(57)【要約】【課題】任意の軌跡による迅速な加工を可能とする。【解決手段】予め上位計算機２０で、レーザビーム１２の移動軌跡上の一連の位置ｘ１,ｘ２・・・ｘｎを計算し、該上位計算機２０で計算された一連の位置ｘ１，ｘ２・・・ｘｎにより、ガルバノスキャナ１４、１６を制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位計算機からの指令に応じてレーザビームの照射位置を移動させるためのガルバノスキャナの制御方法において、
予め上位計算機で、レーザビームの移動軌跡上の一連の位置を計算し、
該上位計算機で計算された一連の位置により、ガルバノスキャナを制御することを特徴とするガルバノスキャナの制御方法。
【請求項２】
前記移動軌跡を、明けたい穴の外周に沿う軌跡として、ガルバノスキャナの動作を停止することなくレーザビームの照射を行ない、レーザビームより大きな穴を開けるノンストップトレパニング加工を行なうことを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナの制御方法。
【請求項３】
上位計算機からの指令に応じてレーザビームの照射位置を移動させるためのガルバノスキャナの制御装置において、
上位計算機で予め計算された、レーザビームの移動軌跡上の一連の位置を記憶する手段と、
該手段に記憶された一連の位置により、ガルバノスキャナを制御する手段と、
を備えたことを特徴とするガルバノスキャナの制御装置。
【請求項４】
予め定められた移動軌跡に従って、ガルバノスキャナを連続的に動作させると同時に、予め定められた加工条件に従って、レーザビームの照射を行なうことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
前記移動軌跡を、明けたい穴の外周に沿う軌跡として、ガルバノスキャナの動作を停止することなくレーザビームの照射を行ない、レーザビームより大きな穴を開けるノンストップトレパニング加工を行なうことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上位計算機からの指令に応じてレーザビームの照射位置を制御するためのガルバノスキャナの制御方法、装置及びレーザ加工方法に係る。特に、レーザビームを照射してプリント配線基板等に穴明け加工を行なうレーザドリルマシンに用いるのに好適な、ガルバノスキャナの制御方法、装置、及び、これを用いたレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザにより加工を行う際、ガルバノスキャナによって照射位置を移動させる方法を採ると、高速な加工が可能となる。
【０００３】
図１は、一般的なレーザドリルマシンの構成例である。本構成例は、図示しないレーザ発振器から照射される、例えばパルス状のレーザビーム１２を、所定の方向（図１では紙面に垂直な方向）に走査するためのミラー１５を含む第１ガルバノスキャナ１４と、該第１ガルバノスキャナ１４によって紙面に垂直な方向に走査されたレーザビーム１２を、前記第１ガルバノスキャナ１４による走査方向と垂直な方向（図１では紙面と平行な方向）に走査するためのミラー１７を含む第２ガルバノスキャナ１６と、前記第１及び第２ガルバノスキャナ１４、１６により２方向に走査されたレーザビームを加工対象物１０の表面に対して垂直な方向に偏光するためのｆ−θレンズ１８とを備えている。
【０００４】
このガルバノスキャナにおいては、第１及び第２ガルバノスキャナ１４、１６で、レーザビーム１２を加工対象物１０の表面内の任意の位置に移動することができる。ミラー１５、１７により偏向したレーザビームは、ｆ−θレンズ１８を通過すると、加工対象物１０の表面に集光する。このため、二つのガルバノスキャナ１４、１６を制御することにより、加工対象物１０表面の任意の箇所をレーザ加工することが可能となる。
【０００５】
基板の穴明け等では高いスループットが要求されるため、加工対象物１０を移動させる方法に比べて、レーザビームを移動させることにより、高速に処理を行うことが可能な、ガルバノスキャナを用いることが多い。
【０００６】
このようなガルバノスキャナにおいて、図２に示す位置Ａから位置Ｂへビーム照射位置を移動する際に、従来は、図３に示す如く、上位計算機（ＰＣ）２０からガルバノスキャナ制御装置（ガルバノドライバと称する）３０の入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２８へ、次の位置Ｂのデータのみを与え、ガルバノドライバ３０では、その内部の演算回路３２で、図４に示す如く、制御周期（例えば５０μ秒）毎の位置ｘ１,ｘ２・・・ｘｎを計算してメモリ３４に蓄え、該メモリ３４から出力回路３６へ制御周期毎に読み出してガルバノスキャナ１４、１６に出力するようにしていた。
【０００７】
前記演算回路３２は、特許文献１に記載されているように、目標位置を設定し、現在位置から目標位置へ直線移動する機能や、予め用意しているコマンドを実行し、正弦波等の波形状の軌跡を繰り返し移動することができる機能を有する。
【０００８】
【特許文献１】特許第３５１３４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この方法では、予め演算回路３２に設定しておいた、直線状や、せいぜい正弦波状等の決まった単純な軌跡でしかレーザビームを移動できない。又、演算回路３２に搭載されるＣＰＵが小さく、演算に時間がかかるだけでなく、演算時間がばらつき、演算が終了しないとレーザビームが移動しないため、レーザ照射とガルバノスキャナによるレーザビーム移動の同期が取り難い等の問題点を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、レーザビームが、任意の軌跡を迅速に移動できるようにすることを第１の課題とする。
【００１１】
本発明は、又、レーザビームより大きな穴を迅速に開けることを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上位計算機からの指令に応じてレーザビームの照射位置を移動させるためのガルバノスキャナの制御方法において、予め上位計算機で、レーザビームの移動軌跡上の一連の位置を計算し、該上位計算機で計算された一連の位置により、ガルバノスキャナを制御するようにして、前記第１の課題を解決したものである。
【００１３】
又、前記移動軌跡を、明けたい穴の外周に沿う軌跡として、ガルバノスキャナの動作を停止することなくレーザビームの照射を行ない、レーザビームより大きな穴を開けるノンストップトレパニング加工を行なうようにして、前記第２の課題を解決したものである。
【００１４】
本発明は、又、上位計算機からの指令に応じてレーザビームの照射位置を移動させるためのガルバノスキャナの制御装置において、上位計算機で予め計算された、レーザビームの移動軌跡上の一連の位置を記憶する手段と、該手段に記憶された一連の位置により、ガルバノスキャナを制御する手段と、を備えることにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００１５】
本発明は、又、予め定められた移動軌跡に従って、ガルバノスキャナを連続的に動作させると同時に、予め定められた加工条件に従って、レーザビームの照射を行なうことを特徴とするレーザ加工方法を提供するものである。
【００１６】
又、前記移動軌跡を、明けたい穴の外周に沿う軌跡として、ガルバノスキャナの動作を停止することなくレーザビームの照射を行ない、レーザビームより大きな穴を開けるノンストップトレパニング加工を行なうようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーザビームの移動軌跡上の一連の位置を、ＣＰＵの大きな上位計算機で予め計算し、ガルバノスキャナ制御装置側では計算しないので、レーザビームは、ガルバノスキャナ制御装置の制約を受けることなく、円形等、任意の軌跡を動くことができる。又、処理を迅速に行なうことができ、処理時間によりレーザビームの移動開始時間がばらつくことがなく、レーザ照射とガルバノスキャナの同期を容易に取ることができる。
【００１８】
特に、移動軌跡を、明けたい穴の外周に沿う軌跡として、ガルバノスキャナの動作を停止することなくレーザビームの照射を行なうようにした場合には、ノンストップトレパニング加工により、レーザビームより大きな穴を迅速に明けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
本実施形態は、図３に示した従来例と同様のシステムにおいて、図５に示す如く、レーザビームの移動軌跡上の一連の位置ｘ1，ｘ2・・・ｘnを上位計算機（ＰＣ）２０で計算すると共に、該上位ＰＣ２０で予め計算された、レーザビームの移動軌跡上の一連の位置ｘ１,ｘ２・・・ｘｎを、例えばＤＰＲＡＭでなる入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２８で記憶し、該入力Ｉ／Ｆ２８に記憶された位置をメモリ３４に転送して、上位ＰＣ２０からの移動コマンドにより、例えば５０μ秒の制御周期毎に出力回路３６に出力して、ガルバノスキャナ１４、１６を制御するようにしたものである。
【００２１】
本実施形態においては、まず上位ＰＣ２０で、予め制御周期、例えば５０μ秒周期で出力する移動軌跡上の一連の位置ｘ１,ｘ２・・・ｘｎを演算し、これを軌跡バッファとしても作用する入力Ｉ／Ｆ２８に書き込んだ上で、移動コマンドを発行する。
【００２２】
ここで、移動軌跡上の一連の位置は、加工径、ビーム径、分割数（１周での照射（ショットと称する)回数）、周波数を元に算出し、ｆ−θ補正を実施すると共に、スキャンエリアから外れないか、一度の移動距離が制限内か、算出した位置数が軌跡バッファの容量内か、ショット回数が上限内か等、チェックする。
【００２３】
ガルバノドライバ３０は、移動コマンドを受信すると、与えられた位置ｘ1，ｘ2・・・ｘnを５０μ秒周期で順に出力回路３６に対して出力する。
【００２４】
これにより、従来はガルバノドライバ内の演算回路３２（図３参照）で計算される単純な軌跡でしか動作しなかったガルバノが、上位ＰＣ２０により与えられる任意の軌跡で動作することが可能となり、例えば図６に示すような円形の加工も可能となる。又、演算装置３２で計算しないので、ガルバノドライバ３０に移動コマンドを与えてからレーザビームが実際に動き出すまでの遅延時間は、軌跡によらず一定であり、レーザ照射とガルバノ移動の同期を容易に採ることができる。
【実施例】
【００２５】
例えば図７（Ａ）に示す如く、レーザビーム１２の径よりも加工穴４０の径の方が大きい場合、従来は、１穴毎のガルバノ整定→レーザ照射の繰り返しによるトレパニング加工で、図中に示す番号Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３・・・の順に、図７（Ｂ）（Ｃ）に示す如く、１箇所毎に数ショット照射して穴を開けてから次の箇所に移動しており、照射位置Ｐ１に移動、整定→数ショット照射→照射位置Ｐ２に移動、整定→数ショット照射・・・の順に加工していたため、加工穴を明けるのに非常に時間がかかっていた。これに対して、本実施例によれば、図８に示す如く、ガルバノスキャナによるレーザビーム１２の略円弧状（厳密には各移動指令位置を短い直線で結んだ多角形状）の移動を停止することなく、分割数に応じたレーザビームの間欠照射を、ガルバノスキャナの動作と非同期で必要ショット回数だけ行なうこと（ノンストップトレパニング加工と称する）が可能となるため、ガルバノスキャナの整定を待つ必要が無く、図８（Ｃ）に示す如く、移動指令位置とショット位置にずれは生じるが、従来の１／２〜１／３の短時間で穴明けが可能となる。
【００２６】
本実施例においては、図８（Ａ）に示した如く、スタート位置Ｐｓとエンド位置Ｐｅをオーバーラップさせているので、ビーム位置に誤差があっても、穴を確実に開けることができる。なお、ビーム位置の制御精度が高く、穴を確実に開けることができる場合には、図９に示す如く、スタート位置Ｐｓとエンド位置Ｐｅを穴径に応じた分だけ離すこともできる。
【００２７】
前記説明においては、本発明がノンストップトレパニング加工による円形の穴明け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、円形以外の穴明け加工や、位置Ａから位置Ｂへの直線移動や正弦波状移動等、他の加工にも同様に適用可能である。
【００２８】
又、加工対象物に応じて、通常のトレパニング加工や、周回毎に少しずつ穴を深くしていくサイクルトレパニング加工等を選択可能としたり、複数軸を同時に加工する場合には、両軸とも同じ条件のトレパニング加工であれば、同時に実行し、片側が通常加工の場合は、該通常加工を休止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の適用対象の一例であるレーサドリルマシンの要部構成を示す正面図
【図２】加工対象における加工位置の例を示す平面図
【図３】従来のガルバノドライバの構成例を示す回路図
【図４】同じく加工軌跡の例を示すタイミングチャート
【図５】本発明の実施形態の要部構成を示す回路図
【図６】同じく加工軌跡の例を示す平面図
【図７】レーザビーム径よりも大きな穴を開ける場合の従来のトレパニング加工を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）タイミングチャート及び（Ｃ）拡大平面図
【図８】本発明を用いたノンストップトレパニング加工の（Ａ）移動軌路の一例を示す平面図、（Ｂ）タイミングチャート及び（Ｃ）移動指令位置とショット位置を示す拡大平面図
【図９】トレパニング加工の移動指令位置の他の例を示す平面図
【符号の説明】
【００３０】
１２…レーザビーム
１４、１６…ガルバノスキャナ
２０…上位計算機（ＰＣ）
２８…入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）
３０…ガルバノスキャナ制御装置（ガルバノドライバ）
３４…メモリ
３６…出力回路
４０…加工穴
【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】
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