JP2004276101A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】位置ずれ補正を精度良く行い高精度なレーザ加工を実現させるためのレーザ加工方法、及びレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ光がレーザヘッド４２内に設けられたガルバノスキャナ４９，５２及びｆθレンズ５５を介して加工対象物５６に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、前記照射位置を撮影する撮像装置４３と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階とを有する。
【選択図】 図４
【解決手段】レーザ光がレーザヘッド４２内に設けられたガルバノスキャナ４９，５２及びｆθレンズ５５を介して加工対象物５６に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、前記照射位置を撮影する撮像装置４３と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階とを有する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に係り、特に、位置ずれ補正作業を精度良く行い高精度なレーザ加工を実現させるためのレーザ加工方法、及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を加工対象物上の所望する加工地点へ高速な加工を実現する方法として、ガルバノスキャナとｆθレンズを用いてレーザ加工を行う加工方法が用いられている。
【０００３】
ここで、図１に従来のガルバノスキャナとｆθレンズの一例を示す。
【０００４】
図１は、一対のガルバノスキャナを用いてレーザビームをＸ軸方向、Ｙ軸方向に振らせることで加工速度の向上を図ったレーザ加工装置のレーザヘッド部と加工付近を示した図である。
【０００５】
図１において、レーザヘッド（ガルバノヘッド）１０には、第１のガルバノスキャナ１１と、第２のガルバノスキャナ１４と、ｆθレンズ１７とを有するよう構成されている。また、第１のガルバノスキャナ１１には、ガルバノ駆動系１２にスキャンミラー１３が設置されており、また、第２のガルバノスキャナ１４には、ガルバノ駆動系１５にスキャンミラー１６が設置されている。
【０００６】
レーザ発振器から出力されたレーザ光は、レーザ加工装置に設置されるレーザヘッド１０にある第１，第２のガルバノスキャナ１１，１４によりＸ方向、Ｙ方向に振らせることができる。第１，第２のガルバノスキャナ１１，１４によりＸ方向、Ｙ方向に振られることで斜めになったレーザ光は、ｆθレンズ１７により加工対象物１８の加工領域１９に対して垂直に照射されることができる。これにより、高精度で加工速度を向上させたレーザ加工を実現することができる。
【０００７】
また、図１で示したガルバノスキャナ、及びｆθレンズを用いたレーザ加工装置においては、所望する位置に対して高精度にレーザを照射して加工を行うために、様々な補正方式が従来技術として存在している。
【０００８】
例えば、レーザ加工におけるレーザ光の照射軸と加工された加工対象物の加工地点を撮像する撮像装置の光軸との誤差における補正を行うカメラオフセット距離補正がある（例えば、特許文献１参照。）。また、ｆθレンズの歪み補正を行うものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
上述の特許文献に記載の発明では、レーザ加工を行う実際の加工対象物の前にテスト用の加工対象物に対して補正処理を１度行った後、実際の加工対象物に対して加工を行うものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−３０９５９３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１０―３０１０５２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した補正方法は、ガルバノスキャナの位置決め誤差、Ｘ−Ｙ軸ステージの位置決め誤差、ビームゆらぎ等の位置精度悪化の何れかの影響を受け、正確な補正値を算出できなかった。
【００１３】
また、最近では、レーザ加工の加工位置精度は、ミクロン単位の正確さが要求されており、それと同時に加工速度についても要求は高まっている。それらを両立させるためには、カルバノスキャナ、制御部、ステージ等、レーザ加工装置の各構成要素の性能を向上させることが望ましいが、それでは、開発に多大なコストと時間を要してしまうため、現状の装置構成で実現できることが好ましい。
【００１４】
更に、レーザ加工装置においては、数時間、継続的に作業した場合、スキャナ等の光学系における温度ドリフト特性や周囲の環境の変化等によって時間と共にずれが生じ、要求される精度を維持できなくなるという問題が存在する。
【００１５】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、位置ずれ補正作業を精度良く行うことにより、加工位置精度を向上させ、高精度なレーザ加工を実現させるためのレーザ加工方法、及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１７】
請求項１に記載された発明は、レーザ光がレーザヘッド内に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、オフセット距離補正値算出段階とｆθレンズ補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００１９】
請求項２に記載された発明は、前記補正段階は、前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００２１】
請求項３に記載された発明は、レーザ光が複数のレーザヘッドの夫々に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、前記複数のレーザヘッドからのレーザ光の光軸間距離を補正するための補正値を算出する光軸間距離補正値算出段階とを有し、前記オフセット距離補正値算出段階、前記ｆθレンズ補正値算出段階、及び前記光軸間距離補正値算出段階における補正値の算出は、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階とを有することを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、複数のレーザヘッドを用いてレーザ加工を行う場合においても高精度な位置ずれ補正を行い、加工精度を向上させることができる。例えば、ツインガルバノと呼ばれる相対的に動作を行う２軸ガルバノによるレーザ加工において、オフセット距離補正値算出段階と、ｆθレンズ補正値算出段階と、光軸間距離補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項４に記載された発明は、前記補正段階は、前記補正値の算出を、予め設定された回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００２５】
請求項５に記載された発明は、レーザ光がレーザヘッド内に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工装置において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出部と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出部と、前記オフセット距離補正値算出部及び前記ｆθレンズ補正値算出部における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正部とを有することを特徴とする。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、オフセット距離補正値算出とｆθレンズ補正値算出とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００２７】
請求項６に記載された発明は、前記補正部は、前記オフセット距離補正値算出部及び前記ｆθレンズ補正値算出部における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００２８】
請求項６記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００２９】
請求項７に記載された発明は、レーザ光が複数のレーザヘッドの夫々に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工装置において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出部と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出部と、前記複数のレーザヘッドからのレーザ光の光軸間距離を補正するための補正値を算出する光軸間距離補正値算出部とを有し、前記オフセット距離補正値算出部、前記ｆθレンズ補正値算出部、及び前記光軸間距離補正値算出部における補正値の算出は、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正部を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項７記載の発明によれば、複数のレーザヘッドを用いてレーザ加工を行う場合においても高精度な位置ずれ補正を行い、加工精度を向上させることができる。例えば、ツインガルバノと呼ばれる相対的に動作を行う２軸ガルバノによるレーザ加工において、オフセット距離補正値算出段階と、ｆθレンズ補正値算出段階と、光軸間距離補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００３１】
請求項８に記載された発明は、前記補正部は、前記補正値の算出を、予め設定された回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００３２】
請求項８記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明は、レーザ加工における位置ずれ補正処理を一度だけでなく、複数回実行し、各補正処理で算出された補正値に基づいて、最適な補正値を選出することにより高精度な位置決め補正を行い、加工精度の向上させることを主眼とする。なお、最適な補正値の算出方法は、まず、レーザ光を実際に照射した照射位置を撮像装置で撮影して画像処理にて得られる実測値と、予め設定された加工の目標となる点との誤差（座標差）を、算出しその結果から補正値を求める。次に、複数回実行した補正値の中で最小値を選出したり、更には、複数回実行する内の所定の回数以降の補正値から選出する場合や、複数実行した補正処理のうち加工する基準点からの誤差が最小となったときに算出して、それを最終補正値とする等多様に選択することができる。
【００３４】
更に、補正値の選出の際、補正処理を複数回実行して得られる全ての補正値の平均値を算出し、その平均値を補正値とすることにより効率的で高精度な補正値を選出することができる。なお、平均値の算出については、全ての補正値を用いる方法だけでなく、例えば、所定の範囲内に含まれる補正値を用いて平均値を算出する方法を用いることもできる。
【００３５】
ここで、本発明の内容を更に詳細に説明すれば、カメラオフセット距離の補正、ｆθレンズ歪みの補正において、その各々の補正処理を複数回実行しその平均値を補正値として補正処理を行う。なお、以下に説明する実施の形態については複数回実行した全ての値に基づく補正値の選出の方法について説明する。
【００３６】
更に、補正処理の平均化処理により、補正作業を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。また、この方式は自動運転が可能で、行って時間間隔若しくは、一定温度の変化がある場合に、補正処理を実施することにより、ガバノスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度悪化をより正確に補正することが可能となる。ここで、各補正方法について図を用いて説明する。
【００３７】
（カメラオフセット距離補正）
図２は、カメラオフセット距離補正を説明するための図である。
【００３８】
図２は、レーザヘッド２０の側壁に、撮像装置であるＣＣＤカメラ２１が設置されているレーザ加工装置の加工付近を示している。また、ステージ２２上には加工対象物１８が固定設置されており、ステージ２２はＸ方向、Ｙ方向への移動が可能である。また、レーザヘッド２０内には、図１で示したレーザヘッド１０と同様の構成であり、動作内容も同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００３９】
カメラオフセット距離補正方法については、まず、加工対象物１８の加工領域１９の中心（以下、ガルバノ原点という）にレーザ光の照射を行い、照射により得られる加工地点をＣＣＤカメラ２１の撮影領域の中心に位置付けられるようステージ２２を移動して、ＣＣＤカメラ２１より撮影された画像に基づいて、画像処理にて位置検出しＣＣＤカメラ２１と加工地点との相対位置を算出し、実際にレーザ光にて加工された加工地点からＣＣＤカメラ２１の撮影領域の中心までの距離と、予め設定されたレーザヘッド２０から照射されるレーザ光の光軸からＣＣＤカメラ２１の撮影領域の中心までの距離との誤差を算出して、誤差の補正するための補正値を決定する。
【００４０】
なお、本発明では、上述の補正処理を予め設定された回数（Ｎ１回（Ｎ１：１以上））実施し、夫々に得られた誤差の平均値を算出し、その平均値に基づいて補正値と求め補正を行う。この作業では、ステージ２２の位置決め精度、レーザヘッド２０の位置決め精度、ビームのゆらぎ、及びＣＣＤカメラ２１の画像処理精度等が精度悪化要因として悪影響を及ぼすが、カメラオフセット距離補正作業を複数回実施し、その平均値を補正値として採用することで、精度悪化要素の影響を少なくすることができ、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００４１】
（ｆθレンズの歪み補正）
図３は、ｆθレンズの歪み補正を説明するための図である。図３におけるレーザヘッド２０及びＣＣＤカメラ２１は、図２の同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００４２】
上述の特許文献１で示しているようにｆθレンズには、ピンクッション歪みとリニアリティ歪みとからなる合成歪みが存在する。その歪みを補正するために、まずレーザヘッド２０内に設けられたガルバノミラー１３，１６を用いてステージ２２に固定された加工対象物１８の加工領域１９内に対してマトリクス状に加工を行い、全ての加工地点をカメラ下に位置決めし、画像処理にて位置検出を行い、所望するマトリクス形状に加工が行われるよう誤差を補正するための補正値を決定する。補正はマトリクス各点について予め設定された回数（Ｎ２回（Ｎ２：１以上））実施し、各回数分の検出位置座標を記憶しておき、それらを加算してＮ２で除算することで平均値を算出し算出された値を補正値とする。この作業では、ステージ２２の位置決め精度、レーザヘッド２０の位置決め精度、レーザビームのゆらぎ、画像処理精度等が精度悪化の要因として悪影響を及ぼすが、このカメラオフセット距離補正作業を複数回実施し、その平均値を補正値として採用することで精度悪化要素の影響を少なくすることができる。ここで、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００４３】
（第１の実施の形態）
図４は、本発明におけるレーザ加工装置の第１の実施の形態である。図４のレーザ加工装置４０は、レーザ発振器４１と、レーザヘッド４２と、ＣＣＤカメラ４３と、画像処理部４４と、補正値算出部４５と、補正部４６と、ステージ４７と、制御部４８とを有するよう構成されている。また、レーザヘッド４２内には、第１のガルバノスキャナ４９と、第２のガルバノスキャナ５２と、ｆθレンズ５５とを有するよう構成され、第１のガルバノスキャナ４９には、ガルバノ駆動系５０にスキャンミラー５１が設置されており、また、第２のガルバノスキャナ５２には、ガルバノ駆動系５３にスキャンミラー５４が設置されている。また、レーザ光としては、ＹＡＧレーザやその高調波レーザ、エキシマレーザ等を使用することができる。
【００４４】
また、制御部４８は、レーザ発振器４１からのレーザ光の出射タイミングと、ガルバノ駆動系５０，５３の駆動タイミングと、ステージ４７の移動タイミングと、ｆθレンズ５５の位置移動と、ＣＣＤカメラ４３の位置移動とを制御している。
【００４５】
レーザ発振器４１から出力されたパルス状のレーザ光は、レーザ加工装置４０のレーザヘッド４２内に設けられた第１，第２のガルバノスキャナ４９，５２によりＸ方向、Ｙ方向に振らせることができる。第１，第２のガルバノスキャナ４９、５２によりＸ方向、Ｙ方向に振られることで斜めになったレーザ光は、ｆθレンズ５５によりステージ４７に固定されている加工対象物５５に対して垂直に照射することができる。また、加工後はＣＣＤカメラ４３にて加工地点の撮影を行い、画像処理部４４にて画像処理を行い加工地点の誤差を算出し、補正値算出部４５にて、複数回行われる補正作業から平均値を算出し、補正部４６が算出された値に基づいて補正値を選定し制御部４８へ出力する。
【００４６】
制御部４８は、補正部４６より得られる補正値に基づいて、第１、第２のガルバノスキャナ４９，５２、ｆθレンズ５５、及びＣＣＤカメラ４３の補正を行う。
【００４７】
ここで、第１の実施の形態における補正処理の流れをフローチャートを用いて説明する。図５は、第１の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。図５では、上述したカメラオフセットの補正を行った後に、ｆθレンズの歪み補正を行っている。まず、制御部４８は、レーザヘッド４２を所定の位置に位置決めし、レーザ発振器４１に対してレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器４１は、制御部４８からの制御信号に基づいてレーザ光を出射してガルバノ原点にレーザ光を照射して加工を行う（Ｓ０１）。
【００４８】
次に、上述したカメラオフセット補正処理を行い、補正値Ａ１を算出する（Ｓ０２）。図４に基づいて更に詳細に説明すれば、Ｓ０１にて加工された加工対象物５６の加工地点がＣＣＤカメラ４３の下に位置付けられるように制御部４８がステージ４７を移動させ、位置決め完了後ＣＣＤカメラ４３にて加工地点の撮影を行い画像処理部４４に画像を出力する。画像処理部４４では、基準となる加工点と実際の加工点との誤差の算出を行い補正値算出部４５へ出力し、補正値算出部４５が入力されたオフセット誤差データから補正値Ａ１を決定し補正値データの蓄積を行う（Ｓ０３）。また、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００４９】
ここで、補正値算出部４５では、カメラオフセット補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第１の設定回数（Ｎ１回））以上であるかを判断し（Ｓ０４）、設定回数以上でない場合は（Ｓ０４において、ＮＯ）、設定回数Ｎ１になるまでＳ０１からのカメラオフセット補正処理を行い、補正値Ａ２、Ａ３、・・・を算出して、補正値算出部４５にて蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ０３において、ＹＥＳ）、Ｓ０５〜Ｓ０８の手順によりｆθレンズ歪み補正を行う。
【００５０】
ｆθレンズの歪み補正の概要については上述したが、ここではレーザ加工装置４０に対応させて詳細に説明する。まず、制御部４８は、ステージ４７上の加工対象物５６に対して基準となるマトリクス状の加工地点に加工できるようレーザヘッド４２及びステージ４７を移動させ位置決めさせる。次に、制御部４８は、レーザ発振器４１にレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器４１は、入力された制御信号に基づいてレーザ光を照射する。
【００５１】
一方、制御部４８は、レーザ発振器４１からのレーザ光の出射条件、出射タイミング、及びガルバノ駆動系４９，５２の駆動タイミングを制御し、基準となる加工位置にマトリクス状に加工を行う（Ｓ０５）。次に、Ｓ０５により得られる加工結果に基づいて、ｆθレンズ歪み補正値の算出を行う（Ｓ０６）。詳細には、ＣＣＤカメラ４３にてマトリクス状に加工された各点の位置を撮影し、その画像を画像処理部４４に出力する。画像処理部４４では、各点の基準となる加工地点からの誤差を算出し、補正値算出部４５へ出力する。補正値算出部４５では、入力されたｆθレンズ５５の歪み誤差データから補正値Ｂ１を算出して補正値データの蓄積を行う（Ｓ０７）。また、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００５２】
ここで、補正値算出部４５では、ｆθレンズ歪み補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第２の設定回数（Ｎ２回））以上であるかを判断し（Ｓ０８）、設定回数以上でない場合は（Ｓ０８において、ＮＯ）、設定回数Ｎ２以上になるまでＳ０５からのｆθレンズ歪み補正処理を行い、補正値Ｂ２、Ｂ３、・・・を算出して、補正値算出部４５にて一時蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ０８において、ＹＥＳ）、上述のステップで算出し蓄積されている補正値Ａ、Ｂを補正部４６に出力する。補正部４６は補正値算出部４５により得られて補正値の平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部４８へ出力する（Ｓ０９）。
【００５３】
制御部４８は、Ｓ０９により得られる補正値に基づいて、第１，第２のガルバノスキャナ４９，５２、ｆθレンズ５５、及びＣＣＤカメラ４３の補正を行う。これにより、補正作業を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。なお、オフセット距離の補正値算出と、ｆθレンズの歪み補正の算出は補正値算出部４５にて行っている。
【００５４】
また、本発明における補正方法を一定時間間隔おき、もしくは、レーザヘッドの側面に温度センサを有し、一定の温度変化おきに補正を実施することでスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度の悪化を防止することができ、加工精度を向上させることができる。
【００５５】
また、上述のレーザ加工装置については、レーザヘッドを１個有する構成としたが、複数のレーザヘッドを備えたレーザ加工装置においても、本発明の内容を適用させることができる。例えば、一対（２個）のレーザヘッドを有する場合は、レーザヘッド間の位置ずれを補正するため、各レーザヘッドから照射されるレーザ光の光軸間距離について、予め設定された値と実際に計測した値との誤差を算出し補正値を得ることができる。また、上述の光軸間距離補正処理も複数回実施し、その補正値を平均化して位置ずれ補正の補正値を算出する処理を付加させることにより、一対のレーザヘッドを有するレーザ加工装置においても、高精度な加工を行うことができる。なお、以下の説明では、１対のレーザヘッドを有するレーザ加工装置の構成について説明するが、本発明においてはこの限りではない。ここで、上述の光軸間距離補正について図を用いて説明する。
【００５６】
（光軸間距離補正）
図６は、一対のレーザヘッドの光軸間距離補正を説明するための図である。図６においては、一対のレーザヘッド（第１のレーザヘッド６１、第２のレーザヘッド６２）を有し、レーザヘッド６１，６２の各々には、ＣＣＤカメラ６３，６４が設けられている。レーザ光はレーザヘッドに入力される前に、半透過ミラー６５にてレーザ光を同等の強度を持つ２つのレーザ光に分離し、更に、レーザ光を全反射する全反射ミラー６６にて、レーザヘッド６２に入力されるよう構成されている。
【００５７】
カメラ間距離補正方法は、例えば、ステージ６７上に固定された加工対象物６８のある１点にレーザ光を照射し加工を行った加工地点、又は予め設定された基準となる点（基準点）を２軸ガルバノの一方のレーザヘッド（図６において、レーザヘッド６１）に設けられたＣＣＤカメラ６３で撮影領域の中心にくるように位置決めし、その後ステージ６５を移動させ、もう一方のレーザヘッド（図６において、レーザヘッド６２）のＣＣＤカメラ６４の撮影領域の中心に加工された加工地点、もしくは基準マークがくるよう位置決めしたときのレーザヘッド６１に設けられたＣＣＤカメラ６３の位置を計測し、画像処理にてＣＣＤカメラ６３からの２つの画像データからカメラ間距離を算出する。ＣＣＤカメラ６３，６４は、レーザヘッド６１，６２に夫々固定設置されているため、光軸間の実際の距離も同時に計測することができる。このカメラ間距離から予め設定されたレーザヘッド間距離との誤差を算出し補正値を決定する。
【００５８】
なお、この補正は、所定の回数（Ｎ３回（Ｎ３：１以上））実施し、各回にて得られる距離の平均値を補正値とする。この作業では、ステージの位置決め精度、画像処理精度等が精度悪化要因として悪影響を及ぼすが、このカメラ間距離補正作業を複数回実施し、その平均値を補正値として採用することで精度悪化要素の影響を少なくことができ、加工精度を向上させることができる。
【００５９】
次に、上述の光軸間距離補正処理を有するレーザ加工装置を本発明における第２の実施の形態として、図を用いて説明する。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明におけるレーザ加工装置の第２の実施の形態を示す図である。図７のレーザ加工装置７０は、レーザ発振器７１と、半透過ミラー７２と、全反射ミラー７３と、第１のレーザヘッド７４と、第２のレーザヘッド７５と、第１のＣＣＤカメラ７６と、第２のＣＣＤカメラ７７と、ステージ７８と、画像処理部７９と、補正値算出部８０と、補正部８１と、制御部８２とを有するよう構成されている。
更に、第１のレーザヘッド７４には、Ｘ−Ｙ軸方向に対してスキャニングを可能にする一対のガルバノスキャナ８３と、ｆθレンズ８４とを有し、第２のレーザヘッド７５には一対のガルバノスキャナ８５と、ｆθレンズ８６とを有するよう構成されている。
【００６１】
ここで、第１，第２のレーザヘッド７４，７５は、制御部８２にて夫々が異なる動作を行うことができ、また相対的な動作を行うこともできる。制御部８２からの制御信号によりレーザ発振器７１から照射されたレーザ光は、半透過ミラー７２により、同等の強度となる２つのレーザ光に分離され、一方のレーザ光は、レーザヘッド７４に、もう一方のレーザ光は、全反射ミラー７３にて全反射されてレーザヘッド７５に入力される。
【００６２】
第１，第２のレーザヘッド７４，７５に入力されたレーザ光は、夫々に設けられた一対のガルバノスキャナ８３，８５によりＸ方向、Ｙ方向に振らせることができ、一対のガルバノスキャナ８３，８５により斜めになった夫々のレーザ光は、ｆθレンズ８４，８６によりステージ７８に固定されている加工対象物８７に対して垂直に照射することができる。また、加工後は夫々のＣＣＤカメラ（第一のＣＣＤカメラ７６，第２のＣＣＤカメラ７７）にて加工地点の撮影を行い、画像処理部７９に出力する。画像処理部７９は、ＣＣＤカメラ７６，７７から夫々入力された画像に基づいて画像処理を行い、加工地点の誤差を算出し補正値算出部８０にて複数回行われる補正作業から平均値を算出して補正部８１に出力し、補正部８１は補正値算出部８０より算出された値に基づいて補正値を決定し制御部８１へ出力する。
【００６３】
なお、第２の実施の形態では、上述したカメラオフセット距離補正、ｆθレンズ歪み補正、及びカメラ間距離補正を夫々の所定の回数分実施し、その平均値を算出して補正値を決定する。
【００６４】
制御部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値に基づいて、第１、第２のレーザヘッド７４，７５、一対のガルバノスキャナ８３，８５、ｆθレンズ８４，８６、ＣＣＤカメラ７６，７７、及びステージ７８に対して位置ずれ補正を行う。
【００６５】
ここで、第２の実施の形態における補正処理の流れをフローチャートを用いて説明する。なお、フローチャートによる補正処理の内容は、図７におけるレーザ加工装置７０を用いて場合の補正処理の内容を示す。図８は、第２の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。図８では、上述したカメラオフセットの補正を行った後に、ｆθレンズの歪み補正を行い、更に、図６で示したレーザヘッド７４，７５に夫々設置されたＣＣＤカメラ間距離を測定することで光軸間距離補正を行う。
【００６６】
まず、制御部８２は、夫々のレーザヘッド７４，７５を所定の位置に位置決めし、レーザ発振器７１に対してレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器７１は、制御部８２からの制御信号に基づいてレーザ光を出射して夫々のガルバノ原点に対してレーザ光を照射して加工を行う（Ｓ１１）。次に、上述したカメラオフセット補正処理を行い、レーザヘッド７４，７５の夫々の補正値Ａ１−１、Ａ１−２を算出する（Ｓ１２）。更に詳細に説明すれば、Ｓ１１にて加工された加工対象物８７の加工地点が夫々のＣＣＤカメラ７６，７７の下に位置付けられるように制御部８１がステージ７８を移動させ、位置決め完了後ＣＣＤカメラ７６，７７にて夫々に対応した加工地点の撮影を行い画像処理部７９に画像を出力する。画像処理部７９では、基準となる加工点と実際の加工点との誤差の算出を行い補正値算出部８０へ出力する。補正値算出部８０は、入力されたオフセット誤差データから補正値Ａ１−１、Ａ１−２を決定し補正値データの蓄積を行う（Ｓ１３）。なお、補正値算出部８０にて蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００６７】
ここで、補正値算出部８０では、カメラオフセット補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第１の設定回数（Ｎ１回））以上であるかを判断し（Ｓ１４）、設定回数以上でない場合は（Ｓ１４において、ＮＯ）、設定回数Ｎ１以上になるまでＳ１１からのカメラオフセット補正処理を行い、夫々の補正値Ａ２−１，Ａ２−２、Ａ３−１，Ａ３−２、・・・を算出して、補正値算出部８０に出力し、補正値算出部８０にて蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ１３において、ＹＥＳ）、上述のステップで算出し蓄積されている補正値Ａを補正部８１に出力する。補正部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値Ａについて平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部８２へ出力する（Ｓ１５）。
【００６８】
次に、Ｓ１６〜Ｓ２０の手順によりｆθレンズ歪み補正を行う。ｆθレンズ歪み補正の概要については上述したが、ここではレーザ加工装置７０に対応させて詳細に説明する。まず、制御部８２は、ステージ７８上の加工対象物８７に対して基準となるマトリクス状の加工地点に加工できるよう第１，第２のレーザヘッド７４，７５及びステージ７８を移動させる。次に、制御部８１は、レーザ発振器７１にレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器７１は入力された制御信号に基づいてレーザ光を照射する。
【００６９】
一方、制御部８２は、レーザ発振器７１からのレーザ光の出射条件、出射タイミング、及び一対のガルバノスキャナ８３，８５のガルバノ駆動系の駆動タイミングを制御し、基準となる加工位置にマトリクス状に加工を行う（Ｓ１６）。次に、Ｓ１６により得られる加工結果に基づいて、夫々のｆθレンズ８４，８６の歪み補正値の算出を行う（Ｓ１７）。詳細には、第１，第２のレーザヘッド７４，７５に設けられたＣＣＤカメラ７６，７７にてマトリクス状に加工された各点の位置を撮影し、その画像を画像処理部７９に出力する。画像処理部７９では、各点の基準となる加工地点からの誤差を算出し補正値算出部８０へ出力する。補正値算出部８０では、入力されるｆθレンズ８４，８６による誤差から夫々の補正値Ｂ１−１，Ｂ１−２を算出する。算出された補正値は補正値算出部８０で蓄積される（Ｓ１８）。なお、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００７０】
ここで、補正値算出部８０では、ｆθレンズ歪み補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第２の設定回数（Ｎ２回））以上であるかを判断し（Ｓ１９）、設定回数以上でない場合は（Ｓ１９において、ＮＯ）、設定回数Ｎ２以上になるまでＳ１６からのｆθレンズ歪み補正処理を行い、補正値Ｂ２−１，Ｂ２−２、Ｂ３−１，Ｂ３−２、・・・を算出して、補正値算出部８０に出力し、補正値算出部４５にて蓄積しておく。
【００７１】
また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ１９において、ＹＥＳ）、上述のステップＳ１６〜Ｓ１９で算出し蓄積されている補正値Ｂを補正部８１に出力する。補正部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値Ｂについて平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部８２へ出力する（Ｓ２０）。
【００７２】
次に、第１、第２のレーザヘッド７４，７５からのレーザ光の光軸間距離補正をレーザヘッド７４，７５に夫々設置されたＣＣＤカメラ７６，７７を用いて行う。
【００７３】
まず、ステージ７８上に固定された加工対象物８７の基準となる点（基準点）を第１，第２のレーザヘッド７４，７５の一方のレーザヘッド（図７において、レーザヘッド７４）に設けられたＣＣＤカメラ７６の撮影領域の中心にくるようにステージ７８を移動させてＣＣＤカメラ７６で撮影し、その後ステージ７８を移動させ、もう一方のレーザヘッド（図７において、レーザヘッド７５）のＣＣＤカメラ７７の撮影領域の中心に基準点がくるよう位置決めする。この状態でレーザヘッド７４に設置されているＣＣＤカメラ７６で撮影領域を撮影し、画像処理部７９へ出力する。
【００７４】
画像処理部７９は、撮影した画像の中心の座標と先程撮影した画像データの中心座標とを計測することによりＣＣＤカメラ間の距離を計測する（Ｓ２１）。ＣＣＤカメラ７６，７７は夫々レーザヘッド７４，７５に設置されているため、ＣＣＤカメラ間の距離が同時にレーザヘッドから照射されるレーザ光の光軸間距離となる。したがって、画像処理部７９は、Ｓ２１にて得られるＣＣＤカメラ間の距離と、予め設定されているＣＣＤカメラ間の距離とを比較して誤差を算出し、補正算出部８０へ出力する。補正算出部８０は、第１，第２のレーザヘッド７４，７５の誤差を補正するための補正値Ｃ１を算出する（Ｓ２２）。算出された補正値は補正値算出部８０で蓄積される（Ｓ２３）。なお、誤差はステージ７８のＸＹ軸の位置を基準としてそれとの座標差にて求める。また、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００７５】
次に、補正値算出部８０では、光軸間距離補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第３の設定回数（Ｎ３回））以上であるかを判断し（Ｓ２４）、設定回数以上でない場合は（Ｓ２４において、ＮＯ）、設定回数Ｎ３以上になるまでＳ２１からのカメラ間距離補正処理を行い、補正値Ｃ２、Ｃ３、・・・を算出して、補正値算出部８０にて一時蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ２４において、ＹＥＳ）、上述のステップで算出し蓄積されている補正値Ｃを補正部８１に出力する。補正部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値Ｃについて平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部８２へ出力する（Ｓ２５）。
【００７６】
制御部８２は、Ｓ１５，Ｓ２０，Ｓ２５により得られる補正値Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて、Ｓ１５，Ｓ２０，Ｓ２５の夫々のステップで第１，第２のレーザヘッド７４，７５、一対のガルバノスキャナ８３，８５、ｆθレンズ８４，８６、ＣＣＤカメラ７６，７７、及びステージ７８に対して位置ずれ補正を行う。これにより、複数のレーザヘッドを有するレーザ加工装置においても位置ずれ補正を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。また、本発明における補正方法を一定時間間隔おき、もしくは、レーザヘッドの側面に温度センサを有し、一定の温度変化おきに補正を実施することでスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度の悪化を防止することができ、加工精度を向上させることができる。
【００７７】
上述したように本発明によれば、位置ずれ補正を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。
【００７８】
また、オフセット距離補正値算出段階とｆθレンズ補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。更に、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることにより、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。
【００７９】
更に、ツインガルバノと呼ばれる相対的に動作を行う２軸ガルバノによるレーザ加工において、オフセット距離補正値算出段階と、ｆθレンズ補正値算出段階と、光軸間距離補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。また、補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることにより補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。
【００８０】
また、本発明における補正方法を一定時間間隔おき、もしくは、レーザヘッドの側面に温度センサを有し、一定の温度変化おきに補正を実施することでスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度の悪化を防止することができ、加工精度を向上させることができる。
【００８１】
また、加工対象物としては、ポリイミドシート、ステンレス等、レーザ光による穴あけ、溶接、切断等が加工なものであればよく、本発明は、プリント基板や電子部品等、精細で正確な加工が必要なもので利用することができる。
【００８２】
なお、本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求した本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例や実施例が考えられる。
【００８３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、位置ずれ補正を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のガルバノスキャナとｆθレンズの一例を示す。
【図２】カメラオフセット距離補正を説明するための図である。
【図３】ｆθレンズの歪み補正を説明するための図である。
【図４】本発明におけるレーザ加工装置の第１の実施の形態である。
【図５】第１の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。
【図６】一対のレーザヘッドの光軸間距離補正を説明するための図である。
【図７】本発明におけるレーザ加工装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図８】第２の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０，２０，４２ レーザヘッド
１１，４９ 第１のガルバノスキャナ
１２，１５，５０，５３ ガルバノ駆動系
１３，１６，５１，５４ スキャンミラー
１４，５２ 第２のガルバノスキャナ
１７，５５，８４，８６ ｆθレンズ
１８，５６，６８，８７ 加工対象物
１９ 加工領域
２１，４３，６３，６４ ＣＣＤカメラ
２２，４７，６７，７８ ステージ
４０，７０ レーザ加工装置
４１，７１ レーザ発振器
４４，７９ 画像処理部
４５，８０ 補正値算出部
４６，８１ 補正部
４８，８２ 制御部
６１，７４ 第１のレーザヘッド
６２，７５ 第２のレーザヘッド
６５，７２ 半透過ミラー
６６，７３ 全反射ミラー
７６ 第１のＣＣＤカメラ
７７ 第２のＣＣＤカメラ
８３，８５ 一対のガルバノスキャナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に係り、特に、位置ずれ補正作業を精度良く行い高精度なレーザ加工を実現させるためのレーザ加工方法、及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を加工対象物上の所望する加工地点へ高速な加工を実現する方法として、ガルバノスキャナとｆθレンズを用いてレーザ加工を行う加工方法が用いられている。
【０００３】
ここで、図１に従来のガルバノスキャナとｆθレンズの一例を示す。
【０００４】
図１は、一対のガルバノスキャナを用いてレーザビームをＸ軸方向、Ｙ軸方向に振らせることで加工速度の向上を図ったレーザ加工装置のレーザヘッド部と加工付近を示した図である。
【０００５】
図１において、レーザヘッド（ガルバノヘッド）１０には、第１のガルバノスキャナ１１と、第２のガルバノスキャナ１４と、ｆθレンズ１７とを有するよう構成されている。また、第１のガルバノスキャナ１１には、ガルバノ駆動系１２にスキャンミラー１３が設置されており、また、第２のガルバノスキャナ１４には、ガルバノ駆動系１５にスキャンミラー１６が設置されている。
【０００６】
レーザ発振器から出力されたレーザ光は、レーザ加工装置に設置されるレーザヘッド１０にある第１，第２のガルバノスキャナ１１，１４によりＸ方向、Ｙ方向に振らせることができる。第１，第２のガルバノスキャナ１１，１４によりＸ方向、Ｙ方向に振られることで斜めになったレーザ光は、ｆθレンズ１７により加工対象物１８の加工領域１９に対して垂直に照射されることができる。これにより、高精度で加工速度を向上させたレーザ加工を実現することができる。
【０００７】
また、図１で示したガルバノスキャナ、及びｆθレンズを用いたレーザ加工装置においては、所望する位置に対して高精度にレーザを照射して加工を行うために、様々な補正方式が従来技術として存在している。
【０００８】
例えば、レーザ加工におけるレーザ光の照射軸と加工された加工対象物の加工地点を撮像する撮像装置の光軸との誤差における補正を行うカメラオフセット距離補正がある（例えば、特許文献１参照。）。また、ｆθレンズの歪み補正を行うものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
上述の特許文献に記載の発明では、レーザ加工を行う実際の加工対象物の前にテスト用の加工対象物に対して補正処理を１度行った後、実際の加工対象物に対して加工を行うものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−３０９５９３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１０―３０１０５２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した補正方法は、ガルバノスキャナの位置決め誤差、Ｘ−Ｙ軸ステージの位置決め誤差、ビームゆらぎ等の位置精度悪化の何れかの影響を受け、正確な補正値を算出できなかった。
【００１３】
また、最近では、レーザ加工の加工位置精度は、ミクロン単位の正確さが要求されており、それと同時に加工速度についても要求は高まっている。それらを両立させるためには、カルバノスキャナ、制御部、ステージ等、レーザ加工装置の各構成要素の性能を向上させることが望ましいが、それでは、開発に多大なコストと時間を要してしまうため、現状の装置構成で実現できることが好ましい。
【００１４】
更に、レーザ加工装置においては、数時間、継続的に作業した場合、スキャナ等の光学系における温度ドリフト特性や周囲の環境の変化等によって時間と共にずれが生じ、要求される精度を維持できなくなるという問題が存在する。
【００１５】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、位置ずれ補正作業を精度良く行うことにより、加工位置精度を向上させ、高精度なレーザ加工を実現させるためのレーザ加工方法、及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１７】
請求項１に記載された発明は、レーザ光がレーザヘッド内に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、オフセット距離補正値算出段階とｆθレンズ補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００１９】
請求項２に記載された発明は、前記補正段階は、前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００２１】
請求項３に記載された発明は、レーザ光が複数のレーザヘッドの夫々に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、前記複数のレーザヘッドからのレーザ光の光軸間距離を補正するための補正値を算出する光軸間距離補正値算出段階とを有し、前記オフセット距離補正値算出段階、前記ｆθレンズ補正値算出段階、及び前記光軸間距離補正値算出段階における補正値の算出は、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階とを有することを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、複数のレーザヘッドを用いてレーザ加工を行う場合においても高精度な位置ずれ補正を行い、加工精度を向上させることができる。例えば、ツインガルバノと呼ばれる相対的に動作を行う２軸ガルバノによるレーザ加工において、オフセット距離補正値算出段階と、ｆθレンズ補正値算出段階と、光軸間距離補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項４に記載された発明は、前記補正段階は、前記補正値の算出を、予め設定された回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００２５】
請求項５に記載された発明は、レーザ光がレーザヘッド内に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工装置において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出部と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出部と、前記オフセット距離補正値算出部及び前記ｆθレンズ補正値算出部における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正部とを有することを特徴とする。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、オフセット距離補正値算出とｆθレンズ補正値算出とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００２７】
請求項６に記載された発明は、前記補正部は、前記オフセット距離補正値算出部及び前記ｆθレンズ補正値算出部における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００２８】
請求項６記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００２９】
請求項７に記載された発明は、レーザ光が複数のレーザヘッドの夫々に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工装置において、前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出部と、前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出部と、前記複数のレーザヘッドからのレーザ光の光軸間距離を補正するための補正値を算出する光軸間距離補正値算出部とを有し、前記オフセット距離補正値算出部、前記ｆθレンズ補正値算出部、及び前記光軸間距離補正値算出部における補正値の算出は、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正部を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項７記載の発明によれば、複数のレーザヘッドを用いてレーザ加工を行う場合においても高精度な位置ずれ補正を行い、加工精度を向上させることができる。例えば、ツインガルバノと呼ばれる相対的に動作を行う２軸ガルバノによるレーザ加工において、オフセット距離補正値算出段階と、ｆθレンズ補正値算出段階と、光軸間距離補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。
【００３１】
請求項８に記載された発明は、前記補正部は、前記補正値の算出を、予め設定された回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする。
【００３２】
請求項８記載の発明によれば、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。これにより、高精度で効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明は、レーザ加工における位置ずれ補正処理を一度だけでなく、複数回実行し、各補正処理で算出された補正値に基づいて、最適な補正値を選出することにより高精度な位置決め補正を行い、加工精度の向上させることを主眼とする。なお、最適な補正値の算出方法は、まず、レーザ光を実際に照射した照射位置を撮像装置で撮影して画像処理にて得られる実測値と、予め設定された加工の目標となる点との誤差（座標差）を、算出しその結果から補正値を求める。次に、複数回実行した補正値の中で最小値を選出したり、更には、複数回実行する内の所定の回数以降の補正値から選出する場合や、複数実行した補正処理のうち加工する基準点からの誤差が最小となったときに算出して、それを最終補正値とする等多様に選択することができる。
【００３４】
更に、補正値の選出の際、補正処理を複数回実行して得られる全ての補正値の平均値を算出し、その平均値を補正値とすることにより効率的で高精度な補正値を選出することができる。なお、平均値の算出については、全ての補正値を用いる方法だけでなく、例えば、所定の範囲内に含まれる補正値を用いて平均値を算出する方法を用いることもできる。
【００３５】
ここで、本発明の内容を更に詳細に説明すれば、カメラオフセット距離の補正、ｆθレンズ歪みの補正において、その各々の補正処理を複数回実行しその平均値を補正値として補正処理を行う。なお、以下に説明する実施の形態については複数回実行した全ての値に基づく補正値の選出の方法について説明する。
【００３６】
更に、補正処理の平均化処理により、補正作業を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。また、この方式は自動運転が可能で、行って時間間隔若しくは、一定温度の変化がある場合に、補正処理を実施することにより、ガバノスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度悪化をより正確に補正することが可能となる。ここで、各補正方法について図を用いて説明する。
【００３７】
（カメラオフセット距離補正）
図２は、カメラオフセット距離補正を説明するための図である。
【００３８】
図２は、レーザヘッド２０の側壁に、撮像装置であるＣＣＤカメラ２１が設置されているレーザ加工装置の加工付近を示している。また、ステージ２２上には加工対象物１８が固定設置されており、ステージ２２はＸ方向、Ｙ方向への移動が可能である。また、レーザヘッド２０内には、図１で示したレーザヘッド１０と同様の構成であり、動作内容も同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００３９】
カメラオフセット距離補正方法については、まず、加工対象物１８の加工領域１９の中心（以下、ガルバノ原点という）にレーザ光の照射を行い、照射により得られる加工地点をＣＣＤカメラ２１の撮影領域の中心に位置付けられるようステージ２２を移動して、ＣＣＤカメラ２１より撮影された画像に基づいて、画像処理にて位置検出しＣＣＤカメラ２１と加工地点との相対位置を算出し、実際にレーザ光にて加工された加工地点からＣＣＤカメラ２１の撮影領域の中心までの距離と、予め設定されたレーザヘッド２０から照射されるレーザ光の光軸からＣＣＤカメラ２１の撮影領域の中心までの距離との誤差を算出して、誤差の補正するための補正値を決定する。
【００４０】
なお、本発明では、上述の補正処理を予め設定された回数（Ｎ１回（Ｎ１：１以上））実施し、夫々に得られた誤差の平均値を算出し、その平均値に基づいて補正値と求め補正を行う。この作業では、ステージ２２の位置決め精度、レーザヘッド２０の位置決め精度、ビームのゆらぎ、及びＣＣＤカメラ２１の画像処理精度等が精度悪化要因として悪影響を及ぼすが、カメラオフセット距離補正作業を複数回実施し、その平均値を補正値として採用することで、精度悪化要素の影響を少なくすることができ、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００４１】
（ｆθレンズの歪み補正）
図３は、ｆθレンズの歪み補正を説明するための図である。図３におけるレーザヘッド２０及びＣＣＤカメラ２１は、図２の同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００４２】
上述の特許文献１で示しているようにｆθレンズには、ピンクッション歪みとリニアリティ歪みとからなる合成歪みが存在する。その歪みを補正するために、まずレーザヘッド２０内に設けられたガルバノミラー１３，１６を用いてステージ２２に固定された加工対象物１８の加工領域１９内に対してマトリクス状に加工を行い、全ての加工地点をカメラ下に位置決めし、画像処理にて位置検出を行い、所望するマトリクス形状に加工が行われるよう誤差を補正するための補正値を決定する。補正はマトリクス各点について予め設定された回数（Ｎ２回（Ｎ２：１以上））実施し、各回数分の検出位置座標を記憶しておき、それらを加算してＮ２で除算することで平均値を算出し算出された値を補正値とする。この作業では、ステージ２２の位置決め精度、レーザヘッド２０の位置決め精度、レーザビームのゆらぎ、画像処理精度等が精度悪化の要因として悪影響を及ぼすが、このカメラオフセット距離補正作業を複数回実施し、その平均値を補正値として採用することで精度悪化要素の影響を少なくすることができる。ここで、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００４３】
（第１の実施の形態）
図４は、本発明におけるレーザ加工装置の第１の実施の形態である。図４のレーザ加工装置４０は、レーザ発振器４１と、レーザヘッド４２と、ＣＣＤカメラ４３と、画像処理部４４と、補正値算出部４５と、補正部４６と、ステージ４７と、制御部４８とを有するよう構成されている。また、レーザヘッド４２内には、第１のガルバノスキャナ４９と、第２のガルバノスキャナ５２と、ｆθレンズ５５とを有するよう構成され、第１のガルバノスキャナ４９には、ガルバノ駆動系５０にスキャンミラー５１が設置されており、また、第２のガルバノスキャナ５２には、ガルバノ駆動系５３にスキャンミラー５４が設置されている。また、レーザ光としては、ＹＡＧレーザやその高調波レーザ、エキシマレーザ等を使用することができる。
【００４４】
また、制御部４８は、レーザ発振器４１からのレーザ光の出射タイミングと、ガルバノ駆動系５０，５３の駆動タイミングと、ステージ４７の移動タイミングと、ｆθレンズ５５の位置移動と、ＣＣＤカメラ４３の位置移動とを制御している。
【００４５】
レーザ発振器４１から出力されたパルス状のレーザ光は、レーザ加工装置４０のレーザヘッド４２内に設けられた第１，第２のガルバノスキャナ４９，５２によりＸ方向、Ｙ方向に振らせることができる。第１，第２のガルバノスキャナ４９、５２によりＸ方向、Ｙ方向に振られることで斜めになったレーザ光は、ｆθレンズ５５によりステージ４７に固定されている加工対象物５５に対して垂直に照射することができる。また、加工後はＣＣＤカメラ４３にて加工地点の撮影を行い、画像処理部４４にて画像処理を行い加工地点の誤差を算出し、補正値算出部４５にて、複数回行われる補正作業から平均値を算出し、補正部４６が算出された値に基づいて補正値を選定し制御部４８へ出力する。
【００４６】
制御部４８は、補正部４６より得られる補正値に基づいて、第１、第２のガルバノスキャナ４９，５２、ｆθレンズ５５、及びＣＣＤカメラ４３の補正を行う。
【００４７】
ここで、第１の実施の形態における補正処理の流れをフローチャートを用いて説明する。図５は、第１の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。図５では、上述したカメラオフセットの補正を行った後に、ｆθレンズの歪み補正を行っている。まず、制御部４８は、レーザヘッド４２を所定の位置に位置決めし、レーザ発振器４１に対してレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器４１は、制御部４８からの制御信号に基づいてレーザ光を出射してガルバノ原点にレーザ光を照射して加工を行う（Ｓ０１）。
【００４８】
次に、上述したカメラオフセット補正処理を行い、補正値Ａ１を算出する（Ｓ０２）。図４に基づいて更に詳細に説明すれば、Ｓ０１にて加工された加工対象物５６の加工地点がＣＣＤカメラ４３の下に位置付けられるように制御部４８がステージ４７を移動させ、位置決め完了後ＣＣＤカメラ４３にて加工地点の撮影を行い画像処理部４４に画像を出力する。画像処理部４４では、基準となる加工点と実際の加工点との誤差の算出を行い補正値算出部４５へ出力し、補正値算出部４５が入力されたオフセット誤差データから補正値Ａ１を決定し補正値データの蓄積を行う（Ｓ０３）。また、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００４９】
ここで、補正値算出部４５では、カメラオフセット補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第１の設定回数（Ｎ１回））以上であるかを判断し（Ｓ０４）、設定回数以上でない場合は（Ｓ０４において、ＮＯ）、設定回数Ｎ１になるまでＳ０１からのカメラオフセット補正処理を行い、補正値Ａ２、Ａ３、・・・を算出して、補正値算出部４５にて蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ０３において、ＹＥＳ）、Ｓ０５〜Ｓ０８の手順によりｆθレンズ歪み補正を行う。
【００５０】
ｆθレンズの歪み補正の概要については上述したが、ここではレーザ加工装置４０に対応させて詳細に説明する。まず、制御部４８は、ステージ４７上の加工対象物５６に対して基準となるマトリクス状の加工地点に加工できるようレーザヘッド４２及びステージ４７を移動させ位置決めさせる。次に、制御部４８は、レーザ発振器４１にレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器４１は、入力された制御信号に基づいてレーザ光を照射する。
【００５１】
一方、制御部４８は、レーザ発振器４１からのレーザ光の出射条件、出射タイミング、及びガルバノ駆動系４９，５２の駆動タイミングを制御し、基準となる加工位置にマトリクス状に加工を行う（Ｓ０５）。次に、Ｓ０５により得られる加工結果に基づいて、ｆθレンズ歪み補正値の算出を行う（Ｓ０６）。詳細には、ＣＣＤカメラ４３にてマトリクス状に加工された各点の位置を撮影し、その画像を画像処理部４４に出力する。画像処理部４４では、各点の基準となる加工地点からの誤差を算出し、補正値算出部４５へ出力する。補正値算出部４５では、入力されたｆθレンズ５５の歪み誤差データから補正値Ｂ１を算出して補正値データの蓄積を行う（Ｓ０７）。また、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００５２】
ここで、補正値算出部４５では、ｆθレンズ歪み補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第２の設定回数（Ｎ２回））以上であるかを判断し（Ｓ０８）、設定回数以上でない場合は（Ｓ０８において、ＮＯ）、設定回数Ｎ２以上になるまでＳ０５からのｆθレンズ歪み補正処理を行い、補正値Ｂ２、Ｂ３、・・・を算出して、補正値算出部４５にて一時蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ０８において、ＹＥＳ）、上述のステップで算出し蓄積されている補正値Ａ、Ｂを補正部４６に出力する。補正部４６は補正値算出部４５により得られて補正値の平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部４８へ出力する（Ｓ０９）。
【００５３】
制御部４８は、Ｓ０９により得られる補正値に基づいて、第１，第２のガルバノスキャナ４９，５２、ｆθレンズ５５、及びＣＣＤカメラ４３の補正を行う。これにより、補正作業を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。なお、オフセット距離の補正値算出と、ｆθレンズの歪み補正の算出は補正値算出部４５にて行っている。
【００５４】
また、本発明における補正方法を一定時間間隔おき、もしくは、レーザヘッドの側面に温度センサを有し、一定の温度変化おきに補正を実施することでスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度の悪化を防止することができ、加工精度を向上させることができる。
【００５５】
また、上述のレーザ加工装置については、レーザヘッドを１個有する構成としたが、複数のレーザヘッドを備えたレーザ加工装置においても、本発明の内容を適用させることができる。例えば、一対（２個）のレーザヘッドを有する場合は、レーザヘッド間の位置ずれを補正するため、各レーザヘッドから照射されるレーザ光の光軸間距離について、予め設定された値と実際に計測した値との誤差を算出し補正値を得ることができる。また、上述の光軸間距離補正処理も複数回実施し、その補正値を平均化して位置ずれ補正の補正値を算出する処理を付加させることにより、一対のレーザヘッドを有するレーザ加工装置においても、高精度な加工を行うことができる。なお、以下の説明では、１対のレーザヘッドを有するレーザ加工装置の構成について説明するが、本発明においてはこの限りではない。ここで、上述の光軸間距離補正について図を用いて説明する。
【００５６】
（光軸間距離補正）
図６は、一対のレーザヘッドの光軸間距離補正を説明するための図である。図６においては、一対のレーザヘッド（第１のレーザヘッド６１、第２のレーザヘッド６２）を有し、レーザヘッド６１，６２の各々には、ＣＣＤカメラ６３，６４が設けられている。レーザ光はレーザヘッドに入力される前に、半透過ミラー６５にてレーザ光を同等の強度を持つ２つのレーザ光に分離し、更に、レーザ光を全反射する全反射ミラー６６にて、レーザヘッド６２に入力されるよう構成されている。
【００５７】
カメラ間距離補正方法は、例えば、ステージ６７上に固定された加工対象物６８のある１点にレーザ光を照射し加工を行った加工地点、又は予め設定された基準となる点（基準点）を２軸ガルバノの一方のレーザヘッド（図６において、レーザヘッド６１）に設けられたＣＣＤカメラ６３で撮影領域の中心にくるように位置決めし、その後ステージ６５を移動させ、もう一方のレーザヘッド（図６において、レーザヘッド６２）のＣＣＤカメラ６４の撮影領域の中心に加工された加工地点、もしくは基準マークがくるよう位置決めしたときのレーザヘッド６１に設けられたＣＣＤカメラ６３の位置を計測し、画像処理にてＣＣＤカメラ６３からの２つの画像データからカメラ間距離を算出する。ＣＣＤカメラ６３，６４は、レーザヘッド６１，６２に夫々固定設置されているため、光軸間の実際の距離も同時に計測することができる。このカメラ間距離から予め設定されたレーザヘッド間距離との誤差を算出し補正値を決定する。
【００５８】
なお、この補正は、所定の回数（Ｎ３回（Ｎ３：１以上））実施し、各回にて得られる距離の平均値を補正値とする。この作業では、ステージの位置決め精度、画像処理精度等が精度悪化要因として悪影響を及ぼすが、このカメラ間距離補正作業を複数回実施し、その平均値を補正値として採用することで精度悪化要素の影響を少なくことができ、加工精度を向上させることができる。
【００５９】
次に、上述の光軸間距離補正処理を有するレーザ加工装置を本発明における第２の実施の形態として、図を用いて説明する。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明におけるレーザ加工装置の第２の実施の形態を示す図である。図７のレーザ加工装置７０は、レーザ発振器７１と、半透過ミラー７２と、全反射ミラー７３と、第１のレーザヘッド７４と、第２のレーザヘッド７５と、第１のＣＣＤカメラ７６と、第２のＣＣＤカメラ７７と、ステージ７８と、画像処理部７９と、補正値算出部８０と、補正部８１と、制御部８２とを有するよう構成されている。
更に、第１のレーザヘッド７４には、Ｘ−Ｙ軸方向に対してスキャニングを可能にする一対のガルバノスキャナ８３と、ｆθレンズ８４とを有し、第２のレーザヘッド７５には一対のガルバノスキャナ８５と、ｆθレンズ８６とを有するよう構成されている。
【００６１】
ここで、第１，第２のレーザヘッド７４，７５は、制御部８２にて夫々が異なる動作を行うことができ、また相対的な動作を行うこともできる。制御部８２からの制御信号によりレーザ発振器７１から照射されたレーザ光は、半透過ミラー７２により、同等の強度となる２つのレーザ光に分離され、一方のレーザ光は、レーザヘッド７４に、もう一方のレーザ光は、全反射ミラー７３にて全反射されてレーザヘッド７５に入力される。
【００６２】
第１，第２のレーザヘッド７４，７５に入力されたレーザ光は、夫々に設けられた一対のガルバノスキャナ８３，８５によりＸ方向、Ｙ方向に振らせることができ、一対のガルバノスキャナ８３，８５により斜めになった夫々のレーザ光は、ｆθレンズ８４，８６によりステージ７８に固定されている加工対象物８７に対して垂直に照射することができる。また、加工後は夫々のＣＣＤカメラ（第一のＣＣＤカメラ７６，第２のＣＣＤカメラ７７）にて加工地点の撮影を行い、画像処理部７９に出力する。画像処理部７９は、ＣＣＤカメラ７６，７７から夫々入力された画像に基づいて画像処理を行い、加工地点の誤差を算出し補正値算出部８０にて複数回行われる補正作業から平均値を算出して補正部８１に出力し、補正部８１は補正値算出部８０より算出された値に基づいて補正値を決定し制御部８１へ出力する。
【００６３】
なお、第２の実施の形態では、上述したカメラオフセット距離補正、ｆθレンズ歪み補正、及びカメラ間距離補正を夫々の所定の回数分実施し、その平均値を算出して補正値を決定する。
【００６４】
制御部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値に基づいて、第１、第２のレーザヘッド７４，７５、一対のガルバノスキャナ８３，８５、ｆθレンズ８４，８６、ＣＣＤカメラ７６，７７、及びステージ７８に対して位置ずれ補正を行う。
【００６５】
ここで、第２の実施の形態における補正処理の流れをフローチャートを用いて説明する。なお、フローチャートによる補正処理の内容は、図７におけるレーザ加工装置７０を用いて場合の補正処理の内容を示す。図８は、第２の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。図８では、上述したカメラオフセットの補正を行った後に、ｆθレンズの歪み補正を行い、更に、図６で示したレーザヘッド７４，７５に夫々設置されたＣＣＤカメラ間距離を測定することで光軸間距離補正を行う。
【００６６】
まず、制御部８２は、夫々のレーザヘッド７４，７５を所定の位置に位置決めし、レーザ発振器７１に対してレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器７１は、制御部８２からの制御信号に基づいてレーザ光を出射して夫々のガルバノ原点に対してレーザ光を照射して加工を行う（Ｓ１１）。次に、上述したカメラオフセット補正処理を行い、レーザヘッド７４，７５の夫々の補正値Ａ１−１、Ａ１−２を算出する（Ｓ１２）。更に詳細に説明すれば、Ｓ１１にて加工された加工対象物８７の加工地点が夫々のＣＣＤカメラ７６，７７の下に位置付けられるように制御部８１がステージ７８を移動させ、位置決め完了後ＣＣＤカメラ７６，７７にて夫々に対応した加工地点の撮影を行い画像処理部７９に画像を出力する。画像処理部７９では、基準となる加工点と実際の加工点との誤差の算出を行い補正値算出部８０へ出力する。補正値算出部８０は、入力されたオフセット誤差データから補正値Ａ１−１、Ａ１−２を決定し補正値データの蓄積を行う（Ｓ１３）。なお、補正値算出部８０にて蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００６７】
ここで、補正値算出部８０では、カメラオフセット補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第１の設定回数（Ｎ１回））以上であるかを判断し（Ｓ１４）、設定回数以上でない場合は（Ｓ１４において、ＮＯ）、設定回数Ｎ１以上になるまでＳ１１からのカメラオフセット補正処理を行い、夫々の補正値Ａ２−１，Ａ２−２、Ａ３−１，Ａ３−２、・・・を算出して、補正値算出部８０に出力し、補正値算出部８０にて蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ１３において、ＹＥＳ）、上述のステップで算出し蓄積されている補正値Ａを補正部８１に出力する。補正部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値Ａについて平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部８２へ出力する（Ｓ１５）。
【００６８】
次に、Ｓ１６〜Ｓ２０の手順によりｆθレンズ歪み補正を行う。ｆθレンズ歪み補正の概要については上述したが、ここではレーザ加工装置７０に対応させて詳細に説明する。まず、制御部８２は、ステージ７８上の加工対象物８７に対して基準となるマトリクス状の加工地点に加工できるよう第１，第２のレーザヘッド７４，７５及びステージ７８を移動させる。次に、制御部８１は、レーザ発振器７１にレーザ光を照射するよう制御信号を出力し、レーザ発振器７１は入力された制御信号に基づいてレーザ光を照射する。
【００６９】
一方、制御部８２は、レーザ発振器７１からのレーザ光の出射条件、出射タイミング、及び一対のガルバノスキャナ８３，８５のガルバノ駆動系の駆動タイミングを制御し、基準となる加工位置にマトリクス状に加工を行う（Ｓ１６）。次に、Ｓ１６により得られる加工結果に基づいて、夫々のｆθレンズ８４，８６の歪み補正値の算出を行う（Ｓ１７）。詳細には、第１，第２のレーザヘッド７４，７５に設けられたＣＣＤカメラ７６，７７にてマトリクス状に加工された各点の位置を撮影し、その画像を画像処理部７９に出力する。画像処理部７９では、各点の基準となる加工地点からの誤差を算出し補正値算出部８０へ出力する。補正値算出部８０では、入力されるｆθレンズ８４，８６による誤差から夫々の補正値Ｂ１−１，Ｂ１−２を算出する。算出された補正値は補正値算出部８０で蓄積される（Ｓ１８）。なお、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００７０】
ここで、補正値算出部８０では、ｆθレンズ歪み補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第２の設定回数（Ｎ２回））以上であるかを判断し（Ｓ１９）、設定回数以上でない場合は（Ｓ１９において、ＮＯ）、設定回数Ｎ２以上になるまでＳ１６からのｆθレンズ歪み補正処理を行い、補正値Ｂ２−１，Ｂ２−２、Ｂ３−１，Ｂ３−２、・・・を算出して、補正値算出部８０に出力し、補正値算出部４５にて蓄積しておく。
【００７１】
また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ１９において、ＹＥＳ）、上述のステップＳ１６〜Ｓ１９で算出し蓄積されている補正値Ｂを補正部８１に出力する。補正部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値Ｂについて平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部８２へ出力する（Ｓ２０）。
【００７２】
次に、第１、第２のレーザヘッド７４，７５からのレーザ光の光軸間距離補正をレーザヘッド７４，７５に夫々設置されたＣＣＤカメラ７６，７７を用いて行う。
【００７３】
まず、ステージ７８上に固定された加工対象物８７の基準となる点（基準点）を第１，第２のレーザヘッド７４，７５の一方のレーザヘッド（図７において、レーザヘッド７４）に設けられたＣＣＤカメラ７６の撮影領域の中心にくるようにステージ７８を移動させてＣＣＤカメラ７６で撮影し、その後ステージ７８を移動させ、もう一方のレーザヘッド（図７において、レーザヘッド７５）のＣＣＤカメラ７７の撮影領域の中心に基準点がくるよう位置決めする。この状態でレーザヘッド７４に設置されているＣＣＤカメラ７６で撮影領域を撮影し、画像処理部７９へ出力する。
【００７４】
画像処理部７９は、撮影した画像の中心の座標と先程撮影した画像データの中心座標とを計測することによりＣＣＤカメラ間の距離を計測する（Ｓ２１）。ＣＣＤカメラ７６，７７は夫々レーザヘッド７４，７５に設置されているため、ＣＣＤカメラ間の距離が同時にレーザヘッドから照射されるレーザ光の光軸間距離となる。したがって、画像処理部７９は、Ｓ２１にて得られるＣＣＤカメラ間の距離と、予め設定されているＣＣＤカメラ間の距離とを比較して誤差を算出し、補正算出部８０へ出力する。補正算出部８０は、第１，第２のレーザヘッド７４，７５の誤差を補正するための補正値Ｃ１を算出する（Ｓ２２）。算出された補正値は補正値算出部８０で蓄積される（Ｓ２３）。なお、誤差はステージ７８のＸＹ軸の位置を基準としてそれとの座標差にて求める。また、蓄積された補正値データは、本発明における補正処理が終了後又は一定時間間隔をおいて消去される。
【００７５】
次に、補正値算出部８０では、光軸間距離補正の回数を予め設定しておき、補正回数と設定回数（第３の設定回数（Ｎ３回））以上であるかを判断し（Ｓ２４）、設定回数以上でない場合は（Ｓ２４において、ＮＯ）、設定回数Ｎ３以上になるまでＳ２１からのカメラ間距離補正処理を行い、補正値Ｃ２、Ｃ３、・・・を算出して、補正値算出部８０にて一時蓄積しておく。また、補正回数が設定回数以上である場合は（Ｓ２４において、ＹＥＳ）、上述のステップで算出し蓄積されている補正値Ｃを補正部８１に出力する。補正部８１は、補正値算出部８０より得られる補正値Ｃについて平均値を算出して、その結果を実際の補正値として制御部８２へ出力する（Ｓ２５）。
【００７６】
制御部８２は、Ｓ１５，Ｓ２０，Ｓ２５により得られる補正値Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて、Ｓ１５，Ｓ２０，Ｓ２５の夫々のステップで第１，第２のレーザヘッド７４，７５、一対のガルバノスキャナ８３，８５、ｆθレンズ８４，８６、ＣＣＤカメラ７６，７７、及びステージ７８に対して位置ずれ補正を行う。これにより、複数のレーザヘッドを有するレーザ加工装置においても位置ずれ補正を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。また、本発明における補正方法を一定時間間隔おき、もしくは、レーザヘッドの側面に温度センサを有し、一定の温度変化おきに補正を実施することでスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度の悪化を防止することができ、加工精度を向上させることができる。
【００７７】
上述したように本発明によれば、位置ずれ補正を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。
【００７８】
また、オフセット距離補正値算出段階とｆθレンズ補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。更に、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることにより、補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。
【００７９】
更に、ツインガルバノと呼ばれる相対的に動作を行う２軸ガルバノによるレーザ加工において、オフセット距離補正値算出段階と、ｆθレンズ補正値算出段階と、光軸間距離補正値算出段階とを複数回実行し、その補正値の内容から最適な補正値を選択することで、位置ずれ補正を高精度に行うことができる。これにより、レーザ加工の加工精度を向上させることができる。また、補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることにより補正値を容易に取得することができ、また、補正段階で効率的に最適な補正値を得ることができる。
【００８０】
また、本発明における補正方法を一定時間間隔おき、もしくは、レーザヘッドの側面に温度センサを有し、一定の温度変化おきに補正を実施することでスキャナ等の持つ温度ドリフト効果による位置精度の悪化を防止することができ、加工精度を向上させることができる。
【００８１】
また、加工対象物としては、ポリイミドシート、ステンレス等、レーザ光による穴あけ、溶接、切断等が加工なものであればよく、本発明は、プリント基板や電子部品等、精細で正確な加工が必要なもので利用することができる。
【００８２】
なお、本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求した本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例や実施例が考えられる。
【００８３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、位置ずれ補正を精度良く行い、加工位置精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のガルバノスキャナとｆθレンズの一例を示す。
【図２】カメラオフセット距離補正を説明するための図である。
【図３】ｆθレンズの歪み補正を説明するための図である。
【図４】本発明におけるレーザ加工装置の第１の実施の形態である。
【図５】第１の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。
【図６】一対のレーザヘッドの光軸間距離補正を説明するための図である。
【図７】本発明におけるレーザ加工装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図８】第２の実施の形態における補正処理の流れを示す一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０，２０，４２ レーザヘッド
１１，４９ 第１のガルバノスキャナ
１２，１５，５０，５３ ガルバノ駆動系
１３，１６，５１，５４ スキャンミラー
１４，５２ 第２のガルバノスキャナ
１７，５５，８４，８６ ｆθレンズ
１８，５６，６８，８７ 加工対象物
１９ 加工領域
２１，４３，６３，６４ ＣＣＤカメラ
２２，４７，６７，７８ ステージ
４０，７０ レーザ加工装置
４１，７１ レーザ発振器
４４，７９ 画像処理部
４５，８０ 補正値算出部
４６，８１ 補正部
４８，８２ 制御部
６１，７４ 第１のレーザヘッド
６２，７５ 第２のレーザヘッド
６５，７２ 半透過ミラー
６６，７３ 全反射ミラー
７６ 第１のＣＣＤカメラ
７７ 第２のＣＣＤカメラ
８３，８５ 一対のガルバノスキャナ
Claims (8)
- レーザ光がレーザヘッド内に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、
前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、
前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、
前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階とを有することを特徴とするレーザ加工方法。 - 前記補正段階は、
前記オフセット距離補正値算出段階及び前記ｆθレンズ補正値算出段階における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。 - レーザ光が複数のレーザヘッドの夫々に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工方法において、
前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出段階と、
前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出段階と、
前記複数のレーザヘッドからのレーザ光の光軸間距離を補正するための補正値を算出する光軸間距離補正値算出段階とを有し、
前記オフセット距離補正値算出段階、前記ｆθレンズ補正値算出段階、及び前記光軸間距離補正値算出段階における補正値の算出は、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正段階を有することを特徴とするレーザ加工方法。 - 前記補正段階は、
前記補正値の算出を、予め設定された回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。 - レーザ光がレーザヘッド内に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工装置において、
前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出部と、
前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出部と、
前記オフセット距離補正値算出部及び前記ｆθレンズ補正値算出部における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正部とを有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記補正部は、
前記オフセット距離補正値算出部及び前記ｆθレンズ補正値算出部における補正値の算出を、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。 - レーザ光が複数のレーザヘッドの夫々に設けられたガルバノスキャナ及びｆθレンズを介して加工対象物に照射される照射位置の位置ずれ補正を行うレーザ加工装置において、
前記照射位置を撮影する撮像装置と前記レーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値を算出するオフセット距離補正値算出部と、
前記ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出するｆθレンズ補正値算出部と、
前記複数のレーザヘッドからのレーザ光の光軸間距離を補正するための補正値を算出する光軸間距離補正値算出部とを有し、
前記オフセット距離補正値算出部、前記ｆθレンズ補正値算出部、及び前記光軸間距離補正値算出部における補正値の算出は、予め設定された夫々の回数行い、回数毎に得られた補正値に基づいて位置ずれ補正の補正値を決定する補正部を有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記補正部は、
前記補正値の算出を、予め設定された回数行い、回数毎に得られた補正値の平均値を位置ずれ補正の補正値とすることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
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