(57)【要約】被加工物を載置するステージと、レーザ発振器と、レーザビームを走査するビーム走査手段を有し、レーザビームをステージに載置された被加工物に導く光学装置と、加工済み位置を計測する計測装置と、加工済み位置の座標および目標位置の座標を用いてビーム走査手段への指令値を算出する制御装置（１７）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、制御装置（１７）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（Ｘ）を、加工済みの加工位置の座標及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位置の座標との距離に応じた重み（Ｗ）を付けて算出する（Ｓ６）。
2003080283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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。
【請求項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項に記載のレーザ加工装置のレーザビーム位置決め装置。
【請求項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、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。
【請求項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。
【請求項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アに１の重みを付けて算出するとともに、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。
【請求項６】
前記被加工物のエリアを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。
【請求項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ア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。
【請求項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。
【請求項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ータ行列をＸとし、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ、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、
Ｘ＝（ｋＤ＋ｄ）−１（ｋＮ＋ｎ）
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。
【請求項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、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ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、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＝Ａｅｘ、ｑ＝Ｑ、ｂ＝Ｂｅｘ、Ｐ＝Ｄ−１と置いたときに、Ｘを、
2003080283.tif 000035
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。
【発明の詳細な説明】
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、パソコン、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性が増大している。
このレーザを利用した加工技術として、例えば、特開昭６３−２２９４１９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１１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１０１からの出力を、レンズ歪補正装置１０７がスキャナ１０２、１０３を制御し、スキャナ１０２、１０３が駆動するミラー１０４、１０５を動かすことによって集光レンズ１０６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ＣＣＤカメラ１０７と、ＣＣＤカメラ１０７を搭載し、ＸＹ方向に移動可能なＸ−Ｙパルステーブル１０８と、スキャナ位置と共に前記ＣＣＤカメラ１０７の出力信号からカメラコントローラ１０９を介して光点位置を表示するモニタテレビ１１０と、Ｘ−Ｙパルステーブル１０８を制御するテーブルコントローラ１１１と、Ｘ−Ｙパルステーブル１０８の移動量を記憶および補正できるディジタル演算処理装置１１２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、Ｙ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ー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、作業性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補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、拡張性に欠けていた。
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が、必要なキャ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っ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、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、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アに１の重みを付けて算出するとともに、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、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よび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。
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≦１）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、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ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、
Ｘ＝（ｋＤ＋ｄ）−１（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、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ、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、Ｘを、
Ｘ＝（ｋＤ＋ｄ）−１（ｋＮ＋ｎ）
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、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ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、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＝Ａｅｘ、ｑ＝Ｑ、ｂ＝Ｂｅｘ、Ｐ＝Ｄ−１と置いたときに、Ｘを、
2003080283.tif 000003
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、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ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＝Ａｅｘ、ｑ＝Ｑ、ｂ＝Ｂｅｘ、Ｐ＝Ｄ−１と置いたときに、Ｘを、
2003080283.tif 000004
の式を用いて算出することができる。
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び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加工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を発振するレーザ発振器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１１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１２と、ビームを集光するｆθレンズ１３と、被加工物１４を載せるＸＹステージ１５と、被加工物１４の加工穴を観測するためのＣＣＤカメラ１６と、レーザ発振器３、ＸＹステージ１５およびガルバノスキャナ１２を制御する制御装置１７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１１によりその光路が構成される。制御装置１７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と偏向ガルバノミラー１１を経てｆθレンズ１３にて集光され、ＸＹステージ上に置かれた被加工物１４に達し、被加工物１４を加工する。ガルバノミラー１１は、各々が、ガルバノスキャナ１２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１２、レーザ発振器３、ＣＣＤカメラ１６、ＸＹステージ１５は制御装置１７により各々の動作が制御できるようになっている。
（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、この分光されたレーザビームのうち、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ルバノスキャナ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１０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加工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１１、偏向ガルバノスキャナ９と１２、レーザビーム５と６とを区別するため、１１を主偏向ガルバノミラー、８を副偏向ガルバノミラー、１２を主偏向ガルバノスキャナ、９を副偏向ガルバノスキャナ、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ー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１０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１１を経てｆθレンズ１３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、ＸＹステージ１５上に配置された被加工物１４に穴を加工する。副偏向ガルバノミラー８と主偏向ガルバノミラー１１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１２に固定されており、ガルバノスキャナは制御装置１７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によっ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１２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る。主穴の座標（ｘ，ｙ）は、２つの主偏向ガルバノスキャナ１２の角度を調節する指令値（ｘｃ，ｙｃ）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１２の角度を調節する指令値（ｘｃ，ｙｃ）と副偏向ガルバノスキャナ９の角度を調節する指令値（ｐｃ，ｑｃ）の４変数により決定される。すなわち、ガルバノスキャナへの指令値が決まればその結果、穴の座標が決定されるとい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ャリブレーションパターンの作成ステップ（ステップＳ１）、試行加工ステップ（ステップＳ２）および試行加工位置座標の測定ステップ（ステップＳ３）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Ｓ４）、目標位置座標行列および指令値行列の計算ステップ（ステップＳ５）ならびに未知パラメータ行列の計算ステップ（ステップＳ６）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Ｓ７）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Ｓ８）、指令値計算ステップ（ステップＳ９）および指令値の出力ステップ（ステップＳ１０）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、キャリブ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Ｓ１）。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、１００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Ｓ２）。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Ｓ３）。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１１とＣＣＤカメラ１６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、キャ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、キャリブ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主偏向の目標位置データを読み込み（ステップＳ４）、加工位置データと目標位置データからＡｅｘ行列を、指令値データからＢｅｘ行列を求める（ステップＳ５）。そして、ステップＳ５で求めたＡｅｘ行列、Ｂｅｘ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Ｓ６）。ここで求めた未知パラメータ行列Ｘは、オンライン処理ステップに渡される。
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Ｓ７）。
そして、オンライン処理ステップのワーク補正では、被加工物１４が実際ＸＹ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、その補正値を計算する（ステップＳ８）。実際の工程では、マルチビームレーザ加工装置２は、ＣＣＤカメラおよびＸＹステージを使っ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。しかし、現実的には被加工物に伸縮があったり、ＸＹ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Ｓ８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から、指令値を計算し（ステップＳ９）、この指令値をガルバノスキャナに出力する（ステップＳ１０）。
（４）  最小二乗法による逆写像近似モデルの推定
いま、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図とは逆方向の写像である。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。この関係を示したブロック線図を第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（ｅｓｔｉｍａｔｅ）を示している。
同図において、主偏向目標位置座標（ｘｄ，ｙｄ）が、主偏向逆写像モデルによって主偏向指令値（ｘｃｅ，ｙｃｅ）に変換され、マルチビームレーザ加工装置２の制御装置１７が、この主偏向指令値（ｘｃｅ，ｙｃｅ）を主偏向ガルバノスキャナ１２に指令することで、主穴（ｘｅ，ｙｅ）の位置に穴が空けられる。この主穴は、ｘｅ＝ｘｄ、ｙｅ＝ｙｄ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（ｐｃｅ，ｑｃｅ）に変換されるとき、副偏向目標位置座標（ｐｄ，ｑｄ）だけでなく、主偏向目標位置座標（ｘｄ，ｙｄ）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ｘｃｅおよびｙｃｅを表す式は、
2003080283.tif 000005
となる。ここで、ｍｉ，ｊ，ｎｉ，ｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，・・・・・は、それぞれｘｄとｙｄ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ｐｃｅ，ｑｃｅを表す式は以下の式となる。
2003080283.tif 000006
ただし、ｍｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｎｉ，ｊ，ｋ，ｌ（ｉ，ｊ，ｋ，ｌ＝０，１，２，・・・・・は、それぞれｘｄ，ｙｄ，ｐｄ，ｑｄ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、
2003080283.tif 000007
2003080283.tif 000008
であり、副偏向の場合は、
2003080283.tif 000009
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、キャ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ｘｃｅ，ｙｃｅ，ｘ，ｙ、副偏向ならｘｃｅ，ｙｃｅ，ｐｃｅ，ｑｃｅ，ｐ，ｑが求まる。左肩の番号を試行の番号とすれば、
2003080283.tif 000010
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、ｉＢ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Ｓ５に相当）。
2003080283.tif 000011
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ータ行列Ｘを求めればよい。
2003080283.tif 000012
Ｊを最小にする未知パラメータ行列Ｘは、
2003080283.tif 000013
で求められる（第４図のステップＳ６に相当）。また、この未知パラメータ行列Ｘから、ガルバノスキャ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Ｓ９およびステップＳ１０）。
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が、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ャートである。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およびオンライン処理ステップの大きく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Ｓ３で測定した試行加工穴の加工位置データとステップＳ７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Ｓ１１）、位置関係の差異による重み行列の計算（ステップＳ１２）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
2003080283.tif 000014
となり、この評価関数Ｊｗを最小にする解Ｘｗは、式９のアナロジーで
2003080283.tif 000015
により求まる。ただし、Ｑ＝ＷＴＷである。
（６）  穴ブ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とキャリブ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（ｉｘｄ，ｉｙｄ）（ｉ＝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（ｘｄ，ｙｄ）との距離で距離ｄを定義した。
2003080283.tif 000016
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い。例えば、以下のような正規分布を考える。
2003080283.tif 000017
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３３一つに対して重み行列Ｗが
2003080283.tif 000018
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１１から
2003080283.tif 000019
と一つ求まることになる。
この穴ブ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いる。
以上の処理は、第６図の位置決めステップでのステップＳ１１、ステップＳ１２およびステップＳ６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Ｓ９では、一つの穴に対して一つの未知パラメー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３４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３４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加工装置２について説明してきたが、この穴ブ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が、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の指令値の計算ステップ（第６図のステップＳ９）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、またキャ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１７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Ｓ１２）と重み行列Ｗの計算ステップ（ステップＳ１３）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つのエリア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、４１は被加工物であり、４２はキャ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、４３は穴を空けたい目標穴を、４４は穴あけの対象となるエリア（同図ではエリア１）を、４５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、すなわちロー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ャリブレーション点数が決まってくる。このとき、第６図のステップＳ６の処理において式１６で示した演算をおこなうが、キャリブレーショ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４３がエリア１にあるとする。このエリア１を対象エリア４４とすると、対象エリア４４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、キャ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ャリブレーションを十分におこなわなければならず、キャ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４５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ャリブ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ャリブレーションデータには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ブレーションデータを増やすことなく、効果的に対象エリア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、
2003080283.tif 000020
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。
未知パラメータ行列は、以下の式１６（再掲）を用いて計算すればよい。
2003080283.tif 000021
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い。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、キャリブレーショ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、ＣＣＤ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ャ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１７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、キャリブレーションで得た情報が十分リッ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１００点だとすると、２回目のキャリブレーションも１００点の試行点数を用い、あらたなキャ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回目のキャリブレーションで求めたＡｅｘ行列およびＢｅｘ行列は式７（再掲）から
2003080283.tif 000022
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１０１からになるので
2003080283.tif 000023
で表せる。このあらたに作った行列で未知パラメータ行列を計算しなおせばよい。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加工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１２（再掲）は、
2003080283.tif 000024
（ただし、Ｑ＝ＷＴＷ）
であり、式１２において
2003080283.tif 000025
とおけば、未知パラメータＸを計算する式１１は、
2003080283.tif 000026
と書くことができる。Ｘ１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。
2003080283.tif 000027
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ｄ２、ｎ２だけで
2003080283.tif 000028
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ｄ２−１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が、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ない。
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
2003080283.tif 000029
となる。以下、キャリブレーションの都度、この処理を繰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ャートである。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ャ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図のキャ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Ｓ２０）。つぎに、第６図の位置決めステップに相当するＤ１、Ｎ１の作成（ステップＳ２１）およびＸ１の計算（ステップＳ２２）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Ｓ２３）、パターン加工がおこなわれる（ステップＳ２４）。最後にパターン加工の処理の終了を判定し（ステップＳ２５）、引き続きパターン加工を実施する場合には、経時変化があったかどうかを判定し（ステップＳ２６）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って、一連のパターン加工が継続される。
ここで、ステップＳ２６で経時変化があっ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ッ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加工位置座標の測定がおこなわれ（ステップＳ２７）、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Ｓ２８）、同図に示した忘却係数を用いた計算式に基づき、Ｄｉ＋１およびＮｉ＋１が作成され（ステップＳ２９）、またＸｉ＋１が計算される（ステップＳ３０）。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Ｓ２３）およびパターン加工（ステップＳ２４）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２１と式１９を比較すると式２１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い。
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
2003080283.tif 000030
となり、キャ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２１〜式２３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べて覚えておく必要はなく、キャ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い。
あらたなキャ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２１において、Ｄ−１＝Ｐと置くと、すなわちＸｉ＝ＰｉＮｉとなるようにＰｉを定義すると、ｉ回目のキャリブレーション時のＰｉ行列からｉ＋１回目の行列をつぎのように計算できる。
2003080283.tif 000031
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Ａｅｘ行列をａ、そのときの重み行列Ｑ（＝ＷＴＷ）をｑと記述した。このＰｉ＋１を用いたＸｉ＋１は
2003080283.tif 000032
と求まる。ただし、ｎｉ＋１（＝ａＴｑｂ）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ＡｅｘＱＢｅｘのことである。
第１０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＜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１０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Ｓ４１では、Ｄ１、Ｎ１、Ｐ１を作成する。また、ステップＳ４２では、このＰ１を使用しＸ１を求める。ステップＳ２３〜ステップＳ２７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Ｓ４３では、ａ、ｂ、ｑを作成し、ステップＳ４４では忘却係数ｋを用い、Ｐｉ、ａとから式２８を用いてＰｉ＋１を計算する。また、ステップＳ４５ではＮｉ＋１を、ステップＳ４６ではＸｉ＋１を計算する。そして、１回目のキャ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］×［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］×［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、これから加工しよ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、キャ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。
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、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、キャ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、キャ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≦１）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。
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ータ行列をＸとし、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ、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、Ｘを、
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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ータ行列をＸとし、最初のキャ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ャリブレーション点数分並べた行列をＡｅｘとし、Ａｅｘ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Ｂｅｘとし、これらのＡｅｘおよびＢｅｘに与えるべき重み付け値からなる重み行列をＷとし、Ｑ＝ＷＴＷ、Ｄ＝ＡｅｘＴＱＡｅｘ、Ｎ＝ＡｅｘＴＱＢｅｘ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＝Ａｅｘ、ｑ＝Ｑ、ｂ＝Ｂｅｘ、Ｐ＝Ｄ−１と置いたときに、Ｘを、
2003080283.tif 000034
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、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。
【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１２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ャートであり、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１０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＜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１１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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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