WO2003080283A1

WO2003080283A1 - Dispositif de positionnement de faisceau laser destine a un appareil laser

Info

Publication number: WO2003080283A1
Application number: PCT/JP2002/002899
Authority: WO
Inventors: Takaaki Iwata
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-02
Also published as: KR100540541B1; CN1509220A; DE10296810T5; KR20040005990A; US20040105092A1; CN100479968C; US7006237B2; DE10296810B4; TW548155B; JPWO2003080283A1; JP3927541B2

Description

明細書レーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置技術分野

この発明は、レーザビームの位置決め精度を向上させることができる、あるいはレーザビームの位置決め精度を保持したまま環境の変化に柔軟に対応できる、レーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置に関するものである。背景技術

近年、ノソコン、携帯電話等の需要の増大により、情報通信産業は急速な発展を遂げている。この情報通信産業が牽引する電子、半導体分野では、機器を構成する電子部品の小型高密度化により、電子部品を搭載するプリント基板等への穴あけ、切断、トリミング、スクライビング等に関し、レーザを使用した加工技術の必要 1"生が増大している。

このレーザを利用した加工技術として、例えば、特開昭 6 3— 2 2 9 4 1 9号公報（従来技術）には、レーザビームを集光するレンズが持つ固有歪を補正する機能を有するレンズ歪補正装置について開示されており、また、このレンズ歪補正装置を用いたレーザ加工装置の実施例が記載されている。第 1 1図は、この従来技術にかかるレンズ歪補正装置を具えたレーザ加工装置を示す構成図である。このレーザ加工装置は、レーザ発振器 1 0 1からの出力を、レンズ歪補正装置 1 0 7がスキャナ 1 0 2、 1 0 3を制御し、スキャナ 1 0 2、 1 0 3が駆動するミラー 1 0 4、 1 0 5を動かすことによって集光レンズ 1 0 6を介して図示しない被加工物上にレーザビームを照射する。また、集光点位置検出手段としての C C Dカメラ 1 0 7と、 C C Dカメラ 1 0 7を搭載し、 X Y方向に移動可能な X— Y パルステーブル 1 0 8と、スキャナ位置と共に前記 C C Dカメラ 1 0 7の出力信号からカメラコントローラ 1 0 9を介して光点位置を表示するモニタテレビ 1 1 0と、 X— Yパルステーブル 1 0 8を制御するテーブルコントローラ 1 1 1と、 X— Υパルステーブル 1 0 8の移動量を記憶おょぴ補正できるディジタル演算処理装置 1 1 2とを有し、レンズごとにあらかじめレンズ歪による補正係数を単一の多項式モデルにより算出するとともに、この補正係数を記憶し、同じレンズを用いる場合には、対応する補正係数を読み出し、 X、 Υ信号の駆動信号を補正できるようにしたものである。

しかし、この従来技術は、集光レンズのレンズ歪を補正することによってレーザビ一ムの照射位置を修正するものであり、被加工物の大きさ、レーザ加工装置の経時的な変化等が考慮されておらず、加工エリアの大きさ、作業時間等に依存して加工穴の位置精度が劣化するという問題点を有していた。

また、例えば、作業"生を向上させるために装置をマルチビーム化するような場合には集光レンズ以外の光学系が複雑な構成になるが、集光レンズの歪みに特化した捕正のみをおこなうものであるから、この複雑さに対応できる柔軟性、拡張 1生に欠けていた。

さらに、この従来技術の場合、単一の多項式をモデルとして用いており、多項式の係数が固定された単一の多項式モデルと実際のシステムにはモデル誤差が存在し、このモデル誤差に起因するレーザビームの位置決め精度には限界があった。多項式モデルを使用する場合、この多項式モデルの次数をどれくらいにするかは、対象であるシステムの特性がどの程度非線形であるかということや、近似精度をどの程度よくしたいかなどによって変わってくる。一般的に、多項式の次数を上げていけば近似精度はよくなっていく力必要なキヤリブレーション点数が増えたりレーザビームの照射位置を制御する指令値の計算時間が増加し、作業性が低下するといつた課題が存在していた。

したがって、この発明は、従来の多項式モデルと実システム間のモデル誤差に起因する誤差を低減し、多項式モデルの近似精度を高めた場合であっても、キヤリブレーション時間おょぴ計算時間の増加を抑制し、被加工物の大きさ、システムの経時的変化等の変動要因に対しても加工精度を維持したレーザ加工装置を得ることを目的としている。発明の開示

この発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、被加工物を载置するステージと、レーザビームを発振するレーザ発振器と、前記レーザビームを前記ステージに載置された前記被加工物に照射するようレーザビームを導く光学装置と、この光学手段によって導かれるレーザビームを走査するビーム走査手段と、前記被加工物の加工済みの加工位置を計測する計測装置と、前記加工済みの加工位置の座標および目標位置の座標を用レ、て前記ビーム走査手段への指令値を算出する制御装置とを備えるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置において、前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、前曾己加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走查手段への指令値に、前記目標位置の座標と前記加工済みの加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出することを特^¾とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、加工済みの加工位置の座標およびそのときのビーム走査手段への指令値に、目標位置の座標と加工済みの加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走查手段への指令値を最適に決定する未知パラメ一タ行列を、前記加工済みの加工位置座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値に、前記目標位置の座標と前記加工済みの加工位置の座標との距離に応じた正規分布の重みを付けて算出することを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、加工済みの加工位置の座標およびそのときのビーム走查手段への指令値および目標位置の座標と加工位置の座標との距離に応じた正規分布の重みを付けて算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメ一タ行列を、 '前記加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値に、複数の前記目標位置を一つの群とする目標位置群の代表位置の座標と前記加工済みの加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出することを特 ί敷とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値に、複数の目標位置を一つの群とする目標位置群の代表位置の座標と加工済みの加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、前記複数の目標位置を一つの群とする目標位置群の代表位置が重心であることを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令を最適に決定する未知パラメータ行列を、加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値に、複数の目標位置を一つの群とする目標位置群の代表位置である重心座標と加工済み加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出することができる。つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、被加工物を载置するステージと、レーザビ一ムを発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器のレーザビームを走査するビーム走査手段を有し、前記レーザビームを前記ステージに載置された前記被カ卩ェ物に照射するようレーザビームを導く光学装置と、前記被加工物の加工済みの加工位置の座標を計測する計測装置と、前記加工済みの加工位置の座標おょぴ目標位置の座標を用レ、て前記ビーム走査手段への指令値を算出する制御装置とを備えるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置において、前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、前記被加工物のエリアを複数に分割し、前記目標位置の座標がある該当エリァに 1の重みを付けて算出するとともに、この該当ェリァ以外の非該当ェリアに 1より小さい重みを付けて算出することを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、被加工物のェリァを複数に分割し、目標位置の座標がある該当ェリアに 1の重みを付けて、また、この該当ェリァ以外の非該当エリァに 1より小さい重みを付けて算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、前記被加工物のエリアを 4分割することを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、被加工物のエリアを 4つに分割し、目標位置の座標がある該当エリアに 1、残りの 3つのェリアに 1より小さい重みを付けて算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、前記被加工物のエリアを中心からの距離を同一にする同心円を境界とするエリアに設定することを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走查手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、被加工物のエリアを中心からの距離を同一にする同心円を境界とするエリアに分割し、目標位置の座標がある該当エリアに 1、残りのエリアに 1より小さい重みを付けて算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、被加工物を載置するステージと、レーザビームを発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器のレーザビームを走査するビーム走査手段を有し、前記レーザビームを前記ステージに載置された前記被加工物に照射するようレーザビームを導く光学装置と、前記被加工物の加工済みの加工位置の座標を計測する計測装置と、前記加工済みの加工位置の座標おょぴ目標位置の座標を用いて前記ビーム走査手段への指令値を算出する制御装置とを備えるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置において、前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置の座標に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走查手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、前記加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数 k ( 0≤k≤l ) を用いて算出することを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、加工済みの加工位置の座標およびこのときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じて、重み付けの程度を可変する忘却係数 k ( 0≤k≤l ) を用いて、被加工物上の目標位置の座標にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適にする未知パラメータ行列を算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビーム照射位置を指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を Xとし、最初のキヤリブレーシヨン時の前記加工位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリブレーション点数分並べた行列を A _{e x}とし、 A _{e x}に対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B _{e x}とし、これらの A _{e x}および B _{e x}に与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D=A_ex ^TQA_ex、 N = A_e _x ^TQB_{e x}と置き、あらたなキヤリブレーション時の前記 Dに対応する行列を d とし、前記 Nに対応する行列を nとし、前記目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤ 1) としたときに、 Xを、

X = {kD+dy kN + n)

の式を用いて算出することを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビーム照射位置を指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を Xとし、最初のキヤリブレーション時の加工位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリプレーション点数分並べた行列を A_{e x}とし、 A_exに対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B_{e x}とし、これらの A_exおよび B_{e x}に与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D = A_{e x} ^TQA_ex、 N = A_ex ^TQB_{e x}、と置き、あらたなキヤリプレーション時の前記 Dに対応する行列を dとし、 Nに対応する行列を nとし、目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走查手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤ 1) としたときに、 Xを、

の式を用いて算出することができる。

つぎの発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、上記の発明において、前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビーム照射位置を指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を Xとし、最初のキヤリブレーション時の前記加工位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリブレーション点数分並べた行列を A_{e x}とし、 A_{e x}に対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B _{e x}とし、これらの A _{e x}および B _{e x}に与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D = A_ex ^TQA_ex、 N = A_e _X ^TQ B _{e x}と置き、あらたなキヤリブレーション時の前記 Dに対応する行列を d とし、前記 Nに対応する行列を ηとし、前記目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤ 1) としたときに、あらたなキャリプレーション時の試行点数が、未知パラメータ行列の項数より少ない場合に、 a=A_ex、 q=Q、 b-B_ex、 P =D— ¹と置いたときに、 Xを、 kN + i

の式を用いて算出することを特徴とする。

この発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビーム照射位置を指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を Xとし、最初のキヤリブレーシヨン時の加工位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリプレーション点数分並べた行列を A_exとし、 A_exに対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B_exとし、これらの A_exおよび B_exに与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D=A_ex ^TQA_ex、 N = A_ex ^TQB_exと置き、あらたなキヤリプレーション時の前記 Dに対応する行列を dとし、 Nに対応する行列を nとし、目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走查手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤l) としたときに、あらたなキャリブレーション時の試行点数が、未知パラメータ行列の項数より少ない場合に、 a=A_ex、 q=Q, b = B_ex、 P = D— ¹と置いたときに、 Xを、

R

X =■ ― -α^τ q~^l +a—a^T a— H kN + n

k k ノ k の式を用いて算出することができる c 図面の簡単な説明

第 1図は、シングルビームレーザ加工装置を模式的に示した構成図であり、第 2図は、マルチビームレーザ加工装置を模式的に示した構成図であり、第 3図は、主偏向ガルバノスキャナ 1 2および副偏向ガルバノスキャナ 9への指令値と主穴および副穴の座標の関係を示したブロック線図であり、第 4図は、レーザ加工装置における一般的な位置決めステップを示したフローチヤ一トであり、第 5図は、第 3図に逆写像モデルを適用したマルチビームレーザ加工装置 2における目標位置座標、指令値、加工位置座標の関係を示したブロック線図であり、第 6図は、重み付け法による位置決めステップを示すフローチャートであり、第 7図は、実施の形態 1にかかる穴ブロック別重み付け法による位置決め処理の概念を示した説明図であり、第 8図は、第 7図の被加工物を 4つのエリアに分割する考え方を示した説明図であり、第 9図は、この実施の形態 3にかかる処理のフローを示すフローチャートであり、第 1 0図は、第 9図のフローチャートにおいて特別な場合（あらたな試行点数く多項式の項数）の処理フローを示すフローチャートであり、第 1 1図は、この従来技術にかかるレンズ歪補正装置を具えたレーザ加工装置を示す構成図である。発明を実施するための最良の形態

この発明にかかるレーザ加工装置のビーム位置決め方法およぴビーム位置決め装置は、下記に詳述するシングルビームレーザ加工装置またはマルチビームレーザ加工装置に適用できる装置である。以下、添付図面を参照して、この発明にかかるレーザ加工装置のビーム位置決め方法およびビーム位置決め装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態 1 .

( 1 ) シングルビームレーザカ卩ェ装置の構成および動作

第 1図は、シングルビームレーザ加工装置を模式的に示した構成図である。同図において、シングルビームレーザ加工装置 1は、レーザビーム 2を発振するレ一ザ発振器 3と、その光路を変えるいくつかのベンドミラー 4と、ビーム 2の光路に設けられた 2つの偏向ガルバノミラー 1 1と、その偏向ガルバノミラーの角度を変えるための偏向ガルバノスキャナ 1 2と、ビームを集光する f 0レンズ 1 3と、被加工物 1 4を載せる XYステージ 1 5と、被加工物 1 4の加工穴を観測するための C C Dカメラ 1 6と、レーザ発振器 3、 XYステージ 1 5およびガルバノスキャナ 1 2を制御する制御装置 1 7から構成される。

つぎに、レーザ加工装置 1の動作について説明する。第 1図において、レーザ発振器 3から出力されたレーザビームは、いくつかのベンドミラー 4やガルバノミラー 1 1によりその光路が構成される。制御装置 1 7は、決められたタイミングでレーザ発振器 3をトリガーし、レーザビーム 2を発振する。発せられたレーザビーム 2は、その光路の途中に設けられたベンドミラー 4と偏向ガノレバノミラ一 1 1を経て f Θ レンズ 1 3にて集光され、 X Yステージ上に置かれた被加工物 1 4に達し、被加工物 1 4を加工する。ガルバノミラー 1 1は、各々が、ガルバノスキャナ 1 2に取り付けられており、軸回転運動をすることが可能である。ガルバノスキャナ 1 2、レーザ発振器 3、 C C Dカメラ 1 6、 X Yステージ 1 5は制御装置 1 7により各々の動作が制御できるようになつている。

( 2 ) マルチビームレーザ加工装置の構成および動作

第 2図は、マルチビームレーザ加工装置を模式的に示した構成図である。同図において、レーザビーム 2を分光する分光用ビームスプリッタ 7と、この分光されたレ一ザビームのうち、ベンドミラー 4を通過する分光レーザビーム 6の光路に設けられた 2つの偏向ガルバノミラー 8と、その偏向ガルバノミラー 8の角度を変えるための偏向ガノレバノスキャナ 9と、分光用ビームスプリッタ 7で分光された一方の分光レーザビーム 6と他方の分光レーザビーム 5とを再度合成する合成用ビームスプリッタ 1 0とを備え、その他の構成は、第 1図に示したシングルビームレーザカ卩ェ装置と基本的に同一であり、同一構成部分には同一符号を付している。なお、偏向ガルバノミラー 8と 1 1、偏向ガルバノスキャナ 9と 1 2、レーザビーム 5と 6とを区別するため、 1 1を主偏向ガルバノミラー、 8を副偏向ガルバノミラー、 1 2を主偏向ガルバノスキャナ、 9を副偏向ガルバノスキヤナ、 5を主偏向レーザビーム、 6を副偏向レーザビームと呼称する。

つぎに、マルチビームレーザ加工装置 2の動作について説明する。第 2図において、レーザ発振器 3により発振されたレーザビーム 2はいくつかのベンドミラ一 4を経たあと分光用ビームスプリッタ 7により主偏向レーザビーム 5と副偏向レーザビーム 6に分けられる。副偏向レーザビーム 6はその後いくつかのベンドミラー 4と 2つの副偏向ガルバノミラー 8を経て主偏向レーザビーム 5の光路上に設けられた合成用ビームスプリッタ 1 0に至り再び主偏向レーザビーム 5と合流する。その後主偏向レーザビーム 5および副偏向レーザビーム 6は、その光路上に設けられた 2つの主偏向ガルバノミラー 1 1を経て f Θ レンズ 1 3によって集光される。集光された主偏向レーザビーム 5と副偏向レーザビーム 6は、 X Y ステージ 1 5上に配置された被加工物 1 4に穴を加工する。副偏向ガノレパノミラ一 8と主偏向ガルバノミラー 1 1はそれぞれ、副偏向ガルバノスキャナ 9と主偏向ガルバノスキャナ 1 2に固定されており、ガルバノスキャナは制御装置 1 7によりその角度を制御することができる。

シングルビームレーザ加工装置は、通常、一つの発振されたビームで 1つの穴が加工されるが、この一つの穴が加工される技術は、マルチビームレーザ加工装置の主偏向の技術と同一である。

一方、マルチビームレーザ加工装置 2では、通常、 1つの発振されたビームにより 2つの穴が加工される。いま、主偏向レーザビーム 5によって加工される穴を主穴、副偏向レーザビーム 6によつて加工される穴を副穴と定義する。

第 3図は、主偏向ガルバノスキャナ 1 2および副偏向ガルバノスキャナ 9への指令値と主穴および副穴の座標の関係を示したプロック線図である。主穴の座標 ( X , y ) は、 2つの主偏向ガルバノスキャナ 1 2の角度を調節する指令値（X _c , y _c) により決定され、副穴の座標 ( p , q ) は、主偏向ガルバノスキャナ 1 2の角度を調節する指令値（x _c , y _c ) と副偏向ガルバノスキャナ 9の角度を調節する指令値（p _c , q _c ) の 4変数により決定される。すなわち、ガルバノスキヤナヘの指令値が決まればその結果、穴の座標が決定されるとレ、うことを意味している。

( 3 ) レーザ加工装置による位置決めおよび指令値の出力

第 4図は、レーザ加工装置における一般的な位置決めステップを示したフローチャートである。この位置決めステップは、シングルビームレーザ加工装置 1およびマルチビームレーザ加工装置 2に共通に適用できる技術である。第 3図のように、マルチビームレーザ加工装置 2に固有の技術も存在するので、これ以降、説明が煩雑になることを避けるため、マルチビームレーザ加工装置 2を中心に説明をしていく。なお、シングルビームレーザ加工装置 1に適用できる技術については、その旨を付記する。

第 4図において、一般的な位置決めはキヤリブレーションパターンの作成ステップ（ステップ S' 1 ) 、試行加エステップ（ステップ S 2 ) および試行加工位置座標の測定ステップ（ステップ S 3 ) からなるキャリブレーションステップと、キャリブレーションでのデータの読み込みステップ（ステップ S 4 ) 、目標位置座標行列およぴ指令値行列の計算ステップ（ステップ S 5 ) ならびに未知パラメ一タ行列の計算ステップ（ステップ S 6 ) からなる位置決めステップと、加工パターンの目標位置データの作成ステップ（ステップ S 7 ) からなるパターンデータ作成ステップと、ワーク補正ステップ（ステップ S 8 ) 、指令値計算ステップ (ステップ S 9 ) および指令値の出力ステップ（ステップ S 1 0 ) からなるオンライン処理ステップとの大きく 4つの処理ステップからなる。

つぎに、キャリブレーションステップの細部について説明する。まず、キヤリプレーション用の主偏向目標位置データ（主偏向目標位置座標が試行点数分記述されているもの）と副偏向目標位置データ（副偏向目標位置座標が試行点数分記述されているもの）を準備する（ステップ S 1 ) 。この主偏向目標位置データあるいは、副偏向目標位置データは、格子状配列パターン、ランダムパターン等どのようなパターンでもよい。また、データ数は穴あけの位置精度によっても異なるが、あとで説明する実施例では、 1 0 0個のデータを設定している。さらに、このキャリブレーション用のデータを用いて、実際に試行加工用素材にレーザビームで穴を空ける（ステップ S 2) 。そして、この空けられた加工穴の位置を CCDカメラ 16で撮像し、その加工穴の座標を測定する（ステップ S 3) 。この測定された加工穴の座標データは、つぎの位置決めステップに渡される。実際の測定は、 XYテーブル 15が CCDカメラ 16の直下に移動し、試行加工穴の位置を撮像する構造となっており、ガルバノミラー 1 1と CCDカメラ 1 6の位置は固定されているので、両者の相対位置が分かれば、穴位置の正確な座標が求められる。

マルチビームレーザ加工装置 2では、一つのレーザパルスで主穴と副穴の 2つの穴が同時に加工されるが、キャリブレーションの順序は、主穴、副穴の順におこなう。これは、主偏向のキャリブレーション時には副穴は不要であり、また、副偏向のキャリブレーション時には主穴が不要である。加えて、 CCDカメラによって穴の位置を測定するとき、主穴と副穴が同時に存在すると、両者を識別する必要があるので、キヤリブレーション時では片方のビームをシャッターなどにより遮断する等の配慮が必要である。

つぎに、位置決めステップの細部について説明する。このステップは主穴、副穴の両者についておこなうが、未知パラメータ数（多項式の項数）の違いによる行列の列の数が異なる点を除き、両者の処理は共通である。なお、処理の詳細は後ほど詳述することにし、ここでは処理の概要について説明する。

まず、キヤリプレーションでの副変更の指令値データと加工位置データおよびそのときの ί偏向の目標位置データを読み込み（ステップ S 4) 、加工位置データと目標位置データから A_ex行列を、指令値データから B_ex行列を求める（ステツプ S 5) 。そして、ステップ S 5で求めた A_ex行列、 B_ex行列を用い、目標とする穴の位置と実際の穴の位置との差を最適化する制御のために、ある評価関数（例えば最小二乗法）に基づき、この最適制御に必要な未知パラメータ行列 Xを計算する（ステップ S 6) 。ここで求めた未知パラメータ行列 Xは、オンラィン処理ステツプに渡される。つぎに、パターンデータ作成ステップでは、レーザ加工装置ユーザが、プリント基板等に穴を空けたいパターンの目標位置データを作成し、このデータをオンライン処理に渡す（ステップ S 7 ) 。

そして、オンライン処理ステップのワーク捕正では、被加工物 1 4が実際 X Y ステージに設置されたときに、被加工物の形状の歪み、変形等を検出し、その捕正値を計算する（ステップ S 8 ) 。実際の工程では、マルチビームレーザ加工装置 2は、 C C Dカメラおよび X Yステージを使つて被加工物にあらかじめ付けておいたマークの座標を測定する。被加工物に伸縮がなく理想的に決められた位置に設置されている場合には、そのまま加工を行えばよい。し力し、現実的には被加工物に伸縮があったり、 X Yステージ上の所定の位置にきちんと設置することがむずかしい。そこで、このマークの座標をもとに加工パターンを記載した目標位置データを修正する必要があり、この修正処理がワーク補正である。その後、ステップ S 8で求めたワーク補正値と、位置決めステップでの出力値と力ゝら、指令値を計算し（ステップ S 9 ) 、この指令値をガルバノスキャナに出力する（ステツプ S 1 0 ) 。

( 4 ) 最小二乗法による逆写像近似モデルの推定

レ、ま、この物理的な相関の方向を順方向の写像とするとき、実際の加工上必要となるのは、第 3図とは方向の写像である。マルチビームレーザ加工装置 2は、ユーザが加工したい穴の座標に対して、ガルバノスキャナに与えるべき指令値を求めなければならない。そのため、このマルチビームレーザ加工装置 2は、この逆写像を内部でおこなえるよう、逆写像モデルを適用している。この関係を示したプロック線図を第 5図に示す。

第 5図は、第 3図に逆写像モデルを適用したマルチビームレーザ加工装置 2における目標位置座標、指令値、加工位置座標の関係を示したブロック線図である。ここで、主偏向の座標は x、 yで、副偏向の座標は p、 qで表す。下添えの英字 cは指令値（control) 、 dは目標値（desire) 、上添えの英字 eは推定値 (est imate) を示している。同図において、主偏向目標位置座標 (x_d, y_d) 、主偏向逆写像モデルによって主偏向指令値（x _e ^e, y _c ^e) に変換され、マルチビームレーザ加工装置 2の制御装置 1 7が、この主偏向指令値（x_c ^e, y _c ^e) を主偏向ガルバノスキャナ 12に指令することで、主穴（x ^e y ^e) の位置に穴が空けられる。この主穴は、 x ^e= x _d y ^e = y_dの関係が成り立つのが理想型であるが、現実には誤差が生じる。一方、副穴については、副偏向逆写像モデルによって副偏向指令値（p _c ^e q _c ^e) に変換されるとき、副偏向目標位置座標（p _d q _d) だけでなく、主偏向目標位置座標 (x _d, y _d) も使うことが、主穴と異なるところである。これは、上述したように、副穴は、主偏向ガルバノスキャナ 12の角度を調節する指令値と副偏向ガルバノスキャナ 9の両方の角度を調節する指令値の合計 4の変数により決定されるからである。

つぎに、第 5図に示した、逆写像の近似モデルについて説明し、併せて最小二乗法により未知パラメータを求める要領について詳細に説明する。

まず、この発明で'は、逆写像の近似モデルとして、つぎに示す多項式を用いた。具体的に主偏向指令値 X および y _c ^eを表す式は、

< = Q + ^1,0¾ + ¾ + ^mi,l^X^ + ^m2,0^Xd + ^m0,iyd²

"） yc^e = " + +

+■■·

となる。ここで、

n_u ( i , j =0, 1, 2, は、それぞれ x _dと y _dの次数に相当）は、上記多項式の係数であり、未知パラメータである。

同様に、副偏向指令値 p _c ^e， q _c ^eを表す式は以下の式となる。

Pc ~ ^mo,o,o,o + ^m],0,0,0 d + ^W¾,l,0,0 rf +

d )

ただし、！^ η^._Λ1( i , j , k, 1=0,1,2，は、それぞれ x _d, y _d, p _d， q _dの次数に相当）は、多項式の係数（未知パラメータ）である。

つぎに、式 1および式 2を行列表現を用いて既知の係数部分と未知の係数部分に分ける。主偏向の場合は、

B^e = [x_c ^e,y_c ^e]

=ΑΧ (式 3)

であり、副偏向の場合は、

e = [p%q_c ^e] m, 0,0,0,0' "0,0,0,0

m、 ,0,0,0, "1,0,0,0

^0,1,0,0' "0,1,0,0

= [l,x_d,y_d,P_d,q_d,---]

■0,0,1,0， "0,0,1,0

m 0,0,0,1 ' ^W0, 0,0,1

=AX (式 4)

となる。なお、この行列 Xを未知パラメータ行列と呼称する。

未知パラメータは、キヤリブレーションと呼ばれる事前の何箇所かの試行結果から求められることは、第 4図のフローで説明した。試行を一回おこなうと一組のデータ、すなわち主偏向なら x_c ^e， y _c ^e, x, y、副偏向なら x , y _c ^e, p_c ^e, q _c ^e, p， qが求まる。左肩の番号を試行の番号とすれば、

ιΑ = [1,^ιχ,'γ,'χγ, χ²,^ιγ²,'-]

王偏向 (式 5)

= [^xx_c y_c] …

¹ =[1 A¹ …]

甶' IJ偏向 (式 6)

X = ['p_c q_c]

を定義することができる。キャリブレーションの試行を 100箇所でおこなえば、上記 iA行列、；B行列が 100個ずつ求まることになる。これらの行列を縦に並べて、さらに以下の行列を定義する（第 4図のステップ S 5に相当）

(式 7)

最小二乗法では、以下の評価関数を最小にする未知パラメ一タ行列 Xを求めればよい。

J = {A_exX-B {A_exX-B_ex)

(式 8)

= {Bl_x-B_ex)^T{B_e ^e _x-B_ex)

Jを最小にする未知パラメータ行列 Xは、

····· (式 9) で求められる（第 4図のステップ S 6に相当）。また、この未知パラメータ行列から、ガルバノスキヤナを制御するための指令値を計算し、出力することができる（第 4図のステップ S 9およびステップ S 10) 。

なお、逆写像モデルとして使用する多項式の次数をどれくらいにするかは、対象であるシステムの特性がどの程度非線形であるかということや、近似精度をどの程度高めたいかによつて変わってくる。一般的に多項式の次数を上げていけば近似精度はよくなつていく力必要なキャリブレーション点数が増えたり、オンライン処理での指令値の計算時間が増加することになる。

(5) 重み付け法による位置決め処理

第 6図は、重み付け法による位置決めステップを示すフローチヤ一トである。同図での処理ステップは、第 4図と同様に、キャリブレーションステップ、位置決めステップ、パターンデータ作成ステップぉょぴオンライン処理ステツプの大きく 4つのステップからなる。第 4図と異なるところは、ステップ S 3で測定した試行加工穴の加工位置データとステップ S 7で準備したこれから空けようとする目標位置座標との位置関係による処理（例えば、距離の大小） (ステップ S 1 1) 、位置関係の差異による重み行列の計算（ステップ S 12) をおこない、未知パラメータ行列 Xを求める点である。その他の処理については、同一の処理手順であり、同一部分には同一符合を付して示している。

重み付けを考慮した評価関数を Jwとすると、 Jwは（式 8) から

Jw = (WA^X - W j (WA^X - WB …… （式 10) となり、この評価関数 J wを最小にする解 Xwは、式 9のアナロジーで

Xw = (AJ^TV^TWAJ-、 W^rWB …… (式 1 1)

= {A QA_ex A_e ^T _xQB_ex ·'··· (式 12) により求まる。ただし、 Q=JV^TJVである。

(6) 穴プロック別重み付け法による位置決め処理

第 7図は、実施の形態 1にかかる穴ブロック別重み付け法による位置決め処理の概念を示した説明図である。同図は、キャリブレーションパターンによって穴が空けられた被加工物とこれから加工しようとする穴の位置を示している。同図において、 31は被加工物を、 32はキャリブレーションによって穴あけされた加工穴を、 33は穴を空けたい目標穴を、 34は穴を空けたい目標位置データ群を示している。

基本的な考え方は、これから加工しようとする目標穴 33とキヤリプレーションによって穴あけされた加工穴 32との距離を計算し、距離が短ければそのデータの重みを厚くし、距離が遠ければ重みを薄くするというものである。具体的な例として、キャリブレーション時の主偏向目標位置座標 xd, iy_d) ( ί=1,· ··, 100)とこれからから空けようとする主偏向目標位置座標（x_d， y_d) との距離で距離 dを定義した。

. (式 13)

なお、副偏向を用いても同様に、また、主偏向と副偏向両方を用いても距離は定義できる。この距離に対し重みを定義していけばよレ、。例えば、以下のような正規分布を考える。 w 1,2,3,· (式 1 4 )

ただし σは分布の分散で、自由パラメータである。分散を小さくしていけばより高精度なモデルを期待できるが、小さくしすぎるとある距離で重みが限りなく 0に近づくので、逆行列の計算ができなくなる。この重み付けは、これから空けようとしている目標穴 3 3—つに対して重み行列 Wが

W = diag{¹ w,²w,- · -^1C0w} (式 1 5 ) のように一つ定義できる。ここで、 diag とは対角行列であることを示している。未知パラメータ行列 Xはこの重み行列 Wを使い、式 1 1から

X = (A ^TWA_ex r^lA W^TWB_ex … · . （式 1 6 )

と一つ求まることになる。

この穴プロック別重み付け法は、距離が近いデータを信頼度が高いデータとして重みを厚くするのに対し、距離が離れているデータは信頼度が低いデータとして重みを薄くして取り扱う考え方である。この考え方は、距離が近いデータと離れているデータを画一的に取り扱おうとする（4 ) で説明した単なる最小二乗法による処理とは一線を画してレヽる。

以上の処理は、第 6図の位置決めステップでのステップ S 1 1、ステップ S 1 2およびステップ S 6の処理手順に相当するものであるが、オンライン処理ステップのステップ S 9では、一つの穴に対して一つの未知パラメ一タ行列をあらかじめ用意していなければならない手順であり、高精度ではあるが記憶容量を多く必要とする。

そこで、目標位置データ群 3 4のようにこれから空けようとする目標位置データを群にわけて、例えば、この目標位置データ群 3 4の重心を代表穴の座標とし、一つの群に対して一つの未知パラメータ行列を算出しておけばよい。また、実施の形態 1にかかるマルチビームレーザ加工装置 2の使用者は、使用目的に応じて群の規模を変えたり、部分的に群を細かくしたりと自由に使い分けることができる。

なお、これまではマルチビームレーザカ卩ェ装置 2について説明してきたが、この穴プロック別重み付け法による位置決め処理の概念を、シングルビームレーザ加工装置 1に適用できることは言うまでもないことである。

実施の形態 2 .

つぎに、この発明の実施の形態 2について説明する。逆写像モデノレとして使用する多項式の次数をどれくらいにする力は、対象であるシステムの特性がどの程度非線形であるかということや、近似精度をどの程度よくしたいかなどによって変わってくる。一般的に、多項式の次数を上げていけば近似精度はよくなつていくが、必要なキヤリプレーション点数が増えたりオンライン処理の指令値の計算ステップ（第 6図のステップ S 9 ) での演算時間が増加していく。

そこで、オンライン処理での計算時間をそれほど増加させず、またキヤリブレーション点数も特に増やすことなく近似精度を高めることを考えた。この考え方をシングルビームレーザ加工装置 1またはマルチビームレーザ加工装置 2の制御装置 1 7に適用したのが、実施の形態 2である。

実施の形態 2にかかる位置決めステップは、実施の形態 1と同様に第 6図のフローチャートで実施できる。実施の形態 1とは、位置決めステップの位置関係による処理ステップ（ステップ S 1 2 ) と重み行列 Wの計算ステップ（ステップ S 1 3 ) の処理が異なるだけである。

第 8図は、第 7図の被加工物を 4つのェリァに分割する考え方を示した説明図である。まず、第 8図に示すように、被加工物加工エリアをエリア 1〜エリア 4 の 4つに分割した。同図において、 4 1はす皮力 [1ェ物であり、 4 2はキヤリブレーションによって穴あけされたキャリブレーション穴を、 4 3は穴を空けたい目標穴を、 4 4は穴あけの対象となるエリア（同図ではエリア 1 ) を、 4 5は穴あけの対象とならないエリア（同図ではエリア 4 ) を示している。各エリアごとに逆写像モデルをそれぞれ作ること、すなわち口一カルなモデルを作ることで近似精度の向上が期待できる。

逆写像モデルとして多項式の次数を決定すると、それに応じて必要なキヤリブレーシヨン点数が決まってくる。このとき、第 6図のステップ S 6の処理において式 1 6で示した演算をおこなうが、キヤリブレーシヨン点数が少ないと行列が正則でなくなり逆行列を計算できなくなる。

第 8図に示したように、これから加工したい目標穴 4 3がエリア 1にあるとする。このエリア 1を対象ェリア 4 4とすると、対象ェリア 4 4の逆写像モデル多項式の係数を計算する最も直感的な手法は、キヤリブレーションデータのうち対象エリア内にあるものだけを用いて計算する手法である。ところがこの手法だと、上述の理由により対象エリア内でのキヤリブレーションを十分におこなわなければならず、キヤリブレーションに費やされる時間が増大する。

そこで、対象エリアの逆写像モデル多項式の係数演算において、非対象エリア 4 5にあるキャリブレーションデータをも使うことを考える。対象エリア内にあるキヤリプレーションデータには重み 1をかけ、非対象エリアにあるキヤリブレーシヨンデータには 0以上 1以下（例えば 0 . 1など）の重みをかけて未知パラメータ行列を計算する。このように重みをかけることにより、対象エリア内のキャリプレーションデータを増やすことなく、効果的に対象ェリァ固有の未知パラメータ行列を計算できる。いま、試行 1が対象エリア内で、試行 2、 3が非対称エリア内とすると、 Wを対角行列（diag) を用いると、

W = diag {1, 0. 1， 0.1, · · · } (式 1 7 ) で表せる。

すなわち、上記の例では試行 1が対象エリア内で試行 2、 3、が非対象エリア内なので重み行列は対角成分に順番に 1， 0 . 1 , · · · ·， 0 . 1のものを作ればよいということを意味している。

未知パラメ一タ行列は、以下の式 1 6 (再掲）を用いて計算すればよい。

X =

AJ^T V^TWB_ex … · · （式 1 6 )

なお、エリアの分割は、 4分割に限定されるものではなく、複数であれば何れでもよレ、。また、エリアの形は矩形に限定されるものでもなく、例えば中心からの距離を同一にする同心円を境界とするエリアを設定してもよい。

さらに、上述してきた、このエリアを分割による簡易重み付け法は、シングルビームレーザ加工装置 1およびマルチビームレーザ加工装置 2に共に適用することができる。

実施の形態 3 .

つぎに、この発明の実施の形態 3について説明する。キャリブレーションはシステムが時不変であれば、はじめに 1回だけおこなえばよいが、実際は熱によるレンズ特性の変化やビーム特性の変化などによりシステムは経時変化する。レーザ加工装置ユーザは、システムが経時変化したと判断したとき、キヤリブレーシヨンを再度おこなわなければならない。

しかしながら、システムの経時変化が起きる度に加工を中断し、さらに数百点の試行加工をおこない、 C C Dカメラで加工位置を確認する作業を再度しなおすというのは得策ではない。

そこで、キャリブレーション処理、位置決め処理での処理時間を増加させることなく近似精度を高めるための処理として、忘却係数という概念を導入した。この忘却係数を用いたキヤリブレーション処理をシングルビームレーザ加工装置 1 またはマルチビームレーザ加工装置 2の制御装置 1 7に適用したのが、実施の形態 3である。

通常、 1回のキャリブレーションで必要な試行点数は、光学系がどれだけ強い非線形か、ビームの位置精度の要求仕様はとの程度か、などといったことにより使用する多項式の次数を決定し、少なくともその多項式の項数は必要となる。また、逆行列が計算できるためには行列がフルランクでなければならないが、これは、キヤリブレーションで得た情報が十分リツチであることに相当する。 1回目のキャリブレーションの試行点数が 1 0 0点だとすると、 2回目のキヤリブレーシヨンも 1 0 0点の試行点数を用い、あらたなキヤリブレーションで作った行列で、未知パラメータ行列 Xを計算しなおすことになる。いま、 1回目のキヤリブレーシヨンで求めた A _ex行列および B_ex行列は式 7 (再掲）から

(式 7)

となる。また、 2回目以降のキャリブレーションは試行番号は 1 0 1からになるので

ん= (式 1 8)

で表せる。このあらたに作つた行列で未知パラメータ行列を計算しなおせばよレヽ。しかしながら、システムの経時変化が起きる度に数百点試行カ卩ェをおこなうのは時間がかかりすぎてしまうという問題がある。そこで、以下のことを考える。未知パラメータ Xを計算する式 1 2 (再掲）は、

····· (式 1 2)

(ただし、 Q=JV^TW~)

であり、式 1 2において

D = A_e ^T _xQA_ex ·.'.· (式 1 9)

N = A_e ^T _xQB_ex …… （式 20) とおけば、未知パラメータ Xを計算する式 1 1は、

' Χ_χ=Ώ~Ν …… （式 2 1)

と書くことができる。の右下の数字 1は、キャリブレーションの回数を意味する。ここで、加工穴を数個増やし、すなわちキャリブレーションデータをあらたに数組増やしてパラメータを計算することを考える。その計算式は以下のように書くことができる。 X₂^(D + d₂ N + n₂) (式 22)

ここで、 d₂、 n₂は、あらたに加工した穴のキャリブレーションデータから作る行列である。本来ならば d ₂、 n₂だけで

d^ n₂ = · · · (式 23 )

とパラメータを計算できれば理想的であるが、データ数が少ないと d₂、 n₂は計算できない。これは、データ数が少ないと行列 d ₂ ¹はフルランクにならず、逆行列を持たないからである。

式 22を使えばパラメータは計算できる力温度変化などによりシステムが変化している場合には、あらたに得られたデータは信頼性が高いが、過去のデータはそれほど信頼性が高いわけではレ、。

そこで過去のデータへの信頼度、あるいは過去のデータを忘れる度合いの程度として、上述した忘却係数 kを導入する。 kは、 0≤k≤ 1の範囲の実数であり、 k = 0は過去の情報を全く使わないことに相当し、 k = 1は過去の情報を全て使うこと、すなわち忘却しないことに相当する。

このとき、以下の計算式により未知パラメータ行列 X₂を計算すると

X₂ ={kD + d₂)~ {kN + n₂) (式 24)

となる。以下、キャリブレーションの都度、この処理を操り返していけばよい。第 9図は、この実施の形態 3にかかる処理のフローを示すフローチヤ一トである。また、同図では、実施の形態 1および実施の形態 2の処理フローとして示した第 6図において、キャリブレーションステップ、位置決めステップおよびオンライン処理ステップの処理のうち、忘却係数を用いたキヤリブレーション処理に関係する部分のみの処理のフローを示している。

第 9図において、まず、 1回目のキャリブレーション時には、第 6図のキヤリブレーションステップに相当する試行処理がおこなわれる（ステップ S 20) 。つぎに、第 6図の位置決めステップに相当する N の作成（ステップ S 2 1) および X の計算（ステップ S 22) がおこなわれ、メモリに記憶される。そして、第 6図のオンライン処理ステップに相当する指令値の計算がおこなわれ (ステップ S 23) 、パターン加工がおこなわれる（ステップ S 24) 。

パターン力卩ェの処理の終了を判定し（ステップ S 2 5) 、引き続きパターンカロェを実施する場合には、経時変化があつたかどうかを判定し (ステップ S 26) 経時変化がない場合には、現在の未知パラメータ Xに基づき計算された指令値によつて、一連のパターン加工が継続される。

ここで、ステップ S 26で経時変化があつたと判定された場合には、 i + 1回目のキャリブレーションステツプの処理に移行する。ここでは、あらたな数点の試行パターンによる試行加工およびカ卩ェ位置座標の測定がおこなわれ（ステップ S 27) 、この数点の加工穴情報に基づき、 dおよび nが作成され（ステップ S 28) 、同図に示した忘却係数を用いた計算式に基づき、 D_{i + 1}および N_{i + 1}が作成され（ステップ S 29) 、また _{+ 1}が計算される（ステップ S 30) 。以下、 1回目のキャリブレーション同様に指令値の計算（ステップ S 23) およびパターン加工（ステップ S 24) がおこなわれる。

ここで、忘却係数を用いたキャリブレーション処理について考察してみる。まず、式 2 1と式 1 9を比較すると式 2 1の方があらたに計測したデータに信頼性をおいている点でよりよい結果を得ることができる。また式 20と異なり、データ数が十分あるので行列のランクが落ちず、逆行列計算が不可能となることはなレ、。

さらに 3回目のキャリブレーション時のパラメータ計算式は

X₃ =(k(kD + d₂) + d₃y k(kN + n₂) + n₃) (式 25)

= (k²D + kd, +d₃ ^] (k²N + kn₂ + n₃ ) (式 26) となり、キヤリブレーションの回数が増えていくごとに最初のデータは忘却されていく。式 2 1〜式 2 3を見ればわかるように、過去のキャリブレーションでの試行データをすベて覚えておく必要はなく、キヤリブレーションごとに作成した行列 Nと行列 Dの 2つの行列を覚えておけばよレ、。

あらたなキヤリブレーションでの試行点数が、モデル多項式の項数より少ない場合には、逆行列の演算時の付加を考慮した以下の方法が有効である。いま、式 2 1において、 D一と置くと、すなわち X i =P iNiとなるように P -iを定義すると、 i回目のキャリブレーション時の P；行列から i + 1回目の行列をつぎのように計算できる。

P_M = (kP~^l + a^Tqa)-^] (式 27 )

E ^ 、 q ¹ +α—α' a (式 28)

V k "" ノ k ただし式を簡潔に表現するため、 i + 1回目のキャリブレーションであらたに測定したデータから求めた A_{e x}行列を a、そのときの重み行列 Q (=W^TW) を qと記述した。この P_i+1を用いた X_i+1は

X_M =P_MN_M =P_M{kN_{i +} n_M) ····· (式 29)

= P_M {kD_iX_i + n_M ) (式 30 ) と求まる。ただし、 n_i+1 (=a^Tq b) は、 i + 1回目のキャリブレーションであらたに測定したデータから求めた行列 A _{e x} Q B _{e x}のことである。

第 1 0図は、第 9図のフローチャートにおいて特別な場合（あらたな試行点数く多項式の項数）の処理フローを示すフローチャートである。第 9図と同じ処理ステップの部分については同一符合を付して示している。以下、第 9図のフローと異なる部分を中心に説明する。

第 1 0図において、 1回目のキャリブレーション時には、ステップ S 4 1では、 Dい Nい P iを作成する。また、ステップ S 42では、この Piを使用し X を求める。ステップ S 23〜ステップ S 2 7までの指令値の計算、パターン加工処理等については、第 9図と同様である。 i + 1回目でのキャリブレーションステップにおいて、ステップ S 43では、 a、 b、 qを作成し、ステップ S 44では忘却係数 kを用い、 P i、 aとから式 28を用いて P_i+1を計算する。また、ステップ S 45では N_i+1を、ステップ S 46では X_i+1を計算する。そして、 1回目のキヤリブレーション時と同様に指令値の計算およびパターン加工がおこなわれる。この方法では、逆行列演算は式 28の第 2項目に相当するが、この行列のサイズは [あらたな試行点数] X [あらたな試行点数] となる。式 24での逆行列演算でのサイズは [多項式の項数] X [多項式の項数] なので、 [あらたな試行点数] < [多項式の項数] の場合、計算負荷を小さくすることができる。このことは、処理精度よりも加工時間を優先するようなシステムにおいて、行列のサイズをコンパクトにして、逆行列を求める計算時間を短縮化することで、全体の処理時間の短縮化を図ることができる。

なお、上述してきた、この忘却係数を用いたキャリブレーション手法は、シンダルビームレーザ加工装置 1およびマルチビームレーザカ卩ェ装置に共に適用することができる。

以上説明したように、この発明によれば、制御装置が、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメ一タ行列を、目標位置の座標およびこの目標位置を加工するためのビーム走查手段への指令値に、目標位置の座標と加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出するようにしているので、従来の多項式モデルと実システム間のモデル誤差に起因する誤差を低減し、多項式モデルの近似精度を高めた場合であつても、キヤリブレーション時間おょぴ計算時間の増加を抑制することができる。つぎの発明によれば、制御装置が、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、目標位置の座標およびこの目標位置を加工するためのビーム走査手段への指令値および目標位置の座標と加工位置の座標との距離に応じた正規分布の重みを付けて算出するようにしているので、これから加工しょうとする目標位置に近い加工済みデータを重視した重み付けがなされており、加工の精度を高めることができるとともに、加工位置付近の近似精度を多項式モデルの項数を上げることなく高めるこ'とができるので、キヤリプレーション時間および計算時間を短縮することができる。

つぎの発明によれば、制御装置が、被 ¾ェ物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令^:を最適に決定する未知パラメータ行列を、複数の目標位置を一つの群とする目標位置群の代表位置の座標およびこの目標位置群の代表位置の座標を加工するためのビーム走査手段への指令値に目標位置群の代表位置の座標と加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出するようにしているので、加工位置付近の近似精度を多項式モデルの項数を上げることなく高めることができるので、キヤリブレーション時間および計算時間を短縮することができる。また、代表位置の座標に対応した未知パラメータだけを記憶しておけばよいので、記憶装置を節約することができる。

つぎの発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、複数の目標位置を一つの群とする目標位置群の重心位置の座標およびこの目標位置群の重心位置の座標を加工するためのビーム走査手段への指令値に目標位置群の代表位置の座標と加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出するようにているので、加工位置付近の近似精度を多項式モデルの項数を上げることなく高めることができるので、キヤリブレーション時間および計算時間を短縮することができる。また、代表位置の座標に対応した未知パラメータだけを記憶しておけばよいので、記憶装置を節約することができる。さらに、目標位置群のすべての目標位置について、偏りのない均等な近似精度を与えることができる。

つぎの発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、被加工物のエリアを複数に分割し、目標位置の座標がある該当エリアに 1の重みを付けて、また、この該当エリア以外の非該当エリアに 1より小さい重みを付けて算出するようにしているので、多項式モデノレの近似精度を高めた場合であっても、キヤリブレーション時間および計算時間の増加を抑制し、被加工物のサイズが変化しても、加工精度を維持することができる。

つぎの発明によれば、制御装置が、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、被カ卩ェ物のエリアを 4つに分割し、目標位置の座標がある該当エリアに 1、残りの 3つのエリアに 1より小さい重みを付けて算出するようにしているので、多項式モデルの近似精度を高めた場合であっても、キヤリプレーシヨン時間および計算時間の増加を抑制し、被加工物のサイズが変化しても、加工精度を維持することができる。

つぎの発明によれば、制御装置が、被加工物上の目標位置にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、被加工物のエリアを中心からの距離を同一にする同心円を境界とするエリァに分割し、目標位置の座標がある該当エリアに 1、残りのエリアに 1より小さい重みを付けて算出するようにしているので、多項式モデルの近似精度を高めた場合であっても、キヤリブレーシヨン時間および計算時間の増加を抑制し、被加工物のサイズが変化しても、加工精度を維持することができる。また、光学系の誤差が大きくなる中心から離れた部分での精度を高めることもでき、偏りのない均等な近似精度を与えることができる。

つぎの発明によれば、制御装置が、目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じて、重み付けの程度を可変する忘却係数 k ( 0≤k≤l ) を用いて被加工物上の目標位置の座標にレーザビームを指向するためのビーム走査手段への指令値を最適にする未知パラメータ行列を算出するようにしているので、多項式モデルの近似精度を高めた場合であっても、キヤリブレーション時間および計算時間の増加を抑制し、被加工物の大きさ、システムの経時的変化等の変動要因に対しても加工精度を維持することができる。

つぎの発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置にレーザビーム照射位置を指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメ一タ行列を Xとし、最初のキヤリブレーション時の加工位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリブレーシヨン点数分並べた行列を A _{e x}とし、 A _{e x}に対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B _{e x}とし、これらの A_{e x}および B _{e x}に与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D =A _{e x} ^TQA_{e x}、 N = A _{e x} ^TQ B _{e x}、と置き、あらたなキヤリプレーション時の前記 Dに対応する行列を dとし、 Nに対応する行列を nとし、目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤l) としたときに、 Xを、

X =

…… （式 31)

の式を用いて算出するようにしているので、多項式モデルの近似精度を高めた場合であっても、キャリブレーション時間および計算時間の増加を抑制し、被加工物の大きさ、システムの経時的変化等の変動要因に対しても加工精度を維持することができる。また、逆行列を再計算する場合に、あらたに追加するデータを未知パラメータの数以下に抑制できるので、再計算に要する時間を短縮することができ、全体の処理時間を短縮することができる。

つぎの発明によれば、制御装置は、被加工物上の目標位置に前記レーザビーム照射位置を指向するためのビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメ一タ行列を Xとし、最初のキヤリブレーション時の加工位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリブレーション点数分並べた行列を A_exとし、 A_exに対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B_exとし、これらの A_exおよび B_exに与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D = A_ex ^TQA_ex、 N = A_ex ^TQB_exと置き、あらたなキャリブレーション時の前記 Dに対応する行列を dとし、 Nに対応する行列を nとし、目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤ 1) としたときに、あらたなキャリブレーション時の試行点数が、未知パラメータ行列の項数より少ない場合に、 a =A_ex、 q=Q、 b=B_ex、 P=D— ¹と置いたときに、 Xを、

P. P. p

X = -a q +a—a a \{ m + n ) (式 32)

、 k k ヽ k . k ^ の式を用いて算出するようにしているので、多項式モデルの近似精度を高めた場合であっても、キヤリブレーション時間および計算時間の増加を抑制し、被加工物の大きさ、システムの経時的変化等の変動要因に対しても加工精度を維持することができる。また、逆行列を再計算する場合に、逆行列演算のサイズをコンパクトにできるので、逆行列の計算に要する時間を短縮でき、全体の処理時間を短縮することができる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置は、電子部品を搭載するプリント基板等への穴あけ、切断、トリミング、スクライビング等の詳細な加工技術を必要とする分野に適している。

Claims

請求の範囲

1 . 被加工物を载置するステージと、レーザビームを発振するレーザ発振器と、前記レーザビームを前記ステージに载置された前記被加工物に照射するようレーザビームを導く光学装置と、この光学手段によって導かれるレーザビームを走査するビーム走查手段と、前記被加工物の加工済みの加工位置を計測する計測装置と、前記加工済みの加工位置の座標および目標位置の座標を用いて前記ビーム走查手段への指令値を算出する制御装置とを備えるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置において、

前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、前記加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値に、前記目標位置の座標と前記加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出することを特徴とするレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

2 . 前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、前記加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値に、前記目標位置の座標と前記加工位置の座標との距離に応じた正規分布の重みを付けて算出することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のレ一ザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

3 . 前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメ一タ行列を、前記加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走査手段への指令値に、複数の前記目標位置を一つの群とする目標位置群の代表位置の座標と前記加工位置の座標との距離に応じた重みを付けて算出することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

4 . 前記複数の目標位置を一つの群とする目標位置群の代表位置が重心であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

5 . 被加工物を載置するステージと、レーザビームを発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器のレーザビームを走査するビーム走査手段を有し、前記レーザビームを前記ステージに載置された前記被加工物に照射するようレーザビームを導く光学装置と、前記被加工物の加工済みの加工位置の座標を計測する計測装置と、前記加工済みの加工位置の座標および目標位置の座標を用レヽて前記ビーム走查手段への指令値を算出する制御装置とを備えるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置において、

前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、前記被加工物のェリァを複数に分割し、前記目標位置の座標がある該当ェリアに 1の重みを付けて算出するとともに、この該当ェリァ以外の非該当ェリアに 1より小さレ、重みを付けて算出することを特徴とするレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

6 . 前記被加工物のリアを 4分割することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

7 . 前記被加工物のエリアを中心からの距離を同一にする同心円を境界とするエリァに設定することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

8. 被加工物を載置するステージと、レーザビームを'発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器のレーザビームを走査するビーム走查手段を有し、前記レーザビームを前記ステージに載置された前記被加工物に照射するようレーザビームを導く光学装置と、前記被加工物の加工済みの加工位置の座標を計測する計測装置と、前記加工済みの加工位置の座標および目標位置の座標を用いて前記ビーム走查手段への指令値を算出する制御装置とを備えるレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置において、

前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置の座標に前記レーザビームを指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を、前記加工済みの加工位置の座標およびこの加工位置を実現したビーム走查手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数 k (0≤k≤ 1) を用いて算出することを特徴とするレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

9. 前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビーム照射位置を指向するための前記ビーム走査手段への指令値を最適に決定する未知パラメ一タ行列を Xとし、最初のキヤリブレーシヨン時の前記カ卩ェ位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリブレーション点数分並べた行列を A _{e x}とし、 A _{e x}に対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B_exとし、これらの A_exおよび B_exに与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D = A_ex ^TQA_ex、 N = A_ex ^TQB_e _x、と置き、あらたなキャリブレーション時の前記 Dに対応する行列を dとし、前記 Nに対応する行列を nとし、前記目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤ 1) としたときに、 Xを、

の式を用いて算出することを特徴とする請求の範囲第 8項に記載のレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。

10. 前記制御装置は、前記被加工物上の前記目標位置に前記レーザビーム照射位置を指向するための前記ビーム走查手段への指令値を最適に決定する未知パラメータ行列を Xとし、最初のキヤリブレーシヨン時の前記加工位置の座標やそれに相当する目標位置の座標の数次結合で構成される一組のデータをキヤリプレーション点数分並べた行列を A _{e x}とし、 A _{e x}に対応した前記ビーム走査手段への指令値からなる行列を B_exとし、これらの A_exおよび B_exに与えるべき重み付け値からなる重み行列を Wとし、 Q=W^TW、 D = A_ex ^TQA_ex、 N = A_ex ^TQ B_exと置き、あらたなキヤリプレーション時の前記 Dに対応する行列を dとし、前記 Nに対応する行列を nとし、前記目標位置の座標およびこの目標位置の座標に加工するときのビーム走査手段への指令値情報の時間的新旧に応じた重み付けの程度を可変する忘却係数を k (0≤k≤l) としたときに、あらたなキヤリブレーション時の試行点数が、未知パラメータ行列の項数より少ない場合に、 a - A_ex、 q=Q、 b=B_ex、 P=D— ¹と置いたときに、 Xを、

の式を用いて算出することを特徴とする請求の範囲第 8項に記載のレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。 ·