(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
ガルバノミラーを有し、前記ガルバノミラーでの前記パルスレーザ光の反射によって前記パルスレーザ光を偏向させるとともに位置指令に従った制御により前記ガルバノミラーを回転させるガルバノスキャナと、
前記ガルバノスキャナにおいて偏向した前記パルスレーザ光が入射する入射領域を有し、前記入射領域へ入射した前記パルスレーザ光を集光するレンズと、
前記入射領域から放射した赤外線を検出することによって前記レンズの温度を測定し、前記レンズの温度情報を求めるレンズ温度測定部と、
前記温度情報に基づいて前記位置指令を補正する補正部と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ発振器を制御するためのレーザ出力指令を生成し、前記レーザ出力指令を出力する指令生成部を備え、
前記レンズ温度測定部は、前記レーザ出力指令がオンからオフに切り換わった後においてあらかじめ設定された期間が経過したときから、前記レーザ出力指令の出力がオンになるまでの期間をセンサ有効期間と判定し、前記センサ有効期間における前記温度情報を求め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】
前記レンズ温度測定部は、前記センサ有効期間において測定された温度に基づいて、前記センサ有効期間以外の期間であるセンサ無効期間における前記温度情報を推定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。
【請求項４】
前記レーザ発振器は、二酸化炭素レーザであって、
前記レンズ温度測定部は、９．３μｍから１０．６μｍの波長域に感度を有する放射温度センサを有することを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ発振器は、二酸化炭素レーザであって、
前記レンズ温度測定部は、３μｍから５μｍの波長域に感度を有する放射温度センサを有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６】
前記放射温度センサは、インジウムアンチモンを含む赤外線検出器であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記レンズ温度測定部は、前記入射領域に含まれる複数の分割領域の各々について個別に温度を測定し、前記分割領域ごとの前記温度情報を求め、
前記補正部は、複数の前記分割領域の各々についての前記温度情報に基づいて前記位置指令を補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つ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、パルスレーザ光の照射によって被加工物を加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーザ光を偏向させるガルバノスキャナとパルスレーザ光を集光するｆθレンズとが搭載された加工ヘッドを有し、プリント配線基板といった被加工物の穴あけ加工を行うレーザ加工装置が知られている。かかるレーザ加工装置では、パルスレーザ光がｆθレンズを透過する際に、パルスレーザ光の一部がｆθレンズに吸収されることによってｆθレンズの温度が上昇することがある。ｆθレンズの温度が上昇することによって、ｆθレンズの屈折率は変化する。ｆθレンズの屈折率が変化すると、被加工物におけるパルスレーザ光の照射位置が変化する。【０００３】
特許文献１には、ｆθレンズの温度を測定し、ｆθレンズの温度に基づいて照射位置を補正するレーザ加工装置が開示されている。特許文献１のレーザ加工装置は、ｆθレンズの側面部に設置された温度センサを用いてｆθレンズの温度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術によって照射位置を補正する場合において、高精度な補正を可能とするためには、ｆθレンズのうちパルスレーザ光が入射する領域の温度を、瞬時かつ正確に測定可能であることが望まれる。特許文献１に開示されている従来のレーザ加工装置では、ｆθレンズの側面部に温度センサが設置されることから、ｆθレンズの周囲の温度、および、ｆθレンズにおける熱伝導の遅れの影響などによって、パルスレーザ光が入射する領域の温度を瞬時かつ正確に測定することが困難である。そのため、従来の技術によると、レーザ加工装置は、照射位置の高精度な補正が困難であることにより、加工精度の向上が困難であるという問題があった。【０００６】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、加工精度を向上可能とするレーザ加工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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるレーザ加工装置は、パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、ガルバノミラーを有し、ガルバノミラーでのパルスレーザ光の反射によってパルスレーザ光を偏向させるとともに位置指令に従った制御によりガルバノミラーを回転させるガルバノスキャナと、ガルバノスキャナにおいて偏向したパルスレーザ光が入射する入射領域を有し、入射領域へ入射したパルスレーザ光を集光するレンズと、入射領域から放射した赤外線を検出することによってレンズの温度を測定し、レンズの温度情報を求めるレンズ温度測定部と、温度情報に基づいて位置指令を補正する補正部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示にかかるレーザ加工装置は、加工精度の向上が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかるレーザ加工装置の構成を示す図
【図２】実施の形態１におけるレンズ温度測定部による温度測定の対象である測定領域について説明するための図
【図３】実施の形態１における、レーザ出力指令と、レーザ出力と、温度測定結果について説明するための図
【図４】実施の形態１においてレンズ温度測定部に備えられる温度計算部の機能構成を示す図
【図５】実施の形態１におけるガルバノ指令変換部による位置指令の補正について説明するための図
【図６】実施の形態１にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の動作手順を示すフローチャート
【図７】実施の形態２における放射温度センサの測定波長について説明するための図
【図８】実施の形態２にかかるレーザ加工装置の構成を示す図
【図９】実施の形態２における、レーザ出力指令と、レーザ出力と、温度測定結果とについて説明するための図
【図１０】実施の形態３にかかるレーザ加工装置の構成を示す図
【図１１】実施の形態３においてｆθレンズの入射領域に設定される複数の分割領域を示す図
【図１２】実施の形態３におけるレンズ温度測定部による温度測定の対象である測定領域について説明するための図
【図１３】実施の形態１から３にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の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】
【００１０】
以下に、実施の形態にかかるレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１の構成を示す図である。実施の形態１にかかるレーザ加工装置１は、パルスレーザ光５の照射によって被加工物１６の穴あけ加工を行う。被加工物１６は、電子機器等に搭載されるプリント配線基板である。被加工物１６は、穴あけ加工の対象となり得る物であれば良く、プリント配線基板以外の物であっても良い。
【００１２】
実施の形態１において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸である。Ｘ軸とＹ軸とは、水平方向の軸である。Ｚ軸は、鉛直方向の軸である。レーザ加工装置１は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおいて分散された複数の穴１７を高速に形成する穴あけ加工を行う。
【００１３】
レーザ加工装置１は、パルスレーザ光５を出力するレーザ発振器４を有する。パルスレーザ光５は、赤外光である。実施の形態１において、レーザ発振器４は、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザである。パルスレーザ光５のピーク波長は、９．３μｍから１０．６μｍの範囲に含まれる波長である。
【００１４】
レーザ加工装置１の加工ヘッド２６は、パルスレーザ光５を偏向させるガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙと、パルスレーザ光５を集光するレンズであるｆθレンズ１５とを有する。
【００１５】
ガルバノスキャナ１３Ｘは、加工ヘッド２６へ入射したパルスレーザ光５を反射するガルバノミラー１１Ｘと、ガルバノミラー１１Ｘを回転駆動するモータ１２Ｘとを有する。ガルバノスキャナ１３Ｘは、ガルバノミラー１１Ｘでのパルスレーザ光５の反射によってパルスレーザ光５を偏向させる。また、ガルバノスキャナ１３Ｘは、位置指令２９ａに従った制御によりガルバノミラー１１Ｘを回転させる。ガルバノスキャナ１３Ｘは、特定の振り角の範囲内においてガルバノミラー１１Ｘを回転させることによって、パルスレーザ光５の照射位置をＸ軸方向へ移動させる。
【００１６】
ガルバノスキャナ１３Ｙは、ガルバノスキャナ１３Ｘから入射したパルスレーザ光５を反射するガルバノミラー１１Ｙと、ガルバノミラー１１Ｙを回転駆動するモータ１２Ｙとを有する。ガルバノスキャナ１３Ｙは、ガルバノミラー１１Ｙでのパルスレーザ光５の反射によってパルスレーザ光５を偏向させる。また、ガルバノスキャナ１３Ｙは、位置指令２９ａに従った制御によりガルバノミラー１１Ｙを回転させる。ガルバノスキャナ１３Ｙは、特定の振り角の範囲内においてガルバノミラー１１Ｙを回転させることによって、パルスレーザ光５の照射位置をＹ軸方向へ移動させる。
【００１７】
ｆθレンズ１５は、レンズフレーム１４に固定されている。ｆθレンズ１５は、ガルバノミラー１１Ｙで反射したパルスレーザ光５を、被加工物１６の照射位置に集約させる。ｆθレンズ１５の材料は、ゲルマニウムまたはジンクセレンである。
【００１８】
レーザ加工装置１は、被加工物１６よりも上方においてＺ軸方向へ加工ヘッド２６を移動させるＺ軸テーブルを有する。Ｚ軸テーブルの図示は省略する。Ｚ軸テーブルが加工ヘッド２６を移動させることによって、レーザ加工装置１は、ｆθレンズ１５の焦点を被加工物１６に合わせる。
【００１９】
レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル１８を有する。ＸＹテーブル１８は、位置指令２７に従った制御により移動するトップテーブル１９を有する。被加工物１６は、トップテーブル１９に置かれる。ＸＹテーブル１８は、トップテーブル１９とともに被加工物１６を移動させる。
【００２０】
ここで、トップテーブル１９を移動させずにガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙを駆動した場合において、照射位置を移動させることが可能な領域を走査領域とする。走査領域は、例えば、Ｘ軸方向へ５０ｍｍ、かつＹ軸方向へ５０ｍｍの領域である。トップテーブル１９は、被加工物１６の大きさよりも広い範囲を移動可能である。例えば、被加工物１６のＸ軸方向およびＹ軸方向における大きさが３００ｍｍ×３００ｍｍ程度であるのに対し、トップテーブル１９は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において６００ｍｍ×６００ｍｍ程度の範囲を移動する。レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙの駆動とトップテーブル１９の移動とによって、被加工物１６の全体を対象とする穴あけ加工を可能とする。
【００２１】
レーザ加工装置１は、レーザ加工装置１の全体を制御する制御装置２５を有する。制御装置２５は、各種指令を生成する指令生成部２と、レーザ制御部３と、補正部であるガルバノ指令変換部６と、ガルバノ制御部１０と、ＸＹテーブル制御部２０とを有する。
【００２２】
指令生成部２は、ＸＹテーブル１８に対する位置指令２７と、レーザ出力指令２８と、ガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙに対する位置指令２９とを生成する。指令生成部２は、生成された位置指令２７をＸＹテーブル制御部２０へ出力する。指令生成部２は、生成されたレーザ出力指令２８をレーザ制御部３へ出力する。指令生成部２は、生成された位置指令２９をガルバノ指令変換部６へ出力する。
【００２３】
ガルバノ指令変換部６は、レンズ温度測定部９から出力される温度情報に基づいて位置指令２９を補正する。レンズ温度測定部９については後述する。ガルバノ指令変換部６は、位置指令２９ａを出力する。ガルバノ指令変換部６は、位置指令２９を補正した場合、位置指令２９ａとして、補正後の位置指令２９を出力する。ガルバノ指令変換部６は、位置指令２９を補正しない場合、位置指令２９ａとして、補正されていない位置指令２９を出力する。
【００２４】
レーザ制御部３は、レーザ出力指令２８に従って、レーザ発振器４を制御する。レーザ制御部３は、パルスレーザ光５のパワーと、パルスレーザ光５のパルス幅と、パルスレーザ光５が出力されるタイミングとを、レーザ出力指令２８に従って制御する。
【００２５】
ガルバノ制御部１０は、位置指令２９ａに従って、ガルバノスキャナ１３Ｘとガルバノスキャナ１３Ｙとを制御する。ガルバノ制御部１０は、モータ１２Ｘによるガルバノミラー１１Ｘの回転を制御し、ガルバノミラー１１Ｘの位置決めを行う。ガルバノ制御部１０は、モータ１２Ｙによるガルバノミラー１１Ｙの回転を制御し、ガルバノミラー１１Ｙの位置決めを行う。ガルバノ制御部１０は、ガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙとｆθレンズ１５とに起因する光学歪み特性を補正する。ガルバノ制御部１０は、あらかじめ設定された歪み補正関数を用いて、光学歪み特性を補正する。光学歪み特性が補正されることによって、ガルバノスキャナ１３Ｘは、Ｘ軸方向へ正確にパルスレーザ光５を移動させる。ガルバノスキャナ１３Ｙは、Ｙ軸方向へ正確にパルスレーザ光５を移動させる。これにより、レーザ加工装置１は、ＸＹ平面において正確な位置に穴１７を形成することができる。
【００２６】
ＸＹテーブル制御部２０は、位置指令２７に従って、ＸＹテーブル１８を制御する。ＸＹテーブル制御部２０は、ＸＹテーブル１８によるトップテーブル１９の移動を制御し、トップテーブル１９の位置決めを行う。
【００２７】
レーザ加工装置１は、ｆθレンズ１５の温度を測定するレンズ温度測定部９を有する。レンズ温度測定部９は、ｆθレンズ１５の温度を表す温度情報を求める。パルスレーザ光５がｆθレンズ１５を透過する際に、パルスレーザ光５の一部がｆθレンズ１５に吸収されることで、ｆθレンズ１５の温度が上昇する。ｆθレンズ１５の温度が上昇した場合、ｆθレンズ１５の屈折率が変化することによって、被加工物１６におけるパルスレーザ光５の照射位置が変化する。レーザ加工装置１は、レンズ温度測定部９による測定結果に基づいて位置指令２９を補正することによって、被加工物１６におけるパルスレーザ光５の照射位置を補正する。
【００２８】
レンズ温度測定部９は、温度計算部７と放射温度センサ８とを有する。温度計算部７は、制御装置２５に含まれる。温度計算部７は、温度測定のための計算を行う。指令生成部２は、レーザ出力指令２８と温度計算パラメータ３４とを温度計算部７へ出力する。
【００２９】
放射温度センサ８は、非接触式の温度センサである。放射温度センサ８は、ｆθレンズ１５のうち入射領域の上方に配置されている。入射領域は、ｆθレンズ１５の表面における領域であって、ガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙにおいて偏向したパルスレーザ光５が入射する領域である。ｆθレンズ１５は、入射領域へ入射したパルスレーザ光５を集光する。放射温度センサ８は、ｆθレンズ１５の入射領域から放射した赤外線を検出することによって、入射領域におけるｆθレンズ１５の温度を測定する。
【００３０】
ｆθレンズ１５の温度は、例えば、２５℃から３０℃の範囲において変化する。この場合においてｆθレンズ１５から放射される赤外線の強度は、１０μｍ程度の波長において最も強くなる。この例の場合、放射温度センサ８としては、８μｍから１２μｍの波長に感度を有する赤外線検出器が用いられる。かかる赤外線検出器としては、サーモパイルまたはサーミスタといった、安価な赤外線検出器を用いることができる。
【００３１】
実施の形態１において、放射温度センサ８は、８μｍから１２μｍの波長に感度を有するものに限られず、９．３μｍから１０．６μｍの波長域に感度を有するものであれば良い。レンズ温度測定部９は、少なくとも９．３μｍから１０．６μｍの波長域に感度を有する放射温度センサ８を有する。ｆθレンズ１５の入射領域に放射温度センサ８が向かい合わせられていることによって、ｆθレンズ１５の温度に依存してｆθレンズ１５から放射される赤外線と、ｆθレンズ１５で反射したパルスレーザ光５である反射光２１とが放射温度センサ８へ入射する。ｆθレンズ１５から放射される赤外線の図示は省略する。
【００３２】
上記の赤外線検出器に反射光２１が入射した場合、反射光２１は、赤外線検出器による測定結果に影響を及ぼす。すなわち、赤外線検出器による測定結果は、ｆθレンズ１５の実際の温度よりも高い値となる。そこで、実施の形態１では、レンズ温度測定部９は、反射光２１の影響が除かれた温度情報を温度計算部７において求める。反射光２１の影響が除かれたとは、反射光２１が放射温度センサ８へ入射することによる測定結果の上昇分が除かれていることを指す。温度計算部７は、求めた温度情報をガルバノ指令変換部６へ出力する。
【００３３】
図２は、実施の形態１におけるレンズ温度測定部９による温度測定の対象である測定領域２３について説明するための図である。図２には、レンズフレーム１４に固定されているｆθレンズ１５を鉛直上方から見た様子を示している。
【００３４】
ガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙにおいて偏向したパルスレーザ光５は、ｆθレンズ１５の入射領域２２へ入射する。放射温度センサ８による測定領域２３は、入射領域２２内の領域である。放射温度センサ８は、測定領域２３を対象とする温度測定によって、入射領域２２の平均温度を測定する。レンズ温度測定部９によって測定されるｆθレンズ１５の温度は、入射領域２２の平均温度である。
【００３５】
次に、図３を参照して、レンズ温度測定部９の動作について説明する。図３は、実施の形態１における、レーザ出力指令２８と、レーザ出力と、温度測定結果について説明するための図である。
【００３６】
図３の（ａ）は、指令生成部２からレーザ制御部３へ出力されるレーザ出力指令２８である信号の変化を表す。図３の（ｂ）は、レーザ発振器４によるレーザ出力の変化、すなわちパルスレーザ光５の出力の変化を表す。図３の（ｃ）において、実線のグラフは、放射温度センサ８の出力、すなわち放射温度センサ８の測定値を表す。図３の（ｃ）において、破線のグラフは、放射温度センサ８が反射光２１の影響を受けないものとした場合において放射温度センサ８によって測定され得る温度を表す。すなわち、破線のグラフは、放射温度センサ８によって測定されるべきｆθレンズ１５の温度を表している。図３の（ｄ）は、レンズ温度測定部９の出力である温度情報、すなわちレンズ温度測定部９の測定結果を表す。
【００３７】
図３の（ａ）において、指令生成部２は、ピークパワーがＰ１かつパルス幅がｔｄであるレーザ出力指令２８を、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ７，ｔ８，ｔ９，ｔ１０，ｔ１１の各時刻にて出力する。ｔ１からｔ１２の期間のうち、レーザ出力指令２８がオンである期間は、ｔ１からｔ１＋ｔｄ、ｔ２からｔ２＋ｔｄ、ｔ３からｔ３＋ｔｄ、ｔ４からｔ４＋ｔｄ、ｔ５からｔ５＋ｔｄ、ｔ７からｔ７＋ｔｄ、ｔ８からｔ８＋ｔｄ、ｔ９からｔ９＋ｔｄ、ｔ１０からｔ１０＋ｔｄ、ｔ１１からｔ１１＋ｔｄ、の各期間である。ｔ１からｔ１２の期間のうち当該オンである期間以外の期間は、レーザ出力指令２８がオフになる期間である。レーザ出力指令２８がオンであるとき、レーザ制御部３は、レーザ出力がＰ１になるようにレーザ発振器４を制御する。レーザ出力指令２８がオフであるとき、レーザ制御部３は、レーザ出力をゼロにさせる。
【００３８】
図３の（ｂ）に示すように、レーザ発振器４は、レーザ出力指令２８と同等のパルスレーザ光５を出力する。なお、図３には示されていないが、レーザ発振器４によるレーザ出力の動作は、レーザ発振器４の動特性に起因して、レーザ出力指令２８よりもわずかに遅れる。
【００３９】
図３の（ｃ）にて実線のグラフに示されるように、放射温度センサ８の出力は、ｔ１からｔ６の期間において上下に大きく変化しており、破線のグラフによって示される温度とは大きく乖離している。放射温度センサ８の出力は、パルスレーザ光５の変化から放射温度センサ８の測定時定数の分だけ遅れて上下に変化する。ｆθレンズ１５が放射する赤外線とともに放射温度センサ８が反射光２１を受けることによって、放射温度センサ８からは、赤外線の測定結果と反射光２１の測定結果とを足し合わせた結果が出力される。赤外線の割合に比べて反射光２１の割合のほうが大きいため、放射温度センサ８の出力を表すグラフには、大きな波形状が現れる。放射温度センサ８の出力が反射光２１の影響を大きく受けることから、レンズ温度測定部９は、放射温度センサ８による測定結果をそのままｆθレンズ１５の温度の測定結果とすることはできない。なお、放射温度センサ８は、ミリ秒オーダーの測定時定数を有する。ｆθレンズ１５は、放射温度センサ８の測定時定数よりも遅い時定数により温度変化する。このため、破線のグラフに示されるように、ｆθレンズ１５の温度の変化は、緩やかな変化となる。
【００４０】
ｔ５においてレーザ出力指令２８が出力されてから、ｔ５＋ｔｄからｔ７の期間では、レーザ出力指令２８は出力されない。図３の（ｃ）に示す実線のグラフは、ｔ５＋ｔｄよりも後において、徐々に破線のグラフに近づく。すなわち、放射温度センサ８による測定結果は、漸次低くなって、ｆθレンズ１５の温度に収束する。ｔ６からｔ７の期間において、放射温度センサ８による測定結果は、ｆθレンズ１５の温度と同等になる。測定結果がｆθレンズ１５の温度と同等とは、測定結果とｆθレンズ１５の温度との差があっても当該差は位置指令２９の補正において無視し得る程度の差であることを指す。
【００４１】
以下の説明において、放射温度センサ８による測定結果がｆθレンズ１５の温度まで収束するのに要する期間を、センサ回復期間「ｔｗａｉｔ」とする。上記説明において、ｔ５＋ｔｄからｔ６の期間は、センサ回復期間「ｔｗａｉｔ」である。レーザ出力指令２８がオフになったときからセンサ回復期間「ｔｗａｉｔ」においてレーザパルス信号がオンにならない場合、センサ回復期間「ｔｗａｉｔ」の経過後に、放射温度センサ８による測定結果は、ｆθレンズ１５の温度と同等になる。以下の説明では、放射温度センサ８による測定結果がｆθレンズ１５の温度と同等となる期間を、センサ有効期間とする。また、センサ有効期間以外の期間を、センサ無効期間とする。図３に示す例の場合、ｔ１からｔ６の期間と、ｔ７からｔ１２の期間との各々は、センサ無効期間である。また、図３において、ｔ１までの期間と、ｔ６からｔ７の期間と、ｔ１２からの期間との各々は、センサ有効期間である。
【００４２】
温度計算部７は、指令生成部２から出力されるレーザ出力指令２８がオンからオフに切り換わり、かつあらかじめ設定された期間であるセンサ回復期間「ｔｗａｉｔ」が経過したときから、レーザ出力指令２８の出力がオンになるまでの期間をセンサ有効期間と判定する。温度計算部７は、センサ有効期間におけるｆθレンズ１５の温度を測定する。温度計算部７は、センサ有効期間において、放射温度センサ８による測定結果を温度情報として出力する。
【００４３】
一方、温度計算部７は、センサ有効期間において測定された温度に基づいて、センサ無効期間におけるｆθレンズ１５の温度情報を推定する。温度計算部７は、センサ無効期間の直前における放射温度センサ８の出力と、レーザ出力指令２８と、ｆθレンズ１５の時定数等のパラメータを用いて、ｆθレンズ１５の温度情報を推定する。温度計算部７は、センサ無効期間において、ｆθレンズ１５の温度情報の推定結果を温度情報として出力する。
【００４４】
図３の（ｄ）には、センサ有効期間におけるｆθレンズ１５の温度の測定結果と、センサ無効期間におけるｆθレンズ１５の温度の推定結果とを示している。図３の（ｄ）に示すレンズ温度測定部９の出力変化は、図３の（ｃ）にて破線のグラフにより示されるｆθレンズ１５の温度の変化にほぼ一致する。このようにして、レンズ温度測定部９は、ｆθレンズ１５の温度とみなし得る温度情報を得ることができ、ｆθレンズ１５の正確な温度情報を求めることができる。
【００４５】
次に、温度計算部７による処理について説明する。図４は、実施の形態１においてレンズ温度測定部９に備えられる温度計算部７の機能構成を示す図である。温度計算部７は、センサ状態判定部３０と、センサ出力記憶部３１と、温度推定部３２と、温度情報切換部３３とを有する。温度計算部７には、レーザ出力指令２８と、温度計算パラメータ３４と、放射温度センサ８による測定結果である測定値とが入力される。
【００４６】
温度計算パラメータ３４は、温度計算部７における計算において使用されるパラメータである。温度計算パラメータ３４は、センサ回復期間「ｔｗａｉｔ」の長さを示す設定値を含む。温度計算パラメータ３４は、変換ゲインと、ｆθレンズ１５の熱時定数とを含む。変換ゲインは、パルスレーザ光５のエネルギーをｆθレンズ１５の温度変化量へ換算するためのエネルギー温度変換ゲインである。
【００４７】
センサ状態判定部３０には、レーザ出力指令２８と温度計算パラメータ３４とが入力される。センサ状態判定部３０は、レーザ出力指令２８とセンサ回復期間「ｔｗａｉｔ」の設定値とに基づいて、センサ有効期間とセンサ無効期間とを判定する。センサ状態判定部３０は、ｔ１からｔ５＋ｔｄまでの期間のように、センサ回復期間「ｔｗａｉｔ」よりも短いオフの期間を挟んでレーザ出力指令２８のオンが繰り返される期間を、センサ無効期間と判定する。センサ状態判定部３０は、ｔ５＋ｔｄからｔ６までの期間のように、レーザ出力指令２８がオフとなってからセンサ回復期間「ｔｗａｉｔ」が経過するまでの期間を、センサ無効期間と判定する。センサ状態判定部３０は、ｔ６からｔ７までの期間のように、センサ回復期間「ｔｗａｉｔ」が経過した後、レーザ出力指令２８がオンになるまでの期間を、センサ有効期間と判定する。
【００４８】
センサ状態判定部３０は、判定結果を示す情報であるセンサ状態フラグ３５をセンサ出力記憶部３１と温度情報切換部３３とへ出力する。センサ状態判定部３０は、現在がセンサ無効期間であると判定した場合、センサ状態フラグ３５をオンにする。センサ状態判定部３０は、現在がセンサ有効期間であると判定した場合、センサ状態フラグ３５をオフにする。
【００４９】
センサ出力記憶部３１には、放射温度センサ８の測定値と、センサ状態フラグ３５とが入力される。センサ出力記憶部３１は、センサ無効期間の直前に放射温度センサ８から入力された測定値を記憶する。センサ出力記憶部３１は、記憶された当該測定値を温度推定部３２へ出力する。また、センサ出力記憶部３１は、オフであるセンサ状態フラグ３５が入力された場合、放射温度センサ８から入力された測定値を保存する。センサ出力記憶部３１は、オンであるセンサ状態フラグ３５が入力された場合、センサ有効期間において保存された測定値を温度推定部３２へ出力する。
【００５０】
温度推定部３２には、レーザ出力指令２８と、温度計算パラメータ３４と、センサ状態フラグ３５とが入力される。温度推定部３２には、放射温度センサ８の測定値がセンサ出力記憶部３１から入力される。温度推定部３２は、センサ無効期間におけるｆθレンズ１５の温度を推定するための計算を行う。
【００５１】
温度推定部３２は、オンであるセンサ状態フラグ３５が入力された場合、レーザ出力指令２８に変換ゲインを乗算する。温度推定部３２は、かかる乗算結果と、ｆθレンズ１５の熱時定数が用いられたローパスフィルタとを用いて、ｆθレンズ１５の温度変化量を推定する。さらに、温度推定部３２は、温度変化量の推定結果に、センサ無効期間の直前における放射温度センサ８の測定値を加算する。これにより、温度推定部３２は、センサ無効期間におけるｆθレンズ１５の温度の推定値を求める。温度推定部３２は、求めた推定値を温度情報切換部３３へ出力する。
【００５２】
温度推定部３２は、オフであるセンサ状態フラグ３５が入力された場合、温度を推定するための計算を行わない。温度推定部３２は、センサ有効期間における放射温度センサ８の測定値をセンサ出力記憶部３１から読み出す。温度推定部３２は、センサ無効期間における推定値の計算結果が、センサ有効期間における測定値と一致するように、上記ローパスフィルタの状態量のクリア処理を行う。
【００５３】
温度情報切換部３３には、センサ無効期間におけるｆθレンズ１５の温度の推定値と、センサ有効期間における放射温度センサ８の測定値と、センサ状態フラグ３５とが入力される。温度情報切換部３３は、オンであるセンサ状態フラグ３５が入力された場合、ｆθレンズ１５の温度の推定値を選択する。温度計算部７は、センサ無効期間には温度推定部３２から入力される推定値を、温度情報として出力する。
【００５４】
一方、温度情報切換部３３は、オフであるセンサ状態フラグ３５が入力された場合、放射温度センサ８の測定値を選択する。温度計算部７は、センサ有効期間には放射温度センサ８から入力される測定値を、温度情報として出力する。このように、温度計算部７から出力される温度情報は、温度情報切換部３３によって、ｆθレンズ１５の温度の推定値と放射温度センサ８の測定値とに切り換えられる。
【００５５】
レンズ温度測定部９は、反射光２１の影響が無くなるセンサ有効期間において、放射温度センサ８の測定値を温度情報として出力する。また、レンズ温度測定部９は、反射光２１の影響が大きくなるセンサ無効期間において、放射温度センサ８の測定値を使用せず、センサ有効期間に保存された放射温度センサ８の測定値を使用してｆθレンズ１５の温度を推定する。レンズ温度測定部９は、センサ無効期間において、ｆθレンズ１５の温度の推定値を温度情報として出力する。このようにして、レンズ温度測定部９は、反射光２１の影響が除かれた温度情報を求める。
【００５６】
次に、ガルバノ指令変換部６による処理について説明する。ガルバノ指令変換部６には、指令生成部２からの位置指令２９と、レンズ温度測定部９からの温度情報とが入力される。ここで、ガルバノスキャナ１３Ｘに対する位置指令２９をＸｇ（ｋ）、ガルバノスキャナ１３Ｙに対する位置指令２９をＹｇ（ｋ）とする。ｋは、加工穴番号とする。加工穴番号は、被加工物１６に形成される複数の穴１７の各々に、１から順に付される整数である。時刻ｔにおけるｆθレンズ１５の温度情報をθ（ｔ）、加工前におけるｆθレンズ１５の温度である初期温度をθ０とする。ガルバノ指令変換部６は、次に示す手順によって、温度情報に基づく補正量であるΔＸｇ（ｋ），ΔＹｇ（ｋ）を求める。なお、実施の形態１において示す計算方法は１つの例であって、計算方法は適宜変更しても良い。
【００５７】
ｆθレンズ１５について、時刻ｔにおけるθ０からの温度変化量であるΔθ（ｔ）は、次の式（１）により表される。
【００５８】
【数１】
0006861918.tif 000002
【００５９】
ガルバノ指令変換部６は、次の式（２）を用いて、温度変換パラメータであるＰｇを求める。
【００６０】
【数２】
0006861918.tif 000003
【００６１】
ａ０，ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２の各々は、補正係数とする。補正係数は、レーザ加工装置１を使用してアクリル板などの試験基板に穴あけ加工を行うことによってあらかじめ求められる。試験基板に形成された穴１７の位置と指令位置とのずれ量と、加工時にレンズ温度測定部９によって得られたｆθレンズ１５の温度情報とに基づいて、加工誤差が最小になるように調整された各補正係数が求められる。
【００６２】
ガルバノ指令変換部６は、上記式（２）を用いることによって、次の式（３）に示すΔＸｇ（ｋ），ΔＹｇ（ｋ）を求める。
【００６３】
【数３】
0006861918.tif 000004
【００６４】
ガルバノ指令変換部６は、上記式（３）と、位置指令２９であるＸｇ（ｋ），Ｙｇ（ｋ）とを用いることによって、温度に基づいた補正後の位置指令２９であるＸｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）を求める。Ｘｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）は、次の式（４）により表される。ガルバノ指令変換部６は、位置指令２９ａとして、Ｘｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）を出力する。
【００６５】
【数４】
0006861918.tif 000005
【００６６】
図５は、実施の形態１におけるガルバノ指令変換部６による位置指令２９の補正について説明するための図である。図５の（ａ）は、ｆθレンズ１５の温度がθ０であるときに穴あけ加工が行われた様子を示している。図５において、破線で示した十字の中心である位置４０は、位置指令２９であるＸｇ（ｋ），Ｙｇ（ｋ）によって示される加工位置とする。図５の（ａ）では、形成された穴１７ａの中心が位置４０と重なる。位置指令２９と穴１７ａとのずれは、生じていない。
【００６７】
図５の（ｂ）は、ｆθレンズ１５の温度がθ０よりも高いθ（ｔ）であるときに穴あけ加工が行われた様子を示している。図５の（ｂ）では、形成された穴１７ｂの中心は、位置４０から紙面左下方向の位置となる。位置指令２９と穴１７ｂとのずれは、生じている。
【００６８】
図５の（ｃ）は、ｆθレンズ１５の温度がθ（ｔ）である状態において、ガルバノ指令変換部６によって位置指令２９が補正された後に穴あけ加工が行われた様子を示している。破線で示した十字の中心である位置４１は、Ｘｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）によって示される加工位置とする。図５の（ｃ）において、位置４１は、位置４０から紙面右上方向へ移動している。形成された穴１７ｃの中心は、位置４０と一致する。ガルバノ指令変換部６は、このように位置指令２９と穴１７ｃとのずれを解消させ得るＸｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）を求めることによって、位置指令２９を補正する。レーザ加工装置１は、ガルバノ指令変換部６において位置指令２９を補正することによって、正確な位置に穴１７ｃを形成することができる。
【００６９】
次に、図６を参照して、制御装置２５の動作について説明する。図６は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１が有する制御装置２５の動作手順を示すフローチャートである。
【００７０】
ステップＳ１において、制御装置２５は、指令生成部２により加工プログラムを解析し、制御装置２５内にて指令生成部２から各部へ初期パラメータを転送する。指令生成部２は、初期パラメータである温度計算パラメータ３４を温度計算部７へ転送する。指令生成部２は、初期パラメータである補正係数をガルバノ指令変換部６へ転送する。
【００７１】
ステップＳ２において、制御装置２５は、指令生成部２により加工プログラムを解析し、次に形成される穴１７である加工穴の位置情報に基づいて、ＸＹテーブル１８の位置指令２７とガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙの位置指令２９とを生成する。指令生成部２は、被加工物１６におけるパルスレーザ光５の照射位置が加工穴の位置情報に追従するように、位置指令２７と位置指令２９とを生成する。指令生成部２は、ＸＹテーブル１８の設置位置の誤差である位置決め誤差の補正と、ＸＹテーブル１８のピッチエラーの補正等も行う。
【００７２】
ステップＳ３において、制御装置２５は、ＸＹテーブル１８の位置指令２７に従ったＸＹテーブル１８の制御により、被加工物１６を位置決めする。指令生成部２は、ＸＹテーブル制御部２０へ位置指令２７を送る。ＸＹテーブル制御部２０は、位置指令２７に従ってＸＹテーブル１８のトップテーブル１９を位置決めする。このようにして、制御装置２５は、トップテーブル１９に置かれている被加工物１６を位置決めする。
【００７３】
ステップＳ４において、制御装置２５は、レンズ温度測定部９においてｆθレンズ１５の温度を計算する。指令生成部２は、レンズ温度測定部９へレーザ出力指令２８を送る。温度計算部７は、レーザ出力指令２８と放射温度センサ８の測定値とに基づいてｆθレンズ１５の温度を計算する。レンズ温度測定部９は、計算結果である温度情報をガルバノ指令変換部６へ送る。
【００７４】
ステップＳ５において、制御装置２５は、ガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙの位置指令２９を、温度情報に基づいて補正する。指令生成部２は、ガルバノ指令変換部６へ位置指令２９を送る。ガルバノ指令変換部６には、レンズ温度測定部９からｆθレンズ１５の温度情報が入力される。ガルバノ指令変換部６は、温度情報に基づいて位置指令２９の補正を行う。ガルバノ指令変換部６は、補正後の位置指令２９ａをガルバノ制御部１０へ送る。
【００７５】
ステップＳ６において、制御装置２５は、ガルバノ制御部１０により、補正された位置指令２９ａに従ってガルバノスキャナ１３Ｘ，１３Ｙを制御し、ガルバノミラー１１Ｘ，１１Ｙを位置決めする。
【００７６】
ステップＳ７において、制御装置２５は、レーザ出力指令２８に従ってレーザ発振器４を制御する。指令生成部２は、レーザ制御部３へレーザ出力指令２８を送る。レーザ制御部３は、レーザ出力指令２８に従ってレーザ発振器４を制御する。レーザ発振器４がパルスレーザ光５を出力することによって、レーザ加工装置１は、被加工物１６に加工穴を形成する。
【００７７】
ステップＳ８において、制御装置２５は、加工を終了するか否かを判断する。指令生成部２は、加工穴が形成されてから、次に加工される穴１７の有無をチェックする。次に加工される穴１７がある場合、加工を終了しないと判断する。加工を終了しない場合（ステップＳ８，Ｎｏ）、制御装置２５は、次の加工穴について、ステップＳ２からの手順を繰り返す。次に加工される穴１７がない場合、加工を終了すると判断する。加工を終了する場合（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、制御装置２５は、図６に示す手順による動作を終了する。以上により、レーザ加工装置１は、加工プログラムに基づいて、被加工物１６に穴あけ加工を施す。
【００７８】
実施の形態１では、センサ状態判定部３０が、レーザ出力指令２８を基に、センサ有効期間とセンサ無効期間とを判定する場合について説明したが、パルスレーザ光５の検出信号を基に、センサ有効期間とセンサ無効期間とを判定しても良い。図３の（ｂ）に示されるレーザ出力は、当該検出信号によって模擬的に表すことができる。レーザ発振器４の出射口付近に配置されたビームスプリッタによってパルスレーザ光５の一部を分岐させ、分岐された光を高速なレーザパワーセンサによって検出することによって、制御装置２５は、当該検出信号を得ることができる。
【００７９】
実施の形態１によると、レーザ加工装置１は、入射領域２２から放射した赤外線を検出することによってｆθレンズ１５の温度を測定する。レーザ加工装置１は、ｆθレンズ１５にて反射したパルスレーザ光５の影響が除かれた温度情報を求める。レーザ加工装置１は、当該温度情報に基づいて位置指令２９を補正する。レーザ加工装置１は、反射光２１の影響を受けずに、入射領域２２におけるｆθレンズ１５の温度を瞬時かつ正確に測定することができる。レーザ加工装置１は、ｆθレンズ１５の温度を瞬時かつ正確に測定できることによって、照射位置の高精度な補正が可能となる。これにより、レーザ加工装置１は、加工精度の向上が可能となるという効果を奏する。
【００８０】
実施の形態１では、８μｍから１２μｍの波長域に感度を有する放射温度センサ８を備えるレーザ加工装置１について説明した。かかる波長域は、ｆθレンズ１５の温度が２５℃から３０℃付近である場合にｆθレンズ１５から放射される赤外線の強度は最も強くなる。そのため、８μｍから１２μｍの波長域に感度を有する放射温度センサ８は、ｆθレンズ１５から放射される赤外線を検出するセンサとして適している。また、８μｍから１２μｍの波長域に感度を有する放射温度センサ８は、比較的安価で使い易いという利点もある。８μｍから１２μｍの波長域にはＣＯ２レーザの波長域である９．３μｍから１０．６μｍの波長域が含まれるため、実施の形態１では、レーザ加工装置１は、ｆθレンズ１５にて反射したパルスレーザ光５の影響が除かれた温度情報を求めることとした。次の実施の形態２では、９．３μｍから１０．６μｍの波長域以外の波長域に感度を有する放射温度センサを用いることによって、ｆθレンズ１５にて反射したパルスレーザ光５の影響を除く例について説明する。
【００８１】
実施の形態２．
実施の形態２にかかるレーザ加工装置において、放射温度センサは、９．３μｍから１０．６μｍの波長域以外の波長域に感度を有し、かつ２５℃から３０℃付近のｆθレンズ１５から放射する赤外線を検出する。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
【００８２】
ここで、実施の形態２における放射温度センサの測定波長について説明する。図７は、実施の形態２における放射温度センサの測定波長について説明するための図である。図７には、大気における赤外線の透過特性を表すグラフを示している。放射温度センサは、大気を透過する赤外線を検出することによって、ｆθレンズ１５の温度を測定する。このため、放射温度センサの測定波長は、大気における透過率が高い波長であることを要する。
【００８３】
図７によると、８μｍから１３．５μｍの波長域は、大気における透過率が比較的高い。以下の説明では、８μｍから１３．５μｍの波長域を、「１０μｍ波長帯」と称する。１０μｍ波長帯の波長は、放射温度センサの測定波長に適している。一方、１４μｍ以上の波長域と、５．５μｍから７．５μｍの波長域とにおいて、透過率はゼロである。１４μｍ以上の波長域と、５．５μｍから７．５μｍの波長域とは、放射温度センサの測定波長に適していない。３．０μｍから５．０μｍの波長域は、透過率の変動は大きいが透過率が比較的高い波長が含まれている。以下の説明では、３．０μｍから５．０μｍの波長域を、「４μｍ波長帯」と称する。４μｍ波長帯の中では、３．４μｍから４．２μｍの波長域は、透過率が高い。
【００８４】
実施の形態２において、放射温度センサが感度を有する波長域に、４μｍ波長帯が含まれる。４μｍ波長帯の赤外線を測定できる赤外線検出器としては、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）を用いた赤外線検出器が挙げられる。ＩｎＳｂを用いた放射温度センサによりｆθレンズ１５の温度を測定する実験を行ったところ、ＣＯ２レーザの反射光２１の影響を受けない良好な測定が可能であることが確認された。ＩｎＳｂを用いた放射温度センサの測定波長は３μｍから５μｍである。ＩｎＳｂを用いた放射温度センサの測定波長には、９．３μｍから１０．６μｍの波長域は含まれない。実施の形態２では、放射温度センサは、ＩｎＳｂを含む赤外線検出器であることによって、９．３μｍから１０．６μｍの波長域以外の波長域に感度を有するとともに、２５℃から３０℃付近のｆθレンズ１５から放射する赤外線を検出することができる。
【００８５】
図８は、実施の形態２にかかるレーザ加工装置１Ａの構成を示す図である。実施の形態２にかかるレーザ加工装置１Ａは、ｆθレンズ１５の温度を測定してｆθレンズ１５の温度情報を求めるレンズ温度測定部４９を有する。レンズ温度測定部４９は、放射温度センサ４８を有する。放射温度センサ４８は、非接触式の温度センサであって、ＩｎＳｂを含む赤外線検出器である。放射温度センサ４８は、３μｍから５μｍの波長域に感度を有する。放射温度センサ４８は、図２に示す入射領域２２の上方に配置されている。放射温度センサ４８は、入射領域２２から放射した赤外線を検出することによって、入射領域２２におけるｆθレンズ１５の温度を測定する。
【００８６】
制御装置４５は、温度計算部７が設けられていないことを除いて、実施の形態１の制御装置２５と同様である。レンズ温度測定部４９は、放射温度センサ４８の測定値である温度情報を、ガルバノ指令変換部６へ出力する。レンズ温度測定部４９は、時刻ｔにおけるｆθレンズ１５の温度情報であるθ（ｔ）として、時刻ｔにおける放射温度センサ４８の測定値を出力する。
【００８７】
次に、図９を参照して、レンズ温度測定部４９の動作について説明する。図９は、実施の形態２における、レーザ出力指令２８と、レーザ出力と、温度測定結果とについて説明するための図である。
【００８８】
図９の（ａ）は、指令生成部２からレーザ制御部３へ出力されるレーザ出力指令２８である信号の変化を表す。図９の（ａ）は、図３の（ａ）と同様である。図９の（ｂ）は、レーザ発振器４によるレーザ出力の変化、すなわちパルスレーザ光５の出力の変化を表す。図９の（ｂ）は、図３の（ｂ）と同様である。
【００８９】
図９の（ｃ）は、放射温度センサ４８の出力、すなわち放射温度センサ４８の測定値を表す。図９の（ｄ）は、レンズ温度測定部４９の出力である温度情報、すなわちレンズ温度測定部４９の測定結果を表す。図９の（ｃ）に示す放射温度センサ４８の出力と、図９の（ｄ）に示すレンズ温度測定部４９の出力とは、同一である。
【００９０】
図９の（ｃ）に示されるように、放射温度センサ４８の出力は、反射光２１の影響を受けずに、ｆθレンズ１５の時定数に対応するように緩やかに変化する。これは、放射温度センサ４８によって、ｆθレンズ１５の温度が正確に測定できていることを示している。したがって、レンズ温度測定部４９は、ｆθレンズ１５の正確な温度情報をガルバノ指令変換部６へ出力することができる。
【００９１】
実施の形態２によると、レーザ加工装置１Ａは、３μｍから５μｍの波長域に感度を有する放射温度センサ４８を使用してｆθレンズ１５の温度を測定する。レーザ加工装置１Ａは、パルスレーザ光５の波長域には感度を有しない放射温度センサ４８を使用することによって、ｆθレンズ１５にて反射したパルスレーザ光５の影響が除かれた温度情報を求める。レーザ加工装置１Ａは、反射光２１の影響を受けずに、入射領域２２におけるｆθレンズ１５の温度を瞬時かつ正確に測定することができる。レーザ加工装置１Ａは、当該温度情報に基づいて位置指令２９を補正することによって、照射位置の高精度な補正が可能となる。これにより、レーザ加工装置１Ａは、加工精度の向上が可能となるという効果を奏する。
【００９２】
なお、実施の形態２では、放射温度センサ４８の材料はＩｎＳｂであるものと説明したが、放射温度センサ４８の材料はインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）であっても良い。レーザ加工装置１Ａは、放射温度センサ４８の材料がＩｎＧａＡｓである場合も、放射温度センサ４８の材料がＩｓＳｂである場合と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
実施の形態１では、１つの放射温度センサ８を使用してｆθレンズ１５の平均温度を測定するレーザ加工装置１について説明した。実施の形態２では、１つの放射温度センサ４８を使用してｆθレンズ１５の平均温度を測定するレーザ加工装置１Ａについて説明した。ｆθレンズ１５の平均温度は、複数の放射温度センサを使用することによって測定されても良い。次の実施の形態３では、複数の放射温度センサを使用してｆθレンズ１５の平均温度を測定する例について説明する。
【００９４】
実施の形態３．
実施の形態３にかかるレーザ加工装置は、複数の放射温度センサを使用してｆθレンズ１５の平均温度を測定する。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。
【００９５】
被加工物１６に形成される複数の穴１７のパターンによっては、図２に示す入射領域２２のうち偏った領域にパルスレーザ光５が入射する場合がある。この場合、入射領域２２に温度勾配が生じることがある。ｆθレンズ１５の屈折率は、平均温度の変化のみならず、温度勾配によっても変化する。実施の形態３では、レーザ加工装置は、温度勾配を含めた温度情報を得るために、複数の放射温度センサを使用する。レーザ加工装置は、ｆθレンズ１５の平均温度の変化と入射領域２２の温度勾配とに応じた補正を行うことで、照射位置をさらに高い精度で補正することが可能となる。
【００９６】
実施の形態３では、入射領域２２に複数の分割領域を設定して、複数の放射温度センサを使用して分割領域ごとの温度を測定する。なお、実施の形態３では、入射領域２２を４つの分割領域に分けて、４つの放射温度センサを使用して各分割領域の温度を測定する。分割領域の数と放射温度センサの数とは、適宜変更しても良い。
【００９７】
図１０は、実施の形態３にかかるレーザ加工装置１Ｂの構成を示す図である。実施の形態３にかかるレーザ加工装置１Ｂは、ｆθレンズ１５の温度を測定するレンズ温度測定部５９を有する。レンズ温度測定部５９は、４つの放射温度センサ５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄを有する。
【００９８】
放射温度センサ５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの各々は、実施の形態２の放射温度センサ４８と同様に、４μｍ波長帯に感度を有する。放射温度センサ５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの各々は、非接触式の温度センサであって、ＩｎＳｂを含む赤外線検出器である。放射温度センサ５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの各々は、３μｍから５μｍの波長域に感度を有する。放射温度センサ５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄは、４つの分割領域の各々から放射した赤外線を分担して検出することによって、ｆθレンズ１５の温度を測定する。レンズ温度測定部５９は、入射領域２２に含まれる複数の分割領域の各々について個別に温度を測定し、分割領域ごとの温度情報を求める。
【００９９】
制御装置５５は、ガルバノ指令変換部６の代わりにガルバノ指令変換部５６が設けられていることを除いて、実施の形態２の制御装置４５と同様である。レンズ温度測定部５９は、各放射温度センサ５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの測定値である温度情報を、補正部であるガルバノ指令変換部５６へ出力する。
【０１００】
ガルバノ指令変換部５６は、レンズ温度測定部５９から出力される温度情報に基づいて位置指令２９を補正する。ガルバノ指令変換部５６は、複数の分割領域の各々についての温度情報に基づいて位置指令２９を補正する。ガルバノ指令変換部５６は、位置指令２９を補正することによって、補正後の位置指令２９である位置指令２９ａを出力する。ガルバノ指令変換部５６は、位置指令２９を補正しない場合、補正されていない位置指令２９である位置指令２９ａを出力する。
【０１０１】
図１１は、実施の形態３においてｆθレンズ１５の入射領域２２に設定される複数の分割領域６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄを示す図である。図１２は、実施の形態３におけるレンズ温度測定部５９による温度測定の対象である測定領域６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄについて説明するための図である。図１１および図１２には、レンズフレーム１４に固定されているｆθレンズ１５を鉛直上方から見た様子を示している。
【０１０２】
図１１に示すように、入射領域２２は、２×２の４つの分割領域６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄに分けられている。各分割領域６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄの面積は、いずれも同等である。
【０１０３】
図１２には、図１１に示す分割領域６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄと、測定領域６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄとを示している。測定領域６３Ａは、分割領域６２Ａ内の領域である。測定領域６３Ｂは、分割領域６２Ｂ内の領域である。測定領域６３Ｃは、分割領域６２Ｃ内の領域である。測定領域６３Ｄは、分割領域６２Ｄ内の領域である。
【０１０４】
放射温度センサ５８Ａは、測定領域６３Ａを対象とする温度測定によって、測定領域６３Ａにおけるｆθレンズ１５の平均温度を測定する。放射温度センサ５８Ｂは、測定領域６３Ｂを対象とする温度測定によって、測定領域６３Ｂにおけるｆθレンズ１５の平均温度を測定する。放射温度センサ５８Ｃは、測定領域６３Ｃを対象とする温度測定によって、測定領域６３Ｃにおけるｆθレンズ１５の平均温度を測定する。放射温度センサ５８Ｄは、測定領域６３Ｄを対象とする温度測定によって、測定領域６３Ｄにおけるｆθレンズ１５の平均温度を測定する。
【０１０５】
レンズ温度測定部５９は、放射温度センサ５８Ａの測定値である温度情報と、放射温度センサ５８Ｂの測定値である温度情報と、放射温度センサ５８Ｃの測定値である温度情報と、放射温度センサ５８Ｄの測定値である温度情報とをガルバノ指令変換部５６へ出力する。
【０１０６】
次に、ガルバノ指令変換部５６による処理について説明する。ガルバノ指令変換部５６には、指令生成部２からの位置指令２９と、レンズ温度測定部５９からの温度情報とが入力される。ガルバノ指令変換部５６は、温度情報に基づいて温度変換パラメータを求める。ガルバノ指令変換部５６は、求めた温度変換パラメータに基づいて位置指令２９を補正する。ガルバノ指令変換部５６は、温度に基づいた補正後の位置指令２９である位置指令２９ａをガルバノ制御部１０へ出力する。
【０１０７】
ガルバノ指令変換部５６には、ガルバノスキャナ１３Ｘに対する位置指令２９であるＸｇ（ｋ）と、ガルバノスキャナ１３Ｙに対する位置指令２９であるＹｇ（ｋ）とが入力される。ガルバノ指令変換部５６には、ｆθレンズ１５の温度情報であるθＡ（ｔ），θＢ（ｔ），θＣ（ｔ），θＤ（ｔ）が入力される。θＡ（ｔ）は、時刻ｔにおける放射温度センサ５８Ａの測定値である温度情報とする。θＢ（ｔ）は、時刻ｔにおける放射温度センサ５８Ｂの測定値である温度情報とする。θＣ（ｔ）は、時刻ｔにおける放射温度センサ５８Ｃの測定値である温度情報とする。θＤ（ｔ）は、時刻ｔにおける放射温度センサ５８Ｄの測定値である温度情報とする。
【０１０８】
ガルバノ指令変換部５６は、次に示す手順によって、温度情報に基づく補正量であるΔＸｇ（ｋ），ΔＹｇ（ｋ）を求める。なお、実施の形態３において示す計算方法は１つの例であって、計算方法は適宜変更しても良い。
【０１０９】
ガルバノ指令変換部５６は、分割領域６２Ａについて、θ０からの温度変化量であるΔθＡ（ｔ）を求める。ΔθＡ（ｔ）は、次の式（５）により表される。ガルバノ指令変換部５６は、分割領域６２Ｂについて、θ０からの温度変化量であるΔθＢ（ｔ）を求める。ΔθＢ（ｔ）は、次の式（６）により表される。ガルバノ指令変換部５６は、分割領域６２Ｃについて、θ０からの温度変化量であるΔθＣ（ｔ）を求める。ΔθＣ（ｔ）は、次の式（７）により表される。ガルバノ指令変換部５６は、分割領域６２Ｄについて、θ０からの温度変化量であるΔθＤ（ｔ）を求める。ΔθＤ（ｔ）は、次の式（８）により表される。
【０１１０】
【数５】
0006861918.tif 000006
【０１１１】
ガルバノ指令変換部５６は、次の式（９）を用いて、分割領域６２Ａについての温度変換パラメータであるＰｇＡを求める。ガルバノ指令変換部５６は、次の式（１０）を用いて、分割領域６２Ｂについての温度変換パラメータであるＰｇＢを求める。ガルバノ指令変換部５６は、次の式（１１）を用いて、分割領域６２Ｃについての温度変換パラメータであるＰｇＣを求める。ガルバノ指令変換部５６は、次の式（１２）を用いて、分割領域６２Ｄについての温度変換パラメータであるＰｇＤを求める。
【０１１２】
【数６】
0006861918.tif 000007
【０１１３】
ａ０Ａ，ａ１Ａ，ａ２Ａ，ｂ０Ａ，ｂ１Ａ，ｂ２Ａ，ａ０Ｂ，ａ１Ｂ，ａ２Ｂ，ｂ０Ｂ，ｂ１Ｂ，ｂ２Ｂ，ａ０Ｃ，ａ１Ｃ，ａ２Ｃ，ｂ０Ｃ，ｂ１Ｃ，ｂ２Ｃ，ａ０Ｄ，ａ１Ｄ，ａ２Ｄ，ｂ０Ｄ，ｂ１Ｄ，ｂ２Ｄの各々は、補正係数とする。補正係数は、レーザ加工装置１Ｂを使用してアクリル板などの試験基板に穴あけ加工を行うことによってあらかじめ求められる。試験基板に形成された穴１７の位置と指令位置とのずれ量と、加工時にレンズ温度測定部５９によって得られたｆθレンズ１５の温度情報とに基づいて、加工誤差が最小になるように調整された各補正係数が求められる。
【０１１４】
ガルバノ指令変換部５６は、上記式（９）から（１２）を用いることによって、次の式（１３）に示すΔＸｇ（ｋ），ΔＹｇ（ｋ）を求める。
【０１１５】
【数７】
0006861918.tif 000008
【０１１６】
ガルバノ指令変換部５６は、上記式（１３）と、位置指令２９であるＸｇ（ｋ），Ｙｇ（ｋ）とを用いることによって、温度に基づいた補正後の位置指令２９であるＸｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）を求める。Ｘｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）は、次の式（１４）により表される。ガルバノ指令変換部５６は、位置指令２９ａとして、Ｘｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）を出力する。
【０１１７】
【数８】
0006861918.tif 000009
【０１１８】
なお、ｆθレンズ１５の平均温度は、θＡ（ｔ），θＢ（ｔ），θＣ（ｔ），θＤ（ｔ）の平均値である。ｆθレンズ１５の平均温度の変化量は、ΔθＡ（ｔ），ΔθＢ（ｔ），ΔθＣ（ｔ），ΔθＤ（ｔ）の平均値である。ｆθレンズ１５の温度勾配は、分割領域６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ間における平均温度の変化量の差によって求まる。温度勾配は、例えば、θＡ（ｔ）−θＢ（ｔ），θＡ（ｔ）−θＣ（ｔ），θＡ（ｔ）−θＤ（ｔ），θＢ（ｔ）−θＣ（ｔ），θＢ（ｔ）−θＤ（ｔ），θＣ（ｔ）−θＤ（ｔ）と表される。
【０１１９】
ガルバノ指令変換部５６は、Ｘｇｏｕｔ（ｋ），Ｙｇｏｕｔ（ｋ）を求めることによって、位置指令２９を補正する。レーザ加工装置１Ｂは、ガルバノ指令変換部５６において位置指令２９を補正することによって、正確な位置に穴１７を形成することができる。ガルバノ指令変換部５６は、分割領域６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄの各々の温度情報を基に、ｆθレンズ１５の平均温度の変化と入射領域２２の温度勾配とに応じた補正を行うことができる。これにより、レーザ加工装置１Ｂは、照射位置をさらに高い精度で補正することが可能となる。
【０１２０】
実施の形態３では、入射領域２２を任意の数の分割領域に分けることができる。レーザ加工装置１Ｂには、入射領域２２における分割領域の数と同じ数の放射温度センサが設けられる。これにより、レーザ加工装置１Ｂは、ｆθレンズ１５の平均温度の変化と入射領域２２の温度勾配とに応じた照射位置の補正が可能となる。
【０１２１】
実施の形態３にかかるレンズ温度測定部５９は、複数の放射温度センサが設けられることを除いて、実施の形態２におけるレンズ温度測定部４９と同様である。実施の形態３の応用として、レンズ温度測定部５９は、実施の形態１と同様のレンズ温度測定部９に複数の放射温度センサが設けられたものであっても良い。この場合、レンズ温度測定部５９は、複数の放射温度センサと温度計算部７とを有する。複数の放射温度センサの各々は、実施の形態１の放射温度センサと同様に、１０μｍ波長帯に感度を有する。
【０１２２】
実施の形態３によると、レーザ加工装置１Ｂは、入射領域２２に含まれる複数の分割領域の各々について個別に温度を測定し、分割領域ごとの温度情報を求める。レーザ加工装置１Ｂは、複数の分割領域の各々についての温度情報に基づいて位置指令２９を補正する。レーザ加工装置１Ｂは、ｆθレンズ１５の平均温度の変化と入射領域２２の温度勾配とを含めた補正を行うことができる。これにより、レーザ加工装置１Ｂは、加工精度の向上が可能となるという効果を奏する。
【０１２３】
次に、実施の形態１から３にかかる制御装置２５，４５，５５が有するハードウェア構成について説明する。図１３は、実施の形態１から３にかかるレーザ加工装置１，１Ａ，１Ｂが有する制御装置２５，４５，５５のハードウェア構成例を示す図である。図１３には、プログラムを実行するハードウェアを用いることによって制御装置２５，４５，５５の機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。
【０１２４】
プロセッサ７１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）である。プロセッサ７１は、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、又はＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）であっても良い。メモリ７２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）である。
【０１２５】
記憶装置７３は、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）またはＳＳＤ（Solid  State  Drive）である。コンピュータを制御装置２５，４５，５５として機能させるプログラムは、記憶装置７３に格納される。プロセッサ７１は、記憶装置７３に格納されているプログラムをメモリ７２に読み出して実行する。
【０１２６】
プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。制御装置２５，４５，５５は、記憶媒体に記録されたプログラムをメモリ７２へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してコンピュータシステムへインストールされても良い。
【０１２７】
指令生成部２、レーザ制御部３、ガルバノ指令変換部６，５６、温度計算部７、ガルバノ制御部１０およびＸＹテーブル制御部２０の各機能は、プロセッサ７１とソフトウェアの組み合わせによって実現される。当該各機能は、プロセッサ７１およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ７１、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、記憶装置７３に格納される。
【０１２８】
インタフェース回路７４は、ハードウェアに接続される機器である放射温度センサ８，４８，５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄからの信号を受信する。インタフェース回路７４は、ハードウェアに接続される機器である、レーザ発振器４、ガルバノスキャナ１３Ｘ，１３ＹおよびＸＹテーブル１８へ、信号を送信する。
【０１２９】
以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。
【符号の説明】
【０１３０】
１，１Ａ，１Ｂ  レーザ加工装置、２  指令生成部、３  レーザ制御部、４  レーザ発振器、５  パルスレーザ光、６，５６  ガルバノ指令変換部、７  温度計算部、８，４８，５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄ  放射温度センサ、９，４９，５９  レンズ温度測定部、１０  ガルバノ制御部、１１Ｘ，１１Ｙ  ガルバノミラー、１２Ｘ，１２Ｙ  モータ、１３Ｘ，１３Ｙ  ガルバノスキャナ、１４  レンズフレーム、１５  ｆθレンズ、１６  被加工物、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  穴、１８  ＸＹテーブル、１９  トップテーブル、２０  ＸＹテーブル制御部、２１  反射光、２２  入射領域、２３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ  測定領域、２５，４５，５５  制御装置、２６  加工ヘッド、２７，２９，２９ａ  位置指令、２８  レーザ出力指令、３０  センサ状態判定部、３１  センサ出力記憶部、３２  温度推定部、３３  温度情報切換部、３４  温度計算パラメータ、３５  センサ状態フラグ、４０，４１  位置、６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ  分割領域、７１  プロセッサ、７２  メモリ、７３  記憶装置、７４  インタフェース回路。
【要約】
レーザ加工装置（１）は、パルスレーザ光（５）を出力するレーザ発振器（４）と、ガルバノミラー（１１Ｘ，１１Ｙ）を有し、ガルバノミラー（１１Ｘ，１１Ｙ）でのパルスレーザ光（５）の反射によってパルスレーザ光（５）を偏向させるとともに位置指令（２９ａ）に従った制御によりガルバノミラー（１１Ｘ，１１Ｙ）を回転させるガルバノスキャナ（１３Ｘ，１３Ｙ）と、ガルバノスキャナ（１３Ｘ，１３Ｙ）において偏向したパルスレーザ光（５）が入射する入射領域を有し、入射領域へ入射したパルスレーザ光（５）を集光するレンズであるｆθレンズ（１５）と、入射領域から放射した赤外線を検出することによってレンズの温度を測定し、レンズの温度情報を求めるレンズ温度測定部（９）と、温度情報に基づいて位置指令（２９）を補正する補正部であるガルバノ指令変換部（６）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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【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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