JP4698092B2 - ガルバノスキャナ装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザ光線の照射位置を移動させるためのガルバノスキャナ装置及びその制御方法に関し、特に、レーザ光線を照射してプリント配線基板等の適所に穴開け加工を行うレーザドリルマシンに用いるのに好適なガルバノスキャナ装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザドリルマシンでは、レーザ光源からのレーザ光線を例えばガルバノスキャナで偏向して被加工体であるワーク上の所望位置に入射させる。かかるレーザドリルマシンを用いて例えばプリント配線基板等に穴開け加工を行う場合、高いスループットが要求されるようになってきており、ガルバノスキャナの動作の高速化が求められている。
【０００３】
一般に、ガルバノスキャナは動作角度により駆動特性が異なる。この特性の差は僅かであるが、高速化、高精度化の要求に従い、無視できなくなっている。
【０００４】
図９は、ある加工条件で一方向に孔開け加工を行った場合の、目標加工位置と実際の加工点の誤差を表わしたグラフである。横軸が目標加工位置の始点からの距離を表わし、縦軸が加工点の目標加工位置からの誤差を表わす。加工位置が進むにつれて、正の誤差が生じて精度が悪化する現象が出ている。これは、加工位置の駆動特性の変化により整定が遅れてしまったにも拘らず、レーザを照射してしまうために起こる現象である。
【０００５】
従来、このような加工精度の悪化に対する対策として、特性の差が出ないように駆動速度を遅くしたり、あるいは加工エリアを狭くしたりする対策が採られていたが、いずれもスループットが低くなってしまっていた。
【０００６】
又、ガルバノスキャナの高速動作を目的として、特開２０００−１１７４７６号公報では、スキャナミラーの移動角に応じて「設定待ち時間」を設定することを提案している。具体的には、スキャナミラー駆動用の指令値の出力タイミングから「設定待ち時間」の経過後に、スキャナミラーの位置決め完了とみなす。そして、スキャナミラーの移動角度（移動距離）が小さいほどこの「設定待ち時間」を少なくすることにより、被加工体の加工タクトを短くしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、指令値出力時からの所要時間として「設定待ち時間」を決定しているので、特にスキャナミラーの移動角度が大きな場合には、「設定待ち時間」と実際の位置決め時間との誤差が拡大する。このような誤差は、穴開け加工の誤差要因となり、これを避けるため「設定待ち時間」を長めにして許容誤差を大きく取るならば、その累積によって穴開け加工のスループットが低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、スキャナミラーの角度等の要因に関わりなく、少ない加工誤差で、かつ、高いスループットで穴開け加工等の処理を可能にするガルバノスキャナ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、レーザ光線の照射位置をミラー及びミラー駆動装置によって移動させるガルバノスキャナ装置であって、前記ミラー駆動装置によって前記ミラーの駆動位置が目標角度を含む所定の整定範囲内に到達したことを検出する整定範囲検出手段と、前記ミラーの駆動位置が前記整定範囲内に到達後に前記目標角度に到達して保持されるまでに要すると予想される待機時間を、前記ミラーの角度に応じて変化させる制御手段とを備える。
【００１０】
上記装置では、制御手段が、前記ミラーの駆動位置が前記整定範囲に到達後に前記目標角度に到達して保持されるまでに要すると予想される待機時間を前記ミラーの角度に応じて変化させるので、誤差の少ない待機時間を利用して、少ない誤差で高いスループットのレーザビア等の加工処理が可能になる。即ち、上記待機時間は、ミラーの駆動位置が目標角度に近づいて整定範囲内に達した段階からの位置決め用の残り時間に対応するので、指令値出力時からの所要時間として設定待ち時間を決定する場合に比較して短期間の予測で足り、比較的精密に位置決めのタイミングを予測することができる。よって、前記ミラーの駆動位置が目標角度になる時間を正確に予想してレーザ光線を照射位置に正確に位置決めできるだけでなく、位置決めのタイミングを正確に確定することができ、上記待機時間に基づいて次の動作やその準備を行うことができるので、レーザ光線を用いた処理のスループットを高くすることができる。ここで、整定範囲は、前記ミラーの動作に関連して動作する他の所定の部品の動作の準備開始のための予備期間に相当するものとすることができるが、上記所定の部品の動作の予備期間とは別に精度確保のために特別に設けた範囲とすることもできる。
【００１１】
上記装置の具体的な態様では、前記待機時間を、前記ミラーの目標角度までの駆動角度や目標角度や、その両者に応じて変化させる。
【００１２】
又、上記装置の別な具体的な態様では、前記待機時間を、レーザ光線の照射位置に対応させて記憶した待機時間テーブルを備える。
【００１３】
又、上記装置の別な具体的な態様では、前記待機時間を、ミラーの走査方向毎に設定する。
【００１４】
又、上記装置の別な具体的な態様では、前記ミラーを駆動するための指令波形をデジタルデータとして形成する波形形成手段を更に備える。この場合、ミラー駆動装置に高い自由度で所望の指令波形を与えることができるので、前記ミラーを短時間で効率よく目標角度に保持することができ、待機時間の予測も精密なものとなる。
【００１５】
また、上記装置の別の具体的な態様では、前記待機時間が、前記ミラーの動作に関連して動作する所定の部品及び少なくとも当該所定の部品の動作を制御する制御装置の動作の遅延を含んで設定される。この場合、所定の他の部品との連動を効率的に制御することができ、更にスループットを高めることができる。なお、ここで、他の部品とは、例えばレーザ発振装置、被加工体を支持するステージの駆動装置等を意味する。
【００１６】
また、上記装置の別の具体的な態様では、前記ミラー駆動装置による前記ミラーの駆動位置の偏差若しくは現在値を基準特性と比較して特性差を得る特性差検出手段と、当該特性差検出手段によって得た前記特性差に基づいて、例えば前記待機時間テーブルから抽出した待機時間を修正する修正手段とを更に備える。この場合、ミラーが整定範囲に到達するまでの状況（応答劣化）に対応する特性差を考慮して待機時間を修正できるので、レーザ光線を用いた処理のスループットを更に高くすることができる。
【００１７】
また、上記装置の別の具体的な態様では、前記ミラー駆動装置による前記ミラーの駆動位置の偏差若しくは現在値を基準特性と比較して特性差を得る特性差検出手段を更に備え、前記待機時間を前記特性差の複数のパターンに応じてそれぞれ複数の待機時間テーブルとして記憶する。この場合、ミラーが整定範囲に到達するまでの状況に対応する特性差を考慮して待機時間を決定することができるので、レーザ光線を用いた処理のスループットを更に高くすることができる。
【００１８】
また、上記装置の別の具体的な態様では、前記ミラー駆動装置による前記ミラーの駆動位置の偏差若しくは現在値を基準特性と比較して特性差を得る特性差検出手段を更に備え、前記波形形成手段が、前記特性差検出手段によって得た前記特性差に応じて前記ミラーを駆動するための指令波形を修正する。この場合、ミラーが整定範囲に到達するまでの状況に対応する特性差を考慮して指令波形を修正することができるので、レーザ光線を用いた処理のスループットを更に高くすることができる。
【００１９】
また、上記装置の別の具体的な態様では、前記ミラー及び前記ミラー駆動装置の近傍の温度を検出する温度センサを更に備え、前記待機時間を、例えば待機時間テーブルとして温度ごとに記憶する。この場合、温度変化を考慮して待機時間を決定することができるので、レーザ光線を用いた処理の精度を高め、そのスループットを更に高くすることができる。
【００２０】
また、上記装置の別の具体的な態様では、前記ミラーが前記整定範囲よりも狭く前記目標角度の極近傍を含む所定の収束範囲に所定時間だけ入った場合には、前記ミラーの位置決めが完了したものと判断する位置決め判断手段を更に備える。この場合、加工精度を収束範囲の設定によって確保しつつ、レーザ光線を用いた処理のスループットを高くすることができる。
【００２１】
また、本発明は、レーザ光線の照射位置をミラー及びミラー駆動装置によって移動させるガルバノスキャナ装置の制御方法であって、前記ミラーの駆動位置が目標角度を含む所定の整定範囲内に到達後に前記目標角度に到達して保持されるまでに要すると予想される待機時間を、前記ミラーの角度に応じて、例えば待機時間テーブルを用いて決定する工程と、前記ミラー駆動装置によって前記ミラーの駆動位置が前記整定範囲内に到達したことを検出する工程と、例えば前記整定範囲内に到達した際に、例えば前記待機時間テーブルに基づいて前記ミラーの動作完了まで待機後、位置決め完了信号を出力する工程とを備える。
【００２２】
上記方法では、前記ミラーの駆動位置が前記整定範囲に到達後に前記目標角度に到達して保持されるまでに要すると予想される待機時間を、ミラーの角度に応じて、例えば待機時間テーブルとして記憶するので、誤差の少ない待機時間を利用して、少ない誤差で高いスループットのレーザビア等の加工処理が可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係るガルバノスキャナ装置を組み込んだレーザドリルマシンの構造を説明する図である。
【００２４】
図示のレーザドリルマシンは、光源として例えばパルス状のレーザ光線ＬＢを出射するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０からのレーザ光線ＬＢを所望の方向に偏向させるガルバノスキャナ２０と、ガルバノスキャナ２０を経たレーザ光線ＬＢを被加工体Ｗの表面に集光するｆθレンズ３０と、プリント配線基板である被加工体Ｗを支持するステージ５０と、ガルバノスキャナ２０の動作を制御するスキャナ制御部６０と、ステージ５０の動作を制御するステージ制御部７０と、レーザドリルマシン全体の動作を統括的に制御する上位コントローラ８０とを備える。ここで、ガルバノスキャナ２０及びスキャナ制御部６０は、ガルバノスキャナ装置を構成する。
【００２５】
レーザ発振器１０は、例えば紫外のレーザ光線ＬＢをパルス状に出射するエキシマレーザや、赤外のレーザ光線ＬＢをパルス状に出射するＣＯ₂レーザ等とすることができる。なお、レーザ発振器１０からのレーザ光線ＬＢの出射タイミングは、上位コントローラ８０によって制御されている。
【００２６】
ガルバノスキャナ２０は、レーザ光線ＬＢを偏向するための一対のスキャナミラーＭ1、Ｍ2と、両スキャナミラーＭ1、Ｍ2を直交する２軸の方向にそれぞれ回転駆動するミラー駆動装置２１、２２と、両ミラー駆動装置２１、２２の近傍に配置されてそれらの温度を検出するための温度センサ２４、２５とを備える。
【００２７】
ｆθレンズ３０は、スキャナミラーＭ1、Ｍ2が等角速度で回転した場合、レーザ光線ＬＢを被加工体Ｗ上で等速度で移動させる。これにより、ｆθレンズ３０によって被加工体Ｗ表面に形成されるパルス光の入射スポットＩＳをＸＹ面内で任意の点に移動させることができる。このようなｆθレンズ３０によって集光されたパルス光の入射スポットＩＳでは、被加工体Ｗ表面の樹脂層や銅薄膜がアブレーション現象によって分解除去される。
【００２８】
ステージ５０は、被加工体Ｗを支持してＸＹ面内で任意の位置に移動することができる。即ち、被加工体Ｗが比較的大きい場合、その走査領域（加工領域）がガルバノスキャナ２０の走査によってビアホールを形成することができる走査領域よりも大きくなる可能性がある。この場合は、被加工体Ｗを適宜ステップ移動させつつ走査領域単位でビアホールを形成し、これを繰り返すことによって被加工体Ｗ全体にビアホールを形成する。
【００２９】
スキャナ制御部６０は、上位コントローラ８０からの指示に基づいて、ガルバノスキャナ２０のミラー駆動装置２１、２２に適当な信号を出力してスキャナミラーＭ1、Ｍ2を任意の駆動位置すなわち目標角度に保持することができ、ミラー駆動装置２１、２２に設けた駆動角検出装置の出力等に基づいて必要な信号処理を行う。
【００３０】
ステージ制御部７０は、上位コントローラ８０からの指示に基づいて、ステージ５０に適当な信号を出力してステージ５０上の被加工体Ｗを任意の位置に移動させることができ、ステージ５０に設けた位置検出装置の出力等に基づいて必要な信号処理を行う。
【００３１】
上位コントローラ８０は、コンピュータシステム等からなり、スキャナ制御部６０を介してガルバノスキャナ２０を動作させて被加工体Ｗ上へのレーザ光線ＬＢの入射位置を制御する。また、上位コントローラ８０は、ステージ５０を動作させてガルバノスキャナ２０等に対する被加工体Ｗの位置を制御する。また、上位コントローラ８０は、レーザ発振器１０からのパルス光の出射タイミング等を制御する。
【００３２】
図２は、図１のスキャナ制御部６０の回路構成を主に説明するブロック図である。スキャナ制御部６０は、上位コントローラ８０からの指示信号ＳAAに従ってモータＭＯ1、ＭＯ2を動作させるための一対の指令信号ＳIDをデジタルデータとして形成するデジタル計算器６０ａと、デジタル計算器６０ａからの一対の指令信号ＳIDをそれぞれアナログ化した一対の指令電圧信号ＳVWを形成するＤ／Ａ変換器６０ｂと、Ｄ／Ａ変換器６０ｂからの一対の指令電圧信号ＳVWに基づいて一対の指令電流信号ＳCWを形成する等の機能を有するアナログ回路６０ｄと、アナログ回路６０ｄからの一対の指令電流波形ＳDWを増幅した一対の出力信号ＳO1、ＳO2を一対のモータＭＯ1、ＭＯ2にそれぞれ出力するパワーアンプ６０ｅ、６０ｆとを備える。なお図２において、モータＭＯ1及び角度センサＳ1は、図１のミラー駆動装置２１に対応し、モータＭＯ2及び角度センサＳ2は、同図のミラー駆動装置２３に対応する。
【００３３】
デジタル計算器６０ａは、波形形成手段として機能し、上位コントローラ８０からの指示信号ＳAAに従ってミラー駆動装置２１、２２を動作させるための一対の指令信号ＳIDをデジタルデータとして形成しＤ／Ａ変換器６０ｂに出力する。また、デジタル計算器６０ａは、Ａ／Ｄ変換器６０ｈからの角度信号ＳA、ＳB等に基づいて、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の角度状態（向き）を監視する。また、デジタル計算器６０ａは、Ａ／Ｄ変換器６０ｈからの温度信号ＳCに基づいて、図１のスキャナミラーＭ1、Ｍ2及びミラー駆動装置２１、２２の温度状態を監視する。更に、デジタル計算器６０ａは、アナログ回路６０ｄからの整定範囲内信号ＳDに基づいて、スキャナミラーＭ1、Ｍ2が整定範囲内に入ったか否かを監視する。これにより、デジタル計算器６０ａは、スキャナミラーＭ1、Ｍ2が位置決め間近であることを意味する整定範囲内に入るタイミングを検出することができ、スキャナミラーＭ1、Ｍ2が整定範囲に達した後に目標角度に収束するまでの精密な待機時間を予測することができる。そして、デジタル計算器６０ａは、出力手段として、位置決め完了を意味する位置決め完了信号ＳRDを上位コントローラ８０に出力する。
【００３４】
アナログ回路６０ｄは、フィードバック制御回路を備えており、Ｄ／Ａ変換器６０ｂからの指令電圧信号ＳVWと、角度センサＳ1、Ｓ2からの角度計測信号ＳMAとに基づいて指令電流信号ＳCWを形成して、この指令電流信号ＳCWをパワーアンプ６０ｅ、６０ｆに出力する。ここで、指令電圧信号ＳVWは、スキャナミラーＭ1、Ｍ2を目標角度に収束させるための電圧波形であり、指令電流信号ＳCWは、スキャナミラーＭ1、Ｍ2を、指令電圧信号ＳVWに対応するミラー角度と角度計測信号ＳMAに対応するミラー角度との差に応じて回転させるための電流波形である。また、アナログ回路６０ｄは、整定範囲検出手段として機能し、角度計測信号ＳMAに基づいて、スキャナミラーＭ1、Ｍ2が整定範囲に入ったか否かに対応する整定範囲内信号ＳDを生成して、デジタル計算器６０ａに出力する。更に、アナログ回路６０ｄは、角度計測信号ＳMAに基づいて、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の偏差ＳAD若しくは現在角度ＳAPを生成して、デジタル計算器６０ａに出力する。なおここで、偏差ＳADとは、角度計測信号ＳMAに対応する角度と指令電圧信号ＳVWに対応する角度との差に対応している。
【００３５】
図３は、図２のデジタル計算器６０ａの回路構成を説明するブロック図である。このデジタル計算器６０ａは、指示信号ＳAAに基づいてミラー駆動装置２１、２２を動作させるための一対の指令信号ＳIDをデジタルデータとして形成する指令値生成部６０cgと、角度信号ＳAD、ＳAP、整定範囲内信号ＳD、温度信号ＳTE等に基づいて位置決め完了の判断や待機時間の決定等の処理を行う判断部６０adと、待機時間の決定等の処理に必要な情報を記憶するメモリ６０meとを備える。
【００３６】
指令値生成部６０cgは、ミラー駆動装置２１、２２を動作させるパターン、即ちスキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動量を含む指示信号ＳAAに基づいてミラー駆動装置２１、２２を動作させるための一対の指令信号ＳIDを形成する。両指令信号ＳIDは、ミラー駆動装置２１、２２を構成するモータの駆動量や駆動速度に対応しており、時間と共に変化し目標値に収束するものとなっている。
【００３７】
判断部６０adは、整定範囲内信号ＳDを受信して、待機時間テーブルに基づいて位置決め完了までの待機時間を決定し、この時間後、位置決め完了信号ＳRDを出力する。なお、判断部６０adは、監視している信号ＳAD、ＳAP、ＳD、ＳTE等に基づいて、ミラー駆動装置２１、２２を動作させるための指令信号ＳIDを修正することができる。具体的には、例えば角度信号ＳAD、ＳAPの変化が予定よりも遅い場合には、一対の指令信号ＳIDの特性を変化させて予定よりも急な勾配で角度変化を生じさせるものとすることができる。
【００３８】
メモリ６０meは、スキャナミラーＭ1、Ｍ2が整定範囲内に到達した後に目標角度に保持されるまでの待機時間を駆動角度に対応付けて保管する待機時間テーブルＴwを記憶する。なお、メモリ６０meは、待機時間テーブルＴwの他に、基準特性Ｃrを記憶することもできる。この基準特性Ｃrは、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の標準的な駆動角若しくはミラー駆動装置２１、２２の標準的な駆動量を時間の関数とした動作波形である。
【００３９】
なお、ガルバノスキャナを利用したレーザ加工装置では、Ｘ軸、Ｙ軸でガルバノスキャナの動作特性は非干渉であるので、上記の時間の設定は、Ｘ軸、Ｙ軸別々に行うこともできる。
【００４０】
以下、図１〜図３に示すレーザドリルマシンの動作について説明する。
【００４１】
まず、ステージ５０上にプリント配線基板である被加工体Ｗを載置して固定する。
【００４２】
次に、上位コントローラ８０からの指示に基づいて、レーザ発振器１０を動作させながら、ステージ５０上の被加工体Ｗの適所にガルバノスキャナ２０からのレーザ光線ＬＢを入射させてここに加工穴を形成する。より詳細に説明すると、ステージ制御部７０からの出力に従ってステージ５０を移動させて、被加工体Ｗ上の特定の区画がガルバノスキャナ２０及びｆθレンズ３０からなる走査光学系の照射領域になるように移動させる。
【００４３】
次に、スキャナ制御部６０からの出力に従ってガルバノスキャナ２０を動作させて、レーザ発振器１０からのレーザ光線ＬＢを被加工体Ｗの適所に入射させることにより、被加工体Ｗ上の特定の区画に所望の配列で加工穴を形成する。
【００４４】
次に、ステージ５０を移動させて上記特定の区画に隣接する区画が、走査光学系の照射領域になるように移動させる。
【００４５】
次に、走査光学系によって被加工体Ｗ上の上記隣接する区画に所望の配列で加工穴を形成する。
【００４６】
以上のような動作を繰返すことにより、被加工体Ｗの表面全体の適所に加工穴を形成する。
【００４７】
以上のような動作において、スキャナ制御部６０は、以下に説明する５つのモードでガルバノスキャナ２０を動作させる。
【００４８】
▲１▼第１のモードでは、スキャナ制御部６０に設けたデジタル計算器６０ａのメモリ６０meに保存した待機時間テーブルＴwに基づいて、両スキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動完了までの待機時間を切り替える。ここで用いる待機時間テーブルＴwは、整定範囲内に到達した後に目標角度に保持される駆動完了までの待機時間を、加工点間の距離（穴距離）に対応するスキャナミラーＭ1、Ｍ2の目標角度までの駆動量（角度）に応じて定めたものである。スキャナ制御部６０は、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動を指示する上位コントローラ８０からの指示信号ＳAAに応じて、待機時間テーブルＴwから駆動角度の大きさに応じて読み出した待機時間後、位置決め完了信号ＳRDを上位コントローラ８０に出力する。上位コントローラ８０では、位置決め完了信号を検出し次第、レーザ発振装置１０にトリガ信号を送る。
【００４９】
ここで、待機時間テーブルＴwは、予め実験を繰返してデータを集積することによって作成する。具体的には、両スキャナミラーＭ1、Ｍ2のそれぞれについて、駆動角度の大きさを変化させたときの角度偏差（又は現在角度）の特性を実験により測定する。これより、各角度条件で両スキャナミラーＭ1、Ｍ2の動作特性がどのように変化するかを明らかにし、各角度条件に関して、整定範囲内到達から位置決め完了までの待機時間を決定する。このようにして得た待機時間テーブルＴwは、デジタル計算器６０ａのメモリ６０meに組み込まれる。
【００５０】
なお、デジタル計算器６０ａが待機時間の経過を待って動作する場合、位置決め完了から実際にレーザ光線ＬＢが照射されるまでの間に、上位コントローラ８０の内部処理やその他電気品（例えばレーザ発振器１０、ステージ５０、ステージ制御部７０等）の動作遅れ等に起因して無駄な遅延時間が入ることが多い。このような遅延時間を予め実験的に明らかにしておき、待機時間の決定に際してこの遅延時間を差し引いたものを待機時間とすると、さらなる加工時間短縮に有効的である。実際には、待機時間テーブルＴwとして記憶した待機時間を上位コントローラ８０等の動作に起因する遅延時間だけ増加させる修正を行うことになる。
【００５１】
▲２▼第２のモードでは、待機時間テーブルＴwに基づいてスキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動完了までの待機時間を切り替えるだけでなく、切り替えた待機時間を更に状況に応じて変化させる。具体的には、特性差検出手段及び修正手段として機能するデジタル計算器６０ａが、メモリ６０meに保存した基準特性ＣrをスキャナミラーＭ1、Ｍ2の所定時間毎における駆動位置の偏差若しくは現在値と比較して特性差を検出し、この特性差に基づいて待機時間テーブルＴwから抽出した待機時間を修正する。修正方法としては、各動作条件に応じて待機時間テーブルＴwから抽出した待機時間に特性差に応じた係数をかけたり、特性差に応じたオフセットを加えたりすることが考えられる。また、予め待機時間テーブルＴwをいくつか用意しておき、動作特性の変化に応じてこの待機時間テーブルを切り替えるなどの方法が考えられる。特性差の比較に際しては、例えばスキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動量のオーバーシュートを基準特性Ｃrのオーバーシュートと比較したオーバシュート差や、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の追従速度を基準特性Ｃrの追従速度と比較した速度差を用いることができる。
【００５２】
ここで、基準特性Ｃrは、ガルバノスキャナ２０の初期段階における標準的な動作特性としており、両スキャナミラーＭ1、Ｍ2のそれぞれについて、駆動角度の大きさを変化させたときの現在値（駆動角度）や偏差（角度のずれ）の変化特性を実験により測定して、所定の駆動角度範囲ごとに動作特性を求めている。基準特性Ｃrは、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動位置を偏差として把握するか現在値として把握するかによって変わったものとなる。即ち、偏差の基準特性Ｃrは、現在値と指令値との差に相当するものとなっている。
【００５３】
また、基準特性Ｃrの収束値は、偏差を用いて制御している場合０となるが、現在値を用いて制御している場合、上位コントローラ８０からの指令値に一致するようにシフトさせる必要があり、指令値に正確に収束させる特性とする。
【００５４】
▲３▼第３のモードでは、待機時間テーブルＴwに基づいてスキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動完了までの待機時間を切り替えるだけでなく、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動パターン自体を変更する。具体的には、デジタル計算器６０ａがメモリ６０meに保存した基準特性ＣrをスキャナミラーＭ1、Ｍ2のある時間毎における駆動位置の偏差若しくは現在値と比較して特性差を検出し、この特性差に基づいてスキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動パターンを適宜修正する。修正方法としては、例えば現在値等のオーバーシュートが基準特性よりも大きい場合は、得られた特性差に基づいて指令値のオーバーシュートや傾きを小さくする。また、現在値等の追従速度が遅い場合は、得られた特性差に基づいて指令値の傾きを大きくするなどの方法も考えられる。
【００５５】
なお、スキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動完了時にそれぞれの角度が目標角度からずれている場合は、指令値の最終値をシフトする方法も考えられる。この場合、基準特性Ｃrの収束値を指令値からずれた値に設定する。
【００５６】
▲４▼第４のモードでは、待機時間テーブルＴwに基づいてスキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動完了までの待機時間を切り替えるが、この際用いる待機時間テーブルＴwは、ガルバノスキャナ２０の温度を考慮したものとなっている。即ち、スキャナ制御部６０は、両スキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動を指示する上位コントローラ８０からの指示信号ＳAAに応じ、その駆動量及び温度センサ２４、２５からの温度検出信号ＳTEに対応させて待機時間テーブルＴwから適切な待機時間を読み出す。スキャナ制御部６０は、読み出した待機時間をデータ信号ＳRDとして上位コントローラ８０に出力する。
【００５７】
ここで、待機時間テーブルＴwは、予めガルバノスキャナ２０の温度を変更しつつ実験を繰返してデータを集積することによって作成する。具体的には、両スキャナミラーＭ1、Ｍ2について、駆動角度の大きさを変化させたときの角度偏差の特性を様々な温度範囲で測定して、整定範囲内到達から位置決め完了までの待機時間を温度範囲ごとに決定する。このようにして得た待機時間テーブルＴwは、デジタル計算器６０ａのメモリ６０meに組み込まれる。
【００５８】
▲５▼第５のモードでは、待機時間テーブルＴwに基づいてスキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動完了までの待機時間を切り替えるが、この場合、所定の収束範囲に入って一定期間が経過した段階で位置決め完了信号をデジタル計算器６０ａから上位コントローラ８０に送信する。即ち、両スキャナミラーＭ1、Ｍ2の駆動量の偏差をもとに位置決め完了判断を行う場合、位置決め判断手段であるデジタル計算器６０ａは、整定範囲到達後にアナログ回路６０ｄから出力される偏差ＳADの値を駆動毎に読み込み、偏差ＳADの値が所望の収束範囲に予め設定した時間以上入ったら位置決め完了とする。この場合、収束範囲に入ってから位置決め完了までに更に時間を要してしまうが、動作特性の経時的な変化にも自動的に対応できる。
【００５９】
図４は、実施形態のレーザドリルマシンの具体的動作を説明するグラフである。図４（ａ）は駆動角度が大きい場合を示し、図４（ｂ）は駆動角度が小さい場合を示す。図において、縦軸はスキャナミラーＭ1、Ｍ2の角度、横軸は時間をとなっている。両図には、目標角度Ｃaa、Ｃab、指令値Ｃca、Ｃcb、第１スキャナミラーＭ1の現在値の変化を示す動作特性Ｃda1、Ｃdb1、及び第２スキャナミラーＭ2の現在値の変化を示す動作特性Ｃda2、Ｃdb2が表されている。なお、ゾーン状の整定範囲や動作特性Ｃda1、Ｃdb1、Ｃda2、Ｃdb2のオーバーシュートは、説明を分かりやすくするために実際よりも大きく描いてある。
【００６０】
図からも明らかなように、目標角度Ｃaa、Ｃabに向けての各スキャナミラーＭ1、Ｍ2の収束特性は、通常スキャナミラーの大小等によって変化するため、整定範囲内到達後から収束までの時間も各スキャナミラーＭ1、Ｍ2ごとに異なる。例えば図４（ａ）に示すように駆動角度が大きいとき、第１スキャナミラーＭ1の場合はその収束に時間Ａを要し、第２スキャナミラーＭ2の場合はその収束に時間Ｂを要する。また、各スキャナミラーＭ1、Ｍ2の収束特性は、駆動角度の大小によっても変化する。例えば第１スキャナミラーＭ1の場合、駆動角度が大きいときの動作特性Ｃda1はその収束に時間Ａを要し、駆動角度が小さいときの動作特性Ｃdb1はその収束に時間Ｃを要する。
【００６１】
以上のようなガルバノスキャナ２０において、位置決めに最も時間を要する条件に合わせて、整定範囲内到達後に一律の待機時間を設定し、この待機時間後に位置決め完了と判断する処理も可能である。図示の例では、整定範囲内到達から収束までが最も長い時間Ｂを全体の待機時間とすることが考えられるが、整定範囲到達から位置決め完了までに、駆動角度大の場合であって第２スキャナミラーＭ1の場合で時間Ａ'、駆動角度小の場合であって第１スキャナミラーＭ1の場合で時間Ｃ'、第２スキャナミラーＭ2の場合で時間Ｄ'が無駄に待機する時間となってしまう。一方、上記図３に示すメモリ６０meに記憶した待機時間テーブルＴwを用いるならば、無駄な待ち時間Ａ'、Ｃ'、Ｄ'は発生しない。
【００６２】
図５は、第３のモードでの動作を具体的に説明するグラフである。図において、縦軸はスキャナミラーの角度、横軸は時間をとなっている。同図には、目標角度Ｃa、指令値Ｃc、スキャナミラーの動作特性Ｃdの時間変化が表されている。ガルバノスキャナ２０の特性が使用の継続により経時的に変化すると、その動作特性Ｃdは、オーバシュートが大きい特性Ｃdd1となったり、追従速度が小さな特性Ｃdd2となったりする。更に、指令値Ｃcからずれた角度に保持される特性Ｃdd3となる場合もある。
【００６３】
例えば、ガルバノスキャナ２０がオーバシュートの大きな動作特性Ｃdd1となっていることを検出した場合、スキャナ制御部６０では、指令値Ｃcを比較的滑らかに上昇する指令値Ｃcc1に修正してガルバノスキャナ２０を動作させる。これにより、ガルバノスキャナ２０の動作を動作特性Ｃdに近づけることができる。また、ガルバノスキャナ２０が傾きの小さな動作特性Ｃdd2となっていることを検出した場合、スキャナ制御部６０では、指令値Ｃcを傾斜の大きな指令値Ｃcc2に修正してガルバノスキャナ２０を動作させる。また、ガルバノスキャナ２０が目標値ずれを有する動作特性Ｃdd3となっていることを検出した場合、スキャナ制御部６０では、指令値Ｃcを目標値すれ相殺する指令値に修正してガルバノスキャナ２０を動作させる。
【００６４】
図６は、第４のモードで用いる待機時間テーブルＴwを具体的に説明する図である。この場合ガルバノスキャナ２０の温度を０〜Ａ℃、Ａ〜Ｂ℃、Ｂ〜Ｃ℃、Ｃ〜℃以上の４つの領域に分け、各領域ごとに駆動角度に対応する待機時間を設定している。
【００６５】
本実施形態によれば、加工実験の結果からデジタル計算器の設定を変更するだけであるので、難しいサーボ調整などを必要としない。
【００６６】
次に、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００６７】
本実施形態においては、第１実施形態との第１のモードにおいて、デジタル計算機６０ａが整定範囲内信号ＳDを受け取ってから、上位コントローラ８０へ位置決め完了信号ＳRDを出力するまでの待機時間を、図７に示す如く、加工位置に対応するミラーの目標角度によって可変としたものである。図９に示すような例の場合には、加工精度の悪い加工位置では、この待機時間を長く取り、加工を行うまでの整定待ち時間を長くする。
【００６８】
なお、第１実施形態ではミラーの駆動角度（穴距離）に応じて、第２実施形態ではミラーの目標角度（加工位置）に応じて待機時間を変化させていたが、図８に示す第３実施形態の如く、待機時間テーブルを、ミラーの目標角度（加工位置）と駆動角度（穴距離）の両者に対応させた３次元テーブルとして、ミラーの目標角度と駆動角度の両者に応じて待機時間ａ〜ｅ（例えばａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ）を変化させることも可能である。
【００６９】
本実施形態によれば、更に良好な加工を行うことができる。
【００７０】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態のガルバノスキャナ装置は、レーザドリルマシンだけでなく、マーキングマシン等を含む様々なレーザ処理装置に組み込むことができる。
【００７１】
また、上記実施形態において、スキャナ制御部６０を第１〜第５のモードで動作させているが、第１〜第５のモードを適宜組み合わせてスキャナ制御部６０を動作させることができる。例えば、第２及び第３モードの動作時にガルバノスキャナ２０の温度を考慮して各スキャナミラーＭ1、Ｍ2の特性差の修正を行うことができる。具体的には、標準の待機時間に掛ける係数や加算するオフセットを時間の関数としたり、特性差に応じて多数準備する待機時間テーブルを温度パラメータを含むものとすることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、前記ミラーの駆動位置が前記整定範囲に到達後に前記目標角度に到達して保持されるまでに要すると予想される待機時間を、前記ミラーの駆動角度や目標角度に応じて変化させるので、待機時間を利用して、少ない誤差で高いスループットのレーザビア等の加工処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の装置を組み込んだレーザドリルマシンの構造を説明するブロック図
【図２】図１のスキャナ制御部の回路構成を主に説明するブロック図
【図３】図２のデジタル計算器の回路構成を説明するブロック図
【図４】レーザドリルマシンの具体的動作を説明するグラフ
【図５】レーザドリルマシンの具体的動作を説明するグラフ
【図６】レーザドリルマシンの駆動に用いる待機時間テーブルの変形例を説明する図
【図７】本発明の第２実施形態における、ミラーの目標角度と待機時間の関係の例を示す線図
【図８】同じく第３実施形態における、ミラーの目標角度及び駆動角度と待機時間の関係の例を示す線図
【図９】従来の問題点を説明するための線図
【符号の説明】
１０…レーザ発振装置
２０…ガルバノスキャナ
２１、２２…ミラー駆動装置
２４、２５…温度センサ
３０…ｆθレンズ
５０…ステージ
６０…スキャナ制御部
６０ａ…デジタル計算器
６０ｄ…アナログ回路
６０ad…判断部
６０cg…指令値生成部
６０me…メモリ
７０…ステージ制御部
８０…上位コントローラ
Ｃr …基準特性
ＬＢ…レーザ光線
Ｍ1…第１スキャナミラー
Ｍ2…第２スキャナミラー
Ｓ1、Ｓ2…角度センサ
Ｔw…待機時間テーブル
Ｗ…被加工体

Claims (15)

1. レーザ光線の照射位置をミラー及びミラー駆動装置によって移動させるガルバノスキャナ装置であって、
   前記ミラー駆動装置によって前記ミラーの駆動位置が目標角度を含む所定の整定範囲内に到達したことを検出する整定範囲検出手段と、
   前記ミラーの駆動位置が前記整定範囲内に到達後に前記目標角度に到達して保持されるまでに要すると予想される待機時間を、前記ミラーの角度に応じて変化させる制御手段と、
   を備えたことを特徴とするガルバノスキャナ装置。
2. 前記待機時間を、前記ミラーの目標角度までの駆動角度に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナ装置。
3. 前記待機時間を、前記ミラーの目標角度に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナ装置。
4. 前記待機時間を、前記ミラーの目標角度と、該目標角度までの駆動角度の両者に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナ装置。
5. 前記待機時間を、レーザ光線の照射位置に対応させて記憶した待機時間テーブルを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
6. 前記待機時間を、ミラーの走査方向毎に設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
7. 前記ミラーを駆動するための指令波形をデジタルデータとして形成する波形形成手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
8. 前記整定範囲内に到達する際に、前記待機時間に基づいて前記ミラーの動作完了まで待機後、位置決め完了信号を出力する出力手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
9. 前記待機時間は、前記ミラーの動作に関連して動作する所定の部品及び少なくとも当該所定の部品の動作を制御する制御装置の動作の遅延を含んで設定されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
10. 前記ミラー駆動装置による前記ミラーの駆動位置の偏差若しくは現在値を基準特性と比較して特性差を得る特性差検出手段と、当該特性差検出手段によって得た前記特性差に基づいて前記待機時間を修正する修正手段とを更に備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
11. 前記ミラー駆動装置による前記ミラーの駆動位置の偏差若しくは現在値を基準特性と比較して特性差を得る特性差検出手段を更に備え、前記待機時間を前記特性差の複数のパターンに応じてそれぞれ複数の待機時間テーブルとして記憶することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
12. 前記ミラー駆動装置による前記ミラーの駆動位置の偏差若しくは現在値を基準特性と比較して特性差を得る特性差検出手段を更に備え、前記波形形成手段は、前記特性差検出手段によって得た前記特性差に応じて前記ミラーを駆動するための指令波形を修正することを特徴とする請求項７に記載のガルバノスキャナ装置。
13. 前記ミラー及び前記ミラー駆動装置の近傍の温度を検出する温度センサを更に備え、前記待機時間を温度毎に記憶することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
14. 前記ミラーが前記整定範囲よりも狭く前記目標角度の極近傍を含む所定の収束範囲に所定時間だけ入った場合には、前記ミラーの位置決めが完了したものと判断する位置決め判断手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のガルバノスキャナ装置。
15. レーザ光線の照射位置をミラー及びミラー駆動装置によって移動させるガルバノスキャナ装置の制御方法であって、
    前記ミラーの駆動位置が目標角度を含む所定の整定範囲内に到達後に前記目標角度に到達して保持されるまでに要すると予想される待機時間を、前記ミラーの角度に応じて決定する工程と、
    前記ミラー駆動装置によって前記ミラーの駆動位置が前記整定範囲内に到達したことを検出する工程と、
    前記待機時間に基づいて前記ミラーの動作完了まで待機後、位置決め完了信号を出力する工程と
    を備えることを特徴とするガルバノスキャナ装置の制御方法。

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