WO2018216562A1 - 加工データ作成方法、レーザー加工方法、加工データ作成システム、加工システム、加工データ作成プログラム、加工プログラム - Google Patents

加工データ作成方法、レーザー加工方法、加工データ作成システム、加工システム、加工データ作成プログラム、加工プログラム Download PDF

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真 吉田
敏男 前田
潤 植田
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ローランドディ―．ジー．株式会社
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    • G05B19/40932—Shape input

Definitions

  • the present invention relates to a machining data creation method, a laser machining method, a machining data creation system, a machining system, a machining data creation program, and a machining program.
  • Laser processing devices that process materials using lasers and create objects are known.
  • the material is processed based on, for example, processing data created in advance by a CAD / CAM system.
  • Non-Patent Document 1 a technique for focusing out in consideration of the refractive index of the material has been studied.
  • the laser irradiation position changes along the surface shape of the object.
  • the optical path length of the laser inside the transparent material also changes.
  • the actual laser processing is affected by the refractive index of the material. Therefore, even if processing is performed based on processing data created in advance, it is difficult to create an accurate object.
  • An object of the present invention is to provide a technique for creating machining data for accurately machining an object, and a technique for accurately machining the object using the created machining data.
  • One invention for achieving the above object is a method of creating processing data used when forming an object within a material by laser processing, based on shape data indicating the shape of the object, A first step of setting a laser irradiation path inside the material, and a second step of creating the processing data by correcting the position of the irradiation path in the laser irradiation direction based on the refractive index of the material. And a process data creation method having a process.
  • another invention for achieving the above object is a third aspect in which the object is formed in the material by irradiating the laser based on the processing data generated by the processing data generation method. It is a laser processing method including a process.
  • processing data for processing a target object it is possible to create processing data for processing a target object accurately. Further, according to the present invention, the object can be accurately processed using the processing data.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a machining system 100, a CAM system 200, and a CAD system 300 according to the embodiment.
  • the processing system 100 creates a desired object by processing a material in a non-contact manner using a laser.
  • the CAM system 200 creates machining data used in the machining system 100.
  • the CAD system 300 creates shape data indicating the shape of the object.
  • the shape data is, for example, three-dimensional data of an object, and specifically, STL data, solid data used in three-dimensional CAD, or data such as 3MF or AMF used in a 3D printer. Note that the CAM system 200 and the CAD system 300 may be configured as an integrated system.
  • the processing system 100 includes a laser processing apparatus 1 and a computer 2. However, the processing system 100 may be configured by the laser processing apparatus 1 alone by realizing the function performed by the computer 2 with the laser processing apparatus 1.
  • the laser processing apparatus 1 processes the surface and the inside of the material M by irradiating the material M with laser based on processing data created in advance.
  • the laser processing apparatus 1 includes an irradiation unit 10, a holding unit 20, and a drive mechanism 30.
  • the irradiation unit 10 irradiates the material M with a laser.
  • the irradiation unit 10 includes a laser oscillator 10a and a lens group 10b for condensing the laser from the oscillator 10a at a predetermined position. The position where the laser is focused corresponds to the “irradiation position”.
  • the laser oscillator 10 a may be provided outside the laser processing apparatus 1. Further, the irradiation unit 10 may include an adjustment mechanism (not shown) that makes the irradiation position variable by adjusting the focal length of the lens group 10b.
  • the material M according to the present embodiment is a material that transmits laser (transparent material).
  • the transparent material is, for example, a glass material, a highly transparent resin material (for example, acrylic resin), a zirconia-based light transmissive material (a composite material such as a zirconia-containing glass ceramic, or a single zirconia having a certain transmittance). Etc.
  • the light transmittance of the transparent material does not need to be 100%, and may be a value that allows the laser to reach a predetermined position (position where the target object is formed) inside the material.
  • the laser is an ultra short pulse laser.
  • An ultrashort pulse laser is a laser whose one pulse width is several picoseconds to several femtoseconds.
  • Ablation processing can be performed by irradiating the processing region of the material with an ultrashort pulse laser for a short time.
  • Ablation processing is a method in which a material is melted or gasified by laser irradiation. The molten or gasified (plasmaized) material is instantly evaporated / scattered and removed, so that a cavity is formed at the position irradiated with the laser.
  • Ablation processing causes less damage to the processed part due to heat compared to general thermal processing.
  • the holding unit 20 holds the material M.
  • the method for holding the material M is not particularly limited as long as the held material M can be moved along the drive shaft of the laser processing apparatus 1.
  • the holding unit 20 in FIG. 1 is shown with a configuration of a table on which the material M is placed, for example, a configuration in which the material M is sandwiched and held may be used.
  • the drive mechanism 30 moves the irradiation unit 10 and the holding unit 20 relatively.
  • the drive mechanism 30 includes a servo motor for driving.
  • the drive mechanism 30 moves the irradiation unit 10 and the holding unit 20 relative to each other along the drive axes of three axes (X axis, Y axis, Z axis), so that the irradiation unit 10 and the holding unit are moved. 20 (material M held by the holding unit 20) can be adjusted.
  • the X-axis direction corresponds to the longitudinal direction of the material M
  • the Y-axis direction corresponds to the lateral direction of the material M
  • the Z-axis direction corresponds to the height direction of the material M.
  • the height direction of the material M is a direction orthogonal to the width direction (X-axis direction or Y-axis direction) of the material M.
  • maintenance part 20 should just be able to move to an XYZ axial direction relatively.
  • the irradiation unit 10 may be movable only in the Z-axis direction, and the holding unit 20 may be movable in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the holding unit 20 may be fixed and the irradiation unit 10 may be moved in the XYZ axis.
  • the structure which can move to a direction may be sufficient.
  • the drive shaft of the laser processing apparatus 1 is not limited to three axes.
  • the drive shaft may have five axes (X axis, Y axis, Z axis, A rotation axis (rotation axis around the X axis), and B rotation axis (rotation axis around the Y axis)).
  • the computer 2 controls the operation of various components included in the laser processing apparatus 1. For example, the computer 2 controls the drive mechanism 30 to adjust the relative positional relationship between the irradiation unit 10 and the material M held by the holding unit 20. Or the computer 2 controls the irradiation part 10 and the drive mechanism 30 so that a laser may be irradiated to the inside of the material M based on process data (after-mentioned).
  • the computer 2 is an example of a “control unit” included in the processing system 100.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the CAM system 200.
  • the CAM system 200 includes a storage unit 200a, a communication unit 200b, an operation unit 200c, a display unit 200d, and a control unit 200e.
  • the storage unit 200a stores various information related to the CAM system 200 and data used in the CAM system 200.
  • the communication unit 200b provides an interface for connecting the CAM system 200 to the machining system 100 and the CAD system 300 (see FIG. 1).
  • the operation unit 200c is configured for an operator to input various operations to the CAM system 200.
  • the operation unit 200c is, for example, a mouse, a keyboard, or a GUI displayed on the display unit 200d.
  • the display unit 200d provides a display screen for displaying various types of information and creating machining data.
  • Control unit 200e controls various processes in the CAM system 200.
  • Control unit 200 e includes a CPU and a memory (both not shown).
  • the CPU realizes various functions by executing an operation program stored in the memory.
  • the operation program is executed by, for example, starting processing data creation software installed in advance.
  • FIG. 3 is a diagram showing a software configuration example of the CAM system 200.
  • the CAM system 200 includes a shape data storage unit 201a, a setting unit 201e, a machining data creation unit 202e, and an output unit 203e.
  • the shape data storage unit 201a is provided as a part of the storage area of the storage unit 200a.
  • the setting unit 201e, the machining data creation unit 202e, and the output unit 203e are realized by the CPU of the control unit 200e executing an operation program stored in the memory.
  • the shape data storage unit 201a stores shape data indicating the shape of the target object.
  • the shape data is created by the CAD system 300, for example.
  • the setting unit 201e sets a laser irradiation path inside the material based on shape data indicating the shape of the target object.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the surface shape of the target T formed inside the material M and the corresponding laser irradiation path.
  • the setting unit 201e sets the laser irradiation path L1 at a position outside the surface of the target T by a predetermined amount.
  • the predetermined amount is set according to the spot diameter of the laser to be used, the polishing amount (polishing thickness) in the finishing process, and the like.
  • the position of the surface of the target T can be specified by coordinate values (for example, three-dimensional (XYZ) coordinate values) included in the shape data.
  • the irradiation path L1 is constituted by a plurality of point cloud data, for example.
  • Each of the plurality of point data included in the point cloud data has three-dimensional (XYZ) coordinate values.
  • the processing data creation unit 202e creates processing data by correcting the position of the irradiation path in the laser irradiation direction based on the refractive index of the material.
  • Laser irradiation direction indicates the direction of laser irradiation on the surface of the material.
  • the laser irradiation direction corresponds to the height direction (Z-axis direction) of the material.
  • the “position of the irradiation path in the laser irradiation direction” corresponds to the position of the irradiation path in the Z-axis direction (Z-axis coordinate value).
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a change in the laser irradiation position in the height direction of the material M.
  • “zs” is the height of the surface of the material M
  • “z1” to “z3” are the heights of the laser irradiation positions inside the material M.
  • the refractive index of the material M is “N”. Note that the height zs and the refractive index M of the surface of the material M are input in advance by the operator via the operation unit 200c.
  • the optical path length of the laser is affected by the refractive index.
  • the laser irradiation position is set to the height z2.
  • the optical path length of the irradiated laser is increased by the refractive index N. Therefore, in practice, the laser is irradiated to the position of the height z3 (see (1) in FIG. 5).
  • the actual laser cannot be irradiated along the set irradiation path due to the influence of the refractive index N.
  • the optical path length from the height zs to the height z2 on the surface of the material M is corrected to 1 / N, and the laser beam is irradiated to the position of the height z1 (see (2) in FIG. 5).
  • the position of the laser that is actually irradiated is the position of the height z2 (see (3) in FIG. 5).
  • the height z1 is obtained by the following equation (1).
  • the irradiation path L2 created by performing the above correction is shown in FIG.
  • the position of the irradiation path L2 in the height direction of the material M is entirely shifted to the upper side (the surface side of the material M) than the irradiation path L1.
  • Data indicating such an irradiation path L2 is an example of “processing data”.
  • the processing data creation unit 202e performs the above correction for each point included in the point cloud data, thereby performing irradiation configured from the corrected point cloud data.
  • a route L2 is created.
  • the output unit 203e outputs the created machining data to the machining system 100.
  • the output unit 203e outputs the created irradiation path L2 data to the processing system 100.
  • the CAM system 200 can create processing data to be used when an object is formed inside a material by laser processing. That is, the CAM system 200 corresponds to a “machining data creation system”.
  • the processing system 100 performs laser irradiation based on the processing data of the irradiation path L2 (along the irradiation path L2). In this case, since the laser is actually irradiated to the processing path L1, it is possible to perform the original intended processing.
  • irradiation path L2 is configured by point cloud data, laser irradiation is performed for each point.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing system 100 and the CAM system 200.
  • the setting unit 201e sets the irradiation path of the laser inside the material based on the shape data created by the CAD system 300 (setting of the irradiation path. Step 10).
  • the machining data creation unit 202e creates machining data for the irradiation path set in step 10 by correcting the position in the laser irradiation direction with the refractive index (creation of machining data, step 11).
  • the output unit 203e outputs the processing data created in step 11 to the processing system 100 (processing data output; step 12).
  • the processing system 100 performs processing inside the material by irradiating a laser based on the processing data output in step 12 (laser processing inside the material, step 13).
  • the computer 2 controls the drive mechanism 30 and controls the irradiation unit 10 while relatively moving the irradiation unit 10 and the holding unit 20 along the irradiation path indicated by the processing data. It is executed by performing laser irradiation.
  • the laser irradiation path inside the material M is set based on the shape data indicating the shape of the target object, and the position of the irradiation path in the laser irradiation direction is set to the material.
  • a method of creating processing data can be implemented.
  • the setting of the irradiation path is performed by the setting unit 201e, and the processing data is generated by the processing data generating unit 202e.
  • the CAM system 200 when the set laser irradiation path is constituted by point cloud data, it is possible to correct the refractive index for each point included in the point cloud data. Thus, it becomes possible to create more accurate processing data by performing correction by the refractive index for each point.
  • the processing system 100 can implement a method of forming an object inside the material M by irradiating a laser based on the processing data created by the CAM system 200. Laser irradiation is performed by the controller 2 controlling the irradiation unit 10 and the drive mechanism 30. By performing processing using the above-described processing data, the target object can be processed accurately.
  • the CAM system 200 outputs the shape data created by the CAD system 300 and information on the refractive index of the material M selected by the operator to the processing system 100.
  • the controller 2 sets the laser irradiation path inside the material based on the shape data indicating the shape of the object. Further, the controller 2 creates processing data by correcting the position of the irradiation path in the laser irradiation direction based on the refractive index of the material. And the controller 2 controls the irradiation part 10 and the drive mechanism 30 so that a laser may be irradiated to the inside of a material based on the processing data created by itself.
  • the processing data considers the influence of the refractive index. Therefore, the object can be accurately processed by performing processing using the processing data.
  • the CAM system 200 side may perform the setting of the irradiation route, and the controller 2 may perform a process of creating processing data based on the set irradiation route.
  • machining data creation method and the laser machining method described in the above embodiment can be configured as a program.
  • a machining data creation program for creating machining data can be configured.
  • a machining program for creating machining data and irradiating a laser inside the material can be configured based on the machining data.
  • the “computer” that executes these programs is, for example, the CAM system 200 or the computer 2.
  • machining data for machining the target object accurately can be created. Further, by executing the above-described machining program, the object can be accurately machined using the created machining data.
  • Non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (for example, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), CD-ROMs (Read Only Memory), and the like.

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Abstract

目的物を正確に加工するための加工データを作成する方法を提供する。レーザー加工により材料内部に目的物を形成する際に使用する加工データを作成する方法であって、前記目的物の形状を示す形状データに基づいて、前記材料内部におけるレーザーの照射経路を設定する第１の工程と、前記照射経路の前記レーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより前記加工データを作成する第２の工程と、を有する加工データ作成方法。

Description

加工データ作成方法、レーザー加工方法、加工データ作成システム、加工システム、加工データ作成プログラム、加工プログラム
　本発明は、加工データ作成方法、レーザー加工方法、加工データ作成システム、加工システム、加工データ作成プログラム、及び加工プログラムに関する。
　レーザーを用いて材料を加工し、目的物を作成するレーザー加工装置が知られている。材料の加工は、たとえば、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムで予め作成された加工データに基づいて行われる。
　このようなレーザー加工装置においては、実際のレーザー加工を行う前に、レーザーの焦点を材料表面または材料内部の所定の高さに合わせるよう調整する作業（焦点出し）を行うことが必要となる。
　この際、材料の屈折率の影響により、透明な材料内部では空気中よりもレーザーの光路長が長くなる。そこで、材料の屈折率を考慮して焦点出しを行う手法が検討されている（非特許文献１参照）。
"フェムト秒レーザー超微細加工装置"、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社東京インスツルメンツ、［平成２９年５月８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tokyoinst.co.jp/product#file/file/TI01#tec01#ja.pdf＞
　ところで、実際のレーザー加工において材料内部を加工する場合、レーザーの照射位置は、目的物の表面形状に沿って変化する。
　ここで、レーザーの照射位置の変化に伴い、透明な材料内部におけるレーザーの光路長も変化することとなる。すなわち、非特許文献１のような手法で焦点出しを行った場合であっても、実際のレーザー加工においては材料の屈折率の影響を受けることになる。従って、予め作成された加工データに基づいて加工を行ったとしても、正確な目的物を作成することが困難である。
　本発明の目的は、目的物を正確に加工するための加工データを作成する技術、及び作成された加工データを用いて目的物を正確に加工する技術を提供することにある。
　上記目的を達成するための一の発明は、レーザー加工により材料内部に目的物を形成する際に使用する加工データを作成する方法であって、前記目的物の形状を示す形状データに基づいて、前記材料内部におけるレーザーの照射経路を設定する第１の工程と、前記照射経路の前記レーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより前記加工データを作成する第２の工程と、を有する加工データ作成方法である。
　また、上記目的を達成するための別の発明は、上記加工データ作成方法により作成された前記加工データに基づいて、前記レーザーを照射することにより、材料内部に前記目的物を形成する第３の工程を含むレーザー加工方法である。
　本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。
　本発明によれば、目的物を正確に加工するための加工データを作成することができる。また、本発明によれば、当該加工データを用いて目的物を正確に加工できる。
実施形態に係る加工システム、ＣＡＭシステム及びＣＡＤシステムの構成を示す模式図である。 実施形態に係るＣＡＭシステムのハードウェア構成を示す図である。 実施形態に係るＣＡＭシステムのソフトウェア構成を示す図である。 実施形態に係る材料の一部を模式的に示した図である。 実施形態に係る材料の一部を模式的に示した図である。 実施形態に係る材料の一部を模式的に示した図である。 実施形態に係るＣＡＭシステム及び加工システムの動作を示すフローチャートである。
　図１は、実施形態に係る加工システム１００、ＣＡＭシステム２００及びＣＡＤシステム３００を模式的に示した図である。
　加工システム１００は、レーザーを用いて非接触で材料を加工することにより、所望の目的物を作成する。ＣＡＭシステム２００は、加工システム１００で使用する加工データを作成する。ＣＡＤシステム３００は、目的物の形状を示す形状データを作成する。形状データは、たとえば目的物の三次元データであり、具体的にはＳＴＬデータや三次元ＣＡＤで使用されるソリッドデータ、或いは３Ｄプリンタで使用される３ＭＦやＡＭＦなどのデータである。なお、ＣＡＭシステム２００及びＣＡＤシステム３００は、一体のシステムとして構成されていてもよい。
＝＝加工システム＝＝
　加工システム１００は、レーザー加工装置１及びコンピューター２を有する。但し、コンピューター２の果たす機能をレーザー加工装置１で実現することによって、加工システム１００がレーザー加工装置１単体で構成されてもよい。
　レーザー加工装置１は、予め作成された加工データに基づいて材料Ｍにレーザーを照射することにより、材料Ｍの表面や内部を加工する。
　レーザー加工装置１は、照射部１０、保持部２０、及び駆動機構３０を含む。
　照射部１０は、材料Ｍに対してレーザーを照射する。照射部１０は、レーザーの発振器１０ａ、及び発振器１０ａからのレーザーを所定の位置に集光させるためのレンズ群１０ｂ等を含む。レーザーが集光する位置は「照射位置」に相当する。なお、レーザーの発振器１０ａは、レーザー加工装置１の外部に設けられていてもよい。また、照射部１０は、レンズ群１０ｂの焦点距離を調整することにより、照射位置を可変とする調整機構（図示なし）を備えていてもよい。
　本実施形態に係る材料Ｍは、レーザーを透過する材料（透明材）である。透明材は、たとえば、ガラス材料、光透過性の高い樹脂材料（たとえば、アクリル樹脂）、ジルコニア系の光透過材料（ジルコニア配合型ガラスセラミックのような複合材料や一定の透過率を有するジルコニア単体）等である。なお、透明材の光透過率は１００％である必要はなく、材料内部の所定位置（目的物を形成する位置）までレーザーが届く程度の値であればよい。
　レーザーは超短パルスレーザーを用いる。超短パルスレーザーは、一のパルス幅が数ピコ秒～数フェムト秒のレーザーである。超短パルスレーザーを材料の加工領域に短時間照射することにより、アブレーション加工（非熱加工）を行うことができる。アブレーション加工は、レーザーの照射により材料を溶融またはガス化させる方法である。溶融またはガス化（プラズマ化）した材料は、瞬時に蒸発・飛散し除去されるため、レーザーが照射された位置には空洞が形成される。アブレーション加工は、一般的な熱加工と比べ、熱による加工部分の損傷が少ない。
　保持部２０は材料Ｍを保持する。材料Ｍを保持する方法は、保持された材料Ｍをレーザー加工装置１の駆動軸に沿って移動させることができれば、特に限定されるものではない。図１における保持部２０は、材料Ｍを載置するテーブルの構成で示しているが、たとえば、材料Ｍを挟み込んで保持するような構成であってもよい。
　駆動機構３０は、照射部１０及び保持部２０を相対的に移動させる。駆動機構３０は駆動用のサーボモータ等を含む。本実施形態において、駆動機構３０は、照射部１０及び保持部２０を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の駆動軸に沿って相対的に移動させることにより、照射部１０と保持部２０（保持部２０に保持される材料Ｍ）との位置関係を調整することができる。
　本実施形態において、Ｘ軸方向は材料Ｍの縦方向に相当し、Ｙ軸方向は材料Ｍの横方向に相当し、Ｚ軸方向は材料Ｍの高さ方向に相当する。材料Ｍの高さ方向は、材料Ｍの幅方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）に直交する方向である。
　なお、照射部１０と保持部２０とは相対的にＸＹＺ軸方向に移動できればよい。たとえば、照射部１０がＺ軸方向のみ移動可能であり、保持部２０がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能という構成であってもよいし、保持部２０は固定で照射部１０がＸＹＺ軸方向に移動可能という構成であってもよい。また、レーザー加工装置１の駆動軸は３軸に限られない。たとえば５軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ回転軸（Ｘ軸回りの回転軸）、Ｂ回転軸（Ｙ軸回りの回転軸））の駆動軸を有する構成であってもよい。
　コンピューター２は、レーザー加工装置１が備える各種構成の動作を制御する。たとえば、コンピューター２は、駆動機構３０を制御して照射部１０と保持部２０に保持される材料Ｍとの相対的な位置関係を調整する。或いは、コンピューター２は、加工データ（後述）に基づいて、材料Ｍの内部にレーザーを照射するよう、照射部１０及び駆動機構３０を制御する。コンピューター２は、加工システム１００が備える「制御部」の一例である。
＝＝ＣＡＭシステム＝＝
　図２はＣＡＭシステム２００のハードウェア構成例を示す図である。ＣＡＭシステム２００は、記憶部２００ａ、通信部２００ｂ、操作部２００ｃ、表示部２００ｄ、及び制御
部２００ｅを備える。
　記憶部２００ａは、ＣＡＭシステム２００に関する各種情報やＣＡＭシステム２００で使用するデータを記憶する。通信部２００ｂは、ＣＡＭシステム２００と、加工システム１００及びＣＡＤシステム３００（図１参照）とを接続するためのインターフェースを提供する。操作部２００ｃは、作業者がＣＡＭシステム２００に対して各種の操作入力を行うための構成である。操作部２００ｃは、たとえば、マウス、キーボード或いは、表示部２００ｄに表示されるＧＵＩである。表示部２００ｄは、各種の情報を表示させたり、加工データを作成するための表示画面を提供する。
　制御部２００ｅは、ＣＡＭシステム２００における各種処理を制御する。制御部２００
ｅはＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示無し）を備える。ＣＰＵは、メモリに記憶された
動作プログラムを実行することにより各種の機能を実現する。動作プログラムは、たとえ
ば予めインストールされた加工データ作成用ソフトウェアを立ち上げることにより実行される。
　図３はＣＡＭシステム２００のソフトウェア構成例を示す図である。ＣＡＭシステム２００は、形状データ記憶部２０１ａ、設定部２０１ｅ、加工データ作成部２０２ｅ、及び出力部２０３ｅを備える。形状データ記憶部２０１ａは、記憶部２００ａの記憶領域の一部として提供される。設定部２０１ｅ、加工データ作成部２０２ｅ、及び出力部２０３ｅは、制御部２００ｅのＣＰＵがメモリに記憶される動作プログラムを実行することにより実現される。
（形状データ記憶部）
　形状データ記憶部２０１ａは、目的物の形状を示す形状データを記憶する。形状データは、たとえばＣＡＤシステム３００で作成される。
（設定部）
　設定部２０１ｅは、目的物の形状を示す形状データに基づいて、材料内部におけるレーザーの照射経路を設定する。
　図４は、材料Ｍの内部に形成される目的物Ｔの表面形状と、対応するレーザーの照射経路との関係を模式的に示した図である。
　材料に対してレーザーを照射する場合には、レーザーのスポット径を考慮する必要がある。目的物Ｔが図４に示すような表面形状を有する場合、この表面に対してレーザーを照射すると、レーザーのスポット径分だけ目的物Ｔの内側まで加工されることになる。従って、目的物Ｔの正確な形状が得られない。そこで、目的物Ｔの表面よりもスポット径分だけ外側にレーザーを照射する必要がある。或いは、レーザー加工を行った後に研磨等の仕上げ加工を行う場合もありうる。このような場合にも目的物Ｔの表面よりも外側にレーザーを照射する必要がある。
　具体的に、設定部２０１ｅは、目的物Ｔの表面よりも所定量だけ外側の位置にレーザーの照射経路Ｌ１を設定する。所定量は、使用するレーザーのスポット径や仕上げ工程における研磨量（研磨する厚さ）等により設定される。また、目的物Ｔの表面の位置は、形状データに含まれる座標値（たとえば、三次元（ＸＹＺ）の座標値）によって特定することができる。
　なお、照射経路Ｌ１は、たとえば複数の点群データにより構成される。点群データに含まれる複数の点データは、それぞれ三次元（ＸＹＺ）の座標値を有する。
（加工データ作成部）
　加工データ作成部２０２ｅは、照射経路のレーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより加工データを作成する。
　「レーザーの照射方向」は、材料のある表面に対してレーザーを照射する方向を示す。本実施形態において、レーザーの照射方向は材料の高さ方向（Ｚ軸方向）に相当するものとする。この場合、「照射経路のレーザーの照射方向における位置」は、照射経路のＺ軸方向の位置（Ｚ軸の座標値）に相当する。
　ここで、図５を参照して、本実施形態に係る屈折率に基づく補正の概要について説明する。図５は、材料Ｍの高さ方向におけるレーザーの照射位置の変化を模式的に示した図である。図５における「ｚｓ」は材料Ｍ表面の高さであり、「ｚ１」～「ｚ３」は材料Ｍの内部におけるレーザーの照射位置の高さである。また、材料Ｍの屈折率は「Ｎ」であるとする。なお、材料Ｍ表面の高さｚｓ及び屈折率Ｍは、作業者により、操作部２００ｃを介して予め入力される。
　材料Ｍの内部にレーザーを照射する場合、レーザーの光路長は屈折率の影響を受ける。たとえば、材料内部のある高さｚ２にレーザーを照射したい場合に、レーザーの照射位置を高さｚ２に合わせたとする。この場合、照射されるレーザーの光路長は、屈折率Ｎ分だけ長くなる。従って、実際には、高さｚ３の位置にレーザーが照射されることとなる（図５の（１）参照）。つまり、スポット径等を考慮して目的物の表面形状に沿った照射経路を設定したとしても、屈折率Ｎの影響により、実際のレーザーは設定した照射経路に沿って照射できない。
　そこで、高さｚ２の位置にレーザーを照射したい場合には、レーザーの照射位置を屈折率Ｎに基づいて補正する必要がある。具体的には、材料Ｍ表面の高さｚｓから高さｚ２までの光路長を１／Ｎとするように補正し、高さｚ１の位置にレーザーを照射させる（図５の（２）参照）。この場合、実際に照射されるレーザーの位置は、高さｚ２の位置となる（図５の（３）参照）。ここで、高さｚ１は、以下の式（１）により求められる。
［数１］
　ｚ１＝ｚｓ－（ｚｓ－ｚ２）／Ｎ・・・・（１）
　上記補正を行って作成された照射経路Ｌ２を図６に示す。照射経路Ｌ２の材料Ｍの高さ方向における位置は、全体的に照射経路Ｌ１よりも上側（材料Ｍの表面側）にシフトしている。このような照射経路Ｌ２を示すデータは、「加工データ」の一例である。
　また、照射経路Ｌ１が点群データから構成されている場合、加工データ作成部２０２ｅは、点群データに含まれる点毎に上記補正を行うことで、補正された点群データから構成される照射経路Ｌ２を作成する。
（出力部）
　出力部２０３ｅは、作成した加工データを加工システム１００に出力する。上記例において、出力部２０３ｅは、作成した照射経路Ｌ２のデータを加工システム１００に出力する。
　このように、本実施形態に係るＣＡＭシステム２００は、レーザー加工により材料内部に目的物を形成する際に使用する加工データを作成することができる。すなわち、ＣＡＭシステム２００は、「加工データ作成システム」に相当する。
　なお、加工システム１００は、照射経路Ｌ２の加工データに基づいて（照射経路Ｌ２に沿って）、レーザーの照射を行う。この場合、実際には加工経路Ｌ１にレーザーが照射されることになるため、本来の目的とする加工を行うことが可能となる。
　また、照射経路Ｌ２が点群データにより構成されている場合、レーザーの照射は点毎に行われる。
＝＝加工データ作成及びレーザー加工＝＝
　図７を参照して、本実施形態に係る加工データの作成及びレーザー加工の処理について説明する。図７は、加工システム１００及びＣＡＭシステム２００を示すフローチャートである。
　設定部２０１ｅは、ＣＡＤシステム３００で作成された形状データに基づいて、材料内部におけるレーザーの照射経路を設定する（照射経路の設定。ステップ１０）。
　加工データ作成部２０２ｅは、ステップ１０で設定された照射経路について、レーザーの照射方向における位置を屈折率で補正することにより加工データを作成する（加工データの作成。ステップ１１）。
　出力部２０３ｅは、ステップ１１で作成した加工データを加工システム１００に出力する（加工データの出力。ステップ１２）。
　加工システム１００は、ステップ１２で出力された加工データに基づいて、レーザーを照射することにより、材料内部の加工を行う（材料内部のレーザー加工。ステップ１３）。ステップ１３における処理は、たとえば、コンピューター２が駆動機構３０を制御し、加工データが示す照射経路に沿って照射部１０と保持部２０とを相対的に移動させつつ、照射部１０を制御してレーザー照射を行わせることにより実行される。
＝＝効果＝＝
　このように、本実施形態では、ＣＡＭシステム２００において、目的物の形状を示す形状データに基づいて、材料Ｍ内部におけるレーザーの照射経路を設定し、レーザーの照射方向における照射経路の位置を、材料Ｍの屈折率に基づいて補正することにより加工データを作成する方法を実施できる。照射経路の設定は設定部２０１ｅが行い、加工データの作成は、加工データ作成部２０２ｅが行う。レーザーの照射経路のうち、レーザーの照射方向における位置を材料の屈折率で補正することにより、屈折率の影響による光路長の変化を考慮した加工データを作成できる。すなわち、このような加工データは、目的物を正確に加工することが可能となるデータである。
　また、本実施形態におけるＣＡＭシステム２００においては、設定されたレーザーの照射経路が点群データにより構成される場合、点群データに含まれる点毎に屈折率による補正を行うことが可能である。このように点毎に屈折率による補正を行うことで、より正確な加工データを作成することが可能となる。
　また、本実施形態に係る加工システム１００は、ＣＡＭシステム２００で作成された加工データに基づいて、レーザーを照射することにより、材料Ｍ内部に目的物を形成する方法を実施できる。レーザーの照射は、コントローラー２が照射部１０及び駆動機構３０を制御することにより行われる。上述の加工データを用いて加工を行うことにより、目的物を正確に加工することが可能となる。
＝＝その他＝＝
　上記実施形態では、ＣＡＭシステム２００が作成した加工データを加工システム１００で使用する例について述べた。一方、加工システム１００側でＣＡＭシステム２００と同様の処理を行うことも可能である。
　たとえば、ＣＡＭシステム２００は、ＣＡＤシステム３００で作成された形状データ及び作業者により選択された材料Ｍの屈折率の情報を加工システム１００に出力する。
　コントローラー２は、目的物の形状を示す形状データに基づいて、材料内部におけるレーザーの照射経路を設定する。またコントローラー２は、照射経路のレーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより加工データを作成する。そして、コントローラー２は、自ら作成した加工データに基づいて、材料内部にレーザーを照射するよう照射部１０及び駆動機構３０を制御する。
　このように、加工システム１００側で加工データを作成する場合であっても、当該加工データは屈折率の影響を考慮したものである。従って、当該加工データを用いて加工を行うことにより、目的物を正確に加工することが可能となる。なお、ＣＡＭシステム２００側で照射経路の設定まで行い、コントローラー２は、設定された照射経路に基づいて加工データを作成する処理を行うことでもよい。
　また、上記実施形態で説明した加工データ作成方法やレーザー加工方法をプログラムとして構成することも可能である。
　たとえば、コンピューターに、目的物の形状を示す形状データに基づいて、材料内部におけるレーザーの照射経路を設定させ、照射経路のレーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより加工データを作成させる加工データ作成プログラムを構成できる。
　また、コンピューターに、目的物の形状を示す形状データに基づいて、材料内部におけるレーザーの照射経路を設定させ、照射経路のレーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより加工データを作成させ、加工データに基づいて、材料内部にレーザーを照射させる加工プログラムを構成できる。
　これらのプログラムを実行する「コンピューター」は、たとえば、ＣＡＭシステム２００或いはコンピューター２である。
　上述の加工データ作成プログラムを実行することにより、目的物を正確に加工するための加工データを作成することができる。また、上述の加工プログラムを実行することにより、作成された加工データを用いて目的物を正確に加工することができる。
　このようなプログラムが記憶された非一時的なコンピューター可読媒体（non-transitory computer readable medium with an executable program thereon）を用いて、コンピューターにプログラムを供給することも可能である。非一時的なコンピューターの可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）等がある。
　上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１　レーザー加工装置
　２　コンピューター
　１０　照射部
　２０　保持部
　３０　駆動機構
　１００　加工システム
　２００　ＣＡＭシステム
　２０１ａ　形状データ記憶部
　２０１ｅ　設定部
　２０２ｅ　加工データ作成部
　２０３ｅ　出力部
　３００　ＣＡＤシステム

Claims (7)

  1. 　レーザー加工により材料内部に目的物を形成する際に使用する加工データを作成する方法であって、
    　前記目的物の形状を示す形状データに基づいて、前記材料内部におけるレーザーの照射経路を設定する第１の工程と、
    　前記照射経路の前記レーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより前記加工データを作成する第２の工程と、
    　を有する加工データ作成方法。
  2. 　前記照射経路は点群データにより構成され、
    　前記第２の工程は、前記点群データに含まれる点毎に前記屈折率による補正を行うことを特徴とする請求項１記載の加工データ作成方法。
  3. 　請求項１または２の作成方法により作成された前記加工データに基づいて、前記レーザーを照射することにより、材料内部に前記目的物を形成する第３の工程を含むレーザー加工方法。
  4. 　レーザー加工により材料内部に目的物を形成する際に使用する加工データを作成するシステムであって、
    　前記目的物の形状を示す形状データに基づいて、前記材料内部におけるレーザーの照射経路を設定する設定部と、
    　前記照射経路の前記レーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより前記加工データを作成する加工データ作成部と、
    　を有する加工データ作成システム。
  5. 　レーザー加工により材料内部に目的物を形成する加工システムであって、
    　レーザーを照射する照射部と、
    　前記材料を保持する保持部と、
    　前記照射部及び前記保持部を相対的に移動させる駆動機構と、
    　前記目的物の形状を示す形状データに基づいて設定された前記材料内部におけるレーザーの照射経路の前記レーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより作成された加工データに基づいて、前記材料内部に前記レーザーを照射するよう前記照射部及び前記駆動機構を制御する制御部と、
    　を有する加工システム。
  6. 　レーザー加工により材料内部に目的物を形成する際に使用する加工データを作成するためのプログラムであって、
    　コンピューターに、
    　前記目的物の形状を示す形状データに基づいて、前記材料内部におけるレーザーの照射経路を設定させ、
    　前記照射経路の前記レーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより前記加工データを作成させる加工データ作成プログラム。
  7. 　レーザー加工により材料内部に目的物を形成するためのプログラムあって、
    　コンピューターに、
    　前記目的物の形状を示す形状データに基づいて、前記材料内部におけるレーザーの照射経路を設定させ、
    　前記照射経路の前記レーザーの照射方向における位置を、材料の屈折率に基づいて補正することにより前記加工データを作成させ、
    　前記加工データに基づいて、前記材料内部にレーザーを照射させる加工プログラム。
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