JP5622973B1 - 加工制御装置、レーザ加工装置および加工制御方法 - Google Patents

加工制御装置、レーザ加工装置および加工制御方法 Download PDF

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Abstract

XYテーブル(9)とガルバノスキャナとを制御する制御装置が、被加工物上の加工エリア(82)をガルバノエリアに移動させる際に、加工エリア(82)が、移動の目標座標から予め設定された距離を有したインポジション範囲内に入ると、XYテーブル(9)を停止させることなく移動させながらガルバノエリア(82)内でレーザ光を位置決めさせる協調制御を開始するとともに、加工エリア(82)が、ガルバノエリアに到達してXYテーブル(9)が停止するまで、協調制御を実行することによって、加工エリア(82)内の協調制御領域をレーザ加工させ、加工エリア(82)が、ガルバノエリアに到達してXYテーブル(9)が停止すると、XYテーブル(9)を停止させた状態で、加工エリア(82)内の残りの加工領域をレーザ加工させることで、容易に加工効率を向上させる。

Description

本発明は、被加工物のレーザ加工に用いる加工制御装置、レーザ加工装置および加工制御方法に関する。
プリント基板などのワーク(加工対象物)を加工する装置の1つとして、ワークにレーザ光を照射して穴あけ加工を行うレーザ加工装置(マイクロレーザ加工機)がある。このような、レーザ加工装置では、ワークを載置したXYテーブルを移動させて停止させた後にガルバノスキャナを走査してガルバノエリア内のレーザ加工を行なっていた(ステップ方式)。このステップ方式では、XYテーブルを移動させて停止させ、ガルバノエリア内をレーザ加工した後に、次のガルバノエリアにXYテーブルを移動させて停止させるという処理をワーク面内で繰り返している。このため、XYテーブルが移動中の間はワークをレーザ加工ができず、レーザ加工にロス時間が発生していた。
このため、特許文献1,2に記載のレーザ加工方法では、XYテーブルとガルバノスキャナとを同期させることにより、XYテーブルを動作させたままガルバノスキャナを走査してレーザ加工を行う協調制御を行っている。
特開2000−100608号公報 特開2011−140057号公報
しかしながら、上記従来の技術では、ガルバノスキャナ側の位置決めデータを算出するアルゴリズム(CAM(Computer Aided Manufacturing)データ)が複雑であり、協調制御を実現するための開発に多大な時間を要するという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率の良いレーザ加工を容易に行うことができる加工制御装置、レーザ加工装置および加工制御方法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、本発明の加工制御装置は、被加工物を載置して前記被加工物の主面と平行な面内であるXY平面内を移動するXYテーブルと、レーザ光源から出射されたレーザ光をガルバノエリア内で位置決めして前記被加工物上にレーザ光を照射させるガルバノスキャナと、を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記被加工物にレーザ加工を行なう際には、前記XYテーブルを制御することによって、前記被加工物上に設定された加工エリアを順番にガルバノエリアに移動させるとともに、前記ガルバノスキャナを制御することによって、前記ガルバノエリア上に移動してきた各加工エリアに対して前記レーザ光を位置決めさせ、前記加工エリアを前記ガルバノエリアに移動させる際に、前記加工エリアが、移動の目標座標から予め設定された距離を有したインポジション範囲内に入ると、前記XYテーブルを停止させることなく移動させながら前記ガルバノエリア内で前記レーザ光を位置決めさせる第1の協調制御を開始するとともに、前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止するまで、前記第1の協調制御を実行することによって、前記加工エリア内の第1の協調制御領域をレーザ加工させ、前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止すると、前記XYテーブルを停止させた状態で、前記加工エリア内の残りの加工領域をレーザ加工させることを特徴とする。
本発明によれば、効率の良いレーザ加工を容易に行うことが可能になるという効果を奏する。
図1は、実施の形態1に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 図2は、制御装置の構成を示すブロック図である。 図3は、ワーク上に設定する加工エリアの順番を説明するための図である。 図4は、実施の形態1に係るレーザ加工処理の処理手順を説明するための図である。 図5−1は、XYテーブルの移動速度を示す図である。 図5−2は、加工エリアの目標座標までの距離とインポジション範囲との関係を説明するための図である。 図6−1は、従来のレーザ加工処理の処理手順を示す図である。 図6−2は、実施の形態1に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。 図7は、XYテーブルの整定特性例を示す図である。 図8は、XYテーブルの停止時の振動を説明するための図である。 図9は、残距離情報の停止時の振幅とインポジション範囲との関係を説明するための図である。 図10は、実施の形態2に係るレーザ加工処理の処理手順を説明するための図である。 図11は、実施の形態2に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。 図12は、実施の形態3に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。 図13は、実施の形態4に係るレーザ加工処理の処理手順を説明するための図である。 図14は、XYテーブルの移動速度を示す図である。 図15は、実施の形態4に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。
以下に、本発明の実施の形態に係る加工制御装置、レーザ加工装置および加工制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これら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、実施の形態1に係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、後述のワーク(被加工物)Wにプリント配線板のスルーホールなどを形成するための穴加工を行う装置である。本実施の形態のレーザ加工装置100は、ステップ方式でXYテーブル9を移動させるとともに、XYテーブル9が移動することによってガルバノエリアが所望の座標(目標座標)になると、XYテーブル9が停止するまで協調制御によってレーザ加工を行なう。そして、XYテーブル9が停止し、ガルバノエリアが所望の座標になると、レーザ加工装置100は、XYテーブル9を停止させた状態でレーザ加工を行なう。
レーザ加工装置100は、制御装置(加工制御装置)200、アンプ31x,31y,32x,32y、モータ5x,5y、XYテーブル9、ガルバノスキャナGx,Gy、レーザ発振器(レーザ光源)6を備えている。
制御装置200は、ガルバノスキャナGx,Gyを制御するガルバノコントローラ(レーザ光走査系制御部)1と、XYテーブル9を制御するXYテーブルコントローラ(搬送系制御部)2とを有している。制御装置200は、所望のレーザ光照射位置にレーザ光が照射されるよう、XYテーブル9とガルバノスキャナGx,Gyを制御する。
ガルバノコントローラ1は、ガルバノスキャナGx,Gyを制御するための制御信号(ガルバノ制御指令)をアンプ31x,31yに出力する。XYテーブルコントローラ2は、XYテーブル9を制御するための制御信号(XYテーブル制御指令)をアンプ32x,32yに出力する。
アンプ31x,31yは、それぞれガルバノコントローラ1から送られてくるガルバノ制御指令を増幅して、ガルバノスキャナGx,Gyに送る。アンプ32x,32yは、それぞれXYテーブルコントローラ2から送られてくるXYテーブル制御指令を増幅して、モータ5x,5yに送る。
レーザ発振器6は、レーザ光を出力(パルス出射)してワークWに送る装置であり、ガルバノコントローラ1によって制御されている。ガルバノスキャナGx,Gyは、レーザ発振器6から出射されたレーザ光をガルバノエリア内で位置決めしてワークW上にレーザ光を照射させる。ガルバノスキャナGx,Gyは、レーザ光を走査することによって、図示しないfθレンズを介してワークW上のレーザ加工位置にレーザ光を照射する。ガルバノスキャナGx,Gyは、ガルバノコントローラ1と接続されたエンコーダ8x,8yを有している。このエンコーダ8x,8yは、ガルバノスキャナGx,Gの状態(ガルバノ位置情報)を検出し、検出したガルバノ位置情報をガルバノコントローラ1に送る。
レーザ発振器6から出力するレーザ光の出射タイミングと、ガルバノスキャナGx,Gyによるレーザ光の照射位置とは、所望の穴あけ位置にレーザ光を照射できるよう、エンコーダ8x,8yからのガルバノ位置情報に基づいて、ガルバノコントローラ1によって制御される。
モータ5x,5yは、XY平面内(ワークWの主面に平行な面内)で、XYテーブル制御指令に応じた位置(X,Y座標)にXYテーブル9を移動させる。XYテーブル9は、ワークWを載置するとともに、XY平面内を移動することによってワークWを搬送する。XYテーブル9は、XYテーブル9のX方向の位置を検出するリニアスケール7xと、XYテーブル9のY方向の位置を検出するリニアスケール7yと、を具備している。なお、リニアスケール7x,7yは、精度良くXYテーブル9の位置情報(座標)を検知するために、XYテーブル9に取り付ける。
本実施の形態のリニアスケール7x,7yは、検出したXYテーブル9のXY平面内での位置情報(XYテーブル位置情報)をXYテーブルコントローラ2とガルバノコントローラ1に送る。リニアスケール7x,7yは、ガルバノコントローラ1へのXYテーブル位置情報を、XYテーブルコントローラ2を介することなく直接ガルバノコントローラ1に送る。これは、ガルバノコントローラ1の処理周期は、XYテーブルコントローラ2の処理周期より高速であるため、リニアスケール7x,7yの位置情報を、XYテーブルコントローラ2を通してからガルバノコントローラ1へ転送すると、遅延が発生し、協調制御ができなくなるためである。
XYテーブルコントローラ2は、後述する加工プログラムと、XYテーブル位置情報と、に基づいて、XYテーブル9の位置を制御する。本実施の形態のXYテーブルコントローラ2は、XYテーブル9がXY平面内をステップ方式で移動するよう制御する。具体的には、XYテーブルコントローラ2は、ワークWを載置したXYテーブル9をガルバノエリアに順番に移動させるとともに、各加工エリアでレーザ加工を行なう間、XYテーブル9を停止させる。
ガルバノコントローラ1は、後述する加工プログラムと、XYテーブル位置情報と、に基づいて、ガルバノスキャナGx,Gy(レーザ光の照射位置)を制御する。本実施の形態のガルバノコントローラ1は、XYテーブル9が移動を開始した後、次の加工位置で停止する所定時間前に、ガルバノスキャナGx,Gyの走査を開始してガルバノエリア内のレーザ加工を開始する。
具体的には、XYテーブル9が、ステップ方式によって、ワークWの次の加工エリアをガルバノエリア上へ移動させる際に、次の加工エリアの最先端部が目標座標(ガルバノエリアの最先端部)に所定距離まで近付くと(後述するインポジション範囲内に入ると)、協調制御が開始される。協調制御は、XYテーブル9とガルバノスキャナGx,Gyとを同期させることにより、XYテーブル9を動作させたままガルバノスキャナGx,Gyを走査してレーザ加工を行う制御である。
XYテーブル9が移動する際には、XYテーブル9は、所定速度まで加速し、その後、停止するまで減速する。このため、次の加工エリアが目標座標に所定距離まで近付くタイミングは、XYテーブル9の速度が所定速度よりも遅くなるタイミングである。したがって、XYテーブル9が、ステップ方式によって、ワークW上の次の加工位置をガルバノエリア上へ移動させる際に、XYテーブル9の速度が所定速度よりも遅くなるタイミング(停止前)で、協調制御が開始されることとなる。
このように、本実施の形態では、XYテーブルコントローラ2が、ステップ方式でXYテーブル9を移動させるとともに、ガルバノコントローラ1は、XYテーブル9(ワークW)が次の加工位置(ガルバノエリア)で停止する前に、ガルバノスキャナGx,GyとXYテーブル9との協調制御を行う。これにより、XYテーブル9が移動中の所定のタイミング(XYテーブル9が停止する直前の所定期間)でのみ協調制御が行われる。
図2は、制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置200は、ガルバノコントローラ1、XYテーブルコントローラ2、加工プログラム記憶部3、加工指示部4を備えている。なお、ここでのガルバノコントローラ1、XYテーブルコントローラ2が特許請求の範囲に記載の制御部に対応している。
加工プログラム記憶部3は、ワークWのレーザ加工に用いる加工プログラムを記憶するメモリなどである。加工プログラムは、XYテーブル9の位置を指定するワーク位置指令などを含んで構成されたXYテーブル用の加工プログラムと、ガルバノスキャナへのレーザ加工位置を指定する加工位置指令などを含んで構成されたガルバノスキャナ用の加工プログラムと、の2つのプログラムで構成されている。加工指示部4は、2つの加工プログラムに従ってガルバノコントローラ1に加工位置指令を送り、XYテーブルコントローラ2にワーク位置指令を送る。
XYテーブルコントローラ2は、XYテーブル位置情報入力部21とテーブル制御部22を有している。XYテーブル位置情報入力部21は、リニアスケール7x,7yから送られてくるXYテーブル位置情報を入力して、テーブル制御部22に送る。テーブル制御部22は、加工指示部4から送られてくるワーク位置指令とXYテーブル位置情報に基づいて、XYテーブル9の位置を制御する。
ガルバノコントローラ1は、XYテーブル位置情報入力部11とガルバノスキャナ制御部12を有している。XYテーブル位置情報入力部11は、リニアスケール7x,7yから送られてくるXYテーブル位置情報を入力して、ガルバノスキャナ制御部12に送る。ガルバノスキャナ制御部12は、加工指示部4から送られてくる加工位置指令とXYテーブル位置情報に基づいて、ガルバノスキャナGx,Gy(レーザ光照射位置)を制御する。
制御装置200は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを含んで構成されている。そして、CPUは、コンピュータプログラムである加工プログラムを用いてワークWのレーザ加工制御を行う。
ここで、協調制御でのXYテーブル9の座標と、ガルバノスキャナGx,Gyの座標との関係を説明する。通常ステップ加工では、ガルバノスキャナGx,Gyの座標(Gx,Gy)=(0,0)のときに、レーザ光が加工エリアの中心に照射されるような位置に、加工エリアを位置決めする。この加工エリアの位置(XYテーブル9の位置)を(Tx0,Ty0)=(0,0)とする。
一方、協調制御する場合、XYテーブル9は、(Tx,Ty)=(0,0)を目標に位置決めするわけであるが、例えばX+方向にXYテーブルが移動している場合、(Tx,Ty)=(−1.0,0)からがインポジション範囲となる。このとき、加工エリアの中心にレーザ光を照射しようとすると、ガルバノスキャナGx,Gyの座標は(Gx,Gy)=(−1.0,0)にする必要がある。すなわち、XYテーブル9のステップ送り時の現在座標(Tx,Ty)から目標座標(Tx0,Ty0)の差分距離をガルバノスキャナGx,Gyを動かすことで、XYテーブル9が目標座標からずれた分を相殺することができる。
また、このようにガルバノスキャナGx,Gyを制御することで、レーザ光の照射に要する時間(数マイクロsec〜数十マイクロsec)も、XYテーブル9にガルバノスキャナGx,Gyを連動させながら動作させることができ、この結果、レーザ加工穴が楕円になることや、位置ずれすることを防止できる。なお、XYテーブル9とガルバノスキャナGx,Gyとの同期方法は、特許文献1に記載されている方法などを用いることができる。
つぎに、ワークW上に設定されている各加工エリアの加工順序について説明する。各加工エリアの加工順序は、予めガルバノスキャナ用の加工プログラム内に設定しておく。図3は、ワーク上に設定する加工エリアの加工順を説明するための図である。
本実施の形態では、ワークWに複数の加工エリアを設定することにより、複数の加工エリアでワークW上の領域を分割する。図3では、ワークW上の領域をX軸方向およびY軸方向に並ぶ格子状の加工エリアで分割した場合の、ワークWの上面図を示している。ここでの加工エリア10−1,10−2,10−N(Nは自然数)の大きさが、ガルバノエリアの大きさに対応している。
ワークWへのレーザ加工を行う際には、各加工エリアが順番にガルバノエリアになるよう、XYテーブル9がXY平面内を移動する。例えば、加工エリア10−1でレーザ加工が行なわれた後、加工エリア10−2がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動する。そして、加工エリア10−2でレーザ加工が行なわれた後、次の加工エリア10−3がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動する。ワークWへのレーザ加工を行う際には、ガルバノエリアを加工エリアに移動する処理と、加工エリア内でのレーザ加工処理と、が繰り返される。
つぎに、実施の形態1に係るレーザ加工処理の処理手順について説明する。図4は、実施の形態1に係るレーザ加工処理の処理手順を説明するための図である。ここでは、加工エリア10−1〜加工エリア10−6の順番で、レーザ加工が行なわれる場合について説明する。
加工エリア10−1でレーザ加工が行なわれた後、加工エリア10−2がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動する。XYテーブル9が移動を開始すると、XYテーブル9は加速を始める。そして、XYテーブル9が所定の速度に到達すると、XYテーブル9の加速を完了し、XYテーブル9は、所定の速度で移動し続ける。そして、XYテーブル9を停止させる際には、XYテーブル9が減速を始める。XYテーブル9の速度が0になることにより、XYテーブル9が停止する。
本実施の形態では、XYテーブル9が減速を始めた後、加工エリアが目標座標に所定距離まで近付いた時点で、制御装置200が、協調制御を開始する。換言すると、加工エリアと目標座標との間の距離の差(目標座標までの距離)が、所定値以下となった時点で、制御装置200が、協調制御を開始する。このように、加工エリアが、目標座標から所定の距離を有したインポジション範囲内に入ると、協調制御が開始される。
そして、XYテーブル9が停止するまでの間、制御装置200は、ガルバノスキャナGx,GyとXYテーブル9との協調制御を行う。換言すると、インポジション範囲内では、XYテーブル9が停止するまでの間、協調制御が行われる。インポジション範囲は、例えば、XYテーブル9の移動速度や、ガルバノスキャナGx,Gyによる位置決め速度などに基づいて設定される。
協調制御が行われる領域(協調制御領域)は、加工エリア内の一部の領域である。例えば、加工エリアのうち、移動方向の先端部を協調制御領域とする。図4では、加工エリア10−2〜10−6の各協調制御領域を、協調制御領域40−2〜40−6で示している。
例えば、加工エリア10−1の全エリアがレーザ加工された後、加工エリア10−2がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動を開始する。そして、加工エリア10−2が、インポジション範囲内に入ると、XYテーブル9が停止するまでの間、加工エリア10−2内の協調制御領域40−2が協調制御によってレーザ加工される。そして、XYテーブル9が停止した後は、XYテーブル9が停止した状態で、加工エリア10−2のうち協調制御領域40−2以外の領域がレーザ加工される。
そして、加工エリア10−2の全エリアがレーザ加工された後、加工エリア10−3がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動を開始する。この後、加工エリア10−2と同様の処理によって、加工エリア10−3〜10−6が順番にレーザ加工される。なお、インポジション範囲と協調制御領域とは、同一領域である必要はなく、協調制御領域は、何れの領域であってもよい。
図5−1は、XYテーブルの移動速度を示す図であり、図5−2は、加工エリアの目標座標までの距離とインポジション範囲との関係を説明するための図である。図5−1の横軸は時間であり、縦軸は、XYテーブル9の移動速度である。図5−1に示すように、XYテーブル9は、移動を開始すると所定時間だけ加速を行なう。これにより、XYテーブル9は、所定の速度まで到達する。そして、加工エリアが目標座標に近付いてくると、XYテーブル9は、減速を始める。これにより、XYテーブル9は、加工エリアを目標座標で停止させる。
本実施の形態では、XYテーブル9が所定速度よりも遅くなった後、XYテーブル9が停止するまでの間(加工エリアがインポジション範囲内に入っている間)(時間範囲71)に、協調制御が行われる。
図5−2では、加工エリアの目標座標までの距離を示す残距離51Aと、インポジション中であるか否かを示すインポジション情報52Aと、レーザ光を照射するタイミングを示す照射タイミング情報53Aと、を示している。残距離51Aは、加工エリアの現在位置に対応している。
XYテーブル9の移動に伴って、残距離51Aは、小さな値となり、XYテーブル9が停止する時点で残距離51Aが0となる。残距離51Aが小さくなっていく過程で、残距離51Aが所定値まで小さくなると加工エリアがインポジション範囲内に入ってくる。インポジション範囲は、協調制御が行われる範囲であり、例えば、目標座標からX方向およびY方向にそれぞれ±1mmの範囲である。
加工エリアがインポジション範囲に入ると、インポジション情報52Aは、インポジション中であることを示す状態(High)になる。インポジション情報52Aが、インポジション中になると、レーザ加工を行ってもよい状態であるので、協調制御によるレーザ加工が開始される。レーザ加工が開始されると、照射タイミング情報53Aに示すように、所定のタイミングでレーザ光がワークWに照射される。この場合において、ガルバノコントローラ1は、XYテーブル9が目標位置で停止しているものとしてガルバノスキャナGx,Gyを制御する。
例えば、XYテーブル9の最高移動速度が50m/minであり、XYテーブル9の加減速時間が100msec(台形加減速)であるとする。また、加工エリアが50mm四方であり、インポジション範囲が±1mmであるとする。この場合、加工エリアから次の加工エリアまでガルバノエリアを移動させるためには、XYテーブル9が50mmだけ移動する必要がある。そして、50mmの移動時間は、0.2secである。なぜならば、50mmの移動ではXYテーブル9が最高速度に達せず、500mm/secを頂点とする三角波形となるためである。
この場合において、XYテーブル9が停止する際に、残距離51Aがインポジション範囲に入ってから停止するまでの時間は、0.02secとなる。このため、インポジション範囲を±1mmとして、この範囲に入ったらすぐにガルバノスキャナGx,Gyを動作させてレーザ加工を開始すれば、1つの加工エリアあたり0.02secの加工時間短縮となる。
図6−1は、従来のレーザ加工処理の処理手順を示す図であり、図6−2は、実施の形態1に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。図6−1および図6−2では、ワークWの断面図を示している。
図6−1に示すように、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81外である場合には(S1)、レーザ加工は行われない。この後、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81内に進入してきた場合であっても(S2)、加工エリア82の全てがガルバノエリア81内に入るまで、レーザ加工は行われない。そして、加工エリア82の全てがガルバノエリア81内に入ると(S3)、加工エリア82が停止した状態でレーザ加工が開始される。
図6−2に示すように、本実施の形態では、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81外である場合には(S11)、レーザ加工は行われない。この後、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81内に進入してきた場合であっても(S12)、加工エリア82がインポジション範囲83A内に入るまで、レーザ加工は行われない。
そして、加工エリア82がインポジション範囲83A内に入ると(S13)、加工エリア82が移動している状態で、制御装置200が、レーザ加工の協調制御を開始する。例えば、XYテーブル9が目標座標の近く(例えば、1mm手前)まで移動してくると、協調制御を用いたガルバノ加工が開始される。レーザ加工の協調制御は、協調制御領域84Aに対して行われる。ここでの加工エリア82は、図4に示した加工エリア10−1〜10−6などに対応し、協調制御領域84Aは、図4に示した協調制御領域40−2〜40−6などに対応している。協調制御領域84Aへのガルバノ加工は、例えば、図6−2に示すように、XYテーブル9の進行方向から実施される。
制御装置200は、レーザ加工の協調制御を開始した後、加工エリア82の全てがガルバノエリア81内に入ると(S14)、加工エリア82が停止した状態でレーザ加工を継続させる。このとき、協調制御領域84Aは、既にレーザ加工が完了しているので、制御装置200は、協調制御領域84A以外の加工エリアをレーザ加工させる。これにより、協調制御領域84Aの加工時間分だけ、従来よりもレーザ加工時間を短縮することが可能となる。
制御装置200は、XYテーブル9が移動している場合であっても停止している場合であっても、XYテーブル9の現在位置と、XYテーブル9の位置決め位置の誤差とを、ガルバノ目標座標から引いて、レーザ光を照射させる。
インポジション範囲は、±1mmに限らず、±1mmよりも狭い範囲であってもよいし、±1mmよりも広い範囲であってもよい。ガルバノエリアのX方向の長さがxである場合、X方向のインポジション範囲には、x/2よりも短い距離が設定される。同様に、ガルバノエリアのY方向の長さがyである場合、Y方向のインポジション範囲には、y/2よりも短い距離が設定される。
ところで、実際のXYテーブル9の整定特性は、例えば、図7に示すような特性となる場合がある。図7は、XYテーブルの整定特性例を示す図である。図7では、インポジション範囲が±5μmである場合の、残距離51Bと、インポジション情報52Bと、照射タイミング情報53Bと、を示している。
XYテーブル9は、例えば、質量が300Kg〜500kgと、非常に重いので、急に停止することはできない。このため、XYテーブル9は、残距離51Bに示すように、徐々に速度を落として停止する。これにより、一定の割合で速度を落とす場合に加工エリアがインポジション範囲に入る場合と、徐々に速度を落として停止する場合に加工エリアがインポジション範囲に入る場合とでは、インポジション範囲に入るまでに要する時間に差が生じる。この時間の差が、整定遅れ時間であり、例えば、300μsecである。
加工エリアがインポジション範囲に入った後も、XYテーブル9は徐々に速度を落として停止する。このため、加工エリアがインポジション範囲に入ってからXYテーブル9が停止するまでの時間は、一定の割合で速度を落とす場合と、徐々に速度を落とす場合とで、時間差が生じる。例えば、徐々に速度を落とす場合、加工エリアがインポジション範囲に入ってからXYテーブル9が停止するまでには、0.05secを要する。
したがって、XYテーブル9が停止してからレーザ加工を開始する場合と、加工エリアがインポジション範囲に入ってからレーザ加工を開始する場合とで、0.05secの差が生じる。このため、本実施の形態のレーザ加工方法を用いることによって、1つの加工エリアあたり0.05secの加工時間を短縮することが可能となる。
加工エリアがインポジション範囲に入ると、インポジション情報52Bは、インポジション中であることを示す状態(例えば、High)になる。インポジション情報52Bが、インポジション中になると、レーザ加工を行ってもよい状態であるので、協調制御によるレーザ加工が開始される。レーザ加工が開始されると、照射タイミング情報53Bに示すように、所定のタイミングでレーザ光がワークWに照射される。
XYテーブル9は、XYテーブル9のボールネジのバックラッシが増えた場合、床剛性が低い場合などには、停止時に振動することがある。図8は、XYテーブルの停止時の振動を説明するための図である。図8では、XYテーブル9が停止時に振動する場合の、残距離51Cと、インポジション情報52Cと、照射タイミング情報53Cと、を示している。
XYテーブル9が停止時に振動する場合、XYテーブル9は、加工エリアが一旦インポジション範囲に入った後、インポジション範囲外に出てしまうといった、振幅を繰り返すような動作になる。
このような場合において、XYテーブル9の振動とレーザ光を照射するタイミングとを協調制御しなければ、XYテーブル9の振動を無視してレーザ光が照射されるので、レーザ光の照射位置に位置ずれを発生させる場合がある。
また、インポジション範囲を、残距離51Cの停止時の振幅(XYテーブル9の振動幅)よりも小さな範囲(例えば、±5μm)に設定すると、インポジション情報52Cは、XYテーブル9の停止時にHighとLowとを繰り返すこととなる。
具体的には、加工エリアがインポジション範囲内に入ると、インポジション情報52Cは、一旦Highを示し、加工エリアがインポジション範囲外に出るとインポジション情報52Cは、Lowを示すこととなる。
そして、インポジション情報52Cが、Highになると、レーザ加工を行ってもよい状態となるので、協調制御によるレーザ加工が開始され、インポジション情報52Cが、Lowになると、レーザ加工を行なわない状態となるので、レーザ加工が停止される。レーザ加工が開始されると、照射タイミング情報53Cに示すように、所定のタイミングでレーザ光がワークWに照射されるものの、レーザ光を照射するタイミングで加工エリアがインポジション範囲を超えていると、レーザ光の照射位置に位置ずれを発生させる場合がある。
そこで、本実施の形態では、XYテーブル9が停止時に振動するような場合には、インポジション範囲を、残距離51Cの停止時の振幅よりも大きな範囲(例えば、±1mm)に設定したうえで、インポジション範囲内で協調制御を行う。
図9は、残距離情報の停止時の振幅とインポジション範囲との関係を説明するための図である。図9では、インポジション範囲を、残距離51Dの停止時の振幅よりも大きな範囲に設定した場合の、残距離51Dと、インポジション情報52Dと、照射タイミング情報53Dと、を示している。ここでの、残距離51Dは、図8に示した残距離51Cと同じものである。
インポジション範囲を、残距離51Dの停止時の振幅よりも大きな範囲に設定しておくことにより、XYテーブル9が停止時に振動しても、加工エリアが一旦インポジション範囲に入った後、インポジション範囲外に出てしまうことを防止できる。また、XYテーブル9が振動した場合であっても、ガルバノスキャナGx,Gyは、XYテーブル9のテーブル座標を考慮して位置決めするので、加工位置精度から、XYテーブル9の振動をキャンセルできる。
加工エリアがインポジション範囲に入ると、インポジション情報52Dは、Highになる。インポジション情報52Dが、Highになると、レーザ加工を行ってもよい状態となるので、協調制御によるレーザ加工が開始される。レーザ加工が開始されると、照射タイミング情報53Dに示すように、所定のタイミングでレーザ光がワークWに照射される。
なお、インポジション範囲は、X方向とY方向とで異なる範囲を設定してもよい。また、インポジション範囲は、加工エリアを移動させる際のXYテーブル9の移動距離や、XYテーブル9が停止する際の減速度などに基づいて、インポジション範囲を設定してもよい。
また、協調制御を行うタイミングは、XYテーブル9の移動速度に基づいて設定してもよい。例えば、制御装置200は、XYテーブル9の移動速度が所定値以下である場合に協調制御を行う。また、協調制御を行うタイミングは、ワークW上に形成される穴の形状(真円度など)に基づいて設定してもよい。
このように、実施の形態1によれば、レーザ加工装置100は、ステップ方式をベースとしつつ、協調制御の要素を組み込んでいる。このため、CAMデータのアルゴリズムを複雑化させることなく、容易に協調制御を実現することが可能となる。また、協調制御を採用しているので加工サイクルタイムを低減できる。したがって、効率の良いレーザ加工を容易に行うことが可能になる。また、インポジション範囲を、残距離51Dの停止時の振幅よりも大きな範囲に設定しておくので、加工位置精度の向上を図ることが可能となる。
また、加工エリアのうち、移動方向の先端部を協調制御領域としているので、協調制御を用いたレーザ加工の後、残りの加工領域に対してレーザ光の照射位置を効率良く位置決めすることが可能となる。
実施の形態2.
つぎに、図10および図11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、加工エリアのうち、移動方向の後端部を協調制御領域とし、実施の形態1と同様の処理手順によってレーザ加工を行なう。
図10は、実施の形態2に係るレーザ加工処理の処理手順を説明するための図である。ここでは、加工エリア10−1〜加工エリア10−6の順番で、レーザ加工が行なわれる場合について説明する。本実施の形態では、レーザ加工装置100は、実施の形態1の場合と同様にXYテーブル9の移動処理と協調制御処理とを行う。
本実施の形態の協調制御領域は、加工エリアのうち移動方向の後端部である。図10では、加工エリア10−2〜10−6の各協調制御領域を、協調制御領域41−2〜41−6で示している。
例えば、加工エリア10−1の全エリアがレーザ加工された後、加工エリア10−2がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動を開始する。そして、加工エリア10−2が、インポジション範囲内に入ると、XYテーブル9が停止するまでの間、加工エリア10−2内の協調制御領域41−2が協調制御によってレーザ加工される。そして、XYテーブル9が停止した後は、XYテーブル9が停止した状態で、加工エリア10−2のうち協調制御領域41−2以外の領域がレーザ加工される。そして、加工エリア10−2の全エリアがレーザ加工された後、加工エリア10−3〜10−6が順番にレーザ加工される。
図11は、実施の形態2に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。図11では、ワークWの断面図を示している。図11に示す処理(S21)〜(S22)は、実施の形態1の図6−2で説明した処理(S11)〜(S12)と同様の処理である。すなわち、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81外である場合には(S21)、レーザ加工は行われない。この後、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81内に進入してきた場合であっても(S22)、加工エリア82がインポジション範囲83B内に入るまで、レーザ加工は行われない。
そして、加工エリア82がインポジション範囲83B内に入ると(S23)、加工エリア82が移動している状態で、制御装置200が、レーザ加工の協調制御を開始する。レーザ加工の協調制御は、協調制御領域84Bに対して行われる(S24)。ここでの協調制御領域84Bは、図10に示した協調制御領域41−2〜41−6などに対応している。
制御装置200は、レーザ加工の協調制御を開始した後、加工エリア82の全てがガルバノエリア81内に入ると(S25)、XYテーブル9を停止させた状態でレーザ加工を継続させる。このとき、協調制御領域84Bは、既にレーザ加工が完了しているので、制御装置200は、協調制御領域84B以外の加工エリアをレーザ加工させる。これにより、協調制御領域84Bの加工時間分だけ、従来よりもレーザ加工時間を短縮することが可能となる。
このように、実施の形態2によれば、レーザ加工装置100は、ステップ方式をベースとしつつ、協調制御の要素を組み込んでいるので、実施の形態1と同様に、容易に協調制御を実現することが可能となる。また、協調制御を採用しているので加工サイクルタイムを低減できる。
また、加工エリアのうち、移動方向の後端部を協調制御領域としているので、協調制御を用いたレーザ加工の後、残りの加工領域に対してレーザ光の照射位置を効率良く位置決めすることが可能となる。
実施の形態3.
つぎに、図12を用いてこの発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3では、加工エリアがガルバノエリアに入ってきた時点で、協調制御を用いたレーザ加工を開始する。そして、協調制御領域へのレーザ加工が完了した後、レーザ加工を一旦停止し、XYテーブル9の移動が完了した後に、協調制御領域以外のレーザ加工を行う。
図12は、実施の形態3に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。図12では、ワークWの断面図を示している。図12に示す処理(S31)は、実施の形態1の図6−2で説明した処理(S11)と同様の処理である。すなわち、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81外である場合には(S31)、レーザ加工は行われない。
この後、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81内に進入してくると、加工エリア82が移動している状態で、制御装置200が、レーザ加工の協調制御を開始する。レーザ加工の協調制御は、加工エリア82のうち移動方向の先端部にある協調制御領域84Cに対して行われる(S32)。ここでの協調制御領域84Cは、図4に示した協調制御領域40−2〜40−6などに対応している。
制御装置200は、協調制御領域84Cへのレーザ加工が終了すると、レーザ加工を停止する。この場合において、協調制御領域84Cへのレーザ加工が終了しても、XYテーブル9は、加工エリア82をガルバノエリア81に移動させる処理を継続する(S33)。
XYテーブル9の移動が完了し、加工エリア82の全てがガルバノエリア81内に入ると(S34)、制御装置200は、XYテーブル9を停止させた状態でレーザ加工を再開させる。このとき、協調制御領域84Cは、既にレーザ加工が完了しているので、制御装置200は、協調制御領域84C以外の加工エリアをレーザ加工させる。これにより、協調制御領域84Cの加工時間分だけ、従来よりもレーザ加工時間を短縮することが可能となる。
このように、実施の形態3によれば、レーザ加工装置100は、ステップ方式をベースとしつつ、協調制御の要素を組み込んでいるので、実施の形態1と同様に、容易に協調制御を実現することが可能となる。また、協調制御を採用しているので加工サイクルタイムを低減できる。
また、加工エリアのうち、移動方向の先端部を協調制御領域としているので、協調制御を用いたレーザ加工の後、残りの加工領域に対してレーザ光の照射位置を効率良く位置決めすることが可能となる。
実施の形態4.
つぎに、図13〜図15を用いてこの発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4では、実施の形態2で説明した協調制御と、実施の形態3で説明した協調制御と、の両方を行う。すなわち、加工エリアがガルバノエリアに入ってきた時点で、協調制御を用いたレーザ加工を開始する。そして、協調制御領域へのレーザ加工が完了した後、レーザ加工を一旦停止し、加工エリアがインポジション範囲内に入ると、再び協調制御を用いたレーザ加工を開始する。そして、XYテーブル9の移動が完了した後に、協調制御領域以外のレーザ加工を行う。
つぎに、実施の形態4に係るレーザ加工処理の処理手順について説明する。図13は、実施の形態4に係るレーザ加工処理の処理手順を説明するための図である。ここでは、加工エリア10−1〜加工エリア10−6の順番で、レーザ加工が行なわれる場合について説明する。
本実施の形態の協調制御領域は、加工エリアのうち移動方向の先端部および後端部である。図13では、加工エリア10−2〜10−6の各協調制御領域を、協調制御領域40−2〜40−6,41−2〜41−6で示している。
例えば、加工エリア10−1の全エリアがレーザ加工された後、加工エリア10−2がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動を開始する。そして、加工エリア10−2の一部が、ガルバノエリアに入ると、加工エリア10−2内の協調制御領域41−2が協調制御によってレーザ加工される。制御装置200は、協調制御領域41−2へのレーザ加工が完了した後、レーザ加工を停止させる。
そして、XYテーブル9が減速を始めた後、加工エリア10−2がインポジション範囲内に入った時点で、制御装置200が、協調制御を再開する。これにより、XYテーブル9が停止するまでの間、協調制御領域40−2へのレーザ加工が行われる。
このように、加工エリア10−2では、協調制御領域40−1,40−2に対して協調制御を用いたレーザ加工が行われる。そして、XYテーブル9が停止した後は、XYテーブル9が停止した状態で、加工エリア10−2のうち協調制御領域40−1,40−2以外の領域がレーザ加工される。
加工エリア10−2の全エリアがレーザ加工された後、加工エリア10−3がガルバノエリアとなるよう、XYテーブル9が移動を開始する。この後、加工エリア10−2と同様の処理によって、加工エリア10−3〜10−6が順番にレーザ加工される。
図14は、XYテーブルの移動速度を示す図である。図14の横軸は時間であり、縦軸は、XYテーブル9の移動速度である。本実施の形態では、XYテーブル9が移動を開始してから所定速度よりも速くなるまでの間(時間範囲72)で、協調制御が行われる。また、XYテーブル9が所定速度よりも遅くなった後、XYテーブル9が停止するまでの間(時間範囲71)に、協調制御が行われる。
図15は、実施の形態4に係るレーザ加工処理の処理手順を示す図である。図15では、ワークWの断面図を示している。図15に示す処理(S41)〜(S43)は、実施の形態3の図12で説明した処理(S31)〜(S33)と同様の処理である。また、図15に示す処理(S44)〜(S46)は、実施の形態2の図11で説明した処理(S23)〜(S25)と同様の処理である。
すなわち、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81外である場合には(S41)、レーザ加工は行われない。この後、ワークW上の加工エリア82がガルバノエリア81内に進入してくると、加工エリア82が移動している状態で、制御装置200が、レーザ加工の協調制御を開始する。レーザ加工の協調制御は、協調制御領域84Cに対して行われる(S42)。
制御装置200は、協調制御領域84Cへのレーザ加工が終了すると、レーザ加工を停止する。この場合において、協調制御領域84Cへのレーザ加工が終了しても、XYテーブル9は、加工エリア82をガルバノエリア81に移動させる処理を継続する(S43)。
そして、加工エリア82がインポジション範囲83B内に入ると(S44)、加工エリア82が移動している状態で、制御装置200が、レーザ加工の協調制御を再開する。レーザ加工の協調制御は、協調制御領域84Bに対して行われる(S45)。
制御装置200は、レーザ加工の協調制御を開始した後、加工エリア82の全てがガルバノエリア81内に入ると(S46)、XYテーブル9を停止させた状態でレーザ加工を継続させる。このとき、協調制御領域84B,84Cは、既にレーザ加工が完了しているので、制御装置200は、協調制御領域84B,84C以外の加工エリアをレーザ加工させる。これにより、協調制御領域84B,84Cの加工時間分だけ、従来よりもレーザ加工時間を短縮することが可能となる。
このように、実施の形態5によれば、レーザ加工装置100は、ステップ方式をベースとしつつ、協調制御の要素を組み込んでいるので、実施の形態1と同様に、容易に協調制御を実現することが可能となる。また、協調制御を採用しているので加工サイクルタイムを低減できる。
また、加工エリアのうち、移動方向の先端部および後端部を協調制御領域としているので、協調制御を用いたレーザ加工の後、残りの加工領域に対してレーザ光の照射位置を効率良く位置決めすることが可能となる。
なお、実施の形態1〜4で説明した処理を、組み合わせてレーザ加工を行ってもよい。例えば、実施の形態1の図7や図9で説明した処理を、実施の形態2〜4に適用してもよい。
以上のように、本発明に係る加工制御装置、レーザ加工装置および加工制御方法は、被加工物のレーザ加工に適している。
1 ガルバノコントローラ、2 XYテーブルコントローラ、6 レーザ発振器、9 XYテーブル、10−1〜10−N,82 加工エリア、12 ガルバノスキャナ制御部、22 テーブル制御部、40−2〜40−6,41−1〜41−6 協調制御領域、81 ガルバノエリア、83A,83B インポジション範囲、84A〜84C 協調制御領域、100 レーザ加工装置、200 制御装置、W ワーク。

Claims (8)

  1. 被加工物を載置して前記被加工物の主面と平行な面内であるXY平面内を移動するXYテーブルと、レーザ光源から出射されたレーザ光をガルバノエリア内で位置決めして前記被加工物上にレーザ光を照射させるガルバノスキャナと、を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、
    前記被加工物にレーザ加工を行なう際には、前記XYテーブルを制御することによって、前記被加工物上に設定された加工エリアを順番にガルバノエリアに移動させるとともに、前記ガルバノスキャナを制御することによって、前記ガルバノエリア上に移動してきた各加工エリアに対して前記レーザ光を位置決めさせ、
    前記加工エリアを前記ガルバノエリアに移動させる際に、前記加工エリアが、移動の目標座標から予め設定された距離を有したインポジション範囲内に入ると、前記XYテーブルを停止させることなく移動させながら前記ガルバノエリア内で前記レーザ光を位置決めさせる第1の協調制御を開始するとともに、前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止するまで、前記第1の協調制御を実行することによって、前記加工エリア内の第1の協調制御領域をレーザ加工させ、
    前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止すると、前記XYテーブルを停止させた状態で、前記加工エリア内の残りの加工領域をレーザ加工させることを特徴とする加工制御装置。
  2. 前記インポジション範囲は、前記XYテーブルが停止する際の振動幅に基づいて設定されることを特徴とする請求項1に記載の加工制御装置。
  3. 加工エリアがガルバノエリアに入ると前記XYテーブルを停止させることなく移動させながら前記ガルバノエリア内で前記レーザ光を位置決めさせる第2の協調制御を開始して第2の協調制御領域をレーザ加工させ、前記第2の協調制御領域のレーザ加工が完了すると、レーザ加工を停止し、前記加工領域が前記インポジション範囲内に入ると、前記第1の協調制御を実行することによって、前記加工エリア内の第1の協調制御領域をレーザ加工させることを特徴とする請求項1または2に記載の加工制御装置。
  4. 前記第1の協調制御領域は、前記加工エリアのうち、移動方向の先端部であることを特徴とする請求項1または2に記載の加工制御装置。
  5. 前記第1の協調制御領域は、前記加工エリアのうち、移動方向の後端部であることを特徴とする請求項1または2に記載の加工制御装置。
  6. 前記第1の協調制御領域は、前記加工エリアのうち、移動方向の先端部であり、前記第2の協調制御領域は、前記加工エリアのうち、移動方向の後端部であることを特徴とする請求項3に記載の加工制御装置。
  7. 被加工物を載置して前記被加工物の主面と平行な面内であるXY平面内を移動するXYテーブルと、
    レーザ光源から出射されたレーザ光をガルバノエリア内で位置決めして前記被加工物上にレーザ光を照射させるガルバノスキャナと、
    前記XYテーブルおよび前記ガルバノスキャナを制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記被加工物にレーザ加工を行なう際には、前記XYテーブルを制御することによって、前記被加工物上に設定された加工エリアを順番にガルバノエリアに移動させるとともに、前記ガルバノスキャナを制御することによって、前記ガルバノエリア上に移動してきた各加工エリアに対して前記レーザ光を位置決めさせ、
    前記加工エリアを前記ガルバノエリアに移動させる際に、前記加工エリアが、移動の目標座標から予め設定された距離を有したインポジション範囲内に入ると、前記XYテーブルを停止させることなく移動させながら前記ガルバノエリア内で前記レーザ光を位置決めさせる協調制御を開始するとともに、前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止するまで、前記協調制御を実行することによって、前記加工エリア内の協調制御領域をレーザ加工させ、
    前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止すると、前記XYテーブルを停止させた状態で、前記加工エリア内の残りの加工領域をレーザ加工させることを特徴とするレーザ加工装置。
  8. 被加工物を載置して前記被加工物の主面と平行な面内であるXY平面内を移動するXYテーブルと、レーザ光源から出射されたレーザ光をガルバノエリア内で位置決めして前記被加工物上にレーザ光を照射させるガルバノスキャナと、に対し、前記被加工物にレーザ加工を行なう際には、前記XYテーブルを制御することによって、前記被加工物上に設定された加工エリアを順番にガルバノエリアに移動させるとともに、前記ガルバノスキャナを制御することによって、前記ガルバノエリア上に移動してきた各加工エリアに対して前記レーザ光を位置決めさせる制御ステップを含み、
    前記制御ステップは、
    前記加工エリアを前記ガルバノエリアに移動させる際に、前記加工エリアが、移動の目標座標から予め設定された距離を有したインポジション範囲内に入ると、前記XYテーブルを停止させることなく移動させながら前記ガルバノエリア内で前記レーザ光を位置決めさせる協調制御を開始するとともに、前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止するまで、前記協調制御を実行することによって、前記加工エリア内の協調制御領域をレーザ加工させ、
    前記加工エリアが、前記ガルバノエリアに到達して前記XYテーブルが停止すると、前記XYテーブルを停止させた状態で、前記加工エリア内の残りの加工領域をレーザ加工させることを特徴とする加工制御方法。
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