CN101104223B

CN101104223B - 激光加工装置

Info

Publication number: CN101104223B
Application number: CN 200610101490
Authority: CN
Inventors: 奥野雅史; 渡部明
Original assignee: RAINBOW SUN KK
Current assignee: RAINBOW SUN KK
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: CN101104223A

Abstract

本发明的课题在于确保激光光轴的稳定性。本发明的激光加工装置具备：光源，输出激光；光路调整部，调整该激光的光路；第1分光器，将激光分光；可动台，具有规定的可动区域并载置被加工物；可动台位置检测器，检测可动台的位置；第1光轴位置检测器，检测前述分光所得的激光的光轴位置；载置台，载置前述可动台、可动台位置检测器、和第1光轴位置检测器；光轴控制部，接受来自前述第1光轴位置检测器的输出，控制前述光路调整部，调整前述分光所得的激光的光轴。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置，特别是涉及一种具有纳米级以上精度的激光加工装置。

背景技术

通常，激光加工装置具备照射被加工物的激光光源、和配备有载置被加工物的可动台且具有耐振性的精密工作台，并具有下述工序：固定从激光光源输出的激光的基准点，使前述可动台在精密工作台上的X-Y平面上移动而加工被加工物。在该加工工序中，考虑到检测精密工作台上的可动台位置的位置检测器的误差、和因从激光光源到被加工物的导光路径而产生的激光光轴的误差，可动台的位置检测器的精度可实现10nm以下的精度，从激光光源输出的激光光轴稳定精度可实现微弧度级的精度。

在专利文献1中，公开有可测定激光照射位置的、激光加工装置中的聚光光学系统的聚光位置检测装置。该聚光位置检测装置设置有：位置传感器，多个受光元件配置成矩阵状，装卸自如地配置在X-Y工作台的规定位置上；判别装置，在朝向该位置传感器照射激光时，检测构成位置传感器的各受光元件的输出，判别激光的聚光位置；运算装置，基于该判别结果，算出聚光位置相对于前述X-Y工作台的坐标轴的偏差量。

在该装置中，以位置传感器的X-Y方向坐标轴与X-Y工作台的X-Y方向坐标轴一致的方式，将位置传感器安装到X-Y工作台上，使X-Y工作台移动到规定位置，对位置传感器聚光照射激光。然后，检测构成位置传感器的各受光元件的输出，判别哪个受光元件受到了激光照射，通过求出受光元件距位置传感器原点的坐标位置，便可求出激光的聚光位置。

专利文献1：特开平6-23577号公报

专利文献1的激光位置检测装置配置在可装卸的可动台上，若是具有微米单位精度的加工技术，则即使激光光轴稳定性为微弧度级也是允许的，所以可以将可动台的位置控制得较为适当。

但是，在加工精度为纳米单位以下的情况下，对于激光加工装置的误差，尽管能容许可动台的位置检测器所造成的误差，但是不容许激光光轴的摆动，激光照射点的稳定性引起的误差将成为问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光加工装置，其配置有用于监视激光光轴的位置的光轴位置检测器，通过对照射到被加工物上的激光的光轴偏差进行修正，而能应对纳米单位以下的加工精度。

(1)为实现上述目的，本发明的激光加工装置具备：

光源，输出激光；

光路调整部，调整该激光的光路；

第1分光器，将激光分光；

可动台，具有规定的可动区域并载置被加工物；

可动台位置检测器，检测可动台的位置；

第1光轴位置检测器，检测前述分光所得的激光的光轴位置；

载置台，载置前述可动台、可动台位置检测器、和第1光轴位置检测器；

光轴控制部，接受来自前述第1光轴位置检测器的输出，控制前述光路调整部，调整前述分光所得的激光的光轴。

(2)另外，优选地，本发明的激光加工装置中的前述光轴控制部进行模糊控制。

(3)另外，优选地，本发明的激光加工装置还具有对前述分光所得的激光进一步进行分光的第2分光器、和用于检测由第2分光器分光所得的光轴的位置的第2光轴位置检测器，控制前述光轴控制部，使得在第1光轴位置检测器和第2光轴位置检测器中的规定位置上检测到激光。

(4)另外，优选地，本发明的激光加工装置中的第1光轴位置检测器或第2光轴位置检测器的至少一个如下进行各激光光轴的位置检测：由第1分光器分光所得的激光或由第2分光器分光所得的激光由球状的反射面反射，用四象限传感器受光。

(5)另外，优选地，本发明的激光加工装置，在前述第1分光器和第1光轴位置检测器之间、或前述第2分光器和第2光轴位置检测器之间这两处的至少一处，配置有用于使激光通过的、具有规定口径的针孔座。

(1)技术方案1所述的发明，在将从激光光源输出的激光照射到被加工物上之前的导光路径中，激光光轴产生微弧度级的振动，照射点的位置产生误差，所以，将由例如矩阵状配置的受光元件构成的第1光轴位置检测器配置在可动台的附近，对位置检测用的激光进行分光，使该第1光轴位置检测器接受分光所得激光的光轴，通过检测所接受到的激光光轴的基准位置，算出与基准位置的偏差，基于算出的值调整光路调整部，而对导光路径进行修正，由此可实现应对纳米单位以下精度的激光加工装置。

(2)技术方案2所述的发明，进行模糊控制，所以即使激光光轴产生偏差，也可慢慢修正光轴的偏差，能以最小的误差进行激光加工。

(3)技术方案3所述的发明，控制前述光轴位置检测器，使得在第1光轴位置检测器和第2光轴位置检测器中的规定位置上检测到激光，所以激光光轴的基准点设置在2处，例如，以使该2处基准点维持等间隔的方式调整光路调整部，来修正光路，可提高修正精度。

(4)技术方案4所述的发明，通过用球状的反射面反射并用四象限传感器受光，而进行各激光光轴的位置检测，所以可使具有规定光径的激光照射到各受光元件上，对光轴进行修正，使得受光强度(受光面积)维持均等。另外，可将激光的受光面设定在任意部位，在激光加工装置的设计上具有灵活性。

(5)技术方案5所述的发明，配置有用于使激光通过的、具有规定口径的针孔座，所以可将激光缩小到规定的直径。

附图说明

图1是具有纳米单位精度的本发明激光加工装置1的整体结构概略图。

图2是在第1光轴位置检测器中矩阵状排列的受光像素中、激光照射点仅以1个象素作为基准像素而完全照射该像素的实施例。

图3是在第1光轴位置检测器中矩阵状排列的受光像素中、激光的照射点均等地照射到形成四象限传感器的4个像素的一部分上的实施例。

图4是关于第1光轴位置检测器10中的受光元件配置的变形实施例。

图5是使用第1光轴位置检测器和第2光轴位置检测器检测激光光轴位置的变形实施例。

图6是图4的变形实施例。

图7是表示在图1的聚光透镜9和第1光轴位置检测器10之间配置有由支承台71支承的针孔座的状态的放大图。

图8是用于对本发明的激光加工装置的光路调整功能进行说明的概略框图结构。

图9是用于对受光强度的变化进行说明的图。

图10是表示基于模糊推理的光路调整步骤的流程图。

图11(A1)～(A4)及(B1)～(B4)是表示相对于S’的隶属函数的图。

图12(A1)～(A3)及(B1)～(B3)是表示相对于ΔS的隶属函数的图。

图13是用于对基于规则11～14的统一化的工序进行说明的图。

图14是用于对基于规则21～23的统一化的工序进行说明的图。

图15(A)～(D)是用于对作为统一化1和统一化2的隶属函数的逻辑和而求出统一化3的工序进行说明的图。

具体实施方式

对本发明的优选实施方式举出实施例，参照附图进行说明。其中，各图中对相同要素赋予相同的附图标记，有时适当地省略其说明。

[实施例1]

图1表示具有纳米单位精度的本发明激光加工装置1的整体结构概略图。该激光加工装置1包括：光源2、光路调整部4、半透镜(第1分光器)8、全反射镜13、可动台6、可动台位置检测器12、第1光轴位置检测器(光检测器)10、载物台7、光轴控制部5、聚光透镜9、9’。此外，所有的构成要素1～12都配置在防振台3上。

激光光源2输出飞秒激光或UV激光来作为基本波。光路调整部4(详细情况参照图8)具有反射从激光光源2输入的激光的多个全反射镜(在图8中有2个：22和24)，在该全反射镜上，具有用于改变激光反射角的多个马达(在图8中有4个：M1～M4)。该马达如后所述，接收来自光轴控制部5的信号，调整全反射镜的反射面的角度，将激光定位在规定的光轴位置。半透镜8配置在从光路调整部4输出的激光的光轴上，对该激光进行分光。可动台6能在载置并固定了被激光照射的被加工物11的状态下，在规定的可动区域内移动，所述激光是由全反射镜13反射并由聚光透镜9’聚光后的激光。可动台位置检测器12能以10nm的精度对可动台6的移动误差进行位置检测。第1光轴位置检测器(光检测器)10配置在可动台位置检测器12的附近，以便在加工用激光的附近精确地调整激光光轴，例如，由矩阵状配置的CCD中的像素等多个受光元件构成。载物台7，以使由聚光透镜9聚光后的激光光轴照射到第1光轴位置检测器10的受光面上、并且使由聚光透镜9’聚光后的激光光轴相对于被加工物11照射的方式，将可动台6、可动台位置检测器12、第1光轴位置检测器10配置在同一平面上。光轴控制部5具有调整值计算机构26和马达控制部28(参照图8)，如后所述，基于第1光轴位置检测器10所接受的激光的受光强度的输出，模糊控制前述光路调整部4，使前述分光所得的激光光轴固定在一定的基准位置上。

接着，对从本发明激光加工装置1的激光光源2输出的激光的导光路径进行说明。

首先，从光源2朝向光路调整部4输出激光。接着，为了照射到被加工物11上，在光路调整部4中进行调整，使得激光的光路固定在规定位置。进而，通过光路调整部4后的激光在半透镜8处分成通过半透镜8的激光、和从半透镜8分支的激光。通过半透镜8后的激光由全反射镜13反射，经由聚光透镜9’照射到被加工物11上，实施希望的加工。另外，从半透镜8分光所得的激光经由聚光透镜9而照射第1光轴位置检测器10。

如上述那样，形成本发明的激光加工装置的导光路径。

接着，参照图8，对调整从图1中的光源2到第1光轴位置检测器10的光路的机构，进行详细描述。

光路调整部4具有2个全反射镜22、24，各全反射镜22、24分别具有用于调整反射面的角度的马达M1、M2以及M3、M4，所述反射面使从激光光源2输出的激光反射。另外，分光器44具有将入射的激光分光的半透镜8、和聚光透镜9。

从激光光源2输出的激光如上所述，入射到光路调整部4，由全反射镜22、24定位于规定的光轴位置并输出。输出后的激光入射到分光器44的半透镜8上。半透镜8从入射到未图示的被加工物上的激光分出入射到第1光轴位置检测器10上的激光。分光所得的激光入射到聚光透镜9上，聚光后照射到第1位置检测器10的规定的受光元件(参照图2至图4)上。第1光轴位置检测器10的受光元件，将接受到的激光转换成与其强度成比例的电信号并输出。该输出的电信号强度一般较弱，所以由放大器34放大后再输入到光轴控制部5内的调整值计算机构26中。调整值计算机构26，基于由放大器放大后的电信号，利用模糊推理分别算出前述马达M1～M4的旋转量。关于利用模糊推理算出马达M1～M4的旋转量(调整量)的具体过程，在后面描述。由调整值计算机构26算出的马达M1～M4的旋转量被送入控制马达M1～M4的马达控制部28中。接着，从马达控制部28对各马达M1～M4送入表示各旋转量的信号，驱动马达M1～M4。由此，调整全反射镜22及24各自的反射面的朝向，来调整激光的光路或光轴。

接着，参照图2至图4，对第1光轴位置检测器10的受光元件进行说明。

在图2及图3中，各像素21配置成矩阵状，像素间隔A为大约2μm。图2表示激光的照射点仅以一个象素为基准像素而完全照射该象素的实施例(附图标记20)，由该基准像素测定激光的受光强度。在激光光轴产生摆动，像素上产生了照射不到的部分时，受光元件感知到受光强度的减少，利用光轴控制部5进行光路调整部4的调整，以便完全照射基准像素、使受光强度变为极大值。另外，图3表示激光的照射点均等地照射到形成四象限传感器的4个像素的一部分上的实施例(附图标记30)，设定激光的基准照射点，以使各像素21中的照射面积S1至S4均等的方式进行照射。而且，在激光光轴产生摆动，各像素21的照射面积S1～S4产生不均衡的情况下，光轴控制部5调整光路调整部4，使得各像素21上的受光强度均等。

图4中公开了关于第1光轴位置检测器10中的受光元件配置的变形实施例。在该实施例中，在聚光透镜9和第1光轴位置检测器10之间，配置有用于使激光反射的反射球41，从半透镜8分光所得的激光由反射球41的反射面反射，优选地向垂直于该激光光轴的方向反射，并且，例如，在配置于与该光轴平行的面40上的、形成四象限传感器的4个像素上，设定与图3一样的照射基准点。在激光光轴产生摆动，各像素的照射面积产生不均衡的情况下，光轴控制部5调整光路调整部，使得各像素上的受光强度均等。

接着，参照图5，对使用第1光轴位置检测器和第2光轴位置检测器检测激光光轴位置的变形实施例进行说明。该实施例中，在由半透镜8分光所得的激光的导光路径上，在半透镜8和第1光轴位置检测器10之间，配置有第2半透镜(第2分光镜)16。第2分光镜16将激光进一步分光，该分光所得的激光由全反射镜18反射而照射到第2光轴位置检测器15上。第2半透镜16及第2全反射镜18均由镜支承台50支承。第2光轴位置检测器15可以与第1光轴位置检测器10为同一类型，也可以为不同类型。如上所述，任何一个光轴位置检测器都在受光元件上设定照射激光的基准点，使光轴控制部5以2个基准点的距离相等的方式进行运算，从而控制光路调整部4。

接着，参照图6，对图4的变形实施例进行说明。图6中，在反射球41、和配置有形成四象限传感器的4个像素的面40之间配置有针孔座，这一点与图4的实施方式不同。针孔座42可将激光的光径缩小到希望的直径，通过缩小形成前述四象限传感器的4个像素的相互间隔，可与直径的缩小对应地确保各像素的照射面积。

图7是表示在图1的聚光透镜9和第1光轴位置检测器10之间配置有以支承台71支承的针孔座72的状态的放大图。在本实施方式中，也能缩小激光的光径后照射到第1光轴位置检测器上。

图9是一个图表，定性地描述通过在光路调整部4中调整激光光轴，而进行控制使得第1光轴位置检测器10的受光强度稳定在极大值后，其受光强度随时间变化的状况。横轴将时间以任意的标度分度，纵轴将受光强度以任意的标度分度。

如上面说明的那样，调整从图8中的激光光源2到第1光轴位置检测器10的光路或光轴，执行这一过程的结果是，从开始向第1光轴位置检测装置10入射的时刻起，经过t’后入射光的强度到达极大值，此后，作为入射光的强度变化，只要是在作为能够容许的条件而设定的容许范围(图9中箭头夹着并用P表示的范围)内变动，便认为是实现了激光加工装置中第1光轴位置检测装置的输出强度的稳定化。由此，通过继续该激光加工装置的工作中的该光轴调整工序，可实现激光光轴的稳定化。

接着，参照图10所示的流程图，进一步详细描述从第1光轴位置检测器的激光受光开始到光路调整部4的光轴调整的过程。

步骤S-10：该步骤是控制开始步骤。根据该激光加工装置的操作者或计算机等的指示，开始用于使第1光轴位置检测装置的受光强度稳定到极大值的控制。

步骤S-12：该步骤是调整值计算机构26取得来自第1光轴位置检测器10的输出的步骤。其中，在设置有放大器34的情况下，是调整值计算机构26取得来自放大器34的输出的步骤。为了以后简化，而表述为“来自第1光轴位置检测装置10的输出”，在设置有放大器34的情况下，意味着来自放大器34的输出。在该步骤中，激光的光路控制开始后，立刻测定由第1光轴位置检测装置10取得的受光强度。

步骤S-14：该步骤是依次驱动马达M1～M4的步骤。选定马达M1～M4中的任一马达，然后开始。首先选择的马达(在此为M1)使图8中的全反射镜22的反射面朝向变化，将马达盘(モ-タ皿)的旋转固定在受光强度极大的位置上。接着选择的马达(在此为M2)一样使全反射镜22的反射面朝向变化，将马达盘的旋转固定在受光强度极大的位置上。同样，马达M3及M4使第2全反射镜24的反射面朝向变化，将马达盘固定在受光强度极大的位置上，固定第2全反射镜24的反射面朝向。

用于决定全反射镜22及24的反射面朝向的马达M1～M4的旋转量基于后述的模糊推理而决定。在此使用的模糊推理的算法，控制上述全反射镜22及24的反射面朝向，以马达M1～M4的旋转量为参数进行说明。

步骤S-16：该步骤是为了确定马达M1～M4的旋转方向而进行旋转驱动的试驱动步骤。

步骤S-18：该步骤是取得与照射到第1光轴位置检测器10上的激光的受光强度成比例的信号的步骤。

在上述步骤S-16及S-18中，若判明通过使马达向特定方向旋转，第1光轴位置检测器10受光的强度增加，则表明该马达的旋转为受光强度变到极大值的方向。相反，若判明第1光轴位置检测器10受光的强度减少，则表明该马达的旋转为与受光强度变到极大值的方向相反的方向。

步骤S-20：该步骤是计算第1光轴位置检测器10的输出信号的微分值、以及与目标值(极大值)的偏差量的步骤。在该步骤中，计算在模糊推理中用作输入值的、输出信号的时间微分(差分)值，并计算与目标值(极大值)的偏差量。若将第1光轴位置检测器10在时刻t₁的输出信号值设为S₁、在时刻t₂的输出信号大小设为S₂，假定t₁＜t₂，则输出信号的时间差分值S’被定义为S’＝(S₂-S₁)/(t₂-t₁)。另外，在将目标值(极大值)设为S₀的情况下，计算用ΔS＝(S₁/S₀)-1定义的、与目标值的偏差量(与目标值的偏差的比例)ΔS。使用S’和ΔS进行模糊推理。

步骤S-22：该步骤是利用模糊推理计算马达驱动量(旋转量)的步骤。在该步骤中，使用上述S’和ΔS的值进行模糊推理，计算马达驱动量(旋转量)的绝对值M，这一点后面进行详细描述。

步骤S-24：该步骤是求出马达驱动方向(旋转方向)的步骤。若在上述步骤S-20中求出的S’的值为负，则需要使马达的驱动方向(旋转方向)反转。另一方面，若S’的值为正，则马达的旋转方向保持不变即可。在本步骤中，以下述顺序求出上述马达的旋转方向。即，设决定马达旋转方向的参数为α。α取值1或值-1。此外，如下述那样设定参数δ：若上述步骤S-20中求出的S’的值为负，则设δ＝-1，若S’的值为正，则设δ＝1。然后，将该马达接下来的旋转方向定义为α×δ。即，通过将该α×δ的值设定为接下来的新参数α的值，来确定马达接下来的旋转方向。若将马达的旋转方向包括在内而表示旋转量，则表示为α×M。

步骤S-26：该步骤是驱动马达的步骤，使马达转过上述α×M。

步骤S-28：该步骤与上述步骤S-18一样，是取得与照射到第1光轴位置检测器10上的受光强度成比例的信号的步骤。

步骤S-30：在该步骤中，基于在上述步骤S-28中取得的与受光强度成比例的信号的值，判断是否结束到目前为止的步骤中所控制及调整的马达的调整作业而进入控制下一个马达的步骤。若上述步骤S-28中取得的与受光强度成比例的信号的值落入视作目标值(极大值)的大小的范围(在图9中用箭头夹着记作P的值的范围)内，则切换作为控制对象的马达，以进行下一个马达的控制。然后，进入下一步骤即步骤S-32。另一方面，若判断在步骤S-28中取得的与受光强度成比例的信号的值未达到目标值，则返回步骤S-20。

步骤S-32：该步骤是判断光路调整部4中的调整作业是否结束的步骤。若确认对马达M1～M4的调整作业全部结束，则进入下一步骤S-34，使调整作业结束。另一方面，若没有结束而保持原样继续控制，则返回到上述步骤S-14。有时即使确认对上述马达M1～M4的调整作业全部结束了，为了应对随时间的变化，在驱动该激光加工装置期间，也进行不使光路调整部4的调整作业结束的判断。

步骤S-34：该步骤是使光路调整部4的调整作业结束的步骤。

[模糊推理]

参照图11(A1)～(A4)及(B1)～(B4)和图12(A1)～(A3)及(B1)～(B3)，就为了调整该激光加工装置中的激光光轴而进行的模糊推理中所使用的隶属函数进行说明。以后，在指图11(A1)～(A4)及(B1)～(B4)所有图的情况下，记作图11。另外，同样在指图12(A1)～(A 3)及(B1)～(B3)所有图的情况下，也简单记作图12。

图11是表示相对于第1光轴位置检测器10检测到的输出信号的时间微分(差分)值S’的隶属函数的图。图12是表示下述情况下相对于输出信号的值ΔS的隶属函数的图，所述情况是指第1光轴位置检测器10的输出信号值的目标输出值接近于极大输出值的情况。图11所示的(A1)～(A4)表示模糊推理的前件部，(B1)～(B4)表示分别对应于前件部(A1)～(A4)的后件部。另外，在图12中也一样，(A1)～(A3)表示模糊推理的前件部，(B1)～(B3)表示分别对应于前件部(A1)～(A3)的后件部。

即使在光路调整部4中进行光路调整，激光光轴也不稳定而会产生微弧度级的振动，因此第1光轴位置检测器的受光强度随时间变动。如上所述，由第1光轴位置检测器10观测该受光强度随时间变化的状况。由第1光轴位置检测器10观测的受光强度随时间变化的状况用上述输出信号的时间差分值S’、即S’＝(S₂-S₁)/(t₂-t₁)表现。

鉴于此，按照以下规则(以后有时也称为“模糊规则”)定义作为模糊推理的基础的隶属函数。

规则11：若S’取正值，且其值较大，则马达旋转量的绝对值较大。

规则12：若S’取正值，且其值较小，则马达旋转量的绝对值较小。

规则13：若S’为0，则马达的旋转量绝对值为0。

规则14：若S’取负值，则马达旋转量的绝对值较小。

参照图11从视觉角度说明上述规则。图11所示的(A1)～(A4)表示上述模糊规则的、各规则11～14的前件部。图11(A1)～(A4)中，横轴表示S’，纵轴表示隶属度(取0到1的值的范围。)。另一方面，图11所示的(B1)～(B4)表示上述模糊规则的、各规则11～14的后件部。横轴表示马达驱动量(旋转量)的绝对值M，纵轴表示隶属度。

接着，对下述情况下将目标值(极大值)设为S₀时、相对于用ΔS＝(S₁/S₀)-1定义的ΔS的隶属函数进行说明，所述情况是指第1光轴位置检测器10的输出信号值的目标输出值接近于最大输出值的情况。其中，s₁是时刻t₁时的输出信号的值。之所以利用相对于ΔS的隶属函数，其理由在于以下两点。

首先对第1点进行说明。从激光光源输出的激光为高斯光束。高斯光束的性质为，在光束的中心附近，强度相对于矢径方向的微分值较小。在离开光束的中心足够远的地方，强度的矢径方向的微分值也较小。即，在激光向半透镜8(分光器44)入射的角度的校准基本准确的情况下、和校准存在较大偏差的情况下，不管在哪种情况下，光路调整部4中进行的激光光路调整的效果都为相同程度，其效果较小。换言之，全反射镜22和24的反射面朝向的各单位变化量内的、由第1光轴位置检测器10检测到的受光强度变化的比例同样小，其中所述反射面朝向是在光路调整部4中为了调整激光的光路而改变的。

即，在校准存在较大偏差的情况下，应该以马达的旋转角度绝对值变大的方式进行设定，但是若只使用上述规则11～14进行模糊推理，则马达的旋转角度会被计算得较小。鉴于此，可以通过对相对于ΔS的隶属函数设定新的规则，而使马达的旋转角度大小适当化。另外，即使不设定该新的规则，也可以进行所希望的光学系统调整。只是由于计算得到的马达旋转角度值较小，所以光学系统调整到更佳状态所需的时间较长(控制的步骤较多)。

接着，对第2点进行说明，通过上述新规则的设定，光路调整功能相对于噪音的耐久性提高，不管什么噪音混入到由第1光轴位置检测器10检测的受光强度，都不会有问题。但是，在只有规则11～14、除此之外不设置新规则的情况下，若噪音混入到第1光轴位置检测器10检测的受光强度的值中，则S’的值将变成特别大的值，有时马达旋转角度的值会不适当地算出为较大的值，存在不能进行适当控制的可能性。

鉴于此，若设定以下的新规则，则即使发生噪音混入受光强度的值的状况，也可排除上述可能性。

因此，相对于作为模糊推理的基础的、关于ΔS的隶属函数，按照以下模糊规则(新规则)进行定义。

规则21：若第1光轴位置检测器10检测到的受光强度的信号比目标值(极大值)S₀小很多(ΔS的值为负值且其绝对值较大)，则马达的旋转角度较大。

规则22：若第1光轴位置检测器10检测到的受光强度的信号为与目标值(极大值)S₀大致相同程度(ΔS的值为负值且其绝对值较小)，则马达的旋转角度较小。

规则23：若第1光轴位置检测器10检测到的受光强度的信号达到或超过目标值(极大值)S₀(ΔS的值比0大)，则马达的旋转角度为0。

参照图12从视觉角度说明上述新规则。图12所示的(A1)～(A3)表示上述模糊规则的、各规则21～23的前件部。(A1)～(A3)中，横轴表示ΔS，纵轴表示隶属度(取从0到1的值的范围)。另一方面，图12所示的(B1)～(B3)表示上述模糊规则的、各规则21～23的后件部。横轴表示马达驱动量(旋转量)的绝对值M，纵轴表示隶属度。

作为利用模糊推理计算马达驱动量(旋转量)的方法，这里利用min-max合成重心法。借助第1光轴位置检测器检测到受光强度后，基于该值求出S’和ΔS。现在，假设求出S’₁和ΔS₁作为S’和ΔS的值的情况进行说明。

图13是用于对基于规则11～14的统一化工序进行说明的图。该图13中，对应于规则11～14的隶属函数复制了与图11所示隶属函数相同的函数。

由于S’＝S’₁，所以在图13所示的表示与规则11～14对应的隶属函数的前件部的图中，表示S’的横轴的相当于S’₁的位置用纵虚线表示。由该图可知，在上述规则13及规则14中，前件部的隶属度为0，所以后件部也为0。上述规则11和规则12中，前件部的隶属度不为0，所以与该隶属度对应地对后件部的隶属函数进行头切。其结果，进行规则11～14的模糊推理，结果求出图13中作为统一化1而表示的后件部的逻辑和(统一化1)。另外，表示为统一化1的、表示后件部的逻辑和的函数，是通过对进行规则11及规则12的后件部的头切而得到的隶属函数加以合成而求出的。

图14是用于对基于规则21～23的统一化工序进行说明的图。该图中，对应于规则21～23的隶属函数复制了与图12所示隶属函数相同的函数。

由于ΔS＝ΔS₁，所以在图14所示的、表示与规则21～23对应的隶属函数的前件部的图中，表示ΔS的横轴的相当于ΔS₁的位置用纵虚线表示。由该图可知，上述规则21的隶属度为0，所以后件部也为0。上述规则22和规则23中，前件部的隶属度不为0，所以与该隶属度对应地对后件部的隶属函数进行头切。其结果，进行规则21～23的模糊推理，作为这些推理的结果而求出图14中表示为统一化2的、后件部的逻辑和(统一化2)。另外，表示为统一化2的、表示后件部的逻辑和的函数，与上述统一化1的情况同样，是通过对进行规则21及规则23的后件部的头切得到的隶属函数加以合成而求出的。

接着，进行加权处理，所述权表示相对于规则11～14(以后有时也称为“第1规则系列”)来说对规则21～23(以后有时也称为“第2规则系列”)多重视多少，或者表示对第1及第2系列同等重视。通过将上述作为统一化1及统一化2而得到的结果(图13及图14中分别表示为统一化1及统一化2的、作为后件部的逻辑和而求出的合成隶属函数)分别变到r倍及(1-r)倍，来对各函数进行加权，如图15(A)～(D)所示，将二者统一化。

在此，r取0到1的范围的实数值。例如，选择r＝1，与只采用第1规则系列、忽视第2规则系列的情况相对应。另外，选择r＝0.5，意味着对第1规则系列和第2规则系列同等处理。此外，选择r＝0，与只采用第2规则系列、忽视第1规则系统的情况相对应。

图15(A)～(D)是用于对下述工序进行说明的图：将上述图13及图14中分别表示为统一化1及统一化2的、作为后件部的逻辑和而求出的合成隶属函数统一，而求出统一化3来作为统一化1和统一化2的隶属函数的逻辑和。图15(A)是作为统一化1而求出的合成后的隶属函数的概略形状。图15(B)作为统一化2而求出的合成后的隶属函数的概略形状。图15(C)是将作为统一化1求出的合成后的隶属函数变到r倍、将作为统一化2求出的合成后的隶属函数变到(1-r)倍而合成的作为统一化3的隶属函数的概略形状。图15(D)是对求出用图15(C)定义的隶属函数的合成重心的值、并将其合成重心的值用作马达驱动量(旋转角度)的顺序进行说明的图。图15(D)中，横轴上用M和箭头表示的横轴的值为从图15(C)所示的隶属函数求出的合成重心的位置，该位置表示马达的旋转角度。

即，可知，通过进行上述模糊推理，可求出下述马达的旋转角度，所述马达是指为了改变光路调整部4的全反射镜的反射面等的角度、以调整激光光路而驱动的马达。

在上述说明中，对作为第1规则系列的规则11～14的各规则、或作为第2规则系列的规则21～23的各规则同等处理，但也可以对这些规则在重视程度方面加以轻重之分。在这种情况下，可在与作为第1规则系列的规则11～14的各规则、或作为第2规则系列的规则21～23的各规则对应的隶属函数上，加上相当于上述r的参数，而进行统一化。

另外，在上述模糊推理中，是用min-max合成重心法求出马达旋转角度的值，但并不限于该方法，也可采用代数积-加法重心法等作为模糊推理的方法而被公知的其他方法。至于采用哪一种方法，可以针对每个作为模糊推理控制对象的激光加工装置，基于经验等采用最适当的方法。

接着，将分别相对于上述模糊推理中所用的第1规则系列及第2规则系列的参数都集中到表1及表2中。从表1及表2所示的参数可知，并没有设定特别复杂的模糊规则。确认了尽管如此，若执行基于上述模糊推理的控制，则也可以简单地实现激光加工装置的光学系统的校准。

[表1]

第1光轴位置检测器关于时间的微分值、驱动量的绝对值、及旋

转反转参数的关系

规则序号	检测器微分值	驱动量的绝对值	旋转反转δ
				11	LP	LP	+1
12	SP	SP	+1
				13	ZE	ZE	+1
14	NE	SP	-1

[表2]

相对于目标输出的比ΔS、和驱动量的绝对值的关系

规则序号	ΔS	驱动量的绝对值
			21	NL	LP
22	NS	SP
			23	ZE	ZE

该表1及表2所示的内容为分别与图11及图12所示隶属函数所表示的内容在数学上同值的内容。在此，该表1及表2中的参数表示的意思如下所述。LP：较大正值，SP：较小正值，ZE：0，NE：负值，NS：绝对值较小的负值，NL：绝对值较大的负值。

从以上说明可知，在本发明的激光加工装置的光学系统的调整工序中，不必进行所谓的原点复位动作。这是因为，用作上述模糊推理的根据的值仅为第1光轴位置检测器的输出信号的时间差分值S’＝(S₂-S₁)/(t₂-t₁)及相对于目标值(极大值)S₀而用ΔS＝(S₁/S₀)-1定义的ΔS。即，因为S’及ΔS均是不需要进行所谓原点复位动作便可求出的值。结果，如反复描述的那样，即使因某种原因(例如齿隙等)，光路调整部4不能按照来自光轴控制部5的控制信号准确地进行调整，通过再次向光路调整部4输送控制信号，也能完成满足最优条件的校准。

另外，在本发明的激光加工装置的光学系统的调整工序中，如上所述，相对于由第1光轴位置检测器10测定的受光强度这一信息，调整值计算机构26在由光路调整部4进行调整的多个部位分别算出对应的光路调整值，由此可实现稳定的光轴位置固定。

另外，若不利用模糊推理实现光路控制，则校准作业中需要设置错误发生处理(例行程序)和失控防止处理(例行程序)。用于执行这些错误发生处理和失控防止处理执行的程序量需要设定为与上述模糊推理处理用的处理同等或其以上。而且，在装置的机构设计上，也需要准备限位开关等用于防止失控的机构。用于防止失控的机构特别在构成激光装置方面是重要的，如果发生失控，则会导致被加工物的损伤等重大的后果。

上述实施例中公开的模糊推理程序是按照非常简单的算法作成的。由于是以简单的算法为基础，所以从程序自身特点来说，是很难发生激光加工装置的失控的结构。即，通过利用模糊推理，可使程序简单化，正因为使用模糊推理，而能用简单的算法进行复杂的作业。

进而，进行的是执行相对于S’及ΔS的两种判断的处理，这有助于抑制上述失控状态的发生。若仅通过S’或ΔS的某一个的判断来控制校准作业，则由于混入到控制信号中的噪音等，发生失控状态的危险变大。在进行S’及ΔS两种判断的情况下，只要不是S’和ΔS两者都出现导致失控状态的原因，则装置就不会出现失控状态。由此，通过进行执行相对于S’和ΔS的两种判断的处理，可使出现失控状态的概率极小。

从上述说明可知，本发明的激光加工装置，即使在从控制系统整体评价的情况下，也是不易引起失控状态的结构。

如上所述，本发明的激光加工装置，通过模糊控制来调整由从激光光源输出的激光光轴的摆动引起的光轴角度误差，从而可将稳定的激光光轴位置固定。

Claims

1.一种激光加工装置，具备：

光源，输出激光；

光路调整部，调整该激光的光路；

第1分光器，将激光分光；

可动台，具有规定的可动区域并载置被加工物；

可动台位置检测器，检测可动台的位置；

第1光轴位置检测器，检测前述分光所得的激光的光轴位置；

光轴控制部，接受来自前述第1光轴位置检测器的输出，控制前述光路调整部，调整前述分光所得的激光的光轴，

前述光轴控制部进行模糊控制，所述模糊控制包括如下过程：

测定从前述第1光轴位置检测器检测的激光的输出信号的值(s)的过程；

计算前述输出信号的时间差分值(S’＝(S₂-S₁)/(t₂-t₁))的过程；

计算前述测定的输出信号的值(s)与规定的目标值(S₀)的偏差的比例(ΔS)的过程；

将按照相对于S’的隶属函数求出的结果、与按照相对于ΔS的隶属函数求出的结果统一化的过程。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，还具有对前述分光所得的激光进一步进行分光的第2分光器、和用于检测由第2分光器分光所得的光轴的位置的第2光轴位置检测器，控制前述光轴控制部，使得在第1光轴位置检测器和第2光轴位置检测器中的规定位置上检测到激光。

3.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，第1光轴位置检测器或第2光轴位置检测器的至少一个如下进行各激光光轴的位置检测：由第1分光器分光所得的激光或由第2分光器分光所得的激光由球状的反射面反射，用四象限传感器受光。

4.如权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，在前述第1分光器和第1光轴位置检测器之间、或前述第2分光器和第2光轴位置检测器之间这两处的至少一处，配置有用于使激光通过的、具有规定口径的针孔座。