JP2004181494A - Device and method for laser beam machining - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにより駆動される加工テーブル上に配置された加工対象物を、トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて加工するようにしたレーザ加工方法及び装置に係り、特に、CO2、エキシマ等のガスレーザや、YAG等の固体レーザのパルス出力レーザにより、各位置に1パルスで加工を行う際に用いるのに好適な、高精度の加工を高速で行なうことが可能なレーザ加工方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
パルス出力レーザを用いた従来の加工は、通常、制御装置の指令により加工テーブルの位置決めを行ない、加工テーブルの移動が停止したタイミングでトリガパルスをレーザ装置に送って、レーザパルスを発振していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、1箇所の加工について減速・停止・加速で数百ミリ秒の時間を要し、これにレーザ照射時間が必要となってくる。又、制御装置からの指令による遅れ(ソフトウェア−数ミリ秒、ハードウェア−数μ秒)が加わり、1パルス加工の場合、ガスレーザの照射が数ナノ秒〜数十ナノ秒で完了するのに比べて、これらが大部分の時間を占めていた。このように、レーザ加工自体は高速であっても、テーブル駆動系の要因により全体の加工速度は遅くなっていた。
【0004】
このような問題点を解決するべく、特許文献1には、XYテーブルの位置検出のためのリニアエンコーダの出力により、XYテーブルの走行中所望位置で所望の繰り返し周波数でQスイッチ発振を行なわせることが記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−71160号公報
【0006】
又、特許文献2には、ワークの所定の移動位置毎にパルス信号を発生する専用のリニアスケールを用いてレーザ照射用のトリガを発生することが記載されている。
【0007】
【特許文献2】
特開2000−210782号公報
【0008】
しかしながら、特許文献1においてはQスイッチ発振が行なわれており、又、特許文献2においては、リニアスケールがXYテーブル駆動系には組み込まれておらず、構成が複雑化するという問題があった。
【0009】
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、専用のスケールを用いることなく、簡単な構成で、パルス出力レーザによる加工を高精度、且つ高速に行なえるようにすることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータにより駆動される加工テーブル上に配置された加工対象物を、トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて加工するようにしたレーザ加工方法において、前記加工テーブルの位置をフィードバック制御するためのエンコーダの出力を用いて、前記トリガ信号を発生するようにして、前記課題を解決したものである。
【0011】
更に、前記加工テーブルの位置ずれを補正するようにして、更に高精度化したものである。
【0012】
本発明は、又、モータにより駆動される加工テーブル上に配置された加工対象物を、トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて加工するようにしたレーザ加工装置において、前記加工テーブルの位置をフィードバック制御するためのエンコーダと、該エンコーダの出力を用いて、前記トリガ信号を発生する手段とを備えることにより、同じく前記課題を解決したものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0014】
本実施形態は、図1に示す如く、サーボモータ10によりボールねじ12を介して駆動される加工テーブル(例えばX−Yテーブル)14上に配置された加工対象物を、トリガ信号(例えばトリガパルス)によりレーザ装置20から発振されるレーザパルス22を用いて加工するようにしたレーザ加工装置において、前記加工テーブル14の位置をフィードバック制御するためのリニアスケール30の出力をトリガ発生ボード32に入力して、前記レーザ装置20用のトリガパルスを発生させるようにしたものである。
【0015】
図において、40は、例えばNCマシン等の制御装置に含まれる位置指令装置、42は、前記トリガ発生ボード32を介して入力される前記リニアスケール30の出力に応じて、前記サーボモータ10を制御するためのサーボアンプである。
【0016】
前記加工テーブル14は、リニアスケール30出力の位置パルスにより、サーボアンプ42を介して、フルクローズ制御され、高精度の位置決めが行なわれる。
【0017】
前記レーザ装置20としては、例えば、CO2、エキシマ等のガスパルスレーザやYAG等の固体パルスレーザが用いられる。
【0018】
前記ボールねじ12は高精度のものが用いられ、前記リニアスケール30の分解能は、例えば0.1μm以上とされている。
【0019】
前記トリガ発生ボード32には、アンプ34、36と、トリガ発生回路38が含まれる。
【0020】
本発明においては、図2に詳細に示す如く、前記リニアスケール30出力の位置パルスをカウンタ38Aでカウントし、予めメモリ38Bに記憶しているピッチ(間隔)テーブルを基に、比較用(ピッチ)データ38Cを比較器38Dに随時且つ高速に設定し、比較器38Dで比較して、値が等しくなるとトリガパルスを出力する。
【0021】
前記ピッチデータはその都度設定されるが、テーブル固有の誤差データは予めピッチエラーデータとして記憶しておく。この際、カウントは絶対値でカウントし、指定ピッチにその位置での誤差量を考慮したピッチデータを予め作成しておく。
【0022】
加工に際して、カウンタ38Aは、テーブル動作と共にカウントし、図3に示す如く、設定ピッチ位置と同じ場合、トリガパルスを出力する。トリガ出力と同時に次データの設定を行なう。
【0023】
以下作用を説明する。
【0024】
前記位置指令装置40から出た位置指令は、サーボアンプ42へ送られ、該サーボアンプ42がサーボモータ10を駆動する。サーボモータ10が回転することにより、ボールねじ12も回転し、加工テーブル14が移動する。加工テーブル14が移動することにより、リニアスケール30が位置信号(パルス出力)を出力する。出力された位置信号は、専用のトリガ発生ボード32に取り込まれる。ここで位置信号は分岐され、片方はアンプ34を介してサーボアンプ42に戻り、通常のフルクローズのサーボループを形成する。
【0025】
他方の位置信号は、アンプ36を介してトリガ発生回路38内の専用のカウンタ38Aでパルスをカウントする。ここで、パルスと位置の変換を行ない、予め設定されているパルス数(=位置)でトリガパルスをレーザ装置20へ出力する。トリガパルスによりレーザ装置20を発振し、加工テーブル14上のワークにレーザパルス22を照射して加工を行なう。このとき、テーブルは動きを止めることなく動き続ける。
【0026】
なお、レーザ装置20の出力は、電気的な回路の遅れを考慮しても、加工テーブル14の位置パルス検出から約3μ秒で出力される。従って、テーブル速度を10m/分で駆動した場合、0.5μm程度のずれ量で目的ポイントに加工可能である。
【0027】
なお、この精度は、全てテーブル精度に大きく影響される。通常のレーザ加工でよく使用する加工テーブルは±10μm程度である。この値は、テーブルストローク全幅に対して最大の誤差幅を意味する。
【0028】
通常、テーブル軸の誤差は、原点から測定した場合、指令位置からのずれ量として、レーザ側長器等で、図4のように測定できる。この誤差は、機械的な製作精度に左右され、必ず同じとは限らない。そして、制御系側の揺らぎに比べて大きな影響がある。これらを補正するため、本実施形態では、誤差量をそのまま補正量として、パルスカウント時に考慮するようにしている。これにより、軸固有の誤差量を相殺し、精度の高い加工が可能になる。
【0029】
本実施形態においては、このようにしてテーブル軸の誤差を補正しているので、高精度の位置制御が可能である。
【0030】
なお、前記説明においては、X−YテーブルのX軸について説明していたが、Y軸についても同様である。なお、本発明の適用対象はX−Yテーブルに限定されず、例えば1軸あるいは3軸以上のテーブルにも同様に適用可能である。又、前記実施形態においては、エンコーダとしてリニアスケールが用いられていたが、エンコーダの種類はこれに限定されず、例えばロータリエンコーダであってもよい。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、パルス出力レーザを使用して、専用のスケールを用いることなく、簡単な構成で、加工テーブルを停止することなく、穴あけ加工やパターニングを高速且つ高精度で行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の全体構成を示す回路図
【図2】前記実施形態のトリガ発生ボードの構成を示すブロック図
【図3】同じく作用を説明するためのカウントパルス及び設定データとトリガパルスの関係の例を示すタイムチャート
【図4】同じくテーブル軸の誤差の例を示す線図
【符号の説明】
10…サーボモータ
12…ボールねじ
14…加工テーブル(X−Yテーブル)
20…レーザ装置
22…レーザパルス
30…リニアスケール
32…トリガ発生ボード
40…位置指令装置
42…サーボアンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method and apparatus for processing a processing object placed on a processing table driven by a motor using a laser pulse oscillated by a trigger signal, and in particular, CO 2 , excimer. Laser processing method and apparatus capable of performing high-precision processing at high speed suitable for use in processing with one pulse at each position by a pulse laser of solid-state laser such as YAG or the like About.
[0002]
[Prior art]
In conventional machining using a pulse output laser, the machining table is normally positioned by a command from the control device, and a trigger pulse is sent to the laser device at the timing when the machining table stops moving, thereby oscillating the laser pulse. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, it takes several hundred milliseconds for deceleration, stop, and acceleration for one processing, and this requires laser irradiation time. In addition, a delay due to a command from the control device (software-several milliseconds, hardware-several microseconds) is added, and in the case of one-pulse machining, gas laser irradiation is completed in several nanoseconds to several tens of nanoseconds. These accounted for most of the time. Thus, even if the laser processing itself is high speed, the overall processing speed is slow due to the factors of the table drive system.
[0004]
In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses that a Q-switch oscillation is performed at a desired repetition frequency at a desired position during traveling of the XY table by output of a linear encoder for detecting the position of the XY table. Is described.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-71160 [0006]
Patent Document 2 describes that a trigger for laser irradiation is generated by using a dedicated linear scale that generates a pulse signal for each predetermined movement position of a workpiece.
[0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-210784
However, in Patent Document 1, Q-switch oscillation is performed, and in Patent Document 2, the linear scale is not incorporated in the XY table drive system, and there is a problem that the configuration becomes complicated.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is capable of performing processing with a pulse output laser with high accuracy and high speed with a simple configuration without using a dedicated scale. Let it be an issue.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention feedback-controls the position of the processing table in a laser processing method in which a processing object arranged on a processing table driven by a motor is processed using a laser pulse oscillated by a trigger signal. Therefore, the above-mentioned problem is solved by generating the trigger signal using the output of the encoder.
[0011]
Further, the accuracy of the processing table is further improved by correcting the displacement of the processing table.
[0012]
The present invention also provides a feedback of the position of the machining table in a laser machining apparatus that uses a laser pulse oscillated by a trigger signal to machine a workpiece to be placed on a machining table driven by a motor. The problem is similarly solved by providing an encoder for controlling and a means for generating the trigger signal using the output of the encoder.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a processing object placed on a processing table (for example, an XY table) 14 driven by a
[0015]
In the figure, 40 is a position command device included in a control device such as an NC machine, for example, and 42 controls the
[0016]
The machining table 14 is fully closed and controlled with high accuracy by a position pulse of the
[0017]
As the
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
In the present invention, as shown in detail in FIG. 2, the position pulse of the
[0021]
The pitch data is set each time, but error data unique to the table is stored in advance as pitch error data. At this time, the count is an absolute value, and pitch data in consideration of the error amount at that position is created in advance for the designated pitch.
[0022]
At the time of processing, the
[0023]
The operation will be described below.
[0024]
The position command output from the
[0025]
The other position signal is counted by a
[0026]
Note that the output of the
[0027]
This accuracy is greatly influenced by the table accuracy. A processing table often used in normal laser processing is about ± 10 μm. This value means the maximum error width with respect to the full width of the table stroke.
[0028]
Normally, when the table axis error is measured from the origin, it can be measured as the amount of deviation from the command position with a laser-side length gauge or the like as shown in FIG. This error depends on the mechanical manufacturing accuracy and is not always the same. And there is a big influence compared with the fluctuation on the control system side. In order to correct these, in the present embodiment, the error amount is used as it is as a correction amount and is taken into account when counting pulses. As a result, the axis-specific error amount is canceled, and highly accurate machining is possible.
[0029]
In the present embodiment, since the table axis error is corrected in this way, highly accurate position control is possible.
[0030]
In the above description, the X axis of the XY table has been described, but the same applies to the Y axis. The application target of the present invention is not limited to an XY table, and can be applied to a table having one axis or three axes or more, for example. In the embodiment, the linear scale is used as the encoder. However, the type of the encoder is not limited to this, and may be a rotary encoder, for example.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to perform drilling and patterning at high speed and with high accuracy using a pulse output laser without using a dedicated scale, with a simple configuration, and without stopping the processing table. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a trigger generation board according to the embodiment. FIG. 3 is a count pulse and setting data for explaining the operation. Time chart showing examples of trigger pulse relationships [Fig. 4] Diagram showing examples of table axis errors [Explanation of symbols]
10 ...
20 ...
Claims (3)
前記加工テーブルの位置をフィードバック制御するためのエンコーダの出力を用いて、前記トリガ信号を発生することを特徴とするレーザ加工方法。In a laser processing method in which a processing object arranged on a processing table driven by a motor is processed using a laser pulse oscillated by a trigger signal,
A laser processing method, wherein the trigger signal is generated by using an output of an encoder for feedback control of the position of the processing table.
前記加工テーブルの位置をフィードバック制御するためのエンコーダと、
該エンコーダの出力を用いて、前記トリガ信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。In a laser processing apparatus configured to process a processing object placed on a processing table driven by a motor using a laser pulse oscillated by a trigger signal,
An encoder for feedback control of the position of the processing table;
Means for generating the trigger signal using the output of the encoder;
A laser processing apparatus comprising:
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