KR102533457B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 가공 장치(1)는 펄스 레이저광(5)을 출력하는 레이저 발진기(4)와, 갈바노 미러(11X, 11Y)를 가지고, 갈바노 미러(11X, 11Y)에서의 펄스 레이저광(5)의 반사에 의해서 펄스 레이저광(5)을 편향시킴과 아울러 위치 지령(29a)에 따른 제어에 의해 갈바노 미러(11X, 11Y)를 회전시키는 갈바노 스캐너(13X, 13Y)와, 갈바노 스캐너(13X, 13Y)에 있어서 편향한 펄스 레이저광(5)이 입사하는 입사 영역을 가지고, 입사 영역으로 입사한 펄스 레이저광(5)을 집광하는 렌즈인 fθ렌즈(15)와, 입사 영역으로부터 방사한 적외선을 검출함으로써 렌즈의 온도를 측정하여, 렌즈의 온도 정보를 구하는 렌즈 온도 측정부(9)와, 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)을 보정하는 보정부인 갈바노 지령 변환부(6)를 구비한다.

Description

레이저 가공 장치

본 개시는 펄스 레이저광의 조사에 의해서 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

펄스 레이저광을 편향시키는 갈바노(Galvano) 스캐너와 펄스 레이저광을 집광하는 fθ렌즈가 탑재된 가공 헤드를 가지고, 프린트 배선 기판과 같은 피가공물의 천공 가공을 행하는 레이저 가공 장치가 알려져 있다. 이러한 레이저 가공 장치에서는, 펄스 레이저광이 fθ렌즈를 투과할 때에, 펄스 레이저광의 일부가 fθ렌즈에 흡수됨으로써 fθ렌즈의 온도가 상승하는 경우가 있다. fθ렌즈의 온도가 상승함으로써, fθ렌즈의 굴절률은 변화한다. fθ렌즈의 굴절률이 변화하면, 피가공물에 있어서의 펄스 레이저광의 조사 위치가 변화한다.

특허문헌 1에는, fθ렌즈의 온도를 측정하고, fθ렌즈의 온도에 기초하여 조사 위치를 보정하는 레이저 가공 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 레이저 가공 장치는, fθ렌즈의 측면부에 설치된 온도 센서를 이용하여 fθ렌즈의 온도를 측정한다.

일본 특허공개 제2003-290944호 공보

특허문헌 1의 기술에 의해서 조사 위치를 보정하는 경우에 있어서, 고정밀한 보정을 가능하게 하기 위해서는, fθ렌즈 중 펄스 레이저광이 입사하는 영역의 온도를, 순시적이고 정확하게 측정 가능한 것이 요망된다. 특허문헌 1에 개시되어 있는 종래의 레이저 가공 장치에서는, fθ렌즈의 측면부에 온도 센서가 설치되기 때문에, fθ렌즈의 주위의 온도, 및 fθ렌즈에 있어서의 열전도의 지연의 영향 등에 의해서, 펄스 레이저광이 입사하는 영역의 온도를 순시적이고 정확하게 측정하는 것이 곤란하다. 그 때문에, 종래의 기술에 의하면, 레이저 가공 장치는, 조사 위치의 고정밀한 보정이 곤란한 것에 의해, 가공 정밀도의 향상이 곤란하다고 하는 문제가 있었다.

본 개시는 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 가공 정밀도를 향상 가능하게 하는 레이저 가공 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 개시에 따른 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저광을 출력하는 레이저 발진기와, 갈바노 미러를 가지고, 갈바노 미러에서의 펄스 레이저광의 반사에 의해서 펄스 레이저광을 편향시킴과 아울러 위치 지령에 따른 제어에 의해 갈바노 미러를 회전시키는 갈바노 스캐너와, 갈바노 스캐너에 있어서 편향한 펄스 레이저광이 입사하는 입사 영역을 가지고, 입사 영역으로 입사한 펄스 레이저광을 집광하는 렌즈와, 입사 영역으로부터 방사한 적외선을 검출함으로써 렌즈의 온도를 측정하여, 렌즈의 온도 정보를 구하는 렌즈 온도 측정부와, 온도 정보에 기초하여 위치 지령을 보정하는 보정부를 구비한다.

본 개시에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 정밀도의 향상이 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 렌즈 온도 측정부에 의한 온도 측정의 대상인 측정 영역에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의, 레이저 출력 지령과, 레이저 출력과, 온도 측정 결과에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시 형태 1에 있어서 렌즈 온도 측정부에 구비되는 온도 계산부의 기능 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 갈바노 지령 변환부에 의한 위치 지령의 보정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에 따른 레이저 가공 장치가 가지는 제어 장치의 동작 절차를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 실시 형태 2에 있어서의 방사 온도 센서의 측정 파장에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시 형태 2에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 2에 있어서의, 레이저 출력 지령과, 레이저 출력과, 온도 측정 결과에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시 형태 3에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 실시 형태 3에 있어서 fθ렌즈의 입사 영역에 설정되는 복수의 분할 영역을 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 형태 3에 있어서의 렌즈 온도 측정부에 의한 온도 측정의 대상인 측정 영역에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 실시 형태 1 내지 3에 따른 레이저 가공 장치가 가지는 제어 장치의 하드웨어 구성예를 나타내는 도면이다.

이하에, 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

실시 형태 1.

도 1은 실시 형태 1에 따른 레이저 가공 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 실시 형태 1에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저광(5)의 조사에 의해서 피가공물(16)의 천공 가공을 행한다. 피가공물(16)은 전자기기 등에 탑재되는 프린트 배선 기판이다. 피가공물(16)은 천공 가공의 대상이 될 수 있는 것이면 되고, 프린트 배선 기판 이외의 것이어도 된다.

실시 형태 1에 있어서, X축, Y축 및 Z축은, 서로 수직인 3축이다. X축과 Y축은, 수평 방향의 축이다. Z축은 연직 방향의 축이다. 레이저 가공 장치(1)는 X축 방향과 Y축 방향에 있어서 분산된 복수의 구멍(17)을 고속으로 형성하는 천공 가공을 행한다.

레이저 가공 장치(1)는 펄스 레이저광(5)을 출력하는 레이저 발진기(4)를 가진다. 펄스 레이저광(5)은 적외광이다. 실시 형태 1에 있어서, 레이저 발진기(4)는 이산화탄소(CO₂) 레이저이다. 펄스 레이저광(5)의 피크 파장은, 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 범위에 포함되는 파장이다.

레이저 가공 장치(1)의 가공 헤드(26)는, 펄스 레이저광(5)을 편향시키는 갈바노 스캐너(13X, 13Y)와, 펄스 레이저광(5)을 집광하는 렌즈인 fθ렌즈(15)를 가진다.

갈바노 스캐너(13X)는 가공 헤드(26)로 입사한 펄스 레이저광(5)을 반사시키는 갈바노 미러(11X)와, 갈바노 미러(11X)를 회전 구동시키는 모터(12X)를 가진다. 갈바노 스캐너(13X)는 갈바노 미러(11X)에서의 펄스 레이저광(5)의 반사에 의해서 펄스 레이저광(5)을 편향시킨다. 또한, 갈바노 스캐너(13X)는 위치 지령(29a)에 따른 제어에 의해 갈바노 미러(11X)를 회전시킨다. 갈바노 스캐너(13X)는 특정 진동각의 범위 내에 있어서 갈바노 미러(11X)를 회전시킴으로써, 펄스 레이저광(5)의 조사 위치를 X축 방향으로 이동시킨다.

갈바노 스캐너(13Y)는 갈바노 스캐너(13X)로부터 입사한 펄스 레이저광(5)을 반사시키는 갈바노 미러(11Y)와, 갈바노 미러(11Y)를 회전 구동시키는 모터(12Y)를 가진다. 갈바노 스캐너(13Y)는 갈바노 미러(11Y)에서의 펄스 레이저광(5)의 반사에 의해서 펄스 레이저광(5)을 편향시킨다. 또한, 갈바노 스캐너(13Y)는 위치 지령(29a)에 따른 제어에 의해 갈바노 미러(11Y)를 회전시킨다. 갈바노 스캐너(13Y)는, 특정 진동각의 범위 내에 있어서 갈바노 미러(11Y)를 회전시킴으로써, 펄스 레이저광(5)의 조사 위치를 Y축 방향으로 이동시킨다.

fθ렌즈(15)는 렌즈 프레임(14)에 고정되어 있다. fθ렌즈(15)는 갈바노 미러(11Y)에서 반사한 펄스 레이저광(5)을, 피가공물(16)의 조사 위치에 집약시킨다. fθ렌즈(15)의 재료는, 게르마늄 또는 셀렌화 아연(zinc selenide)이다.

레이저 가공 장치(1)는 피가공물(16)보다도 상방에 있어서 Z축 방향으로 가공 헤드(26)를 이동시키는 Z축 테이블을 가진다. Z축 테이블의 도시는 생략한다. Z축 테이블이 가공 헤드(26)를 이동시킴으로써, 레이저 가공 장치(1)는 fθ렌즈(15)의 초점을 피가공물(16)에 맞춘다.

레이저 가공 장치(1)는 XY 테이블(18)을 가진다. XY 테이블(18)은 위치 지령(27)에 따른 제어에 의해 이동하는 톱 테이블(top table, 19)을 가진다. 피가공물(16)은 톱 테이블(19)에 놓여진다. XY 테이블(18)은 톱 테이블(19)과 함께 피가공물(16)을 이동시킨다.

여기서, 톱 테이블(19)을 이동시키지 않고 갈바노 스캐너(13X, 13Y)를 구동시켰을 경우에 있어서, 조사 위치를 이동시키는 것이 가능한 영역을 주사 영역으로 한다. 주사 영역은, 예를 들면, X축 방향으로 50㎜, 그리고 Y축 방향으로 50㎜의 영역이다. 톱 테이블(19)은 피가공물(16)의 크기보다도 넓은 범위를 이동 가능하다. 예를 들면, 피가공물(16)의 X축 방향 및 Y축 방향에 있어서의 크기가 300㎜×300㎜ 정도인 것에 대해, 톱 테이블(19)은 X축 방향 및 Y축 방향에 있어서 600㎜×600㎜ 정도의 범위를 이동한다. 레이저 가공 장치(1)는, 갈바노 스캐너(13X, 13Y)의 구동과 톱 테이블(19)의 이동에 의해서, 피가공물(16) 전체를 대상으로 하는 천공 가공을 가능하게 한다.

레이저 가공 장치(1)는 레이저 가공 장치(1) 전체를 제어하는 제어 장치(25)를 가진다. 제어 장치(25)는 각종 지령을 생성하는 지령 생성부(2)와, 레이저 제어부(3)와, 보정부인 갈바노 지령 변환부(6)와, 갈바노 제어부(10)와, XY 테이블 제어부(20)를 가진다.

지령 생성부(2)는 XY 테이블(18)에 대한 위치 지령(27)과, 레이저 출력 지령(28)과, 갈바노 스캐너(13X, 13Y)에 대한 위치 지령(29)을 생성한다. 지령 생성부(2)는 생성된 위치 지령(27)을 XY 테이블 제어부(20)에 출력한다. 지령 생성부(2)는 생성된 레이저 출력 지령(28)을 레이저 제어부(3)에 출력한다. 지령 생성부(2)는 생성된 위치 지령(29)을 갈바노 지령 변환부(6)에 출력한다.

갈바노 지령 변환부(6)는 렌즈 온도 측정부(9)로부터 출력되는 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)을 보정한다. 렌즈 온도 측정부(9)에 대해서는 후술한다. 갈바노 지령 변환부(6)는 위치 지령(29a)을 출력한다. 갈바노 지령 변환부(6)는, 위치 지령(29)을 보정했을 경우, 위치 지령(29a)으로서, 보정 후의 위치 지령(29)을 출력한다. 갈바노 지령 변환부(6)는, 위치 지령(29)을 보정하지 않는 경우, 위치 지령(29a)으로서, 보정되어 있지 않은 위치 지령(29)을 출력한다.

레이저 제어부(3)는, 레이저 출력 지령(28)에 따라서, 레이저 발진기(4)를 제어한다. 레이저 제어부(3)는 펄스 레이저광(5)의 파워와, 펄스 레이저광(5)의 펄스 폭과, 펄스 레이저광(5)이 출력되는 타이밍을, 레이저 출력 지령(28)에 따라서 제어한다.

갈바노 제어부(10)는, 위치 지령(29a)에 따라서, 갈바노 스캐너(13X)와 갈바노 스캐너(13Y)를 제어한다. 갈바노 제어부(10)는 모터(12X)에 의한 갈바노 미러(11X)의 회전을 제어하여, 갈바노 미러(11X)의 위치 결정을 행한다. 갈바노 제어부(10)는 모터(12Y)에 의한 갈바노 미러(11Y)의 회전을 제어하여, 갈바노 미러(11Y)의 위치 결정을 행한다. 갈바노 제어부(10)는 갈바노 스캐너(13X, 13Y)와 fθ렌즈(15)에 기인하는 광학 디스토션 특성을 보정한다. 갈바노 제어부(10)는, 미리 설정된 디스토션 보정 함수를 이용하여, 광학 디스토션 특성을 보정한다. 광학 디스토션 특성이 보정됨으로써, 갈바노 스캐너(13X)는 X축 방향으로 정확하게 펄스 레이저광(5)을 이동시킨다. 갈바노 스캐너(13Y)는 Y축 방향으로 정확하게 펄스 레이저광(5)을 이동시킨다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는 XY 평면에 있어서 정확한 위치에 구멍(17)을 형성할 수 있다.

XY 테이블 제어부(20)는, 위치 지령(27)에 따라서, XY 테이블(18)을 제어한다. XY 테이블 제어부(20)는 XY 테이블(18)에 의한 톱 테이블(19)의 이동을 제어하여, 톱 테이블(19)의 위치 결정을 행한다.

레이저 가공 장치(1)는 fθ렌즈(15)의 온도를 측정하는 렌즈 온도 측정부(9)를 가진다. 렌즈 온도 측정부(9)는 fθ렌즈(15)의 온도를 나타내는 온도 정보를 구한다. 펄스 레이저광(5)이 fθ렌즈(15)를 투과할 때에, 펄스 레이저광(5)의 일부가 fθ렌즈(15)에 흡수됨으로써, fθ렌즈(15)의 온도가 상승한다. fθ렌즈(15)의 온도가 상승했을 경우, fθ렌즈(15)의 굴절률이 변화함으로써, 피가공물(16)에 있어서의 펄스 레이저광(5)의 조사 위치가 변화한다. 레이저 가공 장치(1)는, 렌즈 온도 측정부(9)에 의한 측정 결과에 기초하여 위치 지령(29)을 보정함으로써, 피가공물(16)에 있어서의 펄스 레이저광(5)의 조사 위치를 보정한다.

렌즈 온도 측정부(9)는 온도 계산부(7)와 방사 온도 센서(8)를 가진다. 온도 계산부(7)는 제어 장치(25)에 포함된다. 온도 계산부(7)는 온도 측정을 위한 계산을 행한다. 지령 생성부(2)는 레이저 출력 지령(28)과 온도 계산 파라미터(34)를 온도 계산부(7)에 출력한다.

방사 온도 센서(8)는 비접촉식의 온도 센서이다. 방사 온도 센서(8)는 fθ렌즈(15) 중 입사 영역의 상방에 배치되어 있다. 입사 영역은, fθ렌즈(15)의 표면에 있어서의 영역으로서, 갈바노 스캐너(13X, 13Y)에 있어서 편향한 펄스 레이저광(5)이 입사하는 영역이다. fθ렌즈(15)는 입사 영역으로 입사한 펄스 레이저광(5)을 집광한다. 방사 온도 센서(8)는, fθ렌즈(15)의 입사 영역으로부터 방사한 적외선을 검출함으로써, 입사 영역에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도를 측정한다.

fθ렌즈(15)의 온도는, 예를 들면, 25℃ 내지 30℃의 범위에 있어서 변화한다. 이 경우에 있어서 fθ렌즈(15)로부터 방사되는 적외선의 강도는, 10㎛ 정도의 파장에 있어서 가장 강하게 된다. 이 예의 경우, 방사 온도 센서(8)로서는, 8㎛ 내지 12㎛의 파장에 감도를 가지는 적외선 검출기가 이용된다. 이러한 적외선 검출기로서는, 서모파일 또는 서미스터와 같은, 염가의 적외선 검출기를 이용할 수 있다.

실시 형태 1에 있어서, 방사 온도 센서(8)는 8㎛ 내지 12㎛의 파장에 감도를 가지는 것으로 한정되지 않고, 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역에 감도를 가지는 것이면 된다. 렌즈 온도 측정부(9)는 적어도 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서(8)를 가진다. fθ렌즈(15)의 입사 영역에 방사 온도 센서(8)가 서로 마주 보게 되어 있음으로써, fθ렌즈(15)의 온도에 의존하여 fθ렌즈(15)로부터 방사되는 적외선과, fθ렌즈(15)에서 반사한 펄스 레이저광(5)인 반사광(21)이 방사 온도 센서(8)로 입사한다. fθ렌즈(15)로부터 방사되는 적외선의 도시는 생략한다.

상기의 적외선 검출기에 반사광(21)이 입사했을 경우, 반사광(21)은, 적외선 검출기에 의한 측정 결과에 영향을 미친다. 즉, 적외선 검출기에 의한 측정 결과는, fθ렌즈(15)의 실제의 온도보다도 높은 값이 된다. 그래서, 실시 형태 1에서는, 렌즈 온도 측정부(9)는 반사광(21)의 영향이 제거된 온도 정보를 온도 계산부(7)에 있어서 구한다. 반사광(21)의 영향이 제외되었다는 것은, 반사광(21)이 방사 온도 센서(8)로 입사하는 것에 의한 측정 결과의 상승분이 제거되어 있는 것을 가리킨다. 온도 계산부(7)는 구한 온도 정보를 갈바노 지령 변환부(6)에 출력한다.

도 2는 실시 형태 1에 있어서의 렌즈 온도 측정부(9)에 의한 온도 측정의 대상인 측정 영역(23)에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 2에는, 렌즈 프레임(14)에 고정되어 있는 fθ렌즈(15)를 연직 상방으로부터 본 모습을 나타내고 있다.

갈바노 스캐너(13X, 13Y)에 있어서 편향한 펄스 레이저광(5)은, fθ렌즈(15)의 입사 영역(22)으로 입사한다. 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 영역(23)은, 입사 영역(22) 내의 영역이다. 방사 온도 센서(8)는, 측정 영역(23)을 대상으로 하는 온도 측정에 의해서, 입사 영역(22)의 평균 온도를 측정한다. 렌즈 온도 측정부(9)에 의해서 측정되는 fθ렌즈(15)의 온도는, 입사 영역(22)의 평균 온도이다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 렌즈 온도 측정부(9)의 동작에 대해 설명한다. 도 3은 실시 형태 1에 있어서의, 레이저 출력 지령(28)과, 레이저 출력과, 온도 측정 결과에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도 3의 (a)는, 지령 생성부(2)로부터 레이저 제어부(3)에 출력되는 레이저 출력 지령(28)인 신호의 변화를 나타낸다. 도 3의 (b)는, 레이저 발진기(4)에 의한 레이저 출력의 변화, 즉 펄스 레이저광(5)의 출력의 변화를 나타낸다. 도 3의 (c)에 있어서, 실선의 그래프는, 방사 온도 센서(8)의 출력, 즉 방사 온도 센서(8)의 측정값을 나타낸다. 도 3의 (c)에 있어서, 파선의 그래프는, 방사 온도 센서(8)가 반사광(21)의 영향을 받지 않는 것으로 했을 경우에 있어서 방사 온도 센서(8)에 의해서 측정될 수 있는 온도를 나타낸다. 즉, 파선의 그래프는, 방사 온도 센서(8)에 의해서 측정되어야 할 fθ렌즈(15)의 온도를 나타내고 있다. 도 3의 (d)는, 렌즈 온도 측정부(9)의 출력인 온도 정보, 즉 렌즈 온도 측정부(9)의 측정 결과를 나타낸다.

도 3의 (a)에 있어서, 지령 생성부(2)는 피크(peak) 파워가 P1이고 펄스 폭이 td인 레이저 출력 지령(28)을, t1, t2, t3, t4, t5, t7, t8, t9, t10, t11의 각 시각에서 출력한다. t1부터 t12의 기간 중, 레이저 출력 지령(28)이 온인 기간은, t1부터 t1+td, t2부터 t2+td, t3부터 t3+td, t4부터 t4+td, t5부터 t5+td, t7부터 t7+td, t8부터 t8+td, t9부터 t9+td, t10부터 t10+td, t11부터 t11+td의 각 기간이다. t1부터 t12의 기간 중 해당 온인 기간 이외의 기간은, 레이저 출력 지령(28)이 오프로 되는 기간이다. 레이저 출력 지령(28)이 온일 때, 레이저 제어부(3)는 레이저 출력이 P1이 되도록 레이저 발진기(4)를 제어한다. 레이저 출력 지령(28)이 오프일 때, 레이저 제어부(3)는 레이저 출력을 제로로 되게 한다.

도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기(4)는 레이저 출력 지령(28)과 동등한 펄스 레이저광(5)을 출력한다. 또한, 도 3에는 나타내져 있지 않지만, 레이저 발진기(4)에 의한 레이저 출력의 동작은, 레이저 발진기(4)의 동(動)특성에 기인하여, 레이저 출력 지령(28)보다도 약간 지연된다.

도 3의 (c)에서 실선의 그래프에 나타내지는 바와 같이, 방사 온도 센서(8)의 출력은, t1부터 t6의 기간에 있어서 상하로 크게 변화하고 있고, 파선의 그래프에 의해서 나타내지는 온도와는 크게 괴리(乖離)하고 있다. 방사 온도 센서(8)의 출력은, 펄스 레이저광(5)의 변화로부터 방사 온도 센서(8)의 측정 시정수분만큼 지연되어 상하로 변화한다. fθ렌즈(15)가 방사하는 적외선과 함께 방사 온도 센서(8)가 반사광(21)을 받음으로써, 방사 온도 센서(8)로부터는, 적외선의 측정 결과와 반사광(21)의 측정 결과를 모두 합한 결과가 출력된다. 적외선의 비율에 비해 반사광(21)의 비율쪽이 크기 때문에, 방사 온도 센서(8)의 출력을 나타내는 그래프에는, 큰 파형 모양이 나타난다. 방사 온도 센서(8)의 출력이 반사광(21)의 영향을 크게 받기 때문에, 렌즈 온도 측정부(9)는 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과를 그대로 fθ렌즈(15)의 온도의 측정 결과로 할 수는 없다. 또한, 방사 온도 센서(8)는 밀리초 오더의 측정 시정수를 가진다. fθ렌즈(15)는 방사 온도 센서(8)의 측정 시정수보다도 늦은 시정수에 의해 온도 변화한다. 이 때문에, 파선의 그래프에 나타내지는 바와 같이, fθ렌즈(15)의 온도의 변화는, 완만한 변화로 된다.

t5에 있어서 레이저 출력 지령(28)이 출력되고 나서, t5+td부터 t7의 기간에서는, 레이저 출력 지령(28)은 출력되지 않는다. 도 3의 (c)에 나타내는 실선의 그래프는, t5+td보다도 후에 있어서, 서서히 파선의 그래프에 가까워진다. 즉, 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과는, 점차 낮아져, fθ렌즈(15)의 온도에 수렴한다. t6부터 t7의 기간에 있어서, 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과는, fθ렌즈(15)의 온도와 동등하게 된다. 측정 결과가 fθ렌즈(15)의 온도와 동등하다는 것은, 측정 결과와 fθ렌즈(15)의 온도의 차가 있어도 해당 차는 위치 지령(29)의 보정에 있어서 무시할 수 있는 정도의 차인 것을 가리킨다.

이하의 설명에 있어서, 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과가 fθ렌즈(15)의 온도까지 수렴하는데 필요한 기간을, 센서 회복 기간 「twait」이라고 한다. 상기 설명에 있어서, t5+td부터 t6의 기간은, 센서 회복 기간 「twait」이다. 레이저 출력 지령(28)이 오프로 되었을 때부터 센서 회복 기간 「twait」에 있어서 레이저 펄스 신호가 온으로 되지 않는 경우, 센서 회복 기간 「twait」의 경과 후에, 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과는, fθ렌즈(15)의 온도와 동등하게 된다. 이하의 설명에서는, 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과가 fθ렌즈(15)의 온도와 동등하게 되는 기간을, 센서 유효 기간이라고 한다. 또한, 센서 유효 기간 이외의 기간을, 센서 무효 기간이라고 한다. 도 3에 나타내는 예의 경우, t1부터 t6의 기간과, t7부터 t12의 기간 각각은, 센서 무효 기간이다. 또한, 도 3에 있어서, t1까지의 기간과, t6부터 t7의 기간과, t12부터의 기간 각각은, 센서 유효 기간이다.

온도 계산부(7)는 지령 생성부(2)로부터 출력되는 레이저 출력 지령(28)이 온에서 오프로 전환되고, 또한 미리 설정된 기간인 센서 회복 기간 「twait」이 경과했을 때부터, 레이저 출력 지령(28)의 출력이 온으로 될 때까지의 기간을 센서 유효 기간으로 판정한다. 온도 계산부(7)는 센서 유효 기간에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도를 측정한다. 온도 계산부(7)는, 센서 유효 기간에 있어서, 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과를 온도 정보로서 출력한다.

한편, 온도 계산부(7)는, 센서 유효 기간에 있어서 측정된 온도에 기초하여, 센서 무효 기간에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도 정보를 추정한다. 온도 계산부(7)는 센서 무효 기간 직전에 있어서의 방사 온도 센서(8)의 출력과, 레이저 출력 지령(28)과, fθ렌즈(15)의 시정수 등의 파라미터를 이용하여, fθ렌즈(15)의 온도 정보를 추정한다. 온도 계산부(7)는, 센서 무효 기간에 있어서, fθ렌즈(15)의 온도 정보의 추정 결과를 온도 정보로서 출력한다.

도 3의 (d)에는, 센서 유효 기간에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도의 측정 결과와, 센서 무효 기간에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도의 추정 결과를 나타내고 있다. 도 3의 (d)에 나타내는 렌즈 온도 측정부(9)의 출력 변화는, 도 3의 (c)에서 파선의 그래프에 의해 나타내지는 fθ렌즈(15)의 온도의 변화에 거의 일치한다. 이와 같이 하여, 렌즈 온도 측정부(9)는 fθ렌즈(15)의 온도로 간주할 수 있는 온도 정보를 얻을 수 있어, fθ렌즈(15)의 정확한 온도 정보를 구할 수 있다.

다음으로, 온도 계산부(7)에 의한 처리에 대해 설명한다. 도 4는 실시 형태 1에 있어서 렌즈 온도 측정부(9)에 구비되는 온도 계산부(7)의 기능 구성을 나타내는 도면이다. 온도 계산부(7)는 센서 상태 판정부(30)와, 센서 출력 기억부(31)와, 온도 추정부(32)와, 온도 정보 전환부(33)를 가진다. 온도 계산부(7)에는, 레이저 출력 지령(28)과, 온도 계산 파라미터(34)와, 방사 온도 센서(8)에 의한 측정 결과인 측정값이 입력된다.

온도 계산 파라미터(34)는 온도 계산부(7)에 있어서의 계산에 있어서 사용되는 파라미터이다. 온도 계산 파라미터(34)는 센서 회복 기간 「twait」의 길이를 나타내는 설정값을 포함한다. 온도 계산 파라미터(34)는 변환 게인과, fθ렌즈(15)의 열 시정수를 포함한다. 변환 게인은 펄스 레이저광(5)의 에너지를 fθ렌즈(15)의 온도 변화량으로 환산하기 위한 에너지 온도 변환 게인이다.

센서 상태 판정부(30)에는, 레이저 출력 지령(28)과 온도 계산 파라미터(34)가 입력된다. 센서 상태 판정부(30)는, 레이저 출력 지령(28)과 센서 회복 기간 「twait」의 설정값에 기초하여, 센서 유효 기간과 센서 무효 기간을 판정한다. 센서 상태 판정부(30)는, t1부터 t5+td까지의 기간과 같이, 센서 회복 기간 「twait」보다도 짧은 오프의 기간을 사이에 두고 레이저 출력 지령(28)의 온이 반복되는 기간을, 센서 무효 기간으로 판정한다. 센서 상태 판정부(30)는, t5+td부터 t6까지의 기간과 같이, 레이저 출력 지령(28)이 오프로 되고 나서 센서 회복 기간 「twait」이 경과할 때까지의 기간을, 센서 무효 기간으로 판정한다. 센서 상태 판정부(30)는, t6부터 t7까지의 기간과 같이, 센서 회복 기간 「twait」이 경과한 후, 레이저 출력 지령(28)이 온으로 될 때까지의 기간을, 센서 유효 기간으로 판정한다.

센서 상태 판정부(30)는 판정 결과를 나타내는 정보인 센서 상태 플래그(35)를 센서 출력 기억부(31)와 온도 정보 전환부(33)에 출력한다. 센서 상태 판정부(30)는, 현재가 센서 무효 기간이라고 판정했을 경우, 센서 상태 플래그(35)를 온으로 한다. 센서 상태 판정부(30)는, 현재가 센서 유효 기간이라고 판정했을 경우, 센서 상태 플래그(35)를 오프로 한다.

센서 출력 기억부(31)에는, 방사 온도 센서(8)의 측정값과, 센서 상태 플래그(35)가 입력된다. 센서 출력 기억부(31)는 센서 무효 기간 직전에 방사 온도 센서(8)로부터 입력된 측정값을 기억한다. 센서 출력 기억부(31)는 기억된 해당 측정값을 온도 추정부(32)에 출력한다. 또한, 센서 출력 기억부(31)는, 오프인 센서 상태 플래그(35)가 입력되었을 경우, 방사 온도 센서(8)로부터 입력된 측정값을 보존한다. 센서 출력 기억부(31)는, 온인 센서 상태 플래그(35)가 입력되었을 경우, 센서 유효 기간에 있어서 보존된 측정값을 온도 추정부(32)에 출력한다.

온도 추정부(32)에는, 레이저 출력 지령(28)과, 온도 계산 파라미터(34)와, 센서 상태 플래그(35)가 입력된다. 온도 추정부(32)에는, 방사 온도 센서(8)의 측정값이 센서 출력 기억부(31)로부터 입력된다. 온도 추정부(32)는 센서 무효 기간에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도를 추정하기 위한 계산을 행한다.

온도 추정부(32)는, 온인 센서 상태 플래그(35)가 입력되었을 경우, 레이저 출력 지령(28)에 변환 게인을 곱한다. 온도 추정부(32)는 이러한 곱셈 결과와, fθ렌즈(15)의 열 시정수가 이용된 로우 패스 필터를 이용하여, fθ렌즈(15)의 온도 변화량을 추정한다. 또한, 온도 추정부(32)는 온도 변화량의 추정 결과에, 센서 무효 기간 직전에 있어서의 방사 온도 센서(8)의 측정값을 가산한다. 이것에 의해, 온도 추정부(32)는 센서 무효 기간에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도의 추정값을 구한다. 온도 추정부(32)는 구한 추정값을 온도 정보 전환부(33)에 출력한다.

온도 추정부(32)는, 오프인 센서 상태 플래그(35)가 입력되었을 경우, 온도를 추정하기 위한 계산을 행하지 않는다. 온도 추정부(32)는 센서 유효 기간에 있어서의 방사 온도 센서(8)의 측정값을 센서 출력 기억부(31)로부터 읽어낸다. 온도 추정부(32)는 센서 무효 기간에 있어서의 추정값의 계산 결과가, 센서 유효 기간에 있어서의 측정값과 일치하도록, 상기 로우 패스 필터의 상태량의 클리어(clear) 처리를 행한다.

온도 정보 전환부(33)에는, 센서 무효 기간에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도의 추정값과, 센서 유효 기간에 있어서의 방사 온도 센서(8)의 측정값과, 센서 상태 플래그(35)가 입력된다. 온도 정보 전환부(33)는, 온인 센서 상태 플래그(35)가 입력되었을 경우, fθ렌즈(15)의 온도의 추정값을 선택한다. 온도 계산부(7)는 센서 무효 기간에는 온도 추정부(32)로부터 입력되는 추정값을, 온도 정보로서 출력한다.

한편, 온도 정보 전환부(33)는, 오프인 센서 상태 플래그(35)가 입력되었을 경우, 방사 온도 센서(8)의 측정값을 선택한다. 온도 계산부(7)는 센서 유효 기간에는 방사 온도 센서(8)로부터 입력되는 측정값을, 온도 정보로서 출력한다. 이와 같이, 온도 계산부(7)로부터 출력되는 온도 정보는, 온도 정보 전환부(33)에 의해서, fθ렌즈(15)의 온도의 추정값과 방사 온도 센서(8)의 측정값으로 전환된다.

렌즈 온도 측정부(9)는, 반사광(21)의 영향이 없게 되는 센서 유효 기간에 있어서, 방사 온도 센서(8)의 측정값을 온도 정보로서 출력한다. 또한, 렌즈 온도 측정부(9)는, 반사광(21)의 영향이 크게 되는 센서 무효 기간에 있어서, 방사 온도 센서(8)의 측정값을 사용하지 않고, 센서 유효 기간에 보존된 방사 온도 센서(8)의 측정값을 사용하여 fθ렌즈(15)의 온도를 추정한다. 렌즈 온도 측정부(9)는, 센서 무효 기간에 있어서, fθ렌즈(15)의 온도의 추정값을 온도 정보로서 출력한다. 이와 같이 하여, 렌즈 온도 측정부(9)는 반사광(21)의 영향이 제거된 온도 정보를 구한다.

다음으로, 갈바노 지령 변환부(6)에 의한 처리에 대해 설명한다. 갈바노 지령 변환부(6)에는, 지령 생성부(2)로부터의 위치 지령(29)과, 렌즈 온도 측정부(9)로부터의 온도 정보가 입력된다. 여기서, 갈바노 스캐너(13X)에 대한 위치 지령(29)을 Xg(k), 갈바노 스캐너(13Y)에 대한 위치 지령(29)을 Yg(k)로 한다. k는, 가공 구멍 번호로 한다. 가공 구멍 번호는 피가공물(16)에 형성되는 복수의 구멍(17) 각각에, 1부터 순서대로 부여되는 정수이다. 시각 t에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도 정보를 θ(t), 가공 전에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도인 초기 온도를 θ0로 한다. 갈바노 지령 변환부(6)는, 다음에 나타내는 절차에 의해서, 온도 정보에 기초하는 보정량인 ΔXg(k), ΔYg(k)를 구한다. 또한, 실시 형태 1에 있어서 나타내는 계산 방법은 하나의 예이며, 계산 방법은 적절히 변경해도 된다.

fθ렌즈(15)에 대해서, 시각 t에 있어서의 θ0로부터의 온도 변화량인 Δθ(t)는, 다음의 식 (1)에 의해 나타내진다.

[수학식 1]

…(1)

갈바노 지령 변환부(6)는, 다음의 식 (2)를 이용하여, 온도 변환 파라미터인 Pg를 구한다.

[수학식 2]

…(2)

a0, a1, a2, b0, b1, b2 각각은, 보정 계수로 한다. 보정 계수는 레이저 가공 장치(1)를 사용하여 아크릴판 등의 시험 기판에 천공 가공을 행함으로써 미리 구해진다. 시험 기판에 형성된 구멍(17)의 위치와 지령 위치의 어긋남량과, 가공시에 렌즈 온도 측정부(9)에 의해서 얻어진 fθ렌즈(15)의 온도 정보에 기초하여, 가공 오차가 최소가 되도록 조정된 각 보정 계수가 구해진다.

갈바노 지령 변환부(6)는, 상기 식 (2)를 이용함으로써, 다음의 식 (3)에 나타내는 ΔXg(k), ΔYg(k)를 구한다.

[수학식 3]

…(3)

갈바노 지령 변환부(6)는, 상기 식 (3)과, 위치 지령(29)인 Xg(k), Yg(k)를 이용함으로써, 온도에 기초한 보정 후의 위치 지령(29)인 Xgout(k), Ygout(k)를 구한다. Xgout(k), Ygout(k)는, 다음의 식 (4)에 의해 나타내진다. 갈바노 지령 변환부(6)는, 위치 지령(29a)으로서, Xgout(k), Ygout(k)를 출력한다.

[수학식 4]

…(4)

도 5는 실시 형태 1에 있어서의 갈바노 지령 변환부(6)에 의한 위치 지령(29)의 보정에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a)는, fθ렌즈(15)의 온도가 θ0일 때에 천공 가공이 행해진 모습을 나타내고 있다. 도 5에 있어서, 파선으로 나타낸 십자의 중심인 위치(40)는, 위치 지령(29)인 Xg(k), Yg(k)에 의해서 나타내지는 가공 위치로 한다. 도 5의 (a)에서는, 형성된 구멍(17a)의 중심이 위치(40)와 중첩된다. 위치 지령(29)과 구멍(17a)의 어긋남은, 발생하고 있지 않다.

도 5의 (b)는, fθ렌즈(15)의 온도가 θ0보다도 높은 θ(t)일 때에 천공 가공이 행해진 모습을 나타내고 있다. 도 5의 (b)에서는, 형성된 구멍(17b)의 중심은, 위치(40)로부터 지면 좌하 방향의 위치가 된다. 위치 지령(29)과 구멍(17b)의 어긋남은, 발생하고 있다.

도 5의 (c)는, fθ렌즈(15)의 온도가 θ(t)인 상태에 있어서, 갈바노 지령 변환부(6)에 의해서 위치 지령(29)이 보정된 후에 천공 가공이 행해진 모습을 나타내고 있다. 파선으로 나타낸 십자의 중심인 위치(41)는, Xgout(k), Ygout(k)에 의해서 나타내지는 가공 위치로 한다. 도 5의 (c)에 있어서, 위치(41)는 위치(40)로부터 지면 우상 방향으로 이동해 있다. 형성된 구멍(17c)의 중심은, 위치(40)와 일치한다. 갈바노 지령 변환부(6)는, 이와 같이 위치 지령(29)과 구멍(17c)의 어긋남을 해소시킬 수 있는 Xgout(k), Ygout(k)를 구함으로써, 위치 지령(29)을 보정한다. 레이저 가공 장치(1)는, 갈바노 지령 변환부(6)에 있어서 위치 지령(29)을 보정함으로써, 정확한 위치에 구멍(17c)을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 6을 참조하여, 제어 장치(25)의 동작에 대해 설명한다. 도 6은 실시 형태 1에 따른 레이저 가공 장치(1)가 가지는 제어 장치(25)의 동작 절차를 나타내는 플로차트이다.

스텝 S1에 있어서, 제어 장치(25)는 지령 생성부(2)에 의해 가공 프로그램을 해석하고, 제어 장치(25) 내에서 지령 생성부(2)로부터 각 부에 초기 파라미터를 전송한다. 지령 생성부(2)는 초기 파라미터인 온도 계산 파라미터(34)를 온도 계산부(7)에 전송한다. 지령 생성부(2)는 초기 파라미터인 보정 계수를 갈바노 지령 변환부(6)에 전송한다.

스텝 S2에 있어서, 제어 장치(25)는 지령 생성부(2)에 의해 가공 프로그램을 해석하고, 다음에 형성되는 구멍(17)인 가공 구멍의 위치 정보에 기초하여, XY 테이블(18)의 위치 지령(27)과 갈바노 스캐너(13X, 13Y)의 위치 지령(29)을 생성한다. 지령 생성부(2)는, 피가공물(16)에 있어서의 펄스 레이저광(5)의 조사 위치가 가공 구멍의 위치 정보에 추종하도록, 위치 지령(27)과 위치 지령(29)을 생성한다. 지령 생성부(2)는 XY 테이블(18)의 설치 위치의 오차인 위치 결정 오차의 보정과, XY 테이블(18)의 피치(pitch) 에러의 보정 등도 행한다.

스텝 S3에 있어서, 제어 장치(25)는, XY 테이블(18)의 위치 지령(27)에 따른 XY 테이블(18)의 제어에 의해, 피가공물(16)을 위치 결정한다. 지령 생성부(2)는 XY 테이블 제어부(20)로 위치 지령(27)을 보낸다. XY 테이블 제어부(20)는 위치 지령(27)에 따라서 XY 테이블(18)의 톱 테이블(19)을 위치 결정한다. 이와 같이 하여, 제어 장치(25)는 톱 테이블(19)에 놓여져 있는 피가공물(16)을 위치 결정한다.

스텝 S4에 있어서, 제어 장치(25)는 렌즈 온도 측정부(9)에 있어서 fθ렌즈(15)의 온도를 계산한다. 지령 생성부(2)는 렌즈 온도 측정부(9)로 레이저 출력 지령(28)을 보낸다. 온도 계산부(7)는 레이저 출력 지령(28)과 방사 온도 센서(8)의 측정값에 기초하여 fθ렌즈(15)의 온도를 계산한다. 렌즈 온도 측정부(9)는 계산 결과인 온도 정보를 갈바노 지령 변환부(6)로 보낸다.

스텝 S5에 있어서, 제어 장치(25)는, 갈바노 스캐너(13X, 13Y)의 위치 지령(29)을, 온도 정보에 기초하여 보정한다. 지령 생성부(2)는 갈바노 지령 변환부(6)로 위치 지령(29)을 보낸다. 갈바노 지령 변환부(6)에는, 렌즈 온도 측정부(9)로부터 fθ렌즈(15)의 온도 정보가 입력된다. 갈바노 지령 변환부(6)는 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)의 보정을 행한다. 갈바노 지령 변환부(6)는 보정 후의 위치 지령(29a)을 갈바노 제어부(10)로 보낸다.

스텝 S6에 있어서, 제어 장치(25)는, 갈바노 제어부(10)에 의해, 보정된 위치 지령(29a)에 따라서 갈바노 스캐너(13X, 13Y)를 제어하여, 갈바노 미러(11X, 11Y)를 위치 결정한다.

스텝 S7에 있어서, 제어 장치(25)는 레이저 출력 지령(28)에 따라서 레이저 발진기(4)를 제어한다. 지령 생성부(2)는 레이저 제어부(3)로 레이저 출력 지령(28)을 보낸다. 레이저 제어부(3)는 레이저 출력 지령(28)에 따라서 레이저 발진기(4)를 제어한다. 레이저 발진기(4)가 펄스 레이저광(5)을 출력함으로써, 레이저 가공 장치(1)는 피가공물(16)에 가공 구멍을 형성한다.

스텝 S8에 있어서, 제어 장치(25)는 가공을 종료할지 여부를 판단한다. 지령 생성부(2)는 가공 구멍이 형성되고 나서, 다음에 가공되는 구멍(17)의 유무를 체크한다. 다음에 가공되는 구멍(17)이 있는 경우, 가공을 종료하지 않는다고 판단한다. 가공을 종료하지 않는 경우(스텝 S8, No), 제어 장치(25)는, 다음의 가공 구멍에 대해서, 스텝 S2부터의 절차를 반복한다. 다음에 가공되는 구멍(17)이 없는 경우, 가공을 종료한다고 판단한다. 가공을 종료하는 경우(스텝 S8, Yes), 제어 장치(25)는, 도 6에 나타내는 절차에 의한 동작을 종료한다. 이상에 의해, 레이저 가공 장치(1)는, 가공 프로그램에 기초하여, 피가공물(16)에 천공 가공을 실시한다.

실시 형태 1에서는, 센서 상태 판정부(30)가, 레이저 출력 지령(28)을 기초로, 센서 유효 기간과 센서 무효 기간을 판정하는 경우에 대해 설명했지만, 펄스 레이저광(5)의 검출 신호를 기초로, 센서 유효 기간과 센서 무효 기간을 판정해도 된다. 도 3의 (b)에 나타내지는 레이저 출력은, 해당 검출 신호에 의해서 모의적으로 나타낼 수 있다. 레이저 발진기(4)의 출사구 부근에 배치된 빔 스플리터에 의해서 펄스 레이저광(5)의 일부를 분기시키고, 분기된 광을 고속의 레이저 파워 센서에 의해서 검출함으로써, 제어 장치(25)는 해당 검출 신호를 얻을 수 있다.

실시 형태 1에 의하면, 레이저 가공 장치(1)는 입사 영역(22)으로부터 방사한 적외선을 검출함으로써 fθ렌즈(15)의 온도를 측정한다. 레이저 가공 장치(1)는 fθ렌즈(15)에서 반사한 펄스 레이저광(5)의 영향이 제거된 온도 정보를 구한다. 레이저 가공 장치(1)는 해당 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)을 보정한다. 레이저 가공 장치(1)는 반사광(21)의 영향을 받지 않고, 입사 영역(22)에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도를 순시적이고 정확하게 측정할 수 있다. 레이저 가공 장치(1)는, fθ렌즈(15)의 온도를 순시적이고 정확하게 측정할 수 있는 것에 의해서, 조사 위치의 고정밀한 보정이 가능하게 된다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는 가공 정밀도의 향상이 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.

실시 형태 1에서는, 8㎛ 내지 12㎛의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서(8)를 구비하는 레이저 가공 장치(1)에 대해 설명했다. 이러한 파장역은, fθ렌즈(15)의 온도가 25℃ 내지 30℃ 부근인 경우에 fθ렌즈(15)로부터 방사되는 적외선의 강도는 가장 강하게 된다. 그 때문에, 8㎛ 내지 12㎛의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서(8)는, fθ렌즈(15)로부터 방사되는 적외선을 검출하는 센서로서 적합하다. 또한, 8㎛ 내지 12㎛의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서(8)는, 비교적 염가로 사용하기 쉽다고 하는 이점도 있다. 8㎛ 내지 12㎛의 파장역에는 CO₂ 레이저의 파장역인 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역이 포함되기 때문에, 실시 형태 1에서는, 레이저 가공 장치(1)는 fθ렌즈(15)에서 반사한 펄스 레이저광(5)의 영향이 제거된 온도 정보를 구하는 것으로 했다. 다음의 실시 형태 2에서는, 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역 이외의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서를 이용함으로써, fθ렌즈(15)에서 반사한 펄스 레이저광(5)의 영향을 제거하는 예에 대해 설명한다.

실시 형태 2.

실시 형태 2에 따른 레이저 가공 장치에 있어서, 방사 온도 센서는 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역 이외의 파장역에 감도를 가지고, 또한 25℃ 내지 30℃ 부근의 fθ렌즈(15)로부터 방사하는 적외선을 검출한다. 실시 형태 2에서는, 상기의 실시 형태 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 실시 형태 1과는 다른 구성에 대해 주로 설명한다.

여기서, 실시 형태 2에 있어서의 방사 온도 센서의 측정 파장에 대해 설명한다. 도 7은 실시 형태 2에 있어서의 방사 온도 센서의 측정 파장에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 7에는, 대기에 있어서의 적외선의 투과 특성을 나타내는 그래프를 나타내고 있다. 방사 온도 센서는, 대기를 투과하는 적외선을 검출함으로써, fθ렌즈(15)의 온도를 측정한다. 이 때문에, 방사 온도 센서의 측정 파장은, 대기에 있어서의 투과율이 높은 파장일 것을 요한다.

도 7에 의하면, 8㎛ 내지 13.5㎛의 파장역은, 대기에 있어서의 투과율이 비교적 높다. 이하의 설명에서는, 8㎛ 내지 13.5㎛의 파장역을, 「10㎛ 파장대」라고 칭한다. 10㎛ 파장대의 파장은, 방사 온도 센서의 측정 파장에 적합하다. 한편, 14㎛ 이상의 파장역과, 5.5㎛ 내지 7.5㎛의 파장역에 있어서, 투과율은 제로이다. 14㎛ 이상의 파장역과, 5.5㎛ 내지 7.5㎛의 파장역은, 방사 온도 센서의 측정 파장에 적합하지 않다. 3.0㎛ 내지 5.0㎛의 파장역은, 투과율의 변동은 크지만 투과율이 비교적 높은 파장이 포함되어 있다. 이하의 설명에서는, 3.0㎛ 내지 5.0㎛의 파장역을, 「4㎛ 파장대」라고 칭한다. 4㎛ 파장대 중에서는, 3.4㎛ 내지 4.2㎛의 파장역은, 투과율이 높다.

실시 형태 2에 있어서, 방사 온도 센서가 감도를 가지는 파장역에, 4㎛ 파장대가 포함된다. 4㎛ 파장대의 적외선을 측정할 수 있는 적외선 검출기로서는, 인듐 안티몬(InSb)을 이용한 적외선 검출기를 들 수 있다. InSb를 이용한 방사 온도 센서에 의해 fθ렌즈(15)의 온도를 측정하는 실험을 행한 바, CO₂ 레이저의 반사광(21)의 영향을 받지 않는 양호한 측정이 가능하다는 것이 확인되었다. InSb를 이용한 방사 온도 센서의 측정 파장은 3㎛ 내지 5㎛이다. InSb를 이용한 방사 온도 센서의 측정 파장에는, 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역은 포함되지 않는다. 실시 형태 2에서는, 방사 온도 센서는, InSb를 포함하는 적외선 검출기인 것에 의해서, 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역 이외의 파장역에 감도를 가짐과 아울러, 25℃ 내지 30℃ 부근의 fθ렌즈(15)로부터 방사하는 적외선을 검출할 수 있다.

도 8은 실시 형태 2에 따른 레이저 가공 장치(1A)의 구성을 나타내는 도면이다. 실시 형태 2에 따른 레이저 가공 장치(1A)는, fθ렌즈(15)의 온도를 측정하여 fθ렌즈(15)의 온도 정보를 구하는 렌즈 온도 측정부(49)를 가진다. 렌즈 온도 측정부(49)는 방사 온도 센서(48)를 가진다. 방사 온도 센서(48)는, 비접촉식의 온도 센서로서, InSb를 포함하는 적외선 검출기이다. 방사 온도 센서(48)는 3㎛ 내지 5㎛의 파장역에 감도를 가진다. 방사 온도 센서(48)는 도 2에 나타내는 입사 영역(22)의 상방에 배치되어 있다. 방사 온도 센서(48)는, 입사 영역(22)으로부터 방사한 적외선을 검출함으로써, 입사 영역(22)에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도를 측정한다.

제어 장치(45)는 온도 계산부(7)가 마련되어 있지 않은 것을 제외하고, 실시 형태 1의 제어 장치(25)와 마찬가지이다. 렌즈 온도 측정부(49)는 방사 온도 센서(48)의 측정값인 온도 정보를, 갈바노 지령 변환부(6)에 출력한다. 렌즈 온도 측정부(49)는, 시각 t에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도 정보인 θ(t)로서, 시각 t에 있어서의 방사 온도 센서(48)의 측정값을 출력한다.

다음으로, 도 9를 참조하여, 렌즈 온도 측정부(49)의 동작에 대해 설명한다. 도 9는 실시 형태 2에 있어서의, 레이저 출력 지령(28)과, 레이저 출력과, 온도 측정 결과에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도 9의 (a)는, 지령 생성부(2)로부터 레이저 제어부(3)에 출력되는 레이저 출력 지령(28)인 신호의 변화를 나타낸다. 도 9의 (a)는, 도 3의 (a)와 마찬가지이다. 도 9의 (b)는, 레이저 발진기(4)에 의한 레이저 출력의 변화, 즉 펄스 레이저광(5)의 출력의 변화를 나타낸다. 도 9의 (b)는, 도 3의 (b)와 마찬가지이다.

도 9의 (c)는, 방사 온도 센서(48)의 출력, 즉 방사 온도 센서(48)의 측정값을 나타낸다. 도 9의 (d)는, 렌즈 온도 측정부(49)의 출력인 온도 정보, 즉 렌즈 온도 측정부(49)의 측정 결과를 나타낸다. 도 9의 (c)에 나타내는 방사 온도 센서(48)의 출력과, 도 9의 (d)에 나타내는 렌즈 온도 측정부(49)의 출력은, 동일하다.

도 9의 (c)에 나타내지는 바와 같이, 방사 온도 센서(48)의 출력은, 반사광(21)의 영향을 받지 않고, fθ렌즈(15)의 시정수에 대응하도록 완만하게 변화한다. 이것은, 방사 온도 센서(48)에 의해서, fθ렌즈(15)의 온도가 정확하게 측정 되어 있는 것을 나타내고 있다. 따라서, 렌즈 온도 측정부(49)는 fθ렌즈(15)의 정확한 온도 정보를 갈바노 지령 변환부(6)에 출력할 수 있다.

실시 형태 2에 의하면, 레이저 가공 장치(1A)는 3㎛ 내지 5㎛의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서(48)를 사용하여 fθ렌즈(15)의 온도를 측정한다. 레이저 가공 장치(1A)는, 펄스 레이저광(5)의 파장역에는 감도를 가지지 않는 방사 온도 센서(48)를 사용함으로써, fθ렌즈(15)에서 반사한 펄스 레이저광(5)의 영향이 제거된 온도 정보를 구한다. 레이저 가공 장치(1A)는 반사광(21)의 영향을 받지 않고, 입사 영역(22)에 있어서의 fθ렌즈(15)의 온도를 순시적이고 정확하게 측정할 수 있다. 레이저 가공 장치(1A)는, 해당 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)을 보정함으로써, 조사 위치의 고정밀한 보정이 가능하게 된다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1A)는 가공 정밀도의 향상이 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.

또한, 실시 형태 2에서는, 방사 온도 센서(48)의 재료는 InSb인 것으로 설명했지만, 방사 온도 센서(48)의 재료는 인듐 갈륨 비소(InGaAs)여도 된다. 레이저 가공 장치(1A)는, 방사 온도 센서(48)의 재료가 InGaAs인 경우에도, 방사 온도 센서(48)의 재료가 InSb인 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

실시 형태 1에서는, 하나의 방사 온도 센서(8)를 사용하여 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정하는 레이저 가공 장치(1)에 대해 설명했다. 실시 형태 2에서는, 하나의 방사 온도 센서(48)를 사용하여 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정하는 레이저 가공 장치(1A)에 대해 설명했다. fθ렌즈(15)의 평균 온도는, 복수의 방사 온도 센서를 사용함으로써 측정되어도 된다. 다음의 실시 형태 3에서는, 복수의 방사 온도 센서를 사용하여 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정하는 예에 대해 설명한다.

실시 형태 3.

실시 형태 3에 따른 레이저 가공 장치는, 복수의 방사 온도 센서를 사용하여 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정한다. 실시 형태 3에서는, 상기의 실시 형태 1 또는 2와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 실시 형태 1 또는 2와는 다른 구성에 대해 주로 설명한다.

피가공물(16)에 형성되는 복수의 구멍(17)의 패턴에 따라서는, 도 2에 나타내는 입사 영역(22) 중 편향된 영역으로 펄스 레이저광(5)이 입사하는 경우가 있다. 이 경우, 입사 영역(22)에 온도 구배(勾配)가 발생하는 일이 있다. fθ렌즈(15)의 굴절률은, 평균 온도의 변화만이 아니라, 온도 구배에 의해서도 변화한다. 실시 형태 3에서는, 레이저 가공 장치는, 온도 구배를 포함한 온도 정보를 얻기 위해서, 복수의 방사 온도 센서를 사용한다. 레이저 가공 장치는, fθ렌즈(15)의 평균 온도의 변화와 입사 영역(22)의 온도 구배에 따른 보정을 행함으로써, 조사 위치를 더 높은 정밀도로 보정하는 것이 가능하게 된다.

실시 형태 3에서는, 입사 영역(22)에 복수의 분할 영역을 설정하고, 복수의 방사 온도 센서를 사용하여 분할 영역마다의 온도를 측정한다. 또한, 실시 형태 3에서는, 입사 영역(22)을 4개의 분할 영역으로 나누고, 4개의 방사 온도 센서를 사용하여 각 분할 영역의 온도를 측정한다. 분할 영역의 수와 방사 온도 센서의 수는, 적절히 변경해도 된다.

도 10은 실시 형태 3에 따른 레이저 가공 장치(1B)의 구성을 나타내는 도면이다. 실시 형태 3에 따른 레이저 가공 장치(1B)는, fθ렌즈(15)의 온도를 측정하는 렌즈 온도 측정부(59)를 가진다. 렌즈 온도 측정부(59)는 4개의 방사 온도 센서(58A, 58B, 58C, 58D)를 가진다.

방사 온도 센서(58A, 58B, 58C, 58D) 각각은, 실시 형태 2의 방사 온도 센서(48)와 마찬가지로, 4㎛ 파장대에 감도를 가진다. 방사 온도 센서(58A, 58B, 58C, 58D) 각각은, 비접촉식의 온도 센서로서, InSb를 포함하는 적외선 검출기이다. 방사 온도 센서(58A, 58B, 58C, 58D) 각각은, 3㎛ 내지 5㎛의 파장역에 감도를 가진다. 방사 온도 센서(58A, 58B, 58C, 58D)는, 4개의 분할 영역 각각으로부터 방사한 적외선을 분담하여 검출함으로써, fθ렌즈(15)의 온도를 측정한다. 렌즈 온도 측정부(59)는 입사 영역(22)에 포함되는 복수의 분할 영역 각각에 대해 개별로 온도를 측정하고, 분할 영역마다의 온도 정보를 구한다.

제어 장치(55)는 갈바노 지령 변환부(6) 대신에 갈바노 지령 변환부(56)가 마련되어 있는 것을 제외하고, 실시 형태 2의 제어 장치(45)와 마찬가지이다. 렌즈 온도 측정부(59)는 각 방사 온도 센서(58A, 58B, 58C, 58D)의 측정값인 온도 정보를, 보정부인 갈바노 지령 변환부(56)에 출력한다.

갈바노 지령 변환부(56)는 렌즈 온도 측정부(59)로부터 출력되는 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)을 보정한다. 갈바노 지령 변환부(56)는 복수의 분할 영역 각각에 대한 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)을 보정한다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 위치 지령(29)을 보정함으로써, 보정 후의 위치 지령(29)인 위치 지령(29a)을 출력한다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 위치 지령(29)을 보정하지 않는 경우, 보정되어 있지 않은 위치 지령(29)인 위치 지령(29a)을 출력한다.

도 11은 실시 형태 3에 있어서 fθ렌즈(15)의 입사 영역(22)에 설정되는 복수의 분할 영역(62A, 62B, 62C, 62D)을 나타내는 도면이다. 도 12는 실시 형태 3에 있어서의 렌즈 온도 측정부(59)에 의한 온도 측정의 대상인 측정 영역(63A, 63B, 63C, 63D)에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 11 및 도 12에는, 렌즈 프레임(14)에 고정되어 있는 fθ렌즈(15)를 연직 상방으로부터 본 모습을 나타내고 있다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 입사 영역(22)은 2×2의 4개의 분할 영역(62A, 62B, 62C, 62D)으로 나뉘어져 있다. 각 분할 영역(62A, 62B, 62C, 62D)의 면적은, 모두 동등하다.

도 12에는, 도 11에 나타내는 분할 영역(62A, 62B, 62C, 62D)과, 측정 영역(63A, 63B, 63C, 63D)을 나타내고 있다. 측정 영역 63A는, 분할 영역 62A 내의 영역이다. 측정 영역 63B는, 분할 영역 62B 내의 영역이다. 측정 영역 63C는, 분할 영역 62C 내의 영역이다. 측정 영역 63D는, 분할 영역 62D 내의 영역이다.

방사 온도 센서 58A는, 측정 영역 63A를 대상으로 하는 온도 측정에 의해서, 측정 영역 63A에 있어서의 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정한다. 방사 온도 센서 58B는, 측정 영역 63B를 대상으로 하는 온도 측정에 의해서, 측정 영역 63B에 있어서의 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정한다. 방사 온도 센서 58C는, 측정 영역 63C를 대상으로 하는 온도 측정에 의해서, 측정 영역 63C에 있어서의 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정한다. 방사 온도 센서 58D는, 측정 영역 63D를 대상으로 하는 온도 측정에 의해서, 측정 영역 63D에 있어서의 fθ렌즈(15)의 평균 온도를 측정한다.

렌즈 온도 측정부(59)는 방사 온도 센서 58A의 측정값인 온도 정보와, 방사 온도 센서 58B의 측정값인 온도 정보와, 방사 온도 센서 58C의 측정값인 온도 정보와, 방사 온도 센서 58D의 측정값인 온도 정보를 갈바노 지령 변환부(56)에 출력한다.

다음으로, 갈바노 지령 변환부(56)에 의한 처리에 대해 설명한다. 갈바노 지령 변환부(56)에는, 지령 생성부(2)로부터의 위치 지령(29)과, 렌즈 온도 측정부(59)로부터의 온도 정보가 입력된다. 갈바노 지령 변환부(56)는 온도 정보에 기초하여 온도 변환 파라미터를 구한다. 갈바노 지령 변환부(56)는 구한 온도 변환 파라미터에 기초하여 위치 지령(29)을 보정한다. 갈바노 지령 변환부(56)는 온도에 기초한 보정 후의 위치 지령(29)인 위치 지령(29a)을 갈바노 제어부(10)에 출력한다.

갈바노 지령 변환부(56)에는, 갈바노 스캐너(13X)에 대한 위치 지령(29)인 Xg(k)와, 갈바노 스캐너(13Y)에 대한 위치 지령(29)인 Yg(k)가 입력된다. 갈바노 지령 변환부(56)에는, fθ렌즈(15)의 온도 정보인 θ_A(t), θ_B(t), θ_C(t), θ_D(t)가 입력된다. θ_A(t)는, 시각 t에 있어서의 방사 온도 센서 58A의 측정값인 온도 정보로 한다. θ_B(t)는, 시각 t에 있어서의 방사 온도 센서 58B의 측정값인 온도 정보로 한다. θ_C(t)는, 시각 t에 있어서의 방사 온도 센서 58C의 측정값인 온도 정보로 한다. θ_D(t)는, 시각 t에 있어서의 방사 온도 센서 58D의 측정값인 온도 정보로 한다.

갈바노 지령 변환부(56)는, 다음에 나타내는 절차에 의해서, 온도 정보에 기초하는 보정량인 ΔXg(k), ΔYg(k)를 구한다. 또한, 실시 형태 3에 있어서 나타내는 계산 방법은 하나의 예로서, 계산 방법은 적절히 변경해도 된다.

갈바노 지령 변환부(56)는, 분할 영역 62A에 대해서, θ0로부터의 온도 변화량인 Δθ_A(t)를 구한다. Δθ_A(t)는 다음의 식 (5)에 의해 나타내진다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 분할 영역 62B에 대해서, θ0로부터의 온도 변화량인 Δθ_B(t)를 구한다. Δθ_B(t)는 다음의 식 (6)에 의해 나타내진다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 분할 영역 62C에 대해서, θ0로부터의 온도 변화량인 Δθ_C(t)를 구한다. Δθ_C(t)는 다음의 식 (7)에 의해 나타내진다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 분할 영역 62D에 대해서, θ0로부터의 온도 변화량인 Δθ_D(t)를 구한다. Δθ_D(t)는 다음의 식 (8)에 의해 나타내진다.

[수학식 5]

…(5)

…(6)

…(7)

…(8)

갈바노 지령 변환부(56)는, 다음의 식 (9)를 이용하여, 분할 영역 62A에 대한 온도 변환 파라미터인 Pg_A를 구한다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 다음의 식 (10)을 이용하여, 분할 영역 62B에 대한 온도 변환 파라미터인 Pg_B를 구한다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 다음의 식 (11)을 이용하여, 분할 영역 62C에 대한 온도 변환 파라미터인 Pg_C를 구한다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 다음의 식 (12)을 이용하여, 분할 영역 62D에 대한 온도 변환 파라미터인 Pg_D를 구한다.

[수학식 6]

…(9)

…(10)

…(11)

…(12)

a0_A, a1_A, a2_A, b0_A, b1_A, b2_A, a0_B, a1_B, a2_B, b0_B, b1_B, b2_B, a0_C, a1_C, a2_C, b0_C, b1_C, b2_C, a0_D, a1_D, a2_D, b0_D, b1_D, b2_D 각각은, 보정 계수로 한다. 보정 계수는 레이저 가공 장치(1B)를 사용하여 아크릴판 등의 시험 기판에 천공 가공을 행함으로써 미리 구해진다. 시험 기판에 형성된 구멍(17)의 위치와 지령 위치의 어긋남량과, 가공시에 렌즈 온도 측정부(59)에 의해서 얻어진 fθ렌즈(15)의 온도 정보에 기초하여, 가공 오차가 최소가 되도록 조정된 각 보정 계수가 구해진다.

갈바노 지령 변환부(56)는, 상기 식 (9) 내지 (12)를 이용함으로써, 다음의 식 (13)에 나타내는 ΔXg(k), ΔYg(k)를 구한다.

[수학식 7]

…(13)

갈바노 지령 변환부(56)는, 상기 식 (13)과, 위치 지령(29)인 Xg(k), Yg(k)를 이용함으로써, 온도에 기초한 보정 후의 위치 지령(29)인 Xgout(k), Ygout(k)를 구한다. Xgout(k), Ygout(k)는, 다음의 식 (14)에 의해 나타내진다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 위치 지령(29a)으로서, Xgout(k), Ygout(k)를 출력한다.

[수학식 8]

…(14)

또한, fθ렌즈(15)의 평균 온도는, θ_A(t), θ_B(t), θ_C(t), θ_D(t)의 평균값이다. fθ렌즈(15)의 평균 온도의 변화량은, Δθ_A(t), Δθ_B(t), Δθ_C(t), Δθ_D(t)의 평균값이다. fθ렌즈(15)의 온도 구배는, 분할 영역(62A, 62B, 62C, 62D) 사이에 있어서의 평균 온도의 변화량의 차에 의해서 구해진다. 온도 구배는, 예를 들면, θ_A(t)-θ_B(t), θ_A(t)-θ_C(t), θ_A(t)-θ_D(t), θ_B(t)-θ_C(t), θ_B(t)-θ_D(t), θ_C(t)-θ_D(t)로 나타내진다.

갈바노 지령 변환부(56)는, Xgout(k), Ygout(k)를 구함으로써, 위치 지령(29)을 보정한다. 레이저 가공 장치(1B)는, 갈바노 지령 변환부(56)에 있어서 위치 지령(29)을 보정함으로써, 정확한 위치에 구멍(17)을 형성할 수 있다. 갈바노 지령 변환부(56)는, 분할 영역(62A, 62B, 62C, 62D) 각각의 온도 정보를 기초로, fθ렌즈(15)의 평균 온도의 변화와 입사 영역(22)의 온도 구배에 따른 보정을 행할 수 있다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1B)는 조사 위치를 더 높은 정밀도로 보정하는 것이 가능하게 된다.

실시 형태 3에서는, 입사 영역(22)을 임의의 수의 분할 영역으로 나눌 수 있다. 레이저 가공 장치(1B)에는, 입사 영역(22)에 있어서의 분할 영역의 수와 동일한 수의 방사 온도 센서가 마련된다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1B)는 fθ렌즈(15)의 평균 온도의 변화와 입사 영역(22)의 온도 구배에 따른 조사 위치의 보정이 가능하게 된다.

실시 형태 3에 따른 렌즈 온도 측정부(59)는, 복수의 방사 온도 센서가 마련되는 것을 제외하고, 실시 형태 2에 있어서의 렌즈 온도 측정부(49)와 마찬가지이다. 실시 형태 3의 응용으로서, 렌즈 온도 측정부(59)는 실시 형태 1과 마찬가지의 렌즈 온도 측정부(9)에 복수의 방사 온도 센서가 마련된 것이어도 된다. 이 경우, 렌즈 온도 측정부(59)는 복수의 방사 온도 센서와 온도 계산부(7)를 가진다. 복수의 방사 온도 센서 각각은, 실시 형태 1의 방사 온도 센서와 마찬가지로, 10㎛ 파장대에 감도를 가진다.

실시 형태 3에 의하면, 레이저 가공 장치(1B)는 입사 영역(22)에 포함되는 복수의 분할 영역 각각에 대해 개별로 온도를 측정하여, 분할 영역마다의 온도 정보를 구한다. 레이저 가공 장치(1B)는 복수의 분할 영역 각각에 대한 온도 정보에 기초하여 위치 지령(29)을 보정한다. 레이저 가공 장치(1B)는 fθ렌즈(15)의 평균 온도의 변화와 입사 영역(22)의 온도 구배를 포함한 보정을 행할 수 있다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1B)는 가공 정밀도의 향상이 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.

다음으로, 실시 형태 1 내지 3에 따른 제어 장치(25, 45, 55)가 가지는 하드웨어 구성에 대해 설명한다. 도 13은 실시 형태 1 내지 3에 따른 레이저 가공 장치(1, 1A, 1B)가 가지는 제어 장치(25, 45, 55)의 하드웨어 구성예를 나타내는 도면이다. 도 13에는, 프로그램을 실행하는 하드웨어를 이용함으로써 제어 장치(25, 45, 55)의 기능이 실현되는 경우에 있어서의 하드웨어 구성을 나타내고 있다.

프로세서(71)는 CPU(Central Processing Unit)이다. 프로세서(71)는 처리 장치, 연산 장치, 마이크로 프로세서, 마이크로 컴퓨터, 또는 DSP(Digital Signal Processor)여도 된다. 메모리(72)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory) 또는 EEPROM(등록상표)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)이다.

기억 장치(73)는 HDD(Hard Disk Drive) 또는 SSD(Solid State Drive)이다. 컴퓨터를 제어 장치(25, 45, 55)로서 기능시키는 프로그램은, 기억 장치(73)에 격납된다. 프로세서(71)는 기억 장치(73)에 격납되어 있는 프로그램을 메모리(72)에 읽어내어 실행한다.

프로그램은 컴퓨터 시스템에 의한 판독이 가능하게 된 기억 매체에 기억된 것이어도 된다. 제어 장치(25, 45, 55)는 기억 매체에 기록된 프로그램을 메모리(72)에 격납해도 된다. 기억 매체는 플렉서블 디스크인 포터블 기억 매체, 혹은 반도체 메모리인 플래시 메모리여도 된다. 프로그램은 다른 컴퓨터 혹은 서버 장치로부터 통신 네트워크를 통해서 컴퓨터 시스템에 인스톨되어도 된다.

지령 생성부(2), 레이저 제어부(3), 갈바노 지령 변환부(6, 56), 온도 계산부(7), 갈바노 제어부(10) 및 XY 테이블 제어부(20)의 각 기능은, 프로세서(71)와 소프트웨어의 조합에 의해서 실현된다. 해당 각 기능은, 프로세서(71) 및 펌웨어의 조합에 의해서 실현되어도 되고, 프로세서(71), 소프트웨어 및 펌웨어의 조합에 의해서 실현되어도 된다. 소프트웨어 또는 펌웨어는, 프로그램으로서 기술되어, 기억 장치(73)에 격납된다.

인터페이스 회로(74)는 하드웨어에 접속되는 기기인 방사 온도 센서(8, 48, 58A, 58B, 58C, 58D)로부터의 신호를 수신한다. 인터페이스 회로(74)는 하드웨어에 접속되는 기기인, 레이저 발진기(4), 갈바노 스캐너(13X, 13Y) 및 XY 테이블(18)에, 신호를 송신한다.

이상의 각 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 개시 내용의 일례를 나타내는 것이다. 각 실시 형태의 구성은, 다른 공지 기술과 조합하는 것이 가능하다. 각 실시 형태의 구성끼리가 적절히 조합되어도 된다. 본 개시의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 각 실시 형태의 구성의 일부를 생략 또는 변경하는 것이 가능하다.

1, 1A, 1B : 레이저 가공 장치 2 : 지령 생성부
3 : 레이저 제어부 4 : 레이저 발진기
5 : 펄스 레이저광 6, 56 : 갈바노 지령 변환부
7 : 온도 계산부
8, 48, 58A, 58B, 58C, 58D : 방사 온도 센서
9, 49, 59 : 렌즈 온도 측정부 10 : 갈바노 제어부
11X, 11Y : 갈바노 미러 12X, 12Y : 모터
13X, 13Y : 갈바노 스캐너 14 : 렌즈 프레임
15 : fθ렌즈 16 : 피가공물
17, 17a, 17b, 17c : 구멍 18 : XY 테이블
19 : 톱 테이블 20 : XY 테이블 제어부
21 : 반사광 22 : 입사 영역
23, 63A, 63B, 63C, 63D : 측정 영역 25, 45, 55 : 제어 장치
26 : 가공 헤드 27, 29, 29a : 위치 지령
28 : 레이저 출력 지령 30 : 센서 상태 판정부
31 : 센서 출력 기억부 32 : 온도 추정부
33 : 온도 정보 전환부 34 : 온도 계산 파라미터
35 : 센서 상태 플래그 40, 41 : 위치
62A, 62B, 62C, 62D : 분할 영역 71 : 프로세서
72 : 메모리 73 : 기억 장치
74 : 인터페이스 회로

Claims (7)

1. 펄스 레이저광을 출력하는 레이저 발진기와,
   갈바노 미러를 가지고, 상기 갈바노 미러에서의 상기 펄스 레이저광의 반사에 의해서 상기 펄스 레이저광을 편향시킴과 아울러 위치 지령에 따른 제어에 의해 상기 갈바노 미러를 회전시키는 갈바노 스캐너와,
   상기 갈바노 스캐너에 있어서 편향한 상기 펄스 레이저광이 입사하는 입사 영역을 가지고, 상기 입사 영역으로 입사한 상기 펄스 레이저광을 집광하는 렌즈와,
   상기 입사 영역으로부터 방사한 적외선을 검출함으로써 상기 렌즈의 온도를 측정하여, 상기 렌즈의 온도 정보를 구하는 렌즈 온도 측정부와,
   상기 온도 정보에 기초하여 상기 위치 지령을 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 레이저 발진기를 제어하기 위한 레이저 출력 지령을 생성하여, 상기 레이저 출력 지령을 출력하는 지령 생성부를 구비하고,
   상기 렌즈 온도 측정부는, 상기 레이저 출력 지령이 온에서 오프로 전환된 후에 있어서 미리 설정된 기간이 경과했을 때부터, 상기 레이저 출력 지령의 출력이 온이 될 때까지의 기간을 센서 유효 기간으로 판정하고, 상기 센서 유효 기간에 있어서의 상기 온도 정보를 구하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 렌즈 온도 측정부는, 상기 센서 유효 기간에 있어서 측정된 온도에 기초하여, 상기 센서 유효 기간 이외의 기간인 센서 무효 기간에 있어서의 상기 온도 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 레이저 발진기는 이산화탄소 레이저이며,
   상기 렌즈 온도 측정부는 9.3㎛ 내지 10.6㎛의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 레이저 발진기는 이산화탄소 레이저이며,
   상기 렌즈 온도 측정부는 3㎛ 내지 5㎛의 파장역에 감도를 가지는 방사 온도 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 방사 온도 센서는 인듐 안티몬을 포함하는 적외선 검출기인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 렌즈 온도 측정부는 상기 입사 영역에 포함되는 복수의 분할 영역 각각에 대해 개별로 온도를 측정하여, 상기 분할 영역마다의 상기 온도 정보를 구하고,
   상기 보정부는 복수의 상기 분할 영역 각각에 대한 상기 온도 정보에 기초하여 상기 위치 지령을 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.

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