(57)【要約】【課題】装置自体の発熱や環境温度変化によりｆθレンズの温度が変化する場合でも、制御装置側の処理負担が小さく、加工形状や加工位置精度に優れるレーザー加工機を提供すること。【解決手段】加工に先立ち、ｆθレンズ９の温度を測定する。ＮＣ制御装置では、ｆθレンズ９の温度よりワークディスタンスの補正量と、加工焦点距離の補正量を計算する。ワークディスタンスは、ｆθレンズ９の光学特性の変化による加工位置のずれをキャンセルするように調整し、加工焦点がプリント基板表面に合うようにコリメータレンズ１５の間隔を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザー発振器と、モータが取り付けられ回転駆動されることでレーザビームを走査するガルバノミラーと、ガルバノミラーにより走査されたレーザビームが同一平面上で集光するように光学的に設計されたｆθレンズと、被加工物を載置しＸＹ平面上で移動させる加工テーブルを備えたレーザー加工機であって、
さらに、前記レーザー発振器から出射されるレーザビームの光軸上に設けられた一群のコリメートレンズと、前記コリメータレンズ間隔を調整する駆動装置と、前記ｆθレンズと前記加工テーブル上に載置されている被加工物とのワークディスタンスを調整するＺ軸スライダーと、光学系の代表温度を測定する温度センサを備え、
前記温度センサによる測定値に対応して、前記コリメータレンズ間隔と前記ワークディスタンスを調整することを特徴とするレーザー加工機。
【請求項２】
温度センサをｆθレンズの鏡筒に設置することにより光学系の代表温度を測定することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工機。
【請求項３】
温度センサによる測定値に対応して調整するコリメータレンズ間隔とワークディスタンスの調整量を予め制御装置に格納していることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザー加工機に関し、特にプリント基板、半導体チップなどにおける樹脂材やセラミック材等の材料に、穴あけ、切断や、マーキングを行なうレーザー加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、レーザー加工機の１つである従来のプリント基板レーザー穴あけ加工機の構成図である。
【０００３】
レーザー発振器１から出射されるパルス状のレーザーの光軸２上には、ガルバノミラー７，８およびｆθレンズ９が配置されている。プリント基板１２は、ｆθレンズ９と対向するようにして加工テーブル１１上に載置されている。
【０００４】
ガルバノミラー７，８とｆθレンズ９はＺ軸スライダー１７により、加工焦点がプリント基板１２の表面にあうように上下方向に位置決めされる。ＮＣ制御装置はレーザー発振器１、ガルバノミラー７，８、加工テーブル１１およびＺ軸スライダー１７を制御する。
【０００５】
以上のように構成された従来のプリント基板レーザー穴あけ加工機の動作を説明する。
【０００６】
レーザー発振器１から出射されたパルス状のレーザーは、加工プログラムに従って所定の振り角に位置決めされたガルバノミラー７，８によりＸ、Ｙ方向に位置決めされてｆθレンズ９に入射し、プリント基板１２に対して垂直方向なレーザーとなってｆθレンズ９から出射し、プリント基板１２に照射され、穴を加工する。
【０００７】
そして、ガルバノミラー７，８とｆθレンズ９で定まる加工領域（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ）内の穴の加工が終了したら、加工テーブル１１を動作させ、次の加工領域をｆθレンズ９に対して位置決めする。以下、加工が終了するまで、上記の動作を繰り返す。
【０００８】
ｆθレンズは複数の球面レンズまたは非球面レンズを鏡筒にマウントしたものである。ＣＯ２レーザー加工機の場合、レンズ材料はジンクセレンまたはゲルマニウムを主成分とするものが使われる
ゲルマニウムはジンクセレンに比べて屈折率が高く、高性能レンズの材質に適している。これらの材質は、光学特性を決める屈折率について温度依存性があることがわかっている。また、レンズをマウントする鏡筒も温度により伸縮するためレンズ間隔も変化する。
【０００９】
このため装置自体の発熱や環境温度変化によりｆθレンズを含む光学系の温度が変化すると加工に最適なワークディスタンスがずれるという課題があった。また、最適なワークディスタンスのズレのみならず加工位置のずれを生じるという問題があった。
【００１０】
加工位置のずれは、図５に示すように、目標加工位置に対して、実際の加工位置がガルバノミラーとｆθレンズで定まる加工領域（スキャンエリア）の中心に対して、全体に縮んだ方向に発生する。
【００１１】
このような周囲の環境温度の変化の影響を受けず、高精度のレーザビームの照射位置調整を可能にするための従来技術として、受光センサでレーザビームの照射位置を検出し、受光センサの出力に基づいて、ガルバノミラーで反射されたレーザビームの照射位置が予め定めた所定の照射位置と一致しているか否かを判定し、必要な補正量を算出し、算出された補正量に基づいてガルバノミラーを駆動してレーザビームの照射位置を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−０９８２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、実際には組み付け誤差等による個体差があり、個体差の測定し補正のパラメータを設定するには莫大な工数がかかるという課題があった。
【００１４】
また、実際の制御では、ガルバノミラーの位置決め周期は数１００μｓ〜数ｍｓ程度で加工穴数と同数以上の位置決めが必要である。補正量の精度を上げるには加工当初の調整だけでは不足し、常に補正量を演算しながらガルバノミラーの角度の補正を各穴に対して行なうには、制御装置側の補正演算処理の負担が大きくなり、補正演算処理時間の分だけ生産性が低下してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のレーザー加工機は、レーザビームを出射するレーザー発振器と、モータが取り付けられ回転駆動されることでレーザビームを走査するガルバノミラーと、ガルバノミラーにより走査されたレーザビームが同一平面上で集光するように光学的に設計されたｆθレンズと、被加工物を載置しＸＹ平面上で移動させる加工テーブルと、前記レーザー発振器から出射されるレーザビームの光軸上に設けられた一群のコリメートレンズと、前記コリメータレンズ間隔を調整する駆動装置と、前記ｆθレンズと前記加工テーブル上に載置されている被加工物とのワークディスタンスを調整するＺ軸スライダーと、光学系の代表温度を測定する温度センサを備え、前記温度センサによる測定値に対応して、前記コリメータレンズ間隔と前記ワークディスタンスを調整するものである。
【００１６】
好ましくは、温度センサをｆθレンズの鏡筒に設置することにより光学系の代表温度を測定するものである。また、温度センサによる測定値に対応して調整するコリメータレンズ間隔とワークディスタンスの調整量を予め制御装置に格納していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
制御装置側の補正演算処理負担が小さくてすみ、生産性に影響することなく補正することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る構成図
【図２】ｆθレンズの倒れ角を示す説明図
【図３】本発明に動作を説明するフローチャート
【図４】従来のレーザー加工機の構成図
【図５】温度変化による位置ズレを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態にかかる構成を示す図である。背景技術で紹介した構成と同じ構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明は簡略化している。
【００２０】
レーザー発振器１から出射されるパルス状のレーザーの光軸２上には、コリメートレンズ１５とガルバノミラー７、８およびｆθレンズ９が配置されている。コリメートレンズ１５は２枚の単レンズ４ａ、４ｂで構成され、一方のレンズ４ｂには光軸方向に位置決めするための駆動装置１６に取付けられている。
【００２１】
駆動装置１６によりコリメータレンズ間隔を調整することで、レーザーの発散角が調整され、加工に最適なワークディスタンスを調整することが出来る。これにより、ワークディスタンスを変えた場合でも、焦点ボケによる加工不良を防止できる。
【００２２】
ｆθレンズ９の鏡筒には温度測定する温度センサ１４が取り付けられており、ｆθレンズ９の鏡筒の温度変化を検出することが出来る。
【００２３】
プリント基板１２は、ｆθレンズ９と対向するようにして加工テーブル１１上に載置されている。ガルバノミラー７，８とｆθレンズ９はＺ軸スライダー１７により上下方向に位置決めされ、ワークディスタンスを調整できる。
【００２４】
次にｆθレンズについて図２を使って説明する。
【００２５】
ガルバノミラーによりＸ、Ｙ方向に位置決めされたレーザビームは、プリント基板に対して垂直方向なレーザーとなってｆθレンズから出射し、プリント基板に照射されるが、厳密には図２に示すような倒れ角を持っている。
【００２６】
スキャンエリア中央では被加工物に対して鉛直であるが、外周であるほど倒れ角が大きくなる。このため、ワークディスタンスを変えるとスキャンエリアが伸縮する方向に加工位置がずれる。
【００２７】
一方で、ｆθレンズを含む光学系が温度変化することによる光学特性の変化が起きた場合の位置ズレは、すでに説明の通りで、スキャンエリアの伸縮方向である。ワークディスタンスを調整することによりスキャンエリアの伸縮方向の位置ズレをキャンセルすることが出来る。
【００２８】
次に動作を説明する。図３は本発明の動作を説明するフローチャートである。
【００２９】
加工に先立ち、ｆθレンズ９に取り付けられた温度センサ１４によりｆθレンズ９の鏡筒の温度を測定する。
【００３０】
ＮＣ制御装置では、ｆθレンズ９の鏡筒の温度よりワークディスタンスの補正量と、加工焦点距離の補正量を計算する。
【００３１】
Ｚ軸スライダー１７は、ｆθレンズ９を含む光学系の光学特性の変化による加工位置のずれをキャンセルするように、ワークディスタンスを調整する。
【００３２】
ワークディスタンスが変更されることにより、スキャンエリアの伸縮方向の位置ずれがキャンセルできる。
【００３３】
コリメータレンズ１５は駆動装置により一方のレンズが光軸方向に位置決めされる。コリメータレンズ間隔が調整されることにより、レーザーの発散角が調整される。
【００３４】
これにより、スキャンエリアの伸縮方向の加工位置ずれをキャンセルするように調整されたワークディスタンスであっても、加工焦点をプリント基板表面に合わせることができるため焦点位置ズレによる加工不良を防止できる。
【００３５】
以降は従来の加工機と同様に、レーザー発振器１から出射されたパルス状のレーザーは、加工プログラムに従って所定の振り角に位置決めされたガルバノミラー７，８によりＸ、Ｙ方向に位置決めされてｆθレンズ９に入射し、プリント基板１２に対して垂直方向なレーザーとなってｆθレンズ９から出射し、プリント基板１２に照射され、穴を加工する。
【００３６】
そして、ガルバノミラー７，８とｆθレンズ９で定まる加工領域（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ）内の穴の加工が終了したら、加工テーブル１１を動作させ、次の加工領域をｆθレンズ９に対して位置決めする。以下、加工が終了するまで、上記の動作を繰り返す。
【００３７】
なお、装置が設置される環境で、実際の運転を行なった場合に、ｆθレンズ９の温度変化は大きくても１０分あたり０．１度程度であった。また、補正に必要な温度分解能は０．１度程度であった。このことより補正は５分程度の周期でもよく、制御装置側の処理負担が小さくてすみ、生産性に影響せずに補正することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかるレーザー加工機は、制御装置側の補正演算処理負担が小さくてすみ、生産性に影響することなく補正することを可能とするものであり、プリント基板、半導体チップなどにおける樹脂材やセラミック材等の材料に、穴あけ、切断や、マーキングを行なうレーザー加工機等において有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１    レーザー発振器
２    レーザー光
３    ミラー
４    レンズ
７    ガルバノミラー（Ｘ軸）
８    ガルバノミラー（Ｙ軸）
９    ｆΘレンズ
１１    加工テーブル
１２    プリント基板
１４    温度センサ
１５    コリメートレンズ
１６    駆動装置
１７    Ｚ軸スライダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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