JP3561159B2

JP3561159B2 - Laser processing equipment

Info

Publication number: JP3561159B2
Application number: JP26647298A
Authority: JP
Inventors: 弘杉江
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: JP2000100608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高速高精度にレーザ穴あけ加工、レーザ切断加工、マーキング等を行うレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板のような薄板の穴あけ、切断加工を行うレーザ加工機では、高速高精度にレーザ光を走査し加工を行う必要がある。高速高精度にレーザ光を走査するためにはガルバノメータビームスキャナ（以下、ガルバノスキャナとする）を使用する方法が一般的である。このようなレーザ加工装置は、ガルバノスキャナによりレーザ光を走査する高速なレーザ光走査系と、被加工物の設置台を移動させるＸＹテーブル制御系からなる２つの位置制御系を併用する場合が多い。
【０００３】
レーザ光走査制御系は、軽量なミラーを動かしてレーザ光を走査するため高速にレーザ光を走査できるが、動作範囲が小さい。ＸＹテーブル制御系は、動作範囲が大きい反面、大質量の物体を移動させるため高速な移動は困難である。例えば、特開昭５８−１２３７０２号公報に記載のレーザ加工装置では、まず、ＸＹテーブルを停止させた状態でガルバノスキャナの動作範囲内でレーザ光を走査する。次に、ガルバノスキャナを停止させた状態で、被加工物上の未加工実施部分がガルバノスキャナの動作範囲内に来るようにＸＹテーブルにより被加工物を移動させる。以上のガルバノスキャナによるレーザ光走査とＸＹテーブルによる被加工物の搬送を繰り返すことで全加工範囲の加工を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されているため、ガルバノスキャナの動作範囲よりも広い加工面積を有する被加工物を加工するためには、ガルバノスキャナによるレーザ光走査の時間の他に、ＸＹテーブルによる被加工物の移動時間を必要とするため、加工時間が長くなるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガルバノスキャナによるレーザ光走査中にＸＹテーブルを移動させて全体の加工時間を短縮することができるレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明の第１の発明は、レーザ発振器から発振されるレーザ光の軌道を変化させてレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光走査系と、このレーザ光走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系とによりレーザ光を被加工物上の任意の位置に照射して加工するレーザ加工装置において、搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて前記走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、を備え、前記搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動することを特徴とするレーザ加工装置にある。
【０００７】
またこの発明の第２の発明は、前記搬送系制御部は、前記加工計画部からの被加工物上のレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行した位置を搬送系位置指令とし、これに基づいて搬送系の制御を行うことを特徴とするレーザ加工装置にある。
【０００８】
またこの発明の第３の発明は、前記搬送系制御部は、ステップ状に変化する搬送系位置指令に対してフィルタ処理を行い、指令値の変化を滑らかにした搬送系位置指令により制御を実施することを特徴とするレーザ加工装置にある。
【０００９】
またこの発明の第４の発明は、前記レーザ光走査系制御部は、前回のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までを滑らかに補間する加減速パターン指令値から、搬送系の一定時間後の予測位置を引いたものをレーザ光走査系位置指令値とし、これに基づいてレーザ光走査系の制御を行うことを特徴とするレーザ加工装置にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明の第１の発明は、レーザ発振器から発振されるレーザ光の軌道を変化させてレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光走査系と、このレーザ光走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系とによりレーザ光を被加工物上の任意の位置に照射して加工するレーザ加工装置において、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令の順序が、被加工物上における一方向の直線的な長距離移動とこれと交差する他方向の直線的な短距離移動とを繰り返す順序となるよう、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて前記走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、を備え、前記搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動することを特徴とするレーザ加工装置にある。
【００１１】
またこの発明の第６の発明は、第２の発明において、複数の被加工物に対して同一パターンの加工を繰り返す場合に、前記搬送系制御部において最初の被加工物の加工では搬送系の先行距離を短く設定しておき、加工を実施する毎にレーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために待ち時間が生じる部分で搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離を長く調整するようにすることを特徴とするレーザ加工装置にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の構成図である。図１において、１はレーザ発振器、２はレーザ光を走査するためのガルバノスキャナ（ガルバノメータビームスキャナ）、３はレーザ光を集光するためのｆθレンズ、４は被加工物を搬送するためのＸＹテーブル、５は被加工物の位置検出用のリニアスケール、６はレーザ光、７は被加工物、８は加工計画部、９はレーザ光走査系制御部、１０は搬送系制御部である。
【００１３】
図２は、上記実施の形態１のレーザ加工装置の制御系構成図である。レーザ光走査系制御部９には、レーザ光照射位置指令パターン生成部１１、レーザ光走査系サーボ部１２および減算器１９が含まれる。搬送系制御部１０には、搬送系位置指令生成部１３と搬送系サーボ部１４が含まれる。
【００１４】
図２に従って上記実施の形態１のレーザ加工装置の動作を説明する。加工開始前に加工計画部８においてレーザ光照射位置指令を順序付けする。加工開始後は、レーザ光照射位置指令部８が、上記順序に従ってレーザ光照射位置指令を搬送系位置指令生成部１３およびレーザ光照射位置指令パターン生成部１１に出力する。搬送系位置指令生成部１３は、上記レーザ光照射位置指令に基づいて搬送系位置指令を生成し、搬送系サーボ部１４に出力する。搬送系サーボ部１４は、上記搬送系位置指令に基づいてＸＹテーブル４を制御する。
【００１５】
レーザ光照射位置指令パターン生成部１１は、１個前のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までを滑らかに補間する加減速パターン指令値を生成する。レーザ光走査系サーボ部１２は、上記加減速パターン指令値からリニアスケール５により計測されたＸＹテーブル４の現在位置を引いたものを指令値としてガルバノスキャナ２を制御する。
【００１６】
上記の制御系によりＸＹテーブル４とガルバノスキャナ２が同時に駆動される。レーザ光照射位置が被加工物７上のレーザ光照射位置指令の位置に到達した時点で、レーザ発振器１からレーザ光６を照射し、加工を実行する。レーザ光走査系であるガルバノスキャナ２の動作中に、搬送系であるＸＹテーブル４が搬送系位置指令の位置に向けて移動することにより、レーザ光走査系から被加工物７上のレーザ光照射位置指令の位置までの距離が短縮される。
【００１７】
これにより、ＸＹテーブル４の移動速度が十分に高速である場合には、ガルバノスキャナ２から被加工物７上のレーザ光照射位置指令の位置までの距離が、常にガルバノスキャナ２の動作範囲内に保たれる。また、ＸＹテーブル４の移動速度が高速でない場合にも、ガルバノスキャナ２が動作範囲の制限のためにＸＹテーブル４の移動を待つ時間が短縮される。以上により、全体の加工時間を短縮することができる。
【００１８】
図３は加工開始前に加工計画部８において実行されるレーザ光照射位置指令の並べ替えについて説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲を、レーザ光走査系であるガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分してある。下から上に順にＡ，Ｂ，Ｃ，．．．Ｘの記号を、左から右に順に１，２，３，．．．ｎの番号を各ブロックに付ける。例えば左下はブロックＡ１、右下はブロックＡｎとなる。ここでｎは横方向のブロック数である。
【００１９】
図４は加工計画部８において実行されるレーザ光照射位置指令の並べ替え手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１においてブロックＡ１の左端からブロックＡｎの中央まで右向きにレーザ光照射位置指令を出現順に並べる。次に、ステップＳ２においてブロックＡｎ右半面からブロックＢｎ右半面まで下から上に向けてレーザ光照射位置指令を出現順に並べる。更にステップＳ３おいてブロックＢｎの左半面からブロックＢ１の右半面まで左向きにレーザ光照射位置指令を出現順に並べる。以降、１段分の上昇と左右移動をしながらレーザ光照射位置指令の探索を繰り返して順序付けを行う（ステップＳ４〜Ｓ５）。
【００２０】
図５は搬送系位置指令生成部１３における搬送系位置指令の生成法について説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲を、レーザ光走査系であるガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分してある。ブロックＡ１の左半分に存在するレーザ光照射位置（指令）に対してはブロックＡ１の中央を搬送系の目標位置とする。ブロックＡ１の右半分からブロックＡｎの左半分までの領域では、レーザ光照射位置からブロックの横方向中央線に降ろした垂線の足を搬送系の目標位置とする。
【００２１】
ブロックＡｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置に対しては、ブロックＡｎの中央を搬送系の目標位置とする。ブロックＡｎの右上１／４とブロックＢｎの右下１／４の領域では、レーザ光照射位置からブロックの縦方向中央線に降ろした垂線の足を搬送系の目標位置とする。ブロックＢｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置に対しては、ブロックＢｎの中央を搬送系の目標位置とする。以降、同様にして搬送系の目標位置を定める。
【００２２】
実施の形態２．
図６はレーザ光照射位置指令の実施の形態２における並べ替え順序を示す図である。図３と同様に、被加工物７を上方から見たもので、被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、左下ブロックＡ１と右下ブロックＡｎのみを表示したものである。更に、ブロックＡ１は４個の縦長長方形ブロックａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ１４に、ブロックＡｎは２個の縦長長方形ブロックａｎａ，ａｎ２と４個の横長長方形ブロックａｎａ，ａｎｂ，ａｎｃ，ａｎｄに分割されている。
【００２３】
図７は、実施の形態２の加工計画部８において実行されるレーザ光照射位置指令の並べ替え手順を示すフローチャートである。まずステップＳ１１において、ブロックＡ１からブロックＡｎの左半面までをブロックの１／４の幅で縦長の長方形ブロックに分割する。ステップＳ１２において、縦長長方形ブロックａ１１からレーザ光照射位置指令の探索を開始する。ステップＳ１３において、縦長長方形ブロックａ１１の下から上に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付し、右隣の縦長長方形ブロックａ１２に探索対象を移動する。
【００２４】
ステップＳ１４において、縦長長方形ブロックａ１２の上から下に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付けし、右隣の縦長長方形ブロックａ１３に探索対象を移動する。ステップＳ１５において、レーザ光照射位置指令の探索がブロックＡｎの左半面まで完了したかどうかを確認する。未完了であればステップＳ１３に戻り、縦長長方形ブロック内の探索を継続する。
【００２５】
ブロックＡｎの左半面まで探索が完了していればステップＳ１６に進み、ブロックＡｎの右半面をブロックの１／４の高さで横長の長方形ブロックに分割し、下端の横長長方形ブロックａｎａからレーザ光照射位置指令の探索を開始する。ステップＳ１７において、横長長方形ブロックａｎａの左から右に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付けし、１個上の横長長方形ａｎｂブロックに探索対象を移動する。ステップＳ１８において、横長長方形ブロックａｎｂの右から左に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付けし、１個上の横長長方形ブロックａｎｃに探索対象を移動する。
【００２６】
ステップＳ１９において、レーザ光照射位置指令の探索がブロックＡｎの右半面まで完了したかどうかを確認する。未完了であればステップＳ１７に戻り、横長長方形ブロック内の探索を継続する。以降、すべてのレーザ光照射位置指令の探索が完了するまで、ブロックの横長長方形および縦長長方形への分割と、長方形ブロック内のレーザ光照射位置指令の探索および順序付けを繰り返す（ステップＳ２０）。
【００２７】
実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令の並べ替えでは、実施の形態１における並べ替えに比べてガルバノスキャナ２の移動距離を短くすることができるため、加工時間を更に短縮することが可能となる。
【００２８】
図８は、実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令の関係を説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、左下ブロックＡ１と右下ブロックＡｎのみを表示したものである。
【００２９】
ブロックＡ１の左半分に存在するレーザ光照射位置（指令）に対してはブロックＡ１の中央を搬送系の目標位置とする。ブロックＡ１の右半分からブロックＡｎの左半分までの領域では、レーザ光照射位置が含まれる各縦長長方形（ａ１１，．．．，ａｎ２）の右辺の中点を搬送系の目標位置とする。レーザ光照射位置がブロックＡｎの右下１／４の領域に存在する場合には、ブロックＡｎの中央を搬送系の目標位置とする。
【００３０】
ブロックＡｎの右上１／４と右２段目ブロックＢｎの右下１／４の領域では、レーザ光照射位置が含まれる各横長長方形（ａｎｃ，ａｎｄ，．．．）の左上の頂点を搬送系の目標位置とする。ブロックＢｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置に対しては、ブロックＢｎの中央を搬送系の目標位置とする。以降、同様にして搬送系の目標位置を定める。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態３は、搬送系位置指令生成部１３においてレーザ光照射位置指令から計算される搬送系位置指令よりも一定の距離分先行した位置を搬送系位置指令として与えるものである。先行させる距離を以下、先行距離とする。本発明におけるレーザ加工装置では、ガルバノスキャナ２とＸＹテーブル４を同時に駆動するが、ＸＹテーブル４の移動速度に比べて、ガルバノスキャナ２の移動速度が大きい。そのため、ＸＹテーブル４の遅れが大きい場合には、被加工物７上のレーザ光照射位置指令パターンからＸＹテーブル４の現在位置を引いたレーザ光走査系位置指令が、ガルバノスキャナ２の動作範囲外となり、ガルバノスキャナ２がレーザ光走査系位置指令に最も近い動作範囲内の最大値で停止して、ＸＹテーブル４の移動を待つ。
【００３２】
搬送系位置指令に先行距離を加えることによりＸＹテーブル４の遅れが小さくなり、ＸＹテーブル４の速度に比べてガルバノスキャナ２の速度が大きい場合にも、ＸＹテーブル４の移動をガルバノスキャナ２が待つ時間が短縮され、総合的な加工時間を短縮することができる。
【００３３】
図９は、実施の形態１における搬送系位置指令に対して先行距離を加える方法を説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、右下の４ブロックのみを表示したものである。左下ブロックＡ１から右下ブロックＡｎの左半面までの領域に存在する搬送系位置指令には、右方向に先行距離を加える。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＡｎの中央より右にならないよう先行距離を調節する。
【００３４】
ブロックＡｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には先行距離を加えない。ブロックＡｎの右上１／４の領域および右２段目ブロックＢｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には上方向に先行距離を加える。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＢｎの中央より上にならないよう先行距離を調節する。ブロックＢｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には先行距離を加えない。
【００３５】
ブロックＢｎの左半面からブロックＢ１の右半面までの領域に存在する搬送系位置指令には、左方向に先行距離を加える。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＢ１の中央より左にならないよう先行距離を調節する。以下、同様にして搬送系位置指令に先行距離を加える。
【００３６】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態２における搬送系位置指令に対して先行距離を加える方法を説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、右下ブロックＡｎのみを表示したものである。ブロックＡｎの左半面をブロックの１／４の幅で縦長長方形２個に、ブロックＡｎの右半面をブロックの１／４の高さで横長長方形４個に区分してある。左下ブロックＡ１から右下ブロックＡｎの左半面までの縦長長方形内に存在するレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令には、縦長長方形の右辺の中点から右方向に先行距離を加えた位置を搬送系位置指令とする。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＡｎの中央より右にならないよう先行距離を調節する。
【００３７】
ブロックＡｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には先行距離を加えない。ブロックＡｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には、横長長方形ａｎｃ，ａｎｄの左上頂点から上方向に先行距離を加えた位置を搬送系位置指令とする。以下、同様にして搬送系位置指令に先行距離を加える。
【００３８】
実施の形態５．
図１１は、実施の形態５におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。図１の実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。この実施の形態では搬送系位置指令生成部１３でレーザ光照射目標位置に対して生成される搬送系位置指令を、フィルタ１５で円滑化してから搬送系サーボ部１４に入力している。フィルタ処理内容としては、以下の式で与えられる３次遅れフィルタを用いる。
【００３９】
１／｛（Ｔａｓ＋１）（Ｔａｓ＋１）（Ｔａｓ＋１）｝（１）
【００４０】
ここで、Ｔａは適当な時定数、ｓはラプラス演算子を示す。
【００４１】
加工計画部８から出力されたレーザ光照射位置指令に対して、ＸＹテーブル４とガルバノスキャナ２が同時に駆動される。ＸＹテーブル４に比べてガルバノスキャナ２が著しく高速な場合には、ＸＹテーブル４が目標位置に到達する前にガルバノスキャナ２が移動して、被加工物７上のレーザ光照射位置がレーザ光照射位置指令に到達してしまう場合がある。このような場合には、加工計画部８により次のレーザ光照射位置指令が出力される。従って、ＸＹテーブル４の移動中に、ＸＹテーブル４の位置指令が次のレーザ光照射位置指令に対応した位置にステップ状に変化する。
【００４２】
実施の形態５では、搬送系サーボ部１４の前にフィルタ１５を挿入することにより、ＸＹテーブル４位置指令が移動中にステップ状に変化した場合にも、搬送系サーボ部１４に入力される指令値が滑らかに変化し、加工精度に影響を与える振動などを生成することなくＸＹテーブル４を駆動することができる。
【００４３】
実施の形態６．
図１２は、実施の形態６におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。レーザ光走査系制御部９において、レーザ光照射位置指令パターンからＸＹテーブル４の現在位置を引いてレーザ光走査系指令値を生成するところで、ＸＹテーブル４の現在位置の代わりに、ＸＹテーブル４の一定時間後の予測位置を用いるものである。このため遅れ補償部１６を設けた。ＸＹテーブル４の予測位置は、以下の式で与えられる。
【００４４】
Ｐｆ＝Ｐ＋Ｖ・Ｔｂ（２）
【００４５】
ここで、ＰｆはＸＹテーブル４の遅れ補償後の予測位置、ＰはＸＹテーブル４の現在位置、ＶはＸＹテーブル４の現在速度、Ｔｂはレーザ光走査系の制御サンプリング時間に同等な適当な時定数である。
【００４６】
図１３は、時刻ＴとΔＴ後における被加工物７上のレーザ光照射位置の関係を示す図である。図１３の（ａ）に示す時刻Ｔにおいて、被加工物７上のレーザ光照射位置指令ａに対するレーザ光走査系位置指令は点Ａである。ガルバノスキャナ２の制御サンプリング時間であるΔＴ時間後の図１３の（ｂ）に示す時刻Ｔ＋ΔＴにおいて、ガルバノスキャナが点Ａに到達するものとする。この間に、ＸＹテーブル４は速度Ｖで移動中であるとすると、被加工物７上のレーザ光照射位置指令ａはＸＹテーブル４の移動した距離Ｖ・ΔＴだけ右に移動してしまっている。レーザ光走査系位置指令は、前回のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までを滑らかに補間するレーザ光照射位置指令パターンとＸＹテーブル現在位置の差として生成される。
【００４７】
従って、時刻Ｔにおいて、ＸＹテーブル４のΔＴ時間分の移動距離Ｖ・ΔＴを考慮して、点Ａの代わりに点Ｂを走査系位置指令とすることにより、時刻Ｔ＋ΔＴにおいてレーザ光照射位置をレーザ光照射位置指令である点ａに移動させることができる。以上より、高精度な加工が実現される。
【００４８】
実施の形態７．
実施の形態７は、実施の形態３あるいは実施の形態４において、ＸＹテーブル４の目標位置である搬送系位置指令に加える先行距離を、加工に先立って実行するシミュレーションによって調整する手法を付加したものである。図１４は、実施の形態７におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。ここでは上記シミュレーションを行うシミュレーション部１７を設けた。ガルバノスキャナ２およびＸＹテーブル４の動作状態（待ち時間を得るため）をシミュレーションするために、搬送系位置指令発生部１３からＸＹテーブルの位置指令（搬送系位置指令）、減算部１９からガルバノスキャナ位置指令（レーザー光走査系位置指令）を入力している。
【００４９】
シミュレーション部１７では最初は、先行距離０でシミュレーションを実行する。ＸＹテーブル４の遅れが大きいと予測される場合には、被加工物７上のレーザ光照射位置指令パターンからＸＹテーブル４の現在位置を引いたレーザ光走査系位置指令がガルバノスキャナ２の動作範囲外となり、ガルバノスキャナ２がレーザ光走査系位置指令に最も近い動作範囲内の最大値で停止して、ＸＹテーブル４の移動を待つ。加工計画部８からレーザ光照射位置指令を出力してＸＹテーブル４とガルバノスキャナ２を同時に駆動するシミュレーションを実施して、ガルバノスキャナ２が動作範囲内の最大値で停止していると予測される部分を検出し、搬送系位置指令に一定の先行距離を加える。
【００５０】
上記搬送系位置指令に加える先行距離の増加処理を、ガルバノスキャナ２がＸＹテーブル４の移動を待たなくなると予測されるまで、あるいは、先行距離が最大許容値に到達するまで繰り返す。実施の形態３の場合の先行距離の最大許容値は、ガルバノスキャナ２の動作範囲の半分である。実施の形態４の場合の先行距離の最大許容値は、ガルバノスキャナ２の動作範囲の半分からレーザ光照射位置を区分する長方形の短辺の長さを引いた値である。以上より、ガルバノスキャナ２が停止してＸＹテーブル４が移動するのを待つ時間を効果的に短縮することができる。
【００５１】
実施の形態８．
実施の形態８は、実施の形態３あるいは実施の形態４における搬送系位置指令の先行距離を、加工を繰り返す毎に前回の加工結果に基づいてオンラインで調整する手法を付加したものである。図１５は、実施の形態８におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。ここでは加工結果を得るためにリニアスケール５からＸＹテーブル現在位置、ガルバノスキャナ２からガルバノスキャナ現在位置をそれぞれ搬送系制御部１０にフィードバックしている。調整手順は実施の形態７と同様である。
【００５２】
以上により、シミュレーションにおける複雑な計算やモデル誤差に影響されることなく、ガルバノスキャナ２が停止してＸＹテーブル４が移動するのを待つ時間を効果的に短縮することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように第１の発明に係わるレーザ加工装置では、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令の順序が、被加工物上における一方向の直線的な長距離移動とこれと交差する他方向の直線的な短距離移動とを繰り返す順序となるよう、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、を備え、搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動するようにしたので、レーザ光走査系と搬送系を同期制御することが可能となり、レーザ光走査系の動作範囲に制限がある場合にも、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【００５４】
また第２の発明に係わるレーザ加工装置では、搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光の照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するレーザ光走査系制御部を備え、搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動し、被加工物上のレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行した位置を搬送系位置指令とするようにしたので、搬送系に対して先行した目標位置を与えることができるため、レーザ光走査系の速度に比べて搬送系の速度が遅い場合でも、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【００５５】
また第３の発明に係わるレーザ加工装置では、ステップ状に変化する搬送系位置指令をフィルタ処理して、指令値の変化を滑らかにしてから制御を実施するようにしたので、搬送系に与えられる位置指令値をフィルタ処理することにより、位置指令値の変化が滑らかになるため、振動が抑制され、高精度な加工を実現できる。
【００５６】
また第４の発明に係わるレーザ加工装置では、搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光の照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するレーザ光走査系制御部を備え、搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動し、前回の被加工物上のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までの加減速パターン指令値から、搬送系の一定時間後の予測位置を引いたものを指令値とすることにより、レーザ光走査系に対して搬送系現在位置を与える部分で、レーザ光走査系の制御サンプリング時間分の遅れを考慮することにより、レーザ照射位置の精度が向上され、高精度な加工を実現できる。
【００５７】
また第５の発明に係わるレーザ加工装置では、第２の発明において、加工実行前にシミュレーションを実施し、レーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために待ち時間が生じる部分で、搬送系制御部において搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離を長く調整するようにしたので、シミュレーションによって搬送系の先行距離を調整することにより、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が効果的に短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【００５８】
また第６の発明に係わるレーザ加工装置は、第２の発明において、複数の被加工物に対して同一パターンの加工を繰り返す場合に、搬送系制御部において最初の被加工物の加工では搬送系の先行距離を短く設定しておき、加工を実施する毎にレーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために待ち時間が生じる部分で搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離を長く調整するようにしたので、加工を繰り返す毎に搬送系の先行距離の調整が繰り返され、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が効果的に短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するためのフローチャート図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令の関係を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するためのフローチャート図である。
【図８】この発明の実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令の関係を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態３における搬送系目標位置の先行距離について説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態４における搬送系目標位置の先行距離について説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態５によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態６によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態６における搬送系の現在位置の遅れ補償について説明するための図である。
【図１４】この発明の実施の形態７によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態８によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【符号の説明】
１レーザ発振器、２ガルバノスキャナ、３ｆθレンズ、４ＸＹテーブル、５リニアスケール、６レーザ光、７被加工物、８加工計画部、９レーザ光走査系制御部、１０搬送系制御部、１１レーザ光照射位置指令パターン生成部、１２レーザ光走査系サーボ部、１３搬送系位置指令生成部、１４搬送系サーボ部、１５フィルタ、１６遅れ補償部、１７シミュレーション部、１９減算部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser drilling, laser cutting, marking, and the like with high speed and high accuracy.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a laser beam machine for drilling and cutting a thin plate such as a printed wiring board, it is necessary to scan a laser beam with high speed and high accuracy for processing. In order to scan a laser beam with high speed and high accuracy, a method using a galvanometer beam scanner (hereinafter, referred to as a galvanometer scanner) is generally used. Such a laser processing apparatus often uses two position control systems including a high-speed laser light scanning system that scans laser light with a galvano scanner and an XY table control system that moves a work table. .
[0003]
The laser beam scanning control system scans the laser beam by moving a lightweight mirror, so that the laser beam can be scanned at a high speed, but the operating range is small. Although the XY table control system has a large operation range, it is difficult to move at a high speed because it moves a large-mass object. For example, in a laser processing apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-123702, first, a laser beam is scanned within the operating range of a galvano scanner while the XY table is stopped. Next, with the galvano scanner stopped, the workpiece is moved by the XY table so that the unprocessed portion on the workpiece comes within the operation range of the galvano scanner. The processing of the entire processing range is performed by repeating the laser beam scanning by the galvano scanner and the conveyance of the workpiece by the XY table.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional apparatus is configured as described above, in order to process a workpiece having a processing area larger than the operation range of the galvano scanner, in addition to the laser beam scanning time by the galvano scanner, an XY table Therefore, there is a problem that the processing time is prolonged because the moving time of the workpiece is required.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can move an XY table during laser beam scanning by a galvano scanner and can shorten the entire processing time. Aim.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above object, a first aspect of the present invention is to provide a laser beam scanning system that changes a trajectory of a laser beam oscillated from a laser oscillator to move an irradiation position of the laser beam, In a laser processing apparatus that irradiates a laser beam to an arbitrary position on a workpiece by a transport system that changes the relative position between the workpieces and processes the laser beam on the workpiece so as to conform to the moving order of the transport system A processing planning unit that rearranges the order of the laser light irradiation position command, a transfer system control unit that changes a relative position between the scanning system and the work according to the laser light irradiation position command on the work, A laser beam scanning system control unit that controls a laser beam scanning system to irradiate a laser beam to a target position on the workpiece based on a laser beam irradiation position command on the workpiece and a current position of the transport system; Equipment , In the laser machining apparatus characterized by simultaneously driving the transport system and the laser beam scanning system.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, the transfer system control unit sets a position preceding the position corresponding to the laser light irradiation position command on the workpiece from the processing plan unit as a transfer system position command. The laser processing device is characterized in that the control of the transport system is performed based on the following.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, the transport system control unit performs a filter process on a transport system position command that changes in a step-like manner, and performs control based on a transport system position command with a smooth change in the command value. The laser processing apparatus is characterized in that:
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, the laser light scanning system control unit determines an acceleration / deceleration pattern command value for smoothly interpolating from a previous laser light irradiation position command to a current laser light irradiation position command. A laser processing apparatus is characterized in that a value obtained by subtracting a predicted position after a predetermined time is used as a laser beam scanning system position command value, and the laser beam scanning system is controlled based on the command value.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above object, a first aspect of the present invention is to provide a laser beam scanning system that changes a trajectory of a laser beam oscillated from a laser oscillator to move an irradiation position of the laser beam, In a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a laser beam to an arbitrary position on a workpiece by a transport system that changes a relative position between the workpieces, The order of the transfer system position command corresponding to the laser beam irradiation position command on the workpiece is that a linear long-distance movement in one direction and a linear short-distance movement in the other direction intersecting the same on the workpiece. In order to repeat A machining planning unit for rearranging the order of the laser beam irradiation position command on the workpiece, and a transport system for changing a relative position between the scanning system and the workpiece in accordance with the laser beam irradiation position command on the workpiece. A control unit, and a laser beam scanning system for controlling a laser beam scanning system to irradiate a laser beam to a target position on the workpiece based on a laser beam irradiation position command on the workpiece and a current position of the transport system. And a control unit for simultaneously driving the transport system and the laser beam scanning system.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, in the second aspect, when processing of the same pattern is repeated on a plurality of workpieces, the transport system control unit controls the transport system in the first workpiece processing. The leading distance is set short, and the position of the transport system position command corresponds to the laser beam irradiation position command at the part where a waiting time occurs because the movement of the laser beam scanning system is faster than the movement of the carrier system each time processing is performed. The laser processing apparatus is characterized in that the preceding distance is adjusted to be longer than that of the laser processing apparatus.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a laser oscillator, 2 is a galvano scanner (galvanometer beam scanner) for scanning a laser beam, 3 is an fθ lens for condensing the laser beam, and 4 is an XY for conveying a workpiece. A table 5, 5 is a linear scale for detecting the position of the workpiece, 6 is a laser beam, 7 is a workpiece, 8 is a processing plan unit, 9 is a laser beam scanning system control unit, and 10 is a transport system control unit.
[0013]
FIG. 2 is a control system configuration diagram of the laser processing apparatus according to the first embodiment. The laser beam scanning system control unit 9 includes a laser beam irradiation position command pattern generation unit 11, a laser beam scanning system servo unit 12, and a subtractor 19. The transport system control unit 10 includes a transport system position command generation unit 13 and a transport system servo unit 14.
[0014]
The operation of the laser processing apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. Prior to the start of machining, the machining planning unit 8 orders laser beam irradiation position commands. After the processing is started, the laser beam irradiation position command unit 8 outputs a laser beam irradiation position command to the transport system position command generation unit 13 and the laser beam irradiation position command pattern generation unit 11 in the above order. The transfer system position command generation unit 13 generates a transfer system position command based on the laser beam irradiation position command, and outputs the generated transfer system position command to the transfer system servo unit 14. The transport system servo unit 14 controls the XY table 4 based on the transport system position command.
[0015]
The laser beam irradiation position command pattern generation unit 11 generates an acceleration / deceleration pattern command value that smoothly interpolates from the immediately preceding laser beam irradiation position command to the current laser beam irradiation position command. The laser beam scanning system servo unit 12 controls the galvano scanner 2 with a command value obtained by subtracting the current position of the XY table 4 measured by the linear scale 5 from the acceleration / deceleration pattern command value.
[0016]
The XY table 4 and the galvano scanner 2 are simultaneously driven by the above control system. When the laser light irradiation position reaches the position of the laser light irradiation position command on the workpiece 7, the laser light 6 is irradiated from the laser oscillator 1 to execute the processing. During operation of the galvano scanner 2 serving as the laser beam scanning system, the XY table 4 serving as the carrier system moves toward the position of the carrier system position command, thereby irradiating the laser beam on the workpiece 7 from the laser beam scanning system. The distance to the position of the position command is reduced.
[0017]
Accordingly, when the moving speed of the XY table 4 is sufficiently high, the distance from the galvano scanner 2 to the position of the laser beam irradiation position command on the workpiece 7 is always within the operating range of the galvano scanner 2. Will be kept. Further, even when the moving speed of the XY table 4 is not high, the time for the galvano scanner 2 to wait for the moving of the XY table 4 is reduced due to the limitation of the operation range. As described above, the entire processing time can be reduced.
[0018]
FIG. 3 is a view for explaining the rearrangement of the laser beam irradiation position commands executed in the processing planning section 8 before the processing is started, and is a view in which the workpiece 7 is viewed from above. The processing range of the workpiece 7 is divided into small blocks within the operating range of the galvano scanner 2 which is a laser beam scanning system. A, B, C,. . . The symbols of X are 1, 2, 3,. . . Number n is assigned to each block. For example, the lower left is block A1, and the lower right is block An. Here, n is the number of blocks in the horizontal direction.
[0019]
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for rearranging the laser beam irradiation position command executed in the processing planning unit 8. First, in step S1, the laser beam irradiation position commands are arranged rightward from the left end of the block A1 to the center of the block An in the order of appearance. Next, in step S2, the laser beam irradiation position commands are arranged in order of appearance from bottom to top from the right half of the block An to the right half of the block Bn. Further, in step S3, the laser beam irradiation position commands are arranged in order of appearance from the left half surface of the block Bn to the right half surface of the block B1 in the left direction. Thereafter, the search for the laser beam irradiation position command is repeated while ascending by one step and moving left and right to perform ordering (steps S4 to S5).
[0020]
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of generating the transfer system position command in the transfer system position command generation unit 13, and is a diagram of the workpiece 7 viewed from above. The processing range of the workpiece 7 is divided into small blocks within the operating range of the galvano scanner 2 which is a laser beam scanning system. For the laser beam irradiation position (command) existing in the left half of the block A1, the center of the block A1 is set as the target position of the transport system. In the area from the right half of the block A1 to the left half of the block An, the perpendicular leg lowered from the laser beam irradiation position to the horizontal center line of the block is set as the target position of the transport system.
[0021]
For the laser beam irradiation position existing in the lower right quarter area of the block An, the center of the block An is set as the target position of the transport system. In the area of the upper right quarter of the block An and the lower right quarter of the block Bn, the perpendicular leg lowered from the laser beam irradiation position to the vertical center line of the block is set as the target position of the transport system. For the laser beam irradiation position existing in the upper right quarter of the block Bn, the center of the block Bn is set as the target position of the transport system. Thereafter, similarly, the target position of the transport system is determined.
[0022]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a rearrangement order in Embodiment 2 of the laser beam irradiation position command. Similar to FIG. 3, the work 7 is viewed from above, and the processing range of the work 7 is divided into small blocks within the operation range of the galvano scanner 2. Only An is displayed. Further, the block A1 is divided into four vertically-long rectangular blocks a11, a12, a13, and a14, and the block An is divided into two vertically-long rectangular blocks ana, an2 and four horizontally-long rectangular blocks ana, anb, anc, and and. I have.
[0023]
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure for rearranging laser beam irradiation position commands executed in the machining planning unit 8 according to the second embodiment. First, in step S11, the block from the block A1 to the left half surface of the block An is divided into vertically long rectangular blocks each having a width of 1/4 of the block. In step S12, a search for a laser beam irradiation position command is started from the vertically long rectangular block a11. In step S13, the laser beam irradiation position commands are searched upward from the bottom of the vertically-long rectangular block a11, ordered in the order of appearance, and the search target is moved to the vertically-long rectangular block a12 on the right.
[0024]
In step S14, the laser beam irradiation position commands are searched from the top to the bottom of the vertically-long rectangular block a12, ordered in the order of appearance, and the search target is moved to the vertically-long rectangular block a13 on the right. In step S15, it is confirmed whether the search for the laser beam irradiation position command has been completed up to the left half of the block An. If not completed, the process returns to step S13, and the search in the vertically long rectangular block is continued.
[0025]
If the search has been completed up to the left half of the block An, the process proceeds to step S16, where the right half of the block An is divided into horizontally long rectangular blocks at a height of 1/4 of the block, and the laser light is emitted from the horizontally elongated rectangular block ana at the lower end. The search for the irradiation position command is started. In step S17, the laser beam irradiation position commands are searched from left to right of the horizontal rectangular block ana, ordered in the order of appearance, and the search target is moved to the next higher horizontal rectangular block ana. In step S18, the laser beam irradiation position commands are searched from the right to the left of the horizontal rectangular block anb, ordered in the order of appearance, and the search target is moved to the next horizontal rectangular block anc.
[0026]
In step S19, it is confirmed whether or not the search for the laser beam irradiation position command has been completed up to the right half of the block An. If not completed, the process returns to step S17, and the search in the horizontally long rectangular block is continued. Thereafter, until the search for all the laser beam irradiation position commands is completed, the division of the block into a horizontally long rectangle and a vertically long rectangle, and the search and ordering of the laser beam irradiation position commands in the rectangular block are repeated (step S20).
[0027]
In the rearrangement of the laser beam irradiation position commands according to the second embodiment, the moving distance of the galvano scanner 2 can be reduced as compared with the rearrangement according to the first embodiment, so that the processing time can be further reduced. .
[0028]
FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the laser beam irradiation position command and the transfer system position command according to the second embodiment, and is a diagram in which the workpiece 7 is viewed from above. Among the small blocks within the operation range of the galvano scanner 2 in which the processing range of the workpiece 7 is divided, only the lower left block A1 and the lower right block An are displayed.
[0029]
For the laser beam irradiation position (command) existing in the left half of the block A1, the center of the block A1 is set as the target position of the transport system. In the region from the right half of the block A1 to the left half of the block An, the middle point on the right side of each vertically elongated rectangle (a11,..., An2) including the laser beam irradiation position is set as the target position of the transport system. If the laser beam irradiation position is in the lower right quarter area of the block An, the center of the block An is set as the target position of the transport system.
[0030]
In the area of the upper right quarter of the block An and the lower right quarter of the second block Bn, the upper left vertex of each horizontally elongated rectangle (anc, and,. Target position. For the laser beam irradiation position existing in the upper right quarter of the block Bn, the center of the block Bn is set as the target position of the transport system. Thereafter, similarly, the target position of the transport system is determined.
[0031]
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, a position preceding the transfer system position command calculated from the laser beam irradiation position command by the transfer system position command generation unit 13 by a certain distance is given as the transfer system position command. Hereinafter, the distance to be preceded is referred to as a precedence distance. In the laser processing apparatus according to the present invention, the galvano scanner 2 and the XY table 4 are simultaneously driven, but the moving speed of the galvano scanner 2 is higher than the moving speed of the XY table 4. Therefore, when the delay of the XY table 4 is large, the laser beam scanning system position command obtained by subtracting the current position of the XY table 4 from the laser beam irradiation position command pattern on the workpiece 7 is out of the operating range of the galvano scanner 2. Then, the galvano scanner 2 stops at the maximum value within the operation range closest to the laser beam scanning system position command, and waits for the movement of the XY table 4.
[0032]
By adding the preceding distance to the transport system position command, the delay of the XY table 4 is reduced, and even when the speed of the galvano scanner 2 is higher than the speed of the XY table 4, the galvano scanner 2 waits for the movement of the XY table 4. The time is shortened, and the overall processing time can be shortened.
[0033]
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of adding the preceding distance to the transport system position command according to the first embodiment, and is a diagram in which the workpiece 7 is viewed from above. Among the small blocks within the operation range of the galvano scanner 2 in which the processing range of the workpiece 7 is divided into small blocks, only the lower right four blocks are displayed. The preceding distance is added in the right direction to the transport system position command existing in the area from the lower left block A1 to the left half surface of the lower right block An. However, the preceding distance is adjusted so that the transfer system position command after adding the preceding distance is not to the right of the center of the block An.
[0034]
The preceding distance is not added to the transport system position command corresponding to the laser beam irradiation position command existing in the lower right quarter area of the block An. The leading distance is added upward in the transport system position command corresponding to the laser beam irradiation position command existing in the upper right quarter area of the block An and the lower right quarter area of the second right block Bn. However, the preceding distance is adjusted so that the transfer system position command after adding the preceding distance does not become higher than the center of the block Bn. The preceding distance is not added to the transport system position command corresponding to the laser beam irradiation position command existing in the upper right quarter of the block Bn.
[0035]
The leading distance is added to the left in the transfer system position command existing in the area from the left half of the block Bn to the right half of the block B1. However, the advance distance is adjusted so that the transfer system position command after the addition of the advance distance is not to the left of the center of the block B1. Hereinafter, the preceding distance is similarly added to the transport system position command.
[0036]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of adding the preceding distance to the transport system position command according to the second embodiment, and is a diagram when the workpiece 7 is viewed from above. Only the lower right block An is displayed among the small blocks within the operation range of the galvano scanner 2 in which the processing range of the workpiece 7 is divided. The left half of the block An is divided into two vertically long rectangles each having a width of 1/4 of the block, and the right half of the block An is divided into four horizontally long rectangles each having a height of 1/4 of the block. The transfer system position command for the laser beam irradiation position command existing in the vertically elongated rectangle from the lower left block A1 to the left half surface of the lower right block An includes the position obtained by adding the preceding distance to the right from the middle point on the right side of the vertically elongated rectangle. This is a transfer system position command. However, the preceding distance is adjusted so that the transfer system position command after adding the preceding distance is not to the right of the center of the block An.
[0037]
The preceding distance is not added to the transport system position command corresponding to the laser beam irradiation position command existing in the lower right quarter area of the block An. The transfer system position command corresponding to the laser beam irradiation position command existing in the upper right quarter of the block An is a transfer system position command that is obtained by adding the preceding distance upward from the upper left vertex of the horizontally long rectangles anc and and. And Hereinafter, the preceding distance is similarly added to the transport system position command.
[0038]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a control system of a laser processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the transport system position command generated by the transport system position command generator 13 for the laser beam irradiation target position is smoothed by the filter 15 and then input to the transport system servo unit 14. As the content of the filter processing, a third-order lag filter given by the following equation is used.
[0039]
1 / {(Tas + 1) (Tas + 1) (Tas + 1)} (1)
[0040]
Here, Ta is an appropriate time constant, and s is a Laplace operator.
[0041]
The XY table 4 and the galvano scanner 2 are simultaneously driven in response to the laser beam irradiation position command output from the processing planning unit 8. When the galvano scanner 2 is significantly faster than the XY table 4, the galvano scanner 2 moves before the XY table 4 reaches the target position, and the laser beam irradiation position on the workpiece 7 is changed to the laser beam irradiation position. The position command may be reached. In such a case, the processing planning unit 8 outputs the next laser beam irradiation position command. Accordingly, while the XY table 4 is moving, the position command of the XY table 4 changes stepwise to a position corresponding to the next laser beam irradiation position command.
[0042]
In the fifth embodiment, by inserting the filter 15 in front of the transport system servo unit 14, even if the XY table 4 position command changes stepwise during movement, the command input to the transport system servo unit 14 The XY table 4 can be driven without changing the value smoothly and generating vibration or the like that affects the processing accuracy.
[0043]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a control system of a laser processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. When the laser beam scanning system control unit 9 generates the laser beam scanning system command value by subtracting the current position of the XY table 4 from the laser beam irradiation position command pattern, the current position of the XY table 4 is used instead of the current position of the XY table 4. The predicted position after a certain time is used. Therefore, a delay compensator 16 is provided. The predicted position of the XY table 4 is given by the following equation.
[0044]
Pf = P + V · Tb (2)
[0045]
Here, Pf is the predicted position of the XY table 4 after delay compensation, P is the current position of the XY table 4, V is the current speed of the XY table 4, and Tb is an appropriate time equivalent to the control sampling time of the laser beam scanning system. It is a constant.
[0046]
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the time T and the laser light irradiation position on the workpiece 7 after ΔT. At a time T shown in FIG. 13A, the laser beam scanning system position command with respect to the laser beam irradiation position command a on the workpiece 7 is point A. It is assumed that the galvano scanner reaches the point A at time T + ΔT shown in FIG. 13B after ΔT time which is the control sampling time of the galvano scanner 2. During this time, assuming that the XY table 4 is moving at the speed V, the laser beam irradiation position command a on the workpiece 7 has moved to the right by the moving distance V · ΔT of the XY table 4. The laser beam scanning system position command is generated as a difference between a laser beam irradiation position command pattern that smoothly interpolates from the previous laser beam irradiation position command to the current laser beam irradiation position command and the XY table current position.
[0047]
Therefore, at the time T, the point B is used as the scanning system position command instead of the point A in consideration of the moving distance V · ΔT for the time ΔT of the XY table 4, so that the laser beam irradiation position is changed at the time T + ΔT. It can be moved to a point a which is a light irradiation position command. As described above, high-precision processing is realized.
[0048]
Embodiment 7 FIG.
The seventh embodiment differs from the third or fourth embodiment in that a method of adjusting the preceding distance to be added to the transfer system position command, which is the target position of the XY table 4, by a simulation executed prior to machining is added. It is. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a control system of a laser processing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. Here, a simulation unit 17 for performing the above simulation is provided. In order to simulate the operation state (to obtain a waiting time) of the galvano scanner 2 and the XY table 4, the XY table position command (transport system position command) from the transport system position command generator 13 and the galvano scanner position from the subtractor 19. A command (laser beam scanning system position command) has been input.
[0049]
At first, the simulation unit 17 executes the simulation at the preceding distance 0. If the delay of the XY table 4 is predicted to be large, the laser beam scanning system position command obtained by subtracting the current position of the XY table 4 from the laser beam irradiation position command pattern on the workpiece 7 is used as the operating range of the galvano scanner 2. Then, the galvano scanner 2 stops at the maximum value within the operation range closest to the laser beam scanning system position command, and waits for the movement of the XY table 4. A simulation for driving the XY table 4 and the galvano scanner 2 at the same time by outputting a laser beam irradiation position command from the processing planning unit 8 is performed, and it is predicted that the galvano scanner 2 is stopped at the maximum value within the operation range. The portion is detected, and a certain preceding distance is added to the transport system position command.
[0050]
The process of increasing the preceding distance added to the above-mentioned transport system position command is repeated until it is predicted that the galvano scanner 2 will not wait for the movement of the XY table 4 or until the preceding distance reaches the maximum allowable value. The maximum allowable value of the preceding distance in the third embodiment is half the operating range of the galvano scanner 2. The maximum allowable value of the preceding distance in the case of the fourth embodiment is a value obtained by subtracting the length of the short side of the rectangle that divides the laser beam irradiation position from half the operating range of the galvano scanner 2. As described above, it is possible to effectively reduce the time to wait for the galvano scanner 2 to stop and the XY table 4 to move.
[0051]
Embodiment 8 FIG.
In the eighth embodiment, a method is added in which the preceding distance of the transport system position command according to the third or fourth embodiment is adjusted online each time processing is repeated, based on the previous processing result. FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a control system of a laser processing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. Here, the current position of the XY table from the linear scale 5 and the current position of the galvano scanner from the galvano scanner 2 are fed back to the transport system control unit 10 in order to obtain the processing result. The adjustment procedure is the same as in the seventh embodiment.
[0052]
As described above, the time to wait for the galvano scanner 2 to stop and move the XY table 4 can be effectively reduced without being affected by complicated calculations or model errors in the simulation.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, in the laser processing apparatus according to the first invention, The order of the transfer system position command corresponding to the laser beam irradiation position command on the workpiece is that a linear long-distance movement in one direction and a linear short-distance movement in the other direction intersecting the same on the workpiece. In order to repeat A processing planning unit that rearranges the order of the laser beam irradiation position command on the workpiece, and a transport system control unit that changes the relative position between the scanning system and the workpiece according to the laser beam irradiation position command on the workpiece. And a laser beam scanning system control unit that controls a laser beam scanning system to irradiate a laser beam to a target position on the workpiece based on the laser beam irradiation position command on the workpiece and the current position of the transport system. Since the transport system and the laser beam scanning system are simultaneously driven, the laser beam scanning system and the transport system can be controlled synchronously, even when the operating range of the laser beam scanning system is limited. Since the time for stopping the laser beam scanning system and waiting for the movement of the transport system is reduced, the overall processing time can be reduced.
[0054]
Further, in the laser processing apparatus according to the second invention, A machining planning unit that rearranges the order of laser beam irradiation position commands on the workpiece so as to conform to the movement order of the transport system, and a scanning system and the workpiece according to the laser beam irradiation position command on the workpiece. And a laser beam scanning system control that irradiates a laser beam to a target position on a workpiece based on a laser beam irradiation position command on the workpiece and a current position of the transport system. Unit, simultaneously driving the transport system and the laser beam scanning system, Since the position prior to the position corresponding to the laser beam irradiation position command on the workpiece is set as the transfer system position command, the preceding target position can be given to the transfer system. Even when the speed of the transport system is lower than the speed of the system, the time required to stop the laser beam scanning system and wait for the movement of the transport system is reduced, so that the overall processing time can be reduced.
[0055]
Further, a laser processing apparatus according to the third invention Then Since the control is performed after filtering the transfer system position command that changes in a step-like manner and smoothing the change in the command value, the position command value given to the transfer system is filtered to obtain the position command. Since the value changes smoothly, vibration is suppressed, and high-precision machining can be realized.
[0056]
In the laser processing apparatus according to the fourth invention, A machining planning unit that rearranges the order of laser beam irradiation position commands on the workpiece so as to conform to the movement order of the transport system, and a scanning system and the workpiece according to the laser beam irradiation position command on the workpiece. And a laser beam scanning system control that irradiates a laser beam to a target position on a workpiece based on a laser beam irradiation position command on the workpiece and a current position of the transport system. Unit, simultaneously driving the transport system and the laser beam scanning system, The command value is obtained by subtracting the predicted position after a certain time of the transport system from the acceleration / deceleration pattern command value from the previous laser light irradiation position command on the workpiece to the current laser light irradiation position command, By taking into account the delay of the control sampling time of the laser light scanning system in the portion that gives the current position of the transport system to the laser light scanning system, the accuracy of the laser irradiation position is improved, and highly accurate processing can be realized.
[0057]
Further, in the laser processing apparatus according to the fifth aspect, in the second aspect, a simulation is performed before the processing is performed, and the transfer of the laser light scanning system is faster than the transfer of the transfer system, and the transfer is performed at a portion where a waiting time occurs. The system control unit adjusts the distance ahead of the transfer system position command before the position corresponding to the laser beam irradiation position command. Since the time to stop and wait for the movement of the transport system is effectively reduced, the overall processing time can be reduced.
[0058]
Further, in the laser processing apparatus according to the sixth invention, in the second invention, when processing of the same pattern is repeatedly performed on a plurality of workpieces, the transport system control unit controls the transport system in the first processing of the workpiece. The leading distance of the laser beam was set short, and the position of the transport system corresponded to the position of the laser beam irradiation at the point where a waiting time occurred because the movement of the laser beam scanning system was faster than the movement of the carrier system each time processing was performed. Since the distance preceding the position is adjusted to be longer, the adjustment of the leading distance of the transport system is repeated each time the processing is repeated, effectively stopping the laser beam scanning system and waiting for the movement of the transport system. As a result, the overall processing time can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a control system of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the ordering of laser beam irradiation position commands according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the ordering of laser beam irradiation position commands according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 5 is a diagram for describing a relationship between a laser beam irradiation position command and a transport system position command according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the ordering of laser beam irradiation position commands according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the ordering of laser beam irradiation position commands according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a relationship between a laser beam irradiation position command and a transport system position command according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for describing a preceding distance of a transport system target position according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for describing a preceding distance of a transport system target position according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of a control system of a laser processing apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram of a control system of a laser processing apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining delay compensation of a current position of a transport system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of a control system of a laser processing apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of a control system of a laser processing apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 laser oscillator, 2 galvano scanner, 3 fθ lens, 4 XY table, 5 linear scale, 6 laser beam, 7 workpiece, 8 processing planning unit, 9 laser beam scanning system control unit, 10 transport system control unit, 11 laser Light irradiation position command pattern generation unit, 12 laser light scanning system servo unit, 13 transport system position command generation unit, 14 transport system servo unit, 15 filter, 16 delay compensation unit, 17 simulation unit, 19 subtraction unit.

Claims

A laser beam scanning system moves the laser beam irradiation position by changing the trajectory of the laser beam oscillated from the laser oscillator, and a transport system changes the relative position between the laser beam scanning system and the workpiece. In a laser processing apparatus that irradiates an arbitrary position on a workpiece by machining,
The order of the transfer system position command corresponding to the laser beam irradiation position command on the workpiece is that a linear long-distance movement in one direction and a linear short-distance movement in the other direction intersecting the same on the workpiece. A processing planning unit that rearranges the order of the laser beam irradiation position command on the workpiece so that the order is repeated ,
A transport system control unit that changes a relative position between the scanning system and the workpiece according to a laser beam irradiation position command on the workpiece,
A laser beam scanning system control unit that controls a laser beam scanning system to irradiate a laser beam to a target position on the workpiece based on the laser beam irradiation position command on the workpiece and the current position of the transport system,
And a laser processing apparatus for simultaneously driving the transport system and the laser beam scanning system.

A laser beam scanning system moves the laser beam irradiation position by changing the trajectory of the laser beam oscillated from the laser oscillator, and a transport system changes the relative position between the laser beam scanning system and the workpiece. In a laser processing apparatus that irradiates an arbitrary position on a workpiece by machining,
A processing planning unit that rearranges the order of the laser beam irradiation position command on the workpiece so as to conform to the moving order of the transport system,
A transport system control unit that changes a relative position between the scanning system and the workpiece according to a laser beam irradiation position command on the workpiece,
A laser beam scanning system control unit that controls a laser beam scanning system to irradiate a laser beam to a target position on the workpiece based on the laser beam irradiation position command on the workpiece and the current position of the transport system,
Wherein the transport system and the laser beam scanning system are simultaneously driven, and the transport system control unit transports a position preceding the position corresponding to the laser beam irradiation position command on the workpiece from the processing plan unit. A laser processing apparatus characterized in that a system position command is used and a transfer system is controlled based on the command.

The conveyance system control unit performs filtering with respect to the transport system position command changes stepwise, claim 1 which comprises carrying out a control by the transport system position command which smooth the change of the command value or 3. The laser processing apparatus according to 2.

A laser beam scanning system moves the laser beam irradiation position by changing the trajectory of the laser beam oscillated from the laser oscillator, and a transport system changes the relative position between the laser beam scanning system and the workpiece. In a laser processing apparatus that irradiates an arbitrary position on a workpiece by machining,
A processing planning unit that rearranges the order of the laser beam irradiation position command on the workpiece so as to conform to the moving order of the transport system,
A transport system control unit that changes a relative position between the scanning system and the workpiece according to a laser beam irradiation position command on the workpiece,
A laser beam scanning system control unit that controls a laser beam scanning system to irradiate a laser beam to a target position on the workpiece based on the laser beam irradiation position command on the workpiece and the current position of the transport system,
The laser beam scanning system controller simultaneously drives the transport system and the laser beam scanning system, and the laser beam scanning system control unit performs acceleration / deceleration pattern command for smoothly interpolating from the previous laser beam irradiation position command to the current laser beam irradiation position command. A laser processing apparatus characterized in that a value obtained by subtracting a predicted position of a transport system after a predetermined time from a value is used as a laser beam scanning system position command value, and the laser beam scanning system is controlled based on the command value.

A simulation is performed before the processing is performed, and the movement of the laser beam scanning system is faster than the movement of the carrier system, so that the laser beam scanning system waits for the movement of the carrier system. The laser processing apparatus according to claim 2, further comprising a simulation unit configured to adjust a distance preceding the command corresponding to the laser beam irradiation position command to be longer.

When processing of the same pattern is repeatedly performed on a plurality of workpieces, the leading distance of the transport system is set to be short in the processing of the first workpiece in the transport system control unit, and the laser is used each time the processing is performed. It is characterized in that the transport system position command adjusts the distance preceding the position corresponding to the laser beam irradiation position command longer in a portion where a waiting time occurs because the movement of the optical scanning system is faster than the movement of the transport system. The laser processing apparatus according to claim 2.