(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に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部として、
前記レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸方向の焦点位置を調整可能なＺ軸スキャナと、
前記Ｚ軸スキャナを透過するレーザ光を、Ｘ軸方向に走査させるためのＸ軸スキャナ及びＹ軸方向に走査させるためのＹ軸スキャナと、
を備えるレーザ光走査部と、
前記レーザ発振部および前記レーザ光走査部を制御するためのレーザ駆動制御部と、
所望の加工パターンに加工する加工条件として、レーザ光出力条件と、ＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状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パターンのＸＹ座標位置と、該ＸＹ座標を加工パターンの３次元形状に対して鉛直方向に投影したＺ座標位置との対応関係を関連付けて記憶するための対応関係記憶部と、
前記加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、前記レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように、前記加工条件設定部で設定された加工条件を自動的に補正するための加工量補正手段と、
を備え、
前記加工条件設定部が、３次元形状の設定を行うための
加工パターンを加工対象面に正射影で貼り付けるための３次元形状データ入力手段と、
基本図形を平面状に展開した展開図に加工パターンを貼り付ける基本図形指定手段と
を備えており、
前記対応関係記憶部が、前記３次元形状データ入力手段により入力された３次元形状に対して、加工パターンのＸＹ座標を鉛直方向に投影したものと、対応するＸＹ座標との対応関係を関連付けて記憶するものであり、
前記加工量補正手段が、ＸＹ座標平面上を前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナで走査する際の移動制御の基本となる、予め設定された基本移動単位に基づいて、前記加工条件設定部で設定された加工パターンの各ＸＹ座標データを、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナによる加工順序に従って分解し、分解された各基本移動単位におけるＺ座標の移動量を算出し、
前記レーザ駆動制御部が、前記算出されたＺ座標の移動量に応じて、該Ｚ座標に対応するＸＹ座標上の基本移動単位区間における前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を調整するように、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに基いて前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナを制御すると共に、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに対応する各Ｚ座標データを読み出し、読み出されたＺ座標データの位置に焦点が合うように前記Ｚ軸スキャナを制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
前記レーザ駆動制御部が、前記レーザ発振部および前記レーザ光走査部を、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を含めて制御するものであり、
前記加工条件設定部が、所望の加工パターンに加工する加工条件として、Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を含むレーザ光出力条件と、ＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状を設定するものであり、
前記加工量補正手段が、前記加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、前記レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの補正走査速度を設定するものであり、
前記レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、前記Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を前記加工量補正手段で補正された補正走査速度で駆動するよう、前記レーザ駆動制御部が前記レーザ光走査部を制御可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
前記加工条件設定部が、所望の加工パターンに加工する加工条件として、加工対象面に照射されるレーザ照射パワーを含むレーザ光出力条件と、ＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状を設定するものであり、
前記加工量補正手段が、前記加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、前記レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように、前記加工条件設定部で設定された補正レーザ照射パワーを自動的に補正するものであり、
前記レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、前記Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、前記加工量補正手段で補正された補正レーザ照射パワーで前記レーザ光走査部を駆動するよう、前記レーザ駆動制御部で制御可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【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装置において、
前記基本移動単位を、Ｘ軸スキャナ及びＹ軸スキャナのＸＹ座標平面上における最小移動単位であるＸＹ座標の分解能と一致させたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
前記基本移動単位を任意に設定可能としたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工量補正手段が、Ｚ座標の移動量に対応する走査速度データを予め記憶された補正加工量記憶部から読み出すことで、補正加工量を決定するよう構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工量補正手段が、Ｚ座標の移動量に対応する走査速度データを予め設定された演算式に基づいて演算することで、補正加工量を決定するよう構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
前記加工量補正手段が、リアルタイムにＺ座標の移動量を算出することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
前記加工量補正手段が、予め印字順序と基本移動単位に基いて、Ｚ座標の移動量を算出することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工量補正手段が、Ｚ座標の移動量に加えて、ＸＹ座標上での移動方向に応じて前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を調整するよう構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
前記対応関係記憶部が、ＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を関連付けた３次元形状の基本図形を加工パターンとして予め記憶してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
前記対応関係記憶部が、外部で用意されたＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を関連付けたデータファイルを読み込み可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、さらに、
加工対象面の３次元形状データを入力するための３次元形状データ入力手段と、
前記３次元形状データ入力手段に入力された３次元形状データに対して前記加工条件設定部で設定された３次元加工パターンの加工位置を位置決めするための位置決め手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
前記Ｚ軸スキャナが走査速度を調整可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１５】
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に加工するレーザ加工方法であって、
所望の加工パターンに加工する加工条件として、レーザ光出力条件とＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状を設定し、加工パターンのＸＹ座標位置と、該ＸＹ座標を加工パターンの３次元形状に対して鉛直方向に投影したＺ座標位置との対応関係を関連付けた加工パターンを設定する工程と、
前記設定された加工パターンを構成する空間座標において、レーザ光を走査するレーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率を予め設定された基準値に近付けるよう、該基準値に従い、前記レーザ光走査部を構成するＺ軸スキャナの移動毎に、同じく前記レーザ光走査部を構成するＸ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を補正走査速度に補正する工程と、
前記レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、前記Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を前記補正された補正走査速度で駆動するよう、前記レーザ光走査部を制御する工程と、
を含み、
３次元形状の設定を行うための加工条件の設定が、
３次元形状データ入力手段で加工パターンを加工対象面に正射影で貼り付ける、又は
基本図形指定手段で基本図形を平面状に展開した展開図に加工パターンを貼り付ける工程のいずれかを含んでおり、
対応関係の関連付けが、前記３次元形状データ入力手段により入力された３次元形状に対して、加工パターンのＸＹ座標を鉛直方向に投影したものと、対応するＸＹ座標との対応関係を関連付けて、対応関係記憶部に記憶する工程を含み、
前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を補正走査速度に補正する工程が、ＸＹ座標平面上を前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナで走査する際の移動制御の基本となる、予め設定された基本移動単位に基づいて、前記加工条件の設定により設定された加工パターンの各ＸＹ座標データを、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナによる加工順序に従って分解し、分解された各基本移動単位におけるＺ座標の移動量を算出する工程を含み、
前記レーザ光走査部を制御する工程が、前記算出されたＺ座標の移動量に応じて、該Ｚ座標に対応するＸＹ座標上の基本移動単位区間における前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を調整するように、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに基いて前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナを制御すると共に、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに対応する各Ｚ座標データを読み出し、読み出されたＺ座標データの位置に焦点が合うように前記Ｚ軸スキャナを制御する工程を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【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、レーザ加工方法に関する。
【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７４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、必要に応じミラーなどの光学部材により反射されてレーザ光走査部９に導かれる。レーザ光走査部９は、レーザ光Ｌをガルバノミラー等で反射させて所望の方向に偏光する。また、レーザ光走査部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。集光部１５から出力されるレーザ光Ｌは、ワークＷＫの表面で走査されて印字等の加工を行う。
【０００３】
図７５に、レーザ出力光をワーク上で走査させるためのレーザ光走査部９の詳細を示す。レーザ光走査部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７５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。
【０００４】
さらに図７５に示すレーザ加工装置は、Ｚ軸スキャナ１４ｃを付加することで光軸方向の焦点位置を調整可能としている。これにより２次元平面内での加工のみならず、高さ方向すなわちＺ軸方向にレーザ光の焦点位置を変化させて３次元状の加工を可能としている。Ｚ軸スキャナ１４ｃは、レーザ発振部側に面する入射レンズと、レーザ出射側に面する出射レンズを含んでおり、レンズを駆動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、焦点位置すなわち高さ方向のワーキングディスタンス（ＷＤ）を調整可能としている。
【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３次元加工が可能なレーザ加工装置においては、３次元のレーザ加工データに基づいてレーザ光を走査し、加工を行う。この際、ワークの３次元形状データから、ＸＹ座標にＺ座標を関連付けして簡易的に３次元のレーザ加工データを作成することができる。このような関連付けによって、ＸＹ座標を求めればＺ座標が一義的に決定されるため、レーザ加工装置の処理を２次元データを扱うのとほぼ同様の処理として簡素化でき、３次元座標を容易に求めることができる。そして加工の際は、Ｘ軸及びＹ軸スキャナを駆動してレーザ光の走査位置のＸＹ座標を移動させると、これに追随させてＺ軸スキャナを駆動しＺ座標も移動させる。
【０００６】
一方、レーザ加工装置においては、スキャナの駆動用モータの応答時間、すなわちスキャナの実際の位置（現在の角度）と制御位置（目標の角度）とが一致するまでの時間が経過しないと、所望の位置に加工することができない。スキャナの応答特性、すなわちスキャナに動作指示が与えられてから実際に動作を完了するまでに要する応答時間は、スキャナによって異なる。特にＸ、Ｙ、Ｚ軸スキャナを有する３次元加工可能なレーザ加工装置においては、一般にＸ、Ｙ軸スキャナに比べ、Ｚ軸スキャナの応答特性が劣る傾向にある。例えば図７５に示すように、Ｘ・Ｙ軸スキャナはガルバノスキャナによって回転するミラーにてスキャンするが、これに対しＺ軸スキャナは光軸方向へレンズ自体を平行移動させる機構となっている。このためＺ軸スキャナは、モータを利用した回転運動を平行移動に変換させる動作機構により、Ｚ軸スキャナの応答特性がＸ・Ｙ軸スキャナに比べて不利となる。またＺ軸スキャナにモータを使用せず、シリンダやピストン等で駆動することもできるが、この場合も応答速度的にはＸ・Ｙ軸スキャナに比べて不利となる。
【０００７】
この結果、加工する位置のＸＹ座標データと、このＸＹ座標データを鉛直な方向に投影したＺ座標データとを対応付けた制御を行う場合は、加工対象面を２次元的に平面視したＸ・Ｙ軸スキャナの走査距離と、Ｚ軸を含めた実際の加工対象面における走査距離が一致しないことになる。このためＺ軸方向の高低差が大きい場合と小さい場合とで走査距離が異なるにもかかわらず、ＸＹ座標に関してはいずれも同一の走査速度で走査することとなり、この結果加工品質にむらが生じるという問題がある。すなわち、実際の加工対象面が３次元形状を有するにも関わらず、ＸＹ座標上を均一な走査速度で走査すれば、加工対象面上での各位置における走査速度がＺ座標の勾配によって変化してしまう。例えば図６０に示すような、隣り合う座標位置Ａ１、Ａ２間の高低差が異なる２つの加工対象面について考える。図６０（ａ）に示すように座標位置Ａ１、Ａ２間の高低差すなわちＺ座標に殆ど変化がない場合は、Ｚ方向への移動、すなわちＺ軸スキャナの走査距離が少ない。一方図６０（ｂ）に示すように座標位置Ａ１、Ａ２間の高低差が大きく変化する場合は、Ｚ軸スキャナの走査距離も大きくなる。この結果、加工対象面上での相対速度が速くなる分、加工時間が短くなり、加工対象面に与えられるパワーが減少するため、加工深さが浅くなったり、印字濃度が薄くなったり、あるいは印字幅が細くなったりして、印字不良の原因となる。また、同一加工対象面で図６０（ａ）と図６０（ｂ）のような高低差のある部位が混在する場合は、印字加工結果が不均一となり、加工品質にむらが生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の一の目的は、応答特性の異なるスキャナの混在したレーザ加工装置において、加工対象面の高低差に拘わらず一定品質での加工が可能なレーザ加工装置、レーザ加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
第１発明に係るレーザ加工装置によれば、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に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部として、前記レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸方向の焦点位置を調整可能なＺ軸スキャナと、前記Ｚ軸スキャナを透過するレーザ光を、Ｘ軸方向に走査させるためのＸ軸スキャナ及びＹ軸方向に走査させるためのＹ軸スキャナと、を備えるレーザ光走査部と、前記レーザ発振部および前記レーザ光走査部を制御するためのレーザ駆動制御部と、所望の加工パターンに加工する加工条件として、レーザ光出力条件と、ＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状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パターンのＸＹ座標位置と、該ＸＹ座標を加工パターンの３次元形状に対して鉛直方向に投影したＺ座標位置との対応関係を関連付けて記憶するための対応関係記憶部と、前記加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、前記レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように、前記加工条件設定部で設定された加工条件を自動的に補正するための加工量補正手段と、を備え、前記加工条件設定部が、３次元形状の設定を行うための加工パターンを加工対象面に正射影で貼り付けるための３次元形状データ入力手段と、基本図形を平面状に展開した展開図に加工パターンを貼り付ける基本図形指定手段とを備えており、前記対応関係記憶部が、前記３次元形状データ入力手段により入力された３次元形状に対して、加工パターンのＸＹ座標を鉛直方向に投影したものと、対応するＸＹ座標との対応関係を関連付けて記憶するものであり、前記加工量補正手段が、ＸＹ座標平面上を前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナで走査する際の移動制御の基本となる、予め設定された基本移動単位に基づいて、前記加工条件設定部で設定された加工パターンの各ＸＹ座標データを、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナによる加工順序に従って分解し、分解された各基本移動単位におけるＺ座標の移動量を算出し、前記レーザ駆動制御部が、前記算出されたＺ座標の移動量に応じて、該Ｚ座標に対応するＸＹ座標上の基本移動単位区間における前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を調整するように、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに基いて前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナを制御すると共に、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに対応する各Ｚ座標データを読み出し、読み出されたＺ座標データの位置に焦点が合うように前記Ｚ軸スキャナを制御することができる。これにより、レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、加工量補正手段で補正された補正加工条件でレーザ光走査部を駆動するよう、レーザ駆動制御部で制御できる。この結果、Ｚ軸方向への移動量の大小によらず、加工量が一定となるように補正加工条件を自動演算して補正するため、高低差のある加工対象面であっても加工品質を均質に維持できる。また、Ｚ座標の移動量が大きいＸＹ座標上の基本移動単位区間のＸ・Ｙ軸スキャナの走査速度が、変化量が小さい区間のＸＹ座標上の基本移動単位区間のＸ・Ｙ軸スキャナの走査速度よりも遅くなるように、これらＸ・Ｙ軸スキャナの走査を制御することができ、またこのようなＸ・Ｙ軸スキャナの制御によって、各ＸＹ座標データに対応するＺ座標データの位置に焦点を合わせるＺ軸スキャナの応答速度を一致させることができる結果、Ｚ座標の移動量に拘わらずＺ軸スキャナをＸ・Ｙ軸スキャナと同じタイミングで所定位置に移動させることができ、一定の加工結果を得ることができる。
【００１０】
また第２発明に係るレーザ加工装置によれば、前記レーザ駆動制御部が、前記レーザ発振部および前記レーザ光走査部を、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を含めて制御するものであり、前記加工条件設定部が、所望の加工パターンに加工する加工条件として、Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を含むレーザ光出力条件と、ＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状を設定するものであり、前記加工量補正手段が、前記加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、前記レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの補正走査速度を設定するものであり、前記レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、前記Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を前記加工量補正手段で補正された補正走査速度で駆動するよう、前記レーザ駆動制御部が前記レーザ光走査部を制御可能に構成できる。これにより、Ｚ軸スキャナの移動量が大きい場合にはＸ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を遅くするように補正走査速度を調整することで、加工対象面の高低差によらず一定の加工結果を得ることができ、加工品質を均一にした高品質な加工が実現される。
【００１１】
さらに第３発明に係るレーザ加工装置によれば、前記加工条件設定部が、所望の加工パターンに加工する加工条件として、加工対象面に照射されるレーザ照射パワーを含むレーザ光出力条件と、ＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状を設定するものであり、前記加工量補正手段が、前記加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、前記レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように、前記加工条件設定部で設定された補正レーザ照射パワーを自動的に補正するものであり、前記レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、前記Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、前記加工量補正手段で補正された補正レーザ照射パワーで前記レーザ光走査部を駆動するよう、前記レーザ駆動制御部で制御可能に構成できる。これにより、Ｚ軸スキャナの移動量が大きい場合にはレーザ照射パワーを増すように補正レーザ照射パワーとして自動的に再設定することで、加工対象面の高低差によらず一定の加工結果を得ることができ、加工品質を均一にした高品質な加工が実現される。
【００１３】
さらにまた第４発明に係るレーザ加工装置によれば、前記基本移動単位を、Ｘ軸スキャナ及びＹ軸スキャナのＸＹ座標平面上における最小移動単位であるＸＹ座標の分解能と一致させることができる。これにより、細かくＺ軸方向の高低差を算出して各区間の走査速度を制御するため、高い加工品質で加工することができる。
【００１４】
さらにまた第５発明に係るレーザ加工装置によれば、前記基本移動単位を任意に設定可能とできる。これにより、求める加工速度や加工品質に応じた、より柔軟な設定が可能となる。例えば、加工品質よりも加工速度を優先したい場合は、基本移動単位をＸＹ座標の分解能よりも長い基本移動単位を設定すればよい。
【００１５】
さらにまた第６発明に係るレーザ加工装置によれば、前記加工量補正手段が、Ｚ座標の移動量に対応する走査速度データを予め記憶された補正加工量記憶部から読み出すことで、補正加工量を決定するよう構成できる。これにより、加工量補正手段による補正加工量の特定を容易に行うことができ、加工量補正手段の処理を低負荷とし、高速化できる。
【００１６】
さらにまた第７発明に係るレーザ加工装置によれば、前記加工量補正手段が、Ｚ座標の移動量に対応する走査速度データを予め設定された演算式に基づいて演算することで、補正加工量を決定するよう構成できる。これにより、テーブルなどを用いることなく、理論式や曲線データ等に基づいて補正加工量を適切に決定できる。
【００１７】
さらにまた第８発明に係るレーザ加工装置によれば、前記加工量補正手段が、リアルタイムにＺ座標の移動量を算出することができる。これにより、走査速度データを算出するタイミングを、走査しながらのリアルタイムとできる。
【００１８】
さらにまた第９発明に係るレーザ加工装置によれば、前記加工量補正手段が、予め印字順序と基本移動単位に基いて、Ｚ座標の移動量を算出することができる。このように、加工前の段階で加工パターンが位置決めされ、加工順序が定まっているような場合は、走査速度データを予め算出しておくことができ、予めデータとして保持された補正加工量を随時読み出すことで、低負荷且つ高速に補正加工量を決定できる。
【００１９】
さらにまた第１０発明に係るレーザ加工装置によれば、前記加工量補正手段が、Ｚ座標の移動量に加えて、ＸＹ座標上での移動方向に応じて前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を調整するよう構成できる。これにより、Ｘ軸スキャナ又はＹ軸スキャナいずれか一方の移動や両方の同時移動に応じても走査速度を変化できる。例えばＸＹ座標上で縦横に移動した時を１に設定し、斜めに移動した時は１．５に設定し、ΔＸＹとΔＺに基づいて走査速度を制御するようにしてもよい。
【００２０】
さらにまた第１１発明に係るレーザ加工装置によれば、前記対応関係記憶部が、ＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を関連付けた３次元形状の基本図形を加工パターンとして予め記憶できる。これにより、基本図形を指定することで自動的にＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を決定できる。
【００２１】
さらにまた第１２発明に係るレーザ加工装置によれば、前記対応関係記憶部が、外部で用意されたＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を関連付けたデータファイルを読み込み可能に構成できる。これにより、別途作製されたＣＡＤデータなどのデータファイルを読み込んで、ＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を決定できる。
【００２２】
さらにまた第１３発明に係るレーザ加工装置によれば、さらに、加工対象面の３次元形状データを入力するための３次元形状データ入力手段と、前記３次元形状データ入力手段に入力された３次元形状データに対して前記加工条件設定部で設定された３次元加工パターンの加工位置を位置決めするための位置決め手段と、を備えることができる。
【００２３】
さらにまた第１４発明に係るレーザ加工装置によれば、前記Ｚ軸スキャナが走査速度を調整可能に構成できる。
【００２４】
さらにまた第１５発明に係るレーザ加工方法によれば、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に加工するレーザ加工方法であって、所望の加工パターンに加工する加工条件として、レーザ光出力条件とＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状を設定し、加工パターンのＸＹ座標位置と、該ＸＹ座標を加工パターンの３次元形状に対して鉛直方向に投影したＺ座標位置との対応関係を関連付けた加工パターンを設定する工程と、前記設定された加工パターンを構成する空間座標において、レーザ光を走査するレーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率を予め設定された基準値に近付けるよう、該基準値に従い、前記レーザ光走査部を構成するＺ軸スキャナの移動毎に、同じく前記レーザ光走査部を構成するＸ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を補正走査速度に補正する工程と、前記レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、前記Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を前記補正された補正走査速度で駆動するよう、前記レーザ光走査部を制御する工程と、を含み、３次元形状の設定を行うための加工条件の設定が、３次元形状データ入力手段で加工パターンを加工対象面に正射影で貼り付ける、又は基本図形指定手段で基本図形を平面状に展開した展開図に加工パターンを貼り付ける工程のいずれかを含んでおり、対応関係の関連付けが、前記３次元形状データ入力手段により入力された３次元形状に対して、加工パターンのＸＹ座標を鉛直方向に投影したものと、対応するＸＹ座標との対応関係を関連付けて、対応関係記憶部に記憶する工程を含み、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を補正走査速度に補正する工程が、ＸＹ座標平面上を前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナで走査する際の移動制御の基本となる、予め設定された基本移動単位に基づいて、前記加工条件の設定により設定された加工パターンの各ＸＹ座標データを、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナによる加工順序に従って分解し、分解された各基本移動単位におけるＺ座標の移動量を算出する工程を含み、前記レーザ光走査部を制御する工程が、前記算出されたＺ座標の移動量に応じて、該Ｚ座標に対応するＸＹ座標上の基本移動単位区間における前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を調整するように、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに基いて前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナを制御すると共に、前記対応関係記憶部に記憶された各ＸＹ座標データに対応する各Ｚ座標データを読み出し、読み出されたＺ座標データの位置に焦点が合うように前記Ｚ軸スキャナを制御する工程を含むことができる。これにより、Ｚ軸スキャナの移動量が大きい場合にはＸ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を遅くすることで、加工対象面の高低差によらず一定の加工結果を得ることができ、加工品質を均一にした高品質な加工が実現される。
【００２５】
さらにまた実施の形態に係るレーザ加工装置によれば、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に加工するレーザ加工装置の操作プログラムであって、所望の加工パターンに加工する加工条件として、レーザ光出力条件とＸＹ座標平面上での加工パターンと、その３次元形状を設定し、加工パターンのＸＹ座標位置と、該ＸＹ座標を加工パターンの３次元形状に対して鉛直方向に投影したＺ座標位置との対応関係を関連付けた加工パターンを設定する機能と、前記設定された加工パターンを構成する空間座標において、レーザ光を走査するレーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率を予め設定された基準値に近付けるよう、該基準値に従い、前記レーザ光走査部を構成するＺ軸スキャナの移動毎に、同じく前記レーザ光走査部を構成するＸ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を補正走査速度に補正する機能と、前記レーザ光走査部が加工対象面上を走査する際、前記Ｚ軸スキャナのＺ方向への移動量に応じて、前記Ｘ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を前記補正された補正走査速度で駆動するよう、前記レーザ光走査部を制御する機能と、をコンピュータに実現させることができる。これにより、Ｚ軸スキャナの移動量が大きい場合にはＸ軸スキャナ及び／又はＹ軸スキャナの走査速度を遅くすることで、加工対象面の高低差によらず一定の加工結果を得ることができ、加工品質を均一にした高品質な加工が実現される。
【００２６】
さらにまた実施の形態に係るコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、上記プログラムを格納したものである。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、ＨＤ  ＤＶＤ（ＡＯＤ）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。さらに記録媒体にはプログラムを記録可能な機器、例えば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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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装置、レーザ加工方法を例示するものであって、本発明はレーザ加工装置、レーザ加工方法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材の寸法、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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２８】
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、ＰＳ２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。さらに加工パターン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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、上述の通り印字加工に限られず、溶融や剥離、表面酸化、切削、変色等のレーザ光を使ったあらゆる加工処理においても利用できる。また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加工パターンは、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、さらに直線、曲線等の図形も含める意味で使用する。特に本明細書において文字又はシンボルで指す文字とは、ＯＣＲ等、光学式の読み取り装置で読み取り可能なキャラクターを意味し、アルファベットや漢字、ひらがな、カタカナの他、数字や記号も含む概念である。またシンボルとは、バーコードや２次元コードを意味する。
【００３１】
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）
【００３２】
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。またこの入力部３は、所望の加工パターンに加工する加工条件として、レーザ光出力条件と加工パターンを設定するための加工条件設定部としても機能する。
（レーザ制御部１）
【００３３】
レーザ制御部１は、レーザ駆動制御部４とメモリ部５とレーザ励起部６と電源７とを備える。メモリ部５は入力部３から入力された各種設定内容を保持する。レーザ駆動制御部４はレーザ発振部５０およびレーザ光走査部９を制御する。具体的には、必要時にメモリ部５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。
【００３４】
メモリ部５は設定情報やフォントデータを記憶する。設定情報は印字する文字やマークの種類、大きさ、印字位置、印字方向等の情報を含む。入力部３やレーザ加工データ設定装置１８０、コンピュータその他の外部機器１９０からコントローラ１Ａに与えられた設定情報は、一旦メモリ部５に記憶される。コントローラ１Ａのレーザ駆動制御部４は電源起動時又は設定変更時に、設定情報を読み出して展開情報を生成する。つまり、印字内容に関する設定情報とフォントデータからレーザ光がたどるべき軌跡を規定する線分データ及びレーザ制御データからなる展開情報を生成する。生成された展開情報は、印字実行指令（トリガ信号）に従って、コントローラ１Ａからマーキングヘッド１５０（図１０等）に転送される。マーキングヘッド１５０では、受信した展開情報に含まれる線分データに基づいてガルバノミラーが制御されると共に、レーザ制御データに基づいてレーザのＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。こうして、加工対象物の表面にレーザ光で印字加工が行われる。
【００３５】
図１の例では、メモリ部５は設定情報用メモリ５ａ、基本文字線分情報用メモリ５ｂ、展開情報用メモリ５ｃを含む。設定情報用メモリ５ａは、バッテリバックアップされたＳＲＡＭ又はＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリで構成され、電源ＯＦＦ時にも記憶内容を保持することができる。設定情報用メモリ５ａに記憶される設定情報は、印字する文字又はマークの種類、大きさ、位置、方向等の印字内容の情報を含む。また基本文字線分情報用メモリ５ｂもバッテリバックアップされたＳＲＡＭ又はＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリで構成される。基本文字線分情報用メモリ５ｂには、印字に使用される各種文字やマーク等の基本文字や基本線分の情報（基本文字線分情報）が記憶されている。この基本文字線分情報を印字内容の共通データとして管理することにより、各設定情報の情報量を少なくすることができる。したがって、設定情報から展開情報を生成するときに、基本文字線分情報用メモリ５ｂに記憶された基本文字線分情報が参照される。さらに展開情報用メモリ５ｃには、電源ＯＦＦ時に記憶内容が消えるが低コストで多くの情報を記憶できるＤＲＡＭ等の揮発性メモリが使用されている。設定情報及び基本文字線分情報から生成された展開情報が一時的に展開情報用メモリ５ｃに記憶され、印字の際に参照される。展開情報は、印字加工のためにレーザ光がたどるべき軌跡を規定する線分データとレーザのＯＮ／ＯＦＦ制御のためのレーザ制御データを含む複数ビットからなる時系列のデータである。
【００３６】
さらにこのメモリ部５は、加工条件設定部で設定された加工パターンの３次元形状に関して、ＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を関連付けて記憶するための対応関係記憶部としても機能する。ここでは設定情報用メモリ５ａが、対応関係記憶部に相当する。
【００３７】
さらにレーザ駆動制御部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）ＷＫ上で走査させるため、レーザ出力部２のレーザ光走査部９を動作させる走査信号をレーザ光走査部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。
【００３８】
またレーザ駆動制御部４は、加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように、加工条件設定部で設定された加工条件を自動的に補正するための加工量補正手段として機能させることもできる。
（レーザ励起部６）
【００３９】
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２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１２は、熱伝導性の良い銅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（Laser Diode：ＬＤ）や励起ランプ等で構成される。図２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）
【００４０】
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１９等を備える。Ｑスイッチ１９はレーザ媒質８から出射されるレーザの光軸上に位置するよう一方の端面に面して配設されている。Ｑスイッチ１９を用いることで連続発振を尖頭出力値（ピーク値）の高い高速繰返しパルス発振に変えることが可能となる。またＱスイッチ１９には、これに印加するＲＦ信号を生成するＱスイッチ制御回路が接続されている。このレーザ発振部５０は、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１９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。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）
【００４１】
上記の例では、レーザ媒質８としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ4結晶を用いた。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８０８ｎｍ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、固体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。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。
【００４２】
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（β−ＢａＢ2Ｏ4）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）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。
【００４３】
さらにまた、レーザ発振部５０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。
（２方向励起方式）
【００４４】
固体レーザ媒質を励起する構成としては、固体レーザ媒質を励起する励起光を一方の端面のみから入射して励起させ、他方の端面からレーザ光を出射する、いわゆるエンドポンピングによる１方向励起方式が利用できる。また、固体レーザ媒質の前後の端面から各々励起光を照射する２方向励起方式も採用できる。２方向励起においては、各端面に励起光源であるＬＤを各々配置する構成の他、単一のＬＤからの励起光を光ファイバ等で分岐して、固体レーザ媒質の両端面からポンピングする構成等が利用できる。
【００４５】
特に固体レーザ媒質を励起するレーザ加工装置では、量子効率の限界から、励起パワーのうち３割〜４割が熱となり失われてしまう。そのため極限的な性能を発揮させるためには、強励起により顕在化する熱複屈折や熱レンズ、熱複レンズ、更には熱による破壊等の様々な熱問題を解決する必要がある。特にＬＤ励起固体レーザ加工装置においては、固体レーザ媒質の励起光吸収に伴う発熱が結晶そのものにレンズ効果を誘起し、熱レンズを生じさせる。熱レンズはレーザ共振器の安定性を著しく阻害し、共振器の設計の大きな障害となる。２方向励起方式を採用することで、このような問題を軽減できる。また２方向励起方式においては、レーザ励起部として一の励起光源を使用し、これを分岐して各端面から投入する構成とすることで、熱レンズ等の発生を抑制することもできる。加えて、励起波長に対する安定性や立ち上がり特性の改善の効果も得られる。
（レーザ光走査部９）
【００４６】
レーザ発振部５０で得られたレーザ発振は、レーザ光走査部９により走査される。レーザ光走査部９を図３〜図５に示す。これらの図において、図３はレーザ加工装置のレーザ光走査部９の構成を示す斜視図を、図４は図３を逆方向から見た斜視図を、図５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５０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。このレーザ光走査部９は、レーザ発振部５０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、Ｘ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナ、Ｚ軸スキャナは、互いに入れ替えても同様に機能できることはいうまでもない。例えばＺ軸スキャナを出射したレーザ光をＹ軸スキャナで受けるよう構成したり、あるいはＸ軸スキャナでＹ軸を制御し、Ｙ軸スキャナでＺ軸を制御するよう配置してもよい。また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。
【００４７】
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６（ａ）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、ワークの加工対象面上に位置させる補正である。レーザ光の焦点位置は円弧状の軌跡となるため、加工対象面が平面の場合、鉛直下の位置、図６（ａ）において加工対象面を示す平面ＷＭの中心で焦点位置が合うように設定すると、中心から離れるほど、すなわち作業領域ＷＳの周辺に近付くほど焦点位置が加工対象面から遠ざかり（レーザ光Ｌ’）、焦点が合わず加工精度が低下する。そこで、図６（ｂ）に示すように作業領域ＷＳの端部に近付くほどレーザ光Ｌの焦点位置が長くなるよう、ｆθレンズで補正する。仮想的に加工対象面の平面ＷＭが、ＷＭ’で示す凸状曲面の補正面となるよう変換することで、レーザ光Ｌの焦点位置を平面ＷＭ上に位置させることができる。
【００４８】
レーザマーカにおいて、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６（ａ）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ている。一方、スポット径が小さい場合は、Ｚ軸スキャナによる補正では焦点位置の調整が不十分となるため、上述の通りｆθレンズを用いる。本実施の形態では、レーザ光のスポット径として小スポット、標準、ワイドスポットの３種類を用意しており、この内の小スポットタイプのみ、ｆθレンズで作業領域ＷＳ端部の歪みを矯正し、標準及びワイドスポットではｆθレンズを使用せず、Ｚ軸スキャナで補正している。
【００４９】
Ｚ軸スキャナのビームエキスパンダに備えられたＺ軸集光レンズでＺ軸方向の補正制御を行う場合も、上述したｆθレンズによる補正と同様の補正を行う。図６（ｂ）で説明した補正面ＷＭ’の高さ、すなわちＺ座標は、ＸＹ座標によって一義的に決定される。このため、ＸＹ座標毎に、補正後のＺ座標を関連付けておくことで、Ｘ・Ｙ軸スキャナの移動に従いＺ軸スキャナを関連付けられたＺ座標に移動させれば、常に焦点位置での加工が可能となる。関連付けのデータは、後述する図１１等に示す記憶部５Ａで保存する。あるいはレーザ加工装置のレーザ制御部に備えられたメモリ部５に保存、転送することもできる。これによって、作業領域内におけるＸＹ座標の移動に追従して、補正後のＺ座標が決定されるので、作業領域内でほぼ均一に焦点位置が調整されたレーザ光を照射できる。
【００５０】
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回路５２に接続される。スキャナ駆動回路５２はレーザ駆動制御部４に接続され、スキャナを制御する制御信号をレーザ駆動制御部４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回路５２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。またスキャナ駆動回路５２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、スキャナ駆動回路５２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）
【００５１】
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３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５０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７〜図９に基づいて説明する。図７、図８はレーザ光走査部９の側面図であり、図７はレーザ光Ｌの焦点距離を長くする場合、図８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９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５０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７〜図９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９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。
【００５２】
図７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８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。
【００５３】
なお、３次元加工、すなわちワークの高さ方向への加工が可能なレーザ加工装置は、上記図７、図８のようにＺ軸スキャナを調整する方式の他、例えば物理的に集光レンズを移動させる、あるいはレーザ出力部やマーキングヘッド自体を移動可能とする等、他の方式を利用することも可能である。
【００５４】
この例では、Ｚ軸スキャナは、Ｑスイッチ１９から出射されたレーザ光の焦点位置を光軸方向に調整可能な焦点位置調整手段として機能し、またＸ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナは、Ｚ軸スキャナから出射されたレーザ光を２次元的に走査するレーザ光２次元走査系として機能する。
（ディスタンスポインタ）
【００５５】
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３〜図４に示すレーザマーカのレーザ光走査部９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をレーザ光走査部９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。
【００５６】
なお、上記の例ではレーザ光走査部９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、レーザ光走査部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）
【００５７】
次に図１０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、レーザ出力部２を構成するマーキングヘッド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を構成するコントローラ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。マーキングヘッド１５０とコントローラ１Ａとで、レーザ加工装置１００を構成する。レーザ加工データ設定装置１８０は、図１０の例においては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マーキング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。
【００５８】
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。
（レーザ加工データ設定装置）
【００５９】
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１８０により設定される。図１１は、レーザ加工データ設定装置１８０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、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。また記憶部５Ａは、複数の加工パラメータの組み合わせを関連付けて保持した参照テーブル５Ｂを含む。また参照テーブル５Ｂは、熱レンズ効果による光軸方向の焦点位置補正量を、レーザ光出力条件に対応させて予め記録した補正量記憶手段、加工条件設定部で設定された加工パターンの３次元形状に関して、ＸＹ座標位置とＺ座標位置との対応関係を関連付けて記憶するための対応関係記憶部としても機能する。表示部８２は、加工対象面のイメージを３次元的に表示可能な加工イメージ表示部８３と、加工イメージ表示部８３に加工対象面のイメージを３次元的に表示させる際に、マーキングヘッドのイメージを表示可能なヘッドイメージ表示手段８４を備える。
【００６０】
入力部３は、所望の加工パターンで加工する加工条件である、レーザ光出力条件と加工パターン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、作業領域内に複数の加工ブロックを設定し、加工ブロック毎に加工パターンを設定可能な加工ブロック設定手段３Ｆの他、ブロック設定手段３Ｆで設定された複数の加工ブロックを纏めた加工グループを設定するためのグループ設定手段、加工対象面上に配置される加工パターンの位置を調整可能な加工パターン位置調整手段の機能を実現する。加工面プロファイル入力手段３Ａはさらに、加工対象面を表す基本図形を指定するための基本図形指定手段３ａと、加工対象面を表す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３ｂ、３次元形状データ入力手段３ｂで入力された３次元形状データに対して、加工条件設定部で設定された３次元加工パターンの加工位置を位置決めするための位置決め手段３ｃ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。このような記憶部５Ａには、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）
【００６１】
一方、レーザ加工装置１００のコントローラ１Ａは、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等を構成する演算部８０を備える。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、加工条件設定部３Ｃで設定されたレーザ光出力条件に基づいて発生する熱レンズ効果に起因する光軸方向の焦点位置のずれを焦点位置補正量として特定する補正量特定手段８０Ｂ、加工条件設定部で設定された加工パターンを構成する空間座標において、レーザ光走査部のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向への移動量に対するＺ軸方向の相対的な移動量の比率に応じて、加工対象面における加工量を一定値に近付けるように、加工条件設定部で設定された加工条件を自動的に補正するための加工量補正手段８０Ｍ、表示部８２に３次元のレーザ加工データを表示する際に加工対象面上にレーザ加工データを配置する初期位置を決定する初期位置設定手段、作業領域においてレーザ光を照射できず加工できない、あるいは加工が不良となる加工不良領域を検出する加工不良領域検出手段、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域に対して、加工可能な領域と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、加工条件設定部３Ｃで加工パターンを設定する際、加工不良領域を含む領域に何らかの加工が行われるよう設定されていることを検出して、警告を発するための設定警告手段の機能を実現する。また必要に応じて、加工不良領域における加工条件を加工可能となるように調整する加工条件調整手段、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等の機能を実現させることもできる。この演算部８０はＦＰＧＡやＬＳＩ等で構成される。
【００６２】
また図１１の例では、レーザ加工データ設定装置１８０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１０に示すように汎用の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して、レーザ加工データ設定装置１８０として機能させることもできる。また図１１の例では、レーザ加工データ設定装置１８０とレーザ加工装置１００とを個別の機器としたが、図１２に示すようにこれらを一体的に統合することもできる。
【００６３】
加工データ生成部８０Ｋは、レーザ加工装置１００のコントローラ１Ａ側に配置している。ただ、図１３に示すように加工データ生成部８０Ｋをレーザ加工データ設定装置１８０側に設けてもよい。例えば汎用の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して、レーザ加工データ設定装置１８０として機能させるコンピュータで加工データ生成部８０Ｋの機能を実現している。あるいは、加工データ生成部をレーザ加工装置１００側とレーザ加工データ設定装置１８０側に各々設けることにより、レーザ加工装置１００、レーザ加工データ設定装置１８０のいずれにおいてもレーザ加工データを生成可能としたり、レーザ加工データの受け渡しや編集、表示を各々で可能とできる。
（レーザ加工データ設定プログラム）
【００６４】
次に、レーザ加工データ設定プログラムを用いて、加工条件設定部３Ｃから入力された文字情報に基づいて加工パターンを生成する手順を、図１４〜図１６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、また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。
【００６５】
レーザ加工データ設定プログラムは、３次元レーザ加工データの編集が可能である。ただ、３次元データの編集が不得手なユーザを考慮し、平面上での設定のみ可能で、３次元上での編集ができない「２Ｄ編集モード」を用意し、３次元レーザ加工データの加工が可能な「３Ｄ編集モード」と切り替え可能としてもよい。このような複数の編集モードを備える場合は、現在の編集モードを示す編集モード表示欄２７０と、編集モードを切り替える編集モード切替ボタン２７２を備える。図１４の例では、レーザ加工データ設定プログラムの起動時は「２Ｄ編集モード」とし、画面右上に設けられた編集モード表示欄２７０に、現在の編集モードが「２Ｄ編集中」であることを表示させている。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できる。また、起動時の編集モードはユーザが変更可能に構成することもでき、操作を習熟したユーザが編集モードを切り替えることなく３次元レーザ加工データの編集が可能となるよう設定することもできる。
【００６６】
また編集モード表示欄２７０の右側に設けられた編集モード切替ボタン２７２には、３Ｄ編集モードに切り替え可能であることを示す「３Ｄ」の文字が表示されている。この状態から、編集モード切替ボタン２７２を押下すると、「３Ｄ編集モード」に切り替えられると共に、編集モード表示欄２７０の表示が「３Ｄ編集中」に変更される。さらに編集モード切替ボタン２７２は３Ｄ編集モードから２Ｄ編集モードに切り替え可能であることを示す「２Ｄ」の文字が表示される。このように、３Ｄ表示や編集を制限又は排除した「２Ｄ編集モード」を設けることで、ユーザが２次元的加工面に対する加工データの設定・編集を行いたい場合、２次元的加工面に対する加工データの設定・編集のみが行えるユーザインターフェースを提供することで、ユーザインターフェースの簡素化とそれに伴う操作性の向上を図ることができる。また、ユーザが３次元的加工平面に対する加工データの設定・編集を行いたい場合においても、いきなり不慣れな３Ｄ表示を行うのではなく、上述したこれまで慣れ親しんだ「２Ｄ編集モード」にて２次元的加工面に対する加工データの設定・編集を行い、この「２Ｄ編集モード」にて設定・加工された２次元加工データを「３Ｄ編集モード」にて更に、所望の３次元加工データに加工・編集し直す工程をとることにより、「３Ｄ編集モード」も、ユーザにとって判り易いユーザインターフェースとそれに伴う操作性の向上を図ることができる。
【００６７】
加工条件設定部３Ｃの一例を、図１４に基づいて説明する。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ており、画面の左側にワーク上に印字される加工パターンのイメージを表示する編集表示欄２０２、右側に具体的な加工条件として各種データを指定する印字パターン入力欄２０４を設けている。印字パターン入力欄２０４では、設定項目を選択するタブとして「基本設定」タブ２０４ｈ、「形状設定」タブ２０４ｉ、「詳細設定」タブ２０４ｊを切り替えることができる。図１４の例では「基本設定」タブ２０４ｈが選択されており、ここには加工種類指定欄２０４ａと、文字データ指定欄２０４ｄ、文字入力欄２０４ｂ、詳細設定欄２０４ｃを設けている。加工種類指定欄２０４ａは、加工パターンの種別として、文字列やシンボル、ロゴ、模様、図等のイメージを含めた印字パターン、若しくは加工機としての動作を行うかを指定する。図１４の例では、加工種類指定欄２０４ａからラジオボタンで文字列、ロゴ・図、加工機動作の別を選択する。また文字データ指定欄２０４ｄは、文字データの種別を指定する。ここでは文字、バーコード、２次元コード、ＲＳＳ・コンポジットコード（Composite Code：ＣＣ）のいずれかをプルダウンメニューから選択する。さらに選択された文字データの種別に応じて、さらに詳細な種別を種別指定欄２０４ｑで選択する。例えば文字を選択した場合はフォントの種別、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、DataMatrix等の２次元コード種別、ＲＳＳ・コンポジットコードを選択した場合は、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。文字入力欄２０４ｂでは、印字したい文字情報を入力する。入力された文字は、文字データ指定欄２０４ｄで文字を選択した場合、そのまま文字列として印字される。一方、シンボルが指定された場合は、選択されたシンボルの種別に従って入力された文字列がエンコードされた加工パターンが生成される。加工パターンの生成は、加工条件設定部３Ｃで行う他、加工データ生成部で行ってもよい。この例では演算部８０が行っている。また詳細設定欄２０４ｃは、タブを切り替えて「印字データ」タブ２０４ｅ、「サイズ・位置」タブ２０４ｆ、「印字条件」タブ２０４ｇ等、印字条件の詳細を指定する。「印字条件」タブ２０４ｇでは印字パワーやスキャンスピード等を設定する。
【００６８】
なお加工種類指定欄２０４ａから加工機動作を選択すると、加工種別がプルダウンメニューから選択できるようになり、定点、直線、破線、左回り円・楕円、右回り円・楕円、トリガＯＮ中定点等が選択できる。加工機動作では、加工パターンとして文字入力欄に代わって線分座標指定欄が設けられ、直線や円弧等の軌跡を座標で指定する。またレーザ加工装置は文字列に限らず、ロゴや図等のイメージデータの印字も可能である。
（加工ブロック設定手段３Ｆ）
【００６９】
以上のようにして、一つの印字ブロックに関する印字パターン情報を設定する。また、印字ブロックを複数設定することもできる。すなわち、加工領域において複数の印字ブロックを設定し、異なる印字条件で印字加工を行うことができる。印字ブロックは、一のワーク又は加工（印字）対象面に対して複数設定する他、加工領域内に存在する複数のワークに対して各々設定することもできる。
【００７０】
加工ブロックの設定は、加工ブロック設定手段３Ｆで行う。図１４の例では、加工ブロック設定手段３Ｆの一形態として、印字パターン入力欄２０４の上欄にブロック番号選択欄２１６が設けられる。ブロック番号選択欄２１６にはブロック番号を表示する番号表示欄と、番号指定手段として、「＞」ボタン、「＞＞」ボタン、「＜」ボタン、「＜＜」ボタンが設けられる。「＞」ボタンを押下すると、ブロック番号が１インクリメントされて、新たな印字ブロックの設定が可能となる。また、設定済みの印字ブロックの設定を変更する際も、同様に「＞」ボタンを操作してブロック番号を選択し、該当する印字ブロックの設定を呼び出すことができる。また「＞＞」ボタンを押下すると最終のブロック番号にジャンプする。さらに「＜」ボタンを押下するとブロック番号が１つ戻り、「＜＜」ボタンを押下すると先頭のブロック番号にジャンプする。さらに、ブロック番号選択欄２１６の数値表示欄に直接数値を入力してブロック番号を指定することもできる。このようにして、ブロック番号選択欄２１６で印字ブロックを選択し、各印字ブロックについて印字パターン情報を指定する。この例では、ブロック番号を０〜２５５まで設定可能としている。
【００７１】
また印字ブロックの配置について、配置位置の調整（中心軸に対するセンタリング、右寄せ、左寄せ等）、複数の印字ブロックが重複した場合の重ね順や、位置合わせ等のレイアウトを設定することもできる。さらに各印字ブロックの配置を座標等で指定することもできる。例えば加工パターン位置調整手段を構成する「サイズ・位置」タブ２０４ｆからブロック座標のＸ座標、Ｙ座標を数値で指定する。またこの画面から、文字サイズとして文字高さ、文字幅、文字間隔等を指定できる。さらにブロック形状として、横書き、縦書きの別や、３次元印字の際の円柱内周、外周の別等を指定する。
（印字ブロックの設定一覧表）
【００７２】
このようにして設定された印字ブロックの設定項目を一覧表示させることもできる。図１４の例では、図１５に示すようにメニューの「編集」から「ブロック一覧」を選択することで、図１６のブロック一覧画面２１７が別ウィンドウで表示される。この一覧画面から、設定済みの印字ブロックを削除したり、複写して新たな印字ブロックを追加することができる。また所望の印字ブロックを選択して、設定項目を調整するように構成してもよい。
（ディレイ動作）
【００７３】
一般にレーザ励起部６やＱスイッチ１９、Ｘ軸スキャナ１４ａやＹ軸スキャナ１４ｂなどは応答速度に優れる一方で、Ｚ軸スキャナ１４ｃはこれらに比べ応答速度が遅く、レーザ駆動制御部から動作命令を受けてから、指示された動作をＺ軸スキャナが完了するまでの間、遅れ時間が生じる。特に複数の加工ブロック毎にレーザパワーやＱスイッチ周波数等の加工条件を変化させる場合は、加工ブロック毎にＺ軸スキャナを動作させることになり、前後する加工ブロック間での移動距離が大きい場合は、このような遅れ時間が顕在化する。このため、仮に動作命令を受けてから直ちに各部材の動作を実行させると、Ｚ軸スキャナによる焦点位置の調整が終了していない段階からレーザ光の照射が開始されることとなって、加工開始部分では焦点位置がずれた状態で加工されることとなり、加工品質が低下することがある。そこで、Ｚ軸スキャナの動作に要する時間を予め考慮した上で各部材を動作させるようにディレイ動作を行うことで、このような問題を解消できる。
【００７４】
具体的には、Ｚ軸スキャナの遅れ時間はＺ軸スキャナに固有であって、移動の開始位置と終了位置の座標位置や移動距離、あるいは加工パターンが決まれば、遅れ時間を演算できる。よって、加工パターンに応じてＺ軸スキャナの遅れ時間をレーザ駆動制御部等で演算すると共に、演算された遅れ時間分だけ、レーザ光の出力開始を待機するようにレーザ駆動制御部を制御することで、焦点位置が正確に調整された状態での加工が行われ、高品質な加工結果を維持できる。
（ワークのプロファイル情報）
【００７５】
次に図１４に戻り、ワークのプロファイル情報を設定する手順について説明する。図１４の例では、平面状のワークに印字する例を示している。このレーザ加工データ設定プログラムでは、加工対象面が平面状に限られず、３次元形状の加工対象面の設定も可能である。ワークの加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報は、図１１の加工面プロファイル入力手段３Ａから設定される。プロファイル情報を指定する方法としては、以下のような方法が考えられる。
（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）基本図形を選択する方式
【００７６】
また、対話形式に限られず、基本図形を選択して基本図形に関するパラメータを指定する方式としてもよい。すなわち、予め用意された円柱状、円錐状、球状等の基本図形をユーザに選択させ、選択された基本図形を特定するパラメータを提示して、ユーザに数値を入力させることで、容易に２次元形状から３次元形状に変換できる。基本図形でワークを擬似的に表現することにより、指定が容易かつ正確に行える利点がある。
（４）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
【００７７】
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。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。
（５）２次元情報に高さ情報を直接指定する
（６）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
【００７８】
以上の内、ここでは（３）と（４）の方法を採用している。具体的には、予め用意された基本図形から選択する手段と、３次元形状を記録したファイルを入力する手段が利用できる。さらに３次元形状データ入力手段３ｂに入力された３次元形状データに対して、加工条件設定部で設定された３次元加工パターンの加工位置を位置決めするための位置決め手段３ｃと備えることができる。この様子を、図１７〜図１９に基づいて説明する。図１４の画面から、印字パターン入力欄２０４の設定項目を選択するタブを「基本設定」タブ２０４ｈから「形状設定」タブ２０４ｉに切り替えると図１７に示す画面となり、プロファイル情報の入力方法を選択するプロファイル入力選択手段として、プロファイル指定欄２０５が表示される。図１７のプロファイル指定欄２０５では、基本図形、ＺＭＡＰ、加工機動作のいずれかをラジオボタンで選択する。
（基本図形指定手段３ａ）
【００７９】
基本図形から選択する方法では、予め用意された基本図形の形状を選択する。基本図形としては、平面、円柱、球、円錐等がある。図１７の例では基本図形指定手段３ａの一形態としてプロファイル指定欄２０５で基本図形が、その下欄に設けられた形状選択欄２０６で「平面」が、それぞれ選択されている。ここで、図１８に示すように円柱を選択すると、編集表示欄２０２の２次元表示が平面状から円柱状に切り替えられる。すなわち、円柱状のワークに印字されるＱＲコードのＸＹ座標平面図が表示されるため、ＱＲコードの右側に向かうほど横幅が狭くなるよう変形して表示される。
（３Ｄ表示）
【００８０】
また、加工対象面を立体的に表示することもできる。この例では、加工イメージ表示部として編集表示欄２０２の表示形式を、２次元状の表示と３次元状の表示とを切り替え可能としている。図１８の画面に設けられた表示切替ボタン（３Ｄ）２０７を押下すると、図１９に示すように編集表示欄２０２が３次元表示に切り替えられ、加工対象面の３次元形状が立体的に確認できる。なお図１９の画面から表示切替ボタン（２Ｄ）２０７を押下すると、図１８の画面に切り替えられる。このように、表示切替ボタン２０７を押下する毎に、２Ｄ表示と３Ｄ表示が切り替えられ、またこれに応じて表示切替ボタン２０７の表示も、他方の表示形態を示す２Ｄと３Ｄとに切り替えられる。また図１９の３Ｄ表示画面においても、図１８の２Ｄ表示画面と同様に、加工パターンの領域は、枠Ｋで囲まれて表示される。
【００８１】
また図１９の例では、２Ｄ表示と３Ｄ表示の表示切替ボタン２０７は、フローティングツールバーに設けられている。フローティングツールバーは任意の位置に移動可能である。またフローティングツールバーの表示／非表示を切り替えたり、通常のツールバーに組み込むよう構成してもよい。
（３Ｄ表示画面の視点の変更）
【００８２】
３Ｄ表示画面においては、任意の視点に変更することが可能である。図１８に示すＱＲコードを円柱状のワークに印字する印字面を様々な視点から３Ｄ表示画面に表示させた例を、図２０〜図２７に示す。図１８の２Ｄ表示画面から、フローティングツールバーの表示切替ボタン（３Ｄ）２０７を押下すると、図１９の３Ｄ表示画面に切り替えられる。この３Ｄ表示画面からスクロールバー２０９を操作することで、図２０〜図２７に示すように３次元表示画面の視点を自由に変更できる。図２０は、作業領域を斜め上方から見た斜視図であり、図２１は、図２０の状態から作業領域を回転させて、ワークを裏側から表示した例を示している。視点の変更には、スクロールバーを用いる他、マウスで３Ｄ表示画面上の任意の点をドラッグすること等によってワークを回転させるように構成してもよい。
【００８３】
また、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、スクロールバーの用途がワークの回転から、画面の移動に切り替えられる。図２０の画面から水平方向のスクロールバーを操作すると、図２２や図２３に示すように、３次元表示の表示角度を維持したまま、視野を左右に平行移動できる。また垂直方向のスクロールバーを操作すると、図２４に示すように上下方向に視野を移動できる。このように、スクロールバーを画面の移動と回転に切り替えて使用することで、３Ｄ表示の操作に不慣れなユーザでも比較的簡単に視野を変更できる。
【００８４】
さらに、３Ｄ表示画面を規定の視点からの表示に切り替えることもできる。図２０の例では、フローティングツールバーに、「表示位置」変更欄２０７Ｂが設けられ、ここで視点をＸＹ平面等、規定の表示に変更できる。例えば図２５はＸＹ平面で印字面を表示した例を示しており、図１８に示す２Ｄ表示画面と対応する平面図が表示される。また図２６はＹＺ平面、図２７はＺＸ平面における表示例を、それぞれ示している。また、各画面からもスクロールバーを操作する等して表示の視点を変更することもできる。このように、３次元表示においても、規定の方向から見た表示画面に速やかに切り替えることができ、表示の変更、復帰や確認の際等に有益である。
（３次元ビューワ２６０）
【００８５】
上記の例では、編集表示欄２０２を２次元表示と３次元表示のいずれかに切り替えている。ただ、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たい場合もある。このような要求に応えるため、別ウィンドウで開く３次元ビューワ２６０を用意している。図２８に、３次元ビューワ２６０を表示させた例を示している。上記図１８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。図１８のように編集表示欄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２８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。
【００８６】
なお、図１９に示すように編集表示欄２０２で３次元表示させている状態では、さらに３次元表示画面を開く必要がないので、３次元ビューワ２６０を呼び出すフローティングツールバーの２画面表示ボタン２０７Ｃはグレーアウトされ、選択できないようになっており、誤操作を防止している。ただ、２次元表示を別画面で表示させたい場合に、別途２次元ビューワ欄を表示可能とすることもできる。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。例えば設定欄を含めた各欄を別ウィンドウで表示させてもよい。このように表示部８２に、加工対象面の３次元形状イメージを表示させる加工イメージ表示部８３として、編集表示欄２０２や３次元ビューワ２６０等が利用できる。
（３次元形状データ入力手段３ｂ）
【００８７】
一方、予め３次元ＣＡＤ等でワークの形状を規定する３次元形状データを作成しておき、このデータファイルをして入力する例を、図２９〜図３４に示す。この方法では、外部から入力された３次元形状データに、２次元の印字パターン情報を貼り付ける。まず、図２９の画面から文字入力欄２０４ｂに文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭ」を入力し、さらに図３０の画面で３次元形状データ入力手段３ｂであるプロファイル指定欄２０５からＺＭＡＰを選択すると、形状選択欄に代わってＺＭＡＰファイル名入力欄２９２が表示される。ここでＺＭＡＰファイルとは、３次元形状データファイルの一であり、ＸＹ座標毎に高さ方向のＺ座標情報を一有するファイル形式である。ＺＭＡＰファイル名入力欄２９２の右側に設けられた「参照」ボタン２９３を押下すると、図３１に示すファイル選択画面２９４が表示され、ここから印字対象のワーク形状を規定したＺＭＡＰファイルを選択する。なお、ＺＭＡＰファイルは、予め作成されているものとする。これにより、図３２に示すようにＺＭＡＰファイル名入力欄２９２にＺＭＡＰ（この例ではdolphin.M3D）が指定される。この状態で、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表示されている。
【００８８】
また、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（３Ｄ）２０７を押下すると、図３３に示すように編集表示欄２０２が２次元表示から３次元表示に切り替えられ、加工対象面の３次元形状が立体的に確認できる。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。これにより、加工イメージ表示部においてワークの印字面での印字状態を２次元的及び３次元的に確認できる。
【００８９】
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３２参照）。図３３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３４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。
【００９０】
なお、印字パターンである文字列を、ワークの形状を規定するＺＭＡＰに貼り付ける際は、図３３及び図３４に示すように、印字パターンを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パターンが正しく再現するように構成している。すなわち、図２９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３３、図３４）しても、その平面図は図３２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、２次元の印字パターンを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。
【００９１】
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１７、図１８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。
【００９２】
以上のように、基本図形指定手段３ａによる基本図形の指定と、３次元形状データ入力手段３ｂによるＺＭＡＰファイルの指定とを、プロファイル指定欄２０５で切り替えることができ、プロファイル指定欄２０５は基本図形指定手段３ａと３次元形状データ入力手段３ｂの切替手段として機能する。
（ＺＭＡＰデータの作成）
【００９３】
次に、予め作成した汎用的な３次元形状データファイルからＺＭＡＰデータを作成する手順を説明する。３次元形状データファイルを作成する手段としては、３Ｄ−ＣＡＤプログラムや３Ｄ−ＣＧプログラム等が利用できる。これらの３次元形状データ作成プログラムで作成され、保存されるデータ形式としては、ＤＸＦ、ＩＧＥＳ、ＳＴＥＰ、ＳＴＬ、ＧＫＳ等の汎用的なフォーマットや、ＤＷＧ、ＤＷＦ、ＣＤＲ、ＡＩ等、特定のアプリケーションの専用フォーマット等がある。本実施の形態では、ＳＴＬ（Stereo Lithography）ファイル形式を利用している。ＳＴＬはすべての面を３角形の平面で構築したデータであり、扱いやすいという利点がある。よって、３Ｄ−ＣＡＤプログラム等により、ワークの形状を規定するＳＴＬデータを予め作成しておく。なおレーザ加工データ設定プログラムに、ＳＴＬ等の３次元形状データ作成機能を持たせてもよい。
【００９４】
このようにして作成されたＳＴＬデータを、レーザ加工データ設定プログラムに読み込む。プログラムの編集メニューから「ＺＭＡＰ作成」を選択すると、図３５に示すＺＭＡＰ作成画面３００が表示される。ＺＭＡＰ作成画面３００は、左欄に３次元形状データを３次元的に示すためのビューワ画面３０１、右欄にビューワ画面３０１に表示される３次元形状データの姿勢を調整する調整欄３０２を設けている。この画面から、ファイルメニューの「ＳＴＬファイルを開く」を選択すると、ＳＴＬファイルの選択ダイヤログボックスが開くので、作成済みのＳＴＬファイルの保存先を指定して、所望のワークの形状を規定するＳＴＬファイルを選択する。図３６に、ＳＴＬファイルを開いた状態のＺＭＡＰ作成画面３００を示す。この状態では、右欄上に設けられた「ＳＴＬ表示」ボタン３０３が押下された状態となり、ビューワ画面３０１にＳＴＬファイルが表示されていることを示している。ＳＴＬファイルを開いた状態でのビューワ画面３０１における３次元形状データの初期位置は、この例では３次元形状データの頂点が原点に位置するように設定されている。なお、初期位置を任意に設定可能としてもよい。
【００９５】
次に、ＳＴＬファイルを操作し、ＺＭＡＰに変形したい姿勢を決定する。ここでは図３６の右欄に設けられた調整欄３０２で、ＳＴＬファイルで規定される３次元形状データの座標や回転角を調整する。例えば座標調整欄３０４でＸ座標方向に−６０ｍｍ移動させると、図３７に示すようにビューワ画面３０１で表示される３次元形状データが平行移動される。同様にＺ座標方向に調整して、図３８の状態から図３９（Ｚ座標１０ｍｍ）、図４０（Ｚ座標−１０ｍｍ）に示すように３次元形状データを高さ方向に垂直移動させることも、図４１に示すようにＹ座標方向（Ｙ座標５０ｍｍ）を調整することもできる。これら座標位置の指定は、座標調整欄３０４の数値入力欄から数値を直接入力する他、右側に設けられた矢印ボタン３０５を押下することでも操作できる。矢印ボタン３０５は、十字状に配置されたボタン３０５ａでＸＹ座標を調整し、その下でＺ座標調整欄３０４の右側に設けられた上下矢印ボタン３０５ｂでＺ座標を調整する。これによってユーザは視覚的に３次元形状データを移動できる。
【００９６】
さらに、回転角調整欄３０６から回転角度を指定することで、ビューワ画面３０１で表示される３次元形状データを回転できる。回転角調整欄３０６には、Ｘ回転、Ｙ回転、Ｚ回転欄が各々設けられ、数値若しくはスライダにより回転角度を指定する。図４２はＸ回転、図４３はＹ回転、図４４はＺ回転の例を、それぞれ示している。
【００９７】
さらに加えて、ビューワ画面３０１に印字可能領域を示すこともできる。調整欄３０２に設けられた印字領域表示欄３０７でＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のチェックボックスをＯＮにすることにより、印字可能領域のそれぞれの方向における境界面ＫＭを表示できる。図４５にＸ方向、図４６にＹ方向、図４７にＺ方向における境界面ＫＭを表示する例を、それぞれ示す。またこれらの境界面ＫＭは、複数を同時に表示することも可能である。これによって、印字可能な領域内に３次元形状データが適切に配置されているかどうかを、ユーザは視認しながら調整できる。
【００９８】
またＺＭＡＰ作成画面３００においても、画面の回転やスクロールによる視点変更が可能で、スクロールバーにより操作する。「回転／スクロール」ボタン３０８を押下することで、スクロールバーの機能を３次元形状データの回転と画面スクロールに切り替えて利用できる。
【００９９】
なお、ＺＭＡＰ作成画面３００に、ＳＴＬファイルの簡易的な変形機能を持たせてもよい。例えばＳＴＬファイルの拡大／縮小率の変更、トリミング、等を持たせることもできる。
【０１００】
このようにして、３次元形状データの姿勢を決定すると、ＺＭＡＰに変換する。図３８の画面から、ＺＭＡＰ作成画面３００の右欄に設けられた「ＺＭＡＰ表示」ボタン３１０を押すと、「ＺＭＡＰに変換します。よろしいですか？」等の確認ダイヤログボックスが表示され、「ＯＫ」を押下するとＳＴＬファイルからＺＭＡＰファイルへの変換が実行され、図４８のようにＺＭＡＰデータが生成される。ＺＭＡＰファイルでは、高さ情報を一点のみ持つため、ビューワ画面３０１で表示される３次元形状データのＸＹ座標面以下のデータがカットされ、上半面のみの形状となる。レーザ加工装置ではワークの裏側にレーザ光を照射できないので、ワークの片面のみ、すなわち上半面のみのデータとすれば足りる。
【０１０１】
なお、ワークの裏面に印字したい場合は、図４２に示すように、３次元形状データを回転させて裏面が上側となる姿勢に調整し、この状態でＺＭＡＰに変換する。図４２の例では図３７の状態から回転角を１８０°させた状態で、ＺＭＡＰに変換し、図４９に示すＺＭＡＰデータを得ている。このように、ワークを回転させることでワークの裏面の印字も可能となる。
【０１０２】
ＺＭＡＰ表示中は、「ＺＭＡＰ表示」ボタン３１０が押下された状態となり、ビューワ画面３０１での表示がＺＭＡＰ表示に切り替えられていることを示す。このように、ファイル変換を実行するボタンに、ビューワ画面３０１で表示される表示内容を示す機能を兼用させている。また、ＺＭＡＰ表示中に「ＳＴＬ表示」ボタン３０１を押下すると、ＺＭＡＰの表示が変換前のＳＴＬに戻る。これにより、変換前のＳＴＬファイルに戻ることができ、操作のやり直しや再設定、再保存も可能となる。
【０１０３】
変換されたＺＭＡＰで規定される３次元形状データが正しくワークの加工面を表現していることをビューワ画面３０１で確認した後、このＺＭＡＰファイルを保存する。具体的にはファイルメニューの「ＺＭＡＰとして保存」を選択し、所望の保存場所に名前を付けて保存する。
【０１０４】
このようにして作成されたＺＭＡＰデータをワークの印字面を示す３次元形状データとして指定することで、印字パターンを３次元形状に変換することができる。次に、指定されたＺＭＡＰデータに基づいて印字パターンを３次元形状に変換する手順を説明する。
（印字パターンを３次元形状に変換する手順）
【０１０５】
図４９に示すように、文字入力欄２０４ｂに文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭ」を入力し、さらに図３２の画面でプロファイル指定欄２０５からＺＭＡＰ（ｄｏｌｐｈｉｎ．Ｍ３Ｄ）を選択し、ＺＭＡＰファイル名入力欄２９２から上記で作成されたＺＭＡＰファイルを指定する。この結果、印字パターンである文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭ」が３次元形状に変換され、図３２にはＸＹ平面における印字パターンが表示される。この状態で表示切替ボタン（３Ｄ）２０７を押下すると、図３３に示すように編集表示欄２０２が２次元表示から３次元表示に切り替えられ、印字対象面の３次元形状が立体的に確認できる。これらの図に示すように、観察方向（上面）から見た印字パターンが図３２と等しくなるように、文字列が印字対象面に写像されるよう変形される。
【０１０６】
さらに、「ＺＭＡＰ表示」欄２０７ＤのチェックボックスをＯＮにすると、図３４に示すように編集表示欄２０２に印字対象面の３次元形状に加えて、ＺＭＡＰファイルで規定されるワークの３次元形状が重ねて表示される。同様に、３次元形状データとして図４９のＺＭＡＰファイルを選択した場合、図５０に示すように印字パターンが３次元形状に変形される。このように、ユーザは印字対象面のみ、あるいはワークの全体形状の３次元表示を切り替えて設定作業を行える。ユーザはこの状態から、印字パターンを３次元形状データのどの位置に貼り付けるかを調整する。
（作業領域の設定時の３次元表示）
【０１０７】
作業領域（印字エリア）を３次元形状のワークに設定し、ワーク形状を含めた印字エリアを３次元的に表示する場合、ここでは以下のようにして印字エリアがワークに対して適切な印字可能な位置にあることを目視できるよう構成している。
【０１０８】
まずワークについては、レーザマーカのマーキングヘッドの出射位置からレーザ光を出射した場合、レーザ光と印字対象面とのなす角度が所定の角度範囲（適切に印字が可能と判断できる所定の角度範囲）にある場合と、印字は可能であるものの、印字品質の低下のおそれがある場合（上記所定角度以下または未満の場合）とで、印字対象面に対する色分けを行う。具体的には、適切に印字が可能と判断できる角度範囲には着色を行わず、印字は可能であるものの、印字品質の低下のおそれがある角度範囲には赤色に着色している。これにより、設定された印字エリアが適切な範囲のみに設定されているか、または印字エリアのどの部分が赤色（印字品質低下のおそれがある角度範囲）になっているかを、３次元表示画面から目視により判断できる。
【０１０９】
また、マーキングヘッドのレーザ出射位置からワークに設定されている印字エリアを見て、ワークの加工面（印字エリア設定領域）が裏側に位置する場合、印字不可能と判断し、ワークに設定された印字エリア（印字内容）を３次元表示画面上で非表示としている。これにより、ユーザはワークに対して自らが設定した印字エリアがどのような状態（位置関係等）にあるかを速やかに把握でき、その印字エリアの位置修正等も容易に行うことができる。
【０１１０】
また、３次元表示画面で表示させる手段に限られず、何らかの方法で「最適な印字状態を提供できる角度範囲」、印字品質低下角度範囲を示す「印字不良領域」、「印字不可能領域」等を目視できる手法が適宜採用できる。例えば、「最適な印字状態を提供できる角度範囲」、「印字不良領域」、「印字不可能領域」等に該当することをテキストでユーザインターフェース画面上に表示したり、音声や警告音、ダイヤログボックス等を利用することもできる。またいずれかの項目のみを表示させることも可能で、例えば印字品質を問わず印字ができれば良いユーザに対しては、「印字不可能領域」に対する情報のみを提供すれば足りる。
（レーザ加工データの設定手順）
【０１１１】
以上のレーザ加工データ設定プログラムを用いて、加工条件設定部３Ｃから印字条件を設定して加工データ生成部８０Ｋが加工パターンを生成する手順を説明する。まず加工パターンを設定する。ここでは、加工条件設定部３Ｃから文字列を入力し、さらにエンコードするシンボルの種別を指定する。図１４の例では、加工種類指定欄２０４ａで文字列を選択し、文字入力欄２０４ｂから文字列として「ＡＢＣＤＥ」を入力すると共に、文字データ指定欄２０４ｄの「文字データの種類」欄から、種別として「文字」を選択し、またフォントの種別を指定している。このようにして指定された情報に基づき、演算部８０は加工パターンを生成する。ここでは文字列が選択されているので、文字の印字パターンのイメージが編集表示欄２０２に表示される。
【０１１２】
なお、この例では加工条件設定部３Ｃから入力された文字情報に基づいて、演算部８０が自動的に加工パターンを生成しているが、直接シンボルを入力することも可能である。例えば、既に作成されたシンボルの画像データを加工条件設定部で選択して入力したり、他のプログラムで作成したシンボルを加工条件設定部から貼り付ける等の手段が採用できる。
【０１１３】
次に加工条件設定部３Ｃからプロファイル情報を入力する。図１４の例では、印字パターン入力欄２０４のタブを「基本設定」タブ２０４ｈから「形状設定」タブ２０４ｉに切り替えて、プロファイル指定欄から基本図形を選択する。これにより、編集表示欄２０２の表示が指定した形状に切り替えられる。また、編集表示欄２０２の表示形式を３Ｄ表示に切り替えると、加工対象面の３次元形状が立体的に確認できる。なお形状の指定は文字列すなわち印字ブロック毎に設定可能であるが、複数文字列に一括して形状を指定してもよい。
【０１１４】
このように、印字パターン情報を指定し、この加工パターンの平面図を編集表示欄２０２で表示させた後、プロファイル情報を指定して３次元の加工パターンに変換して編集表示欄２０２で確認することで、加工パターンの変化を視覚的に確認できる。なお、上記手順は、順序を入れ替えてもよい。すなわち、先に加工対象面の形状を指定した後、印字パターン情報を指定することもできる。
【０１１５】
以上のようにして、加工データとして３次元空間座標データが得られた後、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、プログラムのユーザインターフェース上に設けられたスライダの調整やマウスのホイール回転等の手段が利用できる。
【０１１６】
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から、図１０に示す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の画面左下に設けられた「転送・読出し」ボタン２１５を押下する。これにより記憶部５Ａからコントローラ１Ａ内のメモリ部５に設定データが転送され、展開されて設定内容が切り替えられ、新たな印字条件が反映される。メモリ部５で展開されたレーザ加工データやその他の加工条件は、加工動作時に参照される。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
（デフォーカス量の設定）
【０１１９】
以上の加工データ生成部８０Ｋは、加工条件設定部３Ｃ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。
【０１２０】
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５１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５１において、加工パラメータ設定欄２０４ｎにデフォーカス値を指定するデフォーカス設定欄２０４ｏ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。
【０１２１】
また、加工条件を設定する際の設定項目として、レーザ光のデフォーカス量としてのスポット径、ワークの材質等の加工パラメータを設定することもできる。この際、指定された一の加工パラメータの変更に追従させて他の加工条件を自動的に変更することにより、ユーザは特定の設定項目のみを変化させた条件出しが容易に行える。図５１に示すレーザ加工データ設定プログラムの画面においては、画面右側の「詳細設定」タブ２０４ｊの下段において、ワーキングディスタンス、デフォーカス量、スポット径、加工対象ワークの設定欄が設けられている。ワーキングディスタンスは、レーザ加工装置によって決まるため、通常は自動で設定される。デフォーカス量は、レーザ光の焦点位置（ワーキングディスタンス）からのオフセット量を指定する。またスポット径は焦点位置のスポット径を基準として比率で指定される。さらに、加工対象ワークは、加工対象のワークの材質や加工目的を、選択肢２０４ｋから選択することで、選択されたワークの加工に適したレーザ光のパワー密度に調整される。この例では、鉄への黒色印字、ステンレスへの黒色印字、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂といったワークの材質、及び樹脂溶着、表面粗しといった加工目的が列挙されており、ユーザは所望の加工目的に応じてラジオボタンを選択する。
【０１２２】
これらの設定項目は、相互に関連している。すなわち、デフォーカス量を調整することにより、レーザ光のパワー密度を調整できるが、同時にスポット径も変化する。またワークの材質や加工目的を選択すると、目的に合致したレーザ光のパワー密度が選択されるため、デフォーカス量やスポット径が変化することになる。このため、スポット径を一定に維持しつつレーザ光のパワー密度を調整したい場合には、従来はデフォーカス量を設定するのみならず、スポット径が変化しないような加工パラメータの組み合わせを探すべく、レーザ光の出力値や走査速度といった他の設定項目を調整する必要があった。この作業は、実際にワークにレーザ光を走査して加工した結果を見ながら各項目値を調整するという試行錯誤を繰り返して、最適な加工パラメータの組み合わせを見つけ出すものであるため、極めて煩雑で手間がかかる。
【０１２３】
そこで、予め一の加工パラメータに対応して変更すべき他の加工パラメータ値の組み合わせを参照テーブル５Ｂに登録しておき、一の加工パラメータを調整する際には、参照テーブル５Ｂを参照して該当する他の加工パラメータの組み合わせを抽出し、この値を自動設定することによって、必要な設定項目のみを変化させることを可能としている。具体的には、図５１の画面からデフォーカス量やスポット径、加工対象ワークのいずれか一を設定すると、他の設定項目には対応する値が自動的に入力される。また、この状態からデフォーカス量を変更しても、スポット径や加工対象ワークが一定に維持されるよう、他の加工パラメータ（例えばレーザ出力や走査速度）等が自動的に調整される。これにより、ユーザは所望の項目のみを速やかに変更できるので、所望の加工結果に極めて容易に調整することができる。
（デフォーカス量の連続変化）
【０１２４】
さらに、加工パラメータをレーザ加工中に連続的に変化させることもできる。これによって、ワーク表面の彫り込み加工において傾斜面を形成したり、ワーク表面に筆書き調のロゴを印字加工することができる。このような加工を行うには、レーザ光のデフォーカス量やスポット径を連続的に変化させるように設定することで実現できる。この際も、上記と同様にデフォーカス量やスポット径の連続変化に追従させるように、加工データ生成部８０Ｋが他の加工パラメータも連続的に調整し、指定された設定項目のみが連続変化するように自動調整される。この結果、加工位置や大きさといった、変更を要しない設定項目は従前の値を維持するような加工が行われ、ユーザが望む設定項目のみを変化させるような加工条件を容易に設定できる。
【０１２５】
図５２に、このようなレーザ加工の連続変化を設定する加工パラメータ設定欄２０４ｌの一例を示す。図５２の例では、加工パラメータ設定欄２０４ｌに設けられた「連続変化を行う」欄のチェックボックスをＯＮにすると、連続変化の設定画面に切り替えられる。ここでは、連続変化を行う範囲を座標位置で指定する。また、変化させたい設定項目のチェックボックスをＯＮにすると、範囲の入力欄が表示され、数値を指定可能となる。図５２の例では、デフォーカス量のチェックボックスを選択することでデフォーカス設定欄２０４ｍが表示されており、開始位置のデフォーカス量と終了位置のデフォーカス量を指定する。指定されたデフォーカス量は、指定された範囲内において、均等に連続変化するように自動設定される。また、開始値または終了値のみを指定し、変化の増分・減分や変化率を指定することもできる。また、デフォーカス量を設定すると、スポット径の欄も対応する数値が参照テーブル５Ｂから参照されて、入力欄に自動的に入力される。このように、いずれかの設定項目が指定されると、他の設定項目にも自動的に対応値が入力されるので、ユーザは各設定項目の加工パラメータ同士の相関関係を意識することなく、必要な項目のみを設定するだけで所望の加工条件に変更することが可能となる。
【０１２６】
以上のようにして、加工対象のワークの材質、加工パターン、仕上げ状態、加工時間等の設定項目について、レーザ光のビーム径を自由に変化させることにより、簡単に短時間で変更できる。
（設定の保存・読み込み）
【０１２７】
さらに、一旦設定された加工条件の加工パラメータを設定データとして保存し、必要時に呼び出すこともできる。例えば、ファイルメニューから「名前をつけて保存」を選択し、任意の名称をつけて設定情報を保存しておくことで、将来同じワークに同じ加工を行う際に、保存された設定データを呼び出すことで、段取り替えに要する時間や手間を大幅に簡略化できる。また、よく使われる設定については、予め登録しておくことにより、これを利用すれば初心者でも容易に加工条件の設定を行える。また登録・保存されたデータの設定条件をベースにして調整を行うことによって、設定の手間を大幅に省力化できる。このように、設定情報の再利用を可能とすることでも、設定作業の省力化に大きく貢献できる。
【０１２８】
以上のように、レーザ加工データ設定プログラムを用いたレーザ加工データ設定方法の基本的な流れは、先ず２次元設定用ユーザインターフェースを用いて、２次元状の印字パターン情報として、印字文字列やレイアウトなどを設定し、次いで３次元設定用ユーザインターフェースで、印字パターンを３次元形状に変換するための３次元情報やレイアウトを設定するという手順になる。この手順を具体的に説明すると、先ず２次元設定用ユーザインターフェースでの設定は、印字対象の文字列、バーコード、２次元コード、あるいはユーザ規定の図形等を規定する情報と、それらの大きさ、文字毎の傾き、線幅など平面的なレイアウトに関するデータを入力する。データ入力に関しては、直接数値入力することや、加工イメージ表示部で２次元状に表示させたイメージ上から直接編集することも可能である。例えばサイズ調整やレイアウト等をマウス操作により調整できる。これらの設定は、２次元表示にて行うことができる。
（加工条件）
【０１２９】
加工条件には、加工の内容を示す加工パターン情報と、加工パターンを加工対象面の形状に応じて３次元状に変形する３次元形状情報が含まれる。加工パターンは、文字列やバーコード、２次元コード等のシンボル、あるいはロゴ等のイメージデータである。またパレット印字等の一括加工モードにおいては、製造年月日やシリアル番号等の変数を加工パターンに含めてもよい。変数は、加工日時等、加工時に指定する所定値の他、シリアル番号等のように加工位置や加工順序等に応じてインクリメントする値等が利用される。このような情報をワークに付加することで、トレーサビリティに対応した３次元印字が実現できる。なおＸ軸スキャナ及びＹ軸スキャナによる加工順序は、加工パターンに依存する。例えば、入力部を用いて文字を加工パターンとして入力する場合は、フォントによってその書き順は予め設定される。一方、外字入力の場合は、線分単位で書き順をユーザが指定することができる。
【０１３０】
以上のようにしてレーザ加工条件設定プログラムやレーザ加工条件設定装置で設定された加工条件は、記憶部５Ａ（図１１）に保持されており、加工条件設定後にはコントローラ１Ａのメモリ部５（図１）に転送されて展開され、加工動作時に参照される。
（熱レンズ効果補正機能）
【０１３１】
またレーザマーカは、熱レンズ効果により生じた焦点位置のずれを、レーザ光の焦点位置を光軸方向に調整可能な焦点位置調整手段で補正する熱レンズ効果補正機能を備えている。具体的には、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件から、発生する熱レンズ効果を修正するための焦点位置補正量を補正量特定手段８０Ｂが特定し、この焦点位置補正量に応じてレーザ駆動制御部が焦点位置を調整するようＺ軸スキャナを制御してレーザ光を走査する。これにより、熱レンズ効果が発生しても加工品質を低下させることなく、高品質な加工を維持できる信頼性の高いレーザ加工が実現される。補正量特定手段８０Ｂによる焦点位置補正量は、レーザマーカの設定時に、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件に従って自動演算される。この焦点位置補正量に従い、レーザ光照射時には補正された焦点位置で加工するよう、レーザ駆動制御部によりレーザ光走査部９が制御される。
【０１３２】
このように、焦点位置の調整機能を有するＺ軸スキャナを、３次元加工に利用するのみならず、設定時の熱レンズ効果の補正にも利用することができる。特に熱レンズ効果の補正は、従来は手作業でレーザマーカのワーキングディスタンスを、熱レンズ効果による焦点位置のずれに応じて現場で調整する必要があり、極めて手間がかかっていた。また、レーザパワーやＱスイッチ周波数などのレーザ加工条件を変更すると、焦点位置のずれの程度も変化するため、これに応じて一々再設定を行う必要があった。さらに、レーザマーカは加工ブロック毎にレーザパワーやＱスイッチ周波数などの加工条件を変更することができるようになっているものが多いが、加工条件の変更は熱レンズ効果の程度も変化させるため、複数の加工ブロック に対して連続的にレーザ光を照射する場合は、すべての加工ブロックにおいて正確な焦点位置の調整を行うことができず、その結果加工品質が加工ブロック毎に一定しないという結果を招いていた。本実施の形態によれば、加工位置の調整を加工ブロック毎に変化させることもできるので、このような問題も解消でき、極めて高品質な加工が実現される。
【０１３３】
以下、熱レンズ効果補正機能を図５３に基づいて説明する。図５３は熱レンズ効果によって焦点位置が変動する様子を示しており、図５３（ｂ）を基準として、図５３（ａ）はレーザパワーが大きい、又はＱスイッチ周波数が小さい場合に、実線で示すように焦点距離が長く伸びる状態を、図５３（ｃ）はレーザパワーが小さい、又はＱスイッチ周波数が大きい場合、実線で示すように焦点距離が短くなる状態を、それぞれ示している。
【０１３４】
例えばＹＶＯ4やＹＡＧのような固体レーザにおいては、固体レーザ媒質が熱を帯びると熱レンズ効果が発生し、焦点位置が本来の位置からずれる現象が生じる。焦点位置のずれ量は、レーザ発振器内部に滞留する熱量に比例する。これは、（投入パワー）−（レーザ平均出力）と等価であり、投入パワーはレーザパワーの設定値、レーザ平均出力はＱスイッチ周波数の関数であるから、焦点位置のずれ量ΔＶｓｐｏｔはΔＶｓｐｏｔ＝ｆ（Ｐ、Ｑ）で表現できる。ここでＰはパワー設定値、ＱはＱスイッチ関連パラメータ（Ｑスイッチ周波数、ＯＮ／ＯＦＦデューティ等）である。
【０１３５】
一方でレーザマーカは、光軸方向に焦点位置を調整できるレーザ光走査部９としてＺ軸スキャナを搭載している。そこで、Ｚ軸スキャナを利用して、このずれ量を相殺するように制御する。例えば、図５３（ａ）に実線で示すようにレーザパワーが大きい、Ｑスイッチ周波数が小さい、又はＯＮ／ＯＦＦデューティ比が大きくなる場合は、焦点位置が遠くなるように変化する。よってこれを補正するために、図５３（ａ）に破線で示すように、Ｚ軸スキャナを制御して焦点位置を手前側、すなわちスポット径を細くするように調整する。逆に図５３（ｃ）に実線で示すようにレーザパワーが小さい、Ｑスイッチ周波数が大きい、又はＯＮ／ＯＦＦデューティ比が小さくなる場合は、焦点距離が短くなるので、図５３（ｃ）に破線で示すように焦点位置を近付けるよう、すなわちスポット径が太くするようにＺ軸スキャナを制御する。
【０１３６】
また、レーザ発振部そのものではなく、ＬＢＯ等の波長変換素子においても、固体レーザ媒質と同様に熱レンズ効果が発生するため、このような熱レンズ効果補正機能は有効である。また波長変換素子はその内部を通過したビームの強度により広がり角が変化するので、これを補正するためにも同様に焦点位置調整手段であるＺ軸スキャナを利用できる。
【０１３７】
さらにＣＯ2レーザ等、固体レーザ媒質を使用しないレーザ加工装置においても、外部のレンズ等の光学素子が、これを通過するレーザビームのパワーにより加熱されると、光学素子の熱膨張やひずみ等により焦点位置が変化することが生じる。このような場合の補正においても、焦点位置調整手段であるＺ軸スキャナを利用できる。
（熱平衡状態までの遷移期間）
【０１３８】
また、レーザパワーやＱスイッチ周波数を変更した後、熱レンズ効果が熱平衡状態に至る時間が長い設計も考えられる。例えば固体レーザ媒質が大きい場合、固体レーザ媒質が熱容量の大きな部材と接触している場合などが考えられる。この場合は、焦点位置補正量を動的に変更することで、このような過渡的な期間においても適切な補正を行うことができる。例えば、時間変化を考慮した焦点位置補正量としてΔＶｓｐｏｔ＝ｆ”（Ｐ、Ｑ、ｔ）（ｔ：時間）で表現できる。
【０１３９】
さらに熱レンズ効果の程度は固体レーザ媒質による個体差がある場合も考えられる。この場合には関数ｆ”（Ｐ、Ｑ、ｔ）の係数や定数を個体毎に調整し補正することもできる。加えて、経時変化も考慮して焦点位置補正量を調整することもできる。
（デフォーカス量の重畳）
【０１４０】
また、Ｚ軸スキャナを備える３次元加工が可能なレーザマーカは、上述のとおり焦点位置を意図的にずらして加工するデフォーカス機能を備える。すなわち、ユーザが加工条件設定部３Ｃ、具体的には図５２のデフォーカス設定欄２０４ｍから、加工ブロック毎に光軸方向のスポット位置を変更して、スポット径を大きくして太字で印字したり、スポット径を小さくして細く印字することが可能である。このような場合においても、上述した焦点位置補正量を加味した制御を行う。具体的には、ユーザの所望のスポット位置をΔＹｓｐｏｔとすると、この値を焦点位置補正量に加算したΔＹｓｐｏｔ＋ΔＶｓｐｏｔを焦点位置として制御する。このように、デフォーカスが設定されている場合は、このデフォーカス量をオフセットして焦点位置調整手段を制御することで、適切な加工が実現される。
（焦点位置に応じたディレイ量制御）
【０１４１】
また焦点位置の調整量に伴って、上述したディレイ動作も変更するよう制御することもできる。上述のとおり加工ブロック毎に加工条件を変化させる場合は、加工ブロック毎にＺ軸スキャナを動作させることになる。この際のＺ軸スキャナの移動量は、その前段の加工ブロックの加工パターン、及び焦点位置補正量に依存する。したがって、前後する加工ブロック間での差を考慮して、ディレイ量すなわち遅れ時間を変化させるよう制御することで、実際のＺ軸スキャナの移動量に応じた適切なディレイ動作を実行できる。
（補正量特定手段８０Ｂ）
【０１４２】
次に、補正量特定手段８０Ｂで熱レンズ効果による光軸方向の焦点位置補正量を決定する手順を説明する。焦点位置補正量の特定は、予めレーザ加工条件に応じて熱レンズ効果によるずれ量、すなわち焦点位置補正量を記録した補正量記憶手段の一形態である参照テーブルを参照することで、容易に決定できる。補正量特定手段８０Ｂは、加工条件設定部３Ｃで設定されたレーザ光出力条件、例えばレーザパワー、Ｑスイッチ周波数、ＯＮ／ＯＦＦデューティ等のパラメータ値に応じた焦点位置情報を、２次元配列のテーブルデータとして補正量記憶手段に記憶しておき、ここからパラメータ値に応じて対応する焦点位置補正量を読み出すことができる。これにより、補正量特定手段８０Ｂの処理を負荷を軽減し、高速化が図られる。
【０１４３】
あるいは、テーブルを利用することなく、設定されたレーザ加工条件から演算により求めることもできる。この場合は、レーザ光出力条件に応じて発生する熱レンズ効果による焦点位置のずれ量を演算するための演算式を、予め補正量特定手段８０Ｂに設定しておき、この演算式に基づいて補正量特定手段８０Ｂが各レーザ加工条件毎の焦点位置補正量を演算する。この方法であれば、テーブルなどの記憶素子を用いることなく、焦点位置補正量を適切に決定できる。また、複数の演算式を用意しておき、切り替えて用いることもできる。演算式としては、ΔＶｓｐｏｔ＝ａＰ−ｆ’（Ｑ）＋ｃ（ａ、ｂ、ｃは定数；Ｐはレーザパワー；ＱはＱスイッチ関連パラメータ（Ｑスイッチ周波数、ＯＮ／ＯＦＦデューティ等））等に設定できる。この演算式を用いることで、Ｐ、Ｑのパラメータ値変更に伴いΔＶｓｐｏｔが計算でき、この値に基づいてワーク上に焦点が合うようにＺ軸スキャナをリアルタイムに制御することができる。
【０１４４】
さらにいずれの場合も、補正量記憶手段や補正量特定手段８０Ｂは、コントローラ１Ａ側に配置することができる。例えば図１のメモリ部５に設けられた展開情報用メモリ５ｃに、このような焦点位置補正量を保持させておき、加工時に参照する。
（加工条件設定データの流れ）
【０１４５】
図５４に、ユーザによる加工条件設定の入力から加工開始までの処理におけるデータの流れを説明したブロック図を示す。図５４において、印字設定の入力値４０１は、図１１等の加工条件設定部３Ｃで設定され記憶部５Ａに記憶された加工条件の設定情報に相当する。ここでは、レーザパワーやＱスイッチ周波数、デフォーカス量ΔＹｓｐｏｔなどをユーザが図１４の画面から入力する。また、基本文字線分情報４０２は、図１の基本文字線分情報用メモリ５ｂに記憶された情報である。これらの情報から文字座標情報４０３、印字パワー・スピード等情報４０４及び加工後文字線分情報４０５が展開処理によって生成される。これらの情報を含む展開情報は、図１の展開情報用メモリ５ｃに相当する印字時参照メモリ４０６に記憶される。そして、印字時参照メモリ４０６に記憶された展開情報は、印字開始指令に伴ってコントローラ部のレジスタ４０７及びＦＩＦＯメモリ４０８に渡される。
（焦点位置補正量を決定する手順）
【０１４６】
次に、Ｚ軸スキャナに与える焦点位置補正量を決定する手順を、図５５のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ１で、加工条件を設定する。具体的には、ユーザが加工条件設定部３Ｃから、レーザ光出力条件として、Ｑスイッチ１９から出射されるレーザパワー、Ｑスイッチ周波数又はＱスイッチのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を設定する。また必要に応じて、ステップＳ２でデフォーカス量ΔＹｓｐｏｔを設定する。次いでステップＳ３で、加工パターンの位置情報を設定する。これによって、加工位置のＸＹＺ座標が決定される。その他、システム情報、設定共通情報及びブロック情報を含む設定情報が入力される。このようにして設定情報が入力されると、ステップＳ４で加工データが演算される。この段階で焦点位置補正量が補正量特定手段８０Ｂにより加味されて、最終的なＺ座標位置であるＺ＝ｚ（ｘ，ｙ）＋ΔＹｓｐｏｔ＋ｆ（Ｐ，Ｑ）が決定される。そして印字情報の展開処理が行われ、印字順が決定される。このとき、図５４に示した文字座標情報４０３、印字パワー・スピード等情報４０４及び加工後文字線分情報４０５が生成される。より具体的には、ユーザの入力した文字サイズ、助走長、太線幅にしたがって、基本文字線分情報で定義された文字の拡大縮小、助走線分の付加、及び太線化処理（必要な場合）を実行する。このようにして生成された展開情報は、印字時参照メモリ４０６（展開情報用メモリ５ｃ）に一旦格納される。この後、ユーザが印字開始指令を入力するのを待つ。
【０１４７】
印字実行指令の入力があれば、ステップＳ５で、印字データが出力され、印字処理の実行に移る。この際、必要に応じて時間、日付、ランク等の更新文字の決定をした後、展開情報がレジスタ４０７及びＦＩＦＯメモリ４０８に転送される。印字内容に更新文字が含まれない場合は、印字時参照メモリ４０６から読み出した展開情報がそのままレジスタ４０７及びＦＩＦＯメモリ４０８に転送される。更新文字は、時間、日付、ランク、シリアル番号等の印字文字であり、例えば複数のワークに印字するシリアル番号が１ずつ増加するような場合に相当する。更新文字がある場合は、加工条件設定入力の際にユーザが明示的に指示し、印字に使用される可能性のある文字（例えば数字の０から９）の全部について、展開処理が行われる。時間及び期限の印字に関しては、印字開始指令が入力された時点で計算される。上記のようにして展開情報がレジスタ４０７及びＦＩＦＯメモリ４０８に渡されると、印字が開始される。具体的には、レジスタ４０７及びＦＩＦＯメモリ４０８に展開情報の蓄積が完了した時点で、あるいはＦＩＦＯメモリ４０８に空き領域が無くなった時点でハードウェア内部の印字開始命令が発行され、印字が開始される。ＦＩＦＯメモリ４０８に空き領域が無くなった時点で展開情報に残りがある場合は、展開情報の転送が一旦中断され、印字の実行に伴ってＦＩＦＯメモリ４０８の空き領域が半分になった時点で展開情報の転送が再開される。
【０１４８】
以上のように、本実施の形態によれば熱レンズ効果の較正をはじめとする焦点位置の制御に、既存のＺ軸スキャナを利用するため、安価にかつ簡易な構成で実現できる。特に加工ブロック毎に加工条件を変更したい場合などには極めて有効である。
（加工量補正機能）
【０１４９】
さらにこのレーザ加工装置は、加工対象面の高低差に応じて加工条件を自動的に補正することで、このような高低差によらず加工品質を一定に保持する加工量補正を備えている。この機能について、以下図５６〜図６１に基づいて説明する。３次元加工が可能なレーザ加工装置では、ＸＹ座標に対応したＺ座標を関連付けしたデータをメモリ部に保持しておき、ＸＹ座標の制御時にこのメモリ部に格納されたＺ座標を参照することで、ＸＹＺ座標を決定している。これにより、ＸＹ座標の制御のみでＺ座標も出力される。またＸＹＺ方向への変化分に応じて、加工対象面に照射されるエネルギー密度が均一になるように、レーザ光走査部の走査速度を変化させる。ここではメモリ部からの読み出し時間を制御することで、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸スキャナの走査速度を制御する。例えば、ＺＭＡＰを用いて３次元加工パターンを指定する場合、ＺＭＡＰメモリ４１０（図６１）にＺ座標を格納する。ＺＭＡＰメモリ４１０は、ＸＹ座標４１１に対応するＺ座標４１２を関連付けた対応関係記憶部として機能する。このＺＭＡＰメモリ４１０は、加工条件設定時には記憶部５Ａ（図１１）に保持されており、加工条件設定後にはコントローラ１Ａのメモリ部５（図１）に展開されて、加工時に参照される。この方法であれば、Ｚ座標を含めた３次元データを、２次元データとほぼ同様に扱うことができるので内部処理を簡素化できる。
【０１５０】
例えば、図５６に示す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では、２次元状の、すなわちＸＹ座標設定画面で加工データを表示させた例を示している。この画面では、加工パターンは印字文字「Ａ」であり、２次元状である。従って、図５６の画面を３次元表示に切り替えても、図５７に示すようにＸ・Ｙ平面上に、平面状の加工パターンが表示される。この場合のＺ座標は０である。この状態で、予めＸＹ座標に関連付けられたＺ座標のデータが、ＺＭＡＰメモリから参照される。これにより、Ｚ座標を含めた３次元の加工データが生成され、図５８に示すように３次元状に表示される。図５８の例では、説明を単純にするため加工面を傾斜面としている。ここではＺ座標Ｚ＝ａＹ（ａは定数）で表現される。
（対応関係記憶部）
【０１５１】
また、この例に対応する対応関係記憶部として、ＺＭＡＰメモリ４１０のメモリ空間を図５９に示す。この図に示すよう、ＸＹ座標に応じてテーブル状にＺ座標情報が格納されている。図５９の例では、図５６などに示す印字文字「Ａ」について、座標（ｘ、ｙ）＝（０ｘ８０，０ｘ７ｆ）の位置におけるＺ座標は、この位置のセルに格納されたメモリ値を参照することで決定される。
【０１５２】
この方法では、Ｚ座標を簡単に決定できるので、レーザ加工装置内部でのデータ処理を簡素化できる利点が得られる。反面、ＸＹ座標の制御のみでＺ座標を求めようとすると、Ｚ座標すなわち高さ方向の距離の差が反映されないため、高低差が大きい場合と小さい場合とで加工の際の相対的な走査速度が変わってしまうという問題がある。すなわち、ＸＹ平面上で距離が同じであっても、Ｚ軸方向の距離が異なれば、加工すべき線分の長さが変わる。例えば、図６０（ａ）、（ｂ）に示すように、高低差がある加工パターンでは、高低差の大きい方（図６０（ｂ））が当然、移動距離が長くなる。図５８、図５９の例では、傾斜面の横方向、すなわち傾斜角度と交差するＹ軸方向への移動であれば、高低差がないものの、傾斜面の縦方向、すなわち傾斜角度に沿うＸ軸方向への移動であれば、高低差が生じるためＺ軸スキャナの移動量が大きくなる。移動量が大きくなると、相対的に走査速度が速くなるため、加工対象面に照射されるレーザ照射パワーの密度が低下し、濃度や太さ、深さといった加工の程度に不均一が生じることとなる。（なお、レーザ照射パワーとは、レーザ発振部におけるレーザ光の出力でなく、最終的に加工対象面に照射されるレーザ光の出力を指す。）
（補正走査速度）
【０１５３】
そこで、このような高低差による加工の不均一を是正すべく、加工の程度を左右するパラメータ（加工量制御パラメータ）すなわち加工量を補正して、補正加工量を決定すると共に、この補正加工量に基づいて加工を制御する。まず補正加工量の一例として、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度を加工量補正手段８０Ｍで補正走査速度に補正して制御する場合を考える。ここでは、単純なＸＹ座標のみの制御でなく、ＸＹＺ座標の移動量Δｘ、Δｙ、Δｚを考慮して移動速度を決定し、これにより高低差の変化による相対的な距離又は走査速度の差を低減するような制御を行う。図６１に、加工量補正制御の処理を説明したブロック図を示す。ここでは、既に加工条件として加工パターンの３次元データを設定済みとする。まず設定された加工パターンのＸＹ座標４１１から、ＺＭＡＰメモリ４１０を参照して各ＸＹ座標４１１に関連付けられたメモリ空間に対応するＺ座標４１２を決定する。これらのＸＹＺ座標データは、ＦＩＦＯメモリ４０８に格納される。一方で、ＦＩＦＯメモリ４０８に格納されたＸＹＺ座標データから、基本移動単位毎の移動量Δｘ、Δｙ、Δｚを加工量補正手段８０Ｍで演算する。すなわち、ＸＹ座標上における加工位置の移動分Δｘ、Δｙに伴い、ＸＹ座標の基本移動単位に対するＺ座標の変化量ΔＺを計算する。演算されたΔｘ、Δｙ、Δｚデータは、ＦＩＦＯメモリ４０８に展開されて、加工量補正手段８０ＭによりこれらΔｘ、Δｙ、Δｚを加味した補正加工量が演算される。具体的には、Ｚ軸スキャナの移動量Δｚ又は走査速度を基準として、Ｚ軸スキャナによる焦点位置の移動にＸ・Ｙ軸スキャナを追随させるように、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度が演算される。演算された各スキャナの走査速度に従って、ＦＩＦＯメモリ４０８から各スキャナに対して制御命令（ここでは座標位置の更新情報４０９）を送出する。
【０１５４】
ここでは、ＦＩＦＯメモリ４０８からＸ・Ｙ軸スキャナへの動作命令が送出されるタイミングを調整することで、スキャナの動作速度を調整している。すなわち、従来は一定のタイミングで各スキャナに対して動作命令を送出していたが、本実施の形態ではＸ・Ｙ軸スキャナに対する動作命令の送出タイミングをＺ軸スキャナと独立させて可変とすることで、結果的にＸ・Ｙ軸スキャナの走査速度を制御できる。このような制御により、実際の加工対象面上における走査速度の均一化を図ることができ、全体として均一な品質で加工を行うことができる。
【０１５５】
なお、この例では応答特性がＸ・Ｙ軸スキャナに比べ相対的に劣るＺ軸スキャナの移動量又は走査速度を基準として、Ｘ・Ｙ軸スキャナ側をこれに合わせるよう走査速度を落とす制御を行っている。ただ、この構成に限られず、例えば高速なＺ軸スキャナを使用する場合は、Ｘ軸又はＹ軸スキャナの走査に応じてＺ軸スキャナの走査速度を速めるような制御も可能である。また、Ｘ軸スキャナとＹ軸スキャナの応答特性が異なる場合は、これらの移動量を合わせるように、いずれかのスキャナの走査速度を制御することもできる。
（基本図形）
【０１５６】
また上記の例ではＸＹ座標位置とＺ座標位置とを関連付けた対応関係記憶部としてＺＭＡＰメモリ４１０を使用したが、これに限らず予め定められた円柱、円錐、球面などの、ＸＹＺ座標が一義的に決まる基本図形の座標情報を対応関係記憶部として利用しても、同様の結果を得ることができる。
【０１５７】
さらには、ＺＭＡＰデータに限られず、上述の通り他のデータフォーマットで記録された３次元データファイルも利用できる。例えば３次元ＣＡＤ等の別プログラムで作成された加工対象面のデータファイルとして、ＤＸＦ、ＩＧＥＳ、ＳＴＥＰ、ＳＴＬ、ＧＫＳ等、各種の汎用的なフォーマットや、ＤＷＧ等、特定のアプリケーションの専用フォーマットを利用できる。これらのデータファイルをレーザ加工データ設定プログラムで取り込んだ後、必要に応じてプログラムで扱える適切なデータ形式に変換して、対応関係記録部を構築できる。この方法では、既に作成されたデータを利用できるので、加工対象面の形状指定作業を大幅に省力化できる。このようなデータの読み込み手段として、上述の通り３次元形状データ入力手段３ｂと、入力された３次元形状データに対して位置決めするための位置決め手段３ｃと備えることで、３次元形状データの入力と位置合わせ作業を適切に行える。
【０１５８】
いずれの方法による場合も、加工量補正手段８０Ｍは対応関係記憶部からこの加工パターンを読み込んで補正量を決定することができ、これにより３次元形状の均質な加工を実行できる。
（その他の補正加工量）
【０１５９】
このように、ＸＹ座標上の基本走査移動単位に対して、Ｚ座標上の移動量を算出し、算出された移動量に基づいて実際の加工対象面上における走査速度が一定となるようにレーザ光走査部の移動速度を制御することで、Ｚ座標の移動量によらず、加工深さや太さ、濃度といった加工品質を均一にすることができる。ここでは補正加工量として、スキャナの走査速度を補正走査速度に調整することで、加工量が高低差に拘わらず一定となるよう制御する例を説明したが、補正加工量としてこれに代わって、あるいはこれに加えて、レーザパワーやＱスイッチ周波数、スポット径等のパラメータを調整することでも同様の結果を得ることができる。また、移動すべき距離が定まっているので、走査時間も走査速度と同義として扱うことができる。
（レーザ照射パワー制御）
（補正レーザ照射パワー）
【０１６０】
例えば、加工対象面の傾斜により走査速度が相対的に速くなり、レーザ照射パワー密度が相対的に低下する場合は、低下分に相当するレーザ照射パワーを付加することで、被照射位置におけるレーザ光のエネルギー密度を同等として加工対象面に照射することができ、加工結果の均一化を図ることができる。具体的には、エネルギー密度が高いほど深い加工となり、低いほど浅い加工となる。エネルギー密度は、次式で表現できる。
【０１６１】
エネルギー密度［Ｗ＝Ｊ／Ｓ］＝レーザ照射パワー［Ｗ］／照射面積［ｍｍ2］
【０１６２】
すなわち単位時間、単位面積あたりに照射されるレーザ照射パワーの大きさがエネルギー密度となる。ここで、照射面積は、次式で表現できる。
【０１６３】
照射面積［ｍｍ2］＝速度［ｍｍ／ｓ］＊時間［Ｓ］＊レーザビームスポット径［ｍｍ］
【０１６４】
上式に従い、Ｚ方向の変化量ΔＺに応じて、各加工位置における加工品質が均一となるようにレーザ照射パワーを調整する。これにより、Ｚ軸方向の変化によって実際の加工面上における走査速度が変化することで発生する加工品質のむらを抑制できる。
【０１６５】
なお、レーザビームのスポット径を調整することでも、同様にエネルギー密度を調整することができる。ただ、この方法ではＺ軸方向の変化量によってスポット径が変化してしまう上、デフォーカス量をユーザが調整できるため、制御が複雑になる。
【０１６６】
このように加工量補正手段８０Ｍは、補正加工量として、レーザ光走査部の走査速度の他、レーザ照射パワーやスポット径といったパラメータを調整することでも加工量を一定に近づけるよう制御できる。
（補正加工量の決定方法）
【０１６７】
補正走査速度の制御は各ΔＺに応じた走査速度データを予め補正加工量記憶部に記憶し、ΔＺが算出された時にこれを加工量補正手段８０Ｍで読み出して決定することができる。補正加工量記憶部は記憶部５Ａの参照テーブル５Ｂとして、２次元配列のメモリテーブルデータが利用できる。これにより、安価な構成で補正加工量を容易に決定でき、また加工量補正手段８０Ｍの処理を低負荷とし、高速化できる。あるいは、このようなテーブルを設けることなく、加工量補正手段８０Ｍが演算で補正加工量を決定することもできる。この場合は、加工量補正手段８０Ｍが理論式や曲線データから走査速度データを求める。
（補正加工量の決定タイミング）
【０１６８】
また補正加工量を決定するタイミングとしては、テーブルを設けない場合は、レーザ光走査部を走査しながら加工量補正手段８０Ｍでリアルタイムに決定する。あるいは、上述の通り３次元形状データに加工パターンが既に位置決めされ、印字順序が当初から定まっている場合は、予め補正加工量を加工量補正手段８０Ｍで算出して補正加工量記憶部やメモリ部に保持しておき、加工動作時に随時補正加工量を読み出すことができる。これらの詳細については後述する。
【０１６９】
なお上記の例では、ＦＩＦＯメモリ４０８からレーザ光走査部に出力される座標位置データの送出タイミングを変更することで、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度を変化させている。ただ、本発明はＸ・Ｙ軸スキャナの走査速度を変化させるための手法を構成に限定せず、例えば、Ｘ・Ｙ軸スキャナのガルバノミラーを回転させるガルバノモータの回転速度を直接制御し、遅く回転させることもできる。
（基本移動単位）
【０１７０】
Ｘ・Ｙ軸スキャナを移動させる単位は、予め基本移動単位として設定される。すなわち基本移動単位は、ＸＹ座標上の座標位置を特定、演算、更新する最小単位となる。この基本移動単位をベースにして、Ｚ座標の移動量が算出される。
【０１７１】
基本移動単位は、ＸＹ座標の分解能を最小として、任意に設定できる。例えばＸＹ座標の分解能（例えば６５５３６画素×６５５３６画素）とＸＹ座標の基本移動単位を一致させる。この場合は、ＸＹ座標上を一画素移動する毎にＺ座標の変化量を算出して制御する。この方法であれば細かくΔＺを算出して、各区間の補正加工量を制御できるため、高い加工品質が得られる。
【０１７２】
あるいは、これよりも大きい基本移動単位を設定できる。例えば２画素分、１０画素分といった複数画素で基本移動単位を設定すると、処理量を低減できるので、加工品質よりも加工速度を優先したい場合には好適である。さらに基本移動単位はデフォルトで既定値を設定したり、ユーザが任意の値に調整可能とすることもできる。
（ＸＹ座標の移動方向に基づく基本移動単位の制御）
【０１７３】
またＸ・Ｙ軸スキャナの走査速度はＺ座標の変化量とは別に、ＸＹ座標上での移動方向によって変更することもできる。具体的には、ＸＹ座標単独の移動と、Ｘ座標、Ｙ座標を同時に移動する、すなわち斜め方向に移動した場合とで、異なる基本移動単位を設定することができる。例えばＸＹ座標上で縦又は横にそれぞれ移動したときは移動単位として１を設定し、斜めに移動したときは移動単位として１．４１、あるいはこれを近似した１．５に各々設定する。このようにＸＹ座標の移動方向に応じて基本移動単位を２通りに設定することで、縦横斜めの基本移動単位を正方形状に近似できる。また、斜めに移動したときでも移動単位として１を設定して、基本移動単位を１通りに統一しておくことも可能であることはいうまでもない。
【０１７４】
なお基本移動単位を２通りに設定すると、ＸＹの移動方向に応じて場合分けした補正走査速度や補正レーザ照射パワーを算出しなければならないため、演算処理が複雑化する。そこで、斜めに移動した場合にも同一の移動量に近似できるように、例えば縦横に移動した場合は、３画素分（１＋１＋１＝３）を基本移動単位とし、斜めに移動した場合には２画素分（１．５＋１．５＝３）を基本移動単位とするように設定することもできる。これにより、後述する図６７、図７０に示すようにＸＹ平面での移動量を均一とした円形状に近似することができる。
（Ｚ座標の移動量の算出方法）
【０１７５】
以上のようにして決定されるＸＹ座標上の基本移動単位に従って、Ｚ座標の移動量が演算される。すなわち、Ｚ座標の移動量を、ＸＹ座標上の基準となる基準移動単位に対して算出することで、Ｚ座標の変化に応じたＸ・Ｙ軸スキャナの補正加工量を適切に設定できる。次に、補正加工量としてＺ座標の移動量を算出する具体的な方法として、２つの例を説明する。
（１）各ＸＹ座標にＺ座標を個々に格納
【０１７６】
補正加工量記憶部に、各ＸＹ座標に対応するＺ座標を格納する。具体的には、ＸＹ座標（例えば６５５３６画素×６５５３６画素）の各座標位置が各々Ｚ座標を格納している場合は、ＸＹ座標の移動に基づいて対応するＺ座標を読み出して、Ｚ方向の移動量を算出する。
（２）加工面をブロック単位に分割
【０１７７】
各画素に個別にＺ座標を格納する方法では、分解能が高くなる程、補正加工量記憶部に必要なメモリ量が大きくなる。そこで、加工面をブロック単位に分割して、ブロック単位でＺ座標を決定する構成としてもよい。例えば、６５５３６画素×６５５３６画素を有するＸＹ座標を、２５６画素×２５６画素の大きさのブロックに分割し、２５６個×２５６個の各ブロックにＺ座標を算出する異なる平面式を割り当てる。そして加工対象のＸＹ座標位置が所属するブロックの平面式に基づいて、Ｚ座標を近似的に算出する。この方法によれば、Ｚ座標を演算で求める上、ブロック単位で平面式を保持すれば足りるので、必要なメモリ量を大幅に低減できる。
【０１７８】
このように、Ｚ座標の移動量の算出は印字パターンを設定し、設定された加工パターンのＸＹ座標上におけるＺ座標上の加工位置が決まった時点で算出可能となる。したがって、加工しながらリアルタイムにＺ座標の移動量を算出する以外にも、加工パターンを設定した時点で予め移動量も算出しておき、これを保持しておくことで、加工時に読み出されるＺ座標に応じて制御することもできる。
（補正加工量の制御）
【０１７９】
ＸＹ座標の基本移動単位を１通りとした場合には、Ｚ座標の変化量に基づいて制御対象の補正加工量を決定する。２通りの場合はＸＹの移動方向によって場合分けした上で、Ｚ座標の変化量に基づいて補正加工量を決定する。
（１）ＸＹ座標上における走査速度（時間）の制御
【０１８０】
加工量制御パラメータを制御する基準となる区間として、座標位置情報を更新する単位を単位区間Δとする。ＸＹ座標の単位区間Δを走査位置が移動するのに要する走査時間（距離が定まっているので走査速度と同義）を制御する。具体的には、ΔＸＹＺをＸＹ座標の単位区間Δにおける加工対象面上の実際の印字距離として定義し、ｔを上記走査時間として定義すると、
ΔＸＹＺ／ｔ＝定数
となるように各ΔＸＹＺ区間における走査時間ｔを制御する。ΔＸＹＺ／ｔは印字表面上での印字位置の移動速度を示す。したがってこれが一定となるようにｔを制御すれば、加工対象面上での印字位置の移動速度を一定にすることができる。走査速度は、上述の通りＦＩＦＯメモリ４０８からレーザ光走査部に出力する座標データの更新タイミングを変更することで制御する。またこれに加えて、レーザのＯＮ／ＯＦＦを制御するＱスイッチも同時に制御することで、より均一な印字が可能となる。
（２）レーザ照射パワーの制御
【０１８１】
一方、レーザ照射パワーの制御によっても補正加工量を調整できる。ここではΔＸＹＺが大きいほど、レーザ照射パワーＰを大きくするように制御する。具体的には、
Ｐ／ΔＸＹＺ＝定数
となるように各ΔＸＹＺ区間におけるレーザ照射パワーＰを制御する。この方法でも各照射位置におけるエネルギー密度を一定とすることができる。レーザ照射パワーの制御は、励起光源であるＬＤ電流を制御することにより行う。またレーザ光のスポット径やＱスイッチ周波数の制御でも同様の効果が得られる。例えば走査速度が速くなると印字ドットの密度が粗くなり、遅くなると濃くなる。このため、走査速度の変化に合わせてＱスイッチ周波数も変化させることで、印字ドットの密度を一定に保つことができる。
（加工量制御パラメータ）
【０１８２】
このように、加工対象面上でのエネルギー密度を一定にするための加工量制御パラメータとして、加工対象面に照射するレーザ照射パワー、加工対象面上での走査速度又は距離（走査速度×時間）が挙げられる。ＸＹＺ情報に応じて、これらの加工量制御パラメータを調整して制御することにより、加工位置によらずエネルギー密度を一定にできる。また、レーザ光走査部の動作に関して、Ｘ・Ｙ軸スキャナがほぼ同じ駆動特性を持ち、Ｚ軸スキャナの駆動特性が異なる場合、Ｘ・Ｙ軸スキャナの制御パラメータとＺ軸スキャナの制御パラメータを分離することによって、より最適な加工量制御パラメータの制御が可能となる。
（加工量制御パラメータの制御）
【０１８３】
以下、これらの方法の組み合わせも含めた詳細について説明する。加工量制御パラメータを、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸スキャナの制御に組み合わせることで、加工量を補正するパターンとしては以下の６つが考えられる。
（１）補正走査速度
【０１８４】
ＸＹＺ軸方向への移動量を算出し、算出された移動量に応じて走査速度を制御する。また基本移動単位として、（Ａ）ＸＹがＸ軸方向のみ、Ｙ軸方向のみへそれぞれ移動した場合の基本移動単位と、（Ｂ）ＸＹ軸の両方が移動した場合、すなわちＸＹ軸上を斜めに移動した場合の基本移動単位とを異なる値に設定することもでき、この場合にはＺ軸方向への移動量が同じでも、異なるＸＹＺ移動量となる。
【０１８５】
ここで、図６２に示すような蒲鉾形の背面を加工対象面ＷＳ’として、レーザ光を走査する場合の移動量を考える。ＺＭＡＰを利用してＸＹ座標に対応したＺ座標を決定する場合の、Ｘ・Ｙ平面での移動量に対応したＸ・Ｚ平面における実際のレーザ光走査部の軌跡と、単位区間Δの移動に要した時間ｔ及びレーザ照射パワーのイメージを、図６３に示す。ここでは走査速度を調整した補正走査速度を、加工量制御パラメータとして制御する。まずＸＹ平面での単位区間Δにおける移動量Δｘｙに応じてＺ方向への移動量すなわち高低差Δｚを算出する。そして、各単位区間Δにおける加工対象面上の実際の走査速度（Δｘｙｚ／Δｔ）が均一になるように、各単位区間Δの加工時間Δｔを調整する。これにより、ＸＹＺ方向を考慮した加工対象面上での走査速度を、位置によらず一定に維持できる。この例では、各単位区間Δでのレーザ照射パワーは一定に維持しつつ、Ｚ軸スキャナの走査速度を基準として、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度を制御する。図６３に示す例では、加工対象面の端部に近い程、高低差Δｚが大きくなるため、加工に要する時間Δｔも大きくなり、ｔ３＞ｔ２＞ｔ１となる。
【０１８６】
また、この場合の加工量補正制御の処理を、図６４のブロック図に示す。この図は、図６１の機能ブロック図に対応する。ここではＸＹＺ座標４１３がＦＩＦＯメモリ４０８に格納される。また加工量補正手段８０ＭがＸＹＺ方向の各変化分ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを決定すると共に、この値に応じて加工量（ここではＸＹＺ方向を考慮した加工対象面上での走査速度）が均一になるように、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度をスキャナ駆動制御部で変化させる。すなわち、ＦＩＦＯメモリ４０８からの補正後のＸＹＺ座標位置４１４の読み出しタイミングを制御して、ＸＹＺ軸スキャナの走査速度を制御する。また必要に応じて、ΔＸ、ΔＹ、ΔＺに基づいて加工量補正手段８０ＭがＱスイッチ周波数を制御し、レーザ出力の周波数制御も行う。
（２）補正レーザ照射パワー
【０１８７】
ＸＹＺ軸方向への移動量を算出し、算出された移動量に応じてレーザ照射パワーを制御する。この方法は、上記（１）において制御する加工量制御パラメータを、レーザ照射パワーに変更したものである。図６５に、このような制御の流れを示す。ここではＸＹＺ座標４１３がＦＩＦＯメモリ４０８に格納されており、ＸＹＺの変化分に応じてエネルギー密度が均一になるようにレーザ照射パワーを変化させる。具体的には、ＸＹＺ座標４１３が図６４と同様にＦＩＦＯメモリ４０８に格納されて、補正後のＸＹＺ座標位置４１４がレーザ光走査部に出力される。一方、加工量補正手段８０ＭがＸＹＺ方向の各変化分ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを決定すると共に、この値に応じて加工量（ここでは加工対象面上でのレーザ照射パワー）が均一になるように、補正レーザ照射パワー、具体的にはＬＤ電流を調整する。このようにして、Ｘ・Ｙ・Ｚの変化分に応じて補正レーザ照射パワーを変化させ、加工量が一定になるよう制御する。
（３）補正走査速度（Ｘ・Ｙ軸スキャナ）＋補正レーザ照射パワー（Ｚ軸スキャナ）
【０１８８】
上記（１）、（２）の例では、Ｘ・Ｙ軸スキャナとＺ軸スキャナの制御に、同じ加工量制御パラメータを用いているが、Ｘ・Ｙ軸スキャナとＺ軸スキャナとで加工量制御パラメータを変化させることもできる。まず（３）として、Ｘ・Ｙ軸スキャナについては補正走査速度を、Ｚ軸スキャナについては補正レーザ照射パワーを、それぞれ加工量制御パラメータとしている。すなわちＸＹ座標の移動量に基づいてＸＹ座標上の走査速度を制御し、かつＺ座標の移動量に基づいてレーザ照射パワーを制御する。
【０１８９】
ここではＸ・Ｙ軸スキャナについて、縦横方向への移動と、斜め方向への移動に応じて場合分けしている。Ｘ・Ｙ軸スキャナの基本移動単位をＸＹ座標の分解能と一致させる場合は、斜め方向には正方形のセル状の対角線方向に移動するため、ＸＹ座標上をやや長い距離移動することになる。この場合、基本移動単位を２通りに設定し、各々の移動方向に応じた場合分けをすることにより精度の高い制御が可能となる。一方、基本移動単位を分解能よりも大きくした場合は、複数画素で基本移動単位を構成する。この場合、Ｘ・Ｙ軸スキャナの移動を縦横同時に行って斜めに移動させると、正方形のセル状の対角線上の軌跡となるため、縦横に比べ移動距離が増すことになる。したがって、単位区間Δで比較した場合は相対移動速度が縦横に比べ、斜め方向への移動が速くなる。速度の不均一は、加工むらの原因となる。そこで、相対的な加工量を一致させるべく、相対速度を一定にする。ここでは、Ｘ・Ｙ軸スキャナの縦横方向への走査速度を、斜め方向よりも遅くなるように制御する。例えば縦横と斜めとの比率を１：１．５に近似すると、斜め方向への移動を基準として縦横方向への移動速度を１／１．５倍とする。
【０１９０】
この制御を、図６６に基づいて説明する。ここではＸＹ座標、Ｚ座標が異なるメモリ空間に格納される。まずＸＹ座標４１１をＦＩＦＯメモリ４０８に格納した後、変化量Δｘ、Δｙを加工量補正手段８０Ｍで算出し、補正走査速度を決定する。これによりＸＹ座標の変化、具体的には縦横・斜めの移動方向に応じて加工量が均一になるように走査速度を制御できる。また必要に応じて加工量補正手段８０ＭがＱスイッチ周波数を制御し、レーザ出力の周波数制御も行う。
【０１９１】
一方で、ＺＭＡＰメモリ４１０を参照してＸＹ座標４１１に対応するＺ座標４１２を読み出し、レーザ光走査部に対してＸＹＺ座標位置の更新データを送出する。この際、単位区分の変化量ΔＺを算出し、これに応じて補正レーザ照射パワー、具体的にはＬＤ電流を調整する。このように、補正後のＸ・Ｙ軸スキャナの走査速度でエネルギー密度が均一になるように、Ｚの変化分に応じたレーザ照射パワーを変化させる。このようにＸ・Ｙ軸スキャナとＺ軸スキャナの制御を分離し、異なる加工量制御パラメータに基づいて制御することもできる。
（４）距離一定（Ｘ・Ｙ軸スキャナ）＋補正走査速度（Ｚ軸スキャナ）
【０１９２】
上記（３）の例では、Ｘ・Ｙ軸スキャナの移動方向に応じた場合分けを行っているが、Ｘ・Ｙ軸スキャナの移動量を方向によらず一定に維持することもできる。（４）では、ＸＹ座標の移動量は、縦横斜めのどの方向に対しても同じ距離の線分ベクトルとなるように制御され、Ｚ座標の移動量のみに基づいて走査速度を制御する。この場合の図６２に示す加工対象面に対するレーザ光を走査する場合の移動量を図６７及び図６８に示す。図６７は、ＸＹ平面におけるＸ・Ｙ軸スキャナの縦、横、斜め方向への基本移動単位を、図６８はＸ・Ｚ平面における加工対象面上のレーザ光の軌跡、基本移動単位の移動に要した時間ｔ及びレーザ照射パワーのイメージを、それぞれ示す。
【０１９３】
図６７に示すように、Ｘ・Ｙ方向への移動量は常に線分ベクトルになるように規定される。すなわち、ＸＹ平面上における縦横方向への基本移動単位と、斜め方向への基本移動単位がほぼ一致するように制御される。例えば縦横方向への基本移動単位を３画素、斜め方向への基本移動単位を２画素として円状の線分ベクトル圏内に近似する。これにより、いずれの方向への基本移動単位も等しくなり、斜め方向移動の場合分けを不要とできる。このような制御を実現するために、ＸＹ平面上での走査速度Δｘｙ／Δｔｘｙを均一とするように移動距離の変化量Δｘｙを算出する。
【０１９４】
次にＺ方向への変化量Δｚを求め、さらにＸＹ平面上での走査速度（Δｘｙ／Δｔｘｙ）＊Ｚ方向への走査速度（Δｚ／Δｔｚ）が均一になるように、単位区間Δの加工時間Δｔｚを算出する。この結果、単位時間Δｔｚ＝ｆ（Δｘｙ／Δｔｘｙ，Δｚ）となる。この場合も図６３と同様に、加工対象面の端部に近付き高低差Δｚが大きくなる程、Δｔは大きくなり、ｔ３＞ｔ２＞ｔ１となる。また、各単位区間Δでのレーザ照射パワーは一定に維持される。このようにして、Ｘ・Ｙ軸スキャナを移動距離、Ｚ軸スキャナを補正走査速度の加工量制御パラメータに基づいて制御する。
【０１９５】
図６９に、このような制御の流れを示す。ここではＸＹ座標、Ｚ座標が異なるメモリ空間に格納され、さらにＸＹは線分ベクトルになるよう分割され、Ｚ方向の変化量ΔＺに応じて補正走査速度を決定する。具体的にはＸＹ座標４１１からＺＭＡＰメモリ４１０を参照してＺ座標４１２を読み出し、ＸＹＺ座標をＦＩＦＯメモリ４０８に格納する。この際、単位区分の変化量ΔＺを算出し、これに応じて加工量、具体的にはＺ軸スキャナの補正走査速度を決定する。また必要に応じて加工量補正手段８０ＭがＱスイッチ周波数を制御し、レーザ出力の周波数制御も行う。この方法によれば、ＸＹ平面での移動距離が線分ベクトルで規定されるため、Ｘ・Ｙ軸スキャナの移動方向に応じた場合分けが不要で、制御を簡素化できる。
（５）距離一定（Ｘ・Ｙ軸スキャナ）＋補正レーザ照射パワー（Ｚ軸スキャナ）
【０１９６】
（５）では、（４）と同じくＸ・Ｙ軸スキャナの移動を線分ベクトルで規定し、Ｚ座標の移動量のみに基づいてレーザ照射パワーを制御する。この様子を、図７０及び図７１に基づいて説明する。ここでは、図６７と同様にＸＹ平面上での走査速度Δｘｙ／Δｔｘｙを均一とするように、移動距離の変化量Δｘｙを算出する。
【０１９７】
次に、図６８の走査速度に代わって、レーザ照射パワーを制御する。具体的には、図７１に示すように、Ｚ方向への変化量Δｚを求め、さらにＸＹ平面上での走査速度（Δｘｙ／Δｔｘｙ）＊Ｚ方向のレーザ照射パワーの変化量（ΔＰ／Δｚ）が均一になるように、単位区間Δのレーザ照射パワーの変化量ΔＰを算出する。ここでは単位区間Δのレーザ照射パワーの変化量ΔＰは、ΔＰ＝ｆ（Δｘｙ／Δｔｘｙ，Δｚ）で表現できる。図７１に示すように、加工対象面の端部に近付き高低差Δｚが大きくなる程、ΔＰは大きくなり、Ｐ３＞Ｐ２＞Ｐ１となる。なお、レーザ光走査部の走査速度は一定に維持される。このようにして、Ｘ・Ｙ軸スキャナを移動距離、Ｚ軸スキャナを補正レーザ照射パワーの加工量制御パラメータに基づいて制御する。
【０１９８】
図７２に、このような制御の流れを示す。ここでは図６９と同様に、ＸＹ座標、Ｚ座標が異なるメモリ空間に格納され、さらにＸＹは線分ベクトルになるよう分割され、Ｚ方向の変化量ΔＺに応じて補正レーザ照射パワーを決定する。具体的にはＸＹ座標４１１からＺＭＡＰメモリ４１０を参照してＺ座標４１２を読み出し、ＸＹＺ座標をＦＩＦＯメモリ４０８に格納する。この際、単位区分の変化量ΔＺを算出し、これに応じて加工量、具体的には補正レーザ照射パワーを決定する。この方法によれば、ＸＹ平面での移動距離が線分ベクトルで規定されるため、Ｘ・Ｙ軸スキャナの移動方向に応じた場合分けが不要で、制御を簡素化できる。
（６）補正レーザ照射パワー（Ｘ・Ｙ軸スキャナ）＋補正走査速度（Ｚ軸スキャナ）
【０１９９】
（６）ではＸＹ座標の移動量に基づいてＸＹ座標上のレーザ照射パワーを制御し、Ｚ座標の移動量に基づいて走査速度を制御する。ここでも、ＸＹ座標、Ｚ座標が異なるメモリ空間に格納され、ＸＹの変化分に応じてエネルギー密度が均一になるようにレーザ照射パワーを制御し、さらにそのパワーでエネルギー密度が均一になるようにＺの変化分に応じてＸ・Ｙ軸スキャナの走査速度を変化させる。
【０２００】
図７３に、このような制御の流れを示す。まずＸＹ座標４１１からＺＭＡＰメモリ４１０を参照してＺ座標４１２を読み出し、ＸＹＺ座標をＦＩＦＯメモリ４０８に格納する。またＸＹ方向の変化分ΔＸ、ΔＹを加工量補正手段８０Ｍで決定し、この値に応じて加工量（ここでは加工対象面上でのレーザ照射パワー）が均一になるように、補正レーザ照射パワーを演算し、ＬＤ電流を調整するパワー制御を行う。例えばＸ・Ｙ軸スキャナが斜めに移動すると、ＬＤ電流を縦横移動時の１．５倍にする。
【０２０１】
一方、Ｚ方向の変化分ΔＺを加工量補正手段８０Ｍで決定し、この値に応じて加工量（ここではＸＹＺ方向を考慮した加工対象面上での走査速度）が均一になるように、レーザ光走査部を制御する。例えばＦＩＦＯメモリ４０８からの座標位置データの読み出しタイミングを制御して、ＸＹＺ軸スキャナの走査速度をスキャナ駆動制御部で変化させる。また必要に応じて、ΔＺに基づいて加工量補正手段８０ＭがＱスイッチ周波数を制御し、レーザ出力の周波数制御も行う。このようにして、Ｘ・Ｙ軸スキャナを補正走査速度、Ｚ軸スキャナを補正レーザ照射パワーの加工量制御パラメータに基づいて制御する。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明のレーザ加工装置、レーザ加工方法は、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。なお、３次元印字が可能なレーザマーカの例について説明したが、本発明は２次元印字が可能なレーザマーカに対しても好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２０３】
【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】図１のレーザ励起部の内部構造を示す斜視図である。
【図３】レーザ加工装置のレーザ光走査部を含むマーキングヘッドの構成を示す斜視図である。
【図４】図３を背面方向から見た斜視図である。
【図５】図３を側面から見た側面図である。
【図６】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７】焦点距離を長くする場合のレーザ光走査部を示す側面図である。
【図８】焦点距離を短くする場合のレーザ光走査部を示す側面図である。
【図９】Ｚ軸スキャナを示す正面図及び断面図である。
【図１０】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１１】レーザ加工システムを示すブロック図である。
【図１２】レーザ加工システムの他の例を示すブロック図である。
【図１３】レーザ加工システムのさらに他の例を示すブロック図である。
【図１４】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すイメージ図である。
【図１５】図１４の画面から、加工ブロック一覧を呼び出す画面を示すイメージ図である。
【図１６】複数の印字ブロックを設定する加工ブロック設定手段の一例を示すイメージ図である。
【図１７】図１４で「３Ｄ設定」に切り替えた状態を示すイメージ図である。
【図１８】図１７で円柱を選択した状態を示すイメージ図である。
【図１９】図１８から編集表示欄を３次元表示に切り替えた状態を示すイメージ図である。
【図２０】３Ｄ表示画面を斜め上方から表示させたイメージ図である。
【図２１】図２０の３Ｄ表示画面を裏側から表示させたイメージ図である。
【図２２】図２０の３Ｄ表示画面を左に移動して表示させたイメージ図である。
【図２３】図２０の３Ｄ表示画面を右に移動して表示させたイメージ図である。
【図２４】図２０の３Ｄ表示画面を上に移動して表示させたイメージ図である。
【図２５】図２０の３Ｄ表示画面をＸＹ平面で表示させたイメージ図である。
【図２６】図２０の３Ｄ表示画面をＹＺ平面で表示させたイメージ図である。
【図２７】図２０の３Ｄ表示画面をＺＸ平面で表示させたイメージ図である。
【図２８】３次元ビューワで加工対象面の３次元画像を表示させた状態を示すイメージ図である。
【図２９】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３０】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３１】ＺＭＡＰファイル選択画面を示すイメージ図である。
【図３２】ＺＭＡＰファイル名入力欄にＺＭＡＰを指定した状態を示すイメージ図である。
【図３３】図３２から編集表示欄を３次元表示に切り替えて印字対象面の３次元形状を表示する状態を示すイメージ図である。
【図３４】図３３で編集表示欄に３次元表示される印字対象面に、ＺＭＡＰファイルで規定される３次元形状データを重ねて表示する状態を示すイメージ図である。
【図３５】ＺＭＡＰ作成画面を示すイメージ図である。
【図３６】図３５でＳＴＬファイルを開いた状態を示すイメージ図である。
【図３７】図３６でビューワ画面に表示される３次元形状データをＸ座標方向に移動させた状態を示すイメージ図である。
【図３８】図３７でビューワ画面に表示される３次元形状データの視点を変更した状態を示すイメージ図である。
【図３９】３次元形状データをＺ座標方向（正）に移動させた状態を示すイメージ図である。
【図４０】３次元形状データをＺ座標方向（負）に移動させた状態を示すイメージ図である。
【図４１】３次元形状データをＹ座標方向に移動させた状態を示すイメージ図である。
【図４２】３次元形状データをＸ座標方向に回転させた状態を示すイメージ図である。
【図４３】３次元形状データをＹ座標方向に回転させた状態を示すイメージ図である。
【図４４】３次元形状データをＺ座標方向に回転させた状態を示すイメージ図である。
【図４５】ビューワ画面にＸ座標方向の印字可能領域を示すイメージ図である。
【図４６】ビューワ画面にＹ座標方向の印字可能領域を示すイメージ図である。
【図４７】ビューワ画面にＺ座標方向の印字可能領域を示すイメージ図である。
【図４８】図３８の姿勢でＳＴＬデータをＺＭＡＰデータに変換した状態を示すイメージ図である。
【図４９】図４２の姿勢でＳＴＬデータをＺＭＡＰデータに変換した状態を示すイメージ図である。
【図５０】図４９のＺＭＡＰデータで印字パターンを変形した状態を示すイメージ図である。
【図５１】加工パラメータの設定画面の一例を示すイメージ図である。
【図５２】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。
【図５３】熱レンズ効果を補正する様子を示す模式図であり、図５３（ｂ）を基準として、図５３（ａ）は焦点距離が長く伸びた状態を、図５３（ｃ）は焦点距離が短くなった状態を、それぞれ示す。
【図５４】加工時に必要な情報を作成する手順を説明する機能ブロック図である。
【図５５】Ｚ軸スキャナに与える焦点位置補正量を決定する手順を示すフローチャートである。
【図５６】レーザ加工データ設定プログラムで加工データを２次元状に表示させた例を示すイメージ図である。
【図５７】図５６で３次元表示に切り替えた例を示すイメージ図である。
【図５８】図５７で３次元の加工データを表示させた例を示すイメージ図である。
【図５９】ＺＭＡＰメモリのメモリ空間の一例を示す模式図である。
【図６０】高低差が異なる加工対象面でレーザ光を走査させた軌跡を示す断面図である。
【図６１】加工量補正制御の処理を示すブロック図である。
【図６２】ワークの加工対象面にレーザ光を走査する軌跡を示す斜視図である。
【図６３】加工量制御パラメータとして補正走査速度を用いた場合の、Ｘ・Ｚ平面におけるレーザ光の軌跡と、単位区間の移動に要した時間ｔ及びレーザ照射パワーのイメージを示す断面図である。
【図６４】図６３の加工量補正制御の処理を示すブロック図である。
【図６５】補正レーザ照射パワーを加工量制御パラメータとした加工量補正制御の処理を示すブロック図である。
【図６６】Ｘ・Ｙ軸スキャナにつき補正走査速度及びＺ軸スキャナにつき補正レーザ照射パワーを加工量制御パラメータとした加工量補正制御の処理を示すブロック図である。
【図６７】Ｘ・Ｙ軸スキャナにつき線分ベクトルを一定として、Ｚ軸スキャナにつき補正走査速度を加工量制御パラメータとした加工量補正制御の、Ｘ・Ｙ平面におけるレーザ光の線分ベクトルを示す平面図である。
【図６８】図６７のＸ・Ｚ平面におけるレーザ光の軌跡と、単位区間の移動に要した時間ｔ及びレーザ照射パワーのイメージを示す断面図である。
【図６９】図６７及び図６８の加工量補正制御の処理を示すブロック図である。
【図７０】Ｘ・Ｙ軸スキャナにつき線分ベクトルを一定として、Ｚ軸スキャナにつき補正レーザ照射パワーを加工量制御パラメータとした加工量補正制御の、Ｘ・Ｙ平面におけるレーザ光の線分ベクトルを示す平面図である。
【図７１】図７０のＸ・Ｚ平面におけるレーザ光の軌跡と、単位区間の移動に要した時間ｔ及びレーザ照射パワーのイメージを示す断面図である。
【図７２】図７０及び図７１の加工量補正制御の処理を示すブロック図である。
【図７３】Ｘ・Ｙ軸スキャナにつき補正レーザ照射パワー及びＺ軸スキャナにつき補正走査速度を加工量制御パラメータとした加工量補正制御の処理を示すブロック図である。
【図７４】従来のレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図７５】Ｘ・Ｙ・Ｚ軸スキャナの配置状態を示す透明斜視図である。
【符号の説明】
【０２０４】
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；３Ｆ…加工ブロック設定手段
３ａ…基本図形指定手段；３ｂ…３次元形状データ入力手段；３ｃ…位置決め手段
４…レーザ駆動制御部；５…メモリ部；５Ａ…記憶部；５Ｂ…参照テーブル
５ａ…設定情報用メモリ；５ｂ…基本文字線分情報用メモリ；５ｃ…展開情報用メモリ
６…レーザ励起部；７…電源；８…レーザ媒質；９…レーザ光走査部
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
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；１９…Ｑスイッチ
５０…レーザ発振部；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；８０Ｂ…補正量特定手段；８０Ｋ…加工データ生成部
８０Ｍ…加工量補正手段
８２…表示部；８３…加工イメージ表示部；８４…ヘッドイメージ表示手段
１５０…マーキングヘッド；１８０…レーザ加工データ設定装置；１９０…外部機器
２０２…編集表示欄
２０４…印字パターン入力欄；２０４ａ…加工種類指定欄；２０４ｂ…文字入力欄
２０４ｃ…詳細設定欄；２０４ｄ…文字データ指定欄；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；２０４ｋ…選択肢
２０４ｌ…加工パラメータ設定欄；２０４ｍ…デフォーカス設定欄
２０４ｎ…加工パラメータ設定欄；２０４ｏ…デフォーカス設定欄
２０４ｑ…種別指定欄
２０５…プロファイル指定欄；２０６…形状選択欄
２０７…表示切替ボタン；２０７Ｂ…「表示位置」変更欄
２０７Ｃ…２画面表示ボタン；２０７Ｄ…「ＺＭＡＰ表示」欄
２０８…画面内配置設定欄；２０９…スクロールバー
２１５…「転送・読出し」ボタン；２１６…ブロック番号選択欄
２１７…ブロック一覧画面
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
２９２…ＺＭＡＰファイル名入力欄；２９３…「参照」ボタン
２９４…ファイル選択画面
３００…ＺＭＡＰ作成画面；３０１…ビューワ画面；３０２…調整欄
３０３…「ＳＴＬ表示」ボタン；３０４…座標調整欄
３０５…矢印ボタン；３０５ａ…十字状矢印ボタン；３０５ｂ…上下矢印ボタン
３０６…回転角調整欄；３０７…印字領域表示欄；３０８…「回転／スクロール」ボタン
３１０…「ＺＭＡＰ表示」ボタン
４０１…印字設定の入力値；４０２…基本文字線分情報；４０３…文字座標情報
４０４…印字パワー・スピード等情報；４０５…加工後文字線分情報
４０６…印字時参照メモリ；４０７…レジスタ；４０８…ＦＩＦＯメモリ
４０９…座標位置の更新情報
４１０…ＺＭＡＰメモリ；４１１…ＸＹ座標；４１２…Ｚ座標；４１３…ＸＹＺ座標
４１４…補正後のＸＹＺ座標位置
Ｌ、Ｌ’…レーザ光；Ｇ…ガイド光；Ｐ…ポインタ光；ＷＫ…ワーク
ＷＳ、ＷＳ’…作業領域；ＷＭ…加工対象面を示す平面；ＷＭ’…補正面；ＫＭ…境界面
【図１】
0005201975.tif 000002
【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５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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２６】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３７】
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【図３９】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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