JP6632781B1 - レーザ加工装置、レーザ加工方法、および誤差調整方法 - Google Patents

Abstract

レーザ加工装置（１００）が、加工テーブル（２Ａ）と、ガルバノミラー（４Ａ）を駆動するガルバノスキャナ（５Ａ）と、加工テーブルの面上を観察するカメラ（７Ａ）と、加工ワーク（３Ａ）のレーザ加工を制御する制御装置（１０）と、を備え、複数の基準マーク（Ｍ）が配置された基準板（８）が加工テーブル（２Ａ）上に載置され、制御装置（１０）は、４箇所以上の基準マーク（Ｍ）の測定位置（ＭＱ）に基づいて、加工テーブル（２Ａ）の位置決め誤差を算出し、カメラ（７Ａ）と加工テーブル（２Ａ）とを連動させることで、基準マーク（Ｍ）を測定する処理を繰り返し、制御装置（１０）は、加工テーブル（２Ａ）の全領域にわたって位置決め誤差を算出し、算出した位置決め誤差に基づいて、加工対象物のレーザ加工を制御する。

Description

本発明は、加工テーブルに載せた加工ワークのレーザ加工を行うレーザ加工装置、レーザ加工方法、および誤差調整方法に関する。

レーザ加工装置は、加工ワークを載せた加工テーブルを移動させることによって、加工ワーク上の種々の位置にレーザ加工を行う。このレーザ加工装置には加工テーブルに位置決め誤差があるので、レーザ加工装置は、位置決め誤差に基づいて、レーザ光の照射位置を補正する必要がある。

特許文献１に記載のレーザ加工装置は、ガルバノスキャナを介して加工対象面を観察できるカメラで、ガルバノスキャナ上のガラススケールに形成されたスケールマークの位置を検出し、スケールマークの位置と検出結果とから、ガルバノスキャナの駆動量を補正するための補正値を求めている。

特開２００８−２６４７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、カメラとガルバノスキャナが連動していないので、ガルバノスキャナの可動によって加工対象の画像を撮像できる範囲でしか補正ができず、ガルバノスキャンエリアよりも広範囲な加工テーブル上の加工対象エリアに対しては補正できないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガルバノスキャンエリアよりも広範囲な加工テーブル上の加工対象エリアを精度良く加工できるレーザ加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置は、加工対象物を載置する加工テーブルと、加工対象物にレーザ光を照射してスキャンするガルバノミラーと、ガルバノミラーを駆動するガルバノスキャナと、を備える。本発明のレーザ加工装置は、矩形領域内に４箇所以上の基準マークが配置された基準板が加工テーブル上に載せられた際には４箇所以上の基準マークを測定し、加工対象物が加工テーブル上に載せられた際には加工対象物の加工面に設けられたアライメントマークの位置を測定する測定装置を備える。本発明のレーザ加工装置は、４箇所以上の基準マークの測定位置に基づいて加工テーブルの位置決め誤差および位置決め誤差を補正する補正係数を算出し、補正係数を用いてアライメントマークの測定位置を補正し、かつ補正したアライメントマークの測定位置に基づいて、位置決め誤差を補正するための、ガルバノスキャナの駆動補正量を算出し、かつ駆動補正量を用いてガルバノスキャナを駆動しながら加工対象物のレーザ加工を制御する制御装置を備える。本発明のレーザ加工装置では、補正係数を算出する際には測定装置と加工テーブルとを連動させることで、４箇所以上の基準マークを測定する処理を繰り返し、制御装置は、加工テーブルの全領域にわたって補正係数を算出する。

本発明にかかるレーザ加工装置は、ガルバノスキャンエリアよりも広範囲な加工テーブル上の加工対象エリアを精度良く加工できるという効果を奏する。

実施の形態にかかるレーザ加工装置の構成を示す図 実施の形態にかかるレーザ加工装置が備える制御装置の構成を示す図 実施の形態にかかるレーザ加工装置による補正係数の算出処理手順を示すフローチャート 実施の形態にかかるレーザ加工装置で用いられる基準板の測定エリアを説明するための図 実施の形態にかかるレーザ加工装置が測定する基準マークを説明するための図 実施の形態にかかるレーザ加工装置が取得する、基準マークの実位置と測定位置との関係を説明するための図 実施の形態にかかるレーザ加工装置によるガルバノ補正量の算出処理手順を示すフローチャート 実施の形態にかかるレーザ加工装置が用いるアライメントマークを説明するための図 実施の形態にかかる制御装置のハードウェア構成例を示す図

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

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかるレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、加工対象物である加工ワーク３Ａ，３Ｂを載置するための加工テーブル２Ａ，２Ｂの位置決め誤差を補正しつつ加工ワーク３Ａ，３Ｂにレーザ穴あけ加工を行う装置である。レーザ加工装置１００による加工テーブル２Ａ，２Ｂの位置補正は、ガルバノスキャナ５Ａ，５Ｂと、加工テーブル２Ａ，２Ｂと、を連動させて加工を行うことに対して有効である。

レーザ加工装置１００は、位置決め誤差を測定するための基準板を加工テーブル２Ａ，２Ｂ上に載せて、基準板に配置されている基準マークの位置を測定する。基準板は、加工テーブル２Ａ，２Ｂに載せられた状態で基準マークの位置が測定される板である。レーザ加工装置１００は、基準マークの実際の位置と、基準マークの測定位置との差分に基づいて、加工テーブル２Ａ，２Ｂの位置決め誤差を算出し、位置決め誤差を補正するための補正係数を算出する。基準マークの実際の位置は、基準マークの設計上の位置（設計値）であり、基準マークの測定位置は、基準板が加工テーブル２Ａ，２Ｂに載せられた状態で測定された基準マークの位置である。

レーザ加工装置１００は、カメラ７Ａ，７Ｂと加工テーブル２Ａ，２Ｂとを連動させることで、基準マークを測定する処理を繰り返し、加工テーブル２Ａ，２Ｂの全領域にわたって補正係数を算出する。補正係数は、加工テーブル２Ａ，２Ｂの位置を補正する際に用いられる。レーザ加工装置１００は、加工テーブル２Ａ，２Ｂ上の加工ワーク３Ａ，３Ｂに配置されているアライメントマークの位置を補正係数で補正することによって加工テーブル２Ａ，２Ｂの位置を補正する。アライメントマークは、加工ワーク３Ａ，３Ｂが加工テーブル２Ａ，２Ｂに載せられた状態で位置が測定されるマークであり、加工ワーク３Ａ，３Ｂの位置を補正する際に用いられる。アライメントマークの詳細については後述する。

レーザ加工装置１００は、被加工物である加工ワーク３Ａ，３Ｂにレーザ加工処理を行う加工機構２０と、加工機構２０を制御する制御装置１０とを備えている。制御装置１０は、基準マークが配置されている測定エリア毎に最小二乗近似などを用いて補正係数を算出する。制御装置１０は、補正係数と測定エリアとの対応関係を示すキャリブレーションテーブルを作成する。キャリブレーションテーブルは、加工テーブル２Ａ，２Ｂの位置決め誤差を補正するためのテーブルである。制御装置１０は、レーザ加工を制御する際に、キャリブレーションテーブルに基づいて、測定エリア毎に補正係数を抽出し、抽出した補正係数を各測定エリアに適用してレーザ光１Ａ，１Ｂを照射する位置を補正する。

加工機構２０は、レーザ発振器（図示せず）から出力されたレーザ光（レーザビーム）を光路上でレーザ光１Ａ，１Ｂに分離して加工テーブル２Ａ，２Ｂ上の加工ワーク３Ａ，３Ｂを同時にレーザ加工する。

加工機構２０は、レーザ光１Ａを加工ワーク３Ａに照射する第１の加工部と、レーザ光１Ｂを加工ワーク３Ｂに照射する第２の加工部とを備えている。第１の加工部は、ガルバノスキャナ５Ａと、ガルバノミラー４Ａと、カメラ７Ａと、ｆθレンズ６Ａと、加工テーブル２Ａとを有しており、第２の加工部は、ガルバノスキャナ５Ｂと、ガルバノミラー４Ｂと、カメラ７Ｂと、ｆθレンズ６Ｂと、加工テーブル２Ｂとを有している。

また、加工機構２０は、加工テーブル２Ａ，２Ｂを駆動する駆動テーブル２１を備えている。加工テーブル２Ａ，２Ｂは、水平面といったＸＹ平面内を移動可能なＸＹ加工テーブルである。加工テーブル２Ａ，２Ｂは、それぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に移動することによって、加工ワーク３Ａ，３ＢをＸＹ平面内で移動させ、これによりレーザ光１Ａ，１Ｂの加工ワーク３Ａ，３Ｂ上への照射位置を調節する。

加工テーブル２Ａは、加工ワーク３Ａを吸着することによって加工ワーク３Ａを加工テーブル２Ａ上に固定し、加工テーブル２Ｂは、加工ワーク３Ｂを吸着することによって加工ワーク３Ｂを加工テーブル２Ｂ上に固定する。このように、加工機構２０は、駆動テーブル２１に２つの加工テーブル２Ａ，２Ｂが取付けられており、同時に２つの加工ワーク３Ａ，３Ｂを加工できるよう構成されている。

加工テーブル２Ａ，２Ｂは、ともに駆動テーブル２１上に載置されているが、加工テーブル２Ａの位置決め誤差と、加工テーブル２Ｂの位置決め誤差とは誤差量が異なる。このため、制御装置１０は、加工テーブル２Ａに対する補正係数と、加工テーブル２Ｂに対する補正係数とを別々に算出する。

なお、加工機構２０は、レーザ光を分離することなく、１つのレーザ光で１つの加工ワークをレーザ加工する加工機構であってもよい。すなわち、加工機構２０は、第１の加工部および第２の加工部の一方を有する加工機構であってもよい。第１の加工部と第２の加工部とは同じ構成で同様の動作を実行するので、以下では、第１の加工部の構成および動作について説明する。

ガルバノスキャナ５Ａは、レーザ光１Ａの照射位置を加工ワーク３Ａ上の加工目標位置に高速に位置決めする。ガルバノスキャナ５Ａは、ガルバノミラー４Ａと、ガルバノミラー４Ａを駆動するサーボモータ（図示せず）と、サーボモータの駆動制御を行う駆動制御装置（図示せず）とを備えている。ガルバノスキャナ５Ａでは、駆動制御装置がガルバノミラー４Ａを駆動し、ガルバノミラー４Ａが、レーザ発振器からのレーザ光１Ａで加工ワーク３Ａをスキャンする。

ガルバノスキャナ５Ａでは、駆動制御装置が、例えばガルバノミラー４Ａを特定の振り角の範囲内で回転させる。ガルバノスキャナ５Ａは、制御装置１０から指令を受けて、スキャンエリア内の目標の加工位置にレーザ光１Ａが照射されるよう、レーザ光１Ａの照射位置を移動させる。このように、ガルバノスキャナ５Ａでは、駆動制御装置が、加工ワーク３Ａの加工面内のそれぞれのスキャンエリア内の特定位置にレーザ光１Ａが照射されるようガルバノミラー４Ａを駆動する。スキャンエリアは、ガルバノミラー４Ａによってスキャンされるエリアである。スキャンエリアは、ガルバノスキャナ５Ａの駆動可能領域に対応している。ガルバノスキャナ５Ａは、レーザ光１Ａが照射された後に、次の目標の位置にレーザ光１Ａの照射位置を移動させて停止する動作を繰り返す。

第１の加工部は、２つのガルバノスキャナ５Ａと、２つのガルバノミラー４Ａを有している。第１の加工部では、一方のガルバノスキャナ５Ａのガルバノミラー４Ａを回転させることにより、加工ワーク３Ａに対するレーザ光１Ａの照射位置をＸ軸方向に移動させる。また、第１の加工部では、他方のガルバノスキャナ５Ａのガルバノミラー４Ａを回転させることにより、加工ワーク３Ａに対するレーザ光１Ａの照射位置をＹ軸方向に移動させる。一方のガルバノミラー４Ａが反射したレーザ光１Ａは、他方のガルバノミラー４Ａに送られ、他方のガルバノミラー４Ａで反射される。他方のガルバノミラー４Ａが反射したレーザ光１Ａは、加工ワーク３Ａに照射される。

ｆθレンズ６Ａは、加工テーブル２Ａに置かれた加工ワーク３Ａ上にレーザ光１Ａを集光させる。測定装置であるカメラ７Ａは、加工テーブル２Ａの面上を観察し、種々のマークの位置を測定する。カメラ７Ａは、補正係数を算出する際には、加工テーブル２Ａ上の基準板に配置されている基準マークの位置（座標）を検出する。カメラ７Ａは、加工テーブル２Ａ上に加工ワーク３Ａが置かれている場合には、加工ワーク３Ａに配置されているアライメントマークの位置（座標）を検出する。

アライメントマークは、加工ワーク３Ａの位置を補正するためのマークである。加工テーブル２Ａに置かれた加工ワーク３Ａは、歪み、伸縮等によって位置ずれを発生させている場合がある。レーザ加工装置１００は、アライメントマークの位置を検出し、アライメントマークの位置および補正係数に基づいて、加工ワーク３Ａ内の座標を補正する。

カメラ７Ａは、基準マークの検出結果である基準マークの位置、およびアライメントマークの検出結果であるアライメントマークの位置を制御装置１０に送る。

レーザ加工装置１００では、レーザ発振器からのレーザ光１Ａが、軸ごとに取り付けられたガルバノミラー４Ａと、ｆθレンズ６Ａとを介して、加工ワーク３Ａのスキャンエリア内に照射される。

スキャンエリアの面積に対して加工ワーク３Ａの面積が大きいので、レーザ加工装置１００は、スキャンエリアから次のスキャンエリアまで加工テーブル２Ａを移動させ、スキャンエリア内のレーザ光１Ａの照射位置をガルバノスキャナ５Ａで移動させる。すなわち、レーザ加工装置１００は、加工テーブル２Ａによってレーザ光１Ａの照射位置をスキャンエリア間で移動させ、ガルバノスキャナ５Ａによってレーザ光１Ａの照射位置をスキャンエリア内で移動させる。レーザ加工装置１００は、各スキャンエリアでレーザ光１Ａを照射することによって、加工ワーク３Ａの全加工領域をレーザ加工する。すなわち、レーザ加工装置１００は、各スキャンエリアに加工テーブル２Ａを移動させる処理と、各スキャンエリアでレーザ光１Ａを照射する処理とを繰り返すことによって、加工ワーク３Ａの全領域を加工する構成となっている。

制御装置１０は、加工機構２０を制御するコンピュータである。制御装置１０は、加工テーブル２Ａ、レーザ発振器、ガルバノスキャナ５Ａ，５Ｂ等の駆動を制御する。実施の形態の制御装置１０は、加工機構２０から送られてくる情報に基づいて、キャリブレーションテーブルを算出し、キャリブレーションテーブルを用いて加工テーブル２Ａの位置決め誤差を補正する。制御装置１０は、キャリブレーションテーブルに格納されている補正係数を用いて、加工ワーク３Ａの位置を補正し、補正した位置に基づいて、ガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正する。制御装置１０は、ガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正することによってガルバノミラー４Ａの位置を補正し、これにより、レーザ光１Ａの照射位置を補正する。

ここで、制御装置１０の構成について説明する。図２は、実施の形態にかかるレーザ加工装置が備える制御装置の構成を示す図である。制御装置１０は、入力部１１と、補正係数算出部１２と、記憶部１３と、補正量算出部１４と、制御部１５とを備えている。

入力部１１は、加工機構２０のカメラ７Ａから送られてくる基準マークの位置を受け付けて制御部１５に入力する。以下、カメラ７Ａから送られてくる基準マークの位置を測定位置という。入力部１１は、加工機構２０のカメラ７Ａから送られてくるアライメントマークの位置を受け付けて補正量算出部１４に入力する。

補正係数算出部１２は、基準板の各測定エリアに配置されている基準マークの実際の位置と測定エリアとの対応関係を示す情報を記憶部１３から読み出す。また、補正係数算出部１２は、基準マークの測定位置と測定エリアとの対応関係を示す情報を記憶部１３から読み出す。

基準板の測定エリアの位置は、加工テーブル２Ａの位置に対応している。基準マークの実際の位置は、設計値である。以下、基準マークの実際の位置を実位置といい、実位置と測定エリアとの対応関係を示す情報を実位置情報という。また、測定位置と測定エリアとの対応関係を示す情報を測定位置情報という。

補正係数算出部１２は、実位置情報および測定位置情報に基づいて、実位置と測定位置との差分を算出する。補正係数算出部１２は、実位置と測定位置との差分に基づいて、測定エリアの位置を補正するための補正係数を算出する。補正係数算出部１２は、測定エリア毎に補正係数を算出し、補正係数と測定エリアとの対応関係を示す情報を記憶部１３に送る。以下、補正係数と測定エリアとの対応関係を示す情報を補正係数情報という。

記憶部１３は、実位置情報を記憶しておく。また、記憶部１３は、制御部１５から送られてくる測定位置情報を記憶する。また、記憶部１３は、補正係数算出部１２から送られてくる補正係数情報を記憶する。

補正量算出部１４は、記憶部１３から補正係数情報を読み出す。補正量算出部１４は、補正係数情報を用いてアライメントマークの位置（座標）を補正する。具体的には、補正量算出部１４は、アライメントマークの位置に対応する測定エリアを特定し、特定した測定エリアに対応する補正係数を補正係数情報から抽出する。補正量算出部１４は、抽出した補正係数を用いてアライメントマークの位置を補正する。補正係数を用いて補正されたアライメントマークの位置が、加工テーブル２Ａの位置誤差および加工ワーク３Ａの位置ずれ等が考慮された正確なアライメントマークの位置である。したがって、補正量算出部１４は、補正されたアライメントマークの位置に基づいて、加工テーブル２Ａの位置とガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正するための駆動補正量（以下、ガルバノ補正量という）との対応関係を示す数式を算出する。この数式は、加工テーブル２Ａ上のＸ座標およびＹ座標を代入することによって、加工テーブル２Ａ上の座標に対応するガルバノ補正量を求めることができる数式である。加工テーブル２Ａの座標（Ｘ座標およびＹ座標）は、ガルバノスキャナ５Ａによるスキャンエリアの中心座標である。

補正量算出部１４は、加工プログラムで規定された加工テーブル２Ａの位置に基づいて、この位置に対応するガルバノ補正量を算出する。補正量算出部１４は、算出したガルバノ補正量を制御部１５に送る。

制御部１５は、加工機構２０を制御する。制御部１５は、ガルバノスキャナ５Ａ、加工テーブル２Ａ等に駆動指示を送る。制御部１５は、補正係数情報が算出される際に、加工テーブル２Ａを移動させることによって、カメラ７Ａの撮像位置を測定エリアに配置されている基準マークの位置に移動させる。カメラ７Ａの撮像位置は、スキャンエリアの中心位置である。制御部１５は、カメラ７Ａの撮像位置に対応する測定エリアと、入力部１１から送られてくる実位置とを対応付けした測定位置情報を生成する。入力部１１から送られてくる実位置は、カメラ７Ａの撮像位置に対応する測定エリアで測定された実位置である。制御部１５は、測定位置情報を記憶部１３に送る。

また、制御部１５は、ガルバノスキャナ５Ａを駆動する際に、加工テーブル２Ａの位置であるテーブル位置毎に、ガルバノ補正量を用いてガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正する。制御部１５は、ガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正した駆動指示を加工機構２０に送る。これにより、ガルバノミラー４Ａの振り角が補正されるので、レーザ光１Ａの照射位置が補正される。

このように、実施の形態の制御装置１０は、加工テーブル２Ａの位置決め誤差を補正するためのガルバノ補正量を、基準マークの測定位置を用いて算出し、ガルバノ補正量を用いてガルバノスキャナ５Ａを駆動する。

つぎに、レーザ加工装置１００による補正係数の算出処理手順について説明する。図３は、実施の形態にかかるレーザ加工装置による補正係数の算出処理手順を示すフローチャートである。図４は、実施の形態にかかるレーザ加工装置で用いられる基準板の測定エリアを説明するための図である。図５は、実施の形態にかかるレーザ加工装置が測定する基準マークを説明するための図である。

レーザ加工装置１００は、補正係数を算出する際には、加工テーブル２Ａの位置補正を無効にした状態で基準マークＭの位置を測定し、測定した位置に基づいて補正係数を算出する。位置補正を有効にすると基準マークＭの位置ずれを測定できないからである。このため、レーザ加工装置１００の制御装置１０は、加工テーブル２Ａの位置補正が有効になっている場合、加工テーブル２Ａの位置補正を無効にする（ステップＳ１）。すなわち、レーザ加工装置１００は、ガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正する設定が有効である場合、ガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正する設定を無効にする。

加工テーブル２Ａには、キャリブレーションテーブルを作成するための基準となる基準板８が載せられる。基準板８は、基準板８の上面に等間隔で印字されている複数の基準マークＭを有している。基準マークＭは、加工テーブル２Ａの全面を覆うことができる領域に格子状に配置されている。なお、基準マークＭは、印字以外の方法によって基準板８の上面に配置されていてもよい。また、基準マークＭは、格子状以外の形状で配置されていてもよい。基準板８は、基準マークＭの配置精度が良い石英ガラス板等である。レーザ加工装置１００では、基準板８を加工テーブル２Ａのマスタースケール、すなわち基準スケールとする。

図４に示すように、基準板８には、測定エリア３０ｎ、測定エリア３０（ｎ＋１）といった複数の測定エリアが全面に設けられている。ここでのｎは自然数である。基準板８に設定される各測定エリアは、同様の形状およびサイズを有しているので、以下、測定エリア３０ｎについて説明する。測定エリア３０ｎは、矩形領域であり、４つの頂点のそれぞれに基準マークＭが配置されている。図５では、測定エリア３０ｎにおける４つの基準マークＭを、基準マークＰ１〜Ｐ４で図示している。基準板８上の測定エリアは、エリア数が多いほど、すなわち各測定エリアが狭いほど正確な位置ずれ補正を行うことができる。

基準板８は、例えば、Ｘ軸方向が８００ｍｍ、Ｙ軸方向が６００ｍｍの板状部材を用いて形成されている。また、ガルバノスキャナ５Ａの稼動可能領域に対応するスキャンエリアの例は、３０ｍｍ×３０ｍｍである。

基準板８では、互いに隣接する測定エリアが、２つの基準マークＭ（２つの基準マークＭ間の線分領域である１つの辺）を共有している。例えば、測定エリア３０ｎに隣接する測定エリア３０（ｎ＋１）と、測定エリア３０ｎとは、２つの基準マークＭを共有している。具体的には、基準マークＰ３，Ｐ４は、測定エリア３０ｎの右辺に配置された基準マークであり、且つ測定エリア３０（ｎ＋１）の左辺に配置された基準マークである。同様に、測定エリア３０ｎの下辺は、他の測定エリアに共有されている。このように、隣接する測定エリアが、１つの辺を共有することにより、基準板８では、格子状に測定エリアが設定されている。

レーザ加工装置１００は、カメラ７Ａの撮像位置を測定エリア３０ｎの基準マークＰｍ上へ移動させる処理と、基準マークＰｍの位置を測定する処理と、測定データを保存する処理とをｍ＝１〜４まで繰り返す。具体的には、制御部１５は、カメラ７Ａの撮像位置が、測定エリア３０ｎの基準マークＰ１上となるテーブル位置へ加工テーブル２Ａを移動させる。カメラ７Ａの撮像位置は、カメラ７Ａが撮像する基準板８上の位置である。すなわち、レーザ加工装置１００は、基準板８を載せた加工テーブル２Ａを加工テーブル２Ａのテーブル面に平行な面内で移動させることによって、カメラ７Ａの撮像位置を、測定エリア３０ｎの基準マークＰ１上へ移動させる（ステップＳ２）。

レーザ加工装置１００は、カメラ７Ａで基準マークＰ１の位置を測定する（ステップＳ３）。図５では、基準マークＰ１の測定結果である測定位置を測定位置Ｑ１で図示している。レーザ加工装置１００は、測定位置Ｑ１を制御装置１０に送る。これにより、レーザ加工装置１００は、測定データを保存する（ステップＳ４）。具体的には、レーザ加工装置１００は、測定エリア３０ｎと、基準マークＰ１の測定位置Ｑ１とを対応付けして記憶部１３で保存する。

レーザ加工装置１００は、基準マークＰ１から基準マークＰ４まで位置を測定したか否かを判定する（ステップＳ５）。基準マークＰ４まで位置を測定していない場合（ステップＳ５、Ｎｏ）、レーザ加工装置１００は、ステップＳ２からステップＳ５の処理を繰り返す。すなわち、レーザ加工装置１００は、基準マークＰ４の位置を測定するまで（ｍ＝４となるまで）、ステップＳ２からステップＳ５の処理を繰り返す。

すなわち、レーザ加工装置１００は、加工テーブル２Ａを基準マークＰ２の位置に移動させ（ステップＳ２）、基準マークＰ２の位置を測定し（ステップＳ３）、測定エリア３０ｎと、基準マークＰ２の測定結果である測定位置Ｑ２とを対応付けして記憶部１３で保存する（ステップＳ４）。

同様に、レーザ加工装置１００は、加工テーブル２Ａを基準マークＰ３の位置に移動させ（ステップＳ２）、基準マークＰ３の位置を測定し（ステップＳ３）、測定エリア３０ｎと、基準マークＰ３の測定結果である測定位置Ｑ３とを対応付けして記憶部１３で保存する（ステップＳ４）。

同様に、レーザ加工装置１００は、加工テーブル２Ａを基準マークＰ４の位置に移動させ（ステップＳ２）、基準マークＰ４の位置を測定し（ステップＳ３）、測定エリア３０ｎと、基準マークＰ４の測定結果である測定位置Ｑ４とを対応付けして記憶部１３で保存する（ステップＳ４）。このように、加工テーブル２Ａは、移動することによって基準マークを、カメラ７Ａによる測定位置に順番に移動させる。測定エリア３０ｎと測定位置Ｑ１〜Ｑ４とが対応付けられた情報が測定位置情報である。

基準マークＰ４まで位置を測定すると（ステップＳ５、Ｙｅｓ）、補正係数算出部１２は、記憶部１３から実位置情報および測定位置情報を読み出し、実位置情報および測定位置情報に基づいて、実位置と測定位置との差分を算出する。補正係数算出部１２は、実位置と測定位置との差分に基づいて、測定エリア毎の補正係数を算出し、記憶部１３で保存する（ステップＳ６）。このとき、補正係数算出部１２は、基準マークＰ１〜Ｐ４の４つの実位置と、測定位置である４つの測定位置Ｑ１〜Ｑ４とを用い、最小二乗近似によって補正係数を算出する。具体的には、補正係数算出部１２は、４つの実位置と４つの測定位置Ｑ１〜Ｑ４との差分に最小二乗近似を適用して補正係数を算出する。また、補正係数算出部１２は、補正係数の算出に加えて、平行四辺形補正または台形補正を行うことにより、測定エリア３０ｎ内のテーブル位置に対する補正係数を算出してもよい。

なお、カメラ７Ａは、測定エリア３０ｎ内で４箇所の基準マークＰ１〜Ｐ４の位置を測定する場合に限らず、５箇所以上で基準マークの位置を測定してもよい。すなわち、測定エリア３０ｎ内には、４箇所以上（少なくとも４箇所）の基準マークが配置されていればよい。この場合、カメラ７Ａは、測定エリア３０ｎ内の４箇所以上の基準マークを測定し、補正係数算出部１２は、４箇所以上の基準マークの測定位置情報を用いて補正係数を算出する。ここで、４箇所以上の基準マークの位置を測定することとしたのは、４箇所以上の基準マークの位置が分かれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の補正係数を容易かつ正確に算出できるからである。

制御部１５は、全ての測定エリアに対して補正係数を算出したか否かを判定する（ステップＳ７）。補正係数を算出していない測定エリアがある場合（ステップＳ７、Ｎｏ）、レーザ加工装置１００は、制御部１５からの指示に従って、補正係数を算出していない測定エリアに対し、ステップＳ２からステップＳ６の処理を実行する。レーザ加工装置１００は、全ての測定エリアに対して補正係数を算出するまで、各測定エリアにステップＳ２からステップＳ６の処理を実行する。補正係数を算出していない測定エリアが無くなると（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、レーザ加工装置１００は、補正係数の算出処理を終了する。

補正係数算出部１２は、算出した全ての測定エリアに対する補正係数を用いて、補正係数と測定エリアとの対応関係を示すキャリブレーションテーブルを作成する。補正係数算出部１２は、平行四辺形補正または台形補正を行うことによって各測定エリア内での補正係数を算出する場合、測定エリア３０ｎ内の基準マーク間のテーブル位置についても高い精度でキャリブレーションテーブルを作成することが可能となる。

図６は、実施の形態にかかるレーザ加工装置が取得する、基準マークの実位置と測定位置との関係を説明するための図である。図６では、基準板８に配置されている基準マークＭの実位置ＡＰと、測定位置ＭＱとの対応関係を示している。なお、図６では、実位置ＡＰと測定位置ＭＱとの差分を１０００倍にして図示している。実位置ＡＰは、基準板８の全面に配置されており、レーザ加工装置１００は、各実位置ＡＰに対して測定位置ＭＱを測定する。実位置ＡＰに重なっている測定位置ＭＱが、実位置ＡＰに対応する測定位置ＭＱである。なお、基準板８の全領域のうちの左上の位置にある基準点ＢＰを基準として基準板８が加工テーブル２Ａに固定された場合、基準点ＢＰから離れた位置ほど基準位置と実位置との間の差分（誤差）が大きくなる。

レーザ加工装置１００は、補正係数情報を算出した後に、ガルバノ補正量を算出し、ガルバノ補正量を用いて加工ワーク３Ａのレーザ加工を実行する。ここで、レーザ加工装置１００によるガルバノ補正量の算出処理手順について説明する。

図７は、実施の形態にかかるレーザ加工装置によるガルバノ補正量の算出処理手順を示すフローチャートである。レーザ加工装置１００は、基準板８が加工テーブル２Ａから外され、加工ワーク３Ａが加工テーブル２Ａに載せられた状態で、加工ワーク３Ａの加工を開始する。

レーザ加工装置１００は、加工テーブル２Ａの位置補正を有効にする（ステップＳ１１）。レーザ加工装置１００は、カメラ７Ａの撮像位置を、加工ワーク３Ａのアライメントマークの位置へ移動させる（ステップＳ１２）。すなわち、レーザ加工装置１００は、加工テーブル２Ａを移動させることによって、カメラ７Ａの撮像位置を、アライメントマークに対応するテーブル位置へ移動させる。カメラ７Ａは、アライメントマークの位置を測定する（ステップＳ１３）。

図８は、実施の形態にかかるレーザ加工装置が用いるアライメントマークを説明するための図である。図８では、加工テーブル２Ａに載置された加工ワーク３Ａを上面側から見た場合の加工ワーク３Ａを示している。加工ワーク３Ａの４つの頂点の位置または頂点の位置の近くには、それぞれアライメントマーク９が配置されている。

カメラ７Ａは、アライメントマーク９の測定結果であるアライメントマーク９の位置を、制御装置１０に送る。制御装置１０の補正量算出部１４は、アライメントマーク９の位置および補正係数情報に基づいて、アライメント補正量を算出し、アライメントマーク９の位置の補正に適用する（ステップＳ１４）。アライメント補正量は、アライメントマーク９の位置を補正するための補正量である。

制御部１５は、全てのアライメントマーク９に対してアライメント補正量を算出したか否かを判定する（ステップＳ１５）。アライメント補正量を算出していないアライメントマーク９がある場合（ステップＳ１５、Ｎｏ）、レーザ加工装置１００は、制御部１５からの指示に従って、アライメント補正量を算出していないアライメントマーク９に対し、ステップＳ１２からステップＳ１４の処理を実行する。レーザ加工装置１００は、全てのアライメントマーク９に対してアライメント補正量を算出するまで、各測定エリアにステップＳ１２からステップＳ１４の処理を実行する。アライメント補正量を算出していないアライメントマーク９が無くなると（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）、補正量算出部１４は、算出した複数のアライメント補正量に基づいて、各テーブル位置のレーザ加工時のガルバノ補正量を算出する（ステップＳ１６）。

このように、制御装置１０は、基準マークの測定位置ＭＱに基づいて各測定エリアにおける加工テーブル２Ａの位置決め誤差を算出し、位置決め誤差に基づいて位置決め誤差を補正する補正係数を算出し、補正係数を用いてアライメントマーク９の位置を補正し、補正したアライメントマーク９の位置に基づいてガルバノ補正量を算出する。

補正量算出部１４は、テーブル位置毎にガルバノ補正量を算出し、制御部１５は、テーブル位置毎にガルバノ補正量を用いてガルバノスキャナ５Ａの駆動量を補正しながらレーザ加工を実行する。これにより、テーブル位置毎にガルバノミラー４Ａの振り角が補正されるので、テーブル位置毎にレーザ光１Ａの照射位置が補正される。このレーザ光１Ａの照射位置の補正は、加工テーブル２Ａの位置決め誤差に対応する補正であるので、レーザ加工装置１００は、テーブル位置毎に加工テーブル２Ａの位置決め誤差を補正した状態で、加工ワーク３Ａのレーザ加工を実行することができる。

本実施の形態により、加工テーブル２Ａの位置決め精度が、１３．３３μｍから６．４６μｍに改善された。すなわち、加工テーブル２Ａの位置決め誤差を補正しなかった場合の位置決め誤差が１３．３３μｍであったのに対し、レーザ加工装置１００が基準板８を用いて加工テーブル２Ａの位置決め誤差を補正した場合の位置決め誤差は６．４６μｍとなった。

また、本実施の形態により、加工テーブル２Ｂの位置決め精度が、１１．６５μｍから７．６２μｍに改善された。すなわち、加工テーブル２Ｂの位置決め誤差を補正しなかった場合の位置決め誤差が１１．６５μｍであったのに対し、レーザ加工装置１００が基準板８を用いて加工テーブル２Ｂの位置決め誤差を補正した場合の位置決め誤差は７．６２μｍとなった。

加工テーブル２Ａには、加工テーブル２Ａ自体の加工精度に依存する、直角度または真直度が存在する。そのため、加工テーブル２Ａを移動させた際には、移動軸毎の一次元ずれだけではなく、二次元ずれ（回転ずれ）が発生する。本実施の形態では、測定エリア３０ｎに対し、基準マークＰ１〜Ｐ４の４つの実位置と、４つの測定位置Ｑ１〜Ｑ４とを用い、最小二乗近似によって補正係数を算出しているので、加工テーブル２Ａの移動の二次元ずれを補正することができる。

また、本実施の形態では、ガルバノスキャナ５Ａを駆動することなく加工テーブル２Ａを移動させて、加工テーブル２Ａの位置決め誤差を補正するためのキャリブレーションテーブルを作成している。このため、一度のテーブル作成にて基準マークＭの実位置ＡＰにおける加工テーブル２Ａの位置決め誤差を０に近づけることができる補正係数を得ることが可能となる。したがって、キャリブレーションテーブルの作成時間を削減することができるとともに、位置決め誤差の補正精度を向上させることができるので、効率良く高精度なレーザ加工を実現できる。

また、平行四辺形補正または台形補正を行うことによって、測定エリア３０ｎ内のテーブル位置に対しても補正係数を得ることができるので、基準マークＭ間に対しても高い精度で加工テーブル２Ａの位置決め誤差を補正することができる。

ここで、制御装置１０のハードウェア構成について説明する。図９は、実施の形態にかかる制御装置のハードウェア構成例を示す図である。制御装置１０は、図９に示したプロセッサ３０１、メモリ３０２、およびインタフェース回路３０３により実現することができる。プロセッサ３０１、メモリ３０２、およびインタフェース回路３０３は、バスによって互いにデータの送受信が可能である。プロセッサ３０１の例は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ３０２の例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）である。

制御装置１０は、プロセッサ３０１が、メモリ３０２で記憶されている、制御装置１０の動作を実行するためのプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、このプログラムは、制御装置１０の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ３０２は、プロセッサ３０１が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。

プロセッサ３０１が実行するプログラムは、コンピュータで実行可能な、データ処理を行うための複数の命令を含むコンピュータ読取り可能かつ非遷移的な（non-transitory）記録媒体を有するコンピュータプログラムプロダクトであってもよい。プロセッサ３０１が実行するプログラムは、複数の命令がデータ処理を行うことをコンピュータに実行させる。

また、制御装置１０を専用のハードウェアで実現してもよい。また、制御装置１０の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、加工機構２０が、レーザ光を２つのレーザ光１Ａ，１Ｂに分離して、２つの加工テーブル２Ａ，２Ｂで同時に２つの加工ワーク３Ａ，３Ｂのレーザ加工を行う場合について説明したが、加工機構２０の構成は、この構成に限定されない。加工機構２０は、１つの加工テーブルで複数の加工ワークを加工する構成であってもよいし、複数の駆動系に複数の加工テーブルを取付けて複数の加工ワークを加工する構成であってもよい。

このように実施の形態によれば、４箇所以上の基準マークの測定位置に基づいて、加工テーブル２Ａの位置決め誤差を算出し、カメラ７Ａと加工テーブル２Ａとを連動させることで、基準マークを測定する処理を繰り返し、加工テーブル２Ａの全領域にわたって位置決め誤差を算出するので、ガルバノスキャナ５Ａが対応可能な範囲（ガルバノスキャナ５Ａの可動によって加工対象の画像を撮像できる範囲）、すなわちガルバノスキャンエリアよりも大きな加工対象エリアに対して、位置決め誤差に対するガルバノ補正量を算出できる。したがって、ガルバノスキャナ５Ａが対応可能な範囲よりも大きな加工対象エリアを精度良く加工できる。また、４箇所以上の基準マークＭの測定位置ＭＱに基づいて、加工テーブル２Ａの位置決め誤差を算出し、位置決め誤差に基づいてガルバノ補正量を算出するので、加工テーブル２Ａの位置決め誤差に対応する精度の高いガルバノ補正量を短時間で算出することができる。したがって、精度の高い加工を短時間で実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１Ａ，１Ｂ レーザ光、２Ａ，２Ｂ 加工テーブル、３Ａ，３Ｂ 加工ワーク、４Ａ，４Ｂ ガルバノミラー、５Ａ，５Ｂ ガルバノスキャナ、６Ａ，６Ｂ ｆθレンズ、７Ａ，７Ｂ カメラ、８ 基準板、９ アライメントマーク、１０ 制御装置、１１ 入力部、１２ 補正係数算出部、１３ 記憶部、１４ 補正量算出部、１５ 制御部、２０ 加工機構、２１ 駆動テーブル、３０ｎ，３０（ｎ＋１） 測定エリア、１００ レーザ加工装置、ＡＰ 実位置、ＢＰ 基準点、Ｍ，Ｐ１〜Ｐ４ 基準マーク、ＭＱ，Ｑ１〜Ｑ４ 測定位置。

Claims (7)

1. 加工対象物を載置する加工テーブルと、
   前記加工対象物にレーザ光を照射してスキャンするガルバノミラーと、
   前記ガルバノミラーを駆動するガルバノスキャナと、
   矩形領域内に４箇所以上の基準マークが配置された基準板が前記加工テーブル上に載せられた際には前記４箇所以上の基準マークを測定し、前記加工対象物が前記加工テーブル上に載せられた際には前記加工対象物の加工面に設けられたアライメントマークの位置を測定する測定装置と、
   前記４箇所以上の基準マークの測定位置に基づいて前記加工テーブルの位置決め誤差および前記位置決め誤差を補正する補正係数を算出し、前記補正係数を用いて前記アライメントマークの測定位置を補正し、かつ補正した前記アライメントマークの測定位置に基づいて、前記位置決め誤差を補正するための、前記ガルバノスキャナの駆動補正量を算出し、かつ前記駆動補正量を用いて前記ガルバノスキャナを駆動しながら前記加工対象物のレーザ加工を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記補正係数を算出する際には前記測定装置と前記加工テーブルとを連動させることで、前記４箇所以上の基準マークを測定する処理を繰り返し、前記制御装置は、前記加工テーブルの全領域にわたって前記補正係数を算出する、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記制御装置は、前記位置決め誤差のうちの前記アライメントマークの位置に対応する矩形領域の位置決め誤差を用いて前記駆動補正量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記制御装置は、前記基準マークの実際の位置と前記測定位置との差分に最小二乗近似を適用して、前記矩形領域の前記位置決め誤差を算出する、
   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。
4. 前記制御装置は、平行四辺形補正または台形補正によって、前記矩形領域内の位置決め誤差を算出する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記矩形領域は、隣の矩形領域に隣接し隣接する辺を共有している、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載のレーザ加工装置。
6. 加工対象物を載置する加工テーブルと、前記加工対象物にレーザ光を照射してスキャンするガルバノミラーと、前記ガルバノミラーを駆動するガルバノスキャナと、前記加工テーブルの面上を観察する測定装置と、前記加工対象物のレーザ加工を制御する制御装置と、を備えた、レーザ加工装置に対し、矩形領域内に４箇所以上の基準マークが配置された基準板を前記加工テーブル上に載置する載置ステップと、
   前記測定装置が、前記４箇所以上の基準マークを測定する第１の測定ステップと、
   前記制御装置が、前記４箇所以上の前記基準マークの測定位置に基づいて、前記加工テーブルの位置決め誤差および前記位置決め誤差を補正する補正係数を算出する第１の算出ステップと、
   前記加工対象物が前記加工テーブルに載せられた状態で、前記測定装置が、前記加工対象物の加工面に設けられたアライメントマークの位置を測定する第２の測定ステップと、
   前記制御装置が、前記補正係数を用いて前記アライメントマークの測定位置を補正する補正ステップと、
   前記制御装置が、補正した前記アライメントマークの測定位置に基づいて、前記位置決め誤差を補正するための、前記ガルバノスキャナの駆動補正量を算出する第２の算出ステップと、
   前記制御装置が、前記駆動補正量を用いて前記ガルバノスキャナを駆動しながら前記加工対象物のレーザ加工を制御する制御ステップと、
   を含み、
   前記補正係数を算出する際には前記測定装置と前記加工テーブルとを連動させることで、前記基準マークを測定する処理を繰り返し、前記制御装置が、前記加工テーブルの全領域にわたって前記補正係数を算出する、
   ことを特徴とするレーザ加工方法。
7. 加工対象物を載置する加工テーブルと、前記加工対象物にレーザ光を照射してスキャンするガルバノミラーと、前記ガルバノミラーを駆動するガルバノスキャナと、前記加工テーブルの面上を観察する測定装置と、前記加工対象物のレーザ加工を制御する制御装置と、を備えた、レーザ加工装置に対し、矩形領域内に４箇所以上の基準マークが配置された基準板を前記加工テーブル上に載置する載置ステップと、
   前記測定装置が、前記４箇所以上の基準マークを測定する第１の測定ステップと、
   前記制御装置が、前記４箇所以上の前記基準マークの測定位置に基づいて、前記加工テーブルの位置決め誤差および前記位置決め誤差を補正する補正係数を算出する第１の算出ステップと、
   前記加工対象物が前記加工テーブルに載せられた状態で、前記測定装置が、前記加工対象物の加工面に設けられたアライメントマークの位置を測定する第２の測定ステップと、
   前記制御装置が、前記補正係数を用いて前記アライメントマークの測定位置を補正する補正ステップと、
   前記制御装置が、補正した前記アライメントマークの測定位置に基づいて、前記位置決め誤差を補正するための、前記ガルバノスキャナの駆動補正量を算出する第２の算出ステップと、
   前記制御装置が、前記駆動補正量を用いて前記ガルバノスキャナを駆動しながら前記加工対象物のレーザ加工を制御する制御ステップと、
   を含み、
   前記補正係数を算出する際には前記測定装置と前記加工テーブルとを連動させることで、前記基準マークを測定する処理を繰り返し、前記制御装置が、前記加工テーブルの全領域にわたって前記補正係数を算出し、
   前記制御装置は、前記加工対象物のレーザ加工を制御する際に、前記補正係数で前記位置決め誤差を補正する、
   ことを特徴とする誤差調整方法。

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