Способ лазерного сверления отверстий и устройство для его осуществления

(5 ф)ю В 23 К 26/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Особое конструкторское бюро "Старт"(56) Авторское свидетельство СССР В1628365, кл, В 23 К 26/00, 1990.(54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО СВЕРЛЕНИЯОТВЕРСТИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: в автоматизированномоборудовании для лазерного сверления отверстий больших диаметров со сплошнойвыборкой материала, в частности в слоях Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в автоматизировайном оборудовании для лазерного сверления глухих отверстий больших диаметров со сплошной выборкой материала, в частности, в слоях диэлектриков печатных плат,Известен лазерный станок, выбранный в качестве прототипа, содержащий лазер, затвор, систему управления, оптическую систему с дефлектором и приводами дефлектора для отклонения луча по двум взаимно перпендикулярным осям, устройство управ; ления дефлектором, координатный стол с приводами перемещения по двум осям.Однако данные способ и станок характеризуются недостаточными технологическими возможностями в части сверления глухих отверстий больших диаметров со сплошной выборкой материала,диэлектриков печатных плат, Сущность изобретения; пятно излучения, вращаясь по окружности, одновременно дискретно перемещается по радиусу после каждого периода вращения на заданную величину подачи, а линейная .скорость перемещения остается постоянной; Устройство состоит из лазера, системы управления, координатного стола, дефлектора, привода дефлектора. Дополнительно в станок введено вычислительное устройство, состоящее из дешифратора, делителя, генератора с программируемой частотой, двух усилителей с программируемым коэффициентом усиления и блока синхронизации затвора, 2 с.п,ф-лы, 1 ил. Целью изобретения является расширение технологических возможностей в части обеспечения сверления глухих отверстий больших диаметров со сплошной выборкой материала,Указанная цель достигается тем, что согласно способу лазерного сверления отверстий, заключающемуся в подаче .С сфокусированного излучения на поверх- О ность обрабатываемой заготовки и враще- С) нии лазерного луча таким образом, что С) пятно облучения на поверхности заготовки вращается по окрчжности относйтельно центра формируемого отверстия, в процес- д се сверления пятно облучения дополнительно перемещается по радиусу формируемого отверстия от центра дО. крайнего положения, при котором радиус отверстия равен заданному значению или от крайнего положения к центру отверстия.Указанная цель достигается также тем, что станок лазерной обработки, содержащий лазер, затвор, систему управления, оптическую систему с дефлектором и приводами дефлектора для отклонения луча по двум взаимно перпендикулярным осям, устройство согласования амплитуд колебаний, сумматоры, входы которых связаны с приводами дефлектора, и координатный стол с приводами перемещения по двум осям, дополнительно снабжен вычислительным устройством, состоящим иэ блока расчета максимальных значений амплитуд узлов сканирования, блока расчета величин изменения амплитуд углов сканирования за . период сканирования, блока расчета текущих значений углов сканирования, причем вход вычислительного устройства связан с системой управления, а выход - с входами сумматоров.Способ реализуют следующим образом,Заготовку устанавливают на рабочем столе стан ка. В ключа ются режим автоматической обработки, Стол перемещает заготовку в требуемую позицию. По команде "Пуск" на обрабатываемую заготовку подается сфокусированное излучение. При этом пятно излучения на,поверхности заготовки вращается относительно центра формируемого отверстия. В начале процесса обработки пятно может находиться или в центре формируемого отверстия и затем, вращаясь постепенно перемещаться по радиусу к крайнему положению, при котором радиус отверстия равен заданному значению, или в крайнем положении и затем постепенно перемещаться к центруотверстия, Скорость перемещения пятна по радиусу выбирается из условия обеспечения требуемых параметров отверстия, Вращение пятна облучения с одновременным перемещением его по радиусу обеспечивает сверление глухого отверстия на требуемую глубину со сплошной выборкой материала,П р и м е р. Заготовку устанавливают на рабочем столе станка. Включают режим автоматической обработки. Стол перемещает заготовку в требуемую позицию. По команде системы управления (СУ) дефлектор устанавливается в исходную позицию.Открывается затвор и излучение лазера поступает в заданную точку поверхности заготовки и одновременно дефлектор начинает перемещать пятно облучения по поверхности заготовки по окружности с радиусом г, равным радиусу фокального пятна, После выполнения оборота на 360 затвор перекрывает излучение и дефлектор занимает следующую позицию. Затем затвор откры вается и излучение вращается дефлектором по следующей траектории (окружности с радиусом В+и, где и - величина шага подачи).Далее цикл повторяется, пока радиус 5 отверстия не достигает заданной величины В. В другом варианте способа сверления отверстия сначала излучение вращается так, что описывается окружность радиусом Й, а каждый последующий этап сверления 10 смещает пятно излучения на величину и к центру отверстия до тех пор, пока радиус вращения не становится равным величине г. При этом на каждом шаге меняется угловая скорость вращения путем изменения частоты сканирования дефлектора так, что линейная скорость Ч=сопзс. Практическая реализация способа осуществлялась при формировании С 02-лазером типа ИЛ ГН20 глухих отверстий Ф 1,2 мм в одностороннемфольгированном (медью) слое полиимида толщиной 90 мкм. Величина шага подачи была 200 мкм, при диаметре пятно облучения 250 мкм. Меньшее значение шага сме щения относительно радиуса пятнаобеспечивало повторное облучение зон, относительно которых линейная скорость перемещения пятна больше (т,е. более удаленных от центра вращения), Кроме того, 30 медная подложка в некоторых пределах недопускала зависимости глубины отверстия от величины экспозиции. Линейная скорость перемещения центра пятна облучения составляла 7,5 мlмин, Время 35 срабатывания затвора 2 мс (специальнаяразработка Новосибирского электротехнического института), Отверстие формировалось до слоя меди. Края отверстий имели наклон70 О, Материал из зоны отверстия 40 частично испарялся и выдувался сжатымвоздухом. Окончательная очистка отвер-.стий выполнялась ультразвуковой установкой типа УЗУ,25 с дистиллированной водой, Мощность лазера составляла 30 Вт и 45 в процессе обработки не изменялась, Облучение заготовки излучением данного лазера расфокусированным в пятном.2 мм не обеспечивало получение требуемых отверстий.Станок содержит лазер 1: затвор 2: де флектор 3; состоящий из поворотного зеркала 4 с датчиками 5 и 6 положения и, катушками 7-10 электромагнитов поворота зеркала 4; двухканальный привод 11 дефлекторэ, состоящий из устройства 12 и 13 55 сравнения, регуляторов 14 и 15 и усилителей 16-19 тока, выходы которых соединены .с катушками 7-10; вычислительное устройство 20, состоящее из дешифратора 21, делителя 22 генератора 23 с программируемой частотой, усилителей 24 и 25 с программируемым коэффициентом усиления, блока 26 синхронизации затвора; системы 27 управления станком; привода 28, управляющего рабочим столом 29; фокусирующей линзы 30, На рабочем столе 29 устанавливается обрабатываемая заготовка 31.Станок работает следующим образом, Система 27 управления через привод 28 выводит рабочий стол 29 с уложенной на нем заготовкой 31 в требуемую позицию, При этом затвор 2 перекрывает излучение лазера 1. Система 27 управления открывает затвор 2 и затем выдает на дешифратор 21 код соответствующий начальному (Во) радиусу обработки, а на делитель 22-значение линейной скорости Ч обработки. Одновременно на вход делителя 22 поступает код, соответствующий значению Яо, С входа делителя на вход генератора 23 с программируемой частотой поступает код,соответствующий значению Ч/Во. С выхода генератора 23 на входы усилителей 24 и 25 с программируемым коэффициентом усиления получают сигналы, определяющие частоту сканирования зеркала 4 исдвинутые на угол 90. Сигнал с выхода дешифратора 21 устанавливает необходимый коэффициент усиления усилителей 24 и 25, чем определяется угол поворота зеркала 4. В результатес выхода вычислительного устройства 20 на вход привода 11 дефлектора по двум каналам поступают сигналыХ=Я зп - т,ЧВЧУ=Я сов - т,Вгде В, - радиус сверления на 1-м шаге; 1=0, Вмакс,здесь Ялакс - максимальный радиус сверления,й - величина подачи (увеличения или уменьшения радиуса сверления на один шаг).Данные сигналы подаются соответственно на входы устройства 12 и 13 сравнения, на которые также поступают сигналы с датчиков 5 и 6 положения. Сигналы рассогласования с выходов устройств 12 и 13 поступают соответственно на регуляторы 14 и 15, которые преобразуют их в соответствующие напряжения синусоидальной формы, которые через усилители 16-19 тока возбуждают катушки 7-10 электромагнитов и под их воздействием зеркало 4 одновременносовершает колебэтельнце движения по координатам Х,У, что вызывает перемещение излучения по окружности. При этом с датчиков 5 и 6 подаются сигналы на устройства 12 и 13 сравнения и на блок 26 синхронизации5 10 15 20 30 40 45 50 затвора 2. При определенном соотношении фаз датчиков 5 и 6 блока 26 выдает сигнал в . систему 27 управления, которая дает команду на закрытие затвора. Фазовое соогноше ние сигналов датчиков 5 и 6, при котором блока 26 выдает сигнал в систему 27 упрадления, определяется таким, что закрытие затвора 2 происходит одновременно с прохождением пятна излучения по окружности на 360 О. Затем система 27 дает следующий сигнал на открытие затвора 2 и выдает следующее значение Я в дешифратор 21. Цикл повторяется до тех пор, пока значейие Я не достигает требуемого значения В - радиуса отверстия (если начальный радиус Яо был равен радиусу г пятна излуче ния на поверхности заготовки) или радиусапятна излучения (если начальный радиус был равен требуемому радиусу отверстия), В первом случае система 27 управления выдает значения Я с положительными приращениями и, равными шагу реза, а во втором - с отрицательными. После окончания процесса формирования отверстия система 27 управления переводит стол 29 в другую позицию и цикл повторяется.Формула изобретения 1.Способ лазерного сверления отверстий, заключающийся в том, что подают сфокусированное излучение на поверхность изделия и вращают лазерный луч по окружности относительно центра формируемого отверстия. отл ича ю щи йс я тем, что, с целью расширения технологических возможностей разбивают площадь отверстия на и концентрических окружностей, причел; радиусы двух ближайших окружностей отличаются на величину шага, не более диаметра сфокусированного излучения, затем, начиная либо от центра, либо от внешнего радиуса отверстия последовательно перемещают лазерный луч по п концентрическим окружностям, сохраняя постоянной линейную скорость перемещения сфокусированного излучения на каждой из концентрических окружностей,2. Устройство для лазерного сверления.отверстий, содержащее лазер, затвор, систему управления, оптическую систему с дефлектором, содержащим зеркало и датчики положения, привод дефлектора для отклонения луча по двум взаимно перпендикулярным осям и координатный стол с приводами перемещения по двум осям, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, оно снабжено вычислительным устройством, состоящим из дешифратора, делителя, генератора с программируемой частотой, двух усилителей с программируемым коэффициентомусиления и блока синхронизации затвора,1750900 8 Составитель Н,Архипенкоактор С.Лисина Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий аказ 2649 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 причем первые входы дешифратора и делителя соединены с первым выходом системы управления, второй вход дешифратора - с вторым выходом системы уйравления, третий выход которой связан с входом затвора. вход генератора с программируемой частотой соединен с выходом делителя, а выходы - с первыми входами усилителей с программируемым коэффициентом усиления, вторые входы которых соединены с выходами дешифратора, а выходы - с приводами дефлектора, вход блока синхронизации затво ра соединен с выходами датчиковположения зеркал дефлектора, а выход - с входом системы управления.