JP2005034859A

JP2005034859A - Laser beam machining device

Info

Publication number: JP2005034859A
Application number: JP2003198483A
Authority: JP
Inventors: Keiji Iso; 圭二礒; Yasuyuki Okudaira; 恭之奥平; Satoru Tamura; 悟田村
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: JP3876237B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining device with which multiaxial machining is possible and the optical axis of which is easily adjusted. <P>SOLUTION: The laser beam machining device has a sorting device 2a with which a laser beam Lb emitted from a laser beam source 1 is made to enter, a laser beam Lba which progresses along a first optical axis in a first time band and a laser beam Lbb which progresses along a second optical axis in a second time band on the basis of control signals from the outside, a moving mechanism 4a, 4b for moving a position where the laser beams which are emitted from the sorting device and progress along the first and the second optical axes are entered the object 6 of working on the surface of the object of working and a controller 8 for controlling the sorting device. The sorting device contains a light deflector 2 using an acoustooptical deflector or an electrooptical deflector and the laser beam which progresses along the first optical axis and the laser beam which progresses along the second optical axis are emitted from that one light deflector. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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、多軸加工を行うことができるレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１つのレーザ光源から出射したレーザビームを、時分割方式で複数の光軸に振り分けて、複数軸の加工を行うレーザ加工装置が知られている。例えば、特許文献１には、レーザ光の偏向装置として音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔ−ＯｐｔｉｃＭｏｄｕｌａｔｏｒ，ＡＯＭ）を用いて、多軸加工を行うレーザ加工装置が開示されている。音響光学変調器は、超音波発生電圧が印加されたとき、入射したレーザビームを所定の方向に偏向させた光（１次回折光）を出射する。
【０００３】
特許文献１に開示されたレーザ加工装置においては、複数の音響光学変調器を、レーザビームの光路中に直列に配置し、超音波発生電圧を印加する音響光学変調器を切換えることにより、加工に使われるレーザビームの光軸を切換えている。
【０００４】
ところで、レーザ光源から出射されるパルスレーザビームの、パルスごとのピーク強度（あるいはパルスエネルギ）には、ばらつきが存在する。一般に、加工対象物の素材等に応じて、加工に好適なピーク強度の範囲が存在する。ピーク強度がばらつくことにより、品質を一定にして加工が行えない問題が生じる。
【０００５】
特許文献２では、プリント基板にスルーホールを形成する加工を行うレーザ加工装置に、パルスエネルギを検出するモニタを設置している。被加工部に照射されるパルスエネルギが閾値を下回ると、形成される穴がスルーホールとならない問題が生じる。閾値を下回るエネルギのパルスが検出されたときは、パルスを追加照射し、スルーホールが形成されるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６３２７１号公報
【特許文献２】特開平９−２５３８７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されたレーザ加工装置においては、加工軸の数と同数の、多くの偏向装置が必要となる。装置の小型化や光軸の調整が容易ではなく、コスト低減も難しい。
【０００８】
特許文献２に開示された、過小なエネルギのパルスが照射された場合に追加パルスを照射する方法を用いると、樹脂層に埋設された内層銅配線を露出させる穴開け加工のような場合には、以下に示すような不具合を生じ得る。
【０００９】
穴を形成するための所定数のショットに、過小なパルスエネルギのショットが含まれると、内層銅配線が露出した底面の径が小さい等の不具合を有する穴が形成される。その穴に、追加ショットが照射されると、累積で過大なエネルギの照射となる可能性がある。穴の側面が抉れたり、配線層表面や配線層の下部に損傷が生じたりすること等の不具合が生じ得る。このように、被加工部に照射されるエネルギが適切とならない可能性があり、加工品質を安定させることが難しい。
【００１０】
本発明の一目的は、多軸加工ができ、光軸の調整が容易なレーザ加工装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、多軸加工ができ、安定した加工品質が得られるレーザ加工装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームを入射させ、外部からの制御信号に基づき、第１の時間帯には第１の光軸に沿って進行するレーザビームを出射し、第２の時間帯には第２の光軸に沿って進行するレーザビームを出射する振り分け装置と、前記振り分け装置から出射して第１の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させ、前記振り分け装置から出射して第２の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させるための移動機構と、前記振り分け装置に前記制御信号を送出する制御装置とを有し、前記振り分け装置は、音響光学偏向器または電気光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させるレーザ加工装置が提供される。
【００１３】
レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの偏向装置を用いて複数の光軸に振り分けられる。レーザ光の偏向装置の数が、最小で１つに抑えられた、多軸加工可能なレーザ加工装置が提供される。偏向装置の数を少なくできるので、光軸の調整が容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。レーザ光源１が、パルスレーザビームＬｂを出射する。レーザ光源１は、例えば、炭酸ガスレーザである。制御装置８が送出する制御信号ｓｉｇ１が、所望のタイミング、パルス幅でパルスレーザビームを出射するように、レーザ光源１を制御する。
【００１５】
レーザ光源１を出射したレーザビームＬｂは、振り分け装置２ａに入射する。振り分け装置２ａは、入射したレーザビームＬｂを複数の異なる光軸に振り分けるための光偏向器２と、光偏向器２に高周波の電気信号ＲＦを印加するための高周波信号発生器９とを含む。
【００１６】
光偏向器２として、例えば、音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔ−ＯｐｔｉｃＤｅｆｌｅｃｔｏｒ，ＡＯＤ）が用いられる。制御装置８が、制御信号ｓｉｇ２を送出し、所望のタイミングで所望の周波数の電気信号ＲＦを光偏向器２に印加するように、高周波信号発生器９を制御する。
【００１７】
図１（Ｂ）を参照して、音響光学偏向器の原理について説明する。音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されると、音響光学偏向器の音響光学媒体２１内に電気信号ＲＦに同期した音波が発生する。図中の平行線２２は、音波の等位相面を示す。この音波が回折格子として作用し、光軸Ｉに沿って伝搬するレーザビームＬｂの一部がブラッグ反射される（音響光学効果）。
【００１８】
レーザビームの回折角は音波の周波数に比例する。音波の周波数を連続的に変えることで、回折角を連続的に変化させることができる。音波の周波数は、電気信号ＲＦの周波数を変えることで制御できる。なお、音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されない場合は、レーザビームの回折は起こらない。
【００１９】
図に示すように、音響光学偏向器を用いて、入射したレーザビームＬｂを、例えば３つの光軸に振り分けることができる。レーザビームＬｂは、音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されない場合は、そのまま光軸Ｉに沿って出射する。音響光学偏向器にある周波数（周波数ｆａとする）の電気信号ＲＦが印加された場合は、一部がある回折角で回折して光軸Ｉａに沿って伝搬するレーザビームＬｂａが出射される。音響光学偏向器に他の周波数（周波数ｆｂとする）の電気信号ＲＦが印加された場合は、一部が他の回折角で回折して光軸Ｉｂに沿って伝搬するレーザビームＬｂｂが出射される。
【００２０】
異なる回折角で音響光学偏向器から出射したレーザビームＬｂａとレーザビームＬｂｂとは、等しい強度であるとは限らない。ここでは、レーザビームＬｂａの強度がレーザビームＬｂｂの強度よりも高いとして以下の説明を進める。
【００２１】
なお光偏向器として、電気光学効果を用いた電気光学偏向器を用いることもできる。
【００２２】
図１（Ａ）に戻って説明を続ける。ある回折角で回折されて光偏向器２から出射したレーザビームＬｂａは、パルスレーザビームの強度を可変の減衰率で減衰させることができるバリアブルアッテネータ１０に入射する。バリアブルアッテネータ１０によりレーザビームＬｂａの強度を減衰させて、レーザビームＬｂｂの強度と揃える。バリアブルアッテネータ１０を出射したレーザビームＬｂａは、折り返しミラー３ａで反射され、ガルバノスキャナ４ａへ入射する。
【００２３】
ガルバノスキャナ４ａは、レーザビームの進行方向を２次元方向に振ることができる。ガルバノスキャナ４ａを出射したレーザビームＬｂａは、ｆθレンズ５ａにより収束され、ＸＹステージ７上に保持された加工対象物６の表面に照射される。
【００２４】
他の回折角で回折されて光偏向器２から出射したレーザビームＬｂｂは、折り返しミラー３ｂで反射され、ガルバノスキャナ４ｂで進行方向を２次元方向に振られ、ｆθレンズ５ｂにより収束され、ＸＹステージ７上に保持された加工対象物６の表面に照射される。なお、レーザビームＬｂｂの光路上にも、バリアブルアッテネータを設けても構わない。
【００２５】
加工対象物６は、例えば、樹脂層に内層配線層が埋設されたプリント基板である。レーザビームを照射して、加工対象物６の表面に穴や溝等を形成することができる。ＸＹステージ７が、加工対象物６を、加工対象物６の表面に平行な面内で移動させる。レーザビームが照射される加工対象物表面の位置は、ガルバノスキャナ４ａ、４ｂ、またはＸＹステージ７、あるいはその両方を適宜動作させて移動できる。
【００２６】
なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂが１つの加工対象物６に照射される例を説明するが、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂが各々別の加工対象物に照射されるようにしてもよい。ＸＹステージは、各々の加工対象物を保持するように、２つ用いても構わない。
【００２７】
回折されずに光偏向器２から出射したレーザビームＬｂ０は、部分反射鏡１１に入射し、一部（例えば１％）が反射してレーザビームＬｂ１となりモニタ１２に入射し、残り（例えば９９％）が透過してビームダンパ１３に入射する。ビームダンパ１３は、入射したレーザビームを吸収して熱に変換し、レーザビームＬｂ０の光路の終端となる。
【００２８】
モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定する。モニタ１２は、後に図４を参照しながら説明するように、加工に適したピーク強度を有するパルスを選んで加工対象物に照射するために用いられる。モニタ１２として、パワーメータと呼ばれるものを用いることができる。パワーメータは、例えば、レーザビームの光量を測定するフォトダイオードを含んで構成される。モニタ１２が測定した強度のデータは、制御装置８に送信される。
【００２９】
次に、図２を参照して、光偏向器の制御方法について説明する。図２は、レーザ光源に入力される制御信号ｓｉｇ１、高周波信号発生器に入力される制御信号ｓｉｇ２、光偏向器に印加される電気信号ＲＦの周波数ｆ、レーザビームＬｂ、Ｌｂａ、Ｌｂｂのタイミングチャートの一例を示す。レーザビームのタイミングチャートの縦軸は、レーザ光の強度を示す。
【００３０】
時刻ｔ_１０に、制御信号ｓｉｇ１が立ち上がると、レーザビームＬｂの第１のパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１までの間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ_１１から制御信号ｓｉｇ１が立ち下がる時刻ｔ_１４までの間はＷで一定となり、時刻ｔ_１４から時刻ｔ_１５までの間にＷからゼロまで減少する。
【００３１】
その後、時刻ｔ_２０に、再び制御信号ｓｉｇ１が立ち上がって、レーザビームＬｂの第２のパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ_２０から時刻までｔ_２１の間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ_２１から制御信号ｓｉｇ１が立ち下がる時刻ｔ_２４までの間はＷで一定であり、時刻ｔ_２４から時刻までｔ_２５の間にＷからゼロまで減少する。
【００３２】
レーザビームＬｂの各パルスのパルス幅（時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１５までの長さ、時刻ｔ_２０から時刻ｔ_２５までの長さ）は、例えば１００μｓ程度であり、立ち上がり時間（時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１までの長さ、時刻ｔ_２０から時刻ｔ_２１までの長さ）と立ち下がり時間（時刻ｔ_１４から時刻ｔ_１５までの長さ、時刻ｔ_２４から時刻ｔ_２５までの長さ）とはともに、例えば２０〜３０μｓ程である。
【００３３】
第１のパルスの強度が一定となる時刻ｔ_１１から時刻ｔ_１４までの期間に含まれる、時刻ｔ_１２から時刻ｔ_１３までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆａの電気信号が印加される。周波数ｆａの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂａが出射する。
【００３４】
レーザビームＬｂａのパルス幅（時刻ｔ_１２から時刻ｔ_１３までの長さ）は、例えば２０μｓ程度である。光偏向器の立ち上がり、立ち下がり時間は１μｓ程度であるので、レーザビームＬｂａのパルスは、レーザビームＬｂのパルスと比較して急峻な立ち上がり、立ち下がりにできる。
【００３５】
第２のパルスの強度が一定となる時刻ｔ_２１から時刻ｔ_２４までの期間に含まれる、時刻ｔ_２２から時刻ｔ_２３までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆｂの電気信号が印加される。周波数ｆｂの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂｂが出射する。
【００３６】
レーザビームＬｂｂのパルス幅（時刻ｔ_２２から時刻までｔ_２３の長さ）は、例えば２０μｓ程度である。なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅は、相互に異なる長さに設定しても構わない。
【００３７】
このように、レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの光偏向器に入射させ、異なる２つの回折角で回折させて２軸に振り分け、２軸加工を行うことができる。加工軸の数よりも、レーザ光の偏向装置の数を少なくできる。
【００３８】
なお、１つの光偏向器を用い、３つ以上の異なる回折角でレーザビームを振り分けて、３軸以上のレーザ加工を行うこともできる。偏向装置の数が少ないので、光軸の調整が容易となり、装置の小型化、コスト低減が図れる。
【００３９】
光偏向器で振り分けられたレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルスは立ち上がり、立ち下がりが急峻であるので、加工対象物へのエネルギ照射量の制御が容易となり、良質な加工を行うことができる。
【００４０】
レーザビームＬｂの１つのパルスを、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのどちらかに振り分ける方法を説明したが、レーザビームＬｂの１つのパルスのある部分をレーザビームＬｂａに振り分け、他のある部分をレーザビームＬｂｂに振り分けることもできる。
【００４１】
図３のタイミングチャートを参照して、このような場合の光偏向器の制御方法について説明する。
【００４２】
時刻ｔ_３０に、レーザビームＬｂのあるパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ_３０から時刻ｔ_３１までの間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ_３１から時刻ｔ_３６までの間はＷで一定であり、時刻ｔ_３６から時刻ｔ_３７までの間にＷからゼロまで減少する。
【００４３】
パルスの強度が一定となる時刻ｔ_３１から時刻ｔ_３６までの期間に含まれる、時刻ｔ_３２から時刻ｔ_３３までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆａの電気信号が印加される。周波数ｆａの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂａが出射する。
【００４４】
そして、時刻ｔ_３３から時刻ｔ_３６までの期間に含まれる、時刻ｔ_３４から時刻ｔ_３５までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆｂの電気信号が印加される。周波数ｆｂの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂｂが出射する。
【００４５】
レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅（時刻ｔ_３２から時刻ｔ_３３までの長さ、時刻ｔ_３４から時刻ｔ_３５までの長さ）は、例えば、それぞれ１０μｓ程度である。なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅は、相互に異ならせて設定しても構わない。
【００４６】
このようにして、レーザビームの１つのパルスのある部分をある加工軸に、他のある部分を他の加工軸に振り分けて、２軸加工を行うことができる。なお、１つのパルスを、３つ以上の加工軸に振り分けてもよい。
【００４７】
被加工部にある量のエネルギを照射するとき、１ショットで照射すると、蓄熱の影響により、良好な形状に加工されない場合がある。複数ショットに分割し時間をおいて照射した方が、蓄熱の影響を抑制するために好ましい。図３を参照して説明した方法では、図２を参照して説明した方法と比べ、以下に説明するように、時間効率を損ねることなく、蓄熱の影響を抑制してレーザ照射を行える。
【００４８】
例えば、レーザビームＬｂの２つのパルスが出射される間に、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂをそれぞれ２０μｓずつ加工対象物に照射することを考える。
【００４９】
図２を参照して説明した方法では、例えば、レーザビームＬｂの１パルス目に、レーザビームＬｂａの２０μｓのパルスを１ショット照射し、レーザビームＬｂの２パルス目に、レーザビームＬｂｂの２０μｓのパルスを１ショット照射する。
【００５０】
一方、図３を参照して説明した方法では、例えば、レーザビームＬｂの１パルス目に、レーザビームＬｂａとＬｂｂの１０μｓのパルスを１ショットずつ照射し、レーザビームＬｂの２パルス目に、レーザビームＬｂａとＬｂｂの１０μｓのパルスを１ショットずつ照射できる。図２の方法と等しい加工時間で、蓄熱の影響を低減させてレーザを照射できる。
【００５１】
次に、図４を参照して、加工に適したピーク強度を有するパルスのみを、加工対象物に照射することができるレーザ加工方法について説明する。
【００５２】
図４は、レーザ光源に入力される制御信号ｓｉｇ１、高周波信号発生器に入力される制御信号ｓｉｇ２、光偏向器に印加される電気信号ＲＦの周波数ｆ、レーザビームＬｂ、Ｌｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂ１のタイミングチャートの一例を示す。
【００５３】
図に示すように、レーザビームＬｂのパルスｐ１、ｐ３、ｐ５のピーク強度はＷであり、パルスｐ２のピーク強度はＷｌを下回る値であり、パルスｐ４のピーク強度はＷｈを上回る値である（Ｗｌ＜Ｗ＜Ｗｈ）。複数のパルスのピーク強度には、ばらつきが存在する。
【００５４】
これに対応して、図１（Ａ）のモニタ１２に強度を測定されるレーザビームＬｂ１においては、パルスｐ１、ｐ３、ｐ５のピーク強度はｗであり、パルスｐ２のピーク強度はｗｌを下回る値であり、パルスｐ４のピーク強度はｗｈを上回る値となる（ｗｌ＜ｗ＜ｗｈ）。
【００５５】
一般に、加工対象物の素材等に応じて、加工に好適なピーク強度の範囲が存在する。ここでは、レーザビームＬｂ１のあるパルスのピーク強度が、ｗｌからｗｈまでの範囲内に存在すれば、そのパルスは加工に好適である（光偏向器で加工軸に振り分けられた後、加工に好適な強度で被加工面に照射される）として説明を続ける。
【００５６】
時刻ｔ_４０に、レーザビームＬｂのパルスｐ１の出射が開始する。上記で説明したように、パルスｐ１の強度は、出射開始後から増加してピーク値に達し、ピーク値のまま所定の期間一定となる。
【００５７】
時刻ｔ_４１は、パルスｐ１の強度が一定に達して少し時間が経過したある時点を示す。パルスｐ１の立ち上がり時間が例えば２５μｓとすると、時刻ｔ_４１は、例えば時刻ｔ_４０から３０μｓ後の時点に設定される。
【００５８】
時刻ｔ_４１において、モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定し、測定値ｗを図１（Ａ）に示す制御装置８に送信する。制御装置８は、モニタ１２から受信したパルスの強度の測定値が、ｗｌからｗｈまでの範囲内にあれば加工に適していると認定し、ｗｌからｗｈまでの範囲外にあれば加工に適さないと認定する。
【００５９】
測定値ｗがｗｌからｗｈまでの範囲内にあるので、パルスｐ１は加工に適していると認定される。加工に適していると認定されたパルスｐ１は、図３を参照して説明したように、レーザビームＬｂａとＬｂｂとに振り分けられて加工対象物に照射される。
【００６０】
時刻ｔ_５０に、パルスｐ２の出射が開始する。時刻ｔ_５１は、パルスｐ２の強度が一定に達して少し時間が経過したある時点を示す。時刻ｔ_５１において、モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定し、制御装置８に送信する。パルスｐ２のピーク強度はｗｌを下回り、ｗｌからｗｈまでの範囲外にあるので、制御装置８により、パルスｐ２は加工に適さないと認定される。
【００６１】
パルスが加工に適さないと認定されたとき、制御装置８は、高周波信号発生器を起動する制御信号ｓｉｇ２を送出しない。パルスｐ２が出射している間、光偏向器は、レーザビームＬｂをレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂに振り分けず、加工対象物にはレーザが照射されない。
【００６２】
以後同様にして、時刻ｔ_６０、ｔ_７０、ｔ_８０に出射を開始するパルスｐ３、ｐ４、ｐ５について、パルスの強度が一定に達して少し時間が経過したある時刻ｔ_６１、ｔ_７１、ｔ_８１に、モニタ１２がレーザビームＬｂ１の強度を測定し、制御装置８が各パルスの強度が所定範囲に含まれるかどうか判定する。
【００６３】
ピーク強度がｗであるパルスｐ３、ｐ５は、加工に適していると認定されて加工対象物に照射され、ピーク強度がｗｈを上回るパルスｐ４は、加工に適さないと認定されて加工対象物に照射されない。
【００６４】
このように、各パルスについて、パルスの出射開始後から所定の時間後にモニタが測定したパルスの強度が、所定の範囲内にあるかどうか検査し、範囲内に存在していれば加工対象物に照射し、範囲内に存在していなければ加工対象物に照射しないようにする。不良な強度のパルスの照射を回避し、適切に加工がされないことを防止できる。安定した加工品質が得られる。
【００６５】
各パルスについて、１時点について強度を測定する例を説明したが、２時点以上について強度を測定し、強度の積算値が、所定の範囲内にあるかどうか検査してもよい。
【００６６】
なお、強度の測定は、各パルスの立ち上がり近傍に行い、さらに、パルスを各加工軸に振り分ける間の時間に行ってもよい。つまり、パルスを第１の加工軸に振り分けてから、再び強度を検査して、好適な範囲にあれば第２の加工軸への振り分けを行ってもよい。可能性は低いが、制御信号ｓｉｇ１が継続的に入力されているにもかかわらず、途中でパルスの強度が低下するという異常が生じたときに、検知することができる。
【００６７】
加工対象物をＸＹステージに載置する時間等、加工に使えない時間を利用して、１つのパルス全体（立ち上がりから立ち下がりまで）について、強度を検査してもよい。
【００６８】
図１に示した構成以外にも、種々の仕方でモニタを設置することができる。図５（Ａ）、５（Ｂ）、図６に、変形例による構成を示す。
【００６９】
図５（Ａ）に示すように、光偏向器２から出射したレーザビームを、部分反射鏡１１が、一部透過させてモニタ１２に入射させ、残りを反射させてビームダンパ１３に入射させるようにしてもよい。
【００７０】
図５（Ｂ）に示すように、光偏向器２から出射したレーザビームを、バリアブルアッテネータ１４に入射させ適当に強度を弱め、モニタ１２に入射させて、強度を測定するようにしてもよい。
【００７１】
また、図６に示すように、レーザ光源１と光偏向器２との間の光路中に、部分反射鏡１１を設け、部分反射鏡１１で反射したレーザ光をモニタ１２に入射させて強度を測定するようにしてもよい。
【００７２】
さらに、加工対象物６に照射されるレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂの光路中に、それぞれ、部分反射鏡１５ａ、１５ｂとモニタ１６ａ、１６ｂとを設置し、加工軸におけるレーザビームの強度を測定してもよい。
【００７３】
このように、加工軸の光路中にモニタを設置すれば、光偏向器２が、レーザビームを正常に加工軸へ振り分けているかどうか、検査することができる。ただし、正常な強度のレーザビームを選択して加工軸に振り分けるようにするためには、光偏向器２の振り分け動作の前にレーザの強度を測定できるモニタ１２が必要である。
【００７４】
モニタ１６ａ、１６ｂが測定した強度のデータを制御装置８に送出し、加工軸における強度に異常が検出された場合は、レーザの出射を止め、不良な加工が継続されないようにしてもよい。
【００７５】
パルスレーザビームを出射するレーザ光源として、炭酸ガスレーザ以外にも、高調波固体レーザ等を用いることができる。
【００７６】
半導体レーザ等の連続波レーザビームを出射するレーザ光源を用いることもできる。連続波レーザビームに対しても、光偏向器で光軸を振り分けることや、ビームの強度が所定の範囲内にあるときに加工軸に振り分けることは、パルスレーザビームと同様に行うことができる。
【００７７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００７８】
【発明の効果】
レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの偏向装置を用いて複数の光軸に振り分けられる。レーザ光の偏向装置の数が、最小で１つに抑えられた、多軸加工可能なレーザ加工装置が提供される。偏向装置の数を少なくできるので、光軸の調整が容易となる。
【００７９】
レーザビームの強度を測定し、強度が所定の範囲内であれば、そのレーザビームを複数の加工軸に振り分ける。加工に適した強度のレーザビームを選択して被加工面に照射できる。多軸加工ができ、安定した加工品質が得られるレーザ加工装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置の概略図であり、（Ｂ）は、音響光学偏向器の動作原理を説明するための図である
【図２】実施例によるレーザ加工装置を用いて、レーザビームの第１、第２のパルスをそれぞれ第１、第２の加工軸に振り分けるレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図３】実施例によるレーザ加工装置を用いて、レーザビームの１つのパルスを第１及び第２の加工軸に振り分けるレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図４】実施例によるレーザ加工装置を用いて、モニタを用いたレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図５】（Ａ）は、実施例の一変形例によるレーザ加工装置の一部を示す概略図であり、（Ｂ）は、実施例の他の変形例によるレーザ加工装置の一部を示す概略図である。
【図６】実施例のさらに他の変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１レーザ光源
２ａ振り分け装置
２光偏向器
３ａ、３ｂ折り返しミラー
４ａ、４ｂガルバノスキャナ
５ａ、５ｂｆθレンズ
６加工対象物
７ＸＹステージ
８制御装置
９高周波信号発生器
１０バリアブルアッテネータ
１１部分反射鏡
１２モニタ
１３ビームダンパ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus capable of performing multi-axis processing.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A laser processing apparatus that performs processing on a plurality of axes by distributing a laser beam emitted from one laser light source to a plurality of optical axes by a time division method is known. For example, Patent Document 1 discloses a laser machining apparatus that performs multi-axis machining using an acousto-optic modulator (AOM) as a laser beam deflecting device. The acousto-optic modulator emits light (first-order diffracted light) obtained by deflecting an incident laser beam in a predetermined direction when an ultrasonic generation voltage is applied.
[0003]
In the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 1, a plurality of acousto-optic modulators are arranged in series in the optical path of the laser beam, and the acousto-optic modulators to which the ultrasonic wave generation voltage is applied are switched for processing. The optical axis of the laser beam used is switched.
[0004]
Incidentally, there is a variation in the peak intensity (or pulse energy) for each pulse of the pulse laser beam emitted from the laser light source. In general, there is a peak intensity range suitable for processing depending on the material of the processing object. Due to the variation in peak intensity, there is a problem that processing cannot be performed with a constant quality.
[0005]
In Patent Document 2, a monitor that detects pulse energy is installed in a laser processing apparatus that performs processing for forming a through hole in a printed circuit board. If the pulse energy applied to the workpiece is below the threshold value, a problem that the formed hole does not become a through hole occurs. When a pulse with energy lower than the threshold value is detected, the pulse is additionally irradiated so that a through hole is formed.
[0006]
[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-263271
[Patent Document 2] JP-A-9-253878
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 1, as many deflecting devices as the number of processing axes are required. It is not easy to downsize the apparatus and adjust the optical axis, and it is difficult to reduce the cost.
[0008]
When using the method of irradiating an additional pulse when a pulse of excessive energy disclosed in Patent Document 2 is used, in the case of drilling to expose the inner layer copper wiring embedded in the resin layer The following problems may occur.
[0009]
If the predetermined number of shots for forming the holes include shots with excessive pulse energy, holes having defects such as a small diameter of the bottom surface where the inner layer copper wiring is exposed are formed. If an additional shot is irradiated to the hole, there is a possibility that excessive energy is accumulated. Problems such as the side surface of the hole being bent or damage to the wiring layer surface or the lower part of the wiring layer may occur. As described above, there is a possibility that the energy irradiated to the workpiece is not appropriate, and it is difficult to stabilize the machining quality.
[0010]
An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of multi-axis processing and easy adjustment of an optical axis.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a laser machining apparatus that can perform multi-axis machining and obtain stable machining quality.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a laser light source that emits a laser beam and a laser beam that is emitted from the laser light source are incident and based on a control signal from the outside, the first optical axis in a first time zone A laser beam that travels along the second optical axis and emits a laser beam that travels along the second optical axis in the second time zone, and a laser beam that travels from the sorting device to the first optical axis. The position where the laser beam traveling along the workpiece is incident on the surface of the workpiece is moved within the surface of the workpiece, and the laser beam emitted from the sorting device and traveling along the second optical axis is applied to the workpiece. A moving mechanism for moving the incident position within the surface of the workpiece, and a control device for sending the control signal to the sorting device, the sorting device being an acousto-optic deflector or an electro-optic deflector Vessel A laser processing apparatus that emits from one optical deflector a laser beam that travels along the first optical axis and a laser beam that travels along the second optical axis. Provided.
[0013]
The laser beam emitted from the laser light source is distributed to a plurality of optical axes using one deflecting device. Provided is a laser processing apparatus capable of multi-axis processing in which the number of laser light deflecting devices is suppressed to a minimum of one. Since the number of deflection devices can be reduced, the optical axis can be easily adjusted.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser light source 1 emits a pulse laser beam Lb. The laser light source 1 is, for example, a carbon dioxide laser. The laser light source 1 is controlled so that the control signal sig1 sent out by the control device 8 emits a pulsed laser beam at a desired timing and pulse width.
[0015]
The laser beam Lb emitted from the laser light source 1 enters the distribution device 2a. The distribution device 2 a includes an optical deflector 2 for distributing the incident laser beam Lb to a plurality of different optical axes, and a high-frequency signal generator 9 for applying a high-frequency electric signal RF to the optical deflector 2.
[0016]
As the optical deflector 2, for example, an acousto-optic deflector (AOD) is used. The control device 8 transmits the control signal sig2 and controls the high-frequency signal generator 9 so as to apply the electric signal RF having a desired frequency to the optical deflector 2 at a desired timing.
[0017]
The principle of the acoustooptic deflector will be described with reference to FIG. When the electrical signal RF is applied to the acoustooptic deflector, a sound wave synchronized with the electrical signal RF is generated in the acoustooptic medium 21 of the acoustooptic deflector. The parallel lines 22 in the figure indicate an equiphase surface of the sound wave. This sound wave acts as a diffraction grating, and the optical axis IA part of the laser beam Lb propagating along the line is Bragg reflected (acousto-optic effect).
[0018]
The diffraction angle of the laser beam is proportional to the frequency of the sound wave. By continuously changing the frequency of the sound wave, the diffraction angle can be changed continuously. The frequency of the sound wave can be controlled by changing the frequency of the electric signal RF. Note that when the electric signal RF is not applied to the acousto-optic deflector, the laser beam is not diffracted.
[0019]
As shown in the figure, an incident laser beam Lb can be distributed to, for example, three optical axes using an acousto-optic deflector. When the electric signal RF is not applied to the acousto-optic deflector, the laser beam Lb is directly applied to the optical axis I.It emits along. When an electrical signal RF having a certain frequency (referred to as frequency fa) is applied to the acousto-optic deflector, the optical axis Ia is partially diffracted at a certain diffraction angle.A laser beam Lba propagating along the line is emitted. When an electrical signal RF having another frequency (frequency fb) is applied to the acousto-optic deflector, a laser beam Lbb that is partially diffracted at another diffraction angle and propagates along the optical axis Ib is emitted. The
[0020]
The laser beam Lba and the laser beam Lbb emitted from the acoustooptic deflector at different diffraction angles are not necessarily equal in intensity. Here, the following description will be made assuming that the intensity of the laser beam Lba is higher than the intensity of the laser beam Lbb.
[0021]
An electro-optic deflector using an electro-optic effect can also be used as the optical deflector.
[0022]
Returning to FIG. 1A, the description will be continued. The laser beam Lba diffracted at a certain diffraction angle and emitted from the optical deflector 2 is incident on the variable attenuator 10 that can attenuate the intensity of the pulse laser beam with a variable attenuation factor. The intensity of the laser beam Lba is attenuated by the variable attenuator 10 so as to match the intensity of the laser beam Lbb. The laser beam Lba emitted from the variable attenuator 10 is reflected by the folding mirror 3a and enters the galvano scanner 4a.
[0023]
The galvano scanner 4a can swing the traveling direction of the laser beam in a two-dimensional direction. The laser beam Lba emitted from the galvano scanner 4 a is converged by the fθ lens 5 a and irradiated onto the surface of the workpiece 6 held on the XY stage 7.
[0024]
The laser beam Lbb diffracted at another diffraction angle and emitted from the optical deflector 2 is reflected by the folding mirror 3b, is swung in the two-dimensional direction by the galvano scanner 4b, is converged by the fθ lens 5b, and is converged by the XY stage. The surface of the workpiece 6 held on the surface 7 is irradiated. Note that a variable attenuator may also be provided on the optical path of the laser beam Lbb.
[0025]
The workpiece 6 is, for example, a printed board in which an inner wiring layer is embedded in a resin layer. By irradiating the laser beam, holes, grooves, and the like can be formed on the surface of the workpiece 6. The XY stage 7 moves the workpiece 6 in a plane parallel to the surface of the workpiece 6. The position of the surface of the workpiece to be irradiated with the laser beam can be moved by appropriately operating the galvano scanners 4a, 4b, the XY stage 7, or both.
[0026]
In addition, although the example in which the laser beams Lba and Lbb are applied to one processing object 6 will be described, the laser beams Lba and Lbb may be applied to different processing objects. Two XY stages may be used so as to hold each workpiece.
[0027]
The laser beam Lb0 emitted from the optical deflector 2 without being diffracted is incident on the partial reflecting mirror 11, a part (for example, 1%) is reflected to become the laser beam Lb1, and is incident on the monitor 12, and the rest (for example, 99%). ) Passes through and enters the beam damper 13. The beam damper 13 absorbs the incident laser beam and converts it into heat, and becomes the end of the optical path of the laser beam Lb0.
[0028]
The monitor 12 measures the intensity of the laser beam Lb1. As will be described later with reference to FIG. 4, the monitor 12 is used to select a pulse having a peak intensity suitable for processing and irradiate the processing target. As the monitor 12, a so-called power meter can be used. The power meter includes, for example, a photodiode that measures the amount of laser beam. The intensity data measured by the monitor 12 is transmitted to the control device 8.
[0029]
Next, a method for controlling the optical deflector will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a timing chart of the control signal sig1 input to the laser light source, the control signal sig2 input to the high-frequency signal generator, the frequency f of the electric signal RF applied to the optical deflector, and the laser beams Lb, Lba, and Lbb. An example is shown. The vertical axis of the timing chart of the laser beam indicates the intensity of the laser beam.
[0030]
Time t₁₀In addition, when the control signal sig1 rises, the emission of the first pulse of the laser beam Lb starts. The intensity of the laser beam Lb is the time t₁₀To time t₁₁From zero to the peak value W until time t₁₁From time t when the control signal sig1 falls₁₄Until the time t₁₄To time t₁₅In the meantime, it decreases from W to zero.
[0031]
Then time t₂₀Then, the control signal sig1 rises again, and the emission of the second pulse of the laser beam Lb starts. The intensity of the laser beam Lb is the time t₂₀T to time₂₁From zero to peak value W during time t₂₁From time t when the control signal sig1 falls₂₄Is constant at W until time t₂₄T to time₂₅During the period from W to zero.
[0032]
The pulse width of each pulse of the laser beam Lb (time t₁₀To time t₁₅Length, time t₂₀To time t₂₅For example) is about 100 μs, and the rise time (time t)₁₀To time t₁₁Length, time t₂₀To time t₂₁Length) and fall time (time t)₁₄To time t₁₅Length, time t₂₄To time t₂₅For example, it is about 20 to 30 μs.
[0033]
Time t when the intensity of the first pulse becomes constant₁₁To time t₁₄Time t included in the period up to₁₂To time t₁₃In the period up to, the control signal sig2 is output, and the electric signal of the frequency fa is applied from the high frequency signal generator to the optical deflector. While the electric signal having the frequency fa is applied, the laser beam Lba is emitted from the optical deflector.
[0034]
The pulse width of the laser beam Lba (time t₁₂To time t₁₃For example) is about 20 μs. Since the rise and fall time of the optical deflector is about 1 μs, the pulse of the laser beam Lba can be sharply rise and fall compared to the pulse of the laser beam Lb.
[0035]
Time t when the intensity of the second pulse becomes constant₂₁To time t₂₄Time t included in the period up to₂₂To time t₂₃In the period up to, the control signal sig2 is output, and an electric signal having a frequency fb is applied from the high frequency signal generator to the optical deflector. While the electric signal having the frequency fb is applied, the laser beam Lbb is emitted from the optical deflector.
[0036]
Pulse width of laser beam Lbb (time t₂₂T to time₂₃Is about 20 μs, for example. Note that the pulse widths of the laser beams Lba and Lbb may be set to different lengths.
[0037]
In this way, the laser beam emitted from the laser light source can be incident on one optical deflector, diffracted at two different diffraction angles, distributed to two axes, and biaxial processing can be performed. The number of laser beam deflecting devices can be made smaller than the number of machining axes.
[0038]
It is also possible to perform laser processing with three or more axes by using one optical deflector and distributing laser beams at three or more different diffraction angles. Since the number of deflecting devices is small, the optical axis can be easily adjusted, and the size and cost of the device can be reduced.
[0039]
Since the pulses of the laser beams Lba and Lbb distributed by the optical deflector have steep rising and falling edges, the amount of energy applied to the object to be processed can be easily controlled, and high-quality processing can be performed.
[0040]
The method of distributing one pulse of the laser beam Lb to either the laser beam Lba or Lbb has been described. However, a part of one pulse of the laser beam Lb is distributed to the laser beam Lba, and another part is laser beam Lbb. You can also sort them into
[0041]
With reference to the timing chart of FIG. 3, the control method of the optical deflector in such a case will be described.
[0042]
Time t₃₀At the same time, emission of a pulse with the laser beam Lb starts. The intensity of the laser beam Lb is the time t₃₀To time t₃₁From zero to the peak value W until time t₃₁To time t₃₆Is constant at W until time t₃₆To time t₃₇In the meantime, it decreases from W to zero.
[0043]
Time t when the pulse intensity becomes constant₃₁To time t₃₆Time t included in the period up to₃₂To time t₃₃In the period up to, the control signal sig2 is output, and the electric signal of the frequency fa is applied from the high frequency signal generator to the optical deflector. While the electric signal having the frequency fa is applied, the laser beam Lba is emitted from the optical deflector.
[0044]
And time t₃₃To time t₃₆Time t included in the period up to₃₄To time t₃₅In the period up to, the control signal sig2 is output, and an electric signal having a frequency fb is applied from the high frequency signal generator to the optical deflector. While the electric signal having the frequency fb is applied, the laser beam Lbb is emitted from the optical deflector.
[0045]
Pulse widths of the laser beams Lba and Lbb (time t₃₂To time t₃₃Length, time t₃₄To time t₃₅For example) is about 10 μs. The pulse widths of the laser beams Lba and Lbb may be set differently.
[0046]
In this way, it is possible to perform biaxial machining by assigning a part of one pulse of the laser beam to a machining axis and another part to another machining axis. One pulse may be distributed to three or more machining axes.
[0047]
When irradiating a certain amount of energy to the workpiece, if it is irradiated with one shot, it may not be processed into a good shape due to the effect of heat storage. It is preferable to divide into a plurality of shots and irradiate with time to suppress the influence of heat storage. In the method described with reference to FIG. 3, laser irradiation can be performed while suppressing the influence of heat storage without degrading time efficiency, as described below, as compared with the method described with reference to FIG. 2.
[0048]
For example, consider that the laser beam Lba and Lbb are each irradiated with a laser beam Lba by 20 μs while two pulses of the laser beam Lb are emitted.
[0049]
In the method described with reference to FIG. 2, for example, the first pulse of the laser beam Lb is irradiated with one shot of a 20 μs pulse of the laser beam Lba, and the second pulse of the laser beam Lb is irradiated with 20 μs of the laser beam Lbb. One shot of pulse is irradiated.
[0050]
On the other hand, in the method described with reference to FIG. 3, for example, the first pulse of the laser beam Lb is irradiated with a 10 μs pulse of the laser beams Lba and Lbb one shot at a time, and the second pulse of the laser beam Lb is irradiated with the laser. A 10 μs pulse of the beams Lba and Lbb can be irradiated one shot at a time. In the processing time equivalent to the method of FIG. 2, the laser can be irradiated while reducing the influence of heat storage.
[0051]
Next, with reference to FIG. 4, a laser processing method capable of irradiating a processing object with only a pulse having a peak intensity suitable for processing will be described.
[0052]
FIG. 4 shows the control signal sig1 input to the laser light source, the control signal sig2 input to the high frequency signal generator, the frequency f of the electric signal RF applied to the optical deflector, the laser beams Lb, Lba, Lbb, and Lb1. An example of a timing chart is shown.
[0053]
As shown in the figure, the peak intensities of the pulses p1, p3, and p5 of the laser beam Lb are W, the peak intensity of the pulse p2 is a value lower than Wl, and the peak intensity of the pulse p4 is a value higher than Wh ( Wl <W <Wh). There are variations in the peak intensity of the plurality of pulses.
[0054]
Correspondingly, in the laser beam Lb1 whose intensity is measured by the monitor 12 in FIG. 1A, the peak intensities of the pulses p1, p3, and p5 are w, and the peak intensity of the pulse p2 is a value lower than wl. And the peak intensity of the pulse p4 exceeds wh (wl <w <wh).
[0055]
In general, there is a peak intensity range suitable for processing depending on the material of the processing object. Here, if the peak intensity of a pulse of the laser beam Lb1 is within the range from wl to wh, the pulse is suitable for machining (after being distributed to the machining axis by an optical deflector, suitable for machining. The explanation is continued on the assumption that the surface to be processed is irradiated with a high intensity.
[0056]
Time t₄₀At the same time, emission of the pulse p1 of the laser beam Lb starts. As described above, the intensity of the pulse p1 increases from the start of emission and reaches a peak value, and remains constant for a predetermined period with the peak value.
[0057]
Time t₄₁Indicates a certain point in time when the intensity of the pulse p1 reaches a certain level and a little time elapses. If the rise time of the pulse p1 is 25 μs, for example, the time t₄₁For example, time t₄₀Is set to a time point 30 μs later.
[0058]
Time t₄₁, The monitor 12 measures the intensity of the laser beam Lb1, and transmits the measured value w to the control device 8 shown in FIG. The control device 8 recognizes that the measured value of the intensity of the pulse received from the monitor 12 is suitable for processing if it is within the range from wl to wh, and is suitable for processing if it is outside the range from wl to wh. Not accredited.
[0059]
Since the measured value w is in the range from wl to wh, the pulse p1 is certified as suitable for processing. As described with reference to FIG. 3, the pulse p <b> 1 certified as suitable for processing is distributed to the laser beams Lba and Lbb and irradiated onto the object to be processed.
[0060]
Time t₅₀At the same time, the emission of the pulse p2 starts. Time t₅₁Indicates a certain point in time when the intensity of the pulse p2 reaches a certain level and a little time elapses. Time t₅₁, The monitor 12 measures the intensity of the laser beam Lb1 and transmits it to the control device 8. Since the peak intensity of the pulse p2 is less than wl and outside the range from wl to wh, the controller 8 recognizes that the pulse p2 is not suitable for processing.
[0061]
When it is determined that the pulse is not suitable for processing, the control device 8 does not send out the control signal sig2 for starting the high-frequency signal generator. While the pulse p2 is emitted, the optical deflector does not distribute the laser beam Lb into the laser beams Lba and Lbb, and the workpiece is not irradiated with the laser.
[0062]
Thereafter, in the same manner, time t₆₀, T₇₀, T₈₀For pulses p3, p4, and p5 that start emission at a certain time t when the pulse intensity reaches a certain level and a little time elapses₆₁, T₇₁, T₈₁In addition, the monitor 12 measures the intensity of the laser beam Lb1, and the control device 8 determines whether the intensity of each pulse is included in the predetermined range.
[0063]
Pulses p3 and p5 having a peak intensity w are recognized as being suitable for processing and are irradiated on the processing object, and a pulse p4 having a peak intensity exceeding wh is recognized as being unsuitable for processing and becomes a processing object. Not irradiated.
[0064]
Thus, for each pulse, the pulse intensity measured by the monitor after a predetermined time from the start of pulse emission is inspected to determine whether it is within a predetermined range. Irradiate so that the workpiece is not irradiated unless it is within the range. It is possible to avoid irradiation with a pulse having an inferior intensity and prevent the processing from being performed appropriately. Stable processing quality can be obtained.
[0065]
Although an example in which the intensity is measured at one time point for each pulse has been described, the intensity may be measured at two or more time points to check whether the integrated value of the intensity is within a predetermined range.
[0066]
The intensity measurement may be performed near the rising edge of each pulse, and may be performed during the time between the pulses being distributed to the machining axes. That is, after the pulse is distributed to the first machining axis, the intensity is inspected again, and if it is within a suitable range, the distribution to the second machining axis may be performed. Although the possibility is low, even when the control signal sig1 is continuously input, it can be detected when an abnormality occurs in which the intensity of the pulse is lowered midway.
[0067]
The intensity of one entire pulse (from rising to falling) may be inspected using a time that cannot be used for processing, such as a time for placing the workpiece on the XY stage.
[0068]
In addition to the configuration shown in FIG. 1, the monitor can be installed in various ways. 5A, 5B, and 6 show a configuration according to a modification.
[0069]
As shown in FIG. 5A, the laser beam emitted from the optical deflector 2 is partially transmitted by the partial reflecting mirror 11 and incident on the monitor 12, and the rest is reflected and incident on the beam damper 13. May be.
[0070]
As shown in FIG. 5B, the intensity of the laser beam emitted from the optical deflector 2 may be incident on the variable attenuator 14 and appropriately reduced in intensity and incident on the monitor 12 to measure the intensity.
[0071]
Further, as shown in FIG. 6, a partial reflection mirror 11 is provided in the optical path between the laser light source 1 and the optical deflector 2, and the intensity of the laser beam reflected by the partial reflection mirror 11 is incident on the monitor 12. You may make it measure.
[0072]
Furthermore, even if the partial reflection mirrors 15a and 15b and the monitors 16a and 16b are installed in the optical paths of the laser beams Lba and Lbb irradiated to the workpiece 6, respectively, the intensity of the laser beam on the machining axis is measured. Good.
[0073]
Thus, if a monitor is installed in the optical path of the machining axis, it can be inspected whether the optical deflector 2 normally distributes the laser beam to the machining axis. However, in order to select a normal intensity laser beam and distribute it to the machining axis, a monitor 12 capable of measuring the intensity of the laser is required before the optical deflector 2 is allocated.
[0074]
Data of the intensity measured by the monitors 16a and 16b may be sent to the control device 8, and when an abnormality is detected in the intensity on the machining axis, the laser emission may be stopped so that defective machining is not continued.
[0075]
As a laser light source that emits a pulse laser beam, a harmonic solid-state laser or the like can be used in addition to the carbon dioxide laser.
[0076]
A laser light source that emits a continuous wave laser beam such as a semiconductor laser can also be used. Also for a continuous wave laser beam, the optical axis can be distributed by an optical deflector, and can be distributed to a processing axis when the intensity of the beam is within a predetermined range in the same manner as a pulse laser beam.
[0077]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0078]
【The invention's effect】
The laser beam emitted from the laser light source is distributed to a plurality of optical axes using one deflecting device. Provided is a laser processing apparatus capable of multi-axis processing in which the number of laser light deflecting devices is suppressed to a minimum of one. Since the number of deflection devices can be reduced, the optical axis can be easily adjusted.
[0079]
The intensity of the laser beam is measured, and if the intensity is within a predetermined range, the laser beam is distributed to a plurality of machining axes. A laser beam having an intensity suitable for processing can be selected to irradiate the processing surface. Provided is a laser processing apparatus capable of performing multi-axis processing and obtaining stable processing quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment, and FIG. 1B is a diagram for explaining an operation principle of an acousto-optic deflector.
FIG. 2 is an example of a timing chart when performing laser processing using the laser processing apparatus according to the embodiment to distribute the first and second pulses of the laser beam to the first and second processing axes, respectively.
FIG. 3 is an example of a timing chart when performing laser processing that distributes one pulse of a laser beam to first and second processing axes using the laser processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 4 is an example of a timing chart when performing laser processing using a monitor using the laser processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 5A is a schematic diagram showing a part of a laser processing apparatus according to a modification of the embodiment, and FIG. 5B shows a part of a laser processing apparatus according to another modification of the embodiment. FIG.
FIG. 6 is a schematic view of a laser processing apparatus according to still another modification of the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Laser light source
2a Sorting device
2 Optical deflector
3a, 3b Folding mirror
4a, 4b Galvano scanner
5a, 5b fθ lens
6 Processing object
7 XY stage
8 Control device
9 High-frequency signal generator
10 Variable attenuator
11 Partial reflector
12 Monitor
13 Beam damper

Claims

レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームを入射させ、外部からの制御信号に基づき、第１の時間帯には第１の光軸に沿って進行するレーザビームを出射し、第２の時間帯には第２の光軸に沿って進行するレーザビームを出射する振り分け装置と、
前記振り分け装置から出射して第１の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させ、前記振り分け装置から出射して第２の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させるための移動機構と
前記振り分け装置に前記制御信号を送出する制御装置と
を有し、
前記振り分け装置は、音響光学偏向器または電気光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させるレーザ加工装置。A laser light source for emitting a laser beam;
A laser beam emitted from the laser light source is made incident, and a laser beam traveling along the first optical axis is emitted in a first time zone based on a control signal from the outside, and in a second time zone. A sorting device that emits a laser beam traveling along the second optical axis;
The position where the laser beam emitted from the sorting device and traveling along the first optical axis enters the workpiece is moved within the surface of the workpiece, and is emitted from the sorting device to emit the second light. A moving mechanism for moving the position where the laser beam traveling along the axis is incident on the object to be processed within the surface of the object to be processed and a control device for sending the control signal to the sorting device;
The sorting apparatus includes an optical deflector using an acousto-optic deflector or an electro-optic deflector, and a laser beam that travels along the first optical axis and a laser beam that travels along the second optical axis. And a laser processing apparatus that emits light from one optical deflector.

さらに、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームの強度が高い方のレーザビームの光路中に設置され、レーザビームのパワーを可変な減衰率で減衰させることができる減衰器を有する請求項１に記載のレーザ加工装置。Further, the laser beam traveling along the first optical axis and the laser beam traveling along the second optical axis are installed in the optical path of the higher laser beam, and the laser beam power is variable. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising an attenuator capable of attenuating at a suitable attenuation rate.

さらに、
前記レーザ光源がパルスレーザビームを出射し、
前記制御装置は、前記振り分け装置が、入射したレーザビームの１つのパルスの時間幅内に、前記第１の時間帯と第２の時間帯とが、少なくとも１つずつ含まれるように、前記振り分け装置を制御する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。further,
The laser light source emits a pulsed laser beam;
The control device is configured so that the distribution device includes at least one of the first time zone and the second time zone within a time width of one pulse of the incident laser beam. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is controlled.

さらに、
前記レーザ光源から出射したレーザビームの強度を測定するためのモニタを有し、
前記制御装置は、前記レーザ光源がレーザビームの出射を開始してから出射が継続しているある時点までの少なくとも一時点について前記モニタが測定したレーザビームの強度と基準強度範囲とを比較し、測定された強度が前記基準強度範囲内である場合は、前記振り分け装置が出射を継続しているレーザビームを前記第１または第２の光軸に振り分けるように、前記振り分け装置を制御し、測定された強度が前記基準強度範囲外である場合は、前記振り分け装置がレーザビームを前記第１及び第２の光軸に振り分けないように、前記振り分け装置を制御する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。further,
A monitor for measuring the intensity of the laser beam emitted from the laser light source;
The control device compares the intensity of the laser beam measured by the monitor and a reference intensity range at least at a temporary point from when the laser light source starts emitting the laser beam to when the emission continues. When the measured intensity is within the reference intensity range, the distribution device is controlled so as to distribute the laser beam, which is continuously emitted, to the first or second optical axis. 3. The distribution device according to claim 1, wherein when the intensity is out of the reference intensity range, the distribution device is controlled so that the distribution device does not distribute the laser beam to the first and second optical axes. Laser processing equipment.

さらに、
前記レーザ光源がパルスレーザビームを出射し、
前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームの強度を測定するためのモニタを有し、
前記制御装置は、前記レーザ光源がレーザビームの１つのパルスの出射を開始してから該パルスの出射が継続しているある時点までの少なくとも一時点について前記モニタが測定した該パルスの強度と基準強度範囲とを比較し、測定された強度が前記基準強度範囲内である場合は、該パルスが出射を継続している時間幅内に、前記第１の時間帯と第２の時間帯とが、少なくとも１つずつ含まれるように、前記振り分け装置を制御し、測定された強度が前記基準強度範囲外である場合は、前記振り分け装置が該パルスを前記第１及び第２の光軸に振り分けないように、前記振り分け装置を制御する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。further,
The laser light source emits a pulsed laser beam;
A monitor for measuring the intensity of the pulsed laser beam emitted from the laser light source;
The control device includes the intensity and reference of the pulse measured by the monitor at least at a point in time from when the laser light source starts emitting one pulse of the laser beam to when the pulse emission continues. When the measured intensity is within the reference intensity range, the first time zone and the second time zone are within the time width during which the pulse continues to be emitted. The distribution device is controlled to include at least one, and when the measured intensity is outside the reference intensity range, the distribution device distributes the pulse to the first and second optical axes. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the distribution apparatus is controlled so as not to exist.