JP2009154198A - レーザ加工装置およびレーザ加工制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を加工精度良く迅速に加工させることができるレーザ加工装置を得ること。
【解決手段】ガルバノスキャナによってレーザ光を被加工物上の照射位置へ導き、加工穴となるレーザ光の照射位置にパルス型のレーザ光を出射してバーストショット加工を行なうレーザ加工装置において、レーザ光の照射位置が目標の照射位置に到達した後のガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの残留振動周波数に同期してパルス型のレーザ光を出射するよう、レーザ発振器１によるレーザ光の照射タイミングを制御する制御部１１を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パルス型のレーザ光を出射してバーストショット加工を行なうレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置に関するものである。

プリント基板等の被加工物に対して穴あけ加工等のレーザ加工を行なう場合には、できるだけ真円に近い穴あけ加工することが望まれる。このような穴あけ加工を迅速に行う装置として、ガルバノスキャナを備えたレーザ加工装置がある。ガルバノスキャナは、ガルバノミラーの振り角を変えることによって、レーザ光の照射位置を変えるものである。

レーザ光による穴加工では、所望の穴形状を得るために、被加工物上で穴をあけたい位置に複数ショットのパルスを照射して穴加工を行う。複数ショットのパルスを照射する穴加工の方法としては、バーストショット加工がある。このバーストショット加工は、ガルバノスキャナが目標位置に移動・停止するたびに、穴加工に必要なショット数を照射する加工方法である。このような、１つの穴位置に複数ショットのパルスを照射する場合には、１つの穴位置に対して位置精度良く同じ位置にパルスを照射しなければ、穴の加工形状が楕円状などになり真円とならない。

特許文献１に記載のレーザ穴加工装置は、シリンドリカルコリメータがレーザ発振器から出射したレーザビームの非点収差を補正し、円形の開口マスクに照射している。そして、この円形の開口マスクを透過してきたレーザビームを被加工物上に結像させて穴加工を行なっている。

特開２００２−２７３５８９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ガルバノスキャナを移動させた後の残留振動（ガルバノスキャナが目標位置に停止したときに残っている振動）が発生した場合に、加工穴形状が楕円状になるという問題があった。

残留振動は、所定の時間継続して発生するものであるため、残留振動が消えるのを待って被加工物をレーザ加工する場合には、レーザ加工に長時間を要し迅速にレーザ加工を行なえないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工物を加工精度良く迅速に加工させることができるレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ガルバノスキャナによってレーザ光を被加工物上の照射位置へ導き、加工穴となる前記レーザ光の照射位置にパルス型のレーザ光を出射してバーストショット加工を行なうレーザ加工装置において、前記レーザ光の照射位置が目標の照射位置に到達した後の前記ガルバノスキャナの残留振動周波数に同期して前記パルス型のレーザ光を出射するよう、前記レーザ光の照射タイミングを制御する制御部を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ガルバノスキャナの残留振動周波数に同期してパルス型のレーザ光を出射するようレーザ光の照射タイミングを制御するので、被加工物を加工精度良く迅速に加工させることができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１０１は、プリント基板等の被加工物にレーザ光をパルス照射することによって被加工物の穴あけ加工などを行なう装置であり、後述のレーザ加工制御装置１０によって制御される。

レーザ加工装置１０１は、レーザ発振器１、マスク３、ミラー４、ｆθレンズ５、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂ、ＸＹステージ８を有している。レーザ発振器１は、レーザ光（ビーム光）２を所定のタイミングでパルス照射してマスク３へ入射させる。

マスク３は、加工穴を所望の大きさ、形状に加工するために、入射してくるレーザ光２から必要な部分のレーザ光２を切り取る。マスク３を透過したレーザ光２は、ミラー４へ送られる。

ミラー４は、レーザ光２を反射して光路へ導く。複数のミラーを透過したレーザ光２は、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂを介してｆθレンズ５へ導かれる。ｆθレンズ５は、レーザ光２をＸＹステージ８上の被加工物７上に集光させる。

ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂは、レーザ光を走査させるサーボモータであり、レーザ光をガルバノミラーで揺動することによって、レーザ光の照射位置を被加工物７の穴位置に高速に位置決めする。ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂは、例えば所定の振り角の範囲内で動作する。ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂは、レーザ加工制御装置１０から指令を受けて、目標の加工位置にレーザ光が照射されるよう、レーザ光の照射位置を移動させて停止する。ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂは、レーザ光２が照射された後に、次の目標の位置にレーザ光の照射位置を移動させて停止する動作を繰り返す。ガルバノスキャナ６Ａは、被加工物７に対するレーザ光の照射位置をＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ６Ｂは被加工物７に対するレーザ光の照射位置をＹ方向に移動させる。ＸＹステージ８は、被加工物７を載置するとともに、被加工物７をＸＹ方向に移動させる。

本実施の形態では、レーザ加工制御装置が、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂのガルバノミラー（後述のガルバノミラー２１）の振り角などに基づいて、加工位置やガルバノミラー２１の残留振動（残留振動周波数）を検出する。そして、レーザ加工制御装置は、加工位置や残留振動の検出結果に基づいて、レーザ発振器１を制御し、所定のタイミングでレーザ光を発振させる。

なお、レーザ加工装置１０１では、レーザ発振器１、マスク３、ミラー４、ｆθレンズ５、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂ、ＸＹステージ８以外の光学素子などを光路に挿入しておいてもよい。

ここで、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作について説明する。まず、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの代わりに単なるミラーを用いるとともに、ｆθレンズ５の代わりに単レンズを用いる場合について説明する。この場合、被加工物７の目標位置に穴加工をするためには、ＸＹステージ８を駆動して被加工物７を所定位置に移動・停止してレーザ光２によって穴加工を行うという動作を繰り返さなければならない。このため、被加工物７の加工に非常に多くのトータル加工時間を要する。

一方、本実施の形態では、ミラーや単レンズでなく、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂとｆθレンズ５を用いている。このため、被加工物７の所定の範囲内エリア（例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ）はＸＹステージ８を駆動させずに２軸のガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂを動作・停止させた後に、レーザ光２による穴加工をすればよい。そして、所定の範囲内のエリアにある全ての穴加工が終了し、次のエリアの穴加工を開始する際にのみＸＹステージ８を駆動させればよい。これにより、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂとｆθレンズ５を用いた場合、被加工物７のトータル加工時間を短縮することが可能となる。

図２は、図１に示したガルバノスキャナの回転子部分の構成を示す図である。ガルバノスキャナ６Ａやガルバノスキャナ６Ｂの回転子部分は、それぞれレーザ光を反射するためのガルバノミラー２１、棒状のシャフト２２、シャフト２２に取付けられた位置センサ２３、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの固定子からトルクを受けるモータ部２４、シャフト２２にガルバノミラー２１を取付けるためのミラーマウント２５を有している。位置センサ２３は、ガルバノミラー２１の位置や振動を検出するエンコーダなどである。図２のガルバノミラー２１は、ガルバノミラー２１の裏面を示しており、図２で示されていない側の面が鏡面である。

シャフト２２は、２つの軸受け４１ａ，４１ｂによって図示しない筐体に回転自在に支持されている。２つの軸受け４１ａ，４１ｂ間において、可動コイル４２がシャフト２２に固定されている。さらに可動コイル４２を挟んで、極性の異なる１対の永久磁石４３が対向して配置されている。そして、可動コイル４２は永久磁石４３の発生する磁界中に設置されており、可動コイル４２と永久磁石４３とにより２２が回転するように構成されている。可動コイル４２はシャフト２２に矩形状に巻装されているが、その詳細は省略している。なお、図２に示したガルバノスキャナの回転子部分の構造は一例であり、ガルバノスキャナの回転子部分は他の構造（可動磁石など）であってもよい。

図３は、実施の形態１に係るレーザ加工制御装置の構成を示すブロック図である。レーザ加工制御装置１０は、制御部１１、目標値生成部１２、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂ、位置検出部１４Ａ，１４Ｂを有している。

目標値生成部１２は、制御部１１に接続されており、レーザ光の照射目標位置（ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂで加工できるエリア上の座標と各加工穴への移動順序）を生成して制御部１１に送る。残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂ、位置検出部１４Ａ，１４Ｂは、図２に示した位置センサ２３を含んで構成されている。

残留振動検出部１３Ａと位置検出部１４Ａは、ガルバノスキャナ６Ａに接続し、残留振動検出部１３Ｂと位置検出部１４Ｂは、ガルバノスキャナ６Ｂに接続している。残留振動検出部１３Ａは、位置センサ２３が検出する位置（振り角）に基づいて、ガルバノスキャナ６Ａ（ガルバノミラー２１）の残留振動を検出する。位置検出部１４Ａは、位置センサ２３が検出するガルバノミラー２１の位置に基づいて、レーザ光の照射位置を検出する。

残留振動検出部１３Ｂは、位置センサ２３が検出する位置に基づいて、ガルバノスキャナ６Ｂ（ガルバノミラー２１）の残留振動を検出する。位置検出部１４Ｂは、位置センサ２３が検出するガルバノミラー２１の位置に基づいて、レーザ光の照射位置を検出する。

残留振動検出部１３Ａが検出したガルバノミラー２１の残留振動と、位置検出部１４Ａが検出したレーザ光の照射位置は、制御部１１に送られる。また、残留振動検出部１３Ｂが検出したガルバノミラー２１の残留振動と、位置検出部１４Ｂが検出したレーザ光の照射位置は、制御部１１に送られる。

制御部１１は、目標値生成部１２から送られてくるレーザ光の照射目標位置、位置検出部１４Ａ，１４Ｂから送られてくるレーザ光の照射位置、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂから送られてくるガルバノミラー２１の位置（残留振動に応じて変化するガルバノミラー２１の位置）に基づいて、レーザ発振器１を制御する。制御部１１は、例えばレーザ光の照射位置がレーザ光の照射目標位置に到達したと判断した場合に、残留振動に同期してレーザ光をパルス出射するよう、レーザ発振器１を制御する。

本実施の形態の制御部１１は、ガルバノスキャナ６Ａのみの残留振動に基づいて、レーザ発振器１から出射させるレーザ光の照射タイミングを制御してもよいし、ガルバノスキャナ６Ｂのみの残留振動に基づいて、レーザ発振器１から出射させるレーザ光の照射タイミングを制御してもよい。

また、制御部１１は、ガルバノスキャナ６Ａおよびガルバノスキャナ６Ｂの両方の残留振動に基づいて、レーザ発振器１から出射させるレーザ光の照射タイミングを制御してもよい。このとき、例えば、ガルバノスキャナ６Ａの残留振動とガルバノスキャナ６Ｂの残留振動の平均値に基づいてレーザ発振器１から出射させるレーザ光の照射タイミングを制御する。また、ガルバノスキャナ６Ａの残留振動とガルバノスキャナ６Ｂの残留振動に重み付けをして、レーザ発振器１から出射させるレーザ光の照射タイミングを制御してもよい。なお、ガルバノスキャナ６Ａとガルバノスキャナ６Ｂの何れか一方を優先して制御する場合には、被加工物７に近いガルバノスキャナ６Ｂの方がガルバノスキャナ６Ａよりも振れ角が大きいので、ガルバノスキャナ６Ｂを優先して制御してもよい。

なお、ここではレーザ発振器１が制御部１１によって制御される場合について説明したが、ＸＹステージやガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂは、図示しない別の制御部によって制御される。この別の制御部は、目標値生成部１２が生成する照射目標位置や位置検出部１４Ａ，１４Ｂが検出するレーザ光の照射位置を用いてＸＹステージやガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂを制御する。

また、１つの位置センサ２３によって残留振動検出部１３Ａと位置検出部１４Ａを構成してもよいし、残留振動検出部１３Ａと位置検出部１４Ａとに１つずつ位置センサ２３を配置する構成としてもよい。また、１つの位置センサ２３によって残留振動検出部１３Ｂと位置検出部１４Ｂを構成してもよいし、残留振動検出部１３Ｂと位置検出部１４Ｂとに１つずつ位置センサ２３を配置する構成としてもよい。

残留振動検出部１３Ａと位置検出部１４Ａとに１つずつ位置センサ２３を配置することによって、レーザ加工制御装置１０を簡易な構成とすることが可能となる。また、残留振動検出部１３Ｂと位置検出部１４Ｂとに１つずつ位置センサ２３を配置することによって、レーザ加工制御装置１０を簡易な構成とすることが可能となる。

レーザ光による穴加工方法の１つとして、被加工物上で穴をあけたい位置に複数ショットのパルスを照射して穴加工を行うバーストショット加工がある。バーストショット加工は、例えばガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの振り角を固定した状態で、１つの加工穴に複数ショットのレーザ光を連続照射する加工手順を含んだ加工方法である。

図４は、バーストショット加工を行なう場合のレーザ光の照射順序を示す図である。図４では、各目標位置に、レーザ光２を４ショットずつ入射する場合を示している。バーストショット加工は、穴加工に必要なショット数（４ショット）をガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂが目標位置に移動して停止するたびにレーザ照射する。図４では、１つ目の穴に対して４ショット照射し（（１）〜（４））、２つ目の穴に対して４ショット照射し（（５）〜（８））、３つ目の穴に対して４ショット照射している（（９）〜（１２））。このように、バーストショット加工では、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂはエリア内の各目標加工位置を一周するだけなので、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作する回数がサイクルショット加工の場合よりも少ない。このため、バーストショット加工では、サイクルショット加工の場合よりも効率良く迅速に穴加工することが可能となる。

従来のレーザ加工装置では、バーストショット加工において加工穴形状が楕円になる場合があった。これはガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの残留振動によって発生するものである。図５に示すように、ガルバノミラー２１の振り角を振り角θとすると、このガルバノミラー２１の振り角θに応じた位置にレーザ光が照射される。ところが、ガルバノミラー２１に残留振動があると、ガルバノミラー２１の振り角θが目標の振り角からずれることとなる。

図６は、残留振動がある場合のガルバノミラーの振り角と時間の関係を示す図である。ガルバノミラーの振り角を変化させて、各加工穴へレーザ光の照射位置を移動させて停止させる度に、ガルバノミラー２１の停止位置でガルバノミラー２１に残留振動が発生する。

この残留振動は、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作を高速化させるために制御系のゲインを上げると発生しやすくなる。このため、バーストショット加工による穴加工を実施した場合に、ガルバノミラー２１が完全に停止していなければ、ガルバノミラー２１の振り角θが目標の振り角からずれることとなる。

この目標の振り角からずれた状態でレーザ光を照射すると、目標のレーザ光照射位置からずれた位置にレーザ光が照射される。このような、目標のレーザ光照射位置からずれた位置に、レーザ光を複数回照射すると、加工穴形状が例えば楕円状になる。

そこで本実施の形態では、バーストショット加工として１つの穴に対して複数回のレーザ光を照射する場合に、目標のレーザ光照射位置からのずれ量が同じ値になるよう、各回のレーザ光照射を行う。具体的には、制御部１１が、ガルバノミラー２１の残留振動に同期してレーザ光をパルス出射するよう、レーザ発振器１を制御する。

図７は、レーザ光の出射タイミングを示す図である。図７のタイミングチャートでは、ガルバノミラー２１の振り角θ（制御部１１からレーザ発振器１への振り角θに対応する位置指令）と、レーザ光を出射するタイミングとの対応関係を示している。

本実施の形態のレーザ発振器１は、制御部１１によって、残留振動の周波数と同じ値の発振周波数でレーザ光を照射するよう制御されている。レーザ光の１ショット目を照射するタイミングは、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの位置センサ２３が検出する情報に基づいて判断する。

例えば、制御部１１は、位置センサ２３（位置検出部１４Ａや位置検出部１４Ｂ）がレーザ光の照射目標位置（１つ目の加工穴）と同じ位置を検出すると、レーザ光の照射目標位置に到達したと判断して、レーザ発振器１に１ショット目のレーザ光を照射させる。そして、制御部１１は、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂが検出したガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう２ショット目のレーザ光を照射する。さらに、制御部１１は、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂが検出したガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう３ショット目および４ショット目のレーザ光を照射する。

この後、次の加工位置（２つ目の加工穴）までレーザ照射位置が移動するよう、ガルバノミラー２１の振り角θが制御される。そして、１つ目の加工穴と同様に、制御部１１は、位置センサ２３がレーザ光の照射目標位置と同じ位置を検出すると、レーザ光の照射目標位置に到達したと判断して、レーザ発振器１に１ショット目のレーザ光を照射させる。そして、制御部１１は、１つ目の加工穴と同様に、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂが検出したガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう２ショット目〜４ショット目までレーザ光を照射する。以下、同様にして、各加工穴（３つ目以降の加工穴）にレーザ光を照射して被加工物７の穴加工を行う。

これにより、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット（ここでは４ショット）照射することができるので、複数ショットのレーザ照射を行う場合に、同じ位置にレーザ照射することが可能となる。したがって、被加工物７をバーストショット加工で穴加工した場合であっても、真円度の高い穴を加工することが可能となり、品質の良好な穴加工を行うことが可能となる。また、残留振動数と同じ周波数でレーザ光を出射するので、短時間で複数ショットのレーザ光を照射できる。

なお、図７では、残留振動数と同じ周波数でレーザ光を出射する場合について説明したが、残留振動数のｎ分の１（ｎは自然数）の周波数でレーザ光を出射してもよい。図８は、残留振動数の２分の１の周波数でレーザ光を出射する場合のレーザ光の出射タイミングを示す図である。図８のタイミングチャートでは、図７のタイミングチャートと同様に、ガルバノミラー２１の振り角θと、レーザ光を出射するタイミングとの対応関係を示している。

同図に示すように、残留振動数の２分の１の周波数でレーザ光を出射した場合も、残留振動数と同じ周波数でレーザ光を出射した場合と同様に、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができる。

残留振動数のｎ分の１の周波数でのレーザ光の出射は、レーザ発振器１が高周波数で発振できない場合や、被加工物７の材料特性が原因で被加工物７に短時間に多数のパルス型のレーザ光を投入できない場合に対して特に有用である。このように、残留振動数のｎ分の１の周波数でレーザ光を出射するので、高速にレーザ光を発振できない場合であっても、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができる。

さらに、残留振動数のｐ分の１（ｐは自然数）の周波数と、残留振動数のｑ分の１（ｑはｐと異なる自然数）の周波数と交えながらレーザ光を出射してもよい。これにより、残留振動数のｐ分の１の周波数によってレーザ加工を行う際の加工速度と残留振動数のｑ分の１の周波数によってレーザ加工を行う際の加工速度との間の加工速度でレーザ加工を行なう必要がある場合であっても、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができる。

また、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が０になるよう、レーザ光を出射してもよい。図９は、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が０になる場合のレーザ光の出射タイミングを示す図である。

位置センサ２３からの信号に残留振動が存在している場合、位置センサ２３とガルバノミラー２１の振り角は同一位相または逆位相で振動している場合が多い。この場合、制御部１１で位置センサ２３からの信号を監視し、位置ズレが少ないタイミング（レーザ光２の照射位置が目標の照射位置となるタイミング）を狙ってレーザ光２を照射することによって、加工目標位置との位置ズレが少なくかつ穴形状を真円であるバーストショット加工をすることが可能となる。

具体的には、制御部１１は、位置センサ２３がレーザ光の照射目標位置と同じ位置を検出すると、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂがガルバノミラー２１の残留振動数を検出するまで待機する。制御部１１は、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂがガルバノミラー２１の残留振動数（１〜複数の周期）を検出すると、この残留振動数および残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂが検出するガルバノミラー２１の振り角θに基づいて、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が０となるタイミングでレーザ光が出射されるようレーザ発振器１を制御する。これにより、レーザ発振器１からは、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が０となるタイミングで１ショット目〜４ショット目のレーザ光が出射される。この場合も、残留振動数と同じ周波数でレーザ光を出射した場合と同様に、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができる。さらに、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が０であるので、位置精度のよい穴加工を行うことが可能となる。

なお、図９では、残留振動数と同じ周波数でレーザ光を出射する場合について説明したが、残留振動数のｎ分の１（ｎは自然数）の周波数でレーザ光を出射してもよいし、残留振動数の２倍の周波数でレーザ光を出射してもよい。

また、制御部１１は、位置センサ２３がレーザ光の照射目標位置と同じ位置を検出した後、ガルバノミラー２１の残留振動数が安定するまでの間の所定時間だけ待機してもよい。これにより、ガルバノミラー２１の残留振動数が安定した状態で、残留振動に同期してレーザ光をパルス出射させることが可能となる。

また、本実施の形態では、レーザ光の照射目標位置に到達したと判断した場合に、制御部１１がレーザ発振器１に１ショット目のレーザ光を照射させたが、制御部１１は、レーザ光の照射目標位置に到達したと判断した時刻から、所定の時間（例えば、残留振動が安定するまでの時間）だけ遅らせてレーザ光の照射を開始してもよい。

このように実施の形態１によれば、残留振動に同期してレーザ光をパルス出射するので、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができる。したがって、バーストショット加工を行なう場合であっても、各穴の同じ位置にレーザ照射することが可能となり、加工穴形状の真円度に対する変化を軽微に抑えて、被加工物７を加工精度良く迅速に加工することが可能となる。

また、残留振動検出部１３Ａ，１３Ｂによって、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの残留振動を検出するので、各レーザ加工の加工状況に応じた適切な残留振動を検出することができる。また、位置検出部１４Ａ，１４Ｂによって、レーザ光の照射位置を検出するので正確なレーザ光の照射位置を正確に検出することが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図１０を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。ガルバノミラー２１の残留振動は、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの位置センサ２３で検出できる場合もあるが、振動モードによっては検出できない場合がある。位置センサ２３によって検出できない振動モードの場合、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの回転子部分の機械的構造に起因して残留振動が発生しているので、回転子部分の周波数特性試験を予め実行しておけば残留振動（残留周波数）を知ることができる。したがって、本実施の形態では、予め測定しておいた残留振動を用いてレーザ発振器１を制御する。具体的には、予め測定しておいた残留振動に同期してレーザ光をパルス出射するよう、制御部１１がレーザ発振器１を制御する。

図１０は、実施の形態２に係るレーザ加工制御装置の構成を示すブロック図である。図１０の各構成要素のうち図３に示す実施の形態１のレーザ加工制御装置１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

レーザ加工制御装置１０は、制御部１１、目標値生成部１２、位置検出部１４Ａ，１４Ｂ、記憶部１５を有している。記憶部１５は、予め測定しておいたガルバノミラー２１の残留振動を記憶するメモリなどの記憶手段である。記憶部１５は、制御部１１に接続されており、レーザ加工制御装置１０が被加工物７のレーザ加工を行なう際に、記憶しておいた残留振動を制御部１１に送る。

本実施の形態の制御部１１は、目標値生成部１２から送られてくるレーザ光の照射目標位置、位置検出部１４Ａ，１４Ｂから送られてくるレーザ光の照射位置、記憶部１５から送られてくるガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、レーザ発振器１を制御する。制御部１１は、レーザ光の照射位置がレーザ光の照射目標位置に到達したと判断した場合に、残留振動に同期してレーザ光をパルス出射するよう、レーザ発振器１を制御する。

実施の形態２のレーザ発振器１は、図７に示した実施の形態１のレーザ発振器１と同様に、制御部１１によって、残留振動の周波数でレーザ光を照射するよう制御されている。レーザ光の１ショット目を照射するタイミングは、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの位置センサ２３が検出する情報に基づいて判断する。

例えば、制御部１１は、位置センサ２３がレーザ光の照射目標位置と同じ位置を検出すると、レーザ光の照射目標位置に到達したと判断して、レーザ発振器１に１ショット目のレーザ光を照射させる。そして、制御部１１は、記憶部１５が記憶しているガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう２ショット目のレーザ光を照射する。さらに、制御部１１は、記憶部１５が記憶しているガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう３ショット目および４ショット目のレーザ光を照射する。

この後、次の加工位置までレーザ照射位置が移動するよう、ガルバノミラー２１の振り角θが制御される。そして、１つ目の加工穴と同様に、制御部１１は、位置センサ２３がレーザ光の照射目標位置と同じ位置を検出すると、レーザ光の照射目標位置に到達したと判断して、レーザ発振器１に１ショット目のレーザ光を照射させる。そして、制御部１１は、１つ目の加工穴と同様に、記憶部１５が記憶しているガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう２ショット目〜４ショット目までレーザ光を照射する。以下、同様にして、各加工穴にレーザ光を照射して被加工物７の穴加工を行う。

これにより、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができるので、複数ショットのレーザ照射を行う場合に、同じ位置にレーザ照射することが可能となる。したがって、被加工物７をバーストショット加工で穴加工した場合であっても、真円度の高い穴を加工することが可能となり、品質の良好な穴加工を行うことが可能となる。

このように実施の形態２によれば、予め記憶しておいたガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、レーザ発振器１を制御するので、レーザ加工中にガルバノミラー２１の残留振動を測定することなく容易にレーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができる。したがって、位置センサ２３によって測定できない残留振動がガルバノミラー２１に発生する場合であっても、被加工物７を加工精度良く迅速に加工することが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、図１１を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、予めガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作パターン（レーザ光の照射位置に関する動作パターン）を記憶しておき、この動作パターンとタイマが測定した時間（レーザ加工を開始しての経過時間など）に基づいてレーザ光の照射位置を検出する。

図１１は、実施の形態３に係るレーザ加工制御装置の構成を示すブロック図である。図１１の各構成要素のうち図１０に示す実施の形態２のレーザ加工制御装置１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。レーザ加工制御装置１０は、制御部１１、目標値生成部１２、記憶部１５、動作パターン算出部１６、動作パターンタイムテーブル格納部（動作パターン記憶部）１７を有している。

動作パターン算出部１６は、目標値生成部１２から送られてくるレーザ光の照射目標位置を用いて、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作パターン（レーザ光照射位置の移動パターン）を算出する。動作パターン算出部１６は、目標値生成部１２から送られてくるレーザ光の照射目標位置、レーザ光の照射位置を加工対象の加工穴へ移動させるのに要する時間、各加工穴へ移動してからレーザ光を照射するまでの待ち時間、１ショットあたりのレーザ照射に要する時間、各加工穴へのレーザ光の照射回数などに基づいて、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作パターンを算出する。

動作パターンタイムテーブル格納部１７は、動作パターン算出部１６が算出したガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作パターンを動作パターンタイムテーブルとして記憶するメモリなどの記憶手段である。動作パターンタイムテーブルは、レーザ加工の開始後、何れのタイミングで何れの位置にレーザ光の照射位置を移動させるかを示すタイムテーブルである。

本実施の形態の制御部１１は、レーザ加工開始後の時間を測定するタイマを備えている。制御部１１は、タイマで測定する時間、動作パターンタイムテーブル格納部１７から送られてくる動作パターンタイムテーブル、記憶部１５から送られてくるガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、レーザ発振器１を制御する。制御部１１は、レーザ光の照射位置がレーザ光の照射目標位置に到達したと判断した場合に、残留振動に同期してレーザ光をパルス出射するよう、レーザ発振器１を制御する。

実施の形態３のレーザ発振器１は、図７に示した実施の形態１のレーザ発振器１と同様に、制御部１１によって、残留振動の周波数でレーザ光を照射するよう制御されている。例えば、制御部１１は、動作パターンタイムテーブルやタイマで測定した時間などに基づいて、タイマで測定した時間が動作パターンタイムテーブルで指定された時間（レーザ光の照射位置がレーザ光の照射目標位置（ここでは１つ目の加工穴）に到達する時間）に達すると、レーザ光の照射目標位置（１つ目の加工穴）に到達したと判断して、レーザ発振器１に１ショット目のレーザ光を照射させる。そして、制御部１１は、記憶部１５が記憶しているガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう２ショット目のレーザ光を照射する。さらに、制御部１１は、記憶部１５が記憶しているガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう３ショット目および４ショット目のレーザ光を照射する。

この後、次の加工位置までレーザ照射位置が移動するよう、ガルバノミラー２１の振り角θが制御される。そして、１つ目の加工穴と同様に、制御部１１は、タイマで測定した時間が動作パターンタイムテーブルで指定された時間（２つ目の加工穴に到達する時間）に達すると、レーザ光の照射目標位置（２つ目の加工穴）に到達したと判断して、レーザ発振器１に１ショット目のレーザ光を照射させる。そして、制御部１１は、１つ目の加工穴と同様に、記憶部１５が記憶しているガルバノミラー２１の残留振動に基づいて、この残留振動に同期するよう２ショット目〜４ショット目までレーザ光を照射する。以下、同様にして、各加工穴にレーザ光を照射して被加工物７の穴加工を行う。

これにより、レーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができるので、複数ショットのレーザ照射を行う場合に、同じ位置にレーザ照射することが可能となる。したがって、被加工物７をバーストショット加工で穴加工した場合であっても、真円度の高い穴を加工することが可能となり、品質の良好な穴加工を行うことが可能となる。

なお、動作パターンタイムテーブルを、パーソナルコンピュータなどの外部装置などによって作成し、予め動作パターンタイムテーブル格納部１７に格納しておいてもよい。この場合、レーザ加工制御装置１０は動作パターン算出部１６を備えていなくてもよい。

また、本実施の形態では、目標値生成部１２から制御部１１へレーザ光の照射目標位置を送っていないが、実施の形態１と同様に、目標値生成部１２が生成した照射目標位置は、ＸＹステージやガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂを制御する別の制御部（図示せず）へ送られる。また、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂを制御する際には、時間制御も必要となるので、動作パターンタイムテーブル格納部１７に格納されている動作パターンタイムテーブルも別の制御部へ送っておく。この別の制御部は、目標値生成部１２が生成する照射目標位置、動作パターンタイムテーブルを用いてＸＹステージやガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂを制御する。

このように実施の形態３によれば、予め記憶しておいたガルバノミラー２１の残留振動と、予め記憶しておいた動作パターンタイムテーブルに基づいて、レーザ発振器１を制御するので、レーザ光の照射位置（ガルバノミラー２１の振り角θ）の検出やガルバノミラー２１の残留振動の測定を行うことなく容易にレーザ光の照射目標位置からのずれ量が同じ位置で各穴にレーザ光を複数ショット照射することができる。

なお、本実施の形態では、レーザ光の照射位置がレーザ光の照射目標位置に到達したと判断した場合に、残留振動に同期してレーザ光をパルス出射させたが、レーザ発振器１がレーザ光を出射するまでの時間を考慮して、レーザ発振器１を制御してもよい。この場合、制御部１１はレーザ光の照射位置がレーザ光の照射目標位置に到達する所定時間前に、レーザ発振器１にレーザ光の出射指令を出し、レーザ光の照射位置がレーザ光の照射目標位置に到達した時点で、残留振動に同期してレーザ光をパルス出射させる。

実施の形態４．
つぎに、図１２〜図１５を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態１〜３で説明したレーザ発振器１は、レーザ加工制御装置１０から伝送されてくる信号に従って、パルス型のレーザ光２を発振したが、実施の形態４のレーザ加工装置１０２は、一定周波数でパルス型のレーザ光２を発振し続けるレーザ発振器１を用いる。

図１２は、本発明の実施の形態４に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。図１２の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のレーザ加工装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

レーザ加工装置１０２は、レーザ発振器１、マスク３、ミラー４、ｆθレンズ５、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂ、ＸＹステージ８に加えて、レーザ光２を偏向するＡＯ素子（Acoustoopic Element）３１と、レーザ光２を受けるダンパー３２を有している。

ＡＯ素子３１は、レーザ発振器１とミラー４の間の光路上に配設されており、レーザ発振器１から出射されるレーザ光２をダンパー３２側またはミラー４側の何れか一方に偏向する素子である。ダンパー３２は、ＡＯ素子３１からレーザ光２が送られてきた場合に、このレーザ光２を吸収する。

レーザ加工装置１０２では、ＡＯ素子３１がＯＮになるとレーザ光２はＡＯ素子３１で偏向されて、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂを通り被加工物７に照射される。また、ＡＯ素子３１がＯＦＦになるとレーザ光２はＡＯ素子３１内を直進しダンパー３２に吸収される。レーザ光２をダンパー３２に吸収させることによって、ガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの動作中などにレーザ光２が被加工物７に照射されることを防止する。

このようなレーザ加工装置１０２では、レーザ光２が一定の周期で出射されるので、レーザ光２の発振周波数とガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの残留振動数は同期していない場合がほとんどである。このため、本実施の形態では、図１３に示すように、ガルバノミラー２１の裏面にシール（残留振動調整部）２６を貼ることによって残留振動数を調整し、ガルバノミラー２１の残留振動数をレーザ光２の発振周波数に同期させる。このとき、ガルバノミラー２１に貼り付けるシール２６の種類や貼り付け位置は、レーザ光２の発振周波数に応じた種類や貼り付け位置とする。本実施の形態のレーザ加工制御装置１０は、例えば実施の形態１で説明した図７や図９のタイミングチャートにしたがって、レーザ発振器１にレーザ光を出射させる。このため、ガルバノミラー２１に貼り付けるシール２６の種類や貼り付け位置は、例えば図７や図９のタイミングチャートに示したレーザ光２の発振周波数に応じた種類や貼り付け位置とする。

なお、実施の形態４に係るガルバノスキャナの回転子部分の構成は、図１３に示した構成に限らない。図１４は、実施の形態４に係るガルバノスキャナの回転子部分の他の構成を示す図である。図１４の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１のガルバノスキャナの回転子部分と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

図１４に示すガルバノスキャナ６Ａ，６Ｂの回転子部分には、ガルバノミラー２１の残留振動数を調整するための振動数調整部（残留振動調整部）２７が配設されている。この振動数調整部２７は、シャフト２２の外部（側面）に配設されており、シャフト２２の軸上をガルバノミラー２１側から位置センサ２３側への所定の範囲で自在に移動可能な構成となっている。シャフト２２には、２つの軸受け４１ａ，４１ｂやモータ部２４が配設されているので、振動数調整部２７は、２つの軸受け４１ａ，４１ｂとモータ部２４との間以外の位置で移動する。具体的には、振動数調整部２７は、軸受け４１ｂと位置センサ２３との間や、軸受け４１ａとミラーマウント２５との間で移動する。

振動数調整部２７は、概略円柱状の中心軸部分を刳り貫いた形状（所定の厚さを有した円環状）をなしている。振動数調整部２７のうち刳り貫かれた部分は、シャフト２２よりも僅かに大きな溝（内壁面）であり、この溝に棒状のシャフト２２が挿入される。

また、振動数調整部２７は、概略円柱状の外側の側面（円柱外壁面）から内壁面側へ向かって、１つのネジ穴が設けられている。このネジ穴へは、振動数調整部２７をシャフト２２に固定する固定ネジ２８が振動数調整部２７の円柱外壁面側から入れられて、固定ネジ２８がネジ穴へ合わせられる。固定ネジ２８は、例えば六画穴付止めネジなどである。

図１５は、シャフトの軸方向からみた振動数調整部の断面図である。同図に示すように、振動数調整部２７をシャフト２２に固定する際には、固定ネジ２８の先端部がネジ穴を貫通してシャフト２２の側面に係合する。また、振動数調整部２７のシャフト２２上での位置を変更する際には、固定ネジ２８を緩めて固定ネジ２８の先端部をシャフト２２から離し、所望の位置まで振動数調整部２７を移動させる。

これにより、ガルバノミラー２１の裏面にシール２６を貼る場合と同様に残留振動数を調整し、ガルバノミラー２１の残留振動数をレーザ光２の発振周波数に同期させる。このとき、振動数調整部２７のサイズや固定位置は、レーザ光２の発振周波数に応じたサイズや固定位置とする。この場合のレーザ加工制御装置１０も、ガルバノミラー２１の裏面にシール２６を貼る場合と同様に図７や図９のタイミングチャートにしたがって、レーザ発振器１にレーザ光を出射させる。このため、振動数調整部２７のサイズや固定位置は、例えば図７や図９のタイミングチャートに示したレーザ光２の発振周波数に応じたサイズや固定位置とする。

このように実施の形態４によれば、シール２６や振動数調整部２７によってガルバノミラー２１の残留振動数を調整し、ガルバノミラー２１の残留振動数をレーザ光２の発振周波数に同期させるので、一定周波数でパルス型のレーザ光２を発振し続けるレーザ発振器１を用いた場合であっても、各穴の同じ位置にレーザ照射することが可能となり、被加工物７を加工精度良く迅速に加工することが可能となる。

以上のように、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置は、バーストショット加工による被加工物のレーザ加工に適している。

本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 ガルバノスキャナの回転子部分の構成を示す図（１）である。 実施の形態１に係るレーザ加工制御装置の構成を示すブロック図である。 バーストショット加工を行なう場合のレーザ光の照射順序を示す図である。 ガルバノミラーの振り角を説明するための図である。 残留振動がある場合のガルバノミラーの振り角と時間の関係を示す図である。 レーザ光の出射タイミングを示す図である。 残留振動数の２分の１の周波数でレーザ光を出射する場合のレーザ光の出射タイミングを示す図である。 レーザ光の照射目標位置からのずれ量が０になる場合のレーザ光の出射タイミングを示す図である。 実施の形態２に係るレーザ加工制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係るレーザ加工制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 ガルバノスキャナの回転子部分の構成を示す図（２）である。 ガルバノスキャナの回転子部分の構成を示す図（３）である。 シャフトの軸方向からみた振動数調整部の断面図である。

符号の説明

１ レーザ発振器
２ レーザ光
３ マスク
４ ミラー
５ ｆθレンズ
６Ａ，６Ｂ ガルバノスキャナ
７ 被加工物
８ ＸＹステージ
１０ レーザ加工制御装置
１１ 制御部
１２ 目標値生成部
１３Ａ，１３Ｂ 残留振動検出部
１４Ａ，１４Ｂ 位置検出部
１５ 記憶部
１６ 動作パターン算出部
１７ 動作パターンタイムテーブル格納部
２１ ガルバノミラー
２２ シャフト
２３ 位置センサ
２４ モータ部
２５ ミラーマウント
２６ シール
２７ 振動数調整部
２８ 固定ネジ
３１ ＡＯ素子
３２ ダンパー
１０１，１０２ レーザ加工装置

Claims (10)

1. ガルバノスキャナによってレーザ光を被加工物上の照射位置へ導き、加工穴となる前記レーザ光の照射位置にパルス型のレーザ光を出射してバーストショット加工を行なうレーザ加工装置において、
   前記レーザ光の照射位置が目標の照射位置に到達した後の前記ガルバノスキャナの残留振動周波数に同期して前記パルス型のレーザ光を出射するよう、前記レーザ光の照射タイミングを制御する制御部を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記レーザ光の照射位置が目標の照射位置に到達した後のガルバノスキャナの残留振動周波数を検出する残留振動検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記残留振動検出部が検出した残留振動周波数に同期して前記パルス型のレーザ光を出射するよう、前記レーザ光の照射タイミングを制御す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. 前記レーザ光の照射位置が目標の照射位置に到達した際の前記ガルバノスキャナの残留振動周波数を予め記憶しておく記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部が記憶している残留振動周波数に同期して前記パルス型のレーザ光を出射するよう、前記レーザ光の照射タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記レーザ光の照射位置を検出する位置検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記レーザ光の照射位置が前記目標の照射位置に到達したか否かを判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
5. 前記レーザ光の照射位置に関する動作パターンを予め記憶しておく動作パターン記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記動作パターン記憶部が記憶する動作パターンに基づいて、前記レーザ光の照射位置が前記目標の照射位置に到達したか否かを判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
6. 前記制御部は、前記ガルバノスキャナの残留振動周波数と同じ値の発振周波数で前記パルス型のレーザ光を出射するよう、前記レーザ光の照射タイミングを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
7. 前記制御部は、前記ガルバノスキャナの残留振動周波数を所定の自然数で除した値の発振周波数で前記パルス型のレーザ光を出射するよう、前記レーザ光の照射タイミングを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
8. 前記制御部は、前記残留振動検出部が検出する残留振動周波数を監視するとともに、この監視結果に基づいて前記ガルバノスキャナの残留振動期間内で前記レーザ光の照射位置が目標の照射位置となるタイミングを検出し、検出したタイミングで前記パルス型のレーザ光を出射するよう、前記レーザ光の照射タイミングを制御することを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
9. ガルバノスキャナによって被加工物へのレーザ光の照射位置を決定し、加工穴となる前記レーザ光の照射位置にパルス型のレーザ光を出射してバーストショット加工を行なうレーザ加工装置において、
   前記レーザ光の照射位置が目標の照射位置に到達した際の前記ガルバノスキャナの残留振動周波数を調整する残留振動調整部を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
10. ガルバノスキャナによってレーザ光を被加工物上の照射位置へ導き、加工穴となる前記レーザ光の照射位置にパルス型のレーザ光を出射してバーストショット加工を行なうレーザ加工装置を制御するレーザ加工制御装置において、
    前記レーザ光の照射位置が目標の照射位置に到達した後の前記ガルバノスキャナの残留振動周波数に同期して前記パルス型のレーザ光を出射するよう前記レーザ加工装置に指示を送ることによって、前記レーザ加工装置が出射するレーザ光の照射タイミングを制御する制御部を備えることを特徴とするレーザ加工制御装置。

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