JP2003290944A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 レーザビームをガルバノミラーで偏向し、偏
向されたレーザビームをｆθレンズで集光してワークを
加工するレーザ加工装置で、ガルバノミラーやガルバノ
スキャナーの温度変化による加工位置精度の低下を回避
することのできるレーザ加工装置を得る。 【解決手段】 本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ
ビームをガルバノミラー３ａ、３ｂで偏向し、ｆθレン
ズ５で集光加工するレーザ加工装置において、上記ガル
バノミラーの温度を検出するガルバノ温度検出手段１２
と、上記ｆθレンズの温度を検出するレンズ温度検出手
段１１と、このガルバノ温度検出手段及びレンズ温度検
出手段からの温度に基づき、上記ガルバノミラーの偏向
変位動作位置を制御する手段と、を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工対象物（以
下ワークと称する）をガルバノスキャナーを用いた集光
レーザビームにより熱加工するレーザ加工装置の加工位
置精度の向上に関するものである。

【０００２】

【従来技術】ガルバノスキャナーを利用したレーザ加工
装置は、古くはレーザ彫刻機やレーザ刻印機などに始ま
り、一般にはレーザマーカなどとも呼ばれ良く知られて
いる。最近では、多層プリント配線基板や精密電子部品
などの穴あけ製造工程に、従来のドリルなどの工法に替
わり微細、高速でフレキシブルな加工方法として利用が
拡大されている。こうした電子回路や電子部品の高精細
化は、関連する半導体の小型化や集積度の向上とあいま
って近年では特に顕著で、このような技術利用分野では
従来のレーザマーカなどでは全く問題にはならなかった
μｍ単位の加工位置精度が要求されるようになっている
のは周知である。

【０００３】このような超高精度が要求されるレーザ加
工装置の加工精度を向上させる従来技術としては、特開
２０００−９８２７１号公報や特開２００１−１７９４
７９号公報に開示されているように、主に設置環境周囲
の温度や湿度の変化による加工精度の劣化を、 １） 加工位置のずれを検出して補正処理を行う。 ２） ガルバノスキャナーの温度・湿度を一定にして位
置ずれを防止する。 ３） 変化する温度を測定し位置ずれを補正する。 といった方法・手段により解決を計っている。他に、加
工レンズの温度変化による位置ずれの補正などの技術も
ある。

【０００４】次に、従来のレーザ加工装置の構成を図６
の全体構成図を用いて説明する。図において、１はレー
ザ発振器、２はレーザ発振器１から水平方向出力された
レーザビーム、３ａはレーザビーム２を水平面内で偏向
させる第１のガルバノミラー、３ｂはガルバノミラー３
ａで偏向されたレーザビーム２を更に垂直面内で偏向す
る第２のガルバノミラー、４ａはガルバノミラー３ａを
駆動するガルバノスキャナー、４ｂはガルバノミラー３
ｂを駆動するガルバノスキャナー、６は水平面内で移動
（駆動制御）動作されるＸＹテーブル上に載置されるレ
ーザ加工対象となるワーク、５は偏向されたレーザビー
ム２をワーク６上に指向してほぼ垂直に集光照射するｆ
θレンズ、７はガルバノスキャナー４を駆動制御動作さ
せるガルバノドライバー、８はレーザ発振器１、ガルバ
ノドライバー７、ＣＣＤカメラ９、ＸＹテーブルなどを
集中制御する制御装置、９はｆθレンズ５の近くに設け
られたＣＣＤカメラである。

【０００５】次に動作について説明する。レーザ発振器
１は制御装置８により制御され、予め定められパルス状
出力のレーザビーム２を出射する。制御装置８は予め定
められたプログラムにより、同時にガルバノドライバー
７を経由してガルバノスキャナー４を駆動制御すること
で、ガルバノミラー３の振り角度を変化させる制御を行
う。而してガルバノミラー３により偏向されたレーザビ
ーム２はｆθレンズ５に入射した後、焦点位置でワーク
６に照射され、ワーク６には穴あけなどの加工が施され
る。加工穴のサイズなどはレーザ発振器１のレーザ出力
の大きさを調整したり、１つの穴に対してどれだけのパ
ルスレーザビームを照射するかなどの条件変更が実施さ
れ、加工位置は所定の位置へ集光レーザビームが照射さ
れるようにガルバノミラー３の回転角度、即ち偏向変位
動作位置が制御される。ガルバノミラー３のスキャン範
囲を超える部分の加工を実施する時は、ＸＹテーブルを
動作させてワーク６を移動させたり、加工開始位置の補
正や加工後の穴の観察にｆθレンズ５の近傍に設けられ
たＣＣＤカメラ９が使用される場合が多い。

【０００６】上記のように構成・動作される従来のレー
ザ加工装置では、周囲環境温度の変化や自己の発熱など
の影響による加工精度の劣化が無いことを長時間に渡っ
て保証するために、 １）加工位置のずれを検出して補正する方法では、ＸＹ
テーブル上のワーク６とは別の場所、あるいはワーク６
をサンプルワークに取り替えＸＹテーブルに搭載し、図
３（ａ）に示されるテスト穴あけ加工モデルの如く、ガ
ルバノミラーのスキャン範囲において、例えばＸＹ方向
に格子状に配列された線分Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＹ１、
Ｙ２、Ｙ３の交点に予めプログラムされたＸＹデータを
基準としてレーザ穴あけ加工を実施する。そして、ＸＹ
テーブルを動作させＣＣＤカメラ９を用いることによ
り、基準（理想）の穴位置から実際の加工穴位置のずれ
量を計測した後、ｎ次曲線近似などで上記線分位置を補
正したデータを元に制御装置８によりガルバノドライバ
ー７を介してガルバノスキャナー４、すなわちガルバノ
ミラー３を補正制御動作させて加工精度の向上を計って
いる。なお、特開２０００−０９８２７１号公報は、上
記のような位置補正工程においてレーザビーム２の照射
位置に受光センサーを設けて、人手による位置計測作業
を自動化する発明である。

【０００７】２）ガルバノスキャナーの温度・湿度を一
定にして位置ずれを防止する方法では、特開２００１−
１７９４７９号公報に開示されているように、ガルバノ
スキャナ本体を容器内に気密的に収納して、温度一定エ
アーを供給することにより周囲環境変化に対する加工位
置精度劣化防止を図っている。特開平２−１３８０８７
号公報においても、同様にガルバノミラーを密閉構造内
に収納し、温調エアを供給することにより周囲環境変化
に対する加工位置精度劣化防止を図っている。

【０００８】３）変化する温度を測定し位置ずれを補正
する方法では、特開平１１−２７７２７４号公報に開示
されているように、ガルバノミラー取付フレーム温度を
検出し、目標位置に対して角度を補正し、加工精度の向
上を計っている。また、特開平２−２５５２９０号公報
に開示されているように、レーザ光の位置・方向を変化
させる平面ミラーの表面温度分布を赤外線カメラで非接
触に測定し、そのときの画像パターンを各々記録してお
き、基準との差異からずれ量を求めて焦点位置を補正す
ることで、加工精度の向上を計っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ガルバノミラーやガル
バノスキャナーは、設置環境温度変化が著しい場合の周
囲の温度変化、加工機の運転・停止が頻繁な場合の加工
機内部のサーボモータ等の発熱による機内温度変化、レ
ーザ加工出力の変化が大きい場合のレーザ発振器の発熱
やレーザビームの吸収による光学部品の発熱による周囲
温度変化、あるいはユニット／部品レベルの温度変化で
加工精度に影響を受ける。すなわち、ガルバノミラーや
ガルバノスキャナーの温度を定常状態が保持できないと
加工精度が低下するため、上記温度変化に対応して頻繁
にガルバノ補正を実施することが必要となり、仮にガル
バノ位置補正工程を自動化しても、その間にレーザ加工
機は本来の穴あけ加工作業が出来ず、加工生産性が落ち
てしまう。なお、ガルバノ補正を実施しないと一定の加
工精度・品質が維持できず、歩留まりの面で加工生産性
は悪化してしまう。また、前述のようにガルバノスキャ
ナー本体の温度のみを一定に管理することは、実用的に
は装置が大型化して高価になるばかりか、温度変化に対
応した精度低下に対しては何ら効果が無く、加工位置精
度の向上への実効的な対策とはならない問題があった。
さらに、温度を測定する方法においても、実加工におい
ては、加工による入熱による温度変化と加工による周辺
温度変化による加工内部品の温度変化があるので、その
どちらか一方でも欠けた状態で加工しても、温度変化に
対応した精度低下に対しては何ら効果が無く、加工位置
精度の向上への実効的な対策とはならない問題があっ
た。

【００１０】本発明は、上記従来装置の問題点に鑑み、
その問題点を解消するためになされたもので、安価で精
度が高くかつ生産性の高いレーザ加工装置を提供するも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ加工
装置は、レーザビームをガルバノミラーで偏向し、ｆθ
レンズで集光加工するレーザ加工装置において、上記ガ
ルバノミラーの温度を検出するガルバノ温度検出手段
と、上記ｆθレンズの温度を検出するレンズ温度検出手
段と、このガルバノ温度検出手段及びレンズ温度検出手
段からの温度に基づき、上記ガルバノミラーの偏向変位
動作位置を制御する手段と、を備えたものである。

【００１２】また、温度に基づき制御する位置ずれ（Δ
Ｘ，ΔＹ）の補正として、ｆθレンズの温度変化（Δｔ
1）によるＸ方向、Ｙ方向の伸縮率（ゲイン）をＧx，Ｇ
y、ガルバノミラーの温度変化（Δｔ2）によるＸ方向、
Ｙ方向のオフセットをＸ0，Ｙ0、補正前の加工位置
（Ｘ，Ｙ）、とした場合に、 ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊（Δｔ2−Δｔ1） ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊（Δｔ2−Δｔ1） に基づき求めるものである。

【００１３】さらに、加工する際に予めガルバノミラー
への入熱量を算出する手段と、ガルバノミラーに乾燥空
気を吹付ける手段と、を備えたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明によるレ
ーザ加工装置の一実施の形態を、図１に示される全体構
成図を用いて説明する。図において、１はレーザ発振
器、２はレーザ発振器１から水平方向出力されたレーザ
ビーム、３ａはレーザビーム２を水平面内で偏向させる
第１のガルバノミラー、３ｂはガルバノミラー３ａで偏
向されたレーザビーム２を更に垂直面内で偏向する第２
のガルバノミラー、４ａはガルバノミラー３ａを駆動す
るガルバノスキャナー、４ｂはガルバノミラー３ｂを駆
動するガルバノスキャナー、５は偏向されたレーザビー
ム２をワーク６上に向かってほぼ垂直に集光照射するｆ
θレンズ、６は水平面内で移動（駆動制御）動作される
ＸＹテーブルに載置される被加工物であるワーク、７は
ガルバノスキャナー４ａ、４ｂを駆動動作させるガルバ
ノドライバー、８はレーザ発振器１、ガルバノドライバ
ー７、ＣＣＤカメラ、ＸＹテーブルなどを集中制御する
制御装置、１１はｆθレンズ５の横面に取付られた熱電
対などの温度検出器、１２はガルバノミラー３ｂの温度
を非接触で検出するサーモビュアーなどの非接触温度検
出器で、この場合温度検出対象はガルバノミラー３ａで
あっても良い。１３はコンプレッサー、１４はコンプレ
ッサー１３から供給される圧縮空気を清浄な乾燥空気と
するフィルター付空気乾燥機、１５はフィルター付空気
乾燥機１４から出た乾燥空気をガルバノスキャナー４
ａ、４ｂやガルバノミラー３ａ、３ｂの近傍へ吹きつけ
るためのエアーノズルである。ここで、温度検出器１１
と非接触温度検出器１２の信号は制御装置８へ取り込ま
れて、集中制御される構成となっている。なお、従来装
置と同様な構成のＣＣＤカメラ９は図上省略してある。

【００１５】次に動作について説明するが、通常のレー
ザ加工装置としての動作は従来装置と同様なので省略
し、ここでは本発明の一実施例によるレーザ加工装置の
特徴的な動作部分をこの発明に至った経緯も含めて説明
する。レーザ穴あけ加工の加工位置精度に大きな影響を
及ぼす因子を特定する為に、レーザ加工機が設置されて
ある場所の室内温度１０１、レーザ加工機内部のｆθレ
ンズおよびガルバノミラー近傍の温度１０２、ガルバノ
ミラーの背面温度１０３が加工時間（１時間）と共にど
のように変化するかを実験し、その結果を、図２のグラ
フで示す。なお、ガルバノミラーの背面温度１０３は、
レーザ加工時のレーザビームのパルスエネルギーをそれ
ぞれ２５ｍＪ／パルス、５０ｍＪ／パルスと変化させた
場合に分けて、それぞれ１０３ａ、１０３ｂとしてい
る。

【００１６】図に示されるように、室内温度１０１はほ
ぼ一定であるが、それ以外の温度は時間と共に上昇し
て、約１時間後に加工機内や設置場所周辺への発熱吸収
とバランスして飽和（定常）状態となっていることがわ
かる。これはレーザ加工機内部のガルバノ周辺ユニット
の熱容量から試算想定ができるものである。ガルバノミ
ラー温度１０３ａ、１０３ｂが鋸刃状の曲線を描いてい
るのは、１枚のワークの加工に要する時間が約６分弱
で、加工ワークの交換やワーク交換時の初期位置補正な
どに約１０〜１５秒を要し、その際レーザ発振が停止す
るので、ガルバノミラーへの入熱負荷が無くなるためで
ある。

【００１７】図３は、基準穴に対するテスト穴あけ加工
の状態を示したモデル図である。図において、図３
（ａ）は、従来装置の動作１）で述べたような通常のガ
ルバノ位置補正制御を実施した直後にテスト用ワークに
一定のプログラムでレーザ穴あけ加工を実施した場合を
示しており、この場合ガルバノミラーの温度は、図２の
時間軸がほぼ０の時点に相当するものであり、温度・湿
度管理された設置環境下において低出力レーザビームに
より数秒ほどのごく短時間に実施された結果である。図
３（ｂ）、（ｃ）は、それぞれガルバノミラー温度が１
０３ａと１０３ｂで、加工を開始して約１時間経過し、
温度上昇がほぼ飽和した時点での同一プログラムによる
テスト加工の結果を示している。なお、図３（ｂ）、
（ｃ）において、黒丸で示す正常な加工位置から、白丸
で示す実際のテスト加工位置は温度変化にほぼ比例して
ずれており、ずれ量は（ｂ）で最大１５μｍ程度、
（ｃ）では最大３２μｍ程度であった。

【００１８】これらの実験結果より次の結論を見出し
た。生産性の向上等の観点から加工用のレーザ出力が増
大すると、ガルバノミラーの熱負荷が増大し、ガルバノ
ミラーが熱変形して加工位置精度を低下させる。あるい
は、ガルバノミラーからの熱伝導でガルバノスキャナー
の温度も上昇し、加工位置精度低下を助長させる。ま
た、ガルバノミラー温度上昇に伴う加工位置のずれ量
は、図２のガルバノミラー温度１０３ａ、１０３ｂ及び
図３のテスト加工結果（ｂ）、（ｃ）より明らかなよう
に、ガルバノミラーの温度上昇にほぼ比例している。そ
の位置ずれ量の推移としてほぼ以下の算式に載ることが
わかった。

【００１９】ここで、位置ずれ量は、ガルバノミラーへ
の入熱による位置ずれ量（オフセットずれ）及び最終段
のｆθレンズの温度上昇による位置ずれ量（伸縮ずれ）
に分けることができる。 位置ずれ量＝ｆθレンズの温度上昇分による位置ずれ量＋ ガルバノミラーへの入熱による位置ずれ量・・・式１

【００２０】また、補正前加工位置Ｘ，Ｙと、補正後の
実加工位置Ｘ’，Ｙ’との関係は、位置ずれ量に伴う補
正する量ΔＸ，ΔＹとすると、 Ｘ’＝Ｘ＋ΔＸ Ｙ’＝Ｙ＋ΔＹ ・・・・式２ となる。

【００２１】ここで、ガルバノミラーへの入熱による位
置ずれを無視し、ｆθレンズの温度変化のみに着目した
場合、ｆθレンズの温度変化（Δｔ1）による位置ずれ
のＸ方向、Ｙ方向の伸縮率（ゲイン）をＧx、Ｇy、位置
ずれのＸ方向、Ｙ方向のオフセットずれをＸ0、Ｙ0とす
ると、補正する量ΔＸ、ΔＹは、 ΔＸ＝Ｇx（Ｘ−Ｘ0）・Δｔ1 ΔＹ＝Ｇy（Ｙ−Ｙ0）・Δｔ1 ・・・・式３ 展開すると、 ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊Δｔ1 ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊Δｔ1 ・・・・式４ となる。

【００２２】なお、式１に基づき、ガルバノミラーへの
入熱による位置ずれ量も考慮する必要があることから、
本実施の形態では、式４に対してさらなる補正を加え
る。つまり、ガルバノミラーへの入熱による位置ずれ
は、ｆθレンズへの入射位置に反映されることから、ガ
ルバノミラーへの入熱により、ｆθレンズの温度変化
（Δｔ1）による位置ずれのＸ方向、Ｙ方向のオフセッ
トＸ0、Ｙ0が変化することに着目し、オフセットの要素
となるΔｔ1を、ガルバノミラーの温度変化であるΔｔ2
と置き換え、 ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊Δｔ2 ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊Δｔ2 ・・・・式５ を得、ここで、ｆθレンズの温度変化（Δｔ1）時の補
正は、同様にガルバノミラーのΔｔ1の温度変化も含ん
でいることから、ガルバノミラーの温度がΔｔ2とする
と、補正すべきガルバノミラーへの実質的な入熱は、
（Δｔ2−Δｔ1）となることから、 ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊（Δｔ2−Δｔ1） ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊（Δｔ2−Δｔ1）・・・・式６ に基づき補正を行うものである。

【００２３】これらの知見から、本実施の形態では、ｆ
θレンズの温度変化、ガルバノミラーの温度変化による
加工位置ずれ量から、上記式６のパラメータを決定し、
その決定したパラメータにより実加工時の偏向変位位置
を制御動作させるようにした。

【００２４】さらに具体的には、フローチャート図４、
図５に従って説明する。ガルバノミラーへの入熱による
温度変化がない状態、すなわち、Δｔ1＝Δｔ2となる加
工エネルギが小さい加工を実施することにより、Ｇx／
Ｇyを決定する。ｆθレンズの温度変化、ガルバノミラ
ーの温度変化による補正を無効とする設定（ＳＴ１）
で、加工穴位置のずれ量を計測する。計測方法について
は、ｆθレンズの温度変化を強制的に発生させ、サンプ
ルワークをＸＹテーブルに搭載し、図３（ａ）に示すよ
うに、ガルバノミラーのスキャン範囲において、例えば
ＸＹ方向に格子状に配列された線分Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及
びＹ１、Ｙ２、Ｙ３の交点に予めプログラムされたＸＹ
データを基準としてレーザ穴あけ加工を実施し、ＸＹテ
ーブル１０を動作させＣＣＤカメラ９を用いることによ
り、基準（理想）の穴位置から加工穴位置のずれ量を計
測する。（ＳＴ２：ｆθ位置確認プログラム）

【００２５】ｆθレンズの基準温度をＴ1（℃）とし、
ｆθレンズの基準温度から強制的に温度変化（Ｔ1n）を
与えた場合の温度変化量をΔｔ1nとすると、 Δｔ1n＝Ｔ1n−Ｔ1 ・・・・・・式７ の関係が成り立つ。

【００２６】そのため、ＳＴ２による実際のずれ量は、
計測により、Δｔ1nの際の各々の基準（理想）の穴位置
からの加工穴位置のずれ量Δｘ、Δｙは、 Δｔ1n ：（Δｘn、Δｙn） ・・・・・式８ となる。以上、複数の温度変化量におけるずれ量をｆθ
レンズの温度変化分を横軸にとり、表にプロットする
と、図４（ａ）の関係となることから、最小二乗法を使
用して、ずれ量Ｘ、ずれ量Ｙ、すなわち式６におけるＧ
x，Ｇyを算出する。

【００２７】次に、ｆθレンズの温度変化のない状態に
て、ガルバノミラーに高エネルギを投入し、温度変化を
させ、式６に示したオフセットずれ量を算出する。ここ
で、ＳＴ２で実施した「ｆθ位置確認プログラム」を使
用して、基準（理想）の穴位置から加工穴位置のずれ量
を計測するが、ｆθレンズの温度変化のない状態を作り
出すことは、高エネルギ加工を実施する関係上、加工機
内の温度上昇は避けられないので、非常にむずかしい。
そこで、位置ずれ量からｆθレンズの温度変化による位
置ずれ量をキャンセルするために、ｆθレンズの温度変
化による補正は有効、ガルバノミラーの温度変化による
補正を無効とする設定とする（ＳＴ３）。この設定は、
図２において、加工室内の温度分布が１０２となって
も、その温度変化による位置ずれ量をキャンセルするこ
とを意味する。

【００２８】具体的には、高エネルギ加工を実施しなが
ら、「ｆθ位置確認プログラム」を使用して、位置ずれ
量及び温度を採取する。（ＳＴ４） ｆθレンズ温度センサからの基準温度（Ｔ1℃）を採取
した同じタイミングにおけるガルバノミラー温度センサ
からの温度を、基準温度（Ｔ2℃）として定義し、実際
のｆθレンズ温度センサからの温度（Ｔ2n）との差分を
Δｔ2nとすると、 Δｔ2n＝Ｔ2n−Ｔ2 ・・・・・・式９ の関係が成り立つ。

【００２９】そのため、ＳＴ４による実際のずれ量は、
計測により，Δｔ2nの際の各々の基準（理想）の穴位置
からの加工穴位置のずれ量Δｘ1、Δｙ1は、 Δｔ2n ：（Δｘ1n、Δｙ1n） ・・・・・式１０ となる。ここで、Δｔ2n時のずれ量Δｘ1n、Δｙ1nが求
まるが、これは、ｆθレンズの温度変化による補正を含
んでいることから、（Δｔ2n−Δｔ1n）について求める
必要がある。以上、複数の温度におけるずれ量をガルバ
ノミラーの温度変化分を横軸にとり、表にプロットする
と、図４（ｂ）の関係となることから、最小二乗法を使
用してずれ量Ｘ、ずれ量Ｙのオフセット、すなわち式６
におけるＸ0，Ｙ0を算出する。

【００３０】以上の処理により式６におけるパラメータ
Ｇx，Ｇy、Ｘ0，Ｙ0が全て決定したので、続いて実加工
における温度補正動作フローについて、フローチャート
図５を用いて説明する。ｆθレンズ温度センサ及びガル
バノミラー温度センサに基づく補正が有効となるよう設
定する。（ＳＴ１１） 加工するプログラムで使用する加工条件から、“使用エ
ネルギ”について抽出し、ガルバノミラーに入熱される
エネルギー量の概算を演算する。（ＳＴ１２） そして、演算値と所定の基準値を比較し、基準値より大
きい場合にガルバノミラー温度補正ばかりでなくドライ
エアをガルバノミラーへ吹き付けるようにするための
“ドライエア吹付けＦＬＧ”をＯＮし、ドライエア吹付
けＦＬＧにより、ドライエア吹付けを実施する。（ＳＴ
１３，１４） すなわち、レーザ出力がさらに大きい場合は、ガルバノ
ミラーやガルバノスキャナー周辺を冷却するため、コン
プレッサー１３から供給される圧縮空気を清浄な乾燥空
気とするフィルター付空気乾燥機１４を通し、乾燥空気
をエアーノズル１５によりガルバノスキャナー３ｂ、４
ｂやガルバノミラー３ａ、４ａの近傍へ吹きつけるよう
動作させると、温度上昇が抑制され、更なる高精度化に
有利となるが、室温より低い温度で冷却することは、ミ
ラーや部品などの結露を招いたりするため有利でない。
なお、エアーノズルの形状や乾燥空気の吹付け方を変え
たり、ミラーやスキャナーを冷却されやすいように構造
変更することなどは適宜実施可能である。ここで、“ド
ライエア吹付けＦＬＧ”の基準値は、実験値により決定
し、予め、データとして、図示しない制御装置内の不揮
発性ＲＡＭ領域に格納しておく。

【００３１】位置決めされるべき位置Ｘ、Ｙに対して、
ｆθレンズ温度（Δｔ1）及びガルバノミラー温度（Δ
ｔ2）を考慮し、温度補正する量ΔＸ、ΔＹを式６に基
づき算出する。ここで、Δｔ1（℃）、Δｔ2（℃）につ
いては、ｆθレンズ温度の基準温度（Ｔ1℃）、ガルバ
ノミラー温度の基準温度（Ｔ2℃）からの温度変化分を
指す。（ＳＴ５） そして、計算されたΔＸ、ΔＹを位置決めされるべき
Ｘ、Ｙに対して加えた量を図示していない制御装置のＤ
Ａコンバータへ出力し、ガルバノを動作させる。（ＳＴ
６） ＳＴ１〜ＳＴ６を加工プログラム終了まで繰り返す。
（ＳＴ７）

【００３２】以上の結果、あらゆるレーザ出力の加工条
件下でも、長時間の連続加工において、加工位置精度を
±５μｍ以下とすることが可能となった。ガルバノミラ
ー温度上昇と加工位置ずれ量の関係が非線型な部分もあ
り、また温度測定点と変形部分の温度に差があること
や、さらには、測定誤差やバラツキなどにより、これ以
上の加工精度向上は困難であったが、加工品質上問題な
いレベルまでは到達することが出来た。

【００３３】また、本実施の形態では、ガルバノミラー
温度は１個所のみで検出しているが、複数箇所の構成で
も良く、ミラーの温度上昇に応じて加工位置がずれるデ
ータの取得は、レーザ加工出力の変化水準（ミラー温度
変化水準）、テスト加工穴あけ数量やピッチなどの水
準、測定方法（ＣＣＤカメラなどによる自動計測）など
種々条件や方法があり、位置補正の方法もデータ数、間
引き処理などの要否、使用近似式などの種々条件や方法
があり、制御動作でもリアルタイム、バッチ処理、指令
単位などの諸条件があるが、いずれの構成・動作・方法
・条件にしても本実施の形態によるレーザ加工装置と同
様な効果を奏することができる。

【００３４】

【発明の効果】この発明によれば、ガルバノミラーなど
の温度変化による加工位置補正がレーザ加工を停止する
ことなく可能となり、安価で精度が高くかつ生産性の高
いレーザ加工装置ができる効果がある。また、加工条件
に応じて、ガルバノミラーに乾燥空気を吹付ける手段を
有するよう構成したので、特に高出力レーザ加工におい
てはより高精度なレーザ加工装置ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるレーザ加工装置の構
成図である。

【図２】 ガルバノミラー温度と時間の関係をしめした
グラフである。

【図３】 テスト穴あけ加工モデルを示した図である。

【図４】 本発明におけるレーザ加工装置の温度センサ
パラメータ決定フローチャートである。

【図５】 本発明におけるレーザ加工装置の加工時の温
度補正制御フローチャートである。

【図６】 従来のレーザ加工装置の構成図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器、２ レーザビーム、３ ガルバノミ
ラー、４ ガルバノスキャナー、５ ｆθレンズ、６
ワーク、７ ガルバノドライバー、８ 制御装置、９
ＣＣＤカメラ、１１ ｆθレンズ温度検出器、１２…非
接触温度検出器、１３ 空気圧縮機、１４ フィルター
付空気乾燥機、１５ エアーノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 印藤 浩一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 祝 靖彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H045 AB48 AB54 DA31 DA41 4E068 CB07 CC03 CD06 CD12 CD14 CH08 CJ01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームをガルバノミラーで偏向
   し、ｆθレンズで集光加工するレーザ加工装置におい
   て、上記ガルバノミラーの温度を検出するガルバノ温度
   検出手段と、上記ｆθレンズの温度を検出するレンズ温
   度検出手段と、このガルバノ温度検出手段及びレンズ温
   度検出手段からの温度に基づき、上記ガルバノミラーの
   偏向変位動作位置を制御する手段と、を備えたことを特
   徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 温度に基づき制御する位置ずれ（ΔＸ，
   ΔＹ）の補正として、ｆθレンズの温度変化（Δｔ1）
   によるＸ方向、Ｙ方向の伸縮率（ゲイン）をＧx，Ｇy、
   ガルバノミラーの温度変化（Δｔ2）によるＸ方向、Ｙ
   方向のオフセットをＸ0，Ｙ0、補正前の加工位置（Ｘ，
   Ｙ）、とした場合に、 ΔＸ＝Ｇx＊Ｘ＊Δｔ1−Ｇx＊Ｘ0＊（Δｔ2−Δｔ1） ΔＹ＝Ｇy＊Ｙ＊Δｔ1−Ｇy＊Ｙ0＊（Δｔ2−Δｔ1） に基づき求めることを特徴とする請求項１に記載のレー
   ザ加工装置。
3. 【請求項３】 加工する際に予めガルバノミラーへの入
   熱量を算出する手段と、ガルバノミラーに乾燥空気を吹
   付ける手段と、を有することを特徴とする請求項１また
   は２に記載のレーザ加工装置。