(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を加工位置に偏向させるガルバノミラーの回転軸上に配置されたエンコーダから、前記ガルバノミラーの回転角度を示すガルバノ角度位置を受付ける入力部と、
前記ガルバノ角度位置に基づいて、前記ガルバノミラーの回転方向の角度ずれ量である面倒れ量に関係する残留振動を算出する変位量算出部と、
を備えることを特徴とする面倒れ量検出装置。
【請求項２】
前記残留振動は、前記面倒れ量の情報および前記ガルバノミラーが振動する固有の周波数の情報を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１に記載の面倒れ量検出装置。
【請求項３】
前記残留振動は、前記ガルバノミラーが回転した後に前記回転を停止させた状態における振動である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の面倒れ量検出装置。
【請求項４】
レーザ光を加工位置に偏向させるガルバノミラーの回転方向の角度ずれ量である面倒れ量に関係する残留振動の情報を、残留振動情報として受付ける入力部と、
前記面倒れ量の補正に用いられる補正量を算出する補正量算出部と、
前記残留振動情報に含まれる前記ガルバノミラーが振動する固有の周波数である第１の周波数と、前記補正量とを対応付けした対応情報を記憶しておく補正量記憶部と、
レーザ加工に用いる加工プログラムを記憶しておく加工プログラム記憶部と、
前記ガルバノミラーを回動させるガルバノスキャナに対し、前記加工プログラムに基づいた指示情報を作成する指示作成部と、
前記指示情報を前記ガルバノスキャナに出力する出力部と、
を備え、
前記補正量算出部は、実際のレーザ加工が開始される前の段取りの際に前記補正量を算出しておき、実際のレーザ加工の際には、前記加工プログラムに基づいて前記ガルバノミラーが振動する固有の周波数である第２の周波数を算出し、前記第２の周波数と前記第１の周波数との差が基準値よりも小さい場合には、前記対応情報から前記第１の周波数に対応する前記補正量を抽出して前記指示作成部に送り、
前記指示作成部は、前記補正量算出部から送られてくる前記補正量を用いて前記指示情報を補正する、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項５】
レーザ光を加工位置に偏向させるガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーを回動させるガルバノスキャナと、
前記ガルバノミラーの回転軸上に配置され、前記ガルバノミラーの回転角度を示すガルバノ角度位置を検出するエンコーダと、
前記ガルバノ角度位置に基づいて、前記ガルバノミラーの回転方向の角度ずれ量である面倒れ量に関係する残留振動を算出する面倒れ量検出装置と、
前記残留振動に基づいて前記ガルバノスキャナを制御することで前記面倒れ量を補正する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記残留振動の情報を、残留振動情報として受付ける入力部と、
前記残留振動情報に含まれる前記面倒れ量の補正に用いられる補正量を算出する補正量算出部と、
前記残留振動情報に含まれる前記ガルバノミラーが振動する固有の周波数である第１の周波数と、前記補正量とを対応付けした対応情報を記憶しておく補正量記憶部と、
レーザ加工に用いる加工プログラムを記憶しておく加工プログラム記憶部と、
前記ガルバノスキャナに対し、前記加工プログラムに基づいた指示情報を作成する指示作成部と、
前記指示情報を前記ガルバノスキャナに出力する出力部と、
を備え、
前記補正量算出部は、実際のレーザ加工が開始される前の段取りの際に前記補正量を算出しておき、実際のレーザ加工の際には、前記加工プログラムに基づいて前記ガルバノミラーが振動する固有の周波数である第２の周波数を算出し、前記第２の周波数と前記第１の周波数との差が基準値よりも小さい場合には、前記対応情報から前記第１の周波数に対応する前記補正量を抽出して前記指示作成部に送り、
前記指示作成部は、前記補正量算出部から送られてくる前記補正量を用いて前記指示情報を補正する、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記段取りの際には、予め前記ガルバノミラーの製造時に測定された前記ガルバノミラーに固有の周波数で前記ガルバノミラーが振動するよう、前記ガルバノスキャナを加振することで前記ガルバノミラーに面倒れを発生させ、
前記エンコーダは、前記制御装置が発生させた前記面倒れに対して前記ガルバノ角度位置を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガルバノミラーの面倒れ量を検出する面倒れ量検出装置、制御装置およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板といった被加工物への穴あけを行うレーザ加工装置は、ガルバノスキャナによって被加工物への加工位置であるレーザ光照射位置を制御している。ガルバノスキャナは、同じピッチの加工位置移動を繰り返すと、加工位置移動の移動周期によってはロータおよびガルバノミラーの面倒れ共振を誘発する。そして、面倒れ共振が発生すると、ガルバノスキャナによる加工位置の移動方向と直交する方向に加工位置の位置ずれが生じる。【０００３】
ロータの重量バランス調整を厳密に実施することにより、面倒れ量を軽減する方法があるが、要求される位置決め速度が上昇するに伴って加振力も増大し、重量バランス調整のみでは必要な位置決め精度を得ることが困難になってきている。【０００４】
特許文献１に記載のレーザ加工装置は、ガルバノミラーに圧電素子を貼付けておき、圧電素子でガルバノミラーの面倒れ量を検出し、ガルバノミラーの面倒れを補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５４１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、ガルバノミラーに圧電素子を貼付ける必要があるので、圧電素子がガルバノミラーの動作に影響を与える。このため、ガルバノミラーの面倒れ量を正確に検出するためには、ガルバノミラーを駆動するガルバノスキャナの構成が複雑になるという問題があった。【０００７】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ガルバノミラーの正確な面倒れ量を簡易な構成で検出することができる面倒れ量検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の面倒れ量検出装置は、レーザ光を加工位置に偏向させるガルバノミラーの回転軸上に配置されたエンコーダから、ガルバノミラーの回転角度を示すガルバノ角度位置を受付ける入力部を備える。また、本開示の面倒れ量検出装置は、ガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラーの回転方向の角度ずれ量である面倒れ量に関係する残留振動を算出する変位量算出部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示にかかる面倒れ量検出装置は、ガルバノミラーの正確な面倒れ量を簡易な構成で検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図
【図２】実施の形態に係るレーザ加工装置が備える制御装置の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態に係るレーザ加工装置が備えるガルバノスキャナの構成を示すブロック図
【図４】実施の形態に係るレーザ加工装置が備える面倒れ量検出装置の構成を示すブロック図
【図５】面倒れ共振現象を説明するための図
【図６】実施の形態に係るレーザ加工装置が備える制御装置のハードウェア構成を示す図
【図７】実施の形態にかかる面倒れ量検出装置を実現するハードウェア構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本開示の実施の形態にかかる面倒れ量検出装置、制御装置およびレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
実施の形態．
図１は、実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１０１は、パルスレーザ光であるレーザ光Ｌ１の照射によって被加工物Ｗに微細穴を穴開け加工する装置である。すなわち、レーザ加工装置１０１は、サイクルパルスモードによって被加工物Ｗに微細穴を穴開け加工する。
【００１３】
本実施の形態では、レーザ加工装置１０１が、エンコーダによって、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ共振によるミラー面の変位量を検出する。エンコーダは、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの回転角度を示すガルバノ角度位置をミラー面の変位量として検出する。このミラー面の変位量は、レーザ光照射位置である加工位置の位置ずれに対応している。
【００１４】
レーザ加工装置１０１は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの変位に対応する加工位置の位置ずれを、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙのミラー面が変位していない方のガルバノミラーでキャンセルし、これにより加工位置の位置決め精度を向上させる。
【００１５】
レーザ加工装置１０１は、レーザ光Ｌ０を発振するレーザ発振器１と、レーザ光Ｌ０を整形するとともに所望のビーム形状およびビームエネルギーに調整する像転写光学機構２と、ワークである被加工物Ｗのレーザ加工を行うレーザ加工部４と、制御装置２０とを備えている。なお、ここでのサイクルパルスモードは、被加工物Ｗに設定された複数の穴あけ加工位置を順次走査し、各穴に対するレーザ照射を複数サイクルで行なう加工処理である。すなわち、サイクルパルスモードは、レーザ光Ｌ１を１ショットずつ照射するサイクルを複数回繰り返す加工処理である。
【００１６】
レーザ発振器１は、レーザ光Ｌ０を発振し、像転写光学機構２に送出する。像転写光学機構２は、コリメーションレンズ２Ｃ、およびマスク２Ｍを備えている。コリメーションレンズ２Ｃは、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌ０を集光して光軸を調整して平行化し、マスク２Ｍは、レーザ光Ｌ０のビーム形状を整形する。
【００１７】
レーザ加工部４は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙ、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙ、ｆθレンズ６、ＸＹテーブル８、および面倒れ量検出装置１０Ａを備えている。ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙは、レーザ光Ｌ０の軌道を変化させて被加工物Ｗへの照射位置を移動させる機能、すなわち位置決め機能を有しており、レーザ光Ｌ０をＸ−Ｙ方向に走査するため、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙを所定の角度に回動させる。これにより、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙは、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙに、レーザ光Ｌ１を加工エリアに設定された加工位置に偏向させる。
【００１８】
ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙは、像転写光学機構２のマスク２Ｍから出射された光ビームとしてのレーザ光Ｌ０を反射させるとともに任意の角度に偏向させる。ガルバノミラー３Ｘは、レーザ光Ｌ０をＸ方向に偏向させ、ガルバノミラー３Ｙは、レーザ光Ｌ０をＹ方向に偏向させる。ｆθレンズ６は、レーザ光Ｌ０を被加工物Ｗの表面に対して垂直な方向に偏向させたレーザ光Ｌ１を、被加工物Ｗの加工位置である表面に集光して照射する。
【００１９】
面倒れ量検出装置１０Ａは、エンコーダが検出したガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの残留振動を検出する。ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの残留振動は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ量に対応している。残留振動は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙが回転した後に回転を停止させた状態における振動である。
【００２０】
面倒れ量検出装置１０Ａが検出するガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの残留振動には、残留振動時の面倒れの周波数の情報が含まれている。面倒れ量検出装置１０Ａは、検出結果である残留振動の情報（以下、残留振動情報という）を制御装置２０に送る。本実施の形態では、レーザ加工前の準備である段取りの際に、面倒れ量検出装置１０Ａが、残留振動情報を制御装置２０に送る。
【００２１】
制御装置２０は、面倒れ量検出装置１０Ａから送られてくる残留振動の周波数に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの位置を補正する。本実施の形態では、レーザ加工前の準備である段取りの際に、制御装置２０が、残留振動情報に含まれる面倒れ量に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの位置を補正するための補正量を算出しておく。ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの位置を補正するための補正量は、レーザ光照射位置を補正するための補正量（以下、加工位置補正量という）である。
【００２２】
制御装置２０は、加工位置補正量と、残留振動情報に含まれる周波数とを記憶しておく。制御装置２０は、実際のレーザ加工の際には、レーザ加工に用いる加工プログラムに基づいて、レーザ加工時の周波数を算出する。制御装置２０は、算出した周波数と、記憶しておいた周波数との差が基準値よりも小さい場合には、記憶しておいた加工位置補正量でガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの位置を補正する。
【００２３】
制御装置２０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータによって構成されており、レーザ発振器１、像転写光学機構２、およびレーザ加工部４を数値（ＮＣ：Numerical  Control）制御等によって制御する。
【００２４】
被加工物Ｗは、プリント基板等の基板であり、複数の穴あけ加工が行なわれる。ＸＹテーブル８は、被加工物Ｗを載置するものであり、図示しないＸ軸モータおよびＹ軸モータの駆動によってＸ軸−Ｙ軸２次元平面を自在に移動する。ＸＹテーブル８は、レーザ光Ｌ１が照射される加工エリアをＸＹ方向に移動させる。
【００２５】
図２は、実施の形態に係るレーザ加工装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置２０は、面倒れ量検出装置１０Ａに接続されている。面倒れ量検出装置１０Ａへは、エンコーダで検出されたガルバノ角度位置が入力される。また、制御装置２０は、ＸＹテーブル８、レーザ発振器１、およびガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙに接続されている。
【００２６】
制御装置２０は、入力部２１、加工プログラム記憶部２２、補正量算出部２３、指示作成部２４、出力部２５、および補正量記憶部２６を備えている。入力部２１は、面倒れ量検出装置１０Ａから検出結果である残留振動情報を受付けて、補正量算出部２３に送る。
【００２７】
加工プログラム記憶部２２は、被加工物Ｗのレーザ加工に用いる加工プログラムを記憶するメモリなどである。加工プログラム内には、被加工物Ｗ上の加工位置を示す座標などが設定されている。
【００２８】
補正量算出部２３は、残留振動情報に含まれる面倒れ量に基づいて、加工位置補正量を算出する。制御装置２０では、予め面倒れ量に対する加工位置補正量の関係を加工プログラム記憶部２２内などで記憶しておき、補正量算出部２３は、面倒れ量に対する加工位置補正量の関係と、検出された面倒れ量と、に基づいて、加工位置補正量を算出する。
【００２９】
補正量算出部２３は、段取りの際に加工位置補正量を算出しておく。補正量算出部２３は、算出した加工位置補正量と、残留振動情報に含まれる周波数とを対応付けした対応情報を、段取りの際に補正量記憶部２６に格納しておく。補正量記憶部２６は、対応情報を記憶するメモリなどである。
【００３０】
制御装置２０は、段取りにおいて回転方向の残留振動を検出する際には、予めガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの製造時に測定しておいたガルバノミラー３Ｘ，３Ｙに固有の周波数でガルバノミラー３Ｘ，３Ｙが振動するよう、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙを加振する。これにより、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙに固有の周波数でガルバノミラー３Ｘ，３Ｙに面倒れを発生させる。このように、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙは、個体ごとに異なる周波数で振動するので、制御装置２０は、予め測定されたガルバノミラー３Ｘ，３Ｙに固有の周波数でガルバノミラー３Ｘ，３Ｙを振動させる。これによりレーザ加工時に発生する振動の周波数および面倒れ量をガルバノミラー３Ｘ，３Ｙに発生させることができる。
【００３１】
補正量算出部２３は、実際のレーザ加工の際には、加工プログラム記憶部２２内の加工プログラムに基づいて、レーザ加工時の残留振動の周波数を算出する。加工プログラムには、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの種々の動作が規定されているので、補正量算出部２３は、加工プログラムにて規定されている動作に基づいて、レーザ加工時の残留振動の周波数を算出する。補正量算出部２３は、実際のレーザ加工の際に、算出した周波数と、補正量記憶部２６に格納しておいた周波数とを比較する。
【００３２】
段取りの際に補正量算出部２３が取得した残留振動情報に含まれる周波数が第１の周波数であり、実際のレーザ加工の際に補正量算出部２３が加工プログラムから算出した周波数が第２の周波数である。
【００３３】
補正量算出部２３は、補正量記憶部２６に格納しておいた周波数のうち、算出した周波数との差が基準値よりも小さい周波数がある場合、この周波数に対応する加工位置補正量を、補正量記憶部２６内の対応情報から抽出する。補正量算出部２３は、加工位置補正量を指示作成部２４に送る。
【００３４】
指示作成部２４は、加工プログラム記憶部２２内の加工プログラムに基づいて、ＸＹテーブル８およびレーザ発振器１への指示情報を作成する。また、指示作成部２４は、加工プログラムに基づいて、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙへの指示情報を作成する。また、本実施の形態の指示作成部２４は、補正量算出部２３が算出した加工位置補正量を用いて、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙへの位置指令を補正する補正位置指令を作成する。指示作成部２４は、面倒れ共振によって生じるレーザ光照射位置の位置ずれが打ち消されるよう、すなわち所望のレーザ光照射位置にレーザ光Ｌ１が照射されるよう補正位置指令を作成する。指示作成部２４は、加工プログラムに基づいた位置指令と、補正位置指令と、を用いて、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙへの指示情報である位置指令を作成する。
【００３５】
指示作成部２４は、作成した指示情報を出力部２５に送る。出力部２５は、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙへの指示情報をガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙに送り、ＸＹテーブル８およびレーザ発振器１への指示情報をそれぞれＸＹテーブル８およびレーザ発振器１に送る。
【００３６】
ここで、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙの構成について説明する。なお、ガルバノスキャナ５Ｘとガルバノスキャナ５Ｙは、同様の構成を有するので、以下では、ガルバノスキャナを説明する際には、ガルバノスキャナ５Ｙについて説明する。
【００３７】
図３は、実施の形態に係るレーザ加工装置が備えるガルバノスキャナの構成を示すブロック図である。ガルバノスキャナ５Ｙは、ガルバノミラー３Ｙ側から延びるロータ５２の一部を含んで構成されている。ガルバノスキャナ５Ｙでは、ロータ５２にベアリング５５，５７と、ミラー駆動部５６と、角度検出器であるエンコーダ５８と、が配置されている。ロータ５２は、ベアリング５５，５７によって回転自在に支持されている。
【００３８】
ベアリング５５は、ミラー駆動部５６とガルバノミラー３Ｙとの間に配置され、ベアリング５７は、ミラー駆動部５６とエンコーダ５８との間に配置されている。ロータ５２は、その温度変化によって軸方向に伸縮が発生する。このため、ベアリング５５は、ロータ５２に対して軸方向に完全には固定されておらず、ロータ５２が伸縮する際にはロータ５２がベアリング５５をすり抜けるよう構成されている。一方、ベアリング５７は、ロータ５２を軸方向に固定している。
【００３９】
ミラー駆動部５６は、ロータ５２の柱軸を回転軸としてガルバノミラー３Ｙを回転させる。ミラー駆動部５６は、例えば磁石とコイルとを用いて構成されており、コイルに電流を流すことにより、磁石との間でトルクを発生させる。これにより、ロータ５２ひいてはガルバノミラー３Ｙが回転されるように働く。
【００４０】
エンコーダ５８は、エンコーダディスクを備えており、エンコーダディスクを用いて、ガルバノミラー３Ｙの回転角度であるガルバノ角度位置を検出する。エンコーダ５８は、ガルバノミラー３Ｙの回転軸上に配置されており、ガルバノミラー３Ｙと同じ動作を行う。エンコーダ５８は、検出したガルバノ角度位置を、面倒れ量検出装置１０Ａおよび制御装置２０に送る。
【００４１】
面倒れ量検出装置１０Ａは、ガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー３Ｙの残留振動を検出する。制御装置２０は、ガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー３Ｙの動作を制御するとともに、残留振動に基づいてガルバノミラー３Ｙの動作を補正する。
【００４２】
図４は、実施の形態に係るレーザ加工装置が備える面倒れ量検出装置の構成を示すブロック図である。面倒れ量検出装置１０Ａは、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙの位置決め時にエンコーダ５８が検出したガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの回転方向の残留振動を検出する。回転方向の残留振動は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ量である傾斜量に対応しており、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの角度ずれ量に応じて変化する。すなわち、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ量は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの回転方向の角度ずれ量であり、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙが大きく振動するほど大きな面倒れ量となる。
【００４３】
面倒れ量検出装置１０Ａは、入力部であるエンコーダ振動検出部１５と、変位量算出部１６とを有している。エンコーダ振動検出部１５は、エンコーダ５８に接続されており、エンコーダ５８からガルバノ角度位置を受け付けて、変位量算出部１６に入力する。
【００４４】
エンコーダ振動検出部１５は、ガルバノ角度位置を変位量算出部１６に送る。変位量算出部１６は、ガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの位置ずれ量を示す残留振動を算出する。エンコーダ振動検出部１５は、残留振動の情報として、振動の周波数、面倒れ量などを算出する。エンコーダ振動検出部１５は、残留振動の周波数および面倒れ量を含んだ残留振動情報を制御装置２０に送る。
【００４５】
制御装置２０は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの残留振動の値を用いてガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙへの指示情報であるガルバノ指令を作成し、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙに送る。制御装置２０は、面倒れ共振が発生した場合には、面倒れ量をキャンセルするために、面倒れ共振が発生した軸に直交する軸に、補正値を含んだガルバノ指令を送る。
【００４６】
面倒れ共振がガルバノミラー３Ｘで発生した場合、制御装置２０は、ガルバノミラー３Ｘの回転軸に直交するガルバノミラー３Ｙに、補正値を含んだガルバノ指令を送る。同様に、面倒れ共振がガルバノミラー３Ｙで発生した場合、制御装置２０は、ガルバノミラー３Ｙの回転軸に直交するガルバノミラー３Ｘに、補正値を含んだガルバノ指令を送る。
【００４７】
制御装置２０は、面倒れ共振現象を位置決めサーボ制御にリアルタイムに反映させるために、検出された面倒れ量を直交する軸の検出角度に加算または減算して補正することで、面倒れによる位置ずれをキャンセルすることができる。これにより、制御装置２０は、目標位置に移動を開始した後の面倒れ共振をリアルタイムにキャンセルすることができる。回転軸の正負の向きの設定、回転軸の配置、Ｘ軸方向の設定、またはＹ軸方向の設定によっては、面倒れ量のキャンセルが、指令位置または検出位置に対する補正量の加算になったり減算になったりする場合がある。このため、補正演算については、制御装置２０に対し、適宜キャンセル機構が働くように符号を設定しておく。
【００４８】
ここで、面倒れ共振現象について説明する。図５は、面倒れ共振現象を説明するための図である。なお、図５では、ミラー駆動部５６およびエンコーダ５８の図示を省略している。面倒れ共振現象は、ガルバノミラー３Ｙが、ミラー面と略垂直な方向に揺れる現象である。例えば、ガルバノミラー３Ｙの場合、ベアリング５７がロータ５２を軸方向に固定しているので、ベアリング５７よりも端部側であるガルバノミラー３Ｙ側で面倒れ共振現象が発生する。面倒れ共振現象は、ベアリング５７を固定部分として、ロータ５２およびガルバノミラー３Ｙが撓むことで、ガルバノミラー３Ｙのミラー面の角度が変わり、偏向されるレーザ光Ｌ０の進む向きがずれる現象である。
【００４９】
ガルバノスキャナ５Ｙが、同じ方向に等ピッチの加工位置移動を繰り返すと、ある移動周期でロータ５２およびガルバノミラー３Ｙの面倒れ共振が発生する。換言すると、面倒れ共振は、同じ方向に等ピッチで加工位置を移動させる際に、移動周期がガルバノミラー３Ｙを含むロータ５２の面倒れ共振周波数の逆数に近いと発生する。
【００５０】
面倒れ共振は、ガルバノミラー３Ｙを含むロータ５２の機械的な曲げの固有振動である。等ピッチのガルバノ移動をする場合には、ガルバノミラー３Ｙの回転の加減速が周期的に発生する。この回転運動の中心からガルバノミラー３Ｙおよびロータ５２に重量のアンバランスがあると、軸の振れ回り現象が発生し、回転の加速度が軸の曲げの力に変換される。この曲げの力が加振力となり、その周期が面倒れ共振周波数の周期と近い場合には、面倒れ振動が徐々に大きくなって、加工点であるレーザ光照射位置では大きな位置ずれが発生する。面倒れ共振による位置ずれは、たとえば、加工位置の進行方向に直交する方向に現れる。
【００５１】
したがって、Ｘ方向の位置決めを行うガルバノミラー３Ｘで面倒れ共振が発生すると、Ｙ方向に加工位置がずれる。同様に、Ｙ方向の位置決めを行うガルバノミラー３Ｙで面倒れ共振が発生すると、Ｘ方向に加工位置がずれる。
【００５２】
面倒れ共振の際には、ロータ５２およびガルバノミラー３Ｙが、ベアリング５５およびベアリング５７を固定位置として、ガルバノミラー３Ｙのミラー面に略垂直な方向に揺れる。これにより、レーザ光Ｌ０のガルバノミラー３Ｙにおける反射角度が、所望の反射角度から所定量だけずれることとなる。この所望の反射角度からのずれ量は、ガルバノミラー３Ｙの回転方向の角度ずれ量に対応している。すなわち、所望の反射角度からのずれ量は、ガルバノミラー３Ｙの面倒れ量に対応している。
【００５３】
例えば、ロータ５２およびガルバノミラー３Ｙが、ガルバノミラー３Ｙの裏面側に最大に撓んだ状態では、レーザ光Ｌ０がＸ方向に反射角度（＋θ１）だけずれて、レーザ光Ｌ２として反射される。一方、ロータ５２およびガルバノミラー３Ｙが、ガルバノミラー３Ｙのおもて面側に最大に撓んだ状態では、レーザ光Ｌ０がＸ方向に反射角度（−θ１）だけずれて、レーザ光Ｌ３として反射される。
【００５４】
換言すると、ロータ５２およびガルバノミラー３Ｙが面倒れ共振によって撓むと、レーザ光Ｌ０のＸ方向に対する反射角度に、撓み量に応じたずれ量が生じる。そして、ロータ５２およびガルバノミラー３Ｙが、最大に撓んだ状態の場合に、レーザ光Ｌ０のＸ方向の反射角度のずれ量も最大となる。
【００５５】
本実施の形態では、エンコーダ５８が、レーザ光Ｌ０のＸ方向およびＹ方向の反射角度のずれ量であるガルバノ角度位置を検出する。そして、制御装置２０が、ガルバノ角度位置からＸ方向およびＹ方向の面倒れ量を算出し、算出した面倒れ量に基づいてレーザ光照射位置の位置ずれ（加工位置の位置ずれ）を補正する。
【００５６】
図６は、実施の形態に係るレーザ加工装置が備える制御装置のハードウェア構成を示す図である。図６では、レーザ加工装置１０１の制御系の全体構成を示している。制御装置２０は、加工機制御部８８と、ガルバノ制御部９０Ｘ，９０Ｙと、駆動制御部９２と、を備えている。加工機制御部８８は、加工プログラムや面倒れ量検出装置１０Ａから送られてくるガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙの面倒れ量に基づいて、ガルバノ制御部９０Ｘ，９０Ｙ、駆動制御部９２、レーザ発振器１に指示情報を送る。
【００５７】
加工機制御部８８は、ガルバノ制御部９０ＸにＸ方向の位置指令を送り、ガルバノ制御部９０ＹにＹ方向の位置指令を送る。具体的には、加工機制御部８８は、ガルバノ制御部９０Ｘ，９０Ｙに、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙへの位置決め目標座標の指令を送る。
【００５８】
本実施の形態では、ガルバノミラー３Ｘが面倒れ共振する場合に、Ｙ方向にレーザ光Ｌ１の照射位置がずれるので、ガルバノ制御部９０Ｙに加工位置補正量を含む位置指令が送られる。また、ガルバノミラー３Ｙが面倒れ共振する場合に、Ｘ方向にレーザ光Ｌ１の照射位置がずれるので、ガルバノ制御部９０Ｘに加工位置補正量を含む位置指令が送られる。
【００５９】
ガルバノ制御部９０Ｘは、加工機制御部８８からの指示情報に従って、ガルバノスキャナ５Ｘを制御する。また、ガルバノ制御部９０Ｙは、加工機制御部８８からの指示情報に従って、ガルバノスキャナ５Ｙを制御する。具体的には、ガルバノ制御部９０Ｘ，９０Ｙは、それぞれガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙに対して位置決めサーボ動作を行う。そして、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙが、それぞれガルバノミラー３Ｘ，３Ｙを、ロータ５２を回転軸として所定の角度だけ回転させる。
【００６０】
また、加工機制御部８８は、レーザ発振器１に所望のレーザ出力およびパルス幅のレーザパルスを照射する条件およびタイミングを指示する。これにより、レーザ発振器１は、加工に必要なタイミングでレーザパルスを出すことができる。
【００６１】
また、図１に示したように、レーザ加工装置１０１は、被加工物Ｗを載置するＸＹテーブル８を備えており、制御装置２０は、ＸＹテーブル８の位置決め駆動制御をする駆動制御部９２を有している。駆動制御部９２は、ＸＹテーブル８をＸ−Ｙ方向に位置決め駆動制御するために、サーボアンプ９３Ｘ，９３Ｙを駆動制御する。これにより、モータＭ９４，Ｍ９５が動作し、ＸＹテーブル８をＸ−Ｙ方向に移動させる。また、駆動制御部９２は、ｆθレンズ６の上下高さ方向（Ｚ方向）、ガルバノスキャナ５Ｘ，５Ｙを搭載するＺ軸ヘッド部分の上下高さ方向を、それぞれ位置決め駆動制御する。具体的には、駆動制御部９２は、サーボアンプ９３Ｚを駆動制御する。これにより、モータＭ９６が動作し、ｆθレンズ６およびＺ軸ヘッド部分をＺ方向に移動させる。
【００６２】
ここで、比較例のガルバノ制御系について説明する。比較例のガルバノ制御系は、Ｘ軸方向のガルバノスキャナであれば、Ｘ軸の回転角度を検出するセンサ（例えば、ロータリエンコーダなど）の信号を用いてフィードバック制御を実行する。また、比較例のガルバノ制御系は、位置決めを高速で行うために予め制御対象のモデルを想定し、フィードフォワード制御を用いて位置決め動作を実行する。
【００６３】
しかしながら、比較例のガルバノ制御系では、回転を検出するセンサ以外からの情報を用いることがなく、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に発生する面倒れ現象を抑える構成とはなっていなかった。本実施の形態では、レーザ加工装置１０１が、面倒れの補正を行うために、検出した面倒れ量から加工位置のずれ量を求める。そして、レーザ加工装置１０１が、直交する軸のガルバノスキャナ５Ｘへの位置指令に、加工位置のずれ量を加えることで補正を実施する。このため、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに同様に相互の面倒れがキャンセルされるように、お互いの位置指令を補正するようレーザ加工装置１０１を構成しておく。これにより、レーザ加工装置１０１は、Ｘ軸方向の位置を制御するガルバノミラー３Ｙで発生した面倒れ量Δｙを、Ｙ軸方向のガルバノミラー３Ｙでキャンセルし、Ｙ軸方向のガルバノミラー３Ｙで発生した面倒れ量に対応する照射位置ずれ量Δｘを、Ｘ軸方向のガルバノミラー３Ｘでキャンセルすることができる。したがって、レーザ加工装置１０１は、面倒れ現象が発生していても、所望の目標位置にレーザ光Ｌ０を偏向させることができ、精度の良いレーザ加工が行える。
【００６４】
ガルバノスキャナやガルバノミラーの動作速度が上がるに従って、角加速度も大きくなってきており、面倒れ方向に対する加振力も増える傾向にある。さらに、同じ機械的構成であっても面倒れ量が大きくなっており、ユーザが望む加工速度と加工精度を両立させることが難しくなってきている状況にある。本実施の形態では、加工速度を大きくすることによって面倒れ共振が発生した場合であっても、面倒れ量に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙへの位置指令を補正するので、加工速度と加工精度を両立させることが可能となる。
【００６５】
また、レーザ加工装置１０１は、エンコーダ５８が検出したガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの回転方向の面倒れ量を算出するので、簡易な構成で容易にガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ量を検出することができる。
【００６６】
また、レーザ加工装置１０１は、特性が経時的に変動しやすい部材を用いることなくガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの回転方向の面倒れ量を検出し、検出結果に基づいてガルバノミラー３Ｘ，３Ｙへの位置指令を補正するので、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ量を安定して低減させることが可能となる。
【００６７】
温度の上昇に従って面倒れ量を静的に補正する方法がある。この方法では、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの動作に応じて変化する面倒れ量を動的に補正することはできない。一方、レーザ加工装置１０１は、事前に記憶しておいたガルバノミラー３Ｘ，３Ｙに固有の周波数と、加工プログラムに基づいて算出した周波数との差が基準値よりも小さい場合に、面倒れ量を補正する。これにより、レーザ加工装置１０１は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの動作に応じて変化する面倒れ量を動的に補正することができる。
【００６８】
ここで、面倒れ量検出装置１０Ａのハードウェア構成について説明する。図７は、実施の形態にかかる面倒れ量検出装置を実現するハードウェア構成例を示す図である。
【００６９】
面倒れ量検出装置１０Ａは、入力装置３００、プロセッサ１００、メモリ２００、および出力装置４００により実現することができる。プロセッサ１００の例は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）ともいう）またはシステムＬＳＩ（Large  Scale  Integration）である。メモリ２００の例は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）である。
【００７０】
面倒れ量検出装置１０Ａは、プロセッサ１００が、メモリ２００で記憶されている面倒れ量検出装置１０Ａの動作を実行するための、コンピュータで実行可能な、面倒れ量検出プログラムを読み出して実行することにより実現される。面倒れ量検出装置１０Ａの動作を実行するためのプログラムである面倒れ量検出プログラムは、面倒れ量検出装置１０Ａの手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【００７１】
面倒れ量検出装置１０Ａで実行される面倒れ量検出プログラムは、エンコーダ振動検出部１５と、変位量算出部１６とを含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。
【００７２】
入力装置３００は、ガルバノ角度位置を受け付けてプロセッサ１００に送る。メモリ２００は、プロセッサ１００が各種処理を実行する際の一時メモリに使用される。また、メモリ２００は、加工プログラム、対応情報などを記憶する。出力装置４００は、残留振動情報を制御装置２０に出力する。
【００７３】
面倒れ量検出プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。また、面倒れ量検出プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由で面倒れ量検出装置１０Ａに提供されてもよい。なお、面倒れ量検出装置１０Ａの機能について、一部を専用回路などの専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。また、面倒れ量検出装置１０Ａの機能について、全部を専用回路などの専用のハードウェアで実現してもよい。また、制御装置２０についても、面倒れ量検出装置１０Ａと同様のハードウェア構成によって実現できる。
【００７４】
このように実施の形態によれば、面倒れ量検出装置１０Ａは、エンコーダ５８から受け付けたガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの回転方向の面倒れ量に関係する残留振動を算出するので、正確なガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ量を簡易な構成で容易に検出することができる。
【００７５】
また、制御装置２０は、実際のレーザ加工が開始される前に、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙが振動する固有の周波数である第１の周波数と、面倒れ量の補正量とを対応付けした対応情報を記憶している。また、制御装置２０は、実際のレーザ加工の際には、加工プログラムに基づいてガルバノミラー３Ｘ，３Ｙが振動する固有の周波数である第２の周波数を算出している。制御装置２０は、実際のレーザ加工の際には、第１の周波数と第２の周波数との差が基準値よりも小さい場合には、対応情報から第１の周波数に対応する補正量を抽出し、この補正量を用いてガルバノミラー３Ｘ，３Ｙを回動させる指示情報を補正している。これにより、制御装置２０は、ガルバノミラー３Ｘ，３Ｙの面倒れ量を安定して低減させることができる。
【００７６】
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  レーザ発振器、２  像転写光学機構、３Ｘ，３Ｙ  ガルバノミラー、４  レーザ加工部、５Ｘ，５Ｙ  ガルバノスキャナ、１０Ａ  面倒れ量検出装置、１５  エンコーダ振動検出部、１６  変位量算出部、２０  制御装置、２１  入力部、２２  加工プログラム記憶部、２３  補正量算出部、２４  指示作成部、２５  出力部、２６  補正量記憶部、５８  エンコーダ、９０Ｘ，９０Ｙ  ガルバノ制御部、１００  プロセッサ、１０１  レーザ加工装置、２００  メモリ、３００  入力装置、４００  出力装置、Ｌ０〜Ｌ３  レーザ光、Ｗ  被加工物。
【要約】
面倒れ量検出装置（１０Ａ）が、レーザ加工に用いられるレーザ光（Ｌ０）を加工位置に偏向させるガルバノミラー（３Ｘ，３Ｙ）の回転軸上に配置されたエンコーダ（５８）から、ガルバノミラー（３Ｘ，３Ｙ）の回転角度を示すガルバノ角度位置を受付けるエンコーダ振動検出部（１５）と、ガルバノ角度位置に基づいて、ガルバノミラー（３Ｘ，３Ｙ）の回転方向の角度ずれ量である面倒れ量に関係する残留振動を算出する変位量算出部（１６）と、を備える。【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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