JP4084173B2

JP4084173B2 - Laser processing method and apparatus

Info

Publication number: JP4084173B2
Application number: JP2002352310A
Authority: JP
Inventors: 正樹坂本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: JP2004181494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにより駆動される加工テーブル上に配置された加工対象物を、トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて加工するようにしたレーザ加工方法及び装置に係り、特に、ＣＯ₂、エキシマ等のガスレーザや、ＹＡＧ等の固体レーザのパルス出力レーザにより、各位置に１パルスで加工を行う際に用いるのに好適な、高精度の加工を高速で行なうことが可能なレーザ加工方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス出力レーザを用いた従来の加工は、通常、制御装置の指令により加工テーブルの位置決めを行ない、加工テーブルの移動が停止したタイミングでトリガパルスをレーザ装置に送って、レーザパルスを発振していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、１箇所の加工について減速・停止・加速で数百ミリ秒の時間を要し、これにレーザ照射時間が必要となってくる。又、制御装置からの指令による遅れ（ソフトウェア−数ミリ秒、ハードウェア−数μ秒）が加わり、１パルス加工の場合、ガスレーザの照射が数ナノ秒〜数十ナノ秒で完了するのに比べて、これらが大部分の時間を占めていた。このように、レーザ加工自体は高速であっても、テーブル駆動系の要因により全体の加工速度は遅くなっていた。
【０００４】
このような問題点を解決するべく、特許文献１には、ＸＹテーブルの位置検出のためのリニアエンコーダの出力により、ＸＹテーブルの走行中所望位置で所望の繰り返し周波数でＱスイッチ発振を行なわせることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−７１１６０号公報
【０００６】
又、特許文献２には、ワークの所定の移動位置毎にパルス信号を発生する専用のリニアスケールを用いてレーザ照射用のトリガを発生することが記載されている。
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−２１０７８２号公報
【０００８】
しかしながら、特許文献１においてはＱスイッチ発振が行なわれており、又、特許文献２においては、リニアスケールがＸＹテーブル駆動系には組み込まれておらず、構成が複雑化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、専用のスケールを用いることなく、簡単な構成で、パルス出力レーザによる加工を高精度、且つ高速に行なえるようにすることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加工テーブルの位置をリニアスケールにより検出し、該リニアスケールから出力される位置パルスにより、加工テーブルを駆動するモータをフィードバック制御すると共に、所定数の位置パルス毎に加工用のトリガ信号を発生し、該トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて、前記加工テーブル上に配置された加工対象物を加工するようにしたレーザ加工方法であって、前記リニアスケールによる検出位置と加工位置のずれ量を記憶し、該ずれ量に応じて、次のトリガ信号を発生する位置パルス数を変更するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明は、又、加工テーブルの位置をリニアスケールにより検出し、該リニアスケールから出力される位置パルスにより、加工テーブルを駆動するモータをフィードバック制御すると共に、所定数の位置パルス毎に加工用のトリガ信号を発生し、該トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて、前記加工テーブル上に配置された加工対象物を加工するようにしたレーザ加工装置であって、前記リニアスケールによる検出位置と加工位置のずれ量を記憶するための手段と、該ずれ量に応じて変更した位置パルス数で、次のトリガ信号を発生する手段と、を備えることにより、同じく前記課題を解決したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態は、図１に示す如く、サーボモータ１０によりボールねじ１２を介して駆動される加工テーブル（例えばＸ−Ｙテーブル）１４上に配置された加工対象物を、トリガ信号（例えばトリガパルス）によりレーザ装置２０から発振されるレーザパルス２２を用いて加工するようにしたレーザ加工装置において、前記加工テーブル１４の位置をフィードバック制御するためのリニアスケール３０の出力をトリガ発生ボード３２に入力して、前記レーザ装置２０用のトリガパルスを発生させるようにしたものである。
【００１５】
図において、４０は、例えばＮＣマシン等の制御装置に含まれる位置指令装置、４２は、前記トリガ発生ボード３２を介して入力される前記リニアスケール３０の出力に応じて、前記サーボモータ１０を制御するためのサーボアンプである。
【００１６】
前記加工テーブル１４は、リニアスケール３０出力の位置パルスにより、サーボアンプ４２を介して、フルクローズ制御され、高精度の位置決めが行なわれる。
【００１７】
前記レーザ装置２０としては、例えば、ＣＯ₂、エキシマ等のガスパルスレーザやＹＡＧ等の固体パルスレーザが用いられる。
【００１８】
前記ボールねじ１２は高精度のものが用いられ、前記リニアスケール３０の分解能は、例えば０．１μｍ以上とされている。
【００１９】
前記トリガ発生ボード３２には、アンプ３４、３６と、トリガ発生回路３８が含まれる。
【００２０】
本発明においては、図２に詳細に示す如く、前記リニアスケール３０出力の位置パルスをカウンタ３８Ａでカウントし、予めメモリ３８Ｂに記憶しているピッチ（間隔）テーブルを基に、比較用（ピッチ）データ３８Ｃを比較器３８Ｄに随時且つ高速に設定し、比較器３８Ｄで比較して、値が等しくなるとトリガパルスを出力する。
【００２１】
前記ピッチデータはその都度設定されるが、テーブル固有の誤差データは予めピッチエラーデータとして記憶しておく。この際、カウントは絶対値でカウントし、指定ピッチにその位置での誤差量を考慮したピッチデータを予め作成しておく。
【００２２】
加工に際して、カウンタ３８Ａは、テーブル動作と共にカウントし、図３に示す如く、設定ピッチ位置と同じ場合、トリガパルスを出力する。トリガ出力と同時に次データの設定を行なう。
【００２３】
以下作用を説明する。
【００２４】
前記位置指令装置４０から出た位置指令は、サーボアンプ４２へ送られ、該サーボアンプ４２がサーボモータ１０を駆動する。サーボモータ１０が回転することにより、ボールねじ１２も回転し、加工テーブル１４が移動する。加工テーブル１４が移動することにより、リニアスケール３０が位置信号（パルス出力）を出力する。出力された位置信号は、専用のトリガ発生ボード３２に取り込まれる。ここで位置信号は分岐され、片方はアンプ３４を介してサーボアンプ４２に戻り、通常のフルクローズのサーボループを形成する。
【００２５】
他方の位置信号は、アンプ３６を介してトリガ発生回路３８内の専用のカウンタ３８Ａでパルスをカウントする。ここで、パルスと位置の変換を行ない、予め設定されているパルス数（＝位置）でトリガパルスをレーザ装置２０へ出力する。トリガパルスによりレーザ装置２０を発振し、加工テーブル１４上のワークにレーザパルス２２を照射して加工を行なう。このとき、テーブルは動きを止めることなく動き続ける。
【００２６】
なお、レーザ装置２０の出力は、電気的な回路の遅れを考慮しても、加工テーブル１４の位置パルス検出から約３μ秒で出力される。従って、テーブル速度を１０ｍ／分で駆動した場合、０．５μｍ程度のずれ量で目的ポイントに加工可能である。
【００２７】
なお、この精度は、全てテーブル精度に大きく影響される。通常のレーザ加工でよく使用する加工テーブルは±１０μｍ程度である。この値は、テーブルストローク全幅に対して最大の誤差幅を意味する。
【００２８】
通常、テーブル軸の誤差は、原点から測定した場合、指令位置からのずれ量として、レーザ測長器等で、図４のように測定できる。この誤差は、機械的な製作精度に左右され、必ず同じとは限らない。そして、制御系側の揺らぎに比べて大きな影響がある。これらを補正するため、本実施形態では、誤差量をそのまま補正量として、パルスカウント時に考慮するようにしている。これにより、軸固有の誤差量を相殺し、精度の高い加工が可能になる。
【００２９】
本実施形態においては、このようにしてテーブル軸の誤差を補正しているので、高精度の位置制御が可能である。
【００３０】
なお、前記説明においては、Ｘ−ＹテーブルのＸ軸について説明していたが、Ｙ軸についても同様である。なお、本発明の適用対象はＸ−Ｙテーブルに限定されず、例えば１軸あるいは３軸以上のテーブルにも同様に適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、パルス出力レーザを使用して、専用のスケールを用いることなく、簡単な構成で、加工テーブルを停止することなく、穴あけ加工やパターニングを高速且つ高精度で行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示す回路図
【図２】前記実施形態のトリガ発生ボードの構成を示すブロック図
【図３】同じく作用を説明するためのカウントパルス及び設定データとトリガパルスの関係の例を示すタイムチャート
【図４】同じくテーブル軸の誤差の例を示す線図
【符号の説明】
１０…サーボモータ
１２…ボールねじ
１４…加工テーブル（Ｘ−Ｙテーブル）
２０…レーザ装置
２２…レーザパルス
３０…リニアスケール
３２…トリガ発生ボード
４０…位置指令装置
４２…サーボアンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method and apparatus for processing a processing object placed on a processing table driven by a motor using a laser pulse oscillated by a trigger signal, and in particular, CO ₂ , excimer. Laser processing method and apparatus capable of performing high-precision processing at high speed suitable for use in processing with one pulse at each position by a pulse laser of solid-state laser such as YAG or the like About.
[0002]
[Prior art]
In conventional machining using a pulse output laser, the machining table is normally positioned by a command from the control device, and a trigger pulse is sent to the laser device at the timing when the machining table stops moving, thereby oscillating the laser pulse. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, it takes several hundred milliseconds for deceleration, stop, and acceleration for one processing, and this requires laser irradiation time. In addition, a delay due to a command from the control device (software-several milliseconds, hardware-several microseconds) is added, and in the case of one-pulse machining, gas laser irradiation is completed in several nanoseconds to several tens of nanoseconds These accounted for most of the time. Thus, even if the laser processing itself is high speed, the overall processing speed is slow due to the factors of the table drive system.
[0004]
In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses that a Q-switch oscillation is performed at a desired repetition frequency at a desired position during traveling of the XY table by output of a linear encoder for detecting the position of the XY table. Is described.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-71160 [0006]
Patent Document 2 describes that a trigger for laser irradiation is generated by using a dedicated linear scale that generates a pulse signal for each predetermined movement position of a workpiece.
[0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-210784
However, in Patent Document 1, Q-switch oscillation is performed, and in Patent Document 2, the linear scale is not incorporated in the XY table drive system, and there is a problem that the configuration becomes complicated.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is capable of performing processing with a pulse output laser with high accuracy and high speed with a simple configuration without using a dedicated scale. Let it be an issue.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention detects the position of the machining table with a linear scale, feedback-controls the motor that drives the machining table with the position pulse output from the linear scale, and trigger signal for machining for every predetermined number of position pulses. It was generated by using a laser pulse that oscillates by the trigger signal, a laser processing method which is adapted to process the workpiece disposed on the machining table, before processing the detected position by the cut near scale The problem is solved by storing the amount of position deviation and changing the number of position pulses for generating the next trigger signal in accordance with the amount of deviation .
[0012]
The present invention also detects the position of the machining table with a linear scale, feedback-controls the motor that drives the machining table with the position pulse output from the linear scale, and performs machining for every predetermined number of position pulses. generating a trigger signal, using a laser pulse that oscillates by the trigger signal, a laser processing apparatus adapted to process the workpiece that is disposed on the machining table, before detection position of the cut near scale And the means for storing the displacement amount of the machining position , and the means for generating the next trigger signal with the number of position pulses changed in accordance with the displacement amount. is there.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an object to be processed arranged on a processing table (for example, an XY table) 14 driven by a servo motor 10 via a ball screw 12 is sent to a trigger signal (for example, a trigger pulse). ), The output of the linear scale 30 for feedback control of the position of the processing table 14 is input to the trigger generation board 32. Thus, a trigger pulse for the laser device 20 is generated.
[0015]
In the figure, 40 is a position command device included in a control device such as an NC machine, for example, and 42 controls the servo motor 10 in accordance with the output of the linear scale 30 input via the trigger generation board 32. This is a servo amplifier.
[0016]
The machining table 14 is fully closed and controlled with high accuracy by a position pulse of the linear scale 30 via a servo amplifier 42.
[0017]
As the laser device 20, for example, a gas pulse laser such as CO ₂ or excimer or a solid pulse laser such as YAG is used.
[0018]
The ball screw 12 has a high accuracy, and the resolution of the linear scale 30 is, for example, 0.1 μm or more.
[0019]
The trigger generation board 32 includes amplifiers 34 and 36 and a trigger generation circuit 38.
[0020]
In the present invention, as shown in detail in FIG. 2, the position pulse of the linear scale 30 output is counted by the counter 38A, and based on the pitch (interval) table stored in the memory 38B in advance, for comparison (pitch). The data 38C is set in the comparator 38D at any time and at high speed, compared with the comparator 38D, and when the values are equal, a trigger pulse is output.
[0021]
The pitch data is set each time, but error data unique to the table is stored in advance as pitch error data. At this time, the count is an absolute value, and pitch data in consideration of the error amount at that position is created in advance for the designated pitch.
[0022]
At the time of processing, the counter 38A counts together with the table operation, and outputs a trigger pulse when it is the same as the set pitch position as shown in FIG. The next data is set simultaneously with the trigger output.
[0023]
The operation will be described below.
[0024]
The position command output from the position command device 40 is sent to the servo amplifier 42, and the servo amplifier 42 drives the servo motor 10. As the servo motor 10 rotates, the ball screw 12 also rotates and the machining table 14 moves. As the machining table 14 moves, the linear scale 30 outputs a position signal (pulse output). The output position signal is taken into a dedicated trigger generation board 32. Here, the position signal is branched, and one of them returns to the servo amplifier 42 via the amplifier 34 to form a normal full-closed servo loop.
[0025]
The other position signal is counted by a dedicated counter 38A in the trigger generation circuit 38 via the amplifier 36. Here, the pulse and position are converted, and a trigger pulse is output to the laser device 20 with a preset number of pulses (= position). The laser device 20 is oscillated by the trigger pulse, and the workpiece on the processing table 14 is irradiated with the laser pulse 22 for processing. At this time, the table continues to move without stopping.
[0026]
Note that the output of the laser device 20 is output in about 3 μs from the detection of the position pulse of the processing table 14 even if the delay of the electrical circuit is taken into consideration. Therefore, when the table speed is driven at 10 m / min, the target point can be processed with a deviation amount of about 0.5 μm.
[0027]
This accuracy is greatly influenced by the table accuracy. A processing table often used in normal laser processing is about ± 10 μm. This value means the maximum error width with respect to the full width of the table stroke.
[0028]
Normally, when the table axis error is measured from the origin, it can be measured as a deviation from the command position with a laser length measuring instrument or the like as shown in FIG. This error depends on the mechanical manufacturing accuracy and is not always the same. And there is a big influence compared with the fluctuation on the control system side. In order to correct these, in the present embodiment, the error amount is used as it is as a correction amount and is taken into account when counting pulses. As a result, the axis-specific error amount is canceled, and highly accurate machining is possible.
[0029]
In the present embodiment, since the table axis error is corrected in this way, highly accurate position control is possible.
[0030]
In the above description, the X axis of the XY table has been described, but the same applies to the Y axis. The application target of the present invention is not limited to an XY table, and can be applied to a table having one axis or three axes or more, for example.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to perform drilling and patterning at high speed and with high accuracy using a pulse output laser without using a dedicated scale, with a simple configuration, and without stopping the processing table. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a trigger generation board according to the embodiment. FIG. 3 is a count pulse and setting data for explaining the operation. Time chart showing examples of trigger pulse relationships [Fig. 4] Diagram showing examples of table axis errors [Explanation of symbols]
10 ... Servo motor 12 ... Ball screw 14 ... Machining table (XY table)
20 ... Laser device 22 ... Laser pulse 30 ... Linear scale 32 ... Trigger generation board 40 ... Position command device 42 ... Servo amplifier

Claims

加工テーブルの位置をリニアスケールにより検出し、
該リニアスケールから出力される位置パルスにより、加工テーブルを駆動するモータをフィードバック制御すると共に、所定数の位置パルス毎に加工用のトリガ信号を発生し、
該トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて、前記加工テーブル上に配置された加工対象物を加工するようにしたレーザ加工方法であって、
前記リニアスケールによる検出位置と加工位置のずれ量を記憶し、
該ずれ量に応じて、次のトリガ信号を発生する位置パルス数を変更することを特徴とするレーザ加工方法。 The position of the processing table is detected by a linear scale,
The position pulse output from the linear scale feedback controls the motor that drives the machining table and generates a trigger signal for machining for every predetermined number of position pulses.
Using laser pulses oscillated by the trigger signal, a laser processing method which is adapted to process the workpiece that is disposed on the machining table,
Before storing the deviation amount of the detection position and the processing position by the cut near the scale,
A laser processing method, wherein the number of position pulses for generating the next trigger signal is changed according to the amount of deviation .

加工テーブルの位置をリニアスケールにより検出し、
該リニアスケールから出力される位置パルスにより、加工テーブルを駆動するモータをフィードバック制御すると共に、所定数の位置パルス毎に加工用のトリガ信号を発生し、
該トリガ信号により発振するレーザパルスを用いて、前記加工テーブル上に配置された加工対象物を加工するようにしたレーザ加工装置であって、
前記リニアスケールによる検出位置と加工位置のずれ量を記憶するための手段と、
該ずれ量に応じて変更した位置パルス数で、次のトリガ信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 The position of the processing table is detected by a linear scale,
The position pulse output from the linear scale feedback controls the motor that drives the machining table and generates a trigger signal for machining for every predetermined number of position pulses.
Using laser pulses oscillated by the trigger signal, a laser processing apparatus adapted to process the workpiece that is disposed on the machining table,
It means for storing the deviation amount of the detection position and the processing position by the front cut near the scale,
Means for generating the next trigger signal with the number of position pulses changed according to the amount of deviation;
A laser processing apparatus comprising: