(57)【要約】【課題】  高さの異なる加工対象物に文字などを加工する場合に、加工対象物間で加工精度や加工品質にバラツキが生じるのを抑制させたレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  加工パターン情報を記憶する加工パターン記憶部１１６と、加工対象物を検出するワークセンサ１０１からの検出信号に基づいて、加工面の加工基準面に対するオフセット量を指定するオフセット指定を生成するオフセット指定生成部１１５と、オフセット指定に基づいて、加工パターン情報における位置情報を変更する加工パターン変更処理部１１７と、位置情報の変更後の加工パターン情報に基づいて、レーザ光Ｌを走査させる走査制御部１２０と、位置情報の変更後の加工パターン情報に基づいて、レーザ光Ｌの焦点距離を制御するビーム径調整部１１９により構成される。【選択図】  図１３
2008068312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて加工基準面が予め定められ、この加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置において、
加工対象物を検出する対象物検出手段による検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手段と、
上記オフセット量指定手段により指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
２以上の上記加工対象物のそれぞれに設けられた識別情報に対応付けて、上記加工基準面に対する高さ情報を記憶する高さ情報記憶手段と、
外部機器から上記識別情報を取得する識別情報取得手段とを備え、
上記オフセット量指定手段が、上記識別情報取得手段により取得された識別情報に基づいて上記高さ情報を読み出し、読み出した高さ情報に基づいてオフセット量を指定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
上記オフセット量指定手段が、上記加工対象物の高さを測定する高さ測定手段による高さの測定結果に基づいて、オフセット量を指定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
上記オフセット量指定手段が、同一の加工対象物に対して加工対象物の移動方向に位置を異ならせて２回以上測定される高さの測定ごとにオフセット量を指定することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
上記オフセット量指定手段が、同一の加工対象物に対して加工対象物の移動方向と交差する方向に位置を異ならせて２回以上測定される高さの測定ごとにオフセット量を指定することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて加工基準面が予め定められ、この加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置において、
上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
上記高さ情報取得手段により取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手段と、
上記オフセット量指定手段により指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
上記加工対象物の識別情報に対応付けて２以上の高さ情報を記憶する高さ情報記憶手段を備え、
上記高さ情報取得手段が、上記高さ情報記憶手段から高さ情報を取得することを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
上記オフセット量指定手段は、上記高さ情報取得手段が高さ情報を取得するごとに、オフセット量を指定し、
上記位置情報変更手段が、上記走査制御手段によるレーザ光の走査中に位置情報の変更を行うことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて行われる３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法であって、
加工対象物を検出する対象物検出ステップと、
上記対象物検出ステップにおける検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定ステップと、
上記オフセット量指定ステップにおいて指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御ステップとからなることを特徴とする３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法。
【請求項１０】
レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて行われる３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法であって、
上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得ステップと、
上記高さ情報取得ステップにおいて取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定ステップと、
上記オフセット量指定ステップにおいて指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御ステップとからなることを特徴とする３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法。
【請求項１１】
レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置の制御プログラムであって、
加工対象物を検出する対象物検出手順と、
上記対象物検出手順における検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手順と、
上記オフセット量指定手順において指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手順とをレーザ加工装置に実行させることを特徴とするレーザ加工装置の制御プログラム。
【請求項１２】
レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置の制御プログラムであって、
上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得手順と、
上記高さ情報取得手順において取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手順と、
上記オフセット量指定手順において指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手順とをレーザ加工装置に実行させることを特徴とするレーザ加工装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置、３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法及びレーザ加工装置の制御プログラムに係り、さらに詳しくは、ビーム径を調整することによりレーザ光の焦点距離が調整可能なレーザ加工装置の改良に関する。
【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１に示すレーザ加工装置は、レーザ出力部１、レーザ制御部２及び入力部３を備える。レーザ制御部２の励起光発生部２３で発生される励起光を、レーザ出力部１のレーザ発振部１０で発振器を構成するレーザ媒質３２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３２の出射端面から出射され、ビームエキスパンダ１１でビーム径を拡大されて、光学部材により反射されて走査部１２に導かれる。走査部１２は、レーザ光Ｌを反射させて所望の方向に偏向し、集光部１３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、レーザ光ＬをワークＷ上で走査させるために、図５に示すような走査部１２を備える。走査部１２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１５ａ，１５ｂとを備えている。Ｘ−Ｙ軸スキャナ１４ａ，１４ｂは、図５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１２の下方には、集光部１３が備えられる。集光部１３は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Ｌの焦点距離を調整して３次元状の加工を可能としたレーザ加工装置も開発されている。図６及び図７に、このような３次元加工可能なレーザ加工装置の一例として、ビーム径の調整可能なビームエキスパンダ１１を付加することで焦点距離を変化可能としたレーザ加工装置を示す。このビームエキスパンダ１１は、レーザ発振部１０側に面する入射レンズ４０と、レーザ出射側に面する出射レンズ４１を含んでおり、これらのレンズを駆動用モータ等で摺動させてレンズ間の距離を相対的に変化させ、ビーム径を調整することにより焦点距離すなわち高さ方向のワーキングディスタンスを調整可能としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、ワークＷの高さが変わると、ｆθレンズ及びワークＷ表面間の距離が変化するので、レーザ光Ｌのスポット径も変化することとなる。このため、従来のレーザ加工装置では、高さの異なるワークＷに文字などを加工すると、ワークＷ間で加工精度や加工品質にバラツキが生じるという問題があった。そこで、高さの異なるワークＷに文字などを加工する際には、ワークＷの高さに応じてレーザ出力部１の位置を調整し、或いは、ワークが載置されるステージの位置を調整することが考えられる。しかし、この方法では、装置の構造が複雑化して製造コストが増大し、或いは、ワークＷの高さの変化に追従させる際の応答性が良くないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高さの異なる加工対象物に文字などを加工する場合に、加工対象物間で加工精度や加工品質にバラツキが生じるのを抑制させたレーザ加工装置、３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法及びレーザ加工装置の制御プログラムを提供することを目的とする。特に、装置の構造を複雑化させることなく、加工対象物の高さの変化に追従して加工することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明によるレーザ加工装置は、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて加工基準面が予め定められ、この加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、加工対象物を検出する対象物検出手段による検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手段と、上記オフセット量指定手段により指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手段と、上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手段と、上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手段とを備えて構成される。
【０００８】
このレーザ加工装置では、加工対象物の検出結果に基づいて加工基準面に対する加工面のオフセット量が指定され、加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ光が走査される。その際、オフセット量指定手段により指定されたオフセット量に基づいて上記位置情報が変更され、変更後の位置情報に基づいてレーザ光の走査及び焦点距離の制御が行われる。この様な構成により、高さの異なる加工対象物に文字などを加工する場合に、加工対象物の検出結果に基づいて指定されるオフセット量によって位置情報を自動的に変更してレーザ光の走査及び焦点距離の制御が行われるので、加工対象物間で加工精度や加工品質にバラツキが生じるのを抑制させることができる。
【０００９】
第２の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、２以上の上記加工対象物のそれぞれに設けられた識別情報に対応付けて、上記加工基準面に対する高さ情報を記憶する高さ情報記憶手段と、外部機器から上記識別情報を取得する識別情報取得手段とを備え、上記オフセット量指定手段が、上記識別情報取得手段により取得された識別情報に基づいて上記高さ情報を読み出し、読み出した高さ情報に基づいてオフセット量を指定するように構成される。
【００１０】
第３の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記オフセット量指定手段が、上記加工対象物の高さを測定する高さ測定手段による高さの測定結果に基づいて、オフセット量を指定するように構成される。
【００１１】
第４の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記オフセット量指定手段が、同一の加工対象物に対して加工対象物の移動方向に位置を異ならせて２回以上測定される高さの測定ごとにオフセット量を指定するように構成される。この様な構成によれば、同一の加工対象物内で高さが変化しているような場合であっても、加工対象物の移動方向に位置を異ならせて複数回測定される高さの測定ごとにオフセット量の指定が行われるので、高さの変化に応じて位置情報を適切に変更させることができる。
【００１２】
第５の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記オフセット量指定手段が、同一の加工対象物に対して加工対象物の移動方向と交差する方向に位置を異ならせて２回以上測定される高さの測定ごとにオフセット量を指定するように構成される。この様な構成によれば、同一の加工対象物内で高さが変化しているような場合であっても、加工対象物の移動方向と交差する方向に位置を異ならせて複数回測定される高さの測定ごとにオフセット量の指定が行われるので、高さの変化に応じて位置情報を適切に変更させることができる。
【００１３】
第６の本発明によるレーザ加工装置は、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて加工基準面が予め定められ、この加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、上記高さ情報取得手段により取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手段と、上記オフセット量指定手段により指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手段と、上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手段と、上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手段とを備えて構成される。
【００１４】
第７の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記加工対象物の識別情報に対応付けて２以上の高さ情報を記憶する高さ情報記憶手段を備え、上記高さ情報取得手段が、上記高さ情報記憶手段から高さ情報を取得するように構成される。
【００１５】
第８の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記オフセット量指定手段が、上記高さ情報取得手段が高さ情報を取得するごとに、オフセット量を指定し、上記位置情報変更手段が、上記走査制御手段によるレーザ光の走査中に位置情報の変更を行うように構成される。
【００１６】
第９の本発明による３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法は、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて行われる３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法であって、加工対象物を検出する対象物検出ステップと、上記対象物検出ステップにおける検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定ステップと、上記オフセット量指定ステップにおいて指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更ステップと、上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御ステップと、上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御ステップとからなるように構成される。
【００１７】
第１０の本発明による３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法は、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて行われる３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法であって、上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得ステップと、上記高さ情報取得ステップにおいて取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定ステップと、上記オフセット量指定ステップにおいて指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更ステップと、上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御ステップと、上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御ステップとからなるように構成される。
【００１８】
第１１の本発明によるレーザ加工装置の制御プログラムは、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置の制御プログラムであって、加工対象物を検出する対象物検出手順と、上記対象物検出手順における検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手順と、上記オフセット量指定手順において指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手順と、上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手順と、上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手順とをレーザ加工装置に実行させることを特徴としている。
【００１９】
第１２の本発明によるレーザ加工装置の制御プログラムは、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置の制御プログラムであって、上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得手順と、上記高さ情報取得手順において取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手順と、上記オフセット量指定手順において指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手順と、上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手順と、上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手順とをレーザ加工装置に実行させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるレーザ加工装置、３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法及びレーザ加工装置の制御プログラムによれば、高さの異なる加工対象物に文字などを加工する場合に、加工対象物の検出結果に基づいて指定されるオフセット量によって位置情報を自動的に変更してレーザ光の走査及び焦点距離の制御が行われるので、加工対象物間で加工精度や加工品質にバラツキが生じるのを抑制させることができる。特に、同一の加工対象物内で高さが変化しているような場合であっても、加工対象物の移動方向に位置を異ならせて複数回測定される高さの測定ごとにオフセット量の指定が行われるので、高さの変化に応じて位置情報を適切に変更させることができる。また、オフセット量に応じてレーザ光の焦点距離を変化させているので、ヘッド部の位置やステージの位置を調整させるものに比べて、装置の構造が複雑化するのを抑制することができる。従って、装置の構造を複雑化させることなく、加工対象物の高さの変化に追従して加工することができるレーザ加工装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１によるレーザ加工装置１００の全体構成を説明した後、レーザ加工装置１００に含まれるレーザ発振部１０、ビームエキスパンダ１１、走査部１２及び励起光発生部２３の詳細について更に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ加工装置１００の一構成例を示したブロック図である。このレーザ加工装置１００は、ワークＷにレーザ光Ｌを照射することによって表面加工を行う装置である。なお、レーザ加工装置１００を用いて行われる表面加工には、対象物Ｗの表面を薄く剥離する剥離加工や、対象物Ｗの表面に文字やバーコードを印字するマーキングや、薄い形状からなる対象物Ｗに貫通孔を形成する穴空け加工などが含まれる。
【００２３】
このレーザ加工装置１００は、ワークＷに対してレーザ光Ｌを照射するレーザ出力部１と、レーザ出力部１の動作を制御するレーザ制御部２と、ユーザが設定データを入力するための入力部３によって構成される。
【００２４】
（レーザ出力部１）
レーザ出力部１は、レーザ光Ｌを３次元スキャンさせることができるレーザ照射装置であり、レーザ発振部１０、ビームエキスパンダ１１、走査部１２、集光レンズ１３及びスキャナ駆動回路１６によって構成される。レーザ発振部１０内のレーザ媒質３２から放出される誘導放射光としてのレーザ光Ｌは、ビームエキスパンダ１１及び走査部１２を順に経由した後、集光レンズ１３によってワークＷの加工面上に集光される。この集光レンズ１３にはｆθレンズが用いられる。
【００２５】
ｆθレンズは、焦点位置から入射された光束を集光して射出する際、入射角が変わっても出射光の強度を変化させない光学特性を有する光学レンズである。ここでは、Ｘ軸スキャナ１４ａ及びＹ軸スキャナ１４ｂが、この様なｆθレンズの焦点位置に配置されているものとする。
【００２６】
ビームエキスパンダ１１は、レーザ光Ｌのビーム径を制御することにより、レーザー光Ｌの焦点を集光レンズ１３の光軸方向に移動させるＺ軸スキャナである。走査部９は、レーザ光Ｌをその光軸に垂直な面内で移動させる２次元スキャナであり、レーザ光Ｌの焦点を集光レンズ１３の光軸に垂直な面内でＸ軸方向及びＹ軸方向に走査させることができる。つまり、このレーザ出力部１は、ビームエキスパンダ１１及び走査部１２を用いて、レーザ光Ｌの３次元スキャンを行うことができる。スキャナ駆動回路１６は、ビームエキスパンダ１１及び走査部９へ駆動信号を供給し、これらの駆動制御を行っている駆動回路である。
【００２７】
（レーザ制御部２）
レーザ制御部２は、レーザ出力部１の動作を制御する制御装置であり、メモリ部２１、制御部２２、励起光発生部２３及び電源２４によって構成される。メモリ部２１は、入力部３から入力された設定データやその他の制御データを保持する記憶手段であり、例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどの半導体メモリが用いられる。
【００２８】
制御部２２は、メモリ部２１内のデータに基づいて、励起光発生部２３及びレーザ出力部１を制御する制御部であり、例えばマイクロプロセッサが用いられる。レーザ光Ｌを３次元スキャンするための走査信号は、制御部２２によって生成され、レーザ出力部１内のスキャナ駆動回路１６へ供給される。また、印字動作を制御する印字信号も、制御部２２によって生成され、励起光発生部２３へ供給される。
【００２９】
励起光発生部２３は、定電圧源としての電源２４から所定電圧が印加され、制御部２２からの印字信号に基づいて励起光を生成している。この励起光が、光ファイバーを介してレーザ出力部１へ供給され、レーザ発振部１０へ入力される。印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて励起光のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる制御信号である。つまり、印字信号は、その１パルスが励起光の１パルスに対応するＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号であり、その周波数及びデューティ比によって励起光の強度を制御することができ、レーザ発振部１０で生成されるレーザ光Ｌの強度（レーザパワー）を制御することができる。
【００３０】
（入力部３）
入力部３は、レーザ加工装置１００の動作に関する様々な設定データをユーザが入力するための入力装置であり、キーボード、タッチパネル、マウスなどを用いることができる。例えば、レーザ加工装置１００の動作条件や印字内容などがユーザによって入力され、入力部３からレーザ制御部１へ出力される。なお、図示しないが、入力部３で入力された設定データを確認したり、レーザ制御部２の状態等を表示するための表示部を別途設けることもできる。
【００３１】
（励起光発生部２３）
図２は、励起光発生部２３の内部の一例を示した斜視図である。この励起光発生部２３は、光学的に接合された励起光源２５及び励起光集光部２６をケーシング２７内に固定して構成される。励起光源２５は、レーザ発振部１０に供給する励起光を生成する光源装置であり、その放熱は、熱伝導性の良い真鍮などの金属からなるケーシング２７によって効率的に行われている。この例では、励起光源２５として、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が使用され、各素子で生成されたレーザ光が直線上に並んだ平行光として、励起光集光部２６へ出力される。励起光集光部２６は、フォーカシングレンズなどで構成され、励起光源２５からの励起光を光ファイバケーブル２８へ入射させている。光ファイバ２８は、励起光発生部２３及びレーザ発振部１０を光学的に結合している励起光の伝送路である。
【００３２】
（レーザ発振部１０）
図３は、レーザ発振部１０の一構成例を示した図である。レーザ発振部１０は、励起光をレーザ媒体３２に照射し、その誘導放出光を共振器内で増幅して、レーザ光を生成するレーザ発振装置である。光ファイバーケーブル２８を介して、励起光発生部２３から入力された励起光は、入射レンズ３０によってレーザ媒体３２内に集光され、レーザ媒体３２から誘導放射光が放出される。この誘導放射光は、対向配置された入射ミラー３１及び出力ミラー３５で反射され、レーザ媒体３２に再び入射される。
【００３３】
入射ミラー３１は、入射レンズ３０側からの入射光を透過させ、レーザ媒体３２側からの入射光を全反射させるハーフミラーである。出力ミラー３５は、レーザー光の大部分を反射させるとともに、一部を透過させる半透過ミラーであり、出力ミラー３５の透過光は、ビームエキスパンダ１１へ入射される。対向配置された入射ミラー３１及び出力ミラー３５は、レーザー光を往復させる共振器光軸３６を形成しており、この共振器光軸３６上にレーザー媒体３２、Ｑスイッチ３３及びアパーチャ３４が順に配置されている。
【００３４】
Ｑスイッチ３３は、レーザ光を回折させる音響光学素子（ＡＯＭ：Acoustic Optical Modulator）であり、アパーチャ３４は、共振器光軸３６から外れたレーザ光を遮断する絞りであり、Ｑスイッチ３３及びアパーチャ３４を用いて、レーザ発振を停止させることができる。すなわち、レーザ光の光軸が共振器光軸３６外となるように、Ｑスイッチ３３がレーザ光を回折させれば、アパーチャ３４によってレーザ光が遮断され、レーザ発振が停止する。
【００３５】
（レーザ媒質３２）
レーザ媒質３２には、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ4（ネオジウムイオンをドープしたイットリューム・バナジウム酸塩）を用いることができる。この場合、Ｎｄ：ＹＶＯ4の吸収スペクトルの中心波長である８０９ｎｍの波長を有する励起光が用いられる。また、希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧなどをレーザ媒質３２として用いることもできる。更に、このような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することもできる。
【００３６】
また、固体レーザ媒質を使用することなく、換言すれば、レーザ発振のための共振器を有することなく、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が行われる。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することができる。
【００３７】
また、レーザ発振部１０は、固体レーザに限られず、ＣＯ2やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体をレーザ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１０は、その内部に炭酸ガス（ＣＯ2）が充填され、電極を内蔵しており、レーザ制御部２から与えられる印字信号に基づいて、レーザ発振部１０内の炭酸ガスを励起し、レーザ発振させる。
【００３８】
（ビームエキスパンダ１１）
図４は、ビームエキスパンダ１１の一構成例を示した図である。図中の（ａ）は、ビームエキスパンダ１１をレーザ光Ｌの光軸方向から見た図であり、図中の（ｂ）は、レーザ光Ｌの光軸を含む面で切断した場合の断面図である。
【００３９】
ビームエキスパンダ１１は、レーザ光Ｌの光軸上に２枚の光学レンズ、すなわち、入射レンズ４０及び出射レンズ４１を配置して構成される。可動部４２は、光軸方向に配置されたガイド軸４３に摺動可能に保持されており、コイルと磁石の相互作用によって駆動され、その位置はスキャナ駆動回路１６からの駆動信号に基づいて制御されている。出射レンズ４１は光軸上に固定されているのに対し、入射レンズ４０は可動部４２に保持されているため、可動部４２を光軸方向に移動させることによって、レンズ４０，４１間の距離を変化させることができる。
【００４０】
レーザ発振部１０から入射されるレーザ光Ｌは、光路長にかかわらずビーム径が一定となる平行光であるが、入射レンズ４０を通過することによって、光路長に応じてビーム径が変化する非平行光となる。つまり、光路長が長くなれば、ビーム径が拡大していき、あるいは、縮小していく。この非平行光は、その後、出射レンズ４１を通過することによって再び平行光に戻される。従って、出射レンズ４１から出射されるレーザ光Ｌのビーム径は、入射レンズ４０に入射されるレーザ光Ｌのビーム径とは異なり、その差はレンズ４０，４１間の距離によって決まる。この様にして、ビームエキスパンダ１１は、スキャナ駆動回路１６からの駆動信号に基づいて可動部４２を移動させて、レーザ光Ｌのビーム径を制御している。
【００４１】
レーザ光Ｌのビーム径を制御することができれば、レーザー光Ｌの焦点を集光レンズ１３の光軸方向に移動させることができる。従って、集光レンズ１３の光軸方向をＺ方向とすれば、ビームエキスパンダ１１は、レーザ光をＺ軸方向に走査するＺ軸スキャナとなる。なお、ビームエキスパンダ１１は、レンズ４０，４１間の距離が制御可能であればよく、入射レンズ４０を固定して、出射レンズ４１を移動可能としてもよいし、入射レンズ４０、出射レンズ４１をともに移動可能とすることもできる。
【００４２】
（走査部１２）
図５は、走査部１２の一構成例を示した斜視図である。走査部１２は、一対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂと、これらのガルバノミラー１４ａ，１４ｂをそれぞれ回動させるガルバノモータ１５ａ，１５ｂとを備えている。ガルバノミラー１４ａ及び１４ｂは、レーザ光を反射させる全反射ミラーであり、ガルバノモータ１５ａ，１５ｂの回転軸にそれぞれ取り付けられている。ガルバノモータ１５ａ，１５ｂには、例えばステッピングモータが用いられ、スキャナ駆動回路１６からの駆動信号に基づいて、両ガルバノミラー１４ａ、１４ｂが干渉しない範囲において、その回転角を自在に変化させることができる。
【００４３】
この走査部１２に入射されたレーザ光は、２つのガルバノミラー１４ａ及び１４ｂによって、レーザ光Ｌの光軸に直交する面内において２次元走査される。つまり、ワークＷへ照射されるレーザ光Ｌが、集光レンズ１３の光軸に直交する方向に２次元走査される。すなわち、ともにＺ軸と直交し、互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸とすれば、ガルバノミラー１４ａがレーザ光ＬをＸ軸方向に走査させるＸ軸スキャナとなり、ガルバノミラー１４ｂがレーザ光ＬをＹ軸方向に走査させるＸ軸スキャナとなる。
【００４４】
次に、図１のレーザ加工装置１００の動作について説明する。具体的には、ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸スキャン動作、ディスタンスポインタ表示、焦点補正処理及び設置位置補正処理について順に説明する。
【００４５】
（Ｚ軸スキャン動作）
図６及び図７は、ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸方向のスキャン動作に関する説明図であり、ビームエキスパンダ１１及び走査部１２を含む走査系が示され、集光レンズ１３は省略されている。ここでは、ビームエキスパンダ１１内の入射レンズ４０及び出射レンズ４１間の距離が短くなれば、レーザ光Ｌのビーム径が大きくなる場合について説明する。
【００４６】
図６に示したレンズ間距離Ｒｄ１は、図７のレンズ間距離Ｒｄ２よりも短い。このため、ビームエキスパンダ１から出射されるレーザ光Ｌのビーム径は図６の方が大きく、図６の焦点距離Ｌｄ１は、図７の焦点距離Ｌｄ２よりも長くなっている。つまり、レンズ間距離Ｒｄ１、Ｒｄ２を短くすることによって、レーザ加工装置１００からワークＷまでの距離であるワーキングディスタンスを長くすることができる。逆に、レンズ間距離を長くすれば、レーザ光Ｌのビーム径が小さくなり、レーザ光Ｌの焦点距離が短くなって、ワーキングディスタンスを短くすることができる。
【００４７】
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レーザ加工装置、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。ところが、このような３次元レーザマーカは、あくまでも２次元の平面印字の高さを段階的に変更できるというものに過ぎず、缶のような曲面、傾斜面などに対し、高品質の印字加工を行うことはできなかった。そこで、本発明者らは、Ｘ軸スキャナ及び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によって、焦点位置を自在に調整可能とし、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ている。
【００４８】
（ディスタンスポインタ表示）
このレーザ加工装置１００は、赤色光などの可視光をワークＷに照射し、ワークＷ上にディスタンスポインタを表示させることができる。ディスタンスポインタは、照射面までの距離に応じて形状が変化する視認可能なパターンであり、その照射距離を指定することができ、ワークＷまでの距離（ワーキングディスタンス）が上記照射距離に一致している場合に特徴的な形状となる。このため、ワークＷ上にディスタンスポインタを表示させることによって、ワーキングディスタンスが、予め指定された照射距離に一致しているかを視覚的に確認することができる。
【００４９】
図８〜図１０は、ディスタンスポインタについての説明図であり、図８は、レーザ加工装置１００の光学系を示した斜視図、図９は、図８を逆方向から見た斜視図、図１０は、集光レンズ１３の光軸を含む切断面による断面図である。これらの図には、ビームエキスパンダ１１、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ１４ａ，１４ｂに加えて、ガイド用光源６０、ガイド光用ミラー６２、ポインタ用光源６４、ポインタ用スキャナミラー１４ｄ及び距離制御ミラー６６が示されている。なお、集光レンズ１３は省略されている。
【００５０】
ガイド用光源６０は、可視光からなるガイド光Ｇを生成する光源装置であり、例えば、赤色レーザダイダイオードが用いられる。ガイド用光源６０から出射されたガイド光Ｇは、レーザ光Ｌの光路上に設けられたガイド光用ミラー６２で反射され、レーザ光Ｌの光路に入る。このガイド光用ミラー６２は、レーザ発振部１０側から入射するレーザ光Ｌを透過させ、反対側の面へ入射するガイド光Ｇを全反射させるハーフミラーである。レーザ光Ｌの光路に入ったガイド光Ｇは、Ｘ軸スキャナ１４ａによってＸ軸方向にスキャンされながら、ワークＷへ照射される。このとき、照射面上では、残像現象を利用して、Ｘ軸方向に延びる線状のガイドパターンＧＰが視認可能に表示されている。
【００５１】
なお、ＸＹスキャナ１４ａ，１４ｂを用いてガイド光Ｇを２次元走査すれば、レーザ光Ｌの照射位置と同じ位置にガイド光Ｇを照射させることができる。このため、レーザ光Ｌの照射前にガイド光Ｇを照射し、レーザ光Ｌの照射時と同様のＸＹ走査を行うことによって、レーザ光Ｌの照射位置を事前に目視確認することができる。
【００５２】
ポインタ用光源６４は、可視光からなるポインタ光Ｐを生成する光源装置であり、ガイド用光源６０と同様、赤色レーザダイダイオードを用いることができる。ポインタ用光源６４から出射されたポインタ光Ｐは、ポインタ用スキャナミラー１４ｄ及び距離制御ミラー６６によって順に反射され、ワークＷへ照射される。このとき、照射面には点状のポインタパターンＰＰが視認可能に表示される。ポインタ用スキャナミラー１４ｄは、Ｙ軸スキャナ１４ｂの裏面に形成されたミラーであり、距離制御ミラー６６は、集光レンズ１３の光軸（つまりＺ軸）からＹ軸方向にずれた位置に固定されている。
【００５３】
距離制御ミラー６６で反射されたポインタ光Ｐは、ＹＺ平面内においてガイド光Ｇに対して角度を有し、この角度に応じた光路を経てガイド光Ｇと交差する。この角度は、距離制御ミラー６６の傾きによって制御される。従って、ユーザが指定したディスタンスポインタの照射距離に基づいて距離制御ミラー６６を制御すれば、レーザ加工装置１００から上記照射距離だけ離れた位置において、ガイド光Ｇとポインタ光Ｐを交差させることができる。
【００５４】
図１１は、ディスタンスポインタの一例を示した図である。ここでは、ガイド光Ｇによって表示されたＸ軸方向に延びる２本のガイドパターンＧＰと、ポインタ光Ｐによって表示される１個の点状のポインタパターンＰＰが示されている。図中の（ｂ）には、ユーザが指定した照射距離と、照射面までの実際の距離とが一致している場合が示されている。また、（ａ）には、照射距離に比べて、実際の距離が近い場合、（ｃ）には、照射距離よりも、実際の距離が遠い場合がそれぞれ示されている。
【００５５】
つまり、ポインタパターンＰＰが２本のガイドパターンＧＰの中央に位置すれば、ユーザが数値によって指定したディスタンスポインタの照射距離と、実際のワーキングディスタンスとが一致していることを確認できる。また、一致していない場合であっても、近すぎるのか、あるいは、遠すぎるのかを知ることができる。このため、ディスタンスポインタを表示させながら、その照射距離を変化させれば、ワークＷまでの実際の距離（ワーキングディスタンス）を測定することができる。
【００５６】
<高さ方向のオフセット調整>
図１２は、図１のレーザ加工装置１００を含むレーザマーキングシステムの構成例を示したブロック図である。このレーザマーキングシステムは、レーザ加工装置１００と、ワークセンサ１０１と、高さ測定器１０２と、レーザ加工装置１００に通信ケーブルを介して接続される外部機器２００により構成される。レーザ加工装置１００のレーザ出力部１は、例えば、製造ライン上に配置され、製造ラインを流れるワークＷに対してレーザ光Ｌを照射し、文字などの加工パターンをワークＷ表面に加工する。
【００５７】
ワークセンサ１０１は、製造ライン上のワークＷを検出し、検出信号を生成してレーザ制御部２へ出力する対象物検出手段である。例えば、ワーク検出用の光をワークＷに対して照射するとともに、ワークＷからの反射光を受光し、当該反射光の強度変化に基づいてワークＷの有無が検知される。
【００５８】
高さ測定器１０２は、製造ライン上のワークＷの高さを測定するセンサであり、ワークＷの上側に配置される。例えば、高さ検出用の光をワークＷに対して照射するとともに、ワークＷからの反射光を受光し、当該反射光の強度に基づいてワークＷの高さが検知される。ここでは、ワークＷの高さに応じて電圧が変化する電圧信号（アナログ信号）が、高さの測定結果としてレーザ制御部２へ出力されるものとする。
【００５９】
この高さ測定器１０２による高さ測定は、ワークセンサ１０１の検出信号に同期させて行われる。すなわち、ワークセンサ１０１において検知されたワークＷが高さ測定器１０２の下に移動するタイミングで行われる。
【００６０】
レーザ制御部２では、外部機器２００から入力されるトリガ信号に基づいて、加工面Ａの高さの異なる複数のワークＷに対し、順次に加工パターンを加工する制御が行われる。ここでは、外部機器として、パーソナルコンピュータ２１０、コンソール２２０及びＰＬＣ２３０が接続されているものとする。パーソナルコンピュータ２１０は、文字などを印字するための加工パターン情報を生成し、或いは、ユーザが指定する制御パラメータをレーザ加工装置１００に指示するための情報処理端末である。
【００６１】
ＰＬＣ（Programmable Logic Controller：プログラマブルロジックコントローラ）２３０は、製造ラインの駆動装置、各種センサなどを制御し、ユーザが指定する制御パラメータをレーザ加工装置１００に指示し、或いは、レーザ光Ｌの照射開始を指示するためのトリガ信号を生成するプログラム書き換え可能な制御装置である。コンソール２２０は、ＰＬＣ２３０の動作状態を画面表示するとともに、画面上のアイコンを操作することにより各種制御パラメータの入力が可能な表示器である。
【００６２】
このレーザ加工装置１００では、ワークセンサ１０１からの検出信号をストローブ信号として加工面の高さ調整が行われ、ＰＬＣ２３０からのトリガ信号に基づいてレーザ光Ｌの照射が開始される。
【００６３】
図１３は、図１２のレーザ加工装置１００におけるレーザ制御部２の構成例を示したブロック図である。このレーザ制御部２は、識別情報取得部１１１、高さ情報記憶部１１２、オフセット指定生成部１１５、加工パターン記憶部１１６、加工パターン変更処理部１１７、変更後パターン記憶部１１８、ビーム径調整部１１９及び走査制御部１２０により構成される。
【００６４】
識別情報取得部１１１は、外部機器２００に対してワークＷの識別情報の送信要求を送信し、当該外部機器２００から識別情報を取得する動作を行っている。この識別情報取得部１１１による識別情報の取得は、ワークセンサ１０１からのストローブ信号に同期させて行われ、取得された識別情報はオフセット指定生成部１１５へ出力される。すなわち、ワークセンサ１０１においてワークＷが検知されるタイミングで識別情報が取得される。
【００６５】
高さ情報記憶部１１２は、ワークＷの識別情報１１３に対応付けて複数の高さ情報１１４を記憶するメモリである。高さ情報１１４は、加工パターンをワークＷ上に加工する際の加工面の高さを示す情報であり、ここでは、ワーク番号などの識別情報１１３ごとにユーザによって予め指定されるものとする。
【００６６】
オフセット指定生成部１１５は、ユーザが指定する動作モードに応じて、オフセット指定を生成する動作を行っている。このオフセット指定は、加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定する情報であり、生成されたオフセット指定は加工パターン変更処理部１１７へ出力される。
【００６７】
加工基準面は、レーザ加工の際に用いられる位置情報の基準となる平面であり、レーザ出力部１においてレーザ光Ｌが出射する出射点に基づいて予め定められる。ここでは、出射点に配置された集光部１３のｆθレンズに基づいて加工基準面が定められるものとし、ｆθレンズの光軸に垂直な平面であるものとする。加工基準面の位置は、レーザ光Ｌの焦点距離に対する調整可能な範囲に基づいて定められる。この様な加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工が行われる。オフセット指定におけるオフセット量は、ｆθレンズの光軸方向に関する加工基準面と加工面とのずれとして規定される。
【００６８】
ここでは、ユーザにより指定可能な動作モードとして、「Ｚ値選択」、「ストローブ」、「リアル動作」の３つの動作モードが規定されているものとする。動作モード「Ｚ値選択」では、識別情報取得部１１１により取得された識別情報に基づいて、高さ情報記憶部１１２から高さ情報１１４が読み出され、読み出された高さ情報１１４に基づいてオフセット指定が生成される。「ストローブ」では、高さ測定器１０２からの電圧信号に基づいて、オフセット指定が生成される。「リアル動作」では、高さ測定器１０２により、同一のワークＷに対して位置を異ならせて複数回の高さ測定が行われ、その高さ測定ごとにオフセット指定が生成される。
【００６９】
加工パターン記憶部１１６は、加工基準面を基準とする位置情報からなる加工パターン情報を記憶するメモリである。具体的には、レーザ光Ｌの照射目標とする加工基準面上の位置と、この位置におけるレーザ光Ｌの焦点距離とが照射スポットごとに規定され、加工パターン情報として格納される。
【００７０】
ここで、加工基準面上における照射光の強度は、ｆθレンズの光学特性により、加工基準面上での照射位置が変わっても変化しないことから、照射位置の変化によるレーザ光Ｌの焦点距離の変化は考慮しなくても良い。そこで、ここでは、照射位置に対応付けられるレーザ光Ｌの焦点距離として、基準値からのずれ、すなわち、焦点位置の加工基準面に対するｆθレンズの光軸方向のずれが規定されるものとする。
【００７１】
加工パターン変更処理部１１７は、加工パターン記憶部１１６から加工パターン情報を読み出し、オフセット指定生成部１１５からのオフセット指定に基づいて当該加工パターン情報における焦点距離を変更する処理を行っている。具体的には、照射スポットごとの３次元位置座標がオフセット指定に基づいて変更され、加工面の高さが調整される。
【００７２】
変更後パターン記憶部１１８は、加工パターン変更処理部１１７による焦点距離変更後の加工パターン情報を記憶するメモリである。
【００７３】
ビーム径調整部１１９は、変更後パターン記憶部１１８から読み出した加工パターン情報に基づいてビームエキスパンダ１１を制御し、レーザ光Ｌのビーム径を調整する動作を行っている。走査制御部１２０は、変更後パターン記憶部１１８から読み出した加工パターン情報に基づいてＸ軸スキャナ１４ａ及びＹ軸スキャナ１４ｂを制御し、レーザ光Ｌを加工基準面上で走査させる動作を行っている。
【００７４】
ここでは、加工面の高さ、すなわち、ｆθレンズの光軸方向における加工面の位置が変わっても、照射スポットの形状、サイズ及び光軸に垂直な方向の位置がいずれも変化しないように、Ｘ軸スキャナ１４ａ及びＹ軸スキャナ１４ｂの回転角が制御されるものとする。
【００７５】
図１４は、図１２のレーザ加工装置１００における動作の一例を示した斜視図であり、ｆθレンズ１３ａの光軸Ｂに垂直な平面として定められた加工基準面Ｃの様子が示されている。加工基準面Ｃは、円板状のｆθレンズ１３ａとの距離が所定値となるように定められ、当該ｆθレンズ１３ａに平行な平面となっている。文字などの加工パターンを示す加工パターン情報では、加工基準面Ｃ上におけるレーザ光Ｌの照射位置Ｄ（ｘ０，ｙ０）と、照射位置Ｄ（ｘ０，ｙ０）における光軸Ｂ方向の焦点位置ｚ０が規定される。
【００７６】
ここでは、加工基準面Ｃに平行な方向をｘ軸方向及びｙ軸方向とし、光軸Ｂに平行な方向をｚ軸方向として、照射スポットの３次元位置座標が定められるものとする。
【００７７】
図１５は、図１３のレーザ制御部２における加工パターン変更処理部１１７の構成例を示した図である。文字などの印字パターンを印字する場合、例えば、パーソナルコンピュータ２１０上で印字パターンの２次元位置情報（ｘ０，ｙ０）を入力すると、加工対象物の形状情報ｚ０に基づいて３次元情報に変換され、３次元の照射位置情報（ｘ０，ｙ０，ｚ０）が生成される。加工対象物の形状情報ｚ０は、加工対象物における印字対象面の凹凸を示す高低差情報であり、加工基準面Ｃに平行な方向の２次元位置に対応付けて予め指定される。この形状情報ｚ０は、２次元位置（ｘ０，ｙ０）ごとに異なる１次元情報である。
【００７８】
レーザ加工装置１００の加工パターン変更処理部１１７では、照射スポットごとの照射位置情報を入力値（ｘ０，ｙ０，ｚ０）として、加算器１２１により、この入力値（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とオフセット量ｚ１とが加算処理され、出力値（ｘ０，ｙ０，ｚ０＋ｚ１）が出力される。この様な加算処理が、加工基準面Ｃ上の全ての照射位置Ｄ（ｘ０，ｙ０）について行われる。この場合、オフセット量ｚ１は、これから印字パターンを印字しようとする実際の加工対象物に応じて定められる１次元の位置情報であり、加工基準面Ｃと、形状情報ｚ０が基準とする加工対象物上の基準点との高低差情報となっている。このオフセット量ｚ１は、全ての照射位置Ｄ（ｘ０，ｙ０）について共通の値となっている。
【００７９】
この様な構成によれば、高さの異なる複数のワークＷに共通の印字パターンを印字する場合に、オフセット量ｚ１に基づいて照射位置情報が適切に変更されるので、ワーク間で印字精度や印字品質にバラツキが生じるのを防止することができる。
【００８０】
（Ｚ値選択）
図１６は、図１２のレーザ加工装置１００における動作の一例を示した図であり、Ｚ値選択モード時における高さ方向のオフセット調整の様子が示されている。この例では、ワークセンサ１０１からのストローブ信号に同期して加工面の高さ、すなわち、印字高さを調整する処理が行われる。加工面のオフセット量ｚ１は、ＰＬＣ２３０からのトリガ信号に基づいて変更される。ＰＬＣ２３０からのトリガ信号は、印字動作を開始させるためのタイミング信号であり、このトリガ信号に同期してレーザ光Ｌの走査制御が行われ、ワークＷに対して加工パターンが印字される。
【００８１】
具体的には、印字データとして、動作モードを指定する情報、制御パラメータ、加工パターン情報などがパーソナルコンピュータ２１０から転送されると、動作モードが切り替えられる。Ｚ値選択モードでは、ワークセンサ１０１から入力されるストローブ信号に基づいて、印字高さの調整処理が開始される。
【００８２】
この印字高さ調整処理では、まず、外部機器２００、例えば、ＰＬＣ２３０がセンサを用いてワークＷから読み取ったワーク番号（ワークＷの識別情報）が当該ＰＬＣ２３０から取得され、当該ワーク番号に対応付けられている高さ情報１１４が読み出される。そして、読み出された高さ情報１１４に基づいてオフセット指定が生成され、加工パターン情報における焦点距離が変更される。
【００８３】
図１７のステップＳ１０１〜Ｓ１０８は、図１２のレーザ加工装置１００におけるＺ値選択モード時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、レーザ加工装置１００は、パーソナルコンピュータ２１０から印字データを取得すると、動作モードを切り替える（ステップＳ１０１）。このとき、識別情報取得部１１１は、ワークセンサ１０１からストローブ信号が入力されると、このストローブ信号に同期してＰＬＣ２３０に送信要求を送信し、ＰＬＣ２３０からワーク番号を取得する（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。
【００８４】
次に、オフセット指定生成部１１５は、識別情報取得部１１が取得したワーク番号に対応付けられている高さ情報１１４を高さ情報記憶部１１２から読み出し、オフセット指定を生成する（ステップＳ１０４）。加工パターン変更処理部１１７は、このオフセット指定に基づいて加工パターン情報の３次元位置座標におけるＺ値（Ｚ成分）を演算し、変更後の加工パターン情報が生成される（ステップＳ１０５）。
【００８５】
次に、ビーム径調整部１１９及び走査制御部１２０は、ＰＬＣ２３０からトリガ信号が入力されると、変更後パターン情報に基づく印字動作を開始する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。ステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理手順は、外部機器２００、例えば、ＰＬＣ２３０から印字終了が指示されるまで繰り返される。
【００８６】
（ストローブ）
ストローブモード時には、ワークセンサ１０１から入力されるストローブ信号に同期してワークＷの高さが測定され、加工面のオフセット量ｚ１が変更される。そして、印字高さの調整後に入力されるＰＬＣ２３０からのトリガ信号に同期してレーザ光Ｌの走査制御が行われ、ワークＷに対して加工パターンが印字される。
【００８７】
具体的には、印字データとして、動作モードを指定する情報、制御パラメータ、加工パターン情報などがパーソナルコンピュータ２１０から転送されると、動作モードが切り替えられる。ストローブモードでは、高さ測定器１０２の制御パラメータがパーソナルコンピュータ２１０から取得され、取得した制御パラメータに基づいて高さ測定器１０２からの電圧信号が加工面のオフセット量ｚ１に変換される。
【００８８】
ここでは、電圧信号の入力レンジが、＋１０Ｖ（ボルト）から−１０Ｖであり、加工基準面の高さに基づいて電圧信号のゼロ点調整が予め行われているものとする。
【００８９】
図１８のステップＳ２０１〜Ｓ２０９は、図１２のレーザ加工装置１００におけるストローブモード時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、レーザ加工装置１００は、パーソナルコンピュータ２１０から印字データ、高さ測定器１０２の制御パラメータを取得すると、動作モードを切り替える（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）。このとき、オフセット指定生成部１１５は、ワークセンサ１０１からストローブ信号が入力されると、このストローブ信号に同期してワークＷの高さを決定し、オフセット指定を生成する（ステップＳ２０３〜Ｓ２０５）。加工パターン変更処理部１１７は、このオフセット指定に基づいて加工パターン情報の３次元位置座標におけるＺ値（Ｚ成分）を演算し、変更後の加工パターン情報が生成される（ステップＳ２０６）。
【００９０】
次に、ビーム径調整部１１９及び走査制御部１２０は、ＰＬＣ２３０からトリガ信号が入力されると、変更後パターン情報に基づく印字動作を開始する（ステップＳ２０７，Ｓ２０８）。ステップＳ２０１からステップＳ２０８までの処理手順は、外部機器２００、例えば、ＰＬＣ２３０から印字終了が指示されるまで繰り返される。
【００９１】
（リアル動作）
リアル動作モード時には、ワークセンサ１０１から入力されるストローブ信号に同期してワークＷの高さが測定され、加工面のオフセット量ｚ１が変更される。その際、高さ測定器１０２により、同一のワークＷに対してワークＷの移動方向に位置を異ならせて複数回の高さ測定が行われ、その高さ測定ごとにオフセット指定が生成される。
【００９２】
具体的には、製造ラインの流れに合わせてワークＷの移動方向に位置を異ならせて高さが測定される。そして、ワークＷの移動に合わせて加工面のオフセット量ｚ１が調整される。オフセット量の調整は、移動方向の走査周期ごとに行われる。
【００９３】
図１９は、図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の一例を示した斜視図であり、同一のワークＷに対して移動方向の位置を異ならせながら印字が行われる様子が示されている。このワークＷは、製造ラインの流れの方向に所定間隔で加工面Ａの高さが異なっている。リアル動作モードでは、ワークＷの移動に合わせて加工面Ａの高さが測定され、加工面Ａのオフセット量ｚ１が適切に調整される。
【００９４】
この例では、高さの異なる４つの加工面Ａに対して、それぞれ異なる加工パターン（ここでは、文字「Ａ」、「Ｂ」など）が順次に印字されている。
【００９５】
図２０のステップＳ３０１〜Ｓ３０８は、図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、レーザ加工装置１００は、パーソナルコンピュータ２１０から印字データ、高さ測定器１０２の制御パラメータを取得すると、動作モードを切り替える（ステップＳ３０１，Ｓ３０２）。このとき、オフセット指定生成部１１５は、ワークセンサ１０１からストローブ信号が入力されると、このストローブ信号に同期して加工面Ａの高さ、すなわち、印字高さを決定し、オフセット指定を生成する（ステップＳ３０３〜Ｓ３０５）。加工パターン変更処理部１１７は、このオフセット指定に基づいて加工パターン情報の３次元位置座標におけるＺ値（Ｚ成分）を演算し、変更後の加工パターン情報が生成される（ステップＳ３０６）。
【００９６】
次に、ビーム径調整部１１９及び走査制御部１２０は、ＰＬＣ２３０からトリガ信号が入力されると、変更後パターン情報に基づく印字動作を開始する（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０１からステップＳ３０７までの処理手順は、外部機器２００、例えば、ＰＬＣ２３０から印字終了が指示されるまで繰り返される。
【００９７】
図１９及び図２０では、同一のワークＷに対してワークＷの移動方向に位置を異ならせて複数回測定される高さの測定ごとにオフセット指定が生成される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、同一のワークＷに対してワークＷの移動方向と交差する方向に位置を異ならせて複数回の高さ測定を行い、その高さ測定ごとにオフセット指定を生成しても良い。
【００９８】
図２１は、図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の他の一例を示した斜視図であり、同一のワークＷに対して移動方向と交差する方向に位置を異ならせながら印字が行われる様子が示されている。このワークＷは、製造ラインの流れの方向（ワークＷの移動方向）と交差する方向に所定間隔で加工面Ａの高さが異なっており、この交差する方向に位置を異ならせながら印字が行われる。この例では、ワークＷの移動方向と垂直な方向を印字方向とし、この印字方向に位置を異ならせながら印字が行われる。
【００９９】
その際、高さ測定器１０２により、同一のワークＷに対して印字方向に位置を異ならせて複数回の高さ測定が行われ、その高さ測定ごとにオフセット指定が生成される。
【０１００】
図２２のステップＳ３１１〜Ｓ３２０は、図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の他の一例を示したフローチャートである。まず、レーザ加工装置１００は、パーソナルコンピュータ２１０から印字データ、高さ測定器１０２の制御パラメータを取得すると、動作モードを切り替える（ステップＳ３１１，Ｓ３１２）。
【０１０１】
オフセット指定生成部１１５は、ＰＬＣ２３０からトリガ信号が入力されると、ワークセンサ１０１からのストローブ信号に同期して高さの測定値を取得し、印字高さを決定してオフセット指定を生成する（ステップＳ３１３〜Ｓ３１６）。加工パターン変更処理部１１７は、このオフセット指定に基づいて加工パターン情報の３次元位置座標におけるＺ値（Ｚ成分）を演算し、変更後の加工パターン情報を生成する（ステップＳ３１７）。
【０１０２】
次に、ビーム径調整部１１９及び走査制御部１２０は、変更後パターン情報に基づいて印字動作を開始する（ステップＳ３１８）。このとき、加工パターンの印字が全て終了するまで、印字方向の走査位置を変更しながら、ステップＳ３１４からステップＳ３１８までの処理手順が繰り返され、加工パターンの印字が全て終了すると、次のトリガ信号の入力待機状態に移行する（ステップＳ３１９）。
【０１０３】
ステップＳ３１３からステップＳ３１９までの処理手順は、印字終了が外部機器２００により指示されるまで繰り返され、印字終了が指示されると、この処理は終了する（ステップＳ３２０）。
【０１０４】
図１５では、３次元の照射位置情報（ｘ０，ｙ０，ｚ０）が入力値として入力され、この入力値にオフセット量ｚ１を加算した出力値（ｘ０，ｙ０，ｚ０＋ｚ１）が出力される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、加工対象物の種類を識別し、加工対象物の種類に応じて照射位置情報をシフトさせ、さらに、加工対象物ごとの高さのバラツキを補正して照射位置情報を出力するようなものであっても良い。
【０１０５】
図２３は、図１３のレーザ制御部２の他の構成例を示した図であり、加算器１２２及び１２３からなる加工パターン変更処理部１１７ａが示されている。この例では、印字パターンの２次元位置情報（ｘ０，ｙ０）が入力値として入力される。加算器１２２は、この入力値（ｘ０，ｙ０）に、ワークＷの種類に応じたシフト量ｚ１と、形状情報ｚ０とを加算処理して出力する。加算器１２３は、加算器１２２の出力値に、ワークＷのバラツキ情報ｚ２とを加算処理し、出力値（ｘ０，ｙ０，ｚ０＋ｚ１＋ｚ２）として出力する。
【０１０６】
シフト量ｚ１は、ワークＷの種類ごとに予め定められる１次元の位置情報であり、加工基準面Ｃと、形状情報ｚ０が基準とする加工対象物上の基準点との高低差情報となっている。このシフト量ｚ１は、全ての照射位置Ｄ（ｘ０，ｙ０）について共通であるとともに、同一種類の加工対象物について共通の値となっている。ここでは、形状情報ｚ０が、ワークの種類ごとに定められるものとする。
【０１０７】
ワークＷのバラツキ情報ｚ２は、これから印字パターンを印字しようとする実際の加工対象物について計測された高さ情報に基づいて決定される１次元の位置情報であり、加工基準面Ｃと、形状情報ｚ０が基準とする加工対象物上の基準点との高低差情報となっている。このバラツキ情報ｚ２は、全ての照射位置Ｄ（ｘ０，ｙ０）について共通の値となっている。ここでは、（形状情報ｚ０＋シフト量ｚ１＋バラツキ情報ｚ２）がオフセット量であり、照射位置Ｄ（ｘ０，ｙ０）ごとに異なる１次元情報となっている。
【０１０８】
この様な構成によれば、種類の異なる複数のワークＷに共通の印字パターンを印字する場合に、ワークＷの種類に応じたシフト量ｚ１及び形状情報ｚ０を照射位置情報に加算処理して出力されるので、照射位置がワークＷの種類に応じて適切にシフトされるとともに、ワークＷごとの高さのバラツキを適切に補正することができる。
【０１０９】
（ユーザインターフェース）
図２４は、図１２のレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータ２１０の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ上に表示される表示画面３００が示されている。この表示画面３００は、レーザ加工装置１００の各種設定を行うためのアプリケーションプログラムにより表示される入力画面である。
【０１１０】
表示画面３００内には、加工基準面上における加工パターンの位置を指定するための走査エリア３０１の表示領域と、加工パターンの入力領域と、転送ボタン３０５及びライン設定ボタン３０６の表示領域が配置されている。
【０１１１】
走査エリア３０１は、加工基準面上におけるレーザ光Ｌの走査対象とする最大エリアであり、ここでは、エリアの中央を中心（原点）とする矩形エリアとなっている。この例では、ｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ＋６０ｍｍから−６０ｍｍまでの範囲が走査エリア３０１となっている。
【０１１２】
加工パターンの入力領域は、走査エリア３０１の表示領域の右側に配置され、領域内には、加工パターンの種類を指定するための入力欄３０２ａ及び３０２ｂ、文字データの種類を指定するための入力欄３０３、文字の入力欄３０４が設けられている。加工パターンの種類としては、文字列の他、ロゴマークや図形を選択することができる。
【０１１３】
転送ボタン３０５は、この表示画面３００上で設定された加工パターン情報や制御パラメータなどの印字データをパーソナルコンピュータ２１０からレーザ加工装置１００へ転送させるための操作用アイコンである。
【０１１４】
ライン設定ボタン３０６は、ライン設定画面を表示させるための操作用アイコンである。このライン設定画面は、ワークＷの加工条件などを規定する制御パラメータを指定するための入力画面であり、ライン設定ボタン３０６の操作に基づいて表示される。転送ボタン３０５及びライン設定ボタン３０６の表示領域は、走査エリア３０１の表示領域及び加工パターンの入力領域の下側に配置されている。表示画面３００上のクローズボタン３０７を操作すれば、レーザ加工装置１００の設定モードを終了させることができる。
【０１１５】
図２５は、図１２のレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータ２１０の動作の一例を示した図であり、表示画面３００上に表示されたライン設定画面３１０が示されている。このライン設定画面３１０内には、ＸＹ方向及びＺ方向の各移動条件を指定するための入力欄３１１及び３１２を表示する表示領域と、静止印字モード時の制御パラメータを指定するための入力欄３２１及び３２２の表示領域３２０と、ＸＹ移動印字モード時の制御パラメータを指定するための表示領域３３０と、Ｚ移動印字モード時の制御パラメータを指定するための表示領域３４０が配置されている。
【０１１６】
入力欄３１１は、ＸＹ方向の移動条件を指定するための入力欄であり、移動条件として、静止、等速及びエンコーダのいずれかを指定することができる。静止印字は、ステージ上に載置されたワークＷに対して加工パターンを印字する動作モードである。等速印字は、製造ライン上を一定の速度で移動するワークＷに対して印字する動作モードである。エンコーダ印字は、製造ライン上を移動するワークＷの移動速度をロータリエンコーダから入力されるパルス信号に基づいて判別し、移動速度に応じて印字する動作モードである。
【０１１７】
入力欄３１２は、Ｚ方向の移動条件を指定するための入力欄であり、移動条件として、静止、等速、エンコーダ、Ｚ値選択、ストローブ及びリアル動作のいずれかを指定することができる。入力欄３１１及び３１２の表示領域は、上段に配置されている。
【０１１８】
入力欄３２１は、静止印字モード時におけるトリガディレイ時間を指定するための入力欄である。入力欄３２２は、静止印字モード時における印字時間を指定するための入力欄である。入力欄３２１及び３２２の表示領域３２０は、中段に配置されている。
【０１１９】
表示領域３３０内には、ＸＹ移動印字モード時におけるトリガディレイ時間を指定するための入力欄３３１と、ＸＹ移動印字モード時における最小のワーク間距離を指定するための入力欄３３２と、等速印字モード時の制御パラメータを指定するための入力エリア３３３と、エンコーダ印字モードの制御パラメータを指定するための入力エリア３３４が配置されている。
【０１２０】
入力エリア３３３内には、等速印字モード時におけるライン速度を指定するための入力欄３３３ａが設けられている。また、入力エリア３３４内には、エンコーダ印字モード時におけるパルス数を指定するための入力欄３３４ａ及び最大ライン速度を指定するための入力欄３３４ｂが設けられている。
【０１２１】
表示領域３４０内には、Ｚ移動印字モード時におけるトリガディレイ時間を指定するための入力欄３３１と、Ｚ移動印字モード時における最小のワーク間距離を指定するための入力欄３３２と、等速印字モード時の制御パラメータを指定するための入力エリア３３３と、エンコーダ印字モードの制御パラメータを指定するための入力エリア３３４が配置されている。
【０１２２】
表示領域３３０は、下段左側に配置され、表示領域３４０は、下段右側に配置されている。この例では、入力欄３１２の操作アイコン３１２ａを操作すると、プルダウンメニューが表示され、移動条件を選択することができる。ライン設定画面３１０上の「ＯＫ」ボタン３１３を操作すれば、この画面上で指定されたデータを制御パラメータとして登録させることができる。また、クローズボタン３１４を操作すれば、ライン設定モードを終了させることができる。
【０１２３】
図２６は、図１２のレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータ２１０の動作の一例を示した図であり、ライン設定画面３１０上の操作アイコン３１２ａを操作した際に表示されるプルダウンメニュー３１２ｂが示されている。このプルダウンメニュー３１２ｂには、選択可能なＺ方向の移動条件として、静止、等速、エンコーダ、Ｚ値選択、ストローブ及びリアル動作の各印字モードの識別情報（モード名など）が表示されている。
【０１２４】
選択状態の識別情報は、例えば、反転表示され、選択中の移動条件を識別することができる。ユーザは、方向キーなどの操作によってこれらの印字モードのいずれかに動作モードを切り替えることができる。
【０１２５】
本実施の形態によれば、高さの異なるワークＷに文字などを加工する場合に、ワークＷの検出信号に基づいて生成されるオフセット指定によって加工パターン情報における焦点距離を自動的に変更してビーム径の調整が行われるので、ワークＷ間で印字精度や印字品質にバラツキが生じるのを抑制させることができる。また、同一のワークＷ内で高さが変化しているような場合であっても、位置を異ならせて複数回測定される高さ測定ごとにオフセット指定が生成されるので、高さの変化に応じて加工パターン情報の焦点距離を適切に変更させることができる。
【０１２６】
実施の形態２．
実施の形態１では、高さの異なる加工対象物に文字などを印字する際、加工対象物間で印字精度や印字品質にバラツキが生じるのを抑制させる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、加工面が加工基準面に対して相対的に傾いている加工対象物に加工パターンを印字する際、加工パターンを正しく印字させるために、加工パターン情報の位置座標を変換させる場合について説明する。
【０１２７】
<走査エリア調整>
図２７は、本発明の実施の形態２によるレーザ加工装置の要部における構成例を示したブロック図であり、レーザ制御部４００が示されている。このレーザ制御部４００は、基準点記憶部４０１、基準位置変更処理部４０２、変更後基準点記憶部４０３、座標変換処理部４０４、加工パターン記憶部４０５、変更後パターン記憶部４０６、走査制御部４０７及びビーム径調整部４０８により構成される。
【０１２８】
基準点記憶部４０１は、加工基準面上に設けられる３以上の基準点の位置座標を記憶するメモリである。基準点は、レーザ光Ｌの走査対象とする最大エリアを示すために、予め加工基準面上に定められる複数の点である。上記最大エリアは、Ｘ軸スキャナ１４ａ及びＹ軸スキャナ１４ｂの各回転角の範囲、ｆθレンズ１３ａの光軸方向における加工基準面の位置などにより規定される。
【０１２９】
ここでは、この様な最大エリアを走査エリアと呼ぶことにし、矩形状の走査エリアの４つの頂点を含む基準点の位置座標が基準点記憶部４０１内に格納されているものとする。また、レーザ光Ｌの出射面との距離、すなわち、ｆθレンズ１３ａとの距離を異ならせて３つの加工基準面４０１ａが定められ、これらの基準面４０１ａのそれぞれに対応付けて設けられる基準点の位置座標が記憶されているものとする。すなわち、各基準面４０１ａ上には、対応する位置に基準点が設けられ、その位置座標が当該基準面に対応付けて格納されている。
【０１３０】
走査制御部４０７は、Ｘ軸スキャナ１４ａ及びＹ軸スキャナ１４ｂを制御し、レーザ光Ｌを加工基準面上で走査させる動作を行っている。走査エリアの調整時には、各基準点のいずれか２つを結ぶ線分をテストパターンとして、ワークＷ上に印字する制御が行われる。テストパターンとして印字させる線分は、加工基準面に対する加工面の傾きが任意の方向について検出可能なように予め定められる。
【０１３１】
レーザ光ＬをワークＷに照射し、表面を印字加工することによりテストパターンをワークＷ上に表示するのに代えて、ガイド光ＧをワークＷに照射し、加工基準面上で走査させることにより、ガイドパターンＧＰとしてテストパターンをワークＷ上に表示させても良い。ユーザは、この様なテストパターンの表示を見て、加工面の傾き具合を判断し、基準点の位置を変更する。
【０１３２】
基準位置変更処理部４０２は、ユーザ操作に基づいて基準点の位置を加工基準面内で変更する処理を行っている。具体的には、テストパターンとして印字された基準点と、この基準点に対応する加工基準面上の基準点との間の位置の差分情報がコンソール２２０上で指定され、制御パラメータとしてコンソール２２０から基準位置変更処理部４０２に転送される。そして、コンソール２２０から転送された制御パラメータに基づいて基準点の位置の変更処理が行われる。ここでは、レーザ光Ｌが走査された基準面について、基準点の位置の変更処理が行われ、変更処理後の基準点の位置座標が変更後基準点記憶部４０３内に格納されるものとする。
【０１３３】
加工パターン記憶部４０５は、加工基準面上の照射位置が規定された加工パターン情報を記憶するメモリである。具体的には、レーザ光Ｌの照射目標とする加工基準面上の位置が照射スポットごとに規定される。
【０１３４】
座標変換処理部４０４は、基準位置変更処理部４０２による位置変更後の基準点の位置座標及び位置変更前の各基準点の位置座標に基づいて、加工パターン情報の位置座標を変換する位置情報の変換手段である。具体的には、基準点記憶部４０３内に格納されている各基準点の位置座標と、基準点記憶部４０１内に格納されている各基準点の位置座標に基づいて、走査エリアの変更が印字される加工パターンに正しく反映されるように、加工パターン記憶部４０５内の加工パターン情報について座標変換する処理が行われる。
【０１３５】
ここでは、各加工基準面に平行な任意の平面であってユーザが指定する加工面に対し、各加工基準面上の基準点の位置座標に基づいて、加工基準面間の位置座標が補間処理され、加工パターン情報の位置座標が加工面上の位置座標に変換されるものとする。
【０１３６】
変更後パターン記憶部４０６は、座標変換処理部４０４による位置座標変更後の加工パターン情報を記憶するメモリである。ビーム径調整部４０８は、変更後パターン記憶部４０６から読み出した加工パターン情報に基づいてビームエキスパンダ１１を制御し、レーザ光Ｌのビーム径を調整する動作を行っている。走査制御部４０７では、加工パターンの印字の際、変更後パターン記憶部４０６から読み出した加工パターン情報に基づいて、レーザ光を走査させる制御が行われる。
【０１３７】
図２８は、図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した斜視図であり、ｆθレンズ１３ａの光軸Ｂに垂直な平面として定められる各加工基準面上の走査エリアＣ１〜Ｃ３の様子が示されている。各加工基準面は、円板状のｆθレンズ１３ａとの距離が所定値となるように定められる。ここでは、光軸Ｂ方向に関し、レーザ光Ｌの焦点距離の下限位置に位置する加工基準面を第１基準面とし、第１基準面上の走査対象とするエリアを走査エリアＣ１とする。
【０１３８】
また、光軸Ｂ方向に関し、レーザ光Ｌの焦点距離の上限位置に位置する加工基準面を第３基準面とし、第３基準面上の走査対象とするエリアを走査エリアＣ３とする。さらに、光軸Ｂ方向に関し、レーザ光Ｌの焦点距離の上限位置及び下限位置間の中央、すなわち、第１基準面及び第３基準面間の中央に位置する加工基準面を第２基準面とし、第２基準面上の走査対象とするエリアを走査エリアＣ２とする。
【０１３９】
走査エリアＣ１〜Ｃ３は、基準面間で同一形状、同一サイズかつ光軸Ｂに垂直な方向の位置が同一の矩形エリアとなっている。各走査エリアＣ１〜Ｃ３は、光軸Ｂがレーザ光Ｌの出射面に垂直であることから、出射面に平行な方向の位置が同一の矩形エリアとなっている。ここでは、各走査エリアＣ１〜Ｃ３が、いずれも正方形の形状からなり、４つの頂点、４つの辺の各中点に基準点Ｐ１〜Ｐ３が配置されるものとする。走査エリアＣ１及びＣ３には、エリアの中心にも基準点が配置される。
【０１４０】
この例では、第１基準面上の走査エリアＣ１が、当該基準面上でレーザ光Ｌを走査させる際の走査可能な最大エリアとなっている。ここでは、第１基準面をｎｅａｒ面と呼び、第２基準面をセンタ面と呼び、第３基準面をｆａｒ面と呼ぶことにする。この様な基準点Ｐ１〜Ｐ３について、位置の変更処理が行われる。
【０１４１】
図２９は、図２８の各走査エリアＣ１〜Ｃ３内に配置される基準点Ｐｋ及び２つの基準点を結ぶ線分Ｌｋを示した平面図である。走査エリアＣｋ（ｋ＝１，２，３）に対し、各頂点及び各辺の中点に８つの基準点Ｐｋが配置されている。また、走査エリアＣ１及びＣ３には、エリア中心に基準点Ｐｋｃが配置される。ここでは、基準点Ｐｋｃの位置を第ｋ基準面上における２次元位置座標の原点として、各基準点Ｐｋの位置座標が定められるものとする。各走査エリアＣｋの中心は、基準面及び光軸Ｂの交点となっている。
【０１４２】
具体的には、各頂点のうち、第１象限に配置される頂点を基準点Ｐｋｘｐｙｐとし、第２象限に配置される頂点を基準点Ｐｋｘｎｙｐとし、第３象限に配置される頂点を基準点Ｐｋｘｎｙｎとし、第４象限に配置される頂点を基準点Ｐｋｘｐｙｎとする。また、各辺の中点のうち、ｙ軸上の正領域に配置される点を基準点Ｐｋｙｐとし、ｙ軸上の負領域に配置される点を基準点Ｐｋｙｎとし、ｘ軸上の正領域に配置される点を基準点Ｐｋｘｐとし、ｘ軸上の負領域に配置される点を基準点Ｐｋｘｎとする。
【０１４３】
これらの基準点のうちの２つを結ぶ線分ＬｋがテストパターンとしてワークＷ上に印字される。ここでは、正方形の４つの辺と、２つの対角線がテストパターンとして印字されるものとする。具体的には、基準点Ｐｋｘｐｙｐ及びＰｋｘｎｙｐを結ぶ線分をＬｋｙｐとし、基準点Ｐｋｘｐｙｎ及びＰｋｘｎｙｎを結ぶ線分をＬｋｙｎとし、基準点Ｐｋｘｐｙｐ及びＰｋｘｐｙｎを結ぶ線分をＬｋｘｐとし、基準点Ｐｋｘｎｙｐ及びＰｋｘｎｙｎを結ぶ線分をＬｋｘｎとしてこれらの辺がテストパターンとして印字される。
【０１４４】
また、基準点Ｐｋｘｐｙｐ及びＰｋｘｎｙｎを結ぶ線分をＬｋ２とし、基準点Ｐｋｘｎｙｐ及びＰｋｘｐｙｎを結ぶ線分をＬｋ１としてこれらの対角線がテストパターンとして印字される。ユーザは、この様なテストパターンの印字結果を見て走査エリア内の各基準点の移動量を判断することとなる。
【０１４５】
図３０は、図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した図であり、第ｋ基準面上の各基準点Ｐｋに対して位置の変更可能な方向が示されている。各基準点Ｐｋは、それぞれ個別に独立して位置を移動させることができる。ここでは、ｘ軸方向及びｙ軸方向に所望の量だけ位置を変更することができるものとする。
【０１４６】
図３１は、図２７のレーザ制御部４００における基準位置変更処理部４０２の構成例を示した図である。ユーザが位置の変更対象として指定した基準点Ｐｋの３次元位置座標に関し、入力値Ｐｋ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）が加算器４１１によりユーザ指定（ｘ１，ｙ１）と加算処理され、出力値Ｐｋ（ｘ０＋ｘ１，ｙ０＋ｙ１，ｚ０）が出力される。ユーザ指定（ｘ１，ｙ１）は、ユーザにより指定される位置の変更量、すなわち、基準点Ｐｋの位置の差分情報である。
【０１４７】
図３２は、図２７レーザ制御部４００における座標変換処理部４０４の動作の一例を示した図であり、走査エリアＣ２内の基準点Ｐ２ｘｐｙｐの位置を変更した際の位置座標の変換処理の様子が示されている。座標変換処理部４０４では、基準位置変更処理部４０２による位置変更後の基準点Ｐｋの位置座標と、位置変更前の各基準点Ｐｋの位置座標に基づいて、加工パターン情報における位置座標を変換する処理が行われる。
【０１４８】
例えば、センタ面（第２基準面）上の走査エリアＣ２について、第１象限の基準点Ｐ２ｘｐｙｐの位置をｙ軸方向の正方向にｙ１だけ移動させる場合、第１象限内、ｘ軸上及びｙ軸上における当該走査エリアＣ２内の他の点は、その位置に応じてｙ軸方向に移動される。
【０１４９】
具体的には、基準点Ｐ２ｘｐｙｐの２次元位置座標を（ａ１，ａ１）とすると、直線ｙ＝ａ１上の任意の点（ａ２，ａ１）は、ｙ軸方向にｙ２＝ｙ１×（ａ２／ａ１）だけ移動される。また、直線ｘ＝ａ１上の任意の点（ａ１，ａ３）は、ｙ軸方向にｙ３＝ｙ１×（ａ３／ａ１）だけ移動される。従って、直線ｙ＝ａ３上の点（ａ２，ａ３）は、ｙ軸方向にｙ４＝ｙ２×（ａ３／ａ１）＝ｙ１×（ａ２／ａ１）×（ａ３／ａ１）だけ移動されることとなる。
【０１５０】
図３３は、図２７のレーザ制御部４００における座標変換処理部４０４の動作の一例を示した図であり、基準点Ｐ２ｘｐｙｐの位置を変更した際に基準面間を補間処理して位置座標の変換処理が行われる様子が示されている。センタ面上の走査エリアＣ２について、第１象限の基準点Ｐ２ｘｐｙｐの位置をｙ軸方向の正方向にｙ１だけ移動させた場合、ｎｅａｒ面（第１基準面）及びセンタ面間の任意の加工面に対し、ｎｅａｒ面及びセンタ面上の基準点の位置座標に基づいて補間処理され、加工パターン情報の位置座標が当該加工面上の位置座標に変換される。ここで、加工面は、各基準面に平行な平面であり、例えば、ユーザにより指定されるものとする。
【０１５１】
この補間処理は、図３２に示した２次元平面上における座標変換を３次元空間上に拡張させたものである。
【０１５２】
同様に、センタ面及びｆａｒ面（第３基準面）間の任意の加工面に対し、センタ面及びｆａｒ面上の基準点の位置座標に基づいて補間処理され、加工パターン情報の位置座標が当該加工面上の位置座標に変換される。
【０１５３】
図３４は、図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した図であり、レーザ出力部１の加工基準面Ｃに対して相対的に加工面Ａが傾斜しているワークＷに対するレーザ光Ｌの照射の様子が示されている。加工基準面Ｃ上で加工面Ａの最大傾斜の方向に長さＬの線分を加工面Ａ上に印字する場合、加工基準面Ｃに対する加工面Ａの傾斜角をθとして、加工面Ａ上では、長さＬ×（１／ｃｏｓθ）の線分として印字される。このため、加工基準面Ｃ上で指定した加工パターンと、実際に印字される加工パターンとが形状やサイズにずれが生じることとなる。
【０１５４】
本実施の形態では、この様な場合に、加工基準面Ｃ上の走査エリア内における基準点の位置を変更し、加工パターン情報における位置座標を変換させることにより、上述した様なずれが発生するのを抑制させることができる。
【０１５５】
（ユーザインターフェース）
図３５は、図２７のレーザ加工装置を含むレーザマーキングシステムにおけるコンソール２２０の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ上に表示される表示画面４２１が示されている。この表示画面４２１は、レーザマーキングシステムの各種設定を行うための入力画面であり、各種設定画面を表示させるための複数のアイコン４２２〜４３０が配置されている。ここでは、この様な表示画面４２１をコンソールメニュー画面と呼ぶことにする。
【０１５６】
具体的には、ハード情報表示アイコン４２２、稼動情報表示アイコン４２３、タイミング情報表示アイコン４２４、レーザ設定情報表示アイコン４２５、ポインタＬＤ情報表示アイコン４２６、オフセット及びゲイン情報表示アイコン４２７、ｆａｒ面情報表示アイコン４２８ａ、センタ面情報表示アイコン４２８ｂ、ｎｅａｒ面情報表示アイコン４２８ｃ、通信設定表示アイコン４２９及び終了アイコン４３０がメニュー画面内に配置されている。
【０１５７】
ハード情報表示アイコン４２２は、システムに接続されている機器の接続状態を示す設定画面を表示させるためのアイコンである。稼動情報表示アイコン４２３は、システム内の各機器の稼動状態を示す設定画面を表示させるためのアイコンである。タイミング情報表示アイコン４２４は、ワーク検出やレーザ照射のタイミングなどの設定画面を表示させるためのアイコンである。
【０１５８】
レーザ設定情報表示アイコン４２５は、レーザ加工装置の設定画面を表示させるためのアイコンである。ポインタＬＤ情報表示アイコン４２６は、ポインタ用ＬＤ（レーザダイオード）の設定画面を表示させるためのアイコンである。オフセット及びゲイン情報表示アイコン４２７は、各種オフセット量やゲインの設定画面を表示させるためのアイコンである。
【０１５９】
ｆａｒ面情報表示アイコン４２８ａは、ｆａｒ面上の基準点の位置の設定画面を表示させるためのアイコンである。センタ面情報表示アイコン４２８ｂは、センタ面上の基準点の位置の設定画面を表示させるためのアイコンである。ｎｅａｒ面情報表示アイコン４２８ｃは、ｎｅａｒ面上の基準点の位置の設定画面を表示させるためのアイコンである。
【０１６０】
通信設定表示アイコン４２９は、システム内の通信の設定画面を表示させるためのアイコンである。終了アイコン４３０は、このメニュー画面の表示を終了するためのアイコンである。この様なメニュー画面において、ｆａｒ面情報表示アイコン４２８ａ、センタ面情報表示アイコン４２８ｂ又はｎｅａｒ面情報表示アイコン４２８ｃを操作すれば、基準点の位置の設定画面を表示させることができる。なお、表示画面４２１上のクローズボタン４３１を操作しても、このメニュー画面を終了させることができる。
【０１６１】
図３６は、図２７のレーザ加工装置を含むレーザマーキングシステムにおけるコンソール２２０の動作の一例を示した図であり、ｆａｒ面上の各基準点の位置の設定画面４４１が示されている。この設定画面４４１は、ｆａｒ面上の９つの基準点の位置をそれぞれ変更するための入力画面である。ここでは、予め定められている位置からの変化量を入力するための入力欄４４２が基準点ごとに設けられている。また、各基準点に対して、位置の変化量は、ｘ軸方向及びｙ軸方向について個別に独立して指定することができる。
【０１６２】
例えば、「ｆａｒ面ＸｐＹｎＸ方向オフセット」の入力欄は、ｆａｒ面上の基準点Ｐ３ｘｐｙｎの位置をｘ軸方向にオフセットさせるための入力欄となっている。
【０１６３】
この例では、入力欄４４２の上下ボタンを操作すると、位置の変化量、すなわち、基準点の位置の差分情報をオフセット量として指定することができる。設定画面４４１上のクローズボタン４４４を操作すれば、この設定画面４４１の表示を終了させることができる。
【０１６４】
（走査領域形状）
図３７は、図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した斜視図であり、ｆθレンズ１３ａの光軸Ｂを中心軸として形成される走査領域の様子が示されている。一般に、加工基準面Ｃに平行な加工面上におけるレーザ光Ｌの走査可能な最大エリアは、加工面の高さが高くなるほど、すなわち、ｆθレンズ１３ａに近づくほど狭くなる。このため、任意の加工面上におけるレーザ光Ｌの走査可能な最大エリア（最大走査エリアと呼ぶことにする）により形成される領域は、ｆθレンズ１３ａを頂点とする角錐体形状となる。
【０１６５】
より詳しくは、レーザ光Ｌの焦点距離の調整可能な範囲には上限及び下限があることから、上記領域は、ｎｅａｒ面上の最大走査エリアを上底とし、ｆａｒ面上の最大走査エリアを下底とする角錐台となる。高さの異なるワークＷに同一形状かつ同一サイズの加工パターンを印字する場合、最大走査エリアを印字対象に指定すると、加工面の高さによっては、走査されず印字されない部分が生じると考えられる。
【０１６６】
これに対し、本実施の形態では、加工基準面を基準する位置情報に基づいて、光軸Ｂ方向における加工面の位置が決定され、レーザ光Ｌの焦点距離が調整される。レーザ光Ｌは、位置情報に基づいて上記加工面上の走査エリア内で走査される。その際、光軸Ｂ方向における加工面の位置にかかわらず、加工面上の走査エリアが同一形状かつ同一サイズのエリアに制限される。つまり、レーザ光Ｌの走査領域が、焦点距離の調整可能な範囲内で同一形状かつ同一サイズの走査エリアからなる空間領域に制限される。
【０１６７】
これにより、加工面の位置がいずれであっても走査可能な同一形状かつ同一サイズのエリアに走査エリアが制限されるので、高さの異なる加工対象物であっても、加工パターンを加工対象物に正しく加工することができる。任意の加工面上における走査エリアにより形成される上記空間領域は、上記角錐体に内接する角柱状体となる。
【０１６８】
この様な走査領域は、例えば、ｎｅａｒ面やｆａｒ面において要求される印字品質、解像度などによって決定される。具体的には、レーザ光Ｌのスポット形状に関し、ｎｅａｒ面の方が、ｆａｒ面に比べて、中央部に対する端部におけるスポット形状の歪みがより大きいことから、十分な印字品質が得られるエリアとしてｎｅａｒ面上で走査エリアが定められ、このｎｅａｒ面上の走査エリアによって走査領域が規定される。或いは、レーザ光Ｌの走査ピッチに関し、ｆａｒ面の方が、ｎｅａｒ面に比べて、中央部に対する端部における走査ピッチの増加量がより大きいことから、十分な解像度が得られるエリアとしてｆａｒ面上で走査エリアが定められ、このｆａｒ面上の走査エリアによって走査領域が規定される。
【０１６９】
図３８は、図２７のレーザ加工装置を含むレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータの動作の一例を示した図であり、設定画面上における走査エリア３０１の表示例が示されている。この例では、ユーザが指定する高さの加工面上における最大走査エリアが走査エリア３０１として表示され、この走査エリア３０１内に第２の走査エリアを示す矩形の枠３０１ａが表示されている。
【０１７０】
上記第２の走査エリアは、各基準面上の走査エリアＣ１〜Ｃ３と同一形状、同一サイズかつ光軸Ｂに垂直な方向の位置が同一の矩形エリアであり、枠３０１ａの外側のエリアは、加工面の高さによっては印字できない可能性のあるエリアとなっている。この様な枠３０１ａを走査エリア３０１内に表示させることにより、最大走査エリアを印字対象に指定して印字する場合に、加工面の高さによっては印字できないエリアであることをユーザに認識させることができる。
【０１７１】
ここでは、第２の走査エリア外に印字パターンの印字が指定された場合に、この印字パターンの位置が加工面上で最大走査エリア内に存在すれば、印字パターンの印字が行われるものとした。これに対し、枠３０１ａからはみ出して第２の走査エリア外に印字パターンの印字が指定された場合に、加工面の高さにかかわらず、枠３０１ａからはみ出た印字パターンについては印字しないようにしても良い。つまり、いずれの高さの加工対象物にも印字パターンが正しく印字されるように、走査エリアを枠３０１ａ内に制限するものであっても良い。
【０１７２】
本実施の形態によれば、ワークＷ上の加工面が加工基準面に対して相対的に傾いている場合であっても、変更前後の基準点の位置座標に基づいて位置座標が適切に変換されるので、加工パターンを正しく加工することができる。また、高さの異なるワークＷであっても、同一形状かつ同一サイズの面エリアが走査対象エリアに指定されるので、同一形状かつ同一サイズの加工パターンを加工対象物に正しく加工することができる。
【０１７３】
なお、図３７及び図３８では、ｆθレンズ１３ａを頂点とする角錐体形状の走査領域が形成される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、任意の加工面上において、最大走査エリアの形状が円形であっても良く、この場合には、最大走査エリアにより形成される領域は、ｆθレンズ１３ａを頂点とする円錐体形状となる。また、加工基準面間で同一形状、同一サイズかつ光軸Ｂに垂直な方向の位置が同一の円形エリアを走査エリアとしてレーザ光Ｌを走査させる場合、任意の加工面上における走査エリアにより形成される領域は、上記円錐体に内接する円柱状体となる。
【０１７４】
また、本実施の形態では、加工基準面上の所定エリアに基づいて柱状領域が形成され、レーザ光Ｌの走査エリアがこの柱状領域内に制限される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、レーザ光Ｌの出射点を頂点とする錐体からなる走査領域内に、加工基準面に平行な任意の断面が同一の柱状領域を形成し、レーザ光Ｌの走査エリアをこの様な柱状領域内に制限するものであれば、他の方法で柱状領域を定めても良い。
【０１７５】
具体的には、レーザ光Ｌの出射点を頂点とする錐体からなる走査領域内に、ビーム径調整部４０８による焦点距離の調整可能な範囲の上限により規定される光軸Ｂに垂直な平面上の所定エリアを定め、この所定エリアに基づいてレーザ光Ｌの走査エリアを、光軸Ｂに垂直な任意の平面上における同一形状、同一サイズかつ位置が同一のエリア内に制限するものであっても良い。或いは、走査領域内に、ビーム径調整部４０８による焦点距離の調整可能な範囲の下限により規定される光軸Ｂに垂直な平面上の所定エリアを定め、この所定エリアに基づいてレーザ光Ｌの走査エリアを、光軸Ｂに垂直な任意の平面上における同一形状、同一サイズかつ位置が同一のエリア内に制限するものであっても良い。
【０１７６】
また、本実施の形態では、図２８に示す線分ＬｋをテストパターンとしてワークＷ上に印字し、その印字結果に基づいて基準点のずれが判断される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、テストパターンが予め印字されている用紙をワークＷ上に配置し、この用紙上にガイド光Ｇを照射して基準点のずれを判断するようなものであっても良い。
【０１７７】
なお、本明細書中における「錐体」は、２次元走査によって実現される空間を意味している。従って、焦点距離の最大値が一定であるとすれば、その底面は球面の一部分になっている。この場合、中心軸を通る断面は扇形となる。
【０１７８】
本実施の形態によるレーザ加工装置の主な特徴をまとめると、第１に、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を調整して加工対象物の３次元加工面にレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、上記加工基準面上に設けられる３以上の基準点の位置情報を記憶する基準点記憶手段と、上記レーザ光を上記加工基準面上で走査させ、上記各基準点のいずれか２つを上記加工対象物上に表示する走査制御手段と、上記走査制御手段により表示された基準点、及び、当該基準点に対応する上記加工基準面上の基準点間における位置の差分情報を指定する差分情報指定手段により指定された差分情報に基づいて、上記各基準点の位置情報を上記加工基準面内で変更する基準位置変更手段と、上記基準位置変更手段による変更後の基準点の位置情報及び変更前の基準点の位置情報に基づいて、上記レーザ光の照射位置が規定された加工パターンにおける照射位置情報を変換する照射位置情報変換手段とを備えている。
【０１７９】
第２に、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手段を備え、上記基準点記憶手段には、上記出射点との距離を異ならせて定められる２以上の上記加工基準面のそれぞれに対応付けて設けられる上記基準点の位置座標が記憶され、上記照射位置情報変換手段が、上記加工基準面間の位置座標を補間処理して上記加工パターンにおける照射位置座標を変換し、上記照射位置情報変換手段による変換後の加工パターンの照射位置座標に基づいて、上記走査制御手段がレーザ光を走査させ、上記焦点距離制御手段がレーザ光の焦点距離を制御する。
【０１８０】
第３に、上記走査制御手段が、上記加工基準面上の４つの上記基準点を頂点とする矩形エリアであって、上記加工基準面間で同一形状、同一サイズかつ加工基準面に平行な方向の位置が同一の矩形エリアを走査対象とする最大エリアとして上記レーザ光を走査させる。
【０１８１】
第４に、上記走査制御手段が、上記加工基準面上の４つの上記基準点を頂点とする矩形エリアを走査可能な最大エリアとして上記レーザ光を走査させる。
【０１８２】
第５に、上記走査制御手段が、上記加工基準面上の３つの上記基準点を円周上の点とする円形エリアであって、上記加工基準面間で同一形状、同一サイズかつ加工基準面に平行な方向の位置が同一の円形エリアを走査対象とする最大エリアとして上記レーザ光を走査させる。
【０１８３】
第６に、上記走査制御手段が、上記加工基準面上の３つの上記基準点を円周上の点とする円形エリアを走査可能な最大エリアとして上記レーザ光を走査させる。
【０１８４】
第７に、レーザ光の出射点を頂点とする錐体からなる走査領域内でレーザスポットを移動させるレーザ加工装置であって、上記レーザ光を加工基準面に平行な平面上で走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整手段と、上記走査領域内に、上記加工基準面に平行な任意の断面が同一の柱状領域を形成し、上記レーザ光の走査エリアを上記柱状領域内に制限する走査エリア制限手段とを備える。
【０１８５】
第８に、レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を調整して加工対象物の３次元加工面にレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、上記出射点を頂点とする錐体からなる走査領域内でレーザスポットを移動させるレーザ加工装置であり、上記レーザ光を上記加工基準面に平行な平面上で走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整手段と、上記走査領域内に定められる上記加工基準面上の所定エリアに基づいて、上記レーザ光の走査エリアを制限する走査エリア制限手段とを備え、上記走査エリア制限手段が、上記加工基準面に平行な任意の平面上における上記レーザ光の走査エリアを上記所定エリアと同一形状、同一サイズかつ位置が同一のエリア内に制限する。
【０１８６】
第９に、上記加工基準面が、上記焦点距離調整手段による焦点距離の調整可能な範囲の上限及び下限のいずれかにより規定され、上記走査エリア制限手段が、上記所定エリアを端面とする柱状領域内に走査エリアを制限する。
【０１８７】
第１０に、レーザ光の焦点距離を調整して加工対象物の３次元加工面にレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、上記レーザ光を光軸に垂直な平面上で走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光の焦点距離を調整して焦点位置を上記光軸方向に変更し、上記レーザ光の出射点を頂点とする錐体からなる走査領域内でレーザスポットを移動させる焦点距離調整手段と、上記走査領域内に、上記焦点距離調整手段による焦点距離の調整可能な範囲の上限により規定される上記光軸に垂直な平面上の所定エリアを定め、上記所定エリアに基づいて上記レーザ光の走査エリアを制限する走査エリア制限手段とを備え、上記走査エリア制限手段が、上記光軸に垂直な任意の平面上における上記レーザ光の走査エリアを同一形状、同一サイズかつ位置が同一のエリア内に制限する。
【０１８８】
第１１に、レーザ光の焦点距離を調整して加工対象物の３次元加工面にレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、上記レーザ光を光軸に垂直な平面上で走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光の焦点距離を調整して焦点位置を上記光軸方向に変更し、上記レーザ光の出射点を頂点とする錐体からなる走査領域内でレーザスポットを移動させる焦点距離調整手段と、上記走査領域内に、上記焦点距離調整手段による焦点距離の調整可能な範囲の下限により規定される上記光軸に垂直な平面上の所定エリアを定め、上記所定エリアに基づいて上記レーザ光の走査エリアを制限する走査エリア制限手段とを備え、上記走査エリア制限手段が、上記光軸に垂直な任意の平面上における上記レーザ光の走査エリアを同一形状、同一サイズかつ位置が同一のエリア内に制限する。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザ加工装置１００の一構成例を示したブロック図である。
【図２】励起光発生部２３の内部の一例を示した斜視図である。
【図３】レーザ発振部１０の一構成例を示した図である。
【図４】ビームエキスパンダ１１の一構成例を示した図である。
【図５】走査部１２の一構成例を示した斜視図である。
【図６】ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸方向のスキャン動作に関する説明図である。
【図７】ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸方向のスキャン動作に関する説明図である。
【図８】ディスタンスポインタについての説明図であり、レーザ加工装置１００の光学系を示した斜視図である。
【図９】ディスタンスポインタについての説明図であり、図８を逆方向から見た斜視図である。
【図１０】ディスタンスポインタについての説明図であり、集光レンズ１３の光軸を含む切断面による断面図である。
【図１１】ディスタンスポインタの一例を示した図である。
【図１２】図１のレーザ加工装置１００を含むレーザマーキングシステムの構成例を示したブロック図である。
【図１３】図１２のレーザ加工装置１００におけるレーザ制御部２の構成例を示したブロック図である。
【図１４】図１２のレーザ加工装置１００における動作の一例を示した斜視図であり、ｆθレンズ１３ａの光軸Ｂに垂直な加工基準面Ｃの様子が示されている。
【図１５】図１４のレーザ制御部２における加工パターン変更処理部１１７の構成例を示した図である。
【図１６】図１２のレーザ加工装置１００における動作の一例を示した図であり、Ｚ値選択モード時における高さ方向のオフセット調整の様子が示されている。
【図１７】図１２のレーザ加工装置１００におけるＺ値選択モード時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図１８】図１２のレーザ加工装置１００におけるストローブモード時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図１９】図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の一例を示した斜視図であり、位置を異ならせながら印字が行われる様子が示されている。
【図２０】図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図２１】図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の他の一例を示した斜視図である。
【図２２】図１２のレーザ加工装置１００におけるリアル動作モード時の動作の他の一例を示したフローチャートである。
【図２３】図１３のレーザ制御部２の他の構成例を示した図であり、加算器１２２及び１２３からなる加工パターン変更処理部１１７ａが示されている。
【図２４】図１２のレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータ２１０の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ上の表示画面３００が示されている。
【図２５】図１２のレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータ２１０の動作の一例を示した図であり、ライン設定画面３１０が示されている。
【図２６】図１２のレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータ２１０の動作の一例を示した図であり、プルダウンメニュー３１２ｂが示されている。
【図２７】本発明の実施の形態２によるレーザ加工装置の要部における構成例を示したブロック図であり、レーザ制御部４００が示されている。
【図２８】図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した斜視図であり、各基準面上の走査エリアＣ１〜Ｃ３の様子が示されている。
【図２９】図２８の各走査エリアＣ１〜Ｃ３内に配置される基準点Ｐｋ及び２つの基準点を結ぶ線分Ｌｋを示した平面図である。
【図３０】図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した図であり、第ｋ基準面上の各基準点Ｐｋに対して位置の変更可能な方向が示されている。
【図３１】図２７のレーザ制御部４００における基準位置変更処理部４０２の構成例を示した図である。
【図３２】図２７のレーザ制御部４００における座標変換処理部４０４の動作の一例を示した図であり、基準点Ｐ２ｘｐｙｐの位置の座標変換の様子が示されている。
【図３３】図２７のレーザ制御部４００における座標変換処理部４０４の動作の一例を示した図であり、基準面間の補間処理の様子が示されている。
【図３４】図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した図であり、加工基準面Ｃに対して加工面Ａが傾斜しているワークＷに対するレーザ照射の様子が示されている。
【図３５】図２７のレーザ加工装置を含むレーザマーキングシステムにおけるコンソール２２０の動作の一例を示した図であり、表示画面４２１が示されている。
【図３６】図２７のレーザ加工装置を含むレーザマーキングシステムにおけるコンソール２２０の動作の一例を示した図であり、基準点の設定画面４４１が示されている。
【図３７】図２７のレーザ加工装置における動作の一例を示した斜視図であり、ｆθレンズ１３ａの光軸Ｂを中心軸として形成される走査領域の様子が示されている。
【図３８】図２７のレーザ加工装置を含むレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータの動作の一例を示した図であり、走査エリア３０１が示されている。
【符号の説明】
【０１９０】
１  レーザ出力部
２  レーザ制御部
３  入力部
１１  ビームエキスパンダ
１２  走査部
１３  集光部
１３ａ  ｆθレンズ
１４ａ  Ｘ軸スキャナ
１４ｂ  Ｙ軸スキャナ
１６  スキャナ駆動回路
２１  メモリ部
２２  制御部
２３  励起光発生部
２４  電源
３２  レーザ媒質
１００  レーザ加工装置
１０１  ワークセンサ
１０２  高さ測定器
１１１  識別情報取得部
１１２  高さ情報記憶部
１１５  オフセット指定生成部
１１６  加工パターン記憶部
１１７，１１７ａ  加工パターン変更処理部
１１８  変更後パターン記憶部
１１９  ビーム径調整部
１２０  走査制御部
１２１〜１２３  加算器
２００  外部機器
２１０  パーソナルコンピュータ
２２０  コンソール
２３０  ＰＬＣ
４００  レーザ制御部
４０１  基準点記憶部
４０２  基準位置変更処理部
４０３  変更後基準点記憶部
４０４  座標変換処理部
４０５  加工パターン記憶部
４０６  変更後パターン記憶部
４０７  走査制御部
４０８  ビーム径調整部
【図１】
2008068312.tif 000003
【図２】
2008068312.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008068312.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008068312.tif 000009
【図８】
2008068312.tif 000010
【図９】
2008068312.tif 000011
【図１０】
2008068312.tif 000012
【図１１】
2008068312.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2008068312.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2008068312.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2008068312.tif 000021
【図２０】
2008068312.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2008068312.tif 000027
【図２６】
2008068312.tif 000028
【図２７】
2008068312.tif 000029
【図２８】
2008068312.tif 000030
【図２９】
2008068312.tif 000031
【図３０】
2008068312.tif 000032
【図３１】
2008068312.tif 000033
【図３２】
2008068312.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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