(57)【要約】  【課題】  曲線形状のレーザ加工を行う際に、レーザ照射の移動経路の位置精度が許容範囲内に収まらない。  【解決手段】  外側に膨らませる曲線の半径を算出するための補正データを記憶する手段と、レーザ照射不足を補うために上記座標データに座標を追加するデータを記憶する手段、さらに、レーザ照射位置を読取る手段を設け、照射開始と終了のタイミングを調整する手段を備えている。そして、この構成により、まず、第１の方法として加工する曲線が上記追従遅れにより内回りする現象に対し、外側に膨らませる曲線の半径を前記記憶手段から取り出して座標補正を行って、加工する曲線にレーザ照射を重ね合わせることができる。【選択図】  図１
2008254073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を走査して移動させる駆動手段とレーザパルスを照射させるレーザ出力波形を生成する制御手段を備え、前記駆動手段のレーザ光の現在位置を示す位置波形が所定の位置である時に前記制御手段がレーザパルス照射を行うレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ光の所望の軌跡座標を記憶した記憶手段とレーザ光の現在位置を示す位置波形を生成しその座標が確認できる制御手段を備え、前記記憶手段に記憶された軌跡座標と前記制御手段による現在位置座標の差分に対し、判定手段が規定範囲内かどうかを判断する請求項１記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被加工物に対してレーザ光を用いて穴あけまたはマーキングなどの加工を行うレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多層ビルドアップ基板の加工材料の多様化や生産性の向上に対応できるよう穴あけ加工にレーザ加工装置を用いることが多くなってきている。また、その加工穴の要求されるものは多種にわたっており、単なる円形のものから三角形あるいは長方形のものまで様々な図形を描画できる必要性が高まってきている。
【０００３】
従来のレーザ加工方法は、曲線を有する文字・記号・図形等を正確に描画するために、レーザ光の位置決めを行うガルバノスキャナ等の走査装置に与える位置指令座標を、前記走査装置による挙動遅れ時間に基づいて生成された補正点データを、正規の曲線より外側に膨らんだある仮想曲線状に分布させて、前記駆動装置の位置決めを行ってその位置にレーザ光を照射している。
【０００４】
また、その仮想曲線の補正点は隣り合った２点を結ぶ延長線状に位置させて、仮想曲線座標を形成している。
【０００５】
図１１は上記従来のレーザ加工方法を示しており、１１１は上記仮想曲線上にある補正された指令ポイント、１１２は補正する前の指令ポイント、１１３は補正する前の指令経路曲線であり、これは前記ガルバノスキャナの実際の移動経路に相当する。
【０００６】
１１４は補正された指令ポイントの経路であり、これは前記外側に膨らんだある仮想曲線に相当する。
【０００７】
以上のように構成されたレーザ加工方法について、その動作を説明する。この加工装置では被加工物に対してガルバノスキャナを用いてレーザ光を２次元方向に走査して任意の文字・記号・図形等を描画している。
【０００８】
ところが、前記ガルバノスキャナは一般的に指令された座標データに対して、正確な位置の描画を行えないことがある。これは前記スキャナの駆動において追従遅れが生じ、レーザ光の照射点が、停止状態から動き始めるまでの間に、挙動遅れ時間を要することが原因である。このため、曲線を描画させた場合に内回り現象が生じることがあった。
【０００９】
この課題に対し従来は、図１１のように正規の曲線より外側に膨らんだ仮想曲線上に分布させた補正点の座標データをガルバノスキャナの挙動遅れ時間に基づいて生成することで正確な図形の描画を行っていた。
【００１０】
さらに、その補正点は隣り合った２点を結ぶ延長線状に位置し、かつ、２点のうち指導側の点から、挙動遅れ時間と加工速度に基づいて求められる距離だけ離れた点の座標データを、補正点の座標データとして生成していた。
【特許文献１】特開２００１−２２５１８１号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来のレーザ加工方法は、正規の曲線より外側に膨らんだ仮想曲線上に分布さ
せた補正点の座標データを求めるために、前記ガルバノスキャナの挙動遅れ時間を算出する演算回路が必要であった。
【００１２】
このために挙動遅れ時間は前記ガルバノスキャナのサーボ回路より得られる信号から角度を検出する手段の角度センサや、速度を検出する手段の微分回路が必要であり、さらに、これらのデータから状態を判断する手段のコンパレータ等の組み合わせにより可能となる。
【００１３】
そして、検出された挙動遅れ時間を記憶する手段であるメモリや、そのデータを演算するＣＰＵ等により補正点データを生成してはじめて前記ガルバノスキャナに動作指令を与えることが可能となる。
【００１４】
よって、このレーザ加工方法を実現するにはこれらの制御回路部を精密に設計する必要があり、高精度を要求される加工を行う場合にレーザ照射位置が規定範囲内に収まらないという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するもので、曲線を含んだ任意の文字・記号・図形等を正確に描画することを可能とするレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、レーザ照射位置をモニタリングしながら、正規の曲線に対して規定の範囲内に達した時点でレーザを開始し、前記範囲外に外れた時点でレーザ照射を終了させるものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明はレーザの照射位置が正規の曲線の規定範囲内にある場合のみレーザ光を照射することにより、正確な描画が実現できる高精度加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図１０を用いて説明する。
（参考例１）
図１は本発明の参考例における円形描画を行った際の座標データの補正位置と実際のレーザ照射位置を示すものである。１１は補正された指令座標のポイント、１２は補正された指令座標の２周目のポイント、１３は実際のレーザ照射ポイント、１４は実際のガルバノの移動経路、１５はガルバノに与える指令経路を示す。
【００１９】
以上のように構成されたレーザ加工方法について、その動作を説明する。
【００２０】
レーザを照射して加工を行いたい経路１４よりも外側に大きな半径１５の各ポイント１１及び１２を指令座標としてガルバノスキャナにデータを与えることにより、実際のレーザ照射ポイント１３は正規の位置に補正される。
【００２１】
さらに、ガルバノスキャナの追従遅れによる加工不足を補うために第２周目のポイント１２が追加されており、これにより加工開始点の位置から１周して再び加工開始点の位置にレーザ照射ポイントが戻ってきた時点でレーザ照射を終了し、円形描画のレーザ加工を完了することができる。
【００２２】
ところで、前記のような座標補正を行わないで、レーザ照射を行うと図２のような動作となる。
【００２３】
図２は座標補正を行わない一般的な位置指令により円形描画を行ったときのレーザ照射ポイントの軌跡を示す。レーザの照射位置を見ると、加工開始点から照射された位置から徐々に内側にポイントが移動し、４番目のポイントから最終ポイントまでは一定の半径で照射されていることがわかる。
【００２４】
このように実際のレーザ照射ポイントであるガルバノ移動経路１４とガルバノ指令経路１５との半径の間に差分が生じている。これを一般に半径減少といい、この半径減少の影響で所望の加工が行えない。
【００２５】
さらに、指令ポイント１１の終了点は加工開始点に一致させているにも関わらず、実際のレーザ照射ポイント１３は終了点手前の位置で照射を完了している。つまり、加工不足の部分が存在し、これも同様に所望の加工が行えない原因となる。
【００２６】
図３は本発明の参考例におけるレーザ加工装置の構成例であり、３１は座標ポイント等の加工データを送信する手段、３２はレーザ光を発するレーザ発振器、３３はレーザ照射を２次元方向に走査させるにガルバノスキャナ、３４は任意の角度で傾斜をもったレーザ光に対し、垂直方向のレーザ光を出力するｆθスキャンレンズ３５は被加工物３６はレーザ照射によって形成される加工穴、３７は被加工物３５を載せるテーブルであり、Ｘ、Ｙ両方向に水平移動できる機構を備えている。
【００２７】
以上のように構成されたレーザ加工装置について、その動作を説明する。
【００２８】
まず、ＮＣ装置等で使用される加工プログラムから穴位置座標を読み取り、コントローラが加工テーブル３７またはガルバノスキャナ３３へ送信する加工データ送信制御部３１へ制御コマンドや加工穴座標、レーザ制御データ等の加工データを送信する。
【００２９】
加工データ送信制御部３１は加工データのデータ種別によって、各々、ＸＹテーブル制御部、レーザ出力制御部、ガルバノスキャナドライバーへデータを送信する。
【００３０】
前記制御手段は各々加工テーブル３７、レーザ発振器３２、ガルバノスキャナ３３を同期させて制御を行う。
【００３１】
そして、ガルバノスキャナ３３によって任意の角度方向に走査したレーザ光をｆθスキャンレンズ３４が垂直方向に変え、レーザ光を被加工物３５で集光させるように調整して被加工物３５上に加工穴が形成される。
【００３２】
図１に示すような座標補正を行うには、前記加工データを送信する前に補正座標データを前記加工データ送信制御部３１へ渡す必要がある。
【００３３】
図４は補正座標の算出処理の方法を示しており、任意の加工形状のデータとレーザ発振条件が与えられるとこの方法により補正計算が行われ、補正されたデータが上記コントローラに渡される。
【００３４】
まず、処理が開始されると与えられた加工形状データとレーザ発振条件から加工速度が導かれる。
【００３５】
加工速度は加工形状データから得られるレーザ照射ポイント間の距離をレーザ発振条件から得られるポイント間移動時間で除算することにより求められる。
【００３６】
さらに、この加工時間を曲線の半径で除算することにより、任意の曲率半径での速度としてパラメータ化できる。本発明ではこれを「速度パラメータ」と定義しており、この計算処理が図４の最初のステップである速度パラメータの計算に相当する。
【００３７】
そして、次のステップへ移行するがここでは予め実験により求められた速度パラメータに対する拡大係数がデータとして記憶されている内部記憶１という記憶手段を用いる。
【００３８】
拡大係数とは図１で示した実際のレーザパルス照射経路の直径Ｄ０に対するガルバノ移動指令経路の直径Ｄ１の比であり、拡大係数＝Ｄ１／Ｄ０の関係にある。図４の内部記憶１の表には実際の値を例として示している。以上より拡大係数の値が算出される。
【００３９】
次のステップでは補正加工穴の直径の算出を行う。
【００４０】
前ステップで求められた拡大係数に補正する前の加工穴径を乗じて求めることができる。
【００４１】
例えば、補正前の加工穴径をＤ、拡大係数をｋとすると、補正後の加工穴径Ｄ’はＤ’＝ｋ×Ｄとなる。
【００４２】
以上より補正された加工穴径が求まり、図１で示した補正指令ポイント１１の座標を生成することができる。
【００４３】
次に、加工不足の部分を補うために指令ポイントをオーバーラップさせる座標の算出方法について示す。
【００４４】
まず、前ステップで算出された補正後の加工穴径をもとに前記の方法で速度パラメータを再計算し、その値から前記補正後の加工穴径算出と同様の方法でオーバーラップ角度を求める。
【００４５】
この角度分だけ座標ポイントを追加することとなる。
【００４６】
図４の内部記憶２には速度パラメータに対する実際のオーバーラップ角度の例を示している。
【００４７】
以上より、囲う穴径とオーバーラップ角度の２つの補正データ算出を行い、次ステップの指令ポイントの全座標データの作成し、加工データ送信制御部３１へ全座標データを送信して処理を完了する。
【００４８】
なお、この補正処理や内部記憶の実現方法はＣＰＵやメモリなどの電子回路を用いてもよいし、ソフトウェアを用いて全ての処理を行ってもよい。
【００４９】
本発明の参考例１では、容易に実現できる方法であるソフトウェアを利用して補正処理を行っている。
【００５０】
図５および図６に上記補正計算で使用する実験データを示した。図５は拡大係数によるもの、図６はオーバーラップ角度によるものである。速度パラメータに対する値が読み取れる。
【００５１】
以上のように、速度パラメータに応じた拡大係数から補正量を求めて、レーザパルス照射位置を制御する方法に関するレーザ加工装置である。
【００５２】
また、上記補正方法を実現するために、拡大係数を記憶しておく手段を設ける方法や、補正量を算出する手段を設けたレーザ加工装置である。
【００５３】
さらに、上記補正方法を実現するために、オーバーラップ角度を記憶しておく手段を設ける方法や、補正量を算出する手段を設けたレーザ加工装置である。
（実施の形態１）
図７はレーザの照射位置をモニタリングしてその曲率半径が規定範囲内だけレーザパルスを照射するタイミングの説明を示す図である。
【００５４】
図２で示したようにレーザ照射開始からある時間までレーザ光は所望の経路から外れて内側へ向かって進む。そのときの各ポイントの半径Ｒ１からＲｎまでの時間経過を図７のグラフに示した。
【００５５】
Ｒ１からＲ３までは半径が徐々に減少していき、そこからＲｎまでは一定の半径となる（半径安定領域）。この一定の半径で安定した状態であるか判断するために、動作安定時の半径Ｒｔという値を設定し、ある時点の半径ＲがＲｔよりも小さければ安定している（半径安定領域内にある）といえる。
【００５６】
よって、Ｒ＜Ｒｔが偽から真へ変化した瞬間（Ｔｓ）にレーザ照射開始を行い、再び偽へ変化した瞬間（Ｔｅ）にレーザ照射を終了する。
【００５７】
これにより、レーザ照射位置が所望の経路上にある場合のみパルスを照射することができるので、正確な位置へのレーザ加工が可能となる。以上のようにレーザ照射パルスを制御するレーザ加工装置である。
【００５８】
図８は上記レーザ照射開始終了制御を実現するための装置構成である。８１は半径を算出する手段、８２は安定動作の判定を行う手段、８３はレーザ照射指令制御を行う手段で
ある。
【００５９】
まず、ある時点でのレーザ照射位置を知るには、ガルバノスキャナドライバー内の信号を取り出すことにより可能である。
【００６０】
図８に示したようにＸ軸フィードバック信号とＹ軸フィードバック信号により、ガルバノスキャナのＸＹ座標の現在位置を読み取り、これを回転半径算出手段８１で半径を算出する。
【００６１】
半径ＲはＲ＝（Ｘ２＋Ｙ２）１／２で求めることができるので、これを行う演算回路を備えればよい。
【００６２】
そして、上記安定動作判定条件Ｒ＜Ｒｔを判定する手段として、安定動作判定手段８２で真偽の判断を行う。これはコンパレータを備えることで実現できる。
【００６３】
そして、この結果に基づいてレーザ照射ＯＮ・ＯＦＦの制御をレーザ照射指令制御手段８３が行う。これはゲート回路を別に設けて、レーザ照射ＯＮの指令でゲート信号をＨｉｇｈに切り替え、レーザ照射ＯＦＦの指令でゲート信号をＬｏｗに切り替えて、元のレーザパルス指令信号との間にＡＮＤ回路を設けることで実現できる。
【００６４】
これにより、レーザ出力制御部へ照射開始と終了のタイミングを制御した信号を送り出し、ガルバノスキャナの駆動動作が安定状態にある時のみにレーザを照射させることができる。
【００６５】
以上のようにレーザ照射パルスを制御するレーザ加工装置である。
（参考例２）
図９はレーザ照射の回転回数が２回あるいは複数回の場合のレーザ照射ポイントの設定方法を示した図である。
【００６６】
図において、９１は第１，３周目の指令ポイント、９２は第２，４周目の指令ポイントである。第２，４周目の指令ポイント９２は第１，３周目の指令ポイント９１のポイント間の中点の位置に設定し、第３周目の指令ポイント９１は第２，４周目の指令ポイント９２のポイント間の中点の位置に設定するものである。
【００６７】
これは、まず第１にレーザ照射の周回数を増やすことで、レーザ照射による熱影響で被加工物が焼損するのを軽減する効果がある。
【００６８】
次にレーザ照射ポイントを前回の周回の間に設定することで、レーザ照射エネルギーが１箇所に片寄らず、バランスよく分布することによる上記熱影響の軽減の効果がある。
【００６９】
この実現方法は参考例１で説明した装置構成をそのまま利用できる。以上のような指令ポイントを生成する演算回路を備えたレーザ加工装置である。
【００７０】
図１０はレーザ照射の回転回数が２回あるいは複数回の場合のレーザ照射ポイントの設定方法を示す図で、特に３回転の場合の例である。
【００７１】
図において１０１は第１周目の指令ポイント、１０２は第２周目の指令ポイント、１０３は第３周目の指令ポイントである。第２周目の指令ポイント１０２と第３周目の指令ポイント１０３は各々、第１周目の指令ポイント１０１のポイント間を３分割した位置に設定されている。
【００７２】
この方法はＮ回転する場合、第１周目の指令ポイント１０１のポイント間をＮ分割するという方法である。効果については上記と同等である。また、装置構成についても上記と同等である。
【００７３】
以上のような指令ポイントを生成するレーザ加工装置である。
【００７４】
またレーザ加工装置は、レーザ光の照射位置を補正し、レーザパルスの照射開始位置を制御するものである。
【００７５】
また、レーザ加工装置は、レーザ光の照射位置を補正し、レーザ光と被加工物の相対移動が曲線または円を含み、その回転数が２周以上の複数回数の場合、第２周目以降の照射位置を設定するものである。
【００７６】
また、レーザ加工装置は、レーザ光の照射位置を補正し、レーザ光と被加工物の相対移動が曲線または円を含み、その回転数が３周以上の複数回数で全ての照射ポイントを重複させない場合、第２周目以降の照射位置を設定するものである。
【００７７】
また、レーザ加工装置は、レーザ光の照射位置を補正し、レーザパルスの照射開始位置を制御し、さらに、レーザ光と被加工物の相対移動が曲線または円を含み、その回転数が２周以上の複数回数の場合、請求項６記載の方法で第２周目以降の照射位置を設定するものである。
【００７８】
また、レーザ加工装置は、レーザ光の照射位置を補正し、レーザパルスの照射開始位置を制御し、さらに、レーザ光と被加工物の相対移動が曲線または円を含み、その回転数が３周以上の複数回数で全ての照射ポイントを重複させない場合、第２周目以降の照射位置を設定するものである。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明のレーザ加工装置は、正確な形状を加工することができ、レーザ加工分野等において産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のレーザ加工装置の参考例１における座標補正方法図
【図２】本発明のレーザ加工装置の参考例１における一般的な動作図
【図３】本発明のレーザ加工装置の参考例１および実施の形態１における装置構成図
【図４】本発明のレーザ加工装置の参考例１における補正量算出処理図
【図５】本発明のレーザ加工装置の参考例１における拡大係数の実験データ図
【図６】本発明のレーザ加工装置の参考例１におけるオーバーラップ角度の実験データ図
【図７】本発明のレーザ加工装置の実施の形態１における照射タイミング図
【図８】本発明のレーザ加工装置の実施の形態１における装置構成図
【図９】本発明のレーザ加工装置の参考例２における座標指令ポイント図
【図１０】本発明のレーザ加工装置の参考例２における座標指令ポイント図
【図１１】従来のレーザ加工装置の座標補正方法図
【符号の説明】
【００８１】
１１  補正指令ポイント
１２  第２周目の補正指令ポイント
１３  レーザ照射ポイント
１４  実際のガルバノ移動経路
１５  ガルバノ指令経路
３１  加工データ送信制御部
３２  レーザ発振器
３３  ガルバノスキャナ
３４  ｆθスキャンレンズ
３５  被加工物
３６  加工穴
３７  加工テーブル
８１  回転半径算出手段
８２  安定動作判定手段
８３  レーザ照射指令制御手段
９１  第１，３周目の補正指令ポイント
９２  第２，４周目の補正指令ポイント
１０１  第１周目の補正指令ポイント
１０２  第２周目の補正指令ポイント
１０３  第３周目の補正指令ポイント
【図１】
2008254073.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008254073.tif 000009
【図８】
2008254073.tif 000010
【図９】
2008254073.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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