专利名称：反射镜角度定位装置和加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及反射镜角度定位装置和加工装置。
背景技术：
在诸如激光钻孔机、激光修整器和激光修理器的激光加工装置(机床)中使用流电装置(galvano apparatus) 0流电装置通过在控制附接到马达的旋转轴的反射镜的旋转角度的同时用该反射镜反射激光来用激光照射目标位置。为了使激光照射位置与目标位置精确地对准，必须精确地控制反射镜的旋转角度。因此，流电装置包含用于检测反射镜的旋转角度的检测器(例如，电容性传感器或光学或磁编码器)。应注意，流电装置的反射镜必须被高速旋转，这是因为激光加工装置也需要具有高的操作速度。而且，在流电装置中，如果在马达旋转轴和反射镜之间没有获得动态平衡，或者如果由马达的磁体和线圈产生的力包含在除旋转方向以外的方向上的分量，那么，反射镜沿反射镜向马达旋转轴倾倒(fall)的方向振动的振动模式被激发。为了抑制反射镜的此沿倾倒方向的振动，日本专利特开No. 61-116632提出了对于马达旋转轴调整动态平衡的技术。但是，在该现有技术中，当迅速和精确地定位激光照射位置(即，反射镜旋转角度)时，不可能充分地去除反射镜的沿倾倒方向的振动。另外，常规的流电装置中的用于检测反射镜旋转角度的检测器不能检测反射镜的沿倾倒方向的振动。因此，可能在此振动存在的情况下加工物品，因此，可能在物品中出现加工误差。特别是当在多个照射位置中连续定位激光时，接在一个定位操作之后的另一定位操作可能在反射镜的沿倾倒方向的振动充分地衰减之前执行。因此，振动的波可能相互重叠以产生大的振动。
发明内容
本发明例如提供了一种在减少反射镜歪斜(face tangle error)的不利影响方面有利的技术。根据本发明的第一方面，提供一种用于反射镜的角度定位的装置，所述装置包含 第一反射镜；第一马达，被配置用于旋转第一反射镜；第一检测器，被配置用于检测第一反射镜的旋转角度；第一控制器，被配置用于向第一马达供给电流以使得第一反射镜的旋转角度达到目标角度，基于表示向第一马达供给的电流的值和第一反射镜的歪斜角度之间的关系的模型估计在向第一马达供给电流的情况下的第一反射镜的歪斜角度，并且如果被估计的角度超过容许值，则执行用于调整向第一马达的电流供给以使得第一反射镜的歪斜角度落入所述容许值内的处理。根据本发明的第二方面，提供一种用于用激光照射物体的加工装置，该加工装置包括上述的用于反射镜的角度定位的装置；以及照射单元，被配置用于用激光照射该装置的第一反射镜。根据本发明的第三方面，提供一种用于用激光照射物体的加工装置，该加工装置包括用于反射镜的角度定位的装置；以及被配置用于用激光照射所述反射镜的照射单元，该装置包括反射镜；马达，被配置用于旋转所述反射镜；检测器，被配置用于检测所述反射镜的旋转角度；控制器，被配置用于向所述马达供给电流以使得所述反射镜的旋转角度达到目标角度，基于表示向马达供给的电流的值和反射镜的歪斜角度之间的关系的模型估计在向马达供给电流的情况下的反射镜的歪斜角度，并且如果估计的角度超过容许值， 则导致照射单元等待激光对于该装置的照射。从下文参照附图对示例性实施例的说明，本发明的其它方面将变得清晰。
图1是示出根据第一实施例的流电装置的配置的示例性示图。 图2A和图2B是用于解释图1所示的流电装置中的反射镜的沿轴向倾倒方向的振动的示图。图3是示出当通过使用由式1表示的模型估计反射镜的歪斜角度时获得的结果的示图。图4是示出使用图1所示的流电装置的激光加工装置的配置的示意图。图5是示出应用于图1所示的流电装置的根据第二实施例的反射镜定位控制系统的配置的例子的示意性框图。图6A和图6B是用于解释根据第二实施例的流电装置中的反射镜定位的示图。图7A和图7B是用于解释根据第二实施例的流电装置中的反射镜定位的示图。图8A和图8B是用于解释根据第三实施例的流电装置中的反射镜定位的示图。图9是用于解释根据第三实施例的流电装置中的反射镜定位的示图。图10是示出根据第四实施例的激光加工装置的配置的示意图。图11是示出图10所示的激光加工装置中的反射镜定位控制系统的配置的例子的示意性框图。图12A和图12B是用于解释根据第四实施例的流电装置中的反射镜定位的示图。
具体实施例方式以下将参照附图描述本发明的优选实施例。应注意，在附图中相同的附图标记始终表示相同的部件，并且，将不进行它们的重复描述。<第一实施例>图1是示出根据本发明的第一实施例的流电装置1的配置的示意图。流电装置1 是被应用于诸如激光钻孔机、激光修整器或激光修理器的激光加工装置、并且通过反射激光来照射照射目标(作为加工目标的物品)的目标位置的装置。流电装置1包含反射镜 11、马达12、检测器13和控制器14。反射镜11被附接到马达12的旋转轴12a，并且向照射目标或另一反射镜反射激光。马达12是用于旋转反射镜11的旋转马达。在本实施例中，检测器13是附接到马达 12的旋转轴12a的旋转编码器，并且检测反射镜11的旋转角度(即，旋转轴12a的旋转角度)。控制器14具有控制反射镜11的旋转角度的功能。例如，控制器14控制马达12，以使得由检测器13检测到的反射镜11的旋转角度与目标角度匹配。
以下将详细描述控制器14。在本实施例中，控制器14包含计算器141、驱动器142 和估计器143。计算器141接收由检测器13检测的反射镜11的旋转角度以及作为反射镜11的目标的角度(即，反射镜11的目标角度)。计算器141计算反射镜11的旋转角度和目标角度之间的差值，并且确定要被供给马达12的使得该差值变为零(即，反射镜11的旋转角度与目标角度匹配)的电流的值。由计算器141确定的电流值被输入到驱动器142和估计器 143。根据由计算器141确定的电流值，驱动器142向马达12供给用于驱动马达12的电流。 根据从驱动器142供给的电流，马达12沿旋转方向Dl旋转反射镜11，并且将反射镜11定位在目标角度。在此过程中，反射镜11沿轴向倾倒方向D2倾倒并且振动。应注意，反射镜11的轴向倾倒指的是反射镜11相对于基准轴(旋转轴1 的设计中心轴)倾斜，并且，反射镜 11与基准轴的角度将在以下被称为歪斜角度。图2A是示出目标角度和在反射镜11旋转到目标角度时的反射镜11的旋转角度(由检测器13检测的反射镜11的旋转角度)之间的差值与反射镜11的歪斜角度(测量值)之间的关系的示图。应注意，由于测量系统的限制，因此，在开始反射镜11的定位之后400 μ sec，开始反射镜11的歪斜角度的测量。图2B 示出当反射镜11如图2A所示的那样旋转到目标角度时从驱动器142向马达12供给的电流的波形。参照图2A和图2B，可通过由下式表示的单自由度阻尼系统的传递函数模型来近似与向马达12供给的电流的值[A]对应的反射镜11的歪斜角度θ [rad]θ = (1. 061 X IO2) / (s2+427. 3s+2. 547 X IO8). . . (1)这里，s是拉普拉斯算子。图3示出在通过使用由式⑴表示的模型估计反射镜11的歪斜角度时的结果。参照图3，在纵轴上绘制反射镜11的歪斜角度，并且，在横轴上绘制从反射镜11的定位开始以来经过的时间。图2A和图3的比较示出反射镜11的歪斜角度的测量值精确地与通过使用由式(1)表示的模型获得的反射镜11的歪斜角度的估计值匹配。估计器143通过参照上述的表示向马达12供给的电流的值和反射镜11的歪斜角度之间的关系的模型，估计与由驱动器142向马达12供给的电流的值对应的反射镜11的歪斜角度。由估计器143估计的反射镜11的歪斜角度作为估计的歪斜角度被输出，并且， 被提供给处理器等。应注意，处理器确定估计的反射镜11的歪斜角度是否超过容许值。如果处理器确定估计的反射镜11的歪斜角度超过容许值，那么处理器执行使得当将反射镜 11旋转到目标角度时反射镜11的歪斜角度能够落入容许值内的处理(调整由驱动器142 向马达12的电流供给的处理)。图4是示出使用图1所示的流电装置1的激光加工装置2的配置的示意图。激光加工装置2包含用于发射照射作为加工目标的物体OB的激光LL的照射单元220、用于控制激光LL的在X轴方向上的照射位置的第一单元、用于控制激光LL的在Y轴方向上的照射位置的第二单元和主控制器230。注意，X轴和Y轴相互垂直。第一单元包含X轴反射镜(第一反射镜)201、用于旋转X轴反射镜201的X轴马达 (第一马达)202和用于检测X轴反射镜201的旋转角度的X轴检测器(第一检测器)203。 另外，第一单元包含用于控制X轴马达202的X轴控制器204、和用于通过指定(输入)X轴反射镜201的目标角度来控制激光LL的在X轴方向上的照射位置的X轴马达位置指定单元 205。第二单元包含Y轴反射镜(第二反射镜)206、用于旋转Y轴反射镜206的Y轴马达 (第二马达)207和用于检测Y轴反射镜206的旋转角度的Y轴检测器(第二检测器)208。 另外，第二单元包含用于控制Y轴马达207的Y轴控制器209、和用于通过指定(输入)Y轴反射镜206的目标角度来控制激光LL的在Y轴方向上的照射位置的Y轴马达位置指定单元 210。X轴控制器204具有与参照图1解释的控制器14的配置等同的配置。X轴控制器 204估计X轴反射镜201的歪斜角度(第一估计器)，并且向X轴马达202供给用于驱动X 轴马达202的电流(第一驱动器)。类似地，Y轴控制器209具有与参照图1解释的控制器 14的配置等同的配置。Y轴控制器209估计Y轴反射镜206的歪斜角度(第二估计器)，并且向Y轴马达207供给用于驱动Y轴马达207的电流(第二驱动器)。应注意，X轴控制器 204向主控制器230提供指示估计的X轴反射镜201的歪斜角度的X轴反射镜估计歪斜角度，并且，Y轴控制器209向主控制器230提供指示估计的Y轴反射镜206的歪斜角度的Y 轴反射镜估计歪斜角度。还应注意，X轴马达202和Y轴马达207的旋转轴相互垂直。当加工物体OB时(S卩，当用激光LL照射物体OB时)，主控制器230向X轴马达位置指定单元205和Y轴马达位置指定单元210指定物体OB上的激光LL照射位置的坐标。 X轴马达位置指定单元205和Y轴马达位置指定单元210分别将由主控制器230指定的坐标转换成X轴反射镜201和Y轴反射镜206的目标角度，并且向X轴控制器204和Y轴控制器209指定这些目标角度。注意，如果由X轴控制器204提供的X轴反射镜估计歪斜角度和由Y轴控制器209 提供的Y轴反射镜估计歪斜角度超出容许值，那么主控制器230停止照射单元220的激光 LL的发射，直到这些角度落入容许值内。在X轴反射镜估计歪斜角度和Y轴反射镜估计歪斜角度落入容许值内之后，主控制器230控制照射单元220、X轴马达位置指定单元205和 Y轴马达位置指定单元210，使得开始或再继续激光LL向物体OB的发射。在上述的本实施例中，如果当X轴反射镜201和Y轴反射镜206旋转到目标角度时出现歪斜角度(振动)，那么激光LL向物体OB的发射(物体OB的加工)停止，直到这些反射镜歪斜角度落入容许值内。因此，激光加工装置2可通过减少物体OB的加工误差来精确地加工物体OB。〈第二实施例〉激光加工装置指令流电装置以定位反射镜，并且用激光照射作为加工目标的物体上的加工位置(照射位置)。在这种情况下，作为加工目标的物体上的加工位置被预先确定，并且，用于用激光照射加工位置的反射镜的目标角度也被预先确定。因此，当流电装置的反射镜被定位到下一目标角度的定时(定位的开始时间)被确定时，可通过使用如在第一实施例中解释的模型估计在那时的反射镜的歪斜角度。因此，在本实施例中，在开始反射镜的定位之前插入调整时间(等待时间)，使得在加工作为加工目标的物体时(用激光照射作为加工目标的物体时)反射镜的歪斜角度落入容许值内。图5是示出应用于图1所示的流电装置1的、根据本实施例的反射镜11的定位控制系统的配置的例子的示意性框图。应注意，在本实施例中，马达12具有如下这样的马达
6模型，即通过该马达模型，对于从驱动器142供给的电流的值以1. 736 X IOVs2的传递函数模型来近似由检测器13检测的反射镜11的旋转角度。还应注意，反射镜11和检测器13 是对于沿旋转方向Dl的运动不扭曲的刚性部分。如图5所示，根据本实施例的反射镜11的定位控制系统是二自由度数字控制系统。应注意，估计器143通过使用由式(1)表示的模型估计反射镜11的歪斜角度。在该二自由度控制系统中，通过基于最终状态控制的抖动最小化轨迹(jerk minimization track) 设计前馈控制电流加法项51。并且，基准角度52被设为通过将前馈控制电流加法项51输入到马达12的马达模型来计算角度响应而获得的值。因此，当从马达12的马达模型获得的旋转角度与马达12的实际旋转角度(即，由检测器13检测的反射镜11的旋转角度)匹配时，反馈控制系统53不起作用。假定在本实施例中，由马达12的马达模型获得的旋转角度与马达12的实际旋转角度匹配。最终状态控制在例如"Nanoscale Servo Control" (Tokyo Denki University Press, pp. 174 178)中被详细解释，并且是如下这样的控制，即通过该控制，通过向控制目标给予输入，将系统的初始状态设定为通过有限时间指定的最终状态。在本实施例中，作为控制目标的马达12的马达模型被从传递函数模型转换成离散时间系统模型，并且，通过使马达12的加速度的一阶微分的总和最小化的所谓的抖动最小化轨迹设计要被供给到马达12的电流。在以下给出的本实施例中，将详细解释以相同的旋转量(角度移动量)、即 7X10_3[ra d]连续两次定位反射镜11的情况。第一定位初始状态中的角度位置x W] = O [rad]最终状态中的角度位置x[N] = 7X 10_3[rad]第二定位初始状态中的角度位置xW] =7X10_3[rad]最终状态中的角度位置x[N] = 14X IO"3[rad]采样频率为150kHz，并且，最终步数为79。应注意，最终步数是当反射镜11被从初始状态变为最终状态时的采样次数。在第一定位和第二定位中，旋转量、旋转方向和最终步数相同，因此，马达12对于从驱动器142供给的电流的值的角度响应相同。在对于用于执行第一定位的命令(向驱动器142的电流供给)将反射镜11设定为最终状态之后，设定调整时间，并且，发出用于执行第二定位的命令。图6A、图6B、图7A和图7B表示通过将在第一定位和第二定位之间设定的调整时间每次改变66. 4[ μ sec]来估计反射镜11的歪斜角度时的结果。在图6A、图6B、图7A和图7B中的每一个的上半部中， 反射镜11的歪斜角度(估计值)由实线表示，并且，由检测器13检测的反射镜11的旋转角度由虚线表示。此外，图6A、图6B、图7A和图7B中的每一个的下半部示出从驱动器142 向马达12供给的电流的波形。假定在完成流电装置的反射镜的定位之后，激光加工装置用激光照射物体所需要的时间为200[μ sec]。还假定为了满足物体的加工精度，反射镜的旋转角度和目标角度之间的差值以及反射镜的歪斜角度必须为10[yrad]或更小。
如图6A、图6B和图7A中的每一个所示，当调整时间为199. 2 X IO"6[sec]、 265. 6X IO"6[sec]或332. OX l(T6[sec]时，反射镜的歪斜角度为10[yrad]或更大。并且， 参照图7A，当调整时间为332.0X 10_6[sec]时，需要2. 7[msec]以将反射镜的歪斜角度减小到10[yrad]或更小。另一方面，如图7B所示，当调整时间为398. 4X 10_6 [sec]时，在完成第二定位时反射镜的歪斜角度为10[yrad]或更小，并且，在其之后1.5[msec]满足激光照射条件。在上述的本实施例中，当在流电装置的反射镜的歪斜角度落入容许值内之后将反射镜旋转到下一目标角度时，控制驱动器向马达供给电流的定时。更具体而言，在向马达供给用于将流电装置的反射镜旋转到下一目标角度的电流的时间之前，设定用于使得反射镜的歪斜角度能够落入容许值内的调整时间。这使得能够抑制反射镜的歪斜角度(或振动)， 并且迅速和精确地加工作为加工目标的物体。在本实施例中，解释了以相同的旋转量(角度移动量)连续两次定位反射镜的情况。但是，即使当反射镜被以不同的旋转量定位或者被连续定位三次或更多次时，仍类似地能够通过设定用于使得反射镜的歪斜角度能够落入容许值内的调整时间，迅速和精确地加工作为加工目标的物体。而且，在本实施例中，反射镜定位控制系统由使用最终状态的二自由度控制系统构成。但是，反射镜定位控制系统还可由单自由度控制系统或另一种二自由度控制系统构成。此外，在激光的发射可被严格控制的情况下，仅当反射镜歪斜角度落入容许值内时发射激光。这使得能够更精确地加工作为加工目标的物体。<第三实施例>如上所述，当流电装置的反射镜被定位到下一目标角度的定时(定位的开始时间)被确定时，可通过使用在第一实施例中解释的模型估计在那时的反射镜的歪斜角度。 因此，在本实施例中，调整(延长)反射镜定位所需的时间，使得当加工作为加工目标的物体时(用激光照射作为加工目标的物体时)反射镜的歪斜角度落入容许值内。在以下给出的本实施例中，将详细解释以相同的旋转量(角度移动量)、即 7X10-3[rad]连续两次定位反射镜11的情况。注意，反射镜11的定位控制系统的配置与第二实施例的配置相同。第一定位初始状态中的角度位置xW] = 0[rad]最终状态中的角度位置x[N] = 7X 10_3[rad]采样频率150kHz最终步数79第二定位初始状态中的角度位置x W] = 7X 10_3[rad]最终状态中的角度位置x[N] = 14X10_3[rad]采样频率150kHz最终步数79、90、105在第一定位和第二定位中，旋转量和旋转方向相同，但是最终步数不同。因此，马达12对于从驱动器142供给的电流的值的角度响应不同。在对于用于执行第一定位的命令(向驱动器142的电流供给)将反射镜11设定为最终状态之后，作为激光照射所需的时间经过了 200 [μ sec]，并且，发出用于执行第二定位的命令。图8A、图8B和图9示出了对于第二定位通过将最终步数设为79、90和100来估计反射镜11的歪斜角度时的结果。在图8A、图8B和图9中的每一个的上半部中，反射镜11的歪斜角度(估计值)由实线指示，并且，由检测器13检测的反射镜11的旋转角度由虚线指示。并且，图8A、图8B和图9中的每一个的下半部示出从驱动器142向马达12供给的电流的波形。如第二实施例那样，假定为了满足物体的加工精度，反射镜的旋转角度和目标角度之间的差值以及反射镜的歪斜角度必须为10[yrad]或更小。如图8A所示，当第二定位中的最终步数为79时，当完成第二定位时，反射镜的歪斜角度为10[yrad]或更大。图8A示出，在反射镜的歪斜角度变为10[yrad]或更小之前需要3. 2 [msec]。并且，如图8B所示，当第二定位中的最终步数为90时，自完成第二定位以来反射镜的歪斜角度变为10 [ μ rad]或更小之前需要2. 2 [msec]。另一方面，如图9所示，当第二定位中的最终步数为105时，当完成第二定位时，反射镜的歪斜角度为10[yrad]或更小，并且，在其之后1.4[mSec]满足激光照射条件。在上述的本实施例中，通过在反射镜的歪斜角度不超出容许值的范围内调整用于将流电装置的反射镜定位到下一目标角度的时间来控制马达。这使得能够控制反射镜的歪斜角度(或振动)，并且，迅速并精确地加工作为加工目标的物体。在本实施例中，解释了以相同的旋转量(角度移动量)连续两次定位反射镜的情况。但是，即使当反射镜被以不同的旋转量定位或者被连续定位三次或更多次时，仍类似地能够通过调整用于将反射镜旋转到下一目标角度的定位时间，迅速和精确地加工作为加工目标的物体。〈第四实施例〉图10是示出根据本发明的第四实施例的激光加工装置2A的配置的示意图。激光加工装置2A包含用于发射照射作为加工目标的物体OB的激光LL的照射单元220、用于控制激光LL的在X轴方向上的照射位置的第一单元、用于控制激光LL的在Y轴方向上的照射位置的第二单元、和主控制器230。应注意，X轴和Y轴相互垂直。第一单元包含X轴反射镜(第一反射镜)201、用于旋转X轴反射镜201的X轴马达 (第一马达)202和用于检测X轴反射镜201的旋转角度的X轴检测器(第一检测器)203。 另外，第一单元包含用于控制X轴马达202的X轴控制器204、和用于通过指定(输入)X轴反射镜201的目标角度来控制激光LL的在X轴方向上的照射位置的X轴马达位置指定单元 205。第二单元包含Y轴反射镜(第二反射镜)206、用于旋转Y轴反射镜206的Y轴马达 (第二马达)207和用于检测Y轴反射镜206的旋转角度的Y轴检测器(第二检测器)208。 另外，第二单元包含用于控制Y轴马达207的Y轴控制器209、和用于通过指定(输入)Y轴反射镜206的目标角度来控制激光LL的在Y轴方向上的照射位置的Y轴马达位置指定单元 210。X轴控制器204和Y轴控制器209中的每一个分别具有与参照图1解释的控制器14的配置等同的配置，并且分别估计X轴反射镜201和Y轴反射镜206的歪斜角度。X轴控制器204向主控制器230提供指示估计的X轴反射镜201的歪斜角度的X轴反射镜估计歪斜角度，并且，Y轴控制器209向主控制器230提供指示估计的Y轴反射镜206的歪斜角度的Y轴反射镜估计歪斜角度。并且，X轴马达202和Y轴马达207的旋转轴相互垂直。当加工物体OB时(S卩，当用激光LL照射物体OB时)，主控制器230向X轴马达位置指定单元205和Y轴马达位置指定单元210指定物体OB上的激光LL照射位置的坐标。 X轴马达位置指定单元205和Y轴马达位置指定单元210分别将由主控制器230指定的坐标转换成X轴反射镜201和Y轴反射镜206的目标角度，并且向X轴控制器204和Y轴控制器209指定这些目标角度。X轴马达位置指定单元205的补偿器205a校正要向X轴控制器204指定的X轴反射镜201的目标角度，以补偿由通过Y轴控制器209估计的Y轴反射镜206的歪斜角度导致的激光LL的在X轴方向上的位置偏差。类似地，Y轴马达位置指定单元210的补偿器210a校正要向Y轴控制器209指定的Y轴反射镜206的目标角度，以补偿由通过X轴控制器204估计的X轴反射镜201的歪斜角度导致的激光LL的在Y轴方向上的位置偏差。在上述的本实施例中，通过由Y轴马达207旋转Y轴反射镜206来补偿X轴反射镜201的歪斜角度，并且，通过由X轴马达202旋转X轴反射镜201补偿Y轴反射镜206的歪斜角度。因此，激光加工装置2A可减少物体OB的加工误差，并且精确地加工物体0B。图11是示出激光加工装置2A的X轴反射镜201和Y轴反射镜206的定位控制系统的配置的例子的示意性 框图。在本实施例中，X轴马达202具有如下这样的马达模型，通过该马达模型，对于从驱动器供给的电流的值以1. 736X IOVs2的传递函数模型来近似由X 轴检测器203检测的X轴反射镜201的旋转角度。类似地，Y轴马达207具有如下这样的马达模型，通过该马达模型，对于从驱动器供给的电流的值以1. 736X IOVs2的传递函数模型来近似由Y轴检测器208检测的Y轴反射镜206的旋转角度。并且，X轴反射镜201、Y 轴反射镜206、X轴检测器203和Y轴检测器208是对于旋转方向上的运动不扭曲的刚性部分。如图11所示，根据本实施例的X轴反射镜201和Y轴反射镜206的定位控制系统由二自由度数字控制系统构成。注意，X轴估计器1101和Y轴估计器1102分别通过使用由式(1)表示的模型估计X轴反射镜201和Y轴反射镜206的歪斜角度。以下将解释X轴反射镜201的定位控制。通过基于最终状态控制的抖动最小化轨迹来指定该二自由度控制系统中的X轴前馈控制电流加法项1103。X轴基准角度1104被设定为通过将X轴前馈控制电流加法项1103输入到X轴马达202的马达模型来计算角度响应而获得的值。X轴反馈控制系统1105接收这样的值，该值是通过从通过将由Y轴估计器1102估计的Y轴反射镜206的歪斜角度与X轴基准角度1104相加所计算的值减去X轴反射镜201的旋转角度而被计算的。X轴估计器1101接收通过将来自X轴前馈控制电流加法项1103的输出和来自X轴反馈控制系统1105的输出的相加而获得的电流值，并且估计X轴反射镜201的倾角。并且，由Y轴估计器1102估计的Y轴反射镜206的歪斜角度被输入X轴马达模型的逆模型1106，并且，为了补偿Y轴反射镜206的歪斜角度而被供给到X 轴马达202的电流的值被计算。通过将从X轴马达模型的逆模型1106输出的电流值与通过来自X轴前馈控制电流加法项1103的输出和来自X轴反馈控制系统1105的输出的相加而获得的电流值相加所获得的电流值被供给到X轴马达202。因此，当从X轴马达202的马达模型获得的旋转角度与X轴马达202的实际旋转角度(即，由X轴检测器203检测的 X轴反射镜201的旋转角度)匹配时，X轴反馈控制系统1105不起作用。假定在本实施例中，从X轴马达202的马达模型获得的旋转角度与X轴马达202的实际旋转角度匹配。以下将解释Y轴反射镜206的定位控制。通过基于最终状态控制的抖动最小化轨迹来指定该二自由度控制系统中的Y轴前馈控制电流加法项1107。Y轴基准角度1108被设定为通过将Y轴前馈控制电流加法项1107输入到Y轴马达207的马达模型来计算角度响应而获得的值。Y轴反馈控制系统1109接收通过从通过将由X轴估计器1101估计的X 轴反射镜201的歪斜角度与Y轴基准角度1108相加而计算的值减去Y轴反射镜206的旋转角度所计算的值。Y轴估计器1102接收通过来自Y轴前馈控制电流加法项1107的输出和来自Y轴反馈控制系统1109的输出相加而获得的电流值，并且估计Y轴反射镜206的倾角。并且，由X轴估计器1101估计的X轴反射镜201的歪斜角度被输入到Y轴马达模型的逆模型1110，并且，为了补偿X轴反射镜201的歪斜角度而要被供给到Y轴马达207的电流的值被计算。通过将从Y轴马达模型的逆模型1110输出的电流值加到由来自Y轴前馈控制电流加法项1107的输出和来自Y轴反馈控制系统1109的输出的相加而获得的电流值上所获得的电流值被供给到Y轴马达207。因此，当从Y轴马达207的马达模型获得的旋转角度与Y轴马达207的实际旋转角度(即，由Y轴检测器208检测的Y轴反射镜206的旋转角度)匹配时，Y轴反馈控制系统1109不起作用。假定在本实施例中，从Y轴马达207的马达模型获得的旋转角度与Y轴马达207的实际旋转角度匹配。如上所述，可通过(1. 061 X IO2) / (s2+427. 3s+2. 547 X IO8)的单自由度阻尼系统的传递函数模型来近似X轴反射镜201和Y轴反射镜206的歪斜角度。并且，通过1. 736 X IO4/ S2的传递函数获得分别由X轴检测器203和Y轴检测器208检测的X轴反射镜201和Y 轴反射镜206的旋转角度相对于从驱动器供给的电流的值的响应。因此，校正X轴反射镜 201的歪斜角度所需要的Y轴马达207的响应为{(1. 061 X IO2) / (s2+427. 3s+2. 547 X IO8)} / (1. 736 X 104/s2)。在本实施例中，将详细解释当仅沿X轴方向定位激光照射位置时以7X 10_3[rad] 的旋转量(旋转移动量)将X轴反射镜201定位一次的情况。应注意，通过由Y轴马达207 旋转Y轴反射镜206来补偿X轴反射镜201的歪斜角度，并且，Y轴马达207的歪斜角度不被补偿。假定初始状态中的X轴反射镜201的角度位置为χ
= 0 [rad]，最终状态中的角度位置为X [N] = 7 X 10_3 [rad]，采样频率为150kHz，并且最终步数为79。图12A的上半部示出X轴反射镜201的歪斜角度，并且，图12A的下半部示出供给到X轴马达202的电流的波形。并且，图12B的上半部示出补偿图12A的上半部中所示的 X轴反射镜201的歪斜角度所需的Y轴反射镜206的旋转角度，并且，图12B的下半部示出向Y轴马达207供给的电流的波形。图12A与图12B的比较指示，X轴反射镜201的歪斜角度和Y轴反射镜206的旋转角度具有180°的相位差，因此，可通过旋转Y轴反射镜206来校正X轴反射镜201的歪斜角度。类似地，可通过旋转X轴反射镜201校正Y轴反射镜206的歪斜角度。应注意，当通过旋转Y轴反射镜206校正X轴反射镜201的歪斜角度时，Y轴反射镜206产生歪斜角度，但是此歪斜角度非常小并且是可忽略的。当然，也可以通过旋转X轴反射镜201再次校正Y轴反射镜206的歪斜角度。 虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以包含所有的变型方式以及等同的结构和功能。
权利要求
1.一种用于反射镜的角度定位的装置，所述装置包含 第一反射镜；第一马达，被配置用于旋转第一反射镜； 第一检测器，被配置用于检测第一反射镜的旋转角度；第一控制器，被配置用于向第一马达供给电流以使得第一反射镜的旋转角度达到目标角度，基于表示向第一马达供给的电流的值和第一反射镜的歪斜角度之间的关系的模型估计在向第一马达供给所述电流的情况下的第一反射镜的歪斜角度，并且如果被估计的角度超过容许值，则执行用于调整向第一马达的电流供给以使得第一反射镜的歪斜角度落入所述容许值内的处理。
2.根据权利要求1的装置，其中，第一控制器被配置用于作为所述处理，执行在第一反射镜被旋转到下一目标角度之前所需要的等待时间的设定。
3.根据权利要求1的装置，其中，第一控制器被配置用于作为所述处理，执行对在其期间第一反射镜被旋转到下一目标角度的时间的调整。
4.根据权利要求1的装置，其中，第一单元包含第一反射镜、第一马达、第一检测器和第一控制器，并且， 所述装置还包括第二单元，所述第二单元包含第二反射镜；被配置用于旋转第二反射镜的第二马达；被配置用于检测第二反射镜的旋转角度的第二检测器；第二控制器，所述第二控制器被配置用于向第二马达供给电流以使得第二反射镜的旋转角度达到目标角度，以及基于表示向第二马达供给的电流的值和第二反射镜的歪斜角度之间的关系的模型估计在向第二马达供给所述电流的情况下的第二反射镜的歪斜角度， 第一马达的旋转轴和第二马达的旋转轴相互垂直，并且，第一控制器和第二控制器被配置用于基于第一反射镜的被估计的角度和第二反射镜的被估计的角度通过第一反射镜和第二反射镜中的一个的角度定位来执行对于第一反射镜和第二反射镜中的另一个的歪斜角度的补偿。
5.一种用于用激光照射物体的加工装置，所述加工装置包括 根据权利要求1的装置；以及照射单元，被配置用于用激光照射根据权利要求1的所述装置的第一反射镜。
6.一种用于用激光照射物体的加工装置，所述加工装置包括 用于反射镜的角度定位的装置；以及被配置用于用激光照射所述反射镜的照射单元， 所述用于反射镜的角度定位的装置包括 反射镜；马达，被配置用于旋转所述反射镜；检测器，被配置用于检测所述反射镜的旋转角度；控制器，被配置用于向所述马达供给电流以使得所述反射镜的旋转角度达到目标角度，基于表示向马达供给的电流的值和反射镜的歪斜角度之间的关系的模型估计在向马达供给所述电流的情况下的反射镜的歪斜角度，并且如果估计的角度超过容许值，则导致照射单元对于以激光对于所述装置的照射进行等待。
全文摘要
本发明公开了反射镜角度定位装置和加工装置，该反射镜角度定位装置包括被配置旋转反射镜的马达；被配置为检测反射镜的旋转角度的检测器；和控制器，该控制器被配置为向马达供给电流以使得反射镜的旋转角度到达目标角度，基于表示向马达供给的电流的值和反射镜的歪斜角度之间的关系的模型估计被供给电流的反射镜的歪斜角度，并且，如果估计的角度超过容许值，那么执行调整对于马达的电流供给的处理，使得反射镜的歪斜角度落入容许值内。
文档编号B23K26/04GK102267011SQ20111014874
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月3日
发明者上田伸治 申请人:佳能株式会社