JP5716542B2

JP5716542B2 - ガルバノスキャナ装置

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Publication number: JP5716542B2
Application number: JP2011115831A
Authority: JP
Inventors: 悌史 ▲高▼橋; 今井　祥人; 祥人今井; 尚弘高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: JP2012027446A

Description

この発明は、光ビームの位置決めに用いられるガルバノスキャナ装置に関する。

従来のガルバノスキャナ装置においては、ミラーの回転軸に対する倒れ方向への傾きを干渉計によって検出し、この検出したミラーの傾きと、ミラーの回転角とからミラーの倒れ角（倒れ量）を得て、この倒れ角（倒れ量）を上述のミラーの回転軸に直交する回転軸を持つ第二のミラーの回転角で補償することによって、ミラーの倒れにより生じる光ビームの位置決め精度の低下を抑制するものがある（特許文献１参照）。

特開２００９‐２８２３２６号公報

ところが、上述のように干渉計を用いてミラーの傾きを検出する場合、干渉計をミラーとは別の固定部材に設置しなければならず、周囲の温度変化があると、固定部材が熱膨張あるいは熱収縮するために、ミラーと干渉計との相対位置が変化して計測誤差が生じてしまい、光ビームの位置決め精度が低下してしまうという問題点があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、周囲の温度変化があっても光ビームの位置決めが高精度なガルバノスキャナ装置を得るものである。

本発明に係るガルバノスキャナ装置においては、第一のミラーを回転させる第一のガルバノスキャナと、第一のミラーの回転軸に直交する回転軸を持ち、且つ第二のミラーを回転させる第二のガルバノスキャナと、第一のミラーに設けられ、第一のミラーの回転軸と加速度検出方向が直交し、第一のミラーの面倒れ振動を検出する第一の加速度センサと、この第一の加速度センサの検出値に基づいて第二のミラーの回転角を制御する制御部とを備えたものである。

この発明によれば、第一のミラーに設けられ、第一のミラーの回転軸と加速度検出方向が直交する第一の加速度センサを用いて該第一のミラーの面倒れ振動を検出するようにしたので、周囲の温度変化があっても面倒れ振動の計測誤差が生じることがなく、光ビームの位置決めが高精度なガルバノスキャナ装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るガルバノスキャナ装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナを示す図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサを示す図である。この発明の実施の形態１に係るガルバノスキャナ装置の面倒れ振動を模式的に示す図である。この発明の実施の形態２に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナを示す図である。この発明の実施の形態３に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナを示す図である。この発明の実施の形態４に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナを示す図である。この発明の実施の形態５に係るガルバノスキャナ装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態５に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナを示す図である。この発明の実施の形態５に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナの加速度信号の大きさを示す図である。この発明の実施の形態６に係るガルバノスキャナ装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態６に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナを示す図である。この発明の実施の形態６に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナの加速度信号の大きさを示す図である。この発明の実施の形態６に係るガルバノスキャナ装置における回転角制御部の１構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態６に係るガルバノスキャナ装置における回転角制御部の回転加速度制御部の１構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態６に係るガルバノスキャナ装置における回転角制御部の１構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態７に係るガルバノスキャナ装置を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１ないし４は、この発明を実施するための実施の形態１に係るガルバノスキャナ装置を示すものであって、図１はそのブロック図、図２は該装置におけるガルバノスキャナの正面図、側面図および上面図を示す図、図３は加速度センサを示す図、図４はガルバノスキャナの面倒れ振動を模式的に示す図である。

図１において、ガルバノスキャナ装置１は、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａと、該スキャナ３ａの回転軸１７ａに直交する回転軸１７ｂを有するＹ軸ガルバノスキャナ３ｂと、該スキャナ３ａ、３ｂを制御する制御部２と、該スキャナ３ａ、３ｂが有するミラー４ａ、４ｂの面倒れ振動をそれぞれ検出する加速度センサ１６ａ、１６ｂを備えている。ここではこのガルバノスキャナ装置１が組み込まれたレーザ加工機を例示しており、図示しないレーザ発振器から出射されるレーザ光１５は、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａおよびＹ軸ガルバノスキャナ３ｂによって、図示しない加工対象物体のＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ走査される。

ガルバノスキャナ３ａは、図１および図２に示すように、ミラー４ａと、このミラー４ａがミラーマウント５ａを介して固定されているシャフト６ａと、これを回転させるモータ部７ａと、シャフト６ａの回転角を計測する回転エンコーダ部８ａとを備えている。モータ部７ａは、シャフト６ａを支持するミラー側ベアリング３４ａと、エンコーダ側ベアリング３６ａと、ロータ３５ａとを有する。ミラー４ａの裏面１３ａには、加速度センサ１６ａが該ミラー４ａの回転軸１７ａの近傍に位置するように設けられている。そしてこの加速度センサ１６ａは、ミラーの先端に位置するほど面倒れ振動の振幅が大きく高感度な計測が可能となるので、ミラー先端部に設置されている。この加速度センサ１６ａは、図３（ａ）に示すように円柱状をなした一次元加速度センサであって、加速度検出方向３３とミラー４ａの回転軸１７ａとが直交するように設置されている。このため、ミラー４ａが面倒れ方向に振動した時にのみ加速度が検出され、ミラー４ａが回転軸１７ａを中心に回転しても加速度は計測されない。なお、加速度センサとしては、図３（ｂ）に示すような３つの加速度検出方向４０、４１、４２を有する立方体をなした３次元加速度センサ１９ａを用いてもよい。
また、Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂは、図１に示すように、ミラー４ｂと、このミラー４ｂがミラーマウント５ｂを介して固定されているシャフト６ｂと、これを回転させるモータ部７ｂと、シャフト６ｂの回転角を計測する回転エンコーダ部８ｂとを備えている。ミラー４ｂの裏面には、加速度センサ１６ｂがミラー４ｂの回転軸１７ｂの近傍に位置するように設けられている。その他の構成はＸ軸ガルバノスキャナ３ａおよび加速度センサ１６ａと同様であるので、その説明を省略する。

次に、制御部２について説明する。
ＸＹ角度指令出力部２０は、図１に示すように、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａおよびＹ軸ガルバノスキャナ３ｂの目標回転角度指令をＸ軸回転角指令生成部２１およびＹ軸回転角指令生成部２６にそれぞれ出力する。Ｘ軸回転指令生成部２１は、該出力部２０からの出力を受けてＸ軸回転角指令を加算器２４に出力する。Ｙ軸面倒れ補正量計算部２３は、加速度センサ１６ｂの検出値を用いてミラー４ｂの面倒れ角を計算し、ミラー４ｂの面倒れ振動を補償するために必要なミラー４ａの回転角指令を加算器２４に出力する。加算器２４は、Ｘ軸回転指令生成部２１の出力とＹ軸面倒れ補正量計算部２３の出力とを加算し、これをＸ軸回転角制御部２５に出力する。Ｘ軸回転角制御部２５は、加算器２４およびエンコーダ部８ａからの出力を受けてＸ軸ガルバノスキャナ３ａを制御するように電流を出力する。また、Ｙ軸回転指令生成部２８は、ＸＹ角度指令出力部２０からの信号を受けてＹ軸回転角指令を加算器２９に出力する。Ｘ軸面倒れ補正量計算部２８は、加速度センサ１６ａの検出値を用いてミラー４ａの面倒れ角を計算し、ミラー４ａの面倒れ角を補償するために必要なミラー４ｂの回転角指令を加算器２９に出力する。加算器２９は、Ｙ軸回転指令生成部２６の出力とＸ軸面倒れ補正量計算部２８の出力とを加算し、これをＹ軸回転角制御部３０に出力する。Ｙ軸回転角制御部３０は、加算器２９およびエンコーダ部８ｂからの出力を受けてＹ軸ガルバノスキャナ３ｂを制御するように電流を出力する。

次に、動作を説明する。
まず、ＸＹ指令出力部２０は、レーザ光１５の目標照射位置情報に基づいてＸ軸ガルバノスキャナ３ａの目標回転角度指令をＸ軸回転指令生成部２１に、Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂの目標回転角度指令をＹ軸回転角指令生成部２６にそれぞれ出力する。Ｘ軸回転指令生成部２１は、該出力部２０からの出力を受けてＸ軸ガルバノスキャナ３ａの回転角を目標の回転角まで到達させるＸ軸回転角指令を加算器２４に出力する。

また、図４に示すように、ミラー側ベアリング３４ｂを支点として振動する面倒れ振動が加速度センサ１６ｂによって検出されており、該検出値がＹ軸面倒れ補正量計算部２３に出力される。このＹ軸面倒れ補正量計算部２３は、加速度センサ１６ｂの検出値に基づいて振動の面倒れ角θｆを次式により計算し、面倒れ振動の面倒れ角θｆを補償するために必要なミラー４ａの回転角指令を加算機２４に出力する。

ここで、Ｒｆはミラー側ベアリング３４ｂから加速度センサ１６ｂまでの距離、ｔは時間、ａ（ｔ）は加速度センサ１６ｂの検出値、Ｋ１は加速度センサの出力値を補正する比例係数である。

加算器２４は、Ｘ軸回転指令生成部２１から出力されたＸ軸回転角指令とミラー４ｂの面倒れ角を補償するために必要なミラー４ａの回転角指令とを加算した回転角指令を、Ｘ軸回転角制御部２５に出力する。該制御部２５には、加算器２４から出力された回転角指令とＸ軸ガルバノスキャナ３ａのエンコーダ部８ａから出力されるミラー４ａの回転角とが入力される。そして、該制御部２５は、回転角指令とミラー４ａの回転角とが一致するように制御演算を行って電流を出力する。Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａは、この電流に従って回転動作を行い、ミラー４ａの回転角が制御される。この結果、Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂのミラー４ｂの面倒れ振動は、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａのミラー４ａの回転角で補償される。

一方、ＸＹ指令出力部２０からの出力を受けたＹ軸回転指令生成部２６は、ガルバノスキャナ３ｂの回転角を目標の回転角まで到達させるＹ軸回転角指令を加算器２９に出力する。

また、ミラー４ａの面倒れ振動が加速度センサ１６ａによって検出されており、この検出値がＸ軸面倒れ補正量計算部２８に出力される。Ｘ軸面倒れ振動補正量計算部２８は、加速度センサ１６ａの検出値に基づいて上記式により振動の面倒れ角θｆを計算し、この面倒れ振動の面倒れ角θｆを補償するために必要なミラー４ｂの回転角指令を加算器２９に出力する。

加算器２９は、Ｙ軸回転指令生成部２６から出力されたＹ軸回転角指令とミラー４ａの面倒れ角を補償するために必要なミラー４ｂの回転角指令とを加算した回転角指令を、Ｙ軸回転角制御部３０に出力する。該制御部３０には、加算器２９から出力された回転角指令とＹ軸ガルバノスキャナ３ｂのエンコーダ部８ｂから出力されるミラー４ｂの回転角とが入力される。そして、該制御部３０は、回転角指令とミラー４ｂの回転角とが一致するように制御演算を行って電流を出力する。Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂは、この電流に従って回転動作を行い、ミラー４ｂの回転角が制御される。この結果、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａのミラー４ａの面倒れ角は、Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂのミラー４ｂの回転角で補償される。
このようにして、ミラー４ａの面倒れ振動はミラー４ｂの回転角により補償され、ミラー４ｂの面倒れ振動はミラー４ａの回転角により補償される。

本実施の形態によれば、ミラー４ａ、４ｂにそれぞれ設けられた加速度センサ１６ａ、１６ｂによって面倒れ振動を検出しているので、温度変化があっても面倒れ振動の計測誤差が生じることがなく、光ビームの位置決めが高精度なガルバノスキャナ装置を得ることができる。

なお、本実施の形態では、ミラー４ａに加速度センサ１６ａを設け、ミラー４ｂに加速度センサ１６ｂを設ける構成を示したが、いずれか一方のミラーのみに加速度センサを設ける構成にしてもよい。この場合は、加速度センサを設けたミラーの面倒れ振動を他方のミラーの回転角で補償することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナの正面図、側面図、上面図を示す図である。実施の形態１では、加速度センサ１６ａをミラー４ａの裏面において回転軸１７ａ近傍に位置するように設置する構成を示したが、図５に示すように、加速度センサ１６ａをミラー４ａの外周面１４ａにおいて回転軸１７ａ上に位置するように設置する構成にしてもよい。なお、ここではＸ軸ガルバノスキャナ３ａについて例示したが、Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂについても同様である。また、その他の構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、加速度センサ１６ａは、ミラー４ａの外周面１４ａにおいて回転軸１７ａ上に位置するように設けられているので、実施の形態１に述べた効果に加え、加速度センサ１６ａの重量によってミラーバランスが悪化して面倒れ振動が増大してしまうことを防止することができる。

なお、加速度センサ１６ａをミラー４ａの外周面１４ａにおいて回転軸１７ａの近傍に位置するように設けても上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図６は、この発明を実施するための実施の形態３に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナの正面図、側面図、上面図を示す図である。実施の形態２では、加速度センサ１６ａをミラー４ａの外周面１４ａにおいて回転軸１７ａ上に位置するように設置する構成を示したが、図６に示すように、加速度センサ１６ａをミラー４ａの裏面１３ａに形成した穴部３７ａに設け回転軸１７ａ上に位置するようにする構成にしてもよい。なお、ここではＸ軸ガルバノスキャナ３ａについて例示したが、Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂについても同様である。また、その他の構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、加速度センサ１６ａは、ミラー４ａの裏面１３ａに形成した穴部３７ａに設けられ回転軸１７ａ上に位置するようにされているので、実施の形態２に述べた効果に加え、加速度センサ１６ａがレーザ光１５の漏れ光により損傷してしまうことを防止することができる。

なお、加速度センサ１６ａをミラー４ａの裏面１３ａに形成した穴部３７ａに設け回転軸１７ａの近傍に位置するようにした場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３に係るガルバノスキャナ装置におけるガルバノスキャナの正面図、側面図、上面図を示す図である。実施の形態３では、加速度センサ１６ａをミラー４ａの裏面１３ａに形成した穴部３７ａに設け回転軸１７ａ上に位置するようにする構成を示したが、図７に示すように、速度センサ１６ａをミラー４ａの外周面１４ａに形成した穴部３８ａに設け回転軸１７ａ上に位置するようにする構成にしてもよい。なお、ここではＸ軸ガルバノスキャナ３ａについて例示したが、Ｙ軸ガルバノスキャナ３ｂについても同様である。また、その他の構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
このような構成にすることで、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。なお、加速度センサ１６ａをミラー４ａの外周面１４ａに形成した穴部３８ａに設け回転軸１７ａの近傍に位置するようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
実施の形態１におけるガルバノスキャナ３ａの加速度センサ１６ａは、ミラー４ａの裏面１３ａに固定されているので、回転中心である回転軸１７ａと加速度センサ１６ａとは、回転軸１７ａから裏面１３ａまでの距離だけ離れた場所に位置していることになる。このため、ガルバノスキャナ３ａの回転により加速度センサ４ａには遠心力が加わり、回転角速度が高くなると遠心力の影響が無視できなくなる。これによって、加速度センサ１６ａの出力には、ミラー４ａの面倒れ振動に比例した信号以外に、ミラー４ａの回転角速度に比例した信号が加算される。

また、ミラー４ａの回転軸１７ａは、通常、正確な位置がわからないため、加速度センサ１６ａが回転軸１７ａに対して正確に左右対称に固定されていない場合、加速度センサ１６ａの出力に、ガルバノスキャナ３ａの回転角速度、回転角加速度に比例した信号が加算される。したがって、加速度センサ１６ａの出力から正確に面倒れ振動を求めるには、前記回転角速度や回転角加速度に比例した信号成分を除去する必要がある。

図８ないし１０は、この発明を実施するための実施の形態５に係るガルバノスキャナ装置を示すものであって、図８はそのブロック図、図９は該装置におけるガルバノスキャナの正面図、側面図および上面図を示す図、図１０（ａ）はガルバノスキャナの面倒れ振動による加速度信号の大きさを示す模式図、図１０（ｂ）はガルバノスキャナの回転による加速度信号の大きさを示す模式図である。なお、図８ないし１０において、図１および図２と同一の符号をつけたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。

まず、図８および図９を用いて構成を説明する。
図８において、ガルバノスキャナ装置１ｂは、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａと、該スキャナ３ａの回転軸１７ａに直交する回転軸１７ｂを有するＹ軸ガルバノスキャナ３ｂと、該スキャナ３ａ、３ｂを制御する制御部２と、該スキャナ３ａ、３ｂが有するミラー４ａ、４ｂの面倒れ振動をそれぞれ検出する加速度センサ１６ａ、４０ａ、１６ｂ、４０ｂとを備えている。なお、ここではこのガルバノスキャナ装置１ｂが組み込まれたレーザ加工機を例示しており、図示しないレーザ発振器から出射されるレーザ光１５は、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａおよびＹ軸ガルバノスキャナ３ｂによって、図示しない加工対象物体のＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ走査される。

図９において、加速度センサ４０ａは、加速度センサ１６ａと同様に回転軸１７ａの近傍に位置するようにミラー４ａの裏面１３ａ（レーザ光１５の反射面の裏側）に固定され、面倒れ方向の加速度を計測する。加速度センサ４０ａの固定位置は、加速度センサ１６ａがミラー４ａの先端側に固定されているのに対して、ミラー４ａのベアリング３４ａ側である。

また、加速度センサ４０ｂは、加速度センサ１６ｂと同様に回転軸１７ｂの近傍に位置するようにミラー４ｂの裏面１３ｂ（レーザ光１５の反射面の裏側）に固定され、面倒れ方向の加速度を計測する。加速度センサ４０ｂの固定位置は、加速度センサ１６ｂがミラー４ｂの先端側に固定されているのに対して、ミラー４ｂのベアリング３４ｂ側である。

なお、例えば、ミラー４ａ、４ｂが図９（ａ）において紙面左から右に加速した時に、加速度センサ１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂの出力の符号が正の値を出力するように、加速度センサのセンシングの向きを合わせる。また、加速度センサ１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂは、通常、同等の応答特性（信号の振幅、周波数応答特性など）を持つものを使用する。この場合、後述するＸ軸センサ出力補正部４２およびＹ軸センサ出力補正部４６での処理はゲインを乗じるのみで、計算処理の簡略化できる。
以下、本実施の形態では、加速度センサ１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂの特性は、ほぼ同等ものを使用した場合について説明する。

次に、ミラー４ａ、４ｂの面倒れ振動および回転により検出される加速度を、図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）はガルバノスキャナ３ａ、３ｂのミラー４ａ、４ｂが、面倒れ方向４９ａ、４９ｂのように紙面左から右に振動した場合の、加速度センサ１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂの面倒れ振動による加速度信号の大きさ５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂを示した図である。面倒れ方向４９ａ、４９ｂに面倒れ振動が起るとベアリング３４ａ、３４ｂを支点にミラー４ａ、４ｂが紙面左右に振動する。このときの加速度センサ１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂに加わる加速度は、加速度センサ１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂが固定されている位置からベアリング３４ａ、３４ｂまでの距離にほぼ比例する。このため、ミラーの先端付近に装着されている加速度センサ１６ａ、１６ｂで検出される加速度信号の大きさ５０ａ、５０ｂよりも、ベアリング３４ａ、３４ｂに近い位置に固定されている加速度センサ４０ａ、４０ｂの加速度信号の大きさ５１ａ、５１ｂは小さくなる。ただし、加速度センサ１６ａ、１６ｂおよび加速度センサ４０ａ、４０ｂで検出される信号の符号や位相は同等ものが出力される。

一方、図１０（ｂ）はガルバノスキャナ３ａ、３ｂが回転方向５２ａ、５２ｂのように回転した場合の、加速度センサ１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂに加わる遠心力による加速度信号の大きさ５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂを示した図である。遠心力は回転角速度に比例して増加するが、加速度センサ１６ａおよび加速度センサ４０ａは回転軸１７ａに対してほぼ同じ位置に固定されているので、加速度センサ１６ａに加わる遠心力による加速度信号の大きさ５３ａと、加速度センサ４０ａに加わる遠心力による加速度信号の大きさ５４ａはほぼ同等になる。

同様に、加速度センサ１６ｂおよび加速度センサ４０ｂは回転軸１７ｂに対してほぼ同じ位置に設置されているので、加速度センサ１６ｂに加わる遠心力による加速度信号の大きさ５３ｂと、加速度センサ４０ｂに加わる遠心力による加速度信号の大きさ５４ｂはほぼ同等となる。したがって、加速度センサ１６ａと加速度センサ４０ａ、あるいは加速度センサ１６ｂと加速度センサ４０ｂの出力は、符号は同じで、ほぼ同じ振幅、位相の信号が出力される。

なお、加速度センサ１６a、４０ａ、あるいは加速度センサ１６ｂ、４０ｂが、回転軸１７ａ、１７ｂに対して非対称に固定されている場合、ガルバノスキャナ３ａ、３ｂの回転角加速度による加速度の信号成分が出てくるが、遠心力の影響と同様、符号は同じで、ほぼ同じ振幅、位相の信号が出力される。

上述したようにガルバノスキャナ３ａ、３ｂの回転による回転角速度、回転角加速度に関連した加速度センサの出力は面倒れ振動とは無関係なので除外する必要があるが、回転による加速度センサの出力は、加速度センサ１６ａと加速度センサ４０ａ、あるいは加速度センサ１６ｂと加速度センサ４０ｂとで同程度になるので、加速度センサ１６ａの出力と加速度センサ４０ａの出力との差、あるいは加速度センサ１６ｂの出力と加速度センサ４０ｂの出力との差を計算することで、回転方向の信号成分を除去することが可能となる。

一方、面倒れ振動による加速度センサ１６ａと加速度センサ４０ａ、あるいは加速度センサ１６ｂと加速度センサ４０ｂの出力の大きさは異なるので、加速度センサ１６ａの出力と加速度センサ４０ａの出力との差、あるいは加速度センサ１６ｂの出力と加速度センサ４０ｂの出力との差を計算しても、面倒れ振動による信号成分はキャンセルされない。

このように、各ミラーに２つの加速度センサを設け、各加速度センサの出力の差を用いることで面倒れ振動成分だけの信号を取り出すことが可能となる。

次に、制御部２について説明する。なお、ここでは、実施の形態１と同様の部分については説明を省略する。また、以下では後述のＸ軸面倒れ加速度計算部４５を第一の計算部、Ｙ軸面倒れ加速度計算部４１を第二の計算部として説明するが、Ｘ軸面倒れ加速度計算部４５を第二の計算部、Ｙ軸面倒れ加速度計算部４１を第一の計算部としても同様である。

制御部２は、実施の形態１に述べた構成に加えて、加速度センサ１６ｂ、４０ｂの検出値からミラー４ｂの回転により生じる加速度を除去して面倒れにより生じる加速度を計算し、Ｙ軸面倒れ補正量計算部２３に出力するＹ軸面倒れ加速度計算部４１（第二の計算部）と、加速度センサ１６ａ、４０ａの検出値からミラー４ａの回転により生じる加速度を除去して面倒れにより生じる加速度を計算し、Ｘ軸面倒れ補正量計算部２８に出力するＸ軸面倒れ加速度計算部４５（第一の計算部）とを備えている。なお、実施の形態１では、加速度センサ１６ｂの加速度信号はＹ軸面倒れ補正量計算部２３に、加速度センサ１６ａの加速度信号はＸ軸面倒れ補正量計算部２９にそれぞれ入力されるようにしていたが、本実施の形態ではこれらの信号経路は設けていない。

Ｙ軸面倒れ加速度計算部４１は、加速度センサ４０ｂの加速度信号の出力を補正するＹ軸センサ出力補正部４２と、加速度センサ１６ｂの出力とＹ軸センサ出力補正部４２の出力とを減算してミラー４ｂの面倒れにより生じる加速度を出力する減算器４３と、減算器４３の出力を補正するＹ軸面倒れ加速度出力補正部４４とを備えている。

また、Ｘ軸面倒れ加速度計算部４５は、加速度センサ４０ａの加速度信号の出力を補正するＸ軸センサ出力補正部４６と、加速度センサ１６ａの出力とＸ軸センサ出力補正部４６の出力とを減算してミラー４ａの面倒れにより生じる加速度を出力する減算器４７と、減算器４７の出力を補正するＸ軸面倒れ加速度出力補正部４８とを備えている。

Ｙ軸面倒れ加速度計算部４１およびＸ軸面倒れ加速度計算部４５の出力は、Ｙ軸面倒れ補正量計算部２３およびＸ軸面倒れ補正量計算部２８にそれぞれ入力され、実施の形態１と同様に、ミラー４ｂおよびミラー４ａに面倒れ振動が起ってもこれを打ち消すようにガルバノスキャナ３ａ、３ｂの回転角を制御する。

次に、ガルバノスキャナ装置１ｂの動作を説明する。なお、実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

ＸＹ角度指令出力部２０の指令に応じてガルバノスキャナ３ｂ、３ａが回転すると、加速度センサ１６ｂ、４０ｂ、１６ａ、４０ａから加速度信号が出力される。そして、加速度センサ１６ｂ、４０ｂの加速度信号は、Ｙ軸面倒れ加速度計算部４１に入力され、加速度センサ１６ａ、４０ａの加速度信号は、Ｘ軸面倒れ加速度計算部４５に入力される。

Ｙ軸センサ出力補正部４２は、加速度センサ１６ｂおよび加速度センサ４０ｂの加速度信号に含まれている、ガルバノスキャナ３ｂの回転によって加えられた遠心力による加速度成分の大きさを一致させるように、加速度センサ４０ｂの出力に補正ゲインＫｙ１を乗じて減算器４３へ出力する。なお、この補正ゲインＫｙ１は加速度センサの固体差等や取り付け位置のずれによる出力のばらつきを補正するためのものである。

そして、減算器４３は、加速度センサ１６ｂの出力と、Ｙ軸センサ出力補正部４２の出力との差を算出する。上記で説明したように、加速度センサ１６ｂに加わる遠心力による加速度信号の大きさと、加速度センサ４０ｂに加わる遠心力による加速度信号の大きさは同じであるので、これらの差を算出することにより面倒れ振動による加速度成分のみが出力される。そして、Ｙ軸面倒れ加速度出力補正部４４は、減算器４３の出力に補正ゲインＫｙ２を乗じて、面倒れ振動の加速度成分の信号の大きさを補正する。この補正量は、例えば、加速度センサ１６ｂで計測したと想定される信号の振幅になるように補正ゲインＫｙ２を乗じる。

一方、Ｘ軸センサ出力補正部４６は、加速度センサ１６ａと加速度センサ４０ａの加速度信号に含まれている、ガルバノスキャナ３ａの回転によって加えられた遠心力による加速度成分の大きさを一致させるように、加速度センサ４０ａの出力に補正ゲインＫｘ１を乗じて減算器４７へ出力する。なお、この補正ゲインＫｘ１は加速度センサの固体差等や取り付け位置のずれによる出力のばらつきを補正するためのものである。

そして、減算器４７は、加速度センサ１６ａの出力と、Ｘ軸センサ出力補正部４６の出力との差を算出する。上記で説明したように、加速度センサ１６ｂに加わる遠心力による加速度信号の大きさと、加速度センサ４０ｂに加わる遠心力による加速度信号の大きさは同じであるので、これらの差を算出することにより面倒れ振動による加速度成分のみが出力される。そして、Ｘ軸面倒れ加速度出力補正部４８は、減算器４７の出力に補正ゲインＫｘ２を乗じて、面倒れ振動の加速度成分の信号の大きさを補正する。この補正量は、例えば、加速度センサ１６ａで計測したと想定される信号の振幅になるように補正ゲインＫｘ２を乗じる。

次に、Ｙ軸面倒れ加速度出力補正部４４およびＸ軸面倒れ加速度出力補正部４８の出力は、Ｙ軸面倒れ補正量計算部２３およびＸ軸面倒れ補正量計算部２８にそれぞれ出力され、実施の形態１と同様に、ミラー４ａの面倒れ振動はミラー４ｂの回転角により補償され、ミラー４ｂの面倒れ振動はミラー４ａの回転角により補償される。

なお、上記補正ゲインＫｘ１、Ｋｘ２、Ｋｙ１、Ｋｙ２としては、例えば、（２）、（３）（４）（５）式の近傍値を設定する。
Ｋｘ１＝１．０（２）
Ｋｘ２＝（Ｌｘ１）／（Ｌｘ１−Ｌｘ２）（３）
Ｋｙ１＝１．０（４）
Ｋｙ２＝（Ｌｙ１）／（Ｌｙ１−Ｌｙ２）（５）
ここで、Ｌｘ１は加速度センサ１６ａからベアリング３４ａまでの距離、Ｌｘ２は加速度センサ４０ａからベアリング３４ａまでの距離、Ｌｙ１は加速度センサ１６ｂからベアリング３４ｂまでの距離、Ｌｙ２は加速度センサ４０ａからベアリング３４ｂまでの距離である。

本実施の形態によれば、加速度センサ１６ａ、４０ａのミラー４ａの回転により生じる加速度成分を除去して面倒れにより生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ｂの回転角を制御するとともに、加速度センサ１６ｂ、４０ｂのミラー４ｂの回転により生じる加速度成分を除去して面倒れにより生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ａの回転角を制御するようにしているので、実施の形態１の効果に加えて、ミラー４ａ、４ｂが高速に回転している場合でもレーザ光の高精度な位置決めができる。

なお、本実施の形態においては、Ｙ軸センサ出力補正部４２およびＸ軸センサ出力補正部４６はゲインを補正する場合について説明したが、加速度センサ１６ａと加速度センサ４０a、あるいは加速度センサ１６ｂと加速度センサ４０ｂで特性が異なったものを使用した場合、Ｙ軸センサ出力補正部４２およびＸ軸センサ出力補正部４６は、フィルタ特性や無駄時間特性を持たせて加速度信号の応答特性を合わせるようにしてもよい。

また、Ｙ軸センサ出力補正部４２およびＸ軸センサ出力補正部４６は、加速度センサ４０ａおよび４０ｂの出力をそれぞれ補正するように構成したが、加速度センサ１６ａ、１６ｂの出力を補正する、センサ出力補正部４２、４６と同様のセンサ出力補正部を設け、加速度センサ１６ａ、４０ａあるいは加速度センサ１６ｂ、４０ｂの信号の特性を合わせるようにしてもよい。

さらには、加速度センサ１６ａ、４０ａ、１６ｂ、４０ｂのセンサ出力の全てにセンサ出力補正部を設けて、加速度センサの応答特性を合わせるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、ミラー４ａ、４ｂの両方に、それぞれ２つの加速度センサを設けるものを示したが、いずれか一方のミラーに２つの加速度センサを設け、他方のミラーには１つの加速度センサを設けるようにしてもよい。また、いずれか一方のミラーに２つの加速度センサを設け、他方のミラーには加速度センサを設けない構成にしてもよい。これらの場合は、２つの加速度センサを設けたミラーについて高精度な位置決めが可能となる。

また、加速度センサ１６ａおよび加速度センサ４０ａは、ともにミラー４ａの裏面１３ａの回転軸１７ａ上に位置するようにしたが、加速度センサの位置はこれに限るものではない。加速度センサ１６ａおよび加速度センサ４０ａの出力を補正することで、回転軸１７ａ上に位置しない場合でも上記と同様の効果を得ることができる。なお、上記は加速度センサ１６ｂおよび加速度センサ４０ｂについても同様である。

実施の形態６．
図１１ないし１４は、実施の形態６に係るガルバノスキャナ装置を示すものであり、図１１はそのブロック図、図１２は該装置におけるガルバノスキャナの正面図、側面図および上面図を示す図、図１３（ａ）（ｂ）はガルバノスキャナの上面図であり、図１３（ａ）はガルバノスキャナの面倒れ振動による加速度信号の大きさを示す模式図、図１３（ｂ）はガルバノスキャナの回転による加速度信号の大きさを示す模式図、図１４はガルバノスキャナ装置のＸ軸回転角制御部およびＹ軸回転角制御部の１構成例のブロック図、図１５は回転角制御部の回転加速度制御部の１構成例を示すブロック図、図１６は、ガルバノスキャナ装置における回転角制御部の１構成例を示すブロック図である。なお、図１１ないし図１６において、図１および図２と同一の符号をつけたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。

まず、図１１および１２を用いて構成を説明する。
図１１において、ガルバノスキャナ装置１ｃは、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａと、該スキャナ３ａの回転軸１７ａに直交する回転軸１７ｂを有するＹ軸ガルバノスキャナ３ｂと、該スキャナ３ａ、３ｂを制御する制御部２と、該スキャナ３ａ、３ｂが有するミラー４ａ、４ｂの面倒れ振動を検出する加速度センサ５５ａ、５６ａ、５５ｂ、５６ｂとを備えている。なお、ここではこのガルバノスキャナ装置１ｃが組み込まれたレーザ加工機を例示しており、図示しないレーザ発振器から出射されるレーザ光１５は、Ｘ軸ガルバノスキャナ３ａおよびＹ軸ガルバノスキャナ３ｂによって、図示しない加工対象物体のＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ走査される。

加速度センサ５５ａおよび加速度センサ５６ａは、図１２に示すように、ミラー４ａの裏面１３ａに回転軸１７ａを隔てて等間隔の距離に固定されており、ミラー４ａの面倒れ振動による加速度とガルバノスキャナ３ａの回転により生じる加速度とを計測する。加速度センサ５５ａは裏面１３ａの左端に、加速度センサ５６ａは裏面１３ａの右端にそれぞれ位置しており、ベアリング３４ａから加速度センサ５５ａまでの距離と、ベアリング３４ａから加速度センサ５６ａまでの距離とは等しい。

また、加速度センサ５５ｂおよび加速度センサ５６ｂは、図１２に示すように、ミラー４ｂの裏面１３ｂに回転軸１７ｂを隔てて等間隔の距離に固定されており、ミラー４ｂの面倒れ振動による加速度とガルバノスキャナ３ｂの回転により生じる加速度とを計測する。加速度センサ５５ｂは裏面１３ｂの左端に、加速度センサ５６ｂは裏面１３ｂの右端にそれぞれ位置しており、ベアリング３４ｂから加速度センサ５５ｂまでの距離と、ベアリング３４ｂから加速度センサ５６ｂまでの距離とは等しい。

次に、ミラー４ａ、４ｂの面倒れ振動および回転により検出される加速度を、図１３を用いて説明する。
図１３（ａ）はガルバノスキャナ３ａ、３ｂのミラー４ａ、４ｂが、面倒れ方向７５ａ、７５ｂのように紙面左から右に振動した場合の、加速度センサ加速度センサ５５ａ、５６ａ、５５ｂ、５６ｂの面倒れ振動による加速度信号の大きさ７６ａ、７７ａ、７６ｂ、７７ｂを示した図である。面倒れ方向７５ａ、７５ｂに面倒れ振動が起きると、ベアリング３４ａ、３４ｂ（ここでは図示せず）を支点にミラー４ａ、４ｂが紙面左右に振動する。このときの加速度センサ５５ａ、５６ａ、５５ｂ、５６ｂに加わる加速度は、加速度センサ５５ａ、５６ａ、５５ｂ、５６ｂが固定されている位置からベアリング３４ａ、３４ｂまでの距離にほぼ比例する。ベアリング３４ａから加速度センサ５５ａまでの距離と、ベアリング３４ａから加速度センサ５６ａまでの距離はほぼ等しいので、加速度センサ５５ａおよび加速度センサ５６ａに加わる面倒れ振動による加速度はほぼ等しい。同様に、加速度センサ５５ｂおよび加速度センサ５６ｂに加わる面倒れ振動による加速度もほぼ等しい。

一方、図１３（ｂ）はガルバノスキャナ３ａ、３ｂが回転方向７８ａ、７８ｂの方向に加速しながら回転した場合の、回転角加速度によって加速度センサ５５ａ、５６ａ、５５ｂ、５６ｂに加わる加速度信号の大きさ７９ａ、８０ａ、７９ｂ、８０ｂを示した図である。加速度センサ５５ａはミラー４ａの裏面１３ａの左端に、加速度センサ５６ａはミラー４ａの裏面１３ａの右端にそれぞれ固定されているので、回転方向７８ａの方向の回転角加速度が生じると、回転によって加わる加速度は、加速度センサ５５ａと、加速度センサ５６ａとでは、大きさがほぼ同じで向きが反対になる。したがって、加速度センサ５５ａと加速度センサ５６ａとでは、ほぼ同じ振幅、位相で符号が異なる信号が出力される。
同様に、加速度センサ５５ｂはミラー４ｂの裏面１３ｂの左端に、加速度センサ５６ｂはミラー４ｂの裏面１３ｂの右端にそれぞれ固定されているので、回転によって加わる加速度は、加速度センサ５５ｂと加速度センサ５６ｂとでは、ほぼ同じ振幅、位相で、符号が異なる信号が出力される。

上述のようにガルバノスキャナ３ａ、３ｂの回転による回転角加速度に関連した加速度センサの出力は、面倒れ振動とは無関係なので除去する必要がある。加速度センサ５５ａと加速度センサ５６ａ、あるいは加速度センサ５５ｂと加速度センサ５６ｂとでは、回転により生じた加速度センサの出力は符号が逆で大きさが同じものになるので、加速度センサ５５ａの出力と加速度センサ５６ａの出力との和、あるいは加速度センサ５５ｂの出力と加速度センサ５６ｂの出力との和を計算することで、加速度センサの回転による信号成分を除去することができる。

一方、面倒れ振動による加速度センサ５５ａと加速度センサ５６ａ、あるいは加速度センサ５５ｂと加速度センサ５６ｂの出力は、符号が同じで大きさが同じであるので、加速度センサ５５ａの出力と加速度センサ５６ａの出力との和、あるいは加速度センサ５５ｂの出力と加速度センサ５６ｂの出力との和を計算しても面倒れ振動による信号成分はキャンセルされない。

また、加速度センサ５５ａの出力と加速度センサ５６ａの出力との差、あるいは加速度センサ５５ｂの出力と加速度センサ５６ｂの出力との差を計算すると、面倒れ振動による信号成分は除去され、加速度センサの回転による信号成分のみを取り出すことができる。

なお、上述の回転により生じた加速度成分には、Ｙ軸回転指令生成部２６とＸ軸回転指令生成部２１から指令されるガルバノスキャナ３ｂ、３ａの回転角加速度に加えて、ミラー４ｂ、４ａの慣性とモータ部７ｂ、７ａの慣性と、シャフト６ｂ、６ａの弾性変形によるねじれ振動が起こる場合には、前記振動による回転方向の角加速度信号が加えられた信号となる。本実施の形態では、後述するＹ軸回転角制御部６５およびＸ軸回転角制御部７４は、加算器２９、２４およびエンコーダ部８ｂ、８ａからの出力を受けてガルバノスキャナ３ｂ、３ａの回転角を制御するように電流を出力するのに加えて、後述する回転加速度計算部６１、７０の計算結果に基づいて、上記のねじれ振動を抑制する電流を出力する。

次に、制御部２について説明する。なお、ここでは、実施の形態１と同様の部分については説明を省略する。なお、以下では後述のＸ軸面倒れ加速度計算部６６を第一の計算部、Ｙ軸面倒れ加速度計算部５７を第二の計算部、Ｘ軸回転加速度計算部７０を第三の計算部、Ｙ軸回転加速度計算部６１を第四の計算部として説明するが、Ｘ軸面倒れ加速度計算部６６を第二の計算部、Ｘ軸回転加速度計算部７０を第四の計算部、Ｙ軸面倒れ加速度計算部５７を第一の計算部、Ｙ軸回転加速度計算部６１を第三の計算部としても同様である。

制御部２は、実施の形態１に述べた構成に加えて、加速度センサ５５ｂ、５６ｂの加速度信号に基づいてミラー４ｂの面倒れ加速度を計算し、Ｙ軸面倒れ補正量計算部２３に出力するＹ軸面倒れ加速度計算部５７と、加速度センサ５５ａ、５６ａの加速度信号に基づいてミラー４ａの面倒れ加速度を計算し、Ｘ軸面倒れ補正量計算部２８に出力するＸ軸面倒れ加速度計算部６６とを備えている。さらに、加速度センサ５５ｂ、５６ｂの検出値からミラー４ｂの回転により生じる加速度を計算し、Ｙ軸回転角制御部６５に出力するＹ軸回転加速度計算部６１と、加速度センサ５５ａ、５６ａの検出値からミラー４ａの回転により生じる加速度を計算し、Ｘ軸回転角制御部７４に出力するＸ軸回転加速度計算部７０とを備えている。

なお、実施の形態１では、加速度センサ１６ｂの加速度信号はＹ軸面倒れ補正量計算部２３に、加速度センサ１６ａの加速度信号はＸ軸面倒れ補正量計算部２９にそれぞれ入力されるようにしていたが、本実施の形態ではこれらの信号経路は設けていない。また、Ｘ軸回転角制御部２５に代えてＸ軸回転角制御部７４を、Ｙ軸回転角制御部３０に代えてＹ軸回転角制御部６５をそれぞれ設け、Ｘ軸回転角制御部７４に加算器２４およびエンコーダ部８ａからの出力を、Ｙ軸回転角制御部６５に加算器２９およびエンコーダ部８ｂからの出力をそれぞれ入力するようにしている。Ｘ軸回転角制御部７４にはＸ軸回転加速度計算部７０の信号が、Ｙ軸回転角制御部６５にはＹ軸回転加速度計算部６１の信号がそれぞれ入力される。そして、Ｘ軸回転角制御部７４はＸ軸ガルバノスキャナ３ａの回転角を制御するように電流を出力し、Ｙ軸回転角制御部６５はＹ軸ガルバノスキャナ３ｂの回転角を制御するように電流を出力する。

Ｙ軸面倒れ加速度計算部５７は、加速度センサ５６ｂの加速度信号の出力を補正するＹ軸センサ出力補正部５８と、加速度センサ５５ｂの出力とＹ軸センサ出力補正部５８の出力とを加算してミラー４ｂの面倒れにより生じる加速度を出力する加算器５９と、加算器５９の出力を補正するＹ軸面倒れ加速度出力補正部６０とを備えている。

また、Ｘ軸面倒れ加速度計算部６６は、加速度センサ５６ａの加速度信号の出力を補正するＸ軸センサ出力補正部６７と、加速度センサ５５ａの出力とＸ軸センサ出力補正部６７の出力とを加算してミラー４ａの面倒れにより生じる加速度を出力する加算器６８と、加算器６８の出力を補正するＸ軸面倒れ加速度出力補正部６９とを備えている。

Ｙ軸回転加速度計算部６１は、加速度センサ５６ｂの加速度信号の出力を補正するＹ軸センサ出力補正部６２と、加速度センサ５５ｂの出力とＹ軸センサ出力補正部６２の出力との差を算出してミラー４ｂの回転により生じる加速度を出力する減算器６３と、減算器６３の出力を補正するＹ軸回転加速度出力補正部６４とを備えている。

また、Ｘ軸回転加速度計算部７０は、加速度センサ５６ａの加速度信号の出力を補正するＸ軸センサ出力補正部７１と、加速度センサ５５ａの出力とＸ軸センサ出力補正部７１の出力との差を算出してミラー４ａの回転により生じる加速度を出力する減算器７２と、減算器７２の出力を補正するＸ軸回転加速度出力補正部７３とを備えている。

次に、Ｘ軸回転角制御部７４およびＹ軸回転角制御部６５の詳細を、図１４を用いて説明する。
加算器２４からの回転角指令およびエンコーダ部８ａで計測したガルバノスキャナ３ａの回転角計測値は、位置制御部８０ａに入力される。位置制御部８０ａは、回転角指令と回転角計測値との差が小さくなるように、比例、積分、微分の位置制御計算を行い、角速度指令を出力する。微分器８１ａには、エンコーダ部８ａで計測したガルバノスキャナ３ａの回転角計測値が入力され、微分器８１ａはこの入力を微分して角速度計測値を計算する。速度制御部８２ａには、位置制御部８０ａから出力された角速度指令と微分器８１ａから出力された角速度計測値とが入力される。速度制御部８２ａは、前記角速度指令と前記角速度計測値との差が小さくなるように、比例、積分、微分の速度制御計算を行い、回転角加速度指令を回転加速度制御部８３ａに出力する。

回転加速度制御部８３ａには、上記回転角加速度指令と、Ｘ軸回転加速度計算部７０の出力である回転角加速度計算値が入力される。回転加速度制御部８３ａは、ねじれ振動によるトルク変動を抑制するように加速度制御計算を行い、電流指令をパワーアンプ部８４ａに出力する。なお、加速度制御計算は、前記加速度計算値に振動抑制の度合いを調整するゲインを乗じたり、あるいはフィルタリングを行ったのち、速度制御部８２ａの加速度指令と減算した後、比例、積分計算等を行い、電流指令として出力することで、ねじれ振動を減衰させることができる。パワーアンプ部８４ａは、回転加速度制御部８３ａから出力される電流指令を増幅し、ガルバノスキャナ３ａに電流を供給する。

また、加算器２９からの回転角指令およびエンコーダ部８ｂで計測したガルバノスキャナ３ｂの回転角計測値は、位置制御部８０ｂに入力される。位置制御部８０ｂは、回転角指令と回転角計測値との差が小さくなるように、比例、積分、微分の位置制御計算を行い、角速度指令を出力する。微分器８１ｂには、エンコーダ部８ｂで計測したガルバノスキャナ３ｂの回転角計測値が入力され、微分器８１ｂはこの入力を微分して角速度計測値を計算する。速度制御部８２ｂには、位置制御部８０ｂから出力された角速度指令と微分器８１ｂから出力された角速度計測値とが入力される。速度制御部８２ｂは、前記角速度指令と前記角速度計測値との差が小さくなるように、比例、積分、微分の速度制御計算を行い、回転角加速度指令を回転加速度制御部８３ｂに出力する。

回転加速度制御部８３ｂには、上記回転角加速度指令と、Ｙ軸回転加速度計算部６１の出力である回転角加速度計算値が入力される。回転加速度制御部８３ｂは、ねじれ振動によるトルク変動を抑制するように加速度制御計算を行い、電流指令をパワーアンプ部８４ｂに出力する。

なお、加速度制御計算は、前記加速度計算値に振動抑制の度合いを調整するゲインを乗じたり、あるいはフィルタリングを行ったのち、速度制御部８２ｂの加速度指令と減算した後、比例、積分計算等を行い、電流指令として出力することで、ねじれ振動を減衰させることができる。パワーアンプ部８４ｂは、回転加速度制御部８３ｂから出力される電流指令を増幅し、ガルバノスキャナ３ｂに電流を供給する。

図１５に、回転加速度制御部８３ａ、８３ｂの１構成例を示す。回転加速度制御部８３ａ、は、ゲイン設定部８５ａと減算部８６ａから構成されており、速度制御部８２ａから出力される角加速度指令は、角加速度計算部７０の角速度計算値にゲイン設定部８５ａのゲインＫａｘ１を乗じて減算され、電流指令としてパワーアンプ部８４ａに出力される。また、回転加速度制御部８３ｂは、ゲイン設定部８５ｂと減算部８６ｂから構成されており、速度制御部８２ｂから出力される角加速度指令は、角加速度計算部６１の角速度計算値にゲイン設定部８５ｂのゲインＫａｙ１を乗じて減算され、電流指令としてパワーアンプ部８４ｂに出力される。なお、前記ゲインＫａｘ１、Ｋａｙ１は、大き過ぎると振動抑制効果が小さく、大き過ぎると回転角制御が不安定になるので、ねじれ振動が抑制される適切な値に調整する。

次に、ガルバノスキャナ装置１ｃの動作を説明する。なお、実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

ＸＹ角度指令出力部２０の指令に応じてガルバノスキャナ３ｂ、３ａが回転すると、加速度センサ５５ａ、５６ａ、５５ｂ、５６ｂから加速度信号が出力される。そして、加速度センサ５５ａおよび加速度センサ５６ａからの加速度信号は、Ｘ軸面倒れ加速度計算部６６と、Ｘ軸回転加速度計算部７０とにそれぞれ入力される。また、加速度センサ５５ｂおよび加速度センサ５６ｂからの加速度信号は、Ｙ軸面倒れ加速度計算部５７とＹ軸回転加速度計算部６１とにそれぞれ入力される。

Ｙ軸センサ出力補正部５８は、加速度センサ５５ｂおよび加速度センサ５６ｂの加速度信号に含まれているガルバノスキャナ３ｂの回転による加速度成分の大きさを一致させるように加速度センサ５６ｂの出力に補正ゲインＫｙ３を乗じて加算器５９に出力する。なお、この補正ゲインＫｙ３は加速度センサの固体差等や取り付け位置のずれによる出力のばらつきを補正するためのものである。

そして、加算器５９は、加速度センサ５５ｂの出力と、Ｙ軸センサ出力補正部５８の出力との和を算出する。上述のように、加速度センサ５５ｂの回転による加速度信号の大きさと、加速度センサ５６ｂの回転による加速度信号の大きさとは、向きが逆で大きさが同じであるので、これらの出力の和を取ることにより面倒れ振動による加速度成分のみが出力される。そして、Ｙ軸面倒れ加速度出力補正部６０は、加算器５９の出力に補正ゲインＫｙ４を乗じて、面倒れ振動の加速度成分の信号の大きさを補正する。この補正量は、例えば、実施の形態１の加速度センサ１６ｂの取り付けられていた位置で計測したと想定される信号の振幅になるように補正ゲインＫｙ４を乗じる。

一方、Ｘ軸センサ出力補正部６７は、加速度センサ５５ａおよび加速度センサ５６ａの加速度信号に含まれているガルバノスキャナ３ａの回転による加速度成分の大きさを一致させるように加速度センサ５６ａの出力に補正ゲインＫｘ３を乗じて加算器６８に出力する。なお、この補正ゲインＫｘ３は加速度センサの固体差等や取り付け位置のずれによる出力のばらつきを補正するためのものである。

そして、加算器６８は、加速度センサ５５ａの出力と、Ｘ軸センサ出力補正部６７の出力との和を算出する。上述のように、加速度センサ５５ａの回転による加速度信号の大きさと、加速度センサ５６ａの回転による加速度信号の大きさとは、向きが逆で大きさが同じであるので、これらの出力の和を取ることにより面倒れ振動による加速度成分のみが出力される。そして、Ｘ軸面倒れ加速度出力補正部６９は、加算器６８の出力に補正ゲインＫｘ４を乗じて、面倒れ振動の加速度成分の信号の大きさを補正する。この補正量は、例えば、実施の形態１の加速度センサ１６ａの取り付けられていた位置で計測したと想定される信号の振幅になるように補正ゲインＫｘ４を乗じる。

Ｙ軸面倒れ加速度出力補正部６０およびＸ軸面倒れ加速度出力補正部６９の出力、即ちＹ軸面倒れ加速度計算部５７およびＸ軸面倒れ加速度計算部６６の計算結果は、Ｙ軸面倒れ補正量計算部２３およびＸ軸面倒れ補正量計算部２８にそれぞれ出力される。そして、実施の形態５と同様に、上記計算結果に基づいて、ミラー４ａの面倒れ振動はミラー４ｂの回転角により補償され、ミラー４ｂの面倒れ振動はミラー４ａの回転角により補償される。

また、加速度センサ５５ｂ、５６ｂの出力は、Ｙ軸回転加速度計算部６１に、加速度センサ５５ａ、５６ａの出力は、Ｘ軸回転加速度計算部７０にもそれぞれ入力される。

Ｙ軸センサ出力補正部６２は、加速度センサ５５ｂおよび加速度センサ５６ｂの加速度信号に含まれているガルバノスキャナ３ｂの面倒れ振動による加速度成分の大きさを一致させるように、加速度センサ５６ｂの出力に補正ゲインＫｙ５を乗じて減算器６３に出力する。なお、この補正ゲインＫｙ５は加速度センサの固体差等や取り付け位置のずれによる出力のばらつきを補正するためのものである。

そして、減算器６３は、加速度センサ５５ｂの出力と、Ｙ軸センサ出力補正部６２の出力との差を算出する。上述のように、加速度センサ５５ｂの面倒れ振動による加速度信号の大きさと、加速度センサ５６ｂの面倒れ振動による加速度信号の大きさとは、向きおよび大きさが同じであるので、これらの出力の差を取ることにより面倒れ振動による加速度成分は除去され、回転による加速度信号のみが出力される。そして、Ｙ軸回転加速度出力補正部６４は、減算器６３の出力に補正ゲインＫｙ６を乗じて、回転による加速度成分の信号をミラー４ｂの回転角加速度に変換する。この回転角加速度が上述した回転角加速度計算値である。

一方、Ｘ軸センサ出力補正部７１は、加速度センサ５５ａおよび加速度センサ５６ａの加速度信号に含まれているガルバノスキャナ３ａの面倒れ振動による加速度成分の大きさを一致させるように加速度センサ５６ａの出力に補正ゲインＫｘ５を乗じて減算器７２に出力する。なお、この補正ゲインＫｘ５は加速度センサの固体差等や取り付け位置のずれによる出力のばらつきを補正するためのものである。

そして、減算器７２は、加速度センサ５５ａの出力と、Ｘ軸センサ出力補正部７１の出力との差を算出する。上述のように、加速度センサ５５ａの面倒れ振動による加速度信号の大きさと、加速度センサ５６ａの面倒れ振動による加速度信号の大きさとは、向きおよび大きさが同じであるので、これらの出力の差を取ることにより面倒れ振動による加速度成分は除去され、回転による加速度信号のみが出力される。そして、Ｘ軸回転加速度出力補正部７３は、減算器７２の出力に補正ゲインＫｘ６を乗じて、回転による加速度成分の信号をミラー４ａの回転角加速度に変換する。この回転角加速度が上述した回転角加速度計算値である。

Ｘ軸回転角制御部７４には、加算器２４からの出力と、Ｘ軸回転加速度計算部７０からの出力と、エンコーダ部８ａからの出力とが入力される。Ｘ軸回転角制御部７４は、上述のように、加算器２４からの回転角指令と、エンコーダ部８ａから出力されるミラー４ａの回転角計測値とを一致させるようにガルバノスキャナ３ａへの電流を制御するとともに、Ｘ軸回転加速度計算部７０の計算結果である回転角加速度計算値に基づいてミラー４ａのねじれ振動が小さくなるように電流を制御する。

また、Ｙ軸回転角制御部６５には、加算器２９からの出力と、Ｙ軸回転加速度計算部６１からの出力と、エンコーダ部８ｂからの出力とが入力される。Ｙ軸回転角制御部６５は、上述のように、加算器２９からの回転角指令と、エンコーダ部８ｂから出力されるミラー４ｂの回転角計測値とを一致させるようにガルバノスキャナ３ｂへの電流を制御するとともに、Ｙ軸回転加速度計算部６１からの回転角加速度計算値に基づいてミラー４ｂのねじれ振動が小さくなるように電流を制御する。

なお、上記の補正ゲインＫｘ３、Ｋｘ４、Ｋｘ５、Ｋｙ３、Ｋｙ４、Ｋｙ５としては、例えば、（６）、（７）、（８）（９）、（１０）、（１１）式の近傍値を設定する。
Ｋｘ３＝１．０（６）
Ｋｘ４＝（Ｌｘ１）／（Ｌｘ１−Ｌｘ３）／２（７）
Ｋｘ５＝１．０（８）
Ｋｙ３＝１．０（９）
Ｋｙ４＝（Ｌｙ１）／（Ｌｙ１−Ｌｙ３）／２（１０）
Ｋｙ５＝１．０（１１）
ここで、Ｌｘ１は実施の形態１の加速度センサ１６ａが取り付けられていた位置からベアリング３４ａまでの距離、Ｌｘ３は加速度センサ５５ａあるいは加速度センサ５６ａからベアング３４ａまでの距離、Ｌｙ１は実施の形態１の加速度センサ１６ｂが取り付けられていた位置からベアリング３４ｂまでの距離、Ｌｙ３は加速度センサ５５ｂあるいは加速度センサ５６ｂからベアリング３４ｂまでの距離である。なお、Ｋｘ６、Ｋｙ６は、加速度信号から回転加速度信号に変換する係数を設定する。

本実施の形態によれば、ミラー４ａの回転により生じる加速度を除去して面倒れにより生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ｂの回転角を制御するとともに、ミラー４ｂの回転により生じる加速度を除去して面倒れにより生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ａの回転角を制御するようにしているので、実施の形態５と同様に、ミラー４ａ、４ｂが高速に回転している場合でもレーザ光の高精度な位置決めができる。

さらに、ミラー４ａの回転により生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ａの回転角を制御するとともに、ミラー４ｂの回転により生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ｂの回転角を制御するようにしたので、ミラー４ａ、４ｂのねじれ振動を抑制でき、ねじれ振動の影響を抑えた高精度なレーザ光の位置決めができる。

なお、実施の形態５および実施の形態６では、各ミラーに２個の加速度センサを取り付け、信号の和および差によって面倒れ振動による加速度や回転による加速度を分離するものを説明したが、ミラーに３個あるいはそれ以上の加速度センサをとりつけ、それぞれの出力にゲインを乗じた信号を加算あるいは減算してもよい。このようにしても、同等の効果を得ることができる。

また、Ｘ軸回転角制御部７４において、Ｘ軸回転加速度計算部７０の出力を回転加速度制御部８３ａに入力してねじれ振動を抑制する構成を示したが、回転加速度制御部８３ａを、速度制御部８２ａの入力にゲインを乗じてパワーアンプ部８４ａに出力するように変更し、Ｘ軸回転加速度計算部７０の出力を速度制御部８２ａに入力して、ねじれ振動を抑制するように構成にしてもよい。
同様に、Ｙ軸回転角制御部６５において、Ｙ軸回転加速度計算部６１の出力を回転加速度制御部８３ｂに入力してねじれ振動を抑制する構成を示したが、回転加速度制御部８３ｂを、速度制御部８２ｂの入力にゲインを乗じてパワーアンプ部８４ｂに出力するように変更し、Ｙ軸回転加速度計算部６１の出力を速度制御部８２ｂに入力して、ねじれ振動を抑制するように構成してもよい。

上記のように構成したＸ軸回転角制御部７４およびＹ軸回転角制御部６５の構成の１例を図１６に示す。この例は、図１４の回転加速度制御部８３ａ、８３ｂが無い代わりにゲイン設定部８７ａ、８７ｂが追加されたものである。位置制御部８０ａから出力された速度指令と、角加速度計算部７０から出力された加速度計測値にゲイン設定部８７ａのゲインＫａｘ２を乗じたものを減算器８６ａで減算し、速度指令として速度制御部８２ａに出力する。速度制御部８２ａの出力はパワーアンプ８４ａの電流指令として出力される。このように構成することで、ミラー３ａのねじれ振動を抑制することができる。また、位置制御部８０ｂから出力された速度指令と、角加速度計算部６１から出力された加速度計測値にゲイン設定部８７ｂのゲインＫａｙ２を乗じたものを減算器８６ｂで減算し、速度指令として速度制御部８２ｂに出力する。速度制御部８２ｂの出力はパワーアンプ８４ｂの電流指令として出力される。このように構成することでミラー４ｂのねじれ振動を抑制することができる。なお、ゲインＫａｘ２、Ｋａｙ２は振動抑制の調整をするパラメータであり、小さすぎると振動抑制効果が小さく、大き過ぎると回転角制御が不安定になることがあるので、ねじれ振動が抑制される適切な値に調整する。

また、Ｘ軸回転加速度計算部７０の出力を位置制御部８０ａに入力し、ねじれ振動を抑制する速度指令を速度制御部８１ａに出力する構成にしてもよい。同様に、Ｙ軸回転加速度計算部６１の出力を位置制御部８０ｂに入力し、ねじれ振動を抑制する速度指令を速度制御部８１ｂに出力する構成にしてもよい。これらのように構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態ではミラー４ａ、４ｂの両方に、それぞれ２つの加速度センサを設けるものを示したが、いずれか一方のミラーには２つの加速度センサを設け、他方のミラーには１つの加速度センサを設けるようにしてもよい。また、いずれか一方のミラーには２つの加速度センサを設け、他方のミラーには加速度センサを設けない構成にしてもよい。これらの場合は、２つの加速度センサを設けたミラーについて高精度な位置決め、およびねじれ振動の抑制が可能となる。

また、加速度センサ５５ａと加速度センサ５６ａとは、ミラー４ａの裏面１３ａにおいて回転軸１７ａを隔てて等間隔の距離で、ベアリング３４ａから加速度センサ５５ａまでの距離と、ベアリング３４ａから加速度センサ５６ａまでの距離とが等しくなるように固定したが、加速度センサの位置はこれに限るものではない。加速度センサ５５ａと加速度センサ５６ａの出力を補正するようにすることで、回転軸１７ａを隔てて等間隔ではない位置や、ベアリング３４ａからの距離が等しくない場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。なお、上記は加速度センサ１６ｂおよび加速度センサ４０ｂについても同様である。

実施の形態７．
図１７は、この発明の実施の形態７のガルバノスキャナ装置を示すブロック図である。実施の形態６ではミラー４ａあるいは４ｂの面倒れ振動を、加速度センサ５５ｂ、５６ｂ、あるいは加速度センサ５５ａ、５６ａの出力を用いて、ミラー４ｂあるいはミラー４ａの回転角を制御することで面倒れ振動によるレーザ光１５の位置決め誤差を抑制するように構成されているが、面倒れ振動が小さい場合は、加速度センサ５５ａ、５６ａ、あるいは加速度センサ５５ｂ、５６ｂの出力を用いて、ミラー４ａあるいはミラー４ｂのねじり振動のみを抑制する構成としても、レーザ光１５の高精度な位置決めが可能である。

実施の形態７のガルバノスキャナ装置１ｄは、図１７に示すように、実施の形態６のガルバノスキャナ装置が、Ｙ軸面倒れ加速度計算部５７およびＸ軸面倒れ加速度計算部６６と、Ｙ軸面倒れ補正量計算部２３およびＸ軸面倒れ補正量計算部２８とを備えていないものに相当する。また、実施の形態６のガルバノスキャナ装置の加算器２４および加算器２９を備えておらず、Ｘ軸回転指令生成部２１の出力がＸ軸回転角制御部７４に、Ｙ軸回転指令生成部２６の出力がＹ軸回転角制御部６５にそれぞれ直接入力される。なお、図１７において図１１と同一の符号をつけたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明は省略する。

実施の形態７のガルバノスキャナ装置１ｄは、Ｘ軸回転加速度計算部７０において、加速度センサ５５ａ、５６ａの検出値からミラー４ａの回転により生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ａの回転角を制御し、ミラー４ａの回転により生じる上記ねじれ振動を抑制する。また、Ｙ軸回転加速度計算部６１において、加速度センサ５５ｂ、５６ｂの検出値からミラー４ｂの回転により生じる加速度を計算し、この計算結果に基づいてミラー４ｂの回転角を制御し、ミラー４ｂの回転により生じる上記ねじれ振動を抑制する。なお、その他の動作は実施の形態６のガルバノスキャナ装置の動作と同様であるためその説明を省略する。

本実施の形態によれば、ミラー４ａ、４ｂの回転により生じるねじれ振動を抑制することができるので、ミラー４ａ、４ｂが高速に回転している場合でもレーザ光の高精度な位置決めができる。

なお、上記各実施の形態は組み合わせることができる。

１、１ｂ、１ｃ、１ｄガルバノスキャナ装置
２制御部
３ａ、３ｂガルバノスキャナ
４ａ、４ｂミラー
１３ａミラーの裏面
１４ａミラーの外周面
１６ａ、１６ｂ、４０ａ、４０ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ加速度センサ
１７ａ、１７ｂ回転軸
３７ａ、３８ａ穴部
４１、４５、５７、６６面倒れ加速度計算部（第一の計算部、第二の計算部）
６１、７０回転加速度計算部（第三の計算部、第四の計算部）

Claims

第一のミラーを回転させる第一のガルバノスキャナと、
前記第一のミラーの回転軸に直交する回転軸を持ち、且つ第二のミラーを回転させる第二のガルバノスキャナと、
前記第一のミラーに設けられ、該第一のミラーの回転軸と加速度検出方向が直交し、前記第一のミラーの面倒れ振動を検出する第一の加速度センサと、
前記第一の加速度センサの検出値に基づいて前記第二のミラーの回転角を制御する制御部とを備えることを特徴とするガルバノスキャナ装置。
第一のミラーを回転させる第一のガルバノスキャナと、
前記第一のミラーの回転軸に直交する回転軸を持ち、且つ第二のミラーを回転させる第二のガルバノスキャナと、
前記第一のミラーに設けられ、該第一のミラーの回転軸と加速度検出方向が直交し、前記第一のミラーの面倒れ振動を検出する第一の加速度センサと、
前記第二のミラーに設けられ、該第二のミラーの回転軸と加速度検出方向が直交し、前記第二のミラーの面倒れ振動を検出する第二の加速度センサと、
前記第一の加速度センサの検出値に基づいて前記第二のミラーの回転角を制御し、且つ前記第二の加速度センサの検出値に基づいて前記第一のミラーの回転角を制御する制御部とを備えることを特徴とするガルバノスキャナ装置。
前記第一の加速度センサは、前記第一のミラーの回転軸上または回転軸近傍に位置することを特徴とする請求項１または２に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第二の加速度センサは、前記第二のミラーの回転軸上または回転軸近傍に位置することを特徴とする請求項２に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第一の加速度センサは、前記第一のミラーの裏面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第二の加速度センサは、前記第二のミラーの裏面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第一の加速度センサは、前記第一のミラーの外周面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第二の加速度センサは、前記第二のミラーの外周面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第一の加速度センサは、前記第一のミラーの裏面に形成された第一の穴部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第二の加速度センサは、前記第二のミラーの裏面に形成された第二の穴部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第一の加速度センサは、前記第一のミラーの外周面に形成された第一の穴部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第二の加速度センサは、前記第二のミラーの外周面に形成された第二の穴部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第一の加速度センサは複数設けられ、
前記制御部は、前記複数の第一の加速度センサの検出値から前記第一のミラーの回転により生じる加速度を除去して面倒れにより生じる加速度を計算する第一の計算部を有し、前記第一の計算部の計算結果に基づいて前記第二のミラーの回転角を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のガルバノスキャナ装置。
前記第一の加速度センサおよび第二の加速度センサはそれぞれ複数設けられ、
前記制御部は、前記複数の第一の加速度センサの検出値から前記第一のミラーの回転により生じる加速度を除去して面倒れにより生じる加速度を計算する第一の計算部と、前記複数の第二の加速度センサの検出値から前記第二のミラーの回転により生じる加速度を除去して面倒れにより生じる加速度を計算する第二の計算部とを有し、前記第一の計算部の計算結果に基づいて前記第二のミラーの回転角を制御し、前記第二の計算部の計算結果に基づいて前記第一のミラーの回転角を制御することを特徴とする請求項２に記載のガルバノスキャナ装置。
前記制御部は、前記複数の第一の加速度センサの検出値から前記第一のミラーの回転により生じる加速度を計算する第三の計算部を有し、前記第三の計算部の計算結果に基づいて前記第一のミラーの回転角を制御することを特徴とする請求項１３に記載のガルバノスキャナ装置。
前記制御部は、前記複数の第一の加速度センサの検出値から前記第一のミラーの回転により生じる加速度を計算する第三の計算部と、前記複数の第二の加速度センサの検出値から前記第二のミラーの回転により生じる加速度を計算する第四の計算部とを有し、前記第三の計算部の計算結果に基づいて前記第一のミラーの回転角を制御し、前記第四の計算部の計算結果に基づいて前記第二のミラーの回転角を制御することを特徴とする請求項１４に記載のガルバノスキャナ装置。