(57)【要約】【課題】周辺機器の動作タイミングやトリガ信号のタイミングを容易に変更可能として、柔軟な加工を可能とする。【解決手段】トリガコントローラ４０を設け、トリガ信号と共に、周辺機器を動作させるための動作タイミング信号を発生する。又、レーザの発振周波数とパルス幅を独立して設定可能とする。更に、複数の発振条件を設定可能とする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、
前記トリガ信号と共に、周辺機器を動作させるための動作タイミング信号を発生するようにしたことを特徴とするレーザ加工装置のトリガコントローラ。
【請求項２】
前記周辺機器からの異常信号が入力可能とされ、該異常信号が検出された時は、前記トリガ信号を停止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置のトリガコントローラ。
【請求項３】
加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、
レーザの発振周波数を制御するための周波数カウンタと、
パルス幅を制御するためのパルス幅カウンタとを備え、
レーザの発振周波数とパルス幅が独立して設定可能とされていることを特徴とするレーザ加工装置のトリガコントローラ。
【請求項４】
前記カウンタの分周数も設定可能とされていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置のトリガコントローラ。
【請求項５】
前記周波数カウンタとパルス幅カウンタの設定値に基づいて、制限外のデューティ比のトリガ信号の発生を防ぐようにされていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置のトリガコントローラ。
【請求項６】
加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、
複数の発振条件が設定可能とされていることを特徴とするレーザ加工装置のトリガコントローラ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のトリガコントローラを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載のトリガコントローラと、
該トリガコントローラに、加工条件に応じたレーザの発振条件を与える加工制御装置と、
該加工制御装置と前記トリガコントローラ間で共有されるメモリと、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラに係り、特に、プリント配線基板を加工するレーザ穴開け機に用いるのに好適な、周辺機器の動作タイミングやトリガ信号のタイミングを容易に変更可能なトリガコントローラ、及び、該トリガコントローラを用いたレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なうレーザ加工装置、例えばレーザ穴開け機においては、図１に例示する如く、レーザ発振器１０と、該レーザ発振器１０から出射されたレーザ光１２の光路を分岐したりレーザパルスを成形するための、電気光学素子（ＥＯＭ）、音響光学素子（ＡＯＭ）等の光学素子１４と、該光学素子１４を制御するための光学素子制御装置１６と、前記レーザ発振器１０の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するトリガ発生器２０と、加工対象物８に照射されるレーザ光の一部を分岐するためのハーフミラー２２と、該ハーフミラー２２で分岐されたレーザ光の強度を検出するための、ＧＰＤ（Ｇｏｏｄ　　Ｐｕｌｓｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）センサ等の光センサ２４と、該光センサ２４の出力をモニタしつつ、前記トリガ発生器２０に、オペレータから入力される加工条件に応じたレーザの発振条件を与える加工制御装置（又は上位制御装置）３０を備えている。
【０００３】
このようなレーザ加工機において、ＥＯＭやＡＯＭ等の光学素子１４は、非常に高速に動作するため、高い発振周波数や短いレーザパルス幅に対応可能であり、高スループット実現に有用である。一方、非常に高速に動作するため、その動作タイミングは、正確にレーザ発振と同期させる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、前記光学素子１４に対しては、レーザ発振器１０へのトリガ信号を分岐し、その信号に対して遅延回路１８等で遅延時間を挿入し、該光学素子１４の動作タイミング信号を生成していた。従って、調整等が困難であり、正確な同期も保証され難かった。又、光学素子１４の性能を十分に発揮できない場合もあり、適用できる範囲が狭いものとなっていた。
【０００５】
又、前記レーザ発振器１０においては、トリガ信号のパルス幅を変化させることで、直接レーザ光のパルス幅を制御できるものがある。プリント基板の穴開け加工等に使用されるレーザ加工機においては、加工対象の材質、加工形状、パターン等により、レーザ発振器のパルス幅や発振周波数を変化させることが必要となる。
【０００６】
しかしながら従来のトリガ発生器２０においては、パルス幅を変更する場合、まず発振周波数に対応したトリガ発生器の内部カウンタ値を演算し、更に、パルス幅についても同様に演算してトリガ信号を生成していた。そのため、パルス幅のみ変更したい場合であっても、発振周波数の演算を行なう必要があり、演算による遅延が生じるという問題点を有していた。
【０００７】
又、従来のトリガ発生器においては、加工条件が変化する度に、その都度演算を行ない、レーザの発振パラメータ（発振周波数、パルス幅等）を設定していた。そのため、速い周期で頻繁に加工条件が変化する場合、演算時間による遅延が生じ、加工のスループットが限定されていた。又、数種類の発振条件が繰返し発生する場合でも、その都度同じ演算を繰り返すという冗長な構成となっていた。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ＥＯＭやＡＯＭ等の周辺機器をレーザ発振器の発振タイミングに正確に同期させることを第１の課題とする。
【０００９】
本発明は、発振周波数やパルス幅の設定の演算による遅延時間を防ぐことを第２の課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、前記トリガ信号と共に、周辺機器を動作させるための動作タイミング信号を発生するようにして、前記第１の課題を解決したものである。
【００１１】
又、前記周辺機器からの異常信号を入力可能とし、該異常信号が検出された時は、前記トリガ信号を停止するようにしたものである。
【００１２】
本発明は、又、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、レーザの発振周波数を制御するための周波数カウンタと、パルス幅を制御するためのパルス幅カウンタとを備え、レーザの発振周波数とパルス幅を独立して設定可能とすることにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００１３】
又、前記カウンタの分周数も設定可能としたものである。
【００１４】
更に、前記周波数カウンタとパルス幅カウンタの設定値に基づいて、制限外のデューティ比のトリガ信号の発生を防ぐようにしたものである。
【００１５】
本発明は、又、加工条件に応じたレーザの発振条件に従って、レーザ発振器の発振タイミングを制御するためのトリガ信号を発生するレーザ加工装置のトリガコントローラにおいて、複数の発振条件を設定可能として、前記第２の課題を解決したものである。
【００１６】
本発明は、又、前記のトリガコントローラを備えたことを特徴とするレーザ加工装置を提供するものである。
【００１７】
又、前記のトリガコントローラと、該トリガコントローラに、加工条件に応じたレーザの発振条件を与える加工制御装置と、該加工制御装置と前記トリガコントローラ間で共有されるメモリとを備えたことを特徴とするレーザ加工装置を提供するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態は、図２に示す如く、本発明を、光学素子としてＡＯＭ１５が用いられたレーザ穴明け機に適用したもので、加工制御装置３０とレーザ発振器１０の間に、本発明に係るトリガコントローラ４０と、該トリガコントローラ４０と前記加工制御装置３０で共有されるデュアルポートメモリ（ＤＰＲＡＭ）５０を備えている。図において、１７は、ＡＯＭ１５の制御装置である。
【００２０】
前記トリガコントローラ４０は、図３に詳細に示す如く、ＣＰＵ４１と、内部カウンタ４２と、ＲＯＭ４３と、ＲＡＭ４４と、バッファ４５と、Ａ／Ｄ変換器４６と、汎用出力ポート４７とを含んで構成されている。
【００２１】
このトリガコントローラ４０には、加工条件に応じた所望のレーザ発振周波数、レーザパルス幅が加工制御装置３０から与えられており、又、レーザトリガに対するＡＯＭ１５の動作タイミング信号の遅延時間（図４のｔ）が予め設定される。そして、加工制御装置３０からレーザ発振指令を受け取ると、図４に示す如く、まず、所望の発振周波数及びパルス幅に対応したレーザトリガ信号を出力する。そして、内部カウンタ４２により計数される、設定された遅延時間ｔ経過後、ＡＯＭ１５へ動作タイミング信号を出力する。
【００２２】
このトリガコントローラ４０には、ＡＯＭ１５等の周辺機器からの異常信号を入力することが可能とされており、例えばＡＯＭ１５からの異常信号を検出した場合には、図５に示す如く、速やかにレーザ発振器１０へのトリガ信号出力を停止する。
【００２３】
前記ＡＯＭ１５は、入力される動作タイミング信号により、非常に高速に屈折率を変化させ、その結果として、レーザ光の光路を変化させ、例えばシャッタのような動作をする。
【００２４】
前記レーザ発振器１０は、例えばＣＯ２レーザやＵＶレーザが用いられ、初めに出されたレーザトリガ信号により発振を開始する。この時点では、ＡＯＭ１５のシャッタ動作によりレーザ光は光路の途中で遮られ、加工はされない。
【００２５】
設定された遅延時間ｔの後、ＡＯＭ１５への動作タイミング信号が、トリガコントローラ４０から出力されると、ＡＯＭ１５は出力を変化させ、即ち、レーザの光路を変化させ、加工が行なわれる。このようにして、レーザ光のパルス幅を成形することが可能となる。
【００２６】
ＡＯＭ１５への動作タイミング信号の遅延時間ｔは、トリガコントローラ４０内のソフトウェアにより、自由に変化させることができ、本構成をとった場合、レーザ発振器１０は、見掛け上レーザ発振１ショット毎に、そのパルス幅を変化させることが可能である。又、レーザ発振器１０へのトリガ信号と、ＡＯＭ１５への動作タイミング信号が、両方共、トリガコントローラ４０の内部カウンタ４２を基準として生成されるため、非常に正確に同期を取ることが可能である。
【００２７】
更に、トリガコントローラ４０がＡＯＭ１５の異常信号を検出した場合には、図５に示した如く、レーザ発振器１０が次の１ショットを発振する前に、速やかにトリガ信号の出力を停止することで、装置の安全性及び加工品質を保証することができる。
【００２８】
前記加工制御装置３０とトリガコントローラ４０間の通信は、シリアル、パラレル通信等が使用可能である。本実施形態では、ＤＰＲＡＭ５０を用いているので、非常に高速な通信が可能である。
【００２９】
又、加工対象の材質、加工形状、パターン等によりレーザ発振器の発振周波数やパルス幅を変更する場合には、次のように行なう。
【００３０】
即ち、オペレータによりレーザ発振器１０の発振周波数及びパルス幅が加工制御装置３０に入力されると、加工制御装置３０は、トリガコントローラ４０の内部カウンタ４２に対応したカウンタ値（以下周波数カウンタ値と称する）を演算する。トリガコントローラ内部カウンタ４２は、出力するトリガ信号の周波数によってカウンタの分周数を変更する必要があるので、図６に示す如く、同時にカウンタの分周数も演算しておく。パルス幅も同様にして、対応する内部カウンタ値（以下パルス幅カウンタ値と称する）を演算する。
【００３１】
加工制御装置３０は、このようにして演算された周波数カウンタ値、パルス幅カウンタ値、分周数をトリガコントローラ４０へ設定する。トリガコントローラ４０は、設定されたカウンタ値、分周数に従って内部カウンタ４２を駆動し、図７に示す如くトリガ信号を生成する。
【００３２】
レーザ加工機において加工中にオペレータにより発振周波数やパルス幅が変更された場合、加工制御装置３０においては、前記演算を繰り返す必要があるが、パルス幅のみ変更された場合、本実施形態では、周波数カウンタ値を変更する必要がなく、パルス幅カウンタ値のみ演算し、トリガコントローラ４０へ設定すればよいので、演算時間の短縮が可能となる。又、逆に分周数が一定の範囲内であれば、発振周波数のみが変化した場合においては、パルス幅カウンタ値は演算する必要がなく、同様に演算時間の短縮が可能となる。
【００３３】
ここで、レーザ発振器１０のパルス幅には、発振周波数によって設定できるパルス幅に制限があり、その制限は、デューティ比によって表わされることが多い。デューティ比は、パルス幅×発振周波数で表わせる値を％で表わしたものであり、例えば発振周波数１０ｋＨｚ、パルス幅１０μ秒の場合、（１０×１０３）×（１０×１０−６）＝０．１となり、１０％となる。これから明らかなように、デューティ比は、発振周波数が変更された場合に変わってしまう。
【００３４】
しかしながら、前記トリガコントローラ４０においては、内部カウンタ値で各パラメータが与えられるので、デューティ比の制限は比較的演算が簡単であり、周波数カウンタ値が与えられると、パルス幅の上限、下限値は、そのカウンタ値にデューティ比の上限、下限値を乗算するだけで求められる。従って、オペレータにより入力されたパルス幅の良否判定を速やかに行って、レーザ発振器１０に制限値外のデューティ比のトリガ信号が入力されるのを防ぐことができる。
【００３５】
又、前記パラメータは、良好な結果を得るため、加工中に常に一定ではなく、可変であることが望ましい。例えば図８に示す如く、１ｋＨｚパルス幅１０μ秒で１０ショット発振（サイクルデータＴ１とする）させた後、１０ｋＨｚ１０μ秒で２０ショット発振（サイクルデータＴ２とする）させるといった、発振条件を変化させることが一般的である。そこで、上記のような条件が上位の加工制御装置３０にオペレータにより与えられると、加工制御装置３０は、それらのパラメータを、トリガコントローラ４０へ、発振周波数、パルス幅、ショット数を一まとめにしたデータ（サイクルデータと称する）として設定する。
【００３６】
このようにして複数設定されたサイクルデータは、同時に、図９に示す如く、ＤＰＲＡＭ５０内に段数と称するデータとして設定することにより、サイクルデータの数を制御することができる。例えば図１０に示すような、各加工エリアＡ〜Ｈの各加工点ｈ１〜ｈ９に対して、サイクルデータＴ１のみ、Ｔ１とＴ２を１回ずつ、又は、Ｔ１を２回行った後、Ｔ２を１回行う等、ＤＰＲＡＭ５０で有効、無効のフラグで設定する。そして、図１１に示す如く、例えば一連の加工中にサイクルデータＴ１→サイクルデータＴ２とレーザを発振させて加工を行ない、次にはサイクルデータＴ１→サイクルデータＴ３とレーザを発振させて加工を行うことが可能となる。
【００３７】
トリガコントローラ４０においては、予めサイクルデータに対応して内部演算をしておくことで、発振開始信号入力直前、乃至は、直後に段数のみ参照すればよく、速やかなレーザ発振が可能になる。
【００３８】
このように、予め与えられたサイクルデータに対し、段数を次々更新していくことにより、トリガコントローラ４０内部での演算による遅延の影響を受けることなく、様々な加工に応じて速やかなレーザ発振が可能になる。
【００３９】
なお前記実施形態においては、周辺機器として音響光学素子（ＡＯＭ）１５が用いられていたが、トリガコントローラ４０によって直接制御される周辺機器はこれに限定されず、例えばレーザ光の光路分岐用に用いられる音響光学素子（ＡＯＭ）等、他の周辺機器においても同様である。
【００４０】
又、前記実施形態においては、本発明が、レーザ穴明け機に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レーザ切断機やマーキングマシン等、レーザ加工機一般に同様に適用できることは明らかである。レーザの種類もＣＯ２レーザや、ＵＶレーザに限定されず、他のレーザにも適用できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、トリガコントローラへパラメータとして与えることにより、レーザ発振器の周辺機器の動作タイミングを容易に変更可能になり、より柔軟な加工が可能となる。又、レーザ発振器へのトリガコントローラから動作タイミング信号を直接出力することで、正確な同期動作が可能となり、その結果、加工品質を向上させることができる。
【００４２】
又、レーザ発振条件変更時の演算による遅延時間を短縮することができ、加工時間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トリガ発生器が用いられた従来のレーザ穴開け機の全体構成を示すブロック図
【図２】本発明に係るトリガコントローラが採用されたレーザ穴開け機の実施形態の全体構成を示すブロック図
【図３】前記トリガコントローラの構成を示すブロック図
【図４】前記実施形態におけるトリガ信号と動作タイミング信号の関係を示すタイムチャート
【図５】同じくＡＯＭ異常検出時のトリガ信号を示すタイムチャート
【図６】同じくトリガコントローラの内部カウンタの設定値と計数値の関係の例を示すタイムチャート
【図７】同じく内部カウンタの周波数カウンタ及びパルス幅カウンタ設定値と、出力されるトリガ信号の関係の例を示すタイムチャート
【図８】同じく加工条件によって変化するトリガ信号の例を示すタイムチャート
【図９】同じくＤＰＲＡＭの設定状態の例を示す線図
【図１０】加工対象の例を示す平面図
【図１１】加工条件によってサイクルデータを変える様子を示すフローチャート
【符号の説明】
８…加工対象物
１０…レーザ発振器
１５…音響光学素子（ＡＯＭ）
１７…ＡＯＭ制御装置
３０…加工制御装置
４０…トリガコントローラ
４２…内部カウンタ
５０…デュアルポートメモリ（ＤＰＲＡＭ）
【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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【図８】
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【図９】
2004042103.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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