(57)【要約】【課題】移動するワークの立体面に高品質な加工を可能とする。【解決手段】所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定装置であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部３Ｃと、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件に基づいて、実際の加工を行うための加工データを生成するための加工データ生成部８０Ｋとを備え、加工条件設定部３Ｃはさらに、加工パターン情報を入力するための加工パターン入力手段と、加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段３Ａと、加工対象面の移動条件を入力するための移動速度入力手段３Ｄとを備え、加工データ生成部８０Ｋが、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件と、３次元状の加工対象面とに基づいた加工データを生成する。【選択図】図２１
2008009661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光を照射して所望の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定装置であって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、
前記加工条件設定部で設定された加工条件に基づいて、実際の加工を行うための加工データを生成するための加工データ生成部と、
を備え、
前記加工条件設定部はさらに、
加工パターン情報を入力するための加工パターン入力手段と、
加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段と、
加工対象面の移動条件を入力するための移動速度入力手段と、
を備え、
前記加工データ生成部が、前記加工条件設定部で設定された加工条件と、３次元状の加工対象面とに基づいた加工データを生成することを特徴とするレーザ加工データ設定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工データ設定装置であって、
円周状の加工対象面に対する加工条件として、前記加工面プロファイル入力手段が、円周状加工対象面の円周の中心の座標及び／又は半径を指定可能であり、
前記移動速度入力手段が、円周状加工対象面の回転速度を指定可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工データ設定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工データ設定装置であって、
円周状の加工対象面の円周半径が連続的又は離散的に変化する場合の加工条件として、前記加工面プロファイル入力手段が、円周の変化状態を指定可能であることを特徴とするレーザ加工データ設定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載のレーザ加工データ設定装置であって、
回転する円周状の加工対象面に対する加工条件として、前記加工面プロファイル入力手段が、円周状加工対象面の円周の半径を指定可能であり、
前記移動速度入力手段が、円周状加工対象面の回転速度を指定可能であり、
前記加工データ生成部が、前記加工面プロファイル入力手段より入力された円周の半径及び前記移動速度入力手段より入力された回転角度に基づいて、円周状加工対象面を該円周上に沿って複数の領域に分割し、円周状加工対象面の回転毎に、各分割領域での加工を行うよう割り当ててなることを特徴とするレーザ加工データ設定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工データ設定装置であって、
前記加工データ生成部が、生成した加工データの円周方向における加工データ量の分布に応じて、円周状加工対象面に対する分割領域の割り当てを調整可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項６】
加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光の焦点位置を調整して加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、
レーザ光を発生させるためのレーザ発振部と、
前記レーザ発振部より出射されるレーザ光を作業領域内において走査させるためのレーザ光走査系として、
入射レンズと出射レンズを備えるビームエキスパンダであって、前記レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸に前記入射レンズ及び出射レンズの光軸を一致させた状態で、入射レンズと出射レンズ間の相対距離を変化させてレーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１の方向に走査させるための第１のミラーと、
前記第１のミラーで反射されたレーザ光を前記第１の方向と略直交する第２の方向に走査させるための第２のミラーと、
とを有するレーザ光走査系と、
前記レーザ発振部および前記レーザ光走査系を制御するためのレーザ制御部と、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、
前記加工条件設定部で設定された加工条件に基づいて、実際の加工を行うための加工データを生成するための加工データ生成部と、
を備え、
前記加工条件設定部はさらに、
加工パターン情報を入力するための加工パターン入力手段と、
加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段と、
加工対象面の移動条件を入力するための移動速度入力手段と、
を備え、
前記加工データ生成部が、前記加工条件設定部で設定された加工条件と、３次元状の加工対象面とに基づいた加工データを生成することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ加工装置であって、
前記第１のミラー及び第２のミラーがガルバノミラーで構成され、各々略直交する回転軸を中心に回転可能なガルバノメータ式スキャナに接続されてＸ軸スキャナ及びＹ軸スキャナを構成しており、
前記ビームエキスパンダが、入射レンズと出射レンズとの相対距離をこれらの光軸に沿って調整可能なＺ軸スキャナを構成しており、
前記レーザ光走査系が、これらＸ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナ、Ｚ軸スキャナでレーザ光をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に走査可能に構成されてなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光を照射して所望の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定方法であって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件設定手段で加工条件を設定するために、加工パターン情報と、加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報と、加工対象面の移動条件とを入力する工程と、
加工データ生成手段が、前記加工条件設定手段で設定された加工条件に基づいて、３次元状の加工対象面と一致するように実際の加工を行うための加工データを生成する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工データ設定方法。
【請求項９】
加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光を照射して所望の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定プログラムであって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件設定手段で加工条件を設定するために、加工パターン情報と、加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報と、加工対象面の移動条件とを入力する機能と、
加工データ生成手段が、前記加工条件設定手段で設定された加工条件に基づいて、３次元状の加工対象面と一致するように実際の加工を行うための加工データを生成する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする加工データ設定プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザマーキング装置等、レーザ光を加工対象物に照射して印字等の加工を行うレーザ加工装置において加工条件を設定するレーザ加工条件設定装置、レーザ加工装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置は、レーザ光を所定の領域内において走査して、部品や製品等の加工対象物（ワーク）の表面に対しレーザ光を照射して印字やマーキング等の加工を行う。レーザ加工装置の構成の一例を図１に示す。この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。レーザ制御部１のレーザ励起部６で発生される励起光を、レーザ出力部２のレーザ発振部５０で発振器を構成するレーザ媒質８に照射し、レーザ発振を生じさせる。レーザ発振光はレーザ媒質８の出射端面から出射され、ビームエキスパンダ５３でビーム径を拡大されて、走査部９に導かれる。走査部９は、レーザ光Ｌを反射させて所望の方向に偏光し、集光部１５から出力されるレーザ光Ｌは、ワークＷの表面で走査されて印字等の加工を行う。
【０００３】
レーザ加工装置は、レーザ出力光をワーク上で走査させるために、図２に示すような走査部９を備える。走査部９は、一対のガルバノミラーを構成するＸ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂと、各ガルバノミラーをそれぞれ回動軸に固定し回動するためのガルバノモータ５１ａ、５１ｂとを備えている。Ｘ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂは、図２に示すように互いに直交する姿勢で配置されており、レーザ光をＸ方向、Ｙ方向に反射させて走査させることができる。また、走査部９の下方には、集光部１５が備えられる。集光部１５はレーザ光を作業領域に照射させるよう集光するための集光レンズで構成され、ｆθレンズが使用される。
【０００４】
一方で、このような２次元平面内での加工を行うレーザ加工装置のみならず、高さ方向すなわちＺ軸方向にレーザ光の焦点距離を調整可能な、すなわち３次元状に加工が可能なレーザ加工装置も開発が進められている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２０２６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなレーザ加工装置を利用して、移動するワークに対して追従するようにレーザ光を走査させて印字加工を行う。しかしながら、従来はこれらレーザ加工装置で印字加工を行うための設定を、２次元平面上で設定していたため、３次元状のワークに対しては正確な印字の設定が行えないという問題があった。すなわち、このようなレーザ加工装置においては、Ｘ方向、Ｙ方向で決まる２次元平面での印字加工を行うために、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれか一方に対して移動方向を決定し、その軸方向に移動しているワークの速度に応じて印字加工の制御を行っていた。一方で、このレーザ加工装置を利用してワークが平面状のものに限られず、曲面に対して印字加工することも行われている。
【０００６】
しかしながら、従来は曲面上に印字加工する場合も平面と同様に扱っていたため、曲面の程度によっては加工位置がずれて印字品質が低下する。例えば、図３及び図４に示すように、円筒状のワークの側面に印字する例を考える。このような曲面（Ｒ面）では、円周上の点を平面に置き換えて印字するため、端に近づくほど誤差が大きくなり加工の品質が劣化するという問題がある。
【０００７】
図４において半径ｒの曲面に印字する場合の、曲面である加工面の座標（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）を平面上に展開した平面座標を（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）とし、その誤差を（△ｘ，△ｙ，△ｚ）とする。この場合、Ｙ方向（図４において紙面に垂直な方向）には誤差は生じないため△ｙ＝０となる。一方、Ｘ方向、Ｙ方向については誤差が生じるので、△ｘ、△ｚを計算すると、次式のようになる。
ｘｃ＝ｒ・ｓｉｎθ
ｚｃ＝ｚｆ−ｒ（１−ｃｏｓθ）
θ／ｘｆ＝（π／２）／（πｒ／２）
θ＝ｘｆ／ｒ
△ｘ＝｜ｘｃ−ｘｆ｜＝｜ｒ・ｓｉｎθ−ｘｆ｜
△ｚ＝｜ｚｃ−ｚｆ｜＝｜ｒ（１−ｃｏｓθ）｜
【０００８】
上式において△ｘ、△ｚは、θ（＝ｘｆ／ｒ）が大きくなるほど、すなわち中心から離れるほど大きくなるため、円筒面に加工する場合は、円筒の中心から離れるほど誤差が大きくなることになる。
【０００９】
一方、品質を落とさずに加工を行おうとすれば、上記の誤差△ｘ，△ｚが顕著とならない範囲、すなわち図５に示すように円筒の中心上方近辺の限られた加工を行う必要がある。しかしながらこれでは加工する範囲が非常に狭くなってしまう。このように狭い範囲での加工に制限すると、加工可能な時間が短くなるため、大量の加工データ（マーキングデータ）を扱うことができなくなるという問題があった。
【００１０】
さらに、図６に示すように、単に円周上の曲面を平面と同様に印字しようとすると、回転速度が等速である場合でも、平面上に投射すると、相対的に円周の端縁ほど移動速度が遅く、円筒の中心上方（接点位置）に近付くほど早くなる。このため、円周上への印字を平面として扱う場合は移動速度の変化も考慮して印字を行う必要があるところ、この点に考慮した印字の設定は従来行われていなかった。
【００１１】
さらにまた、十分な加工品質を得ようとすればレーザ光の走査速度は上限があるため、印字加工すべき文字数等のデータ量により、印字加工に要する作業時間が決定される。言い換えると、データ量が多く作業時間が長くかかる場合は、ワークの移動速度を遅くしなければならない。例えば図７に示すように回転するワークに対して連続して加工する例において、加工に要する時間を長く要する場合は、ワークの回転速度を落とす必要がある。しかしながら、ワークの性質や作業の要求上、回転速度の調整が許されない場合もあり得るため、この場合には印字ができなくなるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものである。本発明の主な目的は、加工対象物の３次元形状に対しても高品質に加工可能なレーザ加工条件設定装置、レーザ加工装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、第１発明に係るレーザ加工データ設定装置は、加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光を照射して所望の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定装置であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、加工条件設定部で設定された加工条件に基づいて、実際の加工を行うための加工データを生成するための加工データ生成部とを備え、加工条件設定部はさらに、加工パターン情報を入力するための加工パターン入力手段と、加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段と、加工対象面の移動条件を入力するための移動速度入力手段とを備え、加工データ生成部が、加工条件設定部で設定された加工条件と、３次元状の加工対象面とに基づいた加工データを生成する。
【００１４】
また第２発明に係るレーザ加工データ設定装置は、円周状の加工対象面に対する加工条件として、加工面プロファイル入力手段が、円周状加工対象面の円周の中心の座標及び／又は半径を指定可能であり、移動速度入力手段が、円周状加工対象面の回転速度を指定可能に構成できる。
【００１５】
さらに第３発明に係るレーザ加工データ設定装置は、円周状の加工対象面の円周半径が連続的又は離散的に変化する場合の加工条件として、加工面プロファイル入力手段が、円周の変化状態を指定可能である。
【００１６】
さらにまた第４発明に係るレーザ加工データ設定装置は、回転する円周状の加工対象面に対する加工条件として、加工面プロファイル入力手段が、円周状加工対象面の円周の半径を指定可能であり、移動速度入力手段が、円周状加工対象面の回転速度を指定可能であり、加工データ生成部が、加工面プロファイル入力手段より入力された円周の半径及び移動速度入力手段より入力された回転角度に基づいて、円周状加工対象面を該円周上に沿って複数の領域に分割し、円周状加工対象面の回転毎に、各分割領域での加工を行うよう割り当てることができる。
【００１７】
さらにまた第５発明に係るレーザ加工装置は、加工データ生成部が、生成した加工データの円周方向における加工データ量の分布に応じて、円周状加工対象面に対する分割領域の割り当てを調整可能に構成できる。
【００１８】
さらにまた第６発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光の焦点位置を調整して加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、レーザ光を発生させるためのレーザ発振部と、レーザ発振部より出射されるレーザ光を作業領域内において走査させるためのレーザ光走査系として、入射レンズと出射レンズを備えるビームエキスパンダであって、レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸に入射レンズ及び出射レンズの光軸を一致させた状態で、入射レンズと出射レンズ間の相対距離を変化させてレーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１の方向に走査させるための第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光を第１の方向と略直交する第２の方向に走査させるための第２のミラーとを有するレーザ光走査系と、レーザ発振部およびレーザ光走査系を制御するためのレーザ制御部と、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、加工条件設定部で設定された加工条件に基づいて、実際の加工を行うための加工データを生成するための加工データ生成部とを備え、加工条件設定部はさらに、加工パターン情報を入力するための加工パターン入力手段と、加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段と、加工対象面の移動条件を入力するための移動速度入力手段とを備え、加工データ生成部が、加工条件設定部で設定された加工条件と、３次元状の加工対象面とに基づいた加工データを生成できる。
【００１９】
さらにまた第７発明に係るレーザ加工装置は、第１のミラー及び第２のミラーがガルバノミラーで構成され、各々略直交する回転軸を中心に回転可能なガルバノメータ式スキャナに接続されてＸ軸スキャナ及びＹ軸スキャナを構成しており、ビームエキスパンダが、入射レンズと出射レンズとの相対距離をこれらの光軸に沿って調整可能なＺ軸スキャナを構成しており、レーザ光走査系が、これらＸ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナ、Ｚ軸スキャナでレーザ光をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に走査可能に構成できる。これにより、ガルバノミラー及びビームエキスパンダの組み合わせにより、レーザ光の３次元加工が実現される。
【００２０】
さらにまた第８発明に係るレーザ加工データ設定方法は、加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光を照射して所望の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定方法であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件設定手段で加工条件を設定するために、加工パターン情報と、加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報と、加工対象面の移動条件とを入力する工程と、加工データ生成手段が、加工条件設定手段で設定された加工条件に基づいて、３次元状の加工対象面と一致するように実際の加工を行うための加工データを生成する工程とを含むことができる。
【００２１】
さらにまた第９発明に係るレーザ加工データ設定プログラムは、加工対象物の３次元状の加工対象面に対して、レーザ光を照射して所望の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定プログラムであって、所望の加工パターンで加工するために加工条件設定手段で加工条件を設定するために、加工パターン情報と、加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報と、加工対象面の移動条件とを入力する機能と、加工データ生成手段が、加工条件設定手段で設定された加工条件に基づいて、３次元状の加工対象面と一致するように実際の加工を行うための加工データを生成する機能とをコンピュータに実現させることができる。
【００２２】
さらにまた第１０発明に係るプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）、ＨＤ  ＤＶＤ等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
第１発明、第６〜１０発明によれば、３次元的な加工対象面に、２次元的な加工パターンを単に写像するのでなく、３次元的に面に一致させるように３次元的な加工データを加工データ生成部で生成できるので、より正確な加工が可能となる。
【００２４】
第２発明によれば、円周上の加工対象面に対して、円周の半径や移動速度等の情報に基づいて適切な加工データを生成し、正確な加工が行える。第３発明によれば、径が一定の円筒形のみならず、異なる径の円筒を重ね合わせた形状や円錐等の加工対象面に対しても、適切な加工が可能となる。
【００２５】
また第４発明によれば、回転体への加工を一度に行うのでなく、領域を分割して複数回に分けて行うことができる。このため、加工対象面の回転速度にレーザ加工装置の加工速度が追いつかず、通常であれば加工が困難な場合でも、複数回に分けて加工が可能となる。さらに第５発明によれば、分割領域の割り当てを、円周に沿って均等に分割する場合に限られず、加工内容等に応じて広狭を調整して割り当てできるので、レーザの走査速度等に応じた適切な加工結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ加工条件設定装置、レーザ加工装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を例示するものであって、本発明はレーザ加工条件設定装置、レーザ加工装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２７】
本明細書においてレーザ加工装置とこれに接続される操作、制御、入出力、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらに観察像のデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。
【００２８】
以下の実施の形態では、本発明を具現化したレーザ加工装置の一例として、レーザマーカについて説明する。ただ、本明細書においてレーザ加工装置は、その名称に拘わらずレーザ応用機器一般に利用でき、例えばレーザ発振器や各種のレーザ加工装置、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、表面処理等のレーザ加工や、レーザ光源として他のレーザ応用分野、例えばＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）等の光ディスクの高密度記録再生用光源や通信用の光源、印刷機器、照明用光源、ディスプレイ等の表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。また、本明細書においては加工の代表例として印字について説明するが、印字とは文字や記号、図形等のマーキングの他、上述した各種の加工も含む概念で使用する。さらに本明細書において印字文字列や印字パターンとは、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベットや数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコードや２次元コード等のグラフィック等も含める意味で使用する。
【００２９】
図１はレーザ加工装置１００を構成するブロック図を示す。この図に示すレーザ加工装置１００は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。
（入力部３）
【００３０】
入力部３はレーザ制御部１に接続され、レーザ加工装置を操作するための必要な設定を入力してレーザ制御部１に送信する。設定内容はレーザ加工装置の動作条件や具体的な印字内容等である。入力部３はキーボードやマウス、コンソール等の入力デバイスである。また、入力部３で入力された入力情報を確認したり、レーザ制御部１の状態等を表示する表示部８２を別途設けることもできる。表示部８２はＬＣＤやブラウン管等のモニタが利用できる。またタッチパネル方式を利用すれば、入力部と表示部を兼用することもできる。これによって、コンピュータ等を外部接続することなく入力部でレーザ加工装置の必要な設定を行うことができる。
（レーザ制御部１）
【００３１】
レーザ制御部１は、制御部４とメモリ部５とレーザ励起部６と電源７とを備える。入力部３から入力された設定内容をメモリ部５に記録する。制御部４は必要時にメモリから設定内容を読み込み、印字内容に応じた印字信号に基づいてレーザ励起部６を動作させてレーザ出力部２のレーザ媒質８を励起する。メモリ部５はＲＡＭやＲＯＭ等の半導体メモリが利用できる。またメモリ部５はレーザ制御部１に内蔵する他、挿抜可能なＰＣカードやＳＤカード等の半導体メモリカード、カード型ハードディスク等のメモリカードを利用することもできる。メモリカードで構成されるメモリ部５は、コンピュータ等の外部機器で容易に書き換え可能であり、コンピュータで設定した内容をメモリカードに書き込み、レーザ制御部１にセットすることで、入力部をレーザ制御部に接続することなく設定を行うことができる。特に半導体メモリはデータの読み込み・書き込みが高速で、しかも機械的動作部分がないため振動等に強く、ハードディスクのようなクラッシュによるデータ消失事故を防止できる。
【００３２】
さらに制御部４は、設定された印字を行うようレーザ媒質８で発振されたレーザ光Ｌを印字対象物（ワーク）Ｗ上で走査させるため、レーザ出力部２の走査部９を動作させる走査信号を走査部９に出力する。電源７は、定電圧電源として、レーザ励起部６へ所定電圧を印加する。印字動作を制御する印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザ光ＬのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザ光Ｌの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度が定められるが、周波数に基づいた走査速度によってもレーザ強度が変化するよう構成することもできる。
（レーザ励起部６）
【００３３】
レーザ励起部６は、光学的に接合されたレーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１を備える。レーザ励起部６の内部の一例を図８の斜視図に示す。この図に示すレーザ励起部６は、レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１をレーザ励起部ケーシング１２内に固定している。レーザ励起部ケーシングは、熱伝導性の良い真鍮等の金属で構成され、レーザ励起光源１０を効率よく外部に放熱する。レーザ励起光源１０は半導体レーザやランプ等で構成される。図８の例では、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイを使用しており、各素子からのレーザ発振がライン状に出力される。レーザ発振はレーザ励起光源集光部１１の入射面に入射されて、出射面から集光されたレーザ励起光として出力される。レーザ励起光源集光部１１はフォーカシングレンズ等で構成される。レーザ励起光源集光部１１からのレーザ励起光は光ファイバケーブル１３等によりレーザ出力部２のレーザ媒質８に入射される。レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１、光ファイバケーブル１３は、空間あるいは光ファイバを介して光学的に結合されている。
（レーザ出力部２）
【００３４】
レーザ出力部２は、レーザ発振部５０を備える。レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振部５０は、レーザ媒質８と、レーザ媒質８が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備える。レーザ媒質８が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザ光Ｌを出力する。図１に示すレーザ出力部２は、レーザ媒質８と走査部９を備える。レーザ媒質８は光ファイバケーブル１３を介してレーザ励起部６から入射されるレーザ励起光で励起されて、レーザ発振される。レーザ媒質８はロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光Ｌを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用している。
（レーザ媒質８）
【００３５】
上記の例では、レーザ媒質８としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ4の固体レーザ媒質を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このＮｄ：ＹＶＯ4の吸収スペクトルの中心波長である８０９ｎｍに設定した。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧ等も用いることもできる。また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光Ｌの波長を任意の波長に変換できる。また、レーザ媒質としてバルクに代わってファイバーを発振器として利用した、いわゆるファイバーレーザにも適用可能である。
【００３６】
さらに、固体レーザ媒質を使用せず、言い換えるとレーザ光を発振させる共振器を構成せず、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行う。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ4）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ4）、ＢＢＯ、ＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ3（Periodically Polled Lithium Niobate ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ3等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。このように、本実施の形態においてはレーザ発生源として様々なタイプを適宜利用できる。
【００３７】
さらにまた、レーザ発振部は、固体レーザに限られず、ＣＯ2やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザを利用することもできる。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合のレーザ発振部は、レーザ発振部の内部に炭酸ガス（ＣＯ2）が充填され、電極を内蔵しており、レーザ制御部から与えられる印字信号に基づいて、レーザ発振部内の炭酸ガスを励起し、レーザ発振させる。
（走査系）
【００３８】
次に、レーザ加工装置のレーザ光走査系を図９、図１０、図１１に示す。これらの図において、図９はレーザ加工装置のレーザ光走査系の構成を示す斜視図を、図１０は図９を逆方向から見た斜視図を、図１１は側面図を、それぞれ示している。これらの図に示すレーザ加工装置は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振部と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ５３と、Ｘ軸スキャナ１４ａと、Ｘ軸スキャナ１４ａと直交するよう配置されたＹ軸スキャナ１４ｂとを備える。このレーザ光走査系は、レーザ発振部より出射されるレーザ光ＬをＸ軸スキャナ１４ａ、Ｙ軸スキャナ１４ｂで作業領域ＷＳ内で２次元的に走査させ、さらにＺ軸スキャナ１４ｃで高さ方向にワーキングディスタンスすなわち焦点距離を調整することができ、３次元状に印字加工が可能となる。なお図において集光レンズであるｆθレンズは図示を省略している。
【００３９】
レーザ加工装置においては一般に、第２のミラー（Ｙ軸スキャナ）で反射されたレーザ光を作業領域に照射させるよう集光するために、第２のミラーと作業領域の間には、ｆθレンズと呼ばれる集光レンズを配置している。ｆθレンズは、Ｚ軸方向の補正を行う。具体的には、図１５に示すように、作業領域ＷＳの端部に近付くほど焦点位置を伸ばし、ワークＷの加工面上に位置させる補正である。
【００４０】
本実施の形態において、例えばスポット径を約５０μｍより小さいビームを形成したい場合は、ｆθレンズを配置することが好ましい。一方、上述の小スポット径よりも大きい、スポット径が約１００μｍ程度（通常良く使用されるスポット径）のビーム径を採用する場合は、Ｚ軸スキャナ側のビームエキスパンダに備えられたＺ軸集光レンズをＺ軸方向に移動させることにより、ｆθレンズが行うべきＺ軸方向の補正を、補正制御として行うことができる。これにより、スポット径が大きい場合はｆθレンズを省略することも可能となる。上述した図１５の例では、ｆθレンズが行うべきＺ軸方向の補正を、Ｚ軸スキャナの補正制御に行わせることができる。
【００４１】
各スキャナは、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラーと、ガルバノミラーを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部を備える。またスキャナは、スキャナを駆動するスキャナ駆動部に接続される。スキャナ駆動部はスキャナ制御部に接続され、スキャナを制御する制御信号をスキャナ制御部から受けて、これに基づいてスキャナを駆動する。例えばスキャナ駆動部は、制御信号に基づいてスキャナを駆動する駆動電流を調整する。またスキャナ駆動部は、制御信号に対する各スキャナの回転角の時間変化を調整する調整機構を備える。調整機構は、スキャナ駆動部の各パラメータを調整する可変抵抗等の半導体部品で構成される。
（Ｚ軸スキャナ１４ｃの動作）
【００４２】
近年、２次元平面内で走査可能なレーザ加工装置のみならず、高さ方向に焦点距離を調整可能な、すなわち３次元状に加工が可能なレーザ加工装置も開発されている。しかしながら従来の３次元に印字可能なレーザマーカは、あくまでも２次元の平面印字の高さレベルを段階的に変更できるにすぎなかった。すなわち、曲面や傾斜面に印字できるレーザマーカは存在しなかった。一方で、缶のような曲面にも高品質に印字加工できるレーザマーカが要求されていた。そこで、本発明者らはＸ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナに加えて、焦点可変光学系としてＺ軸スキャナを設けることで焦点位置を調整可能とし、これによってワークの表面形状に沿って３次元状に加工可能なレーザ加工装置を実現した。
【００４３】
Ｚ軸スキャナ１４ｃはレーザ光Ｌのスポット径を調整し、これによって焦点距離を調整するビームエキスパンダ５３を構成している。すなわち、ビームエキスパンダで入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることでレーザ光のビーム径を拡大／縮小し、焦点位置も変化させることができる。ビームエキスパンダ５３は、小スポットへの集光を効果的に行わせるため、図９に示すようにガルバノミラーの前段に配置され、レーザ発振部から出力されるレーザ光Ｌのビーム径を調整すると共に、レーザ光Ｌの焦点位置を調整可能としている。Ｚ軸スキャナ１４ｃがワーキングディスタンスを調整する方法を、図１２〜図１４に基づいて説明する。図１２、図１３はレーザ光走査系の側面図であり、図１２はレーザ光Ｌの焦点距離を長くする場合、図１３は焦点距離を短くする場合をそれぞれ示している。また図１４はＺ軸スキャナ１４ｃの正面図及び断面図を示している。これらの図に示すように、Ｚ軸スキャナ１４ｃはレーザ発振部側に面する入射レンズ１６と、レーザ出射側に面する出射レンズ１８を含んでおり、これらのレンズ間の距離を相対的に変化可能としている。図１２〜図１４の例では、出射レンズ１８を固定し、入射レンズ１６を光軸方向に沿って駆動モータ等で摺動可能としている。図１４は出射レンズ１８の図示を省略して、入射レンズ１６の駆動機構を示している。この例では、コイルと磁石によって軸方向に可動子を摺動可能とし、可動子に入射レンズ１６を固定している。ただ、入射レンズ側を固定して出射レンズ側を移動可能としたり、入射レンズ、出射レンズを共に移動可能とすることもできる。
【００４４】
図１２に示すように、入射レンズ１６と出射レンズ１８との間の距離を近付けると、焦点位置が遠ざかり、焦点距離（ワーキングディスタンス）が大きくなる。逆に図１３に示すように入射レンズ１６と出射レンズ１８との距離を離すと、焦点位置が近付き焦点距離が小さくなる。
（ディスタンスポインタ）
【００４５】
また、３次元加工可能なレーザマーカの作業領域の中心に焦点位置を調整するために、レーザ光を作業領域ＷＳ内に走査させる際の照射位置を示すガイドパターンを表示することができる。図９〜図１０に示すレーザマーカのレーザ光走査系は、ディスタンスポインタとして、ガイド用光源６０と、ガイド用光源６０からのガイド光Ｇをレーザ光走査系の光軸と一致させるためのガイド光光学系の一形態としてハーフミラー６２を備えると共に、ポインタ光調整系として、ポインタ光Ｐを照射するためのポインタ用光源６４と、Ｙ軸スキャナ１４ｂの裏面に形成された第３のミラーとしてポインタ用スキャナミラー１４ｄと、ポインタ用スキャナミラー１４ｄで反射されたポインタ用光源６４からのポインタ光Ｐをさらに反射させて焦点位置に向かって照射する固定ミラー６６とを備えている。このディスタンスポインタは、レーザ光の焦点位置を示すポインタ光Ｐをポインタ用光源６４から照射し、ガイド光Ｇで表示されるガイドパターンのほぼ中心に、ポインタ光Ｐを照射するよう調整することで、レーザ光の焦点位置が指示される。
（焦点補正機能）
【００４６】
このようにして、ワーキングディスタンスを調整してレーザ光Ｌを走査することが可能で、３次元状に走査可能なレーザ加工装置が実現され、曲面状や段差状のワークＷ表面にも焦点距離を合わせた状態で高精度に印字加工できる。この様子を図１５に基づいて説明すると、従来のレーザ加工装置では、図１５において実線で示すようにレーザ光Ｌの焦点位置が固定されているため、印字加工可能な作業領域ＷＳの中心位置で焦点を合わせるようにワークＷを設置しても、レーザ光Ｌを走査させると中心から離れるほど焦点とワークＷとのずれが大きくなり（図１５において右に示すレーザ光Ｌ’）、印字品質が安定しないという問題があった。具体的には図１６（ｂ）に示すように、作業領域ＷＳ（印字可能エリア）中の印字位置に応じて印字の幅が異なってしまう。すなわち、作業領域ＷＳの中心近傍では、焦点位置がほぼワーキングディスタンスとほぼ等しいため印字幅の狭い高品質な印字加工が可能である反面、作業領域ＷＳの周辺近傍になるほど印字幅が太くなって印字品質が低下してしまう。
【００４７】
これに対して、本実施の形態に係るレーザ加工装置では、上述の通りＺ軸スキャナ１４ｃで焦点位置を調整可能な焦点補正機能を備えているため、図１５の左側において波線で示すように印字可能エリアのどの位置においてもレーザ光Ｌの焦点位置を調整でき、最小スポットでの印字加工が可能となる結果、図１６（ａ）に示すように印字位置によらず印字の線幅変化を抑制した高品質な印字加工を可能としている。
【００４８】
このように、印字可能エリアのどの位置でも最小スポットで印字でき、パレット印字や大型銘板の捺印等の作業において、印字品質を高品質に安定して得ることができる。また加工用途で使用する場合も、加工状態を均一に維持することができる。この結果、ワークＷの形状によらず、均一な加工を行うことができ、例えば図１７（ａ）に示すように段差のあるワークＷや、図１７（ｂ）に示すようにワークＷ表面が曲面状であっても、また図１７（ｃ）に示すように傾斜していても、均一で高品質な加工を行うことができる。このように焦点補正機能によってワークＷの多様な形状に対して最適な印字が可能となり、さらに奥行きのあるゲートカットのような加工においても精度よく、綺麗な仕上げを行える。
【００４９】
さらに本実施の形態によれば、レーザマーカのレーザ出力部を構成するマーキングヘッド１５０から照射されるレーザ光Ｌの作業領域ＷＳを広く取りつつ、領域内での精密な加工が可能となる。図１８（ａ）に示すように、従来のレーザ加工装置では作業領域ＷＳ内の加工位置に応じて焦点位置の変化が大きいため、作業領域ＷＳを大きくする程この変化も大きくなり、レーザ光Ｌ’の焦点位置が加工位置から離れてしまうため、作業領域ＷＳの広域化にも不適であった。これに対して本実施の形態に係るレーザ加工装置では、図１８（ｂ）に示すように作業領域ＷＳを広くしても、各位置に応じて焦点位置を調整可能であるため、作業領域ＷＳを従来よりも広く取りつつ、スポット径を安定させて加工品質も確保できるという優れた特長を備える。
（設置支援機能）
【００５０】
さらに本実施の形態に係るレーザ加工装置によれば、設置時や段取り替えの際の位置決め作業をも簡略化できる。図１９（ａ）に、従来のレーザ加工装置のマーキングヘッド１５０を設置する例、図１９（ｂ）に本実施の形態に係るレーザ加工装置のマーキングヘッド１５０を設置する例を、それぞれ示す。従来のレーザ加工装置のマーキングヘッド１５０は、レーザ光Ｌ’の焦点位置が固定されているため、ワークとマーキングヘッド１５０との間のワーキングディスタンスと焦点位置とが合致するよう、図１９（ａ）に示すようにマーキングヘッド１５０自体の設置高さを調整する調整機構１６０が必要となり、また調整作業に非常に手間がかかっていた。例えばマーキングヘッドが微妙に傾いている場合、加工精度を高めるためにネジ調整等で水平に補正し、必ず焦点位置と一致するように調整しなければならない。このために、各マーキングヘッド１５０毎に設置高さを微調整するための上下機構が必要となり、しかも調整作業を要し、設置機構が複雑になる上、極めて煩雑な作業を強いられていた。
【００５１】
これに対して、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置によれば、図１９（ｂ）に示すようにレーザ光Ｌの焦点位置を調整可能であるため、レーザ加工装置を設置する設置台１７０は、基準となるワーキングディスタンスに設定するだけで足りる。したがってマーキングヘッド１５０の上下機構を用意する必要も、そのような調整作業も不要とできる。このため、３次元印字可能なレーザ加工装置は、２次元の印字に利用する場合であっても、位置あわせが容易で、多少焦点距離がずれていたり、マーキングヘッドが傾いていても調整することができる。
【００５２】
また実際の設置状態は、サンプル印字モードを実行することによって、最適な印字状態のパターンを選択するのみで、焦点位置の設定も最適に調整できる。サンプル印字モードとは、レーザの走査速度やレーザ出力を変化させた複数の異なる条件を設定して、ワークに対して試験的に印字加工を行って印字見本を作成する。一の印字見本には、条件の異なる印字パターンが複数印字されているので、ユーザは様々な条件で印字された文字等から鮮明さや濃度、太さ等に基づいて、所望の条件を選択することができる。これによって、ユーザが望む最適の印字結果を得るための条件を容易に見出すことができる。
【００５３】
さらに、図２０（ａ）に示すように、従来はワークの角度に合わせてマーキングヘッド１５０自体も調整機構１６０Ｂ等で傾斜させて設置する必要があったが、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、表面が傾斜している等、角度を有するワークであっても図２０（ｂ）に示すように、マーキングヘッド１５０を水平に維持したまま正確に加工できるという特徴も有する。このように、非常に柔軟に各種アプリケーションに対応でき、しかも設置作業も容易であり印字加工精度も高いという極めて優れた特長を発揮できる。
【００５４】
なお、上記の例ではレーザ光走査系に、レーザ光の焦点距離を調整可能な機構を設けることで３次元加工を可能としている。ただ、ワークを載置するステージの位置を上下方向に調整可能とすることで、レーザ光の焦点がワークの作業面で結ぶようにステージの高さを調整する制御を行うことでも、同様に３次元加工を行うこともできる。また、ステージをＸ軸あるいはＹ軸方向に移動可能とすることで、レーザ光走査系の該当するスキャナを省略できる。これらの構成は、ワークをライン上に搬送する形態でなく、ステージ上に載置して加工する形態において好適に利用できる。
（レーザマーカのシステム構成）
【００５５】
次に図２１に、３次元印字可能なレーザマーカのシステム構成を示す。この図に示すレーザ加工システムは、マーキングヘッド１５０と、マーキングヘッド１５０と接続されてこれを制御するレーザ制御部１であるコントローラ１Ａと、コントローラ１Ａとデータ通信可能に接続され、コントローラ１Ａに対して印字パターンを３次元のレーザ加工データとして設定するレーザ加工データ設定装置１８０とを備える。レーザ加工データ設定装置１８０は、図２１の例においてはコンピュータに３次元レーザ加工データ設定プログラムをインストールして、レーザ加工データ設定機能を実現させている。レーザ加工データ設定装置は、コンピュータの他、タッチパネルを接続したプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）や、その他専用のハードウェア等を利用することもできる。またレーザ加工データ設定装置は、レーザ加工装置の動作を制御する制御装置として機能させることもできる。例えば、一のコンピュータにレーザ加工データ設定装置としての機能と、レーザ出力部を備えるヘッドのコントローラとしての機能を統合してもよい。さらにレーザ加工データ設定装置は、レーザ加工装置と別部材で構成する他、レーザ加工装置に統合することもでき、例えばレーザ加工装置に組み込まれたレーザ加工データ設定回路等とすることもできる。
【００５６】
さらにコントローラ１Ａには、必要に応じて各種外部機器１９０を接続できる。例えばライン上に搬送されるワークの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置、ワークとマーキングヘッド１５０との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ、ワークの通過を検出するＰＤセンサその他各種のセンサ等を設置し、これらとデータ通信可能に接続できる。
（レーザ加工データの設定）
【００５７】
平面状の印字データを３次元状に印字するための設定情報であるレーザ加工データは、レーザ加工データ設定装置により設定される。図２２は、レーザ加工データ設定装置の一例としてブロック図を示している。この図に示すレーザ加工データ設定装置１８０は、各種設定を入力するための入力部３と、入力部３から入力された情報に基づいてレーザ加工データを生成する加工データ生成部８０Ｋを構成する演算部８０と、設定内容や演算後のレーザ加工データを表示するための表示部８２と、各種設定データを記憶するための記憶部５Ａとを備える。入力部３は、所望の加工パターンで加工する加工条件を設定するための加工条件設定部３Ｃとして、ワークの印字面の３次元形状を示すプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段３Ａと、印字パターン情報を入力するための加工パターン入力手段３Ｂと、加工対象面の移動条件を入力するための移動速度入力手段３Ｄの機能を実現する。記憶部５Ａは、図１のメモリ部５に相当し、入力部３で設定されたプロファイル情報や印字パターン情報等の情報を記憶する部材であり、固定記憶装置等の記憶媒体や半導体メモリ等が利用できる。表示部８２は、専用のディスプレイを設ける他、システムに接続されたコンピュータのモニタを利用してもよい。
（演算部８０）
【００５８】
演算部８０は、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件に基づいて、実際の加工を行うための加工データを生成するための加工データ生成部８０Ｋとして機能する。また必要に応じて、印字面に印字パターンを仮想的に一致させるように、印字パターン情報を平面状から３次元空間座標データに変換する座標変換手段を実現させることもできる。この演算部８０はＦＰＧＡやＬＳＩ等のＩＣ等で構成される。
【００５９】
また図２２の例では、レーザ加工データ設定装置を専用のハードウェアで構成したが、これらの部材はソフトウェアでも実行できる。特に、図２１に示すように汎用のコンピュータに３次元レーザ加工データ設定プログラムをインストールして、レーザ加工データ設定装置として機能させることもできる。また図２２の例では、レーザ加工データ設定装置とレーザ加工装置とを個別の機器としたが、これらを一体的に統合することもできる。例えばレーザ加工装置に自体にレーザ加工データ設定機能を付加することもできる。
（レーザ加工データの設定手順）
【００６０】
次に、ワークの印字面に印字される印字パターンから、レーザ加工データを生成して、レーザ加工装置に設定する手順について説明する。まず、ワークの表面形状を入力した後、この上に印字パターンを貼り付けるレーザ加工データの設定手順について、図２３のフローチャート及び図２４〜図３３等のレーザ加工データ設定プログラム２００のユーザインターフェース画面に基づいて説明する。なおこれらのプログラムのユーザインターフェース画面の例において、各入力欄や各ボタン等の配置、形状、表示の仕方、サイズ、配色、模様等は適宜変更できることはいうまでもない。デザインの変更によってより見やすく、評価や判断が容易な表示としたり操作しやすいレイアウトとすることもできる。例えば詳細設定画面を別ウィンドウで表示させる、複数画面を同一表示画面内で表示する等、適宜変更できる。またこれらのプログラムのユーザインターフェース画面において、仮想的に設けられたボタン類や入力欄に対するＯＮ／ＯＦＦ操作、数値や命令入力等の指定は、プログラムを組み込んだコンピュータに接続された入力部３で行う。本明細書において「押下する」とは、ボタン類に物理的に触れて操作する他、入力部によりクリックあるいは選択して擬似的に押下することを含む。入力部等を構成する入出力デバイスはコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータ等に固定されている。一般的な入力部としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの入出力デバイスは、プログラムの操作のみに限られず、レーザ加工装置等のハードウェアの操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示する表示部８２のディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、又は音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。
【００６１】
まずステップＳ１１で、印字面の３次元形状を入力部から入力する。ここでは、加工面プロファイル入力手段３Ａから、ワークの３次元情報であるプロファイル情報を入力する。加工面プロファイル入力手段３Ａとしては、
（１）３次元形状を入力可能なプログラム上から、ワークを作画して指定する方式
（２）ワークの形状を特定するためのパラメータを、対話形式でユーザに入力させる方式
（３）ワークの形状に予め作成された３Ｄデータのデータファイルを入力して変換する方式
（４）ワークの形状を実際にイメージセンサ等の画像認識装置で読み込んで取得する方式
等が挙げられる。
【００６２】
（１）の方法では、プログラム上からワークの形状を作図して指定するものである。図２４に、ワークＷの３次元形状を入力するワーク３次元形状設定プログラム２１０のユーザインターフェース画面の一例を示す。例えば既存の３次元ＣＡＤや３次元モデリングツール等が備える３次元形状の造形に必要な機能と同様のプログラムやツール類を利用して、ユーザはＣＡＤと同様の感覚で３次元形状を作成する。作成した形状は、一旦ファイルに保存してレーザ加工データ設定プログラムに転送する。あるいは、作成したデータを直接レーザ加工データ設定プログラムに貼り付けて利用する。（１）の方法は、３次元形状の作図に慣れたユーザであれば容易に利用できる反面、このような作図に不得手なユーザには敷居が高いという問題がある。
【００６３】
一方、（２）の方法は、ウィザード方式のように、必要な情報を対話形式でユーザに指定させることで形状を特定する方法である。この方法は、３次元作図に関する知識が不要であるため、利用しやすいという利点がある。図２５に、このようなワーク形状設定ウィザード２２０の一例を示す。この例では、左欄を「図形選択」欄２２２、中欄を「入力パラメータ説明」欄２２４、右欄を「パラメータ入力」欄２２６としている。「図形選択」欄２２２では、ワークの形状として一般的な直方体・立方体・円柱・円錐・六角柱・球・ペットボトル形状等を図形イメージで例示し、いずれかをユーザに選択させる。この例では円柱を選択している。図形が選択されると、これに対応して指定すべき入力パラメータが決定される。図の例では円柱を特定するために、直径と高さの指定が必要となり、「入力パラメータ説明」欄２２４で円柱の直径と高さを図示すると共に、「パラメータ入力」欄２２６で「直径を入力して下さい」、「高さを入力して下さい」等のメッセージを表示して、これらの入力パラメータの指定を促す。入力パラメータは、選択された図形によって変更され、例えば直方体では高さと幅と奥行き、立方体では一辺の長さ、円錐では底面の直径（又は半径）と高さ、六角柱では底面の一辺長さと高さ、球では直径、ペットボトルでは太い部分の直径、細い部分の直径、全体高さ、太い部分の長さ、細い部分の長さ、といったように、形状とを特定するための入力パラメータが適宜指定される。このようにして指定された形状は、保存され、あるいは直接レーザ加工データ設定プログラムに貼り付けて利用される。さらに、ワーク形状設定ウィザード２２０で指定された形状をさらに（１）レーザ加工データ設定プログラムで読み込んで、再編集することもできる。あるいは、レーザ加工データ設定プログラムで保存された形状を、ワーク形状設定ウィザード２２０の図形選択の候補として登録してもよい。
【００６４】
次に（３）の方法は、予め３次元ＣＡＤ等の別プログラムで作成されたワークのデータファイルを変換して利用するものである。この方法では、既に作成されたデータを利用できるので、ワークの形状指定作業を大幅に省力化できる。図２６に、ＣＡＤファイル変換画面２３０の一例を示す。この例では、左欄にデータファイルを選択するための「ファイル選択」欄２３２、中欄に「ファイル選択」欄２３２で選択されたファイルの内容を確認するための「ビューワ」欄２３４、右欄に変換して取り込みを実行するための「変換」ボタン２３６を配置している。「変換」ボタン２３６を押下すると、「ファイル選択」欄２３２で選択されたデータファイルがレーザ加工データ設定プログラムで読み込み可能な形式に変換されて取り込まれる。ＣＡＤファイル変換画面２３０で読み込み可能なデータファイル形式は、ＤＸＦ、ＩＧＥＳ、ＳＴＥＰ、ＳＴＬ、ＧＫＳ等、各種の汎用的なフォーマットが利用できる。またＤＷＧ等、特定のアプリケーションの専用フォーマットを直接入力して変換することもできる。
【００６５】
さらに（４）の方法では、ワークをイメージセンサ等で読み込んで画像認識等の方法で自動的にデータを取得する。この方法では、３次元データの作図やファイルに関する知識は一切不要で、ユーザは図２７に示すようにイメージセンサＩＭＧで読み込み可能な所定の位置にワークＷを配置し、形状取得命令を実行するだけで、自動的にワークの形状がレーザ加工データ設定プログラムに取り込まれる。イメージセンサＩＭＧは、ＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラ等が利用できる。さらに、イメージセンサに代わって撮像済の画像ファイルや写真等からイメージスキャナでワークの形状を取り込むことも可能である。また取得したイメージからワークの形状を取得するアルゴリズムは、既知の画像認識アルゴリズムが適宜利用できる。
【００６６】
以上のようにしてワークの形状をレーザ加工データ設定プログラムに入力すると、レーザ加工データ設定プログラムの画面上に入力されたワークが表示される。レーザ加工データ設定プログラム２００のユーザインターフェース画面の一例を図２８に示す。この例では、画面左に３次元印字データの編集状態を表示する編集表示欄２０２が設けられ、また画面右は後述する印字文字列等の印字パターン入力欄２０４である。編集表示欄２０２は編集状態のプレビューを表示する。図２８の例ではワークの２次元図（ここでは横置き姿勢の円柱の平面図）が表示されており、ユーザはマウス操作や座標指定によりワークの表示倍率や姿勢、配置等を任意に変更できる。編集表示欄２０２は、表示されるサイズに応じて画面をスクロール表示できる。さらに編集表示欄２０２の右下には、レーザ加工データを立体的に示す３次元ビューワ欄２０６が表示される。図２８の例では３次元ビューワ欄２０６にはワークＷである円柱の斜視図が示される。３次元ビューワ欄２０６で表示されるワークＷは、好ましくは姿勢や角度の変更、回転、倍率変更等の操作を可能とする。例えば３次元ビューワ欄２０６上からワークＷを直接ドラッグして回転、移動させる。
【００６７】
なおこれらの表示は一例であり、各欄のレイアウトや大きさ、位置関係等は任意に変更可能であることは言うまでもない。例えば各欄を別ウィンドウで表示させてもよい。ユーザはレーザ加工データ設定プログラムから、後述する印字パターンをワークのどの面に印字を行うか、すなわち印字面を指定する。なお上記ではワークの全体形状を入力する例を説明したが、必ずしもワークの全体形状を入力する必要はなく、加工面である印字面を含む部位の形状を指定するだけでもよい。
【００６８】
以上のようにして図２３のフローチャートにおけるステップＳ１１で、印字したい印字面の立体情報を指定した後、ステップＳ１２で、印字パターン情報を入力部から入力する。ここでは、加工パターン入力手段３Ｂから印字文字列やイメージを指定する。図２９に、レーザ加工データ設定プログラム２００で印字パターン情報を入力する例を示す。この図において、加工パターン入力手段３Ｂは印字パターン入力欄２０４で実現される。印字パターン入力欄２０４の中段には、加工パターンの種別を指定する「種類」欄２０４ａや文字列を入力するための「文字入力」欄２０４ｂ、印字したい文字データの種類や単線・太線といった線種等詳細を設定するための複数のタブを備える詳細設定欄２０４ｃ等が設けられる。「種類」欄２０４ａでは、加工パターンを文字列、ロゴ・図、加工機動作のいずれかから選択する。この例では「種類」欄２０４ａで「文字列」を選択し、「文字入力」欄２０４ｂから印字したい文字列として「ＡＢＣＤ」を入力すると、左欄の編集表示欄２０２に編集中の文字列「ＡＢＣＤ」が平面状に表示される。
【００６９】
次に、ステップＳ１３で加工パターン情報を３次元空間座標データに変換する。この例を図３０〜図３１に基づいて説明する。まず図３０に示すように、編集表示欄２０２で編集中の文字列「ＡＢＣＤ」を移動させてワーク上に重ねるよう配置する。編集中の文字列の移動は、マウスのドラッグ等の操作によって感覚的に行う他、座標で正確に指定することもできる。例えばマウス操作の場合は、マウスの左クリックで文字列を選択すると、文字列を囲むように枠が表示され、枠をドラッグして移動可能とできる。また枠の各辺にはハンドルが表示され、これを操作することで拡大／縮小や回転等変形させることができる。一方、座標での指定は、詳細設定欄２０４ｃの「サイズ・位置」タブ２０５を選択して、ブロック座標のＸ座標、Ｙ座標を指定する。また必要に応じて、印字文字列の文字サイズ等の調整を行う。印字文字列の位置が決定されると、印字文字列の印字面への貼り付けを行う。ここでは、図３１に示すようにマウスの右クリックで表示される右クリックメニュー２０７ａから「フィッティング」を選択すると、貼り付け動作が実行される。すなわち、立体情報を持たない加工パターンを、立体情報を持つ印字面に仮想的に一致させるように、座標変換を行って加工パターン情報から３次元空間座標データを生成する。この処理は演算部８０の座標変換手段８０Ａが行う。これによって、ワークの表面に印字文字列が貼り付けられ、３次元ビューワ欄２０６には印字パターンが立体的に表示されると共に、編集表示欄２０２ではワーク上の文字列が、３次元データに変換される結果、左右が多少歪んで表示される。
【００７０】
また、上記のようなフィッティング操作によって平面状の印字文字列を立体形状に変形させる他、印字文字列をマウスでドラッグすることで、ワークの立体形状に従って印字文字列を変形させ、さらにこの様子をリアルタイムに表示させることもできる。この様子を図３２〜図３３に基づいて説明する。図３２は、貼り付けたい図形をマウスでドラッグする状態を示す。図３２の例では、文字列ＡＢＣＤのグループを示す枠をマウスで選択し、ワークである円筒の側面に載せるよう左から右にドラッグする。そして図３３に示すように、文字列の枠がワークの立体表面に重なると、重なった部分は表面に張り付くようにリアルタイムに文字列が変形する。また画面右下の３次元ビューワ欄２０６で表示されるワークの斜視図上でも、リアルタイムに変形する様子を表示させてもよい。この方法によれば、ユーザはリアルタイムに変形する文字列を確認できるので、意図した位置に配置することがさらに容易となる。このような座標演算には、一般に大量の演算処理が必要であるが、処理能力の低いコンピュータを使用する場合等では、印字文字列を囲む枠のみをワークの立体形状に従って変形させ、文字列自体の変形表示を省略させることもできる。これにより演算量を低減でき、低負荷での操作を実現してユーザの操作時のストレスを低減できる。
（フィッティングしない場合）
【００７１】
なお、加工パターンをワークに貼り付けるフィッティング操作を行わないこともできる。この場合、Ｘ、Ｙ座標はそのままで維持され、Ｚ方向のみ調整される。この結果、加工パターンはゆがんで印字されることとなるが、特定の方向からみれば正しく読めるようになる。例えばバーコードを印字する場合、曲面に一致するように正しく印字すると、バーコード読み取り時に特定方向から読み取り光線を照射すると、ナロー幅や細太化が異なってしまうことがある。これを防止するため、フィッティングによる座標調整を行わず、印字加工の際に正しく加工できるように高さ方向のみ調整することで、印字されたバーコードを特定の一点から読み取りを行うと正しく読み取れるようにできる。
【００７２】
このようにしてステップＳ１３で３次元空間座標データが得られた後、ステップＳ１４で必要に応じて調整作業が行われる。例えばレイアウトの調整や高さ方向（ｚ方向）への微調整が挙げられる。微調整には、プログラム上に設けられたバーでのスライド調整やマウスのホイール回転等の手段が利用できる。
【００７３】
以上の手順で最終的なレーザ加工データが生成され設定作業が終了した後、得られたレーザ加工データをレーザ加工データ設定プログラム２００からレーザ加工装置のコントローラ１Ａに転送する。転送の実行には、レーザ加工データ設定プログラム２００の画面左下に設けられた「転送・読出し」ボタンを押下する。
【００７４】
レーザ加工装置では、レーザ加工データに基づいて印字加工を行う。また実際の加工開始に先立って、テスト印字を行わせてもよい。これにより、所望の印字パターンの印字が得られるかどうかを事前に確認することができる。またテスト印字結果に基づいて、さらにレーザ加工データを再設定することもできる。
【００７５】
以上の例では、一のワークに一の印字パターンを指定する例を説明したが、同様の手順を繰り返すことにより一のワークに複数の印字パターンを指定することもできる。また、レーザ加工データ設定プログラムの一画面にワークを一のみを表示する構成に限られず、一画面に複数のワークを表示させて、それぞれのワークに印字パターンを指定することもできる。
（移動するワークへの加工）
【００７６】
このレーザ加工データ設定装置は、移動するワークの加工対象面が３次元状であっても、正確に印字加工できるよう、加工データ生成部８０Ｋが、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件と、３次元状の加工対象面とに基づいた加工データを生成する。ここでは、加工面プロファイル入力手段３Ａから加工対象面の３次元形状（例えば加工対象面が円柱状の場合は、円柱の半径等）に関するプロファイル情報を入力し、さらに移動速度入力手段３Ｄから加工対象面の移動速度等の移動条件を入力して、これらの情報に基づいて加工データ生成部８０Ｋが３次元状の加工面に応じた加工データを生成する。
【００７７】
ここでは、円柱あるいは円錐状で回転するワークに対して印字加工を行う例として、図３４に示すような円柱状のワークＷ１、図３５に示すような同心円で異なる半径の円柱状を複数合わせたワークＷ２、図３６に示すような円錐状のワークＷ３に対して、加工条件設定部３Ｃからこのような加工条件をそれぞれ設定する例を図３７〜図３９に示す。
（円柱状ワークＷ１）
【００７８】
図３７は、加工条件設定部３Ｃの一例として、図３４に示す円柱状のワークＷ１に対する印字の条件を指定する画面を示している。この例では、左側に印字すべき文字列を表示しており、右側に加工面プロファイル入力手段３Ａの一形態として、ワークの形状を指定する形状指定欄３ａが設けられる。形状指定欄３ａでは予め用意された所定の形状をプルダウンメニューから選択する。形状指定欄３ａで選択された形状に応じて、形状を特定するパラメータ指定欄３ｄが形状指定欄３ａの下部に自動的に表示される。ここでは形状指定欄３ａで「円柱」が指定され、パラメータ指定欄３ｄで円柱の半径の入力欄が表示される。
【００７９】
さらにパラメータ表示欄の下部に、移動速度入力手段３Ｄの一形態として回転速度入力欄が表示されている。回転速度は、例えば単位時間当たりの回転数ｒｐｍ（回転数／分）により指定すると共に、ワークの半径を指定する。もちろん、その他の速度の指定手段として、角速度を採用しても良い。ユーザは、上記の各入力欄で各々の値を数値で入力する。
【００８０】
なお、加工対象面のプロファイル情報として、円柱の半径の他、円柱の中心の座標等、基準となる点（基準点）の座標位置や円柱中心軸の方向等を指定することもできる。さらに必要に応じて、ワークの３次元形状を立体的に表示する３次元ビューワ欄２０６を表示させてもよい。このようにして入力された値に応じて、加工データ生成部８０Ｋが最適な印字条件を演算し、加工データを生成する。
（円柱ブロック状ワークＷ２）
【００８１】
また図３８は、図３５に示すような同心円で半径の異なる円柱が連なったワークＷ２に対して印字条件を設定する画面例を示している。この例では、ワークの形状として形状指定欄３ｂで「円柱（複数）」を選択しており、パラメータ指定欄３ｅでは円柱を構成するブロック数と、各ブロック毎の半径及び長さの指定欄が表示されている。この画面から各ブロックの半径及び長さを数値で入力する。図３８の画面例では、円柱ブロック数として３が指定されたため、ブロック１〜３の半径ｒ1〜ｒ3、及び高さｈ1〜ｈ3の入力欄が設けられる。このように、選択されたブロック数に応じてパラメータ指定欄の入力数が変動する。また上記と同様に、ワークの回転速度も回転速度入力欄から入力する。
【００８２】
図３５のワークＷ２では、ワーク自体の回転速度は一律であるが、ワークＷ２の高さによって円柱の半径が変わるため、回転速度も印字位置に応じて相対的に変化する。すなわち、円柱の半径が短くなるほど、相対的に回転速度は遅くなる。したがって、加工データ生成部８０Ｋは、加工条件設定部３Ｃで入力された条件に基づいて、ワークの移動速度の変化も考慮して印字のための条件を演算する。図３５の例では円柱ブロックの高さ方向がＹ方向となるため、ｙ座標の範囲に応じて異なる移動速度（一定値）を設定する。例えば、ブロック２における半径をｒ2、移動速度をＶ、ブロック３における半径をｒ3、移動速度をＶ’とすると、Ｖ’＝（ｒ3／ｒ2）Ｖの関係が成立する。すなわち、ｙ座標についてブロック３の底面を基準位置とすると、ｈ3＜ｙ＜ｈ2、では移動速度Ｖ、０＜ｙ＜ｈ3では移動速度Ｖ’＝（ｒ3／ｒ2）Ｖとなる。このように、円柱状の半径が異なるワークであっても、演算によって移動速度を求めることができるので、上記と同様に回転するワークに対する正確な印字のための条件を設定できる。
（円錐状ワークＷ３）
【００８３】
上記では、円の半径が離散的に変化するワークの例として円柱ブロック状ワークＷ２を説明した。これに限らず、半径が連続的に変化するワーク、例えば円錐状のワークに対しても、同様に加工対象面の移動速度を加味した正確な印字を行うことができる。図３９は、図３６に示す円錐状のワークＷ３に対して印字条件を設定する画面例を示している。ここでは、形状指定欄３ｃで「円錐」を選択することで、パラメータ指定欄３ｆに円錐底面の半径と高さの入力欄が表示される。このような円錐形状では、半径が高さに応じて連続的に変化するため、これに伴ってワークＷ３上の相対的な速度も高さ方向に連続的に変化する。したがって、ワークＷ３の高さ方向、図３６の例ではｙ座標に応じて加工データ生成部８０Ｋは移動速度を演算する。例えば底面の半径をｒ、移動速度をＶとし、円錐の任意の位置における半径ｒ”がｙ座標に応じて決まる所定の関数ｆ（ｙ）で表される場合、座標ｙにおける相対速度Ｖ”はＶ”＝（ｒ”／ｒ）Ｖ＝（ｆ（ｙ）／ｒ）Ｖとなる。このように、円錐状のワークであっても相対移動速度を演算できるので、正確な印字条件を加工データ生成部８０Ｋで決定することができる。また図３６の例では、半径が高さに応じて直線的に変化する円錐状を示したが、曲線的に変化する円錐に対しても同様に対応できる。
【００８４】
また、上記の形状を組み合わせた形状のワークに対しても、同様に加工条件を設定することができる。例えば図４０に示すような鉄アレイ状のワークＷ４に対しては、複数の円柱状部分と円錐状部分との組み合わせで構成されていると捉えられるので、各領域毎の条件を入力することで印字加工が可能となる。また瓶やペットボトルのような形状に対しても同様に、領域毎の形状を指定して印字加工が行える。
【００８５】
以上のようにして指定された加工条件に基づき、加工データ生成部８０Ｋは加工データを生成する。従来の印字方法では、上述した図４等に示すように、平面データをそのまま円柱状に写像していたため、中心から端部に近付くほど誤差が大きく、歪みが生じる。この様子を図４１に基づいて説明すると、図４１（ａ）に示すように回転してＸ軸方向に相対的に移動する円筒状ワークＷに対して文字「ＡＢＣ」を印字する場合、単に平面状の「ＡＢＣ」をそのまま円周面上に写像するため、図４１（ｂ）に示すように上面から見れば正しく「ＡＢＣ」と印字されている。しかしながら、円周曲面を平面に展開すると端部に近付くほど間延びしてしまい、図４１（ｃ）に示すように印字された円周曲面を平面に展開すると、「Ｂ」はほぼ正常に印字されているものの「Ａ」と「Ｃ」は歪んで印字された結果となっていた。
【００８６】
これに対して、上記実施の形態によれば、加工データ生成部８０Ｋが３次元状の加工データを生成しているので、図４２（ｃ）に示すように印字結果を展開しても正しく「ＡＢＣ」が印字されている。すなわち、レーザ光を走査する上面から見ると、図４２（ａ）、（ｂ）に示すように中心から端部に向かうほど、印字の幅が狭くなるように印字位置が補正されている。さらに、このような３次元状のワークＷが移動（この例では回転）することを考慮し、各時間にワークＷの加工対象面がどの位置にあるかを計算して、これに応じた印字を行っているので、移動する３次元状のワークに対しても、所望の印字結果を得ることができる。
【００８７】
なお、ここで加工データとは、実際にレーザ加工装置に印字加工させる際に必要な設定を指し、例えば印字されるパターンの各座標位置やレーザの照射開始位置、レーザ出力や走査速度等が含まれる。上記の手順によって加工データ生成部８０Ｋは、印字データ量や各時間における加工対象面の位置やレーザ光の走査速度、レーザ出力等を勘案して、最適なレーザの照射条件を演算する。このように加工データ生成部８０Ｋでワークの形状や回転速度等に応じて自動的に加工データを設定するので、ユーザは所望のワークや速度等の条件を指定してやるだけで、具体的な条件を意識することなく最適な印字結果を得ることができる。すなわち、ユーザはレーザ加工装置の詳細なパラメータの意味を理解しなくとも、最適な印字条件に設定することが可能となり、初心者でも扱いやすいという利点が得られる。
【００８８】
また一方で、加工データ生成部８０Ｋで演算した加工データをユーザが微調整するように構成することも可能である。例えば、自動演算された加工データの各条件を表示し、ユーザが必要な項目を選択してパラーメータの値を増減、あるいは直接入力することで、より適した条件に調整させてもよい。例えば自動演算された条件で実際にワークを印字し、印字結果を参照して条件を調整・変更するような場合は、必要な項目値のみを調整すれば足りるので、細かなチューニングが可能となる。この構成は、レーザ加工装置の特性を理解した熟練ユーザに好適である。
（印字条件の計算方法）
【００８９】
次に、加工データ生成部８０Ｋが最適な印字条件を演算する例を、以下図４３及び図４４に基づいて説明する。図４３は、２次元的な移動印字に関する条件設定を説明する模式図であり、図４３（ａ）は斜視図、図４３（ｂ）は平面図を、それぞれ示している。また図４４は３次元的な移動印字に関する条件設定の一例として、回転運動するワークに対する印字条件設定方法を説明する模式図であり、図４４（ａ）は平面図、図４４（ｂ）は断面図を、それぞれ示している。
（平面移動印字の設定方法）
【００９０】
先ず、図４３に基づいて２次元的な平面印字の設定方法について説明する。２次元的な移動印字では、移動するワークに対して、２次元的な印字対象面に印字する。このような印字の場合は、（１）印字する印字内容を決定し、（２）平面移動の加工条件を設定した上で、（３）印字を開始し、（４）さらに印字内容のＸＹ座標に、ワークの移動量に応じた座標を加算する。図４３（ａ）の例では、印字内容として文字列「ＡＢＣ」を指定している。また平面移動の加工条件としては、移動方向、移動条件、印字範囲等がある。以下、平面移動加工条件について順次説明する。
（移動方向）
【００９１】
平面移動加工条件の一である移動方向として、ワークの移動方向を指定する。この例では、印字対象のワークが左から右へ移動するため、この移動方向を移動加工条件設定部から指定する。図４５に移動加工条件設定部の一例として、加工ライン条件設定画面２４０を示す。この図において、「移動／印字方向」タブ２４１を選択し、ワークのＸＹ移動方向及び／又はＺ移動方向を設定する。この例では、レーザ加工装置のマーキングヘッドを平面図及び側面図で示し、これに対してワークのラインの向き及び移動方向を指定する。このような視覚的な表示例から選択させることによって、ユーザは相互の位置関係を容易に把握でき、設定を容易にすると共に設定ミスを低減できる。図４３の例では、マーキングヘッドの長手方向に対して印字の向きが図４３（ａ）に対して直交する場合、ワークの移動方向に応じて上又は下方向を選択する。選択後、印字内容である「ＡＢＣ」が上下方向に並んで表示される。
（移動条件）
【００９２】
移動条件は、所定の速度での移動（フィードバック無しのオープン制御）か、エンコーダによるフィードバック制御かを指定するものである。ここではワークが等速移動かエンコーダ制御かを選択する。
（印字範囲）
【００９３】
印字できる範囲は、Ｘ方向とＹ方向に対応させて設けられたスキャナの可動範囲によって定められるものであり、その最大の印字可能範囲は、図２８や図２９に示す編集表示欄２０２で表示される部分が、これに対応するよう設定されている。ユーザは、その編集表示欄２０２内に、印字対象文字等を設定することで、自動的に印字範囲を設定できる。
【００９４】
これらの平面移動加工条件を指定すると、印字開始後のＸＹ座標位置及び各座標位置におけるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦを演算できる。ＸＹ座標は、印字内容の文字に応じたＸＹ座標に、ワークの移動方向の座標に対してワーク移動量分を加算して計算できる。図４３の例では、ワークがＸ方向に移動するため、Ｘ座標についてのみワークの移動速度を加算し、Ｙ座標については維持する。すなわち、
Ｘ’＝Ｘ＋（ワークの移動速度）
Ｙ’＝Ｙ
として計算されるので、これに基づいて印字を行う。
（回転移動印字の設定方法）
【００９５】
次に、３次元的な移動印字について説明する。図４４の例では、回転移動するワークに対する印字を行う。この場合も上記平面移動印字と同様、（１）印字する印字内容を決定し、（２）回転移動の加工条件を設定した上で、（３）印字を開始し、（４）さらに印字内容のＸＹ座標に、ワークの移動量に応じた座標を加算する。具体的には、（４−１）ＸＹ座標の変換、Ｚ座標の付加と、（４−２）移動方向の座標に対して変換移動量分の座標を加算する。
【００９６】
印字内容としては、上記と同様文字列「ＡＢＣ」とした。回転移動の加工条件としては、上記平面移動加工条件に加えて、回転速度と半径が加わる。これによって速度を演算できる。すなわち、印字可能な範囲の、ワークの円周面に位置する各点における接線方向の速度を算出し（この値は各点で同じ）、さらに絶対座標の回転移動方向、図４４（ｂ）の例ではＸ方向における各点での速度を算出する。図４４の場合、Ｙ座標の変換は不要であり、これを維持したまま、Ｘ座標（回転移動方向）の変換と、Ｚ座標の付加が演算されると共に、移動方向の各点における変換移動量が算出され、印字が実行される。
【００９７】
具体的には、図４４において回転速度が５００ｒｐｍ（回転／分）、半径５０ｍｍとすると、円周上での移動速度は５０ｘ２πｘ５００／６０＝２６１６ｍｍ／ｓとなる。また変換前の座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、変換後の座標を（Ｘ”、Ｙ”、Ｚ”）として、まずＸ座標の変換及びＺ座標の付加によって（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）に変換されるとすると、次式で演算できる。
Ｘ1＝ｒ＊ｓｉｎ（Ｘ／ｒ）
Ｙ1＝Ｙ
Ｚ1＝ｒ（ｃｏｓ（Ｘ／ｒ）−１）
【００９８】
さらに、移動方向の座標に対して変換移動量分の座標を加算した結果、（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）が（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）に変換されるとすると、次式で演算できる。
Ｘ2＝２６１６ｍｍ／ｓ＊ｃｏｓ（Ｘ／ｒ）
Ｙ2＝Ｙ
Ｚ2＝−２６１６ｍｍ／ｓ＊ｓｉｎ（Ｘ／ｒ）
【００９９】
したがって、変換前の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と変換後の座標（Ｘ”、Ｙ”、Ｚ”）との奸計は、次式で表すことができる。
Ｘ”＝ｒ＊ｓｉｎ（Ｘ／ｒ）＋移動速度＊ｃｏｓ（Ｘ／ｒ）
Ｙ”＝Ｙ
Ｚ”＝ｒ（ｃｏｓ（Ｘ／ｒ）−１）−移動速度＊ｓｉｎ（Ｘ／ｒ）
（領域分割）
【０１００】
さらに、連続して回転する回転体への印字においては、回転速度や印字すべき作業量、レーザ光走査系の走査速度等によっては、回転体の１回の回転ではすべての印字加工を行うことができない場合も起こり得る。このような場合に、１回の回転で印字可能な領域に区切るよう、回転面の円周方向に沿って加工領域を分割し、複数回の回転に分けて印字することが可能となる。
【０１０１】
この方法を、図４６に基づき説明する。この例では、円周に沿って４つの領域に分割している。そして回転体の１回転目では領域１を印字し、２回転目で領域２、３回転目で領域３、４回転目で領域４をそれぞれ印字することで、回転体が計４回回転する間にすべての加工作業を終了できる。このように、従来では処理能力が不十分で印字できなかった回転体への印字であっても、円周方向に沿って加工可能な領域に分割することで、回転体の回転速度を変更することなく印字を可能とできる。また複数回に分割することで、無理なく印字することができ、特に加工領域を多く分割するほど、より高精度な加工が可能となり、加工精度の向上も実現できる。
【０１０２】
加工領域の分割は、回転体の回転速度のみならず、印字データの量すなわち印字作業量やレーザ光学系の走査速度、求められる印字品質、要求されるタクトタイム等に応じて設定される。また、各領域を均等に分割する必要はなく、印字作業量に応じて領域の円周方向長さを調整することも可能である。
【０１０３】
また図４６の例では、分割された領域への印字を回転毎に割り当てているが、１回転中に複数の領域を割り当てることも可能となる。図４７に示す例では、円周上の加工面を４つの領域１〜４に分割した上で、１回転目で領域１及び３への印字を、２回転目で領域２及び４への印字を行っている。このように、１回転目で領域１への印字を終えて、次の領域２までの印字を行うまでに待ち時間がある場合、言い換えると２回転目に入るまでの間に他の未印字領域への印字が可能な場合は、この待ち時間を利用して印字を行うことができる。このように、１回転中に１領域のみ印字する例に限られず、１回転中に複数領域の印字を割り当てることも可能であり、これによってより少ない回転数で印字を完了でき、タクトタイムの短縮化を実現してより効率的な印字作業が実現できる。また、印字順序の割り当ては、上記のように１→３→２→４のような昇順に限られず、印字作業量や優先度等に応じて任意の順序に設定可能であることはいうまでもない。
【０１０４】
このように、回転するワークＷに対して、複数回に分けて印字を行うことにより、回転速度を落とすことなく印字が可能となる。印字作業量が多く従来では印字不可能であった用途においても品質を維持した印字を可能とできる。
（デフォーカス量の設定）
【０１０５】
以上の加工データ生成部は、加工条件設定部で設定された加工条件に基づいて、３次元状の加工対象面と一致する基本設定条件となるように加工データを生成している。ただ、意図的に加工対象面と一致しないようにデフォーカス量を設定することも可能である。
【０１０６】
意図的に特定のデフォーカス量を印字面に対して設定するには、印字面に対してフォーカスが合う基本設定条件に対して、デフォーカス量を指定する。図４８に、このような設定を行う加工パラメータ設定画面の一例を示す。図４８において、加工パラメータ設定欄２０４ｌにデフォーカス値を指定するデフォーカス設定欄２０４ｍが設けられており、ユーザが所望の値を入力する。デフォーカス値として、例えばプラスの値を入力すれば、焦点位置が印字面よりも設定された値分、レーザ加工装置に対して離れた位置に設定される。逆にマイナスの値として入力すれば、印字面よりさらに設定された値だけ焦点位置がレーザ加工装置に対して近い位置に設定される。
【０１０７】
なお図４８において、画面左上に３次元ビューワ２６０が別ウィンドウで表示され、同じワークの２次元表示と３次元表示を並べて表示させている。この例では、３次元ビューワ２６０を開くための３次元別画面呼出手段として、２画面表示ボタン２０７Ｃをフローティングツールバーに設けている。編集表示欄２０２で２次元表示させている状態で、２画面表示ボタン２０７Ｃを押下すると、図４８に示すように３次元ビューワ２６０が別ウィンドウで表示される。３次元ビューワ２６０はドラッグして任意の位置に配置可能である。またウィンドウサイズも変更できる。さらに、３次元ビューワ２６０で表示されるワークＷの姿勢や角度の変更、回転等の操作を可能としてもよい。これらの３次元表示においては、グリッドやスケールを表示させており、視点の把握を容易にしている。これらグリッドやスケール表示をＯＮ／ＯＦＦすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明のレーザ加工条件設定装置、レーザ加工装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器は、例えばマーキング、穴あけ、トリミング、スクライビング、表面処理等、立体形状を有する立体の表面にレーザ照射を行う処理において、立体形状の設定に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】走査部におけるＸ・Ｙ軸スキャナの配置状態を示す透明斜視図である。
【図３】円柱状のワークの加工対象面を平面状に展開した状態を示す斜視図である。
【図４】図３のワークにおいて、２次元の加工データで３次元のワークに印字を行う場合に生じる誤差を説明する側面図である。
【図５】誤差を少なくするために加工範囲を制限した様子を示す側面図である。
【図６】回転するワーク上の位置によって相対的な移動速度が変化する様子を説明する側面図である。
【図７】回転するワークに対する印字加工を説明する側面図である。
【図８】図１のレーザ励起部の内部構造を示す斜視図である。
【図９】レーザ加工装置のレーザ光走査系を含むマーキングヘッドの構成を示す斜視図である。
【図１０】図９を背面方向から見た斜視図である。
【図１１】図９を側面から見た側面図である。
【図１２】焦点距離を長くする場合のレーザ光走査系を示す側面図である。
【図１３】焦点距離を短くする場合のレーザ光走査系を示す側面図である。
【図１４】Ｚ軸スキャナを示す正面図及び断面図である。
【図１５】レーザ加工装置のレーザ光の焦点位置が、作業位置において変化する状態を説明する説明図である。
【図１６】作業領域中の位置に応じて加工状態が異なることを説明する説明図である。
【図１７】ワークの表面形状に応じてレーザ光の焦点位置を調整する様子を説明する説明図である。
【図１８】作業領域内の加工位置に応じて焦点位置が変化する様子を説明する説明図である。
【図１９】従来のレーザ加工装置のマーキングヘッドを設置する状態を示す説明図である。
【図２０】ワークの角度に合わせてマーキングヘッドを傾斜させて設置する例を説明刷る説明図である。
【図２１】３次元印字可能なレーザマーカのシステム構成を示すブロック図である。
【図２２】レーザ加工データ設定装置を示すブロック図である。
【図２３】本発明の実施の形態１に係る３次元加工データの設定手順を示すフローチャートである。
【図２４】ワークの３次元形状を入力するワーク３次元形状設定プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図２５】ワーク形状設定ウィザードを示すイメージ図である。
【図２６】ＣＡＤファイル変換画面を示すイメージ図である。
【図２７】イメージセンサでワークを検出する状態を示す斜視図である。
【図２８】３次元加工データ設定プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図２９】図２８の３次元加工データ設定プログラムで印字パターン情報を入力する様子を示すイメージ図である。
【図３０】図２９の３次元加工データ設定プログラムで印字文字列を移動させる様子を示すイメージ図である。
【図３１】図３０の３次元加工データ設定プログラムで印字文字列の印字面への貼り付けを行う様子を示すイメージ図である。
【図３２】文字列の変形をリアルタイムに表示する様子を示すイメージ図である。
【図３３】文字列の変形をリアルタイムに表示する様子を示すイメージ図である。
【図３４】円柱状のワークに対する加工を説明する斜視図である。
【図３５】複数の円柱状ブロックを組み合わせたワークに対する加工を説明する斜視図である。
【図３６】円錐状のワークに対する加工を説明する斜視図である。
【図３７】図３４のワークに対する加工条件を設定する例を示すイメージ図である。
【図３８】図３５のワークに対する加工条件を設定する例を示すイメージ図である。
【図３９】図３６のワークに対する加工条件を設定する例を示すイメージ図である。
【図４０】円柱と円錐を組み合わせたワークの形状を示す斜視図である。
【図４１】従来の印字方法による印字状態を示す側面図、平面図、斜視図である。
【図４２】本発明の実施の形態に係る手法による印字状態を示す側面図、平面図、斜視図である。
【図４３】２次元的な移動印字に関する条件設定を説明する模式図であり、図４３（ａ）は斜視図、図４３（ｂ）は平面図である。
【図４４】３次元的な移動印字に関する条件設定を説明する模式図であり、図４４（ａ）は平面図、図４４（ｂ）は断面図である。
【図４５】移動加工条件設定部で移動方向を設定する画面例を示すイメージ図である。
【図４６】円周上の領域を分割して印字を行う様子を説明する側面図である。
【図４７】円周上の領域を分割して印字を行う別の例を説明する側面図である。
【図４８】デフォーカス設定量の設定画面の一例を示すイメージ図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００…レーザ加工装置
１…レーザ制御部；１Ａ…コントローラ；２…レーザ出力部
３…入力部；３Ａ…加工面プロファイル入力手段；３Ｂ…加工パターン入力手段
３Ｃ…加工条件設定部；３Ｄ…移動速度入力手段
３ａ〜３ｃ…形状指定欄；３ｄ〜３ｆ…パラメータ指定欄
４…制御部；５…メモリ部；５Ａ…記憶部
６…レーザ励起部；７…電源；８…レーザ媒質；９…走査部
１０…レーザ励起光源；１１…レーザ励起光源集光部
１２…レーザ励起部ケーシング；１３…光ファイバケーブル
１４…スキャナ；１４ａ…Ｘ軸スキャナ；１４ｂ…Ｙ軸スキャナ
１４ｃ…Ｚ軸スキャナ；１４ｄ…ポインタ用スキャナミラー
１５…集光部；１６…入射レンズ；１８…出射レンズ
５０…レーザ発振部；５１、５１ａ、５１ｂ…ガルバノモータ
５２…スキャナ駆動回路；５３…ビームエキスパンダ
６０…ガイド用光源；６２…ハーフミラー；６４…ポインタ用光源；６６…固定ミラー
８０…演算部；８０Ｋ…加工データ生成部
８２…表示部
１５０…マーキングヘッド
１６０、１６０Ｂ…調整機構
１７０…設置台
１８０…レーザ加工データ設定装置
１９０…外部機器
２００…３次元形状設定プログラム
２０２…編集表示欄
２０４…印字パターン入力欄
２０４ａ…「種類」欄
２０４ｂ…「文字入力」欄
２０４ｃ…詳細設定欄
２０４ｌ…加工パラメータ設定欄
２０４ｍ…デフォーカス設定欄
２０５…「サイズ・位置」タブ
２０６…３次元ビューワ欄
２０７…表示切替ボタン
２０７ａ…右クリックメニュー
２０７Ｃ…２画面表示ボタン
２１０…ワーク３次元形状設定プログラム
２２０…ワーク形状設定ウィザード
２２２…「図形選択」欄
２２４…「入力パラメータ説明」欄
２２６…「パラメータ入力」欄
２３０…ＣＡＤファイル変換画面
２３２…「ファイル選択」欄
２３４…「ビューワ」欄
２３６…「変換」ボタン
２４０…加工ライン条件設定画面
２４１…「移動／印字方向」タブ
２６０…３次元ビューワ
Ｌ、Ｌ’…レーザ光；Ｐ…ポインタ光；Ｇ…ガイド光
Ｗ、Ｗ１〜４…ワーク；ＷＳ…作業領域；ＩＭＧ…イメージセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２７】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４６】
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【図４７】
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【図１６】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４５】
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【図４８】
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