JP2010099674A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置精度の良いレーザ加工を行うレーザ加工装置を得ること。
【解決手段】レーザ加工装置において、第１のワークへの加工の指令位置と、指令位置にレーザ加工を行った場合の実加工位置と、の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部３１と、レーザ加工時の位置補正を行う際に用いる位置ずれ補正情報を、位置ずれ量に基づいて算出する補正係数算出部３３と、第２のワークにレーザ加工を行なう際に、位置ずれ補正情報に基づいて第２のワークへの加工目標位置に応じた位置補正を行うよう位置補正指令を出力する補正指令部３４と、位置補正指令に従った位置補正を行いながらレーザ加工を行うレーザ加工機構４と、を備え、位置ずれ量算出部３１は、第１のワーク上の複数位置に対してそれぞれの位置ずれ量を算出し、補正係数算出部３３は、複数の位置ずれ量に基づいて位置ずれ補正情報を算出する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、加工位置の位置ずれを補正しながらワークのレーザ加工を行うレーザ加工装置に関するものである。

レーザビームを加工対象物であるワーク（被加工物）に照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置は、ワーク上の所定位置に位置精度良く穴あけ加工する必要がある。このため、レーザ加工装置は、ガルバノスキャナミラーなどによって加工位置の位置ずれを補正しながら被加工物のレーザ加工を行っている。

例えば、特許文献１に記載のずれ補正方法（レーザ加工の位置決め方法）は、ＸＹテーブル上に基準マークと位置決め用穴とを設けている。さらに、作業開始時の補正では、ワークにレーザ光を照射して加工穴を形成するとともに、位置決め用穴を基点とした加工穴の相対座標を算出している。そして、この相対座標が設計値となるようＸＹテーブルのテーブル移動量を補正してレーザ加工を行っている。また、複数のワークを同時加工する場合には、ガルバノスキャナの制御量にオフセットを付加してワーク間のズレを解消している。

特開２００３−２２０４８３号公報

しかしながら、上記従来の技術では、固定されたテーブル上での基準マークと加工穴との相対座標を、テーブル全体の基準スケールとして規定しているので、レーザ加工を実施するテーブル位置によっては、テーブルの位置決めに誤差が発生し、加工穴の位置ずれが発生するという問題があった。これは、テーブル移動時の位置の基準として設定された基準スケールが実際のテーブルと必ずしも一致していないからである。

例えば、ＸＹテーブルのスケール設定方法として、ＸＹテーブルをある固定した測定位置から単軸移動させた際の誤差を、軸ごとに補正する方法が一般的に知られている。ところが、ＸＹテーブルには、ＸＹテーブル自体の加工精度に依存する直角度や真直度が存在する。そのため、ＸＹテーブルを移動させた際には、軸ごとの１次元ずれに限らず、２次元（回転）ずれが必ず存在する。したがって、ＸＹテーブルのテーブル位置毎にそのテーブル位置に移動した際の位置決めの誤差は異なる。このことを踏まえると、一般的なスケール設定を基準としたテーブル移動を行っても、大部分のテーブル位置において指令値と実測値は一致しないので、そのずれが加工穴の位置ずれとして現れてしまい、安定した高い加工位置精度を実現する妨げとなっていた。このため、上記従来の技術では、基準マークと対になる加工穴の周辺では、精度の高いレーザ加工を実施できるが、例えば基準マークと対になる加工穴から長距離のテーブル移動を必要とするワークの隅を加工した場合には、テーブル位置（移動）に起因するずれの分だけ加工位置精度が悪化する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、位置精度の良いレーザ加工を行うレーザ加工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、加工テーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して前記ワークにレーザ加工を行うレーザ加工装置において、第１のワーク上の所定位置にレーザ加工を行なう場合の加工の指令位置と、前記指令位置にレーザ加工を行った場合の実加工位置と、の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、レーザ加工後の実加工位置がずれないようレーザ加工時の位置補正を行う際に用いる位置ずれ補正情報を、前記位置ずれ量に基づいて算出する補正情報算出部と、第２のワークにレーザ加工を行なう際に、前記位置ずれ補正情報に基づいて前記第２のワークへの加工目標位置に応じた位置補正を行うよう位置補正指令を出力する補正指令部と、前記位置補正指令に従った位置補正を行いながらレーザ加工を行うレーザ加工部と、を備え、前記位置ずれ量算出部は、前記第１のワーク上の複数位置に対してそれぞれの位置ずれ量を算出し、前記補正情報算出部は、前記位置ずれ量算出部が算出した複数の位置ずれ量に基づいて前記位置ずれ補正情報を算出することを特徴とする。

この発明によれば、ワーク上の複数位置に対してそれぞれの位置ずれ量を算出し、算出した複数の位置ずれ量に基づいて位置ずれ補正情報を算出するので、位置精度の良いレーザ加工を行うことが可能にな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。図１では、レーザ加工装置１のうちワーク（被加工物）Ｗにレーザ加工処理を行う機構（後述のレーザ加工機構４）の構成を図示している。

レーザ加工装置１は、ワークＷ上の所定位置に穴あけ加工を行わせる場合の、加工目標位置（後述の指令点Ｂ）と実際に加工した穴の位置（後述の加工点Ａ）との位置ずれ（誤差）量に基づいて、実製品などの穴あけ加工を行う際の位置ずれ（レーザビーム照射位置でのテーブル位置など）を補正してレーザ加工する装置である。

本実施の形態のレーザ加工装置１は、予めワーク（第１のワーク）Ｗ上の複数の位置で、指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量を測定するとともに、測定値に基づいて、穴あけ加工の位置ずれを補正するための補正係数（以下、位置ずれ補正係数という）を算出しておく。そして、実製品などの穴あけ加工を行う際には、算出した位置ずれ補正係数（位置ずれ補正情報）を用いてワーク（第２のワーク）Ｗ上の加工位置を補正する。

レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ１１、ｆθレンズ１２、ＸＹテーブル（加工テーブル）１３、ビジョンセンサ１４、図示しないハイトセンサ、図示しないレーザ発振器（レーザ光源）などを含んで構成されている。

ガルバノスキャナ１１は、レーザ発振器からの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ワークＷの加工目標位置に高速に位置決めする。ガルバノスキャナ１１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１１は、レーザ加工装置１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１１は、レーザ光が照射された後に、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。レーザ加工装置１は、２つのガルバノスキャナ１１を有しており、一方のガルバノスキャナ１１がワークＷに対するレーザ光の照射位置をＸ方向に移動させ、他方のガルバノスキャナ１１がワークＷに対するレーザ光の照射位置をＹ方向に移動させる。

ＸＹテーブル１３は、ワークＷを載置するとともに、ワークＷをＸＹ方向に移動させる。ＸＹテーブル１３は、ワークＷの底面を吸着することによってワークＷをＸＹテーブル１３上に固定するとともに、Ｘ軸およびＹ軸方向へ移動することによって、ワークＷへのレーザ照射位置を調節する。

ｆθレンズ１２は、レーザ光をＸＹテーブル１３上のワークＷ上に集光させる。ビジョンセンサ１４は、レーザ加工後の加工穴の位置（座標）を検出する。レーザ加工装置１は、位置ずれ補正係数を算出するためにあけられた加工穴のＸＹテーブル１３上の座標を検出して測定する。

レーザ発振器からのレーザ光（ビーム）は、軸ごとに取り付けられたガルバノスキャナ１１と、ｆθレンズ１２とを介して、所定のスキャンエリア内のワークＷに照射される。レーザ加工装置１では、スキャンエリアに対してワークＷの面積が大きいので、スキャンエリアごとにＸＹテーブル１３の移動を実施し、ワークＷの全体を加工する。

つぎに、レーザ発振器から出射されたレーザ光の転写マスク通過後の光路構成について説明する。図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の転写マスク通過後の光路構成を示す図である。レーザ発振器から出射されたレーザ光Ｂｘは、加工穴形状と略同一形状のピンホールを具備した転写マスクを通過すると、ミラー１７やリターダ１６を介してガルバノスキャナ１１に送られてくる。ガルバノスキャナ１１に送られてくるレーザ光Ｂｘは、ガルバノスキャナ１１によって所定位置に揺動されたガルバノミラーで反射されてｆθレンズ１２に送られる。ｆθレンズ１２に送られてきたレーザ光Ｂｘは、ｆθレンズ１２によってワークＷ上に集光させられる。

図３は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の機能構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１は、位置ずれ補正部３、レーザ加工機構（レーザ加工部）４、制御装置５を有している。なお、ここではレーザ加工機構４の構成要素として、ビジョンセンサ１４、ガルバノスキャナ１１、ＸＹテーブル１３のみを図示しており、他の構成要素の図示を省略している。

位置ずれ補正部３は、位置ずれ量算出部３１、測定データ記憶部３２、補正係数算出部（補正情報算出部）３３、補正指令部３４を備えている。位置ずれ量算出部３１は、レーザ加工機構４に接続されており、レーザ加工機構４のビジョンセンサ１４から送られてくる実加工穴の位置（ＸＹテーブル１３上の座標）を入力する。また、位置ずれ量算出部３１は、制御装置５に接続されており、制御装置５から送られてくる加工穴の目標位置（指令座標）を入力する。ビジョンセンサ１４から位置ずれ量算出部３１に送られてくる実加工穴の位置は、制御装置５から位置ずれ量算出部３１に送られてくる加工穴の目標位置に対応している。本実施の形態の制御装置５は、位置ずれ補正係数を算出する際に、ＸＹテーブル１３上の所定位置に加工穴をあけるようレーザ加工機構４に指示を送るとともに、この所定位置の座標を位置ずれ量算出部３１に送っておく。位置ずれ量算出部３１は、ビジョンセンサ１４から送られてくる実加工穴の位置（加工点Ａの座標）と、制御装置５から送られてくる加工穴の位置（指令点Ｂの座標）と、を比較して、指令点Ｂに対する加工点Ａの位置ずれ量（位置誤差）を算出する。

本実施の形態のレーザ加工装置１は、位置ずれ補正係数を算出するための加工穴をＸＹテーブル１３上のワークＷで複数形成する。このため、制御装置５は、複数の指令点Ｂに加工穴を形成するようレーザ加工機構４に指示を送るとともに、この複数のＢの座標が位置ずれ量算出部３１へ送られる。また、ビジョンセンサ１４は、ＸＹテーブル１３上のワークＷに形成された複数の加工穴を検出し、各加工穴での加工点Ａの座標を位置ずれ量算出部３１へ送る。したがって、位置ずれ量算出部３１へは、指令点Ｂの座標と、この指令点Ｂに対応する加工点Ａの座標と、からなる複数組の座標（以下、座標組という）が入力される。位置ずれ量算出部３１は、指令点Ｂに対する加工点Ａの位置ずれ量を、指令点Ｂ毎に算出し、算出した位置ずれ量と指令点ＢのＸＹテーブル１３上の座標とを対応付けする。位置ずれ量算出部３１は、位置ずれ量と指令点Ｂの座標とを対応付けした情報を、測定データとして測定データ記憶部３２に送る。測定データ記憶部３２は、位置ずれ量算出部３１から送られてくる測定データを記憶するメモリなどである。

補正係数算出部３３は、測定データ記憶部３２内の測定データを用いて指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量を補正する位置ずれ補正係数を算出する。この位置ずれ補正係数は、ＸＹテーブル１３やガルバノスキャナ１１の動作を補正して位置ずれを相殺するための情報であり、位置ずれ補正係数を用いてＸＹテーブル１３やガルバノスキャナ１１の動作を補正することによって穴の加工位置が補正される。本実施の形態の補正係数算出部３３は、ＸＹテーブル１３上の各位置に応じた位置ずれ補正係数を算出する。補正係数算出部３３は、例えば、最小二乗近似によって求めた補正式の係数を位置ずれ補正係数として算出する。補正係数算出部３３は、算出した位置ずれ補正係数を補正係数算出部３３内のメモリ（図示せず）などに保存しておく。

補正指令部３４は、実製品などの加工を行う際には、制御装置５から送られてくる指令点Ｂの座標と、補正係数算出部３３が算出した位置ずれ補正係数と、を用いて加工位置を補正するための補正指令を作成する。補正指令部３４は、作成した補正指令を制御装置５に送る。

制御装置５は、位置ずれ補正係数を算出する際には、指令点Ｂの座標を位置ずれ量算出部３１に送るとともに、指令点Ｂへの穴加工をレーザ加工機構４に行わせる。また、制御装置５は、実製品などの加工を行う際には、指令点Ｂの座標を補正指令部３４に送るとともに、補正指令部３４からの補正指令を用いて穴の加工位置を補正し、補正した加工位置に穴加工が施されるようＸＹテーブル１３やガルバノスキャナ１１に動作指示を送信する。レーザ加工機構４は、制御装置５からの動作指示に従ってＸＹテーブル１３やガルバノスキャナ１１を動作させる。

つぎに、ワークＷ（ＸＹテーブル１３）上の加工穴の位置について説明する。ここでは、ワークＷがＸＹテーブル１３のステージＳｘ上に載置される場合について説明する。図４は、実施の形態１に係るレーザ加工装置のステージ上の加工穴の位置を説明するための図である。

ステージＳｘ上に載置されたワークＷは、種々の位置に穴があけられる。この穴の位置が加工点Ａであり、加工点Ａの位置によってテーブル移動時の位置の基準として設定された基準スケールが変化する。例えば、穴あけ加工は、ステージＳｘ上の左端である加工位置２１ｘＬやステージＳｘ上の右端である加工位置２１ｘＲなどの種々の位置で行われる。穴あけ加工が加工位置２１ｘＬで行われた場合の加工点Ａと、穴あけ加工が加工位置２１ｘＲで行われた場合の加工点Ａとでは、基準スケールが異なるので、各加工点Ａの位置を測定した場合には、加工点Ａの位置に応じて位置ずれ量が異なる。これは、ＸＹテーブル１３が移動する際の位置の基準として設定された基準スケールが実際のＸＹテーブル１３の位置と必ずしも一致していないからである。そこで、本実施の形態では、予めワークＷ上の複数の位置で、指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量を測定しておき、この測定値に基づいて各穴を加工する際の位置ずれを補正する。

つぎに、レーザ加工装置１の動作手順として、位置ずれ補正係数の算出処理と、位置ずれ補正係数を用いたレーザ加工処理の各処理手順について説明する。図５は、位置ずれ補正係数の算出処理手順を示すフローチャートである。

レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル１３の基準スケールを測定し直した場合や、ＸＹテーブル１３またはＸＹテーブル１３の駆動系を変更（交換や調整など）した場合に、位置ずれ補正係数の算出処理を行う。

レーザ加工装置１は、位置ずれ補正係数の算出処理を開始すると、過去に算出して設定した位置ずれ補正係数があれば（補正有効の場合）、この位置ずれ補正係数を無効（補正無効）にする（ステップＳ１１０）。

制御装置５は、ＸＹテーブル１３に載置されたワークＷ上の任意の位置に加工ヘッドがくるようＸＹテーブル１３を移動させる（ステップＳ１２０）。この後、レーザ加工機構４は、ハイトセンサによって、加工位置から加工ヘッドまでの高さ（Ｚ軸高さ）を検出する。そして、レーザ加工機構４は、検出した高さに基づいて、加工位置から加工ヘッドまでの高さを調整する（ステップＳ１３０）。

レーザ加工装置１へは、予め位置ずれ補正係数を算出する際に穴あけ加工する目標位置（指令点Ｂ）を複数登録しておく。図６は、ＸＹテーブル上に設定される複数の指令点を説明するための図である。同図に示すように、本実施の形態では、ＸＹテーブル１３上に設定した座標上に複数の指令点（指令位置）Ｂを設定しておく。各指令点Ｂは、例えばＸＹテーブル１３上で等間隔に配置しておく。そして、レーザ加工装置１は、複数登録された各指令点Ｂで穴あけを行えるワークＷ（全指令点Ｂを配置できるワークＷ）をＸＹテーブル１３上に載置しておく。

制御装置５は、複数登録された穴あけ位置で穴あけ加工を行うよう、レーザ加工機構４を制御する。このとき、制御装置５は、複数登録された穴あけ位置の中から１つ目の穴あけ位置（１つ目の指令点Ｂ）を選択し、選択した位置上（レーザビーム照射位置）に加工ヘッドがくるようレーザ加工機構４を制御する。これにより、レーザ加工機構４は、ガルバノスキャナ１１を原点位置に設定した状態（ガルバノ原点位置）で、１つ目の穴あけ位置に加工ヘッドがくるようＸＹテーブル１３を移動させる。そして、レーザ加工機構４は、１つ目の穴あけ位置でレーザ加工を実施する（ステップＳ１４０）。制御装置５は、穴あけ位置が１つ目の指令点ＢとなるようＸＹテーブル１３を移動させる際に、１つ目の指令点Ｂの座標を位置ずれ量算出部３１に送っておく。

この後、レーザ加工機構４は、１つ目の穴あけ位置がビジョンセンサ１４上（カメラ測定位置）にくるよう、ＸＹテーブル１３を移動させる。そして、ビジョンセンサ１４は、１つ目の加工穴のＸＹテーブル１３上の位置（１つ目の加工点Ａの座標）を検出して測定する（ステップＳ１５０）。ビジョンセンサ１４は、測定した加工穴の位置を位置ずれ量算出部３１に送る。

位置ずれ量算出部３１は、ビジョンセンサ１４から送られてくる加工点Ａの座標と、制御装置５から送られてくる指令点Ｂの座標と、を比較して、指令点Ｂに対する加工点Ａの位置ずれ量を算出する。位置ずれ量算出部３１は、算出した位置ずれ量と指令点ＢのＸＹテーブル１３上の座標とを対応付けするとともに、対応付けした情報を測定データとして測定データ記憶部３２に送る。これにより、測定データが測定データ記憶部３２内にバックアップされる（ステップＳ１６０）。

レーザ加工装置１は、全ての加工点Ａに対して加工穴の位置測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１７０）。全ての加工点Ａに対して加工穴の位置測定が完了していなければ（ステップＳ１７０、Ｎｏ）、レーザ加工装置１は、ステップＳ１２０〜Ｓ１７０の処理を繰り返す。これにより、レーザ加工装置１は、ワークＷ上の複数の位置で、指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量を測定する。換言すると、ステップＳ１２０〜Ｓ１７０の処理（指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量を測定する処理）をＸＹテーブル１３全面の複数地点で繰返し、ＸＹテーブル１３全面の位置ずれ補正量を測定する。

測定データが測定データ記憶部３２内にバックアップされた後、レーザ加工装置１は、全ての加工点Ａ（例えば３６０箇所）に対して加工穴の位置測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１７０）。全ての加工点Ａに対して加工穴の位置測定が完了していれば（ステップＳ１７０、Ｙｅｓ）、補正係数算出部３３は、測定データ記憶部３２内の測定データを用いて指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量を補正する位置ずれ補正係数を算出する。

図７は、指令点と加工点との位置ずれ量を説明するための図である。同図に示すように、指令点Ｂ（指令位置）と加工点Ａ（実加工位置）とは、指令点Ｂの位置によって種々の位置ずれ量を有している。本実施の形態の補正係数算出部３３は、ＸＹテーブル１３上の各位置に応じた位置ずれ補正係数を算出するため、例えば、最小二乗近似によって求めた補正式の係数を位置ずれ補正係数として算出する。補正係数算出部３３は、例えば式（１）〜式（５）を用いて位置ずれ補正係数を算出する。式（１）〜式（５）は、図７に示した９組の座標組（指令点Ｂの座標と加工点Ａの座標）を用いた場合の、指令点Ｂの座標、加工点Ａの座標、位置ずれ補正係数の関係を示している。

ここでのＹは、測定値行列であり、ＸＹテーブル１３上で測定された加工点Ａの座標（実加工位置）である。また、Ａは目標値（指令点Ｂ）の行列であり、Θは補正係数行列である。また、εは誤差行列であり、指令点Ｂと加工点Ａとのずれ量を示している。

補正係数算出部３３は、式（１）〜式（５）のＹとＡに、それぞれ加工点Ａの座標と指令点Ｂの座標を入力し、最小二乗近似を用いてεが最小となるようなΘを算出する。具体的には、補正係数算出部３３は、式（６）と（７）を用いてΘを算出する。ここでのＴは、配置行列であり、ここでのＰは、重み行列である。

補正係数算出部３３は、ＸＹテーブル１３上に設定した全ての指令点Ｂの座標および加工点Ａの座標に式（１）〜（７）を適用してもよいし、図７に示した９組の座標組毎に式（１）〜（７）を適用してもよい。また、ＸＹテーブル１３（ワークＷ）を所定数のエリア（例えば４組の座標組で構成されるエリアや１２組の座標組で構成されるエリアなど）に分割し、分割したエリア毎に位置ずれ補正係数を算出してもよい。この場合、補正係数算出部３３は、分割した各エリアに含まれる座標組に式（１）〜（７）を適用する。

図８は、位置ずれ補正係数の算出対象エリアを説明するための図である。図８ではＸＹテーブル１３上のエリアをエリアｗ１〜ｗ８に８分割した場合を示している。補正係数算出部３３は、このように分割されたエリアｗ１〜ｗ８毎に位置ずれ補正係数を算出する。ＸＹテーブル１３上のエリアの分割は、例えば位置ずれ傾向の似ている加工点Ａが同一エリアとなるよう分割する。これにより、正確な位置補正を行うことができる位置ずれ補正係数を算出することが可能となる。なお、各エリアｗ１〜ｗ８は、隣接するエリアと重なり合ってもよい。これにより、エリアの境界部分であっても、加工穴の位置ずれを正確に補正できる位置ずれ補正係数を算出できる。

補正係数算出部３３は、算出したΘを位置ずれ補正係数として、補正係数算出部３３内のメモリに保存する（ステップＳ１８０）。なお、算出した位置ずれ補正係数は、補正係数算出部３３の外部に配置されているメモリなどに記憶させてもよい。

つぎに、位置ずれ補正係数を用いたレーザ加工処理手順について説明する。図９は、位置ずれ補正係数を用いたレーザ加工処理手順を示すフローチャートである。レーザ加工装置１は、実製品などのレーザ加工処理を開始すると、位置ずれ補正係数を有効（補正有効）にして、算出しておいた位置ずれ補正係数をレーザ加工装置１に設定する（ステップＳ２１０）。

制御装置５は、ＸＹテーブル１３に載置されたワークＷ上の任意の位置に加工ヘッドがくるようＸＹテーブル１３を移動させる（ステップＳ２２０）。この後、レーザ加工機構４は、ハイトセンサによって、加工位置から加工ヘッドまでの高さ（Ｚ軸高さ）を検出する。そして、レーザ加工機構４は、検出した高さに基づいて、加工位置から加工ヘッドまでの高さを調整する（ステップＳ２３０）。

制御装置５は、レーザ加工に用いる制御プログラムに基づいて、実製品となるワークＷ上の所定の加工位置（製品用加工穴）に加工ヘッドがくるようＸＹテーブル１３やガルバノスキャナ１１を移動させる（ステップＳ２４０）。

このとき、位置ずれ補正部３の補正指令部３４は、製品用加工穴のＸＹテーブル１３上の位置（指令点Ｂの座標）と、保存してある位置ずれ補正係数と、に基づいて、ガルバノスキャナ１１のオフセット量（加工位置を補正するためのガルバノミラーの位置補正量）またはＸＹテーブル１３のオフセット量（加工位置を補正するためのＸＹテーブル１３の位置補正量）を算出する（ステップＳ２５０）。ＸＹテーブル１３上のエリアを複数のエリアに分割してエリア毎に位置ずれ補正係数を算出している場合には、補正指令部３４は、指令点Ｂの座標に対応するエリア（指令点Ｂが含まれるエリア）の位置ずれ補正係数を用いてガルバノスキャナ１１またはＸＹテーブル１３のオフセット量を算出する。

補正指令部３４は、算出したオフセット量の分だけガルバノスキャナ１１またはＸＹテーブル１３を駆動するよう制御装置５に指示を送る。制御装置５は、補正指令部３４からのオフセット量だけガルバノスキャナ１１またはＸＹテーブル１３を駆動させる。これにより、ガルバノスキャナ１１またはＸＹテーブル１３へのオフセット量だけ加工位置が補正され、レーザ加工機構４がレーザ加工を行う（ステップＳ２６０）。なお、位置ずれ補正係数を用いた穴あけ加工の位置補正をＸＹテーブル１３のみによって行う場合、レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ１１を有していなくてもよい。

このように、本実施の形態では、ＸＹテーブル１３上の加工点Ａと指令点Ｂとの位置ずれを複数個所で算出し、この算出結果を用いて位置ずれ補正係数を算出している。これにより、結果的に複数個所での位置ずれ量に基づいてＸＹテーブル１３を移動させる際の基準スケールを設定している。したがって、ＸＹテーブル１３の全面（任意のテーブル位置）で、安定した高い加工精度（例えばμｍ単位の誤差）の穴加工を行うことが可能となる。

また、本実施の形態で用いた加工位置の位置補正と、ワークＷに対するワーク補正と、を組み合わせることによって、任意のテーブル位置において高精度な穴加工を実現できる。

なお、本実施の形態で説明した補正アルゴリズム（最小二乗近似よる位置ずれ補正係数の算出処理）は、位置ずれ補正係数算出処理の一例であり、他の方法によって位置ずれ補正係数を算出してもよい。

また、本実施の形態では、位置ずれ補正係数を算出する際に、１つの穴毎にレーザ加工と位置測定を行ったが、複数の穴を連続してレーザ加工した後に複数の加工穴を連続して位置測定してもよい。例えば、全ての穴をレーザ加工した後に全ての加工穴を位置測定してもよい。

また、本実施の形態では、１つのＸＹテーブル１３に１つのワークＷを載置してレーザ加工を行う場合について説明したが、１つのＸＹテーブル１３に複数のワークＷを載置してレーザ加工を行ってもよい。また、１つのテーブル駆動系に複数のＸＹテーブル１３を取り付けて、各ＸＹテーブル１３上のワークＷをレーザ加工してもよい。

なお、本実施の形態では、レーザ加工装置１が穴あけ加工を行う場合について説明したが、レーザ加工装置１は穴あけ加工以外のレーザ加工処理を行ってもよい。また、本実施の形態では、位置ずれ補正係数を算出するためのワークＷを用いて位置ずれ補正係数を算出する場合について説明したが、実製品用のワークＷを用いて位置ずれ補正係数を算出してもよい。

このように実施の形態１によれば、ＸＹテーブル１３上の複数個所で測定した穴加工の位置ずれ量に基づいて位置ずれ補正係数を算出し、この位置ずれ補正係数を用いて穴加工の位置ずれを補正するので、位置精度の良いレーザ加工を行うことが可能となる。

また、ガルバノスキャナ１１によって加工位置の位置ずれを補正するので正確な位置ずれ補正を行うことが可能となる。また、ＸＹテーブル１３によって加工位置の位置ずれを補正するので容易に位置ずれ補正を行うことが可能となる。また、ＸＹテーブル１３上のエリアを複数のエリアに分割して、エリア毎に位置ずれ補正係数を算出するので、正確な位置ずれ補正を行うことが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図１０〜図１４を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、レーザ発振器からのレーザ光を２つに分離してＸＹテーブル１３上の２つのワークＷを同時にレーザ加工する。

図１０は、本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。図１０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１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１０では、レーザ加工装置５１のうちレーザ加工機構４の構成を図示している。

図１０に示すレーザ加工装置５１は、レーザ加工装置１と同様の機能を有している。すなわち、レーザ加工装置５１は、ワークＷ上の所定位置に穴あけ加工を行わせる場合の指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量に基づいて、実製品などの穴あけ加工を行う際の位置ずれを補正する。レーザ加工装置５１は、予め各ワークＷ上の複数の位置で、指令点Ｂと加工点Ａとの位置ずれ量を測定するとともに、測定値に基づいて位置ずれ補正係数を算出しておく。そして、実製品などの穴あけ加工を行う際には、算出したワークＷ毎の位置ずれ補正係数を用いて加工位置を補正する。

レーザ加工装置５１は、実施の形態１で説明したレーザ加工機構４の転写マスク通過後の光路構成を２つ有した構成となっている。具体的には、レーザ加工装置５１は、ｆθレンズ１２、ビジョンセンサ１４、図示しないハイトセンサをそれぞれ２つずつ有するとともに、ガルバノスキャナ１１を２組（合計４つ）有している。また、レーザ加工装置５１は、図示しないレーザ発振器やＸＹテーブル１３を、それぞれ１つずつ有しており、ＸＹテーブル１３上に２つのワークＷを載置して各ワークＷのレーザ加工を同時に行う。

転写マスク通過後のレーザ光は、左側光路（後述のＬステージＳＬ側）と右側光路（後述のＲステージＳＲ側）に分離され、各光路の先でそれぞれのワークＷに照射される。ＬステージＳＬ側のワークＷとＲステージＳＲ側のワークＷは、ともにＸＹテーブル１３上に載置されているので、ＸＹテーブル１３が移動すると、互いのワークＷは略同じ方向に略同じ距離だけ移動する。

つぎに、レーザ発振器から出射されたレーザ光の転写マスク通過後の光路構成について説明する。図１１は、実施の形態２に係るレーザ加工装置の転写マスク通過後の光路構成を示す図である。図１１の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１で説明した光路構成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。

レーザ光源から出射されたレーザ光は、転写マスクを通過し、１〜複数のミラーを介して分光手段（偏光手段）１５に送られてくる。分光手段１５に送られてきたレーザ光は、分光手段１５でＬステージＳＬ（ＸＹテーブル１３の左側のステージ）側とＲステージＳＲ（ＸＹテーブル１３の右側のステージ）側とに分離される。

ＬステージＳＬ側に分光されてきたレーザ光は、レーザ光ＢＬとしてミラー１７やリターダ１６を介してＬステージＳＬ側のガルバノスキャナ１１に送られる。また、ＲステージＳＲ側に分光されてきたレーザ光は、レーザ光ＢＲとしてミラー１７やリターダ１６を介してＲステージＳＲ側のガルバノスキャナ１１に送られる。

ＬステージＳＬ側のガルバノスキャナ１１に送られてくるレーザ光ＢＬは、ガルバノスキャナ１１によってｆθレンズ１２に送られ、ｆθレンズ１２によってＬステージＳＬのワークＷ上に集光させられる。また、ＲステージＳＲ側のガルバノスキャナ１１に送られてくるレーザ光ＢＲは、ガルバノスキャナ１１によってｆθレンズ１２に送られ、ｆθレンズ１２によってＲステージＳＲのワークＷ上に集光させられる。

つぎに、ワークＷ（ＸＹテーブル１３）上の加工穴の位置について説明する。図１２は、実施の形態２に係るレーザ加工装置のステージ上の加工穴の位置を説明するための図である。本実施の形態は、ワークＷがＸＹテーブル１３のＬステージＳＬ上とＲステージＳＲ上とに載置される。

例えば、穴あけ加工は、ＬステージＳＬ上の左端である加工位置２２Ｌ、ＬステージＳＬ上の右端である加工位置２２Ｒ、ＲステージＳＲ上の左端である加工位置２３Ｌ、ＲステージＳＲ上の右端である加工位置２３Ｒなどの種々の位置で行われる。穴あけ加工は、ＬステージＳＬ上のワークＷとＲステージＳＲ上のワークＷとで同時に行われるので、例えば、ＬステージＳＬ上の左端である加工位置２２ＬとＲステージＳＲ上の左端である加工位置２３Ｌとで同時に穴あけ加工される。また、ＬステージＳＬ上の右端である加工位置２２ＲとＲステージＳＲ上の右端である加工位置２３Ｒとで同時に穴あけ加工される。

本実施の形態では、ＬステージＳＬ上とＲステージＳＲ上とで同時に位置ずれ補正係数算出用の穴あけ加工を行うとともに、同時にあけられた加工穴をＬステージＳＬ上とＲステージＳＲ上とで同時に位置測定する。そして、位置ずれ補正部３は、実施の形態１と同様の方法によって、ＬステージＳＬ上での位置ずれ補正係数とＲステージＳＲ上での位置ずれ補正係数を算出する。

この後、実施の形態１と同様の方法によって、ＬステージＳＬ上での位置ずれ補正とＲステージＳＲ上での位置ずれ補正が行なわれる。本実施の形態のレーザ加工装置５１は、穴あけ加工を行う際に、ＬステージＳＬ側またはＲステージＳＲ側の少なくとも一方をガルバノスキャナ１１によって位置補正する。そして、ＬステージＳＬ側またはＲステージＳＲ側のうちの他方をガルバノスキャナ１１またはＸＹテーブル１３によって位置補正する。

なお、ＬステージＳＬ側の加工位置とＲステージＳＲ側の加工位置を、それぞれＸＹテーブル１３とガルバノスキャナ１１の両方を用いて位置補正してもよい。この場合、ＸＹテーブル１３によって所定量だけＬステージＳＬ側の加工位置およびＲステージＳＲ側の加工位置を位置補正する。その後、ＬステージＳＬ側での加工位置を、ＬステージＳＬ側のガルバノスキャナ１１によって位置補正し、ＲステージＳＲ側の加工位置をＲステージＳＲ側のガルバノスキャナ１１によって位置補正する。

レーザ加工装置５１は、例えば、ＬステージＳＬ側の加工位置をＸＹテーブル１３によって位置補正し、ＲステージＳＲ側の加工位置をガルバノスキャナ１１によって位置補正する。この場合、レーザ加工装置５１は、ＬステージＳＬ上の加工穴に対して算出した位置ずれ補正係数を用いてＬステージＳＬ側の加工位置を位置補正する。このとき、レーザ加工装置５１は、ＸＹテーブル１３を移動させることによってＬステージＳＬ側の加工位置を位置補正する。これにより、ＲステージＳＲ側の穴の位置は、ＬステージＳＬ側に行った位置補正分だけ位置ずれすることとなる。したがって、この後、レーザ加工装置５１は、ＲステージＳＲ側の加工穴に対して算出した位置ずれ補正係数と、ＬステージＳＬ側に行った位置補正量を用いてＲステージＳＲ側の加工位置を位置補正する。このとき、レーザ加工装置５１は、ガルバノスキャナ１１を移動させることによってＲステージＲＬ側の加工位置を位置補正する。なお、位置ずれ補正部３は、ＬステージＳＬ側の加工穴に対して算出した位置ずれ補正係数と、ＲステージＳＲ側の加工穴に対して算出した位置ずれ補正係数と、を用いて制御装置５への補正指令を作成してもよい。

以上のように、ＬステージＳＬ上のワークＷとＲステージＲＬ上のワークＷを同時に穴あけ加工する場合であっても、実施の形態１の場合と同様に、各ワークＷ上の複数個所で測定した穴加工の位置ずれ量に基づいて位置ずれ補正係数を算出している。

ここで、本実施の形態のレーザ加工装置５１が算出した位置ずれ補正係数によって加工穴の位置を補正した場合の位置ずれ量について説明する。図１３は、Ｒステージ上で穴あけ加工した場合の穴位置のずれ量を示す図であり、図１４は、Ｌステージ上で穴あけ加工した場合の穴位置のずれ量を示す図である。

図１３および図１４では、位置ずれ補正係数によって加工穴の位置を補正した場合の位置ずれ量（補正後）と、位置ずれ補正することなく穴あけ加工した場合の位置ずれ量（補正前）の分布を示している。図内に示す位置ずれ量Ｃは補正前の位置ずれ量であり、図内に示す位置ずれ量Ｄは補正後の位置ずれ量である。位置ずれ量Ｃおよび位置ずれ量Ｄの座標が、それぞれＸ方向の位置ずれ量とＹ方向の位置ずれ量を示している。

図１３および図１４に示すように、位置ずれ補正係数による補正後の実加工穴の方が、位置ずれ補正無しの実加工穴よりも、位置ずれ量が小さくなっている。具体的には、補正前の位置ずれ量Ｃよりも補正後の位置ずれ量Ｄの方が、Ｘ方向およびＹ方向で位置ずれ量の最大値が小さくなり、Ｘ方向およびＹ方向で位置ずれ量の平均値も小さくなっている。また、補正前の位置ずれ量Ｃよりも補正後の位置ずれ量Ｄの方が、Ｘ方向およびＹ方向で位置ずれ量の標準偏差が小さくなっている。

なお、本実施の形態では、レーザ加工装置５１が２つのワークＷを同時に加工する場合について説明したが、レーザ加工装置５１は３つ以上のワークＷを同時に加工してもよい。この場合、レーザ加工装置５１は、実施の形態１で説明したレーザ加工機構４の転写マスク通過後の光路構成を３つ以上有した構成となる。

このように実施の形態２によれば、ＬステージＳＬ上のワークＷとＲステージＲＬ上のワークＷを同時に穴あけ加工する場合であっても、各ワークＷ上の複数個所で測定した穴加工の位置ずれ量に基づいて位置ずれ補正係数を算出するので、位置精度の良いレーザ加工を行うことが可能となる。

また、本実施の形態のレーザ加工装置５１は、穴あけ加工を行う際に、ＬステージＳＬ側またはＲステージＳＲ側の少なくとも一方をガルバノスキャナ１１によって位置補正すればよいので、他方の位置補正をＸＹテーブル１３のみで行う場合には、簡易な構成で位置補正を行うことが可能となる。

以上のように、本発明に係るレーザ加工装置は、ワークの加工位置の位置ずれ補正に適している。

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。 実施の形態１に係るレーザ加工装置の転写マスク通過後の光路構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ加工装置の機能構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るレーザ加工装置のステージ上の加工穴の位置を説明するための図である。 位置ずれ補正係数の算出処理手順を示すフローチャートである。 ＸＹテーブル上に設定される複数の指令点を説明するための図である。 指令点と加工点との位置ずれ量を説明するための図である。 位置ずれ補正係数の算出対象エリアを説明するための図である。 位置ずれ補正係数を用いたレーザ加工処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係るレーザ加工装置の転写マスク通過後の光路構成を示す図である。 実施の形態２に係るレーザ加工装置のステージ上の加工穴の位置を説明するための図である。 Ｒステージ上で穴あけ加工した場合の穴位置のずれ量を示す図である。 Ｌステージ上で穴あけ加工した場合の穴位置のずれ量を示す図である。

符号の説明

１，５１ レーザ加工装置
３ 位置ずれ補正部
４ レーザ加工機構
５ 制御装置
１１ ガルバノスキャナ
１３ ＸＹテーブル
１４ ビジョンセンサ
１５ 分光手段
３１ 位置ずれ量算出部
３２ 測定データ記憶部
３３ 補正係数算出部
３４ 補正指令部
Ａ 加工点
Ｂ 指令点
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 加工テーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して前記ワークにレーザ加工を行うレーザ加工装置において、
   第１のワーク上の所定位置にレーザ加工を行なう場合の加工の指令位置と、前記指令位置にレーザ加工を行った場合の実加工位置と、の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
   レーザ加工後の実加工位置がずれないようレーザ加工時の位置補正を行う際に用いる位置ずれ補正情報を、前記位置ずれ量に基づいて算出する補正情報算出部と、
   第２のワークにレーザ加工を行なう際に、前記位置ずれ補正情報に基づいて前記第２のワークへの加工目標位置に応じた位置補正を行うよう位置補正指令を出力する補正指令部と、
   前記位置補正指令に従った位置補正を行いながらレーザ加工を行うレーザ加工部と、
   を備え、
   前記位置ずれ量算出部は、前記第１のワーク上の複数位置に対してそれぞれの位置ずれ量を算出し、前記補正情報算出部は、前記位置ずれ量算出部が算出した複数の位置ずれ量に基づいて前記位置ずれ補正情報を算出することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記レーザ加工部は、前記加工テーブルに載置された前記第１のワークまたは前記第２のワークを複数同時にレーザ加工し、かつ前記補正情報算出部は前記第１のワーク毎に前記位置ずれ補正情報を算出するとともに、前記補正指令部は前記第２のワーク毎に前記補正指令を出力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. 前記レーザ加工部は、レーザ光の照射位置を位置決めするガルバノスキャナを有し、
   前記補正指令部は、前記ガルバノスキャナへの補正指令を出力して前記ガルバノスキャナに前記加工位置の補正を行わせ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。
4. 前記補正指令部は、前記加工テーブルへの補正指令を出力して前記加工テーブルに前記加工位置の補正を行わせ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. 前記補正情報算出部は、前記第１のワーク面内に複数のエリアを設定するとともに、設定したエリア毎に前記位置ずれ補正情報を算出し、
   前記補正指令部は、前記第２のワークの加工目標位置に応じたエリアの位置ずれ補正情報に基づいて前記位置補正指令を出力することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。

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