JP4664761B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工の位置ずれを補正して加工対象物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。

レーザ加工装置によって加工対象物のレーザ加工を行なうと、そのレーザ照射による熱の影響によってレーザ加工装置の構成機器に歪みが生じる。これにより、レーザ加工の加工座標に位置ずれを生じさせ、精度良く加工対象物をレーザ加工することが困難となる。特に、長時間の高エネルギーレーザー加工を実施した場合、加工精度への影響が顕著になる。このため従来、熱の影響によるレーザ加工の位置ずれを補正して加工対象物のレーザ加工を行い、加工対象物の加工精度の悪化を抑制している。

例えば、従来のレーザ加工装置においては、ガルバノスキャナが取り付けられたフレームの温度やガルバノスキャナ制御装置の温度を測定し、測定された温度に基づいてガルバノスキャナの補正量を算出している。そして、算出したガルバノスキャナの補正量に基づいてガルバノスキャナを制御し、レーザ光のスポット位置を目標加工位置に合わせている（例えば、特許文献１参照）。

また、測定したミラー表面の温度分布に基づいてレーザ光焦点位置のずれを算出するレーザ加工装置がある。このようなレーザ加工装置においては、算出したレーザ光焦点位置のずれに基づいてミラー位置を修正し、焦点位置のずれを補正している（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２７７２７４号公報 特開平２−２５５２９０号公報

一般的に、スキャンミラー光学系等が取り付けられた装置フレームは熱容量が大きく温度変化の時定数が長いが、ガルバノスキャナ等の光学部品は熱容量が小さいので温度変化の時定数が短い。したがって、装置フレームの温度を測定しても光学部品の温度を正確に知ることはできない。すなわち、ガルバノスキャナが取り付けられた装置フレームの温度に基づいて温度補正をしても、ガルバノスキャナ等の光学部品の温度補正を正しく行なうことができない。このため、上記前者の従来技術では、ガルバノスキャナ等の光学部品の温度補正を適切に行なうことができず、精度の良い加工ができないといった問題があった。

また、温度変化によって加工精度に影響を及ぼす装置フレームは、ガルバノスキャナが取り付けられた装置フレームだけではなく、その他の光学部品を支持する装置フレームや、被加工物を載置するテーブルを支持する装置フレーム等多数ある。そして、各装置フレームは、温度変化の時定数がそれぞれ異なっているだけでなく、装置フレームが配置されている場所によっても温度変化の時定数が異なっている。このため、上記前者の従来技術では、加工精度を上げるために、多数の装置フレームの温度を測定する必要があり、装置の構成が複雑になるといった問題があった。

また、上記後者の従来技術では、長時間のレーザ加工を実施した場合に熱が光学系部品から温度変化の時定数が長い装置フレーム等に伝播するため、光学部品の計測温度からフレーム等の温度変化を予測することが困難となる。そのため、装置フレーム等によるレーザ光焦点位置のずれの補正を正確に行なうことができず、精度の良い加工が困難になるといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でレーザ加工の位置ずれを正確に補正して加工対象物を精度良く加工する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、ガルバノスキャンミラーを制御して加工対象物の加工位置を制御し加工対象物のレーザ加工を行なうレーザ加工装置において、前記ガルバノスキャンミラーの温度であるミラー温度を測定する温度測定部と、前記加工対象物の加工座標の位置ずれ量を測定する位置ずれ量測定部と、前記加工対象物の加工前に測定された位置ずれ量およびミラー温度に基づいて算出され、前記加工対象物の加工目標座標を前記ミラー温度に応じた位置に補正するための温度補正係数を記憶する温度補正係数記憶部と、前記加工対象物を加工中の所定タイミングで測定された位置ずれ量およびミラー温度に基づいて、前記加工対象物の加工目標座標を前記ミラー温度に応じた位置に補正するためのオフセット補正係数を、前記所定のタイミング毎に算出するオフセット算出部と、前記オフセット算出部が算出したオフセット補正係数を記憶するオフセット記憶部と、前記温度補正係数または前記オフセット補正係数に基づいて前記加工目標座標を補正し、補正結果を位置指令情報として出力する位置指令補正部と、前記位置指令補正部が出力する位置指令情報に基づいてガルバノスキャンミラーを制御するミラー制御部と、を備え、前記位置指令補正部は、前記温度補正係数が算出された後から最初の前記所定タイミングとなるまでの間、前記温度補正係数記憶部が記憶する温度補正係数および前記加工対象物の加工中に前記温度測定部が測定するミラー温度に基づいて前記加工目標座標を補正するとともに、前記所定タイミングの後は、前記オフセット記憶部が記憶する最新のオフセット補正係数および前記加工対象物の加工中に前記温度測定部が測定するミラー温度に基づいて前記加工目標座標をさらに補正することを特徴とする。

この発明によれば、長時間の連続したレーザ加工においても、正確な加工座標の補正を行なうことが可能となり、精度のよい加工を行なうことが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明にかか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にかかるレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、ガルバノ反射ミラー２，３、ｆθレンズ４、ｆθレンズ４が取り付けられたレンズホルダー５、加工対象物８の加工精度を測定するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ６、プリント基板等の加工対象物８を固定するテーブル（ＸＹテーブル）７、制御部９を備えている。

ガルバノ反射ミラー２，３は、レーザ発振器（図示せず）から出力されたレーザ光１を加工対象物８上の任意の位置に走査するための光学系部品（スキャンミラー光学系）である。ガルバノ反射ミラー２，３は、ミラーの角度を変化させることによってレーザ光１を加工対象物８上の任意の位置に照射させる。ガルバノ反射ミラー２、３のいずれか一方または両方には、温度センサ１０が取り付けられている。図１においては、ガルバノ反射ミラー２，３の両方に温度センサ１０が取り付けられている場合を示している。

ｆθレンズ４は、ガルバノ反射ミラー２，３で走査されたレーザ光１を加工対象物８上に集光するレンズである。テーブル７は、加工対象物８をＸＹ平面内（レーザ照射方向に垂直な方向）に移動させる。ＣＣＤカメラ（位置測定部）６は、加工対象物８の加工目標座標に対する実際の加工座標（加工位置）のずれ（位置ずれ）を計測する。制御部９は、加工対象物８の加工目標座標の補正を行なって、加工対象物８の加工制御を行う。

ここで、制御部９の構成を詳細に説明する。図２は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置の制御部の構成を示すブロック図である。制御部９は、加工座標記憶部１１、位置指令作成部１２、ガルバノミラー制御部１３、温度補正記憶部１４、オフセット補正算出部１５、オフセット補正記憶部１６、時間計測部１８を有している。

加工座標記憶部１１は、加工対象物８に対する加工目標の座標データ（以下、加工目標座標データという）を記憶するメモリである。温度補正記憶部１４は、加工目標座標と、比較的熱容量の小さな光学系の温度変化による歪みから発生する実際の加工座標のずれを逐次補正するための温度補正係数を記憶するメモリである。温度補正係数は、ガルバノ反射ミラー２，３に設けられた温度センサ１０が検出した温度に基づいて算出される係数である。温度補正係数は、加工対象物８の加工前に温度センサ１０が検出した温度や加工ずれ量に基づいて算出しておく。加工対象物８の加工前に算出しておいた温度補正係数は、予め温度補正記憶部１４に記憶させておく。

オフセット補正算出部１５は、加工目標座標と、比較的熱容量の大きなフレーム等の温度変化による歪みから発生する実際の加工座標のずれを補正するためのオフセット補正係数を算出する。オフセット補正算出部１５は、所定の加工時間の経過後（所定のタイミング）に測定する実際の加工座標と加工目標座標のずれに基づいて、オフセット補正係数を算出する。

オフセット補正記憶部１６は、オフセット補正算出部１５が算出したオフセット補正係数を記憶するメモリである。オフセット補正記憶部１６は、オフセット補正算出部１５が次に（所定のタイミングで）実際の加工座標と加工目標座標のずれ量を測定して、新たなオフセット補正係数を算出すると、新たなオフセット補正係数を古いオフセット係数に書き換えて記憶する。

位置指令作成部１２は、温度補正記憶部１４が記憶する温度補正係数、オフセット補正記憶部１６が記憶するオフセット補正係数に基づいて、加工座標記憶部１１が記憶する加工目標座標データを補正（温度補正係数による補正、オフセット補正係数による補正）し、補正した加工目標座標データを加工の位置指令値としてガルバノミラー制御部１３に入力する。なお、位置指令作成部１２は、オフセット補正記憶部１６が次にオフセット補正係数を記憶するまで、オフセット補正係数を固定して補正を行う。

ガルバノミラー制御部１３は、位置指令作成部１２から入力された位置指令値を、ガルバノ反射ミラーの回転角を変化させる指示情報（回転角に対応する信号）に変換し、ガルバノ反射ミラー２，３を回転させるガルバノスキャナ（図示せず）に入力する。時間計測部１８は、タイマを備えて構成され、加工対象物８の加工処理中に予め設定された時間を経過したか否かを判断する。

加工対象物８の加工中は、温度センサ１０によって温度を測定しつつ温度補正記憶部１４内に記憶されている温度補正係数と、オフセット補正記憶部１６に記憶されているオフセット補正係数とにより、位置指令作成部１２にて加工座標記憶部１１内に記憶されている加工目標座標を補正し、位置指令値を作成する。

次に、レーザ加工装置１００の動作手順について説明する。レーザ加工装置１００の加工座標記憶部１１へは、予め加工目標座標データを記憶させておく。また、時間計測部１８へは予めオフセット補正係数を算出するタイミングに関する情報（加工開始からの経過時間）を記憶させておく。さらに、レーザ加工装置１００の温度補正記憶部１４へは、予め温度補正係数を設定しておく。ここで、温度補正係数の算出方法の一例について説明する。

温度上昇による光学系の歪みに起因する精度ずれとしては、例えば、ｆθレンズ４の熱に起因した伸縮によるスケールドリフトまたは回転ずれ、ガルバノ反射ミラー２、３の接合部の熱応力による傾きに起因するオフセットドリフトによるものがある。

例えば、ｆθレンズ４の熱に起因した伸縮によるスケールドリフトは式（１）に基づいて算出し、回転ずれは式（２）に基づいて算出し、ガルバノ反射ミラー２、３の接合部の熱応力による傾きに起因するオフセットドリフトは式（３）に基づいて算出する。

Ｘ’＝ＡＸ、Ｙ’＝ＢＹ・・・（１）
Ｘ’＝ｃｏｓθＸ−ｓｉｎθＹ、Ｙ’＝ｓｉｎθＸ＋ｃｏｓθＹ・・・（２）
Ｘ’＝Ｘ＋Ｃ、Ｙ’＝Ｙ＋Ｄ・・・（３）

ここでの（Ｘ，Ｙ）は加工目標座標（目標座標Ｘ、目標座標Ｙ）であり、（Ｘ’，Ｙ’）は実際の加工座標である。したがって、実際の加工座標の和（式（１）〜（３）に基づいて算出された（Ｘ’，Ｙ’）の和）と加工目標座標との差分が実際の誤差量（ずれ量）となり、式（４）に基づいて算出できる。

Ｘ’−Ｘ＝（Ａ＋ｃｏｓθ＋１）×Ｘ−ｓｉｎθ×Ｙ＋Ｃ−Ｘ、
Ｙ’−Ｙ＝（Ｂ＋ｃｏｓθ＋１）×Ｙ＋ｓｉｎθ×Ｘ＋Ｄ−Ｙ・・・（４）

ΔＸを実際の加工座標の目標座標Ｘからのずれ量とし、ΔＹを実際の加工座標の目標座標Ｙからのずれ量とすると、式（４）は、式（５）のようにまとめることができる。

ΔＸ＝Ｐ１１＋Ｐ１２×Ｘ＋Ｐ１３×Ｙ、
ΔＹ＝Ｐ２１＋Ｐ２２×Ｘ＋Ｐ２３×Ｙ・・・（５）

なお、ここでのＰ１１〜Ｐ１３、Ｐ２１〜Ｐ２３は、加工目標座標と、実際の加工座標の計測結果から算出される内部補正係数を示している。短時間の加工による精度ずれの原因は、ガルバノ反射ミラー２，３の温度変化に起因すると考えると、Ｐ１１〜Ｐ１３、Ｐ２１〜Ｐ２３は、式（６）によって算出することができる。

Ｐ１１＝Ｑ１１×ΔＴ、
Ｐ１２＝Ｑ１２×ΔＴ、
Ｐ１３＝Ｑ１３×ΔＴ、
Ｐ２１＝Ｑ２１×ΔＴ、
Ｐ２２＝Ｑ２２×ΔＴ、
Ｐ２３＝Ｑ２３×ΔＴ・・・（６）

なお、ここでのＱ１１〜Ｑ１３、Ｑ２１〜Ｑ２３は、ガルバノ反射ミラー２，３の測定温度による温度補正の補正係数（温度補正係数）を示している。また、ΔＴはガルバノ反射ミラー２，３の基準からの測定温度の変化量を示している。

式（５），（６）に示すように、温度補正係数Ｑ１１〜Ｑ１３、Ｑ２１〜Ｑ２３を算出するためにはパラメータが６つであることから、設定する加工目標座標を実際の加工座標の測定点数は最低３点ずつで良いことになる。

具体的には、以下のように温度補正係数Ｑ１１〜Ｑ１３，Ｑ２１〜Ｑ２３を求める。温度補正係数は、熱容量の小さな光学系の歪みに起因して変化するので、熱容量の大きなフレームの温度上昇が小さい状態が望ましい。このため、温度補正係数Ｑ１１〜Ｑ１３，Ｑ２１〜Ｑ２３は短時間のレーザ加工時に測定を行う。

温度補正係数を算出する際には、少なくとも３点の加工を行い、各３点の加工の際に加工目標座標と実際の加工座標のずれ量をＣＣＤカメラ６で測定する。また、そのときのガルバノ反射ミラー２，３の温度を温度センサ１０で測定しておき、ΔＴを求めておく。

ＣＣＤカメラ６で測定した３点分の加工目標座標およびずれ量を、前述の式（５）に代入するとＰ１１〜Ｐ１３、Ｐ２１〜Ｐ２３に関する６元１次連立方程式となる。この６元１次連立方程式を解いてＰ１１〜Ｐ１３、Ｐ２１〜Ｐ２３を求め、別途求めたΔＴを用いて式（６）からＱ１１〜Ｑ１３、Ｑ２１〜Ｑ２３を求める。そして、求めたＱ１１〜Ｑ１３、Ｑ２１〜Ｑ２３を、予め温度補正記憶部１４に記憶させておく。

図３は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。レーザ加工装置１００による加工対象物８の加工処理を開始すると、制御部９の時間計測部１８が備えるタイマは加工時間の計測を開始（加工開始からの経過時間を測定）する（ステップＳ１１０）。

そして、時間計測部１８は、タイマの計測時間に基づいて、加工時間が予め設定しておいた所定の設定時間（例えば、４０分や２時間）を経過したか否かを判断する（ステップＳ１２０）。

時間計測部１８が、所定の設定時間を経過していないと判断した場合（ステップＳ１２０、Ｎｏ）、温度センサ１０はガルバノ反射ミラー２、３の温度を測定する。（ステップＳ１８０）。換言すると、時間計測部１８が所定の設定時間を経過したと判断するまで、温度センサ１０はガルバノ反射ミラー２、３の温度を測定しておく。

位置指令作成部１２は、温度センサ１０が測定した温度に基づいて加工開始時からの温度変化ΔＴを求める。そして、位置指令作成部１２は、求めたΔＴ、温度補正記憶部１４が記憶する温度補正係数、オフセット補正記憶部１６が記憶するオフセット補正係数に基づいて、加工座標記憶部１１内に記憶している加工目標座標データ（加工目標値）を補正する。

加工当初はオフセット係数は未測定なので、オフセット補正記憶部１６内のオフセット係数は０としておく。したがって、位置指令作成部１２は、温度補正記憶部１４に記憶されている温度補正係数のみを用いて、式（５），（６）に基づいて加工目標座標に対するずれ量を求め、適正な位置指令値を作成する。具体的には、加工目標値にずれ量を加えた値を位置指令値とする（ステップＳ１９０）。位置指令作成部１２は、作成した位置指令値（補正した加工目標座標データ）を、ガルバノミラー制御部１３に入力する。

ガルバノミラー制御部１３は、位置指令作成部１２によって作成された位置指令値に基づいて、ガルバノ反射ミラーを駆動し加工対象物８の加工を行う。所定の設定時間に達するまで、または加工対象物８の加工が終了するまでステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１８０，Ｓ１９０の処理が繰り返される。

ステップＳ１２０の処理において、時間計測部１８が所定の設定時間を経過したと判断した場合（ステップＳ１２０、Ｙｅｓ）、制御部９は加工対象物８の加工を一時中断させる（ステップＳ１３０）。

レーザ加工装置１００は、加工対象物８と同様の素材またはアクリル板等で構成される、オフセット係数算出用のダミー基板に対して３点の加工処理を行う。そして、ダミー基板の３点の加工処理を行う際に、加工目標座標（加工目標値）と実際の加工座標のずれ量をＣＣＤカメラ６で測定する（ステップＳ１４０）。

オフセット補正算出部１５は、加工目標座標とＣＣＤカメラ６が測定した実際の加工座標のずれ量に基づき、後述する式（７）を用いてオフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３を算出する（ステップＳ１５０）。

ここで、オフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３の算出方法の一例について説明する。フレーム等の熱容量の大きな構成部品の温度変化に起因するずれ量は、オフセットドリフトが主要因であるが、光学系と同様にスケールドリフトや回転ずれも発生する。このため、加工目標座標とずれ量との関係を示す式（７）は式（５）と同様な形式となる。

ΔＸ’＝Ｒ１１＋Ｒ１２×Ｘ＋Ｒ１３×Ｙ、
ΔＹ’＝Ｒ２１＋Ｒ２２×Ｘ＋Ｒ２３×Ｙ・・・（７）

ここでのΔＸ’は、実際の加工座標の、目標座標Ｘを温度補正した後の座標からのずれ量を示している。また、ΔＹ’は、実際の加工座標の、目標座標Ｙを温度補正した後の座標からのずれ量を示している。また、Ｒ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３は、目標位置座標と加工座標の計測結果から算出されるオフセット補正係数を示している。

オフセット補正係数を求めるための加工は長時間（所定の設定時間の経過後）の加工後に行うので、ガルバノ反射ミラー２，３等の光学系の温度上昇による影響を排除することはできない。このため、ずれ量ΔＸ、ΔＹを加工目標座標からのずれ量ではなく、目標座標Ｘを温度補正した後の座標からのずれ量ΔＸ’、ΔＹ’を用いてオフセット補正係数を求める必要がある。また、目標座標Ｘを温度補正した後の座標と実際の加工目標座標との差は微小であるので、補正の対象座標は目標座標Ｘ，Ｙで近似しても問題ない。

なお、式（７）に基づいてＲ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３を求めるためには、Ｑ１１〜Ｑ１３、Ｑ２１〜Ｑ２３と同様に、設定しておく加工目標座標と実際の加工座標の測定点数は最低３点ずつで良い。

熱容量の大きいフレーム等の温度変化による歪みの変化の時定数が長いので、熱容量の大きいフレーム等においては温度を測定することによる加工座標の補正は困難である。このため、本実施の形態においては、適当な所定の時間毎に加工座標のずれ量を求める。そして、その時間内はずれ量を一定とみなして加工座標の補正を行う。すなわち、加工の最中の所定の時間毎にオフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３を求め、その時間内はその内部補正係数を固定して加工座標の補正（オフセット補正係数による補正）を行う。換言すると、次に新たなオフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３を求めるまでは、オフセット補正係数を固定して加工座標の補正を行う。

熱容量の大きいフレーム等は、歪みの変化の時定数が長いので頻繁に補正係数（オフセット補正係数）を求める必要が無く、３点のみの加工でオフセット補正係数を求められることから、加工効率への影響はほとんど無い。すなわち、加工効率の低下を抑えてオフセット補正係数を求めることが可能となる。

例えば、３点加工によるオフセット補正係数を求める作業時間は１〜２分程度と非常に短い。また、オフセット補正係数を求める時間は加工開始から例えば４０分後と２時間後の２回の場合であっても、加工の精度を維持することができる。この場合のオフセット補正係数は、０分から４０分後までは、Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３全て０でよく、４０分後から２時間後までは４０分後に測定したＲ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３を用いて補正する。２時間後以降は２時間後に測定したＲ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３を用いて補正する。もちろん、Ｑ１１〜Ｑ２３を用いた温度補正は逐次実施する。

オフセット補正算出部１５が算出したオフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３は、オフセット補正記憶部１６に記憶させる（ステップＳ１６０）。この後、制御部９は加工対象物８の加工を再開させる（ステップＳ１７０）。温度センサ１０は、ガルバノ反射ミラー２、３の温度を測定する。（ステップＳ１８０）。

位置指令作成部１２は、温度センサ１０が測定した温度に基づいて加工開始時（または加工再開時）からの温度変化ΔＴを求める。そして、位置指令作成部１２は、求めたΔＴ、温度補正記憶部１４が記憶する温度補正係数、オフセット補正記憶部１６が記憶するオフセット補正係数に基づいて、加工座標記憶部１１内に記憶している加工目標座標データを補正する。

すなわち、ステップＳ１９０の処理においては、オフセット補正記憶部１６がオフセット補正係数を記憶している場合には、位置指令作成部１２は、ΔＴ、温度補正係数、オフセット補正係数に基づいて、加工座標記憶部１１内に記憶している加工目標座標データを補正する。

ここでの加工座標のずれ量は、式（５）のΔＸ、ΔＹと、式（７）のΔＸ’、ΔＹ’を足し合わせたものがトータルのずれ量となる。したがって、位置指令作成部１２は式（５）〜（７）をまとめた式（８）に基づいて加工目標座標（目標座標値）に対するずれ量を求める。なお、オフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３が０の場合は、式（５），（６）と同じ式によって加工目標座標に対するずれ量を求める。

ΔＸ＝（Ｑ１１＋Ｑ１２×Ｘ＋Ｑ１３×Ｙ）×ΔＴ＋（Ｒ１１＋Ｒ１２×Ｘ＋Ｒ１３×Ｙ）、
ΔＹ＝（Ｑ２１＋Ｑ２２×Ｘ＋Ｑ２３×Ｙ）×ΔＴ＋（Ｒ２１＋Ｒ２２×Ｘ＋Ｒ２３×Ｙ）・・・（８）

位置指令作成部１２は、算出した加工目標座標（加工目標値）に対するずれ量に基づいて、適正な位置指令値を作成する（ステップＳ１９０）。位置指令作成部１２は、作成した位置指令値（補正した加工目標座標データ）を、ガルバノミラー制御部１３に入力する。ガルバノミラー制御部１３は、位置指令作成部１２によって作成された位置指令値に基づいて、ガルバノ反射ミラーを駆動し加工対象物８の加工を行う。

時間計測部１８内に設定された所定の設定時間に達するまで、ステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１８０，Ｓ１９０の処理が繰り返される。また、加工対象物８の加工が終了するまでステップＳ１１０〜１９０の処理が繰り返される。そして、レーザ加工装置１００による加工対象物８の加工処理が終了すると、制御部９による加工座標の補正処理を終了する（ステップＳ２００）。

このように、本実施の形態１においては、熱容量が小さく温度変化の時定数が短い光学部品（ガルバノ反射ミラー２，３）等の温度変化に基づく加工座標のずれ量の補正を、予め設定しておいた温度補正係数と加工中の光学部品の温度変化に基づいて行なう。

また、熱容量が大きく温度変化の時定数が長いフレーム等の温度変化に基づく加工座標のずれ量の補正は、加工中の所定のタイミングで算出したオフセット補正係数と加工のずれ量に基づいて行なう。

すなわち、熱容量が大きく温度変化の時定数が長いフレーム等の補正は加工中に補正係数を求めて補正をし、熱容量が小さく温度変化の時定数が短いガルバノ反射ミラー等の光学系の補正は加工前に補正係数を求めて補正している。

本実施の形態１では光学系の温度として、光学系の中では熱容量の小さいガルバノ反射ミラー２，３の温度を測定し加工座標の補正を行う構成としている。これは、レーザ光による入熱に対して温度変化のレスポンスが早いもの（部品）を選ぶことによって、比較的熱容量が小さい構成部品から成る光学系の全体の温度を的確に測定することができるからである。このため、光学系の全体の温度を的確に測定することができるものであれば、ガルバノ反射ミラー２，３以外の温度を測定し加工座標の補正を行う構成としてもよい。

ところで、光学系の部品の中には例えばｆθレンズ４のレンズホルダー５等の熱容量の比較的大きなものも含まれている。このため、ガルバノ反射ミラー２，３とレンズホルダー５との熱容量の差によっては、加工座標の補正にずれが生じる場合がある。この場合には、例えばガルバノ反射ミラー２，３とレンズホルダー５の温度の平均値を光学部品の温度としても良いし、それぞれの温度に重み付けをして平均操作をしてもよい。また、ガルバノ反射ミラー２，３の熱容量とレンズホルダー５の熱容量との間の熱容量を有する光学部品に温度センサを設ける構成としてもよい。

なお、本実施の形態１においては、温度変化に伴う光学系やフレーム等の歪みの原因が、ｆθレンズ４の熱に起因した伸縮によるスケールドリフトまたは回転ずれ、ガルバノ反射ミラー２、３の接合部の熱応力による傾きに起因するオフセットドリフトである場合ついて説明したが、温度変化に伴う光学系やフレーム等の歪みの原因はこれらに限られるものではない。すなわち、温度変化に伴う光学系やフレーム等の歪みの要因をそれぞれ４つ以上として、加工座標の補正をしてもよい。この場合、温度変化に伴う光学系やフレーム等の歪みの原因の数だけ加工点を処理して温度補正係数やフレーム補正係数を算出する。

このように実施の形態１によれば、熱容量が小さい光学部品（ガルバノ反射ミラー２，３）等の温度変化に基づく加工座標のずれ量の補正を、温度補正係数と加工中の光学部品の温度変化に基づいて行なうとともに、熱容量が大きいフレーム等の温度変化に基づく加工座標のずれ量の補正を、加工中の所定のタイミングで算出したオフセット補正係数とフレーム等の温度変化に基づいて行なうので、長時間の連続したレーザ加工においても、正確な加工座標の補正を行なうことが可能となる。したがって、レーザ加工装置１００は精度のよい加工を行なうことが可能となる。

また、温度変化の時定数が大きい物質に対して補正を実施するタイミングを設定するだけであるため、形状変化する機器の温度変化を補正するための温度センサ等を付加する必要がない。したがって、レーザ加工装置１００は簡易な構成で正確な加工座標の補正を行なうことが可能となり、精度のよい加工を行なうことが可能となる。また、従来のレーザ加工装置１００に対して新たな温度センサを付加する必要がないので、従来のレーザ加工装置の構成機器を容易に変更して、加工座標の補正を行うことが可能となる。

さらに、オフセット補正係数を求めるためにはダミー基板の３点の加工を行なうだけでよいので、加工の中断時間が短時間で済む。また。オフセット補正係数は所定のタイミングで算出するので、オフセット補正係数を求める回数が少なくて済む。したがって、レーザ加工装置１００の稼働率の低下を抑制することが可能となる。

実施の形態２．
次に、図１、図４および図５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、光学系の補正に用いる温度補正係数も加工中に求めて、加工座標の補正を行う。なお、本実施の形態２のレーザ加工装置１００の概略構成は、実施の形態１の図１に示すレーザ加工装置１００と同様であるため、適宜図１を参照しながら説明する。

図４は、実施の形態２にかかるレーザ加工装置の制御部の構成を示すブロック図であり、図４の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１のレーザ加工装置１００の制御部９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。

制御部９は、加工座標記憶部１１、位置指令作成部１２、ガルバノミラー制御部１３、温度補正記憶部１４、オフセット補正算出部１５、オフセット補正記憶部１６、時間計測部１８、温度補正係数算出部２０を有している。すなわち、ここでの制御部９は、実施の形態１の制御部９と比較して温度補正係数算出部２０が追加されている。

温度補正係数算出部２０は、ＣＣＤカメラ６によって測定したダミー基板の３点の実際の加工座標の加工目標座標からのずれ量と、温度センサ１０によって測定した温度変化とに基づいて、温度補正係数Ｑ１１〜Ｑ１３、Ｑ２１〜Ｑ２３を求める。温度補正係数算出部２０は、時間計測部１８に設定される所定の時間（後述する第１の設定時間）に基づくタイミングで温度補正係数Ｑ１１〜Ｑ１３、Ｑ２１〜Ｑ２３を求め、温度補正記憶部１４に記憶させる。

次に、レーザ加工装置１００の動作手順について説明する。図５は、実施の形態２にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。加工座標記憶部１１へは、予め加工目標座標データを記憶させておく。また、時間計測部１８へは予め加工対象物８の加工処理中にオフセット補正係数を算出するタイミングに関する情報（第２の設定時間）と温度補正係数を算出するタイミングに関する情報（第１の設定時間）を記憶させておく。なお、第２の設定時間が実施の形態１で説明した時間計測部１８へ設定する所定の設定時間に対応する。

レーザ加工装置１００による加工対象物８の加工処理を開始すると、制御部９の時間計測部１８が備えるタイマは加工時間の計測を開始（加工開始からの経過時間を測定）する（ステップＳ２１０）。そして、時間計測部１８は、タイマの計測時間に基づいて、加工時間が予め設定しておいた第１の設定時間（例えば、１０分）を経過したか否かを判断する（ステップＳ２２０）。

温度補正係数を求めるタイミングは、熱容量の大きいフレーム等の温度が上昇する前が良いので、加工開始から比較的短い時間で行うことが望ましい。例えば、加工開始時から１０分後に温度補正係数を求め、その温度補正係数を用いて加工を継続すると精度良く加工を行うことができる。

ステップＳ２２０の処理において、時間計測部１８が第１の設定時間を経過していないと判断した場合（ステップＳ２２０、Ｎｏ）、時間計測部１８は加工時間の計測を継続（加工開始からの経過時間を測定）する（ステップＳ２９０）。

一方、ステップＳ２２０の処理において、時間計測部１８が第１の設定時間を経過したと判断した場合（ステップＳ２２０、Ｙｅｓ）、制御部９は加工対象物８の加工を一時中断させる（ステップＳ２３０）。

レーザ加工装置１００は、ダミー基板に対して３点の加工処理を行う。そして、ダミー基板の３点の加工処理を行う際に、加工目標座標と実際の加工座標のずれ量をＣＣＤカメラ６で測定する（ステップＳ２４０）。また、温度センサ１０はガルバノ反射ミラー２、３の温度を測定する（ステップＳ２５０）。

温度補正係数算出部２０は、加工目標座標とＣＣＤカメラ６が測定した実際の加工座標のずれ量、温度センサ１０が測定したガルバノ反射ミラー２、３の温度に基づき、式（７）を用いて温度補正係数Ｑ１１〜Ｑ１３，Ｑ２１〜Ｑ２３を算出する（ステップＳ２６０）。温度補正係数算出部２０が算出した温度補正係数Ｑ１１〜Ｑ１３，Ｑ２１〜Ｑ２３は、温度補正記憶部１４に記憶させる（ステップＳ２７０）。

なお、温度補正係数を求めるための加工中断時間は、フレーム等の補正のためのオフセット補正係数を求めるときと同様に３点加工で足りるので、１〜２分程度の短い時間となり、加工効率の低下は無視できる程度である。

この後、制御部９は加工対象物８の加工を再開させ（ステップＳ２８０）、時間計測部１８は加工時間の計測を行なう（ステップＳ２９０）。そして、レーザ加工装置１００は、実施の形態１で説明したレーザ加工装置１００によるステップＳ１２０〜Ｓ２００と同様の処理（後述するステップＳ３００〜Ｓ３８０に対応）を行なう。

すなわち、時間計測部１８は、タイマの計測時間に基づいて、加工時間が予め設定しておいた第２の設定時間（例えば、４０分や２時間）を経過したか否かを判断する（ステップＳ３００）。

時間計測部１８が、第２の設定時間を経過していないと判断した場合（ステップＳ３００、Ｎｏ）、温度センサ１０はガルバノ反射ミラー２、３の温度を測定する（ステップＳ３６０）。

一方、ステップＳ３００の処理において、時間計測部１８が第２の設定時間を経過したと判断した場合（ステップＳ３００、Ｙｅｓ）、制御部９は加工対象物８の加工を一時中断させる（ステップＳ３１０）。

レーザ加工装置１００は、ダミー基板に対して３点の加工処理を行う。そして、３点の加工処理を行う際に、加工目標座標と実際の加工座標のずれ量をＣＣＤカメラ６で測定する（ステップＳ３２０）。

オフセット補正算出部１５は、加工目標座標とＣＣＤカメラ６が測定した実際の加工座標のずれ量に基づき、先述の式（７）を用いてオフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３を算出する（ステップＳ３３０）。オフセット補正算出部１５が算出したオフセット補正係数Ｒ１１〜Ｒ１３，Ｒ２１〜Ｒ２３は、オフセット補正記憶部１６に記憶させる（ステップＳ３４０）。

この後、制御部９は加工対象物８の加工を再開させる（ステップＳ３５０）。温度センサ１０は、ガルバノ反射ミラー２、３の温度を測定する。（ステップＳ３６０）。位置指令作成部１２は、温度センサ１０が測定した温度に基づいて加工開始時からの温度変化ΔＴを求める。そして、位置指令作成部１２は、求めたΔＴ、温度補正記憶部１４が記憶する温度補正係数、オフセット補正記憶部１６が記憶するオフセット補正係数に基づいて、加工座標記憶部１１内に記憶している加工目標座標データを補正する。

なお、加工当初（第２の設定時間の経過前）は、オフセット補正係数は未測定なのでオフセット補正記憶部１６内のオフセット係数を０としておく。また、加工当初（第１の設定時間の経過前）は、加工条件による影響があまり大きくないので、例えば加工前に測定した温度補正係数または前回測定した温度補正係数を用いて補正を行なう。

位置指令作成部１２は、算出した加工目標座標に対するずれ量に基づいて、位置指令値を作成する（ステップＳ３７０）。位置指令作成部１２は、作成した位置指令値（補正した加工目標座標データ）を、ガルバノミラー制御部１３に入力する。ガルバノミラー制御部１３は、位置指令作成部１２によって作成された位置指令値に基づいて、ガルバノ反射ミラー２，３を駆動し加工対象物８の加工を行う。

レーザ加工装置１００は、加工が終了するまで（ステップＳ３８０）、ステップＳ２１０〜Ｓ３８０の処理を繰り返す。すなわち、時間計測部１８が第１の設定時間を経過したと判断する毎に、制御部９は加工対象物８の加工を一時中断させる。そして、温度補正係数算出部２０が新たな温度補正係数を算出し、温度補正記憶部１４に記憶させる。

また、時間計測部１８が第２の設定時間を経過したと判断する毎に、制御部９は加工対象物８の加工を一時中断させる。そして、オフセット補正算出部１５が新たな温度補正係数を算出し、オフセット補正記憶部１６に記憶させる。

位置指令作成部１２は、求めた温度変化ΔＴ、温度補正記憶部１４が記憶する温度補正係数、オフセット補正記憶部１６が記憶するオフセット補正係数に基づいて、加工座標記憶部１１内に記憶している加工目標座標データ（加工目標値）を補正する。

位置指令作成部１２は、算出した加工目標座標に対するずれ量に基づいて位置指令値を作成し、ガルバノミラー制御部１３に入力する。ガルバノミラー制御部１３は、位置指令作成部１２によって作成された位置指令値に基づいてガルバノ反射ミラー２，３を駆動しながら加工対象物８の加工を行う。そして、レーザ加工装置１００による加工対象物８の加工処理が終了すると、制御部９による加工座標の補正処理を終了する（ステップＳ３８０）。

このように、実施の形態２によれば、フレーム等の温度変化に基づく加工座標の補正に用いるオフセット補正係数だけでなく、光学系の温度変化に基づく加工座標の補正に用いる温度補正係数も加工対象物８の加工中に求めるので、実施の形態１のレーザ加工装置１００による加工対象物８の加工よりも更に正確な加工座標の補正を行うことが可能となる。したがって、実施の形態１のレーザ加工装置１００による加工対象物８の加工よりも更に加工精度を向上させることが可能となる。

また、温度補正係数を１回求めるための加工中断は１回で済み、温度補正係数を短時間で算出することができるので、オフセット補正係数を求める時と同様に加工中断時間を短かくすることが可能となる。したがって、レーザ加工装置１００の稼働率の低下を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置は、レーザ加工を行なう際の加工の位置ずれの補正に適している。

実施の形態１にかかるレーザ加工装置の構成を示す図である。 実施の形態１にかかるレーザ加工装置の制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかるレーザ加工装置の制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかるレーザ加工装置の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ レーザ光
２，３ ガルバノ反射ミラー
４ ｆθレンズ
５ レンズホルダー
６ ＣＣＤカメラ
７ テーブル
８ 加工対象物
９ 制御部
１０ 温度センサ
１１ 加工座標記憶部
１２ 位置指令作成部
１３ ガルバノミラー制御部
１４ 温度補正記憶部
１５ オフセット補正算出部
１６ オフセット補正記憶部
１８ 時間計測部
２０ 温度補正係数算出部
１００ レーザ加工装置

Claims (6)

1. ガルバノスキャンミラーを制御して加工対象物の加工位置を制御し加工対象物のレーザ加工を行なうレーザ加工装置において、
   前記ガルバノスキャンミラーの温度であるミラー温度を測定する温度測定部と、
   前記加工対象物の加工座標の位置ずれ量を測定する位置ずれ量測定部と、
   前記加工対象物の加工前に測定された位置ずれ量およびミラー温度に基づいて算出され、前記加工対象物の加工目標座標を前記ミラー温度に応じた位置に補正するための温度補正係数を記憶する温度補正係数記憶部と、
   前記加工対象物を加工中の所定タイミングで測定された位置ずれ量およびミラー温度に基づいて、前記加工対象物の加工目標座標を前記ミラー温度に応じた位置に補正するためのオフセット補正係数を、前記所定のタイミング毎に算出するオフセット算出部と、
   前記オフセット算出部が算出したオフセット補正係数を記憶するオフセット記憶部と、
   前記温度補正係数または前記オフセット補正係数に基づいて前記加工目標座標を補正し、補正結果を位置指令情報として出力する位置指令補正部と、
   前記位置指令補正部が出力する位置指令情報に基づいてガルバノスキャンミラーを制御するミラー制御部と、
   を備え、
   前記位置指令補正部は、
   前記温度補正係数が算出された後から最初の前記所定タイミングとなるまでの間、前記温度補正係数記憶部が記憶する温度補正係数および前記加工対象物の加工中に前記温度測定部が測定するミラー温度に基づいて前記加工目標座標を補正するとともに、
   前記所定タイミングの後は、前記オフセット記憶部が記憶する最新のオフセット補正係数および前記加工対象物の加工中に前記温度測定部が測定するミラー温度に基づいて前記加工目標座標をさらに補正することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記所定タイミングでは、前記加工対象物の加工が中断され、
   前記位置ずれ量測定部は、ダミーの加工対象物を３点加工した場合の前記加工座標の位置ずれ量を測定し、
   前記オフセット算出部は、前記ダミーの加工対象物を３点加工した場合の前記加工座標の位置ずれ量に基づいて、前記オフセット補正係数を算出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. ガルバノスキャンミラーを制御して加工対象物の加工位置を制御し加工対象物のレーザ加工を行なうレーザ加工装置において、
   前記ガルバノスキャンミラーの温度であるミラー温度を測定する温度測定部と、
   前記加工対象物の加工座標の位置ずれ量を測定する位置ずれ量測定部と、
   前記加工対象物を加工中の第１のタイミングで測定された位置ずれ量およびミラー温度に基づいて、前記加工対象物の加工目標座標を前記ミラー温度に応じた位置に補正するための温度補正係数を、前記第１のタイミング毎に算出する温度補正係数算出部と、
   前記温度補正係数算出部が算出した温度補正係数を記憶する温度補正係数記憶部と、
   前記加工対象物の加工中の第２のタイミングで測定された位置ずれ量およびミラー温度に基づいて、前記加工対象物の加工目標座標を前記ミラー温度に応じた位置に補正するためのオフセット補正係数を、前記第２のタイミング毎に算出するオフセット算出部と、
   前記オフセット算出部が算出したオフセット補正係数を記憶するオフセット記憶部と、
   前記温度補正係数または前記オフセット補正係数に基づいて前記加工目標座標を補正し、補正結果を位置指令情報として出力する位置指令補正部と、
   前記位置指令補正部が出力する位置指令情報に基づいてガルバノスキャンミラーを制御するミラー制御部と、
   を備え、
   前記位置指令補正部は、
   前記温度補正係数が記憶された後から次の第１のタイミングまたは第２のタイミングとなるまでの間、前記温度補正係数記憶部が記憶する最新の温度補正係数および前記加工対象物の加工中に前記温度測定部が測定するミラー温度に基づいて前記加工目標座標を補正するとともに、
   前記オフセット補正係数が記憶された後から次の第１のタイミングまたは次の第２のタイミングとなるまでの間、前記オフセット記憶部が記憶する最新のオフセット補正係数および前記加工対象物の加工中に前記温度測定部が測定するミラー温度に基づいて前記加工目標座標を補正することを特徴とするレーザ加工装置。
4. 前記第１のタイミングでは、前記加工対象物の加工が中断され、
   前記位置ずれ量測定部は、ダミーの加工対象物を３点加工した場合の前記加工座標の位置ずれ量を測定し、
   前記温度補正係数算出部は、前記ダミーの加工対象物を３点加工した場合の前記加工座標の位置ずれ量に基づいて、前記温度補正係数を算出することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記第２のタイミングでは、前記加工対象物の加工が中断され、
   前記位置ずれ量測定部は、ダミーの加工対象物を３点加工した場合の前記加工座標の位置ずれ量を測定し、
   前記オフセット算出部は、前記ダミーの加工対象物を３点加工した場合の前記加工座標の位置ずれ量に基づいて、前記オフセット補正係数を算出することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
6. 前記第１のタイミングは、前記第２のタイミングよりも短い周期のタイミングであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。

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