JP2021169121A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キーホールの深さを正確に測定することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置は、加工面上の目標位置を通る加工区間を設定し、加工区間内に、目標位置を中心とした測定区間を設定し、測定区間内に、加工方向に対して垂直な軌跡である複数のデータ取得位置を設定する。さらに、レーザ加工装置は、加工区間の加工中に、データ取得位置それぞれにおけるキーホールの形状を示す測定データを取得し、測定データを加工方向に投影して重ね合わせた投影データを作成する。そして、レーザ加工装置は、投影データに基づいて、目標位置における加工方向に垂直な方向の第２指示値を求める。これにより、キーホールの深さを正確に測定できるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供できる。【選択図】図５

Description

本開示は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

特許文献１は、レーザ加工装置を開示している。レーザ加工装置は、光干渉断層計を用いて試料内部の構造を可視化するＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術を用いて、レーザ光によって金属加工中に発生するキーホールの深さを計測する。

以下、図２６を用いて、特許文献１のレーザ加工装置について、説明する。図２６は、特許文献１に開示のレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。

図２６に示すように、溶接ヘッド１０８には、加工用レーザ光１０７と測定光１０５とが導入される。測定光１０５は、コリメータモジュール１０６およびダイクロイックミラー１１０を経て、加工用レーザ光１０７と光軸を共有する同軸構成となる。

測定器は、分析ユニット１００、光ファイバ１０１、ビームスプリッタ１０３、光ファイバ１０４、参照アーム１０２、測定アーム１０９からなる光干渉断層計を用いたＯＣＴ光学系で構成される。測定光１０５は、ＯＣＴ光学系の測定光として、光ファイバ１０４を通じて照射される。

加工用レーザ光１０７および測定光１０５は、集光レンズ１１１で集光され、加工物１１２に照射される。加工物１１２は、加工用レーザ光１０７により加工される。つまり、集光された加工用レーザ光１０７が加工物１１２の加工部１１３に照射されると、加工物１１２を構成する金属が溶融する。これにより、溶融金属が蒸発する際の圧力により、キーホールが形成される。そして、測定光１０５は、キーホールの底面に照射される。

このとき、キーホールで反射された測定光１０５（反射光）と、参照アーム１０２側の光（参照光）との光路差に応じて、干渉信号が生じる。これにより、干渉信号からキーホールの深さを求めることができる。キーホールは、形成直後に、周囲の溶融金属により埋められる。そのため、キーホールの深さは、金属加工部の溶融部の深さ（以下、「溶け込み深さ」と記す）と、ほぼ同じである。これにより、加工部１１３の溶け込み深さを計測できる。

特表２０１８−５０１９６４号公報

近年、ガルバノミラーとｆθレンズとを組み合わせたレーザ加工装置が知られている。ガルバノミラーは、レーザ光を反射させる方向を、詳細に制御できるミラーである。ｆθレンズは、被加工物の表面の加工点に、レーザ光を集光するレンズである。

そこで、特許文献１に開示されるキーホールの深さを測定する方法を、ガルバノミラーとｆθレンズとを組み合わせたレーザ加工装置に適用する構成が考えられる、この場合、以下の問題が生じる。すなわち、加工用レーザ光と測定光とは波長が異なるため、ｆθレンズに、色収差が生じる。これにより、被加工物の表面において、加工用レーザ光と測定光との照射位置にずれが生じる。そのため、測定光でキーホールの深さを正確に測定できない虞がある。

本開示は、キーホールの深さを正確に測定することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供する。

本開示の一態様に係るレーザ加工装置は、被加工物の加工面の加工点に照射される加工用レーザ光を発振するレーザ発振器と、加工点に照射される測定光を出射し、加工点で反射された測定光と参照光との光路差によって生じる干渉に基づく光干渉信号を生成する光干渉計を有する。また、レーザ加工装置は、加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる第１ミラーと、測定光の第１ミラーへの入射角を変化させる第２ミラーと、加工用レーザ光および測定光を加工点に集光させるレンズを有する。さらに、レーザ加工装置は、補正済み加工用データに基づいて、レーザ発振器、第１ミラー、および第２ミラーを制御する制御部と、光干渉信号に基づいて、加工用レーザ光が照射されることで加工点に生じるキーホールの深さを計測する計測処理部を有する。補正済み加工用データは、レンズの色収差により生じる加工用レーザ光および測定光の少なくとも一方の加工面上の到達位置のずれを解消するためのデータであり、加工点毎に設定された、加工用レーザ光の発振強度を示す出力指示値と、第１ミラーの動作量を示す第１指示値と、第２ミラーの動作量を示す第２指示値を含む。制御部は、加工面上の目標位置を通る加工区間を設定し、加工区間内に、目標位置を中心とした測定区間を設定し、測定区間内に、加工方向に対して垂直な軌跡である複数のデータ取得位置を設定する。さらに、制御部は、加工区間の加工中に、データ取得位置のそれぞれにおけるキーホールの形状を示す測定データを取得して、測定データを加工方向に投影して重ね合わせた投影データを作成し、投影データに基づいて、目標位置における加工方向に垂直な方向の第２指示値を求める。

また、本開示の一態様に係るレーザ加工方法は、加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる第１ミラーと、測定光の第１ミラーへの入射角を変化させる第２ミラーと、加工用レーザ光および測定光を被加工物の加工面の加工点に集光させるレンズを有する。そして、レーザ加工方法は、補正済み加工用データに基づいて、第１ミラー、および第２ミラーを制御して加工用レーザ光および測定光を被加工物に対して照射し、加工点で反射された測定光と参照光との光路差によって生じる干渉に基づいて、加工用レーザ光が照射されることで加工点に生じるキーホールの深さを計測するレーザ加工装置が行う。補正済み加工用データは、レンズの色収差により生じる加工用レーザ光および測定光の少なくとも一方の加工面上の到達位置のずれを解消するためのデータである。データは、加工点毎に予め設定された、加工用レーザ光の発振強度を示す出力指示値と、第１ミラーの動作量を示す第１指示値と、第２ミラーの動作量を示す第２指示値を含む。そして、レーザ加工装置は、加工面上の目標位置を通る加工区間を設定し、加工区間内に、目標位置を中心とした測定区間を設定し、測定区間内に、加工方向に対して垂直な軌跡である複数のデータ取得位置を設定する。さらに、レーザ加工装置は、加工区間の加工中に、データ取得位置のそれぞれにおけるキーホールの形状を示す測定データを取得して、測定データを加工方向に投影して重ね合わせた投影データを作成し、投影データに基づいて、目標位置における加工方向に垂直な方向の第２指示値を求める。

本開示によれば、キーホールの深さを正確に測定できるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供できる。

図１は、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、第１ミラーを原点位置から動作させた状態のレーザ加工装置を模式的に示す図である。 図３は、倍率色収差による加工用レーザ光および測定光のそれぞれの到達位置のずれを補正した状態のレーザ加工装置を模式的に示す図である。 図４は、第１ミラーのみを動作させて被加工物の表面を格子状に走査した場合における、加工面上の加工用レーザ光および測定光のそれぞれの軌跡を模式的に示す図である。 図５は、所定の加工光格子点における補正角の算出方法を示すフローチャートである。 図６は、求める補正角の軸として、ｙ軸が選択された場合に設定される加工区間およびデータ取得区間の例を模式的に示す図である。 図７は、加工時の加工点とデータ取得位置との関係を模式的に示す図である。 図８は、加工方向が＋ｘ方向である場合における、ｘ方向のキーホール形状の測定結果の例を示すグラフである。 図９は、加工方向が−ｘ方向である場合における、ｘ方向のキーホール形状の測定結果の例を示すグラフである。 図１０は、加工方向が＋ｘ方向である場合における、ｙ方向のキーホール形状の測定結果の例を示すグラフである。 図１１は、加工方向が−ｘ方向である場合における、ｙ方向のキーホール形状の測定結果の例を示すグラフである。 図１２は、複数の測定データを重ね合わせる例の説明に供するグラフである。 図１３は、投影データから補正角を求める例の説明に供するグラフである。 図１４は、加工光格子点で交わる十字状の加工痕を模式的に示す図である。 図１５は、補正数表データの作成方法を示すフローチャートである。 図１６は、全ての加工光格子点において、十字状の加工痕が形成された例を模式的に示す図である。 図１７は、補正済み加工データの構成の一例を示す図である。 図１８は、加工データの作成方法を示すフローチャートである。 図１９は、補正数表データの構成を模式的に表した補正数表を示す図である。 図２０は、補正角の設定方法を示すフローチャートである。 図２１は、ユーザが設定した走査角Ｘが補正数表上のいずれかのデータ点の補正数表用走査角と一致しなかった場合における、走査角Ｘとその周囲の補正データ点との関係を示す図である。 図２２は、レーザ加工方法を示すフローチャートである。 図２３は、キーホールの深さ計測方法を示すフローチャートである。 図２４は、第２ミラーの動作により倍率色収差の影響を補正した状態の、加工面における加工用レーザ光と測定光の軌跡を模式的に示す図である。 図２５は、本開示の変形例１に係るレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。 図２６は、特許文献１に開示のレーザ加工装置を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

（実施の形態）
以下、本開示の実施の形態のレーザ加工装置について、項分けして、説明する。

＜レーザ加工装置の構成＞
まず、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置１の構成について、図１を用いて、説明する。

図１は、本実施の形態のレーザ加工装置１の構成を模式的に示す図である。

図１に示すように、本実施の形態のレーザ加工装置１は、加工ヘッド２、光干渉計３、計測処理部４、レーザ発振器５、制御部６、第１ドライバ７、第２ドライバ８などを備える。

光干渉計３は、ＯＣＴ測定用の測定光１５を出射する。出射された測定光１５は、第２ミラー１７上に設置される測定光導入口９から加工ヘッド２へ入力される。

レーザ発振器５は、レーザ加工用の加工用レーザ光１１を発振する。発振された加工用レーザ光１１は、加工光導入口１０から加工ヘッド２へ入力される。

加工ヘッド２へ入力された加工用レーザ光１１は、ダイクロイックミラー１２を透過し、第１ミラー１３で反射される。反射された加工用レーザ光１１は、レンズ１４を透過し、被加工物１８の表面である加工面１９に集光される。これにより、被加工物１８の加工面１９の加工点２０がレーザ加工される。このとき、加工用レーザ光１１が照射された加工点２０が溶融し、溶融池２１が形成される。そして、形成された溶融池２１から溶融金属が蒸発する。これにより、溶融金属の蒸発時に生じる蒸気の圧力によって、被加工物１８にキーホール２２が形成される。

一方、加工ヘッド２へ入力された測定光１５は、コリメートレンズ１６で平行光に変換され、第２ミラー１７で反射される。その後、測定光１５は、ダイクロイックミラー１２で反射され後、第１ミラー１３で反射される。反射された測定光１５は、レンズ１４を透過し、被加工物１８の加工面１９の加工点２０に集光される。集光された測定光１５は、キーホール２２の底面で反射され、上記伝播経路を遡って、光干渉計３まで到達する。このとき、測定光１５は、光干渉計３内で図示しない、参照光と光干渉して、光干渉信号を発生させる。

計測処理部４は、光干渉計３で発生した光干渉信号から、キーホール２２の深さ、すなわち加工点２０の溶け込み深さを計測する。ここで、「溶け込み深さ」とは、被加工物１８の溶けた部分の最頂点と、加工面１９との間の距離を意味する。

なお、一般的に、加工用レーザ光１１の波長と、測定光１５の波長とは、異なる。具体的には、加工用レーザ光１１として、例えば、ＹＡＧレーザまたはファイバレーザを用いた場合、加工用レーザ光１１の波長は、１０６４ｎｍである。一方、測定光１５として、例えば、ＯＣＴ用光源を用いた場合、測定光１５の波長は、１３００ｎｍである。

また、上記ダイクロイックミラー１２は、加工用レーザ光１１の波長の光を透過し、測定光１５の波長の光を反射する特性を有する。

第１ミラー１３および第２ミラー１７は、２軸以上の回転動作が可能な可動ミラーで構成される。第１ミラー１３および第２ミラー１７は、例えば、ガルバノミラーである。なお、上記２軸は、例えば、図１中などに示す、ｘ軸およびｙ軸が相当する。

第１ミラー１３、第２ミラー１７は、それぞれ、第１ドライバ７、第２ドライバ８を介して、制御部６に接続され、制御部６の制御に基づいて動作する。具体的には、第１ドライバ７は、制御部６からの指示に基づいて、第１ミラー１３を動作させる。第２ドライバ８は、制御部６からの指示に基づいて、第２ミラー１７を動作させる。

制御部６は、メモリ３１を備える。メモリ３１は、被加工物１８に対して所望の加工を行うための加工データ、および、後述する補正を行うための補正用データを記憶する。

なお、図１では、一例として、第１ミラー１３および第２ミラー１７のそれぞれについて、ｙ方向の回転軸を中心とした回転動作のみを示している（図中の点線部分および両矢印参照）。しかし、実際には、第１ミラー１３および第２ミラー１７は、それぞれ、上述したように、２軸以上の回転動作が可能に構成される。そのため、第１ミラー１３および第２ミラー１７は、それぞれ、例えば、ｘ方向の回転軸（図中の矢印ｘ参照）を中心とした回転動作も可能である。

以下では、説明を簡単にするため、第１ミラー１３および第２ミラー１７のそれぞれが、ｙ方向の回転軸（図中の矢印ｙ参照）を中心とした回転動作のみを行う場合について、説明する。

第２ミラー１７が原点位置にあるとき、図１に示すように、測定光１５の測定光軸２３は、ダイクロイックミラー１２で反射された後、加工用レーザ光１１の加工光軸２４と一致する。

また、第１ミラー１３が原点位置にあるとき、図１に示すように、加工用レーザ光１１の加工光軸２４は、第１ミラー１３で反射された後、レンズ１４を透過する際に、レンズ１４の中心であるレンズ光軸２５と一致する。

なお、以下では、レンズ１４の中心を透過した加工用レーザ光１１および測定光１５が被加工物１８の加工面１９に到達した位置（照射位置に対応）を、「加工原点２６」（図２参照）と記して説明する。つまり、第１ミラー１３、第２ミラー１７のそれぞれの原点位置は、加工用レーザ光１１および測定光１５がレンズ１４の中心を透過する位置である。

レンズ１４は、加工用レーザ光１１および測定光１５を加工点２０に集光するためのレンズである。レンズ１４は、例えば、ｆθレンズである。

第１ミラー１３およびレンズ１４は、ガルバノミラーとｆθレンズとによる一般的な光学走査系を構成する。そのため、第１ミラー１３を、その原点位置から所定の角度だけ回転させることにより、加工用レーザ光１１の加工面１９への到達位置を制御できる。以下では、第１ミラー１３を、その原点位置から回転させる角度を、「第１ミラー１３の動作量」という。なお、第１ミラー１３の動作量は、加工ヘッド２を構成する各光学部材の位置関係と、レンズ１４から加工面１９までの距離とが決まれば、一意的に設定できる。これにより、加工用レーザ光１１を、所望の加工点２０へ照射することができる。

このとき、レンズ１４から加工面１９までの距離は、加工用レーザ光１１が最も集光される焦点位置と、加工面１９とを一致させた距離とすることが好ましい。これにより、加工用レーザ光１１による被加工物１８の加工を、最も効率的に行うことができる。なお、レンズ１４から加工面１９までの距離は、これに限定されず、加工の用途に応じて、適切な任意の距離に決定すればよい。

また、第１ミラー１３は、その動作量を所定の動作スケジュールに準じて変化させる。これにより、加工用レーザ光１１を、加工面１９上で、任意の加工点２０の位置に走査させて照射することができる。

さらに、制御部６は、レーザ発振器５のオンとオフの切り替えを制御する。これにより、加工用レーザ光１１の走査可能な範囲内における、加工面１９上の任意の位置を、任意のパターンでレーザ加工できる。

＜色収差による影響＞
つぎに、図２を用いて、レンズ１４の色収差による影響について、説明する。
図２は、第１ミラー１３を原点位置から動作させた状態のレーザ加工装置１を模式的に示す図である。なお、図２においては、第２ミラー１７が原点位置にあるとする。

図２に示すように、第１ミラー１３で反射された加工用レーザ光１１および測定光１５は、レンズ１４に到達するまでは、同じ光軸上を進む。しかしながら、レンズ１４を透過した後では、加工用レーザ光１１と測定光１５の進行方向にずれが生じる。すなわち、図２に示すように、加工用レーザ光１１の光軸である加工光軸２４ａと、測定光１５の光軸である測定光軸２３ａとが、ずれる。そのため、測定光１５は、加工点２０とは異なる位置に到達する。

これは、レンズ１４の色収差に起因するものである。色収差とは、レンズ１４を含む一般的な光学材料が、光の波長に対する屈折率が異なる性質を有するために発生する収差である。

色収差には、軸上色収差と、倍率色収差との二種類がある。軸上色収差は、光の波長によりレンズの焦点位置が異なる性質による収差である。一方、倍率色収差は、光の波長により焦点面（加工面１９）における像高が異なる性質による収差である。なお、図２に示す、レンズ１４透過後の加工用レーザ光１１（加工光軸２４ａ）と測定光１５（測定光軸２３ａ）の進行方向のずれは、上述の倍率色収差に起因するものである。

このとき、本実施の形態のレーザ加工装置１は、軸上色収差も、同時に、発生する。しかしながら、軸上色収差による加工用レーザ光１１と測定光１５のずれは、コリメートレンズ１６と測定光導入口９との距離の調節により、対応可能である。つまり、コリメートレンズ１６により、透過直後の測定光１５を、平行光の状態から、わずかに発散状態または収束状態にすることで、軸上色収差の発生を抑制することが可能である。

なお、図２においては、加工原点２６から見て、測定光１５の加工面１９に到達する位置が、加工用レーザ光１１の加工面１９に到達した位置よりも遠い。しかしながら、上記位置関係は、一例である。つまり、レンズ１４のレンズ構成や加工用レーザ光１１と測定光１５との波長の大小関係により、測定光１５の方が、加工用レーザ光１１よりも加工原点２６に近い位置に到達する場合もある。一般的には、長波長の光の方が、加工原点２６から、より遠い位置に到達する。

また、上記倍率色収差を補正する方法としては、例えば、レンズ１４に、色消しレンズの性質を持たせる方法がある。しかし、レンズ１４に、ｆθレンズとしての性質と、色消しレンズとしての性質の両方の性質を持たせようとすると、非常に高度な光学設計技術が必要となる。そのため、レンズ１４の設計に、多大な時間とコストとが掛かる。

そこで、本実施の形態のレーザ加工装置１では、以下で説明するように、第２ミラー１７を動作（移動）させて、低コストで、倍率色収差の補正を実現している。

＜倍率色収差の補正方法＞
つぎに、図３を用いて、上述したレンズ１４の倍率色収差の補正方法について説明する。

図３は、倍率色収差による加工用レーザ光１１および測定光１５のそれぞれの到達位置のずれを補正した状態のレーザ加工装置１を模式的に示す図である。

図３では、第２ミラー１７を、原点位置から所定の動作量（動作角度）だけ動作させている。これにより、図３に示すように、ダイクロイックミラー１２からレンズ１４に到るまでの間において、加工用レーザ光１１の加工光軸２４と、測定光１５の測定光軸２３とは、同軸でなくなる。しかしながら、レンズ１４を透過した後の加工用レーザ光１１および測定光１５は、それぞれ、加工面１９の同じ位置、すなわち加工点２０に到達している。

このとき、図３に示すように、加工用レーザ光１１の加工光軸２４ａは、図２に示す加工光軸２４ａと、同じ位置を通っている。一方、上述の第２ミラー１７の動作により補正された測定光１５の測定光軸２３ｂは、図２に示す測定光軸２３ａと、異なる位置を通っている。

なお、第２ミラー１７の動作量（すなわち、第２ミラー１７をその原点位置から回転させる角度）は、第１ミラー１３の動作量と、１対１の関係で、対応付けられている。このとき、第１ミラー１３の動作量は、加工点２０の位置によって、一意的に決まっている。そのため、第２ミラー１７の動作量も、加工点２０の位置によって、一意的に決まる。

なお、以下では、第２ミラー１７の動作量を「補正角」（後述する、「第２指示値」に対応）と記載し、その補正角の求め方について説明する。

＜補正角と走査角との関係＞
つぎに、第２ミラー１７の補正角と、第１ミラー１３の走査角との関係について、説明する。

ここで、レンズ１４の焦点距離をｆ、レンズ１４に入射する光のレンズ光軸２５からの角度をθ、レンズ１４を透過した光線の像面における光軸からの距離（以下、「像高」と記すう）をｈとする。この場合、ｆθレンズであるレンズ１４において、ｈ＝ｆθという関係が成り立つ。

また、上述したように、第１ミラー１３は、回転動作する軸を、２軸、有する。

そこで、２軸を、仮に、ｘ軸、ｙ軸、第１ミラー１３で反射された光のレンズ光軸２５からのｘ軸成分の角度をθｘ、同じくレンズ光軸２５からのｙ軸成分の角度をθｙとする。そして、像面におけるｘ方向、ｙ方向の像高のそれぞれを、ｘ、ｙとした場合、ｘ＝ｆθｘ、ｙ＝ｆθｙという関係が成り立つ。これにより、加工用レーザ光１１が加工面１９に到達する位置を（ｘ，ｙ）とすると、（ｘ，ｙ）＝（ｆθｘ，ｆθｙ）となる。

また、ミラーへ光を入射させたときのミラーからの反射光の出射角度は、２倍の角度量で変化する。そのため、第１ミラー１３の動作量を（φｘ，φｙ）とした場合、（２φｘ，２φｙ）＝（θｘ，θｙ）の関係が成り立つ。なお、以下の説明では、第１ミラー１３の動作量（φｘ，φｙ）を「走査角」（後述する、「第１指示値」に対応）と記載する。

以上のように、本実施の形態のレーザ加工装置１では、第１ミラー１３の走査角（φｘ，φｙ）が決定されると、加工用レーザ光１１の加工面１９における到達位置、すなわち加工点２０の位置（ｘ，ｙ）も決定される。

走査角は、上述したように、加工点２０の位置によって、一意的に決定される。同様に、第２ミラー１７の補正量も、加工点２０の位置によって、一意的に決定される。

そこで、本実施の形態では、所定の加工点２０の位置毎に、予め、走査角と補正量との関係を算出する。そして、加工時において、加工点２０の位置に対応する補正量だけ第２ミラー１７を動作させる。これにより、上述したレンズ１４の倍率色収差による、加工用レーザ光１１の照射位置に対する、測定光１５の照射位置のずれを、補正できる。

＜補正数表データ＞
つぎに、補正数表データについて説明する。

補正数表データは、加工点２０毎に走査角と補正角との対応関係を示すデータ（補正済み加工用データの一例）である。

まず、図４を用いて、被加工物１８の加工面１９上における加工用レーザ光１１および測定光１５のそれぞれの軌跡について、説明する。

図４は、第２ミラー１７を動作させずに、第１ミラー１３のみを動作させて被加工物１８の加工面１９を格子状に走査した場合における、加工面１９上の加工用レーザ光１１および測定光１５のそれぞれの軌跡を模式的に示す図である。

なお、図４は、加工面１９をレンズ１４側から見た状態を示している。図４は、加工用レーザ光１１の軌跡である加工光軌跡２８を実線で示し、測定光１５の軌跡である測定光軌跡２７を点線で示している。

図４に示す例では、第２ミラー１７を動作させていないため、倍率色収差の補正が行われていない場合の加工用レーザ光１１および測定光１５の軌跡を示す。そのため、加工原点２６付近では、加工用レーザ光１１および測定光１５のそれぞれの軌跡は、一致する。しかし、倍率色収差により、加工原点２６から遠ざかるにつれて、両者の軌跡のずれが大きくなる。つまり、加工光軌跡２８は、歪みのない格子状パターンを描く。一方、測定光軌跡２７は、歪んだ糸巻き型の軌跡を描く。なお、図４に示す測定光軌跡２７の形状は、一例である。つまり、測定光軌跡２７の歪み形状は、レンズ１４の光学特性によって変化する。

また、加工光軌跡２８および測定光軌跡２７のそれぞれに対応する位置のずれ量も、同様に、レンズ１４の光学特性や光学設計に依存する。一般的な例としては、レンズ１４の焦点距離が２５０ｍｍで、加工面領域が直径２００ｍｍ程度の市販のｆθレンズの場合、加工面領域の最外周付近において、加工用レーザ光１１と測定光１５との軌跡は、０．２ｍｍから０．４ｍｍのずれを生じる。

それに対して、加工点２０への加工用レーザ光１１の照射により生成されるキーホール２２（例えば、図１参照）の直径は、加工用レーザ光のパワーや空間コヒーレンシー、レンズ１４の集光能力にも依存するが、おおむね０．０３ｍｍから０．２ｍｍと小さい。そのため、レンズ１４の色収差により生じる加工用レーザ光１１と測定光１５との位置ずれによって、測定光１５がキーホール２２の底面に到達しない場合がある。これにより、測定光１５で、正確な溶け込み深さが測定できなくなる。

なお、図４では、一例として、等間隔の４×４マスの格子状パターンを例に図示しているが、本開示は、これに限定されない。走査のための格子状パターンは、例えば、より細かいマス数の格子状パターンで設定してもよい。また、ｆθレンズの倍率色収差特性に関連して、特に、精度の必要な領域は、格子状パターンの格子間隔を狭くしてもよい。さらに、放射状の格子状パターンで設定してもよい。ただし、本実施の形態では、補正角を、ｘ軸およびｙ軸の２軸で設定するため、図４示す直交格子状のパターンが、より好ましい。

そこで、図４示す加工光軌跡２８と測定光軌跡２７とを比較すると、格子状パターンの対応する各格子点において、ずれが生じていることが分かる。

つまり、補正数表データを作成するためには、加工光軌跡２８上の、ある１つの格子点である加工光格子点３０と、測定光軌跡２７の対応する測定光格子点２９とが一致するように、補正量を決定する必要がある。

＜補正角の算出方法＞
つぎに、図５を用いて、所定の格子点位置における補正角の算出方法について、説明する。

図５は、所定の加工光格子点３０における補正角の算出方法を示すフローチャートである。

以下では、説明を簡単にするために、第１ミラー１３のｘ軸と、第２ミラー１７のｘ軸とが一致し、第１ミラー１３のｙ軸と、第２ミラー１７のｙ軸とが一致しているとして説明する。また、第１ミラー１３の走査角を（φｘ，φｙ）、第２ミラー１７の補正角を（ψｘ，ψｙ）として説明する。

図５に示すように、まず、レーザ加工装置１の制御部６は、補正角を求める加工光格子点３０（目標位置の一例）を設定する（ステップＳ１）。

つぎに、制御部６は、求める補正角の軸を選択する（ステップＳ２）。

具体的には、例えば、図４に示す格子状パターンにおいて、ｘ軸またはｙ軸を選択する。以下では、求める補正角の軸に、ｙ軸を選択した場合を例に挙げて、説明する。なお、ｘ軸を選択した場合、以下の説明において、ｘ軸とｙ軸とを入れ替えて解釈すればよい。

つぎに、制御部６は、選択された補正角の軸と直交する軸方向に、例えば、図６に示すように、加工光格子点３０を通る加工区間Ｗｘを設定する（ステップＳ３）。

図６は、求める補正角の軸として、ｙ軸が選択された場合に設定される加工区間Ｗｘおよびデータ取得区間Ｍｘ（詳細は後述）の例を模式的に示す図である。具体的には、例えば、ステップＳ３では、図６に示すように、選択されたｙ軸に直交するｘ軸方向の加工光格子点３０を通る加工区間Ｗｘが、設定される。これにより、加工実行時における、第１ミラー１３の動作スケジュールが決定される。

つぎに、制御部６は、設定された加工区間Ｗｘ内に、加工光格子点３０を中心としたデータ取得区間Ｍｘ（測定区間の一例）を設定する（ステップＳ４）。具体的には、例えば、ステップＳ４では、図６に示すように、設定された加工区間Ｗｘの範囲内に、加工光格子点３０を中心としたデータ取得区間Ｍｘが設定される。

つぎに、制御部６は、設定されたデータ取得区間Ｍｘ内に、加工方向に垂直な方向のデータ取得位置３８を、複数個所、設定する（ステップＳ４）。具体的には、例えば、ステップＳ５では、図６に示すように、設定されたデータ取得区間Ｍｘの範囲内に、加工方向（加工区間Ｗｘの方向。例えば、ｘ軸方向）に直交するｙ軸方向のデータ取得位置３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）が、設定される。

このとき、データ取得位置３８の加工方向に垂直な方向（例えば、ｙ軸方向）の走査は、第２ミラー１７のみの動作によって行われる。また、第２ミラー１７の走査の範囲は、データ取得位置３８によらず一定である。つまり、データ取得位置３８の加工方向の位置は、加工時の第１ミラー１３の位置として決定される。これにより、第２ミラー１７は、例えば、以下、図７に示すような、指定されたデータ取得位置３８の時のみ動作するように、動作スケジュールが決定される。

図７は、加工時の加工点２０とデータ取得位置３８との関係を模式的に示す図である。

データ取得位置３８は、図７に示すように、キーホール２２上を加工方向（例えば、ｘ軸方向）に直交する軌跡となる。また、加工方向における加工点２０とデータ取得位置３８との位置関係は、レンズ１４の倍率色収差による加工用レーザ光１１と測定光１５との位置ずれの影響を除くと、同じである。そのため、図６に示すデータ取得位置３８ａ、データ取得位置３８ｂ、データ取得位置３８ｃは、キーホール２２上の加工方向の、ほぼ同じ位置（同じ位置を含む）となる。

なお、図６では、データ取得位置３８を、データ取得位置３８ａ、データ取得位置３８ｂ、データ取得位置３８ｃの３箇所に設定した場合を例に図示したが、実際には、３箇所より多くのデータ取得位置３８を設定することが好ましい。

また、データ取得位置３８の加工方向に垂直な方向の走査の範囲は、以下のように、設定することが好ましい。具体的には、まず、光学シミュレーションによって、測定光１５が加工光格子点３０に位置する補正角を求める。そして、求めた補正角を中心として、データ取得位置３８の走査の範囲を、設定する。これにより、図７に示す加工方向における加工点２０の位置と、データ取得位置３８の位置との差は、光学シミュレーションで求めた補正角と、実際の補正角との差となる。その結果、より加工点２０に近い位置で、キーホール２２の位置の測定が可能となる。

以下、加工方向に垂直な方向のデータ取得位置を設定する理由を、図８から図１１を用いて、説明する。

ここで、キーホール２２の位置は、加工用レーザ光１１の加工点２０の位置と一致する。つまり、例えば、加工光格子点３０でのキーホール２２の形状の中心位置を求めれば、測定光１５を、加工光格子点３０と一致させることができる。

図８から図１１は、キーホール２２の形状の測定結果の、それぞれの例を示す。

具体的には、図８は、加工方向が＋ｘ方向である場合において、レーザ加工装置１によって、ｘ方向のキーホール２２の形状を測定した結果の例を示すグラフである。図９は、加工方向が−ｘ方向である場合において、レーザ加工装置１によって、ｘ方向のキーホール２２の形状を測定した結果の例を示すグラフである。図１０は、加工方向が＋ｘ方向である場合において、レーザ加工装置１によって、ｙ方向のキーホール２２の形状を測定した結果の例を示すグラフである。図１１は、加工方向が−ｘ方向である場合において、レーザ加工装置１によって、ｙ方向のキーホール２２の形状を測定した結果の例を示すグラフである。

図８から図１１に示す測定結果は、それぞれ、加工原点２６のキーホール２２の形状を示している。なお、図８から図１１に示す測定結果は、本実施の形態とは異なる方法で複数回測定した場合の平均出力値である。

ここで、図中の縦軸は、光干渉計３によって測定されるキーホール２２の深さｚを示す。図中の横軸は、加工面１９の座標（単位は、μｍ）を示す。

まず、キーホール２２の中心位置を求めるために、深さ方向の閾値Ｚｔｈを横切る形状の中心位置を求めた。その結果、加工方向のキーホール２２の中心位置ｘは、加工方向が＋ｘである場合、図８に示すように、−１５μｍである。一方、加工方向が−ｘである場合、図９に示すように、５μｍであった。すなわち、加工方向の違いにより、２０μｍの差異が発生することが確認された。

なお、一般的に、加工方向のキーホール２２の形状は、溶融金属の粘性の影響により加工方向の後ろ側にわずかに裾を引くような形状になることが知られている。そのため、上記差異は、加工方向の違いによって、キーホール２２の中心位置が、ずれたことに起因していると考えられる。

また、加工方向に垂直なキーホール２２の中心位置ｙは、加工方向が＋ｘである場合、図１０に示すように、−２０μｍである。一方、加工方向が−ｘである場合、図１１に示すように、−２０μｍであった。すなわち、キーホール２２の中心位置ｙは、加工方向の違いによらず、再現する（同じである）ことが確認された。

つまり、加工方向に垂直なキーホール２２の形状を測定することにより、より高精度に、キーホール２２の位置を求めることができる。そのため、本実施の形態では、加工方向に垂直な方向に、データ取得位置３８を設定することとした。

つぎに、制御部６は、加工面１９に対して、加工を実行し、複数の測定データを取得する（ステップＳ６）。なお、複数の測定データは、複数のデータ取得位置３８のそれぞれにおける測定結果を示すデータである。

例えば、ｙ軸が選択された場合、ステップＳ６において、図６に示す、加工区間Ｗｘの加工中に、データ取得位置３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに対応する測定データが取得される。そして、加工が終了すると、加工区間Ｗｘにおいて、ｘ軸方向の加工痕３９（図１４参照）が形成される。なお、ｘ軸が選択された場合、ｙ軸方向の加工痕３９（図１４参照）が形成される。

つぎに、制御部６は、取得された複数の測定データを、加工方向に投影するように重ね合わせて、投影データを作成する（ステップＳ７）。

以下、投影データを作成するステップＳ７の具体例について、図１２を用いて、説明する。

図１２は、複数の測定データを重ね合わせる例を説明するためのグラフである。

なお、図１２に示す位置ａ、位置ｂ、位置ｃは、それぞれ、図６に示すデータ取得位置３８ａ、３８ｂ、３８ｃに対応する。

データ取得位置３８ａ、３８ｂ、３８ｃに対応する測定データは、それぞれ、縦軸が光干渉計３によって測定される深さｚ（縦軸）、横軸がデータ取得位置３８の走査方向の補正角ψｙ（横軸）で表される。

位置ａ、位置ｂ、位置ｃのそれぞれのグラフにおける点群は、それぞれのψｙ座標の位置において、光干渉計３によって測定された深さのデータである。図７に示したように、データ取得位置３８は、キーホール２２上において、加工方向と直交している。そのため、位置ａ、位置ｂ、位置ｃのグラフは、それぞれ、キーホール２２の加工方向に直交した断面を測定した結果に、等しい。

このとき、加工光格子点３０の補正角を求めるには、位置ｂのグラフからキーホール２２の中心位置を求めればよい。しかしながら、それぞれの点群データの中に、キーホール２２の形状を表す有効なデータが少ない。そのため、十分な精度で、キーホール２２の中心位置を求めることができない。

また、位置ａ、位置ｂ、位置ｃは、それぞれ、レンズ１４の異なる走査角で取得されたデータである。そのため、位置ａ、位置ｂ、位置ｃのキーホール２２の中心位置のψｙ座標Ａ、ψｙ座標Ｂ、ψｙ座標Ｃは、レンズ１４の倍率色収差の影響により、ずれが生じている。

ここで、倍率色収差は、狭い範囲においては、線形で近似できる。そのため、加工光格子点３０の位置ｂの座標Ｂを中心に、座標Ａ〜Ｂ間と、座標Ｂ〜Ｃ間との距離は、ほぼ一致（一致を含む）する。

そこで、本実施の形態では、位置ａ、位置ｂ、位置ｃの、それぞれのグラフの点群データを、同じ座標で重ね合わせたデータ（図１２の一番下に示すグラフ参照）で作成する。

つまり、図６に示したように、データ取得位置３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、加工区間Ｗｘに直交している。そのため、図１２に示す重ね合わせのグラフは、位置ａ、位置ｂ、位置ｃの、それぞれのグラフを、加工方向に投影して重ね合わせた投影データとなる。

このとき、投影データは、加工光格子点３０の位置ｂを中心として、左右に均等にずれた位置ａおよび位置ｃのそれぞれの点群データの分布を重ね合わせたものである。そのため、投影データの中心位置Ｐは、加工光格子点３０の位置ｂの中心位置の座標Ｂと一致する。

したがって、投影データの中心位置Ｐを求めれば、加工光格子点３０の補正角を求めることができる。上記方法の採用により、倍率色収差の影響を受けずに、加工光格子点３０の補正角を求めるための有効なデータを増やすことができる。これにより、キーホール２２の深さの測定精度を向上させることができる。

つぎに、制御部６は、上述の投影データに基づいて、選択された軸の補正角を求める。

以下、ステップＳ８の具体例について、図１３を用いて、説明する。図１３は、投影データから補正角を求める例を説明するためのグラフである。

通常、キーホール２２は、溶融金属の蒸発時に生じる蒸気の圧力によって形成されるため、常に、その形状が変化している。そのため、図１３のグラフにおける点群データは、深さｚ方向に広がった分布となる。このとき、キーホール２２の底は、最も深い位置にある。そこで、点群データの最下点付近を抽出する。これにより、データ取得位置３８の形状分布４０を得ることができる。

具体的には、例えば、補正角ψｙ軸方向の一定区間内に存在する点群データのうち、ｚの値が小さい、５パーセンタイルのデータを抽出する処理を、補正角ψｙ軸方向に行う。これにより、データ取得位置３８の形状分布４０を得ることができる。そして、得られたデータ取得位置３８の形状分布４０が、深さ方向の閾値Ｚｔｈを横切る２点の中心位置Ｐを求める。これにより、加工光格子点３０のｙ軸の補正角を求めることができる。

つぎに、制御部６は、第１ミラー１３および第２ミラー１７が回転動作する、ｘ軸およびｙ軸のそれぞれの補正角を求めたか否かの判定を行う（ステップＳ９）。そして、ｘ軸とｙ軸のデータを両方取得した場合（ステップＳ９のＹＥＳ）、フローを終了する。

一方、ｘ軸とｙ軸のデータを両方取得していない場合（ステップＳ９のＮＯ）、ステップＳ２に戻る。具体的には、例えば、ステップＳ２において、ｙ軸が選択され、ステップＳ８において、ｙ軸の補正角を求めた場合、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２において、ｘ軸が選択される。そして、以降、ステップＳ３からステップＳ８を経て、ｘ軸の補正角が求められる。

上述したフローにより、所定の加工光格子点３０の走査角（φｘ，φｙ）における補正角（ψｘ，ψｙ）を求めることができる。

そして、上述したフローの完了後において、図１４に示すように、加工面１９において、加工光格子点３０で交わる十字状の加工痕３９が形成される。

つまり、上述した方法は、加工光格子点３０の補正角を、１０μｍ以下の精度で求めることができる。

そのため、本開示の加工ヘッド２において、ビーム品質に優れたレーザ（例えば、シングルモードのファイバレーザなど）を用いる場合、上述の方法は、好適である。つまり、シングルモードのファイバレーザの場合、加工用レーザ光１１の加工点２０でのビーム径が、５０μｍ以下になる。そのため、加工光格子点３０における補正角の精度が１０μｍ以下となる上述の方法は、シングルモードのファイバレーザを用いる場合などにおいても、より有効となる。

＜補正数表データの作成方法＞
つぎに、補正数表データの作成方法について、図１５を用いて、説明する。図１５は、補正数表データの作成方法を示すフローチャートである。

図１５に示すように、まず、レーザ加工装置１の制御部６は、仮の被加工物１８（例えば、金属の平板）の加工面１９に対して、レーザ加工を行う範囲である格子状パターン（例えば、図４に示す加工光軌跡２８）を設定する（ステップＳ１１）。そして、格子状パターンに含まれる複数の格子点のうち、１つの格子点を選定する。

つぎに、制御部６は、図５に示した方法を用いて、加工方向に垂直な方向の測定データに基づいて、補正角を求める（ステップＳ１２）。

つぎに、制御部６は、ステップＳ１２で求めた補正角と、そのときの走査角とを、補正数表データとして、メモリ３１に保存する（ステップＳ１３）。

つぎに、制御部６は、ステップＳ１１で設定された格子状パターンのすべての格子点において、補正数表データを保存したか否かの判定を行う（ステップＳ１４）。このとき、すべての格子点において、補正数表データを保存した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、制御部６は、フローを終了する。

一方、すべての格子点において、補正数表データを保存していない場合（ステップＳ１４のＮＯ）、制御部６は、新たな格子点（すなわち、補正数表データの保存が行われていない格子点）を１つ選定する（ステップＳ１５）。その後、制御部６は、フローをステップＳ１２に戻り、以降のステップを実行する。

以上で説明した方法により、補正数表データが得られる。

また、上述した方法の実行により、図１６に示すように、全ての加工光格子点３０（図４参照）に対応して、複数の、十字状の加工痕３９が、加工面１９に形成される。

なお、ステップＳ１１で設定される格子状パターンが、図４に示す４×４の格子状パターンである場合、１６個の格子点における補正数表データしか作成できない。そのため、上述したように、格子点を１６個以上含む格子状パターンを設定することが、より好ましい。これにより、より多くの補正数表データを作成することができる。

ただし、多くの補正数表データを作成しても、第１ミラー１３の走査角は、機構上の動作範囲内であれば、どのような値でも設定することができる。そのため、第１ミラー１３の走査角が、作成した補正数表データと、一致しない場合が生じうる。この場合、補正数表データを補間して補正角を求める必要がある。

上記補正数表データを補間して補正角を求める方法については、後述する。

＜加工データ＞
つぎに、被加工物１８の加工に用いられる加工データについて、説明する。

従来、ｆθレンズおよびガルバノミラーを有するレーザ加工装置は、制御部が、時系列に設定された複数の加工データを用いて、レーザ発振器およびガルバノミラーを制御していた。これにより、被加工物の表面の各加工点に対して、時系列で加工が行われていた。なお、上記加工データは、例えば、レーザ発振器への出力指示値と、走査角および加工速度のデータ項目とが加工点毎にセットになったデータである。ここで、出力指示値は、加工用レーザ光の発振強度を示す。

しかしながら、本実施の形態のレーザ加工装置１は、レーザ加工装置１が用いる加工データのデータ項目として、レーザ発振器５への出力指示値（レーザ出力データ）、加工点２０の位置（加工点位置）、および走査角のほか、さらに、補正角が加えられる。なお、以下の説明では、補正角がデータ項目として加えられた加工データを「補正済み加工データ」と記載して説明する。

以下、図１７を用いて、上記補正済み加工データの一例について、説明する。図１７は、補正済み加工データの構成の一例を示す図である。

図１７に示すように、補正済み加工データは、一組のデータ項目として、データ番号ｋ、レーザ出力データＬ_ｋ、加工点位置ｘ_ｋ、加工点位置ｙ_ｋ、走査角φｘ_ｋ、走査角φｙ_ｋ、補正角ψｘ_ｋ、補正角ψｙ_ｋを含む。

データ番号ｋは、加工データの順番を示す。レーザ出力データＬ_ｋは、レーザ発振器５への出力指示値を示す。加工点位置ｘ_ｋは、ｘ方向の加工点２０の位置を示す。加工点位置ｙ_ｋは、ｙ方向の加工点２０の位置を示す。走査角φｘ_ｋは、ｘ方向の走査を担う第１ミラー１３の走査角を示す。走査角φｙ_ｋは、ｙ方向の走査を担う第１ミラー１３の走査角を示す。補正角ψｘ_ｋは、ｘ方向の測定光１５の位置の補正を担う第２ミラー１７の補正角を示す。補正角ψｙ_ｋは、ｙ方向の測定光１５の位置の補正を担う第２ミラー１７の補正角を示す。

なお、図１７において、データ番号ｋ以外の各データ項目に付された添え字ｋは、データ番号ｋ番目に対応するデータ項目であることを表している。補正済み加工データにおける走査角は、第１指示値の一例である。補正済み加工データにおける補正角は、第２指示値の一例である。

以上で説明したように、補正済み加工データは構成される。

以下、図１８を用いて、加工データ（補正済み加工データ）の作成方法について、説明する。図１８は、加工データの作成方法を示すフローチャートである。

図１８に示すように、レーザ加工装置１の制御部６は、まず、参照するデータ番号ｋを、ゼロ（０）に設定する（ステップＳ２１）。なお、データ番号ｋは、メモリ３１内の加工データが保存されている領域に付されている。

つぎに、制御部６は、メモリ３１内のデータ番号ｋの領域（メモリ位置）に、レーザ出力データＬ_ｋ、加工点位置ｘ_ｋ、ｙ_ｋを設定（保存）する（ステップＳ２２）。これらの値は、所望のレーザ加工を実現するために、レーザ加工装置１のユーザが、図示しない操作部（例えば、キーボード、マウス、タッチパネルなど）を用いて設定する設定値である。

つぎに、制御部６は、ステップＳ２２で設定した加工点位置ｘ_ｋ、ｙ_ｋに基づいて、第１ミラー１３の走査角φｘ_ｋ，φｙ_ｋを算出し、その走査角φｘ_ｋ，φｙ_ｋをメモリ３１内のデータ番号ｋの領域に保存する（ステップＳ２３）。このとき、レンズ１４の焦点距離がｆである場合、加工点位置と走査角との間には、（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）＝（２ｆ・φｘ_ｋ，２ｆ・φｙ_ｋ）の関係がある。そのため、走査角は、加工点位置から自動的に決定される。

なお、加工点位置と走査角の関係式や対応数表などは、ユーザが、予め設定してもよい。この場合、加工点位置と走査角の関係式や対応数表などを用いて、さらに、第１ミラー１３の走査角φｘ_ｋ，φｙ_ｋを決定してもよい。

つぎに、制御部６は、全てのデータ番号ｋについて、加工データの設定が完了したか否かを判定する（ステップＳ２４）。このとき、全てのデータ番号ｋについて、加工データの設定が完了した場合（ステップＳ２４のＹＥＳ）、制御部６は、フローを終了する。

一方、全てのデータ番号ｋについて、加工データの設定が完了していない場合（ステップＳ２４のＮＯ）、制御部６は、参照するデータ番号ｋを、１つ増加させる（ステップＳ２５）。その後、制御部６は、フローをステップＳ２２へ戻し、以降のステップを実行する。

以上により、全てのデータ番号ｋについて、加工データ（補正済み加工データ）が設定される。

＜補正角の設定方法＞
つぎに、図１８のフローにより設定された各加工データに対して、加工点位置毎の補正角（第２指示値）を設定する方法について、図１９および図２０を用いて、説明する。

まず、図１９を用いて、加工位置の補正数表データの構成について、説明する。図１９は、加工位置の補正数表データの構成を模式的に表した加工位置の補正数表３４を示す図である。

つまり、図１９は、加工面１９における格子点毎に設定された補正済み加工データを、データ点３２として模式的に示している。補正済み加工データである各データ点３２は、上述したように、加工面１９上の位置（すなわち、加工点位置）、走査角、および補正角を含んでいる。なお、図１９に示す補正データ点３３は、加工面１９上の加工原点２６に対応する点である。

以下の説明においては、加工位置の補正数表３４の各データ点３２の位置を、便宜上、走査角（φｘ，φｙ）で示すこととする。そして、走査角φｘに対応する方向のデータ番号をｉ、走査角φｙに対応する方向のデータ番号をｊとして示す。

このとき、各データ点３２は、補正数表用走査角（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ）と、補正数表用補正角（Ψｘ_ｉｊ，Ψｙ_ｉｊ）との組である（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ，Ψｘ_ｉｊ，Ψｙ_ｉｊ）を保持している。つまり、補正数表用走査角（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ）は、走査角（φｘ，φｙ）の要素を持つ。

つぎに、図２０を用いて、補正角（第２指示値）の設定方法について、説明する。図２０は、補正角の設定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ３１において、レーザ加工装置１の制御部６は、参照するデータ番号ｋを、ゼロ（０）に設定する。

図２０に示すように、制御部６は、まず、参照するデータ番号ｋを、ゼロ（０）に設定する（ステップＳ３１）。

つぎに、制御部６は、メモリ３１内のデータ番号ｋの領域に保存されている走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）と、加工位置の補正数表３４内のすべての補正数表用走査角（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ）とを比較する。そして、制御部６は、φｘ_ｋ＝Φｘ_ｉかつφｙ_ｋ＝Φｙ_ｊとなるデータ番号ｉ，ｊが存在するか否かを判定する（ステップＳ３２）。具体的には、ステップＳ３２において、制御部６は、加工位置の補正数表３４内に、ユーザが設定した走査角と、全く同じ走査角を含むデータ項目が存在するか否かを判定する。

このとき、φｘ_ｋ＝Φｘ_ｉかつφｙ_ｋ＝Φｙ_ｊとなるデータ番号ｉ，ｊが存在する場合（ステップＳ３２のＹＥＳ）、制御部６は、フローを、下記に示すステップＳ３３へ進める。一方、φｘ_ｋ＝Φｘ_ｉかつφｙ_ｋ＝Φｙ_ｊとなるデータ番号ｉ，ｊが存在しない場合（ステップＳ３２のＮＯ）、制御部６は、フローをステップＳ３４へ進める。

そして、ステップＳ３３において、制御部６は、φｘ_ｋ＝Φｘ_ｉかつφｙ_ｋ＝Φｙ_ｊとなるデータ番号ｉ，ｊを用いて、補正角を（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）＝（Ψｘ_ｉｊ，Ψｙ_ｉｊ）に設定する。すなわち、本ステップＳ３３では、ユーザが設定した走査角と、全く同じ走査角を含むデータ項目が存在するため、制御部６は、対応する補正数表用補正角を、そのまま、補正角として設定する。

また、ステップＳ３４において、制御部６は、補正数表３４内において、ユーザが設定した走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）を囲む最近接の４点のデータを用いて、補間処理を行い、補正角（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）を設定する。なお、ステップＳ３４の詳細については、後述する。

つぎに、制御部６は、ステップＳ３３またはステップＳ３４において設定した補正角（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）を、メモリ３１内の加工データのデータ番号ｋの領域に設定（保存）する（ステップＳ３５）。

つぎに、制御部６は、メモリ３１内に保存されている加工データの全てについて、補正角の設定が完了したか否かを判定する（ステップＳ３６）。このとき、加工データの全てについて、補正角の設定が完了した場合（ステップＳ３６のＹＥＳ）、制御部６は、フローを終了する。

一方、加工データのすべてについて、補正角の設定が完了していない場合（ステップＳ３６のＮＯ）、制御部６は、参照するデータ番号ｋを、１つ増加させる（ステップＳ３７）。その後、制御部６は、フローを、ステップＳ３２へ戻して、以降のステップを実行する。

以上により、図１８に示すフローにより設定された加工データにおいて、全てのデータ番号ｋについて、補正角が設定される。つまり、補正済み加工データが生成される。

＜補間処理の詳細＞
つぎに、図２１を用いて、図２０に示すステップＳ３４の補間処理について、詳細に説明する。

なお、ステップＳ３４の補間処理は、ユーザが設定した走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）が、データ点３２内の補正数表用走査角（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ）のいずれにも一致していない場合に実行される。

図２１は、ユーザが加工データとして設定した走査角Ｘ（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）が、図１９に示す加工位置の補正数表３４のいずれかのデータ点３２の補正数表用走査角（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ）と一致しなかった場合における、走査角Ｘ（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）とその周囲の補正データ点の関係を示す図である。

図２１に示すように、走査角Ｘ（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ，ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）に対応する点は、補正データ点Ａ（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ，Ψｘ_ｉｊ，Ψｙ_ｉｊ）、補正データ点Ｂ（Φｘ_ｉ＋１，Φｙ_ｊ，Ψｘ_ｉ＋１ｊ，Ψｙ_ｉ＋１ｊ）、補正データ点Ｃ（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ＋１，Ψｘ_ｉｊ＋１，Ψｙ_ｉｊ＋１）、補正データ点Ｄ（Φｘ_ｉ＋１，Φｙ_ｊ＋１，Ψｘ_{ｉ＋１ｊ＋１}，Ψｙ_{ｉ＋１ｊ＋１}）の４点で作られる格子内に位置する。このとき、Φｘ_ｉ≦φｘ_ｋ≦Φｘ_ｉ＋１（等号は、同時には成立しない）、Φｙ_ｊ≦φｙ_ｋ≦Φｙ_ｊ＋１（等号は、同時には成立しない）の関係が成立している。

そして、補正角（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）は、走査角Ｘ（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）の値と、補正データ点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値とを用いて、以下に示す、式（１）および式（２）により求められる。
ψｘ_ｋ＝（ＥΨｘ_ｉｊ＋ＦΨｘ_ｉ＋１ｊ＋ＧΨｘ_ｉｊ＋１＋ＨΨｘ_{ｉ＋１ｊ＋１}）／Ｊ・・・（１）
ψｙ_ｋ＝（ＥΨｙ_ｉｊ＋ＦΨｙ_ｉ＋１ｊ＋ＧΨｙ_ｉｊ＋１＋ＨΨｙ_{ｉ＋１ｊ＋１}）／Ｊ・・・（２）

なお、式（１）、および、式（２）におけるＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊは、下記に示す、式（３）から式（７）により求められる。
Ｅ＝（φｘ_ｋ−Φｘ_ｉ）（φｙ_ｋ−Φｙ_ｊ）・・・・・（３）
Ｆ＝（Φｘ_ｉ＋１−φｘ_ｋ）（φｙ_ｋ−Φｙ_ｊ）・・・・（４）
Ｇ＝（φｘ_ｋ−Φｘ_ｉ）（Φｙ_ｊ＋１−φｙ_ｋ）・・・・（５）
Ｈ＝（Φｘ_ｉ＋１−φｘ_ｋ）（Φｙ_ｊ＋１−φｙ_ｋ）・・・（６）
Ｊ＝（Φｘ_ｉ＋１−Φｘ_ｉ）（Φｙ_ｊ＋１−Φｙ_ｊ）・・・（７）

上述の補間処理により、ユーザが設定した走査角に基づいて、補正角を算出することができる。

なお、上述の補間処理では、線形補間法を用いた例で説明したが、これに限られない。補間処理として、例えば、公知の二次元補間手法（スプライン補間、二次曲面近似など）を用いてもよい。また、補間処理として、予め加工位置の補正数表３４上の補正数表用補正角（Ψｘ_ｉｊ，Ψｙ_ｉｊ）から、走査角に対する補正角の高次の近似連続曲面を算出し、走査角に対応する補正角を算出してもよい。

＜レーザ加工方法＞
つぎに、図２２を用いて、レーザ加工装置１によるレーザ加工方法について、説明する。

図２２は、レーザ加工方法を示すフローチャートである。

図２２に示すように、まず、レーザ加工装置１の制御部６は、参照するデータ番号ｋを、ゼロ（０）に設定する（ステップＳ４１）。

つぎに、制御部６は、データ番号ｋに対応する補正済み加工データ（レーザ出力データＬ_ｋ、走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）、補正角（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ））を、メモリ３１から読み出す（ステップＳ４２）。

つぎに、制御部６は、読み出した、走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）に基づいて第１ミラー１３を動作させ、補正角（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）に基づいて第２ミラー１７を動作させる（ステップＳ４３）。

具体的には、制御部６は、第１ドライバ７に対して、走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）を通知する。これにより、第１ドライバ７は、走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）に基づいて、第１ミラー１３を動作させる。また、制御部６は、第２ドライバ８に対して、補正角（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）を通知する。これにより、第２ドライバ８は、補正角（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）に基づいて、第２ミラー１７を動作させる。

つぎに、制御部６は、読み出したレーザ出力データＬ_ｋに基づいて、レーザ発振器５から加工用レーザ光１１を発振させる。

具体的には、制御部６は、レーザ出力値としてのレーザ出力データＬ_ｋを、レーザ発振器５へ送信する。これにより、レーザ発振器５は、レーザ出力データＬ_ｋに基づいて、加工用レーザ光１１を発振する。

つぎに、制御部６は、メモリ３１内に保存されている全てのデータ番号ｋに対応するレーザ加工が終了したか否かを判定する（ステップＳ４４）。このとき、全てのデータ番号ｋに対応するレーザ加工が終了した場合（ステップＳ４５のＹＥＳ）、制御部６は、フローを終了する。

一方、全てのデータ番号ｋに対応するレーザ加工が終了していない場合（ステップＳ４５のＮＯ）、制御部６は、参照するデータ番号ｋを、１つ増加させる（ステップＳ４６）。

そして、その後、制御部６は、フローをステップＳ４２へ戻り、以降のステップを、実行する。

以上のフローにより、全てのデータ番号ｋについて、レーザ加工が実行される。

＜キーホール深さ計測方法＞
つぎに、図２３を用いて、上述したレーザ加工方法の実行時におけるキーホール２２（例えば、図１参照）の深さの計測方法について、説明する。

図２３は、キーホール２２の深さの計測方法を示すフローチャートである。

まず、レーザ加工装置１の制御部６は、図２２に示すレーザ加工方法を開始する前に、未加工の被加工物１８の加工面１９の位置データを取得する。上記位置データは、未加工状態の加工面１９の高さ（換言すれば、図１などに示すＺ軸方向における加工面１９の位置）を示すデータである。

つぎに、図２３に示すように、制御部６は、計測処理部４に対してキーホール２２の深さの計測開始の指令を出す（ステップＳ５１）。

つぎに、図２２に示すレーザ加工方法が開始されると、計測処理部４は、光干渉計３から測定光１５を出射させる。そして、計測処理部４は、キーホール２２から反射して戻って来た測定光１５と参照光との光路差に応じた光干渉信号を生成する（ステップＳ５２）。

つぎに、計測処理部４は、位置データ、および、生成した光干渉信号を用いて、キーホール２２の深さ（すなわち、溶け込み深さ）を算出する。そして、制御部６は、算出されたキーホール２２の深さを示すデータ（以下、「キーホール深さデータ」と記す）を、メモリ３１に保存する（ステップＳ５３）。

つぎに、制御部６は、キーホール２２の深さの計測を終了するか否かを判定する（ステップＳ５４）。このとき、計測を終了しない場合（ステップＳ５４のＮＯ）、制御部６は、フローをステップＳ５２へ戻して、以降のステップを実行する。

一方、計測を終了する場合（ステップＳ５４のＹＥＳ）、制御部６は、図２２に示すレーザ加工方法が終了した後に、計測処理部４に対して、キーホール２２の深さの計測終了の指令を出す（ステップＳ５５）。

なお、ステップＳ５１のキーホール２２の深さの計測開始の指令、および、ステップＳ５５のキーホール２２の深さの計測終了の指令は、制御部６が実行する必要はない。例えば、ユーザが図示しない操作部などを用いて、上記各指令を実行させるように構成してもよい。これにより、例えば、キーホール深さ計測を制御する機能とレーザ加工を制御する機能を分離することができる。そのため、レーザ加工装置１の設計の自由度が向上する。

＜効果＞
以上で説明したように、本実施の形態によれば、レーザ加工装置１は、加工面１９上の加工光格子点３０を通る加工区間Ｗｘを設定し、加工区間Ｗｘ内に、加工光格子点３０を中心としたデータ取得区間Ｍｘを設定し、データ取得区間Ｍｘ内に、加工方向に対して垂直な軌跡である複数のデータ取得位置３８を設定する。さらに、レーザ加工装置１は、加工区間Ｗｘの加工中に、データ取得位置３８のそれぞれにおけるキーホール２２の形状を示す測定データを取得して、測定データを加工方向に投影して重ね合わせた投影データを作成し、投影データに基づいて、加工光格子点３０における加工方向に垂直な方向の第２指示値（第２ミラー１７の補正角）を求める。

この構成によれば、レンズ１４の倍率色収差によって生じる、レンズ１４透過後の加工面１９における加工用レーザ光１１と、測定光１５の到達位置とのずれを補正できる。これにより、光干渉計３によるキーホール２２の深さの計測を、適切に実施できる。その結果、キーホールの深さを、より正確に計測できる。

以下、上記構成を備えるレーザ加工装置１における、レンズ１４の倍率色収差の補正結果について、図２４を用いて、説明する。

図２４は、第２ミラー１７の動作による、倍率色収差の影響を補正した状態の、加工面１９における加工用レーザ光１１と測定光１５の軌跡の一例を示す図である。

図２４に示すように、上記補正により、加工用レーザ光１１の軌跡である加工光軌跡２８と、測定光１５の軌跡である測定光軌跡２７、および各格子点が、図４と異なり、それぞれ一致することが分かる。

なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。以下、変形例について、具体的に、説明する。

［変形例１］
上記実施の形態では、測定光１５の光軸方向を変化させるために、ガルバノミラーである第２ミラー１７を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。

レーザ加工装置１に用いる第２ミラーは、例えば、測定光導入口９とダイクロイックミラー１２との間に設置され、制御部６の制御に基づいて測定光１５の光軸方向を変化させることができる、例えば、図２５に示す第２ミラー３５の構成でもよい。

図２５は、第２ミラー３５を用いたレーザ加工装置１を模式的に示す図である。

図２５に示すレーザ加工装置１は、図１などに示した第２ミラー１７の代わりに、第２ミラー３５を有し、さらに、移動ステージ３６およびステージドライバ３７を有する。なお、図２５に示すレーザ加工装置１は、図１などに示したコリメートレンズ１６を有していない。

第２ミラー３５は、測定光導入口９とダイクロイックミラー１２との間に固定された放物面ミラーである。なお、第２ミラー３５は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーなどで構成してもよい。

また、移動ステージ３６は、測定光導入口９に設けられる。

ステージドライバ３７は、制御部６と電気的に接続され、制御部６からの指示に基づいて、移動ステージ３６を動作させる。これにより、移動ステージ３６は、図２５中のｙｚ方向（図中の上下方向の両矢印参照）に移動する。すなわち、移動ステージ３６の移動方向は、測定光軸２３に垂直な２軸方向である。

さらに、測定光導入口９における測定光１５の出射端は、第２ミラー３５の焦点と一致するように配置される。これにより、測定光１５は、第２ミラー３５で反射された後に平行光となって、ダイクロイックミラー１２へ向かう。

このとき、移動ステージ３６の移動により、第２ミラー３５からダイクロイックミラー１２へ向かう測定光軸２３の角度が変化する。これにより、ガルバノミラーである第２ミラー１７を用いた場合と、同様の効果が得られる。

本開示のレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、例えば、自動車や電子部品などのレーザ加工において、有用である。

１ レーザ加工装置
２ 加工ヘッド
３ 光干渉計
４ 計測処理部
５ レーザ発振器
６ 制御部
７ 第１ドライバ
８ 第２ドライバ
９ 測定光導入口
１０ 加工光導入口
１１，１０７ 加工用レーザ光
１２，１１０ ダイクロイックミラー
１３ 第１ミラー
１４ レンズ
１５，１０５ 測定光
１６ コリメートレンズ
１７，３５ 第２ミラー
１８ 被加工物
１９ 加工面
２０ 加工点
２１ 溶融池
２２ キーホール
２３，２３ａ，２３ｂ 測定光軸
２４，２４ａ 加工光軸
２５ レンズ光軸
２６ 加工原点
２７ 測定光軌跡
２８ 加工光軌跡
２９ 測定光格子点
３０ 加工光格子点
３１ メモリ
３２ データ点
３３，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 補正データ点
３４ 補正数表
３６ 移動ステージ
３７ ステージドライバ
３８，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ データ取得位置
３９ 加工痕
４０ 形状分布
１００ 分析ユニット
１０１，１０４ 光ファイバ
１０２ 参照アーム
１０３ ビームスプリッタ
１０６ コリメータモジュール
１０８ 溶接ヘッド
１０９ 測定アーム
１１１ 集光レンズ
１１２ 加工物
１１３ 加工部
Ａ，Ｂ，Ｃ 座標

Claims (5)

1. 被加工物の加工面の加工点に照射される加工用レーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記加工点に照射される測定光を出射し、前記加工点で反射された前記測定光と参照光との光路差によって生じる干渉に基づく光干渉信号を生成する光干渉計と、
   前記加工用レーザ光および前記測定光の進行方向を変化させる第１ミラーと、
   前記測定光の前記第１ミラーへの入射角を変化させる第２ミラーと、
   前記加工用レーザ光および前記測定光を前記加工点に集光させるレンズと、
   補正済み加工用データに基づいて、前記レーザ発振器、前記第１ミラー、および前記第２ミラーを制御する制御部と、
   前記光干渉信号に基づいて、前記加工用レーザ光が照射されることで前記加工点に生じるキーホールの深さを計測する計測処理部と、を有し、
   前記補正済み加工用データは、
   前記レンズの色収差により生じる前記加工用レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の前記加工面上の到達位置のずれを解消するためのデータで、前記加工点毎に設定された、前記加工用レーザ光の発振強度を示す出力指示値と、前記第１ミラーの動作量を示す第１指示値と、前記第２ミラーの動作量を示す第２指示値と、を含み、
   前記制御部は、
   前記加工面上の目標位置を通る加工区間を設定し、
   前記加工区間内に、前記目標位置を中心とした測定区間を設定し、
   前記測定区間内に、加工方向に対して垂直な軌跡である複数のデータ取得位置を設定し、
   前記加工区間の加工中に、前記データ取得位置それぞれにおけるキーホールの形状を示す測定データを取得し、
   前記測定データを加工方向に投影して重ね合わせた投影データを作成し、
   前記投影データに基づいて、前記目標位置における前記加工方向に垂直な方向の前記第２指示値を求める、
   レーザ加工装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１ミラーおよび前記第２ミラーが回転動作する、ｘ軸およびｙ軸のそれぞれについて、前記目標位置における前記加工方向に垂直な方向の前記第２指示値を求める、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記制御部は、
   前記加工面上に格子状パターンを設定し、
   前記格子状パターンの格子点を、前記目標位置に設定する、
   請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記制御部は、
   前記補正済み加工用データを生成し、記憶する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる第１ミラーと、前記測定光の前記第１ミラーへの入射角を変化させる第２ミラーと、前記加工用レーザ光および前記測定光を被加工物の加工面の加工点に集光させるレンズと、を有し、補正済み加工用データに基づいて、前記第１ミラー、および前記第２ミラーを制御して前記加工用レーザ光および前記測定光を前記被加工物に対して照射し、前記加工点で反射された前記測定光と参照光との光路差によって生じる干渉に基づいて、前記加工用レーザ光が照射されることで前記加工点に生じるキーホールの深さを計測するレーザ加工装置が行うレーザ加工方法であって、
   前記補正済み加工用データは、
   前記レンズの色収差により生じる前記加工用レーザ光および前記測定光の少なくとも一方の前記加工面上の到達位置のずれを解消するためのデータで、前記加工点毎に予め設定された、前記加工用レーザ光の発振強度を示す出力指示値と、前記第１ミラーの動作量を示す第１指示値と、前記第２ミラーの動作量を示す第２指示値と、を含み、
   前記レーザ加工装置は、
   前記加工面上の目標位置を通る加工区間を設定し、
   前記加工区間内に、前記目標位置を中心とした測定区間を設定し、
   前記測定区間内に、加工方向に対して垂直な軌跡である複数のデータ取得位置を設定し、
   前記加工区間の加工中に、前記データ取得位置それぞれにおけるキーホールの形状を示す測定データを取得し、
   前記測定データを加工方向に投影して重ね合わせた投影データを作成し、
   前記投影データに基づいて、前記目標位置における前記加工方向に垂直な方向の前記第２指示値を求める、
   レーザ加工方法。

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