KR20040005990A

KR20040005990A - 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치

Info

Publication number: KR20040005990A
Application number: KR10-2003-7015420A
Authority: KR
Inventors: 이와타다카아키
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2004-01-16
Also published as: DE10296810T5; DE10296810B4; CN100479968C; US7006237B2; TW548155B; KR100540541B1; CN1509220A; US20040105092A1; WO2003080283A1; JPWO2003080283A1; JP3927541B2

Abstract

피가공물을 탑재하는 스테이지와, 레이저 발진기와, 레이저 빔을 주사하는 빔 주사 수단을 갖고, 레이저 빔을 스테이지에 탑재된 피가공물로 유도하는 광학 장치와, 가공 완료 위치를 계측하는 계측 장치와, 가공 완료 위치의 좌표 및 목표 위치의 좌표를 사용하여 빔 주사 수단으로의 지령값을 산출하는 제어 장치(17)를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 및 위치 결정 장치에 있어서, 제어 장치(17)가 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬(X)을, 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 그 때의 빔 주사 수단으로의 지령값에 목표 위치의 좌표와 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 무게(W)를 더하여 산출한다(S6).

Description

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치{LASER BEAM POSITIONING DEVICE FOR LASER MACHINING, APPARATUS}

최근, PC, 휴대 전화 등의 수요의 증대에 의해, 정보 통신 산업은 급속한 발전을 이루고 있다. 이 정보 통신 산업이 견인하는 전자, 반도체 분야에서는, 기기를 구성하는 전자 부품의 소형 고밀도화에 의해, 전자 부품을 탑재하는 프린트 기판 등으로의 천공(穿孔), 절단, 트리밍(trimming), 스크라이빙(scribing) 등에 관하여, 레이저를 사용한 가공 기술의 필요성이 증대하고 있다.

이러한 레이저를 이용한 가공 기술로서, 예컨대 일본 특허 공개 제 1988-229419 호 공보(종래 기술)에는, 레이저 빔을 집광하는 렌즈가 갖는 고유 변형을 보정하는 기능을 갖는 렌즈 변형 보정 장치에 대하여 개시되어 있고, 또한 이 렌즈 변형 보정 장치를 사용한 레이저 가공 장치의 실시예가 기재되어 있다. 도 11은이 종래 기술에 따른 렌즈 변형 보정 장치를 구비한 레이저 가공 장치를 나타내는 구성도이다. 이 레이저 가공 장치는, 레이저 발진기(101)로부터의 출력을 렌즈 변형 보정 장치(107)가 스캐너(102, 103)를 제어하고, 스캐너(102, 103)가 구동하는 미러(104, 105)를 작동시킴으로써 집광 렌즈(106)를 거쳐 도시하지 않은 피가공물상에 레이저 빔을 조사한다. 또한, 집광점 위치 검출 수단으로서의 CCD 카메라(107)와, CCD 카메라(107)를 탑재하고, XY 방향으로 이동 가능한 X-Y 펄스 테이블(108)과, 스캐너 위치와 함께 상기 CCD 카메라(107)의 출력 신호로부터 카메라 컨트롤러(109)를 거쳐 광점(光点) 위치를 표시하는 모니터 텔레비전(110)과, X-Y 펄스 테이블(108)을 제어하는 테이블 컨트롤러(111)와, X-Y 펄스 테이블(108)의 이동량을 기억 및 보정할 수 있는 디지털 연산 처리 장치(112)를 갖고, 렌즈마다 미리 렌즈 변형에 의한 보정 계수를 단일의 다항식 모델에 의해 산출하는 동시에, 이 보정 계수를 기억하여, 동일한 렌즈를 사용하는 경우에는, 대응하는 보정 계수를 판독하여, X, Y 신호의 구동 신호를 보정할 수 있도록 한 것이다.

그러나, 이 종래 기술은 집광 렌즈의 렌즈 변형을 보정함으로써 레이저 빔의 조사 위치를 수정하는 것으로, 피가공물의 크기, 레이저 가공 장치의 경시(經時)적인 변화 등이 고려되어 있지 않고, 가공 영역의 크기, 작업 시간 등에 의존하여 가공 홀의 위치 정밀도가 열화한다는 문제점을 갖고 있었다.

또한, 예컨대, 작업성을 향상시키기 위해서 장치를 멀티 빔(multi-beam)화하는 경우에는 집광 렌즈 이외의 광학계가 복잡한 구성으로 되지만, 집광 렌즈의 변형에 특화된 보정만을 실행하는 것이기 때문에, 이 복잡함에 대응할 수 있는 유연성, 확장성이 부족하다.

또한, 이러한 종래 기술의 경우, 단일의 다항식을 모델로 하여 사용하고 있고, 다항식의 계수가 고정된 단일의 다항식 모델과 실제의 시스템에는 모델 오차가 존재하며, 이 모델 오차에 기인하는 레이저 빔의 위치 결정 정밀도에는 한계가 있었다.

다항식 모델을 사용하는 경우, 이 다항식 모델의 차수를 어느 정도로 할지는, 대상인 시스템의 특성이 어느 정도 비선형인지, 근사 정밀도를 어느 정도 좋게 하고자 하는지 등에 따라 변한다. 일반적으로, 다항식의 차수를 올려가면 근사 정밀도는 좋아지지만, 필요한 교정(calibration) 점수(点數)가 증가하거나 레이저 빔의 조사 위치를 제어하는 지령값의 계산 시간이 증가하여, 작업성이 저하한다는 과제가 존재하고 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 다항식 모델과 실제 시스템 사이의 모델 오차에 기인하는 오차를 저감하여, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우라도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제하여, 피가공물의 크기, 시스템의 경시적 변화 등의 변동 요인에 대해서도 가공 정밀도를 유지한 레이저 가공 장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

발명의 요약

본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 피가공물을 탑재하는 스테이지와, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 빔을 상기 스테이지에 탑재된 상기 피가공물에 조사하도록 레이저 빔을 유도하는 광학 장치와, 이 광학 수단에 의해 유도되는 레이저 빔을 주사하는 빔 주사 수단과, 상기 피가공물의 가공 완료된 가공 위치를 계측하는 계측 장치와, 상기 가공 완료의 가공 위치의 좌표 및 목표 위치의 좌표를 사용하여 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 산출하는 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬(unknown parameter matix)을, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 상기 목표 위치의 좌표와 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 무게(weight)를 더하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는, 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 그 때의 빔 주사 수단으로의 지령값에, 목표 위치의 좌표와 가공 완료된 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 무게를 더하여 산출할 수 있다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 가공 완료된 가공 위치 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 상기 목표 위치의 좌표와 상기 가공 완료된 가공 위치의좌표의 거리에 따른 정규 분포의 무게를 더하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 그 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 및 목표 위치의 좌표와 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 정규 분포의 무게를 더하여 산출할 수 있다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 복수의 상기 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 대표 위치의 좌표와 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 무게를 더하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 복수의 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 대표 위치의 좌표와 가공 완료된 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 무게를 더하여 산출할 수 잇다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 복수의 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 대표 위치가 중심인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 복수의 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 대표 위치인 중심 좌표와 가공 완료된 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 무게를 더하여 산출할 수 있다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 피가공물을 탑재하는 스테이지와, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기의 레이저 빔을 주사하는 빔 주사 수단을 갖고, 상기 레이저 빔을 상기 스테이지에 탑재된 상기 피가공물에 조사하도록 레이저 빔을 유도하는 광학 장치와, 상기 피가공물의 가공 완료된 가공 위치의 좌표를 계측하는 계측 장치와, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 목표 위치의 좌표를 사용하여 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 산출하는 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 피가공물의 영역을 복수로 분할하고, 상기 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1의 무게를 더하여 산출하는 동시에, 이 해당 영역 이외의 비해당 영역에 1 보다 작은 무게를 더하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 피가공물의 영역을 복수로 분할하여, 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1의 무게를 더하고, 또한 이 해당 영역 이외의 비해당 영역에 1보다 작은 무게를 더하여 산출할 수 있다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 피가공물의 영역을 4분할하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 피가공물의 영역을 4개로 분할하여, 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1, 나머지 3개의 영역에 1보다 작은 무게를 더하여 산출할 수 있다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 피가공물의 영역을 중심으로부터의 거리를 동일하게 하는 동심원을 경계로 하는 영역으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 피가공물의 영역을 중심으로부터의 거리를 동일하게 하는 동심원을 경계로 하는 영역으로 분할하고, 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1, 나머지 영역에 1보다 작은 무게를 더하여 산출할 수 있다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 피가공물을 탑재하는 스테이지와, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기의 레이저 빔을 주사하는 빔 주사 수단을 갖고, 상기 레이저 빔을 상기 스테이지에 탑재된 상기 피가공물에 조사하도록 레이저 빔을 유도하는 광학 장치와, 상기 피가공물의 가공 완료된 가공 위치의 좌표를 계측하는 계측 장치와, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 목표 위치의 좌표를 사용하여 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 산출하는 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 피가공물상의 상기 목표 위치의 좌표에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 가공완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따른 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수(forgetting factor) k(0 ≤k ≤1)를 사용하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따라, 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수 k(0 ≤k ≤1)를 사용하여, 피가공물상의 목표 위치의 좌표에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 하는 미지 파라미터 행렬을 산출할 수 있다.

다음 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하고, 최초의 교정시의 상기 가공 위치의 좌표나 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합(數次結合)으로 구성되는 한쌍의 데이터를 교정 점수만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게 행렬(weight matrix)을 W로 하고, Q=W^TW, D=A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, 상기 N에 대응하는 행렬을 n으로 하여, 상기 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따른 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, X를

의 수학식을 사용하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 제어 장치에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하고, 최초의 교정시의 가공 위치의 좌표나 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합으로 구성되는 1쌍의 데이터를 교정 점수만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게 행렬을W로 하여, Q=W^TW, D=A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, N에 대응하는 행렬을 n으로 하여, 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따른 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, X를

의 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하고, 최초의 교정시의 상기 가공 위치의 좌표나 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합으로 구성되는 1쌍의 데이터를 교정 점수만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게 행렬을 W로 하고, Q=W^TW, D=A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, 상기 N에 대응하는 행렬을 n으로 하여, 상기 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따른 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, 새로운 교정시의 시행 점수가 미지 파라미터 행렬의 항수보다적은 경우에, a=A_ex, q=Q, b=B_ex, P=D^-1로 하였을 때에, X를,

의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하여, 최초의 교정시의 가공 위치의 좌표나 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합으로 구성되는 1쌍의 데이터를 교정 점수만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게 행렬을 W로 하여, Q=W^TW, D=A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, N에 대응하는 행렬을 n으로 하여, 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따른 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, 새로운 교정시의 시행 점수가 미지 파라미터 행렬의 항수보다 적은 경우에, a=A_ex, q=Q, b=B_ex, P=D^-1로 하였을 때에, X를,

의 수학식을 사용하여 산출할 수 있다.

본 발명은 레이저 빔의 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있는, 또는 레이저 빔의 위치 결정 정밀도를 유지한 상태에서 환경의 변화에 유연하게 대응할 수 있는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치에 관한 것이다.

도 1은 싱글 빔(single-beam) 레이저 가공 장치를 모식적으로 나타낸 구성도,

도 2는 멀티 빔(multi-beam) 레이저 가공 장치를 모식적으로 나타낸 구성도,

도 3은 메인 편향 갈바노미터 스캐너(12) 및 서브 편향 갈바노미터 스캐너(9)로의 지령값과 메인 홀 및 서브 홀의 좌표의 관계를 나타낸 블록선도,

도 4는 레이저 가공 장치에 있어서의 일반적인 위치 결정 단계를 나타낸 흐름도,

도 5는 도 3에 역사상 모델(reverse mapping model)을 적용한 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에 있어서의 목표 위치 좌표, 지령값, 가공 위치 좌표의 관계를 나타낸 블록선도,

도 6은 가중법(weighting method)에 의한 위치 결정 단계를 나타내는 흐름도,

도 7은 실시 형태 1에 따른 홀 블록별 가중법(weighting method for each hole block)에 의한 위치 결정 처리의 개념을 나타낸 설명도,

도 8은 도 7의 피가공물을 4개의 영역으로 분할하는 사고 방식을 나타낸 설명도,

도 9는 이 실시 형태 3에 따른 처리의 흐름을 나타내는 흐름도,

도 10은 도 9의 흐름도에 있어서 특별한 경우[새로운 시행 점수(点數) < 다항식의 항수]의 처리 흐름을 나타내는 흐름도,

도 11은 이 종래 기술에 따른 렌즈 변형 보정 장치를 구비한 레이저 가공 장치를 나타내는 구성도.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 빔 위치 결정 방법 및 빔 위치 결정 장치는, 하기에 상술하는 싱글 빔 레이저 가공 장치 또는 멀티 빔 레이저 가공 장치에 적용할 수 있는 장치이다. 이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 빔 위치 결정 방법 및 빔 위치 결정 장치의 적절한 실시 형태를 상세히 설명한다.

실시 형태 1

(1) 싱글 빔 레이저 가공 장치의 구성 및 동작

도 1은 싱글 빔 레이저 가공 장치를 모식적으로 나타낸 구성도이다. 도 1에 있어서, 싱글 빔 레이저 가공 장치(1)는 레이저 빔(2)을 발진하는 레이저 발진기(3)와, 그 광로를 변경하는 몇개의 밴드 미러(bending mirrors)(4)와, 빔(2)의 광로에 설치된 2개의 편향 갈바노미터 미러(11)와, 그 편향 갈바노미터 미러의 각도를 변경하기 위한 편향 갈바노미터 스캐너(12)와, 빔을 집광하는 fθ렌즈(13)와, 피가공물(14)을 탑재하는 XY 스테이지(15)와, 피가공물(14)의 가공 홀을 관측하기 위한 CCD 카메라(16)와, 레이저 발진기(3), XY 스테이지(15) 및 갈바노미터스캐너(12)를 제어하는 제어 장치(17)로 구성된다.

따라서, 레이저 가공 장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 도 1에 있어서, 레이저 발진기(3)로부터 출력된 레이저 빔은 몇개의 밴드 미러(4)나 갈바노미터 미러(11)에 의해 그 광로가 구성된다. 제어 장치(17)는 결정된 타이밍으로 레이저 발진기(3)를 조작하여, 레이저 빔(2)을 발진시킨다. 발생된 레이저 빔(2)은 그 광로의 중간에 설치된 밴드 미러(4)와 편향 갈바노미터 미러(11)를 거쳐, fθ렌즈(13)로 집광되어, XY 스테이지상에 놓여진 피가공물(14)에 이르러, 피가공물(14)을 가공한다. 갈바노미터 미러(11)는 각각이 갈바노미터 스캐너(12)에 장착되어 있고, 축 회전 운동을 하는 것이 가능하다. 갈바노미터 스캐너(12), 레이저 발진기(3), CCD 카메라(16), XY 스테이지(15)는 제어 장치(17)에 의해 각각의 동작을 제어할 수 있도록 되어 있다.

(2) 멀티 빔 레이저 가공 장치의 구성 및 동작

도 2는 멀티 빔 레이저 가공 장치를 모식적으로 나타내는 구성도이다. 도 2에 있어서, 레이저 빔(2)을 분광하는 분광용 빔 스플리터(beam splitter)(7)와, 이 분광된 레이저 빔 중, 밴드 미러(4)를 통과하는 분광 레이저 빔(6)의 광로에 설치된 2개의 편향 갈바노미터 미러(8)와, 그 편향 갈바노미터 미러(8)의 각도를 변경하기 위한 편향 갈바노미터 스캐너(9)와, 분광용 빔 스플리터(7)로 분광된 한쪽의 분광 레이저 빔(6)과 다른쪽의 분광 레이저 빔(5)을 다시 합성하는 합성용 빔 스플리터(10)를 구비하고, 그 밖의 구성은 도 1에 나타낸 싱글 빔 레이저 가공 장치와 기본적으로 동일하며, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 또한, 편향갈바노미터 미러(8, 11), 편향 갈바노미터 스캐너(9, 12), 레이저 빔(5, 6)을 구별하기 위해, 참조부호(11)를 메인 편향 갈바노미터 미러, 참조부호(8)를 서브 편향 갈바노미터 미러, 참조부호(12)를 메인 편향 갈바노미터 스캐너, 참조부호(9)를 서브 편향 갈바노미터 스캐너, 참조부호(5)를 메인 편향 레이저 빔, 참조부호(6)를 서브 편향 레이저 빔이라 부른다.

이어서, 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)의 동작에 대하여 설명한다. 도 2에 있어서, 레이저 발진기(3)에 의해 발진된 레이저 빔(2)은 몇개의 밴드 미러(4)를 거친 후, 분광용 빔 스플리터(7)에 의해 메인 편향 레이저 빔(5)과 서브 편향 레이저 빔(6)으로 나뉜다. 서브 편향 레이저 빔(6)은 그 후 몇개의 밴드 미러(4)와 2개의 서브 편향 갈바노미터 미러(8)를 거쳐 메인 편향 레이저 빔(5)의 광로상에 설치된 합성용 빔 스플리터(10)에 이르러 다시 메인 편향 레이저 빔(5)과 합류한다. 그 후 메인 편향 레이저 빔(5) 및 서브 편향 레이저 빔(6)은 그 광로상에 설치된 2개의 메인 편향 갈바노미터 미러(11)를 거쳐 fθ렌즈(13)에 의해 집광된다. 집광된 메인 편향 레이저 빔(5)과 서브 편향 레이저 빔(6)은, XY 스테이지(15)상에 배치된 피가공물(14)에 홀을 가공한다. 서브 편향 갈바노미터 미러(8)와 메인 편향 갈바노미터 미러(11)는 각각 서브 편향 갈바노미터 스캐너(9)와 메인 편향 갈바노미터 스캐너(12)에 고정되어 있고, 갈바노미터 스캐너는 제어 장치(17)에 의해 그 각도를 제어할 수 있다.

싱글 빔 레이저 가공 장치는, 통상 1개의 발진된 빔으로 1개의 홀이 가공되지만, 이 1개의 홀이 가공되는 기술은 멀티 빔 레이저 가공 장치의 메인 편향 기술과 동일하다.

한편, 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에서는 통상 1개의 발진된 빔에 의해 2개의 홀이 가공된다. 여기서, 메인 편향 레이저 빔(5)에 의해 가공되는 홀을 메인 홀, 서브 편향 레이저 빔(6)에 의해 가공되는 홀을 서브 홀이라 정의한다.

도 3은 메인 편향 갈바노미터 스캐너(12) 및 서브 편향 갈바노미터 스캐너(9)로의 지령값과 메인 홀 및 서브 홀의 좌표의 관계를 나타낸 블록선도이다. 메인 홀의 좌표(x, y)는, 2개의 메인 편향 갈바노미터 스캐너(12)의 각도를 조절하는 지령값(x_c, y_c)에 의해 결정되고, 서브 홀의 좌표(p, q)는 메인 편향 갈바노미터 스캐너(12)의 각도를 조절하는 지령값(x_c, y_c)과 서브 편향 갈바노미터 스캐너(9)의 각도를 조절하는 지령값(p_c, q_c)의 4변수에 의해 결정된다. 즉, 갈바노미터 스캐너로의 지령값이 결정되면 그 결과, 홀의 좌표가 결정되는 것을 의미하고 있다.

(3) 레이저 가공 장치에 의한 위치 결정 및 지령값의 출력

도 4는 레이저 가공 장치에 있어서의 일반적인 위치 결정 단계를 나타낸 흐름도이다. 이 위치 결정 단계는 싱글 빔 레이저 가공 장치(1) 및 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에 공통적으로 적용할 수 있는 기술이다. 도 3과 같이, 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에 고유의 기술도 존재하기 때문에, 이 이후에는 설명이 번잡해지는 것을 피하기 위해서 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)를 중심으로 설명해간다. 또한, 싱글 빔 레이저 가공 장치(1)에 적용할 수 있는 기술에 대해서는 그 취지를 설명한다.

도 4에 있어서, 일반적인 위치 결정은 교정 패턴의 작성 단계(단계 S1), 시행 가공 단계(단계 S2) 및 시행 가공 위치 좌표의 측정 단계(단계 S3)로 이루어지는 교정 단계와, 교정에서의 데이터의 판독 단계(단계 S4), 목표 위치 좌표 행렬 및 지령값 행렬의 계산 단계(단계 S5) 및 미지 파라미터 행렬의 계산 단계(단계 S6)로 이루어지는 위치 결정 단계와, 가공 패턴의 목표 위치 데이터의 작성 단계(단계 S7)로 이루어지는 패턴 데이터 작성 단계와, 워크 보정(work compensation) 단계(단계 S8), 지령값 계산 단계(단계 S9) 및 지령값의 출력 단계(단계 S10)로 이루어지는 온라인 처리 단계의 크게 4개의 처리 단계로 이루어진다.

다음에, 교정 단계의 세부에 대하여 설명한다. 우선, 교정용 메인 편향 목표 위치 데이터(메인 편향 목표 위치 좌표가 시행 점수만큼 기술되어 있는 것)와 서브 편향 목표 위치 데이터(서브 편향 목표 위치 좌표가 시행 점수만큼 기술되어 있는 것)를 준비한다(단계 S1). 이 메인 편향 목표 위치 데이터 또는 서브 편향 목표 위치 데이터는 격자상 배열 패턴, 랜덤 패턴 등과 같은 패턴일 수도 있다. 또한, 데이터수는 천공의 위치 정밀도에 따라서도 다르지만, 뒤에 설명하는 실시예에서는 100개의 데이터를 설정하고 있다.

또한, 이 교정용 데이터를 사용하여, 실제로 시행 가공용 소재에 레이저 빔으로 천공한다(단계 S2). 그리고, 이 뚫린 가공 홀의 위치를 CCD 카메라(16)로 촬상하여, 그 가공 홀의 좌표를 측정한다(단계 S3). 이 측정된 가공 홀의 좌표 데이터는 다음의 위치 결정 단계로 넘겨진다. 실제 측정은 XY 테이블(15)이 CCD 카메라(16)의 바로 아래로 이동하여, 시행 가공 홀의 위치를 촬상하는 구조로 되어 있고, 갈바노미터 미러(11)와 CCD 카메라(16)의 위치는 고정되어 있기 때문에, 양자의 상대 위치를 알면 홀 위치의 정확한 좌표가 구해진다.

멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에서는, 하나의 레이저 펄스로 메인 홀과 서브 홀의 2개의 홀이 동시에 가공되지만, 교정의 순서는 메인 홀, 서브 홀의 순서로 실행한다. 이것은, 메인 편향의 교정시에는 서브 홀은 불필요하고, 또한 서브 편향의 교정시에는 메인 홀이 불필요하다. 또한, CCD 카메라에 의해 홀의 위치를 측정할 때, 메인 홀과 서브 홀이 동시에 존재하면, 양자를 식별할 필요가 있기 때문에, 교정시에는 한쪽 빔을 셔터 등에 의해 차단하는 등의 배려가 필요하다.

다음에, 위치 결정 단계의 세부에 대하여 설명한다. 이 단계는 메인 홀, 서브 홀의 양자에 대하여 실행하지만, 미지 파라미터수(다항식의 항수)의 차이에 의한 행렬의 열의 수가 다른 점을 제외하고는, 양자의 처리는 공통이다. 또한, 처리의 상세한 것은 나중에 상술하기로 하고, 여기서는 처리의 개요에 대하여 설명한다.

우선, 교정에서의 서브 변경의 지령값 데이터와 가공 위치 데이터 및 그 때의 메인 편향의 목표 위치 데이터를 판독하고(단계 S4), 가공 위치 데이터와 목표 위치 데이터로부터 A_ex행렬을, 지령값 데이터로부터 B_ex행렬을 구한다(단계 S5). 그리고, 단계 S5에서 구한 A_ex행렬, B_ex행렬을 이용하여, 목표로 하는 홀의 위치와 실제 홀의 위치의 차이를 최적화하는 제어를 위해서, 어떤 평가 함수(예컨대 최소제곱법)에 기초하여, 이 최적 제어에 필요한 미지 파라미터 행렬(X)을 계산한다(단계 S6). 여기서 구한 미지 파라미터 행렬(X)은 온라인 처리 단계로 넘겨진다.

다음에, 패턴 데이터 작성 단계에서는, 레이저 가공 장치 사용자가 프린트 기판 등에 천공하고자 하는 패턴의 목표 위치 데이터를 작성하여, 이 데이터를 온라인 처리로 넘긴다(단계 S7).

그리고, 온라인 처리 단계의 워크 보정에서는, 피가공물(14)이 실제 XY 스테이지에 설치되었을 때에, 피가공물의 형상의 일그러짐, 변형 등을 검출하여, 그 보정값을 계산한다(단계 S8). 실제 공정에서는, 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)는 CCD 카메라 및 XY 스테이지를 사용하여 피가공물에 미리 붙여 놓은 마크의 좌표를 측정한다. 피가공물에 신축이 없이 이상적으로 결정된 위치에 설치되어 있는 경우에는, 그대로 가공을 실행하면 무방하다. 그러나, 현실적으로는 피가공물에 신축이 있거나, XY 스테이지상의 소정의 위치에 정확히 설치하기 어렵다. 따라서, 이 마크의 좌표를 기본으로 가공 패턴을 기재한 목표 위치 데이터를 수정할 필요가 있고, 이 수정 처리가 워크 보정이다. 그 후, 단계 S8에서 구한 워크 보정값과, 위치 결정 단계에서의 출력값으로부터 지령값을 계산하고(단계 S9), 이 지령값을 갈바노미터 스캐너에 출력한다(단계 S10).

(4) 최소 제곱법에 의한 역사상 근사 모델의 추정

여기서, 이 물리적인 상관의 방향을 순방향의 사상(mapping)이라 할 때, 실제 가공상 필요하게 되는 것은 도 3과는 역방향의 사상이다. 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)는 사용자가 가공하고자 하는 홀의 좌표에 대하여, 갈바노미터 스캐너에 부여될 지령값을 구하지 않으면 안된다. 그 때문에, 이 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)는 이 역사상을 내부에서 실행할 수 있도록, 역사상 모델을 적용하고 있다. 이 관계를 나타낸 블록선도를 도 5에 나타낸다.

도 5는 도 3에 역사상 모델을 적용한 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에 있어서의 목표 위치 좌표, 지령값, 가공 위치 좌표의 관계를 나타낸 블록선도이다. 여기서, 메인 편향의 좌표는 x, y이고, 서브 편향의 좌표는 p, q로 나타낸다. 하측에 첨부된 영자 c는 지령값(control), d는 목표값(desire), 상측에 첨부된 영자 e는 추정값(estimate)을 나타내고 있다.

도 5에 있어서, 메인 편향 목표 위치 좌표(x_d, y_d)가 메인 편향 역사상 모델에 의해 메인 편향 지령값(x_c ^e, y_c ^e)으로 변환되고, 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)의 제어 장치(17)가 이 메인 편향 지령값(x_c ^e, y_c ^e)을 메인 편향 갈바노미터 스캐너(12)에 지령함으로써, 메인 홀(x^e, y^e)의 위치에 천공된다. 이 메인 홀은 x^e=x_d, y^e=y_d의 관계가 성립되는 것이 이상형이지만, 현실에는 오차가 생긴다. 한편, 서브 홀에 대해서는, 서브 편향 역사상 모델에 의해 서브 편향 지령값(p_c ^e, q_c ^e)으로 변환될 때, 서브 편향 목표 위치 좌표(p_d, q_d) 뿐만 아니라, 메인 편향 목표 위치 좌표(x_d, y_d)도 사용하는 것이 메인 홀과 다른 바이다. 이것은, 상술한 바와 같이, 서브 홀은 메인 편향 갈바노미터 스캐너(12)의 각도를 조절하는 지령값과 서브 편향 갈바노미터 스캐너(9)의 양쪽의 각도를 조절하는 지령값의 합계(4)의 변수에 의해 결정되기 때문이다.

다음에, 도 5에 나타낸 역사상의 근사 모델에 대하여 설명하고, 게다가 최소 제곱법에 의해 미지 파라미터를 구하는 요령에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에서는 역사상의 근사 모델로서, 다음에 나타내는 다항식을 사용했다. 구체적으로 메인 편향 지령값(x_c ^e, y_c ^e)를 나타내는 수학식은,

[수학식 1]

으로 된다. 여기서, m_i,j, n_i,j(i, j=0, 1, 2,·····는 각각 x_d와 y_d의 차수에 상당함)은 상기 다항식의 계수이며, 미지 파라미터이다.

마찬가지로, 서브 편향 지령값(p_c ^e, q_c ^e)을 나타내는 수학식은 이하의 식으로 된다.

[수학식 2]

단, m_i,j,k,l, n_i,j,k,l(i, j, k, l=0, 1, 2,·····는 각각 x_d, y_d, p_d, q_d의차수에 상당함)은 다항식의 계수(미지 파라미터)이다.

다음에, 수학식 1 및 수학식 2를 행렬 표현을 사용하여 기지의 계수 부분과 미지의 계수 부분으로 나눈다. 메인 편향의 경우는,

[수학식 3]

이고, 서브 편향의 경우는,

[수학식 4]

로 된다. 또한, 이 행렬(X)을 미지 파라미터 행렬이라고 한다.

미지 파라미터는 교정이라 불리는 사전의 몇개소의 시행 결과로부터 구해지는 것은 도 4의 흐름으로 설명했다. 시행을 1회 실행하면 1쌍의 데이터, 즉 메인 편향이면 x_c ^e, y_c ^e, x, y, 서브 편향이면 x_c ^e, y_c ^e, p_c ^e, q_c ^e, p, q가 구해진다. 좌측상측의 번호를 시행의 번호라 하면,

[수학식 5]

[수학식 6]

을 정의할 수 있다. 교정의 시행을 100개소에서 실행하면, 상기ⁱA 행렬,ⁱB 행렬이 100개씩 구해지게 된다. 이러한 행렬을 세로로 나열하여, 또한 이하의 행렬을 정의한다(도 4의 단계 S5에 상당함).

[수학식 7]

최소 제곱법으로는, 이하의 평가 함수를 최소로 하는 미지 파라미터 행렬(X)을 구할 수 있으면 무방하다.

[수학식 8]

J를 최소로 하는 미지 파라미터 행렬(X)은,

[수학식 9]

로 구해진다(도 4의 단계 S6에 상당함). 또한, 이 미지 파라미터 행렬(X)로부터 갈바노미터 스캐너를 제어하기 위한 지령값을 계산하여, 출력할 수 있다(도 4의 단계 S9 및 단계 S10).

또한, 역사상 모델로서 사용하는 다항식의 차수를 어느 정도로 할지는, 대상인 시스템의 특성이 어느 정도 비선형인지나, 근사 정밀도를 어느 정도로 높이고자 하는지에 따라 변경된다. 일반적으로 다항식의 차수를 올려가면 근사 정밀도는 좋아지지만, 필요한 교정 점수가 늘어나거나, 온라인 처리에서의 지령값의 계산 시간이 증가하게 된다.

(5) 가중법에 의한 위치 결정 처리

도 6은 가중법에 의한 위치 결정 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 6에서의 처리 단계는 도 4와 같이 교정 단계, 위치 결정 단계, 패턴 데이터 작성 단계 및 온라인 처리 단계의 크게 4개의 단계로 구성된다. 도 4와 다른 점은 단계 S3에서 측정한 시행 가공 홀의 가공 위치 데이터와 단계 S7에서 준비한 이것으로부터 천공하고자 하는 목표 위치 좌표의 위치 관계에 의한 처리(예컨대, 거리의 대소)(단계 S11), 위치 관계의 차이에 따른 무게 행렬의 계산(단계 S12)을 실행하여, 미지 파라미터 행렬(X)을 구하는 점이다. 그 밖의 처리에 대해서는, 동일한 처리 순서이며, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 나타내고 있다.

가중을 고려한 평가 함수를 Jw라 하면, Jw는 수학식 8로부터

[수학식 10]

으로 되고, 이 평가 함수(Jw)를 최소로 하는 해(solution)(Xw)는 수학식 9의 아날로지(analogy)에 의해 수학식 11 및 수학식 12가 구해진다. 단, Q=W^TW이다.

[수학식 11]

[수학식 12]

(6) 홀 블록별 가중법에 의한 위치 결정 처리

도 7은 실시 형태 1에 다른 홀 블록별 가중법에 의한 위치 결정 처리의 개념을 나타낸 설명도이다. 도 7은 교정 패턴에 의해 천공된 피가공물과 이것으로부터 가공하고자 하는 홀의 위치를 나타내고 있다. 도 7에 있어서, 참조부호(31)는 피가공물을, 참조부호(32)는 교정에 의해 천공된 가공 홀을, 참조부호(33)는 천공하고자 하는 목표 홀을, 참조부호(34)는 천공하고자 하는 목표 위치 데이터 그룹을 나타내고 있다.

기본적인 사고 방식은 이것으로부터 가공하고자 하는 목표 홀(33)과 교정에 의해 천공된 가공 홀(32)과의 거리를 계산하여, 거리가 짧으면 그 데이터의무게(weight)를 크게 하고, 거리가 멀면 무게를 적게 하는 것이다. 구체적인 예로서, 교정시의 메인 편향 목표 위치 좌표(ⁱx_d,ⁱy_d)(i=1, …, 100)와 이것으로부터 천공하고자 하는 메인 편향 목표 위치 좌표(x_d, y_d)의 거리로 거리(d)를 정의했다.

[수학식 13]

또한, 서브 편향을 사용하더라도 마찬가지로, 또한 메인 편향과 서브 편향 양방을 사용해도 거리를 정의할 수 있다.

이 거리에 대하여 무게를 정의해 가면 무방하다. 예컨대, 이하와 같은 정규 분포를 고려한다.

[수학식 14]

단, σ는 분포의 분산으로 자유 파라미터(free parameter)이다. 분산을 작게 하면 보다 고정밀도의 모델을 기대할 수 있지만, 지나치게 작으면 어느 거리에서 무게가 제한없이 0에 근접하기 때문에, 역행렬의 계산을 할 수 없게 된다. 이 가중(weighting)은 이것으로부터 천공하고자 하는 목표 홀(33) 하나에 대하여 무게 행렬(W)을

[수학식 15]

와 같이 하나로 정의할 수 있다. 여기서, diag란 대각 행렬인 것을 나타내고 있다. 미지 파라미터 행렬(X)은 이 무게 행렬(W)을 사용하여, 수학식 11로부터

[수학식 16]

으로 하나로 구해지게 된다.

이 홀 블록별 가중법은 거리가 가까운 데이터를 신뢰도가 높은 데이터로서 무게를 크게 하는데 반해, 거리가 떨어져 있는 데이터는 신뢰도가 낮은 데이터로서 무게를 적게 취급하는 방식이다. 이 방식은 거리가 가까운 데이터와 떨어져 있는 데이터를 획일적으로 취급하고자 하는 (4)에서 설명한 단순한 최소 제곱법에 의한 처리보다는 우수하다.

이상의 처리는 도 6의 위치 결정 단계에서의 단계 S11, 단계 S12 및 단계 S6의 처리 순서에 상당하는 것이지만, 온라인 처리 단계의 단계 S9에서는, 하나의 홀에 대하여 하나의 미지 파라미터 행렬을 미리 준비해야 하는 순서이며, 고정밀도이긴 하지만 큰 기억 용량을 필요로 한다.

따라서, 목표 위치 데이터 그룹(34)과 같이 이제부터 천공하고자 하는 목표 위치 데이터를 그룹으로 나누어, 예컨대 이 목표 위치 데이터 그룹(34)의 중심을 대표 홀의 좌표로 하고, 하나의 그룹에 대하여 하나의 미지 파라미터 행렬을 산출해 두면 좋다. 또한, 실시 형태 1에 따른 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)의 사용자는 사용 목적에 따라 그룹의 규모를 변경하거나, 부분적으로 그룹을 상세하게 하거나 자유롭게 가려 사용할 수 있다.

또한, 지금까지는 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에 대하여 설명해왔지만, 이 홀 블록별 가중법에 의한 위치 결정 처리의 개념을 싱글 빔 레이저 가공 장치(1)에 적용할 수 있는 것은 물론이다.

실시 형태 2

이어서, 본 발명의 실시 형태 2에 대하여 설명한다. 역사상 모델로서 사용하는 다항식의 차수를 어느 정도로 할지는, 대상인 시스템의 특성이 어느 정도 비선형인지나, 근사 정밀도를 어느 정도 좋게 하고자 하는지 등에 따라 변경된다. 일반적으로, 다항식의 차수를 올리면 근사 정밀도는 좋아지지만, 필요한 교정 점수가 증가하거나 온라인 처리의 지령값의 계산 단계(도 6의 단계 S9)에서의 연산 시간이 증가한다.

따라서, 온라인 처리에서의 계산 시간을 그만큼 증가시키지 않고, 또한 교정 점수도 특별히 증가시키지 않고 근사 정밀도를 높이는 것을 고려했었다. 이 사고 방식을 싱글 빔 레이저 가공 장치(1) 또는 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)의 제어 장치(17)에 적용한 것이 실시 형태 2이다.

실시 형태 2에 따른 위치 결정 단계는 실시 형태 1과 같이 도 6의 흐름도로 실시할 수 있다. 위치 결정 단계의 위치 관계에 따른 처리 단계(단계 S12)와 무게 행렬(W)의 계산 단계(단계 S13)의 처리가 실시 형태 1과 상이할 뿐이다.

도 8은 도 7의 피가공물을 4개의 영역으로 분할하는 방식을 나타낸 설명도이다. 우선, 도 8에 도시하는 바와 같이, 피가공물 가공 영역을 영역 1 내지 영역 4의 4개로 분할했다. 도 8에 있어서, 참조부호(41)는 피가공물이고, 참조부호(42)는 교정에 의해 천공된 교정 홀을, 참조부호(43)는 천공하고자 하는 목표 홀을, 참조부호(44)는 천공의 대상이 되는 영역(도 8에서는 영역 1)을, 참조부호(45)는 천공의 대상이 되지 않은 영역(도 8에서는 영역 4)을 나타내고 있다. 각 영역마다 역사상 모델을 각각 만드는 것, 즉 국부적인 모델(local model)을 만듦으로써, 근사 정밀도의 향상을 기대할 수 있다.

역사상 모델로서 다항식의 차수를 결정하면, 그것에 따라 필요한 교정 점수가 결정되게 된다. 이 때, 도 6의 단계 S6의 처리에 있어서 수학식 16으로 나타낸 연산을 실행하지만, 교정 점수가 적으면 행렬이 정칙(non-singular)이 아니게 되어 역행렬을 계산할 수 없게 된다.

도 8에 도시한 바와 같이, 이제부터 가공하고자 하는 목표 홀(43)이 영역 1에 있게 한다. 이 영역 1을 대상 영역(44)이라 하면, 대상 영역(44)의 역사상 모델 다항식의 계수를 계산하는 가장 직감적인 방법은 교정 데이터 중 대상 영역내에 있는 것만을 사용하여 계산하는 방법이다. 그런데 이 방법이면, 상술한 이유에 의해 대상 영역내에서의 교정을 충분히 실행하지 않으면 안되어, 교정에 소비되는 시간이 증대한다.

따라서, 대상 영역의 역사상 모델 다항식의 계수 연산에 있어서, 비대상 영역(45)에 있는 교정 데이터를 사용하는 것도 고려할 수 있다. 대상 영역내에 있는교정 데이터에는 무게 1을 가하고, 비대상 영역에 있는 교정 데이터에는 0 이상 1 이하(예컨대 0.1 등)의 무게를 가하여 미지 파라미터 행렬을 계산한다. 이와 같이 무게를 가함으로써, 대상 영역내의 교정 데이터를 늘리지 않고, 효과적으로 대상 영역 고유의 미지 파라미터 행렬을 계산할 수 있다. 여기서, 시행 1이 대상 영역내이고, 시행 2, 3이 비대상 영역내라고 하면, W를 대각 행렬(diag)을 사용하면,

[수학식 17]

로 나타낼 수 있다.

즉, 상기 예에서는 시행 1이 대상 영역내이고, 시행 2, 3이 비대상 영역내이기 때문에 무게 행렬은 대각 성분에 순서대로 1, O.1,…, O.1의 것을 만들면 무방하다.

미지 파라미터 행렬은 이하의 수학식 16을 사용하여 계산하면 좋다.

[수학식 16]

또한, 영역의 분할은 4분할로 한정되는 것이 아니라, 복수개이면 모두 무방하다. 또한, 영역의 모양은 구형에 한정되는 것이 아니고, 예컨대 중심으로부터의 거리를 동일하게 하는 동심원을 경계로 하는 영역을 설정할 수도 있다.

또한, 상술한 이 영역을 분할에 의한 간이 가중법(quick weighting method)은 싱글 빔 레이저 가공 장치(1) 및 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)에 모두 적용할수 있다.

실시 형태 3

다음에, 본 발명의 실시 형태 3에 대하여 설명한다. 교정은 시스템이 시간 불변이면, 처음에 1회만 실행하면 무방하지만, 실제로는 열에 의한 렌즈 특성의 변화나 빔 특성의 변화 등에 의해 시스템은 경시 변화한다. 레이저 가공 장치 사용자는 시스템이 경시 변화한다고 판단했을 때, 교정을 다시 실행하지 않으면 안된다.

그러나, 시스템의 경시 변화가 일어날 때마다 이 가공을 중단하고, 또한 수백점의 시행 가공을 실행하여, CCD 카메라로 가공 위치를 확인하는 작업을 다시 실행한다는 것은 좋은 생각이 아니다.

따라서, 교정 처리, 위치 결정 처리에서의 처리 시간을 증가시키지 않고 근사 정밀도를 높이기 위한 처리로서, 망각 계수라는 개념을 도입했다. 이 망각 계수를 사용한 교정 처리를 싱글 빔 레이저 가공 장치(1) 또는 멀티 빔 레이저 가공 장치(2)의 제어 장치(17)에 적용한 것이 실시 형태 3이다.

통상, 1회의 교정에서 필요한 시행 점수는 광학계가 어느 정도 강한 비선형인지, 빔의 위치 정밀도의 요구 방법은 어느 정도인지 등에 따라 사용하는 다항식의 차수를 결정하고, 적어도 그 다항식의 항수는 필요하게 된다. 또한, 역행렬을 계산할 수 있기 위해서는 행렬이 풀 랭크(full rank)이어야 하지만, 이것은 교정으로 얻은 정보가 충분한 것에 상당한다. 1회째의 교정의 시행 점수가 100점이면, 2회째의 교정도 100점의 시행 점수를 사용하여, 새로운 교정으로 만든 행렬로, 미지파라미터 행렬(X)을 다시 계산하게 된다.

여기서, 1회째의 교정으로 구한 A_ex행렬 및 B_ex행렬은 수학식 7로부터

[수학식 7]

로 된다. 또한, 2회째 이후의 교정은 시행 번호는 101로부터 되기 때문에,

[수학식 18]

로 나타낼 수 있다. 이렇게 새롭게 만든 행렬로서 미지 파라미터 행렬을 다시 계산하면 무방하다. 그러나, 시스템의 경시적 변화가 일어날 때마다 수백점 시행 가공을 실행하는 것은 시간이 지나치게 걸린다는 문제가 있다. 따라서, 이하의 것을 고려할 수 있다. 미지 파라미터(X)를 계산하는 수학식 12는,

[수학식 12]

(단, Q=W^TW)

이고, 수학식 12에 있어서,

[수학식 19]

[수학식 20]

으로 하면, 미지 파라미터(X)를 계산하는 수학식 11은,

[수학식 21]

로 표시될 수 있다. X₁의 우측 하단의 숫자 1은 교정의 회수를 의미한다. 여기서, 가공 홀을 수개 늘리고, 즉 교정 데이터를 새롭게 수쌍 늘려서 파라미터를 계산하는 것을 고려한다. 그 계산식은 이하와 같이 표시될 수 있다.

[수학식 22]

여기서, d₂, n₂는 새롭게 가공한 홀의 교정 데이터로부터 만드는 행렬이다. 원래라면 d₂, n₂만으로

[수학식 23]

과 파라미터를 계산할 수 있으면 이상적이지만, 데이터수가 적으면 d₂, n₂는계산할 수 없다. 이것은 데이터수가 적으면 행렬(d₂ ^-1)은 풀 랭크가 되지 않고, 역행렬을 갖지 않기 때문이다.

수학식 22를 사용하면 파라미터는 계산할 수 있지만, 온도 변화 등에 의해 시스템이 변화되고 있는 경우에는, 다시 얻어진 데이터는 신뢰성이 높지만, 과거의 데이터는 그만큼 신뢰성이 높지 않다.

따라서, 과거의 데이터로의 신뢰도, 또는 과거의 데이터를 잊는 정도로서, 상술한 망각 계수 k를 도입한다. k는 O ≤k ≤1의 범위의 실수(real number)이고, k=0은 과거의 정보를 전혀 사용하지 않는 것에 상당하며, k=1은 과거의 정보를 모두 사용하는 것, 즉 망각하지 않는 것에 상당한다.

이 때, 이하의 계산식에 의해 미지 파라미터 행렬(X₂)을 계산하면,

[수학식 24]

로 된다. 이하, 교정시마다, 이 처리를 반복해가면 무방하다.

도 9는 본 실시 형태 3에 따른 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 9에서는, 실시 형태 1 및 실시 형태 2의 처리 흐름으로서 나타낸 도 6에 있어서, 교정 단계, 위치 결정 단계 및 온라인 처리 단계의 처리 중, 망각 계수를 사용한 교정 처리에 관계된 부분만의 처리의 흐름을 나타내고 있다.

도 9에 있어서, 우선 1회째의 교정시에는 도 6의 교정 단계에 상당하는 시행처리가 실행된다(단계 S20). 다음에, 도 6의 위치 결정 단계에 상당하는 (D₁, N₁)의 작성(단계 S21) 및 X₁의 계산(단계 S22)으로 되어, 메모리에 기억된다. 그리고, 도 6의 온라인 처리 단계에 상당하는 지령값의 계산이 실행되어(단계 S23), 패턴 가공이 실행된다(단계 S24). 최후로 패턴 가공의 처리의 종료를 판정하여(단계 S25), 계속해서 패턴 가공을 실시하는 경우에는, 경시 변화가 있었는지 어떤지를 판정하여(단계 S26) 경시 변화가 없는 경우에는, 현재의 미지 파라미터(X)에 기초하여 계산된 지령값에 의해, 일련의 패턴 가공이 계속된다.

여기서, 단계 S26에서 경시 변화가 있었다고 판정된 경우에는, i+1회째의 교정 단계의 처리로 이행한다. 여기서는, 새로운 수개의 점의 시행 패턴에 의한 시행 가공 및 가공 위치 좌표의 측정이 실행되고(단계 S27), 이 수개의 점의 가공 홀 정보에 기초하여, d 및 n이 작성되고(단계 S28), 동일 도면에 나타낸 망각 계수를 사용한 계산식에 기초하여, D_i+1및 N_i+1이 작성되어(단계 S29), 또한 X_i+1이 계산된다(단계 S30). 이하, 1회째의 교정과 마찬가지로 지령값의 계산(단계 S23) 및 패턴 가공(단계 S24)이 실행된다.

여기서, 망각 계수를 사용한 교정 처리에 대하여 고찰해 본다. 우선, 수학식 21과 수학식 19를 비교하면, 수학식 21쪽이 새롭게 계측한 데이터에 신뢰성을 두고 있는 점에서 보다 좋은 결과를 얻을 수 있다. 또한 수학식 20과 달리, 데이터수가 충분하기 때문에 행렬의 랭크가 떨어지지 않고, 역행렬 계산이 불가능해지지 않는다.

또한, 3회째의 교정시의 파라미터 계산식은

········ [수학식 25]

········ [수학식 26]

으로 되고, 교정의 회수가 증가할 때마다 최초의 데이터는 망각되어 간다. 수학식 21 내지 수학식 23을 보면 알 수 있듯이, 과거의 교정에서의 시행 데이터를 모두 기억해 둘 필요는 없고, 교정마다 작성한 행렬(N)과 행렬(D)의 2개의 행렬을 기억해 두면 무방하다.

새로운 교정에서의 시행 점수가 모델 다항식의 항수보다 적은 경우에는, 역행렬의 연산시의 부가를 고려한 이하의 방법이 효과적이다

여기서, 수학식 21에 있어서, D^-1=P라 두면, 즉 X_i=P_iN_i로 되도록 Pi를 정의하면, i회째의 교정시의 P_i행렬로부터 i+1회째의 행렬을 다음과 같이 계산할 수 있다.

····· [수학식 27]

····· [수학식 28]

단, 수학식을 간결히 표현하기 위해서, i+1회째의 교정에서 새롭게 측정한 데이터로부터 구한 A_ex행렬을 a, 그 때의 무게 행렬(Q)(=W^TW)을 q라 기술했다. 이P_i+1을 사용한 X_i+1은

····· [수학식 29]

····· [수학식 30]

으로 구해진다. 단, n_i+1(=a^Tqb)은 i+1회째의 교정으로 새롭게 측정한 데이터로부터 구한 행렬 A_exQB_ex의 것이다.

도 10은 도 9의 흐름도에 있어서 특별한 경우(새로운 시행 점수 < 다항식의 항수)의 처리 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 9와 같은 처리 단계의 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 나타내고 있다. 이하, 도 9의 흐름과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

도 10에 있어서, 1회째의 교정시에는, 단계 S41에서는 D₁, N₁, P₁을 작성한다. 또한, 단계 S42에서는 이 P₁을 사용하여 X₁을 구한다. 단계 S23 내지 단계 S27까지의 지령값의 계산, 패턴 가공 처리 등에 대해서는 도 9와 동일하다. i+1회째의 교정 단계에 있어서, 단계 S43에서는, a, b, q를 작성하고, 단계 S44에서는 망각 계수 k를 사용하여, P_i, a로 이루어지는 수학식 28을 사용하여 P_i+1을 계산한다. 또한, 단계 S45에서는 N_i+1을, 단계 S46에서는 X_i+1을 계산한다. 그리고, 1회째의 교정시와 같이 지령값의 계산 및 패턴 가공이 실행된다.

이 방법으로는, 역행렬 연산은 수학식 28의 제 2 항목에 상당하지만, 이 행렬의 사이즈는 [새로운 시행 점수] ×[새로운 시행 점수]로 된다. 수학식 24에서의 역행렬 연산에서의 사이즈는 [다항식의 항수] ×[다항식의 항수]이기 때문에, [새로운 시행 점수] < [다항식의 항수]의 경우, 계산 부하를 작게 할 수 있다. 이것은 처리 정밀도보다도 가공 시간을 우선으로 하는 시스템에 있어서, 행렬의 사이즈를 콤팩트하게 하여, 역행렬을 구하는 계산 시간을 단축화함으로써, 전체의 처리 시간의 단축화를 도모할 수 있다.

또한, 상술한 이 망각 계수를 사용한 교정 방법은 싱글 빔 레이저 가공 장치(1) 및 멀티 빔 레이저 가공 장치에 모두 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제어 장치가 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치를 가공하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 목표 위치의 좌표와 가공 위치의 좌표의 거리에 따라 가중하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 종래의 다항식 모델과 실제 시스템 사이의 모델 오차에 기인하는 오차를 저감하여, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우에도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제할 수 있다.

다음의 발명에 의하면, 제어 장치가, 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치를 가공하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값 및 목표 위치의 좌표와 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 정규 분포를 가중하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 이제부터 가공하고자 하는 목표 위치에 가까운가공 완료 데이터를 중시한 가중이 실시되고 있고, 가공의 정밀도를 높일 수 있는 동시에, 가공 위치 부근의 근사 정밀도를 다항식 모델의 항수를 올리지 않고 높일 수 있기 때문에, 교정 시간 및 계산 시간을 단축할 수 있다.

다음의 발명에 의하면, 제어 장치가 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 복수의 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 대표 위치의 좌표 및 이 목표 위치 그룹의 대표 위치의 좌표를 가공하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값에 목표 위치 그룹의 대표 위치의 좌표와 가공 위치의 좌표의 거리에 따라 가중하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 가공 위치 부근의 근사 정밀도를 다항식 모델의 항수를 올리지 않고 높일 수 있기 때문에, 교정 시간 및 계산 시간을 단축할 수 있다. 또한, 대표 위치의 좌표에 대응한 미지 파라미터만을 기억해 두면 무방하기 때문에, 기억 장치를 절약할 수 있다.

다음의 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 복수의 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 중심 위치의 좌표 및 이 목표 위치 그룹의 중심 위치의 좌표를 가공하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값에 목표 위치 그룹의 대표 위치의 좌표와 가공 위치의 좌표의 거리에 따라 가중하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 가공 위치 부근의 근사 정밀도를 다항식 모델의 항수를 올리지 않고 높일 수 있기 때문에, 교정 시간 및 계산 시간을 단축할 수 있다. 또한, 대표 위치의 좌표에 대응한 미지 파라미터만을 기억해 두면 무방하기 때문에, 기억 장치를 절약할 수 있다. 또한, 목표 위치 그룹의 모든 목표 위치에 대하여, 편차가 없는 균등한 근사 정밀도를 부여할 수 있다.

다음의 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 피가공물의 영역을 복수로 분할하고, 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1의 무게를 더하며, 또한 이 해당 영역 이외의 비해당 영역에 1보다 작은 무게를 더하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우에도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제하여, 피가공물의 사이즈가 변화되어도, 가공 정밀도를 유지할 수 있다.

다음 발명에 의하면, 제어 장치가 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 피가공물의 영역을 4개로 분할하고, 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1, 나머지 3개의 영역에 1보다 작은 무게를 더하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우라도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제하여, 피가공물의 사이즈가 변화되어도, 가공 정밀도를 유지할 수 있다.

다음의 발명에 의하면, 제어 장치가 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 적절히 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 피가공물의 영역을 중심으로부터의 거리를 동일하게 하는 동심원을 경계로 하는 영역으로 분할하여, 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1, 나머지 영역에 1보다 작은 무게를 더하여 산출하도록 할 수 있기 때문에, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우라도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제하여, 피가공물의 사이즈가 변화되어도, 가공 정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 광학계의 오차가 커지는 중심으로부터 떨어진 부분에서의 정밀도를 높일 수도 있어, 편차가 없는 균등한 근사 정밀도를 부여할 수 있다.

다음 발명에 의하면, 제어 장치가 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따라, 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수 k(0 ≤k ≤1)를 사용하여 피가공물상의 목표 위치의 좌표에 레이저 빔을 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 하는 미지 파라미터 행렬을 산출하도록 하고 있기 때문에, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우라도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제하여, 피가공물의 크기, 시스템의 경시적 변화 등의 변동 요인에 대해서도 가공 정밀도를 유지할 수 있다.

다음 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하고, 최초의 교정시의 가공 위치의 좌표나 또한 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합으로 구성되는 1쌍의 데이터를 교정 점수만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게 행렬을 W로 하고, Q=W^TW, D=A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, N에 대응하는 행렬을 n으로 하고, 목표 위치의 좌표 및 이 목표위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따른 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, X를

[수학식 31]

의 수학식을 사용하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우라도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제하여, 피가공물의 크기, 시스템의 경시적 변화 등의 변동 요인에 대해서도 가공 정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 역행렬을 재계산하는 경우에, 다시 추가하는 데이터를 미지 파라미터의 수 이하로 억제할 수 있기 때문에, 재계산에 필요한 시간을 단축할 수 있어, 전체의 처리 시간을 단축할 수 있다.

다음의 발명에 의하면, 제어 장치는 피가공물상의 목표 위치에 상기 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하고, 최초의 교정시의 가공 위치의 좌표나 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합으로 구성되는 1쌍의 데이터를 교정 점수만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게 행렬을 W로 하고, Q=W^TW, D= A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, N에 대응하는 행렬을 n으로 하고, 목표 위치의 좌표 및이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따라 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, 새로운 교정시의 시행 점수가 미지 파라미터 행렬의 항수보다 적은 경우에, a=A_ex, q=Q, b=B_ex, P=D^-1로 하였을 때에, X를,

[수학식 32]

의 수학식을 사용하여 산출하도록 하고 있기 때문에, 다항식 모델의 근사 정밀도를 높인 경우에도, 교정 시간 및 계산 시간의 증가를 억제하여, 피가공물의 크기, 시스템의 경시적 변화 등의 변동 요인에 대해서도 가공 정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 역행렬을 재계산하는 경우에, 역행렬 연산의 사이즈를 콤팩트하게 할 수 있기 때문에, 역행렬의 계산에 필요한 시간을 단축할 수 있고, 전체의 처리 시간을 단축할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치는 전자 부품을 탑재하는 프린트 기판 등으로의 천공, 절단, 트리밍, 스크라이빙 등의 상세한 가공 기술을 필요로 하는 분야에 적합하다.

Claims

피가공물을 탑재하는 스테이지와, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 빔을 상기 스테이지에 탑재된 상기 피가공물에 조사하도록 레이저 빔을 유도하는 광학 장치와, 이 광학 수단에 의해 유도되는 레이저 빔을 주사하는 빔 주사 수단과, 상기 피가공물의 가공 완료된 가공 위치를 계측하는 계측 장치와, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 목표 위치의 좌표를 사용하여 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 산출하는 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 상기 목표 위치의 좌표와 상기 가공 위치의 좌표의 거리에 따라 가중하여 산출하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 상기 목표 위치의 좌표와 상기 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 정규 분포의 무게를 더하여 산출하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값에, 복수의 상기 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 대표 위치의 좌표와 상기 가공 위치의 좌표의 거리에 따른 무게를 더하여 산출하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 목표 위치를 하나의 그룹으로 하는 목표 위치 그룹의 대표 위치가 중심인 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
피가공물을 탑재하는 스테이지와, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기의 레이저 빔을 주사하는 빔 주사 수단을 갖고, 상기 레이저 빔을상기 스테이지에 탑재된 상기 피가공물에 조사하도록 레이저 빔을 유도하는 광학 장치와, 상기 피가공물의 가공 완료된 가공 위치의 좌표를 계측하는 계측 장치와, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 목표 위치의 좌표를 사용하여 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 산출하는 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 피가공물의 영역을 복수로 분할하고, 상기 목표 위치의 좌표가 있는 해당 영역에 1의 무게를 가하여 산출하는 동시에, 이 해당 영역 이외의 비해당 영역에 1보다 작은 무게를 더하여 산출하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 피가공물의 영역을 4분할하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 피가공물의 영역을 중심으로부터의 거리를 동일하게 하는 동심원을 경계로 하는 영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
피가공물을 탑재하는 스테이지와, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기의 레이저 빔을 주사하는 빔 주사 수단을 갖고, 상기 레이저 빔을 상기 스테이지에 탑재된 상기 피가공물에 조사하도록 레이저 빔을 유도하는 광학 장치와, 상기 피가공물의 가공 완료된 가공 위치의 좌표를 계측하는 계측 장치와, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 목표 위치의 좌표를 사용하여 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 산출하는 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치의 좌표에 상기 레이저 빔을 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을, 상기 가공 완료된 가공 위치의 좌표 및 이 가공 위치를 실현한 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따른 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수 k(0 ≤K ≤1)를 사용하여 산출하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하고, 최초의 교정시의 상기 가공 위치의 좌표나 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합(數次結合)으로 구성되는 1쌍의 데이터를 교정점수(点數)만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게 행렬을 W로 하고, Q=W^TW, D= A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, 상기 N에 대응하는 행렬을 n으로 하고, 상기 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따라 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, X를

의 수학식을 사용하여 산출하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 피가공물상의 상기 목표 위치에 상기 레이저 빔 조사 위치를 지향하기 위한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값을 최적으로 결정하는 미지 파라미터 행렬을 X로 하고, 최초의 교정시의 상기 가공 위치의 좌표나 그것에 상당하는 목표 위치의 좌표의 수차 결합으로 구성되는 1쌍의 데이터를 교정 점수만큼 나열한 행렬을 A_ex로 하고, A_ex에 대응한 상기 빔 주사 수단으로의 지령값으로 이루어지는 행렬을 B_ex로 하고, 이러한 A_ex및 B_ex에 부여할 가중값으로 이루어지는 무게행렬을 W로 하고, Q=W^TW, D= A_ex ^TQA_ex, N=A_ex ^TQB_ex로 하고, 새로운 교정시의 상기 D에 대응하는 행렬을 d로 하며, 상기 N에 대응하는 행렬을 n으로 하고, 상기 목표 위치의 좌표 및 이 목표 위치의 좌표에 가공할 때의 빔 주사 수단으로의 지령값 정보의 시간적 전후에 따라 가중의 정도를 가변시키는 망각 계수를 k(0 ≤k ≤1)로 했을 때에, 새로운 교정시의 시행 점수가 미지의 파라미터 행렬의 항수보다 적은 경우에, a=A_ex,q=Q, b=B_ex, P=D^-1로 하였을 때에, X를

의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는

레이저 가공 장치의 레이저 빔 위치 결정 장치.