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JP2008185607A - Laser beam machining apparatus and laser beam machining method - Google Patents

Laser beam machining apparatus and laser beam machining method Download PDF

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JP2008185607A JP2007016388A JP2007016388A JP2008185607A JP 2008185607 A JP2008185607 A JP 2008185607A JP 2007016388 A JP2007016388 A JP 2007016388A JP 2007016388 A JP2007016388 A JP 2007016388A JP 2008185607 A JP2008185607 A JP 2008185607A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus and a laser beam machining method which enable the position of irradiation with a laser beam to be accurately corrected. <P>SOLUTION: A two-dimensional scan system composing the laser beam machining apparatus is provided with: an x scanner position adjustment mechanism which adjusts the position of an x-axis direction galvanometer 13a in a plane which is formed by the rotating axis 20a of the x-axis direction galvanometer 13a and the incident optical axis 21a of a laser beam 11 which is made incident on an x-axis direction galvano mirror 14a; and a y scanner position adjustment mechanism which adjusts the position of a y-axis direction galvanometer 13b in a plane which is formed by the rotating axis 20b of the y-axis direction galvanometer 13b and the incident optical axis 21b of the laser beam 11 which is made incident in a y-axis direction galvano mirror 14b when the optical axis of reflected light at a y-axis direction galvano mirror 14b passes through the center of an fθ lens 15, wherein he galvanometer 13 is tilted and adjusted in rotation, thereby the position of irradiation with the laser beam is corrected. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、2軸のガルバノメータによりレーザビームの2次元スキャンを行うレーザ加工装置およびそのレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs two-dimensional scanning of a laser beam using a biaxial galvanometer and a laser processing method using the laser processing apparatus.

図22に示す2軸のガルバノメータ13(x軸方向ガルバノメータ13a、y軸方向ガルバノメータ13b)とfθレンズ15を備えたレーザ加工装置では、被加工物17上でレーザビーム11の2次元スキャンが可能である。レーザ発振器10から発振されたレーザビーム11は、反射ミラー12、ガルバノミラー14(x軸方向ガルバノミラー14a、y軸方向ガルバノミラー14bの順にレーザビーム11が入射)、fθレンズ15を介して被加工物17上に照射される。被加工物17上の四角形は、ガルバノメータ13とfθレンズ15によって制限されるスキャン可能なエリア16であり、このエリア内任意の位置にレーザビーム11を位置決めすることができ、レーザ加工が行われる。   In the laser processing apparatus including the two-axis galvanometer 13 (x-axis direction galvanometer 13 a and y-axis direction galvanometer 13 b) and the fθ lens 15 shown in FIG. 22, two-dimensional scanning of the laser beam 11 is possible on the workpiece 17. is there. A laser beam 11 oscillated from the laser oscillator 10 is processed through a reflection mirror 12, a galvanometer mirror 14 (the laser beam 11 is incident in the order of the x-axis galvanometer mirror 14a and the y-axis galvanometer mirror 14b), and an fθ lens 15. The object 17 is irradiated. A quadrangle on the workpiece 17 is a scannable area 16 limited by the galvanometer 13 and the fθ lens 15, and the laser beam 11 can be positioned at an arbitrary position in this area, and laser processing is performed.

テーブル駆動機構19によりテーブル18上に載置された被加工物17を2次元面(XY平面)内で移動させ、スキャン可能なエリア16を移動させることにより、被加工物17全域を加工することが可能となっている。テーブル駆動機構19による駆動軸をそれぞれX軸とY軸とする。2軸のガルバノメータ13のうち、片方の軸のみをスキャンさせた時に、被加工物17上で描かれる軸をそれぞれx軸とy軸とする。   The entire area of the workpiece 17 is processed by moving the workpiece 17 placed on the table 18 by the table driving mechanism 19 within a two-dimensional plane (XY plane) and moving the scannable area 16. Is possible. The drive axes by the table drive mechanism 19 are assumed to be the X axis and the Y axis, respectively. When only one of the two-axis galvanometers 13 is scanned, the axes drawn on the workpiece 17 are the x-axis and the y-axis, respectively.

図22に示した2軸のガルバノメータ13とfθレンズ15を備えるレーザ加工装置では、特許文献1〜3にも記されているように、x軸方向ガルバノメータ13aとy軸方向ガルバノメータ13bをともに、スキャン角度を等ピッチかつ同じ幅だけ振った場合、被加工物17上に本来期待される正方形格子状のパターンを描くことができず、歪んだパターンとなる。このため、所望の位置を加工するために、実際に描かれる歪んだパターンに対し多項式など様々な補正式によるフィッティングを行い、スキャン角度の補正制御が行われている。   In the laser processing apparatus including the biaxial galvanometer 13 and the fθ lens 15 shown in FIG. 22, both the x-axis galvanometer 13a and the y-axis galvanometer 13b are scanned as described in Patent Documents 1 to 3. When the angles are shaken by the same pitch and the same width, the originally expected square lattice pattern cannot be drawn on the workpiece 17 and becomes a distorted pattern. For this reason, in order to process a desired position, fitting with various correction formulas such as a polynomial is performed on a distorted pattern that is actually drawn to perform correction control of the scan angle.

レーザビーム11の位置決め誤差の要因、すなわち前記正方形格子状パターンが歪む要因として、下記の課題1〜課題5が挙げられる。
課題1:2軸のガルバノメータ13が、x軸とy軸を別々にスキャンすることによるピンクッション歪み。
課題2:fθレンズ15のfθ特性に起因する歪曲収差(リニアリティー歪み)。
課題3:ガルバノメータ13による被加工物17上x軸とy軸における、直交関係のずれ(直交ずれ)。
課題4:ガルバノメータ13による被加工物17上xy軸とテーブル駆動機構19によるXY軸における、平行関係のずれ(回転ずれ)。
課題5:ガルバノメータ13による被加工物17上xy軸の原点と、fθレンズ15の光軸(中心軸、中央)と被加工物17の交点との間におけるずれ(オフセットずれ)。
The following problems 1 to 5 are cited as factors for positioning errors of the laser beam 11, that is, factors for distorting the square lattice pattern.
Problem 1: Pincushion distortion caused by the 2-axis galvanometer 13 scanning the x-axis and the y-axis separately.
Problem 2: Distortion aberration (linearity distortion) caused by the fθ characteristic of the fθ lens 15.
Problem 3: An orthogonal relationship shift (orthogonal shift) between the x-axis and the y-axis on the workpiece 17 by the galvanometer 13.
Problem 4: A parallel shift (rotational shift) between the xy axis on the workpiece 17 by the galvanometer 13 and the XY axis by the table drive mechanism 19.
Problem 5: Deviation (offset deviation) between the origin of the xy axis on the workpiece 17 by the galvanometer 13 and the intersection of the optical axis (center axis, center) of the fθ lens 15 and the workpiece 17.

前記課題1、課題2は、2軸のガルバノメータ13やfθレンズ15を用いることによって生じる原理的な位置決め誤差であり、前記課題3〜課題5は、製造誤差によって生じる位置決め誤差である。なお、前記課題5のオフセットずれに関しては、被加工物17をオフセットさせることで対応できるため、通常問題にはならない。
前記課題1〜課題4の歪みを補正し、レーザビーム11の位置決め精度を向上させるため、特許文献1〜3に記載されているようなスキャン角度の補正制御が行われているが、フィッティングであるため、補正後も位置決め誤差を完全にゼロにすることはできない。
なお、近年の加工の精密・微細化の進展により、さらに高いレーザビームの位置決め精度が求められている。
特許第2616990号 特開平7−164169号公報 特開平10−301052号公報
The problems 1 and 2 are fundamental positioning errors caused by using the biaxial galvanometer 13 and the fθ lens 15, and the problems 3 to 5 are positioning errors caused by manufacturing errors. Note that the offset deviation of the problem 5 can be dealt with by offsetting the workpiece 17 and therefore does not usually cause a problem.
In order to correct the distortions of the problems 1 to 4 and improve the positioning accuracy of the laser beam 11, the scan angle correction control as described in Patent Documents 1 to 3 is performed. For this reason, the positioning error cannot be completely zero even after correction.
Incidentally, with the recent progress of precision and miniaturization of processing, higher laser beam positioning accuracy is required.
Japanese Patent No. 2616990 JP-A-7-164169 Japanese Patent Laid-Open No. 10-301052

ガルバノメータ13のスキャン角度の補正制御によって、前記課題1〜課題4の歪みを補正し、レーザビーム11の位置決め精度を向上させることが可能であるが、製造誤差が大きく前記課題3および課題4の位置決め誤差が大きい場合は、製造誤差が小さい場合と比べ、補正後の位置決め精度が悪い。すなわち、製造誤差が大きいと、補正後も位置決め誤差が大きい。   Although it is possible to correct the distortion of the problems 1 to 4 and improve the positioning accuracy of the laser beam 11 by the correction control of the scan angle of the galvanometer 13, the manufacturing error is large and the positioning of the problems 3 and 4 is large. When the error is large, the corrected positioning accuracy is worse than when the manufacturing error is small. That is, if the manufacturing error is large, the positioning error is large even after correction.

高精度化に応え、所望の許容誤差範囲内で位置決めを行うためには、例えば多項式でなる補正式においては、より高次の項が必要となってくる。これに伴い、補正に用いる格子点数を増加させる必要が生じるため、位置決め誤差の測定や補正係数の演算などに時間がかかることとなる。
本発明は、製造誤差が大きい場合においても、補正に用いる格子点数を増加させることなく、許容誤差範囲内での位置決めを実現するレーザ加工装置およびレーザ加工方法を供給することを目的としている。
In order to perform positioning within a desired allowable error range in response to higher precision, for example, a higher-order term is required in a correction expression made of a polynomial expression. As a result, it is necessary to increase the number of grid points used for correction, so that it takes time to measure positioning errors and calculate correction coefficients.
An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method that realize positioning within an allowable error range without increasing the number of grid points used for correction even when a manufacturing error is large.

この発明に係わるレーザ加工装置は、x軸方向ガルバノメータ、y軸方向ガルバノメータおよびfθレンズを有し、レーザ発振器から発振されたレーザビームの二次元スキャンを行う二次元スキャンシステムを備えたレーザ加工装置において、上記二次元スキャンシステムは、上記x軸方向ガルバノメータを、上記x軸方向ガルバノメータの回転軸と、上記x軸方向ガルバノメータを構成するx軸方向ガルバノミラーに入射する上記レーザビームの入射光軸とが成す面内で位置調整するxスキャナ位置調整機構と、上記y軸方向ガルバノメータを、上記y軸方向ガルバノメータの回転軸と、上記y軸方向ガルバノメータを構成するy軸方向ガルバノミラーにおける反射光の光軸が、上記fθレンズの中央を貫く場合の、上記y軸方向ガルバノミラーに入射する上記レーザビームの入射光軸とが成す面内で位置調整するyスキャナ位置調整機構を備えたものである。   A laser processing apparatus according to the present invention includes an x-axis galvanometer, a y-axis galvanometer, and an fθ lens, and includes a two-dimensional scan system that performs two-dimensional scanning of a laser beam oscillated from a laser oscillator. In the two-dimensional scanning system, the x-axis galvanometer includes a rotation axis of the x-axis galvanometer and an incident optical axis of the laser beam incident on an x-axis galvanometer mirror constituting the x-axis galvanometer. An x-scanner position adjusting mechanism for adjusting the position in the plane formed, the y-axis galvanometer, the rotation axis of the y-axis galvanometer, and the optical axis of the reflected light in the y-axis galvanometer mirror constituting the y-axis galvanometer In the y-axis direction when the fθ lens passes through the center. A y-scanner position adjusting mechanism that adjusts the position in a plane formed by the incident optical axis of the laser beam incident on the laser beam.

また、この発明に係わるレーザ加工装置は、x軸方向ガルバノメータ、y軸方向ガルバノメータおよびfθレンズを備え、レーザ発振器から発振されたレーザビームの二次元スキャンを行う二次元スキャンシステムを備えたレーザ加工装置において、上記二次元スキャンシステムは、上記y軸方向ガルバノメータを、上記y軸方向ガルバノメータの回転軸と、上記y軸方向ガルバノメータを構成するy軸方向ガルバノミラーにおける反射光の光軸が、上記fθレンズの中央を貫く場合の、上記y軸方向ガルバノミラーに入射する上記レーザビームの入射光軸とが成す面内で位置調整し、なおかつ、上記y軸方向ガルバノメータを、上記入射光軸と垂直な面内で位置調整するyスキャナ位置調整機構を備えたものである。   The laser processing apparatus according to the present invention includes a two-dimensional scan system that includes an x-axis direction galvanometer, a y-axis direction galvanometer, and an fθ lens, and performs a two-dimensional scan of a laser beam oscillated from a laser oscillator. In the two-dimensional scanning system, the y-axis galvanometer includes a rotation axis of the y-axis galvanometer and an optical axis of reflected light in a y-axis galvanometer mirror constituting the y-axis galvanometer. The position is adjusted within a plane formed by the incident optical axis of the laser beam incident on the y-axis galvanometer mirror when passing through the center of the y-axis galvanometer, and the y-axis galvanometer is a plane perpendicular to the incident optical axis. It is equipped with a y-scanner position adjustment mechanism that adjusts the position within.

さらに、この発明に係わるレーザ加工方法は、上述したレーザ加工装置を用いて、被加工物をレーザ加工する工程を含むものである。   Furthermore, the laser processing method according to the present invention includes a step of laser processing a workpiece using the laser processing apparatus described above.

この発明のレーザ加工装置によれば、xスキャナ位置調整機構によって、x軸方向ガルバノメータの回転軸の倒れを調整することができ、また、yスキャナ位置調整機構によって、y軸方向ガルバノメータの回転軸の倒れを調整することができるため、レーザビーム照射位置の補正精度を向上させることが可能になるという効果がある。   According to the laser processing apparatus of the present invention, the tilt of the rotation axis of the x-axis galvanometer can be adjusted by the x scanner position adjustment mechanism, and the rotation axis of the y-axis galvanometer can be adjusted by the y scanner position adjustment mechanism. Since the tilt can be adjusted, the correction accuracy of the laser beam irradiation position can be improved.

また、この発明のレーザ加工装置によれば、yスキャナ位置調整機構によって、y軸方向ガルバノメータの回転軸の倒れを回転調整することができるため、レーザビーム照射位置の補正精度を向上させることが可能になるという効果がある。   Also, according to the laser processing apparatus of the present invention, the y scanner position adjustment mechanism can rotate and adjust the tilt of the rotation axis of the y-axis galvanometer, so that the correction accuracy of the laser beam irradiation position can be improved. There is an effect of becoming.

さらに、この発明のレーザ加工方法によれば、上述したレーザ加工装置を用いてレーザビーム照射位置を補正するため高精度なレーザ加工が可能になるという効果がある。   Furthermore, according to the laser processing method of the present invention, since the laser beam irradiation position is corrected using the above-described laser processing apparatus, there is an effect that highly accurate laser processing can be performed.

実施の形態1.
次に、この発明の実施の形態1について、図1〜図18を用いて説明する。なお、先述の図22において示したレーザ加工装置の構造は、本願発明のレーザ加工装置の基本的な構造と共通しており、図1〜図18において、図22と同一符号は、同一若しくは相当部分を示すものである。図1に示した2軸のガルバノメータ(スキャナ)13とfθレンズ15を備える2次元スキャンシステムにおいて、x軸方向ガルバノメータ(xスキャナ)13aとy軸方向ガルバノメータ(yスキャナ)13bを、ともに、スキャン角度(図1のαとβ)を等ピッチかつ同じ幅だけ振った場合、レーザビーム11の被加工物17上の到達座標は、図2の●(黒丸)に示すパターンとなる。スキャン角度を等ピッチかつ同じ幅だけ振ることから期待される到達座標(以下、目標座標と呼ぶ)は◇(白菱)であり、等ピッチかつ正方形の整列したパターンとなる。これに対し、●のパターンは歪み、位置決め誤差が発生している。
Embodiment 1 FIG.
Next, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the structure of the laser processing apparatus shown in FIG. 22 is the same as the basic structure of the laser processing apparatus of the present invention. In FIGS. 1 to 18, the same reference numerals as those in FIG. The part is shown. In the two-dimensional scanning system including the two-axis galvanometer (scanner) 13 and the fθ lens 15 shown in FIG. 1, both the x-axis direction galvanometer (x scanner) 13a and the y-axis direction galvanometer (y scanner) 13b When (α and β in FIG. 1) are shaken by the same pitch and the same width, the arrival coordinates of the laser beam 11 on the workpiece 17 become a pattern shown by ● (black circle) in FIG. 2. Expected coordinates (hereinafter referred to as target coordinates) that are expected from the scan angle being swung at the same pitch and the same width are ◇ (white diamonds), and the pattern is an even pitch and square array. On the other hand, the pattern ● shows distortion and positioning error.

なお、角度αは、x軸方向ガルバノメータ13aがスキャンを行っていない状態(中立位置、y軸方向ガルバノメータ13bも中立位置の場合は、レーザビーム11はfθレンズ15の中央を貫く)からの、x軸方向ガルバノメータ13aによるレーザビーム11のX軸方向へのスキャン角度を示している。また、同様に、角度βは、y軸方向ガルバノメータ13bがスキャンを行っていない状態(中立位置、x軸方向ガルバノメータ13aも中立位置の場合は、レーザビーム11はfθレンズ15の中央を貫く)からの、y軸方向ガルバノメータ13bによるレーザビーム11のY軸方向へのスキャン角度を示している。   Note that the angle α is an x value from a state where the x-axis galvanometer 13a is not scanning (when the neutral position and the y-axis galvanometer 13b are also neutral positions, the laser beam 11 passes through the center of the fθ lens 15). The scan angle in the X-axis direction of the laser beam 11 by the axial galvanometer 13a is shown. Similarly, the angle β is determined when the y-axis galvanometer 13b is not scanning (when the neutral position and the x-axis galvanometer 13a are also in the neutral position, the laser beam 11 passes through the center of the fθ lens 15). The scanning angle to the Y-axis direction of the laser beam 11 by the y-axis direction galvanometer 13b is shown.

図2では、ガルバノメータ13の取り付け誤差などの製造誤差は無視しているため、●のパターンの歪みは、前記課題1および課題2による原理的な歪み(2軸のガルバノメータ13やfθレンズ15を用いることに起因して生じる原理的な位置決め誤差)である。この歪みを特許文献1〜3に記載されているような補正式へフィッティングし、到達座標●が目標座標◇に一致するようにスキャン角度を補正すると、図3に示すパターンとなる。
図4は、図3の各目標座標◇を原点Oに取り直しながら到達座標●を重ねて描くことで、残留する位置決め誤差(補正誤差)の程度を表現した(図3における補正後の残留する位置決め誤差を表す)図である。誤差は拡大表示している。
In FIG. 2, since manufacturing errors such as mounting errors of the galvanometer 13 are ignored, the distortion of the pattern ● is the fundamental distortion due to the problems 1 and 2 (using the biaxial galvanometer 13 and the fθ lens 15). This is a principle positioning error caused by the above. When this distortion is fitted to a correction formula as described in Patent Documents 1 to 3 and the scan angle is corrected so that the arrival coordinate ● matches the target coordinate 座標, the pattern shown in FIG. 3 is obtained.
FIG. 4 represents the degree of the remaining positioning error (correction error) by redrawing each of the target coordinates ◇ in FIG. 3 at the origin O while overlapping the arrival coordinates ● (residual positioning after correction in FIG. 3). FIG. The error is magnified.

本発明では、次の3種類の製造誤差を想定する。
製造誤差1:ガルバノスキャン角度の中立位置の誤差、すなわちスキャンを行っていない状態でも存在するスキャン方向(旋回方向)の角度ずれ(εa、εb)(図5参照)。図5において、ガルバノミラー14を示す実線側が、ガルバノメータ13に角度ずれが生じている状態のガルバノメータ13に固定されたガルバノミラー14の位置であり、破線側が、XYZ座標軸に対して誤差なく配置されたガルバノメータ13に固定されたガルバノミラー14の位置を示している。以降の製造誤差2、3についても、実線側は誤差が生じた配置、破線側は誤差のない配置をそれぞれ示すものとする。
In the present invention, the following three types of manufacturing errors are assumed.
Manufacturing error 1: Neutral position error of galvano scan angle, that is, angular deviation (εa, εb) in the scan direction (turning direction) that exists even when scanning is not performed (see FIG. 5). In FIG. 5, the solid line side showing the galvanometer mirror 14 is the position of the galvanometer mirror 14 fixed to the galvanometer 13 in a state where the galvanometer 13 is angularly displaced, and the broken line side is arranged without error with respect to the XYZ coordinate axes. The position of the galvanometer mirror 14 fixed to the galvanometer 13 is shown. Regarding the subsequent manufacturing errors 2 and 3, the solid line side indicates an arrangement in which an error has occurred, and the broken line side indicates an arrangement with no error.

製造誤差2:ガルバノメータ13の回転軸20に対するガルバノミラー14の取り付け角度誤差(面倒れ誤差、δa、δb)(図6参照)。
製造誤差3:ガルバノメータ13の取り付け誤差、図1に示す2次元スキャンシステム全体のXYZ座標軸に対するガルバノメータ13の回転軸20の倒れ(図7参照)。図7において、ψaは、XY面内においてガルバノメータ回転軸20aの倒れている方向を、X軸正の方向から測った角度、ψbは、YZ面内においてガルバノメータ回転軸20bの倒れている方向をY軸負の方向から測った角度をそれぞれ示している。また、ωa、ωbは、xスキャナ13a、yスキャナ13bの倒れ前の回転軸と、倒れ後の回転軸とが成す角度を示している。また、図中において、破線21で入射光軸を示す。x軸方向ガルバノミラー14aに入射する入射光軸を符号21aで、y軸方向ガルバノミラー14bに入射する入射光軸を符号21bで示す。
Manufacturing error 2: Mounting angle error (surface tilt error, δa, δb) of the galvanometer mirror 14 with respect to the rotating shaft 20 of the galvanometer 13 (see FIG. 6).
Manufacturing error 3: mounting error of the galvanometer 13, tilting of the rotating shaft 20 of the galvanometer 13 with respect to the XYZ coordinate axes of the entire two-dimensional scanning system shown in FIG. 1 (see FIG. 7). In FIG. 7, ψa is an angle obtained by measuring the direction in which the galvanometer rotating shaft 20a is tilted in the XY plane from the positive X-axis direction, and ψb is the direction in which the galvanometer rotating shaft 20b is tilted in the YZ plane. The angles measured from the negative axis are shown. Further, ωa and ωb indicate angles formed by the rotation axis before the x scanner 13a and the y scanner 13b fall and the rotation axis after the fall. In the drawing, the incident optical axis is indicated by a broken line 21. An incident optical axis incident on the x-axis direction galvano mirror 14a is denoted by reference numeral 21a, and an incident optical axis incident on the y-axis direction galvano mirror 14b is denoted by reference numeral 21b.

製造誤差1が発生した場合、図2に相当するレーザビーム11の到達座標のパターンを図8に示す。図8(a)はxスキャナ13aの、図8(b)はyスキャナ13bのスキャン角度に中立位置の誤差が発生した場合である。図2で示したパターンの歪みはほぼそのままで、スキャンエリアの原点Oからドリフトしている。すなわち、前記課題5のオフセットずれが発生している。   FIG. 8 shows a pattern of arrival coordinates of the laser beam 11 corresponding to FIG. 2 when the manufacturing error 1 occurs. FIG. 8A shows a case where an error of the neutral position occurs in the scan angle of the x scanner 13a, and FIG. 8B shows a scan angle of the y scanner 13b. The pattern distortion shown in FIG. 2 is almost unchanged, and drifts from the origin O of the scan area. That is, the offset deviation of the problem 5 occurs.

製造誤差2が発生した場合、図2に相当するレーザビーム11の到達座標のパターンを図9に示す。図9(a)はxスキャナ13aの、図9(b)はyスキャナ13bのガルバノミラー14に面倒れ誤差が発生した場合である。図9(a)、(b)ともに前記課題5のオフセットずれが支配的だが、図9(a)ではx軸のX軸に対する若干の傾斜が、すなわち前記課題3の直交ずれが発生している。一方、図9(b)ではパターンに若干の回転が、すなわち前記課題4の回転ずれが発生している。   When the manufacturing error 2 occurs, the pattern of the arrival coordinates of the laser beam 11 corresponding to FIG. 2 is shown in FIG. FIG. 9A shows a case where a surface tilt error occurs in the galvanometer mirror 14 of the x scanner 13a, and FIG. 9 (a) and 9 (b), the offset shift of the task 5 is dominant, but in FIG. 9 (a), a slight inclination of the x axis with respect to the X axis, that is, the orthogonal shift of the task 3 occurs. . On the other hand, in FIG. 9B, the pattern is slightly rotated, that is, the rotational deviation of the problem 4 occurs.

製造誤差3が発生した場合、図2に相当するレーザビーム11の到達座標のパターンを図10に示す。図10(a)はxスキャナ13aの、図10(b)はyスキャナ13bの回転軸20に倒れが発生した場合である。但し、図7に示した角度ψaおよびψbは0degとしている(すなわち、回転軸20と入射光軸21とが成す面内で、ガルバノメータ13が倒れる(回転する)としている)。やはり、図10(a)、(b)ともに前記課題5のオフセットずれが発生しているが、図10(a)ではx軸のX軸に対する若干の傾斜が、すなわち前記課題3の直交ずれが発生している。図10(b)ではパターンに若干の回転が、すなわち前記課題4の回転ずれが発生している。   FIG. 10 shows a pattern of arrival coordinates of the laser beam 11 corresponding to FIG. 2 when the manufacturing error 3 occurs. FIG. 10A shows a case in which the x scanner 13a has fallen, and FIG. 10B shows a case in which the rotation shaft 20 of the y scanner 13b has fallen. However, the angles ψa and ψb shown in FIG. 7 are set to 0 deg (that is, the galvanometer 13 falls down (rotates) in the plane formed by the rotation axis 20 and the incident optical axis 21). 10 (a) and 10 (b), the offset deviation of the problem 5 occurs. In FIG. 10 (a), the x axis is slightly inclined with respect to the X axis, that is, the orthogonal deviation of the problem 3 is present. It has occurred. In FIG. 10B, the pattern is slightly rotated, that is, the rotational deviation of the problem 4 occurs.

一方、図7に示した角度ψaおよびψbを90degとした場合(すなわち、入射光軸21と垂直な面内で、ガルバノメータ13が倒れる(回転する)とした場合)の、図2に相当するレーザビーム11の到達座標のパターンは図11となる。図11(a)はxスキャナ13aの、図11(b)はyスキャナ13bの回転軸20に倒れが発生した場合である。図11(a)では前記課題5のオフセットずれしか発生していないのに対し、図11(b)ではx軸のX軸に対する若干の傾斜が、すなわち前記課題3の直交ずれが発生している。   On the other hand, when the angles ψa and ψb shown in FIG. 7 are 90 degrees (that is, when the galvanometer 13 falls (rotates) in a plane perpendicular to the incident optical axis 21), the laser corresponding to FIG. The arrival coordinate pattern of the beam 11 is shown in FIG. FIG. 11A shows a case in which the x scanner 13a has fallen, and FIG. 11B shows a case in which the rotation shaft 20 of the y scanner 13b has fallen. In FIG. 11A, only the offset deviation of the problem 5 occurs, whereas in FIG. 11B, the slight inclination of the x axis with respect to the X axis, that is, the orthogonal deviation of the problem 3 occurs. .

以上のように、製造誤差1〜3において示した誤差を任意の値で複合させた場合、図2に相当するレーザビーム11の到達座標のパターンは図12となる。但し、前記課題5のオフセットずれは、被加工物17をオフセットさせることで対応できるため、到達座標●の9点×9点のパターンの中心点にXY座標系の原点Oを取り直した。さらに、図12で示したパターンの歪みに対し、図3を導くのに用いた補正式と同じ補正式によって到達座標●が目標座標◇に一致するようにスキャン角度の補正を行うと、図4に相当する補正後の残留する位置決め誤差の程度は図13となる。   As described above, when the errors shown in the manufacturing errors 1 to 3 are combined with an arbitrary value, the pattern of the arrival coordinates of the laser beam 11 corresponding to FIG. 2 is as shown in FIG. However, since the offset deviation of the problem 5 can be dealt with by offsetting the workpiece 17, the origin O of the XY coordinate system is readjusted at the center point of the pattern of 9 points × 9 points of the arrival coordinates ●. Further, when the scan angle is corrected so that the arrival coordinate ● matches the target coordinate ◇ by the same correction formula as that used to derive FIG. 3 for the distortion of the pattern shown in FIG. FIG. 13 shows the degree of the remaining positioning error after correction corresponding to.

図4と図13を比較すると、図13の方が補正後に残留する位置決め誤差の程度が大きい。すなわち、前記製造誤差1〜3のような製造誤差が存在する場合は、製造誤差が存在せず前記課題1および課題2による原理的な歪みだけの場合と比較して、補正後の残留する位置決め誤差も大きくなる。これは、補正前のパターンである図12が、図2に対して平行四辺形状(あるいは菱形状)に扁平したからであり、用いた補正式で表現しきれない高次の成分が発生したためである。   Comparing FIG. 4 and FIG. 13, the degree of positioning error remaining after correction is larger in FIG. That is, when a manufacturing error such as the manufacturing errors 1 to 3 exists, there is no manufacturing error, and the remaining positioning after correction is compared with the case of only the fundamental distortion due to the problems 1 and 2. The error also increases. This is because FIG. 12, which is the pattern before correction, is flattened in a parallelogram shape (or rhombus shape) with respect to FIG. 2, and high-order components that cannot be expressed by the correction equation used are generated. is there.

そこで本実施の形態1では、図12に示すような前記平行四辺形状(あるいは菱形状)の扁平を修正するレーザビーム照射位置補正が可能なレーザ加工装置について示す。前記平行四辺形状(あるいは菱形状)の扁平は、前記課題3の直交ずれや前記課題4の回転ずれが複合した状態であり、これを修正するには、すなわちx軸をX軸に対して平行に、y軸をY軸に対して平行にできれば良い。   Therefore, in the first embodiment, a laser processing apparatus capable of correcting the irradiation position of the laser beam for correcting the flat shape of the parallelogram (or rhombus) as shown in FIG. 12 will be described. The flattened shape of the parallelogram (or rhombus) is a state in which the orthogonal deviation of the problem 3 and the rotational deviation of the problem 4 are combined. To correct this, that is, the x axis is parallel to the X axis. In addition, it is sufficient if the y axis can be made parallel to the Y axis.

図8〜図11で示したように前記製造誤差1〜3のうち、これら直交ずれや回転ずれを発生させ得るのは、製造誤差2による面倒れ誤差と、製造誤差3によるガルバノメータ13の回転軸20の倒れである。このうち、補正調整が比較的容易なのは、製造誤差3によるガルバノメータ13の回転軸20の倒れである。x軸をX軸に対して平行にする補正調整と、y軸をY軸に対して平行にする補正調整は、別々に(独立に)行えるのが望ましい。y軸のY軸に対する傾斜を補正調整し得るのは、図7に示した角度ψbが0degの方向へyスキャナ13bの回転軸20bを傾けることだけである。しかし、これは図10(b)で示したように回転ずれを発生させるため、x軸のX軸に対する傾斜を伴う。x軸のX軸に対する傾斜の補正調整は、同じく図7に示した角度ψaが0degの方向へxスキャナ13aの回転軸20aを傾けることによって行う。   As shown in FIGS. 8 to 11, among the manufacturing errors 1 to 3, these orthogonal deviations and rotational deviations can occur because of the surface tilt error due to the manufacturing error 2 and the rotation axis of the galvanometer 13 due to the manufacturing error 3. 20 falls. Among them, the correction adjustment is relatively easy because the rotation shaft 20 of the galvanometer 13 is tilted due to the manufacturing error 3. It is desirable that the correction adjustment for making the x axis parallel to the X axis and the correction adjustment for making the y axis parallel to the Y axis can be performed separately (independently). The inclination of the y axis with respect to the Y axis can be corrected and adjusted only by inclining the rotation axis 20b of the y scanner 13b in the direction in which the angle ψb shown in FIG. 7 is 0 deg. However, this causes a rotational deviation as shown in FIG. 10B, and therefore involves an inclination of the x axis with respect to the X axis. The correction adjustment of the inclination of the x axis with respect to the X axis is performed by inclining the rotation axis 20a of the x scanner 13a in the direction in which the angle ψa shown in FIG. 7 is 0 deg.

すなわち、図14の矢印(丸付き数字1と丸付き数字2で示す)方向へ、xスキャナ13aをその回転軸20aと入射光軸21aとが成す面内で回転調整する機構(xスキャナ位置調整機構)を設け、同様にyスキャナ13bもその回転軸20bと入射光軸21bとが成す面内で回転調整する機構(yスキャナ位置調整機構)を設ける。そして、まずy軸とY軸が平行になるように、fθレンズ15に近い側のyスキャナ13bの回転軸20bを傾けて調整し(丸付き数字1で示す方向への調整)、次にx軸とX軸が平行になるように、xスキャナ13aの回転軸20aも傾けて調整する(丸付き数字2で示す方向への調整)。この手順で補正調整を行うことで、試行錯誤的な繰り返し反復調整を避けることができる。   That is, a mechanism for adjusting the rotation of the x scanner 13a in the direction of the arrow (shown by the circled numbers 1 and 2) in the plane formed by the rotation axis 20a and the incident optical axis 21a (x scanner position adjustment). Similarly, the y scanner 13b is also provided with a mechanism (y scanner position adjusting mechanism) for adjusting the rotation in the plane formed by the rotation axis 20b and the incident optical axis 21b. First, the rotation axis 20b of the y scanner 13b on the side close to the fθ lens 15 is tilted and adjusted so that the y axis and the Y axis are parallel (adjustment in the direction indicated by the circled numeral 1), and then x The rotation axis 20a of the x scanner 13a is also tilted and adjusted so that the axis and the X axis are parallel (adjustment in the direction indicated by the circled numeral 2). By performing correction adjustment according to this procedure, iterative and repeated repeated adjustment can be avoided.

このようにして、図12のパターンに対しレーザビーム11の照射位置を補正した場合の、図2に相当するレーザビーム11の到達座標のパターンは図15となる。さらに、図15で示したパターンの歪みに対しスキャン角度の補正を行うと、図4に相当する補正後の残留する位置決め誤差の程度は図16となる。図16に示した補正後の残留する位置決め誤差は、図13に比べ改善され、図4に近い状態まで位置決め精度が向上している。   In this way, when the irradiation position of the laser beam 11 is corrected with respect to the pattern of FIG. 12, the pattern of the arrival coordinates of the laser beam 11 corresponding to FIG. 2 is as shown in FIG. Further, when the scan angle is corrected for the distortion of the pattern shown in FIG. 15, the degree of the remaining positioning error after the correction corresponding to FIG. 4 becomes FIG. The remaining positioning error after correction shown in FIG. 16 is improved as compared with FIG. 13, and the positioning accuracy is improved to a state close to FIG.

つまり、この発明の実施の形態1によるレーザ加工装置は、xスキャナ13a、yスキャナ13bおよびfθレンズ15を有し、レーザ発振器10から発振されたレーザビーム11の二次元スキャンを行う二次元スキャンシステムを備えたレーザ加工装置において、上記二次元スキャンシステムは、xスキャナ13aを、xスキャナ13aの回転軸20aと、xスキャナ13aを構成するx軸方向ガルバノミラー14aに入射するレーザビーム11の入射光軸21aとが成す面内で位置調整するxスキャナ位置調整機構と、yスキャナ13bを、yスキャナ13bの回転軸20bと、yスキャナ13bを構成するy軸方向ガルバノミラー14bにおける反射光の光軸が、fθレンズ15の中央を貫く場合の、y軸方向ガルバノミラー14bに入射するレーザビーム11の入射光軸21bとが成す面内で位置調整するyスキャナ位置調整機構を備えたことを特徴としている。ここで言う入射光軸21(21a、21b)とは、製造誤差のない理想的な2次元スキャナにおける、各ガルバノメータ13(13a、13b)がスキャンを行っていない状態(中立位置、fθレンズ15の中央を貫く)での、レーザビーム11の光路を指している。   That is, the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a x-scanner 13a, a y-scanner 13b, and an fθ lens 15, and performs a two-dimensional scan of the laser beam 11 oscillated from the laser oscillator 10. The two-dimensional scanning system includes an x scanner 13a, a rotating shaft 20a of the x scanner 13a, and incident light of a laser beam 11 incident on an x-axis galvanometer mirror 14a constituting the x scanner 13a. X scanner position adjusting mechanism for adjusting the position in a plane formed by the shaft 21a, the y scanner 13b, the rotating shaft 20b of the y scanner 13b, and the optical axis of the reflected light at the y-axis direction galvanometer mirror 14b constituting the y scanner 13b. Enters the y-axis galvanometer mirror 14b when passing through the center of the fθ lens 15. A y-scanner position adjustment mechanism for adjusting the position in a plane formed by the incident optical axis 21b of the laser beam 11 to be emitted is provided. The incident optical axis 21 (21a, 21b) referred to here is a state in which each galvanometer 13 (13a, 13b) is not scanning (neutral position, fθ lens 15) in an ideal two-dimensional scanner having no manufacturing error. The optical path of the laser beam 11 at the center).

また、一例として、前記xスキャナ位置調整機構は、x軸方向ガルバノミラー14aの中心、またはxスキャナ13aの回転軸20a上の一点を、回転中心として、xスキャナ13aの回転軸20aを回転調整する調整手段を備えたことを特徴としている。
また、一例として、前記yスキャナ位置調整機構は、y軸方向ガルバノミラー14bの中心、またはyスキャナ13bの回転軸20b上の一点を、回転中心として、yスキャナ13bの回転軸20bを回転調整する調整手段を備えたことを特徴としている。
As an example, the x scanner position adjusting mechanism rotates and adjusts the rotation axis 20a of the x scanner 13a with the center of the x axis galvano mirror 14a or one point on the rotation axis 20a of the x scanner 13a as the rotation center. It is characterized by having adjusting means.
Further, as an example, the y scanner position adjusting mechanism rotates and adjusts the rotation axis 20b of the y scanner 13b with the center of the y axis direction galvano mirror 14b or one point on the rotation axis 20b of the y scanner 13b as the rotation center. It is characterized by having adjusting means.

図17、図18に示すように、xスキャナ位置調整機構、またはyスキャナ位置調整機構は、θ軸ステージ30にスキャナ13(13a、13b)を取り付けた状態に構成され、図17(a)にその上面図を、図17(b)にその側面図を例示するように、回転中心を、ガルバノミラー14の回転軸20上の一点(ピン36の配置点)とするか、図18(a)にその上面図を、図18(b)にその側面図を例示するように、回転中心を、ガルバノミラー14の中心とするのかを選択して用いることができる。なお、スキャナ13の回転軸20を傾斜させて回転調整するスキャナ位置調整機構としての機能があれば、図17、図18の例に限らず、他の構成とすることも可能であることは言うまでもない。   As shown in FIGS. 17 and 18, the x scanner position adjusting mechanism or the y scanner position adjusting mechanism is configured with the scanner 13 (13 a, 13 b) attached to the θ-axis stage 30, and the structure shown in FIG. As shown in the side view of FIG. 17B, the center of rotation is set to one point on the rotation axis 20 of the galvanometer mirror 14 (arrangement point of the pin 36), or FIG. As shown in FIG. 18B and a side view thereof in FIG. 18B, it is possible to select and use the rotation center as the center of the galvanometer mirror 14. Note that it is needless to say that other configurations are possible in addition to the examples shown in FIGS. 17 and 18 as long as the scanner position adjusting mechanism functions to adjust the rotation by tilting the rotation shaft 20 of the scanner 13. Yes.

図17、図18に示すように、スキャナ13は、ガルバノメータ固定部材31に保持され、ガルバノメータ固定部材31に開口された長孔34(39)に、ロックネジ35を嵌合させて、ロックネジ35によってθ軸ステージ30に保持される。バネ32とマイクロメータ33によって長孔34(39)の範囲内でガルバノメータ固定部材31をピン36(図18ではガルバノミラー14の中心)を回転中心として回転調整することで、スキャナ13の回転軸20を傾けて調整することが可能となる。なお、図18に示すスキャナ位置調整機構においては、ガルバノメータ固定部材31底部に、回転方向に沿った長孔37を設け、その長孔37にピン38を嵌合させて、回転調整のための軌道を設定している。   As shown in FIGS. 17 and 18, the scanner 13 is held by a galvanometer fixing member 31, and a lock screw 35 is fitted into a long hole 34 (39) opened in the galvanometer fixing member 31. It is held on the axis stage 30. By rotating and adjusting the galvanometer fixing member 31 around the pin 36 (the center of the galvanometer mirror 14 in FIG. 18) within the range of the long hole 34 (39) by the spring 32 and the micrometer 33, the rotating shaft 20 of the scanner 13 is adjusted. It is possible to adjust by tilting. In the scanner position adjusting mechanism shown in FIG. 18, a long hole 37 along the rotation direction is provided at the bottom of the galvanometer fixing member 31, and a pin 38 is fitted into the long hole 37 so as to adjust the rotation. Is set.

すなわち、本実施の形態1で示したレーザ加工装置は、上述したxスキャナ位置調整機構およびyスキャナ位置調整機構を設けたため、製造誤差が存在する(大きい)場合であっても、高次の補正式を用いることなく、位置決め精度を向上させることができる。このレーザ加工装置を用いることによって、より高精度なレーザ加工が可能となることは言うまでもない。   That is, since the laser processing apparatus shown in the first embodiment is provided with the above-described x scanner position adjusting mechanism and y scanner position adjusting mechanism, even if a manufacturing error exists (large), high-order correction is performed. Positioning accuracy can be improved without using an equation. It goes without saying that by using this laser processing apparatus, laser processing with higher accuracy becomes possible.

実施の形態2.
実施の形態1で記したように、y軸のY軸に対する傾斜を補正調整し得るのは、図7に示した角度ψbが0degの方向へyスキャナ13bの回転軸20bを傾けることだけである。しかし、x軸のX軸に対する傾斜の補正調整は、xスキャナ13aの回転軸20aを傾けるだけではなく、図7に示した角度ψbが90degの方向へyスキャナ13bの回転軸20bを傾けることによっても、行うことができる。
Embodiment 2.
As described in the first embodiment, the inclination of the y-axis with respect to the Y-axis can be corrected and adjusted only by inclining the rotation axis 20b of the y-scanner 13b so that the angle ψb shown in FIG. 7 is 0 deg. . However, the correction adjustment of the inclination of the x-axis with respect to the X-axis not only inclines the rotation axis 20a of the x scanner 13a but also by inclining the rotation axis 20b of the y scanner 13b in the direction where the angle ψb shown in FIG. Can also be done.

すなわち、図19の矢印(丸付き数字1と丸付き数字2で示す)方向へ、yスキャナ13bをその回転軸20bと入射光軸21bとが成す面内で回転調整し、さらにyスキャナ13bに入射光軸21bと垂直な面内で回転調整する機構(yスキャナ位置調整機構)を設ける。そして、まずy軸とY軸が平行になるように、yスキャナ13bの回転軸20bをその回転軸20bと入射光軸21bとが成す面内で傾けて調整し(丸付き数字1で示す方向への調整)、次にx軸とX軸が平行になるように、yスキャナ13bの回転軸20bを入射光軸21bと垂直な面内で傾けて調整する(丸付き数字2で示す方向への調整)。この手順で補正調整を行うことで、試行錯誤的な繰り返し反復調整を避けることができる。   That is, the y scanner 13b is rotated and adjusted in the direction of the arrow (shown by the circled numeral 1 and the circled numeral 2) in FIG. 19 within the plane formed by the rotation axis 20b and the incident optical axis 21b. A mechanism (y scanner position adjusting mechanism) for adjusting the rotation in a plane perpendicular to the incident optical axis 21b is provided. First, the rotation axis 20b of the y scanner 13b is tilted and adjusted in the plane formed by the rotation axis 20b and the incident optical axis 21b so that the y-axis and the Y-axis are parallel to each other (the direction indicated by the circled numeral 1). Next, the rotation axis 20b of the y scanner 13b is tilted and adjusted in a plane perpendicular to the incident optical axis 21b so that the x-axis and the X-axis are parallel to each other (in the direction indicated by the circled numeral 2). Adjustment of). By performing correction adjustment according to this procedure, iterative and repeated repeated adjustment can be avoided.

このようにして、図12のパターンに対しレーザビーム11の照射位置を補正した場合の、図2に相当するレーザビーム11の到達座標のパターンは図20となる。さらに、図20で示したパターンの歪みに対しスキャン角度の補正を行うと、図4に相当する補正後の残留する位置決め誤差の程度は図21となる。図21に示した補正後の残留する位置決め誤差は、図13に比べ改善され、図4に近い状態まで向上している。   In this way, when the irradiation position of the laser beam 11 is corrected with respect to the pattern of FIG. 12, the pattern of the arrival coordinates of the laser beam 11 corresponding to FIG. 2 is shown in FIG. Further, when the scan angle is corrected for the distortion of the pattern shown in FIG. 20, the degree of the remaining positioning error after the correction corresponding to FIG. 4 becomes FIG. The remaining positioning error after correction shown in FIG. 21 is improved as compared with FIG. 13 and improved to a state close to FIG.

つまり、この発明の実施の形態2によるレーザ加工装置は、xスキャナ13a、yスキャナ13bおよびfθレンズ15を備え、レーザ発振器10から発振されたレーザビーム11の二次元スキャンを行う二次元スキャンシステムを備えたレーザ加工装置において、二次元スキャンシステムは、yスキャナ13bを、yスキャナ13bの回転軸20bと、yスキャナ13bを構成するy軸方向ガルバノミラー14bにおける反射光の光軸が、fθレンズ15の中央を貫く場合の、y軸方向ガルバノミラー14bに入射するレーザビーム11の入射光軸21bとが成す面内で位置調整し、なおかつ、yスキャナ13bを、入射光軸21bと垂直な面内で位置調整するyスキャナ位置調整機構を備えたことを特徴としている。   That is, the laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a two-dimensional scan system that includes the x scanner 13a, the y scanner 13b, and the fθ lens 15, and performs a two-dimensional scan of the laser beam 11 oscillated from the laser oscillator 10. In the laser processing apparatus provided, the two-dimensional scanning system includes the y scanner 13b, the rotation axis 20b of the y scanner 13b, and the optical axis of the reflected light at the y-axis direction galvanometer mirror 14b constituting the y scanner 13b. In the plane formed by the incident optical axis 21b of the laser beam 11 incident on the y-axis direction galvanometer mirror 14b, and the y scanner 13b is positioned in a plane perpendicular to the incident optical axis 21b. It is characterized in that a y-scanner position adjusting mechanism for adjusting the position is provided.

すなわち、この発明の実施の形態2で示したレーザ加工装置では、実施の形態1と同様、製造誤差が存在する(大きい)場合であっても、高次の補正式を用いることなく、位置決め精度を向上させることができる。この実施の形態2において示したレーザ加工装置を用いることによって、より高精度なレーザ加工が可能となることは言うまでもない。   That is, in the laser processing apparatus shown in the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment, even if a manufacturing error exists (large), positioning accuracy is not used without using a higher-order correction equation. Can be improved. Needless to say, by using the laser processing apparatus shown in the second embodiment, laser processing with higher accuracy becomes possible.

この発明の実施の形態1における、2軸のガルバノメータとfθレンズを備えた2次元スキャンシステムの構成図である。1 is a configuration diagram of a two-dimensional scan system including a biaxial galvanometer and an fθ lens according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2軸のガルバノメータとfθレンズを用いることに起因して生じる原理的な位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the fundamental positioning error resulting from using a biaxial galvanometer and ftheta lens. 図2に対しスキャン角度の補正制御を行い、到達座標と目標座標とを一致させた図である。FIG. 3 is a diagram in which scan angle correction control is performed with respect to FIG. 図3における補正後の残留する位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error which remains after correction | amendment in FIG. ガルバノスキャン角度の中立位置の誤差を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the error of the neutral position of a galvano scan angle. ガルバノミラーの取り付け角度誤差(面倒れ誤差)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attachment angle error (surface fall error) of a galvanometer mirror. ガルバノメータの取り付け誤差(回転軸の倒れ)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attachment error (tilt of a rotating shaft) of a galvanometer. ガルバノスキャン角度の中立位置の誤差が存在する場合の位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error when the error of the neutral position of a galvano scan angle exists.

ガルバノミラーの取り付け角度誤差(面倒れ誤差)が存在する場合の位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error in case the attachment angle error (surface tilt error) of a galvanometer mirror exists. ガルバノメータの取り付け誤差(回転軸の倒れ)が存在する場合(図7においてψ=0deg)の位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error when the attachment error (tilt of a rotating shaft) of a galvanometer exists (in FIG. 7, (psi) = 0deg). ガルバノメータの取り付け誤差(回転軸の倒れ)が存在する場合(図7においてψ=90deg)の位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error in case the attachment error (tilt of a rotating shaft) of a galvanometer exists (in FIG. 7, (psi) = 90deg). 3種類の製造誤差が複合した場合の位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error when three types of manufacturing errors are compounded. 図12に対し、スキャン角度の補正制御を行った後の、残留する位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error which remains after performing correction control of a scan angle with respect to FIG. 実施の形態1によるレーザビーム照射位置補正方法(手順)を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a laser beam irradiation position correction method (procedure) according to Embodiment 1. FIG.

図12のパターンに対し、この発明の実施の形態1によるレーザビーム照射位置補正を行った場合の位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error at the time of performing the laser beam irradiation position correction by Embodiment 1 of this invention with respect to the pattern of FIG. 図15に対しスキャン角度の補正制御を行った後の、残留する位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error which remains after performing correction control of a scan angle with respect to FIG. この発明の実施の形態1によるレーザ加工装置を構成する、ガルバノメータを回転調整するためのスキャナ位置調整機構の一例を示す上面図と側面図である。It is the upper side figure and side view which show an example of the scanner position adjustment mechanism for rotationally adjusting the galvanometer which comprises the laser processing apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるレーザ加工装置を構成する、ガルバノメータを回転調整するためのスキャナ位置調整機構の、別の例を示す上面図と側面図である。It is the upper side figure and side view which show another example of the scanner position adjustment mechanism for rotationally adjusting the galvanometer which comprises the laser processing apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるレーザビーム照射位置補正方法(手順)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the laser beam irradiation position correction method (procedure) by Embodiment 2 of this invention. 図12のパターンに対し、実施の形態2によるレーザビーム照射位置補正を行った場合の位置決め誤差を表す図である。It is a figure showing the positioning error at the time of performing the laser beam irradiation position correction by Embodiment 2 with respect to the pattern of FIG. 図20に対し、スキャン角度の補正制御を行った後の、残留する位置決め誤差を表す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a remaining positioning error after performing the scan angle correction control with respect to FIG. 20. 2軸のガルバノメータとfθレンズを備えたレーザ加工装置を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the laser processing apparatus provided with the biaxial galvanometer and the f (theta) lens.

符号の説明Explanation of symbols

10 レーザ発振器 11 レーザビーム
12 反射ミラー 13 ガルバノメータ
13a x軸方向ガルバノメータ(xスキャナ)
13b y軸方向ガルバノメータ(yスキャナ)
14 ガルバノミラー 14a x軸方向ガルバノミラー
14b y軸方向ガルバノミラー 15 fθレンズ
16 スキャン可能なエリア 17 被加工物
18 テーブル 19 テーブル駆動機構
20、20a、20b 回転軸 21、21a、21b 入射光軸
30 θ軸ステージ 31 ガルバノメータ固定部材
32 バネ 33 マイクロメータ
34、37、39 長孔 35 ロックネジ
36、38 ピン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser oscillator 11 Laser beam 12 Reflection mirror 13 Galvanometer 13a X-axis direction galvanometer (x scanner)
13b Y-axis galvanometer (y scanner)
14 Galvano mirror 14a X-axis galvanometer mirror 14b Y-axis galvanometer mirror 15 fθ lens 16 Scannable area 17 Work piece 18 Table 19 Table drive mechanism 20, 20a, 20b Rotating axis 21, 21a, 21b Incident optical axis 30 θ Axis stage 31 Galvanometer fixing member 32 Spring 33 Micrometer 34, 37, 39 Long hole 35 Lock screw 36, 38 Pin.

Claims (5)

x軸方向ガルバノメータ、y軸方向ガルバノメータおよびfθレンズを有し、レーザ発振器から発振されたレーザビームの二次元スキャンを行う二次元スキャンシステムを備えたレーザ加工装置において、上記二次元スキャンシステムは、上記x軸方向ガルバノメータを、上記x軸方向ガルバノメータの回転軸と、上記x軸方向ガルバノメータを構成するx軸方向ガルバノミラーに入射する上記レーザビームの入射光軸とが成す面内で位置調整するxスキャナ位置調整機構と、上記y軸方向ガルバノメータを、上記y軸方向ガルバノメータの回転軸と、上記y軸方向ガルバノメータを構成するy軸方向ガルバノミラーにおける反射光の光軸が、上記fθレンズの中央を貫く場合の、上記y軸方向ガルバノミラーに入射する上記レーザビームの入射光軸とが成す面内で位置調整するyスキャナ位置調整機構を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。   A laser processing apparatus having a two-dimensional scan system having an x-axis direction galvanometer, a y-axis direction galvanometer, and an fθ lens, and performing two-dimensional scan of a laser beam oscillated from a laser oscillator. x-scanner for adjusting the position of the x-axis galvanometer in a plane formed by the rotation axis of the x-axis galvanometer and the incident optical axis of the laser beam incident on the x-axis galvanometer mirror constituting the x-axis galvanometer The position adjusting mechanism, the y-axis galvanometer, the rotation axis of the y-axis galvanometer, and the optical axis of the reflected light in the y-axis galvanometer mirror constituting the y-axis galvanometer pass through the center of the fθ lens. Of the laser beam incident on the y-axis galvanometer mirror A laser processing apparatus comprising a y-scanner position adjusting mechanism for adjusting a position within a plane formed by an emission axis. 上記xスキャナ位置調整機構は、上記x軸方向ガルバノミラーの中心、または上記x軸方向ガルバノメータの回転軸上の一点を、回転中心として、上記x軸方向ガルバノメータの回転軸を回転調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。   The x scanner position adjusting mechanism includes an adjusting means for rotating and adjusting the rotation axis of the x-axis galvanometer with the center of the x-axis galvanometer mirror or one point on the rotation axis of the x-axis galvanometer as a rotation center. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising: x軸方向ガルバノメータ、y軸方向ガルバノメータおよびfθレンズを備え、レーザ発振器から発振されたレーザビームの二次元スキャンを行う二次元スキャンシステムを備えたレーザ加工装置において、上記二次元スキャンシステムは、上記y軸方向ガルバノメータを、上記y軸方向ガルバノメータの回転軸と、上記y軸方向ガルバノメータを構成するy軸方向ガルバノミラーにおける反射光の光軸が、上記fθレンズの中央を貫く場合の、上記y軸方向ガルバノミラーに入射する上記レーザビームの入射光軸とが成す面内で位置調整し、なおかつ、上記y軸方向ガルバノメータを、上記入射光軸と垂直な面内で位置調整するyスキャナ位置調整機構を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。   A laser processing apparatus including a two-dimensional scan system that includes a x-axis direction galvanometer, a y-axis direction galvanometer, and an fθ lens, and that performs two-dimensional scanning of a laser beam oscillated from a laser oscillator. The y-axis direction when the axis of rotation of the y-axis direction galvanometer and the optical axis of the reflected light in the y-axis direction galvanometer mirror constituting the y-axis direction galvanometer pass through the center of the fθ lens. A y scanner position adjusting mechanism for adjusting a position in a plane formed by an incident optical axis of the laser beam incident on the galvanometer mirror and adjusting a position of the y-axis galvanometer in a plane perpendicular to the incident optical axis; A laser processing apparatus comprising: 上記yスキャナ位置調整機構は、上記y軸方向ガルバノミラーの中心、または上記y軸方向ガルバノメータの回転軸上の一点を、回転中心として、上記y軸方向ガルバノメータの回転軸を回転調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項3記載のレーザ加工装置。   The y scanner position adjusting mechanism includes an adjusting means for rotating and adjusting the rotation axis of the y-axis galvanometer with the center of the y-axis galvanometer mirror or one point on the rotation axis of the y-axis galvanometer as a rotation center. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a laser processing apparatus. 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のレーザ加工装置を用いて、被加工物をレーザ加工する工程を含むことを特徴とするレーザ加工方法。   A laser processing method comprising a step of laser processing a workpiece using the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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