激光加工装置的制造方法
【专利摘要】本申请的激光加工装置具有激光振荡器、分光器、光检测器、照射部和控制部。控制部与激光振荡器、光检测器和照射部连接。进而，控制部将在第1时间点开始激光束的输出、在第1时间点之后的第2时间点停止激光束的输出的输出信号发送给激光振荡器。进而，控制部在第2时间点之后的第3时间点从光检测器接收表示比第1设定强度大的第1检测强度的检测信号。进而控制部在第3时间点以后的第4时间点将控制照射部的驱动的驱动信号发送给照射部。进而控制部在第3时间点以后的第5时间点发送警告信号。
【专利说明】
激光加工装置
技术领域
[0001 ]本公开涉及使用激光束在基板实施开孔加工等的激光加工装置，特别涉及防止激光加工装置中所用的激光振荡器的特性恶化所引起的加工不良。
【背景技术】
[0002]近年来，与部件的小型化、高集成化、复合模块化相伴而基材的开孔加工也越来越精密化，因此利用激光束的开孔加工不断增加。激光加工装置中所用的激光振荡器作为激光加工装置的一部分而设，激光振荡器由于长时间使用所引起的激光媒质的恶化等而输出的激光束的特性也恶化。由于激光束的输出特性激烈的恶化会妨碍到精密的激光孔加工，因此需要获知激光振荡器的激光束的输出状态。
[0003]使用图15以及图16来说明专利文献I记载的现有的激光加工装置。图15是表示现有的激光加工装置100的概略构成的框图。图16是表征现有的激光加工装置100的光检测器103的检测值的图表。
[0004]现有的激光加工装置100具有:激光振荡器101、分束器102、光检测器103、计数器104、主控制器105和显示器106。主控制器105对激光振荡器101输出脉冲发射的指令信号。接受到脉冲发射的指令信号的激光振荡器101照射激光r，由设置在激光r的光路的分束器102将激光r的一部分分割为判定用激光ra，引导到光检测器103。光检测器103测定判定用激光ra的能量强度。另外，分离出判定用激光ra的激光r通过振镜而改变照射方向，照射到基板。在对基板中的I个分割区域照射I个或多个脉冲份的激光r来进行了激光孔加工后，通过振镜将激光r的照射方向变更到接下来要激光孔加工的分割区域。
[0005]光检测器103将分割的判定用激光ra的光能变换成电能来测定能量强度。
[0006]图16示出在光检测器103测定的最大电压值Vl的激光脉冲Pl的电压、最大电压值V2的激光脉冲P2的电压、和基准值Vx。
[0007]计数器104与光检测器103连接，测量示出激光孔加工所需的基准值Vx以上的电压值的判定用激光ra的数量，将测量数送往主控制器105。主控制器105控制激光振荡器101以及计数器104，对来自计数器104的测量数和激光r的发射数进行比较运算。即，若在光检测器103检测到的电压值为基准值Vx以上(激光脉冲Pl的最大电压值VI)，则主控制器105判断为良好地进行了激光孔加工。若在光检测器103检测到的电压值低于基准值Vx(激光脉冲P2的最大电压值V2)，则主控制器105判断为激光孔加工不良。
[0008]然后，主控制器105判定激光孔加工的良好与否，将判定结果输出到外部，或显示在显示器106。由此能获知发生加工不良的分割区域、激光孔加工的进展状沉。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开平11-77355号公报
【发明内容】
[0012]但在现有技术的激光加工装置中，即使能判定激光振荡器的输出降低所引起的加工不良，也不能进行激光脉冲的能量的下降特性的恶化所引起的加工不良的判定或预见。
[0013]在激光加工装置中，为了在I个分割区域进行多个激光孔加工，通过振镜使孔激光束的照射方向移动。但在因激光振荡器的下降特性的恶化而激光束的输出降低到零附近为止的时间延长的情况下，在扫描振镜所进行的激光束的照射方向的移动中也会照射激光束。为此，激光孔加工而得到的孔的形状会成为椭圆或泪滴型。
[0014]为此在本公开的激光加工装置中，监视激光脉冲的能量的下降特性，警告或防止激光加工的不良发生。
[0015]为了解决上述课题，本公开的I个实施方式所涉及的激光加工装置具有:激光振荡器、分光器、光检测器、照射部和控制部。激光振荡器输出激光束。分光器入射激光束，将激光束分离成加工激光束和测定激光束，并出射。光检测器入射测定激光束，发送表示测定激光束的强度的检测信号。照射部入射加工激光束，将加工激光束照射到加工物。控制部与激光振荡器、光检测器和照射部连接。进而，控制部将在第I时间点开始激光束的输出、在第I时间点之后的第2时间点停止激光束的输出的输出信号发送给激光振荡器。进而，控制部在第2时间点之后的第3时间点从光检测器接收表示比第I设定强度大的第I检测强度的检测信号。进而，控制部在第3时间点以后的第4时间点将控制照射部的驱动的驱动信号发送给照射部。进而，控制部在第3时间点以后的第5时间点发送警告信号。
[0016]另外，本公开的另外实施方式所涉及的激光加工装置具有:激光振荡器、分光器、光检测器、照射部和控制部。激光振荡器输出激光束。分光器入射激光束，将激光束分离成加工激光束和测定激光束，并出射。光检测器入射测定激光束，发送表示测定激光束的强度的检测信号。照射部入射加工激光束，将加工激光束照射到加工物。控制部与激光振荡器、光检测器和照射部连接。进而，控制部将在第I时间点开始激光束的输出、在第I时间点之后的第2时间点停止激光束的输出的输出信号发送给激光振荡器。进而，控制部在第2时间点以后周期性地从光检测器接收检测信号。进而，控制部在第2时间点之后的第7时间点从光检测器接收表示比第3设定强度小的第3检测强度的检测信号。进而，控制部在第7时间点以后的第8时间点将使照射部动作的驱动信号发送给照射部。
[0017]通过上述的构成，在本公开所涉及的激光加工装置中，监视激光脉冲的能量的下降特性的恶化，警告或防止激光加工的不良发生。
【附图说明】
[0018]图1是表示实施方式I所涉及的激光加工装置的概略构成的立体图。
[0019]图2是说明实施方式I所涉及的控制部的详细构成的框图。
[0020]图3是表示实施方式I所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。
[0021]图4是表示实施方式I所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。
[0022]图5是表示实施方式I所涉及的激光加工装置的动作的流程图。
[0023]图6是表示实施方式I的变形例I所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。
[0024]图7是表示实施方式I的变形例2所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。
[0025]图8是表示实施方式I的变形例2所涉及的激光加工装置的动作的流程图。
[0026]图9是表示实施方式I的变形例3所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。
[0027]图10是表示实施方式I的变形例4所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。
[0028]图11是表示实施方式I的变形例4所涉及的激光加工装置的动作的流程图。
[0029]图12是表示实施方式2所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。
[0030]图13是表示实施方式2所涉及的激光加工装置的动作的流程图。
[0031]图14是表示本公开的另外激光加工装置的概略构成的立体图。
[0032]图15是表示现有的激光加工装置的概略构成的框图。
[0033]图16是表征现有的激光加工装置的光检测器的检测值的图表。
【具体实施方式】
[0034]以下，参考附图来说明本公开的实施方式。在以下附图中，对相同结构要素标注相同标号，因而有时省略说明。另外，图面中所示的X轴、Y轴以及Z轴分别相互正交。在此，Z轴的方向是相当于上下的铅直方向，各图的座标轴描绘得与视野的方向对应。
[0035](实施方式I)
[0036]〈激光加工装置I的构成〉
[0037]图1是表示本实施方式所涉及的激光加工装置I的概略构成的立体图。如图1所示那样，激光加工装置I具有:激光振荡器2、分光器3、光检测器4、光学调整部5、扫描振镜6、聚光透镜7、加工平台8、控制部9和警告显示部10。将扫描振镜6和聚光透镜7汇总作为照射部。
[0038]激光振荡器2接受从控制部9输出的激光脉冲输出指令信号11，出射激光束21。作为激光振荡器2的方式，根据加工所需的能量或激光波长等选择YAG激光器、二氧化碳激光器等合适的方式的激光振荡器即可。在本实施方式中，作为激光振荡器2，使用密封型的RF(Rad1 Frequency，射频)激发二氧化碳激光器来进行说明。这是因为，能得到对作为加工物的基板高速进行开孔加工的情况下所需的短脉冲、高峰值输出的激光束。
[0039]从激光振荡器2出射的激光束21在刚出射后、或根据激光振荡器2的设置场所而被反射镜反射后，被引导到分光器3。
[0040]分光器3是将入射的激光束分离为反射光以及透射光的激光分束器。在本实施方式中，分光器3将相当于激光束21的一部分的约0.5 %?I %程度的能量份作为测定激光束22而反射，将相当于激光束21的大半的约99?99.5%程度的能量份作为加工激光束23而透射。
[0041]测定激光束22入射到光检测器4，测定能量。加工激光束23为了激光加工而被引导到光学调整部5。另外，分光器3也可以将激光束21的一部分透射而作为测定激光束22，将激光束21的大半反射而作为加工激光束23。
[0042]光检测器4探测测定激光束22，将表示测定激光束22的能量(检测强度)的检测信号12输出(发送)给控制部9。具体地，光检测器4具有:光电二极管或光电晶体管等光量测定元件、放大电路和模拟/数字(A/D)变换器。光检测器4将测定激光束22变换成表示测定激光束22的检测强度的电压值，用A/D变换器变换成数字数据。A/D变换器从控制部9被输入(接收)采样指令信号13作为锁存时钟，探测电压值，将该数字数据作为检测信号12而输出(发送)给控制部9。
[0043]另一方面，加工激光束23被引导到光学调整部5。光学调整部5具有准直透镜、光圈、光阑等光学元件，将加工激光束23整形为具有适于激光加工的输出(能量)和分布(能量分布)的大致平行的光线束。另外，光阑具有用于对加工激光束23的光束形状进行整形的整形孔。
[0044]整形过的加工激光束23被引导到作为照射部的扫描振镜6。扫描振镜6具有:振镜控制器61、电动机62、64和振镜反射镜63、65。扫描振镜6从控制部9被输入(接收)振镜动作指令信号14，进行动作使加工激光束23照射到加工物99的加工位置P。具体地，用设置在电动机62的振镜反射镜63在X轴方向上扫描加工激光束23的加工位置P，用设置在电动机64的振镜反射镜65在Y轴方向上扫描加工激光束23的加工位置P。振镜控制器61按照基于加工程序的加工位置P的数据，经由电动机62、64来控制振镜反射镜63、65。
[0045]用扫描振镜6定位的加工激光束23通过聚光透镜7(f0透镜)而聚光在加工物99的加工位置P。加工物99是基板、生片、薄膜、薄板金属板等薄片状的构件。加工物99载置在加工平台8。加工平台8能使加工物99在X轴方向以及Y轴方向上移动，能使加工物99从扫描振镜6能扫描的加工区移动到加工区之外。
[0046]然后，控制部9根据激光振荡器2的动作、从光检测器4接收到的测定激光束22的能量(检测强度)、和扫描振镜6的动作，来对警告显示部10发送警告信号15。将对警告显示部10发送警告信号15的时刻设为第5时间点。
[0047]〈控制部9的详细的构成〉
[0048]控制部9至少与激光振荡器2、光检测器4以及扫描振镜6连接，控制激光振荡器2、光检测器4以及扫描振镜6。
[0049]图2是说明本实施方式所涉及的控制部9的详细构成的框图。图3是表示本实施方式所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。另外，图3的(a)?(C)是横轴为时刻t的时序图，虽然尺度不恒定，但各时刻的前后关系是正确的。
[0050]在图2中，控制部9具有:主软处理部91、参数存储部92、激光输出指令部93、采样指令部94、探测电平接收部95、比较部96、振镜指令部97和警告信号输出部98。
[0051]另外，这些构成要素是将控制部9所具有的功能可视化的产物。因而这些构成要素既可以由各自独立的硬件构成，也可以由接口和软件的组合构成。另外，这些构成要素用来说明控制部9的功能当中的本公开的特征性的构成和动作，还具有激光加工装置I的其他控制功能。
[0052]参数存储部92以能与其他信号电平比较的格式存储激光加工装置I的动作前预先确定的各种参数。
[0053]激光输出指令部93按照加工程序对激光振荡器2输出激光脉冲输出指令信号11。图3(a)表示激光脉冲输出指令信号11的时序图，激光脉冲输出指令信号11在时刻tl (第I时间点)从无效变为有效，在时刻t2 (第2时间点)从有效变为无效。激光脉冲输出指令信号11是脉冲状的信号，RF激发脉冲宽度TP (时刻11到时刻t2的时间)为数十μ秒?数百μ秒。在实际的加工中，用激光功率与加工物的材质、厚度的关系来决定最佳的RF激发脉冲宽度ΤΡ。在本实施方式中，RF激发脉冲宽度TP设为约ΙΟΟμ秒前后。
[0054]采样指令部94对光检测器4输出采样指令信号13，对光检测器4进行指令，使其对测定激光束22的能量进行测定，并将检测信号12输出到探测电平接收部95。输出的检测信号12在探测电平接收部95被接收。
[0055]图3(b)是探测电平接收部95从光检测器4接收的检测信号12。但为了说明而假设为连续对检测信号进行采样，从而描绘检测信号12的图表。检测信号12由于是与测定激光束22的光量成正比的电信号，因此图3(b)与激光束21的能量强度的改变相同。如图3的(b)所示那样，检测信号12从时刻tl起开始增加，从时刻t2起开始减少。
[0056]振镜指令部97按照加工程序对扫描振镜6输出振镜动作指令信号14。图3(c)表示振镜动作指令信号14的时序图。为了在向加工物99的激光照射结束后使扫描振镜6的动作开始，在从激光脉冲输出指令信号11的末期的时刻t2起经过给定的振镜动作等待时间TG后的时刻t4 (第4时间点)输出振镜动作指令信号14。
[0057]警告信号输出部98在需要警报的情况下输出警告信号15。接收到警告信号15的警告显示部10向作业者显示警报。另外，警报可以在画面用字符、图形予以显示，也可以用声音通知。另外，也可以不设独立的警报显示部，而是在操作用的画面进行显示。
[0058]主软处理部91按照加工程序来控制以上的构成要素，并在内部具有定时器功能，来同时进行与时间经过相伴的控制。
[0059]图3表示I循环份，在其中，以I个脉冲在加工物99的I个加工区域进行激光加工，由扫描振镜6使加工激光束23移动到下一加工区域。但也可以以多个脉冲在加工物99的I个加工区域进行激光加工，由加工平台8使加工激光束23移动到下一加工区域，将此作为I循环。在该情况下，图3对I循环当中最后的脉冲进行表示。
[0060]〈激光加工装置I的动作〉
[0061]使用图4、图5来说明以上那样构成的本公开的激光加工装置的动作。
[0062]激光振荡器2根据需要预热，加工物99载置、固定在加工平台8，移动到给定的加工区。按照加工程序，扫描振镜6被定位，使得加工激光束23照射到给定的加工位置P。在该状态下将加工激光束23作为脉冲照射，对加工物99进行加工。作为加工物99的加工，例如是开孔。扫描振镜6被定位，使得加工激光束23照射到下一加工位置P。加工激光束23作为脉冲而照射，对加工物99进行加工。重复以上的循环，来对加工物99整体进行加工。
[0063]以下，使用附图来说明以I个激光脉冲对加工物99的I个加工区域进行加工的激光加工的I循环份。图4是表示本实施方式所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。另外，对与图3相同的构成标注相同标号，省略说明。
[0064]若将扫描振镜6定位来使加工激光束23照射到给定的位置，则控制部9在时刻tl将激光脉冲输出指令信号11输出给激光振荡器2，在时刻t2停止激光脉冲输出指令信号11。激光脉冲输出指令信号11如图4(a)所示那样，是仅仅使激光振荡器2接通给定的RF激发脉冲宽度TP的时间的脉冲状的信号。
[0065]激光振荡器2接受激光脉冲输出指令信号11成为有效这一情况，激发激光媒质。但是，激光束21的能量的强度如图4(b)的特性A(实线部)所示那样，上升到峰值强度需要时间。关于下降也同样，激光脉冲输出指令信号11从有效成为无效，在激光束21的能量成为大致零的下降中需要时间。另外，如前述那样，由光检测器4测定的测定激光束22的能量变化与从激光振荡器2输出的激光束21的能量变化相同。激光束21的上升、下降的时间由激光振荡器2的特性决定，本实施方式中所用的RF激发的二氧化碳激光器中为数十μ秒的级别。该特性以目录等作为规格的一部分示出。作为厂商担保而带有裕量地进行提示，例如「<60μ秒」那样以最大时间进彳丁提不。
[0066]在以I个激光脉冲进行了在加工物99的I个加工位置的激光加工后，为了使加工激光束23移动到下一加工位置而驱动扫描振镜6。在扫描振镜6的驱动中，考虑上述的激光脉冲的下降时间来设定振镜动作等待时间TG。这是因为，若在加工激光束23输出(照射)的期间驱动扫描振镜6，则加工激光束23会照射到不需要加工的部分，会成为加工不良。图4(c)是表示振镜动作指令信号14的输出的时序图。在从激光脉冲输出指令信号11从有效成为无效的时刻t2起经过振镜动作等待时间TG的时刻t4，使振镜动作指令信号14成为有效。
[0067]对振镜动作等待时间TG进行时间设定，使其具有激光束21的下降时间的最大值、或长于最大值的裕量。例如，由于激光振荡器2的规格中的下降时间为「<60μ秒」，因此能举出60μ秒、80μ秒、进而具有裕量的ΙΟΟμ秒等作为示例。但若增大振镜动作等待时间TG，则加工时间会变长，加工成本增加。为此，期望在不出现加工不良的范围内使振镜动作等待时间TG较小。
[0068]然而，如图4的(b)的特性B(虚线部)所示那样，可知，在使用激光振荡器2的过程中，激光束21的能量的上升、下降特性恶化。即，激光束21的能量的上升时间和下降时间变大。由此，在经过振镜动作等待时间TG的时刻t4，激光束21也未充分下降，成为输出残存的状态。
[0069]为此在本公开中，为了未然地防止因激光束21的能量的特性恶化而发生的加工不良，进行以下那样的控制。
[0070]图5是表示本实施方式所涉及的激光加工装置I的动作的流程图。特别图5所示的流程图主要记载了控制部9的动作。
[0071]首先，将扫描振镜6定位，以使加工激光束23照射到给定的加工位置P。接下来，控制部9输出在时刻tl成为有效、在时刻t2成为无效的激光脉冲输出指令信号U。接受到激光脉冲输出指令信号11的激光振荡器2在时刻tl开始激光媒质的激发而输出激光束21，在时刻t2停止激发电力(SlO)。
[0072]接下来，控制部9从时刻t2起开始时间的测量，判定是否经过了预先设定并容纳于参数存储部92的判定时间Tl(Sll)。将从时刻t2起经过了判定时间Tl的时刻设为时刻t3(第3时间点)。
[0073]在时刻t3，控制部9对光检测器4输出采样指令信号13，光检测器4将表示在接收到采样指令信号13的时刻t3测定出的测定激光束22的能量的检测信号12(第I检测强度)输出给控制部9(S12)。
[0074]接下来，控制部9将时刻t3的检测信号12和比较容许值LI(第I设定强度)进行比较。例如如图4的(b)的特性A(实线部)所示那样，时刻t3的检测信号12所示的测定激光束22的能量小于比较容许值LI的情况下，判断为来自激光振荡器2的激光束21的振荡为正常。在图4的(b)的特性B(虚线部)所示那样，检测信号12所示的测定激光束22的能量大于比较容许值LI的情况下，判断为激光振荡器2进行的激光束21的振荡为异常。在判断为正常的情况下，控制部9不发送警告信号15，而是在经过了振镜动作等待时间TG的时刻t4输出振镜动作指令信号14。在判断为异常的情况下，控制部9在将警告信号15发送给警告显示部10的基础上，在经过了振镜动作等待时间TG的时刻t4输出振镜动作指令信号14 (S13)。
[0075]由此能使作业者获知激光振荡器2的下降特性的恶化。
[0076](实施方式I的变形例I)
[0077]接下来，使用图6来说明实施方式I的变形例Iο图6是表示本变形例中的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。对与图4相同的构成使用相同标号并省略说明。
[0078]本变形例与实施方式I的相异点在于，如图6所示那样，判定时间Tl和振镜动作等待时间TG为同时这点。即，时刻t3和时刻t4为同时。
[0079]在时刻t3检测信号12所示的测定激光束22的能量小于比较容许值LI的情况下(实线所示的特性A)，控制部9不发送警告信号15，激光加工装置I继续进行加工物99的激光加工。并且，在时刻t3检测信号12所示的测定激光束22的能量大于比较容许值LI的情况下(虚线所示的特性B)，控制部9发送警告信号15，但激光加工装置I继续进行加工物99的激光加工。在该情况下，将成为发送警告信号15的基准的比较容许值LI设定得低(严格)到在该循环中的激光加工中没有问题的程度即可。由此能减小振镜动作等待时间TG，能缩短生产节拍时间，因此生产性提升。进而，通过警告信号15，作业者获知激光振荡器2的下降的特性恶化。
[0080](实施方式I的变形例2)
[0081 ]接下来使用图7、8来说明实施方式I的变形例2 ο图7是表示本变形例中的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。对与图4相同的构成使用相同标号并省略说明。另外，图8是表示本变形例中的激光加工装置I的动作的流程图。对与图5相同的构成使用相同标号并省略说明。
[0082]如图7的(C)以及图8的S14所示那样，本变形例与实施方式I的相异点在于，在发送警告信号15的情况下，扫描振镜6停止动作这一点。
[0083]在时刻t3检测信号12所示的测定激光束22的能量小于比较容许值LI的情况下(实线所示的特性A)，控制部9不发送警告信号15，激光加工装置I继续进行加工物99的激光加工。然后，在时刻t3检测信号12所示的测定激光束22的能量大于比较容许值LI的情况下(虚线所示的特性B)，控制部9发送警告信号15，进而在经过了振镜动作等待时间TG的时刻t4也不输出振镜动作指令信号14，使扫描振镜6的停止继续(S14)。与此相伴，还使激光振荡器2停止。在该情况下，能将成为发送警告信号15的基准的比较容许值LI设定得高到在该循环中的激光加工中成为问题的程度。由此，在加工激光束23的下降不充分的状态下，由于扫描振镜6不进行驱动，因此能防止加工不良。进而，通过警告信号15，作业者获知激光振荡器2停止。另外，由于能将比较容许值LI设定得大，因此不再发送激光加工中没有问题的警告信号15。
[0084](实施方式I的变形例3)
[0085]接下来，使用图9来说明实施方式I的变形例3ο图9是表示本变形例中的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。对与图6相同的构成使用相同标号并省略说明。另外，变形例2中所用的图8也是表示本变形例中的激光加工装置I的动作的流程图。对与图5相同的构成使用相同标号来并省略说明。
[0086]本变形例与实施方式I的变形例I的相异点在于，如图9的(C)以及图8的S14所示那样，在发送了警告信号15的情况下，扫描振镜6停止动作。本变形例与实施方式I的变形例I的共通点在于，如图9所示那样，判定时间Tl和振镜动作等待时间TG为同时。即，时刻t3和时刻t4为同时。
[0087]在时刻t3检测信号12所示的测定激光束22的能量小于比较容许值LI的情况下(实线所示的特性A)，控制部9不发送警告信号15，激光加工装置I继续进行加工物99的激光加工。然后，在时刻t3检测信号12所示的测定激光束22的能量大于比较容许值LI的情况下(虚线所示的特性B)，控制部9发送警告信号15，不输出振镜动作指令信号14，使扫描振镜6停止。与此相伴，还使激光振荡器2停止。在该情况下，将成为发送警告信号15的基准的比较容许值LI设定得高到在该循环中的激光加工成为问题的程度。另外，关于时刻t3和时刻t4，虽然大致同时，但时刻t4比时刻t3滞后控制部9接收检测信号12、和进行与比较容许值LI的比较的运算时间份。该时间为纳秒等级，在本公开中定义为「同时」。
[0088]由此，在加工激光束23的下降不充分的状态下，由于扫描振镜6不进行驱动，因此能防止加工不良。进而，通过警告信号15，作业者获知激光振荡器2停止。然后，在通常的激光加工中，能减小振镜动作等待时间TG，能缩短生产节拍时间，因此生产性得以提升。
[0089]〈关于参数的设定和接收的定时〉
[0090]如前述那样，在本公开中，能进行实施方式I以及其变形例I?3那样的控制。然后，在这些方案中，判定时间Tl、振镜动作等待时间TG以及比较容许值LI的设定变得重要。在此例示几种振镜动作等待时间TG和比较容许值LI的决定方法。
[0091]第I决定方法是使用作为激光振荡器的规格而提示的下降时间的最大值的方法。一般，相对于说明书中提示的特性，实际多数情况下会稍微更好些。特别关于担保的最大值，会考虑机种间的偏差而设置余裕。因而，在该余裕消失程度地特性恶化的情况下，视作出现不良发生的可能性而作为警告的对象。
[0092]例如，在下降到激光束21的峰值能量的5%的时间不足50μ秒这样的规格下，将比较容许值LI设定为相当于峰值能量的5%的检测信号12的值，将判定时间Tl设定为担保值的50μ秒。如此一来，在出现超过担保电平的激光束21的下降特性的恶化的情况下，能通过警告信号15获知。在该情况下，若尽量带有裕量地将振镜动作等待时间TG设定得长于判定时间Tl，则在扫描振镜6的动作之前，激光束21的能量进一步降低。由此，即使是警告信号15的发生时，也不需要使加工物99的激光加工停止。然后，通过在激光加工的结束后进行激光加工装置I的维护，能防止激光加工装置I的加工不良。
[0093]第2决定方法是与振镜动作等待时间TG同时接收检测信号12的方法。若在激光束21的能量未充分降低的状态下驱动扫描振镜6，则会出现加工不良。但不出现加工不良的加工激光束23的能量不需要完全是零，有极限值。该极限值由加工物99的材质等决定。将表示根据该极限值而勉强带有余裕的测定激光束22的能量的检测信号12的值作为比较容许值LI，使判定时间Tl和振镜动作等待时间TG相同。
[0094]由此，即使激光束21的能量的下降特性恶化，只要未输出警告信号15，在扫描振镜6开始动作的时间点，加工激光束23的能量就在不会出现加工不良的极限值以内。在输出警告信号15的情况下，由于若继续激光加工就会有发生加工不良的可能性，因此作业者立即停止激光加工装置I来进行维护即可。
[0095]第3是在扫描振镜6开始动作前判断是否不是异常状态的方法。比较容许值LI设为相当于即使扫描振镜6动作也不会成为不良的加工激光束23的能量的极限值的检测信号12的值。振镜动作等待时间TG设定长于判定时间Tl的时间。
[0096]如此，能在输出振镜动作指令信号14前判定引发加工不良那样的激光束21的下降特性的恶化。在将检测信号12的值和比较容许值LI进行比较而判断为下降特性为正常的情况下，即使使扫描振镜6动作也不会出现加工不良。另外，在判断为下降特性为异常的情况下，只要不输出振镜动作指令信号14而中断激光加工，就能未然地防止加工物99的加工不良。由于输出警告信号15并显示在警告显示部10，因此作业者还能获知激光加工中断的理由。另外，由于激光束21的能量进一步降低振镜动作等待时间TG比判定时间Tl长的份，因此在判断为下降特性为异常的情况下，只要作业者尽早中断激光加工，就能未然地防止加工物99的加工不良。
[0097](实施方式I的变形例4)
[0098]另外，还能组合上述的第I到第3比较方法和处置。例如，在用第I比较方法进行了警告但加工继续、用第2比较方法判断为异常的情况下，能不仅进行警告，还使激光加工装置I停止。
[0099]使用图10、11来说明实施方式I的变形例4。图10是表示本变形例中的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(C)振镜动作指令信号的状态的时序图。对与图4相同的构成使用相同标号并省略说明。另外，图11是表示本变形例中的激光加工装置I的动作的流程图。对与图5相同的构成使用相同标号并省略说明。
[0100]实施方式I以及其变形例I?3与本变形例的不同点如图10的(b)、(C)以及图11的S15所示那样，不仅将判定时间Tl和比较容许值LI (第I设定强度)作为参数存储，还将判定时间T2和比较容许值L2 (第2设定强度)作为参数存储。
[0101]如图10的特性A(实线部)所示那样，由于在经过了第I判定时间Tl的时刻t3低于比较容许值LI，因此控制部9不发送警告信号15。另外，由于在经过长于判定时间Tl的判定时间T2的时刻t6(第6时间点)低于比较容许值L2，因此控制部9发送振镜动作指令信号14。由此，扫描振镜6在时刻t4动作。这成为激光束21的下降特性为正常的情况下的激光加工的控制。
[0102]与此相对，如图10的特性B(虚线部)所示那样，由于在经过判定时间Tl的时刻t3高于比较容许值LI，因此控制部9发送警告信号15。然后，由于在经过了长于判定时间Tl的判定时间T2的时刻t6高于比较容许值L2，因此控制部9如图10(c)中虚线所示那样，不发送振镜动作指令信号14，扫描振镜6不动作。这成为激光束21的下降特性为异常的情况下的激光加工的控制。在该情况下，不发送警告信号15而扫描振镜6停止(SI5)。
[0103]若在经过了判定时间TI的时刻13高于比较容许值LI，在经过了判定时间T2的时刻t6低于比较容许值L2，则控制部9仅发送警告信号15，扫描振镜6继续动作。如此，能在停止激光加工装置I前就准备激光振荡器2的维护。
[0104]以上在本实施方式以及变形例I?4中，以仅在经过了判定时间Tl或T2的时刻t3或t6使用I次检测信号12的示例，说明了检测信号12的值。但也可以包括时刻t3和t6在内地输出多个采样指令信号13，将多次接收到的检测信号12的值平均，将平均值作为检测信号12的值。
[0105]作为示例，在将经过判定时间Tl的时刻t3作为最终定时的期间接收多个检测信号
12。具体地，从时刻t3的10μ秒前起，每隔1μ秒接收共计11次的检测信号12，进行这样的方法即可。或者，在以时刻t3为中央定时的期间接收多个检测信号12 ο具体地，还能采取从时刻t3的5μ秒前到5μ秒后，每隔1μ秒接收共计11次的检测信号12这样的方法。
[0106]如此地，能防止干扰等所引起的测定值的偏差导致的错误的判定。
[0107]或者，也可以预先对检测信号12变得大于比较容许值LI的次数进行计数，在超过给定的次数的情况下判定为异常。即，也可以跨多个加工循环来判定激光加工的异常。在该情况下，也能防止干扰等所引起的测定值的偏差导致的错误的判定。
[0108]或者，在检测信号12大于比较容许值LI的情况下判定为异常，输出警告信号15，但激光加工继续。并且，还能采取以下的方法，即预先对判定为异常的次数进行计数，在超过给定的次数的情况下停止激光加工装置I的动作。即，也可以跨多个加工循环来判断激光加工装置I的动作的停止。在该情况下，也能防止干扰等所引起的测定值的偏差导致的错误的判定的影响。
[0109]另外，采样指令信号13的输出、检测信号12的接收不仅限定在比较、判定的定时，也可以从激光加工装置I工作一定期间后起，以给定的周期进行。在该情况下，由于始终接收检测信号12，因此使用确定的给定的定时的检测信号12的值来进行比较、判定即可。
[0110](实施方式2)
[0111]使用图12以及图13来说明本公开的激光加工装置的第2实施方式。对与实施方式I以及变形例I?4说明重复的点，予以简化或省略，对不同的部位进行说明。另外，关于标号，对同一构成标注同一编号。
[0112]在本实施方式中，关于表示构成的图1?图3，与第I实施方式共通。但激光加工中的控制，特别是控制部9的动作不同。
[0113]〈激光加工装置I的动作〉
[0114]以下说明的动作是在加工物99的加工中以I个激光脉冲进行I个加工区域的激光加工的I循环份。
[0115]图12是表示本实施方式所涉及的激光加工装置的(a)激光脉冲输出指令信号、(b)检测信号以及(c)振镜动作指令信号的状态的时序图。图13是表示本实施方式所涉及的激光加工装置的动作的流程图。特别图5所示的流程图主要记载了控制部9的动作。
[0116]若将扫描振镜6定位，以使加工激光束23照射到加工物99的加工位置P，则从控制部9输出激光脉冲输出指令信号11 (S20)。关于此，和实施方式I中说明的图3、4的(a)、图5的SlO同样。
[0117]控制部9从时刻t2起开始时间的测量，判定是否经过预先设定并保存于参数存储部92的采样周期TS(S21)。
[0118]在经过采样周期TS的时间点，控制部9对光检测器4输出采样指令信号13，光检测器4输出表示在接收到采样指令信号13的定时测定出的测定激光束22的能量的检测信号12(S22)。
[0119]另外，采样周期TS是能测量到激光脉冲输出的下降的过渡性的变化的程度的间隔，若例如激光脉冲的下降时间为数十μ秒，其为Iy秒程度。
[0120]控制部9将检测信号12和预先设定并保存的能动作容许值L3进行比较。能动作容许值L3设为相当于即使扫描振镜6动作也不会引发激光加工的加工不良的加工激光束23的能量的值。具体地，根据加工物99的材质不同，设定为相当于峰值能量的I %?3 %当中之一的能量的值。
[0121]在激光束21的能量尚未充分下降、检测信号12大于能动作容许值L3的情况下，再次等待采样周期TS并接收检测信号12，进行与能动作容许值L3的比较。直到检测信号12的值成为能动作容许值L3以下都重复该检测信号12的采样。在激光束21的能量充分下降、检测信号12成为能动作容许值L3以下的时刻t7(第7时间点)，控制部9输出振镜动作指令信号14(S23a)。如图12(b)的特性A(实线部)所示那样，时刻t7相当于检测信号12的值最初低于能动作容许值L3的定时。如图12(c)所示那样，控制部9在时刻t7以后的时刻t8(第8时间点)使振镜动作指令信号14成为有效。另外，在图12( c)中，时刻t8记载得与时刻t7同时，但时刻t8也可以是时刻t7之后。
[0122]根据以上那样，能防止在激光束21的能量充分下降前驱动扫描振镜6而在不需要的部分照射加工激光束23这样的加工不良。进而，不需要在扫描振镜6的动作开始之前设定有裕量的等待时间，能缩短激光加工的生产节拍时间。
[0123]接下来说明来自激光振荡器2的激光束21的特性变化的情况下、特别是激光束21的能量的下降特性的恶化显著的情况下的激光加工装置I的动作。在如图12的(b)的特性B(虚线部)所示那样，激光束21的能量的下降特性恶化的情况下，检测信号12成为能动作容许值L3以下花费长时间。为此，在以采样周期TS重复检测信号12的接收的循环中，设定用于异常判定的判定时间T2。然后，在从时刻t7起经过判定时间T2的时刻t9(第9时间点)检测信号12也未成为能动作容许值L3以下的情况下，判断为在激光振荡器2发生了异常。这种情况下，控制部9将警告信号15输出给警告显示部10(S23b)。将对警告显示部10发送警告信号15的时刻设为第10时间点。进而，控制部9如图12(c)中虚线所示那样，不输出振镜动作指令信号14，停止还包含激光振荡器2的激光加工装置I整体的驱动。
[0124]根据以上那样，即使激光振荡器2的激光束21的输出的下降特性恶化，也能防止在激光束21的能量充分下降前驱动扫描振镜6而在不需要的部分照射加工激光束23这样的加工不良。进而，作业者能获知激光振荡器2的异常。
[0125]另外，由于若将判定时间T2设定得长，则激光加工就会长时间化，因此设定为能判断为激光振荡器2的激光束21的下降特性恶化的时间即可。例如，由于振镜动作等待时间TG若没有激光束21的下降特性的恶化就设定为不出现不良的时间，因此判定时间T2可以设定为与振镜动作等待时间TG同程度。
[0126]以上，在本实施方式中，每隔采样周期TS将接收到的检测信号12与能动作容许值L3进行比较，但也可以将根据多次接收到的检测信号12算出的值与能动作容许值L3进行比较。
[0127]作为示例，也可以求取每隔采样周期TS接收到的检测信号12、和这以前的多次例如10次的检测信号12的移动平均，将检测信号12的移动平均和能动作容许值L3进行比较。或者，也可以将每隔采样周期TS接收到的检测信号12和包含这以前的多次的以多元回归计算求得的值与能动作容许值L3进行比较。
[0128]如此，能防止干扰等所引起的测定激光束22的检测信号12的偏差导致的错误的判定。
[0129]另外，以采样周期TS进行的采样指令信号13的输出、检测信号12的接收不一定限定在从激光脉冲输出指令信号11成为无效的时刻t2起开始，也可以在激光加工装置I工作起经过一定的时间后的时间点开始。
[0130]在实施方式I以及其变形例I?4、实施方式2中，使用图1来说明分光器3设置在激光振荡器2与光学调整部5之间的构成。由此能探测由光学调整部5对分布或光量进行调整前的激光束21的状态，能直接判定来自激光振荡器2的激光束21的输出特性本身的恶化。
[0131]与此相对，图14是表示本公开的另外激光加工装置的概略构成的立体图。也可以如图14所示那样，将光学调整部设置在分光器3与激光振荡器2之间。由此，能探测已经由光学调整部5调整了分布或光量、更靠近扫描振镜6的激光束21的状态，能判定对激光加工做出贡献的激光束21的特性。
[0132]进一步详细进行说明。在激光脉冲输出指令信号11成为无效的时刻t2，状态不同于激光媒质被连续激发的状态。因而，激光束的模数也变化，光束分布也不同。为此，在光学调整部5中，穿过光圈或光阑的光束的比率不同，外观的下降的特性也不同。为此，通过将光学调整部5设置在分光器3与激光振荡器2之间，能更高精度地进行加工不良的防止。
[0133]另外，在分光器3位于激光束21的光路内的扫描振镜6之前的紧挨的位置的情况下，与检测信号12进行比较的参数对应于穿过光学调整部5后的激光加工中所用的激光束21的强度来设定。
[0134]产业上的利用可能性
[0135]本公开所涉及的激光加工装置监视激光脉冲的能量的下降特性的恶化，警告或防止激光加工的不良发生，在使用激光器在基板实施开孔加工等的激光加工装置等中有用。
[0136]标号的说明
[0137]I激光加工装置
[0138]2激光振荡器
[0139]3分光器
[0140]4光检测器
[0141]5光学调整部[ΟΙ42] 6扫描振镜
[0143]7聚光透镜
[0144]8加工平台
[0145]9控制部
[0146]10警告显示部
[0147]11激光脉冲输出指令信号
[0148]12检测信号
[0149]13采样指令信号
[0150]14振镜动作指令信号
[0151]15警告信号
[0152]21激光束
[0153]22测定激光束
[0154]23加工激光束
[0155]61振镜控制器
[0156]62、64 电动机
[0157]63、65振镜反射镜
[0158]91主软处理部
[0159]92参数存储部
[0160]93激光输出指令部
[0161]94采样指令部
[0162]95探测电平接收部
[0163]96比较部
[0164]97振镜指令部
[0165]98警告信号输出部
[0166]99加工物
[0167]P加工位置
[0168]r 激光
[0169]ra判定用激光
[0170]t、tl、t2、t3、t4、t6、t7、t8、t9 时刻
[0171]L1、L2比较容许值
[0172]L3能动作容许值
[0173]P1、P2激光脉冲
[0174]T1、T2判定时间
[0175]TG振镜动作等待时间
[0176]TP激发脉冲宽度
[0177]TS采样周期
[0178]V1、V2最大电压值
[0179]Vx基准值
[0180]100激光加工装置
[0181]101激光振荡器
[0182]102分束器
[0183]103光检测器
[0184]104计数器
[0185]105主控制器
[0186]106显示器
【主权项】
1.一种激光加工装置，具备: 激光振荡器，输出激光束； 分光器，入射所述激光束，将所述激光束分离为加工激光束和测定激光束并出射； 光检测器，入射所述测定激光束，发送表示所述测定激光束的强度的检测信号； 照射部，入射所述加工激光束，将所述加工激光束照射到加工物;和控制部，与所述激光振荡器、所述光检测器和所述照射部连接， 所述控制部将在第I时间点开始所述激光束的输出、在所述第I时间点之后的第2时间点停止所述激光束的输出的输出信号发送给所述激光振荡器， 所述控制部在所述第2时间点之后的第3时间点从所述光检测器接收表示比第I设定强度大的第I检测强度的检测信号， 所述控制部在所述第3时间点以后的第4时间点将控制所述照射部的驱动的驱动信号发送给所述照射部， 所述控制部在所述第3时间点以后的第5时间点发送警告信号。2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中， 所述第3时间点和所述第4时间点为同时， 所述驱动信号是使所述照射部动作的信号。3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中， 所述第4时间点在所述第3时间点之后， 所述驱动信号是使所述照射部的停止继续的信号。4.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中， 所述第4时间点在所述第3时间点之后， 所述控制部在所述第3时间点之后且所述第4时间点以前的第6时间点从所述光检测器接收表示第2检测强度的检测信号。5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其中， 所述第2检测强度小于第2设定强度， 所述驱动信号是使所述照射部动作的信号。6.根据权利要求5所述的激光加工装置，其中， 所述第4时间点和所述第6时间点为同时。7.根据权利要求4所述的激光加工装置，其中， 所述第6时间点在所述第4时间点之前， 所述第2检测强度大于第2设定强度， 所述驱动信号是使所述照射部的停止继续的信号。8.—种激光加工装置，具备: 激光振荡器，输出激光束； 分光器，入射所述激光束，将所述激光束分离为加工激光束和测定激光束并出射； 光检测器，入射所述测定激光束，发送表示所述测定激光束的强度的检测信号； 照射部，入射所述加工激光束，将所述加工激光束照射到加工物;和控制部，与所述激光振荡器、所述光检测器和所述照射部连接， 所述控制部将在第I时间点开始所述激光束的输出、在所述第I时间点之后的第2时间点停止所述激光束的输出的输出信号发送给所述激光振荡器， 所述控制部在所述第2时间点以后周期性地从所述光检测器接收所述检测信号， 所述控制部在所述第2时间点之后的第7时间点从所述光检测器接收表示比第3设定强度小的第3检测强度的检测信号， 所述控制部在所述第7时间点以后的第8时间点将使所述照射部动作的驱动信号发送给所述照射部。9.根据权利要求8所述的激光加工装置，其中， 所述控制部在从所述第7时间点起经过了给定时间的第9时间点从所述光检测器接收表示比第4设定强度大的第4检测强度的检测信号， 所述控制部在所述第9时间点以后的第10时间点发送警告信号。10.根据权利要求1?9中任一项所述的激光加工装置，其中， 所述激光加工装置还具备光学调整部，该光学调整部设于所述激光振荡器与所述分光器之间，调整所述激光束。11.根据权利要求1?9中任一项所述的激光加工装置，其中， 所述激光加工装置还具备光学调整部，该光学调整部设于所述分光器与所述照射部之间，调整所述加工激光束。
【文档编号】B23K26/04GK106029289SQ201580009595
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月18日
【发明人】石黑雅史, 西原学, 佐佐木义典
【申请人】松下知识产权经营株式会社