(57)【要約】　　　（修正有）【課題】レーザ加工機の加工精度を測定し、誤差分を補正したコレクションテーブルを作成し、動作時に前記コレクションテーブルのデータを指令データに作用させて誤差をうち消しレーザ加工機の精度を向上させるコレクションテーブルの作成方法を提供する。【解決手段】ピンホールを含む小平面を走査する場合、各点を２回走査し、それぞれ得られたｘ，ｙの２組の誤差データからより速度の小さいピッチ方向の測定値を組み合わせて一つのｘ，ｙの誤差データにし、これによって高精度のコレクションテーブルを作成する方法、および上記の方法によって得られた大量の光強度信号を処理し光信号強度のばらつきを抑えて大量のデータより正確に誤差を計算するにあたり重心計算の手法を採用した。この方法は光強度信号の時系列的なデータを平面に並び替えた後、ピンホールを過した部分のデータに重心計算を適用するものである。【選択図】図１
2004009114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームによる加工機において精度を向上させるために使用するコレクションテーブルを自動作成する装置において、
上記装置はピンホールを配列した板とその下部に設置した光検出器を備えており、
上記ピンホール板装置に接続したＡ／Ｄコンバーターとデータ記録装置を備えており、
上記Ａ／Ｄコンバーターと記録装置をトリガーする回路を備えており、
更に上記トリガーはレーザービームのオン、オフごとにスイッチし、そのマークを時系列的な光強度検出データの機械的位置を特定できるよう上記データ記録装置に書き加えるものであり、
上記ピンホール板装置の各ピンホールを含む小部分を、あらかじめ決められた形状で均一にレーザービームによって走査するための指令データをレーザービーム位置決め装置に送出する電子回路を備えており、
上記送出される指令データは、上記加工機に位置決め誤差がない場合上記走査する小部分の中心がピンホールの中心と一致するよう位置決め指令値を設定されており、
上記の各装置をシーケンシャルに制御し、各ピンホールの含まれた小部分をそれぞれ走査して時系列データを上記データ記録装置に納め、それを配列し直して平面に並べ、各ピンホールの機械的位置に重ね合わせてレーザービームの位置決め誤差を測定するものであり、
上記測定時に使用したコレクションテーブルに上記位置決め誤差を作用させて誤差分を補正した新しいコレクションテーブルを作成するにあたって、
平面に並べられたデータから位置誤差を測定するため上記配列データのピンホールを通過した光を表す部分を重心計算することを特徴とする方法。
【請求項２】
レーザービームによる加工機において精度を向上させるために使用するコレクションテーブルを自動作成する装置において、
上記装置はピンホールを配列した板とその下部に設置した光検出器を備えており、
上記ピンホール板装置に接続したＡ／Ｄコンバーターとデータ記録装置を備えており、
上記Ａ／Ｄコンバーターと記録装置をトリガーする回路を備えており、
更に上記トリガーはレーザービームのオン、オフごとにスイッチし、そのマークを時系列的な光強度検出データの機械的位置を特定できるよう上記データ記録装置に書き加えるものであり、
上記ピンホール板装置の各ピンホールを含む小部分を、あらかじめ決められた形状で均一にレーザービームによって走査するための指令データをレーザービーム位置決め装置に送出する電子回路を備えており、
上記送出される指令データは、上記加工機に位置決め誤差がない場合上記走査する小部分の中心がピンホールの中心と一致するよう位置決め指令値を設定されており、
上記の各装置をシーケンシャルに制御し、各ピンホールの含まれた小部分をそれぞれ走査して時系列データを上記データ記録装置に納め、それを配列し直して平面に並べ、各ピンホールの機械的位置に重ね合わせてレーザービームの位置決め誤差を測定するものであり、
上記において使用する走査のための指令データは、指令データ平面上でＸ軸、Ｙ軸それぞれに平行な辺を持つ正方形の領域をピッチ方向に一定間隔を取りつつ直線のレーザービーム軌跡で塗りつぶすように作成されており、
さらに一つのピンホールを含む小部分をピッチ方向をＸ方向、Ｙ方向と取り変えて２回走査し、Ｘ座標とＹ座標より成る位置決め誤差の２組を得て、それぞれの測定回において速度の遅いピッチ方向のデータを組み合わせて１個の誤差測定データとする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、レーザーによる加工機の精度を向上させるためのコレクションテーブル作成技術に関するものである。レーザー加工機は機械的に高精度に作られているが、各部の機械的誤差や作動時の位置決め誤差などにより、それだけでは十分な精度を得ることが出来ない。このため作業エリア全体を走査して総合的な加工精度を測定し、誤差分を補正したコレクションテーブルを作成する。実際の加工時には上記コレクションテーブルを指令データに作用させて誤差をうち消す。このようにしてレーザー加工機の精度を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コレクションテーブルを作成する既存の方法を列挙する。１番目は作業エリアに置いた感熱フィルムなどにレーザー加工機で測定のためのパターンを書きこみ、それを３次元測定器などによって測定し、誤差を知る方法である。
２番目は作業テーブル上に、ＣＣＤやＰＳＤなどの位置情報を取り出せるセンサーを装備した測定盤を置き、センサー上にレーザービームを位置決めしてから位置情報を読み、その値と指令値の差を読んで誤差を計算する方法である。
３番目はピンホールを配列した板を加工エリアに置き、レーザービームの位置をジョイスティックなどで誘導してピンホールから光が漏れるように位置決めする。このときの指令値を読み出してピンホールの位置と比較し、誤差を計算する方法である。また、ピンホールを含む小部分を走査してデータを収録し、分析して誤差を測定する方法である。
【０００３】
上記一番目の方法は作業全体が手作業で行われるため非常に時間が掛かること、またフィルムなどの伸縮や露光むらなどの影響で十分な精度が得られないこと、テーブルの変更と測定を何度か繰り返し行って誤差を収束させる必要があるなどの欠点がある。
【０００４】
上記２番目の方法は高速性には優れているが、十分な精度を得るためには多数個のセンサーを配置しなければならないので非常に高価な装置になる。またセンサーの構造として表面から深い位置に検出部分があるため、光入射角度によって得られる位置情報が変化するという欠点がある。
【０００５】
上記３番目の方法であるピンホール板装置による測定は相対的に低いコストで製造でき、単純な機械的構造のため安定であるが、手動で走査する場合は煩雑であり、位置決めの動的な特性やレーザーの時間的な光強度の時系列的な変化に影響されて測定に誤差が含まれる欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ピンホール板装置に関するものである。手動で操作するのは非常に時間が掛かり精度も十分でないため、ピンホールを含む小部分をあらかじめ決められた形状で均一にレーザービームによって走査するが、その場合の問題は以下のようなものである。
【０００７】
レーザービームの位置決め装置の動的な特性が十分良好でないと、レーザービームの照射と移動が始まった瞬間から一定時間後のビームスポットの位置が一定でなくなり測定誤差が大きくなる。
レーザービームのエネルギーが時系列的に変動する場合はその変動分が直接光検出器の出力に現れるので誤差の原因になる。特に近年広範囲に使われるようになったＹＡＧレーザーなどの固体レーザーは１パルスごとの光強度が±５０％程度増減する事も希ではないため大きな問題になる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を以下に示す方法によって解決したものである。
【０００９】図１は上記した測定を実施するための構成の一例を示すものであって、測定時間を短縮し、この間におけるガルバノ等のドリフトを出来る限り避けるよう上記一つの小部分の走査は連続しておこなう。また、データ取り込みも連続しておこなわなければならない。また固体レーザーは１パルスあたり±５０％程度の光強度の変動があるのでＰＩＮダイオードを含む検出系は各パルスのエネルギーを積分して取りこぼし無くＡ／Ｄコンバーターに送り込めるよう設計されている。
【００１０】
ガルバノの誤差は回転の角速度に比例して大きくなる。従って走査速度の遅いほうが精度が高まるが、測定時間が長引くと他の誤差要因が大きくなる上作業時間が大幅に大きくなる。これを避けるための走査方法が本発明の特徴のひとつである。重心計算を簡単にするため上記小部分の走査は均一な密度で行うが、図２と図３に走査順序を記載してある。このように図２ではＹ軸ガルバノの移動速度は極端に遅い。同様に図３ではＸ軸の移動速度が極端に遅い。図２，図３のように同一小部分を２回走査してそれぞれ重心計算を施し誤差データの２組を得るが、この中で測定誤差の少ないのは図２ではＹ軸分、図３ではＸ軸分であるから、これを組み合わせて一組の誤差データとする。こうすることによって走査速度全体を極端に遅くせず、かつ極端に遅い場合と同等の測定精度を得ることに成功した。
【００１１】
上記のように光強度は短時間に大幅に変化するため高速のサンプルレートを採用しなければならない。以下の実施例では５０Ｋサンプル毎秒の測定例を図４に示している。このため激しい時間的変化があっても非常に大きい測定データをベースに計算することが出来る。このとき計算時間が大きくならないよう、かつ正確に計算するためピンホールを通過した光束に対して重心計算をおこなう。これは図４のような突起形状の部分を固体と見なしてその重心を計算し、データ平面上でＸ、Ｙの各成分を得るものである。重心計算は図４上の突起部分に含まれる各測定点の光強度と各点のドロー開始点からの距離を使って行う。測定点は１０００点以上にもなるので光強度のばらつきの影響は無視できるほど低減され、かつ計算は単純であるので非常に高速に処理できる。本発明の特徴のひとつである。
【発明の実施の形態】
【００１２】
図１は上記した測定を実施するための構成の一例を示すものである。ピンホール板装置１０は内部に光検出器としてＰＩＮダイオードの配列を持っており、各ピンホールの直下に配置されている。ピンホールの配列はこの例においてＸ軸に１７、Ｙ軸に１７である。レーザー１はミラー２に反射し、ＡＯＭ３によって変調され、ミラー４に反射し、Ｙ軸ガルバノ８とＸ軸ガルバノ７を通りピンホール板１０を走査する。
【００１３】
レーザービーム位置決め装置５はＹ軸ガルバノ８とＸ軸ガルバノ７のための制御回路を内部に持ち、パーソナルコンピュータ１３から送り込まれる位置決め指令値にしたがって各ピンホールの含まれた小部分をそれぞれ走査する。このときの１回目の走査動作は図２のようにおこなわれる。現在位置から指令値によって規定された位置にレーザーをオフして移動する。これがジャンプ１５である。更に次に指定されている位置にレーザーをオンして移動する。これがドロー１６であって、以下交互に最終データまで繰り返される。１回目の走査はＸ軸にそってドローされる。２回目の走査動作は図３のようにおこなわれる。このときの走査はＹ軸にそってドローされる。
【００１４】
トリガー回路９は上記の各ドローのときレーザーをオンオフする指令信号によってスイッチする。パーソナルコンピュータ１３から位置決め指令が送り出される前にＡ／Ｄコンバーターとデータ記録装置はトリガーを待ち受ける状態に入っており、レーザーがオンしてドローが始まると同時にトリガー回路が動作し、あらかじめ設定されているサンプル点数のデータ記録が行われる。また、マルチプレクサ１１にもトリガーの供給が行われ、ジャンプ期間には光検出電圧からマーカー電圧の方にスイッチされる。この遷移によって記録データのストリームにドローのタイミングが刻み込まれるので、連続したデータ記録を平面に並び変える事が出来るようになる。この時の信号の状態を図５に示す。
【００１５】
図４は上記並び替えを行った後のデータを示す。これは半導体励起ＹＡＧレーザーを装備したレーザー加工機を測定した例である。中心部の突起がピンホールの位置を示している。この図では左手前が重心計算の基準点であり、ここからの距離を使って重心の計算をおこなう。
【００１６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である。
【符号の説明】
１　　レーザー
２　　ミラー
３　　ＡＯＭ
４　　ミラー
５　　レーザービーム位置決め装置
６　　フォーカス設定装置
７　　Ｘ軸ガルバノ
８　　Ｙ軸ガルバノ
９　　トリガー回路
１０　ピンホール板装置
１１　マルチプレクサ
１２　Ａ／Ｄコンバータ
１３　パーソナルコンピュータ
１４　コレクションテーブル自動作成装置
【図２】走査のための指令データ説明図１。
【符号の説明】
１５　ジャンプ
１６　ドロー
１７　ジャンプ
１８　中途省略
【図３】走査のための指令データ説明図２。
【符号の説明】
１９　ジャンプ
２０　ドロー
２１　ジャンプ
２２　中途省略
【図４】平面に並べ替えた後のデータ図
【図５】マーカーを入れた光検出電圧図。
【符号の説明】
２３　マーカー電圧
２４　ドロー開始
２５　光検出電圧
【図１】
2004009114.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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