JP2004142082A

JP2004142082A - 加工計画方法及び装置

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Publication number: JP2004142082A
Application number: JP2002312369A
Authority: JP
Inventors: Takuya Nishimura; 西村　卓也; Yasuyuki Okudaira; 奥平　恭之; Akihiko Taneda; 種子田　昭彦
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】最善の加工方式を選択可能として、加工時間を短縮する。
【解決手段】ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を並列的に協調動作させながら、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際に、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工１４０と、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工１６０と、前記低速位置決め手段停止加工と低速位置決め手段非停止加工を併用するハイブリッド加工１５０とを使い分ける。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能なＸＹステージ等の低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができないガルバノスキャナ等の高速位置決め手段を用いて、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画方法及び装置に係り、特に、レーザビームを照射してプリント配線基板等に複数の穴開け加工を行うレーザ穴開け機に用いるのに好適な、穴開け等の加工位置の２次元平面における分布状態を数学的に捉えて、ＸＹステージの速度、加速度、軌道やガルバノスキャナの穴開け位置訪問順序等の機器の動作を効率良く計画することにより、加工時間を短縮することが可能な加工計画方法、該加工計画方法により決定された加工を行う加工方法、同様な加工計画装置、該加工計画装置を含む加工装置、前記加工計画方法を実施したり前記加工計画装置を実現するためのコンピュータプログラム、及び、該コンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化や高密度実装化の要求に伴い、複数のプリント配線基板を重ね合わせた多層プリント配線基板が提供されるようになってきている。このような多層プリント配線基板では、上下に積層されたプリント配線基板のそれぞれに形成された導電層間を電気的に接続するため、これらの基板に、スルーホールあるいはビアホールと呼ばれる穴が形成される。そして、これらの穴の内部に導電膜を形成することにより、各プリント配線基板の導電層間の接続が行われる。
【０００３】
プリント配線基板に形成される穴は、最近のプリント配線基板の小型化や高機能化に伴って小型化し、直径０．１ｍｍ以下になってきている。このような小径の穴を精度良く形成するために、パルス発振型のレーザビームが用いられている。
【０００４】
従来のパルス発振型レーザを用いたレーザ穴開け機の一般的な構成を図１に示す。本構成例は、図示しないレーザ発振器から照射される、例えばパルス状のレーザ光線２０を、所定の方向（図１では紙面に垂直な方向）に走査するための回転ミラー２３を含む第１ガルバノスキャナ２２と、該第１ガルバノスキャナ２２によって紙面に垂直な方向に走査されたレーザ光線を、該第１ガルバノスキャナ２２による走査方向と垂直な方向（図１では紙面と平行な方向）に走査するための回転ミラー２５を含む第２ガルバノスキャナ２４と、前記第１及び第２ガルバノスキャナ２２、２４により２方向に走査されたレーザ光線を、ＸＹステージ１２上に固定された、基板等の加工対象物（ワークと称する）１０の表面に対して垂直な方向に偏向して照射するためのｆ−θレンズ２６とを備えている。
【０００５】
このように、第１、第２ガルバノスキャナ２２、２４を用いることにより、レーザ光線２０を、スキャナ先端の回転ミラー２３、２５に反射させ、進行方向を任意に変えることができる。ここで、回転ミラー２３、２５は軽量であるため、高速位置決めが可能である。
【０００６】
前記ガルバノスキャナ２２、２４によって偏向したレーザ光線は、ｆ−θレンズ２６を通過して、ワーク１０に集光する。このｆ−θレンズ２６は、一般に高価なものであるために、サイズが限定されてしまい、そのため、あるタイミングにおけるビーム照射範囲（一般に加工エリアと称する）の大きさが数十ｍｍ角程度の正方形に制限されており、一般的なワーク１０の大きさより狭い。
【０００７】
そこで、ＸＹステージ１２によりワーク１０を搬送することにより、広範囲な位置決めを可能としている。但し、ＸＹステージ１２は重量が大きいため、位置決めに費やす時間が大きい。
【０００８】
このようにして、レーザ穴開け機は、高速狭範囲の位置決め装置であるガルバノスキャナ（以下、単にスキャナとも称する）、及び、低速広範囲の位置決め装置であるＸＹステージ（以下、単にステージとも称する）の２つの位置決め装置を用いることにより、高速広範囲な穴開け位置決めを行っている。
【０００９】
従って、位置決めという観点から、動作形態（制御形態）を、次の２つに大きく分類することができる。
【００１０】
（１）スキャナ、ステージの各単独制御
即ち、低速であるステージを停止させた状態での加工エリア内の一連のスキャナ走査及びレーザ加工と、ステージによるワークの搬送とを交互に行うことにより、基板全体の加工を行う形態であり、通常、ステップアンドリピートと呼ばれる。以下、低速位置決め手段停止加工又はステージ停止加工とも称する。
【００１１】
（２）スキャナとステージの協調制御（同期制御とも称する）
ステージによりワークを搬送しつつスキャナ走査及びレーザ加工を行う形態であり、通常、協調制御又は同期制御と呼ばれる。以下、低速位置決め手段非停止加工又はステージ非停止加工とも称する。
【００１２】
前記低速位置決め手段停止加工は、例えば特許文献１、低速位置決め手段非停止加工は、特許文献２、特許文献３等に記載されている。
【００１３】
【特許文献１】
特許第３０７７５３９号公報
【特許文献２】
特許第３００９７４０号公報
【特許文献３】
特開２０００−１００６０８公報
【００１４】
このようなレーザ穴開け機の重要な性能の１つに加工速度があり、そのためには数学的最適化が適用されることが多い。出願人も、既にステップアンドリピート制御による加工計画については、特願２００１−３３１５５０を提案し、協調制御による加工計画については、特願２００２−２６１８９を提案している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワーク上に散在する複数の加工位置の分布状態によっては、前記ステップアンドリピート制御による加工、又は、協調制御による加工のいずれか一方のみを固定して用いるのでは、十分に加工速度を高めることができない場合があった。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、最適な加工状態を選択可能として、加工時間を短縮することを第１の課題とする。
【００１７】
本発明は、又、低速位置決め手段停止加工と低速位置決め手段非停止加工を組み合わせたハイブリッド加工を実現可能とすることを第２の課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を用いて、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画方法であって、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工と、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工と、前記低速位置決め手段停止加工と低速位置決め手段非停止加工を併用するハイブリッド加工と、の少なくとも一部を使い分けるようにして、前記第１の課題を解決したものである。
【００１９】
又、前記加工の種類を、加工位置の散布状態に応じて選択するようにしたものである。
【００２０】
更に、前記加工位置の配置の疎密のむらが激しい場合は、前記ハイブリッド加工を選択するようにしたものである。
【００２１】
又、前記加工位置の配置が極めて密である場合は、前記低速位置決め手段停止加工を選択するようにしたものである。
【００２２】
又、前記加工位置の配置がほぼ一様である場合は、前記低速位置決め手段非停止加工を選択するようにしたものである。
【００２３】
又、複数の加工位置を２回以上巡回して加工する場合に、前記加工の種類を、巡回回数に応じて選択するようにしたものである。
【００２４】
更に、前記巡回回数が設定値以上である場合は、前記低速位置決め手段停止加工を選択し、設定値未満である場合は、前記低速位置決め手段非停止加工又はハイブリッド加工を選択するようにしたものである。
【００２５】
又、前記加工の種類を、加工時間のシミュレーション結果に応じて選択するようにしたものである。
【００２６】
又、前記加工の種類を、各加工矩形毎に決定するようにしたものである。
【００２７】
本発明は、又、ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を用いて、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画方法であって、１つの加工矩形内を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行なう低速位置決め手段非停止加工領域と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工を行なう低速位置決め手段停止加工領域に分け、前記低速位置決め手段非停止加工領域では、各領域内における加工時間が最小となるように、領域内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化し、前記低速位置決め手段停止加工領域では、巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工位置訪問順序を決定するようにして、前記第２の課題を解決したものである。
【００２８】
又、前記低速位置決め手段の非停止加工から停止加工へ移行する段階における減速、及び、その逆における加速に際して、その減速又は加速時間中のエリアの遷移に対応して、最早開始時刻、最遅完了時刻の制約を修正するようにしたものである。
【００２９】
本発明は、又、ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を用いて、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画方法であって、１つの加工矩形を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行うための、密度が一様に疎な第１加工矩形と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工を行うための、第１加工矩形内の加工位置以外の加工位置全て及び加工位置の無い箇所を含む第２加工矩形に分け、前記第１加工矩形では、第１加工矩形及び第２加工矩形における加工時間が最小となるように、矩形内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化し、前記第２加工矩形では、加工位置の有る箇所ごとに巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工訪問順序を決定し、加工位置の無い箇所は低速位置決め手段を所定の速度パターンで高速に移動させるようにして、同じく前記第２の課題を解決したものである。
【００３０】
本発明は、又、前記の加工計画方法により決定された加工を行なう加工方法を提供するものである。
【００３１】
又、前記の加工計画方法又は加工方法を実施するためのコンピュータプログラムを提供するものである。
【００３２】
本発明は、又、ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を用いて、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画装置であって、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工と、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工と、前記低速位置決め手段停止加工と低速位置決め手段非停止加工を併用するハイブリッド加工と、の少なくとも一部を使い分ける手段を備えることにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００３３】
本発明は、又、ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を用いて、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画装置であって、１つの加工矩形内を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行なう低速位置決め手段非停止加工領域と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工を行なう低速位置決め手段停止加工領域に分ける手段と、前記低速位置決め手段非停止加工領域では、各領域内における加工時間が最小となるように、領域内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化する手段と、前記低速位置決め手段停止加工領域では、巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工位置訪問順序を決定する手段と、を備えることにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００３４】
又、ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を用いて、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画装置であって、１つの加工矩形を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行うための、密度が一様に疎な第１加工矩形と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工を行うための、第１加工矩形内の加工位置以外の加工位置全て及び加工位置の無い箇所を含む第２加工矩形に分ける手段と、前記第１加工矩形では、第１加工矩形及び第２加工矩形における加工時間が最小となるように、矩形内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化する手段と、前記第２加工矩形では、加工位置の有る箇所ごとに巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工訪問順序を決定する手段と、を備えることにより、同じく前記第２の課題を解決したものである。
【００３５】
本発明は、又、前記の加工計画装置を含む加工装置を提供するものである。
【００３６】
又、前記の加工計画装置又は加工装置を実現するためのコンピュータプログラムを提供するものである。
【００３７】
又、前記のコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読取り可能な記録媒体を提供するものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、ＸＹステージとガルバノスキャナを備えたレーザ穴開け機により加工を実行する場合に適用した本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３９】
本実施形態は、図２に示す如く、レーザ穴開け機３０と、例えばハードディスクやフレキシブルディスク等の外部メモリに記憶された、前記レーザ穴開け機３０が加工を行なうための加工データファイル群４２、該加工データファイル群４２を変換する加工データ変換プログラム（Ｐｒｇ）４４、例えば内部メモリに記憶された加工データ４６、例えば外部メモリに記録された動作モデルファイル４８、該動作モデルファイル４８を読み込むための動作モデルファイル読込みプログラム（Ｐｒｇ）５０、例えば内部メモリに記憶された動作モデルデータ５２、本発明に係る加工計画プログラム（Ｐｒｇ）５４、前記レーザ穴開け機３０を制御する加工制御プログラム（Ｐｒｇ）５６を含む、前記レーザ穴開け機３０と通信可能なパソコン（ＰＣ）４０とを備えている。
【００４０】
なお、図２では、加工を制御する加工制御プログラム５６と、加工を計画する加工計画プログラム５４が、同じＰＣ４０内に収まっており、加工計画がオンラインで処理されるが、これらは別個でもよい。即ち、加工計画プログラム５４は、オフラインで実行可能である。
【００４１】
本実施形態において、ＰＣ４０と通信可能なレーザ穴開け機３０は、加工データ４６に従って、加工制御プログラム５６により制御され、加工を行なう。加工データ４６は、通常、ハードディスクやフレキシブルディスク等の外部メモリにある加工データファイル群４２を、加工データ変換プログラム４４で変換することにより得られる。加工データ４６は、レーザ穴開け機３０を効率良く動かすために、加工計画プログラム５４により更新される。この加工計画プログラム５４は、内部機器（ガルバノスキャナ及びＸＹステージ）の動作をモデル化した動作モデル５２を用いる。この動作モデル５２は、通常、内部メモリに常駐していないので、外部メモリにある動作モデルファイル４８を、動作モデルファイル読込みプログラム５０を用いて読み込むことにより得る。
【００４２】
本発明は、前記加工計画プログラム５４に関するものである。
【００４３】
以下、本発明を低速位置決め手段停止加工（ここではステージ停止加工）、低速位置決め手段非停止加工（ここではステージ非停止加工）、ハイブリッド加工の選択に関する部分と、ハイブリッド加工の具体的な計画方法について分けて説明する。なお、ステージ停止加工に関しては、出願人が既に提案した特願２００１−３３１５５０に従い、ステージ非停止加工は、特願２００２−２６１８９に従うことができる。
【００４４】
まず、方式の選択方法について説明する。
【００４５】
方式の選択は、穴の散布状態によって決めるのが好適である。以下にその根拠を簡単に述べる。
【００４６】
ステージ非停止加工の加工計画を難しくするケースとして、疎密のむらが激しい基板が挙げられる。特願２００２−２６１８９では、疎密が激しい基板においては、加工矩形分割工程において、矩形内のステージ進行方向に対して疎密が現われないようにするか、あるいは、加減速パターン決定工程において、疎な場所の速度を上げてやる方法を採っていた。しかしながら、前者は技術的に難しく、又、疎密のパターンがランダムであるような適用できない場合があり、又、後者は、一般的には、加減速中に精度良く加工を施すことは、等速動作中に施すのと比して難しい等の点で十分ではなかった。このような状況に対処すべき方法として、疎な個所に対してはステージ非停止加工がよいが、密な個所に対してはステージ停止加工がよいと考えられる。
【００４７】
ステージ非停止加工の大きな特徴に、ステージ停止加工における加工を伴わないステージの動作時間をほぼそのまま削減できることがある。しかし、基板の穴が一様に極めて密である場合は、ステージ停止加工のままでも、全加工時間に対して、レーザ照射やスキャナ走査の時間の割合が、ステージの移動時間の割合よりも大きいので、ステージ非停止加工を用いてステージ移動時間を完全に削減しても効果が少ない。従って、基板の穴が一様に極めて密である場合は、高速ではないが、一般的にステージ非停止加工と比較して精度が良いと思われるステージ停止加工で加工すべきであると考えられる。
【００４８】
従って、本発明では、特願２００２−２６１８９の図２に示したステージ非停止加工の加工計画に対して、図３に示す如く、方式の採択工程１３０を付加し、ステージ非停止加工が選択された矩形に対しては特願２００２−２６１８９の図２のステップ１１２に進み、ステージ非停止加工の加工計画を行なう。一方、ステージ停止加工が選択された矩形に対しては、ステップ１４０に進み、例えば特願２００１−３３１５５０に記載のステージ停止加工の加工計画を行なう。又、ステップ１３０でハイブリッド加工が選択された矩形に対しては、ステップ１５０で、本明細書に記載のハイブリッド加工の加工計画を行なう。
【００４９】
前記ステップ１３０における加工方式の選択は、例えば図４に示す如く、加工矩形内の穴散布状態に応じて選択することができる。
【００５０】
即ち、まずステップ１３２で、図５（特願２００２−２６１８９の図１９に対応）に示すような累積頻度グラフ（Ｃ）等を作成して、加工矩形内の穴散布状態が認識できる状態にする。そして、ステップ１３４で疎密のむらがあると判断できる場合は、ステップ１５０のハイブリッド加工を選択し、ステップ１３６で一様に十分に密であると判断できる場合は、ステップ１４０でステージ停止加工を選択し、それ以外の場合は、ステップ１６０でステージ非停止加工を選択する。
【００５１】
前記疎密のむらの判断には、ステップ１３２で作成した累積頻度グラフを用いることができる。即ち、累積頻度グラフが直線的であれば疎密のむらは無いと判断でき、逆なら有りと判断できる。
【００５２】
なお、特願２００２−２６１８９では、加工矩形分割工程で、基板全体の領域に適用していたが、図６（特願２００２−２６１８９の図２４に対応）に示す方法も、ある領域についての疎密むら識別方法であるので、これを加工矩形に対し適用することも可能である。
【００５３】
又、十分に密であるかの判断は、予め閾値を定めておき、単純に密度（＝穴数／面積）が閾値を超えているかどうかで判断すればよい。
【００５４】
なお、方式の選択は、散布状態によるものに限定されず、例えば、いわゆるサイクル加工のサイクル回数による判断も可能である。即ち、複数の穴を、１回だけ巡回するのではなく、２回以上巡回して、穴を開ける加工をする場合があるが、その巡回回数に閾値を設定し、図７に示す如く、ステップ１３８で巡回回数が閾値以上と判断されれば、ステップ１４０でステージ停止加工を採択し、閾値未満であれば、ステップ１７０でステージ非停止加工又はハイブリッド加工を採択することができる。これは、巡回回数が多いゆえに、全加工時間に対して、レーザ照射やスキャナ走査時間の割合が、ステージ動作時間の割合よりも大きくなる場合にステージ停止加工が向いている、という事実に基づく方法である。
【００５５】
あるいは、各加工矩形それぞれについて、ステージ停止加工、ステージ非停止加工、ハイブリッド加工の３方式全てについて、加工時間をシミュレーションし、最も加工が速い方式をその矩形の加工方法として採択することもできる。
【００５６】
又、前記加工計画プログラム５４による方式の自動選択でなく、手動設定とすることも可能である。即ち、加工計画プログラム５４のマンマシンインターフェースにおいて、３つの加工のいずれかを選択可能とし、加工計画当事者が、それら３つのいずれかを採択することができる。ここで、当事者が例えばハイブリッド加工を採択したにも拘らず、ステージ停止加工又はステージ非停止加工でないと意味が無いような基板の場合（例えば、矩形内のステージ進行方向に対して疎密があまり無い場合など）は、例えば警告を発生し、これらのいずれかを採択させるようにすることもできる。
【００５７】
次に、各加工矩形内におけるハイブリッド加工の計画方法について説明する。
【００５８】
各加工矩形内におけるハイブリッド加工については、図８に示す如く、矩形内における疎密を識別後、疎な個所はステージ非停止加工を、密な個所はステージ停止加工を施す方法（横方向ハイブリッド加工と称する）、又は、図９に示す如く、矩形内における疎密を識別後、密な個所から、他の疎な個所と同じ数だけの穴を抽出した結果得られる、一様に疎な加工矩形と、残った穴及び穴のない個所による加工矩形とに２分し、疎な加工矩形にはステージ非停止加工を、残った穴による加工矩形にはステージ停止加工を施す方法（重複ハイブリッド加工と称する）を行なうことができる。ここで、図８及び図９では、ステージ移動が横であり、又、スキャン範囲である矩形状の加工エリアがステージ移動と反対方向に横移動する。
【００５９】
以下、各ハイブリッド加工方法について詳細に説明する。
【００６０】
（１）横方向ハイブリッド加工
図１０に、横方向ハイブリッド加工における加工エリアの上下限の遷移と、加工を施す点のＹ座標の遷移とを時系列に表わす。なお、図１０及び図１４では、加工エリア遷移移動方向を＋又は−Ｙとし、横軸を時間、縦軸をＹ方向の位置とする。ここで、基板上での加工エリアの遷移方向とステージ移動方向とは正反対であることに注意する。
【００６１】
図１０に示す如く、疎な個所では、ステージが高速で等速動作中に加工を行ない（ステージ非停止加工）、密な個所では、ステージを一旦停止する。なお、加減速中は、本実施形態では加工を施さないこととする。ここで、従来の場合（特に加工速度が等速である場合）のエリア上下限遷移の時系列を破線Ａで示す。従来の場合、密な個所にステージ速度を制限されてしまい、効率的な計画が困難であったが、本発明の場合は、疎な場所と密な場所とを切り分けたため、密な個所で停止してしまうタイムロスを、疎な個所での高速ステージ動作で補い、従来の加工より高速な加工が可能である。
【００６２】
このような加工を実現するためには、次のように加工計画を行なう。即ち、図１１に示す如く、まず、ステージ非停止加工を行なう領域とステージ停止加工を行なう領域とに分け（ステップ２００）、次いで、ステージ非停止加工を行なう領域では、特願２００２−２６１８９に記載した各加工矩形内の穴開け位置訪問順序及び低速位置決め手段（ステージ）動作速度最適化工程（ステップ２０４）を行ない、ステージ停止加工を行なう領域では、特願２００１−３３１５５０に記載したように、巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて穴開け順序を最適化する（ステップ２０８）。
【００６３】
次に、ステージ非停止加工を行なう領域（以下ではステージ非停止加工領域と称する）とステージ停止加工を行なう領域（ステージ停止加工領域と称する）とに分ける工程２００について詳細に説明する。この工程２００は、まずステージ停止加工領域の配置を決定し、残りの領域をステージ非停止加工領域としている。
【００６４】
具体的には、図１２（特願２００２−２６１８９の図５４に対応）に示すような工程で密なシーケンスを見分け、そのシーケンス（穴の集合）を含む矩形（複数で有り得る）をステージ停止加工領域とする。
【００６５】
あるいは、図５に示した累積頻度グラフを求める工程において得られた、加工エリア遷移方向に沿う頻度グラフの頻度が規定値を超える領域を含む矩形をステージ停止加工領域とする。
【００６６】
そして、各ステージ停止加工領域を、最少個数の正方形（加工エリア）で覆う。ここで、最少個数とは、エリア遷移方向の辺の長さがｗのステージ停止加工領域の場合、｛（ｗ−α）／Ｄ｝＋１（αは十分に小さい正の数）の整数部である。あるいは、厳密には、出願人が特願２００２−１０４６０で提案した方法を用いることもできる。なお、覆い方は任意でよい。
【００６７】
ここで、ステージ非停止状態からステージ停止状態へ移行する段階における減速、及び、その逆における加速に時間が必要であり、その減速又は加速時間中にエリアが遷移してしまうことに注意が必要である。これに対して、特願２００２−２６１８９に記載した、各加工矩形内の穴開け位置訪問順序及び低速位置決め手段動作速度最適化工程を、図１３のように変形して適用する。
【００６８】
図１３上段の（Ａ）は、ステージ非停止状態からステージ停止状態へと移行する段階における減速、及び、その逆における加速の概念図である。ここで、エリアは左から右（Ｘが正の方向）に進行するとしている。ステージ非停止加工領域の右端の位置（Ｘ座標）をＭＡＸで、左端の位置をＭＩＮで表わす。加減速中には加工を行わない場合、減速時は図１３の中段（Ｂ）に示すように、ステージ非停止加工領域の端位置ＭＡＸから、減速に必要な距離Ｌ以内の領域（減速領域と称する）にある点は、エリアの左端が位置ＭＡＸ−Ｌに至るまでに加工を完了していなければならない。又、図１３の下段（Ｃ）に示すように、ステージ非停止加工領域の端位置ＭＩＮから、加速に必要な領域Ｌ´以内の領域（加速領域と称する）にある点は、エリアの右端が位置ＭＩＮ＋Ｌ´に至るまでは加工ができない。
【００６９】
これらの制約を、特願２００２−２６１８９で提案した最早開始時刻、最遅完了時刻に反映させる。特願２００２−２６１８９によれば、ＭＩＮからの距離がｘの点における最早開始時刻はｘ／Ｖ、最遅完了時刻は（ｘ＋Ｄ）／Ｖである。ここで、加工開始時刻（エリアの右端が加工矩形に一致した時間）を０、ステージの速度をＶ、加工エリアのサイズ又はそれより若干小さい値をＤとしている。
【００７０】
これらの値を、本発明では、減速領域にある点ＭＩＮからの距離がｘの点における最遅完了時刻を（ｘ＋Ｄ−Ｌ）／Ｖとし、減速領域にある点ＭＩＮからの距離がｘの点における最早開始時刻を（ｘ＋Ｌ´）／Ｖとする。この変形だけで、特願２００２−２６１８９と同じ手法で、穴開け位置訪問順序及び低速位置決め手段動作速度最適化を実行する。
【００７１】
なお、ここで加減速に必要な距離Ｌ及びＬ´は、想定している装置では数ｍｍ程度であることが分かっている。目安に過ぎないが、速度２００ｍｍ／秒まで、加速度一定で立ち上げるのに要する時間が０．０５秒であるなら、進む距離は、（１／２）×２００×０．０５＝５ｍｍである。これは加工エリアの大きさＤより小さいので、Ｄ−Ｌ＜０、即ち最早開始時刻＞最遅完了時刻（加工計画不能）となるようなことは無い。
【００７２】
（２）重複ハイブリッド加工
図１４に、重複ハイブリッド加工における加工エリアの上下限の遷移と、加工を施す点のＹ座標の遷移とを時系列に表わす。図１４に示す如く、１つの加工矩形を、疎密が一様な加工矩形（請求項の第１加工矩形、以下、一様矩形と称する）と、残りの点による加工矩形（ステージ停止加工における複数の加工エリア）（請求項の第２加工矩形、以下、残点矩形と称する）とに分離する。
【００７３】
実際の加工方法は、例えば、まず一様矩形をステージ非停止加工により加工した後、Ｕターンして、ステージ非停止加工の時とは逆向きにステージを進行させ、残点矩形において穴が存在する個所を順次ステージ停止加工することができる。なお、穴が存在する箇所間の移動は、通常のステップアンドリピートのように所定の速度パターンにて移動を行う。
【００７４】
本実施形態の場合、ステージのＵターンや加減速のような、加工をできない時間はタイムロスであるが、一様矩形の加工は極めて高速であるため、全体的には従来の加工より高速である。横方向ハイブリッド加工と同じく、ステージ非停止加工の加工計画は特願２００２−２６１８９に従い、ステージ停止加工の加工計画は特願２００１−３３１５５０に従うことができる。
【００７５】
なお、一様矩形に含まれる点と、残りの点とを分ける工程は、既に説明したステージ停止加工領域の配置を決定する工程と、該ステージ停止加工領域内の点を一様矩形あるいは残点矩形のどちらに属するかを確定する工程とに分かれる。
【００７６】
このうち、ステージ停止加工領域内の点を、一様矩形あるいは残点矩形のどちらに属するかを確定する工程には、頻度グラフを用いて、ステージ停止加工領域から、それ以外の領域の密度と同等の穴数は、一様矩形に属するとし、残りを残点矩形に属するとすることができる。具体的には、頻度グラフのステージ停止加工領域にあたる箇所から、ランダムに間引きすれば良い。
【００７７】
なお、前記実施形態においては、高速位置決め手段がスキャナとされ、低速位置決め手段がステージとされていたが、位置決め手段の種類や組合せはこれに限定されず、例えば出願人が特開２０００−７１０８９や特開２０００−３３４６３７で提案したような、リニアモータＸＹステージと高速加工ヘッドを組み合わせたスクリーンカットシステムあるいはフラッシュカットシステムであってもよい。
【００７８】
又、適用対象も、点状の加工を行なうレーザ穴開け機に限定されず、線状の加工を行なうレーザ切断機、特開平１１−１４９３１７に記載された２ヘッドレーザ加工機やレーザビーム以外の加工手段を用いた一般の加工機（例えば機械式ドリルによる穴開け装置）であって、２つ以上の位置決め装置を同時に駆動させることにより位置決めを高速化することが可能なもの全般、更には、マーキング装置や露光装置にも同様に適用できることは明らかである。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、加工の事前段階において、加工を効率良く行なうための計画が可能となり、加工時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象の一例であるレーザ穴開け機の要部構成を示す正面図
【図２】本発明が実施される、オンライン構成の実施形態の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施形態における全体的な処理工程を示す流れ図
【図４】同じく加工方式選択工程の一例を示す流れ図
【図５】図４の工程で用いる累積頻度グラフの例を示す線図
【図６】同じく加工方式選択工程の他の例で用いる穴開け位置の疎／密の階層分けの概念図
【図７】同じく加工方式選択工程の更に他の例を示す流れ図
【図８】前記実施形態で用いる各加工矩形内における横方向ハイブリッド加工の概念図
【図９】同じく重複ハイブリッド加工の概念図
【図１０】前記横方向ハイブリッド加工の時系列図
【図１１】前記横方向ハイブリッド加工の加工計画を示す流れ図
【図１２】前記加工計画における密なシーケンスの見分け方の工程を示す流れ図
【図１３】同じく加減速領域の照射可能時間を示す線図
【図１４】前記重複ハイブリッド加工の時系列図
【符号の説明】
１０…加工対象物（ワーク）
１２…ＸＹステージ
２０…レーザ光線
２２、２４…ガルバノスキャナ
２３、２５…回転ミラー
２６…ｆ−θレンズ
３０…レーザ穴開け機
４０…ＰＣ（パソコン）
４２…加工データファイル群
４４…加工データ変換プログラム
４６…加工データ
４８…動作モデルファイル
５０…動作モデル読込みプログラム
５２…動作モデルデータ
５４…加工計画プログラム
５６…加工制御プログラム

Claims

ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を並列的に協調動作させながら、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画方法であって、
前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工と、
前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工と、
前記低速位置決め手段停止加工と低速位置決め手段非停止加工を併用するハイブリッド加工と、
の少なくとも一部を使い分けることを特徴とする加工計画方法。
前記加工の種類を、加工位置の散布状態に応じて選択することを特徴とする請求項１に記載の加工計画方法。
前記加工位置の配置の疎密のむらが激しい場合は、前記ハイブリッド加工を選択することを特徴とする請求項２に記載の加工計画方法。
前記加工位置の配置が極めて密である場合は、前記低速位置決め手段停止加工を選択することを特徴とする請求項２に記載の加工計画方法。
前記加工位置の配置がほぼ一様である場合は、前記低速位置決め手段非停止加工を選択することを特徴とする請求項２に記載の加工計画方法。
複数の加工位置を２回以上巡回して加工する場合に、前記加工の種類を、巡回回数に応じて選択することを特徴とする請求項１に記載の加工計画方法。
前記巡回回数が設定値以上である場合は、前記低速位置決め手段停止加工を選択し、設定値未満である場合は、前記低速位置決め手段非停止加工又はハイブリッド加工を選択することを特徴とする請求項６に記載の加工計画方法。
前記加工の種類を、加工時間のシミュレーション結果に応じて選択することを特徴とする請求項１に記載の加工計画方法。
前記加工の種類を、各加工矩形毎に決定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の加工計画方法。
ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を並列的に協調動作させながら、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画方法であって、
１つの加工矩形内を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行なう低速位置決め手段非停止加工領域と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工を行なう低速位置決め手段停止加工領域に分け、
前記低速位置決め手段非停止加工領域では、各領域内における加工時間が最小となるように、領域内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化し、
前記低速位置決め手段停止加工領域では、巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工位置訪問順序を決定することを特徴とするハイブリッド加工の加工計画方法。
前記低速位置決め手段の非停止加工から停止加工へ移行する段階における減速、及び、その逆における加速に際して、その減速又は加速時間中のエリアの遷移に対応して、最早開始時刻、最遅完了時刻の制約を修正することを特徴とする請求項１０に記載のハイブリッド加工の加工計画方法。
ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を並列的に協調動作させながら、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画方法であって、
１つの加工矩形を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行うための、密度が一様に疎な第１加工矩形と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工を行うための、第１加工矩形内の加工位置以外の加工位置全て及び加工位置の無い箇所を含む第２加工矩形に分け、
前記第１加工矩形では、第１加工矩形及び第２加工矩形における加工時間が最小となるように、矩形内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化し、
前記第２加工矩形では、加工位置の有る箇所ごとに巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工訪問順序を決定し、加工位置の無い箇所は低速位置決め手段を所定の速度パターンで高速に移動させることを特徴とするハイブリッド加工の加工計画方法。
請求項１乃至１２のいずれかに記載の加工計画方法により決定された加工を行なうことを特徴とする加工方法。
請求項１乃至１２のいずれかに記載の加工計画方法又は請求項１２に記載の加工方法を実施するためのコンピュータプログラム。
ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を並列的に協調動作させながら、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画装置であって、
前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工と、
前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工と、
前記低速位置決め手段停止加工と低速位置決め手段非停止加工を併用するハイブリッド加工と、
の少なくとも一部を使い分ける手段を備えたことを特徴とする加工計画装置。
前記使い分ける手段が、加工の種類を、加工位置の散布状態に応じて選択するようにされていることを特徴とする請求項１５に記載の加工計画装置。
前記使い分ける手段が、加工位置の配置の疎密のむらが激しい場合は、前記ハイブリッド加工を選択するようにされていることを特徴とする請求項１６に記載の加工計画装置。
前記使い分ける手段が、加工位置の配置が極めて密である場合は、前記低速位置決め手段停止加工を選択するようにされていることを特徴とする請求項１６に記載の加工計画装置。
前記使い分ける手段が、加工位置の配置がほぼ一様である場合は、前記低速位置決め手段非停止加工を選択するようにされていることを特徴とする請求項１６に記載の加工計画装置。
複数の加工位置を２回以上巡回して加工する場合に、前記使い分ける手段が、加工の種類を、巡回回数に応じて選択するようにされていることを特徴とする請求項１５に記載の加工計画装置。
前記使い分ける手段が、前記巡回回数が設定値以上である場合は、前記低速位置決め手段停止加工を選択し、設定値未満である場合は、前記低速位置決め手段非停止加工又はハイブリッド加工を選択するようにされていることを特徴とする請求項２０に記載の加工計画装置。
前記使い分ける手段が、加工の種類を、加工時間のシミュレーション結果に応じて選択するようにされていることを特徴とする請求項１４に記載の加工計画装置。
前記使い分ける手段が、加工の種類を、各加工矩形毎に決定するようにされていることを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載の加工計画装置。
ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を並列的に協調動作させながら、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画装置であって、
１つの加工矩形内を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行なう低速位置決め手段非停止加工領域と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる加工低速位置決め手段停止加工領域に分ける手段と、
前記低速位置決め手段非停止加工領域では、各領域内における加工時間が最小となるように、領域内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化する手段と、
前記低速位置決め手段停止加工領域では、巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工位置訪問順序を決定する手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド加工の加工計画装置。
前記低速位置決め手段の非停止加工から停止加工へ移行する段階における減速、及び、その逆における加速に際して、その減速又は加速時間中のエリアの遷移に対応して、最早開始時刻、最遅完了時刻の制約を修正することを特徴とする請求項２４に記載のハイブリッド加工の加工計画装置。
ワーク上の加工実行箇所を広範囲に移動させることが可能な低速位置決め手段と、所定寸矩形内の狭範囲しか移動させることができない高速位置決め手段を並列的に協調動作させながら、ワーク上に散在する複数の加工位置を加工する際の加工計画装置であって、
１つの加工矩形を、前記低速位置決め手段を動かしつつ高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段非停止加工を行うための、密度が一様に疎な第１加工矩形と、前記低速位置決め手段を停止させて高速位置決め手段を動作させる低速位置決め手段停止加工を行うための、第１加工矩形内の加工位置以外の加工位置全て及び加工位置の無い箇所を含む第２加工矩形に分ける手段と、
前記第１加工矩形では、第１加工矩形及び第２加工矩形における加工時間が最小となるように、矩形内の加工位置訪問順序を決定すると共に、前記低速位置決め手段の動作速度を最適化する手段と、
前記第２加工矩形では、加工位置への有る箇所ごとに巡回セールスマン問題又はハミルトン路長最小化問題の解法を用いて加工訪問順序を決定し、加工位置の無い箇所は低速位置決め手段を所定の速度パターンで高速にいどうさせる手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド加工の加工計画装置。
請求項１５乃至２６のいずれかに記載の加工計画装置を含むことを特徴とする加工装置。
請求項１５乃至２６のいずれかに記載の加工計画装置又は請求項２７に記載の加工装置を実現するためのコンピュータプログラム。
請求項１４又は２８に記載のコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読取り可能な記録媒体。