JP2008030082A - レーザ加工装置、レーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器 - Google Patents

Abstract

【課題】マーキングヘッドとワークとの位置関係を容易に把握して設定作業を容易としつつ設定ミスを防止する。
【解決手段】レーザ光を発生させるためのレーザ発振部と、レーザ発振部より出射されるレーザ光を作業領域内において走査させるためのレーザ光走査系とを少なくとも備えるヘッド部と、レーザ発振部およびレーザ光走査系を制御するためのレーザ制御部と、所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを入力するための加工条件設定部と、加工条件設定部で設定された加工条件に従って、加工対象面のイメージを３次元的に表示可能な加工イメージ表示部８３と、加工イメージ表示部８３において、加工対象面のイメージを３次元的に表示させる際に、レーザ加工装置のヘッド部のイメージを表示可能なヘッドイメージ表示手段８４とを備える。
【選択図】図１３Ａ

Description

本発明は、レーザマーキング装置等、レーザ光を加工対象物に照射して印字等の加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工装置において加工条件を設定するレーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器に関する。

レーザ加工装置は、レーザ光を所定の領域内において走査して、部品や製品等の加工対象物（ワーク）の表面に対しレーザ光を照射して印字やマーキング等の加工を行う。レーザ加工装置の構成の一例を図１に示す。この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。レーザ制御部１のレーザ励起部６で発生される励起光を、レーザ出力部２のレーザ発振部５０で発振器を構成するレーザ媒質８に照射し、レーザ発振を生じさせる。レーザ発振光はレーザ媒質８の出射端面から出射され、ビームエキスパンダ５３でビーム径を拡大されて、走査部９に導かれる。走査部９は、レーザ光Ｌを反射させて所望の方向に偏光し、集光部１５から出力されるレーザ光Ｌは、ワークＷの表面で走査されて印字等の加工を行う。

レーザ加工装置は、レーザ出力光をワーク上で走査させるために、図２に示すような走査部９を備える。走査部９は、一対のガルバノミラーを構成するＸ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂと、各ガルバノミラーをそれぞれ回動軸に固定し回動するためのガルバノモータ５１ａ、５１ｂとを備えている。Ｘ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂは、図２に示すように互いに直交する姿勢で配置されており、レーザ光をＸ方向、Ｙ方向に反射させて走査させることができる。また、走査部９の下方には、集光部１５が備えられる。集光部１５は集光レンズで構成され、ｆθレンズが使用される。

一方で、このような２次元平面内での加工を行うレーザ加工装置のみならず、高さ方向すなわちＺ軸方向にレーザ光の焦点距離を調整して３次元状の加工を可能としたレーザ加工装置も開発されている。図３に、このような３次元加工可能なレーザ加工装置の一例として、Ｚ軸スキャナを付加することで焦点距離を変化可能としたレーザ加工装置を示す。Ｚ軸スキャナは、レーザ発振部側に面する入射レンズと、レーザ出射側に面する出射レンズを含んでおり、レンズを駆動モータ等で摺動させてレンズ間の距離を相対的に変化させ、焦点距離すなわち高さ方向のワーキングディスタンスを調整可能としている。
特開２００５−１６１３４３号公報

従来のレーザ加工装置では、加工データを２次元的に表示させて設定していた。このため、印字イメージの表示は常に真上からの表示となる。一方、３次元形状に印字加工可能なレーザ加工装置においては、印字面が立体的であるため、様々な角度から確認する必要がある。このため、３次元加工可能なレーザ加工装置は、ワークを３次元状に表示させ、さらに回転や表示倍率、視点の変更を可能とした表示機能を備えている。しかしながら、ワークを３次元状に表示させて回転や表示角度の変更を行うと、レーザ加工装置のレーザ光走査系を含むマーキングヘッドとワークの印字位置との位置関係を見失いやすくなり、設定作業が非常に困難となる。印字加工の設定を行う際には、マーキングヘッドとワークとの位置関係を把握しておく必要があり、設定が面倒になる上、位置関係の把握を誤ると設定位置や印字方向を間違える等の設定ミスも生じやすくなるという問題があった。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の一の目的は、マーキングヘッドとワークとの位置関係を容易に把握して設定作業を容易としつつ設定ミスを防止し得るレーザ加工装置、レーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１発明に係るレーザ加工装置は、作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置であって、レーザ光を発生させるためのレーザ発振部と、レーザ発振部より出射されるレーザ光を作業領域内において走査させるためのレーザ光走査系とを少なくとも備えるヘッド部と、レーザ発振部およびレーザ光走査系を制御するためのレーザ制御部と、所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを入力するための加工条件設定部と、加工条件設定部で設定された加工条件に従って、加工対象面のイメージを３次元的に表示可能な加工イメージ表示部と、加工イメージ表示部において、加工対象面のイメージを３次元的に表示させる際に、レーザ加工装置のヘッド部のイメージを表示可能なヘッドイメージ表示手段とを備える。

また第２発明に係るレーザ加工装置は、加工イメージ表示部で表示される加工対象面のイメージを移動、拡大／縮小、又は視点変更すると、これに応じてヘッド部のイメージも移動、拡大／縮小、又は視点変更されるよう構成できる。

さらに第３発明に係るレーザ加工装置は、加工イメージ表示部で表示されるヘッド部のイメージから、加工対象面のイメージに向かって照射されるレーザ光の軌跡を表示可能に構成できる。第３発明によれば、レーザ光の照射軌跡を表示することで印字加工の方向の確認なども行え、さらに両者間の位置関係を容易に把握できる。

さらにまた第４発明に係るレーザ加工装置は、加工イメージ表示部で表示されるヘッド部のイメージにつき、ヘッド部の裏面をヘッド部の上面と異なる色に着色して表示可能に構成できる。

さらにまた第５発明に係るレーザ加工装置は、加工条件設定部が、加工対象物が移動する場合の、ヘッド部に対する移動方向を設定可能であり、上記設定に応じて、加工イメージ表示部における加工対象面のイメージとヘッド部のイメージとの位置関係が反映されるよう構成できる。

さらにまた第６発明に係るレーザ加工装置は、加工イメージ表示部において、加工対象物が静止している際の作業領域よりも、加工対象物の移動方向に対して広い領域を表示可能に構成できる。

さらにまた第７発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光走査系が、入射レンズと出射レンズを備えるビームエキスパンダであって、レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸に入射レンズ及び出射レンズの光軸を一致させた状態で、入射レンズと出射レンズ間の相対距離を変化させてレーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１の方向に走査させるための第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光を第１の方向と略直交する第２の方向に走査させるための第２のミラーとを有し、第１のミラー及び第２のミラーがガルバノミラーで構成され、各々略直交する回転軸を中心に回転可能なガルバノメータ式スキャナに接続されてＸ軸スキャナ及びＹ軸スキャナを構成できる。

さらにまた第８発明に係るレーザ加工データ設定装置は、作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定装置であって、所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを入力するための加工条件設定部と、加工条件設定部で設定された加工条件に従って、加工対象面のイメージを３次元的に表示可能な加工イメージ表示部と、加工イメージ表示部において、加工対象面のイメージを３次元的に表示させる際に、レーザ加工装置のヘッド部のイメージを表示可能なヘッドイメージ表示手段とを備えることができる。

さらにまた第９発明に係るレーザ加工データ設定方法は、作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定方法であって、所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを指定する工程と、加工条件に従って、加工対象面のイメージを加工イメージ表示部に３次元的に表示すると共に、レーザ加工装置のレーザ光を出射するヘッド部のイメージを表示する工程とを含むことができる。

さらにまた第１０発明に係るレーザ加工データ設定プログラムは、作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定プログラムであって、所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを指定する機能と、加工条件に従って、加工対象面のイメージを加工イメージ表示部に３次元的に表示すると共に、レーザ加工装置のレーザ光を出射するヘッド部のイメージを表示する機能とをコンピュータに実現させることができる。

さらにまた第１１発明に係るプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）、ＨＤ ＤＶＤ等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。

第１発明、第８〜１１発明によれば、加工対象面と共にヘッド部のイメージが３次元的に表示されるので、両者の位置関係を視覚的に容易に把握でき、設定が容易となる。

第２発明によれば、加工対象面の表示を変更させると、これにつれてヘッド部のイメージも変更されるため、両者の対応関係を追従して把握できる。第３発明によれば、レーザ光の照射軌跡を表示することで印字加工の方向の確認なども行え、さらに両者間の位置関係を容易に把握できる。第４発明によれば、加工対象面を裏側から観察する際等、ヘッド部の裏側が表示されることを視覚的に容易に把握することができる。第５発明によれば、加工対象物の移動方向とヘッド部の姿勢に応じて、加工イメージ部の表示が反映されるので、実際の加工状態に即したイメージを確認できる。第６発明によれば、移動する加工対象物に対しては、より広い範囲で加工イメージ表示部に表示させて加工のイメージを確認できる。第７発明によれば、３次元的な加工対象面に加工可能なレーザ加工装置において、３次元の加工対象面のイメージを好適に表示して確認できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ加工装置、レーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を例示するものであって、本発明はレーザ加工装置、レーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本明細書においてレーザ加工装置とこれに接続される操作、制御、入出力、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ、ＰＳ２等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらに観察像のデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。

以下の実施の形態では、本発明を具現化したレーザ加工装置の一例として、レーザマーカについて説明する。ただ、本明細書においてレーザ加工装置は、その名称に拘わらずレーザ応用機器一般に利用でき、例えばレーザ発振器や各種のレーザ加工装置、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、表面処理等のレーザ加工や、レーザ光源として他のレーザ応用分野、例えばＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）等の光ディスクの高密度記録再生用光源や通信用の光源、印刷機器、照明用光源、ディスプレイ等の表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。

また、本明細書においては加工の代表例として印字について説明するが、上述の通り印字加工に限られず、溶融や剥離、表面酸化、切削、変色などのレーザ光を使ったあらゆる加工処理においても利用できる。また印字とは文字や記号、図形等のマーキングの他、上述した各種の加工も含む概念で使用する。さらに本明細書において加工パターンは、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベットや数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコードや２次元コード等のグラフィック等、さらに直線、曲線等の図形も含める意味で使用する。

図１はレーザ加工装置１００を構成するブロック図を示す。この図に示すレーザ加工装置１００は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。
（入力部３）

入力部３はレーザ制御部１に接続され、レーザ加工装置を操作するための必要な設定を入力してレーザ制御部１に送信する。設定内容はレーザ加工装置の動作条件や具体的な印字内容等である。入力部３はキーボードやマウス、コンソール等の入力デバイスである。また、入力部３で入力された入力情報を確認したり、レーザ制御部１の状態等を表示する表示部８２を別途設けることもできる。表示部８２はＬＣＤやブラウン管等のモニタが利用できる。またタッチパネル方式を利用すれば、入力部と表示部を兼用することもできる。これによって、コンピュータ等を外部接続することなく入力部でレーザ加工装置の必要な設定を行うことができる。
（レーザ制御部１）

レーザ制御部１は、制御部４とメモリ部５とレーザ励起部６と電源７とを備える。入力部３から入力された設定内容をメモリ部５に記録する。制御部４は必要時にメモリから設定内容を読み込み、印字内容に応じた印字信号に基づいてレーザ励起部６を動作させてレーザ出力部２のレーザ媒質８を励起する。メモリ部５はＲＡＭやＲＯＭ等の半導体メモリが利用できる。またメモリ部５はレーザ制御部１に内蔵する他、挿抜可能なＰＣカードやＳＤカード等の半導体メモリカード、カード型ハードディスク等のメモリカードを利用することもできる。メモリカードで構成されるメモリ部５は、コンピュータ等の外部機器で容易に書き換え可能であり、コンピュータで設定した内容をメモリカードに書き込み、レーザ制御部１にセットすることで、入力部をレーザ制御部に接続することなく設定を行うことができる。特に半導体メモリはデータの読み込み・書き込みが高速で、しかも機械的動作部分がないため振動等に強く、ハードディスクのようなクラッシュによるデータ消失事故を防止できる。

さらに制御部４は、設定された印字を行うようレーザ媒質８で発振されたレーザ光Ｌを印字対象物（ワーク）Ｗ上で走査させるため、レーザ出力部２の走査部９を動作させる走査信号を走査部９に出力する。電源７は、定電圧電源として、レーザ励起部６へ所定電圧を印加する。印字動作を制御する印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザ光ＬのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザ光Ｌの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度が定められるが、周波数に基づいた走査速度によってもレーザ強度が変化するよう構成することもできる。
（レーザ励起部６）

レーザ励起部６は、光学的に接合されたレーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１を備える。レーザ励起部６の内部の一例を図４の斜視図に示す。この図に示すレーザ励起部６は、レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１をレーザ励起部ケーシング１２内に固定している。レーザ励起部ケーシングは、熱伝導性の良い銅等の金属で構成され、レーザ励起光源１０を効率よく外部に放熱する。レーザ励起光源１０は半導体レーザやランプ等で構成される。図４の例では、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイを使用しており、各素子からのレーザ発振がライン状に出力される。レーザ発振はレーザ励起光源集光部１１の入射面に入射されて、出射面から集光されたレーザ励起光として出力される。レーザ励起光源集光部１１はフォーカシングレンズ等で構成される。レーザ励起光源集光部１１からのレーザ励起光は光ファイバケーブル１３等によりレーザ出力部２のレーザ媒質８に入射される。レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１、光ファイバケーブル１３は、空間あるいは光ファイバを介して光学的に結合されている。
（レーザ出力部２）

レーザ出力部２は、レーザ発振部５０を備える。レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振部５０は、レーザ媒質８と、レーザ媒質８が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備える。レーザ媒質８が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザ光Ｌを出力する。図１に示すレーザ出力部２は、レーザ媒質８と走査部９を備える。レーザ媒質８は光ファイバケーブル１３を介してレーザ励起部６から入射されるレーザ励起光で励起されて、レーザ発振される。レーザ媒質８はロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光Ｌを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用している。
（レーザ媒質８）

上記の例では、レーザ媒質８としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ₄の固体レーザ媒質を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このＮｄ：ＹＶＯ₄の吸収スペクトルの中心波長である８０９ｎｍに設定した。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧ等も用いることもできる。また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光Ｌの波長を任意の波長に変換できる。また、レーザ媒質としてバルクに代わってファイバーを発振器として利用した、いわゆるファイバーレーザにも適用可能である。

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

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

次に、レーザ加工装置のレーザ光走査系を図５、図６、図７に示す。これらの図において、図５はレーザ加工装置のレーザ光走査系の構成を示す斜視図を、図６は図５を逆方向から見た斜視図を、図７は側面図を、それぞれ示している。これらの図に示すレーザ加工装置は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振部と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ５３と、Ｘ軸スキャナ１４ａと、Ｘ軸スキャナ１４ａと直交するよう配置されたＹ軸スキャナ１４ｂとを備える。このレーザ光走査系は、レーザ発振部より出射されるレーザ光ＬをＸ軸スキャナ１４ａ、Ｙ軸スキャナ１４ｂで作業領域ＷＳ内で２次元的に走査させ、さらにＺ軸スキャナ１４ｃで高さ方向にワーキングディスタンスすなわち焦点距離を調整することができ、３次元状に印字加工が可能となる。なお図において集光レンズであるｆθレンズは図示を省略している。

レーザ加工装置においては一般に、第２のミラー（Ｙ軸スキャナ）で反射されたレーザ光を作業領域に照射させるよう集光するために、第２のミラーと作業領域の間には、ｆθレンズと呼ばれる集光レンズを配置している。ｆθレンズは、Ｚ軸方向の補正を行う。具体的には、図８に示すように、作業領域ＷＳの端部に近付くほど焦点位置を伸ばし、ワークＷの加工面上に位置させる補正である。

本実施の形態において、例えばスポット径を約５０μｍより小さいビームを形成したい場合は、ｆθレンズを配置することが好ましい。一方、上述の小スポット径よりも大きい、スポット径が約１００μｍ程度（通常良く使用されるスポット径）のビーム径を採用する場合は、Ｚ軸スキャナ側のビームエキスパンダに備えられたＺ軸集光レンズをＺ軸方向に移動させることにより、ｆθレンズが行うべきＺ軸方向の補正を、補正制御として行うことができる。これにより、スポット径が大きい場合はｆθレンズを省略することも可能となる。上述した図８の例では、ｆθレンズが行うべきＺ軸方向の補正を、Ｚ軸スキャナの補正制御に行わせることができる。

各スキャナは、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラーと、ガルバノミラーを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部を備える。またスキャナは、スキャナを駆動するスキャナ駆動部に接続される。スキャナ駆動部はスキャナ制御部７４に接続され、スキャナを制御する制御信号をスキャナ制御部７４から受けて、これに基づいてスキャナを駆動する。例えばスキャナ駆動部は、制御信号に基づいてスキャナを駆動する駆動電流を調整する。またスキャナ駆動部は、制御信号に対する各スキャナの回転角の時間変化を調整する調整機構を備える。調整機構は、スキャナ駆動部の各パラメータを調整する可変抵抗等の半導体部品で構成される。
（Ｚ軸スキャナ１４ｃ）

Ｚ軸スキャナ１４ｃはレーザ光Ｌのスポット径を調整し、これによって焦点距離を調整するビームエキスパンダ５３を構成している。すなわち、ビームエキスパンダで入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることでレーザ光のビーム径を拡大／縮小し、焦点位置も変化させることができる。ビームエキスパンダ５３は、小スポットへの集光を効果的に行わせるため、図５に示すようにガルバノミラーの前段に配置され、レーザ発振部から出力されるレーザ光Ｌのビーム径を調整すると共に、レーザ光Ｌの焦点位置を調整可能としている。Ｚ軸スキャナ１４ｃがワーキングディスタンスを調整する方法を、図９〜図１１に基づいて説明する。図９、図１０はレーザ光走査系の側面図であり、図９はレーザ光Ｌの焦点距離を長くする場合、図１０は焦点距離を短くする場合をそれぞれ示している。また図１１はＺ軸スキャナ１４ｃの正面図及び断面図を示している。これらの図に示すように、Ｚ軸スキャナ１４ｃはレーザ発振部側に面する入射レンズ１６と、レーザ出射側に面する出射レンズ１８を含んでおり、これらのレンズ間の距離を相対的に変化可能としている。図９〜図１１の例では、出射レンズ１８を固定し、入射レンズ１６を光軸方向に沿って駆動モータ等で摺動可能としている。図１１は出射レンズ１８の図示を省略して、入射レンズ１６の駆動機構を示している。この例では、コイルと磁石によって軸方向に可動子を摺動可能とし、可動子に入射レンズ１６を固定している。ただ、入射レンズ側を固定して出射レンズ側を移動可能としたり、入射レンズ、出射レンズを共に移動可能とすることもできる。

図９に示すように、入射レンズ１６と出射レンズ１８との間の距離を近付けると、焦点位置が遠ざかり、焦点距離（ワーキングディスタンス）が大きくなる。逆に図１０に示すように入射レンズ１６と出射レンズ１８との距離を離すと、焦点位置が近付き焦点距離が小さくなる。
（ディスタンスポインタ）

また、３次元加工可能なレーザマーカの作業領域の中心に焦点位置を調整するために、レーザ光を作業領域ＷＳ内に走査させる際の照射位置を示すガイドパターンを表示することができる。図５〜図６に示すレーザマーカのレーザ光走査系は、ディスタンスポインタとして、ガイド用光源６０と、ガイド用光源６０からのガイド光Ｇをレーザ光走査系の光軸と一致させるためのガイド光光学系の一形態としてハーフミラー６２を備えると共に、ポインタ光調整系として、ポインタ光Ｐを照射するためのポインタ用光源６４と、Ｙ軸スキャナ１４ｂの裏面に形成された第３のミラーとしてポインタ用スキャナミラー１４ｄと、ポインタ用スキャナミラー１４ｄで反射されたポインタ用光源６４からのポインタ光Ｐをさらに反射させて焦点位置に向かって照射する固定ミラー６６とを備えている。このディスタンスポインタは、レーザ光の焦点位置を示すポインタ光Ｐをポインタ用光源６４から照射し、ガイド光Ｇで表示されるガイドパターンのほぼ中心に、ポインタ光Ｐを照射するよう調整することで、レーザ光の焦点位置が指示される。

なお、上記の例ではレーザ光走査系に、レーザ光の焦点距離を調整可能な機構を設けることで３次元加工を可能としている。ただ、ワークを載置するステージの位置を上下方向に調整可能とすることで、レーザ光の焦点がワークの作業面で結ぶようにステージの高さを調整する制御を行うことでも、同様に３次元加工を行うこともできる。また、ステージをＸ軸あるいはＹ軸方向に移動可能とすることで、レーザ光走査系の該当するスキャナを省略できる。これらの構成は、ワークをライン上に搬送する形態でなく、ステージ上に載置して加工する形態において好適に利用できる。
（レーザマーカのシステム構成）

次に図１２に、３次元印字可能なレーザマーカのシステム構成を示す。この図に示すレーザ加工システムは、マーキングヘッド１５０と、マーキングヘッド１５０と接続されてこれを制御するレーザ制御部１であるコントローラ１Ａと、コントローラ１Ａとデータ通信可能に接続され、コントローラ１Ａに対して印字パターンを３次元のレーザ加工データとして設定するレーザ加工データ設定装置１８０とを備える。レーザ加工データ設定装置１８０は、図１２の例においてはコンピュータにレーザ加工データ設定プログラムをインストールして、レーザ加工データ設定機能を実現させている。レーザ加工データ設定装置は、コンピュータの他、タッチパネルを接続したプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）や、その他専用のハードウェア等を利用することもできる。またレーザ加工データ設定装置は、レーザ加工装置の動作を制御する制御装置として機能させることもできる。例えば、一のコンピュータにレーザ加工データ設定装置としての機能と、レーザ出力部を備えるマーキングヘッドのコントローラとしての機能を統合してもよい。さらにレーザ加工データ設定装置は、レーザ加工装置と別部材で構成する他、レーザ加工装置に統合することもでき、例えばレーザ加工装置に組み込まれたレーザ加工データ設定回路等とすることもできる。

さらにコントローラ１Ａには、必要に応じて各種外部機器１９０を接続できる。例えばライン上に搬送されるワークの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置、ワークとマーキングヘッド１５０との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ、ワークの通過を検出するＰＤセンサその他各種のセンサ等を設置し、これらとデータ通信可能に接続できる。

平面状の印字データを３次元状に印字するための設定情報であるレーザ加工データは、レーザ加工データ設定装置１８０により設定される。図１３Ａは、レーザ加工データ設定装置１８０の一例としてブロック図を示している。この図に示すレーザ加工データ設定装置１８０は、各種設定を入力するための入力部３と、入力部３から入力された情報に基づいてレーザ加工データを生成する加工データ生成部８０Ｋを構成する演算部８０と、設定内容や演算後のレーザ加工データを表示するための表示部８２と、各種設定データを記憶するための記憶部５Ａとを備える。また記憶部５Ａは、複数の加工パラメータの組み合わせを関連付けて保持した参照テーブル５ａを含む。表示部８２は、加工対象面のイメージを３次元的に表示可能な加工イメージ表示部８３と、加工イメージ表示部８３に加工対象面のイメージを３次元的に表示させる際に、マーキングヘッドのイメージを表示可能なヘッドイメージ表示手段８４を備える。入力部３は、所望の加工パターンで加工する加工条件を入力するための加工条件設定部３Ｃとして、ワークの印字面の３次元形状を示すプロファイル情報を入力するための加工面プロファイル入力手段３Ａと、印字パターン情報を入力するための加工パターン入力手段３Ｂと、作業領域内に複数の加工ブロックを設定し、加工ブロック毎に加工パターンを設定可能な加工ブロック設定手段３Ｆの機能を実現する。記憶部５Ａは、図１のメモリ部５に相当し、入力部３で設定されたプロファイル情報や印字パターン情報等の情報を記憶する部材であり、固定記憶装置等の記憶媒体や半導体メモリ等が利用できる。表示部８２は、専用のディスプレイを設ける他、システムに接続されたコンピュータのモニタを利用してもよい。
（演算部８０）

演算部８０は、加工条件設定部３Ｃで設定された加工条件に基づいて、実際の加工を行うための加工データを生成するための加工データ生成部８０Ｋとして機能する。また必要に応じて、印字面に印字パターンを仮想的に一致させるように、印字パターン情報を平面状から３次元空間座標データに変換する座標変換手段を実現させることもできる。この演算部８０はＦＰＧＡやＬＳＩ等のＩＣ等で構成される。

また図１３Ａの例では、レーザ加工データ設定装置１８０を専用のハードウェアで構成したが、これらの部材はソフトウェアでも実行できる。特に、図１２に示すように汎用のコンピュータにレーザ加工データ設定プログラムをインストールして、レーザ加工データ設定装置１８０として機能させることもできる。また図１３Ａの例では、レーザ加工データ設定装置１８０とレーザ加工装置１００とを個別の機器としたが、これらを一体的に統合することもできる。例えばレーザ加工装置に自体にレーザ加工データ設定機能を付加することもできる。

図１３Ａの例では加工データ生成部８０Ｋは、レーザ加工データ設定装置１８０側に配置している。例えば汎用のコンピュータにレーザ加工データ設定プログラムをインストールして、レーザ加工データ設定装置１８０として機能させるコンピュータで加工データ生成部８０Ｋの機能を実現している。一方、加工データ生成部は、レーザ加工装置のコントローラ側に設けることもできる。図１３Ｂのブロック図に、コントローラに加工データ生成部１８０Ｋを備えた例を示す。加工データ生成部８０Ｋ、１８０Ｋをレーザ加工装置１００側とレーザ加工データ設定装置１８０側に各々設けることにより、レーザ加工装置１００、レーザ加工データ設定装置１８０のいずれにおいてもレーザ加工データを生成可能としたり、レーザ加工データの受け渡しや編集、表示を各々で可能とできる。図１３Ｂの例では、レーザ加工装置１００側の加工データ生成部１８０Ｋでレーザ加工データを生成し、このレーザ加工データをレーザ加工データ設定装置１８０側の加工データ生成部８０Ｋで受信し、表示部８２において表示可能としている。

あるいは、加工データ生成部をレーザ加工装置側にのみ設けて、レーザ加工データ設定装置側に設けない構成としてもよい。この例を図１３Ｃのブロック図に示す。レーザ加工装置１００は、加工データ生成部１８０Ｋで生成したレーザ加工データに基づいて加工と表示を行う。
（レーザ加工データ設定プログラム）

次に、レーザ加工データ設定プログラムを用いて、加工条件設定部３Ｃから入力された文字情報に基づいて加工パターンを生成する手順を、図１４〜図３７のユーザインターフェース画面に基づいて説明する。なおこれらのプログラムのユーザインターフェース画面の例において、各入力欄や各ボタン等の配置、形状、表示の仕方、サイズ、配色、模様等は適宜変更できることはいうまでもない。デザインの変更によってより見やすく、評価や判断が容易な表示としたり操作しやすいレイアウトとすることもできる。例えば詳細設定画面を別ウィンドウで表示させる、複数画面を同一表示画面内で表示する等、適宜変更できる。またこれらのプログラムのユーザインターフェース画面において、仮想的に設けられたボタン類や入力欄に対するＯＮ／ＯＦＦ操作、数値や命令入力等の指定は、プログラムを組み込んだコンピュータに接続された入力部３で行う。本明細書において「押下する」とは、ボタン類に物理的に触れて操作する他、入力部によりクリックあるいは選択して擬似的に押下することを含む。入力部等を構成する入出力デバイスはコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータ等に固定されている。一般的な入力部としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの入出力デバイスは、プログラムの操作のみに限られず、レーザ加工装置等のハードウェアの操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示する表示部８２のディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、または音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。

レーザ加工データ設定プログラムは、３次元レーザ加工データの編集が可能である。ただ、３次元データの編集が不得手なユーザを考慮し、平面上での設定のみ可能で、３次元上での編集ができない「２Ｄ編集モード」を用意し、３次元レーザ加工データの加工が可能な「３Ｄ編集モード」と切り替え可能としてもよい。このような複数の編集モードを備える場合は、現在の編集モードを示す編集モード表示欄２７０と、編集モードを切り替える編集モード切替ボタン２７２を備える。図１４の例では、レーザ加工データ設定プログラムの起動時は「２Ｄ編集モード」とし、画面右上に設けられた編集モード表示欄２７０に、現在の編集モードが「２Ｄ編集中」であることを表示させている。操作が比較的容易な２次元編集モードを起動時のデフォルト編集モードとして設定することにより、３次元レーザ加工データの編集が不得手なユーザであっても戸惑うことなく操作できる。また、起動時の編集モードはユーザが変更可能に構成することもでき、操作を習熟したユーザが編集モードを切り替えることなく３次元レーザ加工データの編集が可能となるよう設定することもできる。

また編集モード表示欄２７０の右側に設けられた編集モード切替ボタン２７２には、３Ｄ編集モードに切り替え可能であることを示す「３Ｄ」の文字が表示されている。この状態から、編集モード切替ボタン２７２を押下すると、「３Ｄ編集モード」に切り替えられると共に、編集モード表示欄２７０の表示が「３Ｄ編集中」に変更される（図１５等）。さらに編集モード切替ボタン２７２は３Ｄ編集モードから２Ｄ編集モードに切り替え可能であることを示す「２Ｄ」の文字が表示される。このように、３Ｄ表示や編集を制限又は排除した「２Ｄ編集モード」を設けることで、ユーザが２次元的加工面に対する加工データの設定・編集を行いたい場合、２次元的加工面に対する加工データの設定・編集のみが行えるユーザインターフェースを提供することで、ユーザインターフェースの簡素化とそれに伴う操作性の向上を図ることができる。また、ユーザが３次元的加工平面に対する加工データの設定・編集を行いたい場合においても、いきなり不慣れな３Ｄ表示を行うのではなく、上述したこれまで慣れ親しんだ「２Ｄ編集モード」にて２次元的加工面に対する加工データの設定・編集を行い、この「２Ｄ編集モード」にて設定・加工された２次元加工データを「３Ｄ編集モード」にて更に、所望の３次元加工データに加工・編集し直す工程をとることにより、「３Ｄ編集モード」も、ユーザにとって判り易いユーザインターフェースとそれに伴う操作性の向上を図ることができる。

図１４に示す２Ｄ編集モード及び図１５に示す３Ｄ編集モードは、外見上ほぼ等しく構成している。図１４の２Ｄ編集モードでは、３次元形状を設定する「形状設定」タブ２０４ｉがグレーアウトして選択不能となっている。図１４の画面から編集モード切替ボタン２７２を押下して図１５に示す３Ｄ編集モードに切り替えることにより、「形状設定」タブ２０４ｉの選択が可能となる。このように、２Ｄ編集モードと３Ｄ編集モードとでプログラムのユーザインターフェースを殆ど変化させることなく、設定可能な項目を制限することにより、容易に２Ｄ編集モードから３Ｄ編集モード又はその逆への移行がスムーズに行える。

上述の通り、このレーザ加工データ設定プログラムでは３Ｄ編集モードであっても２Ｄ編集モードとほぼ同じインターフェースを採用しているため、３次元レーザ加工データの設定、編集作業も、２次元のレーザ加工データの設定とほぼ同じ要領で行うことができる。３Ｄ編集モードにおいても、まず２Ｄ編集モードと同様のユーザインタフェースから、印字パターンの文字サイズや形状を指定する。次に、２次元状の印字パターンの設定に対して、３次元レーザ加工データに必要な３次元形状情報を付加する。この際、ユーザは実際の印字データを印字方向すなわちレーザ光の照射方向から正面的に見た２次元表示と、任意の方向から見た３次元表示とを切り替えながら設定することができる。これにより、２次元の印字データ作成しか経験したことのないユーザでも、簡単に３次元レーザ加工データを作成できるシンプルなユーザインタフェースが提供される。

加工条件設定部３Ｃの一例を、図１４及び図１５に基づいて説明する。図１４及び図１５は、レーザ加工データ設定プログラムのユーザインターフェース画面の一例を示しており、画面の左側にワーク上に印字される加工パターンのイメージを表示する編集表示欄２０２、右側に具体的な加工条件として各種データを指定する印字パターン入力欄２０４を設けている。印字パターン入力欄２０４では、設定項目を選択するタブとして「基本設定」タブ２０４ｈ、「形状設定」タブ２０４ｉ、「詳細設定」タブ２０４ｊを切り替えることができる。図１４の例では「基本設定」タブ２０４ｈが選択されており、ここには加工種類指定欄２０４ａと、文字データ指定欄２０４ｄ、文字入力欄２０４ｂ、詳細設定欄２０４ｃを設けている。加工種類指定欄２０４ａは、加工パターンの種別として、文字列やシンボル、ロゴ、模様、図等のイメージを含めた印字パターン、若しくは加工機としての動作を行うかを指定する。図１４の例では、加工種類指定欄２０４ａからラジオボタンで文字列、ロゴ・図、加工機動作の別を選択する。また文字データ指定欄２０４ｄは、文字データの種別を指定する。ここでは文字、バーコード、２次元コード、ＲＳＳ・コンポジットコード（Composite Code：ＣＣ）のいずれかをプルダウンメニューから選択する。さらに選択された文字データの種別に応じて、さらに詳細な種別を種別指定欄２０４ｑで選択する。例えば文字を選択した場合はフォントの種別、バーコードを選択した場合は、CODE39、ITF、2 of 5、NW7、JAN、Code 28等のバーコード種別、２次元コードを選択した場合は、ＱＲコード、マイクロＱＲコード、DataMatrix等の２次元コード種別、ＲＳＳ・コンポジットコードを選択した場合は、RSS-14、RSS-14 CC-A、RSS Stacked、RSS Stacked CC-A、RSS Limited、RSS Limited CC-A等のＲＳＳコード種別、又はＲＳＳコンポジットコード種別を指定する。文字入力欄２０４ｂでは、印字したい文字情報を入力する。入力された文字は、文字データ指定欄２０４ｄで文字を選択した場合、そのまま文字列として印字される。一方、シンボルが指定された場合は、選択されたシンボルの種別に従って入力された文字列がエンコードされた加工パターンが生成される。加工パターンの生成は、加工条件設定部３Ｃで行う他、加工データ生成部で行ってもよい。この例では演算部８０が行っている。また詳細設定欄２０４ｃは、タブを切り替えて「印字データ」タブ２０４ｅ、「サイズ・位置」タブ２０４ｆ、「印字条件」タブ２０４ｇ等、印字条件の詳細を指定する。

図１４の例では文字データ指定欄２０４ｄでＱＲコードが指定されており、「印字データ」タブ２０４ｅでセルサイズ、印字線幅、誤り訂正率、バージョン等を数値で指定する。また必要に応じてモード自動、白黒反転、パスワード等を指定できる。

なお加工種類指定欄２０４ａから加工機動作を選択すると、加工種別がプルダウンメニューから選択できるようになり、定点、直線、破線、左回り円・楕円、右回り円・楕円、トリガＯＮ中定点等が選択できる。加工機動作では、加工パターンとして文字入力欄に代わって線分座標指定欄が設けられ、直線や円弧等の軌跡を座標で指定する。またレーザ加工装置は文字列に限らず、ロゴや図等のイメージデータの印字も可能である。
（加工ブロック設定手段３Ｆ）

以上のようにして、一つの印字ブロックに関する印字パターン情報を設定する。また、印字ブロックを複数設定することもできる。すなわち、加工領域において複数の印字ブロックを設定し、異なる印字条件で印字加工を行うことができる。印字ブロックは、一のワーク又は加工（印字）対象面に対して複数設定する他、加工領域内に存在する複数のワークに対して各々設定することもできる。

加工ブロックの設定は、加工ブロック設定手段３Ｆで行う。図１４の例では、加工ブロック設定手段３Ｆの一形態として、印字パターン入力欄２０４の上欄にブロック番号選択欄２１６が設けられる。ブロック番号選択欄２１６にはブロック番号を表示する番号表示欄と、番号指定手段として、「＞」ボタン、「＞＞」ボタン、「＜」ボタン、「＜＜」ボタンが設けられる。「＞」ボタンを押下すると、ブロック番号が１インクリメントされて、新たな印字ブロックの設定が可能となる。また、設定済みの印字ブロックの設定を変更する際も、同様に「＞」ボタンを操作してブロック番号を選択し、該当する印字ブロックの設定を呼び出すことができる。また「＞＞」ボタンを押下すると最終のブロック番号にジャンプする。さらに「＜」ボタンを押下するとブロック番号が１つ戻り、「＜＜」ボタンを押下すると先頭のブロック番号にジャンプする。さらに、ブロック番号選択欄２１６の数値表示欄に直接数値を入力してブロック番号を指定することもできる。このようにして、ブロック番号選択欄２１６で印字ブロックを選択し、各印字ブロックについて印字パターン情報を指定する。この例では、ブロック番号を０〜２５５まで設定可能としている。

図１５に、３つの印字ブロックを設定した例を示している。ブロック番号０００として、図１４で設定したＱＲコードが表示されており、ブロック番号００１としてバーコード、ブロック番号００２として文字列が各々表示される。図１５の例では文字データ指定欄２０４ｄでバーコードが指定されており、「印字データ」タブ２０４ｅでバーコードの高さ、ナロー幅、印字線幅、細太比等を数値で指定する。また必要に応じてチェックデジットの有無、白黒反転等を指定できる。

また印字ブロックの配置について、配置位置の調整（中心軸に対するセンタリング、右寄せ、左寄せ等）、複数の印字ブロックが重複した場合の重ね順や、位置合わせ等のレイアウトを設定することもできる。例えば、図１６では、各印字ブロックを画面左右方向の中央の位置に移動させた例を示している。同様に、上下方向の中央に位置合わせを行うこともできる。このようにして、複数の印字ブロックの配置を自動的に調整できる。

さらに各印字ブロックの配置を座標等で指定することもできる。図１６の例では、ブロック番号００２の文字列について、「サイズ・位置」タブ２０４ｆからブロック座標のＸ座標、Ｙ座標を数値で指定する。またこの画面から、文字サイズとして文字高さ、文字幅、文字間隔等を指定できる。さらにブロック形状として、横書き、縦書きの別や、３次元印字の際の円柱内周、外周の別等を指定する。
（印字ブロックの設定一覧表）

このようにして設定された印字ブロックは図１７に示すように設定項目を一覧表示させることもできる。図１５の例では、メニューの「編集」から「ブロック一覧」を選択することで、図１７のブロック一覧画面２１７が別ウィンドウで表示される。この一覧画面から、設定済みの印字ブロックを削除したり、複写して新たな印字ブロックを追加することができる。また所望の印字ブロックを選択して、設定項目を調整するように構成してもよい。
（ワークのプロファイル情報）

図１４の例では、平面状のワークに印字する例を示している。このレーザ加工データ設定プログラムでは、加工対象面が平面状に限られず、３次元形状の加工対象面の設定も可能である。ワークの加工対象面の３次元形状に関するプロファイル情報は、図１３Ａの加工面プロファイル入力手段３Ａから設定される。プロファイル情報を指定する方法としては、以下のような方法が考えられる。
（１）３次元形状を入力可能なプログラム上から、ワークを作画して指定する方式

プログラム上からワークの形状を作図して指定するものである。例えば既存の３次元ＣＡＤや３次元モデリングツール、ドローソフトのように、平面や直線等の描画ツールを用意し、３次元形状をユーザに直接作画させる。この方法は、３次元形状の作図に慣れたユーザであれば容易に利用できる反面、このような作図に不得手なユーザには敷居が高いという問題がある。
（２）ワークの形状を特定するためのパラメータを、対話形式でユーザに入力させる方式

ウィザード方式のように、必要な情報を対話形式でユーザに指定させることで形状を特定する方法である。この方法は、３次元作図に関する知識が不要であるため、利用しやすいという利点がある。例えば、ワークの形状を指定し、該形状を特定するパラメータを指定する。具体的には、ワークの形状を予め選択肢として提示し、選択された形状に応じて、これを特定する入力パラメータの設定項目をさらに提示して入力させる。例えば、加工対象面が斜面状であれば、基準点の座標位置や法線ベクトルの方向等を指定する。また円柱状であれば、基準点の座標位置、円柱半径、円柱中心軸の方向等を指定する。あるいは球状であれば、中心点の座標位置、球半径等を指定する。
（３）ワークの形状に予め作成された３Ｄデータのデータファイルを入力して変換する方式

予め３次元ＣＡＤ等の別プログラムで作成されたワークのデータファイルを変換して利用するものである。この方法では、既に作成されたデータを利用できるので、ワークの形状指定作業を大幅に省力化できる。読み込み可能なデータファイル形式は、ＤＸＦ、ＩＧＥＳ、ＳＴＥＰ、ＳＴＬ、ＧＫＳ等、各種の汎用的なフォーマットが利用できる。またＤＷＧ等、特定のアプリケーションの専用フォーマットを直接入力して変換することもできる。
（４）ワークの形状を実際にイメージセンサ等の画像認識装置で読み込んで取得する方式

ワークをイメージセンサ等で読み込んで画像認識等の方法で自動的にデータを取得する。

以上の内、ここでは（２）と（３）の方法を採用している。具体的には、予め用意された基本図形から選択する手段と、３次元形状を記録したファイルを入力する手段が利用できる。この様子を、図１８〜図２０に基づいて説明する。図１４の画面から、印字パターン入力欄２０４の設定項目を選択するタブを「基本設定」タブ２０４ｈから「形状設定」タブ２０４ｉに切り替えると図１８に示す画面となり、プロファイル情報の入力方法を選択するプロファイル入力選択手段として、プロファイル指定欄２０５が表示される。図１８のプロファイル指定欄２０５では、基本図形、ＺＭＡＰ、加工機動作のいずれかをラジオボタンで選択する。
（基本図形指定手段）

基本図形から選択する方法では、予め用意された基本図形の形状を選択する。基本図形としては、平面、円柱、球、円錐等がある。図１８の例では基本図形指定手段の一形態としてプロファイル指定欄２０５で基本図形が、その下欄に設けられた形状選択欄２０６で「平面」が、それぞれ選択されている。ここで、図１９に示すように円柱を選択すると、編集表示欄２０２の２次元表示が平面状から円柱状に切り替えられる。すなわち、円柱状のワークに印字されるＱＲコードのＸＹ座標平面図が表示されるため、ＱＲコードの右側に向かうほど横幅が狭くなるよう変形して表示される。
（３Ｄ表示）

また、加工対象面を立体的に表示することもできる。この例では、加工イメージ表示部として編集表示欄２０２の表示形式を、２次元状の表示と３次元状の表示とを切り替え可能としている。図１９の画面に設けられた表示切替ボタン（３Ｄ）２０７を押下すると、図２０に示すように編集表示欄２０２が３次元表示に切り替えられ、加工対象面の３次元形状が立体的に確認できる。なお図２０の画面から表示切替ボタン（２Ｄ）２０７を押下すると、図１９の画面に切り替えられる。このように、表示切替ボタン２０７を押下する毎に、２Ｄ表示と３Ｄ表示が切り替えられ、またこれに応じて表示切替ボタン２０７の表示も、他方の表示形態を示す２Ｄと３Ｄとに切り替えられる。また図２０の３Ｄ表示画面においても、図１９の２Ｄ表示画面と同様に、加工パターンの領域は、枠Ｋで囲まれて表示される。

なお、２次元状の印字データを円柱状などの３次元形状に変形、あるいは３次元形状のワークに貼り付ける際のデフォルトの位置は、予め設定される。図１９に示す例では、開始角度を−９０°としている。ここでの開始角度は、後述する図２８に示すＹＺ平面を基準として、時計回りを正として規定している。このように円柱の頂点の位置を印字開始のデフォルト位置とすることで、ワークの上方に位置するレーザマーカのマーキングヘッドからの印字が容易で、デフォルトで高精度な印字結果を得ることができる。また、円柱の頂点は印字内容の視認性が高く、マーキングヘッドとワークとの相対位置の把握が容易となる。特に、平面状の印字データを３次元形状に変形すると、変形後の位置を見失うおそれがあるため、視認性の高い位置をデフォルト位置に設定することで、このような事態を回避でき、操作性のよい印字設定が行える。

また、印字開始位置は任意に変更することができる。例えば、図２０の「３Ｄ設定タブ」２０４ｉ内の画面内配置設定欄２０８で印字の開始角度をユーザが指定する。さらに、印字ブロックの座標位置もＸＹＺ座標におけるオフセット量として指定できる。

また図２０の例では、２Ｄ表示と３Ｄ表示の表示切替ボタン２０７は、フローティングツールバーに設けられている。フローティングツールバーは任意の位置に移動可能である。またフローティングツールバーの表示／非表示を切り替えたり、通常のツールバーに組み込むよう構成してもよい。
（３次元ビューワ２６０）

上記の例では、編集表示欄２０２を２次元表示と３次元表示のいずれかに切り替えている。ただ、同じワークの２次元表示と３次元表示を並べて表示させたい場合もある。このような要求に応えるため、別ウィンドウで開く３次元ビューワ２６０を用意している。図２１に、３次元ビューワ２６０を表示させた例を示している。上記図１９の例では、３次元ビューワ２６０を開くための３次元別画面呼出ボタンをフローティングツールバーに設けている。図１９のように編集表示欄２０２で２次元表示させている状態で、３次元別画面呼出ボタンを構成する２画面表示ボタン２０７Ｃを押下すると、図２１に示すように３次元ビューワ２６０が別ウィンドウで表示される。３次元ビューワ２６０はドラッグして任意の位置に配置可能である。またウィンドウサイズも変更できる。さらに、後述するように３次元ビューワ２６０で表示されるワークＷの姿勢や角度の変更、回転、倍率変更等の操作を可能とすることもできる。

なお、図２０に示すように編集表示欄２０２で３次元表示させている状態では、さらに３次元表示画面を開く必要がないので、３次元ビューワ２６０を呼び出すフローティングツールバーの２画面表示ボタン２０７Ｃはグレーアウトされ、選択できないようになっており、誤操作を防止している。ただ、２次元表示を別画面で表示させたい場合に、別途２次元ビューワ欄を表示可能とすることもできる。なおこれらの表示は一例であり、各欄のレイアウトや大きさ、位置関係等は任意に変更可能であることは言うまでもない。例えば設定欄を含めた各欄を別ウィンドウで表示させてもよい。このように表示部８２に、加工対象面の３Ｄ形状イメージを表示させる加工イメージ表示部８３として、編集表示欄２０２や３次元ビューワ２６０等が利用できる。
（作業領域の設定時の３次元表示）

作業領域（印字エリア）を３次元形状のワークに設定し、ワーク形状を含めた印字エリアを３次元的に表示する場合、本実施の形態においては以下のようにして印字エリアがワークに対して適切な印字可能な位置にあることを目視できるよう構成している。

まずワークについては、レーザマーカのマーキングヘッドの出射位置からレーザ光を出射した場合、レーザ光と印字対象面とのなす角度が所定の角度範囲（適切に印字が可能と判断できる所定の角度範囲）にある場合と、印字は可能であるものの、印字品質の低下のおそれがある場合（上記所定角度以下または未満の場合）とで、印字対象面に対する色分けを行う。具体的には、適切に印字が可能と判断できる角度範囲には着色を行わず、印字は可能であるものの、印字品質の低下のおそれがある角度範囲には赤色に着色している。これにより、設定された印字エリアが適切な範囲のみに設定されているか、または印字エリアのどの部分が赤色（印字品質低下のおそれがある角度範囲）になっているかを、３次元表示画面から目視により判断できる。

また、マーキングヘッドのレーザ出射位置からワークに設定されている印字エリアを見て、ワークの加工面（印字エリア設定領域）が裏側に位置する場合、印字不可能と判断し、ワークに設定された印字エリア（印字内容）を３次元表示画面上で非表示としている。これにより、ユーザはワークに対して自らが設定した印字エリアがどのような状態（位置関係など）にあるかを速やかに把握でき、その印字エリアの位置修正等も容易に行うことができる。

また、３次元表示画面で表示させる手段に限られず、何らかの方法で「最適な印字状態を提供できる角度範囲」、「印字品質低下角度範囲」、「印字不可能領域」等を目視できる手法が適宜採用できる。例えば、「最適な印字状態を提供できる角度範囲」、「印字品質低下角度範囲」、「印字不可能領域」等に該当することをテキストでユーザインターフェース画面上に表示したり、音声や警告音、ダイヤログボックス等を利用することもできる。またいずれかの項目のみを表示させることも可能で、例えば印字品質を問わず印字ができれば良いユーザに対しては、「印字不可能領域」に対する情報のみを提供すれば足りる。

このように、ワークの形状や印字エリアによってレーザ光が届かない影になる部分が生じる等、３次元印字においてはワークの形状やワークとマーキングヘッドとの位置関係等により、印字が不可能あるいは不十分となる領域が生じ得る。したがって、予めこれらの要因に基づいて印字可能な領域を演算しておき、印字不可能領域にレーザ加工データが設定されると、ユーザに警告を発する等して、再設定を促すように構成できる。このような演算は、演算部８０で行うことができる。演算部８０を作業領域においてレーザ光を照射できず加工できない、あるいは加工が不良となる加工不良領域を検出する加工不良領域検出手段、加工不良領域における加工条件を加工可能となるように調整する加工条件調整手段、加工不良領域検出手段で検出された加工不良領域に対して、加工可能な領域と異なる態様にて表示するためのハイライト処理を行うハイライト処理手段、加工条件設定部で加工パターンを設定する際、加工不良領域を含む領域に何らかの加工が行われるよう設定されていることを検出して、警告を発するための設定警告手段等の機能を実現させることができる。

さらに、上述した実施の形態で「最適な印字状態を提供できる角度範囲」と「印字品質低下角度範囲」とを区別する角度は、装置側でデフォルトの初期値を使用する構成の他、その角度をユーザが入力再設定できるようにユーザインターフェース上に入力項目を設定してもよい。具体的には、レーザ光がワークの加工面に対して照射される角度によって加工に制限が生じ、レーザ光と印字面の法線の方向のなす角θが９０°に近付く程、加工が困難となり加工精度が低下する。θの上限（加工限界角度）は臨界角度と呼ばれ、通常６０゜が指定される。この数値を、固定式とする他、ユーザが調整可能とすることもできる。

図２０の例では、円柱の側面付近で印字角度が浅く印字が不良あるいは不可能な領域を赤色で示している。また、設定された加工パターンが印字不可能領域にかかり、印字が不可能である場合に、編集表示欄２０２において加工パターンを非表示として、ユーザに再設定を促すこともできる。例えば、設定した印字対象面の裏側に印字パターンが回り込んだ場合には加工パターンを非表示とし、印字可能な領域あるいは角度の範囲外となった場合は赤色表示する。一例として、細長いバーコードを円柱状ワークに印字する図３４、図３５の例では、バーコードの５０％以上が印字不可能領域にかかっているため、バーコードを編集表示欄２０２で非表示としている。そこで、加工パターンが印字可能領域に位置するよう、印字位置を調整する。例えば、図３４の「３Ｄ設定タブ」２０４ｉ内の画面内配置設定欄２０８で印字の開始角度を調整し、デフォルト値の−９０°から−１２０°に変更することで、図３５に示すように加工パターンのバーコードが表示される。このように、印字の開始位置や範囲、あるいはバーコードのナロー幅、印字線（バー）幅等の設定を調整し、正しく印字できるようにユーザが画面表示を確認しながら設定できる。なお編集表示欄２０２における加工パターンの表示／非表示のＯＮ／ＯＦＦや閾値は、任意に設定できる。
（３Ｄ表示画面の視点の変更）

３Ｄ表示画面においては、視点を任意に変更することが可能である。図１９に示すＱＲコードを円柱状のワークに印字する印字面を様々な視点から３Ｄ表示画面に表示させた例を、図２２〜図２９に示す。図１９の２Ｄ表示画面から、フローティングツールバーの表示切替ボタン（３Ｄ）２０７を押下すると、図２０の３Ｄ表示画面に切り替えられる。この３Ｄ表示画面からスクロールバー２０９を操作することで、図２２〜図２９に示すように３次元表示画面の視点を自由に変更できる。図２２は、作業領域を斜め上方から見た斜視図であり、図２３は、図２２の状態から作業領域を回転させて、ワークを裏側から表示した例を示している。視点の変更には、スクロールバーを用いる他、マウスで３Ｄ表示画面上の任意の点をドラッグすること等によってワークを回転させるように構成してもよい。

また、フローティングツールバーに設けられた「スクロールバーの移動／回転切替」を押下すると、スクロールバーの用途がワークの回転から、画面の移動に切り替えられる。図２２の画面から水平方向のスクロールバーを操作すると、図２４や図２５に示すように、３次元表示の表示角度を維持したまま、視野を左右に平行移動できる。また垂直方向のスクロールバーを操作すると、図２６に示すように上下方向に視野を移動できる。このように、スクロールバーを画面の移動と回転に切り替えて使用することで、３Ｄ表示の操作に不慣れなユーザでも比較的簡単に視野を変更できる。

さらに、３Ｄ表示画面を規定の視点からの表示に切り替えることもできる。図２２の例では、フローティングツールバーに、「表示位置」変更欄２０７Ｂが設けられ、ここで視点をＸＹ平面など、規定の表示に変更できる。例えば図２７はＸＹ平面で印字面を表示した例を示しており、図１９に示す２Ｄ表示画面と対応する平面図が表示される。また図２８はＹＺ平面、図２９はＸＺ平面における表示例を、それぞれ示している。また、各画面からもスクロールバーを操作するなどして表示の視点を変更することもできる。このように、３次元表示においても、規定の方向から見た表示画面に速やかに切り替えることができ、表示の変更、復帰や確認の際等に有益である。
（レーザ出射方向の表示）

さらに、３Ｄ表示画面において、レーザ出射方向の表示を表示することもできる。図２２の例において、編集表示欄２０２においてレーザマーカのマーキングヘッドをアイコン状のイメージＭＫで表示し、かつマーキングヘッドから出射されるレーザ光ＬＫの軌跡を直線状に表示している。これによって印字の方向を示すことができるので、上述した印字不可能領域との関係が把握し易くなる。またマーキングヘッドのイメージＭＫは表示と非表示を切り替えることもできる。図３０に、各種設定を行う設定画面として、マーキングヘッドイメージＭＫの表示／非表示の設定画面２１０の一例を示す。このように、「レーザマーカを表示する」欄のチェックボックスをＯＮ／ＯＦＦすることによって、表示／非表示を容易に切り替えることができる。このようにマーキングヘッドイメージＭＫは、加工対象面の３次元イメージを加工イメージ表示部８３に表示させる際に、マーキングヘッドとの位置を３次元的に表示するヘッドイメージ表示手段８４として機能する。
（座標軸の表示）

また、作業領域の座標軸を表示することで、座標位置の確認を容易にできる。図２２等の例では、作業領域のＸＹＺ座標軸を表示している。これらの座標軸は異なる色で表示することによって、表示を回転させてもＸＹＺ座標軸を容易に区別できる。なお図２２等の例において、Ｚ軸はマーキングヘッドのレーザ光の軌跡と一致するよう、マーキングヘッドをＸＹ座標の原点上に位置させている。これにより、座標空間におけるマーキングヘッドの位置関係をユーザに判り易くイメージさせることができる。

また、座標軸の表示のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることもできる。図３０の設定画面から、「軸を表示する」欄のチェックボックスをＯＮ／ＯＦＦすることによって、座標軸の表示／非表示を容易に切り替えることができる。この例では、ＸＹＺ座標軸の表示／非表示は一括で設定されるが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸につき、個別に表示のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるよう構成してもよい。さらに、このようなＸＹＺ座標軸以外に、任意の基準線を表示させることもできる。例えば、円柱状ワークの側面に対して印字を行う際、基準位置を明確にするために長手方向に沿って側面に基準線を表示させることもできる。基準線は、任意の位置に１又は複数設定でき、ベクトルの方向や座標などを指定する。
（マーキングヘッドのアイコン）

図のマーキングヘッドは、マーキングヘッドの形状を模したアイコン状に表示している。形状や色は、実物のマーキングヘッドに従っている。ただ、マーキングヘッドの裏面側の色については、表面側と異なる色で表示させることが好ましい。上述した図２３では、マーキングヘッドイメージＭＫの裏面を白色としており、図２２等に示すマーキングヘッドイメージＭＫの上面の灰色と異なる色に着色している。これにより、３Ｄ表示画面の視点を変更し、印字面を回転させて裏側からの表示になっても、裏側を観察していることをユーザは容易に把握できるようになる。図２３の例では白色としたが、異なる色としてもよいことはいうまでもない。さらに、各表示色を任意にユーザが指定、変更するよう構成してもよい。図３１に、３Ｄ表示画面の配色を変更する画面例を示す。また配色のみならず、実線、破線等、線のパターンや塗り潰しのハッチングパターンといった表示のパターンを変更することもできる。図３２に２Ｄ表示画面における表示の変更画面、図３３に２Ｄ表示画面における配色の変更画面の例を、それぞれ示す。これらの画面から、ユーザは所望の色やパターン、表示／非表示などを設定できる。

このように、加工対象面と共にレーザマーカのマーキングヘッドのイメージも併せて３次元的に表示することで、両者の位置関係をユーザは視覚的に把握できる。このため設定内容のイメージを容易に確認でき、設定ミスを低減できる。この例では、加工面の移動や視点変更に応じてマーキングヘッドのイメージも対応して表示を更新される。なお、図２３等の例では、２Ｄ表示においては拡大／縮小など表示倍率を変更できるが、３Ｄ表示においては倍率を固定としている。３Ｄ表示に操作に不慣れなユーザを考慮して、変更可能な項目を制限したものである。ただ、３Ｄ表示においてもワークのイメージの拡大／縮小を可能とし、またこれに応じてマーキングヘッドのイメージも拡大／縮小するよう構成できることはいうまでもない。なお、ワークの拡大／縮小と無関係に、マーキングヘッドのイメージの大きさを固定してもよい。マーキングヘッドの表示は位置関係の確認が一の目的であるため、マーキングヘッドの大きさを固定することで縮小表示の際にマーキングヘッドの位置を見失わないようにできる。

また、上記の例ではワークが静止した状態での印字を説明しているため、３Ｄ表示においては作業領域を中心に表示している。ただ、後述するように移動するワークに対しても印字可能なレーザマーカを利用することもでき、このような移動印字の際には、静止印字の作業領域よりも広い範囲に３Ｄ表示することもできる。すなわち、移動印字の場合には印字可能なエリアが実質的に広くとれるため、広い印字可能なエリアの全体を３Ｄ表示することで、印字設定の確認を容易にできる。特に、長尺のワークが長手方向に搬送される際などは、ワークの全体を一画面で表示させることで全体の把握が容易となる。また、必要に応じて画面をスクロールさせて全体を表示させることも可能であることはいうまでもない。
（印字ブロックの配置）

さらにまた、レーザ加工データ設定プログラムは、加工対象面の配置を調整する機能も有する。図３７の例では、「３Ｄ設定」タブ２０４ｉを選択した状態で詳細設定欄２０４ｃの「ブロック形状・配置」タブ２１１を選択すると、印字ブロックの基準位置の座標や回転角、ブロック形状の詳細が指定できる。これによって、加工対象面の配置を任意に変更できる。またブロック形状の詳細は、図３７のように円柱の加工対象面が指定されている場合は、「ブロック形状」欄２１２で円柱の半径と、印字面が円柱の内面か外面の別を指定できる。
（レーザ加工データの設定手順）

以上のレーザ加工データ設定プログラムを用いて、加工条件設定部３Ｃから印字条件を設定して加工データ生成部８０Ｋが加工パターンを生成する手順を、図３８のフローチャートに基づいて説明する。まず図３８のステップＳ２１において、加工パターンを設定する。ここでは、加工条件設定部３Ｃから文字列を入力し、さらにエンコードするシンボルの種別を指定する。図１４の例では、加工種類指定欄２０４ａで文字列を選択し、文字入力欄２０４ｂから文字列として「０１２３４５」を入力すると共に、文字データ指定欄２０４の「文字データの種類」欄から、シンボルの種別として「バーコード」、さらにバーコードの詳細種別として「ＣＯＤＥ３９」を指定している。このようにして指定された情報に基づき、演算部８０は加工パターンを生成する。ここでは文字列でなくバーコードが選択されているので、バーコードが生成され、バーコードのイメージが編集表示欄２０２に表示される。

なお、この例では加工条件設定部３Ｃから入力された文字情報に基づいて、演算部８０が自動的に加工パターンとしてシンボルを生成しているが、直接シンボルを入力することも可能である。例えば、既に作成されたシンボルの画像データを加工条件設定部で選択して入力したり、他のプログラムで作成したシンボルを加工条件設定部から貼り付ける等の手段が採用できる。

またステップＳ２２で、加工条件設定部３Ｃからプロファイル情報を入力する。図１４の例では、印字パターン入力欄２０４のタブを「２Ｄ設定」タブ２０４ｈから「３Ｄ設定」タブ２０４ｉに切り替えて、図１８のプロファイル指定欄２０５から基本図形を円柱を選択する。これにより、図１９に示すように編集表示欄２０２の表示が平面状から円柱状に切り替えられる。また、編集表示欄２０２の表示形式を３Ｄ表示に切り替えると、図２０に示すように加工対象面の３Ｄ形状が立体的に確認できる。

このように、ステップＳ２１で印字パターン情報を指定し、この加工パターンの平面図を編集表示欄２０２で表示させた後、ステップＳ２２でプロファイル情報を指定して３次元の加工パターンに変換して編集表示欄２０２で確認することで、加工パターンの変化を視覚的に確認できる。なお、上記ステップＳ２１とステップＳ２２は、順序を入れ替えてもよい。すなわち、先に加工対象面の形状を指定した後、印字パターン情報を指定することもできる。

以上のようにして、加工データとして３次元空間座標データが得られた後、必要に応じて調整作業が行われる。例えばレイアウトの調整や高さ方向（ｚ方向）への微調整が挙げられる。微調整には、プログラム上に設けられたバーでのスライド調整やマウスのホイール回転等の手段が利用できる。

以上の手順で最終的なレーザ加工データが生成され設定作業が終了した後、得られたレーザ加工データをレーザ加工データ設定プログラムから、図１２に示すレーザ加工装置のコントローラ１Ａに転送する。転送の実行には、レーザ加工データ設定プログラムの画面左下に設けられた「転送・読出し」ボタン２１５を押下する。

レーザ加工装置では、レーザ加工データに基づいて印字加工を行う。また実際の加工開始に先立って、テスト印字を行わせてもよい。これにより、所望の印字パターンの印字が得られるかどうかを事前に確認することができる。またテスト印字結果に基づいて、さらにレーザ加工データを再設定することもできる。

以上の例では、一のワークに一の印字パターンを指定する例を説明したが、同様の手順を繰り返すことにより一のワークに複数の印字パターンを指定することもできる。また、レーザ加工データ設定プログラムの一画面にワークを一のみを表示する構成に限られず、一画面に複数のワークを表示させて、それぞれのワークに印字パターンを指定することもできる。
（移動印字の設定方法）

またレーザ加工装置で、静止したワークへの可能のみならず、移動するワークに対しても加工データ生成部８０Ｋで適切な条件を演算して印字を行うよう構成できる。一例として平面状のワークが移動する印字の設定方法について、図３９に基づいて説明する。２次元的な移動印字では、移動するワークに対して、２次元的な印字対象面に印字する。このような印字の場合は、（１）印字する印字内容を決定し、（２）平面移動の加工条件を設定した上で、（３）印字を開始し、（４）さらに印字内容のＸＹ座標に、ワークの移動量に応じた座標を加算する。図３９（ａ）の例では、印字内容として文字列「ＡＢＣ」を指定している。また平面移動の加工条件としては、移動方向、移動条件、印字範囲等がある。以下、平面移動加工条件について順次説明する。
（移動方向）

平面移動加工条件の一である移動方向として、ワークの移動方向を指定する。この例では、印字対象のワークが左から右へ移動するため、この移動方向を移動加工条件設定部から指定する。図４０に移動加工条件設定部の一例として、加工ライン条件設定画面２４０を示す。この図において、「移動／印字方向」タブ２４１を選択し、ワークのＸＹ移動方向及び／又はＺ移動方向を設定する。この例では、レーザ加工装置のマーキングヘッドを平面図及び側面図で示し、これに対してワークのラインの向き及び移動方向を指定する。このような視覚的な表示例から選択させることによって、ユーザは相互の位置関係を容易に把握でき、設定を容易にすると共に設定ミスを低減できる。図３９の例では、マーキングヘッドの長手方向に対して印字の向きが図３９（ａ）に対して直交する場合、ワークの移動方向に応じて上又は下方向を選択する。選択後、印字内容である「ＡＢＣ」が上下方向に並んで表示される。
（移動条件）

移動条件は、所定の速度での移動（フィードバック無しのオープン制御）か、エンコーダによるフィードバック制御かを指定するものである。ここではワークが等速移動かエンコーダ制御かを選択する。
（印字範囲）

なお印字できる範囲は、Ｘ方向とＹ方向に対応させて設けられたスキャナの可動範囲によって定められるものであり、その最大の印字可能範囲は、図１４や図１５に示す編集表示欄２０２で表示される部分が、これに対応するよう設定されている。ユーザは、その編集表示欄２０２内に、印字対象文字等を設定することで、自動的に印字範囲を設定できる。

これらの平面移動加工条件を指定すると、印字開始後のＸＹ座標位置及び各座標位置におけるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦを演算できる。ＸＹ座標は、印字内容の文字に応じたＸＹ座標に、ワークの移動方向の座標に対してワーク移動量分を加算して計算できる。図３９の例では、ワークがＸ方向に移動するため、Ｘ座標についてのみワークの移動速度を加算し、Ｙ座標については維持する。

また、平面が移動する例に限られず、回転体など、３次元的な移動印字を行うことも可能である。この場合も上記平面移動印字と同様、（１）印字する印字内容を決定し、（２）回転移動の加工条件を設定した上で、（３）印字を開始し、（４）さらに印字内容のＸＹ座標に、ワークの移動量に応じた座標を加算する。
（デフォーカス量の設定）

以上の加工データ生成部は、加工条件設定部で設定された加工条件に基づいて、３次元状の加工対象面と一致する基本設定条件となるように加工データを生成している。ただ、意図的に加工対象面と一致しないようにデフォーカス量を設定することも可能である。

意図的に特定のデフォーカス量を印字面に対して設定するには、印字面に対してフォーカスが合う基本設定条件に対して、デフォーカス量を指定する。図４１に、このような設定を行う加工パラメータ設定画面の一例を示す。図４１において、加工パラメータ設定欄２０４ｎにデフォーカス値を指定するデフォーカス設定欄２０４ｏが設けられており、ユーザが所望の値を入力する。デフォーカス値として、例えばプラスの値を入力すれば、焦点位置が印字面よりも設定された値分、レーザ加工装置に対して離れた位置に設定される。逆にマイナスの値として入力すれば、印字面よりさらに設定された値だけ焦点位置がレーザ加工装置に対して近い位置に設定される。

また、加工条件を設定する際の設定項目として、デフォーカス量やレーザ光のスポット径、ワークの材質等の加工パラメータを設定することもできる。この際、指定された一の加工パラメータの変更に追従させて他の加工条件を自動的に変更することにより、ユーザは特定の設定項目のみを変化させた条件出しが容易に行える。図４１に示すレーザ加工データ設定プログラムの画面においては、画面右側の「詳細設定」タブ２０４ｊの下段において、ワーキングディスタンス、デフォーカス量、スポット径、加工対象ワークの設定欄が設けられている。ワーキングディスタンスは、レーザ加工装置によって決まるため、通常は自動で設定される。デフォーカス量は、レーザ光の焦点位置（ワーキングディスタンス）からのオフセット量を指定する。またスポット径は焦点位置のスポット径を基準として比率で指定される。さらに、加工対象ワークは、加工対象のワークの材質や加工目的を、選択肢から選択することで、選択されたワークの加工に適したレーザ光のパワー密度に調整される。この例では、鉄への黒色印字、ステンレスへの黒色印字、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂といったワークの材質、及び樹脂溶着、表面粗しといった加工目的が列挙されており、ユーザは所望の加工目的に応じてラジオボタンを選択する。

これらの設定項目は、相互に関連している。すなわち、デフォーカス量を調整することにより、レーザ光のパワー密度を調整できるが、同時にスポット径も変化する。またワークの材質や加工目的を選択すると、目的に合致したレーザ光のパワー密度が選択されるため、デフォーカス量やスポット径が変化することになる。このため、スポット径を一定に維持しつつレーザ光のパワー密度を調整したい場合には、従来はデフォーカス量を設定するのみならず、スポット径が変化しないような加工パラメータの組み合わせを探すべく、レーザ光の出力値や走査速度といった他の設定項目を調整する必要があった。この作業は、実際にワークにレーザ光を走査して加工した結果を見ながら各項目値を調整するという試行錯誤を繰り返して、最適な加工パラメータの組み合わせを見つけ出すものであるため、極めて煩雑で手間がかかる。

そこで、本実施の形態では、予め一の加工パラメータに対応して変更すべき他の加工パラメータ値の組み合わせを参照テーブル５ａに登録しておき、一の加工パラメータを調整する際には、参照テーブル５ａを参照して該当する他の加工パラメータの組み合わせを抽出し、この値を自動設定することによって、必要な設定項目のみを変化させることを可能としている。具体的には、図４１の画面からデフォーカス量やスポット径、加工対象ワークのいずれか一を設定すると、他の設定項目には対応する値が自動的に入力される。また、この状態からデフォーカス量を変更しても、スポット径や加工対象ワークが一定に維持されるよう、他の加工パラメータ（例えばレーザ出力や走査速度）等が自動的に調整される。これにより、ユーザは所望の項目のみを速やかに変更できるので、所望の加工結果に極めて容易に調整することができる。
（デフォーカス量の連続変化）

さらに、加工パラメータをレーザ加工中に連続的に変化させることもできる。これによって、図４２に示すような加工パターンに加工することができる。図４２（ａ）は、ワークＷ１表面の彫り込み加工において傾斜面を形成した例を示す断面図であり、図４２（ｂ）はワーク表面Ｗ２に筆書き調のロゴを印字加工した平面図である。このような加工を行うには、レーザ光のデフォーカス量やスポット径を連続的に変化させるように設定することで実現できる。この際も、上記と同様にデフォーカス量やスポット径の連続変化に追従させるように、加工データ生成部が他の加工パラメータも連続的に調整し、指定された設定項目のみが連続変化するように自動調整される。この結果、加工位置や大きさといった、変更を要しない設定項目は従前の値を維持するような加工が行われ、ユーザが望む設定項目のみを変化させるような加工条件を容易に設定できる。

図４３に、このようなレーザ加工の連続変化を設定する設定画面の一例を示す。図４３の例では、「連続変化を行う」欄のチェックボックスをＯＮにすると、連続変化の設定画面に切り替えられる。ここでは、連続変化を行う範囲を座標位置で指定する。また、変化させたい設定項目のチェックボックスをＯＮにすると、範囲の入力欄が表示され、数値を指定可能となる。図４３の例では、デフォーカス量のチェックボックスを選択しており、開始位置のデフォーカス量と終了位置のデフォーカス量を指定する。指定されたデフォーカス量は、指定された範囲内において、均等に連続変化するように自動設定される。また、開始値または終了値のみを指定し、変化の増分・減分や変化率を指定することもできる。また、デフォーカス量を設定すると、スポット径の欄も対応する数値が参照テーブル５ａから参照されて、入力欄に自動的に入力される。このように、いずれかの設定項目が指定されると、他の設定項目にも自動的に対応値が入力されるので、ユーザは各設定項目の加工パラメータ同士の相関関係を意識することなく、必要な項目のみを設定するだけで所望の加工条件に変更することが可能となる。

なお、図４３の例では、文字データ指定欄２０４ｄで「ＲＳＳ＆ＣＣ（ＲＳＳ・コンポジットコード）」が選択され、編集表示欄２０２及び３次元ビューワ２６０にコンポジットコードが表示されている。「ＲＳＳ＆ＣＣ」では、ＲＳＳコード、またはＲＳＳコードの上方にマイクロＰＤＦコードを付加したコンポジットコードが設定できる。この例では種別指定欄２０４ｑでコンポジットコードとして「RSS-14 CC-A」が選択されている。また、文字入力欄２０４ｂにおいて付加情報の入力に必要な区切り文字やその他制御コード、特殊文字コード、外字等の入力を容易にするため、これらの入力用ボタンを備えた第２のフローティングツールバー２９６を設けることもできる。これにより、ユーザは特殊なコードの入力作業を容易に行うことができる。

以上のようにして、加工対象のワークの材質、加工パターン、仕上げ状態、加工時間等の設定項目について、レーザ光のビーム径を自由に変化させることにより、簡単に短時間で変更できる。
（設定の保存・読み込み）

さらに、一旦設定された加工条件の加工パラメータを設定データとして保存し、必要時に呼び出すこともできる。例えば、ファイルメニューから「名前をつけて保存」を選択し、任意の名称をつけて設定情報を保存しておくことで、将来同じワークに同じ加工を行う際に、保存された設定データを呼び出すことで、段取り替えに要する時間や手間を大幅に簡略化できる。また、よく使われる設定については、予め登録しておくことにより、これを利用すれば初心者でも容易に加工条件の設定を行える。また登録・保存されたデータの設定条件をベースにして調整を行うことによって、設定の手間を大幅に省力化できる。このように、設定情報の再利用を可能とすることでも、設定作業の省力化に大きく貢献できる。

本発明のレーザ加工装置、レーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器は、例えばマーキング、穴あけ、トリミング、スクライビング、表面処理等、立体形状を有する立体の表面にレーザ照射を行う処理において、立体形状の設定に広く適用可能である。なお、３次元印字が可能なレーザマーカの例について説明したが、本発明は２次元印字が可能なレーザマーカに対しても好適に適用できる。

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 走査部におけるＸ・Ｙ軸スキャナの配置状態を示す透明斜視図である。 Ｘ・Ｙ・Ｚ軸スキャナの配置状態を示す透明斜視図である。 図１のレーザ励起部の内部構造を示す斜視図である。 レーザ加工装置のレーザ光走査系を含むマーキングヘッドの構成を示す斜視図である。 図５を背面方向から見た斜視図である。 図５を側面から見た側面図である。 レーザ加工装置のレーザ光の焦点位置が、作業位置において変化する状態を説明する説明図である。 焦点距離を長くする場合のレーザ光走査系を示す側面図である。 焦点距離を短くする場合のレーザ光走査系を示す側面図である。 Ｚ軸スキャナを示す正面図及び断面図である。 ３次元印字可能なレーザマーカのシステム構成を示すブロック図である。 レーザ加工システムを示すブロック図である。 レーザ加工システムの他の例を示すブロック図である。 レーザ加工システムのさらに他の例を示すブロック図である。 レーザ加工データ設定プログラムのユーザインターフェース画面の一例を示すイメージ図である。 複数の印字ブロックを設定する加工ブロック設定手段の一例を示すイメージ図である。 印字ブロックのレイアウトを調整する様子を示すイメージ図である。 印字ブロックの設定一覧表を示すイメージ図である。 図１４で「３Ｄ設定」に切り替えた状態を示すイメージ図である。 図１８で円柱を選択した状態を示すイメージ図である。 図１９から編集表示欄を３次元表示に切り替えた状態を示すイメージ図である。 ３次元ビューワで加工対象面の３次元画像を表示させた状態を示すイメージ図である。 ３Ｄ表示画面を斜め上方から表示させたイメージ図である。 図２２の３Ｄ表示画面を裏側から表示させたイメージ図である。 図２２の３Ｄ表示画面を左に移動して表示させたイメージ図である。 図２２の３Ｄ表示画面を右に移動して表示させたイメージ図である。 図２２の３Ｄ表示画面を上に移動して表示させたイメージ図である。 図２２の３Ｄ表示画面をＸＹ平面で表示させたイメージ図である。 図２２の３Ｄ表示画面をＹＺ平面で表示させたイメージ図である。 図２２の３Ｄ表示画面をＺＸ平面で表示させたイメージ図である。 各種設定画面を示すイメージ図である。 ３Ｄ表示画面における配色を設定する設定画面を示すイメージ図である。 ２Ｄ表示画面における表示を設定する設定画面を示すイメージ図である。 ２Ｄ表示画面における配色を設定する設定画面を示すイメージ図である。 ３Ｄ表示画面において印字不可能領域を示すイメージ図である。 図３４で印字開始角度を調整した状態を示すイメージ図である。 ３Ｄ表示画面の表示設定画面を示すイメージ図である。 図２１からワークの配置を変更した状態を示すイメージ図である。 印字条件を設定して加工パターンを生成する手順を示すフローチャートである。 ２次元的な移動印字に関する条件設定を説明する模式図であり、図３９（ａ）は斜視図、図３９（ｂ）は平面図である。 移動加工条件設定部で移動方向を設定する画面例を示すイメージ図である。 加工パラメータの設定画面の一例を示すイメージ図である。 図４２（ａ）は、ワーク表面の彫り込み加工に傾斜面を形成した断面図であり、図４２（ｂ）はワーク表面に筆書き調のロゴを印字加工した平面図である。 デフォーカス設定量の設定画面の一例を示すイメージ図である。

符号の説明

１００…レーザ加工装置
１…レーザ制御部；１Ａ…コントローラ；２…レーザ出力部
３…入力部；３Ａ…加工面プロファイル入力手段；３Ｂ…加工パターン入力手段
３Ｃ…加工条件設定部；３Ｆ…加工ブロック設定手段
４…制御部；５…メモリ部；５Ａ…記憶部；５ａ…参照テーブル
６…レーザ励起部；７…電源；８…レーザ媒質；９…走査部
１０…レーザ励起光源；１１…レーザ励起光源集光部
１２…レーザ励起部ケーシング；１３…光ファイバケーブル
１４…スキャナ；１４ａ…Ｘ軸スキャナ；１４ｂ…Ｙ軸スキャナ
１４ｃ…Ｚ軸スキャナ；１４ｄ…ポインタ用スキャナミラー
１５…集光部；１６…入射レンズ；１８…出射レンズ
５０…レーザ発振部；５１、５１ａ、５１ｂ…ガルバノモータ
５２…スキャナ駆動回路；５３…ビームエキスパンダ
６０…ガイド用光源；６２…ハーフミラー；６４…ポインタ用光源；６６…固定ミラー
８０…演算部；８０Ｋ…加工データ生成部
８２…表示部；
８３…加工イメージ表示部
８４…ヘッドイメージ表示手段
１５０…マーキングヘッド
１８０…レーザ加工データ設定装置
１８０Ｋ…加工データ生成部
１９０…外部機器
２０２…編集表示欄
２０４…印字パターン入力欄
２０４ａ…加工種類指定欄
２０４ｂ…文字入力欄
２０４ｃ…詳細設定欄
２０４ｄ…文字データ指定欄
２０４ｅ…「印字データ」タブ
２０４ｆ…「サイズ・位置」タブ
２０４ｇ…「印字条件」タブ
２０４ｈ…「基本設定」タブ
２０４ｉ…「形状設定」タブ
２０４ｊ…「詳細設定」タブ
２０４ｋ…加工パラメータ設定欄
２０４ｌ…加工パラメータ設定欄
２０４ｍ…デフォーカス設定欄
２０４ｎ…加工パラメータ設定欄
２０４ｏ…デフォーカス設定欄
２０４ｑ…種別指定欄
２０５…プロファイル指定欄
２０６…形状選択欄
２０７…表示切替ボタン
２０７Ｂ…「表示位置」変更欄
２０７Ｃ…２画面表示ボタン
２０８…画面内配置設定欄
２０９…スクロールバー
２１０…マーキングヘッドイメージの表示／非表示設定画面
２１１…「ブロック形状・配置」タブ
２１２…「ブロック形状」欄
２１５…「転送・読出し」ボタン
２１６…ブロック番号選択欄
２１７…ブロック一覧画面
２４０…加工ライン条件設定画面
２４１…「移動／印字方向」タブ
２６０…３次元ビューワ
２７０…編集モード表示欄
２７２…編集モード切替ボタン
２９６…第２のフローティングツールバー
Ｌ、Ｌ’、ＬＫ…レーザ光；Ｇ…ガイド光；Ｐ…ポインタ光
Ｗ、Ｗ１〜Ｗ２…ワーク；ＷＳ…作業領域
Ｋ…枠；ＭＫ…マーキングヘッドイメージ
ＫＳ…傾斜面；ＬＧ…ロゴ

Claims (11)

1. 作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置であって、
   レーザ光を発生させるためのレーザ発振部と、
   前記レーザ発振部より出射されるレーザ光を作業領域内において走査させるためのレーザ光走査系と、
   を少なくとも備えるヘッド部と、
   前記レーザ発振部および前記レーザ光走査系を制御するためのレーザ制御部と、
   所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを入力するための加工条件設定部と、
   前記加工条件設定部で設定された加工条件に従って、加工対象面のイメージを３次元的に表示可能な加工イメージ表示部と、
   前記加工イメージ表示部において、加工対象面のイメージを３次元的に表示させる際に、レーザ加工装置のヘッド部のイメージを表示可能なヘッドイメージ表示手段と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
   前記加工イメージ表示部で表示される加工対象面のイメージを移動、拡大／縮小、又は視点変更すると、これに応じて前記ヘッド部のイメージも移動、拡大／縮小、又は視点変更されることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ加工装置であって、
   前記加工イメージ表示部で表示される前記ヘッド部のイメージから、加工対象面のイメージに向かって照射されるレーザ光の軌跡を表示可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載のレーザ加工装置であって、
   前記加工イメージ表示部で表示される前記ヘッド部のイメージにつき、ヘッド部の裏面をヘッド部の上面と異なる色に着色して表示可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載のレーザ加工装置であって、
   前記加工条件設定部が、加工対象物が移動する場合の、前記ヘッド部に対する移動方向を設定可能であり、
   上記設定に応じて、前記加工イメージ表示部における加工対象面のイメージとヘッド部のイメージとの位置関係が反映されることを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項５に記載のレーザ加工装置であって、
   前記加工イメージ表示部において、加工対象物が静止している際の作業領域よりも、加工対象物の移動方向に対して広い領域を表示可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載のレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光走査系が、
   入射レンズと出射レンズを備えるビームエキスパンダであって、前記レーザ発振部から照射されるレーザ光の光軸に前記入射レンズ及び出射レンズの光軸を一致させた状態で、入射レンズと出射レンズ間の相対距離を変化させてレーザ光の焦点距離を調整可能なビームエキスパンダと、
   前記ビームエキスパンダを透過したレーザ光を第１の方向に走査させるための第１のミラーと、
   前記第１のミラーで反射されたレーザ光を前記第１の方向と略直交する第２の方向に走査させるための第２のミラーと、
   を有し、
   前記第１のミラー及び第２のミラーがガルバノミラーで構成され、各々略直交する回転軸を中心に回転可能なガルバノメータ式スキャナに接続されてＸ軸スキャナ及びＹ軸スキャナを構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
8. 作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定装置であって、
   所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを入力するための加工条件設定部と、
   前記加工条件設定部で設定された加工条件に従って、加工対象面のイメージを３次元的に表示可能な加工イメージ表示部と、
   前記加工イメージ表示部において、加工対象面のイメージを３次元的に表示させる際に、レーザ加工装置のヘッド部のイメージを表示可能なヘッドイメージ表示手段と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工データ設定装置。
9. 作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定方法であって、
   所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを指定する工程と、
   加工条件に従って、加工対象面のイメージを加工イメージ表示部に３次元的に表示すると共に、レーザ加工装置のレーザ光を出射するヘッド部のイメージを表示する工程と、
   を含むことを特徴とするレーザ加工データ設定方法。
10. 作業領域内に配置された加工対象物の加工対象面に対して、レーザ光を照射して、所望の加工パターンに加工可能なレーザ加工装置について、所望の加工パターンに基づいて加工データを設定するためのレーザ加工データ設定プログラムであって、
    所望の加工パターンに加工する加工条件として複数の加工パラメータを指定する機能と、
    加工条件に従って、加工対象面のイメージを加工イメージ表示部に３次元的に表示すると共に、レーザ加工装置のレーザ光を出射するヘッド部のイメージを表示する機能と、
    をコンピュータに実現させることを特徴とするレーザ加工データ設定プログラム。
11. 請求項１０に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。