JP5405244B2

JP5405244B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5405244B2
Application number: JP2009206450A
Authority: JP
Inventors: 聡小田原; 貴紀安藤; 護井高; 純也小野田
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: JP2011056523A

Description

本発明は、レーザ加工装置に係り、さらに詳しくは、レーザ光を走査させて文字などを加工するレーザ加工装置の改良に関する。

レーザ光を走査させて文字などをワーク上に加工する際、加工品質の低下を抑制しつつ、加工処理に要する時間を短縮するために、非加工区間を高速で走査させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。上記非加工区間とは、レーザ光の照射を停止させる加工終了点から、次に照射を開始させる加工開始点までの非照射区間のことである。特許文献１に記載のレーザ加工装置では、非加工区間における走査速度と加工開始点での待ち時間とを非加工区間の長さ、すなわち、加工終了点と加工開始点とを結ぶ直線の長さに基づいて決定している。上記待ち時間は、スキャナを高速で移動させた際に停止点で生じるスキャナのリンギングを減衰させるために、スキャナを加工開始点で待機させる待機時間であり、加工開始点でスキャナを所定時間待機させることにより、加工開始部分が揺らいで加工品質が低下するのを防止することができる。

レーザ光を光軸と交差する方向に走査させるスキャナは、ガルバノスキャナと呼ばれ、互いに直交する回転軸をそれぞれ中心として回転させる２つのミラーと、これらのミラーを回転させるための駆動用モーターによって構成される。通常、上記２つのミラーのうち、レーザ光が最初に入射されるミラーはＸ方向走査用ミラーであり、Ｘ方向走査用ミラーによって反射されたレーザ光が入射されるミラーはＹ方向走査用ミラーである。一般に、Ｙ方向走査用ミラーは、Ｘ方向走査用ミラーに比べて、サイズが大きく、慣性モーメントも大きい。このため、Ｘ方向走査用ミラーを回転させてレーザ光を走査させるＸスキャナと、Ｙ方向走査用ミラーを回転させてレーザ光を走査させるＹスキャナとでは、走査特性が異なるので、適切な走査速度や待ち時間も異なると考えられる。ところが、上述したレーザ加工装置では、非加工区間を走査させる際の各スキャナの走査速度や加工開始点での待ち時間が非加工区間の長さで決定される。このため、単に、走査特性の良いスキャナに合わせて走査速度や待ち時間を設定すると、加工開始点でスキャナのリンギングが十分に減衰されず、加工品質が低下してしまう。一方、単に、走査特性の悪いスキャナに合わせて走査速度や待ち時間を設定すると、非加工区間の走査に要する時間が増大してしまうという問題があった。

特開２００４−１４８３２２号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スキャナ間で走査特性が異なる場合であっても、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができるレーザ加工装置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装置は、レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、上記走査制御手段が、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ及びＹスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向及びＹ方向成分を算出する距離算出手段と、上記距離の各方向成分のうち最も大きな方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記距離算出手段により算出された該最も大きな方向成分に基づいて、該第１スキャナの走査速度及び上記走査開始点での待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有するように構成される。

このレーザ加工装置では、レーザ光の遮断期間に係る走査終了点と走査開始点との距離のＸ方向及びＹ方向成分のうち、最も大きな方向成分に基づいて、これらの走査点間を移動させる際の当該方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間が決定される。この様な構成によれば、最も大きな方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を当該最も大きな方向成分に応じて定めることにより、他のスキャナの走査速度を抑え、或いは、早く走査を終了させることができる。従って、慣性モーメントなどの走査特性がスキャナ間で大きく異なる場合であっても、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができ、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができる。

第２の本発明によるレーザ加工装置は、レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、上記レーザ光の光軸方向の焦点位置を調整可能なＺスキャナと、上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ、上記Ｚスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、上記走査制御手段が、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ、Ｙスキャナ及びＺスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分を算出する距離算出手段と、上記距離の各方向成分のうち最も大きな方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記距離算出手段により算出された該最も大きな方向成分に基づいて、該第１スキャナの走査速度及び上記走査開始点での待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有するように構成される。

このレーザ加工装置では、レーザ光の遮断期間に係る走査終了点と走査開始点との距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分のうち、最も大きな方向成分に基づいて、これらの走査点間を移動させる際の当該方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間が決定される。この様な構成によれば、最も大きな方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を当該最も大きな方向成分に応じて定めることにより、他のスキャナの走査速度を抑え、或いは、早く走査を終了させることができる。

第３の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、スキャナごとに異なる上記走査速度及び上記待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持する走査パラメータテーブルを備え、上記走査パラメータ決定手段が、上記第１スキャナに対応する上記走査パラメータテーブルから当該方向成分に対応する走査速度及び待ち時間を抽出するように構成される。

この様な構成によれば、最も大きな方向成分に係るスキャナに対応する走査パラメータテーブルから当該方向成分に対応する走査速度及び待ち時間を抽出して当該スキャナの走査速度及び待ち時間が決定されるので、より適切な走査速度及び待ち時間で各スキャナを移動させることができる。

第４の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記走査速度及び上記待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持し、走査特性の異なる２以上の走査パラメータテーブルと、上記走査パラメータテーブルの１つを選択させる走査パラメータテーブル選択手段とを備え、上記走査パラメータ決定手段が、選択された走査パラメータテーブルに基づいて、上記第１スキャナの走査速度及び待ち時間を決定するように構成される。

この様な構成によれば、走査特性の異なる複数の走査パラメータテーブルの１つを選択させ、選択された走査パラメータテーブルに基づいて最も大きな方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間が決定されるので、加工品質を重視して各スキャナを移動させたり、加工時間の短縮を優先して各スキャナを移動させることができる。

第５の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記非加工区間走査制御手段が、第２スキャナを上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度と略同一の走査速度で移動させ、上記走査開始点で第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させるように構成される。

第６の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加え、上記非加工区間走査制御手段が、第１スキャナを上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度で移動させる場合に、上記走査終了点及び上記走査開始点間の移動に要する時間を算出する移動時間算出手段を有し、第２スキャナを第１スキャナと略同一の移動時間で上記走査終了点及び上記走査開始点間を移動させ、上記走査開始点で第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させるように構成される。

第７の本発明によるレーザ加工装置は、レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、上記走査制御手段が、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ及びＹスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向及びＹ方向成分を算出する距離算出手段と、スキャナごとに、走査速度及び上記走査開始点での待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持する走査パラメータテーブルと、各スキャナについて、上記距離算出手段による算出結果を参照し、上記走査パラメータテーブルから上記走査速度及び上記待ち時間を抽出して、上記走査終了点から上記走査開始点までの移動に要する時間と上記待ち時間との合計時間を算出し、最も長い合計時間に係るスキャナの走査速度及び上記待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、上記非加工区間の上記距離の各方向成分のうち上記合計時間の最も長い方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有するように構成される。

このレーザ加工装置では、走査パラメータテーブルとして、スキャナごとに走査速度及び待ち時間がスキャナの移動距離に関連付けて予め保持される。そして、各スキャナについて、レーザ光の遮断期間に係る走査終了点と走査開始点との距離のＸ方向及びＹ方向成分の算出結果を参照し、走査パラメータテーブルから走査速度及び待ち時間を抽出して、走査点間の移動時間と待ち時間との合計時間が算出される。この合計時間が最も長いスキャナの走査速度及び待ち時間が決定される。この様な構成によれば、走査点間の移動時間と待ち時間との合計時間が最も長いスキャナの走査速度及び待ち時間に基づいて各スキャナを移動させるので、慣性モーメントなどの走査特性がスキャナ間で異なる場合であっても、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができ、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができる。

第８の本発明によるレーザ加工装置は、レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、上記レーザ光の光軸方向の焦点位置を調整可能なＺスキャナと、上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ、上記Ｚスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、上記走査制御手段が、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ、Ｙスキャナ及びＺスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分を算出する距離算出手段と、スキャナごとに、走査速度及び上記走査開始点での待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持する走査パラメータテーブルと、各スキャナについて、上記距離算出手段による算出結果を参照し、上記走査パラメータテーブルから上記走査速度及び上記待ち時間を抽出して、上記走査終了点から上記走査開始点までの移動に要する時間と上記待ち時間との合計時間を算出し、最も長い合計時間に係るスキャナの走査速度及び上記待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、上記距離の各方向成分のうち上記合計時間の最も長い方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有するように構成される。

このレーザ加工装置では、走査パラメータテーブルとして、スキャナごとに走査速度及び待ち時間がスキャナの移動距離に関連付けて予め保持される。そして、各スキャナについて、レーザ光の遮断期間に係る走査終了点と走査開始点との距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分の算出結果を参照し、走査パラメータテーブルから走査速度及び待ち時間を抽出して、走査点間の移動時間と待ち時間との合計時間が算出される。この合計時間が最も長いスキャナの走査速度及び待ち時間が決定される。この様な構成によれば、走査点間の移動時間と待ち時間との合計時間が最も長いスキャナの走査速度及び待ち時間に基づいて各スキャナを移動させるので、慣性モーメントなどの走査特性がスキャナ間で異なる場合であっても、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができ、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができる。

本発明によるレーザ加工装置によれば、最も大きな方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を当該最も大きな方向成分に応じて定めることにより、他のスキャナの走査速度を抑え、或いは、早く走査を終了させることができる。また、走査パラメータテーブルとして、スキャナごとに走査速度及び待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持し、走査点間の移動時間と待ち時間との合計時間が最も長いスキャナの走査速度及び待ち時間に基づいて各スキャナを移動させることにより、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができる。従って、慣性モーメントなどの走査特性がスキャナ間で大きく異なる場合であっても、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができ、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１によるレーザ加工装置１００の概略構成の一例を示したブロック図である。図１のレーザ加工装置１００におけるＺ方向のスキャン動作の一例を示した説明図であり、レンズ間の距離を短くして焦点位置が遠ざかる様子が示されている。図１のレーザ加工装置１００におけるＺ方向のスキャン動作の一例を示した説明図であり、レンズ間の距離を長くして焦点位置が近づく様子が示されている。図１のレーザ加工装置１００のヘッド部４の構成例を示した斜視図であり、リアカバーが取り外されたヘッド部４を右前方から見た様子が示されている。図１のレーザ加工装置１００のヘッド部４の構成例を示した斜視図であり、リアカバーが取り外されたヘッド部４を左前方から見た様子が示されている。図１のレーザ加工装置１００のヘッド部４の構成例を示した斜視図であり、リアカバーが取り外されたヘッド部４を下側から見た様子が示されている。図１のレーザ加工装置１００の要部における構成例を示したブロック図であり、メイン制御回路１１内の機能構成の一例が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した説明図であり、ワークＷ上の加工線Ａ２と助走区間Ａ１，Ａ３及びつなぎ区間Ａ４が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した説明図であり、走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までのつなぎ区間Ｂの高速走査の様子が示されている。図１のレーザ加工装置１００の構成例を示した図であり、走査パラメータテーブル４５ａの一例が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した説明図であり、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離の等しい２つのつなぎ区間が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した図であり、加工品質を調整するための設定画面５１が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した図であり、品質調整レベルの変更ウィンドウ５４が表示された設定画面５１が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した図であり、助走長レベル及び待ち時間レベルを選択させる設定画面５１が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した図であり、品質調整レベルの変更ウィンドウ５９が表示された設定画面５１が示されている。図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示したフローチャートである。本発明の実施の形態２によるレーザ加工装置の要部における構成例を示したブロック図であり、メイン制御回路６０内の機能構成の一例が示されている。図１７のレーザ加工装置の動作の一例を示した説明図であり、走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までのつなぎ区間Ｃ１〜Ｃ３の高速走査の様子が示されている。本発明の他の実施の形態によるレーザ加工装置の構成例を示した図であり、スキャナごとの走査パラメータテーブルの一例が示されている。

実施の形態１．
＜レーザ加工装置＞
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ加工装置１００の概略構成の一例を示したブロック図である。このレーザ加工装置１００は、レーザ光を走査させてワークＷを加工する加工装置であり、コンソール１、本体部２、光ファイバーケーブル３及びヘッド部４からなる。コンソール１は、ワークＷの加工条件などを入力し、或いは、ディスプレイ上にパラメータの設定画面などを表示する入出力装置である。

本体部２は、メイン制御回路１１、ワーク加工情報記憶部１２、電源回路１３、励起光源１４及びレーザ光増幅器１５により構成されるレーザ発振器ユニットであり、レーザ発振の制御やレーザ光の走査制御を行っている。励起光源１４は、レーザ媒質を励起するための励起光を生成し、レーザ光増幅器１５へ出射する光源装置であり、ＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子と、集光レンズによって構成される。

レーザ光増幅器１５は、コアにレーザ媒質が添加された光ファイバーを用いてレーザ光を増幅するファイバーレーザであり、エネルギー密度の高い高出力のレーザ光が生成される。このレーザ光増幅器１５は、低出力の種光を発生させるマスターオシレータ部、種光を増幅するパワーアンプ部、ポンピング用光源装置、アイソレータなどによって構成され、光ファイバーケーブル３と直接連結している。マスターオシレータ部及びパワーアンプ部は、レーザ媒質としてイッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加された希土類ドープ光ファイバーによって構成される。

レーザ光増幅器１５では、励起光によって励起されたレーザ媒質の誘導放射によりレーザ光を増幅し、増幅されたレーザ光を光ファイバーの外へ出射させることなく、そのまま光ファイバーケーブル３に伝送する。

レーザ光増幅器１５には、例えば、レーザ発振を制御するためのＱスイッチが設けられており、Ｑスイッチの切り替えにより、連続発振をパルス発振に変換することができ、ピークパワーの大きなパルス波を生成することができる。なお、レーザ光増幅器１５としては、種光を生成するＬＤを直接にオン又はオフすることによって、パルス発振可能な発振器のように、Ｑスイッチを備えないものであっても良い。

光ファイバーケーブル３は、レーザ光増幅器１５によって増幅されたレーザ光をヘッド部４に伝送するデリバリファイバーである。ヘッド部４は、本体部２のレーザ光増幅器１５から光ファイバーケーブル３を介して伝送されたレーザ光を走査させるスキャナユニットであり、レーザ光をワークＷに向けて出射する。

このヘッド部４は、光アイソレータ２１、ビームエキスパンダ２２、ビームサンプラー２３、シャッタ２４、フォトインタラプタ２５、ダイクロイックミラー２６、Ｚスキャナ２７、ＸＹスキャナ２８、パワーモニタ２９及びガイド光源３０からなる。

光アイソレータ２１は、光ファイバーケーブル３の端面から出射されたレーザ光を通過させ、戻り光を抑制する戻り光抑制手段であり、光ファイバーケーブル３を介して伝送されたレーザ光をビームエキスパンダ２２へ出射する。この光アイソレータ２１により、光アイソレータ２１の光ファイバーケーブル３側の端面からビームエキスパンダ２２側の端面に向う方向を順方向として、レーザ光は、順方向にのみ伝送され、逆方向への伝送は制限される。

この様な光アイソレータ２１は、例えば、アパーチャ、偏光子、ファラデー回転子によって構成される。アパーチャは、通過光を制限するための遮断板である。偏光子は、複屈折結晶からなるロッド状の光学素子である。ファラデー回転子は、磁界の印加によって偏光面を回転させる磁気光学素子である。

ビームエキスパンダ２２は、レーザ光のビーム径を拡大させるビーム径拡大機構であり、光アイソレータ２１と光軸を一致させて配置される。このビームエキスパンダ２２は、光路上に配置された複数のレンズによって構成され、レンズ間の距離を調整することにより、ビーム径を所望の値に変換している。ビームサンプラー２３は、ビームエキスパンダ２２を通過したレーザ光の一部をダイクロイックミラー２６に向けて反射させ、他の一部をパワーモニタ２９側へ透過させる光学素子である。

パワーモニタ２９は、ビームサンプラー２３を透過したレーザ光を受光し、レーザパワーを検出するレーザパワー検出用センサであり、レーザパワーの検出結果をパワーレベル検出信号として本体部２内のメイン制御回路１１へ出力する。この様なパワーモニタ２９としては、例えば、サーモパイル（熱電堆）、或いは、フォトダイオードが用いられる。

シャッタ２４は、レーザ光を必要に応じて遮断するための遮断装置であり、遮断板や遮断板を移動させる駆動機構によって構成される。このシャッタ２４は、ビームサンプラー２３及びダイクロイックミラー２６間に配置されている。

フォトインタラプタ２５は、シャッタ２４が閉じているか否かを光学的に検出する光学センサである。ダイクロイックミラー２６は、特定波長の光のみを反射し、他の波長の光を透過させる光学素子であり、シャッタ２４を通過したレーザ光をＺスキャナ２７に向けて反射し、ガイド光源３０からのガイド光をそのまま透過させる。

Ｚスキャナ２７は、光路上に配置された１又は２以上のレンズと、レンズを移動させるレンズ駆動用モーターによって構成されるレーザ光の走査機構であり、レンズを移動させることによって、ヘッド部４から出射されるレーザ光の焦点位置を光軸方向に移動させている。また、Ｚスキャナ２７は、レーザ光の集光機能を有している。なお、このＺスキャナ２７は、ワークＷの高さに追随してレーザ光の焦点位置を光軸方向に移動させることが可能な走査機構である。

ＸＹスキャナ２８は、交差する回転軸にそれぞれ配置された２つのミラーと、これらのミラーを回転させるミラー駆動用モーターによって構成されるレーザ光の走査機構であり、回転軸を中心としてミラーを回転させることによって、レーザ光を光軸と交差する方向に走査させる。ここでは、加工対象面に照射されるレーザ光の光軸方向をＺ方向と呼び、光軸と交差する互いに平行でない２つの方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向と呼ぶものとする。

Ｚスキャナ２７を通過したレーザ光は、ＸＹスキャナ２８のガルバノミラーによって反射され、ワークＷに照射される。ガイド光源３０は、レーザ光の照射位置をワークＷ上で可視化するためのガイド光を生成する光源装置である。ガイド光源３０から出射されたガイド光は、ダイクロイックミラー２６を透過し、レーザ光の光路に入る。レーザ光の光路に入ったガイド光は、Ｚスキャナ２７及びＸＹスキャナ２８を経てワークＷに照射される。

ワーク加工情報記憶部１２は、ワークＷのレーザ加工に関する情報をワーク加工情報として保持するメモリであり、ワーク加工情報として、文字などをワークＷ上に加工する際の加工線の描画情報、レーザ発振を制御するためのレーザ出力制御情報などが保持される。加工線の描画情報は、レーザ光の照射目標を示す３次元位置情報、例えば、座標データからなる。また、レーザ出力制御情報としては、例えば、レーザ光のピークパワー、パルス幅、繰返し周波数などが保持される。

ピークパワーは、パルスエネルギーをパルス幅で除算することによって得られる物理量である。パルス幅は、ピークパワーの半分程度のパワーレベルにおけるパルス波の時間長であり、繰返し周波数は、パルス発振の周波数である。また、中心波長は、レーザ光増幅器１５により生成されるレーザ光の波長である。

メイン制御回路１１は、ワーク加工情報記憶部１２内に保持されているワーク加工情報に基づいて、励起光源１４、レーザ光増幅器１５、Ｚスキャナ２７、ＸＹスキャナ２８及びシャッタ２４を制御する制御部である。具体的には、レーザ出力制御情報に基づいて、ヘッド部４から出射されるレーザ光のピークパワーやパルス幅を調整するための発振器制御信号を生成し、励起光源１４及びレーザ光増幅器１５へ出力する動作が行われる。

また、レーザ出力制御情報や描画情報に基づいて、Ｚスキャナ２７のレンズ駆動用モーター、ＸＹスキャナ２８のミラー駆動用モーター、及び、シャッタ２４を制御するための駆動信号を生成し、Ｚスキャナ２７、ＸＹスキャナ２８及びシャッタ２４へ出力する動作が行われる。電源回路１３は、励起光源１４やレーザ光増幅器１５、ヘッド部４内の駆動用モーターなどに電力を供給する電源装置である。

この様なレーザ加工装置１００としては、例えば、レーザ光を照射することによってワークＷの表面に文字や図形をマーキングするレーザマーカが考えられる。また、ワーク加工情報としての描画情報やレーザ出力制御情報は、コンソール１からの入力情報に基づいて手動で設定され、或いは、自動的に設定される。なお、本実施の形態では、レーザ光増幅器１５がファイバーレーザからなるが、レーザ光増幅器として固体レーザを用いるものにも本発明は適用することができる。

＜Ｚ方向スキャン＞
図２及び図３は、図１のレーザ加工装置１００におけるＺ方向のスキャン動作の一例を模式的に示した説明図であり、ヘッド部４内のＺスキャナ２７及びＸＹスキャナ２８が示されている。図２には、入射レンズ２７ａ及び出射レンズ２７ｂ間の距離Ｒｄ１を短くすることによってレーザ光の焦点位置がヘッド部４から遠ざかる様子が示されている。また、図３には、入射レンズ２７ａ及び出射レンズ２７ｂ間の距離Ｒｄ２を長くすることによって焦点位置がヘッド部４に近づく様子が示されている。

ＸＹスキャナ２８は、Ｘ方向走査用のガルバノミラー及びその駆動用モーターからなるＸスキャナ２８ａと、Ｙ方向走査用のガルバノミラー及びその駆動用モーターからなるＹスキャナ２８ｂによって構成される。

このＺスキャナ２７は、ダイクロイックミラー２６側に配置される入射レンズ２７ａと、ミラー３２側に配置される出射レンズ２７ｂと、入射レンズ２７ａを光軸方向に移動させるレンズ駆動用モーター（図示せず）により構成される。入射レンズ２７ａと出射レンズ２７ｂとの間の距離Ｒｄ１を短くすれば、ビームの拡がり角が大きくなるので、ヘッド部４から出射されるレーザ光の光軸方向の焦点位置は、レーザ光の出射面、すなわち、ヘッド部４のアンダーフレーム３３に設けられた開口面から遠ざかり、ワーキングディスタンスＬｄ１が長くなる。

一方、入射レンズ２７ａと出射レンズ２７ｂとの間の距離Ｒｄ２（Ｒｄ２＞Ｒｄ１）を長くすれば、ビームの拡がり角が小さくなるので、ヘッド部４から出射されるレーザ光の光軸方向の焦点位置は、出射面に近づき、ワーキングディスタンスＬｄ２（Ｌｄ２＜Ｌｄ１）が短くなる。

つまり、入射レンズ２７ａを出射レンズ２７ｂに近づくように移動させることによって、焦点位置を遠ざけることができ、また、入射レンズ２７ａを出射レンズ２７ｂから遠ざかるように移動させることによって、焦点位置を近づけることができる。

＜ヘッド部＞
図４〜図６は、図１のレーザ加工装置１００のヘッド部４の構成例を示した斜視図であり、リアカバーが取り外されたヘッド部４内の様子が示されている。図４には、ヘッド部４を右前方から見た様子が示され、図５には、ヘッド部４を左前方から見た様子が示されている。また、図６には、ヘッド部４を下側から見た様子が示されている。

このヘッド部４は、図示しないリアカバー、フロントカバー４ａ、アンダーフレーム３３及びリアフレーム３４からなる直方体形状の箱体内部が、フロントフレーム３５及びセンターフレーム３６によって３つの領域に区分され、これらの領域内に各デバイスが収容されている。アンダーフレーム３３、リアフレーム３４、フロントフレーム３５及びセンターフレーム３６は、いずれも矩形形状の金属板、例えば、アルミ板からなる部材であり、リアフレーム３４、フロントフレーム３５及びセンターフレーム３６は、いずれもアンダーフレーム３３上に立てた状態で配置されている。

リアフレーム３４は、光ファイバーケーブル３が後面に取り付けられ、前面に光アイソレータ２１などが取り付けられるフレームである。光ファイバーケーブル３は、カバー部３ａを介して光軸がリアフレーム３４のフレーム面と交差するように取り付けられている。光アイソレータ２１は、光ファイバーケーブル３と光軸を一致させて配置されている。

フロントフレーム３５は、光アイソレータ２１及びビームエキスパンダ２２を介在させて、リアフレーム３４と対向配置されるフレームである。センターフレーム３６は、リアフレーム３４とフロントフレーム３５とを連結するフレームであり、互いに対向する端面がそれぞれフレーム３４，３５に固着されている。このセンターフレーム３６は、光アイソレータ２１やビームエキスパンダ２２と略平行に配置され、フレーム３４〜３６は、上から見てＨ形状に配置されている。

フロントフレーム３５よりも前側の領域は、フロントカバー４ａで覆われており、ビームサンプラー２３、シャッタ２４、フォトインタラプタ２５、ダイクロイックミラー２６、Ｚスキャナ２７、ミラー３２、パワーモニタ２９及びガイド光源３０が収容されている。

フロントフレーム３５とリアフレーム３４との間でセンターフレーム３６の右側の領域には、光アイソレータ２１及びビームエキスパンダ２２が収容されている。光アイソレータ２１及びビームエキスパンダ２２は、光軸がセンターフレーム３６と平行になるように配置されている。

一方、フロントフレーム３５とリアフレーム３４との間でセンターフレーム３６の左側の領域には、ヘッド制御基板３７及びＸＹスキャナ２８が収容されている。ヘッド制御基板３７は、シャッタ２４、フォトインタラプタ２５、パワーモニタ２９、ガイド光源３０、図示しない各種のインジケータを制御するための制御回路が形成された配線基板である。

ヘッド部４の底面を構成するアンダーフレーム３３には、ＸＹスキャナ２８によって走査されたレーザ光を出射するための開口３３ａが形成されており、カバーレンズが配置される。ダイクロイックミラー２６により反射されたレーザ光は、Ｚスキャナ２７を通過後、Ｘ方向走査用のガルバノミラー２８ｃによって反射される。そして、Ｙ方向走査用のガルバノミラー２８ｄによって反射され、開口３３ａを介してワークＷに照射される。

＜メイン制御回路＞
図７は、図１のレーザ加工装置１００の要部における構成例を示したブロック図であり、メイン制御回路１１内の機能構成の一例が示されている。このメイン制御回路１１は、ワーク加工情報記憶部１２から加工線の描画情報を読み出して、Ｚスキャナ２７、ＸＹスキャナ２８及びシャッタ２４を制御する制御部であり、加工区間走査制御部４１、距離算出部４２、走査パラメータ決定部４３、非加工区間走査制御部４４、走査パラメータテーブル記憶部４５及び走査パラメータテーブル選択部４６により構成される。

加工区間走査制御部４１は、描画情報に基づいて、レーザ光の照射を開始させる加工開始点からレーザ光を遮断させる加工終了点までの加工区間を判断し、Ｘスキャナ２８ａ、Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７を制御するためのスキャナ駆動信号や、シャッタ２４を制御するためのシャッタ駆動信号を生成する。上記加工区間は、レーザ光の照射区間であり、例えば、走査方向に関わらず一定の速さでレーザ光を走査させる制御が行われる。

距離算出部４２は、描画情報に基づいて、第１加工線の加工終了点から次にレーザ光の照射を開始させる第２加工線の加工開始点までの非加工区間を判断する。そして、第１加工線の終端でレーザ光を遮断させてから第２加工線の始端で加工を開始させるまでのレーザ光の遮断期間において、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ２８ａ、Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７の走査を終了させる走査終了点と、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点との距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分を算出する。

なお、本実施の形態では、走査終了点及び走査開始点間の距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分を算出し、最も大きな方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を決定するが、上記距離についてＸ方向及びＹ方向成分のみを算出し、これらの方向成分のうち最も大きな方向成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を当該方向成分に基づいて決定するものも本発明には含まれる。

上記非加工区間は、レーザ光の非照射区間である。また、上記走査終了点及び走査開始点は、非加工期間において全てのスキャナが停止する停止点である。ここでは、文字などを加工する際のスキャナの応答遅れや制動区間を考慮して、加工終了点の通過後しばらく助走させてからスキャナの走査を終了させるものとする。また、スキャナが所定の走査速度に達するまでの加速区間を考慮して、スキャナは、停止点からしばらく助走してから加工開始点を通過する。非加工区間には、この様な助走区間が存在することから、全てのスキャナを停止させる上記走査終了点及び走査開始点は、加工終了点又は加工開始点の近傍に位置する。

非加工区間における走査終了点及び走査開始点間の移動区間をつなぎ区間と呼ぶことにすると、このつなぎ区間は、レーザ光を照射させずにスキャナを移動させる空走区間である。ここで、加工終了点、加工開始点、走査終了点及び走査開始点は、空間内の点であり、走査終了点と走査開始点との間の距離とは、２点を結ぶ直線の長さのことである。

走査パラメータ決定部４３は、走査終了点と走査開始点との間の距離の各方向成分のうち、最も大きな方向成分に係るスキャナを第１スキャナと呼び、第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナと呼ぶことにして、距離算出部４２による算出結果に基づいて、非加工区間における第１スキャナの走査速度及び走査開始点での待ち時間を決定する。

非加工区間走査制御部４４は、走査パラメータ決定部４３によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、走査終了点から走査開始点までＸスキャナ２８ａ、Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７を移動させるためのスキャナ駆動信号を生成する。

ここでは、非加工区間走査制御部４４が、移動時間算出部４４ａ、走査速度推定部４４ｂ及び高速走査部４４ｃからなり、走査終了点から走査開始点まで第１スキャナ及び第２スキャナをいずれも一定の走査速度で移動させ、つなぎ区間の端点でほぼ同時に停止させる動作が行われるものとする。

すなわち、移動時間算出部４４ａは、第１スキャナを走査パラメータ決定部４３によって決定された走査速度で移動させる場合に、つなぎ区間の移動に要する時間を判定する。この移動時間は、走査終了点及び走査開始点間の距離の各方向成分と走査速度とから算出される。走査速度推定部４４ｂは、移動時間算出部４４ａによって算出された移動時間に基づいて、第２スキャナを第１スキャナと略同一の移動時間で走査終了点及び走査開始点間を移動させることができる速度として、第２スキャナの走査速度を推定する。第２スキャナの走査速度は、移動時間の算出結果と走査終了点及び走査開始点間の距離の各方向成分とから算出される。

高速走査部４４ｃは、第１スキャナを走査パラメータ決定部４３によって決定された走査速度を目標速度として移動させるとともに、第２スキャナを走査速度推定部４４ｂによって推定された走査速度を目標速度として移動させる。また、高速走査部４４ｃは、第２スキャナについて、走査開始点で第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる。

走査パラメータテーブル記憶部４５には、走査速度及び待ち時間を走査パラメータとしてスキャナの移動距離に関連付けて保持する複数の走査パラメータテーブル４５ａが予め格納されている。各走査パラメータテーブル４５ａは、走査特性が異なっており、加工品質を重視させるのか、或いは、加工時間の短縮を優先させるのかを多段階で選択できるようになっている。

走査パラメータテーブル選択部４６は、走査テーブル指示部４７及び設定画面生成部４８からなり、走査パラメータテーブルの１つを選択させる。すなわち、設定画面生成部４８は、コンソール１からの操作入力信号に基づいて、パラメータの設定画面を表示するための画面データを生成し、コンソール１へ出力する。この設定画面としては、加工品質を調整するための入力画面が想定される。なお、コンソール１は、ディスプレイとマウスなどのポインティングデバイスとで代用することができる。また、コンソール１に代えて、ＲＳ−２３２Ｃ又はＲＳ−４２２方式で外部機器と通信するようなものであっても良い。

走査テーブル指示部４７は、コンソール１からの操作入力信号に基づいて、ユーザが指定した品質レベルを判断し、対応する走査パラメータテーブル４５ａを走査パラメータ決定部４３に指示する。

走査パラメータ決定部４３では、走査パラメータテーブル選択部４６によって選択された走査パラメータテーブル４５ａに基づいて、第１スキャナの走査速度及び待ち時間を決定する動作が行われる。

＜加工線と助走区間、つなぎ区間＞
図８は、図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した説明図であり、文字をワークＷ上に加工する際の加工線Ａ２と助走区間Ａ１，Ａ３及びつなぎ区間Ａ４が示されている。文字列「ＸＹ」をワークＷ上に加工する場合、例えば、文字「Ｘ」、文字「Ｙ」の順で加工が行われる。まず、スキャナの停止点、すなわち、走査開始点Ｐ１から最初の加工開始点Ｐ２までの助走区間Ａ１は、所定の走査速度に達するまでスキャナを加速させ、かつ、応答遅れを解消させるための非加工区間である。

加工開始点Ｐ２から加工終了点Ｐ３までの区間は、加工線Ａ２の加工区間であり、レーザ光が一定の速さで走査される。加工終了点Ｐ３から走査終了点Ｐ４までの助走区間Ａ３は、スキャナを停止させ、かつ、応答遅れを解消させるための非加工区間である。走査終了点Ｐ４から次の走査開始点Ｐ５までのつなぎ区間Ａ４は、レーザ光を照射させずにスキャナを高速で移動させる非加工区間である。

このつなぎ区間Ａ４は、文字内の高速走査区間であり、走査終了点Ｐ４及び走査開始Ｐ５間の距離の各方向成分のうち、最大成分に基づいて、各スキャナの走査速度と走査開始点Ｐ５における待ち時間が定められる。すなわち、最大成分に対応する第１スキャナについて、走査パラメータテーブルを参照して最大成分に対応する走査速度Ｖ１及び待ち時間Ｔ１が抽出され、走査パラメータとして設定される。一方、第１スキャナ以外の第２スキャナについては、第１スキャナの移動時間と、対応する方向成分とから、第１スキャナの走査速度よりも遅い速度として走査速度Ｖ２が算出される。また、第２スキャナの待ち時間Ｔ２としては、第１スキャナの待ち時間Ｔ１と略同一の待ち時間が設定される。

つなぎ区間Ａ４の終端点としての走査開始点Ｐ５では、高速移動によるスキャナの応答遅れやリンギングを解消させるために上記待ち時間だけ待機させる。なお、つなぎ区間Ａ４は、非加工区間であるので、始端点としての走査開始点Ｐ４では、待ち時間を設ける必要はない。

走査開始点Ｐ５から加工開始点Ｐ６までの助走区間、加工開始点Ｐ６から加工終了点Ｐ７までの加工区間、加工終了点Ｐ７から走査終了点Ｐ８までの助走区間を経て、文字「Ｘ」の加工が完了する。走査終了点Ｐ８から文字「Ｙ」の最初の加工開始点Ｐ１０に対応する走査開始点Ｐ９までの非加工区間は、つなぎ区間Ａ４である。

このつなぎ区間Ａ４は、文字間の高速走査区間であるが、文字内のつなぎ区間Ａ４と同様の走査が行われる。つなぎ区間Ａ４の終端点としての走査開始点Ｐ９における所定の待ち時間の経過後、文字「Ｙ」の加工が文字「Ｘ」の場合と同様に行われる。

＜つなぎ区間の高速走査＞
図９は、図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した説明図であり、走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までのつなぎ区間Ｂの高速走査の様子が示されている。つなぎ区間Ｂでは、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離のＸ方向成分ｘ１、Ｙ方向成分ｙ１、Ｚ方向成分ｚ１のうち、最大成分に基づいて、当該方向成分に対応するスキャナの走査速度と、走査開始点Ｑ２での待ち時間が決定される。

この例では、走査終了点Ｑ１を原点とする直交座標系を用いて走査開始点Ｑ２の位置が表されており、ｘ１＞ｙ１＞ｚ１となっている。この場合、走査終了点Ｑ１、走査開始点Ｑ２間の距離の最も大きな方向成分は、ｘ１であり、この最大成分に基づいてＸスキャナ２８ａの走査速度Ｖ１及び待ち時間Ｔ１が定められる。

Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７の走査速度及び待ち時間は、Ｘスキャナ２８ａの走査速度Ｖ１、待ち時間Ｔ１、つなぎ区間Ｂの方向成分ｘ１、ｙ１及びｚ１から算出される。すなわち、Ｙスキャナ２８ｂの走査速度Ｖ２ｙは、Ｘスキャナ２８ａの移動時間ｘ１／Ｖ１に基づいて、Ｖ２ｙ＝ｙ１×Ｖ１／ｘ１から求められる。また、Ｚスキャナ２７の走査速度Ｖ２ｚは、移動時間ｘ１／Ｖ１に基づいて、Ｖ２ｚ＝ｚ１×Ｖ１／ｘ１から求められる（Ｖ２ｙ，Ｖ２ｚ＜Ｖ１）。また、Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７の待ち時間Ｔ２は、Ｔ２＝Ｔ１から定められる。

＜走査パラメータテーブル＞
図１０は、図１のレーザ加工装置１００の構成例を示した図であり、走査パラメータテーブル４５ａの一例が示されている。この走査パラメータテーブルは、スキャナの走査速度と走査開始点での待ち時間とをスキャナの移動距離に関連付けて保持するデータベースであり、実験結果に基づいて予め定められる。

一般に、スキャナを高速走査させる場合、走査速度を速くすれば、つなぎ区間の移動に要する時間は短くなるが、スキャナの応答遅れやリンギングを十分に解消させるために走査開始点での待ち時間を長くする必要がある。一方、走査速度を遅くすれば、待ち時間は短くすることができるが、つなぎ区間の移動に要する時間が長くなる。実験によれば、適切な走査速度と待ち時間は、スキャナの移動距離によって異なることが判明した。

この走査パラメータテーブルでは、移動距離が０ｍｍ以上５．０ｍｍ未満の範囲で、走査速度が移動距離の増加に伴って単調に増加している。例えば、走査速度は、移動距離が１．０ｍｍ未満である場合に、９０００ｍｍ／ｓ、移動距離が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満である場合に、９２００ｍ／ｓ、移動距離が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満である場合に、９４００ｍ／ｓとなっている。

また、走査速度は、移動距離が５．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ未満である場合に、１００００ｍｍ／ｓ、移動距離が１０．０ｍｍ以上８０．０ｍｍ未満である場合に、２００００ｍ／ｓとなっている。

また、待ち時間は、移動距離の増加に伴って単調に増加し、例えば、移動距離が１．０ｍｍ未満である場合に、１００μｓ、移動距離が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満である場合に、２００μｓとなっている。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した説明図であり、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離の等しい２つのつなぎ区間が示されている。図１１（ａ）には、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離のＸ成分が大きい場合が示され、図１１（ｂ）には、Ｙ成分が大きい場合が示されている。

従来のレーザ加工装置の場合、非加工区間の長さに基づいて走査速度及び待ち時間が定められるので、つなぎ区間の距離が同じであれば、待ち時間は同じである。このため、図１１（ａ）の場合と図１１（ｂ）の場合とでは、走査開始点Ｑ２における待ち時間が同じとなり、どちらかの場合で待ち時間が不足し、加工品質が低下する。

これに対して、本実施の形態では、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離のＸ方向成分及びＹ方向成分のうち、最大成分に基づいて当該方向成分に係るスキャナの走査速度と待ち時間とを決定するので、他のスキャナの走査速度を抑えることができ、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができる。

＜コンソール画面＞
図１２〜図１５は、図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示した図であり、コンソール１のディスプレイ上に表示されるパラメータの設定画面５１が示されている。図１２には、加工品質を調整するための設定画面５１が示されている。設定画面５１は、走査パラメータテーブル４５ａをユーザに選択させる入力画面であり、所定の操作入力に基づいて表示される。

設定画面５１には、品質調整レベルの選択欄５２が設けられており、プルダウンボタン５３を操作すれば、品質調整レベルを変更することができる。この品質調整レベルは、加工品質を重視させるのか、或いは、加工時間の短縮を優先させるのかを８段階で選択させるパラメータである。

図１３には、品質調整レベルの変更ウィンドウ５４が表示された設定画面５１が示されている。変更ウィンドウ５４は、選択欄５２のプルダウンボタン５３を操作することによって表示され、アイコンボタン５５を操作することにより、「無効」、「レベル１」〜「レベル８」、「任意」のいずれかを選択することができる。

レベル１からレベル３は、タクト優先、すなわち、加工時間の短縮を優先させる調整レベルであり、レベル５からレベル８は、加工品質重視の調整レベルである。デフォルトでは、レベル４が選択される。加工品質を重視させる調整レベルでは、走査開始点における待ち時間が、タクト優先に比べて長くなる。なお、レベル１からレベル３を加工品質重視の調整レベルとし、レベル５からレベル８をタクト優先の調整レベルとしても良い。

図１４には、助走長レベル及び待ち時間レベルを選択させる設定画面５１が示されている。この設定画面５１は、品質調整レベルとして任意を選択した場合に表示され、助走長レベルの選択欄５６、Ｚスキャナ及びＸＹスキャナの待ち時間レベルの選択欄５７，５８が設けられている。

助走長レベルの選択欄５６のプルダウンボタンを操作すれば、助走区間の長さに係る調整レベルを変更することができる。また、待ち時間レベルの選択欄５７のプルダウンボタンを操作すれば、Ｚスキャナの待ち時間に係る調整レベルを変更することができる。また、待ち時間レベルの選択欄５８のプルダウンボタンを操作すれば、ＸＹスキャナの待ち時間に係る調整レベルを変更することができる。

図１５には、品質調整レベルの変更ウィンドウ５９が表示された設定画面５１が示されている。変更ウィンドウ５９は、選択欄５６〜５８のプルダウンボタンを操作することによって表示され、アイコンボタンを操作することにより、「レベル１」〜「レベル８」のいずれかを選択することができる。

図１６のステップＳ１０１〜Ｓ１０６は、図１のレーザ加工装置１００の動作の一例を示したフローチャートである。まず、距離算出部４２は、描画情報からつなぎ区間を抽出し、つなぎ区間の距離の最大成分を判定する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。

次に、走査パラメータ決定部４３は、走査パラメータテーブル４５ａを参照し、最大成分に対応する走査速度及び待ち時間を読み出して、第１スキャナの走査パラメータを決定する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。

次に、非加工区間走査制御部４４は、第１スキャナの走査パラメータに基づいて第２スキャナの走査パラメータを算出し、各スキャナへスキャナ駆動信号を出力する（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）。

本実施の形態によれば、最大成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を当該最大成分に応じて定めることにより、他のスキャナの走査速度を抑えることができる。従って、慣性モーメントなどの走査特性がスキャナ間で大きく異なる場合であっても、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができ、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができる。

また、走査特性の異なる複数の走査パラメータテーブル４５ａの１つを選択させ、選択された走査パラメータテーブル４５ａに基づいて最大成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間が決定されるので、加工品質を重視して各スキャナを移動させたり、加工時間の短縮を優先して各スキャナを移動させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第２スキャナを第１スキャナと略同一の移動時間でつなぎ区間を移動させ、走査開始点で第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる場合の例について説明した。これに対して、本実施の形態では、第２スキャナを第１スキャナと略同一の走査速度で移動させ、走査開始点で第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる場合について説明する。

図１７は、本発明の実施の形態２によるレーザ加工装置の要部における構成例を示したブロック図であり、メイン制御回路６０内の機能構成の一例が示されている。このメイン制御回路６０は、図７のメイン制御回路１１と比較すれば、非加工区間走査制御部６１が、走査速度設定部６２及び高速走査部６３からなる点で異なっている。

非加工区間走査制御部６１は、走査パラメータ決定部４３によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、走査終了点から走査開始点までＸスキャナ２８ａ、Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７を移動させるためのスキャナ駆動信号を生成する。

走査速度設定部６２は、つなぎ区間の距離の最大成分に係る第１スキャナの走査速度として、走査パラメータ決定部４３によって決定された走査速度を設定し、第１スキャナ以外の第２スキャナについては、第１スキャナの走査速度を略同一の走査速度を設定する。

高速走査部６３は、走査終了点から走査開始点まで走査速度設定部６２によって設定された走査速度で各スキャナを移動させ、走査開始点で第２スキャナを第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる。

図１８は、図１７のレーザ加工装置の動作の一例を示した説明図であり、走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までのつなぎ区間Ｃ１〜Ｃ３の高速走査の様子が示されている。つなぎ区間Ｃ１〜Ｃ３では、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離のＸ方向成分ｘ１、Ｙ方向成分ｙ１、Ｚ方向成分ｚ１のうち、最大成分に基づいて、当該方向成分に対応するスキャナの走査速度と、走査開始点Ｑ２での待ち時間が決定される。

そして、Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７の走査速度及び待ち時間は、Ｘスキャナ２８ａの走査速度Ｖ１、待ち時間Ｔ１から定められる。すなわち、Ｙスキャナ２８ｂの走査速度Ｖ２ｙとＺスキャナ２７の走査速度Ｖ２ｚとは、Ｘスキャナ２８ａの走査速度Ｖ１と略同一に設定される。

また、Ｙスキャナ２８ｂの待ち時間Ｔ２ｙは、Ｔ２ｙ＝Ｔ１＋（Ｙスキャナが走査開始点に到着してからＸスキャナが走査開始点に到着するまでの時間）から定められる。また、Ｚスキャナ２７の待ち時間Ｔ２ｚは、Ｔ２ｚ＝Ｔ１＋（Ｚスキャナが走査開始点に到着してからＸスキャナが走査開始点に到着するまでの時間）から定められる。

従って、最初のつなぎ区間Ｃ１では、各スキャナが同じ走査速度Ｖ１で移動し、Ｚスキャナ２７が最初に停止する。次のつなぎ区間Ｃ２では、Ｘスキャナ及びＹスキャナが同じ走査速度Ｖ１で移動し、Ｙスキャナ２８ｂが次に停止する。そして、最後のつなぎ区間Ｃ３では、Ｘスキャナ２８ａが走査速度Ｖ１で移動し、走査開始点Ｑ２で停止する。

本実施の形態によれば、最大成分に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を当該最大成分に応じて定めることにより、他のスキャナの走査を早く終了させることができる。従って、慣性モーメントなどの走査特性がスキャナ間で大きく異なる場合であっても、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができ、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１及び２では、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離の各方向成分のうち、最も大きな方向成分に着目して各スキャナの走査速度及び待ち時間を決定する場合の例について説明した。これに対して、本実施の形態では、走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までのスキャナの移動に要する時間と走査開始点Ｑ２での待ち時間との合計時間に着目して各スキャナの走査速度及び待ち時間を決定する場合について説明する。

本実施の形態による走査パラメータ決定部４３は、各スキャナについて、距離算出部４２による算出結果を参照し、走査パラメータテーブル４５ａから対応する走査速度及び走査開始点での待ち時間を抽出する。そして、各スキャナについて走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までの移動に要する時間と待ち時間との合計時間を算出し、最も長い合計時間に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を決定する。

走査パラメータテーブル記憶部４５には、スキャナごとに、走査速度及び走査開始点での待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持する走査パラメータテーブル４５ａが予め格納される。

非加工区間走査制御部４４では、上記走査パラメータ決定部４３によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までＸスキャナ２８ａ、Ｙスキャナ２８ｂ及びＺスキャナ２７を移動させる。

図１９（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態によるレーザ加工装置１００の構成例を示した図であり、走査パラメータテーブル４５ａの一例が示されている。図１９（ａ）には、Ｘスキャナ用のパラメータテーブルが示され、図１９（ｂ）には、Ｙスキャナ用のパラメータテーブルが示されている。

これらのパラメータテーブルは、Ｙスキャナ２８ｂが、Ｘスキャナ２８ａに比べて、ガルバノミラーの慣性モーメントが大きくて走査特性が劣るとした場合のスキャナごとの走査パラメータテーブルである。

具体的には、Ｘスキャナ用のパラメータテーブルについて、移動距離が０ｍｍ以上５．０ｍｍ未満の範囲で、走査速度が移動距離の増加に伴って単調に増加している。例えば、走査速度は、移動距離が１．０ｍｍ未満である場合に、９０００ｍｍ／ｓ、移動距離が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満である場合に、９２００ｍ／ｓ、移動距離が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満である場合に、９４００ｍ／ｓとなっている。また、走査速度は、移動距離が５．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ未満である場合に、１００００ｍｍ／ｓ、移動距離が１０．０ｍｍ以上８０．０ｍｍ未満である場合に、２００００ｍ／ｓとなっている。

待ち時間は、移動距離の増加に伴って単調に増加し、例えば、移動距離が１．０ｍｍ未満である場合に、１００μｓ、移動距離が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満である場合に、２００μｓとなっている。

一方、Ｙスキャナ用のパラメータテーブルについて、移動距離が０ｍｍ以上５．０ｍｍ未満の範囲で、走査速度が移動距離の増加に伴って単調に増加している。例えば、走査速度は、移動距離が１．０ｍｍ未満である場合に、９１００ｍｍ／ｓ、移動距離が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満である場合に、９３００ｍ／ｓ、移動距離が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満である場合に、９５００ｍ／ｓとなっている。また、走査速度は、移動距離が５．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ未満である場合に、１００００ｍｍ／ｓ、移動距離が１０．０ｍｍ以上８０．０ｍｍ未満である場合に、２００００ｍ／ｓとなっている。

待ち時間は、移動距離の増加に伴って単調に増加し、例えば、移動距離が１．０ｍｍ未満である場合に、２００μｓ、移動距離が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満である場合に、４００μｓとなっている。

これらのパラメータテーブルを比較すれば、移動距離が５．０ｍｍ以上８．０ｍｍ未満である範囲で、各スキャナの走査速度が同じであるのに対して、Ｘスキャナの待ち時間＝８００μｓ、Ｙスキャナの待ち時間＝１１００μｓとなっており、Ｙスキャナの方が応答遅れやリンギングの解消により長い時間を要することが分かる。

走査パラメータ決定部４３では、各スキャナについて、距離算出部４２によって算出された距離の方向成分に対応する走査速度及び待ち時間をパラメータテーブルから抽出し、走査終了点Ｑ１から走査開始点Ｑ２までの移動時間と待ち時間との合計時間を算出する。この合計時間を各スキャナについて比較し、最も長い合計時間に係るスキャナの走査速度及び待ち時間を決定する。

例えば、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の距離について算出された方向成分が、Ｘ方向成分＝９ｍｍ、Ｙ方向成分＝５ｍｍである場合、Ｘスキャナ２８ａの走査速度及び待ち時間として、Ｘスキャナ用パラメータテーブルから、走査速度＝１００００ｍｍ／ｓ、待ち時間＝１０００μｓが抽出される。一方、Ｙスキャナ２８ｂの走査速度及び待ち時間としては、Ｙスキャナ用パラメータテーブルから、走査速度＝１００００ｍｍ／ｓ、待ち時間＝１１００μｓが抽出される。

この場合、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の移動時間と待ち時間との合計時間は、距離の方向成分が短いにもかかわらず、Ｙスキャナ２８ｂの方がＸスキャナ２８ａに比べて長い。そこで、合計時間の長いＹスキャナ２８ｂについて、走査速度及び待ち時間が、Ｙスキャナ用パラメータテーブルに基づいてそれぞれ１００００ｍｍ／ｓ及び１１００μｓと決定される。Ｘスキャナ２８ａの走査速度及び待ち時間は、Ｙスキャナ２８ｂの走査速度及び待ち時間に基づいて定められる。

本実施の形態によれば、走査終了点Ｑ１及び走査開始点Ｑ２間の移動時間と待ち時間との合計時間が最も長いスキャナの走査速度及び待ち時間に基づいて各スキャナを移動させるので、慣性モーメントなどの走査特性がスキャナ間で異なる場合であっても、各スキャナを適切な走査速度及び待ち時間で移動させることができ、加工品質の低下を抑制しつつ、非加工区間の走査に要する時間を短縮することができる。

１コンソール
２本体部
３光ファイバーケーブル
４ヘッド部
１１メイン制御回路
１２ワーク加工情報記憶部
１３電源回路
１４励起光源
１５レーザ光増幅器
２１光アイソレータ
２２ビームエキスパンダ
２３ビームサンプラー
２４シャッタ
２５フォトインタラプタ
２６ダイクロイックミラー
２７Ｚスキャナ
２８ＸＹスキャナ
２８ａＸスキャナ
２８ｂＹスキャナ
２８ｃ，２８ｄガルバノミラー
２９パワーモニタ
３０ガイド光源
４１加工区間走査制御部
４２距離算出部
４３走査パラメータ決定部
４４非加工区間走査制御部
４４ａ移動時間算出部
４４ｂ走査速度推定部
４４ｃ高速走査部
４５走査パラメータテーブル記憶部
４５ａ走査パラメータテーブル
４６走査パラメータテーブル選択部
４７走査パラメータテーブル指示部
４８設定画面生成部
６０メイン制御回路
６１非加工区間走査制御部
６２走査速度設定部
６３高速走査部
１００レーザ加工装置
Ａ１，Ａ３助走区間
Ａ２加工線
Ａ４つなぎ区間
Ｂ，Ｃ１〜Ｃ３つなぎ区間
Ｐ１，Ｐ５，Ｐ９，Ｐ１３，Ｑ２走査開始点
Ｐ４，Ｐ８，Ｐ１２，Ｐ１６，Ｑ１走査終了点
Ｐ２，Ｐ６，Ｐ１０，Ｐ１４加工開始点
Ｐ３，Ｐ７，Ｐ１１，Ｐ１５加工終了点
Ｗワーク

Claims

レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、
上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、
第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、
上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、
上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、
上記走査制御手段は、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ及びＹスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向及びＹ方向成分を算出する距離算出手段と、
上記距離の各方向成分のうち最も大きな方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記距離算出手段により算出された該最も大きな方向成分に基づいて、該第１スキャナの走査速度及び上記走査開始点での待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、
上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、
上記レーザ光の光軸方向の焦点位置を調整可能なＺスキャナと、
上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、
第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、
上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、
上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ、上記Ｚスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、
上記走査制御手段は、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ、Ｙスキャナ及びＺスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分を算出する距離算出手段と、
上記距離の各方向成分のうち最も大きな方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記距離算出手段により算出された該最も大きな方向成分に基づいて、該第１スキャナの走査速度及び上記走査開始点での待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、
上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
スキャナごとに異なる上記走査速度及び上記待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持する走査パラメータテーブルを備え、
上記走査パラメータ決定手段が、上記第１スキャナに対応する上記走査パラメータテーブルから当該方向成分に対応する走査速度及び待ち時間を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
上記走査速度及び上記待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持し、走査特性の異なる２以上の走査パラメータテーブルと、
上記走査パラメータテーブルの１つを選択させる走査パラメータテーブル選択手段とを備え、
上記走査パラメータ決定手段が、選択された走査パラメータテーブルに基づいて、上記第１スキャナの走査速度及び待ち時間を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
上記非加工区間走査制御手段が、第２スキャナを上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度と略同一の走査速度で移動させ、上記走査開始点で第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
上記非加工区間走査制御手段は、第１スキャナを上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度で移動させる場合に、上記走査終了点及び上記走査開始点間の移動に要する時間を算出する移動時間算出手段を有し、第２スキャナを第１スキャナと略同一の移動時間で上記走査終了点及び上記走査開始点間を移動させ、上記走査開始点で第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、
上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、
第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、
上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、
上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、
上記走査制御手段は、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ及びＹスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向及びＹ方向成分を算出する距離算出手段と、
スキャナごとに、走査速度及び上記走査開始点での待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持する走査パラメータテーブルと、
各スキャナについて、上記距離算出手段による算出結果を参照し、上記走査パラメータテーブルから上記走査速度及び上記待ち時間を抽出して、上記走査終了点から上記走査開始点までの移動に要する時間と上記待ち時間との合計時間を算出し、最も長い合計時間に係るスキャナの走査速度及び上記待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、
上記非加工区間の上記距離の各方向成分のうち上記合計時間の最も長い方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、
上記レーザ光の光軸方向の焦点位置を調整可能なＺスキャナと、
上記レーザ光の光軸と交差するＸ方向及びＹ方向に上記レーザ光をそれぞれ走査させるＸスキャナ及びＹスキャナと、
第１加工線及び第２加工線の描画情報を保持する描画情報記憶手段と、
上記レーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、
上記描画情報に基づいて、上記Ｘスキャナ、上記Ｙスキャナ、上記Ｚスキャナ及び上記レーザ光遮断手段を制御する走査制御手段とを備え、
上記走査制御手段は、上記レーザ光を遮断させる非加工区間であって、第１加工線の描画情報に基づいてＸスキャナ、Ｙスキャナ及びＺスキャナの走査を終了させる走査終了点から、第２加工線の描画情報に基づいて走査を開始させる走査開始点までの非加工区間の距離のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向成分を算出する距離算出手段と、
スキャナごとに、走査速度及び上記走査開始点での待ち時間をスキャナの移動距離に関連付けて保持する走査パラメータテーブルと、
各スキャナについて、上記距離算出手段による算出結果を参照し、上記走査パラメータテーブルから上記走査速度及び上記待ち時間を抽出して、上記走査終了点から上記走査開始点までの移動に要する時間と上記待ち時間との合計時間を算出し、最も長い合計時間に係るスキャナの走査速度及び上記待ち時間を決定する走査パラメータ決定手段と、
上記距離の各方向成分のうち上記合計時間の最も長い方向成分に係るスキャナを第１スキャナとし、該第１スキャナ以外のスキャナを第２スキャナとしたときに、上記走査パラメータ決定手段によって決定された走査速度及び待ち時間に基づいて、上記走査終了点から上記走査開始点まで上記第１スキャナを移動させると共に、上記第２スキャナを上記走査終了点から上記走査開始点まで移動させた後に上記走査開始点で上記第１スキャナの待ち時間が経過するまで待機させる非加工区間走査制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。