JPH09308978A - テーブル移動誤差測定装置およびテーブル移動誤差測定装置を有するレーザ加工装置 - Google Patents

テーブル移動誤差測定装置およびテーブル移動誤差測定装置を有するレーザ加工装置

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JPH09308978A
JPH09308978A JP8150094A JP15009496A JPH09308978A JP H09308978 A JPH09308978 A JP H09308978A JP 8150094 A JP8150094 A JP 8150094A JP 15009496 A JP15009496 A JP 15009496A JP H09308978 A JPH09308978 A JP H09308978A
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laser beam
laser
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JP8150094A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Asada
和彦 浅田
Yasuyuki Koyagi
康幸 小八木
Naoto Nakajima
直人 中島
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 テーブルに回転が生じた場合においても、テ
ーブルの移動に伴う被処理物に対する処理位置の移動誤
差を正確に測定することができるテーブル移動誤差測定
装置およびテーブル移動誤差測定装置を有するレーザ加
工装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 画像記録装置は、装置本体22に対して
Y方向に往復移動可能なテーブル23と、架台24上を
X方向に往復移動する記録ヘッド25とを備える。記録
ヘッド25には、感光材料26に画像を記録するための
光学系36が配設されている。また、テーブル23の下
方には、移動誤差測定用のレーザ光源33が付設されて
おり、装置本体22上には、このレーザ光源33から出
射されるレーザビーム1をの位置を検出するCCD37
が固設されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一方向に往復移
動するテーブルの移動誤差を測定するテーブル移動誤差
測定装置およびこのテーブル移動誤差測定装置を有する
レーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、レーザ描画装置や画像読取装置
など、処理部により、テーブル上に載置された被処理物
に対して加工を行ったり物体の状態を測定する等の処理
を行う装置においては、テーブルを精度よく一方向に移
動させる必要がある。このため、この種の装置において
は、テーブルの移動に伴って発生するテーブルの移動方
向に対する真直度の誤差(以下「移動誤差」という)を
測定することが行われる。
【0003】このようなテーブルの移動誤差を測定する
ための手法として、従来、ツーリングレーザ法と称され
る手法が提案されている(書籍「精密加工と計測2」光
学工業技術協会発行第46頁)。この手法は、固定部に
固定されたレーザ光源から、テーブルの移動方向と平行
な方向にレーザビームを出射するとともに、テーブルに
レーザ光源から照射されるレーザビームを検出する検出
器を付設し、テーブルを一方向に移動させた場合のテー
ブルの移動距離と検出器により検出されるレーザビーム
の位置との関係から、テーブルの移動方向の変位に対応
した移動誤差を測定するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このツーリングレーザ
法においては、レーザビームを検出する検出器をテーブ
ルに付設し、これをテーブルと共に移動させる構成であ
るため、テーブルの移動に伴い、処理部による被処理物
への処理位置と検出器とが離隔することから、テーブル
に回転が生じた場合に、被処理物への処理位置の位置検
出の精度が劣化するという問題点がある。これにつき、
図6に基づいて説明する。
【0005】図6(a)において、2はY方向に往復移
動するテーブルであり、その一端には、レーザ光源3か
らY方向に出射されるレーザビーム4を検出するための
検出器5が付設されている。図6(a)に示す点6は、
検出器5によるレーザビーム4の検出位置である。ま
た、図6(a)に示す点7は、テーブル2上に載置され
た被処理物に対する処理位置である。図6(a)に示す
点8は、テーブル2の短辺と点7からテーブル2の短辺
に下ろした垂線との交点である。テーブル移動誤差測定
の本来の目的は、この処理位置の位置誤差を測定するこ
とにある。図6(a)に示す状態においては、レーザビ
ーム4の出射方向とテーブル2の長辺方向(Y)とが一
致しており、処理位置7はテーブル2の一端からY方向
に距離A、また、レーザビーム4の照射位置からX方向
に距離Bだけ離隔している。すなわち、点8を検出器5
の原点とすると、検出器5による検出値はBである。
【0006】この状態において、図6(b)に示すよう
にテーブル2が角度θだけ回転した場合、検出器5によ
る検出値は図6(b)に示すL1+L2に変化する。こ
の値は次の式(1)で表される。
【0007】 L1+L2=(A+Bsinθ)tanθ+Bcosθ・・・(1)
【0008】上記式(1)のうちsinθとtanθと
の積は極めて小さい値であるため、上記式(1)は近似
的に次の式(2)として表すことができる。
【0009】 L1+L2=Atanθ+Bcosθ・・・(2)
【0010】そして、下記の式(3)に示すように、こ
の値から距離Bを減算した値が、測定誤差D1となる。
【0011】 D1=Atanθ+B(cosθ−1)・・・(3)
【0012】角度θが例えば1°程度の極めて小さい値
である場合、上記式(3)における(cosθ−1)の
値は極めて小さいため、これを無視することができる
が、tanθの値は(cosθ−1)の100倍程度で
り、また距離Aはテーブル2のストロークに応じて決定
される値であるため、上記測定誤差D1はテーブル2の
移動誤差測定時の測定結果に大きな影響を及ぼすことに
なる。
【0013】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、テーブルに回転が生じた場合において
も、テーブルの移動に伴う被処理物に対する処理位置の
移動誤差を正確に測定することができるテーブル移動誤
差測定装置およびテーブル移動誤差測定装置を有するレ
ーザ加工装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、被処理物を載置して一方向に往復移動するテーブル
と、前記テーブルに載置された被処理物に対して処理を
行う処理部と、前記テーブルに付設されることにより前
記テーブルと同期して一方向に往復移動するとともに、
前記テーブルの移動方向と略平行な方向にレーザビーム
を出射するレーザ光源と、前記テーブルの移動方向に対
して前記処理部による前記被処理物に対する処理位置と
略同一の座標位置に固定され、前記レーザビームから照
射されるレーザビームの位置を検出することにより前記
テーブルの移動誤差を測定する検出手段とを備えたこと
を特徴とする。
【0015】請求項2に記載の発明は、被処理物を載置
して一方向に往復移動するテーブルと、前記テーブルに
載置された被処理物に対して加工用のレーザ光源からレ
ーザビームを照射することにより、前記被処理物に対し
てレーザ加工を施すレーザ加工手段と、前記テーブルに
付設されることにより前記テーブルと同期して一方向に
往復移動するとともに、前記テーブルの移動方向と略平
行な方向にレーザビームを出射する移動誤差測定用のレ
ーザ光源と、前記テーブルの移動方向に対して前記レー
ザ加工手段により前記被処理物に対してレーザ加工を行
う加工位置と略同一の座標位置に固定され、前記移動誤
差測定用のレーザ光源から照射されるレーザビームの位
置を検出することにより前記テーブルの移動誤差を測定
する検出手段とを備えたことを特徴とする。
【0016】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、前記レーザ加工手段は、前記テーブル
に対し当該テーブルの移動方向と直交する方向に相対的
に移動する。
【0017】請求項4に記載の発明は、請求項2または
3いずれかに記載の発明において、前記検出手段の検出
値に基づいて前記被処理物に対する前記レーザ加工手段
からのレーザビームの照射位置を補正する。
【0018】請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
の発明において、前記検出手段の検出値に基づいて前記
テーブルの移動方向と前記移動誤差測定用のレーザ光源
から出射されるレーザビームの出射方向との角度誤差を
判定し、この判定値と前記検出手段の検出値とに基づい
て前記被処理物に対するレーザビームの照射位置を補正
する。
【0019】なお、この明細書で述べる「処理」とは、
被処理物に対して加工等を行うような物理的変化を生じ
させる工程のみならず、被処理物に対して測定、読取等
を行うような被処理物に物理的変化を生じさせない工程
をも含む。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。
【0021】先ず、この発明の基本的な考え方につい
て、図5に基づいて説明する。
【0022】図5(a)において、12はY方向に往復
移動するテーブルであり、その一端にはY方向にレーザ
ビーム14を出射するレーザ光源13が付設されてい
る。図5(a)に示す点17は、テーブル12上に載置
された被処理物に対する処理位置である。また、テーブ
ル12の下方において、Y方向に対して前記処理位置1
7と同一の座標位置には、レーザ光源13からY方向に
出射されるレーザビーム14を検出するための検出器1
5が固設されている。図5(a)に示す点16は、検出
器15によるレーザビーム14の検出位置である。図5
(a)に示す状態においては、図6(a)の場合と同
様、レーザビーム14の出射方向とテーブル12の長辺
方向(Y)とが一致しており、処理位置17はテーブル
12の一端からY方向に距離A、また、レーザビーム1
4の照射位置からX方向に距離Bだけ離隔している。す
なわち、点17を検出器15の原点とすると、検出器1
5による検出値はBである。
【0023】この状態において、図5(b)に示すよう
にテーブル12が角度θだけ回転した場合、検出器15
による検出値は図5(b)に示すL3に変化する。この
値は次の式(4)で表される。
【0024】L3=B(1/cosθ)・・・(4)
【0025】そして、下記の式(5)に示すように、こ
の値から距離Bを減算した値が、測定誤差D2となる。
【0026】 D2=B[(1/cosθ)−1]・・・(5)
【0027】上記式(5)から明らかなように、測定誤
差D2はテーブル12のY方向の座標位置にかかわらず
一定となる。また、角度θの値が極めて小さい場合co
sθは1に極めて近いことから、たとえBが一定の値を
有した場合であっても、上記測定誤差D2はテーブルの
移動誤差測定時の測定結果に影響を及ぼす程の値とはな
らない。
【0028】前述したツーリングレーザ法による測定誤
差D1を示す式(3)と上記式(5)とを比較した場
合、角度θが例えば1°程度であれば、前述した式
(3)におけるtanθは上記式(5)における[(1
/cosθ)−1]の100倍程度の値であるため、上
述した距離Aと距離Bとが同程度であると考えれば、本
発明によれば、その測定誤差D2を従来のツーリングレ
ーザ法による測定誤差D1の約1/100とすることが
可能となることが理解される。
【0029】次に、この発明を、感光材料に対してレー
ザビームを照射することにより、感光材料に画像を記録
する画像記録装置に適用した場合の実施形態について説
明する。図1は画像記録装置の斜視図であり、図2はそ
の側面概要図である。
【0030】この画像記録装置は、石定盤により構成さ
れる装置本体22と、装置本体22に対してY方向に往
復移動可能なテーブル23と、装置本体22に架設され
た架台24上をX方向に往復移動する記録ヘッド25と
を備える。
【0031】テーブル23上には、感光剤が塗布された
ガラス製の乾板からなる感光材料26が載置されてい
る。このテーブル23は同期ベルト27を介してY軸駆
動モータ28と連結されており、Y方向に延びる一対の
エアガイド29に案内されることにより図1に示すY方
向に往復移動する構成となっている。そして、テーブル
23のY方向の位置は、図1および図2においては図示
を省略したY軸測長器により計測されている。また、テ
ーブル23の下方には、移動誤差測定用のレーザ光源3
3が支持部材32を介して付設されている。このレーザ
光源33は、テーブル23の下方において、テーブル2
3の移動方向であるY方向とほぼ平行な方向にレーザビ
ーム1を出射する。
【0032】記録ヘッド25は、ボールネジ34を介し
てX軸駆動モータ35と連結されており、X軸駆動モー
タ35の駆動により図1に示すX方向に往復移動する。
そして、記録ヘッド25のX方向の位置は、図1および
図2においては図示を省略したX軸測長器により計測さ
れている。また、記録ヘッド25には、感光材料26に
画像を記録するための光学系36が配設されている。
【0033】この光学系36は、画像記録用のレーザ光
源42と、レーザ光源42から出射された画像記録用の
レーザビーム11を変調するためのAOM(音響光学変
調器)43と、AOM43により変調されたレーザビー
ム11をX方向に微少な角度だけ偏向させるAOD(音
響光学偏向器)44と、対物レンズ45と、その他のレ
ンズおよび折返しミラーとから構成されている。
【0034】装置本体22上には、移動誤差測定用のレ
ーザ光源33から出射されるレーザビーム1を検出する
ための検出器としての一次元のCCD (Charge-Couple
d Device)37が固設されている。レーザ光源33から
出射されるレーザビーム1は、通常ガウス分布をなすた
め、CCD37によりレーザビーム1の光量の重心位置
を測定することで、レーザビーム1の位置を検出するこ
とができる。
【0035】このCCD37のY方向の座標位置は、前
記光学系36による感光材料26へのレーザビーム11
の照射位置とほぼ同一の座標位置となっている。このと
き、このCCD37は、テーブル23の下方に設置され
ているため、光学系36による感光材料26への画像記
録やテーブル23に対する感光材料26の搬出入の支障
となることはない。なお、CCD37に換えて、PSD
( Position SensingDevice)等の検出器を使用しても
よい。
【0036】図3は、図1および図2に示す画像記録装
置の電気的構成を示すブロック図である。この画像記録
装置は、CPU52と、ROM53と、RAM54とを
有する制御部55を備える。CPU52は、前述したC
CD37と、Y軸測長器56と、X軸測長器57とに接
続されている。また、CPU52は、前述した画像記録
用のレーザビーム11を変調するためのAOM43を制
御するAOM制御部58とも接続されている。このAO
M制御部58は、画像メモリ59より出力される画像信
号を受け、AOM43の変調を制御する。
【0037】上述した画像記録装置において感光材料2
6に画像を記録する際には、感光材料26を載置したテ
ーブル23を原点側からY方向(副走査方向)に一定速
度で移動させながら、AOM43により変調されたレー
ザビーム11をAOD44により偏向させることによ
り、対物レンズ45を介して感光材料26に照射される
レーザビーム11をX方向(主走査方向)に例えば数ミ
リメートルの走査幅で往復走査させる。そして、テーブ
ル23がストローク端部まで移動すれば、テーブル23
を原点側に復帰させると共に、記録ヘッド25を前記走
査幅と同一距離だけX方向に移動させる。そして、再度
テーブル23をY方向に一定速度で移動させると共に、
AOM43により変調されたレーザビーム11をAOD
44により走査させる。この動作を繰り返すことによ
り、感光材料26の全面に必要な画像が記録される。
【0038】次に、上述した画像記録装置により、テー
ブル23の移動誤差を測定すると共に、画像記録時に、
この測定値に基づいて感光材料26に対するレーザビー
ム11の照射位置を補正する動作について説明する。
【0039】先ず、移動誤差測定用のレーザ光源33を
点灯し、レーザビーム1をY方向に出射させる。この状
態において、テーブル23をY方向に移動させると共
に、レーザビーム1の位置をCCD37により測定す
る。そして、CCD37により測定されたレーザビーム
1の位置データと、Y軸測長器56により測定されたテ
ーブル23のY座標値のデータとを対応づけて、制御部
55のRAM54に記憶する。これにより、テーブル2
3のY方向への移動に伴う移動誤差が測定される。
【0040】次に、レーザビーム1の出射方向とテーブ
ル23の移動方向との角度誤差の補正を行う。すなわ
ち、移動誤差測定用のレーザ光源33から出射されるレ
ーザビーム1の出射方向とテーブル23の移動方向とが
正確に一致しない場合には、テーブル23が正確に移動
した場合においても、テーブル23の移動に伴いCCD
37により測定される位置のデータが変化することにな
ることから、これを補正するものである。
【0041】この角度誤差の補正は次のようにして行
う。すなわち、図4(a)に示すように、先に制御部5
5のRAM54に記憶したデータに基づき、テーブル2
3のY座標値と、その時のCCD37により測定したレ
ーザビーム1の光量の重心位置(すなわちレーザビーム
1の位置)との関連を示す曲線62を求める。そして、
この曲線62の近似直線63を求める。なお、この近似
直線63の傾きは、テーブル23の移動方向とレーザ光
源33より出射されるレーザビーム1の出射方向との角
度誤差により生ずるものである。この近似直線63を求
める場合には、例えば最小二乗法等の周知の手法を採用
することができる。そして、図4(b)に示すように、
曲線62の近似直線63からの偏差を示す曲線64を求
め、テーブル23のY座標値に応じた偏差を制御部55
のRAM54に記憶する。これにより、レーザビーム1
の出射方向とテーブル23の移動方向との角度誤差を補
正することができる。
【0042】続いて、感光材料26に対する画像の記録
を行う。感光材料26を載置したテーブル23をY方向
に一定速度で移動させながら、AOM43により変調さ
れたレーザビーム11をAOD44により偏向させ感光
材料26に照射する。このとき、テーブル23のY座標
値をY軸測長器56により測定し、このY座標値に対応
した偏差をRAM54から読み出す。そして、読み出し
た偏差に基づき、感光材料26に照射するレーザビーム
1の照射位置をテーブル23の移動誤差を打ち消す方向
に移動させる。
【0043】より具体的には、AOD44によるレーザ
ビーム1の主走査幅を実際の画像の記録に必要な幅より
大きい値に設定しておくと共に、テーブル23のY座標
値に応じた偏差をRAM54から読み出し、AOM制御
部58を制御することにより、AOM43の変調開始タ
イミングを読み出した偏差に応じて、AOD44による
1回の主走査ごとに変更する。これにより、感光材料2
3に照射されるレザービーム1は、先に求めた偏差、即
ちテーブル23の移動誤差に応じて、X方向にシフトす
ることになる。従って、テーブル23の移動誤差に伴
い、感光材料23に記録される画像の精度が劣化するこ
とを防止することが可能となる。
【0044】なお、上述した画像記録装置においては、
画像の記録に伴い、記録ヘッド25がX方向に移動する
ことから、感光材料26に対する記録位置とCCD37
の位置とがX方向に離隔することになる。しかしなが
ら、このような状態でテーブル23に回転方向の位置ず
れが生じたとしても、上述した式(5)に示すように、
レーザビーム1の照射位置と感光材料26に対する記録
位置とのX方向の距離は測定誤差にほとんど影響を与え
ないことから、記録ヘッド25のX方向への移動が問題
となることはない。
【0045】上述した実施の形態においては、被処理物
として感光材料を使用し、この感光材料に対しレーザビ
ームにより画像を記録するというレーザ加工を行う場合
について説明したが、この発明はこれに限定されるもの
ではない。特に、請求項1に記載の発明は、レーザ加工
に限らず、一方向に移動するテーブル上に載置した被処
理物に対し、例えば記録や加工、あるいは読取や測定等
の何らかの処理を行う装置等において、テーブルの移動
誤差を測定する場合に広く利用することができる。
【0046】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、テーブ
ルの移動方向に対して被処理物に対する処理位置と略同
一の座標位置に固定された検出手段により、テーブルと
同期して一方向に往復移動するレーザ光源から出射され
るレーザビームの位置を検出する構成であることから、
検出位置と処理位置とがテーブルの移動方向に対して常
に略同一となる。このため、テーブルの移動に伴いテー
ブルに回転が生じた場合であっても、この回転により生
じる測定誤差は極めて小さい。従って、テーブルの移動
に伴う被処理物に対する処理位置の移動誤差を正確に測
定することが可能となる。
【0047】請求項2に記載の発明によれば、テーブル
の移動方向に対して被処理物に対する加工位置と略同一
の座標位置に固定された検出手段により、テーブルと同
期して一方向に往復移動するレーザ光源から出射される
レーザビームの位置を検出する構成であることから、加
工位置と処理位置とがテーブルの移動方向に対して常に
略同一となる。このため、テーブルの移動に伴いテーブ
ルに回転が生じた場合であっても、この回転により生じ
る測定誤差は極めて小さい。従って、テーブルの移動に
伴う被処理物に対する加工位置の移動誤差を正確に測定
することが可能となる。
【0048】請求項3に記載の発明によれば、レーザ加
工手段がテーブルの移動方向と直交する方向に相対的に
移動することから、被処理物に対し二次元的な加工を行
うことが可能となり、また、レーザ加工手段が移動した
場合においても、テーブルの移動に伴う被処理物に対す
る処理位置の移動誤差を正確に測定することが可能とな
る。
【0049】請求項4に記載の発明によれば、検出手段
の検出値に基づいて被処理物に対するレーザビームの照
射位置を補正することから、被処理物に対する処理位置
の移動誤差が生じた場合においても、被処理物を正確に
加工することができる。
【0050】請求項5に記載の発明によれば、検出手段
の検出値に基づいてテーブルの移動方向と移動誤差測定
用のレーザ光源から出射されるレーザビームの出射方向
との角度誤差を判定し、この判定値と前記検出手段の検
出値とに基づいて前記被処理物に対するレーザビームの
照射位置を補正することから、テーブルの移動方向とレ
ーザ光源から出射されるレーザビームの出射方向が正確
に同一でない場合においても、移動誤差を正確に測定し
て被処理物を正確に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る画像記録装置の斜視図である。
【図2】図1の側面概要図である。
【図3】画像記録装置の電気的構成を示すブロック図で
ある。
【図4】角度誤差の補正方法を示す説明図である。
【図5】この発明の基本的な考え方を示す説明図であ
る。
【図6】従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
1 レーザビーム 12 テーブル 13 レーザ光源 14 レーザビーム 15 検出器 17 処理位置 23 テーブル 25 記録ヘッド 26 感光材料 33 レーザ光源 36 光学系 37 CCD 42 レーザ光源 43 AOM 44 AOD 55 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 直人 京都市南区東九条南石田町5番地 大日本 スクリーン製造株式会社十条事業所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理物を載置して一方向に往復移動す
    るテーブルと、 前記テーブルに載置された被処理物に対して処理を行う
    処理部と、 前記テーブルに付設されることにより前記テーブルと同
    期して一方向に往復移動するとともに、前記テーブルの
    移動方向と略平行な方向にレーザビームを出射するレー
    ザ光源と、 前記テーブルの移動方向に対して前記処理部による前記
    被処理物に対する処理位置と略同一の座標位置に固定さ
    れ、前記レーザビームから照射されるレーザビームの位
    置を検出することにより前記テーブルの移動誤差を測定
    する検出手段と、 を備えたことを特徴とするテーブル移動誤差測定装置。
  2. 【請求項2】 被処理物を載置して一方向に往復移動す
    るテーブルと、 前記テーブルに載置された被処理物に対して加工用のレ
    ーザ光源からレーザビームを照射することにより、前記
    被処理物に対してレーザ加工を施すレーザ加工手段と、 前記テーブルに付設されることにより前記テーブルと同
    期して一方向に往復移動するとともに、前記テーブルの
    移動方向と略平行な方向にレーザビームを出射する移動
    誤差測定用のレーザ光源と、 前記テーブルの移動方向に対して前記レーザ加工手段に
    より前記被処理物に対してレーザ加工を行う加工位置と
    略同一の座標位置に固定され、前記移動誤差測定用のレ
    ーザ光源から照射されるレーザビームの位置を検出する
    ことにより前記テーブルの移動誤差を測定する検出手段
    と、 を備えたことを特徴とするテーブル移動誤差測定装置を
    有するレーザ加工装置。
  3. 【請求項3】 前記レーザ加工手段は、前記テーブルに
    対し当該テーブルの移動方向と直交する方向に相対的に
    移動する請求項2に記載のテーブル移動誤差測定装置を
    有するレーザ加工装置。
  4. 【請求項4】 前記検出手段の検出値に基づいて前記被
    処理物に対する前記レーザ加工手段からのレーザビーム
    の照射位置を補正する請求項2または3いずれかに記載
    のテーブル移動誤差測定装置を有するレーザ加工装置。
  5. 【請求項5】 前記検出手段の検出値に基づいて前記テ
    ーブルの移動方向と前記移動誤差測定用のレーザ光源か
    ら出射されるレーザビームの出射方向との角度誤差を判
    定し、この判定値と前記検出手段の検出値とに基づいて
    前記被処理物に対するレーザビームの照射位置を補正す
    る請求項4に記載のテーブル移動誤差測定装置を有する
    レーザ加工装置。
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