JP5213783B2

JP5213783B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法

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Publication number: JP5213783B2
Application number: JP2009086219A
Authority: JP
Inventors: 充弘金田; 昌裕竹内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010234420A; CN101850471A; KR101181204B1; TW201039954A; TWI392551B; KR20100109396A

Description

本発明は、ＸＹテーブルに載置したワークをレーザ加工するレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

被加工物であるワークにレーザ光を照射してワークへのレーザ加工を行うレーザ加工装置は、ワークを載置するＸＹテーブル（加工テーブル）を備えて構成されている。このＸＹテーブル表面に、例えば１０〜３０μｍ程度の凹凸が存在する場合、ＸＹテーブル上のワークに照射されるレーザ光の焦点位置がＸＹテーブル上の位置によって１０〜３０μｍ程度異なることとなる。この場合において、集光レンズから出るレーザ光の焦点裕度が３０μｍ以下であれば、焦点位置が合わずに加工品質が劣化するという問題があった。

特許文献１に記載のレーザ加工機は、ワークを載置するＸＹテーブル表面の高さを予め格子状に測定しておき、ワーク上面の任意の点の高さをこの点を囲む４点の高さを用いて演算している。そして、演算した高さに応じた位置をレーザの結像位置に定めている。

特開２００８−７３８０６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、テーブル表面に複雑な凹凸がある場合、測定点数を増やさなければならない。また、テーブルデータとして１点の測定箇所に対して（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の３点分のデータ（位置座標）を保存する必要がある。このため、保存しておくデータ量が膨大になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＸＹテーブルに載置したワークへのレーザ加工を容易に行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ＸＹテーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して前記ワークへのレーザ加工を行うレーザ加工装置において、前記ワーク上で所定の高さに移動して前記ワークへレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記ＸＹテーブルの表面高さをモデル化した近似式を用いて前記ワーク上の加工位置毎に前記レーザ光照射部の高さの補正値を算出するとともに、前記ワークの加工を行う際に指示される加工高さを前記補正値で補正して補正後の加工高さを算出する算出部と、前記補正後の加工高さに前記レーザ光照射部を移動させる駆動部と、前記ＸＹテーブルの表面高さを測定する高さ計測部と、を備え、前記算出部は、前記ＸＹテーブル上に複数のエリアを設定するとともに、前記高さ計測部に測定された複数点での前記ＸＹテーブルの表面高さに基づいてエリア毎に前記近似式を算出し、算出した近似式を用いて前記各エリア内における前記補正値を算出することを特徴とする。

本発明によれば、ＸＹテーブルの表面高さをモデル化した近似式を用いてワーク上の加工位置毎にレーザ光照射部の高さの補正値を算出するので、ＸＹテーブルの表面高さに応じたワークへのレーザ加工を容易に行うことができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかるレーザ加工装置を示す図である。図２は、レーザ加工装置の構成を示す機能ブロック図である。図３は、Ｚ軸補正係数の算出処理手順を示すフローチャートである。図４は、ＸＹテーブル上に設定される高さの測定点を説明するための図である。図５は、ＸＹ−Ｚ対応情報の一例を示す図である。図６は、ＸＹテーブルのエリア分割を説明するための図である。図７は、エリア同士が一部重複する場合のエリア設定を説明するための図である。図８は、レーザ光を照射する高さの補正処理手順を示すフローチャートである。図９は、移動先での補正量と補正データを説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態.
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置を示す図である。レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル３５の凹凸にレーザ光の焦点位置が一致するよう加工時に焦点位置の高さを補正しながらレーザ加工を行う装置である。本実施の形態のレーザ加工装置１は、ＸＹテーブル３５の各位置で測定した高さを用いてＸＹテーブル３５の高さ（表面高さ）をモデル化した近似式（モデル式）として算出しておき、このモデル式を用いてレーザ光照射位置の高さを調整する。レーザ加工装置１は、ｆθレンズ３１、高さ計測センサ３２、カメラ３３、Ｚ軸駆動部３４、ＸＹテーブル３５を備えて構成されている。

ｆθレンズ（レーザ光照射部）３１は、レーザ発振器（図示せず）から出射されて加工ヘッド側に導かれてきたレーザ光３０を集光してＸＹテーブル３５上のワークＷへ照射する。ｆθレンズ３１を介して照射されるレーザ光３０は、ｆθレンズ３１のＺ軸方向（光軸方向）の高さによって結像位置が決まる。このため、ｆθレンズ３１は、ＸＹテーブル３５の凹凸に応じた高さに移動させられる。

高さ計測センサ３２は、ＸＹテーブル３５やワークＷの高さを計測するセンサである。高さ計測センサ３２は、例えばＸＹテーブル３５の上面やワークＷの上面に接触することによって、ＸＹテーブル３５やワークＷの高さを計測する。

カメラ３３は、ワークＷの上面を撮像する。カメラ３３は、例えばワークＷのＸＹ方向の加工位置を決める際に、ワークＷに形成されている位置決めマークを撮像する。また、カメラ３３は、ワークＷに形成された加工穴を撮像する。

Ｚ軸駆動部３４は、ｆθレンズ３１、高さ計測センサ３２、カメラ３３に接合されている。Ｚ軸駆動部３４は、Ｚ軸方向に移動することによって、ｆθレンズ３１、高さ計測センサ３２、カメラ３３をＺ軸方向に移動させる。

ＸＹテーブル３５は、ワークＷを載置するとともに、ＸＹ平面内で移動する。ＸＹテーブル３５は、ＸＹ平面に平行な主面を有しており、この主面上にワークＷを載置する。ＸＹテーブル３５が有しているＸＹ平面内での凹凸は、高さ計測センサ３２に計測される。

図２は、レーザ加工装置の構成を示す機能ブロック図である。レーザ加工装置１は、加工制御部１１と、高さ制御装置２と、を含んで構成されている。また、レーザ加工装置１は、計測センサ制御部１２、高さ計測センサ３２、高さデータ計測部１６、テーブル位置制御部１３、ＸＹテーブル３５、テーブル位置計測部１７、レンズ高さ制御部１４、カメラ高さ制御部１５、Ｚ軸駆動部３４を有している。ここでの高さ計測センサ３２、高さデータ計測部１６が特許請求の範囲に記載の高さ計測部に対応している。なお、図２では、ｆθレンズ３１やカメラ３３の図示を省略している。

加工制御部１１は、計測センサ制御部１２、テーブル位置制御部１３、レンズ高さ制御部１４、カメラ高さ制御部１５を制御する。加工制御部１１は、ＸＹテーブル３５やワークＷの高さを計測させる指令（高さ計測指令）を計測センサ制御部１２に送る。加工制御部１１は、例えば、後述のＺ軸補正係数を算出する際や後述の基準位置での補正データＺｂａｓｅを算出する際に、高さ計測指令を計測センサ制御部１２に送る。

加工制御部１１は、ＸＹテーブル３５をＸＹ平面内で移動させる指令（テーブル移動指令）を、テーブル位置制御部１３に送る。加工制御部１１は、ワークＷの加工位置を移動させる際やＸＹテーブル３５の高さを測定させる際にテーブル移動指令をテーブル位置制御部１３に送る。

加工制御部１１は、ｆθレンズ３１を高さ方向（Ｚ軸方向）に移動させる指令（レンズ移動指令）を、レンズ高さ制御部１４に送る。加工制御部１１は、ワークＷをレーザ加工する際に、レンズ移動指令をレンズ高さ制御部１４に送る。

加工制御部１１は、カメラ３３を高さ方向に移動させる指令（カメラ移動指令）を、カメラ高さ制御部１５に送る。加工制御部１１は、ワークＷのＸＹテーブル３５上への位置決めを行う際に、カメラ移動指令をカメラ高さ制御部１５に送る。

加工制御部１１は、レンズ高さ制御部１４とカメラ高さ制御部１５の何れか一方に接続できるよう構成されている。換言すると、加工制御部１１は、レンズ高さ制御部１４への制御とカメラ高さ制御部１５への制御との切替えを行う。これにより、加工制御部１１は、ｆθレンズ３１を基準とした高さ制御（レンズ移動指令を送る処理）またはカメラ３３を基準とした高さ制御（カメラ移動指令を送る処理）の何れか一方を行う。

計測センサ制御部１２は、加工制御部１１から高さ計測指令を受けると、高さ計測センサ３２に、ＸＹテーブル３５やワークＷの高さを計測させる。高さ計測センサ３２は、ＸＹテーブル３５やワークＷの高さを計測するセンサである。高さ計測センサ３２は、計測結果（計測信号）を、高さデータ計測部１６に送る。

高さデータ計測部１６は、高さ計測センサ３２から送られてくる計測結果に基づいて、ＸＹテーブル３５やワークＷの高さを高さデータとして計測する。高さデータ計測部１６は、計測した高さデータを高さ制御装置２に送る。

テーブル位置制御部１３は、加工制御部１１からテーブル移動指令を受けると、ＸＹテーブル３５をＸＹ平面内の所定位置に移動させるためのテーブル移動指示をＸＹテーブル３５に送る。また、テーブル位置制御部１３は、テーブル移動指示を高さ制御装置２に送る。テーブル位置計測部１７は、ＸＹテーブル３５のＸＹ平面内での位置（座標）をテーブル位置として計測する。テーブル位置計測部１７は、計測したテーブル位置を高さ制御装置２に送る。

レンズ高さ制御部１４は、加工制御部１１からレンズ移動指令を受けると、ｆθレンズ３１を所定の高さに移動させる指示（レンズ高さ指令）を高さ制御装置２に送る。カメラ高さ制御部１５は、加工制御部１１からカメラ移動指令を受けると、カメラ３３を所定の高さに移動させる指示（カメラ高さ制御指示）を高さ制御装置２に送る。Ｚ軸駆動部３４は、高さ制御装置２に接続されており、高さ制御装置２からの指示に従ってＺ軸方向に移動する。

高さ制御装置２は、Ｚ軸補正データ記憶部２１、Ｚ軸補正係数算出部２２、Ｚ軸補正位置算出部２３、高さ制御部２４を有している。ここでのＺ軸補正係数算出部２２、Ｚ軸補正位置算出部２３が特許請求の範囲に記載の算出部に対応している。

Ｚ軸補正データ記憶部２１は、高さデータ計測部１６、テーブル位置計測部１７に接続されているメモリなどである。Ｚ軸補正データ記憶部２１は、高さデータ計測部１６から送られてくる高さデータを記憶するとともに、テーブル位置計測部１７から送られてくるテーブル位置を記憶する。Ｚ軸補正データ記憶部２１へは、ワークＷのレーザ加工を行う前に予め高さデータとテーブル位置とが対応付けされた情報（後述のＸＹ−Ｚ対応情報１０１）が格納される。ＸＹ−Ｚ対応情報１０１は、ＸＹテーブル３５の高さＺと、テーブル位置（Ｘ，Ｙ）との対応関係を示す情報である。

Ｚ軸補正係数算出部２２は、ワークＷのレーザ加工を行う前に、Ｚ軸補正データ記憶部２１が記憶しているＸＹ−Ｚ対応情報１０１を用いてＸＹテーブル３５の凹凸を算出する。具体的には、Ｚ軸補正係数算出部２２は、ＸＹ−Ｚ対応情報１０１に多項式近似を行ってＸＹテーブル３５の凹凸を示すモデル式（補正式）を算出する。本実施の形態では、Ｚ軸補正係数算出部２２が４次多項式でＸＹテーブル３５の凹凸を近似する場合について説明する。Ｚ軸補正係数算出部２２は、ＸＹテーブル３５の凹凸を示す４次多項式の係数をＺ軸補正係数として保持しておく。

Ｚ軸補正係数算出部２２は、Ｚ軸補正位置算出部２３または高さ制御部２４の何れか一方に接続できるよう構成されている。Ｚ軸補正係数算出部２２は、算出したモデル式を用いてワークＷのレーザ加工を行う際にＺ軸補正位置算出部２３に接続し、モデル式を算出する際に高さ制御部２４に接続するよう、接続先の切り替えを行う。Ｚ軸補正係数算出部２２は、Ｚ軸補正位置算出部２３に接続すると、Ｚ軸補正位置算出部２３にＺ軸補正係数を送る。

Ｚ軸補正位置算出部２３は、カメラ高さ制御部１５、レンズ高さ制御部１４、Ｚ軸補正係数算出部２２に接続されている。Ｚ軸補正位置算出部２３は、レンズ高さ制御部１４から送られてくるレンズ高さ指令、テーブル位置制御部１３から送られてくるテーブル移動指示、Ｚ軸補正係数算出部２２から送られてくるＺ軸補正係数を用いて、Ｚ軸駆動部３４への補正後高さ指令（レンズ高さ指令の高さを補正した指令）を算出する。

具体的には、Ｚ軸補正位置算出部２３は、テーブル移動指示に対応するＸＹテーブル３５の位置（テーブル位置）を算出するとともに、このＸＹテーブル３５の位置に基づいて、ＸＹテーブル３５上でのレーザ光の照射位置を算出する。そして、４次多項式の補正係数を用いて、レーザ光の照射位置（Ｘ，Ｙ）での高さを算出する。さらに、算出した高さと、現在位置での高さと、の差が、補正量ΔＺ（Ｚ軸補正位置）（補正値）として算出される。Ｚ軸補正位置算出部２３は、算出した補正量ΔＺ、基準位置での高さの補正量Ｚｂａｓｅ、レンズ高さ指令を用いて、次の加工位置での補正後高さ指令を算出する。Ｚ軸補正位置算出部２３は、算出した補正後高さ指令を高さ制御部２４に送る。

高さ制御部２４は、Ｚ軸駆動部３４に接続されておりＺ軸駆動部３４を制御する。高さ制御部２４は、Ｚ軸補正位置算出部２３から送られてきた補正後高さ指令を用いてＺ軸駆動部３４の高さを制御する。

つぎに、レーザ加工装置１の動作手順について説明する。ここでは、レーザ加工装置１の動作手順として、Ｚ軸補正係数の算出処理手順を説明した後、レーザ加工を行なう際のレーザ光照射位置（高さ）の補正処理手順について説明する。

図３は、Ｚ軸補正係数の算出処理手順を示すフローチャートである。Ｚ軸補正係数を算出する際には、Ｚ軸補正係数算出部２２を高さ制御部２４へ接続しておき、Ｚ軸補正位置算出部２３による高さ補正を無効にしておく。レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル３５上の任意の位置（１点目の測定点）に高さ計測センサ３２を移動させ、ＸＹテーブル３５の高さを計測する（ステップＳ１０）。具体的には、加工制御部１１は、テーブル位置制御部１３にテーブル移動指令を送る。テーブル位置制御部１３は、加工制御部１１からテーブル移動指令を受けると、高さ計測センサ３２をＸＹ平面内の１点目の測定点に移動させるためのテーブル移動指示をＸＹテーブル３５と高さ制御装置２に送る。テーブル位置計測部１７は、高さ計測センサ３２によって測定されたＸＹテーブル３５の位置をテーブル位置として計測する。テーブル位置計測部１７は、計測したテーブル位置を高さ制御装置２に送る。

高さ計測センサ３２をＸＹ平面内の１点目の測定点に移動させた後、加工制御部１１は、計測センサ制御部１２にワークＷの高さを計測する高さ計測指令を送る。計測センサ制御部１２は、加工制御部１１から高さ計測指令を受けると、高さ計測センサ３２に、ＸＹテーブル３５の高さを計測させる。これにより、高さ計測センサ３２は、ＸＹテーブル３５の高さを計測し、計測結果を高さデータ計測部１６に送る。高さデータ計測部１６は、高さ計測センサ３２から送られてくる計測結果に基づいて、ＸＹテーブル３５の高さを高さデータとして計測する（ステップＳ２０）。高さデータ計測部１６は、計測した高さデータを高さ制御装置２に送る。これにより、高さデータと１点目のテーブル位置とが対応付けされるとともに、Ｚ軸補正データ記憶部２１がＸＹ−Ｚ対応情報１０１として記憶する（ステップＳ３０）。

ここで、ＸＹテーブル３５上でＸＹテーブル３５の高さが測定される測定点について説明する。図４は、ＸＹテーブル上に設定される高さの測定点を説明するための図である。ＸＹテーブル３５上へは、予め高さ測定の対象となる測定点Ｐを複数点に渡って配置しておく。測定点Ｐは、例えばＸ方向とＹ方向に所定の間隔で並ぶよう配置しておく。図４では、測定点Ｐが、Ｘ方向に９点、Ｙ方向に８点並ぶよう、Ｘ方向とＹ方向に等間隔で並べられた場合を示している。

加工制御部１１は、予め設定しておいた測定点Ｐの全てで高さを計測したか否かを判断する（ステップＳ４０）。全ての測定点Ｐで高さを計測していなければ（ステップＳ４０、Ｎｏ）、加工制御部１１は、ＸＹテーブル３５上の任意の位置（次の測定点Ｐ）に高さ計測センサ３２を移動させ、ＸＹテーブル３５の高さを計測させる（ステップＳ１０）。そして、次の測定点Ｐでの高さデータを測定させるとともに、この測定点Ｐでのテーブル位置と高さデータとが対応付けした情報をＺ軸補正データ記憶部２１内のＸＹ−Ｚ対応情報１０１に格納させる（ステップＳ３０）。

加工制御部１１は、予め設定しておいた全ての測定点Ｐで高さを計測するまで、ステップＳ１０〜Ｓ４０の処理を繰り返す。ここで、ＸＹ−Ｚ対応情報１０１について説明する。図５は、ＸＹ−Ｚ対応情報の一例を示す図である。ＸＹ−Ｚ対応情報１０１は、測定点Ｐの座標と、この座標位置でのＸＹテーブル３５の高さとを対応付けした情報テーブルである。図５では、測定点Ｐを、ＸＹテーブル３５上のＸ方向にＸ＝０，９０，１８０，２７０のように９０ｍｍ間隔で配置するとともに、ＸＹテーブル３５上のＹ方向にＹ＝０，８０，１６０，２４０のように８０ｍｍ間隔で配置した場合を示している。ＸＹ−Ｚ対応情報１０１では、所定の間隔で格子状に並べられた測定点Ｐの座標に、ＸＹテーブル３５の高さが対応付けされている。図５では、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）には、高さａが対応付けられ、（Ｘ，Ｙ）＝（９０，０）には、高さｂが対応付けられている場合を示している。

全ての測定点Ｐで高さを計測すると（ステップＳ４０、Ｙｅｓ）、Ｚ軸補正係数算出部２２は、ＸＹテーブル３５上のエリアを４分割する。これにより、Ｚ軸補正データ記憶部２１に記憶しておいたＸＹ−Ｚ対応情報１０１のデータを４分割する。換言すると、Ｚ軸補正係数算出部２２は、高さを測定した測定点ＰをＸＹテーブル３５上のエリアに応じた４つのグループに振り分ける（ステップＳ５０）。

図６は、ＸＹテーブルのエリア分割を説明するための図である。同図に示すように、ＸＹテーブル３５上のエリアがエリアＡ１〜Ｄ１のように分割されることによって、ＸＹテーブル３５上に４つのエリアが設定される。図６では、ＸＹテーブル３５上のエリアを、Ｘ方向に２分割し、かつＹ方向に２分割した場合を示している。換言すると、Ｘ軸に平行な線およびＹ軸に平行な線によってＸＹテーブル３５上のエリアを４分割している。ＸＹテーブル３５上のエリアを分割するＸ軸に平行な線とＹ軸に平行な線との交点を原点とした場合、第１象限に対応するエリアがエリアＢ１であり、第２象限に対応するエリアがエリアＡ１である。また、第３象限に対応するエリアがエリアＣ１であり、第４象限に対応するエリアがエリアＤ１である。

なお、ＸＹテーブル３５上へのエリア設定は、ＸＹテーブル３５のエリア分割に限らない。例えば、エリア設定後のエリアが他のエリアと一部だけ重複するよう各エリアを設定してもよい。図７は、エリア同士が一部重複する場合のエリア設定を説明するための図である。図７では、エリアＡ１〜Ｄ１をそれぞれ他のエリアと重なるよう所定領域だけ広げたエリアＡ２〜Ｄ２をＸＹテーブル３５に設定した場合を示している。

エリアＡ２は、エリアＡ１をＸ軸方向およびＹ軸方向に拡大させたエリアであり、エリアＢ２は、エリアＢ１をＸ軸方向およびＹ軸方向に拡大させたエリアである。また、エリアＣ２は、エリアＣ１をＸ軸方向およびＹ軸方向に拡大させたエリアであり、エリアＤ２は、エリアＤ１をＸ軸方向およびＹ軸方向に拡大させたエリアである。これにより、エリアＡ２〜Ｄ２は、それぞれ他のエリアと一部分だけ重なることとなる。

Ｚ軸補正係数算出部２２は、分割したエリア毎にＺ軸補正係数を算出する。Ｚ軸補正係数算出部２２は、最小二乗法などによる多項式近似でＸＹテーブル３５の凹凸（高さ）をモデル化する。例えば、Ｚ軸補正係数算出部２２は、ＸＹテーブル３５の高さＺを式（１）によって近似する。
Ｚ＝ａ＋ｂＹ＋ｃＹ²＋ｄＹ³＋ｅＹ⁴＋ｆＸ＋ｇＸＹ＋ｈＸＹ²＋ｉＸＹ³＋ｊＸ²＋ｋＸ²Ｙ＋ｌＸ²Ｙ²＋ｍＸ³＋ｎＸ³Ｙ＋ｏＸ⁴・・・（１）

Ｚ軸補正係数算出部２２は、式（１）の係数を算出することによってエリア毎のＺ軸補正係数を算出する（ステップＳ６０）。Ｚ軸補正係数算出部２２は、算出したＺ軸補正係数を、各エリアに対応付けて記憶しておく。

なお、エリアＡ２〜Ｄ２をＸＹテーブル３５に設定した場合、複数のエリアが設定されている領域（例えばエリアＡ２とエリアＢ２が重なる領域）は、設定されているエリアの何れか１つを選択し、選択したエリアのＺ軸補正係数を適用する。また、複数のエリアが設定されている領域には、設定されているエリアの中から複数のエリアを選択し、選択した各エリアのＺ軸補正係数を全て適用してもよい。この場合は、各エリアの各Ｚ軸補正係数を用いて算出された高さの平均値などが、ＸＹテーブル３５の高さとなる。

つぎに、レーザ加工を行なう際のレーザ光照射位置（高さ）の補正処理手順について説明する。図８は、レーザ光を照射する高さの補正処理手順を示すフローチャートである。レーザ加工を開始する前に、ＸＹテーブル３５上にワークＷが載置される。そして、レーザ加工装置１は、ＸＹテーブル３５上で高さの基準位置に設定するＸＹ平面内の座標に高さ計測センサ３２を移動させ、ＸＹテーブル３５上のワークＷの高さ（基準となる高さ）を計測する。高さの基準位置となるＸＹ平面内の座標は、ワークＷ上の何れの位置であってもよく、例えば加工穴以外の位置とする。

ワークＷの高さを計測する際には、Ｚ軸補正係数算出部２２を高さ制御部２４へ接続しておき、Ｚ軸補正位置算出部２３による高さ補正を無効にしておく。そして、加工制御部１１は、テーブル位置制御部１３にテーブル移動指令を送る。テーブル位置制御部１３は、加工制御部１１からテーブル移動指令を受けると、高さ計測センサ３２を高さの基準位置測定点に移動させるためのテーブル移動指示をＸＹテーブル３５に送る。テーブル位置計測部１７は、高さ計測センサ３２が測定したＸＹテーブル３５の位置をテーブル位置として計測する。テーブル位置計測部１７は、計測したテーブル位置を高さ制御装置２に送る。

高さ計測センサ３２をＸＹ平面内で基準位置測定点に移動させた後、加工制御部１１は、計測センサ制御部１２にワークＷの高さを計測する高さ計測指令を送る。計測センサ制御部１２は、加工制御部１１から高さ計測指令を受けると、高さ計測センサ３２に、ＸＹテーブル３５の高さを計測させる。これにより、高さ計測センサ３２は、ワークＷの高さに対応する高さ信号を計測し、計測結果を高さデータ計測部１６に送る。高さデータ計測部１６は、高さ計測センサ３２から送られてくる計測結果に基づいて、ワークＷの基準位置での高さを計測する。高さデータ計測部１６は、計測した高さを高さデータとして高さ制御装置２に送る。

高さデータ計測部１６が計測した高さデータと、テーブル位置計測部１７が計測したテーブル位置は、Ｚ軸補正データ記憶部２１に格納される。Ｚ軸補正係数算出部２２は、Ｚ軸補正係数（モデル式）を用いて算出される高さのオフセット値を算出する。このオフセット値はワークＷの厚さに対応する高さであり、このオフセット値分だけモデル式で算出される高さをシフトさせる。具体的には、Ｚ軸補正係数算出部２２は、基準位置でのテーブル位置とモデル式を用いて基準位置での高さを算出するとともに、算出した基準位置での高さと高さデータ計測部１６が計測した高さを用いて、高さのオフセット値となる補正データＺｂａｓｅを算出する（ステップＳ１１０）。

この後、Ｚ軸補正係数算出部２２をＺ軸補正位置算出部２３へ接続し、Ｚ軸補正位置算出部２３による高さ補正を有効にする。さらに、加工制御部１１をレンズ高さ制御部１４に接続しておく。

そして、レーザ加工装置１は、１点目のレーザ加工を開始する。加工制御部１１は、１点目の加工位置に対応する移動指令（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をレンズ高さ制御部１４とテーブル位置制御部１３に入力する（ステップＳ１２０）。具体的には、加工制御部１１は、レンズ移動指令をレンズ高さ制御部１４に送り、テーブル移動指令をテーブル位置制御部１３に送る。

レンズ高さ制御部１４は、加工制御部１１からレンズ移動指令を受けると、ｆθレンズ３１の高さをレーザ光照射位置に移動させるレンズ高さ指令Ｚ１をＺ軸補正位置算出部２３に送る。ここでのレンズ高さ指令Ｚ１は、ＸＹテーブル３５が平坦であり、かつワークＷを載置していない場合に、ＸＹテーブル３５上にベストな焦点でレーザ光を照射できるｆθレンズ３１の高さを指定する指示情報である。

テーブル位置制御部１３は、加工制御部１１からテーブル移動指令を受けると、ｆθレンズ３１を１点目の加工位置に移動させるためのテーブル移動指示をＸＹテーブル３５に送る。これにより、ＸＹテーブル３５は、１点目の加工位置に移動する。具体的には、ｆθレンズ３１がワークＷ上の１点目の加工位置上にくるよう、ＸＹテーブル３５が移動する。

また、テーブル位置制御部１３は、１点目の加工位置に対応するテーブル移動指示をＺ軸補正位置算出部２３に送る。Ｚ軸補正位置算出部２３は、Ｚ軸補正係数算出部２２が算出しておいたモデル式を用いて、１点目の加工位置での高さと、基準位置での高さとの差を、移動先での補正量ΔＺ１として算出する（ステップＳ１３０）。ここでの補正量ΔＺ１は、１点目の加工位置での高さをＺ１とし、基準位置での高さをＺ０とした場合、ΔＺ１＝Ｚ１−Ｚ０である。

そして、Ｚ軸補正位置算出部２３は、モデル式を用いて１点目の加工を行う際の補正後高さ指令を算出する。具体的には、補正後高さ指令をＺｚ１とした場合、式（２）によって補正後高さ指令Ｚｚ１は算出される（ステップＳ１４０）。
Ｚｚ１＝Ｚ１＋ΔＺ１−Ｚｂａｓｅ・・・（２）

Ｚ軸補正位置算出部２３は、算出した補正後高さ指令Ｚｚ１を高さ制御部２４に送り、高さ制御部２４は、補正後高さ指令Ｚｚ１を用いてＺ軸駆動部３４を制御する。これにより、ｆθレンズ３１は、加工制御部１１からの移動指令（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を補正した位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚｚ１）に移動する（ステップＳ１５０）。そして、レーザ加工装置１は、１点目のレーザ加工を行う（ステップＳ１６０）。

加工制御部１１は、全ての加工点を加工したか否かを判断する（ステップＳ１７０）。全ての加工点を加工していなければ（ステップＳ１７０、Ｎｏ）、レーザ加工装置１は２点目の加工処理を開始する（ステップＳ１８０）。

加工制御部１１は、２点目の加工位置に対応する移動指令（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）をレンズ高さ制御部１４とテーブル位置制御部１３に入力する（ステップＳ１２０）。具体的には、加工制御部１１は、レンズ移動指令をレンズ高さ制御部１４に送り、テーブル移動指令をテーブル位置制御部１３に送る。

レンズ高さ制御部１４は、加工制御部１１からレンズ移動指令を受けると、ｆθレンズ３１の高さをレーザ光照射位置に移動させるレンズ高さ指令Ｚ２をＺ軸補正位置算出部２３に送る。ここでのレンズ高さ指令Ｚ２は、１点目を加工する際のレンズ高さ指令Ｚ１と同じ高さである。

テーブル位置制御部１３は、加工制御部１１からテーブル移動指令を受けると、ｆθレンズ３１を２点目の加工位置に移動させるためのテーブル移動指示をＸＹテーブル３５に送る。これにより、ＸＹテーブル３５は、２点目の加工位置に移動する。具体的には、ｆθレンズ３１がワークＷ上の２点目の加工位置上にくるよう、ＸＹテーブル３５が移動する。

また、テーブル位置制御部１３は、２点目の加工位置に対応するテーブル移動指示をＺ軸補正位置算出部２３に送る。Ｚ軸補正位置算出部２３は、Ｚ軸補正係数算出部２２が算出しておいたモデル式を用いて、２点目の加工位置での高さと、１点目の加工位置での高さとの差を、移動先での補正量ΔＺ２として算出する（ステップＳ１３０）。ここでの補正量ΔＺ２は、２点目の加工位置での高さをＺ１とした場合、ΔＺ２＝Ｚ２−Ｚ１である。

そして、Ｚ軸補正位置算出部２３は、モデル式を用いて２点目の加工を行う際の補正後高さ指令を算出する。具体的には、補正後高さ指令をＺｚ２とした場合、式（３）によって補正後高さ指令Ｚｚ２は算出される（ステップＳ１４０）。
Ｚｚ２＝Ｚ２＋ΔＺ２−Ｚｂａｓｅ・・・（３）

式（３）のＺ２は、１点目を加工する際の補正後高さ指令Ｚｚ１である。したがって、２点目の補正後高さ指令Ｚｚ２は、式（４）によって算出される。
Ｚｚ２＝Ｚｚ１＋ΔＺ２−Ｚｂａｓｅ・・・（４）

Ｚ軸補正位置算出部２３は、算出した補正後高さ指令Ｚｚ２を高さ制御部２４に送り、高さ制御部２４は、補正後高さ指令Ｚｚ２を用いてＺ軸駆動部３４を制御する。これにより、ｆθレンズ３１は、加工制御部１１からの移動指令（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を補正した位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚｚ２）に移動する（ステップＳ１５０）。そして、レーザ加工装置１は、２点目のレーザ加工を行う（ステップＳ１６０）。

図９は、移動先での補正量と補正データを説明するための図である。同図に示すように、基準位置での高さＺ０と１点目の加工位置での高さＺ１との高さの差は、ΔＺ１であり、１点目の加工位置での高さＺ１と２点目の加工位置での高さＺ２との高さの差は、ΔＺ２である。このように、各加工点での高さは、直前の加工点での高さとの差によって示すことができる。本実施の形態では、この高さの差ΔＺ１、ΔＺ２などをモデル式で算出し、ΔＺ１、ΔＺ２などを用いて補正後高さ指令を算出する。また、補正後高さ指令を算出する際には、モデル式で算出される高さを補正データＺｂａｓｅ分だけシフトさせている。

加工制御部１１は、全ての加工点を加工したか否かを判断する（ステップＳ１７０）。レーザ加工装置１は、全ての加工点を加工するまでステップＳ１２０〜Ｓ１８０の処理を繰り返す。

ｎ（ｎは自然数）点目の加工を行う場合、Ｚ軸補正位置算出部２３は、Ｚ軸補正係数算出部２２が算出しておいたモデル式を用いて、ｎ点目の加工位置での高さと、（ｎ−１）点目の加工位置での高さとの差を、移動先での補正量ΔＺｎとして算出する。このときの補正量ΔＺｎは、ｎ点目の加工位置での高さをＺｎとし、（ｎ−１）点目の加工位置での高さをＺ（ｎ−１）とした場合、ΔＺｎ＝Ｚｎ−Ｚ（ｎ−１）である。

さらに、Ｚ軸補正位置算出部２３は、モデル式を用いてｎ点目の加工を行う際の補正後高さ指令を算出する。具体的には、補正後高さ指令をＺｚｎとした場合、式（５）によって補正後高さ指令Ｚｚｎは算出される。
Ｚｚｎ＝Ｚｚ（ｎ−１）＋ΔＺｎ−Ｚｂａｓｅ・・・（５）

全ての加工点を加工すると（ステップＳ１７０、Ｙｅｓ）、レーザ加工装置１はワークＷへのレーザ加工を終了する。この後、次のワークＷを加工する場合には、ステップＳ１１０〜Ｓ１８０の処理が繰り返される。

このように、本実施の形態では、ＸＹテーブル３５表面の凹凸量を、モデル式を用いて算出している。そして、テーブル位置の次移動指令発生時に、移動先のテーブルの凹凸量をモデル式から算出するとともに、移動前との高さの差分を算出している。そして、テーブル移動時に、算出した差分だけ高さ方向にレーザ光の照射位置を移動させている。これにより、ＸＹテーブル３５の凹凸モデルに沿って、ワークＷの加工位置の高さを補正することが可能となる。

なお、本実施の形態では、４次多項式でＸＹテーブル３５の凹凸を近似する場合について説明したが、４次式未満の多項式や５次式以上の多項式でＸＹテーブル３５の凹凸を近似してもよい。

なお、本実施の形態では、レーザ加工装置１がモデル式を算出する場合について説明したが、モデル式は他の装置が算出してもよい。この場合、レーザ加工装置１は、他の装置が算出したモデル式を用いて補正後高さ指令Ｚｚｎを算出する。

また、本実施の形態では、ＸＹテーブル３５上のエリアを４分割して、エリア毎にＺ軸補正係数を算出する場合について説明したが、エリア分割は４分割に限られない。例えば、ＸＹテーブル３５上のエリアを２分割や３分割してもよいし、５分割以上してもよい。また、ＸＹテーブル３５上のエリアを分割することなく、Ｚ軸補正係数を算出してもよい。

このように実施の形態によれば、多項式を用いて近似しているので、ＸＹテーブル３５の凹凸の算出に用いるデータ（補正係数）が少なくて済む。したがって、格納しておくデータ量が少なくて済む。

また、ＸＹテーブル３５上のエリアを分割し、エリア毎にＺ軸補正係数を算出しているので、ＸＹテーブル３５の凹凸を正確に近似できる。また、エリアＡ２〜Ｄ２が、それぞれ他のエリアと一部分だけ重なるようＸＹテーブル３５上にエリア設定したので、境界近傍でも正確な近似を行うことが可能となる。

以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、ＸＹテーブルに載置したワークのレーザ加工に適している。

１レーザ加工装置
２高さ制御装置
１１加工制御部
１２計測センサ制御部
１３テーブル位置制御部
１４レンズ高さ制御部
１５カメラ高さ制御部
１６高さデータ計測部
１７テーブル位置計測部
２１Ｚ軸補正データ記憶部
２２Ｚ軸補正係数算出部
２３Ｚ軸補正位置算出部
２４高さ制御部
３０レーザ光
３１ｆθレンズ
３２高さ計測センサ
３３カメラ
３４Ｚ軸駆動部
３５ＸＹテーブル
１０１ＸＹ−Ｚ対応情報
Ａ１〜Ｄ１，Ａ２〜Ｄ２エリア
Ｗワーク

Claims

ＸＹテーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して前記ワークへのレーザ加工を行うレーザ加工装置において、
前記ワーク上で所定の高さに移動して前記ワークへレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記ＸＹテーブルの表面高さをモデル化した近似式を用いて前記ワーク上の加工位置毎に前記レーザ光照射部の高さの補正値を算出するとともに、前記ワークの加工を行う際に指示される加工高さを前記補正値で補正して補正後の加工高さを算出する算出部と、
前記補正後の加工高さに前記レーザ光照射部を移動させる駆動部と、
前記ＸＹテーブルの表面高さを測定する高さ計測部と、
を備え、
前記算出部は、前記ＸＹテーブル上に複数のエリアを設定するとともに、前記高さ計測部に測定された複数点での前記ＸＹテーブルの表面高さに基づいてエリア毎に前記近似式を算出し、算出した近似式を用いて前記各エリア内における前記補正値を算出することを特徴とするレーザ加工装置。
前記算出部は、隣接する前記エリア同士で一部のエリアが重なるよう前記エリアを設定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。
ＸＹテーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して前記ワークへのレーザ加工を行うレーザ加工方法において、
前記ＸＹテーブルの表面高さを測定する高さ計測ステップと、
前記ワーク上で所定の高さに移動して前記ワークへレーザ光を照射するレーザ光照射部の高さの補正値を、前記ＸＹテーブルの表面高さをモデル化した近似式を用いて前記ワーク上の加工位置毎に算出する補正値算出ステップと、
前記ワークの加工を行う際に指示される加工高さを前記補正値で補正して補正後の加工高さを算出する加工高さ算出部と、
前記補正後の加工高さに前記レーザ光照射部を移動させてレーザ加工を行う加工ステップと、
を含み、
前記補正値算出ステップでは、前記ＸＹテーブル上に複数のエリアを設定するとともに、測定された複数点での前記ＸＹテーブルの表面高さに基づいてエリア毎に前記近似式を算出し、算出した近似式を用いて前記各エリア内における前記補正値を算出することを特徴とするレーザ加工方法。