JP6167307B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザを用いて基板に穴あけ加工などを施すレーザ加工装置に関し、特に、レーザ加工装置に用いられるガルバノスキャナの動的な位置決め精度の向上に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs drilling or the like on a substrate using a laser, and more particularly to improvement of dynamic positioning accuracy of a galvano scanner used in the laser processing apparatus.
近年、部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、基材の穴あけ加工もますます精密加工化し、それに対応するために、レーザを用いた穴あけ加工が増えてきている。係るレーザ加工装置に用いられるガルバノスキャナは、レーザ光を反射させるミラーを回転駆動部によって回転制御することにより、レーザ光を被加工物の面上に走査させるものである。レーザパルスを出射するタイミングで、位置指令に対して高い位置決め精度が必要とされる。 In recent years, with the miniaturization, high integration, and complex modularization of parts, the drilling of base materials has become increasingly precise, and in order to respond to this, drilling using a laser is increasing. The galvano scanner used in such a laser processing apparatus scans the laser beam on the surface of the workpiece by controlling the rotation of a mirror that reflects the laser beam by a rotation drive unit. A high positioning accuracy with respect to the position command is required at the timing of emitting the laser pulse.
しかし、位置決め時に使用する位置決めセンサが、その構造上、温度や湿度などの周辺環境の変化や経時的な変化に起因して、出力信号が変動する特性を有している。したがって、ミクロン単位の微細な穴を所定位置に正確に加工できる加工精度を長期的に保持するためには、位置決めセンサの出力信号の変動を補正し、ガルバノスキャナの回転位置を、位置指令信号による指令位置に常に一致させる必要がある。 However, the positioning sensor used at the time of positioning has a characteristic that the output signal fluctuates due to changes in the surrounding environment such as temperature and humidity and changes over time. Therefore, in order to maintain long-term machining accuracy that can accurately machine microscopic holes in a predetermined position, the fluctuation of the output signal of the positioning sensor is corrected, and the rotational position of the galvano scanner is determined by the position command signal. It is necessary to always match the command position.
この課題に対する従来技術の一例を、図を用いて説明する。 An example of the prior art for this problem will be described with reference to the drawings.
図19は従来技術に係るレーザ加工装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、位置指令発生器901からは、ガルバノスキャナ908におけるミラーを目標とする所定の回転位置に回転移動させるための指令位置データが位置指令信号として出力される。一方、ガルバノメータ908に内蔵された位置センサ909からはガルバノメータ908の回転位置、つまりミラーの回転角度の位置検出信号が出力され、その位置検出信号が、位置検出器910から、ミラーの実際の回転位置を示す実位置データ信号に変換されて出力される。
FIG. 19 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to the prior art. In the figure, a
PID制御器902は、位置指令発生器901から出力される位置指令信号と位置検出器910から出力される実位置データ信号との偏差が0になるように、PID(P:比例・I:積分・D:微分)制御処理を行うもので、上記偏差に基づき、その偏差が0となる電流指令値を演算して電流指令信号として出力する。
The
電流制御器903は、PID制御器902から出力される電流指令信号と電流検出器907がガルバノスキャナ908の電流を検出して出力する実電流データ信号との偏差に応じて、パワーアンプ4を制御し、電流検出器907からガルバノスキャナ908に流れる電流が電流指令信号に一致するように動作する。
The
位置決め時間検出手段905は、ガルバノスキャナ908の位置決めが完了したと見做す位置決め完了幅を任意に設定し、ガルバノメータ908に対する位置決め処理を開始した後に、位置検出器910からの検出位置が前記の位置決め完了幅内に入ったことを検出して位置決め完了を検出する。(ガルバノメータ908の位置決め処理を開始してから位置決め完了検出までに要した時間を位置決め時間として検出する位置決め時間検出手段を含む)
位置センサ変動検出器911は、位置決め時間検出手段5により検出した位置決め時間の変動から位置センサ909の特性変動を検出する。
The positioning
The position
位置センサ補正警告信号出力手段912は、位置センサ変動検出器911により位置センサ9の特性変動を検出した時に、位置センサ909の特性変動に対する補正の必要性を表す警告信号を出力する
さらに、位置センサ変動検出器911により位置センサ909の特性変動を検出するための情報を得る手段として、1サイクルの位置決め処理の間に電流検出器907が検出した電流値を積分する電流値積分手段906を設ける(特許文献1を参照)。
The position sensor correction warning signal output means 912 outputs a warning signal indicating the necessity of correction for the characteristic fluctuation of the
しかしながら、従来技術に係るレーザ加工装置では、位置センサの出力信号に環境変化や経時変化の影響を受けて特性的な変動が生じた時に、任意設定された位置決め完了幅に基づいて測定される位置決め時間の変動、あるいはガルバノメータに流れる電流の積分値の変動により、位置センサの特性変動を検出し、その特性変動に対する補正作業の必要性を警告するための信号を出力することはできても、変化量や変化の方向(指令位置に対してオーバーシュートしているのか、アンダーシュートしているのか)を検知できないため、別途、補正作業をしなければいけないという問題があった。 However, in the laser processing apparatus according to the prior art, when a characteristic variation occurs in the output signal of the position sensor due to an environmental change or a change over time, positioning is measured based on an arbitrarily set positioning completion width. Even if it is possible to detect a change in the characteristics of the position sensor due to a change in time or a change in the integrated value of the current flowing through the galvanometer, and output a signal to warn of the necessity of correction work for the change in characteristics Since the amount and direction of change (whether overshooting or undershooting with respect to the command position) cannot be detected, there is a problem that correction work must be performed separately.
そこで本発明は、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度を向上することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can improve the dynamic positioning accuracy of a galvano scanner.
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザパルス出力指令信号を受けてレーザ光を出射するレーザ発振器と、位置指令情報を受信し動作指令信号を受けて動作を開始し被加工物の加工位置に前記レーザ光の位置決めをするガルバノスキャナと、少なくとも前記レーザ発振器及び前記ガルバノスキャナを制御する制御装置を備えたレーザ加工装置であって、前記ガルバノスキャナは、前記レーザ光を反射するガルバノミラーと、前記ガルバノミラーの角度を変更するガルバノモータと、前記ガルバノミラーの角度を検出する角度センサと、前記位置指令情報及び前記角度センサから得られる角度情報及び予め設定された複数のパラメータとに基づいて前記ガルバノモータの駆動電流を制御するガルバノコントローラを備え、前記複数のパラメータを格納するパラメータ格納部を設置し、所定の測定用パターンの動作指令に対する前記ガルバノスキャナの追従データを測定し、前記追従データから導出した特性値に対応して前記パラメータを変更するものであって、前記測定用パターンが、複数の異なる移動ピッチの往復を所定の時間繰り返すものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a laser processing apparatus according to the present invention starts with a laser oscillator that receives a laser pulse output command signal and emits laser light, and receives position command information and receives an operation command signal. A galvano scanner that positions the laser beam at a processing position of a workpiece, and a laser processing device that includes at least a control device that controls the laser oscillator and the galvano scanner, wherein the galvano scanner transmits the laser beam A reflecting galvanometer mirror, a galvano motor for changing the angle of the galvanometer mirror, an angle sensor for detecting the angle of the galvanometer mirror, angle information obtained from the position command information and the angle sensor, and a plurality of preset values. And a galvano controller for controlling the drive current of the galvano motor based on the parameters In addition, a parameter storage unit for storing the plurality of parameters is installed, the tracking data of the galvano scanner is measured with respect to an operation command of a predetermined measurement pattern, and the parameter is set corresponding to the characteristic value derived from the tracking data. The measurement pattern is a pattern for repeating a plurality of different movement pitches for a predetermined time .
上記の構成により、本発明に係るレーザ加工装置では、予め測定した特定のパターンの動作指令に対するガルバノスキャナの追従データから導出した特性値に対応して前記パラメータを変更することで、ガルバノスキャナの異なる移動ピッチやモータ温度の変化に対して、動的な精度を所定の範囲内に抑えることができるので、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度を向上することができる。 With the above configuration, in the laser processing apparatus according to the present invention, the galvano scanner is different by changing the parameter corresponding to the characteristic value derived from the follow-up data of the galvano scanner with respect to the operation command of the specific pattern measured in advance. Since the dynamic accuracy can be suppressed within a predetermined range with respect to changes in the movement pitch and the motor temperature, the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
(実施の形態1)
<レーザ加工装置の主要構成>
図1は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、レーザ加工装置100は、レーザ発振器101と、レーザ光102と、音響光学素子103と、光学調整部104と、ミラー105と、ガルバノスキャナ200と、fθレンズ106と、加工テーブル108と、制御部300とを備える。
(Embodiment 1)
<Main configuration of laser processing equipment>
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
レーザ発振器101は、制御部300から出力されるレーザパルス出力指令信号401を受けてレーザ光102を出射する。レーザ発振器101から出射されたレーザ光102は、音響光学素子103に入射し、ピーク部分のみを切り取る。その後、マスクチェンジャ等を備えた光学調整部104によって加工目的に応じたビーム径に整形される。整形されたレーザ光102はガルバノスキャナ200に導かれる。
The
ガルバノスキャナ200は、ガルバノ位置指令情報402を受けて動作を開始し、レーザ光102の位置決めをする。ガルバノスキャナ200で位置決めされたレーザ光102は、fθレンズ106で被加工物107に集光される。
The
<ガルバノスキャナの詳細な構成>
図2は本発明の実施の形態に係るガルバノスキャナの詳細構成を示すブロック図である。
<Detailed configuration of galvano scanner>
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the galvano scanner according to the embodiment of the present invention.
ガルバノスキャナ200は、少なくともモータ制御手段202とパラメータ記憶手段201とX軸方向モータ211とX軸方向ミラー221とX軸方向エンコーダ241とX軸方向アンプ231とY軸方向モータ212とY軸方向ミラー222とY軸方向エンコーダ242とY軸方向アンプ232を備えている。
The
モータ制御手段202は制御部300からのガルバノ位置指令情報402を受信し、当該目標値に基づいてガルバノモータ210の回転角度をパラメータ記憶手段201に格納されたパラメータを用いて演算する。ガルバノモータ210の回転角度は、駆動信号404として駆動アンプ230に送信され、駆動アンプ230で電流値として増幅しガルバノモータ210を駆動・回転させる。
The
X軸方向の位置決め制御では、X軸方向アンプ231で電流増幅させて、X軸方向モータ211に送る。X軸方向モータ211はモータ制御手段202からの駆動信号404に基づいて回転する。X軸方向モータ211の回転角度を、X軸方向エンコーダ241で検知し、FB信号405としてモータ制御手段202に送る。FB信号405はガルバノモータ210の現在回転位置をフィードバックする信号である。よって、ガルバノミラー220の角度、ひいてはレーザ光102の照射位置に一義的に換算できる信号であるので、以降の説明では、FB信号405をガルバノ位置指令情報402と加減算できる情報として扱う。
In the positioning control in the X-axis direction, the current is amplified by the
モータ制御手段202では、X軸方向エンコーダ241からのFB信号405を受けて、出力する駆動信号404を調整し、回転位置がガルバノ位置指令情報402と一致するように制御される。
The
Y軸方向に関してもX軸方向と同様の制御を行う。Y軸方向モータ212はモータ制御手段202からの駆動信号404に基づいて回転する。Y軸方向モータ212の回転角度を、Y軸方向エンコーダ242で検知し、FB信号405としてモータ制御手段202に送る。モータ制御手段202では、Y軸方向エンコーダ242からのFB信号405を受けて、出力する駆動信号404を調整し、回転位置がガルバノ位置指令情報402と一致するように制御される。なお、X軸・Y軸の位置決め制御は並行して実行される。
The same control as in the X-axis direction is performed with respect to the Y-axis direction. The Y-
本発明において、ガルバノモータの位置制御では、高速高精度を要求されるため、従来のPIDフィードバック制御ではなく、フィードフォワード型空間予測サーボ制御(モデル予測制御)を行っている。そのため、モータ制御手段202では、内部に仮想のガルバノモータのモデルを形成し、エンコーダ240から得られる各時刻の現実値と比較しながら、次の時刻の制御量を逐次計算しながら決定している。
In the present invention, the position control of the galvano motor requires high speed and high accuracy, and therefore feedforward type spatial prediction servo control (model prediction control) is performed instead of the conventional PID feedback control. Therefore, in the motor control means 202, a virtual galvano motor model is formed inside, and the control amount at the next time is determined by sequentially calculating while comparing with the actual value obtained at each time from the
仮想のガルバノモータは、実際の物理量に対応するパラメータを数値化してパラメータ記憶手段201に格納し、一定のアルゴリズムで仮想的に動作するようにプログラミングされている。格納するパラメータを例示すると、モータのイナーシャ、レジスタンス、インダクタンス、入力電流に対するトルク、そのゲインなどである。また、パラメータ記憶手段201には、モデル構築以外にモデル制御用のパラメータも格納している。例えば、トルク制御に関するものとして、加速量を決めるためのゲインや、逆にブレーキングポイントの位置、ブレーキのゲイン等である。以上、これら全てのパラメータを総称してガルバノ駆動パラメータとする。
The virtual galvano motor is programmed so that a parameter corresponding to an actual physical quantity is converted into a numerical value and stored in the
モータ制御手段202は、新たなガルバノ位置指令情報402を受信すると、現在の位置や速度から最適な制御軌道を設定する。目標位置近傍に到達後は動的に安定な挙動を行える範囲で最速の軌道を決定する。仮想のガルバノモータのパラメータを用いて最適な制御軌道をトレースするように駆動条件が決定され駆動信号404として実際のガルバノモータを駆動する。
Upon receiving the new galvano
与えられた指令に対して、モータが動作した時のフィードバック電流によるポジションと、モデルの中で計算されたポジションから誤差を算出する。この誤差は駆動量の計算に組み込まれることで、仮想のモータのモデルの動作と実際のモータの動作を一致させている。 For a given command, an error is calculated from the position based on the feedback current when the motor is operated and the position calculated in the model. This error is incorporated in the calculation of the driving amount, thereby matching the operation of the virtual motor model with the actual motor operation.
なお、ガルバノ駆動パラメータは、ガルバノスキャナ200単体の出荷検査までにユニットとして最適化されており、所定の規格の範囲に入るように設定されている。しかし、ガルバノスキャナ200をレーザ加工装置100に装着し稼働させるにあたり、微妙な条件の変化から一部のパラメータの最適化が必要になる。
Note that the galvano driving parameters are optimized as a unit before the shipment inspection of the
<レーザ加工装置の被加工物への加工時の動作>
以上のように構成された本発明のレーザ加工装置の動作について図面を用いて説明する。
<Operation during processing of workpieces by laser processing equipment>
The operation of the laser processing apparatus of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.
レーザ発振器101は必要に応じて十分にウォーミングアップされる。被加工物107は加工テーブル108に載置・固定され所定の加工エリアに移動される。加工プログラムに従い、ガルバノスキャナ200は所定の加工点にレーザ光102が照射されるように位置決めされる。レーザ光102がパルスとして照射され、例えば穴あけなど、被加工物107が加工される。ガルバノスキャナ200は次の加工点にレーザ光102が照射されるように位置決めされる。レーザ光102がパルスとして照射され被加工物107が加工される。以上のサイクルを繰り返し、被加工物107全体の加工を行う。
The
以下説明する動作は、被加工物107の加工の内、1つのレーザパルスで加工を行う1サイクル部分である。
The operation described below is one cycle part in which the
図3は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の加工時の動作を示すタイミングチャートである。 FIG. 3 is a timing chart showing an operation during processing of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
ガルバノ応答410は、ガルバノ位置指令情報402に対する現在回転位置との偏差をあらわしている。したがって、次の加工点にレーザ光102を位置決めするように新たなガルバノ位置指令情報402が制御部300より発せられると、現在位置との偏差は極大になり、ガルバノモータ210の位置決め制御が開始されると徐々にゼロに近づいていく。ガルバノ応答410は、制御部300から指示されるガルバノ位置指令情報402とモータ制御手段からのガルバノ位置情報403の差として算出される。
The galvano response 410 represents a deviation from the current rotational position with respect to the galvano
なお、ガルバノモータ210はX軸方向モータ211とY軸方向モータ212の2つで構成されるが、図3以降のグラフでは説明を簡単にするため一方の動きで説明することとする。
Note that the
ガルバノモータ210の現在回転位置がガルバノ位置指令情報402に近づき、ガルバノ応答410の絶対値が一定値以下になったら、位置決め完了信号411をONする。位置決め完了信号411をONにする閾値は予め定めておく。要求される加工精度に基づき被加工物107上での距離に換算して十分にガルバノ位置指令情報402に近づいたと判断できる偏差を当該閾値として設定する。例えば、被加工物107上の距離に換算して数μm程度、具体的には5μm、あるいは、より精度を要求される場合は2μmに相当するガルバノ応答410の偏差を当該閾値として設定すると良い。
When the current rotational position of the
位置決め完了信号411がONになったら、所定の待ち時間(図中のTe1)後に制御部300は、レーザ指令(レーザパルス出力指令信号401)をレーザパルス幅(図中のTe2)に相当する期間だけONにし、レーザ指令を受けたレーザ発振器101はレーザ光102を出力する。レーザ発振器101は立上りや立下りの特性を有しているので、レーザ出力は図中のようなプロファイルになる。レーザ指令をOFFにした後、所定の期間(図中のTe3)経過後に次の加工点のガルバノ位置指令情報402を制御部300がガルバノスキャナ200に送信する。
When the positioning completion signal 411 is turned ON, after a predetermined waiting time (Te1 in the figure), the
レーザ照射後に次の新たなガルバノ位置指令情報402が発せられるとガルバノ応答410は再度極大になり、同時に位置決め完了信号411もONからOFFに変わる。図中の位置決め完了信号411がOFFの区間が、ガルバノ移動時間に相当し、位置決め完了信号がONの区間がガルバノ停止時間に相当する。
When the next new galvano
なお、ガルバノ移動時間は移動距離によって都度変動する。加工条件によってはレーザパルスの幅の設定は調整可能であり、Te1〜Te3の時間は加工条件で設定されている。図中のTe1〜Te3を加工期間の間一定にするようにすれば、ガルバノ停止期間は各々の加工サイクルで一定になる。 Note that the galvo travel time varies depending on the travel distance. The setting of the width of the laser pulse can be adjusted depending on the processing conditions, and the times of Te1 to Te3 are set by the processing conditions. If Te1 to Te3 in the figure are made constant during the machining period, the galvano stop period becomes constant in each machining cycle.
<レーザ加工装置のガルバノ駆動パラメータの最適化工程>
図4は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置のガルバノ駆動パラメータの最適化工程を示すフローチャートである。
<Optimization process for galvo drive parameters of laser processing equipment>
FIG. 4 is a flowchart showing a process for optimizing galvano drive parameters of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
ガルバノ駆動パラメータの最適化工程は、大きくは4つの工程に区分される。 The process for optimizing the galvano driving parameter is roughly divided into four processes.
第1の工程では、予め定めた所定のガルバノ追従データ測定用パターンでガルバノスキャナ200を動作させ、ガルバノ位置指令情報402に対する追従データを一定の周期でログとして測定する。具体的には、ガルバノ追従データ測定用パターンに相当するガルバノモータ210の動作指令を送ってモータを動作させ、ガルバノ位置指令情報402に対する回転角度の移動軌跡と位置決め完了信号を約10μs周期でログ取得する(S01)。
In the first step, the
第2の工程では、追従データのログと位置決め完了信号のON/OFFのタイミングから差分総合値と整定時間を算出する(S02)。 In the second step, the total difference value and the settling time are calculated from the log of the tracking data and the ON / OFF timing of the positioning completion signal (S02).
第3の工程では、算出した差分総合値と整定時間の結果から、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度が一定の範囲に入っているか検査を行う。ガルバノスキャナの動的な位置決め精度が一定の範囲に入っている場合は、現在のパラメータが最適であり変更は不要であると判断して処理を終了する(S03)。 In the third step, it is checked whether the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner is within a certain range from the calculated difference total value and the settling time result. If the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner is within a certain range, it is determined that the current parameter is optimal and no change is necessary, and the process is terminated (S03).
第4の工程は、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度が一定の範囲に入らない場合に実行される。所定の変更アルゴリズムに基づきガルバノ駆動パラメータの一部を規則に従って変更し、再びガルバノ動作を行う(S04)。以上のフローを繰り返し、最適な駆動パラメータを導出する。 The fourth step is executed when the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner does not fall within a certain range. Based on a predetermined change algorithm, a part of the galvano driving parameters is changed according to the rule, and the galvano operation is performed again (S04). The above flow is repeated to derive optimum driving parameters.
<ガルバノ駆動パラメータ最適化の第1の工程>
この工程では、予め定めた所定のガルバノ追従データ測定用パターンでガルバノスキャナ200を動作させ、ガルバノ位置指令情報402に対する追従データを一定の周期でログとして測定する。ガルバノ追従データ測定用パターンにおける動作は、実際のレーザ加工とは別に行われる。例えば、装置着工時の精度確認時、あるいは、定期検査での精度確認時、実加工に先立つ精度確認時等である。本動作中は、ガルバノスキャナは実加工と同じように駆動されるが、レーザパルスは射出させない。
<First step of galvano drive parameter optimization>
In this step, the
図5は本発明の実施の形態に係るガルバノ追従データ測定用パターンの一例を示すグラフである。ガルバノスキャナ200はX軸方向のスキャンとY軸方向スキャンの一対で構成されているので、ガルバノ駆動パラメータ導出工程は、それぞれ独立に行なう。図5はX軸方向のガルバノ追従データ測定用パターンの一部であり、加工点でのXY平面上での実際の移動を示したものである。図中のY座標で0の線上の丸印がガルバノ位置指令情報402に含まれている指令位置である。スタートポイント(X=−15、Y=0)で静止している状態から当ピッチでステップ移動するような動作指令を行う。この例ではX方向のみ5mmピッチで動作させている。
FIG. 5 is a graph showing an example of a galvano tracking data measurement pattern according to the embodiment of the present invention. Since the
ガルバノ位置指令情報402を受信したガルバノスキャナ200はパラメータ記憶手段201に格納されている現有のガルバノ駆動パラメータのより指令位置に向かって追従動作を行う。所定の範囲まで指令位置に近接すると位置決め完了信号がONになる。予め定めておいたガルバノ停止時間が経過すると、次のガルバノ位置指令情報402を与えるようにしてガルバノスキャナ200にステップ動作をさせる。この動作を一往復させる。
The
ガルバノ追従データ測定用パターンでは、上述のステップ動作一往復を、複数通りの移動ピッチで行いそれを繰り返す。例示すれば、0.5mmピッチのステップ動作一往復、1mmピッチのステップ動作一往復、2mmピッチのステップ動作一往復、5mmピッチのステップ動作一往復、これを再度0.5mm〜5mmを繰り返す。各異なるピッチの最初のスタートポイントでは、十分に静止しているとみなせる程度に待ち時間を設けておく。
In the galvano tracking data measurement pattern, the above-described step operation is reciprocated once in a plurality of movement pitches. For example, 0.5 mm
以上がX軸方向のガルバノ追従データ測定用パターンであるが、Y軸方向モータの調整をする際は、Y軸方向のみの動作を行うガルバノ追従データ測定用パターンを設定する。なお、以降の説明ではX軸方向のみを例示することとする。Y軸方向は、例えばY=0で一定であるので、位置や移動量はX軸方向のみの値でありスカラー量として表示する。 The above is the galvano tracking data measurement pattern in the X-axis direction, but when adjusting the Y-axis direction motor, the galvano tracking data measurement pattern that performs the operation only in the Y-axis direction is set. In the following description, only the X-axis direction will be exemplified. Since the Y-axis direction is constant, for example, Y = 0, the position and the moving amount are values only in the X-axis direction and are displayed as scalar amounts.
ガルバノ追従データ測定用パターンに対して、追従データがどのようになっているのか、実験で得られたデータをグラフに示し説明を行う。 An explanation will be given by showing the data obtained in the experiment on the graph for the pattern of the galvano tracking data measurement pattern.
図6は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置のガルバノ追従データ測定用パターンと追従データの一例を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing an example of a galvano tracking data measurement pattern and tracking data of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
グラフの横軸は時間を示しており、ガルバノ追従データ測定用パターンの一部の期間を抽出している。縦軸はガルバノスキャナ200の加工点での位置であり、測定パターンに合わせて加工面上の位置に換算している。単位は[mm]ミリメートルである。例では、30mmの往復移動を繰り替えし行い、一往復ごとに、移動ピッチを0.5mm、1mm、2mm、5mmと変化させたときの、指令位置と移動軌跡を示している。
The horizontal axis of the graph indicates time, and a partial period of the galvano tracking data measurement pattern is extracted. The vertical axis represents the position at the processing point of the
ステップ状の指令位置は破線で、追従データの移動軌跡は実線で示している。しかし、図6では、ガルバノスキャナの追従精度(動的な位置精度)に比べて、横軸の時間のスケールが荒いためにその差が表現できていない。そこで、同一データの一部を切り出し、横軸の時間軸を拡大したグラフを示す。図7は図6の横軸を拡大し5mmピッチ移動時の、指令位置と移動軌跡を示したものである。切り取った時間は0.16秒〜0.17秒の10m秒の期間である。破線で示す位置指令が5mmピッチでステップ状に発せられるのに対して、ガルバノモータの移動軌跡が位置指令に追従するように動いていることが分かる。 The step-like command position is indicated by a broken line, and the movement locus of the follow-up data is indicated by a solid line. However, in FIG. 6, since the time scale of the horizontal axis is rough compared to the tracking accuracy (dynamic position accuracy) of the galvano scanner , the difference cannot be expressed. Therefore, a graph in which part of the same data is cut out and the time axis on the horizontal axis is enlarged is shown. FIG. 7 is an enlarged view of the horizontal axis in FIG. 6 and shows the command position and the movement locus when moving at a pitch of 5 mm. The cut-off time is a period of 10 milliseconds from 0.16 seconds to 0.17 seconds. It can be seen that the position command indicated by the broken line is issued stepwise at a pitch of 5 mm, whereas the movement locus of the galvano motor moves to follow the position command.
以上のように、ステップ状に往復動作を繰り返すガルバノ追従データ測定用パターンに対して、所定の時間刻み(例えば10μ秒周期)で追従データ実測値をログとして記憶しておき、同時に位置決め完了信号のON/OFF状態も記憶しておく。このログは、動作を開始して特性が安定する程度の期間まで取得するようにする。経験上、装置の温度特性等から5分間(300秒間)程度で特性が安定することがわかっているので300秒とした。 As described above, for the galvano tracking data measurement pattern that repeats the reciprocating operation in steps, the tracking data measured value is stored as a log at a predetermined time interval (for example, 10 μsec cycle), and at the same time, the positioning completion signal The ON / OFF state is also stored. This log is acquired until the period when the operation is started and the characteristics are stabilized. From experience, it is known from the temperature characteristics of the device that the characteristics stabilize in about 5 minutes (300 seconds).
<ガルバノ駆動パラメータ最適化の第2の工程>
この工程では、指令位置に対する追従データのログと位置決め完了信号のON/OFFのタイミングから差分総合値と整定時間を算出する。それぞれの特性値の算出手順とその物理的な意味を、以下グラフを用いて説明する。
<Second step of galvano drive parameter optimization>
In this step, the total difference value and the settling time are calculated from the log of the tracking data for the command position and the ON / OFF timing of the positioning completion signal. The calculation procedure of each characteristic value and its physical meaning will be described below using graphs.
図8は本発明の実施の形態に係る偏差とインポジ信号の関係の一例を示すグラフである。図8は、5mmピッチの往復動作のうち方向を反転する部分を切り抜いている。また、図7と異なり、指令位置と移動軌跡の差分から算出した値を偏差として示したものである。グラフ上部の縦軸が偏差を示し単位はμmであるが目盛は2000μmとしている。指令位置が切り替わった直後は、偏差の絶対値が5000μm(5mm)付近になっており、そこからガルバノが動作し偏差が0付近に近づくのが分かる。プラス・マイナスの符号は動作指令から移動軌跡を差し引いて算出したもので、ガルバノスキャナ200の移動の方向に対応する。
FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the deviation and the in-positive signal according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cut-out portion that reverses the direction in a reciprocating operation with a pitch of 5 mm. Further, unlike FIG. 7, a value calculated from the difference between the command position and the movement locus is shown as a deviation. The vertical axis at the top of the graph shows the deviation and the unit is μm, but the scale is 2000 μm. Immediately after the command position is switched, the absolute value of the deviation is around 5000 μm (5 mm), from which it can be seen that the galvano operates and the deviation approaches zero. The plus / minus sign is calculated by subtracting the movement locus from the operation command, and corresponds to the direction of movement of the
同図の下部に、ON/OFFの変化をする位置決め完了信号を偏差のグラフと同タイミングで示している。指令位置が切り替わった直後の偏差が大きいタイミングではOFFであり、偏差が0付近に近づくと、インポジ信号はONになる。本実施の形態では、その閾値を2μmとして設定している。 At the bottom of the figure, a positioning completion signal that changes ON / OFF is shown at the same timing as the deviation graph. It is OFF when the deviation is large immediately after the command position is switched, and when the deviation approaches 0, the in-posit signal is turned ON. In this embodiment, the threshold is set to 2 μm.
まず、整定時間の算出について説明する。図9の上部は、図8の縦軸を拡大したものである。単位は同じμmであるが、目盛は2μmとしている。下部に示すインポジ信号は、偏差の絶対値が2μmになったところで立ち上がってONとなり、指令位置が切り替わって偏差が大きくなったところでたち下がってOFFになっている。この図9中の位置決め完了信号の立下りから立ち上がりまでの時間が整定時間である。つまり、整定時間は指令位置が切り替わったタイミングから偏差が0付近(当該例では2μm以下)になるまでの時間であり、指令位置に対するガルバノスキャナの追従時間を示している。 First, calculation of settling time will be described. The upper part of FIG. 9 is an enlarged view of the vertical axis of FIG. The unit is the same μm, but the scale is 2 μm. The in-posit signal shown at the bottom rises and becomes ON when the absolute value of the deviation becomes 2 μm, and falls and becomes OFF when the command position is switched and the deviation becomes large. The time from the fall of the positioning completion signal in FIG. 9 to the rise is the settling time. That is, the settling time is the time from when the command position is switched until the deviation becomes near 0 (2 μm or less in this example), and indicates the tracking time of the galvano scanner with respect to the command position.
整定時間を特性値として用いるには、外乱等によるバラつきをなくすため平均値を用いる。図示しながら具体的な算出方法を示すと、整定時間T1、T2、……Tnと、移動回数がn回の場合、n回分の整定時間をもとめ、その平均値をとる。 In order to use the settling time as a characteristic value, an average value is used in order to eliminate variations due to disturbance or the like. When a specific calculation method is shown in the figure, when the settling times T1, T2,... Tn and the number of movements are n times, the settling times for n times are obtained and the average value is obtained.
また、整定時間は指令位置に到達するまでのガルバノスキャナの追従時間であるので、移動距離の大きさ、即ち、移動ピッチによって異なる数値となる。整定時間の算出は移動ピッチごとに行い、各ピッチの整定時間の平均値を個別に算出する。 Further, since the settling time is the tracking time of the galvano scanner until reaching the command position, it becomes a numerical value that varies depending on the magnitude of the movement distance, that is, the movement pitch. The settling time is calculated for each moving pitch, and the average value of the settling time for each pitch is calculated individually.
更に整定時間は、装置の動作開始から経時的にも変化する。そこで30秒毎に、その前後15秒に含まれるログの整定時間を各ピッチごとに平均をとって、当該時刻における特性値としての整定時間とする。0秒では0〜15秒の平均になるが、30秒では15〜45秒の平均、60秒では45〜75秒であり、その時間内に含まれる該当する整定時間を全て算出に用いて平均をとる。なお、30秒は一例として示したもので、十分に平均をとれる時間で、経時的な変化を観測できる期間であればこれに限定はされない。 Furthermore, the settling time changes over time from the start of operation of the apparatus. Therefore, every 30 seconds, the log settling time included in the 15 seconds before and after that is averaged for each pitch to obtain the settling time as the characteristic value at that time. The average of 0 to 15 seconds at 0 seconds, but the average of 15 to 45 seconds at 30 seconds, and 45 to 75 seconds at 60 seconds, all the corresponding settling times included in that time are used for calculation. Take. Note that 30 seconds is shown as an example, and is not limited to this as long as a sufficient average can be taken and a change with time can be observed.
次に、差分総合値の算出について説明する。差分総合値は、制御的にはガルバノスキャナ200の位置決めが完了していて静止しているとみなす期間の動的精度を表す特性値として本願において新たに定義したものである。図3では、位置決め完了信号がONの期間をガルバノ停止時間とした。ガルバノ停止時間では、加工上の位置精度が確保される必要がある。しかし、図9を見て分かる通り、偏差は変動し0にはなっていない。この動的な精度を総合的な特性値として表すには、少なくとも、偏差が0に近づく方向、位置決め完了信号がONの期間内の正負の符号も考慮した代表的偏差量、そして、特定期間内のデータに対する統計的処理が必要である。
Next, calculation of the total difference value will be described. The total difference value is newly defined in the present application as a characteristic value that represents the dynamic accuracy of a period in which the positioning of the
以下、グラフを使いながら差分総合値の算出手順を説明する。差分総合値を算出するにあたって、ガルバノモータの移動方向を判定する必要がある。すなわち、偏差が負方向から0付近まで到達したのか、正方向から0付近まで到達したのかを判断する必要がある。ここでは、前者をCW方向、後者をCCW方向と呼ぶ。 Hereinafter, the calculation procedure of the total difference value will be described using a graph. In calculating the total difference value, it is necessary to determine the moving direction of the galvano motor. In other words, it is necessary to determine whether the deviation has reached near zero from the negative direction or near zero from the positive direction. Here, the former is called the CW direction and the latter is called the CCW direction.
図10は図9の縦軸および横軸をさらに拡大し、位置決め時の偏差とインポジ信号の詳細な動きを1サイクルぶんだけ示したものである。ログは約10μ秒ごとに記録しているため、データをドットで示すと本グラフの尺度では離散グラフになるが、時系列が分かるように各ドットは線で結んでいる。 FIG. 10 further expands the vertical axis and horizontal axis of FIG. 9 and shows the deviation during positioning and the detailed movement of the in-positive signal for one cycle. Since the log is recorded about every 10 μs, if the data is represented by dots, the scale of this graph becomes a discrete graph, but each dot is connected by a line so that the time series can be understood.
移動方向を判定するために、インポジ信号立ち上がり前後の時刻T1とT2における偏差である偏差T1と偏差T2を比較する。 In order to determine the moving direction, the deviation T1 and the deviation T2, which are deviations at times T1 and T2 before and after the rise of the in-positive signal, are compared.
偏差T1−偏差T2 > 0 のときCW方向移動とし、
偏差T1−偏差T2 < 0 のときCCW方向移動とする
次に、位置決め完了信号の立上りタイミングT1から所定時間経過後のTnでの偏差Nを求める。この偏差Nはガルバノ停止時間内の偏差の代表値である。T1〜Tnの設定時間は加工動作時のレーザパルス幅等の条件によって異なる。実加工での精度と相関を高めるため、T1〜Tnの設定時間は、実加工時に位置決め完了信号がONとなってから実際にレーザを照射するまでの待ち時間と同じタイミングに設定している。
When deviation T1−deviation T2> 0, the movement is in the CW direction.
When deviation T1−deviation T2 <0, movement in the CCW direction is performed. Next, a deviation N at Tn after a predetermined time has elapsed from the rising timing T1 of the positioning completion signal is obtained. This deviation N is a representative value of deviation within the galvano stop time. The set times of T1 to Tn vary depending on conditions such as the laser pulse width during the machining operation. In order to increase the accuracy and correlation in actual machining, the set times of T1 to Tn are set to the same timing as the waiting time from when the positioning completion signal is turned ON during actual machining until the actual laser irradiation.
以上の処理によって、取得したログ内の全ての位置決めサイクルごとに、偏差Nの値とCW方向かCCW方向かの別が算出される。さらに、偏差Nはステップ動作の各ピッチごとに分けて平均化する。但し、CW方向のサイクルの偏差Nの平均値とCCW方向のサイクルの偏差Nの平均値とは別に集計して平均化する。CW方向の偏差Nの平均値をCWN、CCW方向の平均値をCCWNとする。 With the above processing, the value of the deviation N and the distinction between the CW direction and the CCW direction are calculated for every positioning cycle in the acquired log. Further, the deviation N is averaged separately for each pitch of the step operation. However, the average value of the deviation N of the cycle in the CW direction and the average value of the deviation N of the cycle in the CCW direction are totaled separately and averaged. Let CWN be the average value of deviation N in the CW direction, and CCWN be the average value in the CCW direction.
以上のようにして算出したCWNとCCWNの差分をとって、これを差分総合値Dとする。 The difference between CWN and CCWN calculated as described above is taken, and this is set as the difference total value D.
差分総合値Dを図示して説明する。図11は本発明の実施の形態に係る差分総合値の算出過程の一例を示すグラフである。図11に示すように、各位置決めタイミングで、移動方向判定と、レーザ照射時に該当するタイミングでの偏差Nから、CW方向の偏差Nの平均値を表すCWNと、CCW方向の平均値を表すCCWNを求める。そして、CWNと、CCWNの差分をとることで、差分総合値を表すDを求めている。差分総合値が正の場合、ガルバノの動作は指令位置に対してオーバーシュートしていることになり、差分総合値Dが負の場合は、指令位置に対してアンダーシュートしていることになる。よって、この差分総合値を判断基準とすることで、位置センサの変動が発生したか否かだけでなく、変動方向や変動量まで定量的に検出することができる。 The difference total value D is illustrated and described. FIG. 11 is a graph showing an example of a calculation process of the total difference value according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, at each positioning timing, CWN representing the average value of the deviation N in the CW direction and CCWN representing the average value in the CCW direction from the deviation N at the timing corresponding to the movement direction determination and laser irradiation. Ask for. And D which represents a difference total value is calculated | required by taking the difference of CWN and CCWN. When the difference total value is positive, the galvano operation is overshooting with respect to the command position, and when the difference total value D is negative, it is undershooting with respect to the command position. Therefore, by using this total difference value as a criterion, it is possible to quantitatively detect not only whether or not the position sensor has changed, but also the changing direction and the changing amount.
また、差分総合値も、装置の動作開始から経時的に変化する。そこで整定時間の計算の時と同じく30秒毎に、その前後15秒に含まれるログを用い各ピッチごと上述の計算を行う。当該値をもって、当該時刻における特性値としての差分総合値とする。なお、30秒は一例として示したもので、十分に平均をとれる時間で、経時的な変化を観測できる期間であればこれに限定はされない。 The total difference value also changes over time from the start of operation of the apparatus. Therefore, the calculation described above is performed for each pitch using the log included in the 15 seconds before and after every 30 seconds as in the case of the calculation of the settling time. The value is used as a total difference value as a characteristic value at the time. Note that 30 seconds is shown as an example, and is not limited to this as long as a sufficient average can be taken and a change with time can be observed.
なお、本実施の形態では、ステップ状に往復動作を繰り返すガルバノ追従データ測定用パターンに対して、測定値のログを、動作を開始して当初設定した時間まで記憶し、そのログから整定時間と差分総合値を時間を区分して求める手順を説明した。しかし、かかる手順に限られず、ガルバノ追従データ測定用パターンをガルバノモータ温度が飽和するまで動作させ、一定期間ごとに取得したログデータに対して、差分総合値、整定時間をその都度算出する方法を用いても良い。 In this embodiment, for a galvano tracking data measurement pattern that repeats a reciprocating motion in a stepwise manner, a log of measurement values is stored up to the initially set time from the start of the operation, and the settling time is calculated from the log. The procedure for obtaining the total difference value by dividing time has been described. However, the method is not limited to such a procedure, and the method for calculating the differential total value and the settling time for each log data obtained by operating the galvano tracking data measurement pattern until the galvano motor temperature is saturated is obtained each time. It may be used.
<ガルバノ駆動パラメータ最適化の第3の工程>
この工程では、算出した整定時間と差分総合値から、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度が一定の範囲に入っているか検査を行う。ガルバノスキャナの動的な位置決め精度が一定の範囲に入っている場合は、現在のパラメータが最適であり変更は不要であると判断する。
<Third step of galvano drive parameter optimization>
In this step, it is inspected whether the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner is within a certain range from the calculated settling time and the total difference value. If the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner is within a certain range, it is determined that the current parameter is optimal and no change is necessary.
図12、図13、図14は、上記ガルバノ追従データ測定用パターンを5分間動作させ、開始直後から30秒毎に計11回のログデータを取得し、取得した全てのログデータに対して、差分総合値および整定時間を算出し、グラフ化したものである。 12, 13, and 14, the galvano tracking data measurement pattern is operated for 5 minutes, and a total of 11 log data is acquired every 30 seconds immediately after the start, and for all acquired log data, The difference total value and settling time are calculated and graphed.
まず、整定時間の判定(判定1)から説明する。図12は、5分間のガルバノ動作で30秒ごとに11に区分して算出された整定時間をプロットしたグラフである。縦軸が整定時間を示し、横軸は集計処理したログの動作開始からの経過時間を示す。4種類のピッチでのステップ動作ごとに算出しているので4本のグラフとして表され、各ピッチごとに11の整定時間がプロットされている。ここで4本のグラフを比較すると、移動ピッチが大きいほど整定時間も大きくなるという違いはあるが、時間経過に対する傾向はほぼ同じとみなせる。本発明の方法では、1mmピッチ場合の整定時間を用いて、所定の範囲に入っているかを判定する。 First, the setting time determination (determination 1) will be described. FIG. 12 is a graph plotting the settling time calculated by dividing into 11 every 30 seconds in the galvano operation for 5 minutes. The vertical axis represents the settling time, and the horizontal axis represents the elapsed time from the start of the log processing. Since it is calculated for each step operation at four types of pitches, it is represented as four graphs, and eleven settling times are plotted for each pitch. Here, when the four graphs are compared, there is a difference that the settling time increases as the moving pitch increases, but it can be considered that the tendency with respect to the passage of time is almost the same. In the method of the present invention, the settling time for a 1 mm pitch is used to determine whether it is within a predetermined range.
図13は、縦軸を拡大し、1mmピッチの場合の整定時間のグラフのみを切り取ったものである。縦軸が整定時間を示し、横軸は集計処理したログの動作開始からの経過時間を示す。ここで、算出した1mmピッチ移動時の整定時間の最大値をTmaxとする。グラフ中央部の点線は、1mmピッチ移動時の整定時間の許容最大値Tthを示す。許容最大値Tthは、装置としての規格値に該当する。よってTmaxがTth以下であれば規格内とし、それを超える値となれば規格の範囲外であると判断する。本例では規格値として許容最大値Tthを500μmと定めている。 FIG. 13 is a graph obtained by enlarging the vertical axis and cutting out only the graph of settling time in the case of 1 mm pitch. The vertical axis represents the settling time, and the horizontal axis represents the elapsed time from the start of the log processing. Here, the calculated maximum value of the settling time during 1 mm pitch movement is defined as Tmax. The dotted line in the center of the graph indicates the allowable maximum value Tth of the settling time when moving by 1 mm pitch. The allowable maximum value Tth corresponds to a standard value as a device. Therefore, if Tmax is equal to or less than Tth, the value is within the standard, and if it exceeds the value, it is determined that the value is out of the standard range. In this example, the allowable maximum value Tth is defined as 500 μm as a standard value.
次に、差分総合値の最大値の判定(判定2)と最小値の判定(判定3)を説明する。 Next, determination of the maximum difference value (determination 2) and determination of the minimum value (determination 3) will be described.
図14は、5分間のガルバノ動作で30秒ごとに11に区分して算出された差分総合値をプロットしたグラフである。縦軸は差分総合値を示し、横軸はガルバノ動作時間を示す。横軸は集計処理したログの動作開始からの経過時間を示す。4種類のピッチでのステップ動作ごとに算出しているので4本のグラフとして表され、各ピッチごとに11の整定時間がプロットされている。 FIG. 14 is a graph obtained by plotting the total difference value calculated by dividing into 11 every 30 seconds in the galvano operation for 5 minutes. The vertical axis represents the total difference value, and the horizontal axis represents the galvano operation time. The horizontal axis indicates the elapsed time from the start of the log processing. Since it is calculated for each step operation at four types of pitches, it is represented as four graphs, and eleven settling times are plotted for each pitch.
ここで、全てのピッチ、全ての時間における算出された差分総合値の最大値と最小値を求める。本例では4×11の点の算出値から決定することになる。図14では、0.5mmピッチで90秒の点での差分総合値が最も大きいので、これを選んで差分総合値の最大値Dmaxとする。同図で、5mmピッチで300秒の点での差分総合値が最も小さいので、これを選んで差分総合値の最小値Dminとする。 Here, the maximum value and the minimum value of the total difference value calculated at all pitches and all times are obtained. In this example, it is determined from the calculated value of 4 × 11 points. In FIG. 14, the total difference value at the point of 90 seconds with a pitch of 0.5 mm is the largest, so this is selected and set as the maximum value Dmax of the total difference value. In the figure, since the total difference value at the point of 300 mm with a pitch of 5 mm is the smallest, this is selected as the minimum value Dmin of the total difference value.
図14のグラフ上部の点線は差分総合値の許容最大値Dthmaxを示し、グラフ下部の点線は差分総合値の許容最小値Dthminを示す。差分総合値はガルバノ停止時間での動的な位置精度を表す本発明の特徴的な指標であり、正負の両方向に対して限界値を規格として設定している。本例では±2μmの範囲を設定している。よって、DmaxがDthmax以下であれば規格内とし、それを超える値となれば規格の範囲外であると判断する。かつ、DminがDthmin以上であれば規格内とし、それを下回る値となれば規格の範囲外であると判断する。 The dotted line at the top of the graph in FIG. 14 indicates the allowable maximum value Dthmax of the total difference value, and the dotted line at the bottom of the graph indicates the minimum allowable value Dthmin of the total difference value. The total difference value is a characteristic index of the present invention representing the dynamic position accuracy in the galvano stop time, and the limit value is set as a standard for both positive and negative directions. In this example, a range of ± 2 μm is set. Therefore, if Dmax is equal to or less than Dthmax, the value is within the standard, and if it exceeds the value, it is determined that the value is out of the standard range. If Dmin is equal to or greater than Dthmin, the value is within the standard, and if the value is less than that, it is determined that the value is out of the standard range.
<ガルバノ駆動パラメータ最適化の第4の工程>
この工程は、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度が一定の範囲に入らない場合に実行される。即ち、上述の第3工程の判定1、判定2、判定3のいずれか1つでも規格として定めた範囲に入っていない場合は、以下に述べる変更アルゴリズムに基づきガルバノ駆動パラメータの一部を規則に従って変更する。
<Fourth Step for Optimizing Galvo Drive Parameters>
This step is executed when the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner does not fall within a certain range. That is, if any one of the
図15は本発明の実施の形態に係る特性値の合否の場合分けする一例を示すフローチャートである。本フローチャートでは、図4のフローチャートと同一の工程に対応する部分は同一の符号(S01〜S04)を付している。特に、第3の工程(S03)を判定1〜判定3に区分し、判定結果の場合分けを行っている。
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of dividing the case of the characteristic values according to the embodiment of the present invention. In this flowchart, parts corresponding to the same steps as those in the flowchart of FIG. 4 are denoted by the same reference numerals (S01 to S04). In particular, the third step (S03) is divided into
判定1では、整定時間の許容最大値TthとTmaxを比較し、
Tth ≧ Tmax
であればOKに進み、それ以外の場合はNGに進む。
In
Tth ≧ Tmax
If so, proceed to OK, otherwise proceed to NG.
判定2では、差分総合値の許容最大値DthmaxとDmaxを比較し、
Dthmax ≧ Dmax
であればOKに進み、それ以外の場合はNGに進む。
In the
Dthmax ≧ Dmax
If so, proceed to OK, otherwise proceed to NG.
判定3では、差分総合値の許容最小値DthminとDminを比較し、
Dthmin ≦ Dmin
であればOKに進み、それ以外の場合はNGに進む。
In
Dthmin ≤ Dmin
If so, proceed to OK, otherwise proceed to NG.
判定1、判定2、判定3により、現状のガルバノ特性が8つのパターンに場合分けすることになる。ここで、判定1〜3全てでOKであればパラメータ変更を行わずに作業を終了する。
By the
以上の3段階の判定のOK/NGによる場合分けのうち、パラメータを変更する場合の数は7通りとなる。図16に、その7通りのパターンを表として示した。判定1〜3のそれぞれで、OKの場合を「○」、NGの場合を「×」としている。パターンの欄にNG(1)〜NG(7)として、NGとなったパターンのそれぞれをフローチャートに対応させている。変更パラメータの欄のA、B、C、Dはガルバノ駆動パラメータのうち変更すべきパラメータの区分を表している。変更量の欄の数式は変更すべきパラメータを増減させる数式を表している。
Of the cases classified by OK / NG in the above three-stage determination, the number of cases where the parameter is changed is seven. FIG. 16 shows the seven patterns as a table. In each of the
以下、変更パラメータについて詳細に説明する。 Hereinafter, the change parameter will be described in detail.
表中の、変更パラメータAはモータの角度情報を引数として駆動電流のブレーキポイントを変化させるパラメータであり、モデル予測制御ではトルク制御関係のパラメータに関連付けられる。変更方向が負の場合は、駆動電流のブレーキタイミングが、相対的に遅くなり、波形はオーバーシュート傾向になる。表中のNGパターン(1)のときに活用する。 The change parameter A in the table is a parameter for changing the brake point of the drive current using the motor angle information as an argument, and is associated with a torque control-related parameter in the model predictive control. When the change direction is negative, the brake timing of the drive current is relatively delayed and the waveform tends to overshoot. This is used for the NG pattern (1) in the table.
逆に変更パラメータAの変更方向が正の場合は、駆動電流のブレーキタイミングが相対的に早くなり、波形はアンダーシュート傾向になる。表中のNGパターン(2)およびNGパターン(6)のときに活用する。 On the other hand, when the change direction of the change parameter A is positive, the brake timing of the drive current becomes relatively early and the waveform tends to undershoot. This is used for NG pattern (2) and NG pattern (6) in the table.
変更パラメータBはモータの角度情報の時間の2階微分を引数として駆動電流の加速度を変化させるパラメータで、モデル予測制御ではイナーシャ関係のパラメータに関連付けられる。変更方向が負の場合は駆動電流が最大値まで到達する時間が短くなり、整定時間が短くなる。ただし、電流の変化が急峻になるため、各ピッチにおける整定時の編差のバラつきは大きくなる。表中のNGパターン(4)およびNGパターン(5)のときに活用する。 The change parameter B is a parameter that changes the acceleration of the drive current using a second-order derivative of time of the motor angle information as an argument, and is associated with an inertia related parameter in the model predictive control. When the change direction is negative, the time for the drive current to reach the maximum value is shortened, and the settling time is shortened. However, since the current change becomes steep, the variation in the knitting difference at the time of settling at each pitch increases. It is used for NG pattern (4) and NG pattern (5) in the table.
逆に、変更パラメータBの変更方向が正の場合は駆動電流が最大値まで到達する時間が長くなり、整定時間が長くなる。ただし、電流の変化が緩やかになるため、各ピッチにおける整定時の編差のバラつきは小さくなる。表中のNGパターン(3)のときに活用する。 On the contrary, when the change direction of the change parameter B is positive, the time for the drive current to reach the maximum value becomes long and the settling time becomes long. However, since the current changes gradually, the variation in the knitting difference at the time of settling at each pitch becomes small. It is used for NG pattern (3) in the table.
変更パラメータCおよび変更パラメータDは駆動電流の角度情報および、角度情報の時間微分および、角度情報の時間の2階級微分を引数とするパラメータで整定時の波形の偏差および、整定時間を変化させる役割がある。NGパターン(8)のときに活用する。モデル予測制御ではそれぞれインダクタンスとレジスタンス関係のパラメータに関連付けられる。 The change parameter C and the change parameter D are parameters that use the angle information of the drive current, the time derivative of the angle information, and the second-order derivative of the time of the angle information as arguments, and the role of changing the waveform deviation and the settling time during settling. There is. This is used for the NG pattern (8). In model predictive control, the parameters are related to inductance and resistance parameters.
また、パラメータの変更量は許容値とMAX値もしくはMIN値の差分と各パラメータ独自の係数を乗算したものとする。上記のようにパラメータ変更を行い、図15のフローチャートを繰り返し行うことで、ガルバノ駆動パラメータを最適化する。 Further, the parameter change amount is obtained by multiplying the difference between the allowable value and the MAX value or the MIN value by a coefficient unique to each parameter. The parameters are changed as described above, and the galvano driving parameters are optimized by repeating the flowchart of FIG.
<ガルバノ駆動パラメータ最適化後の特性>
以上の4つの工程を経て変更されたガルバノ駆動パラメータで、再度ガルバノ追従データ測定用パターンを実行し、判定1〜3全てでOKとなったパラメータ最適化後のガルバノ特性の一例を図17、図18に示す。図17は本発明の実施の形態に係るパラメータ最適化後の5分間ガルバノ動作時の1mmピッチの整定時間の一例を示すグラフである。図18は本発明の実施の形態に係るパラメータ最適化後の5分間ガルバノ動作時の差分総合値の一例を示すグラフである。
<Characteristics after optimizing galvo drive parameters>
An example of the galvano characteristic after the parameter optimization after executing the galvano tracking data measurement pattern again with the galvano driving parameter changed through the above four steps and OK in all the
図17ではガルバノスキャナの異なる移動ピッチやモータ温度の変化に対して、整定時間を所定の範囲内に抑えることができていることが分かる。 In FIG. 17, it can be seen that the settling time can be suppressed within a predetermined range with respect to the different movement pitches of the galvano scanner and changes in the motor temperature.
図18ではガルバノスキャナの異なる移動ピッチやモータ温度の変化に対して、動的な精度を所定の範囲内に抑えることができていることが分かる。 In FIG. 18, it can be seen that the dynamic accuracy can be suppressed within a predetermined range with respect to different movement pitches of the galvano scanner and changes in the motor temperature.
以上に述べたように、本実施の形態のレーザ加工装置によれば、予め測定した特定のパターンの動作指令に対するガルバノスキャナの追従データから導出した特性値に対応して前記パラメータを変更することで、ガルバノスキャナの異なる移動ピッチやモータ温度の変化に対して、動的な精度を所定の範囲内に抑えることができるので、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度を向上することができる。 As described above, according to the laser processing apparatus of the present embodiment, the parameter is changed in accordance with the characteristic value derived from the follow-up data of the galvano scanner for the operation command of the specific pattern measured in advance. Since the dynamic accuracy can be suppressed within a predetermined range with respect to different movement pitches and motor temperature changes of the galvano scanner, the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner can be improved.
なお、本実施の形態では、1mmピッチのみに整定時間の許容最大値を設定しているが、許容最大値を複数のピッチで設定してもよい。また、1mmピッチと違うピッチで設定してもよい。 In the present embodiment, the allowable maximum value of the settling time is set only for the 1 mm pitch, but the allowable maximum value may be set at a plurality of pitches. Moreover, you may set with a pitch different from 1 mm pitch.
また、本実施の形態では、パラメータ変更後、再び5分間のガルバノ動作をおこない、ログを取得する場合を説明したが、パラメータ変更後、その効果を簡易的に確認し、パラメータ変更の効果が想定どおりに出ていることを確認してから、5分間のガルバノ動作をおこなってもよい。その場合、無駄なログデータを取得することが無くなり、パラメータチューニング時間を短縮させることができる Further, in the present embodiment, the case where the galvano operation is performed again for 5 minutes after the parameter change and the log is acquired has been described. It may be possible to perform a galvano operation for 5 minutes after confirming that it has come out as expected. In that case, unnecessary log data is not acquired, and parameter tuning time can be shortened.
本発明にかかるレーザ加工装置は、ガルバノスキャナの動的な位置決め精度を向上することができるものであり、レーザを用いて基板に穴あけ加工などを施すレーザ加工装置等において有用である。 The laser processing apparatus according to the present invention can improve the dynamic positioning accuracy of the galvano scanner, and is useful in a laser processing apparatus that performs drilling or the like on a substrate using a laser.
100 レーザ加工装置
101 レーザ発振器
102 レーザ光
103 音響光学素子
104 光学調整部
105 ミラー
106 fθレンズ
107 被加工物
108 加工テーブル
200 ガルバノスキャナ
201 パラメータ記憶手段
202 モータ制御手段
210 ガルバノモータ
211 X軸方向モータ
212 Y軸方向モータ
220 ガルバノミラー
221 X軸方向ミラー
222 Y軸方向ミラー
230 駆動アンプ
231 X軸方向アンプ
232 Y軸方向アンプ
240 エンコーダ
241 X軸方向エンコーダ
242 Y軸方向エンコーダ
300 制御部
301 レーザ指令手段
302 判断手段
303 パラメータ変更手段
304 演算手段
305 記憶手段
306 ガルバノ指令手段
401 レーザパルス出力指令信号
402 ガルバノ位置指令情報
403 ガルバノ位置情報
404 駆動信号
405 FB信号
410 ガルバノ応答
411 位置決め完了信号
Tmax 整定時間の最大値
Tth 整定時間の許容最大値
D 差分総合値
Dmax 差分総合値の最大値
Dthmax 差分総合値の許容最大値
Dmin 差分総合値の最小値
Dthmin 差分総合値の許容最小値
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ガルバノスキャナは、前記レーザ光を反射するガルバノミラーと、前記ガルバノミラーの角度を変更するガルバノモータと、前記ガルバノミラーの角度を検出する角度センサと、前記位置指令情報及び前記角度センサから得られる角度情報及び予め設定された複数のパラメータとに基づいて前記ガルバノモータの駆動電流を制御するガルバノコントローラを備え、
前記複数のパラメータを格納するパラメータ格納部を設置し、
所定の測定用パターンの動作指令に対する前記ガルバノスキャナの追従データを測定し、前記追従データから導出した特性値に対応して前記パラメータを変更するレーザ加工装置であって、
前記測定用パターンが、複数の異なる移動ピッチの往復を所定の時間繰り返すことであるレーザ加工装置。 A laser oscillator that emits laser light in response to a laser pulse output command signal; a galvano scanner that receives position command information and receives an operation command signal to start operation and position the laser light at a processing position of a workpiece; A laser processing apparatus comprising a control device for controlling at least the laser oscillator and the galvano scanner,
The galvano scanner is obtained from a galvano mirror that reflects the laser light, a galvano motor that changes the angle of the galvano mirror, an angle sensor that detects the angle of the galvano mirror, the position command information, and the angle sensor. A galvano controller that controls the drive current of the galvano motor based on angle information and a plurality of preset parameters;
Installing a parameter storage unit for storing the plurality of parameters;
A laser processing apparatus that measures tracking data of the galvano scanner for an operation command of a predetermined measurement pattern and changes the parameter in accordance with a characteristic value derived from the tracking data ;
The laser processing apparatus, wherein the measurement pattern repeats a plurality of different movement pitches for a predetermined time.
それぞれの前記場合分けに対して変更する前記パラメータを定め、
変更後のパラメータに基づいて前記特性値の測定を行い、
前記特性値が全ての前記許容値の範囲内となるまで前記パラメータの変更を行う請求項3に記載のレーザ加工装置。 The allowable maximum value of the settling time, the allowable maximum value of the total difference value, and the allowable minimum value of the total difference value are divided into cases where the characteristic value is within or outside the range,
Define the parameters to be changed for each case classification,
Measure the characteristic value based on the changed parameters,
The laser processing apparatus according to claim 3 , wherein the parameter is changed until the characteristic value is within a range of all the allowable values.
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