KR20150088296A

KR20150088296A - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR20150088296A
Application number: KR1020157016564A
Authority: KR
Inventors: 켄타로 야마가미; 유수케 다케가와; 타츠야 니시베; 히데노리 타테이시
Original assignee: 비아 메카닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-07-31
Also published as: CN104797373B; JPWO2014080672A1; TWI579090B; CN104797373A; WO2014080672A1; TW201420244A

Abstract

본 발명은, 레이저 가공의 가감속 영역에 있어서, 레이저 펄스의 피치와 지름이 변화하는 것을 없애고, 가공 품질의 향상을 도모하는 것이다.
본 발명의 레이저 가공 장치는, 일정 주기의 레이저 펄스열(列)을 발진하는 레이저 펄스 발진 수단과, 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스열을 수광해 상기 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 선택적으로 가공에 이용할 방향으로 지향시킬 수 있는 광지향 수단과, 상기 광지향 수단으로부터의 레이저 펄스를 수광하여 피가공물에 조사하는 광학계와, 상기 피가공물이 놓이는 테이블을 구동하는 수단과, 상기 테이블의 소정량의 이동을 주기적으로 검출하는 소정 이동량 검출 수단과, 상기 소정 이동량 검출 수단이 소정의 이동량을 검출하면, 상기 광지향 수단에 대해, 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 상기 가공 방향으로 지향시키도록 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER MACHINING DEVICE AND LASER MACHINING METHOD}

본 발명은, 레이저 빔을 이용하여 프린트 기판과 같은 피가공물에 홈(溝) 가공 등을 행하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

종래부터, 펄스 출력되는 레이저 빔을 프린트 기판에 조사(照射)함과 동시에, 레이저 빔의 광축과 직교하는 방향으로 프린트 기판을 이동시켜, 홈 가공을 할 수 있도록 구성된 레이저 가공 장치가 알려져 있다.

이러한 레이저 가공 장치에 있어서, 가공선을 따라 프린트 기판을 이동시키는 경우, 가공 개시시에는 가속, 가공 종료시에는 감속이 생긴다. 또한 직선을 접어 구부린 절곡부나 곡율이 큰 곡선부에서는, 이동 방향이 크게 변화하기 때문에, 직선부나 곡율이 작은 곡선부에 비해 감속할 필요가 있다.

그러나, 이들 가감속 영역에서는, 레이저 펄스의 피치가 일정하게 되지 않고, 레이저 펄스에 의한 열이 과다하게 되어, 홈의 폭과 깊이가 균일하게 되지 않아, 가공품질이 나빠지는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하는 것으로서, 예를 들면, 특허문헌 1, 2, 3 및 4에 개시된 바와 같이, 피가공물의 이동 속도 등을 검출하여, 검출된 이동 속도 등에 따라서 레이저 펄스의 출력 타이밍을 제어하는 것이 있다.

일본 특허 제 3854822호 공보 일본 특개 2003－53563호 공보 일본 특개 2010－184289호 공보 일본 특개 2012－130959호 공보

그러나, 이러한 종래 기술은 모두 가감속 영역에 있어서 레이저 발진기의 주파수를 변화시키게 되기 때문에, 레이저 발진기에 에너지 변동이 일어나 빔 지름이 변화해버려, 홈 폭, 홈 깊이가 바뀌는 등, 여전히 가공품질이 나빠지는 결점이 있었다.

한편, 에너지 변동을 작게 하기 위해, 연속적으로 레이저를 출력시켜두고, 그로부터 레이저 펄스를 취출하는 방법도 생각할 수 있지만, 이 방식이라면, 고에너지의 레이저 펄스를 얻는 것이 곤란해, 피가공물에 대한 필요한 가공을 할 수 없게 되어, 대용량의 레이저 발진기를 구비하지 않으면 안 되는 결점이 있다.

따라서, 본 발명은, 대용량의 레이저 발진기를 구비하지 않아도, 레이저 가공의 가감속 영역에 있어서, 레이저 펄스의 피치와 지름이 변화하는 것을 없애고, 가공품질의 향상을 도모하는 것이 가능한 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 제1항에 기재된 레이저 가공 장치에 있어서는, 일정 주기의 레이저 펄스열(列)을 발진하는 레이저 펄스 발진 수단과, 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스열을 수광(受光)해 상기 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 선택적으로 가공에 이용할 방향으로 지향시킬 수 있는 광지향 수단과, 상기 광지향 수단으로부터의 레이저 펄스를 수광하여 피가공물에 조사하는 광학계와, 상기 피가공물이 놓이는 테이블을 구동하는 수단과, 상기 테이블의 소정량의 이동을 주기적으로 검출하는 소정 이동량 검출 수단과, 상기 소정 이동량 검출 수단이 소정의 이동량을 검출하면, 상기 광지향 수단에 대해, 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 상기 가공 방향으로 지향시키도록 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 제2항에 기재된 레이저 가공 장치에 있어서는, 청구항 제1항에 기재된 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 광지향 수단이 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스의 과도기 부분을 피해 상기 가공 방향으로 지향시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 제3항에 기재된 레이저 가공 장치에 있어서는, 청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 소정 이동량 검출 수단은 2차원 방향의 이동량의 합성 값을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 제4항에 기재된 레이저 가공 방법에 있어서는, 레이저 빔을 피가공물에 조사하여 피가공물을 가공하는 레이저 가공 방법에 있어서, 일정 주기의 레이저 펄스열을 발진시켜, 상기 피가공물이 놓이는 테이블이 소정량만큼 이동한 것을 검출하면, 상기 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 선택적으로 가공에 이용할 방향으로 지향시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 제5항에 기재된 레이저 가공 방법에 있어서는, 청구항 제4항에 기재된 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 레이저 펄스열의 레이저 펄스를 상기 가공 방향으로 지향시키는 경우, 상기 레이저 펄스의 과도기 부분을 피해 지향시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 제6항에 기재된 레이저 가공 방법에 있어서는, 청구항 제4항 또는 제5항의 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 테이블의 이동 검출은, 2차원 방향의 이동량의 합성 값에 기초하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 일정 주기의 레이저 펄스를 발진하는 레이저 펄스 발진 수단을 이용하기 때문에, 대용량의 레이저 발진기를 구비하지 않아도, 높은 에너지로, 게다가 에너지 변동이 일어나기 어려운 레이저 펄스를 얻을 수 있어, 레이저 가공의 가감속 영역에 있어서도, 레이저 펄스의 피치와 지름이 변화하지 않게 되어, 가공 영역 전체를 통해 균일한 가공품질을 얻을 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예가 되는 레이저 가공 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치의 각 부에 있어서의 신호 등의 타이밍도이다.
도 3은 도 1에 있어서의 소정 이동량 검출부의 구성도이다.
도 4는 도 1에 있어서의 AOM 제어 신호 출력 회로의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예가 되는 레이저 가공 장치의 블럭도, 도 2는 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치의 각 부에 있어서의 신호 등의 타이밍도이다.

도 1에 있어서, 1은 레이저 펄스(L1)를 발생시키는 레이저 발진기, 2는 레이저 발진기(1)에 일정 주기의 레이저 발진 지령 신호(S1)를 출력하는 레이저 발진 제어부이다. 레이저 발진기(1)는 레이저 발진 제어부(2)로부터 레이저 발진 지령 신호(S1)가 주어졌을 때에만, 레이저 펄스(L1)를 출력하게 되어 있어, 양자에 의해 일정 주기의 레이저 펄스열을 발생하는 레이저 펄스 발진 수단(3)이 구성된다. 레이저 발진기(1)는, 레이저 발진 지령 신호(S1)의 상승 시, 하강 시에 있어서의 레이저 펄스(L1)가, 곡선상(狀)의 변화를 하는 특성을 갖고 있다. 4는 레이저 발진기(1)로부터 출력된 레이저 펄스(L1)의 분기(分岐) 방향의 제어를 개개의 레이저 펄스(L1)마다 선택적으로 행하는 것이 가능한 음향 광변조기(이하, AOM로 생략함), 5는 AOM(4)에 AOM 제어 신호(S2)를 출력하여 그 동작을 제어하는 AOM 제어부, 6은 AOM(4)으로부터 분기된 레이저 펄스(L2)를 피가공물에 조사하는 광학계이다.

AOM(4)은 AOM 제어 신호(S2)가 주어졌을 때, 레이저 발진기(1)로부터의 레이저 펄스(L1)를 가공 방향이 되는 광학계(6)로 분기시키고(온(on) 상태), 한편, AOM 제어 신호(S2)가 주어지지 않을 때, 레이저 발진기(1)로부터의 레이저 펄스(L1)를 광학계(6)로 향하지 않도록, 도시되지 않은 댐퍼(damper)의 방향으로 분기시킨다(오프(off) 상태).

7은 프린트 기판과 같은 피가공물, 8은 피가공물(7)을 올려놓는 테이블, 9는 테이블(8)을 X방향 및 Y방향으로 구동하는 테이블 구동부, 10은 테이블(8)이 X방향으로 소정량만큼 이동할 때마다 펄스를 출력하는 X축 스케일, 11은 테이블(8)이 Y방향으로 소정량만큼 이동할 때마다 펄스를 출력하는 Y축 스케일이다. 12는 테이블(8)의 소정량의 이동을 주기적으로 검출하는 소정 이동량 검출부이며, 소정량의 이동마다 소정 이동량 검출 신호(S3)를 AOM 제어부(5)로 출력한다.

도 3은 상기 소정 이동량 검출부(12)의 구성도이다. 소정 이동량 검출부(12)는, X축 스케일(10)로부터의 펄스에 의해 이동 방향을 검지(檢知)하는 X축이동 방향 검출 회로(13), Y축 스케일(11)로부터의 펄스에 의해 이동 방향을 검지하는 Y축이동 방향 검출 회로(14), X축의 양(正), 음(負), Y축의 양, 음의 방향 펄스를 각각 카운트하는 카운터(15~18)를 포함한다.

소정 이동량 검출부(12)는, 카운터(15~18)의 카운트 값에 기초하여 X축과 Y축의 합성 카운트량(Z)을 이하의 식에 의해 구하는 합성 카운트량 연산 회로(19)와, 이 합성 카운트량(Z)이 소정값, 예를 들면, 본 실시예에서는 5로 하여, 이에 도달하면 소정 이동량 검출 신호(S3)를 출력하는 특정값 검출 회로(20)를 더 포함한다. 여기서, Xup는 카운터(15)의 값, Xdn는 카운터(16)의 값, Yup는 카운터(17)의 값, Ydn는 카운터(18)의 값이다.

(수학식 1)

Z＝((Xup－Xdn)²＋(Yup－Ydn)²)^1/2

AOM 제어부(5)에는, 레이저 발진 제어부(2)로부터의 일정 주기의 레이저 발진 지령 신호(S1)가 입력되게 되어 있어, 소정 이동량 검출부(12)로부터 소정 이동량 검출 신호(S3)가 출력되면, AOM(4)에 대해 레이저 발진기(1)로부터의 레이저 펄스(L1)를 광학계(6)로 분기시키기(온 상태) 위한 AOM 제어 신호(S2)를 출력한다.

도 4는 상기 AOM 제어부(5)의 구성도이다. 레이저 발진 제어부(2)로부터 레이저 발진 지령 신호(S1)가 입력되면, 상기 레이저 발진 지령 신호(S1)를 시간 t만큼 지연 회로(21)에 의해 지연시키고, 앤드(AND) 회로(22)에 의해 소정 이동량 검출부(12)로부터의 소정 이동량 검출 신호(S3)와 논리곱(論理積)을 취한다.

앤드 회로(22)의 출력 신호는 소정 시간의 펄스를 발생하는 원쇼트(one-shot) 회로(23)를 트리거(trigger)하여, 그 출력 신호가 AOM 제어 신호(S2)로 된다. 원쇼트 회로(23)의 출력 신호의 하강은, 하강 검출 회로(24)에 의해 검출되어, 소정 이동량 검출부(12)로의 제어 신호(S4)로 되어, 카운터(15~18)의 카운트 값을 리셋(reset)한다. 카운터(15~18)의 카운트 값이 리셋되면, 합성 카운트량 연산 회로(19)에 있어서의 합성 카운트량(Z)은 0이 된다.

여기서, 원쇼트 회로(23)의 펄스폭(TA)이지만, 레이저 발진 지령 신호(S1)의 펄스폭을 TB로 하면, TB ≥ t＋TA를 만족시키도록 설정되어 있다. 레이저 펄스를 일정 주기로 발진시켰을 경우, 그 상승이나 하강 부분의 과도기 부분은, 각 주기에 언제나 안정되어 있다고는 할 수 없기 때문에, 상기와 같이 설정되어 있으면, AOM(4)으로부터 출력되는 레이저 펄스(L2)는, 레이저 발진기(1)로부터 출력되는 레이저 펄스(L1)의 불안정 영역인 상승, 하강 부분이 제거된 것이 된다.

상기 실시형태에 의하면, 에너지 변동이 일어나기 어려운 일정 주기의 레이저 펄스를, AOM(4)을 통해, 테이블(8)의 소정 이동량마다 선택적으로 피가공물(7)에 주도록 했기 때문에, 도 5에 나타난 바와 같이, 레이저 가공의 가속 영역(A), 감속 영역(C)에 있어서도, 정속(定速) 영역(B)의 레이저 펄스와 같은 피치(P)와 지름(D)이 되어, 가공 영역 전체를 통해 이들이 일정하게 되므로, 가공품질의 향상을 도모하는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시형태에 의하면, 레이저 펄스의 불안정 영역인 상승, 하강 부분이 가공에 사용되지 않도록 피하고 있으므로, 가공품질의 향상을 더욱 도모하는 것이 가능하다.

덧붙여, 상기 실시형태에 있어서는, 레이저 발진기(1)로부터 출력된 레이저 펄스(L1)의 분기를 AOM에서 행함으로써, 레이저 펄스(L1)를 가공 방향으로 지향시키고 있지만, 이에 한정되지 않고, 전기신호에 의해 레이저 펄스의 지향 방향을 제어할 수 있는 것이라면 다른 수단을 이용해도 좋다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 소정 이동량 검출부(12)는, X축 스케일(10), Y축 스케일(11)로부터의 펄스에 기초하여 이동량을 검출하게 되어 있지만, X축 방향, Y축 방향의 이동 속도를 검출하는 수단을 마련하여, 이동 시간을 검출하여 이동량을 연산함으로써, X축 방향, Y축 방향의 이동량을 검출하는 방법도 좋다.

1 … 레이저 발진기, 2 … 레이저 발진 제어부, 3 … 레이저 펄스 발진 수단, 4 … 음향 광학 변조기(AOM), 5 … AOM 제어부, 6 … 광학계, 7 … 피가공물, 8 … 테이블, 9 … 테이블 구동부, 10 …X축 스케일, 11 … Y축 스케일, 12 … 소정 이동량 검출부, S1 … 레이저 발신 지령 신호, S2 … AOM 제어 신호, S3 … 소정 이동량 검출 신호, L1, L2 … 레이저 펄스

Claims

일정 주기의 레이저 펄스열(列)을 발진(發振)하는 레이저 펄스 발진 수단과, 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스열을 수광(受光)하여 상기 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 선택적으로 가공에 이용할 방향으로 지향시킬 수 있는 광지향 수단과, 상기 광지향 수단으로부터의 레이저 펄스를 수광하여 피가공물에 조사하는 광학계와, 상기 피가공물이 놓이는 테이블을 구동하는 수단과, 상기 테이블의 소정량의 이동을 주기적으로 검출하는 소정 이동량 검출 수단과, 상기 소정 이동량 검출 수단이 소정의 이동량을 검출하면, 상기 광지향 수단에 대해, 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 상기 가공 방향으로 지향시키도록 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 광지향 수단이 상기 레이저 펄스 발진 수단으로부터 출력된 레이저 펄스의 과도기 부분을 피해 상기 가공 방향으로 분기(分岐)시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소정 이동량 검출 수단은 2차원 방향의 이동량의 합성 값을 검출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
레이저 빔을 피가공물에 조사하여 피가공물을 가공하는 레이저 가공 방법으로서, 일정 주기의 레이저 펄스열을 발진시켜, 상기 피가공물이 놓이는 테이블이 소정량만큼 이동한 것을 검출하면, 상기 레이저 펄스열 중의 레이저 펄스를 선택적으로 가공에 이용할 방향으로 지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 레이저 펄스열의 레이저 펄스를 상기 가공 방향으로 지향시키는 경우, 상기 레이저 펄스의 과도기 부분을 피해 지향시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 테이블의 이동 검출은, 2차원 방향의 이동량의 합성 값에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.