(57)【要約】【課題】同時に複数の穴を加工するレーザ加工装置において短い時間で穴明加工可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、同時に加工される複数穴の組み合わせを決定する組み合わせ決定手段、及び、決定された組み合わせの加工順序を加工時間が短くなるように決定する順序決定手段を備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に同時に複数の穴明加工を行うレーザ加工装置において、
同時加工可能な複数個の穴の組の組み合わせを決定する組み合わせ決定手段、及び
上記組み合わせ決定手段により決定された組の加工順序を、加工時間が短くなるように決定する順序決定手段を備え、
決定された組み合わせと順序で指定される加工経路に従って加工を行うことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
上記組み合わせ決定手段により決定された穴の組み合わせを変更する組み合わせ変更手段をさらに備え、該組み合わせ変更手段による組み合わせ変更及び上記順序決定手段による順序決定の一連の処理を複数回繰り返して加工経路を決定することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
上記組み合わせ変更と順序決定の繰り返し回数を、指定パラメータに応じて変更可能とすることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工装置に関し、特に複数のレーザ光を単一の集光装置で集光し、同時に複数の位置に穴明加工するレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置は、多層基板における各配線層間を接続する回路を形成するための穴明加工に用いられている。近年、プリント基板の回路パターンは高精細化が進み、穴径がさらに微小化すると同時に穴数も増加する傾向にある。
【０００３】
そのため、穴明加工の加工時間の短縮において、その加工経路を最適化させることは重要である。
【０００４】
加工経路最適化のため、例えば、特許文献１においてはプリント基板に対して同時に単一のレーザ光を照射するレーザ加工装置において、レーザ光照射の経路を決定している（特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１９５１１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示の技術は、同時に１つの穴を加工する加工装置に対してのものであり、同時に複数穴の加工を行う加工装置に対しては、特許文献１に開示された経路決定法を適用しても、最適な加工経路を得ることはできず、加工時間を短縮することはできない。
【０００７】
本発明の目的は同時に複数の穴を加工するレーザ加工装置であって、短い加工時間での穴明加工を可能とするレーザ加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ加工装置は、被加工物に同時に複数の穴明加工を行うレーザ加工装置であり、同時加工可能な複数穴の組み合わせを決定する組み合わせ決定手段及び、決定された組み合わせの加工順序を、加工時間が短くなるように決定する順序決定手段を備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照し、本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１に本発明に係るレーザ加工装置の構成を示す。本発明に係るレーザ加工装置は、複数のレーザ光を独立に走査して被加工物に同時に複数の穴明加工を行うものである。
【００１１】
本レーザ加工装置は、加工経路決定部１、制御部２、レーザ発振器３、光学系機器４〜８、および搬送装置１０とを備える。
【００１２】
加工経路決定部１は、被加工物９上に穴を形成する際の加工経路を決定する。制御部２は、決定された加工経路に沿ってレーザ光を被加工物９上へ照射するようにレーザ発振器３、レーザ光走査器６ａ、６ｂ、および搬送装置１０を制御する。
【００１３】
レーザ光分岐器４は、レーザ発振器３から発振されたレーザ光を２方向に分岐する。分岐したレーザ光のうち、一方はそのままレーザ光結合器７に入射し、他方はレーザ光偏向器５ａ、５ｂにより進行方向を変えられ、レーザ光走査器６ａに入射する。レーザ光走査器６ａは制御部２の制御に従い、入射したレーザ光が被加工物９上の所望の位置に照射されるように、レーザ光の射出角度を調整する。レーザ光走査器６ａを通過したレーザ光はレーザ光結合器７に入射する。レーザ光結合器７は、入射した２本のレーザ光をレーザ光走査器６ｂに向けて射出する。レーザ光走査器６ｂは、それぞれのレーザ光が被加工物９上の所望の位置に照射されるように射出角度を調整する。レーザ光走査器６ｂから射出されたレーザ光は集光器８に入射し、被加工物９上に集光され加工が実施される。
【００１４】
搬送装置１０は制御部２の制御に従い被加工物９を比較的大きな動作範囲で移動させることができる。被加工物９上のレーザスポットは、レーザ光走査手段６ａ、６ｂによって比較的小さな動作範囲を比較的高速で移動し、搬送装置１０によって比較的大きな範囲を比較的低速で移動することが可能となる。
【００１５】
なお、レーザ光分岐器４は、１本のレーザ光を複数のレーザ光に分岐させる出力分割、またはパルスレーザを非常に短い時間差で複数の方向に分岐させる時分割のいずれの方法で光を分岐してもよい。後者の場合、厳密な意味での同時加工は実施できないが、非常に短い時間差で複数の加工を連続して実施することが可能であるため、ほぼ同時とみなすことができる。
【００１６】
以上のように構成されるレーザ加工装置における、被加工物９上に形成される穴の穴明加工経路の決定動作について詳細に説明する。
【００１７】
加工経路は加工経路決定部１により決定される。加工経路決定部１は加工経路決定に十分なデータ処理能力を有するプログラム可能なコンピュータで構成され、加工経路決定に係るデータ処理のために必要なプログラムを備えている。またデータ入出力部およびユーザインターフェース部を備え、データの入出力および後述するユーザによるパラメータ指定を可能としている。
【００１８】
図２は加工経路決定部１における処理を示す図である。加工経路決定部１は、先ず加工すべき穴の位置データを入力し（Ｓ１０１）、被加工物９のレーザ加工すべき領域を小エリアに分割する（Ｓ１０２）。そして、各小エリアにおけるレーザ加工時間が短くなるように、各エリア内の穴明加工の順序を決定し（Ｓ１０３〜Ｓ１０７）、制御部２へ結果を出力する（Ｓ１０８）。
【００１９】
処理Ｓ１０３から処理Ｓ１０６までの処理の概要を図３を用いて説明する。なお、図３（ａ）における黒点は、後のレーザ光照射により穴明加工される穴の位置を示し、図３（ｂ）以降に現われる黒点、円で囲われた黒点、および四角で囲われた黒点はそれぞれ、レーザ光走査器６ｂのみを通過したレーザ光で穴明加工される穴（以下、主偏向穴）、レーザ光走査器６ａと６ｂの両方を通過したレーザ光で穴明加工される穴（以下、副偏向穴）、および同時加工する組み合わせができない単独加工穴を示している。
【００２０】
単独加工穴を加工する際は、レーザ光走査器６ａにより大きくレーザ光の角度を偏向させ、被加工物９に照射されないようにするか、または図示していない遮光手段を用いて副偏向穴が加工されないようにすればよい。
【００２１】
図３（ａ）に示すように小エリア内に加工されるべき穴が配置されている場合、処理Ｓ１０３において同時加工可能な穴の組み合わせが決定される（図３（ｂ）参照。）。次に処理Ｓ１０４で、決定された組み合わせの加工順序が決定される（図３（ｃ）参照。）。処理Ｓ１０５で、順序決定された組み合わせの一部を変更することでより加工時間が短くなる組み合わせを採用する（図３（ｄ）参照。）。処理Ｓ１０６で終了判定を行い、終了と判定するまで、処理Ｓ１０４（図３（ｅ）参照。）および処理Ｓ１０５（図３（ｆ）参照。）が繰り返される。この一連の処理により、より短くなる加工経路が決定される。すなわち加工時間がより短くなる加工穴の組み合わせと、その加工順序とが決定される。
【００２２】
以下、加工経路決定部１における処理のうち、経路決定に関して特に重要である、処理Ｓ１０２から処理Ｓ１０７に至る一連の処理をより詳細に説明する。
【００２３】
先ず、処理Ｓ１０２のエリア分割処理を説明する。ここでは、被加工物９の加工領域を１つまたは複数の小エリアに分割する。本処理において分割される小エリアは、レーザ光走査器６ａ、６ｂがレーザ光を走査可能な範囲に相当し、場合によっては小エリアをレーザ光走査器６ａ、６ｂの走査可能範囲よりも小さく定めてもよい。
【００２４】
図４は、エリア分割処理Ｓ１０２における処理を説明する図である。同図に示すように、被加工物９上の加工領域が破線で示す小エリアに分割される。小エリアは被加工物９の加工面をくまなく覆い尽くす必要はなく、加工すべき位置を全ていずれかの小エリアに含めれば足りる。
【００２５】
小エリアを加工する順序は搬送装置１０が被加工物９を移動させるのにかかる時間が短くなるように、例えば図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、走査線順または螺旋順に決定する。小エリアの加工順序を図５（ａ）、図５（ｂ）のいずれにするかは、加工すべき穴が存在している小エリアの被加工物９上での分布状況に応じて決定すればよい。その分布状況により両経路での加工時間に差が生じるからである。また、レーザ光走査器６ａ、６ｂがレーザ光を走査することができる範囲を超えない大きさで小エリアのエリアサイズを変更した場合について、搬送装置１０が被加工物９を移動させるのにかかる時間を計算し、最も短い時間になる加工順序を実際の加工で使用してもよい。これにより加工時間を更に短縮することができる。
【００２６】
次に処理Ｓ１０３の組み合わせ決定処理（図３（ｂ）参照。）を説明する。本処理においては、同時に加工する穴の組の組み合わせを決定している。本発明に係るレーザ加工装置においては、同時に照射可能なレーザ光のレーザスポットの被加工物９上での距離は小エリアと比較して狭い範囲に限られている。従って上記同時加工する穴の組み合わせは、１つの穴とその穴から一定の範囲に存在する他の穴との組み合わせとなる。
【００２７】
図６を参照し、組み合わせ決定処理Ｓ１０３での処理を詳細に説明する。図６における黒点は穴明加工されるべき位置を示している。
【００２８】
図６（ａ）に示すように加工されるべき穴が配置されている場合において、図６（ｂ１）は、黒点を縦軸座標値の昇順に、縦軸座標値が同一な穴が複数個存在する場合には横軸座標値の昇順にソートした様子を示した図である。矢印はソートの結果を示している。図６（ｃ１）は、ソートした順番に沿って、組み合わせが可能な距離にある黒点の中から、２点間の移動距離が最も短くなる組み合わせをソートの順番が若い黒点から順番に構成した結果を示す。ここで、２点間の移動距離とは、２点間の実測距離ではなく、レーザ光を走査する直交２軸方向の移動距離のうち、長い方の距離を指す。
【００２９】
図６（ｂ２）は、別のソート法を説明した図である。このソート法においては、適当な黒点からソートを開始し、その黒点から小エリア内のすべての黒点をまわる総移動距離が短くなるように順番にソートした結果を示す。順番を決定する処理は、後述する順序決定処理Ｓ１０４と同様なものを用いる。図６（ｃ２）は図６（ｂ２）のソート結果に基づいて、一の穴に対して、その一の穴と組み合わせが可能な他の穴の中から、移動距離が最も短くなる他の穴（黒点）を順番に組み合わせた結果を示す。図６（ｃ３）は、図６（ｂ２）の結果に基づいて、組み合わせが可能な穴の中から、移動距離が最も長い穴（黒点）を順番に組み合わせた場合の結果を示す。
【００３０】
組み合わせ決定処理Ｓ１０３は、図６（ｂ１）と図６（ｃ１）、図６（ｂ２）と図６（ｃ２）、図６（ｂ２）と図６（ｃ３）のいずれかの組み合わせ決定処理を実施すればよい。または、３種類の組み合わせ決定処理を全て実施し、最も移動時間が短くなる結果を採用してもよい。そうすることで、より短時間での加工が可能となる。
【００３１】
次の順序決定処理Ｓ１０４および組み合わせ変更処理Ｓ１０５において加工時間の計算に用いられる、組間の移動時間の計算について説明する。レーザ光走査器６ａおよび６ｂは直交する２軸方向に独立にレーザ光を走査する。小エリア内の穴明加工を全て完了するために必要な加工時間には、レーザ光を照射するための時間等も含まれるが、加工時間の長短を決定する大きな要因として、レーザ光を走査するために必要な時間が存在する。図７（ａ）に示すように、２つの組間の移動時間は、黒点で示す主偏向穴間の縦軸方向および横軸方向への移動距離Ａ、Ｂおよび、円で囲まれた黒点で示す副偏向穴間の縦軸方向および横軸方向への移動距離Ｃ、Ｄの中で最も長い距離を移動するのにかかる時間である。ただし、副偏向穴の移動は、図１に示すレーザ光走査器６ａ、６ｂの構成からも明らかなように、主偏向穴からの相対変位になるため、実際の副偏向穴の移動距離から主偏向穴の移動距離を引いた距離としている。
【００３２】
また図７（ｂ）に示すように、１組の穴と単独加工穴間の移動時間は、黒点で示す主偏向穴から四角で囲まれた黒点で示す単独加工穴間の縦軸方向および横軸方向への移動距離Ａ、Ｂと、円で囲まれた黒点で示す副偏向穴からハッチングされた円で示す回避点までの移動距離Ｃの中で最も長い距離を移動するのにかかる時間である。
【００３３】
次にステップＳ１０４の順序決定処理（図３（ｃ）参照。）を説明する。順序決定処理Ｓ１０４は、処理Ｓ１０３で組み合わされた組み合わせの加工順序または処理Ｓ１０５で組み合わせ変更された組み合わせの加工順序を、加工時間が短くなるように決定する。図３（ｃ）においては、決定された順序は矢印で示されている。
【００３４】
順序決定処理Ｓ１０４の詳細な処理を図８に示す。まず加工順序の一部を変更する（Ｓ１１１）。
【００３５】
具体的には、図９（ａ）に示すようにその時点で最適として求められている加工順序の一部分（Ｓ）を乱数で選択する。次に図９（ｂ）のように別の乱数で選択した加工経路中の別の加工位置（α）の後に部分Ｓを挿入する。すなわち、図９（ａ）の初期状態ではβ→Ｓ（ｓ１→ｓｎ）→γの順であったのが、図９（ｂ）の挿入後は、α→Ｓ（ｓ１→ｓｎ）→β→γの順になる。また、図９（ｂ）の挿入の代わりに、図９（ｃ）のように部分Ｓ内の加工順序を反転させてもよい（β→Ｓ（ｓｎ→ｓ１）→γ）。このような試行により、変更を加えた加工順序で加工時間を計算し（Ｓ１１２）、変更後の加工時間が変更前の加工時間よりも短くなるなら（Ｓ１１３）、加工経路を更新する（Ｓ１１４）。上記の試算を試行回数に制限を設けて繰り返し実行する（Ｓ１１５）。これにより短時間で加工できる加工順序を求めることができる。
【００３６】
なお、前段の処理における最大試行回数はユーザが設定できるパラメータにより決定するのが好ましい。長い計算時間をかけ、加工時間をできるだけ短くする場合には大きめのパラメータを、加工時間はそれほど最適化されていなくてもよいが、代わりに短い加工経路計算時間で計算結果を得たい場合には小さめのパラメータを与える。本レーザ加工装置においては、最大試行回数をパラメータとすることにより、ユーザのニーズに応じたより使い易いレーザ加工装置を実現できる。
【００３７】
上記のような組み合わせ決定処理、及び、上記順序決定処理を備えることで、同時に複数の穴を加工するレーザ加工装置において加工時間を短くする加工経路を決定でき、より短い時間での穴明加工が可能となる。
【００３８】
次に、処理Ｓ１０５の組み合わせ変更処理を説明する。本処理では、複数の同時加工する穴の組の組み合わせの変更を行い、加工時間が短縮されるかどうかを試算する。
【００３９】
組み合わせ変更処理Ｓ１０５の詳細な処理を図１０に示す。前段の順序決定処理（Ｓ１０４）で決定された組み合わせの中から２組を選択する（Ｓ１２１）。選択された２組に含まれる穴の組み合わせを組み替えて得られる２４通りの組み合わせを求め、その中から同時加工不可能な組み合わせを排除する（Ｓ１２２）。そして、残りの組み合わせによる加工時間を計算し（Ｓ１２３）、変更前の加工時間および２３の変更例のうちから最も短い加工時間を実現する組み合わせを最適な組み合わせとしてデータに記録する（Ｓ１２４）。
【００４０】
図１１を用いて組み合わせ変更の様子を具体的に説明する。図１１（ａ）に示すように、先ず、乱数でＡとｂの組およびＣとｄの組の２組の組み合わせを選択する（Ｓ１２１）。ここで、主偏向穴を大文字、副偏向穴を小文字で表現している。これら４個の穴のとりうる組み合わせは、ＡｂＣｄ、ＡｂＤｃ、ＡｃＢｄ、・・・など２４通りである。この４桁の文字列の先の２桁の大文字（主偏向穴）と小文字（副偏向穴）で示される組の示す加工位置は、加工位置αと加工位置βの間になる。後の２桁の大文字（主偏向穴）と小文字（副偏向穴）で示される組の示す加工位置は、加工位置γと加工位置δの間になる。その後、組み合わせが変更され、ＢａＣｄの組み合わせになったときの様子が図１１（ｂ）に示されている。
【００４１】
つまり、図１１（ａ）の初期状態ＡｂＣｄでは、Ａを主偏向穴、ｂを副偏向穴とする組が、αの直後に処理され、続いてβが処理される。そしてＣを主偏向穴、ｄを副偏向穴とする組が、γの直後に処理され、続いてδが処理される。そして図１１（ｂ）の変更状態ＢａＣｄでは、Ｂを主偏向穴、ａを副偏向穴とする組が、αの直後に処理され、続いてβが処理され、その後Ｃを主偏向穴、ｄを副偏向穴とする組が、γの直後に処理され、続いてδが処理される。
【００４２】
上記２４の組み合わせには、組み合わせ不可能な組み合わせも含まれるが、これら不適格な組み合わせは移動時間を計算する前段階において、通常想定される加工時間よりも遥かに大きなペナルティー値をその組み合わせの加工時間に与える等、適切に処理され除去される（Ｓ１２３）。そして加工実施可能な組み合わせの中から前後の穴を含めて移動時間が最も短くなる組み合わせにデータを更新する（Ｓ１２４）。このように順序決定後にさらに組み合わせを変更することで、加工時間をさらに短くする加工順序が得られる。
【００４３】
次に、処理Ｓ１０６の終了判定処理を説明する。終了判定処理Ｓ１０６では加工経路決定処理の終了の判定を行う。直前の処理Ｓ１０５において、組み合わせの変更がされていれば、ユーザが予め定めたパラメータによって決定される繰り返し回数に達するまで、順序決定処理Ｓ１０４、組み合わせ変更処理Ｓ１０５による処理を繰り返す。処理Ｓ１０４、および、処理Ｓ１０５を複数回繰り返すことで、加工時間がより短い加工順序を求めることができる。
【００４４】
また、繰り返し回数をユーザが設定可能とすることで、加工経路決定に要する時間と実際に加工に要する時間とのバランスをユーザの裁量で決定できる。それにより、本装置は、さらにユーザにとって使い易いレーザ加工装置となる。組み合わせの変更がされていないかまたは規定の繰り返し回数に達すれば、終了判定処理Ｓ１０６において終了すると判定され、次の順序決定処理Ｓ１０７にデータは送られる。
【００４５】
次に、処理Ｓ１０７の順序決定処理を説明する。処理Ｓ１０７における処理は処理Ｓ１０４における処理と同一である。順序決定処理Ｓ１０７では、変更後の組み合わせで加工時間が短くなるように順序を決定する。前段で説明したように、規定の繰り返し回数に達して繰り返しを終了した場合、組み合わせが変更されている。その組み合わせに最適な加工順序をここで求める。
【００４６】
最後に、順序データ出力処理Ｓ１０８により結果を制御部２に出力する。
【００４７】
順序データを受け取った制御部２は、レーザ発振器３、レーザ光走査器６ａ、６ｂ、および搬送装置１０を制御し、被加工物９に対して穴明加工を実施する。
【００４８】
【発明の効果】
組み合わせの決定をするための手段、および組み合わせ決定手段により決定された組み合わせの加工順序を決定するための手段を有する加工経路決定手段を備えることで、同時に複数の穴を加工するレーザ加工装置において加工時間を短くする加工経路を決定し、加工を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ加工装置のブロック図である。
【図２】加工経路決定部における処理の流れ図である。
【図３】小エリアにおける加工順序決定に至る流れを簡略的に示した図である。
【図４】エリア分割処理の例図である。
【図５】小エリア加工順序を示す例図である。
【図６】組み合わせ決定処理における処理を示す例図である。
【図７】（ａ）組間の移動距離を示す例図、（ｂ）１組の穴と単独加工穴との間の移動距離を示す例図である。
【図８】順序決定処理の流れ図である。
【図９】順序決定処理における処理を示す例図である。
【図１０】組み合わせ変更処理の流れ図である。
【図１１】組み合わせ変更処理における処理を示す例図である。
【符号の説明】
１  加工経路決定部、  ２  制御部、  ３  レーザ発振器、  ４  レーザ光分岐器、  ５ａ、ｂ  レーザ光偏向器、  ６ａ、ｂ  レーザ光走査器、  ７  レーザ光結合器、  ８  集光器、  ９  被加工物、  １０搬送装置
【図１】
2004230408.tif 000003
【図２】
2004230408.tif 000004
【図３】
2004230408.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004230408.tif 000008
【図７】
2004230408.tif 000009
【図８】
2004230408.tif 000010
【図９】
2004230408.tif 000011
【図１０】
2004230408.tif 000012
【図１１】
2004230408.tif 000013