CN104203484B - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

目的在于获得降低了激光照射位置和加工指令位置的偏移的激光加工装置，在本发明的激光加工装置(200)中，构成为，具备：二维驱动部(4)，其用于搭载工件，且在二维方向上移动；激光扫描部，其对所述工件照射激光束并在二维方向上进行扫描；延迟补偿处理部(16、22)，其基于所述二维驱动部的位置信息，求出所述二维驱动部的延迟时间之后的预测位置；以及变形补偿处理部(17、23)，其基于所述二维驱动部的加速度信息，求出对所述二维驱动部的变形的校正量，基于针对所述激光扫描部的位置指令、所述预测位置以及所述校正量，对所述激光扫描部进行驱动控制。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置，其具备激光扫描装置、以及使激光扫描装置和工件的相对位置变化的二维驱动装置。

背景技术

激光加工装置具备：激光扫描装置，其确定激光束的照射位置；以及二维驱动装置，其确定所述激光扫描装置和工件的相对位置，其中，在激光扫描装置和二维驱动装置一边相互干涉一边进行驱动的协调驱动控制(以下，称为协调控制)中，如果以二维驱动装置的测量位置为基准对激光扫描装置进行驱动，则工件和激光扫描装置的相对位置会与激光扫描装置的加减速控制等的延迟时间和各种通信的延迟时间相应地变化，因此，激光照射位置相对于加工指令位置会偏移。因此，需要预测二维驱动装置的位置而对激光扫描装置进行驱动，提出有如下激光加工装置，即，基于二维驱动装置的所述预测位置，对激光扫描装置进行驱动控制并进行加工(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2002-1567号公报

发明内容

然而，根据上述现有技术，基于二维驱动装置的当前位置和当前速度求出二维驱动装置的预测位置，但是，在二维驱动装置进行加减速的情况下，二维驱动装置本身在加减速时产生变形，从而，在基于所述二维驱动装置的预测位置进行激光加工的情况下，存在如下问题，即，在激光照射位置和加工指令位置之间，产生与二维驱动装置的变形相伴的位置偏移。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于获得能够降低激光照射位置和加工指令位置的偏移的激光加工装置。

为了解决上述课题、达成目的，本发明的特征在于，具备：二维驱动部，其用于搭载工件，且在二维方向上移动；激光扫描部，其对所述工件照射激光束并在二维方向上进行扫描；延迟补偿处理部，其基于所述二维驱动部的位置信息，求出所述二维驱动部的延迟时间之后的预测位置；以及变形补偿处理部，其基于所述二维驱动部的加速度信息，求出对所述二维驱动部的变形的校正量，基于针对所述激光扫描部的位置指令、所述预测位置以及所述校正量，对所述激光扫描部进行驱动控制。

根据本发明，起到能够降低激光照射位置和加工指令位置的偏移的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图2是本发明的实施方式1所涉及的XY工作台的主视图。

图3是本发明的实施方式1所涉及的XY工作台的侧视图。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的变形补偿处理部的结构的框图。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图6是表示本发明的实施方式3所涉及的延迟补偿处理部的结构的框图。

图7是表示本发明的实施方式4所涉及的延迟补偿处理部的结构的框图。

图8是表示本发明的实施方式5所涉及的变形补偿处理部的结构的框图。

图9是表示本发明的实施方式6所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图10是本发明的实施方式7所涉及的变更了上部工作台的位置的XY工作台的主视图。

图11是表示本发明的实施方式8所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图12是本发明的实施方式9所涉及的XY工作台的主视图。

图13是本发明的实施方式9所涉及的XY工作台的侧视图。

图14是表示本发明的实施方式9所涉及的XY工作台的Y方向直线运动引导件的结构的俯视图。

图15是本发明的实施方式9所涉及的示出作用于各部的力的XY工作台的侧视图。

图16是表示本发明的实施方式9所涉及的XY工作台的倾斜的情况的侧视图。

图17是表示本发明的实施方式9所涉及的XY工作台的剪切变形的情况的侧视图。

图18是表示本发明的实施方式9所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图19是本发明的实施方式10所涉及的XY工作台的主视图。

图20是表示本发明的实施方式10所涉及的XY工作台的Y方向直线运动引导件的结构的俯视图。

图21是表示本发明的实施方式10所涉及的XY工作台的偏转的情况的俯视图。

图22是表示本发明的实施方式10所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图23是本发明的实施方式11所涉及的XY工作台的主视图。

图24是表示本发明的实施方式12所涉及的具有多个加工头的激光加工装置的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的激光加工装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限定于该实施方式。

实施方式1.

图1是表示基于本发明实施方式1的激光加工装置200的结构的框图。该激光加工装置200具备：电控扫描器2a(X轴方向用)、2b(Y轴方向用)，其成为使激光束1进行二维扫描的激光扫描装置；以及XY工作台4(二维驱动部)，其成为使工件3的位置变化的二维驱动装置。通常，利用电控扫描器2a、2b能够加工的范围比整个加工范围小，因此，必须一边利用XY工作台4使工件3移动、并按顺序依次改变加工范围，一边进行加工。因而，形成为上述这种结构。在电控扫描器2a、2b的前端，安装有使激光束1进行扫描的反射镜(X轴)64a、反射镜(Y轴)64b。另外，在电控扫描器2a、2b安装有用于测量旋转角度的电控编码器5a、5b。根据由反射镜64a反射的角度确定激光束1的X轴方向的照射位置，根据由反射镜64b反射的角度确定激光束1的Y轴方向的照射位置。被以高速进行定位的反射镜64a、64b反射的激光束1，被fθ透镜63汇集并照射到工件3上。在XY工作台4上搭载(固定)有工件3，利用XY工作台4使工件3的位置能够移动。在XY工作台4安装有线性编码器(X轴)6a、线性编码器(Y轴)6b，能够分别获得XY工作台的X方向、Y方向的位置信息。另外，输出激光束1的激光振荡器62被振荡器控制装置61控制。

电控扫描器2a、2b以及XY工作台4的控制装置102，具备加工计划处理部60、电控扫描器控制处理部103、XY工作台控制处理部104、X轴位置偏移补偿处理部100以及Y轴位置偏移补偿处理部101。电控扫描器控制处理部103具备扫描器X轴位置指令生成部14、扫描器Y轴位置指令生成部15、X轴旋转角指令生成部20、Y轴旋转角指令生成部26、X轴旋转角控制部21以及Y轴旋转角控制部27。XY工作台控制处理部104具备工作台X轴位置指令生成部8、工作台Y轴位置指令生成部10、工作台X轴控制部9以及工作台Y轴控制部11。X轴位置偏移补偿处理部100具备X轴延迟补偿处理部16以及X轴变形补偿处理部17。Y轴位置偏移补偿处理部101具备Y轴延迟补偿处理部22以及Y轴变形补偿处理部23。

以下对XY工作台4进行详细说明。在图2所示的XY工作台4的主视图中，利用伺服电动机70a使滚珠丝杠71a旋转，通过驱动与上部工作台73结合的可动部72a，能够使上部工作台73进行X方向的移动。另外，在图3所示的XY工作台4的侧视图中，利用伺服电动机70b使滚珠丝杠71b旋转，通过对可动部72b进行驱动，能够使比鞍状部77靠上的部分进行Y方向的移动。通过使XY工作台4在X方向、Y方向上独立地移动，能够使上部工作台73的位置移动到可动区域内的任意位置。这里，在伺服电动机70a、70b分别安装有编码器74a、74b。由于线性编码器6a、6b分别安装于可动部72a、72b的位置，因此，并非直接测量上部工作台73的位置。因而，如果XY工作台4发生变形，则线性编码器6a、6b和上部工作台73的相对位置发生变化，成为加工时偏移的原因。

对图1的激光加工装置的控制进行说明。在加工计划处理部60中，当进行激光加工时，为了缩短加工时间，生成XY工作台4的最佳路径。来自加工计划处理部60的信号被向电控扫描器控制处理部103和XY工作台控制处理部104传送。

在XY工作台控制处理部104中，基于加工计划处理部60的信号，利用工作台X轴位置指令生成部8和工作台Y轴位置指令生成部10生成XY工作台4的X轴方向、Y轴方向的位置指令。来自工作台X轴位置指令生成部8的信号被向工作台X轴控制部9传送。在工作台X轴控制部9中，基于来自工作台X轴位置指令生成部8的信号和来自线性编码器6a的位置信息计算工作台X轴的控制信号，在X轴上对工作台进行驱动。同样地，关于工作台Y轴，来自工作台Y轴位置指令生成部10的信号被向工作台Y轴控制部11传送。在工作台Y轴控制部11中，基于来自工作台Y轴位置指令生成部10的信号和来自线性编码器6b的位置信息计算工作台Y轴的控制信号，在Y轴上对工作台进行驱动。

从加工计划处理部60传送到电控扫描器控制部103的信号，被向扫描器X轴位置指令生成部14和扫描器Y轴位置指令生成部15传送。在扫描器X轴位置指令生成部14中，基于加工计划处理部60的信号生成电控扫描器X轴的位置指令信号。在减法器19中，获得来自扫描器X轴位置指令生成部14的信号和表示由X轴位置偏移补偿处理部100求出的补偿处理后的工作台X轴位置的信号之差，并将其输入到X轴旋转角指令生成部20。利用X轴旋转角指令生成部20生成与电控扫描器2a(X轴)有关的指令值，并将其向X轴旋转角控制部21输入。在X轴旋转角控制部21中，基于来自X轴旋转角指令生成部20的信号和来自电控编码器5a的反馈信号计算控制信号，对电控扫描器2a进行控制。同样地，在扫描器Y轴位置指令生成部15中，基于加工计划处理部60的信号生成电控扫描器Y轴的位置指令信号。在减法器25中，获得来自扫描器Y轴位置指令生成部15的信号和表示由Y轴位置偏移补偿处理部101求出的补偿处理后的工作台Y轴位置的信号之差，并将其输入至Y轴旋转角指令生成部26。利用Y轴旋转角指令生成部26生成与电控扫描器2b(Y轴)有关的指令值，并将其向Y轴旋转角控制部27输入。在Y轴旋转角控制部27中，基于来自Y轴旋转角指令生成部26的信号和来自电控编码器5b的反馈信号计算控制信号，对电控扫描器2b进行控制。

在电控扫描器的驱动控制中产生延迟。为了驱动电控扫描器以到达目标，需要进行加减速，到达目标的时间与加减速相应地变化。将加减速所需的时间称为加减速控制的延迟。另外，硬件间的通信也产生与采样周期对应的延迟。将该延迟称为各种通信延迟。在X轴位置偏移补偿处理部100中，基于来自线性编码器6a的工作台X轴位置信号，在X轴延迟补偿处理部16中，计算电控扫描器2a的加减速控制的延迟、各种通信延迟等的延迟时间之后的X轴方向的工作台预测位置。另外，在X轴变形补偿处理部17中，计算考虑了XY工作台4的X轴方向的变形的工作台位置的校正量。利用加法器18将X轴延迟补偿处理部16和X轴变形补偿处理部17的信号相加，将其作为补偿处理后的工作台X轴位置输出。同样地，在Y轴位置偏移补偿处理部101中，基于来自线性编码器6b的工作台Y轴位置信号，利用加法器24将来自Y轴延迟补偿处理部22、Y轴变形补偿处理部23的信号相加，将其作为补偿处理后的工作台Y轴位置输出。

来自电控编码器5a、5b的信号传送给控制激光振荡器62的振荡器控制装置61，振荡器控制装置61基于这些信号控制激光振荡器62，激光振荡器62输出激光束1。

接着，对X轴位置偏移补偿处理部100以及Y轴位置偏移补偿处理部101各自的结构要素即X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22、和X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23进行详细说明。此外，假定该控制系统是离散系统。

首先，对X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22的功能进行说明。将从XY工作台4的线性编码器6a、6b获得的当前位置信息设为P(n)，将当前速度设为V(n)。这里，n表示采样编号。将电控扫描器2a以及2b的加减速控制等的延迟时间设为ΔT，如以下公式(1)那样计算延迟时间ΔT后的工作台预测位置P’。此外，公式(1)针对X轴及Y轴方向分别成立。

P’＝P(n)+V(n)ΔT…(1)

因此，在X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22中，通过公式(1)的方法获得延迟时间之后的工作台预测位置。由于该延迟补偿处理根据XY工作台4的当前位置和当前速度对XY工作台4的延迟时间之后的位置进行预测，因此，在XY工作台4进行加速度运动的情况下，在预测位置和激光照射位置之间产生与加速度和延迟时间成正比的误差E₁。在将加速度设为a的情况下，通过以下公式获得误差E₁。

E₁＝aΔT²/2…(2)

图4中示出X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23的框图。在X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23中，分别利用XY工作台4的加速度进行计算。在XY工作台4安装的线性编码器6a、6b的信号中通常含有噪声，根据这些位置信息直接进行二阶微分而求得加速度信息较为困难。因而，在用于将XY工作台4的X轴方向以及Y轴方向各自的位置信息分别平滑化的低通滤波器33进行处理之后，在二阶微分运算部34中进行二阶微分操作，分别求出X轴方向以及Y轴方向的加速度信息。对于求出的X轴方向以及Y轴方向的加速度信息，分别乘以对XY工作台4的变形进行校正的常数要素35(K_a)。在因加速度产生变形从而产生延迟时间的情况下，此后进一步乘以延迟要素36(Z^-k)，由此分别求出X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23的输出。该输出是考虑了XY工作台4的变形的校正量。这里，常数要素35是通过于加速度信息相乘而进行位置校正的常数，因此，能够想到弹簧常数之类的常数。另外，Z是表示Z变换的记号，Z^-1意味着1点采样延迟。将加速度设为A(n)，如公式(3)那样表示包含延迟时间补偿处理和变形补偿处理的预测位置P’。此外，公式(3)针对X轴以及Y轴方向分别成立。

P’＝P(n)+V(n)ΔT+K_aA(n)Z^﹣k…(3)

因此，基于X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23的校正量，由公式(3)的右边第三项来表示。

通过构成如上的控制系统，能够由X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22对延迟时间之后的XY工作台4的预测位置进行计算，并且能够借助X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23求出XY工作台4的加减速时的变形校正量。因此，X轴延迟补偿处理部16和X轴变形补偿处理部17的信号相加的结果成为XY工作台4的补偿处理后的X轴位置，Y轴延迟补偿处理部22和Y轴变形补偿处理部23的信号相加的结果成为XY工作台4的补偿处理后的Y轴位置。根据分别来自扫描器X轴位置指令生成部14、扫描器Y轴位置指令生成部15的位置指令输出和XY工作台4的校正处理后的X轴位置以及Y轴位置，生成电控扫描器2a、2b的旋转角指令，通过控制电控扫描器2a、2b，降低激光照射位置和加工指令位置之间的位置偏移。

另外，由于X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23是利用XY工作台4的加速度的补偿处理部，因此，不仅具有对XY工作台4的机械变形进行校正的效果，还具有降低X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22的误差的效果。这是因为，线性的位置预测即基于X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22的误差，如公式(2)所示那样与XY工作台加速度成正比。

在具备激光扫描装置和二维驱动部的激光加工装置中，在一边利用二维驱动部使激光扫描装置和工件的相对位置变化，一边使激光光扫描并进行加工的激光扫描装置和二维驱动部的协调控制中，如果以二维驱动部的测量位置信息为基准驱动激光扫描装置，则与激光扫描装置的加减速控制等的时间相应地产生延迟，从而激光照射位置相对于加工目标位置偏移，因此，需要对延迟时间之后的二维驱动部的位置进行预测。另外，在二维驱动部进行加减速的情况下，二维驱动部本身因惯性力而变形，从而即使以考虑了激光扫描装置的延迟的预测位置为目标而照射激光，也会在激光照射位置和加工指令位置之间产生偏移。

与此相对，在本实施方式所涉及的激光加工装置200中，以上述方式对加减速时所产生的二维驱动部(XY工作台4)的变形进行预测，对激光扫描部进行驱动控制并进行工件3的加工，由此能够降低由二维驱动部的变形引起的位置偏移。另外，具有对激光扫描装置的二维驱动部的变形量和延迟时间之后的二维驱动部的预测位置进行计算的系统，由此能够获得降低激光照射位置和加工指令位置之间的偏移的效果。另外，由于X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22执行线性的位置预测，因此，在二维驱动部进行加速度运动的情况下，在预测位置和实际位置之间产生与加速度和延迟时间(先读取的时间)ΔT成正比的误差，但通过与使用加速度信息的变形补偿处理部结合，能够降低该误差。

实施方式2.

另外，在获取XY工作台4的位置信息的情况下，可以利用图2及图3所示的在工作台驱动用的伺服电动机70a、70b上安装的编码器74a、74b，根据旋转角算出工作台位置。在图2及图3中，形成为如下构造，即，伺服电动机70a、70b进行旋转，由此使滚珠丝杠71a、71b旋转并驱动可动部72a、72b。因此，能够利用编码器74a、74b对伺服电动机70a、70b的旋转量进行测量，并根据滚珠丝杠71a、71b的导程算出移动量。图5中示出具备利用编码器74a、74b的控制系统的激光加工装置201的结构。为了获取XY工作台4的位置信息，在本实施方式2中，利用编码器74a、74b取代实施方式1中的线性编码器6a、6b。图5中新追加的角度-位置变换65a以及65b，分别将编码器74a以及74b的X轴以及Y轴方向的检测角度变换为XY工作台4的X轴方向以及Y轴方向的位置，将XY工作台4的X轴方向以及Y轴方向的指令位置分别变换为针对伺服电动机70a、70b的指令角度。

利用编码器74a、74b的信号的XY工作台4的控制系统形成为半闭环控制，在该状态下，存在含有在驱动系统所产生的误差的问题。然而，通过对X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23内的参数进行变更，上述X轴位置偏移补偿处理部100以及Y轴位置偏移补偿处理部101能够降低在半闭环控制中所产生的驱动系统的误差。

这样，在本实施方式2中，通过X轴位置偏移补偿处理部100以及Y轴位置偏移补偿处理部101，能够对不利用线性编码器6a、6b直接测量二维驱动部(XY工作台4)的位置、而是利用伺服电动机70a、70b的旋转角间接地检测二维驱动部的位置时所产生的由驱动系统造成的位置误差进行补偿。

实施方式3.

另外，利用实施方式1中的X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22，根据XY工作台4的当前位置和当前速度求出延迟时间之后的XY工作台4的预测位置，但是，可以仅利用XY工作台4的位置信息求出预测位置。图6中示出X轴延迟补偿处理部16或者Y轴延迟补偿处理部22的结构的框线图，其中，所述补偿处理部根据XY工作台4的当前位置信息和k采样延迟的位置信息计算延迟时间之后的XY工作台4的预测位置。将利用线性编码器6a及6b测量的XY工作台4的位置信息和通过将该位置信息乘以延迟要素29而求出的k采样延迟的位置信息输入到减法器30，求出它们的差。对来自减法器30的信号乘以校正系数C，利用加法器31将其结果和当前的XY工作台4的位置信息相加，由此求出X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22的输出。如果将XY工作台4的当前位置设为P(n)，将k采样延迟的位置设为P(n－k)，则由以下公式(4)来表示预测位置P’，其考虑了电控扫描器2a及2b的加减速控制等的延迟时间。此外，公式(4)针对X轴及Y轴方向分别成立。

P’＝P(n)+C(P(n)－P(n－k))…(4)

这样，在本实施方式3中，不像实施方式1那样利用速度信息，而仅利用XY工作台4的位置信息便能够对位置进行预测。因此，在因位置信息的噪声等而难以求出速度信息的情况下，利用该方法能够预测XY工作台4的位置。该方法也与实施方式1相同，因为是线性的位置预测，因此，在XY工作台4进行加速度运动的情况下，在预测位置和激光照射位置之间产生误差E₂。在将加速度设为a的情况下，由以下公式求出误差E₂。

E₂＝aΔT²…(5)

该方法利用k采样延迟的位置信息求出预测位置，因此，误差E₂是利用速度信息求出的误差E₁的倍数。然而，该误差与加速度和延迟时间ΔT成正比，因此，通过在X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23中进行利用加速度的补偿，能够降低误差。

实施方式4.

另外，在实施方式3中，虽然在X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22中如图6那样利用XY工作台4的当前位置信息和k采样延迟的位置信息对XY工作台4的预测位置进行计算，但是，可以利用XY工作台4的当前位置信息和2个以上的以往的位置信息计算XY工作台4的预测位置。图7中示出X轴延迟补偿处理部16以及Y轴延迟补偿处理部22的框图，其中，所述补偿处理部利用了XY工作台4的当前位置、k采样延迟的位置、以及k+1采样延迟的位置。对于XY工作台4的位置信息和从延迟要素50(Z^-k)输出的k采样延迟的位置信息的差，利用减法器52求出。对减法器52的输出乘以常数要素54(K₁)。并且，对于XY工作台4的位置信息和从延迟要素51(Z^﹣(k+1))输出的k+1采样前的位置信息的差，利用减法器53求出。对减法器53的输出乘以常数要素55(1－K₁)。在加法器56中，将当前的位置信息、乘以常数要素54(K₁)后的输出结果、以及乘以常数要素55(1－K₁)后的输出结果分别相加，将其结果输出到加法器57。在加法器57中，对XY工作台4的当前位置信息加上来自加法器56的输出，生成X轴延迟补偿处理部16或者Y轴延迟补偿处理部22的输出。

因此，由以下公式(6)表示考虑了电控扫描器2a及2b的加减速控制等的延迟时间的、对XY工作台4的预测位置P’的计算。此外，公式(6)针对X轴及Y轴方向分别成立。

P’＝P(n)+K₁(P(n)－P(n－k))

+(1－K₁)(P(n)－P(n－(k+1)))…(6)

此处，K₁是从0至1的实数，且是根据用于校正的k采样前的位置信息和k+1采样前的位置信息的比确定的参数。通过利用这种方法对位置进行预测，能够实现因控制系统的采样粗略而无法彻底校正的与小于或等于采样周期的延迟时间对应的位置预测。

实施方式5.

另外，在利用X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23求解加速度的情况下，可以使用采用了卡尔曼滤波器(Kalmanfilter)那样的推定的方法。如图8所示，卡尔曼滤波器是具有位置·速度·加速度推定部43和预测部44的系统。作为预见信息42，在预测部44中预先给出XY工作台4的状态方程式等。利用该方程式对位置、速度、加速度进行预测。将利用预测部44预测的位置信息和实际测量的XY工作台的位置信息输入到位置·速度·加速度推定部43，根据预测的位置和测量位置推定位置、速度、加速度。对获得的加速度信息乘以常数要素35(K_a)以及延迟要素36(Z^-k)，求出校正量，这一点与实施方式1相同。

在本实施方式5中，例如，如果作为预见信息42而给出XY工作台4的工作台位置信息和XY工作台4的状态方程式，则能够利用卡尔曼滤波器等的位置·速度·加速度推定部43和预测部44算出加速度。在XY工作台4的位置信息中含有噪声等的情况下，如果对位置信息进行二阶微分，则有时因数据振荡而难以求出加速度信息。然而，通过利用该方法，作为预见信息42而获知XY工作台4的动作，如果该预见信息42正确，则通过根据观测信息(XY工作台4的位置信息)和预见信息42推定加速度，起到对通过二阶微分求解加速度时所产生的数据振荡进行抑制的效果。另外，在利用微分的方法中，如果在利用移动平均滤波器等使位置信息平滑化之后再进行微分，则存在产生延迟的问题，与此相对，在上述方法中，由于利用预见信息42，因此还能够期待降低延迟的效果。

实施方式6.

另外，可以不根据位置信息进行计算而获得XY工作台4的加速度信息，如图9所示，可以将加速度传感器66a、66b粘贴于XY工作台4而直接测量加速度信息。在本实施方式6中，具有如下效果，即，将加速度传感器66a、66b粘贴于XY工作台4本身，直接测量加速度，由此能够无延迟地获取加速度信息，能够抑制在图4或图8的结构的情况下发生的、在推定部分、低通滤波器中产生的延迟。图9中示出表示激光加工装置202的结构的框图，其中，该激光加工装置202具备使用加速度传感器66a、66b的情况下的控制系统。与实施方式1(图4)以及实施方式5(图8)不同，无需根据位置信息算出加速度，因此，X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23只要具备常数要素35(K_a)以及延迟要素36(Z^-k)即可。

实施方式7.

另外，X轴变形补偿处理部17以及Y轴变形补偿处理部23，可以根据XY工作台4的位置信息而使常数要素(K_a)35(补偿参数)可变。例如，在示出上部工作台73向X轴的﹣(负)方向移动时的XY工作台4的主视图的图10中，X轴可动部72a的位置变化为偏离中心的位置。在该状态下，如果工作台在Y方向上进行加减速，则能够想到会产生图2的状态下未发生的XY工作台4的偏转等，需要使常数要素(K_a)35变化，对XY工作台4的变形进行补偿。对根据上部工作台73的位置X、Y确定常数要素(K_a)35的参数工作台进行设定，无论上部工作台73处于任何位置，通过适当地对XY工作台4的变形进行补偿，能够获得进一步降低激光加工位置和目标位置的误差的效果。即，由于加减速时的二维驱动部的机械变形量因二维驱动部(XY工作台4)的位置而不同，因此，通过对根据二维驱动部的位置而确定变形补偿处理部的补偿参数(K_a)的补偿参数工作台进行设定，能够与条件相应地降低由变形引起的位置偏移。

实施方式8.

可以不利用来自传感器的位置信息，而是利用XY工作台4的指令信息求出XY工作台4的加速度信息。作为一种方法，能够根据XY工作台4的位置指令算出加速度指令，通过考虑驱动系统的延迟而求出XY工作台4的加速度。图11中以框图的方式示出根据位置指令求出XY工作台4的加速度的激光加工装置203的结构。来自工作台X轴位置指令生成部8的输出是X方向的位置指令，将该信号输入到X轴变形补偿处理部17。在X轴变形补偿处理部17中对位置信息进行二阶微分，由此生成加速度指令，通过乘以常数和延迟要素，作为X轴变形补偿处理部17的输出，算出校正量。不仅是X轴，对于Y轴也一样，将工作台Y轴位置指令生成部10的输出输入到Y轴变形补偿处理部23，求出校正量。

实施方式9.

考虑具有主视图(图12)、侧视图(图13)所示那样的构造的XY工作台4。在基台75上以与Y轴平行的方式设置直线运动引导件76a、76b，鞍状部77能够沿直线运动引导件76a、76b在Y方向上移动。图14中示出从上方观察直线运动引导件76a、76b的构造的俯视图。直线运动引导件76a由导轨78a和2个引导块79a1、79a2构成。直线运动引导件76b由导轨78b和2个引导块79b1、79b2构成。引导块79a1、79a2、79b1、79b2固定于鞍状部77，形成为沿导轨78a、78b移动的构造。因此，由4个引导块从鞍状部77支撑上方部分的重量。在鞍状部77上，直线运动引导件76c、76d以与X轴平行的方式设置，上部工作台73能够沿直线运动引导件76c、76d在X方向上移动。对于XY工作台4的驱动机构，利用伺服电动机70a使滚珠丝杠71a旋转，通过对可动部72a进行驱动，能够使上部工作台73在X方向上移动。另外，利用伺服电动机70b使滚珠丝杠71b旋转，通过对可动部72b进行驱动，能够使上部工作台73在Y方向上移动。在伺服电动机70a、70b分别安装有编码器74a、74b。对XY工作台4的位置进行测量的线性编码器6a、6b分别安装于可动部72a、72b的位置。因此，并非利用线性编码器6a、6b直接对上部工作台73的位置进行测量。

考虑XY工作台在Y方向进行加减速的情况。此时，如果设定比鞍状部77靠上的部分的质量M₁和加速度a，则由以下公式表示惯性力F_y1。

F_y1＝﹣M₁a…(7)

静止时，比鞍状部77靠上的部分的重量均匀地施加于引导块79a1、79a2、79b1、79b2，对各引导块分别在铅直方向上施加有M₁g/4的重量。此处，g为重力加速度。与此相对，加减速时，由于惯性力发挥作用而保持力矩的平衡，施加于各引导块的铅直方向上的力的平衡发生变化。在图15所示的XY工作台4的侧视图中示出了加速时作用的力，考虑力矩的平衡。将每1个引导块的载荷设为R，将惯性力设为M₁a，将引导块间距离设为L，将以直线运动引导件76a、76b为基准的比鞍状部77靠上的部分的重心高度设为H₁。根据力矩的平衡，由以下公式来表示引导块因惯性力而受到的载荷R。

R＝M₁aH₁/2L…(8)

如果与静止时所施加的重量相加，则施加于引导块79a1、79b1的载荷F₁、施加于引导块79a2、79b2的载荷F₂如下。

F₁＝Mg/4+M₁aH₁/2L…(9)

F₂＝Mg/4－M₁aH₁/2L…(10)

加减速时，如公式(9)、(10)那样，形成为载荷因引导块的位置的不同而不同的状态，与载荷相应地，导轨78a、78b产生变形。如果将引导块79a1、79b1的位置处的导轨的铅直方向变形量设为δab1，将引导块79a2、79b2的位置处的导轨的铅直方向变形量设为δ_ab2，则在加减速时δ_ab1与δ_ab2不同，因此，XY工作台4的比鞍状部77靠上的部分如图16那样以θ倾斜。将该变形(旋转)称为倾斜。此处，由以下公式来表示倾斜度θ。

tanθ＝(δ_ab1－δ_ab2)/L…(11)

如果将从线性编码器6b至上部工作台73的高度设为H，则由以下公式来表示倾斜导致的上部工作台在Y方向上的位置偏移ΔY₁。

ΔY₁＝Htanθ…(12)

此处，倾斜导致的上部工作台的位置偏移ΔY₁是倾斜角θ和高度H的函数。高度H为常数，倾斜角θ成为公式(11)那样的导轨的变形量的函数。导轨的变形量由导轨刚性和施加于引导块的载荷确定。由于引导块的载荷如公式(9)、(10)那样由惯性力和自重确定，因此，结果是，倾斜导致的上部工作台的位置偏移ΔY₁成为加速度a的函数。因此，将与倾斜对应的校正量确定为加速度a的函数。此处，虽然举出在Y方向上加速的情况为例进行了说明，但是，在X方向上也产生同样的现象，在X方向上进行加减速的情况下，比上部工作台靠上的部分因倾斜而旋转。因此，在X方向上也产生与X方向上的加速度成正比的位置偏移。

在XY工作台4进行加减速的情况下，不仅产生倾斜，鞍状部77、上部工作台73等的XY工作台4的构造部件本身还因惯性力而产生变形。将该变形成为剪切变形。图17中示出XY工作台4在Y方向上进行加减速时的剪切变形的情况。在进行加减速的情况下，如公式(7)那样施加有惯性力，因此，在作用有惯性力的方向上产生变形。由于该变形为弹性变形，因此变形量与惯性力成正比，如果未作用有惯性力，则变形量变为0。由于剪切变形因惯性力而产生，因此，剪切变形导致的Y方向上的位置偏移ΔY₂成为加速度的函数。

ΔY₂＝Ga…(13)

此处，G为与机械刚性相当的比例常数。另外，在X方向上也因与Y方向相同的原理而出现剪切变形，因此，在X方向也产生与加速度成正比的位置偏移。

图18中示出XY工作台4的加减速时引起倾斜和剪切变形的情况下的激光加工装置204的控制系统的结构。此时，变形补偿处理部由倾斜补偿处理部和剪切变形补偿处理部构成。由于在X方向、Y方向上分别对变形进行补偿，因此，具备X轴倾斜补偿处理部110、Y轴倾斜补偿处理部111、X轴剪切变形补偿处理部112、Y轴剪切变形补偿处理部113。XY工作台的位置信息输入到各变形补偿处理部，对加速度进行计算，并乘以常数、延迟要素等，由此确定校正量。虽然图18中假定同时引起倾斜和剪切变形，但是，即使在只有倾斜变形的情况下或者只有剪切变形的情况下，变形补偿处理也有效。

实施方式10.

对于具有与实施方式9相同的构造的XY工作台4，考虑在如图19那样上部工作台73的位置未处于加工机中央而是处于偏离中央的位置的情况下，XY工作台4在Y方向上以加速度a进行加速。与实施方式9相同，在该情况下也产生倾斜和剪切变形。进而，因上部工作台位置的偏移，产生绕与X轴及Y轴垂直的Z轴的旋转即偏转。图20中对此时所产生的力进行了图示。如果将上部工作台73、可动部72a和工件3的质量之和设为M₂，则在加速时相对于中心偏移X_c的位置，产生由公式(14)表示的惯性力F_y2。

F_y2＝﹣M₂a…(14)

由于因该惯性力而产生绕Z轴的力矩，因此，为了将其抵消，在引导块79a1、79a2、79b1、79b2上产生R₂这样的反作用力。从引导块传递到导轨78a、78b的水平方向的反作用力R₂，根据力矩平衡而由以下公式表示。

R₂＝M₂aX_c/2L…(15)

由于水平方向的反作用力R₂，在各引导块的位置，导轨在水平方向上以δ_R2进行变形。由此，如图21那样，产生绕Z轴的旋转即偏转，比鞍状部靠上的部分相对于原位置以进行旋转。此处，由以下公式表示旋转角

旋转中心为加工机的中心，如果将从加工机中心至上部工作台中心的距离设为X_c，则偏转导致的、上部工作台中心位置在Y轴方向的位置偏移δ_c由以下公式表示。

如果将以上部工作台中心为基准的加工位置的X坐标设为X_p，则加工机中心基准的加工位置的X坐标变为X_c+X_p，加工位置处偏转导致的Y方向上的位置偏移ΔY₃由以下公式表示。

偏转导致的Y方向位置偏移ΔY₃，成为上部工作台位置X_c、加工位置X_p、偏转角度的函数。偏转角度取决于导轨78a、78b的变形量，导轨78a、78b的变形量取决于惯性力F_y2。因此，偏转导致的位置偏移成为加速度a、上部工作台位置X_c以及加工位置X_p的函数。图22中以框图的方式示出激光加工装置205的结构，其中，该激光加工装置205包含以偏转导致的位置偏移为校正量的Y轴偏转补偿处理部114。将XY工作台4的X轴、Y轴的位置信息和扫描器X轴位置指令输入到Y轴偏转补偿处理部114，对校正量进行计算。根据XY工作台4的Y轴位置信息求出加速度信息，根据加速度信息并利用公式(16)求出偏转角根据加工机的X轴位置信息和扫描器X轴位置指令求出以加工机中心为基准的加工位置的X坐标，根据公式(18)求出加工位置处偏转导致的Y方向上的位置偏移，并将其作为Y轴偏转补偿处理部114的输出。

实施方式11.

虽然在实施方式10中线性编码器6b(测量器)配置于加工机中心，但是，线性编码器可以如图23那样配置为偏离中心。在产生偏转的情况下，在加工机中心不会引起位置偏移，但是，在其它点会产生位置偏移。因此，如果将线性编码器6b距加工机中心的距离设为X_e，将偏转角设为则线性编码器6b的位置处的位置偏移δ_e由以下公式表示。

因此，利用线性编码器6b测量的位置信息也因偏转而变化，Y轴偏转补偿处理部114中的校正量因线性编码器6b的配置而不同。此时，根据加工位置的Y方向位置偏移和线性编码器6b的位置处的位置偏移，校正量ΔY₄由以下公式表示。

在将线性编码器6b配置于任意场所的情况下，需要将由公式(20)求出的值作为Y轴偏转补偿处理部114的输出而给出。不过，由于线性编码器6b的位置固定，因此，X_e为常数。

实施方式12.

由于电控扫描器以X方向用和Y方向用的2个为1组而对1点进行加工，因此，激光加工装置的加工头构成为以2个电控扫描器2为1组。对于实施方式11之前的激光加工装置，利用加工头为1个的激光加工装置进行了说明。激光加工装置中还存在具有多个加工头，且对多个点同时进行加工的装置。例如，如图24那样，由于对在上部工作台73R(上部工作台73的右侧)、73L(上部工作台73的左侧)配置的工件3的右半部分和左半部分分别同时进行加工，因此，考虑具有2个加工头的激光扫描装置80a、80b的情况。激光扫描装置80a、80b为了进行定位，分别具备上述控制装置102，根据从各控制装置传送的指令进行驱动。通过形成为这种构造，能够对2点同时进行加工，有望提高生产率。

然而，如果产生实施方式10中所述的偏转导致的位置偏移，则能够想到偏转导致的位置偏移量会在上部工作台左侧73L和上部工作台右侧73R不同。如果以上部工作台73的中心为基准，将在上部工作台左侧73L以及上部工作台右侧73R的加工位置分别设为X_pl以及X_pr，则各加工位置处的偏转导致的位置偏移ΔY₅、ΔY₆由以下公式表示。

根据(21)、(22)，偏转导致的位置偏移因加工位置而不同，针对偏转的校正量因加工位置而不同。因此，在具有多个加工头的激光加工装置的情况下，需要设定因各加工头的加工位置而不同的校正量。因此，变形补偿处理部根据各加工头的加工位置对校正量进行计算，针对各加工头利用不同的校正量生成指令位置，由此能够降低各加工点的指令位置和激光照射位置的位置偏移。

并且，本发明申请不限定于上述实施方式，在实施阶段，能够在不脱离其主旨的范围进行各种变形。另外，上述实施方式中包含各阶段的发明，通过公开的多个技术特征的适当的组合，能够获得各种发明。例如，在即使从上述实施方式所示的所有技术特征中删除几个技术特征，也能够解决发明所要解决的课题一栏所述的课题，并获得发明效果一栏所述的效果的情况下，能够获得将这些技术特征删除而构成的发明。并且，可以将不同的实施方式中的构成要素适当地组合。

工业实用性

如上，本发明对于具备激光扫描装置、以及使激光扫描装置和工件的相对位置变化的二维驱动装置的激光加工装置有效，特别是能够降低与二维驱动装置的变形相伴的、激光照射位置和加工指令位置之间的偏移。

标号的说明

1激光束，1a、1b激光束，2a电控扫描器(X轴方向用)，2b电控扫描器(Y轴方向用)，3工件，4 XY工作台，5a电控编码器(X轴)，5b电控编码器(Y轴)，6a线性编码器(X轴)，6b线性编码器(Y轴)，8工作台X轴位置指令生成部，9工作台X轴控制部，10工作台Y轴位置指令生成部，11工作台Y轴控制部，14扫描器X轴位置指令生成部，15扫描器Y轴位置指令生成部，16 X轴延迟补偿处理部，17 X轴变形补偿处理部，18加法器，19减法器，30减法器，20 X轴旋转角指令生成部，21 X轴旋转角控制部，22 Y轴延迟补偿处理部，23 Y轴变形补偿处理部，24加法器，25减法器，26 Y轴旋转角指令生成部，27 Y轴旋转角控制部，32校正系数，33低通滤波器，34二阶微分运算部，35常数要素(K_a)，29、36、50延迟要素(Z^﹣k)，42预见信息，43位置·速度·加速度推定部，44预测部，51延迟要素(Z^﹣(k+1))，52、53减法器，54常数要素(K₁)，55常数要素(1－K₁)，56加法器，57加法器，60加工计划处理部，61振荡器控制装置，62激光振荡器，63 fθ透镜，63a、63b fθ透镜，64a反射镜(X轴)，64b反射镜(Y轴)，65a、65b角度-位置变换，66a、66b加速度传感器，70a、70b伺服电动机，71a、71b滚珠丝杠，72a、72b可动部，73上部工作台，73R上部工作台右侧，73L上部工作台左侧，74a、74b编码器，75基台，76a、76b Y方向直线运动引导件，76c、76d X方向直线运动引导件，77鞍状部，78a、78b导轨，79a1、79a2、79b1、79b2引导块，80a、80b激光扫描装置，90、91、92加法器，100 X轴位置偏移补偿处理部，101 Y轴位置偏移补偿处理部，102控制装置，103电控扫描器控制处理部，104 XY工作台控制处理部，110 X轴倾斜补偿处理部，111 Y轴倾斜补偿处理部，112 X轴剪切变形补偿处理部，113Y轴剪切变形补偿处理部，114 Y轴偏转补偿处理部，200、201、202、203、204、205激光加工装置。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

二维驱动部，其用于搭载工件，且在二维方向上移动；

激光扫描部，其对所述工件照射激光束并在二维方向上进行扫描；

延迟补偿处理部，其利用所述二维驱动部的位置，求出所述激光扫描部的加减速控制中的延迟时间之后的所述二维驱动部的预测位置；以及

变形补偿处理部，其利用所述二维驱动部的加速度，求出对测量器和上部工作台的相对位置的偏移进行校正的校正量，其中，所述测量器测量所述二维驱动部的位置，所述上部工作台用于搭载工件，

利用所述预测位置以及所述校正量，对针对所述激光扫描部的位置指令进行校正，对所述激光扫描部进行驱动控制。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述变形补偿处理部中，利用所述加速度求出对所述相对位置的偏移进行校正的校正量，对针对所述激光扫描部的位置指令进行校正，其中，所述相对位置的偏移是由于所述二维驱动部的倾斜、剪切变形或偏转的机械变形而产生的，或者是由于所述倾斜、剪切变形以及偏转中的至少二个的组合的机械变形而产生的。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述变形补偿处理部中，不仅利用所述加速度，还利用从所述二维驱动部的测量器得到的测量位置和加工位置，求出对因偏转引起的所述相对位置的偏移进行校正的校正量，对针对所述激光扫描部的位置指令进行校正。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

所述变形补偿处理部根据设置在所述二维驱动部上的线性编码器的测量位置、加速度传感器的测量加速度、所述二维驱动部的位置指令或者所述二维驱动部的伺服电动机的旋转角度，求出所述二维驱动部的加速度，利用所述加速度求出所述校正量。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述变形补偿处理部中，使与所述二维驱动部的位置成正比的补偿参数与所述加速度相乘而求出所述校正量。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述变形补偿处理部中，使与测量器的配置位置成正比的补偿参数与所述加速度相乘而求出所述校正量，其中，所述测量器对所述二维驱动部的位置进行测量。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述二维驱动部进行移动的二个独立的方向中的每一个方向上，分别具备所述延迟补偿处理部、所述变形补偿处理部。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述激光扫描部进行扫描的二个独立的方向中的每一个方向上，对所述激光扫描部分别独立地进行驱动控制。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

具有多个加工头，利用每个所述加工头的加工位置、由测量器测量的所述二维驱动部的位置以及所述二维驱动部的加速度，由所述变形补偿处理部针对每个所述加工头计算对所述相对位置的偏移进行校正的校正量，针对每个所述加工头，对针对所述激光扫描部的位置指令进行校对，对所述激光扫描部进行驱动控制。

10.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

二维驱动部，其用于搭载工件，且在二维方向上移动；

激光扫描部，其对所述工件照射激光束并在二维方向上进行扫描；

延迟补偿处理部，其利用所述二维驱动部的位置，根据线性的预测公式求出所述激光扫描部的加减速控制中的延迟时间之后的所述二维驱动部的预测位置；以及

变形补偿处理部，其利用所述二维驱动部的加速度，求出对在所述二维驱动部进行加减速的情况下所产生的所述二维驱动部的实际位置和所述预测位置的偏移进行校正的校正量，

利用所述预测位置以及所述校正量，对针对所述激光扫描部的位置指令进行校正，对所述激光扫描部进行驱动控制。