JP7684239B2 - Laser Processing Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing device.
従来、プリント基板上の所定の加工位置に対して位置決め動作を行うスキャナと、ビアホールの外形を描くトレパニング動作を行うスキャナと、を別々に設けることにより、加工スループットと加工品質の向上を両立したトレパニング加工を実現するレーザ加工装置が開示されている(特許文献1参照)。 Conventionally, a laser processing device has been disclosed that realizes trepanning processing that improves both processing throughput and processing quality by providing a scanner that performs a positioning operation for a specified processing position on a printed circuit board and a scanner that performs a trepanning operation that traces the outline of a via hole separately (see Patent Document 1).
より具体的には、上記特許文献1記載のレーザ加工装置は、トレパニング加工を行うに際し、上記位置決め動作を行うガルバノスキャナを加工ビームの照射位置が加工穴の中心座標となるように位置決めすると共に、トレパニング動作を行うガルバノスキャナをレーザビームがトレパニング軌跡を常時繰り返し描き続けるように制御している。
More specifically, when performing trepanning, the laser processing device described in
しかしながら、上記特許文献1記載のレーザ加工装置では、複数のビアホールをトレパニング加工する場合、各穴を加工するごとに上記ガルバノスキャナによる位置決め動作を行う必要があるため、当該位置決め動作に時間に時間が掛かってしまうと加工速度を上げることができず、加工効率が低下してしまっていた。
However, when trepanning multiple via holes with the laser processing device described in
そこで、本発明は、加工効率の高いレーザ加工装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a laser processing device with high processing efficiency.
本発明の一態様は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されるレーザビームを偏向可能な第1偏向手段と、前記レーザビームの光路上にて前記第1偏向手段と直列的に配置され、前記レーザビームを偏向可能な第2偏向手段と、前記第1偏向手段及び第2偏向手段を制御する制御部と、を備え、前記第1偏向手段は、前記第2偏向手段よりも応答速度が速く、前記制御部は、第1座標と前記第1偏向手段の走査範囲の中心とを一致させた際に、前記第1偏向手段の走査範囲内に中心座標が位置する複数の加工穴を加工する場合、前記第1座標を前記複数の加工穴の中心座標の重心位置座標とすると共に前記第2偏向手段の目標座標を前記第1座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段によって前記レーザビームを走査して前記複数の加工穴を加工する、ことを特徴とするレーザ加工装置である。
本発明の一態様は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されるレーザビームを偏向可能な第1偏向手段と、前記レーザビームの光路上にて前記第1偏向手段と直列的に配置され、前記レーザビームを偏向可能な第2偏向手段と、前記第1偏向手段及び第2偏向手段を制御する制御部と、を備え、前記第1偏向手段は、前記第2偏向手段よりも応答速度が速く、前記制御部は、第1座標と前記第1偏向手段の走査範囲の中心とを一致させた際に、前記第1偏向手段の走査範囲内に中心座標が位置する複数の加工穴を加工する場合、前記第1座標を、前記複数の加工穴の内、中心座標が原点位置から最も近い加工穴の中心座標と原点位置から最も遠い加工穴の中心座標との中点の座標とすると共に、前記第2偏向手段の目標座標を前記第1座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段によって前記レーザビームを走査して前記複数の加工穴を加工する、ことを特徴とするレーザ加工装置である。
One aspect of the present invention is a laser processing apparatus comprising: a laser oscillator; a first deflection means capable of deflecting a laser beam emitted from the laser oscillator; a second deflection means arranged in series with the first deflection means on the optical path of the laser beam and capable of deflecting the laser beam; and a control unit for controlling the first deflection means and the second deflection means, wherein the first deflection means has a faster response speed than the second deflection means, and when a first coordinate is made to coincide with the center of the scanning range of the first deflection means, when machining a plurality of machining holes whose center coordinates are located within the scanning range of the first deflection means, the control unit sets the first coordinate to the center of gravity position coordinate of the center coordinates of the plurality of machining holes and sets the target coordinate of the second deflection means to the first coordinate, and in this state, the laser beam is scanned by the first deflection means to machine the plurality of machining holes.
One aspect of the present invention is a laser processing apparatus comprising: a laser oscillator; a first deflection means capable of deflecting a laser beam emitted from the laser oscillator; a second deflection means arranged in series with the first deflection means on the optical path of the laser beam and capable of deflecting the laser beam; and a control unit for controlling the first deflection means and the second deflection means, wherein the first deflection means has a faster response speed than the second deflection means, and the control unit, when a first coordinate and the center of the scanning range of the first deflection means are made to coincide with each other, when machining a plurality of machining holes whose center coordinates are located within the scanning range of the first deflection means, sets the first coordinate to the coordinate of the midpoint between the center coordinate of the machining hole whose center coordinate is closest to the origin position and the center coordinate of the machining hole whose center coordinate is farthest from the origin position among the plurality of machining holes, and sets the target coordinate of the second deflection means to the first coordinate, and in this state, scans the laser beam using the first deflection means to machine the plurality of machining holes.
本発明によると、加工効率の高いレーザ加工装置を提供することができる。 The present invention provides a laser processing device with high processing efficiency.
以下、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置について、図面に基づいて説明をする。なお、以下の説明において、X軸方向、Y軸方向とは、加工対象を平面視で視た際の状態を基準とする。 The laser processing device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the following description, the X-axis direction and the Y-axis direction are based on the state when the processing object is viewed in a plan view.
<レーザ加工装置の概略構成>
図1に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置1は、XY軸方向に移動可能な加工テーブル上に載置された加工対象としてのプリント基板Wに穴明け加工を行うレーザ加工装置であり、上述した加工テーブルの他に、レーザ発振器2、第1位置決め機構3、第2位置決め機構5、集光(Fθ)レンズ6、制御部7等を備えている。
<General configuration of laser processing device>
As shown in FIG. 1, the
レーザ発振器2は、例えば、紫外線(UV)レーザあるいは炭酸ガス(CO2)レーザ発振器であり、生成されたレーザビームがレーザパルスとしてレーザ発振器2から出射されるようになっている。
The
第1位置決め機構3は、一対の音響光学素子31,32(Acousto-Optics Defrector、以下、AODという)を備え、これらAOD31,32によってレーザ発振器2から出射されたレーザビームを偏向して照射位置の位置決めを行う偏向手段(第1偏向手段)である。上記第1AOD31及び第2AOD32は、光路上にて直列に配置され、第1AOD31は、プリント基板Wの加工面上のX軸方向にレーザビームを偏向可能に構成されている。また、第2AOD32は、プリント基板Wの加工面上のY軸方向にレーザビームを偏向可能に構成されている。
The
第2位置決め機構5は、第1位置決め機構3の下流側にて直列的に配置されており、一対のガルバノスキャナ51,52によって第1位置決め機構3を通過したレーザパルスを偏向する偏向手段(第2偏向手段)である。上記第1ガルバノスキャナ51は、プリント基板Wの加工面上のX軸方向にレーザビームを偏向可能に構成されている。また、第2ガルバノスキャナ52は、プリント基板Wの加工面上のY軸方向にレーザビームを偏向可能に構成されている。
The
更に、AODはガルバノスキャナと比較して100倍程度、応答速度が速いため、第1位置決め機構3は、第2位置決め機構5よりも応答速度が速くなっている。また、レーザビームの走査範囲については、一対のAODの走査範囲は、被加工面上において一般に一辺200~600[μm]の正方形であり、これに比較してガルバノスキャナは、より大きな走査範囲を有している。このため、第1位置決め機構3は、第2位置決め機構5よりもレーザビームの走査範囲が狭くなっている。
Furthermore, since the response speed of an AOD is about 100 times faster than that of a galvanometer scanner, the
レーザ発振器2から射出されたレーザビームは、上記第1位置決め機構3及び第2位置決め機構5によって偏向され、プリント基板W上におけるXY軸方向の照射位置が位置決めされる。具体的には、第1AOD31による変位と第1ガルバノスキャナ51による変位との和がプリント基板Wの加工面上におけるレーザパルスのX軸方向の変位となる。また、第2AOD32による変位と第2ガルバノスキャナ52による変位との和がプリント基板Wの加工面上におけるレーザパルスのY軸方向の変位となる。
The laser beam emitted from the
レーザ加工装置1を制御する制御部7は、位置決め制御部71、第1AOD制御部72、第1ドライバ74、第2AOD制御部73、第2ドライバ75、第1スキャナ制御部76、第2スキャナ制御部77等を備えている。位置決め制御部71は、加工プログラムPを読み込むと共に、読み込んだ加工プログラムPに基づいて、第1位置決め機構3及び第2位置決め機構5の指令値を生成して出力するように構成されている。具体的には、位置決め制御部71は、第1AOD制御部72にX軸方向の指令値Xaを出力し、第2AOD制御部73にY軸方向の指令値Yaを出力する。また、第1スキャナ制御部76にX軸方向の指令値Xsを出力し、第2スキャナ制御部77にY軸方向の指令値Ysを出力する。
The
第1AOD制御部72及び第2AOD制御部は、上記指令値Xa,Yaに基づいて、第1及び第2ドライバ74,75を介して第1AOD31及び第2AOD32にAOD駆動信号を出力する。また、第1スキャナ制御部76及び第2スキャナ制御部76,77は、上記指令値Xs,Ysに基づいて、第1ガルバノスキャナ51及び第2ガルバノスキャナ52のミラーの回転角度を制御する。
The first
更に、位置決め制御部71は、レーザ発振制御部としても機能し、レーザビームの発振と減衰を指令するためのショット信号をレーザ発振器2へ出力し、レーザ発振器2から出射されるレーザパルスの強度やパルス幅等を制御する。
In addition, the
レーザ加工装置1は、プリント基板Wに対してレーザパルスを照射して穴明け加工を行う場合、位置決め制御部71が加工プログラムPを読み込み、この読み込んだ加工プログラムPに従って、穴明け加工を行う。加工プログラムPには、加工を行うべき各加工穴の加工穴中心座標のリストが記述されている。位置決め制御部71は、加工穴中心座標のリストから順次、加工穴の中心座標を読み込み、その座標を解析して、ガルバノスキャナ51,52、AOD31,32への指令値(目標座標)Xa,Ya,Xs,Ysを作成し、それぞれの制御部72,73,76,77へ送信する。各制御部72,73,76,77は、指令値(目標座標)Xa,Ya,Xs,Ysに基づいて第1位置決め機構3のAOD31,32及び第2位置決め機構5のガルバノスキャナ51,52を制御する。
When the
レーザ照射位置の位置決めされると、位置決め制御部71からショット信号が出力され、レーザ発振器2は、ショット信号に応じたレーザ強度及びパルス幅のレーザパルスを出射する。レーザ発振器2から出射されたレーザパルスは、第1位置決め機構3及び第2位置決め機構5に順次、入射し、AOD31,32及びガルバノスキャナ51,52によってXY軸方向に偏向され、その後、集光レンズ6に入射する。そして、プリント基板W上の所定位置にて集光され、プリント基板Wに穴明け加工が行われる。
When the laser irradiation position is determined, a shot signal is output from the
なお、上述した位置決め制御部71、AOD制御部72,73、ドライバ74,75、スキャナ制御部76,77は、それぞれ、レーザ加工装置1の制御プログラムの一つの機能(処理)として実現されても、独立した回路として実現されても良い。このため、制御部7は、上記制御プログラムが格納された少なくとも1つの記憶部と、当該制御プログラムを実行する少なくとも1つのCPU(演算部)を備えている。
The above-mentioned
<穴明け加工制御>
ついで、本実施の形態における穴明け加工制御について、複数の加工穴をトレパニング加工によって加工した場合を例に取って説明をする。なお、トレパニング加工とは、例えば、同心円上にレーザビームを複数回パルス照射してレーザビームのスポット径以上の穴を加工する加工方法である。
<Drilling process control>
Next, the hole drilling control in this embodiment will be described by taking as an example a case where multiple holes are drilled by trepanning, which is a processing method in which a laser beam is irradiated in pulses multiple times on a concentric circle to drill holes having a diameter equal to or larger than the spot diameter of the laser beam.
詳しくは、トレパニング加工を行う場合、レーザビームの位置決め機構は、レーザビームの照射位置を位置決めする位置決め(PTP;Point-to-Point)動作を行った後、レーザビームの照射位置を加工穴の形に合わせて移動させる軌道追従(CP;Continuous Path)動作を実行する。そして、このCP動作中にパルスレーザを複数回射出すること(以下、この動作をトレパニング加工動作という)によって、1つの加工穴がトレパニング加工される。複数の加工穴をトレパニング加工する場合は、上記PTP動作とCP動作とが繰り返されながら各加工穴がトレパニング加工される。 In more detail, when performing trepanning, the laser beam positioning mechanism performs a positioning (PTP; point-to-point) operation to position the irradiation position of the laser beam, and then performs a trajectory tracking (CP; continuous path) operation to move the irradiation position of the laser beam to match the shape of the hole to be machined. Then, one hole is trepanned by emitting the pulsed laser multiple times during this CP operation (hereinafter, this operation is called the trepanning operation). When multiple holes are trepanned, the PTP and CP operations are repeated to trepan each hole.
図2(a)は、比較例におけるトレパニング加工の加工経路を示した図である。図2(a)上の黒点はガルバノスキャナ51,52の指令値(目標座標)、円はトレパニング加工された加工穴、矢印はガルバノスキャナ51,52の移動動作を示している。また、各加工穴間のピッチは100[μm]、加工穴径は30[μm]となっている。
Figure 2(a) shows the machining path of the trepanning process in the comparative example. The black dots in Figure 2(a) show the command values (target coordinates) of the
本比較例では、PTP動作は、各加工穴の中心座標を目標座標として設定するアルゴリズム(プログラム)を採用している。また、PTP動作は第2位置決め機構5のガルバノスキャナ51,52によって実行され、CP動作は第1位置決め機構3のAOD31,32によって実行されるようになっている。このため、図2(b)に示すように、本比較例においては、PTP動作におけるガルバノスキャナ51,52の指令値Xs,Ysは、加工穴中心座標となっている。
In this comparative example, the PTP operation employs an algorithm (program) that sets the center coordinates of each machined hole as the target coordinates. The PTP operation is performed by the
即ち、位置決め制御部71が加工プログラムPを読み込むと、位置決め制御部71は、加工プログラムPに記述されている加工穴中心座標1つにつき、1つのガルバノスキャナ51,52の指令値Xs,Ysを生成する。そして、生成された指令値Xs,Ysに基づいてPTP動作が行われた後、AOD31,32及びレーザ発振器2によってトレパニング加工動作が行われる。図2(a)では、32個の加工穴がトレパニング加工されているため、この場合、上記ガルバノスキャナ51,52の移動動作(PTP動作)とトレパニング加工動作とが32回(即ち、加工する加工穴の数と同数)繰り返されて、複数の加工穴が加工されている。なお、加工穴中心座標1つにつき、AOD31,32の指令値Xa,Yaも1つ生成されるが、本比較例では、PTP動作がガルバノスキャナ51,52のみによって実行されるため、指令値Xa,Yaは常に(0,0)である。
That is, when the
ところで、ガルバノスキャナ51,52によって実行されるPTP動作とは異なり、トレパニング加工動作は、AOD31,32及びレーザ発振器2によって行われる。AOD31,32は、上述したようにガルバノスキャナ51,52と比較して応答速度が約100倍程度、速く、レーザの発振周期に匹敵する。このため、図3に示すように、レーザビーム径が10[μm]、加工ピッチが半径方向、周方向ともに5[μm]の場合、外径が30[μm]の加工穴をトレパニング加工するにはレーザビームを20ショット必要とするが、レーザ発振器2の発振周波数が500[kHz]とした場合、ショット周期から計算される最低時間である40[μs]でトレパニング加工が可能である。
However, unlike the PTP operation performed by the
なお、上記トレパニング加工に必要な時間は、以下のように求められる。即ち、発振周波数が500[kHz]の場合、1ショットのレーザビームの射出に必要な時間は、1/500[kHz]=2[μs]である。このため、2[μs]×20ショット=40[μs]と算出することができる。なお、ガルバノスキャナを使用したトレパニングの場合では、ガルバノスキャナの応答特性の限界から、このような高速なトレパニング加工を実現することはできない。 The time required for the above trepanning process can be calculated as follows. That is, when the oscillation frequency is 500 kHz, the time required to emit one shot of the laser beam is 1/500 kHz = 2 μs. Therefore, it can be calculated as 2 μs x 20 shots = 40 μs. In the case of trepanning using a galvano scanner, such high-speed trepanning cannot be achieved due to the limitations of the response characteristics of the galvano scanner.
図4(a)は、上記比較例におけるトレパニング加工のタイミングチャートである。現在のガルバノスキャナの位置決め速度性能の場合、本比較例においてガルバノスキャナ51,52のPTP動作に必要とする時間Taは、最低で300[μs]、最高で400[μs]となる。このため、PTP動作も合わせて1穴の加工に必要となる時間は、上記トレパニング加工に必要な時間である40[μs]と合わせて340~440[μs]となる。
Figure 4(a) is a timing chart of the trepanning process in the above comparative example. Given the current positioning speed performance of the galvanometer scanners, the time Ta required for the PTP operation of the
上記結果から、1穴の加工に必要な時間の内、PTP動作に必要な時間Taがボトルネックとなっていることが分かる。PTP動作に必要な時間Taに対してトレパニング加工に必要な時間が明らかに長い場合は、PTP動作に必要な時間Taは問題にならなかったが、比較例においては、PTP動作を加工穴の数と同じだけ実行する必要があることも相まって、このガルバノスキャナ51,52による位置決め時間が加工速度を律速している。
The above results show that the time Ta required for the PTP operation is the bottleneck in the time required to machine one hole. When the time required for the trepanning process is clearly longer than the time Ta required for the PTP operation, the time Ta required for the PTP operation does not pose a problem, but in the comparative example, combined with the need to perform the PTP operation the same number of times as the number of holes to be machined, the positioning time by the
このため、本実施の形態では、位置決め制御部71を指令値グルーピング処理演算部として機能させ、指令値グルーピング処理を実行することによって、上述した比較例に比してガルバノスキャナ51,52の位置決め回数を少なくしている。
For this reason, in this embodiment, the
具体的には、図5に示すように、位置決め制御部71は、加工プログラムPを受信すると(図5のステップS1)、まず、加工穴番号の初期化を行う(ステップS2)。そして、加工プログラムPに加工穴中心座標が記述されている場合(ステップS3のYes)、記述されている加工穴中心座標リストの先頭の加工穴中心座標(X1,Y1)を読み込む(ステップS4)。
Specifically, as shown in FIG. 5, when the
加工穴中心座標(X1,Y1)を読み込むと、次に位置決め制御部71は、加工穴中心座標リストの次の加工穴中心座標(X2,Y2)を読み込み(ステップS5、S6のYes、S7)、加工穴中心座標(X1,Y1)及び加工穴中心座標(X2,Y2)の座標グループの重心座標(Xc,Yc)を計算する(ステップS8)。
After reading the machining hole center coordinates (X1, Y1), the
上記重心座標(Xc,Yc)が求まると、重心座標(Xc,Yc)から上記座標グループの加工穴中心座標までの偏差であるストローク(ΔXk,ΔYk)を演算し、演算したストローク(ΔXk,ΔYk)がAOD31,32のストローク範囲(走査範囲)内であるかを判定することを、読み込み順序の速い加工穴中心座標から順次、実行する(ステップS10~ステップS13のNo)。
Once the center coordinates (Xc, Yc) are found, the stroke (ΔXk, ΔYk) is calculated, which is the deviation from the center coordinates (Xc, Yc) to the center coordinates of the machined holes of the coordinate group. It is then determined whether the calculated stroke (ΔXk, ΔYk) is within the stroke range (scanning range) of
そして、重心座標(Xc,Yc)から座標グループ内のいずれの加工穴中心座標までのストローク(ΔXk,ΔYk)もAOD31,32のストローク範囲内(|ΔXk|≦AODxmaxかつ|ΔYk|≦AODymax)の場合(ステップS13のYes)、加工穴中心座標リストの次の加工穴中心座標を読み込んで上記座標グループに加え(ステップS6のYes,S7)、重心座標(Xc,Yc)の値を更新する(ステップS8)。なお、AODymax、AODymaxは、それぞれAOD31,32の走査範囲(AODスキャンエリア)の中心からX軸方向、Y軸方向の片側最大変位である。
If the stroke (ΔXk, ΔYk) from the center coordinate (Xc, Yc) to any of the center coordinates of the machined hole in the coordinate group is within the stroke range of the
そして、重心座標(Xc,Yc)から加工穴中心座標までのストローク(ΔXk,ΔYk)がAOD31,32のストローク範囲外となる(ステップS11のNo)まで重心座標(Xc,Yc)の更新処理(ステップS6~S14)を繰り返す。
Then, the process of updating the center coordinates (Xc, Yc) (steps S6 to S14) is repeated until the stroke (ΔXk, ΔYk) from the center coordinates (Xc, Yc) to the center coordinates of the machined hole falls outside the stroke range of
重心座標(Xc,Yc)から加工穴中心座標までのストローク(ΔXk,ΔYk)がAOD31,32のストローク範囲外となると(ステップS11のNo)、位置決め制御部71は重心座標(Xc,Yc)の更新処理を中止し(ステップS15)、AOD31,32のストローク範囲外となる加工穴中心座標の前までに読み込んだ加工穴中心座標を1グループとする(ステップS16)。
When the stroke (ΔXk, ΔYk) from the center coordinate (Xc, Yc) to the center coordinate of the machined hole falls outside the stroke range of
そして、上記1グループとされた加工穴中心座標の重心座標(Xc,Yc)をガルバノスキャナ51,52の指令値Xs,Ys、重心座標(Xc,Yc)から各加工穴中心座標までのストローク(ΔXk,ΔYk)をAOD31,32の指令値Xa,Yaとして設定し、これらガルバノスキャナ51,52の指令値Xs,YsとAOD31,32の指令値Xa,Yaとの組をグルーピング指令値とする(ステップS17)。
Then, the barycentric coordinates (Xc, Yc) of the center coordinates of the machined holes in the group are set as the command values Xs, Ys of the
そして、位置決め制御部71は、加工プログラムPの加工穴中心座標リストの最後の加工穴中心座標がグルーピングされるまで上述したグルーピング処理を繰り返し実行し(ステップS18、S3~S18)、加工穴中心座標リストの全ての加工穴中心座標がグルーピングされると(ステップS6のNo)、グルーピング処理を終了する。
Then, the
AODスキャンエリアが一辺200[μm]角の場合、比較例と同様の加工穴を本実施の形態の手法により加工しようとすると、図6に示すように、1つのガルバノスキャナ51,52の指令値(Xsi,Ysi)(i=1,2・・・)に対して、4つのAOD31,32の指令値(Xak,Yak)(k=1,2・・・)が組となってグルーピングされる。なお、グルーピング処理を行うと、複数のAOD指令Xa,YaをAOD制御部72,73に送信することになるため、受け側のAOD制御部72,73は複数の指令に対して、指令通りにAODトレパニング加工できるように、ハード・ソフトのインターフェースを備えている。
When the AOD scan area is 200 μm square on each side, if a hole similar to that in the comparative example is machined using the method of this embodiment, the command values (Xak, Yak) (k = 1, 2, ...) of the four
このようにグルーピング処理が行われると、重心座標(Xc,Yc)から各加工穴中心座標までのPHP動作は、AOD31,32によって実行されるため、ガルバノスキャナ51,52のみによってPHP動作を行うよりも速くなる。また、AOD31,32のスキャンエリア内にできるだけ多くの加工穴が入るようにガルバノスキャナ51,52の指令値が演算されるため、例えば、図2(c)に示すように、ガルバノスキャナ51,52のPHP動作は、4穴を加工するごとに1回、行えば良く、ガルバノスキャナ51,52によるPHP動作の頻度を下げることができる。例えば、比較例では、ガルバノスキャナ51,52によるPHP動作を32回行う必要があったところ、本実施の形態の手法では、ガルバノスキャナ51,52によるPHP動作は8回で良くなる。
When grouping processing is performed in this manner, the PHP operation from the center of gravity coordinates (Xc, Yc) to the center coordinates of each machined hole is performed by the AODs 31 and 32, which is faster than performing the PHP operation using only the
図4(b)に示すように、1回あたりのガルバノスキャナ51,52によるPHP動作に必要とする時間Tbは、比較例におけるガルバノスキャナ51,52のPTP動作に必要とする時間Ta以上となるが(Tb≧Ta、ただし、Tbも300~400[μs]程度)、上述したようにガルバノスキャナ51,52による位置決め回数を大幅に減らすことができるため、比較例と比較して加工時間を大幅に短縮することができる。
As shown in FIG. 4(b), the time Tb required for one PHP operation by the
即ち、同じグループ内の加工穴間の移動はAOD31,32が高速に行うので、4個の穴を連続してトレパニング加工するのに必要な時間は、40[μs]×4=160[μs]と考えて良い。ガルバノスキャナ51,52によるPHP動作に必要とする時間Tbをワースト値である400[μs]として考えた場合であっても、4穴の加工時間は、560[μs]である。これを1穴あたりの加工時間に換算すると、560[μs]/4=140[μs]であり、比較例の340~400[μs]と比較して、大幅に加工時間短縮されていることが分かる。特に、近年、プリント基板の穴の小径高密度化の潮流を考えると、加工する穴の密度が高まれば高まるほど、上記加工時間短縮効果は大きくなる。
That is, since the AODs 31 and 32 move between holes in the same group at high speed, the time required to trepan four holes consecutively can be considered to be 40 [μs] x 4 = 160 [μs]. Even if the time Tb required for the PHP operation by the
上述したように、本実施の形態では、比較例のように加工穴中心座標1つからガルバノスキャナ51,52及びAOD31,32の指令値を1つ作るのではなく、AOD31,32で位置決めできる範囲にある加工穴は1つのグループとしてまとめて、このグループに対して1つのガルバノスキャナ指令値を作り、グループ内の各加工穴に対しては加工穴中心座標とガルバノスキャナ指令値との差分からAOD31,32の指令値を作成し、加工穴間の移動を含めてAOD31,32を用いてトレパニング加工するものである。加工穴が密集している場合には、複数個の加工穴を含むグループを作れるので、ガルバノスキャナの位置決め1回に対して複数個の穴が加工できる。この結果、加工プログラムを通して実行した場合には、ガルバノスキャナの移動回数が削減されるので、加工速度を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, instead of creating one command value for the
なお、本実施形態では、グルーピング処理の際に重心座標(Xc,Yc)を用いたが、これに限るものでなく、他の複数の加工穴から計算される代表点を用いることが可能である。例えばグループ内の座標の最大値、最小値の中点を用いてもよい。すなわち、グループ内のX座標の最大・最小値をそれぞれXmax,Xmin、Y座標の最大・最小値をそれぞれYmax,Yminとしたとき、最大・最小値の中点座標(Xc’,Yc’)=((Xmax+Xmin)/2,(Ymax+Ymin)/2)を重心座標(Xc,Yc)の代わりに使用して、図5に示した処理フローに従ってストローク範囲のチェックを行いグルーピングしてもよい。いずれの計算式を代表点の計算に使用するかは、計算の簡便さ、計算速度、あるいは、加工速度、加工穴品質に関わる要請によって決めればよく、いずれを用いてもよい。 In this embodiment, the center of gravity coordinates (Xc, Yc) are used in the grouping process, but this is not limited to this, and it is possible to use a representative point calculated from multiple other machined holes. For example, the midpoint of the maximum and minimum coordinates in the group may be used. In other words, when the maximum and minimum values of the X coordinate in the group are Xmax and Xmin, and the maximum and minimum values of the Y coordinate are Ymax and Ymin, respectively, the midpoint coordinates of the maximum and minimum values (Xc', Yc') = ((Xmax + Xmin) / 2, (Ymax + Ymin) / 2) may be used instead of the center of gravity coordinates (Xc, Yc), and the stroke range may be checked and grouped according to the processing flow shown in FIG. 5. The formula to be used for calculating the representative point may be determined based on the ease of calculation, calculation speed, or requirements related to the processing speed and machined hole quality, and any formula may be used.
<まとめ>
本実施の形態に係るレーザ加工装置(1)は、
レーザ発振器(2)と、
前記レーザ発振器(2)から出射されるレーザビームを偏向可能な第1偏向手段(3)と、
前記レーザビームの光路上にて前記第1偏向手段(3)と直列的に配置され、前記レーザビームを偏向可能な第2偏向手段(5)と、
前記第1偏向手段(3)及び第2偏向手段(5)を制御する制御部(7)と、を備え、
前記第1偏向手段(3)は、前記第2偏向手段(5)よりも応答速度が速く、
前記制御部(7)は、
第1座標と前記第2偏向手段(5)の走査範囲の中心とを一致させた場合に、前記第2偏向手段(5)の走査範囲内に中心座標が位置する複数の加工穴を加工する場合、
前記第2偏向手段(5)の目標座標を前記第1座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段(3)によって前記レーザビームを走査して前記複数の加工穴を加工する、
ことを特徴とするレーザ加工装置である。
<Summary>
The laser processing apparatus (1) according to the present embodiment is
A laser oscillator (2);
a first deflection means (3) capable of deflecting a laser beam emitted from the laser oscillator (2);
a second deflection means (5) arranged in series with the first deflection means (3) on an optical path of the laser beam and capable of deflecting the laser beam;
a control unit (7) that controls the first deflection means (3) and the second deflection means (5),
The first deflection means (3) has a faster response speed than the second deflection means (5),
The control unit (7)
When the first coordinates and the center of the scanning range of the second deflection means (5) are made to coincide with each other, in order to machine a plurality of holes whose center coordinates are located within the scanning range of the second deflection means (5),
a target coordinate of the second deflection means (5) is set to the first coordinate, and in this state, the laser beam is scanned by the first deflection means (3) to machine the plurality of holes;
The laser processing device is characterized by the above.
このため、本実施の形態では、例えば、図2(c)に示すように、AOD31,32のスキャンエリア(走査範囲)内に中心座標が位置する加工穴については、応答速度の速い第1偏向手段(3)によってレーザビームを走査して加工することができる。また、同時に相対的に応答速度の遅い第2偏向手段(5)によるPTP動作の回数を減らすことが可能となるため、レーザ加工装置(1)の加工速度を上及び加工効率を向上させることができる。
For this reason, in this embodiment, for example, as shown in FIG. 2(c), for machining holes whose center coordinates are located within the scan area (scanning range) of the
前記複数の加工穴は第1のグループの加工穴であり、
前記第1座標と前記第2偏向手段の走査範囲の中心とを一致させた場合に、前記第2偏向手段(5)の走査範囲外に中心座標が位置し、前記第1座標とは異なる第2座標に前記第2偏向手段(5)の走査範囲の中心とを一致させた場合に、前記第2偏向手段(5)の走査範囲内に中心座標が位置する複数の加工穴を第2のグループの加工穴とした際に、前記第2のグループの複数の加工穴を前記第1グループの複数の加工穴の後に加工する場合、
前記制御部(7)は、
前記第2偏向手段(5)の目標座標を前記第1座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段によって前記レーザビームを走査して前記第1グループの複数の加工穴を加工し、
その後、前記第2偏向手段(5)の目標座標を前記第2座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段(3)によって前記レーザビームを走査して、前記第2のグループの複数の加工穴を加工する。
the plurality of machining holes is a first group of machining holes,
When the first coordinate and the center of the scanning range of the second deflection means are made to coincide with each other, the center coordinates are located outside the scanning range of the second deflection means (5), and when the center of the scanning range of the second deflection means (5) is made to coincide with a second coordinate different from the first coordinate, a plurality of machining holes whose center coordinates are located within the scanning range of the second deflection means (5) are set as a second group of machining holes, and the plurality of machining holes of the second group are machined after the plurality of machining holes of the first group,
The control unit (7)
A target coordinate of the second deflection means (5) is set to the first coordinate, and in this state, the laser beam is scanned by the first deflection means to machine a plurality of holes of the first group;
Thereafter, the target coordinates of the second deflection means (5) are set to the second coordinates, and in this state, the laser beam is scanned by the first deflection means (3) to machine the second group of holes.
このように、上記第1座標や第2座標を中心として第1偏向手段(3)の走査範囲内の加工穴については、第1偏向手段(3)によって走査して穴明け加工を行うため、第2偏向手段(5)によるPTP動作の回数を削減することができる。 In this way, for holes within the scanning range of the first deflection means (3) centered on the first coordinates and the second coordinates, the first deflection means (3) scans and drills the holes, so the number of PTP operations by the second deflection means (5) can be reduced.
前記制御部(7)は、前記第1偏向手段(3)によって前記レーザビームを走査して、前記複数の加工穴のそれぞれをトレパニング加工する。 The control unit (7) scans the laser beam using the first deflection means (3) to trepan each of the multiple machining holes.
このように、応答速度の高い第1偏向手段(3)によってトレパニング加工動作を行うことによって、トレパニング加工に必要とする時間を短くすることができる。 In this way, by performing the trepanning operation using the first deflection means (3) with its high response speed, the time required for the trepanning process can be shortened.
前記第1座標は、前記複数の加工穴の中心座標の重心位置座標である。 The first coordinates are the center of gravity coordinates of the center coordinates of the multiple machined holes.
上記第1座標もしくは第2座標をグループ内の加工穴の中心座標の重心位置とすることによって、穴数の多い領域に上記第1座標や第2座標が位置することになるため、比較的、補正の少ない第1偏向手段(3)の走査範囲の中央付近を使用することができ、加工穴の加工精度を向上することができる。 By setting the first coordinate or the second coordinate as the center of gravity of the central coordinates of the machined holes in the group, the first coordinate or the second coordinate is located in an area with a large number of holes, so that it is possible to use the center of the scanning range of the first deflection means (3), which requires relatively little correction, and to improve the machining accuracy of the machined holes.
前記第1座標は、前記複数の加工穴の内、中心座標が原点位置から最も近い加工穴の中心座標と、原点位置から最も遠い加工穴の中心座標との中点の座標である。 The first coordinate is the coordinate of the midpoint between the center coordinate of the machined hole whose center coordinate is closest to the origin position and the center coordinate of the machined hole whose center coordinate is farthest from the origin position.
前記第1偏向手段(3)は、一対のAOD(31,32)によって前記レーザビームを偏向する偏向手段であり、
前記第2偏向手段(5)は、一対のガルバノミラー(51,52)によって前記レーザビームを偏向する偏向手段である。
The first deflection means (3) is a deflection means that deflects the laser beam by a pair of AODs (31, 32),
The second deflection means (5) is a deflection means for deflecting the laser beam by a pair of galvanometer mirrors (51, 52).
なお、上述した実施の形態では、第1位置決め機構3としてAODを備えた偏向手段を採用したが、例えば、ピエゾ駆動のミラーによるレーザ-位置決め機構や、ガルバノスキャナなどによって構成されても良い。また、特に狭ピッチの加工穴パターンであれば、トレパニング加工では無く、パンチング加工においても上述したグルーピング処理を導入することによって、加工速度を向上させることができる。
In the above embodiment, a deflection means equipped with an AOD is used as the
2:レーザ発振器
3:第1偏向手段(第1位置決め機構)
5:第2偏向手段(第2位置決め機構)
7:制御部
2: Laser oscillator 3: First deflection means (first positioning mechanism)
5: Second deflection means (second positioning mechanism)
7: Control unit
Claims (5)
前記レーザ発振器から出射されるレーザビームを偏向可能な第1偏向手段と、
前記レーザビームの光路上にて前記第1偏向手段と直列的に配置され、前記レーザビームを偏向可能な第2偏向手段と、
前記第1偏向手段及び第2偏向手段を制御する制御部と、を備え、
前記第1偏向手段は、前記第2偏向手段よりも応答速度が速く、
前記制御部は、
第1座標と前記第1偏向手段の走査範囲の中心とを一致させた際に、前記第1偏向手段の走査範囲内に中心座標が位置する複数の加工穴を加工する場合、
前記第1座標を前記複数の加工穴の中心座標の重心位置座標とすると共に前記第2偏向手段の目標座標を前記第1座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段によって前記レーザビームを走査して前記複数の加工穴を加工する、
ことを特徴とするレーザ加工装置。 A laser oscillator;
a first deflection means capable of deflecting a laser beam emitted from the laser oscillator;
a second deflection means arranged in series with the first deflection means on an optical path of the laser beam and capable of deflecting the laser beam;
a control unit that controls the first deflection means and the second deflection means,
the first deflection means has a faster response speed than the second deflection means;
The control unit is
When a first coordinate and a center of a scanning range of the first deflection means are aligned with each other, in order to machine a plurality of holes whose center coordinates are located within the scanning range of the first deflection means,
the first coordinates are set as coordinates of a center of gravity of central coordinates of the plurality of holes, and target coordinates of the second deflection means are set to the first coordinates, and in this state, the laser beam is scanned by the first deflection means to machine the plurality of holes;
A laser processing device characterized by:
前記レーザ発振器から出射されるレーザビームを偏向可能な第1偏向手段と、a first deflection means capable of deflecting a laser beam emitted from the laser oscillator;
前記レーザビームの光路上にて前記第1偏向手段と直列的に配置され、前記レーザビームを偏向可能な第2偏向手段と、a second deflection means arranged in series with the first deflection means on an optical path of the laser beam and capable of deflecting the laser beam;
前記第1偏向手段及び第2偏向手段を制御する制御部と、を備え、a control unit that controls the first deflection means and the second deflection means,
前記第1偏向手段は、前記第2偏向手段よりも応答速度が速く、the first deflection means has a faster response speed than the second deflection means;
前記制御部は、The control unit is
第1座標と前記第1偏向手段の走査範囲の中心とを一致させた際に、前記第1偏向手段の走査範囲内に中心座標が位置する複数の加工穴を加工する場合、When a first coordinate and a center of a scanning range of the first deflection means are aligned with each other, in order to machine a plurality of holes whose center coordinates are located within the scanning range of the first deflection means,
前記第1座標を、前記複数の加工穴の内、中心座標が原点位置から最も近い加工穴の中心座標と原点位置から最も遠い加工穴の中心座標との中点の座標とすると共に、前記第2偏向手段の目標座標を前記第1座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段によって前記レーザビームを走査して前記複数の加工穴を加工する、the first coordinates are set as coordinates of a midpoint between the center coordinates of a hole whose center coordinates are closest to an origin position and the center coordinates of a hole whose center coordinates are farthest from the origin position among the plurality of holes, and the target coordinates of the second deflection means are set to the first coordinates, and in this state, the laser beam is scanned by the first deflection means to machine the plurality of holes;
ことを特徴とするレーザ加工装置。A laser processing device characterized by:
前記第1のグループの加工穴とは異なる複数の加工穴であって、前記第1偏向手段の走査範囲の中心が前記第1座標にある際には、各加工穴の中心座標が前記第1偏向手段の走査範囲外にあり、前記第1偏向手段の走査範囲の中心が前記第1座標とは異なる第2座標にある際には、各加工穴の中心座標が前記第1偏向手段の走査範囲内に含まれる複数の加工穴を第2のグループの加工穴とした場合、
前記制御部は、
前記第2偏向手段の目標座標を前記第1座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段によって前記レーザビームを走査して前記第1のグループの複数の加工穴を加工し、
その後、前記第2偏向手段の目標座標を前記第2座標に設定し、この状態で、前記第1偏向手段によって前記レーザビームを走査して、前記第2のグループの複数の加工穴を加工する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のレーザ加工装置。 the plurality of machining holes is a first group of machining holes,
When a plurality of processed holes different from the first group of processed holes are set as the second group of processed holes, the central coordinates of each processed hole are outside the scanning range of the first deflection means when the center of the scanning range of the first deflection means is at the first coordinates, and the central coordinates of each processed hole are included within the scanning range of the first deflection means when the center of the scanning range of the first deflection means is at second coordinates different from the first coordinates ,
The control unit is
setting target coordinates of the second deflection means to the first coordinates, and in this state, scanning the laser beam by the first deflection means to machine a plurality of holes of the first group;
Thereafter, the target coordinates of the second deflection means are set to the second coordinates, and in this state, the laser beam is scanned by the first deflection means to machine the plurality of holes in the second group.
3. The laser processing apparatus according to claim 1 or 2 .
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The control unit scans the laser beam using the first deflection means to trepan each of the plurality of processing holes.
4. The laser processing apparatus according to claim 1 , wherein the laser processing apparatus is a laser processing apparatus having a plurality of laser beams .
前記第2偏向手段は、一対のガルバノミラーによって前記レーザビームを偏向する偏向手段である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のレーザ加工装置。 the first deflection means is a deflection means that deflects the laser beam by a pair of AODs,
the second deflection means is a deflection means that deflects the laser beam by a pair of galvanometer mirrors;
5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser processing apparatus is a laser processing apparatus having a laser beam.
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