JP2003215492A

JP2003215492A - ガルバノメータ制御装置及びレーザ加工装置

Info

Publication number: JP2003215492A
Application number: JP2002015517A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Iwase; 和明岩瀬
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】外部環境温度、湿度により位置センサの出力が
変動することのないガルバノメータ制御装置及び該制御
装置を備えたレーザ加工装置の提供。【解決手段】ガルバノメータ６近傍に環境温度を検出す
る温度検出器１と湿度を検出する湿度検出器２とを設
け、これらの検出器からの信号とガルバノメータ６の位
置センサ７からの位置信号とをＡ／Ｄ変換器３、４、８
によりＡ／Ｄ変換してデジタル制御ＩＣ５に取込み、デ
ジタル制御ＩＣ内に備えた変換テーブル１２を参照して
ゲイン信号Ｖｇの補正値を算出し、Ｄ／Ａ変換器９によ
りＤ／Ａ変換して位置センサ７に出力するものであり、
ゲイン信号の補正処理を行うことにより、ガルバノメー
タ６の環境温度、湿度の変化による位置センサ７の出力
の変動を抑制し、高精度の位置決めを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を高精度
かつ高速で走査するガルバノメータを制御するガルバノ
メータ制御装置及び該制御装置を備えたレーザ加工装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被加工物の穴あけ、切断、溶
接、マーキング、トリミング等の用途にレーザ加工装置
が用いられている。また、レーザ加工において、レーザ
光を被加工物上で２次元に走査する方法として、ガルバ
ノメータやポリゴンミラーを用いてレーザ光を走査する
方法や、被加工物を載置するＸＹテーブルを移動させる
方法等が知られている。

【０００３】被加工物をＸＹテーブルに載置して駆動す
るＸＹテーブル型走査方法は、高速駆動が困難で応答性
が低く、装置全体が大型化するという問題がある。これ
に対し、ＸＹ方向に回転駆動するガルバノメータスキャ
ナを用いるガルバノメータ型走査方法は、高速走査が可
能で精度が高く、また、構成が簡単で装置が小型化でき
るという利点がある。

【０００４】このようなガルバノメータを用いたレーザ
加工装置は、ＸＹ２軸のガルバノメータを回転駆動部に
よって回転制御し、ミラーで反射されたレーザ光線を集
光レンズ等の光学系で集光して被加工物に照射し、レー
ザ光線のエネルギーで被加工物を溶融、蒸発させて加工
を行うものであり、マイクロラジアンオーダーの高分解
能と広い走査角度及び高速動作が可能であり、特にミク
ロンオーダーの微細な穴を正確に加工する分野に適して
いる。

【０００５】また、ガルバノメータには、ミラーの位置
検出を行う静電容量センサ等の位置センサが備え付けら
れており、この静電容量センサからの信号をフィードバ
ック制御することによりガルバノメータを高速かつ正確
に駆動している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ガ
ルバノメータ制御装置やガルバノメータは、外部環境の
変化によって調整状態が変動してしまうという問題があ
る。

【０００７】例えば、従来のガルバノメータ制御装置で
は、回路を構成するアナログ素子の温度ドリフトによ
り、外部環境温度の変化によってガルバノメータの調整
状態が変動してしまい、このような場合は環境温度の変
化に応じて何度もガルバノメータの位置合わせを行わな
ければならない。

【０００８】従来のガルバノメータ制御装置の問題に対
して、本願発明者は先願（特願２００１−０６３３３２
号）において、制御部をデジタル回路で構成したデジタ
ルガルバノメータ制御装置を用いることにより、外部環
境温度に対する変動を抑える技術について開示してい
る。しかしながら、上記先願記載の技術によってガルバ
ノメータ制御装置の外部環境温度に対する変動を抑える
ことはできるが、ガルバノメータ自身は外部環境温度、
湿度により位置センサの出力が変動するという問題があ
る。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、外部環境温度、湿度に
よりガルバノメータの位置センサの出力が変動すること
のないガルバノメータ制御装置及び該制御装置を備えた
レーザ加工装置を提供することにある。

【００１０】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガルバノメータ制御装置は、ガルバノメー
タのレーザ走査方向を２軸で制御するガルバノメータ制
御装置において、前記ガルバノメータの周囲温度を検出
する温度検出器と、周囲湿度を検出する湿度検出器と、
前記温度検出器の信号と前記湿度検出器の信号と前記ガ
ルバノメータに設けた位置センサの位置信号とを参照し
て前記位置信号を制御するゲイン信号の補正値を算出す
る変換テーブルを備えるデジタル制御ＩＣ部と、Ｄ／Ａ
変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段とを少なくとも有するもの
である。

【００１１】本発明においては、前記変換テーブルに、
前記温度検出器の信号を前記ゲイン信号に変換する温度
変換式と、前記湿度検出器の信号を前記ゲイン信号に変
換する湿度変換式と、前記ガルバノメータの個体差を補
正する固有ゲインとを備え、前記温度変換式又は前記湿
度変換式により変換された前記ゲイン信号が、前記固有
ゲインによって補正されて前記補正値が算出されること
が好ましい。

【００１２】また、本発明においては、前記デジタル制
御ＩＣ部に、更に、前記ガルバノメータのレーザ走査方
向を補正する第１の補正手段と、前記ガルバノメータで
反射されたレーザ光を被加工物に集光する光学系の光学
特性を補正する第２の補正手段と、前記位置センサの位
置信号をフィードバック信号としてＰＩＤ制御するＰＩ
Ｄ制御手段とを備える構成とすることができる。

【００１３】また、本発明においては、前記第１の補正
手段に、前記光学系を構成するレンズの加工歪みを補正
する手段を含み、前記第２の補正手段に、前記ガルバノ
メータの２軸間の直交度を補正する直交度補正手段と、
該２軸の直線性を補正するリニアリティ補正手段とを含
み、前記デジタル制御ＩＣ部に、前記第１の補正手段、
前記第２の補正手段及び前記ＰＩＤ制御手段のパラメー
タとアラーム信号とを管理するパラメータ管理テーブル
を備え、該パラメータ管理テーブルが、前記ガルバノメ
ータ制御装置の上位に設けたコントローラによって管理
される構成とすることもできる。

【００１４】また、本発明のレーザ加工装置は、レーザ
光源と、該レーザ光源から照射されたレーザ光を反射す
るガルバノメータと、該ガルバノメータのレーザ走査方
向を制御するガルバノメータ制御装置と、前記ガルバノ
メータで反射されたレーザ光を集光する光学系とを少な
くとも備えたレーザ加工装置において、前記ガルバノメ
ータ制御装置が、上記記載の機能を有するものである。

【００１５】すなわち、本ガルバノメータ制御装置は、
温度検出器、湿度検出器から信号を入力し、その値から
ガルバノメータの位置センサに与えるゲイン信号の補正
値を算出して位置信号を制御することにより、ガルバノ
メータの外部環境による変動を抑制して、高精度の位置
決め制御処理をデジタル的に行うものである。

【００１６】具体的には、図１に示されるように、温度
検出器１から温度信号、湿度検出器２から湿度信号を入
力して、Ａ／Ｄ変換器３、４によりデジタル信号に変換
してデジタル制御ＩＣ５に取り込む。同様に、ガルバノ
メータ６の位置センサ７からは位置信号Ｖｐを入力し、
Ａ／Ｄ変換器８で変換してデジタル制御ＩＣ５に取り込
む。デジタル制御ＩＣ５内部では、変換テーブル１２に
備えた温度変換式や湿度変換式、固有ゲインを参照し
て、温度、湿度のデータから位置センサ７の変動量を算
出し、位置センサ７のゲイン信号Ｖｇの補正処理を行
う。そして、ガルバノメータ６の位置センサ７のゲイン
信号Ｖｇは、デジタル制御ＩＣ５からデジタル信号で出
力してＤ／Ａ変換器９よりアナログ信号に変換し、位置
センサ７に対して出力する。

【００１７】このような補正処理を行うことにより、外
部環境温度や湿度が変動した場合であっても、再調整を
行うことなくガルバノメータの位置を正確に制御するこ
とができ、ガルバノメータ制御装置を備えたレーザ加工
装置の加工精度を維持することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係るガルバノメータ制御
装置は、その好ましい一実施の形態において、ガルバノ
メータ周囲に環境温度を検出する温度検出器と湿度を検
出する湿度検出器とを設け、これらの検出器からの信号
とガルバノメータの位置センサからの位置信号とをＡ／
Ｄ変換してデジタル制御ＩＣに取込み、デジタル制御Ｉ
Ｃ内に備えた変換テーブルを参照してゲイン信号の補正
値を算出し、Ｄ／Ａ変換して位置センサに出力するもの
であり、このようなゲイン信号の補正処理を行うことに
より、ガルバノメータの環境温度、湿度の変化による位
置センサ出力の変動を抑制し、高精度の位置決めを実現
することができる。

【００１９】

【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の一実施例について、図１乃
至図３を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例
に係るガルバノメータ制御装置の構成を示すブロック図
であり、図２は、ガルバノメータに設けた位置センサの
機能を模式的に示すブロック図である。また、図３は、
デジタル制御ＩＣ内に設けた変換テーブルの機能を模式
的に示すブロック図である。

【００２０】図１に示されるように、本実施例のガルバ
ノメータ制御装置１６は、ガルバノメータ６の周囲温度
を検出する温度検出器１、周囲湿度を検出する湿度検出
器２、各アナログ信号（温度信号、湿度信号、位置信
号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３、４、
８、デジタル信号の処理を行うデジタル制御ＩＣ５、ガ
ルバノメータ６の位置センサ７にゲイン信号Ｖｇを出力
するためにデジタル制御ＩＣ５のデジタル出力をアナロ
グ信号に変換するＤ／Ａ変換器９から構成される。ま
た、デジタル制御ＩＣ５内には、ゲイン信号Ｖｇの補正
値を算出するための変換テーブル１２が設けられてい
る。

【００２１】なお、図１では示していないが、ガルバノ
メータ制御装置１６のデジタル制御ＩＣ５には、本願発
明者の先願（特願２００１−０６３３３２号）において
開示した機能を実行する手段、例えば、上位コントロー
ラ（図示せず）から入出力ポートを介して位置指令信号
を入力し、加工用レンズを使用した場合に発生する加工
歪みを補正する歪み補正部や、ガルバノメータ６の２軸
間の直交度を補正する直交度補正部、各軸の直線性を補
正するリニアリティ補正部、ガルバノメータ６の位置セ
ンサ７の位置信号Ｖｐをフィードバック信号としてＰＩ
Ｄ（比例・積分・微分）制御処理を行うＰＩＤ制御ブロ
ック等を備えていてもよい。

【００２２】また、拡張機能として、ガルバノメータ６
の共振振動を抑制するノッチ回路や、フィードフォワー
ド機能やオブザーバ機能、各補正処理及び制御処理にお
けるパラメータを記憶、管理するパラメータテーブルか
らパラメータを取得し、このパラメータと予め入力され
た値とを比較、演算し、該パラメータが最適値に収束す
るように自動的に制御するオートチューニング回路等を
設ける構成とすることもできる。そして、これらの機能
をデジタル回路で構成することにより、温度ドリフトに
よる変動を抑制している。

【００２３】このようなガルバノメータ制御装置１６を
備えたレーザ加工装置では、レーザ光源（図示せず）か
ら照射されるレーザ光を、ガルバノメータ制御装置１６
によって制御されたＸＹの２軸方向に反射するガルバノ
メータ６で反射して、光学系（図示せず）で被加工物上
に集光し、レーザ加工が行われる。

【００２４】上記構成のガルバノメータ制御装置１６の
動作について以下に説明する。まず、温度検出器１から
温度信号、湿度検出器２から湿度信号を入力して、Ａ／
Ｄ変換器３、４によりデジタル信号に変換してデジタル
制御ＩＣ５に取り込む。同様にガルバノメータ６の位置
センサ７からは位置信号Ｖｐを入力し、Ａ／Ｄ変換器８
でデジタル信号に変換してデジタル制御ＩＣ５に取り込
む。また、ガルバノメータ６の位置センサ７のゲイン信
号Ｖｇは、デジタル制御ＩＣ５からデジタル信号で出力
してＤ／Ａ変換器９よりアナログ信号に変換し、位置セ
ンサ７に対してゲイン信号Ｖｇを出力する。

【００２５】また、図２に示されるように、位置センサ
７内部では、角度位置検出部１０から出力された信号を
ゲイン信号Ｖｇで変化する可変ゲイン１１に通して位置
信号Ｖｐを出力しており、ゲイン信号Ｖｇにより位置信
号Ｖｐの出力範囲を制御している。

【００２６】図１で示されるデジタル制御ＩＣ５内部で
は、温度検出器１、湿度検出器２から入力したデータを
変換テーブル１２を通してゲイン信号Ｖｇに変換する。
例えば図３で示されるように、変換テーブル１２では、
温度データＤｔを温度変換式１３に、湿度データＤｗを
湿度変換式１４にかけてゲイン変動量の変換を行い、ガ
ルバノメータ６の個体差を補正する固有ゲイン１５を通
して、補正ゲインデータＤｇを出力する。

【００２７】なお、温度変換式１３、湿度変換式１４、
固有ゲイン１５は、あらかじめ位置信号Ｖｐのスケール
値が動作温度、湿度範囲において正確となるような変換
値を測定して設定すればよい。

【００２８】このように、本実施例のガルバノメータ制
御装置１６によれば、温度検出器１と湿度検出器２から
の信号とガルバノメータ６の位置センサ７からの位置信
号とを用い、変換テーブル１２に備えた温度変換式１３
や湿度変換式１４、固有ゲイン１５を参照してゲイン信
号Ｖｇの補正値を算出し、補正したゲイン信号Ｖｇを用
いて位置センサ７を制御することにより、ガルバノメー
タ６の環境温度、湿度の変化による位置センサ７の出力
の変動を抑制することができる。

【００２９】なお、本実施例では、外部環境の要素とし
て温度と湿度とを取り上げたが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、温度、湿度以外の外部環境変
化により加工対象のスケールが変化する場合においても
変換テーブル１２の変換式を変更することにより対応す
ることが可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガルバノ
メータ制御装置によれば、ガルバノメータの外部環境変
化による位置信号の変動を抑えることができるため、現
場での再調整、周囲環境変更に伴う再調整をする必要が
なく、また、常に温度及び湿度を検出して位置センサ信
号の補正を行うことができるため、ガルバノメータの位
置精度を良好に保つことができるという効果を奏する。

【００３１】その理由は、温度検出器と湿度検出器から
の信号とガルバノメータの位置センサからの位置信号と
を用い、変換テーブルを参照してゲイン信号の補正値を
算出し、補正したゲイン信号を用いて位置センサを制御
しているからである。

【００３２】そして、このようなガルバノメータ制御装
置を備えたレーザ加工装置では、ガルバノメータやガル
バノメータ制御装置の外部環境による変動が抑制される
ため、高精度なレーザ加工を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガルバノメータ制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例に係るガルバノメータに設け
る位置センサの機能を模式的に示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例に係るデジタル制御ＩＣに設
ける変換テーブルの機能を模式的に示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１温度検出器２湿度検出器３、４、８Ａ／Ｄ変換器５デジタル制御ＩＣ６ガルバノメータ７位置センサ９Ｄ／Ａ変換器１０角度位置検出部１１可変ゲイン１２変換テーブル１３温度変換式１４湿度変換式１５固有ゲイン１６ガルバノメータ制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガルバノメータのレーザ走査方向を２軸で
制御するガルバノメータ制御装置において、前記ガルバノメータの周囲温度を検出する温度検出器
と、周囲湿度を検出する湿度検出器と、前記温度検出器
の信号と前記湿度検出器の信号と前記ガルバノメータに
設けた位置センサの位置信号とを参照して前記位置信号
を制御するゲイン信号の補正値を算出する変換テーブル
を備えるデジタル制御ＩＣ部と、Ｄ／Ａ変換手段と、Ａ
／Ｄ変換手段とを少なくとも有することを特徴とするガ
ルバノメータ制御装置。
【請求項２】前記変換テーブルに、前記温度検出器の信
号を前記ゲイン信号に変換する温度変換式と、前記湿度
検出器の信号を前記ゲイン信号に変換する湿度変換式
と、前記ガルバノメータの個体差を補正する固有ゲイン
とを備え、前記温度変換式又は前記湿度変換式により変
換された前記ゲイン信号が、前記固有ゲインによって補
正されて前記補正値が算出されることを特徴とする請求
項１記載のガルバノメータ制御装置。
【請求項３】前記デジタル制御ＩＣ部に、更に、前記ガ
ルバノメータのレーザ走査方向を補正する第１の補正手
段と、前記ガルバノメータで反射されたレーザ光を被加
工物に集光する光学系の光学特性を補正する第２の補正
手段と、前記位置センサの位置信号をフィードバック信
号としてＰＩＤ制御するＰＩＤ制御手段とを備えること
を特徴とする請求項１又は２に記載のガルバノメータ制
御装置。
【請求項４】前記第１の補正手段に、前記光学系を構成
するレンズの加工歪みを補正する手段を含み、前記第２
の補正手段に、前記ガルバノメータの２軸間の直交度を
補正する直交度補正手段と、該２軸の直線性を補正する
リニアリティ補正手段とを含み、前記デジタル制御ＩＣ
部に、前記第１の補正手段、前記第２の補正手段及び前
記ＰＩＤ制御手段のパラメータとアラーム信号とを管理
するパラメータ管理テーブルを備え、該パラメータ管理
テーブルが、前記ガルバノメータ制御装置の上位に設け
たコントローラによって管理されることを特徴とする請
求項３記載のガルバノメータ制御装置。
【請求項５】レーザ光源と、該レーザ光源から照射され
たレーザ光を反射するガルバノメータと、該ガルバノメ
ータのレーザ走査方向を制御するガルバノメータ制御装
置と、前記ガルバノメータで反射されたレーザ光を集光
する光学系とを少なくとも備えたレーザ加工装置におい
て、前記ガルバノメータ制御装置が、請求項１乃至４のいず
れか一に記載の機能を有することを特徴とするレーザ加
工装置。