(57)【要約】【課題】ミラーの倒れを検出することにより、反射させる光の光路の位置決め精度を向上させると共にミラーの回転角度を高精度に検出すること。【解決手段】角度検出器４を２組（角度検出器４がガラス円盤２２とセンサヘッド２３とから構成されるロータリ型のレーザエンコーダの場合は、ガラス円盤２２を１個とセンサヘッド２３を２個）設け、２個の角度検出器４の検出方向をミラー５の反射面に垂直の方向かつ回転軸１６の軸線Oに対して対称に配置し、２個の角度検出器４の出力の差からミラー５の倒れを検出する。また、２個の角度検出器４の出力の和からミラー５の回転角度を検出する。【選択図】図１
2009258559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用のレーザビームが入射するミラーと、前記ミラーを支持する回転軸を回動させるモータと、前記ミラーの回転角度を検出する角度検出器と、前記ミラー目標位置決め角度と前記角度検出器の出力信号で示される角度とを比較して前記モータを駆動する制御手段とを備え、前記ミラーの位置を前記目標位置決め角度に位置決めするスキャナ装置において、
前記角度検出器を２個設け、
前記２個の前記角度検出器の検出方向をミラーの反射面に垂直の方向かつ前記回転軸の軸線に対して対称に配置し、
前記２個の角度検出器の出力の差から前記ミラーの倒れを検出する
ことを特徴とするスキャナ装置。
【請求項２】
検出された前記ミラーの倒れが予め定める許容値を超えた場合は信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のスキャナ装置。
【請求項３】
加工用のレーザビームが入射するミラーと、前記ミラーを支持する回転軸を回動させるモータと、前記ミラーの回転角度を検出する角度検出器と、前記ミラー目標位置決め角度と前記角度検出器の出力信号で示される角度とを比較して前記モータを駆動する制御手段とを備え、前記ミラーの位置を前記目標位置決め角度に位置決めするスキャナ装置において、
前記角度検出器を２個設け、
前記２個の前記角度検出器の検出方向をミラーの反射面に垂直の方向かつ前記回転軸の軸線に対して対称に配置し、
前記２個の角度検出器の出力の和から前記ミラーの回転角度を検出する
ことを特徴とするスキャナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に支持されたミラーを位置決めして光を所望の位置に反射させるスキャナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化・高機能化により、プリント基板の高密度化が進んでいる。これに伴いレーザ加工機には加工精度に対する要求が急速に高まっている。なかでもスキャナ装置は、加工精度に大きく影響を与える装置である。
【０００３】
図５は、プリント基板穴明け用レーザ加工機におけるスキャナ装置の構成を示すブロック図、図６はスキャナの断面図である。また、図７は図６におけるA矢視図であり、ケースは断面して示している。
【０００４】
スキャナ装置はスキャナ１００とスキャナ制御装置２００とから構成されている。上位制御装置１は、ＮＣプログラムを解釈して、レーザビーム２を位置決めすべき対象物上の位置に応じて、スキャナ制御装置２００に目標位置決め角度３を指令する。
【０００５】
スキャナ制御装置２００は、指令された目標位置決め角度３に基づいて目標軌道を計算し、刻々のレーザビームの目標位置をリアルタイムで計算する。そして、レーザビームの目標位置とスキャナ１００に取り付けられた角度検出器４とから出力されるミラー５の現在位置（偏向角）６との差に基づいてモータに駆動電流７を供給する。上記の処理を一定のサンプル周期毎に繰り返すことにより、ミラー５を目標位置に接近させる。そして、位置決めが完了すると、スキャナ制御装置２００は位置決め完了信号８を上位制御装置１に送る。上位制御装置１は位置決め完了信号８を受信すると、図示を省略するレーザ発振器に指令を送り、パルス状のレーザビーム２を出力させる。出力されたレーザビーム２はＦθレンズ９を介して対象物の加工位置に照射され、プリント基板の導体層間を接続するための穴をあける（特許文献１）。
【０００６】
図６に示すように、スキャナ１００の可動コイル１５は、方形に形成され、一方の相対する２辺が回転軸１６の回転の軸線と平行になるようにして、他方の相対する２辺の中央部が回転軸１６に保持されている。可動コイル１５は、回転軸１６の軸線と平行に配置された一対の永久磁石１７によって形成される磁力線の方向が回転軸１６の軸線に直交する方向の磁界中に配置されている。軸受１８と軸受１９は、可動コイル１５の両側で、回転軸１６を回転自在に支持している。可動コイル１５と永久磁石１７とで電磁アクチュエータ（以下、「モータ」という。）を構成している。ミラーマウンタ２０は、直方体部と円筒部とから構成されている。そして、円筒部の中心部に形成された穴が回転軸１６に嵌合し、図示を省略するねじにより回転軸１６に固定されている。ミラー５は、ミラーマウンタ２０の直方体部の側面に形成された溝に嵌合し、ミラーマウンタ２０に接着されている。円筒形のハブ２１は中心部に形成された穴が回転軸１６に嵌合し、図示を省略するねじにより回転軸１６に固定されている。センサヘッド２３と組み合わされることによりロータリ型のレーザエンコーダ（すなわち、角度検出器４）を構成するガラス円盤２２は、ハブ２１の側面に接着されている。センサヘッド２３は、ガラス円盤２２表面の回折格子と対向するようにして、ケース２４に固定されている。
【０００７】
図７に示すように、ガラス円盤２２表面の回折格子２２ｋは円周方向に一様に配置されており、センサヘッド２３は回転軸１６の一方の側（図示の場合は左側）に配置されている。そして、回転軸１６を揺動させてミラー５の向きを変えることにより、ミラー５に入射するレーザビーム２の出射方向を変える（特許文献２）。
【０００８】
ミラー２が軸方向に傾くことを予防するため、ミラー２の軸方向の両側を支持するものもある。(特許文献３)  
【特許文献１】特開２００２−１３７０７４号公報
【特許文献２】特開２００２−６２５５号公報
【特許文献３】特開２００２−２９６５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ミラーの位置決めの高精度化を阻害する要因の一つにミラーの軸方向の傾き（倒れ。以下、単に「ミラーの倒れ」という。）がある。ミラーの倒れは回転軸に発生する曲げ振動に伴って発生する。しかし、上記特許文献１〜３のいずれも、ミラーの倒れを検出する技術については開示されていない。
【００１０】
なお、特許文献３の技術を採用した場合であっても、軸受けの磨耗等による経年変化により、回転軸に発生する曲げ振動に伴ってミラーの倒れが発生する。
【００１１】
本発明の目的は、ミラーの倒れを検出することにより、反射させる光の光路の位置決め精度を向上させると共にミラーの回転角度を高精度に検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図１はミラーの倒れを模式的に説明する図であり、図６と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。同図において、（ａ）は倒れが発生していない状態を、（ｂ）は倒れが発生している場合を、（ｃ）はミラーの倒れとガラス円盤２２の倒れとの関係を示している。
【００１３】
同図（ａ）に示すように、例えば、スキャナが停止状態にある場合、回転軸の軸線Ｏは直線であり、ミラー５の反射面５ａは軸線Ｏと平行である。しかし、回転数が増加した場合、同図（ｂ）に示すように、回転軸１６は曲線状に変形し、この変形に伴ってミラー５には角度αの倒れが発生する。本発明者は、ミラー５に倒れが発生する場合、ガラス円盤２２にも倒れが発生することを見いだした。そして、ミラー５の倒れ角度αとガラス円盤２２の倒れ角度βとの関係を調べた結果、同図（ｃ）に示すように、倒れ角度αが倒れ角度βに比例することを見いだした。
【００１４】
以上の知見に基づき、上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、光を反射するミラーと、回転軸に支持された前記ミラーを回動させるモータと、前記ミラーの回転角度を検出する角度検出器と、目標値と前記角度検出器の出力信号とを比較して前記モータを駆動する制御手段とを備え、前記ミラーの位置を前記目標値に位置決めするスキャナ装置において、前記角度検出器を２個設け、前記２個の前記角度検出器の検出方向をミラーの反射面に垂直の方向かつ前記回転軸の軸線に対して対称に配置し、前記２個の角度検出器の出力の差から前記ミラーの倒れを検出することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第２の手段は、光を反射するミラーと、回転軸に支持された前記ミラーを回動させるモータと、前記ミラーの回転角度を検出する角度検出器と、目標値と前記角度検出器の出力信号とを比較して前記モータを駆動する制御手段とを備え、前記ミラーの位置を前記目標値に位置決めするスキャナ装置において、前記角度検出器を２個設け、前記２個の前記角度検出器の検出方向をミラーの反射面に垂直の方向かつ前記回転軸の軸線に対して対称に配置し、前記２個の角度検出器の出力の和から前記ミラーの回転角度を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
ミラーの倒れを検出できるので、例えば、本発明に係るスキャナ装置をプリント基板穴明け用レーザ加工機に適用した場合、加工精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２は、本発明に係るスキャナ制御装置のブロック線図であり、図５と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、このスキャナ制御装置２００は図示を省略するマイクロプロセッサを用いたディジタル制御ファームウェアで実現されており、サーボ補償器５０、倒れ検出器５１および加算器５２に関する処理は、前記マイクロプロセッサが実行するプログラムの一部に記述されている。そして、一定サンプル周期毎の離散的な時刻（以下、「離散的時刻」と呼ぶ。）において処理演算が実行される。また、角度検出器４は離散的時刻ごとに角度検出データを出力する。離散的時刻が開始されると、加算器５２は上位制御１から指令された位置指令データである目標位置決め角度３から角度検出器４で検出された角度検出データ６を減算し、その結果を追従誤差５３としてサーボ補償器５０に出力する。サーボ補償器５０は演算結果をＤＡ変換器５４に出力し、ＤＡ変換器５４はサーボ補償器５０の出力をアナログ値に変換する。このアナログ値は電流指令値であり、電流制御回路５５はこの電流指令値に追従するように駆動電流７をモータのコイル１５に供給する。また、倒れ検出器５１にも角度検出器４の出力が入力される（倒れ検出器５１の動作については後述する）。そして、上記の処理を一定サンプル周期毎に繰り返すことにより、ミラー５を目標位置に位置決めする。
【００１８】
次に、倒れ検出器５１について説明する。
【００１９】
図３は、本発明におけるスキャナ１００をセンサヘッド２３が配置されている側から見た図である。
【００２０】
センサヘッド２３は回転軸１６に対して左右に各１個配置されている。以下、左側に配置されているセンサヘッド２３をセンサヘッド２３L、右側に配置されているセンサヘッド２３をセンサヘッド２３Rと呼ぶ。センサヘッド２３L、２３Rは検出方向が回転範囲の中心位置（ミラー5の揺動角度を±θ度とするとき、０度の位置である。以下、「基準位置」という。）においたミラー５の反射面に垂直の方向かつ回転軸１６の軸線Ｏに対して点対称に配置されている。なお、角度θは１０〜１５度程度である。センサヘッド２３L、２３Rの検出角度は時計回り方向がプラス、反時計回り方向がマイナスである。
【００２１】
次に、本発明の動作を説明する。
【００２２】
図４は本発明の動作を説明する図である。
【００２３】
いま、ミラー５が角度をｆ（ｔ）回転した時に、曲げ振動によりガラス円盤２２が回転軸１６と共に図４の上方に距離ｈだけ移動した（倒れた）とする。この場合、センサヘッド２３L、２３Rは固定されているので、ガラス円盤２２に対して相対的に下がる。すなわち、ガラス円盤２２上の回折格子２３ｋはセンサヘッド２３L、２３Rよりも距離ｈだけ下方のセンサヘッド２３Lｍ、２３Rｍにより回転角度を検出される。距離ｈに相当する回転角度がｇ（ｔ）であるとすると、図示の場合、センサヘッド２３Lの出力値Ｘａ（ｔ）およびセンサヘッド２３Rの出力値Ｘｂ（ｔ）はそれぞれ式１，２で表される。
【００２４】
Ｘａ（ｔ）＝ｆ（ｔ）＋ｇ（ｔ）  ・・・（式１）
Ｘｂ（ｔ）＝ｆ（ｔ）−ｇ（ｔ）  ・・・（式２）
倒れ振動検出器５１は、一定のサンプル周期毎に出力値Ｘａ（ｔ）と出力値Ｘｂ（ｔ）との差Ｙ（ｔ）（ただし、Ｙ（ｔ）＝２ｇ（ｔ））を求める。この動作（倒れ２ｇ（ｔ）を採取する動作）をある期間（ここでは、ある位置から次の位置に移動するまでの期間である。）繰り返す。そして、採取した期間内における最大値と最小値との差を求め、求めた差を倒れの振幅値とし、振幅値がしきい値を超えている場合は、信号を出力する。したがって、本発明に係るスキャナ装置をレーザ加工機に適用する場合は、倒れ振動検出器５１から信号が出力された場合は、加工を中止するように構成することができる。
【００２５】
また、出力値Ｘａ（ｔ）と出力値Ｘｂ（ｔ）との和W（ｔ）（ただし、W（ｔ）＝２ｆ（ｔ））を求めることにより、ミラー５の倒れをキャンセルすることができるので、ミラー５の回転角度を正確に知ることができる。
【００２６】
この実施形態の場合、ガラス円盤２２を共用できるので、センサヘッド２３だけを２個設ければよく、構成を簡単にできる。
【００２７】
なお、倒れ２ｇ（ｔ）の値はミラー５の回転位置により誤差が発生するが、ミラー５が回転する範囲は、図示の状態から±１５度程度であるので、無視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ミラーの倒れを模式的に説明する図である。
【図２】本発明に係るスキャナ制御装置のブロック線図である。
【図３】本発明に係るスキャナをセンサヘッド側から見た図である。
【図４】本発明の動作を説明する図である。
【図５】プリント基板穴明け用レーザ加工機における従来のスキャナ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来のスキャナの断面図である。
【図７】図６におけるA矢視図である。
【符号の説明】
【００２９】
４  角度検出器
２２  ガラス円盤
２３  センサヘッド
５  ミラー
１６  回転軸
Ｏ  回転軸の軸線
【図１】
2009258559.tif 000003
【図２】
2009258559.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009258559.tif 000006
【図５】
2009258559.tif 000007
【図６】
2009258559.tif 000008
【図７】
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