(57)【要約】【課題】本発明は、被加工物の１枚あたりの加工タクトを短くすることで、生産性が向上するレーザ加工装置に関する。【解決手段】レーザ光１をガルバノミラー３で反射させ、集光レンズ４により集光して被加工物５に照射させることで加工を行うレーザ加工装置にあって、ガルバノミラーの目標回転角度と実際の回転移動角度との差を検出し、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラーを目標回転角度に位置決めし、制御装置７の移動指令から設定待ち時間後にガルバノミラーの目標回転角度と回転移動角度の差、およびテーブルの目標位置と検出位置の差が設定値より小さくなった時点を位置決めを完了したとみなし、位置決め完了後にレーザ光を照射することで、被加工物１枚あたりの加工タクトを短くする。【選択図】　図１
2004066300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ出力手段と、前記レーザ光の光路上に配置し、前記光路を変更する光路変更手段と、前記レーザ光で加工する被加工物を載置して移動するテーブルと、前記光路変更手段と前記テーブルと前記レーザ出力手段を制御する制御手段を備え、前記光路変更手段の変更状態を検出する光路変更状態検出手段と、前記テーブルの位置を検出するテーブル位置検出手段を設け、前記制御手段は前記光路変更状態検出手段とテーブル位置検出手段からの信号を入力し、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っている場合にレーザ出力手段からレーザを出力させるレーザ加工装置。
【請求項２】
制御手段は、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差がレーザ出力中も所定範囲に入っているか判定する請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
制御手段は、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差がレーザ出力中も所定範囲に入っているか判定し、所定範囲から外れている場合にアラーム信号を出力する請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
制御手段は、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差がレーザ出力中も所定範囲に入っているか判定し、所定範囲から外れている場合にその位置を記憶する請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
制御手段は、所定時間以内に前記被加工物の加工の目標位置に前記光路変更状態検出手段の検出位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置が到達しない場合にアラーム信号を出力する請求項１から４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記所定時間として、目標位置への光路変更手段とテーブルの移動最大時間を用いる請求項５記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っているか判定する制御手段は、少なくとも光路変更手段またはテーブルへの移動指令を出力してから設定時間だけ遅らせて前記判定を行うように構成した請求項１から６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記設定時間として、被加工物の最小加工距離を光路変更手段とテーブルの移動速度で除算した時間を用いる請求項７記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
光路変更手段として、ガルバノミラーを用いる請求項１から８のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のレーザ加工装置を使用して電子部品を加工するレーザ加工方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれかに記載のレーザ加工装置であって、レーザ出力による加工後、一定時間おいて次のレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物の穴あけ、切断、溶接などの加工に用いられるレーザ加工装置および加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプリント基板等の被加工物に穴等を加工する作業に使用されるものとして、ガルバノミラーを用いたレーザ加工装置がある。このレーザ加工装置は、被加工物にレーザ光線を照射し、レーザ光線のエネルギーで被加工物を溶融あるいは蒸発させて穴をあける方法であり、ミクロン単位の微細な穴を正確な位置に加工する高密度配線のプリント基板の穴加工に採用されている。
【０００３】
そして、高密度配線のプリント基板の穴加工に適したレーザ加工装置は、プリント基板における単位面積あたりの穴数が、穴の微細化、プリント基板の高密度化によりますます増加してきている。従って、このような高密度配線のプリント基板の製造にレーザ加工装置を利用するためには、穴加工の高速化が必要不可欠になっている。
【０００４】
図６は、プリント基板の穴加工に使用されていた従来のレーザ加工装置の構成を示す。レーザ発振器１０１は、加工用のレーザ光１０２を出力する。ガルバノ装置１０３は２軸のモータにより角度が変更されるガルバノミラー１０４によって、レーザ光１０２の加工する位置決めを行う。加工テーブル１０５は、加工されるプリント基板１０６を搭載し、加工の位置決めを行う。制御装置１０７は、レーザ発振器１０１、ガルバノ装置１０３、加工テーブル１０５の制御を行う。集光レンズ１０８はガルバノミラー１０４により反射され、かつ加工の位置決めされたレーザ光１０２をプリント基板１０６上に集光する。
【０００５】
上記構成のレーザ加工装置の動作を説明する。プリント基板１０６は加工テーブル１０５に固定される。そして、ガルバノ装置１０３はプリント基板１０６の加工するエリアの位置決めを行う。レーザ発振器１０１から出力されたレーザ光１０２は、ガルバノ装置１０３で反射され、かつ加工の位置決めが行われる。そして、加工の位置決めされたレーザ光１０２は、集光レンズ１０８によって集光され、プリント基板１０６の所定の位置に照射され、穴あけ加工を行うのである。
【０００６】
近年、プリント基板などを使用する電子機器は、その小型・軽量化が求められている。そして、小型・軽量化のため電子機器は、多層プリント基板による電子部品の高密度実装が進んでいる。すなわち、高密度実装の電子部品は、一枚の多層プリント基板に形成されるＩＶＨ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔａｌ　Ｖｉａ　Ｈｏｌｅ）の数が増加することになり、これに対応するためにはプリント基板を加工するレーザ加工装置の穴加工速度を高速化する必要があり、従って加工速度の高速化が求められている。
【０００７】
上述のようなガルバノミラーを用いたレーザ加工装置の具体例としては、特開平８−１７４２５６号公報等に示されているように、レーザ光線をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して、被加工物であるプリント基板に照射させることで、レーザ加工を行うようになっている。
【０００８】
このようなレーザ加工装置に用いられるガルバノミラーは、マイクロラジアンオーダの高分解能を有するとともに、光学角±２０°の駆動領域と高速位置決めの特性を有し、微小角が検知可能な静電容量センサを回転位置検出手段として設け、サーボ系のアナログフィードバック制御にて加工の位置決めを行っていた。
【０００９】
このようなレーザ加工装置の制御は、具体的に説明すると、テーブルに制御部から移動指令が与えられると、実際の加工位置が加工の目標位置を超えないように制御しながら、目標位置に徐々に近づくようにテーブルを位置決め固定し、ガルバノミラーで加工するエリアが位置決めされる。続いて、制御部はガルバノミラーに対する移動の指令を与え、実際のガルバノミラーの回転移動角度が目標回転角度を超えないように制御しながら、目標回転角度に徐々に近づくようにガルバノミラーを回転制御する。そして、制御部はガルバノミラーが目標回転角度に達して安定した時点で、レーザ光の照射指令を発してレーザ加工を行うのである。
【００１０】
ここで、レーザ加工装置における加工方法の概念を示す図７において、Ｍｖはガルバノミラーに対する移動指令として目標回転角度を変動させている移動指令処理時間、Ｊｄは移動指令処理時間Ｍｖの後に目標回転角度までガルバノミラーが移動して位置決めされるまでの移動位置決め時間、Ｌｏｎはレーザ光の照射時間、Ｓｄはレーザ波尾待ち時間である。なお、ガルバノミラーの位置を検知する静電容量センサは微小なナノログ信号で出力され、ノイズ等の影響等により目標位置決め完了の判定に用いることは難しい。
【００１１】
そこで、実際には制御部での目標位置決め完了の判定は、フィードバック制御におけるガルバノミラーに対する移動指令の変動値が終了した時点（移動指令処理時間Ｍｖの終点）から一定の待ち時間を移動位置決め時間Ｊｄとして設定し、この移動位置決め時間Ｊｄを経過した時点で位置決めを完了したとみなして判定し、位置決め完了後にレーザ光の照射を開始している。
【００１２】
従って、制御部は移動位置決め時間Ｊｄとしては、ガルバノミラーの回転移動角度が大きくて時間がかかるワーストケースを想定して、長めの時間を設定している。
【００１３】
しかしながら、従来のレーザ加工装置の制御部は上記のようにテーブル、ガルバノミラーを制御すると、ガルバノミラーの回転移動角度の大小にかかわらず、常に長めの時間を待ってから位置決めを完了したとみなしていた。さらに、ガルバノミラーで加工するエリアは、テーブルで目標位置に位置決め、固定してからガルバノミラーの位置決めをしていた。
【００１４】
従って、制御部はテーブルの移動・位置決めに時間を要し、かつガルバノミラーの位置決めに比較的に長い時間がかかってしまっていたため、レーザ加工装置は被加工物の１枚あたりの加工タクトを短くすることができないで処理能力が上がらず、生産性が向上しないという課題を有していた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、被加工物の加工タクトを短くすることにより、生産性が向上するレーザ加工装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、レーザ光を出力するレーザ出力手段と、前記レーザ光の光路上に配置し、前記光路を変更する光路変更手段と、前記レーザ光で加工する被加工物を載置して移動するテーブルと、前記光路変更手段と前記テーブルと前記レーザ出力手段を制御する制御手段を備え、前記光路変更手段の変更状態を検出する光路変更状態検出手段と、前記テーブルの位置を検出するテーブル位置検出手段を設け、前記制御手段は前記光路変更状態検出手段とテーブル位置検出手段からの信号を入力し、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っている場合に前記レーザ出力手段からレーザ光を出力させるレーザ加工装置である。
【００１７】
この技術手段により被加工物の加工タクトを短くすることが可能となり、生産性が向上するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
上記した本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成できるので、以下には各請求項の構成にその構成による作用効果を併記し併せて請求項記載の構成のうち説明を必要とする特定用語については詳細な説明を加えて、本発明における実施の形態の説明とする。
【００１９】
請求項１記載の本発明は、レーザ光を出力するレーザ出力手段と、前記レーザ光の光路上に配置し、前記光路を変更する光路変更手段と、前記レーザ光で加工する被加工物を載置して移動するテーブルと、前記光路変更手段と前記テーブルと前記レーザ出力手段を制御する制御手段を備え、前記光路変更手段の変更状態を検出する光路変更状態検出手段と、前記テーブルの位置を検出するテーブル位置検出手段を設け、前記制御手段は前記光路変更状態検出手段とテーブル位置検出手段からの信号を入力し、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っている場合にレーザ出力手段からレーザを出力させるレーザ加工装置である。
【００２０】
上記実施の形態によれば、光路変更状態検出手段とテーブル位置検出手段からの検出位置の信号を取り込んだ制御手段は、被加工物の加工の目標位置に対応した光路変更手段の目標位置と光路変更状態検出手段の検出位置との差および被加工物の加工の目標位置に対応したテーブルの目標位置とテーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っている場合にレーザ出力手段からレーザを出力させる作用を有する。
【００２１】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載において制御手段は、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差がレーザ出力中も所定範囲に入っているか判定するレーザ加工装置である。
【００２２】
上記実施の形態によれば、制御手段はレーザ出力中でも被加工物の加工の目標位置に対応した光路変更手段の目標位置と光路変更状態検出手段の検出位置との差および被加工物の加工の目標位置に対応したテーブルの目標位置とテーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っているか判定する作用を有する。
【００２３】
請求項３記載の本発明は、請求項１記載において制御手段は、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差がレーザ出力中も所定範囲に入っているか判定し、所定範囲から外れている場合にアラーム信号を出力するレーザ加工装置である。
【００２４】
上記実施の形態によれば、制御手段は被加工物の加工の目標位置に対応した光路変更手段の目標位置と光路変更状態検出手段の検出位置との差および被加工物の加工の目標位置に対応したテーブルの目標位置とテーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲から外れるとアラームを吹鳴させる信号を出力する作用を有する。
【００２５】
請求項４記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載の制御手段は、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差がレーザ出力中も所定範囲に入っているか判定し、所定範囲から外れている場合にその位置を記憶するレーザ加工装置である。
【００２６】
上記実施の形態によれば、制御手段は被加工物の加工の目標位置に対応した光路変更手段の目標位置と光路変更状態検出手段の検出位置との差および被加工物の加工の目標位置に対応したテーブルの目標位置とテーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲から外れている場合に、その位置を記憶する作用を有する。
【００２７】
請求項５記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載の制御手段は、所定時間以内に前記被加工物の加工の目標位置に前記光路変更状態検出手段の検出位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置が到達しない場合にアラーム信号を出力するレーザ加工装置で、制御手段によるアラームの吹鳴で、被加工物の加工の目標位置に光路変更状態検出手段の検出位置とテーブル位置検出手段の検出位置が到達しないことを知り、この不具合に即刻対処することが可能になる。
【００２８】
請求項６記載の本発明は、請求項５記載の所定時間として、目標位置への光路変更手段とテーブルの移動最大時間を用いるレーザ加工装置で、制御手段は前記移動最大時間を用いた所定時間により、被加工物の加工の目標位置に光路変更状態検出手段の検出位置とテーブル位置検出手段の検出位置が到達しないことを確実に判定することが可能になる。
【００２９】
請求項７記載の本発明は、請求項１から６のいずれかの記載において、前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応した前記テーブルの目標位置と前記テーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っているか判定する制御手段は、少なくとも光路変更手段またはテーブルへの移動指令を出力してから設定時間だけ遅らせて前記判定を行うように構成したレーザ加工装置である。
【００３０】
上記実施の形態によれば、制御手段は被加工物の加工の目標位置に対応した光路変更手段の目標位置と光路変更状態検出手段の検出位置との差および被加工物の加工の目標位置に対応したテーブルの目標位置とテーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っているか判定するタイミングを、少なくとも光路変更手段またはテーブルへの移動指令を出力してから設定時間だけ遅らせて実行する作用を有する。
【００３１】
請求項８記載の本発明は、請求項７記載の設定時間として、被加工物の最小加工距離を光路変更手段とテーブルの移動速度で除算した時間を用いるレーザ加工装置で、制御手段は光路変更手段の回転移動距離に応じた設定時間で、被加工物の加工の目標位置に対応した光路変更手段の目標位置と光路変更状態検出手段の検出位置との差および被加工物の加工の目標位置に対応したテーブルの目標位置とテーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入っているか判定する作用を有する。
【００３２】
請求項９記載の本発明は、請求項１から８のいずれかに記載の光路変更手段として、ガルバノミラーを用いるレーザ加工装置である。
【００３３】
請求項１０に記載の本発明は、請求項１から９のいずれかに記載のレーザ加工装置を使用して電子部品を加工するレーザ加工方法で、電子部品の生産性を向上することが可能になる。
【００３４】
請求項１１に記載の本発明は、請求項１から９のいずれかに記載のレーザ加工装置であって、レーザ出力による加工後、一定時間おいて次のレーザ加工を行うレーザ加工方法で、電子部品の生産性を向上することが可能になる。
【００３５】
上記レーザ加工装置またはレーザ加工方法によれば、ガルバノミラーの移動角度が小さい場合には設定待ち時間を少なくすることができるため、被加工物の１枚あたりの加工タクトを短くすることが可能となり、生産性を向上できる。
【００３６】
以下本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法につき、図面に従い説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１に示すように、レーザ加工装置は、レーザ光１を出力するレーザ出力手段としてのレーザ発振器２と、レーザ光１の光路を変更する光路変更手段としてのガルバノミラー３と、レーザ光１を平面上に集光する集光光学系としての集光レンズ４と、レーザ光１で加工するプリント基板などの電子部品としての被加工物５を載置して加工中、常に移動するテーブル６と、レーザ発振器２とガルバノミラー３とテーブル６とを制御する制御手段としての制御装置７と、ガルバノミラー３の変更状態（回転移動角ともいう）を検出する光路変更状態検出手段としてのエンコーダ８と、移動するテーブル６の位置を検出するテーブル位置検出手段であるリニアスケール９とにより基本構成されている。
【００３８】
制御装置７は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路から構成され、レーザ加工装置による穴あけ加工などの加工方法の基本的な制御シーケンス以外に、図４に示す、被加工物の加工の目標位置に対応してガルバノミラー３およびテーブル６の加工位置決め、およびレーザの照射のタイミングチャートを実行するシーケンスが格納されているとともに、加工する被加工物５の対象が変わる度に、予め被加工物の加工の目標位置が使用者により入力されるものである。
【００３９】
そして、制御装置７は図４に示す被加工物の加工の目標位置に対応してガルバノミラー３およびテーブル６の加工位置決め、およびレーザの照射のタイミングチャートを実行するため、図２に示すように変換手段１１、回転移動角変換テーブル１２、レーザ照射制御手段１３、位置記憶手段１４、インポジション信号チエック制御手段１５、加算器１６、比較器１７、位置決めタイマ１８等を備えている。
【００４０】
変換手段１１は被加工物５の加工の目標位置に対応して回転するガルバノミラー３の回転移動角度を検出したエンコーダ８の検出位置（回転移動角度）を取り込んで、図３に示す回転移動角変換テーブル１２により前記検出位置に対応するテーブル６上の位置に変換する。
【００４１】
レーザ照射制御手段１３は、前記目標位置に対してガルバノミラー３の位置決め位置の許容ずれ量が所定範囲としての設定範囲が予め格納してあり、エンコーダ８とリニアスケール９からの信号を入力し、被加工物５の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３の目標位置とエンコーダ８の検出位置との差、および被加工物５の加工の目標位置に対応したテーブル６の目標位置とリニアスケール９の検出位置との差が、前記設定範囲に入っているかどうかを判定し、設定範囲に入っている場合はレーザ発振器２からレーザを出力させるとともに、レーザ出力中も前記したように設定範囲に前記差が入っているか判定作業を行い、設定範囲から外れた場合にはアラーム信号を出力してアラームを吹鳴させる。
【００４２】
位置記憶手段１４は被加工物５の加工の目標位置に対応して、レーザの照射位置（穴あけ位置）が、前記設定範囲から外れた穴の位置を記憶しておき、加工後に被加工物５の検査する時に利用するものである。
【００４３】
インポジション信号チェック制御手段１５はインポジションチェック信号により、後述する理由で、制御装置７がガルバノミラー３、テーブル６に次の加工位置への移動指令後から所定時間Ｔｄだけ、インポジション信号のチェックを停止し、所定時間Ｔｄの経過後にインポジション信号のチェックを行い、レーザ照射制御手段１３に被加工物５の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３の目標位置とエンコーダ８の検出位置との差および被加工物５の加工の目標位置に対応したテーブル６の目標位置とリニアスケール９の検出位置との差が前記設定範囲に入っているかの判定を行わせる。
【００４４】
所定時間Ｔｄは、制御装置７が次の加工位置への移動指令してから、ガルバノミラー３およびテーブル６が移動を開始して前記設定範囲から十分に外れる時間を設定し、つまり被加工物５の最小加工距離をガルバノミラー３とテーブル６の移動速度で除算した時間を用いるものである。
【００４５】
位置決めタイマ１８は、被加工物５の対象物が変わるごとに所定時間である設定時間Ｔｗが変えられるもので、ガルバノミラー３およびテーブル６に次の加工位置への移動指令を制御装置７より発すると同時に起動し、設定時間Ｔｗがオーバーしても、被加工物５の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３の目標位置とエンコーダ８の検出位置との差および被加工物５の加工の目標位置に対応したテーブル６の目標位置とリニアスケール９の検出位置との差が前記設定範囲に入らない、つまり位置決めが完了しない場合には、タイマ停止の信号をレーザ照射制御手段１３に送り、レーザ照射制御手段１３によるアラームの吹鳴を行わせる。設定時間Ｔｗは、ガルバノミラー３、テーブル６の最大距離を移動して位置決めするに要する最大時間を設定する。
【００４６】
なお、被加工物５の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３の目標位置であるガルバノミラー３の加工位置決めは、電子部品であるプリント基板を被加工物５とすると、例えば長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍのエリア５ａ内における任意の点の穴あけ加工のためレーザ照射可能位置を決めることであり、また被加工物５の加工の目標位置に対応したテーブル６の目標位置であるテーブルの加工位置決めは、例えば前記エリア５ａが集合した長さ５００ｍｍ×幅３５０ｍｍの被加工物５における任意のエリア５ａの位置を穴あけ加工ができるようにすることである。
【００４７】
上記実施の形態におけるレーザ加工装置および加工方法について動作を説明する。制御装置７には、被加工物５の加工の目標位置に対応して移動するテーブル６の任意の目標位置５ａと、被加工物５の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３における任意の目標位置５ａの穴あけ加工位置が予め入力して格納されている。
【００４８】
制御装置７は被加工物５の加工の目標位置に対応して動作するようにガルバノミラー３とテーブル６に指令を発する。そして、テーブル６は移動して被加工物５の加工の目標位置に対応して任意のエリア５ａの加工位置決めを行い、一方、ガルバノミラー３は回転移動してテーブル６上におかれた被加工物５の前記選択された任意のエリア５ａ内の穴あけ加工位置に位置決めを行う。続いて、制御装置７は被加工物５の加工の目標位置に対応したテーブル６とガルバノミラー３の前記加工位置決めの完了を判定した後に、レーザ発振器２よりレーザ光１を出力させる。レーザ光１はガルバノミラー３で反射され、かつ集光レンズ４で集光されて被加工物５の選択された任意のエリア５ａ内の穴あけ加工位置に照射されて穴あけ加工を行うのである。
【００４９】
特に本実施の形態で制御装置７は、テーブル６には一定速度で移動する指令を、そしてガルバノミラー３には目標回転移動角度に基づき、被加工物５の加工すべき目標位置に対応したエリア５ａ内の穴あけ加工位置への位置決めをする指令を発行する。テーブル６は一定速度で移動し、テーブル６の移動位置はリニアスケール９により検出する。そして、ガルバノミラー３は指令位置に位置決めすると同時に、回転移動角度はエンコーダ８により検出される。検出したリニアスケール９とエンコーダ８の値である検出位置は制御装置７に送られる。
【００５０】
エンコーダ８で検出した検出位置であるガルバノミラー３の回転移動角度は、変換手段１１に送られてガルバノミラー３の真下からの位置に変換される。すなわち、図３に示すガルバノミラー３の回転移動角度とガルバノミラーの真下からの位置の対応表が回転移動角変換テーブル１２に準備されていて、前記回転移動角度は、回転移動角変換テーブル１２で回転移動角度に対応したテーブル６上の位置に変換される。例えば、回転移動角度は、０である場合には０であり、ガルバノミラー３の真下に相当する。回転移動角度は−１０μｒａｄ．の場合には、−１０μｍと変換される。
【００５１】
そして、エンコーダ８で検出して変換手段１１で変換されたガルバノミラー３の回転移動角度の値は、リニアスケール９で検出したテーブル６の移動した値に加算器１６により加算され、穴あけ加工位置決めを算出する。この穴あけ加工位置決めは、レーザを照射されて加工される位置になる。
【００５２】
そして、被加工物５の加工の目標位置と前記算出した加工位置決めの位置とは、比較器１７により比較されて差分、すなわち、被加工物５の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３の目標位置とエンコーダ８の検出位置との差および被加工物５の加工の目標位置に対応したテーブル６の目標位置とリニアスケール９の検出位置との差がレーザ照射制御手段１３に送られる。
【００５３】
レーザ照射制御手段１３では、予め被加工物の加工の目標位置に対して加工位置決め位置の許容ずれ量が設定範囲として準備してある。そして、レーザ照射制御手段１３は、被加工物５の加工の目標位置と前記の加工位置決め位置との差が、図４に示すように前記設定範囲内に入っていれば、レーザ照射指令を発行する。
【００５４】
レーザ照射指令を受けたレーザ発振器２はレーザ光１を出力し、ガルバノミラー３、集光レンズ４を経て被加工物５のエリア５ａ内に照射され穴あけ加工が行なわれる。
【００５５】
また、レーザ照射制御手段１３はレーザ発振器２よりレーザ照射中においても、テーブル６は移動しているので、ガルバノミラー３を回転移動させて加工位置を被加工物５の上面の目標位置に追従させるのである。すなわち、レーザ照射制御手段１３は被加工物５の加工の目標位置とガルバノミラー３の加工位置決め位置の差分が設定範囲内に入っているかを検出して、設定範囲から前記差分が外れた場合にはアラーム信号を出力してアラーム（図示せず）を吹鳴させる。そして、レーザ加工装置の作業を監視している使用者は、アラームの音を聞いてレーザ加工装置の作業の不具合を調整する処置をする。
【００５６】
さらに、位置記憶手段１４は上記したように前記差分が設定範囲から、つまりレーザ照射位置が設定範囲から外れた穴あけ加工の位置を記憶しておき、この記憶した穴あけ加工位置を、被加工物５の加工後における検査する時などに利用するものである。すなわち、レーザ照射制御手段１３からアラーム信号が出力されると、アラーム情報は位置記憶手段１４に送られる。位置記憶手段１４は、アラーム信号を検知すると目標位置を記憶する。この記憶した目標位置は加工すべき穴位置から実際に加工しようとした穴の座標が一致しなかったために加工できなかった穴である。これらの穴情報を集め、再度加工すれば、未加工穴が加工でき、未加工穴のない被加工物にすることができる。
【００５７】
次に、制御装置７はテーブル６、ガルバノミラー３の加工位置決めする位置が、被加工物５の加工の目標位置に対応する所定範囲に入らない場合の制御について図４に従い説明する。インポジション信号は、上記目標位置と上記加工位置決め位置の差分が設定範囲に入るとＨｉｇｈレベルになり、設定範囲から外れるとＬｏｗレベルになる。
【００５８】
従って、インポジション信号はテーブル６、ガルバノミラー３の加工位置決め後、Ｈｉｇｈになり、レーザ照射制御手段１３はレーザ照射指令を発する。そして、インポジション信号は次の穴あけ加工位置への指令が発せられた時にＬｏｗレベルになり、前記穴あけ加工位置決めが完了するとＨｉｇｈレベルになる。なお、インポジション信号は図４に示すように、次の穴あけ加工位置への指令であるガルバノミラーの移動指令が発せられ、目標位置の波形が立ち上がっても、上記したように直ちにＬｏｗレベルにならず、実際には反応が種々の処理により遅れてＬｏｗレベルになるものである。
【００５９】
以上の説明に基づき、ガルバノミラー３の回転移動距離の大きい場合と小さい場合とにおける加工位置決めおよびレーザの照射のタイミングは、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すようにガルバノミラー３の移動距離が小さくなるとガルバノミラーの待ち時間が短くなるので、生産性が向上することになる。
【００６０】
次に、制御装置７はガルバノミラー３、テーブル６が被加工物５の加工の目標位置に到達しない動作を防止する制御について図４に従い説明する。制御装置７は位置決めタイマ１８を備えており、この位置決めタイマ１８はガルバノミラー３に次の穴あけ加工位置への移動指令が発せられると同時に起動し、設定時間Ｔｗの終了前（タイマの停止前）に前記穴あけ加工位置へのガルバノミラー３の位置決めが完了すれば、レーザ照射制御手段１３によりレーザ照射指令が発せられ穴あけ加工が行なわれる。
【００６１】
そして、制御装置７のレーザ照射制御手段１３は前記穴あけ加工位置へのガルバノミラー３の位置決めが完了する前に、位置決めタイマ１８が設定時間Ｔｗをオーバーした場合には、この設定時間Ｔｗをオーバーした位置決めタイマ１８の信号を取り込んでアラームを吹鳴させる。レーザ加工装置の作業を監視している使用者は、アラームの音を聞いてレーザ加工装置の作業の不具合を調整する処置をする。従って、レーザ加工装置は何らかの理由で位置決めが完了できなくて停止しつづけることが防止され、生産性の低下を防止できる。
【００６２】
次に、制御装置７のインポジション信号チェック制御手段１５は、上記したようにインポジション信号が種々の処理により遅れた場合の制御について説明する。インポジション信号は、図４に示すように種々の処理により遅れが発生し、次の穴あけ加工位置への指令であるガルバノミラーの移動指令が発せられ、目標位置の波形が立ち上がっても、直ちにＬｏｗレベルにならず、前回の穴あけ加工位置決め後におけるＨｉｇｈレベルを保持しており、被加工物５の加工の目標位置に対応するガルバノミラー３の回転移動の動作波形が設定範囲に入らない、穴あけ加工位置決めができていない状態でレーザ照射制御手段１３からレーザ照射指令を発してしまう誤制御が起こることになる。
【００６３】
そこで、インポジション信号チェック制御手段１５はインポジション信号の機能を有効・無効を決めるインポジションチェック信号を備えている。そして、インポジション信号チェック制御手段１５はレーザ照射制御手段１３より次の穴あけ加工位置への移動指令後の所定の設定時間Ｔｄだけ、インポジションチェック信号をＬｏｗレベルにしてチェック停止を行い、この設定時間Ｔｄの経過後に遅れてＨｉｇｈレベルになり、この時にインポジション信号は種々の処理により遅れてＬｏｗレベルにあるので、上記したように誤ってレーザ照射の制御が起こることはないのである。
【００６４】
従って、レーザ照射制御手段１３は、インポジション信号チェック制御手段１５のインポジションチェック信号により、前記被加工物の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３の目標位置とエンコーダ８の検出位置との差および被加工物５の加工の目標位置に対応したテーブル６の目標位置とリニアスケール９の検出位置との差が設定範囲に入っているか判定するタイミングを、ガルバノミラー３とテーブル６への移動指令を出力してから設定時間Ｔｄだけ遅らせて前記判定を行うようにしている。
【００６５】
ここで、設定時間Ｔｄは、次の穴あけ加工位置を指令してから、ガルバノミラー３とテーブル６が移動して設定範囲から十分はずれる時間を設定する。これにより、種々の処理によりインポジション信号の反応が遅れても、所定の動作をさせることができる。そして、設定時間Ｔｄは被加工物５に加工する穴の最小移動距離を移動するに要する時間、つまり、最小移動距離をテーブル６、ガルバノミラー３の移動速度で除算した時間を設定する。例えば、被加工物５に加工する穴径が決まれば、そのラウンド径が決まり、さらにラウンド間の絶縁距離が決まるため、その穴間を移動するに要する時間の最小値を設定することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では穴あけを加工する方法として、ガルバノミラーを１つの穴に位置決めを行い以降、規定パルス数を規定周期でレーザ照射するバーストモード加工を実施しており、位置決め完了後に１ショット目のレーザ照射後にさらにレーザ照射する。このように必要パルス数を照射して加工する。２ショット目の照射直前にガルバノミラーのレーザ照射位置が目標照射位置からのずれが設定範囲内であれば、レーザを照射し、設定範囲外であれば、アラーム状態にする。
【００６７】
さらに、レーザ照射中もレーザ照射位置が目標照射位置からのずれが設定範囲内であることを検出し、レーザ照射中に設定範囲から外れる場合には、アラーム状態にする。
【００６８】
以上のように本実施の形態は、レーザ光をガルバノで反射させ、集光レンズにより集光して加工対象物に照射させることでレーザ加工を行うレーザ加工装置、および方法であって、ガルバノミラーの目標回転移動角度と実際の回転移動角度との差を検出し、この差に基づいてフィードバック制御を行ってガルバノミラーを目標回転角度に位置決めし、制御装置からの移動指令から設定待ち時間後にガルバノミラーの目標回転移動角度と実際の回転移動角度の差、およびテーブルの目標位置と検出位置の差が設定値より小さくなった時点を位置決めを完了したとみなし、位置決め完了後にレーザ光を照射するものである。
【００６９】
従って、本実施の形態は、従来のレーザ加工装置で、ガルバノミラーの回転移動角度が小さい場合でも、常に長めの時間を待ってから位置決めを完了したとみなして、被加工物の加工の目標位置に対応してガルバノミラーの位置決めに比較的長い時間がかかっていたのに対し、ガルバノミラー３の回転移動角度が小さい場合には、待ち時間が少なくなるため、被加工物の１枚あたりの加工タクトを短くすることが可能となり、生産性を向上できる。
【００７０】
また、ガルバノミラー３の位置決めができない不具合の場合は、レーザ加工装置の停止を外部にアラームで警告し、この不具合に即刻対処できるようにしてレーザ加工装置の停止時間を極力短縮するので、生産性を向上できる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、被加工物に穴あけ加工するのに、１つの穴あけ加工置に対応して位置決めを行い、規定パルス数を規定周期でレーザ照射するバーストモード加工方法を採用したが、穴あけ加工置へ位置決めを行い１パルスだけレーザを照射し、次の穴あけ加工置への位置決めを行い１パルスだけレーザを照射することを繰り返して、１つの穴あけ加工置に必要パルス数を照射して穴あけ加工を行うサイクルモード加工方法も採用できるもので、穴あけ加工置への位置決めごとに上記事例を繰り返すのである。なお、レーザ照射ごとにパルス幅を変えてもよい。
【００７２】
また、本実施の形態では、被加工物の加工の目標位置に対応したガルバノミラー３の目標位置とエンコーダ８の検出位置との差および被加工物の加工の目標位置に対応したテーブル６の目標位置とリニアスケール９の検出位置との差が設定範囲に入っているか制御装置７が判定するタイミングを、ガルバノミラー３とテーブル６への移動指令を出力してから設定時間Ｔｄだけ遅らせて実行したが、少なくともガルバノミラーまたはテーブルへのいずれかに移動指令を出力してから、前記判定を行うようにしてもよい。
【００７３】
また、本実施の形態は、レーザ発振器２のレーザ光１を１つの被加工物５に照射する形態のレーザ加工装置に採用したが、図１に示すレーザ加工装置において、レーザ光１をビームスプリッタやＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｏｐｔｉｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＥＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｏｐｔｉｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＭＯＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｏｐｔｉｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などにより複数のレ−ザ光に分岐して、それぞれのレーザ光１に対して、ガルバノミラー３、集光レンズ４、テーブル６を配置して、複数の被加工物５を加工するレーザ加工装置に実施しても、本実施の形態と同じように作用効果を期待できるものである。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、被加工物の加工の目標位置に対応した光路変更手段の目標位置と前記光路変更状態検出手段の検出位置との差および前記被加工物の加工の目標位置に対応したテーブルの目標位置とテーブル位置検出手段の検出位置との差が所定範囲に入れば、光路変更手段およびテーブルの位置決めが完了したとみなして加工を行うので、加工タクトを短くでき生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置及びその加工方法の概略構成図
【図２】同レーザ加工装置の制御装置の構成図
【図３】同レーザ加工装置の制御装置が備える回転移動角変換テーブルの図
【図４】同レーザ加工装置の加工位置決めおよびレーザの照射のタイミングチャート
【図５】（ａ）同レーザ加工装置の移動距離が大きい加工位置決めおよびレーザの照射のタイミングチャート
（ｂ）同レーザ加工装置の移動距離が小さい加工位置決め、およびレーザの照射のタイミングチャート
【図６】従来のレーザ加工装置の構成図
【図７】同レーザ加工方法の加工位置決め、およびレーザの照射のタイミングチャート
【符号の説明】
１　　レーザ光
２　　レーザ発振器（レーザ出力手段）
３　　ガルバノミラー（光路変更手段）
４　　集光レンズ（集光光学系）
５　　被加工物
６　　テーブル
７　　制御装置（制御手段）
８　　エンコーダ（光路変更状態検出手段）
９　　リニアスケール（テーブル位置検出手段）
１１　変換手段
１２　回転移動角変換テーブル
１３　レーザ照射制御手段
１４　位置記憶手段
１５　インポジション信号チェック制御手段
１８　位置決めタイマ
【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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【図６】
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【図７】
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