(57)【要約】【課題】  レーザ光による加工線幅よりも広い幅を有する加工線又は加工面を形成するための加工パターンを容易に生成することができるレーザ加工データ設定装置を提供することを目的とする。【解決手段】  焦点距離を調整可能なレーザ光を２次元走査させるレーザ加工装置１００のための加工データを生成するレーザ加工データ生成装置１３０であって、ＸＹ平面内の２次元パターンを指定するための形状種類指定部４００と、この２次元パターンをＺ方向に移動させるピッチを指定するためのピッチ指定部とを有する３Ｄ切削パターン入力手段７３、及び、上記ＸＹ走査に同期させて上記ピッチだけＺ方向に移動させていく加工パターンを生成する加工データ生成手段７７Ａで構成され、３次元パターンを容易に生成することができる。【選択図】  図１２
2008068309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段とを有する３次元レーザマーカのための加工データを生成するレーザ加工データ生成装置において、
２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定手段と、
上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御するための上記加工データを生成する印字用加工データ生成手段と、
２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定手段と、
上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて上記焦点距離調整手段を制御するための上記加工データを生成する切削用加工データ生成手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工データ生成装置。
【請求項２】
上記切削パターンの変化率をユーザが指定するための変化率指定手段を備え、
上記切削加工データ生成手段は、上記走査に同期させて、上記切削パターンの大きさを上記変化率に基づいて変化させるように上記２次元走査手段を制御するための上記加工データを生成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工データ生成装置。
【請求項３】
上記切削パターンの繰り返し回数をユーザが指定するための繰り返し回数指定手段を備え、
上記切削加工データ生成手段は、上記繰り返し回数に基づいて、上記走査を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工データ生成装置。
【請求項４】
レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段とを有する３次元レーザマーカのための加工データを生成するレーザ加工データ生成方法であって、
２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定ステップと、
上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御するための上記加工データを生成する印字用加工データ生成ステップと、
２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定ステップと、
上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて焦点距離調整手段を制御するための上記加工データを生成する切削用加工データ生成ステップとを有することを特徴とするレーザ加工データ生成方法。
【請求項５】
レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段とを有する３次元レーザマーカのための加工データを生成するためのコンピュータプログラムであって、
２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定ステップと、
上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御するための上記加工データを生成する印字用加工データ生成ステップと、
２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定ステップと、
上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて焦点距離調整手段を制御するための上記加工データを生成する切削用加工データ生成ステップとを実行するための手順からなることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項６】
レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、
上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段と、
２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定手段と、
上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御する印字加工制御手段と、
２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定手段と、
上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて上記焦点距離調整手段を制御する切削加工制御手段とを備えたことを特徴とするレーザマーキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工データ生成装置、レーザ加工データ生成方法、コンピュータプログラム及びレーザマーキングシステムに係り、更に詳しくは、焦点距離を調整可能なレーザ光を２次元走査させるレーザ加工装置のための加工パターンを生成するレーザ加工データ生成装置、上記レーザ加工データ生成装置において使用される方法、上記レーザ加工データ生成装置を実現するためのコンピュータプログラム、並びに、上記レーザ加工データ生成装置を含むレーザマーキングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザー加工装置は、レーザ発振器で生成されたレーザ光をＸＹスキャナによって光軸に垂直な面内で２次元スキャンさせ、集光レンズを介してワークに照射することによって、当該ワークのパターン加工を行っている。この種のレーザ加工装置は、ワークの表面に文字やバーコードなどを印字するマーキング用途に広く用いられている。また、このような表面加工以外に、比較的薄いワークに対する穴あけや切断のような切削加工にも用いられている。
【０００３】
このようなレーザ加工装置を用いて切削加工を行う場合、加工深さ、つまり、Ｚ方向の加工幅は、ＸＹ平面上の同じ位置へのエネルギー投入量によって制御する必要があった。例えば、レーザパワーを増大させてレーザスポット内のエネルギー密度を上げ、あるいは、スキャンスピードを低下させることによって、加工深さを制御していた。しかしながら、エネルギー投入量を増大させるとレーザ光による加工線幅が太くなり、また、深くなるほどレーザスポットから遠くなるため、シャープな加工面を得ることはできず、高精度の切削加工を行うことができなかった。また、加工深さの方向に変化するような加工面を形成することはできなかった。
【０００４】
一方、レーザ光のビーム径を制御することによってレーザスポットまでの距離を調整し、レーザスポットを３次元走査することができるレーザ加工装置が実用化されつつある。このようなレーザ加工装置を用いれば、３次元の加工パターンに基づいて自由度の高いレーザ加工を実現することができる。このため、加工深さを制御するために、エネルギー投入量を増大させる必要はなく、切削加工を含む高精度の３次元レーザ加工を実現することができる。
【特許文献１】特開平１１−２８５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この様な３次元レーザ加工を行うためには、ユーザが３次元の加工パターンを用意しなければならない。しかしながら、２次元の加工パターンを作成する場合に比べ、３次元の加工パターンを作成する作業は、ユーザにとって難しく、煩雑な作業となると考えられる。
【０００６】
また、レーザ加工によって、ワークに所望の加工面を形成するには、レーザ光が当該加工面内を所定の間隔でスキャンしていく複雑な加工パターンを作成しなければならないが、このような加工パターンの作成は、２次元スキャンの場合であっても煩雑な作業であり、ユーザの負担が大きかった。このため、３次元空間内で任意の加工面を形成しようとすれば、ユーザにとって、その加工パターンの作成は、極めて困難なものになると考えられる。
【０００７】
さらに、高精度の加工を行うためにはレーザ光の加工線幅を細くする必要があることから、幅の太い加工線を精度よく形成したい場合にも、この加工線の線幅内を複数回スキャンしていく複雑な加工パターンを作成しなければならない。つまり、３次元のパターン加工に限らず、レーザ光の加工線幅よりも幅の広い加工線又は加工面を形成するためには、複雑な加工パターンを形成しなければならず、ユーザの加工パターン作成の負担が大きいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光による加工線幅よりも広い幅を有する加工線又は加工面を形成するための加工パターンを容易に生成することができるレーザ加工データ生成装置及びレーザ加工データ生成方法を提供することを目的とする。また、コンピュータを用いて、このようなレーザ加工データ設定装置を実現するためのコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【０００９】
また、３次元レーザ加工装置用の加工データとして、３次元の加工パターンを容易に生成することができるレーザ加工データ生成装置及びレーザ加工データ生成方法を提供することを目的とする。また、コンピュータを用いて、このようなレーザ加工データ設定装置を実現するためのコンピュータプログラムを提供することを目的とする。更に、３次元の加工パターンを容易に指定することができるレーザマーキングシステム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】
【００１０】
第１の本発明によるレーザ加工データ生成装置は、レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段とを有する３次元レーザマーカのための加工データを生成するレーザ加工データ生成装置である。このレーザ加工データ生成装置は、２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定手段と、上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御するための上記加工データを生成する印字用加工データ生成手段を備えている。また、２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定手段と、上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて上記焦点距離調整手段を制御するための上記加工データを生成する切削用加工データ生成手段とを備えている。
【００１１】
この様な構成により、２次元の印字情報及び３次元の印字面形状をユーザが指定することにより、３次元の加工パターンを生成することができるレーザ加工データ生成装置において、ユーザが、簡単な２次元の切削パターンと、当該切削パターンを移動させるピッチとを指定すれば、レーザ光による加工線幅よりも広い幅を有する加工線又は加工面をワークに形成するための３次元の切削パターンが得られる。レーザ光による加工線幅が細ければ、シャープな輪郭を有する高精度の加工を行うことができるが、この加工線幅よりも幅の広い加工線又は加工面をワークに形成しようとすれば、ユーザが複雑な加工パターンを作成しなければならない。従って、このような加工パターンを簡単な２次元パターンとピッチに基づいて自動生成することによって、高精度のレーザ加工を少ない工数で実現することが可能となる。
【００１２】
特に、高さ方向の幅が、レーザ光の加工線幅よりも広いパターン加工を実現するための３次元加工パターンを容易に生成することができ、高精度の３次元レーザ加工を容易に実現することができる。例えば、ワークに対し、基準面内において２次元パターンを描くとともに、基準面の高さ方向にレーザ光の加工線幅より深い加工線又は加工面を形成したい場合に、このようなレーザ加工を高精度で実現するための３次元加工パターンを容易に生成することができる。つまり、実施の形態における３次元切削加工の直線、円送り、円弧送り、円錐状円送りなどの例のように、上記基準面の高さ方向に幅を有する加工面をワークに形成することができる。
【００１３】
第２の本発明によるレーザ加工データ生成装置は、上記構成に加えて、上記切削パターンの変化率をユーザが指定するための変化率指定手段を備え、上記切削加工データ生成手段が、上記走査に同期させて、上記切削パターンの大きさを上記変化率に基づいて変化させるように上記２次元走査手段を制御するための上記加工パターンを生成するように構成される。
【００１４】
この様な構成により、高さに応じて基準面内の２次元の切削パターンが変化する複雑なパターン加工を行うための３次元の切削パターンでも容易に生成することができ、高精度のレーザ加工を実現することができる。例えば、実施の形態における３次元切削加工の円錐状円送りの場合のように、上記基準面の高さに応じて変化する加工面をワークに形成することができる。
【００１５】
第３の本発明によるレーザ加工データ生成装置は、上記構成に加えて、上記切削パターンの繰り返し回数をユーザが指定するための繰り返し回数指定手段を備え、上記切削加工データ生成手段が、上記繰り返し回数に基づいて、上記走査を繰り返すように構成される。ピッチ及び繰り返し回数をユーザが指定することによって、任意の幅を有するパターンをワークに形成することができる。
【００１６】
第４の本発明によるレーザ加工データ生成方法は、レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段とを有する３次元レーザマーカのための加工データを生成するレーザ加工データ生成方法であって、２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定ステップと、上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御するための上記加工データを生成する印字用加工データ生成ステップと、２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定ステップと、上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて焦点距離調整手段を制御するための上記加工データを生成する切削用加工データ生成ステップとを有するように構成される。
【００１７】
第５の本発明によるコンピュータプログラムは、レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段とを有する３次元レーザマーカのための加工データを生成するためのコンピュータプログラムであって、２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定ステップと、上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御するための上記加工データを生成する印字用加工データ生成ステップと、２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定ステップと、上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて焦点距離調整手段を制御するための上記加工データを生成する切削用加工データ生成ステップとを実行するための手順からなる。
【００１８】
第６の本発明によるレーザマーキングシステムは、レーザ光を２次元走査させる２次元走査手段と、上記レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整する焦点距離調整手段と、２次元の印字情報及び印字面形状をユーザが指定する印字パターン指定手段と、上記印字情報に基づいて上記２次元走査手段を制御するとともに、上記印字面形状に基づいて上記焦点距離制御手段を制御する印字加工制御手段と、２次元の切削パターン及び当該切削パターンのピッチをユーザが指定するための切削パターン指定手段と、上記切削パターンに基づく走査を繰り返すように上記２次元走査手段を制御するとともに、当該走査に同期させて上記ピッチに基づいて上記焦点距離調整手段を制御する切削加工制御手段とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ユーザが、簡単な２次元パターンと、当該２次元パターンを移動させるピッチとを指定することによって、レーザ光による加工線幅よりも広い幅を有する加工線又は加工面をワークに形成するための加工パターンを容易に生成することができる。従って、高精度のレーザ加工を少ない工数で実現することが可能となる。
【００２０】
また、本発明によれば、基準面内における２次元パターンを基準面の高さ方向に移動させることによって、レーザ光による加工線幅よりも広い幅を有する加工線又は加工面を形成するための３次元パターンを容易に生成することができる。
【００２１】
また、本発明によれば、２次元パターンの変化率を指定することによって、高さに応じて基準面内の２次元パターンが変化する複雑なパターン加工を行うための３次元加工パターンを容易に生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態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。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。
【００２３】
一般に、レーザ加工装置は、レーザ光Ｌを照射することによってワークＷを加工するレーザ加工のための装置であって、予め指定された加工パターンに基づいて、レーザ光Ｌを２次元走査するパターン加工を行っている。これに対し、本実施の形態によるレーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌのスポット位置を３次元走査する３次元スキャナを有し、３次元の加工パターンに基づいて、３次元空間内におけるレーザ光Ｌのスポット位置を制御する３次元レーザ加工を行うことができる。以下では、このレーザ加工装置１００の全体構成について説明した後、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。
【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】
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って、レーザ光Ｌのスポットを集光レンズ１３の光軸方向に移動させるＺ軸スキャナである。走査部１２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のスポットを集光レンズ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次元スキャンを行っている。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１２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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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、レーザパワーを制御するための強度信号も制御部２２によって生成され、励起光発生部２３へ供給される。
【００２８】
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からの強度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。強度信号は、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、強度信号は、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。
【００２９】
（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の動作条件や加工パターンなどが設定データとして入力され、この設定データが入力部３からレーザ制御部２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。
【００３０】
（励起光発生部２３）
図２は、図１の励起光発生部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。
【００３１】
（レーザ発振部１０）
図３は、図１のレーザ発振部１０の一構成例を示した図である。レーザ発振部１０は、励起光をレーザ媒質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によってレーザ媒質３２内に集光され、レーザ媒質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、レーザ媒質３２に再び入射される。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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から与えられる強度信号に基づいて、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。
【００３７】
（ビームエキスパンダ１１）
図４は、図１の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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、入射レンズ４０からの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、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。
【００４０】
レーザ光Ｌのビーム径を制御することができれば、レーザスポットを集光レンズ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及び出射レンズ４１をともに移動可能とすることもできる。
【００４１】
図５及び図６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。なお、ここでは一例として、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。
【００４２】
図５に示したレンズ間距離Ｒｄ１は、図６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１１から出射されるレーザ光Ｌのビーム径は図６よりも図５の方が大きく、レーザ出力部１からレーザスポットまでの距離Ｌｄ１，Ｌｄ２は、図６の距離Ｌｄ２よりも図５の距離Ｌｄ１の方が長くなっている。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。
【００４３】
（走査部１２）
図７は、図１の走査部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。
【００４４】
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。ここで、Ｚ軸と直交し、かつ、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。
【００４５】
（ディスタンスポインタ表示）
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。
【００４６】
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を視覚的に確認することができる。
【００４７】
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、このガイド光Ｇが、レーザ光Ｌの光路上に設けられたガイド光用ミラー６２で反射されてレーザ光Ｌの光路に入り、ワークＷへ照射される。このとき、ワークＷ上にはガイドパターンＧＰが視認可能に表示される。一方、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、このポインタ光Ｐが、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）から離れた位置に固定されている。
【００４８】
距離制御ミラー６６で反射されたポインタ光Ｐは、Ｚ軸に平行な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、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が交差する。この結果、ワークＷ上に表示されるガイドパターンＧＰ及びポインタパターンＰＰからなるディスタンスポインタは、その形状がワーキングディスタンスに応じて変化し、ワーキングディスタンスが照射距離に一致している場合にのみ特徴的なパターンとなる。
【００４９】
（レーザマーカのシステム構成）
図１１は、本実施の形態によるレーザ加工システムの一構成例を示した図である。このレーザ加工システムは、レーザ加工ヘッド１１０と、コントローラ１２０と、レーザ加工データ設定装置１３０によって構成される。レーザ加工ヘッド１１０は、ワークＷへレーザ光Ｌを照射する装置であり、図１のレーザ出力部１に相当する。コントローラ１２０は、レーザ加工ヘッド１１０の制御装置であり、図１のレーザ制御部２に相当する。レーザ加工データ設定装置１３０は、コントローラ１２０に対しレーザ加工条件を指示するためのユーザ端末であり、図１の入力部３に相当する。ユーザは、レーザ加工データ設定装置１３０を用いて、レーザ加工条件を規定するレーザ加工データを生成し、このレーザ加工データをコントローラ１２０へ送信することによって、所望のレーザ加工が実現される。
【００５０】
このレーザ加工データ設定装置１３０は、レーザ加工データとして、３次元の加工パターンを生成することができる。レーザ加工ヘッド１１０は、上述した３次元スキャナを有しており、この３次元パターンに基づいて、コントローラ１２０がレーザ加工ヘッド１１０を制御すれば、３次元のレーザ加工を行うことができる。つまり、このレーザ加工システムは、３次元のパターン加工を行うことができる。
【００５１】
また、このレーザ加工システムを用いて実現されるパターン加工には、文字、バーコード、その他の図形からなる平面パターンを３次元面上に印字するための印字加工（いわゆるマーキング）だけでなく、ワークＷの３次元形状を変化させるための切削加工も含まれる。例えば、厚さが比較的薄いワークＷを対象として穴あけ、切断などの成形加工を行うことができる。また、レーザ加工であるため加工精度が高く、金型製作のための金型加工にも利用することができる。
【００５２】
さらに、コントローラ１２０には、必要に応じて各種の外部機器を接続することができる。例えば、ライン上に搬送されるワークＷ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Ｗとレーザ加工ヘッド１１０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Ｗ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することができる。
【００５３】
（レーザ加工データ設定装置１３０）
図１２は、レーザ加工データ設定装置１３０の一構成例を示した図である。このレーザ加工データ設定装置１３０は、レーザ加工データを生成するための装置であり、設定データとしてユーザが様々な加工条件を入力するための入力部７０と、これらの設定データに基づいて演算処理を行ってレーザ加工データを生成する演算部７７と、設定データやレーザ加工データを表示するための表示部７８と、設定データ及びレーザ加工データを記憶するための記憶部７９とを備えている。
【００５４】
入力部７０は、印字加工条件を入力するための印字パターン入力手段７１と、切削加工条件として２次元の切削パターンを入力するための２Ｄ切削パターン入力手段７２と、切削加工条件として３次元の切削パターンを入力するための３Ｄ切削パターン入力手段７３と、これらの加工条件を管理編集するためのパターンブロック設定手段７４とを備えている。なお、特段の事情がない限り、本明細書における「加工」には、印字加工及び切削加工の両方が含まれるものとし、「加工条件」には、印字加工条件及び切削加工条件の両方が含まれ、また、「加工パターン」には、印字パターン及び切削パターンの両方が含まれるものとする。
【００５５】
印字パターン入力手段７１は、印字加工条件を入力するための手段であり、文字、図形等の２次元の印字情報を入力するための印字情報入力手段７１Ａと、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印字面プロファイル入力手段７１Ｂによって構成される。この印字面プロファイル入力手段７１Ｂは、さらに、基本図形の中から印字面を指定するための基本図形指定手段７１ａと、印字面を表す３次元形状データを外部から入力するための３次元形状データ入力手段７１ｂを有している。
【００５６】
パターンブロック設定手段７４は、作業領域内に複数の印字パターンや切削パターンが配置されている場合に、これらの印字パターン又は切削パターンに対し、パターンブロックをそれぞれ割り当てるとともに、いずれか１つのパターンブロックを編集対象に指定するための手段である。
【００５７】
（演算部７７）
演算部７７は、入力部７０で設定された加工条件に基づいて、コントローラ１２０へ出力するためのレーザ加工データを生成する加工データ生成手段７７Ａと、作業領域においてレーザ光を照射できず、あるいは、加工が不良となる印字不良領域を検出する印字不良領域検出手段７７Ｂと、印字不良領域を印字可能な領域とは異なる態様にて表示するためのハイライト処理を行うハイライト処理手段７７Ｃとを備えている。
【００５８】
このレーザ加工データ設定装置１３０は、専用ハードウエアとして構成することもできるが、本実施の形態では、汎用コンピュータにレーザ加工データ設定プログラムをインストールすることによって実現されているものとする。このレーザ加工データ設定プログラムを用いて、ユーザが設定データを入力し、レーザ加工パターンが生成されるまでの手順について説明する。
【００５９】
（２Ｄ編集モード／３Ｄ編集モード）
図１３及び図１４は、レーザ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の一例を示した図であり、図１３に２Ｄ編集モードの場合、図１４に３Ｄ編集モードの場合が示されている。レーザ加工データ設定プログラムは、２次元の加工パターンを編集するための「２Ｄ編集モード」と、３次元の加工パターンを編集するための「３Ｄ編集モード」を有している。２Ｄ編集モードでは、加工パターンが２次元表示されるのみであるが、３Ｄ編集モードでは、２次元表示及び３次元表示を切り替えて加工パターンを表示させることができる。
【００６０】
ユーザは、画面右上の編集モード切替ボタン２７２を操作することによって、２Ｄ編集モード及び３Ｄ編集モードを切り替えることができ、編集モード表示欄２７０には、現在の編集モードが表示される。また、レーザ加工データ設定プログラムの起動直後は「２Ｄ編集モード」であり、画面右上に設けられた編集モード表示欄２７０に、現在の編集モードとして「２Ｄ編集中」が表示されている。操作が比較的容易な２次元編集モードを起動時のデフォルト編集モードとして設定することにより、３次元レーザ加工データの編集が不得手なユーザであっても戸惑うことなく操作することができる。この状態で、ユーザが編集モード切替ボタン２７２を押下すると、「３Ｄ編集モード」に切り替えられ、編集モード表示欄２７０の表示が「３Ｄ編集中」に変更される。
【００６１】
２Ｄ編集モード及び３Ｄ編集モードのインターフェース画面は、外見上、ほぼ等しく構成されている。例外として、２Ｄ編集モードでは、３次元形状を設定するための「形状設定」タブ２０４ｉがグレーアウトして選択不能となっている。また、２次元切削パターンを指定するための選択肢「加工機動作」は、２Ｄ編集モードでは「基本設定」タブ２０４ｈ内に表示されるが、３Ｄ編集モードでは表示されない。このように、２Ｄ編集モードと３Ｄ編集モードとでプログラムのユーザインターフェースを殆ど変化させることなく、設定可能な項目を制限することにより、容易に２Ｄ編集モードから３Ｄ編集モード又はその逆への移行がスムーズに行える。
【００６２】
上述の通り、このレーザ加工データ設定プログラムでは３Ｄ編集モードであっても２Ｄ編集モードとほぼ同じインターフェースを採用しているため、３次元レーザ加工データの編集作業も、２次元のレーザ加工データの設定とほぼ同じ要領で行うことができる。また、３Ｄ編集モードでは、まず２Ｄ編集モードと同様のユーザインタフェースを用いて２次元状の印字パターンを指定し、この印字パターンに対して、３次元レーザ加工データに必要な３次元形状情報を付加することができる。従って、２次元の印字データ作成しか経験したことのないユーザでも、簡単に３次元レーザ加工データを作成できるシンプルなユーザインタフェースが提供される。
【００６３】
（２次元表示／３次元表示）
図１５は、加工パターンの３次元表示の一例を示したイメージ図である。加工パターンのイメージが表示される編集表示欄２０２の表示形式は、２次元表示と３次元表示とに切り替えることができる。この切り替えは、フローティングツールバー内の表示切替ボタン２０７を操作することによって行われる。編集表示欄２０２が２次元表示の状態で、表示切替ボタン２０７を押下すると、編集表示欄２０２が３次元表示に切り替えられ、加工対象面のパターンが立体的に表示される。このとき、表示切替ボタンの表示は「３Ｄ」から「２Ｄ」へ切り替わる。この表示切替ボタン２０７を再度押下すれば、編集表示欄２０２が２次元表示に戻り、表示切替ボタンの表示も「３Ｄ」に戻る。
【００６４】
３次元表示の視点は、スクロールバー２０２Ａ，２０２Ｂを操作することによって、任意の方位に変更することができる。スクロールバー２０２Ａを操作すれば、原点を通る画面左右方向の回転軸（不図示）を中心として、視点をリニアに３６０度回転させることができる。また、スクロールバー２０２Ｂを操作すれば、原点を通る画面上下方向の回転軸（不図示）を中心として、視点をリニアに３６０度回転させることができる。
【００６５】
また、３次元表示の視点は、表示位置選択部２０７Ｂの操作によって変更することもできる。表示位置選択部２０７Ｂは、フローティングツールバー内に設けられており、プルダウンメニューから既定の視点方位を選択することができる。ここでは、ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面のいずれかを選択することができる。ＸＹ平面が選択された場合、視点をＺ軸方向に移動させることができる。同様にして、ＹＺ平面、ＺＸ平面が選択された場合には、視点をＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ移動させることができる。
【００６６】
さらに、フローティングツールバーに設けられた「スクロールバーの移動／回転切替」を押下すると、スクロールバー２０２Ａ，２０２Ｂの用途が、視点の移動から視野の移動に切り替えられる。視野の移動が指定されている場合に、スクロールバー２０２Ａを操作すれば、編集表示欄２０２内においてイメージを上下に移動させることができ、スクロールバー２０２Ｂを操作すれば、編集表示欄２０２内においてイメージを左右に移動させることができる。
【００６７】
（３次元ビューワ）
図１６は、３次元ビューワ２６０を表示させた場合のイメージ図である。フローティングツールバー内のビューワ起動ボタン２０７Ｃを押下すると、３次元ビューワ２６０が別ウィンドウとして表示される。このため、編集表示欄２０２で２次元表示が行われている場合に、３次元ビューワ２６０を起動すれば、２次元表示と３次元表示を並べて表示させることができる。なお、編集表示欄２０２で３次元表示が行われている場合には、２次元ビューワ起動ボタン２０７Ｃはグレーアウトされて、選択できないようになっている。
【００６８】
（印字情報入力手段７１Ａ）
次に、印字情報入力手段７１Ａの一例について図１４を用いて説明する。ユーザインターフェース画面の左側には、ワーク上での加工パターンのイメージを表示する編集表示欄２０２が配置され、画面の右側には、具体的な加工条件として各種データを指定する加工パターン入力欄２０４が配置されている。また、加工パターン入力欄２０４内には、切り替え可能な「基本設定」タブ２０４ｈ、「形状設定」タブ２０４ｉ及び「詳細設定」タブ２０４ｊが配置されており、ユーザが選択したタブ２０４ｈ〜２０４ｊ内の設定項目が表示されている。図１４の例では「基本設定」タブ２０４ｈが選択されており、当該タブ２０４ｈ内には、加工種類指定欄２０４ａと、表示形式指定欄２０４ｄ、文字入力欄２０４ｂ、詳細設定欄２０４ｃが設けられている。
【００６９】
加工種類指定欄２０４ａには、加工パターンとして「文字列」及び「ロゴ・図」のいずれかを選択するためのラジオボタンが表示されている。「文字列」は、加工パターンとして、文字列又はシンボル化された文字列を指定するための選択肢であり、「ロゴ・図」は加工パターンとして任意の２次元イメージを指定する選択肢である。なお、図１３に示した通り、２Ｄ編集モード中は、加工種類指定欄２０４ａ内に第３の選択肢として「加工機動作」が表示されている。この「加工機動作」は、２次元切削パターンを指定するための選択肢であるため、３次元切削パターンを別途指定することができる３Ｄ編集モードでは、印字パターンを指定するための選択肢である「文字列」及び「ロゴ・図」のみが表示されている。
【００７０】
表示形式指定欄２０４ｄでは、文字列の表示形式を指定することができる。この例では、文字、バーコード、２次元コード、ＲＳＳ&ＣＣ（Composite Code）のいずれかをプルダウンメニューから選択することができる。種別指定欄２０４ｑでは、表示形式指定欄２０４ｄで選択された表示形式について、さらに詳細な種別を指定することができる。例えば、表示形式として「文字」を指定した場合はフォント種別、「バーコード」を選択した場合は、CODE39、ITF、2 of 5、NW7、JAN、Code 28等のバーコード種別、「２次元コード」を選択した場合は、ＱＲコード、マイクロＱＲコード、Data Matrix等の２次元コード種別、「ＲＳＳ&ＣＣ」を選択した場合は、RSS-14、RSS-14 CC-A、RSS Stacked、RSS Stacked CC-A、RSS Limited、RSS Limited CC-A等のＲＳＳコード種別又はＲＳＳコンポジットコード種別を指定することができる。
【００７１】
文字入力欄２０４ｂでは、文字列を入力することができる。入力された文字列は、表示形式指定欄２０４ｄで「文字」が指定されている場合、文字列そのものが印字パターンとなる。一方、バーコード等のシンボルが指定されている場合には、指定されたシンボルの規格に従って文字列をエンコードして得られるシンボルが印字パターンとなる。また詳細設定欄２０４ｃには、切り替え可能な「印字データ」タブ２０４ｅ、「サイズ・位置」タブ２０４ｆ、「印字条件」タブ２０４ｇが表示されており、ユーザが選択したタブ２０４ｅ〜２０４ｇ内の設定項目が表示され、レーザパワー、スキャンスピードなどの詳細な印字条件を指定することができる。
【００７２】
（印字面プロファイル設定手段７１Ｂ）
次に、ワークＷ上の印字面のプロファイル情報を指定する手順について説明する。印字面プロファイル設定手段７１Ｂは、印字面プロファイル情報として、印字加工が行われる加工対象面の３次元形状を指定することができる。印字情報入力手段７１Ａで指定された２次元の印字情報は、この印字面プロファイル情報に基づいて３次元の印字パターンに変換することができる。
【００７３】
図１７は、印字面プロファイル設定手段７１Ｂの一例を示したイメージ図である。３Ｄ表示モードの場合には、加工パターン入力欄２０４において「形状設定」タブ２０４ｉを選択することができる。このタブ２０４ｉ内の設定項目が表示された設定画面では、２つの方法で印字面プロファイル情報を指定することができ、印字面プロファイル設定手段７１Ｂとして機能する。プロファイル指定部２０５では、「基本図形」又は「ＺＭＡＰ」のいずれかをラジオボタンで選択することができる。このプロファイル指定部２０５において「基本図形」を選択すれば、当該設定画面を基本図形指定手段７１ａとして機能させることができ、「ＺＭＡＰ」を選択すれば、３次元形状データ入力手段７１ｂとして機能させることができる。
【００７４】
（基本図形指定手段７１ａ）
図１８は、基本図形指定手段７１ａの一例を示したイメージ図である。プロファイル指定部２０５において「基本図形」が選択された場合、「形状設定」タブ２０４ｉ内には、図形種別指定部２０６と、切り替え選択可能な「ブロック形状・配置」タブ２１１及び「レイアウト」タブ２１２が配置され、図１７に示したように、図形種別指定部２０６では、プルダウンメニューから「平面」、「円柱」、「円錐」又は「球」のいずれかを基本図形の種別として選択することができる。「ブロック形状・配置」タブ２１１及び「レイアウト」タブ２１２内では、選択された基本図形の種別に応じたパラメータが設定可能であり、指定された基本図形及びこれらのパラメータに基づいて、印字面の３次元形状を規定する３次元ブロックが決定され、この３次元ブロックの表面上に２次元の印字情報を貼り付けることができる。
【００７５】
「ブロック形状・配置」タブ２１１内では、３次元ブロックの形状及び配置を決定するためのパラメータを指定することができる。例えば、基本図形として「円柱」が指定された場合であれば、パラメータとして、大きさを指定するための「半径」と、配置位置をＸＹＺ座標で指定するための「ブロック座標」と、向きを指定するためのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸を中心とする「回転角」と、印字面が基本図形の内面又は外面（つまり凹面又は凸面）のいずれであるのかを指定する「配置面」とが設けられている。一方、「レイアウト」タブ２１２内では、上記３次元ブロックに対する印字情報の貼り付け位置を決定するためのパラメータを指定することができる。例えば、基本図形として「円柱」が指定された場合であれば、パラメータとして、円柱形状の中心軸方向へのオフセット量で指定する「Ｙ軸オフセット」と、中心角で指定する「開始角度」が設けられている。
【００７６】
（３次元形状データ入力手段７１ｂ）
一方、３次元ＣＡＤ等を用いてユーザが３次元形状データを予め作成しておき、このデータファイルからワークの３次元形状を決定する例を図１９〜図２１に示す。この方法では、外部ファイルとして入力された３次元形状の表面に２次元の印字情報を貼り付けることができる。まず、図１９に示すように、基本設定タブ２０４ｈ内の文字入力欄２０４ｂに文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭ」を入力する。次に、図２０に示すように、形状設定タブ２０４ｉ内のプロファイル指定部２０５から「ＺＭＡＰ」を選択すると、図形種別指定部２０６に代えてＺＭＡＰファイル名入力欄２０９が表示され、３次元形状データ入力手段７１ｂとして機能する設定画面となる。
【００７７】
ＺＭＡＰファイルとは、３次元形状データファイルの一種であり、ＸＹ座標ごとに１つのＺ座標情報が対応づけられているファイル形式である。ＺＭＡＰファイル名入力欄２０９の右側に設けられた「参照」ボタン２９３を押下し、ＺＭＡＰファイルのファイル名を指定すれば、当該ファイルがワークＷの３次元形状として読み込まれ、図２０に示すように、編集表示欄２０２には文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭ」をＺＭＡＰファイルで規定される３次元形状データに貼り付けた状態が２次元表示される。この状態からフローティングツールバーの左端に設けられた表示切替ボタン２０７を押下して、編集表示欄２０２を３次元表示に切り替えると、図２１に示すように、加工対象面の３次元形状が立体的に表示される。この図に示すように、ＺＭＡＰファイルに含まれる３次元形状データ上の指定された位置に文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭ」が貼り付けられた状態が３次元的に表示される。
【００７８】
さらに、ＺＭＡＰを指定した段階でフローティングツールバーの右端に設けられたＺＭＡＰ表示欄２０７Ｄのチェックボックスが選択可能に切り替わる。図２１の状態から、ＺＭＡＰ表示欄２０７ＤのチェックボックスをＯＮにすると、図２２に示すように編集表示欄２０２の３次元表示された印字対象面に、ＺＭＡＰファイルで規定される３次元形状データが重ねて表示される。これにより、印字対象面のみならず、ワークの全体形状を含めて３次元的に表示できるので、ユーザは印字の全体像を視覚的に確認できる。
【００７９】
（加工データ生成手段７７Ａ：印字加工の場合）
加工データ生成手段７７Ａは、ユーザによって指定された印字面プロファイル情報と印字情報に基づいて、３次元の印字パターンを規定するレーザ加工データを生成している。つまり、レーザ加工データには、ユーザにより指定された３次元の印字パターンに基づいて生成されるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各スキャナの制御データが含まれている。
【００８０】
印字情報の２次元パターンをワークの形状を規定するＺＭＡＰに貼り付ける際は、図２１及び図２２に示すように、印字情報の２次元パターンを３次元の印字対象面に正射影し、一方向（この例では上面）から印字対象面を見た場合に印字情報が正しく再現されるように構成している。すなわち、図１９の編集表示欄２０２で文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭ」を２次元表示している状態から、３次元形状に変換（図２１、図２２）しても、その平面図は図２０に示すように変化しない。ここでは、印字パターンが有する平面情報（ＸＹ座標）をそのまま使用し、印字パターンのＸＹ座標と対応するＺＭＡＰのＸＹ座標位置における高さ情報（Ｚ座標）を、印字パターンの３次元情報として付加している。この場合、Ｘ軸スキャナ及びＹ軸スキャナは２次元の印字情報に基づいて制御され、Ｚ軸スキャナは印字面プロファイル情報に基づいて制御される。
【００８１】
この手法では高さ情報のみＺＭＡＰを参照し、平面情報はそのまま使用するため、印字情報としての２次元パターンを３次元に変換する際のデータ処理が容易であり、軽負荷で高速化が図れる利点が得られる。特にワークの形状が複雑である際には、この手法が処理能力や速度の面で有利となる。また、印字結果を一方向から視認する用途においては、正確な形状が再現できる利点も得られる。例えば、バーコード等のシンボルを曲面に印字した場合でも、読み取り方向を正確に設定することで、バーコードの端部でナロー幅が変化して読み取りエラーが生じる恐れを解消できる。またＯＣＲにおいても同様に文字の歪みを低減して、読み取り率の高い高精度な印字が実現できる。
【００８２】
一方、上述した基本図形を用いた３次元レーザ加工データへの変換方法では、基本図形を平面状に展開した展開図に印字情報の２次元パターンを貼り付ける方式としている。すなわち、編集表示欄２０２における印字パターンの２次元表示は、図１６から図１７のように変化する。この場合は、視認方向が一方向に決まっていない場合等に好適であり、例えば製品の製造年月日やシリアル番号等の文字列を印字する際に、ユーザが判読しやすい印字を行える。この場合、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各スキャナはいずれも、２次元の印字情報及び印字面プロファイル情報に基づいて制御される。
【００８３】
なお、印字面プロファイル情報として基本図形を用いる場合であっても、上述したＺＭＡＰを用いる場合と同様にして、３次元の印字パターンを生成してもよい。すなわち、印字情報の２次元パターンを３次元の印字対象面に正射影し、Ｚ方向から印字対象面を見た場合に印字情報が正しく再現されるように、２次元の印字情報に基づいてＸ軸スキャナ及びＹ軸スキャナを制御し、印字面プロファイル情報に基づいてＺ軸スキャナを制御しておもよい。
【００８４】
（印字不良領域検出手段７７Ｂ）
演算部７７内の印字不可領域検出手段７７Ｂは、加工対象面内において角度や影等の原因によって印字品質が低下する領域や、印字ができない領域を印字不良領域として検出している。レーザ加工ヘッド１１０からのレーザ光と印字対象面のなす角度が浅くなると、印字品質が低下し、あるいは、印字が不可能となる。このため、印字不可領域検出手段７７Ｂは、レーザ光となす角度が所定の角度範囲内となる印字面上の領域を印字不良領域として検出している。また、レーザ加工ヘッド１１０のレーザ出射位置から見て、文字パターンがワークＷの裏側に位置している場合も印字が不可能となる。このため、印字不可領域検出手段７７Ｂは、このようなワークＷの影に配置されている印字面上の領域も印字不良領域として検出している。
【００８５】
（ハイライト処理手段７７Ｃ）
図２３は、印字不良領域をハイライト処理させた例を示したイメージ図である。演算部７７内のハイライト処理手段７７Ｃは、印字不可領域検出手段７７Ｂによって検出された印字不良領域に基づいて、編集表示欄２０２内に表示される印字面についてハイライト処理を行っている。ハイライト処理とは、表示領域の一部について他の領域とは色や輝度を異ならせることによって、当該一部の領域を視覚的に識別可能に表示する処理をいう。図２３の例では、半円柱の側面の両端付近であって、印字することは可能であるが印字角度が浅く印字が不良となる印字不良領域３３０が、ハイライト処理手段７７Ｃによって他の領域とは異なる色又は輝度で示されている。
【００８６】
（２Ｄ切削パターン入力手段７２）
図２４は、２Ｄ編集モード時の設定画面を示したイメージ図である。２Ｄ編集モードが選択されている場合、「基本設定」タブ２０４ｈ内の加工種類指定欄２０４ａには、「文字列」、「ロゴ・図」及び「加工機動作」の３つの加工種類が選択肢として表示されている。この加工種類指定欄２０４ａにおいて「加工機動作」が選択されると、表示されている設定画面が、２次元パターンによる切削加工のための設定画面となり、図１２の２Ｄ切削パターン入力手段７２として機能する。
【００８７】
２Ｄ編集モードでは、２次元加工パターンを編集できるが、３次元加工パターンを編集することはできない。図２４に示した通り、２Ｄ編集モード中の基本設定タブ２０４ｈ内の加工種類指定欄２０４ａにおいて、ユーザが「加工機動作」を選択すれば、２次元切削加工の加工種別が加工種別指定部４００のプルダウンメニューから選択可能となる。この例では、２次元切削パターンとして「定点」、「直線」、「破線」、「左回り円・楕円」、「右回り円・楕円」及び「トリガＯＮ中定点」を選択することができる。
【００８８】
図２５は、２次元切削パターンとして破線３４０が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。加工種類指定欄２０４ａで加工機動作が選択された場合、基本設定タブ２０４ｈ内には、印字内容タブ４０１及び印字条件タブ４０２が配置され、印字内容タブ４０１内には、線分座標指定欄４０３が表示されている。加工種別として「直線」を指定した場合であれば、線分座標指定欄４０３において、始点のＸＹ座標、終点のＸＹ座標を設定することができ、「破線」を指定した場合であれば、さらに破線実線長、破線間隔長を設定することができる。
【００８９】
図２６は、２次元切削パターンとして左回り円３５０が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。加工種別指定部４００において「左回り円・楕円」又は「右回り円・楕円」を指定した場合、線分座標指定欄４０３内において、中心点のＸＹ座標、Ｘ半径、Ｙ半径を設定することができる。また、円弧を指定する場合であれば、さらに開始角度、開き角度、印字角度を設定することができる。開始角度は円弧の端点、開き角度は円弧の長さ、印字角度は円弧の回転量を指定するための設定データである。なお、加工種別の「左回り円・楕円」と「右回り円・楕円」は、レーザ光の走査方向が左回り、右回りとなる以外は同じ動作であり、設定画面も同一である。
【００９０】
図２７は、２次元加工の印字条件タブ４０２が選択された設定画面を示したイメージ図である。印字条件タブ４０２内には、印字パワー、スキャンスピード、Ｑスイッチ周波数を設定するための設定欄がそれぞれ設けられている。２次元切削パターンによる切削加工は、Ｚ軸方向へ延びる加工線又は加工面を形成する加工であり、ＸＹ平面内の同じ位置に対し、印字加工の場合よりも大きなエネルギーを投入することによって、Ｚ軸方向への加工深さを調整している。なお、エネルギーの投入量は、レーザパワーやスキャンスピード等によって調整することができる。
【００９１】
（３Ｄ切削パターン入力手段７３）
図２８は、３Ｄ編集モード時の加工パターン設定画面を示したイメージ図である。図２４の状態で編集モード切替ボタン２７２を押下すると、「３Ｄ編集モード」に切り替えられ、編集モード表示欄２７０に「３Ｄ編集中」が表示される。３Ｄ編集モード時の加工パターン設定画面では、基本設定タブ２０４ｈ内の加工種類指定欄２０４ａに「文字列」及び「ロゴ・図」のみが表示され、加工種類として２次元切削加工を選択するための「加工機動作」は表示されない。その一方で、形状設定タブ２０４ｉが選択可能になり、この形状設定タブ２０４ｉ内において、３次元切削加工を指定するための「加工機動作」を選択することができる。
【００９２】
図２９は、３次元切削パターンの設定画面を示したイメージ図である。形状設定タブ２０４ｉ内の加工種類指定欄４０９には、加工種類の選択肢として「基本図形」、「ＺＭＡＰ」及び「３Ｄ加工機動作」が表示されている。ただし、編集対象に指定されているパターンブロックが印字パターンである場合、すなわち、基本設定タブ２０４ｈ内の加工種類指定欄２０４ａにおいて「文字」又は「ロゴ・図」が指定されている場合には、「３Ｄ加工機動作」がグレーアウトし、その選択が禁止される。一方、編集対象が印字パターンでない場合には、図２９に示すように、「基本図形」及び「ＺＭＡＰ」がいずれもグレーアウトされ、３次元切削加工を指定するための「３Ｄ加工機動作」が選択された状態となる。つまり、このとき表示されている設定画面が、３次元切削加工のための加工パターン設定画面であり、図１２の３Ｄ切削パターン入力手段７３として機能する。
【００９３】
３次元切削パターンは、Ｚ軸方向の幅がレーザ光Ｌによる加工線幅よりも広い加工線又は加工面をワークＷに形成するための加工パターンであり、Ｚ軸に平行な平面内のパターンも含まれる。このような３次元切削パターンは、２次元パターンを繰り返し使用することによって生成され、２次元パターンは「形状種類」として、繰り返し方法は「送り種類」としてユーザによって指定される。Ｚ軸方向の幅がレーザ光Ｌの線幅よりも広い加工線又は加工面をワークに形成しようとすれば、ユーザは複雑な３次元切削パターンを生成なければならないが、この３次元切削加工の設定画面を使用すれば、「形状選択」及び「送り種類」を指定することによって、このような加工パターンを簡単に生成することができる。
【００９４】
（形状種類）
形状種類は、形状種類指定部４１０のプルダウンメニューから選択することができる。この例では、形状種類として「定点」、「直線」、「円送り」、「円弧送り」、「円錐状円送り」及び「アーチ状送り」を選択することができる。形状種類が「定点」の場合、ＸＹ平面内での位置がユーザによって指定された定点をＺ軸方向へ繰り返しシフトさせて加工パターンを生成することができる。形状種類が「直線」、「円送り」、「円弧送り」の場合、ＸＹ平面内のパターンとしてユーザによって指定された直線、円、円弧をそれぞれＺ軸方向に繰り返しシフトさせて加工パターンを生成することができる。形状種類が「円錐状円送り」の場合、ＸＹ平面内のパターンとしてユーザによって指定された円をその大きさを変化させながらＺ軸方向に繰り返しシフトさせて加工パターンを生成することができる。形状種類が「アーチ状送り」の場合、Ｙ軸に平行な面内のパターンとしてユーザによって指定された半円（半円の円弧パターン：これをアーチ形状と呼ぶ）をＺ軸方向に繰り返しシフトさせて加工パターンを生成することができる。なお、いずれの場合で、分岐点を持たない、いわゆる一筆書きが可能なパターンが指定される。
【００９５】
（送り種類）
送り種類は、形状種類指定部４１０において、いずれかの形状種類が選択されている場合に、送り種類指定部４１１のプルダウンメニューから選択することができる。この例では、図３０に示すように、送り種類として「送りなし」、「連続送り」及び「間欠送り」を選択することができる。送り種類が選択されると、印字内容タブ４１２内に配置されている切削パターンを規定する各種パラメータが編集可能となる。印字内容タブ４１２において編集可能なパラメータは、選択された形状種類および送り種類によって異なる。
【００９６】
送り種類が「送りなし」の場合、Ｚ軸方向へのシフトは行われず、形状種類として指定された２次元パターンがそのまま加工パターンとなる。送り種類が「連続送り」の場合、２次元パターンを描くための走査とＺ軸方向へのシフトが同時に行われ、３次元切削パターンは１本の連続線となる。つまり、ＸＹスキャンとＺスキャンが同時に行われ、３次元切削パターンは、ＸＹ平面に対して平行とならず、常に一定の角度を保つ加工パターンとなる。送り種類が「間欠送り」の場合、Ｚ軸スキャンは、２次元パターンを描くための走査と同期して行われるが、当該走査と同時には行われず、３次元切削パターンは、互いに平行な多数の２次元パターンの集合体となる。つまり、アーチ状送りの場合を除き、ＸＹスキャン中はＺ座標を固定し、ＸＹスキャンとＺスキャンとを交互に行われ、３次元切削パターンは、Ｚ座標を異ならせたＸＹ平面に平行な複数の２次元パターンの集合体からなる加工パターンとなる。
【００９７】
このような「連続送り」又は「間欠送り」によって、レーザ光の加工線幅に比べて、Ｚ軸方向の幅がより広い加工線や加工面を実現することができる。ここで、他の条件が同一であるとすれば、「連続送り」及び「間欠送り」によって実現される加工線又は加工面はほぼ同一であることから、ユーザは、ワークＷの材質や、要求される加工精度などに応じて「間欠送り」又は「連続送り」のいずれかを選択することができる。
【００９８】
（３次元切削−定点）
図３０〜図３３は、形状種類として「定点」が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。図３０は、送り種類として「送りなし」が選択された場合であり、このとき生成される加工パターン５００は、３次元空間内の定点となる。この場合、印字内容タブ４１２内では、当該定点のＸＹＺ座標（開始点）と、当該定点へのレーザ照射時間がパラメータとして指定される。
【００９９】
図３１は、送り種類として「連続送り」が選択された場合である。定点の連続送りによって生成される加工パターン５０１は、上記定点からＺ軸に平行に延びる直線となる。この場合、印字内容タブ４１２内では、開始点のＸＹＺ座標と、終点のＺ座標がパラメータとして指定される。
【０１００】
図３２は、送り種類として「間欠送り」が選択された場合である。定点の間欠送りによって生成される加工パターン５０２は、Ｚ軸に平行となるように一定のピッチで並べられた定点の集合体となる。この場合、印字内容タブ４１２内では、開始点のＸＹＺ座標と、定点の数を示す繰り返し回数と、送りピッチと、各定点へのレーザ照射時間がパラメータとして指定される。
【０１０１】
図３３は、３次元切削加工の印字条件タブ４１３が選択された設定画面を示したイメージ図である。図３０の状態で印字条件タブ４１３を選択すると、印字条件タブ４１３内の設定項目が表示される。印字条件タブ４１３内には、レーザ強度を指定する印字パワー入力欄、３次元空間内でのスキャン速度を指定するスキャンスピード入力欄、Ｑスイッチ周波数を指定するためのＱスイッチ周波数設定欄がそれぞれ設けられている。
【０１０２】
これらの設定項目は、２次元切削加工の場合と同様であるが、２次元切削加工の場合、ＸＹ平面内における単位時間当たりの移動距離がスキャンスピードであるのに対し、３次元切削加工の場合には、Ｚ軸方向を加えた３次元空間内における単位時間当たりのレーザ光Ｌの移動距離がスキャンスピードとなる点で異なる。また、２次元切削加工の場合、これらのパラメータによって、ＸＹ平面内の同じ位置に対するエネルギー投入量を制御することによって、Ｚ方向の深さを制御している。これに対し、３次元切削加工の場合にはその必要がなく、ワークＷの素材、必要とされる加工線の幅などを考慮して、加工精度、加工速度が最適となるように、これらのパラメータを指定することができる。
【０１０３】
（３次元切削−直線）
図３４〜図３６は、形状種類として「直線」が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。図３４は、送り種類として「送りなし」が選択された場合であり、このとき生成される加工パターン５１０は、ＸＹ平面に平行な直線となる。この場合、印字内容タブ４１２内では、当該直線の開始点のＸＹＺ座標と、終点のＸＹ座標がパラメータとして指定される。
【０１０４】
図３５は、送り種類として「連続送り」が選択された場合である。直線の連続送りによって生成される加工パターン５１１は、ＸＹ平面に対して一定の角度を有する複数の直線で構成された折れ線であって、ＸＹ平面内では同じ直線を往復しながら、Ｚ軸方向へ移動していく１本の連続線となる。このような加工パターンを用いることによって、Ｚ軸に平行な矩形平面からなる加工面が得られる。この場合、印字内容タブ４１２内では、上記パラメータに加えて、繰り返し回数と、送りピッチと、加工向きが指定される。繰り返し回数は、往路及び復路の総数（直線の数）であり、送りピッチは、直線を描くためのＸＹスキャン周期内にＺ軸方向に移動する移動距離、加工向きは、レーザ光が加工パターン上を進む向きであり、レーザ加工ヘッド１１０から離れていく「掘下」と、レーザ加工ヘッド１１０へ向かっていく「掘上」のいずれかが選択される。なお、「堀上」はレーザ光を透過させる材料からなる透過性のワークに対して使用される。
【０１０５】
図３６は、送り種類として「間欠送り」が選択された場合である。直線の間欠送りによって生成される加工パターン５１２は、Ｚ座標のみが異なるＸＹ平面に平行な複数の直線がＺ軸方向に一定のピッチで並べられた集合体となる。なお、「間欠送り」の場合に印字内容タブ４１２内で指定されるパラメータは、「連続送り」の場合と同様である。
【０１０６】
（３次元切削−円送り）
図３７〜図３９は、形状種類として「円送り」が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。図３７は、送り種類として「送りなし」が選択された場合であり、このとき生成される加工パターン５２０は、ＸＹ平面に平行な円（円周）となる。この場合、印字内容タブ４１２内では、当該円の中心点のＸＹＺ座標（開始点）と、直径と、開始角度と、回転方向がパラメータとして指定される。開始角度は、レーザ光が円を描く際の始点（終点でもある）を示す角度であり、例えばＸ軸となす角度として指定される。回転方向は、レーザ光が円上を進む向きであり、「右回り」及び「左回り」のいずれかが選択される。
【０１０７】
図３８は、送り種類として「連続送り」が選択された場合である。円の連続送りによって生成される加工パターン５２１は、ＸＹ平面に対して一定の角度を有する曲線であって、ＸＹ平面内では同じ円を描きながらＺ軸方向へ移動していく螺旋状の１本の連続線となる。このような加工パターンを用いることによって、中心軸がＺ軸に平行な円柱の側面からなる加工面が得られる。「連続送り」の場合、印字内容タブ４１２内では、上記パラメータに加えて、繰り返し回数と、送りピッチと、加工向きが指定される。この場合の繰り返し回数は、中心軸に関する回転数を指している。
【０１０８】
図３９は、送り種類として「間欠送り」が選択された場合である。円の間欠送りによって生成される加工パターン５２２は、Ｚ座標のみが異なるＸＹ平面に平行な複数の円がＺ軸方向に一定のピッチで並べられた集合体となる。なお、「間欠送り」の場合に印字内容タブ４１２内で指定されるパラメータは、「連続送り」の場合と同様である。
【０１０９】
（３次元切削−円弧送り）
図４０〜図４２は、形状種類として「円弧送り」が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。図４０は、送り種類として「送りなし」が選択された場合であり、このとき生成される加工パターン５３０は、ＸＹ平面に平行な円弧となる。この場合、印字内容タブ４１２内では、当該円の中心点のＸＹＺ座標（開始点）と、直径と、開始角度と、開き角度と、回転方向がパラメータとして指定される。なお、開始角度は、レーザ光が円弧を描く際の始点、つまり、円弧の一方の端点を示す角度である。開き角度は、円弧の中心角である。
【０１１０】
図４１は、送り種類として「連続送り」が選択された場合である。円弧の連続送りによって生成される加工パターン５３１は、ＸＹ平面に対して一定の角度を有する曲線であって、ＸＹ平面内では同じ円弧を往復しながらＺ軸方向へ移動していく１本の連続線となる。このような加工パターンを用いることによって、中心軸がＺ軸に平行な円柱の側面の一部からなる加工面が得られる。「連続送り」の場合、印字内容タブ４１２内では、上記パラメータに加えて、繰り返し回数と、送りピッチと、加工向き（堀上／掘下）が指定される。なお、「連続送り」における回転方向とは、上記始点から円弧を描きはじめる際にレーザ光が進む向きである。
【０１１１】
図４２は、送り種類として「間欠送り」が選択された場合である。円弧の間欠送りによって生成される加工パターン５３２は、Ｚ座標のみが異なる複数の円弧がＺ軸方向に一定のピッチで並べられた集合体となる。なお、「間欠送り」の場合に印字内容タブ４１２内で指定されるパラメータは、「連続送り」の場合と同様である。
【０１１２】
（３次元切削−円錐状円送り）
図４３〜図４５は、形状種類として「円弧送り」が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。送り種類として「送りなし」を選択した場合、「円送り」で「送りなし」を指定した場合と同一の加工パターンとなる。図４３は、送り種類として「連続送り」が選択された場合である。円錐状の円の連続送りによって生成される加工パターン５４０は、ＸＹ平面に対して角度を有する曲線であって、ＸＹ平面内で円を描きながらＺ軸方向へ移動し、かつ、上記円の半径がＺ座標に応じて変化していく１本の連続線となる。つまり、円錐又は円錐台の側面に螺旋状に形成されている連続線となる。このような加工パターン５４０を用いることによって、中心軸がＺ軸に平行な円錐又は円錐台の側面の一部からなる加工面が得られる。この場合、印字内容タブ４１２内では、底面の中心点のＸＹＺ座標（開始点）、繰り返し回数、送りピッチ、底面の直径、円錐角度、開始角度、回転方向、加工向き（堀上／掘下）、円錐加工形状（順方向／逆方向）が指定される。円錐角度は、母線と中心軸のなす角度であり、ＸＹ平面内における円の変化率に相当する。円錐加工形状は、レーザ加工ヘッド１１０から離れるほど直径が小さくなる場合が「順方向」と、直径が大きくなる場合が「逆方向」がある。
【０１１３】
図４４は、送り種類として「間欠送り」が選択された場合である。円錐状送り間欠送りによって生成される加工パターン５４１は、Ｚ座標及び直径が異なるＸＹ平面に平行な複数の同心円がＺ軸方向に一定のピッチで並べられた集合体となる。図４３は、円錐加工形状として「順方向」が指定された例であり、図４４は、「逆方向」が指定された例である。なお、「間欠送り」の場合に印字内容タブ４１２内で指定されるパラメータは、「連続送り」の場合と同様である。
【０１１４】
図４５には、図４３の状態から繰り返し回数と送りピッチを増大させた場合が示されている。直径及び円錐角度に比べ、繰り返し回数及び送りピッチが大きい加工パターン５４２は、頂点を当接させて配置された中心軸が共通の２つの円錐からなる鼓状のパターンとなる。なお、編集表示欄２０２に表示される加工パターンは、加工可能領域外となった領域４１５が異なる色で表示されている。加工可能領域とは、レーザ加工可能な領域として、レーザ加工ヘッド１１０に対する相対的な空間位置として予め定められた空間領域である。例えば、ＸＹ平面に平行な面を有する直方体の空間として予め定められる。
【０１１５】
（３次元切削−アーチ状送り）
図４６及び図４７は、形状種類として「アーチ状送り」が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。「アーチ状送り」が選択された場合には、送り種類として「送りなし」及び「間欠送り」を指定することはできるが、「連続送り」を指定することはできない。
【０１１６】
図４６は、送り種類として「送りなし」が選択された場合であり、このとき生成される加工パターン５５０はアーチ形状、つまり、ＸＹ平面に垂直な平面内の円をＸＹ平面に平行な加工線で切断したときのレーザ加工ヘッド１１０側の半円（半円周）である。「アーチ状送り」以外の場合、送り種類として「送りなし」が選択されればＺスキャンは行わない。しかしながら、アーチ形状は、それ自体がＺ方向に幅を有する形状であるため、形状種類として「アーチ状送り」が選択されると、送り種類として「送りなし」が指定された場合であってもＺスキャンが行われる。このようなアーチ形状は、例えば、円形断面を有する被覆線材にレーザ光を照射し、心材を切断することなく、被覆のみを切断するようなストリッパーとしての用途に利用することができる。送りなしのアーチ形状の場合、印字内容タブ４１２内では、パラメータとして、円の中心点のＸＹＺ座標と、直径と、回転角度が指定される。回転角度は、アーチ形状の向きを指定するためのパラメータであり、例えば、半円の加工線がＸ軸となす角度を回転角度とすることができる。
【０１１７】
図４７は、送り種類として「間欠送り」が選択された場合である。アーチ状の間欠送りによって得られる加工パターン５５１は、アーチ形状をＺ軸方向に一定のピッチで並べた集合体となる。このような加工パターンを用いることによって、Ｚ軸方向の幅を広げたアーチ形状の加工面が得られる。例えば、線材の厚い被覆を切断する様な用途に利用できる。間欠送りの場合、印字内容タブ４１２内では、上記パラメータに加えて、繰り返し回数、送りピッチ、加工向き（堀上／掘下）が指定される。
【０１１８】
図４８は、形状種類及び送り種類の各組み合わせについて、設定可能なパラメータを纏めて示した図表である。図中の○印は、指定可能なパラメータであることを示している。また、「ＸＹＺ」は、ＸＹＺ座標が指定可能であることを示し、「Ｚ」、「ＸＹ」は、それぞれＺ座標のみ、ＸＹ座標のみが指定可能であることを示している。なお、スキャンスピードは、レーザ照射中にスキャンを行わないために、定点照射時間を指定する定点の送りなし及び間欠送りを除き、各ケースで指定することができる。
【０１１９】
図４９は、３次元切削パターンの２次元表示の一例を示したイメージ図である。この図には、図４３の設定画面が表示されている状態で、表示切替ボタン２０７を押下して、編集表示欄２０２を３次元表示から２次元表示に切り替えた場合の様子が示されている。編集表示欄２０２内で２次元表示が行われている場合、ポインティング手段を用いて、加工パターン５４０の移動先を編集表示欄２０２内で指定すれば、座標の数値入力を行うことなく、加工パターン５４０を移動させることができる。ここでは、マウスをドラッグ操作して加工パターン５４０を移動させることによって、そのＸＹ座標を変化させることができる。ここでいうドラッグ操作とは、マウスポインタが加工パターンを指している状態で、マウスボタンを押下して加工パターンを選択し、上記マウスボタンの押下状態を維持したまま、マウスポインタを移動させてマウスボタンを放した位置を加工パターンの移動先として指定する操作である。
【０１２０】
これに対し、編集表示欄２０２内で３次元表示が行われている場合には、ポインティング手段を用いて編集表示欄２０２内において、加工パターンの移動先を指定することはできない。３次元表示の場合、ユーザが編集表示欄２０２内の位置として指定した移動先は、３次元空間内における直線に相当し、移動先を一意に決めることはできない。このため、３次元表示の場合にはドラッグ等による加工パターンの移動を禁止して、ユーザの意図に反するパターン移動が行われるのを防止している。これに対し、２次元表示の場合には、ＸＹ座標上の表示であることから、ユーザが指定した編集表示欄２０２内の位置によって、ＸＹ座標が一意に決まるため、操作が容易なポインティング手段によるパターン移動を可能にしている。
【０１２１】
図５０は、透明体内部の加工例を示した図であり、ワークＷ内部にスプリング状の加工線を形成するための３次元切削パターン５７０が示されている。ワークＷがレーザ光Ｌを透過させる透明体である場合、ワークＷの内部に直線以外の複雑な加工線を形成させることもできる。つまり、レーザパワー、スキャンスピードなどによって決定されるパターン幅に比べて送りピッチが十分に大きい場合、切削パターンによって加工面が形成されるのではなく、切削パターン自体からなる加工線がワークＷ内部に形成される。
【０１２２】
図５１及び図５２は、２以上の３次元切削パターンを組み合わせて、より複雑な切削加工を行う例を示したイメージ図である。図５０では、３個の切削パターン５８０〜５８２を組み合わせて３次元の切削加工を行う例が示されている。切削パターン５８０，５８１は、直線の間欠送りとして生成された加工パターンであり、切削パターン５８２は、円弧の間欠送りとして生成された加工パターンである。これらの切削パターン５８０〜５８２の組み合わせによって、ＸＹ平面内に２本の直線と１個の半円とが配置され、それぞれのＺ座標、送り種類、送りピッチ及び繰り返し回数を一致させることによって、形状種類指定部４１０の選択肢にはない新たな３次元切削パターンを実現している。この様にしてＺ軸スキャンに関するパラメータを一致させて、複数の３次元切削パターンを組み合わせれば、様々な加工線又は加工面を形成することが可能となる。なお、ここでは、Ｚ軸スキャンのパラメータを一致させる例について説明したが、必要に応じて各切削パターンごとに異ならせてもよい。
【０１２３】
図５２では、２個の切削パターン５９０，５９１を組み合わせて３次元の切削加工を行う例が示されている。切削パターン５９０は、円錐状の連続送りとして生成された加工パターンであり、切削パターン５９１は、円の連続送りとして生成された加工パターンである。これらの切削パターン５９０，５９１をＺ方向に隣接させて配置することによって、ＸＹ平面内の形状をＺ座標に従って柔軟に変化させた形状種類指定部４１０の選択肢にはない新たな３次元切削パターンを実現している。この様にしてＺ軸方向に隣接させて、複数の３次元切削パターンを組み合わせれば、様々な加工線又は加工面を形成することが可能となる。なお、この３Ｄ切削パターン入力手段では、円錐状円送り、円送り、円弧送りのいずれの場合であっても、開始角度を任意に設定することができ、また、連続送りの加工向きを任意に設定することができるため、隣接する切削パターンを連続パターンとすることができる。
【０１２４】
（加工データ生成手段７７Ａ：３Ｄ切削加工の場合）
加工データ生成手段７７Ａは、ユーザによって指定された２次元の切削パターンと送り情報とに基づいて、３次元の切削パターンを規定するレーザ加工データを生成している。つまり、このレーザ加工データには、ユーザにより指定された３次元の切削パターンに基づいて生成されるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各スキャナの制御データが含まれている。
【０１２５】
上述した通り、２次元の切削パターンは、形状種類と、形状を決定するための各種パラメータとによって指定される。また、送り情報も、送り種類と、送りピッチ、繰り返し回数、加工向きなどのパラメータとによって指定される。そして、３次元の切削パターンは、ＸＹ平面上において２次元の切削パターンを繰り返し走査しつつ、この走査に同期させて上記切削パターンをＺ方向へ移動させることによって生成される。つまり、Ｘ軸スキャナ及びＹ軸スキャナは、２次元の切削パターンに基づいて制御され、Ｚ軸スキャナは送り情報に基づいて制御される。具体的には、間欠送りであれば、ＸＹ平面上でのパターン走査が１回行われるごとに、レーザ光の出力を停止させて、レーザ出力部１からレーザスポットまでの距離を送りピッチ分だけ変化させている。また、連続送りの場合には、レーザスポットのＸＹ平面上での走査とＺ方向への移動とが同時に行われ、２次元パターンの走査が１回行われる期間中に，レーザ出力部１からレーザスポットまでの距離を送りピッチ分だけ変化させている。
【０１２６】
この様にして、本実施の形態によるレーザ加工装置１００では、従来と同様にして、ＸＹ軸スキャナを用いて２次元の印字パターンを走査するのに加えて、Ｚ軸スキャナを用いて、印字対象面の３次元形状に応じてレーザスポットまでの距離を調整することにより、３次元の印字加工を実現している。このため、平面以外の印字対象面に対しても高制度の印字加工を行うことができ、また、このような３次元の印字パターンを容易に生成することができる。
【０１２７】
さらに、同じレーザ加工装置１００において、ＸＹ軸スキャナを用いて２次元の切削パターンを繰り返し走査するとともに、この２次元走査に同期させて、Ｚ軸スキャナを用いてレーザスポットまでの距離を調整して、３次元の切削加工を行っている。このため、高精度の切削加工を行うことができ、また、このような３次元の切削パターンを容易に生成することができる。
【０１２８】
なお、上記実施の形態では、レーザ光のビーム径を制御してレーザスポットまでの距離を調整しているが、ビーム径を調整することなく、光学系のいずれかが光軸方向に移動することによってレーザ光の焦点距離を調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の実施の形態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】図１の励起光発生部２３の内部の一例を示した斜視図である。
【図３】図１のレーザ発振部１０の一構成例を示した図である。
【図４】図１の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】図１の走査部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り、レンズ間距離Ｒｄ１が短い場合が示されている。
【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り、レンズ間距離Ｒｄ１が長い場合が示されている。
【図８】レーザ加工装置１００の光学系を示した斜視図である。
【図９】レーザ加工装置１００の光学系を図８とは逆方向から見た斜視図である。
【図１０】レーザ加工装置１００の光学系の集光レンズ１３の光軸を含む加工面による断面図である。
【図１１】本実施の形態によるレーザ加工システムの一構成例を示した図である。
【図１２】レーザ加工データ設定装置１３０の一構成例を示した図である。
【図１３】２Ｄ編集モードにおける設定画面の一例を占めしたイメージ図である。
【図１４】２Ｄ編集モードにおける設定画面の一例を占めしたイメージ図である。
【図１５】加工パターンの３次元表示の一例を示したイメージ図である。
【図１６】３次元ビューワ２６０を表示させた場合のイメージ図である。
【図１７】印字面プロファイル設定手段７１Ｂの一例を示したイメージ図である。
【図１８】基本図形指定手段７１ａの一例を示したイメージ図である。
【図１９】２次元の印字パターン情報を入力する状態を示すイメージ図である。
【図２０】プロファイル指定欄からＺＭＡＰを選択した状態を示すイメージ図である。
【図２１】印字面の３次元形状を表示させた状態を示すイメージ図である。
【図２２】印字面にＺＭＡＰファイルで規定される３次元形状データを重ねて表示させた状態を示すイメージ図である。
【図２３】印字不良領域をハイライト処理させた例を示したイメージ図である。
【図２４】２Ｄ編集モード時の設定画面を示したイメージ図である。
【図２５】２次元切削パターンとして破線３４０が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。
【図２６】２次元切削パターンとして左回り円３５０が選択された場合の設定画面を示したイメージ図である。
【図２７】２次元加工の印字条件タブ４０２が選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図２８】３Ｄ編集モード時の設定画面を示したイメージ図である。
【図２９】３次元切削パターンの設定画面を示したイメージ図である。
【図３０】定点の送りなしが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３１】定点の連続送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３２】定点の間欠送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３３】３次元切削加工の印字条件の設定画面を示したイメージ図である。
【図３４】直線の送りなしが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３５】直線の連続送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３６】直線の間欠送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３７】円の送りなしが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３８】円の連続送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図３９】円の間欠送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４０】円弧の送りなしが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４１】円弧の連続送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４２】円弧の間欠送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４３】円錐状の連続送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４４】円錐状の間欠送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４５】加工可能領域外の加工パターンが表示されている設定画面を示したイメージ図である。
【図４６】アーチ状の送りなしが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４７】アーチ状の間欠送りが選択された設定画面を示したイメージ図である。
【図４８】形状種類及び送り種類の各組み合わせについて、設定可能なパラメータを纏めて示した図表である。
【図４９】３次元切削パターンの２次元表示の一例を示したイメージ図である。
【図５０】透明体内部の加工例を示した図である。
【図５１】ＸＹ平面内で複数の切削パターンを組み合わせて３次元の切削加工を行う例が示されている。
【図５２】Ｚ軸方向に複数の切削パターンを組み合わせて３次元の切削加工を行う例が示されている。
【符号の説明】
【０１３０】
１      レーザ出力部
２      レーザ制御部
３      入力部
１０    レーザ発振部
１１    ビームエキスパンダ
１２    走査部
１４ａ  Ｘ軸スキャナ（ガルバノミラー）
１４ｂ  Ｙ軸スキャナ（ガルバノミラー）
７０    入力部
７１    印字パターン入力手段
７１Ａ  印字情報入力手段
７１Ｂ  印字面プロファイル入力手段
７１ａ  基本図形指定手段
７１ｂ  ３次元形状データ入力手段
７２    ２Ｄ切削パターン入力手段
７３    ３Ｄ切削パターン入力手段
７４    パターンブロック設定手段
７７    演算部
７７Ａ  加工データ生成手段
７７Ｂ  印字不良領域検出手段
７７Ｃ  ハイライト処理手段
７８    表示部
１００  レーザ加工装置
１１０  レーザ加工ヘッド
１２０  コントローラ
１３０  レーザ加工データ設定装置
２０２    編集表示欄
２０２Ａ，２０２Ｂ  スクロールバー
２０４    加工パターン入力欄
２０４ａ  加工種類指定欄
２０４ｂ  文字入力欄
２０４ｃ  詳細設定欄
２０４ｄ  表示形式指定欄
２０４ｅ  「印字データ」タブ
２０４ｆ  「サイズ・位置」タブ
２０４ｇ  「印字条件」タブ
２０４ｈ  「基本設定」タブ
２０４ｉ  「形状設定」タブ
２０４ｊ  「詳細設定」タブ
２０４ｑ  種別指定欄
２０５    プロファイル指定部
２０７    表示切替ボタン
２０７Ｂ  表示位置選択部
２０７Ｃ  ビューワ起動ボタン
２０７Ｄ  ＺＭＡＰ表示欄
２０９  ファイル名入力欄
２１１  「ブロック形状・配置」タブ
２１２  「レイアウト」タブ
２６０  ３次元ビューワ
２７０  編集モード表示欄
２７２  編集モード切替ボタン
３３０  印字不良領域
３４０〜３５０  ２次元切削パターン
４００  加工種別指定部
４０１  印字内容タブ
４０２  印字条件タブ
４０３  線分座標指定欄
４０９  加工種類指定欄
４１０  形状種類指定部
４１１  送り種類指定部
４１２  印字内容タブ
４１５  加工可能領域外
４３０  サンプル印字設定ダイアログ
５００〜５９１  ３次元切削パターン
Ｌ  レーザ光
Ｗ  ワーク
【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４８】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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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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【図３９】
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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４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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