JP7270216B2 - レーザ加工装置、レーザ加工方法、および補正データ生成方法 - Google Patents

Description

本開示は、被溶接物の加工に用いられるレーザ加工装置、レーザ加工方法、および補正データ生成方法に関する。

特許文献１には、レーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置は、光干渉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。

ここで、図１６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１６は、特許文献１に開示されているレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。

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。

測定器としては、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からなる光干渉計を用いたＯＣＴ光学系が構成されている。測定光１０５は、ＯＣＴ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で集光されて、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。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を構成する金属は溶融し、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。測定光１０５は、キーホールの底面に照射される。

そして、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。この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、溶け込み深さという）とほぼ同じである。したがって、加工部１１３の溶け込み深さを計測できる。

特表２０１３－５０１９６４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可動ミラーである。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。

しかしながら、特許文献１に開示されてい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しようとした場合、以下の問題がある。すなわち、加工用レーザ光と測定光とは波長が異なり、ｆθレンズには色収差が生じる特性があるため、被加工物の表面において加工用レーザ光と測定光とがずれてしまい、キーホールの深さを正確に測定できないという問題がある。

本開示の一態様の目的は、キーホールの深さを正確に測定できるレーザ加工装置、レーザ加工方法、および補正データ生成方法を提供することである。

本開示の一態様に係るレーザ加工装置は、被加工物の表面の加工点に対して加工用レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記加工点に対して測定光を出射し、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強度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可動ミラーと、前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、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を記憶するメモリと、前記補正済み加工用データに基づいて、前記レーザ発振器、前記可動ミラー、および前記ステージを制御する制御部と、前記光干渉強度信号に基づいて、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、前記被加工物の加工用として予め生成された加工用データを、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到達位置の前記被加工物の表面におけるずれが解消されるように補正したデータである。

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可動ミラーと、前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、前記加工用レーザ光および前記測定光を被加工物の表面の加工点に集光させるレンズと、を有するレーザ加工装置が行うレーザ加工方法であって、補正済み加工用データに基づいて、前記可動ミラーおよび前記ステージを制御し、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し、前記補正済み加工用データは、前記被加工物の加工用として予め生成された加工用データを、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到達位置の前記被加工物の表面におけるずれが解消されるように補正したデータである。

本開示の一態様に係る補正データ生成方法は、加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる可動ミラーと、前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、前記加工用レーザ光および前記測定光を被加工物の表面に集光させるレンズと、を有するレーザ加工装置が行う補正データ生成方法であって、前記被加工物の表面の加工点毎に、前記加工用レーザ光の出力強度と、前記加工用レーザ光を前記加工点に到達させるための前記可動ミラーの動作量とが設定された加工用データを生成し、前記被加工物の表面の所定の位置毎に、前記測定光を前記所定の位置に到達させるための前記ステージの動作量である第１動作量を算出し、前記第１動作量に基づいて、前記加工点毎に、前記測定光を前記加工点に到達させるための前記ステージの動作量である第２動作量を算出し、前記第２動作量を前記加工用データに加えることにより、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被加工物への到達位置のずれが解消されるように補正した補正済み加工用データを生成する。

本開示によれば、キーホールの深さを正確に測定できる。

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 可動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 倍率色収差による加工用レーザ光および測定光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 レーザ加工装置におけるステージ、測定光導入口、コリメートレンズの関係を模式的に示す図 可動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それぞれの軌跡を模式的に示す図 補正数表データの作成方法の第１の例を示すフローチャート 補正数表データの作成方法の第２の例を示すフローチャート 補正済み加工データの構成の一例を示す図 補正済み加工データの作成方法を示すフローチャート 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 補正量の設定方法を示すフローチャート 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の関係を示す図 レーザ加工方法を示すフローチャート キーホールの深さの計測方法を示すフローチャート ステージ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 特許文献１に開示されているレーザ加工装置を模式的に示す図

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。

［レーザ加工装置の構成］
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。

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を有する。

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、測定光導入口９から加工ヘッド２へ入力される。測定光導入口９は、ステージ１７上に設置されている。

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、可動ミラー１３で反射され、レンズ１４を透過し、被加工物１８の表面の加工面１９に集光される。これにより、被加工物１８の加工点２０がレーザ加工される。この際、加工用レーザ光１１が照射された加工点２０は溶融し、溶融池２１が形成される。また、溶融池２１から溶融金属が蒸発し、蒸発時に生じる蒸気の圧力によってキーホール２２が形成される。

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、ダイクロイックミラー１２で反射された後、可動ミラー１３で反射され、レンズ１４を透過し、被加工物１８の表面の加工点２０に集光される。そして、測定光１５は、キーホール２２の底面で反射され、伝播経路を遡って光干渉計３まで到達し、光干渉計３内で図示しない参照光との光干渉による干渉信号を発生させる。

計測処理部４は、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。なお、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。

加工用レーザ光１１の波長と測定光１５の波長とは、互いに異なる。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。

例えば、加工用レーザ１１として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１１の波長は、１０６４ｎｍである。また、例えば、測定光１５としてＯＣＴ用光源を用いた場合、測定光１５の波長は、１３００ｎｍである。

可動ミラー１３は、２軸以上で回転動作させることができる可動ミラーである。可動ミラー１３は、例えば、ガルバノミラーである。

また、ステージ１７は、２軸以上で平行動作させることができる可動ステージである。ステージ１７は、例えば、ピエゾステージである。

可動ミラー１３、ステージ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に接続されており、制御部６の制御に基づいて動作する。第１ドライバ７は、制御部６からの指示に基づいて、可動ミラー１３を動作させる。第２ドライバ８は、制御部６からの指示に基付いて、ステージ１７を動作させる。

制御部６は、メモリ３１を有する。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。

図１では例として、可動ミラー１３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、可動ミラー１３は、上述したように２軸以上で回転動作できるように構成されている。よって、可動ミラー１３は、例えば、ｘ方向の回転軸を中心とした回転動作を行うことも可能である。

また、図１では例として、ステージ１７について、ｘ方向に移動する動作のみを示している（図中の点線部分参照）。しかし、実際には、ステージ１７は、上述したように２軸以上で平行動作できるように構成されている。よって、ステージ１７は、例えば、ｙ方向に移動する動作を行うことも可能である。

以下では、簡単を簡単にするため、可動ミラー１３がｙ方向の回転軸を中心とした回転動作を行う場合についてのみ説明し、ステージ１７がｘ方向に移動する動作を行う場合についてのみ説明する。

ステージ１７が原点位置にあるとき、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、可動ミラー１３が原点位置にあるとき、加工用レーザ光１１の加工光軸２４は、可動ミラー１３にて反射された後、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、以下の説明では、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（照射位置と言ってもよい）を、「加工原点２６」（図２参照）と記載する。すなわち、可動ミラー１３、ステージ１７それぞれの原点位置とは、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。

可動ミラー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している。このため、可動ミラー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することができる。以下では、可動ミラー１３をその原点位置から回転させる角度を「可動ミラー１３の動作量」という。なお、所望の加工点２０へ加工用レーザ光１１を照射させるための可動ミラー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、一意に設定することができる。

レンズ１４から加工面１９までの距離は、加工用レーザ光１１による加工が最も効率的に行われるように、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。ただし、これに限定されず、レンズ１４から加工面１９までの距離は、加工用途に応じて任意の距離に決定されればよい。

可動ミラー１３の動作量を所定の動作スケジュールで変化させることで、加工面１９上で加工点２０の位置を走査することができる。さらに、制御部６の制御によりレーザ発振器５のオンとオフの切り替えが行われることにより、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することができる。

［色収差による影響］
次に、図２を用いて、色収差による影響について説明する。図２は、可動ミラー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。図２において、ステージ１７は原点位置にあるとする。

図２に示すように、可動ミラー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。よって、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の色収差が原因である。色収差とは、レンズ１４を含む一般的な光学材料が、光の波長により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を指す。一方、倍率色収差は、光の波長により焦点面における像高が異なる性質を指す。図２に示した、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、倍率色収差によるものである。

なお、本実施の形態のレーザ加工装置１では、軸上色収差も同時に発生している。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のずれについては、コリメートレンズ１６と測定光導入口９との距離を調節し、コリメートレンズ１６を透過直後の測定光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対応が可能である。

図２では、加工原点２６から見て、測定光１５が加工面１９に到達した位置は、加工用レーザ光１１が加工面１９に到達した位置よりも遠い。しかしながら、これは一例であり、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、より加工原点２６から遠い位置に到達する。

倍率色収差を補正する方法として、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を両方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り、レンズ１４の設計に多大な時間とコストとが掛かってしまう。このため、本実施の形態では、以下に説明するように、ステージ１７を動作させることにより、低コストで倍率色収差を補正している。

［倍率色収差の補正方法］
次に、図３を用いて、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、ステージ１７を、原点位置から所定の動作量（動作距離と言ってもよい）だけ動作させている。これにより、図３に示すように、コリメータレンズ１６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とが同軸ではなくなる。しかしながら、加工用レーザ光１１および測定光１５は、それぞれ、レンズ１４を透過した後、加工面１９における同じ位置、すなわち加工点２０に到達している。

図３において、加工用レーザ光１１の加工光軸２４ａは、図２に示した加工光軸２４ａと同じ位置を通っている。一方、図３において、ステージ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に示した測定光軸２３ａとは異なる位置を通っている。

ステージ１７の動作量（すなわち、ステージ１７をその原点位置から動作させる距離）は、可動ミラー１３の動作量と１対１に対応付けられている。可動ミラー１３の動作量は、加工用レーザ光１１（および測定光１５）を照射する加工点２０の位置によって一意に決まっているため、ステージ１７の動作量も、測定光１５を照射する加工点２０の位置によって一意に決まる。なお、以下では、ステージ１７の原点位置からの動作量を「補正量」と記載し、その補正量の求め方について説明する。

［ステージ動作と測定光軸角度の関係］
次に、図４を用いて、ステージ１７を原点位置から動作させることで測定光軸２３の角度を変化させる仕組みについて説明する。図４は、レーザ加工装置１におけるステージ１７、測定光導入口９、およびコリメートレンズ１６の関係を模式的に示す図である。

図４は、ステージ１７の動作に伴う測定光導入口９の位置の変化に応じて、測定光軸２３の位置が変化する様子を示している。

図４において、測定光軸２３は、ステージ１７が原点位置にある場合の測定光軸であり、測定光１５は、その際の測定光である。

また、図４において、測定光軸２３ｃは、ステージ１７が原点位置より図中の左側に移動場合の測定光軸であり、測定光１５ａは、その際の測定光である。

また、図４において、測定光軸２３ｄは、ステージ１７が原点位置より図中の右側に移動した場合の測定光軸であり、測定光１５ｂは、その際の測定光である。

測定光１５が放射される測定光導入口９の端部は、コリメートレンズ１６の焦点面上に配置されている。そのため、測定光導入口９から放射された測定光１５は、コリメートレンズ１６を通過後、平行光へ変換される。これは、測定光１５ａ、１５ｂについても同様である。

また、図４に示すように、ステージ１７が原点位置から移動した場合における測定光軸２３ｃ、２３ｄは、それぞれ、コリメートレンズ１６を通過した後、測定光軸２３と異なり、屈折する。しかし、測定光軸２３、２３ｃ、２３ｄはいずれも、コリメートレンズ焦点位置３５を通過する光軸関係になる。

したがって、ステージ１７を移動させることにより、測定光軸２３の角度を変化させることができる。

［補正量と走査角との関係］
次に、補正量と走査角との関係について説明する。ｆθレンズであるレンズ１４では、レンズ１４の焦点距離をｆとし、レンズ１４に入射する光のレンズ光軸２５からの角度をθとし、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、像高という）をｈとした場合、ｈ＝ｆθという関係が成り立つ。

上述したように、可動ミラー１３は、回転動作する軸を２軸有している。この２軸を仮にｘ軸、ｙ軸とし、可動ミラー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とし、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方向の像高をそれぞれｘ、ｙとした場合、ｘ＝ｆθｘ、ｙ＝ｆθｙという関係が成り立つ。

したがって、加工用レーザ光１１が加工面１９に到達する加工点の位置を（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、可動ミラー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、可動ミラー１３の動作量（φｘ，φｙ）を「走査角」と記載する。

このように、本実施の形態のレーザ加工装置１では、可動ミラー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。

上述したように、走査角は加工点２０の位置によって一意に決定され、同様に補正量も加工点２０の位置によって一意に決定される。すなわち、ある加工点２０の位置毎に走査角と補正量との関係を予め算出しておき、加工時には加工点２０の位置に対応する補正量だけステージ１７を動作させることにより、上述した倍率色収差による測定光１５のずれを補正することができる。

［補正数表データの作成方法］
以下、補正数表データの作成方法について説明する。補正数表データは、加工点２０毎の走査角と補正量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５を用いて、工面１９上の加工用レーザ光１１および測定光１５それぞれの軌跡について説明する。図５は、ステージ１７を動作させずに可動ミラー１３のみを動作させて被加工物１８の表面（すなわち、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それぞれの軌跡を模式的に示す図である。図５は、加工面１９をレンズ１４側から見た状態を示している。

図５では、加工用レーザ光１１の軌跡である加工光軌跡２８が実線で示され、測定光１５の軌跡である測定光軌跡２７が点線で示されている。図５に示す例では、ステージ１７が動作していないため、倍率色収差の補正が行われていない。したがって、加工原点２６付近では加工用レーザ光１１および測定光１５それぞれの軌跡は一致しているが、加工原点２６から遠ざかるにつれて両者のずれが大きくなっている。これにより、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いている。なお、図５に示す測定光軌跡２７の形状は一例であり、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しうる。

また、加工光軌跡２８および測定光軌跡２７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、焦点距離が２５０ｍｍであり、加工面領域が直径２００ｍｍ程度である市販のｆθレンズでは、加工面領域の最外周付近において０．２ｍｍから０．４ｍｍのずれが生じる。

それに対して、加工用レーザ光１１を加工点２０に照射することで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品質にも依るが、おおむね０．０３ｍｍから０．２ｍｍと小さい。このことから、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、キーホール２２の底面に測定光１５が到達せず、正しい溶け込み深さが測定できなくなる。

なお、図５では一例として、等間隔の４×４マスの格子状パターンを図示しているが、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、より細かいマス数の格子に設定されたり、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の格子間隔を狭くされたりしてもよい。また、放射状の格子状パターンが設定されてもよい。ただし、本実施の形態では、補正量はｘ軸およびｙ軸の２軸で設定されるため、図５に示した直交格子状のパターンがより好適である。

図５に示す加工光軌跡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。

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。

以下、補正数表データの作成方法の流れについて説明する。

まず、図６を用いて、補正数表データの作成方法の第１の例について説明する。図６は、補正数表データの作成方法の第１の例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、制御部６は、被加工物１８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５に示した加工光軌跡２８）を設定する。また、制御部６は、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。

ステップＳ２において、制御部６は、選定された格子点に２次元ビームプロファイラ（図示せず）を設置する。このとき、２次元ビームプロファイラの検出面の高さ位置は、加工面１９と一致するように設置される。

ステップＳ３において、制御部６は、選定された格子点に加工用レーザ光１１が到達するように可動ミラー１３の走査角を設定する。

ステップＳ４において、制御部６は、加工用レーザ光１１を照射させ、２次元ビームプロファイラを用いて、実際に加工用レーザ光１１が加工面１９に到達した位置（以下、加工用レーザ光１１の到達位置という）を求める。

ステップＳ５において、制御部６は、測定光１５を照射させ、２次元ビームプロファイラを用いて、実際に測定光１５が加工面１９に到達した位置（以下、測定光１５の到達位置という）を求める。

ステップＳ６において、制御部６は、加工用レーザ光１１の到達位置と測定光１５の到達位置とが一致するように、２次元ビームプロファイラの測定結果を参照しながら、ステージ１７の補正量を設定する。

ステップＳ７において、制御部６は、ステップＳ３で設定した走査角と、ステップＳ６で設定した補正量とを、補正数表データとしてメモリ３１に保存する。

ステップＳ８において、制御部６は、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を判定する。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Ｓ８：ＹＥＳ）、フローは、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Ｓ８：ＮＯ）、フローは、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９において、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。その後、フローは、ステップＳ２に戻る。

以上、補正数表データの作成方法の第１の例について説明した。

次に、図７を用いて、補正数表データの作成方法の第２の例について説明する。図７は、補正数表データの作成方法の第２の例を示すフローチャートである。

本例では、仮の被加工物として、例えば金属の平板（以下、金属板という）が用いられる。

ステップＳ１１において、制御部６は、金属板の加工面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５に示した加工光軌跡２８）を設定する。また、制御部６は、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。

ステップＳ１２において、制御部６は、選定された格子点に加工用レーザ光１１が到達するように可動ミラー１３の走査角を設定する。

ステップＳ１３において、制御部６は、選定された格子点に対して加工用レーザ光１１を照射させ、金属板の表面に微小穴を開ける。このとき、加工用レーザ光１１の出力強度および照射時間は、金属板を貫通しないように調整される。また、ここで形成される微小穴の直径は、光干渉計３の計測分解能に比べて２～３倍程度であることが好ましい。

ステップＳ１４において、制御部６は、形成された微小穴の形状の測定を光干渉計３に実行させる。この際、ステージ１７を原点位置からある程度動作させて測定光１５を走査することにより、微小穴近傍の３次元的な形状を測定することができる。

ステップＳ１５において、制御部６は、ステップＳ１４で測定された結果を示すデータを用いて、測定光１５を微小穴の最深部に到達させることができるステージ１７の補正量を求める。

ステップＳ１６において、制御部６は、ステップＳ１２で設定した走査角と、ステップＳ１５で求めた補正量とを、補正数表データとしてメモリ３１に保存する。

ステップＳ１７において、制御部６は、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を判定する。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Ｓ１７：ＹＥＳ）、フローは、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Ｓ１７：ＮＯ）、フローは、ステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１８において、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。その後、フローは、ステップＳ１２に戻る。

以上、補正数表データの作成方法の第２の例について説明した。

以上説明した第１の例または第２の例により、補正数表データが得られる。なお、ステップＳ１またはステップＳ１１設定される格子状パターンが図５に示した４×４の格子状パターンである場合では、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。そこで、格子点を１６個以上含む格子状パターンを設定することにより、より多くの補正数表データを作成することが好ましい。

ただし、多くの補正数表データを作成したとしても、可動ミラー１３の動作角（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ため、走査角が補正数表データと一致しない場合が生じうる。このような場合には、補正数表データを補間して補正量を求める必要がある。この補正数表データを補間して補正量を求める方法については、後述する。

［加工データの作成方法］
次に、被加工物１８を加工するための加工データの作成方法について説明する。

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では、制御部が、時系列に設定された複数の加工データ（例えば、レーザ発振器への出力指示値と走査角のデータ項目とが加工点毎にセットになったデータ）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。

本実施の形態では、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（レーザ出力データともいう）、加工点２０の位置、および走査角のほか、補正量が加えられる。以下の説明では、このように補正量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」と記載する。

ここで、図８を用いて、補正済み加工データの一例について説明する。図８は、補正済み加工データの構成の一例を示す図である。

図８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Ｌｋ、加工点位置ｘ_ｋ、加工点位置ｙ_ｋ、走査角φｘ_ｋ、走査角φｙ_ｋ、補正量ψｘ_ｋ、補正量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、レーザ発振機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方向の走査を担う可動ミラー１３の走査角を示す。走査角φｙ_ｋは、ｙ方向の走査を担う可動ミラー１３の走査角を示す。補正量ψｘ_ｋは、ｘ方向の測定光１５の位置の補正を担うステージ１７の補正量を示す。補正量ψｙ_ｋは、ｙ方向の測定光１５の位置の補正を担うステージ１７の補正量を示す。

なお、図８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。また、補正済み加工データにおける補正量は、「第２指示値」の一例である。

以上、補正済み加工データの一例について説明した。

次に、図９を用いて、加工データの作成方法の流れについて説明する。図９は、加工データの作成方法を示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、制御部６は、参照するデータ番号ｋをゼロに設定する。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。

ステップＳ２２において、制御部６は、メモリ３１内のデータ番号ｋの領域（メモリ位置と言ってもよい）に、レーザ出力データＬ_ｋ、加工点位置ｘ_ｋ、ｙ_ｋを設定（保存と言ってもよい）する。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、タッチパネル等）を用いて設定する設定値である。

ステップＳ２３において、制御部６は、ステップＳ２２で設定した加工点位置ｘ_ｋ、ｙ_ｋに基づいて可動ミラー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。レンズ１４の焦点距離がｆであるとき、加工点位置と走査角との間には（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）＝（２ｆ・φｘ_ｋ，２ｆ・φｙ_ｋ）の関係があるので、加工点位置から走査角は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等が予めユーザによって設定されていてもよい。その場合、制御部６は、加工点位置と走査角関係式や対応数表等を用いて可動ミラー１３の走査角φｘ_ｋ，φｙ_ｋを決定してもよい。

ステップＳ２４において、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。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：ＹＥＳ）、フローは、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：ＮＯ）、フローは、ステップＳ２５へ進む。

ステップＳ２５において、参照するデータ番号ｋを１つ増加させる。その後、フローは、ステップＳ２２へ戻る。

以上のフローにより、全てのデータ番号ｋについて加工データが設定される。

［補正量の設定方法］
次に、図９のフローにより設定された各加工データに対して補正量を設定する方法について説明する。

まず、図１０を用いて、補正数表データの構成について説明する。図１０は、補正数表データの構成を模式的に表した補正数表３４を示す図である。

図１０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データ点３２は、それぞれ、上述したとおり、加工面１９上の位置（すなわち、加工点位置）、走査角、および補正量を含んでいる。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。

以下の説明では、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。走査角φｘに対応する方向のデータ番号をｉとし、走査角φｙに対応する方向のデータ番号をｊとする。各データ点３２は、補正数表用走査角（Φｘ_i，Φｙ_ｊ）と補正数表用補正量（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。補正数表用走査角（Φｘ_i，Φｙ_ｊ）は、走査角（φｘ，φｙ）の要素を持つ。

次に、図１１を用いて、補正量の設定方法の流れについて説明する。図１１は、補正量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、制御部６は、参照するデータ番号ｋをゼロに設定する。

ステップＳ３２において、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、補正数表３４内のすべての補正数表用走査角（Φｘ_i，Φｙ_ｊ）とを比較し、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。本ステップＳ３２では、制御部６は、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している。

φｘ_ｋ＝Φｘ_iかつφｙｋ＝Φｙ_ｊとなるデータ番号ｉ，ｊが存在する場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、フローは、ステップＳ３３へ進む。一方、φｘ_ｋ＝Φｘ_iかつφｙｋ＝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：ＮＯ）、フローは、ステップＳ３４へ進む。

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、補正量を（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）＝（Ψｘ_iｊ，Ψｙ_iｊ）と設定する。すなわち、本ステップＳ３３では、制御部６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、該当する補正数表用補正量をそのまま補正量として設定している。

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、補正量（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）を設定する。ステップＳ３４の詳細については後述する。

ステップＳ３５において、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量（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Ｓ３６において、制御部６は、メモリ３１内に保存されている加工データのすべてについて補正量の設定が完了したか否かを判定する。加工データのすべてについて補正量の設定が完了した場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、フローは、終了する。一方、加工データのすべてについて補正量の設定が完了していない場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、フローは、ステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３７において、制御部６は、参照するデータ番号ｋを１つ増加させる。その後、フローは、ステップＳ３２へ戻る。

以上のフローにより、全てのデータ番号ｋについて補正済み加工データが設定される。

［補間処理の詳細］
次に、図１１に示したステップＳ３４（補間処理）について、詳細に説明する。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行われる。

図１２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１０に示した補正数表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１２に示すように、走査角Ｘ（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）に対応する点は、補正データ点Ａ（Φｘ_i，Φｙ_ｊ，Ψｘ_iｊ，Ψｙ_iｊ）、Ｂ（Φｘ_i＋１，Φｙ_ｊ，Ψｘ_i＋１ｊ，Ψｙ_i＋１ｊ）、Ｃ（Φｘ_i，Φｙ_ｊ＋１，Ψｘ_iｊ＋１，Ψｙ_iｊ＋１）、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している。Φｘ_i≦φｘ_ｋ≦Φｘ_i＋１（等号は同時には成立せず）、Φｙ_ｊ≦φｙ_ｋ≦Φ_ｙｊ＋１（等号は同時には成立せず）の関係が成立している。このときの補正量（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、以下の式（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（２）におけるＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊは、下記の式（３）～（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）

上述した補間処理により、ユーザが設定した走査角に基づいて補正量を算出することができる。

上述した補間処理では、一例として線形補間法を用いたが、その他の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、予め補正数表３４上の補正数表用補正量（Ψｘ_iｊ，Ψｙ_iｊ）から、走査角に対する補正量についての高次の近似連続曲面を算出しておき、走査角に対応する補正量を算出するようにしてもよい。

［レーザ加工方法］
次に、図１３を用いて、レーザ加工装置１によるレーザ加工方法の流れについて説明する。図１３は、レーザ加工方法を示すフローチャートである。

ステップＳ４１において、制御部６は、参照するデータ番号ｋをゼロに設定する。

ステップＳ４２において、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、補正量ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）をメモリ３１から読み出す。

ステップＳ４３において、制御部６は、走査角（φｘ_ｋ，φｙ_ｋ）に基づいて可動ミラー１３を動作させ、補正量（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）に基づいてステージ１７を動作させる。

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）に基づいて可動ミラー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、補正量（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）を通知する。これにより、第２ドライバ８は、補正量（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）に基づいてステージ１７を動作させる。

ステップＳ４４において、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へ送信し、レーザ発振器５からレーザ出力データＬ_ｋに基づいて加工用レーザ光１１を発振させる。

ステップＳ４５において、制御部６は、メモリ３１内に保存されているすべてのデータ番号ｋに対応するレーザ加工が終了したか否かを判定する。すべてのデータ番号ｋに対応するレーザ加工が終了した場合（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、フローは、終了する。一方、すべてのデータ番号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：ＮＯ）、フローは、ステップＳ４６へ進む。

ステップＳ４６において、制御部６は、参照するデータ番号ｋを１つ増加させる。その後、フローは、ステップＳ４２へ戻る。

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。

［キーホールの深さの計測方法］
次に、図１４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）の深さの計測方法の流れについて説明する。図１４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。

ステップＳ５１において、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。これにより、計測処理部４は、光干渉計３から測定光１５を出射させ、キーホール２２の深さの計測を開始する。

ステップＳ５２において、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Ｓ５３において、計測処理部４は、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いう）をメモリ３１に保存する。

このとき、制御部６は、現在使用されている補正済み加工データのデータ番号ｋを、キーホール深さデータとセットでメモリ３１に保存する。なお、レーザ加工が開始されていない場合、または、レーザ加工がすでに終了している場合では、被加工物１８が非加工状態であることを示すために、または、使用されていない補正済み加工データであることを示すために、データ番号ｋは、例えば－１に設定され、キーホール深さデータとともにメモリ３１に保存される。なお、データ番号ｋとは別に、補正済み加工データによるレーザ加工を実施中であるか否かを表すデータを、フラグデータとして、キーホール深さデータおよび使用中の補正済み加工データのデータ番号ｋとセットで別途メモリ３１に保存してもよい。

ステップＳ５４において、制御部６は、ステップＳ５１におけるキーホールの２２の深さの計測開始から、予め設定された加工前所定時間が経過したか否かを判定する。

加工前所定時間が経過した場合（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、フローはＳ５５へ進む。一方、加工前所定時間が経過していない場合（ステップＳ５４：ＮＯ）、フローはＳ５２へ戻る。

ステップＳ５５において、制御部６は、レーザ発振器５、第１ドライバ７、および第２ドライバ８に対してレーザ加工開始の指令を出す。この指令には、上述した補正済み加工データが含まれる。すなわち、制御部６は、図１３に示したレーザ加工方法が実行されるように、補正済み加工データを、レーザ発振器５、第１ドライバ７、および第２ドライバ８に通知する。これにより、レーザ発振器５、第１ドライバ７、および第２ドライバ８は、それぞれ、補正済み加工データに基づく動作（上述した図１３の説明参照）を実行する。

ステップＳ５６において、制御部６は、レーザ加工が完了したか否かを判定する。図１３の説明で述べたとおり、制御部６は、補正済み加工データのデータ番号ｋに従って、順次レーザ加工を進めていく。そして、最後のデータ番号ｋに対応する補正済み加工データを含む指令を出し、その指令に基づくレーザ加工が終わった場合、レーザ加工が完了となる。

レーザ加工が完了した場合（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、フローはステップＳ５７ヘ進む。一方、レーザ加工が完了していない場合（ステップＳ５６：ＮＯ）、フローはステップＳ５２ヘ戻る。

ステップＳ５７において、制御部６は、レーザ加工が完了した時点から、予め設定された加工後所定時間が経過したか否かを判定する。

加工後所定時間が過した場合（ステップＳ５７：ＹＥＳ）、フローはＳ５８へ進む。一方、加工後所定時間が経過していない場合（ステップＳ５７：ＮＯ）、フローはＳ５２へ戻る。

ステップＳ５８において、制御部６は、計測処理部４に対してキーホール２２の深さの計測終了の指令を出す。これにより、計測処理部４は、光干渉計３からの測定光１５の出射を停止させ、キーホール２２の深さの計測を終了する。

以上のフローによれば、レーザ加工が行われる期間は、常に、キーホールの深さの計測が行われる期間に含まれることになる。メモリ３１に記憶されるキーホール深さデータの先頭部分および末尾部分には、未加工の加工面１９の位置データが記録されることになる。そのため、キーホール２２の深さと加工面１９との比較などのキーホール深さデータを分析する上で都合がよい。

なお、キーホール２２の深さの計測開始の指令およびキーホール２２の深さの計測終了の指令は、制御部６が行うのではなく、ユーザが図示しない操作部等を用いて行ってもよい。

［効果］
以上説明したように、本実施の形態のレーザ加工装置１は、被加工物１８の表面（加工面１９）において加工されるべき加工点２０に対して加工用レーザ光１１を発振するレーザ発振器５と、加工点２０に対して測定光１５を出射し、加工点２０で反射された測定光１５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強度信号を生成する光干渉計３と、加工用レーザ光１１および測定光１５の進行方向を変化させる可動ミラー１３と、測定光１５の可動ミラー１３への入射角を変化させるステージ１７と、加工用レーザ光１１および測定光１５を加工点に集光させるレンズ１４と、レンズ１４の色収差により生じる加工用レーザ光１１および測定光１５の少なくとも一方の到達位置の被加工物１８の表面におけるずれを解消するように予め補正された、被加工物１８を加工するための補正済み加工用データを記憶するメモリ３１と、補正済み加工用データに基づいて、レーザ発振器５、可動ミラー１３、およびステージ１７を制御する制御部６と、光干渉強度信号に基づいて、加工用レーザ光１１によって加工点に生じるキーホール２２の深さを計測する計測処理部４と、を有する。

このような構成により、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の到達位置のずれを補正することができる。これにより、ＯＣＴによるキーホール２２の深さの計測を好適に実施することができる。すなわち、キーホールの深さを正確に計測することができる。

図１５は、ステージ１７を動作させたことによる、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の軌跡を例示した図である。図１５によれば、図５とは異なり、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、および各格子点がそれぞれ一致していることが分かる。

なお、上述した実施の形態では、測定光１５の光軸方向を変化させるために、ピエゾステージであるステージ１７を用いたが、本開示はこれに限定されない。レーザ加工装置１に用いるステージは、例えば、測定光導入口９が設置され、制御部６の制御に基づいて測定光導入口９から放射されてコリメートレンズ１６へ向かう測定光１５の光軸位置を測定光軸２３に垂直な面内に平行移動で変化させることができる構成であればよい。したがって、レーザ加工装置１に用いるステージとしては、例えば、ステッピングモータステージ、サーボモータステージ、または超音波モータステージ等であってもよい。

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。

本開示のレーザ加工装置、レーザ加工方法、および補正データ生成方法は、例えば、自動車や電子部品等のレーザ加工に有用である。

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 加工用レーザ光
１２ ダイクロイックミラー
１３ 可動ミラー
１４ レンズ
１５ 測定光
１６ コリメートレンズ
１７ ステージ
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、２３ｃ、２３ｄ 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 補正データ点
３４ 補正数表
３５ コリメートレンズ焦点位置

Claims (9)

1. 被加工物の表面の加工点に対して加工用レーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記加工点に対して測定光を出射し、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強度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可動ミラーと、
   前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、
   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を記憶するメモリと、
   前記補正済み加工用データに基づいて、前記レーザ発振器、前記可動ミラー、および前記ステージを制御する制御部と、
   前記光干渉強度信号に基づいて、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、
   前記被加工物の加工用として予め生成された加工用データを、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到達位置の前記被加工物の表面におけるずれが解消されるように補正したデータである、
   レーザ加工装置。
2. 前記補正済み加工用データは、
   前記加工点毎に予め設定された、前記レーザ発振器から発振される前記加工用レーザ光の強度を示す出力指示値と、前記可動ミラーの動作量を示す第１指示値と、前記ステージの動作量を示す第２指示値と、を含む、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記加工用レーザ光の波長と前記測定光の波長とが互いに異なる、
   請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記可動ミラーは、ガルバノミラーであり、
   前記ステージは、ピエゾステージである、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記レンズは、ｆθレンズである、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる可動ミラーと、前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、前記加工用レーザ光および前記測定光を被加工物の表面の加工点に集光させるレンズと、を有するレーザ加工装置が行うレーザ加工方法であって、
   補正済み加工用データに基づいて、前記可動ミラーおよび前記ステージを制御し、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し、
   前記補正済み加工用データは、
   前記被加工物の加工用として予め生成された加工用データを、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到達位置の前記被加工物の表面におけるずれが解消されるように補正したデータである、
   レーザ加工方法。
7. 加工用レーザ光および測定光の進行方向を変化させる可動ミラーと、前記測定光の前記可動ミラーへの入射角を変化させるステージと、前記加工用レーザ光および前記測定光を被加工物の表面に集光させるレンズと、を有するレーザ加工装置が行う補正データ生成方法であって、
   前記被加工物の表面の加工点毎に、前記加工用レーザ光の出力強度と、前記加工用レーザ光を前記加工点に到達させるための前記可動ミラーの動作量とが設定された加工用データを生成し、
   前記被加工物の表面の所定の位置毎に、前記測定光を前記所定の位置に到達させるための前記ステージの動作量である第１動作量を算出し、
   前記第１動作量に基づいて、前記加工点毎に、前記測定光を前記加工点に到達させるための前記ステージの動作量である第２動作量を算出し、
   前記第２動作量を前記加工用データに加えることにより、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被加工物への到達位置のずれが解消されるように補正した補正済み加工用データを生成する、
   補正データ生成方法。
8. 前記第２動作量の算出にあたり、前記加工点と前記所定の位置とが一致しない場合、前記加工点に近い順に所定数の前記所定の位置における前記第１動作量を用いて補間処理を行い、前記第２動作量を算出する、
   請求項７に記載の補正データ生成方法。
9. 前記所定の位置は、前記可動ミラーの可動範囲に対応した前記被加工物の表面の範囲に設定され、かつ、前記範囲内で前記補間処理を実行可能に設定される、
   請求項８に記載の補正データ生成方法。

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