JP7478984B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

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。キーホールで底面で反射された測定光（反射光）と参照アーム側の光（参照光）との光路差に応じた干渉信号に基づき、キーホールの深さを求めることができる。

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することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。

本開示の非限定的な実施例は、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及びレーザ加工方法の提供に資する。

本開示の一実施例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、前記加工用レーザ光及び前記加工点に照射される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測定光偏向ユニットと、前記加工用レーザ光及び前記測定光を前記加工点に集光させるレンズと、加工データに基づいて、前記レーザ発振器、前記第１ミラー、及び前記測定光偏向ユニットを制御する制御部と、前記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用いて、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、前記加工用レーザ光と前記測定光の位置を測定するビーム位置測定ユニットと、を有する。

本開示の一実施例に係るレーザ加工方法は、加工用レーザ光及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測定光偏向ユニットと、前記加工用レーザ光及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、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、前記加工面上の目標位置を設定するステップと、前記目標位置に前記加工用レーザ光が到達する、前記第１ミラーの動作量を示す第１指示値を設定するステップと、前記加工用レーザ光と前記測定光の位置を測定するビーム位置測定ユニットによって測定した前記加工用レーザ光及び前記測定光の位置に基づいて、前記測定光偏向ユニットの動作量を示す第２指示値を求めるステップと、前記第１指示値と前記第２指示値とを含む加工データに基づき、前記加工用レーザ光を発振するレーザ発振器、前記第１ミラー、及び前記測定光偏向ユニットを制御するステップと、を含む。

本開示の一実施例によれば、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及びレーザ加工方法を構築できる。

本開示の一実施例における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置１の構成を模式的に示す図 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 倍率色収差による加工用レーザ光１１及び測定光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 測定光偏向ユニット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の表面（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及び測定光１５のそれぞれの軌跡を模式的に示す図 加工光格子点３０における補正量を算出するために用いられるビーム位置測定ユニット３８の構成例を示す図 加工光格子点３０における補正量を算出する方法を説明するためのフローチャート ２つの位置測定ミラー３９ａ、３９ｂを備えたビーム位置測定ユニット３８の構成例を示す図 補正数表データの作成方法を示すフローチャート 補正済み加工データに含まれるデータ項目の一例を示す図 補正済み加工データの作成方法を説明するためのフローチャート 加工点位置の補正数表データの構成を模式的に表した加工点位置の補正数表３４を示す図 補正量の設定方法を示すフローチャート ユーザが加工データとして設定した走査角Ｘが図１１に示した加工点位置の補正数表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 本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置１によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャート キーホール２２の深さの計測方法を説明するためのフローチャート 測定光偏向ユニット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 本開示の第１変形例に係るレーザ加工装置１の構成を模式的に示す図 本開示の第２変形例に係るレーザ加工装置１の構成を模式的に示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図１以降において、ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びｚ軸方向は、それぞれ、ｘ軸に平行な方向、ｙ軸に平行な方向、ｚ軸に平行な方向を表す。ｘ軸方向とｙ軸方向は、互いに直交する。ｘ軸方向とｚ軸方向は、互いに直交する。ｙ軸方向とｚ軸方向は、互いに直交する。ｘｙ平面は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に平行な仮想平面を表す。ｘｚ平面は、ｘ軸方向及びｚ軸方向に平行な仮想平面を表す。ｙｚ平面は、ｙ軸方向及びｚ軸方向に平行な仮想平面を表す。また、図１以降において、ｘ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスｘ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスｘ軸方向とする。また、図１以降において、ｙ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスｙ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスｙ軸方向とする。また、図１以降において、ｚ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスｚ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスｚ軸方向とする。ｚ軸方向は、例えば鉛直方向、又は上下方向に等しく、ｘ軸方向及びｙ軸方向は、例えば水平方向又は左右方向に等しい。

（実施の形態）
＜レーザ加工装置１の構成＞
図１を参照して本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置１の構成を説明する。図１は本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置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、及び第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。光干渉計３から出射された測定光１５は、測定光導入口９を介して加工ヘッド２へ入力される。測定光導入口９は、測定光偏向ユニット１７上に設置されている。測定光導入口９は、加工ヘッド２上において、測定光偏向ユニット１７へ測定光１５を導入可能な位置に設置される。

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。レーザ発振器５から発振された加工用レーザ光１１は、加工光導入口１０を介して加工ヘッド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を透過した後、第１ミラー１３で反射されてからレンズ１４を透過して、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が溶融することによって、被加工物１８に溶融池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、被加工物１８にキーホール２２が形成される。

測定光導入口９から加工ヘッド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、測定光偏向ユニット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で反射された後、第１ミラー１３で反射され、レンズ１４を透過して、被加工物１８の加工面１９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まで到達する。光干渉計３は、入力した測定光１５と図示しない参照光との光干渉による光干渉信号を生成する。参照光は、光干渉計３の不図示の光源から出射される光の内、基準面である不図示の参照ミラーに照射される光である。

計測処理部４は、光干渉信号に基づき、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（第一波長）は、測定光１５の波長（第二波長）と異なる。ダイクロイックミラー１２は、第一波長の光を透過し、第二波長の光を反射する特性を有する。

例えば、加工用レーザ光１１としてＹＡＧレーザ又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。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。

第１ミラー１３及び測定光偏向ユニット１７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。第１ミラー１３及び測定光偏向ユニット１７は、例えば、ガルバノミラーである。

第１ミラー１３は、第１ドライバ７を介して制御部６に接続されている。測定光偏向ユニット１７は、第２ドライバ８を介して制御部６に接続されている。

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、測定光偏向ユニット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、及び、補正数表データを記憶する。補正数表データの詳細については後述する。

図１では、例として、第１ミラー１３及び測定光偏向ユニット１７のそれぞれについて、ｙ軸方向に伸びる回転軸を中心とした回転動作のみを示している。当該回転動作は、図中の四角の破線と両矢印線で表される。

なお、第１ミラー１３及び測定光偏向ユニット１７は、それぞれ、２軸以上で回転動作できるように構成してもよい。このように構成した場合、第１ミラー１３及び測定光偏向ユニット１７は、それぞれ、例えば、ｘ軸方向に伸びる回転軸を中心とした回転動作を行うことも可能である。

以下では、説明を簡単にするため、第１ミラー１３及び測定光偏向ユニット１７のそれぞれがｙ軸方向に伸びる回転軸を中心とした回転動作を行う場合について説明する。

測定光偏向ユニット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、第１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、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及び測定光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）と称する。

第１ミラー１３及び測定光偏向ユニット１７のそれぞれの原点位置は、加工用レーザ光１１及び測定光１５がレンズ１４の中心を透過する位置に等しい。

レンズ１４は、加工用レーザ光１１及び測定光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及びレンズ１４は、ガルバノミラー及びｆθレンズによる一般的な光学走査系を構成している。

このため、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することができる。

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」と称する。

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、レンズ１４から加工面１９までの距離は、これに限定されず、加工用途に応じて任意の距離に決定すればよい。

第１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。図２において、測定光偏向ユニット１７は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及び測定光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の位置が測定光１５の光軸である測定光軸２３ａの位置からずれる。よって、測定光１５は、加工点２０の位置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を透過した加工用レーザ光１１（加工光軸２４ａ）の進行方向と、測定光１５（測定光軸２３ａ）の進行方向とのずれは、上記の倍率色収差に起因するものである。

なお、本実施の形態のレーザ加工装置１では、上記の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の進行方向と測定光１５の進行方向とのずれについては、以下のように対処できる。すなわち、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を透過した直後の測定光１５を、平行光の状態から僅かに発散状態又は収束状態にすればよい。

図２では、測定光１５が加工面１９に到達した位置から加工原点２６までの距離は、加工用レーザ光１１が加工面１９に到達した位置から加工原点２６までの距離よりも長い。

しかしながら、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、前者の距離が後者の距離よりも短くなる場合がある。なお、一般的には、短波長の光に比べて、長波長の光は、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。しかしながら、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との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を費やす。

このため、本実施の形態では、以下に説明するように、測定光偏向ユニット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。以下の説明では、測定光軸２３の角度を変化させる偏向ユニットを「測定光偏向ユニット」と称する。本実施の形態の測定光偏向ユニット１７は、測定光偏向ユニットの一例である。

＜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及び測定光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、測定光偏向ユニット１７を、原点位置から所定の動作量（動作角度と言ってもよい）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とが同軸上に配置されなくなる。

しかしながら、加工用レーザ光１１及び測定光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、測定光偏向ユニット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。

測定光偏向ユニット１７の動作量（すなわち測定光偏向ユニット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に対応付けられている。

第１ミラー１３の動作量は、加工点２０の位置によって一意に決まっているため、測定光偏向ユニット１７の動作量も、加工点２０の位置によって一意に決まる。

なお、以下では、測定光偏向ユニット１７の動作量を「補正量」と称する。

＜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（加工面１９）における光軸（レンズ光軸２５）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、第１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軸及びｙ軸とし、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、レンズ１４を透過した光線の像面における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。

従って、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１３へ光を入射させたときのミラー１３からの反射光の出射角度は、第１ミラー１３の動作量の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」と称する。

このように、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。

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。

そこで、倍率色収差による測定光１５のずれを補正するためのデータ（補正数表データ）を予め算出しておき、本実施の形態のレーザ加工装置１は、被加工物１８の加工時に、この補正数表データを利用することにより、加工点２０の位置に対応する補正量だけ測定光偏向ユニット１７を動作させる。補正数表データは、加工点２０毎に走査角と補正量との対応関係を示すデータである。

＜補正数表データの詳細＞
以下では、図４を参照して補正量の算出の前提となる、加工面１９上の加工用レーザ光１１及び測定光１５のそれぞれの軌跡について説明する。

図４は、測定光偏向ユニット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の表面（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及び測定光１５のそれぞれの軌跡を模式的に示す図である。

図４には、加工面１９をレンズ１４側から見た状態が示される。図４の実線の直交格子状パターンは、加工用レーザ光１１の軌跡（加工光軌跡２８）を表す。図４の破線の直交格子状パターンは、測定光１５の軌跡（測定光軌跡２７）を表す。

これらの直交格子状パターンは、測定光偏向ユニット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の表面（加工面１９）を格子状に走査したときの軌跡である。

図４に示す例では、測定光偏向ユニット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。従って、図１から図３に示す加工原点２６付近では、加工用レーザ光１１及び測定光１５の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、歪みのない直交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４に示す測定光軌跡２７の歪み形状は、レンズ１４の光学特性によって変化し得る。

また、加工光軌跡２８及び測定光軌跡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、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、概ね０．０３ｍｍから０．２ｍｍと小さい。

このため、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、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４には、等間隔の４×４マスの直交格子状パターンが例示されるが、格子状パターンの形状は、これに限定されない。

例えば、直交格子状パターンのマス数を多くしてもよいし、ｆθレンズの倍率色収差特性に関連して、特に高い精度が必要な領域の格子の間隔を狭くしてもよい。

また、直交格子状パターンに代えて、放射状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、補正量がｘ軸及びｙ軸の２軸で設定されるため、直交格子状パターンがより好適である。

図４に示す加工光軌跡２８と測定光軌跡２７とを比較すると、それぞれの直交格子状パターン上での対応する各格子点に、ずれが生じていることが分かる。すなわち、加工光軌跡２８上の特定箇所の１つの加工光格子点３０と、測定光軌跡２７の対応する測定光格子点２９との間に、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上の特定箇所の１つの加工光格子点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、補正量を算出する（格子状パターンの格子点を目標位置に設定する）必要がある。

＜補正量の算出方法＞
次に、加工光格子点３０における補正量を算出する方法について説明する。図５は、加工光格子点３０における補正量を算出するために用いられるビーム位置測定ユニット３８の構成例を示す図である。

ビーム位置測定ユニット３８は、レンズ１４と被加工物１８の間に設置されている。ビーム位置測定ユニット３８は、位置測定ミラー３９、２次元撮像素子４０、及びビーム終端器４１を備える。

位置測定ミラー３９は、加工用レーザ光１１のパワーを減衰させる機能を有し、加工用レーザ光１１の波長の光を反射光と透過光に分け、測定光１５の波長の光を反射する特性を有する。

位置測定ミラー３９の加工用レーザ光１１の波長の反射率は、反射した加工用レーザ光１１のパワーが反射した測定光１５のパワーと同程度になるように設定される。

例えば、加工用レーザ光１１に一般的な加工で使用される定格出力が１ｋＷ以上のファイバレーザを選定した場合、加工用レーザ光１１で出力できる最小のパワーは、１００Ｗ程度である。

これに対して、測定光１５としてＯＣＴ用光源を用いた場合の出力は、数１０ｍＷである。このため、１００Ｗの加工用レーザ光１１を数１０ｍＷの測定光１５と同じオーダー（数１０ｍＷ）の出力まで低減させるためには、位置測定ミラー３９の加工用レーザ光１１の波長の反射率を、０．１％以下に設定することが望ましい。

一方で、測定光１５は減衰する必要がないため、位置測定ミラー３９の測定光１５の波長の反射率は９０％以上に設定することが望ましい。

２次元撮像素子４０は、加工用レーザ光１１と測定光１５の位置を測定する機能を有する。２次元撮像素子４０は、加工用レーザ光１１と測定光１５の波長に対して感度を有しているものであれば良く、ＣＣＤ（charge-coupled device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide－Semiconductor）、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）などの素子を有した市販の産業用カメラや２次元ビームプロファイラ等を用いることができる。

ビーム終端器４１は、位置測定ミラー３９を透過した加工用レーザ光１１を終端する機能を有する。

レンズ１４を通過した加工用レーザ光１１と測定光１５は、位置測定ミラー３９で反射する加工用レーザ光１１ａ及び測定光１５ａと、位置測定ミラー３９を透過する加工用レーザ光１１ｂとに分けられる。

位置測定ミラー３９を透過した加工用レーザ光１１ｂは、ビーム終端器４１で終端される。

一方で、位置測定ミラー３９で反射された加工用レーザ光１１ａと測定光１５ａは、２次元撮像素子４０に入力される。２次元撮像素子４０は、入力した加工用レーザ光１１ａと測定光１５ａの位置を測定する。

レンズ１４から２次元撮像素子４０までの区間には、光を透過させるための光学素子は配置されず、位置測定ミラー３９で反射された光のみが伝達される。

また、レンズ１４から２次元撮像素子４０までの加工用レーザ光１１及び測定光１５のそれぞれの光路長は、ビーム位置測定ユニット３８が設置されていない場合におけるレンズ１４から加工点２０までの光路長と一致する。

このため、２次元撮像素子４０で測定される加工用レーザ光１１の位置を基準とした測定光１５の相対的な位置関係は、ビーム位置測定ユニット３８が設置されていない場合の加工点２０における加工用レーザ光１１と測定光１５の位置の関係と一致する。

図６は、加工光格子点３０における補正量を算出する方法を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１において、補正量を求める加工光格子点３０にビーム位置測定ユニット３８を設置する。このとき、２次元撮像素子４０は、レンズ１４から２次元撮像素子４０までの光路長が、ビーム位置測定ユニット３８が設置されていない場合のレンズ１４から加工点２０までの光路長と一致するような位置に設置される。

ステップＳ２において、補正量を求める加工光格子点３０に加工用レーザ光１１が到達するよう第１ミラー１３の走査角を設定する。

ステップＳ３において、加工用レーザ光１１を照射して、ビーム位置測定ユニット３８を用いて、加工用レーザ光１１が２次元撮像素子４０に到達した到達位置を求める。

このとき、加工用レーザ光１１を照射する際の出力は、レーザ発振器５の定格の出力の１０％以上の出力になるように設定することが望ましい。特にレーザ発振器５がファイバレーザの場合は、定格の出力の１０％未満に設定した場合はレーザの発振状態が不安定になる場合があり、加工用レーザ光１１が２次元撮像素子４０に到達した到達位置を正確に測定できなくなるためである。

ステップＳ４において、測定光１５を照射して、ビーム位置測定ユニット３８を用いて、測定光１５が２次元撮像素子４０に到達した到達位置を求める。

ステップＳ５において、ステップＳ３で求めた加工用レーザ光１１の到達位置が、測定光１５の到達位置と一致するように、ビーム位置測定ユニット３８の２次元撮像素子４０の測定結果を参照しながら、測定光偏向ユニット１７の補正量を算出する。補正量は例えば制御部６が算出する。

以上に説明した方法により、加工光格子点３０における補正量を算出することができる。補正量を算出することで、２次元撮像素子４０に入力する加工用レーザ光１１の出力を測定光１５の出力に近づけることができるため、同一の２次元撮像素子４０を使うことができる。

一般的に、出力が大きく異なるレーザ光の位置を２次元撮像素子４０で測定する場合、出力に応じた異なる２次元撮像素子４０を使用する必要がある。

一方、上記の補正量の算出方法によれば、加工用レーザ光１１と測定光１５の到達位置を測定する際に２次元撮像素子４０を取り換える必要がなく、２次元撮像素子４０の設置誤差をなくすことができる。このため、加工用レーザ光１１と測定光１５の到達位置を精度よく求めることができる。

また、レンズ１４から２次元撮像素子４０に至るまでの光路は、光学部品を透過する光路を含まず、光が反射される光路のみ含むため、屈折や硝材色収差の影響を受けない。このため、加工用レーザ光１１と測定光１５の到達位置を精度よく求めることができる。

なお、図５に示すビーム位置測定ユニット３８には、１つの位置測定ミラー３９が用いられるが、位置測定ミラー３９の数は、１つに限定されず、２つ以上でもよい。

図７は、２つの位置測定ミラー３９ａ、３９ｂを備えたビーム位置測定ユニット３８の構成例を示す図である。

２つの位置測定ミラー３９ａ、３９ｂは、互いにｘ軸方向に離れて平行に配列される。

加工用レーザ光１１と測定光１５は、位置測定ミラー３９ａで反射された加工用レーザ光１１ａ及び測定光１５ａと、位置測定ミラー３９ａを透過する加工用レーザ光１１ｃとに分けられる。

加工用レーザ光１１ａは、位置測定ミラー３９ｂで反射された加工用レーザ光１１ｂと、位置測定ミラー３９ｂを透過する加工用レーザ光１１ｄとに分けられる。加工用レーザ光１１ｂは、２次元撮像素子４０に入力される。

測定光１５ａは、位置測定ミラー３９ｂで反射された測定光１５ｂとして、２次元撮像素子４０に入力される。

この時、位置測定ミラー３９ａから２次元撮像素子４０に至るまでの光路は、光学部品を透過する光路を含まず、光が反射される光路のみ含む。

また、２次元撮像素子４０は、レンズ１４から２次元撮像素子４０までの光路長が、ビーム位置測定ユニット３８が設置されていない場合のレンズ１４から加工点２０までの光路長と一致するような位置に設置される。

位置測定ミラー３９ａを透過した加工用レーザ光１１ｃは、ビーム終端器４１ａで終端される。

位置測定ミラー３９ｂを透過した加工用レーザ光１１ｄは、ビーム終端器４１ｂで終端される。

このように、複数の位置測定ミラー３９ａ、３９ｂを組み合わせることによって、２次元撮像素子４０に到達する加工用レーザ光１１と測定光１５のパワーを同程度に調整することが可能となる。

なお、図５及び図７に示すビーム位置測定ユニット３８は、加工用レーザ光１１と測定光１５を反射させる光学素子として位置測定ミラー３９を有するが、位置測定ミラー３９に全反射ミラーを組み合わせてもよい。全反射ミラーを組み合わせた場合でも、レンズ１４から２次元撮像素子４０に至るまでの光路は、光学部品を透過する光路を含まず、光が反射される光路のみ含む。

なお、図５及び図７に示す位置測定ミラー３９の形状は、平板形状に限定されず、位置測定ミラー３９は、加工用レーザ光１１と測定光１５の反射面が平坦なものであればよい。

なお、図５及び図７に示すビーム位置測定ユニット３８は、ビーム終端器４１を有するが、安全上の問題がなければビーム終端器４１を設置しない構成にしても良い。

なお、図５には説明の便宜上、被加工物１８を例示しているが、上述した補正量の算出時には被加工物１８を利用しないため、被加工物１８の図示を省略しても構わない。

なお、ビーム位置測定ユニット３８に入射する加工用レーザ光１１と測定光１５の光軸の角度は、加工光格子点３０の位置によって異なる。このため、ビーム位置測定ユニット３８は、２次元画像素子４０に加工用レーザ光１１と測定光１５を入力させるために、位置測定ミラー３９の角度を調整する機構や、２次元撮像素子４０の位置を調整する機構をさらに備えても良い。

なお、ビーム位置測定ユニット３８は、レーザ加工装置１の機能として、レーザ加工装置１に組み込まれているものでもよいし、レーザ加工装置１以外の別ユニットでもよい。

ビーム位置測定ユニット３８がレーザ加工装置１に組み込まれている場合、制御部６に２次元撮像素子４０を接続し、２次元撮像素子４０の測定結果に基づいて、制御部６が測定光偏向ユニット１７を制御し、制御部６が測定光偏向ユニット１７の補正量を算出するように構成しても良い。

なお、上述した補正量の算出方法は、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）を用いる場合に好適である。

シングルモードのファイバレーザでは、加工用レーザ光１１の加工点２０でのビーム径が５０μｍ以下になり、高い補正量の精度（１０μｍ以下）が要求されるが、補正量の算出方法では、シングルモードに要求される補正量の算出が可能だからである。

＜補正数表データの作成方法＞
次に、図８を参照して補正数表データの作成方法について説明する。図８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。

ステップＳ１１において、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に示した加工光軌跡２８）を設定する。仮の被加工物１８は、補正数表データを取得するために利用される被加工物である。

また、制御部６は、格子状パターンに含まれる複数の加工光格子点のうち、１つの加工光格子点を選定する。

ステップＳ１２において、制御部６は、ビーム位置測定ユニット３８を用いて、図６に示す一連の処理を実行することによって、補正量を算出する。

ステップＳ１３において、制御部６は、ステップＳ１２で算出した補正量と、補正量を算出したときの走査角とを対応付けて、補正数表データとしてメモリ３１に保存する。

その後、制御部６は、ステップＳ１４の処理を実行する。ステップＳ１４において、制御部６は、ステップＳ１１で設定された格子状パターンに含まれる複数の加工光格子点の全てについて、補正数表データの保存が完了したか否かの判定を行う。

ステップＳ１４において、制御部６は、全ての加工光格子点において補正数表データの保存が完了していない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１５の処理を実行する。

ステップＳ１５において、制御部６は、新たな加工光格子点（すなわち補正数表データの保存が行われていない加工光格子点）を１つ選定して、その後、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１４において、制御部６は、全ての加工光格子点において補正数表データの保存が完了した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。この一連の処理によって補正数表データが得られる。

なお、ステップＳ１１で設定される格子状パターンが図４に示した４×４の格子状パターンである場合、１６個の加工光格子点における補正数表データのみ作成される。加工光格子点を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、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。この場合、補正数表データを補間して補正量を求める必要がある。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＞
次に、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。

ｆθレンズ及びガルバノミラーを有する従来の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を用いて、レーザ発振器及びガルバノミラーを制御していた。そして、被加工物の表面の各加工点に対して時系列順に加工が行われていた。複数の加工データは、例えば、レーザ発振器への出力指示値と、走査角及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。

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に、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（加工点位置ともいう）、及び走査角が加えられ、さらに、上記の補正量が加えられる。

以下の説明では、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」と称する。

図９を参照して、補正済み加工データの一例について説明する。図９は、補正済み加工データに含まれるデータ項目の一例を示す図である。

補正済み加工データは、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、補正量ψｘ_ｋ、及び補正量ψｙ_ｋを含む。

データ番号ｋは、加工データの順番を示す。ｋは１以上の整数を表す。なお、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を表す。

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軸方向の加工点２０の位置を示す。

加工点位置ｙ_ｋは、ｙ軸方向の加工点２０の位置を示す。

走査角φｘ_ｋは、ｘ軸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軸方向の走査を担う第１ミラー１３の走査角を示す。

補正量ψｘ_ｋは、ｘ軸方向の測定光１５の位置の補正を担う測定光偏向ユニット１７の補正量を示す。

補正量ψｙ_ｋは、ｙ軸方向の測定光１５の位置の補正を担う測定光偏向ユニット１７の補正量を示す。

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量は、第２指示値の一例である。

次に、図１０を参照して、加工データの作成方法について説明する。図１０は、加工データの作成方法を説明するための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の領域に、レーザ出力データＬ_ｋ、加工点位置ｘ_ｋ、及び加工点位置ｙ_ｋを設定する。

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）を用いて設定される。

ステップＳ２３において、制御部６は、ステップＳ２２で設定された加工点位置ｘ_ｋ、及び加工点位置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、算出した走査角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）の関係性があるため、走査角は、加工点位置に基づき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、加工点位置と走査角関係式や対応数表等を用いて、第１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。

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ていない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、ステップＳ２５の処理を実行する。

ステップＳ２５において、制御部６は、参照するデータ番号ｋを１つ増加させて、その後、ステップＳ２２以降の処理を繰り返す。

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場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

以上の処理によって、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１０のフローにより設定された加工データに対して、加工点位置毎の補正量を設定する方法について説明する。

まず、図１１を用いて、加工点位置の補正数表データの構成について説明する。図１１は、加工点位置の補正数表データの構成を模式的に表した加工点位置の補正数表３４を示す図である。

図１１には、加工面１９における加工光格子点毎に設定された補正済み加工データが、複数のデータ点３２として模式的に示される。

図１１に示すデータ点３２は、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、及び補正量を含む。

図１１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。

以下の説明では、加工点位置の補正数表３４の各データ点３２の位置を、便宜上、走査角（φｘ，φｙ）で表す。

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）の要素を有する。

次に、図１２を用いて、補正量の設定方法の流れについて説明する。図１２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、加工点位置の補正数表３４内の全ての補正数表用走査角（Φｘ_i，Φｙ_ｊ）とを比較する。これにより、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。

すなわち、ステップＳ３２では、加工点位置の補正数表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の判定が行われている。

ステップＳ３２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が存在する場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、ステップＳ３３の処理を実行する。

ステップＳ３２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が存在しない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、ステップＳ３４の処理を実行する。

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、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、加工点位置の補正数表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又はステップ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全てについて、補正量の設定が完了したか否かを判定する。

ステップＳ３６において、制御部６は、加工データの全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）、ステップＳ３７の処理を実行する。

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、その後、ステップＳ３２以降の処理を繰り返す。

ステップＳ３７において、制御部６は、加工データの全てについて補正量の設定が完了した場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

以上の処理によって、図１０の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について補正量が設定される。すなわち、補正済み加工データが生成される。

＜補間処理の詳細＞
次に、図１２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１３は、ユーザが加工データとして設定した走査角Ｘが図１１に示した加工点位置の補正数表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である。

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～Ｄの４点で作られる格子内に位置している。

補正データ点Ａの値は（Φｘ_i，Φｙ_ｊ，Ψｘ_iｊ，Ψｙ_iｊ）である。補正データ点Ｂの値は（Φｘ_i＋１，Φｙ_ｊ，Ψｘ_i＋１ｊ，Ψｙ_i＋１ｊ）である。補正データ点Ｃの値は（Φｘ_i，Φｙ_ｊ＋１，Ψｘ_iｊ＋１，Ψｙ_iｊ＋１）である。補正データ点Ｄの値は（Φｘ_i＋１，Φｙ_ｊ＋１，Ψｘ_{i＋１ｊ＋１}，Ψｙ_{i＋１ｊ＋１}）である。

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）及び式（２）により算出される。

ψｘ_ｋ＝（Ｅ×Ψｘ_iｊ＋Ｆ×Ψｘ_i＋１ｊ＋Ｇ×Ψｘ_iｊ＋１＋Ｈ×Ψｘ_{i＋１ｊ＋１}）／Ｊ・・・（１）

ψｙ_ｋ＝（Ｅ×Ψｙ_iｊ＋Ｆ×Ψｙ_i＋１ｊ＋Ｇ×Ψｙ_iｊ＋１＋Ｈ×Ψｙ_{i＋１ｊ＋１}）／Ｊ・・・（２）

なお、式（１）及び（２）におけるＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊは、下記の式（３）～（７）により算出される。

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。なお、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、補間処理には、線形補間法に代えて、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、予め加工点位置の補正数表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。「補正数表３４上の補正数表用補正量（Ψｘ_iｊ，Ψｙ_iｊ）」は、図１１に示す補正数表３４の全てのデータ点３２を表す。近似曲面の算出方法の具体例としては、最小二乗法によるフィッティングを例示できる。例えば、３次元データセット（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）（ｉ＝１．．．ｎ）に対して、ある曲面の方程式ｚ＝ｆ（ａ_ｊ，ｘ，ｙ）（ｊ＝０．．．ｍ－１）を近似曲面として求めることができる。ａ_ｊは係数を表す。「３次元データセット（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）」のｘ，ｙに走査角を代入し、ｚに補正量（ｘ座標とｙ座標のどちらか）を代入することによって、補正量Ψｘ_ｉｊに対する走査角（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ）の近似曲面と、補正量Ψｙ_ｉｊに対する走査角（Φｘ_ｉ，Φｙ_ｊ）の近似曲面とを算出できる。このように、任意の走査角に基づき補正量を求める関係式を導出できる。

＜レーザ加工方法＞
次に、図１４を用いて、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置１によるレーザ加工方法について説明する。図１４は、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置１によるレーザ加工方法を説明するための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、及び補正量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）に基づいて第１ミラー１３を動作させ、補正量（ψｘ_ｋ，ψｙ_ｋ）に基づいて測定光偏向ユニット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）に基づいて測定光偏向ユニット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、レーザ出力値を示すレーザ出力データ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。

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Ｓ４５において、制御部６は、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：ＮＯ）、ステップＳ４６の処理を実行する。

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、その後、ステップＳ４２以降の処理を繰り返す。

ステップＳ４５において、制御部６は、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：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

以上の処理によって、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＞
次に、図１５を参照して、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の深さの計測方法の流れについて説明する。図１５は、キーホール２２の深さの計測方法を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ５１において、制御部６は、図１４に示した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。

位置データとは、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。また、制御部６は、計測処理部４に対してキーホール２２の深さの計測を開始する指令を出力する。

図１４に示すレーザ加工に関する一連の処理が開始されると、ステップＳ５２において、計測処理部４は、光干渉計３に対して、測定光１５を出射させるための指令を出力する。

そして、光干渉計３は、キーホール２２の底面で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、未加工の被加工物１８の加工面１９の位置データと、光干渉計３で生成された光干渉信号とを用いて、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をメモリ３１に保存する。

ステップＳ５４において、制御部６は、キーホール２２の深さの計測を終了させるか否かを判定する。

例えば、制御部６は、レーザ加工に関する一連の処理が終了していない場合、キーホール２２の深さの計測を継続させ、レーザ加工に関する一連の処理が終了した場合、キーホール２２の深さの計測を終了させる。

ステップＳ５４において、制御部６は、キーホール２２の深さの計測を終了させない場合（ステップＳ５４：ＮＯ）、ステップＳ５２以降の処理を繰り返す。

ステップＳ５４において、制御部６は、キーホール２２の深さの計測を終了させる場合（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、ステップＳ５５の処理を実行する。

ステップＳ５５において、制御部６は、レーザ加工に関する一連の処理が終了した後に、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。

なお、前述したキーホール２２の深さの計測開始の指令と、キーホール２２の深さの計測終了の指令は、制御部６が出力する代わりに、図示しない指令出力手段から出力されるものでもよい。その場合、指令出力装置を、キーボードなどの操作部経由でユーザが操作することで、これらの指令の出力が行われる。

＜効果＞
以上に説明したように、本実施の形態のビーム位置測定ユニット３８は、レンズ１４を透過した加工用レーザ光１１及び測定光１５を反射する位置測定ミラー３９と、位置測定ミラー３９で反射した加工用レーザ光１１及び測定光１５の位置を測定する２次元撮像素子４０を備える。

また、位置測定ミラー３９は、加工用レーザ光１１が２次元撮像素子４０に入力可能なパワーになる加工用レーザ光１１の波長の反射率に設定される。

また、２次元撮像素子４０は、レンズ１４から２次元撮像素子４０の光路長がレンズ１４から加工点２０の光路長に一致する位置に設置される。

また、レーザ加工装置１は、加工面１９上の目標位置を設定し、目標位置に加工用レーザ光１１が到達する第１指示値（測定光偏向ユニット１７の走査角）を設定する。

さらに、レーザ加工装置１は、ビーム位置測定ユニット３８によって測定した加工用レーザ光１１及び測定光１５の位置に基づいて、第２指示値（測定光偏向ユニット１７の補正量）を求めるように構成されている。

この構成により、レンズ１４の倍率色収差によって生じる、レンズ１４を透過後の加工面１９における加工用レーザ光１１及び測定光１５のそれぞれの到達位置のずれを補正することができる。

これにより、光干渉計３によるキーホール２２の深さの計測を好適に実施することができる。すなわち、キーホール２２の深さを正確に計測することができる。

図１６は、測定光偏向ユニット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１６によれば、加工用レーザ光１１の軌跡である加工光軌跡２８が、測定光１５の軌跡である測定光軌跡２７と一致していることが分かる。

また、加工光軌跡２８上の特定箇所の１つの加工光格子点３０と、測定光軌跡２７の対応する測定光格子点２９とが一致していることが分かる。

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、本実施の形態の変形例について説明する。

［第１変形例］
上記の実施の形態では、測定光１５の光軸方向を変化させるための測定光偏向ユニットとして、ガルバノミラーである測定光偏向ユニット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に用いる測定光偏向ユニットは、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の制御によって、測定光１５の光軸方向を変化させることができる構成であればよい。

このように構成される測定光偏向ユニットの一例を図１７に示す。図１７は、本開示の第１変形例に係るレーザ加工装置１の構成を模式的に示す図である。

図１７に示すレーザ加工装置１は、図１等に示した測定光偏向ユニット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及びステージドライバ３７を有する。

なお、図１７に示すレーザ加工装置１は、図１等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）ミラー等であってもよい。

移動ステージ３６は、測定光導入口９に設けられている。ステージドライバ３７は、制御部６と電気的に接続されており、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、図中のｙ軸方向及びｚ軸方向に移動する。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。

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ている。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。

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の角度は、変化する。すなわち、測定光偏向ユニットは、移動ステージ３６と第２ミラー３５で構成されている。これにより、ガルバノミラーである測定光偏向ユニット１７を用いた場合と同様の効果が得られる。

［第２変形例］
図１８は、本開示の第２変形例に係るレーザ加工装置１の構成を模式的に示す図である。図１８に示すレーザ加工装置１は、図１７に示した第２ミラー３５の代わりに、図１等に示したコリメートレンズ１６を有する。さらに移動ステージ３６及びステージドライバ３７を有する。なお、図１８に示すレーザ加工装置１は、図１等に示した測定光偏向ユニット１７を有していない。

第１変形例に係るレーザ加工装置１では、第２ミラー３５によって測定光軸２３の角度を変化させていたのに対し、第２変形例に係るレーザ加工装置１では、コリメートレンズ１６によって測定光軸２３の角度を変化させている。

移動ステージ３６は、測定光導入口９に設けられている。ステージドライバ３７は、制御部６と電気的に接続されており、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、ｙ軸方向及びｘ軸方向に移動する。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。

測定光導入口９における測定光１５の出射端は、コリメートレンズ１６の焦点と一致するように配置されている。これにより、測定光１５は、コリメートレンズ１６を透過し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。

移動ステージ３６の移動により、コリメートレンズ１６からダイクロイックミラー１２へ向かう測定光軸２３の角度は、変化する。すなわち、測定光偏向ユニットは移動ステージ３６とコリメートレンズ１６で構成されている。これにより、測定光偏向ユニットとしてガルバノミラーである測定光偏向ユニット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及びレーザ加工方法は、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 第１ミラー
１４ レンズ
１５ 測定光
１６ コリメートレンズ
１７ 測定光偏向ユニット
１８ 被加工物
１９ 加工面
２０ 加工点
２１ 溶融池
２２ キーホール
２３ 測定光軸
２４ 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 加工点位置の補正数表
３５ 第２ミラー
３６ 移動ステージ
３７ ステージドライバ
３８ ビーム位置測定ユニット
３９ 位置測定ミラー
４０ ２次元撮像素子
４１ ビーム終端器

Claims (7)

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、
   前記加工用レーザ光及び前記加工点に照射される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測定光偏向ユニットと、
   前記加工用レーザ光及び前記測定光を前記加工点に集光させるレンズと、
   加工データに基づいて、前記レーザ発振器、前記第１ミラー、及び前記測定光偏向ユニットを制御する制御部と、
   前記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用いて、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、
   前記加工用レーザ光と前記測定光の位置を測定するビーム位置測定ユニットと、
   を有する、レーザ加工装置。
2. 前記加工データは、前記第１ミラーの動作量を示す第１指示値と、前記測定光偏向ユニットの動作量を示す第２指示値と、を含み、
   前記ビーム位置測定ユニットは、前記レンズを通った前記加工用レーザ光及び前記測定光を反射する位置測定ミラーと、前記位置測定ミラーで反射した前記加工用レーザ光及び前記測定光の位置を測定する２次元撮像素子とを有し、
   前記制御部は、前記加工面上の目標位置を設定し、前記目標位置に、前記加工用レーザ光が到達する前記第１指示値を設定し、前記２次元撮像素子によって測定した前記加工用レーザ光及び前記測定光の位置に基づいて、前記第２指示値を算出する、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記位置測定ミラーは、前記加工用レーザ光が前記２次元撮像素子に入力可能なパワーになる前記加工用レーザ光の波長の反射率に設定され、
   前記２次元撮像素子は、前記レンズから前記２次元撮像素子の光路長が前記レンズから前記加工点の光路長に一致する位置に設置される、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記位置測定ミラーは、複数のミラーで構成されている、
   請求項２又は３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記位置測定ミラーは、前記加工用レーザ光の波長の反射率が０．１％以下である、
   請求項２から４の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 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２から５の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 加工用レーザ光及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測定光偏向ユニットと、前記加工用レーザ光及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、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、
   前記加工面上の目標位置を設定するステップと、
   前記目標位置に前記加工用レーザ光が到達する、前記第１ミラーの動作量を示す第１指示値を設定するステップと、
   前記加工用レーザ光と前記測定光の位置を測定するビーム位置測定ユニットによって測定した前記加工用レーザ光及び前記測定光の位置に基づいて、前記測定光偏向ユニットの動作量を示す第２指示値を求めるステップと、
   前記第１指示値と前記第２指示値とを含む加工データに基づき、前記加工用レーザ光を発振するレーザ発振器、前記第１ミラー、及び前記測定光偏向ユニットを制御するステップと、
   を含む、レーザ加工方法。

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