特開 2022-151978 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022151978

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/046 20140101AFI20221004BHJP

【ＦＩ】

B23K26/046

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021054560

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】弁理士法人ネクスト

(72)【発明者】

【氏名】西川 恭生

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AA00

4E168CA07

4E168CB13

4E168DA02

4E168DA23

4E168DA24

4E168DA28

4E168EA15

4E168KA07

(57)【要約】

【課題】レーザ光が走査されるＸＹ軸方向と直角に交わるＺ軸方向において、レーザ光の焦点位置が不連続に移動することを低減化することによって、レーザ加工の品質を確保しつつ、レーザ加工の時間をより一層に短縮するレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置は、Ｚ軸方向において、加工対象物７の加工面８が最も加工レーザ光Ｐの上流側にある第１最端位置ＭＥ１と、加工対象物７の加工面８が最も加工レーザ光Ｐの下流側にある第２最端位置ＭＥ２との差が、加工レーザ光Ｐの焦点深度の１倍以上２倍以下である場合、焦点深度の上流側限界位置が第１最端位置ＭＥ１に一致する場合の焦点位置を第１焦点位置Ｆ１として特定し、焦点深度の下流側限界位置が第２最端位置ＭＥ２に一致する場合の焦点位置を第２焦点位置Ｆ２として特定し、焦点位置を第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２に切り換える切換モードでレーザ加工を実行する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワーク表面に加工データに基づいてレーザ加工を行うためのレーザ光を出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光を直交座標系のＸＹ軸方向で走査するＸＹ軸走査部と、
前記レーザ光の焦点位置を前記直交座標系のＺ軸方向で移動させる可変焦点光学系と、
前記ワーク表面の三次元データを受け入れる受入部と、
前記レーザ加工の際に前記ＸＹ軸走査部及び前記可変焦点光学系を駆動制御する制御部と、を備え、
前記レーザ光は、前記レーザ光の焦点深度に基づき、前記Ｚ軸方向において、前記レーザ光の上流側での限界位置を示す上流側限界位置と、前記レーザ光の下流側での限界位置を示す下流側限界位置と、を有し、
前記制御部は、前記Ｚ軸方向において、前記ワーク表面が最も前記レーザ光の上流側にある位置を示す第１最端位置と、前記ワーク表面が最も前記レーザ光の下流側にある位置を示す第２最端位置との差が、前記レーザ光の焦点深度の１倍以上２倍以下であると前記三次元データに基づいて判定する場合には、
前記レーザ光の焦点深度の前記上流側限界位置が前記第１最端位置に一致する第１状態を想定した場合の、前記レーザ光の焦点位置を第１焦点位置として特定し、
前記レーザ光の焦点深度の前記下流側限界位置が前記第２最端位置に一致する第２状態を想定した場合の、前記レーザ光の焦点位置を第２焦点位置として特定し、
前記レーザ光の焦点位置を前記第１焦点位置又は前記第２焦点位置に前記三次元データに基づいて切り換える切換モードで前記レーザ加工を実行することを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第１状態を想定した場合の前記レーザ光の焦点深度である第１焦点深度において、前記レーザ加工の加工位置が前記Ｚ軸方向で移動する総距離を第１総移動距離として前記加工データ及び前記三次元データに基づいて算出し、
前記第２状態を想定した場合の前記レーザ光の焦点深度である第２焦点深度において、前記レーザ加工の加工位置が前記Ｚ軸方向で移動する総距離を第２総移動距離として前記加工データ及び前記三次元データに基づいて算出し、
前記第１総移動距離と前記第２総移動距離との比較に基づいて、前記レーザ光の焦点位置の切り変えタイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記第１総移動距離が前記第２総移動距離よりも長いと判定するときは、前記レーザ加工の加工位置が前記第１焦点深度の前記下流側限界位置を超えるタイミングで前記レーザ光の焦点位置を切り換え、
前記第２総移動距離が前記第１総移動距離よりも長いと判定するときは、前記レーザ加工の加工位置が前記第２焦点深度の前記上流側限界位置を超えるタイミングで前記レーザ光の焦点位置を切り換え、
前記第１総移動距離と前記第２総移動距離とが等しいと判定するときは、前記レーザ加工の加工位置が前記第１焦点深度の前記下流側限界位置又は前記第２焦点深度の前記上流側限界位置を超えるタイミングで前記レーザ光の焦点位置を切り換えることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記第１状態を想定した場合の前記レーザ光の焦点深度である第１焦点深度の前記下流側限界位置を、前記レーザ加工の加工位置が前記レーザ光の下流側から前記レーザ光の上流側に超える回数を第１回数として前記加工データ及び前記三次元データに基づいて算出し、
前記第２状態を想定した場合の前記レーザ光の焦点深度である第２焦点深度の前記上流側限界位置を、前記レーザ加工の加工位置が前記レーザ光の上流側から前記レーザ光の下流側に超える回数を第２回数として前記加工データ及び前記三次元データに基づいて算出し、
前記第１回数と前記第２回数との比較に基づいて、前記レーザ光の焦点位置の切り変えタイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第２回数が前記第１回数よりも多いと判定するときは、前記レーザ加工の加工位置が前記第１焦点深度の前記下流側限界位置を超えるタイミングで前記レーザ光の焦点位置を切り換え、
前記第１回数が前記第２回数よりも多いと判定するときは、前記レーザ加工の加工位置が前記第２焦点深度の前記上流側限界位置を超えるタイミングで前記レーザ光の焦点位置を切り換え、
前記第１回数と前記第２回数とが等しいと判定するときは、前記レーザ加工の加工位置が前記第１焦点深度の前記下流側限界位置又は前記第２焦点深度の前記上流側限界位置を超えるタイミングで前記レーザ光の焦点位置を切り換えることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

前記ＸＹ軸走査部で走査される前記レーザ光の走査速度を第１速度又は前記第１速度よりも遅い第２速度に設定する設定部を備え、
前記制御部は、
前記走査速度が前記第１速度に設定されている場合には、前記切換モードで前記レーザ加工を実行し、
前記走査速度が前記第２速度に設定されている場合には、前記切換モードとは異なる別モードで前記レーザ加工を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。

【請求項7】

前記別モードは、前記レーザ光の焦点位置を前記三次元データに基づいて前記ワーク表面の位置に一致させることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。

【請求項8】

ワーク表面に加工データに基づいてレーザ加工を行うためのレーザ光を出射するレーザ光出射部と、前記レーザ光を直交座標系のＸＹ軸方向で走査するＸＹ軸走査部と、前記レーザ光の焦点位置を前記直交座標系のＺ軸方向で移動させる可変焦点光学系と、前記ワーク表面の三次元データを受け入れる受入部と、を備えるレーザ加工装置において、前記加工データ及び前記三次元データに基づいて前記ワーク表面に前記レーザ光でレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
前記レーザ光は，その焦点深度に基づきは、前記Ｚ軸方向において、前記レーザ光の上流側での限界位置を示す上流側限界位置と、前記レーザ光の下流側での限界位置を示す下流側限界位置と、を有し、
前記Ｚ軸方向において、前記ワーク表面が最も前記レーザ光の上流側にある位置を示す第１最端位置と、前記ワーク表面が最も前記レーザ光の下流側にある位置を示す第２最端位置との差が、前記レーザ光の焦点深度の１倍以上２倍以下である場合に、前記ＸＹ軸走査部及び前記可変焦点光学系を駆動させて行う第１設定工程、第２設定工程、及びレーザ加工工程と、を備え、
前記第１設定工程では、前記レーザ光の焦点深度の前記上流側限界位置が前記第１最端位置に一致する状態を想定した場合の、前記レーザ光の焦点位置を第１焦点位置として特定し、
前記第２設定工程では、前記レーザ光の焦点深度の前記下流側限界位置が前記第２最端位置に一致する状態を想定した場合の、前記レーザ光の焦点位置を第２焦点位置として特定し、
前記レーザ加工工程では、前記レーザ光の焦点位置を前記第１焦点位置又は前記第２焦点位置に前記三次元データに基づいて切り換えて前記レーザ加工を実行することを特徴とするレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ光が走査されるＸＹ軸方向と直角に交わるＺ軸方向において、レーザ光の焦点位置が不連続に移動するレーザ加工装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、上記レーザ加工装置に関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載のレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光出射部と、前記レーザ光を走査する走査部と、加工に適した前記レーザ光の結像が得られる結像面の前記レーザ光出射部からの距離を可変とする結像面可変手段と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ光出射部および前記走査部を制御して、加工パターンに基づいて、前記レーザ光を加工対象物に照射させる加工処理と、前記結像面可変手段を制御して、前記加工対象物の加工面の高さに応じて、前記レーザ光の焦点深度に基づく所定の間隔を調整単位として該所定の間隔ごとに不連続に前記結像面の位置を調整する結像面調整処理とを実行することを特徴とする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－６３８１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１のレーザ加工装置は、加工対象物の加工面の高さに応じて、レーザ光の焦点深度に基づく所定の間隔を調整単位として所定の間隔ごとに不連続に結像面の位置を調整するため、適切な品質でレーザ光によるレーザ加工を実施しつつ、加工処理に費やす時間を短縮することができるが、加工処理に費やす時間をより一層に短縮する技術開発が求められている。

【0005】

そこで、本開示は、上述した点に鑑みてなされたものであり、レーザ光が走査されるＸＹ軸方向と直角に交わるＺ軸方向において、レーザ光の焦点位置が不連続に移動することを低減化することによって、レーザ加工の品質を確保しつつ、レーザ加工の時間をより一層に短縮するレーザ加工装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書は、ワーク表面に加工データに基づいてレーザ加工を行うためのレーザ光を出射するレーザ光出射部と、レーザ光を直交座標系のＸＹ軸方向で走査するＸＹ軸走査部と、レーザ光の焦点位置を直交座標系のＺ軸方向で移動させる可変焦点光学系と、ワーク表面の三次元データを受け入れる受入部と、レーザ加工の際にＸＹ軸走査部及び可変焦点光学系を駆動制御する制御部と、を備え、レーザ光は、レーザ光の焦点深度に基づき、Ｚ軸方向において、レーザ光の上流側での限界位置を示す上流側限界位置と、レーザ光の下流側での限界位置を示す下流側限界位置と、を有し、制御部は、Ｚ軸方向において、ワーク表面が最もレーザ光の上流側にある位置を示す第１最端位置と、ワーク表面が最もレーザ光の下流側にある位置を示す第２最端位置との差が、レーザ光の焦点深度の１倍以上２倍以下であると三次元データに基づいて判定する場合には、レーザ光の焦点深度の上流側限界位置が第１最端位置に一致する第１状態を想定した場合の、レーザ光の焦点位置を第１焦点位置に設定し、レーザ光の焦点深度の下流側限界位置が第２最端位置に一致する第２状態を想定した場合の、レーザ光の焦点位置を第２焦点位置に設定し、レーザ光の焦点位置を第１焦点位置又は第２焦点位置に三次元データに基づいて切り換える切換モードでレーザ加工を実行することを特徴とするレーザ加工装置を開示する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、レーザ加工装置は、レーザ光が走査されるＸＹ軸方向と直角に交わるＺ軸方向において、レーザ光の焦点位置が不連続に移動することを低減化することによって、レーザ加工の品質を確保しつつ、レーザ加工の時間をより一層に短縮する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態のレーザ加工装置の概略構成が表された図である。

【図2】同レーザ加工装置の電気的構成が表されたブロック図である。

【図3】加工レーザ光の焦点深度の上流側限界位置と下流側限界位置とを説明するための図である。

【図4】加工対象物の加工面の第１最端位置と第２最端位置とを説明するための図である。

【図5】同レーザ加工装置が実行する各処理が表されたフローチャートである。

【図6】同レーザ加工装置が実行する各処理が表されたフローチャートである。

【図7】第１タイミングの設定処理の設定内容を説明するための図である。

【図8】第１タイミングの設定処理の設定内容を説明するための図である。

【図9】第２タイミングの設定処理の設定内容を説明するための図である。

【図10】第２タイミングの設定処理の設定内容を説明するための図である。

【図11】第１タイミングの設定処理の設定内容で加工レーザ光の焦点位置が切り換わる態様を説明するための図である。

【図12】第２タイミングの設定処理の設定内容で加工レーザ光の焦点位置が切り換わる態様を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示のレーザ加工装置について、具体化した実施形態に基づき、図面を参照しつつ説明する。以下の説明に用いる図１及び図２では、基本的構成の一部が省略されて描かれており、描かれた各部の寸法比等は必ずしも正確ではない。尚、以下の説明において、直交座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、図面に示された通りである。また、上下方向は、直交座標系のＺ軸方向に平行であり、図面に示された通りである。

【0010】

［１．レーザ加工装置の概略構成］
先ず、図１及び図２に基づいて、本実施形態のレーザ加工装置１の概略構成について説明する。本実施形態のレーザ加工装置１は、印字情報作成部２及びレーザ加工部３で構成されている。印字情報作成部２は、パーソナルコンピュータ等で構成されている。

【0011】

レーザ加工部３は、加工レーザ光Ｐを加工対象物７の加工面８上で２次元走査してマーキング（印字）加工を行うものである。レーザ加工部３は、レーザコントローラ６を備えている。尚、以下では、マーキング（印字）加工を、レーザ加工と表記して説明する場合がある。

【0012】

レーザコントローラ６は、コンピュータで構成され、印字情報作成部２と双方向通信可能に接続されている。レーザコントローラ６は、印字情報作成部２から送信された印字情報、制御パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工部３を駆動制御する。

【0013】

レーザ加工部３の概略構成について説明する。レーザ加工部３は、レーザ発振ユニット１２、ガイド光部１５、ダイクロイックミラー１０１、光学系７０、ガルバノスキャナ１８、及びｆθレンズ１９等を備えており、不図示の略直方体形状の筐体カバーで覆われている。

【0014】

レーザ発振ユニット１２は、レーザ発振器２１等で構成されている。レーザ発振器２１は、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ等で構成されており、加工レーザ光Ｐを出射する。尚、加工レーザ光Ｐの光径は、不図示のビームエキスパンダで調整（例えば、拡大）される。

【0015】

ガイド光部１５は、可視半導体レーザ２８等で構成されている。可視半導体レーザ２８は、可視可干渉光であるガイド光Ｑ、例えば、赤色レーザ光を出射する。ガイド光Ｑは、不図示のレンズ群で平行光にされ、更に、２次元走査されることによって、例えば、加工レーザ光Ｐでマーキング（印字）加工すべき印字パターンの像、その像を取り囲んだ矩形の像、又は所定形状の像等を、加工対象物７の加工面８上に軌跡（時間残像）で描画するものである。つまり、ガイド光Ｑには、マーキング（印字）加工能力がない。

【0016】

ガイド光Ｑの波長は、加工レーザ光Ｐの波長とは異なる。本実施形態では、例えば、加工レーザ光Ｐの波長は１０６４ｎｍであり、ガイド光Ｑの波長は、６５０ｎｍである。

【0017】

ダイクロイックミラー１０１では、入射された加工レーザ光Ｐのほぼ全部が透過する。また、ダイクロイックミラー１０１では、加工レーザ光Ｐが透過する略中央位置にて、ガイド光Ｑが４５度の入射角で入射され、４５度の反射角で加工レーザ光Ｐの光路上に反射される。ダイクロイックミラー１０１の反射率は、波長依存性を持っている。具体的には、ダイクロイックミラー１０１は、誘電体層と金属層との多層膜構造の表面処理がなされており、ガイド光Ｑの波長に対して高い反射率を有し、それ以外の波長の光をほとんど（９９％）透過するように構成されている。

【0018】

尚、図１の一点鎖線は、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの光軸１０を示している。また、光軸１０の方向は、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの経路方向を示している。

【0019】

光学系７０は、第１レンズ７２、第２レンズ７４、及び移動機構７６を備えている。光学系７０では、ダイクロイックミラー１０１を経た加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑが、第１レンズ７２に入射し通過する。その際、第１レンズ７２によって、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの各光径が縮小される。また、第１レンズ７２を通過した加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑは、第２レンズ７４に入射し通過する。その際、第２レンズ７４によって、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑが平行光にされる。移動機構７６は、光学系モータ８０と、光学系モータ８０の回転運動を直線運動に変換するラック・アンド・ピニオン（不図示）等を備えており、光学系モータ８０の回転制御によって、第２レンズ７４を加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの経路方向に移動させる。

【0020】

尚、移動機構７６は、第２レンズ７４に代えて第１レンズ７２を移動させる構成であってもよいし、第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が変わるように第１レンズ７２と第２レンズ７４の双方を移動させる構成であってもよい。また、移動機構７６は、ボイスコイルモータ方式であってもよい。

【0021】

ガルバノスキャナ１８は、光学系７０を経た加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとを２次元走査するものである。ガルバノスキャナ１８では、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２とが、それぞれのモータ軸が互いに直交するように取り付けられ、各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙが内側で互いに対向している。そして、各モータ３１、３２の回転制御で、各走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙを回転させることによって、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとを２次元走査する。この２次元走査方向は、Ｘ軸方向とＹ軸方向である。

【0022】

ｆθレンズ１９は、ガルバノスキャナ１８によって２次元走査された加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとを加工対象物７の加工面８上に集光するものである。従って、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑは、各モータ３１、３２の回転制御によって、加工対象物７の加工面８上でＸ軸方向とＹ軸方向に２次元走査される。

【0023】

加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとでは、波長が異なる。そのため、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が一定の場合、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑが集光する位置（以下、「焦点位置Ｆ」という。）は、上下方向（Ｚ軸方向）で異なってしまう。そこで、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの焦点位置Ｆは、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が調整されることによって、上下方向（Ｚ軸方向）で移動し、加工対象物７の加工面８上に合わせられる。

【0024】

また、加工対象物７の加工面８の位置が上下方向（Ｚ軸方向）で異なる場合も、同様にして、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの焦点位置Ｆは、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が調整されることによって、上下方向（Ｚ軸方向）で移動し、加工対象物７の加工面８上に合わせられる。

【0025】

次に、レーザ加工装置１を構成する印字情報作成部２とレーザ加工部３の回路構成について図２に基づいて説明する。先ず、レーザ加工部３の回路構成について説明する。

【0026】

図２に表されるように、レーザ加工部３は、レーザコントローラ６、ガルバノコントローラ３５、ガルバノドライバ３６、レーザドライバ３７、半導体レーザドライバ３８、及び光学系ドライバ７８等から構成されている。レーザコントローラ６は、レーザ加工部３の全体を制御する。レーザコントローラ６には、ガルバノコントローラ３５、レーザドライバ３７、半導体レーザドライバ３８、及び光学系ドライバ７８等が電気的に接続されている。また、レーザコントローラ６には、外部の印字情報作成部２が双方向通信可能に接続されている。また、レーザコントローラ６は、印字情報作成部２から送信された各情報（例えば、印字情報、レーザ加工部３に対する制御パラメータ、ユーザからの各種指示情報等）を受信可能に構成されている。

【0027】

レーザコントローラ６は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、及びＲＯＭ４３等を備えている。ＣＰＵ４１は、レーザ加工部３の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、及びＲＯＭ４３は、不図示のバス線により相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。

【0028】

ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１により演算された各種の演算結果や印字パターンの（ＸＹ座標）データ等を一時的に記憶させておくためのものである。

【0029】

ＲＯＭ４３は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、例えば、印字情報作成部２から送信された印字情報に基づいて印字パターンのＸＹ座標データを算出して、加工データ４４としてＲＡＭ４２に記憶するプログラムや、ガイド光Ｑの軌跡で描く像のＸＹ座標データを算出してＲＡＭ４２に記憶するプログラム等が記憶されている。尚、各種プログラムには、上述したプログラムに加えて、例えば、各種のディレイ値、印字情報作成部２から入力された印字情報に対応する印字パターンの太さ、深さ及び本数、レーザ発振器２１のレーザ出力、加工レーザ光Ｐのレーザパルス幅、ガルバノスキャナ１８による加工レーザ光Ｐを走査する速度、及びガルバノスキャナ１８によるガイド光Ｑを走査する速度等を示す各種制御パラメータをＲＡＭ４２に記憶するプログラム等がある。更に、ＲＯＭ４３には、歪補正のためのパラメータや、ガルバノスキャナ１８、レーザ加工装置１のステータス情報（エラー情報、加工回数、加工時間等）が記憶されている。

【0030】

ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３に記憶されている各種のプログラムに基づいて各種の演算及び制御を行う。

【0031】

ＣＰＵ４１は、加工データ４４、ガイド光Ｑの軌跡で描く像のＸＹ座標データ、ガルバノスキャナ１８によるガイド光Ｑを走査する速度、及びガルバノスキャナ１８による加工レーザ光Ｐを走査する速度等を示すガルバノ走査速度情報等を、ガルバノコントローラ３５に出力する。また、ＣＰＵ４１は、印字情報作成部２から入力された印字情報に基づいて設定したレーザ発振器２１のレーザ出力、及び加工レーザ光Ｐのレーザパルス幅等を示すレーザ駆動情報を、レーザドライバ３７に出力する。

【0032】

ＣＰＵ４１は、可視半導体レーザ２８の点灯開始を指示するオン信号又は消灯を指示するオフ信号を半導体レーザドライバ３８に出力する。

【0033】

ガルバノコントローラ３５は、レーザコントローラ６から入力された各情報（例えば、印字パターンのＸＹ座標データ、ガイド光Ｑの軌跡で描く像のＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報等）に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２の駆動角度、回転速度等を算出して、駆動角度及び回転速度を示すモータ駆動情報をガルバノドライバ３６に出力する。ガルバノドライバ３６は、ガルバノコントローラ３５から入力されたモータ駆動情報に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２を駆動制御して、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑを２次元走査する。

【0034】

レーザドライバ３７は、レーザコントローラ６から入力されたレーザ発振器２１のレーザ出力、及び加工レーザ光Ｐのレーザパルス幅等を示すレーザ駆動情報等に基づいて、レーザ発振器２１を駆動させる。半導体レーザドライバ３８は、レーザコントローラ６から入力されたオン信号又はオフ信号に基づいて、可視半導体レーザ２８を点灯駆動又は、消灯させる。

【0035】

光学系ドライバ７８は、レーザコントローラ６から入力された情報に基づいて、光学系モータ８０を駆動制御して、第２レンズ７４を移動させる。

【0036】

次に、印字情報作成部２の回路構成について説明する。印字情報作成部２は、制御部５１、入力操作部５５、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５６、及びＣＤ－ＲＯＭドライブ５８等を備えている。制御部５１には、不図示の入出力インターフェースを介して、入力操作部５５、液晶ディスプレイ５６、及びＣＤ－ＲＯＭドライブ５８等が接続されている。

【0037】

入力操作部５５は、不図示のマウス及びキーボード等から構成されており、例えば、各種指示情報をユーザが入力する際に使用される。

【0038】

ＣＤ－ＲＯＭドライブ５８は、各種データ、及び各種アプリケーションソフトウェア等をＣＤ－ＲＯＭ５７から読み込むものである。

【0039】

制御部５１は、印字情報作成部２の全体を制御するものであって、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、及びハードディスクドライブ（以下、「ＨＤＤ」という。）６６等を備えている。ＣＰＵ６１は、印字情報作成部２の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、及びＲＯＭ６３は、不図示のバス線により相互に接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。更に、ＣＰＵ６１とＨＤＤ６６とは、不図示の入出力インターフェースを介して接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。

【0040】

ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により演算された各種の演算結果等を一時的に記憶させておくためのものである。ＲＯＭ６３は、各種のプログラム等を記憶させておくものである。更に、ＲＯＭ６３には、フォントの種類別に、直線と楕円弧とで構成された各文字のフォントの始点、終点、焦点、曲率等のデータが記憶されている。

【0041】

ＨＤＤ６６には、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、及び各種データファイル等が記憶される。

【0042】

また、入力操作部５５においては、ユーザが、ガルバノスキャナ１８による加工レーザ光Ｐを走査する速度（以下、「加工レーザ光Ｐの走査速度」という。）を、第１速度又は第１速度よりも遅い第２速度に設定することが可能である。更に、その設定内容は、加工レーザ光Ｐの走査速度の制御パラメータとして、ＲＡＭ６２に記憶される。尚、加工レーザ光Ｐの走査速度のデフォルトは、第１速度であり、ＲＯＭ６３に記憶されている。本実施形態において、第１速度は、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆを上下方向（Ｚ軸方向）で変更する速さ（移動機構７６の動作速度）と比して速い速度であり、それに対して、第２速度は、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆを上下方向（Ｚ軸方向）で変更する速さ（移動機構７６の動作速度）と比して十分遅い速度である。

【0043】

また、ＲＡＭ６２には、三次元形状データ６４が記憶されている。三次元形状データ６４は、加工対象物７の加工面８の三次元形状を示すデータであり、入力操作部５５でユーザによって入力され、あるいは、ＣＤ－ＲＯＭドライブ５８でＣＤ－ＲＯＭ５７から読み込まれる。もっとも、三次元形状データ６４は、レーザ加工装置１が備える三次元計測機能で計測されたものであってもよいし、印字情報作成部２で実行される３次元ＣＡＤソフトのアプリケーションソフトウェアによって作成されたＣＡＤデータであってもよいし、不図示の入出力インターフェースを介してレーザ加工装置１の外部から入力されたＣＡＤデータであってもよい。

【0044】

［２．加工レーザ光の焦点位置等］
レーザ加工装置１においては、上述したように、加工対象物７の加工面８の位置が上下方向（Ｚ軸方向）で異なる場合、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆは、上下方向（Ｚ軸方向）で移動することによって、加工対象物７の加工面８上に合わせられる。但し、加工対象物７の加工面８が後述の条件を満たし、更に、加工レーザ光Ｐの走査速度が第１速度に設定されている場合には、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆは、加工対象物７の加工面８上に合わせられることなく、第１焦点位置及び第２焦点位置のいずれかに切り換えられ、不連続に移動する。以下、第１焦点位置及び第２焦点位置について、それらに関連する事項も含めて説明する。

【0045】

図３に表されるように、ガルバノスキャナ１８によって２次元走査され、ｆθレンズ１９を通過した加工レーザ光Ｐは、その光軸１０上において、Ｚ軸方向の上方側から下方側へ向けて進行し、焦点位置Ｆで集光する。本実施形態では、Ｚ軸方向において、加工レーザ光Ｐが進行する向きの側を加工レーザ光Ｐの下流側といい、加工レーザ光Ｐが進行する向きとは逆向きの側を加工レーザ光Ｐの上流側という。

【0046】

焦点位置Ｆに対しては、その上下に亘って、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦが存在する。本実施形態では、焦点位置Ｆから加工レーザ光Ｐの上流側に存在する焦点深度ＤＦの限界位置を上流側限界位置ＬＵと呼び、焦点位置Ｆから加工レーザ光Ｐの下流側に存在する焦点深度ＤＦの限界位置を下流側限界位置ＬＤと呼ぶ。尚、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦ（の値）は、レーザコントローラ６のＲＯＭ４３に記憶されている。焦点深度ＤＦの値としては、例えば、レイリーレンジを採用することができ、その数値的定義は、ビーム径がその最小径の√２倍以下である光軸１０の方向の範囲であり、実用上、この範囲ではビーム径がほぼ変わらず加工精度への影響に配慮しなくてよいとみなせる。但し、求める加工精度の高さや加工対象の材質に応じて、焦点深度ＤＦとしてレイリーレンジ以外を採用してもよい。

【0047】

図４に表されるように、加工対象物７の加工面８は、加工対象物７においてＺ軸方向の上方側で展開する凹凸面とする。Ｚ軸方向における加工対象物７の加工面８の各位置のうち、最も上方側（つまり、最も加工レーザ光Ｐの上流側）にある位置を第１最端位置ＭＥ１とし、最も下方側（つまり、最も加工レーザ光Ｐの下流側）にある位置を第２最端位置ＭＥ２とする。

【0048】

符号ＭＥＤは、第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差を示している。また、符号１０３は、加工対象物７の加工面８上において、加工レーザ光Ｐでマーキング（印字）加工されている位置（以下、「レーザ加工の加工位置１０３」という。）を示している。本実施形態では、レーザ加工の加工位置１０３は、加工対象物７の加工面８上をＸ軸方向の全域に亘って移動する。尚、矢印１０５で示す向きは、レーザ加工の加工位置１０３が移動する向きを示している。

【0049】

符号Ｆ１は、第１焦点位置を示している。第１焦点位置Ｆ１とは、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの上流側限界位置ＬＵが第１最端位置ＭＥ１に一致する状態（以下、「第１状態」という。）を想定した場合の、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆをいう。以下、第１状態における焦点深度ＤＦには、その符号に数字の「１」を添付し（図４参照）、第１焦点深度ＤＦ１と表記する。更に、第１焦点深度ＤＦ１の上流側限界位置ＬＵ及び下流側限界位置ＬＤには、それらの符号に数字の「１」を添付し（図４参照）、第１焦点深度ＤＦ１の上流側限界位置ＬＵ１及び下流側限界位置ＬＤ１と表記する。

【0050】

符号Ｆ２は、第２焦点位置を示している。第２焦点位置Ｆ２とは、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの下流側限界位置ＬＤが第２最端位置ＭＥ２に一致する状態（以下、「第２状態」という。）を想定した場合の、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆをいう。以下、第２状態における焦点深度ＤＦには、その符号に数字の「２」を添付し（図４参照）、第２焦点深度ＤＦ２と表記する。更に、第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ及び下流側限界位置ＬＤには、それらの符号に数字の「２」を添付し（図４参照）、第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２及び下流側限界位置ＬＤ２と表記する。

【0051】

［３．制御フロー］
図５のフローチャートで表されたレーザ加工方法２００のプログラムは、制御部５１のＲＯＭ６３に記憶されており、加工レーザ光Ｐで加工対象物７の加工面８にマーキング（印字）加工を行う際に、レーザコントローラ６のＣＰＵ４１により実行される。その際、三次元形状データ６４や、加工レーザ光Ｐの走査速度の設定内容は、印字情報作成部２のＣＰＵ６１のＲＡＭ６２から読み出される。

【0052】

但し、レーザ加工方法２００のプログラムは、印字情報作成部２のＣＰＵ６１により実行されてもよい。そのような場合、後述する処理において、制御対象がレーザ加工部３の構成要素である場合、レーザコントローラ６を介した制御が行われる。また、本プログラムが、ＣＤ－ＲＯＭ５７に保存されており、ＣＤ－ＲＯＭドライブ５８によって読み込まれる場合も、同様にして、ＣＰＵ６１により実行される。

【0053】

以下、本プログラムを説明する。先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する。）１０の算出処理が行われる。この処理では、加工対象物７の加工面８における第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤが、上述したようにして、三次元形状データ６４に基づいて算出される。

【0054】

判定処理Ｓ１２では、加工対象物７の加工面８における第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤと、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦとが比較される。ここで、第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤが、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの１倍未満である場合、後述する固定モードの設定処理Ｓ１４が行われる。また、第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤが、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの２倍よりも長い場合、後述する別モードの設定処理Ｓ１６が行われる。

【0055】

これに対して、第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤが、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの１倍以上２倍以下である場合、第１特定処理Ｓ１８が行われる。

【0056】

第１特定処理Ｓ１８では、加工レーザ光Ｐの第１焦点位置Ｆ１が、上述したようにして、三次元形状データ６４及び加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦ等に基づいて特定される。第２特定処理Ｓ２０では、加工レーザ光Ｐの第２焦点位置Ｆ２が、上述したようにして、三次元形状データ６４及び加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦ等に基づいて特定される。

【0057】

判定処理Ｓ２２では、加工レーザ光Ｐの走査速度が第１速度又は第２速度のいずれに設定されているかが判定される。ここで、加工レーザ光Ｐの走査速度が第２速度である場合、後述する別モードの設定処理Ｓ１６が行われる。これに対して、加工レーザ光Ｐの走査速度が第１速度である場合、切換モードの設定処理Ｓ２４が行われる。

【0058】

図６に表されるように、切換モードの設定処理Ｓ２４では、先ず、第１総移動距離の算出処理Ｓ５０が行われる。この処理では、第１総移動距離が、加工データ４４及び三次元形状データ６４に基づいて算出される。第１総移動距離とは、第１状態を想定した場合の加工レーザ光Ｐの第１焦点深度ＤＦ１において、レーザ加工の加工位置１０３がＺ軸方向で移動する総距離をいう。具体的には、第１焦点深度ＤＦ１の上流側限界位置ＬＵ１と下流側限界位置ＬＤ１との間に展開する加工対象物７の加工面８上において、レーザ加工の加工位置１０３がＸＹ軸方向に移動するに伴って、レーザ加工の加工位置１０３がＺ軸方向の上方側へ移動する距離と、Ｚ軸方向の下方側へ移動する距離とを合計した値をいう（図４参照）。

【0059】

引き続いて、第２総移動距離の算出処理Ｓ５２が行われる。この処理では、第２総移動距離が、加工データ４４及び三次元形状データ６４に基づいて算出される。第２総移動距離とは、第２状態を想定した場合の加工レーザ光Ｐの第２焦点深度ＤＦ２において、レーザ加工の加工位置１０３がＺ軸方向で移動する総距離をいう。具体的には、第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２と下流側限界位置ＬＤ２との間に展開する加工対象物７の加工面８上において、レーザ加工の加工位置１０３がＸＹ軸方向に移動するに伴って、レーザ加工の加工位置１０３がＺ軸方向の上方側へ移動する距離と、Ｚ軸方向の下方側へ移動する距離とを合計した値をいう（図４参照）。

【0060】

判定処理Ｓ５４では、第１総移動距離と第２総移動距離とが比較される。ここで、第１総移動距離が第２総移動距離よりも長い場合、第１タイミングの設定処理Ｓ５６が行われる。この処理では、レーザ加工の加工位置１０３が第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１を超えるタイミングで、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換えられるように、切り換えモードの内容が設定される。

【0061】

具体的には、図７の矢印１０５Ａに表されるように、レーザ加工の加工位置１０３が第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１をその上方側から下方側へ超えるタイミングで、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１から第２焦点位置Ｆ２に切り換えられるように、切り換えモードの内容が設定される。更に、図８の矢印１０５Ｂに表されるように、レーザ加工の加工位置１０３が第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１をその下方側から上方側へ超えるタイミングで、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第２焦点位置Ｆ２から第１焦点位置Ｆ１に切り換えられるように、切り換えモードの内容が設定される。

【0062】

これに対して、第２総移動距離が第１総移動距離よりも長い場合、第２タイミングの設定処理Ｓ５８が行われる。この処理では、レーザ加工の加工位置１０３が第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２を超えるタイミングで、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換えられるように、切り換えモードの内容が設定される。

【0063】

具体的には、図９の矢印１０５Ｃに表されるように、レーザ加工の加工位置１０３が第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２をその上方側から下方側へ超えるタイミングで、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１から第２焦点位置Ｆ２に切り換えられるように、切り換えモードの内容が設定される。更に、図１０の矢印１０５Ｄに表されるように、レーザ加工の加工位置１０３が第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２をその下方側から上方側へ超えるタイミングで、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第２焦点位置Ｆ２から第１焦点位置Ｆ１に切り換えられるように、切り換えモードの内容が設定される。

【0064】

また、第１総移動距離と第２総移動距離とが等しい場合、第３タイミングの設定処理Ｓ６０が行われる。この処理では、切り換えモードの内容が、上記第１タイミングの設定処理Ｓ５６での設定内容又は上記第２タイミングの設定処理Ｓ５８での設定内容のいずれかに設定される。

【0065】

上記第１タイミングの設定処理Ｓ５６、上記第２タイミングの設定処理Ｓ５８、又は上記第３タイミングの設定処理Ｓ６０が行われた後は、図５に戻って、レーザ加工処理Ｓ２６が行われる。この処理では、加工レーザ光Ｐが印字パターン（つまり、加工データ４４）に基づいてガルバノスキャナ１８で２次元走査される。更に、上記第１タイミングの設定処理Ｓ５６、上記第２タイミングの設定処理Ｓ５８、又は上記第３タイミングの設定処理Ｓ６０のいずれかで設定された切り換えモードの内容で、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わるように、光学系７０の第２レンズ７４が移動させられる。このようにして、加工レーザ光Ｐで加工対象物７の加工面８にマーキング（印字）加工が行われる。その後、レーザ加工方法２００は、終了する。

【0066】

図１１では、上記第１タイミングの設定処理Ｓ５６で設定された切り換えモードの内容で、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わる態様が、線１０７で示されている。また、図１２では、上記第２タイミングの設定処理Ｓ５８で設定された切り換えモードの内容で、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わる態様が、線１０９で示されている。尚、上記第３タイミングの設定処理Ｓ６０で設定された切り換えモードの内容で、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わる態様は、図１１の線１０７又は図１２の線１０９で示される。

【0067】

いずれの切り換えモードの内容であっても、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１にある場合には、加工対象物７の加工面８上を移動するレーザ加工の加工位置１０３は、第１焦点位置Ｆ１の上下に亘って存在する第１焦点深度ＤＦ１の上流側限界位置ＬＵ１と下流側限界位置ＬＤ１との間にあり、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第２焦点位置Ｆ２にある場合には、加工対象物７の加工面８上を移動するレーザ加工の加工位置１０３は、第２焦点位置Ｆ２の上下に亘って存在する第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２と下流側限界位置ＬＤ２との間にあるため、加工レーザ光Ｐによるマーキング（印字）加工の品質が確保される。

【0068】

尚、加工対象物７の加工面８における第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤが、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの１倍未満であるため、固定モードの設定処理Ｓ１４が行われる場合、固定モードの設定処理Ｓ１４では、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに固定するように、固定モードの内容が設定される。また、その後に行われるレーザ加工処理Ｓ２６では、上記固定モードの設定処理Ｓ１４で設定された固定モードの内容で、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに固定するように、光学系７０の第２レンズ７４が移動させられる。更に、加工レーザ光Ｐが印字パターン（つまり、加工データ４４）に基づいてガルバノスキャナ１８で２次元走査される。このようにして、加工レーザ光Ｐで加工対象物７の加工面８にマーキング（印字）加工が行われる。その後、レーザ加工方法２００は、終了する。

【0069】

また、加工対象物７の加工面８における第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤが、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの２倍よりも長いため、別モードの設定処理Ｓ１６が行われる場合、別モードの設定処理Ｓ１６では、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが加工対象物７の加工面８の位置と一致するように、別モードの内容が設定される。また、その後に行われるレーザ加工処理Ｓ２６では、光学系７０の第２レンズ７４が三次元形状データ６４に基づいて移動させられることによって、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが加工対象物７の加工面８上に合わせられると共に、加工レーザ光Ｐが印字パターン（つまり、加工データ４４）に基づいてガルバノスキャナ１８で２次元走査される。これにより、加工レーザ光Ｐで加工対象物７の加工面８にマーキング（印字）加工が行われる。その後、レーザ加工方法２００は、終了する。

【0070】

［４．まとめ］
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、切換モードの設定処理Ｓ２４を経由してレーザ加工処理Ｓ２６が行われると、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わりながら、加工レーザ光Ｐによるマーキング（印字）加工が加工対象物７の加工面８に対して行われる。このようにして、本実施の形態のレーザ加工装置１及びレーザ加工方法２００は、加工レーザ光Ｐが走査されるＸＹ軸方向と直角に交わるＺ軸方向において、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが不連続に移動する箇所を２箇所にまで減らすことによって、レーザ加工の品質を確保しつつ、レーザ加工の時間をより一層に短縮する。

【0071】

また、切換モードの設定処理Ｓ２４では、第１総移動距離と第２総移動距離との長短関係に応じて（判定処理Ｓ５４）、第１タイミングの設定処理Ｓ５６、第２タイミングの設定処理Ｓ５８、又は第３タイミングの設定処理Ｓ６０のいずれかが行われる。そのため、加工レーザ光Ｐの第１焦点深度ＤＦ１及び第２焦点深度ＤＦ２のうち、それらの範囲内で移動するレーザ加工の加工位置１０３のＺ軸方向の総距離がより長い方を優先させてマーキング（印字）加工が行えるように、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わる。このようにして、本実施の形態のレーザ加工装置１及びレーザ加工方法２００は、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わる回数を減らすことによって、レーザ加工の品質を確保しつつ、レーザ加工の時間をより一層に短縮する。

【0072】

また、加工レーザ光Ｐの走査速度が第２速度である場合（判定処理Ｓ２２）、別モードの設定処理Ｓ１６を経由してレーザ加工処理Ｓ２６が行われる。そのような場合、加工レーザ光Ｐの走査速度が第１速度よりも遅い第２速度であるため、本実施の形態のレーザ加工装置１及びレーザ加工方法２００は、加工レーザ光Ｐの走査速度に合わせながら、光学系７０の第２レンズ７４を三次元形状データ６４に基づいて移動させることが可能である。つまり、本実施の形態のレーザ加工装置１及びレーザ加工方法２００は、加工レーザ光Ｐの走査速度が比較的高速の第１速度である場合、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆを第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換えることによってＺ軸方向で移動させる一方、加工レーザ光Ｐの走査速度が比較的低速の第２速度である場合、加工レーザ光Ｐをガルバノスキャナ１８によってＸＹ軸方向で２次元走査することに合わせて、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆを移動機構７６によって加工対象物７の加工面８上に一致させながらＺ軸方向で移動させるので、加工レーザ光Ｐの走査速度に応じて、最適なレーザ加工の品質を確保する。

【0073】

尚、加工対象物７の加工面８における第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤが、加工レーザ光Ｐの焦点深度ＤＦの２倍よりも長い場合も、別モードの設定処理Ｓ１６を経由してレーザ加工処理Ｓ２６が行われる。これにより、本実施の形態のレーザ加工装置１及びレーザ加工方法２００は、加工対象物７の加工面８における第１最端位置ＭＥ１と第２最端位置ＭＥ２との差ＭＥＤに応じて、最適なレーザ加工の品質を確保する。

【0074】

ちなみに、加工対象物７の加工面８は、「ワーク表面」の一例である。レーザ発振ユニット１２は、「レーザ光出射部」の一例である。ガルバノスキャナ１８は、「ＸＹ軸走査部」の一例である。ＣＰＵ４１又はＣＰＵ６１は、「制御部」の一例である。入力操作部５５は、「設定部」の一例である。入力操作部５５又はＣＤ－ＲＯＭドライブ５８は、「受入部」の一例である。三次元形状データ６４は、「ワーク表面の三次元データ」の一例である。光学系７０は、「可変焦点光学系」の一例である。加工レーザ光Ｐは、「レーザ光」の一例である。加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆは、「レーザ光の焦点位置」の一例である。第１特定処理Ｓ１８は、「第１特定工程」の一例である。第２特定処理Ｓ２０は、「第２特定工程」の一例である。レーザ加工処理Ｓ２６は、「レーザ加工工程」の一例である。

【0075】

［５．その他］
尚、本開示は、本実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、判定処理Ｓ５４においては、レーザ加工の加工位置１０３が第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１をその下方側から上方側に超える回数（以下、「第１回数」という。）と、レーザ加工の加工位置１０３が第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２を上方側から下方方側に超える回数（以下、「第２回数」という。）とが比較されてもよい。そのような場合、第１回数が第２回数よりも多い場合は第２タイミングの設定処理Ｓ５８が行われ、第２回数が第１回数よりも多い場合は第１タイミングの設定処理Ｓ５６が行われ、前者の回数と後者の回数とが等しい合は第３タイミングの設定処理Ｓ６０が行われる。このようにすれば、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが第１焦点位置Ｆ１又は第２焦点位置Ｆ２のいずれかに切り換わる回数が最小となる。

【0076】

また、 上記実施形態において、第１タイミングは、レーザ加工の加工位置１０３が第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１をその上方側から下方側へ超えるタイミング、及び、レーザ加工の加工位置１０３が第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１をその下方側から上方側へ超えるタイミングとされていたが、これらに限定されるものでない。具体的には、第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２と第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１との間で、下流側限界位置ＬＤ１寄りに設定された特定位置を、その上方側から下方側へ超えるタイミング及び下方側から上方側へ超えるタイミングを第１タイミングとして、焦点位置Ｆが移動してもよい。更に、レーザ加工の加工位置１０３が上方側から下方側へ向かうときの特定位置と、レーザ加工の加工位置１０３が下方側から上方側へ向かうときの特定位置は、異なる位置であってもよい。

【0077】

同様にして、上記実施形態において、第２タイミングは、レーザ加工の加工位置１０３が第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２をその上方側から下方側へ超えるタイミング、及び、レーザ加工の加工位置１０３が第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２をその下方側から上方側へ超えるタイミングとされていたが、これらに限定されるものでない。具体的には、第２焦点深度ＤＦ２の上流側限界位置ＬＵ２と第１焦点深度ＤＦ１の下流側限界位置ＬＤ１の間で、上流側限界位置ＬＵ２寄りに設定された特定位置を、その上方側から下方側へ超えるタイミング及び下方側から上方側へ超えるタイミングを第２タイミングとして、焦点位置Ｆが移動してもよい。更に、レーザ加工の加工位置１０３が上方側から下方側へ向かうときの特定位置と、レーザ加工の加工位置１０３が下方側から上方側へ向かうときの特定位置は、異なる位置であってもよい。

【符号の説明】

【0078】

１：レーザ加工装置、８：加工対象物の加工面、１２：レーザ発振ユニット、１８：ガルバノスキャナ、４１：ＣＰＵ、４４：加工データ、５５：入力操作部、５８：ＣＤ－ＲＯＭドライブ、６１：ＣＰＵ、６４：三次元形状データ、７０：光学系、１０３：レーザ加工の加工位置、２００：レーザ加工方法、ＤＦ：レーザ光の焦点深度、ＤＦ１：第１焦点深度、ＤＦ２：第２焦点深度、Ｆ：加工レーザ光の焦点位置、Ｆ１：第１焦点位置、Ｆ２：第２焦点位置、ＬＵ：焦点深度の上流側限界位置、ＬＵ１：第１焦点深度の上流側限界位置、ＬＵ２：第２焦点深度の上流側限界位置、ＬＤ：焦点深度の下流側限界位置、ＬＤ１：第１焦点深度の下流側限界位置、ＬＤ２：第２焦点深度の下流側限界位置、ＭＥ１：第１最端位置、ＭＥ２：第２最端位置、ＭＥＤ：第１最端位置と第２最端位置との差、Ｐ：加工レーザ光、Ｓ１８：第１特定処理、Ｓ２０：第２特定処理、Ｓ２６：レーザ加工処理。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】