JP5060673B2

JP5060673B2 - レーザ加工用パラメータ調整装置及びコンピュータプログラム

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Publication number: JP5060673B2
Application number: JP2006241219A
Authority: JP
Inventors: 護井▲高▼; 剛二 ▲吉▼本
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: JP2008062258A

Description

本発明は、レーザ加工用パラメータ調整装置及びコンピュータプログラムに係り、さらに詳しくは、焦点距離を調整可能なレーザ光を２次元走査させて加工面に照射するレーザ加工装置のためのパラメータを決定する装置の改良に関する。

従来のレーザ加工装置は、レーザ発振器により生成されたレーザ光をその光軸に垂直な面内で２次元走査した後に、集光レンズを介してワークに照射し、当該ワークの表面加工を行っている。このようなレーザ加工装置は、焦点距離が一定であるため、２次元走査されるレーザ光の焦点位置の軌跡は、集光レンズの光軸に垂直な平面となる。この平面は、レーザ加工装置を基準として定められた仮想的な面であり、基準面ＢＳと呼ぶことにする。高品質のレーザ加工を行うためには、この基準面ＢＳを実際の加工面ＷＳに一致させなければならない。また、加工パターンの位置や向きが意図した通りとなるレーザ加工を実現するためには、基準面ＢＳを加工面ＷＳに一致させるだけでなく、基準面ＢＳ上のＸＹ軸を加工面ＷＳ上のＸＹ軸に一致させておく必要がある。

このため、レーザ加工装置は、その設置時に高い精度で位置決めを行う必要があった。例えば、製造工場内においてコンベアにより搬送されているワークに対してレーザ加工を行う場合、レーザ加工装置専用の取付治具などを製作し、搬送用コンベアに対し正確に位置決めを行いながらレーザ加工機を設置していた。しかしながら、専用の取付治具などを製作して設置したとしても、レーザ加工機の設置位置に微妙なずれが生じるのを防ぐことはできず、設置時に微調整を繰り返す必要があった。この微調整は、例えば、ネジ穴の遊びなどを利用して設置位置を調整するというような困難で煩雑な作業であった。

このような調整作業を軽減するために、ソフトウエア制御によって設置位置のずれを補正することができるレーザ加工装置があった。この種のレーザ加工装置は、基準面ＢＳと加工面ＷＳが一致していることを前提として、加工面ＷＳ上の座標位置を基準面ＢＳ上の座標位置へ変換する演算処理を行って、レーザ加工装置の設置位置のずれを２次元走査によって補正している。このような変換処理を行うためには、基準面ＢＳ上の座標と加工面ＷＳ上の座標の相対的な関係を示している３個の独立したパラメータが与えられる必要がある。つまり、Ｘ軸方向の移動量であるＸ軸オフセット△Ｘ、Ｙ軸方向の移動量であるＹ軸オフセット△Ｙ、Ｚ軸回りの回転量であるＺ軸回転角△θzを決定しなければならない。
特開平１１−２８５８６号公報

現在、レーザ光を３次元走査することができる３次元レーザ加工装置が開発されつつある。レーザ光の焦点距離はビーム径によって変化するため、従来の２次元走査に、ビーム径制御を組み合わせれば、レーザ光を３次元走査することができる。このような３次元レーザ加工装置を用いれば、基準面ＢＳと加工面ＷＳが一致していない場合であっても、演算処理によって、レーザ加工装置の設置位置のずれを補正することが可能になると考えられる。

しかしながら、このような設置位置補正を行うためには、ユーザが、６個の独立したパラメータを与える必要がある。つまり、Ｘ軸オフセット△Ｘ、Ｙ軸オフセット△Ｙ及びＺ軸回転角△θzに加えて、Ｚ軸オフセット△Ｚ、Ｘ軸回転角△θｘ及びＹ軸回転角△θyをユーザが決定しなければならない。このようなパラメータをレーザ加工装置の設置位置のずれに応じてユーザが決定することは容易ではないと考えられる。

すなわち、パラメータ数が３個であれば、ユーザが感覚的に決定し、あるいは、試行錯誤によって決定することも可能であった。しかしながら、パラメータ数が６個になれば、この様な方法で決定することは極めて困難となる。しかも、従来の３個のパラメータは、平面内におけるパラメータであるため、感覚的に把握することが容易であったが、新しく追加されたパラメータは、上記平面の高さ方向に関するパラメータであることから、感覚的に理解しにくい。このため、ユーザが、これらのパラメータを適切に決定することは極めて困難であると考えられる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、３次元レーザ加工装置の設置位置補正のための補正演算用パラメータを容易に決定することができるレーザ加工用パラメータ調整装置を提供することを目的とする。また、このようなレーザ加工用パラメータ調整装置に用いられるコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

第１の本発明によるレーザ加工用パラメータ調整装置は、加工領域内に配置された加工対象物に対し、レーザ光を照射して、所望の加工パターンの３次元加工を行うレーザ加工装置であって、加工用のレーザ光を生成するレーザ発振部と、上記レーザ発振部から出射されたレーザ光をその光軸に垂直な基準面において走査させるためのレーザ光走査系と、上記加工パターンに基づいて、上記レーザ光走査系を制御するレーザ制御部とを備え、上記レーザ光走査系が、レーザ光の光軸上に配置されるレンズを光軸に沿って移動させることにより、レーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、上記ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向に走査させる第１スキャナと、第１ガルバノミラーにより反射されたレーザ光を第２ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向と交差する第２方向に走査させる第２スキャナとを有する上記レーザ加工装置のためのパラメータを決定する。具体的には、上記加工対象物を基準とする加工面上における位置及び上記加工面からの高さを示す加工座標を含む上記加工パターンを生成する加工パターン生成手段と、上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれに基づく上記加工面と上記基準面とのずれを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付けるパラメータ指定手段と、上記レーザ加工装置を基準とする２次元走査のための上記基準面、及び、上記補正演算用パラメータに基づいて求められる上記加工面を３次元表示する表示手段と、上記パラメータ指定手段により指定された補正演算用パラメータに基づいて、上記加工パターンの上記加工座標を補正することにより、上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれが補正された加工パターンを生成する設置位置補正手段とを備え、上記パラメータ指定手段が、上記基準面に対する上記加工面の傾きを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付ける傾き調整手段として構成される。

レーザ加工装置の設置位置が適切でない場合、レーザ加工装置を基準とする基準面と、実際の加工面との間に３次元的な位置ずれが発生する。３次元レーザ加工装置では、適切な補正演算用パラメータが与えられることによって、レーザ照射位置の演算処理において、基準面及び加工面のずれを補正することができる。このような補正演算用パラメータを指定するためのレーザ加工用パラメータ調整装置が、基準面と、補正演算用パラメータによって求められた加工面とを３次元表示することによって、ユーザは、両者の３次元的な位置関係を視覚的に把握し、補正演算用パラメータの値を感覚的に把握することができる。従って、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。また、基準面と加工面の３次元的な位置関係を視認しながら、補正演算用パラメータとして、基準面に対する加工面の傾きを指定することによって、レーザ加工装置の３次元設置位置の補正することができる。従って、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。

第２の本発明によるレーザ加工用パラメータ調整装置は、上記構成に加えて、上記傾き調整手段が、上記加工面上の基準軸、上記加工面上の調整点、及び、上記調整点における調整量のユーザ指定を受け付けるユーザ指定手段と、上記基準軸を中心として上記加工面を傾けて、上記調整点の高さを上記調整量だけ変動させる補正演算用パラメータを求めるパラメータ算出手段とを有し、上記表示手段が、上記基準面及び加工面とともに、上記基準軸及び調整点を３次元表示するように構成される。この様な構成により、加工面の傾きを基準軸、調整点及び調整量によって指定することができるので、加工面の傾き角度で指定する場合に比べて、感覚的に理解しやすい方法で加工面の傾きを指定することができる。また、基準軸及び調整点も３次元表示することによって、加工面の傾きを感覚的に把握することができる。従って、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。

第３の本発明によるレーザ加工用パラメータ調整装置は、上記構成に加えて、上記基準面上の点を中心として、上記表示手段の視点を全方位に変更可能な第１の視点制御手段を備えて構成される。表示手段の視点を全方位変更可能とすることにより、基準面及び加工面の様々な位置関係について、視覚的に把握することが可能となる。

第４の本発明によるレーザ加工用パラメータ調整装置は、上記構成に加えて、上記表示手段が、上記基準面及び加工面とともに、上記レーザ加工装置の設置位置を３次元表示するように構成される。この様な構成によって、ユーザは、基準面及び加工面の３次元的な位置関係を更にわかりやすく視認できる。特に、基準面及びレーザ加工装置の前後関係を認識可能に表示すれば、基準面及び加工面の位置関係を更にわかりやすく視認させることができるので、より望ましい。

第５の本発明によるレーザ加工用パラメータ調整装置は、上記構成に加えて、予め定められた２以上の方位のいずれかをユーザに選択させる方位選択手段と、上記表示手段の視点を上記方位選択手段によって選択された方位へ移動させる第２の視点制御手段とを備えて構成される。この様な構成によって、第１の視点制御手段によって、任意の方位に移動させた視点を所望の方位に簡単かつ迅速に移動させることができる。特に、基準面を規定しているＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向に視点を簡単に移動させることができれば、基準面及び加工面の位置関係の把握が容易化できるのでより望ましい。

第６の本発明によるレーザ加工用パラメータ調整装置は、上記構成に加えて、上記パラメータ指定手段が、上記加工面までの距離をユーザが指定するための距離調整手段と、ユーザによって指定された上記加工面までの距離に基づいて補正演算用パラメータを求めるパラメータ算出手段とを有する。この様な構成によって、ユーザは、基準面と加工面の３次元的な位置関係を視認しながら、上記加工面までの距離を指定することができる。従って、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。なお、ユーザによって指定される加工面までの距離は、基準面からの距離であってもよいし、レーザ加工装置からの距離であってもよい。つまり、レーザ加工装置を基準とする既知の位置からの距離であればよい。

第７の本発明によるレーザ加工用パラメータ調整装置は、上記構成に加えて、上記パラメータ指定手段が、上記基準面上の位置及び上記加工面上の位置を対応づける補正演算用パラメータをユーザが指定するための面内位置調整手段からなる。この様な構成により、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。

第８の本発明によるコンピュータプログラムは、加工領域内に配置された加工対象物に対し、レーザ光を照射して所望の加工パターンの３次元加工を行うレーザ加工装置であって、加工用のレーザ光を生成するレーザ発振部と、上記レーザ発振部から出射されたレーザ光をその光軸に垂直な基準面において走査させるためのレーザ光走査系と、上記加工パターンに基づいて、上記レーザ光走査系を制御するレーザ制御部とを備え、上記レーザ光走査系が、レーザ光の光軸上に配置されるレンズを光軸に沿って移動させることにより、レーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、上記ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向に走査させる第１スキャナと、第１ガルバノミラーにより反射されたレーザ光を第２ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向と交差する第２方向に走査させる第２スキャナとを有する上記レーザ加工装置のためのパラメータを決定するパラメータ調整装置用のコンピュータプログラムである。具体的には、上記加工対象物を基準とする上記加工面上における位置及び上記加工面からの高さを示す加工座標を含む上記加工パターンを生成する加工パターン生成手順と、上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれに基づく上記加工面と上記基準面とのずれを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付けるパラメータ指定手順と、上記レーザ加工装置を基準とする２次元走査のための上記基準面、及び、上記補正演算用パラメータに基づいて求められる上記加工面を３次元表示する表示手順と、上記パラメータ指定手順において指定された補正演算用パラメータに基づいて、上記加工パターンの上記加工座標を補正することにより、上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれが補正された加工パターンを生成する設置位置補正手順とを備え、上記パラメータ指定手順が、上記基準面に対する上記加工面の傾きを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付ける傾き調整手順からなる。

本発明によれば、レーザ加工装置を基準とする基準面と、補正演算用パラメータによって求められた加工面とを３次元表示することができる。従って、ユーザは、両者の３次元的な位置関係を視覚的に確認することができるので、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。

また、補正演算用パラメータとして、基準面に対する加工面の傾きを指定することによって、レーザ加工装置の３次元設置位置の補正することができる。従って、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。

さらに、加工面の傾きを基準軸、調整点及び調整量によって指定することができるので、感覚的に理解しやすい方法で加工面の傾きを指定することができる。また、基準軸及び調整点も３次元表示することによって、加工面の傾きを感覚的に把握することができる。従って、ユーザによる補正演算用パラメータの指定を容易化することができる。

まず、本発明の実施の形態によるレーザ加工装置１００の全体構成を説明した後、レーザ加工装置１００に含まれるレーザ発振部１０、ビームエキスパンダ１１、走査部１２及び励起光発生部２３の詳細について更に説明する。

図１は、本発明の実施の形態によるレーザ加工装置１００の一構成例を示したブロック図である。このレーザ加工装置１００は、ワークＷにレーザ光Ｌを照射することによって表面加工を行う装置である。なお、レーザ加工装置１００を用いて行われる表面加工には、ワークＷの表面を薄く剥離する剥離加工や、ワークＷの表面に文字やバーコードを印字するマーキングや、薄い形状からなるワークＷに貫通孔を形成する穴空け加工などが含まれる。

このレーザ加工装置１００は、ワークＷに対してレーザ光Ｌを照射するレーザ出力部１と、レーザ出力部１の動作を制御するレーザ制御部２と、ユーザが設定データを入力するための入力部３によって構成される。

（レーザ出力部１）
レーザ出力部１は、レーザ光Ｌを３次元スキャンさせることができるレーザ照射装置であり、レーザ発振部１０、ビームエキスパンダ１１、走査部１２、集光レンズ１３及びスキャナ駆動回路１６によって構成される。レーザ発振部１０内のレーザ媒質３２から放出される誘導放射光としてのレーザ光Ｌは、ビームエキスパンダ１１及び走査部１２を順に経由した後、集光レンズ１３によってワークＷの加工面上に集光される。この集光レンズ１３にはｆθレンズが用いられる。

ビームエキスパンダ１１は、レーザ光Ｌのビーム径を制御することによって、レーザ光Ｌの焦点を集光レンズ１３の光軸方向に移動させるＺ軸スキャナである。走査部１２は、レーザ光Ｌをその光軸に垂直な面内で移動させる２次元スキャナであり、レーザ光Ｌの焦点を集光レンズ１３の光軸に垂直な面内でＸ軸方向及びＹ軸方向に走査させることができる。つまり、このレーザ出力部１は、ビームエキスパンダ１１及び走査部１２を用いて、レーザ光Ｌの３次元スキャンを行うことができる。スキャナ駆動回路１６は、ビームエキスパンダ１１及び走査部１２へ駆動信号を供給し、これらの駆動制御を行っている駆動回路である。

（レーザ制御部２）
レーザ制御部２は、レーザ出力部１の動作を制御する制御装置であり、メモリ部２１、制御部２２、励起光発生部２３及び電源２４によって構成される。メモリ部２１は、入力部３から入力された設定データやその他の制御データを保持する記憶手段であり、例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどの半導体メモリが用いられる。

制御部２２は、メモリ部２１内のデータに基づいて、励起光発生部２３及びレーザ出力部１を制御する制御部であり、例えばマイクロプロセッサが用いられる。レーザ光Ｌを３次元スキャンするための走査信号は、制御部２２によって生成され、レーザ出力部１内のスキャナ駆動回路１６へ供給される。また、印字動作を制御する印字信号も、制御部２２によって生成され、励起光発生部２３へ供給される。

励起光発生部２３は、定電圧源としての電源２４から所定電圧が印加され、制御部２２からの印字信号に基づいて励起光を生成している。この励起光が、光ファイバーを介してレーザ出力部１へ供給され、レーザ発振部１０へ入力される。印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて励起光のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる制御信号である。つまり、印字信号は、その１パルスが励起光の１パルスに対応するＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号であり、その周波数及びデューティ比によって励起光の強度を制御することができ、レーザ発振部１０で生成されるレーザ光Ｌの強度（レーザパワー）を制御することができる。

（入力部３）
入力部３は、レーザ加工装置１００の動作に関する様々な設定データをユーザが入力するための入力装置であり、キーボード、タッチパネル、マウスなどを用いることができる。例えば、レーザ加工装置１００の動作条件や印字内容などがユーザによって入力され、入力部３からレーザ制御部２へ出力される。なお、図示しないが、入力部３で入力された設定データを確認したり、レーザ制御部２の状態等を表示するための表示部を別途設けることもできる。

（励起光発生部２３）
図２は、図１の励起光発生部２３の内部の一例を示した斜視図である。この励起光発生部２３は、光学的に接合された励起光源２５及び励起光集光部２６をケーシング２７内に固定して構成される。励起光源２５は、レーザ発振部１０に供給する励起光を生成する光源装置であり、その放熱は、熱伝導性の良い真鍮などの金属からなるケーシング２７によって効率的に行われている。この例では、励起光源２５として、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイが使用され、各素子で生成されたレーザ光が直線上に並んだ平行光として、励起光集光部２６へ出力される。励起光集光部２６は、フォーカシングレンズなどで構成され、励起光源２５からの励起光を光ファイバケーブル２８へ入射させている。光ファイバ２８は、励起光発生部２３及びレーザ発振部１０を光学的に結合している励起光の伝送路である。

（レーザ発振部１０）
図３は、図１のレーザ発振部１０の一構成例を示した図である。レーザ発振部１０は、励起光をレーザ媒質３２に照射し、その誘導放出光を共振器内で増幅して、レーザ光を生成するレーザ発振装置である。光ファイバーケーブル２８を介して、励起光発生部２３から入力された励起光は、入射レンズ３０によってレーザ媒質３２内に集光され、レーザ媒質３２から誘導放射光が放出される。この誘導放射光は、対向配置された入射ミラー３１及び出力ミラー３５で反射され、レーザ媒質３２に再び入射される。

入射ミラー３１は、入射レンズ３０側からの入射光を透過させ、レーザ媒体３２側からの入射光を全反射させるハーフミラーである。出力ミラー３５は、レーザ光の大部分を反射させるとともに、一部を透過させる半透過ミラーであり、出力ミラー３５の透過光は、ビームエキスパンダ１１へ入射される。対向配置された入射ミラー３１及び出力ミラー３５は、レーザ光を往復させる共振器光軸３６を形成しており、この共振器光軸３６上にレーザ媒体３２、Ｑスイッチ３３及びアパーチャ３４が順に配置されている。

Ｑスイッチ３３は、レーザ光を回折させる音響光学素子（ＡＯＭ：Acoustic Optical Modulator）であり、アパーチャ３４は、共振器光軸３６から外れたレーザ光を遮断する絞りであり、Ｑスイッチ３３及びアパーチャ３４を用いて、レーザ発振を停止させることができる。すなわち、レーザ光の光軸が共振器光軸３６外となるように、Ｑスイッチ３３がレーザ光を回折させれば、アパーチャ３４によってレーザ光が遮断され、レーザ発振が停止する。

（レーザ媒質３２）
レーザ媒質３２には、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ₄（ネオジウムイオンをドープしたイットリューム・バナジウム酸塩）を用いることができる。この場合、Ｎｄ：ＹＶＯ₄の吸収スペクトルの中心波長である８０９ｎｍの波長を有する励起光が用いられる。また、希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧなどをレーザ媒質３２として用いることもできる。更に、このような固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光Ｌの波長を任意の波長に変換することもできる。

また、固体レーザ媒質を使用することなく、換言すれば、レーザ発振のための共振器を有することなく、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換が行われる。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ₄）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ₃）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ₄）、ＢＢＯ、ＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ₃（Periodically Polled Lithium Niobate ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ₃等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。このように、本実施の形態においてはレーザ発生源として様々なタイプを適宜利用することができる。

また、レーザ発振部１０は、固体レーザに限られず、ＣＯ₂やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体をレーザ媒質として用いる気体レーザを利用することもできる。例えば、炭酸ガスレーザを用いた場合のレーザ発振部１０は、その内部に炭酸ガス（ＣＯ₂）が充填され、電極を内蔵しており、レーザ制御部２から与えられる印字信号に基づいて、レーザ発振部１０内の炭酸ガスを励起し、レーザ発振させる。

（ビームエキスパンダ１１）
図４は、図１のビームエキスパンダ１１の一構成例を示した図である。図中の（ａ）は、ビームエキスパンダ１１をレーザ光Ｌの光軸方向から見た図であり、図中の（ｂ）は、レーザ光Ｌの光軸を含む面で切断した場合の断面図である。

ビームエキスパンダ１１は、レーザ光Ｌの光軸上に２枚の光学レンズ、すなわち、入射レンズ４０及び出射レンズ４１を配置して構成される。可動部４２は、光軸方向に配置されたガイド軸４３に摺動可能に保持されており、コイルと磁石の相互作用によって駆動され、その位置はスキャナ駆動回路１６からの駆動信号に基づいて制御されている。出射レンズ４１は光軸上に固定されているのに対し、入射レンズ４０は可動部４２に保持されているため、可動部４２を光軸方向に移動させることによって、レンズ４０，４１間の距離を変化させることができる。

レーザ発振部１０から入射されるレーザ光Ｌは、光路長にかかわらずビーム径が一定となる平行光であるが、入射レンズ４０を通過することによって、光路長に応じてビーム径が変化する非平行光となる。つまり、光路長が長くなれば、ビーム径が拡大していき、あるいは、縮小していく。この非平行光は、その後、出射レンズ４１を通過することによって再び平行光に戻される。従って、出射レンズ４１から出射されるレーザ光Ｌのビーム径は、入射レンズ４０に入射されるレーザ光Ｌのビーム径とは異なり、その差はレンズ４０，４１間の距離によって決まる。この様にして、ビームエキスパンダ１１は、スキャナ駆動回路１６からの駆動信号に基づいて可動部４２を移動させて、レーザ光Ｌのビーム径を制御している。

レーザ光Ｌのビーム径を制御することができれば、レーザ光Ｌの焦点を集光レンズ１３の光軸方向に移動させることができる。従って、集光レンズ１３の光軸方向をＺ方向とすれば、ビームエキスパンダ１１は、レーザ光をＺ軸方向に走査するＺ軸スキャナとなる。なお、ビームエキスパンダ１１は、レンズ４０，４１間の距離が制御可能であればよく、入射レンズ４０を固定して、出射レンズ４１を移動可能としてもよいし、入射レンズ４０、出射レンズ４１をともに移動可能とすることもできる。

（走査部１２）
図５は、図１の走査部１２の一構成例を示した斜視図である。走査部１２は、一対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂと、これらのガルバノミラー１４ａ，１４ｂをそれぞれ回動させるガルバノモータ１５ａ，１５ｂとを備えている。ガルバノミラー１４ａ及び１４ｂは、レーザ光を反射させる全反射ミラーであり、ガルバノモータ１５ａ，１５ｂの回転軸にそれぞれ取り付けられている。ガルバノモータ１５ａ，１５ｂには、例えばステッピングモータが用いられ、スキャナ駆動回路１６からの駆動信号に基づいて、両ガルバノミラー１４ａ，１４ｂが干渉しない範囲において、その回転角を自在に変化させることができる。

この走査部１２に入射されたレーザ光は、２つのガルバノミラー１４ａ及び１４ｂによって、レーザ光Ｌの光軸に直交する面内において２次元走査される。つまり、ワークＷへ照射されるレーザ光Ｌが、集光レンズ１３の光軸に直交する方向に２次元走査される。ここで、Ｚ軸と直交し、かつ、互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸とすれば、ガルバノミラー１４ａがレーザ光ＬをＸ軸方向に走査させるＸ軸スキャナとなり、ガルバノミラー１４ｂがレーザ光ＬをＹ軸方向に走査させるＸ軸スキャナとなる。

次に、図１のレーザ加工装置１００の動作について説明する。具体的には、ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸スキャン動作、ディスタンスポインタ表示、焦点補正処理及び設置位置補正処理について順に説明する。

（Ｚ軸スキャン動作）
図６及び図７は、ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸方向のスキャン動作に関する説明図であり、ビームエキスパンダ１１及び走査部１２を含む走査系が示され、集光レンズ１３は省略されている。ここでは、ビームエキスパンダ１１内の入射レンズ４０及び出射レンズ４１間の距離が短くなれば、レーザ光Ｌのビーム径が大きくなる場合について説明する。

図６に示したレンズ間距離Ｒｄ１は、図７のレンズ間距離Ｒｄ２よりも短い。このため、ビームエキスパンダ１１から出射されるレーザ光Ｌのビーム径は図６の方が大きく、図６の焦点距離Ｌｄ１は、図７の焦点距離Ｌｄ２よりも長くなっている。つまり、レンズ間距離Ｒｄ１、Ｒｄ２を短くすることによって、レーザ加工装置１００からワークＷまでの距離であるワーキングディスタンスを長くすることができる。逆に、レンズ間距離を長くすれば、レーザ光Ｌのビーム径が小さくなり、レーザ光Ｌの焦点距離が短くなって、ワーキングディスタンスを短くすることができる。

近年、２次元平面内で走査可能なレーザ加工装置のみならず、高さ方向に焦点距離を調整可能なレーザ加工装置、すなわち、３次元状に加工が可能なレーザ加工装置も開発されている。ところが、このような３次元レーザマーカは、あくまでも２次元の平面印字の高さを段階的に変更できるというものに過ぎず、缶のような曲面、傾斜面などに対し、高品質の印字加工を行うことはできなかった。そこで、本発明者らは、Ｘ軸スキャナ及びＹ軸スキャナに加えて、焦点可変光学系としてＺ軸スキャナを設けることによって、焦点位置を自在に調整可能とし、これによってワークの表面形状に沿って３次元状に加工可能なレーザ加工装置を実現している。

（ディスタンスポインタ表示）
このレーザ加工装置１００は、赤色光などの可視光をワークＷに照射し、ワークＷ上にディスタンスポインタを表示させることができる。ディスタンスポインタは、照射面までの距離に応じて形状が変化する視認可能なパターンであり、その照射距離を指定することができ、ワークＷまでの距離（ワーキングディスタンス）が上記照射距離に一致している場合に特徴的な形状となる。このため、ワークＷ上にディスタンスポインタを表示させることによって、ワーキングディスタンスが、予め指定された照射距離に一致しているかを視覚的に確認することができる。

図８〜図１０は、ディスタンスポインタについての説明図であり、図８は、レーザ加工装置１００の光学系を示した斜視図、図９は、図８を逆方向から見た斜視図、図１０は、集光レンズ１３の光軸を含む切断面による断面図である。これらの図には、ビームエキスパンダ１１、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ１４ａ，１４ｂに加えて、ガイド用光源６０、ガイド光用ミラー６２、ポインタ用光源６４、ポインタ用スキャナミラー１４ｄ及び距離制御ミラー６６が示されている。なお、集光レンズ１３は省略されている。

ガイド用光源６０は、可視光からなるガイド光Ｇを生成する光源装置であり、例えば、赤色レーザダイオードが用いられる。ガイド用光源６０から出射されたガイド光Ｇは、レーザ光Ｌの光路上に設けられたガイド光用ミラー６２で反射され、レーザ光Ｌの光路に入る。このガイド光用ミラー６２は、レーザ発振部１０側から入射するレーザ光Ｌを透過させ、反対側の面へ入射するガイド光Ｇを全反射させるハーフミラーである。レーザ光Ｌの光路に入ったガイド光Ｇは、Ｘ軸スキャナ１４ａによってＸ軸方向にスキャンされながら、ワークＷへ照射される。このとき、照射面上では、残像現象を利用して、Ｘ軸方向に延びる線状のガイドパターンＧＰが視認可能に表示されている。

なお、ＸＹスキャナ１４ａ，１４ｂを用いてガイド光Ｇを２次元走査すれば、レーザ光Ｌの照射位置と同じ位置にガイド光Ｇを照射させることができる。このため、レーザ光Ｌの照射前にガイド光Ｇを照射し、レーザ光Ｌの照射時と同様のＸＹ走査を行うことによって、レーザ光Ｌの照射位置を事前に目視確認することができる。

ポインタ用光源６４は、可視光からなるポインタ光Ｐを生成する光源装置であり、ガイド用光源６０と同様、赤色レーザダイオードを用いることができる。ポインタ用光源６４から出射されたポインタ光Ｐは、ポインタ用スキャナミラー１４ｄ及び距離制御ミラー６６によって順に反射され、ワークＷへ照射される。このとき、照射面には点状のポインタパターンＰＰが視認可能に表示される。ポインタ用スキャナミラー１４ｄは、Ｙ軸スキャナ１４ｂの裏面に形成されたミラーであり、距離制御ミラー６６は、集光レンズ１３の光軸（つまりＺ軸）からＹ軸方向にずれた位置に固定されている。

距離制御ミラー６６で反射されたポインタ光Ｐは、ＹＺ平面内においてガイド光Ｇに対して角度を有し、この角度に応じた光路を経てガイド光Ｇと交差する。この角度は、距離制御ミラー６６の傾きによって制御される。従って、ユーザが指定したディスタンスポインタの照射距離に基づいて距離制御ミラー６６を制御すれば、レーザ加工装置１００から上記照射距離だけ離れた位置において、ガイド光Ｇとポインタ光Ｐを交差させることができる。

図１１は、ディスタンスポインタの一例を示した図である。ここでは、ガイド光Ｇによって表示されたＸ軸方向に延びる２本のガイドパターンＧＰと、ポインタ光Ｐによって表示される１個の点状のポインタパターンＰＰが示されている。図中の（ｂ）には、ユーザが指定した照射距離と、照射面までの実際の距離とが一致している場合が示されている。また、（ａ）には、照射距離に比べて、実際の距離が近い場合、（ｃ）には、照射距離よりも、実際の距離が遠い場合がそれぞれ示されている。

つまり、ポインタパターンＰＰが２本のガイドパターンＧＰの中央に位置すれば、ユーザが数値によって指定したディスタンスポインタの照射距離と、実際のワーキングディスタンスとが一致していることを確認できる。また、一致していない場合であっても、近すぎるのか、あるいは、遠すぎるのかを知ることができる。このため、ディスタンスポインタを表示させながら、その照射距離を変化させれば、ワークＷまでの実際の距離（ワーキングディスタンス）を測定することができる。

（焦点補正処理）
図１２は、ＸＹ軸スキャンと焦点距離との関係を示した説明図であり、Ｚ軸を含む面内におけるレーザ光の光路の一例が模式的に描かれている。また、図１３は、加工面ＷＳ上の異なる位置における印字状態の一例が示されている。これらの図は、ＸＹ平面からなる加工面ＷＳに対し印字加工を行った場合の様子が示されており、従来のレーザ加工装置を用いた例が（ａ）に、本実施の形態によるレーザ加工装置１００を用いた例が（ｂ）にそれぞれ示されている。

従来のレーザ加工装置では、レーザ光Ｌの焦点位置が固定されている。このため、図１２の（ａ）に示した様に、加工面ＷＳ上の加工領域の中心位置に焦点を合わせるようにワークＷを設置しても、レーザ光ＬをＸＹ走査させると、中心から離れるに従って焦点と加工面ＷＳとのずれが大きくなる。このため、図１３（ａ）に示した様に、加工領域内における印字位置によって印字幅及び印字濃度が異なり、印字品質が安定しないという問題があった。具体的には、加工領域の中心付近では、焦点距離がワーキングディスタンスとほぼ等しいため印字幅が狭く、印字濃度の濃い高品質な印字加工が可能であるが、加工領域の周辺に近づくほど印字幅が太くなり、印字濃度も薄くなって、印字品質が低下してしまう。

これに対し、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００では、ビームエキスパンダ１１を用いて焦点距離を調整することができるため、図１２の（ｂ）に示した通り、レーザ光ＬをＸＹ走査させても、加工面ＷＳ上の任意の位置においてレーザ光Ｌの焦点をワークＷの表面に一致させることができる。この結果、図１３の（ｂ）に示した様に、加工面ＷＳ上の位置にかかわらず印字幅及び印字濃度を一定にすることができ、高品質な印字加工が可能となる。

従って、本実施の形態によるレーザ加工装置１００を用いれば、パレット印字や大型銘板の捺印などの作業において、高い印字品質を安定して得ることができる。また加工用途で使用する場合も、加工状態を均一に維持することができる。この結果、ワークＷの形状によらず、均一な加工を行うことができ、例えば図１４（ａ）に示すように段差のあるワークＷや、図１４（ｂ）に示すようにワークＷの表面が曲面状であっても、また、図１４（ｃ）に示すように傾斜していても、均一で高品質な加工を行うことができる。このように焦点補正機能によってワークＷの多様な形状に対して最適な印字が可能となり、さらに奥行きのあるゲートカットのような加工においても精度よく、綺麗な仕上げを行える。

さらに、本実施の形態によるレーザ加工装置１００は、加工領域の周辺部においても高い印字品質を確保することができることから、従来のレーザ加工装置に比べて、より広い加工領域を確保することができる。図１５（ａ）に示すように、従来のレーザ加工装置では加工領域内の位置に応じた焦点位置の変化が大きいため、加工領域を大きくする程この変化も大きくなり、レーザ光Ｌの焦点位置が加工面から離れてしまうため、加工領域を広げることができなかった。これに対し、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、図１５（ｂ）に示すように加工領域を広くしても、各位置に応じて焦点位置を調整可能であるため、加工品質も確保しつつ、加工領域を従来よりも広げることができる。

（設置位置補正処理）
本実施の形態によるレーザ加工装置１００は、設置時の位置決め作業も簡略化することができる。従来のレーザ加工装置では、レーザ光Ｌの焦点距離が固定されているため、レーザ光Ｌを照射しているマーキングヘッド１１０からワークＷまでのワーキングディスタンスと焦点距離とを合致させなければならず、マーキングヘッド１１０の設置時に煩雑な調整作業が必要であった。

図１６は、レーザ加工装置のマーキングヘッド１１０を設置する際の様子を示した図である。図中の（ａ）には、従来のレーザ加工装置の場合、図中の（ｂ）には、本実施の形態によるレーザ加工装置１００の場合がそれぞれ示されている。

図１６の（ａ）に示すように、従来のレーザ加工装置では、マーキングヘッド１１０を設置する際、その高さや傾きを調整する調整機構７０が必要となり、その調整作業に非常に手間がかかっていた。例えば、マーキングヘッド１１０が微妙に傾いている場合、加工精度を高めるためにネジ調整などで水平に補正し、ワークＷまでの距離が、焦点距離と一致するように調整しなければならない。このため、各マーキングヘッド１１０ごとに設置高さや傾きを微調整するための機構が必要となり、その調整作業が必要となるため、設置機構が複雑になる上、極めて煩雑な作業を強いられていた。

これに対し、本発明の実施の形態によるレーザ加工装置１００では、図１６の（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌの焦点距離を調整可能であるため、ワークＷまでの距離が焦点距離の調整範囲内である限り、焦点距離がずれていたり、マーキングヘッド１１０が傾いていても、３次元スキャナを用いて補正することができる。つまり、マーキングヘッド１１０を設置する際、その高さや傾きなどを細かく調整する必要がなく、簡単な取付機構７１によって設置することができ、煩雑な調整作業も不要である。従って、本発明の実施の形態によるレーザ加工装置１００は、マーキングヘッド１１０の設置が容易なレーザ加工装置として、２次元の印字加工用途にも利用することもできる。

図１７は、設置位置補正処理についての説明図であり、レーザ加工装置１００の基準面ＢＳと、ワークＷの加工面ＷＳが一致していない場合の一例が示されている。レーザ加工装置１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びこれらの３軸が交差する原点は、マーキングヘッド１１０を基準として定められている。つまり、マーキングヘッド１１０を設置することによって、原点の絶対的な空間位置と、互いに直交する上記３軸の方向が同時に決定される。ここでは、上記原点を基準原点ＢＯ、ＸＹ平面を基準面ＢＳと呼ぶことにする。また、これらの３軸を用いて表される座標系を基準座標と呼ぶことにする。レーザ加工装置の３次元スキャナは、この基準座標によって指定された位置にレーザ光Ｌを照射する。

一方、加工面ＷＳは、ワークＷを基準として定められる平面である。例えば、２次元加工の場合であればワークＷの表面が加工面ＷＳであり、３次元加工の場合であれば、加工対象空間を規定する平面が加工面ＷＳとなる。３次元加工では、加工面ＷＳ上の２次元位置と、当該加工面ＷＳからの高さとによって加工パターンが指定される。このため、加工対象空間が加工面ＷＳに基づいて規定されている。ここでは、加工面ＷＳが、互いに直交するＸ’軸及びＹ’軸によって規定され、その交点を加工原点ＷＯと呼び、加工原点ＷＯを通る加工面ＷＳに垂直なＺ’軸を含めた３軸を用いて表される座標系を加工座標と呼ぶことにする。

従来のレーザ加工装置において、マーキングヘッド１１０の設置時に行われている調整作業は、基準面ＢＳと加工面ＷＳとを一致させるための作業、つまり、加工座標と基準座標とを一致させる作業であった。これに対し、本実施の形態によるレーザ加工装置１００では、加工座標を基準座標へ変換する座標変換処理を演算によって行うことで、基準面ＢＳと加工面ＷＳが一致していなくても、加工パターンを正しい空間位置に印字させることができる。

このような座標変換処理を行うためには、独立した６個のパラメータが与えられる必要がある。つまり、Ｘ’Ｙ’Ｚ’軸で表された座標をＸＹＺ軸で表された座標に変換するためには、Ｘ’Ｙ’Ｚ’軸とＸＹＺ軸の関係を規定する６個の独立したパラメータが必要となる。例えば、Ｘ’Ｙ’Ｚ’軸を規定する６個のパラメータとして、ＸＹＺの各軸に関するオフセット△Ｘ、△Ｙ及び△Ｚと、これらの各軸回りの回転角△θx、△θy及び△θzとが与えられれば、加工座標を基準座標に変換することができる。

図１８〜図２１は、上述した６個のパラメータの説明図である。図１８には、Ｚ軸オフセット△Ｚが示されている。このＺ軸オフセット△Ｚは、加工面ＷＳの基準面ＢＳに対するＺ軸方向への符号付きの距離のＺ成分である。図１９には、Ｘ軸回転角△θxが示されている。このＸ軸回転角△θxは、Ｘ軸を中心とした加工面ＷＳの基準面ＢＳに対する符号付きの回転角度である。図２０には、Ｙ軸回転角△θyが示されている。このＹ軸回転角△θyは、Ｙ軸を中心とした加工面ＷＳの基準面ＢＳに対する符号付きの回転角度である。図２１には、オフセット△Ｘ及び△Ｙと、Ｚ軸回転角△θzとが示されている。オフセット△Ｘ，△Ｙは、加工面ＷＳの基準面ＢＳに対するＺ軸方向への符号付きの距離のＸ成分、Ｙ成分である。Ｚ軸回転角△θzは、Ｚ軸を中心とした加工面ＷＳの基準面ＢＳに対する符号付きの回転角度である。

なお、従来のレーザ加工装置には、△Ｘ、△Ｙ及び△θzを用いた座標変換処理を行って、加工面ＷＳを基準面ＢＳに一致させるものがあった。つまり、Ｘ座標及びＹ座標についてのみ座標変換を行って、ＸＹ平面内での位置ずれを補正している。このようなレーザ加工装置の場合、ユーザは３個のパラメータを与えるだけでよく、また、各パラメータがＸＹ平面内におけるパラメータであることから、ユーザが感覚的に決定することが比較的容易であった。しかしながら、ユーザが独立した６個のパラメータを与えることは容易ではないため、本実施の形態によるレーザ加工装置１００では、後述するレーザ加工条件設定装置１３０内に調整量入力部２００が設けられている。

（レーザマーカのシステム構成）
図２２に、３次元印字可能なレーザマーカのシステム構成を示す。この図に示すレーザ加工システムは、マーキングヘッド１１０と、コントローラ１２０と、レーザ加工条件設定装置１３０とを備える。マーキングヘッド１１０は、ワークＷへレーザ光Ｌを照射する装置であり、図１のレーザ出力部１に相当する。コントローラ１２０は、マーキングヘッド１１０の制御装置であり、図１のレーザ制御部２に相当する。レーザ加工条件設定装置１３０は、コントローラ１２０に対し、テスト印字条件を含むレーザ加工条件を指示するためのユーザ端末であり、図１の入力部３に相当する。

レーザ加工条件設定装置１３０は、コンピュータにレーザ加工条件設定プログラムをインストールして、レーザ加工条件設定機能を実現させることができるが、タッチパネルを接続したプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）や、その他専用のハードウェア等を利用することもできる。なお、コントローラ１２０には、必要に応じて各種の外部機器を接続することができる。例えば、ライン上に搬送されるワークＷの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置、ワークＷとマーキングヘッド１１０との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ、ワークＷの通過を検出するＰＤセンサその他各種のセンサ等を設置し、これらとデータ通信可能に接続することができる。

ユーザは、レーザ加工条件設定装置１３０を用いて様々なレーザ加工条件を設定することができる。例えば、印字パターン、レーザ強度、スキャン速度などを指定する設定データを入力することができる。このような設定データの一つとして、設定位置補正処理に用いられるパラメータを指定することもできる。以下では、レーザ加工条件設定装置１３０の設置位置補正機能について詳細に説明する。

（レーザ加工条件設定装置１３０）
図２３は、レーザ加工条件設定装置１３０の要部について一構成例を示した図である。このレーザ加工条件設定装置１３０は、マーキングヘッド１１０の設置位置補正機能を有するユーザ端末であり、調整量入力部２００、パラメータ算出部２１０、３Ｄ表示制御部２２０、ディスタンスポインタ制御部２３０、サンプル印字制御部２４０、ガイド表示制御部２５０、印字パターン生成部２６０及び座標変換部２７０を備えて構成される。

調整量入力部２００は、設置位置補正処理に必要となる調整データをユーザが指定するための手段であり、パラメータ入力部２０１、焦点距離調整部２０２、傾き調整部２０３及び面内位置調整部２０４を有している。パラメータ入力部２０１は、設置位置調整用の６個のパラメータ△Ｘ、△Ｙ、△Ｚ、△θx、△θy及び△θzをユーザが直接入力することができる入力手段である。焦点距離調整部２０２は、ワークＷ上にディスタンスポインタを表示することによって、加工面ＷＳまでの距離（加工面距離）を求める手段である。傾き調整部２０３は、サンプル印字などを利用して、Ｘ軸回転角△θx及びＹ軸回転角△θyを調整するための手段である。面内位置調整部２０４は、ＸＹ平面内の３つのパラメータ、Ｘ軸オフセット△Ｘ、Ｙ軸オフセット△Ｙ及びＺ軸回転角△θzを調整する手段である。

パラメータ算出部２１０は、調整量入力部２００で入力された調整データに基づいて、設置位置調整用の６個のパラメータ△Ｘ、△Ｙ、△Ｚ、△θx、△θy及び△θzを求めている。

３Ｄ表示制御部２２０は、パラメータ算出部２１０によって求められた各パラメータに基づいて、ディスプレイ上に加工面ＷＳと基準面ＢＳを３次元表示する表示手段である。この３次元表示は、焦点距離調整部２０２、傾き調整部２０３及び面内位置調整部２０４による調整時にディスプレイ上に表示され、ユーザは、この３次元表示を見ながら調整データやパラメータを決定することができる。

印字パターン生成部２６０は、レーザ加工時にコントローラ１２０へ出力される印字パターンを生成している。この印字パターンには、印字位置を示す加工座標が含まれている。設置位置補正処理部２７０は、パラメータ算出部２１０によって求められた各パラメータに基づいて、印字パターンの加工座標を基準座標に変換する座標変換を行っている。印字パターン生成部２６０からの印字パターンは、この座標変換処理によってマーキングヘッド１１０の設置位置が補正された印字パターンとなり、コントローラ１２０へ出力される。

ディスタンスポインタ制御部２３０は、ディスタンスポインタの表示制御を行っている。焦点距離調整部２０２がディスタンスポインタの点灯を指示すると、ディスタンスポインタ制御部２３０は、コントローラ１２０に対し、ディスタンスポインタの点灯信号を出力する。その際、焦点距離調整部２０２からのパラメータ△Ｚに基づいて補正された焦点距離を求め、この焦点距離を示すディスタンスポインタを表示させている。

サンプル印字制御部２４０は、焦点距離の異なる複数のサンプルパターンをワークＷ上に印字するサンプル印字を制御している。傾き調整部２０３がサンプル印字を指示すると、サンプル印字制御部２４０が、コントローラ１２０に対し、印字信号を出力する。なお、サンプル印字条件は、傾き調整部２０３によって指定される。

（パラメータ算出処理）
加工面ＷＳ上の任意の異なる３点について基準座標が与えられれば、加工面ＷＳの基準面ＢＳに対するＺ軸オフセット△Ｚ、Ｘ軸回転角△θx、Ｙ軸回転角△θyを求めることができる。これに加えて、Ｘ軸、Ｙ軸オフセット△Ｘ、△Ｙ及びＺ軸回転角△θzが与えられれば、加工座標を基準座標に変換することが可能となる。

まず、加工面ＷＳ上の任意の３点から△Ｚ、△θx及び△θyを求める方法について説明する。加工面ＷＳ上の任意の３点をＡ(Ax,Ay,Az)、Ｂ(Bx,By,Bz)、Ｃ(Cx,Cy,Cz)とすれば、加工面ＷＳの平面方程式は、次式（１）のように表わされる。つまり、加工面ＷＳが次式（１）で表わされる。
ｍ×Ｘ＋ｎ×Ｙ＋ｋ×Ｚ＋ｄ＝０（１）
ただし
ｍ＝（Ａy−Ｂy）×（Ｃz−Ｂz）−（Ａz−Ｂz）×（Ｃy−Ｂy）
ｎ＝（Ａz−Ｂz）×（Ｃx−Ｂx）−（Ａx−Ｂx）×（Ｃz−Ｂz）
ｋ＝（Ａx−Ｂx）×（Ｃy−Ｂy）−（Ａy−Ｂy）×（Ｃx−Ｂx）
ｄ＝−（ｍ×Ａx＋ｎ×Ａy＋ｋ×Ａz）

加工面ＷＳ上においてＸ、Ｙがともに０となる点を加工面ＷＳの原点とすれば、この原点の基準座標は、上式（１）にＸ＝０、Ｙ＝０を代入することによって求められ、Ｚ＝−ｄ／ｋとなる。つまり、上記原点は（０，０，−ｄ／ｋ）であり、Ｚ軸オフセット△Ｚは（−ｄ／ｋ）となる（ただしｋ≠０）。

Ｙ軸回転角△θyは、Ｙ＝０となる加工面ＷＳ上の任意の２点間の変化量から求めることができる。加工面ＷＳ上の原点がＹ＝０であることから、加工面ＷＳ上においてＹ＝０となる任意の点を（ｐ，０，ｑ）とすれば、上式（１）から、ｑはｐを用いて次式（２）で表わされる（ただしｑ>０）。
ｍ×ｐ＋ｋ×ｑ＋ｄ＝０
ｑ＝−（ｍ×ｐ＋ｄ）／ｋ（２）
従って、Ｙ軸回転角△θyは、次式（３）のように求めることができる。
tan（△θy）＝−（ｑ＋ｄ／ｋ）／ｐ
＝ｍ／ｋ
△θy＝arctan（ｍ／ｋ）（３）

次に、Ｘ軸回転角△θxを求めるために、Ｚ座標からＺ軸オフセット△Ｚ＝（−ｄ／ｋ）を引いて、加工面ＷＳの原点を（０，０，０）へ移動させ、さらにＹ軸を中心として加工面ＷＳを△θyだけ逆回転させる。このとき、上記３点Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれＡ'(Ax',Ay',Az')、Ｂ'(Bx',By',Bz')、Ｃ'(Cx',Cy',Cz')に移動する。これらの移動先Ａ'，Ｂ'，Ｃ'は、次式で表される。
Ａx'＝（Ａx×cos（△θy））−（（Ａz＋ｄ／ｋ）×sin（△θy））
Ａy'＝Ａy
Ａz'＝（Ａx×sin（△θy））−（（Ａz＋ｄ／ｋ）×cos（△θy））
Ｂx'＝（Ｂx×cos（△θy））−（（Ｂz＋ｄ／ｋ）×sin（△θy））
Ｂy'＝Ｂy
Ｂz'＝（Ｂx×sin（△θy））−（（Ｂz＋ｄ／ｋ）×cos（△θy））
Ｃx'＝（Ｃx×cos（△θy））−（（Ｃz＋ｄ／ｋ）×sin（△θy））
Ｃy'＝Ｃy
Ｃz'＝（Ｃx×sin（△θy））−（（Ｃz＋ｄ／ｋ）×cos（△θy））

これらの３点Ａ'，Ｂ'，Ｃ'を通る平面方程式は、次式（４）のように表わされる。つまり、移動後の加工面ＷＳ'は次式（４）で表される。
ｍ'×Ｘ＋ｎ'×Ｙ＋ｋ'×Ｚ＝０（４）
ただし
ｍ'＝（Ａy'−Ｂy'）×（Ｃz'−Ｂz'）−（Ａz'−Ｂz'）×（Ｃy'−Ｂy'）
ｎ'＝（Ａz'−Ｂz'）×（Ｃx'−Ｂx'）−（Ａx'−Ｂx'）×（Ｃz'−Ｂz'）
ｋ'＝（Ａx'−Ｂx'）×（Ｃy'−Ｂy'）−（Ａy'−Ｂy'）×（Ｃx'−Ｂx'）

Ｘ軸回転角△θxは、Ｘ＝０となる加工面ＷＳ上の任意の２点間の変化量から求めることができる。移動後の加工面ＷＳ'は原点（０，０，０）を通ることから、移動後の加工面ＷＳ'上においてＸ＝０となる任意の点を（０，ｓ，ｔ）とすれば、上式（４）から、ｔはｓを用いて次式（５）で表わされる（ただしｓ>０）。
ｎ'×ｓ＋ｋ'×ｔ＝０
ｔ＝−ｎ'×ｓ／ｋ（５）
従って、Ｘ軸回転角△θxは、次式（６）のように求めることができる。
tan（△θx）＝ｔ／ｓ
＝−ｎ'／ｋ'
△θx＝arctan（−ｎ'／ｋ'）（６）

次に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸オフセット△Ｘ、△Ｘ、△Ｚを求める方法について説明する。加工原点ＷＯをＰ(Px,Py,Pz)とし（ただしPz≠０）、この点Ｐに対し、既に求めたＺ軸オフセット△Ｚ、Ｘ軸回転角△θｘ、Ｙ軸回転角△θｙを加えた点Ｐ''とすれば、点Ｐと点Ｐ''の差のＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分がそれぞれ、オフセット△Ｘ、△Ｘ、△Ｚとなる。

点ＰをＸ軸を中心としてＸ軸回転角θxだけ回転させた点を点Ｐ’(Ｐx',Ｐy',Ｐz')とすると、点Ｐ'は、次式のように表すことができる。
Ｐx'＝Ｐx
Ｐy'＝Ｐy×cosθx
Ｐz'＝Ｐy×sinθx

この点Ｐ'をＹ軸を中心としてＹ軸回転角θyだけ回転させた後、さらにＺ軸オフセット△Ｚを加えた点を点Ｐ''(Ｐx'',Ｐy'',Ｐz'')とすると、点Ｐ''は、次式のように表すことができる。
Ｐx''＝（Ｐx'×cosθy）＋（Ｐz'×sinθy）
Ｐy''＝Ｐy'
Ｐz''＝（Ｐx'×sinθy）＋（Ｐz'×cosθy）＋（−ｄ／ｋ）

従って、各オフセット△Ｘ、△Ｙ、△Ｚは、次式のように求めることができる。
△Ｘ＝Ｐx''−Ｐx
△Ｙ＝Ｐy''−Ｐy
△Ｚ＝Ｐz''

（サンプル印字）
サンプル印字は、ワークＷの加工面上に、印字条件を段階的に異ならせた複数のサンプルパターンを印字し、印字状態が最適であったサンプルパターンをユーザに選択させることによって、最適な印字条件を決定する方法である。その際、サンプルパターンごとにレーザ光の焦点距離を段階的に異ならせれば、これらのサンプルパターンが印字された領域までの距離が得られる。更に、同じ加工面ＷＳ上の異なる３つの印字領域のそれぞれについて、このようなサンプル印字を行えば、それぞれの印字領域までの距離が得られ、マーキングヘッド１１０に対する加工面ＷＳの傾きが得られる。

図２４は、サンプル印字についての説明図である。加工面ＷＳ内には、サンプル印字のための３つの印字領域Ｇ１〜Ｇ３が設けられている。これらの印字領域Ｇ１〜Ｇ３は、少なくとも一直線上に並ばないように配置されており、できるだけ離れた位置に配置されていることがより望ましい。ここでは、矩形からなる印字可能領域の３つの頂点付近に各印字領域Ｇ１〜Ｇ３が配置されているものとする。

各印字領域Ｇ１〜Ｇ３内には、複数のサンプルパターンＳＰが配置されている。同一の印字領域内に印字される各サンプルパターンは、どのパターンであるのかが識別可能となるようにパターン自体を互いに異ならせている。ここでは、一部の文字が共通で、かつ、一部の文字がユニークな「Ａ０」〜「Ａ８」がサンプルパターンとして印字される。

図２５は、サンプル印字結果の一例を示した図である。同一の印字領域Ｇ１〜Ｇ３内に印字されるサンプルパターンＳＰは、レーザ光Ｌの焦点位置を段階的に異ならせて印字される。ただし、その他の印字条件、例えばレーザパワーやスキャン速度は全てのサンプルパターンＳＰについて一致させておく。例えば、Ａ０〜Ａ８の順で、レーザ照射時の焦点距離が０．５ｍｍずつ長くなるように変化させてレーザ光Ｌが照射される。この場合、各サンプルパターンＳＰごとにフォーカス状態が異なり、印字品質も異なる。図２５では、印字領域Ｇ１では、パターン「Ａ４」が最も良好に印字されている。また、印字領域Ｇ２、Ｇ３では、パターン「Ａ６」「Ａ１」がそれぞれ最も良好に印字されていることがわかる。これらの結果から各印字領域Ｇ１〜Ｇ３への焦点距離が得られ、加工面ＷＳの傾きが得られる。

（機器設定ダイアログ）
図２６は、レーザ加工条件設定装置１３０のディスプレイ上に表示される機器設定ダイアログ３００が示されている。この機器設定ダイアログ３００は、コントローラ１２０について様々な初期設定を行うためのユーザインターフェースであり、ユーザが選択可能な複数のタブを備えている。この図では、機器設定タブが選択されている状態が示されている。この機器設定タブには、オフセット値を指定してレーザ強度を調整するパワーオフセット設定部３０１や、オフセット値を指定してレーザ光Ｌの走査速度を調整するスキャンスピードオフセット設定部３０２や、設置位置補正を行うための設置位置補正欄３０３が設けられている。

設置位置補正欄３０３には、設定モード選択部３０４、ダイアログ起動ボタン３０５、パラメータ入力部３０６が設けられている。パラメータ入力部３０６は、設置位置補正のための６個のパラメータを指定するための入力手段であり、図２３のパラメータ入力部２０１に相当する。すなわち、「Ｘ座標」欄においてＸ軸オフセット△Ｘ、「Ｙ座標」欄においてＹ軸オフセット△Ｙ、「Ｚ座標」欄においてＺ軸オフセット△Ｚ、「θ角度」欄においてＺ軸回転角△θz、「回転角度Ｘ」欄においてＸ軸回転角△θx、「回転角度Ｙ」欄においてＹ軸回転角△θyがそれぞれ指定される。なお、各パラメータの指定は、数値入力によって行われ、あるいは、表示値を増減させるアップ／ダウンボタンの操作によって行われる。

設定モード選択部３０４は、基本設定及び詳細設定のいずれか一方をユーザが選択するための選択手段である。詳細設定が選択されている場合、パラメータ入力部３０６において６個のパラメータの全てを指定することができる。一方、基本設定は簡易的な設定モードであり、基本設定が選択されている場合には、「回転角度Ｘ」欄及び「回転角度Ｙ」欄がグレーアウトし、Ｘ軸回転角△θx及びＹ軸回転角△θyの指定が禁止されるとともに、これらのパラメートはリセットされる。

ダイアログ起動ボタン３０５は、次に説明する設置位置調整ダイアログ３２０を起動するための操作ボタンである。なお、設置位置調整ダイアログ３２０においてパラメータを変更した後、設置位置調整ダイアログ３２０を閉じれば、上記変更が、パラメータ入力部３０６に反映される。

（設置位置調整ダイアログ）
図２７は、設置位置調整ダイアログ３２０の一例を示した図である。この設置位置調整ダイアログ３２０は、ユーザが選択可能な焦点距離調整タブ３３０と、傾き調整タブ３４０と、面内位置調整タブ３５０とを備えている。なお、設定モード選択部３０４において基本設定が選択されている場合には、傾き調整タブ３４０の選択が禁止される。また、設置位置調整ダイアログ３２０は、いずれのタブ３３０〜３５０が選択されている場合であっても、３Ｄ表示部３２１及び補正結果表示部３２５が表示されている。

３Ｄ表示部３２１には、加工面ＷＳ及び基準面ＢＳが、基準原点ＢＯで交差するＸ、Ｙ及びＺの各軸とともに３次元表示されている。ここでは、基準面ＢＳが、均一に塗りつぶされた半透過性の平面として表示され、加工面ＷＳが、多数の透過部を有するメッシュ形状の平面として表示されている。

この３Ｄ表示部３２１は、３次元表示の視点を移動させる３つの視点移動手段３２２〜３２４を有している。視点移動手段３２２は、上下方向に移動可能なスライド操作部であり、基準原点ＢＯを通る画面左右方向の回転軸（不図示）を中心として、視点をリニアに３６０度回転させることができる。一方、視点移動手段３２３は、左右方向に移動可能なスライド操作部であり、基準原点ＢＯを通る画面上下方向の回転軸（不図示）を中心として、視点をリニアに３６０度回転させることができる。つまり、３Ｄ表示部３２１は、３次元空間内の同じ点（基準原点ＢＯ）を通り、かつ、ともに画面に平行な直交する２つの回転軸によって視点を回転させることができる。従って、視点移動手段３２２及び３２３を組み合わせて用いれば、基準原点ＢＯを中心として、３次元表示の視点を全方位に変化させることができ、加工面ＷＳ及び基準面ＢＳがどのような位置関係であっても分かりやすく表示させることができる。

図２８〜図３０は、視点移動手段３２４を用いて視点を移動させた状態を示した図である。視点移動手段３２４は、予め定められた方向に視点を移動させる手段である。ここでは、ＸＹ平面、ＹＺ平面及びＺＸ平面のいずれかを選択できるものとする。視点移動手段３２２、３２３は、リニアに視点を移動させる手段であるため、任意の方位を選択できる反面、視点を特定方位に移動させようとすれば、両視点移動手段３２２、３２３を用いた微調整が必要となり煩雑である。このような場合には、視点移動手段３２４を用いることによって、視点をプリセットされた方向に簡単に移動させることができる。

図２８には、視点移動手段３２４を用いてＸＹ平面を指定した状態が示されている。ＸＹ平面を指定した場合、３Ｄ表示部３２１には、Ｚ軸方向を視点とする３次元表示が行われる。同様にして、図２９、図３０には、視点移動手段３２４を用いてＹＺ平面、ＺＸ平面を指定した状態が示されている。ＹＺ平面、ＺＸを指定した場合、３Ｄ表示部３２１には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向を視点とする３次元表示がそれぞれ行われる。なお、図２８に示した通り、視点がＺ軸近傍にある場合には、３Ｄ表示部３２１内にマーキングヘッド１１０が表示される。その際、陰面処理などによって、マーキングヘッド１１０と基準面ＢＳの前後関係が識別可能となるように表示される。ここでは、基準面ＢＳを半透過面とすることにより、マーキングヘッド１１０と基準面ＢＳの前後関係を識別可能に表示している。

補正結果表示部３２５には、設置位置補正のための各パラメータの現在値が表示されている。すなわち、設置位置調整ダイアログ３２０の起動直後は、その起動前にパラメータ入力部３０６によって指定されたパラメータが表示されている。また、設置位置調整ダイアログ３２０の起動後に、いずれかのタブ内においてパラメータを変更した場合には、変更後のパラメータが表示される。

（焦点距離調整タブ）
図３１は、焦点距離調整タブ３３０の一例を示した図である。焦点距離調整タブ３３０では、ディスタンスポインタを用いて確認しながら、Ｙ軸上における基準面ＢＳから加工面ＷＳまでの距離（加工面距離）を指定する距離調整手段であり、図２３の焦点距離調整部２０２に相当する。この焦点距離調整タブ３３０内には、３Ｄ表示部３２１及び補正結果表示部３２５に加えて、点灯指示部３３１、ダイアログ起動ボタン３３２及び加工面距離表示部３３３が設けられている。点灯指示部３３１は、ユーザ操作によって、ディスタンスポインタの点灯及び消灯を切り替えることができるトグルスイッチである。ダイアログ起動ボタン３３２は、ディスタンスポインタ設定ダイアログを起動するための起動ボタンである。加工面距離表示部３３３には、加工面距離が表示される。

図３２は、ディスタンスポインタ設定ダイアログ４００の一例を示した図である。このディスタンスポインタ設定ダイアログ４００は、焦点距離調整タブ３３０内のダイアログ起動ボタン３３２を操作することによって起動される。ディスタンスポインタ設定ダイアログ４００内には、ディスタンスポインタの照射距離を指定するための数値指定部４０１及びスライド手段４０２が設けられている。数値指定部４０１を用いれば、ディスタンスポインタの照射距離を数値指定することができる。スライド手段４０２は、スライドハンドル部を上下方向に移動させることによって、照射距離をリニアに変化させることができるので、ディスタンスポインタの照射距離を簡便に指定し、調整することができる。なお、ディスタンスポインタ設定ダイアログ４００において指定するディスタンスポインタの照射距離は、基準原点ＢＯを基準とするＹ軸上の距離である。

図３３は、ディスタンスポインタ設定後における焦点距離調整タブ３３０の状態が示されている。ディスタンスポインタの照射距離を設定して、ディスタンスポインタ設定ダイアログ４００を閉じると、この照射距離が、加工面距離として加工面距離表示部３３３に表示される。また、Ｙ軸上における加工面ＷＳまでの距離が、この加工面距離となるように、３Ｄ表示部３２１が再表示され、補正結果表示部３２５には修正されたパラメータが表示される。

なお、加工面距離表示部３３３に表示されている加工面距離と、補正結果表示部３２５に表示されているＺ軸オフセット△Ｚとは、必ずしも一致しない（図２７参照）。ディスタンスポインタの照射位置は常にＺ軸上にあり、ディスタンスポインタの照射距離はそのＺ座標に相当する。従って、加工面距離表示部３３３に表示される値は、Ｙ軸及び加工面ＷＳが交差する交点のＺ座標となる。これに対し、Ｚ軸オフセット△Ｚは、加工原点ＷＯのＺ座標であり、両者が一致するのは、Ｘ軸オフセット△Ｘ及びＹ軸オフセット△Ｙが共にゼロである場合となる。

（傾き調整タブ）
図３４〜図３８は、傾き調整タブ３４０の一例を示した図である。傾き調整タブ３４０では、サンプル印字又は調整値入力によって、加工面の傾きを指定する傾き調整手段であり、図２３の傾き調整部２０３に相当する。傾き調整タブ３４０内には、３Ｄ表示部３２１及び補正結果表示部３２５に加えて、調整モードを切り替え選択するための調整方法選択部３４１と、傾き調整を行うための傾き調整部３４２とが配置されている。調整方法選択部３４１では、サンプル印字モードと、調整値入力モードのいずれかを選択することができる。また、傾き調整部３４２内の構成は、調整モードの選択結果によって異なり、図３４、図３５には、調整値入力モードが選択された場合、図３６〜３８には、サンプル印字モードが選択された場合がそれぞれ示されている。

（調整値入力モード）
調整値入力モードでは、ともに加工面ＷＳ上にある基準軸Ｒと調整点Ｐｊをユーザが指定するとともに、この基準軸Ｒを中心として加工面ＷＳを回転させたときの上記調整点Ｐｊにおける高さ（Ｚ座標）の変動量を調整値としてユーザが指定することによって、加工面ＷＳの傾きが指定される。一般に、加工面ＷＳの傾きを指定する際、加工面ＷＳの角度を指定するよりも、加工面ＷＳ上の任意の点における高さを指定する方が、ユーザにとって理解しやすく調整作業が容易となる。このため、調整値入力モードでは、加工面ＷＳの傾きをユーザに指定させるために、加工面ＷＳの傾きによって生ずる調整点Ｐｊの高さの変動量を調整値として入力させている。

軸指定方法選択部４１０では、基準軸Ｒの指定方法として、基準軸選択及び基準点入力のいずれかを選択することができる。基準軸選択は、基準軸選択部４１１内の選択肢から基準軸を選択する方法であり、基準点入力は、基準点入力部４１２内において２つの任意の基準点Ｐｒ１，Ｐｒ２を指定し、両基準点を通る軸を基準軸Ｒとして指定する方法である。このため、軸指定方法選択部４１０において、基準軸選択が選択された場合には、基準点入力部４１２がグレーアウトして基準点Ｐｒ１，Ｐｒ２の入力が禁止される一方、基準点入力が選択された場合には、基準軸選択部４１１がグレーアウトして基準軸Ｒの選択が禁止される。

図３４は、軸指定方法選択部４１０において基準軸選択が選択された場合のダイアログが示されている。基準軸選択部４１１には、基準軸の選択肢として、「Ｘ軸」、「Ｙ軸」、「対角１」、「対角２」が示されている。対角１、対角２は、基準面ＢＳ上の印字可能領域の対角線である。ここでは、印字可能領域が正方形であるため、対角１、対角２は、ＸＹ平面上でＸ軸と±４５度の角度で交差する各軸に相当する。これら４つの軸はいずれも基準面ＢＳ上の軸であり、ユーザによって選択された軸が基準軸Ｒとなる。３Ｄ表示部３２１内の表示は、基準軸選択部４１１における軸選択操作によって更新され、基準軸Ｒが、３Ｄ表示部３２１に３次元表示される。

図３５は、軸指定方法選択部４１０において基準点入力が選択された場合のダイアログが示されている。基準点入力部４１２には、２つの基準点Ｐｒ１、Ｐｒ２ごとにＸＹ座標を入力するための数値入力部及びアップ／ダウンボタンが設けられている。この基準点入力部４１２で指定された各基準点Ｐｒ１，Ｐｒ２は、３Ｄ表示部３２１に×印として表示され、この表示は、基準点入力部４１２における入力操作によって更新される。また、２つの基準点が同一であった場合には、ポップアップウィンドウ等によるエラー表示が行われる。このようにして、各基準点Ｐｒ１，Ｐｒ２として任意の２点を指定することによって、これらの基準点Ｐｒ１，Ｐｒ２を通るＸＹ平面上の任意の軸が基準軸Ｒとして指定される。

調整点指定部４１３は、ＸＹ座標を入力して調整点Ｐｊを指定する入力欄である。調整値入力部４１４及び調整用スライド手段４１５は、ともに調整値を指定するための手段であり、互いに連動している。調整値入力部４１４は、調整値をユーザが数値入力するための入力部及びアップ／ダウンボタンからなる。調整用スライド手段４１５は、上下方向に移動可能なスライドハンドル部を操作することによって、大まかな調整値の入力や調整を簡便に行うための手段である。調整点指定部４１３において指定された調整点Ｐｊは、調整値入力部４１４又は調整用スライド手段４１５によって指定された調整量をＺ座標として、３Ｄ表示部３２１に×印で表示される。この表示は、調整点指定部４１３、調整値入力部４１４及び調整用スライド手段４１５の操作によって更新される。また、調整点Ｐｊが基準軸Ｒ上にある場合には、ポップアップウィンドウ等によるエラー表示が行われる。適用ボタン４１６は、基準軸、調整点、調整値の指定後にユーザによって操作される。適用ボタン４１６が操作されると、加工面ＷＳの傾きが求められ、３Ｄ表示部３２１には傾けられた加工面ＷＳが３次元表示され、補正結果表示部３２５には、加工面ＷＳの傾きを反映させたパラメータが表示される。

（サンプル印字モード）
図３６は、調整方法選択部３４１でサンプル印字モードを選択した場合のダイアログが示されている。ダイアログ起動ボタン４２１は、サンプル印字設定ダイアログを起動するためのダイアログ起動ボタンである。トリガボタン４２２は、レーザ光Ｌの照射を開始するための操作ボタンであり、印字中断ボタン４２３は、レーザ光Ｌの照射を停止させるための操作ボタンである。印字モード選択部４２４は、ガイド光Ｇ及びレーザ光Ｌのいずれかを選択するための選択手段である。印字モード選択部４２４でガイド光Ｇを選択すれば、レーザ光Ｌの照射時と全く同様にしてガイド光Ｇが照射される。このため、レーザ光Ｌの照射前に、ガイド光Ｇによって加工位置を事前に確認することができる。印字結果入力部４２５は、サンプル印字後に、その結果を入力するための入力欄である。サンプル印字の実行前はグレーアウトされており、印字結果の入力が禁止されている。

図３７は、サンプル印字設定ダイアログ４３０の一例を示した図である。サンプル印字設定ダイアログ４３０内には、印字領域設定部４３１〜４３３、フォーカス調整条件設定部４３４が配置されている。印字領域設定部４３１〜４３３は、３つの印字領域をそれぞれの始点及び終点のＸＹ座標によって指定するための入力手段である。フォーカス調整条件設定部４３４は、同じ印字領域内のサンプルパターンについて段階的に異ならせるように焦点距離を指定する入力手段である。ここでは、最大値、最小値及び間隔を指定することによって、段階的な焦点距離が指定されるとともに、サンプルパターンの数も同時に指定される。例えば、９段階の焦点距離を指定すれば、１つの印字領域内に９個のサンプルパターン「Ａ０」〜「Ａ８」が印字される。なお、サンプル印字設定ダイアログ４３０内には、各サンプルパターンに共通の印字条件として、文字サイズ、レーザパワー、スキャンスピードなどを設定する入力部も設けられている。

図３８は、サンプル印字設定後のダイアログの一例が示されている。サンプル印字設定ダイアログ４３０においてサンプル印字条件を設定すれば、３Ｄ表示部３２１内に印字領域Ｇ１〜Ｇ３が表示される。その後に、トリガボタン４２２を操作してレーザ光Ｌを照射すれば、サンプル印字が行われ、印字結果入力部４２５への入力が可能になる。

印字結果入力部４２５には、３つの印字領域Ｇ１〜Ｇ３ごとに、パターン選択部４２６及び焦点距離表示部４２７が配置されており、さらに適用ボタン４２８が配置されている。ユーザは、パターン選択部４２６によって各印字領域Ｇ１〜Ｇ３ごとに、印字状態が最も良好であったサンプルパターンを選択する。ここでは、ユーザが、プルダウンメニュー内の選択肢「Ａ０」〜「Ａ８」から最適な印字状態のパターンを選択して印字結果を入力する。パターン選択部４２６でパターンが選択されると、焦点距離表示部４２７に選択されたパターンに対応する焦点距離が表示される。この様にして、全ての印字領域Ｇ１〜Ｇ３について印字結果が入力された後に、適用ボタン４２８が操作されると、加工面ＷＳの傾きが求められ、３Ｄ表示部３２１には傾けられた加工面ＷＳが３次元表示され、補正結果表示部３２５には、加工面ＷＳの傾きを反映させたパラメータが表示される。

（面内位置調整タブ）
図３９は、面内位置調整タブ３５０の一例を示した図である。面内位置調整タブ３５０では、基準面上の位置と加工面上の位置とを対応づける面内位置調整を行う面内位置調整手段であり、図２３の面内位置調整部２０４に相当する。面内位置調整タブ３５０内には、３Ｄ表示部３２１及び補正結果表示部３２５に加えて、パラメータ入力部３５１〜３５３と、適用ボタン３５４が設けられている。

パラメータ入力部３５１〜３５３は、加工面ＷＳ上の２次元位置を調整するための３つのパラメータを指定するための入力手段である。すなわち、パラメータ入力部３５１においてＸ軸オフセット△Ｘ、パラメータ入力部３５２においてＹ軸オフセット△Ｙ、パラメータ入力部３５３においてＺ軸回転角△θがそれぞれ指定される。これらのパラメータ入力部３５１〜３５３はいずれも、パラメータを数値入力するための数値入力部と、数値入力部の表示値を増減させるアップ／ダウンボタンで構成されている。

適用ボタン３５４は、各パラメータ入力部３５１〜３５３での入力操作を３Ｄ表示部３２１及び補正結果表示部３２５に反映させるための操作手段である。ユーザが、パラメータ入力部３５１〜３５３でパラメータを変更した後に適用ボタン３５４を操作すれば、３Ｄ表示部３２１の再描画が行われ、変更後のパラメータによって求められる加工面ＷＳが表示される。また、補正結果表示部３２５には、パラメータ△Ｘ、△Ｙ、△θｚとして、パラメータ入力部３５１〜３５３で入力された値が表示される。

本発明の実施の形態によるレーザ加工装置１００の一構成例を示したブロック図である。図１の励起光発生部２３の内部の一例を示した斜視図である。図１のレーザ発振部１０の一構成例を示した図である。図１のビームエキスパンダ１１の一構成例を示した図である。図１の走査部１２の一構成例を示した斜視図である。ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸方向のスキャン動作に関する説明図であり、レンズ間距離Ｒｄ１が短い場合が示されている。ビームエキスパンダ１１を用いたＺ軸方向のスキャン動作に関する説明図であり、レンズ間距離Ｒｄ１が長い場合が示されている。レーザ加工装置１００の光学系を示した斜視図である。レーザ加工装置１００の光学系を図８とは逆方向から見た斜視図である。レーザ加工装置１００の光学系の集光レンズ１３の光軸を含む切断面による断面図である。ディスタンスポインタの一例を示した図である。ＸＹ軸スキャンと焦点距離との関係を示した説明図であり、Ｚ軸を含む面内におけるレーザ光の光路の一例が模式的に描かれている。加工面ＷＳ上の異なる位置における印字状態の一例が示されている。ワークの表面形状に応じてレーザ光の焦点位置を調整する様子を示した説明図である。加工領域内の位置に応じて焦点位置が変化する様子を示した説明図である。レーザ加工装置のマーキングヘッド１１０を設置する際の様子を示した図である。設置位置補正処理についての説明図であり、レーザ加工装置１００の基準面ＢＳと、ワークＷの加工面ＷＳが一致していない場合の一例が示されている。設置位置補正のためのパラメータ（Ｚ軸オフセット△Ｚ）を示した図である。設置位置補正のためのパラメータ（Ｘ軸回転角△θx）を示した図である。設置位置補正のためのパラメータ（Ｙ軸回転角△θy）を示した図である。設置位置補正のためのパラメータ（Ｘ軸オフセット△Ｘ、Ｙ軸オフセット△Ｙ、Ｚ軸回転角△θz）を示した図である。３次元印字可能なレーザマーカのシステム構成例を示した図である。レーザ加工条件設定装置１３０の要部について一構成例を示した図である。サンプル印字についての説明図である。サンプル印字結果の一例を示した図である。レーザ加工条件設定装置１３０のディスプレイ上に表示される機器設定ダイアログ３００を示した図である。設置位置調整ダイアログ３２０の一例を示した図である。視点移動手段３２４を用いてＸＹ平面を指定した状態が示されている。視点移動手段３２４を用いてＹＺ平面を指定した状態が示されている。視点移動手段３２４を用いてＺＸ平面を指定した状態が示されている。焦点距離調整タブ３３０の一例を示した図である。ディスタンスポインタ設定ダイアログ４００の一例を示した図である。ディスタンスポインタ設定後における焦点距離調整タブ３３０の状態が示されている。調整値入力モード及び基準軸選択が選択された傾き調整タブ３４０の一例を示した図である。調整値入力モード及び基準点入力が選択された傾き調整タブ３４０の一例を示した図である。サンプル印字モードが選択された傾き調整タブ３４０の一例を示した図である。サンプル印字設定ダイアログ４３０の一例を示した図である。サンプル印字設定後のダイアログの一例が示されている。面内位置調整タブ３５０の一例を示した図である。

符号の説明

１レーザ出力部
２レーザ制御部
３入力部
１０レーザ発振部
１１ビームエキスパンダ
１２走査部
１４ａＸ軸スキャナ（ガルバノミラー）
１４ｂＹ軸スキャナ（ガルバノミラー）
１００レーザ加工装置
１１０マーキングヘッド
１２０コントローラ
１３０レーザ加工条件設定装置
２００調整量入力部
２０１パラメータ入力部
２０２焦点距離調整部
２０３傾き調整部
２０４位置オフセット調整部
２１０パラメータ算出部
２２０３Ｄ表示制御部
２３０ディスタンスポインタ制御部
２４０サンプル印字制御部
２５０ガイド光表示制御部
２６０印字パターン生成部
２７０座標変換部
３００機器設定ダイアログ
３０３設置位置補正欄
３０４設定モード選択部
３０５ダイアログ起動ボタン
３０６パラメータ入力部
３２０設置位置調整ダイアログ
３２１３Ｄ表示部
３２２〜３２４視点移動手段
３２５補正結果表示部
３３０焦点距離調整タブ
３３１点灯指示部
３３２ダイアログ起動ボタン
３３３加工面距離表示部
３４０傾き調整タブ
３４１調整方法選択部
３４２傾き調整部
３５０面内位置調整タブ
３５１〜３５３パラメータ入力部
３５４適用ボタン
４００ディスタンスポインタ設定ダイアログ
４０１数値指定部
４０２スライド手段
４１０軸指定方法選択部
４１１基準軸選択部
４１２基準点入力部
４１３調整点指定部
４１４調整値入力部
４１５調整用スライド手段
４１６適用ボタン
４２１ダイアログ起動ボタン
４２２トリガボタン
４２３印字中断ボタン
４２４印字モード選択部
４２５印字結果入力部
４２６パターン選択部
４２７焦点距離表示部
４２８適用ボタン
４３０サンプル印字設定ダイアログ
４３４フォーカス調整条件設定部
ＢＯ基準原点
ＢＳ基準面
Ｇガイド光
Ｇ１〜Ｇ３印字領域
ＧＰガイドパターン
Ｌレーザ光
Ｌｄ１，Ｌｄ２焦点距離
Ｐポインタ光
Ｐｊ調整点
ＰＰポインタパターン
Ｐｒ１，Ｐｒ２基準点
Ｒ基準軸
Ｒｄ１，Ｒｄ２レンズ間距離
ＳＰサンプルパターン
Ｗワーク
ＷＯ加工原点
ＷＳ加工面
△ＸＸ軸オフセット
△ＹＹ軸オフセット
△ＺＺ軸オフセット
△θx Ｘ軸回転角
△θy Ｙ軸回転角
△θz Ｚ軸回転角

Claims

加工領域内に配置された加工対象物に対し、レーザ光を照射して、所望の加工パターンの３次元加工を行うレーザ加工装置であって、
加工用のレーザ光を生成するレーザ発振部と、上記レーザ発振部から出射されたレーザ光をその光軸に垂直な基準面において走査させるためのレーザ光走査系と、上記加工パターンに基づいて、上記レーザ光走査系を制御するレーザ制御部とを備え、
上記レーザ光走査系が、レーザ光の光軸上に配置されるレンズを光軸に沿って移動させることにより、レーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、上記ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向に走査させる第１スキャナと、第１ガルバノミラーにより反射されたレーザ光を第２ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向と交差する第２方向に走査させる第２スキャナとを有する上記レーザ加工装置のためのパラメータを決定するレーザ加工用パラメータ調整装置において、
上記加工対象物を基準とする加工面上における位置及び上記加工面からの高さを示す加工座標を含む上記加工パターンを生成する加工パターン生成手段と、
上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれに基づく上記加工面と上記基準面とのずれを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付けるパラメータ指定手段と、
上記レーザ加工装置を基準とする２次元走査のための上記基準面、及び、上記補正演算用パラメータに基づいて求められる上記加工面を３次元表示する表示手段と、
上記パラメータ指定手段により指定された補正演算用パラメータに基づいて、上記加工パターンの上記加工座標を補正することにより、上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれが補正された加工パターンを生成する設置位置補正手段とを備え、
上記パラメータ指定手段は、上記基準面に対する上記加工面の傾きを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付ける傾き調整手段からなることを特徴とするレーザ加工用パラメータ調整装置。
上記傾き調整手段が、
上記加工面上の基準軸、上記加工面上の調整点、及び、上記調整点における調整量のユーザ指定を受け付けるユーザ指定手段と、
上記基準軸を中心として上記加工面を傾けて、上記調整点の高さを上記調整量だけ変動させる補正演算用パラメータを求めるパラメータ算出手段とを有し、
上記表示手段が、上記基準面及び加工面とともに、上記基準軸及び調整点を３次元表示することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用パラメータ調整装置。
上記基準面上の点を中心として、上記表示手段の視点を全方位に変更可能な第１の視点制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用パラメータ調整装置。
上記表示手段は、上記基準面及び加工面とともに、上記レーザ加工装置の設置位置を３次元表示することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工用パラメータ調整装置。
予め定められた２以上の方位のいずれかをユーザに選択させる方位選択手段と、
上記表示手段の視点を上記方位選択手段によって選択された方位へ移動させる第２の視点制御手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工用パラメータ調整装置。
上記パラメータ指定手段が、
上記加工面までの距離をユーザが指定するための距離調整手段と、
ユーザによって指定された上記加工面までの距離に基づいて、補正演算用パラメータを求めるパラメータ算出手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用パラメータ調整装置。
上記パラメータ指定手段が、上記基準面上の位置及び上記加工面上の位置を対応づける補正演算用パラメータをユーザが指定するための面内位置調整手段からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用パラメータ調整装置。
加工領域内に配置された加工対象物に対し、レーザ光を照射して所望の加工パターンの３次元加工を行うレーザ加工装置であって、
加工用のレーザ光を生成するレーザ発振部と、上記レーザ発振部から出射されたレーザ光をその光軸に垂直な基準面において走査させるためのレーザ光走査系と、上記加工パターンに基づいて、上記レーザ光走査系を制御するレーザ制御部とを備え、
上記レーザ光走査系が、レーザ光の光軸上に配置されるレンズを光軸に沿って移動させることにより、レーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、上記ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向に走査させる第１スキャナと、第１ガルバノミラーにより反射されたレーザ光を第２ガルバノミラーで反射させることにより、レーザ光を第１方向と交差する第２方向に走査させる第２スキャナとを有する上記レーザ加工装置のためのパラメータを決定するパラメータ調整装置用のコンピュータプログラムにおいて、
上記加工対象物を基準とする加工面上における位置及び上記加工面からの高さを示す加工座標を含む上記加工パターンを生成する加工パターン生成手順と、
上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれに基づく上記加工面と上記基準面とのずれを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付けるパラメータ指定手順と、
上記レーザ加工装置を基準とする２次元走査のための上記基準面、及び、上記補正演算用パラメータに基づいて求められる上記加工面を３次元表示する表示手順と、
上記パラメータ指定手順において指定された補正演算用パラメータに基づいて、上記加工パターンの上記加工座標を補正することにより、上記レーザ加工装置の３次元設置位置のずれが補正された加工パターンを生成する設置位置補正手順とを備え、
上記パラメータ指定手順は、上記基準面に対する上記加工面の傾きを補正するための補正演算用パラメータのユーザ指定を受け付ける傾き調整手順からなることを特徴とするコンピュータプログラム。