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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters für ein Galvano-Scannersystem, in dem ein sichtbarer Laserstrahl über jeden Positionierungspunkt auf einer Fläche eines Werkstücks bewegt wird, und dadurch ein Antriebsmuster zum Bewegen eines Hauptlaserstrahls erzeugt wird.
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Stand der Technik
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Ein Galvano-Scannersystem wird benutzt, um einen Laserstrahl in einer Laserbearbeitungsvorrichtung oder einer ähnlichen Vorrichtung gemäß einem vorgegebenen Antriebsmuster zu bewegen. In einer Lasermarkierungsvorrichtung ist z. B. ein Galvano-Scannersystem (Galvano-Abtastsystem) vorgesehen, das einen X-Achsen-Galvanoscanner und einen Y-Achsen-Galvanoscanner aufweist, und ein Laserstrahl, der von einer Laserstrahlquelle ausgestrahlt wird, wird durch die Scanner zweidimensional gemäß einem vorgegebenen Antriebsmuster über eine Fläche eines Werkstücks bewegt und eine vorgegebene Markierung wird auf die Fläche des Werkstücks aufgebracht.
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Ein Antriebsmustereingangsbefehl für ein konventionelles Galvano-Scannersystem wird durch Eingeben, in einer Art, die ähnlich einem Ablaufdiagramm ist, von Koordinatendaten, welche mehrere Positionierungspunkte zum Definieren eines Antriebsmusters repräsentieren, einer Abfolge von jedem der Positionierungspunkte und der Bewegungsgeschwindigkeit zwischen jedem der Positionierungspunkte unter Benutzung eines höherrangigen Gerätes, das mit einem PC zum Steuern des Galvano-Scannersystems augestattet ist, erzeugt; dann wird eine große Menge an Informationen, die zuvor zusammengestellt worden sind, einschließlich des Abstandes zur Fläche des Werkstücks, Daten zum Korrigieren einer Verzerrung durch ein optisches System und Ansprechverhalten des Galvano-Scanners hinzugefügt. Daher ist es notwendig, eine große Menge an Informationen einzugeben und die Informationen vorher zusammenzustellen, um ein Antriebsmustereingangsbefehl zu erzeugen. Das Erzeugen eines Antriebsmustereingangsbefehls ist daher zeitaufwändig und erfordert eine gewisse Menge an Vorbereitungszeit und Fachwissen.
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Die
JP 2003 220 485 A offenbart eine Lasermarkierungsvorrichtung mit einer Funktion des Projizierens eines Führungsbildes auf ein Werkstück über einen Galvano-Spiegel unter Benutzung eines Laserstrahls, wobei das Führungsbild dem gewünschten Druckmuster folgt. In der Lasermarkierungsvorrichtung wird bewirkt, dass der Galvano-Spiegel sich entsprechend derselben Koordinatendaten bewegt, wie sie während des Druckvorgangs benutzt worden sind, dadurch wird ein Strahlpunkt des Führungslaserstrahls über das Werkstück bewegt und das Druckmusterführungsbild wird auf eine Fläche des Werksstücks projiziert. Dadurch wird ein Fehler zwischen einer Position der Führungsbildprojektion und einer gewünschten Position auf dem Werkstück identifiziert, dies macht es möglich eine Korrektur der Druckposition vorzunehmen, bevor das Drucken beginnt. Daher besteht im Gegensatz zu dem Fall, in dem das wirkliche Drucken auf einem Werkstück vorgenommen wird und eine Druckkorrektur vorgenommen wird, kein Bedürfnis, ein Testwerkstück bereitzustellen und eine Korrektur der Druckposition kann relativ leicht durchgeführt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters für ein Galvano-Scannersystem vorzuschlagen, wobei eine Fläche eines Werkstücks unter Benutzung eines sichtbaren Laserstrahls (d. h. eines Führungslaserstrahls) abgetastet wird, und dadurch mit Leichtigkeit ein Antriebsmuster zum Bewegen eines Hauptlaserstrahls, wie z. B. eines Laserstrahls zum Markieren, erzeugt wird.
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JP 2005 262 311 A offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem ersten Bearbeitungslaser, einem roten Halbleiterführungslaser, einer Ablenkeinheit mit Servomotoren und Rotationskodieren, welche die Rotationspositionen der Servomotoren detektieren, einem Mittel zum Bewegen des Laserstrahls, um die Bearbeitungsschritte zu lehren, einem Mittel, um die Informationen über die Winkel jedes Servomotors an einer Vielzahl von Punkten und Interpolationsinformationen zwischen diesen Punkten zu speichern, und einem Mittel zum Antreiben der Servomotoren, damit diese mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vorgegebene Winkel einnehmen, um ein Werkstück mit dem Laserstrahl zu bearbeiten.
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JP H11 254 172 A offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Laser, einer Linse mit einer Linsenaustauschvorrichtung, um eine Linse auszuwählen und zwischen einem X-Y-Galvanometer und einem Werkstück in eine optische Achse eines Laserstrahls zu positionieren, und einem ebenen Spiegel, der in dem optischem Weg angebracht ist. Ein Laserstrahl wird von dem X-Y-Galvanometer abgelenkt, durch die Linse fokussiert und auf das Werkstücke strahlt. Für Laserbearbeitung wird eine Germaniumlinse ausgewählt und in die optische Achse bewegt, wobei der ebene Spiegel aus dem optischen Pfad entfernt wird. Ein Laserstrahl wird von dem X-Y-Galvanometer abgelenkt, durch die Germaniumlinse fokussiert und auf das Werkstück gestrahlt.
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JP 2004 195 473 A offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Laserbearbeitungsverfahren, wobei ein Werkstück mittels eines Galvanoscanners und einer Linse mit Laserstrahlen bestrahlt wird. Das Verfahren umfasst einen Bestrahlungsschritt, in dem Laserstrahlen auf mehrere Referenzpositionen gestrahlt werden, einen Fehlermessschritt zum Messens des Fehlers zwischen dem im Bestrahlungsschritt erhaltenen Bestrahlungspunkten und Referenzbestrahlungspunkten, und einem Korrekturschritt des Korrigierens der Zeitpunkte des Ausstrahlens der Laserstrahlen aufgrund Lage der im Fehlermessschritt gemessenen Fehler.
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JP H10-301 052 A offenbart ein Verfahren des Korrigierens einer Laserbearbeitungsposition den einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Testbearbeitung und Feststellen von Positionsabweichungen der Bearbeitungspunkte, Vergleichen der Abweichungen mit berechneten Punkten, Erstellen von Zwischenpunkten und Erzeugen von Korrekturdaten unter Verbindung der berechneten Zwischenpunkte.
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Mittel, die benutzt werden, um die zuvor genannten Aufgaben zu lösen
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Um die zuvor genannten Aufgaben zu lösen, umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters für ein Galvano-Scannersystem, das einen Galvano-Scanner, der in der Lage ist, einen Hauptlaserstrahl und einen sichtbaren Laserstrahl in eine vorgegebene Richtung zu bewegen, einen Scannerantrieb zum Antreiben des Galvano-Scanners und eine Steuerung zum Steuern des Scannerantriebs aufweist, wobei das Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters für ein Galvano-Scannersystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es einschließt:
Bereitstellen eines Master-Werkstücks, auf dessen Oberfläche mehrere Positionierungspunkte zum Definieren einer Abtasttrajektorie, welcher der Hauptlaserstrahl folgt, sichtbar sind;
für jeden der Positionierungspunkte sequenzielles Durchführen eines Lernvorgangs, in dem der sichtbare Laserstrahl auf die Oberfläche des Master-Werkstücks gestrahlt wird, der Galvano-Scanner im manuellen Betrieb durch den Scannerantrieb betrieben wird, eine Strahlposition des sichtbaren Laserstrahls auf der Oberfläche durch visuelle Beobachtung auf einen der Positionierungspunkte ausgerichtet wird, Positionsinformation des ausgerichteten Galvano-Scanners von einem Positionssensor, der an dem Galvano-Scanner angebracht ist, erhalten wird, und die Positionsinformation aufgezeichnet wird;
Anwenden der Positionsinformation, die für jeden der Positionierungspunkte in einer Sequenz, in der jede Positionsinformation erhalten worden ist, erhalten worden ist, und Bestimmen einer Trajektorie, durch die sich der sichtbare Laserstrahl bewegt;
individuelles oder globales Setzen einer Bewegungsdauer innerhalb jedes Bereichs der Bewegung der Bewegungstrajektorie;
Setzen des Hauptlaserstrahls in einen Ein-/Aus-Zustand an jeder Bewegungsposition auf der Bewegungstrajektorie; und
Erzeugen eines Eingangsbefehls für ein Muster zum Antreiben des Hauptlaserstrahls basierend auf der Bewegungstrajektorie, der Bewegungsdauer und der Information, die sich auf den Ein-/Aus-Zustand des Hauptlaserstrahls bezieht.
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In der vorliegenden Erfindung wird der sichtbare Laserstrahl, der von dem Galvano-Scannersystem bewegt wird, auf die Oberfläche des Master-Werkstücks gestrahlt und die Positionsinformation des Galvano-Scannersystems wird an einer Position aufgezeichnet, an der ein Positionierungspunkt und ein Strahlpunkt des sichtbaren Laserstrahls übereinstimmen. Währenddessen wird der Betrieb des Galvano-Scannersystems durch die Steuerung in einem Lernbetrieb durchgeführt und erfordert es daher nicht, dass zuvor ein Antriebsmuster eingegeben wird. Das Ausrichten des Strahlpunktes des sichtbaren Laserstrahls wird so oft wie notwendig wiederholt, und die Position und die Abfolge jedes der Positionierungspunkte werden aufgezeichnet. Die so erhaltene Positionierungsinformation enthält den Effekt einer Verzerrung durch ein optisches System. Daher sind Fehler, die die ihren Ursprung in Fehlern des optischen Systems haben, einschließlich Fokus-(Kissenverzerrungsfehler) und Anschluss-, Skalen- und Offset-Fehler und andere Gründe für Fehler bereits aus dem Eingangsbefehl für ein Antriebsmuster, das gemäß der erhaltenen Positionierungsinformation erzeugt worden ist, entfernt. Auch besteht keine Notwendigkeit, einen Abstand zur Fläche des Werkstücks einzugeben. Es kann daher mit Leichtigkeit ein Eingangsbefehl für ein Antriebsmuster erzeugt werden, aus dem die Fehlerbestandteile entfernt sind.
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Für Anwendungen, die keine hohe Empfindlichkeit und hohe Positionierungsgenauigkeit erfordern, kann die Geschwindigkeit des Hauptlaserstrahls konstant gehalten werden, um ein Antriebsmuster für ein Galvano-Scannersystem zu erzeugen, ohne dass die Notwendigkeit für einen Betrieb entsteht, in dem ein numerischer Wert eingegeben und die Bewegungsgeschwindigkeit festgelegt wird. Andererseits kann zur Benutzung in der Laserverarbeitung und anderen Anwendungen, bei denen eine hohe Positionierungsgenauigkeit erforderlich ist, ein Vorgang des Setzens der Bewegungsgeschwindigkeit durch Eingeben eines numerischen Wertes durchgeführt werden.
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Um den Hauptlaserstrahl zweidimensional über die Arbeitsfläche zu bewegen, hat das Galvano-Scannersystem im Allgemeinen einen X-Achsen-Galvanoscanner und einen Y-Achsen-Galvanoscanner, von denen jeder in der Lage ist, den Hauptlaserstrahl und den sichtbaren Laserstrahl jeweils in Richtung einer X-Achse und einer Y-Achse zu bewegen; einen X-Achsen-Scannerantrieb, um den X-Achsen-Galvanoscanner anzutreiben; einen Y-Achsen-Scannerantrieb, um den Y-Achsen-Galvanoscanner anzutreiben; und eine Steuerung, um den X-Achsen-Scannerantrieb und den Y-Achsen-Scannerantrieb zu steuern.
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In diesem Fall kann ein Antriebsmuster auch auf eine ähnliche Weise erzeugt werden. Zunächst wird ein Master-Werkstück, auf dessen Oberfläche mehrere Positionierungspunkte sichtbar sind, um eine Bewegungstrajektorie des Hauptlaserstrahls zu definieren, zur Verfügung gestellt. Als Nächstes wird ein Positionierungspunktlernvorgang durchgeführt, bei dem der sichtbare Laserstrahl auf die Oberfläche des Master-Werkstücks gestrahlt wird, der X-Achsen-Galvanoscanner und der Y-Achsen-Galvanoscanner durch manuelles Betreiben des X-Achsen-Scannerantriebs und des Y-Achsen-Scannerantriebs betrieben werden, um durch visuelles Beobachten die Position der Strahlung des sichtbaren Laserstrahls auf der Oberfläche auf einen der Positionierungspunkte auszurichten, X-Achsen-Positionierungsinformation und Y-Achsen-Positionierungsinformation des X-Achsen-Galvanoscanners und des Y-Achsen-Galvanoscanners im ausgerichteten Zustand jeweils von einem X-Achsen-Positionssensor und einem Y-Achsen-Positionssensor, die jeweils an dem X-Achsen-Galvanoscanner und dem Y-Achsen-Galvanoscanner angebracht sind, erhalten werden und die Positionierungsinformation aufgezeichnet wird. Die X-Achsen-Positionierungsinformation und die Y-Achsen-Positionierungsinformation, die für jeden der Positionierungspunkte erhalten worden ist, werden in X-Y-Koordinaten in einer Sequenz angewandt, in der jede der Arten von Positionierungsinformationen erhalten wird, eine Bewegungstrajektorie des sichtbaren Laserstrahls wird bestimmt; eine Bewegungsdauer innerhalb jedes Bereichs der Bewegung der Bewegungstrajektorie wird individuell oder global festgelegt und ein Ein-/Aus-Zustand des Hauptlaserstrahls an jeder Bewegungsposition auf der Bewegungstrajektorie wird festgelegt. Dann wird basierend auf der Bewegungstrajektorie, der Bewegungsdauer und der Ein-/Aus-Zustandsinformation ein Eingangskommando für ein Muster zum Antreiben des Hauptlaserstrahls festgelegt.
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Weiter ist das Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters für ein Galvano-Scannersystem gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es einschließt:
Bestimmen einer Differenz zwischen Designkoordinaten, die jeden der Positionierungspunkte repräsentieren, welche die Abtasttrajektorie definieren, der der Hauptlaserstrahl folgt, und Messkoordinaten, die jeden der Positionierungspunkte repräsentieren, die durch den Lernbetrieb erhalten worden sind;
basierend auf der Differenz Berechnen einer Korrekturtabelle oder einer Korrekturformel, welche einen Fehlerkorrekturwert für jede der Designkoordinatenpositionen repräsentiert;
Durchführen einer Korrektur unter Benutzung der Korrekturtabelle oder der Korrekturformel der Designkoordinaten, um den Hauptlaserstrahl auf einen vorgegebenen Positionierungspunkt auszurichten; und
Erzeugen eines Antriebseingangsbefehls, welcher den Koordinaten nach der Korrektur entspricht.
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In der vorliegenden Erfindung wird der Lernvorgang unter Benutzung des Master-Werkstücks vorgenommen, um die Korrekturtabelle oder die Korrekturformel zu erhalten, die benutzt wird, um eine Korrektur eines Anordnungseingangswertes zum Antreiben durchzuführen, und ein Fehler wird beseitigt. Daher ist es in einem Fall, in dem das Bewegen des Laserstrahls über verschiedene Werkstücke durchgeführt wird, möglich, das Ärgernis des wiederholten Durchführens des Lernvorgangs zu vermeiden, beispielsweise wenn der Laserstrahl gemäß einem anderen Antriebsmuster bewegt wird. In einem Fall, in dem die Verzerrung durch das optische System komplex ist, z. B. in einem Fall, in dem viele Fehlerursachen vorhanden sind, kann die Anzahl der über die Positionierungspunkte durchgeführten Lernschritte erhöht werden, um die Fehlerkorrektur des Anordnungseingangswertes mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
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Weiterhin ist das Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters für ein Galvano-Scannersystem gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es einschließt:
beim Bewegen des Hauptlasers an einen Positionierungsabschlusspunkt in jedem Bereich der Bewegung eines erzeugten Antriebsmusters Herausnehmen eines Bereichs der Bewegung, in dem es wahrscheinlich ist, dass ein Über-das-Ziel-Hinausschießen auftritt;
vor dem Positionierungsabschlusspunkt des herausgenommenen Bereiches der Bewegung Einfügen eines Bewegungshilfsbereichs, der mit einer Antriebsbedingung versehen ist, die ein Über-das-Ziel-Hinausschießen minimieren kann;
Bewirken, dass ein Endpunkt des Bewegungshilfsbereichs mit dem Positionierungsabschlusspunkt übereinstimmt; und
Benutzen eines angepassten Antriebsmusters nach dem Einfügen des Bewegungshilfsbereichs als Eingangsbefehl für den Hauptlaserstrahl.
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Das Antriebsmuster kann so angepasst werden, um ein Über-das-Ziel-Hinausschießen des Galvanoscanners am Positionierungsabschlusspunkt und die damit verbundene Vibration zu minimieren.
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Ergebnis der Erfindung
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Gemäß dem Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters für ein Galvano-Scannersystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein sichtbarer Laserstrahl entlang jedes der Positionierungspunkte bewegt, die auf der Oberfläche des Master-Werkstücks sichtbar sind, Positionsinformation des Galvanoscanners in einem Zustand, in dem er auf jeden der Positionierungspunkte ausgerichtet ist, wird erhalten und ein Antriebsmuster zum Bewegen des Hauptlaserstrahls wird basierend auf der Positionsinformation erzeugt. Daher ist es möglich, durch ein einfaches Verfahren in einer kurzen Zeitspanne ein Antriebsmuster zu erzeugen, aus dem Fehler, die sich aus einer Verzerrung des optischen Systems des Galvano-Scanners, dem Ansprechverhalten des Galvano-Scanners, dem Abstand zur Arbeitsfläche und anderen Fehlerursachen ergeben, entfernt werden, ohne einen Vorgang des Eingebens von Korrekturdaten oder ähnlichen Daten zum Entfernen der Effekte solcher Fehler durchzuführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein schematisches Galvanoscannersystem, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird;
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2 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Master-Werkstück zeigt;
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3(a) ist eine Tabelle die aufgezeichnete Daten zeigt, die durch einen Lernvorgang geladen worden sind;
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3(b) ist eine erläuternde Zeichnung, die eine angewendete Bewegungstrajektorie zeigt;
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4 ist eine Tabelle, die ein erzeugtes Antriebsmuster zeigt;
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5(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die eine X-Achsen-Bewegungstrajektorie des in 4 gezeigten Antriebsmusters zeigt;
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5(b) ist eine erläuternde Zeichnung, die eine Y-Achsen-Bewegungstrajektorie des gleichen Antriebsmusters zeigt;
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5(c) ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Antriebsmuster von Ein-/Aus-Zuständen des Lasers des gleichen Antriebsmusters zeigt;
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6 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Master-Werkstück zum Lesen eines Korrekturwertes zeigt, eine erläuternde Zeichnung, die einen Zustand zeigt, in dem ein rechtwinkliger Eingangsbefehl als Folge eines Fehlers verzerrt ist, ein Graph, der Koordinaten zeigt, welche durch den Lernvorgang erhalten worden sind, ein Graph, der Designkoordinatendaten zeigt, ein Graph, der einen berechneten Fehlerkorrekturwert zeigt, und eine erläuternde Zeichnung, die ein Rechteck zeigt, das ohne Verzerrung durch einen Eingangsbefehl, der den Fehler berücksichtigt, gebildet ist;
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7 ist ein Graph, der einen Antriebszustand, in dem kein Über-das-Ziel-Hinausschießen auftritt, und einen Antriebszustand, in dem Über-das-Ziel-Hinausschießen auftritt, zeigt;
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8 ist eine Tabelle, die ein Antriebsmuster zeigt, das einen Bereich der Bewegung enthält, in dem Über-das-Ziel-Hinausschießen auftritt, ein Graph, der das zugehörige X-Achsen-Antriebsmuster zeigt, und ein Graph, der das zugehörige Y-Achsen-Antriebsmuster zeigt; und
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9 ist eine Tabelle, die ein Antriebsmuster für einen Fall zeigt, in dem ein Bereich der Bewegung vor einem Positionierungsabschlusspunkt jedes Bereichs der Bewegung, in dem Über-das-Ziel-Hinausschießen auftritt, hinzugefügt ist, ein Graph, der ein zugehöriges X-Achsen-Antriebsmuster zeigt, und ein Graph, der ein zugehöriges Y-Achsen-Antriebsmuster zeigt.
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Beste Art und Weise, um die Erfindung auszuführen
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Ein Ausführungsbeispiel eines Galvano-Scannersystems, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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(1. Ausführungsbeispiel)
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1 ist ein schematisches Diagramm eines Galvano-Scannersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Galvano-Scannersystem 1 hat einen X-Achsen-Galvanoscanner 2, einen Y-Achsen-Galvanoscanner 3, einen X-Achsen-Scannertreiber 4 und einen Y-Achsen-Scannertreiber 5 zum Antreiben des Galvanoscanners, einen Befehlsgenerator 8, wobei der Befehlsgenerator 8 eine analoge Steuerung 6 hat, und einen Personalcomputer 7 oder ein ähnliches Gerät zum Steuern des X-Achsen- und des Y-Achsen-Scannertreibers 4, 5.
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Das Galvano-Scannersystem 1, das z. B. als Lasermarkierungsvorrichtung benutzt wird, weist eine Quelle 11 für einen Markierungslaserstrahl und eine Quelle 12 für einen sichtbaren Laserstrahl auf. Die Quelle 11 für den Markierungslaserstrahl wird durch einen Treiber 10 angetrieben, um einen Markierungslaserstrahl L(11) zu erzeugen, der über einen halbdurchlässigen Spiegel 13, der als Strahlwegkombinationselement benutzt wird, auf einen X-Achsen-Scannerspiegel 21 des X-Achsen-Galvanoscanners 2 gestrahlt wird. Der Markierungslaserstrahl L(11) wird von dem X-Achsen-Scannerspiegel 21 reflektiert und dann auf einen Y-Achsen-Scannerspiegel 31 des Y-Achsen-Galvanoscanners 3 gestrahlt. Nachdem er von dem Y-Achsen-Scannerspiegel 31 reflektiert worden ist, wird der markierende Laserstrahl L(11) durch eine fΘ-Linse 14 oder eine andere Sammellinse auf eine Oberfläche 16a eines Werkstücks 16, das auf einem Arbeitstisch 15 befestigt ist, gestrahlt. Ein sichtbarer Laserstrahl L(12), der von einer Quelle 12 für einen sichtbaren Laserstrahl ausgestrahlt worden ist, wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 13 in einem rechten Winkel reflektiert, dann durch einen Strahlweg, der identisch zu dem des markierenden Laserstrahls L(11) ist, geführt und auf die Oberfläche 16a des Werkstücks 16 gestrahlt.
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Ein Programm, das zum Erzeugen eines Befehls vorgesehen ist, ist auf dem Personalcomputer 7 des Befehlsgenerators 8 installiert, und ein digitaler Positionierungsbefehl für den X-Achsen- und den Y-Achsen-Scannertreiber 4, 5 wird der analogen Steuerung 6 zugeführt. Die analoge Steuerung 6 führt eine Digital-zu-Analog-Konvertierung durch, um den digitalen Positionierungsbefehl in eine Befehlsspannung umzuwandeln, welche einen analogen Positionierungsbefehl repräsentiert, und führt die Befehlsspannung dem X-Achsen- und dem Y-Achsen-Scannertreiber 4, 5 zu. Der X-Achsen- und der Y-Achsen-Scannertreiber 4, 5 erzeugen basierend auf der Befehlsspannung eine Scannerantriebsspannung, legen die Scannerantriebsspannung an die X-Achsen- und Y-Achsen-Galvanoscanner 2, 3 an und bewegen den X-Achsen- und den Y-Achsen-Galvanoscanner 2, 3 zu einer vorgegebenen Position. Ein Eingangssteuerteil 6a ist mit der Analogsteuerung 6 verbunden und ein Befehl zum Antreiben der X-Achsen- und Y-Achsen-Galvanoscanner 2, 3 kann manuell von dem Eingangssteuerbereich 6a aus eingegeben werden.
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Die X-Achsen- und Y-Achsen-Galvanoscanner 2, 3 sind jeweils z. B. mit einem Schrittrotationsmotor 20, 30 und einem X-Achsen- bzw. einem Y-Achsen-Scannerspiegel 21, 31 ausgestattet, die an der Motorrotationswelle 20a, 30a des jeweiligen Motors befestigt sind. Ein Positionssensor 22, 32 zum Erkennen der Rotationswinkelposition der Motorrotationswelle 20a, 30a ist jeweils an dem X-Achsen- und Y-Achsen-Galvanoscanner 2, 3 angebracht. Ein analoger Positionserkennungsausgangswert vom Positionssensor 22, 32 wird der Analogsteuerung 6 jeweils durch die X-Achsen- und Y-Achsen-Scannertreiber 4, 5 zugeführt. Die analoge Steuerung 6 führt eine Analog-zu-Digital-Konvertierung durch, um den analogen Positionserkennungsausgangswert in eine digitale Positionierungsinformation umzuwandeln. Die digitale Positionierungsinformation wird dem Personalcomputer 7 zugeführt. An den X-Achsen- und Y-Achsen-Galvanoscannern 2, 3 wird eine Rückkoppelungssteuerung gemäß einem Antriebsmuster, das zuvor basierend auf der Position von jedem der X-Achsen- und Y-Achsen-Galvanoscanner 2, 3 festgelegt und eingegeben worden ist, durchgeführt.
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(Antriebsmuster-Erzeugungssequenz)
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Eine Sequenz zum Erzeugen eines Musters zum Antreiben des markierenden Laserstrahls L(11) im Galvano-Scannersystem 1 wird nun beschrieben.
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Zuerst wird ein Master-Werkstück 17 zur Verfügung gestellt, das mehrere Positionierungspunkte hat, welche eine Abtasttraktorie des markierenden Laserstrahls L(11) definieren, wie z. B. die Positionierungspunkte P1 bis P14, die auf der Fläche 17a sichtbar sind, wie in 2 gezeigt. Das Master-Werkstück 17 ist auf dem Arbeitstisch 15 befestigt.
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Als Nächstes wird der Befehlsgenerator 8 in den Lernbetriebsmodus gebracht. Die Quelle 12 des sichtbaren Laserstrahls wird dabei angesteuert, der sichtbare Laserstrahl L(12) wird ausgestrahlt und der sichtbare Laserstrahl L(12) wird auf die Fläche 17a des Master-Werkstücks 17 gestrahlt. Ein Bediener steuert den X-Achsen-Galvanoscanner 2 und den Y-Achsen-Galvanoscanner 3 vom Eingabesteuerbereich 6a der Analogsteuerung 6 durch manuelle Bedienung, während er visuell einen Strahlfleck des sichtbaren Laserstrahls L(12), der auf der Oberfläche 17a des Master-Werkstücks 17 ausgebildet wird, überwacht und richtet den Laserfleck auf einen Positionierungspunkt P1 aus.
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Wenn ein ausgerichteter Zustand erzeugt worden ist, wird der Eingabesteuerbereich 6a bedient, ein Sensorsignalwert von jedem der Positionssensoren 22, 32 des X-Achsen- und des Y-Achsen-Galvanoscanners 2, 3 wird gelesen und der Sensorsignalwert wird in einer internen Speichervorrichtung 6b oder einer extern bereitgestellten externen Speichervorrichtung 6c zusammen mit einer Lesesequenz gespeichert. Das Lesen des Sensorsignalwertes wird nur in einem Fall durchgeführt, in dem das Eingangssteuerteil 6a bedient und ein Lesekommando eingegeben wird; Positionierungsinformation, abgelaufene Zeit und andere Informationen, welche eine Bewegungstraktorie während des Ausrichteprozesses repräsentieren, werden nicht aufgezeichnet. Information, die einen Ein-/Aus-Zustand des Markierungslaserstrahls zwischen jedem der Positionierungspunkte, d. h. in jedem Bereich der Bewegung, repräsentiert, wird durch Bedienen des Eingabesteuerbereichs 6a eingegeben und in der Speichervorrichtung 6b oder 6c aufgezeichnet. Das Setzen der Ein-/Aus-Zustandsinformation kann auch durchgeführt werden, nachdem die Eingangsinformation aufgezeichnet worden ist. Die aufgezeichnete Information wird in Form eines digitalen Signals aufgezeichnet.
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Ähnlich wird, wenn der Strahlfleck durch manuelle Bedienung zu einem nächsten Positionierungspunkt bewegt und auf den Positionierungspunkt P2 ausgerichtet worden ist, ein Sensorsignalwert gelesen und auf der Speichervorrichtung 6b oder 6c aufgezeichnet. Ebenso wird Information in Bezug auf den Ein-/Aus-Zustand des Markierungslaserstrahls aufgezeichnet. Ein ähnlicher Aufzeichnungsvorgang wird der Reihe nach für die Positionierungspunkte P3 bis P14 durchgeführt. Positionen, an denen die Aufzeichnung begonnen und beendet wird, werden durch Durchführen einer Eingabe markiert.
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Wenn die Aufzeichnung so für jeden der Positionierungspunkte P1 bis P14 durchgeführt worden ist, wird die aufgezeichnete Information in den Personalcomputer 7 des Befehlsgenerators 8 geladen und ein Antriebsmuster wird basierend auf der geladenen Information erzeugt.
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Als Nächstes werden für Anwendungen, die eine höhere Empfindlichkeit und eine höhere Positionierungsgenauigkeit erfordern, Daten, die auf der Speichervorrichtung 6b, 6c aufgezeichnet worden sind, von der Speichervorrichtung 6b, 6c in den Personalcomputer 7 geladen, dann auf die X-Y-Koordinatenachsen angewandt und eine Bewegungstrajektorie des sichtbaren Laserstrahls wird bestimmt. 3(a) ist eine Tabelle, welche die geladenen, aufgezeichneten Daten zeigt, und 3(b) zeigt die aufgestellte Bewegungstrajektorie. Trajektorienkoordinaten der Bewegungstrajektorie können an diesem Punkt geändert werden.
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Als Nächstes wird in jedem Bereich der Bewegung (d. h. zwischen benachbarten Positionierungspunkten) individuell für eine X-Achsen-Trajektorie und eine Y-Achsen-Trajektorie eine Bewegungsdauer der Bewegungstrajektorie eingegeben und auf ein Antriebsmuster für jede der Achsen angewandt. Die jeweilige Bewegungsdauer für jeden Bereich der Bewegung kann auf einen identischen Wert gesetzt werden. 4 ist eine Tabelle, welche die Daten zeigt, nachdem die Bewegungsdauer festgelegt worden ist.
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Die 5(a) bis 5(c) sind erläuternde Zeichnungen, die jeweils ein X-Achsen-Antriebsmuster, ein Y-Achsen-Antriebsmuster und ein Ein-/Aus-Zustand-Antriebsmuster des markierenden Laserstrahls zeigen.
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Die so erzeugten Antriebsmuster (d. h. das X-Achsen-Antriebsmuster, das Y-Achsen-Antriebsmuster und das Ein-/Aus-Zustand-Antriebsmuster des markierenden Laserstrahls) werden in eine Speichervorrichtung des Personalcomputers 7 eingegeben und dort gespeichert. In einem Fall, in dem ein Markierungsvorgang auf dem Werkstück 6 durchgeführt werden soll, wird das Werkstück 16 auf dem Arbeitstisch 15 befestigt; dann wird ein Befehlserzeugungsprogramm auf dem Personalcomputer 7 gestartet, ein Eingabebefehl basierend auf den in der Speichervorrichtung gespeicherten Antriebsmustern erzeugt und der Eingabebefehl über die Analogsteuerung 6 an die X-Achsen- und Y-Achsen-Scannertreiber 4, 5 übertragen. Eine Steuerung zur Synchronisation des X-Achsen- und des Y-Achsen-Galvanoscanners 2, 3 wird entweder durch die Master-Analogsteuerung oder zwischen dem X-Achsen- und dem Y-Achsen-Scannertreiber 4, 5 durchgeführt.
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Fehler, die ihren Ursprung in Fehlerursachen des optischen Systems einschließlich von Fokusfehlern (Kissenverzerrungsfehler) haben, Befestigungsfehler, Skalenfehler, Offsetfehler, Fehler des Abstandes der Arbeitsfläche und andere Fehlerursachen sind aus dem so erzeugten Antriebsmuster bereits beseitigt. Daher kann ein Strahlfleck des markierenden Laserstrahls mit einem hohen Grad an Genauigkeit entlang jedes Positionierungspunktes auf der Oberfläche 16a des Werkstücks 16 bewegt werden.
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Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein Beispiel für das Galvano-Scannersystem 1 mit zwei Achsen; es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung genauso zur Erzeugung eines Antriebsmusters eines Galvano-Scannersystems mit drei Achsen verwendet werden kann.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren zum Erzeugen eines Antriebsmusters ist es notwendig, für jeden Arbeitsschritt ein Master-Werkstück bereitzustellen, den sichtbaren Laserstrahl entlang aller Positionierungspunkte zu bewegen und ein Antriebsmuster zu erzeugen. In einem Fall, in dem Markieren oder eine andere Laserverarbeitung an einer Vielzahl von Werkstücktypen durchgeführt wird, ist es erforderlich, dass der Lernvorgang durch den sichtbaren Laserstrahl zum Erzeugen des Antriebsmusters für jeden Arbeitsschritt durchgeführt wird, und ist daher aufwendig. Es ist daher vorteilhaft, den Lernvorgang für die Positionierungspunkte unter Benutzung eines Master-Werkstücks nur einmal durchzufühen, um dabei eine Fehler-Korrekturtabelle oder eine Fehler-Korrekturfunktion zu erzeugen, und Designkoordinatendaten basierend auf der Fehler-Korrekturtabelle oder der Fehler-Korrekturfunktion zu korrigieren.
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In solch einem Fall wird ein Master-Werkstück bereitgestellt, wobei das Master-Werkstück Positionierungspunkte hat, von denen jeder an einer repräsentativen Position auf der Oberfläche vorgesehen ist. Ein Strahlfleck eines sichtbaren Laserstrahls wird durch manuelle Bedienung auf jeden Positionierungspunkt des Master-Werkstücks ausgerichtet, ein Sensorpositionssignal wird von einem Positionssensor erhalten, das erhaltene Sensorpositionssignal wird in den Personalcomputer 7 geladen und ein Messkoordinaten-Positionsdatum zum Ausrichten des markierenden Laserstrahls auf jeden der Positionierungspunkte wird berechnet. Dann wird ein Fehler zwischen den Designkoordinaten-Positionsdaten, die jeden der Positionierungspunkte repräsentieren, und den gemessenen Koordinatenpositionsdaten, die wirklich erhalten worden sind, berechnet. Eine Korrekturtabelle, in der der berechnete Fehler jedem der Positionierungspunkte zugeordnet ist, oder eine Fehler-Korrekturfunktion, die den Fehler an jedem der Positionierungspunkte eliminieren kann, wird erzeugt.
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Beim Durchführen eines Markierungsvorgangs auf einem Werkstück werden die Designkoordinatendaten, die von einem Eingangsbereich des Personalcomputers 7 eingegeben worden sind, unter Benutzung der Korrekturtabelle oder der Fehler-Korrekturfunktion korrigiert und die Designkoordinatendaten werden nach der Korrektur als Eingangsbefehl in die Analogsteuerung 6 eingegeben. Um die Genauigkeit der Fehlerkorrektur zu erhöhen, wird die Anzahl der Lernvorgänge, die auf den Positionierungspunkten ausgeführt wird, erhöht.
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Ein Verfahren zum Erzeugen der Fehlerkorrekturtabelle wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Zuerst wird ein Master-Werkstück 18 bereitgestellt, wobei das Master-Werkstück 18 mehrere Reihen von Positionierungspunkten hat, die in regelmäßigen Abständen entlang der Y-Achse angeordnet sind, wobei die Reihen in regelmäßigen Abständen entlang einer X-Achse auf einer Oberfläche 18a angeordnet sind, wie in 6(a) gezeigt. Ein sichtbarer Laserstrahl wird auf jeden der Positionierungspunkte auf dem Master-Werkstück 18 gestrahlt, ein Strahlfleck des sichtbaren Laserstrahls wird der Reihe nach auf jeden der Positionierungspunkte ausgerichtet und ein Sensorpositionssignal, das von den Positionssensoren 22, 32 an jedem der Positionierungspunkte erhalten wird, wird gelesen.
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Die Krümmung einer geraden Linie, die von dem sichtbaren Laserstrahl auf der Oberfläche 18a des Master-Werkstücks 18 verfolgt wird, nimmt relativ zu einem Abtastwinkel mit zunehmendem Abstand von einem optischen Ursprung O zu, wie in 6(b) gezeigt. Daher enthalten die Messkoordinatendaten, die gemäß dem Sensorpositionssignal, das jeden der linear angeordneten Positionierungspunkte repräsentiert, berechnet worden sind, den Verzerrungseffekt durch das optische System, wie er zuvor beschrieben worden ist, und krümmen sich daher in eine entgegengesetzte Richtung, wie in 6(c) gezeigt. Eine Differenz zwischen den Messkoordinatendaten, die in 6(c) gezeigt sind, und den in 6(d) gezeigten Designkoordinaten, welche keinen Fehler berücksichtigten, stellt eine Fehlergröße dar. Die Fehlergröße ist in 6(e) gezeigt.
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Daher wird eine Korrektur der eingegebenen Designkoordinatendaten durchgeführt, um die Fehlergröße zu beseitigen, und dadurch wird ein Eingangsbefehl zum Antreiben erzeugt. Als Ergebnis wird eine Korrektur durchgeführt, wie sie in 6(f) gezeigt ist. Dabei bewegt sich der markierende Laserstrahl entlang einer linearen Bewegungstrajektorie über das Werkstück, was es möglich macht, den Markierungsvorgang genau durchzuführen, ohne dass er durch Fehler, die durch eine optische Verzerrung im optischen System oder andere Ursachen erzeugt werden, negativ beeinflusst wird.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Normalerweise wird das Galvano-Scannersystem 1 gemäß einem Antriebsmuster angetrieben, das in Übereinstimmung mit zuvor festgelegten Anpassungsbedingungen ist, und dabei kann ein Maximum an Empfindlichkeit und Positionsgenauigkeit erhalten werden. Oft treten in einem Fall, in dem das Galvano-Scannersystem mit einem Antriebsmuster unter Bedingungen, die schwieriger als die Einstellungsbedingungen sind, angetrieben wird, während des Ausrichtens auf einen Positionierungspunkt ein Über-das-Ziel-Hinausschießen und Schwingungen um den Positionierungspunkt auf, und die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Ausrichtung nehmen ab. 7(a) zeigt ein Beispiel für einen Antriebsvorgang (d. h. eine wirkliche Bewegung), die in Übereinstimmung mit einem Antriebsmuster (d. h. einem Befehlseingangswert) durchgeführt wird, mit einer kleinen Schwingungsbreite in Übereinstimmung mit zuvor festgelegten Einstellbedingungen, und 7(b) zeigt ein Beispiel für einen Antriebsvorgang aufgrund eines Antriebsmusters mit einer großen Schwingungsbreite, welche die Einstellbedingungen überschreitet.
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Um die Taktzeit zu verringern, ist es notwendig, die Bewegungsgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn der Laser ausgeschaltet ist, um so die nicht mit Laserstrahlung verbundene Bewegungszeit zu minimieren. Wenn jedoch die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird, wird während des Ausrichtens auf einen Positionierungspunkt unmittelbar nach einer Bewegung mit hoher Geschwindigkeit ein Über-das-Ziel-Hinausschießen erzeugt, und eine Einschwingzeit wird notwendig. Daher stehen Bewegungsgeschwindigkeit und Ausrichtgenauigkeit in einer gegenläufigen Beziehung und es ist schwierig, beide gleichzeitig zu verbessern.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Korrektur eines erzeugten Antriebsmusters durchgeführt und die Bewegungsdauer wird verkürzt, während eine Verringerung der Ausrichtgenauigkeit minimiert wird, wie im Folgenden beschrieben. Ein Verfahren zum Beschreiben eines Antriebsmusters entspricht dem des zuvor beschriebenen ersten Antriebsmusters und auf die Beschreibung wird daher verzichtet.
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Nachdem das Antriebsmuster erzeugt worden ist, wird ein Bereich der Bewegung, der Antriebsbedingungen hat, welche die Einstellbedingungen erfüllen, z. B. vor einem Positionierungsabschlusspunkt eines Bereichs der Bewegung, der gemäß vorgegebener Bedingungen herausgenommen worden ist, eingefügt und ein Endpunkt des eingefügten Bereichs der Bewegung wird in Übereinstimmung mit dem ursprünglichen Positionierungsabschlusspunkt gebracht.
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Ein in 8 gezeigtes Beispiel, in dem ein Antriebsvorgang entlang von Positionierungspunkten (d. h. Schritte 1 bis 14) durchgeführt wird, wird beschrieben. In diesem Fall wird bei ausgeschaltetem Laser ein Hochgeschwindigkeitsantriebsvorgang von 400 rad/s in einem Bereich A der Bewegung zwischen dem Positionierungspunkt 1 und dem Positionierungspunkt 2 durchgeführt. Ein ähnlicher Antriebsvorgang wird in einem Bereich B der Bewegung zwischen dem Positionierungspunkt 8 und dem Positionierungspunkt 9 und einem Bereich 10 der Bewegung zwischen dem Positionierungspunkt 11 und dem Positionierungspunkt 12 durchgeführt. In diesen Bereichen der Bewegung mit hoher Geschwindigkeit wird an den jeweiligen Positionierungsendpunkten von jedem der Bereiche der Bewegung, d. h. an den Positionierungspunkten 2, 9 und 12, aufgrund von Über-das-Ziel-Hinausschießen Vibration erzeugt. Ein Bereich, der dem Bereich C der Bewegung entspricht, ist mit vergrößerter Zeitachse rechts in der 8 gezeigt.
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Wie in 9 gezeigt, ist ein Bereich A1 der Bewegung, der eine sehr kleine Bewegung zwischen einem Positionierungspunkt 1a und dem Positionierungspunkt 2 repräsentiert, vor dem Positionierungspunkt 2 im Bereich A der Bewegung hinzugefügt. Die Bewegung im Bereich A1 der Bewegung wird so eingestellt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit eine kleine Geschwindigkeit von 10 rad/s ist und auch die Bewegungsstrecke sehr klein ist. Unter ähnlichen Bedingungen wird ein Bereich B1 der Bewegung zwischen einem Positionierungspunkt 8a und dem Positionierungspunkt 9 vor dem Positionierungspunkt 9 im Bereich B der Bewegung und ein Bereich C1 der Bewegung zwischen einem Positionierungspunkt 11a und dem Positionierungspunkt 12 hinzugefügt.
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Die neu eingefügten Bereiche der Bewegung werden mit Bedingungen in Bezug auf Vibrationsbreite, Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und ähnlichen Parametern versehen und weisen eine gerade Linie oder eine Reihe von geraden Linien mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf.
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Schwingung an den Positionierungspunkten 2, 9, 12 kann dabei minimiert werden, ohne unnötige Stand-by-Zeiten zu schaffen. Die Bewegung des ausgeschalteten Laserstrahls kann so ohne Probleme wie üblich gesteuert werden, da keine Notwendigkeit besteht, die Energiedichte des Lasers zu berücksichtigen.
