JP2012187620A - レーザ加工方法及びレーザ加工計画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工時間を短くする。
【解決手段】 移動装置で加工対象物を移動させながら、偏向器でレーザパルスを偏向し、加工対象物の被加工位置に入射させて加工を行うレーザ加工の計画方法であって、（ａ）加工対象物上の第１の方向に沿って、複数の加工範囲Ａ_ｉを画定する工程と、（ｂ）複数の加工範囲Ａ_ｉの各々について、加工時間ｔ_ｉを見積もる工程と、（ｃ）少なくとも一つの加工範囲Ａ_ｉについて、０より大きいスラックタイムｓ_ｉを、加工時間ｔ_ｉに加え、加工範囲Ａ_ｉを単位として、移動装置によって加工対象物を第１の方向に移動させる移動速度を決定する工程とを有するレーザ加工計画方法を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して行うレーザ加工方法、及びレーザ加工の加工計画方法に関する。

図１４を参照し、従来のレーザ加工方法及びレーザ加工計画方法について説明する。たとえばプリント基板等の加工対象物にレーザビームを照射し、照射位置に穴をあけるレーザドリル等の加工においては、ＸＹステージ及びガルバノスキャナを用いて、加工対象物上におけるレーザビームの入射位置を移動させる。

レーザ加工に先立って、加工対象物上に複数の加工エリアを、たとえば図１４に示すように、すべての被加工位置がいずれかの加工エリアにおさまり、かつ加工エリアの数が最小となるように画定する。そして各加工エリア内の被加工位置の加工順序を、たとえば加工時間が最短となるように決定する。決定に際しては、巡回セールスマン問題（ＴＳＰ）として定式化し、３−ｏｐｔ法やリンカーニハン法を適用する。図１４の吹き出しには、ある加工エリアにおける加工経路（被加工位置を加工順序にしたがって結んだ線）の一部を示した。

レーザ加工に当たっては、加工対象物はＸＹステージ上に保持され、加工対象物上に画定された加工エリアの一つがガルバノスキャナのスキャンエリア（加工可能範囲）に配置される。ガルバノスキャナの駆動は、ステージを停止させた状態で行われ、ガルバノスキャナで走査されたレーザビームが、加工に先立って定められた順序で、加工エリア内の被加工位置に入射し、被加工位置の加工が行われる。

一つの加工エリアの加工が終了すると、ステージで加工対象物を移動させ、異なる加工エリア、たとえば加工が終了した加工エリアに隣接する加工エリアを、ガルバノスキャナのスキャンエリアに配置する。そして同様に、ステージを停止させた状態で、ガルバノスキャナのスキャンエリアに配置された加工エリア内の被加工位置にレーザビームを入射させる。これを繰り返す、いわゆるステップアンドリピートの動作で、加工対象物上に画定されたすべての加工エリアの加工を行う。

加工対象物上におけるレーザ光照射位置指令の順序を、搬送系位置指令の順序が目的に沿ったものとなるように並べ替える加工計画部を備えるレーザ加工装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１には、搬送系位置指令を生成する方法についての記載はあるが、速度指令を生成する方法に関する記載はない。特許文献１記載のレーザ加工装置で行われる加工の形態は、ステップアンドリピートの延長線上のもの、すなわち、単にステップ幅を小さくし、ステップ移動中に加工を行うものであり、被加工位置の加工順序、ステージ軌道などが同時に計画されるわけではない。

特許第３５６１１５９号公報

本発明の目的は、加工時間を短くすることが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工計画方法を提供することである。

本発明の一観点によると、（ａ）複数の加工範囲が第１の方向に沿って画定された加工対象物を準備する工程と、（ｂ）前記加工対象物を前記第１の方向に移動させながら、レーザパルスを前記加工対象物上の被加工位置に入射させ加工を行う工程とを有し、前記工程（ｂ）においては、前記加工範囲の加工ごとに、平均速度があらかじめ定められた値となるように、前記加工対象物を前記第１の方向に移動させ、かつ、少なくとも一つの前記加工範囲の加工時に、前記加工対象物を移動させる速度を変化させるレーザ加工方法が提供される。

また、本発明の他の観点によると、移動装置で加工対象物を移動させながら、偏向器でレーザパルスを偏向し、該加工対象物の被加工位置に入射させて加工を行うレーザ加工の計画方法であって、（ａ）加工対象物上の第１の方向に沿って、複数の加工範囲Ａ_ｉを画定する工程と、（ｂ）前記複数の加工範囲Ａ_ｉの各々について、加工時間ｔ_ｉを見積もる工程と、（ｃ）少なくとも一つの前記加工範囲Ａ_ｉについて、０より大きいスラックタイムｓ_ｉを、前記工程（ｂ）で見積もられた加工時間ｔ_ｉに加え、前記加工範囲Ａ_ｉを単位として、移動装置によって前記加工対象物を前記第１の方向に移動させる移動速度を決定する工程とを有するレーザ加工計画方法が提供される。

本発明によれば、加工時間を短くすることが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工計画方法を提供することができる。

実施例によるレーザ加工計画方法の大略を示すフローチャートである。 加工対象物上に画定された複数の横長エリア、及び、各横長エリア内における加工経路を示す概略図である。 図１に示す、実施例によるレーザ加工計画方法のステップＳ１０２の詳細を示すフローチャートである。 横長エリア内に画定される短冊状の加工範囲の一例を示す概略図である。 ステップＳ２０２で見積もられる、短冊状加工範囲ごとの加工時間の一例を表すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、短冊状加工範囲を単位として定められるステージ移動速度の一例を示す概略図である。 スラックタイムｓ_ｉを追加し、短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉを決定する方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、ｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘ、ｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎ、及びｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹの大小関係を図形的に示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれスラックタイム付加前、付加後のステージ速度を示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、矩形Ｃ_ｉにスラックタイムｓ_ｉを導入し、短冊状加工範囲Ａ_ｉの加工開始時（短冊状加工範囲Ａ_ｉ−１の加工終了時）及び加工終了時（短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１の加工開始時）におけるステージ速度の連続性を確保する方法の一例を示すグラフである。 ステージ移動速度調整方法の一例を示すフローチャートである。 実施例によるレーザ加工計画方法によって決定された計画に基いて行われるレーザ加工の進捗例を示すグラフである。 実施例によるレーザ加工方法を示すフローチャートである。 従来のレーザ加工方法及びレーザ加工計画方法について説明する概略図である。 変更された加工経路の一例を示す概略的な平面図である。

図１及び図２を参照して、実施例によるレーザ加工計画方法の大略を説明する。実施例によるレーザ加工計画方法は、レーザ加工に先立って実施され、レーザ加工は、たとえば実施例によるレーザ加工計画方法によって決定された計画に基いて実施される。

図１は、実施例によるレーザ加工計画方法の大略を示すフローチャートである。実施例によるレーザ加工計画方法においては、まずステップＳ１０１において、加工対象物上に横長のエリアを画定（配置を決定）する。次にステップＳ１０２において、横長の各エリアについて、エリア内の被加工位置の加工順序と、エリア加工時のステージ移動速度とを決定する。なお、レーザ加工においては、レーザ光源から出射されたレーザパルスが、ガルバノスキャナ（ビーム偏向器）で出射方向を変化（走査、偏向）されて、被加工位置に照射される。レーザパルスの照射は、加工対象物をたとえばステージ（移動装置）で直線的に移動させながら行われる。

図２は、加工対象物上に画定された複数の横長エリア、及び、各横長エリア内における加工経路を示す概略図である。本図においては、図面横方向に長い横長エリアが、縦方向に沿って複数画定されている。横長エリアの長さ方向（横方向）の長さは、たとえば数百ｍｍであり、幅方向（縦方向）の長さは、数十ｍｍ、たとえば３０ｍｍ〜６０ｍｍである。この値は、ガルバノスキャナのスキャンエリアが、たとえば一辺が３０ｍｍ〜６０ｍｍの正方形状であることに基く。

なお、本図には、一つの横長エリアにおける加工経路を拡大して示した。実施例によるレーザ加工計画方法によって決定された条件にしたがって、一つの横長エリアのレーザ加工を行う場合、横長エリアは、ステージによって、長さ方向の一方から他方に向かう一方向に沿って、ガルバノスキャナのスキャンエリアを移動される。たとえば横長エリア内の被加工位置が極めて密集している範囲が、スキャンエリア内にあるときには、ステージによる加工対象物の移動（搬送）速度が０となることはありうるが、移動方向は逆向きにはならない。また、被加工位置が相対的に密に存在している範囲の加工を行う際には、ステージの移動速度（ステージによる加工対象物の移動速度）を相対的に小さくし、相対的に疎に存在している範囲の加工を行う際には、ステージの移動速度を相対的に大きくする。なお、各横長エリア内における被加工位置の加工順序（加工経路）の決定は、たとえば基本的に巡回セールスマン問題（ＴＳＰ）を適用することにより行う。

図３は、図１に示す、実施例によるレーザ加工計画方法のステップＳ１０２の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ１０２は、たとえばステップＳ２０１〜Ｓ２０４の各ステップを含む。

ステップＳ１０１において、加工対象物上に横長のエリアを画定した後、ステップＳ２０１において、横長エリアの長手方向を区切り、横長エリア内の長さ方向に沿って、複数の短冊状の加工範囲を画定する。ステップＳ２０２においては、短冊状加工範囲ごとのパスを生成（被加工位置の加工順序、加工経路を決定）し、各短冊状加工範囲の加工時間を見積もる。ステップＳ２０３においては、各短冊状加工範囲を基準として、ステージの移動速度を決定する。ステージの移動速度は、各短冊状加工範囲の被加工位置の配置に応じ、一連の加工が可能なように決定される。そしてステップＳ２０４において、ステップＳ２０３で決定されたステージ移動速度、及び、ステップＳ２０２で決定された（連続的）加工経路の調整を行う。

図４は、横長エリア内に画定される短冊状の加工範囲の一例を示す概略図である。本図を参照し、ステップＳ２０１について詳述する。ステップＳ２０１においては、横長エリア内の長さ方向に沿って、たとえばすべての被加工位置がいずれかの加工範囲に属するように、複数の短冊状加工範囲を画定する。図４には、４つの短冊状加工範囲Ａ_ｉ−２〜Ａ_ｉ＋１を示した。短冊状加工範囲Ａ_ｉ−２〜Ａ_ｉ＋１は、それぞれ横長エリアの幅を長さとし、幅をＬ_ｉ−２〜Ｌ_ｉ＋１とする、矩形状の範囲である。ステップＳ２０１においては、一般に短冊状加工範囲Ａ_ｉの幅Ｌ_ｉ（ｉ＝１、２、３・・）が定められる。短冊状加工範囲の幅は、たとえば相互に等しく一定であり、その値Ｌは、一例としてガルバノスキャナの正方形状スキャンエリアの一辺の１／２（２０ｍｍ〜２５ｍｍ）である。なお、短冊状加工範囲Ａ_ｉの添え字ｉは、一つの横長エリアにおける短冊状加工範囲の加工順序（ガルバノスキャナのスキャンエリアへの進入順序）を示す。すなわち横長エリア加工時におけるステージ移動は、横長エリアの長さ方向に行われ、横長エリアにおいては、短冊状加工範囲Ａ_１が最初に加工され、短冊状加工範囲Ａ_２、Ａ_３、・・の加工がそれに続けて順に実施される。このため幅Ｌ_ｉは、ステージ移動方向に沿う短冊状加工範囲Ａ_ｉの長さである。

図５は、ステップＳ２０２で見積もられる、短冊状加工範囲ごとの加工時間の一例を表すグラフである。本図を参照し、ステップＳ２０２について詳述する。ステップＳ２０２においては、各短冊状加工範囲におけるパス（加工経路）の生成及び加工時間の見積もり（暫定的な加工時間の決定）を、たとえば巡回セールスマン問題（ＴＳＰ）に定式化し、解を求めることで行う。パスは、たとえば各短冊状加工範囲における加工時間が最小となるように決定される。ステップＳ２０２で、各短冊状加工範囲において生成されたパスを連続させたものが、図２に示した加工経路である。なお、ステップＳ２０２で生成されるパス、及び見積もられる各短冊状加工範囲の加工時間は、たとえば各短冊状加工範囲の加工を、ステージが停止している状態で行った場合に、加工時間が最小となるそれらである。

図５のグラフにおいて、横軸は加工時刻を単位「μｓ」で表し、縦軸は、横長エリアの長手方向の位置を単位「μｍ」で表す。矩形Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３の縦辺の長さは、それぞれ短冊状加工範囲Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３の幅Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３を示し、横辺の長さは、短冊状加工範囲Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３の加工時間の見積もりｔ_１、ｔ_２、ｔ_３を示す。他の矩形についても同様である。なお、短冊状加工範囲の幅はたとえば相互に等しい（＝Ｌ）ため、矩形の縦辺の長さも相互に等しい。また、被加工位置が相対的に密な短冊状加工範囲、たとえば短冊状加工範囲Ａ_３の加工に要する時間は相対的に長いため、その短冊状加工範囲に対応する矩形、たとえば矩形Ｂ_３は、相対的に横長である。ステップＳ２０２においては、一般に短冊状加工範囲Ａ_ｉを加工するための見積もり時間ｔ_ｉ（ｉ＝１、２、３・・）が定められる。

次に、ステップＳ２０３について詳述する。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、短冊状加工範囲を単位として定められるステージ移動速度の一例を示す概略図である。図６（Ａ）には、短冊状加工範囲Ａ_ｉを加工する際のステージ移動の平均速度を示した。図６（Ａ）のグラフの横軸は、短冊状加工範囲Ａ_１の加工開始時からの経過時間を示し、縦軸は、ステージ移動速度を示す。矩形Ｃ_１の縦辺の長さは、短冊状加工範囲Ａ_１を加工する際のステージ移動の平均速度（ｖ_{（ａｖｇ）１}）を示す。矩形Ｃ_１の横辺の長さは、短冊状加工範囲Ａ_１を加工するための見積もり時間ｔ_１を示す。他の矩形Ｃ_２、Ｃ_３等についても同様である。

なお、短冊状加工範囲Ａ_ｉを加工する際のステージ移動の見積もり平均速度ｖ_{（ａｖｇ）ｉ}は、ステップＳ２０１において得られた、短冊状加工範囲Ａ_ｉの幅Ｌ_ｉ、及び、ステップＳ２０２において得られた、短冊状加工範囲Ａ_ｉを加工するための見積もり時間ｔ_ｉを用いて、以下の式（１）によって求めることができる。

ｖ_{（ａｖｇ）ｉ}＝Ｌ_ｉ／ｔ_ｉ・・（１）

ステップＳ２０３においては、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工開始時のステージ速度（短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度）ｖ_ｉ（ｖ_{（ｉｎ）ｉ}）を決定する。ここで、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工終了時のステージ速度（短冊状加工範囲Ａ_ｉからの退出速度）をｖ_{（ｏｕｔ）ｉ}と表記すると、速度の連続性から、

ｖ_{（ｉｎ）ｉ＋１}＝ｖ_{（ｏｕｔ）ｉ}・・（２）

の関係がある。また、各短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時のステージ移動速度を、それぞれ加速度一定で変化させるという条件のもとでは、

Ｌ_ｉ＝（ｖ_{（ｉｎ）ｉ}＋ｖ_{（ｏｕｔ）ｉ}）×ｔ_ｉ／２・・（３）

の関係がある。

したがって、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時のステージを、各短冊状加工範囲の加工ごとに、それぞれ相互に等しいまたは異なる加速度で、等加速度移動させるとき、Ｌ_ｉ及びｔ_ｉに基いて、たとえば図６（Ｂ）に示すステージ移動速度パターンを決定することが可能である。図６（Ｂ）のグラフの両軸の意味するところは、図６（Ａ）のグラフにおけるそれらと等しい。図６（Ｂ）に示す速度パターンでステージ移動を行うことにより、短冊状加工範囲Ａ_ｉの加工を見積もり加工時間ｔ_ｉで行うことができる。本図に示すパターンは、各短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉが決定されれば、一義的に定まることは明らかであろう。

ただし、ステップＳ２０３の、ステージ移動速度の決定においては、ステージ移動速度上の制約が加味される。ステージ移動速度上の制約としては、ステージ速度の可能範囲や、ステージの速度変化（加速度）の可能範囲による制限が考えられる。たとえば、短冊状加工範囲Ａ_ｉとＡ_ｉ＋１との間で、加工時のステージ移動の平均速度ｖ_{（ａｖｇ）}が大きく異なるとき、加速度範囲の制限から、上式（２）の条件が満たされない場合がある。この場合、たとえば見積もり時間ｔ_ｉに、無駄時間（スラックタイム）ｓ_ｉを加え、短冊状加工範囲Ａ_ｉを加工するための加工時間を、見積もり時間ｔ_ｉとスラックタイムｓ_ｉの和ｔ_ｉ＋ｓ_ｉと補正することで、上式（２）の条件を満足させる。ステップＳ２０３においては、少なくとも一つの短冊状加工範囲について、０より大きいスラックタイムが、見積もり加工時間に加えられる。

図７は、スラックタイムｓ_ｉを追加し、短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉを決定する方法の一例を示すフローチャートである。図７にフローチャートを示す決定方法においては、短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉを決定し、加工順序にしたがって、ｖ_ｉ＋１、ｖ_ｉ＋２の順に短冊状加工範囲への進入速度を決定する。

まずステップＳ３０１において、スラックタイムｓ_ｉを０としたときの、各短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉの上限値ｖ_ｉ ^ｍａｘ及び下限値ｖ_ｉ ^ｍｉｎを算出する。進入速度ｖ_ｉの上限値ｖ_ｉ ^ｍａｘ、下限値ｖ_ｉ ^ｍｉｎは、それぞれ下式（４）、（５）で求めることができる。

ｖ_ｉ ^ｍａｘ＝ｍｉｎ｛Ｌ_ｉ／ｔ_ｉ＋Ａｔ_ｉ／２，Ｖ｝・・（４）

ｖ_ｉ ^ｍｉｎ＝ｍａｘ｛Ｌ_ｉ／ｔ_ｉ−Ａｔ_ｉ／２，０｝・・（５）

ここでＡは、ステージの加速度及び減速度の最大値、Ｖは、ステージ速度の最大値を表す。また、ｍａｘ｛ｐ，ｑ｝、ｍｉｎ｛ｐ，ｑ｝はそれぞれ、ｐとｑのうち、小さくない値、大きくない値を意味する。なお、短冊状加工範囲Ａ_１、Ａ_２への進入速度ｖ_１、ｖ_２については、あらかじめ適切な値に決定しておく。

ステップＳ３０２〜Ｓ３０６において、短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１（ｉ≧２）への進入速度ｖ_ｉ＋１を以下のように定める。

ステップＳ３０２において、

ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹ＝２Ｌ_ｉ／ｔ_ｉ−ｖ_ｉ・・（６）

を計算する。ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹは、Ｌ_ｉ／ｔ_ｉ（＝ｖ_{（ａｖｇ）ｉ}）、及び、少なくとも暫定的に定まっているｖ_ｉに基いて算出される値である。

続いて、ステップＳ３０３において、ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹとｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘ、ｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎとの大小を比較する。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、ｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘ、ｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎ、及びｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹの大小関係を図形的に示すグラフである。グラフの横軸は時間、縦軸は速度を示す。本図をも参照しつつ、以後のステップを説明する。

ｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎ≦ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹ≦ｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘである場合、ステップＳ３０４に進み、ｖ_ｉ＋１の値を、

ｖ_ｉ＋１＝ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹ・・（７）

とする。

図８（Ａ）は、ステップＳ３０４に対応するグラフである。Ｌ_ｉ／ｔ_ｉ（＝ｖ_{（ａｖｇ）ｉ}）とｖ_ｉとで求められるｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹが、ｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎ≦ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹ≦ｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘを満たすとき、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時とＡ_ｉ＋１加工時との間のステージ移動速度の連続性が確保されるため、式（７）によってｖ_ｉ＋１を定める。

ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹ＜ｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎ（アンダーシュート）である場合、ステップＳ３０５に進む。この場合、短冊状加工範囲Ａ_ｉ−１からの退出速度（短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉ）が過大であったと考え、短冊状加工範囲Ａ_ｉ−１を加工するための加工時間に、スラックタイムｓ_ｉ−１を設定する、あるいは設定しなおす。この処理により短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１への進入速度ｖ_ｉ＋１を、

ｖ_ｉ＋１＝ｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎ・・（８）

とし、短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉ及びスラックタイムｓ_ｉ−１を順次、次のように更新する。

ｖ_ｉ＝２Ｌ_ｉ／（ｔ_ｉ＋ｓ_ｉ）−ｖ_ｉ＋１・・（９）

ｓ_ｉ−１＝２Ｌ_ｉ−１／（ｖ_ｉ−１＋ｖ_ｉ）−ｔ_ｉ−１・・（１０）

図８（Ｂ）は、ステップＳ３０５に対応するグラフである。ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹがｖ_ｉ＋１ ^ｍｉｎ未満である場合、式（８）によりｖ_ｉ＋１を定めることにより、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時とＡ_ｉ＋１加工時との間のステージ移動速度の連続性を確保するとともに、スラックタイムを最小とし、加工時間の増加を抑止することができる。

ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹ＞ｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘ（オーバーシュート）である場合、ステップＳ３０６に進む。この場合、短冊状加工範囲Ａ_ｉからの退出速度が過大であったと考え、短冊状加工範囲Ａ_ｉを加工するための加工時間に、スラックタイムｓ_ｉを設定する、あるいは設定しなおす。このとき短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１への進入速度ｖ_ｉ＋１及びスラックタイムｓ_ｉを次式（１１）、（１２）によって定める。

ｖ_ｉ＋１＝ｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘ・・（１１）

ｓ_ｉ＝２Ｌ_ｉ／（ｖ_ｉ＋ｖ_ｉ＋１）−ｔ_ｉ・・（１２）

図８（Ｃ）は、ステップＳ３０６に対応するグラフである。ｖ_ｉ＋１ ^ＴＲＹがｖ_ｉ＋１ ^ｍａｘより大きい場合、式（１１）によりｖ_ｉ＋１を定めることにより、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時とＡ_ｉ＋１加工時との間のステージ移動速度の連続性を確保するとともに、スラックタイムを最小とし、加工時間の増加を抑止することができる。

ステップＳ３０４〜Ｓ３０６の処理が終了したら、ステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０７においては、ｉの値を１だけ増加させる。その後、ステップＳ３０２に戻り、以後すべての短冊状加工範囲について、ステップＳ３０２〜ステップＳ３０６の処理を繰り返し、すべての短冊状加工範囲についてｖ_ｉ及びｓ_ｉを決定する。なお、ｖ_ｉとｓ_ｉとは、すべての短冊状加工範囲についてｓ_ｉが定まればｖ_ｉが定まり、ｖ_ｉが定まればｓ_ｉが定まるという関係にある。

図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれスラックタイム付加前、付加後のステージ速度を示すグラフである。両図ともに横軸は時間を示し、縦軸はステージ速度を示す。図９（Ａ）は、図６（Ａ）と同図である。図９（Ｂ）は、図７にフローチャートを示した決定方法を用いて決定された、スラックタイム及び各短冊状加工範囲への進入速度に基づいて作成したステージ速度パターンである。

図７にフローチャートを示す決定方法を用いると、スラックタイムｓ_ｉ（ｉ＝１、２、３・・）の和を最小にするように、各短冊状加工範囲Ａ_ｉに適切なスラックタイムｓ_ｉを付加して、短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉを決定し、図９（Ｂ）に示すような、横長エリア加工時のステージ速度パターンを生成することができる。

なお、ステップＳ２０３の、ステージ移動速度の決定は、図７のフローチャートに示す方法の他にも、所定の条件のもとでスラックタイムの総和を最小化する問題として定式化可能である。たとえば、

０≦ｓ_ｉ・・（１３）

０≦ｖ_ｉ≦Ｖ・・（１４）

ｖ_ｉ−Ａ（ｔ_ｉ＋ｓ_ｉ）≦ｖ_ｉ＋１≦ｖ_ｉ＋Ａ（ｔ_ｉ＋ｓ_ｉ）・・（１５）

（ｖ_ｉ＋ｖ_ｉ＋１）（ｔ_ｉ＋ｓ_ｉ）／２＝Ｌ_ｉ・・（１６）

の条件のもとで、

・・（１７）

を最小化する問題として定式化できる。ここで決定すべき最小の変数の組は、ｎ個の短冊状加工範囲に対し、ｖ_１、ｖ_２、・・、ｖ_ｎ＋１（ｖ_１、ｓ_１、・・、ｓ_ｎと考えてもよい。）の、ｎ＋１個である。

上式（１３）は、設定するスラックタイムが０以上であるという条件を示す。式（１４）は、短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉが０以上、ステージ移動速度の最大値Ｖ以下であるという条件を示す。式（１５）は、ステージの加速度の最大値Ａを用い、速度の連続性を確保する条件を示す。式（１６）は、スラックタイムを考慮したときの式（３）に相当する。なお、Ｖ及びＡは、ステージ性能に基づく。

たとえば適切な商用ソルバを用いたり、厳密あるいはヒューリスティックな解法を適用したプログラムを用いることにより、各短冊状加工範囲Ａ_ｉの見積もり加工時間ｔ_ｉに付加する適切なスラックタイムｓ_ｉ、及び短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉを決定することができる。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、矩形Ｃ_ｉにスラックタイムｓ_ｉを導入し、短冊状加工範囲Ａ_ｉの加工開始時（短冊状加工範囲Ａ_ｉ−１の加工終了時）及び加工終了時（短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１の加工開始時）におけるステージ速度の連続性を確保する方法の一例を示すグラフである。両図における横軸は時間を表し、縦軸は速度を表す。

図１０（Ａ）を参照する。矩形Ｃ_ｉの横辺の長さはステップＳ２０２で見積もられた加工時間ｔ_ｉを示し、縦辺の長さは式（１）で求められた見積もりステージ移動平均速度ｖ_{（ａｖｇ）ｉ}を示す。短冊状加工範囲Ａ_ｉ−１及びＡ_ｉ＋１には相対的に被加工位置が密に存在する一方で、短冊状加工範囲Ａ_ｉには被加工位置が疎に存在し、ステージ加速度及び減速度の最大値の制約によって、短冊状加工範囲Ａ_ｉの加工開始時及び加工終了時において、ステージ速度が連続しない。

図１０（Ｂ）を参照する。そこで矩形Ｃ_ｉにスラックタイムｓ_ｉを導入し、被加工位置が疎に存在する短冊状加工範囲Ａ_ｉの加工時間を、スラックタイムｓ_ｉだけ長くすることによって、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時のステージ移動平均速度ｖ_{（ａｖｇ）ｉ}を小さくし、Ａ_ｉの加工開始時及び加工終了時において、ステージ速度を連続させる。スラックタイムｓ_ｉは、たとえば短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時のステージ移動平均速度が、短冊状加工範囲Ａ_ｉ−１加工終了時の速度範囲内におさまり、かつ、短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１加工開始時の速度範囲内におさまるように導入する。すべての短冊状加工範囲Ａ_ｉについての和が最小となるようにスラックタイムｓ_ｉを導入し、短冊状加工範囲Ａ_１への進入速度ｖ_１を適切に与えると、たとえば図９（Ｂ）に示すステージ速度パターンを一意的に得ることができる。

次に、図１１を参照し、ステップＳ２０４について詳述する。ステップＳ２０３でステージの移動速度を決定した後、ステップＳ２０４において、決定されたステージ移動速度の調整を行う。

ステップＳ２０２においては、各短冊状加工範囲の加工を、ステージが停止している状態で行った場合に、最小となる加工時間の見積もりを行う。しかしながらこの時間は、ステージを移動させながら加工する場合の加工時間とは正確には一致しない。たとえば、ステージを移動させながら加工を行う場合には、ステージ移動方向と平行な方向に関するガルバノスキャナの位置決め時間について、移動方向とその反対方向とでは、等しい距離の位置決めを行う場合であっても、要する時間が異なるためである。ステップＳ２０４におけるステージ移動速度の調整は、たとえばステップＳ２０２において求められる加工時間が、ステージ停止状態における見積もりであることに起因して行われる。

図１１は、ステージ移動速度調整方法の一例を示すフローチャートである。ステージ移動速度の調整は、まず各被加工位置におけるガルバノスキャナの走査（位置決め）開始タイミングでのステージ速度を考慮して、ステップＳ２０３で算出された速度パターンで加工が可能か否かをシミュレートする（ステップＳ４０１）。短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時に加工が不可能となる場合には、たとえばスラックタイムｓ_ｉを大きくしてステージ移動の平均速度ｖ_{（ａｖｇ）ｉ}を小さくし、進入速度ｖ_ｉ＋１が小さくなるように、ｓ_ｉ及びｖ_ｉ＋１を変更する。

次に、各短冊状加工範囲の加工終了時において、時間的に余裕がある短冊状加工範囲については、ステージ移動の平均速度を上げ、余裕がない短冊状加工範囲については、ステージ移動の平均速度を下げる（ステップＳ４０２）。ステップＳ４０２においては、たとえば各短冊状加工範囲Ａ_ｉにつき、別工程でシミュレーションを行って基準値ｕ_ｉを算出し、これとｔ_ｉ＋ｓ_ｉとを比較する。後者が前者よりもある一定値（閾値）以上大きいとき、「時間的に余裕がある」と考え、他の一定値（閾値）以上小さいとき、「時間的に余裕がない」と考える。ステージ移動の平均速度の変更に伴い、ステップＳ２０３で求められたｖ_ｉ及びｓ_ｉが更新される。

なお、ステップＳ４０２にて、同時併行的に加工経路を改善する処理を加えてもかまわない。たとえば、時間的に余裕がある場合は、隣接する加工範囲の被加工位置を加工するよう経路を変えてもよいし、時間的に余裕のない場合は、隣接する加工範囲の主たる加工時に加工するよう経路を変えてもよい。

図１５に、変更された加工経路の一例を示す。図１５には、短冊状加工範囲Ａ_ｉの加工終了時に時間的余裕がある場合を示した。この場合、たとえば短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１に含まれる被加工位置＜ｐ＞を先に加工するよう加工経路を更新する。ただし、ステージの移動に伴い、加工対象物上におけるスキャン可能範囲が時々刻々変化するので、加工タイミングに、被加工対象位置が加工可能であることを、シミュレーションにより確認しながら加工経路改善を試みる。

図１２は、実施例によるレーザ加工計画方法によって決定された計画に基いて行われるレーザ加工の進捗例を示すグラフである。グラフの横軸は、一つの横長エリアの加工開始からの経過時間を単位「μｓ」で示し、縦軸は、横長エリアの長手方向の位置を単位「μｍ」で示す。グラフ中の「照射位置」のプロットでレーザパルスの照射時刻と照射位置との関係を表している。

実施例によるレーザ加工計画方法によって決定された計画に基いて加工を行った場合、１つの横長エリアの加工を３．５ｓ強の時間で行うことができることがわかる。また、図２に示す、加工対象物上に画定されたすべての横長エリアの加工は、たとえば３０．８ｓで終了させることが可能である。なお、図２に示す加工対象物のすべての被加工位置の加工をステップアンドリピート方式で加工した場合、加工時間はたとえば５２．４ｓとなる。

実施例によるレーザ加工計画方法によってステージ移動速度パターンを決定して行う加工は、ステージ移動を行いながら、ステージ動作とガルバノスキャナの動作を協調させて、レーザパルスを加工対象物に照射する。加工対象物をステージで移動させながら、ガルバノスキャナでレーザパルスを偏向して被加工位置に入射させることで、加工時間を短くすることができることに加え、実施例によるレーザ加工計画方法を用い、スラックタイムｓ_ｉの和が最小となるように、短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉを決定し、少なくとも１つの短冊状加工範囲の加工においてステージ移動速度を変化させることによっても加工時間が短縮される。ステップアンドリピート方式やステージを等速移動させて加工を行う場合と比べ、加工時間を短くすることが可能である。

図１３は、実施例によるレーザ加工方法を示すフローチャートである。実施例によるレーザ加工方法は、たとえば実施例によるレーザ加工計画方法によって定められた加工計画に基いて実施される。

まず、ステップＳ５０１において、複数の短冊状加工範囲が一方向に沿って画定された加工対象物を準備する。

次に、ステップＳ５０２において、加工対象物を、複数の短冊状加工範囲が画定された方向にステージ移動させながら、レーザパルスを、ガルバノスキャナで出射方向を変化させて加工対象物上の被加工位置に入射させ、たとえば短冊状加工範囲ごとに、順に加工を行う。ステップＳ５０２においては、少なくとも一つの短冊状加工範囲の加工時に、ステージ移動速度を変化、たとえば等加速度変化させる。また、たとえば短冊状加工範囲の加工ごとに、平均速度があらかじめ定められた値となるように、加工対象物をステージ移動させる。

更に、各短冊状加工範囲を加工するときのステージ移動の平均速度は、短冊状加工範囲に含まれる被加工位置の疎密に応じた値とする。たとえば、被加工位置が相対的に密に存在している短冊状加工範囲の加工においては、ステージ移動の平均速度を相対的に小さくし、相対的に疎に存在している短冊状加工範囲の加工においては、ステージ移動の平均速度を相対的に大きくする。

また、各短冊状加工範囲を加工するときのステージ移動の平均速度は、短冊状加工範囲に含まれる被加工位置の、ステージ移動方向（複数の短冊状加工範囲が画定された方向）と直交する方向へのばらつきに応じた値とする。たとえばステージ移動方向と直交する方向への被加工位置のばらつきが、相対的に大きい短冊状加工範囲の加工においては、ステージ移動の平均速度を相対的に小さくし、相対的に小さい短冊状加工範囲の加工においては、ステージ移動の平均速度を相対的に大きくする。

更に、ある短冊状加工範囲の加工においては、ステージ移動速度を大きく（加速）し、その次の短冊状加工範囲の加工においては、ステージ移動速度を小さく（減速）してもよい。短冊状加工範囲ごとに加工時のステージ移動速度の増減（ステージ移動の加速と減速）を交互に繰り返すことも可能である。たとえば被加工位置が相対的に密に存在している短冊状加工範囲と、疎に存在している短冊状加工範囲とが、ステージ移動方向に沿って交互に画定されている加工対象物の加工に有効である。

実施例によるレーザ加工方法によれば、短い加工時間でレーザ加工を行うことができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

たとえば、実施例によるレーザ加工計画方法においては、各短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時のステージ速度が等加速度変化するようにステージ速度パターンを決定したが、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工時のステージ加速度は一定でなくてもよい。

ステップＳ２０３においては、各短冊状加工範囲Ａ_ｉについて、短冊状加工範囲Ａ_ｉ加工開始時を時刻０としたときのステージ速度をｖ_ｉ（ｔ）、短冊状加工範囲Ａ_ｉの幅をＬ_ｉとしたとき、

・・（１８）

となり、かつ、相互に隣接する任意の短冊状加工範囲Ａ_ｉとＡ_ｉ＋１について、短冊状加工範囲Ａ_ｉからの退出速度ｖ_ｉ（ｔ_ｉ＋ｓ_ｉ）と、短冊状加工範囲Ａ_ｉ＋１への進入速度ｖ_ｉ＋１（０）とが一致するように、スラックタイムｓ_ｉを適切に追加しながら、各短冊状加工範囲Ａ_ｉへの進入速度ｖ_ｉ（０）を決定すればよい。ここでｔ_ｉは、ステップＳ２０２において見積もられる短冊状加工範囲Ａ_ｉの加工時間の最小値である。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

レーザ加工一般に利用可能である。ステージ移動方向に沿う被加工位置の疎密差が大きな加工対象物の加工に、特に有効である。

Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ３０１〜Ｓ３０７、Ｓ４０１、Ｓ４０２、Ｓ５０１、Ｓ５０２ ステップ

Claims (8)

1. （ａ）複数の加工範囲が第１の方向に沿って画定された加工対象物を準備する工程と、
   （ｂ）前記加工対象物を前記第１の方向に移動させながら、レーザパルスを前記加工対象物上の被加工位置に入射させ加工を行う工程と
   を有し、
   前記工程（ｂ）においては、前記加工範囲の加工ごとに、平均速度があらかじめ定められた値となるように、前記加工対象物を前記第１の方向に移動させ、かつ、少なくとも一つの前記加工範囲の加工時に、前記加工対象物を移動させる速度を変化させるレーザ加工方法。
2. 前記工程（ｂ）において、少なくとも一つの前記加工範囲の加工時に、前記加工対象物を移動させる速度を等加速度変化させる請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記工程（ｂ）において、被加工位置が相対的に密に存在している前記加工範囲の加工時には、前記加工対象物を移動させる平均速度を相対的に小さくし、相対的に疎に存在している前記加工範囲の加工時には、前記加工対象物を移動させる平均速度を相対的に大きくする請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記工程（ｂ）において、前記第１の方向と直交する方向への被加工位置のばらつきが、相対的に大きい前記加工範囲の加工時には、前記加工対象物を移動させる平均速度を相対的に小さくし、相対的に小さい前記加工範囲の加工時には、前記加工対象物を移動させる平均速度を相対的に大きくする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
5. 前記工程（ｂ）において、前記加工範囲ごとに、加工時の前記加工対象物の移動速度を交互に増減させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
6. 移動装置で加工対象物を移動させながら、偏向器でレーザパルスを偏向し、該加工対象物の被加工位置に入射させて加工を行うレーザ加工の計画方法であって、
   （ａ）加工対象物上の第１の方向に沿って、複数の加工範囲Ａ_ｉを画定する工程と、
   （ｂ）前記複数の加工範囲Ａ_ｉの各々について、加工時間ｔ_ｉを見積もる工程と、
   （ｃ）少なくとも一つの前記加工範囲Ａ_ｉについて、０より大きいスラックタイムｓ_ｉを、前記工程（ｂ）で見積もられた加工時間ｔ_ｉに加え、前記加工範囲Ａ_ｉを単位として、移動装置によって前記加工対象物を前記第１の方向に移動させる移動速度を決定する工程と
   を有するレーザ加工計画方法。
7. 前記工程（ｃ）において、各前記加工範囲Ａ_ｉについて、前記加工範囲Ａ_ｉの加工を開始する時刻を０としたときの移動速度をｖ_ｉ（ｔ）、前記加工範囲Ａ_ｉの前記第１の方向に沿う幅をＬ_ｉとしたとき、
   
   
   となり、かつ、前記第１の方向に沿って相互に隣接する任意の前記加工範囲Ａ_ｉとＡ_ｉ＋１について、前記加工範囲Ａ_ｉの加工が終了する時刻の移動速度ｖ_ｉ（ｔ_ｉ＋ｓ_ｉ）と、前記加工範囲Ａ_ｉ＋１の加工を開始するときの移動速度ｖ_ｉ＋１（０）とが一致するように、前記スラックタイムｓ_ｉを定めて、各前記加工範囲Ａ_ｉの加工を開始するときの移動速度ｖ_ｉ（０）を決定する請求項６に記載のレーザ加工計画方法。
8. 前記工程（ｃ）において、各前記加工範囲Ａ_ｉを加工するときの移動速度を、それぞれ等加速度変化させるという条件で、前記加工範囲Ａ_ｉの各々につき、前記加工範囲Ａ_ｉの加工を開始するときの移動速度ｖ_ｉ（０）を決定する請求項６に記載のレーザ加工計画方法。