the beam spot diameter at the irradiation point 40 can be arbitrarily adjusted to expose a high-definition microcircuit.
  • an image near the irradiation point 40 can be taken by the camera 22 and processing can be performed while changing or adjusting the drawing pattern according to the position of the irradiation point 40 while checking the drawing pattern. Therefore, it is possible to process different circuits and image patterns in which continuous irradiation points 40 are combined.
  • FIG. 6A and 6B are configuration diagrams of the laser processing apparatus 50 according to the second embodiment.
  • FIG. 6C shows the correspondence between the arrangement of the five distribution mirrors 52a to 52e constituting the laser processing apparatus 50 and the processing areas A1 to A5 of the workpiece W.
  • 6A and 6B show only the left half of the laser processing apparatus 50 as in FIG. 5A.
  • the laser processing apparatus 50 includes five distribution mirrors 52a to 52e and five planar reflecting mirrors 14 corresponding thereto.
  • the distribution mirrors 52a to 52e are disposed between the beam moving unit 12 and the plurality of planar reflecting mirrors 14.
  • the inclination of the distribution mirrors 52a to 52e is set to the same inclination as that of the corresponding planar reflecting mirror 14.
  • the laser beam LB output from the beam moving unit 12 enters the distribution mirrors 52a to 52c via the F ⁇ lens 54, and is then reflected toward the corresponding planar reflecting mirrors 14a to 14c.
  • the laser beam LB incident on the distributing mirrors 52d and 52e is also reflected toward the corresponding planar reflecting mirror 14 disposed on the right side of FIG. 6A.
  • the laser beam LB reflected by each plane reflecting mirror 14 is guided to the corresponding processing areas A1 to A5 of the workpiece W as shown in FIG. 6C.
  • the difference from the laser processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is that the optical path length of the laser beam LB is calculated from the position of the F ⁇ lens 54.
  • the diameter of the irradiation point 40 on the processed surface of the workpiece W is the same even when the optical path length is extended according to the swing angle of the laser beam LB. Calculate the length.
  • the apparatus can be configured with a minimum optical path length. It is possible to further increase the number of distribution mirrors 52a to 52e. However, when the diameter of the laser beam LB is large, the ineffective area between the distribution mirrors 52a to 52e increases, which is inefficient. ⁇ Embodiment 3>
  • FIGS. 6A and 6B are configuration diagrams of the laser processing apparatus 60 of the third embodiment.
  • FIG. 7C shows the correspondence between the arrangement of the four distribution mirrors 62a to 62d constituting the laser processing apparatus 60 and the processing areas B1 to B4 of the workpiece W.
  • 7A and 7B show only the left half of the laser processing apparatus 60 as in FIGS. 6A and 6B.
  • the laser processing device 60 removes the F ⁇ lens 54 from the laser processing device 50, and four right and left distribution mirrors 62a to 62d having long reflecting surfaces are placed in the optical path between the beam moving unit 12 and the planar reflecting mirror 14. It is arranged. In this case, each of the distributing mirrors 62a to 62d can simultaneously guide the laser beam LB to the two planar reflecting mirrors 14, respectively.
  • CXP is the rotation center of the galvano mirror 28X constituting the beam moving unit 12
  • CYP is the rotation center of the galvano mirror 28Y.
  • the work W can be processed more efficiently because the number of divisions of the laser beam LB is smaller than that of the laser processing apparatus 50.
  • the optical path length of the laser beam LB is the same for a workpiece W1 having a curved surface such as a glass bottle, a bottle, and a steel pipe, and the laser beam LB is substantially perpendicular to the processing surface of the workpiece W1.
  • positioned so that may be irradiated is shown.
  • FIG. 8B shows the laser processing apparatus 10 shown in FIG. 1 in which a small reflecting mirror 70 is inserted at a predetermined position between the workpiece W2 and the planar reflecting mirror 14 and at the same optical path length as the planar reflecting mirror 14.
  • the solder 72 is applied onto the work W2 such as a circuit board, and the work W2 on which the chip 74 such as a circuit element is mounted thereon is irradiated with the laser beam LB through the small reflecting mirror 70.
  • the solder 72 in the shadow of the chip 74 can be melted.
  • 9A and 9B are configuration diagrams of the laser processing apparatus 90 according to the fourth embodiment.
  • the laser processing apparatus 90 is configured to reflect the laser beam LB composed of parallel light beams by the respective plane reflecting mirrors 14 arranged along the workpiece W and guide the laser beam LB to the processing surface of the workpiece W.
  • the laser beam LB guided to the planar reflecting mirror 14 is a parallel light beam, an irradiation point formed on the processed surface of the workpiece W regardless of the optical path length of the laser beam LB incident on each planar reflecting mirror 14.
  • the diameter of 40 can be made constant. Accordingly, the plane reflecting mirror 14 can be arranged at any position. If the workpiece W is irradiated with the laser beam LB as a parallel light beam, there is a possibility that energy necessary for processing cannot be applied to the processing surface.
  • the objective lens 76 may be disposed on the front surface of the workpiece W so as to collect the laser beam LB.
  • an objective lens can be inserted as needed between the processing surface of the workpiece W (W1, W2) and the processed surface of the workpiece W and the planar reflecting mirror 14. This aspect will be described with reference to FIGS. 10A to 10F.
  • FIG. 10A is a side view of the state in which the objective lens 76 is disposed on the front surface of the workpiece W
  • FIG. 10B is a plan view thereof.
  • the hemispherical objective lens 76 is fixed to a protective glass 78 disposed along the workpiece W so as to contact the plane side.
  • the protective glass 78 is disposed so that the normal line is inclined by 2 ° or more with respect to the laser beam LB so that the incident laser beam LB does not return to the beam moving unit 12 side.
  • you may give a non-reflective coating to the surface of the objective lens 76 and the protective glass 78, without making the protective glass 78 incline.
  • FIG. 10C is a side view showing a state in which a plurality of objective lenses 80 are arranged on the front surface of the workpiece W
  • FIG. 10D is a plan view thereof.
  • the laser beam LB can be condensed at a plurality of different positions by a plurality of objective lenses 80 to form a plurality of irradiation points 40 on the processed surface of the workpiece W.
  • a desired processing pattern can be formed on the processing surface by selecting a combination of the arrangement and shape of the plurality of objective lenses 80.
  • FIG. 10E is a side view showing a state in which the prism type objective lens 82 is disposed on the front surface of the workpiece W
  • FIG. 10F is a plan view thereof.
  • the laser beam LB can be condensed at two different positions by the objective lens 82, and two irradiation points 40 can be formed on the processed surface of the workpiece W.
  • the position of the irradiation point 40 can be finely adjusted according to the magnification of the irradiation point 40 on the processed surface of the workpiece W.
  • the magnification of the objective lens 76 is 10 times
  • the incident position of the laser beam LB on the objective lens 76 is controlled in units of 100 ⁇ m
  • the movement of the irradiation point 40 on the workpiece W is in units of 10 ⁇ m.
  • the laser beam LB can be irradiated onto the processing surface without any gap without being affected by the gap of the plane reflecting mirror 14.
  • the laser beam LB is moved within the range of the objective lens 76, 80 or 82 in accordance with the incident position of the laser beam LB, and the laser beam LB. In some cases, the objective lens 76, 80 or 82 is moved.
  • the objective lens 76 when the objective lens 76 is moved with respect to the laser beam LB, the objective lens 76 can be moved using the galvano motor 30X or 30Y of the beam moving unit 12. As shown in FIG. 5, the movement amount of the irradiation point 40 is proportional to the angle La of the laser beam LB incident on the planar reflecting mirror 14, and thus the objective lens 76 is moved in accordance with the movement direction of the irradiation point 40. In this case, as shown in FIG. 10A, if the focal point of the objective lens 76 and the position of the irradiation point 40 are deviated, the position of the laser beam LB is deviated from the coordinated teaching, so that a correction process of the focal position is necessary. . ⁇ Focus position correction mechanism>
  • the focus position correcting mechanism 92 for correcting the focus position will be described according to the configuration shown in FIG.
  • the focal position correcting mechanism 92 is movable in the arrow X direction along two guide rails 94a and 94b extending in the arrow X direction along both sides of the protective glass 78, and along these guide rails 94a and 94b.
  • a moving body 96 On the guide rail 94b side, a ball screw 98 is disposed in parallel with the guide rail 94b, and the end of the moving body 96 is screwed into the ball screw 98.
  • the moving body 96 has a guide rail 98 extending in the arrow Y direction, and the objective lens 76 is disposed along the guide rail 99 so as to be movable in the arrow Y direction.
  • the galvano motor 30X constituting the beam moving unit 12 is connected to the ball screw 98 via the gear train 100. Accordingly, the moving body 96 is movable in the direction of the arrow X so that the focal position of the laser beam LB and the center of the field of view of the camera 22 correspond to each other based on the rotation of the galvanometer mirror 28X by the galvanometer motor 30X. .
  • the objective lens 76 is connected to a galvano motor 30Y constituting the beam moving unit 12 through a gear train 104 to which one end of the wire 102 is connected and the other end of the wire 102 is connected.
  • the objective lens 76 is movable in the arrow Y direction so that the focal position of the laser beam LB and the center of the field of view of the camera 22 correspond to each other based on the rotation of the galvano mirror 28Y by the galvano motor 30Y.
  • the galvano motors 30X and 30Y are lens moving means for moving the objective lens 76 along the processing surface, and are controlled by the control unit 42, which is a position control means, so that the condensing point of the laser beam LB on the processing surface is adjusted. Position control is performed.
  • the movement of the objective lens 76 may be performed using a driving means different from the galvano motors 30X and 30Y.
  • the objective lens 76 is moved along the workpiece W in the irradiation region SW of the laser beam LB, thereby bringing the focal position of the objective lens 76 into the processing surface.
  • the coordinates of the irradiated laser beam LB can be corrected.
  • the focal position and the irradiation point 40 do not need to match exactly.
  • the positional accuracy of the objective lens 76 may be in units of 1 mm. Therefore, the gear trains 100 and 104, the wire 102, and the like that drive the objective lens 76 may include some errors.
  • the individual objective lens 106 can be moved only within the size range XW, YW. 11 can achieve the same effect as the focal position correcting mechanism 92 shown in FIG.
  • circular objective lenses 108 are arranged in the direction of the arrow X at a predetermined interval, and the movement range XW of the adjacent objective lens 108 in the arrow X direction and the movement range YW of the irradiation range SW in the arrow Y direction.
  • the objective lens 76 uses galvano motors 30X and 30Y because the laser beam LB irradiated onto the workpiece W is not a focused beam but a parallel beam. Instead of moving it with another independent motor.
  • a correlation table is created between the position of the irradiation point 40 corresponding to each planar reflecting mirror 14, the rotation angle of the galvano mirrors 28X and 28Y, and the optical path length, and the coordinates of the irradiation point 40 are determined using this correlation table.
  • the position control of the objective lens 76, the enlargement / reduction of the irradiation point 40, and the focus position correction are performed.
  • the correlation table Since the correlation table has mounting errors in the plane reflecting mirror 14, the camera 22, and the beam moving unit 12, a length measuring device is introduced into the beam moving unit 12, and images taken at every necessary irradiation point 40 positions are displayed. Based on this, the rotation angle and optical path length of the galvanometer mirrors 28X and 28Y are recorded and created.
  • This correlation table can also be applied to the focal position correction mechanism in the other laser processing apparatuses 10, 50, 60. ⁇ Configuration of mask plate>
  • a mask plate (on the front surface of the work W (W1, W2)) between which the work surface of the work W and the planar reflecting mirror 14 are formed is formed as necessary. Machining pattern setting means) can be inserted. This aspect will be described with reference to a perspective explanatory view of FIG. 13A and a plan view of FIG. 13B.
  • the mask plate can be used together with the objective lenses 76, 106, and 108 described above (FIG. 2).
  • the mask plate 110 has a mask pattern 112 having partially different transmittances of the laser beam LB.
  • the mask pattern 112 can have various shapes such as a donut shape, a rectangular shape, and a cross shape corresponding to the processing pattern of the laser beam LB formed on the processing surface of the workpiece W. Further, the mask pattern 112 can be formed so that the transmittance is close to 0% or the transmittance is continuously changed.
  • the laser beam LB that has passed through the mask pattern 112 applies heat to the processed surface of the workpiece W to process the processed surface into a predetermined state.
  • a stainless steel plate on which the mask pattern 112 is formed can be used as a material of the mask plate 110.
  • a glass plate that can transmit the laser beam LB and the control beam CB is used, and a part of the surface thereof is mask pattern.
  • the laser beam LB can be scattered by processing into a polished glass shape according to 112 so that the workpiece W is not focused.
  • a film that transmits the control beam CB but does not transmit the laser beam LB may be coated on the surface of the glass plate.
  • the mask pattern 112 is formed of cream solder as the mask plate 110 and placed so as to contact the workpiece W, the cream solder is melted by the thermal energy of the laser beam LB irradiated to the mask plate 110, and the workpiece Solder having a shape corresponding to the mask pattern 112 can be transferred to W.
  • a desired mask pattern can be formed by arranging the objective lenses 80 or 82 fixed to the protective glass 78.
  • 14A and 14B are images 114 and 116 obtained by irradiating the work W having a hemispherical solder on the processing surface with the control beam CB and photographing the reflected light with the camera 22, respectively.
  • the upper images 114 and 116 are images before irradiation with the laser beam LB, and the lower images 114 and 116 are images after irradiation of the workpiece W with the laser beam LB for a predetermined time.
  • FIG. 14C is a flowchart of the beam control of the laser beam LB by the control unit 42 shown in FIG.
  • the control unit 42 captures an image of the control beam CB output from the LED 20 and applied to the workpiece W via the camera 22 (step S1).
  • the control unit 42 processes the captured image, adjusts the output of the laser beam LB output from the laser oscillator 32 in accordance with the position and shape of the bright spot 118, and irradiates the workpiece W (step S2).
  • the control unit 42 determines the solder deformation and melting state from the position and shape of the bright spot 118 (step S3), repeats the process of taking in the image again and adjusting the laser beam LB. By performing beam control in this way, the solder can be brought into a desired molten state.
  • FIG. 15A shows a workpiece in which a rectangular lead 122 is placed on a rectangular copper foil 120 as a processing target.
  • FIG. 5B is an image 124 of the workpiece before the upper stage is irradiated with the laser beam LB, and the lower stage is irradiated with the laser beam LB for a predetermined time, whereby the solder applied or placed on the lead 122 or the lead 122 is shown. Is an image 126 after melting.
  • the laser beam LB is applied to the workpiece as a rectangular processing pattern corresponding to the shape of the lead 122.
  • FIG. 15C shows a workpiece in which a columnar lead 130 is placed on a ring-shaped copper foil 128 as a processing target.
  • FIG. 5D shows an image 132 of the workpiece before the upper stage is irradiated with the laser beam LB, and the lower stage is irradiated with the laser beam LB for a predetermined time, so that the solder applied or placed on the lead 130 or the lead 130 is shown. Is an image 134 after melting. In this case, the workpiece is irradiated with the laser beam LB in a circular processing pattern corresponding to the shape of the copper foil 128.
  • FIG. 16 shows the relationship between the output pulse of the laser beam LB applied to the workpieces of FIGS. 15A to 15D and the temperatures of the copper foils 120 and 128, the leads 122 and 130, and the solder.
  • Ideal soldering is ideally at the same temperature as the object.
  • the copper foils 120 and 128, the leads 122 and 130, and the reflectance of the solder are different, so the heat absorption rate of the heat rays is also greatly different.
  • the leads 122 and 130 and the solder absorb 808 nm heat rays, and the copper foils 120 and 128 reflect the heat rays.
  • the output pulse of the laser beam LB is set in consideration of the heat absorption rates of the copper foils 120 and 128 and the leads 122 and 130.
  • an infrared camera in the beam moving unit 12, measure the temperature of the object, and adjust the output pulse of the laser beam LB.
  • control unit 42 extracts a control command from the machining program (step S11, FIG. 17A), and when the control command is an inspection command (step S12, YES), performs an inspection process for the laser beam LB. Execute (Step S13).
  • a focus position correction process is performed (step S13A, FIG. 17B).
  • the control unit 42 drives the galvano motors 30X and 30Y of the beam moving unit 12 (step SA1, FIG. 17C), and moves the objective lens 76 in the arrow X direction and the Y direction via the gear trains 100 and 104 ( FIG. 11).
  • the control unit 42 guides the control beam CB output from the LED 20 to the work W, captures the processing surface including the control beam CB reflected by the work W with the camera 22, and captures an image of the processing surface (step SA2).
  • the control unit 42 processes the captured image, recognizes the shape of the object on the processed surface of the workpiece W, and positions the objective lens 76 with respect to the workpiece W according to the recognized shape.
  • the control unit 42 applies the captured image in this field of view. Based on this, the focal position of the objective lens 76 can be roughly corrected to the processing position which is the irradiation position of the laser beam LB. (Step SA3). Even when the position of the objective lens 76 is corrected, the focal position of the objective lens 76 is deviated from the desired position of the irradiation point 40 obtained by teaching, and it is determined that the focal position needs to be corrected (step SA4). , YES), the control unit 42 repeats the processing from step SA1.
  • step SA4 when it is not necessary to correct the focal position (step SA4, NO) and the shape is recognized (step SA5, NO), the positioning process is terminated. If the shape is not recognized (step SA5, YES), error processing is performed and the process ends (step SA6).
  • control unit 42 When the focal position correction processing is completed, the control unit 42 performs various other inspections (step S13B, FIG. 17B), and records or registers inspection data (step S13C).
  • control unit 42 performs a machining process on the workpiece W using the laser beam LB (step S15).
  • control unit 42 corrects the laser beam LB after correcting the wavelength of the laser beam LB and the focal position of the laser beam LB accompanying the positional deviation of the focal point of the measurement system including the camera 22 (step S15A, FIG. 17D).
  • the workpiece W is processed under control (step S15B).
  • the control unit 42 captures an image of the control beam CB photographed by the camera 22 (step SB1, FIG. 17E), and processes the captured image, so that an image before and after irradiation with the laser beam LB are processed.
  • the difference between the images or the images before and after the predetermined time interval during irradiation is obtained (step SB2). Based on the obtained difference, the control unit 42 adjusts the output of the laser beam LB or adjusts the irradiation time by turning the laser beam LB ON / OFF to process the workpiece W (step SB3).
  • step SB4 Even if the output or irradiation time of the laser beam LB is adjusted, if the difference does not change sufficiently (step SB4, NO), the processing from step SB1 is repeated to adjust the output or irradiation time of the laser beam LB. On the other hand, if the output of the laser beam LB has changed sufficiently (step SB4, YES), the beam control process is terminated.
  • step S16 when there is the next process (step S16), the control unit 42 repeats the process from step S11. If there is no next process (step S16, NO), an end process is performed (step S17), and all processes are ended.
  • the laser processing apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed without departing from the gist of the present invention.
  • the laser processing apparatuses 10, 50, 60, and 90 are described as reflecting the laser beam LB onto the workpiece W from the vertically upward direction, but are not limited to this direction.
  • any beam including an electron beam and an electromagnetic wave can be used in addition to the laser beam LB.
  • control beam detection means for detecting the control beam CB reflected by the workpiece W a photoelectric converter such as a CCD camera or a photomultiplier, a photodetector, a detector, or the like can be used. Note that illumination light other than the control beam CB may be irradiated as long as an image can be acquired by illuminating the processed surface of the workpiece W.
  • the laser beam LB output from the laser oscillator 32 is obtained. And a desired machining pattern can be formed on the machining surface of the workpiece W.
  • light modulation means such as a liquid crystal mask or a digital mirror device (DLP)
  • FIG. 5A the case where six left and right, a total of twelve plane reflecting mirrors 14 are used has been described, but this is because the optical path length is 300 mm to 400 mm and the beam diameter of the laser beam LB is the plane reflecting mirror 14.
  • the upper limit is 10 mm or more, and is an optimum value with the optical path length error within 1 mm. Therefore, if the conditions are different, the number of planar reflecting mirrors 14 can be various.
  • a beam moving means for moving the laser beam LB for example, a polygon mirror can be employed instead of the galvanometer mirrors 28X and 2Y.
  • the beam moving means is not limited to the case of moving the laser beam LB in the two-dimensional direction, and may be one that moves only in the one-dimensional direction.
  • the laser processing apparatus of the present invention can provide a high-efficiency cream solder system on the mounting line, instead of manual soldering or processing of a large number of LED electrodes with many protruding pins by a solder robot.
  • the laser processing apparatus of the present invention can perform processing in a wide range without performing processing in individual narrow ranges as in the prior art, for example, drilling and welding of solar power substrates, sheets having a width of 300 mm or more, and panels Suitable for sealing, inspection, etc.
  • the laser processing apparatus of the present invention is suitable for inspection or processing of a container or film on which a large area liquid is placed, a culture plate, or an immersion liquid by reducing or eliminating stage movement. It is suitable for high-speed processing of a large number of human bodies, animals, and plants that are difficult to fix and move to any position.
  • the laser processing apparatus of the present invention can perform a large number of drilling, welding, cutting, and soldering at a high speed without cutting a circuit sheet of a flexible sheet as a roll sheet.
  • the laser processing apparatus of the present invention is suitable for measuring or processing an object that is installed on or in a gas or liquid flow and passes through the gas or liquid. For example, it is possible to measure drifting objects in rivers and fish.
  • the laser processing apparatus of the present invention can perform beam exposure on a large area as needed using a mask plate, a desired pattern or pattern can be applied to a liquid crystal panel, a solar cell panel, a sheet, a panel, a clothes fabric, a food, a packaging container, or the like. Letters can be formed.
  • Protective glass 92 Focus position correcting mechanisms 94a, 94b 99 ... guide rail 96 ... moving body 98 ... ball screw 100, 104 ... gear train 102 ... wire 110 ... mask plate 112 ... mask pattern 118 ... bright spot 120, 128 ... copper foil 122, 130 ... lead CB ... control beam LB ... Laser beam W ... Workpiece

Abstract

ビーム（ＬＢ）をワーク（Ｗ）の加工面に照射し、当該加工面を加工するビーム加工装置（１０）において、前記ビーム（ＬＢ）を出力する出力源（３２）と、前記出力源（３２）から出力された前記ビーム（ＬＢ）を移動させるビーム移動手段（１２）と、前記ビーム移動手段（１２）と前記加工面との間の前記ビーム（ＬＢ）の光路中に配設され、前記ビーム移動手段（１２）により移動される前記ビーム（ＬＢ）を反射し、前記加工面に導く複数の反射鏡（１４）と、を備え、前記複数の反射鏡（１４）は、前記ビーム移動手段（１２）によって移動された前記ビーム（ＬＢ）を前記加工面の異なる位置に略垂直に導くように、前記ビーム（ＬＢ）の入射方向に応じた傾斜角度に設定される。

Description

ビーム加工装置
　本発明は、ビームをワークの加工面に照射し、当該加工面を加工するビーム加工装置に関する。
　従来から、レーザビームを用いてワークを加工するレーザ加工装置として、ワークに文字等を形成するレーザマーカ、ワークを所定形状に切断するレーザ切断機、ワークの溶接を行うレーザ溶接機等がある。また、半田付けを行うレーザ半田付装置、太陽電池等におけるガラスの接合や封止をレーザビームを用いて行うガラス封止機等、種々のレーザ加工装置が開発されている。
　これらのレーザ加工装置では、レーザビームをワークの加工面に対して相対的に移動させるため、大別して次の２種類の方法が用いられている。
　例えば、特許文献１に開示されたレーザ加工装置では、２つのガルバノミラーを用いてレーザビームを２方向に振り、Ｆθレンズを介してレーザビームを加工面に導いている（以下、「振り法」という。）。なお、この特許文献１では、加工面で反射されたレーザビームを検出して加工面までの距離を演算し、ガルバノミラーの上流側に配設した焦点調節手段を制御することにより、加工面にレーザビームを高精度に合焦させることが可能である。
　また、特許文献２に開示されたレーザ加工装置では、三次元的に動作可能な３自由度ステージにワークを載置し、レーザビームに対してこのステージを移動させることにより、レーザビームを加工面の任意の位置に導いている（以下、「移動法」という。）。なお、この特許文献２では、ステージを三次元的に動作可能とすることにより、レーザビームを加工面に常に垂直に照射させ、高精度な加工を行うことが可能である。
特開２０１０－１４２８４６号公報 特開２０００－３３４５９４号公報
　しかしながら、振り法では、レーザビームがガルバノミラーの反射面を中心として扇形に振られるため、振り角度が大きくなると、レーザビームを加工面に垂直に照射することができなくなる。レーザビームが加工面に垂直に照射されないと、加工面でのビームスポット形状が大きく歪んでしまうため、高精度な加工を行うことができない。なお、ガルバノミラーと加工面との間に配設されるＦθレンズは、レーザビームの焦点を絞り、ビームスポット形状をある程度調整することはできるが、調整可能な範囲は、Ｆθレンズの大きさと性能によって制限され、通常、１００ｍｍ～３００ｍｍ程度である。従って、生産ラインの幅やワークのサイズに合わせた大きさのＦθレンズを採用することは、コストの点から見て、現実的とは言えない。一方、長焦点の対物レンズを用いれば、広い範囲の加工面にレーザビームを垂直に近い状態で照射することが可能であるが、この場合、レーザ加工装置が大型になってしまう。例えば、加工面の加工範囲を３００ｍｍとすると、レーザビームを±４°振るために、照射範囲の約１５倍の４５００ｍｍの距離からレーザビームを振る必要がある。また、加工面上でビームスポットを１ｍｍ移動させる角度は、約０．０１２７°であり、そのための制御が極めて困難である。
　また、移動法では、重量の関係から、ステージを高速度に移動させることは困難であり、従って、振り法に比較して、レーザビームをワークの加工面に対して高速に移動させることができないため、迅速なレーザ加工は望めない。また、ステージを移動制御するため、複雑な機構を要するだけでなく、消費エネルギも増大する欠点がある。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ワークの加工面を高速且つ高精度に加工できるとともに、装置を大型化することなく広範囲の加工面を加工することのできるビーム加工装置を提供することを目的とする。
　本発明に係るビーム加工装置は、ビームをワークの加工面に照射し、当該加工面を加工するビーム加工装置において、前記ビームを出力する出力源と、前記出力源から出力された前記ビームを移動させるビーム移動手段と、前記ビーム移動手段と前記加工面との間の前記ビームの光路中に配設され、前記ビーム移動手段により移動される前記ビームを反射し、前記加工面に導く複数の反射鏡と、を備え、前記複数の反射鏡は、前記ビーム移動手段によって移動された前記ビームを前記加工面の異なる位置に略垂直に導くように、前記ビームの入射方向に応じた傾斜角度に設定されることを特徴とする。
　前記ビーム加工装置において、前記複数の反射鏡は、前記出力源から前記複数の反射鏡を介して前記加工面に至るまでの各光路長が略等しくなる位置に配設されることを特徴とする。
　前記ビーム加工装置において、前記複数の反射鏡と前記加工面との間に配設され、前記加工面に照射される前記ビームの加工パターンを設定する加工パターン設定手段を備えることを特徴とする。
　前記ビーム加工装置において、前記ビーム移動手段と前記複数の反射鏡との間に配設され、前記ビーム移動手段により移動された前記ビームを反射して前記複数の反射鏡に分配する複数の分配鏡を備えることを特徴とする。
　前記ビーム加工装置において、前記複数の反射鏡と前記加工面との間に配設され、前記ビームを前記加工面に集光させる集光レンズを備えることを特徴とする。
　前記ビーム加工装置において、前記集光レンズを前記加工面に沿って移動させるレンズ移動手段と、前記レンズ移動手段を制御し、前記加工面における前記ビームの集光点の位置制御を行う位置制御手段と、を備えることを特徴とする。
　前記ビーム加工装置において、前記ビームと同軸の制御ビームを前記加工面に照射する制御ビーム照射手段と、前記加工面によって反射された前記制御ビームを検出する制御ビーム検出手段と、前記制御ビーム検出手段により検出された前記制御ビームに基づき、前記加工面における前記ビームの照射位置及び／又は前記ビームの出力を制御するビーム制御手段と、を備えることを特徴とする。
　前記ビーム加工装置において、前記加工面の画像を撮影するカメラと、前記カメラにより撮影された画像に基づき、前記加工面における前記ビームの照射位置を制御するビーム制御手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明のビーム加工装置では、出力源から出力されたビームをビーム移動手段により移動させた後、複数の反射鏡によって反射させ、ワークの加工面に略垂直に導くことにより、加工面を高速且つ高精度に加工することができる。また、装置を大型化することなく、ビームをワークの広範囲に導いて加工を行うことができる。また、ワークの加工面に対し、ビームを略垂直に落射させることにより、例えば、マスク板を用いた高精度な加工や画像計測を行うことができる。
本発明に係る実施形態１のレーザ加工装置の構成図である。 実施形態１のレーザ加工装置におけるレーザビームの光路説明図である。 図３Ａは、実施形態１のレーザ加工装置を構成するビーム移動ユニットの構成図、図３Ｂは、ビーム移動ユニットを構成するカメラ用ミラーの説明図である。 実施形態１のレーザ加工装置を構成するビーム移動ユニットの配置説明図である。 図５Ａ～図５Ｃは、実施形態１のレーザ加工装置における平面反射鏡の配置を含むパラメータの説明図である。 図６Ａは、本発明に係る実施形態２のレーザ加工装置の左半分の構成図、図６Ｂは、図６Ａの側面構成図、図６Ｃは、実施形態２のレーザ加工装置を構成する分配鏡の配置とワークの加工領域との対応関係の説明図である。 図７Ａは、本発明に係る実施形態３のレーザ加工装置の左半分の構成図、図７Ｂは、図７Ａの側面構成図、図７Ｃは、実施形態３のレーザ加工装置を構成する分配鏡の配置とワークの加工領域との対応関係の説明図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、本発明に係るレーザ加工装置の変形例の説明図である。 図９Ａは、本発明に係る実施形態４のレーザ加工装置の左半分の構成図、図９Ｂは、図９Ａの側面構成図である。 図１０Ａは、本発明に係るレーザ加工装置に組み込まれる対物レンズをワークの前面に配置した状態の側面図、図１０Ｂは、図１０Ａの平面図、図１０Ｃは、他の態様の側面図、図１０Ｄは、図１０Ｃの平面図、図１０Ｅは、さらに他の態様の側面図、図１０Ｆは、図１０Ｅの平面図である。 本発明に係るレーザ加工装置に組み込まれる焦点位置修正機構の構成図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明に係るレーザ加工装置に組み込まれる対物レンズの他の構成の説明図である。 図１３Ａは、本発明に係るレーザ加工装置に組み込まれるマスク板の斜視説明図、図１３Ｂは、マスク板の平面図である。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、ワーク上の半田の画像の説明図、図１４Ｃは、半田の画像に基づいてビーム制御を行うフローチャートである。 図１５Ａは、加工対象であるワークの説明図、図１５Ｂは、図１５Ａのワークの画像の説明図、図１５Ｃは、加工対象である他のワークの説明図、図１５Ｄは、図１５Ｃのワークの画像の説明図である。 レーザビームの出力パルスと、ワークの温度との関係説明図である。 図１７Ａ～図１７Ｅは、本発明に係るレーザ加工装置の全体制御フローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
＜装置構成＞
　図１は、本発明に係るビーム加工装置が適用される実施形態１のレーザ加工装置１０の構成図であり、図２は、レーザ加工装置１０におけるレーザビームＬＢの光路説明図である。また、図３Ａは、レーザ加工装置１０を構成するビーム移動ユニット１２（ビーム移動手段）の構成図であり、図３Ｂは、ビーム移動ユニット１２を構成するカメラ用ミラー２６の説明図である。
　レーザ加工装置１０は、レーザビームＬＢをワークＷの加工面に照射し、加工面を移動させることで、ワークＷを所望の状態に加工する装置である。レーザ加工装置１０は、例えば、レーザマーカ、レーザ切断機、レーザ溶接機、レーザ半田付装置、ガラス封止機等、種々のレーザ加工装置に適用することができる。加工態様に応じて、レーザビームＬＢを制御してワークＷに導くことにより、ワークＷに所望の加工パターンを形成することができる。
　レーザ加工装置１０は、ワークＷ上を移動するレーザビームＬＢを生成するビーム移動ユニット１２と、ビーム移動ユニット１２により生成されたレーザビームＬＢを反射し、ワークＷの加工面に導く複数の平面反射鏡１４とを備える。各平面反射鏡１４は、円弧状の支持枠１６の内周面に固定される。ワークＷは、図１の矢印Ｘ方向に長尺な加工面を有しており、平面反射鏡１４は、ワークＷに対向した状態で、矢印Ｘ方向に所定間隔に配列される。各平面反射鏡１４は、ビーム移動ユニット１２とワークＷの加工面との間のレーザビームＬＢの光路中に配設され、ビーム移動ユニット１２から出力されるレーザビームＬＢを反射し、ワークＷの加工面の異なる位置に略垂直に分配落射させるよう、それぞれがレーザビームＬＢの入射方向に応じて所定角度傾斜した状態で支持枠１６に固定される。なお、「分配」とは、ワークＷの加工面を平面反射鏡１４毎に分配することを言う。平面反射鏡１４を固定する支持枠１６の内周面の形状は、ビーム移動ユニット１２から各平面反射鏡１４を介してワークＷの加工面に至る各レーザビームＬＢの光路長が略同じになる形状に構成される。従って、各平面反射鏡１４は、ビーム移動ユニット１２から平面反射鏡１４を介して加工面に至るまでの各光路長が略等しくなる位置に配設される。
　ここで、「光路長が同じ」とは、ワークＷの加工面における各レーザビームＬＢのビームスポット径が、必要とされるビームスポット径の許容範囲に収まる場合、それらの光路長は同じであることを意味するものとする。ビームスポット径の許容範囲であるビームスポット面積の誤差の比率を一定とすると、ビームスポット径が小さい場合の光路長の許容誤差は、ビームスポット径に比例して小さくなる。但し、ワークＷの上に対物レンズを置いた場合の光路長は、対物レンズに対する必要ビームスポット径の範囲内とする。対物レンズに対する光路長の誤差が必要ビームスポット径の範囲内であり、収束又は発散しない平行ビームを用いた場合、平面反射鏡１４は、円弧状に配置する必要はなく、自由な位置に置くことができる。
　ビーム移動ユニット１２は、図３Ａに示すように、レーザビームＬＢを出力するレーザ光源１８（出力源）と、レーザビームＬＢとは波長が異なる制御ビームＣＢを出力するＬＥＤ２０（制御ビーム照射手段）と、ワークＷの加工面によって反射された制御ビームＣＢを受光するカメラ２２（制御ビーム検出手段）とを備える。また、ビーム移動ユニット１２は、レーザビームＬＢを反射させる一方、制御ビームＣＢを透過させるハーフミラー２４と、ＬＥＤ２０から出力された制御ビームＣＢが通過する開口部２６ａを有し、ハーフミラー２４を透過した制御ビームＣＢを反射してカメラ２２に導くミラー２６（図３Ｂ）と、レーザビームＬＢをワークＷの矢印Ｙ方向に移動させるガルバノミラー２８Ｙと、レーザビームＬＢをワークＷの矢印Ｘ方向に移動させるガルバノミラー２８Ｘと、ガルバノミラー２８Ｙ及び２８Ｘをそれぞれ回転させるガルバノモータ３０Ｙ及び３０Ｘ（図１）とを備える。カメラ２２には、受光した制御ビームＣＢのビームプロファイル又は受光量に従い、レーザビームＬＢのワークＷ上における照射点４０の照射位置の制御及び／又はレーザビームＬＢの出力制御を行う制御部４２（ビーム制御手段）が接続される。
　レーザ光源１８及びＬＥＤ２０の光軸は、ハーフミラー２４とワークＷとの間で同軸に設定される。ミラー２６に形成される開口部２６ａは、図３Ｂに示すように、ＬＥＤ２０から出力された制御ビームＣＢがワークＷ上で円形の照射点４０となるように、制御ビームＣＢの光軸に対して略４５°傾斜しているミラー２６の反射面の鏡面コーティングを楕円状に剥離して形成される。また、開口部２６ａの面積は、ワークＷによって反射された制御ビームＣＢをカメラ２２に充分に導くことができるように、例えば、カメラ２２が受光する制御ビームＣＢの受光面積の１／２５以下となるように設定することが好ましい。なお、ＬＥＤ２０とミラー２６の開口部２６ａとの間を光ファイバで連結してもよい。カメラ２２とワークＷとの間の光路長は、カメラ２２により撮影されるレーザビームＬＢの照射点４０を含む観察・計測視野に基づいて設定される。
　レーザ光源１８は、図２に示すように、レーザ発振器３２、ビームエキスパンダ３４、ビーム絞り３６及びビーム焦点レンズ３８から構成される。なお、ビーム絞り３６と、ビーム焦点レンズ３８と、ビーム焦点レンズ３８の下流に配設されるハーフミラー２４との配列順は、任意である。ビーム焦点レンズ３８は、レーザ発振器３２から出力されたレーザビームＬＢをワークＷの加工面に集光させ、照射点４０を形成する。レーザ発振器３２には、ワークＷの加工面に所望の加工パターンを形成するため、レーザビームＬＢの制御を行う制御部４２が接続される（図３Ａ）。
　図４は、ビーム移動ユニット１２がレーザビームＬＢの光路を遮らない位置に配置されている状態を示す。すなわち、ビーム移動ユニット１２は、ワークＷと平面反射鏡１４との間に配置されるのではなく、図１における矢印Ｙ方向、図４においては、左側に所定量だけずらせた位置に配置される。従って、レーザビームＬＢは、平面反射鏡１４によって反射された後、ビーム移動ユニット１２により遮られることなく、ワークＷの加工面に導かれる。なお、レーザビームＬＢをワークＷの加工面に略垂直に導くため、平面反射鏡１４は、図１の矢印Ｙ方向に対して所定角度だけ傾斜して配設される。ビーム移動ユニット１２から平面反射鏡１４を介してワークＷに至るレーザビームＬＢの光路長と、平面反射鏡１４の傾斜角度とは、コンピュータシミュレーションにより計算し、又は、幾何演算により求めることができる。
　次に、図５Ａ～図５Ｃに基づき、平面反射鏡１４の配置を含むパラメータについて説明する。なお、図５Ａは、図１に示すレーザ加工装置１０の左半分のみを示す。
　平面反射鏡１４の配列方向の幅Ｍｗは、レーザビームＬＢの平面反射鏡１４上でのビーム径をφＬＢとすると、図５Ｂに示すように、平面反射鏡１４の有効幅Ｌｗにビーム径φＬＢを加算した値である。有効幅Ｌｗは、ガルバノミラー２８Ｘの回転中心ＣＸＰに対するレーザビームＬＢの振り角度Ｒａと、回転中心ＣＸＰから平面反射鏡１４の中心までの距離Ｒと、ワークＷの加工面を基準として、平面反射鏡１４の中心に入射するレーザビームＬＢの角度Ｌａ（図５Ｃ）と、ビーム径φＬＢとを用いて、
　　Ｌｗ＝２Ｒ・sin（（π／２＋Ｌａ－Ｒａ）／２）・sinＲａ＋φＬＢ
　　　　　…（１）
として設定される。
　また、各平面反射鏡１４の位置は、ガルバノミラー２８Ｘの回転中心ＣＸＰから、任意に選択した２枚の平面反射鏡１４の中心までの距離をそれぞれＲ１、Ｒ２、選択した２枚の平面反射鏡１４の中心からワークＷの加工面までの距離をそれぞれＨ１、Ｈ２とすると、光路長が同じとなる条件として、
　　Ｈ１＋Ｒ１≒Ｈ２＋Ｒ２　　　　　…（２）
として設定される。なお、各平面反射鏡１４によって反射されたレーザビームＬＢが移動するワークＷの加工面上の矢印Ｘ方向（図１）の幅ｂｐは、略同じであるものとする。
　さらに、ワークＷの加工面を基準とする平面反射鏡１４の取付角度Ｍａは、レーザビームＬＢがワークＷの加工面に略垂直に落射されることを条件として、
　　Ｍａ＝（π／２－Ｌａ）／２　　　　　…（３）
として設定される。
＜実施形態１の動作説明＞
　次に、上記のレーザ加工装置１０の動作について説明する。
　制御部４２は、ビーム移動ユニット１２のＬＥＤ２０を駆動し、制御ビームＣＢをＬＥＤ２０から出力させる。ＬＥＤ２０から出力された制御ビームＣＢは、ミラー２６の中央の開口部２６ａを通過し、ハーフミラー２４を透過した後、ガルバノモータ３０Ｘ及び３０Ｙで回転駆動されるガルバノミラー２８Ｘ及び２８Ｙにより、Ｘ方向及びＹ方向に移動される。移動された制御ビームＣＢは、支持枠１６に固定された各平面反射鏡１４によって反射され、ワークＷの加工面に照射される。次いで、加工面によって反射された制御ビームＣＢは、同じ光路を遡り、ビーム移動ユニット１２のミラー２６によって反射された後、カメラ２２により受光される。制御部４２は、カメラ２２が受光した制御ビームＣＢの画像を処理し、照射点４０の位置情報、受光した制御ビームＣＢの受光光量情報、ワークＷの種別情報等を照射点４０の情報として取得する。
　一方、制御部４２は、制御ビームＣＢの出力と同時、又は、制御ビームＣＢに基づく上記情報を取得した後、ビーム移動ユニット１２のレーザ発振器３２を駆動し、レーザビームＬＢを出力させる。レーザ発振器３２から出力されたレーザビームＬＢは、ハーフミラー２４により反射された後、制御ビームＣＢと同様に、ガルバノミラー２８Ｘ及び２８ＹによりＸ方向及びＹ方向に移動される。移動されたレーザビームＬＢは、支持枠１６に固定された各平面反射鏡１４によって反射され、ワークＷの加工面に照射される。このとき、制御部４２は、カメラ２２によって取得した照射点４０の情報に基づき、レーザビームＬＢの照射位置や出力を調整して制御することにより、ワークＷの加工面にレーザビームＬＢを高精度に照射し、所望の加工パターンを形成することができる。
　この場合、レーザ加工装置１０では、ビーム絞り３６とハーフミラー２４との間に、液晶マスクやデジタルミラーデバイス（ＤＬＰ）を配設し、レーザビームＬＢを変調して所望の加工パターンを生成させることにより、照射点４０に画像や文字を露光し、又は、焼き付けることができる。これにより、従来のレーザーマーカ等を用いてワークＷを加工する場合に比較すると、文字列やパターン、マーク、暗号模様等を高速且つ広範囲に形成することができる。また、照射点４０のビームスポット径を任意に調整し、高精細な微小回路の露光を行うことができる。しかも、照射点４０近傍の画像をカメラ２２により撮影し、描画模様を確認しながら、照射点４０の位置に応じて描画模様を変更、調整しながら加工を行うことができる。従って、連続した照射点４０を組み合わせた、異なる回路や画像パターンを加工することができる。
＜実施形態２＞
　図６Ａ及び図６Ｂは、実施形態２のレーザ加工装置５０の構成図である。また、図６Ｃは、レーザ加工装置５０を構成する５枚の分配鏡５２ａ～５２ｅの配置と、ワークＷの加工領域Ａ１～Ａ５との対応関係を示す。なお、図６Ａ及び図６Ｂは、図５Ａと同じく、レーザ加工装置５０の左半分のみを示している。
　レーザ加工装置５０は、５枚の分配鏡５２ａ～５２ｅと、それに対応する５枚の平面反射鏡１４とを備える。分配鏡５２ａ～５２ｅは、ビーム移動ユニット１２と複数の平面反射鏡１４との間に配置される。分配鏡５２ａ～５２ｅの傾きは、対応する平面反射鏡１４と同じ傾きに設定される。ビーム移動ユニット１２から出力されたレーザビームＬＢは、Ｆθレンズ５４を介して各分配鏡５２ａ～５２ｃに入射した後、対応する平面反射鏡１４ａ～１４ｃに向かって反射される。なお、図示していないが、分配鏡５２ｄ、５２ｅに入射したレーザビームＬＢも同様に、図６Ａの右側に配設されている対応する平面反射鏡１４に向かって反射される。各平面反射鏡１４によって反射されたレーザビームＬＢは、図６Ｃに示すように、ワークＷの対応する加工領域Ａ１～Ａ５に導かれる。
　なお、図１に示すレーザ加工装置１０との相違点は、レーザビームＬＢの光路長がＦθレンズ５４の位置から計算されることである。Ｆθレンズ５４を使用することにより、レーザビームＬＢの振り角度に応じて光路長が伸びても、ワークＷの加工面における照射点４０の径が同じであるため、この伸び分を考慮して光路長を計算する。
　このように構成されるレーザ加工装置５０によれば、最小の光路長で装置を構成することができる。なお、分配鏡５２ａ～５２ｅの数をさらに増やすことも可能であるが、レーザビームＬＢの径が大きい場合には、分配鏡５２ａ～５２ｅ間の無効領域が増えるため、非効率的である。
＜実施形態３＞
　図７Ａ及び図７Ｂは、実施形態３のレーザ加工装置６０の構成図である。また、図７Ｃは、レーザ加工装置６０を構成する４枚の分配鏡６２ａ～６２ｄの配置と、ワークＷの加工領域Ｂ１～Ｂ４との対応関係を示す。なお、図７Ａ及び図７Ｂは、図６Ａ及び図６Ｂと同じく、レーザ加工装置６０の左半分のみを示している。
　レーザ加工装置６０は、レーザ加工装置５０からＦθレンズ５４を除去し、反射面を長く設定した左右４枚の分配鏡６２ａ～６２ｄをビーム移動ユニット１２と平面反射鏡１４との間の光路中に配設したものである。この場合、各分配鏡６２ａ～６２ｄは、それぞれ２枚の平面反射鏡１４に対して同時にレーザビームＬＢを導くことができる。なお、ＣＸＰは、ビーム移動ユニット１２を構成するガルバノミラー２８Ｘの回転中心であり、ＣＹＰは、ガルバノミラー２８Ｙの回転中心である。
　このように構成されるレーザ加工装置６０によれば、レーザ加工装置５０よりもレーザビームＬＢの分割数が少ない分、ワークＷをより効率的に加工することができる。
＜変形例＞
　図８Ａは、例えば、ガラス瓶、ボトル、鋼管等のような湾曲面を有するワークＷ１に対して、レーザビームＬＢの光路長が同じであり、且つ、ワークＷ１の加工面に略垂直にレーザビームＬＢが照射されるように、平面反射鏡１４を配設した場合を示す。
　図８Ｂは、図１に示すレーザ加工装置１０において、ワークＷ２と平面反射鏡１４との間の所定位置であって、平面反射鏡１４と光路長が同じになる位置に小反射鏡７０を挿入して構成したものである（図４）。この場合、例えば、半田７２を回路基板等のワークＷ２上に塗布し、その上に回路素子等のチップ７４を載置したワークＷ２に対して、レーザビームＬＢを小反射鏡７０を介して照射することにより、チップ７４の影となる部分の半田７２を溶融させることができる。
＜実施形態４＞
　図９Ａ及び図９Ｂは、実施形態４のレーザ加工装置９０の構成図である。
　レーザ加工装置９０は、平行光束からなるレーザビームＬＢを、ワークＷに沿って配列された各平面反射鏡１４によって反射させ、ワークＷの加工面に導くように構成される。この場合、平面反射鏡１４に導かれるレーザビームＬＢは、平行光束であるため、各平面反射鏡１４に入射するレーザビームＬＢの光路長に関わらず、ワークＷの加工面に形成される照射点４０の径を一定にすることができる。従って、平面反射鏡１４は、自由な位置に配置することができる。なお、レーザビームＬＢを平行光束としてワークＷに照射すると、加工に必要なエネルギを加工面に付与できなくなるおそれがある。この場合には、ワークＷの前面に対物レンズ７６を配置して、レーザビームＬＢを集光するようにすればよい。
＜対物レンズの構成＞
　上記の各実施形態において、ワークＷ（Ｗ１、Ｗ２）の前面であって、ワークＷの加工面と平面反射鏡１４との間には、必要に応じて対物レンズを挿入することができる。その態様につき、図１０Ａ～図１０Ｆに基づいて説明する。
　図１０Ａは、対物レンズ７６をワークＷの前面に配置した状態の側面図、図１０Ｂは、その平面図である。半球状の対物レンズ７６は、ワークＷに沿って配設された防護ガラス７８に、平面側を接するようにして固定される。防護ガラス７８は、入射したレーザビームＬＢがビーム移動ユニット１２側に戻らないように、例えば、レーザビームＬＢに対して法線を２°以上傾けて配置する。これにより、レーザビームＬＢがレーザ発振器３２に入射して破壊される事態を回避することができる。なお、防護ガラス７８を傾斜させることなく、対物レンズ７６及び防護ガラス７８の表面に、無反射コーティングを施してもよい。
　図１０Ｃは、複数の対物レンズ８０をワークＷの前面に配置した状態の側面図、図１０Ｄは、その平面図である。レーザビームＬＢは、複数の対物レンズ８０によって異なる複数の位置に集光し、ワークＷの加工面に複数の照射点４０を形成することができる。なお、複数の対物レンズ８０の配置及び形状の組み合わせを選択することにより、加工面に所望の加工パターンを形成することができる。
　図１０Ｅは、プリズム型の対物レンズ８２をワークＷの前面に配置した状態の側面図、図１０Ｆは、その平面図である。レーザビームＬＢは、対物レンズ８２によって異なる２つの位置に集光し、ワークＷの加工面に２つの照射点４０を形成することができる。
　このように、対物レンズ７６、８０又は８２をワークＷの前面に挿入することにより、ワークＷの加工面における照射点４０の拡大率に応じて、照射点４０の位置を細かく調整することができる。例えば、対物レンズ７６の拡大率が１０倍であるとき、対物レンズ７６に対するレーザビームＬＢの落射位置を１００μｍ単位で制御する場合、ワークＷ上での照射点４０の移動は１０μｍ単位となる。また、対物レンズ７６を用いてワークＷ上の制御ビームＣＢの集光点を拡大させてカメラ２２で検出する場合、レーザビームＬＢの位置精度や、カメラ２２の検出精度のスペックを変えることなく、高精度な位置決め制御を行うことができる。
　なお、対物レンズ７６、８０又は８２をワークＷに沿って移動制御させれば、平面反射鏡１４の間隙の影響を受けることなく、レーザビームＬＢを加工面に隙間無く照射させることができる。
　ここで、ワークＷ上で照射点４０を移動させる方法としては、レーザビームＬＢの落射位置に合わせて、対物レンズ７６、８０又は８２の範囲内でレーザビームＬＢを移動させる場合と、レーザビームＬＢに対して対物レンズ７６、８０又は８２を移動させる場合とがある。
　例えば、レーザビームＬＢに対して対物レンズ７６を移動させる場合、対物レンズ７６は、ビーム移動ユニット１２のガルバノモータ３０Ｘ又は３０Ｙを利用して動かすことができる。照射点４０の移動量は、図５に示すように、平面反射鏡１４に入射するレーザビームＬＢの角度Ｌａに比例するため、照射点４０の移動方向に合わせて対物レンズ７６を移動させる。この場合、図１０Ａに示すように、対物レンズ７６の焦点と照射点４０の位置とがずれると、レーザビームＬＢの位置をティーチングした座標とずれてしまうため、焦点位置の修正処理が必要になる。
＜焦点位置修正機構＞
　そこで、図１１に示す構成に従い、焦点位置を修正する焦点位置修正機構９２について説明する。
　焦点位置修正機構９２は、防護ガラス７８の両側部に沿って矢印Ｘ方向に延在する２本のガイドレール９４ａ、９４ｂと、これらのガイドレール９４ａ、９４ｂに沿って矢印Ｘ方向に移動可能な移動体９６とを備える。ガイドレール９４ｂ側には、ボールねじ９８がガイドレール９４ｂと平行に配設され、このボールねじ９８に移動体９６の端部が螺合する。また、移動体９６は、矢印Ｙ方向に延在するガイドレール９８を有し、対物レンズ７６がガイドレール９９に沿って矢印Ｙ方向に移動可能に配設される。
　ボールねじ９８には、ギアトレイン１００を介してビーム移動ユニット１２を構成するガルバノモータ３０Ｘが連結される。従って、移動体９６は、ガルバノモータ３０Ｘによるガルバノミラー２８Ｘの回転に基づき、レーザビームＬＢの焦点位置とカメラ２２の視野の中心とが対応する位置となるように、矢印Ｘ方向に移動可能である。また、対物レンズ７６には、ワイヤ１０２の一端部が連結され、ワイヤ１０２の他端部が連結されるギアトレイン１０４を介して、ビーム移動ユニット１２を構成するガルバノモータ３０Ｙが連結される。従って、対物レンズ７６は、ガルバノモータ３０Ｙによるガルバノミラー２８Ｙの回転に基づき、レーザビームＬＢの焦点位置とカメラ２２の視野の中心とが対応する位置となるように、矢印Ｙ方向に移動可能である。ガルバノモータ３０Ｘ及び３０Ｙは、対物レンズ７６を加工面に沿って移動させるレンズ移動手段であり、位置制御手段である制御部４２により制御されることで、加工面におけるレーザビームＬＢの集光点の位置制御が行われる。なお、対物レンズ７６の移動は、ガルバノモータ３０Ｘ及び３０Ｙとは別の駆動手段を用いて行うようにしてもよい。
　ガルバノモータ３０Ｘ及び３０Ｙによるガルバノミラー２８Ｘ及び２８Ｙの回転に基づき、対物レンズ７６をワークＷに沿ってレーザビームＬＢの照射領域ＳＷ内で移動させることにより、対物レンズ７６の焦点位置を、加工面に照射されるレーザビームＬＢのティーチングした座標に修正することができる。なお、焦点位置と照射点４０とは、正確に一致させる必要はない。例えば、１０μｍ単位で照射点４０を移動制御する場合、対物レンズ７６の位置精度は、１ｍｍ単位でよい。従って、対物レンズ７６を駆動するギアトレイン１００、１０４、ワイヤ１０２等は、多少の誤差を含むものであってもよい。
　図１１の焦点位置修正機構９２において、レーザビームＬＢの照射点４０の位置に合わせて、１つの対物レンズ７６を移動範囲ＸＷ、ＹＷの全範囲で高速に移動させることが困難な場合には、図１２Ａ又は図１２Ｂに示すように、多数の対物レンズ１０６又は１０８を用いて対処することができる。
　図１２Ａの場合、六角形の対物レンズ１０６を照射領域ＳＷの全範囲を網羅するように配設することにより、個々の対物レンズ１０６をその大きさの範囲ＸＷ、ＹＷで移動させるだけで、図１１に示す焦点位置修正機構９２と同等の効果を得ることができる。また、図１２Ｂの場合、円形の対物レンズ１０８を所定間隔で矢印Ｘ方向に配設し、隣接する対物レンズ１０８の矢印Ｘ方向の移動範囲ＸＷと、照射範囲ＳＷの矢印Ｙ方向の移動範囲ＹＷとで対物レンズ１０８を移動させることにより、図１１に示す焦点位置修正機構９２と同等の効果を得ることができる。
　ここで、図９Ａ及び図９Ｂに示すレーザ加工装置９０の場合、ワークＷに照射されるレーザビームＬＢが集光ビームではなく平行光束であるため、対物レンズ７６は、ガルバノモータ３０Ｘ及び３０Ｙを用いて移動させるのではなく、他の独立したモータを用いて移動させる。この場合、各平面反射鏡１４に対応する照射点４０の位置と、ガルバノミラー２８Ｘ及び２８Ｙの回転角度と、光路長との相関テーブルを作成し、この相関テーブルを用いて照射点４０の座標を計算することにより、対物レンズ７６の位置制御、照射点４０の拡大縮小、焦点位置修正の各処理を行う。
　なお、相関テーブルは、平面反射鏡１４、カメラ２２及びビーム移動ユニット１２に取付誤差があるため、ビーム移動ユニット１２に測長器を導入し、必要な照射点４０の位置毎に撮影した画像に基づき、ガルバノミラー２８Ｘ及び２８Ｙの回転角度と光路長とを記録して作成する。この相関テーブルは、他のレーザ加工装置１０、５０、６０における焦点位置修正機構に対しても適用することができる。
＜マスク板の構成＞
　上記の各実施形態において、ワークＷ（Ｗ１、Ｗ２）の前面であって、ワークＷの加工面と平面反射鏡１４との間には、必要に応じて、マスクパターンが形成されたマスク板（加工パターン設定手段）を挿入することができる。その態様につき、図１３Ａの斜視説明図及び図１３Ｂの平面図に基づいて説明する。なお、マスク板は、上述した対物レンズ７６、１０６、１０８とともに使用することができる（図２）。
　マスク板１１０は、レーザビームＬＢの透過率が部分的に異なるマスクパターン１１２を有する。マスクパターン１１２は、ワークＷの加工面に形成されるレーザビームＬＢの加工パターンに対応して、例えば、ドーナツ形状、矩形形状、十字形状等、種々の形状とすることができる。また、マスクパターン１１２は、透過率が０％に近いもの、又は、透過率が連続的に変化するものとして形成することができる。マスクパターン１１２を透過したレーザビームＬＢは、その透過率に従った熱をワークＷの加工面に付与することにより、加工面を所定の状態に加工する。
　マスク板１１０の材料としては、マスクパターン１１２を形成したステンレス板を使用できる他、例えば、レーザビームＬＢ及び制御ビームＣＢを透過させることのできるガラス板を使用し、その表面の一部をマスクパターン１１２に応じた磨りガラス状に加工することでレーザビームＬＢを散乱させ、ワークＷに焦点を結ばせないように構成することもできる。また、制御ビームＣＢを透過させる一方、レーザビームＬＢを透過させない膜をガラス板の表面にコーティングしてもよい。
　さらに、マスク板１１０として、マスクパターン１１２をクリーム半田で形成し、ワークＷに接触するように載置すれば、マスク板１１０に照射されたレーザビームＬＢの熱エネルギによってクリーム半田が溶融し、ワークＷにマスクパターン１１２に対応した形状の半田を転写させることができる。
　なお、図１０Ｃ又は図１０Ｅに示すように、防護ガラス７８に固定した対物レンズ８０又は８２の配置によって、所望のマスクパターンを形成することもできる。
　このようなマスクパターン１１２を種々選択し、レーザビームＬＢの加工面での形状や熱エネルギの分布を規定することにより、半田付け、穿孔、切断、加熱等、様々な範囲に適用することができる。
＜加工例＞
　図１４Ａ及び図１４Ｂは、加工面に半球状の半田を乗せたワークＷに制御ビームＣＢを照射し、その反射光をカメラ２２で撮影して得られた画像１１４、１１６であり、各図の上段の画像１１４、１１６は、レーザビームＬＢを照射する前の画像であり、下段の画像１１４、１１６は、レーザビームＬＢをワークＷに所定時間照射した後の画像である。
　この場合、ワークＷに入射する制御ビームＣＢの光軸に垂直な面で反射された制御ビームＣＢは、大半が散乱することなくカメラ２２に戻るため、明るい輝点１１８として画像１１４、１１６に表れる。この輝点１１８は、レーザビームＬＢの熱により半田が溶融して形状がくずれることで、形状や位置が大きく変化する。従って、輝点１１８の状態を観測して制御すれば、半田の所望の溶融状態を得ることができる。
　図１４Ｃは、図３に示す制御部４２によるレーザビームＬＢのビーム制御のフローチャートである。制御部４２は、ＬＥＤ２０から出力され、ワークＷに照射された制御ビームＣＢによる画像をカメラ２２を介して取り込む（ステップＳ１）。次いで、制御部４２は、取り込んだ画像を処理し、輝点１１８の位置や形状に従い、レーザ発振器３２から出力されるレーザビームＬＢの出力を調整してワークＷに照射する（ステップＳ２）。また、制御部４２は、輝点１１８の位置や形状から、半田の変形、融解の状態を判断し（ステップＳ３）、画像を再び取り込んで、レーザビームＬＢを調整する処理を繰り返す。このようにビーム制御を行うことにより、半田を所望の溶融状態とすることができる。
　図１５Ａは、加工対象として、矩形状の銅箔１２０の上に長方形状のリード１２２を載置したワークを示す。図５Ｂは、上段がレーザビームＬＢを照射する前のワークの画像１２４であり、下段がレーザビームＬＢを所定時間照射することで、リード１２２の上に塗布または載置した半田、又は、リード１２２が溶融した後の画像１２６である。この場合、レーザビームＬＢは、リード１２２の形状に対応した長方形状の加工パターンとしてワークに照射される。
　図１５Ｃは、加工対象として、リング状の銅箔１２８の上に円柱形状のリード１３０を載置したワークを示す。図５Ｄは、上段がレーザビームＬＢを照射する前のワークの画像１３２であり、下段がレーザビームＬＢを所定時間照射することで、リード１３０の上に塗布又は載置した半田、又は、リード１３０が溶融した後の画像１３４である。この場合、レーザビームＬＢは、銅箔１２８の形状に対応した円形の加工パターンでワークに照射される。
　図１６は、図１５Ａ～１５Ｄのワークに照射されるレーザビームＬＢの出力パルスと、銅箔１２０、１２８、リード１２２、１３０及び半田の温度との関係を示す。適切な半田付けは、対象物と同じ温度であることが理想であるが、レーザビームＬＢのような熱線を対象物に照射する場合、銅箔１２０、１２８、リード１２２、１３０及び半田の反射率は異なるため、熱線の熱吸収率も大きく異なる。例えば、リード１２２、１３０及び半田は８０８ｎｍの熱線を吸収し、銅箔１２０、１２８はこの熱線を反射する。また、酸化した銅箔１２０、１２８は、半田溶融する前に融けて孔が空いてしまう。従って、レーザビームＬＢの出力パルスは、銅箔１２０、１２８及びリード１２２、１３０の熱吸収率を考慮して設定する。なお、適切な半田付けを行うため、ビーム移動ユニット１２に赤外線カメラを組み込み、対象物の温度を計測して、レーザビームＬＢの出力パルスを調整することが好適である。
＜全体制御フロー＞
　次に、上述したレーザ加工装置１０、５０、６０、９０に対して、図１１に示す焦点位置修正機構９２を組み込んだシステムの全体の動作につき、図１７Ａ～図１７Ｅのフローチャートに基づいて説明する。
　システムが起動されると、制御部４２は、加工プログラムから制御コマンドを取り出し（ステップＳ１１、図１７Ａ）、その制御コマンドが検査コマンドである場合（ステップＳ１２、ＹＥＳ）、レーザビームＬＢの検査処理を実行する（ステップＳ１３）。
　検査処理では、先ず、焦点位置の修正処理が行われる（ステップＳ１３Ａ、図１７Ｂ）。
　そこで、制御部４２は、ビーム移動ユニット１２のガルバノモータ３０Ｘ及び３０Ｙを駆動し（ステップＳＡ１、図１７Ｃ）、ギアトレイン１００、１０４を介して対物レンズ７６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動させる（図１１）。制御部４２は、ＬＥＤ２０から出力された制御ビームＣＢをワークＷに導き、ワークＷによって反射された制御ビームＣＢを含む加工面をカメラ２２により撮影し、加工面の画像を取り込む（ステップＳＡ２）。次いで、制御部４２は、取り込んだ画像を処理して、ワークＷの加工面における対象物の形状を認識し、認識した形状に従い、ワークＷに対する対物レンズ７６の位置決めを行う。この場合、カメラ２２に入射する制御ビームＣＢに基づく画像の視野は、レーザビームＬＢのビームスポットの範囲よりも格段に大きく設定されるため、制御部４２は、この視野内の撮影された画像に基づき、対物レンズ７６の焦点位置を、レーザビームＬＢの照射位置である加工位置にラフに修正することができる。
（ステップＳＡ３）。対物レンズ７６の位置を修正してもなお、対物レンズ７６の焦点位置がティーチングによって得られた照射点４０の所望の位置からずれており、焦点位置の修正が必要と判断された場合（ステップＳＡ４、ＹＥＳ）、制御部４２は、ステップＳＡ１からの処理を繰り返す。一方、焦点位置を修正する必要がなく（ステップＳＡ４、ＮＯ）、形状認識ができている場合には（ステップＳＡ５、ＮＯ）、位置決め処理を終了する。また、形状認識ができていない場合には（ステップＳＡ５、ＹＥＳ）、エラー処理を行って終了する（ステップＳＡ６）。
　焦点位置の修正処理が終了すると、制御部４２は、その他の各種検査を行い（ステップＳ１３Ｂ、図１７Ｂ）、検査データを記録し、又は、登録する（ステップＳ１３Ｃ）。
　次に、制御部４２は、制御コマンドが加工コマンドである場合（ステップＳ１４、ＹＥＳ）、レーザビームＬＢによるワークＷの加工処理を実行する（ステップＳ１５）。
　加工処理において、制御部４２は、レーザビームＬＢの波長やカメラ２２を含む計測系の焦点の位置ずれに伴うレーザビームＬＢの焦点位置を修正した後（ステップＳ１５Ａ、図１７Ｄ）、レーザビームＬＢを制御してワークＷを加工する（ステップＳ１５Ｂ）。
　ビーム制御において、制御部４２は、カメラ２２により撮影した制御ビームＣＢの画像を取り込み（ステップＳＢ１、図１７Ｅ）、取り込んだ画像を処理することにより、レーザビームＬＢの照射前の画像と照射後の画像、又は、照射中の所定時間間隔の前後における画像の差分を求める（ステップＳＢ２）。制御部４２は、求めた差分に基づき、レーザビームＬＢの出力を調整し、又は、レーザビームＬＢをＯＮ／ＯＦＦさせることで照射時間を調整してワークＷの加工を行う（ステップＳＢ３）。レーザビームＬＢの出力又は照射時間を調整しても、前記差分に十分な変化がないとき（ステップＳＢ４、ＮＯ）、ステップＳＢ１からの処理を繰り返し、レーザビームＬＢの出力又は照射時間を調整する。一方、レーザビームＬＢの出力が十分に変化した場合（ステップＳＢ４、ＹＥＳ）、ビーム制御処理を終了する。
　次に、制御部４２は、次の処理が有る場合（ステップＳ１６）、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。また、次の処理がない場合には（ステップＳ１６、ＮＯ）、終了処理を行い（ステップＳ１７）、全ての処理を終了する。
　なお、本発明のレーザ加工装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
　例えば、レーザ加工装置１０、５０、６０、９０は、鉛直上方向からレーザビームＬＢをワークＷに落射するものとして説明しているが、この方向に限定されるものではなく、上方向や横方向に配置されたワークＷに対してレーザビームＬＢを照射する装置を含む。
　また、ワークＷを加工するビームとしては、レーザビームＬＢ以外に、例えば、電子ビームや電磁波を含む任意のビームを用いることができる。
　また、ワークＷによって反射された制御ビームＣＢを検出する制御ビーム検出手段としては、ＣＣＤカメラ、フォトマルチプライア等の光電変換器、光検出器、検波器等を用いることができる。なお、ワークＷの加工面を照明して画像を取得できるのであれば、制御ビームＣＢ以外の照明光を照射してもよい。
　また、ビーム移動ユニット１２に対して、液晶マスクやデジタルミラーデバイス（ＤＬＰ）等の光変調手段を組み込み、この光変調手段を画像情報に従って制御することにより、レーザ発振器３２から出力されるレーザビームＬＢを変調し、所望の加工パターンをワークＷの加工面に形成することができる。
　また、例えば、図５Ａでは、左右６枚、計１２枚の平面反射鏡１４を用いる場合について説明したが、これは、光路長が３００ｍｍ～４００ｍｍで、レーザビームＬＢのビーム径が平面反射鏡１４上で１０ｍｍ以上となる場合であり、光路長の誤差を１ｍｍ以内とした最適値である。従って、条件が異なれば、平面反射鏡１４を種々の枚数とすることができる。
　また、ビーム移動ユニット１２を構成するガルバノモータ３０Ｘ、３０Ｙに代えて、例えば、停止精度の高い超音波モータを採用することができる。
　また、レーザビームＬＢを移動させるビーム移動手段として、ガルバノミラー２８Ｘ、２Ｙに代えて、例えば、ポリゴンミラーを採用することができる。
　また、ビーム移動手段は、レーザビームＬＢを二次元方向に移動させる場合に限定されるものではなく、一次元方向にのみ移動させるものであってもよい。
　本発明のレーザ加工装置は、実装ラインにおいて、手作業の半田付けや半田ロボットによる飛び出しピンの多いＬＥＤ電極の多数点の加工処理に代えて、高効率なクリーム半田システムを提供することができる。
　本発明のレーザ加工装置は、従来のような個々の狭い範囲で処理を行うことなく、広い範囲での処理ができるため、例えば、太陽電地基板や３００ｍｍ幅以上のシート、パネルの穿孔や溶接、封し、検査等に適している。
　本発明のレーザ加工装置は、ステージ移動を減らし、又は、無くすることにより、面積の大きな液体を載せた容器やフイルム、培養プレートや液浸物の検査や加工処理等に適している。固定して任意位置に細かく動かすことが難しい人体や動物、植物の多数位置を高速処理するのに適している。
　本発明のレーザ加工装置は、フレキシブルシートの回路加工等を、ロールシートのまま、裁断することなく多数の穿孔、溶接、切断、半田付けを高速に行うことができる。
　本発明のレーザ加工装置は、気体や液体の流れの上や中に設置し、その中を通過する物体の計測や加工に適している。例えば、河川の漂流物の計測、魚の計測を行うことができる。
　本発明のレーザ加工装置は、マスク板を使いて、大面積に必要に応じてビーム露光できるので、液晶パネルや太陽電池パネルやシート、パネル、洋服生地、食品、包装容器等に所望のパターンや文字を形成することができる。
１０、５０、６０、９０…レーザ加工装置
１２…ビーム移動ユニット
１４…平面反射鏡
１６…支持枠
１８…レーザ光源
２０…ＬＥＤ
２２…カメラ
２４…ハーフミラー
２６…カメラ用ミラー
２６ａ…開口部
２８Ｘ、２８Ｙ…ガルバノミラー
３０Ｘ、３０Ｙ…ガルバノモータ
３２…レーザ発振器
３４…ビームエキスパンダ
３６…ビーム絞り
３８…ビーム焦点レンズ
４０…照射点
４２…制御部
５２ａ～５２ｅ、６２ａ～６２ｄ…分配鏡
５４…Ｆθレンズ
７０…小反射鏡
７２…半田
７４…チップ
７６、８０、８２…対物レンズ
７８…防護ガラス
９２…焦点位置修正機構
９４ａ、９４ｂ、９９…ガイドレール
９６…移動体
９８…ボールねじ
１００、１０４…ギアトレイン
１０２…ワイヤ
１１０…マスク板
１１２…マスクパターン
１１８…輝点
１２０、１２８…銅箔
１２２、１３０…リード
ＣＢ…制御ビーム
ＬＢ…レーザビーム
Ｗ…ワーク

Claims (8)

  1. 　ビームをワークの加工面に照射し、当該加工面を加工するビーム加工装置において、
    　前記ビームを出力する出力源と、
    　前記出力源から出力された前記ビームを移動させるビーム移動手段と、
    　前記ビーム移動手段と前記加工面との間の前記ビームの光路中に配設され、前記ビーム移動手段により移動される前記ビームを反射し、前記加工面に導く複数の反射鏡と、
    　を備え、
    　前記複数の反射鏡は、前記ビーム移動手段によって移動された前記ビームを前記加工面の異なる位置に略垂直に導くように、前記ビームの入射方向に応じた傾斜角度に設定されることを特徴とするビーム加工装置。
  2. 　請求項１記載のビーム加工装置において、
    　前記複数の反射鏡は、前記出力源から前記複数の反射鏡を介して前記加工面に至るまでの各光路長が略等しくなる位置に配設されることを特徴とするビーム加工装置。
  3. 　請求項１又は２項に記載のビーム加工装置において、
    　前記複数の反射鏡と前記加工面との間に配設され、前記加工面に照射される前記ビームの加工パターンを設定する加工パターン設定手段を備えることを特徴とするビーム加工装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のビーム加工装置において、
    　前記ビーム移動手段と前記複数の反射鏡との間に配設され、前記ビーム移動手段により移動された前記ビームを反射して前記複数の反射鏡に分配する複数の分配鏡を備えることを特徴とするビーム加工装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のビーム加工装置において、
    　前記複数の反射鏡と前記加工面との間に配設され、前記ビームを前記加工面に集光させる集光レンズを備えることを特徴とするビーム加工装置。
  6. 　請求項５記載のビーム加工装置において、
    　前記集光レンズを前記加工面に沿って移動させるレンズ移動手段と、
    　前記レンズ移動手段を制御し、前記加工面における前記ビームの集光点の位置制御を行う位置制御手段と、
    　を備えることを特徴とするビーム加工装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか1項に記載のビーム加工装置において、
    　前記ビームと同軸の制御ビームを前記加工面に照射する制御ビーム照射手段と、
    　前記加工面によって反射された前記制御ビームを検出する制御ビーム検出手段と、
    　前記制御ビーム検出手段により検出された前記制御ビームに基づき、前記加工面における前記ビームの照射位置及び／又は前記ビームの出力を制御するビーム制御手段と、
    　を備えることを特徴とするビーム加工装置。
  8. 　請求項１～６のいずれか1項に記載のビーム加工装置において、
    　前記加工面の画像を撮影するカメラと、
    　前記カメラにより撮影された画像に基づき、前記加工面における前記ビームの照射位置を制御するビーム制御手段と、
    　を備えることを特徴とするビーム加工装置。
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