JP2003245785A

JP2003245785A - ビーム加工方法及び装置

Info

Publication number: JP2003245785A
Application number: JP2002046559A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Morita; 洋森田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージが完全に整定しない状態での加工を
可能として、スループットを向上させる。【解決手段】ステージ２２と共に移動する加工対象物
１０に対してガルバノスキャナ１４、１６のミラー１
５、１７によって照射位置が制御されるビーム１２を照
射して加工を行なう際に、ステージ位置指令とステージ
現在位置の計測結果の差に応じて、前記ガルバノスキャ
ナ１４、１６に対するミラー角度を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステージと共に移
動する加工対象物に対して、ガルバノスキャナのミラー
によって照射位置が制御されるビームを照射して加工を
行なうビーム加工方法及び装置に係り、特に、レーザビ
ームを照射して、プリント配線基板等の適所に穴開け加
工を行なうレーザドリルマシンに用いるのに好適な、加
工精度を悪化させることなく、ステージの移動に伴うス
ループットの低下を小さくすることが可能なビーム加工
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なレーザ加工装置の要部の構成例
を図１に示す。本構成例は、図示しないレーザ発振器か
ら照射される、例えばパルス状のレーザビーム１２を、
加工対象物１０の表面（加工面）１０Ａで所定の方向
（図１では紙面に垂直な方向）に走査するためのミラー
１５を含む第１ガルバノスキャナ１４と、該第１ガルバ
ノスキャナ１４によって紙面に垂直な方向に走査された
レーザビーム１２を、同じく加工面１０Ａで前記第１ガ
ルバノスキャナ１４による走査方向と垂直な方向（図１
では紙面と平行な方向）に走査するためのミラー１７を
含む第２ガルバノスキャナ１６と、前記第１及び第２ガ
ルバノスキャナ１４、１６により２方向に走査されたレ
ーザビームを、加工面１０Ａに対して垂直な方向に偏向
するためのｆ−θレンズ１８とを備えている。

【０００３】このガルバノスキャナにおいては、第１及
び第２ガルバノスキャナ１４、１６でミラー１５、１７
を回転させることで、レーザビーム１２を加工面１０Ａ
内の任意の位置に移動することができる。ミラー１５、
１７により偏向したレーザビームは、ｆ−θレンズ１８
を通過すると、加工面１０Ａに集光する。このため、２
つのガルバノスキャナ１４、１６を制御することによ
り、加工面１０Ａの目標箇所をレーザ加工することが可
能となる。

【０００４】なお、図１では、ガルバノスキャナが２つ
の場合を例示したが、ガルバノスキャナの数はこれに限
定されない。

【０００５】基板の穴開け等では、高いスループットが
要求されるため、加工対象物１０を移動させて位置決め
する方法に比べて、レーザビームを移動させることによ
り、高速に加工を行なうことが可能なガルバノスキャナ
を用いることが多い。

【０００６】しかしながら、一般に加工対象物１０は、
ガルバノスキャナによる加工可能エリア２０より大き
い。従って、例えばＸＹステージ２２により、目的の加
工位置が加工可能エリア２０内に入るように、加工対象
物１０を送ることによって、順次加工を行なっていく。

【０００７】一般に、ＸＹステージ２２の整定時間は、
ガルバノスキャナ１４、１６の整定時間に比べて長いた
め、加工対象物１０がＸＹステージ２２によって送られ
ると、スループットが低下する。図２は、従来の方法に
よる加工の様子を時系列に従って示したものである。従
来のレーザ加工装置では、ステージの位置がステージ整
定範囲内に整定し、次いで、ガルバノスキャナによるビ
ーム照射位置がガルバノ整定範囲内に整定した後に、レ
ーザを照射して加工を行なっていた。従って、ステージ
の整定範囲とガルバノ整定範囲は、合わせて目標加工精
度よりも小さい必要がある。ガルバノスキャナの動作開
始からガルバノ整定範囲内に整定するまでの時間は、例
えば１ｍｓ程度、又、レーザの照射時間は、例えば０．
１ｍｓと短いのに対して、ステージの動作開始からステ
ージ整定範囲内に整定するまでの時間（ステージ移動時
間）は、例えば２００ｍｓ程度と長い。ステージがステ
ージ整定範囲内に整定している間は、ガルバノ動作とレ
ーザ照射を繰り返し行なって、高速に加工を続けられる
が、加工可能エリア内の加工を終えると、ステージを移
動させて加工対象物を送る必要があり、この間、加工は
一旦停止する。

【０００８】一般に加工対象物全体の大きさは、ガルバ
ノスキャナの動作による加工可能エリア２０よりずっと
大きいため、例えば特許第３０７７５３９号に記載され
ているように、ステージ２２を何回も移動させて加工対
象物１０を送らなければならず、スループットを悪化す
る要因となっていた。

【０００９】このような問題を解決するべく、ステージ
を停止させずに加工を行なう方法が考えられるが、精度
の悪化を引き起こさない対策が必要である。例えば、特
許第３１５５０１２号や特開２０００−１００６０８に
は、全ての加工目標点をつなぐ軌道を一つ予め生成した
上で、この軌道のうち、ステージが追従可能な低い周波
数成分をステージへの指令値としてステージの駆動を行
ない、ステージの駆動結果を測定して、元の軌道との引
算を行ない、その差（不足分）をガルバノスキャナへの
指令とすることが記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、ステージとガルバノスキャナの軌道を、
それぞれ任意に生成することができないため、次のよう
な場合には適用できないという問題点を有していた。

【００１１】（１）ステージの軌道を内部生成するドラ
イバを利用する場合。従来の方法では、ステージの軌道を直接生成する必要が
あり、一般に利用されている位置指令のみで指令を行な
う方式のステージドライバを利用することができない。

【００１２】（２）ガルバノの軌道を生成するツールを
利用する場合。従来の方法では、出願人が特願２００１−３３１５５０
で提案したような、ガルバノスキャナの加工順路を改善
してスループットの高速化を行なうための手法を利用す
ることができない。

【００１３】（３）ステージ速度を一定にして加工を行
なう場合。従来の方法では、出願人が特願２００２−２６１８９で
提案したような、ステージ速度を一定として、ガルバノ
スキャナの加工順路を改善してスループットの高速化を
行なうための手法を利用することができない。

【００１４】（４）既存のレーザ加工装置を改良する場
合。既存の装置が、ステージとガルバノスキャナに別個の指
令を独立して発行する方式であった場合、従来の方法を
適用して改良を行なうことはできない。

【００１５】又、一般にステージへの指令の周期は、ガ
ルバノスキャナへの指令の周期よりも遅くてもよいのに
も拘らず、従来は一つの指令を分けてステージとガルバ
ノスキャナに同時に指令を行なうため、処理に無駄があ
った。

【００１６】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、加工精度を悪化させることなく、ス
テージの移動に伴うスループットの低下を小さくするこ
とを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステージと共
に移動する加工対象物に対して、ガルバノスキャナのミ
ラーによって照射位置が制御されるビームを照射して加
工を行なう際に、ステージ位置指令とステージ現在位置
の計測結果の差に応じて、前記ガルバノスキャナに対す
るミラー角度を補正するようにして、前記課題を解決し
たものである。

【００１８】又、前記ミラー角度の補正を、ステージ位
置指令とステージ現在位置の計測結果の差がステージ動
作に与える許容精度より大きい場合に、レーザ照射位置
とステージ現在位置との相対位置と、ビーム照射指令位
置とステージ位置指令との相対位置との差がステージ動
作に与える許容精度とガルバノスキャナ動作に与える許
容精度の和より小さくなるように行なうようにしたもの
である。

【００１９】ここで、前者の許容精度をステージ動作に
与える許容精度のみとし、後者をステージ動作に与える
許容精度とガルバノスキャナ動作に与える許容精度の和
としているのは、前者がステージ動作に与える許容精度
とガルバノスキャナ動作に与える許容精度の和を全部使
い切ってしまうと、最早これを相殺させる補正は不可能
になるからである。

【００２０】又、前記ミラー角度の補正を、ガルバノス
キャナによるビーム照射位置の目標軌道に対して行なう
ようにしたものである。

【００２１】あるいは、前記ミラー角度の補正を、ガル
バノスキャナのミラー角度信号に対して行なうようにし
たものである。

【００２２】又、前記ミラー角度の補正を、他の処理よ
り短い周期で行なうようにして、補正処理の遅れによ
り、ビーム照射位置とビーム照射目標位置との差が、加
工目標精度から外れることがないようにしたものであ
る。

【００２３】又、前記ステージ位置指令を一定とした状
態で、ガルバノスキャナの動作とレーザ照射を繰り返し
行ない、ガルバノスキャナによる加工可能エリア内の加
工が終了した時点で、ステージ位置指令を次のステージ
目標位置に変更させ、順次加工を行なっていくようにし
たものである。

【００２４】あるいは、前記ステージが一定速度で動作
するようにステージ位置指令を続けて更新しながら、ガ
ルバノスキャナの動作とレーザ照射を繰り返し行ない、
順次加工を行なっていくようにしたものである。

【００２５】本発明は、又、ステージと共に移動する加
工対象物に対して、ガルバノスキャナのミラーによって
照射位置が制御されるビームを照射して加工を行なうビ
ーム加工装置において、ステージ位置指令とステージ現
在位置の計測結果の差を求める手段と、求められた差に
応じて、前記ガルバノスキャナに対するミラー角度を補
正するガルバノ補正手段とを備えることにより、前記課
題を解決したものである。

【００２６】又、前記ガルバノスキャナを駆動するため
のドライバ回路の一部又は全部を、アナログ回路で構成
して、高速処理を可能としたものである。

【００２７】又、前記ガルバノ補正手段を、パルスカウ
ンタと減算器からなるデジタル回路と、フィルタ処理を
行なうアナログ回路から構成したものである。

【００２８】又、前記ステージ現在位置の計測にリニア
エンコーダを利用するようにしたものである。

【００２９】又、前記ステージの駆動を、回転式モータ
とボールネジで行ない、ステージの制御を、該回転式モ
ータ付随のエンコーダで行なうようにして、構成を簡略
化したものである。

【００３０】又、前記ガルバノ補正手段に、ステージ位
置指令とステージ現在位置の計測結果の差を利用してガ
ルバノスキャナによるビーム照射位置の目標軌道が補正
可能か監視するウィンドウコンパレータを備えたもので
ある。

【００３１】又、前記ウィンドウコンパレータの監視す
る信号を、ステージ位置指令とステージ現在位置の計測
結果の差をハイパスフィルタに通過させた信号としたも
のである。

【００３２】更に、前記ガルバノスキャナの応答特性を
実測して、それより低い応答帯域をもつローパスフィル
タを備えるように設計されたステージ軌道生成手段を備
えたものである。

【００３３】あるいは、前記ガルバノスキャナの応答特
性をシミュレーションして、それより低い応答帯域をも
つローパスフィルタを備えるように設計されたステージ
軌道生成手段を備えたものである。

【００３４】

【発明の実施形態】以下、レーザ加工装置に適用した、
本発明の実施形態を詳細に説明する。

【００３５】ここでは、理解を容易にするために、ガル
バノスキャナの一つ（１６）によって走査される一つの
軸についてのみ説明するが、実際にはＸ軸とＹ軸の両方
に対して、本発明が適用される。

【００３６】本実施形態は、図３に示す如く、主に、レ
ーザビーム１２を発振するレーザ発振器３０と、ガルバ
ノスキャナ１６に配設された角度センサ３２の出力信号
を利用して該ガルバノスキャナ１６を駆動するためのガ
ルバノドライバ３４と、ＸＹステージ２２に配設された
リニアエンコーダ３６の出力を利用して、ＸＹステージ
２２の位置を制御するためのステージドライバ３８と、
前記レーザ発振器３０、ガルバノドライバ３４、ステー
ジドライバ３８等を制御するための主制御装置４０と、
該主制御装置４０から出力されるガルバノ角度指令に基
づいて、前記ガルバノドライバ３４に与えるガルバノ目
標軌道を生成するためのガルバノ軌道生成装置４２と、
前記主制御装置４０から出力されるステージ位置指令に
応じて、本発明により、前記ステージドライバ３８に与
えるステージ目標軌道を生成するステージ軌道生成装置
４４と、前記リニアエンコーダ３６で検出される実際の
ステージ位置に応じて、前記ガルバノ軌道生成装置４２
から出力されるガルバノ目標軌道を補正するためのガル
バノ補正装置５０とを備えている。

【００３７】前記ステージ軌道生成装置４４は、ガルバ
ノ制御系の応答帯域より低い周波数成分の軌道を生成す
るように構成することが望ましい。

【００３８】図３に示したガルバノ補正装置の第１例５
０は、全てデジタル回路で構成されており、例えば、前
記リニアエンコーダ３６の出力パルス（エンコーダパル
ス）を計数するデジタルのパルスカウンタ５２と、該パ
ルスカウンタ５２によって計数される実際のステージ位
置と主制御装置４０から出力されるステージ位置指令の
差（ステージエラー）を求めるデジタルの減算器５４
と、該減算器５４の出力に、ステージ位置をミラー角度
に換算するのに必要なスケールゲイン（比例定数）を乗
ずるためのデジタルの乗算器５６と、該乗算器５６の出
力を前記ガルバノ軌道生成装置４２から出力されるガル
バノ目標軌道に加えて、前記ガルバノドライバ３４に補
正ガルバノ軌道を与えるためのデジタルの加算器５８
と、前記減算器５４の出力の高周波成分を通過するデジ
タルのハイパスフィルタ６０と、該ハイパスフィルタ６
０の出力が所定の追従許容範囲にあるか否かを判定する
デジタルのウィンドウコンパレータ６２とを含んでい
る。

【００３９】以下、本実施形態の動作を説明する。

【００４０】特許第３１５５０１２号や特開２０００−
１００６０８とは異なり、本発明に係る主制御装置４０
は、ステージ位置指令とガルバノ角度指令を、それぞれ
別々に発行する。

【００４１】ステージ軌道生成装置４４は、該ステージ
位置指令に基づき、ステージ目標軌道を生成する。ステ
ージドライバ３８は、ステージ目標軌道に従って、ＸＹ
ステージ２２を駆動する。ＸＹステージ２２の位置は、
リニアエンコーダ３６によって計測され、ステージドラ
イバ３８にフィードバックされると共に、ガルバノ補正
装置５０に入力される。

【００４２】一方、ガルバノ軌道生成装置４２は、主制
御装置４０から入力されるガルバノ角度指令に基づき、
ガルバノ目標軌道を生成する。ガルバノドライバ３４
は、ガルバノ補正装置５０によって補正されたガルバノ
目標軌道に従って、ガルバノスキャナ１６を駆動する。
ガルバノスキャナ１６のミラー１７の角度は、角度セン
サ３２で計測される。ミラー角度が、補正されたガルバ
ノ目標軌道に追従すると、ガルバノドライバ３４がガル
バノ追従完了信号を発行する。ガルバノ追従完了信号の
発行条件は、例えば、出願人が特願２０００−８０７で
提案したような整定完了判断と同じでよく、例えば追従
誤差が一定値になった後、一定時間経過してから発行す
ることができる。

【００４３】前記ガルバノ補正装置５０では、パルスカ
ウンタ５２が、リニアエンコーダ３６のパルス信号か
ら、ステージ現在位置を生成する。次いで、減算器５４
で、ステージ現在位置からステージ位置指令を減算し、
ステージエラーを算出する。ステージエラーは、スケー
ルゲインを乗算器５６で乗じてミラー角度に換算された
後、加算器５８でガルバノ目標軌道に加算される。従っ
て、補正されたガルバノ軌道により位置決めされるレー
ザ照射の目標位置には、ステージ現在位置とステージ指
令との差が加算されることになる。

【００４４】一方、ステージエラーは、ハイパスフィル
タ６０で高周波域のゲインを増幅した後、ウィンドウコ
ンパレータ６２で監視される。ウィンドウコンパレータ
６２では、監視量が追従許容範囲以下の場合に、ガルバ
ノ追従可能信号を発行する。

【００４５】主制御装置４０は、ガルバノ追従可能信号
とガルバノ追従完了信号を受け取った時点で、レーザ発
振器３０に照射指令を発行する。レーザ発振器３０で
は、必要時間照射を行なった後、照射完了信号を発行す
る。主制御装置４０は、同一角度で必要回数（例えば１
〜３回）照射を行なった後、次のガルバノ角度指令を発
行する。又、必要に応じて、次のステージ位置指令を発
行する。

【００４６】本発明において、ステージの制御には、本
実施形態のように、ステージ２２の位置を直接計測可能
なリニアエンコーダ３６の信号を利用して行なうフルク
ローズドフィードバック制御を採用することが望ましい
が、ステージの制御を、駆動用モータの角度によって行
なうセミクローズドフィードバック制御を行なっても効
果があり、コストを下げたい場合や、リニアエンコーダ
をフィードバックしていない既存機に改良を行なう場合
等に有効である。

【００４７】前記ガルバノドライバ３４がアナログ回路
で構成されている場合、前記ガルバノ補正装置は、図４
に示す第２例７０の如く、Ｄ／Ａ変換器７２と、ローパ
スフィルタ７４を追加すると共に、アナログの乗算器７
６と、ハイパスフィルタ８０と、ウィンドウコンパレー
タ８２を用いて構成することができる。ガルバノスキャ
ナの制御は非常に高速に行なうため、ガルバノドライバ
３４をアナログ回路で構成する場合が多い。この場合、
ガルバノ目標軌道はアナログ信号で生成される。一方、
ステージの位置を正確に測定する際には、本実施形態の
ように、リニアエンコーダ３６を利用する方法が一般的
であるが、この場合、信号はパルス形式で出力される。
このような場合には、図４に示した第２の構成例のガル
バノ補正装置７０を適用するのが有効である。

【００４８】このガルバノ補正装置７０では、パルスカ
ウンタ５２がリニアエンコーダ３６のパルス信号からデ
ジタル信号としてステージ現在位置を生成する。減算器
５４でステージ現在位置からステージ位置指令を減算
し、デジタル信号としてステージエラーを算出する。ス
テージエラーは、Ｄ／Ａ変換器７２でアナログ信号に変
換される。アナログ信号のステージエラーは、ローパス
フィルタ７４でノイズ成分を除去した後、乗算器７６で
スケールゲインを乗じて、加算器７８でガルバノ目標軌
道に加算される。従って、補正されたガルバノ目標軌道
により位置決めされるレーザ照射の目標位置には、ステ
ージ現在指令とステージ位置指令との差が加算されるこ
とになる。一方、アナログ信号のステージエラーは、ハ
イパスフィルタ８０で高周波域のゲインを増幅した後、
ウィンドウコンパレータ８２で監視される。

【００４９】この第２の構成例のガルバノ補正装置７０
では、パルスカウンタ５２と減算器５４のみデジタル処
理を行ない、それ以外はアナログ回路で構成する。この
ような簡易なデジタル処理は、例えば１μｓ程度の周期
で高速に行なうことが可能である。従って、処理を他の
デジタル処理部と独立に高速に行なうことにより、ガル
バノ目標軌道の補正を、ほぼ随時行なうことが可能とな
る。

【００５０】次に、やはりガルバノドライバをアナログ
回路で構成する場合に有効なガルバノ補正装置の第３の
構成例９０を図５に示す。第２の構成例では、ガルバノ
軌道にステージエラーを加算することにより補正を行な
っていたのに対し、この第３の構成例のガルバノ補正装
置９０では、ミラー角度信号からステージエラー信号を
減算することによって補正を行なうようにした点が、第
２の構成例と異なる。

【００５１】第２と第３の構成例の作用は同じである
が、実現するに当たり、ノイズの影響や回路の実装スペ
ースの問題を考慮して、より適する方を選択することが
できる。勿論、第１の構成例においても、ミラー角度信
号に対して補正を行なうことが可能である。

【００５２】前記ウィンドウコンパレータ６２、８２に
設定する追従許容範囲は、従来のステージの停止要求精
度より大きく、ガルバノスキャンエリア２０より小さい
範囲であり、加工目標位置の配置や加工順等によって、
最適範囲が異なる。一般に、追従許容範囲を小さくする
と、ステージの動作を待つ時間が長くなる傾向にあり、
逆に、追従許容範囲を大きく設定すると、ガルバノ目標
軌道補正の結果が、ガルバノスキャナの動作範囲をオー
バーし易くなるため、ステージ及びガルバノスキャナへ
の位置指令が必要とする制約が厳しくなる傾向にある。

【００５３】前記ガルバノ補正装置のハイパスフィルタ
６０、８０は、低周波域では通過特性を持ち、ガルバノ
スキャナ制御系の応答限界周波数付近でゲインが上昇す
る特性を持つように構成することが望ましいが、省略す
ることもできる。

【００５４】次に、望ましいステージ軌道生成装置４４
とハイパスフィルタ６０、８０の設計手順を、図６に示
すボード線図に従って説明する。

【００５５】（１）まず、ガルバノスキャナ１６のガル
バノ目標軌道の入力から、角度センサ３２の出力への周
波数応答を、例えばサーボアナライザを用いて実測した
り、又は、ソフトによりシミュレーションする。

【００５６】（２）（１）の結果より、応答帯域が充分
に低くなるように時定数を調整した２次のローパスフィ
ルタ１／｛（Ｔ₁ｓ＋１）（Ｔ₂ｓ＋１）｝を設計する。

【００５７】（３）（２）で設計されたローパスフィル
タをステージ軌道生成装置４４の内部に実装する。

【００５８】（４）（１）の結果より、応答帯域が低く
なるように時定数を調整した２次のローパスフィルタ１
／｛（Ｔ₃ｓ＋１）（Ｔ₄ｓ＋１）｝を設計する。

【００５９】（５）（１）の結果より、応答帯域が高く
なるように時定数を調整した３次のローパスフィルタ１
／｛（Ｔ₅ｓ＋１）（Ｔ₆ｓ＋１）（Ｔ₇ｓ＋１）｝を設
計する。

【００６０】（６）（４）の逆関数のハイパスフィルタ
と（５）のローパスフィルタを組み合わせたフィルタ
｛（Ｔ₃ｓ＋１）（Ｔ₄ｓ＋１）／（Ｔ₅ｓ＋１）（Ｔ₆ｓ
＋１）（Ｔ₇ｓ＋１）｝を、ガルバノ補正装置のハイパ
スフィルタ部６０、８０に実装する。

【００６１】次に、本発明による加工方法を、理解し易
いように、１つの軸についてのみ説明する。

【００６２】図７は、本発明を利用した第１の方法によ
る加工の様子を時系列に従って示したものである。本発
明の第１の方法では、ステージが動作した際、ステージ
エラーがガルバノ追従許容範囲より小さくなった時点
で、ガルバノスキャナの動作及びレーザ照射を開始し
て、加工を行なう。ガルバノ追従許容範囲は、従来要求
されていたステージ整定範囲に比べて大きいため、ステ
ージの動作に伴い加工が停止する時間が削減できる。

【００６３】図８は、図７のガルバノ追従可能信号が発
行されている状態を拡大したものに相当し、本発明によ
る方法の詳しい様子を示したものである。本図では、理
解し易いように、ガルバノスキャナの信号はスケールゲ
インで除して、レーザ照射位置に換算して示してある。
図８に示すように、ガルバノ目標軌道にステージエラー
が加算されることにより、ＸＹステージの位置を随時追
従するように補正される。このため、ガルバノ追従完了
信号が発行されている間は、ステージが動作中であって
も、精度良く加工を行なうことができる。この際、レー
ザ照射のタイミングは、ステージやガルバノスキャナの
動作と同期させる必要がなく、遅れが生じても問題な
い。又、レーザ連続照射中又は繰り返し照射の間に加工
目標点が外れるという問題もない。

【００６４】本発明において、ステージの動作する周波
数がガルバノスキャナの応答周波数より低ければ、ガル
バノスキャナの動作はステージエラーに応答することが
可能である。この場合、ガルバノ追従完了信号が発行さ
れている間は、常に精度良い加工が可能である。一般
に、ステージの応答周波数は、ガルバノスキャナの応答
周波数より低く、この条件は成り立つ。更に、ステージ
軌道生成装置４４の内部に、ガルバノ制御系の応答帯域
より充分に低い応答帯域のローパスフィルタを実装する
ことで、より確実に条件を満たすようにすることができ
る。

【００６５】ステージが高い周波数の動作をした場合、
ガルバノスキャナの追従が不十分になる可能性がある。
本発明では、ガルバノスキャナの応答特性が低下するよ
うな周波数成分は、ガルバノ補正装置のハイパスフィル
タ６０、８０によって増幅され、追従できない大きさの
場合には、ウィンドウコンパレータ６２、８２の追従許
容範囲を超過してガルバノ追従可能信号が停止する。ハ
イパスフィルタ６０、８０は、低周波域では通過特性を
持ち、ガルバノスキャナ制御系の応答限界周波数付近で
ゲインが上昇する特性を持つように構成することによ
り、必要十分な性能を得ることができる。

【００６６】図９は、本発明を利用した第２の方法によ
る加工の様子を時系列に従って示したものである。この
第２の方法では、ステージを停止させずに、連続的に送
りながら加工を行なっていく。ステージエラーがガルバ
ノ追従許容範囲より常に小さければ、ステージの動作待
ちの時間がなくなり、ガルバノ動作とレーザ照射を随時
行なうことができる。例えば一定速度でステージに送っ
た場合には、発生するステージエラーは、一般にガルバ
ノスキャンエリア２０より十分小さいので、ステージエ
ラーが常にガルバノ追従許容範囲より小さくなるような
設定は実現可能である。

【００６７】図１０は図９を拡大したものに相当し、本
発明による動作の詳しい様子を示したものである。本発
明の第１の方法と比較すると、ステージ位置指令がステ
ージの応答速度より早い周期で変化する点で異なるが、
ステージが整定するのを待たずにガルバノ動作とレーザ
照射を行なうという特徴は同じである。

【００６８】本発明の第２の方法では、ステージに許容
される速度が、加工の順番によって決まるので注意する
必要がある。

【００６９】なお、前記説明においては、説明を簡単に
するために、ガルバノスキャナの数が１とされていた
が、ガルバノスキャナの数は１つに限定されず、実際に
は、Ｘ方向とＹ方向の２つあり、又、例えば２箇所に同
時に穴開け加工を行なうために、図１に示すような光学
系が２系統並設され、ガルバノスキャナが２×２＝４個
であるようなレーザドリルマシンにも同様に適用できる
ことは明らかである。

【００７０】又、前記実施形態においては、本発明が、
レーザドリルマシンに適用されていたが、本発明の適用
対象はこれに限定されず、ガルバノスキャナを用いるも
のであれば、マーキングマシン等、他の機械にも同様に
適用できることは明らかである。又、ビームの種類もレ
ーザビームに限定されない。

【００７１】

【発明の効果】本発明による効果を数式により説明す
る。但し、Ｋ：スケールゲインｘ_Scom：ステージ位置指令ｘ_Sact：ステージ現在位置ｅ_S：ステージエラーａ_Gcom：ガルバノ角度指令ａ_Gref：ガルバノ目標軌道ａ_Gref'：補正されたガルバノ目標軌道ａ_Gact：ガルバノスキャナのミラー角度とする。スケールゲインＫは、ステージ位置をガルバノ
角度に換算する比例定数であり、ガルバノ角度指令ａ
_Gcomによって達成しようとするレーザ照射指令位置ｘ
_Lcomとの間に次式が成り立つ。

【００７２】Ｋ×ｘ_Lcom＝ａ_Gcom …（１）

【００７３】又、ガルバノスキャナの実際のミラー角度
によって決まるレーザ照射位置ｘ_La _ctとの間に次式が成
り立つ。

【００７４】Ｋ×ｘ_Lact＝ａ_Gact …（２）

【００７５】又、ガルバノ追従誤差ｅ_Gを以下のとおり
定義する。

【００７６】ｅ_G＝ｘ_Gref'−ｘ_Gact …（３）

【００７７】ガルバノ補正装置で行なわれる処理は、以
下のとおりである。

【００７８】ｅ_S：＝ｘ_Sact−ｘ_Scom …（４）

【００７９】ａ_Gref'：＝ａ_Gref＋Ｋ×ｅ_S …（５）

【００８０】以上から、レーザ照射位置ｘ_Lactを求め
る。

【００８１】ｘ_Lact＝ａ_Gact／Ｋ＝｛（ａ_Gref'−ｅ_G）／Ｋ｝＋ｅ_S ＝（ａ_Gref＋Ｋ×ｅ_S−ｅ_G）／Ｋ＝（ａ_Gref／Ｋ）＋ｅ_S＋（ｅ_G／Ｋ） …（６）

【００８２】レーザ照射は、ガルバノ追従完了信号が発
行されてから行なわれるが、これはミラー角度が補正さ
れたガルバノ目標軌道に十分追従して、ｅ_Gが十分に小
さくなっていることを意味する。又、レーザ照射はガル
バノ目標軌道がガルバノ角度指令と一致してから行なう
ため、ａ_Gref＝ａ_Gcomが成り立つ。

【００８３】加工精度は、ステージ現在位置とレーザ照
射位置の相対位置に依存するが、この値はｘ_Lact−ｘ_Sact＝（ａ_Gref／Ｋ）＋ｅ_S＋（ｅ_G／Ｋ）−ｘ_Sact ＝（ａ_Gcom／Ｋ）＋ｘ_Sact−ｘ_Scom＋（ｅ_G／Ｋ）−ｘ_Sact ＝ｘ_Lcom−ｘ_Scom＋（ｅ_G／Ｋ） …（７）となり、ステージ位置指令とレーザ照射目標位置の相対
位置にｅ_G／Ｋを加えた値と等しい。従って、ガルバノ
追従可能信号が発行されている間は、常に精度良く加工
可能な状態である。

【００８４】以上のように、本発明によれば、ステージ
の動作による誤差を補正するようにガルバノスキャナを
駆動して加工を行なうことが可能となるため、ステージ
が完全に整定していない状態で加工を行ない、スループ
ットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用対象であるレーザ加工装置の要部
構成を示す正面図

【図２】従来の問題点を説明するための線図

【図３】本発明の実施形態の構成を示すブロック線図

【図４】ガルバノ補正装置の第２の構成例を示すブロッ
ク線図

【図５】同じく第３の構成例を示すブロック線図

【図６】本発明で用いるフィルタの設計方法を説明する
ためのボード線図

【図７】本発明による加工の一例を示すタイムチャート

【図８】同じく詳細を示す拡大図

【図９】本発明による加工の他の例を示すタイムチャー
ト

【図１０】同じく詳細を示す拡大図

【符号の説明】

１０…加工対象物１０Ａ…加工面１２…レーザビーム１４、１６…ガルバノスキャナ１５、１７…ミラー１８…ｆ−θレンズ３０…レーザ発振器３２…角度センサ３４…ガルバノドライバ３６…リニアエンコーダ３８…ステージドライバ４０…主制御装置４２…ガルバノ軌道生成装置４４…ステージ軌道生成装置５０、７０、９０…ガルバノ補正装置５２…パルスカウンタ５４…減算器５６、７６…乗算器５８、７８…加算器６０、８０…ハイパスフィルタ６２、８２…ウィンドウコンパレータ７２…Ｄ／Ａ変換器７４…ローパスフィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージと共に移動する加工対象物に対し
て、ガルバノスキャナのミラーによって照射位置が制御
されるビームを照射して加工を行なう際に、ステージ位置指令とステージ現在位置の計測結果の差に
応じて、前記ガルバノスキャナに対するミラー角度を補
正することを特徴とするビーム加工方法。
【請求項２】前記ミラー角度の補正を、ステージ位置指
令とステージ現在位置の計測結果の差がステージ動作に
与える許容精度より大きい場合に、レーザ照射位置とス
テージ現在位置との相対位置と、ビーム照射指令位置と
ステージ位置指令との相対位置との差がステージ動作に
与える許容精度とガルバノスキャナ動作に与える許容精
度の和より小さくなるように行なうことを特徴とする請
求項１に記載のビーム加工方法。
【請求項３】前記ミラー角度の補正を、ガルバノスキャ
ナによるビーム照射位置の目標軌道に対して行なうこと
を特徴とする請求項１又は２に記載のビーム加工方法。
【請求項４】前記ミラー角度の補正を、ガルバノスキャ
ナのミラー角度信号に対して行なうことを特徴とする請
求項１又は２に記載のビーム加工方法。
【請求項５】前記ミラー角度の補正を、他の処理より短
い周期で行なうことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載のビーム加工方法。
【請求項６】前記ステージ位置指令を一定とした状態
で、ガルバノスキャナの動作とレーザ照射を繰り返し行
ない、ガルバノスキャナによる加工可能エリア内の加工
が終了した時点で、ステージ位置指令を次のステージ目
標位置に変更させ、順次加工を行なっていくことを特徴
とする請求項１乃至５のいずれかに記載のビーム加工方
法。
【請求項７】前記ステージが一定速度で動作するように
ステージ位置指令を続けて更新しながら、ガルバノスキ
ャナの動作とレーザ照射を繰り返し行ない、順次加工を
行なっていくことを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
かに記載のビーム加工方法。
【請求項８】ステージと共に移動する加工対象物に対し
て、ガルバノスキャナのミラーによって照射位置が制御
されるビームを照射して加工を行なうビーム加工装置に
おいて、ステージ位置指令とステージ現在位置の計測結果の差を
求める手段と、求められた差に応じて、前記ガルバノスキャナに対する
ミラー角度を補正するガルバノ補正手段と、を備えたことを特徴とするビーム加工装置。
【請求項９】前記ガルバノスキャナを駆動するためのド
ライバ回路の一部又は全部がアナログ回路で構成されて
いることを特徴とする請求項８に記載のビーム加工装
置。
【請求項１０】前記ガルバノ補正手段が、パルスカウン
タと減算器からなるデジタル回路と、フィルタ処理を行
なうアナログ回路から構成されることを特徴とする請求
項８又は９に記載のビーム加工装置。
【請求項１１】前記ステージ現在位置の計測にリニアエ
ンコーダを利用することを特徴とする請求項８乃至１０
のいずれかに記載のビーム加工装置。
【請求項１２】前記ステージの駆動が、回転式モータと
ボールネジで行なわれ、ステージの制御が、該回転式モ
ータ付随のエンコーダで行なわれることを特徴とする請
求項８乃至１０のいずれかに記載のビーム加工装置。
【請求項１３】前記ガルバノ補正手段に、ステージ位置
指令とステージ現在位置の計測結果の差を利用してガル
バノスキャナによるビーム照射位置の目標軌道が補正可
能か監視するウィンドウコンパレータを備えたことを特
徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載のビーム加
工装置。
【請求項１４】前記ウィンドウコンパレータの監視する
信号が、ステージ位置指令とステージ現在位置の計測結
果の差をハイパスフィルタに通過させた信号であること
を特徴とする請求項１３に記載のビーム加工装置。
【請求項１５】前記ガルバノスキャナの応答特性を実測
して、それより低い応答帯域をもつローパスフィルタを
備えるように設計されたステージ軌道生成手段を備えた
ことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の
ビーム加工装置。
【請求項１６】前記ガルバノスキャナの応答特性をシミ
ュレーションして、それより低い応答帯域をもつローパ
スフィルタを備えるように設計されたステージ軌道生成
手段を備えたことを特徴とする請求項８乃至１４のいず
れかに記載のビーム加工装置。