JPH11188491A - Laser processing device - Google Patents

Laser processing device

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JPH11188491A
JPH11188491A JP9356694A JP35669497A JPH11188491A JP H11188491 A JPH11188491 A JP H11188491A JP 9356694 A JP9356694 A JP 9356694A JP 35669497 A JP35669497 A JP 35669497A JP H11188491 A JPH11188491 A JP H11188491A
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JP
Japan
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laser
stage
processing
precision
processing apparatus
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9356694A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Morita
洋 森田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser processing device, which can be miniaturized and is suitable for precision processing with high accuracy. SOLUTION: A processing table 11, on which a workpiece is put, is composed of a rigid body, and driven by a precision Z stage 13 movable in the optical axial direction of the laser light and a rough moving X-Y stage 14 movable in a vertical direction against the optical axial direction. A measuring system for a distance measurement and a coordinate measurement is arranged on the table 11, and a reference plane for positioning is set at a reference table 12 which is equipped with a laser optical system and composed of the rigid element. Thus, only the relative position relation of a processing point and the laser optical system is measured so as to carry out the positioning control of the table 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光による加工
装置に関し、特に加工物に対してレーザ光の集光点を高
精度で位置決め照射できるようにしたレーザ加工装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus capable of positioning and irradiating a focused point of a laser beam on a workpiece with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ加工装置は、レーザ発振器で発生
されたレーザ光を、反射鏡や光学レンズを含むレーザ光
学系を通して加工物に照射することにより加工を行う。
通常、加工物は移動ステージに搭載されている。移動ス
テージは、加工物における加工点がレーザ光の照射位置
にあるように加工物を移動させる。
2. Description of the Related Art A laser processing apparatus performs processing by irradiating a laser beam generated by a laser oscillator to a workpiece through a laser optical system including a reflecting mirror and an optical lens.
Usually, the workpiece is mounted on a moving stage. The moving stage moves the workpiece so that the processing point on the workpiece is at the irradiation position of the laser beam.

【0003】このような移動ステージを利用してレーザ
光による精密加工を行うためには、加工点にレーザ光の
集光点を高い精度で合わせて照射しなくてはならない。
このような加工に使用する高精度な位置決め装置は、特
殊かつ大掛かりとなる。
In order to perform precision processing by laser light using such a moving stage, it is necessary to irradiate the processing point with a laser beam focusing point with high accuracy.
A high-precision positioning device used for such processing is special and large-scale.

【0004】すなわち、高精度の精密加工においては、
装置が歪むことによってレーザ光学系及び加工点の位置
がずれることを防ぐため、装置には高い剛性が必要で大
掛かりなものになる。また、高精度な位置決め装置を得
るためには、移動ステージに特別な案内機構が必要であ
る。
That is, in high-precision precision machining,
In order to prevent the position of the laser optical system and the processing point from being displaced due to the distortion of the device, the device requires high rigidity and is large-scale. Further, in order to obtain a high-precision positioning device, a special guide mechanism is required for the moving stage.

【0005】図9を参照して、従来のレーザ加工装置に
ついて説明する。レーザ加工装置は、X−Y方向(水平
面)及びZ方向(垂直方向)に移動可能な移動ステージ
31と、レーザ発振器32を含むレーザ光学系と、レー
ザ光学系を設置するための架台33とを含む。移動ステ
ージ31上には加工物を搭載するための加工テーブル3
4が設けられる。移動ステージ31は振動や歪みが生じ
ないようにセラミックス製としている。また、移動ステ
ージ31の移動に伴ったうねりを抑えるため、ステージ
の案内機構にはエアスライダを採用している。更に、移
動ステージ31の運動の影響がレーザ光学系に伝わらな
いように、移動ステージ31及び架台33は防振台37
上に設置される。
Referring to FIG. 9, a conventional laser processing apparatus will be described. The laser processing apparatus includes a moving stage 31 movable in the XY directions (horizontal plane) and the Z direction (vertical direction), a laser optical system including a laser oscillator 32, and a gantry 33 for installing the laser optical system. Including. A processing table 3 for mounting a workpiece on the moving stage 31
4 are provided. The moving stage 31 is made of ceramics so that vibration and distortion do not occur. In addition, an air slider is adopted as a stage guide mechanism in order to suppress undulations caused by the movement of the moving stage 31. Further, the moving stage 31 and the gantry 33 are mounted on the anti-vibration table 37 so that the effect of the movement of the moving stage 31 is not transmitted to the laser optical system.
Installed on top.

【0006】レーザ光学系は、レーザ発振器32で発生
されたレーザ光の角度を変えて架台33に設けられた貫
通穴に導くための反射鏡35と、レーザ光を加工テーブ
ル34上に置かれた加工物の加工点に焦点を合わせて照
射するための加工レンズ36とを含む。
The laser optical system includes a reflecting mirror 35 for changing the angle of the laser light generated by the laser oscillator 32 to guide the laser light to a through hole provided in the gantry 33 and a laser light on a processing table 34. A processing lens 36 for focusing and irradiating the processing point of the workpiece with light.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、移動ス
テージ31にエアスライダを採用すると、移動ステージ
31全体が大きくなり、レーザ光学系を組み込むための
架台33は高いものが必要となる。また、高い架台33
に剛性を持たせるために、架台33には十分に太い足が
必要となる。
As described above, when an air slider is used for the moving stage 31, the entire moving stage 31 becomes large, and a high gantry 33 for incorporating the laser optical system is required. In addition, the high frame 33
In order to give the rigidity, the stand 33 needs to have a sufficiently thick foot.

【0008】以上のような理由で、従来のレーザ加工装
置、特に高精度の精密加工を行うためのレーザ加工装置
は大型になる問題点がある。
For the reasons described above, there is a problem that a conventional laser processing apparatus, particularly a laser processing apparatus for performing high-precision precision processing, becomes large.

【0009】そこで、本発明の課題は、小形化が可能で
高精度の精密加工に適したレーザ加工装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus which can be downsized and is suitable for high-precision precision processing.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ発振器
で発生されたレーザ光を、反射鏡や光学レンズを含むレ
ーザ光学系を通して加工物に照射することにより加工を
行うレーザ加工装置において、加工テーブルを搭載し、
前記加工物に照射されるレーザ光の光軸方向に高分解能
で移動可能な精密Zステージと、該精密Zステージを搭
載し、前記光軸方向に垂直な水平面上を高分解能で移動
可能な粗動X−Yステージと、前記加工テーブルの上方
に前記レーザ光学系を設けるための架台とを備え、前記
架台のうち前記レーザ光学系を搭載している部分は、基
準台で構成されていると共に、該基準台に設けられた貫
通穴を通して前記レーザ光が前記加工物に照射されるよ
うに構成されており、該装置は更に、前記加工テーブル
と前記基準台の所定部位との間の距離を測定するための
複数の距離計と、前記加工テーブルの座標を測定するた
めの座標測定手段と、前記複数の距離計からの測定結果
に基づいて前記加工テーブルの傾き及び回転角度を算出
し、該算出結果及び前記座標測定手段の測定結果を用い
て前記粗動X−Yステージ及び前記精密Zステージを制
御する制御手段とを備え、前記加工テーブル、前記基準
台のみを剛性の高い材料で構成したことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a laser processing apparatus for performing processing by irradiating a laser beam generated by a laser oscillator to a workpiece through a laser optical system including a reflecting mirror and an optical lens. With a table,
A precision Z stage capable of moving with high resolution in the optical axis direction of the laser beam irradiated on the workpiece, and a coarse Z stage mounted with the precision Z stage and capable of moving with high resolution on a horizontal plane perpendicular to the optical axis direction. A dynamic XY stage, and a gantry for providing the laser optical system above the processing table, and a portion of the gantry on which the laser optical system is mounted is configured as a reference table. The laser beam is applied to the workpiece through a through hole provided in the reference table, and the apparatus further includes a distance between the processing table and a predetermined portion of the reference table. A plurality of distance meters for measuring, coordinate measuring means for measuring the coordinates of the processing table, and calculating a tilt and a rotation angle of the processing table based on measurement results from the plurality of distance meters; Calculation results and Control means for controlling the coarse XY stage and the precision Z stage using the measurement results of the coordinate measuring means, wherein only the processing table and the reference table are made of a highly rigid material. And

【0011】なお、前記複数の距離計及び前記座標測定
手段はそれぞれ、前記加工テーブルに設けられるのが好
ましい。
It is preferable that the plurality of distance meters and the coordinate measuring means are respectively provided on the processing table.

【0012】前記座標測定手段は、複数のX−Yエンコ
ーダで実現することができる。
The coordinate measuring means can be realized by a plurality of XY encoders.

【0013】また、前記複数の距離計として、光線を前
記基準台の所定部位に照射しその反射光を受けて距離を
測定する3個の距離計を、前記加工テーブルの加工物の
搭載エリア外に備えていることが好ましい。
[0013] Further, as the plurality of distance meters, three distance meters that irradiate a predetermined portion of the reference table with light and receive the reflected light to measure the distance are provided outside the work mounting area of the processing table. Is preferably provided.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1〜図3を参照して、本発明の
好ましい実施の形態について説明する。以下の説明で
は、加工物に照射されるレーザ光の光軸方向をZ軸(図
1中、縦方向)、光軸に垂直な平面をX−Y平面(図1
中、水平方向)と呼ぶものとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the direction of the optical axis of the laser beam applied to the workpiece is the Z axis (vertical direction in FIG. 1), and the plane perpendicular to the optical axis is the XY plane (FIG. 1).
(Middle, horizontal direction).

【0015】図1において、本装置は、加工テーブル1
1、基準台12、精密Zステージ13、粗動X−Yステ
ージ14、レーザ発振器15、レーザ反射鏡16、加工
レンズ17を備えている。加工テーブル11は精密Zス
テージ13上に設けられ、精密Zステージ13は粗動X
−Yステージ14上に設けられる。精密Zステージ13
及び粗動X−Yステージ14には、特別な案内機構は不
要である。基準台12は、レーザ発振器15、レーザ反
射鏡16、及び加工レンズ17を含むレーザ光学系を搭
載するためのものであり、架台18の一部であるが、架
台18の材料とは異なり、剛性の高い素材を採用してい
る。粗動X−Yステージ14及び架台18は支持台10
上に設けられる。
In FIG. 1, the present apparatus includes a processing table 1
1, a reference table 12, a precision Z stage 13, a coarse XY stage 14, a laser oscillator 15, a laser reflecting mirror 16, and a processing lens 17 are provided. The processing table 11 is provided on a precision Z stage 13, and the precision Z stage 13
-Provided on the Y stage 14. Precision Z stage 13
The coarse movement XY stage 14 does not require a special guide mechanism. The reference base 12 is for mounting a laser optical system including a laser oscillator 15, a laser reflecting mirror 16, and a processing lens 17, and is a part of the gantry 18. However, unlike the material of the gantry 18, rigidity is required. High material is adopted. The coarse XY stage 14 and the gantry 18 are
Provided above.

【0016】図2において、基準台12に設けられたレ
ーザ光通過用の穴12−1に隣接した位置であって、基
準台12の下面には、第1スケール21−1、第2スケ
ール21−2が設けられる。
In FIG. 2, a first scale 21-1 and a second scale 21 are provided at a position adjacent to a laser beam passing hole 12-1 provided in the reference base 12 and on a lower surface of the reference base 12. -2 is provided.

【0017】図3において、加工テーブル11には、そ
こに搭載される加工物19の搭載エリアから外れた位置
に、第1距離計22−1、第2距離計22−2、第3距
離計22−3、第1X−Yエンコーダ23−1、及び第
2X−Yエンコーダ23−2が設置される。第1距離計
22−1、第2距離計22−2、及び第3距離計22−
3はそれぞれ、基準台12の下面との間の距離を測定す
るためのものである。すなわち、第1距離計22−1、
第2距離計22−2、及び第3距離計22−3はそれぞ
れ、基準台12の下面にビーム光を照射しその反射光を
受光して距離を測定するものである。このような光によ
る距離測定器は周知であるので、詳細な説明は省略す
る。勿論、第1距離計22−1、第2距離計22−2、
及び第3距離計22−3は、光による距離測定器に限ら
ず、周知の他の測定器を用いても良い。
In FIG. 3, a first distance meter 22-1, a second distance meter 22-2, and a third distance meter 22 are provided on the processing table 11 at positions outside the mounting area of the workpiece 19 mounted thereon. 22-3, a first XY encoder 23-1, and a second XY encoder 23-2 are provided. First distance meter 22-1, second distance meter 22-2, and third distance meter 22-
Numerals 3 each measure a distance between the reference table 12 and the lower surface thereof. That is, the first distance meter 22-1,
Each of the second distance meter 22-2 and the third distance meter 22-3 measures the distance by irradiating the lower surface of the reference base 12 with a light beam and receiving the reflected light. Since such a distance measuring device using light is well known, a detailed description thereof will be omitted. Of course, the first distance meter 22-1, the second distance meter 22-2,
The third distance meter 22-3 is not limited to a distance measuring device using light, and may use other well-known measuring devices.

【0018】第1X−Yエンコーダ23−1、第2X−
Yエンコーダ23−2はそれぞれ、第1スケール21−
1、第2スケール21−2と組み合わされてX−Y平面
上における加工テーブル11の座標を測定するためのも
のであり、これも周知である。簡単に言えば、第1スケ
ール21−1、第2スケール21−2にはそれぞれ、格
子状の縞模様がスケールとして付されており、グリッド
プレートと呼ばれている。第1X−Yエンコーダ23−
1、第2X−Yエンコーダ23−2はそれぞれ、第1ス
ケール21−1、第2スケール21−2にビーム光を照
射し、その反射光を受光してスケールの位置関係から座
標を測定するものであり、スキャニングヘッドと呼ばれ
ている。このため、第1X−Yエンコーダ23−1、第
2X−Yエンコーダ23−2はそれぞれ、第1スケール
21−1、第2スケール21−2と互いに対向し合うよ
うに設けられる。
The first XY encoder 23-1, the second XY encoder
Each of the Y encoders 23-2 has a first scale 21-
This is for measuring the coordinates of the processing table 11 on the XY plane in combination with the first and second scales 21-2, which is also well known. To put it simply, the first scale 21-1 and the second scale 21-2 are each provided with a grid-like stripe pattern as a scale, and are called grid plates. First XY encoder 23-
1. The first and second XY encoders 23-2 irradiate the first scale 21-1 and the second scale 21-2 with light beams, receive the reflected light, and measure the coordinates from the positional relationship of the scales. And is called a scanning head. Therefore, the first XY encoder 23-1 and the second XY encoder 23-2 are provided to face the first scale 21-1 and the second scale 21-2, respectively.

【0019】いずれにしても、第1距離計22−1、第
2距離計22−2、第3距離計22−3、第1X−Yエ
ンコーダ23−1、第2X−Yエンコーダ23−2は、
加工テーブル11の位置合わせ制御のための測定系とし
て用いられる。
In any case, the first distance meter 22-1, the second distance meter 22-2, the third distance meter 22-3, the first XY encoder 23-1, and the second XY encoder 23-2 ,
It is used as a measurement system for controlling the alignment of the processing table 11.

【0020】上記各部の取付け構造について説明する。The mounting structure of each of the above components will be described.

【0021】第1距離計22−1、第2距離計22−
2、第3距離計22−3、第1X−Yエンコーダ23−
1、第2X−Yエンコーダ23−2は、加工テーブル1
1にネジ等で固定されている。加工物19は加工テーブ
ル11に真空吸着などによって固定されている。
The first distance meter 22-1 and the second distance meter 22-
2. Third rangefinder 22-3, first XY encoder 23-
1, the second XY encoder 23-2 is a processing table 1
1 is fixed with screws or the like. The workpiece 19 is fixed to the processing table 11 by vacuum suction or the like.

【0022】加工テーブル11は精密Zステージ13に
ネジ等で固定されており、精密Zステージ13は短いス
トロークではあるが、Z軸方向に高い分解能で移動する
ことができる。精密Zステージ13はまた、長いストロ
ークでかつ高い分解能でX−Y平面を移動できる粗動X
−Yステージ14にネジ等で固定されている。
The processing table 11 is fixed to the precision Z stage 13 with screws or the like. The precision Z stage 13 has a short stroke but can be moved with high resolution in the Z-axis direction. The precision Z stage 13 also has a coarse movement X that can move in the XY plane with a long stroke and high resolution.
-It is fixed to the Y stage 14 with screws or the like.

【0023】基準台12には、レーザ発振器15、レー
ザ反射鏡16、加工レンズ17がネジ等で固定されてお
り、レーザ光の焦点を所望の位置に調整することができ
る。
A laser oscillator 15, a laser reflecting mirror 16, and a processing lens 17 are fixed to the reference table 12 with screws or the like, and the focal point of the laser beam can be adjusted to a desired position.

【0024】加工テーブル11は充分に剛性の高い素材
を採用し、たわみなどによって取り付けられた部品同士
の位置関係が変わらないようにする。基準台12につい
ても同様に、取り付けられた部品同士の位置関係が変わ
らないようにする。加工テーブル11及び基準台12の
ための剛性の高い材料としては、例えばセラミックよう
な材料があげられるが、アルミあるいはステンレスのよ
うな材料でも良い。
The working table 11 is made of a material having sufficiently high rigidity so that the positional relationship between the attached components does not change due to bending or the like. Similarly, the reference base 12 is configured so that the positional relationship between the attached components does not change. As a material having high rigidity for the processing table 11 and the reference table 12, for example, a material such as ceramic can be cited, but a material such as aluminum or stainless steel may be used.

【0025】上記の測定系を用いて、後述する3次元空
間の座標計算を行うことにより、レーザ光の焦点と、加
工物19における加工点の相対的な位置を求めることが
できる。
By performing coordinate calculation in a three-dimensional space, which will be described later, using the above-described measurement system, the relative position between the focal point of the laser beam and the processing point on the workpiece 19 can be obtained.

【0026】加工テーブル11は、粗動X−Yステージ
14と微動Zステージ13により、3次元空間の任意の
位置に移動可能である。したがって、加工点の位置をレ
ーザ光の焦点と合わせるように移動させて加工を行うこ
とにより、粗動X−Yステージ14の取り付け誤差など
によるZ軸方向のゆらぎが微動Zステージ13で補正さ
れ、高精度の精密加工が可能となる。
The processing table 11 can be moved to an arbitrary position in a three-dimensional space by a coarse movement XY stage 14 and a fine movement Z stage 13. Therefore, by performing processing by moving the position of the processing point so as to match the focal point of the laser beam, fluctuations in the Z-axis direction due to mounting errors of the coarse movement XY stage 14 and the like are corrected by the fine movement Z stage 13, High-precision precision processing becomes possible.

【0027】この装置には加工テーブル11及び基準台
12以外はそれほど高い剛性は必要ない。また、精密Z
ステージ13及び粗動X−Yステージ14には、それほ
ど高い直進性や、繰り返し精度は必要ない。
This apparatus does not require such high rigidity except for the working table 11 and the reference table 12. Also, precision Z
The stage 13 and the coarse XY stage 14 do not require such high straightness and repeatability.

【0028】次に、図4〜図8を参照して、測定系の機
能について説明する。図4は、基準台12に設定される
基準座標系を説明するための図であり、基準座標系が基
準台12に固定して設定される。基準座標系は、基準台
12の下面とここを通過するレーザ光の交点を原点とし
てX,Y,Zで表される。この場合、レーザ光の焦点の
座標はF(0,0,fZ )で表され、これに対する加工
テーブル11の固定座標原点がOT (TX ,TY
Z )で表される。
Next, the function of the measurement system will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining a reference coordinate system set on the reference base 12. The reference coordinate system is fixedly set on the reference base 12. The reference coordinate system is represented by X, Y, and Z with the intersection point between the lower surface of the reference base 12 and the laser beam passing therethrough as the origin. In this case, the coordinates of the focal point of the laser light F (0,0, f Z) is represented by the fixed coordinate origin of the working table 11 for this O T (T X, T Y ,
T Z ).

【0029】一方、図5に示すように、加工テーブル1
1に固定された座標系を考えると、この座標系は加工面
の中心を原点としてx,y,zで表される。各距離計2
2−1〜22−3のセンサヘッドの座標はSn (snx
ny,snz)で表され、各X−Yエンコーダ23−1、
23−2のセンサヘッドの座標はEn (enx,0,
nz)で表される。また、加工点の座標は、W(wx
y ,0)で表される。
On the other hand, as shown in FIG.
Considering a coordinate system fixed to 1, this coordinate system is represented by x, y, z with the origin at the center of the machining surface. Each distance meter 2
Coordinates of the sensor head of 2-1~22-3 is S n (s nx,
s ny , s nz ), and each XY encoder 23-1,
Coordinates of the sensor head 23-2 E n (e nx, 0,
e nz ). The coordinates of the processing point are W (w x ,
w y , 0).

【0030】各距離計の読み取り値は、Dn で表され、
各X−YエンコーダのX方向の読み取り値はXn で、Y
方向の読み取り値はYn でそれぞれ表される。なお、n
は距離計あるいはX−Yエンコーダの番号を表し、距離
計の場合はnは1、2、3をとり、X−Yエンコーダの
場合はnは1、2をとる。
The reading of each rangefinder is represented by D n ,
The reading in the X direction of each XY encoder is Xn and Y
The direction readings are each represented by Y n . Note that n
Represents the number of a range finder or an XY encoder. In the case of a range finder, n takes 1, 2, and 3, and in the case of an XY encoder, n takes 1, 2.

【0031】加工テーブル固定座標系の基準座標系に対
する回転角度は、x軸回りの場合φで、y軸回りの場合
ψで、z軸回りの場合θでそれぞれ表される。そして、
φ、ψ、θはそれぞれ、微小値であるので、これらの値
をαとした場合、sinα=α、cosα=1、sin
2 α=0と近似される。
The rotation angle of the machining table fixed coordinate system with respect to the reference coordinate system is represented by φ for the x axis, ψ for the y axis, and θ for the z axis. And
Since φ, ψ, and θ are minute values, if these values are α, sin α = α, cos α = 1, sin
2 It is approximated as α = 0.

【0032】以上の表現を用いて、図6において、第1
〜第3距離計22−1〜22−3の読み取り値D1 ,D
2 ,D3 はそれぞれ、以下のように表される。
Using the above expressions, FIG.
Reading values D 1 , D of the third distance meters 22-1 to 22-3
2 and D 3 are respectively represented as follows.

【0033】 D1 =TZ −s1z−ψs1x−φs1y (1) D2 =TZ −s2z−ψs2x−φs2y (2) D3 =TZ −s3z−ψs3x−φs3y (3) 式(1)について言えば、(TZ −s1z)は、図6
(a)に示されるようにセンサヘッドからのZ軸方向に
関する距離であり、ψs1xは図6(b)に示されるよう
にy軸回りの回転角度ψに起因したZ軸方向の距離成分
であり、φs1yは図6(c)に示されるようにx軸回り
の回転角度φに起因したZ軸方向の距離成分である。こ
こで、snx,sny,snzはそれぞれ、各距離計22−1
〜22−3のセンサヘッドの座標であり、設計時に決め
られる。また、Dn は各距離計の読み取り値であるの
で、上記の式(1)、(2)、(3)を連立させて解く
ことにより、TZ 、ψ、φを求めることができる。
D 1 = T Z −s 1z −Δs 1x −φs 1y (1) D 2 = T Z −s 2z −Δs 2x −φs 2y (2) D 3 = T Z −s 3z −Δs 3x −φs 3y (3) With regard to equation (1), (T z −s 1z )
(A) is a distance in the Z-axis direction from the sensor head, and {s 1x is a distance component in the Z-axis direction caused by the rotation angle around the y-axis as shown in FIG. 6 (b). Here, φs 1y is a distance component in the Z-axis direction caused by the rotation angle φ about the x-axis as shown in FIG. 6C. Here, s nx , s ny , and s nz are respectively the distance meters 22-1.
To 22-3, which are determined at the time of design. Further, since D n is a read value of each rangefinder, T Z , ψ, and φ can be obtained by simultaneously solving the above equations (1), (2), and (3).

【0034】次に、各X−Yエンコーダの読み取り値は
以下のように表される。
Next, the read value of each XY encoder is expressed as follows.

【0035】 X1 =TX +e1x−ψ(TZ −e1z) (4) Y1 =TY +θ・e1x−φ(TZ −e1z) (5) Y2 =TY +θ・e2x−φ(TZ −e2z) (6) ここで、θ・e1xは、図7(a)に示されるように回転
角度θに起因した座標成分であり、ψ(TZ −e1z
は、図7(b)に示されるように回転角度ψに起因した
座標成分であり、φ(TZ −e1z)は、図7(c)に示
されるように回転角度φに起因した座標成分である。な
お、enx、enzは、各X−Yエンコーダのセンサヘッド
の座標であり、設計時に決められる。また、Xn 、Yn
は各X−Yエンコーダの読み取り値である。更に、ψ、
φは上述した方法で既に求められているので、上記の式
(4)〜(6)を解けば、TX 、TY 、θが求められ
る。
X 1 = T X + e 1x -ψ (T Z -e 1z ) (4) Y 1 = T Y + θ · e 1x -φ (T Z -e 1z ) (5) Y 2 = T Y + θ · e 2x -φ (T Z -e 2z ) (6) where, theta · e 1x is a coordinate components caused by the rotation angle theta, as shown in FIG. 7 (a), ψ (T Z -e 1z )
Is a coordinate component caused by the rotation angle ψ as shown in FIG. 7B, and φ (T Z -e 1z ) is a coordinate component caused by the rotation angle φ as shown in FIG. 7C. Component. Here , enx and enz are the coordinates of the sensor head of each XY encoder, and are determined at the time of design. X n , Y n
Is the reading of each XY encoder. Furthermore, ψ,
Since φ has already been obtained by the above-described method, T x , T y , and θ can be obtained by solving the above equations (4) to (6).

【0036】以上のようにして求められた値を用いて、
基準座標系での加工点Wの座標が下記のように決められ
る。
Using the values obtained as described above,
The coordinates of the processing point W in the reference coordinate system are determined as follows.

【0037】W(TX +wx −θ・wy ,TY +wy
θ・wx ,TZ +ψ・wx +φ・wy) レーザ光の焦点はF(0,0,fZ )であるので、これ
らの座標点間の差を0にする方向に粗動X−Yステージ
14と微動Zステージ13を移動させることにより、高
い精度で加工点をレーザ光の焦点に合わせることができ
る。
W (T X + w x −θ · w y , T Y + w y +
θ · w x , T Z + ψ · w x + φ · w y ) Since the focal point of the laser beam is F (0,0, f Z ), the coarse movement X is performed in a direction to reduce the difference between these coordinate points to zero. By moving the -Y stage 14 and the fine movement Z stage 13, the processing point can be focused on the laser beam with high accuracy.

【0038】なお、上記の演算は、図示しない制御装置
が第1〜第3距離計22−1〜22−3の測定結果、及
び第1、第2X−Yエンコーダ23−1、23−2から
得られる座標に基づいて行い、演算結果に基づいて粗動
X−Yステージ14と微動Zステージ13の駆動を制御
する。
The above calculation is performed by a control unit (not shown) from the measurement results of the first to third distance meters 22-1 to 22-3 and the first and second XY encoders 23-1 and 23-2. This is performed based on the obtained coordinates, and the driving of the coarse movement XY stage 14 and the fine movement Z stage 13 is controlled based on the calculation result.

【0039】上記の演算の経過を順をおって説明する。The progress of the above calculation will be described in order.

【0040】1.第1〜第3距離計22−1〜22−3
はそれぞれ、基準台12との間の距離を測定する。その
結果、加工テーブル11の基準台12に対するZ軸方向
の位置及びX−Y平面に対する傾きを算出できる。
1. First to third distance meters 22-1 to 22-3
Each measure the distance from the reference platform 12. As a result, the position of the machining table 11 in the Z-axis direction with respect to the reference table 12 and the inclination with respect to the XY plane can be calculated.

【0041】2.更に、第1、第2X−Yエンコーダ2
3−1、23−2はそれぞれ、第1、第2スケール21
−1、21−2に対するX−Y方向の位置、すなわち座
標を測定する。その結果、加工テーブル11の基準台1
2に対するX−Y方向の位置及びZ軸周りの回転角度θ
を算出できる。
2. Further, the first and second XY encoders 2
3-1 and 23-2 are the first and second scales 21 respectively.
The position in the XY direction with respect to -1, 21-2, that is, the coordinates, is measured. As a result, the reference table 1 of the machining table 11
2 and the rotation angle θ about the Z axis in the XY direction
Can be calculated.

【0042】3.レーザ発振器15、レーザ反射鏡1
6、及び加工レンズ17は、基準台12に固定されてい
るので、レーザ光の焦点の基準台12に対する位置は常
に同じである。このため、加工物19上の加工点を、加
工テーブル11に対する位置で与えれば、レーザ光の焦
点と加工点の相対的な位置を算出できる。
3. Laser oscillator 15, laser reflector 1
6 and the processing lens 17 are fixed to the reference table 12, so that the position of the focal point of the laser beam with respect to the reference table 12 is always the same. Therefore, if the processing point on the workpiece 19 is given by the position with respect to the processing table 11, the relative position between the focal point of the laser beam and the processing point can be calculated.

【0043】4.算出されたレーザ光の焦点の位置と加
工点の位置の差を0にするように、精密Zステージ13
をZ軸方向に移動させると共に、粗動X−Yステージ1
4をX−Y平面上を移動させて加工を行う。
4. The precision Z stage 13 is set so that the difference between the calculated position of the focal point of the laser beam and the position of the processing point is set to zero.
Is moved in the Z-axis direction, and the coarse movement XY stage 1 is moved.
4 is moved on the XY plane to perform processing.

【0044】図8は、上記の1〜4の過程を経て加工テ
ーブル11が位置決めされてゆく経過を示している。
FIG. 8 shows a process in which the processing table 11 is positioned through the above-described steps 1-4.

【0045】本発明によるレーザ加工装置は、マイクロ
マシンの加工や、ワイヤボンダ、あるいは半導体製造装
置におけるステッパへの適用が考えられる。
The laser processing apparatus according to the present invention can be applied to micromachine processing, a wire bonder, or a stepper in a semiconductor manufacturing apparatus.

【0046】以上、本発明を好ましい実施の形態につい
て説明したが、様々な変形が可能である。例えば、複数
のX−Yエンコーダによる座標測定手段は、加工テーブ
ル11と基準台12との相対位置を計測できるものであ
れば良く、例えば基準台12側に画像処理による測定装
置を配置して、加工テーブル11上の特定の点の基準位
置からのずれを検出したり、レーザ測長器を基準台12
に設け、レーザ光の反射ミラーを加工テーブル11に設
けて実現することができる。
Although the present invention has been described with reference to a preferred embodiment, various modifications are possible. For example, the coordinate measuring means by a plurality of XY encoders may be any as long as it can measure the relative position between the processing table 11 and the reference table 12, and for example, a measuring device by image processing is arranged on the reference table 12 side. A deviation of a specific point on the processing table 11 from the reference position is detected, or the laser
, And a laser light reflecting mirror is provided on the processing table 11.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、高い剛性の必要な部分を少なくできることと、各ス
テージの案内機構に一般的なものが使用可能なことか
ら、ステージの小型化、低価格化が可能になり、加えて
高精度の精密加工に適したレーザ加工装置を提供でき
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the parts required for high rigidity and to use a general guide mechanism for each stage. In addition, the cost can be reduced, and a laser processing apparatus suitable for high-precision precision processing can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の好ましい実施の形態によるレーザ加工
装置の概略構成を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】本発明において、加工テーブルの座標測定のた
めに用いられるスケールを説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a scale used for measuring coordinates of a processing table in the present invention.

【図3】本発明において、距離測定及び座標測定のため
に加工テーブルに設けられる距離計及びX−Yエンコー
ダを説明するための図である。
FIG. 3 is a view for explaining a distance meter and an XY encoder provided on a processing table for distance measurement and coordinate measurement in the present invention.

【図4】本発明において、基準台に設定される基準座標
を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining reference coordinates set on a reference base in the present invention.

【図5】本発明において、加工テーブルに設定される固
定座標系を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a fixed coordinate system set in a processing table in the present invention.

【図6】本発明において、距離計による読み取り値につ
いて説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a value read by a distance meter in the present invention.

【図7】本発明において、X−Yエンコーダによる読み
取り値について説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a read value by an XY encoder in the present invention.

【図8】本発明における精密Zステージによる補正動作
を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a correction operation by a precision Z stage according to the present invention.

【図9】従来のレーザ加工装置の概略構成を示した図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional laser processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 支持台 11、34 加工テーブル 12 基準台 13 精密Zステージ 14 粗動X−Yステージ 15、32 レーザ発振器 16、35 レーザ反射鏡 17、36 加工レンズ 18、33 架台 19 加工物 21−1、21−2 第1、第2スケール 22−1、22−2、22−3 第1、第2、第3距
離計 23−1、23−2 第1、第2X−Yエンコーダ 37 防振台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Support stand 11, 34 Processing table 12 Reference stand 13 Precision Z stage 14 Coarse movement XY stage 15, 32 Laser oscillator 16, 35 Laser reflecting mirror 17, 36 Processing lens 18, 33 Mounting base 19 Workpiece 21-1, 21 -2 1st, 2nd scales 22-1, 22-2, 22-3 1st, 2nd, 3rd distance meters 23-1, 23-2 1st, 2nd XY encoder 37 Vibration isolation table

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ発振器で発生されたレーザ光を、
反射鏡や光学レンズを含むレーザ光学系を通して加工物
に照射することにより加工を行うレーザ加工装置におい
て、 加工テーブルを搭載し、前記加工物に照射されるレーザ
光の光軸方向に高分解能で移動可能な精密Zステージ
と、 該精密Zステージを搭載し、前記光軸方向に垂直な水平
面上を高分解能で移動可能な粗動X−Yステージと、 前記加工テーブルの上方に前記レーザ光学系を設けるた
めの架台とを備え、 前記架台のうち前記レーザ光学系を搭載している部分
は、基準台で構成されていると共に、該基準台に設けら
れた貫通穴を通して前記レーザ光が前記加工物に照射さ
れるように構成されており、 該装置は更に、前記加工テーブルと前記基準台の所定部
位との間の距離を測定するための複数の距離計と、前記
加工テーブルの座標を測定するための座標測定手段と、
前記複数の距離計からの測定結果に基づいて前記加工テ
ーブルの傾き及び回転角度を算出し、該算出結果及び前
記座標測定手段の測定結果を用いて前記粗動X−Yステ
ージ及び前記精密Zステージを制御する制御手段とを備
え、前記加工テーブル、前記基準台のみを剛性の高い材
料で構成したことを特徴とするレーザ加工装置。
1. A laser light generated by a laser oscillator,
A laser processing apparatus that performs processing by irradiating a workpiece through a laser optical system including a reflecting mirror and an optical lens. The laser processing apparatus is equipped with a processing table and moves with high resolution in the optical axis direction of the laser light applied to the workpiece. A possible precision Z stage, a coarse XY stage mounted with the precision Z stage and capable of moving at a high resolution on a horizontal plane perpendicular to the optical axis direction, and the laser optical system above the processing table. And a mount for mounting the laser optical system in the mount, the laser light is passed through a through-hole provided in the reference mount, and the laser beam is processed by the workpiece. The apparatus further comprises: a plurality of distance meters for measuring a distance between the processing table and a predetermined portion of the reference base; and a seat of the processing table. A coordinate measuring means for measuring,
Calculating a tilt and a rotation angle of the processing table based on the measurement results from the plurality of distance meters; and using the calculation results and the measurement results of the coordinate measuring means, the coarse XY stage and the precision Z stage. A laser processing apparatus, comprising: a control means for controlling the temperature of the laser beam; and only the processing table and the reference table are made of a material having high rigidity.
【請求項2】 請求項1記載のレーザ加工装置におい
て、前記複数の距離計及び前記座標測定手段はそれぞ
れ、前記加工テーブルに設けられていることを特徴とす
るレーザ加工装置。
2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of distance meters and the coordinate measuring means are provided on the processing table.
【請求項3】 請求項2記載のレーザ加工装置におい
て、前記座標測定手段は、複数のX−Yエンコーダから
成ることを特徴とするレーザ加工装置。
3. A laser processing apparatus according to claim 2, wherein said coordinate measuring means comprises a plurality of XY encoders.
【請求項4】 請求項3記載のレーザ加工装置におい
て、前記複数の距離計として、光線を前記基準台の所定
部位に照射しその反射光を受けて距離を測定する3個の
距離計を、前記加工テーブルの加工物の搭載エリア外に
備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
4. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein, as the plurality of distance meters, three distance meters that irradiate a light beam on a predetermined portion of the reference base and receive reflected light to measure a distance, A laser processing apparatus provided outside a mounting area of a workpiece on the processing table.
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