(57)【要約】  レーザ加工装置（１）は、被加工物である基板（９）へのレーザビーム（Ｌ）の照射によって、被加工物である基板（９）を加工する。レーザ加工装置（１）は、被加工物である基板（９）の表面の明度を測定する明度測定部であるカメラ（１１）を備える。レーザ加工装置（１）は、カメラ（１１）によって明度を測定した結果に基づいて、被加工物である基板（９）へ照射するレーザビーム（Ｌ）のエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部を備える。
2021001905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物へのレーザビームの照射によって前記被加工物を加工するレーザ加工装置であって、
前記被加工物の表面の明度を測定する明度測定部と、
前記明度を測定した結果に基づいて、前記被加工物へ照射する前記レーザビームのエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記明度と前記エネルギーとの関係を保持する保持部を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記関係を参照することによって、前記明度の測定結果に対応する前記エネルギーの値を取得し、取得された前記エネルギーの値に従って前記エネルギーを調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザビームを出射するレーザ発振器を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記レーザ発振器による前記レーザビームの出力を調整することによって前記エネルギーを調整することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザエネルギー調整部は、前記レーザビームのピーク出力、あるいは前記レーザビームのパルス幅を変化させることによって、前記レーザビームの出力を調整することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザビームを出射するレーザ発振器を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームのビーム径を調整することによって前記エネルギーを調整することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記レーザエネルギー調整部は、前記明度の測定結果である値が、あらかじめ設定された基準範囲外の値である場合に、前記被加工物の加工を中止することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記明度測定部は、前記表面を撮像するカメラであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記レーザビームの照射によって、あらかじめ設定された径の穴を前記被加工物に形成するための前記関係を学習する機械学習装置と、
前記関係を、前記機械学習装置が学習した結果に基づいて決定する意思決定部と、
を備え、
前記機械学習装置は、
前記明度測定部によって測定された前記明度と、前記被加工物へ照射される前記レーザビームの前記エネルギーと、前記被加工物に形成された穴の径とを状態変数として観測する状態観測部と、
前記状態変数に基づいて作成される訓練データセットに従って前記関係を学習する学習部と、
を有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。
【請求項９】
前記学習部は、
前記状態変数に基づいて報酬を計算する報酬計算部と、
前記報酬に基づいて、前記関係を決定するための関数を更新する関数更新部と、
を有することを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記報酬計算部は、前記被加工物に形成された穴の径と前記設定された径との差が閾値以下である場合に前記報酬を増大させ、かつ、前記被加工物に形成された穴の径と前記設定された径との差が閾値よりも大きい場合に前記報酬を低減させることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
レーザ加工装置が被加工物へのレーザビームの照射によって前記被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記被加工物の表面の明度を測定する工程と、
前記明度と前記レーザビームのエネルギーとの関係を参照することによって、前記明度の測定結果に対応する前記エネルギーの値を取得し、取得された前記エネルギーの値に従って前記エネルギーを調整する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１２】
加工のためのテーブルに配置される被加工物が入れ換えられるごとに前記明度を測定することを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工方法。
【請求項１３】
前記レーザ加工装置は、ガルバノスキャナの駆動によって加工可能な範囲であるスキャンエリアを前記被加工物の中で切り換えることによって前記被加工物を加工し、
前記スキャンエリアが切り換えられるごとに前記明度を測定することを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】
被加工物へのレーザビームの照射によって前記被加工物を加工するレーザ加工装置を制御するレーザ加工装置の制御装置であって、
前記被加工物の表面の明度を測定した結果を取得する取得部と、
前記被加工物へ照射する前記レーザビームのエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部と、
前記明度と前記エネルギーとの関係を保持する保持部と、
を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記関係を参照することによって、前記明度の測定結果に対応する前記エネルギーの値を取得し、取得された前記エネルギーの値に従って前記エネルギーを調整することを特徴とするレーザ加工装置の制御装置。
【請求項１５】
被加工物へのレーザビームの照射によって、あらかじめ設定された径の穴を前記被加工物に形成する加工を行うレーザ加工装置について、前記被加工物の表面の明度と前記レーザビームのエネルギーとの関係を学習する機械学習装置であって、
測定された前記明度と、前記被加工物へ照射される前記レーザビームの前記エネルギーと、前記被加工物に形成された穴の径とを状態変数として観測する状態観測部と、
前記状態変数に基づいて作成される訓練データセットに従って前記関係を学習する学習部と、
を備えることを特徴とする機械学習装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物へのレーザビームの照射によって被加工物を加工するレーザ加工装置、レーザ加工方法、レーザ加工装置の制御装置および機械学習装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属層と樹脂層とを有する積層体である基板において、レーザビームの照射によって金属層と樹脂層とに同時に穴を形成する穴あけ加工が行われることがある。金属層である銅箔が表面に設けられている基板では、銅箔にてレーザビームが反射し、銅箔へのレーザビームの吸収率が低くなることによって、加工効率が低下する場合がある。【０００３】
特許文献１には、基板表面の銅箔におけるレーザビームの吸収率を向上させるために、銅箔の反射率が８６％以下かつ銅箔の明度が２５以下となるように、銅酸化物または微細銅粒を銅箔の表面に形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６８８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に開示されるようにレーザビームの吸収率向上のための処理を銅箔の表面に施す場合に、基板表面の状態が常に一定の状態となるような管理を行うことは困難である。このため、被加工物である複数の基板同士において、基板表面の状態にばらつきが生じることがある。レーザ加工装置は、基板表面の状態にばらつきが生じることによって、安定した加工品質での穴あけ加工を行うことが困難になる。このため、基板表面の反射率と明度とが上記の特許文献１に開示される条件を満足したとしても、レーザ加工装置は、安定した加工品質での加工が困難であるという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定した加工品質での加工を可能とするレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、被加工物へのレーザビームの照射によって被加工物を加工する。本発明にかかるレーザ加工装置は、被加工物の表面の明度を測定する明度測定部と、明度を測定した結果に基づいて、被加工物へ照射するレーザビームのエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるレーザ加工装置は、安定した加工品質で加工を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工装置の概略構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかるレーザ加工装置が有する光学系の構成を示す図
【図３】実施の形態１にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１にかかるレーザ加工装置による加工前における基板の上面図
【図５】図４に示す基板の断面図
【図６】実施の形態１にかかるレーザ加工装置による加工後における基板の上面図
【図７】図６に示す基板の断面図
【図８】図３に示す制御装置が有するレーザエネルギー調整部によるエネルギーの調整について説明するための図
【図９】実施の形態１にかかるレーザ加工装置による加工における明度とレーザビームのエネルギーとの関係について説明するための図
【図１０】実施の形態１にかかるレーザ加工装置によって形成される穴の径と明度相対値との関係の例を示す図
【図１１】実施の形態１にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャート
【図１２】実施の形態１にかかる制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第１の図
【図１３】実施の形態１にかかる制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第２の図
【図１４】本発明の実施の形態２にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能構成を示すブロック図
【図１５】図１４に示す制御装置が有するレーザエネルギー調整部によるエネルギーの調整について説明するための図
【図１６】実施の形態２にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャート
【図１７】本発明の実施の形態３にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャート
【図１８】本発明の実施の形態４にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能構成を示すブロック図
【図１９】図１８に示す制御装置が有する機械学習装置の機能構成を示すブロック図
【図２０】図１９に示す機械学習装置の動作手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置、レーザ加工方法、レーザ加工装置の制御装置および機械学習装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。図２は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置が有する光学系の構成を示す図である。レーザ加工装置１は、被加工物へのレーザビームＬの照射によって被加工物を加工する。レーザ加工装置１は、被加工物である基板９に穴を形成する穴あけ加工を行う。基板９は、金属層と樹脂層とを有する積層体である。なお、図２に示すＸ軸とＹ軸とは、水平方向に平行、かつ互いに垂直な２軸とする。図２に示すＺ軸は、鉛直方向に平行、かつＸ軸とＹ軸とに垂直な軸とする。
【００１２】
レーザ加工装置１は、パルスレーザ発振によってレーザビームＬを出射するレーザ発振器２と、レーザビームＬのビーム径を調整するビーム径調整部３と、入射したレーザビームＬの一部を通して、入射したレーザビームＬの一部を遮蔽するマスク４とを有する。実施の形態１において、レーザ発振器２は、赤外光を出力するＣＯ２レーザである。レーザ加工装置１は、レーザ発振器２によって発振されるレーザビームＬのエネルギーを変化させることにより、基板９に照射するレーザビームＬのエネルギーを調整することができる。
【００１３】
ビーム径調整部３は、複数のレンズ３ａを有する。ビーム径調整部３は、レンズ３ａ同士の間隔を調整することによって、レーザビームＬのビーム径を調整する。マスク４には、ビーム径調整部３によってビーム径が調整されたレーザビームＬが入射する。マスク４には、レーザビームＬの一部を通すための開口が設けられている。レーザビームＬが開口を通ることによって、レーザビームＬのビーム径が変更され、かつレーザビームＬの断面が整形される。レーザビームＬのビーム径が変更されることによって、レーザビームＬの断面の面積は変化する。
【００１４】
レーザ加工装置１は、レーザビームＬを偏向させるガルバノスキャナ５，６と、レーザビームＬを収束する集光光学系であるｆθレンズ７とを備える。ガルバノスキャナ５，６は、レーザビームＬが反射する反射面を有する。ガルバノスキャナ５は、特定の振り角の範囲内において反射面を回転することによって、基板９上におけるレーザビームＬの入射位置をＸ軸方向において変化させる。ガルバノスキャナ６は、特定の振り角の範囲内において反射面を回転することによって、基板９上におけるレーザビームＬの入射位置をＹ軸方向において変化させる。ガルバノスキャナ５，６は、レーザビームＬで基板９をスキャンする。レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ５，６の駆動によって、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおいてレーザビームＬの入射位置を変化させる。ガルバノスキャナ５，６の駆動は、スキャンエリア内の目標の位置にレーザビームＬが入射するように制御される。スキャンエリアは、ガルバノスキャナ５，６によってスキャンされるエリアであって、ガルバノスキャナ５，６の駆動によって加工可能な範囲である。スキャンエリアは、ガルバノスキャナ５，６による反射面の振り角に対応するエリアである。
【００１５】
ｆθレンズ７は、ｆθレンズ７の焦点距離ｆにガルバノスキャナ５，６の偏向角θを掛け合せたｆθの位置にて、レーザビームＬを収束させる。また、ｆθレンズ７は、マスク４にて整形されたレーザビームＬの像を基板９へ転写する転写光学系でもある。なお、転写光学系は、ｆθレンズ７以外のレンズであっても良く、複数のレンズを備えていても良い。ガルバノスキャナ５，６とｆθレンズ７とは、加工ヘッドに設けられている。図１および図２では、加工ヘッドの図示を省略している。ビーム径調整部３と、マスク４と、ガルバノスキャナ５，６と、ｆθレンズ７とは、被加工物へレーザビームＬを照射するための光学系を構成する。
【００１６】
レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ５とガルバノスキャナ６とのうちの一方のみを備えるものであっても良い。また、レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ５，６以外の構成部品を用いて、レーザビームＬを偏向させても良い。レーザビームＬの偏向には、音響光学効果を利用して光を偏向させる音響光学偏向器（Acousto-Optic  Deflector，ＡＯＤ）、あるいは電気光学効果を利用して光を偏向させる電気光学偏向器（Electro-Optic  Deflector，ＥＯＤ）が用いられても良い。
【００１７】
レーザ加工装置１での加工の際に、基板９は、加工のためのテーブルであるＸＹテーブル８に配置される。ＸＹテーブル８は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とへ駆動可能なテーブルである。ＸＹテーブル８は、Ｘ軸方向へ駆動するＸ駆動部８ａと、Ｙ軸方向へ駆動するＹ駆動部８ｂとを有する。基板９は、ＸＹテーブル８の駆動によって、Ｘ軸方向とＹ軸方向とへ移動する。レーザ加工装置１は、加工ヘッドに対して基板９を移動させることによって、基板９におけるレーザビームＬの入射位置を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおいて変化させる。レーザ加工装置１は、基板９を移動させることによって、基板９の中でスキャンエリアを切り換える。レーザ加工装置１は、スキャンエリアを切り換えて加工を行うことによって、スキャンエリアよりも広い面積を有する基板９を精度良く加工することができる。
【００１８】
なお、レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル８に代えて、Ｘ軸方向とＹ軸方向とのうちの一方へ駆動可能なテーブルを有しても良い。また、加工ヘッドは、テーブルに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向とのうちの一方、あるいはＸ軸方向とＹ軸方向との双方へ駆動可能であっても良い。レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ５，６を駆動するとともに、テーブルと加工ヘッドとのうちの少なくとも一方を駆動することによって、基板９におけるレーザビームＬの入射位置を変化させる。
【００１９】
レーザ加工装置１は、レーザ加工装置１の全体を制御する制御装置１０を有する。制御装置１０は、ピーク出力、パルス幅、パルス数およびパルス周波数といった指令値に応じた発振制御信号をレーザ発振器２へ出力することによって、レーザ発振器２を制御する。制御装置１０は、ビーム径の指令値に応じたビーム径制御信号をビーム径調整部３へ出力することによって、ビーム径調整部３を制御する。制御装置１０は、回転角の指令値に応じた回転制御信号をガルバノスキャナ５，６へ出力することによって、ガルバノスキャナ５，６を制御する。制御装置１０は、位置指令値に応じた位置制御信号をＸＹテーブル８へ出力することによって、ＸＹテーブル８を制御する。
【００２０】
レーザ加工装置１は、基板９の表面を撮像するカメラ１１を有する。カメラ１１は、被加工物の表面の明度を測定する明度測定部としての機能を備える。カメラ１１は、基板９のうちレーザビームＬが入射する表面を撮像する。また、カメラ１１は、基板９の位置を測定するセンサとしての機能を備える。制御装置１０は、カメラ１１を制御する。カメラ１１は、撮像によって得られた画像情報を制御装置１０へ出力する。
【００２１】
また、カメラ１１には、基板９の表面を照明するための照明器が設けられている。カメラ１１は、照明器によって照明されている状態の基板９を撮像する。照明器は、カメラ１１に設けられているものに限られず、カメラ１１とは別に設けられたものであっても良い。図１および図２では、照明器の図示を省略する。
【００２２】
実施の形態１において、レーザ加工装置１は、基板９の表面の明度をカメラ１１によって測定し、明度の測定結果に基づいて、基板９へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整する。レーザ加工装置１は、レーザ発振器２によるレーザビームＬの出力を調整することによって、基板９へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整する。
【００２３】
被加工物の位置を測定するために従来使用されるカメラ１１を明度測定部として使用することによって、レーザ加工装置１は、明度を測定するための測定器を、カメラ１１とは別に設ける必要がなくなる。レーザ加工装置１は、カメラ１１とは別に測定器が必要となる場合と比べて、簡易な構成とすることができる。
【００２４】
図３は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能構成を示すブロック図である。図３では、制御装置１０が有する構成要素のうち、実施の形態１においてレーザビームＬのエネルギーを調整するための構成要素を示し、制御装置１０が有する他の構成要素の図示を省略する。
【００２５】
制御装置１０は、カメラ１１による明度の測定結果を取得する取得部１２と、基板９へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部１３とを有する。制御装置１０は、レーザエネルギー調整部１３による調整結果に応じた発振制御信号を生成するレーザ発振制御部１４と、明度とレーザビームＬのエネルギーとの関係を保持する保持部１５とを有する。取得部１２には、カメラ１１による明度の測定結果である明度データ１７が入力される。取得部１２は、取得された明度データ１７をレーザエネルギー調整部１３へ出力する。レーザエネルギー調整部１３は、エネルギーの調整結果であるエネルギーデータ１８をレーザ発振制御部１４へ出力する。図３に示す各部の詳細については後述する。
【００２６】
ここで、レーザ加工装置１による穴あけ加工について説明する。図４は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置による加工前における基板の上面図である。図５は、図４に示す基板の断面図である。図６は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置による加工後における基板の上面図である。図７は、図６に示す基板の断面図である。
【００２７】
基板９は、金属層である２つの銅箔２１，２２と、２つの銅箔２１，２２に挟まれている樹脂層２３とを有する。基板９は、導電層を構成する２つの銅箔２１，２２と、絶縁層を構成する樹脂層２３との３つの層を有する積層体である。樹脂層２３としては、ガラスクロス入りのエポキシ樹脂が使用される。樹脂層２３としては、ポリイミド樹脂、あるいはエポキシ樹脂が使用されても良い。基板９の金属層には、銅以外の金属が使用されても良い。
【００２８】
レーザ加工装置１は、２つの銅箔２１，２２のうち上層の銅箔２１の表面にレーザビームＬを照射する。基板９に形成される穴２４は、銅箔２１と樹脂層２３とを貫く。また、穴２４の底面には、下層の銅箔２２が露出される。図６に示す上面図において、穴２４は円形を呈する。
【００２９】
レーザ加工装置１は、銅箔２２を底面とする穴２４を形成するいわゆる止まり穴加工を行う。なお、レーザ加工装置１は、銅箔２１と樹脂層２３と銅箔２２とのすべてを貫く貫通穴を形成する穴あけ加工を行っても良い。レーザ加工装置１による加工の対象とされる被加工物は、樹脂層２３の中に内層である金属層を含む基板であっても良い。かかる基板には、レーザ加工装置１は、内層である金属層を底面とする止まり穴加工を行う。
【００３０】
図８は、図３に示す制御装置が有するレーザエネルギー調整部によるエネルギーの調整について説明するための図である。図８には、レーザ発振器２によるレーザ出力と時間との関係の例を表している。図３に示すレーザエネルギー調整部１３は、レーザビームＬのピーク出力、あるいはレーザビームＬのパルス幅を変化させることによって、レーザ発振器２によるレーザビームＬの出力を調整する。
【００３１】
ピーク出力がＰ０、かつパルス幅がＴ０であるレーザビームＬをレーザ発振器２が出力している状態から、レーザビームＬのエネルギーを増加させる調整を行う場合に、レーザエネルギー調整部１３は、パルス幅をＴ０からＴ１へ増加させる調整を行う。または、レーザエネルギー調整部１３は、ピーク出力をＰ０からＰ１へ増加させる調整を行う。ここで、Ｔ０＜Ｔ１およびＰ０＜Ｐ１が成り立つとする。
【００３２】
図９は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置による加工における明度とレーザビームのエネルギーとの関係について説明するための図である。図９には、実施の形態１によってレーザビームＬのエネルギーを調整した場合における明度およびエネルギーの関係の例と、比較例の場合における明度およびエネルギーの関係の例とを示している。図９において、明度は、加工時における基板９の表面の明るさを表す。なお、以下の説明では、基板９の表面を、基板表面と称することがある。明度は、観測点から基板表面を見た場合において、観測点にて観測される基板表面の明るさとする。基板表面の反射率が高いほど、明度は高くなる。図９において、明度相対値は、明度「０」を０％、明度「６０」を１００％として、明度の値を相対的に表したものとする。
【００３３】
図９において、エネルギーは、基板９の表面に照射されるレーザビームＬのエネルギーを表す。また、図９には、実施の形態１と比較例とについて、明度およびエネルギーの関係と併せて、当該エネルギーのレーザビームＬを使用することによって形成される穴２４の径の例を示している。径とは、基板９の表面における穴２４の径であるものとする。以下の説明では、基板９の表面における穴２４の径を、穴径と称することがある。図９において、穴径の単位はμｍ、エネルギーの単位はｍＪとする。図９に示す明度とエネルギーとの関係は、あらかじめ設定された径の穴２４を基板９に形成するための関係を表す。図９に示す例では、あらかじめ設定された径は５０μｍとする。
【００３４】
保持部１５は、互いに対応付けられた明度の値とエネルギーの値とを保持する。明度の値ごとに対応付けられているエネルギーの値は、当該明度の基板９に穴２４を形成した場合において所望の穴径に最も近い穴径の穴２４を形成し得るときのエネルギーの値を表している。
【００３５】
保持部１５に明度の値とエネルギーの値とが保持されることによって、制御装置１０には、明度とエネルギーとの関係があらかじめ登録される。明度とエネルギーとの関係は、制御装置１０の製造者によって制御装置１０に登録される。この他、明度とエネルギーとの関係は、レーザ加工装置１のユーザによって登録されても良い。ユーザは、基板９に穴あけ加工を行う実験を複数の明度の各々について行い、所望の径に最も近い径の穴２４を形成し得るときのエネルギーの値を明度ごとに求めることによって、明度とエネルギーとの関係を登録し得る。
【００３６】
保持部１５には、所望の穴径が５０μｍである場合における明度とエネルギーとの関係として、図９において実施の形態１について示すような明度の値とエネルギーの値とが保持されている。レーザエネルギー調整部１３は、保持部１５に保持されている関係を参照することによって、明度の測定結果に対応するエネルギーの値を取得する。レーザエネルギー調整部１３は、取得されたエネルギーの値に従ってピーク出力またはパルス幅を変化させることによって、レーザ発振器２によるレーザビームＬの出力を調整する。レーザ発振制御部１４は、レーザエネルギー調整部１３による調整結果に応じた発振制御信号を生成する。このようにして、レーザエネルギー調整部１３は、明度を測定した結果に基づいて、基板９へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整する。
【００３７】
なお、保持部１５には、５０μｍの穴径についての関係のみならず、５０μｍ以外の穴径についての関係が保持されていても良い。保持部１５には、複数の穴径について、穴径ごとの関係が保持されていても良い。レーザエネルギー調整部１３は、所望とする穴径についての関係を参照することによって、所望とする穴径に応じてレーザビームＬのエネルギーを調整することができる。
【００３８】
実施の形態１によると、レーザエネルギー調整部１３は、明度が「０」から高くなるに従って、エネルギーを「５．０」から徐々に増加させる調整を行う。これにより、レーザ加工装置１は、明度が「０」から「３０」である場合において、穴径５０μｍの穴２４を形成することができる。また、レーザ加工装置１は、明度が「３５」である場合において、穴径４８μｍの穴２４を形成することができる。
【００３９】
一方、比較例では、レーザ加工装置１は、明度に関わらずエネルギーの値を「５．０」として、所望の穴径が５０μｍである場合における穴あけ加工を行うとする。比較例では、明度が「０」から「３５」にまで高くなった場合に、穴径は５０μｍから２７μｍにまで減少する。
【００４０】
図１０は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置によって形成される穴の径と明度相対値との関係の例を示す図である。図１０では、実施の形態１と比較例とについて、穴径と明度相対値との関係をグラフによって表している。穴径は、穴あけ加工における加工品質の１つとされる。所望の穴径に近い穴径の穴２４を形成可能であるほど、加工品質が安定していると言える。
【００４１】
実施の形態１を比較例と比較すると、明度相対値が０％から６０％の範囲である場合において、所望とする５０μｍからの穴径の減少が大幅に抑制されている。したがって、実施の形態１によると、レーザ加工装置１は、比較例の場合よりも安定した加工品質での穴あけ加工を行うことができる。レーザ加工装置１は、加工時に明度を測定して、明度の測定結果に基づいてレーザビームＬのエネルギーを調整することによって、安定した加工品質での穴あけ加工を行うことができる。
【００４２】
基板表面の状態は、被加工物である複数の基板９同士においてばらつきが生じ得る。実施の形態１によると、レーザ加工装置１は、加工時に明度を測定した結果に基づいて、加工時における基板表面の状態に応じたエネルギーの調整を行うことができる。これにより、レーザ加工装置１は、加工時における基板表面の状態に適したエネルギーのレーザビームＬによって、安定した加工品質での穴あけ加工を行うことができる。
【００４３】
図１１は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、基板９がＸＹテーブル８に置かれてから、カメラ１１は、基板表面の明度を測定する。カメラ１１は、明度の測定結果を取得部１２へ出力する。
【００４４】
ステップＳ２において、レーザエネルギー調整部１３は、明度の測定結果に対応するエネルギーの値を保持部１５から読み出す。図９に示す明度の値とエネルギーの値とが保持部１５に保持されているとして、明度の測定結果の値が「１０」であったとする。この場合、レーザエネルギー調整部１３は、明度「１０」に対応するエネルギーの値である「５．３」を保持部１５から読み出す。このように、レーザエネルギー調整部１３は、保持部１５に保持されている関係を参照することによって、明度の測定結果に対応するエネルギーの値を取得する。
【００４５】
なお、保持部１５には、互いに対応付けられた明度の値とエネルギーの値とが保持される以外に、明度とエネルギーとの関係を表す関係式が保持されていても良い。レーザエネルギー調整部１３は、かかる関係式を参照することによって、明度の値に対応するエネルギーの値を求めることができる。
【００４６】
レーザエネルギー調整部１３は、取得されたエネルギーの値に従ってピーク出力の値を調整し、調整後のピーク出力の値をレーザ発振制御部１４へ出力する。または、レーザエネルギー調整部１３は、取得されたエネルギーの値に従ってパルス幅の値を調整し、調整後のパルス幅の値をレーザ発振制御部１４へ出力する。
【００４７】
レーザ発振制御部１４は、調整後のピーク出力の値または調整後のパルス幅の値に応じた発振制御信号を生成する。ステップＳ３において、レーザ発振制御部１４は、生成された発振制御信号をレーザ発振器２へ出力する。これにより、レーザ加工装置１は、レーザビームＬのエネルギーを調整するための処理を終了する。
【００４８】
なお、保持部１５には、明度とエネルギーとの関係が保持される以外に、明度とピーク出力との関係、あるいは明度とパルス幅との関係が保持されても良い。この場合、レーザエネルギー調整部１３は、明度に対応するピーク出力の値、あるいは明度に対応するパルス幅の値を取得し、取得されたピーク出力の値、または取得されたパルス幅の値をレーザ発振制御部１４へ出力する。レーザ発振制御部１４は、入力されたピーク出力の値または入力されたパルス幅の値に応じた発振制御信号を生成する。この場合も、レーザエネルギー調整部１３は、明度を測定した結果に基づいてレーザビームＬのエネルギーを調整することができる。
【００４９】
レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル８に配置される基板９が入れ換えられるごとに、ステップＳ１の測定を行う。レーザ加工装置１は、基板９が入れ換えられるごとに、ステップＳ１の測定に続いて、ステップＳ２およびステップＳ３の手順による動作を行う。このように、レーザ加工装置１は、基板９が入れ換えられるごとに、明度を測定した結果に基づいてレーザビームＬのエネルギーを調整する。レーザ加工装置１は、基板９が入れ換えられるごとに明度を測定することによって、基板９ごとの表面の状態のばらつきに応じたエネルギーの調整を行うことができる。これにより、レーザ加工装置１は、基板９ごとにおける表面の状態にばらつきがある場合において、安定した加工品質での穴あけ加工を行うことができる。
【００５０】
レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル８に配置された基板９においてスキャンエリアが切り換えられるごとに、すなわちＸＹテーブル８が基板９を移動させるごとに、ステップＳ１の測定を行っても良い。レーザ加工装置１は、スキャンエリアが切り換えられるごとに、ステップＳ１の測定に続いて、ステップＳ２およびステップＳ３の手順による動作を行う。このように、レーザ加工装置１は、スキャンエリアが切り換えられるごとに、明度を測定した結果に基づいてレーザビームＬのエネルギーを調整する。レーザ加工装置１は、スキャンエリアが切り換えられるごとに明度を測定することによって、基板９の中における表面の状態のばらつきに応じたエネルギーの調整を行うことができる。これにより、レーザ加工装置１は、基板９の中に表面の状態にばらつきがある場合において、安定した加工品質での穴あけ加工を行うことができる。
【００５１】
次に、制御装置１０が有するハードウェア構成について説明する。制御装置１０の機能は、処理回路の使用によって実現される。処理回路は、制御装置１０に搭載される専用のハードウェア、または、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサである。
【００５２】
図１２は、実施の形態１にかかる制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第１の図である。図１２には、図３に示す制御装置１０の各機能が専用のハードウェアを使用して実現される場合におけるハードウェア構成を示している。制御装置１０は、各種処理を実行する処理回路５１と、制御装置１０の外部にある機器との接続インタフェースであるインタフェース５２と、各種情報を記憶する外部記憶装置５３とを備える。処理回路５１とインタフェース５２と外部記憶装置５３とは、相互に接続されている。
【００５３】
専用のハードウェアである処理回路５１は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）、又はこれらの組み合わせである。レーザエネルギー調整部１３およびレーザ発振制御部１４の各機能は、処理回路５１を用いて実現される。
【００５４】
取得部１２の機能は、インタフェース５２を用いて実現される。また、制御装置１０は、インタフェース５２を介してレーザ発振器２へ発振制御信号を出力する。制御装置１０は、発振制御信号以外の各種制御信号も、インタフェース５２を介して制御対象である各構成要素へ出力する。保持部１５の機能は、外部記憶装置５３を用いて実現される。
【００５５】
図１３は、実施の形態１にかかる制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第２の図である。図１３には、プログラムを実行するハードウェアを用いて制御装置１０の機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。プロセッサ５４とメモリ５５とインタフェース５２と外部記憶装置５３とは、相互に接続されている。
【００５６】
プロセッサ５４は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）である。プロセッサ５４は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）であっても良い。レーザエネルギー調整部１３およびレーザ発振制御部１４の各機能は、プロセッサ５４と、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、内蔵メモリであるメモリ５５に格納される。メモリ５５は、不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであって、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）である。
【００５７】
図１２および図１３において、制御装置が有するハードウェア構成は、各種情報の入力のための入力デバイスと、各種情報を出力する出力デバイスとを有していても良い。入力デバイスは、キーボード、マウスあるいはタッチパネルといったデバイスである。出力デバイスは、各種情報を表示するディスプレイ、あるいは音声を発生するスピーカなどである。図１２および図１３では、入力デバイスおよび出力デバイスの図示を省略する。
【００５８】
実施の形態１によると、レーザ加工装置１は、被加工物の表面の明度を測定した結果に基づいて、レーザ発振器２によるレーザビームＬの出力を調整する。レーザ加工装置１は、レーザビームＬの出力を調整することによって、被加工物へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整する。これにより、レーザ加工装置１は、安定した加工品質で加工を行うことができるという効果を奏する。
【００５９】
実施の形態２．
図１４は、本発明の実施の形態２にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能構成を示すブロック図である。実施の形態２において、制御装置１０は、レーザ発振器２から出射されたレーザビームＬのビーム径を調整することによって、基板９へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整する。実施の形態２では、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
【００６０】
制御装置１０は、レーザエネルギー調整部１３による調整結果に応じたビーム径制御信号を生成するビーム径制御部１６を有する。なお、図１４では、制御装置１０が有する構成要素のうち、実施の形態２においてレーザビームＬのエネルギーを調整するための構成要素を示し、制御装置１０が有する他の構成要素の図示を省略する。ビーム径制御部１６の機能は、図１２に示す処理回路５１または図１３に示すプロセッサ５４を使用することによって実現される。
【００６１】
図１５は、図１４に示す制御装置が有するレーザエネルギー調整部によるエネルギーの調整について説明するための図である。ビーム径調整部３は、レンズ３ａ同士の間隔を変化させることによって、レーザビームＬのビーム径を調整する。ビーム径調整部３は、図１５の上段に示す状態から、図１５の下段に示すようにレンズ３ａ同士の間隔を広げることによって、ビーム径調整部３から出射するレーザビームＬのビーム径を縮小させる。マスク４におけるビーム径が小さいほど、マスク４の開口を通るレーザビームＬの強度が高くなることによって、マスク４から出射されるレーザビームＬのエネルギーが高くなる。
【００６２】
レーザエネルギー調整部１３は、保持部１５に保持されている関係を参照することによって、明度の測定結果に対応するエネルギーの値を取得する。レーザエネルギー調整部１３は、取得されたエネルギーの値に従ってレーザビームＬのビーム径を調整する。ビーム径制御部１６は、レーザエネルギー調整部１３による調整結果に応じたビーム径制御信号を生成する。このようにして、レーザエネルギー調整部１３は、明度を測定した結果に基づいて、基板９へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整する。
【００６３】
図１６は、実施の形態２にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。図１６に示すステップＳ１およびステップＳ２の手順は、図１１の場合と同様である。レーザエネルギー調整部１３は、取得されたエネルギーの値に従ってビーム径の値を調整し、調整後のビーム径の値をビーム径制御部１６へ出力する。
【００６４】
ビーム径制御部１６は、調整後のビーム径の値に応じたビーム径制御信号を生成する。ステップＳ１１において、ビーム径制御部１６は、生成されたビーム径制御信号をビーム径調整部３へ出力する。これにより、レーザ加工装置１は、レーザビームＬのエネルギーを調整するための処理を終了する。
【００６５】
なお、保持部１５には、明度とエネルギーとの関係が保持される以外に、明度とビーム径との関係が保持されても良い。この場合、レーザエネルギー調整部１３は、明度に対応するビーム径の値を取得し、取得されたビーム径の値をビーム径制御部１６へ出力する。ビーム径制御部１６は、入力されたビーム径の値に応じたビーム径制御信号を生成する。この場合も、レーザエネルギー調整部１３は、明度を測定した結果に基づいてレーザビームＬのエネルギーを調整することができる。
【００６６】
レーザ加工装置１は、実施の形態１の場合と同様に、ＸＹテーブル８に配置される基板９が入れ換えられるごとに、ステップＳ１の測定を行う。レーザ加工装置１は、実施の形態１の場合と同様に、ＸＹテーブル８に配置された基板９においてスキャンエリアが切り換えられるごとに、ステップＳ１の測定を行っても良い。
【００６７】
実施の形態２によると、レーザ加工装置１は、被加工物の表面の明度を測定した結果に基づいて、レーザ発振器２から出射されたレーザビームＬのビーム径を調整する。レーザ加工装置１は、レーザビームＬのビーム径を調整することによって、被加工物へ照射するレーザビームＬのエネルギーを調整する。これにより、レーザ加工装置１は、安定した加工品質で加工を行うことができるという効果を奏する。
【００６８】
実施の形態３．
図１７は、本発明の実施の形態３にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。実施の形態３にかかるレーザ加工装置１は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１の動作に加えて、明度の測定結果に基づいて、加工を中止するか否かを判断する。実施の形態３にかかるレーザ加工装置１は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１と同様の構成を有する。実施の形態３では、実施の形態１とは異なる動作手順について主に説明する。
【００６９】
図９に示す明度とエネルギーとの関係によると、明度が「０」から「３０」の範囲である場合には、実施の形態１と同様にレーザビームＬのエネルギーを適宜調整することによって、所望とする穴径の穴２４を形成できる。穴径４８μｍが、所望とする穴径５０μｍに対して許容可能な誤差範囲に包含されるとすると、明度が「３５」である場合も、レーザビームＬのエネルギーを適宜調整することによって、許容可能な誤差範囲内の穴径の穴２４を形成できる。一方、穴径２４μｍが、所望とする穴径５０μｍに対して許容可能な誤差範囲に包含されないとすると、明度が「４０」から「６０」の範囲である場合は、レーザビームＬのエネルギーを調整しても、許容可能な誤差範囲内の穴径の穴２４を形成することができない。このような明度と穴径との関係に基づいて、レーザエネルギー調整部１３には、明度「０」から明度「３５」の範囲が、穴２４を形成可能な明度の基準範囲として設定される。レーザエネルギー調整部１３は、明度の測定結果である値が、あらかじめ設定された基準範囲外の値である場合に、被加工物の加工を中止する。
【００７０】
図１７に示すステップＳ１の手順は、図１１の場合と同様である。ステップＳ２１において、レーザエネルギー調整部１３は、測定された明度の値は基準範囲内の値であるか否かを判断する。測定された明度の値が基準範囲内の値である場合（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、制御装置１０は、ステップＳ２へ手順を進める。図１７に示すステップＳ２およびステップＳ３の手順は、図１１の場合と同様である。
【００７１】
一方、測定された明度の値が基準範囲内の値ではない場合（ステップＳ２１，Ｎｏ）、制御装置１０は、ステップＳ２２へ手順を進める。ステップＳ２２では、制御装置１０は、レーザ加工装置１による加工を中止する。制御装置１０は、加工の中止に伴い、制御装置１０のディスプレイによってアラーム表示を行う。あるいは、制御装置１０は、制御装置１０のスピーカによってアラーム音を発生する。これにより、レーザ加工装置１は、図１７に示す手順による処理を終了する。
【００７２】
制御装置１０は、測定された明度の値が基準範囲外の値であって、許容可能な誤差範囲内の穴径の穴２４を形成できない場合に、穴あけ加工を中止する。レーザ加工装置１は、穴あけ加工を中止することによって、許容可能な誤差範囲に含まれない穴径の穴２４が形成され続けることを抑制できる。これにより、レーザ加工装置１は、歩留まりを向上させることができる。なお、レーザ加工装置１は、実施の形態２にかかるレーザ加工装置１の動作に加えて、明度の測定結果に基づいて、加工を中止するか否かを判断しても良い。この場合も、レーザ加工装置１は、歩留まりを向上させることができる。
【００７３】
レーザ加工装置１は、実施の形態１の場合と同様に、ＸＹテーブル８に配置される基板９が入れ換えられるごとに、ステップＳ１の測定を行う。レーザ加工装置１は、実施の形態１の場合と同様に、ＸＹテーブル８に配置された基板９においてスキャンエリアが切り換えられるごとに、ステップＳ１の測定を行っても良い。
【００７４】
実施の形態３によると、レーザ加工装置１は、明度の測定結果である値が、あらかじめ設定された基準範囲外の値である場合に、被加工物の加工を中止する。これにより、レーザ加工装置１は、歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００７５】
実施の形態４．
図１８は、本発明の実施の形態４にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能構成を示すブロック図である。実施の形態４では、あらかじめ設定された径の穴２４を形成するための明度とエネルギーとの関係が機械学習によって決定される。実施の形態４の制御装置３０は、実施の形態１の制御装置１０に機械学習のための機能構成が追加されたものである。実施の形態４では、実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。
【００７６】
制御装置３０には、実施の形態１の制御装置１０が有する機能構成に、機械学習装置３１と意思決定部３２と穴径測定部３３とが追加されている。機械学習装置３１は、あらかじめ設定された径の穴２４を基板９に形成するための明度とエネルギーとの関係を学習する。意思決定部３２は、機械学習装置３１が学習した結果に基づいて、図９に例示するような明度とエネルギーとの関係を決定する。
【００７７】
制御装置３０には、実施の形態１の場合と同様に、明度データ１７が入力される。また、制御装置３０には、加工済みの基板９をカメラ１１が撮像することによって生成された画像データ３４が入力される。穴径測定部３３は、画像データ３４に基づいて、基板９に形成された穴２４の径を測定する。穴径の測定結果である穴径データ３５を機械学習装置３１へ出力する。また、機械学習装置３１には、明度データ１７が入力される。レーザエネルギー調整部１３は、機械学習装置３１へエネルギーデータ１８を出力する。このように、機械学習装置３１には、明度データ１７とエネルギーデータ１８と穴径データ３５とが入力される。明度データ１７は、カメラ１１によって測定された明度を表す。エネルギーデータ１８は、基板９へ照射されるレーザビームＬのエネルギーを表す。穴径データ３５は、基板９に形成された穴２４の径を表す。機械学習装置３１と意思決定部３２と穴径測定部３３との各機能は、図１２に示す処理回路５１または図１３に示すプロセッサ５４を使用することによって実現される。
【００７８】
図１９は、図１８に示す制御装置が有する機械学習装置の機能構成を示すブロック図である。機械学習装置３１は、状態観測部３６と学習部３７とを有する。明度データ１７とエネルギーデータ１８と穴径データ３５とは、状態観測部３６へ入力される。状態観測部３６は、カメラ１１によって測定された明度と、基板９へ照射されるレーザビームＬのエネルギーと、基板９に形成された穴２４の径とを状態変数として観測する。学習部３７は、状態変数に基づいて作成される訓練データセットに従って、あらかじめ設定された径の穴２４を基板９に形成するための明度とエネルギーとの関係を学習する。
【００７９】
学習部３７が用いる学習アルゴリズムはどのようなものを用いてもよい。一例として、強化学習（Reinforcement  Learning）を適用した場合について説明する。強化学習は、ある環境内におけるエージェントである行動主体が、現在の状態を観測し、取るべき行動を決定する、というものである。エージェントは行動を選択することで環境から報酬を得て、一連の行動を通じて報酬が最も多く得られるような方策を学習する。強化学習の代表的な手法として、Ｑ学習（Q−learning）およびＴＤ学習（TD−learning）などが知られている。例えば、Ｑ学習の場合、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）の一般的な更新式である行動価値テーブルは、次の式（１）で表される。行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）は、環境「ｓ」のもとで行動「ａ」を選択する行動の価値である行動価値Ｑを表す。
【００８０】
【数１】
2021001905.tif 000003
【００８１】
上記の式（１）において、「ｓｔ＋１」は、時刻「ｔ」における環境を表す。「ａｔ」は、時刻「ｔ」における行動を表す。行動「ａｔ」によって、環境は「ｓｔ＋１」に変わる。「ｒｔ＋１」は、その環境の変化によってもらえる報酬を表す。「γ」は、割引率を表す。「α」は、学習係数を表す。Ｑ学習を適用した場合、レーザビームＬのエネルギーの値が行動「ａｔ」となる。
【００８２】
上記の式（１）により表される更新式は、時刻「ｔ＋１」における最良の行動「ａ」の行動価値が、時刻「ｔ」において実行された行動「ａ」の行動価値Ｑよりも大きければ、行動価値Ｑを大きくし、逆の場合は、行動価値Ｑを小さくする。換言すれば、時刻「ｔ」における行動「ａ」の行動価値Ｑを、時刻「ｔ＋１」における最良の行動価値に近づけるように、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）を更新する。それにより、ある環境における最良の行動価値が、それ以前の環境における行動価値に順次伝播する。
【００８３】
学習部３７は、報酬計算部３８と関数更新部３９とを有する。報酬計算部３８は、状態変数に基づいて報酬を計算する。関数更新部３９は、報酬計算部３８によって計算される報酬に従って、明度とエネルギーとの関係を決定するための関数を更新する。
【００８４】
報酬計算部３８は、形成された穴２４の径とあらかじめ設定された径との差を算出し、算出された差と閾値との比較結果に基づいて、報酬「ｒ」を計算する。例えば、ある明度に対するエネルギーの値を変更した結果、算出された差が閾値以下となった場合において、報酬計算部３８は、報酬「ｒ」を増大させる。報酬計算部３８は、報酬の値である「１」を与えることによって報酬「ｒ」を増大させる。なお、報酬の値は「１」に限られない。また、ある明度に対するエネルギーの値を変更した結果、算出された差が閾値より大きくなった場合において、報酬計算部３８は、報酬「ｒ」を低減させる。報酬計算部３８は、報酬の値である「−１」を与えることによって報酬「ｒ」を低減させる。なお、報酬の値は「−１」に限られない。
【００８５】
閾値は、穴２４の形成において許容可能な誤差であるか否かを判断するための指標であって、あらかじめ設定される。閾値は、レーザ加工装置１のユーザによる入力操作によって設定される。
【００８６】
関数更新部３９は、報酬計算部３８によって計算される報酬に従って、明度とエネルギーとの関係を決定するための関数を更新する。関数の更新は、訓練データセットに従って、例えば行動価値テーブルを更新することによって行うことができる。行動価値テーブルは、任意の行動とその行動価値とを関連付けてテーブルの形式で記憶したデータセットである。例えばＱ学習の場合、上記の式（１）により表される行動価値関数Ｑ（ｓｔ，ａｔ）を、明度とエネルギーとの関係式に使用されるパラメータの値を算出するための関数として用いる。
【００８７】
図２０は、図１９に示す機械学習装置の動作手順を示すフローチャートである。図２０のフローチャートを参照して、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）を更新する強化学習方法について説明する。
【００８８】
加工によって基板９に穴２４が形成されると、カメラ１１は、基板９を撮像し、画像データ３４を制御装置３０へ出力する。ステップＳ３１において、穴径測定部３３は、画像データ３４に基づいて、基板９に形成された穴２４の径を測定する。ステップＳ３２において、状態観測部３６は、状態変数を取得する。ステップＳ３３において、報酬計算部３８は、基板９に形成された穴２４の径と設定された径との差を算出する。ステップＳ３４において、報酬計算部３８は、ステップＳ３３において算出された差と閾値とを比較した結果に基づいて、報酬「ｒ」を算出する。
【００８９】
ステップＳ３５において、関数更新部３９は、ステップＳ３４において算出された報酬「ｒ」に基づいて行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）を更新する。関数更新部３９は、上記の式（１）に従って行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）を更新する。
【００９０】
ステップＳ３６において、関数更新部３９は、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）が収束したか否かを判定する。関数更新部３９は、ステップＳ３５における行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）の更新が行われなくなることによって行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）が収束したと判定する。
【００９１】
行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）が収束していないと判定された場合（ステップＳ３６，Ｎｏ）、機械学習装置３１は、動作手順をステップＳ３１へ戻す。行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）が収束したと判定された場合（ステップＳ３６，Ｙｅｓ）、学習部３７による学習が終了する。これにより、機械学習装置３１は、図２０に示す手順による動作を終了する。なお、機械学習装置３１は、ステップＳ３６による判定を行わず、ステップＳ３５からステップＳ３１へ動作手順を戻すことによって学習を継続させることとしても良い。
【００９２】
意思決定部３２は、学習部３７による学習の結果、すなわち更新された行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）に基づいて、報酬が最も多く得られる明度とエネルギーとの関係を選択する。意思決定部３２は、かかる選択によって決定された関係を保持部１５へ出力する。
【００９３】
実施の形態４では、学習部３７が用いる学習アルゴリズムに強化学習を適用する場合について説明したが、学習アルゴリズムには、強化学習以外の学習が適用されても良い。学習部３７は、強化学習以外の公知の学習アルゴリズム、例えば、深層学習（Deep  Learning）、ニューラルネットワーク、遺伝的プログラミング、機能論理プログラミングあるいはサポートベクターマシンといった学習アルゴリズムを用いて機械学習を実行してもよい。
【００９４】
機械学習装置３１は、制御装置３０に設けられるものに限られない。機械学習装置３１は、制御装置３０の外部の装置であっても良い。機械学習装置３１は、ネットワークを介して制御装置３０に接続可能な装置であっても良い。機械学習装置３１は、クラウドサーバ上に存在する装置であっても良い。この場合、制御装置３０は、外部の機械学習装置３１での学習によって決定された関係を保持部１５に保持する。制御装置３０は、保持部１５に保持されている関係を参照することによって、レーザビームＬのエネルギーを調整することができる。なお、実施の形態４にて説明する機械学習は、実施の形態２または３における明度とエネルギーとの関係を決定するために適用されても良い。
【００９５】
実施の形態４によると、あらかじめ設定された径の穴２４を形成するための明度とエネルギーとの関係が機械学習によって決定される。決定された関係は、保持部１５に保持される。レーザエネルギー調整部１３は、保持部１５に保持されている関係を参照して、明度の測定結果に対応するエネルギーの値を取得することによって、レーザビームＬのエネルギーを調整する。制御装置３０は、機械学習によって決定された関係に基づいてレーザビームＬのエネルギーを調整することによって、あらかじめ設定された径の穴２４を形成するための高精度なエネルギー調整を行うことができる。これにより、レーザ加工装置１は、安定した加工品質での加工を行うことができるという効果を奏する。
【００９６】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  レーザ加工装置、２  レーザ発振器、３  ビーム径調整部、３ａ  レンズ、４  マスク、５，６  ガルバノスキャナ、７  ｆθレンズ、８  ＸＹテーブル、８ａ  Ｘ駆動部、８ｂ  Ｙ駆動部、９  基板、１０，３０  制御装置、１１  カメラ、１２  取得部、１３  レーザエネルギー調整部、１４  レーザ発振制御部、１５  保持部、１６  ビーム径制御部、１７  明度データ、１８  エネルギーデータ、２１，２２  銅箔、２３  樹脂層、２４  穴、３１  機械学習装置、３２  意思決定部、３３  穴径測定部、３４  画像データ、３５  穴径データ、３６  状態観測部、３７  学習部、３８  報酬計算部、３９  関数更新部、５１  処理回路、５２  インタフェース、５３  外部記憶装置、５４  プロセッサ、５５  メモリ、Ｌ  レーザビーム。
【図１】
2021001905.tif 000004
【図２】
2021001905.tif 000005
【図３】
2021001905.tif 000006
【図４】
2021001905.tif 000007
【図５】
2021001905.tif 000008
【図６】
2021001905.tif 000009
【図７】
2021001905.tif 000010
【図８】
2021001905.tif 000011
【図９】
2021001905.tif 000012
【図１０】
2021001905.tif 000013
【図１１】
2021001905.tif 000014
【図１２】
2021001905.tif 000015
【図１３】
2021001905.tif 000016
【図１４】
2021001905.tif 000017
【図１５】
2021001905.tif 000018
【図１６】
2021001905.tif 000019
【図１７】
2021001905.tif 000020
【図１８】
2021001905.tif 000021
【図１９】
2021001905.tif 000022
【図２０】
2021001905.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月25日(2019.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物へのレーザビームの照射によって前記被加工物に穴を形成する穴あけ加工を行うレーザ加工装置であって、
前記被加工物の表面の明度を測定する明度測定部と、
前記明度を測定した結果に基づいて、前記被加工物へ照射する前記レーザビームのエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記明度と前記エネルギーとの関係を保持する保持部を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記関係を参照することによって、前記明度の測定結果に対応する前記エネルギーの値を取得し、取得された前記エネルギーの値に従って前記エネルギーを調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザビームを出射するレーザ発振器を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記レーザ発振器による前記レーザビームの出力を調整することによって前記エネルギーを調整することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザエネルギー調整部は、前記レーザビームのピーク出力、あるいは前記レーザビームのパルス幅を変化させることによって、前記レーザビームの出力を調整することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザビームを出射するレーザ発振器を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームのビーム径を調整することによって前記エネルギーを調整することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記レーザエネルギー調整部は、前記明度の測定結果である値が、あらかじめ設定された基準範囲外の値である場合に、前記被加工物の加工を中止することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記明度測定部は、前記表面を撮像するカメラであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記レーザビームの照射によって、あらかじめ設定された径の穴を前記被加工物に形成するための前記関係を学習する機械学習装置と、
前記関係を、前記機械学習装置が学習した結果に基づいて決定する意思決定部と、
を備え、
前記機械学習装置は、
前記明度測定部によって測定された前記明度と、前記被加工物へ照射される前記レーザビームの前記エネルギーと、前記被加工物に形成された穴の径とを状態変数として観測する状態観測部と、
前記状態変数に基づいて作成される訓練データセットに従って前記関係を学習する学習部と、
を有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。
【請求項９】
前記学習部は、
前記状態変数に基づいて報酬を計算する報酬計算部と、
前記報酬に基づいて、前記関係を決定するための関数を更新する関数更新部と、
を有することを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記報酬計算部は、前記被加工物に形成された穴の径と前記設定された径との差が閾値以下である場合に前記報酬を増大させ、かつ、前記被加工物に形成された穴の径と前記設定された径との差が閾値よりも大きい場合に前記報酬を低減させることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
被加工物へのレーザビームの照射によって前記被加工物に穴を形成する穴あけ加工をレーザ加工装置が行うレーザ加工方法であって、
前記被加工物の表面の明度を測定する工程と、
前記明度と前記レーザビームのエネルギーとの関係を参照することによって、前記明度の測定結果に対応する前記エネルギーの値を取得し、取得された前記エネルギーの値に従って前記エネルギーを調整する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１２】
加工のためのテーブルに配置される被加工物が入れ換えられるごとに前記明度を測定することを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工方法。
【請求項１３】
前記レーザ加工装置は、ガルバノスキャナの駆動によって加工可能な範囲であるスキャンエリアを前記被加工物の中で切り換えることによって前記被加工物を加工し、
前記スキャンエリアが切り換えられるごとに前記明度を測定することを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】
被加工物へのレーザビームの照射によって前記被加工物に穴を形成する穴あけ加工を行うレーザ加工装置を制御するレーザ加工装置の制御装置であって、
前記被加工物の表面の明度を測定した結果を取得する取得部と、
前記被加工物へ照射する前記レーザビームのエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部と、
前記明度と前記エネルギーとの関係を保持する保持部と、
を備え、
前記レーザエネルギー調整部は、前記関係を参照することによって、前記明度の測定結果に対応する前記エネルギーの値を取得し、取得された前記エネルギーの値に従って前記エネルギーを調整することを特徴とするレーザ加工装置の制御装置。
【請求項１５】
被加工物へのレーザビームの照射によって、あらかじめ設定された径の穴を前記被加工物に形成する穴あけ加工を行うレーザ加工装置について、前記被加工物の表面の明度と前記レーザビームのエネルギーとの関係を学習する機械学習装置であって、
測定された前記明度と、前記被加工物へ照射される前記レーザビームの前記エネルギーと、前記被加工物に形成された穴の径とを状態変数として観測する状態観測部と、
前記状態変数に基づいて作成される訓練データセットに従って前記関係を学習する学習部と、
を備えることを特徴とする機械学習装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、被加工物へのレーザビームの照射によって被加工物に穴を形成する穴あけ加工を行う。本発明にかかるレーザ加工装置は、被加工物の表面の明度を測定する明度測定部と、明度を測定した結果に基づいて、被加工物へ照射するレーザビームのエネルギーを調整するレーザエネルギー調整部と、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
図１２および図１３において、制御装置１０が有するハードウェア構成は、各種情報の入力のための入力デバイスと、各種情報を出力する出力デバイスとを有していても良い。入力デバイスは、キーボード、マウスあるいはタッチパネルといったデバイスである。出力デバイスは、各種情報を表示するディスプレイ、あるいは音声を発生するスピーカなどである。図１２および図１３では、入力デバイスおよび出力デバイスの図示を省略する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
制御装置３０には、実施の形態１の場合と同様に、明度データ１７が入力される。また、制御装置３０には、加工済みの被加工物９をカメラ１１が撮像することによって生成された画像データ３４が入力される。穴径測定部３３は、画像データ３４に基づいて、被加工物９に形成された穴２４の径を測定し、穴径の測定結果である穴径データ３５を機械学習装置３１へ出力する。また、機械学習装置３１には、明度データ１７が入力される。レーザエネルギー調整部１３は、機械学習装置３１へエネルギーデータ１８を出力する。このように、機械学習装置３１には、明度データ１７とエネルギーデータ１８と穴径データ３５とが入力される。明度データ１７は、カメラ１１によって測定された明度を表す。エネルギーデータ１８は、被加工物９へ照射されるレーザビームＬのエネルギーを表す。穴径データ３５は、被加工物９に形成された穴２４の径を表す。機械学習装置３１と意思決定部３２と穴径測定部３３との各機能は、図１２に示す処理回路５１または図１３に示すプロセッサ５４を使用することによって実現される。
【国際調査報告】
2021001905.tif 000024
2021001905.tif 000025
2021001905.tif 000026