JP2006289443A - Laser beam machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザ加工装置に関し、特にナノメートルオーダー以上の精度を有するレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus having an accuracy of nanometer order or more.
一般的に、レーザ加工装置は、被加工物に照射するレーザ光源と、被加工物を載置する可動台を配備した耐震性を有する精密テーブルとを備えており、レーザ光源から出力されるレーザ光の基準点を固定し、前記可動台を精密テーブル上のX−Y平面上で移動させて被加工物を加工する工程を有する。当該加工工程では、精密テーブル上の可動台の位置を検出する位置検出器の誤差及びレーザ光源から被加工物までの導光路に起因するレーザ光の光軸の誤差が考えられるが、可動台の位置検出器の精度は10nm以下の精度が実現されており、レーザ光源から出力されるレーザ光の光軸の安定精度はマイクロラジアンレベルの精度まで実現されている。 In general, a laser processing apparatus includes a laser light source that irradiates a workpiece, and a precision table having an earthquake resistance provided with a movable table on which the workpiece is placed, and a laser output from the laser light source. A step of processing a workpiece by fixing a reference point of light and moving the movable table on an XY plane on a precision table; In this processing step, errors in the position detector that detects the position of the movable table on the precision table and errors in the optical axis of the laser beam caused by the light guide from the laser light source to the workpiece can be considered. The accuracy of the position detector is 10 nm or less, and the stability accuracy of the optical axis of the laser beam output from the laser light source is realized to the microradian level.
特許文献1では、レーザ光の照射位置の測定を可能にするレーザ加工装置における集光光学系の集光位置検出装置が開示されている。当該集光位置検出装置は、複数の受光素子がマトリクス状に配置され、X−Yテーブルの所定の位置に着脱可能に配置される位置センサと、この位置センサに向けてレーザ光を照射したとき、位置センサを構成する各受光素子の出力を検出し、レーザ光の集光位置を判別する判別装置と、この判別結果に基づいて、前記X−Yテーブルの座標軸に対する集光位置のずれ量を算出する演算装置とが設けられている。
当該装置では、X−YテーブルのX−Y方向の座標軸と位置センサのX−Y方向の座標軸が一致するように位置センサをX−Yテーブルに取り付け、X−Yテーブルを所定の位置に移動させ、位置センサにレーザ光を集光照射する。そして、位置センサを構成する各受光素子の出力を検出し、どの受光素子がレーザ光を受光しているか判別し、受光素子の位置センサの原点からの座標位置を求めることにより、レーザ光の集光位置を求めることができる。 In this apparatus, the position sensor is attached to the XY table so that the XY coordinate axis of the XY table matches the coordinate axis of the position sensor in the XY direction, and the XY table is moved to a predetermined position. Then, the position sensor is focused and irradiated with laser light. Then, the output of each light receiving element constituting the position sensor is detected, it is determined which light receiving element is receiving the laser light, and the coordinate position from the origin of the position sensor of the light receiving element is obtained, thereby collecting the laser light. The light position can be determined.
特許文献1のレーザ光の位置検出装置は、着脱可能な可動台上に配置されており、マイクロメートル単位の精度を有する加工技術であれば、レーザ光の光軸の安定性がマイクロラジアンレベルでも許容できるため、可動台の位置を適切に制御することができる。
しかし、加工精度がナノメートル単位以下である場合、レーザ加工装置の誤差は、可動台の位置検出器による誤差は許容できるが、レーザ光の光軸の揺らぎは許容されず、レーザ光の照射点の安定性に起因する誤差が問題となってくる。
本発明は、レーザ光の光軸の位置を監視するための光軸位置検出器を配備し、被加工物に照射するレーザ光の光軸のずれを補正することによって、ナノメートル単位以下の加工精度に対応できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
The laser beam position detection device of
However, if the machining accuracy is nanometers or less, the error of the laser processing device can be tolerated by the position detector of the movable table, but the fluctuation of the optical axis of the laser beam is not allowed, and the laser beam irradiation point Errors due to the stability of the problem become a problem.
The present invention provides an optical axis position detector for monitoring the position of the optical axis of the laser beam, and corrects the deviation of the optical axis of the laser beam irradiated to the workpiece, thereby processing the nanometer unit or less. It aims at providing the laser processing apparatus which can respond to a precision.
(1) 上述の目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、
レーザ光を出力する光源と、
該レーザ光の光路を調整する光路調整部と、
レーザ光を分光する第1分光器と、
所定の可動域を有し被加工物を載置する可動台と、
可動台の位置を検出する可動台位置検出器と、
前記分光されたレーザ光の光軸の位置を検出する第1光軸位置検出器と、
前記可動台と、可動台位置検出器と、第1光軸位置検出器とを載置したステージと、
前記第1光軸位置検出器からの出力を受けて前記光路調整部を制御し、前記分光したレーザ光の光軸を調整する光軸制御部と、
を具備する。
(2)また、本発明に係るレーザ加工装置における光軸制御部は、ファジイ制御を行うことが好ましい。
(3)さらに、本発明に係るレーザ加工装置は、前記分光したレーザ光をさらに分光する第2分光器と、第2分光器により分光された光軸の位置を検出するための第2光軸位置検出器とをさらに備え、第1光軸位置検出器と第2光軸位置検出器においてレーザ光が所定の位置で検出されるように前記光軸制御部を制御することが好ましい。
(4)さらに、本発明に係るレーザ加工装置における第1光軸位置検出器または第2光軸位置検出器の少なくとも一方は、第1分光器で分光されたレーザ光または第2分光器で分光されたレーザ光が球状の反射面に反射されて4象限センサで受光することにより各レーザ光の光軸の位置検出を行うことが好ましい。
(5)さらに、本発明に係るレーザ加工装置は、前記第1分光器と第1光軸位置検出器との間、あるいは、前記第2分光器と第2光軸位置検出器との間の少なくとも一方に、レーザ光が通過するための所定の口径を有するピンホールを配置することが好ましい。
(1) In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to the present invention includes:
A light source that outputs laser light;
An optical path adjustment unit for adjusting the optical path of the laser beam;
A first spectroscope for splitting laser light;
A movable table having a predetermined range of motion on which a workpiece is placed;
A movable table position detector for detecting the position of the movable table;
A first optical axis position detector for detecting the position of the optical axis of the split laser beam;
A stage on which the movable table, the movable table position detector, and the first optical axis position detector are mounted;
An optical axis control unit that receives the output from the first optical axis position detector and controls the optical path adjustment unit, and adjusts the optical axis of the dispersed laser beam;
It comprises.
(2) Moreover, it is preferable that the optical axis control part in the laser processing apparatus which concerns on this invention performs fuzzy control.
(3) Furthermore, a laser processing apparatus according to the present invention includes a second spectrometer that further divides the dispersed laser light, and a second optical axis for detecting the position of the optical axis dispersed by the second spectrometer. Preferably, a position detector is further provided, and the optical axis control unit is controlled so that the first optical axis position detector and the second optical axis position detector detect the laser beam at a predetermined position.
(4) Furthermore, at least one of the first optical axis position detector and the second optical axis position detector in the laser processing apparatus according to the present invention is split by the laser beam dispersed by the first spectrometer or the second spectrometer. It is preferable to detect the position of the optical axis of each laser beam by the reflected laser beam being reflected by a spherical reflecting surface and received by a four-quadrant sensor.
(5) Furthermore, the laser processing apparatus according to the present invention is provided between the first spectrometer and the first optical axis position detector or between the second spectrometer and the second optical axis position detector. It is preferable to arrange a pin hole having a predetermined diameter for allowing laser light to pass through at least one of them.
(1)請求項1に係る発明は、レーザ光源から出力されたレーザ光を被加工物に照射するまでの導光路において、レーザ光の光軸がマイクロラジアン程度の振れを生じ、照射点の位置に誤差が生じるので、例えば、マトリクス状に配置した受光素子からなる第1光軸位置検出器を可動台の近傍に配置し、位置検出用のレーザ光を分光し、該第1光軸位置検出器に分光したレーザ光の光軸を受光させて、受光したレーザ光の光軸の基準位置を検出することによって基準位置からのずれを算出し、算出した値に基づいて光路調整部を調整して導光路を修正することによって、ナノメートル単位以下の精度に対応するレーザ加工装置を実現することができる。
(2)請求項2に係る発明は、ファジイ制御を行うので、レーザ光の光軸にずれが生じても光軸のずれを徐々に補正し、最小の誤差でレーザ加工を行うことができる。
(3)請求項3に係る発明は、第1光軸位置検出器と第2光軸位置検出器においてレーザ光が所定の位置で検出されるように前記光軸制御部を制御するので、レーザ光の光軸の基準点が2箇所設けられ、例えば、当該2つの基準点を等間隔に維持するように光路調整部を調整して光路を補正し、補正精度を向上させることができる。
(4)請求項4に係る発明は、球状の反射面に反射されて4象限センサで受光することにより各レーザ光の光軸の位置検出を行うので、所定の光径を有するレーザ光を各受光素子に照射させ、受光強度(受光面積)が均等で維持されるように光軸を補正することができる。また、レーザ光の受光面を任意の箇所に設定でき、レーザ加工装置の設計に柔軟性を有する。
(5)請求項5に係る発明は、レーザ光が通過するための所定の口径を有するピンホールを配置するので、レーザ光を所望の光径に絞ることができる。
(1) According to the first aspect of the present invention, in the light guide path until the workpiece is irradiated with the laser beam output from the laser light source, the optical axis of the laser beam causes a shake of about microradians, and the position of the irradiation point Therefore, for example, a first optical axis position detector composed of light receiving elements arranged in a matrix is arranged in the vicinity of the movable base, and a laser beam for position detection is dispersed to detect the first optical axis position. The optical axis of the split laser beam is received by the instrument, the deviation from the reference position is calculated by detecting the reference position of the optical axis of the received laser beam, and the optical path adjustment unit is adjusted based on the calculated value. By modifying the light guide path, it is possible to realize a laser processing apparatus corresponding to an accuracy of nanometer units or less.
(2) Since the invention according to
(3) The invention according to
(4) In the invention according to claim 4, since the position of the optical axis of each laser beam is detected by being reflected by the spherical reflecting surface and received by the four-quadrant sensor, each laser beam having a predetermined light diameter is detected. It is possible to irradiate the light receiving element and correct the optical axis so that the received light intensity (light receiving area) is kept uniform. Further, the light receiving surface of the laser beam can be set at an arbitrary place, and the design of the laser processing apparatus is flexible.
(5) In the invention according to claim 5, since the pinhole having a predetermined diameter for allowing the laser beam to pass through is arranged, the laser beam can be narrowed down to a desired beam diameter.
本発明の好ましい実施形態について実施例を挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図において同じ要素には同じ符号を用い、適宜その説明を省略する場合がある。 The preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same elements, and the description thereof may be omitted as appropriate.
図1は、ナノ単位の精度を有する本発明によるレーザ加工装置1の全体的な構成概略図を示している。当該レーザ加工装置1は、光源2、光路調整部4、半透鏡(第1分光器)8、全反射鏡13、可動台6、可動台位置検出器12、第1光軸位置検出器(光検出器)10、ステージ7、光軸制御部5、集光レンズ9,9’から構成される。また、全ての構成要素1〜12は、防振テーブル3上に配置されている。
FIG. 1 shows an overall schematic diagram of a
レーザ光源2は、フェトム秒レーザ、あるいは、UVレーザ光を基本波として出力する。光路調整部4(詳細は図8参照)は、レーザ光源2から入力されたレーザ光を反射する複数の全反射鏡(図8では2つ:22と24)を有し、該全反射鏡にはレーザ光の反射角を変更するための複数のモータ(図8では4つ:M1〜M4)が具備されている。当該モータは、後述するように、光軸制御部5からの信号を受信し、全反射鏡の反射面の角度を調整しレーザ光を所定の光軸位置に位置決めする。半透鏡8は、光路調整部4から出力されたレーザ光の光軸上に配置されて該レーザ光を分光する。可動台6は、全反射鏡13で反射され集光レンズ9’で集光されたレーザ光が照射される被加工物11を載置して固定した状態で、所定の可動域内を移動することができる。可動台位置検出器12は、可動台6の移動誤差を10nmの精度で位置検出することができる。第1光軸位置検出器(光検出器)10は、加工用レーザ光の近傍で精確にレーザ光の光軸を調整するために可動台位置検出器12の近傍に配置され、例えば、マトリクス状に配置されたCCDにおける画素等の複数の受光素子から構成されている。ステージ7は、集光レンズ9で集光されたレーザ光の光軸が第1光軸位置検出器10の受光面に照射され、集光レンズ9’で集光されたレーザ光の光軸が被加工物11に対して照射されるように、可動台6、可動台位置検出器12、第1光軸位置検出器10を同一平面上に配置している。光軸制御部5は、調整値算出手段26とモータ制御部28とを具備し(図8参照)、後述するように、第1光軸位置検出器10が受光したレーザ光の受光強度の出力に基づいて前記光路調整部4をファジイ制御し、前記分光したレーザ光の光軸を一定の基準位置に固定させる。
The
次に、本発明のレーザ加工装置1におけるレーザ光源2から出力されたレーザ光の導光路について説明する。
まず、光源2から光路調整部4に向けてレーザ光が出力される。次いで、光路調整部4では、被加工物11に照射するためにレーザ光の光路を所定位置で固定するように調整される。さらに、光路調整部4を通過したレーザ光は、半透鏡8において、そこを通過するレーザ光と、半透鏡8から分岐したレーザ光とに分光される。半透鏡8を通過したレーザ光は、全反射鏡13において反射されて集光レンズ9’を介して被加工物11を照射し所望の加工を施す。また、半透鏡8から分光されたレーザ光は、集光レンズ9を介して第1光軸位置検出器10を照射する。
以上のように、本発明によるレーザ加工装置における導光路が形成される。
Next, the light guide for laser light output from the
First, laser light is output from the
As described above, the light guide path in the laser processing apparatus according to the present invention is formed.
次いで、図1におけるレーザ光源2から第1光軸位置検出器10までの光路を調整する機構について、図8を参照して詳述する。
光路調整部4は、2つの全反射鏡22、24を具備し、各全反射鏡22、24は、レーザ光源2から出力されるレーザ光を反射させる反射面の角度を調整するためのモータM1、M2及びM3、M4をそれぞれ備えている。また、分光器44は、入射されるレーザ光を分光する半透鏡8と、集光レンズ9とを具備している。
Next, a mechanism for adjusting the optical path from the
The optical path adjustment unit 4 includes two total reflection mirrors 22 and 24, and each
レーザ光源2から出力されたレーザ光は、前述したように、光路調整部4に入射されて全反射鏡22、24によって所定の光軸位置に位置決めされて出力される。出力されたレーザ光は、分光器44における半透鏡8に入射される。半透鏡8は、図示されていない被加工物に入射されるレーザ光から第1光軸位置検出器10に入射されるレーザ光を分光する。分光されたレーザ光は、集光レンズ9に入射され第1位置検出器10の所定の受光素子(図2ないし図4参照)に集光されて照射される。第1光軸位置検出器10の受光素子は、受光したレーザ光をその強度に比例した電気信号に変換し出力する。該出力された電気信号はその強度が一般には弱いので、増幅器34によって増幅されてから光軸制御部5内の調整値算出手段26に入力される。調整値算出手段26は、増幅器によって増幅された電気信号に基づいてファジイ推論を利用して前記モータM1〜M4の回転量をそれぞれについて算出する。ファジイ推論を利用してモータM1〜M4の回転量(調整量)を算出する仕組みについては後述する。調整値算出手段26で算出されたモータM1〜M4の回転量は、モータM1〜M4を制御するモータ制御部28に送信される。次いで、モータ制御部28から各モータM1〜M4に各回転量を示す信号が送信されモータM1〜M4が駆動される。それにより、全反射鏡22及び24それぞれの反射面の向きが調整されて、レーザ光の光路や光軸が調整される。
As described above, the laser light output from the
次に、図2ないし図4を参照し第1光軸位置検出器10における受光素子について説明する。
図2及び図3では、各画素21は、マトリクス状に配置されて、画素間隔Aは約2μmである。図2では、レーザ光の照射点が1画素のみを基準画素として完全に照射している実施例(符号20)を示しており、当該基準画素によってレーザ光の受光強度を測定している。そして、レーザ光の光軸に揺れが生じ、画素に照射されない部分が発生した場合は、受光素子が受光強度の減少を感知し基準画素を完全に照射し、受光強度が極大の大きさとなるように光軸制御部5によって光路調整部4の調整が行われる。また、図3では、レーザ光の照射点が4象限センサを形成する4つの画素の一部を均等に照射している実施例(符号30)を示しており、各画素21における照射面積S1ないしS4を均等に照射すべきレーザ光の基準照射点を設定している。そして、レーザ光の光軸に揺れが生じ、各画素21の照射面積S1〜S4に不均衡が発生した場合は、光軸制御部5が各画素21における受光強度を均等にするように光路調整部4を調整する。
Next, the light receiving element in the first optical
2 and 3, the
図4では、第1光軸位置検出器10における受光素子の配置に関する変形実施例を開示している。当該実施例では、集光レンズ9と第1光軸位置検出器10との間にレーザ光を反射させるための反射球41を配置し、半透鏡8から分光されたレーザ光を、反射球41の反射面によって当該レーザ光の光軸に対して、好ましくは、垂直方向に反射させ、例えば、当該光軸と平行な面40に配置された4象限センサを形成する4つの画素に図3と同様の照射基準点を設定している。そして、レーザ光の光軸に揺れが生じ、各画素の照射面積に不均衡が発生した場合は、光軸制御部5が各画素における受光強度を均等にするように光路調整部4を調整する。
FIG. 4 discloses a modified embodiment relating to the arrangement of the light receiving elements in the first optical
次に、図5を参照し、第1光軸位置検出器と第2光軸位置検出器とを用いてレーザ光の光軸の位置を検出する変形実施例について説明する。当該実施例では、半透鏡8で分光されたレーザ光の導光路上であって、半透鏡8と第1光軸位置検出器10との間に、第2半透鏡(第2分光器)16を配置している。第2半透鏡16は、レーザ光をさらに分光しており、該分光されたレーザ光は、全反射鏡18で反射されて第2光軸位置検出器15に照射される。第2半透鏡16及び第2全反射鏡18は、共にミラー支持台50で支持されている。第2光軸位置検出器15は、第1光軸位置検出器10と同じタイプでも異なるタイプでもどちらでもよい。上述したように、いずれの光軸位置検出器でも受光素子においてレーザ光を照射する基準点を設定し、2つの基準点の距離が等しくなるように光軸制御部5を演算させることにより光路調整部4を制御する。
Next, a modified embodiment in which the position of the optical axis of the laser beam is detected using the first optical axis position detector and the second optical axis position detector will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the second semi-transparent mirror (second spectroscope) 16 is on the light guide path of the laser light dispersed by the semi-transparent mirror 8 and between the semi-transparent mirror 8 and the first optical
次に、図6を参照し、図4の変形実施例について説明する。図6では、反射球41と、4象限センサを形成する4つの画素を配置した面40との間にピンホール42を配置している点で図4の実施形態と異なる。ピンホール42は、レーザ光の光径を所望の径に縮小することができ、前記4象限センサを形成する4つの画素の相互間隔を縮小することによって径の縮小に対応して各画素における照射面積を確保することができる。
Next, the modified embodiment of FIG. 4 will be described with reference to FIG. 6 is different from the embodiment of FIG. 4 in that a
図7は、図1における集光レンズ9と第1光軸位置検出器10との間に支持台71で支持されたピンホール72を配置した状態を示す拡大図を示している。本実施形態においてもレーザ光の光径を縮小し、第1光軸位置検出器に照射することができる。
FIG. 7 is an enlarged view showing a state in which the
図9は、光路調整部4においてレーザ光の光軸を調整することで、第1光軸位置検出器10の受光強度が極大値に安定するように制御を行なった結果、その受光強度が時間的に変化する様子を定性的に描いたグラフである。横軸は時間、縦軸は受光強度をそれぞれ任意スケールで目盛ってある。
FIG. 9 shows a result of performing control so that the light receiving intensity of the first optical
上述で説明したように、図8におけるレーザ光源2から第1光軸位置検出器10までの光路又は光軸を調整する過程を実行した結果、第1光軸位置検出装置10への入射開始時刻からt’後に入射光の強度が極大値に達し、その後入射光の強度変化として許容されるものとして設定した許容範囲(図9中では矢印で挟んでPと表示した範囲)内で変動しているのであれば、レーザ加工装置における第1光軸位置検出装置における出力強度の安定化が図られたことになる。よって、当該レーザ加工装置の作動中における当該光軸調整工程を継続することによって、レーザ光の光軸の安定化を図ることができる。
As described above, the process of adjusting the optical path or optical axis from the
次に、図10に示すフローチャートを参照して第1光軸位置検出器におけるレーザ光の受光から光路調整部4の光軸調整までの過程をさらに詳述する。 Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 10, the process from the reception of the laser beam to the optical axis adjustment of the optical path adjustment unit 4 in the first optical axis position detector will be described in further detail.
ステップS−10:このステップは、制御開始ステップである。当該レーザ加工装置の操作者あるいはパーソナルコンピュータ等からの指示によって、第1光軸位置検出装置における受光強度を極大値に安定化するための制御を開始する。 Step S-10: This step is a control start step. Control for stabilizing the received light intensity in the first optical axis position detecting device to the maximum value is started by an instruction from the operator of the laser processing device or a personal computer.
ステップS−12:このステップは、第1光軸位置検出器10からの出力を調整値算出手段26が取得するステップである。ただし、増幅器34を設けた場合には増幅器34からの出力を調整値算出手段26が取得するステップである。以後簡単のために、「第1光軸位置検出装置10からの出力」と表記して、増幅器24を設けた場合には増幅器24からの出力を意味するものとする。このステップにおいて、レーザ光の光路の制御開始直後に第1光軸位置検出装置10で取得した受光強度が測定される。
Step S-12: This step is a step in which the adjustment value calculation means 26 acquires the output from the first optical
ステップS−14:このステップは、モータM1〜M4を順次駆動するステップである。モータM1〜M4のうち任意のモータを選定して開始する。最初に選択されたモータ(ここではM1とする。)は、図8における全反射鏡22について反射面の向きを変化させ、受光強度が極大になる位置にモータ皿の回転を固定する。次に選択されたモータ(ここではM2とする。)は、同様に全反射鏡22について反射面の向きを変化させ、受光強度が極大になる位置にモータ皿の回転を固定する。同様に、モータM3及びM4は、第2全反射鏡24について反射面の向きを変化させ、受光強度が極大となる位置にモータ皿を固定して第2全反射鏡24について反射面の向きを固定する。
Step S-14: This step is a step of sequentially driving the motors M1 to M4. An arbitrary motor is selected from the motors M1 to M4 and started. The motor selected first (here, M1) changes the direction of the reflecting surface of the
全反射鏡22及び24の反射面の向きを決定するためのモータM1〜M4の回転量は、後述するファジイ推論に基づいて決定する。ここで用いるファジイ推論のアルゴリズムは、上述の全反射鏡22及び24の反射面の向きを制御してモータM1〜M4の回転量をパラメータとして説明する。 The amount of rotation of the motors M1 to M4 for determining the orientation of the reflecting surfaces of the total reflection mirrors 22 and 24 is determined based on fuzzy inference to be described later. The fuzzy reasoning algorithm used here will be described using the rotation amounts of the motors M1 to M4 as parameters by controlling the direction of the reflection surfaces of the total reflection mirrors 22 and 24 described above.
ステップS−16:このステップは、モータM1〜M4の回転方向の確定のために回転駆動を行う試行駆動ステップである。
ステップS−18:このステップは、第1光軸位置検出器10に照射されたレーザ光の受光強度に比例する信号を取得するステップである。
Step S-16: This step is a trial drive step in which rotation drive is performed to determine the rotation direction of the motors M1 to M4.
Step S-18: This step is a step of obtaining a signal proportional to the received light intensity of the laser beam irradiated on the first optical
上述のステップS−16及びS−18において、特定の方向にモータを回転させることにより、第1光軸位置検出器10で受光される受光強度が増加することが判明すれば、そのモータの回転は受光強度が極大になる方向であることを示している。逆に第1光軸位置検出器10に受光される受光強度が減少することが判明すれば、このモータの回転は受光強度が極大になる方向と逆方向であることを示している。
If it is found in steps S-16 and S-18 described above that the received light intensity received by the first optical
ステップS−20:このステップは、第1光軸位置検出器10の出力信号の時間微分値、目標値(極大値)からのずれ量を計算するステップである。このステップでは、ファジイ推論において、入力値として利用する出力信号の時間微分(差分)値を計算し、目標値(極大値)からのずれ量を計算する。第1光軸位置検出器10からの時刻t1における出力信号の値をs1とし、時刻t2における出力信号の大きさをs2とすれば、t1<t2であると仮定し、出力信号の時間差分値S’は、S’=(S2−S1)/(t2−t2)で与えられる。また目標値(極大値)をs0とした場合にΔS=(s1/s0)−1で与えられる目標値からのずれ量(目標値からのずれの割合) ΔSを計算する。S’及びΔSを用いてファジイ推論が行なわれる。
Step S-20: This step is a step of calculating the time differential value of the output signal of the first optical
ステップS−22:このステップは、ファジイ推論によるモータの駆動量(回転量)を計算するステップである。詳細は後述するが、このステップでは、上述のS’及びΔSの値を用いて、ファジイ推論を行い、モータの駆動量(回転量)の絶対値Mが計算される。 Step S-22: This step is a step of calculating the motor drive amount (rotation amount) by fuzzy inference. Although details will be described later, in this step, fuzzy inference is performed using the above-described values of S ′ and ΔS, and the absolute value M of the driving amount (rotation amount) of the motor is calculated.
ステップS−24:このステップは、モータの駆動方向(回転方向)を求めるステップである。上述のステップS−20で求めたS’の値が負であれば、モータの駆動方向(回転方向)を反転させる必要がある。一方、S’の値が正であれば、モータの回転方向はそのままでよいことになる。このステップでは、上述したモータの回転方向を次の手順で求める。すなわち、モータの回転方向を決めるパラメータをαとする。αは値1または値−1を取るものとする。また、パラメータδを次のように定める。上述のステップS−20で求めたS’の値が負であれば、δ=−1とし、S’の値が正であれば、δ=1とする。そして、このモータの次の回転方向はα×δで与えられるものとする。すなわち、このα×δ値を次の新たなパラメータαの値と設定することで、モータの次の回転方向を確定する。モータの回転方向も含めて回転量を表示するとα×Mと表されることとなる。
Step S-24: This step is a step for obtaining the driving direction (rotation direction) of the motor. If the value of S ′ obtained in step S-20 is negative, it is necessary to reverse the motor driving direction (rotating direction). On the other hand, if the value of S ′ is positive, the rotation direction of the motor may be left as it is. In this step, the rotation direction of the motor described above is obtained by the following procedure. That is, α is a parameter that determines the rotation direction of the motor. α assumes a
ステップS−26:このステップは、モータを駆動するステップであり、上述のα×Mだけモータを回転させる。 Step S-26: This step is a step of driving the motor, and the motor is rotated by the above α × M.
ステップS−28:このステップは、上述のステップS−18と同様に、第1光軸位置検出器10に照射された受光強度に比例する信号を取得するステップである。
Step S-28: This step is a step of acquiring a signal proportional to the received light intensity irradiated to the first optical
ステップS−30:このステップでは、上述のステップS−28で取得された受光強度に比例する信号の値に基づいて、これまでのステップで制御及び調整したモータの調整作業を終了し、次のモータを制御するステップに進むか否かの判定を行なう。上述のステップS−28で取得された受光強度に比例する信号の値が、目標値(極大値)とみなせる大きさの範囲(図9において矢印で挟んでPと表記した値の範囲)内に収まれば、次のモータの制御を行なうために、制御の対象となるモータを切り替える。そして、次のステップであるステップS−32に進む。一方、ステップS−28で取得された受光強度に比例する信号の値が、目標値に達していないと判定されれば、ステップS−20に戻る。 Step S-30: In this step, based on the value of the signal proportional to the received light intensity obtained in Step S-28 described above, the adjustment work of the motor controlled and adjusted in the previous steps is completed, and the next step It is determined whether or not to proceed to the step of controlling the motor. The value of the signal proportional to the received light intensity acquired in step S-28 is within a range of values that can be regarded as a target value (maximum value) (a range of values expressed as P sandwiched by arrows in FIG. 9). If it is within the range, the motor to be controlled is switched in order to control the next motor. And it progresses to step S-32 which is the next step. On the other hand, if it is determined that the value of the signal proportional to the received light intensity acquired in step S-28 has not reached the target value, the process returns to step S-20.
ステップS−32:このステップは、光路調整部4における調整作業を終了するか否かの判定を行なうステップである。モータM1〜M4に対する調整作業が全て終了していることが確かめられれば、次のステップS−34に進み、調整作業を終了させる。一方、終了させずにこのまま制御を続けるのであれば、上述のステップS−14に戻る。上述のモータM1〜M4に対する調整作業が全て終了していることが確かめられたとしても、経時変化に対応するために、このレーザ加工装置を駆動している間は、光路調整部4における調整作業を終了させないという判断もあり得る。 Step S-32: This step is a step of determining whether or not to finish the adjustment work in the optical path adjustment unit 4. If it is confirmed that all the adjustment operations for the motors M1 to M4 have been completed, the process proceeds to the next step S-34 and the adjustment operation is terminated. On the other hand, if the control is continued without ending, the process returns to step S-14. Even if it is confirmed that all the adjustment operations for the motors M1 to M4 are completed, the adjustment operation in the optical path adjustment unit 4 is performed while the laser processing apparatus is being driven in order to cope with the change with time. It may be determined that the process is not terminated.
ステップS−34:このステップは、光路調整部4における調整作業を終了させるステップである。 Step S-34: This step is a step for ending the adjustment work in the optical path adjustment unit 4.
<ファジイ推論>
図11(A1)〜(A4)及び(B1)〜(B4)と図12(A1)〜(A3)及び(B1)〜(B3)とを参照して、このレーザ加工装置におけるレーザ光の光軸調整のために実行されるファジイ推論で用いるメンバーシップ関数について説明する。以後、図11(A1)〜(A4)及び(B1)〜(B4)の全ての図を指す場合には単に図11と表記する。また、同じく図12(A1)〜(A3)及び(B1)〜(B3)の全ての図を指す場合にも単に図12と表記するものとする。
<Fuzzy reasoning>
With reference to FIGS. 11 (A1) to (A4) and (B1) to (B4) and FIGS. 12 (A1) to (A3) and (B1) to (B3), the light of the laser beam in this laser processing apparatus A membership function used in fuzzy inference executed for axis adjustment will be described. Hereinafter, when referring to all the drawings of FIGS. 11A1 to 11A4 and 11B1 to 4B4, they are simply expressed as FIG. Similarly, when referring to all the drawings in FIGS. 12A1 to 12A3 and 12B1 to B3, it is simply expressed as FIG.
図11は、第1光軸位置検出器10が検出する出力信号の時間微分(差分)値S’に対するメンバーシップ関数を示した図である。図12は、第1光軸位置検出器10の出力信号値の目標出力値が極大出力値に近い場合の出力信号の値ΔSに対するメンバーシップ関数を示した図である。図11に示した(A1)〜(A4)はファジイ推論の前件部を、(B1)〜(B4)は、前件部(A1)〜(A4)のそれぞれに対応する後件部を示す。また、図12においても同様に、(A1)〜(A3)はファジイ推論の前件部を、(B1)〜(B3)は、前件部(A1)〜(A3)のそれぞれに対応する後件部を示している。
FIG. 11 is a diagram showing a membership function with respect to a time differential (difference) value S ′ of the output signal detected by the first optical
光路調整部4において光路調整が行なわれても、レーザ光の光軸は不安定でマイクロラジアン程度の振れが生じ、そのために第1光軸位置検出器における受光強度が時間的に変動する。上述したように、この受光強度の時間変化の様子は第1光軸位置検出器10によって観測される。第1光軸位置検出器10によって観測される受光強度の時間変化の様子は、上述した出力信号の時間差分値S’、すなわち、S’=(s2−s1)/(t2−t1)で表現される。
Even if the optical path adjustment is performed in the optical path adjustment unit 4, the optical axis of the laser light is unstable and a shake of about microradians occurs, and therefore the received light intensity in the first optical axis position detector fluctuates with time. As described above, the temporal change in the received light intensity is observed by the first optical
そこでファジイ推論の基礎とするメンバーシップ関数を以下のルール(以後「ファジイルール」ということもある。)に従うように定義する。 Therefore, the membership function that is the basis of fuzzy inference is defined to follow the following rules (hereinafter sometimes referred to as “fuzzy rules”).
ルール11:S’が正の値をとり、その値が大きいならば、モータの回転量の絶対値は大きい。 Rule 11: If S ′ takes a positive value and the value is large, the absolute value of the rotation amount of the motor is large.
ルール12:S’が正の値をとり、その値が小さいならば、モータの回転量の絶対値は小さい。 Rule 12: If S ′ takes a positive value and the value is small, the absolute value of the rotation amount of the motor is small.
ルール13:S’が0の値をとるならば、モータの回転量の絶対値は0である。 Rule 13: If S ′ takes a value of 0, the absolute value of the rotation amount of the motor is 0.
ルール14:S’が負の値をとるならば、モータの回転量の絶対値は小さい。 Rule 14: If S ′ takes a negative value, the absolute value of the rotation amount of the motor is small.
図11を参照して上述のルールを視覚的に説明する。図11に示した(A1)〜(A4)は、上述のファジイルールの、それぞれルール11〜14の前件部を表している。図11(A1)〜(A4)において、横軸はS’を示し、縦軸は合致する度合い(0から1の値の範囲をとる。)を示している。一方、図11に示した(B1)〜(B4)は、上述のファジイルールの、それぞれルール11〜14の後件部を表している。横軸はモータの駆動量(回転量)の絶対値Mを表し、縦軸は合致する度合いを表している。
The above rules will be described visually with reference to FIG. (A1) to (A4) shown in FIG. 11 represent the antecedent parts of the
次に、第1光軸位置検出器10の出力信号値の目標出力値が、最大出力値に近い場合について、目標値(極大値)をs0とした場合の、ΔS=(s1/s0)−1で与えられるΔSに対するメンバーシップ関数について説明する。ここで、s1は、時刻t1における出力信号の値である。ΔSに対するメンバーシップ関数を利用する理由は、次の2点にある。
Next, when the target output value of the output signal value of the first optical
まず第1の点について説明する。レーザ光源から出力されるレーザ光はガウシアンビームである。ガウシアンビームの性質上、ビームの中心近傍の強度の動径方向に対する微分値は小さい。そして、ビームの中心から十分に離れた場所での、強度の動径方向の微分値も小さい。すなわち、半透鏡8(分光器44)へのレーザ光の入射角度のアライメントがほぼ正確になされている場合と、アライメントが大きくずれている場合とでは、どちらの場合も、光路調整部4において行なわれるレーザ光の光路調整の効果は、同程度の大きさとなりその効果は小さいものとなる。言い換えると、光路調整部4においてレーザ光の光路を調整するために変化させる全反射鏡22及び24の反射面の向きの各単位変化量当たりの、第1光軸位置検出器10で検出される受光強度の変化の割合は同程度に小さい。
First, the first point will be described. Laser light output from the laser light source is a Gaussian beam. Due to the nature of the Gaussian beam, the differential value of the intensity near the center of the beam with respect to the radial direction is small. The differential value in the radial direction of the intensity at a location sufficiently away from the center of the beam is also small. In other words, the optical path adjusting unit 4 performs the alignment of the incident angle of the laser beam on the semi-transparent mirror 8 (spectrometer 44) almost accurately and the case where the alignment is largely deviated. The effect of adjusting the optical path of the laser light is almost the same, and the effect is small. In other words, the first optical
つまり、アライメントが大きくずれている場合は、モータの回転角度の絶対値が大きくなるように設定すべきであるが、上述のルール11〜14のみを用いてファジイ推論を行なうと、モータの回転角度が小さく計算されてしまう。そこで、ΔSに対するメンバーシップ関数に対して新たなルールを設定することによって、モータの回転角度の大きさを適正化することができる。ただし、この新たなルールを設定しなくとも、目的とする光学系の調整は行なえる。ただ、計算されるモータの回転角度の値が小さいために、より最適状態に光学系が調整されるまでの時間が長く(制御のステップが多く)かかることになる。
In other words, when the alignment is greatly deviated, the absolute value of the rotation angle of the motor should be set to be large. However, if fuzzy inference is performed using only the
次に第2の点について説明する。光路調整機能は、上述の新たなルールの設定によって、雑音に対する耐久性が向上し、第1光軸位置検出器10において検出された受光強度に何らかの雑音が混入したとしても問題ない。しかし、仮にルール11〜14だけで、これ以外に新たなルールを設けなかった場合は、第1光軸位置検出器10が検出した受光強度の値に雑音が混入すると、S’の値が特異的に大きな値となり、モータの回転角度の値が不適切に大きな値として算出されてしまう場合があり、適切な制御ができなくなるという可能性がある。
Next, the second point will be described. The optical path adjustment function improves the durability against noise by setting the above-described new rule, and there is no problem even if some noise is mixed in the received light intensity detected by the first optical
そこで、以下に示す新たなルールを設定しておけば、受光強度の値に雑音が混入するという事態が発生しても、上述の可能性を排除することができる。 Therefore, if the following new rule is set, the above-described possibility can be eliminated even if noise occurs in the light reception intensity value.
そこで、ファジイ推論の基礎とするΔSに関するメンバーシップ関数に対して、以下のファジイルール(新たなルール)に従うように定義する。 Therefore, the membership function related to ΔS, which is the basis of fuzzy inference, is defined so as to follow the following fuzzy rule (new rule).
ルール21:第1光軸位置検出器10が検出した受光強度の信号が目標値(極大値)s0よりも非常に小さい(ΔSの値が負の値でありその絶対値が大きい。)ならば、モータの回転角度は大きい。
Rule 21: If the received light intensity signal detected by the first optical
ルール22:第1光軸位置光検出器10が検出した受光強度の信号が目標値(極大値)s0に対してほぼ同程度(ΔSの値が負の値でありその絶対値が小さい。)ならば、モータの回転角度は小さい。
Rule 22: The value of almost the same ([Delta] S is the absolute value is smaller negative value signal of the light receiving intensity first optical
ルール23:第1光軸位置検出器10が検出した受光強度の信号が、目標値(極大値)s0に達したかあるいは上回った(ΔSの値が0より大きい。)ならば、モータの回転角度は0である。
Rule 23: If the received light intensity signal detected by the first optical
図12を参照して上述の新たなルールを視覚的に説明する。図12に示した(A1)〜(A3)は、上述のファジイルールの、それぞれルール21〜23の前件部を表している。(A1)〜(A3)において、横軸はΔSを示し、縦軸は合致する度合い(0から1の値の範囲をとる。)を示している。一方、図12に示した(B1)〜(B3)は、上述のファジイルールの、それぞれルール21〜23の後件部を表している。横軸はモータの駆動量(回転量)の絶対値Mを表し、縦軸は合致する度合いを表している。
The new rule will be visually described with reference to FIG. (A1) to (A3) shown in FIG. 12 represent the antecedent parts of the
ファジイ推論によってモータの駆動量(回転量)を計算する手法として、ここではmin−max合成重心法を利用する。第1光軸位置検出器によって受光強度が検出されれば、その値に基づいてS’及びΔSが求められる。今、仮にS’及びΔSの値として、S’1及びΔS1と求められたものとして説明する。 As a method for calculating the driving amount (rotation amount) of the motor by fuzzy inference, the min-max composite centroid method is used here. If the received light intensity is detected by the first optical axis position detector, S ′ and ΔS are obtained based on the values. Now, it is assumed that the values of S ′ and ΔS are obtained as S ′ 1 and ΔS 1 .
図13は、ルール11〜14に基づく統合化の工程の説明に供する図である。この図13において、ルール11〜14に対応するメンバーシップ関数は、図12に示すメンバーシップ関数と同一のものを再録してある。
FIG. 13 is a diagram for explaining an integration process based on the
S’=S’1であるから、図13に示すルール11〜14に対応するメンバーシップ関数の前件部を示す図において、S’を表す横軸のS’1に当る位置を縦の点線によって表示してある。この図からわかるように、上述のルール13及びルール14において、前件部の適合度が0であるから、後件部も0である。上述のルール11及びルール12においては、前件部の適合度が0ではないので、その適合度に対応させて後件部のメンバーシップ関数の頭切りを行なう。その結果、ルール11〜14のファジイ推論が行なわれて、これらの結果として図13に統合化1として表されている後件部の論理和が求められる(統合化1)。なお、統合化1として表されている後件部の論理和を示す関数は、ルール11及びルール12の後件部の頭切りを行なったメンバーシップ関数を合成することによって求められる。
Since S ′ = S ′ 1 , in the diagram showing the antecedent part of the membership function corresponding to the
図14は、ルール21〜23に基づく統合化の工程の説明に供する図である。この図において、ルール21〜23に対応するメンバーシップ関数は、図13に示すメンバーシップ関数と同一のものを再録してある。
FIG. 14 is a diagram for explaining an integration process based on the
ΔS=ΔS1であるから、図14に示すルール21〜23に対応するメンバーシップ関数の前件部を示す図において、ΔSを表す横軸のΔS1に当る位置を縦の点線によって表示してある。この図からわかるように、上述のルール21の適合度が0であるから、後件部も0である。上述のルール22及びルール23においては、前件部の適合度が0ではないので、その適合度に対応させて後件部のメンバーシップ関数の頭切りを行なう。その結果、ルール21〜23のファジイ推論が行なわれて、これらの結果として図14に統合化2として表されている後件部の論理和が求められる(統合化2)。なお、統合化2として表されている後件部の論理和を示す関数は、上述の統合化1の場合と同様に、ルール21及びルール23の後件部の頭切りを行なったメンバーシップ関数を合成することによって求められる。
Since ΔS = ΔS 1 , the position corresponding to ΔS 1 on the horizontal axis representing ΔS is indicated by a vertical dotted line in the diagram showing the antecedent part of the membership function corresponding to the
次に、ルール11〜14(以後「第1ルール系列」ということもある。)に対してルール21〜23(以後「第2ルール系列」ということもある。)をどれだけ重視するのか、あるいは第1及び第2系列を均等に重視するのか等の重み付けを加味した処理を行なう。上述の統合化1及び統合化2として得られた結果(図13及び図14にそれぞれ統合化1及び統合化2として表した、後件部の論理和として求められた合成メンバーシップ関数)を、それぞれr倍及び(1−r)倍することによって、それぞれの関数に対して重み付けを行い、図15(A)〜(D)に示すように、両者を統合化する。
Next, how much priority is given to
ここで、rは0から1の値の範囲の実数値をとる。例えば、r=1を選択するということは、第1ルール系列のみを取り入れ、第2ルール系列は無視することに対応する。また、r=0.5を選択するということは、第1ルール系列と第2ルール系列とを同等に扱うことを意味する。また、r=0を選択するということは、第2ルール系列のみを取り入れ、第1ルール系列は無視することに対応する。 Here, r takes a real value in the range of 0 to 1. For example, selecting r = 1 corresponds to taking only the first rule series and ignoring the second rule series. In addition, selecting r = 0.5 means that the first rule series and the second rule series are handled equally. In addition, selecting r = 0 corresponds to taking only the second rule series and ignoring the first rule series.
図15(A)〜(D)は、上述の図13及び図14にそれぞれ統合化1及び統合化2として表した、後件部の論理和として求められた合成メンバーシップ関数を、統合して統合化1及び統合化2のメンバーシップ関数の論理和として、統合化3を求める工程の説明に供する図である。図15(A)は、統合化1として求められた合成されたメンバーシップ関数の概略の形状であり、図15(B)は、統合化2として求められた合成されたメンバーシップ関数の概略の形状である。図15(C)は、統合化1として求められた合成されたメンバーシップ関数をr倍し、統合化2として求められた合成されたメンバーシップ関数を(1−r)倍して合成した統合化3としてのメンバーシップ関数の概略の形状である。図15(D)は、図15(C)で与えられたメンバーシップ関数の合成重心の値を求めその合成重心の値をモータの駆動量(回転角度)として採用する手順を説明する図である。図15(D)において、横軸上にMと矢印で表示してある横軸の値は、図15(C)によって示されているメンバーシップ関数から求められた合成重心の位置であり、この位置がモータの回転角度を示していることになる。
15 (A) to 15 (D) are obtained by integrating the combined membership functions obtained as the logical sum of the consequent parts, which are expressed as
すなわち、上述したファジイ推論を行なうことによって、レーザ光の光路を調整するため、光路調整部4における全反射鏡の反射面等の角度を変化させるために駆動するモータの回転角度を求めることができることがわかる。 That is, by performing the above-described fuzzy inference, the rotation angle of the motor that is driven to change the angle of the reflection surface of the total reflection mirror in the optical path adjusting unit 4 can be obtained in order to adjust the optical path of the laser light. I understand.
上述の説明では第1ルール系列であるルール11〜14のそれぞれのルールあるいは、第2ルール系列であるルール21〜23のそれぞれのルールについては均等に扱ったが、これらのルール間においても重視する度合いに軽重をつけることも可能である。この場合には、第1ルール系列であるルール11〜14のそれぞれのルールあるいは、第2ルール系列であるルール21〜23のそれぞれのルールに対応するメンバーシップ関数に、上述のrに相当するパラメータを掛算して、統合化を行なえばよい。
In the above description, each rule of the
また、上述のファジイ推論においては、モータの回転角度の値をmin−max合成重心法を用いて求めたが、この方法に限定されず、代数積−加算重心法等ファジイ推論の方法として知られた他の方法を採用することも可能である。いずれの方法を採用するかは、ファジイ推論制御の対象となるレーザ加工装置ごとに、経験等に基づき最も適した方法を採用すればよい。 In the above-described fuzzy inference, the value of the rotation angle of the motor is obtained by using the min-max composite centroid method. However, the present invention is not limited to this method and is known as a fuzzy inference method such as an algebraic product-addition centroid method. Other methods can also be employed. Which method is to be adopted may be the most suitable method based on experience or the like for each laser processing apparatus to be subjected to fuzzy inference control.
次に、表1及び表2に、それぞれ上述のファジイ推論に用いた第1ルール系列及び第2ルール系列に対するパラメータを一覧にまとめる。表1及び表2に示されたパラメータから明らかなように、特段に複雑なファジイルールを定めてはいない。それにもかかわらず、上述のファジイ推論に基づく制御を実行すれば、レーザ加工装置の光学系のアライメントが、簡単に実現できることが確かめられた。 Next, Table 1 and Table 2 summarize the parameters for the first rule series and the second rule series used in the above-described fuzzy inference, respectively. As is clear from the parameters shown in Tables 1 and 2, no particularly complicated fuzzy rules are defined. Nevertheless, it was confirmed that the alignment of the optical system of the laser processing apparatus can be easily realized by executing the control based on the above-described fuzzy reasoning.
この表1及び表2の示す内容は、それぞれ図11及び図12に示したメンバーシップ関数が表しているものと数学的に同値の内容である。ここで、この表1及び表2に示したパラメータの示す意味は次のとおりである。LP:大きな正の値、SP:小さな正の値、ZE:0、NE:負の値、NS:負の小さな値、NL:絶対値が大きな負の値である。 The contents shown in Tables 1 and 2 are mathematically equivalent to those represented by the membership functions shown in FIGS. 11 and 12, respectively. Here, the meanings of the parameters shown in Table 1 and Table 2 are as follows. LP: large positive value, SP: small positive value, ZE: 0, NE: negative value, NS: small negative value, NL: negative value with large absolute value.
以上説明したことから、本発明によるレーザ加工装置の光学系の調整工程において、いわゆる原点復帰動作を必要としないことが分かる。これは、上述のファジイ推論の根拠として用いられる値が、第1光軸位置検出器の出力信号の時間差分値S’=(S2−S1)/(t2−t1)及び目標値(極大値)S0に対してΔS=(s1/s0)−1で与えられるΔSのみであるからである。すなわち、S’及びΔSの値を得るためには、何れに対してもいわゆる原点復帰動作を必要とせずに求められる値であるからである。この結果、繰り返し述べるが、何らかの原因(例えばバックラッシュ等)で、光路調整部4が光軸制御部5からの制御信号どおりに正しく調整されなくとも、再度光路調整部4に制御信号が送られることで、いずれは最適条件を満たすアライメントを完了できる。 From the above description, it can be seen that a so-called origin return operation is not required in the adjustment process of the optical system of the laser processing apparatus according to the present invention. This is because the values used as the basis for the fuzzy inference described above are the time difference value S ′ = (S 2 −S 1 ) / (t 2 −t 1 ) and the target value of the output signal of the first optical axis position detector. This is because there is only ΔS given by ΔS = (s 1 / s 0 ) −1 with respect to (maximum value) S 0 . That is, in order to obtain the values of S ′ and ΔS, these values are obtained without requiring a so-called home position return operation. As a result, although repeatedly described, even if the optical path adjustment unit 4 is not correctly adjusted according to the control signal from the optical axis control unit 5 due to some cause (for example, backlash), the control signal is sent to the optical path adjustment unit 4 again. As a result, the alignment that satisfies the optimum condition can be completed.
また、本発明によるレーザ加工装置の光学系の調整工程において、上述のように、第1光軸位置検出器10によって測定される受光強度という一つの情報に対して、調整値算出手段26は光路調整部4において実行する複数の調整箇所でそれぞれ対応する光路調整値を算出することで、安定した光軸位置の固定を実現することができる。
Further, in the adjustment process of the optical system of the laser processing apparatus according to the present invention, as described above, the adjustment value calculation means 26 uses the optical path for one piece of information of the received light intensity measured by the first optical
なお、ファジイ推論を利用しないで光路制御を実現するとすれば、アライメント作業の中にエラー発生処理(ルーチン)や暴走防止処理(ルーチン)を設けることが必要となる。これらエラー発生処理や暴走防止処理を実行させるためのプログラム量は、上述のファジイ推論処理のための処理と同等かそれ以上を必要とする。そして、装置の機構設計上も、リミッタースイッチなどの暴走防止のための手段を用意する必要がある。暴走防止のための手段は、特にレーザ装置を構成する上では重要で、仮に暴走が発生すると、被加工物の損傷等の重大な結果を招く。 If optical path control is realized without using fuzzy inference, it is necessary to provide error generation processing (routine) and runaway prevention processing (routine) in the alignment work. The amount of program for executing these error generation processing and runaway prevention processing requires the same or more than the processing for the above-described fuzzy inference processing. Further, it is necessary to prepare means for preventing runaway, such as a limiter switch, in the mechanical design of the apparatus. The means for preventing runaway is particularly important in configuring a laser apparatus, and if runaway occurs, it causes serious results such as damage to the workpiece.
上述の実施例において開示したファジイ推論プログラムは、非常に単純なアルゴリズムに従って作られている。単純なアルゴリズムを基にしているために、プログラムの性格上から、レーザ加工装置の暴走が発生しにくい構造となっている。すなわち、ファジイ推論を利用することで、プログラムを単純化することができ、ファジイ推論を使うからこそ、単純なアルゴリズムで複雑な作業を行なえることとなった。 The fuzzy inference program disclosed in the above embodiment is made according to a very simple algorithm. Since it is based on a simple algorithm, it has a structure that makes it difficult for the laser processing apparatus to run out of control due to the nature of the program. In other words, by using fuzzy reasoning, the program can be simplified, and because fuzzy reasoning is used, complex tasks can be performed with simple algorithms.
さらに、S’とΔSとに対する二種類の判断を実行させる処理を行なうことが、上記暴走状態の発生を抑圧することに貢献している。S’あるいはΔSのいずれか一方だけの判断でアライメント作業を制御しようとすれば、制御信号に混入する雑音等を原因として、暴走状態が発現する危険が大きくなる。S’及びΔSの二種類の判断を行なっている場合には、暴走状態を発現させる要因が、S’とΔSとの両方に発生しなければ装置の暴走状態が発現しない。よって、S’とΔSとに対する二種類の判断を実行させる処理を行なうことで、暴走状態が発現する確率を格段に小さくできることになる。 Furthermore, performing the process of executing two types of judgments on S ′ and ΔS contributes to suppressing the occurrence of the runaway state. If the alignment operation is to be controlled by judging only one of S ′ and ΔS, the risk of a runaway state increases due to noise mixed in the control signal. When two types of determinations S ′ and ΔS are performed, the device runaway state does not appear unless a factor that causes the runaway state occurs in both S ′ and ΔS. Therefore, by performing the process of executing two types of judgments on S ′ and ΔS, the probability that the runaway state appears can be remarkably reduced.
以上説明したように、この発明のレーザ加工装置は、制御システム全体としてみた場合においても、暴走状態が起こりにくい構造となっていることが分かる。 As described above, it can be seen that the laser processing apparatus of the present invention has a structure in which a runaway state is unlikely to occur even when viewed as the entire control system.
以上のように、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光源から出力されるレーザ光の光軸の揺れに起因する光軸の角度誤差をファジイ制御によって調整し、安定したレーザ光の光軸の位置を固定することができる。 As described above, the laser processing apparatus of the present invention adjusts the angle error of the optical axis caused by the fluctuation of the optical axis of the laser light output from the laser light source by fuzzy control, and stabilizes the position of the optical axis of the laser light. Can be fixed.
1 本発明によるレーザ加工装置
2 レーザ光源
3 防振テーブル
4 光路調整部
5 光軸制御部
6 可動台
7 ステージ
8 半透鏡
9 集光レンズ
9’ 集光レンズ
10 第1光軸位置検出器
11 被加工物
12 可動台位置検出器
13 全反射鏡
15 第2光軸位置検出器
16 第2半透鏡
18 第2全反射鏡
20 レーザ光の照射点
21 CCD画素
22 全反射鏡
24 全反射鏡
26 算出手段
28 モータ制御部
30 レーザ光の照射点
A 画素間距離
S1〜S4 画素におけるレーザ光の照射面積
40 4つの画素(4象限)の配列面
41 レーザ光の反射球
42 ピンホール
50 ミラー支持台
71 ピンホール支持台
72 ピンホール
DESCRIPTION OF
71
Claims (5)
該レーザ光の光路を調整する光路調整部と、
レーザ光を分光する第1分光器と、
所定の可動域を有し被加工物を載置する可動台と、
可動台の位置を検出する可動台位置検出器と、
前記分光されたレーザ光の光軸の位置を検出する第1光軸位置検出器と、
前記可動台と、可動台位置検出器と、第1光軸位置検出器とを載置したステージと、
前記第1光軸位置検出器からの出力を受けて前記光路調整部を制御し、前記分光したレーザ光の光軸を調整する光軸制御部と、
を具備したレーザ加工装置。 A light source that outputs laser light;
An optical path adjustment unit for adjusting the optical path of the laser beam;
A first spectroscope for splitting laser light;
A movable table having a predetermined range of motion on which a workpiece is placed;
A movable table position detector for detecting the position of the movable table;
A first optical axis position detector for detecting the position of the optical axis of the split laser beam;
A stage on which the movable table, the movable table position detector, and the first optical axis position detector are mounted;
An optical axis control unit that receives the output from the first optical axis position detector and controls the optical path adjustment unit, and adjusts the optical axis of the dispersed laser beam;
A laser processing apparatus comprising:
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