JP3194247B2 - レーザ加工用温度補償装置及び温度補償方法 - Google Patents

レーザ加工用温度補償装置及び温度補償方法

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JP3194247B2 JP07921698A JP7921698A JP3194247B2 JP 3194247 B2 JP3194247 B2 JP 3194247B2 JP 07921698 A JP07921698 A JP 07921698A JP 7921698 A JP7921698 A JP 7921698A JP 3194247 B2 JP3194247 B2 JP 3194247B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置とと
もに用いられる温度補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、レーザ加工装置では、高精度の
加工が要求されており、このため、加工対象物(被加工
物)上における加工目標位置と実加工位置とのずれ(偏
差)量がなくなるようにレーザ照射位置の制御を行って
いる。
【0003】ここで、図4を参照して、レーザ加工装置
の一つであるレーザビアドリルマシンについて説明す
る。
【0004】レーザビアドリルマシンは、第1及び第2
の反射ミラー11及び12を備えており、第1及び第2
の反射ミラー11及び12はそれぞれ第1及び第2のミ
ラー駆動装置13及び14によって回転駆動され、これ
によって、レーザビームの反射角が調節される。
【0005】レーザ発振器(図示せず)から送出された
レーザビームは、第1の反射ミラー11で反射された
後、第2の反射ミラー12で反射される。そして、レー
ザビームはf−θレンズ15を介して加工対象(例え
ば、プリント配線基板)16上に加工用レーザとして照
射され、例えば、穴あけ加工が行われる。
【0006】加工用レーザをプリント配線基板16上の
加工位置に照射する際には、反射ミラー制御装置(図示
せず)にミラー角度指令値が与えられ、反射ミラー制御
装置はミラー角度指令値に応じて第1及び第2のミラー
駆動装置13及び14が駆動制御して、第1及び第2の
反射ミラー11及び12の反射角度を調節する。
【0007】このように、レーザビアドリルマシンで
は、レーザビームを所望の加工位置に集光するように、
一組の反射ミラーの角度を制御する所謂スキャンミラー
光学系を用いている。前述のミラー角度指令値は、例え
ば、目標とする加工位置座標と機械的な定数(例えば、
ミラーと加工対象との距離)から算出される。この際、
機械的又は光学的な誤差を極力抑えるため、運転開始時
において、所謂キャリブレーション処理を行って、加工
位置のずれ量を予め計測/保存しておく。そして、加工
の際、ミラー角度指令値を前述の加工位置ずれ量で補償
して、精度よく反射ミラーの角度を制御して、目標加工
位置にレーザビームを集光するようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ加工
装置は周辺環境の影響を受け、特に、設置場所の温度変
化(室温変化)及び装置稼働に伴う装置自体の温度変化
(例えば、電気モータ、パワーアンプ類の発熱及び機械
的部分の摩擦熱)の影響を受けて、装置フレーム(金属
フレーム部分)に伸び縮みが発生するばかりでなく、制
御用電気部品に温度ドリフトが発生して、これによっ
て、反射ミラーの角度に誤差が生じてしまう。この結
果、レーザビームを精度よく目標加工位置に集光するこ
とができないという問題点がある。
【0009】上述のように、従来のレーザ加工装置で
は、温度変化が発生すると、この温度変化に起因して目
標加工位置にレーザビームを精度よく集光できないとい
う問題点がある。
【0010】本発明の目的は、レーザ加工装置とともに
用いられ温度変化を補償して目標加工位置にレーザビー
ムを精度よく集光することのできるレーザ加工用温度補
償装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
光をスキャンして加工レーザ光とするスキャン光学機構
と、加工位置指令値に応じて前記スキャン光学機構を制
御する制御装置とを備え、前記加工レーザ光によって加
工対象物を加工するようにしたレーザ加工装置に用いら
れ、前記スキャン光学機構の温度を計測して第1の計測
温度を得る第1の温度センサと、前記制御装置の温度を
計測して第2の計測温度を得る第2の温度センサと、
標加工位置を示す目標加工位置指令が与えられ前記第
1の計測温度から前記目標加工位置を補正するための補
正量を算出すると共に、前記第2の計測温度に応じて前
記目標加工位置を補正するための補正値を得て前記加工
位置指令値を生成する処理手段を有することを特徴とす
るレーザ加工用温度補償装置が得られる。
【0012】なお、前記スキャン光学機構は反射ミラー
を有するスキャンミラー光学系と該スキャンミラー光学
系が取り付けられたフレームとを備え、前記制御装置は
前記反射ミラーの角度を制御して前記レーザ光をスキャ
ンしており、前記第1の温度センサは前記フレームの温
度を前記第1の計測温度として計測しており、前記処理
手段は、前記目標加工位置指令を受け該目標加工位置指
令に対応して前記反射ミラーの角度を示す目標角度を生
成する角度算出処理手段と、前記第1の計測温度に対応
して前記フレームのずれ量が位置ずれ補正値として登録
され該登録された値を用いて前記第1の計測温度に応じ
て前記位置ずれ補正値を算出して該位置ずれ補正値に基
づいて前記目標角度を補正して角度指令値を生成し該角
度指令値を前記加工位置指令値とする温度補償手段とを
有する。あるいはまた、前記温度補償手段に更に前記制
御装置の温度ドリフトに応じてレーザ光位置ずれ補正値
を登録し、前記温度補償手段は前記第2の計測温度に応
じて前記レーザ光位置ずれ補正値を得て前記位置ずれ補
正値及び前記レーザ光位置ずれ補正値に基づいて前記目
標角度を補正して角度指令値を生成し該角度指令値を前
記加工位置指令値とするようにしても良い。
【0013】また、本発明によれば、レーザ光をスキャ
ンして加工レーザ光とするスキャン光学機構と、加工位
置指令値に応じて前記スキャン光学機構を制御する制御
装置とを備え、前記加工レーザ光によって加工対象物を
加工するようにしたレーザ加工装置に用いられ、前記ス
キャン光学機構の温度を計測して第1の計測温度を得る
第1のステップと、前記制御装置の温度を計測して第2
の計測温度を得る第2のステップと、目標加工位置を示
す目標加工位置指令が与えられ前記第1の計測温度
前記目標加工位置を補正するための補正量を算出する
と共に、前記第2の計測温度に応じて前記目標加工位置
を補正するための補正値を得て前記加工位置指令値を生
成する第のステップとを有することを特徴とするレー
ザ加工用温度補償方法が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。
【0015】図1を参照して、図示のレーザ加工用温度
補償装置は機械制御装置21を備えており、この機械制
御装置21は反射ミラー制御装置22に接続されてお
り、反射ミラー制御装置22は、機械制御装置21から
の角度指令値に基づいてレーザ加工装置23を制御す
る。このレーザ加工装置23は、例えば、レーザビアド
リルマシンであり、図4に示す構成を有している。
【0016】図2も参照して、第1及び第2の反射ミラ
ー11及び12は第1及び第2の駆動装置13及び14
とf−θレンズ15とともにケース内に収納されてスキ
ャンミラー光学系24を構成している(なお、図1には
第1及び第2の駆動装置13及び14とf−θレンズ1
5は示されていない)。スキャンミラー光学系24は、
金属フレーム25に取り付けられており、スキャンミラ
ー光学系25の近傍において、金属フレーム25には第
1の温度センサ26が取り付けられている。そして、第
1の温度センサ26は金属フレーム25の温度を測定し
て第1の計測温度として機械制御装置21に与える。な
お、反射ミラー制御装置22に第2の温度センサ27を
取り付け、反射ミラー制御装置22の温度を測定して第
2の計測温度として機械制御装置21に与えることが望
ましいが、第2の温度センサ27は必要に応じて取り付
けるようにすればよい。
【0017】機械制御装置21は、反射ミラー目標角度
算出処理部21a及び温度補償処理部21bが備えられ
ており、反射ミラー目標角度算出処理部21aには、レ
ーザ加工の際、加工対象の目標加工位置座標が与えられ
る。そして、反射ミラー目標角度算出処理部21aは目
標加工位置座標から反射ミラーの角度をミラー角度とし
て求める。反射ミラー目標角度算出処理部21aには、
例えば、機械定数及びレンズ補正係数が角度補正値とし
て与えられており、反射ミラー目標角度算出処理部21
aはこの角度補正値に応じて加工位置(加工座標)のず
れ量を求める。次に、反射ミラー目標角度算出処理部2
1aは上記のずれ量に応じてミラー角度を補正して目標
角度を得る。この目標角度は反射ミラー目標角度算出処
理部21aから温度補償処理部21bに与えられる。
【0018】いま、第1の温度センサ26のみが備えら
れていると仮定する。温度補償処理部21bには、図3
に示す補正値テーブルが備えられている。この補正値テ
ーブルは金属フレーム25の温度(温度計測値)と金属
フレーム25の横方向(X方向)及び縦方向(Y方向)
の伸び縮みとの関係を示したテーブルであり、X方向及
び縦方向Y方向の伸び縮みが位置ずれ補正値とされる。
【0019】前述ように、温度補償処理部21bには第
1の温度センサ26から金属フレーム25の温度が計測
温度として与えられており、温度補償処理部21bは、
計測温度に基づいて目標角度を補正して、角度指令値を
生成する。
【0020】ここで、図3に示すように、補正テーブル
には、温度計測値10℃、20℃、30℃、及び40℃
に対応する位置ずれ補正量が登録されているものとし、
第1の温度センサ26による計測温度が13℃であると
すると、温度補償処理部21bは、温度計測値10℃と
20℃の位置ずれ補正量を読み出して、計測温度が13
℃の際の位置ずれ補正量を計算する。具体的には、温度
補償処理部21bは、X方向位置ずれ補正量を、−10
+[{0−(−10)}/{20−10}]×{13−
10}=−7として求め、さらに、Y方向位置ずれ補正
量を、−2+[{0−(−2)}/{20−10}]×
{13−10}=−1.4として求める。そして、これ
ら算出位置ずれ補正量に応じて目標角度を補正して角度
指令値を生成する。
【0021】角度指令値は反射ミラー制御装置22に与
えられ、反射ミラー制御装置22は角度指令値に応じて
第1及び第2の駆動装置を駆動制御して、第1及び第2
の反射ミラー11及び12を角度指令値で規定される角
度とする。
【0022】再び、図2を参照して、上述のようにし
て、角度指令値を生成すると、つまり、温度補償を行う
と、加工レーザ光のスポットは符号Aで示す位置とな
り、目標加工位置に精度よくスポットを合わせることが
できる。一方、温度補償を行わない場合には、加工レー
ザ光のスポットは符号Bで示す位置となり、目標加工位
置からずれてしまう。
【0023】反射ミラー制御装置22に第2の温度セン
サ27を取り付けた場合には、第2の温度センサ27か
ら第2の計測温度が温度補償処理部21bに与えられ
る。第2の温度センサを取り付けた場合には、反射ミラ
ー制御装置22の温度ドリフトに対応してレーザ光の位
置ずれ補正値(レーザ光位置ずれ補正値)が予め温度補
償処理部21bに登録させている。そして、温度補償処
理部21bは第1の計測温度に基づいて金属フレーム位
置ずれ補正値を求めるとともに第2の計測温度に基づい
て温度ドリフトによるレーザ光位置ずれ補正値を求め
て、金属フレーム位置ずれ補正値及びレーザ光位置ずれ
補正値に基づいて目標角度を補正して、角度指令値を生
成する。
【0024】このようにして生成された角度補正値に応
じて第1及び第2の反射ミラー11及び12の角度を制
御すると、さらに、加工レーザ光のスポットを目標加工
位置に精度よく合わせることができる。
【0025】上述の例では、スキャンミラー系が取り付
けられた金属フレームの温度及び反射ミラー制御装置の
温度を測定して、加工レーザ光の位置ずれ補正を行う例
について説明したが、上述の例に限らず、レーザ加工装
置の周囲温度を計測して、この計測結果に応じて反射ミ
ラーの角度を補正するようにすればよい。いずれにして
も、加工レーザ光のスポット位置に影響を与える部分の
温度を計測して、この計測結果に基づいて反射ミラーの
角度を補正するようにすれば、加工レーザ光のスポット
位置を目標加工位置に精度よく合わせることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では周囲環
境温度又は稼働に伴う装置自体の温度変化に応じて目標
加工位置指令を補正して実際の加工位置指令を生成し
て、この加工位置指令に応じてレーザ光をスキャンする
ようにしたので、つまり、温度補償を行うようにしたの
で、目標加工位置と実際の加工位置とのずれをなくすこ
とができ、その結果、高精度にレーザ加工を行うことが
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明よるレーザ加工用温度補償装置の一例を
説明するためのブロック図である。
【図2】レーザ加工装置におけるスキャンミラー光学系
の取り付け状態を温度センサとともに示す図である。
【図3】図1に示す温度補償処理部に登録される補正値
テーブルを示す図である。
【図4】レーザ加工装置の一例であるレーザビアドリル
マシンを概略的に示す図である。
【符号の説明】
11,12 反射ミラー 13,14 ミラー駆動装置 15 f−θレンズ 16 加工対象(プリント配線基板) 21 機械制御装置 21a 反射ミラー目標角度算出処理部 21b 温度補償処理部 22 反射ミラー制御装置 23 レーザ加工装置 24 スキャンミラー光学系 25 金属フレーム 26,27 温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/04 G05B 19/18 - 19/404

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光をスキャンして加工レーザ光と
    するスキャン光学機構と、加工位置指令値に応じて前記
    スキャン光学機構を制御する制御装置とを備え、前記加
    工レーザ光によって加工対象物を加工するようにしたレ
    ーザ加工装置に用いられ 前記スキャン光学機構 の温度を計測して第1の計測温度
    を得る第1の温度センサと 前記制御装置の温度を計測して第2の計測温度を得る第
    2の温度センサと、 目標加工位置を示す目標加工位置指令が与えられ前記
    第1の計測温度から前記目標加工位置を補正するための
    補正量を算出すると共に、前記第2の計測温度に応じて
    前記目標加工位置を補正するための補正値を得て前記加
    工位置指令値を生成する処理手段を有することを特徴と
    するレーザ加工用温度補償装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されたレーザ加工用温度
    補償装置において、前記スキャン光学機構は反射ミラー
    を有するスキャンミラー光学系と該スキャンミラー光学
    系が取り付けられたフレームとを備え、前記制御装置は
    前記反射ミラーの角度を制御して前記レーザ光をスキャ
    ンしており、前記第1の温度センサは前記フレームの温
    度を前記第1の計測温度として計測しており、前記処理
    手段は、前記目標加工位置指令を受け該目標加工位置指
    令に対応して前記反射ミラーの角度を示す目標角度を生
    成する角度算出処理手段と、前記第1の計測温度に対応
    して前記フレームのずれ量が位置ずれ補正値として登録
    され該登録された値を用いて前記第1の計測温度に応じ
    て前記位置ずれ補正値を算出して該位置ずれ補正値に基
    づいて前記目標角度を補正して角度指令値を生成し該角
    度指令値を前記加工位置指令値とする温度補償手段とを
    有することを特徴とするレーザ加工用温度補償装置。
  3. 【請求項3】 請求項に記載されたレーザ加工用温度
    補償装置において、前記温度補償手段には更に前記制御
    装置の温度ドリフトに応じてレーザ光位置ずれ補正値が
    登録されており、前記温度補償手段は前記第2の計測温
    度に応じて前記レーザ光位置ずれ補正値を得て前記位置
    ずれ補正値及び前記レーザ光位置ずれ補正値に基づいて
    前記目標角度を補正して角度指令値を生成し該角度指令
    値を前 記加工位置指令値とするようにしたことを特徴と
    するレーザ加工用温度補償装置。
  4. 【請求項4】 レーザ光をスキャンして加工レーザ光と
    するスキャン光学機構と、加工位置指令値に応じて前記
    スキャン光学機構を制御する制御装置とを備え、前記加
    工レーザ光によって加工対象物を加工するようにしたレ
    ーザ加工装置に用いられ 前記スキャン光学機構 の温度を計測して第1の計測温度
    を得る第1のステップと、前記制御装置の温度を計測して第2の計測温度を得る第
    2のステップと、 目標加工位置を示す目標加工位置指令が与えられ前記
    第1の計測温度から前記目標加工位置を補正するための
    補正量を算出すると共に、前記第2の計測温度に応じて
    前記目標加工位置を補正するための補正値を得て前記加
    工位置指令値を生成する第のステップとを有すること
    を特徴とするレーザ加工用温度補償方法。
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