JP2004160521A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速でガルバノミラーを走査しても真円性を十分確保した円形の孔を加工することができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】２個のガルバノミラー２、３を走査するための位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ と、エンコーダ８、９で検出したガルバノミラー２、３の実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ とを位相差演算部１７で比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差がキャンセルされるように位置指令信号発生部１４で前記位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ を補正した補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を形成し、この補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ でガルバノミラー２、３を回動するモータ６、７を駆動するにようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】２個のガルバノミラー２、３を走査するための位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ と、エンコーダ８、９で検出したガルバノミラー２、３の実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ とを位相差演算部１７で比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差がキャンセルされるように位置指令信号発生部１４で前記位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ を補正した補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を形成し、この補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ でガルバノミラー２、３を回動するモータ６、７を駆動するにようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工装置に関し、特にレーザ光をガルバノミラーで振って微細な円形の孔を加工する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光は、極めて指向性が良く、大きなエネルギを有しているので、小さな点に集光した高エネルギの極めて小径のレーザビームとしてフィルム材等の電子部品に対する円形の微細孔（例えば１００μｍφ程度）の孔明けに汎用されている。
【０００３】
円形の微細孔の孔明けを行う場合には、レーザ光を、互いに直交するＸ軸及びＹ軸の回りにガルバノミラーで走査（揺動）してやり、このときの走査の同期をとるとともに走査角度を適宜設定することにより所望の径の孔を形成することができる。
【０００４】
すなわち、図３に示すように、レーザ発振器１から出射したレーザ光Ｌを２枚のガルバノミラー２、３で反射して微細な円形の孔４を形成するワーク５上に照射する。このとき、ガルバノミラー２、３をモータ６、７でそれぞれＸ軸回り及びＹ軸回りに回動するとともに、この回動信号の一方を余弦波、他方を正弦波として両者の同期をとる。すなわち、前記孔の半径をｒ、前記正弦波及び余弦波の角度をθとするとき、円は幾何学的にＸ＝ｒｃｏｓ θ及びＹ＝ｒｓｉｎ θによる点の集合となる。そこで、Ｘ＝ｒｃｏｓ θの第１の位置指令信号をモータ６に供給するとともに、Ｙ＝ｒｓｉｎ θの第２の位置指令信号をモータ７に供給することにより両信号を合成した位置指令信号でレーザ光を走査してレーザ光Ｌによりワーク５上に円を描く。すなわち、２軸のガルバノミラー２、３を用いてレーザ光Ｌの集光点をワーク５上で円運動をさせることにより所望の微細な孔４を加工する。このとき、レーザ光Ｌのビーム径は、例えば２０μｍであり、加工する孔４の径は、例えば１００μｍである。この孔４の径は前記第１及び第２の位置指令信号（Ｘ＝ｒｃｏｓ θ、Ｙ＝ｒｓｉｎ θ）の振幅ｒにより特定される。
【０００５】
なお、このときのモータ６、７の走査角度はそれぞれエンコーダ８、９で検出してこの走査角度を表す電気信号をモータ６、７の駆動を制御する制御装置（図示せず。）にフィードバックしている。
【０００６】
下記の特許文献１はガルバノミラーでレーザ光を振って、所望のレーザ加工を行う装置においてガルバノメータの動作遅れに起因する不都合を解消する技術を開示するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６０−１３０４９０号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き孔明け加工におけるレーザ光Ｌの円運動は、同一円周上を多数回（例えば２００回）回転するように行われる。このとき、ガルバノミラー２、３の走査速度を高速にすればする程、ガルバノミラー２、３及びモータ６、７の慣性によりモータ６、７に供給する位置制御信号に対してガルバノミラー２、３の動作が遅延し、しかもこのときの遅延時間が各ガルバノミラー２、３で異なる。各ガルバノミラー２、３の慣性力は通常異なっているからである。この結果、走査速度の高速化に伴い加工した孔４の真円性が崩れ、楕円形状の孔４となる傾向にあった。例えば、図４に示すように、４５°斜めの楕円となる。なお、図４はガルバノドライバの出力信号波形（リサージュ図形）を模擬したものである。
【０００９】
従来技術においては、ガルバノミラー２、３の走査速度を上げた場合には形成した孔４が真円からずれた形状となるので、これを避けるため、すなわち真円性を確保するため、走査速度が制限されて加工タクトが上がらないという問題を生起していた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、直交する２軸の回りに回動するミラーでレーザ光を振って円形の孔を形成する場合において、高速でミラーを走査しても真円性を十分確保した円形の孔を加工することができるレーザ加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１２】
１） 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記第１及び第２の位置指令信号と、前記第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、
この位相差がキャンセルされるように前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正すること。
【００１３】
２） 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記第１及び第２の位置指令信号と、第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、
この位相差をキャンセルするための補正位相をそのときの孔の加工速度と対応させて補正マップを作成し、
さらに孔の加工速度に応じた前記補正マップの補正位相のデータに基づき前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査すること。
【００１４】
３） 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を複数回円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記レーザ光の最初の円運動でこの円運動のために供給した第１及び第２の位置指令信号と第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差をキャンセルするための第１及び第２の補正位相のデータをそれぞれ得るとともに、
前記最初の円運動と同一速度で行う前記レーザ光の次回以降の円運動では、前記第１及び第２の位置指令信号を前記第１及び第２の補正位相のデータで補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査すること。
【００１５】
４） 上記１）乃至３）に記載する何れか一つのレーザ加工方法において、
ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、その振幅に応じた所定の倍率を掛けるとともに、
前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換した後、前記倍率で除して元に戻した第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号で第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査すること。
【００１６】
５） レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、
前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、
第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、及びこの位相差演算手段の演算結果に基づき前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備すること。
【００１７】
６） レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、
前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、
第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、この位相差演算手段が検出した位相差のデータを孔の加工速度との関連において記憶する補正マップ、及び別途供給される孔の加工速度のデータに基づきこの加工速度に対応する補正位相データを前記補正マップから読出し、前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備すること。
【００１８】
７） 上記６）に記載するレーザ加工装置において、
補正マップは、離散的な孔の加工速度に対応する離散的な位相差のデータに基づき、隣接する加工速度間の位相差を補完して連続的な位相差のデータとしたものであること。
【００１９】
８） 上記５）乃至７）に記載する何れか一つのレーザ加工装置において、
制御手段は、
ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、各振幅に応じた所定の倍率を掛けて第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を出力する位置指令信号発生手段と、
この位置指令信号発生手段のディジタル出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、
このＤ／Ａ変換手段のアナログ出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅を前記倍率で除して各振幅を元に戻し、かかるアナログ信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を第１及び第２の駆動手段に供給する減衰比例選択手段とを有すること。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係るレーザ加工機を示すブロック線図である。同図に示すレーザ加工装置は、図３に示すガルバノミラー２、３を用いるものである。そこで、図３と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図１に示すように、レーザ発振器１が出射したレーザ光Ｌは、第１のミラーでありＸ軸回りを回動するガルバノミラー２、及び第２のミラーでありＹ軸回りを回動するガルバノミラー３で順次反射されて加工ステージに載置されたワーク（図１には図示せず。）に照射される。この結果、ガルバノミラー２、３の走査によりレーザ光Ｌの先端に円運動をさせれば、前記ワーク上に円形の孔を形成することができる。ガルバノミラー２は、Ｘ軸のガルバノドライバ１０で駆動する第１の駆動手段であるモータ６により、またガルバノミラー３は、Ｙ軸のガルバノドライバ１１で駆動する第２の駆動手段であるモータ７によりそれぞれ回動される。ガルバノドライバ１０、１１には、制御装置１３からそれぞれ第１及び第２の位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ が供給される。位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ は、図３に関連して述べたＸ＝ｒｃｏｓ θ、Ｙ＝ｒｓｉｎ θで表される信号である。かかる信号Ｘ＝ｒｃｏｓ θ、Ｙ＝ｒｓｉｎ θによりガルバノミラー２、３を走査することによりレーザ光Ｌに円軌道を描かせることができる。エンコーダ８、９はガルバノミラー２、３の回動位置を、モータ６、７の回動角度を介してそれぞれ検出する第１及び第２のセンサであり、ガルバノミラー２、３の実測位置を検出してこれを表す第１及び第２の実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ を制御装置１３へ送出する。これらガルバノミラー２、３乃至ガルバノドライバ１０、１１で加工機を構成している。
【００２３】
上記加工機１２を制御する制御装置１３は、位置指令信号発生部１４、Ｄ／Ａ変換器１５、減衰比選択部１６、位相差演算部１７及び補正マップ１８を有している。位置指令信号発生部１４は、ＮＣプログラム等から供給される加工条件指令信号に基づき位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ を発生することを最も基本的な機能とするものである。このときの加工条件指令信号は、形成する孔の径（例えば、１００μｍ、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の振幅で規定される。）、孔の加工速度（例えば、６，０００ｍｍ／ｍｉｎ、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の角度で規定される。）及び一つの孔を形成する際の円運動の回数（例えば、２００回、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の周期の数で規定される。）をデータとして含む信号である。
【００２４】
本形態に係る位置指令信号発生部１４は、ディジタル処理を行うパーソナルコンピュータで好適に形成し得るが、加工条件の一つである加工速度に応じて、ディジタル出力信号である位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ （ガルバノミラー３、４の慣性力による動作遅れを加味し、これを補正するために位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の位相を補正した信号である。後に詳述する。）の振幅に、各振幅に応じた所定の倍率を掛けて出力する。すなわち、例えば形成する孔の径に応じて倍率を３段階に分け、より小さい径のものから順にその振幅を１００倍、１０倍、１倍してやる。振幅は形成する孔の径に対応する。したがって、径が小さい孔になるほど位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ の振幅は増幅されて出力される。このことにより、Ｄ／Ａ変換器１５で位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をアナログ信号に変換した後に重畳される雑音のレベルを相対的に小さくすることができる。すなわち、Ｓ／Ｎ比を大きくするすることができる。
【００２５】
減衰比選択部１６では、Ｄ／Ａ変換器１５のアナログ出力信号である位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ の振幅を前記倍率で除して各振幅を孔の径に応じて元に戻したアナログ信号である位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をガルバノドライバ１０、１１にそれぞれ供給する。
【００２６】
形成する孔の径が小さくなればなる程、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ の振幅は小さくなる。したがって、Ｄ／Ａ変換後に位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ に雑音が重畳された場合、この雑音の影響はより顕著になる。かかる雑音の影響は形成した孔の輪郭の凹凸等として顕在化し、孔の加工精度に悪影響を与える。その影響は、径が小さくなる程、当然顕著になる。本形態では、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号におけるＳ／Ｎ比を大きくすることで、かかる影響を除去すると同時に、減衰比選択部１６で形成する孔の径に応じた振幅を有する位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ に戻している。
【００２７】
位相差演算部１７は、エンコーダ８、９で検出したガルバノミラー２、３の実測位置を表す実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ と、ガルバノドライバ１０、１１に供給する位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する。これは、ガルバノミラー２、３の慣性力による位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ に対する動作遅れをガルバノミラー２、３の実位置を表す実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ と位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ との位相差として定量的に把握し、この位相差をキャンセルすることによりガルバノミラー２、３の動作遅れを実質的にキャンセルするための演算である。すなわち、実測位置信号Ｓ５ と位置指令信号Ｓ１ との位相差φ１ 及び実測位置信号Ｓ６ と位置指令信号Ｓ２ との位相差φ２ をそれぞれ求め、これらの位相差φ１ 、φ２ がキャンセルされるように位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の位相を補正して補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を形成する。このことにより、補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ は、ガルバノミラー２、３の動作遅れを折り込んだ信号となる。すなわち、かかる補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をガルバノドライバ１０、１１に供給することにより、ガルバノミラー２、３の動作遅れがキャンセルされて各ガルバノミラー２、３が反射するレーザ光Ｌの先端の軌跡を真円とすることができる。
【００２８】
補正マップ１８は、位相差演算部１７が検出した位相差φ１ 、φ２ のデータを加工条件指令信号中の孔の加工速度との関連において記憶する。ここで、この補正マップ１８は、離散的な孔の加工速度に対応する離散的な位相差φ１ 、φ２ のデータに基づき、隣接する加工速度間の位相差φ１ 、φ２ を補完して連続的な位相差φ１ 、φ２ のデータとすることもできる。
【００２９】
位置指令信号発生部１４は、加工条件指令信号中の孔の加工速度のデータに基づき、この加工速度に対応する位相差φ１ 、φ２ を表す補正位相信号Ｓ ７ 、 Ｓ８を補正マップ１８から読出し、前記位相差φ１ 、φ２ がキャンセルされるように補正した補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を出力する。すなわち、このときの補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ は、Ｘ＝ｒｃｏｓ （θ＋φ１ ）、Ｙ＝ｒｓｉｎ （θ＋φ２ ）の信号となる。ちなみに、図４に示すように、４５°の楕円となってしまったレーザ光Ｌの軌跡は、例えばφ１ ＝−１０°、φ２ ＝ ０°とすることで、図２に示すような真円に補正することができる。
【００３０】
かかる実施の形態では、加工速度と対応づけた補正マップ１８を予め作成しておき、実加工の際には、その加工速度に応じて補正マップ１８から読み出した補正位相信号Ｓ ７ 、 Ｓ ８で位相を補正した補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をＤ／Ａ変換器１５及び減衰比例選択部１６を介してガルバノドライバ１０、１１に供給する。かくしてガルバノドライバ１０、１１は補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ でモータ６、７を駆動してガルバノミラー２、３を回動する。このときのガルバノミラー２、３の回動量にはその動作遅れをキャンセルする位相差φ１ 、φ２ 成分が含まれているので、これらのガルバノミラー２、３で走査するレーザ光Ｌの先端は真円の円軌道を運動する。すなわち、真円の孔をワーク上に形成することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では位相差φ１ 、φ２ を予め検出して補正マップ１８を作っておき、この補正マップ１８を利用して実加工時の位相差φ１ 、φ２ を適宜補正する装置としたが、これに限るものではない。
【００３２】
位置指令信号発生部１４の位相差φ１ 、φ２ のデータを直接位置指令信号発生部１４に供給するように構成しても良い。そして、この場合には、リアルタイムで得る位相差φ１ 、φ２ のデータに基づきリアルタイムで必要な補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を形成することができる。このことにより、当該レーザ加工装置のキャリブレーションを行うことができる。また、最初に１回、レーザ光Ｌを照射することなくガルバノミラー２、３を走査して円運動に対するズレ量（位相差φ１ 、φ２ ）を検出し、当該加工条件（加工速度）における位相補正のためのデータを得、２回目以降でレーザ光Ｌを照射して補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ でガルバノミラー２、３を走査してやればリアルタイムで位相差φ１ 、φ２ を補正しながら前記レーザ光Ｌの先端に高精度の真円運動をさせてこのレーザ光Ｌで形成する孔を高精度の真円とすることができる。
【００３３】
さらに、位置指令信号発生部１４で位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 等の振幅を所定倍するとともに、減衰比選択部１６でもとに戻すという構成を採る必要は必ずしもない。ただ、かかる構成を採用することで位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 又は補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ のＳ／Ｎ比を向上させることはでき、このことによる孔の加工精度の向上は、当然図り得る。
【００３４】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、前記第１及び第２の位置指令信号と、前記第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差がキャンセルされるように前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正するので、
補正された第１及び第２の位置指令信号はこの第１及び第２の位置指令信号に対する第１及び第２のミラーの動作遅れを予め折り込んだ信号となる。
この結果、第１及び第２のミラーの回動量を合成して決定されるレーザ光の先端の軌跡は真円となる。すなわち、加工速度を上昇する程大きくなるミラーの動作遅れに起因する悪影響を除去してレーザ光の真円運動により真円の孔を形成することができる。この結果、孔形成のタクトタイムを短縮して加工効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【００３５】
〔請求項２〕に記載する発明は、余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、前記第１及び第２の位置指令信号と、第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差をキャンセルするための補正位相をそのときの孔の加工速度と対応させて補正マップを作成し、さらに孔の加工速度に応じた前記補正マップの補正位相のデータに基づき前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査するので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果に加え、予め加工速度に応じた補正位相のデータを収拾しておくことで、特定の加工速度において真円加工のための第１及び第２の補正位置指令信号を得ることができ、このことによってレーザ光による真円孔加工に資することができるという効果を奏する。
【００３６】
〔請求項３〕に記載する発明は、余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を複数回円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、前記レーザ光の最初の円運動でこの円運動のために供給した第１及び第２の位置指令信号と第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差をキャンセルするための第１及び第２の補正位相のデータをそれぞれ得るとともに、前記最初の円運動と同一速度で行う前記レーザ光の次回以降の円運動では、前記第１及び第２の位置指令信号を前記第１及び第２の補正位相のデータで補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査するので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果に加え、最初に一回レーザ光を照射することなく第１及び第２のミラーを走査して円運動に対するズレ量を検出して当該加工条件（加工速度）における位相補正のためのデータを得る。したがって、２回目以降でレーザ光を照射して第１及び第２の補正位置指令信号で第１及び第２のミラーを走査してやれば前記レーザ光の先端の軌跡は高精度の真円運動を行う。この結果、レーザ光で形成する孔を高精度の真円とすることができる。
【００３７】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか一つのレーザ加工方法において、ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、その振幅に応じた所定の倍率を掛けるとともに、前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換した後、前記倍率で除して元に戻した第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号で第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査するので、
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する発明の作用・効果に加え、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号となった第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号に重畳される雑音の影響を可及的に低減して十分なＳ／Ｎ比を確保することができる。この結果、振幅が小さく、したがって径が小さい孔になればなる程、前記雑音の影響を受け易い微小径の孔であってもこれを高精度に形成することができる。
【００３８】
〔請求項５〕に記載する発明は、レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、及びこの位相差演算手段の演算結果に基づき前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備するので、
補正された第１及び第２の位置指令信号はこの第１及び第２の位置指令信号に対する第１及び第２のミラーの動作遅れを予め折り込んだ信号となる。
この結果、第１及び第２のミラーの回動量を合成して決定されるレーザ光の先端の軌跡は真円となる。すなわち、加工速度を上昇する程大きくなるミラーの動作遅れに起因する悪影響を除去してレーザ光の真円運動により真円の孔を形成することができる。この結果、孔形成のタクトタイムを短縮して加工効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
さらに、位相補正量を把握することで当該レーザ加工装置のキャリブレーションも容易且つ精確に行うことができる。
【００３９】
〔請求項６〕に記載する発明は、レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、 前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、この位相差演算手段が検出した位相差のデータを孔の加工速度との関連において記憶する補正マップ、及び別途供給される孔の加工速度のデータに基づきこの加工速度に対応する補正位相データを前記補正マップから読出し、前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備するので、
〔請求項５〕に記載する発明の作用・効果に加え、予め加工速度に応じた補正位相のデータを収拾しておくことで、特定の加工速度において真円加工のための第１及び第２の補正位置指令信号を得ることができ、このことによってレーザ光による真円孔加工に資することができるという効果を奏する。
【００４０】
〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項６〕に記載するレーザ加工装置において、補正マップは、離散的な孔の加工速度に対応する離散的な位相差のデータに基づき、隣接する加工速度間の位相差を補完して連続的な位相差のデータとしたものであるので、
〔請求項６〕に記載する発明の作用・効果に加え、全ての加工速度に応じた位相補正データを提供して各加工速度における真円加工を適切に行うことができる。
【００４１】
〔請求項８〕に記載する発明は、〔請求項５〕乃至〔請求項７〕に記載する何れか一つのレーザ加工装置において、制御手段は、ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、各振幅に応じた所定の倍率を掛けて第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を出力する位置指令信号発生手段と、この位置指令信号発生手段のディジタル出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段のアナログ出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅を前記倍率で除して各振幅を元に戻し、かかるアナログ信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を第１及び第２の駆動手段に供給する減衰比例選択手段とを有するので、
〔請求項５〕乃至〔請求項７〕に記載する発明の作用・効果に加え、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号となった第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号に重畳される雑音の影響を可及的に低減して十分なＳ／Ｎ比を確保することができる。この結果、振幅が小さく、したがって径が小さい孔になればなる程、前記雑音の影響を受け易い微小径の孔であってもこれを高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置を示すブロック線図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置で形成した孔加工時におけるガルバノドライバの出力信号波形（リサージュ図形）を示す説明図である。
【図３】レーザ光の先端に円運動をさせて孔を形成する加工方法の原理を説明するための説明図である。
【図４】図３の原理に基づき形成する従来技術に係る孔加工時におけるガルバノドライバの出力信号波形（リサージュ図形）を示す説明図である。
【符号の説明】
１ レーザ発振器
２、３ ガルバノミラー
４ 孔
５ ワーク
６、７ モータ
８、９ エンコーダ
１２ 加工機
１３ 制御装置
１４ 位置指令信号発生部
１５ Ｄ／Ａ変換器
１６ 減衰比選択部
１７ 位相差演算部
１８ 補正マップ
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工装置に関し、特にレーザ光をガルバノミラーで振って微細な円形の孔を加工する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光は、極めて指向性が良く、大きなエネルギを有しているので、小さな点に集光した高エネルギの極めて小径のレーザビームとしてフィルム材等の電子部品に対する円形の微細孔（例えば１００μｍφ程度）の孔明けに汎用されている。
【０００３】
円形の微細孔の孔明けを行う場合には、レーザ光を、互いに直交するＸ軸及びＹ軸の回りにガルバノミラーで走査（揺動）してやり、このときの走査の同期をとるとともに走査角度を適宜設定することにより所望の径の孔を形成することができる。
【０００４】
すなわち、図３に示すように、レーザ発振器１から出射したレーザ光Ｌを２枚のガルバノミラー２、３で反射して微細な円形の孔４を形成するワーク５上に照射する。このとき、ガルバノミラー２、３をモータ６、７でそれぞれＸ軸回り及びＹ軸回りに回動するとともに、この回動信号の一方を余弦波、他方を正弦波として両者の同期をとる。すなわち、前記孔の半径をｒ、前記正弦波及び余弦波の角度をθとするとき、円は幾何学的にＸ＝ｒｃｏｓ θ及びＹ＝ｒｓｉｎ θによる点の集合となる。そこで、Ｘ＝ｒｃｏｓ θの第１の位置指令信号をモータ６に供給するとともに、Ｙ＝ｒｓｉｎ θの第２の位置指令信号をモータ７に供給することにより両信号を合成した位置指令信号でレーザ光を走査してレーザ光Ｌによりワーク５上に円を描く。すなわち、２軸のガルバノミラー２、３を用いてレーザ光Ｌの集光点をワーク５上で円運動をさせることにより所望の微細な孔４を加工する。このとき、レーザ光Ｌのビーム径は、例えば２０μｍであり、加工する孔４の径は、例えば１００μｍである。この孔４の径は前記第１及び第２の位置指令信号（Ｘ＝ｒｃｏｓ θ、Ｙ＝ｒｓｉｎ θ）の振幅ｒにより特定される。
【０００５】
なお、このときのモータ６、７の走査角度はそれぞれエンコーダ８、９で検出してこの走査角度を表す電気信号をモータ６、７の駆動を制御する制御装置（図示せず。）にフィードバックしている。
【０００６】
下記の特許文献１はガルバノミラーでレーザ光を振って、所望のレーザ加工を行う装置においてガルバノメータの動作遅れに起因する不都合を解消する技術を開示するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６０−１３０４９０号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き孔明け加工におけるレーザ光Ｌの円運動は、同一円周上を多数回（例えば２００回）回転するように行われる。このとき、ガルバノミラー２、３の走査速度を高速にすればする程、ガルバノミラー２、３及びモータ６、７の慣性によりモータ６、７に供給する位置制御信号に対してガルバノミラー２、３の動作が遅延し、しかもこのときの遅延時間が各ガルバノミラー２、３で異なる。各ガルバノミラー２、３の慣性力は通常異なっているからである。この結果、走査速度の高速化に伴い加工した孔４の真円性が崩れ、楕円形状の孔４となる傾向にあった。例えば、図４に示すように、４５°斜めの楕円となる。なお、図４はガルバノドライバの出力信号波形（リサージュ図形）を模擬したものである。
【０００９】
従来技術においては、ガルバノミラー２、３の走査速度を上げた場合には形成した孔４が真円からずれた形状となるので、これを避けるため、すなわち真円性を確保するため、走査速度が制限されて加工タクトが上がらないという問題を生起していた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、直交する２軸の回りに回動するミラーでレーザ光を振って円形の孔を形成する場合において、高速でミラーを走査しても真円性を十分確保した円形の孔を加工することができるレーザ加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１２】
１） 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記第１及び第２の位置指令信号と、前記第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、
この位相差がキャンセルされるように前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正すること。
【００１３】
２） 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記第１及び第２の位置指令信号と、第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、
この位相差をキャンセルするための補正位相をそのときの孔の加工速度と対応させて補正マップを作成し、
さらに孔の加工速度に応じた前記補正マップの補正位相のデータに基づき前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査すること。
【００１４】
３） 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を複数回円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記レーザ光の最初の円運動でこの円運動のために供給した第１及び第２の位置指令信号と第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差をキャンセルするための第１及び第２の補正位相のデータをそれぞれ得るとともに、
前記最初の円運動と同一速度で行う前記レーザ光の次回以降の円運動では、前記第１及び第２の位置指令信号を前記第１及び第２の補正位相のデータで補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査すること。
【００１５】
４） 上記１）乃至３）に記載する何れか一つのレーザ加工方法において、
ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、その振幅に応じた所定の倍率を掛けるとともに、
前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換した後、前記倍率で除して元に戻した第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号で第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査すること。
【００１６】
５） レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、
前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、
第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、及びこの位相差演算手段の演算結果に基づき前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備すること。
【００１７】
６） レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、
前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、
第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、この位相差演算手段が検出した位相差のデータを孔の加工速度との関連において記憶する補正マップ、及び別途供給される孔の加工速度のデータに基づきこの加工速度に対応する補正位相データを前記補正マップから読出し、前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備すること。
【００１８】
７） 上記６）に記載するレーザ加工装置において、
補正マップは、離散的な孔の加工速度に対応する離散的な位相差のデータに基づき、隣接する加工速度間の位相差を補完して連続的な位相差のデータとしたものであること。
【００１９】
８） 上記５）乃至７）に記載する何れか一つのレーザ加工装置において、
制御手段は、
ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、各振幅に応じた所定の倍率を掛けて第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を出力する位置指令信号発生手段と、
この位置指令信号発生手段のディジタル出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、
このＤ／Ａ変換手段のアナログ出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅を前記倍率で除して各振幅を元に戻し、かかるアナログ信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を第１及び第２の駆動手段に供給する減衰比例選択手段とを有すること。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係るレーザ加工機を示すブロック線図である。同図に示すレーザ加工装置は、図３に示すガルバノミラー２、３を用いるものである。そこで、図３と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図１に示すように、レーザ発振器１が出射したレーザ光Ｌは、第１のミラーでありＸ軸回りを回動するガルバノミラー２、及び第２のミラーでありＹ軸回りを回動するガルバノミラー３で順次反射されて加工ステージに載置されたワーク（図１には図示せず。）に照射される。この結果、ガルバノミラー２、３の走査によりレーザ光Ｌの先端に円運動をさせれば、前記ワーク上に円形の孔を形成することができる。ガルバノミラー２は、Ｘ軸のガルバノドライバ１０で駆動する第１の駆動手段であるモータ６により、またガルバノミラー３は、Ｙ軸のガルバノドライバ１１で駆動する第２の駆動手段であるモータ７によりそれぞれ回動される。ガルバノドライバ１０、１１には、制御装置１３からそれぞれ第１及び第２の位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ が供給される。位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ は、図３に関連して述べたＸ＝ｒｃｏｓ θ、Ｙ＝ｒｓｉｎ θで表される信号である。かかる信号Ｘ＝ｒｃｏｓ θ、Ｙ＝ｒｓｉｎ θによりガルバノミラー２、３を走査することによりレーザ光Ｌに円軌道を描かせることができる。エンコーダ８、９はガルバノミラー２、３の回動位置を、モータ６、７の回動角度を介してそれぞれ検出する第１及び第２のセンサであり、ガルバノミラー２、３の実測位置を検出してこれを表す第１及び第２の実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ を制御装置１３へ送出する。これらガルバノミラー２、３乃至ガルバノドライバ１０、１１で加工機を構成している。
【００２３】
上記加工機１２を制御する制御装置１３は、位置指令信号発生部１４、Ｄ／Ａ変換器１５、減衰比選択部１６、位相差演算部１７及び補正マップ１８を有している。位置指令信号発生部１４は、ＮＣプログラム等から供給される加工条件指令信号に基づき位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ を発生することを最も基本的な機能とするものである。このときの加工条件指令信号は、形成する孔の径（例えば、１００μｍ、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の振幅で規定される。）、孔の加工速度（例えば、６，０００ｍｍ／ｍｉｎ、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の角度で規定される。）及び一つの孔を形成する際の円運動の回数（例えば、２００回、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の周期の数で規定される。）をデータとして含む信号である。
【００２４】
本形態に係る位置指令信号発生部１４は、ディジタル処理を行うパーソナルコンピュータで好適に形成し得るが、加工条件の一つである加工速度に応じて、ディジタル出力信号である位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ （ガルバノミラー３、４の慣性力による動作遅れを加味し、これを補正するために位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の位相を補正した信号である。後に詳述する。）の振幅に、各振幅に応じた所定の倍率を掛けて出力する。すなわち、例えば形成する孔の径に応じて倍率を３段階に分け、より小さい径のものから順にその振幅を１００倍、１０倍、１倍してやる。振幅は形成する孔の径に対応する。したがって、径が小さい孔になるほど位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ の振幅は増幅されて出力される。このことにより、Ｄ／Ａ変換器１５で位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をアナログ信号に変換した後に重畳される雑音のレベルを相対的に小さくすることができる。すなわち、Ｓ／Ｎ比を大きくするすることができる。
【００２５】
減衰比選択部１６では、Ｄ／Ａ変換器１５のアナログ出力信号である位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ の振幅を前記倍率で除して各振幅を孔の径に応じて元に戻したアナログ信号である位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をガルバノドライバ１０、１１にそれぞれ供給する。
【００２６】
形成する孔の径が小さくなればなる程、位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ の振幅は小さくなる。したがって、Ｄ／Ａ変換後に位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ に雑音が重畳された場合、この雑音の影響はより顕著になる。かかる雑音の影響は形成した孔の輪郭の凹凸等として顕在化し、孔の加工精度に悪影響を与える。その影響は、径が小さくなる程、当然顕著になる。本形態では、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号におけるＳ／Ｎ比を大きくすることで、かかる影響を除去すると同時に、減衰比選択部１６で形成する孔の径に応じた振幅を有する位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 及び補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ に戻している。
【００２７】
位相差演算部１７は、エンコーダ８、９で検出したガルバノミラー２、３の実測位置を表す実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ と、ガルバノドライバ１０、１１に供給する位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する。これは、ガルバノミラー２、３の慣性力による位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ に対する動作遅れをガルバノミラー２、３の実位置を表す実測位置信号Ｓ５ 、Ｓ６ と位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ との位相差として定量的に把握し、この位相差をキャンセルすることによりガルバノミラー２、３の動作遅れを実質的にキャンセルするための演算である。すなわち、実測位置信号Ｓ５ と位置指令信号Ｓ１ との位相差φ１ 及び実測位置信号Ｓ６ と位置指令信号Ｓ２ との位相差φ２ をそれぞれ求め、これらの位相差φ１ 、φ２ がキャンセルされるように位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ の位相を補正して補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を形成する。このことにより、補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ は、ガルバノミラー２、３の動作遅れを折り込んだ信号となる。すなわち、かかる補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をガルバノドライバ１０、１１に供給することにより、ガルバノミラー２、３の動作遅れがキャンセルされて各ガルバノミラー２、３が反射するレーザ光Ｌの先端の軌跡を真円とすることができる。
【００２８】
補正マップ１８は、位相差演算部１７が検出した位相差φ１ 、φ２ のデータを加工条件指令信号中の孔の加工速度との関連において記憶する。ここで、この補正マップ１８は、離散的な孔の加工速度に対応する離散的な位相差φ１ 、φ２ のデータに基づき、隣接する加工速度間の位相差φ１ 、φ２ を補完して連続的な位相差φ１ 、φ２ のデータとすることもできる。
【００２９】
位置指令信号発生部１４は、加工条件指令信号中の孔の加工速度のデータに基づき、この加工速度に対応する位相差φ１ 、φ２ を表す補正位相信号Ｓ ７ 、 Ｓ８を補正マップ１８から読出し、前記位相差φ１ 、φ２ がキャンセルされるように補正した補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を出力する。すなわち、このときの補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ は、Ｘ＝ｒｃｏｓ （θ＋φ１ ）、Ｙ＝ｒｓｉｎ （θ＋φ２ ）の信号となる。ちなみに、図４に示すように、４５°の楕円となってしまったレーザ光Ｌの軌跡は、例えばφ１ ＝−１０°、φ２ ＝ ０°とすることで、図２に示すような真円に補正することができる。
【００３０】
かかる実施の形態では、加工速度と対応づけた補正マップ１８を予め作成しておき、実加工の際には、その加工速度に応じて補正マップ１８から読み出した補正位相信号Ｓ ７ 、 Ｓ ８で位相を補正した補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ をＤ／Ａ変換器１５及び減衰比例選択部１６を介してガルバノドライバ１０、１１に供給する。かくしてガルバノドライバ１０、１１は補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ でモータ６、７を駆動してガルバノミラー２、３を回動する。このときのガルバノミラー２、３の回動量にはその動作遅れをキャンセルする位相差φ１ 、φ２ 成分が含まれているので、これらのガルバノミラー２、３で走査するレーザ光Ｌの先端は真円の円軌道を運動する。すなわち、真円の孔をワーク上に形成することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では位相差φ１ 、φ２ を予め検出して補正マップ１８を作っておき、この補正マップ１８を利用して実加工時の位相差φ１ 、φ２ を適宜補正する装置としたが、これに限るものではない。
【００３２】
位置指令信号発生部１４の位相差φ１ 、φ２ のデータを直接位置指令信号発生部１４に供給するように構成しても良い。そして、この場合には、リアルタイムで得る位相差φ１ 、φ２ のデータに基づきリアルタイムで必要な補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ を形成することができる。このことにより、当該レーザ加工装置のキャリブレーションを行うことができる。また、最初に１回、レーザ光Ｌを照射することなくガルバノミラー２、３を走査して円運動に対するズレ量（位相差φ１ 、φ２ ）を検出し、当該加工条件（加工速度）における位相補正のためのデータを得、２回目以降でレーザ光Ｌを照射して補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ でガルバノミラー２、３を走査してやればリアルタイムで位相差φ１ 、φ２ を補正しながら前記レーザ光Ｌの先端に高精度の真円運動をさせてこのレーザ光Ｌで形成する孔を高精度の真円とすることができる。
【００３３】
さらに、位置指令信号発生部１４で位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 等の振幅を所定倍するとともに、減衰比選択部１６でもとに戻すという構成を採る必要は必ずしもない。ただ、かかる構成を採用することで位置指令信号Ｓ１ 、Ｓ２ 又は補正位置指令信号Ｓ３ 、Ｓ４ のＳ／Ｎ比を向上させることはでき、このことによる孔の加工精度の向上は、当然図り得る。
【００３４】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、前記第１及び第２の位置指令信号と、前記第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差がキャンセルされるように前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正するので、
補正された第１及び第２の位置指令信号はこの第１及び第２の位置指令信号に対する第１及び第２のミラーの動作遅れを予め折り込んだ信号となる。
この結果、第１及び第２のミラーの回動量を合成して決定されるレーザ光の先端の軌跡は真円となる。すなわち、加工速度を上昇する程大きくなるミラーの動作遅れに起因する悪影響を除去してレーザ光の真円運動により真円の孔を形成することができる。この結果、孔形成のタクトタイムを短縮して加工効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【００３５】
〔請求項２〕に記載する発明は、余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、前記第１及び第２の位置指令信号と、第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差をキャンセルするための補正位相をそのときの孔の加工速度と対応させて補正マップを作成し、さらに孔の加工速度に応じた前記補正マップの補正位相のデータに基づき前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査するので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果に加え、予め加工速度に応じた補正位相のデータを収拾しておくことで、特定の加工速度において真円加工のための第１及び第２の補正位置指令信号を得ることができ、このことによってレーザ光による真円孔加工に資することができるという効果を奏する。
【００３６】
〔請求項３〕に記載する発明は、余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を複数回円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、前記レーザ光の最初の円運動でこの円運動のために供給した第１及び第２の位置指令信号と第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差をキャンセルするための第１及び第２の補正位相のデータをそれぞれ得るとともに、前記最初の円運動と同一速度で行う前記レーザ光の次回以降の円運動では、前記第１及び第２の位置指令信号を前記第１及び第２の補正位相のデータで補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査するので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果に加え、最初に一回レーザ光を照射することなく第１及び第２のミラーを走査して円運動に対するズレ量を検出して当該加工条件（加工速度）における位相補正のためのデータを得る。したがって、２回目以降でレーザ光を照射して第１及び第２の補正位置指令信号で第１及び第２のミラーを走査してやれば前記レーザ光の先端の軌跡は高精度の真円運動を行う。この結果、レーザ光で形成する孔を高精度の真円とすることができる。
【００３７】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか一つのレーザ加工方法において、ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、その振幅に応じた所定の倍率を掛けるとともに、前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換した後、前記倍率で除して元に戻した第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号で第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査するので、
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する発明の作用・効果に加え、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号となった第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号に重畳される雑音の影響を可及的に低減して十分なＳ／Ｎ比を確保することができる。この結果、振幅が小さく、したがって径が小さい孔になればなる程、前記雑音の影響を受け易い微小径の孔であってもこれを高精度に形成することができる。
【００３８】
〔請求項５〕に記載する発明は、レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、及びこの位相差演算手段の演算結果に基づき前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備するので、
補正された第１及び第２の位置指令信号はこの第１及び第２の位置指令信号に対する第１及び第２のミラーの動作遅れを予め折り込んだ信号となる。
この結果、第１及び第２のミラーの回動量を合成して決定されるレーザ光の先端の軌跡は真円となる。すなわち、加工速度を上昇する程大きくなるミラーの動作遅れに起因する悪影響を除去してレーザ光の真円運動により真円の孔を形成することができる。この結果、孔形成のタクトタイムを短縮して加工効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
さらに、位相補正量を把握することで当該レーザ加工装置のキャリブレーションも容易且つ精確に行うことができる。
【００３９】
〔請求項６〕に記載する発明は、レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、 前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、この位相差演算手段が検出した位相差のデータを孔の加工速度との関連において記憶する補正マップ、及び別途供給される孔の加工速度のデータに基づきこの加工速度に対応する補正位相データを前記補正マップから読出し、前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備するので、
〔請求項５〕に記載する発明の作用・効果に加え、予め加工速度に応じた補正位相のデータを収拾しておくことで、特定の加工速度において真円加工のための第１及び第２の補正位置指令信号を得ることができ、このことによってレーザ光による真円孔加工に資することができるという効果を奏する。
【００４０】
〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項６〕に記載するレーザ加工装置において、補正マップは、離散的な孔の加工速度に対応する離散的な位相差のデータに基づき、隣接する加工速度間の位相差を補完して連続的な位相差のデータとしたものであるので、
〔請求項６〕に記載する発明の作用・効果に加え、全ての加工速度に応じた位相補正データを提供して各加工速度における真円加工を適切に行うことができる。
【００４１】
〔請求項８〕に記載する発明は、〔請求項５〕乃至〔請求項７〕に記載する何れか一つのレーザ加工装置において、制御手段は、ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、各振幅に応じた所定の倍率を掛けて第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を出力する位置指令信号発生手段と、この位置指令信号発生手段のディジタル出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段のアナログ出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅を前記倍率で除して各振幅を元に戻し、かかるアナログ信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を第１及び第２の駆動手段に供給する減衰比例選択手段とを有するので、
〔請求項５〕乃至〔請求項７〕に記載する発明の作用・効果に加え、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号となった第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号に重畳される雑音の影響を可及的に低減して十分なＳ／Ｎ比を確保することができる。この結果、振幅が小さく、したがって径が小さい孔になればなる程、前記雑音の影響を受け易い微小径の孔であってもこれを高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置を示すブロック線図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置で形成した孔加工時におけるガルバノドライバの出力信号波形（リサージュ図形）を示す説明図である。
【図３】レーザ光の先端に円運動をさせて孔を形成する加工方法の原理を説明するための説明図である。
【図４】図３の原理に基づき形成する従来技術に係る孔加工時におけるガルバノドライバの出力信号波形（リサージュ図形）を示す説明図である。
【符号の説明】
１ レーザ発振器
２、３ ガルバノミラー
４ 孔
５ ワーク
６、７ モータ
８、９ エンコーダ
１２ 加工機
１３ 制御装置
１４ 位置指令信号発生部
１５ Ｄ／Ａ変換器
１６ 減衰比選択部
１７ 位相差演算部
１８ 補正マップ
Claims (8)
- 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記第１及び第２の位置指令信号と、前記第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、
この位相差がキャンセルされるように前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正することを特徴とするレーザ加工方法。 - 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記第１及び第２の位置指令信号と、第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、
この位相差をキャンセルするための補正位相をそのときの孔の加工速度と対応させて補正マップを作成し、
さらに孔の加工速度に応じた前記補正マップの補正位相のデータに基づき前記第１及び第２の位置指令信号をそれぞれ補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査することを特徴とするレーザ加工方法。 - 余弦波である第１の位置指令信号により一つの軸回りに回動する第１のミラーと、正弦波である第２の位置指令信号により他の軸回りに回動する第２のミラーとでレーザ発振器から出射したレーザ光を順次反射してこのレーザ光の先端を複数回円運動させることにより円形の孔を形成するレーザ加工方法において、
前記レーザ光の最初の円運動でこの円運動のために供給した第１及び第２の位置指令信号と第１及び第２のミラーの実測位置をそれぞれ検出して得る第１及び第２の実測位置信号とを比較して両者の位相差をそれぞれ検出し、この位相差をキャンセルするための第１及び第２の補正位相のデータをそれぞれ得るとともに、
前記最初の円運動と同一速度で行う前記レーザ光の次回以降の円運動では、前記第１及び第２の位置指令信号を前記第１及び第２の補正位相のデータで補正した第１及び第２の補正位置指令信号に基づき前記第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査することを特徴とするレーザ加工方法。 - 〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか一つのレーザ加工方法において、
ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、その振幅に応じた所定の倍率を掛けるとともに、
前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換した後、前記倍率で除して元に戻した第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号で第１及び第２のミラーをそれぞれ回動してレーザ光を走査することを特徴とするレーザ加工方法。 - レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、
前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、
第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、及びこの位相差演算手段の演算結果に基づき前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備することを特徴とするレーザ加工装置。 - レーザ光を照射するレーザ発振器と、制御手段が供給する余弦波である第１の位置指令信号により駆動される第１の駆動手段により一つの軸回りに回動される第１のミラーと、前記制御手段が供給する正弦波である第２の位置指令信号により駆動される第２の駆動手段により他の軸回りに回動される第２のミラーとを有し、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を第１及び第２のミラーで順次反射してこのレーザ光の先端を円運動させるように構成したレーザ加工装置において、
前記第１及び第２のミラーの回動位置をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、
第１及び第２のセンサで検出した前記第１及び第２のミラーの実測位置を表す第１及び第２の実測位置信号と、前記第１及び第２の駆動手段に供給する第１及び第２の位置指令信号とをそれぞれ比較して両者の位相差をそれぞれ演算する位相差演算手段、この位相差演算手段が検出した位相差のデータを孔の加工速度との関連において記憶する補正マップ、及び別途供給される孔の加工速度のデータに基づきこの加工速度に対応する補正位相データを前記補正マップから読出し、前記位相差がキャンセルされるように補正した第１及び第２の補正位置指令信号を前記第１及び第２の駆動手段に供給する位置指令信号発生手段を有する制御手段とを具備することを特徴とするレーザ加工装置。 - 〔請求項６〕に記載するレーザ加工装置において、
補正マップは、離散的な孔の加工速度に対応する離散的な位相差のデータに基づき、隣接する加工速度間の位相差を補完して連続的な位相差のデータとしたものであることを特徴とするレーザ加工装置。 - 〔請求項５〕乃至〔請求項７〕に記載する何れか一つのレーザ加工装置において、
制御手段は、
ディジタル信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅に、各振幅に応じた所定の倍率を掛けて第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を出力する位置指令信号発生手段と、
この位置指令信号発生手段のディジタル出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、
このＤ／Ａ変換手段のアナログ出力信号である前記第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号の振幅を前記倍率で除して各振幅を元に戻し、かかるアナログ信号である第１及び第２の位置指令信号又は第１及び第２の補正位置指令信号を第１及び第２の駆動手段に供給する減衰比例選択手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
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| JP2006134253A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Hitachi Via Mechanics Ltd | 移動体の位置決め制御装置及びレーザ加工装置 |
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