(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工するためのデータをコンピュータを用いて作成するデータ作成方法において、
被加工物の立体形状と被加工物表面の加工パターンに関する加工形状、被加工物の加工条件に関する条件データを含む３次元形状データ及び加工パラメータを入力する入力過程と、
レーザ照射とスキャンによる加工を可能とするレーザスキャン条件としてレーザの照射臨界角度及び有効照射エリアを含む各条件を指定するレーザ照射基準位置角度指定過程と、
前記により指定されたレーザスキャン条件のもとでレーザスキャン加工手段に対する被加工物の相対位置と姿勢を定めることにより同一の位置姿勢において同時にレーザスキャンすることができる被加工物の加工面を１つの群として指定し、被加工物表面を複数の群に分割する同時レーザスキャン加工群指定過程と、
前記により指定された同時レーザスキャン加工群に含まれる被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を被加工物の位置姿勢変更により変更して前記レーザスキャン条件を満たすように制御するための制御用データを生成する制御用データ生成過程と、
前記により指定された同時レーザスキャン加工群のレーザスキャン加工用データを生成する加工用データ生成過程と、
前記により生成した制御用データ及び加工用データを出力するデータ出力過程と、を有し、
前記同時レーザスキャン加工群指定過程では、被加工物の加工すべき面を構成している各最小単位の平面の法線方向とレーザ光の方向との間の角度が前記照射臨界角度以下の場合に当該最小単位の平面を加工可能面とし、前記加工可能面の集合を当該被加工物の位置姿勢における同時レーザスキャン加工群とし、さらに、被加工物の位置姿勢を他の位置姿勢に変化させて他の同時レーザスキャン加工群を指定することを繰り返すことにより、被加工物表面を複数の同時レーザスキャン加工群に分割することを特徴とする３次元レーザ加工データ作成方法。
【請求項２】
前記加工用データ及び制御用データの生成後に、総加工時間及び加工時間内訳を求めるシミュレーションを実行する過程と、そのシミュレーション実行結果に基づきデータの評価を行うと共に、加工パラメータ修正を行い、再度前記レーザ照射基準位置角度指定過程以下の過程を実行し、制御用データ及び加工用データを生成することを特徴とする請求項１に記載の３次元レーザ加工データ作成方法。
【請求項３】
立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工するためのデータを作成する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
被加工物の立体形状と被加工物表面の加工パターンに関する加工形状、被加工物の加工条件に関する条件データを含む３次元形状データ及び加工パラメータを入力する入力手順と、
レーザ照射とスキャンによる加工を可能とするレーザスキャン条件としてレーザの照射臨界角度及び有効照射エリアを含む各条件を指定するレーザ照射基準位置角度指定手順と、
前記により指定されたレーザスキャン条件のもとでレーザスキャン加工手段に対する被加工物の相対位置と姿勢を定めることにより同一の位置姿勢において同時にレーザスキャンすることができる被加工物の加工面を１つの群として指定し、被加工物表面を複数の群に分割する同時レーザスキャン加工群指定手順と、
前記により指定された同時レーザスキャン加工群に含まれる被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を被加工物の位置姿勢変更により変更して前記レーザスキャン条件を満たすように制御するための制御用データを生成する制御用データ生成手順と、
前記により指定された同時レーザスキャン加工群のレーザスキャン加工用データを生成する加工用データ生成手順と、
前記により生成した制御用データ及び加工用データを出力するデータ出力手順とをコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記同時レーザスキャン加工群指定手順では、被加工物の加工すべき面を構成している各最小単位の平面の法線方向とレーザ光の方向との間の角度が前記照射臨界角度以下の場合に当該最小単位の平面を加工可能面とし、前記加工可能面の集合を当該被加工物の位置姿勢における同時レーザスキャン加工群とし、さらに、被加工物の位置姿勢を他の位置姿勢に変化させて他の同時レーザスキャン加工群を指定することを繰り返すことにより、被加工物表面を複数の同時レーザスキャン加工群に分割することを特徴とする３次元レーザ加工データ作成プログラム。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元レーザ加工データ作成プログラムを記録させたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項５】
立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工する方法において、
コンピュータにより、被加工物の３次元形状データに基づき、同時にレーザスキャン加工する複数の同時レーザスキャン加工群に分割し、この分割された同時レーザスキャン加工群のそれぞれについて、被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢の制御用データ及びレーザスキャン加工用データを請求項１に記載の３次元レーザ加工データ作成方法を用いて予め生成しておき、
前記同時レーザスキャン加工群のいずれか１群毎に、前記生成した制御用データに基づき、被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御すると共に、前記生成したレーザスキャン加工用データに基づき、前記レーザスキャン加工手段によるレーザスキャン加工を行い、このレーザスキャン加工を繰り返すことによって被加工物にレーザスキャン加工を施すことを特徴とする３次元レーザ加工方法。
【請求項６】
同時レーザスキャン加工可能な有効照射エリアと焦点深度に基づいて同時レーザスキャン加工群を決定することを特徴とする請求項５に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項７】
被加工物の３次元形状データにレーザ照射角度によるレーザエネルギーの吸収率変動に関係するデータを付加しておき、これらの吸収率に関係するデータとレーザ照射角度により、同時レーザスキャン加工に不適な部分を判断することを特徴とする請求項５に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項８】
被加工物の３次元形状データに含まれる公差に基づいて加工スピード重視若しくは品質重視を選択し、被加工物の３次元形状データと前記選択とに応じて同時レーザスキャン加工群の分割を行うことを特徴とする請求項５に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項９】
同時レーザスキャン加工群が複数あるとき、隣接する他の同時レーザスキャン加工群との境界部分には重ね代を持たせることを特徴とする請求項５に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項１０】
前記レーザスキャン加工用データ生成において、該レーザスキャン加工用データは、まず被加工物の表面上における３次元の加工データが生成され、次に、このデータがレーザスキャン加工手段の加工基準面に投影されることにより２次元のレーザスキャン加工用データが生成されることを特徴とする請求項５に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項１１】
前記レーザスキャン加工用データ生成において、レーザ照射方向に対する被加工物の加工面の傾斜度及びレーザスキャン加工方向との関係において所要レーザ加工幅と加工品質が得られるように、レーザスキャン加工用データのレーザ加工パラメータを補正することを特徴とする請求項５に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項１２】
前記補正するレーザ加工パラメータが、レーザ照射ビーム形状及び大きさ、照射ビームエネルギー、レーザビームスキャン速度の少なくとも何れかに対応するものであることを特徴とする請求項１１に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項１３】
前記レーザスキャン加工用データ生成において、レーザスキャン加工手段にてレーザを照射する３次元領域内の各照射加工点について、光学系に起因する位置ずれを補正するレーザスキャン空間位置補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の３次元レーザ加工方法。
【請求項１４】
立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工する装置において、
被加工物の３次元形状データに基づき、被加工物の加工面について同時にレーザスキャン加工する部分を一つの群として、複数の群に分割する同時レーザスキャン加工群分割手段と、
上記分割された同時レーザスキャン加工群のそれぞれについて、前記被加工物とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢の制御用データ及びレーザスキャン加工用データを請求項１に記載の３次元レーザ加工データ作成方法を用いて生成する加工制御データ生成手段と、
被加工物の加工面と前記レーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御する加工位置姿勢制御手段と、
全体の加工を制御する全体制御手段とを備え、
前記全体制御手段の制御指令に従って、順次、前記同時レーザスキャン加工群毎に、前記加工位置姿勢制御手段により、被加工物の加工面の位置姿勢が制御位置決めされ、前記同時レーザスキャン加工群のレーザスキャン加工用データに基づき前記レーザスキャン加工手段により被加工物をレーザスキャン加工することを特徴とする３次元レーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元物体のレーザスキャン加工における３次元レーザ加工データ作成方法と同データ作成プログラム及び同データ作成プログラムを記録した媒体並びに同加工方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、立体形状を有する被加工物に対して３次元レーザスキャンによる立体的な加工を行うための加工制御用データ作成は、被加工物の２次元モデル図面とレーザ用２次元加工図面に基づき作業者の手作業で行われている。また、３次元レーザ加工方法及び加工装置の例として、紫外線硬化性の液状樹脂にレーザ光を照射して立体形状物を造形する光造形方法及び装置が知られている。この光造形における加工用データ作成は、被加工物のモデルを２次元のスライスへと変換するのみのものであり、加工装置は、２次元制御による操作を繰り返して行うものである。
【０００３】
また、上記例とは別に、従来から、立体形状を有する被加工物に立体的な機械加工を行うＮＣ工作機械が知られているが、ツール（工具）交換の頻度を小さくする目的に、ツール毎に加工面を分解して加工用データを作成するものである（例えば、特開２００１−７５６２４号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような被加工物の２次元モデル図面とレーザ用２次元加工図面に基いて作業者の手作業により３次元加工制御用データ作成を行う場合、正確かつ効率的にこの作業を行うためには、作業者にかなりの熟練度が要求される。さらには、手作業によるデータ作成では作業時間の短縮に限界がある。そのため、人的リソースと作業時間の不足により、多品種短納期製品や多種類の開発試作には、対応できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解消するものであって、作業者が加工条件を入力することで、３次元ＣＡＤで作成された被加工物のモデルに基づいて自動的にレーザの照射位置や被加工物の姿勢角度等の制御用データが生成され、未熟練者であっても正確かつ容易に３次元加工制御用データを生成することが可能となるデータ作成方法と同データ作成プログラム及び同データ作成プログラムを記録した媒体並びに同加工方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、請求項１の発明は、立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工するためのデータをコンピュータを用いて作成するデータ作成方法において、被加工物の立体形状と被加工物表面の加工パターンに関する加工形状、被加工物の加工条件に関する条件データを含む３次元形状データ及び加工パラメータを入力する入力過程と、レーザ照射とスキャンによる加工を可能とするレーザスキャン条件としてレーザの照射臨界角度及び有効照射エリアを含む各条件を指定するレーザ照射基準位置角度指定過程と、前記により指定されたレーザスキャン条件のもとでレーザスキャン加工手段に対する被加工物の相対位置と姿勢を定めることにより同一の位置姿勢において同時にレーザスキャンすることができる被加工物の加工面を１つの群として指定し、被加工物表面を複数の群に分割する同時レーザスキャン加工群指定過程と、前記により指定された同時レーザスキャン加工群に含まれる被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を被加工物の位置姿勢変更により変更して前記レーザスキャン条件を満たすように制御するための制御用データを生成する制御用データ生成過程と、前記により指定された同時レーザスキャン加工群のレーザスキャン加工用データを生成する加工用データ生成過程と、前記により生成した制御用データ及び加工用データを出力するデータ出力過程と、を有し、前記同時レーザスキャン加工群指定過程では、被加工物の加工すべき面を構成している各最小単位の平面の法線方向とレーザ光の方向との間の角度が前記照射臨界角度以下の場合に当該最小単位の平面を加工可能面とし、前記加工可能面の集合を当該被加工物の位置姿勢における同時レーザスキャン加工群とし、さらに、被加工物の位置姿勢を他の位置姿勢に変化させて他の同時レーザスキャン加工群を指定することを繰り返すことにより、被加工物表面を複数の同時レーザスキャン加工群に分割するものである。
【０００７】
上記の３次元レーザ加工データ作成方法においては、被加工物の３次元形状データ及び加工パラメータに基づいて生成されたレーザ加工部分に対してレーザの基準照射位置及び角度を作業者が指定することにより、そのレーザ照射基準位置角度において一括して加工ができる部分である同時レーザスキャン加工群をコンピュータが決定することができる。これらは、次のように行われる。作業者は、入力過程において被加工物の立体形状と加工パターン関連の加工形状、被加工物の加工条件関連の条件データを含む３次元形状データ及び加工パラメータをコンピュータに入力する。また、作業者は、レーザ照射基準位置角度指定過程において、レーザスキャンエリア、被加工物の初期位置条件（座標原点）、レーザ照射臨界角を含むレーザスキャン加工手段の条件を指定する。そして、同時レーザスキャン加工群指定過程において、上記のデータ及び条件に基づいて、コンピュータが、レーザ照射方向に対するレーザ照射不可面の探索、被加工物の姿勢変更処理と再度のレーザ照射不可面の探索を行い、被加工物の加工対象面を同時スキャン加工群に分割する。
【０００８】
さらに、作業者は、前記により指定したレーザ照射基準位置角度になるように被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御する制御用データと前記により指定された同時レーザスキャン加工群を加工するためのレーザスキャン加工用データの生成、及びこれらのデータの出力をコンピュータを用いて自動処理により行わせ、３次元レーザ加工データを作成することができる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の３次元レーザ加工データ作成方法において、前記加工用データ及び制御用データの生成後に、総加工時間及び加工時間内訳を求めるシミュレーションを実行する過程と、そのシミュレーション実行結果に基づきデータの評価を行うと共に、加工パラメータ修正を行い、再度前記レーザ照射基準位置角度指定過程以下の過程を実行し、制御用データ及び加工用データを生成するものである。この方法においては、実際の加工を行うことなく容易に最適な３次元レーザ加工データを得ることができる。
【００１０】
また、請求項３の発明は、立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工するためのデータを作成する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、被加工物の立体形状と被加工物表面の加工パターンに関する加工形状、被加工物の加工条件に関する条件データを含む３次元形状データ及び加工パラメータを入力する入力手順と、レーザ照射とスキャンによる加工を可能とするレーザスキャン条件としてレーザの照射臨界角度及び有効照射エリアを含む各条件を指定するレーザ照射基準位置角度指定手順と、前記により指定されたレーザスキャン条件のもとでレーザスキャン加工手段に対する被加工物の相対位置と姿勢を定めることにより同一の位置姿勢において同時にレーザスキャンすることができる被加工物の加工面を１つの群として指定し、被加工物表面を複数の群に分割する同時レーザスキャン加工群指定手順と、前記により指定された同時レーザスキャン加工群に含まれる被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を被加工物の位置姿勢変更により変更して前記レーザスキャン条件を満たすように制御するための制御用データを生成する制御用データ生成手順と、前記により指定された同時レーザスキャン加工群のレーザスキャン加工用データを生成する加工用データ生成手順と、前記により生成した制御用データ及び加工用データを出力するデータ出力手順と、をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記同時レーザスキャン加工群指定手順では、被加工物の加工すべき面を構成している各最小単位の平面の法線方向とレーザ光の方向との間の角度が前記照射臨界角度以下の場合に当該最小単位の平面を加工可能面とし、前記加工可能面の集合を当該被加工物の位置姿勢における同時レーザスキャン加工群とし、さらに、被加工物の位置姿勢を他の位置姿勢に変化させて他の同時レーザスキャン加工群を指定することを繰り返すことにより、被加工物表面を複数の同時レーザスキャン加工群に分割するものである。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の３次元レーザ加工データ作成プログラムを記録させたコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１２】
また、請求項５の発明は、立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工する方法において、コンピュータにより、被加工物の３次元形状データに基づき、同時にレーザスキャン加工する複数の同時レーザスキャン加工群に分割し、この分割された同時レーザスキャン加工群のそれぞれについて、被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢の制御用データ及びレーザスキャン加工用データを請求項１に記載の３次元レーザ加工データ作成方法を用いて予め生成しておき、前記同時レーザスキャン加工群のいずれか１群毎に、前記生成した制御用データに基づき、被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御すると共に、前記生成したレーザスキャン加工用データに基づき、前記レーザスキャン加工手段によるレーザスキャン加工を行い、このレーザスキャン加工を繰り返すことによって被加工物にレーザスキャン加工を施すものである。
【００１３】
上記３次元レーザ加工方法においては、被加工物の加工対象領域を複数の同時レーザスキャン加工群に分割し、それぞれの同時レーザスキャン加工群について、被加工物の姿勢の制御用データ及びレーザスキャン加工用データを生成しておき、これらのデータに基づき、各同時レーザスキャン加工群毎に繰り返して被加工物の姿勢制御とレーザスキャン加工を行うことができる。この方法によると、加工対象領域を加工条件や制御条件毎に同時レーザスキャン加工群として分割して処理できるため、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができる。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の３次元レーザ加工方法において、同時レーザスキャン加工可能な有効照射エリアと焦点深度に基づいて同時レーザスキャン加工群を決定するものである。この３次元レーザ加工方法においては、大きな被加工物に対してはエリア分割をして、そして、高低差の大きな被加工物に対しては焦点深度による分割をして同時レーザスキャン加工群を決定することができるため、広範囲の形状の被加工物に対応することができる。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項５に記載の３次元レーザ加工方法において、被加工物の３次元形状データにレーザ照射角度によるレーザエネルギーの吸収率変動に関係するデータを付加しておき、これらの吸収率に関係するデータとレーザ照射角度により、同時レーザスキャン加工に不適な部分を判断するものである。この３次元レーザ加工方法においては、加工条件としてレーザエネルギーの吸収率を考慮して同時レーザスキャン加工群への分割ができるため、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができる。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項５に記載の３次元レーザ加工方法において、被加工物の３次元形状データに含まれる公差に基づいて加工スピード重視若しくは品質重視を選択し、被加工物の３次元形状データと前記選択とに応じて同時レーザスキャン加工群の分割を行うものである。この３次元レーザ加工方法においては、加工条件として公差を考慮して同時レーザスキャン加工群への分割ができるため、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができる。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項５に記載の３次元レーザ加工方法において、同時レーザスキャン加工群が複数あるとき、隣接する他の同時レーザスキャン加工群との境界部分には重ね代を持たせるものである。この３次元レーザ加工方法においては、重ね代を設けることとしたため、加工の不連続部分の発生を抑えることができ加工の信頼性を向上することができる。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、請求項５に記載の３次元レーザ加工方法において、レーザスキャン加工用データは、まず被加工物の表面上における３次元の加工データが生成され、次に、このデータがレーザスキャン加工手段の加工基準面に投影されることにより２次元のレーザスキャン加工用データが生成されるものである。この３次元レーザ加工方法においては、レーザスキャン加工手段に適応したデータとして加工用データが生成されるため、各種のレーザスキャン加工手段を用いることができ、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができる。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、請求項５に記載の３次元レーザ加工方法において、前記レーザスキャン加工用データ生成において、レーザ照射方向に対する被加工物の加工面の傾斜度及びレーザスキャン加工方向との関係において所要レーザ加工幅と加工品質が得られるように、レーザスキャン加工用データのレーザ加工パラメータを補正するものである。この３次元レーザ加工方法においては、加工面の傾斜度及びレーザ照射方向について自動的にレーザ加工パラメータが補正されて加工用データが得られるため、加工時間と加工品質を最適化すると共に被加工物の全体に亘って加工品質を均一化することができる。
【００２０】
また、請求項１２の発明は、請求項１１に記載の３次元レーザ加工方法において、前記補正するレーザ加工パラメータが、レーザ照射ビーム形状及び大きさ、照射ビームエネルギー、レーザビームスキャン速度の少なくとも何れかに対応するものである。この３次元レーザ加工方法においては、これらのレーザ加工パラメータの補正により加工パターン形状、加工速度を制御できるため、加工時間と加工品質を最適化すると共に被加工物の全体に亘って加工品質を均一化することができる。
【００２１】
また、請求項１３の発明は、請求項５に記載の３次元レーザ加工方法において、前記レーザスキャン加工用データ生成において、レーザスキャン加工手段にてレーザを照射する３次元領域内の各照射加工点について、光学系に起因する位置ずれを補正するレーザスキャン空間位置補正を行うものである。この３次元レーザ加工方法においては、光学系に起因するレーザスキャンの位置ずれが補正されるため、被加工物の広範囲に亘って高い加工精度を維持できると共に、被加工物の一括処理できる領域が広くとれるため被加工物の位置制御にかかる時間を短縮することができる。
【００２２】
また、請求項１４の発明は、立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射することにより被加工物を３次元レーザ加工する装置において、被加工物の３次元形状データに基づき、被加工物の加工面について同時にレーザスキャン加工する部分を一つの群として、複数の群に分割する同時レーザスキャン加工群分割手段と、上記分割された同時レーザスキャン加工群のそれぞれについて、前記被加工物とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢の制御用データ及びレーザスキャン加工用データを請求項１に記載の３次元レーザ加工データ作成方法を用いて生成する加工制御データ生成手段と、被加工物の加工面と前記レーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御する加工位置姿勢制御手段と、全体の加工を制御する全体制御手段とを備え、前記全体制御手段の制御指令に従って、順次、前記同時レーザスキャン加工群毎に、前記加工位置姿勢制御手段により、被加工物の加工面の位置姿勢が制御位置決めされ、前記同時レーザスキャン加工群のレーザスキャン加工用データに基づき前記レーザスキャン加工手段により被加工物をレーザスキャン加工するものである。
【００２３】
上記の３次元レーザ加工装置においては、被加工物の３次元形状データに基づいて被加工物の加工面を同時レーザスキャン加工群分割手段により複数の群に分割し、各同時レーザスキャン加工群毎に、加工制御データ生成手段により制御用データ及び加工用データを生成し、これらのデータに基づき全体制御手段により加工位置姿勢制御手段とレーザスキャン加工手段を制御して被加工物をレーザスキャン加工することとしたため、一括して加工できる同時レーザスキャン加工群の概念のもと、加工用データの生成から加工までの一連の処理を略全自動で行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る３次元レーザ加工データ作成方法と同データ作成プログラム及び同データ作成プログラムを記録した媒体について、図１乃至図５を参照して説明する。図面中の共通する部材には同一符号を付して重複説明を省略する。本発明がレーザスキャン加工の対象としている立体形状を有する被加工物は、図１（ａ）に示されるように、ＭＩＤ（Molded Interconnect Devise）法により立体回路を形成するための立体基板である。被加工物１（立体基板１とも記す）は、樹脂成型品である立体基板１ａの表面にスパッタリング法により銅薄膜からなる導電膜１ｂを形成したものである。３次元レーザスキャン加工では、図１（ｂ）に示されるように、この導電膜１ｂの表面に対して回路パターンＣのデータに基づきレーザ照射とスキャンが行なわれ、この導電膜の一部を蒸発除去する加工により加工パターンＰが形成され、加工パターンＰにより分離された回路パターンＣが形成される。立体基板１における全ての回路パターンＣが形成されると立体回路２が完成する。
【００２５】
本発明では、立体基板の同一の位置姿勢において一括してレーザスキャン加工可能な加工可能面（その面上に加工パターンが形成される）の集合を同時レーザスキャン加工群（以下、加工群）と定義する。図１（ｂ）において、立体基板１の加工パターンＰは、上方向から照射されるレーザ（レーザ光）Ｌ１によってレーザスキャン加工される加工群ＬＧ１、左側面のレーザ光Ｌ２による加工群ＬＧ２、同じく右側面のレーザ光Ｌ３による加工群ＬＧ３に分割される。実際のレーザスキャン加工では、レーザ光源は固定されており、各加工群をレーザ光の方向に向かせるように被加工物である立体基板の位置姿勢が制御されて行われる。以下の記述では、レーザ光源は上方にあり、被加工物はレーザ光源下方に水平に置かれているものとする。この一括してレーザスキャン加工できる加工群の決定は、３次元レーザ加工における加工時間短縮や加工品質向上にとって重要な概念である。図中のレーザスキャンパターンＬＳが描かれている加工基準面ＶＳ（詳細後述、図５の説明参照）は、レーザスキャン加工手段が仮想的に有している面である。
【００２６】
このようなレーザスキャン加工を行うためには、後述するレーザスキャン加工手段及び加工位置姿勢制御手段（図２３）を制御して３次元レーザスキャン加工を効率的に行うために用いられる３次元レーザ加工制御用データが必要である。このデータには、加工群毎にレーザスキャン加工を行うためのレーザスキャン加工用データ（以下、加工用データ）及び被加工物の表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御する制御用データ（以下、制御用データ）が含まれる。この両データの作成方法について、図２の立体基板と図３及び図４のフローチャートとを参照して説明する。図２（ａ）の被加工物１は、１２個の立体回路を多数個取りするためのものであり、図２（ｂ）のＩ−Ｉ断面に示すように、加工群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５を含んでおり、加工群Ｇ１は略同一平面上にあり、加工群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５は立体基板１ａに略垂直な面上にある。このような略垂直な面上の導電膜は、図２（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌと導電膜１ｂの面の法線Ｎの方向のなす角θが９０゜に近く、このままの姿勢ではレーザスキャン加工が不可能であり、その加工限界角度を臨界角度と呼び、通常６０゜が指定される。
【００２７】
上記の３次元レーザ加工制御用データは、以下において説明する手順をコンピュータに実行させる３次元レーザ加工データ作成プログラムにより作成される。また、このデータ作成プログラムを記録させたコンピュータ読み取り可能なＣＤやＭＯなどの記録媒体を用いて、所定の能力を有するコンピュータにプログラムを移植してデータ作成を行うことができる。また、用いられるコンピュータ及びこのデータ作成プログラムは、データ入出力機器とＧＵＩ（Graphical User Interface）機能とを備えており、これにより手順の進行状態の確認と応答操作が可能である。
【００２８】
まず、図３に示されるように、入力過程において、３Ｄ−ＣＡＤ上で作成された立体基板１の３次元形状データ及び立体基板上１に形成する立体回路の形状データの両データを入力する被加工物形状データ入力（Ｓ１）、そして、加工パラメータ入力として、導電膜について厚さや材質及び導電膜の下地である立体基板の樹脂材質などの被加工物の加工条件入力（Ｓ２）が行われる。次に、レーザ照射基準位置角度指定過程において、レーザの照射臨界角度、有効照射エリア、焦点深度などのレーザスキャン条件入力（Ｓ３）、加工位置姿勢制御手段の座標原点及びレーザ照射の基準位置を入力する加工基準入力（Ｓ４）、及び加工群に組み入れる対象の領域としての加工エリア（加工エリアについて図８の説明参照）を決める同時スキャン加工エリア設定（Ｓ５）が行われる。以上のデータ入力の後、同時レーザスキャン加工群指定過程（Ｓ６）、加工用データ生成過程及び制御用データ生成過程（Ｓ７）、データ出力過程（Ｓ８）がコンピュータにより行われて３次元レーザ加工制御用データが作成される。以下に、上記データ入力後の過程（Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）について説明する。
【００２９】
まず、図４を参照して、同時レーザスキャン加工群指定過程（Ｓ６）の詳細を説明する。前記加工基準入力（Ｓ４）において被加工物である図２の立体回路が初期位置である水平位置に置かれた状態で加工群指定が開始され、この状態はコンピュータ画面に表示される（Ｓ６１）。コンピュータの画面上には、各手順の進行状態が表示されている（以下同様）。次に、先行の手順により設定された加工エリアにおいて立体回路の形状データの中から加工パターンデータ抜き出しが行われる（Ｓ６２）。加工パターンデータには、除去すべき導電膜の面を構成する最小単位の平面を特定する形状、３次元空間座標値、法線ベクトルが含まれる。３次元座標は、例えば、レーザ光方向にＺ軸をとり、このＺ軸に直交する平面上にＸ，Ｙ軸が定義される。また、このＸ，Ｙ軸は被加工物の姿勢制御のための回転軸としても定義される。次に、これらの加工パターンデータと被加工物条件データが照合されて（Ｓ６３）、レーザースキャン加工が可能かどうかが判断される（Ｓ６４）。このデータ照合において、まず、照合される被加工物の面（以下、被加工面）の法線とレーザ光方向であるＺ軸とのなす角度が前述の照射臨界角度と比較され、そのなす角度が照射臨界角度以上であれば加工できないと判断されて（Ｓ６４でｎｏ）、不適加工群としてメモリに登録される（Ｓ６５）。被加工面の法線を用いて表現した場合、この臨界角度としては通常６０゜が指定される。次に、法線方向が容認された被加工面について、そのＺ軸上の位置が前述の加工基準入力（Ｓ４）において入力されたレーザ照射の基準位置のＺ座標値と照合され、両者の差がレーザの焦点深度以内であれば、この加工面はレーザスキャン加工が可能であると判断され（Ｓ６４でｙｅｓ）、加工群Ｇ１に含まれるものとしてメモリに登録される（Ｓ６６）。また、その差が焦点深度を越えていれば加工不可と判断されて（Ｓ６４でｎｏ）、不適加工群としてメモリに登録される（Ｓ６５）。この焦点深度の判断基準としては、例えば＋／−３ｍｍが使われる。次に、加工エリア内において被加工面の全てが照合したかどうかが判断されて、未照合の被加工面があれば被加工物条件データ照合（Ｓ６３）に戻り（Ｓ６７でｎｏ）。エリア内において被加工面の全てが照合されている場合（Ｓ６７でｙｅｓ）、不適加工群が存在するかどうか判断され、存在しなければ加工群指定は終了する（Ｓ６８でｎｏ）。
【００３０】
上記Ｓ６８の判断において、不適加工群が存在すると判断された場合（Ｓ６８でｙｅｓ）、不適加工群とされた被加工面の法線がチェックされ（Ｓ６９）、被加工物を傾ける角度とＺ軸方向の移動する高さが算出される（Ｓ７０）。本説明で参照している図２の被加工物において、略水平の加工群Ｇ１は上述の手順の中で既に登録されており、加工群Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５が残っている。これらの加工群の被加工面は、略垂直であり、少なくとも３０゜の回転が必要である。図２（ｂ）におけるＩ−Ｉ断面は、加工群Ｇ１〜Ｇ５について共通であり、従ってＩ−Ｉ断面中央部の回転中心Ｒを通る被加工物１の長手方向に沿う軸回りに被加工物１を回転することで、被加工面を所望の方向に向けることができる。また、この回転軸回りに被加工物１を回転させると、各被加工面のＺ座標が上下に変動する。このことを考慮して上記Ｚ軸方向の高さが算出される（Ｓ７０）。ここで、反時計回りの回転と上昇させる方向をそれぞれ優先して被加工物１の姿勢制御を行うものとする。すると、回転角θ２の回転と被加工物１の上移動量Ｚ２による姿勢変更が行われ（Ｓ７１）、次にレーザパターンデータ抜き出しが行われる（Ｓ６２）。すると、この後の手順において加工群Ｇ２に含まれるべき被加工面が加工群Ｇ２に登録される（Ｓ６６）。以下、同様にして残りの被加工面が全て加工群Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５に登録され加工群指定が終了する。これにより、全ての被加工面が同時レーザスキャン加工群に分割されたことになる。
【００３１】
上記加工用データ生成過程及び制御用データ生成過程（Ｓ７）について以下説明する。これらのデータは各加工群毎に生成される。加工用データは、図５に示されるように、被加工物１における、レーザスキャン加工のための位置姿勢が定まって加工群として登録された被加工面上の、加工パターンＰを、レーザスキャン加工手段が仮想的に有している加工基準面ＶＳに投影してできた２次元平面上のレーザスキャンパターンＬＳの形状データを含んだものである。また、制御用データは、注目している被加工面の位置姿勢を得るために被加工物の位置姿勢を行うのに必要なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変位量及びＸ，Ｙ軸回り回転角を含んだものである。図５において、Ｘ軸回りの回転θｘとＺ軸方向の変位ΔＺが示されている。
【００３２】
上記各データは、データ出力過程（Ｓ８）により外部へ出力される。このデータを生成するコンピュータが、オンライン状態でレーザスキャン加工手段及び加工位置姿勢制御手段と接続されている場合は、オンラインによりレーザスキャン加工を行うことができる。また、この出力されたデータは記録媒体に記録され、後ほど同じコンピュータにより用いることもできると共に、別のシステムにおいて利用することもできる。
【００３３】
以上３次元レーザスキャン加工データの作成方法について説明したが、次に本発明の実施形態に係る３次元レーザ加工方法について、図６乃至図２１を参照して説明する。３次元レーザ加工方法においては、予め、被加工物の被加工面を加工群に分割しておき、図６に示されるように、各加工群について得られた位置姿勢制御用データＤ１、同じく各加工群について得られた加工用データＤ２を準備しておく。被加工物は初期位置姿勢に置かれて加工スタートされる。次に、加工群毎に加工処理を行うため最初の加工群が指定され（Ｓ１０）、続いて、位置姿勢制御用データＤ１に基づき被加工物位置姿勢変更が行われる（Ｓ１１）。次に、加工用データＤ２に基づきレーザスキャン加工が実行される（Ｓ１２）。この後、全加工群について加工処理が行われたかどうか判断され、全ての加工群が処理されていれば３次元レーザ加工は終了し（Ｓ１３でｙｅｓ）、未処理の加工群があれば（Ｓ１３でｎｏ）、次の加工群の処理が行われる（Ｓ１０）。
【００３４】
上記加工フローに基づいた加工例を図７により説明する。図７における被加工物は、前出の図２に示される被加工物であり、加工群Ｇ１〜Ｇ５を有している。この例では、加工群Ｇ１から加工群Ｇ５まで順番に加工処理が行われる。この間に被加工物の位置姿勢は、位置姿勢の制御用データ（θ及びＺ）である各回転角θ１〜θ５及び移動量Ｚ１〜Ｚ５に基づいて変更される。ここで加工群の処理の順番については、後述するように加工処理のシミュレーションを行って加工時間の最適化を行うことができる。
【００３５】
以下においては、３次元レーザ加工方法における、被加工面の加工群への分割の方法に関するいくつかの説明がなされる。まず、図８において、レーザ光Ｌは、図示されないレーザ光源からのレーザ光であり、ミラーＭとガルバノミラーＧＭによって偏向されて、所定の範囲の同時スキャン加工エリアＡを照射する。上記までの説明において、一つの同時スキャン加工エリアによって被加工物を覆っている場合の説明がされているが、図８に示されるように被加工物をいくつかの同時スキャン加工エリアＡに分けることもできる。これは例えば、被加工物が大きくて、レーザスキャン加工手段の有効レーザ照射エリア（有効照射エリア）からはみ出す場合などに適用できる。この場合は、被加工物を平行移動させてはみ出たエリアをレーザ照射位置に移動させて対応することができる。図８に示されるように被加工面の段差が大きい場合は、焦点深度に基づいて加工群を指定することができる。
【００３６】
ここに、被加工面のレーザスキャン加工の可能性は、被加工面の向きとレーザ光の光線方向との関係により照合判断されるが（図４のＳ６３，Ｓ６４）、被加工物の幾何学的形状によっては、上記方法では加工群を指定できない場合がある。例えば図９に示されるように、ひさしによって隠蔽された被加工面Ｊ１は、単に被加工面の向きだけでは判断できない。この場合、被加工物の３次元形状データに基づき、画像処理における陰線処理と同様の方法を用いてこのような加工不適な部分を加工群Ｇ３１から除外することができる。また、被加工物の加工条件入力（図３のＳ２）において材料物性を入力しておくことにより、材料物性が一部異なるため、加工条件が変わる部分Ｊ２を加工群Ｇ３２から除外することができる。
【００３７】
上記、被加工物の幾何学的形状に起因して加工群から除外された被加工面Ｊ１は、図１０に示されるように、被加工物１の位置姿勢を変えることによりレーザ照射が可能となることがあり、この場合、被加工物１の３次元形状データに基づき、レーザスキャン加工が可能であるとの判断がされ、前記の加工群Ｇ３１とは別の加工群Ｇ４１に組み入れることができる。
【００３８】
また、被加工面の傾斜度によりレーザスキャン加工に不適な面を加工群から除外する方法が図１１に示されている。被加工面のデータが、３Ｄ−ＣＡＤにおけるソリッドモデル記述から（ａ）、ワイヤフレーム記述に変換され（ｂ）、ワイヤフレームが成す２つのベクトルＶ１，Ｖ２から注目する面Ｓの法線ベクトルＮが求められる。レーザ光Ｌの照射方向と各被加工面の法線ベクトルＮとの相対角度によりレーザ照射の可否が判断される（ｃ）。これにより、レーザスキャン加工に不適な面を加工群から除外することができる。
【００３９】
また、予め被加工物の３次元形状データに少なくともレーザスキャン加工する各部分についてのデータに材質や粗さなどのレーザ照射エネルギーの吸収率に関係するデータを付加しておき、これらの吸収率に関係するデータとレーザ照射角度とにより同時レーザスキャン加工に不適な部分を判断することができる。例えば、被加工面が下地基板の成形基材に銅膜が被膜された面であれば、図１２に示される角度によるレーザエネルギー吸収率変動において、被加工面の法線ベクトルとレーザ光のなす角度が０゜の場合略５０％の吸収率であるが、この吸収率を２５％までの許容とすると、前記のなす角度が３０゜以上となる被加工面は除外されることになる。また、斜面部においては、平面部に比べ吸収率が低下するが、スキャン速度を遅くする、又は、パルス周波数を大きくする等して加工エネルギーを増大する等の調整を行う。
【００４０】
次に、３次元レーザ加工方法における、レーザ加工の品質を高める方法に関するいくつかの説明がなされる。まず、被加工物の３次元形状データより加工群を複数決定したとき、図１３に示すように、隣接する他の加工群Ｇ４１〜Ｇ４４の境界部分には重ね代δを持たせることによりレーザ加工の信頼性を確保できる。導電膜の一部を蒸発除去して回路パターンを形成する場合、隣接する加工群間において加工パターンが接続されていないと導電膜の除去残りが発生して絶縁不良が発生する。本方法により、このような不具合を除去することができる。特に、平面と立ち面の描画パターンは稜線で接するので、この立ち面側の加工群に重ね代δの延長部分を設けることにより加工パターンの接続信頼性を高めることができる。重ね代δは、レーザ、被加工物位置、位置姿勢制御手段、被加工物の形状精度によって適宜増減して調節することができる。
【００４１】
また、レーザ照射方向に対する加工面の傾斜度とレーザスキャン加工方向との関係において、例えば６０゜傾斜面にレーザ照射を行った場合、レーザ光スポット径は斜面方向において２倍に拡大される。従って、図１４に示されるようにレーザ光のスポット径の補正なしＨＮでは、斜面横方向にレーザスキャンした場合、補正ありＨの加工幅Ｗの２倍の加工幅となり、均一な加工幅とすることができない。レーザ加工用データのレーザ加工パラメータとしてレーザ照射ビーム形状と大きさ、照射ビームエネルギー、レーザビームスキャン速度、及びパルス発振のレーザ光の場合のパルス周波数があり、このいずれかを補正することにより所要のレーザ加工幅と品質が得られる。例えば、パルス周波数ｆとスキャン速度ｖを調整して連続する斜面と平面に対して均一な加工を実現している例を図１５に示す。この時、前述の図１２のような平坦部と斜面部とにおける表面角度によるレーザエネルギー吸収率変動から必要な加工エネルギーを算出し、算出した加工エネルギーになるようにスキャン速度ｖ１，ｖ２及びパルス周波数ｆ１，ｆ２を決定する。図１５において斜面部は平坦部よりレーザ光照射パワーを増大させるため、斜面部のｖ２／ｆ２は平坦部のｖ１／ｆ１より小さい値となる。
【００４２】
また、レーザスキャン加工におけるレーザを照射する３次元領域内の各照射加工点について，光学系の収差などで発生する位置ずれを補正することにより加工精度の向上について説明する。例えば、レーザ光により格子パターンを描画すると、図１６（ａ）に示されるようにガルバノミラーＧＭに特有の歪みが発生する。各レーザ照射点の座標値と理想の値の差を全ポイントに関して計測し，歪みフリーな描画に必要な補正データを予め準備しておき、実際のスキャン加工用データには３Ｄ−ＣＡＤから算出された幾何データに，上記補正値を加味することにより，図１６（ｂ），（ｃ）に示すように精度向上を図ることができる。
【００４３】
以下においては、３次元レーザ加工方法における、事前のレーザ加工のシミュレーションによる加工時間の短縮及び品質を高める方法に関するいくつかの説明がなされる。まず、複数の加工群に対して図１７（ａ）の加工完成イメージを得るために、３回のレーザスキャン加工１ｓｔ，２ｎｄ，３ｒｄを行った加工シミュレーションの処理パターン１が図１７（ｂ）のようにグラフィック表示され、４回のレーザスキャン加工１ｓｔ，２ｎｄ，３ｒｄ，４ｔｈをレーザ加工の順番を組み替えて行った加工シミュレーションの処理パターン２が図１７（ｃ）のように表示される。そして、その所要の時間の比較が図１８のように表示される。ここで、各加工経路は加工の順番毎に色分けされてグラフィック表示される。加工の順番によって位置姿勢の変更（ワーク動作）回数や制御（ワーク駆動）などに要する時間が変わるため、表示された加工パターン候補から、作業者が加工時間や加工品質を確認して加工パターンを選択することができる。特殊加工部分について、人の判断も有効に活用して重要な部分について加工品質のチェックと選択が可能となる。
【００４４】
加工データ生成において，コンピュータが被加工物モデルに入力されている公差を読み取り，自動的に加工スピード重視もしくは品質重視を判断して，加工部分を適切な加工群に分割するように分割手法を切り替えることができる。この場合、図１９に示されるような公差とスピード及び公差とレーザパワーなどのデータを入力しておく。このようにして、加工データ作成後に，総加工時間及び内訳を求めるシミュレーションを実行することで実際の加工前に加工時間、ワーク治具の駆動回数などの評価が可能となる。これにより、複数の品質設定のそれぞれについて、シミュレーションを実行して図２０や図２１に示すように加工候補を一覧やグラフで表示し、総加工時間が同じである場合には、作業者が最適な加工を選択するようにできる。また、手入力により分割指示などにより作成した複数の加工データ作成条件に基づき，それぞれの加工パターンをグラフィック表示するとともに、加工時間を表示して、作業者に選択可能とすることができる。
【００４５】
以下においては、図２２及び図２３を参照して３次元レーザ加工装置の説明がなされる。３次元レーザ加工装置は、立体形状を有する被加工物にレーザスキャン加工手段からのレーザを照射するレーザスキャン加工手段１０と、被加工物の加工面と前記レーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御する加工位置姿勢制御手段２０と、これらの全体を制御すると共に作業者とのインターフェースを行う全体制御手段３０と備えている。レーザスキャン加工手段１０と位置姿勢制御手段２０と全体制御手段３０との間は、それぞれ通信線４０を備えており、これによりデータ通信が可能である。
【００４６】
レーザスキャン加工手段１０は、レーザ光源１１とこのレーザ光源からのレーザ光を反射するミラーＭ及び偏向してレーザースキャンを行うガルバノミラーＧＭを備えている。
【００４７】
加工位置姿勢制御手段２０は、被加工物１を載置保持するテーブル２１と被加工物１の位置姿勢をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動及びＸ，Ｙ軸回りの回転を行うワーク位置姿勢駆動部２２を備えている。
【００４８】
全体制御手段３０は、ＣＰＵからなる中央処理部３１とデータの入出力を行う入出力部３２とデータ及びプログラムを記憶するメモリ３３と記録媒体を駆動する媒体ドライブ（ＣＤ−ドライブ）３４とユーザーインターフェイスを行う表示画面３５及び入力部３６とを備えている。メモリ３３には、レーザスキャン加工データ作成プログラムによる次の２つの手段を記憶している。その１つは、被加工物の３次元形状データに基づき、被加工物の加工面について同時にレーザスキャン加工する部分を一つの群として、複数の群に分割する同時レーザスキャン加工群分割手段３７であり、他の１つは、上記分割された同時レーザスキャン加工群のそれぞれについて、前記被加工物とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢の制御用データ及びレーザスキャン加工用データを生成する加工制御データ生成手段３８である。
【００４９】
上記構成において、前記全体制御手段３０の制御指令に従って、順次、前記同時レーザスキャン加工群毎に、前記加工位置姿勢制御手段３０により、被加工物１の加工面の位置姿勢が制御位置決めされ、前記同時レーザスキャン加工群のレーザスキャン加工用データに基づき前記レーザスキャン加工手段１０により被加工物１をレーザスキャン加工するこができる。
【００５０】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、スパッタリング法による銅の導電膜を加工対象として説明したが、材質は銅に限らずまたその成膜方法も、めっき成膜、真空蒸着膜、イオンプレーティング、電着成膜を含む成膜方法が可能である。下地基板の製法及び材質も樹脂を材料とするＭＩＤに限らない。例えば、下地基板の材質としてセラミックも適用可能である。また、本願発明は導電膜の加工に限らず、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ついて広く適用可能である。また、レーザスキャン加工は、同時レーザスキャン加工群毎に行うだけでなく、２平面の交わる稜線を跨いで行う加工や前記重ね代の部分などの加工においては、加工位置姿勢を連続的に制御しながら隣接する同時レーザスキャン加工群へと加工を行うステップを設けることも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、被加工物の３次元形状データと加工パラメータ及びレーザ照射臨界角を含むレーザスキャン加工の条件を入力し、これらのデータと条件に基づいて、一括してレーザスキャン加工できる同時レーザスキャン加工群毎に３次元レーザ加工データを得るように、レーザ照射方向に対するレーザ照射不可面の探索、被加工物の姿勢変更処理と再度のレーザ照射不可面の探索をコンピュータに行わせることとし、さらに、被加工物表面とレーザスキャン加工手段との相対位置姿勢を制御する制御用データと同時レーザスキャン加工群を加工するためのレーザスキャン加工用データの生成、及び各データの出力をコンピュータを用いて自動処理により行わせて、３次元レーザ加工データを作成するようにしたので、従来の手作業によるデータ作成と比べ大幅なデータ作成時間削減とデータ精度の向上が図れる。また、被加工物の加工対象面を同時スキャン加工群に分割するに当たり加工条件も加味できるため、加工品質の向上が図れる。さらに、加工用データ及び制御用データの作成及び変更が容易となり最適データを得ることができるため、加工時間の短縮が可能となる。また、請求項２の発明によれば、シミュレーション機能をもたせたので、実際の加工を行うことなく容易に最適な３次元レーザ加工データを得ることができる。
【００５２】
また、請求項３の発明によれば、３次元レーザ加工データ作成の手順をコンピュータに実行させることができ、請求項４の発明によれば、請求項３に記載の３次元レーザ加工データ作成プログラムを記録させたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いてどのコンピュータ上でもデータ作成やデータ作成方法の変更及びデータの保存が可能となるので３次元レーザ加工の効率向上が図れる。
【００５３】
また、請求項５の発明によれば、被加工物の加工対象領域を予め、同時レーザスキャン加工群に分割し、被加工物の姿勢の制御用データ及びレーザスキャン加工用データを生成しておき、これらのデータに基づき、各同時レーザスキャン加工群毎に繰り返して被加工物の姿勢制御とレーザスキャン加工を行うこととしたので、加工対象領域を加工条件や制御条件毎に加工群として分割して処理できるため、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができる。
【００５４】
また、請求項６の発明によれば、加工対象領域のエリア分割及び焦点深度による分割をして同時レーザスキャン加工群を決定できるので、広範囲の形状の被加工物や高低差の大きな被加工物に対応することができ、レーザスキャン加工の適用範囲を拡大が図れる。また、請求項７の発明によれば、加工条件としてレーザエネルギーの吸収率を考慮して加工群への分割ができるので、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができる。
【００５５】
また、請求項８の発明によれば、加工条件として公差を考慮して加工群への分割ができるので、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができる。また、請求項９の発明によれば、重ね代を設けることとしたので、加工の不連続部分の発生を抑えることができ加工の信頼性を向上することができる。また、請求項１０の発明によれば、レーザスキャン加工手段に適応した加工用データが生成されるので、各種のレーザスキャン加工手段を用いることができ、加工時間と加工品質を最適化して処理を行うことができると共に加工可能な加工対象物の範囲がひろがる。
【００５６】
また、請求項１１の発明によれば、加工面の傾斜度及びレーザ照射方向について自動的にレーザ加工パラメータが補正されて加工用データが得られるので、加工時間と加工品質を最適化すると共に被加工物の全体に亘って加工品質を均一化することができる。また、請求項１２の発明によれば、レーザ加工パラメータの補正により加工パターン形状、加工速度を制御できるので、加工時間と加工品質を最適化すると共に被加工物の全体に亘って加工品質を均一化することができる。また、請求項１３の発明によれば、光学系に起因するレーザスキャンの位置ずれが補正されるので、被加工物の広範囲に亘って高い加工精度を維持できると共に、被加工物の一括処理できる領域が広くとれるため被加工物の位置変更にかかる時間を短縮することができる。
【００５７】
また、請求項１４の発明によれば、被加工物の３次元形状データと加工パラメータ及びレーザ照射臨界角を含むレーザスキャン加工の条件に基づいて被加工物の加工面を同時レーザスキャン加工群分割手段により複数の群に分割し、各同時レーザスキャン加工群毎に生成した制御用データ及び加工用データに基づき加工位置姿勢制御手段とレーザスキャン加工手段を制御して被加工物をレーザスキャン加工することとしたので、一括して加工できる同時レーザスキャン加工群の概念のもと、３次元レーザ加工において、加工用データの生成から加工までの一連の処理を略全自動で行うことができ、未熟練者であっても３次元加工制御用データ作成とレーザ加工を正確かつ容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は本発明を適用する立体基板の斜視図、（ｂ）は本発明の一実施形態による、加工パターンの同時レーザスキャン加工群への分割を示す斜視図。
【図２】  （ａ）は本発明を適用する立体基板の斜視図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）はレーザ照射臨界角の説明断面図。
【図３】  本発明に係る３次元レーザ加工データ作成方法のフロー図。
【図４】  同上詳細フロー図。
【図５】  本発明に係るデータ生成過程を示す概念図。
【図６】  本発明に係る３次元レーザ加工方法のフロー図。
【図７】  同上加工方法の適用例を示す断面図。
【図８】  同上加工方法における同時レーザスキャン加工群決定の方法を示す斜視図。
【図９】  同上加工方法における同時レーザスキャン加工群決定の方法を示す斜視図。
【図１０】  同上加工方法における同時レーザスキャン加工群決定の方法を示す斜視図。
【図１１】  （ａ）は同上加工方法における被加工物のソリッドモデル図、（ｂ）は同ワイヤフレーム図、（ｃ）は同同時レーザスキャン加工群決定の方法を示す斜視図。
【図１２】  角度によるレーザエネルギー吸収率変動を示す図。
【図１３】  同上加工方法における同時レーザスキャン加工群に重ね代を持たせることを説明する斜視図。
【図１４】  同上加工方法における斜面上のレーザ光のスポット径の補正を説明する斜視図。
【図１５】  同上加工方法におけるレーザ光のパルス周波数とスキャン速度の調整を説明する斜視図。
【図１６】  （ａ）はレーザ光の描画における位置ずれを示す概念図、（ｂ）は平面上で描画位置ずれを補正した概念図、（ｂ）は空間で描画位置ずれを補正した概念図。
【図１７】  （ａ）は同上加工方法による加工完成イメージ図、（ｂ）は同イメージ図におけるレーザスキャンの順番を示す図、（ｃ）は同イメージ図におけるレーザスキャンの他の順番を示す図。
【図１８】  シミュレーション結果を説明する図。
【図１９】  公差とレーザパワー及びレーザスキャンスピードの関係を示す図。
【図２０】  シミュレーション結果表示する図。
【図２１】  品質レベルと加工時間の関係を示す図。
【図２２】  本発明に係る３次元レーザ加工装置のシステムブロック図。
【図２３】  本発明に係る３次元レーザ加工装置の斜視図。
【符号の説明】
１  被加工物
１０  レーザースキャン加工手段
２０  加工位置姿勢制御手段
３０  全体制御手段
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ３  レーザ光（レーザ）
ＶＳ  加工基準面
Ｐ  加工パターン
Ｇ１〜Ｇ５，Ｇ２１〜Ｇ２５，Ｇ４１〜Ｇ４４  同時レーザースキャン加工群（加工群）
ＬＧ１〜ＬＧ３  同時レーザースキャン加工群（加工群）
δ  重ね代
Ｗ  加工幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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