レーザ加工装置
【課題】同時多点照射タイプのレーザ加工装置において２つのレーザ光による加工品質の差を少なくし、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工装置を得ること。
【解決手段】１つのレーザ光Ｌを光路の異なる２つのレーザ光Ｌα，Ｌβに分光する第１の偏光手段２１と、レーザ光Ｌαの光路上に配置され、ＸＹテーブル１１上の第１の方向にレーザ光Ｌαを走査するガルバノスキャナ２３ａと、レーザ光Ｌβの光路上に配置され、ＸＹテーブル１１上の第１の方向とは異なる第２の方向にレーザ光Ｌβを走査するガルバノスキャナ２３ｂと、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβを混合する第２の偏光手段２５と、レーザ光Ｌα，ＬβをＸＹテーブル１１上の相異なる第３と第４の方向に走査する一対のメインガルバノスキャナ２６と、メインガルバノスキャナ２６からのレーザ光Ｌα，Ｌβを被加工物１２上の所定の位置にそれぞれ集光させるｆθレンズ２８と、を備える。
【解決手段】１つのレーザ光Ｌを光路の異なる２つのレーザ光Ｌα，Ｌβに分光する第１の偏光手段２１と、レーザ光Ｌαの光路上に配置され、ＸＹテーブル１１上の第１の方向にレーザ光Ｌαを走査するガルバノスキャナ２３ａと、レーザ光Ｌβの光路上に配置され、ＸＹテーブル１１上の第１の方向とは異なる第２の方向にレーザ光Ｌβを走査するガルバノスキャナ２３ｂと、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβを混合する第２の偏光手段２５と、レーザ光Ｌα，ＬβをＸＹテーブル１１上の相異なる第３と第４の方向に走査する一対のメインガルバノスキャナ２６と、メインガルバノスキャナ２６からのレーザ光Ｌα，Ｌβを被加工物１２上の所定の位置にそれぞれ集光させるｆθレンズ２８と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント基板などの被加工物に対する穴あけ加工を主目的としたレーザ加工装置に関するものであり、特に、生産性向上を目的とした同時多点照射タイプのレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生産性向上を図るためにレーザ光源からの１つのレーザ光を２つに分光して、２穴同時加工することができるレーザ加工装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このレーザ加工装置では、１つのレーザ光を第１の偏光手段にて２つのレーザ光に分光し、再びこれらの２つのレーザ光の光路をほぼ一致させる第２の偏光手段に導く。このとき、第１の偏光手段で分光されたレーザ光のうちの一方のレーザ光（以下、主ビームという）は１組のミラー（ベンドミラー）を経由して第２の偏光手段へと導かれる。また、他方のレーザ光（以下、副ビームという）は一対の第１のガルバノスキャナ群で互いに平行でない２軸方向に走査された後に第２の偏光手段に導かれ、混合される。第２の偏光手段を通過した２つのレーザ光は、一対の第２のガルバノスキャナ群で互いに平行でない２軸方向に走査され、ｆθレンズに入射し、テーブル上の被加工物へと照射される。ここで、副ビームは、第１のガルバノスキャナ群で走査されることで、１組のミラーを通過してきた主ビームに比べてその角度に若干のずれが存在するので、ｆθレンズを通過した後の主ビームと副ビームはそれぞれテーブル上の異なる位置に照射されることになる。これによって、１つのｆθレンズで２穴同時加工することができ、生産性が向上する。
【０００３】
このほかにも、１つのレーザ光を第１の偏光手段にて２つのレーザ光に分光し、それぞれのレーザ光を、一対のガルバノスキャナで２軸方向に走査し、２つのレーザ光を第２の偏光手段へ導いた後、１つのｆθレンズで２穴同時加工して生産性を向上したレーザ加工装置も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、特許文献１に見られるようなレーザ加工装置において、目的の位置に穴を加工するための各ガルバノスキャナの角度指令値を生成する技術についても知られている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０３／０４１９０４号パンフレット
【特許文献２】特開２００５−２３０８７２号公報
【特許文献３】国際公開第０３／０８０２８３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載のレーザ加工装置にあっては、分光した一方の副ビーム側は合計２組（すなわち４台）と、主ビーム側の１組（２台）に比べて多くのガルバノスキャナを経由することになる。ガルバノスキャナは、ミラー部を回転させて使用するため、固定ミラーを経由する場合に比べて不安定であるので、そのようなガルバノスキャナを多く経由する副ビームはどうしても加工品質が悪くなりやすいという問題点があった。
【０００７】
さらに、副ビームにおいてはｆθレンズの前焦点位置（ｆθレンズ前のビーム走査理想位置）から離れた位置に設置されている第１のガルバノスキャナ群でビームを走査する。そのため、ｆθレンズの前焦点位置から第１のガルバノスキャナ群までの距離が遠ければ遠い程、ｆθレンズの特性上、加工穴真円度や焦点裕度といった加工穴品質が悪くなる傾向があり、その結果、被加工物に対する加工穴品質も悪くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載のレーザ加工装置においては、第１の偏光手段で２つに分光されたレーザ光は、どちらも固定ミラーではなくガルバノスキャナを経由して走査される構成であり、ｆθレンズとガルバノスキャナの間に第２の偏光手段を設けるスペースが必要となるため、どちらのレーザ光もｆθレンズの前焦点位置から離れた位置での走査となる。その結果、どちらのレーザ光も加工穴品質が悪くなってしまうという問題点があった。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載のレーザ加工装置のような構成では、光学系が複雑なため、特許文献３に記載のビーム位置を制御するために必要な各ガルバノスキャナの角度指令値などのキャリブレーション作業においては、試し加工に多く点数を必要とし時間がかかってしまうという問題点もあった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、同時多点照射タイプのレーザ加工装置において２つのレーザ光による加工品質の差を少なくし、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工装置を得ることを目的とする。また、レーザ光を照射する加工位置を制御するために必要なキャリブレーション作業を容易にすることができるレーザ加工装置を得ることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、この発明にかかるレーザ加工装置は、テーブル上に配置された被加工物上の２点以上にレーザ光を同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、１つのレーザ光を光路の異なる第１と第２のレーザ光に分光する第１の偏光手段と、前記第１のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の第１の方向に前記第１のレーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、前記第２のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の前記第１の方向とは異なる第２の方向に前記第２のレーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、前記第１および第２のレーザ光を混合する第２の偏光手段と、混合された前記第１および第２のレーザ光を前記テーブル上で相異なる第３と第４の方向に走査する一対の第３と第４のガルバノスキャナからなるメインガルバノスキャナと、前記メインガルバノスキャナからの前記第１および第２のレーザ光を前記被加工物上の所定の位置にそれぞれ集光させるｆθレンズと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、第１の偏光手段で分光されたどのレーザ光も３台のガルバノスキャナを経由する構成にしたので、同時多点照射という生産性を維持したまま加工品質を向上することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるレーザ加工装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
この発明によるレーザ加工装置の説明をする前に、従来のレーザ加工装置の構成の概要について説明する。図１４は、同時多点照射タイプのレーザ加工装置の構造の従来例を示す図である。レーザ加工装置は、プリント基板などの被加工物２１２を載置し、水平面（ＸＹ平面）内で移動可能なＸＹテーブル２１１と、図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光ＬをＸＹテーブル２１１上の被加工物２１２に照射するための光学系と、を備える。なお、この図において、被加工物２１２を載置するＸＹテーブル２１１の面を水平面とし、この水平面内で互いに直交する２つの軸をＸ軸とＹ軸とし、これらのＸ軸とＹ軸の両方に垂直な軸をＺ軸としている。
【００１５】
光学系は、図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光Ｌを２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂに分光する偏光ビームスプリッタなどからなる第１の偏光手段２２２と、第１の偏光手段２２２で分光され、異なる光路を進行してきた２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂを混合（ミックス）し、ほぼ同一の光路に導く偏光ビームスプリッタなどからなる第２の偏光手段２２３と、第２の偏光手段２２３からの混合されたレーザ光Ｌａ，Ｌｂを被加工物２１２上に集光させるｆθレンズ２２８と、を備える。なお、第１の偏光手段２２２と第２の偏光手段２２３との間で分光された２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂは、光路長が同一になるように構成されている。また、前記第２の偏光手段２２３で２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂを混合する理由は、ひとつのｆθレンズ２２８を用いて２つの穴を同時加工するためである。
【００１６】
簡単のため、レーザ光Ｌ，Ｌａ，Ｌｂの光路は上記で設定したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかとほぼ平行になるように、レーザ光Ｌ，Ｌａ，Ｌｂの光路上にミラー２２１ａ〜２２１ｄとガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂが配置されている場合で説明する。この場合、光路上に配置されるミラー２２１ａ〜２２１ｄは、レーザ光Ｌの光路を９０度の角度で曲げる（反射させる）ために、たとえば図に示されるＸＹＺ座標系のいずれかの軸に対して、４５度の角度をなして配置される。また、第１の偏光手段２２２で反射されたレーザ光Ｌｂの光路上には、レーザ光Ｌｂを２軸方向に走査し第２の偏光手段２２３へと導くための一対のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂが設けられる。ガルバノスキャナ２２４ａは、ミラー２２５ａの回転軸がＸ軸方向となるように配置され、ガルバノスキャナ２２４ｂは、ミラー２２５ｂの回転軸がＹ軸方向となるように配置される。ガルバノスキャナ２２４ａを走査することで、レーザ光ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＸ軸方向に走査することができ、ガルバノスキャナ２２４ｂを走査することで、レーザ光ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＹ軸方向に走査することができる。
【００１７】
さらに、第２の偏光手段２２３とｆθレンズ２２８との間には、第２の偏光手段２２３からの混合されたレーザ光Ｌａ，Ｌｂを２軸方向に走査し被加工物２１２に導くための一対のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂが設けられている。ガルバノスキャナ２２６ａは、ミラー２２７ａの回転軸がＺ軸方向となるように配置され、ガルバノスキャナ２２６ｂは、ミラー２２７ｂの回転軸がＸ軸方向となるように配置される。ガルバノスキャナ２２６ａを走査することで、レーザ光Ｌａ，ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＸ軸方向に走査することができ、ガルバノスキャナ２２６ｂを走査することで、レーザ光Ｌａ，ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＹ軸方向に走査することができる。
【００１８】
ここで、このような構成のレーザ加工装置の動作について説明する。図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光Ｌは、偏光方向を４５度の向きに調整されており、２つのミラー２２１ａ，２２１ｂで反射されて第１の偏光手段２２２に入射する。第１の偏光手段２２２では、偏光方向が入射面と垂直なＰ波であるレーザ光と、偏光方向が入射面と平行なＳ波であるレーザ光とに分光される。
【００１９】
第１の偏光手段２２２を透過したレーザ光（以下、主ビームという）Ｌａは、２つのミラー２２１ｃ，２２１ｄを経由して、第２の偏光手段２２３に導かれる。一方、第１の偏光手段２２２で反射したレーザ光（以下、副ビームという）Ｌｂは、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂで２軸方向に走査された後、第２の偏光手段２２３に導かれる。ここで、主ビームＬａは、常に同じ位置で第２の偏光手段２２３に導かれるが、副ビームＬｂは、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂの振り角を制御することで、第２の偏光手段２２３に入射する位置や角度が調整される。
【００２０】
その後、主ビームＬａは第２の偏光手段２２３で反射され、副ビームＬｂは第２の偏光手段２２３で透過されることで、二つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂは、ほぼ同じ光路をガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂへと導かれる。そして、ガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂによって２軸方向に走査された後、ｆθレンズ２２８に導かれ、それぞれ被加工物２１２上の所定位置に集光され、加工を実施する。このとき、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂを走査することによって、被加工物２１２上の任意の異なる２点に、主ビームＬａと副ビームＬｂとを照射することが可能である。走査領域内の穴の加工がすべて終了した後、ＸＹテーブル２１１を図中のＸＹ方向に移動させることで、つぎの走査領域の加工を実施することができる。
【００２１】
ここで、一組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂをそれぞれ或る角度にすると、分光されたレーザ光Ｌｂが第２の偏光手段２２３以降同一の軌跡を描き同じ位置が加工される。今、十分に近い２つの加工したい穴位置イ、ロがあるとすると、まず第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂでどちらか一方（たとえばイ）の穴位置が加工されるよう２軸方向に走査すれば、主ビームＬａはその位置イに穴を加工する。ついで、第１組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂでさらに穴位置イから他の穴位置のロの方向へ２軸方向に走査すれば副ビームＬｂはもう一方の穴位置ロを加工する。
【００２２】
このように、図１４の構成を有するレーザ加工装置においては、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂがメインの走査、第１組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂは上記の穴位置イから穴位置ロのように差分の走査、という役割として考えることができ、直感的にその仕組みを理解しやすかった。また、実際にその役割どおり、第１組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂが走査する振れ角は、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂが走査する振れ角より小さくなっている。
【００２３】
ところがこのようなレーザ加工装置にあっては、分光した一方の副ビームＬｂは合計２組（すなわち４台）と多くのガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂを経由することになる。ガルバノスキャナはミラー部を回転させて使用するため、固定ミラーを経由する場合に比べて不安定であり副ビームＬｂによる加工はどうしても加工品質（ここでいう加工品質とはスキャンエリア内での穴の真円性・焦点裕度といった加工穴品質と、加工位置精度ばらつきと、の２つのことをいう）が悪くなりやすいという問題点があった。またｆθレンズ２２８の前焦点位置からビーム走査する最も遠いガルバノスキャナ２２４ａまでの距離が長いことも加工品質（特に加工穴品質）が悪くなる原因の一つでもあった。
【００２４】
そこで、この発明では、２本のレーザ光の加工品質が、従来のレーザ加工装置における主ビームの加工品質よりも悪くなってしまうが、副ビームの加工品質よりも良くすることができる構成としたレーザ加工装置を提供する。以下に、この発明にかかるレーザ加工装置について説明する。
【００２５】
図１は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す図であり、図２は、図１のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。このレーザ加工装置は、プリント基板などの被加工物１２を載置し、水平面（ＸＹ平面）内で移動可能なＸＹテーブル１１と、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器２０と、レーザ発振器２０から出射されたレーザ光ＬをＸＹテーブル１１上の被加工物１２に照射するための光学系と、試し加工時におけるＸＹテーブル１１上の加工位置を撮像するＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラなどの撮像手段２９と、レーザ発振器２０と光学系を構成する後述するガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度と撮像手段２９とを制御する制御部３０と、を備える。なお、この図において、被加工物１２を載置するＸＹテーブル１１の面を水平面とし、この水平面内で互いに直交する２つの軸をＸ軸とＹ軸とし、これらのＸ軸とＹ軸の両方に垂直な軸をＺ軸としている。
【００２６】
光学系は、レーザ発振器２０から出射されたレーザ光Ｌを分光する偏光ビームスプリッタなどからなる第１の偏光手段２１と、分光されたレーザ光Ｌα，Ｌβを反射させて光路に導く複数のミラー２２ａ〜２２ｆと、それぞれの光路のレーザ光Ｌα，ＬβをＸＹテーブル１１上で相異なる方向に走査するガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ（以下では、これらのガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂを副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂともいう）と、第１の偏光手段２１で分光され、異なる光路を進行してきた２つのレーザ光Ｌα，Ｌβを混合し、ほぼ同一の光路に導く偏光ビームスプリッタなどからなる第２の偏光手段２５と、第２の偏光手段２５からの混合されたレーザ光Ｌα，ＬβをＸＹテーブル１１上で相異なる方向に走査するガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ（以下では、これらのガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのことをメインガルバノスキャナ２６ともいう）と、混合されたレーザ光Ｌα，Ｌβを被加工物１２上に集光させるｆθレンズ２８と、を備える。ここで、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂは、特許請求の範囲における第１と第２のガルバノスキャナに対応し、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂは、同じく第３と第４のガルバノスキャナに対応する。
【００２７】
なお、簡単のため、光路上に配置されるミラー２２ａ〜２２ｆとガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂは、レーザ光Ｌ，Ｌα，Ｌβの光路をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかとほぼ平行になるように、レーザ光Ｌ，Ｌα，Ｌβを９０度の角度で曲げる（反射させる）目的で、たとえば図に示されるＸＹＺ座標系のいずれかの軸に対して、４５度の角度をなして配置される場合で説明する。また、第１の偏光手段２１で透過した側のレーザ光Ｌαは第２の偏光手段２５では反射し、第１の偏光手段２１で反射した側のレーザ光Ｌβは第２の偏光手段２５で透過するように光路が構成される。第１の偏光手段２１と第２の偏光手段２５との間で分光したそれぞれのレーザ光Ｌα，Ｌβの光路長は同一になるように構成されている。
【００２８】
この実施の形態１では、第１の偏光手段２１で分光された２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの光路上に配置されるミラー２２ａ〜２２ｆの数とガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの数はともに、２つの光路で等しくなるように配置されている。また、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβで特性の差が出ないよう、ガルバノスキャナの配置方法も工夫されている。すなわち、ｆθレンズからガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの配置位置までの光路長はともに、２つの光路で等しくなるように設計されている。
【００２９】
つまり、第１の偏光手段２１で透過したレーザ光（以下、αビームという）Ｌαの第２の偏光手段２５までの光路上には、ｎ（ｎは自然数）枚のミラー（２２ａ〜２２ｃ）と１つのガルバノスキャナ２３ａが設けられている。また、第１の偏光手段２１で反射したレーザ光（以下、βビームという）Ｌβの第２の偏光手段２５までの光路上には、ｎ枚のミラー（２２ｄ〜２２ｆ）と１つのガルバノスキャナ２３ｂが設けられている。ただし、この図１の場合では、ｎ＝３枚である。このような構成によって、２つの光路上には同数のミラーとガルバノミラーが配置されるので、２つの光路上を通過するレーザ光の品質は同じものとなる。
【００３０】
また、この実施の形態１では、たとえば図１と図２に示されるように、メインガルバノスキャナ２６ａは、ミラー２７ａの回転軸がＺ軸方向となるように配置し、メインガルバノスキャナ２６ｂは、ミラー２７ｂの回転軸がＸ軸方向となるように配置することが考えられる。
【００３１】
レーザを走査する前記ガルバノスキャナ２６ａ、２６ｂのミラー２７ａ、２７ｂは、どれもｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆにあることが望ましい。しかし実際には複数のミラーを同じ位置に配置することは不可能なので、できるかぎりこの状況に近づけることを考える。すなわち、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａとガルバノスキャナ２６ｂのミラー２７ｂができるだけｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆに近い位置で、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａの中心位置とガルバノスキャナ２６ｂのミラー２７ｂの中心位置とを結ぶ線の中点が、ｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆとなるように、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂを配置する。ただしこのとき、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのそれぞれのミラー２７ａ，２７ｂが回転することを考慮して、これらのミラー２７ａ，２７ｂ同士が干渉しないように２つのミラー２７ａ，２７ｂ（ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ）間の距離２Ｙを選択しなければならない。
【００３２】
ところで、図２に示す例では、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａの回転を固定し、ガルバノスキャナ２６ｂを回転させた場合を考えると、レーザ光Ｌα，Ｌβのｆθレンズ２８への入射位置がＹ軸方向に沿って変わる。逆に、ガルバノスキャナ２６ｂのミラー２７ｂの回転を固定し、ガルバノスキャナ２６ａを回転させた場合を考えると、レーザ光Ｌα，Ｌβのｆθレンズ２８への入射位置がＸ軸方向に沿って変わる。このように、ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂを走査させることによって、ｆθレンズ２８へのレーザ光Ｌα，Ｌβの入射位置（入射角度）を変えることができる。
【００３３】
また、光学系は図１に示されるように、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａと、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂとの走査方向が同一にならないように決定される。この図１の例においては、（理想的なｆθレンズを仮定すると）αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａの走査方向は、直後でＸ方向でありＸＹテーブル１１上ではＸ方向となるように、ミラー２４ａの回転軸がＺ軸方向となるようにガルバノスキャナ２３ａが配置される。また、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂの走査方向は、直後でＺ方向でありＸＹテーブル１１上ではＹ方向となるように、ミラー２４ｂの回転軸がＹ軸方向となるように、ガルバノスキャナ２３ｂは配置される。つまり、ガルバノスキャナ２３ａを走査することで、レーザ光ＬαをＸＹテーブル１１上のＸ軸方向に走査することができ、ガルバノスキャナ２３ｂを走査することで、レーザ光ＬβをＸＹテーブル１１上のＹ軸方向に走査することができる。
【００３４】
制御部３０は、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂと副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂのミラー角度と加工穴の位置の関係を求めるキャリブレーション作業を行って、加工穴の位置にレーザ光Ｌα，Ｌβを照射するためのメインガルバノスキャナ２６と副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂのミラー角度を制御する機能を有する。なお、この制御部３０によるキャリブレーション作業と加工制御作業については、実施の形態４で説明する。
【００３５】
つぎに、このような構成を有するレーザ加工装置の動作について説明する。レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌは、第１の偏光手段２１で透過側のレーザ光Ｌαと反射側のレーザ光Ｌβとに分光される。透過側のレーザ光（すなわち、αビーム）Ｌαは、いくつかの固定ミラー２２ａ〜２２ｃと、１つのαビーム用のガルバノスキャナ２３ａを経由して第２の偏光手段２５へと導かれる。同様に、反射側のレーザ光（すなわち、βビーム）Ｌβも別のいくつかの固定ミラー２２ｄ〜２２ｆと、１つのβビーム用のガルバノスキャナ２３ｂを経由して第２の偏光手段２５へと導かれる。第２の偏光手段２５を経由したそれぞれのレーザ光Ｌα，Ｌβは、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂで走査され、ｆθレンズ２８を通過することで、被加工物１２上の２点に照射される。そして、被加工物１２が加工される。このとき、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂとメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂは、ともに制御部３０によって予め設定された加工情報に基づいてミラー角度が制御される。
【００３６】
ここで、この実施の形態１によるレーザ加工装置で加工品質を向上させることができる理由について説明する。第１の偏光手段２１と第２の偏光手段２５の間で分光された２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの品質は、同じ数のミラーとガルバノミラーを通過することで等しくなる。これによって、加工点位置精度のばらつきと加工穴品質の２点が改善される。
【００３７】
加工点位置精度のばらつきは、加工点での位置ばらつきであり、理想位置に対する誤差ばらつきである。この加工点位置精度のばらつきの主な原因は、ガルバノスキャナ走査時の角度ばらつきによるものであり、１つのレーザ光が経由するガルバノスキャナの台数が少なければ少ないほど改善される。この実施の形態１によると、αビームＬαとβビームＬβは、それぞれ３台のガルバノスキャナを経由しており、従来例の副ビームＬｂが経由する４台よりも少ないため、加工位置精度のばらつきは改善される。
【００３８】
一方の加工穴品質は、Ｚ軸高さを変化させながらガルバノスキャナを走査領域内で走査して加工したときの加工穴の真円性の程度を表すものである。通常、穴の真円率が所定値以上であると、加工穴品質が良いと判断されることになり、この加工穴品質が良いと判断されるＺ軸範囲が大きいほど、焦点裕度が広く、加工穴品質がよいということとなる。ここで、Ｚ軸とは、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂと、第２の偏光手段２５とメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂと、ｆθレンズ２８とを含んで構成されるものであり、ＸＹテーブル１１の上面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に平行な方向に移動する機構を有する部品群である。
【００３９】
一般的に、加工点までの光路に挿入されるミラーの数が多いほど、伝播されるレーザ光の品質（真円性）が悪くなり、加工点でのビーム品質が悪くなる傾向にある。その結果、加工穴品質も悪くなる。これは、ミラーの平面は、厳密には縦横で凹凸が別形状となっている場合が多く、このようなミラーを複数枚伝播したレーザ光はビームの広がり角度や集光点のＺ位置が縦横で大きく異なってしまうこととなるためである。特に、ガルバノスキャナのミラーは、特殊な形状をしたミラーであり、比較的平面度が悪いものもあるために、光路上に複数のガルバノスキャナが存在する場合には、加工点でのビーム品質悪化が非常に大きくなってしまう。
【００４０】
図３−１は、加工穴品質が良い状態を模式的に示す図であり、図３−２は、加工穴品質が悪い状態を模式的に示す図である。図３−１のように、レーザ光Ｌが伝播するミラーやガルバノミラーの枚数が少ない場合には、レーザ光Ｌを、図に示した座標軸を基準としたＸＺ平面とＹＺ平面で切ったときの形状とが一致するので、焦点高さは等しく、ビームは常に真円であり、焦点位置付近のＺ軸のどこで切ってもレーザ光Ｌは円くなっている。しかし、図３−２のように、レーザ光Ｌが伝播するミラーやガルバノミラーの枚数が多い場合にはレーザ光Ｌを、図に示した座標軸を基準としたＸＺ平面とＹＺ平面で切ったときの形状は一致しない。すなわち、焦点高さ（Ｚ軸）が異なる。その結果、焦点位置付近のＺ軸に垂直な方向でレーザ光Ｌを切ると、楕円形状となる。図３−２では、レーザ光Ｌの縦横でビームの広がりや集光位置が異なるために横楕円から縦楕円へと変化する場合が示されている。
【００４１】
図４は、加工穴品質の評価方法の一例を示す図である。加工穴品質の評価方法は、Ｚ軸高さを変化させて形成したときの加工穴の形状の真円度が所定のパーセンテージ以上となるＺ軸範囲を求めることによって評価する。つまり、このＺ軸範囲が、加工穴品質が良いとされる範囲となる。また、このＺ軸範囲が広いほど、加工を行いやすい。
【００４２】
図５−１は、従来の図１４のレーザ加工装置における主ビームと副ビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図であり、図５−２は、この実施の形態１のレーザ加工装置におけるαビームとβビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図である。まず、図５−１に示されるように、主ビームＬａでは、レーザ光が伝播するガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂの数が２個と少ないが、副ビームＬｂでは、レーザ光が伝播するガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂの数が４個と多い。そのため、２個のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂしか伝播しない主ビームＬａの加工穴品質は高いが、４個のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂを伝播する副ビームＬｂの加工穴品質は極端に低くなっている。これに対して、図５−２に示されるように、レーザ光が伝播するガルバノスキャナの数が３個となるαビームＬαとβビームＬβは、どちらも図５−１に示される従来のレーザ加工装置の副ビームＬｂの加工穴品質よりも良い加工穴品質となっている。そして、２つのレーザ光の加工穴品質が良いと判定される範囲はほぼ同等であり、両者が重なる範囲、すなわち２つのレーザ光で加工される加工穴の品質が良好となるＺ軸範囲は、図５−１の従来のレーザ加工装置の場合よりも広くなっている。つまり、一方のビーム品質の悪いレーザ光のビーム品質を改善することによって、レーザ加工装置全体の加工穴品質を改善することが可能となる。また、加工穴品質は、図１に示す副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂのｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆからの配置距離が短いほど改善される。つまり、図１に示されるように、この実施の形態１の構成によれば、αビームＬαとβビームＬβが伝播するそれぞれの光路に１つずつ副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂが配置され、その配置位置を前焦点位置Ｆに近づけることができるので、加工穴品質を改善することができる。これに加えて、前焦点位置Ｆからのそれぞれの副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの設置距離が等しいので、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβによる加工穴品質は同等のものとなる。
【００４３】
この実施の形態１によれば、分光されたいずれのレーザ光Ｌα，Ｌβも３台のガルバノスキャナしか経由せず、ｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆからビーム走査する最も遠い副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂまでの距離も短くなることにより、従来の同時多点照射型レーザ加工装置と同様の生産性を維持したまま従来の副ビームの加工品質が劣化するという問題点を解消することができる。また、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの加工品質が同等となるので、加工品質の良い加工を行うことができるＺ軸高さの範囲を広げることができ、従来のレーザ加工装置に比べてより広い条件の範囲での加工を行うことができるという効果を有する。
【００４４】
実施の形態２．
図６は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態２の構成を示す図であり、図７−１は、図６のレーザ加工装置の副ガルバノスキャナとメインガルバノスキャナのＸ軸方向から見たときの配置関係を示す図であり、図７−２は、図６のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。このレーザ加工装置は、実施の形態１の図１において、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａの回転軸を、Ｚ軸に対して角度θだけ倒して配置することを特徴とする。また、これに伴って、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂもそれぞれ実施の形態１の場合の位置に対して角度θだけ倒して配置する。これらのガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａのミラー２４ａ，２４ｂ，２７ａの回転軸はそれぞれ同じ直交座標系を構成している。さらに、実施の形態１の２つの光路内のミラー２２ｂと副ガルバノスキャナ２３ａとの間と、ミラー２２ｄと副ガルバノスキャナ２３ｂとの間に、図中に示されるＸＹＺ座標系を、このＸＹＺ座標系に比して角度θだけ傾いた直交座標系に変更するためのミラー２２ｇ〜２２ｊが各光路に２つずつ配置される。なお、ミラー２２ｇ，２２ｉよりもレーザ発振器２０側の光路は、ＸＹテーブル１１を基準に設けたＸＹＺ直交座標のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかに平行となるように構成される。これは、加工点高さ調整のため、ＸＹ平面に対して直角であることが必要となるからである。
【００４５】
この実施の形態２の場合、ガルバノスキャナ２６ａをガルバノスキャナ２６ｂの斜め下側で傾斜させた状態で配置したことを特徴としている。具体的には、図７−１〜図７−２に示されるように、ガルバノスキャナ２６ａは、図２に示される実施の形態１の配置位置に比べて、角度θだけＹＺ面内でＹ軸正方向に傾けて配置させている。このように傾けることで、ミラー２７ａ，２７ｂの可動範囲から両者が干渉しない距離を考慮すると、２つのミラー２７ａ，２７ｂの間の距離を、実施の形態１の場合に比して狭めることができる。その結果、ｆθレンズ２８の前焦点位置（ｆθレンズ２８前のビーム走査理想位置）と２つのミラー２７ａ，２７ｂとの間の距離Ｙも実施の形態１の図２の場合に比して短くすることができ、レーザ光の加工穴品質を高めることができる。また、ガルバノスキャナ２６ａを角度θだけ傾けることに伴って、ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂは、図２に示される実施の形態１の配置位置に比べて、角度θだけＹＺ面内でθだけＺ軸正方向に傾けて配置させている。
【００４６】
このようにガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａを傾斜させた場合には、各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂを走査した場合のＸＹテーブル１１上でのレーザ光Ｌα，Ｌβの走査方向は、Ｘ軸とＹ軸に平行な方向となる。
【００４７】
この実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、ｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆにメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂを近づけるように配置しているため、実施の形態１に比して、加工穴品質をさらに向上させることができるという効果を有する。
【００４８】
実施の形態３．
実施の形態２では、Ｚ軸の上下調整機構（加工ヘッド部分を動作させることで焦点位置調整をする構造）による動作でビーム位置が変化しないようにするため、光路途中でＺ軸と平行な光軸を設ける必要があり、第１分光（第１の偏光手段２１）以降のミラー枚数が実施の形態１よりも１つの光路に対して２枚以上多くなってしまうという問題があった。そこで、この実施の形態３では、第１分光以降のミラー枚数を実施の形態１と同じ枚数とする場合について説明する。
【００４９】
図８は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態３の構成を示す図である。このレーザ加工装置は、実施の形態１の図１で、ガルバノスキャナ２６ａのみを、ガルバノスキャナ２６ｂの斜め下側で傾斜させた状態で配置したことを特徴としている。このガルバノスキャナ２６ａの配置位置は、実施の形態２の図７−２で示したものと同じであるので、その説明を省略する。
【００５０】
また、この実施の形態３では、ガルバノスキャナ２６ａのみを角度θだけ傾斜させて配置させており、他の副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂやミラー２２ｇ〜２２ｊは、実施の形態１と同様に、光路がＸＹテーブル１１を基準としたＸＹＺ座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかと平行になるように配置されている。これによって、Ｚ軸の上下調整機構による動作でビーム位置が変化しないようにすることが可能になる。
【００５１】
この実施の形態３の場合は、各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６を走査した場合のＸＹテーブル１１上でのレーザ光Ｌα，Ｌβの走査方向は、Ｘ軸とＹ軸に平行な方向ではなく、直角でない所定の角度で交差する２本の軸に平行な方向となる。
【００５２】
この実施の形態３によれば、第２の偏光手段２５以降のメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂの走査座標系はＸＹテーブル１１を基準とした直交座標系であるが、副偏光ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの走査座標系は直交ではなくなって或る角度θを持つこととなるが、第１分光（第１の偏光手段２１）以降のミラー枚数が実施の形態１と同じで少ない構成で済むため、実施の形態２に比して、加工穴品質の劣化を抑えることができるという効果を有する。
【００５３】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、レーザ加工装置におけるガルバノスキャナとミラーの配置についての説明を行った。上述したように、たとえば、実施の形態１の光学系では、図１に示すように、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａと、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂとの走査方向が直交すると、直観的にわかりやすく、走査面積を最大にすることができる。たとえば、実施の形態１（図１）では、理想的なｆθレンズ２８を想定すると、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａの走査方向は、直後でＸ軸方向であるので、ＸＹテーブル１１上ではＸ軸方向であり、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂの走査方向は、直後でＺ方向であるので、ＸＹテーブル１１上ではＹ軸方向である。しかし、実際には理想的なｆθレンズ２８の製作が困難なことや、レンズ取り付け精度の限界などにより、１台のガルバノスキャナによる走査方向がＸＹテーブル１１上で直線にはならない。また、ガルバノスキャナの走査方法（制御方法）によって加工穴位置を制御することができるので、実施の形態２，３で示したように、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａとβビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂの走査方向が直交しないような構成とすることも可能である。したがって、いずれの場合にしても、目標の穴座標に穴加工を施せるように各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂの角度を決めなければならない。そこで、この実施の形態４では、目標の穴座標に穴加工を施すためのガルバノスキャナの制御方法について説明する。
【００５４】
このようなレーザ加工装置の制御を行うのは、図１、図６、図８に示されるように制御部３０である。この制御部３０は、ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度とＸＹテーブル１１上に形成される加工穴位置との関係を求めるキャリブレーション機能３１と、キャリブレーション機能３１によって求められた目標とする位置に穴加工を行うためのガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度を求めるモデルを格納するモデル格納機能３２と、被加工物１２に対して行う加工穴をあける位置などの加工情報を格納する加工情報格納機能３３と、加工情報格納機能３３に格納される加工情報をモデル格納機能３２のモデルを用いてガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂやレーザ発振器２０の制御を行う加工制御機能３４と、を備える。
【００５５】
以下では、最初にレーザ加工装置における制御方法の概要を説明し、そのつぎに制御を行うためのキャリブレーション方法について説明する。
【００５６】
レーザ加工装置には、加工したいＸＹテーブル１１上の穴座標（目標穴座標）に対して、その加工を実現するためにあるべきガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂの角度（角度指令値）を求める機能が要求される。
【００５７】
図９は、図１４に示される従来の同時多点照射型のレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。この図９に示されるように、従来の同時多点照射型レーザ加工装置では、主ビームＬａの加工穴の座標（ａx，ａy）を求め、副ビームＬｂの加工穴の座標（ｂx，ｂy）は、この主ビームＬａの加工穴の座標（ａx，ａy）との差分によって求める方法が採用されている。つまり、主ビームＬａの加工穴の座標（ａx，ａy）を、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂのミラー角度によって定める。一方の副ビームＬｂの加工穴の座標（ｂx，ｂy）は、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂのミラー角度に加えて、第１組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂのミラー角度によって定める。しかし、これらの主ビームＬａと副ビームＬｂとをまとめてみると、４つのガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂのミラー角度を決めると、２つの加工穴の座標（４つの座標成分）が決まる、４入力４出力の関係にある。これにより、これらの関係は写像の関係として捉えることができる（詳しくは、特許文献２参照）。
【００５８】
ところで、この発明によるレーザ加工装置では、上述したように、第１の偏光手段２１で分光された２つのレーザ光は、どちらも同じ数のガルバノスキャナを伝播することによって、ビーム品質による優劣がないので、主ビームと副ビームという分類はなく同等である。つまり、この発明によるレーザ加工装置用には、上述した従来の図９に示されるような写像の関係を利用して２つの加工穴の座標を決めるための４つのガルバノスキャナのミラー角度を求める方法を適用することができないので、新たに加工穴座標を定めるための制御方法が必要となる。
【００５９】
図１０は、この発明によるレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。この図１０に示されるように、この発明によるレーザ加工装置では、αビームＬαでは、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのミラー角度に加えてαビームＬαの光路上に配置されると副ガルバノスキャナ２３ａのミラー角度によって、加工穴の位置座標（αx，αy）が決まる。また、βビームＬβでも、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのミラー角度に加えてβビームＬβの光路上に配置される副ガルバノスキャナ２３ｂのミラー角度によって、加工穴の位置座標（βx，βy）が決まる。そして、これらをまとめてみると、４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度が決まると、４つの加工穴座標αx，αy，βx，βy（２つの穴でそれぞれＸ座標とＹ座標があるため４変数）が決まるという写像の関係にあることがわかる。
【００６０】
これより、この実施の形態４では、２つの加工穴の座標（４つの加工穴座標の成分）を求めるために、図１０のブロック線図で表した写像の逆写像モデルを使用することを特徴とする。また、図１０より、２つの加工穴の目標位置座標αx，αy，βx，βyの４入力に対し、その穴座標αx，αy，βx，βyでの加工を実現すべく４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度の推定値ｇae，ｇbe，ｇce，ｇdeの４変数を出力する４入力４出力であることを特徴とする。そして、この実施の形態４で使用される逆写像モデルは、４入力４出力の多項式を含む多項式モデルを用いて、４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度から４つの加工穴座標αx，αy，βx，βyを求める機能を実現する。ここで、多項式とは、定数と変数の四則演算のみで計算される数式のことをいい、その種類は何通りも考えられる。
【００６１】
この実施の形態４で使用される逆写像モデルを、行列式を用いた数式で示すと次式（１）のようになる。ここで、Ｂeは、４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度の推定値を示す行列であり、Ａは、ｎ次（ｎは自然数）の多項式モデルで表した目標穴座標を示す行列であり、Ｘは行列Ａの係数行列（または、未知パラメータ行列）である。
【００６２】
Ｂe＝ＡＸ ・・・（１）
【００６３】
たとえば、１次の多項式モデルの場合には、項数が５個となる次式（２）のような形となり、２次の多項式モデルの場合には、項数が１５個となる次式（３）のような形となり、３次の多項式モデルの場合には、項数が３５個となる次式（４）のような形となる。なお、ここに示した多項式以外でも、たとえば式（４）の一部を使うなどの多項式モデルが考えられることを補足しておく。
【００６４】
【数１】
【数２】
【数３】
【００６５】
上記の式で係数行列Ｘの成分ｋ1-1，ｋ1-2，・・・は多項式の係数であり、光学系の特性に合わせて後ほど説明するキャリブレーション方法により決定される。これらの（２）式〜（４）式に示されるように、行列Ｘは、多項式の係数のみからなる行列である。たとえば、１次の多項式モデルの場合には、係数行列Ｘは５×４の行列であり、２次の多項式モデルの場合には、係数行列Ｘは１５×４の行列であり、３次の多項式モデルの場合には、係数行列は３５×４の行列である。
【００６６】
多項式の次数を高くして項数を増やしていけば、より精度の高い加工穴の位置制御が行えるが、その多項式モデルの係数行列を求めるためにより多くのデータが必要になってくる。任意の次数の多項式を用いることができるが、実験の結果、プリント基板などの穴あけ用のレーザ加工装置の場合には、次数が３次以下のすべての項からなる多項式モデル（項数＝３５）を用いると、要求仕様を満たす精度の逆写像モデルを作ることができることがわかった。
【００６７】
上記の多項式モデルの係数（未知パラメータ）を求めるために、キャリブレーション処理が必要となる。このキャリブレーション処理は、制御部３０のキャリブレーション機能３１によって実現される。キャリブレーション処理では、各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度をいくつかの値に振って試し加工を行い、実際に加工された穴座標をＣＣＤカメラなどの撮像手段２９で測定する。各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂの角度データｇa，ｇb，ｇc，ｇdと、そのときに加工された穴座標データαx，αy，βx，βyから、最小二乗法や重み付最小二乗法などの手法を用いて上記多項式モデルの係数（未知パラメータ）を決定する。キャリブレーション機能３１で上記のようにして算出された各ガルバノスキャナのミラー角度から加工される２つの穴座標の写像の逆写像モデル（多項式モデル）は、モデル格納機能３２に格納される。
【００６８】
このキャリブレーション処理においてもこの発明によるレーザ加工装置は、従来の同時多点照射タイプのレーザ加工装置に比べて作業時間を短縮できるといった顕著な効果を発揮する。このことを以下の簡単な例で比較することにより示す。
【００６９】
この発明と従来のキャリブレーション処理において、第１組目のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ（または２２４ａ，２２４ｂ）はミラー角度をそれぞれ４通り、第２組目のガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ（または２２６ａ，２２６ｂ）はミラー角度をそれぞれ３通りに振って試し加工を行う場合で比較する。図１１は、従来の同時多点照射型のレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す図であり、図１２は、この発明によるレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す。なお、簡単のため、ここではｆθレンズ２８，２２８が理想的であると仮定して、ＸＹテーブル１１，２１１上で直線上に走査したものとする。これらの図で、横軸は、ＸＹテーブル１１，２１１上のＸ軸を示しており、縦軸は、ＸＹテーブル１１，２１１上のＹ軸を示している。また、「○」印は主ビームＬａまたはαビームＬαによって形成された加工穴の位置を示しており、「×」印は副ビームＬｂまたはβビームＬβによって形成された加工穴の位置を示している。
【００７０】
図１３は、キャリブレーションに必要な加工穴数を示す図である。従来のレーザ加工装置（図１４）で試し加工を行う場合、ガルバノスキャナのミラー角度の組み合わせは、３×３×４×４＝１４４通りあるが、レーザ光Ｌａ，Ｌｂが２本なので、確認するのは２８８通りある。しかし、光学系の特性により、同じ位置に加工される重複分が存在する。たとえば、図９のブロック線図からわかるように、従来技術による同時多点照射型のレーザ加工装置では、主ビームＬａの光学系は、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂのミラー位置に依らないので、確認するのは３×３＝９通りでよい。つまり、位置が同じになるケースは重複して加工する必要がないので、確認が必要な穴数は２８８通りより少なくなり、１５３通りとなる。
【００７１】
一方、この発明によるレーザ加工装置で試し加工を行う場合、ガルバノスキャナのミラー角度の組み合わせは、３×３×４＝３６通りあり、レーザ光Ｌα，Ｌβが２本なので、確認するのは７２通りとなる。
【００７２】
この簡単な例においてでさえ、この発明によるレーザ加工装置の場合では従来技術に比べて、キャリブレーション時の試し加工を行う穴数を８１個分減らすことができる。実際のキャリブレーション処理では、もっと細かくガルバノスキャナのミラーの角度を振る必要があるので、従来技術との穴数の差が顕著となる。キャリブレーション処理では、この試し加工した穴の座標を撮像手段２９で測定するが、穴数が多ければ多いほどこの測定作業に長い時間が費やされる。
【００７３】
以上説明したようなキャリブレーション処理によって係数行列が求められ、多項式モデルの係数が決定される。そして、実際の加工においては、制御部３０の加工制御機能３４は、被加工物１２上の穴を開けたい位置としてＸＹテーブル１１上の座標（αx，αy）、（βx，βy）を加工情報格納機能３３から取得し、モデル格納機能３２に格納された多項式モデルに、取得した穴を開けたい位置座標を入力して、演算した結果得られるガルバノスキャナのミラー角度ｇa，ｇb，ｇc，ｇdとなるようにガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度を制御する。以上によって、目標とする被加工物１２上の位置に穴を開けることができる。
【００７４】
なお、上記の説明では、実施の形態１のレーザ加工装置の場合を例に挙げたが、実施の形態２，３の場合にも同様にして多項式モデルを用いてガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー位置を制御することによって、加工穴の位置を制御することができる。
【００７５】
この実施の形態４によれば、第１の偏光手段２１で分光される２つの光路上に同じ数のガルバノスキャナを配置するようにしたので、キャリブレーション処理に必要な加工穴数を減らすことができ、キャリブレーション処理時間を大幅に短縮できるといった顕著な効果を有する。また、このような光学系を有するレーザ加工装置に対しては、４台のガルバノスキャナのミラー角度から加工される２つの穴座標への写像の逆写像モデルで、加工穴の位置を制御することができるという効果を有する。
【００７６】
なお、上述した実施の形態１〜４では、２つに分光されたレーザ光のそれぞれの光路上には、３つのガルバノスキャナが配置された例を示したが、それぞれの光路で同じ数であれば、任意の数のガルバノスキャナを配置してもよい。また、本アイディアを応用し、２つに分光したレーザ光をさらに２つ分光する方法や、レーザ発振器を複数台用意して同時加工穴数を増やしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、この発明にかかるレーザ加工装置は、同時に複数の穴加工を精度よく行う場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明によるレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】図１のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。
【図３−１】加工穴品質が良い状態を模式的に示す図である。
【図３−２】加工穴品質が悪い状態を模式的に示す図である。
【図４】加工穴品質の評価方法の一例を示す図である。
【図５−１】従来のレーザ加工装置における主ビームと副ビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図である。
【図５−２】この実施の形態１のレーザ加工装置におけるαビームとβビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図である。
【図６】この発明によるレーザ加工装置の実施の形態２の構成を示す図である。
【図７−１】図６のレーザ加工装置の副ガルバノスキャナとメインガルバノスキャナのＸ軸方向から見たときの配置関係を示す図である。
【図７−２】図６のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。
【図８】この発明によるレーザ加工装置の実施の形態３の構成を示す図である。
【図９】従来の同時多点照射型のレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。
【図１０】この発明によるレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。
【図１１】従来の同時多点照射型のレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す図である。
【図１２】この発明によるレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す図である。
【図１３】キャリブレーションに必要な加工穴数を示す図である。
【図１４】同時多点照射タイプのレーザ加工装置の構造の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１ ＸＹテーブル
１２ 被加工物
２０ レーザ発振器
２１ 第１の偏光手段
２２ａ〜２２ｊ，２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂ ミラー
２３ａ，２３ｂ，２６，２６ａ，２６ｂ ガルバノスキャナ
２５ 第２の偏光手段
２８ ｆθレンズ
２９ 撮像手段
３０ 制御部
３１ キャリブレーション機能
３２ モデル格納機能
３３ 加工情報格納機能
３４ 加工制御機能
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント基板などの被加工物に対する穴あけ加工を主目的としたレーザ加工装置に関するものであり、特に、生産性向上を目的とした同時多点照射タイプのレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生産性向上を図るためにレーザ光源からの１つのレーザ光を２つに分光して、２穴同時加工することができるレーザ加工装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このレーザ加工装置では、１つのレーザ光を第１の偏光手段にて２つのレーザ光に分光し、再びこれらの２つのレーザ光の光路をほぼ一致させる第２の偏光手段に導く。このとき、第１の偏光手段で分光されたレーザ光のうちの一方のレーザ光（以下、主ビームという）は１組のミラー（ベンドミラー）を経由して第２の偏光手段へと導かれる。また、他方のレーザ光（以下、副ビームという）は一対の第１のガルバノスキャナ群で互いに平行でない２軸方向に走査された後に第２の偏光手段に導かれ、混合される。第２の偏光手段を通過した２つのレーザ光は、一対の第２のガルバノスキャナ群で互いに平行でない２軸方向に走査され、ｆθレンズに入射し、テーブル上の被加工物へと照射される。ここで、副ビームは、第１のガルバノスキャナ群で走査されることで、１組のミラーを通過してきた主ビームに比べてその角度に若干のずれが存在するので、ｆθレンズを通過した後の主ビームと副ビームはそれぞれテーブル上の異なる位置に照射されることになる。これによって、１つのｆθレンズで２穴同時加工することができ、生産性が向上する。
【０００３】
このほかにも、１つのレーザ光を第１の偏光手段にて２つのレーザ光に分光し、それぞれのレーザ光を、一対のガルバノスキャナで２軸方向に走査し、２つのレーザ光を第２の偏光手段へ導いた後、１つのｆθレンズで２穴同時加工して生産性を向上したレーザ加工装置も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、特許文献１に見られるようなレーザ加工装置において、目的の位置に穴を加工するための各ガルバノスキャナの角度指令値を生成する技術についても知られている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０３／０４１９０４号パンフレット
【特許文献２】特開２００５−２３０８７２号公報
【特許文献３】国際公開第０３／０８０２８３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載のレーザ加工装置にあっては、分光した一方の副ビーム側は合計２組（すなわち４台）と、主ビーム側の１組（２台）に比べて多くのガルバノスキャナを経由することになる。ガルバノスキャナは、ミラー部を回転させて使用するため、固定ミラーを経由する場合に比べて不安定であるので、そのようなガルバノスキャナを多く経由する副ビームはどうしても加工品質が悪くなりやすいという問題点があった。
【０００７】
さらに、副ビームにおいてはｆθレンズの前焦点位置（ｆθレンズ前のビーム走査理想位置）から離れた位置に設置されている第１のガルバノスキャナ群でビームを走査する。そのため、ｆθレンズの前焦点位置から第１のガルバノスキャナ群までの距離が遠ければ遠い程、ｆθレンズの特性上、加工穴真円度や焦点裕度といった加工穴品質が悪くなる傾向があり、その結果、被加工物に対する加工穴品質も悪くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載のレーザ加工装置においては、第１の偏光手段で２つに分光されたレーザ光は、どちらも固定ミラーではなくガルバノスキャナを経由して走査される構成であり、ｆθレンズとガルバノスキャナの間に第２の偏光手段を設けるスペースが必要となるため、どちらのレーザ光もｆθレンズの前焦点位置から離れた位置での走査となる。その結果、どちらのレーザ光も加工穴品質が悪くなってしまうという問題点があった。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載のレーザ加工装置のような構成では、光学系が複雑なため、特許文献３に記載のビーム位置を制御するために必要な各ガルバノスキャナの角度指令値などのキャリブレーション作業においては、試し加工に多く点数を必要とし時間がかかってしまうという問題点もあった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、同時多点照射タイプのレーザ加工装置において２つのレーザ光による加工品質の差を少なくし、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工装置を得ることを目的とする。また、レーザ光を照射する加工位置を制御するために必要なキャリブレーション作業を容易にすることができるレーザ加工装置を得ることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、この発明にかかるレーザ加工装置は、テーブル上に配置された被加工物上の２点以上にレーザ光を同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、１つのレーザ光を光路の異なる第１と第２のレーザ光に分光する第１の偏光手段と、前記第１のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の第１の方向に前記第１のレーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、前記第２のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の前記第１の方向とは異なる第２の方向に前記第２のレーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、前記第１および第２のレーザ光を混合する第２の偏光手段と、混合された前記第１および第２のレーザ光を前記テーブル上で相異なる第３と第４の方向に走査する一対の第３と第４のガルバノスキャナからなるメインガルバノスキャナと、前記メインガルバノスキャナからの前記第１および第２のレーザ光を前記被加工物上の所定の位置にそれぞれ集光させるｆθレンズと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、第１の偏光手段で分光されたどのレーザ光も３台のガルバノスキャナを経由する構成にしたので、同時多点照射という生産性を維持したまま加工品質を向上することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるレーザ加工装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
この発明によるレーザ加工装置の説明をする前に、従来のレーザ加工装置の構成の概要について説明する。図１４は、同時多点照射タイプのレーザ加工装置の構造の従来例を示す図である。レーザ加工装置は、プリント基板などの被加工物２１２を載置し、水平面（ＸＹ平面）内で移動可能なＸＹテーブル２１１と、図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光ＬをＸＹテーブル２１１上の被加工物２１２に照射するための光学系と、を備える。なお、この図において、被加工物２１２を載置するＸＹテーブル２１１の面を水平面とし、この水平面内で互いに直交する２つの軸をＸ軸とＹ軸とし、これらのＸ軸とＹ軸の両方に垂直な軸をＺ軸としている。
【００１５】
光学系は、図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光Ｌを２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂに分光する偏光ビームスプリッタなどからなる第１の偏光手段２２２と、第１の偏光手段２２２で分光され、異なる光路を進行してきた２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂを混合（ミックス）し、ほぼ同一の光路に導く偏光ビームスプリッタなどからなる第２の偏光手段２２３と、第２の偏光手段２２３からの混合されたレーザ光Ｌａ，Ｌｂを被加工物２１２上に集光させるｆθレンズ２２８と、を備える。なお、第１の偏光手段２２２と第２の偏光手段２２３との間で分光された２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂは、光路長が同一になるように構成されている。また、前記第２の偏光手段２２３で２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂを混合する理由は、ひとつのｆθレンズ２２８を用いて２つの穴を同時加工するためである。
【００１６】
簡単のため、レーザ光Ｌ，Ｌａ，Ｌｂの光路は上記で設定したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかとほぼ平行になるように、レーザ光Ｌ，Ｌａ，Ｌｂの光路上にミラー２２１ａ〜２２１ｄとガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂが配置されている場合で説明する。この場合、光路上に配置されるミラー２２１ａ〜２２１ｄは、レーザ光Ｌの光路を９０度の角度で曲げる（反射させる）ために、たとえば図に示されるＸＹＺ座標系のいずれかの軸に対して、４５度の角度をなして配置される。また、第１の偏光手段２２２で反射されたレーザ光Ｌｂの光路上には、レーザ光Ｌｂを２軸方向に走査し第２の偏光手段２２３へと導くための一対のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂが設けられる。ガルバノスキャナ２２４ａは、ミラー２２５ａの回転軸がＸ軸方向となるように配置され、ガルバノスキャナ２２４ｂは、ミラー２２５ｂの回転軸がＹ軸方向となるように配置される。ガルバノスキャナ２２４ａを走査することで、レーザ光ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＸ軸方向に走査することができ、ガルバノスキャナ２２４ｂを走査することで、レーザ光ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＹ軸方向に走査することができる。
【００１７】
さらに、第２の偏光手段２２３とｆθレンズ２２８との間には、第２の偏光手段２２３からの混合されたレーザ光Ｌａ，Ｌｂを２軸方向に走査し被加工物２１２に導くための一対のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂが設けられている。ガルバノスキャナ２２６ａは、ミラー２２７ａの回転軸がＺ軸方向となるように配置され、ガルバノスキャナ２２６ｂは、ミラー２２７ｂの回転軸がＸ軸方向となるように配置される。ガルバノスキャナ２２６ａを走査することで、レーザ光Ｌａ，ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＸ軸方向に走査することができ、ガルバノスキャナ２２６ｂを走査することで、レーザ光Ｌａ，ＬｂをＸＹテーブル２１１上のＹ軸方向に走査することができる。
【００１８】
ここで、このような構成のレーザ加工装置の動作について説明する。図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光Ｌは、偏光方向を４５度の向きに調整されており、２つのミラー２２１ａ，２２１ｂで反射されて第１の偏光手段２２２に入射する。第１の偏光手段２２２では、偏光方向が入射面と垂直なＰ波であるレーザ光と、偏光方向が入射面と平行なＳ波であるレーザ光とに分光される。
【００１９】
第１の偏光手段２２２を透過したレーザ光（以下、主ビームという）Ｌａは、２つのミラー２２１ｃ，２２１ｄを経由して、第２の偏光手段２２３に導かれる。一方、第１の偏光手段２２２で反射したレーザ光（以下、副ビームという）Ｌｂは、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂで２軸方向に走査された後、第２の偏光手段２２３に導かれる。ここで、主ビームＬａは、常に同じ位置で第２の偏光手段２２３に導かれるが、副ビームＬｂは、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂの振り角を制御することで、第２の偏光手段２２３に入射する位置や角度が調整される。
【００２０】
その後、主ビームＬａは第２の偏光手段２２３で反射され、副ビームＬｂは第２の偏光手段２２３で透過されることで、二つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂは、ほぼ同じ光路をガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂへと導かれる。そして、ガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂによって２軸方向に走査された後、ｆθレンズ２２８に導かれ、それぞれ被加工物２１２上の所定位置に集光され、加工を実施する。このとき、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂを走査することによって、被加工物２１２上の任意の異なる２点に、主ビームＬａと副ビームＬｂとを照射することが可能である。走査領域内の穴の加工がすべて終了した後、ＸＹテーブル２１１を図中のＸＹ方向に移動させることで、つぎの走査領域の加工を実施することができる。
【００２１】
ここで、一組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂをそれぞれ或る角度にすると、分光されたレーザ光Ｌｂが第２の偏光手段２２３以降同一の軌跡を描き同じ位置が加工される。今、十分に近い２つの加工したい穴位置イ、ロがあるとすると、まず第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂでどちらか一方（たとえばイ）の穴位置が加工されるよう２軸方向に走査すれば、主ビームＬａはその位置イに穴を加工する。ついで、第１組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂでさらに穴位置イから他の穴位置のロの方向へ２軸方向に走査すれば副ビームＬｂはもう一方の穴位置ロを加工する。
【００２２】
このように、図１４の構成を有するレーザ加工装置においては、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂがメインの走査、第１組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂは上記の穴位置イから穴位置ロのように差分の走査、という役割として考えることができ、直感的にその仕組みを理解しやすかった。また、実際にその役割どおり、第１組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂが走査する振れ角は、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂが走査する振れ角より小さくなっている。
【００２３】
ところがこのようなレーザ加工装置にあっては、分光した一方の副ビームＬｂは合計２組（すなわち４台）と多くのガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂを経由することになる。ガルバノスキャナはミラー部を回転させて使用するため、固定ミラーを経由する場合に比べて不安定であり副ビームＬｂによる加工はどうしても加工品質（ここでいう加工品質とはスキャンエリア内での穴の真円性・焦点裕度といった加工穴品質と、加工位置精度ばらつきと、の２つのことをいう）が悪くなりやすいという問題点があった。またｆθレンズ２２８の前焦点位置からビーム走査する最も遠いガルバノスキャナ２２４ａまでの距離が長いことも加工品質（特に加工穴品質）が悪くなる原因の一つでもあった。
【００２４】
そこで、この発明では、２本のレーザ光の加工品質が、従来のレーザ加工装置における主ビームの加工品質よりも悪くなってしまうが、副ビームの加工品質よりも良くすることができる構成としたレーザ加工装置を提供する。以下に、この発明にかかるレーザ加工装置について説明する。
【００２５】
図１は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す図であり、図２は、図１のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。このレーザ加工装置は、プリント基板などの被加工物１２を載置し、水平面（ＸＹ平面）内で移動可能なＸＹテーブル１１と、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器２０と、レーザ発振器２０から出射されたレーザ光ＬをＸＹテーブル１１上の被加工物１２に照射するための光学系と、試し加工時におけるＸＹテーブル１１上の加工位置を撮像するＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラなどの撮像手段２９と、レーザ発振器２０と光学系を構成する後述するガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度と撮像手段２９とを制御する制御部３０と、を備える。なお、この図において、被加工物１２を載置するＸＹテーブル１１の面を水平面とし、この水平面内で互いに直交する２つの軸をＸ軸とＹ軸とし、これらのＸ軸とＹ軸の両方に垂直な軸をＺ軸としている。
【００２６】
光学系は、レーザ発振器２０から出射されたレーザ光Ｌを分光する偏光ビームスプリッタなどからなる第１の偏光手段２１と、分光されたレーザ光Ｌα，Ｌβを反射させて光路に導く複数のミラー２２ａ〜２２ｆと、それぞれの光路のレーザ光Ｌα，ＬβをＸＹテーブル１１上で相異なる方向に走査するガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ（以下では、これらのガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂを副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂともいう）と、第１の偏光手段２１で分光され、異なる光路を進行してきた２つのレーザ光Ｌα，Ｌβを混合し、ほぼ同一の光路に導く偏光ビームスプリッタなどからなる第２の偏光手段２５と、第２の偏光手段２５からの混合されたレーザ光Ｌα，ＬβをＸＹテーブル１１上で相異なる方向に走査するガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ（以下では、これらのガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのことをメインガルバノスキャナ２６ともいう）と、混合されたレーザ光Ｌα，Ｌβを被加工物１２上に集光させるｆθレンズ２８と、を備える。ここで、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂは、特許請求の範囲における第１と第２のガルバノスキャナに対応し、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂは、同じく第３と第４のガルバノスキャナに対応する。
【００２７】
なお、簡単のため、光路上に配置されるミラー２２ａ〜２２ｆとガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂは、レーザ光Ｌ，Ｌα，Ｌβの光路をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかとほぼ平行になるように、レーザ光Ｌ，Ｌα，Ｌβを９０度の角度で曲げる（反射させる）目的で、たとえば図に示されるＸＹＺ座標系のいずれかの軸に対して、４５度の角度をなして配置される場合で説明する。また、第１の偏光手段２１で透過した側のレーザ光Ｌαは第２の偏光手段２５では反射し、第１の偏光手段２１で反射した側のレーザ光Ｌβは第２の偏光手段２５で透過するように光路が構成される。第１の偏光手段２１と第２の偏光手段２５との間で分光したそれぞれのレーザ光Ｌα，Ｌβの光路長は同一になるように構成されている。
【００２８】
この実施の形態１では、第１の偏光手段２１で分光された２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの光路上に配置されるミラー２２ａ〜２２ｆの数とガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの数はともに、２つの光路で等しくなるように配置されている。また、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβで特性の差が出ないよう、ガルバノスキャナの配置方法も工夫されている。すなわち、ｆθレンズからガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの配置位置までの光路長はともに、２つの光路で等しくなるように設計されている。
【００２９】
つまり、第１の偏光手段２１で透過したレーザ光（以下、αビームという）Ｌαの第２の偏光手段２５までの光路上には、ｎ（ｎは自然数）枚のミラー（２２ａ〜２２ｃ）と１つのガルバノスキャナ２３ａが設けられている。また、第１の偏光手段２１で反射したレーザ光（以下、βビームという）Ｌβの第２の偏光手段２５までの光路上には、ｎ枚のミラー（２２ｄ〜２２ｆ）と１つのガルバノスキャナ２３ｂが設けられている。ただし、この図１の場合では、ｎ＝３枚である。このような構成によって、２つの光路上には同数のミラーとガルバノミラーが配置されるので、２つの光路上を通過するレーザ光の品質は同じものとなる。
【００３０】
また、この実施の形態１では、たとえば図１と図２に示されるように、メインガルバノスキャナ２６ａは、ミラー２７ａの回転軸がＺ軸方向となるように配置し、メインガルバノスキャナ２６ｂは、ミラー２７ｂの回転軸がＸ軸方向となるように配置することが考えられる。
【００３１】
レーザを走査する前記ガルバノスキャナ２６ａ、２６ｂのミラー２７ａ、２７ｂは、どれもｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆにあることが望ましい。しかし実際には複数のミラーを同じ位置に配置することは不可能なので、できるかぎりこの状況に近づけることを考える。すなわち、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａとガルバノスキャナ２６ｂのミラー２７ｂができるだけｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆに近い位置で、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａの中心位置とガルバノスキャナ２６ｂのミラー２７ｂの中心位置とを結ぶ線の中点が、ｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆとなるように、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂを配置する。ただしこのとき、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのそれぞれのミラー２７ａ，２７ｂが回転することを考慮して、これらのミラー２７ａ，２７ｂ同士が干渉しないように２つのミラー２７ａ，２７ｂ（ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ）間の距離２Ｙを選択しなければならない。
【００３２】
ところで、図２に示す例では、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａの回転を固定し、ガルバノスキャナ２６ｂを回転させた場合を考えると、レーザ光Ｌα，Ｌβのｆθレンズ２８への入射位置がＹ軸方向に沿って変わる。逆に、ガルバノスキャナ２６ｂのミラー２７ｂの回転を固定し、ガルバノスキャナ２６ａを回転させた場合を考えると、レーザ光Ｌα，Ｌβのｆθレンズ２８への入射位置がＸ軸方向に沿って変わる。このように、ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂを走査させることによって、ｆθレンズ２８へのレーザ光Ｌα，Ｌβの入射位置（入射角度）を変えることができる。
【００３３】
また、光学系は図１に示されるように、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａと、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂとの走査方向が同一にならないように決定される。この図１の例においては、（理想的なｆθレンズを仮定すると）αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａの走査方向は、直後でＸ方向でありＸＹテーブル１１上ではＸ方向となるように、ミラー２４ａの回転軸がＺ軸方向となるようにガルバノスキャナ２３ａが配置される。また、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂの走査方向は、直後でＺ方向でありＸＹテーブル１１上ではＹ方向となるように、ミラー２４ｂの回転軸がＹ軸方向となるように、ガルバノスキャナ２３ｂは配置される。つまり、ガルバノスキャナ２３ａを走査することで、レーザ光ＬαをＸＹテーブル１１上のＸ軸方向に走査することができ、ガルバノスキャナ２３ｂを走査することで、レーザ光ＬβをＸＹテーブル１１上のＹ軸方向に走査することができる。
【００３４】
制御部３０は、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂと副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂのミラー角度と加工穴の位置の関係を求めるキャリブレーション作業を行って、加工穴の位置にレーザ光Ｌα，Ｌβを照射するためのメインガルバノスキャナ２６と副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂのミラー角度を制御する機能を有する。なお、この制御部３０によるキャリブレーション作業と加工制御作業については、実施の形態４で説明する。
【００３５】
つぎに、このような構成を有するレーザ加工装置の動作について説明する。レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌは、第１の偏光手段２１で透過側のレーザ光Ｌαと反射側のレーザ光Ｌβとに分光される。透過側のレーザ光（すなわち、αビーム）Ｌαは、いくつかの固定ミラー２２ａ〜２２ｃと、１つのαビーム用のガルバノスキャナ２３ａを経由して第２の偏光手段２５へと導かれる。同様に、反射側のレーザ光（すなわち、βビーム）Ｌβも別のいくつかの固定ミラー２２ｄ〜２２ｆと、１つのβビーム用のガルバノスキャナ２３ｂを経由して第２の偏光手段２５へと導かれる。第２の偏光手段２５を経由したそれぞれのレーザ光Ｌα，Ｌβは、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂで走査され、ｆθレンズ２８を通過することで、被加工物１２上の２点に照射される。そして、被加工物１２が加工される。このとき、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂとメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂは、ともに制御部３０によって予め設定された加工情報に基づいてミラー角度が制御される。
【００３６】
ここで、この実施の形態１によるレーザ加工装置で加工品質を向上させることができる理由について説明する。第１の偏光手段２１と第２の偏光手段２５の間で分光された２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの品質は、同じ数のミラーとガルバノミラーを通過することで等しくなる。これによって、加工点位置精度のばらつきと加工穴品質の２点が改善される。
【００３７】
加工点位置精度のばらつきは、加工点での位置ばらつきであり、理想位置に対する誤差ばらつきである。この加工点位置精度のばらつきの主な原因は、ガルバノスキャナ走査時の角度ばらつきによるものであり、１つのレーザ光が経由するガルバノスキャナの台数が少なければ少ないほど改善される。この実施の形態１によると、αビームＬαとβビームＬβは、それぞれ３台のガルバノスキャナを経由しており、従来例の副ビームＬｂが経由する４台よりも少ないため、加工位置精度のばらつきは改善される。
【００３８】
一方の加工穴品質は、Ｚ軸高さを変化させながらガルバノスキャナを走査領域内で走査して加工したときの加工穴の真円性の程度を表すものである。通常、穴の真円率が所定値以上であると、加工穴品質が良いと判断されることになり、この加工穴品質が良いと判断されるＺ軸範囲が大きいほど、焦点裕度が広く、加工穴品質がよいということとなる。ここで、Ｚ軸とは、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂと、第２の偏光手段２５とメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂと、ｆθレンズ２８とを含んで構成されるものであり、ＸＹテーブル１１の上面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に平行な方向に移動する機構を有する部品群である。
【００３９】
一般的に、加工点までの光路に挿入されるミラーの数が多いほど、伝播されるレーザ光の品質（真円性）が悪くなり、加工点でのビーム品質が悪くなる傾向にある。その結果、加工穴品質も悪くなる。これは、ミラーの平面は、厳密には縦横で凹凸が別形状となっている場合が多く、このようなミラーを複数枚伝播したレーザ光はビームの広がり角度や集光点のＺ位置が縦横で大きく異なってしまうこととなるためである。特に、ガルバノスキャナのミラーは、特殊な形状をしたミラーであり、比較的平面度が悪いものもあるために、光路上に複数のガルバノスキャナが存在する場合には、加工点でのビーム品質悪化が非常に大きくなってしまう。
【００４０】
図３−１は、加工穴品質が良い状態を模式的に示す図であり、図３−２は、加工穴品質が悪い状態を模式的に示す図である。図３−１のように、レーザ光Ｌが伝播するミラーやガルバノミラーの枚数が少ない場合には、レーザ光Ｌを、図に示した座標軸を基準としたＸＺ平面とＹＺ平面で切ったときの形状とが一致するので、焦点高さは等しく、ビームは常に真円であり、焦点位置付近のＺ軸のどこで切ってもレーザ光Ｌは円くなっている。しかし、図３−２のように、レーザ光Ｌが伝播するミラーやガルバノミラーの枚数が多い場合にはレーザ光Ｌを、図に示した座標軸を基準としたＸＺ平面とＹＺ平面で切ったときの形状は一致しない。すなわち、焦点高さ（Ｚ軸）が異なる。その結果、焦点位置付近のＺ軸に垂直な方向でレーザ光Ｌを切ると、楕円形状となる。図３−２では、レーザ光Ｌの縦横でビームの広がりや集光位置が異なるために横楕円から縦楕円へと変化する場合が示されている。
【００４１】
図４は、加工穴品質の評価方法の一例を示す図である。加工穴品質の評価方法は、Ｚ軸高さを変化させて形成したときの加工穴の形状の真円度が所定のパーセンテージ以上となるＺ軸範囲を求めることによって評価する。つまり、このＺ軸範囲が、加工穴品質が良いとされる範囲となる。また、このＺ軸範囲が広いほど、加工を行いやすい。
【００４２】
図５−１は、従来の図１４のレーザ加工装置における主ビームと副ビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図であり、図５−２は、この実施の形態１のレーザ加工装置におけるαビームとβビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図である。まず、図５−１に示されるように、主ビームＬａでは、レーザ光が伝播するガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂの数が２個と少ないが、副ビームＬｂでは、レーザ光が伝播するガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂの数が４個と多い。そのため、２個のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂしか伝播しない主ビームＬａの加工穴品質は高いが、４個のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂを伝播する副ビームＬｂの加工穴品質は極端に低くなっている。これに対して、図５−２に示されるように、レーザ光が伝播するガルバノスキャナの数が３個となるαビームＬαとβビームＬβは、どちらも図５−１に示される従来のレーザ加工装置の副ビームＬｂの加工穴品質よりも良い加工穴品質となっている。そして、２つのレーザ光の加工穴品質が良いと判定される範囲はほぼ同等であり、両者が重なる範囲、すなわち２つのレーザ光で加工される加工穴の品質が良好となるＺ軸範囲は、図５−１の従来のレーザ加工装置の場合よりも広くなっている。つまり、一方のビーム品質の悪いレーザ光のビーム品質を改善することによって、レーザ加工装置全体の加工穴品質を改善することが可能となる。また、加工穴品質は、図１に示す副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂのｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆからの配置距離が短いほど改善される。つまり、図１に示されるように、この実施の形態１の構成によれば、αビームＬαとβビームＬβが伝播するそれぞれの光路に１つずつ副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂが配置され、その配置位置を前焦点位置Ｆに近づけることができるので、加工穴品質を改善することができる。これに加えて、前焦点位置Ｆからのそれぞれの副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの設置距離が等しいので、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβによる加工穴品質は同等のものとなる。
【００４３】
この実施の形態１によれば、分光されたいずれのレーザ光Ｌα，Ｌβも３台のガルバノスキャナしか経由せず、ｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆからビーム走査する最も遠い副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂまでの距離も短くなることにより、従来の同時多点照射型レーザ加工装置と同様の生産性を維持したまま従来の副ビームの加工品質が劣化するという問題点を解消することができる。また、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの加工品質が同等となるので、加工品質の良い加工を行うことができるＺ軸高さの範囲を広げることができ、従来のレーザ加工装置に比べてより広い条件の範囲での加工を行うことができるという効果を有する。
【００４４】
実施の形態２．
図６は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態２の構成を示す図であり、図７−１は、図６のレーザ加工装置の副ガルバノスキャナとメインガルバノスキャナのＸ軸方向から見たときの配置関係を示す図であり、図７−２は、図６のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。このレーザ加工装置は、実施の形態１の図１において、ガルバノスキャナ２６ａのミラー２７ａの回転軸を、Ｚ軸に対して角度θだけ倒して配置することを特徴とする。また、これに伴って、副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂもそれぞれ実施の形態１の場合の位置に対して角度θだけ倒して配置する。これらのガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａのミラー２４ａ，２４ｂ，２７ａの回転軸はそれぞれ同じ直交座標系を構成している。さらに、実施の形態１の２つの光路内のミラー２２ｂと副ガルバノスキャナ２３ａとの間と、ミラー２２ｄと副ガルバノスキャナ２３ｂとの間に、図中に示されるＸＹＺ座標系を、このＸＹＺ座標系に比して角度θだけ傾いた直交座標系に変更するためのミラー２２ｇ〜２２ｊが各光路に２つずつ配置される。なお、ミラー２２ｇ，２２ｉよりもレーザ発振器２０側の光路は、ＸＹテーブル１１を基準に設けたＸＹＺ直交座標のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかに平行となるように構成される。これは、加工点高さ調整のため、ＸＹ平面に対して直角であることが必要となるからである。
【００４５】
この実施の形態２の場合、ガルバノスキャナ２６ａをガルバノスキャナ２６ｂの斜め下側で傾斜させた状態で配置したことを特徴としている。具体的には、図７−１〜図７−２に示されるように、ガルバノスキャナ２６ａは、図２に示される実施の形態１の配置位置に比べて、角度θだけＹＺ面内でＹ軸正方向に傾けて配置させている。このように傾けることで、ミラー２７ａ，２７ｂの可動範囲から両者が干渉しない距離を考慮すると、２つのミラー２７ａ，２７ｂの間の距離を、実施の形態１の場合に比して狭めることができる。その結果、ｆθレンズ２８の前焦点位置（ｆθレンズ２８前のビーム走査理想位置）と２つのミラー２７ａ，２７ｂとの間の距離Ｙも実施の形態１の図２の場合に比して短くすることができ、レーザ光の加工穴品質を高めることができる。また、ガルバノスキャナ２６ａを角度θだけ傾けることに伴って、ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂは、図２に示される実施の形態１の配置位置に比べて、角度θだけＹＺ面内でθだけＺ軸正方向に傾けて配置させている。
【００４６】
このようにガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａを傾斜させた場合には、各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂを走査した場合のＸＹテーブル１１上でのレーザ光Ｌα，Ｌβの走査方向は、Ｘ軸とＹ軸に平行な方向となる。
【００４７】
この実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、ｆθレンズ２８の前焦点位置Ｆにメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂを近づけるように配置しているため、実施の形態１に比して、加工穴品質をさらに向上させることができるという効果を有する。
【００４８】
実施の形態３．
実施の形態２では、Ｚ軸の上下調整機構（加工ヘッド部分を動作させることで焦点位置調整をする構造）による動作でビーム位置が変化しないようにするため、光路途中でＺ軸と平行な光軸を設ける必要があり、第１分光（第１の偏光手段２１）以降のミラー枚数が実施の形態１よりも１つの光路に対して２枚以上多くなってしまうという問題があった。そこで、この実施の形態３では、第１分光以降のミラー枚数を実施の形態１と同じ枚数とする場合について説明する。
【００４９】
図８は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態３の構成を示す図である。このレーザ加工装置は、実施の形態１の図１で、ガルバノスキャナ２６ａのみを、ガルバノスキャナ２６ｂの斜め下側で傾斜させた状態で配置したことを特徴としている。このガルバノスキャナ２６ａの配置位置は、実施の形態２の図７−２で示したものと同じであるので、その説明を省略する。
【００５０】
また、この実施の形態３では、ガルバノスキャナ２６ａのみを角度θだけ傾斜させて配置させており、他の副ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂやミラー２２ｇ〜２２ｊは、実施の形態１と同様に、光路がＸＹテーブル１１を基準としたＸＹＺ座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかと平行になるように配置されている。これによって、Ｚ軸の上下調整機構による動作でビーム位置が変化しないようにすることが可能になる。
【００５１】
この実施の形態３の場合は、各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６を走査した場合のＸＹテーブル１１上でのレーザ光Ｌα，Ｌβの走査方向は、Ｘ軸とＹ軸に平行な方向ではなく、直角でない所定の角度で交差する２本の軸に平行な方向となる。
【００５２】
この実施の形態３によれば、第２の偏光手段２５以降のメインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂの走査座標系はＸＹテーブル１１を基準とした直交座標系であるが、副偏光ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂの走査座標系は直交ではなくなって或る角度θを持つこととなるが、第１分光（第１の偏光手段２１）以降のミラー枚数が実施の形態１と同じで少ない構成で済むため、実施の形態２に比して、加工穴品質の劣化を抑えることができるという効果を有する。
【００５３】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、レーザ加工装置におけるガルバノスキャナとミラーの配置についての説明を行った。上述したように、たとえば、実施の形態１の光学系では、図１に示すように、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａと、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂとの走査方向が直交すると、直観的にわかりやすく、走査面積を最大にすることができる。たとえば、実施の形態１（図１）では、理想的なｆθレンズ２８を想定すると、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａの走査方向は、直後でＸ軸方向であるので、ＸＹテーブル１１上ではＸ軸方向であり、βビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂの走査方向は、直後でＺ方向であるので、ＸＹテーブル１１上ではＹ軸方向である。しかし、実際には理想的なｆθレンズ２８の製作が困難なことや、レンズ取り付け精度の限界などにより、１台のガルバノスキャナによる走査方向がＸＹテーブル１１上で直線にはならない。また、ガルバノスキャナの走査方法（制御方法）によって加工穴位置を制御することができるので、実施の形態２，３で示したように、αビームＬα用のガルバノスキャナ２３ａとβビームＬβ用のガルバノスキャナ２３ｂの走査方向が直交しないような構成とすることも可能である。したがって、いずれの場合にしても、目標の穴座標に穴加工を施せるように各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂの角度を決めなければならない。そこで、この実施の形態４では、目標の穴座標に穴加工を施すためのガルバノスキャナの制御方法について説明する。
【００５４】
このようなレーザ加工装置の制御を行うのは、図１、図６、図８に示されるように制御部３０である。この制御部３０は、ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度とＸＹテーブル１１上に形成される加工穴位置との関係を求めるキャリブレーション機能３１と、キャリブレーション機能３１によって求められた目標とする位置に穴加工を行うためのガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度を求めるモデルを格納するモデル格納機能３２と、被加工物１２に対して行う加工穴をあける位置などの加工情報を格納する加工情報格納機能３３と、加工情報格納機能３３に格納される加工情報をモデル格納機能３２のモデルを用いてガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂやレーザ発振器２０の制御を行う加工制御機能３４と、を備える。
【００５５】
以下では、最初にレーザ加工装置における制御方法の概要を説明し、そのつぎに制御を行うためのキャリブレーション方法について説明する。
【００５６】
レーザ加工装置には、加工したいＸＹテーブル１１上の穴座標（目標穴座標）に対して、その加工を実現するためにあるべきガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂの角度（角度指令値）を求める機能が要求される。
【００５７】
図９は、図１４に示される従来の同時多点照射型のレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。この図９に示されるように、従来の同時多点照射型レーザ加工装置では、主ビームＬａの加工穴の座標（ａx，ａy）を求め、副ビームＬｂの加工穴の座標（ｂx，ｂy）は、この主ビームＬａの加工穴の座標（ａx，ａy）との差分によって求める方法が採用されている。つまり、主ビームＬａの加工穴の座標（ａx，ａy）を、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂのミラー角度によって定める。一方の副ビームＬｂの加工穴の座標（ｂx，ｂy）は、第２組目のガルバノスキャナ２２６ａ，２２６ｂのミラー角度に加えて、第１組目のガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂのミラー角度によって定める。しかし、これらの主ビームＬａと副ビームＬｂとをまとめてみると、４つのガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂのミラー角度を決めると、２つの加工穴の座標（４つの座標成分）が決まる、４入力４出力の関係にある。これにより、これらの関係は写像の関係として捉えることができる（詳しくは、特許文献２参照）。
【００５８】
ところで、この発明によるレーザ加工装置では、上述したように、第１の偏光手段２１で分光された２つのレーザ光は、どちらも同じ数のガルバノスキャナを伝播することによって、ビーム品質による優劣がないので、主ビームと副ビームという分類はなく同等である。つまり、この発明によるレーザ加工装置用には、上述した従来の図９に示されるような写像の関係を利用して２つの加工穴の座標を決めるための４つのガルバノスキャナのミラー角度を求める方法を適用することができないので、新たに加工穴座標を定めるための制御方法が必要となる。
【００５９】
図１０は、この発明によるレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。この図１０に示されるように、この発明によるレーザ加工装置では、αビームＬαでは、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのミラー角度に加えてαビームＬαの光路上に配置されると副ガルバノスキャナ２３ａのミラー角度によって、加工穴の位置座標（αx，αy）が決まる。また、βビームＬβでも、メインガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのミラー角度に加えてβビームＬβの光路上に配置される副ガルバノスキャナ２３ｂのミラー角度によって、加工穴の位置座標（βx，βy）が決まる。そして、これらをまとめてみると、４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度が決まると、４つの加工穴座標αx，αy，βx，βy（２つの穴でそれぞれＸ座標とＹ座標があるため４変数）が決まるという写像の関係にあることがわかる。
【００６０】
これより、この実施の形態４では、２つの加工穴の座標（４つの加工穴座標の成分）を求めるために、図１０のブロック線図で表した写像の逆写像モデルを使用することを特徴とする。また、図１０より、２つの加工穴の目標位置座標αx，αy，βx，βyの４入力に対し、その穴座標αx，αy，βx，βyでの加工を実現すべく４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度の推定値ｇae，ｇbe，ｇce，ｇdeの４変数を出力する４入力４出力であることを特徴とする。そして、この実施の形態４で使用される逆写像モデルは、４入力４出力の多項式を含む多項式モデルを用いて、４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度から４つの加工穴座標αx，αy，βx，βyを求める機能を実現する。ここで、多項式とは、定数と変数の四則演算のみで計算される数式のことをいい、その種類は何通りも考えられる。
【００６１】
この実施の形態４で使用される逆写像モデルを、行列式を用いた数式で示すと次式（１）のようになる。ここで、Ｂeは、４台のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度の推定値を示す行列であり、Ａは、ｎ次（ｎは自然数）の多項式モデルで表した目標穴座標を示す行列であり、Ｘは行列Ａの係数行列（または、未知パラメータ行列）である。
【００６２】
Ｂe＝ＡＸ ・・・（１）
【００６３】
たとえば、１次の多項式モデルの場合には、項数が５個となる次式（２）のような形となり、２次の多項式モデルの場合には、項数が１５個となる次式（３）のような形となり、３次の多項式モデルの場合には、項数が３５個となる次式（４）のような形となる。なお、ここに示した多項式以外でも、たとえば式（４）の一部を使うなどの多項式モデルが考えられることを補足しておく。
【００６４】
【数１】
【数２】
【数３】
【００６５】
上記の式で係数行列Ｘの成分ｋ1-1，ｋ1-2，・・・は多項式の係数であり、光学系の特性に合わせて後ほど説明するキャリブレーション方法により決定される。これらの（２）式〜（４）式に示されるように、行列Ｘは、多項式の係数のみからなる行列である。たとえば、１次の多項式モデルの場合には、係数行列Ｘは５×４の行列であり、２次の多項式モデルの場合には、係数行列Ｘは１５×４の行列であり、３次の多項式モデルの場合には、係数行列は３５×４の行列である。
【００６６】
多項式の次数を高くして項数を増やしていけば、より精度の高い加工穴の位置制御が行えるが、その多項式モデルの係数行列を求めるためにより多くのデータが必要になってくる。任意の次数の多項式を用いることができるが、実験の結果、プリント基板などの穴あけ用のレーザ加工装置の場合には、次数が３次以下のすべての項からなる多項式モデル（項数＝３５）を用いると、要求仕様を満たす精度の逆写像モデルを作ることができることがわかった。
【００６７】
上記の多項式モデルの係数（未知パラメータ）を求めるために、キャリブレーション処理が必要となる。このキャリブレーション処理は、制御部３０のキャリブレーション機能３１によって実現される。キャリブレーション処理では、各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度をいくつかの値に振って試し加工を行い、実際に加工された穴座標をＣＣＤカメラなどの撮像手段２９で測定する。各ガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂの角度データｇa，ｇb，ｇc，ｇdと、そのときに加工された穴座標データαx，αy，βx，βyから、最小二乗法や重み付最小二乗法などの手法を用いて上記多項式モデルの係数（未知パラメータ）を決定する。キャリブレーション機能３１で上記のようにして算出された各ガルバノスキャナのミラー角度から加工される２つの穴座標の写像の逆写像モデル（多項式モデル）は、モデル格納機能３２に格納される。
【００６８】
このキャリブレーション処理においてもこの発明によるレーザ加工装置は、従来の同時多点照射タイプのレーザ加工装置に比べて作業時間を短縮できるといった顕著な効果を発揮する。このことを以下の簡単な例で比較することにより示す。
【００６９】
この発明と従来のキャリブレーション処理において、第１組目のガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ（または２２４ａ，２２４ｂ）はミラー角度をそれぞれ４通り、第２組目のガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ（または２２６ａ，２２６ｂ）はミラー角度をそれぞれ３通りに振って試し加工を行う場合で比較する。図１１は、従来の同時多点照射型のレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す図であり、図１２は、この発明によるレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す。なお、簡単のため、ここではｆθレンズ２８，２２８が理想的であると仮定して、ＸＹテーブル１１，２１１上で直線上に走査したものとする。これらの図で、横軸は、ＸＹテーブル１１，２１１上のＸ軸を示しており、縦軸は、ＸＹテーブル１１，２１１上のＹ軸を示している。また、「○」印は主ビームＬａまたはαビームＬαによって形成された加工穴の位置を示しており、「×」印は副ビームＬｂまたはβビームＬβによって形成された加工穴の位置を示している。
【００７０】
図１３は、キャリブレーションに必要な加工穴数を示す図である。従来のレーザ加工装置（図１４）で試し加工を行う場合、ガルバノスキャナのミラー角度の組み合わせは、３×３×４×４＝１４４通りあるが、レーザ光Ｌａ，Ｌｂが２本なので、確認するのは２８８通りある。しかし、光学系の特性により、同じ位置に加工される重複分が存在する。たとえば、図９のブロック線図からわかるように、従来技術による同時多点照射型のレーザ加工装置では、主ビームＬａの光学系は、ガルバノスキャナ２２４ａ，２２４ｂのミラー位置に依らないので、確認するのは３×３＝９通りでよい。つまり、位置が同じになるケースは重複して加工する必要がないので、確認が必要な穴数は２８８通りより少なくなり、１５３通りとなる。
【００７１】
一方、この発明によるレーザ加工装置で試し加工を行う場合、ガルバノスキャナのミラー角度の組み合わせは、３×３×４＝３６通りあり、レーザ光Ｌα，Ｌβが２本なので、確認するのは７２通りとなる。
【００７２】
この簡単な例においてでさえ、この発明によるレーザ加工装置の場合では従来技術に比べて、キャリブレーション時の試し加工を行う穴数を８１個分減らすことができる。実際のキャリブレーション処理では、もっと細かくガルバノスキャナのミラーの角度を振る必要があるので、従来技術との穴数の差が顕著となる。キャリブレーション処理では、この試し加工した穴の座標を撮像手段２９で測定するが、穴数が多ければ多いほどこの測定作業に長い時間が費やされる。
【００７３】
以上説明したようなキャリブレーション処理によって係数行列が求められ、多項式モデルの係数が決定される。そして、実際の加工においては、制御部３０の加工制御機能３４は、被加工物１２上の穴を開けたい位置としてＸＹテーブル１１上の座標（αx，αy）、（βx，βy）を加工情報格納機能３３から取得し、モデル格納機能３２に格納された多項式モデルに、取得した穴を開けたい位置座標を入力して、演算した結果得られるガルバノスキャナのミラー角度ｇa，ｇb，ｇc，ｇdとなるようにガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー角度を制御する。以上によって、目標とする被加工物１２上の位置に穴を開けることができる。
【００７４】
なお、上記の説明では、実施の形態１のレーザ加工装置の場合を例に挙げたが、実施の形態２，３の場合にも同様にして多項式モデルを用いてガルバノスキャナ２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂのミラー位置を制御することによって、加工穴の位置を制御することができる。
【００７５】
この実施の形態４によれば、第１の偏光手段２１で分光される２つの光路上に同じ数のガルバノスキャナを配置するようにしたので、キャリブレーション処理に必要な加工穴数を減らすことができ、キャリブレーション処理時間を大幅に短縮できるといった顕著な効果を有する。また、このような光学系を有するレーザ加工装置に対しては、４台のガルバノスキャナのミラー角度から加工される２つの穴座標への写像の逆写像モデルで、加工穴の位置を制御することができるという効果を有する。
【００７６】
なお、上述した実施の形態１〜４では、２つに分光されたレーザ光のそれぞれの光路上には、３つのガルバノスキャナが配置された例を示したが、それぞれの光路で同じ数であれば、任意の数のガルバノスキャナを配置してもよい。また、本アイディアを応用し、２つに分光したレーザ光をさらに２つ分光する方法や、レーザ発振器を複数台用意して同時加工穴数を増やしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、この発明にかかるレーザ加工装置は、同時に複数の穴加工を精度よく行う場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明によるレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】図１のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。
【図３−１】加工穴品質が良い状態を模式的に示す図である。
【図３−２】加工穴品質が悪い状態を模式的に示す図である。
【図４】加工穴品質の評価方法の一例を示す図である。
【図５−１】従来のレーザ加工装置における主ビームと副ビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図である。
【図５−２】この実施の形態１のレーザ加工装置におけるαビームとβビームの加工穴品質が良いと判断される範囲の一例を示す図である。
【図６】この発明によるレーザ加工装置の実施の形態２の構成を示す図である。
【図７−１】図６のレーザ加工装置の副ガルバノスキャナとメインガルバノスキャナのＸ軸方向から見たときの配置関係を示す図である。
【図７−２】図６のレーザ加工装置のｆθレンズの前焦点位置付近のガルバノスキャナの配置関係を示す図である。
【図８】この発明によるレーザ加工装置の実施の形態３の構成を示す図である。
【図９】従来の同時多点照射型のレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。
【図１０】この発明によるレーザ加工装置における各ガルバノスキャナのミラー角度と加工される穴の座標との関係を示すブロック線図である。
【図１１】従来の同時多点照射型のレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す図である。
【図１２】この発明によるレーザ加工装置を用いた場合の加工穴位置を示す図である。
【図１３】キャリブレーションに必要な加工穴数を示す図である。
【図１４】同時多点照射タイプのレーザ加工装置の構造の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１ ＸＹテーブル
１２ 被加工物
２０ レーザ発振器
２１ 第１の偏光手段
２２ａ〜２２ｊ，２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂ ミラー
２３ａ，２３ｂ，２６，２６ａ，２６ｂ ガルバノスキャナ
２５ 第２の偏光手段
２８ ｆθレンズ
２９ 撮像手段
３０ 制御部
３１ キャリブレーション機能
３２ モデル格納機能
３３ 加工情報格納機能
３４ 加工制御機能
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブル上に配置された被加工物上の２点以上にレーザ光を同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、
１つのレーザ光を光路の異なる第１と第２のレーザ光に分光する第１の偏光手段と、
前記第１のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の第１の方向に前記第１のレーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、
前記第２のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の前記第１の方向とは異なる第２の方向に前記第２のレーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、
前記第１および第２のレーザ光を混合する第２の偏光手段と、
混合された前記第１および第２のレーザ光を前記テーブル上の相異なる第３と第４の方向に走査する一対の第３と第４のガルバノスキャナからなるメインガルバノスキャナと、
前記メインガルバノスキャナからの前記第１および第２のレーザ光を前記被加工物上の所定の位置にそれぞれ集光させるｆθレンズと、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記第１および第２のガルバノスキャナは、前記第１および第２のレーザ光が伝播するそれぞれの光路上の、前記ｆθレンズの前焦点位置からの光路長が等しい位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記第１および第２の方向の両方に直交する方向を第５の方向とした場合に、
前記第１〜第４のガルバノスキャナは、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラーの回転軸の方向が、前記第１、第２、第５の方向のいずれかと同じ方向となるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
記第１および第２の方向の両方に直交する方向を第５の方向とした場合に、
前記第１、第２および第４のガルバノスキャナは、前記第１、第２、第４のガルバノスキャナのミラーの回転軸の方向が、前記第１、第２、第５の方向のいずれかと同じ方向となるように配置され、
前記第３のガルバノスキャナは、前記第４のガルバノスキャナよりも前記第２の偏光手段側に配置され、前記第３のガルバノスキャナのミラーの回転軸の方向が前記第１、第２、第５の方向のいずれかの方向に対して所定の角度傾くように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第１および第２の偏光手段の間の２つの光路に配置されるガルバノスキャナの数と、前記第１および第２のレーザ光を所定の方向に導くミラーの数とが同じであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度と、そのミラー角度のときに前記テーブル上に照射される前記第１および第２のレーザ光により加工される穴の座標と、の関係を示す演算モデルに基づいて、前記被加工物上の目的の加工位置に対応して前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度を演算し、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記演算モデルは、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度から前記第１および第２のレーザ光の前記テーブル上の照射座標への写像の逆写像モデルであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記逆写像モデルは、前記照射座標を構成する４つの成分を入力とし、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度を出力とする４入力４出力の多項式を含む多項式モデルで表されることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記多項式モデルは、前記照射座標の４つの成分の３次以下の項を含む多項式によって表されることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第１〜第４のガルバノスキャナのそれぞれのミラー角度を任意に振ったときの前記第１および第２のレーザ光の前記テーブル上の照射座標の４つの成分を測定し、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度と前記照射座標の４つの成分との間の関係を示す演算モデルを算出する機能をさらに有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
テーブル上に配置された被加工物上の２点以上にレーザ光を同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、
１つのレーザ光を光路の異なる第１と第２のレーザ光に分光する第１の偏光手段と、
前記第１のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の第１の方向に前記第１のレーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、
前記第２のレーザ光の光路上に配置され、前記テーブル上の前記第１の方向とは異なる第２の方向に前記第２のレーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、
前記第１および第２のレーザ光を混合する第２の偏光手段と、
混合された前記第１および第２のレーザ光を前記テーブル上の相異なる第３と第４の方向に走査する一対の第３と第４のガルバノスキャナからなるメインガルバノスキャナと、
前記メインガルバノスキャナからの前記第１および第２のレーザ光を前記被加工物上の所定の位置にそれぞれ集光させるｆθレンズと、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記第１および第２のガルバノスキャナは、前記第１および第２のレーザ光が伝播するそれぞれの光路上の、前記ｆθレンズの前焦点位置からの光路長が等しい位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記第１および第２の方向の両方に直交する方向を第５の方向とした場合に、
前記第１〜第４のガルバノスキャナは、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラーの回転軸の方向が、前記第１、第２、第５の方向のいずれかと同じ方向となるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
記第１および第２の方向の両方に直交する方向を第５の方向とした場合に、
前記第１、第２および第４のガルバノスキャナは、前記第１、第２、第４のガルバノスキャナのミラーの回転軸の方向が、前記第１、第２、第５の方向のいずれかと同じ方向となるように配置され、
前記第３のガルバノスキャナは、前記第４のガルバノスキャナよりも前記第２の偏光手段側に配置され、前記第３のガルバノスキャナのミラーの回転軸の方向が前記第１、第２、第５の方向のいずれかの方向に対して所定の角度傾くように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第１および第２の偏光手段の間の２つの光路に配置されるガルバノスキャナの数と、前記第１および第２のレーザ光を所定の方向に導くミラーの数とが同じであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度と、そのミラー角度のときに前記テーブル上に照射される前記第１および第２のレーザ光により加工される穴の座標と、の関係を示す演算モデルに基づいて、前記被加工物上の目的の加工位置に対応して前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度を演算し、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記演算モデルは、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度から前記第１および第２のレーザ光の前記テーブル上の照射座標への写像の逆写像モデルであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記逆写像モデルは、前記照射座標を構成する４つの成分を入力とし、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度を出力とする４入力４出力の多項式を含む多項式モデルで表されることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記多項式モデルは、前記照射座標の４つの成分の３次以下の項を含む多項式によって表されることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第１〜第４のガルバノスキャナのそれぞれのミラー角度を任意に振ったときの前記第１および第２のレーザ光の前記テーブル上の照射座標の４つの成分を測定し、前記第１〜第４のガルバノスキャナのミラー角度と前記照射座標の４つの成分との間の関係を示す演算モデルを算出する機能をさらに有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２９０１３７（Ｐ２００８−２９０１３７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４０２１０（Ｐ２００７−１４０２１０）
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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