(57)【要約】【課題】レーザ加工機固有の誤差などを補正し、精度良く製品を加工する事が可能となるレーザ加工装置及び加工方法を提供する。【解決手段】ワークを加工するレーザ加工装置において、ワーク２に対する加工後の寸法を測定する為の測定手段１３と、測定手段１３により測定される当該ワーク２の所定の重要寸法の測定データを用いて所定の補正演算を行って補正データを得る為の演算手段４と、を備え、基準となる加工データによりワークの加工を行い、該基準となる加工データが表す所定の重要寸法と加工後のワークにて測定される測定データが表す所定の重要寸法との誤差を加工線幅に応じて求め、当該誤差に基づいて演算手段４で新たな加工データを作成し、当該新たな加工データを用いて前記ワークの加工を行い加工誤差を補正する。【選択図】図１
2007083249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から照射されたレーザ光を、ワーク面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に振らせる為の一対のガルバノスキャナと、
該ガルバノスキャナからのレーザ光をワーク面に集光し照射する為のｆθレンズと、
前記ワークに対する加工後の寸法を測定する為の測定手段と、
前記測定手段により測定される当該ワークの所定の形状寸法の測定データを用いて所定の補正演算を行って補正データを得る為の演算手段と、を備え、
基準となる加工データによりワークの加工を行い、
該基準となる加工データが表す所定の形状寸法と加工後のワークにて測定される測定データが表す所定の形状寸法との誤差を加工線幅に応じて求め、
当該誤差に基づいて前記演算手段で新たな加工データを作成し、
当該新たな加工データを用いて前記ワークの加工を行い加工誤差を補正するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記補正演算は、最終的な製品の寸法であるターゲットとなる寸法をＴ、現在の加工データの寸法をＤ、実測して得られる計測データが表す寸法をＲ、加工によって生じる線幅をＷとし、次式に示す加工すべき補正された新しい寸法をＤ１、Ｄ２、Ｄ３ａ、Ｄ３ｂとすると、
Ｄ１＝Ｄ×Ｔ／Ｒ
Ｄ２＝Ｄ−（Ｒ−Ｔ）
Ｄ３ａ＝Ｄ×（Ｔ−Ｗ）／（Ｒ−Ｗ）
Ｄ３ｂ＝Ｄ×（Ｔ＋Ｗ）／（Ｒ＋Ｗ）
のいずれかの数式を用いて算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記形状寸法は、凹部の幅若しくは凸部の幅の間隔又は繰り返し連続する形状のピッチ間隔とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ発振器から照射されたレーザ光を、ワーク面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に走査して当該ワークを加工するレーザ加工方法において、
基準となる加工データによりワークの加工を行い、
該基準となる加工データが表す所定の形状寸法と加工後のワークにて測定される測定データが表す所定の形状寸法との誤差を加工線幅に対応して求め、
当該誤差に基づいて所定の補正演算処理を行ない、
当該演算処理に基づいて新たな補正後の加工データを作成し、
当該新たな補正後の加工データを用いて前記ワークの加工を行い加工誤差を補正することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
前記補正演算は、最終的な製品の寸法であるターゲットとなる寸法をＴ、現在の加工データの寸法をＤ、実測して得られる計測データが表す寸法をＲ、加工によって生じる線幅をＷとし、次式に示す加工すべき補正された新しい寸法をＤ１、Ｄ２、Ｄ３ａ、Ｄ３ｂとすると、
Ｄ１＝Ｄ×Ｔ／Ｒ
Ｄ２＝Ｄ−（Ｒ−Ｔ）
Ｄ３ａ＝Ｄ×（Ｔ−Ｗ）／（Ｒ−Ｗ）
Ｄ３ｂ＝Ｄ×（Ｔ＋Ｗ）／（Ｒ＋Ｗ）
のいずれかの数式を用いて算出することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記形状寸法は、凹部の幅若しくは凸部の幅の間隔又は繰り返し連続する形状のピッチ間隔とすることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザ発振器から照射されたレーザ光を、ワーク面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に走査して当該ワークを加工するレーザ加工方法において、
基準となる加工データによりワークの加工を行い、
当該ワークの形状を撮像手段を用いて形状寸法を測定し、
当該測定された形状を当該形状を特定する線分間の距離或いは線分長を算定し、
前記基準となる加工データの形状との誤差を算出し、該誤差に基づいて所定の補正演算処理を行い、
前記演算処理に基づいて新たな補正後の加工データを作成し、
当該新たな補正後の加工データを用いて前記ワークの加工を行い加工誤差を補正することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項８】
前記補正演算処理は、加工線幅に対応し、線分の伸張、縮小処理を行うことを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザを用いて加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものであり、その加工ずれ補正を行い加工精度の向上を図るレーザ加工ずれ補正技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、穴あけ・切断・溶接・マーキング・トリミング等の用途にレーザ加工装置が用いられている。レーザ光をワーク上で２次元に走査する方法としては、ガルバノスキャナを使用する方法や、ワークを設置するステージを移動する方法等が有る。ガルバノスキャナを使用する方法は、ステージ方式と比較すると、高速で精度が高く構成が簡単で小型にできる為、広く利用されている。
【０００３】
ガルバノスキャナを使用した場合の構成を簡単に説明すると、レーザ発振器から出力されたレーザ光は、２つのガルバノスキャナにより、それぞれＸ方向とＹ方向に振られる。このレーザ光は、製品上で焦点を結び周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設計されたfθレンズにより、ワーク上に照射され加工が行われる。
【０００４】
しかし、その構成上レーザ光の加工エリアの中で数十〜数百ミクロンの誤差が発生することが避けられない。誤差が発生する主な原因は、Ｘ方向・Ｙ方向二つのミラーを使用する構成の為、スキャンミラーの制御角と加工位置との関係から発生するピンクッション歪と、ｆθレンズの設計上のリニアリティ誤差が原因となって生じる幾何学的な歪が挙げられる。この誤差に対して、穴加工を行う場合、加工後の穴位置ずれを測定し加工装置へフィードバックする方法が各種提案されている。
【０００５】
例えば、格子状に少ないテストパターン穴を加工し、測定された穴位置からスプライン補完や非線形重回帰分析などによりテストパターン間のデータを補完し、製品に加工を行う穴位置を補正する方法（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）がある。また、製品に加工された穴の位置を複数のワークについて測定し、その位置ずれを統計的に計算し最適な補正位置を求める方法（例えば、特許文献３参照。）などが提案されている。
【０００６】
また、レーザ加工装置自体の構成に手を加え、ガルバノスキャナの制御方法をデジタル回路で構成し、レンズの歪やガルバノスキャナの特性など機器固有の歪に対する補正部を加え、加工データ通りの形状で製品の加工が行える方法も提案されている。（例えば、特許文献４参照。）
【特許文献１】特開平１０−３０１０５２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６２８８号公報
【特許文献３】特開２００４−３２２１４９号公報
【特許文献４】特開２００２−３３３５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら穴加工とは違い、パターン描画・加工の場合は連続した直線あるいは曲線の加工となる為、特定の座標のみの補正ではパターンを配置する位置やパターンそのものの形状の精度向上が難しく、装置の各構成要素の精度を向上させるか、装置の根本的な部分に補正機能を追加する必要がある為、開発に多大なコストと時間を要するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、従来の課題を解決するもので、加工ずれ補正を行い加工精度を向上する為の、レーザ加工による加工ずれ補正方法とレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の課題を解決する為に、本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器から照射されたレーザ光を、ワーク面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に振らせる為の一対のガルバノスキャナと、該ガルバノスキャナからのレーザ光をワーク面に集光し照射する為のｆθレンズと、前記ワークに対する加工後の寸法を測定する為の測定手段と、前記測定手段により測定される当該ワークの所定の形状寸法の測定データを用いて所定の補正演算を行って補正データを得る為の演算手段と、を備え、基準となる加工データによりワークの加工を行い、該基準となる加工データが表す所定の形状寸法と加工後のワークにて測定される測定データが表す所定の形状寸法との誤差を加工線幅に応じて求め、当該誤差に基づいて前記演算手段で新たな加工データを作成し、当該新たな加工データを用いて前記ワークの加工を行い加工誤差を補正する。
【００１０】
また、本発明のレーザ加工方法は、レーザ発振器から照射されたレーザ光を、ワーク面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に走査して当該ワークを加工するレーザ加工方法において、基準となる加工データによりワークの加工を行い、該基準となる加工データが表す所定の形状寸法と加工後のワークにて測定される測定データが表す所定の形状寸法との誤差を加工線幅に対応して求め、当該誤差に基づいて所定の補正演算処理を行ない、当該演算処理に基づいて新たな補正後の加工データを作成し、当該新たな補正後の加工データを用いて前記ワークの加工を行い加工誤差を補正することを特徴としたものでる。
また、本発明のレーザ加工方法は、レーザ発振器から照射されたレーザ光を、ワーク面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に走査して当該ワークを加工するレーザ加工方法において、基準となる加工データによりワークの加工を行い、当該ワークの形状を撮像手段を用いて形状寸法を測定し、当該測定された形状を当該形状を特定する線分間の距離或いは線分長を算定し、前記基準となる加工データの形状との誤差を算出し、該誤差に基づいて所定の補正演算処理を行い、前記演算処理に基づいて新たな補正後の加工データを作成し、当該新たな補正後の加工データを用いて前記ワークの加工を行い加工誤差を補正することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ加工装置またはレーザ加工方法によれば、一対のガルバノスキャナを使用する為に生じるピンクッション歪と、ｆθレンズの設計上のリニアリティ誤差を主な原因とする、レーザ加工機固有の誤差などを補正し、精度良く製品を加工する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の位置ずれ補正方法を説明する為の図であり、図２は本発明の実施例１におけるレーザ加工装置のレーザ加工機の概略構成を模式的に示す図である。
【００１４】
図３（ａ）は本発明の実施例１における補正前の加工データの一例であり、図３（ｂ）は実際に加工された形状を示す図であり、図４（ａ）は本発明の実施例１における補正後の加工データの一例を示すものであり、図４（ｂ）は補正後の加工データにより加工され、誤差が補正された状態の実測形状を示す図、図５は本発明の実施例１における製品の重要部分の形状寸法を示す図である。
【００１５】
図６は本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正処理の流れを示すフローチャートである。
【００１６】
図７は本発明の実施例１におけるレーザ加工部に画像処理部を加えたレーザ加工装置全体の概略構成を示す図であり、図８は本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の画像処理装置を加えた場合の全体の処理の流れを示すフローチャート、図９は本発明の実施例１における補正作業の結果の一例を示す図である。
【００１７】
図１０は本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（１）を説明する為の図であり、図１１は本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（２）を説明する為の図、図１２は本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（３ａ）を説明する為の図、図１３は本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（３ｂ）を説明する為の図である。
【００１８】
図１４は本発明の実施例１における拡大縮小により加工データを作成する方法を説明する為の図であり、図１５は本発明の実施例１における線分の関数化により加工データを作成する方法を説明する為の図である。
【００１９】
本発明は、レーザ加工機１の光学系に発生する歪等により発生する加工ずれを補正する為の方法であり、本発明に係るレーザ加工機１は、図２に示すように、一対のガルバノスキャナとｆθレンズ９とを用いる。レーザ加工装置１について図２を用いて簡単に説明すると、レーザ発振器６から照射されたレーザ光１２は回転駆動するミラーを有するガルバノスキャナ（Ｘ軸）７により反射し、そのミラー角度に応じて向きを変化しガルバノスキャナ（Ｙ軸）８に入射する。
【００２０】
レーザ光１２はガルバノスキャナ（Ｙ軸）８のミラー角度に応じて再度反射し被加工物である製品１０の方向に向きを変え、ｆθレンズ９を通り製品１０上で焦点を結ぶ。ｆθレンズ９は、平面である製品１０上でレーザ光１２が焦点を結び、周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設計されている。
【００２１】
なお、一対のガルバノスキャナは制御部１１によって制御されている。制御部１１に任意の加工データを与えることにより、それぞれのガルバノスキャナは加工データに基づく形状に合わせた角度をとり、レーザ光１２を所望の位置に移動することが出来る。また、制御部１１はレーザ発振器６についても制御している為、ガルバノスキャナの位置に合わせて任意の強度のレーザ光１２を、任意のタイミングで照射することが出来る。すなわち、製品上を加工データが表す同一の形状で照射することが可能であり、製品２を加工することが可能となっている。また、レーザ光１２の強度に応じて、切断・マーキング・トリミング等、製品の各種加工を行うことが可能である。
【００２２】
本発明による補正作業では、製品と材質の異なる、専用のテストワークやテスト加工パターンを準備する必要は無く、製品を加工する際と同一の作業で行う事が可能である。作業手順について説明すると、最初にターゲット形状と同一の加工データを加工装置に入力し、実際の製品と同一のテストワークに対して加工を行う。例えば図５に示す重要部分の形状寸法（寸法Ａ、寸法Ｂ）を有する形状に加工する場合において、最初の補正作業時に使用される加工データの形状は、製品として必要なターゲット寸法の通りの形状である図３(a)である。
【００２３】
具体的にターゲット寸法を得るためのターゲットデータＴと加工データＤとの関係を説明すると、ターゲット寸法Ｔ＝１．５ｍｍの凹部を形成する場合において、加工線幅Ｗが０．１２ｍｍとすると加工データＤをＤ＝Ｔ−Ｗ＝１．５−０．１５＝１．３５ｍｍとすると初回の加工から、実測データＲにおいて、ターゲットデータＴに近い結果が得られる。即ち、Ｒ＝Ｔ＝１．５ｍｍに近い加工結果が得られる。しかし、実際の作業においてはレーザ加工装置の演算部（ＰＣ上のソフトウェア等）において自動で加工データを作成する為、初回作業の為だけにＤ＝１．３８の加工データを手動で作成するよりはＤ＝１．５を自動作成したほうが簡単になる。また、設定が変わっても常に線幅Ｗが同じになるという保障も無い為、新しい機器構成で補正を始める場合などは、Ｄ＝Ｔとして補正を開始する。
【００２４】
なお、加工データは最終加工形状を分割した図形からなる複数のパターン形状データと、それぞれの配置座標を表したデータとから構成されている。
【００２５】
以下に、実際の補正作業について説明する。最初に基準となる補正前のターゲットデータと同一の加工データを加工装置に入力し、テストワークに対してレーザ加工を行う。
【００２６】
次に、その加工データに基づいて加工されたテストワークを計測部にて測定する。ここで例えば、予め定められた重要な寸法が図５におけるピッチＡ、幅Ｂで有る場合はこのピッチＡ、幅Ｂのみを測定すればよいが、必ず加工された形状には誤差が発生するので、製品の加工時には、加工データに補正が必要となる。図３（ａ）の加工データを用いてテストワークを加工する場合、例えば図３（ｂ）のように、テストワーク両端の凹部の幅寸法Ｂが広がり、中央寄りのピッチ寸法Ａの部分は縮小された形状で加工される。この場合に発生する誤差は、制御部１１がガルバノスキャナを操作し、ワーク上にレーザ光で加工データと同一の形状をスキャンしようとするが、実際にレーザが照射される位置が加工データと異なることにより生じる。これは前述のように一対のガルバノスキャナを使用する為に生じるピンクッション歪と、ｆθレンズ９の設計上のリニアリティ誤差が主な原因であり、また各パーツの精度や、取り付け位置の相対的なずれにも影響される。この誤差は、レーザ加工機１に使用される部品単品の精度や、その組み立て精度を向上させることにより減少させることは可能であるが、構成上必ず発生するものである。
【００２７】
測定された重要寸法は、演算部４に入力される。演算部４では、製品として必要なターゲット寸法、実際に加工を行った補正前の加工データの寸法、実際に加工された後に計測部３で実測された寸法の３つから、実測寸法がターゲット寸法と同一となるように補正された新たな加工寸法を計算し、これらの加工寸法を元に補正された複数のパターン形状と配置座標データからなる新たな加工データを作成する。
【００２８】
図４（ａ）において、図５に示す寸法Ｂで両端の寸法Ｂを縮め、中央部の寸法Ｂおよび寸法Ａを広げた新しい加工データを加工装置に入力し、新しいテストワークへの加工を行うと、例えば図４（ｂ）のような加工結果が得られる。これは、図３（ａ）に示す製品として必要なターゲット寸法の通りの形状に近いものとなる。
【００２９】
なおこの方法では、製品として必要なターゲット寸法、実際に加工を行った補正前の加工データの寸法、実際に加工された後に計測部３で実測された寸法の３つから新たな加工寸法を推測するもので有る為、1度の作業で規定の精度を得られなかった場合でも、これらのテストワークに対する加工を必要な精度を得ることが出来るまで繰り返すことが可能である。例として、図９のグラフに繰り返し補正作業を行った場合の結果を示す。このグラフの補正の場合、７ｍｍの寸法が１４箇所存在し、その許容誤差は±２５μｍである。初期状態の加工データで加工すると規格から大きく外れているが、1回目の補正データで１４箇所全てが規格内に達した。しかし、最大最小共に規格値に非常に近く、多数の加工を行った場合、何らかの原因で規格を外れる可能性が高い。ここで補正作業を繰り返すと誤差は徐々に減少して３回目の補正データに基づくテストワークの加工にて±１０μｍ以内となり、標準偏差も小さくなっており、寸法精度が補正の回数に合わせて向上していることがわかる。
【００３０】
また、演算部４は例えばパーソナルコンピュータで実現することが可能であり、図２に示すレーザ加工機の制御部１１と統合されていても良い。
【００３１】
演算部４における、具体的な寸法補正の計算方法例を以下に示す。
【００３２】
レーザ加工においては、レーザのスポット系の影響の為、必ず加工における線幅が必要となり、寸法補正を行う場合にはこれを考慮する必要が有る。特に加工する寸法が小さくなった場合には相対的に線幅の占める割合が大きくなり、線幅の影響が顕著である。
【００３３】
ターゲットとなる寸法をＴ、現在の加工データの寸法をＤ、実測した寸法をＲ、加工線幅をＷとすると以下のような式で新しい次に加工すべき補正された加工データは求められる。また、補正後の加工データで加工されたワークの実測寸法は、製品として必要な寸法であるターゲット寸法Ｔになると仮定する。
【００３４】
（１）加工線幅Ｗに対しターゲットとなる寸法Ｔが約２０倍を超える、比較的寸法の大きな場合、補正された加工データＤ１は以下の式を用いると良い。
【００３５】
Ｄ１＝Ｄ×Ｔ／Ｒ・・・（式１）
この式について図１０を用いて説明する。加工データＤと実測寸法Ｒの比は、補正された加工データＤ１とターゲット寸法Ｔの比と等しいと考えられる。したがって
Ｄ：Ｒ ＝Ｄ１：Ｔ
となる為、上式が導き出される。線幅Ｗは考慮されていないが、寸法自体が比較的大きな為、機器固有の歪による誤差が線幅の影響より大きくなり、線幅の影響による誤差は表面化しない。
【００３６】
（式１）は、加工データＤで加工すると実測データＲが加工データＤより大となる場合、補正後の加工データをＤより小とすればターゲットデータＴに近くなることを示す。逆に加工データＤで加工すると実測データＲが加工データＤより小となる場合、補正後の加工データをＤより大とすればターゲットデータＴに近くなることを示すもので、結果として、誤差を小さくしていくことができる。
【００３７】
（２）加工線幅Ｗに対しターゲットとなる寸法Ｔが１０〜２０倍と、比較的小さな寸法の場合は、補正された加工データＤ２は以下の式を用いると良い。
【００３８】
Ｄ２＝Ｄ−Ｒ＋Ｔ
この式について図１１を用いて説明する。寸法が小さくなると式（１）のような比率を用いた方法では線幅Ｗによる影響が大きくなる。しかし、測定点は少ない方が作業として短時間に済ませる事が可能である為、差分を用いた式を使用する。具体的には、実測寸法Ｒとターゲット寸法Ｔの誤差をδとすると
δ＝Ｒ−Ｔ
と表す事が出来る。したがってこのδの大きさだけ加工データＤの寸法を変化させると良いので、
Ｄ２＝Ｄ−δ＝Ｄ−Ｒ＋Ｔ・・・（式２）
となる。
（式２）は、加工により加工データＤより実測データＲが大となる場合、補正後の加工データをＤより差分δ＝（Ｒ−Ｔ）より小とすればターゲットデータＴに近くなることを示す。逆に加工データより実測データＲが小となる場合、補正後の加工データをＤより差分δ＝（Ｔ−Ｒ）より大とすればターゲットＴに近くなることを示すもので、結果として誤差を小さくしていくことができる。
【００３９】
（３）更に寸法が小さくなり、加工線幅Ｗに対しターゲットとなる寸法Ｔが１０倍未満の場合は、線幅Ｗの影響が大きくなり計算上無視できなくなる為、これを測定し補正に用いる。この場合、補正する箇所の形状により用いる式を変更する必要が有る。
【００４０】
（３ａ）凹形状を加工する場合は、補正された加工データＤ３ａは以下の式を用いると良い。
【００４１】
Ｄ３ａ＝Ｄ×（Ｔ−Ｗ）／（Ｒ−Ｗ）・・・（式３）
この式について図１２を用いて説明する。凹形状の場合、図１２（ａ）に示すように、実測寸法Ｒは、実際にレーザ光のスポット中心が通過した部分の間隔Ｌと、両端に線幅Ｗの半分の大きさが付加されたものである。したがって図１２（ｂ）に示すように線幅Ｗを考慮した実測寸法Ｒは
Ｒ＝Ｌ＋Ｗ
という関係になる。また、線幅Ｗは変化せず、この時のスポット中心の通る軌跡の間隔をＬ０とすると線幅Ｗを考慮したターゲットとなる寸法Ｔは、以下の様になる
Ｔ＝Ｌ０＋Ｗ
ここで、（１）の様に比率計算を行うと
Ｄ：Ｌ＝Ｄ３ａ：Ｌ０
となる。ここで、実測での測定が不可能なＬ、Ｌ０を消去すると
Ｄ：（Ｒ−Ｗ）＝Ｄ３ａ：（Ｔ−Ｗ）
となり、上式が導かれる。
【００４２】
（３ｂ）凸形状を加工する場合は、以下の式を用いると良い。
【００４３】
Ｄ３ｂ＝Ｄ×（Ｔ＋Ｗ）／（Ｒ＋Ｗ）・・・（式４）
この式について図１３を用いて説明する。凸形状の場合、補正された加工データＤ３ｂは図１３（ａ）に示すように、実測寸法Ｒは、実際にレーザ光のスポット中心が通過した部分の間隔Ｌと、両端に線幅Ｗの半分の大きさが除かれたものである。したがって図１３（ｂ）に示すように実測寸法Ｒは、
Ｒ＝Ｌ−Ｗ
となる。（３ａ）の場合と同様に、ターゲット寸法Ｔは
Ｔ＝Ｌ０−Ｗ
となる。これらから
Ｄ：（Ｒ＋Ｗ）＝Ｄ３ｂ：（Ｔ＋Ｗ）
となり、（式４）が導かれる。
【００４４】
ただし、線幅の影響が無いピッチ寸法等の補正の場合には、（３）の場合が使用できない為、（２）場合の式を用いる。
【００４５】
なお、上記の式（１）〜（３）の使い分けは必ずしも厳密なものでなく、実際の加工条件によって使い分けられる。例えば、線幅Ｗは切断を行う場合には測定が困難なので、式（３）の代わりに式（２）を用いても良いし、求められる精度が高く補正回数が多いことが分かっている場合は作業を簡単にする為に式（３）ではなく式（２）を使用する等である。また、別途加工条件に応じて（１）〜（３）以外の式を使用しても構わない。
【００４６】
これらの寸法補正を行う式により、各部の重要寸法部分の新しい加工データが求められると、これを元に新しい加工データを作成する。この新しい加工データを用い、レーザ加工機で加工を行うことにより、ターゲットに近い寸法で加工する事が可能となる。
【００４７】
演算部４にて求められた補正後の加工寸法より、加工データを作成する方法例を以下に示す。
【００４８】
前述の様に演算部４は、測定されたテストワークの寸法Ｒが入力され、入力されたテストワークの寸法Ｒおよび、ターゲット寸法Ｔ、加工に用いられた寸法Ｄから、自動的に重要部分の新しい加工寸法を求める機能を有する。一般的に、形状データはＣＡＤで作成されたファイルと互換性が有り、通常は形状データの作成はＣＡＤで行う。この為、新しい加工寸法から複数の形状データとその配置座標データを作成する作業は、手作業で行う事が可能であるが、加工形状が複雑な場合、分割された形状データの数が増加し、作業に長い時間が必要となり、更に人為的なミスが発生する可能性が高くなる。そこで、演算部４に新しい加工寸法を元に複数の形状データとその配置座標データからなる加工データを自動的に作成する機能を付加する事により、効率的かつ正確な補正作業が可能となる。
【００４９】
新しい変形した形状データの作成方法としては、図形を単純に拡大縮小する方法、つまり線分の各座標値をアフィン変換により座標変換する方法が最も簡単であり、大半の場合はこれで対応可能である。この際、軸方向によって倍率が異なる場合がほとんどである為、形状のＸ軸方向、Ｙ軸方向をそれぞれ単独の倍率で変形させることが望ましい。
【００５０】
また、形状データの変形に伴い、それぞれの形状データの配置されるべき座標も変わる為、配置データも形状データの変形に合わせて修正される。
【００５１】
具体的な例を図１４により説明すると、図５におけるピッチ寸法を表す寸法Ａおよび溝部の形状を表すＢを変更する場合、図１４（ａ）に示すように、形状データが分割される。
【００５２】
図１４（ａ）では、Ｘ方向距離及びＹ方向距離で凹部形状（溝形状）を現しており、即ち、凹部の形状である溝の幅（Ｘ方向距離）及び溝の深さ（Ｙ方向距離）を用いる。
【００５３】
溝幅である寸法Ｂより溝部の形状データを作成する場合、（１）〜（３）に対応する溝の形状は、図１４（ｂ）に示す様に拡大（縮小）され、各線分の両端の座標（ｘ１、ｙ１）は以下の式より新しい座標（ｘ２，ｙ２）に変換される。この時のａはＸ方向の倍率、ｂはＹ方向の倍率である。即ち、ｘ２＝ａ×ｘ１、ｙ２＝ｂ×ｙ１となる。
【００５４】
幅である寸法Ｂの補正を行った形状データを作成する場合は、溝幅に対応したＸ軸方向のみの拡大（縮小）を行う。したがって、Ｘ方向のａは補正前の寸法と補正後の寸法の比率より設定され、Ｙ方向は変換する必要が無い為ｂ＝１となり、ｘ２＝ａ×ｘ１、ｙ２＝ｙ１となる。
【００５５】
のような計算をそれぞれの溝部に行うことにより、溝部の加工データは作成される。この加工データを配置する座標は、寸法Ａの補正されたピッチにより求められ、配置座標データに記述される。また、そのほかの線分に関しては、溝部の形状を繋ぐようにして作成する事により、補正された加工データは作成される。
【００５６】
しかしながら、形状データの中には変形させると問題の発生する箇所が存在する事がある。このような場合は形状の線分を関数化し、変形可能な線分のみ拡大縮小する。変形出来ない部分は平行移動して形状を維持するようにすれば、必要な部分の形状を維持したまま対応が可能となる。
【００５７】
このような場合の具体的な例を図１５により説明する。例えば、図１５（ａ）の様な溝部の形状となっていて、製品上の都合により線分（１）、（４）については延長不可、線分（２）、（３）については延長が可能だが角度の変更が不可となっていて、線分（１）、（４）間の溝幅を補正するとする。このような制約がある場合、図１５（ｂ）に示すように、線分（１）、（４）はＸ軸方向に移動し、線分（２）、（３）は、延長或いは縮小する。従って、各線分はそれぞれ以下の様に関数化される。なお、図１５（ｃ）に示す座標系を取るものとし、ｃ〜ｆは図に示す座標値等のパラメータであり、且つｅ〜ｆは定数である。
即ち、線分（１）に関してｘ＝−ｄ（−ｃ≦ｙ≦０）、線分（２）に関してｙ＝−ｆｘ―ｃ（−ｄ≦ｘ≦０）、線分（３）に関してｙ＝ｆｘ−ｃ（０≦ｘ≦ｄ）、線分（４）に関してｘ＝ｄ（−ｃ≦ｙ≦０）と関数化される。
【００５８】
ここで、補正された溝幅の寸法が補正演算により求められたとすると、ｄの値は溝幅の半分となり確定する。そうするとｅ定数である為、座標（−ｄ、−ｅ）が確定し、ｃ＝−ｅ―ｆｄの計算をすることでｃの値が求まる。
【００５９】
これらの計算により各線分を表す式が確定する為、その両端の座標値が求まり、図１５（ｂ）に示す様な線分（２）、（３）のみが伸縮される加工データを作成することが可能となる。なお、配置座標データの作成に関しては、拡大縮小処理を行う場合と同様である。
【００６０】
これらの方法によりレーザ加工装置自体に改良を施す事無く、精度良く製品の加工を行うことの出来る加工データを、テストワークの寸法を測定し、演算装置に入力する作業のみで、簡単に得ることが可能である。更に、補正作業では、テスト専用の特別な材質のワークを利用したり、テスト専用パターンを使用したりする必要は無い為、効率的な作業が行える。
【００６１】
ここで図６のフローチャートを用いて手順を説明する。
【００６２】
Step１において、図1に示すレーザ加工機１の制御部１１へ基本となる加工データを入力する。この時は前述したように、ターゲットとなる規定通りの寸法の加工データを入力する。
【００６３】
Step２において、加工データに基づいた加工をレーザ加工機で実施し図１におけるテストワークを作成する。
【００６４】
Step３において、加工されたテストワークに対し計測部３で例えば図５に示している重要寸法を測定する。
【００６５】
Step４では、この測定された重要寸法が製品の精度として規格を満たすかを判定する。Step１で入力されたターゲットと同一形状の加工データを使用した場合は、ほとんどの場合規格を満たさずに次のStep５へ進むこととなる。
【００６６】
Step５では、測定された実測寸法が入力された演算部４で、加工寸法・ターゲット寸法と比較・演算し、実測寸法がターゲット寸法と等しくなる新しい加工寸法を求める。
Step６において、新しい加工寸法を元に、新しい加工データ（形状データおよび配置データ）を作成しレーザ加工機１の制御部１１に入力する。
【００６７】
この新しい加工データを元に Step２〜Step４の動作を再度行う。Step４で重要寸法が規格を満たした場合は加工データの補正作業が終了となる。規格を満たしていない場合は、同様にテストワークでの補正作業を繰り返すことにより、必要な精度を得ることが可能である。
【００６８】
ここまでは、装置の設置時や設定変更時に行うレーザ加工装置のガルバノスキャナやｆθレンズ９固有の歪から発生する加工ずれの補正方法を述べてきたが、量産時におけるラインに設置された状態での加工においては加工装置が設置されている場所の雰囲気温度の変化や、加工装置自体の発熱により装置自体の歪が発生し、結果として加工ずれが発生する。例を挙げると、レーザ加工装置の温度変化が１℃発生すると、加工ずれが約２〜５μｍとなる。この為、温度変化の大きな条件においては加工寸法が規格から外れる可能性が大きくなる。
【００６９】
また、温度変化以外にも、レーザ加工装置の構成部品の経年変化により、初期調整時から時間を経ることにより調整状態が変動する。すなわち、レーザ加工装置の構成部品は一般に経時的に変化するために、部品自体の経時的な変動が信号に重畳し、ガルバノスキャナの位置制御に誤差を生じさせ、結果として位置ずれが発生する。
【００７０】
上記のような原因により、加工ずれが発生する場合はレーザ加工装置１で製品を加工する工程の後に、画像処理部１３を設け、画像処理装置により加工後の製品の加工領域を撮像して、あらかじめ定められた画像処理を行い、製品における重要寸法を求める。この寸法により製品の良否判定を行い、規格から外れている場合にはその製品を不良品として除去すると共に、演算部４にて測定された寸法を元に補正された加工寸法を求め、これより補正した加工データの作成を行う。この様に構成された装置を使用することにより、常に規格を満たした製品を作成することが可能となる。
【００７１】
これを図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７２】
通常、量産時の工程では予め補正された加工データを用いStep７にて製品の加工を行う。Step８では、加工された製品が画像処理装置１３のＣＣＤカメラ等により撮像され、Step９にてその画像が画像処理されて重要寸法の取得を行う。Step１０ではその重要寸法が規格を満たすかどうか判定を行う。既に補正が行われた加工データにより加工を行う為、通常この製品に関しては作業が終了する。しかし温度変化等により加工ずれが発生し規格から外れるとStep１１にて加工寸法・実測寸法・ターゲット寸法から新しい加工寸法を求める。この新しい加工寸法を元に、Step１２にて加工データを修正しレーザ加工機１の制御部１１へ転送する。これにより、レーザ加工機１の制御部１１に保存されている加工データは、常に規格を満たす製品を作成できる加工データとなる。
【００７３】
このような構成にする事により、温度変化が発生する場合や経年変化が発生した場合にも常に精度を保った加工を行う事が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明にかかるレーザ加工装置の加工ずれ補正方法は、レーザ加工装置固有の誤差を補正し、精度良く製品を加工する機能を有し、レーザ加工装置の加工ずれ補正方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の位置ずれ補正方法を説明する為の図
【図２】本発明の実施例１におけるレーザ加工装置のレーザ加工機の概略構成を模式的に示す図
【図３】（ａ）本発明の実施例１における補正前の加工データの一例を示す図、（ｂ）実際に加工された形状を示す図
【図４】（ａ）本発明の実施例１における補正後の加工データの一例を示す図、（ｂ）は補正後の加工データにより加工され、誤差が補正された状態の実測形状を示す図
【図５】本発明の実施例１における製品の重要部分の形状寸法を示す図
【図６】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正処理の流れを示すフローチャート
【図７】本発明の実施例１におけるレーザ加工部に画像処理部を加えたレーザ加工装置全体の概略構成を示す図
【図８】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の画像処理装置を加えた場合の全体の処理の流れを示すフローチャート
【図９】本発明の実施例１における補正作業の結果の一例を示す図
【図１０】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（１）を説明する為の図
【図１１】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（２）を説明する為の図
【図１２】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（３ａ）を説明する為の図
【図１３】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法の補正計算（３ｂ）を説明する為の図
【図１４】本発明の実施例１における拡大縮小により加工データを作成する方法を説明する為の図
【図１５】本発明の実施例１における線分の関数化により加工データを作成する方法を説明する為の図
【符号の説明】
【００７６】
１  レーザ加工機
２  製品
３  計測部
４  演算部
５  加工データ
６  レーザ発振器
７  ガルバノスキャナ（Ｘ軸）
８  ガルバノスキャナ（Ｙ軸）
９  ｆθレンズ
１１  制御部
１２  レーザ光
１３  画像処理部
１４  レーザスポット
１５  スキャン軌跡
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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