(57)【要約】      （修正有）【課題】実際に加工を行わずとも設定の段階で印字加工が不可能・不適切な領域かどうかを判定可能とする。【解決手段】所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部３Ｃと、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段８０Ｂと、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８０Ｉと、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部とを備える。【選択図】図２０
2007118051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するための加工データ設定装置であって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、
レーザ光を走査可能な作業領域の内で、前記加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、
前記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と、
前記加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、前記ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、
前記加工条件設定部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と
を備えることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加工データ設定装置であって、
前記ハイライト処理手段が、複数の異なる理由で加工不良領域が発生する場合に各加工不良領域について、加工不良となる理由に応じて色又は模様を変更して表示するようにハイライト処理可能であることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の加工データ設定装置であって、
前記ハイライト処理手段が、加工可能な領域の色又は模様を変更して表示するようにハイライト処理可能であることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
前記設定警告手段が、加工条件設定部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加工パターンを配置すると、該加工不良領域にかかる加工パターンの部分を自動的に削除するよう構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
前記設定警告手段が、前記加工条件設定部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加工パターンを配置すると、該加工不良領域にかかる加工パターンの部分をハイライト処理して表示するよう構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
前記設定警告手段が、前記加工条件設定部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加工パターンを配置できないように構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
前記ハイライト処理手段が、加工可能な領域のみを表示し、加工不良領域を表示しないようにハイライト処理可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
前記ハイライト処理手段が、加工不良領域として、レーザ光が物理的に照射できず加工不能となる領域と、レーザ光のスポットの一部が欠けるため蝕となる領域とを区別してハイライト処理可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
レーザ加工装置は、移動する加工対象物に対してレーザ光を追従して照射可能であり、
前記加工不良領域検出手段は、加工対象物の移動に応じて変化する加工不良領域が最大となる最大加工不良領域を検出可能であり、
前記ハイライト処理手段が、検出された最大加工不良領域を前記表示部にハイライト処理して表示可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の加工データ設定装置であって、
レーザ加工装置は、移動する加工対象物が加工可能領域の内で予め設定された加工開始領域に入ったときにレーザ光の照射を開始するよう構成され、かつ該加工開始領域を変更可能であり、
前記加工不良領域検出手段は、設定された加工開始領域及び加工対象物の移動に応じて変化する加工不良領域が最大となる最大加工不良領域を検出可能であり、
前記ハイライト処理手段が、検出された最大加工不良領域をハイライト処理して前記表示部に表示可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項１１】
加工対象物の３次元状の加工面に対して、レーザ光の焦点位置を調整して加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて３次元加工データを設定するための加工データ設定装置であって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、
レーザ光を走査可能な作業領域の内で、前記加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、
前記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と、
前記加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、前記ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、
前記加工条件設定部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と
を備えることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の加工データ設定装置であって、さらに、
前記加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域における加工条件を、他のパラメータを調整することで加工可能となるように調整する加工条件調整手段
を備えることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の加工データ設定装置であって、
前記加工条件調整手段で演算された加工パラメータを、前記表示部に表示可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
前記ハイライト処理手段が、レーザ加工装置の現在のレーザ光の焦点位置で生じる加工不良領域と、レーザ光の焦点位置に応じて加工不良領域が最大となる最大加工不良領域とを、ハイライト処理して前記表示部において表示可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一に記載の加工データ設定装置であって、
前記加工不良領域検出手段が、レーザ加工装置のレーザ光の焦点位置に応じて加工不良領域が変化する状態を前記表示部において表示可能に構成してなることを特徴とする加工データ設定装置。
【請求項１６】
加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するための加工データ設定方法であって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定する工程と、
レーザ光を走査可能な作業領域の内で、設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出する工程と、
検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、加工可能な領域と異なる態様にて表示するハイライト処理した状態で表示部に表示させる工程と、
を含むことを特徴とする加工データ設定方法。
【請求項１７】
加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するための加工データ設定プログラムであって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件機能と、
レーザ光を走査可能な作業領域の内で、前記加工条件機能で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出機能と、
前記加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、加工可能な領域と異なる態様にて表示するハイライト処理した状態で表示可能な表示機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする加工データ設定プログラム。
【請求項１８】
請求項１７に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。
【請求項１９】
加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、
レーザ光を走査可能な作業領域の内で、前記加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、
前記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と、
前記加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、前記ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、
前記加工条件設定部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と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２０】
加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、
レーザ光を走査可能な作業領域の内で、前記加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、
前記加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域に、レーザ光が照射されたことを検出して警告動作を行うレーザ照射警告手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のレーザ加工装置であって、
前記警告動作が、加工不良の発生を表示する、加工動作を停止する、加工可能な加工条件に自動的に再設定して加工を行う、の少なくともいずれかであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２２】
加工対象物の３次元状の加工面に対して、レーザ光の焦点位置を調整して加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、
レーザ光を発生させるためのレーザ発振部と、
前記レーザ発振部より出射されるレーザ光を作業領域内において走査させるためのレーザ光走査系として、
入射レンズと出射レンズを備えるビームエキスパンダであって、前記レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸に一致させて、入射レンズと出射レンズ間の相対距離を変化させてレーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１の方向に走査させるための第１のミラーと、
前記第１のミラーで反射されたレーザ光を前記第１の方向と直交する第２の方向に走査させるための第２のミラーと、
前記第２のミラー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の集光レンズ
とを有するレーザ光走査系と、
所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、
レーザ光を走査可能な作業領域の内で、前記加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、
前記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と、
前記加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、前記ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、
前記加工条件設定部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と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【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など、レーザ光を加工対象物に照射して印字などの加工を行うレーザ加工装置であって、特に加工対象物の加工面が平面でなく３次元状に変化するものであっても加工可能な加工データ設定装置、加工データ設定方法、加工データ設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器並びにレーザ加工装置に関する。
【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、部品や製品などの加工対象物（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などの加工を行う。レーザ加工装置の構成の一例を図１に示す。この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。レーザ制御部１のレーザ励起部６で発生される励起光を、レーザ出力部２のレーザ発振部５０で発振器を構成するレーザ媒質８に照射し、レーザ発振を生じさせる。レーザ発振光はレーザ媒質８の出射端面から出射され、ビームエキスパンダ５３でビーム径を拡大されて、光学部材５４により反射されて走査部９に導かれる。走査部９は、レーザ光Ｌを反射させて所望の方向に偏光し、集光部１５から出力されるレーザ光Ｌは、ワークＷの表面で走査されて印字等の加工を行う。
【０００３】
レーザ加工装置は、レーザ出力光をワーク上で走査させるために、図２に示すような走査部９を備える。走査部９は、一対のガルバノミラーを構成するＸ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂと、各ガルバノミラーをそれぞれ回動軸に固定し回動するためのガルバノモータ５１ａ、５１ｂとを備えている。Ｘ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂは、図２に示すように互いに直交する姿勢で配置されており、レーザ光をＸ方向、Ｙ方向に反射させて走査させることができる。また、走査部９の下方には、集光部１５が備えられる。集光部１５は集光レンズで構成され、ｆθレンズが使用される。
【０００４】
一方で、このような一定の２次元平面内で走査可能なレーザ加工装置のみならず、レーザ光の焦点距離を調整可能なレーザ加工装置も開発されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２０２６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、３次元状加工可能なレーザ加工装置では、加工対象自体が立体形状であるため、加工文字列や加工パターンを指定する際も立体的に指定しなければならない。例えば、加工対象物を３次元状に指定可能なプログラムにおいて、所望の加工面に加工パターンを指定する。レーザ加工装置は、この設定に基づいて、実際に加工を行う。
【０００６】
一方で、加工対象物が立体的になると、ワークとレーザ加工装置のレーザ出力部の位置関係によっては指定通りの加工ができないことがある。例えば、図３に示すようなワークＷに対し、上方からレーザ光Ｌを照射して印字を行おうとする場合、レーザの出射口から影になる部分（図３において斜線部分）はワークＷの上方に突出した直方体部分が邪魔になってレーザが届かず、印字できない。また無理に印字しようとすると、直方体部分の上面に印字されることとなり、意図した位置と異なる位置に印字されてしまう。
【０００７】
また、レーザ光がワークの加工面に対して照射される角度によっても、加工に制限が生じる。例えば図４に斜線で示すワークＷの側面傾斜面は、レーザ光Ｌの光軸と印字面への入射角が浅すぎるため、十分な加工が行えない。図４の拡大図に示すように、レーザ光Ｌと印字面の法線Ｎの方向のなす角θが９０°に近付く程加工が困難となり精度が低下する。θの上限（加工限界角度）は臨界角度と呼ばれ、通常６０゜が指定される。
【０００８】
さらにワーク自体の形状のために、レーザ光を走査するＸＹＺ軸スキャナの内、いずれかのスキャナが他のスキャナのスピードに追いつけないことがある。図５に示すワークＷの例では、端部の傾斜面がＺ方向成分がＸ方向成分よりも大きいため、Ｚ軸スキャナの移動量がＸ軸スキャナよりも大きくなる。しかしながら、一般にＺ軸スキャナはＸ軸スキャナより走査速度が遅いため、Ｘ軸スキャナの走査速度に追従できない。このため、焦点が合わずスポットが楕円状になるなど、印字精度が低下する。
【０００９】
このように、様々の理由から、印字が不可能、あるいは不十分な印字不良領域が生じ得る。従来のレーザ加工装置の設定方法では、印字の欠け・印字濃さの不足などの加工ミスが発生することを加工前に検出する手段がなく、また加工後に印字ミスが発生した、あるいは発生した可能性があることを検出する手段もなかった。このため、ユーザの責任においてレーザが照射可能な範囲、印字が可能な範囲にて印字を行うことを前提としている。よってユーザが印字不可能な設定が含まれていることに気付かずに印字を行った場合、所望の位置に印字されなかったり、印字がかすれたり、意図しない部分に印字をしてしまうといった印字不良が発生していた。このような印字不良は、例えばＰＬ関連の表示や食料品の賞味期限といった必須の表示に関する場合には回避しなければならない。また印字不良が生じると、その加工対象物が使用不能となって破棄することとなる。例えばレーザマーキングの場合、高価な製品や製造の最終工程での印字となることが多く、食品のパッケージに賞味期限を直接印字する場合等、印字ミスが発生するとその商品自体を廃棄することになり、無駄が生じる。
【００１０】
さらに、このような印字不良を回避するには、ユーザは設定後に実際に印字加工を行い、現物を見て所望の印字結果が得られているかどうかを判断し、所望の印字結果が得られていない場合に印字位置等の設定を調整し、再びテスト印字を行って印字結果を確認するという作業を繰り返す必要があり、手間も時間もかかるという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものである。本発明の主な目的では、実際に印字加工を行わずとも設定の段階で印字加工が不可能・不適切な領域かどうかを判定可能な加工データ設定装置、加工データ設定方法、加工データ設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器並びにレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の加工データ設定装置は、加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するための加工データ設定装置であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、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と、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、加工条件設定部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とを備える。これにより、ユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。またユーザが加工の段階以前に、加工不良を生じる設定を指定していることを設定段階で設定警告手段により告知されるので、テスト加工等を行うことなく再設定を促され、作業効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の第２の加工データ設定装置は、ハイライト処理手段が、複数の異なる理由で加工不良領域が発生する場合に各加工不良領域について、加工不良となる理由に応じて色又は模様を変更して表示するようにハイライト処理可能である。これにより、ユーザは加工不良領域を視覚的に把握できると共に、色又は模様の違いから加工不良の理由も同時に把握でき、理解が容易となる。
【００１４】
さらに、本発明の第３の加工データ設定装置は、ハイライト処理手段が、加工可能な領域の色又は模様を変更して表示するようにハイライト処理可能である。これにより、ユーザは加工可能領域に注目して視覚的に把握できる。
【００１５】
さらにまた、本発明の第４の加工データ設定装置は、設定警告手段が、加工条件設定部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加工パターンを配置すると、該加工不良領域にかかる加工パターンの部分を自動的に削除するよう構成している。これにより、加工可能領域に含まれる加工パターンのみで加工可能とし、さらに表示部から加工不良領域にかかった部分を削除することで、ユーザに加工後の状態を告知できる。
【００１６】
さらにまた、本発明の第５の加工データ設定装置は、設定警告手段が、加工条件設定部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加工パターンを配置すると、該加工不良領域にかかる加工パターンの部分をハイライト処理して表示するよう構成している。これにより、加工可能領域に含まれる加工パターンのみで加工可能とし、さらに表示部から加工不良領域にかかった部分を色を変えるなどして表示することで、ユーザに加工後の状態を告知できる。
【００１７】
さらにまた、本発明の第６の加工データ設定装置は、設定警告手段が、加工条件設定部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加工パターンを配置できないように構成している。例えば、加工不良領域を含む位置に加工パターンを配置しようとしても強制的に元の位置に戻ったり、加工不良領域を避ける位置に強制的にずらして配置するなどの態様が利用できる。これによって、加工不良領域に加工するような設定を不能として、ユーザに再設定を促すことができる。
【００１８】
さらにまた、本発明の第７の加工データ設定装置は、ハイライト処理手段が、加工可能な領域のみを表示し、加工不良領域を表示しないようにハイライト処理可能に構成している。これにより、加工可能領域のみを表示させて実際に加工可能な部分を視覚的に把握できる。
【００１９】
さらにまた、本発明の第８の加工データ設定装置は、ハイライト処理手段が、加工不良領域として、レーザ光が物理的に照射できず加工不能となる領域と、レーザ光のスポットの一部が欠けるため蝕となる領域とを区別してハイライト処理可能に構成している。これにより、加工不良領域の内で、加工不能領域と蝕領域とを区別して表示し、視覚的に把握できる。
【００２０】
さらにまた、本発明の第９の加工データ設定装置は、レーザ加工装置は、移動する加工対象物に対してレーザ光を追従して照射可能であり、加工不良領域検出手段は、加工対象物の移動に応じて変化する加工不良領域が最大となる最大加工不良領域を検出可能であり、ハイライト処理手段が、検出された最大加工不良領域を表示部にハイライト処理して表示可能に構成している。これにより、加工対象物の移動に応じて加工不良領域が変化しても、ユーザは最大加工不良領域を確認できるので、この領域を意識しながら加工パターンの配置などの設定を行うことができるので、加工不良を回避できる。
【００２１】
さらにまた、本発明の第１０の加工データ設定装置は、レーザ加工装置が、移動する加工対象物が加工可能領域の内で予め設定された加工開始領域に入ったときにレーザ光の照射を開始するよう構成され、かつ該加工開始領域を変更可能であり、加工不良領域検出手段が、設定された加工開始領域及び加工対象物の移動に応じて変化する加工不良領域が最大となる最大加工不良領域を検出可能であり、ハイライト処理手段が、検出された最大加工不良領域をハイライト処理して表示部に表示可能に構成している。これにより、加工開始領域の変更に応じて加工不良領域が変化しても、ユーザは最大加工不良領域を確認できるので、この領域を意識しながら加工パターンの配置などの設定を行うことができるので、加工不良を回避できる。
【００２２】
さらにまた、本発明の第１１の加工データ設定装置は、加工対象物の３次元状の加工面に対して、レーザ光の焦点位置を調整して加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて３次元加工データを設定するための加工データ設定装置であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、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と、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、加工条件設定部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とを備える。これにより、ユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。
【００２３】
さらにまた、本発明の第１２の加工データ設定装置はさらに、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域における加工条件を、他のパラメータを調整することで加工可能となるように調整する加工条件調整手段を備える。これにより、例えばレーザ光を走査するスキャナの速度が原因で印字不良となる場合等には、他のスキャナの速度を調整することで印字可能とすることができる。このように加工条件調整手段は、加工不良領域において加工可能となるように、加工不良領域での加工パラメータを演算する。また演算された加工パラメータに基づいて加工条件の再設定を自動的に行うことにより、ユーザの設定作業を軽減できる。
【００２４】
さらにまた、本発明の第１３の加工データ設定装置は、加工条件調整手段で演算された加工パラメータを、表示部に表示可能に構成している。これにより、加工不良領域における加工パラメータをユーザに提示できるので、ユーザは提示された条件に基づいて加工条件の再設定を検討できる。
【００２５】
さらにまた、本発明の第１４の加工データ設定装置は、ハイライト処理手段が、レーザ加工装置の現在のレーザ光の焦点位置で生じる加工不良領域と、レーザ光の焦点位置に応じて加工不良領域が最大となる最大加工不良領域とを、ハイライト処理して表示部において表示可能に構成している。これによりユーザは加工不良領域が最大となる領域を確認でき、さらに現在の焦点位置での加工不良領域も確認できるので、これらの領域を意識しつつ設定を行うことができる。
【００２６】
さらにまた、本発明の第１５の加工データ設定装置は、加工不良領域検出手段が、レーザ加工装置のレーザ光の焦点位置に応じて加工不良領域が変化する状態を表示部において表示可能に構成している。これにより、レーザ光の焦点位置に応じて加工不良領域が連続的に変化する状態を、ユーザは確認できる。また変化の様子をリアルタイムで把握するよう構成することも可能である。
【００２７】
さらにまた、本発明の第１６の加工データ設定方法は、加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するための加工データ設定方法であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定する工程と、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出する工程と、検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、加工可能な領域と異なる態様にて表示するハイライト処理した状態で表示部に表示させる工程とを含む。これにより、ユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。
【００２８】
さらにまた、本発明の第１７の加工データ設定プログラムは、加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するための加工データ設定プログラムであって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件機能と、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、加工条件機能で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出機能と、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、加工可能な領域と異なる態様にて表示するハイライト処理した状態で表示可能な表示機能とをコンピュータに実現させる。これにより、ユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。
【００２９】
また本発明の本発明の第１８のコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ブルーレイディスク、ＨＤ  ＤＶＤ等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【００３０】
さらにまた、本発明の第１９レーザ加工装置は、加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、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と、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、加工条件設定部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とを備える。これにより、ユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。
【００３１】
さらにまた、本発明の第２０レーザ加工装置は、加工対象物の加工面に対して、レーザ光を照射して所定の加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域に、レーザ光が照射されたことを検出して警告動作を行うレーザ照射警告手段とを備える。これにより、ユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。
【００３２】
さらにまた、本発明の第２１レーザ加工装置は、警告動作が、加工不良の発生を表示する、加工動作を停止する、加工可能な加工条件に自動的に再設定して加工を行う、の少なくともいずれかである。これにより、ユーザは加工不良に対する対策を必要に応じて選択し、自動的に対応させることができる。
【００３３】
さらにまた、本発明の第２２レーザ加工装置は、加工対象物の３次元状の加工面に対して、レーザ光の焦点位置を調整して加工パターンを加工可能なレーザ加工装置であって、レーザ光を発生させるためのレーザ発振部と、レーザ発振部より出射されるレーザ光を作業領域内において走査させるためのレーザ光走査系として、入射レンズと出射レンズを備えるビームエキスパンダであって、レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸に一致させて、入射レンズと出射レンズ間の相対距離を変化させてレーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１の方向に走査させるための第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光を第１の方向と直交する第２の方向に走査させるための第２のミラーと、第２のミラー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の集光レンズとを有するレーザ光走査系と、所望の加工パターンで加工するために加工条件を設定するための加工条件設定部と、レーザ光を走査可能な作業領域の内で、加工条件設定部で設定された加工条件で加工しようとした際に加工できない、あるいは加工が不良になるおそれのある加工不良領域を、加工対象物の形状又は／及びレーザ光の照射条件に基づいて検出可能な加工不良領域検出手段と、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と、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域を、加工対象物の少なくとも作業領域上に、ハイライト処理手段でハイライト処理した状態で表示可能な表示部と、加工条件設定部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とを備える。これにより、ユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の加工データ設定装置、加工データ設定方法、加工データ設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器並びにレーザ加工装置によれば、加工不良を事前に検出することが可能であり、加工ミスによって加工対象物を無駄にすることを回避できる。特にユーザは加工条件の設定時において加工不良領域を表示部に表示させて視覚的に確認できるので、実際のテスト加工を行うまでもなく設定段階で再設定等の対策を講じることができ、時間もテスト加工用ワークも無駄にならず効率がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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加工データ設定装置、加工データ設定方法、加工データ設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器並びにレーザ加工装置を例示するものであって、本発明は加工データ設定装置、加工データ設定方法、加工データ設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器並びにレーザ加工装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００３６】
本明細書においてレーザ加工装置とこれに接続される操作、制御、入出力、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらに観察像のデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。
【００３７】
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、表面処理などのレーザ加工や、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、ディスプレイなどの表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。また、本明細書においては加工の代表例として印字について説明するが、印字とは文字や記号、図形などのマーキングの他、上述した各種の加工も含む概念で使用する。さらに本明細書において印字文字列や印字パターンとは、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベットや数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコードや２次元コード等のグラフィック等も含める意味で使用する。
【００３８】
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）
【００３９】
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を別途設けることもできる（図１に図示せず）。表示部はＬＣＤやブラウン管等のモニタであり、タッチパネル方式として入力部と表示部を兼用することもできる。これによって、コンピュータなどを外部接続することなく入力部でレーザ加工装置の必要な設定を行うことができる。
（レーザ制御部１）
【００４０】
レーザ制御部１は、制御部４とメモリ部５とレーザ励起部６と電源７とを備える。入力部３から入力された設定内容をメモリ部５に記録する。制御部４は必要時にメモリから設定内容を読み込み、印字内容に応じた印字信号に基づいてレーザ励起部６を動作させてレーザ出力部２のレーザ媒質８を励起する。メモリ部５はＲＡＭやＲＯＭ等の半導体メモリが利用できる。またメモリ部５はレーザ制御部１に内蔵する他、挿抜可能なＰＣカードやＳＤカード等の半導体メモリカード、カード型ハードディスクなど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。
【００４１】
さらに制御部４は、設定された印字を行うようレーザ媒質８で発振されたレーザ光Ｌを印字対象物（ワーク）Ｗ上で走査させるため、レーザ出力部２の走査部９を動作させる走査信号を走査部９に出力する。電源７は、定電圧電源として、レーザ励起部６へ所定電圧を印加する。印字動作を制御する印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザ光ＬのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザ光Ｌの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度が定められるが、周波数に基づいた走査速度によってもレーザ強度が変化するよう構成することもできる。
（レーザ励起部６）
【００４２】
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６の斜視図に示す。この図に示すレーザ励起部６は、レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１をレーザ励起部ケーシング１２内に固定している。レーザ励起部ケーシングは、熱伝導性の良い真鍮などの金属で構成され、レーザ励起光源１０を効率よく外部に放熱する。レーザ励起光源１０は半導体レーザやランプ等で構成される。図６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）
【００４３】
レーザ出力部２は、レーザ発振部５０を備える。レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振部５０は、レーザ媒質８と、レーザ媒質８が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備える。レーザ媒質８が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザ光Ｌを出力する。図１に示すレーザ出力部２は、レーザ媒質８と走査部９を備える。レーザ媒質８は光ファイバケーブル１３を介してレーザ励起部６から入射されるレーザ励起光で励起されて、レーザ発振される。レーザ媒質８はロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光Ｌを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用している。
（レーザ媒質８）
【００４４】
上記の例では、レーザ媒質８としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ４の固体レーザ媒質を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このＮｄ：ＹＶＯ４の吸収スペクトルの中心波長である８０９ｎｍに設定した。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧ等も用いることもできる。また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光Ｌの波長を任意の波長に変換できる。
【００４５】
さらに、固体レーザ媒質を使用せず、言い換えるとレーザ光を発振させる共振器を構成せず、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行う。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ４）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ３）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ４）、ＢＢＯ、ＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ３（Periodically Polled Lithium Niobate ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ３等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。このように、本実施の形態においてはレーザ発生源として様々なタイプを適宜利用できる。
【００４６】
さらにまた、レーザ発振部は、固体レーザに限られず、ＣＯ２やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザを利用することもできる。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合のレーザ発振部は、レーザ発振部の内部に炭酸ガス（ＣＯ2）が充填され、電極を内蔵しており、レーザ制御部から与えられる印字信号に基づいて、レーザ発振部内の炭酸ガスを励起し、レーザ発振させる。
（走査系）
【００４７】
次に、レーザ加工装置のレーザ光走査系を図７、図８、図９に示す。これらの図において、図７はレーザ加工装置のレーザ光走査系の構成を示す斜視図を、図８は図７を逆方向から見た斜視図を、図９は側面図を、それぞれ示している。これらの図に示すレーザ加工装置は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振部と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ５３と、Ｘ軸スキャナ１４ａと、Ｘ軸スキャナ１４ａと直交するよう配置されたＹ軸スキャナ１４ｂとを備える。このレーザ光走査系は、レーザ発振部より出射されるレーザ光ＬをＸ軸スキャナ１４ａ、Ｙ軸スキャナ１４ｂで作業領域ＷＳ内で２次元的に走査させ、さらにＺ軸スキャナ１４ｃで高さ方向にワーキングディスタンスすなわち焦点距離を調整することができ、３次元状に印字加工が可能となる。なお図において集光レンズであるｆθレンズは図示を省略している。
【００４８】
各スキャナは、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラーと、ガルバノミラーを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部を備える。またスキャナは、スキャナを駆動するスキャナ駆動部に接続される。スキャナ駆動部はスキャナ制御部７４に接続され、スキャナを制御する制御信号をスキャナ制御部７４から受けて、これに基づいてスキャナを駆動する。例えばスキャナ駆動部は、制御信号に基づいてスキャナを駆動する駆動電流を調整する。またスキャナ駆動部は、制御信号に対する各スキャナの回転角の時間変化を調整する調整機構を備える。調整機構は、スキャナ駆動部の各パラメータを調整する可変抵抗等の半導体部品で構成される。
（Ｚ軸スキャナ１４ｃの動作）
【００４９】
近年、２次元平面内で走査可能なレーザ加工装置のみならず、高さ方向に焦点距離を調整可能な、すなわち３次元状に加工が可能なレーザ加工装置も開発されている。しかしながら従来の３次元に印字可能なレーザマーカは、あくまでも２次元の平面印字の高さレベルを段階的に変更できるにすぎなかった。すなわち、曲面や傾斜面に印字できるレーザマーカは存在しなかった。一方で、缶のような曲面にも高品質に印字加工できるレーザマーカが要求されていた。そこで、本発明者らはＸ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナに加えて、焦点可変光学系としてＺ軸スキャナを設けることで焦点位置を調整可能とし、これによってワークの表面形状に沿って３次元状に加工可能なレーザ加工装置を実現した。
【００５０】
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７に示すようにガルバノミラーの前段に配置され、レーザ発振部から出力されるレーザ光Ｌのビーム径を調整すると共に、レーザ光Ｌの焦点位置を調整可能としている。Ｚ軸スキャナ１４ｃがワーキングディスタンスを調整する方法を、図１０〜図１２に基づいて説明する。図１０、図１１はレーザ光走査系の側面図であり、図１０はレーザ光Ｌの焦点距離を長くする場合、図１１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１２はＺ軸スキャナ１４ｃの正面図及び断面図を示している。これらの図に示すように、Ｚ軸スキャナ１４ｃはレーザ発振部側に面する入射レンズ１６と、レーザ出射側に面する出射レンズ１８を含んでおり、これらのレンズ間の距離を相対的に変化可能としている。図１０〜図１２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などで摺動可能としている。図１２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。
【００５１】
図１０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１１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。
（焦点補正機能）
【００５２】
このようにして、ワーキングディスタンスを調整してレーザ光Ｌを走査することが可能で、３次元状に走査可能なレーザ加工装置が実現され、曲面状や段差状のワークＷ表面にも焦点距離を合わせた状態で高精度に印字加工できる。この様子を図１３に基づいて説明すると、従来のレーザ加工装置では、図１３において実線で示すようにレーザ光Ｌの焦点位置が固定されているため、印字加工可能な作業領域ＷＳの中心位置で焦点を合わせるようにワークＷを設置しても、レーザ光Ｌを走査させると中心から離れるほど焦点とワークＷとのずれが大きくなり（図１３右に示すレーザ光Ｌ’）、印字品質が安定しないという問題があった。具体的には図１４（ａ）に示すように、作業領域ＷＳ（印字可能エリア）中の印字位置に応じて印字の幅が異なってしまう。すなわち、作業領域ＷＳの中心近傍では、焦点位置がほぼワーキングディスタンスとほぼ等しいため印字幅の狭い高品質な印字加工が可能である反面、作業領域ＷＳの周辺近傍になるほど印字幅が太くなって印字品質が低下してしまう。
【００５３】
これに対して、本実施の形態に係るレーザ加工装置では、上述の通りＺ軸スキャナ１４ｃで焦点位置を調整可能な焦点補正機能を備えているため、図１３の左側において波線で示すように印字可能エリアのどの位置においてもレーザ光Ｌの焦点位置を調整でき、最小スポットでの印字加工が可能となる結果、図１４（ｂ）に示すように印字位置によらず印字の線幅変化を抑制した高品質な印字加工を可能としている。
【００５４】
このように、印字可能エリアのどの位置でも最小スポットで印字でき、パレット印字や大型銘板の捺印などの作業において、印字品質を高品質に安定して得ることができる。また加工用途で使用する場合も、加工状態を均一に維持することができる。この結果、ワークＷの形状によらず、均一な加工を行うことができ、例えば図１５（ａ）に示すように段差のあるワークＷや、図１５（ｂ）に示すようにワークＷ表面が曲面状であっても、また図１５（ｃ）に示すように傾斜していても、均一で高品質な加工を行うことができる。このように焦点補正機能によってワークＷの多様な形状に対して最適な印字が可能となり、さらに奥行きのあるゲートカットのような加工においても精度よく、綺麗な仕上げを行える。
【００５５】
さらに本実施の形態によれば、レーザマーカのレーザ出力部を構成するマーキングヘッド１５０から照射されるレーザ光Ｌの作業領域ＷＳを広く取りつつ、領域内での精密な加工が可能となる。図１６（ａ）に示すように、従来のレーザ加工装置では作業領域ＷＳ内の加工位置に応じて焦点位置の変化が大きいため、作業領域ＷＳを大きくする程この変化も大きくなり、レーザ光Ｌ’の焦点位置が加工位置から離れてしまうため、作業領域ＷＳの広域化にも不適であった。これに対して本実施の形態に係るレーザ加工装置では、図１６（ｂ）に示すように作業領域ＷＳを広くしても、各位置に応じて焦点位置を調整可能であるため、作業領域ＷＳを従来よりも広く取りつつ、スポット径を安定させて加工品質も確保できるという優れた特長を備える。
（設置支援機能）
【００５６】
さらに本実施の形態に係るレーザ加工装置によれば、設置時や段取り替えの際の位置決め作業をも簡略化できる。図１７（ａ）に、従来のレーザ加工装置のマーキングヘッド１５０を設置する例、図１７（ｂ）に本実施の形態に係るレーザ加工装置のマーキングヘッド１５０を設置する例を、それぞれ示す。従来のレーザ加工装置のマーキングヘッド１５０は、レーザ光Ｌ’の焦点位置が固定されているため、ワークとマーキングヘッド１５０との間のワーキングディスタンスと焦点位置とが合致するよう、図１７（ａ）に示すようにマーキングヘッド１５０自体の設置高さを調整する調整機構１６０が必要となり、また調整作業に非常に手間がかかっていた。例えばマーキングヘッドが微妙に傾いている場合、加工精度を高めるためにネジ調整などで水平に補正し、必ず焦点位置と一致するように調整しなければならない。このために、各マーキングヘッド１５０毎に設置高さを微調整するための上下機構が必要となり、しかも調整作業を要し、設置機構が複雑になる上、極めて煩雑な作業を強いられていた。
【００５７】
これに対して、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置によれば、図１７（ｂ）に示すようにレーザ光Ｌの焦点位置を調整可能であるため、レーザ加工装置を設置する設置台１７０は、基準となるワーキングディスタンスに設定するだけで足りる。したがってマーキングヘッド１５０の上下機構を用意する必要も、そのような調整作業も不要とできる。このため、３次元印字可能なレーザ加工装置は、２次元の印字に利用する場合であっても、位置あわせが容易で、多少焦点距離がずれていたり、マーキングヘッドが傾いていても調整することができる。
【００５８】
また実際の設置状態は、サンプル印字モードを実行することによって、最適な印字状態のパターンを選択するのみで、焦点位置の設定も最適に調整できる。サンプル印字モードとは、レーザの走査速度やレーザ出力を変化させた複数の異なる条件を設定して、ワークに対して試験的に印字加工を行って印字見本を作成する。一の印字見本には、条件の異なる印字パターンが複数印字されているので、ユーザは様々な条件で印字された文字等から鮮明さや濃度、太さなどに基づいて、所望の条件を選択することができる。これによって、ユーザが望む最適の印字結果を得るための条件を容易に見出すことができる。
【００５９】
さらに、図１８（ａ）に示すように、従来はワークの角度に合わせてマーキングヘッド１５０自体も調整機構１６０Ｂ等で傾斜させて設置する必要があったが、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、表面が傾斜しているなど、角度を有するワークであっても図１８（ｂ）に示すように、マーキングヘッド１５０を水平に維持したまま正確に加工できるという特徴も有する。このように、非常に柔軟に各種アプリケーションに対応でき、しかも設置作業も容易であり印字加工精度も高いという極めて優れた特長を発揮できる。
【００６０】
なお、上記の例ではレーザ光走査系に、レーザ光の焦点距離を調整可能な機構を設けることで３次元加工を可能としている。ただ、ワークを載置するステージの位置を上下方向に調整可能とすることで、レーザ光の焦点がワークの作業面で結ぶようにステージの高さを調整する制御を行うことでも、同様に３次元加工を行うこともできる。また、ステージをＸ軸あるいはＹ軸方向に移動可能とすることで、レーザ光走査系の該当するスキャナを省略できる。これらの構成は、ワークをライン上に搬送する形態でなく、ステージ上に載置して加工する形態において好適に利用できる。
（レーザマーカのシステム構成）
【００６１】
次に図１９に、３次元印字可能なレーザマーカのシステム構成を示す。この図に示すレーザ加工システムは、マーキングヘッド１５０と、マーキングヘッド１５０と接続されてこれを制御するレーザ制御部１であるコントローラ１Ａと、コントローラ１Ａとデータ通信可能に接続され、コントローラ１Ａに対して印字パターンを３次元の３次元加工データとして設定する３次元加工データ設定装置１８０とを備える。３次元加工データ設定装置１８０は、図１９の例においてはコンピュータに３次元加工データ設定プログラムをインストールして、３次元加工データ設定機能を実現させている。３次元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３次元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３次元加工データ設定装置とコントローラの機能を統合してもよい。
【００６２】
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。
（３次元加工データの設定）
【００６３】
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３次元加工データは、３次元加工データ設定装置により設定される。図２０は、３次元加工データ設定装置の一例としてブロック図を示している。この図に示す３次元加工データ設定装置１８０は、各種設定を入力するための入力部３と、入力部３から入力された情報に基づいて３次元加工データを生成する演算部８０と、設定内容や演算後の３次元加工データを表示するための表示部８２と、各種設定データを記憶するための記憶部５Ａとを備える。入力部３は、所望の加工パターンで加工する加工条件を設定するための加工条件設定部３Ｃとして、ワークの印字面の３次元形状を示すプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段３Ａと、印字パターン情報を入力するための加工パターン入力手段３Ｂの機能を実現する。記憶部５Ａは、図１のメモリ部５に相当し、入力部３で設定されたプロファイル情報や印字パターン情報等の情報を記憶する部材であり、固定記憶装置などの記憶媒体や半導体メモリなどが利用できる。表示部８２は、専用のディスプレイを設ける他、コンピュータのモニタを利用してもよい。
（演算部８０）
【００６４】
演算部８０は、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８０Ｂ、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８０Ｃ、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８０Ｉ、加工条件設定部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８０Ｊの機能を実現する。さらに演算部８０に、印字面に印字パターンを仮想的に一致させるように、印字パターン情報を平面状から３次元空間座標データに変換する座標変換手段を実現させることもできる。この演算部８０はＦＰＧＡやＬＳＩ等のＩＣなどで構成される。
【００６５】
図２０の例では、３次元加工データ設定装置を専用のハードウェアで構成したが、これらの部材はソフトウェアでも実行できる。特に、図１９に示すように汎用のコンピュータに３次元加工データ設定プログラムをインストールして、３次元加工データ設定装置として機能させることもできる。また図２０の例では、３次元加工データ設定装置とレーザ加工装置とを個別の機器としたが、これらを一体的に統合することもできる。例えばレーザ加工装置に自体に３次元加工データ設定機能を付加することもできる。
（３次元加工データの設定手順）
【００６６】
ここで、ワークの印字面に印字される印字パターンから、３次元加工データを生成して、レーザ加工装置に設定するための３次元加工データ設定プログラム２００のユーザインターフェース画面を図２１に示す。この例では、画面左に３次元印字データの編集状態を表示する編集表示欄２０２が設けられ、また画面右は後述する印字文字列などの印字パターン入力欄２０４である。編集表示欄２０２は編集状態のプレビューを表示する。図２１の例ではワークＷの２次元図（ここでは横置き姿勢の円柱の平面図）が表示されており、ユーザはマウス操作や座標指定によりワークの表示倍率や姿勢、配置等を任意に変更できる。編集表示欄２０２は、表示されるサイズに応じて画面をスクロール表示できる。さらに編集表示欄２０２の右下には、３次元加工データを立体的に示す３次元ビューワ欄２０６が表示される。図２１の例では３次元ビューワ欄２０６にはワークＷである円柱の斜視図が示される。３次元ビューワ欄２０６で表示されるワークＷは、好ましくは姿勢や角度の変更、回転、倍率変更等の操作を可能とする。例えば３次元ビューワ欄２０６上からワークＷを直接ドラッグして回転、移動させる。
【００６７】
なお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。入力部など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。
（加工不良領域検出手段８０Ｂ）
【００６８】
次に、図２０のブロック図に示す加工不良領域検出手段８０Ｂの詳細について説明する。上述の通り、ワークの形状や搬送速度、レーザ光ＬＢを走査するスキャナの走査速度といった様々な理由から、印字が不良となる領域が存在することがある。このような場合に、従来は加工不良領域を知る手段がなかったため、誤って加工不良領域に加工パターンを設定してしまうと、印字不良や印字ミスが発生する。このため、目視検査などで印字不良を検査し、回収する手間がかかる上、印字不良のワークは再利用が困難なため廃棄しなければならず、無駄が生じていた。そこで、本実施の形態では、設定の段階で加工不良領域に印字する設定が成されたことを検出してユーザに検知する。あるいは、実際に印字を行う際に、印字不良が発生したことを検出し、ユーザに告知する。これを実現するために、３次元加工データ設定装置に加工不良領域検出手段８０Ｂを設けた。なお本明細書において加工不良領域とは、加工が全く不可能な領域の他、加工は部分的に可能であるが精度などに問題を生じる可能性のある領域を含む意味で使用する。
（加工不良領域検出方法）
【００６９】
次に、加工不良領域検出手段８０Ｂが加工不良領域を検出する方法を図２２に基づいて説明する。今、図２２のような略直方体状のワークＷに対して、上方からレーザ光ＬＢを走査して印字する場合を考える。なおこの例では、レーザ光ＬＢはＺ軸（高さ）方向を固定し、印字面からスキャナミラー面までの高さをＫとしている。またＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ第１のミラー、第２のミラーで走査可能とし、第１のミラー、第２のミラーはＹ軸方向において距離Ｌだけ離間され、そのＸ軸方向にθ１傾斜されている。この場合、これら２枚のスキャナミラーを介して、任意の座標Ａ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）にビームを集光させたとき、次式数１が成立する。
【００７０】
【数１】
2007118051.tif 000003
【００７１】
ここで、レーザ光ＬＢのベクトルは次式数２で表現できる。
【００７２】
【数２】
2007118051.tif 000004
【００７３】
したがってレーザ光ＬＢは、次式数３で表現できる。
【００７４】
【数３】
2007118051.tif 000005
【００７５】
数３に数１を代入すると、次式数４が得られる。
【００７６】
【数４】
2007118051.tif 000006
【００７７】
任意の座標点Ａ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）にレーザ光ＬＢが照射できるかどうか、すなわち影になって加工不良領域となるかどうかは、上記数４の直線が印字対象のワークと交点を持つかどうかで決まる。したがって加工不良領域検出手段８０Ｂは、上式を演算することで、加工不良領域を検出できる。また上記の例では、説明を簡略化するためワークを静止させているが、ワークをライン上で搬送する場合など、ワークが移動している場合にも、ワークの移動量を加味して各時間における加工不良領域を演算することができる。
【００７８】
またスキャナの走査速度の違いによる加工不良については、主にＸ軸・Ｙ軸スキャナに比べてＺ軸スキャナが走査速度が遅いために、傾斜面への加工において問題となる。この場合は、ワークの形状あるいは加工面における加工パターンの形状から傾斜角度を検出し、Ｘ・Ｙ軸とＺ軸との傾斜が所定以上である場合に、印字不良と判断する。なお、このようなスキャナの走査速度に起因する印字不良については、印字パラメータを調整することで解消できることがある。すなわち、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度にＺ軸スキャナが追従できないことが原因であるため、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度を低下させることで、Ｚ軸スキャナがＸ・Ｙ軸スキャナの走査に追従することができ、正しい加工を行うことが可能となる。よって、該加工不良領域における加工の間、Ｘ・Ｙ軸スキャナの走査速度を低下させる加工条件を調整することで、加工不良領域を解消できる。この加工条件の調整、再設定を、図２０に示す演算部８０の加工条件調整手段８０Ｃで行われるよう構成することもできる。加工条件調整手段８０Ｃは、傾斜した加工面の傾斜角度、Ｘ・Ｙ軸成分、Ｚ軸成分の比率、Ｚ軸スキャナの走査速度、ワークの搬送速度などから、加工可能な条件を演算する。演算された加工条件の調整案は、表示部８２に表示させることができる。これによってユーザは指示された調整案を参考にして加工条件を再設定する。あるいは、加工条件調整手段８０Ｃで自動的に加工条件を再設定することもできる。この場合は、一括して加工条件を自動で再設定できるので、ユーザの負担を軽減でき、加工不良領域によらず正確な加工を実現できる。
【００７９】
同様に、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナの走査速度のばらつきが問題となって加工に支障が生じ得る場合も、走査速度の速いスキャナを遅いスキャナの走査速度の合わせるよう調整することで、加工不良を解消できる。
（ハイライト処理）
【００８０】
以上のようにして加工不良領域検出手段８０Ｂが加工不良領域を検出すると、表示部８２にワークを表示する際に、ハイライト処理手段８０Ｉによって加工不良領域と加工が可能な加工可能領域とを区別して表示することで、ユーザに加工不良領域を視覚的に把握させることができる。このような加工不良領域や加工可能領域を他と区別して表示するためのハイライト処理の例を図２３〜図２６に基づいて説明する。なおこれらの図は、３次元加工データ設定プログラム２００で加工パターンの設定を行う際に、表示部８２上でワークを３次元状に表示する３次元ビューワ２０６での表示例を示しているが、この例に限られるものでなく、例えばレーザ加工装置に接続された設定コンソールでの表示等においても利用できる。
【００８１】
まず図２３は、印字できない理由別に表示部８２上で表示されるワークに対して色または模様を変えて表示する例を示している。この例では、（１）レーザ光軸と印字面への入射角が浅すぎる、（２）ワークの影になる、（３）スキャナの速度が他のスキャナに追従できない、の３つの理由について、それぞれ色を変えて表示している。これにより、ユーザは着色部分で加工不良領域（印字不良領域）を区別できる上、各々の加工不能領域で加工不良となる理由についても区別できる。したがってユーザは、これらの加工不良領域を避けて加工パターンを設定し、加工不良のワークが生じる事態を未然に防止できる。
【００８２】
一方、加工不良領域を、レーザ光が物理的に照射できず加工不能となる領域と、レーザ光のスポットの一部が欠けるため蝕となる領域とを区別して表示することもできる。図２４に示す例では、レーザ光のスポット径を加味し、スポットの一部が欠けて蝕になる結果、印字が不十分となる蝕領域と、影になって印字ができない加工不能領域とを色分けして表示している。このように、加工不良領域内においても、印字が不可能か、可能ではあるものの不十分であるかをハイライト処理により区別することができる。
【００８３】
ハイライト処理は、カラーで着色する他、グレースケールやグラデーション、影、ハッチングなどのパターンを施す、強調、点滅、グレーアウトなど、他と区別可能な表示形態が適宜利用できる。
【００８４】
また図２５の例では、上記と逆に加工不良領域でなく加工可能領域の方に着色するハイライト処理をしている。これによってユーザは着色された領域内で加工パターンを設定するよう促される。
【００８５】
さらにまた図２６に示すように、ワークの内で加工可能領域のみを表示部８２に表示させる表示モードを設けてもよい。このような表示に切り替えることで、印字可能領域がどのような配置であるかを元のワークと対比して確認できる。
【００８６】
またハイライト処理は、いずれか一のみが実行される構成に限られず、上記のハイライト処理を切り替え可能としたり、あるいは組み合わて表示可能とすることもできる。このようなハイライト処理は、図２０の例では演算部８０がハイライト処理手段８０Ｉの機能を実現して行う。またハイライト処理は、加工不良領域検出手段８０Ｂで行わせてもよく、またハイライト処理を行うためのハイライト処理実行手段を別部材で設けてもよい。
（警告）
【００８７】
次に、実際に加工パターンを設定する際に設定警告手段８０Ｊが警告を行う例について、図２７〜図３２に基づいて説明する。図２７の例では、加工不良領域に加工パターンを配置できなくしている。加工パターンを加工不良領域に配置しようとすると、エラーメッセージや警告音を発して、設定できない旨をユーザに告知する。この例では、印字文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨ」の内、「ＧＨ」の部分が加工不良領域にかかっているため、この位置に文字列ブロックを配置できなくしている。このように、印字文字列の位置を指定、変更する場合などに配置不能とすることで、誤った設定を回避できる。
【００８８】
また図２８の例では、加工不良領域にかかった部分を設定から排除することで、設定を許可して印字可能としている。この例では、印字文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨ」の内、「ＧＨ」の部分が加工不良領域にかかっているため、「ＧＨ」の部分を削除して印字文字列「ＡＢＣＤＥＦ」のみを印字可能としている。また画面上には、印字文字列「ＡＢＣＤＥＦ」のみを表示させることで、印字文字列が変更されたことを画面上から確認できる。これにより、印字可能な部分については設定を許可し、設定の柔軟性を担保している。
【００８９】
一方図２９の例では、加工パターンの内で加工不良領域にかかった部分の表示を変更している。この例では、印字文字列「ＡＢＣＤＥＦＧＨ」の内、「ＧＨ」の部分が加工不良領域にかかっているため、「ＧＨ」の部分のみハイライト処理によって着色して表示している。これによりユーザはハイライト処理された文字が印字できないことを視覚的に把握でき、必要に応じて再設定などの対策を講じることができる。
【００９０】
さらに図３０の例では、加工パターンの内で加工可能領域にあるもののみを表示し、加工不良領域にかかった部分を非表示としている。これによりユーザは実際の印字イメージを確認でき、また必要に応じて再設定などの対策を講じることができる。
【００９１】
なお、加工不良領域にかかった部分は必ず加工できないという訳でなく、後述するようにレーザ光の蝕により加工が不十分となる場合、ワーキングディスタンスやワークの位置によって加工できないことが生じ得る場合などもある。このような場合を考慮して、加工不良領域にかかった部分はレーザ光の加工自体を行わないとする設定に限られず、不良が生じ得ることを承知の上で加工を行うように設定することも可能である。例えば、加工精度が要求されない加工パターンについては、部分的に加工不良領域にかかっていても問題がないこともあるからである。
【００９２】
さらにまた図３１の例では、加工パターンの一部が加工不良領域に重なると、ユーザに対して何らかの警告を行う。例えば、加工パターンの開始位置や、加工パターンのブロックを移動させてレイアウトを行う際に、加工パターンの一部が加工不良領域に抵触すると、警告音を発したり、警告メッセージを画面に表示させる。これによってユーザは設定に問題があることを告知され、再配置を促される。
【００９３】
一方、図３２に示すように、加工パターンの一部が加工不良領域に重なると、加工パターンを重ならない位置に自動的に移動させることもできる。例えば加工パターンのブロックを加工不良領域と重なる位置に移動させようとすると、強制的に横方向や上下方向にずらして抵触を解消したり、元の位置に戻ったりする。これによって、誤設定を回避できる。
【００９４】
以上のような警告も、図２０の例では演算部８０が設定警告手段８０Ｊとして機能することにより行われる。またハイライト処理と同様に、警告を加工不良領域検出手段８０Ｂに行わせてもよく、警告を行うためのハイライト警告実行手段を別部材として設けてもよい。
（焦点位置の変化に応じた加工不良領域の表示）
【００９５】
次に、ワーキングディスタンスの違いによって加工不良領域に差が生じる場合の表示方法について説明する。３次元状にワークを加工可能なレーザ加工装置の場合、Ｚ軸方向のワーキングディスタンスを調整可能である。このため、レーザ光の焦点位置が変化する結果、図３３に示すようにレーザ光の出射位置を示す集光レンズＦが物理的に（あるいは仮想的に）上下に変動する。この結果、集光レンズＦの位置に応じてワークの影が変化し、すなわち加工不良領域も変化する。例えば図３３において、集光レンズＦが高い位置にあると加工不良領域は小さく、低い位置になると加工不良領域は大きくなる。このような場合に、加工不良領域を表示する構成としては、例えばワーキングディスタンスが取り得る範囲の内で最も加工不良領域が大きくなる最大加工不良領域をハイライト処理して表示する。これによって、最悪の位置を考慮して加工パターンを設定することが可能となる。
【００９６】
また、必ず影となる最小加工不良領域と、ワーキングディスタンスの変化によって面積が変わり得る変動加工不良領域とを色分けするなど、区別できるようにハイライト処理してもよい。これによって、加工できない部分と、ワーキングディスタンスによって加工に支障が生じる部分とを区別しながら加工パターンを設定できる。
【００９７】
さらに、現在設定されているワーキングディスタンスに応じて、加工不良領域も変化するように表示させてもよい。この場合は、ワーキングディスタンスの変化に応じて加工不良領域の表示も連続的に変化するので、ユーザは時々刻々と変化する加工不良領域をリアルタイムで確認できる。
【００９８】
なお、３次元加工可能なレーザ加工装置は、上記図１０、図１１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など、他の方式を利用することも可能である。
（ワークの移動等に応じた加工不良領域の表示）
【００９９】
またレーザマーカなどのレーザ加工装置によっては、ワークがライン上を搬送される場合等、移動中のワークに対して加工可能な機能を備えるものがある。このような移動加工機能は、図３４（ａ）に示すようにワークの搬送方向に対してレーザ光の照射方向を変化させて、ワークの移動に追従させてレーザ光を照射することで加工時間を稼ぐよう構成していることが多い。このようにレーザ光の照射方向が変化する場合において、ワークが立体形状であれば、ワークの移動によってワークとレーザ出射口との位置関係に応じてレーザ光を照射可能な範囲が変化する。このような場合においても、加工不良領域を取り得る最大の最大加工不良領域としてハイライト処理して表示する。図３４（ｂ）に示すワークの平面図では、斜線で示す領域が最大加工不良領域に相当する。これにより、最悪の位置を考慮して加工パターンを設定することが可能となる。また、同様に必ず影となる最小加工不良領域と、ワークとレーザ出射口の位置関係などによって面積が変わり得る変動加工不良領域とを色分けするなど、区別できるようにハイライト処理してもよい。これにより、加工できない部分と、加工に支障が生じる部分とを区別しながら加工パターンを設定できる。さらに、実際にワークを搬送させた状態で、加工不良領域が変化する様子が判るようにハイライト処理し、その変化をリアルタイムに表示させるように表示させてもよい。
【０１００】
一般に移動加工の際にはワークが予め設定された加工開始領域に入ったとき、あるいは所定の加工開始位置となったとき、レーザ光の照射を開始するよう構成されている。例えば、マーキングヘッドとワークの位置関係が加工開始領域内となったときに印字を開始する。レーザ加工装置によっては、この加工開始領域あるいは加工開始位置を変更可能としたものがある。この場合も同様に、選択された加工開始領域等によって加工できる範囲及び加工不良領域が変わり得るので、この変化と連動させて加工可能な領域と加工不良領域とを区別してハイライト処理して表示させることもできる。
【０１０１】
以上のように、演算部８０の加工不良領域検出手段８０Ｂは、加工不良領域が変化する場合にこの変化を演算し、またハイライト処理も行う。ただ上述の通り、変化する加工不良領域にハイライト処理を行うハイライト処理実行手段をを別途設けてもよい。
【０１０２】
なお、以上の例では３次元加工データ設定装置について説明したが、印字不良は３次元印字が可能なレーザ加工装置に限られず、２次元印字においても起こり得る。例えば上述した図３の例では、ワーク中段の段差面への印字を行う場合、この印字面自体は平面であるため２次元平面でのみ走査可能なレーザマーカでも印字できる。ただし、ワークの形状自体の影が生じることはレーザマーカの種別と無関係に生じる。また上記図３４に示したようにワークの搬送時の位置に応じた加工不良領域の変化も、同様に２次元印字においても生じ得る。このため、本実施の形態は、３次元加工可能なレーザマーカに限られず、２次元平面に加工可能なレーザ加工装置においても好適に利用できる。
【０１０３】
以上のように、印字加工を行う前の設定段階で、どのような印字結果が得られるのかのイメージを表示することで、ユーザは印字可能のイメージを視覚的に把握できる。さらに、加工不良領域にかかっている部分があることを警告により告知することで、ユーザは実際に印字加工を行う前に設定に問題があることを知ることができ、必要な対策を加工前の段階で講じることができ、効率のよい設定が実現される。
（レーザ照射警告手段８６）
【０１０４】
以上の例では、加工条件の設定時点からユーザに加工不良領域を告知して再設定を促すことにより、加工ミスを未然に防止している。一方、設定後にレーザ加工装置を動作させて、実際の加工作業中に加工不良が生じたことを検出して告知する構成とすることもできる。このような構成にかかるレーザ加工装置のブロック図を、図３５に示す。この図に示すレーザ加工装置は、演算部８０に接続されて、演算部８０の加工不良領域検出手段８０Ｂで検出された加工不良領域に、レーザ光が照射されたことを検出して警告動作を行うレーザ照射警告手段８６を備える。なお、図２０と同じ部材については同じ名称を付して詳細説明を省略する。このレーザ加工装置は、加工不良領域検出手段８０Ｂが予め設定された加工条件に基づいて加工不良領域を検出しておき、実際の加工時に加工不良領域にレーザ光が照射されたことが検出されると、レーザ照射警告手段８６が警告動作を行う。警告動作としては、例えば印字しているポイントがワークの影に入ったら、印字エラーのエラーメッセージといった加工不良発生表示を表示部８２などに表示する。これによってユーザは実際の加工不良が生じ得たことを確認できる。また、加工不良が生じる領域にレーザ光が照射されると、加工エラー信号を発生させてレーザ加工装置の動作を停止させてもよい。あるいは、ワークの段差の上など、加工を意図しない部位にレーザ光がかかる場合はレーザ光照射を停止する。あるいはまた、加工可能な加工条件に自動的に再設定して加工を行うこともできる。これは、上述の通り斜面の加工においてＺ軸スキャナの走査速度に合わせてＸ軸・Ｙ軸スキャナの走査速度を低下させるよう、加工不良領域の間のみ加工条件を変更するものである。このようにして、ユーザは加工不良が発生したことを告知され、あるいは発生しないように必要な対応策を講じることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の加工データ設定装置、加工データ設定方法、加工データ設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器並びにレーザ加工装置は、例えばマーキング、穴あけ、トリミング、スクライビング、表面処理などのレーザ加工において、３次元形状のワークの加工設定に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】走査部におけるＸ・Ｙ軸スキャナの配置状態を示す透明斜視図である。
【図３】ワークの上方からレーザ光を照射する場合にワークの形状によって影が生じ、加工不良領域となる状態を示す斜視図である。
【図４】レーザ光の入射角度によって加工不良領域が生じる状態を示す斜視図である。
【図５】ワークの傾斜面によってスキャナの走査速度が追従できず、加工不良領域が生じる状態を示す斜視図である。
【図６】図１のレーザ励起部の内部構造を示す斜視図である。
【図７】レーザ加工装置のレーザ光走査系を含むマーキングヘッドの構成を示す斜視図である。
【図８】図７を背面方向から見た斜視図である。
【図９】図７を側面から見た側面図である。
【図１０】焦点距離を長くする場合のレーザ光走査系を示す側面図である。
【図１１】焦点距離を短くする場合のレーザ光走査系を示す側面図である。
【図１２】Ｚ軸スキャナを示す正面図及び断面図である。
【図１３】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１４】作業領域中の位置に応じて加工状態が異なることを説明する説明図である。
【図１５】ワークの表面形状に応じてレーザ光の焦点位置を調整する様子を説明する説明図である。
【図１６】作業領域内の加工位置に応じて焦点位置が変化する様子を説明する説明図である。
【図１７】従来のレーザ加工装置のマーキングヘッドを設置する状態を示す説明図である。
【図１８】ワークの角度に合わせてマーキングヘッドを傾斜させて設置する例を説明刷る説明図である。
【図１９】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２０】３次元加工データ設定装置を示すブロック図である。
【図２１】３次元加工データ設定プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図２２】加工不良領域検出手段が加工不良領域を検出する手法を示す斜視図である。
【図２３】加工できない理由別にハイライト処理して表示する例を示す斜視図である。
【図２４】レーザ光の蝕によって加工が不十分となる蝕領域と、影になって加工できない加工不能領域とを色分けして表示する例を示す斜視図である。
【図２５】加工可能領域を着色して表示する例を示す斜視図である。
【図２６】ワークの加工可能領域のみを表示させる例を示す斜視図である。
【図２７】加工不良領域に加工パターンを配置できないようにした例を示す平面図である。
【図２８】加工不良領域にかかった部分を設定から排除する例を示す平面図である。
【図２９】加工不良領域にかかった部分の表示を変更する例を示す平面図である。
【図３０】加工パターンの内で加工可能領域を表示し、加工不良領域にかかった部分を非表示とする例を示す平面図である。
【図３１】加工パターンの一部が加工不良領域に重なると警告を行う例を示す平面図である。
【図３２】加工パターンの一部が加工不良領域に重なると重ならない位置に自動的に移動させる例を示す平面図である。
【図３３】レーザ光の焦点位置を変化させた場合の加工不良領域の変化をハイライト処理で区別する例を示す斜視図である。
【図３４】ワークの移動等に応じた加工不良領域の変化を示す側面図及び平面図である。
【図３５】本発明の他の実施の形態に係る加工データ設定装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０７】
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
４…制御部；５…メモリ部；５Ａ…記憶部
６…レーザ励起部；７…電源；８…レーザ媒質；９…走査部
１０…レーザ励起光源；１１…レーザ励起光源集光部
１２…レーザ励起部ケーシング；１３…光ファイバケーブル
１４…スキャナ；１４ａ…Ｘ軸スキャナ；１４ｂ…Ｙ軸スキャナ
１４ｃ…Ｚ軸スキャナ；１４ｄ…ポインタ用スキャナミラー
１５…集光部；１６…入射レンズ；１８…出射レンズ
５０…レーザ発振部；５１、５１ａ、５１ｂ…ガルバノモータ
５２…スキャナ駆動回路；５３…ビームエキスパンダ；５４…光学部材
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…加工不良領域検出手段；８０Ｃ…加工条件調整手段
８０Ｉ…ハイライト処理手段；８０Ｊ…設定警告手段
８２…表示部；８６…レーザ照射警告手段
１５０…マーキングヘッド
１６０、１６０Ｂ…調整機構
１７０…設置台
１８０…３次元加工データ設定装置
１９０…外部機器
２００…３次元形状設定プログラム
２０２…編集表示欄
２０４…印字パターン入力欄；２０６…３次元ビューワ欄
Ｌ、Ｌ’、ＬＢ…レーザ光；Ｗ…ワーク；ＷＳ…作業領域；Ｆ…集光レンズ
【図１】
2007118051.tif 000007
【図２】
2007118051.tif 000008
【図３】
2007118051.tif 000009
【図４】
2007118051.tif 000010
【図５】
2007118051.tif 000011
【図６】
2007118051.tif 000012
【図７】
2007118051.tif 000013
【図８】
2007118051.tif 000014
【図９】
2007118051.tif 000015
【図１０】
2007118051.tif 000016
【図１１】
2007118051.tif 000017
【図１２】
2007118051.tif 000018
【図１３】
2007118051.tif 000019
【図１５】
2007118051.tif 000020
【図１６】
2007118051.tif 000021
【図１７】
2007118051.tif 000022
【図１８】
2007118051.tif 000023
【図２０】
2007118051.tif 000024
【図２２】
2007118051.tif 000025
【図２３】
2007118051.tif 000026
【図２４】
2007118051.tif 000027
【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１４】
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【図１９】
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【図２１】
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