(57)【要約】【課題】レーザ照射位置を補正するための装置の小型化を可能にし、なおかつ、高精度に照射位置を補正できるようにする。【解決手段】複数の光センサ１０４を配置した検出面１０５を有する照射位置検出装置１０３を、レーザ加工対象物が配置されるワーク面５１上に配置し、前記検出面１０５をレーザ光４５によって走査し、前記検出面１０５の光センサ１０４が前記レーザ光４５によって照射されたときの前記レーザ光４５の照射目標位置と前記光センサ１０４の位置とに基づいて、前記レーザ光４５の照射目標位置と照射位置とのズレを補正する照射位置補正方法において、前記ワーク面５１上での前記照射位置検出装置１０３の配置位置を、少なくとも１或いは複数の前記光センサ１０４が重なり合うように規定し、重なり合うべき前記光センサ１０４から得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、前記配置位置の各々での前記光センサ１０４の位置のズレを補正する。【選択図】図８
2009101383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光センサを配置した検出面を有する照射位置検出装置を、レーザ加工対象物が配置されるワーク面上に配置し、前記照射位置検出装置の検出面をレーザ光によって走査し、前記検出面の光センサが前記レーザ光によって照射されたときの前記レーザ光の照射目標位置と前記ワーク面上での前記光センサの位置とに基づいて、前記レーザ光の照射目標位置と照射位置とのズレを補正する照射位置補正方法において、
前記ワーク面上での前記照射位置検出装置の複数の配置位置を、少なくとも１或いは複数の前記光センサが重なり合うように規定し、
重なり合うべき前記光センサから得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、前記配置位置の各々での前記光センサの位置のズレを補正する
ことを特徴とする照射位置補正方法。
【請求項２】
請求項１に記載の照射位置補正方法において、
前記配置位置の各々で前記照射位置検出装置を移動させたときに、
重なり合うべき光センサのうちの１つの光センサが前記ワーク面上の同一の点に位置するようにした
ことを特徴とする照射位置補正方法。
【請求項３】
請求項２に記載の照射位置補正方法において、
前記照射位置検出装置の検出面に前記光センサを格子状に配置し、前記ワーク面上での前記照射位置検出装置の配置位置の各々を、少なくとも１列の前記光センサが重なり合うように規定し、
前記配置位置の各々で前記照射位置検出装置を移動させたときに、重なり合うべき光センサのうちの少なくとも１つの光センサが前記ワーク面上の同一の点に位置するようにした
ことを特徴とする照射位置補正方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の照射位置補正方法において、
前記照射位置検出装置を移動させたときに前記ワーク面上の同一の点に位置する光センサを基準にして、前記レーザ光の高さ方向のズレを補正する
ことを特徴とする照射位置補正方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の照射位置補正方法において、
前記光センサのそれぞれについての前記照射目標位置と前記照射位置との間のズレと、前記光センサの各々の配置関係とに基づいて、前記検出面の任意の位置での前記ズレを補正することを特徴とする照射位置補正方法。
【請求項６】
複数の光センサを配置した検出面を有し、レーザ加工対象物が配置されるワーク面上に配置されて前記検出面がレーザ光によって走査され、前記光センサの各々の検出信号を出力し、当該検出信号に基づいて、前記レーザ光の照射目標位置と照射位置とのズレを補正可能にするための照射位置検出装置と、
前記ワーク面上に配置され、前記照射位置検出装置の複数の配置位置を、少なくとも１或いは複数の前記光センサが重なり合うように規定する載置ベース体と、を備え、
重なり合うべき前記光センサから得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、前記配置位置の各々での前記光センサの位置のズレを補正可能にした
ことを特徴とする照射位置補正用具セット。
【請求項７】
レーザ光を出力するレーザ装置と、
前記レーザ光をワーク面に向けて偏向すると共に、前記ワーク面を前記レーザ光で照射するスキャナ装置と、
レーザ加工処理に応じて前記スキャナ装置による照射位置を制御するコントロールユニットとを備え、
前記コントロールユニットは、
前記ワーク面をレーザ光で照射しつつ、請求項５に記載の照射位置検出装置の光センサの検出信号を受信して、前記レーザ光の照射位置の目標と、実際の照射位置との間のズレを補正する
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、レーザ光の照射位置のズレを補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品や製品等の加工対象物をレーザ光により走査して、この加工対象物の表面に印字やマーキング等のレーザ加工を行うレーザ加工装置が知られている。また、光硬化樹脂にレーザ光を照射して光硬化造形法により三次元形状の物体を造形する光造形装置も知られている。これらのレーザ加工装置、及び、光造形装置においては、加工対象物或いは光硬化樹脂をレーザ光で走査するための走査手段として、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸方向にレーザ光を偏向可能にするスキャナ装置と（例えばガルバノスキャナ装置）、焦点位置をＺ軸方向で調整可能にするダイナミックフォーカスレンズやｆθレンズを備えている。
【０００３】
一般に、スキャナ装置と、ｆθレンズ等のフォーカス調整装置とを組み合わせてレーザ光の位置決めを行う場合、位置決めの軌跡に、ピンクッション歪みやｆθレンズの光学設計上のリニアリティー誤差による歪み等が合成された幾何学的な歪みが生じることが知られている。そこで、従来においては、正方形の領域内に、等間隔にマトリクス状に並んだ座標点の座標値に基づき基板上にレーザ光線を照射し、穴あけを行い、それぞれの穴の位置を測定器を用いて測定し、測定結果と座標点の座標値とを比較処理することにより、歪んだ形状と元の正方形との差分を求め、正方形の領域内への所定の穴あけを行う変換後の座標値を補正することにより、歪みの誤差を含まない正確な座標点に対してレーザ光照射を可能にする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、基板上に穴あけを実際に行う事なく位置補正を可能にするために、光学素子を格子状に配置したレーザ光スポット位置確認板を、加工対象物を載置する加工テーブルに取り付け、このレーザ光スポット位置確認板に配置された光学素子からの光強度信号に基づいてレーザ光スポット位置を算出する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−１７４２５６号公報
【特許文献２】特開２００１−３３４３７６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、レーザ光スポット位置確認板を用いて照射位置を補正する場合、レーザ光スポット位置確認板が、少なくとも加工テーブルのワーク面全体を覆う程度の広さを有する必要がある。したがって、ワーク面の広さによっては、レーザ光スポット位置確認板が大型化し、運搬や設置が非常に大変になる、という問題がある。
レーザ光スポット位置確認板よりもワーク面が広い場合、レーザ光スポット位置確認板をワーク面内で移動させて、ワーク面全体に対してレーザ光スポット位置を算出することも可能である。しかしながら、この場合には、レーザ光スポット位置確認板の移動前後での測定結果の間にバラツキが生じる恐れがあり、高精度な補正が不可能になる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、レーザ照射位置を補正するための装置の小型化を可能にし、なおかつ、高精度に照射位置を補正することができる照射位置補正方法、照射位置補正用具セット及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の光センサを配置した検出面を有する照射位置検出装置を、レーザ加工対象物が配置されるワーク面上に配置し、前記照射位置検出装置の検出面をレーザ光によって走査し、前記検出面の光センサが前記レーザ光によって照射されたときの前記レーザ光の照射目標位置と前記ワーク面上での前記光センサの位置とに基づいて、前記レーザ光の照射目標位置と照射位置とのズレを補正する照射位置補正方法において、前記ワーク面上での前記照射位置検出装置の複数の配置位置を、少なくとも１或いは複数の前記光センサが重なり合うように規定し、重なり合うべき前記光センサから得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、前記配置位置の各々での前記光センサの位置のズレを補正することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記照射位置補正方法において、前記配置位置の各々で前記照射位置検出装置を移動させたときに、重なり合うべき光センサのうちの１つの光センサが前記ワーク面上の同一の点に位置するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記照射位置補正方法において、前記照射位置検出装置の検出面に前記光センサを格子状に配置し、前記ワーク面上での前記照射位置検出装置の配置位置の各々を、少なくとも１列の前記光センサが重なり合うように規定し、前記配置位置の各々で前記照射位置検出装置を移動させたときに、重なり合うべき光センサのうちの少なくとも１つの光センサが前記ワーク面上の同一の点に位置するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記照射位置補正方法において、前記照射位置検出装置を移動させたときに前記ワーク面上の同一の点に位置する光センサを基準にして、前記レーザ光の高さ方向のズレを補正することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記照射位置補正方法において、前記光センサのそれぞれについての前記照射目標位置と前記照射位置との間のズレと、前記光センサの各々の配置関係とに基づいて、前記検出面の任意の位置での前記ズレを補正することを特徴とする。
【００１１】
また上記目的を達成するために、本発明は、複数の光センサを配置した検出面を有し、レーザ加工対象物が配置されるワーク面上に配置されて前記検出面がレーザ光によって走査され、前記光センサの各々の検出信号を出力し、当該検出信号に基づいて、前記レーザ光の照射目標位置と照射位置とのズレを補正可能にするための照射位置検出装置と、前記ワーク面上に配置され、前記照射位置検出装置の複数の配置位置を、少なくとも１或いは複数の前記光センサが重なり合うように規定する載置ベース体と、を備え、重なり合うべき前記光センサから得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、前記配置位置の各々での前記光センサの位置のズレを補正可能にしたことを特徴とする照射位置補正用具セットを提供する。
【００１２】
また上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を出力するレーザ装置と、前記レーザ光をワーク面に向けて偏向すると共に、前記ワーク面を前記レーザ光で照射するスキャナ装置と、レーザ加工処理に応じて前記スキャナ装置による照射位置を制御するコントロールユニットとを備え、前記コントロールユニットは、前記ワーク面をレーザ光で照射しつつ、請求項５に記載の照射位置検出装置の光センサの検出信号を受信して、前記レーザ光の照射位置の目標と、実際の照射位置との間のズレを補正することを特徴とするレーザ加工装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ワーク面上での照射位置検出装置の複数の配置位置を、少なくとも１或いは複数の前記光センサが重なり合うように規定し、重なり合うべき光センサから得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、配置位置の各々での前記光センサの位置のズレを補正可能にするため、照射位置検出装置をワーク面内で移動させてワーク面全体でレーザ光の照射位置検出を行いつつ、照射位置検出装置の移動前後での光センサの位置ズレを補正した上でレーザ光の照射位置の補正が可能になる。これにより、ワーク面よりも小さい照射位置検出装置を用いて、当該ワーク面全体にわたりレーザ光の照射位置を高精度に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図であり、図２は本実施形態に係る照射位置補正用具セット１００を模式的に示す斜視図である。
レーザ加工装置１は、レーザ発振器２と、スキャナ光学装置３と、レーザ発振器２から放射されたレーザ光４５をスキャナ光学装置３に導く光学素子たる１対のミラー４Ａ、４Ｂとを備えており、これらが板状の石定盤５に載置され固定されている。
レーザ発振器２は、図示せぬレーザ共振器を内蔵する直方体形状の発振器本体２０を有し、この発振器本体２０の先端部２０Ａに開口したレーザ出射口２１からレーザ光を出射する。このレーザ発振器２としては、固体レーザ発振器、液体レーザ発振器、気体レーザ発振器、半導体レーザ発振器、或いは、自由電子レーザ発振器などが用いられる。
【００１５】
発振器本体２０の底面には、先端部２０Ａ側及び後端部２０Ｂ側のそれぞれに、石定盤５にねじ止め固定されたＸＹＺ軸ステージ２２が設けられている。石定盤５は、平面精度が非常に高いため、各ＸＹＺ軸ステージ２２を調整することで、レーザ発振器２の光軸の微調整が可能となる。さらに、石定盤５は、熱伝導率が非常に小さいため、レーザ発振器２の発熱が他の光学要素に伝導し熱的影響を及ぼすことが抑制される。
【００１６】
スキャナ光学装置３は、光学要素として、レーザ発振器２から出力されたレーザ光４５の強度を変調するＡＯＭ（音響光学変調素子）３０と、レーザ光４５のＺ軸上での焦点位置を調整するダイナミックフォーカスレンズ３１と、レーザ光４５をＸ軸、Ｙ軸の２軸に偏向して加工対象物に照射するスキャナヘッド３２とを備え、これらの光学要素が、ミラー４Ｂとの光軸を合わせるための直線状に延びた高さ調整用のステージ３３に載置されている。
この高さ調整用のステージ３３には、ダイナミックフォーカスレンズ３１及びスキャナヘッド３２の間に固定配置され、ダイナミックフォーカスレンズ３１から出力された光を集光する集光レンズ３４と、ＡＯＭ３０に入射するレーザ光４５を整形する光学素子としての２組のレンズ３５Ａ、３５Ｂとが取り付けられている。
【００１７】
スキャナヘッド３２は、底面が開口した箱型の筐体４２を備えており、この筐体４２の上部及び側部には、モータ４１Ａ、４１Ｂが設けられている。
モータ４１Ａの回転軸５２（駆動軸）は、図１における左右方向に延在しており、その先端には、レーザ光４５を偏向するスキャナミラー４０Ａが取り付けられている。このスキャナミラー４０Ａは、モータ４１Ａの回転軸５２をＲ方向（図２参照）へ適宜回動させることにより、ミラーの角度を変えられるようになっている。
一方、モータ４１Ｂの駆動軸は、図１における上下方向に延在しており、その先端には、スキャナミラー４０Ａの偏向方向に対して所定の角度となる方向にレーザ光４５を偏向するスキャナミラー４０Ｂが取り付けられている。このスキャナミラー４０Ｂは、モータ４１Ｂの駆動軸を回動させることにより、ミラーの角度を変えられるようになっている。
これらのスキャナミラー４０Ａ、４０Ｂは、筐体４２の内部に配置されており、筐体４２の側面には、その内部にレーザ光４５を導くための図示せぬ導入口が形成されている。
【００１８】
また、筐体４２が配置された部分の高さ調整用ステージ３３には、上記スキャナミラー４０Ａ、４０Ｂにて偏向された光を出射する出射口４３が設けられている。これにより、スキャナヘッド３２、レンズ３４及びこの出射口４３によって、レーザ発振器２から出力されたレーザ光４５を偏向する偏向モジュールが構成されている。この偏向モジュールによって偏向されたレーザ光４５は、出射口４３を通過して加工テーブル５０へと向けられる。加工対象物は、加工テーブル５０の上面５０Ａに設定されたワーク面５１に配置され、少なくともワーク面５１内でレーザ光を走査可能に構成されている。
【００１９】
ダイナミックフォーカスレンズ３１は、レーザ光４５をスキャナヘッド３２で偏向し対象物をレーザ光４５で走査する際に、対象物の走査面におけるレーザ光４５の照射スポット径を照射位置によらず略一定に維持するようにレーザ光４５の焦点距離を可変するものである。ダイナミックフォーカスレンズ３１は、図示せぬモータによってレンズ系が光軸方向に駆動され、レーザ光４５の焦点距離が可変される。さらに、対象物が立体的な走査面の場合には、該走査面で焦点が合うように、ダイナミックフォーカスレンズ３１がコントロールユニット６によって制御される。この図示せぬモータ、及び、上記スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂは、コントロールユニット６により制御されている。このコントロールユニット６は、走査面におけるレーザ光４５の照射位置に基づいて焦点距離を調整すべく、ダイナミックフォーカスレンズ３１のモータと、スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂとを互いに同期させながら制御する。なお、ダイナミックフォーカスレンズ３１に代えてｆθレンズを焦点距離調整手段として用いても良い。
【００２０】
ＡＯＭ３０は、上記の通り、レーザ発振器２から出力された連続発振レーザ光、或いは、パルスレーザ光の強度変調を行うものであり、上記コントロールユニット６により制御されており、コントロールユニット６は、対象物の走査面におけるレーザ加工深度等の加工度合いを常に一定に維持すべく、スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂの駆動量によって規定されるレーザ光４５の走査速度に応じて、レーザ光４５の強度を可変する。すなわち、コントロールユニット６は、レーザ光４５の走査速度が速い場合には、単位面積あたりのエネルギーが低下するためレーザ光４５の強度もしくはレーザ光４５の密度を高め、これとは逆に、走査速度が遅い場合にはレーザ光４５の強度もしくはレーザ光４５の密度を低める制御を行い、レーザ光４５の走査時の単位面積あたりのエネルギーを略一定に維持する制御を行う。なお、上記レーザ光４５の密度は、パルスレーザ光の単位時間当たりのパルス数により定義され、当該レーザ光密度を可変することで、単位面積当たりのレーザ光４５のエネルギーを可変することができる。
【００２１】
また、スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂには、スキャナミラー４０Ａ、４０Ｂの回転量に応じたパルス数のデジタルパルス信号ＳＡ、ＳＢをコントロールユニット６に出力するエンコーダ４４Ａ及び４４Ｂが設けられている。
コントロールユニット６は、各デジタルパルス信号ＳＡ、ＳＢをカウントし、このカウント値に基づいて、スキャナミラー４０Ａ、４０Ｂの回転量を特定し、現在のレーザ光照射位置のＸＹ座標値を特定する。
また、コントロールユニット６は、レーザ光の照射目標位置の目標値と現在のＸＹ座標値との偏差を打ち消すように、モータ４１Ａ、４１Ｂのそれぞれに出力してネガティブフィードバック制御を実行する。このように、コントロールユニット６においては、デジタルパルス信号ＳＡ、ＳＢを出力するエンコーダ４４Ａ、４４Ｂ、及び、コントロールユニット６によりクローズドループ制御系が構成されており、各モータ４１Ａ、４１Ｂの駆動が高精度に補償される。これにより、高精度なモータ制御、すなわち、加工対象物の加工面における高精度な照射位置制御が実現される。
【００２２】
このようなレーザ加工装置１としては、例えば、リモートレーザ溶接、ワーキングディスタンスが比較的長い光造形システム、高い描画精度が要求される描画システム（単なる製造年月日などの文字を認識するために描画されるものを除く）、太陽光発電用パネル加工などに使用することができる。
【００２３】
ところで、上記のようなスキャナ光学装置３を用いた場合、ダイナミックフォーカスレンズ３１やスキャナヘッド３２の光学設計上の幾何学的な歪みにより、レーザ照射位置と、実際のレーザ照射位置との間にズレが生じる。
そこで、本実施形態においては、図２に示す照射位置補正用具セット１００を用いてレーザ照射位置のズレを補正するための補正作業を行うこととしている。この補正作業は、例えば、レーザ加工装置１を新たに設置したときや、スキャナ光学装置３の光学素子を変更したり位置を調整する等のアライメントをしたときに行われる。
【００２４】
照射位置補正用具セット１００は、図２に示すように、加工対象物が配置される加工テーブル５０のワーク面５１上に載置される略正方形の板状の載置ベース体１０１と、この載置ベース体１０１の載置面１０２に載置され、ワーク面５１内でのレーザ光の照射位置を検出するための照射位置検出装置１０３とを有している。
図３は、照射位置検出装置１０３の構成を示す図であり、図３（Ａ）は照射位置検出装置１０３の平面図、図３（Ｂ）は照射位置検出装置１０３の側面図である。
図２及び図３に示すように、照射位置検出装置１０３は、レーザ光を検出するためのｎ×ｎ個（図示例では７×７個）の光センサ１０４を一定ピッチ（例えば５１ｍｍ）で格子状に配置した略矩形の検出面１０５を有している。
上記光センサ１０４の各々は、レーザ光４５の照射に応じた電流値の検出信号を出力するものであり、上記検出面１０５に開口する格子状に設けられた凹部に各々嵌め込まれている。
【００２５】
照射位置検出装置１０３の側面には、光センサ１０４の各々の検出信号を出力する出力コネクタ１０６と把持部１０７とが設けられており、さらに、照射位置検出装置１０３の検出面１０５には、ねじ込み式の取手１０８が着脱自在に設けられている。また、照射位置検出装置１０３の底面には、３箇所に、支持脚１０９が各々同一の高さに、ねじ込み固定されている。
上記出力コネクタ１０６からは、レーザ光４５が照射されている光センサ１０４を特定可能な信号が出力されるようになっている。
【００２６】
レーザ照射位置の補正作業時には、照射位置検出装置１０３の出力コネクタ１０６とコントロールユニット６とを信号ケーブルで接続する。そして、上記把持部１０７を把持しつつ取手１０８を掴んで照射位置検出装置１０３を載置ベース体１０１の載置面１０２に載置し、照射位置検出装置１０３を配置する。なお、この配置の仕方については、後に詳述する。
その後、コントロールユニット６によってレーザ発振器２及びスキャナ光学装置３を駆動して、照射位置検出装置１０３の検出面１０５をレーザ光で走査する。これにより、コントロールユニット６には、レーザ光４５が光センサ１０４を照射したか否かを示す検出信号が照射位置検出装置１０３から入力され、このコントロールユニット６は、各光センサ１０４にレーザ光が照射されたときに目標としていた照射目標位置と、各光センサ１０４の位置から求められる実際の照射位置とのズレに基づいて、レーザ光４５の照射位置のズレを補正する。
【００２７】
具体的には、図４に示すように、照射位置検出装置１０３の検出面１０５は、加工テーブル５０のワーク面５１から、当該照射位置検出装置１０３の厚みや上記載置ベース体１０１（図４には図示せず）の厚みによる高さＨの位置に配置される。
今、ワーク面５１を基準にしてＸＹＺ座標を設定すると共に、レーザ光４５が照射している照射位置検出装置１０３の光センサ１０４の座標値をＰ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）（但しＺ１＝Ｈ）とし、このレーザ光４５によって照射されるワーク面５１の座標値をＱ（Ｘ２、Ｙ２、０）と表記する。
このとき、光センサ１０４の座標値Ｐが既知である場合には、照射位置検出装置１０３の検出面１０５へのレーザ光４５の入射角（θ、φ）と、上記高さＨとに基づいて、ワーク面５１での照射点の座標値Ｑが特定される。これにより、照射位置検出装置１０３の光センサ１０４にレーザ光４５が照射されたとき、この光センサ１０４の座標値から実際に照射されるワーク面５１の照射位置が特定され、また、このとき照射目標としていた照射目標位置と、実際のワーク面５１での照射位置とに基づいて、照射位置のズレが特定可能になる。
【００２８】
コントロールユニット６には、加工テーブル５０のワーク面５１を基準とした照射位置検出装置１０３の光センサ１０４のそれぞれの座標値Ｐが予め格納されており、コントロールユニット６は、光センサ１０４の照射を上記検出信号によって検出した場合、この光センサ１０４の座標値Ｐに基づいて、ワーク面５１の照射位置の座標値Ｑを算出し、この座標値Ｑと、光センサ１０４を照射したときに目標としていた照射目標位置とのズレを特定し、照射位置の補正を行うことになる。
このときコントロールユニット６は、光センサ１０４の各々の配置関係（本実施形態ではマトリクス状）と、各光センサ１０４での座標値の上記ズレとに基づいて、光センサ１０４間の任意の座標値におけるズレを補間等して算出し、検出面１０５、すなわち、ワーク面５１上の任意の照射位置について、目標値と実際の座標値とのズレを補正する。
【００２９】
ここで加工テーブル５０のワーク面５１が照射位置検出装置１０３よりも広い場合、ワーク面５１の全領域についてレーザ照射位置の補正を行うべく、照射位置検出装置１０３を載置ベース体１０１の載置面１０２内で移動させて配置位置を可変することで、ワーク面５１よりも小さい照射位置検出装置１０３により、広いワーク面５１全体に亘ってレーザ光の照射位置の補正を行う。
【００３０】
このとき、何ら対策を施さなければ、照射位置検出装置１０３のそれぞれの配置位置において光センサ１０４の位置を示す座標値が不明となり、光センサ１０４をレーザ光４５で照射したときの照射位置が特定できなくなる。
さらに、照射位置検出装置１０３のそれぞれの配置位置において、検出面１０５の高さにバラツキが生じると、光センサ１０４の座標値から求めた実際のレーザ光４５の照射位置の座標値Ｑに誤差が生じることとなり、正確な補正ができない。
【００３１】
そこで、本実施形態の照射位置補正用具セット１００においては、照射位置検出装置１０３をワーク面５１に対して一意に配置して所定の座標値の位置に光センサ１０４が必ず配置されるようにするための機構、及び、照射位置検出装置１０３のそれぞれの配置位置において検出面１０５の高さを同一に維持するための機構が設けられており、これらの機構について詳述する。
【００３２】
図５は、載置ベース体１０１の構成を示す平面図である。
載置ベース体１０１は、加工テーブル５０の上面５０Ａと略同程度の大きさに形成されている。この載置ベース体１０１には、図５及び図２に示すように、加工テーブル５０に載置されたときに加工テーブル５０の側面と係合し当該加工テーブル５０を挟み込む複数の係合片１１０が設けられている。
また、この載置ベース体１０１の載置面１０２には、照射位置検出装置１０３の底面に設けられた３つの支持脚１０９を受ける脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃが設けられており、これらの脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃに、照射位置検出装置１０３の支持脚１０９を係合させることで、載置面１０２における照射位置検出装置１０３の配置位置が一意に決定されるようになっている。
【００３３】
したがって、載置ベース体１０１を加工テーブル５０のワーク面５１に載置したときには、上記係合片１１０によって加工テーブル５０のワーク面５１に対する載置ベース体１０１の取り付け位置が一意に定まり、また、この載置ベース体１０１に照射位置検出装置１０３を配置したときには、脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃによって載置ベース体１０１に対する照射位置検出装置１０３の配置位置が一意に定まることとなる。これにより、加工テーブル５０のワーク面５１に対して照射位置検出装置１０３の配置位置が一意に決定され、照射位置検出装置１０３の各光センサ１０４が、コントロールユニット６が予め格納している座標値Ｐに正確に配置されることとなる。
【００３４】
脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃは各々異なる形状に形成されている。具体的には、脚受け体１２０Ａは支持脚１０９との係合面に凹部１２１を有する軸体（凸部）としての円柱体、脚受け体１２０Ｂは支持脚１０９との係合面にＶ溝１２２が形成された直方体、脚受け体１２０Ｃは支持脚１０９との係合面が平らな直方体とされている。また、脚受け体１２０ＢのＶ溝１２２は、この脚受け体１２０Ｂと上記円柱状の脚受け体１２０Ａを結ぶ直線に沿って延びる方向に形成されている。
【００３５】
したがって、照射位置検出装置１０３の支持脚１０９のそれぞれを、脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃに係合させたときには、円柱状の脚受け体１２０Ａの凹部１２１に１本の支持脚１０９が嵌り込むことで当該脚受け体１２０Ａを中心に回転可能になされるものの、他の１本の支持脚１０９が脚受け体１２０ＢのＶ溝１２２に嵌ることで、脚受け体１２０Ａを中心とした回転が規制され配置位置が一意に決定される。
これにより、脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃの相互の設置間距離に多少の寸法誤差があったとしても、脚受け体１２０ＢのＶ溝１２２の構造、及び、脚受け体１２０Ｃの平らな面構造により、その寸法誤差の影響を受けること無く、照射位置検出装置１０３を正確に所定の位置に配置することが可能になる。
【００３６】
照射位置検出装置１０３の検出面１０５には、図２及び図３に示すように、互いに直交する方向の水平度を示す１対の水準器１３０、１３１が配設されており、これにより、検出面１０５の水平度が示される。検出面１０５の水平度を調整する際には、照射位置検出装置１０３の３本の支持脚１０９のそれぞれのねじ込み量を調整して高さを変更して調整し、少なくとも照射位置の補正作業には、検出面１０５全体が略水平になるように維持する。
【００３７】
載置ベース体１０１は、正方形の平板状の４枚のベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄを縦横に２×２枚を中央に配置した連結板１４５によって連結して形成されており、運搬の際には、それらの連結を解いてベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄを重ね合わせてコンパクトにした状態で持ち運びが可能になっている。
図６は、連結板１４５の構成を示す図であり、図６（Ａ）は連結板１４５の平面図、図６（Ｂ）は連結板１４５の側面図を示す。
連結板１４５は、略正方形の平板の基体１４７を有し、その基体１４７の面内には、４本の円柱状の上記脚受け体１２０Ａが互いに同一の高さで立設されている。
ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄのそれぞれには、連結板１４５の脚受け体１２０Ａが貫通する貫通穴が形成されており、連結板１４５の脚受け体１２０Ａを貫通穴に貫通させて各ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄを連結板１４５に連結し、例えば六角ボルト等で各ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄと連結板１４５とを締結する。
これにより、各ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄにおいては、互いに同一の高さの脚受け体１２０Ａが立設されるため、各ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄに照射位置検出装置１０３を配置したときには、それぞれの配置位置において検出面１０５の高さを同一に維持することが可能になる。
【００３８】
また、図５に示すように、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄのうち、加工テーブル５０に係合する係合片１１０が互いに隣接する２枚を連結するように設けられており、連結が強固になされている。また係合片１１０は、連結板１４５の基体１４７と同一の厚みを持つ板部１１０Ａを有し、この板部１１０Ａが連結板１４５と同じ面内に配置されることで、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄを連結したときの各ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄ間のガタツキを防止している。
【００３９】
それぞれのベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄには、上記脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃが設けられており、各ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄのそれぞれで、脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃによって照射位置検出装置１０３を一意の位置に配置可能になされている。
ただし、照射位置検出装置１０３をベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄ間で移動させたときに、照射位置検出装置１０３の配置位置が所定の配置位置からズレると、光センサ１０４の位置も所定の位置（座標値Ｐ）からズレるため、レーザ光４５の照射位置の補正を正確に行うことができなくなる。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、照射位置検出装置１０３の配置位置のズレを次のようにして補正可能にしている。
すなわち、照射位置検出装置１０３の検出面１０５は、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄよりも一回り大きく形成されており、図７に示すように、各ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄに照射位置検出装置１０３を配置した場合には、照射位置検出装置１０３の検出面１０５に格子状に配列された光センサ１０４のうちの１列の光センサ１０４（以下、重複列１５０と言う）が重なり合うようになされている。
【００４１】
この重複列１５０は、照射位置検出装置１０３を移動した前後でワーク面５１上で同一の位置に配置されるため、照射位置検出装置１０３がベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄのそれぞれで所定の位置に正確に配置されていれば、重複列１５０の光センサ１０４から得られるレーザ光４５の照射目標位置も、照射位置検出装置１０３の移動前後で同一の値となる。
【００４２】
これに対して、照射位置検出装置１０３の配置位置にズレが生じている場合には、図８に示すように、重複列１５０の光センサ１０４に重ならないものが生じるため、重複列１５０の光センサ１０４から得られるレーザ光４５の照射目標位置に、照射位置検出装置１０３の移動前後で異なりが生じることとなる。
このとき、照射位置検出装置１０３の移動前後での照射目標位置の測定値の差は、照射位置検出装置１０３の配置位置のズレの大きさによって示され、また、照射目標位置の移動の方向によって照射位置検出装置１０３の配置位置のズレの方向が示される。
【００４３】
したがって、コントロールユニット６は、重複列１５０の各光センサ１０４がレーザ光で照射されたときの各々の照射目標位置を、照射位置検出装置１０３の移動前後で比較することで、照射位置検出装置１０３の所定の配置位置からのズレの大きさ及び方向を特定し、そして、照射位置検出装置１０３の移動後の各光センサ１０４の位置を示す座標値Ｐに照射位置検出装置１０３のズレを加えて、実際に各光センサ１０４が配置されている座標値Ｐを算出し、この座標値Ｐを用いてレーザ照射位置の補正を行う。
これにより、照射位置検出装置１０３をベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄの間で移動させたときに、照射位置検出装置１０３の配置位置が所定の配置位置からズレたとしても、そのズレを補償した上で、レーザ照射位置の正確な補正が行われることとなる。
【００４４】
ここで、上述の通り、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄ上で照射位置検出装置１０３の配置位置を規定する脚受け体１２０Ａ〜１２０Ｃのうち、脚受け体１２０Ａのみを連結板１４５に立設しているため、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄの間で照射位置検出装置１０３を移動させて配置位置にズレが生じたとしても、脚受け体１２０Ａの近傍に位置する光センサ１０４の位置ズレは抑えられる。
また、この脚受け体１２０Ａに係合させる照射位置検出装置１０３の支持脚１０９は、図８に示すように、重複列１５０の端部側に設けられており、さらに、各脚受け体１２０Ａが、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄからなる載置ベース体１０１の略中央に互いに近接して配置されている。
【００４５】
以上の構成により、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄの間で移動させたときに照射位置検出装置１０３の配置位置にズレが生じた場合であっても、図８に示すように、脚受け体１２０Ａ（連結板１４５）近傍の光センサ１０４Ａが、ワーク面５１上の同一の点に常に位置し、また、照射位置検出装置１０３の配置位置のズレが、光センサ１０４Ａを中心とした回転ズレとして生じることとなる。
【００４６】
この回転ズレのズレ量である回転角φ及び回転方向は、重複列１５０の各光センサ１０４について移動前後の照射目標位置のズレ量（移動量）に基づいて、簡単かつ正確に算出することができ、また、このようにして算出した回転角φ及び回転方向により、各光センサ１０４の所定位置を示す座標値Ｐを一括して補正することで、各光センサ１０４が実際に配置されているワーク面５１上の位置（座標値）を簡単、かつ、正確に算出することが可能となる。
【００４７】
また、上述の通り、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄの間で照射位置検出装置１０３を移動させて配置位置にズレが生じたとしても、脚受け体１２０Ａの近傍に位置する光センサ１０４ＡのＸＹ平面内での位置ズレは勿論、Ｚ軸方向（高さ方向）の位置ズレも抑えられる。したがって、この光センサ１０４Ａを照射したときのレーザ光の照射目標位置を、当該光センサ１０４Ａの位置（座標値Ｐ）に基づいて補正することで、Ｘ及びＹ方向のみならず、Ｚ軸方向に対するレーザ光の照射位置のズレを正確に補正することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、ワーク面５１上での照射位置検出装置１０３の配置位置を、重複列１５０の光センサ１０４が重なり合うように規定する構成としたため、照射位置検出装置１０３を移動したときに、重複列１５０の光センサ１０４から得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、照射位置検出装置１０３の移動後の光センサ１０４の位置のズレを補正することができる。
【００４９】
これにより、照射位置検出装置１０３をワーク面５１内で移動させてワーク面５１全体でレーザ光の照射位置検出を行いつつ、照射位置検出装置１０３の移動前後での光センサ１０４の位置ズレを補正した上でレーザ光の照射位置の補正が可能となり、ワーク面５１よりも小さい照射位置検出装置１０３を用いて、当該ワーク面５１全体にわたりレーザ光の照射位置を高精度に補正することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態によれば、ベースパーツ１４０Ａ〜１４０Ｄの間で照射位置検出装置１０３を移動させたときに、重複列１５０の１つの光センサ１０４Ａがワーク面５１上の同一の点に常に位置するようにしたため、照射位置検出装置１０３の配置位置のズレが、光センサ１０４Ａを中心とした回転ズレとして生じることとなり、この回転角φ及び回転方向を検出するだけで、各光センサ１０４の位置ずれを一括して簡単、かつ、正確に補正することができる。
【００５１】
特に、本実施形態によれば、重複列１５０の１列の光センサ１０４が重なり合うように照射位置検出装置１０３のそれぞれの配置位置を規定しているため、配置位置のズレを示す上記回転角φ及び回転方向を、重複列１５０の各光センサ１０４について移動前後の照射目標位置のズレ量（移動量）を求めるだけで簡単に算出することができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、照射位置検出装置１０３を移動させたときにワーク面５１上の常に同一の点に位置する重複列１５０の光センサ１０４Ａを基準にして、この光センサ１０４Ａを照射したときのレーザ光の照射目標位置を補正することで、Ｚ軸方向に対するレーザ光の照射位置のズレを正確に補正することができる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
【００５４】
例えば上述した実施形態において、レーザ加工装置１のコントロールユニット６に照射位置検出装置１０３の検出信号を入力してレーザ照射位置の補正を行ったが、これに限らず、レーザ照射位置補正専用のコンピュータを用いてレーザ照射位置の補正を行っても良い。すなわち、コンピュータに、コントロールユニット６と照射位置検出装置１０３とを接続し、コントロールユニット６からレーザ照射位置の目標値を入力し、また、照射位置検出装置１０３から光センサ１０４へのレーザ光照射の検出信号を入力する。
そして、コンピュータは、光センサ１０４へのレーザ光が照射されたとき、予め保持する光センサ１０４の座標値情報と、レーザ照射位置の目標値とのズレに基づいて補正値を算出し、この補正値をコントロールユニット６に利用可能に出力する。
また、コンピュータは、レーザ照射位置の目標値とのズレに基づいて補正値を算出する際に、重複列１５０の光センサ１０４から得られた照射目標位置の測定値のズレに基づいて、照射位置検出装置１０３の移動後の光センサ１０４の位置のズレを補正する。
【００５５】
また、上述した実施形態において、本発明をレーザ加工装置に適用した場合を例示したが、これに限らず、例えば光造形装置に本発明を適用しても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】照射位置補正用具セットを模式的に示す斜視図である。
【図３】照射位置検出装置の構成を示す図であり、（Ａ）は照射位置検出装置の平面図、（Ｂ）は照射位置検出装置の側面図である。
【図４】レーザ照射位置のズレの補正を説明するための図である。
【図５】載置ベース体の構成を示す平面図である。
【図６】連結板の構成を示す図であり、（Ａ）は連結板の平面図、（Ｂ）は連結板の側面図を示す。
【図７】各ベースパーツ間で照射位置検出装置を移動させたときの光センサの重なりを説明するための図である。
【図８】照射位置検出装置の配置位置のズレを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  レーザ加工装置
２  レーザ発振器
３  スキャナ光学装置
６  コントロールユニット
３１  ダイナミックフォーカスレンズ
３２  スキャナヘッド
４５  レーザ光
５０  加工テーブル
５１  ワーク面
１００  照射位置補正用具セット
１０１  載置ベース体
１０３  照射位置検出装置
１０４、１０４Ａ  光センサ
１０５  検出面
１０９  支持脚
１２０Ａ〜１２０Ｃ  脚受け体
１４０Ａ〜１４０Ｄ  ベースパーツ
１４５  連結板
１５０  重複列
【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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