JP2006082125A - Image transfer type laser beam machining apparatus and its machining method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a laser beam machining apparatus and a laser beam machining method by which a prescribed machining shape is left as it is while keeping the quality of machining even in the case the focus is adjusted by moving a beam shaping mask in accordance with the height of a work in this image transfer type laser beam machining apparatus. <P>SOLUTION: This apparatus is provided with a laser beam oscillator 1 for radiating a laser beam, an aperture consisting of an iris diaphragm 2 with which the laser beam radiated from the laser beam oscillator 1 is passed through only the range of a specified open aperture and the open aperture is changed large and small and an adjusting means 12, an image forming lens 4 for forming the image of the laser beam passed through the aperture and a moving means 7 for changing a physical distance to the image forming lens 4 of the aperture to the advancing direction of the laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザー発振器から出力されたレーザービームが、光路中に挿入されたアパーチャを通過してワークに転写されることでワークの加工を行う像転写式レーザー加工装置および方法に関するものである。   The present invention relates to an image transfer laser processing apparatus and method for processing a workpiece by transferring a laser beam output from a laser oscillator to the workpiece through an aperture inserted in an optical path.

図８は、従来の像転写式レーザー加工装置の構成図である。レーザー発振器１から出力された矢印方向のレーザービームはレーザービーム整形用のマスク１８を通過することにより所望の形状のレーザービームに整形され、ミラー３によって反射された後、整形されたレーザービームは結像用レンズ４により集光され、ＸＹテーブル５上に載置されたワーク６の表面上にレーザービーム２が到達することにより加工を行うことができる。このような像転写式レーザー加工装置においては、レーザービーム整形用のマスク１８の形状を正確にワーク６に転写しワーク６の除去加工を行うために、レーザービームの焦点をワーク６の表面に合わせる必要がある。   FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional image transfer type laser processing apparatus. The laser beam in the direction of the arrow outputted from the laser oscillator 1 passes through a laser beam shaping mask 18 to be shaped into a laser beam having a desired shape, and after being reflected by the mirror 3, the shaped laser beam is combined. Processing can be performed by the laser beam 2 reaching the surface of the workpiece 6 which is condensed by the image lens 4 and placed on the XY table 5. In such an image transfer type laser processing apparatus, the laser beam is focused on the surface of the workpiece 6 in order to accurately transfer the shape of the mask 18 for laser beam shaping to the workpiece 6 and to remove the workpiece 6. There is a need.

図９は従来の第１の像転写式レーザー加工装置の構成図である。図９に示したように、例えば結像用レンズ４を光軸方向に移動させる駆動装置２１を備えることにより、レーザービームの焦点がワーク６の表面上となるように合わせる技術がある。（以下、従来技術１と呼ぶ）。   FIG. 9 is a block diagram of a conventional first image transfer laser processing apparatus. As shown in FIG. 9, for example, there is a technique for adjusting the laser beam so that the focal point of the laser beam is on the surface of the workpiece 6 by providing a driving device 21 that moves the imaging lens 4 in the optical axis direction. (Hereinafter referred to as Conventional Technology 1).

また図１０は、従来の第２の像転写式レーザー加工装置の構成図である。図１０に示すように、結像用レンズ４ではなく、レーザービーム整形用のマスク１８を光軸方向に移動させる移動手段７を備えることにより、レーザービームの焦点をワーク６の表面に合わせ、レーザービーム整形のマスク１８の形状を正確にワーク６に転写し、ワーク６の除去加工を行うレーザー加工装置およびレーザー加工方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。（以下、従来技術２と呼ぶ）   FIG. 10 is a block diagram of a conventional second image transfer type laser processing apparatus. As shown in FIG. 10, a moving means 7 for moving the laser beam shaping mask 18 in the optical axis direction instead of the imaging lens 4 is provided, so that the laser beam is focused on the surface of the workpiece 6 and the laser beam is focused. A laser processing apparatus and a laser processing method for accurately transferring the shape of the beam shaping mask 18 to the workpiece 6 and removing the workpiece 6 are disclosed (for example, see Patent Document 1). (Hereinafter referred to as Conventional Technology 2)

特開２０００−２６３２６１号公報（第４〜７頁、第１図）JP 2000-263261 (pages 4-7, FIG. 1)

像転写式レーザー加工装置において、加工穴の真円度や断面形状などの加工品質を保ちつつ良好に加工を行うには、レーザービームの焦点位置をワークの表面もしくは特定の位置に固定させる必要がある。特に多層基板の加工において、多層基板はその層数により厚さがまちまちであるため、特にレーザービームの焦点をワーク表面に固定する技術が重要となってきている。   In image transfer type laser processing equipment, it is necessary to fix the focal point of the laser beam to the surface of the workpiece or a specific position in order to perform processing well while maintaining the processing quality such as the roundness of the processing hole and the cross-sectional shape. is there. Particularly in processing of a multilayer substrate, since the thickness of the multilayer substrate varies depending on the number of layers, a technique for fixing the focal point of the laser beam on the workpiece surface has become important.

従来技術１においては、焦点位置をワーク表面に一致させるために、結像用レンズと共に、結像用レンズ周辺にある、ワークからのスパッタによる結像用レンズの汚れを防ぐための集塵装置や、レーザーによる切断・穴あけ品質を向上させるための加工ガス供給機構や、加工速度向上のためのガルバノスキャンミラーなどの光学部品を一緒に移動させる必要があり、移動させる部品が体積・重量とも非常に大きくなり、移動手段は大型で、かつ大きなトルクを発生させられる大型サーボモータにする必要があった。   In the prior art 1, in order to make the focal position coincide with the surface of the workpiece, together with the imaging lens, a dust collector for preventing the imaging lens around the imaging lens from being contaminated by sputtering from the workpiece, , It is necessary to move together the optical parts such as the processing gas supply mechanism for improving the cutting and drilling quality by the laser and the galvano scan mirror for improving the processing speed. Therefore, the moving means has to be a large servo motor capable of generating a large torque and generating a large torque.

さらに、必要とされる焦点位置の移動量と結像用レンズの移動量は、ほぼ１対１で対応しており、焦点裕度が非常に狭い加工、例えば、パッケージ分野における多層基板のエポキシ樹脂層４０μｍ厚に穴径φ４０μｍの加工を行う場合においては、レーザー加工における焦点裕度は約±１０μｍであるので、１０μｍ程度の精度で焦点位置をワーク表面と一致させる必要があり、結像レンズとその周辺部品も１０μｍ程度の精度で移動させる必要がある。よって、移動手段には位置決め精度の高いボールねじ等の移動手段が必要となり、移動手段が高価な物が必要であった。   Further, the required amount of movement of the focal position and the amount of movement of the imaging lens correspond approximately one-to-one, and processing with a very narrow focal margin, for example, an epoxy resin for multilayer substrates in the packaging field When processing with a hole diameter of 40 μm in a layer of 40 μm thickness, the focus tolerance in laser processing is about ± 10 μm, so it is necessary to match the focal position with the workpiece surface with an accuracy of about 10 μm. The peripheral parts also need to be moved with an accuracy of about 10 μm. Therefore, the moving means requires moving means such as a ball screw with high positioning accuracy, and the moving means is expensive.

一方、従来技術２にて示されるように、ビーム整形用マスクを移動させて焦点を合わせるものは、ビーム整形用マスクの周辺には集塵装置や加工ガス供給装置やガルバノスキャンミラーなどが存在しないため、移動させる必要があるものはビーム整形用マスクのみであり、体積・重量とも小さく、上記のような問題は発生しない。また、必要とされる焦点位置の移動量とビーム整形用マスクの移動量は、一般的な像転写式レーザー加工装置の構造ではほぼ１対１００以上で対応しており、移動手段に１０μｍ程度の精度は必要とされず、１ｍｍ程度（＝１０μｍ×１００）の精度があれば良いため、位置決め精度の高い移動手段を要求されることはない。   On the other hand, as shown in the prior art 2, there is no dust collector, processing gas supply device, galvano scan mirror, or the like around the beam shaping mask for focusing by moving the beam shaping mask. Therefore, only the beam shaping mask needs to be moved, and the volume and weight are both small, and the above problems do not occur. Further, the required amount of movement of the focal position and the amount of movement of the beam shaping mask correspond to approximately 1 to 100 or more in the structure of a general image transfer laser processing apparatus, and the moving means is about 10 μm. Since accuracy is not required and accuracy of about 1 mm (= 10 μm × 100) is sufficient, moving means with high positioning accuracy is not required.

しかし、ビーム整形用マスクを移動させて焦点を合わせた場合、焦点位置の移動量が大きくなるので、転写率の変化が大きく、ワークにおける加工形状が変化してしまうという問題があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、ワークの高さに応じてビーム整形用マスクを移動させて焦点を合わせた場合でも、加工品質を保ちつつ所定の加工形状のままにすることができるレーザー加工装置とレーザー加工方法を得ることを目的とする。 However, when focusing is performed by moving the beam shaping mask, the amount of movement of the focal position becomes large, so that there is a problem that the transfer rate changes greatly and the processed shape of the workpiece changes.
The present invention has been made to solve such a problem. Even when the beam shaping mask is moved in accordance with the height of the workpiece and focused, the predetermined machining shape is maintained while maintaining the machining quality. It is an object of the present invention to obtain a laser processing apparatus and a laser processing method that can be used.

この発明は、レーザービームを出射するレーザー発振器と、前記レーザー発振器から出射されたレーザービームを所定の形状の範囲内のみ通過させ、かつ前記形状を大小に変化させることが出来るアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザービームを被加工物に結像させる結像レンズと、前記アパーチャのレーザービームの進行方向に対する前記結像レンズまでの物理的距離を変更する移動手段とを備えたものである。   The present invention provides a laser oscillator that emits a laser beam, an aperture that allows the laser beam emitted from the laser oscillator to pass only within a predetermined shape range, and can change the shape to a large or small size, and the aperture. An imaging lens that forms an image of the laser beam that has passed through the workpiece and a moving unit that changes a physical distance to the imaging lens with respect to the traveling direction of the laser beam of the aperture.

この発明は、レーザービームを出射するレーザー発振器と、前記レーザー発振器から出射されたレーザービームを所定の形状の範囲内のみ通過させ、かつ前記形状を大小に変化させることが出来るアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザービームを被加工物に結像させる結像レンズと、前記アパーチャのレーザービームの進行方向に対する前記結像レンズまでの物理的距離を変更する移動手段とを備えたので、ワークの高さに応じて前記アパーチャを移動させて焦点を合わせた場合でも、加工品質を保ちつつ所定の加工形状のままにすることができる。   The present invention provides a laser oscillator that emits a laser beam, an aperture that allows the laser beam emitted from the laser oscillator to pass only within a predetermined shape range, and can change the shape to a large or small size, and the aperture. An imaging lens that forms an image of the laser beam that has passed through the workpiece, and a moving means that changes a physical distance to the imaging lens with respect to the traveling direction of the laser beam of the aperture. Accordingly, even when the aperture is moved in accordance with the focus, the predetermined machining shape can be maintained while maintaining the machining quality.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置を示す構成図である。図１において、レーザー発振器１から出力されたレーザービームは、アパーチャの一部を構成し、開口径が可変となりレーザービームを所望の形状に整形して通過させる虹彩絞り２を通過することで所望の形状に整形される。実施の形態１においては、虹彩絞り２の開口形状は円であるとする。また、アパーチャは虹彩絞り２と虹彩絞り２の開口径を調節する調整手段１２とから構成され、虹彩絞り２と調整手段１２から構成されるアパーチャは移動手段７によってレーザービームの光軸方向の位置が調節される。アパーチャの位置の調節と虹彩絞り２の開口径の調節については後述する。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing an image transfer type laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a laser beam output from a laser oscillator 1 constitutes a part of an aperture, passes through an iris diaphragm 2 that has a variable aperture diameter and passes the laser beam after shaping into a desired shape. Shaped into shape. In the first embodiment, it is assumed that the aperture shape of the iris diaphragm 2 is a circle. The aperture is composed of an iris diaphragm 2 and an adjusting means 12 for adjusting the aperture diameter of the iris diaphragm 2, and the aperture composed of the iris diaphragm 2 and the adjusting means 12 is positioned by the moving means 7 in the optical axis direction of the laser beam. Is adjusted. The adjustment of the aperture position and the adjustment of the aperture diameter of the iris diaphragm 2 will be described later.

虹彩絞り２を通過したレーザービームは、単数もしくは複数のミラー３により結像用レンズ４へ導かれる。また、図示していないが、ミラー３と結像用レンズ４との間に、ガルバノスキャンミラーを設けてもよい。結像用レンズ４を通過したレーザービームは、ＸＹ方向に可動するＸＹテーブル５上に載置された被加工物であるワーク６表面に到達し、虹彩絞り２の形状がワーク６表面に転写される。   The laser beam that has passed through the iris diaphragm 2 is guided to the imaging lens 4 by one or a plurality of mirrors 3. Although not shown, a galvano scan mirror may be provided between the mirror 3 and the imaging lens 4. The laser beam that has passed through the imaging lens 4 reaches the surface of the workpiece 6 that is a workpiece placed on the XY table 5 that is movable in the XY directions, and the shape of the iris diaphragm 2 is transferred to the surface of the workpiece 6. The

虹彩絞り２と調節手段１２とからなるアパーチャの位置の調整について説明する。
アパーチャは、移動手段７によってレーザービームの光軸方向の移動がなされる。移動手段７は虹彩絞り２を配置した可動台８、第一のボールネジの軸９、第一のサーボモータ１０から構成される。
可動台８は、移動手段７の構成をなす第１のボールネジの軸方向の可動部分をも構成しており、レーザービームの光軸方向に配設された第１のボールネジの軸９が回転することで可動台８及び可動台８に固定された虹彩絞り２をレーザービームの光軸方向に動作させることが出来る。第１のボールネジの軸９を回転させるために、第１のサーボモータ１０が配設され、第１のサーボモータ１０が回転することで第１のボールネジの軸９を回転させるよう連結されている。第１のボールネジの軸９は固定台１１に回転可能に固定され、第１のサーボモータ１０も固定台１１に固定されている。
したがって、第１のサーボモータ１０の回転位置を調整することで、アパーチャの一部を構成する虹彩絞り２から結像用レンズ４までの物理的距離を調整することが可能となる。 The adjustment of the position of the aperture composed of the iris diaphragm 2 and the adjusting means 12 will be described.
The aperture is moved in the optical axis direction of the laser beam by the moving means 7. The moving means 7 includes a movable base 8 on which the iris diaphragm 2 is disposed, a first ball screw shaft 9, and a first servo motor 10.
The movable table 8 also constitutes a movable part in the axial direction of the first ball screw constituting the moving means 7, and the shaft 9 of the first ball screw disposed in the optical axis direction of the laser beam rotates. Thus, the movable base 8 and the iris diaphragm 2 fixed to the movable base 8 can be operated in the optical axis direction of the laser beam. In order to rotate the shaft 9 of the first ball screw, a first servo motor 10 is provided and connected so as to rotate the shaft 9 of the first ball screw by rotating the first servo motor 10. . The shaft 9 of the first ball screw is rotatably fixed to the fixed base 11, and the first servo motor 10 is also fixed to the fixed base 11.
Therefore, by adjusting the rotational position of the first servo motor 10, it is possible to adjust the physical distance from the iris diaphragm 2 constituting a part of the aperture to the imaging lens 4.

アパーチャの一部を構成する虹彩絞り２の開口径の調整について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置の虹彩絞り２の開口径を調整する調整手段１２の拡大図である。図２は図１において矢印Ａ−Ａから調整手段１２を見たものである。 Adjustment of the aperture diameter of the iris diaphragm 2 constituting a part of the aperture will be described.
FIG. 2 is an enlarged view of the adjusting means 12 for adjusting the aperture diameter of the iris diaphragm 2 of the image transfer type laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 shows the adjusting means 12 viewed from the arrow AA in FIG.

虹彩絞り２は、絞り調整レバー１３の位置を左右方向に移動させることでその開口径が変化する構成となっている。そして絞り調整レバー１３は第２のボールネジの可動部をかねており、左右方向に配置された第２のボールネジの軸１４が回転することで、第２のボールネジの可動部である絞り調整レバー１３を左右に移動させ、虹彩絞り２の開口径を大小に変化させることが出来る。第２のボールネジの軸１４を回転させるために、第２のサーボモータ１５が配設され、第２のサーボモータ１５が回転することで第２のボールネジの軸１４を回転させるよう連結されている。第２のボールネジの軸１４は可動台８に回転可能に固定され、第２のサーボモータ１５も可動台８に固定されている。
したがって、第２のサーボモータ１５の回転位置を調整することで、虹彩絞り２の開口径を調整することが可能となる。 The iris diaphragm 2 has a configuration in which the aperture diameter is changed by moving the position of the diaphragm adjustment lever 13 in the left-right direction. The diaphragm adjusting lever 13 also serves as a movable part of the second ball screw. When the shaft 14 of the second ball screw arranged in the left-right direction rotates, the diaphragm adjusting lever 13 which is the movable part of the second ball screw is moved. By moving the iris diaphragm 2 left and right, the aperture diameter of the iris diaphragm 2 can be changed between large and small. In order to rotate the shaft 14 of the second ball screw, a second servo motor 15 is provided and connected so as to rotate the shaft 14 of the second ball screw by rotating the second servo motor 15. . The shaft 14 of the second ball screw is rotatably fixed to the movable table 8, and the second servo motor 15 is also fixed to the movable table 8.
Therefore, it is possible to adjust the aperture diameter of the iris diaphragm 2 by adjusting the rotational position of the second servomotor 15.

上記によって虹彩絞り２の位置と開口径の調整をすることでワーク６の加工点近傍の表面高さに基づいて適切な焦点位置と加工径とになるようにすることが可能である。
尚、本実施の形態においては、加工点近傍のワーク６の表面高さを測定するためのセンサー１６とワーク６の表面高さのデータ情報に基づいて虹彩絞り２の位置と開口径の制御を行う制御手段１７によって自動的に虹彩絞り２の位置と開口径の調節が行われる。
具体的にはセンサー１６が加工点近傍のワーク６の表面高さを測定し、そのワーク６の表面高さのデータ情報を制御手段１７に出力する。制御手段１７は入力されたワーク６の加工点近傍の表面高さに基づいて適切な焦点位置と加工径とになるよう、計算した上で、第１のサーボモータ１０と第２のサーボモータ１５の回転位置を駆動信号により制御することで、虹彩絞り２の位置と開口径の調整が行われる。制御手段１７の機能の詳細については後述する。 By adjusting the position of the iris diaphragm 2 and the aperture diameter as described above, it is possible to achieve an appropriate focal position and machining diameter based on the surface height of the workpiece 6 near the machining point.
In the present embodiment, the position and aperture diameter of the iris diaphragm 2 are controlled based on the sensor 16 for measuring the surface height of the workpiece 6 near the machining point and the data information on the surface height of the workpiece 6. The position and aperture diameter of the iris diaphragm 2 are automatically adjusted by the control means 17 that performs the adjustment.
Specifically, the sensor 16 measures the surface height of the workpiece 6 near the machining point, and outputs data information on the surface height of the workpiece 6 to the control means 17. The control means 17 calculates the first focal point motor and the second servo motor 15 after calculating so as to obtain an appropriate focal position and machining diameter based on the surface height near the machining point of the input workpiece 6. The position of the iris diaphragm 2 and the aperture diameter are adjusted by controlling the rotation position of the iris diaphragm 2 by the drive signal. Details of the function of the control means 17 will be described later.

次に、具体的な数値例を用いて、この実施の形態１の虹彩絞り２の位置と開口径の調整動作を説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置の虹彩絞り２の位置と開口径の調整動作を示す図である。図３（ａ）はレーザービームの焦点をワーク６の高さ２ｍｍにあわせた場合、図３（ｂ）は、レーザービームの焦点をワーク６の高さ２．５ｍｍにあわせた場合のものである。
図３における像転写式レーザー加工装置に示されている寸法の一例について説明する。本仕様は特殊なものでは無く、一般的な像転写式レーザー加工装置の仕様とほぼ同じオーダーの値である。
上記像転写式レーザー加工装置において、図３（ａ）に示す厚さ２ｍｍと図３（ｂ）に示す厚さ２．５ｍｍの段差を有する樹脂板に対し、穴径φ０．２ｍｍの貫通穴を形成する場合を説明する。 Next, the operation of adjusting the position and aperture diameter of the iris diaphragm 2 according to the first embodiment will be described using specific numerical examples.
FIG. 3 is a diagram showing an adjustment operation of the position and aperture diameter of the iris diaphragm 2 of the image transfer type laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 3A shows the case where the focus of the laser beam is adjusted to the height of 2 mm of the workpiece 6, and FIG. 3B shows the case where the focus of the laser beam is adjusted to the height of the workpiece 6 of 2.5 mm. .
An example of dimensions shown in the image transfer laser processing apparatus in FIG. 3 will be described. This specification is not a special one, and is almost the same value as the specification of a general image transfer type laser processing apparatus.
In the image transfer type laser processing apparatus, a through-hole having a hole diameter of 0.2 mm is formed on a resin plate having a level difference of 2 mm shown in FIG. 3A and a thickness of 2.5 mm shown in FIG. The case of forming will be described.

まず、図３（ａ）中、ａ＝２０００．０００ｍｍは、虹彩絞り２から結像用レンズ４までの物理的距離の初期値であって虹彩絞り２の位置によって変動するものである。
同じく、ｆ＝１００．０００ｍｍは、結像用レンズ４の焦点距離（固定値）である。
ｂ＝１０５．２６３ｍｍは、ａが上記値の場合における結像用レンズ４から焦点位置までの光学的距離であり、一般的なレンズの公式である１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆの式（１）から求まるものである。
Ｙ＝３．８００ｍｍは、虹彩絞り２の開口径であり、左記の値は初期値であって変動可能なものである。
ｙ＝０．２００ｍｍ：虹彩絞り２の焦点位置における結像径であり、虹彩絞り２の開口径、ａ及びｂによって変化するものであり、一般的なレンズの公式から、Ｙ×ｂ／ａ＝ｙの式（２）にて求められる。
また、図中、ｃは結像用レンズ４からワーク５までの物理的距離であり、焦点裕度の範囲内でｃ＝ｂとなることで、加工穴の真円度や断面形状などの加工品質を保ちつつ良好に加工を行うことができる。 First, in FIG. 3A, a = 200.000 mm is an initial value of a physical distance from the iris diaphragm 2 to the imaging lens 4 and varies depending on the position of the iris diaphragm 2.
Similarly, f = 100.000 mm is the focal length (fixed value) of the imaging lens 4.
b = 105.263 mm is an optical distance from the imaging lens 4 to the focal position when a is the above value, and is a general lens formula 1 / a + 1 / b = 1 / f ( It is obtained from 1).
Y = 3.800 mm is the aperture diameter of the iris diaphragm 2, and the value on the left is an initial value that can be varied.
y = 0.200 mm: an imaging diameter at the focal position of the iris diaphragm 2, which varies depending on the aperture diameters of the iris diaphragm 2, a and b. From the general lens formula, Y × b / a = It is calculated | required by Formula (2) of y.
In the figure, c is a physical distance from the imaging lens 4 to the workpiece 5, and c = b within the range of the focus tolerance, thereby processing the roundness of the processing hole, the cross-sectional shape, and the like. Processing can be performed satisfactorily while maintaining quality.

また、実施の形態１では、高さ測定手段１６により測定されたワーク６表面の高さ情報を制御手段１７が入手し、その情報と上記式（１）および式（２）より求められる最適な虹彩絞り２の位置と開口径の計算を行うとともに、虹彩絞り２の移動や開口径調整を行う。以下、制御手段１７が行う処理についても上記寸法の一例に合わせて説明する。
図４は、本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置の制御手段１７の処理を示すフローチャートである。 In the first embodiment, the control unit 17 obtains the height information of the surface of the workpiece 6 measured by the height measuring unit 16, and the optimum information obtained from the information and the above formulas (1) and (2). While calculating the position and aperture diameter of the iris diaphragm 2, the iris diaphragm 2 is moved and the aperture diameter is adjusted. Hereinafter, processing performed by the control unit 17 will be described according to an example of the above dimensions.
FIG. 4 is a flowchart showing processing of the control means 17 of the image transfer type laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

まず、ステップＳ０１にて、加工スタートと共に、高さ測定手段１６により現在のワーク高さを測定し、その測定値を制御手段１７に送る。制御手段１７はその測定値を初期ワーク高さ基準値として設定する。
具体的には、高さ測定手段１６は、例えば非接触式のレーザー変位計であり、ワーク６がない状態からワーク６がセットされた状態でのレーザー変位計の示す値を測定値として制御手段１７に送る。
尚、この時点では高さ測定手段１６によって測定された測定値とレーザー加工装置の仕様から決まる値に基づいて、式（１）および式（２）に当てはめた場合に、各値は適正なものであったものとする。 First, in step S 01, when the machining is started, the current workpiece height is measured by the height measuring unit 16, and the measured value is sent to the control unit 17. The control means 17 sets the measured value as an initial workpiece height reference value.
Specifically, the height measuring unit 16 is, for example, a non-contact type laser displacement meter, and the control unit uses the value indicated by the laser displacement meter when the workpiece 6 is set from the state without the workpiece 6 as a measured value. Send to 17.
At this point, each value is appropriate when applied to Equation (1) and Equation (2) based on the measured value measured by the height measuring means 16 and the value determined from the specifications of the laser processing apparatus. It shall be.

上記仕様の加工機により、図３（ａ）に示すように、まず、ＸＹテーブル５上にワーク６を配置した後、レーザの焦点位置（結像位置）がワーク６（樹脂板）の２ｍｍの厚さの部分の表面になるように虹彩絞り２の位置と口径と調節されている。この状態にて、虹彩絞り２の開口径をφ３．８００ｍｍ、レーザパルス幅１００μｓ、レーザービームエネルギー１０ｍＪ、パルス数２０パルスをワーク６（樹脂板）に照射することにより、穴径φ０．２ｍｍの貫通穴の加工を行うことができる。尚、上記の結像用レンズ４から焦点位置までの光学的距離ｂと結像径ｙは、ワーク６（樹脂板）の２ｍｍの厚さの部分の表面になるようにした場合の設定値であり、その際、結像用レンズ４から焦点位置までの光学的距離ｂ＝結像用レンズ４からワーク５までの物理的距離ｃとなっている。   As shown in FIG. 3A, the work 6 is first placed on the XY table 5, and then the laser focal position (imaging position) is 2 mm of the work 6 (resin plate). The position and the diameter of the iris diaphragm 2 are adjusted so as to be the surface of the thickness portion. In this state, the aperture diameter of the iris diaphragm 2 is 3.800 mm, the laser pulse width is 100 μs, the laser beam energy is 10 mJ, and the number of pulses of 20 pulses is applied to the workpiece 6 (resin plate), thereby penetrating the hole diameter of 0.2 mm. Holes can be machined. The optical distance b from the imaging lens 4 to the focal position and the imaging diameter y are set values when the surface of the workpiece 6 (resin plate) is 2 mm thick. In this case, the optical distance b from the imaging lens 4 to the focal position is equal to the physical distance c from the imaging lens 4 to the workpiece 5.

その際、図４のステップＳ０２において、高さ測定手段１６は、定期的にワーク高さを測定し、測定値を制御手段１７に送る。ここで、定期的にとは、ＸＹテーブル５を連続的に移動させる場合には、例えば一定距離ＸＹテーブル５が移動する毎に測定したり、一定時間毎に測定したりしても良いし、ガルバノスキャンミラーを用いた場合は、ＸＹテーブル５によりスキャンエリアを変更する毎に測定しても良い。   At that time, in step S02 of FIG. 4, the height measuring means 16 periodically measures the workpiece height and sends the measured value to the control means 17. Here, when periodically moving the XY table 5, for example, it may be measured every time the XY table 5 is moved, or may be measured every certain time, When a galvano scan mirror is used, measurement may be performed every time the scan area is changed by the XY table 5.

次に、ステップＳ０３にて、制御手段１７は、ワーク高さ基準値と測定値とを比較して、その変化量が別途設定した判断値以上であるかどうかを比較する。現状態においては、ワーク高さに変動はなく判断値未満であるため、再度ステップＳ０２を実施する。ここで判断値とは、虹彩絞り２の移動や開口径の変更をさせるかどうかの判断値である。非常に焦点裕度の狭い加工においても±０．０１ｍｍの焦点裕度があるため、ワーク高さの変化量が０．０１ｍｍ以下であった場合は、加工品質は変化しないため、虹彩絞り１１の移動や開口径変更を行わず、現在の加工をそのまま進行する。駆動系の時間遅れによる焦点位置の追従遅れに伴う加工品質低下を防ぐため、判断値を小さく設定しても良い。また、判断値は各加工の焦点裕度の値により変化させても良い。   Next, in step S03, the control means 17 compares the workpiece height reference value with the measured value, and compares whether or not the amount of change is equal to or greater than a separately set judgment value. In the current state, the workpiece height does not vary and is less than the judgment value, so step S02 is performed again. Here, the judgment value is a judgment value for determining whether to move the iris diaphragm 2 or change the aperture diameter. Even in processing with a very narrow focus tolerance, there is a focus tolerance of ± 0.01 mm. Therefore, when the amount of change in the workpiece height is 0.01 mm or less, the machining quality does not change. The current machining is performed as it is without moving or changing the aperture diameter. The judgment value may be set small in order to prevent deterioration in processing quality due to delay in tracking the focal position due to time delay of the drive system. Further, the judgment value may be changed according to the focus tolerance value of each processing.

次に、図３（ｂ）のように、ワーク５（樹脂板）の２．５ｍｍの厚さの部分にφ０．２ｍｍの貫通穴の加工を行うため、ＸＹテーブル５をレーザービームの光軸方向とは直交に移動させることにより、結像用レンズ４の下がワーク６（樹脂板）の２．５ｍｍの厚さの部分となるよう移動させる。この状態では結像用レンズ４からワーク６の表面までの距離ｂと焦点位置（結像位置）ｃとが合っていないので真円度の良好なφ０．２ｍｍの加工は出来ないからである。
その際、図４のステップＳ０４にて、制御手段１７は、ワーク高さの変化量が判断値以上であったと判断し、式（１）および式（２）により虹彩絞り２の移動量や開口径の変更量を算出する。
結像用レンズ４からワーク６表面までの距離ｃは０．５ｍｍ小さくなり、１０４．７６３ｍｍとなっているので、所望の虹彩絞り２から結像用レンズ４までの距離ａは式（１）より以下の通りとなる。 Next, as shown in FIG. 3B, the XY table 5 is moved in the direction of the optical axis of the laser beam in order to process a through hole of φ0.2 mm in a 2.5 mm thick portion of the workpiece 5 (resin plate). Is moved so that the lower part of the imaging lens 4 becomes a 2.5 mm thick portion of the workpiece 6 (resin plate). This is because in this state, the distance b from the imaging lens 4 to the surface of the workpiece 6 and the focal position (imaging position) c do not match, so that processing with φ 0.2 mm with good roundness cannot be performed.
At that time, in step S04 in FIG. 4, the control means 17 determines that the amount of change in the workpiece height is equal to or greater than the determination value, and the amount of movement or opening of the iris diaphragm 2 is determined according to equations (1) and (2). Calculate the amount of change in aperture.
Since the distance c from the imaging lens 4 to the surface of the workpiece 6 is reduced by 0.5 mm to 104.763 mm, the distance a from the desired iris diaphragm 2 to the imaging lens 4 is obtained from the equation (1). It becomes as follows.

式（１）に各値を代入すると１／ａ＋１／１０４．７６３＝１／１００．０００となる。ａを求めるとａ＝２１９９．５１７となる。
よって、虹彩絞り２は、１９９．５１７ｍｍだけレーザー発振器１側に移動させることにより焦点位置ｂ（結像位置）をワークの表面に合わせることができる。なお、加工種類にもよるが、焦点裕度が非常に狭い加工における焦点裕度を例えば±１０μｍであることを考慮すると、結像用レンズ４から焦点位置までの距離ｂが１０４．７５３〜１０４．７７３ｍｍとなるような虹彩絞り２から結像用レンズ４までの距離ａでも加工品質は保たれるので、この場合の距離ａは式（１）より以下の通りとなる。 Substituting each value into equation (1) gives 1 / a + 1 / 104.763 = 1 / 100.000. When a is obtained, a = 2219.517.
Therefore, the iris diaphragm 2 can be moved to the laser oscillator 1 side by 199.517 mm to adjust the focal position b (imaging position) to the surface of the workpiece. Although depending on the processing type, considering that the focal margin in processing with a very narrow focal margin is, for example, ± 10 μm, the distance b from the imaging lens 4 to the focal position is 104.753-104. Since the processing quality is maintained even at a distance a from the iris diaphragm 2 to the imaging lens 4 such that the distance is 773 mm, the distance a in this case is as follows from the equation (1).

ｂ＝１０４．７５３の場合は、１／ａ＋１／１０４．７５３＝１／１００．０００よりａ＝２２０３．９３４となる。
ｂ＝１０４．７７３の場合は、１／ａ＋１／１０４．７７３＝１／１００．０００よりａ＝２１９５．７７８となる。
よって、焦点位置（結像位置）をワーク５の表面に合わせるために、虹彩絞り２を移動させるために、虹彩絞り２から結像用レンズ４までの距離ａは、２１９６〜２２０３ｍｍの範囲にあれば良い。すなわち虹彩絞り２の移動手段７は、±３．５ｍｍ程度の精度があれば、焦点裕度の範囲内で焦点位置（結像位置）をワーク６の表面に合わせることができる。 In the case of b = 104.753, a = 2203.934 from 1 / a + 1 / 104.753 = 1 / 100.000.
In the case of b = 104.773, 1 = 2195.778 from 1 / a + 1 / 104.773 = 1 / 100.000.
Therefore, in order to move the iris diaphragm 2 in order to adjust the focal position (imaging position) to the surface of the workpiece 5, the distance a from the iris diaphragm 2 to the imaging lens 4 should be in the range of 2196 to 2203 mm. It ’s fine. That is, if the moving means 7 of the iris diaphragm 2 has an accuracy of about ± 3.5 mm, the focal position (imaging position) can be adjusted to the surface of the workpiece 6 within the range of the focal latitude.

この状態では、ワーク６の表面に焦点位置（結像位置）は合っているので虹彩絞り２の形状は正確にワーク６上に転写され加工が行われるが、ａとｂの距離が変更されているため、加工される穴径は式（２）よりｙ＝３．８００×１０４．７６３／２１９９．５１７＝０．１８１となり、穴径φ０．１８１ｍｍの穴加工を行ってしまう。一般的に要求される穴径は狙いの穴径に対して例えば±５％以下とすると、φ０．１８１ｍｍでは品質不良となってしまう。ここで、逆に結像径ｙがφ０．２ｍｍとなるような虹彩絞り２の開口径Ｙを式（２）から求めると、Ｙ×１０４．７６３／２１９９．５１７＝０．２００よりＹ＝４．１９９となる。   In this state, since the focal position (imaging position) is aligned with the surface of the workpiece 6, the shape of the iris diaphragm 2 is accurately transferred and processed on the workpiece 6, but the distance between a and b is changed. Therefore, the hole diameter to be processed is y = 3.800 × 104.763 / 2199.517 = 0.181 from the formula (2), and the hole processing with the hole diameter φ0.181 mm is performed. If the generally required hole diameter is, for example, ± 5% or less with respect to the target hole diameter, the quality is poor at φ0.181 mm. Here, conversely, when the aperture diameter Y of the iris diaphragm 2 such that the imaging diameter y is φ0.2 mm is obtained from the expression (2), Y = 4 from Y × 104.763 / 2199.517 = 0.200. 199.

よって、虹彩絞り２の開口径をφ３．８００ｍｍからφ４．１９９ｍｍに広げることで、φ０．２００ｍｍの所望の穴加工を実現することができる。ここで、一般的に要求される穴径は狙いの穴径に対して例えば±５％以下、すなわちφ０．１９５〜０．２０５ｍｍであることを考慮すると、虹彩絞り２の開口径の精度は、式（２）より以下の通りとなる。
ｙ＝０．１９５の場合は、Ｙ×１０４．７６３／２１９９．５１７＝０．１９５よりＹ＝４．０９４となる。
ｙ＝０．２０１の場合は、Ｙ×１０４．７６３／２１９９．５１７＝０．２０５よりＹ＝４．３０４となる。 Therefore, by expanding the opening diameter of the iris diaphragm 2 from φ 3.800 mm to φ 4.199 mm, it is possible to realize a desired hole machining of φ 0.200 mm. Here, considering that the generally required hole diameter is, for example, ± 5% or less with respect to the target hole diameter, that is, φ0.195 to 0.205 mm, the accuracy of the aperture diameter of the iris diaphragm 2 is From the equation (2), it is as follows.
In the case of y = 0.195, Y = 4.094 from Y × 104.763 / 2199.517 = 0.195.
When y = 0.201, Y = 4.304 from Y × 104.763 / 2199.517 = 0.205.

よって、虹彩絞り２の開口径は４．１〜４．３ｍｍの範囲にあればよく、すなわちφ０．２ｍｍの穴を加工する場合には、虹彩絞り２の開口径調整手段１６は±０．１ｍｍ程度の精度があれば、所望の径の穴加工ができる。一般的に穴径については現状１００〜２００μｍ程度が主流であり、よって開口径調整手段１６に用いられるボールねじの精度は０．１ｍｍ程度でよく、この場合安価な転造ボールねじを使用することができる。   Therefore, the aperture diameter of the iris diaphragm 2 only needs to be in the range of 4.1 to 4.3 mm, that is, when processing a hole of φ0.2 mm, the aperture diameter adjusting means 16 of the iris diaphragm 2 is ± 0.1 mm. If there is a certain degree of accuracy, a hole with a desired diameter can be drilled. Generally, the current hole diameter is about 100 to 200 μm, and the accuracy of the ball screw used for the opening diameter adjusting means 16 may be about 0.1 mm. In this case, an inexpensive rolled ball screw should be used. Can do.

次に、ステップＳ０５において、制御手段１７は、ステップＳ０４で算出された結果に基づき、第１のサーボモータ１０および第２のサーボモータ１５に駆動信号が送られ、算出結果の虹彩絞り２の位置や開口径となるよう第１のサーボモータ１０および第２のサーボモータ１５を制御して、虹彩絞り２の位置や開口径を変更する。
ステップＳ０６にて加工が停止されたかどうか確認し、停止されていなければ再度、ステップＳ０１もしくはＳ０２から処理を行う。この一連の動作を、加工が停止されるまで継続して同じ動作を繰り返す。 Next, in step S05, the control means 17 sends a drive signal to the first servo motor 10 and the second servo motor 15 based on the result calculated in step S04, and the position of the iris diaphragm 2 as a calculation result. The first servo motor 10 and the second servo motor 15 are controlled so that the aperture diameter becomes equal to the aperture diameter, and the position and aperture diameter of the iris diaphragm 2 are changed.
In step S06, it is confirmed whether the machining has been stopped. If not, the process is performed again from step S01 or S02. This series of operations is repeated until the machining is stopped.

以上説明したように、レーザービームを出射するレーザー発振器１と、レーザー発振器１から出射されたレーザービームを所定の開口径の範囲内のみ通過させ、かつ開口径を大小に変化させることが出来る虹彩絞り２と調整手段１２からなるアパーチャと、アパーチャを通過したレーザービームを結像させる結像レンズ４と、アパーチャのレーザービームの進行方向に対する結像レンズ４までの物理的距離を変更する移動手段７とを備えたので、ワークの高さに応じて前記アパーチャを移動させて焦点を合わせた場合でも、加工品質を保ちつつ所定の加工形状のままにすることができる。   As described above, the laser oscillator 1 that emits the laser beam, and the iris diaphragm that allows the laser beam emitted from the laser oscillator 1 to pass only within a predetermined aperture diameter range and can change the aperture diameter to a large or small size. 2 and an adjustment unit 12, an imaging lens 4 that forms an image of a laser beam that has passed through the aperture, and a moving unit 7 that changes a physical distance to the imaging lens 4 with respect to the traveling direction of the laser beam of the aperture. Therefore, even when the aperture is moved according to the height of the workpiece and focused, the predetermined machining shape can be maintained while maintaining the machining quality.

また、結像レンズ４から被加工物であるワーク６までの距離を直接または間接的に検出する高さ測定手段１６と、高さ測定手段１６により検出された結像レンズ４からワーク６までの距離と結像レンズ４からの焦点距離とを一致させるために、移動手段７を用いて、アパーチャのレーザービームの進行方向に対する結像レンズ４での物理的距離を制御する制御手段１７を備えたので、ワーク６の高さが加工品質に影響を与えると判断した場合に、制御手段１７は虹彩絞り２の位置を調整する移動手段７および開口径を調整する調整手段１２を制御して焦点と加工径をワーク６の加工位置に随時あわせることができる。   Further, a height measuring unit 16 that directly or indirectly detects the distance from the imaging lens 4 to the workpiece 6 that is a workpiece, and the imaging lens 4 to the workpiece 6 detected by the height measuring unit 16. In order to make the distance and the focal length from the imaging lens 4 coincide with each other, the moving means 7 is used to provide control means 17 for controlling the physical distance at the imaging lens 4 with respect to the traveling direction of the laser beam of the aperture. Therefore, when it is determined that the height of the workpiece 6 affects the machining quality, the control means 17 controls the moving means 7 for adjusting the position of the iris diaphragm 2 and the adjusting means 12 for adjusting the aperture diameter to control the focus. The machining diameter can be adjusted to the machining position of the workpiece 6 at any time.

また、虹彩絞り２の移動手段７は１ｍｍ単位の精度しか要求されないため、例えば第１のボールネジ９では安価な転造ボールねじなどを使用することができ、安価に移動手段を構成できる。   Further, since the moving means 7 of the iris diaphragm 2 is required to have an accuracy of only 1 mm, an inexpensive rolling ball screw or the like can be used for the first ball screw 9, for example, and the moving means can be configured at low cost.

さらに、虹彩絞り２は通常のマスクと同じ薄い金属板からなり、重量は通常のマスクとほとんど変わらない。また、虹彩絞り２のを可変するための絞り調整レバー１３は、可動範囲も小さく動作に必要なトルクも小さいことから、第２のボールネジおよび第２のサーボモータ１５は小型のもので動作可能である。よって、虹彩絞り２の調整手段１２は小型軽量に構成することができ、したがって、調整手段１２を載置した移動手段７も小型軽量に構成することができる。   Further, the iris diaphragm 2 is made of the same thin metal plate as a normal mask, and the weight is almost the same as that of a normal mask. Further, since the diaphragm adjustment lever 13 for changing the iris diaphragm 2 has a small movable range and a small torque required for operation, the second ball screw and the second servo motor 15 can be operated with a small size. is there. Therefore, the adjusting means 12 of the iris diaphragm 2 can be configured to be small and light, and therefore the moving means 7 on which the adjusting means 12 is placed can also be configured to be small and light.

実施の形態２．
実施の形態１においては、レーザービームを所望の開口径の範囲のみ通過させるアパーチャとして虹彩絞り２とその調整手段１２を用いたが、レーザービーム径の変更は、図２に示した虹彩絞り２のように開口径を連続的に変化させるタイプではなく、離散的に変化させるタイプでも実現可能であり、そのような場合について以下、説明する。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the iris diaphragm 2 and its adjusting means 12 are used as an aperture that allows the laser beam to pass only within a desired aperture diameter range. However, the laser beam diameter can be changed by changing the iris diaphragm 2 shown in FIG. Thus, it is possible to realize not only a type in which the aperture diameter is continuously changed but also a type in which the opening diameter is changed discretely. Such a case will be described below.

図５は、本発明の実施の形態２に係わる像転写式レーザー加工装置のアパーチャの拡大図である。尚、表示していない部分については実施の形態１と同じであり、図５中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
実施の形態１においてアパーチャの一部を構成していた虹彩絞り２の代わりに、異なった開口径を有する複数の固定のマスク１８を並べている。固定のマスク１８の位置の微調整は、各マスク１８に設けられた位置微調用ネジ１９にて行う。
また、所定のマスク１８を選択するには、レーザービームの光軸と所定のマスクとの位置が合うよう調整手段１２の調整レバー１３を調整することで行う。尚、調整レバー１３は実施の形態１と同様、第２のボールネジの可動部を兼ねていることから、第２のサーボモータ１５の出力軸に連結された第２のボールネジの軸１４が回転することで調整レバー１３を動作させ、調整することが出来る。 FIG. 5 is an enlarged view of the aperture of the image transfer type laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The parts not displayed are the same as those in the first embodiment, and in FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts.
In place of the iris diaphragm 2 constituting a part of the aperture in the first embodiment, a plurality of fixed masks 18 having different opening diameters are arranged. Fine adjustment of the position of the fixed mask 18 is performed by a position fine adjustment screw 19 provided in each mask 18.
The predetermined mask 18 is selected by adjusting the adjusting lever 13 of the adjusting means 12 so that the optical axis of the laser beam and the predetermined mask are aligned. Since the adjustment lever 13 also serves as the movable part of the second ball screw, as in the first embodiment, the shaft 14 of the second ball screw connected to the output shaft of the second servo motor 15 rotates. Thus, the adjustment lever 13 can be operated and adjusted.

従って、本実施の形態においては、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
尚、本実施の形態においては、設置するマスク１８の個数が制限されるので、マスク径の可変領域が制限され、マスク径の微調整が困難なので、ワークの高さの変化が小さく、また焦点裕度が比較的大きい加工に適しているものの、マスク１８によって光を通過させる部分の形状を変更することが容易となり、円形以外の形状（例えば矩形や三角形など）にも容易に対応することが出来るといった効果がある。 Therefore, in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
In the present embodiment, since the number of masks 18 to be installed is limited, the variable area of the mask diameter is limited, and fine adjustment of the mask diameter is difficult. Although it is suitable for processing with a relatively large margin, it becomes easy to change the shape of the portion through which light passes by the mask 18 and can easily cope with shapes other than a circle (for example, a rectangle or a triangle). There is an effect that can be done.

尚、アパーチャは実施の形態１に示した虹彩絞り２や多数のマスク１８を備えたものに限らず、レーザービームを通過させる所望の形状の範囲を変更し、かつレーザービームを通過させる際のその位置を変更できるものであれは、他のものでもよい。   The aperture is not limited to the one provided with the iris diaphragm 2 and the many masks 18 shown in the first embodiment, but the range of the desired shape that allows the laser beam to pass therethrough and the aperture when passing the laser beam can be changed. Any other device that can change the position may be used.

実施の形態３．
実施の形態１では、１つのレーザービームを１つのワークに照射し加工を行う像転写式レーザー加工装置について説明したが、１つのレーザービームを複数に分けて複数のワークを一度に加工する、いわゆるマルチヘッドレーザー加工装置の場合について説明する。
図６は、本発明の実施の形態３に係わる像転写式レーザー加工装置の構成図である。尚、表示していない部分については実施の形態１と同じであり、図６中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。 Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, an image transfer type laser processing apparatus that performs processing by irradiating one workpiece with one laser beam has been described. However, a so-called laser beam processing apparatus that processes a plurality of workpieces at once by dividing one laser beam into a plurality of workpieces. The case of a multi-head laser processing apparatus will be described.
FIG. 6 is a configuration diagram of an image transfer laser processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The parts not shown are the same as those in the first embodiment, and in FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG.

図６において、レーザー発振器１から出力されたレーザービームは、半透過ミラー２０により２つのレーザービームに分光される。分光された一方のレーザービームは、レーザービームを所望の形状に整形するための開口径が可変となる虹彩絞り２ａを通過し、結像用レンズ４ａへ導かれる。尚、レーザービームは半透過ミラー２０で分光され、直接虹彩絞り２ａに入射し、虹彩絞り２ａを通過した後、直接結像用レンズ４ａに入射しているが、その過程で単数もしくは複数の他のミラーによりその光路を適宜調整される場合もある。また、図示していないが、虹彩絞り２ａと結像用レンズ４ａとの間に、ガルバノスキャンミラーを設けてもよい。結像用レンズ４ａを通過したレーザービームは、結像用レンズ４ａにより集光され、ＸＹテーブル５ａ上に載置されたワーク６ａ表面に、虹彩絞り２ａの形状を転写する。 In FIG. 6, the laser beam output from the laser oscillator 1 is split into two laser beams by the semi-transmissive mirror 20. One of the divided laser beams passes through an iris diaphragm 2a having a variable aperture diameter for shaping the laser beam into a desired shape, and is guided to the imaging lens 4a. The laser beam is split by the semi-transmissive mirror 20 and directly enters the iris diaphragm 2a, passes through the iris diaphragm 2a, and then directly enters the imaging lens 4a. In some cases, the optical path is appropriately adjusted by the mirror. Although not shown, a galvano scan mirror may be provided between the iris diaphragm 2a and the imaging lens 4a. The laser beam that has passed through the imaging lens 4a is condensed by the imaging lens 4a, and the shape of the iris diaphragm 2a is transferred to the surface of the workpiece 6a placed on the XY table 5a.

半透過ミラー２０にて分光された他方のレーザービームは、ミラー３によって反射された後、一方のレーザービームと同様に、虹彩絞り２ｂを通過し、結像用レンズ４ｂによりワーク６ｂ表面に集光される。他方のレーザービームの光路中には、単数もしくは複数の他のミラーが設けられ、適宜光路を調整しても良い。また、図示していないが、虹彩絞り２ｂと結像用レンズ４ｂとの間に、ガルバノスキャンミラーを設けてもよい。   The other laser beam dispersed by the semi-transmissive mirror 20 is reflected by the mirror 3, and then passes through the iris diaphragm 2b and is focused on the surface of the workpiece 6b by the imaging lens 4b, like the one laser beam. Is done. One or a plurality of other mirrors may be provided in the optical path of the other laser beam, and the optical path may be adjusted as appropriate. Although not shown, a galvano scan mirror may be provided between the iris diaphragm 2b and the imaging lens 4b.

一方及び他方のレーザービームの光径を調節するそれぞれの虹彩絞り２ａ、２ｂは、それぞれの移動手段７ａ、７ｂにより、レーザービームの光軸に沿ってその位置を調整することが可能であり、それぞれの虹彩絞り２ａ、２ｂの開口径は、それぞれの調整手段１２ａ１２ｂにより調整することが可能である。さらに、それぞれの虹彩絞り２ａ、２ｂの移動手段７ａ、７ｂおよび調整手段１２ａ、１２ｂは、加工点近傍のワーク６ａ、６ｂの表面高さを測定するためのそれぞれの高さ測定手段１６ａ、１６ｂからワーク高さデータを受信したそれぞれの制御手段１７により、ワーク高さデータに基づき動作を制御される。
なお、２つに分光されたレーザービームの一方のレーザービーム側をヘッドＡ、他方のレーザービーム側をヘッドＢとする。 The iris diaphragms 2a and 2b for adjusting the light diameters of the one and the other laser beam can be adjusted in position along the optical axis of the laser beam by the moving means 7a and 7b, respectively. The aperture diameters of the iris diaphragms 2a and 2b can be adjusted by the respective adjusting means 12a12b. Further, the moving means 7a and 7b and the adjusting means 12a and 12b of the iris diaphragms 2a and 2b are respectively connected to the height measuring means 16a and 16b for measuring the surface height of the workpieces 6a and 6b near the processing point. The operation is controlled based on the workpiece height data by the respective control means 17 that has received the workpiece height data.
Note that one laser beam side of the two split laser beams is head A, and the other laser beam side is head B.

次に、この実施の形態３の動作を説明する。
この実施の形態３における２ヘッドの像転写式レーザー加工装置の仕様は、ヘッドＡ、ヘッドＢとも実施の形態１に示した以下の例と同一とする。 Next, the operation of the third embodiment will be described.
The specifications of the two-head image transfer laser processing apparatus in the third embodiment are the same as those in the following example shown in the first embodiment for both head A and head B.

ａ＝２０００．０００ｍｍ：虹彩絞り２ａ，２ｂから結像用レンズ４ａ，４ｂまでの距離
ｂ＝ １０５．２６３ｍｍ：結像用レンズ４ａ，４ｂから焦点位置までの距離
ｆ＝ １００．０００ｍｍ：結像用レンズ４ａ，４ｂの焦点距離（固定値）
Ｙ＝ ３．８００ｍｍ：虹彩絞り２ａ，２ａの開口径
ｙ＝ ０．２００ｍｍ：虹彩絞り２ａ，２ｂの焦点位置における結像径
ｃ：結像用レンズ４ａ、３ｂからワーク５ａ，５ｂまでの距離であり、焦点裕度の範囲内でｃ＝ｂとなることが望ましい。 a = 200.000 mm: distance from iris diaphragms 2a, 2b to imaging lenses 4a, 4b b = 105.263 mm: distance from imaging lenses 4a, 4b to the focal position f = 100.000 mm: for imaging Focal length of lens 4a, 4b (fixed value)
Y = 3.800 mm: Aperture diameter of iris diaphragms 2a and 2a y = 0.200 mm: Imaging diameter at focal position of iris diaphragms 2a and 2b c: Distance from imaging lenses 4a and 3b to workpieces 5a and 5b It is desirable that c = b within the range of focus latitude.

本仕様も実施の形態１と同様に特殊なものでは無く、一般的な像転写式レーザー加工装置の仕様とほぼ同じオーダーの値である。
上記像転写式レーザー加工装置において、厚さ２ｍｍと厚さ２．５ｍｍの２種類の樹脂板に対し、穴径φ０．２ｍｍの貫通穴を形成する場合を説明する。 This specification is not a special one as in the first embodiment, and is almost the same value as the specification of a general image transfer laser processing apparatus.
In the image transfer type laser processing apparatus, a case where a through hole having a hole diameter of 0.2 mm is formed in two types of resin plates having a thickness of 2 mm and a thickness of 2.5 mm will be described.

上記仕様の加工機により、図６に示すように、まずヘッドＡ、ヘッドＢ共に厚さ２ｍｍのワークを加工する場合、ＸＹテーブル５上に厚さ２ｍｍのワーク６ａ、６ｂが載置され、焦点位置（結像位置）がワーク６ａ、６ｂの表面になるように調整されている。この状態にて、虹彩絞り２の開口径をφ３．８００ｍｍ、レーザパルス幅１００μｓ、レーザービームエネルギー１０ｍＪ、パルス数２０パルスをワーク６ａ，６ｂに照射することにより、穴径φ０．２ｍｍの貫通穴の加工を行うことができる。ヘッドＡとヘッドＢが同じ厚さ２ｍｍのワークを加工する場合（図６）は、ヘッドＡとヘッドＢは上記のような同じマスク径とマスク位置にて加工を行う。   As shown in FIG. 6, when a workpiece having a thickness of 2 mm is first processed by both the head A and the head B, the workpieces 6 a and 6 b having a thickness of 2 mm are placed on the XY table 5 and are focused. The position (imaging position) is adjusted to be the surface of the workpieces 6a and 6b. In this state, by irradiating the workpieces 6a and 6b with an aperture diameter of the iris diaphragm 2 of φ 3.800 mm, a laser pulse width of 100 μs, a laser beam energy of 10 mJ, and a pulse number of 20 pulses, Processing can be performed. When the head A and the head B process a workpiece having the same thickness of 2 mm (FIG. 6), the head A and the head B perform the processing with the same mask diameter and mask position as described above.

次に、ヘッドＡでは厚さ２ｍｍのワーク５ａを、ヘッドＢでは厚さ２．５ｍｍのワーク５ｃを加工する場合について説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係わる像転写式レーザー加工装置の虹彩絞り２ａ，２ｂの位置と開口径の調整動作を示す図である。   Next, a case where the workpiece 5a having a thickness of 2 mm is processed in the head A and the workpiece 5c having a thickness of 2.5 mm is processed in the head B will be described. FIG. 7 is a diagram showing an adjustment operation of the positions and aperture diameters of the iris diaphragms 2a and 2b of the image transfer laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.

ヘッドＢではワーク６ｃの表面に焦点位置（結像位置）が合っていないので真円度の良好なφ０．２ｍｍの加工は出来ない。焦点位置（結像位置）をワークの表面に合わせるために、虹彩絞り２ｂを移動させる。結像用レンズ４ｂからワーク６ｃ表面までの距離ｂが１０４．７６３ｍｍとなっているので、ビーム整形用マスクの移動距離は、実施の形態１と同様に、１９９．５１７ｍｍ発振器側に移動させることにより焦点位置（結像位置）をワークの表面に合わせることができる。なお、虹彩絞り２ｂの移動距離は実施の形態１と同様に、２１９６〜２２０３ｍｍの１ｍｍ単位程度で調整を行えば良い。さらに、ａとｂの距離が変更されているため、穴径φ０．１８１ｍｍの貫通穴の加工を行ってしまい品質不良となってしまうので、実施の形態１と同様に虹彩絞り２ｂの径を４．１〜４．３ｍｍとすることで、穴径φ０．２ｍｍの貫通穴の加工を行うことが出来る。   In the head B, since the focal position (imaging position) is not aligned with the surface of the workpiece 6c, the processing of φ0.2 mm with good roundness cannot be performed. In order to adjust the focal position (imaging position) to the surface of the workpiece, the iris diaphragm 2b is moved. Since the distance b from the imaging lens 4b to the surface of the workpiece 6c is 104.763 mm, the movement distance of the beam shaping mask is moved to the 199.517 mm oscillator side as in the first embodiment. The focal position (imaging position) can be adjusted to the surface of the workpiece. It should be noted that the moving distance of the iris diaphragm 2b may be adjusted in units of 1 mm of 2196 to 2203 mm, as in the first embodiment. Furthermore, since the distance between a and b is changed, a through hole with a hole diameter of φ0.181 mm is processed, resulting in poor quality. Therefore, the diameter of the iris diaphragm 2b is set to 4 as in the first embodiment. By setting the thickness to 1 to 4.3 mm, a through hole having a hole diameter of 0.2 mm can be processed.

以上より、この実施の形態３に係る像転写式レーザー加工装置においては、実施の形態１と同様に、マルチヘッドタイプのものでも、実施の形態１と同様の効果を奏することが出来る。
また、本実施の形態３で説明した２ヘッドの加工機をはじめ複数のヘッドを有したマルチヘッドレーザー加工装置の場合、焦点調整手段はヘッド毎に必要であるため、従来技術１を適用したと比べて、よりコストの増加および装置の大型化を避けることができる。
さらに、本実施の形態３においては、ワークの厚さの変化によって焦点調整を行うことが出来る旨説明したが、マルチヘッドレーザー加工装置の場合、例えは各ヘッドで加工するワークの厚みが同じでも、各ヘッド間における機械精度の差は一般的に生じるものであり、それ吸収するためにヘッド毎の焦点調整を行うことに利用することが出来、そのことによる効果も奏することが出来る。 As described above, in the image transfer laser processing apparatus according to the third embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained even in the multi-head type as in the first embodiment.
Further, in the case of a multi-head laser processing apparatus having a plurality of heads including the two-head processing machine described in the third embodiment, the focus adjustment means is necessary for each head. In comparison, an increase in cost and an increase in size of the apparatus can be avoided.
Further, in the third embodiment, it has been explained that the focus adjustment can be performed by changing the thickness of the workpiece. However, in the case of a multi-head laser processing apparatus, even if the thickness of the workpiece processed by each head is the same, for example. The difference in mechanical accuracy between the heads is generally generated, and can be used to adjust the focus for each head in order to absorb the difference.

本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image transfer type laser processing apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置の虹彩絞り２の開口径を調整する調整手段１２の拡大図である。It is an enlarged view of the adjustment means 12 which adjusts the aperture diameter of the iris diaphragm 2 of the image transfer type laser processing apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置の虹彩絞り２の位置と開口径の調整動作を示す図である。It is a figure which shows the adjustment operation | movement of the position and aperture diameter of the iris diaphragm 2 of the image transfer type laser processing apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係わる像転写式レーザー加工装置の制御手段１７の処理を示すフォーチャートである。It is a chart which shows the process of the control means 17 of the image transfer type laser processing apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２に係わる像転写式レーザー加工装置のアパーチャの拡大図である。It is an enlarged view of the aperture of the image transfer type laser processing apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係わる像転写式レーザー加工装置の構成図である。It is a block diagram of the image transfer type laser processing apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３に係わる像転写式レーザー加工装置の虹彩絞り２ａ，２ｂの位置と開口径の調整動作を示す図である。It is a figure which shows the adjustment operation | movement of the position and aperture diameter of iris diaphragm 2a, 2b of the image transfer type laser processing apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. 従来の像転写式レーザー加工装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional image transfer type laser processing apparatus. 従来の第２の像転写式レーザー加工装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional 2nd image transfer type laser processing apparatus. 従来の第３の像転写式レーザー加工装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional 3rd image transfer type laser processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ レーザー発振器、２ 虹彩絞り、３ ミラー、４ 結像用レンズ、５ ＸＹテーブル、６ ワーク、７ 移動手段、８、可動台、９ 第１のボールネジの軸、１０ 第１のサーボモータ、１１ 固定台、１２ 調整手段、１３ 調整レバー、１４ 第２のボールネジの軸、１５ 第２のサーボモータ、１６ 高さ測定手段、１７ 制御手段、１８マスク、１９ 位置微調整用ネジ、２０ 半透過ミラー、２１ 駆動装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator, 2 Iris diaphragm, 3 Mirror, 4 Imaging lens, 5 XY table, 6 Work, 7 Moving means, 8, Movable stand, 9 First ball screw axis, 10 First servo motor, 11 Fixed Stand, 12 adjustment means, 13 adjustment lever, 14 second ball screw shaft, 15 second servo motor, 16 height measurement means, 17 control means, 18 mask, 19 position fine adjustment screw, 20 semi-transmission mirror, 21 Drive device.

Claims (6)

レーザービームを出射するレーザー発振器と、前記レーザー発振器から出射されたレーザービームを所定の形状の範囲内のみ通過させ、かつ前記形状を大小に変化させることが出来るアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザービームを被加工物に結像させる結像レンズと、前記アパーチャのレーザービームの進行方向に対する前記結像レンズまでの物理的距離を変更する移動手段とを備えたことを特徴とする像転写式レーザー加工装置。 A laser oscillator that emits a laser beam, an aperture that allows the laser beam emitted from the laser oscillator to pass only within a predetermined shape range, and can change the shape to a larger or smaller size, and a laser beam that has passed through the aperture An image transfer type laser processing comprising: an imaging lens that forms an image on a workpiece; and a moving means that changes a physical distance to the imaging lens with respect to a traveling direction of a laser beam of the aperture apparatus. 前記結像レンズから被加工物までの距離を直接または間接的に検出する高さ測定手段と、前記高さ測定手段により検出された前記結像レンズから被加工物までの距離と前記結像レンズからの焦点距離とを一致させるために、前記移動手段を用いて、前記アパーチャのレーザービームの進行方向に対する前記結像レンズまでの物理的距離を制御すると共に、前記結像レンズから被加工物までの距離によって所望の加工形状が変化しないように前記アパーチャの前記形状の大小を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の像転写式レーザー加工装置。 Height measuring means for directly or indirectly detecting the distance from the imaging lens to the workpiece, and the distance from the imaging lens to the workpiece detected by the height measuring means and the imaging lens In order to make the focal length coincide with the focal length from the imaging lens, the moving means is used to control the physical distance to the imaging lens with respect to the traveling direction of the laser beam of the aperture, and from the imaging lens to the workpiece The image transfer type laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that controls the size of the aperture so that a desired processing shape does not change depending on a distance of the aperture. 単数のレーザービームを複数に分光する半透過ミラーと、分光されたレーザービームについて焦点位置を調整すべくそれぞれ前記アパーチャ及び前記移動手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の像転写式レーザー加工装置。 3. The transflective mirror for splitting a single laser beam into a plurality of parts, and the aperture and the moving means, respectively, for adjusting the focal position of the split laser beam. Image transfer laser processing equipment. レーザービームを出射するステップと、レーザー発振器から出力されたレーザービームを所定の形状の範囲内のみ通過させるステップと、前記形状を大小に変化させることが出来るステップと、前記アパーチャを通過したレーザービームを結像させるステップと、前記アパーチャのレーザービームの進行方向に対する前記結像レンズまでの物理的距離を変更するステップとを備えたことを特徴とする像転写式レーザー加工方法。 A step of emitting a laser beam, a step of allowing a laser beam output from a laser oscillator to pass only within a predetermined shape range, a step of changing the shape to a larger or smaller size, and a laser beam having passed through the aperture An image transfer type laser processing method comprising: an image forming step; and a step of changing a physical distance to the image forming lens with respect to a traveling direction of a laser beam of the aperture. 前記結像レンズから被加工物までの距離を直接または間接的に検出するステップと、前記結像レンズから被加工物までの距離と前記結像レンズからの焦点距離とを一致させるために、前記移動手段を用いて前記アパーチャのレーザービームの進行方向に対する前記結像レンズまでの物理的距離を制御するステップと前記結像レンズから被加工物までの距離によって所望の加工形状が変化しないように前記アパーチャの前記形状の大小を制御するステップとを備えたことを特徴する請求項４に記載の像転写式レーザー加工方法。 Detecting the distance from the imaging lens to the workpiece directly or indirectly, and to match the distance from the imaging lens to the workpiece and the focal length from the imaging lens, The step of controlling the physical distance to the imaging lens with respect to the traveling direction of the laser beam of the aperture using a moving means and the processing shape so as not to change depending on the distance from the imaging lens to the workpiece. The image transfer type laser processing method according to claim 4, further comprising a step of controlling the size of the shape of the aperture. 単数のレーザービームを複数に分光するステップと、分光されたレーザービームについてそれぞれ前記光径と、レーザービームの進行方向に対する位置を調整して被加工物の加工位置の高さが焦点となるよう制御するステップとを備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の像転写式レーザー加工方法。 A step of splitting a single laser beam into a plurality of beams, and adjusting the light diameter and the position of the laser beam in the traveling direction for each of the split laser beams so that the height of the processing position of the workpiece becomes a focus. The image transfer type laser processing method according to claim 4, wherein the image transfer type laser processing method is provided.

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