(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立して動作する複数のミラーを用いてビームの照射位置を移動するためのガルバノスキャナのデジタル制御方法において、
指令値の出力順を固定せず、
各ミラーの位置決めに要する時間を予測し、
位置決めに時間がかかるものから順に指令値を出力することを特徴とするガルバノスキャナのデジタル制御方法。
【請求項２】
前記位置決めに要する時間を、予め実験により求めた各ミラーの移動量と移動時間の関係に基づいて予測することを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナのデジタル制御方法。
【請求項３】
前記位置決めに要する時間を、各ミラーの移動量に、ミラー毎に求めておいた係数を乗ずることによって求めることを特徴とする請求項２に記載のガルバノスキャナのデジタル制御方法。
【請求項４】
前記位置決めに要する時間を、各ミラー毎に作成しておいたテーブルを用いて求めることを特徴とする請求項２に記載のガルバノスキャナのデジタル制御方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のガルバノスキャナのデジタル制御方法を用いて、ビームの照射位置を制御することを特徴とするビーム照射位置制御方法。
【請求項６】
互いに独立して動作する複数のミラーを用いてビームの照射位置を移動するためのガルバノスキャナのデジタル制御装置において、
各ミラーの位置決めに要する時間を予測する手段と、
指令値の出力順を固定せず、位置決めに時間がかかるものから順に指令値を出力する手段と、
を備えたことを特徴とするガルバノスキャナのデジタル制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のガルバノスキャナのデジタル制御装置を備えたことを特徴とするビーム照射位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに独立して動作する複数のミラーを用いてビームの照射位置を移動するためのガルバノスキャナのデジタル制御方法及び装置にかかり、特に、レーザビームを照射して、プリント配線基板などの適所に穴開け加工を行うレーザドリルマシンに用いるのに好適な、加工時間を短縮することが可能なガルバノスキャナのデジタル制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なレーザドリルマシンの要部の構成例を図１に示す。本構成例は、図示しないレーザ発振器から照射される、例えばパルス状のレーザビーム１２を、加工対象物１０の表面（加工面）１０Ａで所定のＹ方向（図１では紙面に垂直な方向）に走査するためのミラー（Ｙミラーと称する）１５を含む第１ガルバノスキャナ１４と、該第１ガルバノスキャナ１４によってＹ方向に走査されたレーザビーム１２を、同じく加工面１０Ａで前記第１ガルバノスキャナ１４による走査方向と垂直なＸ方向（図１では紙面と平行な方向）に走査するためのミラー（Ｘミラーと称する）１７を含む第２ガルバノスキャナ１６と、前記第１及び第２ガルバノスキャナ１４、１６により２方向に走査されたレーザビームを、加工面１０Ａに対して垂直な方向に偏向するためのｆ−θレンズ１８とを備えている。
【０００３】
このガルバノスキャナにおいては、第１及び第２ガルバノスキャナ１４、１６でミラー１５、１７を回転させることにより、レーザビーム１２を加工面１０Ａ内の任意の位置に移動することができる。ミラー１５、１７により偏向したレーザビームは、ｆ−θレンズ１８を通過すると、加工面１０Ａに集光する。このため、２つのガルバノスキャナ１４、１６を制御することにより、加工面１０Ａの任意の箇所をレーザ加工することが可能となる。
【０００４】
なお、図１では、ガルバノスキャナが２つの場合を例示したが、３つ以上の場合もある。
【０００５】
基板の穴開けなどでは、高いスループットが要求されるため、加工対象物１０を移動させる方法に比べて、レーザビームを移動させることにより、高速に処理を行うことが可能な、ガルバノスキャナを用いることが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、ガルバノスキャナは、ミラーの大きさ及び移動量によって、目標角度到達後、振動が収まって、レーザビームを照射できる状態となるまでの位置決めに要する時間が異なり、通常、これらが大きくなる程、位置決めに時間がかかる。又、移動量だけでなく、絶対的な移動位置によっても位置決め特性が異なることがある。
【０００７】
ある加工点に達するためには、この複数のガルバノスキャナを位置決めさせることが必要であり、いずれか一つのみを早く位置決めしてもあまり意味がない。
【０００８】
複数のガルバノスキャナに指令値を出力するとき、システム構成によっては、出力に時間差が生じてしまう場合がある。このような時間差が生じた場合の位置決め完了への影響を、ガルバノスキャナが２つの場合を例にとって、図２を用いて説明する。図２（ａ）に示すように、常にＸミラー１７を優先的に駆動させた場合（Ｘ優先と称する）、Ｙ方向の移動時間が長くなる条件（ア）では、Ｘ方向の移動方向が長くなる条件（イ）に比べて、指令値出力の時間差分だけ、加工点への位置決め完了が遅くなる。逆に、図２（ｂ）に示すように、常にＹミラー１５を優先的に駆動させた場合（Ｙ優先と称する）は、Ｘ方向の移動時間が長くなる条件（イ）で、この現象が発生する。この時間差がたとえわずかであっても、高速化の要求に従い、無視できなくなってきている。
【０００９】
従来、このような問題には、▲１▼大きい方のミラー（図１の例ではＸミラー１７）を常に先に駆動するか、あるいは、▲２▼小さいほうのミラー（図１の例ではＹミラー１５）を常に先に駆動して、且つ、加工経路上のＹミラーの移動回数を多くするなどの対策がとられていたが、いずれも、問題を軽減できる程度であり、必ずしも最適とはいえなかった。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、複数のガルバノスキャナに与える指令値出力順を固定せずに、移動毎に判断／操作することによって、スループットの低下を最小限に抑えることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに独立して動作する複数のミラーを用いてビームの照射位置を移動するためのガルバノスキャナのデジタル制御方法において、指令値の出力順を固定せず、各ミラーの位置決めに要する時間を予測し、位置決めに時間がかかるものから順に指令値を出力するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１２】
又、前記位置決めに要する時間を、予め実験により求めた各ミラーの移動量と移動時間の関係に基づいて予測するようにしたものである。
【００１３】
更に、前記位置決めに要する時間を、各ミラーの移動量に、ミラー毎に求めておいた係数を乗ずることによって求めるようにしたものである。
【００１４】
あるいは、前記位置決めに要する時間を、各ミラー毎に作成しておいたテーブルを用いて求めるようにしたものである。
【００１５】
本発明は、又、前記のガルバノスキャナのデジタル制御方法を用いて、ビームの照射位置を制御することを特徴とするビーム照射位置制御方法を提供するものである。
【００１６】
本発明は、又、互いに独立して動作する複数のミラーを用いてビームの照射位置を移動するためのガルバノスキャナのデジタル制御装置において、各ミラーの位置決めに要する時間を予測する手段と、指令値の出力順を固定せず、位置決めに時間がかかるものから順に指令値を出力する手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
本発明は、又、前記のガルバナスキャナのデジタル制御装置を備えたことを特徴とするビーム照射位置制御装置を提供するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、ガルバノスキャナが２つの場合を例にとって、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明に係るガルバノスキャナ制御装置と、その周辺装置は、図３に示す如く、上位コントローラ２０から入力される各ミラー毎の目標角度２００に応じて、各ミラー毎の指令値３２０を生成するデジタル計算器３２と、該デジタル計算器３２から出力される指令値３２０をアナログの指令電圧３４０に変換するＤ／Ａ変換器３４と、前記上位コントローラ２０からの移動開始指令２０２をトリガとして、該Ｄ／Ａ変換器３４から入力されるアナログ指令電圧３４０、及び、ミラー毎に設けられたモータ４０によって駆動されるミラーの回転角を検出するための、ミラー毎に設けられた角度センサ４２から入力されるミラー角度計測信号４２０から、ミラー毎に電流指令３６０を出力するアナログ回路３６と、該アナログ回路３６から入力される電流指令３６０に応じて駆動電流３８０を作り出して、モータ４０を駆動するための、各ミラー毎に設けられたパワーアンプ３８とを含んで構成されている。
【００２０】
ここで、破線で囲まれた部分が、ガルバノスキャナ制御装置３０である。
【００２１】
図において、５０は、前記上位コントローラ２０から入力されるトリガ信号２０４によりレーザビームを発振するレーザ発振器である。
【００２２】
本実施形態において、２つのミラー１４、１６の目標角度２００は、上位コントローラ２０からデジタル計算器３２に入力され、指令値３２０が生成される。これを、Ｄ／Ａ変換器３４によって、アナログの指令電圧３４０とし、上位コントローラ２０からの移動開始指令２０２をトリガにして、アナログ回路３６に入力する。
【００２３】
一方、ミラー１４、１６の角度４２０は、角度センサ４２により計測され、アナログ回路３６に入力される。
【００２４】
アナログ回路３６では、フィードバック制御が組まれており、指令電圧３４０と計測角度信号４２０から電流指令３６０が出力される。
【００２５】
パワーアンプ３８により、該電流指令３６０に従った駆動電流３８０がミラー毎に作り出され、これにより、モータ４０が駆動され、ミラー１４、１６が回転する。
【００２６】
前記アナログ回路３６は、更に、モータ角度が予め設定された整定範囲に入ったことを示す整定範囲内信号３６２をミラー毎に生成する。この整定範囲内信号の生成に関しては、出願人が先に出願した特開２００３−２３６６９２号公報に詳細に記載されているので、説明は省略する。
【００２７】
この整定範囲内信号３６２がデジタル計算器３２に入力され、それを元に位置決め完了判断を行い、上位コントローラ２０に位置決め完了信号３２２を出力する。
【００２８】
これを受けた上位コントローラ２０は、レーザ発振器５０へトリガ信号２０４を出力し、レーザが照射される。
【００２９】
本発明による２つのガルバノスキャナへの指令値３２０の出力順の判断は、前記デジタル計算器３２で行う。
【００３０】
以下、説明をわかり易くするために、ガルバノスキャナが２つの場合の細部について具体的に説明する。
【００３１】
いずれのガルバノスキャナに対して先に指令値を出力するかを判断するためには、それぞれのガルバノスキャナにおける移動量と移動時間の関係を、予め実験等により明らかにしておく。以下、この関係を元に判断する方法の例を説明する。
【００３２】
先ず、図４に示す如く、移動量によらず、ＸとＹのガルバノスキャナ移動時間の比が、ほぼ同じ第１の場合には、Ｘの移動時間とＹの移動時間の比を一つ決定することができる。これらをＴｘ、Ｔｙとし、デジタル計算器３２に記憶させておく。
【００３３】
このような場合の指令値の出力順は、図５に示すような手順に従って決定する。即ち、動作の際には、まず目標値を入力した段階で、ステップ１００で、ＸとＹの移動量を算出する。次いで、ＸとＹの移動時間に、予め設定しておいた係数Ｔｘ、Ｔｙをそれぞれかけ、相対的な移動時間を算出する。
【００３４】
次いで、ステップ１０２でこれらを比較し、ステップ１０４又は１０６で、移動時間の長い方のガルバノスキャナへ先に指令値を出力する。
【００３５】
一方、図６に示す如く、移動量によってＸとＹの移動時間の比が異なる第２の場合には、ある移動量範囲毎に移動時間を近似する。この際、移動時間の変化が大きいところでは移動量範囲を狭く、小さいところでは広く区切る。移動量範囲を狭くするほど、移動時間を精度良く求めることができる。
【００３６】
求めた移動時間を、図７に示すような移動時間テーブルとして、前記デジタル計算器３２に記憶させておく。
【００３７】
このような場合の指令値の出力順は、図８に示すような手順に従って決定する。
【００３８】
即ち、動作の際には、まず目標値を入力した段階で、ステップ１００で、ＸとＹの移動量を算出する。
【００３９】
次にステップ２０２で、移動量に対応したＸとＹの移動時間を、予め設定しておいた移動時間テーブルから読み出して、移動量範囲毎に近似する。
【００４０】
次いで、ステップ２０４でこれらを比較し、ステップ２０６又は２０８で、移動時間の長い方のガルバノスキャナへ先に指令値を出力する。
【００４１】
このような方法により、指令値出力順を固定せず、位置決めに時間を要する条件のガルバノスキャナへの指令値を先に出力するよう移動毎に判断／操作することで、図２（ａ）（ア）や図２（ｂ）（イ）のような位置決め時間低下を回避して、常に図２（ａ）（イ）や図２（ｂ）（ア）のような、無駄の無い動作が可能となる。
【００４２】
なお、前記実施形態においては、説明を簡単にするために、ガルバノスキャナの数が２とされていたが、ガルバノスキャナの数はこれに限定されず、３以上、例えば、２箇所に同時に穴開け加工を行うために、図１に示すような光学系が２系統並設され、ガルバノスキャナが２×２＝４台あるようなレーザドリルマシンにも同様に適用できることは明らかである。この場合には、移動時間の長いものから順に指令値を出力することができる。
【００４３】
又、前記実施形態においては、本発明が、レーザドリルマシンに適用されていたが、本発明の適用はこれに限定されず、ガルバノスキャナを用いるものであれば、例えば、マーキングマシン等、他の機械にも同様に適用できることは明らかである。又、ビームの種類もレーザビームに限定されない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のガルバノスキャナに、移動に要する時間を考慮して、適切な出力順で指令値を出力することが可能となり、スループットの低下を最小限に抑えることが可能となる。
【００４５】
従って、例えばレーザドリルマシンに用いた場合には、穴開け加工時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象であるレーザドリルマシンの要部構成を示す正面図
【図２】従来の問題点を説明するための、指令値出力順の位置決め完了の影響を示すタイムチャート
【図３】本発明にかかるガルバノスキャナ制御装置とその周辺装置の実施形態の構成を示すブロック図
【図４】ミラーの移動量と移動時間の関係の例を示す線図
【図５】図４の関係に用いるのに好適な、指令値出力順の決定手順を示す流れ図
【図６】ミラーの移動量と移動時間の関係の他の例を示す線図
【図７】図６の例に用いるのに好適な、移動時間テーブルの例を示す線図
【図８】同じく指令値出力順の決定手順を示す流れ図
【符号の説明】
１０…加工対象物
１０Ａ…加工面
１２…レーザビーム
１４、１６…ガルバノスキャナ
１５、１７…ミラー
１８…ｆ−θレンズ
２０…上位コントローラ
３０…ガルバノスキャナ制御装置
３２…デジタル計算器
３４…Ｄ／Ａ変換器
３６…アナログ回路
３８…パワーアンプ
４０…モータ／ミラー
４２…角度センサ
５０…レーザ発振器
２００…ミラー目標角度
２０２…移動開始指令
２０４…トリガ信号
３２０…ミラー指令値
３２２…位置決め完了信号
３４０…アナログ指令電圧
３６０…電流指令
３６２…整定範囲内信号
３８０…駆動電流
４２０…ミラー角度計測信号
【図１】
0003850308.tif 000002
【図２】
0003850308.tif 000003
【図３】
0003850308.tif 000004
【図４】
0003850308.tif 000005
【図５】
0003850308.tif 000006
【図６】
0003850308.tif 000007
【図７】
0003850308.tif 000008
【図８】
0003850308.tif 000009