JP4973982B2 - Galvano scanner system and control method - Google Patents
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本発明は、ガルバノメータを用いてレーザ加工するガルバノスキャナシステムおよびその制御方法に関する。 The present invention relates to a galvano scanner system that performs laser processing using a galvanometer and a control method thereof.
ガルバノメータとこれを駆動するガルバノメータコントローラとレーザ駆動装置とからなるガルバノスキャナシステムは、バーコードの作成や、微小な配線加工などに用いられており、レーザにより対象物を加熱昇華することで加工する方法である。バーコードや配線加工の高精度化に伴って、均一な線幅を作製することが潜在的に望まれていた。このために、ガルバノメータへの動作指令は、コントローラに入力されたモーションプログラムをモーションコントローラが解析しミラーの動作速度を出力することで行われる。モーションコントローラからガルバノメータへ指令が出力されたタイミングから実際にミラーが動作開始するには、コントローラからサーボドライバへの指令遅れなどの原因により、一定の遅延動作が発生する。コントローラには、この遅延を補正するための遅延時間の設定が可能になっており、この遅延時間は、実際のガルバノメータの動作遅延時間に合わせて設定される。このような方法を実施するために、従来のガルバノメータコントローラとしては、3つの方法が提案されている。第1には、レーザオフディレイパラメ−タを設定して照射開始時間を遅らせる方法である(例えば、特許文献1参照)。第2には、ガルバノメータへの動作指令の一定速駆動期間だけレーザを照射する方法である(例えば、特許文献2参照)。また、第3には、レーザ加工装置として、レーザの照射位置を制御するための移動指令と、レーザの出力を制御するためのレーザ駆動指令を生成するコントローラを使用するものである(例えば、特許文献3参照)。
第1の従来のガルバノメータコントローラについて図2を用いて説明する。201は、コントローラからサーボドライバへの指令速度を示す。202は、一定遅延時間後に動作するガルバノメータの速度を示している。203はレーザの出力を示す。204はコントローラからサーボドライバへの指令などの遅れを考慮し、どの程度レーザの照射開始を遅らせるかを設定するためのレーザオンディレイパラメータである。205は、レーザの照射終了をコントローラの指令に対しどの程度遅らせるかを設定する為のレーザオフディレイパラメータである。
次に、動作について説明する。レーザオンディレイパラメータ205を設定し、ミラーの停止状態におけるレーザの照射を抑制し、一方、マーキングの描き終わり時点では、コントローラの指令は完了しているがミラーは遅れて動作が完了するので、レーザオフディレイパラメータ205を調整することで実際にミラー動作が停止するまではレーザの照射を継続する。このために、ミラー速度の加減速度領域では、より多くのレーザが照射されることで、加工痕の幅に加減速領域では太くなり、幅にむらができることになる。
また、第2の従来例としては、マーキング線の描き始め地点よりも手前から前記ガルバノメータの動作を開始させるとともに、マーキング線の描き終わり地点を越えても前記ガルバノメータが動作するように制御されている。
このように、従来のコントローラでは、動作指令から実際にガルバノメータが実動作開始するまでの遅延時間を設定することにより、レーザの出力開始タイミングとガルバノメータの実動作開始のタイミングを調整するように図られている。この時に出力されるレーザはモーションプログラムで指定された強度で出力される。例えば、指令速度に到達するまでの加速区間や、指定位置へ位置決めする際の減速区間においても、常に指定されたレーザ強度が出力される。この時のレーザ強度の設定は、アナログ指令のレーザの場合、出力電圧値で制御され、PWM照射のレーザの場合、PWM周期に対するPWM出力幅で決定される。
また、第3の実施例として、図10に、ガルバノメータによるレーザ加工装置を示す。
ガルバノメータを利用したレーザ加工技術は、高密度配線の回路基板等の加工に用いられ、前記ガルバノメータに取り付けられたガルバノミラーによって反射されたレーザ光を、被加工物の照射面上に照射して溶解、あるいは蒸発させて加工するものである。
図において11はガルバノミラーであり、12はガルバノミラーを回転させるガルバノメータである。ガルバノメータ12には、位置検出器であるエンコーダ13、および駆動装置14が接続されており、駆動装置14からの駆動電流に応じてガルバノミラー11を回転させるとともに、回転角はエンコーダ13で検出され、駆動装置14に与えられる。15はコントローラであり照射位置指令を駆動装置14に与え、駆動装置14は前記照射位置指令とエンコーダ13からの位置情報に基づいて駆動電流をガルバノメータに出力する。16はレーザ発振器でレーザ光をガルバノミラー12に出力する。21はコントローラ15の中央処理部で、加工命令に対し、コントローラソフトウェア22を使用して照射位置指令を定周期で生成し、駆動装置14に指令する。またレーザ出力指令(レーザパワー指令)を生成し、レーザ信号生成回路23に指令する。レーザ出力指令はコントローラの照射位置指令周期の間隔で、加工の度合いを均一にするように調整される。レーザ信号生成回路23は、中央処理部21からのレーザ出力指令に基づきレーザ駆動信号を生成し、レーザ発振器に出力する。
このように、コントローラからガルバノミラーへの照射位置指令の周期でレーザの出力指令を調整することで、レーザ照射点の移動速度の変化におけるレーザの単位時間当たりの照射エネルギーをできるだけ均一にする方法が提案されている。(たとえば、特許文献1参照)。
A first conventional galvanometer controller will be described with reference to FIG. 201 indicates a command speed from the controller to the servo driver. 202 indicates the speed of the galvanometer operating after a certain delay time. Reference numeral 203 denotes a laser output. 204 is a laser-on-delay parameter for setting how much the laser irradiation start is delayed in consideration of a delay such as a command from the controller to the servo driver. Reference numeral 205 denotes a laser off delay parameter for setting how much the laser irradiation end is delayed with respect to the controller command.
Next, the operation will be described. The laser on delay parameter 205 is set to suppress laser irradiation when the mirror is stopped. On the other hand, at the end of marking, the controller command is completed, but the mirror completes its operation with a delay. The laser irradiation is continued until the mirror operation is actually stopped by adjusting the off-delay parameter 205. For this reason, in the acceleration / deceleration region of the mirror speed, by irradiating more laser, the width of the processing mark becomes thicker in the acceleration / deceleration region, and the width can be uneven.
In addition, as a second conventional example, the galvanometer is controlled so that the galvanometer starts to operate before the marking line drawing start point, and the galvanometer operates even when the marking line drawing end point is exceeded. .
Thus, the conventional controller is designed to adjust the laser output start timing and the actual operation start timing of the galvanometer by setting the delay time from the operation command until the actual operation of the galvanometer starts. ing. The laser output at this time is output with the intensity specified by the motion program. For example, the specified laser intensity is always output even in the acceleration interval until the command speed is reached and also in the deceleration interval when positioning to the specified position. The setting of the laser intensity at this time is controlled by the output voltage value in the case of an analog command laser, and is determined by the PWM output width with respect to the PWM cycle in the case of a laser with PWM irradiation.
As a third embodiment, FIG. 10 shows a laser processing apparatus using a galvanometer.
Laser processing technology using a galvanometer is used for processing high-density wiring circuit boards, etc., and irradiates laser light reflected by a galvanometer mirror attached to the galvanometer onto the irradiation surface of the workpiece. Alternatively, it is processed by evaporation.
In the figure, 11 is a galvanometer mirror, and 12 is a galvanometer that rotates the galvanometer mirror. The
In this way, by adjusting the laser output command in the cycle of the irradiation position command from the controller to the galvanometer mirror, there is a method for making the irradiation energy per unit time of the laser as uniform as possible in the change in the moving speed of the laser irradiation point. Proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
従来のガルバノコントローラは、コントローラからサーボドライバへの速度の指令が送信されてから、実際にミラーが動作するまでに、一定の遅れが発生するが、この遅れを無視して、コントローラからの指令と同期してレーザの照射を開始すると、実際にミラーが動作するまでの時間分余計にレーザが照射されてしまい、マーキングの描き始めでマーキング対象物を損傷させてしまうという問題が潜在的にあり、これまでにこの問題を解決するための手段がとられている。従来例にあげたものも潜在的な問題を解決する手段ではあるが、ガルバノメータへの移動指令を発行している際にレーザの出力指令も同時に行うが、この時、指令された速度に到達するまでの加速区間や、指定位置へ位置決めする際の減速区間においても、常に指定された強度でレーザ出力されている。図2において、206は単位時間あたりのレーザ照射量を示す。206に示すように、加速時及び、減速時の区間は、指令された速度より遅い速度での移動になるため、加減速区間でのレーザの照射時間は指令された速度での定速での動作区間でレーザ照射時間が長くなるので、208に示す理想とする加工痕に対し、実際は、207に示すような、マーキング開始部と終了部が膨らむような加工痕となってしまうという問題点が生じていた。
また、マーキング線の描き始め地点よりも手前から前記ガルバノメータの動作を開始させるとともに、マーキング線の描き終わり地点を越えても前記ガルバノメータが動作するように制御されていても、加減速期間に、定速期間のレーザ強度で照射されていることから、マーキング開始部と終了部が膨らむような加工痕となってしまうという問題が生じていた。
また、図11、図12に、第3の従来例のレーザ加工装置の動作の説明図を示す。図11(a)はコントローラ21から駆動装置14に与えられる位置指令、図11(b)は照射面上のレーザの移動速度、図11(c)は、コントローラ14の中央処理部からレーザ信号生成回路23に与えられるレーザ出力指令、図11(d)は、照射面に照射されるレーザパワーを表す。なお、コントローラ14のソフトウェアの制御周期を250μsとしている。図において、位置指令を駆動装置に与えるタイミングと実際の移動には250μsのタイムラグがあるものとし、中央処理部は、レーザパワー指令を位置指令と1周期ずらして発行している。また、レーザパワーの大きさは、目標速度に対する現在の指令速度の比率から周期毎に演算して調整する。その結果、図11(b)と図11(d)から速度変動に対応してレーザパワーも変動することになる。
しかしながら、加減速区間などの速度変化区間にあわせてレーザ光の出力を変動させる方法は、コントローラがガルバノミラーへの移動指令を出力する周期に依存してしまうため、コントローラからの指令周期が長いと、レーザ出力の調整間隔も長くなってしまい、緻密なレーザ出力調整ができなくなる。また、一方、コントローラからガルバノミラーへの照射位置指令の周期を短くすれば、より早い周期でのレーザ出力調整が可能にはなるが、実際は、CPUの処理性能に限界があり、指令の周期は簡単には高速化できないという問題が生じていた。
また、図12では、位置指令を駆動装置に与えるタイミングと実際の移動とのタイムラグを300μsとし、コントローラ14の制御周期と比例しない場合を示している。中央処理部がレーザパワー指令を発行するタイミングは、コントローラのソフトウェアの制御周期であるため、図6(d)に示すように、移動開始とレーザの照射のタイミングがずれ、加工の度合に影響してしまうという問題が生じしていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、加減速時間や、ガルバノメータの応答性に関係なく、レーザ加工開始点と終了点において、レーザの照射ムラが発生しないガルバノ制御用コントローラを提供することを目的とする。
In the conventional galvano controller, there is a certain delay between the time when the speed command is sent from the controller to the servo driver and the actual operation of the mirror, but this delay is ignored and the command from the controller is ignored. When laser irradiation is started synchronously, the laser is irradiated for the time required until the mirror actually operates, and there is a potential problem that the marking object is damaged at the start of marking. So far, measures have been taken to solve this problem. The conventional examples are also means for solving potential problems, but when issuing a movement command to the galvanometer, a laser output command is also issued at the same time, but at this time, the commanded speed is reached. The laser is always output at the specified intensity even in the acceleration interval up to and the deceleration interval when positioning to the specified position. In FIG. 2, 206 indicates the laser irradiation amount per unit time. As shown at 206, the acceleration and deceleration sections move at a speed slower than the commanded speed, and therefore the laser irradiation time in the acceleration / deceleration section is a constant speed at the commanded speed. Since the laser irradiation time becomes longer in the operation section, there is actually a problem that the marking start part and the end part swell as shown in 207 with respect to the ideal machining trace shown in 208. It was happening.
In addition, the galvanometer operation is started from a point before the marking line drawing start point, and even if the galvanometer is controlled to operate even when the marking line drawing end point is exceeded, the galvanometer is fixed during the acceleration / deceleration period. Since the irradiation is performed with the laser intensity in the fast period, there is a problem that the marking start portion and the end portion become a processing mark that swells.
FIGS. 11 and 12 are explanatory views of the operation of the laser processing apparatus of the third conventional example. 11A is a position command given from the controller 21 to the driving device 14, FIG. 11B is a moving speed of the laser on the irradiation surface, and FIG. 11C is a laser signal generated from the central processing unit of the controller 14. The laser output command given to the circuit 23, FIG. 11 (d), represents the laser power applied to the irradiation surface. Note that the software control period of the controller 14 is 250 μs. In the figure, it is assumed that there is a time lag of 250 μs between the timing at which the position command is given to the drive device and the actual movement, and the central processing unit issues the laser power command with a shift of one cycle from the position command. The magnitude of the laser power is adjusted by calculating every period from the ratio of the current command speed to the target speed. As a result, from FIG. 11 (b) and FIG. 11 (d), the laser power also fluctuates corresponding to the speed fluctuation.
However, the method of changing the output of the laser light in accordance with the speed change section such as the acceleration / deceleration section depends on the cycle in which the controller outputs the movement command to the galvano mirror. Therefore, if the command cycle from the controller is long As a result, the laser output adjustment interval also becomes long, and precise laser output adjustment cannot be performed. On the other hand, if the cycle of the irradiation position command from the controller to the galvanometer mirror is shortened, the laser output can be adjusted at a faster cycle, but in reality, the processing performance of the CPU is limited, and the cycle of the command is There was a problem that the speed could not be increased easily.
FIG. 12 shows a case where the time lag between the timing at which the position command is given to the driving device and the actual movement is 300 μs and is not proportional to the control cycle of the controller 14. Since the timing at which the central processing unit issues the laser power command is the control cycle of the controller software, as shown in FIG. 6 (d), the movement start timing and the laser irradiation timing are shifted, affecting the degree of processing. There was a problem that it would end up.
The present invention has been made in view of such problems, and a galvano control controller that does not cause laser irradiation unevenness at the laser processing start point and end point regardless of the acceleration / deceleration time and the responsiveness of the galvanometer. The purpose is to provide.
請求項1に記載の発明は、互いに直交しそれぞれサーボドライバで駆動される2軸のガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナにレーザ光を照射するレーザ装置と、前記サーボドライバと前記レーザ装置を同期させて制御するコントローラとを備えたガルバノスキャナシステムであって、前記コントローラは、コントローラソフトウェアと、中央処理部と、前記レーザ装置を駆動するためのレーザ駆動信号を生成するレーザ信号生成回路と、を備えており、前記中央処理部は、前記サーボドライバに位置指令を与えるとともに当該位置指令に同期するように、前記コントローラソフトウェアの制御周期であるソフトウェア制御周期で、前記レーザ信号生成回路にレーザパワー指令と増分値指令を与えるものであり、前記コントローラソフトウェアは、前記増分値指令として、現在のレーザパワー指令と目標のレーザパワー指令の差分値を前記ソフトウェア制御周期で除した値に当該ソフトウェア制御周期より短い前記レーザ信号生成回路の制御周期であるハードウェア制御周期を乗じた値を演算し、前記レーザ信号生成回路は、前記ハードウェア制御周期毎に前記増分値指令を前記レーザパワー指令に加算して前記レーザ駆動信号を生成し、前記レーザ装置に出力するものである。
請求項2に記載の発明は、互いに直交しそれぞれサーボドライバで駆動される2軸のガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナにレーザ光を照射するレーザ装置と、前記サーボドライバと前記レーザ装置を同期させて制御するコントローラとを備えたガルバノスキャナシステムの制御方法であって、前記コントローラは、コントローラソフトウェアと、中央処理部と、前記レーザ装置を駆動するためのレーザ駆動信号を生成するレーザ信号生成回路と、を備えており、前記中央処理部は、前記サーボドライバに位置指令を与えるとともに当該位置指令に同期するように、前記コントローラソフトウェアの制御周期であるソフトウェア制御周期で、前記レーザ信号生成回路にレーザパワー指令と増分値指令を与えるものであり、前記コントローラソフトウェアは、前記増分値指令として、現在のレーザパワー指令と目標のレーザパワー指令の差分値を前記ソフトウェア制御周期で除した値に当該ソフトウェア制御周期より短い前記レーザ信号生成回路の制御周期であるハードウェア制御周期を乗じた値を演算し、前記レーザ信号生成回路は、前記ハードウェア制御周期毎に前記増分値指令を前記レーザパワー指令に加算して前記レーザ駆動信号を生成し、前記レーザ装置に出力するものである。
The invention according to claim 1 is a two-axis galvano scanner orthogonal to each other and driven by a servo driver, a laser device for irradiating the galvano scanner with laser light, and the servo driver and the laser device synchronized with each other. a galvanometer scanner system comprising a controller for controlling, said controller includes a controller software, a central processing unit, and a laser signal generating circuit for generating a laser drive signal for driving the laser device The central processing unit gives a position command to the servo driver and increments a laser power command and an increment to the laser signal generation circuit in a software control cycle that is a control cycle of the controller software so as to synchronize with the position command. Value command, and the controller software The control signal is a control cycle of the laser signal generation circuit that is shorter than the software control cycle as a value obtained by dividing the difference value between the current laser power command and the target laser power command by the software control cycle. A value obtained by multiplying a hardware control cycle is calculated, and the laser signal generation circuit generates the laser drive signal by adding the increment value command to the laser power command for each hardware control cycle, and the laser device it is shall be output to.
The invention described in 請 Motomeko 2 synchronizes the galvanometer scanner biaxial driven by respective servo driver perpendicular to each other, and a laser device for irradiating a laser beam to the galvano scanner, the laser device and the servo driver And a controller that controls the galvano scanner system, wherein the controller includes controller software, a central processing unit, and a laser signal generation circuit that generates a laser drive signal for driving the laser device. The central processing unit supplies a position command to the servo driver and a laser is supplied to the laser signal generation circuit at a software control cycle that is a control cycle of the controller software so as to synchronize with the position command. A power command and an increment value command. La software, as the incremental value command is the control cycle of the current laser power command and a target short the laser signal generating circuit from the software control cycle the differential value of the laser power command to a value obtained by dividing by the software control period calculates the value obtained by multiplying the hardware control cycle, the laser signal generating circuit, said increment command by adding to the laser power command to generate the laser drive signal to the hardware control for each cycle, the laser device those you output to.
請求項1および2に記載の発明によると、コントローラのソフトウェアの制御周期より短い周期でレーザ駆動信号を更新できるため、速度変動に対して、より高精度な加工が実現できる。レーザ信号生成回路の分解能としては、ガルバノミラーへ最終的に指令を行う駆動装置の指令周期同等以上の分解能が必要である。 According to the invention described in claim 1 Contact and 2, it is possible to update the laser drive signal in a period shorter than the control cycle of the software controller for speed variations, higher precision processing can be realized. The resolution of the laser signal generating circuit, Ru required der the command cycle equal or greater resolution of the drive apparatus for performing final command to the galvanometer mirror.
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の方法を実施するガルバノスキャナ装置の構成を示す。図において101はガルバノメータであり、X軸用、Y軸用の2軸で構成される。105は実際にレーザを発射するレーザ装置であり、コントローラ103からの指令を受けてレーザ照射を行う。102は、ガルバノメータ101を動作制御するサーボドライバであり、コントローラ103からの指令を受け、ガルバノメータ101を制御している。103は、指定された形状を描くための指令を2つのサーボドライバへ行うコントローラである。コントローラ103は、サーボドライバ102への指令と、レーザ装置105へのレーザ照射のオンオフを制御する。コントローラ103の図示しないCPUのサンプリング周期を用いてサーボドライバ102への指令とレーザ装置105への指令を行うのでサーボドライバ102とレーザ装置105間は、同期した制御が可能である。104は、コントローラ103への動作指令、パラメータの読み書き、コントローラステータスの取得などを行うためのホストPCである。ユーザは、ホストPC104からコントローラ103を操作できる。
FIG. 1 shows the configuration of a galvano scanner device that implements the method of the present invention. In the figure,
図3に、本発明を実現するためのコントローラのブロック図を示す。301は、レーザの照射や、レーザの照射先の移動指令を記述するためのモーションプログラムである。302はモーションプログラムを解析するプログラム解析部であり、モーションプログラムを処理しやすいよう中間データへ変換する。303はプログラム解析された中間データを元に、ガルバノメータへの指令周期毎の動作指令データを演算する指令作成部である。304は指令作成部が演算した結果である。306は、レーザの出力遅延を管理するレーザ出力遅延処理部である。305は、レーザ装置へのレーザ出力指令である。307は、ガルバノメータへの動作指令タイミングと、ガルバノメータの実動作タイミングを遅延時間として設定したレーザ出力遅延時間である。309は、レーザの出力開始までの移動量と、310はレーザ出力終了までの残移動量である。308は、309、310を元にレーザ出力遅延処理部へのレーザ出力タイミングを決定しているレーザ出力決定部である。
モーションプログラムに記述されているレーザのオンオフ制御指令、レーザ強度やガルバノメータへの動作指令を、プログラム解析部302が動作指令作成部にて処理しやすい中間データへ変換し、指令作成部303へ処理を依頼する。
FIG. 3 shows a block diagram of a controller for realizing the present invention.
The laser on / off control command described in the motion program, the laser intensity and the operation command to the galvanometer are converted into intermediate data that the
図5にサーボドライバへの指令を払い出す周期(補間周期)で動作する処理フローチャートを示す。最初に指令作成部が起動され、指令作成部ST501ではサーボドライバへの指令位置を作り出すとともに、既に移動した移動量と、目標位置までの残移動量を作成する。次に、レーザ出力決定部ST502が動作し、指令作成部ST501が作成した既に移動した移動量と、目標位置までの残移動量をもとに、レーザの出力の有無を決定する。最後にレーザ出力遅延処理部ST503は、レーザ出力決定部が決定したレーザ出力の有無にしたがいレーザの出力を行う。
本発明が特許文献1と異なる部分は、レーザ照射区間を移動開始からの移動量と、目標位置までの残移動量により、レーザの出力区間を決定する機能を備えた部分である。
FIG. 5 shows a processing flowchart that operates in a cycle (interpolation cycle) for issuing a command to the servo driver. First, the command creation unit is activated, and the command creation unit ST501 creates a command position for the servo driver, and creates a movement amount that has already moved and a remaining movement amount to the target position. Next, the laser output determination unit ST502 operates to determine whether or not laser output is performed based on the already moved movement amount created by the command creation unit ST501 and the remaining movement amount to the target position. Finally, the laser output delay processing unit ST503 performs laser output according to the presence / absence of the laser output determined by the laser output determination unit.
The part where the present invention differs from Patent Document 1 is a part having a function of determining the laser output section based on the movement amount from the start of movement in the laser irradiation section and the remaining movement amount to the target position.
次に、ユーザが実際にレーザを照射し加工する際の手順を説明する。
まず、ユーザは指定した箇所へのレーザ照射を行うように、ホストPC上で加工プログラムを作成する。
次に、コントローラのパラメータである、レーザ照射開始までの移動距離と、レーザ照射終了までの残移動距離を設定する。最後に、ホストPC上で作成された加工プログラムをコントローラへ送り実行する。
コントローラでは、ホストPCより設定されたパラメータに従い、レーザの照射を行う。
図4に本発明でのレーザ照射、指令および実駆動パターンの関係について示す。201、202、203、204は図2と同様である。コントローラからサーボドライバへ指令を開始する際に、レーザ照射開始までの移動量309として設定された値に到達するまで、レーザは照射しない。ここでは、指令速度201に達する加速時間から求められる距離が設定されている。パラメータで設定された移動量309だけ移動に要する時間と、コントローラで設定されたレーザオンディレイパラメータ204の時間とを足し合わせた時間だけ遅延させてレーザを照射する。
一方、レーザオフのタイミングは、一定速度領域において指令の残移動量310に到達すると、予めコントローラに設定されているレーザオフディレイパラメータと比較される。ここで、指令の残移動量310は減速に必要な距離が設定されており、残移動量310と指令速度201から求められる減速時間とレーザオフディレイパラメータ205とを比較して、レーザオフディレイパラメータ205が、減速時間以下になった際にレーザ照射を停止する。
このように、加減速区間分の距離をコントローラのパラメータとして設定することで、一定速度区間のみでのレーザの照射を行うことが可能となる。
Next, a procedure when the user actually irradiates and processes the laser will be described.
First, the user creates a machining program on the host PC so as to irradiate the designated location with laser.
Next, the movement distance until the start of laser irradiation and the remaining movement distance until the end of laser irradiation, which are parameters of the controller, are set. Finally, the machining program created on the host PC is sent to the controller for execution.
The controller performs laser irradiation according to the parameters set by the host PC.
FIG. 4 shows the relationship between laser irradiation, command, and actual drive pattern in the present invention. 201, 202, 203, and 204 are the same as those in FIG. When starting a command from the controller to the servo driver, the laser is not irradiated until the value set as the
On the other hand, the laser-off timing is compared with a laser-off delay parameter set in advance in the controller when the command remaining
Thus, by setting the distance for the acceleration / deceleration section as a parameter of the controller, it becomes possible to perform laser irradiation only in the constant speed section.
図6にコントローラのレーザ出力決定部でのレーザ照射区間制御を行うフローチャートを示す。
レーザ出力決定部では、指令作成部が作成した既に移動した移動量と、パラメータで設定されたレーザ出力を開始するまでの移動量を比較する(ST601)。指定された移動量分動作していなければレーザ出力遅延処理部へのレーザ出力要求をオフ(ST603)し、既に指定された移動量以上動作していればレーザ出力遅延処理部へのレーザ出力要求をオン(ST602)する。また、ST604にてレーザ出力終了時の残移動量と現在の残移動量を比較し、残移動量が設定されたレーザ出力終了時の残移動量以下になった場合にレーザ出力遅延部へのレーザ出力要求をオフ(ST605)する。レーザ出力遅延処理部では、レーザ出力遅延時間に設定した時間経過後にレーザ出力の開始や停止を行う。
FIG. 6 shows a flowchart for performing laser irradiation section control in the laser output determination unit of the controller.
The laser output determination unit compares the movement amount already moved by the command generation unit with the movement amount until the laser output set by the parameter is started (ST601). If it is not operating for the specified amount of movement, the laser output request to the laser output delay processing unit is turned off (ST603). If it is already operating for the specified amount of movement, the laser output request to the laser output delay processing unit is Is turned on (ST602). Also, in ST604, the remaining movement amount at the end of laser output is compared with the current remaining movement amount, and when the remaining movement amount is equal to or less than the set remaining movement amount at the end of laser output, the laser output delay unit is connected. The laser output request is turned off (ST605). The laser output delay processing unit starts and stops laser output after the time set as the laser output delay time has elapsed.
このように、全移動量に対しどの区間をレーザ照射するのかを、パラメータにて設定でき、コントローラが動作中に移動量と残移動量と比較してレーザのオンオフ制御を行うので、ユーザはこのパラメータを調整することで、加減速時間や、ガルバノメータの応答性に関係なく、一定速度区間のみのレーザ制御が可能となり、レーザ照射の開始点と終了点でのレーザの照射ムラがなくなる。 In this way, it is possible to set which section of the laser beam is irradiated with respect to the total amount of movement with parameters, and the controller performs on / off control of the laser in comparison with the amount of movement and the remaining amount of movement during operation. By adjusting the parameters, it is possible to perform laser control only in a constant speed section regardless of the acceleration / deceleration time and the galvanometer response, and laser irradiation unevenness at the start and end points of laser irradiation is eliminated.
図7は、本発明の方法を実施するレーザ加工装置の構成例である。実施例1と異なる点は、コントローラ14の中央処理部21がレーザ信号生成回路23に与えるレーザ出力指令であり、レーザパワー指令、(レーザパワー)増分値指令、パワーディレイの3種類がある部分である。
図8において、図8(a)はコントローラ21から駆動装置14に与えられる位置指令、図8(b)は照射面上のレーザの移動速度、図8(c)は、コントローラ14の中央処理部21からレーザ信号生成回路23に与えられるレーザ出力指令、図8(d)は、照射面に照射されるレーザパワーである。
図7、図8を用いて、動作について説明する。コントローラ14の中央処理部21はソフトウェアの制御周期でレーザ信号生成回路23に対しレーザパワー指令、増分値指令、パワーディレイを与える。レーザパワー指令は、レーザパワー指令値であり、初期時点(250μs時点)では“0”である。増分値指令は、レーザ信号生成回路の制御周期単位で、レーザパワー指令に対し加算されるレーザパワーの増分値である。コントローラのソフトウェアでは、式1に基づきレーザパワーの増分値の演算を行う。
FIG. 7 is a configuration example of a laser processing apparatus for performing the method of the present invention. The difference from the first embodiment is the laser output command that the central processing unit 21 of the controller 14 gives to the laser signal generation circuit 23, and there are three types of laser power command, (laser power) increment value command, and power delay. is there.
8A is a position command given from the controller 21 to the driving device 14, FIG. 8B is a moving speed of the laser on the irradiation surface, and FIG. 8C is a central processing unit of the controller 14. The laser output command given from 21 to the laser signal generation circuit 23, FIG. 8D, is the laser power applied to the irradiated surface.
The operation will be described with reference to FIGS. The central processing unit 21 of the controller 14 gives a laser power command, an increment value command, and a power delay to the laser signal generation circuit 23 in a software control cycle. The laser power command is a laser power command value, and is “0” at the initial time (250 μs). The increment value command is a laser power increment value added to the laser power command in units of control periods of the laser signal generation circuit. The controller software calculates the laser power increment based on Equation (1).
レーザパワー増分値=
(目標レーザパワー − 現在レーザパワー)÷(位置指令の周期/レーザ信号生成回路の制御周期) ・・・ 式1
Laser power increment value =
(Target laser power-current laser power) / (position command cycle / laser signal generation circuit control cycle) Equation 1
レーザパワー増分値は、前記現在のレーザパワー指令と前記レーザパワーの目標値の差分値を、位置指令周期に対する前記レーザ信号生成回路23の分解能(ハードウェア制御周期)に応じて分割されたものとなる。
たとえば、現在レーザパワーが“0” 、レーザパワーの目標値が“100”、位置指令の周期が250μs、前記レーザ信号生成回路23のハードウェア制御周期が“10μs”である場合、増分値指令は“100/25=4”となる。
パワーディレイは、レーザ信号生成回路23がレーザ発振器16にレーザ駆動信号を出力する際のディレイであり図7では“0”としている。
前記レーザ信号生成回路23は、前記レーザパワー指令“0”に前記増分値“4”をレーザ信号生成回路の制御周期毎に加算してレーザ駆動信号を生成し、レーザ発振器25に出力する。25回の加算終了後は最終値を出力しつづける。つぎのコントローラのソフトウェアの制御周期で新たな指令がくると、同様にしてレーザ信号生成回路の制御周期毎にレーザ駆動信号を生成する。
このように、コントローラのレーザ信号生成回路にレーザ出力指令を指令する際、現在のレーザパワー指令と今回のレーザパワー指令の差分値を前記レーザ信号生成回路の分解能に応じて分割し、分割した値をパワー増分値として前記レーザ信号生成回路に与えることにより、レーザ信号生成回路は、前記パワー増分値を前記レーザ信号生成回路の制御周期毎に加算してレーザパワー信号を生成し、レーザ発振器に出力するため、コントローラのソフトウェアの制御周期より短い周期でレーザ駆動信号を更新できるため、速度変動に対して、より高精度な加工が実現できる。
The laser power increment value is obtained by dividing the difference value between the current laser power command and the target value of the laser power in accordance with the resolution (hardware control cycle) of the laser signal generation circuit 23 with respect to the position command cycle. Become.
For example, when the current laser power is “0”, the target value of the laser power is “100”, the position command cycle is 250 μs, and the hardware control cycle of the laser signal generation circuit 23 is “10 μs”, the incremental value command is “100/25 = 4”.
The power delay is a delay when the laser signal generation circuit 23 outputs a laser drive signal to the laser oscillator 16 and is “0” in FIG.
The laser signal generation circuit 23 adds the increment value “4” to the laser power command “0” for each control period of the laser signal generation circuit, generates a laser drive signal, and outputs the laser drive signal to the laser oscillator 25. After 25 additions, the final value continues to be output. When a new command is received in the next controller software control cycle, similarly, a laser drive signal is generated for each control cycle of the laser signal generation circuit.
Thus, when commanding the laser output command to the laser signal generation circuit of the controller, the difference value between the current laser power command and the current laser power command is divided according to the resolution of the laser signal generation circuit, and the divided value Is supplied to the laser signal generation circuit as a power increment value, so that the laser signal generation circuit adds the power increment value for each control period of the laser signal generation circuit to generate a laser power signal and outputs it to the laser oscillator. Therefore, since the laser drive signal can be updated at a cycle shorter than the control cycle of the software of the controller, higher-accuracy machining can be realized with respect to speed fluctuations.
図9は、本発明の請求項2の実施例の動作を示す図であり、図8と同様に、図9(a)はコントローラ21から駆動装置14に与えられる位置指令、図9(b)は照射面上のレーザの移動速度、図9(c)は、コントローラ14の中央処理部21からレーザ信号生成回路23に与えられるレーザ出力指令、図9(d)は、照射面に照射されるレーザパワーである。
つぎに、図7、図9を用いて、タイムラグを入れた場合の動作について説明する。図9では、図8の条件に加え、位置指令を駆動装置に与えるタイミングと実際の移動には280μsのタイムラグがあるものとしている。この場合、レーザ出力指令としては、図8の場合と同様、レーザパワー指令“0”、増分値指令は“4”となる。一方、パワーディレイ値は、位置指令と実際の移動とのタイムラグにあわせるため“30”とする。
前記レーザ信号生成回路23は、パワーディレイを考慮して、中央処理部からの入力後30μs後から、前記レーザパワー指令“0”に前記増分値“4”をレーザ信号生成回路の制御周期毎に加算してレーザ駆動信号を生成しレーザ発振器16に出力する。
また、ガルバノメータが停止状態から移動を開始する時には、レーザパワー指令“0”が出力されると、移動開始時点でのレーザパワーが0となり、未加工部となるので、コントローラ側で設定された移動開始時のレーザパワー値を、ガルバノメータが停止状態から移動を開始する瞬間と、移動状態から停止状態になる瞬間に出力するようにする。コントローラのソフトウェアでは、式2,3に基づき移動開始時と移動完了時のレーザパワーの増分値の演算を行う。
FIG. 9 is a diagram showing the operation of the embodiment of claim 2 of the present invention. Like FIG. 8, FIG. 9 (a) shows the position command given from the controller 21 to the drive device 14, and FIG. 9 (b). Is the moving speed of the laser on the irradiated surface, FIG. 9C is a laser output command given from the central processing unit 21 of the controller 14 to the laser signal generating circuit 23, and FIG. 9D is irradiated to the irradiated surface. Laser power.
Next, an operation when a time lag is inserted will be described with reference to FIGS. In FIG. 9, in addition to the conditions in FIG. 8, it is assumed that there is a time lag of 280 μs between the timing at which the position command is given to the driving device and the actual movement. In this case, as in the case of FIG. 8, the laser power command is “0” and the increment value command is “4” as in the case of FIG. On the other hand, the power delay value is set to “30” to match the time lag between the position command and the actual movement.
In consideration of power delay, the laser signal generation circuit 23 adds the increment value “4” to the laser power command “0” every control cycle of the laser signal generation circuit 30 μs after the input from the central processing unit. A laser drive signal is generated by addition and output to the laser oscillator 16.
In addition, when the galvanometer starts to move from the stop state, if the laser power command “0” is output, the laser power at the start of the movement becomes 0, which is an unprocessed part. Therefore, the movement set on the controller side The laser power value at the start is output at the moment when the galvanometer starts moving from the stopped state and the moment when the galvanometer enters the stopped state from the moving state. The controller software calculates the laser power increment value at the start and end of movement based on equations (2) and (3).
移動開始時レーザパワー増分値=
(目標レーザパワー − 移動開始時レーザパワー)÷(位置指令の周期/レーザ信号生成回路の制御周期) ・・・ 式2
Laser power increment at the start of movement =
(Target laser power-laser power at the start of movement) / (position command cycle / laser signal generation circuit control cycle) Equation 2
移動終了時レーザパワー増分値=
(移動終了時レーザパワー − 現在レーザパワー)÷(位置指令の周期/レーザ信号生成回路の制御周期) ・・・ 式3
Laser power increment at the end of movement =
(Laser power at end of movement-present laser power) / (position command cycle / laser signal generation circuit control cycle) Equation 3
このように、コントローラのレーザ信号生成回路にレーザ出力指令を指令する際、レーザパワー指令、増分値指令に加えパワーディレイ時間を指令し、前記レーザ信号生成回路は、出力指令受信時から前記パワーディレイ時間の経過後に、レーザ駆動信号を前記レーザ発振器に出力するため、コントローラのソフトウェアの制御周期に比べ短い間隔のタイムラグに対しても、より高精度な加工が実現できる。
加速時から一定速度に変化した場合、加速時は、増分値指令に応じて増加していき、一定速度になったことをエンコーダ信号から検出した場合、レーザは一定強度で照射される。
減速時は、オフディレイパラメータが残移動量以下になった場合、レーザ強度は減少値指令に応じて減少していく。このようにすることで、速度変動に対して、より高精度な加工が実現できる。
As described above, when a laser output command is commanded to the laser signal generation circuit of the controller, a power delay time is commanded in addition to the laser power command and the increment value command, and the laser signal generation circuit receives the power delay from the time when the output command is received. Since a laser drive signal is output to the laser oscillator after a lapse of time, higher-accuracy machining can be realized even for a time lag that is shorter than the control period of the controller software.
When the speed changes from the acceleration time to a constant speed, the acceleration speed increases according to the increment value command. When the constant speed is detected from the encoder signal, the laser is irradiated with a constant intensity.
At the time of deceleration, if the off-delay parameter becomes equal to or less than the remaining movement amount, the laser intensity decreases according to the decrease value command. By doing in this way, a more highly accurate process is realizable with respect to a speed fluctuation.
11 ガルバノミラー
12 ガルバノメータ
13 エンコーダ
14 駆動装置
15 コントローラ
16 レーザ発振器
21 中央処理部
22 コントローラソフトウェア
23 レーザ出力生成回路
101 ガルバノメータ
102 サーボドライバ
103 コントローラ
104 ホストPC
105 レーザ装置
201 指令速度
202 ミラー速度
203 レーザ出力
204 レーザオンディレイタイマ
205 レーザオフディレイタイマ
206 単位時間あたりのレーザ照射量
207 従来制御方式での加工痕
208 理想加工痕
301 モーションプログラム
302 プログラム解析部
303 指令作成部
304 ドライバへの動作指令
305 レーザ出力線
306 レーザ出力遅延処理部
307 レーザ出力遅延時間
308 レーザ出力決定部
309 レーザ出力開始までの移動量
310 レーザ出力終了までの残移動量
401 本発明方式での加工痕
11
105 Laser Device 201 Command Speed 202 Mirror Speed 203
Claims (2)
前記コントローラは、
コントローラソフトウェアと、
中央処理部と、
前記レーザ装置を駆動するためのレーザ駆動信号を生成するレーザ信号生成回路と、
を備えており、
前記中央処理部は、前記サーボドライバに位置指令を与えるとともに当該位置指令に同期するように、前記コントローラソフトウェアの制御周期であるソフトウェア制御周期で、前記レーザ信号生成回路にレーザパワー指令と増分値指令を与えるものであり、
前記コントローラソフトウェアは、前記増分値指令として、現在のレーザパワー指令と目標のレーザパワー指令の差分値を前記ソフトウェア制御周期で除した値に当該ソフトウェア制御周期より短い前記レーザ信号生成回路の制御周期であるハードウェア制御周期を乗じた値を演算し、
前記レーザ信号生成回路は、前記ハードウェア制御周期毎に前記増分値指令を前記レーザパワー指令に加算して前記レーザ駆動信号を生成し、前記レーザ装置に出力することを特徴とするガルバノスキャナシステム。 Galvanometer scanner with a galvanometer scanner biaxial driven by respective servo driver perpendicular to each other, and a laser device for irradiating a laser beam to the galvano scanner, and a controller for controlling in synchronism the laser device and the servo driver a system,
The controller is
Controller software,
A central processing unit;
A laser signal generation circuit for generating a laser drive signal for driving the laser device;
With
The central processing unit gives a position command to the servo driver and synchronizes with the position command with a software control cycle that is a control cycle of the controller software, and a laser power command and an increment value command to the laser signal generation circuit. And give
The controller software uses a control cycle of the laser signal generation circuit shorter than the software control cycle as a value obtained by dividing the difference value between the current laser power command and the target laser power command by the software control cycle as the increment value command. Calculate a value multiplied by a hardware control cycle,
Galvano scanner system the laser signal generating circuit, said increment command by adding to the laser power command to the hardware control for each cycle to generate the laser driving signal, characterized by also be output from the laser device .
前記コントローラは、
コントローラソフトウェアと、
中央処理部と、
前記レーザ装置を駆動するためのレーザ駆動信号を生成するレーザ信号生成回路と、
を備えており、
前記中央処理部は、前記サーボドライバに位置指令を与えるとともに当該位置指令に同期するように、前記コントローラソフトウェアの制御周期であるソフトウェア制御周期で、前記レーザ信号生成回路にレーザパワー指令と増分値指令を与えるものであり、
前記コントローラソフトウェアは、前記増分値指令として、現在のレーザパワー指令と目標のレーザパワー指令の差分値を前記ソフトウェア制御周期で除した値に当該ソフトウェア制御周期より短い前記レーザ信号生成回路の制御周期であるハードウェア制御周期を乗じた値を演算し、
前記レーザ信号生成回路は、前記ハードウェア制御周期毎に前記増分値指令を前記レーザパワー指令に加算して前記レーザ駆動信号を生成し、前記レーザ装置に出力することを特徴とするガルバノスキャナシステムの制御方法。 A galvano scanner comprising: a biaxial galvano scanner orthogonal to each other and driven by a servo driver; a laser device that irradiates the galvano scanner with laser light; and a controller that controls the servo driver and the laser device in synchronization. A system control method comprising:
The controller is
Controller software,
A central processing unit;
A laser signal generation circuit for generating a laser drive signal for driving the laser device;
With
The central processing unit gives a position command to the servo driver and synchronizes with the position command with a software control cycle that is a control cycle of the controller software, and a laser power command and an increment value command to the laser signal generation circuit. And give
The controller software uses a control cycle of the laser signal generation circuit shorter than the software control cycle as a value obtained by dividing the difference value between the current laser power command and the target laser power command by the software control cycle as the increment value command. Calculate a value multiplied by a hardware control cycle,
The laser signal generating circuit, the hard wear-the incremental value command to control each period and added to the laser power command to generate the laser drive signal, output to Turkey, features and be Ruga to said laser device Control method for the Lubano scanner system.
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