CN101456298A - 激光加工设备、激光加工方法和设置激光加工设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工设备、激光加工方法和设置激光加工设备的方法。本发明的目的是能容易地调整焦点位置以处理热透镜效应。提供了激光扫描部分，该激光扫描部分包括能够调整激光在光轴方向上的焦点位置的Z轴扫描器、X轴扫描器和Y轴扫描器。而且，提供了激光驱动部、加工条件设置部分和校正量确定部分，其中激光驱动部分用于控制激光振荡部分和激光扫描部分，加工条件设置部分用于设置激光输出条件和加工图案作为以期望的加工图案进行加工的加工条件，以及校正量确定部分用于根据加工条件设置部分所设置的激光输出条件，将由热透镜效应引起的焦点位置在光轴方向上的偏移确定为焦点位置校正量。在激光照射期间，激光驱动控制部分以将校正量确定部分所确定的焦点位置校正量加到加工条件设置部分所设置的加工条件上的方式扫描激光。

Description

激光加工设备、激光加工方法和设置激光加工设备的方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求基于2007年12月14日提出的日本专利申请第2007-323686号的外国优先权，该申请的内容以引文形式并入此文。

技术领域

本发明涉及一种诸如激光打标设备之类的用于将激光引导到待加工的对象上来进行诸如印刷之类的加工的激光加工设备，并且涉及一种激光加工方法以及一种用于对激光加工设备进行设置的方法。

背景技术

激光加工设备适于在预定区域上扫描激光，用来将激光引导到诸如元件和产品之类的待加工对象(工件)的表面上以在其上执行诸如印刷和打标之类的加工。图22图示了激光加工设备的示范性结构。该图所示的激光加工设备包括激光控制部分1、激光输出部分2和输入部分3。激光控制部分1包括产生激发光的激光激发部分6，该激发光被引导到激光介质8以产生激光振荡，其中所述激光介质8构成了激光输出部分2内的激光振荡部分50中的振荡器。振荡激光从激光介质8的发射端面发射，然后通过光束扩展器53进行光束直径扩展，然后必要时被诸如反射镜之类的光学元件反射，然后被引导到激光扫描部分9。激光扫描部分9使激光L被Galvano反射镜等反射，以使激光L在期望的方向上偏振。而且，在激光扫描部分9下方设有聚光部分15。聚光部分15是由用于聚集激光从而将激光引导到工作区域的聚光透镜构成，在此由fθ透镜构成。在工件WK的表面上扫描从聚光部分15输出的激光L，从而在其上执行诸如印刷之类的加工。

图23图示了用来在工件上扫描输出激光的激光扫描部分9的详细结构。激光扫描部分9包括构成一对Galvano反射镜的X轴和Y轴扫描器14a和14b，以及用来旋转固定在各个旋转轴上的Galvano反射镜的Galvano马达51a和51b。如图23所示，放置X轴和Y轴扫描器14a和14b，使之呈现彼此垂直的姿态，这使得能通过在X方向和Y方向上反射激光来扫描激光。

而且，图23所示的激光加工设备另外还具有Z轴扫描器14c，其能调整光轴方向上的焦点位置。这使得除了在二维平面内进行加工之外，还能通过相对地改变高度方向(即Z轴方向)上的激光焦点位置来执行三维加工。Z轴扫描器14c包括面向激光振荡部分的入射透镜和面向激光发射侧的出射透镜，其中驱动马达等可以滑动这些透镜，来改变这些透镜之间的距离，从而调整焦点位置，即高度方向上的工作距离(WD)。这种激光加工设备适于通过对从激光振荡器发出的激光功率、Q开关的频率和占空比等进行设置来调整输出(例如，日本未经审查的专利公开第2000-202655号)。

发明内容

另一方面，激光晶体会由于热而引起晶体端面变形的现象，这种现象被称为热透镜效应，这种现象将导致焦距变化的问题。这种热透镜效应是由于激光照射而导致激光晶体局部升温的现象，从而将导致折射率分布。例如，根据激光功率、Q开关的频率和Q开关的占空比，诸如YAG激光器和YVO₄激光器之类的固体激光器中的固体激光介质基于晶体内的反射率分布产生虚透镜即热透镜。这种热透镜效应根据激光振荡器内保留的热量不同而在程度上有所不同，焦距根据热透镜效应的程度而发生变化。如果焦距发生变化，这将阻止被设计为用原始焦点位置来进行正常加工的激光加工设备进行原始的加工，从而降低了加工品质。为了避免这种问题，有必要以考虑到热透镜效应而校正焦点位置的方式来手动调整待加工对象和激光加工设备之间的工作距离。遗憾的是，影响热透镜效应的保留在激光振荡器内的热量取决于为激光振荡器设置的值。因此，如果所设置的值发生变化，则焦距也将发生变化。因此，每次改变激光加工条件时，需要重新设置工作距离，这迫使用户执行非常复杂的调整操作。尤其是，大多数的激光加工设备能够在待加工的区域内逐块地改变诸如激光功率、Q开关的频率和占空比之类的条件。这将在各个加工模块中产生不同程度的热透镜效应，从而导致一个问题，即很难使逐块执行的加工具有相同的加工品质。

为了克服这些现存问题设计了本发明。本发明的目的是提供一种能调整焦点位置来处理热透镜效应的激光加工设备、激光加工方法和用来对激光加工设备进行设置的方法。

根据本发明第一方面的激光加工设备是一种能够将激光引导到待加工的表面从而以期望的加工方式执行加工的激光加工设备，该激光加工设备包括：

用于产生激光的激光振荡部分；激光扫描部分，其用来在工作区域内扫描从激光振荡部分发出的激光，激光扫描部分包括Z轴扫描器、X轴扫描器和Y轴扫描器，其中Z轴扫描器包括入射透镜和出射透镜，并且在入射透镜和出射透镜的光轴与从激光振荡部发出的激光的光轴重合的状态下，Z轴扫描器能够改变入射透镜和出射透镜之间沿着它们的光轴的相对距离以调整激光在光轴方向上的焦点位置，以及X轴扫描器和Y轴扫描器用于在X轴方向上和Y轴方向上扫描通过Z轴扫描器的激光；用来控制激光振荡部分和激光扫描部分的激光驱动控制部分；加工条件设置部分，其用来将激光输出条件和加工图案设置为以期望的加工图案进行加工的加工条件；以及校正量确定部分，其用于根据加工条件设置部分设置的激光输出条件而将由热透镜效应所引起的焦点位置在光轴方向上的偏移，确定为焦点位置校正量；其中，在激光照射期间，激光驱动控制部分使激光扫描以如下方式进行，即将由校正量确定部分所确定的焦点位置校正量增大到由加工条件设置部分所设置的加工条件。

这使得通过能够实现三维加工的Z轴扫描器能校正由热透镜效应引起的光轴方向上的偏移。这能省略激光加工设备中用来物理地调整焦点位置的设置操作，从而实现一种具有能有助于进行初始设置的良好可用性的激光加工设备。

根据本发明第二方面的激光加工设备还包括用于引起激光脉冲振荡的Q开关，其中加工条件设置部分至少能够设置激光功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的一个作为激光输出条件，当加工条件设置部分朝着增大激光功率、降低Q开关的频率或增大Q开关的ON/OFF占空比的方向进行设置时，校正量确定部分判断焦距增大，从而朝着使焦点位置更近的方向来设置光轴方向上的焦点位置校正量以处理热透镜效应，而当加工条件设置部分朝着减小激光功率、增大Q开关的频率或减小ON/OFF占空比的方向来进行设置时，校正量确定部分判断焦距减小，从而朝着使焦点位置更远的方向来设置焦点位置校正量。

因此，校正量确定部分能基于激光输出条件将焦点位置校正到正确的焦点位置。具体来说，当焦距延长时，以使焦点位置更近的方式来设置焦点位置校正量，而当焦距缩短时，以使焦点位置更远的方式来设置焦点位置校正量。

根据本发明第三方面的激光加工设备还包括校正量存储部分，其用于预先存储与激光输出条件相关联的用于处理热透镜效应的光轴方向上的焦点位置校正量，其中校正量确定部分通过从校正量存储部分读取焦点位置校正量来确定对应于所设置的激光输出条件的焦点位置校正量。

这使得能够容易地用校正量确定部分确定焦点位置校正量，从而能通过校正量确定部分所进行的处理的负荷，实现快速加工。

而且，在根据本发明第四方面的激光加工设备中，校正量确定部分通过基于预设置的计算公式的计算来确定用来处理热透镜效应的光轴方向上的焦点位置校正量。

这使得在不使用表格等的情况下能正确地确定焦点位置校正量。

而且，在根据本发明第五方面的激光加工设备中，加工条件设置部分能够设置散焦量以使激光焦点位置有目的地偏离一定量，并且校正量确定部分基于所设置的散焦量来确定用于处理热透镜效应的光轴方向上的焦点位置校正量。

这使得即使设置了散焦量也能减轻热透镜效应的影响。

而且，在根据本发明第六方面的激光加工设备中，加工条件设置部分能够为待加工的表面设置一个或多个与不同条件相关的三维加工图案来作为加工条件。

这使得能够使用能三维加工的激光加工设备的焦点位置调整功能来校正热透镜效应。而且，甚至当设置了多个不同的加工图案时，也能针对每个加工图案来调整焦点位置移动量，这实现了能够为各个位置保证恒定加工品质的高品质加工。

而且，在根据本发明第七方面的激光加工设备中，在用多个不同的图案进行加工的过程中，在对Z轴扫描器产生操作命令之后且在Z轴扫描器将结束该操作命令所命令的操作之前，激光驱动控制部分能够基于激光输出条件和/或加工图案来设置用于延迟开始输出激光的延迟时间。

在加工期间完成Z轴扫描器向焦点位置的移动之前，这能执行防止激光输出的延迟操作。因此，即使使用了具有较低响应速度的Z轴扫描器，仍然可以防止由于在Z轴扫描器已经移动到正确的位置之前进行激光照射而引起的加工精度降低。这能保证加工品质。

而且，在根据本发明第八方面的激光加工设备中，当设置了与不同的加工条件相关联的多个加工图案时，激光驱动控制部分根据先前的加工图案和用于先前的加工图案的焦点位置校正量来调整延迟时间。

具体地讲，当设置了与不同加工条件相关的多个加工图案时，Z轴扫描器用于加工图案的操作时间是根据在先前的加工图案的加工结束时Z轴扫描器的位置而变化的。因此，考虑到这个事实，通过正确地设置延迟时间可以高效地执行延迟操作。

而且，在根据本发明第九方面的激光加工设备中，由加工条件设置部分设置的加工条件包括与经过时间相关的参数，并且校正量确定部分基于这个与经过时间相关的参数来确定焦点位置校正量。

因此，即使在改变激光功率和Q开关的频率之后将热透镜效应变为热平衡状态要花很长的时间的情况下，但仍然可以随着处理时间来改变焦点位置校正量。

而且，根据本发明第十方面的激光加工设备是一种能够将激光引导到待加工的表面来以期望的加工图案执行加工的激光加工设备，该激光加工设备包括：光源；激光介质，该激光介质被配置在激光的谐振器中并且被出自所述光源的光源光激发以产生激光；Q开关，其被配置在从所述谐振器内的所述激光介质发出的激光的光轴上，用于引起激光的脉冲振荡；焦点位置调整部分，该焦点位置调整部分能够调整从所述Q开关发出的激光在光轴方向上的焦点位置；激光二维扫描系统，该激光二维扫描系统以二维方式扫描从所述焦点位置调整部分发出的激光；加工条件设置部分，该加工条件设置部分用于设置从所述Q开关发出的激光的功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的至少一个；校正量确定部分，该校正量确定部分用于根据所述加工条件设置部分所作的设置，将由热透镜效应所引起的焦点位置在光轴方向上的偏移，确定为焦点位置校正量；以及激光驱动控制部分，该激光驱动控制部分基于所述校正量确定部分所确定的焦点位置校正量来以调整焦点位置的方式控制所述焦点位置调整部分。

这使得能通过以补偿热透镜影响的方式调整焦点位置来执行加工。这能省略用于处理热透镜效应的调整操作，从而显著地降低调整设置操作的负担。

而且，根据本发明第十一方面的激光加工方法是用于将激光引导到待加工的表面来以期望的加工图案执行加工的激光加工方法，该激光加工方法包括以下步骤：设置加工图案和激光输出条件来作为用来以期望的加工图案进行加工的加工条件，所述激光输出条件至少包括从Q开关发出的激光的功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的一个；基于已经设置的激光输出条件，将由热透镜效应所引起的焦点位置在光轴方向上的偏移确定为焦点位置校正量；以及在基于所确定的焦点位置校正量来调整从Q开关发出的激光在光轴方向上的焦点位置的同时，基于已经设置的激光输出条件和加工图案通过激光的照射来执行加工。

这使得能通过以补偿热透镜效应影响的方式调整焦点位置来执行加工。这能省略用于处理热透镜效应的调整操作，从而显著地降低调整设置操作的负担。

而且，根据本发明第十二方面的激光加工方法是一种对用于将激光引导到待加工表面来以期望的加工图案执行加工的激光加工设备进行设置的方法，该方法包括以下步骤：设置加工图案和激光输出条件作为用来以期望的加工图案进行加工的加工条件，所述激光输出条件至少包括从Q开关发出的激光的功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的一个；以及基于所设置的激光输出条件，确定由热透镜效应引起的焦点位置在光轴方向上的偏移，并且在加工时，以将焦点位置的偏移用作焦点位置校正量来校正焦点位置的方式设置对应于加工图案的焦点位置。

在设置激光加工条件时，这启动了根据预计在实际加工期间会发生的由热透镜效应引起的焦点位置的偏移来进行校正。因此，可以省略用于手动调整安装的激光加工设备的高度等来调整工作距离的操作，从而提供了可非常容易地处理热透镜效应的优点。

附图说明

图1是图示了根据本发明实施例的激光加工设备的结构的框图；

图2是图示了图1中的激光激发部分的内部结构的透视图；

图3是图示了包括激光加工设备中的激光扫描部分的打标头的结构透视图；

图4是图示了从图3的背面方向看的透视图；

图5是图示了从图3的侧面方向看的透视图；

图6A和6B是图示了来自激光加工设备的激光的焦点位置相对于工作位置发生改变的情况的说明图；

图7是图示了当焦距增大时的激光扫描部分的侧视图；

图8是图示了当焦距减小时的激光扫描部分的侧视图；

图9A和9B是图示了Z轴扫描器的主视图和截面图；

图10是图示了能够三维印刷的激光打标机的系统结构的框图；

图11是图示了激光加工系统的框图；

图12是图示了激光加工系统的另一个示例的框图；

图13是图示了激光加工系统的另一个示例的框图；

图14A和14B是图示了激光加工数据设置程序的示范性用户界面屏幕页的图像，其中图14A示出了整个视图，图14B示出了图14A的右部分，该部分显示了印刷图案输入栏204；

图15A和15B是图示了用来从图14A和14B的屏幕页访问加工模块列表的屏幕页的图像，其中图15A示出了整个视图，图15B示出了图15A的右部分，该部分显示了印刷图案输入栏204；

图16A和16B是图示了用于设置多个印刷模块的加工模块设置部分的示例的图像，其中图16A示出了整个视图，图16B示出了模块列表屏幕图像217；

图17A和17B是图示了加工参数设置屏幕页的示例的图像，其中图17A示出了整个视图，而图17B示出了图17A的右部分，该部分显示了印刷图案输入栏204；

图18A和18B是图示了用于设置散焦量的屏幕页示例的图像，其中图18A示出了整个视图，图18B示出了图18A的右部分，该部分显示了印刷图案输入栏204；

图19是图示了校正热透镜效应的情况的示意图，其中相对于图19(b)，图19(a)图示了焦距延长的情况，图19(c)图示了焦距缩短的情况；

图20是图示了用来生成加工时所需信息的过程的功能框图；

图21是图示了用来确定要提供给Z轴扫描器的焦点位置校正量的过程的流程图；

图22是图示了现有激光加工设备的结构的框图；以及

图23是图示配置了X轴扫描器、Y轴扫描器和Z轴扫描器的情况的透明透视图。

具体实施方式

下文将参照附图描述本发明的实施例。在以下将描述的实施例中，将举例说明体现本发明技术观念的激光加工设备、激光加工方法和对激光加工设备进行设置的方法，并且在本发明中，激光加工设备、激光加工方法和用于对激光加工设备进行设置的方法不限于以下将描述的特定方式。而且，在本说明书中，在权利要求中限定的元件决不仅仅限于实施例中的元件。具体地讲，除非另外说明，否则将在实施中描述的部件的尺寸、材料、形状和相对方位仅仅是说明性的，并不意味着限制本发明的范围。而且，为了描述清楚起见，在附图中所示的元件大小和元件之间的位置关系有时可能会被放大。而且，在以下说明中，相同标号和相同的参考字符将表示相同或相当的元件，将适当地省略对这些元件的详细描述。而且，作为构成本发明的各个部件，单个元件能构成多个部件，从而单个元件起多个部件的作用，或者相反，多个元件来实现单个元件的功能。而且，在一些示例或实施例中描述的内容有时能用于其他示例或实施例等中。

在本说明书中，例如通过并联或串联的IEEE1394、RS-232x、RS-422、RS-423、RS-485、USB、PS2，或通过诸如10BASE-T、100BASE-TX、1000-BASE-T等之类的网络，激光加工设备、(连接至激光加工设备用来操作、控制、输入/输出、显示和进行其他处理的)计算机、打印机、外部存储装置和其他外围设备之间彼此电连接，来在它们之间进行通信。其中的连接不限于物理的有线连接，也可以是利用IEEE802.1x类型、OFDM类型等的无线LAN的无线连接等，以及诸如Bluetooth(注册商标)、红外波、光通信等的无线电波。而且，作为用于存储加工图案数据和存储设置等的记录介质，可以使用存储卡、磁盘、光盘、光磁盘、半导体存储器等。

在以下实施例中，将描述作为体现了本发明的激光加工设备的示例的激光打标机。然而，不管激光加工设备的名称是什么，在本说明书中所述的激光加工设备都能用于激光应用设备中。例如，激光加工设备能适合用在或用于激光振荡器、各种类型的激光加工设备和诸如钻孔、打标、切边、划线和表面处理之类的激光加工中。而且，激光加工设备能用作其他激光应用领域中的激光源，诸如用于诸如DVD和Blu-ray(注册商标)之类的光盘的高密度记录/重放的光源或用于通信的光源。而且，激光加工设备能适合用在或用作印刷设备、照明光源、诸如显示器之类的显示装置和医疗设备等的光源。

而且，在本说明书中，将印刷作为加工的代表性示例而加以描述，但是能将本发明用于使用激光的各种类型的加工，诸如熔化、剥离、表面氧化、切割、变色，以及如上所述的印刷加工。而且，将基于以下概念使用术语“印刷”，即除了打标字符、符号、图形等之外，术语“印刷”还包括各种类型的加工。而且，在本说明书中，将基于以下概念使用术语“加工图案”，即术语“加工图案”表示片假名、汉字字符、字母字符、数字字符、符号、象形字符、图标、商标、条形码、二维代码和其他图形，还表示直线、曲线和其他图形。具体地讲，在本说明书中，代表字符或符号的术语“字符”表示能被诸如OCR之类的光读取设备读取的字符，并且基于以下概念使用术语“字符”，即术语“字符”包括字母字符、汉字字符、平假名、片假名、数字字符和符号。而且，术语“符号”表示条形码和二维代码。

图1是图示激光加工设备100的结构框图。该图中所示的激光加工设备100包括激光控制部分1、激光输出部分2和输入部分3。(输入部分3)

与激光控制部分1连接的输入部分3接收操作激光加工设备所需的输入设置，并且将这些设置发送到激光控制部分1。设置的内容是激光加工设备的操作条件、具体的印刷内容等。输入部分3是诸如键盘、鼠标或控制台之类的输入装置。而且，还可以另外地提供显示部分82，显示部分82能确定通过输入部分3所输入的输入信息，并且显示激光控制部分1的状态等。显示部分82可由诸如LCD、阴极射线管之类的显示器构成。而且，通过利用触摸屏系统，可以使输入部分起显示部分的作用。这使得能通过输入部分对激光加工设备进行需要的设置，而不需要在此连接外部计算机等。

(激光控制部分1)

激光控制部分1包括激光驱动控制部分4、存储部分5、激光激发部分6和电源7。存储部分5保持从输入部分3输入的各种类型设置的内容。激光驱动控制部分4控制激光振荡部分50和激光扫描部分9。更具体地讲，激光驱动控制部分4在必要时从存储部分5读取设置的内容，并且基于对应于印刷内容的印刷信号来操作激光激发部分6，来激发激光输出部分2中的激光介质8。存储部分5可以由诸如RAM或ROM之类的半导体存储器构成。而且，存储部分5可由诸如PC卡或SD卡之类的可插入/可移动的半导体存储卡或诸如卡型硬盘之类的存储卡构成，并且存储部分5可合并到激光控制部分1中。诸如计算机之类的外部设备可以容易地对由存储卡构成的存储部分5易进行重写，这使得能通过在存储卡中写入通过计算机所做出的设置内容来进行设置，然后在激光控制部分1中设置存储卡，而不需要将输入部分连接到激光控制部分。具体地讲，半导体存储器能够高速地从其中读取数据或在其中写入数据，而且其没有任何的机械操作部分，因此具有更高的抵制振动等的能力，从而防止可在硬盘中发生的由于碰撞而导致的数据擦除事故。

在图1的示例中，存储部分5包括设置信息存储器5a、基本字符/线段信息存储器5b和解压缩信息存储器5c。设置信息存储器5a是由电池供电的诸如SRAM或EEPROM之类的非易失性存储器构成的，即使电源断开也能保持存储内容。存储在设置信息存储器5a中的设置信息包括诸如字符和要印刷的标记的类型、大小、位置和方向之类的印刷内容的相关信息。而且，基本字符/线段信息存储器5b也是由电池供电的诸如SRAM或EEPROM之类的非易失性存储器构成的。基本字符/线段信息存储器5b存储诸如各种类型的字符和在印刷中要使用的标记之类的基本字符和基本线段(基本字符/线段信息)的相关信息。可将基本字符/线段信息作为印刷内容的通用数据来管理，这能降低分别设置的信息量。因此，当根据设置信息生成解压缩信息时，会参考存储在基本字符/线段信息存储器5b中的基本字符/线段信息。而且，解压缩信息存储器5c是由诸如能够以较低成本存储大量信息的DRAM之类的易失性存储器构成的，但是当电源断开时，其中的存储内容将被擦除。根据设置信息和基本字符/线段信息生成的解压缩信息被临时存储在解压缩信息存储器5c中，在印刷时引用。解压缩信息是由多个位构成的时序数据，包括定义用于印刷加工的激光的轨迹的线段数据和用于控制激光ON/OFF的激光控制数据。

而且，激光驱动控制部分4向激光扫描部分9输出用于操作激光输出部分2中的激光扫描部分9的扫描信号，以便在要进行印刷的对象(工件)WK上扫描由激光介质8产生的振荡激光L，从而执行所设置的印刷。作为恒压源的电源7向激光激发部分6施加预定的电压。用于控制印刷操作的印刷信号是PWM信号，从而根据PWM信号的HIGH/LOW，激光L在ON和OFF之间变换，PWM信号的每个信号脉冲对应于振荡激光的单个脉冲。可以以基于对应于PWM信号频率的占空比来确定激光强度的方式来构造PWM信号，但是还可以以根据基于频率的扫描速度改变激光强度的方式来构造PWM信号。

(激光激发部分6)

激光激发部分6包括彼此光学耦合在一起的激光激发光源10和激光激发光源聚光部分11。图2是图示了激光激发部分6的内部的示例的透视图。在该图所示的激光激发部分6中，激光激发光源10和激光激发光源聚光部分11被固定在激光激发部分外壳12的内部。激光激发部分外壳12是由具有优良导热性能的诸如铜之类的金属制成的，因此能高效地将来自激光激发光源10的热量释放到外部。激光激发光源10是由半导体激光器(激光二极管：LD)、激发灯等构成的。在图2的示例中，采用了由多个线形排列的半导体激光二极管器件构成的激光二极管阵列，使得以线形输出来自各个器件的激光振荡。将激光振荡输入到激光激发光源聚光部分11的入射表面，然后从发射表面输出作为聚集的激光激发光的激光振荡。激光激发光源聚光部分11是由聚焦透镜等构成的。通过光导纤维13等，将出自激光激发光源聚光部分11的激光激发光输入到激光输出部分2中的激光介质8。激光激发光源10、激光激发光源聚光部分11和光导纤维13之间通过空间或光纤光学地耦合在一起。

(激光输出部分2)

激光输出部分2包括激光振荡部分50。产生激光L的激光振荡部分50包括激光介质8、输出镜和全反射镜、放置在输出镜和全反射镜之间的小孔、Q开关19等，其中沿着通过激光介质8的受激辐射而发出的光的光路以预定距离彼此相对地放置输出镜和全反射镜。放置Q开关19，使其面对激光介质8的一个端面，以便Q开关19位于从激光介质8发出的激光的光轴上。使用Q开关19能将连续振荡变为具有高峰输出值(峰值)的高速重复脉冲振荡。而且，将Q开关控制电路连接至Q开关19，所述Q开关控制电路用来产生要被施加到Q开关19上的RF信号。激光振荡部分50通过输出镜和全反射镜之间的多次反射对通过激光介质8的受激辐射而发出的光进行放大，而且通过Q开关19的操作，用小孔在短时间内使光通过或切断光来在激光振荡部分50上进行模式选择，而且通过输出镜输出激光L。从激光激发部分6通过光导纤维13输入到激光介质8的激光激发光来激发激光介质8，从而引起激光振荡。激光介质8采用了所谓的端泵浦系统，其中激光介质8由输入到其杆状形状的一个端面的激光激发光激发的，而从其另一个端面发出激光L。

(激光介质8)

在上述示例中，采用具有杆状的Nd：YVO₄作为激光介质8。而且，将用于激发固体激光介质的半导体激光的波长设置为808nm，808nm等于Nd：YVO₄的吸收光谱的中心波长。然而，本发明不限于该示例，例如，还可以采用掺杂了稀土材料的YAG、LiSrF、LiCaF、YLF、NAB、KNP、LNP、NYAB、NPP、GGG等作为固态激光介质。而且，可结合固体激光介质，采用波长转换装置来将输出激光L的波长变为任意波长。而且，还可将本发明应用于所谓光纤激光器，这种激光器采用光纤来代替体积大的固态激光介质作为振荡器。而且，可以仅仅采用波长转换装置来进行波长转换，而不使用固态激光介质，换句话说，不形成用来引起激光振荡的谐振器。在这种情况下，对半导体激光器的输出光执行波长转换。

作为波长转换装置，例如，可以采用KTP(KTiPO₄)、有机非线性光学材料、其他的无机非线性光学材料(诸如KN(KNbO₃)、KAP(KAsPO₄)、BBO(β-BaB₂O₄、LBO(LiB₃O₅))或者散装型极化反转装置(LiNbO₃(周期极化铌酸锂：PPLN)、LiTaO₃等)。而且，利用已经掺杂了诸如Ho、Er、Tm、Sm和Nd之类的稀土材料的氟化物光纤，可以将激发光源半导体激光器用作向上变换激光器。如上所述，如果需要，在本实施例中可以采用各种类型的激光源。

而且，激光振荡部分50可使用气体激光器以及固体激光器，所述气体激光器利用了诸如CO₂、氦氖、氩或氮之类的气体作为介质。例如，在使用二氧化碳气体激光器的情况下，激光振荡部分的内部充满了二氧化碳气体(CO₂)，激光振荡部分包含电极，并且基于来自激光控制部分的印刷信号来激发其内部的二氧化碳气体，从而引起激光振荡。

(双向激发系统)

作为用于激发固体激光介质的结构，可以采用基于所谓端泵浦的单向激发系统，该系统从其一个端面输入用来激发固体激光介质的激发光以引起激光介质的激发，并且从其另一个端面输出激光。而且，可以采用双向激发系统，以将激发光施加到固体激光介质的前后端面。在双向激发的情况下，可以采用一种在各个端面上放置LD作为激发光源的结构，也可以采用一种通过光纤将出自单个LD的激发光进行分支并且从固体激光介质的相对端面产生泵浦的结构，以及其他结构等。

具体地讲，在适于激发固体激光介质的激光加工设备中，由于量子效率的极限，30％到40％的激发功率变为热量，从而损失了。因此，为了充分利用极限性能，需要克服各种热问题，例如由于强激发而变得明显的热致双折射、热透镜、热双合透镜，甚至热致破裂等。具体地讲，在LD激发固体激光加工设备中，固体激光介质对激发光的吸收会导致热量产生，这将导致晶体本身的透镜效应，从而引起热透镜。这种热透镜会明显地降低激光谐振器的稳定性，从而大大地阻碍了谐振器的设计。使用双向激发系统能减轻上述问题。而且，可将这种双向激发系统构造成为采用单激发光源作为激光激发部分，并且对单激发光源进行分支以将分支后的单激发光源引入到各个端面，这能抑制热透镜等的发生。另外，可以提供以下优点：改善了激发波长的稳定性和改善了上升特性。

(激光扫描部分9)

激光扫描部分9使由激光振荡部分50产生的激光振荡进行扫描。图3到5图示了激光扫描部分9。在这些图中，图3图示了表示激光加工设备中的激光扫描部分9的结构的透视图，图4图示了当从图3的相反方向看时该结构的透视图，以及图5图示了该结构的侧视图。这些图中所示的激光加工设备包括光束扩展器53，光束扩展器53包含Z轴扫描器、X轴扫描器和Y轴扫描器，其中Z轴扫描器的光路与产生激光L的激光振荡部分50的光路一致，Y轴扫描器与X轴扫描器垂直放置。激光扫描部分9能够用X轴扫描器14a和Y轴扫描器14b以二维方式使从激光振荡部分50发出的激光L在工作区域WS内扫描，还能够用Z轴扫描器14c调整工作距离，即高度方向上的焦距，从而能够以三维方式进行印刷加工。而且，不言而喻，可使X轴扫描器、Y轴扫描器和Z轴功能相同，甚至它们之间可以进行互换。例如，Y轴扫描器可被构造为接收从Z轴扫描器发出的激光，或X轴扫描器可被构造为控制Y轴同时配置Y轴扫描器来控制Z轴。而且，在这些图中，没有示出作为聚光透镜的fθ透镜。

通常，在激光加工设备中，为了聚集第二反射镜(Y轴扫描器)所反射的激光，以将其引导到工作区域，在第二反射镜和工作区域之间放置了称为fθ透镜的聚光透镜。fθ透镜执行Z轴方向上的校正，更具体地讲，如图6A所示，这些校正是用来将焦点位置延长到工作区域WS的端部附近，从而将焦点位置定位在待加工的工件表面上。激光的焦点位置形成了弧形轨迹。因此，在待加工的表面是平坦表面的情况下，当对焦点位置进行设置，使其与垂直向下方向上的位置重合，即与表示图6A中待加工表面的平坦表面WM的中心重合时，焦点位置与待加工的表面的距离随着焦点与该中心的距离增加(即与工作区域WS周边(激光L’)的距离减小)而增加，这将引起散焦，从而会降低加工准确性。因此，通过fθ透镜来校正焦点位置，使得如图6B所示随着与工作区域WS的端部的距离减小，激光L的焦点位置变近。通过将待加工表面的平坦表面WM虚拟地转换成表示为WM’的具有凸形曲面的校正表面，可以将激光L的焦点位置定位在平坦表面WM上。

例如，在期望形成光斑直径大约小于50μm的光束的情况下，优选地在激光打标机中放置fθ透镜。另一方面，在采用大于上述小光斑直径的大约100μm(经常采用的光斑直径)的光斑直径的光束直径的情况下，Z轴扫描器的光束扩展器中所设有的Z轴聚光透镜可在Z轴方向上移动，这使得能通过校正控制来执行要通过fθ透镜来执行的Z轴方向上的校正。这使得能在光斑直径较大的情况下省略fθ透镜。在图6A的上述示例中，通过Z轴扫描器的校正控制来执行要通过fθ透镜来执行的Z轴方向上的校正。另一方面，在光斑直径较小的情况下，用Z轴扫描器的校正不能充分地获得焦点位置的调整，因此如上所述采用fθ透镜。在本实施例中，准备三种类型的激光光斑直径，它们是小光斑、标准光斑和大光斑。在它们中，仅仅对于小光斑类型，使用fθ透镜来校正工作区域WS端部的失真。然而，对于标准光斑和大光斑，通过Z轴扫描器，而不是使用fθ透镜来执行校正。

在通过Z轴扫描器的光束扩展器中提供的Z轴聚光透镜来执行Z轴方向上的校正控制的情况下，执行了与如上所述的通过fθ透镜所执行的校正相同的校正。参照图6B所述的校正表面WM’的高度(即Z坐标)由X和Y坐标唯一地确定。因此，通过将校正的Z坐标和每个X及Y坐标关联起来，连同X和Y轴扫描器的移动一起，将Z轴扫描器移动到关联的Z坐标处，任何时候都可以在焦点位置执行加工。关联数据存储在图11所示的存储部分5A等部件中，将在下文对该存储部分进行描述。而且，也可将关联数据存储在和传输到激光加工设备的激光控制部分中所设有的存储部分5中。因此，根据X和Y坐标在工作区域内的移动来确定校正的Z坐标，这使得调整过焦点位置的激光能在工作区域内基本上均匀的照射。

每个扫描器均包括Galvano反射镜、Galvano马达和位置检测部分，其中为全反射镜的Galvano反射镜用作使光反射的反射面，Galvano马达用来旋转固定在旋转轴上的Galvano反射镜，以及位置检测部用来检测旋转轴的旋转位置并且输出该位置作为位置信号。而且，这些扫描器都连接至用来驱动扫描器的扫描器驱动部分。扫描器驱动部分与扫描器控制部分74连接，适于从扫描器控制部分74接收用于控制扫描器的控制信号并且基于这些控制信号来驱动扫描器。例如，扫描器驱动部分基于控制信号来调整用于驱动扫描器的驱动电流。而且，扫描器驱动部分包括调整机构，该调整机构用于根据控制信号来调整各个扫描器的旋转角的瞬态变化。该调整机构是由诸如用于调整扫描器驱动部分中的各个参数的可变电阻之类的半导体部件构成的。

(Z轴扫描器14c)

Z轴扫描器构成了用来调整激光L的光斑直径以调整焦距的光束扩展器53。即，通过光束扩展器来改变入射透镜和出射透镜之间的距离，可以增大或减小激光的光束直径，从而改变焦点位置。为了将光有效地聚集为小光斑，如图3所示，将光束扩展器53放置在Galvano反射镜前级，因此光束扩展器53能够调整从激光振荡部分50输出的激光L的光束直径，并且还能调整激光L的焦点位置。参照图7至9，将描述一种方法，Z轴扫描器14c用该方法来调整工作距离。图7和图8是激光扫描部分9的侧视图，其中图7图示了激光L的焦距增大的情况，以及图8图示了焦距减小的情况。而且，图9A和9B图示了Z轴扫描器14c的主视图和截面图。如图所示，Z轴扫描器14c包括面对激光振荡部分50的入射透镜16和面对激光发射侧的出射透镜18，其中这两个透镜之间的距离是可变的。在图7到9的示例中，出射透镜18是固定的，而通过驱动马达等使入射透镜16沿光轴方向是可滑动的。在图9A和9B中，图示了用来驱动入射透镜16的机构，而没有显示出射透镜18。在该示例中，通过线圈或磁铁使可移动元件在轴向上是可滑动的，而将入射透镜16固定在可移动元件上。然而，入射透镜也可以是固定的，同时出射透镜是可移动的或者入射透镜和出射透镜都是可移动的。

如图7所示，如果减小入射透镜16和出射透镜18之间的距离，则焦点位置将变得更远，并且焦距(工作距离)增大。相反，如图8所示，如果增大入射透镜16和出射透镜18之间的距离，则焦点位置将变得更近，并且焦距减小。

而且，能够进行三维加工(即在高度方向上对工件进行加工)的激光加工设备可采用其他系统，诸如物理地移动聚光透镜的系统或移动激光输出部分或移动打标头自身的系统，以及如图7和8的调整Z轴扫描器的系统。

在该示例中，Z轴扫描器起焦点位置调整部分的作用，其能够在光轴方向上调整从Q开关19发出的激光的焦点位置，而X轴扫描器和Y轴扫描器起激光二维扫描系统的作用，用来以二维方式使从Z轴扫描器发出的激光扫描。

(距离指示)

而且，为了将焦点位置调整为能够进行三维加工的激光打标机的工作区域的中心，可以显示指导图案，该指导图案表示在工作区域WS内扫描激光时激光的照射位置。作为距离指示，图3和4所示的激光打标机中的激光扫描部分9包括作为指导光的光学系统一方面的指导光源60和半透明反射镜62，用来使从指导光源60发出的指导光G与激光扫描部分9的光轴重合。而且，作为指示用光调整系统，激光扫描部分9包括用于指示光P照射的指示用光源64、指示扫描器反射镜14d和固定反射镜66，其中在Y轴扫描器14b的后表面上形成作为第三反射镜的指示扫描器反射镜14d，固定反射镜66用于反射出自指示光源64的已经被指示扫描器反射镜14d反射了的指示光P。距离指示被构造为发出指示光P，该指示光P表示从指示光源64发出的激光的焦点位置，并且调整指示光P以便将其引导到指导光G所表示的指导图案的基本上为中心的位置，从而指示出激光的焦点位置。

而且，在上述示例中，激光扫描部分9具有能够调整激光焦距的机构，这使得能进行三维加工。然而，其上放置了工件的台面的位置可以在向上和向下的方向上可调，类似地，通过执行调整台面高度的控制以便使激光的焦点与工件待加工的表面重合来执行三维加工。而且，可使台面在X轴和Y轴方向上可移动，这使得能够省略激光扫描部分中的对应扫描器。可将这些结构适当地用在对放置在台面上的工件进行加工的实施例中，而不能用在通过流水线来传输工件的实施例中。

(激光打标机系统的结构)

接下来，图10图示了能够三维印刷的激光打标机系统的结构。该图所示的激光加工系统包括打标头150、用来控制打标头150并且与其连接的控制器1A(为激光控制部分1)和激光加工数据设置装置180，激光加工数据设置装置180与控制器1A连接以便能够与其进行数据通信，并且为控制器1A设置印刷图案作为三维激光加工数据。打标头150和控制器1A组成了激光加工设备100。在图10的示例中，通过在计算机中安装激光加工数据设置程序来实现激光加工数据设置装置180的激光加工数据设置功能。作为激光加工数据设置装置，可以采用与触摸屏、其他专用硬件等连接的可编程逻辑控制器(PLC)，以及计算机。而且，可使激光加工数据设置装置用作控制装置，来控制激光加工设备的操作。例如，可将激光加工数据设置装置的功能和打标头(包括激光输出部分)的控制器的功能集成在一台计算机中。而且，激光加工数据设置装置可形成为与激光加工设备分离的部件，或者与激光加工设备集成在一起。例如，可将激光加工数据设置装置形成为合并在激光加工设备中的激光加工数据设置电路等。

而且，必要时，各种类型的外部装置190都能与控制器1A连接。例如，可以安装图像识别装置、距离测量装置、用于根据预定顺序控制装置的PLC、检测工件通过的PD传感器以及其他各种类型的传感器等，其中诸如图像传感器之类的图像识别装置用来确定正在通过流水线进行传送的工件的类型、位置等，以及诸如位移计之类的距离测量装置用来获得关于工件和打标头150之间的距离的信息，以便控制器1A与这些装置连接，从而能够与这些装置进行数据通信。

(激光加工数据设置装置)

激光加工数据设置装置180设置激光加工数据，该数据是用于以三维方式来印刷平面状印刷数据的设置信息。图11图示了激光加工数据设置装置180的示例的框图。该图中所示的激光加工数据设置装置180包括用来输入各种类型设置的输入部分3、显示设置内容和计算出的激光加工数据的显示部分82和存储各种类型设置数据的存储部分5A。而且，存储部分5A包括保持彼此之间相关联的多个加工参数的组合的参考列表5B。而且，参考列表5B还用作校正量存储部分，其预先与激光输出条件相关联地存储了由于热透镜效应引起的光轴方向上的焦点位置校正量。显示部分82包括加工图像显示部分83和头图像显示部分84，其中加工图像显示部分83能够以三维方式显示待加工表面的图像，而头图像显示部分84在使加工图像显示部分83以三维方式显示待加工表面的图像时能够显示打标头的图像。作为用于将激光输出条件和加工图案设置为以期望的加工图案进行加工的加工条件的加工条件设置部分3C，输入部分3实现了下列部分的功能：待加工表面轮廓输入部分3A，该部分用来输入表示要进行印刷的工件的表面的三维形状的轮廓信息；用来输入印刷图案信息的加工图案输入部分3B；加工模块设置部分3F，该部分能够在加工区域内设置多个加工模块并且能为每个加工模块设置加工图案；组设置部分，该部分用于对加工组进行设置，这些加工组均由模块设置部分3F设置的多个加工模块的组合构成；加工图案位置调整部分，该部分能够对放置在待加工表面上的加工图案的位置进行调整。待加工表面图案输入部分3A还实现了基本图形指定部分和三维形状数据输入部分的功能，其中基本图形指定部分用于指定表示待加工表面的基本图形，三维形状数据输入部分用于从外部输入表示待加工表面的三维形状数据。存储部分5A对应于图1中的存储部分5并且存储诸如输入部分3已设置的轮廓信息、印刷图案信息等之类的信息。诸如固定存储装置、半导体存储器等之类的存储介质可构成如上所述的存储部分5A。专用显示器或与系统连接的计算机的显示器可构成显示部分82。

(运算部分80)

另一方面，激光加工设备100中的控制器1A包括构成了加工数据生成部分80K等的运算部分80，其中的加工数据生成部分80K基于从输入部分3输入的信息来生成激光加工数据。运算部分80实现了下列部分的功能：加工数据生成部分80K，其用来基于由加工条件设置部分3C设置的加工条件来生成用于实际加工的加工数据；校正量确定部分80B，其基于加工条件设置部分3C所设置的激光输出条件来确定由热透镜效应引起的焦点位置在光轴方向上的偏移，将该偏移作为焦点位置校正量；初始位置设置部分，在显示部分82上显示三维激光加工数据时，该部分确定将激光加工数据放置在待加工表面上的初始位置；加工不良区域检测部分，其用于检测工作区域外的加工不良区域，这些区域不能被激光照射，因此不能被加工或不能良好地加工；高亮处理部分，其用于执行高亮处理，以与可加工区域不同的方式来显示加工不良区域检测部分所检出的加工不良区域；设置警报部分，当加工条件设置部分3C设置加工图案时，该部分用来检测出已经以要在包括加工不良区域的区域上执行一些加工的方式进行设置的事件，并且产生警报。而且，必要时，能使运算部分80实现加工条件调整部分和坐标转换部分等的功能，其中加工条件调整部分用来为加工不良区域调整加工条件以便能在其上进行加工，坐标转换部分用于将具有平面形状的印刷图案信息转换为三维空间坐标数据，以便印刷图案与要进行印刷的表面虚拟地一致。FPGA、LSI等构成运算部分80。

而且，在图11的示例中，激光加工数据设置装置180是由专用硬件构成的，但是这些部件也能用软件来实现。具体地讲，如图10所示，可将激光加工数据设置程序安装在通用计算机中，并且可使该计算机用作激光加工数据设置装置180。而且，在图11所示的示例中，可将激光加工数据设置装置180和激光加工设备100形成为分离的装置，但是如图12所示，也可将它们集成在一起。

加工数据生成部分80K置于激光加工设备100的控制器1A中。而且，如图13所示，可在激光加工数据设置装置180中提供加工数据生成部分80K。例如，将激光加工数据程序安装在通用计算机中，并且使该计算机用作激光加工数据设置装置180，用来实现加工数据生成部分80K的功能。而且，可在激光加工设备100和激光加工数据设置装置180中都提供加工数据生成部，这使得激光加工设备100和激光加工数据设置装置180都能生成激光加工数据，并且还使得它们都能接收、发送、编辑和显示激光加工数据。

(激光加工数据设置程序)

接下来，参照图14至16中的用户界面屏幕页，将描述基于从加工条件设置部分3C输入的字符信息，使用激光加工数据设置程序来生成加工图案的过程。而且，不言而喻，在程序的用户界面屏幕页的示例中，必要时，可以适当地改变各输入栏、各按钮等的位置、形状、显示方式、尺寸、颜色、图样等。通过改变图样，可以实现有助于评价和确定的方便浏览的显示或有助于操作的布局。例如，可以以在分离的窗口中显示详细设置的屏幕页或在一个显示屏幕页中显示多个屏幕页的方式适当地进行改变。而且，通过与包含程序的计算机连接的输入部分3，来执行在程序的用户界面屏幕页上虚设的按钮和输入栏上的ON/OFF操作和数值、命令输入等的指定。在本说明书中，术语“按下”包括用于操作按钮的物理接触按钮，还包括通过输入部分的用来虚拟地按下按钮的点击或选择按钮。构成输入部分等的输入/输出装置以有线方式或无线方式与计算机连接，或者固定在计算机等上。输入部分的常见示例包括各种类型的指点装置，诸如鼠标、键盘、浮动块、跟踪点、图形输入装置、游戏杆、操纵台、缓动盘、数位器、光笔、十位按键、触摸板、自动呼叫装置等。而且，还能将这些输入/输出装置用于操作诸如激光加工设备等的硬件，以及操作程序。而且，还可以采用触摸屏或触摸面板作为显示部分82自身的显示器来显示界面屏幕页，这使得用户能用手直接接触屏幕页来执行输入和操作。而且，可以采用声音输入部分或其他现存的输入部分，或者都采用。

激光加工数据设置程序能编辑三维激光加工数据。然而，考虑到不善于编辑三维数据的用户，还可以准备允许只以平面方式进行设置并且不允许以三维方式进行编辑的“2D编辑模式”，使得能在“2D编辑模式”和允许加工三维激光加工数据的“3D编辑模式”之间进行切换。在提供这种多个编辑模式的情况下，提供了用于显示当前编辑模式的编辑模式显示栏270和用于在编辑模式之间进行切换的编辑模式切换按钮272。在图14A和14B的示例中，当启动激光加工数据设置程序时，激光加工数据设置程序置于“2D编辑模式”，在屏幕页的右上角位置处设有的编辑模式显示栏270显示当前编辑模式是“2D编辑中”。通过在启动时设置能相对简单地执行操作的二维编辑模式作为缺省编辑模式，可以使得不善于编辑三维激光加工数据的用户能毫不犹豫地执行操作。而且，用户能改变启动时的编辑模式。这使对操作熟练的用户能以三维激光加工数据编辑的方式进行设置，而不需要切换编辑模式。

而且，在编辑模式显示栏270右侧设置的编辑模式切换按钮272上，显示了表示当前编辑模式能被切换为3D编辑模式的事实的字符“3D”。在这种情况下，如果按下编辑模式切换按钮272，则当前编辑模式就切换为“3D编辑模式”，而且，编辑模式显示栏270中的显示变为“3D编辑中”。而且，使编辑模式切换按钮272显示表示当前编辑模式能从3D编辑模式切换为2D编辑模式的事实的字符“2D”。当用户想要为二维的待加工表面进行加工数据的设置和编辑时，通过提供如上所述的限制或消除了3D显示和编辑的“2D编辑模式”，可以提供用户界面，该界面使得仅仅能为二维的待加工表面进行加工数据的设置和编辑，从而能简化用户界面，因此能改善可操作性。而且，当用户想要为三维待加工平面执行加工数据的设置和编辑时，首先取代执行不熟悉的3D显示，用户能在上述的对于他或她已经熟悉的“2D编辑模式”中为二维待加工表面执行加工数据的设置和编辑，然后，用户能在“3D编辑模式”中将在“2D编辑模式”中已经设置和处理的二维加工数据处理和编辑为三维加工数据。因此，即使在“3D编辑模式”中，也可以为用户提供易于理解的用户界面，从而改善可操作性。

将参照图14A和14B，描述加工条件设置部分3C的示例。图14A和14B图示了激光加工数据设置程序的示范性用户界面屏幕页，其中在屏幕页的左侧，提供了编辑显示栏202，该栏用于显示要印刷在工件上的加工图案的图像，而且在屏幕页的右侧，还提供了印刷图案输入栏204，该区域用于规定各种类型的数据作为具体的加工条件。在印刷图案输入栏204中，可以在作为用于选择设置项目的分页的“基本设置”分页204h、“形状设置”分页204i和“详细设置”分页204j之间进行切换。在图14B的示例中，正处于被选择状态的是“基本设置”分页204h，其具有加工类型指定栏204a、字符数据指定栏204d、字符输入栏204b和详细设置栏204c。加工类型指定栏204a用于指定作为加工图案类型的包括字符串，符号、标识、图样和诸如图形的图像的印刷图案，或指定是否要执行加工机器的操作。在图14B的示例中，在加工类型指定栏204a中，通过单选按钮来进行字符串、标识/图形或是否要执行加工机器的操作的选择。而且，字符数据指定栏204d用于指定字符数据的类型。在这种情况下，从下拉菜单中选择字符、条形码、二维代码和RSS/组合码(composite code：CC)中的任何一个。而且，根据所选的字符数据类型，从类型指定栏204q选择更详细的类型。例如，当已经选择字符时，指定字体的类型。当已经选择条行码时，指定诸如CODE39、ITF、2 of 5、NW7、JAN或Code 28之类的条行码类型。当已经选择二维代码时，指定诸如QR代码、微QR代码或DataMatrix之类的二维代码类型。当已经选择RSS/组合码时，指定诸如RSS-14、RSS-14CC-A、RSS Stacked、RSSStacked CC-A、RSS limited或RSS limited CC-A或指定RSS组合码类型。字符输入栏204b用于输入有关期望印刷的字符的输入信息。当从字符数据指定栏204d中已经选择字符时，所输入的字符被印刷为字符串。另一方面，当已经指定符号时，根据所选的符号类型，通过对输入的字符串进行编码来生成加工图案。加工数据生成部分以及加工条件设置部分3C能执行加工图案的生成。在该示例中，由运算部分80来执行加工数据的生成。而且，详细设置栏204c用于通过在“印刷数据”分页204e、“大小/位置”分页204f、“印刷条件”分页204g等分页之间进行切换来指定印刷条件的详细信息。“印刷条件”分页204g用于设置印刷功率、扫描速度等。

而且，如果从加工类型指定栏204a选择加工机器操作，则能从下拉菜单中选择加工类型，由此能选择固定点、直线、虚线、逆时针方向圆/椭圆、顺时针圆/椭圆、触发-ON固定中点等。对于加工机器操作，代替用于加工图案的字符输入栏，提供了线段坐标指定栏，以用坐标来指定直线、弧等的轨迹。而且，激光加工设备除了字符串之外还能印刷标识、图形等的图像数据。

(加工模块设置部分3F)

如上所述，针对一个印刷模块设置了印刷图案信息。还能设置多个印刷模块。即，能在加工区域中设置多个印刷模块，并且可以在加工区域上以不同的印刷条件执行印刷加工。能在要进行加工(印刷)的单个工件或表面中设置多个印刷模块，或能为存在于待加工区域中的多个工件设置各自的印刷模块。

加工模块设置部分3F执行加工模块的设置。在图14A和14B的示例中，作为加工模块设置部分3F的一方面，在印刷图案输入栏204之上提供了模块编号选择栏216。在模块编号选择栏216中，提供了用于显示模块编号的编号显示栏，和作为编号指定部分的“>”按钮、“>>”按钮、“<”按钮和“<<”按钮。如果按下“>”按钮，则模块编号增加1，从而能对新的印刷模块进行设置。而且，当改变已经完成了设置的印刷模块的设置时，类似地，能操作“>”按钮来选择模块编号，并且调用对应的印刷模块的设置。而且，如果按下“>>”按钮，则当前模块编号跳到最后的模块编号。而且，如果按下“<”按钮，则模块编号后退一，如果按下“<<”按钮，则当前模块编号跳到第一个模块编号。而且，能将数值直接输入到模块编号选择栏216中的数值显示栏来指定模块编号。如上所述，通过模块编号选择栏216来选择印刷模块，并且为每个印刷模块指定印刷图案信息。在该示例中，可以设置0到255范围内的模块编号。

而且，关于印刷模块的放置，可以对其布局进行设置，诸如放置位置的调整(居中、右对齐、左对齐等)、多个印刷模块叠加情况的叠加次序和位置调整。而且，可以用坐标指定每个印刷模块的放置等。例如，可以在构成加工图案位置调整部分的“尺寸/位置”分页204f中用数字指定模块坐标的X坐标和Y坐标。而且，在该屏幕页上，可以规定字符高度、字符宽度、字符间隔等作为字符尺寸。而且，作为模块形状，可以规定水平书写或纵向书写、三维印刷情况下的圆筒的内圆周或外圆周等。

(印刷模块的设置列表)

能在列表中显示已经完成了设置的印刷模块的设置项目。在图14A和14B的示例中，如图15A和15B所示，如果从菜单中的“编辑”中选择“模块列表”，则在不同的窗口中显示图16A和16B中的模块列表屏幕图像217。可以从列表的屏幕页中消除已经完成了设置的印刷模块，而且还可以通过复制向其中添加新的印刷模块。而且，能选择想要的印刷模块，并且能为该模块调整设置项目。

(延迟操作)

通常，激光激发部分6、Q开关19、X轴扫描器14a和Y轴扫描器14b响应速度极快，而Z轴扫描器14c具有低的响应速度，这将导致从Z轴扫描器从激光驱动控制部分接收操作命令直到Z轴扫描器完成所命令的操作的延迟时间。具体地讲，在为多个加工模块中的各个模块设置不同的加工条件(诸如不同的激光功率和不同的Q开关频率)的情况下，针对每个加工模块来操作Z轴扫描器，在相邻的加工模块之间存在大的移动距离的情况下，延迟时间是明显的。因此，如果在接收到操作命令之后立刻执行各个部件的操作，则在还没有完成Z轴扫描器的焦点位置调整的情况下就开始了激光的照射，从而在开始加工的位置上，该加工是在焦点位置偏移的情况下执行的，因此降低了加工品质。为了解决这个问题，以预先考虑到操作Z轴扫描器所需的时间的方式，可以针对操作各个部件来执行延迟操作，从而克服上述问题。

更具体地讲，Z轴扫描器的延迟时间是Z轴扫描器所特有的，因此，如果确定了移动的起始位置和终止位置的坐标位置和它们之间的移动距离或加工图案，则能计算出延迟时间。因此，通过激光驱动控制部分等根据加工图案来计算出延迟时间，而且对激光驱动控制部分进行控制，使激光输出的开始时刻延迟了所计算出的延迟时间，则可以在已经准确地调整了焦点位置的情况下执行加工，从而保持了高品质的加工结果。

(激光加工数据设置的过程)

将使用如上所述的激光加工数据设置程序，来描述加工数据生成部分80K采用通过加工条件设置部分3C设置的印刷条件来生成加工图案的过程。首先，设置加工图案。在这种情况下，将字符串输入到加工条件设置部分3C，并且指定字符串要被编码成的符号类型。在图14B的示例中，从加工类型指定栏204a中选择字符串，然后将字符串“ABCDE”输入到字符输入栏204b，并从字符数据指定栏204d中的“字符数据的类型”的栏中选择“字符”作为类型，并且指定字体类型。基于上述指定的信息，运算部分80生成加工图案。在这种情况下，选择字符串，从而在编辑显示栏202上显示字符的印刷图案的图像。

而且，虽然在该示例中运算部分80基于从加工条件设置部分3C输入的字符信息自动地生成了加工图案，但是也能在此直接地输入符号。例如，可以采用一种在加工条件设置部分选择已经生成的符号图像数据然后将其输入的结构，或者一种在加工条件设置部分附加其他程序已经生成的符号的结构。

接下来，将轮廓信息输入到加工条件设置部分3C。在图14B的示例中，印刷图案输入栏204中的分页从“基本设置”分页204h变为“形状设置”分页204i，并且从轮廓指定栏中选择基本图形。因此，编辑显示栏202中的显示能变成指定的形状。而且，如果编辑显示栏202的显示形式变成3D显示，则能以立体方式确认待加工表面的三维形状。而且，能为每个字符串或每个印刷模块指定形状，但是也能为多个字符串广泛地指定形状。

在如上所述的指定印刷图案信息和在编辑显示栏202中显示加工图案的平面图之后，能指定轮廓信息，并且能将轮廓信息转换为三维加工图案，以及能在编辑显示栏202中确认三维加工图案，这使得能在视觉上确认加工图案的变化。而且，上述步骤在顺序上是可变化的。换句话说，能首先指定待加工表面的形状，然后能指定印刷图案信息。

在如上所述的获得三维空间坐标数据作为加工数据之后，必要时执行调整操作。例如能执行高度方向(Z方向)上的布局调整和精密调整。对于精密调整，可以采用诸如通过程序的用户界面上设有的滑动器的调整或通过鼠标的旋转之类的技术。

在根据上述的过程最后生成激光加工数据和完成设置操作之后，所获得的激光加工数据从激光加工数据设置程序被传输到图10所示的激光加工设备中的控制器1A中。为了实现该传输，按下在激光加工数据设置程序的屏幕页上的左下部分位置上设有的“传输/读取”按钮215。因此，设置数据从存储部分5A被传输到控制器1A中的存储部分5，然后被解压缩，并且在存储部分5中改变设置内容，从而反映出新的印刷条件。在加工操作期间，参考在存储部分5中解压缩的激光加工数据和其他加工条件。

激光加工设备基于激光加工数据来执行印刷加工。而且，可以在实际印刷开始之前执行测试印刷。这使得能提前检查是否能以期望的印刷图案执行印刷。而且，基于测试印刷的结果能执行激光加工数据的重复设置。

虽然在上述示例中已经描述了一种为单个工件指定单个印刷图案的情况，但是通过重复同一步骤能为单个工件指定多个印刷图案。而且，本发明不限于在激光加工数据设置程序的单个屏幕页上仅显示唯一工件的结构，还可以在单个屏幕页上显示多个工件并且能为各个工件指定印刷图案。

(散焦量的设置)

基于加工条件设置部分3C所设置的加工条件，上述的加工数据生成部分80K以实现符合三维待加工表面的基本设置条件的方式生成加工数据。而且，还能有目的地设置散焦量，从而使得基本的设置条件不符合待加工的表面。

为了针对要进行印刷的表面有目的地设置一定的散焦量，在基本设置条件中指定散焦量，从而使得焦点与要进行印刷的表面重合。图17A和17B图示了用于进行如上所述的设置的加工参数设置屏幕页的示例。在图17A和17B中，在加工参数设置栏204n中设有用于设置散焦值的散焦设置栏204o，使得用户能输入想要的值。例如，通过输入正值作为散焦值，可以用一个对应于所设置值的量将焦点位置设置在一个位置上，该位置比要进行印刷的表面距离激光加工设备更远。相反，通过输入负值，可以用一个对应于所设置值的量将焦点位置设置在一个位置上，该位置比要进行印刷的表面距离激光加工设备更近。

而且，作为设置加工条件的设置项目，可以设置诸如作为激光散焦量的光斑直径和工件材料之类的加工参数。在这种情况下，随着指定的单个加工参数的变化而自动改变其他加工条件，用户能容易地确定一些条件，这些条件仅包括已经发生变化的指定设置项目。在图17A和17B所示的激光加工数据设置程序的屏幕页中，在屏幕页的右侧的“详细设置”分页204j的下级中设有用于设置工作距离、散焦量、光斑直径和待加工工件的栏。由于工作距离是取决于激光加工设备而确定的，所以通常自动设置工作距离。散焦量指定了距离激光焦点位置(工作距离)的偏移量。而且，光斑直径被指定为相对于焦点位置处的光斑直径的比值。而且，关于待加工的工件，通过从选择部分204k选择待加工工件的材料和加工目的，可以将激光的功率密度调整为适于对所选工件进行加工的功率密度。在该示例中，列出了诸如在铁上进行的黑色印刷、在不锈钢上进行的黑色印刷、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、酚醛树脂之类的工件材料和诸如树脂焊接、表面粗化之类的加工目的。用户能根据期望的加工目的选择任何一个单选按钮。

这些设置项目是彼此相关的。即，通过调整散焦量，能调整激光的功率密度，同时能改变光斑直径。而且，如果选择了工件材料和加工目的，则选择了适于该目的的激光的功率密度，因此，改变了散焦量和光斑直径。因此，按照惯例，当期望在将光斑直径保持为常数值的同时来调整激光功率密度时，除了设置散焦量之外，还需要调整诸如激光的输出值和扫描速度之类的其他设置项目，以便搜索到一种能防止光斑直径发生变化的加工参数组合。这个操作涉及在检查加工工件的激光的实际扫描结果的同时来调整各个项目的值的过程中重复试凑，以找出最佳的加工参数的组合，从而涉及非常复杂的操作。

因此，可以在参考表5B中预先登记单个加工参数和根据单个加工参数会被改变的其他加工参数的值的组合。当调整单个加工参数时，参照参考表5B，从其中提取了其他加工参数的相应组合，并且自动设置了这些值。这使得仅改变一个所需的设置项目。更具体地讲，如果通过图17A和17B的屏幕页设置了散焦量、光斑直径和待加工工件中的任何一个，则对应的值自动输入了其他设置项目。而且，即使在这种情况下改变散焦量，其他加工参数(例如，激光输出和扫描速度)等也能自动地发生调整，以便将光斑直径和待加工的工件保持为常数值。这使得用户能迅速地仅改变想要的项目，从而能非常容易地实现指向想要的加工结果方向的调整。

(散焦量的连续变化)

而且，在激光加工期间能连续地改变加工参数。这使得通过对工件表面进行切削加工能形成倾斜表面，或能以刷写方式对工件表面执行标识印刷加工。以连续地改变散焦量和激光的光斑直径的方式进行设置能实现这种加工。在这种情况下，加工数据生成部分80K连续地调整其他的加工参数，以便这些参数能如上所述地跟随散焦量和光斑直径的连续变化一起变化，从而以仅连续地改变指定设置项目的方式实现了自动调整。由此，执行加工时使不需要发生变化的诸如加工位置和尺寸之类的设置项目保持为先前的值。这使得能以仅改变用户想要改变的设置项目的方式容易地设置加工条件。

图18A和18B图示了用于如上所述对激光加工的连续变化进行设置的加工参数设置栏2041的示例。在图18B所示的示例中，如果加工参数设置栏2041中设有的“执行连续变化”的栏中的复选框被设置为ON，则屏幕页变为用于设置连续变化的屏幕页。在这种情况下，用坐标位置来指定执行连续变化的范围。而且，如果用于设置想要改变的项目的复选框被设置为ON，则显示范围的输入栏，从而能够指定数值。在图18B的示例中，选择了散焦量的复选框，并且显示了散焦设置栏204m，从而能够指定起始位置的散焦量和结束位置的散焦量。自动地设置所指定的散焦量，以便在指定的范围内连续且均匀地改变散焦量。而且，不仅能指定初始值或结束值，还能制定增大量或减小量，或者变化速度。而且，如果设置了散焦量，则参照参考表5B来搜索光斑直径栏的对应数值，并且将这些数值自动输入到输入栏。如上所述，如果指定了任何一个设置项目，则与其对应的值就被自动地输入到其他设置项目，这使得用户通过仅仅设置必要的项目就能将加工条件改变为期望的加工条件，而不需要知道各个设置项目的加工参数之间的相互关系。

如上所述，能根据诸如待加工工件的材料、加工图案、结束状态和加工时间之类的设置项目来任意地改变激光的光束直径，因此能在短时间内容易地改变激光的光束直径。

(设置的保存和读取)

而且，一旦已经设置了加工条件的加工参数，则能将这些加工参数存储为设置数据，并且必要时能调用这些加工参数。例如，通过从文件菜单中选择“用新文件名存储”，然后任意地命名设置信息并且保存它，则当将来对相同的工件执行相同的加工时，可以调用所存储的设置数据，这能显著地降低用于准备的时间和负担。而且，能预先登记经常使用的设置，这使得甚至初学者都能使用它来轻易地设置加工条件。而且，通过基于登记或存储数据中的设置条件来调整设置，可以显著地降低进行设置的负担。如上所述，能重复使用设置信息，这也能有助于减少设置操作。

如上所述，使用激光加工数据设置程序来设置激光加工数据的方法的流程基本上包括两个步骤：首先，使用二维设置用户界面，将要印刷的字符串和布局设置为二维印刷图案信息，然后，使用三维设置用户界面设置三维信息和布局，来将印刷图案转换为三维形状。将详细描述这些步骤。首先，当通过二维设置用户界面设置时，输入定义要印刷的字符串、条形码、二维代码或用户指定图形等的信息，以及诸如字符等的大小、各个字符的倾斜度和线宽之类的平面布局相关的数据。对于输入数据，可以直接输入数值或者直接编辑以二维方式显示在加工图象显示部中的图像。例如，能通过鼠标操作来调整大小和布局。能通过二维方式的显示来执行这些设置。

(加工条件)

加工条件包括表示加工内容的加工图案信息和用于根据待加工表面的形状将加工图案转换为三维形状的三维形状信息。加工图案是字符串、诸如条形码或二维代码之类的符号、或标识的图像数据。而且，在用于调色印刷等的批处理模式中，加工图案可以包括诸如制造日期和序列号之类的可变数字。除了在加工时指定的加工日期、预定值之外，可变数字还包括诸如序列号之类的根据加工位置和加工顺序而递增的值。通过上述的将信息增加到工件上的过程，可以实现具有可追溯性的三维印刷。

在存储部分5A中(图11)中保持如上所述的使用激光加工条件设置程序和激光加工条件设置装置已经设置的加工条件。在设置加工条件之后，加工条件被传输到控制器1A中的存储部分5(图1)中，并且在此被解压缩。在加工操作期间引用加工条件。

(校正热透镜效应的功能)

而且，激光打标机具有热透镜效应校正功能，该功能用能够调整激光在光轴方向上的焦点位置的焦点位置调整部分来校正由热透镜效应引起的焦点位置的偏移。更具体地讲，根据加工条件设置部分3C所设置的加工条件，校正量确定部分80B确定焦点位置校正量以校正将会产生的热透镜效应。然后，根据焦点位置校正量，激光驱动控制部分以调整扫描激光的焦点位置的方式对Z轴扫描器进行控制。即使在产生了热透镜效应时，这也能实现保证高品质加工的具有更高可靠性的激光加工，而不会降低加工品质。在设置激光打标机时，根据加工条件设置部分3C设置的加工条件，自动地计算校正量确定部分80B所确定的焦点位置校正量。根据该焦点位置校正量，激光驱动控制部分对激光扫描部分9进行控制，以便在激光照射期间用校正了的焦点位置来执行加工。

如上所述的具有调整焦点位置功能的Z轴扫描器除了用于三维加工之外，在进行设置时也能被用来校正热透镜效应。具体地讲，热透镜效应校正通常要求根据热透镜效应所引起的焦点位置的偏移来现场手动调整激光打标机的工作距离，这需要非常繁重的操作。而且，如果改变了诸如激光功率和Q开关频率之类的激光加工条件，也改变了焦点位置的偏移程度，为了处理这种情况需要反复地进行设置。而且，虽然存在很多适于为每个加工模块改变诸如激光功率和Q开关频率之类的加工条件的激光打标机，但是加工条件的改变还引起了热透镜效应程度的变化，因此，当将激光连续地引导到多个处理模块时，不可能为所有的加工模块精确地调整焦点位置，从而在加工模块上产生不均匀的加工品质。根据本实施例，可以针对各个加工模块改变加工位置的调整，这能克服上述的问题，从而实现极高品质的加工。

以下，参照图19，将描述校正热透镜效应的功能。图19图示了焦点位置由于热透镜效应发生变化的状态，其中相对于图19(b)，图19(a)图示了当激光功率较大或Q开光频率较小时的焦距延长(如实线所示)的状态，而图19(c)图示了当激光功率较小或Q开关频率较大时的焦距缩短(如实线所示)的状态。

例如，当固体激光介质被加热时，诸如YVO₄激光器和YAG激光器之类的固体激光器引起热透镜效应，从而导致焦点位置从初始位置偏移的现象。焦点位置的偏移量正比于保留在激光振荡器内的热量。这相当于(输入功率)减去(激光器平均输出)，其中输入功率是激光功率设置值，激光器平均输出是Q开关频率的函数。因此，能将焦点位置偏移量△Vspot表示为△vspot＝f(P，Q)。在这种情况下，P是功率设置值，Q是与Q开关相关的参数(Q开关频率、ON/OFF占空比等)。

另一方面，激光打标机包括了作为激光扫描部分9的Z轴扫描器，其中Z轴扫描器能在光轴方向上调整焦点位置。因此，用Z轴扫描器来执行补偿偏移量的控制。例如，如图19(a)中的实线所示，当激光功率较大、Q开关频率较小或ON/OFF占空比较大时，焦点位置变为较远。因此，为了校正这种情况，如图19(a)中的虚线所示，通过控制Z轴扫描器来调整焦点位置，以便焦点位置变得更接近激光加工设备，即光斑直径变得更小。相反，当激光功率较小、Q开关频率较大或ON/OFF占空比较小时，如图19(c)中的实线所示，焦点距离变得较短。因此，如图19(c)中的虚线所示，对Z轴扫描器进行控制，使焦点位置变得更接近待加工的表面，即光斑直径变得更大。

而且，在类似于固体激光介质的由LBO等构成的波长转换器件(不是在激光振荡部分本身)中也能产生热透镜效应。因此，校正热透镜效应的功能是有效的。而且，根据通过波长转换器件内部的光束密度，波长转换器件能改变光束发散角。因此，还能将作为焦点位置调整部分的Z轴扫描器用于校正光束发散角的变化。

而且，类似地，在诸如CO₂激光器之类的没有采用固体激光介质的激光加工设备中，如果诸如外部透镜之类的光学器件被通过其中的激光束的功率加热，则由于这些光学器件的热膨胀、变形等因素能改变焦点位置。在这种情况下，类似地，作为焦点位置校正部分的Z轴扫描器可以用于校正。

(过渡到热平衡状态的时间间隔)

而且，可能会存在这种设计，即在改变激光功率和Q开光频率之后，需要一段长的时间间隔使热透镜效应进入热平衡状态。例如，可能存在这些情况，即固体激光介质较大，并且固体激光介质与具有较大热容量的元件相接触。在这种情况下，可以动态地改变焦点位置校正量，这使得甚至在过渡的时间间隔期间也能进行正确的校正。例如，考虑到时间变化，能将焦点位置校正量表示为△vspot＝f’(P，Q，t)(t为时间)。

而且，可能存在这些情况，即热透镜效应的程度是根据各个固体激光介质变化的。在这种情况下，可以根据各个固体激光介质来调整和校正函数f(P，Q，t)中的系数和常数值。另外，可以鉴于瞬态变化来调整焦点位置校正量。

(散焦量的叠加)

而且，如上所述，包括Z轴扫描器并且能够进行三维加工的激光打标机具有散焦功能，该功能用于有目的地偏离执行加工的焦点位置。具体地讲，使用加工条件设置部分3C，即图18B中的散焦设置栏204m，用户可以对每个加工模块改变光轴方向上的斑点位置，以增大用于粗体类型印刷的斑点直径或减小用于细体类型印刷的斑点直径。在这种情况下，类似地，执行考虑了焦点位置校正量的控制。更具体地讲，假设用户想要的斑点位置是△Yspot，则通过将△Yspot的值和焦点位置校正量相加而获得的△Yspot+△Vspot值设置为焦点位置来执行控制。如上所述，在已经设置散焦的情况下，以补偿散焦量的方式来控制焦点位置调整部分，从而实现正确的加工。

(根据焦点位置进行延迟量的控制)

而且，能以根据焦点位置调整量来改变上述的延迟操作的方式执行控制。在如上所述的针对每个加工模块来改变加工条件的情况下，针对每个加工模块来操作Z轴扫描器。在这种情况下，Z轴扫描器的移动量取决于前一个加工模块的加工图案和焦点位置校正量。因此，能以考虑到相邻加工模块之间的差异来改变延迟量(即，延迟时间)的方式执行控制，这使得能根据Z轴扫描器的实际移动量来进行正确的延迟操作。

(校正量确定部分80B)

接下来，将描述校正量确定部分80B确定光轴方向上的焦点位置校正量以处理热透镜效应的过程。通过参照参考表能容易地确定焦点位置校正量，其中参考表是作为已经预先存储了与激光加工条件相关联的由于热透镜效应引起的偏移量(即焦点位置校正量)的校正量存储部分的一个方面。校正量存储部分已经预先存储了作为二维排列的表数据的对应于由加工条件设置部分3C设置的激光输出条件的焦点位置信息，例如诸如激光功率、Q开关的频率、ON/OFF占空比的参数值，校正量确定部分80B能从其中读取对应于参数值的焦点位置校正量。这可以降低校正量确定部分80B所进行的处理的负荷，从而实现快速加工。

而且，在不使用表的情况下，通过基于所设置的激光加工条件的计算能确定焦点位置校正量。在这种情况下，在校正量确定部分80B中预先已经设置了用于根据激光输出条件而计算由产生的热透镜效应所引起的焦点位置的偏移量的计算公式，以及校正量确定部分80B基于该计算公式计算出针对每个激光加工条件的焦点位置校正量。采用该方法，在不使用用来存储表等的存储器件的情况下，可以正确地确定焦点位置校正量。而且，能准备多个计算公式，以便通过在它们之间进行切换来使用任何一个计算公式。可以将△vspot＝aP-f’(Q)+c(其中a、b和c是常数值；P是激光功率；Q是与Q开关相关的参数(Q开关的频率、ON/OFF占空比或类似参数))设置为计算公式。通过使用这个计算公式，可以根据参数值P和Q的变化来计算△Vspot，以及基于该值可以以实时方式控制Z轴扫描器，使焦点与工件重合。

而且，在任何一种情况下，都能在控制器1A中配置校正量存储部分和校正量确定部分。例如，能在图1中的存储部分5中设有的解压缩信息存储器5c中保持焦点位置校正量，以便在加工过程中可以对其进行引用。

(加工条件设置数据的流动)

图20图示了说明从加工条件设置的用户输入到加工开始的处理期间的数据流动的框图。在图20中，印刷设置输入值401对应于在图11中的加工条件设置部分3C等中已经设置然后存储在存储部分5A中的加工条件的相关设置信息。在这种情况下，用户将激光功率、Q开关频率、散焦量△Yspot等输入到图14A和14B的屏幕页。而且，基本字符/线段信息402是存储在图1中的基本字符/线段信息存储器5b中的信息。根据这些信息，通过解压缩处理生成字符坐标信息403、印刷功率/速度等信息404和加工后字符/线段信息405。在对应于图1中的解压缩信息存储器5c的印刷参考存储器406中存储包括这些信息的解压缩信息。然后，响应于开始印刷的命令，将存储在印刷参考存储器406中的解压缩信息传输到控制器部分中的寄存器407和FIFO存储器408中。

(确定焦点位置校正量的过程)

接下来，参照图21的流程图，将描述确定提供给Z轴扫描器的焦点位置校正量的过程。首先，在步骤S1中，设置加工条件。更具体地讲，通过加工条件设置部分3C，用户设置从Q开关19发出的激光功率、Q开关的频率、Q开关的ON/OFF占空比，来作为激光输出条件。而且，必要时在步骤S2中设置散焦量△Yspot。然后，在步骤S3中设置加工图案位置信息。因此，确定加工位置的XYZ坐标。另外，还要输入包括系统信息、设置通用信息和模块信息的设置信息。在如上所述输入设置信息之后，在步骤S4中计算加工数据。在这个阶段，校正量确定部分80B考虑到焦点位置校正量并确定最终的Z坐标位置Z＝z(x，y)+△yspot+f(P，Q)。而且，执行用于解压缩印刷信息的处理，以确定印刷的次序。此时，生成了图20所示的字符坐标信息403、印刷功率/速度等信息404和加工后字符/线段信息405。更具体地讲，根据用户已经输入的字符大小、上升(run-up)长度和粗线宽度来执行用于扩大或缩小由基本字符/线段信息定义的字符、增加上升线段以及使线变粗的处理。在印刷参考存储器406(解压缩信息存储器5c)中临时存储如上所述生成的解压缩信息。此后等待用户输入开始印刷的命令。

如果输入了执行印刷的命令，则在步骤S5中输出印刷数据，然后执行印刷处理。在这种情况下，必要时确定表示时间、日期、等级等的更新字符，此后，解压缩信息被传输到寄存器407和FIFO存储器408。在印刷内容不包括更新字符的情况下，将从印刷参考存储器406中读取的解压缩信息直接传输到寄存器407和FIFO存储器408。更新字符是表示时间、日期、等级、序列号等的要印刷的字符。这种情况对应于序列号以逐渐增加1的方式被印刷到多个工件中的每个工件上的情况。当存在更新的字符时，用户在设置加工条件的输入时明确地指定了更新字符的存在，并且对所有可能在印刷中使用的字符(例如，数字0到9)执行解压缩处理。在输入开始印刷的命令时，计算印刷的时间和期限。如上所述，在解压缩信息被传输到寄存器407和FIFO存储器408之后，开始印刷。更具体地讲，当在寄存器407和FIFO存储器408中已经累积了压缩信息，或当FIFO存储器408中的可用空间已经用完时，发出了开始印刷硬件内容的命令，并且开始印刷。当FIFO存储器408中的可用空间已经用完时，如果存在一部分的剩余解压缩信息，则暂停解压缩信息的传输，随着印刷的执行，当FIFO存储器408的可用空间已经增加到FIFO存储器408的空间的一半时，再次开始传输解压缩数据。

如上所述，在本实施例中，将现存的Z轴扫描器用于控制焦点位置以校正热透镜效应等。因此，可在无需经验和使用简单结构的情况下实现本实施例。具体地讲，当期望改变各个加工模块的加工条件时，本实施例非常有效。

能将根据本发明的激光加工设备、激光加工方法和用于对激光加工设备进行设置的方法广泛地应用于将激光应用于具有立体形状的立体表面上的处理，诸如打标、钻孔、切削、划线、表面处理。而且，虽然已经示范性地描述了能以三维方式印刷的激光打标机，但是能优选地将本发明用于能够以二维方式印刷的激光打标机中。

Claims (12)

1.一种激光加工设备，其能够将激光引导到待加工表面上来以期望的加工图案执行加工，该激光加工设备包括：

激光振荡部分，该激光振荡部分用于产生激光；

激光扫描部分，该激光扫描部分用于在工作区域内扫描从所述激光振荡部分发出的激光，该激光扫描部分包括Z轴扫描器、X轴扫描器和Y轴扫描器，其中Z轴扫描器包括入射透镜和出射透镜，并且在入射透镜和出射透镜的光轴与从所述激光振荡部分发出的激光的光轴重合的状态下，能够改变入射透镜和出射透镜之间沿它们的光轴的相对距离，以调整激光在光轴方向上的焦点位置，以及X轴扫描器和Y轴扫描器用于在X轴方向和Y轴方向上扫描通过Z轴扫描器的激光；

激光驱动控制部分，该激光驱动控制部分用于控制所述激光振荡部分和激光扫描部分；

加工条件设置部分，该加工条件设置部分用于设置激光输出条件和加工图案来作为用于按照期望的加工图案进行加工的加工条件；

校正量确定部分，该校正量确定部分基于加工条件设置部分所设置的激光输出条件，将由热透镜效应所引起的焦点位置在光轴方向上的偏移确定为焦点位置校正量；

其中，在激光照射期间，所述激光驱动控制部分使激光扫描以如下方式进行，即将所述校正量确定部分所确定的焦点位置校正量加到由所述加工条件设置部分设置的加工条件。

2.根据权利要求1所述的激光加工设备，还包括用于引起激光脉冲振荡的Q开关，

其中所述加工条件设置部分至少能够设置激光功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的一个作为激光输出条件，

当所述加工条件设置部分朝着增大激光功率、降低Q开关频率或增大N/OFF占空比的方向进行设置时，所述校正量确定部分确定焦距增大，因此朝着使焦点位置更近的方向来设置光轴方向上的焦点位置校正量以处理热透镜效应，以及

当所述加工条件设置部分朝着减小激光功率、增大Q开关的频率或减小ON/OFF占空比的方向进行设置时，所述校正量确定部分确定焦距减小，因此朝着使焦点位置更远的方向来设置焦点位置校正量。

3.根据权利要求1所述的激光加工设备，还包括：

校正量存储部分，该校正量存储部分用于预先存储与激光输出条件相关联的用来处理热透镜效应的光轴方向上的焦点位置校正量，

其中所述校正量确定部分通过从所述校正量存储部分读取焦点位置校正量来确定对应于所设置的激光输出条件的焦点位置校正量。

4.根据权利要求1所述的激光加工设备，其中

所述校正量确定部分通过基于预设置的计算公式的计算来确定用于处理热透镜效应的光轴方向上的焦点位置校正量。

5.根据权利要求1所述的激光加工设备，其中

所述加工条件设置部分能够设置散焦量以将激光的焦点位置有目的地偏移一定量，以及

所述校正量确定部分基于所设置的散焦量来确定用于处理热透镜效应的在光轴方向上的焦点位置校正量。

6.根据权利要求1所述的激光加工设备，其中

所述加工条件设置部分能够为待加工的表面设置一个或多个与不同条件相关联的三维加工图案作为加工条件。

7.根据权利要求6所述的激光加工设备，其中

在用多个不同的图案进行加工的过程中，在对Z轴扫描器产生操作命令之后且在Z轴扫描器结束该操作命令所命令的操作之前，所述激光驱动控制部分能够基于激光输出条件和/或加工图案来设置用于延迟开始输出激光的延迟时间。

8.根据权利要求1所述的激光加工设备，其中

当设置了与不同加工条件相关联的多个加工图案时，所述激光驱动控制部分根据先前的加工图案和用于先前加工图案的焦点位置校正量来调整延迟时间。

9.根据权利要求5所述的激光加工设备，其中

由所述加工条件设置部分设置的加工条件包括与经过的时间相关的参数，以及

所述校正量确定部分基于与经过的时间相关的参数来确定焦点位置校正量。

10.一种能够将激光引导到待加工的表面上来以期望的加工图案执行加工的激光加工设备，该激光加工设备包括：

光源；

激光介质，该激光介质被配置在激光的谐振器中并且被出自所述光源的光源光激发以产生激光；

Q开关，Q开关被配置在从所述谐振器内的所述激光介质发出的激光的光轴上，用于引起激光的脉冲振荡；

焦点位置调整部分，该焦点位置调整部分能够调整从所述Q开关发出的激光在光轴方向上的焦点位置；

激光二维扫描系统，该激光二维扫描系统以二维方式扫描从所述焦点位置调整部分发出的激光；

加工条件设置部分，该加工条件设置部分用于设置从所述Q开关发出的激光的功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的至少一个；

校正量确定部分，该校正量确定部分用于根据所述加工条件设置部分做出的设置，确定将由热透镜效应所引起的焦点位置在光轴方向上的偏移确定作焦点位置校正量；以及

激光驱动控制部分，该激光驱动控制部分基于所述校正量确定部分所确定的焦点位置校正量来以调整焦点位置的方式控制所述焦点位置调整部分。

11.一种用于将激光引导到待加工的表面上来以期望的加工图案执行加工的激光加工方法，该激光加工方法包括以下步骤：

设置加工图案和激光输出条件来作为用来以期望的加工图案进行加工的加工条件，其中激光输出条件至少包括从Q开关发出的激光的功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的一个；

基于已经设置的激光输出条件，将由热透镜效应所引起的光轴方向上的焦点位置的偏移确定为焦点位置校正量；以及

在基于所确定的焦点位置校正量来调整从Q开关发出的激光在光轴方向上的焦点位置的同时，基于已经设置的激光输出条件和加工图案通过激光的照射来执行加工。

12.一种对激光加工设备进行设置的方法，其中该激光加工设备用于将激光引导到待加工的表面上来以期望的加工图案执行加工，该方法包括以下步骤：

设置加工图案和激光输出条件来作为以期望的加工图案进行加工的加工条件，其中激光输出条件至少包括从Q开关发出的激光的功率、Q开关的频率和Q开关的ON/OFF占空比中的一个；以及

基于所设置的激光输出条件确定由热透镜效应引起的焦点位置在光轴方向上的偏移，并且在加工时，以将焦点位置的偏移用作焦点位置校正量来校正焦点位置的方式设置对应于加工图案的焦点位置。

Images