(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から発振されるレーザ光の軌道を変化させてレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光走査系と、このレーザ光走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系とによりレーザ光を被加工物上の任意の位置に照射して加工するレーザ加工装置において、
被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令の順序が、被加工物上における一方向の直線的な長距離移動とこれと交差する他方向の直線的な短距離移動とを繰り返す順序となるよう、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、
前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて前記走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、
前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、
を備え、前記搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ発振器から発振されるレーザ光の軌道を変化させてレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光走査系と、このレーザ光走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系とによりレーザ光を被加工物上の任意の位置に照射して加工するレーザ加工装置において、
搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、
前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて前記走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、
前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、
を備え、前記搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動し、前記搬送系制御部は、前記加工計画部からの被加工物上のレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行した位置を搬送系位置指令とし、これに基づいて搬送系の制御を行うことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記搬送系制御部は、ステップ状に変化する搬送系位置指令に対してフィルタ処理を行い、指令値の変化を滑らかにした搬送系位置指令により制御を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ発振器から発振されるレーザ光の軌道を変化させてレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光走査系と、このレーザ光走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系とによりレーザ光を被加工物上の任意の位置に照射して加工するレーザ加工装置において、
搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、
前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて前記走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、
前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、
を備え、前記搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動し、前記レーザ光走査系制御部は、前回のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までを滑らかに補間する加減速パターン指令値から、搬送系の一定時間後の予測位置を引いたものをレーザ光走査系位置指令値とし、これに基づいてレーザ光走査系の制御を行うことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
加工実行前にシミュレーションを実施し、レーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために搬送系の移動をレーザ光走査系が待つ時間が生じる部分で、前記搬送系制御部において搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離をより長く調整するようにさせるシミュレーション部をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
複数の被加工物に対して同一パターンの加工を繰り返す場合に、前記搬送系制御部において最初の被加工物の加工では搬送系の先行距離を短く設定しておき、加工を実施する毎にレーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために待ち時間が生じる部分で搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離を長く調整するようにすることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高速高精度にレーザ穴あけ加工、レーザ切断加工、マーキング等を行うレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板のような薄板の穴あけ、切断加工を行うレーザ加工機では、高速高精度にレーザ光を走査し加工を行う必要がある。高速高精度にレーザ光を走査するためにはガルバノメータビームスキャナ（以下、ガルバノスキャナとする）を使用する方法が一般的である。このようなレーザ加工装置は、ガルバノスキャナによりレーザ光を走査する高速なレーザ光走査系と、被加工物の設置台を移動させるＸＹテーブル制御系からなる２つの位置制御系を併用する場合が多い。
【０００３】
レーザ光走査制御系は、軽量なミラーを動かしてレーザ光を走査するため高速にレーザ光を走査できるが、動作範囲が小さい。ＸＹテーブル制御系は、動作範囲が大きい反面、大質量の物体を移動させるため高速な移動は困難である。例えば、特開昭５８−１２３７０２号公報に記載のレーザ加工装置では、まず、ＸＹテーブルを停止させた状態でガルバノスキャナの動作範囲内でレーザ光を走査する。次に、ガルバノスキャナを停止させた状態で、被加工物上の未加工実施部分がガルバノスキャナの動作範囲内に来るようにＸＹテーブルにより被加工物を移動させる。以上のガルバノスキャナによるレーザ光走査とＸＹテーブルによる被加工物の搬送を繰り返すことで全加工範囲の加工を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されているため、ガルバノスキャナの動作範囲よりも広い加工面積を有する被加工物を加工するためには、ガルバノスキャナによるレーザ光走査の時間の他に、ＸＹテーブルによる被加工物の移動時間を必要とするため、加工時間が長くなるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガルバノスキャナによるレーザ光走査中にＸＹテーブルを移動させて全体の加工時間を短縮することができるレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明の第１の発明は、レーザ発振器から発振されるレーザ光の軌道を変化させてレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光走査系と、このレーザ光走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系とによりレーザ光を被加工物上の任意の位置に照射して加工するレーザ加工装置において、搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて前記走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、を備え、前記搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動することを特徴とするレーザ加工装置にある。
【０００７】
またこの発明の第２の発明は、前記搬送系制御部は、前記加工計画部からの被加工物上のレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行した位置を搬送系位置指令とし、これに基づいて搬送系の制御を行うことを特徴とするレーザ加工装置にある。
【０００８】
またこの発明の第３の発明は、前記搬送系制御部は、ステップ状に変化する搬送系位置指令に対してフィルタ処理を行い、指令値の変化を滑らかにした搬送系位置指令により制御を実施することを特徴とするレーザ加工装置にある。
【０００９】
またこの発明の第４の発明は、前記レーザ光走査系制御部は、前回のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までを滑らかに補間する加減速パターン指令値から、搬送系の一定時間後の予測位置を引いたものをレーザ光走査系位置指令値とし、これに基づいてレーザ光走査系の制御を行うことを特徴とするレーザ加工装置にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明の第１の発明は、レーザ発振器から発振されるレーザ光の軌道を変化させてレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光走査系と、このレーザ光走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系とによりレーザ光を被加工物上の任意の位置に照射して加工するレーザ加工装置において、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令の順序が、被加工物上における一方向の直線的な長距離移動とこれと交差する他方向の直線的な短距離移動とを繰り返す順序となるよう、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて前記走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、前記被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、を備え、前記搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動することを特徴とするレーザ加工装置にある。
【００１１】
またこの発明の第６の発明は、第２の発明において、複数の被加工物に対して同一パターンの加工を繰り返す場合に、前記搬送系制御部において最初の被加工物の加工では搬送系の先行距離を短く設定しておき、加工を実施する毎にレーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために待ち時間が生じる部分で搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離を長く調整するようにすることを特徴とするレーザ加工装置にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の構成図である。図１において、１はレーザ発振器、２はレーザ光を走査するためのガルバノスキャナ（ガルバノメータビームスキャナ）、３はレーザ光を集光するためのｆθレンズ、４は被加工物を搬送するためのＸＹテーブル、５は被加工物の位置検出用のリニアスケール、６はレーザ光、７は被加工物、８は加工計画部、９はレーザ光走査系制御部、１０は搬送系制御部である。
【００１３】
図２は、上記実施の形態１のレーザ加工装置の制御系構成図である。レーザ光走査系制御部９には、レーザ光照射位置指令パターン生成部１１、レーザ光走査系サーボ部１２および減算器１９が含まれる。搬送系制御部１０には、搬送系位置指令生成部１３と搬送系サーボ部１４が含まれる。
【００１４】
図２に従って上記実施の形態１のレーザ加工装置の動作を説明する。加工開始前に加工計画部８においてレーザ光照射位置指令を順序付けする。加工開始後は、レーザ光照射位置指令部８が、上記順序に従ってレーザ光照射位置指令を搬送系位置指令生成部１３およびレーザ光照射位置指令パターン生成部１１に出力する。搬送系位置指令生成部１３は、上記レーザ光照射位置指令に基づいて搬送系位置指令を生成し、搬送系サーボ部１４に出力する。搬送系サーボ部１４は、上記搬送系位置指令に基づいてＸＹテーブル４を制御する。
【００１５】
レーザ光照射位置指令パターン生成部１１は、１個前のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までを滑らかに補間する加減速パターン指令値を生成する。レーザ光走査系サーボ部１２は、上記加減速パターン指令値からリニアスケール５により計測されたＸＹテーブル４の現在位置を引いたものを指令値としてガルバノスキャナ２を制御する。
【００１６】
上記の制御系によりＸＹテーブル４とガルバノスキャナ２が同時に駆動される。レーザ光照射位置が被加工物７上のレーザ光照射位置指令の位置に到達した時点で、レーザ発振器１からレーザ光６を照射し、加工を実行する。レーザ光走査系であるガルバノスキャナ２の動作中に、搬送系であるＸＹテーブル４が搬送系位置指令の位置に向けて移動することにより、レーザ光走査系から被加工物７上のレーザ光照射位置指令の位置までの距離が短縮される。
【００１７】
これにより、ＸＹテーブル４の移動速度が十分に高速である場合には、ガルバノスキャナ２から被加工物７上のレーザ光照射位置指令の位置までの距離が、常にガルバノスキャナ２の動作範囲内に保たれる。また、ＸＹテーブル４の移動速度が高速でない場合にも、ガルバノスキャナ２が動作範囲の制限のためにＸＹテーブル４の移動を待つ時間が短縮される。以上により、全体の加工時間を短縮することができる。
【００１８】
図３は加工開始前に加工計画部８において実行されるレーザ光照射位置指令の並べ替えについて説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲を、レーザ光走査系であるガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分してある。下から上に順にＡ，Ｂ，Ｃ，．．．Ｘの記号を、左から右に順に１，２，３，．．．ｎの番号を各ブロックに付ける。例えば左下はブロックＡ１、右下はブロックＡｎとなる。ここでｎは横方向のブロック数である。
【００１９】
図４は加工計画部８において実行されるレーザ光照射位置指令の並べ替え手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１においてブロックＡ１の左端からブロックＡｎの中央まで右向きにレーザ光照射位置指令を出現順に並べる。次に、ステップＳ２においてブロックＡｎ右半面からブロックＢｎ右半面まで下から上に向けてレーザ光照射位置指令を出現順に並べる。更にステップＳ３おいてブロックＢｎの左半面からブロックＢ１の右半面まで左向きにレーザ光照射位置指令を出現順に並べる。以降、１段分の上昇と左右移動をしながらレーザ光照射位置指令の探索を繰り返して順序付けを行う（ステップＳ４〜Ｓ５）。
【００２０】
図５は搬送系位置指令生成部１３における搬送系位置指令の生成法について説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲を、レーザ光走査系であるガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分してある。ブロックＡ１の左半分に存在するレーザ光照射位置（指令）に対してはブロックＡ１の中央を搬送系の目標位置とする。ブロックＡ１の右半分からブロックＡｎの左半分までの領域では、レーザ光照射位置からブロックの横方向中央線に降ろした垂線の足を搬送系の目標位置とする。
【００２１】
ブロックＡｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置に対しては、ブロックＡｎの中央を搬送系の目標位置とする。ブロックＡｎの右上１／４とブロックＢｎの右下１／４の領域では、レーザ光照射位置からブロックの縦方向中央線に降ろした垂線の足を搬送系の目標位置とする。ブロックＢｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置に対しては、ブロックＢｎの中央を搬送系の目標位置とする。以降、同様にして搬送系の目標位置を定める。
【００２２】
実施の形態２．
図６はレーザ光照射位置指令の実施の形態２における並べ替え順序を示す図である。図３と同様に、被加工物７を上方から見たもので、被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、左下ブロックＡ１と右下ブロックＡｎのみを表示したものである。更に、ブロックＡ１は４個の縦長長方形ブロックａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ１４に、ブロックＡｎは２個の縦長長方形ブロックａｎａ，ａｎ２と４個の横長長方形ブロックａｎａ，ａｎｂ，ａｎｃ，ａｎｄに分割されている。
【００２３】
図７は、実施の形態２の加工計画部８において実行されるレーザ光照射位置指令の並べ替え手順を示すフローチャートである。まずステップＳ１１において、ブロックＡ１からブロックＡｎの左半面までをブロックの１／４の幅で縦長の長方形ブロックに分割する。ステップＳ１２において、縦長長方形ブロックａ１１からレーザ光照射位置指令の探索を開始する。ステップＳ１３において、縦長長方形ブロックａ１１の下から上に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付し、右隣の縦長長方形ブロックａ１２に探索対象を移動する。
【００２４】
ステップＳ１４において、縦長長方形ブロックａ１２の上から下に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付けし、右隣の縦長長方形ブロックａ１３に探索対象を移動する。ステップＳ１５において、レーザ光照射位置指令の探索がブロックＡｎの左半面まで完了したかどうかを確認する。未完了であればステップＳ１３に戻り、縦長長方形ブロック内の探索を継続する。
【００２５】
ブロックＡｎの左半面まで探索が完了していればステップＳ１６に進み、ブロックＡｎの右半面をブロックの１／４の高さで横長の長方形ブロックに分割し、下端の横長長方形ブロックａｎａからレーザ光照射位置指令の探索を開始する。ステップＳ１７において、横長長方形ブロックａｎａの左から右に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付けし、１個上の横長長方形ａｎｂブロックに探索対象を移動する。ステップＳ１８において、横長長方形ブロックａｎｂの右から左に向けてレーザ光照射位置指令を探索して出現順に順序付けし、１個上の横長長方形ブロックａｎｃに探索対象を移動する。
【００２６】
ステップＳ１９において、レーザ光照射位置指令の探索がブロックＡｎの右半面まで完了したかどうかを確認する。未完了であればステップＳ１７に戻り、横長長方形ブロック内の探索を継続する。以降、すべてのレーザ光照射位置指令の探索が完了するまで、ブロックの横長長方形および縦長長方形への分割と、長方形ブロック内のレーザ光照射位置指令の探索および順序付けを繰り返す（ステップＳ２０）。
【００２７】
実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令の並べ替えでは、実施の形態１における並べ替えに比べてガルバノスキャナ２の移動距離を短くすることができるため、加工時間を更に短縮することが可能となる。
【００２８】
図８は、実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令の関係を説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、左下ブロックＡ１と右下ブロックＡｎのみを表示したものである。
【００２９】
ブロックＡ１の左半分に存在するレーザ光照射位置（指令）に対してはブロックＡ１の中央を搬送系の目標位置とする。ブロックＡ１の右半分からブロックＡｎの左半分までの領域では、レーザ光照射位置が含まれる各縦長長方形（ａ１１，．．．，ａｎ２）の右辺の中点を搬送系の目標位置とする。レーザ光照射位置がブロックＡｎの右下１／４の領域に存在する場合には、ブロックＡｎの中央を搬送系の目標位置とする。
【００３０】
ブロックＡｎの右上１／４と右２段目ブロックＢｎの右下１／４の領域では、レーザ光照射位置が含まれる各横長長方形（ａｎｃ，ａｎｄ，．．．）の左上の頂点を搬送系の目標位置とする。ブロックＢｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置に対しては、ブロックＢｎの中央を搬送系の目標位置とする。以降、同様にして搬送系の目標位置を定める。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態３は、搬送系位置指令生成部１３においてレーザ光照射位置指令から計算される搬送系位置指令よりも一定の距離分先行した位置を搬送系位置指令として与えるものである。先行させる距離を以下、先行距離とする。本発明におけるレーザ加工装置では、ガルバノスキャナ２とＸＹテーブル４を同時に駆動するが、ＸＹテーブル４の移動速度に比べて、ガルバノスキャナ２の移動速度が大きい。そのため、ＸＹテーブル４の遅れが大きい場合には、被加工物７上のレーザ光照射位置指令パターンからＸＹテーブル４の現在位置を引いたレーザ光走査系位置指令が、ガルバノスキャナ２の動作範囲外となり、ガルバノスキャナ２がレーザ光走査系位置指令に最も近い動作範囲内の最大値で停止して、ＸＹテーブル４の移動を待つ。
【００３２】
搬送系位置指令に先行距離を加えることによりＸＹテーブル４の遅れが小さくなり、ＸＹテーブル４の速度に比べてガルバノスキャナ２の速度が大きい場合にも、ＸＹテーブル４の移動をガルバノスキャナ２が待つ時間が短縮され、総合的な加工時間を短縮することができる。
【００３３】
図９は、実施の形態１における搬送系位置指令に対して先行距離を加える方法を説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、右下の４ブロックのみを表示したものである。左下ブロックＡ１から右下ブロックＡｎの左半面までの領域に存在する搬送系位置指令には、右方向に先行距離を加える。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＡｎの中央より右にならないよう先行距離を調節する。
【００３４】
ブロックＡｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には先行距離を加えない。ブロックＡｎの右上１／４の領域および右２段目ブロックＢｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には上方向に先行距離を加える。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＢｎの中央より上にならないよう先行距離を調節する。ブロックＢｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には先行距離を加えない。
【００３５】
ブロックＢｎの左半面からブロックＢ１の右半面までの領域に存在する搬送系位置指令には、左方向に先行距離を加える。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＢ１の中央より左にならないよう先行距離を調節する。以下、同様にして搬送系位置指令に先行距離を加える。
【００３６】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態２における搬送系位置指令に対して先行距離を加える方法を説明する図であり、被加工物７を上方から見た図である。被加工物７の加工範囲をガルバノスキャナ２の動作範囲以内の小ブロックに区分したものの中で、右下ブロックＡｎのみを表示したものである。ブロックＡｎの左半面をブロックの１／４の幅で縦長長方形２個に、ブロックＡｎの右半面をブロックの１／４の高さで横長長方形４個に区分してある。左下ブロックＡ１から右下ブロックＡｎの左半面までの縦長長方形内に存在するレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令には、縦長長方形の右辺の中点から右方向に先行距離を加えた位置を搬送系位置指令とする。但し、先行距離を加えた後の搬送系位置指令がブロックＡｎの中央より右にならないよう先行距離を調節する。
【００３７】
ブロックＡｎの右下１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には先行距離を加えない。ブロックＡｎの右上１／４の領域に存在するレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令には、横長長方形ａｎｃ，ａｎｄの左上頂点から上方向に先行距離を加えた位置を搬送系位置指令とする。以下、同様にして搬送系位置指令に先行距離を加える。
【００３８】
実施の形態５．
図１１は、実施の形態５におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。図１の実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。この実施の形態では搬送系位置指令生成部１３でレーザ光照射目標位置に対して生成される搬送系位置指令を、フィルタ１５で円滑化してから搬送系サーボ部１４に入力している。フィルタ処理内容としては、以下の式で与えられる３次遅れフィルタを用いる。
【００３９】
１／｛（Ｔａ  ｓ＋１）（Ｔａ  ｓ＋１）（Ｔａ  ｓ＋１）｝          （１）
【００４０】
ここで、Ｔａは適当な時定数、ｓはラプラス演算子を示す。
【００４１】
加工計画部８から出力されたレーザ光照射位置指令に対して、ＸＹテーブル４とガルバノスキャナ２が同時に駆動される。ＸＹテーブル４に比べてガルバノスキャナ２が著しく高速な場合には、ＸＹテーブル４が目標位置に到達する前にガルバノスキャナ２が移動して、被加工物７上のレーザ光照射位置がレーザ光照射位置指令に到達してしまう場合がある。このような場合には、加工計画部８により次のレーザ光照射位置指令が出力される。従って、ＸＹテーブル４の移動中に、ＸＹテーブル４の位置指令が次のレーザ光照射位置指令に対応した位置にステップ状に変化する。
【００４２】
実施の形態５では、搬送系サーボ部１４の前にフィルタ１５を挿入することにより、ＸＹテーブル４位置指令が移動中にステップ状に変化した場合にも、搬送系サーボ部１４に入力される指令値が滑らかに変化し、加工精度に影響を与える振動などを生成することなくＸＹテーブル４を駆動することができる。
【００４３】
実施の形態６．
図１２は、実施の形態６におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。レーザ光走査系制御部９において、レーザ光照射位置指令パターンからＸＹテーブル４の現在位置を引いてレーザ光走査系指令値を生成するところで、ＸＹテーブル４の現在位置の代わりに、ＸＹテーブル４の一定時間後の予測位置を用いるものである。このため遅れ補償部１６を設けた。ＸＹテーブル４の予測位置は、以下の式で与えられる。
【００４４】
Ｐｆ＝Ｐ＋Ｖ・Ｔｂ          （２）
【００４５】
ここで、ＰｆはＸＹテーブル４の遅れ補償後の予測位置、ＰはＸＹテーブル４の現在位置、ＶはＸＹテーブル４の現在速度、Ｔｂはレーザ光走査系の制御サンプリング時間に同等な適当な時定数である。
【００４６】
図１３は、時刻ＴとΔＴ後における被加工物７上のレーザ光照射位置の関係を示す図である。図１３の（ａ）に示す時刻Ｔにおいて、被加工物７上のレーザ光照射位置指令ａに対するレーザ光走査系位置指令は点Ａである。ガルバノスキャナ２の制御サンプリング時間であるΔＴ時間後の図１３の（ｂ）に示す時刻Ｔ＋ΔＴにおいて、ガルバノスキャナが点Ａに到達するものとする。この間に、ＸＹテーブル４は速度Ｖで移動中であるとすると、被加工物７上のレーザ光照射位置指令ａはＸＹテーブル４の移動した距離Ｖ・ΔＴだけ右に移動してしまっている。レーザ光走査系位置指令は、前回のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までを滑らかに補間するレーザ光照射位置指令パターンとＸＹテーブル現在位置の差として生成される。
【００４７】
従って、時刻Ｔにおいて、ＸＹテーブル４のΔＴ時間分の移動距離Ｖ・ΔＴを考慮して、点Ａの代わりに点Ｂを走査系位置指令とすることにより、時刻Ｔ＋ΔＴにおいてレーザ光照射位置をレーザ光照射位置指令である点ａに移動させることができる。以上より、高精度な加工が実現される。
【００４８】
実施の形態７．
実施の形態７は、実施の形態３あるいは実施の形態４において、ＸＹテーブル４の目標位置である搬送系位置指令に加える先行距離を、加工に先立って実行するシミュレーションによって調整する手法を付加したものである。図１４は、実施の形態７におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。ここでは上記シミュレーションを行うシミュレーション部１７を設けた。ガルバノスキャナ２およびＸＹテーブル４の動作状態（待ち時間を得るため）をシミュレーションするために、搬送系位置指令発生部１３からＸＹテーブルの位置指令（搬送系位置指令）、減算部１９からガルバノスキャナ位置指令（レーザー光走査系位置指令）を入力している。
【００４９】
シミュレーション部１７では最初は、先行距離０でシミュレーションを実行する。ＸＹテーブル４の遅れが大きいと予測される場合には、被加工物７上のレーザ光照射位置指令パターンからＸＹテーブル４の現在位置を引いたレーザ光走査系位置指令がガルバノスキャナ２の動作範囲外となり、ガルバノスキャナ２がレーザ光走査系位置指令に最も近い動作範囲内の最大値で停止して、ＸＹテーブル４の移動を待つ。加工計画部８からレーザ光照射位置指令を出力してＸＹテーブル４とガルバノスキャナ２を同時に駆動するシミュレーションを実施して、ガルバノスキャナ２が動作範囲内の最大値で停止していると予測される部分を検出し、搬送系位置指令に一定の先行距離を加える。
【００５０】
上記搬送系位置指令に加える先行距離の増加処理を、ガルバノスキャナ２がＸＹテーブル４の移動を待たなくなると予測されるまで、あるいは、先行距離が最大許容値に到達するまで繰り返す。実施の形態３の場合の先行距離の最大許容値は、ガルバノスキャナ２の動作範囲の半分である。実施の形態４の場合の先行距離の最大許容値は、ガルバノスキャナ２の動作範囲の半分からレーザ光照射位置を区分する長方形の短辺の長さを引いた値である。以上より、ガルバノスキャナ２が停止してＸＹテーブル４が移動するのを待つ時間を効果的に短縮することができる。
【００５１】
実施の形態８．
実施の形態８は、実施の形態３あるいは実施の形態４における搬送系位置指令の先行距離を、加工を繰り返す毎に前回の加工結果に基づいてオンラインで調整する手法を付加したものである。図１５は、実施の形態８におけるこの発明のレーザ加工装置の制御系の構成を示すブロック図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。ここでは加工結果を得るためにリニアスケール５からＸＹテーブル現在位置、ガルバノスキャナ２からガルバノスキャナ現在位置をそれぞれ搬送系制御部１０にフィードバックしている。調整手順は実施の形態７と同様である。
【００５２】
以上により、シミュレーションにおける複雑な計算やモデル誤差に影響されることなく、ガルバノスキャナ２が停止してＸＹテーブル４が移動するのを待つ時間を効果的に短縮することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように第１の発明に係わるレーザ加工装置では、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に対応する搬送系位置指令の順序が、被加工物上における一方向の直線的な長距離移動とこれと交差する他方向の直線的な短距離移動とを繰り返す順序となるよう、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するようにレーザ光走査系を制御するレーザ光走査系制御部と、を備え、搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動するようにしたので、レーザ光走査系と搬送系を同期制御することが可能となり、レーザ光走査系の動作範囲に制限がある場合にも、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【００５４】
また第２の発明に係わるレーザ加工装置では、搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光の照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するレーザ光走査系制御部を備え、搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動し、被加工物上のレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行した位置を搬送系位置指令とするようにしたので、搬送系に対して先行した目標位置を与えることができるため、レーザ光走査系の速度に比べて搬送系の速度が遅い場合でも、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【００５５】
また第３の発明に係わるレーザ加工装置では、ステップ状に変化する搬送系位置指令をフィルタ処理して、指令値の変化を滑らかにしてから制御を実施するようにしたので、搬送系に与えられる位置指令値をフィルタ処理することにより、位置指令値の変化が滑らかになるため、振動が抑制され、高精度な加工を実現できる。
【００５６】
また第４の発明に係わるレーザ加工装置では、搬送系の移動順序に適合するように被加工物上におけるレーザ光の照射位置指令の順序を並べ替える加工計画部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令に応じて走査系と被加工物間の相対位置を変化させる搬送系制御部と、被加工物上におけるレーザ光照射位置指令および搬送系の現在位置に基づいてレーザ光を被加工物上の目標位置に照射するレーザ光走査系制御部を備え、搬送系とレーザ光走査系を同時に駆動し、前回の被加工物上のレーザ光照射位置指令から今回のレーザ光照射位置指令までの加減速パターン指令値から、搬送系の一定時間後の予測位置を引いたものを指令値とすることにより、レーザ光走査系に対して搬送系現在位置を与える部分で、レーザ光走査系の制御サンプリング時間分の遅れを考慮することにより、レーザ照射位置の精度が向上され、高精度な加工を実現できる。
【００５７】
また第５の発明に係わるレーザ加工装置では、第２の発明において、加工実行前にシミュレーションを実施し、レーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために待ち時間が生じる部分で、搬送系制御部において搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離を長く調整するようにしたので、シミュレーションによって搬送系の先行距離を調整することにより、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が効果的に短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【００５８】
また第６の発明に係わるレーザ加工装置は、第２の発明において、複数の被加工物に対して同一パターンの加工を繰り返す場合に、搬送系制御部において最初の被加工物の加工では搬送系の先行距離を短く設定しておき、加工を実施する毎にレーザ光走査系の移動が搬送系の移動より速いために待ち時間が生じる部分で搬送系位置指令がレーザ光照射位置指令に対応した位置よりも先行する距離を長く調整するようにしたので、加工を繰り返す毎に搬送系の先行距離の調整が繰り返され、レーザ光走査系を停止させて搬送系の移動を待つ時間が効果的に短縮されるため、全体の加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するためのフローチャート図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令の関係を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令の順序付けを説明するためのフローチャート図である。
【図８】この発明の実施の形態２におけるレーザ光照射位置指令に対する搬送系位置指令の関係を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態３における搬送系目標位置の先行距離について説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態４における搬送系目標位置の先行距離について説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態５によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態６によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態６における搬送系の現在位置の遅れ補償について説明するための図である。
【図１４】この発明の実施の形態７によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態８によるレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【符号の説明】
１  レーザ発振器、２  ガルバノスキャナ、３  ｆθレンズ、４  ＸＹテーブル、５  リニアスケール、６  レーザ光、７  被加工物、８  加工計画部、９  レーザ光走査系制御部、１０  搬送系制御部、１１  レーザ光照射位置指令パターン生成部、１２  レーザ光走査系サーボ部、１３  搬送系位置指令生成部、１４  搬送系サーボ部、１５  フィルタ、１６  遅れ補償部、１７  シミュレーション部、１９  減算部。
【図１】
0003561159.tif 000002
【図２】
0003561159.tif 000003
【図３】
0003561159.tif 000004
【図４】
0003561159.tif 000005
【図５】
0003561159.tif 000006
【図６】
0003561159.tif 000007
【図７】
0003561159.tif 000008
【図８】
0003561159.tif 000009
【図９】
0003561159.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003561159.tif 000016