激光加工方法及激光加工装置与流程

本发明涉及使用激光来对被加工物实施孔加工、槽加工、划线、剪裁、切断、标记等加工的方法及装置。作为被加工物，包括陶瓷生片、晶片、有机膜、印刷基板、金属板等平板状材料、片材材料。

背景技术：

在专利文献1中，公开了将从激光光源射出的激光用电扫描仪(galvano scanner)进行反射并通过集光透镜进行集光来照射在被加工物上的激光加工装置。在利用激光对载置于XY工作台上的大型片材进行孔加工的情况下，由于一次能加工的区域有限，因此该加工装置分割区域来实施孔加工。在通过分割来进行孔加工的情况下，根据由电扫描仪导致的枕形失真、由集光透镜导致的畸变特性与孔的位置精度等关系，将允许范围作为一次加工区域来进行设定。

但是，由于在每个区域进行加工，因此存在以下问题：需要重复进行在工作台暂时停止的状态下对规定的区域照射激光然后移动工作台这样的步骤，时间损失较多，加工时间变长。

另一方面，在专利文献2中，提出了如下的激光加工方法：在对形成于被加工物上的多个加工孔依次进行激光加工时，一边使激光的照射位置在电扫描区域(galvano area)内移动，一边使XY工作台以规定的速度在X方向或者Y方向中的至少一个方向上不停地移动。该方法与专利文献1不同，由于不需要在每个加工区域使工作台停止，因此可能会能够缩短加工时间。

然而，在专利文献2中，需要对XY工作台和电扫描仪进行协调控制，使得成为激光加工对象的加工孔及成为下一个激光加工对象的加工孔双方都位于电扫描区域内。即、由于需要设定成当前的加工孔与下一个加工孔都位于电扫描区域内，因此在对配置在与扫描方向垂直的方向上的多个孔进行多列加工的情况下，对于各列的加工结尾点需要设置等待时间，使得下一列的加工开始点位于电扫描区域内，或者需要扩大电扫描加工区域(galvano operation area)。其结果，产生无用的等待时间，或者在畸变较大的透镜端部进行加工，因此可能会使能力、位置精度、以及加工品质下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平8－174256号公报专利文献2：日本专利特开2011-140057号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

本发明的目的是提出一种能够在被加工物以固定速度连续移动的同时高精度且不间断地持续激光加工的激光加工方法及加工装置。

解决技术问题的技术方案

本发明是一种激光加工方法，其用于控制：沿着与被加工物的主面平行的XY平面使所述被加工物能够在X方向上移动的传送单元、以及使从激光光源射出的激光反射并照射在被加工物上的电扫描仪。包含如下的步骤：一边使传送单元在X方向上以固定速度进行移动，一边利用电扫描仪使激光的瞄准点在电扫描区域内以描绘固定轨迹的方式在X方向及Y方向上扫描，并在扫描线上的规定位置对被加工物照射激光，从而在下面的公式所示出的条件及范围内进行加工。

Px/V≥Σ(Lt+Gt)···(1)

Gx＝Px×α···(2)

Px：被加工物的X方向基准加工间距

V：被加工物的X方向移动速度(固定)

Lt：激光照射时间

Gt：电扫描动作时间(瞄准点的移动时间及稳定时间)

Gx：电扫描区域的X方向的边的距离

α：常数(0<α<1)

(1)式的左边表示被加工物在被加工物的X方向的基准加工间距上移动所用的时间，右边表示激光照射时间(激光振荡器的动作时间)与电扫描动作时间(电扫描仪的瞄准点的移动时间及稳定时间)的合计。即，表示从第一列的激光加工开始到第二列的激光加工开始为止的时间。(1)式中，被加工物在被加工物的X方向加工间距上移动所用的时间比激光照射时间与电扫描动作时间之和更长，因此示出了能够不间断地持续激光加工的条件。(2)式是指由于α＜1，因此电扫描区域的X方向的边的距离比被加工物的X方向的基准加工间距更小。即，示出电扫描区域固定的条件。假设α＞1，则电扫描瞄准点在被加工物的移动方向(X方向)上发生偏移，将超出电扫描区域。若超出，则一旦之后进行对齐动作，就会产生时间损失。通过设为α＜1，从而能够在同一电扫描区域内不间断地进行激光加工。

也可以如下表示来代替(1)式。

Px/V＝Ta+Tb···(4)

此处，Ta是Y方向的加工时间的合计，Tb是X方向的返回的加工时间。

一般，电扫描仪使重量较轻的反光镜移动来扫描激光，因此虽然能进行高速并且高精度的扫描，但是动作范围较小。另一方面，虽然被加工物的移动范围较大，但是难以高速移动/瞬间停止。考虑到上述的特性，通过在满足(1)式、(2)式的条件下同步控制电扫描仪、激光振荡器、以及被加工物的移动，从而能对在X方向上连续的被加工物的加工区域持续地(不间断地)进行激光加工，从而能提高加工效率。只需使被加工物以固定速度连续移动，因此控制变得简单，并且能够消除被加工物停止的时间，并能缩短总加工时间。电扫描区域能设定在畸变较小的集光透镜的中央部，因此能进行高精度的加工。

在本说明书中，“以描绘固定轨迹的方式”进行的扫描是指所谓“一笔画成”地扫描。即，按照从瞄准点所在的坐标点出发经由其他点返回至初始的坐标点的轨迹。该轨迹例如可以是直线的往复移动，也可以是三角形、8字状，只要是在电扫描区域内返回至原来的坐标点那样的扫描轨迹，可以是任意地轨迹。电扫描区域是指电扫描仪能进行扫描的XY区域内且根据电扫描仪的枕形失真、集光透镜的畸变特性与加工位置精度的关系所允许的范围，其中包含了所述轨迹。电扫描仪进行间歇的动作即通常进行点对点控制。在该控制中，从当前的加工点到下一个加工点为止使瞄准点快速地移动，在下一个加工点停止的期间从激光振荡器照射激光。另外，可以使电扫描仪连续动作来代替使电扫描仪间歇动作的方法。本发明的传送单元只要是能够沿着与被加工物的主面平行的XY平面使被加工物在X方向上移动的单元即可，例如XY工作台、仅在X方向上移动的工作台、在X方向上移动的皮带输送机等任意的传送单元。而且，在被加工物是连续的卷状片材的情况下，也可以使用传送辊作为传送单元。

优选为将电扫描仪的瞄准点的扫描路径设为8字状。即，一边使传送单元在X正方向上以固定速度进行移动，一边重复以下的第一～第八步骤。即，将激光照射在XY平面上的第一点的第一步骤；通过电扫描仪将激光的瞄准点从第一点整体向X正方向及Y正方向扫描的第二步骤；在相对于第一点在X正方向及Y正方向上进行了位移的第二点照射激光的第三步骤；通过电扫描仪使激光的瞄准点从第二点向X负方向扫描的第四步骤；在相对于第二点在X负方向上进行了位移的第三点照射激光的第五步骤；通过电扫描仪使激光的瞄准点从第三点整体向X正方向及Y负方向扫描的第六步骤；在相对于第三点在X正方向及Y负方向上进行了位移的第四点照射激光的第七步骤；通过电扫描仪使激光的瞄准点从第四点向X负方向扫描并使激光的瞄准点返回至第一点的第八步骤。另外，在第二步骤中，“整体向X正方向及Y正方向扫描”是指即使局部存在不是“X正方向及Y正方向”的部分，若综合第二步骤来讲，也是“向X正方向及Y正方向”扫描。第六步骤中的“整体”也是相同的意思。若如上述那样使瞄准点呈8字状地进行扫描，则能在1个循环内在Y方向上进行2列加工。由于不需要像之后对齐那样的无用的扫描，因此能够高效地加工多个孔、槽。

优选为满足用下式所示出的条件及范围来作为按照8字状的扫描路径的加工条件。

Px/V≥Gy/Py×(Lt+Gyt)+Gxt+Lt···(3)

Gx：电扫描区域的X方向的边的距离

Gy：电扫描区域的Y方向距离

Py：被加工物的Y方向的基准加工间距

Lt：激光照射时间

Gyt：Y方向电扫描动作时间

Gxt：X方向电扫描动作时间

(3)式的左边表示被加工物在被加工物的X方向的基准加工间距移动所用的时间，右边的第一项表示激光照射时间和Y方向电扫描动作时间之和与电扫描区域的Y方向距离间的加工次数的乘积，即激光在Y方向上扫描一列的加工时间。第二项是X方向电扫描动作时间，第三项是激光照射时间。通过满足该条件公式，从而能够在按照8字状的扫描路径的情况下，进行不间断地加工。

上述的8字状路径虽然是在从第一步骤到第八步骤之间合计进行4次激光照射的示例，但是可以在第二步骤的扫描的途中即从第一点移动至第二点的期间设置照射激光的第九步骤，也可以在第六步骤的扫描的途中即从第三点移动至第四点的期间设置照射激光的第十步骤。第九步骤及第十步骤中的激光照射次数是不限于1次的任意次数。由此，能够在向Y方向移动时加工多个孔。

发明效果

如上所述，根据本发明，能一边使被加工物在X方向上以固定速度连续移动，一边利用电扫描仪在X及Y方向上扫描激光的瞄准点使得其在电扫描区域内描绘出固定轨迹，在规定位置对被加工物照射激光。而且，被加工物在被加工物的X方向加工间距移动所用的时间比激光照射时间与电扫描动作时间之和更长，电扫描区域的X方向的边的距离比被加工物的X方向的基准加工间距更小，因此能够在保持电扫描区域固定的状态下使被加工物不停地被实施持续的激光加工。其结果，能够实现兼顾精度和量产性的激光加工。

附图说明

图1是本发明所涉及的激光加工装置的一个示例的整体图。

图2是控制装置的框图。

图3示出了本发明的电扫描区域、被加工物的孔位置以及瞄准点的扫描顺序的一个示例。

图4是示出激光加工的第1实施例的图。

图5示出第2实施例的瞄准点的扫描例(a)和在被加工物W上加工的孔的位置(b)。

图6示出第3实施例的瞄准点的扫描例(a)和在被加工物W上加工的孔的位置(b)。

图7示出第4实施例的瞄准点的扫描例(a)和在被加工物W上加工的孔的位置(b)。

图8示出第5实施例的瞄准点的扫描例(a)和在被加工物W上加工的孔的位置(b)。

图9示出第6实施例的瞄准点的扫描例(a)和在被加工物W上加工的孔的位置(b)。

图10是示出激光加工的第7实施例的图。

具体实施方式

图1示出本发明所涉及的激光加工装置的一个示例的整体图。本实施例的激光加工装置1是用于在被加工物的一个示例即陶瓷生片W上加工过孔等的装置。激光加工装置1包括激光光源即激光振荡器10、使激光L的瞄准点(或者光轴)在XY方向上扫描的电扫描仪20、以及集光透镜30。具体而言，电扫描仪20包括使瞄准点在X方向上扫描的反光镜21及致动器22、使瞄准点在Y方向上扫描的反光镜23及致动器24。并且，在集光透镜30的下方设置能沿着XY平面移动的XY工作台40，在该工作台上载置被加工物W。XY工作台40具备在X方向上驱动该工作台40的电动机41和在Y方向上驱动工作台40的电动机42。控制装置50通过布线与激光振荡器10、电扫描仪20的致动器22、24、以及电动机41、42连接，能够以后述的方法同步控制激光振荡器10、电扫描仪20及XY工作台40。

如图1中用虚线所示，能够一边使工作台40在X方向上连续移动，一边对被加工物W的在X方向上带状地延伸的区域S1不间断地进行激光加工。在完成区域S1的加工后，使工作台40沿Y方向移动1个间距，再次一边使工作台40在X方向上以固定速度移动，一边对相邻的区域S2不间断地进行激光加工。因而，能够高效地对被加工物W的整个区域进行孔加工。

图2示出控制装置50的框图。从电扫描仪20及电动机41、42向控制装置50发送位置信息。控制装置50基于输入的位置信息，对激光振荡器10、电扫描仪20及工作台40进行同步控制。具体而言，若工作台40的Y方向移动完成，则从电动机42向控制装置50发送定位完成信号，通过电扫描仪20使瞄准点向初始位置移动。一边使工作台40在X方向上以固定速度移动，一边通过电扫描仪20在电扫描区域内以规定的顺序扫描瞄准点，并在规定位置从激光振荡器10照射激光从而在被加工物W上加工孔。

图3示出了电扫描区域GA、被加工物W的孔位置以及瞄准点的扫描顺序的一个示例。此处，在电扫描区域GA内对瞄准点以描绘8字的方式一笔画地进行扫描，并在扫描线上的a、b、c、d、e(与b相同)、f、g(与a相同)的各点照射激光。虽然被加工物W在X方向上以固定速度V移动，但是电扫描区域GA保持在固定位置。通过将点a→b→c→d→e→f→g作为1个循环进行重复，从而能进行不间断的开孔加工。被加工物W上，在Y方向上排成一列的多个(此处为3个)孔H在X方向上隔开规定的间距形成。此处，若将孔的X方向的加工间距设为Px、将被加工物W的X方向移动速度设为V、将激光照射时间(单次照射)设为Lt、将电扫描动作时间设为Gt、以及将电扫描区域的X方向的边的距离设为Gx，则可得到如下的关系：

Px/V≥Σ(Lt+Gt)···(1)

Gx＝Px×α(0＜α＜1)···(2)。

另外，在激光照射时间Lt中还包含用于激光照射所需要的上升时间以及下降时间。

(1)式的左边表示被加工物W在被加工物的X方向的基准加工间距移动所用的时间，右边表示点a～点d间的照射时间Lt与电扫描仪的动作时间Gt的合计，即从第一列的激光加工开始到第二列的激光加工开始为止的时间。(2)式表示由于α＜1，因此Gx＜Px。即，电扫描仪的X方向的边的距离Gx比孔的X方向加工间距Px更小。

接着，参照图4对本发明的激光加工的一个示例进行说明。图4的(A)表示在第一点a定位激光的瞄准点并在该点a上照射激光(射击)的瞬间。黑点表示激光当前的照射位置(在当前时刻加工的最新的孔)，白点表示已加工的孔。

图4的(B)表示将激光的瞄准点从点a相对于X正方向及Y正方向向锐角方向扫描从而在第二点b照射激光的瞬间。若将瞄准点的移动方向与X正方向构成的角度设为θ(＜90°)，则瞄准点的移动方向与Y正方向构成的角度为90°－θ。被加工物W也向X方向移动相当于从点a到点b的瞄准点扫描时间(电扫描动作时间)与激光照射时间的和的时间，因此孔a1与第二点b排列在X方向的相同位置上。

图4的(C)表示将激光的瞄准点从点b相对于X正方向及Y正方向向锐角方向扫描从而在第三点c照射激光的瞬间。与上述相同，被加工物W也向X方向移动相当于从点b到点c的瞄准点扫描时间(电扫描动作时间)与激光照射时间的和的时间，因此孔a1、b1与第三点孔c1排列在X方向的相同位置上。换言之，孔a1、b1、c1在Y方向上排成一列。另外，接着要加工的孔d(用虚线的圆点表示)在电扫描区域GA的外侧。

图4的(D)表示将激光的瞄准点从点c向X负方向扫描从而在第四点d照射激光的瞬间。被加工物W向X方向移动相当于从点c到点d的瞄准点扫描时间(电扫描动作时间)与激光照射时间的和的时间，因此孔c1与第四点的孔d1的X方向间距Px比电扫描区域的X方向的边的距离Gx更大。

图4的(E)表示将激光的瞄准点从点d相对于X正方向及Y负方向向锐角方向扫描并在第五点e照射激光的瞬间。被加工物W向X方向移动相当于从点d到点e的瞄准点扫描时间(电扫描动作时间)与激光照射时间的和的时间，因此孔d1与第五点e1排列在X方向的相同位置上。

图4的(F)表示将激光的瞄准点从点e相对于X正方向及Y负方向向锐角方向扫描并在第六点f照射激光的瞬间。被加工物W向X方向移动相当于从点e到点f的瞄准点扫描时间(电扫描动作时间)与激光照射时间的和的时间，因此孔d1、e1与第六点的孔f1排列在X方向的相同位置上。在该状态下，接着要加工的孔g(用虚线的圆点表示)在电扫描区域GA的外侧。

图4的(G)表示将激光的瞄准点从点f向X负方向扫描并将激光的瞄准点返回至第一点g(与a相同)的瞬间。被加工物W向X方向移动相当于从点f到点g的瞄准点扫描时间(电扫描动作时间)与激光照射时间的和的时间，因此通过将瞄准点返回至与第一点a相同的位置g，从而孔f1与孔g1的间距Px比电扫描区域的X方向的边的距离Gx更大。之后，与上述相同地重复(A)～(G)的步骤。

作为传送被加工物W的方法，除了工作台40以外，能够通过使用多个传送辊在X方向上传送被加工物W。在被加工物为连续的卷状片材的情况下，通过如上述那样使瞄准点以描绘8字的方式进行一笔画的扫描，从而能够在片材的长边方向上不间断地进行加工，而不会使片材停止。并且，由于能够在1个循环的扫描内对2列孔进行加工，因此量产性较高。由于不需要之后对齐那样的扫描，因此能够减少无用的时间。被加工物W只需以固定速度移动并且电扫描仪20以规定的周期进行扫描即可，因此控制简单。电扫描区域GA能够设定在畸变的影响比较小的集光透镜30的中央部，因此能进行高精度的加工。

虽然在图3、图4中示出了对于1个被加工物W在Y方向上加工3个孔的示例，但是能够任意地设定孔的个数。此外，虽然示出了在被加工物W的Y方向上隔开一定间距加工孔的示例，但是也能够进行Y方向的间距不固定的孔加工。此外，还能够使用具有多个针孔的掩膜、分光镜等，多个孔为一组进行同时加工。在该情况下，将一组孔视为集合图形，集合图形的各个间隔成为基准加工间距。

－第2实施例－

图5的(a)示出瞄准点的第二实施例的扫描例，图5的(b)示出在被加工物W上加工的孔的位置。图5中，如在(a)中用虚线表示的那样整体以描绘8字的方式进行扫描，用从左上向右下的扫描线和从左下向右上的扫描线，分别对6个孔进行加工。因此，与图3相同，孔在Y方向上排列成一列，并且Y方向间距固定。方形标志表示第一列的射击(或者孔位置)，菱形标志表示第二列的射击(或者孔位置)。由此通过在扫描线上增加射击次数，能够增加每一列的孔的个数。

－第3实施例－

图6的(a)示出瞄准点的第三实施例的扫描例，图6的(b)示出在被加工物W上加工的孔的位置。图6中，虽然如在(a)中用虚线表示的那样整体以描绘8字的方式进行扫描，但是扫描线为折线状而非如图5那样的斜向单条直线状。从左上向右下的扫描线与从左下向右上的扫描线呈对称形状。因此，孔在Y方向上排列成一列，但是Y方向间距并不固定。在Y方向上排列的加工孔的个数是每一列7个。方形标志表示第一列的射击(或者孔位置)，菱形标志表示第二列的射击(或者孔位置)。

－第4实施例－

图7的(a)示出瞄准点的第四实施例的扫描例，图7的(b)示出在被加工物W上加工的孔的位置。图7中，如在(a)中用虚线表示的那样整体以描绘8字的方式进行扫描，扫描线与图6相比进一步折弯成折线状，并且从左上向右下的扫描线与从左下向右上的扫描线呈左右非对称。虽然第一～第三实施例的电扫描区域GA为长方形，但是该实施例的电扫描区域GA为平行四边形。因此，孔在Y方向上不排列成一列，呈蜿蜒状或者交错状排列。在Y方向上排列的加工孔的个数是每一列6个。方形标志表示第一列的射击(或者孔位置)，菱形标志表示第二列的射击(或者孔位置)。

－第5实施例－

图8的(a)示出瞄准点的第五实施例的扫描例，图8的(b)示出在被加工物W上加工的孔的位置。图8中，如在(a)中用虚线表示的那样整体以描绘8字的方式进行扫描，但是从左上向右下的扫描线与从左下向右上的扫描线呈左右非对称。虽然扫描线与图7的实施例相似，但是与其相比折线的弯曲角度更大。因此，虽然孔的Y方向间距固定，但是在Y方向上并不是排列成一列。具体而言，呈蜿蜒状或者交错状排列。在Y方向上排列的加工孔的个数是每一列6个。方形标志表示第一列的射击(或者孔位置)，菱形标志表示第二列的射击(或者孔位置)。系列1是按照点a～b～c～d～e～f进行移动，其间在方形标志的点上进行激光照射。在按照点f～g在X负方向上进行了返回动作后，系列2按照g～h～i～j～k～l进行移动，其间在菱形标志的点上进行激光照射。与其他实施例不同，在该实施例中，点ab间、cd间、ef间、hi间、jk间的扫描为X负方向。

－第6实施例－

图9的(a)示出瞄准点的第六实施例的扫描例，图9的(b)示出在被加工物W上加工的孔的位置。虽然图9的情况也是整体以描绘8字的方式进行扫描，但是在各点附近进行多次的射击。因此，能够在一处形成多个在Y方向上靠近排列的小孔。

－第7实施例－

图10示出了电扫描区域GA、被加工物W的孔位置以及瞄准点的扫描顺序的变形例。此处，在电扫描区域GA内，以使瞄准点在倾斜方向上往复移动的方式进行扫描，在扫描线上的a、b、c、d、e各点上照射激光后，再次返回至a点。在从点e返回至点a的途中不进行照射。通过将点a→b→c→d→e→a作为1个循环进行重复，从而能加工在Y方向上排列成一列的孔，并且能进行不间断的开孔加工。被加工物W上，在Y方向上排成一列的多个(此处为5个)孔H在X方向上隔开规定的间距Px形成。在该情况下，电扫描区域GA的X方向的边的距离Gx比间距Px更小，因此若在时间(Px－Gx)/V的期间使瞄准点按照点e→点a返回，则能够持续不间断地加工。

在图10中，虽然示出了点a→b→c→d→e的扫描路径为一直线状的示例，但是也可以如图6、图7、图8那样设为折线状。在该情况下加工的孔会如图6那样Y方向间距不均匀，或者如图7那样呈蜿蜒状。另外，从点e向点a的返回动作可以设为直线状使得在最短时间内返回。

上述的实施例只是示出了本发明的数个示例，根据要加工的孔的位置，能够任意地选择瞄准点的移动轨迹。即，不限于8字状、Z字状、倾斜往复状。此外，在上述的实施例中，对于在片材上进行孔加工的示例进行了说明，但是也能够进行槽加工、划线、剪裁、切断、标记等其他加工。作为被加工物，除了陶瓷生片以外，可以是陶瓷晶片、半导体晶片、树脂膜、印刷基板、金属板等能用激光加工的任意被加工物。

标号说明

W 被加工物

1 激光加工装置

10 激光振荡器

20 电扫描仪

30 集光透镜

40 XY工作台(传送单元)

50 控制装置