JPS63230287A - レ−ザ加工における加工誤差補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザビームの走査を行うことによって対
象物例えば生地、皮などを加工するレーザ加工装置にお
いて、対象物上の焦点位置誤差の補正に関する。

［従来の技術］ 一般に、レーザ加工装置の加工方式として、裁断コンベ
ヤ上に支持された被加工物に対し、揺動自在な揺動ミラ
ーから射出されるレーザ光を２次元的に走査しつつ照射
することによって、該被加工物を加工する、いわゆる２
軸揺動ミラ一方式のものが知られている。

この方式を用いたレーザ加工装置について第６図〜第８
図を参照しながら説明する。

第６図及び第７図に示すように、被加工物となる生地（
１００）が上部に支持されて、該生地（１００）を右方
に移動させる支持台であるコンベヤ（１０２）の左方に
は、生地（１００）の延反装置（１０４）が配置されて
いる。この延反装置（１０４）には、生地（１００）が
巻回された原反ロール（１０６）がセットされており、
この原反ロール（１０６）に巻回された生地（１００）
は、延反装置（１０４）によってコンベヤ（１０２）上
に送り出されるようになっている。コンベヤ（１０２）
の右方には、スクラップ処理装置（１０８）が配置され
ており、加工終了後の残余のスクラップが収容されるよ
うになフている。

コンベヤ（１０２）の中央付近適宜位置には、略コ字状
のフレーム（１１０）が配置されており、更にフレーム
（１１０）の水平部の略中夫には、レーザヘッド（１１
２）が固定されている。このレーザヘッド（１１２）は
、例えばジンバル状に構成された第１のミラー駆動部（
１１４）　、第２のミラー駆動部（１１６）及び集光手
段（１１８）を各々含んでいる。レーザヘッド（１１２
）の光学系の一例は、第８図に示されている。この図に
示すように、レーザ光は、図の一点鎖線の如く凸面鏡（
１２０）　、凹面鏡（１２２）から成るビーム拡大手段
を介してビーム径が拡大された後、集光手段（１１８）
であるレンズ（１２４）に入射され、更にはミラー（１
２６）によって反射され、生地（１００）に入射するよ
うになっている。

第１のミラー駆動部（１１４）は、ミラー（＋２６）を
、軸ｐｘを中心として第７図の矢印ＦＡ又は第８図の矢
印ＦＢの如く揺動駆動するものであり、この軸ｐｘは、
集光手段（１１８）のレンズ（１２４）の光【袖（レー
ザ光の光線束の中心軸）と一致している。

第２のミラー駆動部（１１６）は、ミラー（１２６）を
、軸ＰＹを中心として第７図の矢印ＦＣ又は第８図の矢
印ＦＤの如く揺動するものである。

すなわち、レーザ光ＲＢ（第６図参照）は、凸面鏡（１
２０）　、凹面鏡（１２２）及びレンズ（１２４）によ
って焦点が生地（１００）上となるように合わせられる
とともに、第１のミラー駆動部（１１４）によって生地
（１００）上に想定される座標Ｘ方向に走査さね、第２
のミラー駆動部（１１６）によって生地（１００）上に
想定される座標Ｙ方向に走査されるようになっている。

なお、凸面鏡（１２０）及び凹面鏡（１２２）から成る
ビーム拡大手段は、生地（１００）上におけるレーザ光
ＲＢのスポット径ｄを絞るためのものである。すなわち
、スポット径ｄは、レンズ（１２４）の焦点距離Ｆ１　
レンズ（１２４）に入射するレーザ光のビーム径Ｄ、定
数ｋに対して ｄ＝に− り で表わされる。従って焦点距ａＩＦを大きくとる場合で
あっても、スポット径ｄを一定にしようとすると、ビー
ム径りもＦに比例して大きくする必要がある。この装置
においては、レンズ（１２４）の焦点距離Ｆを大きくし
、レーザヘッド（１１２）と生地（１００）との距離を
大とする方がミラー（１２６）の揺動の程度を小さくす
ることができるため、かかるビーム拡大手段を含む方が
好ましい。

次に、コンベヤ（１０２）あるいは延反装置（１０４）
の近辺には、レーザ発振器（１２８）が配置されており
、更にフレーム（１１０）の一方の肩（１１０八）には
、プリズム、ミラーなどから成る光学手段（１３０）が
配置固定されている。レーザ発振器（１２８）と光学手
段（１３０）との間にはビームダクトなどから成る伝送
体（１３２）が設けられており、光学手段（１３０）と
集光手段（１１８）の間には同様の伝送体（１３４）が
設けられている。すなわち、伝送体（１３２）、（１３
４）及び光学手段（１３０）によってレーザ発振器（１
２８）から出力されるレーザ光をレーザヘッド（１１２
）に導く伝送手段が構成されている。

コンベヤ（１０２）の側部であってスクラップ処理装置
（１０８）の近辺には、加工制御装置（図示せず）が配
置されており、この加工制御装置は、生産管理、パター
ンメーキング、グレーディングあるいはマーキングの処
理を行う前段の処理装置と、その他の直接的な加工処理
を行う後段の処理装置とによって構成されている。前段
の処理装置には、紙テープなどのデータ入力手段が接続
されている。この加工制御装置からの指令により、上述
のレーザ発振器（１２８）　、レーザヘッド（１１２）
、延反装置（１０４）　、コンベヤ（１０２）　、スク
ラップ処理装置（１０８）等の各装置を制御する。

これにより、揺動自在なミラー（１２６）から射出され
るレーザ光を生地（ｉｏｏ）上で一定のパターンを描き
ながら２次元的に走査しつつ照射することによって生地
（１００）の裁断加工を行う。

即ち、まず延反装置（１０４）及びコンベヤ駆動装置を
動作させ、これによってコンベヤ（１０２）上に原反ロ
ール（１０６）から生地（１００）が送り出されるとと
もに、この生地（１００）が所定の場所に来ると、コン
ベヤ（１０２）は停止する。他方、動作指令によりレー
ザ発振器（１２８）が発振動作を開始し、レーザ光は伝
送体（１３２）　、　（１３４）を介してレーザヘッド
（１１２）に達する。レーザ光は、前述したビーム拡大
手段及びレンズ（１２４）を通過するとともに、ミラー
（１２６）によって生地（１００）上に焦点が合うよう
に反射される。このとき、第１及び第２のミラー駆動部
（１１４）　、　（１１Ｂ）によってミラー（１２６）
が１１ｉＩｌＩＰ×、ＰＹを中心として揺動し、所定の
パターン及びマーキングに従ってレーザ光ＲＢが所定場
所で停止中の生地（１００）上で走査される（第６図参
照）。また、レンズ（１２４）が、レーザ光ＲＢの走査
に対応しつつ光軸方向に移動し、該レンズ（１２４）と
生地（１００）との光学的距離が一定となるように制御
される。これによって生地（１００）は、焦点が合った
状態においてすなわちレーザ光ＲＢのスポット径が最小
の状態で裁断されることとなる。

以上の動作により生地（１００）が裁断され、次いで生
地（１００）は、コンベヤ（１０２）によってスクラッ
プ処理装置（１０８）の方向に送られる。

このとき、動作指令に基づいてスクラップ処理装置（１
０８）が駆動される。裁断された生地（１００Ａ）　、
　（１００Ｂ）は、オペレータによってコンベヤ（１０
２）上から収集され、スクラップは、スクラップ処理装
置（１０８）内に収容される。

また、被加工物としては、生地、皮等の他、金属、プラ
スチックなどでもよい。更に、被加工物が比較的小面積
のものであるときは、直接コンベヤ（１０２）上に載せ
るようにすることもできる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、この２軸揺動ミラ一方式のレーザ加工装
置においては、被加工物上にレーザ光が焦点を結ぶよう
に焦点距離を決めるのであるが、この焦点の位置は、例
えば■装置の各部品の製作時の寸法精度、■各部品を組
立てる時の組立精度、■各機器を据付ける時の据付精度
にそれぞれ形容され、これらの各精度が複合することに
より、多少の焦点位置の誤差が生ずることは避けられな
い。なかでも、■２軸揺動ミラーのミラー面の形状誤差
、■２２軸の直角度の誤差、■２軸のうち１軸と入射レ
ーザビームとの一致度の誤差、■上記１軸と、入射レー
ザビームと、加工面との平行度の誤差、■加工面の平面
度の誤差等の各誤差によって、焦点位置の誤差を生じ、
これによりワークの加工精度の低下が生ずる場合が多い
。もちろん、これら■〜■の各誤差を少なくするために
、上記■〜■の各精度を可能な限り向上させてはいるが
、該各精度の向上にはおのずから限界があるとともに、
いたずらに精度の向上を追求すればレーザ加工機のコス
トが大幅に上昇するという問題点がある。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、上記■〜■の各誤差が生じていても、レーザ光の
焦点位置の誤差を少なくして、ワークの加工精度を向上
できるレーザ加工における加工誤差補正方法を得ること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るレーザ加工における加工誤差補正方法は
、支持台上に支持された被加工物に対し、揺動自在なミ
ラーから射出されるレーザ光を２次元的に走査しつつ照
射することによって、該被加工物を加工するレーザ加工
方法において、まず、被加工物の加工面上に複数の基準
点を選定し、次いでこの基準点上にレーザ光を照射して
目標値からの誤差値を予め測定し、次いでこの測定誤差
値を用いて上記目標値を修正することにより、上記目標
値からの誤差を補正するものである。

［作用］ この発明においては、複数の基準点に予めレーザ光を照
射して誤差値を測定するようにしたので、この誤差値を
用いて目標値を修正することができる。

［実施例］ 以下、第１図〜第５図に基づいてこの発明の一実施例を
説明する。この発明は、上記■〜■の各精度の向上には
限界があること、及び、上記■〜■の各誤差があること
から、これらハード的なものによる焦点位置の誤差はそ
のまま認めた上で、この焦点位置の誤差をソフト的に補
正することを特徴としている。

まず、上記■〜■の誤差かない場合の、理想状態におけ
る幾何学的関係について述べる。第１図に示すように、
θ１軸（第７図、第８図中の＋１噛Ｐ×に相当する！１
ｉｌｈ）と０２１１ｑｈ（第７図、第８図中の軸ＰＹに
相当するＩｉｉ！ｈ）の回りを揺動するミラー（１２６
）の中心より距離Ｒだけ離れた被加工物（１００）　（
７）加工面（１００ｓ）上にｘ＠とＹ軸があり、ミラー
（１２６）中心の直下の０点をｘ〜、Ｙ軸の原点とする
。すると、加工面（１００５）上の任意の点（ｘ、ｙ）
にレーザビームＲＢを照射するための０１軸、θ２ＩＩ
！ｌＩＩについての揺動角度（θ８．θ２）の値は、 となる。すなわち、加工面（１００ｓ）上のＸ、Ｙ座標
値による図形を描くためにはｘ、Ｙを上記の（１）式に
より変換したθ１．θ２によりミラー駆動部（１１４）
　、　（１１６）を駆動制御する必要がある。

次に誤差補正の方法について述べる。加工面（１００５
）上の点（Ｘ、Ｙ）にレーザビームＲＢを照射したとき
、前述の■〜■の誤差により、レーザビームＲＢが（Ｘ
　＋　ＥＸ、　Ｙ　＋　ＥＹ）の位置に照射されたとす
る。すなわち（Ｘ、Ｙ）は目標値であり、Ｅｘ、　ＥＹ
は誤差値のＸ、Ｙ成分である。そこで、ＥｘとＥＹを測
定器等の何らかの手段で予め測定し、次には目標値を（
ｘ、ｙ）とする代りに、（Ｘ−Ｅｘ、　Ｙ−ＥＹ）とし
て照射すれば照射点は（Ｘ、Ｙ）に充分に近ずくはずで
ある。もしもこうして補正した結果の誤差値が、まだ充
分に小さくないときは上記と同様の補正をもう一度くり
かえせば誤差は更に小さくなるはずである。しかし、大
多数の場合はこのようなくりかえしは必要ではなく、一
度の補正で充分に小さい誤差が得られる。

上記の誤差値の測定を、加工面（１００５）内でいくつ
かの点について実施しておけば、補間方法によって任意
の点における誤差値を測定することができる。そこで次
にこの補間方法について述べる。まず、１次元の場合に
ついて考察し、ついでこれを２次元に拡張することにす
る。

第２図に示すように、Ｘ軸上に原点０からピッチｐで等
間隔の各基準点Ｘ、、Ｘ、、・−、Ｘｏがあり、各基準
点におけるＸ方向の誤差値ＥをＥ、、Ｅ２．−、Ｅ。

とする（この各誤差値は測定器により測定した値である
）。任意点ＳのＸ軸上の座標をＸとすると、８点の１つ
前の点×９を求めるために９＝→小数点以下を切り捨て
た整数 とすると、 ａ＝Ｘ−ｑｐ　　　　ｂ＝ｐ−ａ であるから、８点における誤差値ＥｄｉＥ９とＥ９＋１
から Ｅｓ”　　Ｅｑ＋　　　（Ｅｑ＋ｌ　　　Ｅ９）　　　
　　　　　　−（２）のように補間する。

次に上記の補間方法を２次元に拡張する。

第３図のようにＸ、Ｙ面上に格子状に基準点（メツシュ
点）をとり、各メツシュ点の座標値をとする。この各メ
ツシュ点における誤差値のＸ成分とＹ成分を とする。Ｘ、Ｙ面上の任意点Ｓの座標値を（ｘ。

Ｙ）とする。８点の１つ前の点を求めるためにｑＸ＝−
の小数点以下を切り捨てた整数ｑＹ＝−の小数点以下を
切り捨てた整数とすると、 ａｘ　＝Ｘ　　ＰＱｘ　ａｙ　＝Ｙ　　ＰＱｙとなる。

（ｘ、７は添字を示す。以下同じ）ここで、第３図にお
ける任意点Ｓの近くのメツシュ点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに着目
して拡大すると第４図のようになる。

このＡ〜Ｄ各点のインデックス（メツシュ点の順番）、
座標値、誤差値は第１表のようになる。

第１表 ここで、第３図、第４図ではＡ−Ｄの各点の表示を例と
して次のようにしている。

Ａ点；Ａ（２，２） Ｂ点、Ｂ（３，２） ０点、Ｃ（２，３） ０点；Ｄ　（３，３） ところで、誤差値のＸ成分、Ｙ成分の「簡略表記」とは
、例えばＡ点での「誤差値のＸ成分」に着目すると、Ｅ
ｘ　（Ｑｘ　、　ｑｙ）をＥＸＡと表示することをいう
。この表示方法はＹ成分についても、又Ａ点以外の他の
点においてもそれぞれ同様である（第１表参照）。

次に、第４図に示すように、ＡＢの長さをｐ。

ＢＤの長さをｐとし、任意点Ｓについて、線分ＡＢ、Ｃ
Ｄ上の点をそれぞｈｓ、、　ｓ２としＡＳ、（７）長さ
をａ、（とじ、ＳＳ、の長さをａｙとする。ＣＡと５Ｉ
Ｓ２とは平行になっている。なお、ＡＢとＢＤとの長さ
は異なるようにしてもよく、また、ＡＢＣＤは正方形で
なく長方形でもよい。Ａ点とＢ点の値からＳ１点の誤差
値を補間すると、 同様に０点とＢ点の値から５２点の誤差値を補間すると
、 ５１点の誤差値と５２点の誤差値から３点の誤差値を補
間すると、 したがって、照射するレーザ光の３点の新たな目標値と
しては（Ｘ、Ｙ）の代りに（Ｘ−ＥｓＸ、ＹＥＳＹ　）
として照射すれば誤差が補正される。

以上の説明ではＸ、Ｙ座標面でＸ、Ｙが各々正の値をと
る第１象限について説明しであるが、第２、第３、第４
象限、即ち加工面全体に亘って容易に拡張できることは
明らかである。また補間方法としては２点間を直線で結
ぶ１吹掃間方法について説明したが、２次式（即ち曲線
）で結ぶ２次補間方法等の曲線補間方法を使っても補間
ができることは明らかである 上記の（３）式により任意点における誤差値を求め、目
標値を（ｘ、ｙ）の代りに（Ｘ−Ｅｓｘ。

ＹＥＳＹ）とし、（１）式により、レーザビームの０１
軸、θ２軸についての揺動角度（θ１．θ２）に変換し
て、これによってミラー駆動部（１１４）、（１１６）
を駆動制御すれば、補正された照射を行うことができ、
照射位置の誤差は小さくなフて焦点位置の誤差を補正す
ることができる。

上記で説明したこの発明の補正方法をまとめると第５図
のような手順になる。即ち、スタート後、加工面（１０
０Ｓ）上にメツシュ点を選定しくステップ１）、各メツ
シュ点における基準点にレーザ光を照射した後、測定器
を用いて誤差値を測定する（ステップ２）。この測定結
果に基づいて上北方法で各メツシュ点の目標値を補正す
る（ステップ３）。この補正によって補正後の誤差が充
分に小さくなったか否か判断する（ステップ４）。未だ
充分に小さくないときは、各メツシュ点の目標値の代り
に補正した値を使って（ステップ５）、ステップ２ない
しステップ４をくり返す。上記補正後の誤差が充分小さ
くなれば（ステップ４）、任意点の誤差値を上記補間法
により求め（ステップ６）、上記任意点の目標値を補正
して新たな目標値とする（ステップ７）。次いで（１）
式により（Ｘ、Ｙ）座標値を（θ１．θ２）の値に変換
するとともに（ステップ８）、この（θ１．θ２）の値
によりミラー駆動部（１１４）。

（１１６）を駆動制御してレーザ照射を行なって被加工
物（１００）の加工を行ない（ステップ９）、加工完了
によりこの方法は終了する。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、加工誤差をソフト的に
補正する方法をとったことカーら、加工装置の製作精度
を厳しくしなくても、被加工物の加工精度を大幅に向上
させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するための２釉揺動
ミラ一方式の構成図、第２図はＸ軸についてのこの発明
に係る補間方法を説明するための説明図、第３図は同じ
く上記補間方法を２次元に拡張した場合の説明図、第４
図は第３図中の■部を拡大した説明図、第５図はこの発
明を説明するためのフローチャート、第６図はこの発明
が適用されるレーザ加工装置の構成を示す斜視図、第７
図は第６図に示す装置を簡略化した正面図、第８図は第
６図に示す装置のレーザヘッドの構成例を示す説明図で
ある。 （１００）は被加工物（生地）、 （＋００５）は加工面、 （１０２）は支持台（コンベヤ）、 （１２６）はミラー、ＲＢはレーザ光、Ｓは任意点、 Ｘｏ、Ｘ＋　、＝・、Ｘ９．Ｘ９＋＋　、　・”　、Ｘ
ｎは基準点、Ｅｏ、Ｅ＋、””、ＩＥｑ、Ｅ−＋＋、　
””、Ｅｏは誤差値。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持台上に支持された被加工物に対し、揺動自在
   なミラーから射出されるレーザ光を２次元的に走査しつ
   つ照射することによって、該被加工物を加工するレーザ
   加工方法において、加工面上に複数の基準点を選定し、
   該基準点にレーザ光を照射して目標値からの誤差値を予
   め測定し、この測定誤差値を用いて上記目標値を修正す
   ることにより上記目標値からの誤差を補正することを特
   徴とするレーザ加工における加工誤差補正方法。
2. （２）上記測定誤差値を用いて、加工面上の任意点での
   目標値を修正するのに、補間方法を用いたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工における加
   工誤差補正方法。