JP5847291B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ走査装置およびレーザ走査装置とワークとの相対位置を変化させる二次元駆動装置を備えたレーザ加工装置に関するものである。

レーザビームの照射位置を決定するレーザ走査装置および前記レーザ走査装置とワークとの相対位置を決定する二次元駆動装置を備えたレーザ加工装置において、レーザ走査装置と二次元駆動装置が互いに干渉し合いながら駆動する協調駆動の制御（以下、協調制御）では、二次元駆動装置の計測位置を基準にレーザ走査装置を駆動すると、レーザ走査装置の加減速制御等による遅れ時間と各種通信の遅れ時間の分だけワークとレーザ走査装置の相対位置が変化するためレーザ照射位置が加工指令位置からずれる。そのため、二次元駆動装置の位置を予測してレーザ走査装置を駆動する必要があり、二次元駆動装置の前記予測位置に基づき、レーザ走査装置を駆動制御し、加工を行うレーザ加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１５６７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、二次元駆動装置の現在位置と現在速度から二次元駆動装置の予測位置を求めているが、二次元駆動装置が加減速する場合、加減速時に二次元駆動装置自体の変形が生じることで、前記二次元駆動装置の予測位置に基づきレーザ加工を行った場合、レーザ照射位置と加工指令位置の間に二次元駆動装置の変形に伴う位置ずれが発生するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ照射位置と加工指令位置のずれを低減した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、ワークを搭載して二次元方向に移動する二次元駆動部と、前記ワークにレーザビームを照射して二次元方向に走査するレーザ走査部と、前記二次元駆動部の位置情報に基いて、前記二次元駆動部の遅れ時間だけ先の予測位置を求める遅れ補償処理部と、前記二次元駆動部の加速度情報に基いて、前記二次元駆動部の変形による補正量を求める変形補償処理部と、を備え、前記レーザ走査部への位置指令、前記予測位置、および前記補正量に基いて前記レーザ走査部を駆動制御することを特徴とする。

本発明によれば、レーザ照射位置と加工指令位置のずれを低減できるという効果を奏する。

図１は、この発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 図２は、この発明の実施の形態１に係るＸＹテーブルの正面図である。 図３は、この発明の実施の形態１に係るＸＹテーブルの側面図である。 図４は、この発明の実施の形態１に係る変形補償処理部の構成を示すブロック図である。 図５は、この発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 図６は、この発明の実施の形態３に係る遅れ補償処理部の構成を示すブロック図である。 図７は、この発明の実施の形態４に係る遅れ補償処理部の構成を示すブロック図である。 図８は、この発明の実施の形態５に係る変形補償処理部の構成を示すブロック図である。 図９は、この発明の実施の形態６に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 図１０は、この発明の実施の形態７に係るトップテーブルの位置を変更したＸＹテーブルの正面図である。 図１１は、この発明の実施の形態８に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 図１２は、この発明の実施の形態９に係るＸＹテーブルの正面図である。 図１３は、この発明の実施の形態９に係るＸＹテーブルの側面図である。 図１４は、この発明の実施の形態９に係るＸＹテーブルのＹ方向直動案内の構成を示す平面図である。 図１５は、この発明の実施の形態９に係る各部に作用する力を図示したＸＹテーブルの側面図である。 図１６は、この発明の実施の形態９に係るＸＹテーブルのピッチングの様子を示す側面図である。 図１７は、この発明の実施の形態９に係るＸＹテーブルのせん断変形の様子を示す側面図である。 図１８は、この発明の実施の形態９に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 図１９は、この発明の実施の形態１０に係るＸＹテーブルの正面図である。 図２０は、この発明の実施の形態１０に係るＸＹテーブルのＹ方向直動案内の構成を示す平面図である。 図２１は、この発明の実施の形態１０に係るＸＹテーブルのヨーイングの様子を示す平面図である。 図２２は、この発明の実施の形態１０に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 図２３は、この発明の実施の形態１１に係るＸＹテーブルの正面図である。 図２４は、この発明の実施の形態１２に係る複数個の加工ヘッドを有するレーザ加工装置の構成を示す図である。

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によるレーザ加工装置２００の構成を示すブロック図である。このレーザ加工装置２００は、レーザビーム１を二次元に走査するレーザ走査装置であるガルバノスキャナ２ａ（Ｘ軸方向用）、２ｂ（Ｙ軸方向用）と、ワーク３の位置を変化させる二次元駆動装置であるＸＹテーブル４（二次元駆動部）を備えている。一般的に、ガルバノスキャナ２ａ、２ｂで加工可能な範囲は加工範囲全体に比べて小さいため、ＸＹテーブル４でワーク３を移動させ、加工範囲を順次変えながら加工を行わなければならない。そのためこのような構成となっている。ガルバノスキャナ２ａ、２ｂの先端にはレーザビーム１を走査するミラー（Ｘ軸）６４ａ、ミラー（Ｙ軸）６４ｂが取り付けられている。また、ガルバノスキャナ２ａ、２ｂには回転角度計測のためのガルバノエンコーダ５ａ、５ｂが取り付けられている。レーザビーム１はミラー６４ａで反射する角度によってＸ軸方向の照射位置が決まり、ミラー６４ｂで反射する角度によってＹ軸方向の照射位置が決まる。高速で位置決めを行うミラー６４ａ、６４ｂに反射されたレーザビーム１はｆθレンズ６３によって集光されワーク３上に照射される。ＸＹテーブル４上にワーク３は搭載（固定）されており、ＸＹテーブル４によってワーク３の位置の移動が可能となっている。ＸＹテーブル４にはリニアエンコーダ（Ｘ軸）６ａ、リニアエンコーダ（Ｙ軸）６ｂが取り付けられており、ＸＹテーブルのＸ方向、Ｙ方向の位置情報をそれぞれ得られるようになっている。また、レーザビーム１を出力するレーザ発振器６２は発振器制御装置６１によって制御されている。

ガルバノスキャナ２ａ、２ｂおよびＸＹテーブル４の制御装置１０２は、加工計画処理部６０、ガルバノスキャナ制御処理部１０３、ＸＹテーブル制御処理部１０４、Ｘ軸位置ずれ補償処理部１００およびＹ軸位置ずれ補償処理部１０１を備えている。ガルバノスキャナ制御処理部１０３はスキャナＸ軸位置指令生成部１４、スキャナＹ軸位置指令生成部１５、Ｘ軸回転角指令生成部２０、Ｙ軸回転角指令生成部２６、Ｘ軸回転角制御部２１、およびＹ軸回転角制御部２７を備えている。ＸＹテーブル制御処理部１０４は、テーブルＸ軸位置指令生成部８、テーブルＹ軸位置指令生成部１０、テーブルＸ軸制御部９、およびテーブルＹ軸制御部１１を備えている。Ｘ軸位置ずれ補償処理部１００は、Ｘ軸遅れ補償処理部１６およびＸ軸変形補償処理部１７を備えている。Ｙ軸位置ずれ補償処理部１０１は、Ｙ軸遅れ補償処理部２２およびＹ軸変形補償処理部２３を備えている。

ＸＹテーブル４の詳細について以下に説明する。図２に示すＸＹテーブル４の正面図において、サーボモータ７０ａによってボールねじ７１ａを回転させ、トップテーブル７３と結合されている可動部７２ａを駆動することでトップテーブル７３のＸ方向の移動を可能にしている。また、図３に示すＸＹテーブル４の側面図において、サーボモータ７０ｂによってボールねじ７１ｂを回転させ、可動部７２ｂを駆動することでサドル７７より上の部分のＹ方向への移動を可能にしている。ＸＹテーブル４をＸ方向、Ｙ方向に独立して動かすことで、トップテーブル７３の位置を可動領域内の任意の位置に移動することが可能となっている。ここで、サーボモータ７０ａ、７０ｂにはそれぞれエンコーダ７４ａ、７４ｂが取り付けられている。リニアエンコーダ６ａ、６ｂはそれぞれ可動部７２ａ、７２ｂの位置に取り付けられているため、トップテーブル７３の位置を直接計測しているわけではない。そのため、ＸＹテーブル４が変形すると、リニアエンコーダ６ａ、６ｂとトップテーブル７３の相対位置が変化し、加工時のずれの原因となる。

図１のレーザ加工装置の制御について説明する。加工計画処理部６０ではレーザ加工を行うにあたって加工時間を短縮するためにＸＹテーブル４の最適なパスを生成する。加工計画処理部６０からの信号は、ガルバノスキャナ制御処理部１０３とＸＹテーブル制御処理部１０４に送られる。

ＸＹテーブル制御処理部１０４においては、加工計画処理部６０の信号に基づいて、テーブルＸ軸位置指令生成部８とテーブルＹ軸位置指令生成部１０でＸＹテーブル４のＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置指令が生成される。テーブルＸ軸位置指令生成部８からの信号はテーブルＸ軸制御部９に送られる。テーブルＸ軸制御部９では、テーブルＸ軸位置指令生成部８からの信号とリニアエンコーダ６ａからの位置情報をもとにテーブルＸ軸の制御信号を計算し、テーブルＸ軸を駆動する。同様にテーブルＹ軸に関して、テーブルＹ軸位置指令生成部１０からの信号はテーブルＹ軸制御部１１に送られる。テーブルＹ軸制御部１１では、テーブルＹ軸位置指令生成部１０からの信号とリニアエンコーダ６ｂの位置情報をもとにテーブルＹ軸の制御信号を計算し、テーブルＹ軸を駆動する。

加工計画処理部６０からガルバノスキャナ制御部１０３に送られた信号は、スキャナＸ軸位置指令生成部１４とスキャナＹ軸位置指令生成部１５に送られる。スキャナＸ軸位置指令生成部１４で、加工計画処理部６０の信号をもとにガルバノスキャナＸ軸の位置指令信号が生成される。減算器１９で、スキャナＸ軸位置指令生成部１４からの信号とＸ軸位置ずれ補償処理部１００で求まる補償処理後のテーブルＸ軸位置を示す信号との差をとり、Ｘ軸回転角指令生成部２０に入力する。Ｘ軸回転角指令生成部２０でガルバノスキャナ２ａ（Ｘ軸）に関する指令値が生成され、Ｘ軸回転角制御部２１へ入力される。Ｘ軸回転角制御部２１では、Ｘ軸回転角指令生成部２０からの信号とガルバノエンコーダ５ａからのフィードバック信号をもとに制御信号を計算し、ガルバノスキャナ２ａを制御する。同様に、スキャナＹ軸位置指令生成部１５で、加工計画処理部６０の信号をもとにガルバノスキャナＹ軸の位置指令信号が生成される。減算器２５で、スキャナＹ軸位置指令生成部１５からの信号とＹ軸位置ずれ補償処理部１０１で求まる補償処理後のテーブルＹ軸位置を示す信号との差をとり、Ｙ軸回転角指令生成部２６に入力する。Ｙ軸回転角指令生成部２６でガルバノスキャナ２ｂ（Ｙ軸）に関する指令値が生成され、Ｙ軸回転角制御部２７へ入力される。Ｙ軸回転角制御部２７では、Ｙ軸回転角指令生成部２６からの信号とガルバノエンコーダ５ｂからのフィードバック信号をもとに制御信号を計算し、ガルバノスキャナ２ｂを制御する。

ガルバノスキャナの駆動制御には、遅れが生じる。目標までガルバノスキャナを駆動するには加減速が必要であり、加減速に応じて目標に到達する時間が変化する。加減速に要する時間を加減速制御の遅れと呼ぶ。また、ハードウェア間の通信にもサンプリング周期に応じた遅れが生じる。この遅れを、各種通信遅れと呼ぶ。Ｘ軸位置ずれ補償処理部１００では、リニアエンコーダ６ａからのテーブルＸ軸位置信号をもとに、Ｘ軸遅れ補償処理部１６において、ガルバノスキャナ２ａの加減速制御の遅れや各種通信遅れ等の遅れ時間だけ先のＸ軸方向のテーブル予測位置を計算する。また、Ｘ軸変形補償処理部１７において、ＸＹテーブル４のＸ軸方向の変形を考慮したテーブル位置の補正量を計算する。Ｘ軸遅れ補償処理部１６とＸ軸変形補償処理部１７の信号を加算器１８で足し合わせ、補償処理後のテーブルＸ軸位置として出力する。同様にＹ軸位置ずれ補償処理部１０１では、リニアエンコーダ６ｂからのテーブルＹ軸位置信号をもとに、Ｙ軸遅れ補償処理部２２、Ｙ軸変形補償処理部２３からの信号を加算器２４で足し合わせ、補償処理後のテーブルＹ軸位置として出力する。

レーザ発振器６２を制御する発振器制御装置６１には、ガルバノエンコーダ５ａ、５ｂからの信号が送られ、これらの信号をもとに発振器制御装置６１がレーザ発振器６２を制御し、レーザ発振器６２はレーザビーム１を出力する。

次に、Ｘ軸位置ずれ補償処理部１００およびＹ軸位置ずれ補償処理部１０１それぞれの構成要素であるＸ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２と、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３の詳細について説明する。なおこの制御系は、離散システムであると仮定する。

まず、Ｘ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２の機能を説明する。ＸＹテーブル４のリニアエンコーダ６ａ、６ｂから得られる現在位置情報をＰ（ｎ）、現在速度をＶ（ｎ）とする。ここでｎはサンプリング番号を表す。ガルバノスキャナ２ａおよび２ｂの加減速制御等の遅れ時間をΔＴとし、遅れ時間ΔＴ後のテーブル予測位置Ｐ’は次の式（１）ように計算される。なお、式（１）はＸ軸およびＹ軸方向それぞれについて成り立つとする。
Ｐ’＝Ｐ（ｎ）＋Ｖ（ｎ）ΔＴ ・・・（１）
したがって、遅れ時間だけ先のテーブル予測位置は、Ｘ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２において式（１）の方法で与えられる。この遅れ補償処理は、ＸＹテーブル４の現在位置と現在速度からＸＹテーブル４の遅れ時間だけ先の位置を予測するので、ＸＹテーブル４が加速度運動をする場合、予測位置とレーザ照射位置の間に加速度と遅れ時間に比例する誤差Ｅ_１が生じる。加速度をａとした場合、誤差Ｅ_１は次式で与えられる。
Ｅ_１＝ａΔＴ^２／２ ・・・（２）

図４にＸ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３のブロック図を示す。Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３では、それぞれＸＹテーブル４の加速度を用いて計算を行う。ＸＹテーブル４に取り付けているリニアエンコーダ６ａ、６ｂの信号には、ノイズが含まれるのが一般的であり、これらの位置情報から直接二階微分をして加速度情報を求めるのは困難である。そのため、ＸＹテーブル４のＸ軸方向およびＹ軸方向それぞれの位置情報を平滑化するローパスフィルタ３３をかけた後に、二階微分演算部３４において二階微分操作を行ってＸ軸方向およびＹ軸方向それぞれの加速度情報を求める。求めたＸ軸方向およびＹ軸方向の加速度情報に、ＸＹテーブル４の変形を補正する定数要素３５（Ｋ_ａ）をそれぞれ乗じる。加速度による変形が生じるのに遅れ時間がある場合は、この後さらに遅れ要素３６（Ｚ^-k）を乗じることにより、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３それぞれの出力を求める。この出力は、ＸＹテーブル４の変形を考慮した補正量である。ここで、定数要素３５は加速度情報に乗ずることで位置の補正を行う定数なので、ばね定数のようなものと考えることができる。また、ＺはＺ変換を表す記号であり、Ｚ^-1は１サンプリング遅れを意味する。遅れ時間補償処理と変形補償処理を含んだ予測位置Ｐ’は加速度をＡ（ｎ）として式（３）のように表される。なお、式（３）はＸ軸およびＹ軸方向それぞれについて成り立つとする。
Ｐ’＝Ｐ（ｎ）＋Ｖ（ｎ）ΔＴ＋Ｋ_ａＡ（ｎ）Ｚ^-k ・・・（３）
したがって、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３による補正量は、式（３）の右辺第三項で表される。

上記のような制御系を構成することで、遅れ時間だけ先のＸＹテーブル４の予測位置をＸ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２から計算することと、ＸＹテーブル４の加減速時の変形補正量をＸ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３によって求めることが可能となる。したがって、Ｘ軸遅れ補償処理部１６とＸ軸変形補償処理部１７の信号を足し合わせたものがＸＹテーブル４の補償処理後のＸ軸位置、Ｙ軸遅れ補償処理部２２とＹ軸変形補償処理部２３の信号を足し合わせたものが、ＸＹテーブル４の補償処理後のＹ軸位置となる。スキャナＸ軸位置指令生成部１４、スキャナＹ軸位置指令生成部１５それぞれからの位置指令出力とＸＹテーブル４の補正処理後のＸ軸位置およびＹ軸位置からガルバノスキャナ２ａ、２ｂの回転角指令を生成し、ガルバノスキャナ２ａ、２ｂを制御することで、レーザ照射位置と加工指令位置との間の位置ずれを低減する。

また、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３はＸＹテーブル４の加速度を用いた補償処理部であるため、ＸＹテーブル４の機械的な変形を補正するだけでなく、Ｘ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２の誤差を低減する効果もある。これは線形の位置予測であるＸ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２による誤差が式（２）に示すようにＸＹテーブル加速度に比例するためである。

レーザ走査装置と二次元駆動装置を備えたレーザ加工装置において、二次元駆動装置でレーザ走査装置とワークの相対位置を変化させながらレーザ光を走査し加工を行うレーザ走査装置と二次元駆動装置の協調制御では、二次元駆動装置の計測位置情報を基準にレーザ走査装置を駆動するとレーザ走査装置の加減速制御等の時間だけ遅れが生じることによりレーザ照射位置が加工目標位置からずれるため、遅れ時間だけ先の二次元駆動装置の位置を予測する必要がある。また、二次元駆動装置が加減速する場合、慣性力によって二次元駆動装置自体が変形することで、レーザ走査装置の遅れを考慮した予測位置を狙ってレーザを照射してもレーザ照射位置と加工指令位置の間にずれが生じる。

これに対して、本実施の形態にかかるレーザ加工装置２００においては、上述したように加減速時に発生する二次元駆動部（ＸＹテーブル４）の変形を予測して、レーザ走査部を駆動制御しワーク３の加工を行うことで、二次元駆動部の変形による位置ずれを低減することが可能となる。また、レーザ走査装置の二次元駆動装置の変形量と遅れ時間だけ先の二次元駆動装置の予測位置を計算するシステムを有することで、レーザ照射位置と加工指令位置とのずれを低減する効果が得られる。また、Ｘ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２は、線形の位置予測を実行するため、二次元駆動部が加速度運動をする場合、予測位置と実位置の間に加速度と遅れ時間（先読み時間）ΔＴに比例する誤差が生じるが、加速度情報を用いた変形補償処理部を組み合わせることでこの誤差を低減することが可能である。

実施の形態２．
また、ＸＹテーブル４の位置情報を取得する場合、図２および図３に示したテーブル駆動用のサーボモータ７０ａ、７０ｂに取り付けられたエンコーダ７４ａ、７４ｂを利用し、回転角からテーブル位置を算出しても良い。図２および図３では、サーボモータ７０ａ、７０ｂが回転することで、ボールねじ７１ａ、７１ｂが回転し可動部７２ａ、７２ｂが駆動する仕組みである。したがって、サーボモータ７０ａ、７０ｂの回転量をエンコーダ７４ａ、７４ｂで計測し、ボールねじ７１ａ、７１ｂのリードから移動量が算出可能である。エンコーダ７４ａ、７４ｂを用いた制御系を備えたレーザ加工装置２０１の構成を示すブロック図を図５に示す。ＸＹテーブル４の位置情報を取得するために、本実施の形態２においては、実施の形態１のリニアエンコーダ６ａ、６ｂの代わりにエンコーダ７４ａ、７４ｂが用いられる。図５で新たに追加された角度-位置変換６５ａおよび６５ｂは、それぞれエンコーダ７４ａおよび７４ｂのＸ軸およびＹ軸方向の検出角度をＸＹテーブル４のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置に変換し、ＸＹテーブル４のＸ軸方向およびＹ軸方向の指令位置をそれぞれサーボモータ７０ａ、７０ｂへの指令角度に変換するものである。

エンコーダ７４ａ、７４ｂの信号を用いたＸＹテーブル４の制御系はセミクローズドループ制御になり、そのままでは駆動系で発生する誤差を含む問題がある。しかし、上述したＸ軸位置ずれ補償処理部１００およびＹ軸位置ずれ補償処理部１０１によってセミクローズドループ制御で発生する駆動系の誤差をＸ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３内のパラメータを変更することによって低減することが可能である。

このように本実施の形態２においては、リニアエンコーダ６ａ、６ｂで二次元駆動部（ＸＹテーブル４）の位置を直接計測せず、サーボモータ７０ａ、７０ｂの回転角から間接的に二次元駆動部の位置を検出したときに生じる駆動系による位置誤差を、Ｘ軸位置ずれ補償処理部１００およびＹ軸位置ずれ補償処理部１０１によって補償することが可能である。

実施の形態３．
また、実施の形態１におけるＸ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２では、ＸＹテーブル４の現在位置と現在速度から遅れ時間だけ後のＸＹテーブル４の予測位置を求めているが、ＸＹテーブル４の位置情報だけで予測位置を求めても良い。ＸＹテーブル４の現在位置情報とｋサンプリング遅れの位置情報とから遅れ時間だけ後のＸＹテーブル４の予測位置を計算するようにしたＸ軸遅れ補償処理部１６あるいはＹ軸遅れ補償処理部２２の構成のブロック線図を図６に示す。リニアエンコーダ６ａおよび６ｂによって計測されたＸＹテーブル４の位置情報と遅れ要素２９をかけることで求めたｋサンプリング遅れの位置情報を減算器３０に入力し、その差を求める。減算器３０からの信号に補正係数Ｃをかけ、現在のＸＹテーブル４の位置情報を加算器３１で足し合わせることでＸ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２の出力を求める。ＸＹテーブル４の現在位置をＰ（ｎ）とし、ｋサンプリング遅れの位置をＰ（ｎ−ｋ）とすると、ガルバノスキャナ２ａおよび２ｂの加減速制御等の遅れ時間を考慮した予測位置Ｐ’は以下の式（４）で表される。なお、式（４）はＸ軸およびＹ軸方向それぞれについて成り立つとする。
Ｐ’＝Ｐ（ｎ）＋Ｃ（Ｐ（ｎ）−Ｐ（ｎ−ｋ）） ・・・（４）

このように本実施の形態３においてはＸＹテーブル４の位置情報だけを用いることで、実施の形態１のように速度情報を用いることなく位置を予測することが可能である。したがって、位置情報のノイズ等によって速度情報を求めるのが困難な場合はこの方法でＸＹテーブル４の位置が予測できる。この方法も実施の形態１と同様に線形の位置予測になるためＸＹテーブル４が加速度運動をする場合、予測位置とレーザ照射位置の間に誤差Ｅ_２が生じる。加速度をａとした場合、誤差Ｅ_２は次式で与えられる。
Ｅ_２＝ａΔＴ^２ ・・・（５）
この方法は、ｋサンプリング遅れの位置情報を用いて、予測位置を求めるため、誤差Ｅ_２は速度情報を用いて求めた誤差Ｅ_１の倍となる。しかし、この誤差は加速度と遅れ時間ΔＴに比例するため、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３で加速度を用いた補償を行うことで、誤差を低減することが可能である。

実施の形態４．
また、実施の形態３ではＸ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２で図６のようにＸＹテーブル４の現在位置情報とｋサンプリング遅れの位置情報を用いてＸＹテーブル４の予測位置を計算しているが、ＸＹテーブル４の現在位置情報と２個以上の過去の位置情報を用いてＸＹテーブル４の予測位置を計算しても良い。図７に、ＸＹテーブル４の現在位置、ｋサンプリング遅れの位置、およびｋ＋１サンプリング遅れの位置を用いたＸ軸遅れ補償処理部１６およびＹ軸遅れ補償処理部２２のブロック図を示す。ＸＹテーブル４の位置情報と遅れ要素５０（Ｚ^-k）から出力されるｋサンプリング遅れの位置情報の差を減算器５２で求める。減算器５２の出力に定数要素５４（Ｋ_１）をかける。さらにＸＹテーブル４の位置情報と遅れ要素５１（Ｚ^-(k+1)）から出力されるｋ＋１サンプリング前の位置情報の差を減算器５３で求める。減算器５３の出力に定数要素５５（１−Ｋ_１）をかける。加算器５６において、現在の位置情報、定数要素５４（Ｋ_１）を乗じた結果の出力、および定数要素５５（１−Ｋ_１）を乗じた結果の出力を、それぞれを足し合わせて加算器５７に出力する。加算器５７では、ＸＹテーブル４の現在位置情報に加算器５６からの出力を加算してＸ軸遅れ補償処理部１６或いはＹ軸遅れ補償処理部２２の出力を生成する。

従って、ガルバノスキャナ２ａおよび２ｂの加減速制御等の遅れ時間を考慮したＸＹテーブル４の予測位置Ｐ’の計算は以下の式（６）で表される。なお、式（６）はＸ軸およびＹ軸方向それぞれについて成り立つとする。
Ｐ’＝Ｐ（ｎ）＋Ｋ_１（Ｐ（ｎ）−Ｐ（ｎ−ｋ））
＋（１−Ｋ_１）（Ｐ（ｎ）−Ｐ（ｎ−（ｋ＋１））） ・・・（６）
ここで、Ｋ_１は０から１までの実数であり、補正に使用するｋサンプリング前の位置情報とｋ＋１サンプリング前の位置情報の比によって決まるパラメータである。このような方法で位置を予測することで、制御システムのサンプリングが粗いことが原因で補正しきれなかったサンプリング周期以下の遅れ時間分の位置予測が可能となる。

実施の形態５．
また、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３で加速度を求める場合、カルマンフィルタのような推定を用いる方法を使用しても良い。図８に示すようにカルマンフィルタは、位置・速度・加速度推定部４３と予測部４４を有するシステムである。予測部４４には先見情報４２としてＸＹテーブル４の状態方程式等が予め与えられる。この方程式によって位置、速度、加速度を予測する。位置・速度・加速度推定部４３には予測部４４で予測した位置情報と実計測したＸＹテーブルの位置情報を入力し、予測した位置と計測位置から位置、速度、加速度を推定する。得られた加速度情報に定数要素３５（Ｋ _ａ）および遅れ要素３６（Ｚ^-k）を乗じ補正量を求めるのは実施の形態１と同様である。

本実施の形態５においては、例えば、ＸＹテーブル４のテーブル位置情報とＸＹテーブル４の状態方程式が先見情報４２として与えられれば、カルマンフィルタなどによる位置・速度・加速度推定部４３と予測部４４を用いて加速度を算出することが可能である。ＸＹテーブル４の位置情報にノイズが含まれている場合などには、位置情報を二階微分するとデータが振動して加速度情報を求めることが困難な場合がある。しかし、この方法を用いることにより、ＸＹテーブル４の挙動が先見情報４２として与えられており、当該先見情報４２が正しければ、観測情報（ＸＹテーブル４の位置情報）と先見情報４２から加速度を推定することで、二階微分により加速度を求めたときに生ずるデータの振動を抑制する効果がある。また、微分を用いた方法では、移動平均フィルタなどによって位置情報を平滑化してから微分すると遅れが生じてしまう問題があるのに対して、上記の方法では先見情報４２を用いていることから遅れを低減する効果も期待できる。

実施の形態６．
また、ＸＹテーブル４の加速度情報を得るのに位置情報から算出するのではなく、図９に示すようにＸＹテーブル４に加速度センサ６６ａ，６６ｂを貼り付けて直接加速度情報を計測するようにしても良い。本実施の形態６においては、ＸＹテーブル４自体に加速度センサ６６ａ，６６ｂを貼り付けて、加速度を直接計測することにより遅れなく加速度情報を取得することが可能であり、図４または図８の構成の場合に発生する推定部分やローパスフィルタで生じる遅れを抑えることができるという効果がある。図９に加速度センサ６６ａ，６６ｂを用いた場合の制御系を備えたレーザ加工装置２０２の構成を示すブロック図を示す。実施の形態１（図４）および実施の形態５(図８)とは異なり、加速度を位置情報から算出する必要が無いので、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３は、定数要素３５（Ｋ_ａ）および遅れ要素３６（Ｚ^-k）を備えるだけでよい。

実施の形態７．
また、Ｘ軸変形補償処理部１７およびＹ軸変形補償処理部２３はＸＹテーブル４の位置情報に応じて、定数要素（Ｋ_ａ）３５（補償パラメータ）を可変にしても良い。例えば、トップテーブル７３がＸ軸の−（マイナス）方向に移動したときのＸＹテーブル４の正面図を示す図１０においては、Ｘ軸可動部７２ａの位置が中心から偏った位置に変化している。この状態で、Ｙ方向にテーブルが加減速すると、図２の状態では発生しなかったＸＹテーブル４のヨーイング等が発生することが考えられ、定数要素（Ｋ_ａ）３５を変化させてＸＹテーブル４の変形を補償する必要がある。トップテーブル７３の位置Ｘ、Ｙによって定数要素（Ｋ_ａ）３５を決定するパラメータテーブルを設定し、トップテーブル７３がどの位置にあっても、ＸＹテーブル４の変形を適切に補償することで、レーザ加工位置と目標位置の誤差をより低減する効果が得られる。即ち、二次元駆動部（ＸＹテーブル４）の位置によって加減速時の二次元駆動部の機械変形量が異なるため、二次元駆動部の位置に応じて変形補償処理部の補償パラメータ（Ｋ_ａ）を決定する補償パラメータテーブルを設定することで、変形による位置ずれを条件に合わせて低減することが可能となる。

実施の形態８．
ＸＹテーブル４の加速度情報を、センサからの位置情報を用いるのではなく、ＸＹテーブル４の指令情報を用いて求めてもよい。ひとつの方法として、ＸＹテーブル４の位置指令から加速度指令を算出し、駆動系の遅れを考慮することでＸＹテーブル４の加速度を求めることが可能である。図１１に位置指令からＸＹテーブル４の加速度を求めるレーザ加工装置２０３の構成をブロック図で示す。テーブルＸ軸位置指令生成部８からの出力はＸ方向の位置指令なので、この信号をＸ軸変形補償処理部１７に入力する。Ｘ軸変形補償処理部１７では位置情報を二階微分することで加速度指令を生成し、定数と遅れ要素をかけることでＸ軸変形補償処理部１７の出力として補正量を算出する。Ｘ軸だけでなくＹ軸でも同様にして、テーブルＹ軸位置指令生成部１０の出力を、Ｙ軸変形補償処理部２３に入力し、補正量を求める。

実施の形態９．
正面図（図１２）、側面図（図１３）で示されるような構造を有するＸＹテーブル４を考える。ベース７５上に直動案内７６ａ、７６ｂがＹ軸と平行に設置されており、サドル７７は直動案内７６ａ、７６ｂに沿ってＹ方向への移動が可能である。図１４に直動案内７６ａ、７６ｂの構造を上から見た平面図を示す。直動案内７６ａは、ガイドレール７８ａと２個のガイドブロック７９ａ１、７９ａ２から構成される。直動案内７６ｂは、ガイドレール７８ｂと２個のガイドブロック７９ｂ１、７９ｂ２から構成される。ガイドブロック７９ａ１、７９ａ２、７９ｂ１、７９ｂ２はサドル７７に固定されており、ガイドレール７８ａ、７８ｂに沿って移動する仕組みである。したがって、４個のガイドブロックでサドル７７から上の部分の重量を支えている。サドル７７上には、直動案内７６ｃ、７６ｄがＸ軸と平行に設置されており、トップテーブル７３は直動案内７６ｃ、７６ｄに沿ってＸ方向に移動可能である。ＸＹテーブル４の駆動機構についてはサーボモータ７０ａによってボールねじ７１ａを回転させ、可動部７２ａを駆動することでトップテーブル７３のＸ方向の移動を可能にしている。また、サーボモータ７０ｂによってボールねじ７１ｂを回転させ、可動部７２ｂを駆動することでトップテーブル７３のＹ方向への移動を可能にしている。サーボモータ７０ａ、７０ｂにはそれぞれエンコーダ７４ａ、７４ｂが取り付けられている。ＸＹテーブル４の位置を計測するリニアエンコーダ６ａ、６ｂはそれぞれ可動部７２ａ、７２ｂの位置に取り付けられている。そのため、リニアエンコーダ６ａ、６ｂでトップテーブル７３の位置を直接計測しているわけではない。

Ｙ方向にＸＹテーブルが加減速する場合を考える。このとき、サドル７７から上の部分の質量Ｍ_１と加速度ａとすると、慣性力Ｆ_ｙ１は以下の式で表される。
Ｆ_ｙ１＝−Ｍ_１ａ ・・・（７）
静止時において、ガイドブロック７９ａ１、７９ａ２、７９ｂ１、７９ｂ２には、サドル７７より上の部分の重量が均等にかかっており、各ガイドブロックはそれぞれＭ_１ｇ/４の重量が鉛直方向かかることになる。ここで、ｇは重力加速度である。それに対して、加減速時は慣性力が作用することでモーメントのつりあいを保つために、各ガイドブロックにかかる鉛直方向の力のバランスが変化する。図１５に示すＸＹテーブル４の側面図に加速時に作用する力を図示し、モーメントのつりあいを考える。ガイドブロック１個あたりの荷重Ｒ、慣性力Ｍ_１ａ、ガイドブロック間距離Ｌ、直動案内７６ａ、７６ｂを基準としたサドル７７から上の部分の重心高さＨ_１とする。モーメントのつりあいから慣性力によってガイドブロックが受ける荷重Ｒは次式で表される。
Ｒ＝Ｍ_１ａＨ_１／２Ｌ ・・・（８）
静止時にかかっていた重量と合わせるとガイドブロック７９ａ１、７９ｂ１にかかる荷重Ｆ_１、ガイドブロック７９ａ２、７９ｂ２にかかる荷重Ｆ_２は次のようになる。
Ｆ_１＝Ｍｇ／４＋Ｍ_１ａＨ_１／２Ｌ ・・・（９）
Ｆ_２＝Ｍｇ／４―Ｍ_１ａＨ_１／２Ｌ ・・・（１０）
加減速時は、式（９）、（１０）のようにガイドブロックの位置によって荷重が異なる状態となり、荷重に応じてガイドレール７８ａ、７８ｂの変形が発生する。ガイドブロック７９ａ１、７９ｂ１の位置でのガイドレールの鉛直方向変形量をδ_ａｂ１、ガイドブロック７９ａ２、７９ｂ２の位置でのガイドレールの鉛直方向変形量をδ_ａｂ２とすると、加減速時はδ_ａｂ１とδ_ａｂ２が異なることからＸＹテーブル４のサドル７７より上の部分が図１６のようにθだけ傾く。この変形（回転）をピッチングと呼ぶ。ここで、傾きθは次の式で表される。
ｔａｎθ＝（δ_ａｂ１―δ_ａｂ２）／Ｌ ・・・（１１）
リニアエンコーダ６ｂからトップテーブル７３までの高さをＨとすると、ピッチングによるＹ方向へのトップテーブルの位置ずれΔＹ_１は次式で表される。
ΔＹ_１＝Ｈtanθ ・・・（１２）
ここで、ピッチングによるトップテーブルの位置ずれΔＹ_１は、ピッチング角θと高さＨの関数である。高さＨは定数であり、ピッチング角θは式（１１）のようなガイドレールの変形量の関数となる。ガイドレールの変形量はガイドレールの剛性とガイドブロックにかかる荷重によって決定される。ガイドブロックの荷重は、式（９）、（１０）のように慣性力と自重で決定されるため、結局、ピッチングによるトップテーブルの位置ずれΔＹ _１は加速度ａの関数となる。したがって、ピッチングに対応する補正量は加速度ａの関数として決定される。ここではＹ方向に加速する場合を例に挙げて説明したが、Ｘ方向でも同様の現象が発生し、Ｘ方向の加減速の場合、トップテーブルから上の部分がピッチングによって回転する。したがって、Ｘ方向についてもＸ方向の加速度に比例する位置ずれが発生することになる。

ＸＹテーブル４が加減速した場合、ピッチングだけでなく、慣性力によってサドル７７やトップテーブル７３等のＸＹテーブル４の構造部材自体の変形が発生する。この変形をせん断変形と呼ぶ。ＸＹテーブル４がＹ方向に加減速したときのせん断変形の様子を図１７に示す。加減速した場合は式（７）のように慣性力がかかるので、慣性力が作用する方向に変形が発生する。この変形は、弾性変形のため変形量は慣性力に比例し、慣性力が作用しなくなれば、変形量は０となる。せん断変形は慣性力によって発生するので、せん断変形によるＹ方向の位置ずれΔＹ_２は加速度の関数となる。
ΔＹ_２＝Ｇａ ・・・（１３）
ここでＧは機械剛性に相当する比例定数である。また、Ｘ方向でもＹ方向と同様の原理でせん断変形が現れるため、Ｘ方向でも加速度に比例した位置ずれが発生する。

図１８にＸＹテーブル４の加減速時にピッチングとせん断変形を起こす場合のレーザ加工装置２０４の制御系の構成を示す。このとき、変形補償処理部はピッチング補償処理部とせん断変形補償処理部から構成される。Ｘ方向、Ｙ方向でそれぞれ変形に対する補償を行うので、Ｘ軸ピッチング補償処理部１１０、Ｙ軸ピッチング補償処理部１１１、Ｘ軸せん断変形補償処理部１１２、Ｙ軸せん断変形補償処理部１１３を備える。各変形補償処理部にはＸＹテーブルの位置情報が入力され、加速度を計算し、定数、遅れ要素等をかけることで補正量を決定する。図１８ではピッチングとせん断変形が同時に起こることを想定しているが、ピッチング変形のみの場合もしくはせん断変形のみの場合でも変形補償処理は有効である。

実施の形態１０．
実施の形態９と同様の構造を有するＸＹテーブル４に関して、図１９のようにトップテーブル７３の位置が加工機中央ではなく偏った位置にある場合に、ＸＹテーブル４がＹ方向に加速度ａで加速することを考える。実施の形態９と同様に、この場合でもピッチングとせん断変形が発生する。加えて、トップテーブル位置の偏りにより、Ｘ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸周りの回転であるヨーイングが発生する。図２０にこのとき発生する力について図示する。トップテーブル７３、可動部７２ａとワーク３の質量の和をＭ_２とすると、加速時に中心からＸ_ｃだけ偏った位置に式（１４）で表される慣性力Ｆ_ｙ２が発生する。
Ｆ_ｙ２＝−Ｍ_２ａ ・・・（１４）
この慣性力によってＺ軸周りのモーメントが発生するので、これを打ち消すように、ガイドブロック７９ａ１、７９ａ２、７９ｂ１、７９ｂ２においてＲ_２という反力が発生する。ガイドブロックからガイドレール７８ａ、７８ｂに伝わる水平方向の反力Ｒ_２はモーメントのつりあいより以下の式で表される。
Ｒ_２＝Ｍ_２ａＸ_ｃ／２Ｌ ・・・（１５）
水平方向の反力Ｒ_２によって、各ガイドブロックの位置でガイドレールが水平方向にδ_Ｒ２だけ変形する。これによって図２１のようにＺ軸周りの回転であるヨーイングを生じ、サドルから上の部分が元々の位置からφだけ回転する。ここで回転角φは、以下の式で表される。
ｔａｎφ＝２δ_Ｒ２／Ｌ ・・・（１６）
回転中心は加工機の中心であり、加工機中心からトップテーブル中心までの距離をＸｃとすると、ヨーイングによる、トップテーブル中心位置のＹ軸方向の位置ずれδ_ｃは以下の式で表される。
δ_ｃ＝Ｘ_ｃｔａｎφ ・・・（１７）
トップテーブル中心を基準とした加工位置のＸ座標をＸ_ｐとすると、加工機中心基準の加工位置のＸ座標はＸ_ｃ＋Ｘ_ｐとなり、加工位置でのヨーイングによるＹ方向の位置ずれΔＹ_３は以下の式で表される。
ΔＹ_３＝（Ｘ_ｃ＋Ｘ_ｐ）ｔａｎφ ・・・（１８）
ヨーイングによるＹ方向の位置ずれΔＹ_３は、トップテーブル位置Ｘ_ｃ、加工位置Ｘ_ｐ、ヨーイング角度φの関数となる。ヨーイング角度φはガイドレール７８ａ、７８ｂの変形量に依存し、ガイドレール７８ａ、７８ｂの変形量は慣性力Ｆ_ｙ２に依存する。したがって、ヨーイングによる位置ずれは加速度ａ、トップテーブル位置Ｘ_ｃと加工位置Ｘ_ｐの関数となる。図２２にヨーイングによる位置ずれを補正量としたＹ軸ヨーイング補償処理部１１４を含んだレーザ加工装置２０５の構成をブロック図で示す。Ｙ軸ヨーイング補償処理部１１４には、ＸＹテーブル４のＸ軸、Ｙ軸の位置情報とスキャナＸ軸位置指令を入力し、補正量を計算する。ＸＹテーブル４のＹ軸位置情報から加速度情報を求め、加速度情報から式（１６）によってヨーイング角φを求める。加工機のＸ軸位置情報とスキャナＸ軸位置指令から加工機中心を基準とした加工位置のＸ座標を求め、式（１８）から加工位置でのヨーイングによるＹ方向への位置ずれを求め、Ｙ軸ヨーイング補償処理部１１４の出力とする。

実施の形態１１．
実施の形態１０では、リニアエンコーダ６ｂ（計測器）の配置は加工機中心であったが、リニアエンコーダの配置は図２３のように中心から離れていてもよい。ヨーイングが発生する場合、加工機中心では位置ずれが起こらないが、その他の点では位置ずれが発生する。そのため、リニアエンコーダ６ｂの加工機中心からの距離をＸ_ｅ、ヨーイング角がφとするとリニアエンコーダ６ｂの位置での位置ずれδ_ｅは次式で表される。
δ_ｅ＝Ｘ_ｅｔａｎφ ・・・（１９）
したがって、ヨーイングによってリニアエンコーダ６ｂで計測される位置情報も変化することになり、リニアエンコーダ６ｂの配置によってＹ軸ヨーイング補償処理部１１４での補正量が異なってくる。このとき、加工位置のＹ方向の位置ずれとリニアエンコーダ６ｂの位置での位置ずれから補正量ΔＹ_４は次式で表される。
ΔＹ_４＝（Ｘ_ｃ＋Ｘ_ｐ−Ｘ_ｅ）ｔａｎφ ・・・（２０）
リニアエンコーダ６ｂを任意の場所に配置する場合、式（２０）で求まる値をＹ軸ヨーイング補償処理部１１４の出力として与える必要がある。ただし、リニアエンコーダ６ｂの位置は固定のため、Ｘ_ｅは定数である。

実施の形態１２．
ガルバノスキャナはＸ方向用とＹ方向用の２個１組で１点を加工するため、レーザ加工装置の加工ヘッドはガルバノスキャナ２個１組で構成される。実施の形態１１までのレーザ加工装置は、加工ヘッドが１個のレーザ加工装置で説明してきた。レーザ加工装置には加工ヘッドを複数有し、複数点を同時加工するものもある。例えば、図２４のようにトップテーブル７３Ｒ（トップテーブル７３の右側）、７３Ｌ（トップテーブル７３の左側）に配置されたワーク３の右半分と左半分をそれぞれ同時に加工するため、２ヘッドのレーザ走査装置８０ａ、８０ｂがある場合を考える。レーザ走査装置８０ａ、８０ｂは位置決めを行うため、それぞれ上記の制御装置１０２を備え、各制御装置から送られる指令によって駆動する。このような構造にすることで、２点同時加工が可能となり、生産性の向上が見込まれる。

しかし、実施の形態１０に記述したヨーイングによる位置ずれが発生すると、トップテーブル左７３Ｌとトップテーブル右７３Ｒでヨーイングによる位置ずれ量が異なることが考えられる。トップテーブル７３の中心を基準として、トップテーブル左７３Ｌ及びトップテーブル右７３Ｒでの加工位置をそれぞれＸ_ｐl及びＸ_ｐrとすると、各加工位置におけるヨーイングによる位置ずれΔＹ_５、ΔＹ_６は以下の式で表される。
ΔＹ_５＝（Ｘ_ｃ＋Ｘ_ｐl―Ｘ_ｅ）ｔａｎφ ・・・（２１）
ΔＹ_６＝（Ｘ_ｃ＋Ｘ_ｐr―Ｘ_ｅ）ｔａｎφ ・・・（２２）
式（２１）、（２２）から、加工位置によってヨーイングによる位置ずれが異なり、加工位置によってヨーイングに対する補正量が異なることになる。したがって、複数個の加工ヘッドを有するレーザ加工装置の場合、各加工ヘッドの加工位置によって異なる補正量を与える必要がある。このため、各加工ヘッドの加工位置を用いて変形補償処理部で補正量を計算し、各加工ヘッド毎に異なる補正量を用いて指令位置を生成することで、各加工点の指令位置とレーザ照射位置の位置ずれを低減することが可能となる。

さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置は、レーザ走査装置およびレーザ走査装置とワークとの相対位置を変化させる二次元駆動装置を備えたレーザ加工装置に有用であり、特に、二次元駆動装置の変形に伴うレーザ照射位置と加工指令位置のずれの低減に適している。

１ レーザビーム、１ａ，１ｂ レーザビーム、２ａ ガルバノスキャナ（Ｘ軸方向用）、２ｂ ガルバノスキャナ（Ｙ軸方向用）、３ ワーク、４ ＸＹテーブル、５ａ ガルバノエンコーダ（Ｘ軸）、５ｂ ガルバノエンコーダ（Ｙ軸）、６ａ リニアエンコーダ（Ｘ軸）、６ｂ リニアエンコーダ（Ｙ軸）、８ テーブルＸ軸位置指令生成部、９ テーブルＸ軸制御部、１０ テーブルＹ軸位置指令生成部、１１ テーブルＹ軸制御部、１４ スキャナＸ軸位置指令生成部、１５ スキャナＹ軸位置指令生成部、１６ Ｘ軸遅れ補償処理部、１７ Ｘ軸変形補償処理部、１８ 加算器、１９ 減算器、３０ 減算器、２０ Ｘ軸回転角指令生成部、２１ Ｘ軸回転角制御部、２２ Ｙ軸遅れ補償処理部、２３ Ｙ軸変形補償処理部、２４ 加算器、２５ 減算器、２６ Ｙ軸回転角指令生成部、２７ Ｙ軸回転角制御部、３２ 補正係数、３３ ローパスフィルタ、３４ 二階微分演算部、３５ 定数要素（Ｋ_ａ）、２９，３６，５０ 遅れ要素（Ｚ^-k）、４２ 先見情報、４３ 位置・速度・加速度推定部、４４ 予測部、５１ 遅れ要素（Ｚ^-(k+1)）、５２，５３ 減算器、５４ 定数要素（Ｋ_１）、５５ 定数要素（１−Ｋ_１）、５６ 加算器、５７ 加算器、６０ 加工計画処理部、６１ 発振器制御装置、６２ レーザ発振器、６３ ｆθレンズ、６３ａ，６３ｂ ｆθレンズ、６４ａ ミラー（Ｘ軸）、６４ｂ ミラー（Ｙ軸）、６５ａ，６５ｂ 角度−位置変換、６６ａ，６６ｂ 加速度センサ、７０ａ，７０ｂ サーボモータ、７１ａ，７１ｂ ボールねじ、７２ａ，７２ｂ 可動部、７３ トップテーブル、７３Ｒ トップテーブル右、７３Ｌ トップテーブル左、７４ａ，７４ｂ エンコーダ、７５ ベース、７６ａ、７６ｂ Ｙ方向直動案内、７６ｃ、７６ｄ Ｘ方向直動案内、７７ サドル、７８ａ，７８ｂ ガイドレール、７９ａ１，７９ａ２，７９ｂ１，７９ｂ２ ガイドブロック、８０ａ，８０ｂ レーザ走査装置、９０，９１，９２ 加算器、１００ Ｘ軸位置ずれ補償処理部、１０１ Ｙ軸位置ずれ補償処理部、１０２ 制御装置、１０３ ガルバノスキャナ制御処理部、１０４ ＸＹテーブル制御処理部、１１０ Ｘ軸ピッチング補償処理部、１１１ Ｙ軸ピッチング補償処理部、１１２ Ｘ軸せん断変形補償処理部、１１３ Ｙ軸せん断変形補償処理部、１１４ Ｙ軸ヨーイング補償処理部、２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５ レーザ加工装置。

Claims (10)

1. ワークを搭載して二次元方向に移動する二次元駆動部と、
   前記ワークにレーザビームを照射して二次元方向に走査するレーザ走査部と、
   前記二次元駆動部の位置を用いて、前記レーザ走査部の加減速制御における遅れ時間だけ先の前記二次元駆動部の予測位置を求める遅れ補償処理部と、
   前記二次元駆動部の位置を計測する計測器とワークを搭載するトップテーブルの相対位置のずれを補正する補正量を、前記二次元駆動部の加速度を用いて求める変形補償処理部と、
   を備え、
   前記予測位置、および前記補正量を用いて前記レーザ走査部への位置指令を補正し、前記レーザ走査部を駆動制御する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記変形補償処理部において、前記二次元駆動部のピッチング、せん断変形もしくはヨーイング、または前記ピッチング、前記せん断変形および前記ヨーイングのうち少なくとも二つの組み合わせの機械変形によって生じる前記相対位置のずれを補正する補正量を、前記加速度を用いて求め、前記レーザ走査部への位置指令を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記変形補償処理部において、前記加速度だけでなく、さらに前記二次元駆動部の計測器から得られる計測位置を用いてヨーイングによる前記相対位置のずれを補正する補正量を求め、前記レーザ走査部への位置指令を補正する
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記変形補償処理部は、前記二次元駆動部に設置されたリニアエンコーダの計測位置、加速度センサの計測加速度、前記二次元駆動部の位置指令または前記二次元駆動部のサーボモータの回転角度から前記二次元駆動部の加速度を求め、前記加速度を用いて前記補正量を求める
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記変形補償処理部において、前記二次元駆動部の位置に比例する補償パラメータを前記加速度に乗じて前記補正量を求める
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記変形補償処理部において、前記二次元駆動部の位置を計測する計測器の配置位置に比例する補償パラメータを前記加速度に乗じて前記補正量を求める
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記二次元駆動部が移動する二つの独立した方向毎に、それぞれ前記遅れ補償処理部、前記変形補償処理部を備える
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
8. 前記レーザ走査部が走査する二つの独立した方向毎に、前記レーザ走査部をそれぞれ独立に駆動制御する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
9. 複数の加工ヘッドを有し、前記加工ヘッド毎の加工位置と計測器で計測される前記二次元駆動部の位置と前記二次元駆動部の加速度を用いて、前記加工ヘッド毎に前記変形補償処理部で前記相対位置のずれを補正する補正量を計算し、前記加工ヘッド毎に前記レーザ走査部への位置指令を補正し、前記レーザ走査部を駆動制御する
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
10. ワークを搭載して二次元方向に移動する二次元駆動部と、
    前記ワークにレーザビームを照射して二次元方向に走査するレーザ走査部と、
    前記二次元駆動部の位置を用いて、線形の予測式から前記レーザ走査部の加減速制御における遅れ時間だけ先の前記二次元駆動部の予測位置を求める遅れ補償処理部と、
    前記二次元駆動部が加減速する場合に生じる前記二次元駆動部の実位置と前記予測位置のずれを補正する補正量を、前記二次元駆動部の加速度を用いて求める変形補償処理部と、
    を備え、
    前記予測位置、および前記補正量を用いて前記レーザ走査部への位置指令を補正し、前記レーザ走査部を駆動制御する
    ことを特徴とするレーザ加工装置。

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