JP2023161992A - 加工装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を高精度に加工するのに有利な加工装置を提供する。【解決手段】被加工物にレーザ光を照射して前記被加工物を加工する加工装置であって、回転軸を中心として回転することで、射出後の前記レーザ光の強度分布を前記回転軸を中心として回転させる回転部と、前記被加工物に照射される前記レーザ光を走査する走査部と、前記回転部に入射する前記レーザ光の重心線と、前記回転軸とのずれによって生じる、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する制御部と、を有することを特徴とする加工装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、加工装置及び物品の製造方法に関する。

レーザ加工装置は、ガルバノスキャナなどの可動式ミラーと、集光レンズとを用いて、被加工物上でレーザ光を走査・集光し、被加工物に対して各種の加工（例えば、穴加工）を行う装置である。近年では、被加工物上に集光するレーザ光の入射角度を制御することで、加工穴の穴径や壁面の角度を高精度に制御可能なレーザ加工装置が提案されている（特許文献１参照）。

独国特許発明第１０２００４０５３２９８号明細書

しかしながら、従来のレーザ加工装置では、被加工物上に集光するレーザ光の形状に歪みがあると、その影響を、被加工物に形成される加工穴が受けてしまうため、かかる加工穴を所望の形状で形成することが困難となる。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被加工物を高精度に加工するのに有利な加工装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての加工装置は、被加工物にレーザ光を照射して前記被加工物を加工する加工装置であって、回転軸を中心として回転することで、射出後の前記レーザ光の強度分布を前記回転軸を中心として回転させる回転部と、前記被加工物に照射される前記レーザ光を走査する走査部と、前記回転部に入射する前記レーザ光の重心線と、前記回転軸とのずれによって生じる、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被加工物を高精度に加工するのに有利な加工装置を提供することができる。

本発明の一側面としての加工装置の構成を示す概略図である。 図１に示す加工装置の像回転器の構成及び作用を説明するための図である。 被加工物に集光されたレーザ光の軌道を説明するための図である。 被加工物に集光されたレーザ光の軌道を説明するための図である。 図１に示す加工装置のセンサ部の構成及び作用について説明する。 像回転器の回転軸とレーザ光の光軸との間に位置や角度の誤差が発生している状態を示す図である。 図１に示す加工装置の処理フローを示す図である。 被加工物に集光されたレーザ光の軌道を説明するための図である。 図１に示す加工装置の処理フローを示す図である。 図１に示す加工装置の像回転器の調整に関する処理を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一側面としての加工装置１の構成を示す概略図である。加工装置１は、被加工物２１０にレーザ光２０１（レーザビーム）を照射して被加工物２１０を加工するレーザ加工装置である。加工装置１は、被加工物２１０に対して各種の加工を行うことが可能であるが、本実施形態では、被加工物２１０に対して穴加工を行う装置として具現化される。加工装置１は、図１に示すように、加工ヘッド部２００と、センサ部２２０と、制御部２３０と、を有する。

加工ヘッド部２００は、像回転器２０２と、第１部分透過ミラー２０３と、シフタユニット２０４と、第１拡大レンズ２０５と、第２拡大レンズ２０６と、スキャナユニット２０７と、集光レンズ２０９と、を含む。

像回転器２０２は、レーザ光２０１と同軸に回転し、射出後のレーザ光２０１が自転可能である機能を有する。像回転器２０２は、回転軸を中心として回転することで、射出後のレーザ光２０１の強度分布を回転軸を中心として回転させる回転部として機能する。

第１部分透過ミラー２０３は、像回転器２０２から射出されたレーザ光２０１を、センサ部２２０に入射するレーザ光と、シフタユニット２０４に入射するレーザ光とに分岐（分離）する。従って、像回転器２０２から射出されたレーザ光２０１は、第１部分透過ミラー２０３を介して、その一部がセンサ部２２０に入射し、その残りがシフタユニット２０４に入射する。

シフタユニット２０４は、像回転器２０２の後段に設けられ、その内部に、複数の回転自由度を有する可動式ミラー又は可動式透明基板を含む。シフタユニット２０４は、入射したレーザ光２０１を上下左右方向に平行移動（シフト）させる。本実施形態において、シフタユニット２０４は、被加工物２１０に照射（入射）するレーザ光２０１の位置を変更する第１走査部として機能する。また、シフタユニット２０４は、被加工物２１０に照射（入射）するレーザ光２０１の角度を変更する第２走査部として機能するスキャナユニット２０７と協働して、被加工物２１０に照射されるレーザ光２０１を走査する走査部として機能する。

第１拡大レンズ２０５及び第２拡大レンズ２０６は、シフタユニット２０４から射出されたレーザ光のビーム径を拡大する。第１拡大レンズ２０５は、レーザ光２０１の進行方向に沿って移動可能に設けられている。

第１拡大レンズ２０５及び第２拡大レンズ２０６でビーム径が拡大されたレーザ光２０１は、スキャナユニット２０７で反射され、集光レンズ２０９を介して、被加工物２１０に集光される。スキャナユニット２０７は、像回転器２０２の後段に設けられ、例えば、レーザ光２０１を反射する反射ミラーＭと、反射ミラーＭを駆動する第１アクチュエータ２０８Ａ及び第２アクチュエータ２０８Ｂとを含む。スキャナユニット２０７は、第１アクチュエータ２０８Ａ及び第２アクチュエータ２０８Ｂで反射ミラーＭを駆動することで、レーザ光２０１の反射角度を２方向に調節可能である。

センサ部２２０には、第１部分透過ミラー２０３で反射（分岐）されたレーザ光２０１が入射する。センサ部２２０は、第２部分透過ミラー２２１と、第１反射ミラー２２４と、第２反射ミラー２２５と、第３部分透過ミラー２２６と、センサ２２７と、を含む。

第２部分透過ミラー２２１は、センサ部２２０に入射したレーザ光２０１を、第１光路２２２を通るレーザ光と、第２光路２２３を通るレーザ光とに分岐（分離）する。第１光路２２２を通るレーザ光２０１は、第１反射ミラー２２４及び第２反射ミラー２２５を介して、第３部分透過ミラー２２６で反射され、センサ２２７に入射する。第２光路２２３を通るレーザ光２０１は、第３部分透過ミラー２２６を透過して、センサ２２７に入射する。センサ２２７は、入射した２つのレーザ光２０１のそれぞれの位置を検出し、位置情報として制御部２３０に伝達する。

制御部２３０は、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータ（情報処理装置）で構成され、例えば、記憶部に記憶されたプログラムに従って加工装置１の各部を統括的に制御して加工装置１を動作させる。制御部２３０は、本実施形態では、像回転器２０２、シフタユニット２０４、第１拡大レンズ２０５（に備えられたアクチュエータ）、スキャナユニット２０７に備えられた第１アクチュエータ２０８及び第２アクチュエータ２０８を制御する。また、制御部２３０は、各種の計算（演算）機能を有し、センサ２２７から伝達される位置情報に基づいて、レーザ光２０１の変動を求めたり、各アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成したりする。制御部２３０は、本実施形態において、レーザ光２０１を被加工物２１０に照射して被加工物２１０を加工する処理を行う。

図２を参照して、像回転器２０２の構成及び作用について説明する。像回転器２０２は、レーザ光２０１の像（光束）を回転させるための像回転素子３０２と、像回転素子３０２を収容するハウジング３０１と、を含む。例えば、像回転器２０２は、ハウジング３０１の内部に、像回転素子３０２を挿入することで構成されている。

像回転素子３０２は、本実施形態では、台形直方体形状を有するプリズムで構成され、例えば、ドーププリズム又はダブプリズムと称される。像回転素子３０２は、その内部で、レーザ光２０１を反転・回転する特性を有する。例えば、像回転素子３０２の回転に伴い、レーザ光２０１の入射像３０３（強度分布）は射出像３０４（強度分布）となる。具体的には、像回転素子３０２（ドーププリズム）が１回転すると、射出像３０４が２倍の周期で回転する（即ち、２回転する）ことが知られている。

ハウジング３０１は、本実施形態では、レーザ光２０１と同軸で、像回転素子３０２と一体で回転可能に構成されている。従って、ハウジング３０１を回転させることで像回転素子３０２も回転し、射出後のレーザ光２０１が回転（自転）する。ハウジング３０１（像回転器２０２）の回転には、例えば、電磁式や空圧式のアクチュエータが用いられ、かかるアクチュエータに設けられたセンサによって回転速度や回転数が検知され、動作情報として制御部２３０に伝達される。

図３を参照して、被加工物２１０に集光されたレーザ光２０１の軌道について説明する。図３は、加工ヘッド部２００において、像回転器２０２を固定し（即ち、像回転器２０２を回転させずに）、レーザ光２０１を被加工物２１０に集光した状態を示している。上述したように、レーザ光２０１は、集光レンズ２０９を介して、被加工物２１０に集光される。被加工物２１０に集光されたレーザ光２０１の形状の一例を、レーザ光２０１の集光形状４０１として図３に示す。集光形状４０１が楕円形となる主な理由は、レーザ光２０１の発振器の特性に起因する強度分布の歪み、及び、加工ヘッド部２００に至るまでの光学系や加工ヘッド部２００の光学系の収差の影響などが考えられる。なお、被加工物２１０に集光されたレーザ光２０１の形状（集光形状）は、必ずしも楕円形であるとは限らず、中心非対称な歪み形状なども想定される。

加工ヘッド部２００において、シフタユニット２０４とスキャナユニット２０７とを連動して動作させることで、レーザ光２０１（の集光点）を軌道４０２に沿って（即ち、円の軌道４０２を描くように）走査する。これにより、加工穴４０３が被加工物２１０に形成されるが、レーザ光２０１の集光形状４０１に歪みがあると、被加工物２１０に形成される加工穴４０３の形状が影響を受ける。図３では、真円の軌道４０２に対して、加工穴４０３の形状が楕円形となり、加工形状の誤差が生じてしまっている。このような問題は、特許文献１に開示されている従来の加工装置においても同様に生じる。

図４は、加工ヘッド部２００において、像回転器２０２を回転させて、レーザ光２０１を被加工物２１０に集光した状態を示している。上述したように、レーザ光２０１は、集光レンズ２０９を介して、被加工物２１０に集光される。この際、像回転器２０２の回転に伴い、レーザ光２０１が回転（自転）するため、被加工物２１０に集光されたレーザ光２０１の形状として、歪み形状が真円形状の強度に平均化された集光形状５０１が得られる。従って、被加工物２１０にレーザ光２０１を照射して被加工物２１０を加工している間、像回転器２０２を常に回転させるように、像回転器２０２を回転させる。これにより、レーザ光２０１の形状として、軌道５０２（軌道上）の各位置に入射するレーザ光２０１の形状として、真円形状の集光形状５０１が得られる。

加工ヘッド部２００において、シフタユニット２０４とスキャナユニット２０７とを連動して動作させることで、レーザ光２０１（の集光点）を軌道５０２に沿って走査する。これにより、加工穴５０３が被加工物２１０に形成されるが、レーザ光２０１の集光形状５０１は真円形状に平均化されているため、被加工物２１０に形成される加工穴５０３の形状は、軌道５０２に相似した形状となる。従って、レーザ光２０１の集光形状に歪みがあっても、加工穴５０３の形状は影響を受けず、加工形状の誤差は生じない。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、センサ部２２０の構成及び作用について説明する。図５（ａ）は、図１に示すセンサ部２２０を部分的に示す図であり、図５（ｂ）は、センサ部２２０の計測原理を説明するための図である。

図５（ａ）を参照するに、第１部分透過ミラー２０３で反射（分岐）されたレーザ光２０１は、第２部分透過ミラー２２１を介して、第１光路２２２を通るレーザ光と、第２光路２２３を通るレーザ光とに分岐（分離）される。第１光路２２２を通るレーザ光は、第１反射ミラー２２４及び第２反射ミラー２２５を介して、第３部分透過ミラー２２６で反射され、センサ２２７に入射する。第２光路２２３を通るレーザ光２０１は、第３部分透過ミラー２２６を透過して、センサ２２７に入射する。

図５（ｂ）を参照するに、光軸６２０は、第１部分透過ミラー２０３で反射され、センサ部２２０に入射するレーザ光２０１の初期状態の光軸を示す。光軸６２１は、光軸６２０が何らかの要因によって位置や角度が変動した状態の光軸を示す。第２部分透過ミラー面６２４は、図５（ａ）に示す第２部分透過ミラー２２１の反射面を光軸に沿って模擬的に示した面である。角度ずれθ１及び位置ずれｄ１は、第２部分透過ミラー面６２４における光軸の変動成分である。第１センサ面６２５は、図５（ａ）において、第２光路２２３を介したセンサ２２７の受光面を模擬的に示した面である。第２センサ面６２６は、図５（ａ）において、第１光路２２２を介したセンサ２２７の受光面を模擬的に示した面である。Ｄ１は、第２部分透過ミラー面６２４から第１センサ面６２５までの設計上の距離であって、図５（ａ）に示す第２光路２２３の設計上の光路長に相当する。Ｄ２は、第２部分透過ミラー面６２４から第２センサ面６２６までの設計上の距離であって、図５（ａ）に示す第１光路２２２の設計上の光路長に相当する。

光路６２２は、変動後の第２光路２２３におけるレーザ光２０１の光路を模擬的に示したものである。光路６２３は、変動後の第１光路２２２におけるレーザ光２０１の光路を模擬的に示したものである。図５（ａ）では、第１光路２２２及び第２光路２２３のそれぞれに対するセンサ２２７の受光面は同一である。但し、図５（ｂ）では、第２部分透過ミラー面６２４からの距離Ｄ１及びＤ２のそれぞれに応じた２つのセンサ面（第１センサ面６２５及び第２センサ面６２６）として模擬的に設定している。従って、図５（ａ）における第１光路２２２と第２光路２２３との光路長の差分は、図５（ｂ）では、距離Ｄ２と距離Ｄ１との差分となる。

ｄ２は、第１センサ面６２５における光軸変動後の入射点移動量であって、図５（ａ）における第１光路２２２を通るレーザ光のセンサ２２７への入射位置の変化を擬似的に示したものである。ｄ３は、第２センサ面６２６における光軸変動後の入射点移動量であって、図５（ａ）における第２光路２２３を通るレーザ光のセンサ２２７への入射位置の変化を擬似的に示したものである。θ２は、第１センサ面６２５における光軸の角度ずれ（角度変動成分）であって、原理的に、角度ずれθ１と一致する。

以下、制御部２３０における光軸変動量の計算（計算手法）に関する一連の工程について説明する。まず、第１工程では、センサ部２２０の計測結果（センサ２２７に入射した２つのレーザ光のそれぞれの位置）から光軸変動の角度成分を計算する。図５（ｂ）において、角度ずれθ２は、ａｒｃｔａｎ（（ｄ３－ｄ２）／（Ｄ２－Ｄ１））で表される。上述したように、角度ずれθ２は、原理的に、角度ずれθ１と一致するため、光軸変動の角度成分である角度ずれθ１は、ａｒｃｔａｎ（（ｄ３－ｄ２）／（Ｄ２－Ｄ１））で計算することができる。

次いで、第２工程では、センサ部２２０の計測結果から光軸変動の位置成分を計算する。図５（ｂ）において、位置ずれｄ１は、ｄ２－Ｄ１×ｔａｎ（θ２）で表されるため、かかる式から光軸変動の位置成分である位置ずれｄ１を計算することができる。

このような一連の工程（第１工程及び第２工程）によって、センサ部２２０の計測結果から、光軸変動の角度成分（角度ずれθ１）及び位置成分（位置ずれｄ１）のそれぞれを計算することができる。

なお、センサ部２２０の光路にレンズなどの組み合わせによって光学倍率を変化させた光学系を設けることで、角度成分と位置成分との相対的な効き率を変化させてもよい。例えば、センサ部２２０の光路に光学倍率が２倍の光学系を設けることで、入射レーザ光の変動に対して射出後のレーザ光の角度成分及び位置成分は、それぞれ、１／２倍及び２倍の変化となる。

本実施形態において、像回転器２０２は、上述したように、電磁式や空圧式のアクチュエータによって、像回転器２０２に入射するレーザ光２０１と同軸に回転する。但し、像回転器２０２に入射するレーザ光２０１の光軸が時間の経過によって変動した場合、像回転器２０２の回転中心（回転軸）とレーザ光２０１の光軸（重心線（レーザ光２０１の重心（中心）が通る線））との間に位置や角度の誤差（ずれ）が発生する。

図６は、像回転器２０２の回転軸７０７とレーザ光２０１の光軸との間に位置や角度の誤差が発生している状態を示す図である。像回転器２０２の回転軸７０７に対してレーザ光２０１の光軸が変動すると、その変動（誤差）に応じて、像回転器２０２から射出されるレーザ光２０１の射出像７０４には、自転成分７０６に加えて、像回転器２０２の回転周期と同期した公転成分７０８が発生する。その結果、図４に示す被加工物２１０に集光するレーザ光２０１にも公転成分が発生し、被加工物２１０に形成される加工穴の形状に誤差（加工誤差）が生じる。レーザ光２０１の光軸変動は、レーザ光２０１の発振器、加工ヘッド部２００に至るまでの光学系、加工ヘッド部２００の光学系の温度変化による変位などが考えられるため、光軸変動の方向や変動量が経時的に変化する。従って、経時的に変化する光軸変動の方向や変動量を継続的に検出して補正することが必要となる。

図７は、像回転器２０２から射出されるレーザ光２０１の像（射出像）に発生する公転成分に起因する加工誤差を補償するための加工ヘッド部２００、センサ部２２０及び制御部２３０の処理フローを示す図である。

図７を参照するに、まず、センサ部２２０（センサ２２７）は、像回転器２０２から射出したレーザ光２０１（第１光路２２２を通るレーザ光及び第２光路２２３を通るレーザ光）の位置を検出し、その検出信号（位置情報）を制御部２３０に伝達する。

次いで、制御部２３０は、センサ部２２０から伝達された検出信号から、レーザ光２０１の光軸と像回転器２０２の回転軸との間の位置や角度の誤差、即ち、レーザ光２０１の光軸変動に起因する変動成分である公転成分を抽出する。例えば、制御部２３０は、センサ部２２０からの検出信号を周波数成分で解析し、像回転器２０２の回転数と同期した公転成分を抽出する。また、制御部２３０は、検出信号から抽出した公転成分（変動成分）を、図５（ｂ）を参照して説明した計算によって、角度成分と位置成分とに分離する。

次に、制御部２３０は、分離した角度成分を打ち消す（低減する）ための角度補償信号（の周期及び振幅）、及び、分離した位置成分を打ち消す（低減する）ための位置補償信号（の周期及び振幅）を生成する。また、制御部２３０は、被加工物２１０を加工する際に被加工物２１０に照射するレーザ光２０１の角度を制御するための加工信号に対して角度補償信号を重畳することで、スキャナユニット２０７を駆動するための駆動信号を生成する。同様に、制御部２３０は、被加工物２１０を加工する際に被加工物２１０に照射するレーザ光２０１の位置を制御するための加工信号に対して位置補償信号を重畳することで、シフタユニット２０４を駆動するための駆動信号を生成する。なお、レーザ光２０１の角度又は位置を制御するための加工信号は、レーザ光２０１の光軸変動に起因する公転成分（変動成分）を考慮せずに予め用意された設計信号である。

被加工物２１０に照射するレーザ光２０１の角度を制御するための加工信号に対して角度補償信号を重畳することで生成された駆動信号は、制御部２３０からスキャナユニット２０７に与えられる。一方、被加工物２１０に照射するレーザ光２０１の位置を制御するための加工信号に対して位置補償信号を重畳することで生成された駆動信号は、制御部２３０からシフタユニット２０４に与えられる。これにより、加工ヘッド部２００では、シフタユニット２０４とスキャナユニット２０７とが連動して動作する。この際、加工信号に各補償信号を重畳した駆動信号が用いられているため、レーザ光２０１の光軸変動に起因する公転成分（変動成分）が打ち消され、加工誤差を生じることなく、被加工物２１０に加工穴を形成することができる。

このように、本実施形態では、像回転器２０２の回転に同期して、レーザ光２０１の光軸と、像回転器２０２の回転軸とのずれによって生じる、被加工物２１０に入射するレーザ光２０１の角度及び位置の少なくとも一方の変動をセンサ部２２０で検出する。そして、制御部２３０において、センサ部２２０で検出される変動を、シフタユニット２０４やスキャナユニット２０７で低減（補償）しながらレーザ光２０１を被加工物２１０に照射する処理を行う。従って、本実施形態の加工装置１によれば、レーザ光２０１の光軸が変動しても、その影響を低減した加工が可能となり、被加工物２１０を高精度に加工することができる。

なお、本実施形態においては、レーザ光２０１の光軸変動に起因する公転成分（変動成分）のうち、位置成分をシフタユニット２０４で低減し、角度成分をスキャナユニット２０７で低減しているが、これに限定されるものではない。例えば、シフタユニット２０４の機能とスキャナユニット２０７の機能とを兼ね備えたユニットを構成し、かかるユニットで位置成分及び角度成分の両方を低減してもよい。

本実施形態では、センサ部２２０に対して、像回転器２０２の直後に分岐したレーザ光２０１を入射させているが、センサ部２２０に入射するレーザ光２０１を分岐する位置は、像回転器２０２の直後に限定されるものではない。例えば、スキャナユニット２０７の反射ミラーＭの一部を部分透過ミラーとし、スキャナユニット２０７で分岐したレーザ光２０１をセンサ部２２０に入射してもよい。

また、本実施形態では、スキャナユニット２０７は、第１アクチュエータ２０８Ａ及び第２アクチュエータ２０８Ｂで反射ミラーＭを駆動することで、レーザ光２０１の反射角度を２方向に調節可能としているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、ガルバノスキャナなどの可動式ミラーを２組用いることで、レーザ光２０１を走査してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、図１に示す加工装置１において、像回転器２０２の回転数に対して、シフタユニット２０４及びスキャナユニット２０７を特定の周期で連動させる。

図８は、加工ヘッド部２００において、像回転器２０２を回転させて、レーザ光２０１を被加工物２１０に集光した状態を示している。上述したように、レーザ光２０１は、集光レンズ２０９を介して、被加工物２１０に集光される。

加工ヘッド部２００において、シフタユニット２０４とスキャナユニット２０７とを連動して動作させることで、レーザ光２０１（の集光点）を軌道１２０２に沿って走査する。これにより、加工穴１２０３が被加工物２１０に形成されるが、レーザ光２０１の集光形状１２０１に歪みがあると、被加工物２１０に形成される加工穴１２０３の形状が影響を受ける。

そこで、本実施形態では、軌道１２０２に沿った方向（公転方向）と同一方向にレーザ光２０１が回転(自転)するように、軌道１２０２の１／２の周期で像回転器２０２を回転させる。換言すれば、レーザ光２０１を軌道１２０２に沿って１回走査（公転）させる間に像回転器２０２を半回転させる。これにより、軌道１２０２で規定される円の半径方向に同じ分布の強度（同一の強度）を有する集光形状１２０１が得られるため、被加工物２１０に形成される加工穴１２０３の形状は、軌道１２０２に相似した形状になる。従って、レーザ光２０１の集光形状に歪みがあっても、加工穴１２０３の形状は影響を受けず、加工形状の誤差は生じない。ここでは、被加工物２１０に形成される加工穴の形状を円（円形）としているが、これに限定されるものではなく、円以外にも楕円、長方形、三角形など種々の形状が想定される。被加工物２１０に形成される加工穴が円以外の形状である場合は、それぞれの形状の中心（例えば、楕円である場合は、２つの中心の真ん中の位置）、重心、内接円の中心、外接円の中心を、本実施形態における円の中心に読み替えることとする。従って、本実施形態における半径方向は、それらの中心（或いは、重心）と加工位置とを結ぶ方向と読み替えることで、円以外の種々の形状に対応することが可能となる。この加工穴を円以外の形状に対応させる例については、本実施形態の全ての記載に適用可能である。

また、本実施形態においても、像回転器２０２に入射するレーザ光の光軸が時間の経過によって変動した場合、像回転器２０２の回転中心（回転軸）とレーザ光の光軸（重心線）との間に位置や角度の誤差が発生する。像回転器２０２の回転軸に対してレーザ光が変動して誤差が発生すると、かかる誤差に応じて、像回転器２０２から射出されるレーザ光には、自転成分に加えて、像回転器２０２の回転周期と同期した公転成分が発生する。その結果、図４に示す被加工物２１０に集光するレーザ光にも公転成分が発生し、被加工物２１０に形成される加工穴の形状に誤差が生じる。レーザ光の光軸変動は、レーザ光の発振器、加工ヘッド部２００に至るまでの光学系、加工ヘッド部２００の光学系の温度変化による変位などが考えられるため、変動の方向や変動量が経時的に変化する。従って、経時的に変化する光軸変動の方向や変動量を継続的に検出して補正することが必要となる。

図９は、像回転器２０２から射出されるレーザ光２０１の像（射出像）に発生する公転成分に起因する加工誤差を補償するための加工ヘッド部２００、センサ部２２０及び制御部２３０の処理フローを示す図である。本実施形態では、第１実施形態において図７を参照して説明した処理を行う前に、レーザ光２０１の、予め定められた強度よりも高い強度の部分（高強度部分）が加工穴の外側になるように調整することで、より良好な加工を実現する。

図９、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して、レーザ光２０１の高強度部分を加工穴の外側にするための像回転器２０２の調整（制御）に関する処理について説明する。

図１０（ａ）は、像回転器２０２の初期状態におけるレーザ光２０１を示している。例えば、レーザ光２０１の高強度部分が中心位置にない場合、図１０（ａ）に示すように、レーザ光２０１において、レーザ光２０１の中心位置１６０１と光量の重心位置１６０２とが異なる位置となる。このような場合、まず、像回転器２０２から射出したレーザ光２０１をＣＣＤセンサなどの強度分布を検出可能なセンサで検出し、その検出信号（レーザ光２０１の強度分布）を制御部２３０に伝達する。

次いで、制御部２３０は、センサ部２２０から伝達された検出信号から、レーザ光２０１の中心位置１６０１からレーザ光２０１の光量の重心位置１６０２に向かう第１方向αを算出する。また、制御部２３０は、図１０（ｂ）に示すように、被加工物２１０にレーザ光２０１を照射する照射開始位置（加工開始位置）におけるレーザ光２０１の中心位置１６０１から、軌道１６１２（が規定する円）の中心１６１１に向かう第２方向βを算出する。更に、制御部２３０は、第１方向αと第２方向βとの差分（角度差分値）δを算出する。そして、制御部２３０は、差分δをゼロにする、即ち、第１方向αと第２方向βとを一致させるために必要となる像回転器２０２の初期角度を調整（設定）するための調整信号を生成する。

制御部２３０で生成された調整信号は、像回転器２０２に与えられる。これにより、加工ヘッド部２００では、像回転器２０２が動作（回転）し、図１０（ｂ）に示すように、レーザ光２０１の高強度部分が加工穴１６１３の外側になるように調整される。また、軌道１６１２（軌道上）の各位置に入射するレーザ光２０１が、軌道１６１２が規定する円の中心１６１１に対して同一の形状となる。

このように、本実施形態の加工装置１によれば、第１実施形態と同様に、レーザ光２０１の光軸が変動しても、その影響を低減した加工が可能となり、被加工物２１０を高精度に加工することができる。更に、本実施形態の加工装置１では、レーザ光２０１を被加工物２１０に照射して加工する前に、レーザ光２０１の高強度部分が加工穴の外側になるように像回転器２０２を調整することで、より良好な加工を実現することができる。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、像回転器２０２に入射するレーザ光２０１の光軸が時間の経過によって変動した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、加工装置１の組み立て段階（初期段階）において、像回転器２０２に入射するレーザ光２０１の光軸と像回転器２０２の回転中心（回転軸）とがずれている場合にも適用することができる。

本実施形態における加工装置１は、物品の製造方法に用いることができる。かかる物品の製造方法は、加工装置１を用いて被加工物（対象物）を加工する工程と、当該工程で加工された被加工物を処理して物品を製造する工程と、を含む。当該処理は、例えば、上述した加工とは異なる加工、搬送、検査、選別、組立（組付）及び包装のうちの少なくとも１つを含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。

本明細書の開示は、以下の加工装置及び物品の製造方法を含む。

（項目１）
被加工物にレーザ光を照射して前記被加工物を加工する加工装置であって、
回転軸を中心として回転することで、射出後の前記レーザ光の強度分布を前記回転軸を中心として回転させる回転部と、
前記被加工物に照射される前記レーザ光を走査する走査部と、
前記回転部に入射する前記レーザ光の重心線と、前記回転軸とのずれによって生じる、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する制御部と、
を有することを特徴とする加工装置。

（項目２）
前記レーザ光の重心線の位置を検出する検出部を更に有し、
前記制御部は、前記検出部で検出された位置に基づいて、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを求める、ことを特徴とする項目１に記載の加工装置。

（項目３）
前記回転部に入射する前記レーザ光の重心線と前記回転軸とのずれは、前記重心線と前記回転軸との位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を含む、ことを特徴とする項目１又は２に記載の加工装置。

（項目４）
前記制御部は、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを、前記走査部により低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する、ことを特徴とする項目１乃至３のうちいずれか１項目に記載の加工装置。

（項目５）
前記走査部は、
前記被加工物に入射する前記レーザ光の位置を変更する第１走査部と、
前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度を変更する第２走査部と、
を含み、
前記制御部は、前記被加工物に入射する前記レーザ光の位置のずれを前記第１走査部により低減し、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度のずれを前記第２走査部により低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する、
ことを特徴とする項目４に記載の加工装置。

（項目６）
前記制御部は、前記レーザ光を前記被加工物に照射する間、前記回転部が常に回転させるように、前記回転部を制御することを特徴とする項目５に記載の加工装置。

（項目７）
前記制御部は、
前記被加工物に照射される前記レーザ光が前記被加工物上で円の軌道を描くように、前記走査部を制御し、
前記レーザ光を前記被加工物に照射している間、前記軌道上の各位置に入射する前記レーザ光が前記円の中心に対して同一の形状となるように、前記回転部を制御する、
ことを特徴とする項目１乃至４のうちいずれか１項目に記載の加工装置。

（項目８）
前記制御部は、前記レーザ光を前記被加工物に照射している間、前記軌道上の各位置に入射する前記レーザ光の、予め定められた強度よりも高い強度の部分が前記円の中心に対して外側になるように、前記回転部を制御する、ことを特徴とする項目７に記載の加工装置。

（項目９）
前記制御部は、前記レーザ光を前記被加工物に照射する前に、前記レーザ光の中心位置から前記レーザ光の光量の重心位置に向かう第１方向と、前記軌道上の前記レーザ光の照射開始位置における前記レーザ光の中心位置から前記円の中心位置に向かう第２方向とが一致するように、前記回転部を調整することを特徴とする項目７に記載の加工装置。

（項目１０）
前記制御部は、
前記被加工物に照射される前記レーザ光が前記被加工物上で円の軌道を描くように、前記走査部を制御し、
前記レーザ光を前記被加工物に照射している間、前記軌道上の各位置に入射する前記レーザ光が前記円の半径方向に同一の強度を有するように、前記回転部を制御する、
ことを特徴とする項目１乃至４のうちいずれか１項目に記載の加工装置。

（項目１１）
前記走査部は、前記回転部の後段に設けられている、ことを特徴とする項目１乃至１０のうちいずれか１項目に記載の加工装置。

（項目１２）
前記回転部は、
前記レーザ光の像を回転させるための像回転素子と、
前記像回転素子を収容するハウジングと、
を含む、ことを特徴とする項目１乃至１１のうちいずれか１項目に記載の加工装置。

（項目１３）
項目１乃至１２のうちいずれか１項目に記載の加工装置を用いて、被加工物を加工する工程と、
前記工程で加工された前記被加工物を処理して物品を製造する工程と、
を有することを特徴とする物品の製造方法。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１：加工装置 ２００：加工ヘッド部 ２０１：レーザ光 ２０２：像回転器 ２０４：シフタユニット ２０７：スキャナユニット ２１０：被加工物 ２２０：センサ部 ２２７：センサ ２３０：制御部

Claims (13)

1. 被加工物にレーザ光を照射して前記被加工物を加工する加工装置であって、
   回転軸を中心として回転することで、射出後の前記レーザ光の強度分布を前記回転軸を中心として回転させる回転部と、
   前記被加工物に照射される前記レーザ光を走査する走査部と、
   前記回転部に入射する前記レーザ光の重心線と、前記回転軸とのずれによって生じる、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する制御部と、
   を有することを特徴とする加工装置。
2. 前記レーザ光の重心線の位置を検出する検出部を更に有し、
   前記制御部は、前記検出部で検出された位置に基づいて、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを求める、ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記回転部に入射する前記レーザ光の重心線と前記回転軸とのずれは、前記重心線と前記回転軸との位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
4. 前記制御部は、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度及び位置の少なくとも一方のずれを、前記走査部により低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する、ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
5. 前記走査部は、
   前記被加工物に入射する前記レーザ光の位置を変更する第１走査部と、
   前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度を変更する第２走査部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記被加工物に入射する前記レーザ光の位置のずれを前記第１走査部により低減し、前記被加工物に入射する前記レーザ光の角度のずれを前記第２走査部により低減しながら前記レーザ光を前記被加工物に照射する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の加工装置。
6. 前記制御部は、前記レーザ光を前記被加工物に照射する間、前記回転部が常に回転させるように、前記回転部を制御することを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
7. 前記制御部は、
   前記被加工物に照射される前記レーザ光が前記被加工物上で円の軌道を描くように、前記走査部を制御し、
   前記レーザ光を前記被加工物に照射している間、前記軌道上の各位置に入射する前記レーザ光が前記円の中心に対して同一の形状となるように、前記回転部を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
8. 前記制御部は、前記レーザ光を前記被加工物に照射している間、前記軌道上の各位置に入射する前記レーザ光の、予め定められた強度よりも高い強度の部分が前記円の中心に対して外側になるように、前記回転部を制御する、ことを特徴とする請求項７に記載の加工装置。
9. 前記制御部は、前記レーザ光を前記被加工物に照射する前に、前記レーザ光の中心位置から前記レーザ光の光量の重心位置に向かう第１方向と、前記軌道上の前記レーザ光の照射開始位置における前記レーザ光の中心位置から前記円の中心位置に向かう第２方向とが一致するように、前記回転部を調整することを特徴とする請求項７に記載の加工装置。
10. 前記制御部は、
    前記被加工物に照射される前記レーザ光が前記被加工物上で円の軌道を描くように、前記走査部を制御し、
    前記レーザ光を前記被加工物に照射している間、前記軌道上の各位置に入射する前記レーザ光が前記円の半径方向に同一の強度を有するように、前記回転部を制御する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
11. 前記走査部は、前記回転部の後段に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
12. 前記回転部は、
    前記レーザ光の像を回転させるための像回転素子と、
    前記像回転素子を収容するハウジングと、
    を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
13. 請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の加工装置を用いて、被加工物を加工する工程と、
    前記工程で加工された前記被加工物を処理して物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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