特開 2024-78469 レーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024078469

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】レーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/066 20140101AFI20240604BHJP

   H05K 3/00 20060101ALN20240604BHJP

【ＦＩ】

B23K26/066

H05K3/00 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190863

(22)【出願日】2022-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】000233332

【氏名又は名称】ビアメカニクス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】江村 元

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD11

4E168CB04

4E168EA11

4E168EA15

4E168EA19

4E168JB01

4E168KA08

(57)【要約】

【課題】回転アパーチャを正確に原点復帰させることにより、加工精度の低下を防止することができるレーザ加工装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光のビーム径を整形するための開口部が形成された回転アパーチャと、前記回転アパーチャを回転動作させるアパーチャ駆動部と、前記アパーチャ駆動部を制御するアパーチャ制御部と、前記アパーチャ制御部を制御する上位制御部と、を有し、前記アパーチャ制御部が予め前記回転アパーチャの原点復帰シーケンスを記憶しているレーザ加工装置において、前記原点復帰シーケンスでは原点復帰が正確に行えない場合に、前記上位制御部が、前記アパーチャ制御部に対して、前記原点復帰シーケンスとは異なった原点復帰動作を指令し、前記回転アパーチャの原点復帰を行う。
【選択図】
図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光のビーム径を整形するための開口部が形成された回転アパーチャと、
前記回転アパーチャを回転動作させるアパーチャ駆動部と、
前記アパーチャ駆動部を制御するアパーチャ制御部と、
前記アパーチャ制御部を制御する上位制御部と、を有し、
前記アパーチャ制御部が予め前記回転アパーチャの原点復帰シーケンスを記憶しているレーザ加工装置において、
前記原点復帰シーケンスでは原点復帰が正確に行えない場合に、前記上位制御部が、前記アパーチャ制御部に対して、前記原点復帰シーケンスとは異なった原点復帰動作を指令し、前記回転アパーチャの原点復帰を行う、
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

前記上位制御部が指令する前記原点復帰シーケンスとは異なった原点復帰動作が、原点検知センサが原点ドグを検知するまで前記回転アパーチャを一方向へ高速回転させた後、他方向へ所定量回転させて停止し、再度一方向へ低速回転させて前記原点検知センサが前記原点ドグを検知した位置を原点とするものであって、
前記低速回転させて前記原点検知センサが前記原点ドグを検知するときに、前記回転アパーチャの残留振動が減衰しきっている、
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】

前記回転アパーチャを他方向へ所定量回転させて停止した後、再度一方向へ低速回転させる前に所定の待機時間を設ける、
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】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば被加工物であるプリント基板に穴あけを行うレーザ加工装置に関するものであり、特に回転アパーチャを備えるレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工装置においては、例えば特許文献１や２に開示されるように、レーザ光のビーム径を成型するために、回転アパーチャ（マスク）を備えたものが知られている。

【0003】

図１は、従来の回転アパーチャを備えるレーザ加工装置の概略ブロック図である。図を用いて、従来の回転アパーチャを備えるレーザ加工装置について説明する。

【0004】

図１において、１はテーブル、２は当該テーブル上に載置された被加工物であるプリント基板、３はレーザ光を発振するレーザ発振器、４は回転アパーチャユニットである。回転アパーチャユニット４は、詳しくは後述するが、レーザ発振器３から出射されるレーザ光のビーム径を成型するための複数の開口部を有する回転アパーチャ４１、回転アパーチャ４１を回転させるモータ（アパーチャ駆動部）４４、回転アパーチャ４１の原点復帰に用いられる原点検知センサ４６を含んでいる。５は、回転アパーチャ４１の開口部を通過したレーザ光を、加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器（以下、ＡＯＭという）、６は前記ＡＯＭ５において加工方向へ分岐されたレーザ光を２次元方向に走査するガルバノスキャナ、７はガルバノスキャナ６からのレーザ光をプリント基板２の穴あけ位置に照射する集光レンズ（ｆθレンズ）、８はＡＯＭ５において非加工方向へ分岐されたレーザ光を吸収するダンパである。

【0005】

１０はレーザ発振器３でのレーザ光の発振と減衰を指令するレーザ発振制御部、１１はモータ４４の駆動動作を制御することにより回転アパーチャ４１を回転させるアパーチャ制御部であり、回転アパーチャ４１の位置決めを行う市販の位置決めユニット１４及び図示を省略するアンプ等を含んでいる。位置決めユニット１４は、回転アパーチャ４１の後述する原点復帰動作のシーケンスを予め記憶した記憶部を備えており、当該シーケンスを記憶した状態で市販されているものが用いられている。

【0006】

１２はＡＯＭ５の動作を制御するためのＡＯＭ制御部、１３はガルバノスキャナ６の動作を制御するためのガルバノ制御部である。１５はレーザ加工装置の各部の制御及び装置全体の動作を制御するための全体制御部であり、例えばプログラム制御の処理装置によって実現されるものであって、内部に種々の情報を記憶する記憶部を有している。全体制御部１５はここで説明するもの以外にも制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。

【0007】

図２は回転アパーチャユニットの概略ブロック図である。図２において、４１は円板形をした回転アパーチャであり、回転軸４２を中心とした円周上に直径の異なる複数の開口部４３（ａ）～（ｄ）が配置されている。回転アパーチャ４１は回転軸４２においてモータ４４と接続されており、回転可能となっている。モータ４４は、図示を省略するアンプ、位置決めユニット１４を介してアパーチャ制御部１１と接続されている。回転アパーチャユニット４は、図示を省略する支持基台を介して、レーザ加工装置に設置されている。アパーチャ制御部１１は、全体制御部１５の指令に従い、開口部４３（ａ）～（ｄ）のいずれかの開口部の中心がレーザ光軸４５と一致するよう、位置決めユニット１４を介してモータ４４を駆動制御する。アパーチャ制御部１１は、その他にも、全体制御部１５の指令に従い、回転アパーチャ４１が種々の回転動作をするよう、モータ４４を駆動制御する。４６は光センサ等の原点検知センサであって、位置決めユニット１４を介してアパーチャ制御部１１に接続されている。４７は回転アパーチャ４１の原点位置に設けられた原点ドグである。

【0008】

ここで、回転アパーチャ４１は、回転方向と負荷方向が一致しているため、回転による脱調や振動現象が生じやすいことが知られている。特に回転アパーチャの位置を原点復帰させる際には、原点検知センサ４６が原点ドグ４７を検知したタイミングで回転を急停止させるため、高速で回転させた場合には正確な原点位置で停止できない場合がある。そこで正確に停止できる低速で回転させて原点復帰を行えばよいが、原点ドグ４７が原点センサ４６から離れた位置にある場合には、原点ドグ４７を検知するまでに時間を要する。そこで従来は、時間短縮のため、以下のようにして原点復帰を行っていた。

【0009】

図３は従来の原点復帰動作を説明するグラフである。図３に示すように、まず原点センサ４６が原点ドグ４７を検知するまで、回転アパーチャ４１を一方向へ高速回転させる。そして、検知した位置を仮原点として、仮原点から他方向（逆方向）へ所定の若干量（以下、後退量ともいう）後退するように高速回転させた後、再度一方向へ低速回転させ、原点センサ４６が原点ドグ４７を再検知した位置で停止させることにより、原点復帰を行っていた。なお、この原点復帰動作のシーケンス（以下、「原点復帰シーケンス」という）は、予め位置決めユニットに記憶されており、全体制御部１６がアパーチャ制御部１１に対して、位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスに従って原点復帰を行うよう指令を出していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００２－１２００８０号公報

【特許文献2】特開２０１５－１８８８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかし、予め位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスでは、使用する回転アパーチャの種類や駆動系の負荷、高速回転時の速度の設定値等によっては、回転方向の切換時や、高速を低速に切り替えたときの振動が大きく、低速で原点ドグ４７を再検知するときにもその残留振動が減衰しきらず、振動により原点センサ４６が原点ドグ４７を誤検知し正確に原点復帰できない場合があった。かかる場合、開口部の位置決め精度が悪くなり、開口部の中心とレーザ光軸の位置とがずれてビームのケラレ等が発生し、焦点位置でのレーザパワーやビームモードが変化し、加工精度が低下することがあった。

【0012】

ここで、予め記憶された原点復帰シーケンスの回転速度や後退量等を調整することにより、正確に原点復帰させることも考えられる。しかし、位置決めユニットは原点復帰シーケンスを予め記憶した状態で市販されているため、購入後に当該シーケンスを調整することは困難となっていた。

【0013】

そこで本発明は、上記従来技術における課題を解決し、回転アパーチャを正確に原点復帰させることができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光のビーム径を整形するための開口部が形成された回転アパーチャと、前記回転アパーチャを回転動作させるアパーチャ駆動部と、前記アパーチャ駆動部を制御するアパーチャ制御部と、前記アパーチャ制御部を制御する上位制御部と、を有し、前記アパーチャ制御部が予め前記回転アパーチャの原点復帰シーケンスを記憶しているレーザ加工装置において、前記原点復帰シーケンスでは原点復帰が正確に行えない場合に、前記上位制御部が、前記アパーチャ制御部に対して、前記原点復帰シーケンスとは異なった原点復帰動作を指令し、前記回転アパーチャの原点復帰を行う、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、回転アパーチャの原点復帰を正確に行うことができ、加工精度の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】従来の回転アパーチャを備えるレーザ加工装置の概略ブロック図である。

【図2】従来の回転アパーチャユニットの概略ブロック図である。

【図3】従来の原点復帰動作を説明するグラフである。

【図4】本発明の一実施例における、レーザ加工装置の概略ブロック図である。

【図5】本発明の一実施例における、記憶された原点復帰シーケンスによらない原点復帰動作を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施例について、図を用いて説明する。なお、従来技術として説明した内容と同一の部分については、説明を省略する。

【0018】

図４は、本発明の一実施例における、レーザ加工装置の概略ブロック図である。図４に示すように、本実施例においては、アパーチャ制御部１１に対して回転アパーチャ４１の原点復帰動作に関する指令を出す、原点復帰制御部１６を有する。原点復帰制御部１６は、回転アパーチャ４１の原点復帰を、位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスにより行うか否かを判断する復帰動作判断部１７を含んでいる。復帰動作判断部１７は、例えばレーザ加工装置の製造段階において、位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスにて試験的に原点復帰を行い、原点復帰が正確に行えた場合には原点復帰を当該シーケンスにより行うと判断し、原点復帰が正確に行えない場合には当該シーケンスにより行わないと判断するよう、予め設定しておく。

【0019】

次に、本発明の一実施例におけるレーザ加工装置における、回転アパーチャの原点復帰方法を説明する。全体制御部１５は、回転アパーチャ４１の原点復帰が必要となった場合、原点復帰制御部１６に対して、原点復帰を行うよう指令を出す。原点復帰制御部１６は、復帰動作判断部１７において、原点復帰を位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスにより行うか否かを判断する。

【0020】

復帰動作判断部１７が記憶された原点復帰シーケンスにより行うと判断した場合、原点復帰制御部１６はアパーチャ制御部１１に対して、位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスに従って原点復帰を行うよう指令を出し、従来と同様にして原点復帰を完了させる。一方、復帰動作判断部１７が記憶された原点復帰シーケンスにより行わないと判断した場合、原点復帰制御部１６はアパーチャ制御部１１に対して、以下のように回転アパーチャ４１を動作させるよう指令を出し、原点復帰を行う。

【0021】

図５は、本発明の一実施例における、記憶された原点復帰シーケンスによらない原点復帰動作を説明するグラフである。まず、原点検知センサ４６が原点ドグ４７を検知するまで、回転アパーチャ４１を一方向に高速回転させる。次いで、原点ドグ４７を検知した位置を仮原点とし、仮原点から所定の若干量後退させるように、他方向へ高速回転させて停止させる。そして、停止させてから待機時間ΔＴが経過したときに、回転アパーチャ４１を再度一方向に低速回転させ、原点検知センサ４６が原点ドグ４７を再検知した位置で停止させ、原点復帰を完了させる。

【0022】

ここで、待機時間ΔＴは以下のようにして予め求めておく。まず、回転アパーチャ４１が高速回転で所定の若干量後退して停止した時点から、回転アパーチャ４１の残留振動が減衰しきるまでの時間Ｔ１を実験などにより計測する。次に、回転アパーチャ４１を低速で、後退量から更に若干量を減じた量分回転させるのに必要な時間Ｔ２を求める。そして、Ｔ１からＴ２を減じて得られる時間をΔＴとする。なお、Ｔ２を求める際に後退量から減じる若干量は、例えば、仮原点と正確な原点位置とのずれ量として考えられる最大値とすることができる。

【0023】

このようにして求められたΔＴ時間分待機させることで、残留振動が減衰しきった後のタイミングで原点ドグを再検知できるため、正確に原点復帰を行うことが可能となる。

【0024】

本実施例では、原点ドグを再検知する際に残留振動が減衰しきっているよう、低速回転を開始する前に待機時間を設けるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、待機時間を設けずに、低速よりもさらに遅い速度で回転させることにより、残留振動が減衰しきったタイミングで原点ドグを再検知するようにしてもよい。また、同様に待機時間を設けずに、後退量を増やすことで、残留振動が減衰しきったタイミングで再検知するようにしてもよい。

【0025】

上記のように、本発明によれば、予め位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスでは正確に原点復帰できない場合には、回転アパーチャ４１の残留振動が減衰しきるタイミングで原点検知センサ４６が原点ドグ４７を検知することとなるように、アパーチャ制御部１１の上位制御部である原点復帰制御部１６が指令するので、正確な原点復帰を行うことができる。

【0026】

また、本発明によれば、位置決めユニット１４に記憶された原点復帰シーケンスによって正確に原点復帰できる場合には、従来通り当該シーケンスに従って原点復帰を行わせることができる。このように、従来通り記憶された原点復帰シーケンスに従わせれば、待機時間等を算出するために実験を行う手間を省くことができる。なお、この場合であっても、経年変化により原点復帰が不正確となることが考えられるが、不正確になった時点で、復帰動作判断部１７が原点復帰動作を原点復帰シーケンスにより行わないと判断するように設定を変更すれば、その後も正確な原点復帰を行うことができる。

【0027】

さらに従来は、市販の位置決めユニットを選択する際には、使用する回転アパーチャを一定の正確性をもって原点復帰できる原点復帰シーケンスを記憶していることが要件となっていたが、本発明によればこの要件を緩和でき、位置決めユニットの選択の幅を広げることができる。

【符号の説明】

【0028】

１：テーブル、２：プリント基板（被加工物）、３：レーザ発振器、４：回転アパーチャユニット、４１：回転アパーチャ、４２：回転軸、４３（ａ）～（ｄ）：開口部、４４：モータ（回転駆動部）、４５：レーザ光軸、４６：原点検知センサ、４７：原点ドグ、５：ＡＯＭ、６：ガルバノスキャナ、７：集光レンズ、８：ダンパ、１０：レーザ発振制御部、１１：アパーチャ制御部、１２：ＡＯＭ制御部、１３：ガルバノ制御部、１４：位置決めユニット、１５：全体制御部、１６：原点復帰制御部、１７：復帰動作判断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】