[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP7122559B2 - LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS - Google Patents

LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS Download PDF

Info

Publication number
JP7122559B2
JP7122559B2 JP2018149667A JP2018149667A JP7122559B2 JP 7122559 B2 JP7122559 B2 JP 7122559B2 JP 2018149667 A JP2018149667 A JP 2018149667A JP 2018149667 A JP2018149667 A JP 2018149667A JP 7122559 B2 JP7122559 B2 JP 7122559B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scanning
laser
processing
processed
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018149667A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020028883A5 (en
JP2020028883A (en
Inventor
拓央 恒吉
努 川西
勇治 小林
敏幸 岡田
勝啓 木田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2018149667A priority Critical patent/JP7122559B2/en
Priority to TW108122080A priority patent/TWI733129B/en
Priority to CN201910665233.6A priority patent/CN110814522B/en
Publication of JP2020028883A publication Critical patent/JP2020028883A/en
Publication of JP2020028883A5 publication Critical patent/JP2020028883A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7122559B2 publication Critical patent/JP7122559B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、例えば樹脂フィルムなどの加工対象物のレーザ切断加工における、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus for laser cutting an object to be processed such as a resin film.

レーザ照射による様々な加工対象物(すなわち、ワーク)の切断及び穴あけ等の加工方法及び装置が既に知られている。 2. Description of the Related Art Processing methods and devices for cutting, drilling, etc., of various objects to be processed (that is, workpieces) by laser irradiation are already known.

レーザ加工装置は、主に駆動ステージと、ガルバノスキャナと、レーザ発振器と、光学系部品とで構成されており、照射されたレーザを集光レンズに通し、ワークに焦点位置を合わせることで加工を施す方法が一般的である。また、2次元的な方向の加工には、駆動軸を持つステージ又はガルバノスキャナで、任意の軌跡を走査する方法がある。 A laser processing device mainly consists of a drive stage, a galvanometer scanner, a laser oscillator, and optical components. A common method is to apply Also, two-dimensional processing includes a method of scanning an arbitrary trajectory with a stage having a drive shaft or a galvanometer scanner.

例えば、ガルバノスキャナのみでレーザ光を走査する方法がある。この場合、ガルバノスキャナ走査速度が速い為、ワークの熱影響を低減でき、高品質な加工を実現できる。 For example, there is a method of scanning laser light only with a galvanometer scanner. In this case, since the scanning speed of the galvanometer scanner is fast, the thermal influence of the workpiece can be reduced, and high-quality processing can be achieved.

また、前記方法に加えて、駆動ステージをピッチ移動させて加工する方法がある。この場合、大面積なワーク及び加工において効果的である。このように、色々な技術が提案されている。 In addition to the above method, there is a method of processing by pitch-moving the drive stage. In this case, it is effective for large-area workpieces and processing. In this way, various techniques have been proposed.

近年では、高速及び高品質を目的として、駆動ステージ及びガルバノスキャナを組合せて協調制御して加工する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, for the purpose of high speed and high quality, there has been proposed a processing method in which a driving stage and a galvanometer scanner are combined and under coordinated control (see, for example, Patent Document 1).

特開2017-196652号公報JP 2017-196652 A

しかしながら、前記従来の構成では、fθレンズの走査領域より大きい領域の大面積を加工するためには、以下のように動作している。まず、加工対象物をfθレンズの走査領域の範囲で区切る。次いで、停止した駆動ステージ上の加工対象物の第1加工領域をレーザ加工する。その後、駆動ステージを駆動し、第1加工領域の隣の第2加工領域に加工対象物を移動する。その後、停止し加工対象物の第2加工領域にレーザ加工する。次いで、順次、これらの加工動作を繰り返す。つまり、駆動ステージを加工ピッチ分だけ繰返し移動させて加工させるステップ&リピート方式で加工する必要がある。その為、走査範囲の境界において、加工痕に継ぎ目が発生し、過加工又は加工不足による、加工精度と生産性とが低下する課題を有している。 However, in the conventional configuration, the following operation is performed in order to process a large area larger than the scanning area of the f.theta. lens. First, the object to be processed is divided within the range of the scanning area of the fθ lens. Next, laser processing is performed on the first processing area of the workpiece on the stopped driving stage. After that, the drive stage is driven to move the workpiece to the second machining area adjacent to the first machining area. After that, the processing is stopped, and laser processing is performed on the second processing region of the processing object. These machining operations are then repeated in sequence. That is, it is necessary to perform machining by a step-and-repeat system in which the drive stage is repeatedly moved by the machining pitch. Therefore, there is a problem that a seam is generated in the processing marks at the boundary of the scanning range, and processing accuracy and productivity are lowered due to excessive processing or insufficient processing.

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、加工精度と生産性との低下を抑制することができるレーザ加工方法及びレーザ加工を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a laser processing method and a laser processing which are capable of suppressing a decrease in processing accuracy and productivity in order to solve the above problems.

前記目的を達成するために、本発明の1つの態様にかかるレーザ加工方法は、
レーザ光を走査する走査領域より、加工領域が大きい加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法において、
前記加工対象物を第1方向に移動させる第1駆動装置に保持し、
次いで、前記第1駆動装置により前記加工対象物を前記第1方向に移動させつつ、ガルバノスキャナにより、前記ガルバノスキャナとfθレンズとを通過して前記加工対象物に照射する前記レーザ光を、前記加工対象物に対して、前記第1方向と前記第1方向の逆方向とに往復移動させて走査するとき、
前記加工対象物の移動速度をVtとし、前記レーザ光の走査速度をVsとし、前記加工対象物を前記移動速度Vtで移動させつつ、前記加工対象物の加工予定線の一部の同一直線上で、前記走査速度Vsで前記レーザ光を連続して3回以上往復走査して前記レーザ光を照射し、
前記レーザ光の走査の線速度Vは相対的に一定になるように制御部で制御され、前記走査速度Vsによる前記往復走査のうち、往路走査のガルバノスキャナ往路走査速度をVsとするとともに復路走査のガルバノスキャナ復路走査速度Vsとすると、
前記往路走査での前記線速度Vは、
=Vs-Vt であり、
前記復路走査での前記線速度Vは、
=Vs+Vt であり、
前記線速度Vは、相対的に一定に制御することから、
Vt=(Vs-Vs)/2 であり、
前記ガルバノスキャナは、前記ガルバノスキャナ復路走査速度Vsより前記ガルバノスキャナ往路走査速度Vsが速く、Vs>Vs であり、
前記移動速度Vtより前記ガルバノスキャナの前記走査速度Vsが、2倍以上速く、Vs>2Vt である、
レーザ加工方法を提供する。
In order to achieve the above object, a laser processing method according to one aspect of the present invention comprises:
In a laser processing method for laser processing an object having a processing area larger than a scanning area scanned with a laser beam,
holding the workpiece in a first drive that moves the workpiece in a first direction;
Next, while the first driving device moves the object to be processed in the first direction, the galvano scanner irradiates the object to be processed with the laser beam passing through the galvano scanner and the fθ lens. When scanning an object to be processed by reciprocating in the first direction and in a direction opposite to the first direction,
Let Vt be the moving speed of the object to be processed, Vs be the scanning speed of the laser beam, and while moving the object to be processed at the moving speed Vt, a part of the planned processing line of the object to be processed is on the same straight line. and irradiating the laser beam by continuously scanning the laser beam three or more times at the scanning speed Vs,
The linear velocity V0 of the scanning of the laser light is controlled by the control unit so as to be relatively constant, and of the reciprocating scanning at the scanning velocity Vs , the galvanometer scanner forward scanning velocity of the forward scanning is set to Vs1. Assuming that the backward scanning speed of the galvano-scanner backward scanning is Vs 2 ,
The linear velocity V0 in the forward scanning is
V 0 =Vs 1 -Vt and
The linear velocity V0 in the backward scanning is
V 0 =Vs 2 +Vt and
Since the linear velocity V0 is controlled to be relatively constant,
Vt=(Vs 1 -Vs 2 )/2 and
In the galvano scanner, the galvano scanner forward scanning speed Vs1 is faster than the galvano scanner backward scanning speed Vs2, and Vs1 >Vs2,
The scanning speed Vs of the galvanometer scanner is twice or more faster than the moving speed Vt, and Vs>2Vt.
A laser processing method is provided.

以上のように、本発明の前記態様によれば、加工精度と生産性との低下を抑制することができて、加工対象物上に、任意の形状かつ、より広範囲で大面積を高速で継ぎ目のない均質な加工ができる。 As described above, according to the above aspect of the present invention, it is possible to suppress the deterioration of processing accuracy and productivity, and to joint a large area in an arbitrary shape and in a wider range on a processing object at high speed. Homogeneous processing is possible.

本発明の実施の形態における設備構成の説明図Explanatory diagram of equipment configuration in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における図1の詳細光学系の説明図Explanatory drawing of the detailed optical system of FIG. 1 in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における加工対象物の説明図Explanatory drawing of the object to be processed in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ加工の軌跡の説明図Explanatory drawing of the trajectory of laser processing in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ光走査の説明図Explanatory diagram of laser beam scanning in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるガルバノスキャナ往復動作の説明図Explanatory diagram of galvanometer scanner reciprocating motion in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ光走査に伴う加工深さの説明において、上側は平面図であり、下側は断面図として表した説明図In the description of the processing depth accompanying laser beam scanning in the embodiment of the present invention, the upper side is a plan view, and the lower side is an explanatory diagram represented as a cross-sectional view. 本発明の実施の形態におけるレーザ光走査に伴う加工深さにおいて、往復動作回数N=1の動作における加工対象物の平面と断面の説明図Explanatory diagram of the plane and cross section of the object to be processed in the operation of the number of reciprocating motions N = 1 at the processing depth accompanying the laser beam scanning in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ光走査に伴う加工深さにおいて、往復動作回数N=2の動作における加工対象物の平面と断面の説明図Explanatory diagram of the plane and cross section of the object to be processed when the number of reciprocating motions N = 2 at the processing depth accompanying laser beam scanning in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ光走査に伴う加工深さにおいて、往復動作回数N=3の動作における加工対象物の平面と断面の説明図Explanatory diagram of the plane and cross section of the object to be processed in the operation of the number of reciprocating operations N=3 at the processing depth accompanying the laser beam scanning in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ光走査に伴う加工深さにおいて、往復動作回数N=4の動作における加工対象物の平面と断面の説明図Explanatory diagram of the plane and cross section of the object to be processed in the operation of the number of reciprocating motions N=4 at the processing depth accompanying the laser beam scanning in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ光走査に伴う加工深さにおいて、往復動作回数N=5の動作における加工対象物の平面と断面の説明図Explanatory diagram of the plane and cross section of the object to be processed when the number of reciprocating motions N=5 in the processing depth accompanying the laser beam scanning in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における加工端のオーバーラップ量の説明において、上側は平面図であり、下側は断面図として表した説明図In the description of the overlap amount of the processing end in the embodiment of the present invention, the upper side is a plan view, and the lower side is an explanatory diagram represented as a cross-sectional view. 本発明の実施の形態におけるfθレンズ最大走査範囲及びレーザ光走査軌跡の説明図Explanatory diagram of f-theta lens maximum scanning range and laser beam scanning trajectory in the embodiment of the present invention

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態のレーザ加工装置90の構成についての図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram of the configuration of a laser processing apparatus 90 according to an embodiment of the present invention.

レーザ加工装置90を使用するレーザ加工方法は、レーザ光Lを走査する走査領域401(図4参照)より、加工領域(図4の走査軌跡402及び加工予定線402aを参照)が大きい加工対象物101をレーザ加工する方法である。ここでは、レーザ光Lを走査させて走査軌跡402を生成するが、走査軌跡402を生成する線を、加工予定線402aと称する。 In the laser processing method using the laser processing apparatus 90, the processing area (see the scanning locus 402 and the planned processing line 402a in FIG. 4) is larger than the scanning area 401 (see FIG. 4) scanned with the laser beam L. This is a method of laser processing 101 . Here, the scanning locus 402 is generated by scanning the laser beam L, and the line that generates the scanning locus 402 is referred to as a planned processing line 402a.

レーザ加工装置90は、少なくとも、第1駆動装置の例としての加工対象物用の駆動ステージ102と、レーザ出射部と、ガルバノスキャナ202と、fθレンズ203と、第2駆動装置の例としての走査用の駆動ステージと、制御部100とを備えている。 The laser processing apparatus 90 includes at least a driving stage 102 for an object to be processed as an example of a first driving device, a laser emitting section, a galvanometer scanner 202, an fθ lens 203, and a scanning device as an example of a second driving device. and a control unit 100.

加工対象物用の駆動ステージは、一例として、X軸駆動ステージ102である。図1において、X軸駆動ステージ102は基台91に配置され、加工対象物101はX軸駆動ステージ102に保持されて、X軸駆動ステージ102の駆動により加工対象物101がX軸方向に進退移動する。 An example drive stage for the workpiece is the X-axis drive stage 102 . In FIG. 1, an X-axis driving stage 102 is arranged on a base 91, and a workpiece 101 is held by the X-axis driving stage 102. By driving the X-axis driving stage 102, the workpiece 101 moves forward and backward in the X-axis direction. Moving.

ガルバノスキャナ202及びfθレンズ203とは加工ヘッド103に備えられている。 The galvanometer scanner 202 and the fθ lens 203 are provided on the processing head 103 .

走査用の駆動ステージは、一例として、少なくとも、Y軸駆動ステージ105で構成されている。好ましくは、レーザ光用の駆動ステージは、Z軸駆動ステージ104をさらに備えても良い。Y軸駆動ステージ105とZ軸駆動ステージ104とは基台91に配置されている。詳しくは、Y軸駆動ステージ105は、基台91に固定された逆U字状の門柱106に取付けられている。 The drive stage for scanning is configured by at least the Y-axis drive stage 105 as an example. Preferably, the drive stage for laser light may further include a Z-axis drive stage 104 . Y-axis drive stage 105 and Z-axis drive stage 104 are arranged on base 91 . Specifically, the Y-axis drive stage 105 is attached to an inverted U-shaped gate post 106 fixed to the base 91 .

加工ヘッド103はZ軸駆動ステージ104に支持されて、Z軸駆動ステージ104の駆動により加工ヘッド103がX軸及びY軸と交差するZ軸の方向に進退移動する。また、Z軸駆動ステージ104はY軸駆動ステージ105に支持されて、Y軸駆動ステージ105の駆動によりZ軸駆動ステージ104とともに加工ヘッド103がX軸と交差するY軸の方向に進退移動する。 The machining head 103 is supported by a Z-axis drive stage 104, and driven by the Z-axis drive stage 104, the machining head 103 moves forward and backward in the direction of the Z-axis that intersects the X-axis and the Y-axis. Also, the Z-axis drive stage 104 is supported by the Y-axis drive stage 105, and the Y-axis drive stage 105 drives the Z-axis drive stage 104 and the machining head 103 to move forward and backward in the direction of the Y-axis that intersects the X-axis.

なお、別の例として、加工対象物用の駆動ステージがY軸駆動ステージで、走査用の駆動ステージがX軸駆動ステージで構成するようにしてもよい。 As another example, the object drive stage may be a Y-axis drive stage, and the scanning drive stage may be an X-axis drive stage.

ガルバノスキャナ202は、X軸用及びY軸用のガルバノミラー202a,202bと、ガルバノミラー202a,202bの傾斜角度を調整する軸回転用モータ202c,202dと、軸回転用モータ202c,202dを駆動制御する回転角制御部202eとで構成されている。 The galvanometer scanner 202 drives and controls X-axis and Y-axis galvanometer mirrors 202a and 202b, shaft rotation motors 202c and 202d for adjusting the tilt angles of the galvanometer mirrors 202a and 202b, and shaft rotation motors 202c and 202d. and a rotation angle control unit 202e.

X軸駆動ステージ102及びY軸駆動ステージ105は、動作速度を十分に確保できる能力を持つ(例えば、500mm/sec以上)ような構成としている。本実施の形態では、一例として、X軸駆動ステージ102及びY軸駆動ステージ105は、それぞれ、駆動制御部(図示せず)で駆動制御されるリニアモータ(図示せず)と、リニアモータで進退移動するガイド(図示せず)とで構成している。 The X-axis driving stage 102 and the Y-axis driving stage 105 are configured to have the ability to sufficiently secure the operating speed (for example, 500 mm/sec or more). In the present embodiment, as an example, the X-axis drive stage 102 and the Y-axis drive stage 105 are each moved forward and backward by a linear motor (not shown) driven and controlled by a drive control unit (not shown) and a linear motor. and a moving guide (not shown).

Z軸駆動ステージ104は、レーザ光照射のフォーカス調整の為に使用し、前記のような高速駆動する能力を満たす必要はなく、繰り返し位置決め精度を確保できる構成にする。本実施の形態では、Z軸駆動ステージ104の一例として、駆動制御部(図示せず)で駆動制御されるサーボモータ(図示せず)と、ボールネジ(図示せず)と、ガイド(図示せず)とで構成し、サーボモータの正逆回転駆動でボールネジが正逆回転し、ボールネジにねじで連結されたガイドがボールネジの軸方向すなわちZ軸方向に進退移動する。ガイドには、加工ヘッド103が支持されている。 The Z-axis drive stage 104 is used for focus adjustment of laser light irradiation, and does not need to satisfy the above-mentioned high-speed drive capability, and is configured so as to ensure repeatable positioning accuracy. In this embodiment, as an example of the Z-axis drive stage 104, a servomotor (not shown) driven and controlled by a drive control unit (not shown), a ball screw (not shown), a guide (not shown) ), the ball screw is rotated forward and backward by the forward and reverse rotation drive of the servomotor, and the guide connected to the ball screw by a screw advances and retreats in the axial direction of the ball screw, that is, in the Z-axis direction. A machining head 103 is supported by the guide.

尚、Y軸駆動ステージ105は、前記構成を満たすものであれば、X軸駆動ステージ102上に配置するなど、加工ヘッド103を駆動しない構成とすることもできる。すなわち、この場合は、加工対象物用の駆動ステージがX軸駆動ステージ102及びY軸駆動ステージ105で構成され、走査用の駆動ステージがZ軸駆動ステージ104で構成されることになる。 If the Y-axis drive stage 105 satisfies the above-described configuration, it may be arranged on the X-axis drive stage 102 so as not to drive the processing head 103 . That is, in this case, the X-axis drive stage 102 and the Y-axis drive stage 105 constitute the driving stage for the object to be processed, and the Z-axis driving stage 104 constitutes the scanning drive stage.

制御部100は、レーザ出射部と、X軸駆動ステージ102の駆動制御部と、Y軸駆動ステージ105の駆動制御部と、Z軸駆動ステージ104の駆動制御部と、ガルバノスキャナ202の回転角制御部202eとのそれぞれを制御して、協調制御を行いつつレーザ加工を実施するように制御する。 The control unit 100 controls the rotation angle of the laser emission unit, the drive control unit of the X-axis drive stage 102, the drive control unit of the Y-axis drive stage 105, the drive control unit of the Z-axis drive stage 104, and the galvanometer scanner 202. 202e are controlled so as to carry out laser processing while performing cooperative control.

図2は、図1の一部の構成の詳細図である。レーザ出射部の一例としてのレーザ発振器201よりガルバノスキャナ202のガルバノミラー202a,202bにレーザ光Lが照射される。レーザ発振器201から照射されたレーザ光Lは、ガルバノスキャナ202のガルバノミラー202aとガルバノミラー202bとで反射されて、fθレンズ203で集光される。fθレンズ203で集光されたレーザ光Lは、fθレンズ203を透過して加工対象物101に照射され、加工対象物101を加工する。その際、X軸駆動ステージ102とガルバノスキャナ202とY軸駆動ステージ105とで任意の加工予定線402aを走査することで、所定の走査軌跡402を形成して所定の形状に切断して切断品301を得ることができる。本実施の形態では、X軸駆動ステージ102とガルバノスキャナ202とを制御部100で協調制御するので、前記動作を実現することができる。 FIG. 2 is a detailed view of the configuration of part of FIG. Galvanometer mirrors 202 a and 202 b of a galvanometer scanner 202 are irradiated with laser light L from a laser oscillator 201 as an example of a laser emitting unit. The laser beam L emitted from the laser oscillator 201 is reflected by the galvanometer mirrors 202 a and 202 b of the galvanometer scanner 202 and condensed by the fθ lens 203 . The laser beam L condensed by the fθ lens 203 is transmitted through the fθ lens 203 and applied to the processing object 101 to process the processing object 101 . At that time, the X-axis driving stage 102, the galvanometer scanner 202, and the Y-axis driving stage 105 scan an arbitrary planned processing line 402a to form a predetermined scanning locus 402 and cut the cut product into a predetermined shape. 301 can be obtained. In this embodiment, the X-axis drive stage 102 and the galvanometer scanner 202 are cooperatively controlled by the control unit 100, so the above operation can be realized.

尚、前記制御部100は、X軸駆動ステージ102に限らず、Y軸駆動ステージ105に関しても、X軸駆動ステージ102と同様に協調制御を実施する。 Note that the control unit 100 performs coordinated control of not only the X-axis driving stage 102 but also the Y-axis driving stage 105 in the same manner as the X-axis driving stage 102 .

図3より、レーザ光Lによる加工は、加工対象物101より、所定の切断形状の切断品301に切り出される。 As shown in FIG. 3, the object 101 to be processed is cut into a cut product 301 having a predetermined cut shape by processing with the laser beam L. As shown in FIG.

尚、図3は大面積の加工対象物から複数形状の切断品を切り出す方法であるが、これに限らず、小面積の加工対象物から1形状の切断品を切り出す等、切り出しの形態は様々である。 FIG. 3 shows a method of cutting out a plurality of shapes from a large-area workpiece. is.

また、切断品301の大きさは、図4に示すようにガルバノスキャナ202の走査領域401より大きい加工領域であり、X軸駆動ステージ102またはY軸駆動ステージ105を加工予定線402aに沿って走査しながら、同加工予定線402a上を同時系列でガルバノスキャナ202を制御部100で協調制御して動作させる。 The size of the cut product 301 is a processing area larger than the scanning area 401 of the galvano scanner 202 as shown in FIG. Meanwhile, the galvanometer scanners 202 are cooperatively controlled by the control unit 100 to operate on the processing planned line 402a in a simultaneous series.

制御部100は、
レーザ光Lが任意の形状の加工予定線402aを一定の速度及び一方向に走査できるように、X軸駆動ステージ102及びY軸駆動ステージ105のそれぞれの駆動制御部で制御しつつ、ガルバノスキャナ202の回転角制御部202eで、同加工予定線402a上を走査領域401内でガルバノスキャナ202を往復動作させながら、相対的な線速が一定になるように制御する。
The control unit 100
The galvanometer scanner 202 is controlled by the respective drive controllers of the X-axis drive stage 102 and the Y-axis drive stage 105 so that the laser beam L can scan the desired processing line 402a at a constant speed and in one direction. The rotation angle control unit 202e controls the relative linear velocity to be constant while reciprocating the galvanometer scanner 202 within the scanning area 401 on the planned processing line 402a.

レーザ発振器201は、超短パルス(例えばピコ秒~フェムト秒)、及び、最大周波数1MHz以上でレーザ光Lを発振する。レーザ発振器201からのレーザ光Lは、加工対象物101の加工予定線402aに照射するまでは、複数枚の反射ミラー(図示せず)及びガルバノスキャナ202によりレーザ光Lを空間伝送され、集光レンズはfθレンズ203を用いる。 A laser oscillator 201 oscillates laser light L with ultrashort pulses (eg, picoseconds to femtoseconds) and a maximum frequency of 1 MHz or higher. The laser beam L from the laser oscillator 201 is spatially transmitted by a plurality of reflecting mirrors (not shown) and the galvanometer scanner 202 until it irradiates the planned processing line 402a of the object 101, and is condensed. An fθ lens 203 is used as the lens.

尚、加工対象物101の材質及び加工方法は、加工の内容により、レーザ発振器201の波長、出力、又はパラメータ設定等は、適宜なものでよい。例えば、金属系材料では、レーザ波長は1064nm付近を使用するのが良い。 The wavelength, output, parameter setting, etc. of the laser oscillator 201 may be appropriately selected according to the material and processing method of the object 101 to be processed. For example, for metallic materials, it is preferable to use a laser wavelength of around 1064 nm.

ガルバノスキャナ202は、往復動作すなわち往復走査の走査速度を十分に確保できる能力を持つもの(例えば、5000mm/sec程度の走査速度を持つガルバノスキャナ)とし、反射ミラーとしてのガルバノミラー202a,202bは、前記レーザ発振器201の波長帯、パワー、及びビーム径などの条件に合ったものを選定する。ガルバノミラー202a,202b以外の他の反射ミラー、光学系部材(例えばコリメータレンズ及びビームエキスパンダーなど)についても、前記条件を満たすもので構成する。 The galvanometer scanner 202 has the ability to sufficiently secure a scanning speed for reciprocating motion, that is, reciprocating scanning (for example, a galvanometer scanner having a scanning speed of about 5000 mm/sec). A laser that meets the conditions such as the wavelength band, power, and beam diameter of the laser oscillator 201 is selected. Reflecting mirrors other than the galvanometer mirrors 202a and 202b and optical system members (for example, collimator lenses and beam expanders) are also configured to satisfy the above conditions.

尚、ガルバノスキャナ202の構成は、ポリゴンミラー、又は、ピエゾ素子等の単体もしくは2軸構成で反射ミラーとしてガルバノミラー202a,202bを有した構成とすることができる。 The configuration of the galvanometer scanner 202 can be a polygon mirror, a single element such as a piezo element, or a biaxial configuration having galvanometer mirrors 202a and 202b as reflection mirrors.

fθレンズ203は、要求される加工精度に合わせてF値が45以上で110以下のものを使用する。F値が小さいほどより高精度、F値が大きくなるほど生産性に優れる。また、fθレンズ203の焦点距離及び光束の直径は、選定したF値のfθレンズ203を参照して、ビームエキスパンダー及びコリメータレンズを使用して光束口径は理論値になるように構成する。 As the fθ lens 203, one having an F value of 45 or more and 110 or less is used according to the required processing accuracy. The smaller the F value, the higher the precision, and the larger the F value, the better the productivity. In addition, the focal length and diameter of the light beam of the fθ lens 203 are set to the theoretical value by using a beam expander and a collimator lens with reference to the fθ lens 203 having the selected F value.

図5は、本発明の実施の形態における、レーザ加工装置90を使用したレーザ加工方法を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a laser processing method using a laser processing device 90 according to an embodiment of the present invention.

本実施の形態は、レーザ走査領域401より加工領域が大きい加工対象物101をレーザ加工する加工方法で、X軸駆動ステージ102及びY軸駆動ステージ105を動作させると同時にガルバノスキャナ202でレーザ光Lを走査することで、継ぎ目の影響なく、加工できる。また、制御部100の制御の下に、レーザ光Lの走査の線速度Vを相対的に一定にするように制御することで、生産性の高い加工が実現できる。 This embodiment is a processing method for laser processing the workpiece 101 having a processing area larger than the laser scanning area 401. At the same time as the X-axis driving stage 102 and the Y-axis driving stage 105 are operated, the galvanometer scanner 202 scans the laser light L. can be processed without being affected by seams. Further, under the control of the control unit 100, by controlling the scanning linear velocity V0 of the laser light L to be relatively constant, highly productive processing can be realized.

レーザ走査の線速度を一定にする為に、X軸駆動ステージ102の駆動ステージ走査501とガルバノスキャナ202のガルバノスキャナ走査502とを制御部100で協調制御する。駆動ステージ走査501では、与えられたレーザ光Lの加工予定線402aを一方向(例えば図5の上方向)で走査し、同時系列で駆動ステージの加工予定線402a上を、ガルバノスキャナ202で反射したレーザ光Lが複数回往復で走査する。図5では、駆動ステージ走査501とガルバノスキャナ走査502との協調制御の結果としての同期走査の軌跡503を示すとともに、同期走査軌跡分解イメージ504も示している。 In order to keep the linear velocity of the laser scanning constant, the drive stage scanning 501 of the X-axis drive stage 102 and the galvano-scanner scanning 502 of the galvano-scanner 202 are cooperatively controlled by the controller 100 . In the driving stage scanning 501, the laser light L is scanned along the planned processing line 402a of the given laser beam L in one direction (for example, the upward direction in FIG. 5), and reflected by the galvanometer scanner 202 on the planned processing line 402a of the driving stage in a simultaneous series. The laser beam L that has been applied scans back and forth a plurality of times. FIG. 5 shows a synchronous scanning trajectory 503 as a result of cooperative control of drive stage scanning 501 and galvano scanner scanning 502, and also shows a synchronous scanning trajectory decomposition image 504. FIG.

ガルバノスキャナ走査502におけるレーザ光Lの走査線速度Vは、相対的に一定になるように制御部100でガルバノスキャナ202の駆動が制御される。 The driving of the galvanometer scanner 202 is controlled by the controller 100 so that the scanning linear velocity V0 of the laser light L in the galvanoscanner scanning 502 is kept relatively constant.

ここで、与えられた加工予定線402aを一方向に進むX軸駆動ステージ102の駆動ステージ速度をVtとし、X軸駆動ステージ102の移動方向(例えば図1の手前側に向けた方向)と同じ方向に進むガルバノスキャナ202のガルバノスキャナ往路走査速度をVsとし、X軸駆動ステージ102の移動する方向を第1方向とする。このとき、走査線速度V
= Vs - Vt
となる。
Here, the drive stage speed of the X-axis drive stage 102 moving in one direction along the given planned processing line 402a is Vt, which is the same as the movement direction of the X-axis drive stage 102 (for example, the direction toward the front side in FIG. 1). Let Vs1 be the galvano - scanner forward scanning speed of the galvano-scanner 202 moving in the direction, and let the moving direction of the X-axis drive stage 102 be the first direction. At this time, the scanning line speed V 0 is V 0 = Vs 1 - Vt
becomes.

また、X軸駆動ステージ102の移動方向として、与えられた加工予定線402aを一方向に進む駆動ステージ速度をVtとし、X軸駆動ステージ102の前記移動方向と逆方向に進むガルバノスキャナ202のガルバノスキャナ復路走査速度をVsとし、前記逆方向を第2方向(すなわち、第1方向と逆方向)とする。このとき、走査線速度V
= Vs + Vt
となる。
As the moving direction of the X-axis driving stage 102, the driving stage speed in one direction along the given planned processing line 402a is Vt. Assume that the scanner return scanning speed is Vs2 and the opposite direction is the second direction (that is, the direction opposite to the first direction). At this time, the scanning line speed V 0 is V 0 = Vs 2 + Vt
becomes.

ここで、ガルバノスキャンは、X軸駆動ステージ102の前記移動方向である第1方向とは逆方向に走査する第2方向より、X軸駆動ステージ102と同じ方向に走査する第1方向の方が、速い。このため、
Vs > Vsである。
Here, in galvano scanning, the first direction scanning in the same direction as the X-axis drive stage 102 is more effective than the second direction scanning in the opposite direction to the first direction, which is the movement direction of the X-axis drive stage 102. ,fast. For this reason,
Vs1 > Vs2 .

走査線速度Vは、制御部100で相対的に一定になるように制御部100で制御されるので、
Vs - Vt > Vs + Vt
であり、
(Vs - Vs) / Vt >2
となる。
Since the scanning line speed V0 is controlled by the controller 100 so as to be relatively constant,
Vs1 - Vt>Vs2 + Vt
and
(Vs1 - Vs2)/Vt> 2
becomes.

したがって、X軸駆動ステージ102の駆動ステージ速度(すなわち移動速度)Vtより、ガルバノスキャナ202の走査速度Vsが2倍以上速くなることになる。 Therefore, the scanning speed Vs of the galvanometer scanner 202 is twice or more faster than the drive stage speed (that is, movement speed) Vt of the X-axis drive stage 102 .

尚、図5は、直線形状で説明しているが、直角又は円弧を有する形状においても、同様の考え方である。 Although FIG. 5 is described with a linear shape, the same concept applies to a shape having a right angle or an arc.

このような加工方法によれば、X軸駆動ステージ102により加工対象物101をX軸の方向に移動させつつ、ガルバノスキャナ202により、ガルバノスキャナ202とfθレンズ203とを通過して加工対象物101に照射するレーザ光りを、加工対象物101に対して、X軸方向沿いの第1方向と前記第1方向の逆方向の第2方向とに往復移動させて走査することができる。従って、レーザ発振器201の照射パワーを比較的小さく(例えば、従来の20%程度に)設定することができて、レーザ加工時の加工対象物101への熱影響が小さくなる。また、走査速度を高速に複数回往復走査する為、レーザ発振器201の照射パワーが小さくても、レーザ加工における切削量は大きいので、加工時間を短縮する効果がある。例えば、走査距離が約391mmで6インチ相当の加工対象物の場合には、従来より1.5~2.0倍程度高速に加工することができる。 According to such a processing method, while the X-axis drive stage 102 moves the processing object 101 in the X-axis direction, the galvano scanner 202 moves the processing object 101 through the galvano scanner 202 and the fθ lens 203 . can scan the workpiece 101 by reciprocating in a first direction along the X-axis direction and a second direction opposite to the first direction. Therefore, the irradiation power of the laser oscillator 201 can be set relatively low (for example, about 20% of the conventional one), and the thermal influence on the workpiece 101 during laser processing is reduced. Further, since the scanning speed is high and the reciprocating scanning is performed a plurality of times, even if the irradiation power of the laser oscillator 201 is small, the cutting amount in the laser processing is large, which has the effect of shortening the processing time. For example, when the scanning distance is about 391 mm and the object to be processed is equivalent to 6 inches, processing can be performed at a speed about 1.5 to 2.0 times faster than conventionally.

図6は、ガルバノスキャナ202の加工予定線402aすなわち走査軌跡402を示し、主に往復動作であり、複数回行われるものとする。具体的には、往復動作回数Nは、3回以上かつ奇数である走査回数を満たす線速度及びパワー関係のプロセス条件を導出する。往復動作回数Nが2回未満であると、単なる往復動作であり、かつ形状走査が単純なものになるため、好ましくない。また、往復動作回数Nを偶数回動作にしてしまうと、後述する加工対象物101の断面形状において、ガルバノスキャンが復路で終わってしまい(図7E参照)、加工不良の原因となる可能性がある。このため、すなわち、加工精度と生産性との低下を抑制するため、往復動作回数Nは3回以上かつ奇数回とする。 FIG. 6 shows a planned processing line 402a, that is, a scanning locus 402 of the galvanometer scanner 202, which is mainly a reciprocating motion and is assumed to be performed multiple times. Specifically, the number N of reciprocating motions derives process conditions related to linear velocity and power that satisfy the number of scans that is 3 or more and an odd number. If the number of reciprocating motions N is less than 2, it is not preferable because it is a mere reciprocating motion and the shape scanning becomes simple. In addition, if the number of reciprocating motions N is set to an even number, the galvanoscan ends in the return pass (see FIG. 7E) in the cross-sectional shape of the workpiece 101, which will be described later, which may cause processing defects. . For this reason, that is, in order to suppress deterioration in machining accuracy and productivity, the number of reciprocating operations N is set to 3 or more and an odd number.

尚、加工予定線402aすなわち軌跡402の形状は、直線に限らず、円弧又はその他の形状を用いても良い。また、加工予定線402aすなわち軌跡402の長さについては、fθレンズ203の最大走査範囲を超えなければ、任意の設定でよいが、後述する軌跡通過範囲内に収めるのが好ましい。 The shape of the planned processing line 402a, that is, the locus 402 is not limited to a straight line, and may be an arc or other shape. Further, the length of the planned processing line 402a, that is, the locus 402, may be set arbitrarily as long as it does not exceed the maximum scanning range of the f.theta.

前述より、X軸駆動ステージ102が、X軸沿いの一方向に一定線速度で移動している。このX軸駆動ステージ102の移動と、制御部100による協調制御におけるガルバノスキャナ走査とを組合せることで、走査軌跡402が、レーザ加工の深さ方向に関して、加工対象物101の断面形状が図7Aのような階段形状になる。図7Aでは、加工端エリア701と、切断ライン702とを示している。 As described above, the X-axis drive stage 102 moves at a constant linear velocity in one direction along the X-axis. By combining the movement of the X-axis driving stage 102 and the galvanometer scanner scanning in the cooperative control by the control unit 100, the scanning locus 402 is changed to the cross-sectional shape of the workpiece 101 in the depth direction of laser processing as shown in FIG. 7A. It becomes a staircase shape like FIG. 7A shows a working edge area 701 and a cutting line 702 .

これにより、加工対象物101が、走査軌跡402で除々に切削される効果が得られ、高品質な加工が可能となる。 As a result, the workpiece 101 is gradually cut along the scanning locus 402, and high-quality machining becomes possible.

具体的には、図7B~図7Fで説明する。 Specifically, it will be described with reference to FIGS. 7B to 7F.

図7Bは、往復動作回数N=1の動作における加工対象物101の断面である。この動作は、X軸駆動ステージ102及びガルバノスキャナ202の往路動作を示している。 FIG. 7B is a cross section of the workpiece 101 in operation with the number of reciprocating motions N=1. This operation indicates forward movement of the X-axis drive stage 102 and the galvanometer scanner 202 .

図7Cは、往復動作回数N=2の動作における加工対象物101の断面である。この動作は、図7Bの動作に対してガルバノスキャナ202の復路動作をさらに加わっている。しかしながら、前述X軸駆動ステージ102は一方向に動作しているだけの為、移動量は短くなっている。 FIG. 7C is a cross section of the workpiece 101 in motion with the number of reciprocating motions N=2. This operation adds a return trip operation of the galvanometer scanner 202 to the operation of FIG. 7B. However, the X-axis drive stage 102 moves only in one direction, so the amount of movement is short.

図7Dは往復動作回数N=3の動作における加工対象物101の断面である。この動作では、X軸駆動ステージ102は一方向に動作し、ガルバノスキャナ202は往復動作に加えて往路動作をさらに行う。 FIG. 7D is a cross section of the workpiece 101 in motion with the number of reciprocating motions N=3. In this motion, the X-axis drive stage 102 moves in one direction, and the galvanometer scanner 202 performs forward motion in addition to reciprocating motion.

さらに動作を複数回繰り返すと、図7Eは往復動作回数N=4の動作における加工対象物101の断面であり、図7Fは往復動作回数N=5の動作における加工対象物101の断面である。このように加工対象物101を加工して、レーザ切断加工を施す。 When the motion is repeated multiple times, FIG. 7E is a cross section of the workpiece 101 in motion with the number of reciprocating motions N=4, and FIG. 7F is a cross section of the workpiece 101 in motion with the number of reciprocating motions N=5. The object 101 to be processed is processed in this manner and subjected to laser cutting.

尚、3以上の往復動作の繰り返し回数については、線速度及びレーザ発振器201のパワーとの関係から、プロセス条件を導出して決定するのが好ましい。 It is preferable to determine the number of repetitions of the reciprocating motion of 3 or more by deriving process conditions from the relationship between the linear velocity and the power of the laser oscillator 201 .

また、前記走査動作では、図7Fのように、加工開始点と加工終了点の加工端エリア701において、深さ方向の段差701aが残る。その為、加工端エリア701において段差701aを無くすためには、加工端エリア701では、軌跡402が敢えてオーバーラップするような走査軌跡402を生成するように走査すればよい。 Further, in the scanning operation, as shown in FIG. 7F, a step 701a in the depth direction remains in a processing end area 701 between the processing start point and the processing end point. Therefore, in order to eliminate the step 701a in the processing end area 701, the processing end area 701 should be scanned so as to generate a scanning locus 402 in which the loci 402 intentionally overlap.

このときのオーバーラップ量は、図8のように、加工開始点及び加工終了点の前後に、往復動作回数N>1もしくは、前記プロセス導出による、切断に要する往復繰り返し回数を十分に考慮した軌跡402を生成するように走査する。なお、図8においては、開始点オーバーラップ801と、終了点オーバーラップ802と、開始端803と、終了端804とを示している。 The amount of overlap at this time is, as shown in FIG. 402 is scanned. Note that FIG. 8 shows a start point overlap 801 , an end point overlap 802 , a start edge 803 and an end edge 804 .

前述より、レーザ光Lは、fθレンズ203を介して集光したのち、加工対象物101に照射する。レーザ光Lがfθレンズ203の中心を通る程、レーザ光Lの集光性が良く、高精度に加工できる特徴がある。この為、ガルバノスキャナ202で走査する加工予定線402aは、fθレンズ203の中心203aを通るように走査軌跡402を生成して走査される。 As described above, the laser beam L is condensed via the fθ lens 203 and then irradiated onto the workpiece 101 . The more the laser light L passes through the center of the fθ lens 203, the more the laser light L is condensed, and the more accurately the laser light L can be processed. Therefore, the planned processing line 402a scanned by the galvanometer scanner 202 generates a scanning locus 402 so as to pass through the center 203a of the fθ lens 203 and is scanned.

一例として、図9に示す通り、fθレンズ203には、最大走査範囲(言い換えれば、最大走査領域)901が存在する。例えば、F値が100の場合、約直径70mmの円内(直径70mm円内の正方形領域50mm*50mm)の範囲が最大走査範囲901として有効であり、大きさはfθレンズ203の種類によって様々であるが、最大走査範囲901は円形状である。前記より、走査する最大走査範囲901の円形状の中心を通る軌跡402は、図9の(a)の軌跡通過範囲幅902内として、fθレンズ203を中心に十字である。点線902aは、軌跡通過範囲、すなわち、走査軌跡402による切断によって分離させれるワークの縁を示している。 As an example, as shown in FIG. 9, the fθ lens 203 has a maximum scanning range (in other words, maximum scanning area) 901 . For example, when the F value is 100, the range within a circle with a diameter of about 70 mm (a square area of 50 mm*50 mm within a circle with a diameter of 70 mm) is effective as the maximum scanning range 901, and the size varies depending on the type of fθ lens 203. However, the maximum scan range 901 is circular. As described above, the trajectory 402 passing through the circular center of the maximum scanning range 901 to be scanned is a cross centered on the fθ lens 203 within the trajectory passing range width 902 in (a) of FIG. 9 . Dotted line 902 a indicates the trajectory passing range, ie, the edge of the workpiece that is separated by cutting with scanning trajectory 402 .

最大走査直径Dsとし、軌跡通過範囲幅Aは下式で示す。 With the maximum scanning diameter Ds, the locus passing range width A is given by the following formula.

幅A = Ds * sinπ/4 *0.06
前記より、fθレンズ203の中心203aを通る為、精度良く加工され、かつ十字に軌跡通過範囲幅Aがある為、最大走査範囲901の上限まで使用でき、かつ走査距離を長くできることで加工時間の短縮となることから、レーザ加工における加工精度と生産性とが両立できる。
Width A = Ds*sinπ/4*0.06
As described above, since it passes through the center 203a of the fθ lens 203, it can be processed with high precision, and since it has a cross-shaped trajectory passing range width A, it can be used up to the upper limit of the maximum scanning range 901, and the scanning distance can be lengthened, which reduces the processing time. Since it is shortened, it is possible to achieve both processing accuracy and productivity in laser processing.

また、図9の(b)~(e)は、fθレンズ203の中心203aを通る軌跡通過範囲幅Aの走査軌跡パターン903の一部を示しており、主に図9の(b)~図9の(e)のような走査軌跡パターン903をガルバノスキャナ202で往復走査させる。 9B to 9E show a part of the scanning trajectory pattern 903 of the trajectory passage range width A passing through the center 203a of the fθ lens 203. The galvanometer scanner 202 reciprocally scans a scanning locus pattern 903 as shown in (e) of 9.

図9の(b)は、図9の(b)の左右方向に走査されて生成された軌跡402の軌跡パターン903aを示す。図9の(c)は、図9の(c)の上下方向に走査されて生成された軌跡402の軌跡パターン903bを示す。図9の(d)は、図9の(d)の上から中心を通過して右手にL字状に走査されて生成された軌跡402の軌跡パターン903cを示す。この軌跡パターン903cでは、切断形状の角部に、直角の角部を形成することができる。図9の(e)は、図9の(d)の軌跡パターン903cのうち、中心で直角に曲がらずに、中心近傍で緩やかに湾曲して曲がる軌跡パターン903dを示す。この軌跡パターン903dでは、切断形状の角部に湾曲したR部を形成することができる。 FIG. 9(b) shows a trajectory pattern 903a of the trajectory 402 generated by scanning in the horizontal direction of FIG. 9(b). FIG. 9(c) shows a trajectory pattern 903b of the trajectory 402 generated by scanning in the vertical direction of FIG. 9(c). FIG. 9(d) shows a locus pattern 903c of the locus 402 generated by scanning in an L-shape to the right hand side passing through the center from the top of FIG. 9(d). In this trajectory pattern 903c, right-angled corners can be formed at the corners of the cutting shape. (e) of FIG. 9 shows a locus pattern 903d, which does not bend at a right angle at the center but gently curves near the center, among the locus patterns 903c of (d) of FIG. In this trajectory pattern 903d, curved R portions can be formed at the corners of the cut shape.

前記構成にかかるレーザ加工方法及び装置によれば、加工対象物101、あるいはレーザ走査光学系202,203を駆動して、加工対象物101とレーザ光LとをX軸及びY軸駆動ステージ102,105でXY軸方向に駆動でき、レーザ光Lを走査範囲内で位置決めして照射させることができるレーザ走査光学系、例えばガルバノミラーGx、Gy軸を有し、走査軌跡に応じて、X軸及びY軸駆動ステージ102,105のXY軸とレーザ走査光学系202,203のX軸用及びY軸用のガルバノミラー202a,202bを同時に動作させることで、レーザ走査速度を一定に制御することで、レーザ強度を制御することなくレーザ加工することができる。 According to the laser processing method and apparatus having the configuration described above, the object 101 or the laser scanning optical systems 202 and 203 are driven to move the object 101 and the laser beam L to the X-axis and Y-axis drive stages 102, 102, and 203. 105 can be driven in the XY axis direction, and has a laser scanning optical system that can position and irradiate the laser beam L within the scanning range, for example, a galvanomirror Gx and Gy axes. By simultaneously operating the XY axes of the Y-axis drive stages 102 and 105 and the X-axis and Y-axis galvanometer mirrors 202a and 202b of the laser scanning optical systems 202 and 203, the laser scanning speed is controlled to be constant. Laser processing can be performed without controlling the laser intensity.

前記実施形態によれば、加工対象物101を移動速度Vtで移動させつつ、加工対象物101の加工予定線402aの一部の同一直線上で、走査速度Vsでレーザ光Lを連続して3回以上かつ奇数回だけ往復走査するようにしたので、加工精度と生産性との低下を抑制することができて、加工対象物101上に、任意の形状かつ、より広範囲で大面積を高速で継ぎ目のない均質な加工ができる。 According to the above-described embodiment, while moving the object 101 at the moving speed Vt, the laser beam L is continuously emitted three times at the scanning speed Vs on the same straight line as a part of the planned processing line 402a of the object 101. Since the reciprocating scanning is performed at least once and an odd number of times, it is possible to suppress the deterioration of the machining accuracy and productivity, and it is possible to form an arbitrary shape and a large area on the workpiece 101 at a high speed. Seamless and homogeneous processing is possible.

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。 By appropriately combining any of the various embodiments or modifications described above, the respective effects can be obtained. In addition, combinations of embodiments, combinations of examples, or combinations of embodiments and examples are possible, as well as combinations of features in different embodiments or examples.

本発明の前記態様にかかるレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、加工対象物上に、任意の形状かつ広範囲に高速に加工でき、樹脂フィルム以外の加工対象物(例えば、鉄系材料)等の切削又は切断加工の用途にも適用できる。 The laser processing apparatus and laser processing method according to the above aspect of the present invention can process an object to be processed in any shape and in a wide range at high speed, and can be used to cut objects other than resin films (for example, iron-based materials). Alternatively, it can also be applied to cutting applications.

90 レーザ加工装置
91 基台
100 制御部
101 加工対象物
102 X軸駆動ステージ
103 加工ヘッド
104 Z軸駆動ステージ
105 Y軸駆動ステージ
106 門柱
201 レーザ発振器
202 ガルバノスキャナ
202a,202b X軸用及びY軸用のガルバノミラー
202c,202d 軸回転用モータ
202e 回転角制御部
203 fθレンズ
203a fθレンズの中心
301 切断品
401 ガルバノスキャナの走査領域
402 レーザ走査軌跡
402a 加工予定線
501 駆動ステージ走査
502 ガルバノスキャナ走査
503 同期走査の軌跡
504 同期走査軌跡分解イメージ
701 加工端エリア
701a 段差
702 切断ライン
801 開始点オーバーラップ
802 終了点オーバーラップ
803 開始端
804 終了端
901 ガルバノスキャナ最大走査範囲
902 軌跡通過範囲幅
902a 軌跡通過範囲
903 走査軌跡パターン
903a,903b,903c,903d 軌跡パターン
90 laser processing device 91 base 100 control unit 101 object to be processed 102 X-axis drive stage 103 processing head 104 Z-axis drive stage 105 Y-axis drive stage 106 portal 201 laser oscillator 202 galvano scanner 202a, 202b for X-axis and Y-axis 202c, 202d Motor for axis rotation 202e Rotation angle control unit 203 fθ lens 203a Center of fθ lens 301 Cut product 401 Scanning area of galvano scanner 402 Laser scanning trajectory 402a Planned processing line 501 Drive stage scanning 502 Galvano scanner scanning 503 Synchronization Scan trajectory 504 Synchronous scanning trajectory resolution image 701 Processing edge area 701a Step 702 Cutting line 801 Start point overlap 802 End point overlap 803 Start edge 804 End edge 901 Galvano scanner maximum scanning range 902 Locus passage range width 902a Locus passage range 903 Scanning trajectory pattern 903a, 903b, 903c, 903d Trajectory pattern

Claims (11)

レーザ光を走査する走査領域より、加工領域が大きい加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法において、
前記加工対象物を第1方向に移動させる第1駆動装置に保持し、
次いで、前記第1駆動装置により前記加工対象物を前記第1方向に移動させつつ、ガルバノスキャナにより、前記ガルバノスキャナとfθレンズとを通過して前記加工対象物に照射する前記レーザ光を、前記加工対象物に対して、前記第1方向と前記第1方向の逆方向とに往復移動させて走査するとき、
前記加工対象物の移動速度をVtとし、前記レーザ光の走査速度をVsとし、前記加工対象物を前記移動速度Vtで移動させつつ、前記加工対象物の加工予定線の一部の同一直線上で、前記走査速度Vsで前記レーザ光を連続して3回以上往復走査して前記レーザ光を照射し、
前記レーザ光の走査の線速度V0は相対的に一定になるように制御部で制御され、前記走査速度Vsによる前記往復走査のうち、往路走査のガルバノスキャナ往路走査速度をVs1とするとともに復路走査のガルバノスキャナ復路走査速度Vs2とすると、
前記往路走査での前記線速度V0は、
0=Vs1-Vt であり、
前記復路走査での前記線速度V0は、
0=Vs2+Vt であり、
前記線速度V0は、相対的に一定に制御することから、
Vt=(Vs1-Vs2)/2 である、
レーザ加工方法。
In a laser processing method for laser processing an object having a processing area larger than a scanning area scanned with a laser beam,
holding the workpiece in a first drive that moves the workpiece in a first direction;
Next, while the first driving device moves the object to be processed in the first direction, the galvano scanner irradiates the object to be processed with the laser beam passing through the galvano scanner and the fθ lens. When scanning an object to be processed by reciprocating in the first direction and in a direction opposite to the first direction,
Let Vt be the moving speed of the object to be processed, Vs be the scanning speed of the laser beam, and while moving the object to be processed at the moving speed Vt, a part of the planned processing line of the object to be processed is on the same straight line. and irradiating the laser beam by continuously scanning the laser beam three or more times at the scanning speed Vs,
The linear velocity V 0 of scanning of the laser light is controlled by the control unit so as to be relatively constant. Assuming that the backward scanning galvano scanner backward scanning speed is Vs 2 ,
The linear velocity V 0 in the forward scanning is
V 0 =Vs 1 -Vt and
The linear velocity V 0 in the backward scanning is
V 0 =Vs 2 +Vt and
Since the linear velocity V 0 is controlled to be relatively constant,
Vt = (Vs 1 -Vs 2 )/2,
Laser processing method.
前記往復走査は、前記加工予定線に沿った前記ガルバノスキャナによる往復動作により走査軌跡が形成され、
前記往復動作の回数は3回以上かつ奇数回である、
請求項1に記載のレーザ加工方法。
In the reciprocating scanning, a scanning trajectory is formed by reciprocating motion of the galvanometer scanner along the planned processing line,
The number of reciprocating motions is 3 or more and an odd number of times,
The laser processing method according to claim 1 .
前記制御部において、前記ガルバノスキャナによる前記往復走査と、前記第1駆動装置による前記第1方向沿いの一方向に一定速度での移動とを協調制御して組合せることで、前記走査軌跡が、レーザ加工の深さ方向に関しては階段形状になる、
請求項に記載のレーザ加工方法。
In the control unit, by cooperatively controlling and combining the reciprocating scanning by the galvanometer scanner and the movement at a constant speed in one direction along the first direction by the first driving device, the scanning trajectory is In the depth direction of laser processing, it becomes a stepped shape,
The laser processing method according to claim 2 .
前記制御部は、前記レーザ光による加工開始点と加工終了点の加工端エリアにおいて、前記加工対象物の断面の段差を無くすようにオーバーラップして走査する前記走査軌跡を生成して走査するように制御する、
請求項に記載のレーザ加工方法。
The control unit generates and scans the scanning trajectory that overlaps and scans so as to eliminate steps in the cross section of the object to be processed in the processing end area of the processing start point and the processing end point by the laser beam. control to
The laser processing method according to claim 3 .
前記ガルバノスキャナからの前記レーザ光が前記fθレンズの中心を通るように前記走査軌跡を生成するように走査し、
前記走査軌跡は、前記fθレンズの軌跡通過範囲内として、前記fθレンズの最大走査直径をDsとし、軌跡通過範囲幅をAとするとき、
A = Ds * sinπ/4 *0.06
となる条件の下で前記走査軌跡を生成するように前記走査を行う、
請求項2~4のいずれか1つに記載のレーザ加工方法。
scanning so as to generate the scanning trajectory so that the laser light from the galvanometer scanner passes through the center of the fθ lens;
Assuming that the scanning trajectory is within the trajectory passing range of the fθ lens, the maximum scanning diameter of the fθ lens is Ds, and the width of the trajectory passing range is A,
A = Ds*sinπ/4*0.06
performing the scanning to generate the scanning trajectory under the condition of
The laser processing method according to any one of claims 2 to 4 .
レーザ光を走査するレーザ走査領域より、加工領域が大きい加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置において、
前記加工対象物を保持した状態で移動速度Vtで第1方向に移動する駆動ステージと、
前記レーザ光を出射するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部から出射した前記レーザ光の走査方向を変更し、前記レーザ光を、前記加工対象物に対して、前記第1方向と前記第1方向の逆方向とに往復移動させるように走査速度Vsで走査するガルバノスキャナと、
前記ガルバノスキャナから出射した前記レーザ光を透過して前記加工対象物に任所定角度で照射するfθレンズと、
前記駆動ステージと前記ガルバノスキャナとの駆動をそれぞれ制御して、前記駆動ステージにより前記加工対象物を前記第1方向に移動させつつ、前記ガルバノスキャナにより前記ガルバノスキャナと前記fθレンズとを介して前記レーザ光を前記加工対象物に照射して走査するとき、前記加工対象物の前記移動速度をVtとし、前記レーザ光の前記走査速度をVsとし、前記加工対象物を前記移動速度Vtで移動させつつ、前記加工対象物の加工予定線の一部の同一直線上で、前記走査速度Vsで前記レーザ光を連続して3回以上往復走査して前記レーザ光を照射するように制御する制御部とを有し、
前記制御部により制御するとき、
前記レーザ光の走査の線速度V0は相対的に一定になるように制御され、前記走査速度Vsによる前記往復走査のうち、往路走査のガルバノスキャナ往路走査速度をVs1とするとともに復路走査のガルバノスキャナ復路走査速度Vs2とすると、
前記往路走査での前記線速度V0は、
0=Vs1-Vt であり、
前記復路走査での前記線速度V0は、
0=Vs2+Vt であり、
前記線速度V0は、相対的に一定に制御することから、
Vt=(Vs1-Vs2)/2 である、
レーザ加工装置。
In a laser processing apparatus for laser processing an object having a processing area larger than a laser scanning area scanned with a laser beam,
a driving stage that moves in a first direction at a moving speed Vt while holding the workpiece;
a laser emission unit that emits the laser light;
changing the scanning direction of the laser beam emitted from the laser emitting part, and scanning the laser beam so as to reciprocate the object to be processed in the first direction and in a direction opposite to the first direction; a galvanometer scanner that scans at a speed Vs;
an fθ lens that transmits the laser beam emitted from the galvanometer scanner and irradiates the object to be processed at an arbitrary predetermined angle;
By controlling the driving of the drive stage and the galvano-scanner respectively, the object to be processed is moved in the first direction by the drive stage, and the galvano-scanner moves the galvano-scanner through the galvano-scanner and the fθ lens. When the object to be processed is irradiated with the laser beam for scanning, the moving speed of the object to be processed is Vt, the scanning speed of the laser beam is Vs, and the object to be processed is moved at the moving speed Vt. A control unit for performing control so that the laser beam is continuously scanned three times or more back and forth at the scanning speed Vs on the same straight line as a part of the planned processing line of the object to be processed while the laser beam is irradiated. and
When controlled by the control unit,
The linear velocity V0 of the scanning of the laser light is controlled to be relatively constant. Assuming that the galvanometer scanner return scanning speed is Vs 2 ,
The linear velocity V 0 in the forward scanning is
V 0 =Vs 1 -Vt and
The linear velocity V 0 in the backward scanning is
V 0 =Vs 2 +Vt and
Since the linear velocity V 0 is controlled to be relatively constant,
Vt = (Vs 1 -Vs 2 )/2,
Laser processing equipment.
前記駆動ステージは、前記加工対象物が保持されて前記第1方向であるX軸沿いに移動させるX軸駆動ステージであり、
前記レーザ加工装置は、
前記ガルバノスキャナ及び前記fθレンズとを有する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドは、前記X軸と交差するZ軸の方向に前記加工ヘッドを移動させるZ軸駆動ステージと、
前記Z軸駆動ステージが取付けられ、前記X軸及び前記Z軸とは交差するY軸の方向に前記加工ヘッドと前記Z軸駆動ステージとを移動させるY軸駆動ステージとをさらに備え、
前記制御部は、前記Z軸駆動ステージと前記Y軸駆動ステージとの駆動もそれぞれ制御する、
請求項に記載のレーザ加工装置。
The drive stage is an X-axis drive stage that holds the workpiece and moves it along the X-axis that is the first direction,
The laser processing device is
a processing head having the galvanometer scanner and the fθ lens;
a Z-axis drive stage for moving the machining head in a Z-axis direction that intersects with the X-axis;
a Y-axis drive stage to which the Z-axis drive stage is attached and which moves the machining head and the Z-axis drive stage in a Y-axis direction that intersects the X-axis and the Z-axis;
The control unit also controls the driving of the Z-axis drive stage and the Y-axis drive stage, respectively.
The laser processing apparatus according to claim 6 .
前記制御部は、前記駆動ステージと前記ガルバノスキャナとを協調制御して前記往復走査を行い、所定の走査軌跡を生成して走査することで、前記加工対象物を所定の形状の切断品に切断する、
請求項6又は7に記載のレーザ加工装置。
The control unit cooperatively controls the driving stage and the galvanometer scanner to perform the reciprocating scanning, and scans the workpiece by generating a predetermined scanning locus, thereby cutting the workpiece into cut pieces having a predetermined shape. do,
The laser processing apparatus according to claim 6 or 7 .
前記制御部は、前記レーザ光が任意の形状の前記加工予定線を一定の速度及び一方向に走査できるように、前記X軸駆動ステージ及び前記Y軸駆動ステージで制御しつつ、前記ガルバノスキャナを同加工予定線上を走査領域内で往復動作させながら、相対的な線速が一定になるように制御する、
請求項に記載のレーザ加工装置。
The controller controls the galvanometer scanner while controlling the X-axis driving stage and the Y-axis driving stage so that the laser beam can scan the desired processing line at a constant speed and in one direction. While reciprocating on the planned processing line within the scanning area, control is performed so that the relative linear velocity is constant.
The laser processing apparatus according to claim 7 .
前記レーザ出射部は、ピコ秒~フェムト秒の超短パルス、及び、最大周波数1MHz以上で前記レーザ光を発振するレーザ発振器である、
請求項6~9のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。
The laser emitting unit is a laser oscillator that oscillates the laser light at a picosecond to femtosecond ultrashort pulse and a maximum frequency of 1 MHz or higher.
The laser processing apparatus according to any one of claims 6-9 .
前記fθレンズは、F値が45以上でかつ110以下であるfθレンズである、
請求項6~10のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。
The f-theta lens is an f-theta lens having an F value of 45 or more and 110 or less,
The laser processing apparatus according to any one of claims 6-10 .
JP2018149667A 2018-08-08 2018-08-08 LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS Active JP7122559B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018149667A JP7122559B2 (en) 2018-08-08 2018-08-08 LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS
TW108122080A TWI733129B (en) 2018-08-08 2019-06-25 Laser processing method and laser processing device
CN201910665233.6A CN110814522B (en) 2018-08-08 2019-07-22 Laser processing method and laser processing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018149667A JP7122559B2 (en) 2018-08-08 2018-08-08 LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2020028883A JP2020028883A (en) 2020-02-27
JP2020028883A5 JP2020028883A5 (en) 2021-09-16
JP7122559B2 true JP7122559B2 (en) 2022-08-22

Family

ID=69547691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018149667A Active JP7122559B2 (en) 2018-08-08 2018-08-08 LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7122559B2 (en)
CN (1) CN110814522B (en)
TW (1) TWI733129B (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008238209A (en) 2007-03-27 2008-10-09 Tokyu Car Corp Laser welding method and laser welding equipment
JP5965094B1 (en) 2016-01-06 2016-08-03 オー・エム・シー株式会社 Material splitting method, splitting mechanism and splitting device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988000109A1 (en) * 1986-07-09 1988-01-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Laser beam machining method
JP3100478B2 (en) * 1992-10-27 2000-10-16 株式会社トプコン Laser rotary irradiation device with reciprocating laser scanning system
JP2001244197A (en) * 1995-05-31 2001-09-07 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser processing method
JP2004122167A (en) * 2002-10-01 2004-04-22 Nippon Steel Chem Co Ltd Laser beam machining apparatus and laser beam machining method
JP5081557B2 (en) * 2007-09-28 2012-11-28 パナソニック デバイスSunx株式会社 Laser processing equipment
JP5392943B2 (en) * 2009-02-13 2014-01-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ Laser processing method, laser processing apparatus, and solar panel manufacturing method
JP2011212727A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Panasonic Electric Works Sunx Co Ltd Laser beam machining apparatus
CN103817433B (en) * 2014-01-23 2016-04-13 浙江工业大学 A kind of Laser Processing hot spot control method and special device thereof
JP6035461B1 (en) * 2016-04-28 2016-11-30 武井電機工業株式会社 Laser processing method and laser processing apparatus
JP6721439B2 (en) * 2016-07-11 2020-07-15 株式会社ディスコ Laser processing equipment
JP2018094582A (en) * 2016-12-12 2018-06-21 株式会社ブイ・テクノロジー Laser processing device and laser processing method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008238209A (en) 2007-03-27 2008-10-09 Tokyu Car Corp Laser welding method and laser welding equipment
JP5965094B1 (en) 2016-01-06 2016-08-03 オー・エム・シー株式会社 Material splitting method, splitting mechanism and splitting device

Also Published As

Publication number Publication date
CN110814522A (en) 2020-02-21
CN110814522B (en) 2021-07-09
JP2020028883A (en) 2020-02-27
TW202030038A (en) 2020-08-16
TWI733129B (en) 2021-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100681390B1 (en) A semiconductor wafer dicing and scribing system and appratus with a high speed laser beam focus positioning system to arbitrary 3D positions and laser beam diffraction system
KR20150126603A (en) Coordination of beam angle and workpiece movement for taper control
US20180136458A1 (en) System for deflecting an optical radiation beam and device comprising this system
JP2019141868A (en) Laser processing device
US9931713B2 (en) Laser systems and methods for AOD rout processing
JPWO2014080442A1 (en) Laser welding method and apparatus
JP7122559B2 (en) LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING APPARATUS
Henn et al. Increasing the precision of Laser-Based Powder Bed Fusion by process combination with in situ laser ablation
JP6385622B1 (en) Laser processing method and laser processing apparatus
JP2011240403A (en) Laser beam machine loading self-propelled galvano scanner
JP2019126816A (en) Laser beam machine
JP2022048790A (en) Laser processing device, laser processing method and workpiece manufacturing method
JP2017124416A (en) Laser processing apparatus and laser processing method
CN107662055B (en) Laser processing method and laser processing device for brittle material substrate
KR101358804B1 (en) Apparatus for radiating laser beam and method for operating the same
JP2020028883A5 (en)
KR20150033778A (en) Laser processing device for crystal material
JP2018130739A (en) Laser processing device
CN114054943A (en) Spiral dynamic reciprocating scanning optical system
CN221494597U (en) Laser processing device
JP2008080371A (en) Laser beam machining method and apparatus therefor
JP2017104875A (en) Laser processing device and laser processing method
KR102706001B1 (en) Laser processing device capable of high speed scanning and laser processing method using the same
KR20180055293A (en) Apparatus and method of laser processing
WO2022080447A1 (en) Laser machining system and control method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210802

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210802

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220614

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220705

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220707

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7122559

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151