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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】レーザ加工装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/03 20060101AFI20231219BHJP
【ＦＩ】
B23K26/03
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019236651
(22)【出願日】2019-12-26
(65)【公開番号】P2021104523
(43)【公開日】2021-07-26
【審査請求日】2022-09-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小野田 純也
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０３６８４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１４０４２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３３４９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１９４５２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００５９３４７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／０３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
励起光を生成する励起光生成部と、前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該レーザ光を出射するレーザ光出力部と、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光の焦点位置を調整する焦点調整部と、
前記焦点調整部により焦点位置が調整されたレーザ光を被加工物へ照射するとともに、該被加工物の表面上に設定された加工領域内で２次元走査するレーザ光走査部と、を備えるレーザ加工装置であって、
前記レーザ光走査部を介在させることなく前記被加工物を撮像することにより、前記加工領域の少なくとも一部を含んだ撮像画像を生成する撮像部と、
前記被加工物の位置を特定するための補正用領域、及び、前記被加工物の表面までの距離を測定するための測距位置を、それぞれ、前記撮像部により生成された撮像画像上に設定する設定部と、
前記設定部により設定された、前記補正用領域内での画像情報を記憶する記憶部と、
前記補正用領域の設定に用いた前記被加工物とは異なる新たな被加工物について前記撮像部により新たに生成された撮像画像上で、前記記憶部に記憶された画像情報を用いて該新たな被加工物の位置ズレを検出し、該位置ズレの検出結果に基づいて、前記設定部により設定された測距位置に対応する該新たな被加工物上での測距位置を補正する位置補正部と、
前記レーザ加工装置から前記新たな被加工物の表面までの距離を測定するための測距光を出射する測距光出射部と、
前記測距光出射部により出射される測距光が、前記位置補正部により補正された前記測距位置に照射されるように、前記レーザ光走査部を制御する走査制御部と、
前記新たな被加工物の表面上で反射されて前記レーザ光走査部を介して戻った測距光を受光する測距光受光部と、
前記測距光受光部における測距光の受光位置に基づいて、前記レーザ加工装置から前記位置補正部により補正された前記測距位置までの距離を測定する距離測定部と、を備え、
前記焦点調整部は、前記新たな被加工物へのレーザ光の照射に先だって、前記距離測定部による測定結果に基づいて焦点位置を調整する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項2】
請求項１に記載されたレーザ加工装置において、前記走査制御部は、前記位置補正部によって検出された位置ズレを考慮した状態で２次元走査を行うように、前記レーザ光走査部を制御する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載されたレーザ加工装置において、前記加工領域内に形成される加工パターンの位置を示し、かつ前記測距位置と紐付けられる加工ブロックを、前記撮像画像と重ね合せるように設定する加工ブロック設定部を備え、
前記位置補正部は、前記位置ズレの検出結果に基づいて前記加工ブロックの位置を補正する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項4】
請求項３に記載されたレーザ加工装置において、前記設定部は、前記加工ブロック内に前記測距位置を設定する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載されたレーザ加工装置において、前記撮像部は、
前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部までのレーザ光路から分岐した撮像光軸を有し、かつ前記レーザ光走査部を介して前記撮像画像を生成する第１撮像部と、
前記レーザ光路とは独立した撮像光軸を有し、かつ前記レーザ光走査部の非介在下で前記撮像画像を生成する第２撮像部と、の少なくとも一方からなり、
前記位置補正部は、前記第１及び第２撮像部の少なくとも一方によって新たに生成された撮像画像に基づいて、前記測距位置を補正する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示する技術は、レーザマーキング装置等、被加工物にレーザ光を照射することによって加工を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザ光による加工位置を補正可能なレーザ加工装置が知られている。
【0003】
例えば特許文献１には、被加工物を穴明けするためのレーザ加工装置において、その穴の中心位置のずれ量を算出するとともに、そうして算出されたずれ量に基づいてガルバノミラーの角度を補正することが開示されている。
【0004】
また、特許文献２に開示されているレーザ加工装置は、所定の高さを有する被加工物（ワーク）にレーザ加工を施すために、Ｚ軸方向に沿ってレーザ光の焦点位置を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１５－００６６７４号公報
【文献】特開２００８－２２７３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、前記特許文献１における補正方法は、あくまで、２次元平面上での位置補正に過ぎない。この補正方法では、前記特許文献２に開示されているように、高さを有する被加工物を加工対象とした場合に、加工精度が低下する可能性がある。
【0007】
例えば、レーザ光の焦点位置は、ガルバノミラーによって２次元走査した場合に、被加工物上に設定される加工領域の中央付近と、その加工領域の端付近と、で相違する。具体的に、加工領域の中央部から端に向かうにつれて、焦点位置が加工領域から離間することになる。そのため、２次元平面上での位置補正では、その補正後に焦点位置がずれる可能性がある。このことは、加工精度を高く保つには不都合である。
【0008】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物が位置ズレした場合にあっても、被加工物の加工精度を高く保つことにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
具体的に、本開示の第１の側面は、励起光を生成する励起光生成部と、前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該レーザ光を出射するレーザ光出力部と、前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光の焦点位置を調整する焦点調整部と、前記焦点調整部により焦点位置が調整されたレーザ光を被加工物へ照射するとともに、該被加工物の表面上に設定された加工領域内で２次元走査するレーザ光走査部と、を備えるレーザ加工装置に係る。
【0010】
本開示の第１の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記被加工物を撮像することにより、前記加工領域の少なくとも一部を含んだ撮像画像を生成する撮像部と、前記被加工物の位置を特定するための補正用領域、及び、前記被加工物の表面までの距離を測定するための測距位置を、それぞれ、前記撮像画像上に設定する設定部と、前記設定部により設定された、前記補正用領域内での画像情報を記憶する記憶部と、前記補正用領域の設定に用いた前記被加工物とは異なる新たな被加工物について、前記撮像部により新たに生成された撮像画像上で、前記記憶部に記憶された画像情報を用いて該新たな被加工物の位置ズレを検出し、前記設定部により設定された測距位置に対応する該新たな被加工物上での測距位置を補正する位置補正部と、を備える。
【0011】
そして、前記レーザ加工装置は、前記レーザ加工装置から前記新たな被加工物の表面までの距離を測定するための測距光を出射する測距光出射部と、前記測距光出射部により出射される測距光が、前記位置補正部により補正された前記測距位置に照射されるように、前記レーザ光走査部を制御する走査制御部と、前記新たな被加工物の表面上で反射されて前記レーザ光走査部を介して戻った測距光を受光する測距光受光部と、前記測距光受光部における測距光の受光位置に基づいて、前記レーザ加工装置から前記位置補正部により補正された前記測距位置までの距離を測定する距離測定部と、を備え、前記焦点調整部は、前記新たな被加工物へのレーザ光の照射に先だって、前記距離測定部による測定結果に基づいて焦点位置を調整する。
【0012】
ここで、「画像情報」は、撮像画像そのものでもよいし、その撮像画像から抽出したエッジ情報でもよい。
【0013】
前記の構成によれば、レーザ加工装置は、位置補正部を介して被加工物の位置ズレを検出するとともに、その検出結果に基づいて測距位置を補正することができる。そして、レーザ加工装置は、被加工物へのレーザ光の照射に先だって、位置補正部により測距位置が補正された状態で、距離測定部による測定結果に基づいて焦点位置を補正する。
【0014】
このように、被加工物の位置ズレが補正された状態で焦点位置を調整するように構成することで、被加工物が位置ズレした場合にあっても、その加工精度を高く保つことができる。
【0015】
また、本開示の第２の側面によれば、前記走査制御部は、前記位置補正部によって検出された位置ズレを考慮した状態で２次元走査を行うように、前記レーザ光走査部を制御すする、としてもよい。
【0016】
この構成によれば、走査制御部は、位置ズレを考慮した状態で２次元走査を実行する。これにより、被加工物の加工精度を高く保つ上で有利になる。
【0017】
また、本開示の第３の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記加工領域内に形成される加工パターンの位置を示し、かつ前記測距位置と紐付けられる加工ブロックを、前記撮像画像と重ね合せるように設定する加工ブロック設定部を備え、前記位置補正部は、前記位置ズレの検出結果に基づいて前記加工ブロックの位置を補正する、としてもよい。
【0018】
この構成によれば、加工ブロックの位置を補正することで、その加工ブロックに紐付いた測距位置を補正することができる。これにより、被加工物の加工精度を高く保つ上で有利になる。
【0019】
また、本開示の第４の側面によれば、前記設定部は、前記加工ブロック内に前記測距位置を設定する、としてもよい。
【0020】
この構成によれば、測距位置をより適切に設定し、ひいては、被加工物の加工精度を高く保つ上で有利になる。
【0021】
また、本開示の第５の側面によれば、前記撮像部は、前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部までのレーザ光路から分岐した撮像光軸を有し、かつ前記レーザ光走査部を介して前記撮像画像を生成する第１撮像部と、前記レーザ光路とは独立した撮像光軸を有し、かつ前記レーザ光走査部の非介在下で前記撮像画像を生成する第２撮像部と、の少なくとも一方からなり、前記位置補正部は、前記第１及び第２撮像部の少なくとも一方によって新たに生成された撮像画像に基づいて、前記測距位置を補正する、としてもよい。
【0022】
この構成によれば、測距位置をより正確に補正し、ひいては、被加工物の加工精度を高く保つ上で有利になる。
【発明の効果】
【0023】
以上説明したように、前記レーザ加工装置によれば、被加工物が位置ずれした場合にあっても、加工精度を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。
【0026】
すなわち、本明細書では、レーザ加工装置の一例としてのレーザマーカについて説明するが、ここに開示する技術は、レーザ加工装置及びレーザマーカという名称に拘わらず、レーザ応用機器一般に適用することができる。
【0027】
また、本明細書においては、加工の代表例として印字加工について説明するが、印字加工に限定されず、画像のマーキング等、レーザ光を使ったあらゆる加工処理において利用することができる。
【0028】
＜全体構成＞
図１は、レーザ加工システムＳの全体構成を例示する図であり、図２は、レーザ加工システムＳにおけるレーザ加工装置Ｌの概略構成を例示する図である。図１に例示するレーザ加工システムＳは、レーザ加工装置Ｌと、これに接続される操作用端末８００及び外部機器９００と、を備えている。
図１は、レーザ加工システムＳの全体構成を例示する図であり、図２は、レーザ加工システムＳにおけるレーザ加工装置Ｌの概略構成を例示する図である。図１に例示するレーザ加工システムＳは、レーザ加工装置Ｌと、これに接続される操作用端末８００及び外部機器９００と、を備えている。
【0029】
そして、図１及び図２に例示するレーザ加工装置Ｌは、マーカヘッド１から出射されたレーザ光を、被加工物としてのワークＷへ照射するとともに、そのワークＷの表面上で３次元走査することによって加工を行うものである。なお、ここでいう「３次元走査」とは、レーザ光の照射位置をワークＷの表面上で走査する２次元的な動作（いわゆる「２次元走査」）と、レーザ光の焦点位置を調整する１次元的な動作と、の組み合わせを総称した概念を指す。
【0030】
特に、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、ワークＷを加工するためのレーザ光として、１０６４ｎｍ付近の波長を有するレーザ光を出射することができる。この波長は、近赤外線（Near-InfraRed：ＮＩＲ）の波長域に相当する。そのため、以下の記載では、ワークＷを加工するためのレーザ光を「近赤外レーザ光」と呼称して、他のレーザ光と区別する場合がある。もちろん、他の波長を有するレーザ光を、ワークＷの加工に用いてもよい。
【0031】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、マーカヘッド１に内蔵された測距ユニット５を介してワークＷまでの距離（ワークＷの高さ）を測定するとともに、その測定結果を利用して近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。
【0032】
【0033】
マーカヘッド１及びマーカコントローラ１００は、この実施形態においては別体とされており、電気配線を介して電気的に接続されているとともに、光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。
【0034】
より一般には、マーカヘッド１及びマーカコントローラ１００の一方を他方に組み込んで一体化することもできる。この場合、光ファイバーケーブル等を適宜省略することができる。
【0035】
操作用端末８００は、例えば中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）及びメモリを有しており、マーカコントローラ１００に接続されている。この操作用端末８００は、印字設定など、種々の加工条件（印字条件ともいう）を設定するとともに、レーザ加工に関連した情報をユーザに示すための端末として機能する。この操作用端末８００は、ユーザに情報を表示するための表示部８０１と、ユーザによる操作入力を受け付ける操作部８０２と、種々の情報を記憶するための記憶装置８０３と、を備えている。
【0036】
具体的に、表示部８０１は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬパネルにより構成されている。表示部８０１には、レーザ加工に関連した情報として、レーザ加工装置Ｌの動作状況及び加工条件等が表示される。一方、操作部８０２は、例えばキーボード及び／又はポインティングデバイスにより構成されている。ここで、ポインティングデバイスには、マウス及び／又はジョイスティック等が含まれる。操作部８０２は、ユーザによる操作入力を受け付けるように構成されており、マーカコントローラ１００を介してマーカヘッド１を操作するために用いられる。
【0037】
上記のように構成される操作用端末８００は、ユーザによる操作入力に基づいて、レーザ加工における加工条件を設定することができる。この加工条件には、例えば、ワークＷに印字されるべき文字列、並びに、バーコード及びＱＲコード（登録商標）等の図形の内容（マーキングパターン）と、レーザ光に求める出力（目標出力）と、ワークＷ上でのレーザ光の走査速度（スキャンスピード）と、のうちの１つ以上が含まれる。
【0038】
また、本実施形態に係る加工条件には、前述の測距ユニット５に関連した条件及びパラメータ（以下、これを「測距条件」ともいう）も含まれる。そうした測距条件には、例えば、測距ユニット５による検出結果を示す信号と、ワークＷの表面までの距離と、を関連付けるデータ等が含まれる。
【0039】
操作用端末８００により設定される加工条件は、マーカコントローラ１００に出力されて、その条件設定記憶部１０２に記憶される。必要に応じて、操作用端末８００における記憶装置８０３が加工条件を記憶してもよい。
【0040】
なお、操作用端末８００は、例えばマーカコントローラ１００に組み込んで一体化することができる。この場合は「操作用端末」ではなく、コントロールユニット等の呼称が用いられることになるが、少なくとも本実施形態においては、操作用端末８００とマーカコントローラ１００は互いに別体とされている。
【0041】
外部機器９００は、必要に応じてレーザ加工装置Ｌのマーカコントローラ１００に接続される。図１に示す例では、外部機器９００として、画像認識装置９０１及びプログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller：ＰＬＣ）９０２が設けられている。
【0042】
具体的に、画像認識装置９０１は、例えば製造ライン上で搬送されるワークＷの種別及び位置を判定する。画像認識装置９０１として、例えばイメージセンサを用いることができる。ＰＬＣ９０２は、予め定められたシーケンスに従ってレーザ加工システムＳを制御するために用いられる。
【0043】
レーザ加工装置Ｌには、上述した機器や装置以外にも、操作及び制御を行うための装置、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を接続することもできる。この場合の接続は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ－２３２、ＲＳ－４２２及びＵＳＢ等のシリアル接続、又はパラレル接続としてもよい。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、磁気的、又は光学的な接続を採用することもできる。また、有線接続以外にも、ＩＥＥＥ８０２等の無線ＬＡＮ、又は、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でもよい。さらに、データの交換や各種設定の保存等を行うための記憶装置に用いる記憶媒体としては、例えば、各種メモリカード、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等を利用することができる。
【0044】
以下、マーカコントローラ１００及びマーカヘッド１それぞれのハード構成に係る説明と、マーカコントローラ１００によるマーカヘッド１の制御に係る構成と、について順番に説明をする。
【0045】
＜マーカコントローラ１００＞
図２に示すように、マーカコントローラ１００は、上述した加工条件を記憶する条件設定記憶部１０２と、これに記憶されている加工条件に基づいてマーカヘッド１を制御する制御部１０１と、レーザ励起光（励起光）を生成する励起光生成部１１０と、を備えている。
図２に示すように、マーカコントローラ１００は、上述した加工条件を記憶する条件設定記憶部１０２と、これに記憶されている加工条件に基づいてマーカヘッド１を制御する制御部１０１と、レーザ励起光（励起光）を生成する励起光生成部１１０と、を備えている。
【0046】
（条件設定記憶部１０２）
条件設定記憶部１０２は、操作用端末８００を介して設定された加工条件を記憶するとともに、必要に応じて、記憶された加工条件を制御部１０１へと出力するように構成されている。
条件設定記憶部１０２は、操作用端末８００を介して設定された加工条件を記憶するとともに、必要に応じて、記憶された加工条件を制御部１０１へと出力するように構成されている。
【0047】
具体的に、条件設定記憶部１０２は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（Solid State Drive：ＳＳＤ）等を用いて構成されており、加工条件を示す情報を一時的又は継続的に記憶することができる。なお、操作用端末８００をマーカコントローラ１００に組み込んだ場合には、記憶装置８０３が条件設定記憶部１０２を兼用するように構成することができる。
【0048】
（制御部１０１）
制御部１０１は、条件設定記憶部１０２に記憶された加工条件に基づいて、少なくとも、マーカコントローラ１００における励起光生成部１１０、並びに、マーカヘッド１におけるレーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４、測距ユニット５、並びに同軸カメラ６及び広域カメラ（非同軸カメラ）７を制御することにより、ワークＷの印字加工等を実行する。
制御部１０１は、条件設定記憶部１０２に記憶された加工条件に基づいて、少なくとも、マーカコントローラ１００における励起光生成部１１０、並びに、マーカヘッド１におけるレーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４、測距ユニット５、並びに同軸カメラ６及び広域カメラ（非同軸カメラ）７を制御することにより、ワークＷの印字加工等を実行する。
【0049】
具体的に、制御部１０１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力バスを有しており、操作用端末８００を介して入力された情報を示す信号、及び、条件設定記憶部１０２から読み込んだ加工条件を示す信号に基づいて制御信号を生成する。制御部１０１は、そうして生成した制御信号をレーザ加工装置Ｌの各部へと出力することにより、ワークＷに対する印字加工、及び、ワークＷまでの距離の測定を制御する。
【0050】
例えば、制御部１０１は、ワークＷの加工を開始するときには、条件設定記憶部１０２に記憶された目標出力を読み込んで、その目標出力に基づき生成した制御信号を励起光源駆動部１１２へと出力し、レーザ励起光の生成を制御する。
【0051】
また、制御部１０１は、実際にワークＷを加工する際には、例えば条件設定記憶部１０２に記憶されている加工パターン（マーキングパターン）を読み込むとともに、その加工パターンに基づき生成した制御信号をレーザ光走査部４へと出力し、近赤外レーザ光を２次元走査する。
【0052】
このように、制御部１０１は、近赤外レーザ光の２次元走査を実現するようにレーザ光走査部４を制御することができる。制御部１０１は、本実施形態における「走査制御部」の例示である。
【0053】
（励起光生成部１１０）
励起光生成部１１０は、駆動電流に応じたレーザ光を生成する励起光源１１１と、その励起光源１１１に駆動電流を供給する励起光源駆動部１１２と、励起光源１１１に対して光学的に結合された励起光集光部１１３と、を備えている。励起光源１１１と励起光集光部１１３は、不図示の励起ケーシング内に固定されている。詳細は省略するが、この励起ケーシングは、熱伝導性に優れた銅等の金属で構成されており、励起光源１１１から効率よく放熱させることができる。
励起光生成部１１０は、駆動電流に応じたレーザ光を生成する励起光源１１１と、その励起光源１１１に駆動電流を供給する励起光源駆動部１１２と、励起光源１１１に対して光学的に結合された励起光集光部１１３と、を備えている。励起光源１１１と励起光集光部１１３は、不図示の励起ケーシング内に固定されている。詳細は省略するが、この励起ケーシングは、熱伝導性に優れた銅等の金属で構成されており、励起光源１１１から効率よく放熱させることができる。
【0054】
以下、励起光生成部１１０の各部について順番に説明する。
【0055】
励起光源駆動部１１２は、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて、励起光源１１１へ駆動電流を供給する。詳細は省略するが、励起光源駆動部１１２は、制御部１０１が決定した目標出力に基づいて駆動電流を決定し、そうして決定した駆動電流を励起光源１１１へ供給する。
【0056】
励起光源１１１は、励起光源駆動部１１２から駆動電流が供給されるとともに、その駆動電流に応じたレーザ光を発振する。例えば、励起光源１１１は、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等で構成されており、複数のＬＤ素子を直線状に並べたＬＤアレイやＬＤバーを用いることができる。励起光源１１１としてＬＤアレイやＬＤバーを用いた場合、各素子から発振されるレーザ光は、ライン状に出力されて励起光集光部１１３に入射する。
【0057】
励起光集光部１１３は、励起光源１１１から出力されたレーザ光を集光するとともに、レーザ励起光（励起光）として出力する。例えば、励起光集光部１１３は、フォーカシングレンズ等で構成されており、レーザ光が入射する入射面と、レーザ励起光を出力する出射面と、を有している。励起光集光部１１３は、マーカヘッド１に対し、前述の光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。よって、励起光集光部１１３から出力されたレーザ励起光は、その光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド１へ導かれることになる。
【0058】
なお、励起光生成部１１０は、励起光源駆動部１１２、励起光源１１１及び励起光集光部１１３を予め組み込んだＬＤユニットあるいはＬＤモジュールとすることができる。また、励起光生成部１１０から出射される励起光（具体的には、励起光集光部１１３から出力されるレーザ励起光）は、無偏光とすることができ、これにより偏光状態の変化を考慮する必要がなく、設計上有利となる。特に、励起光源１１１周辺の構成については、複数のＬＤ素子を数十個配列したＬＤアレイから各々得られる光を光ファイバーでバンドルして出力するＬＤユニット自体に、出力光を無偏光とする機構を備えることが好ましい。
【0059】
（他の構成要素）
マーカコントローラ１００はまた、測距ユニット５を介してワークＷまでの距離を測定する距離測定部１０３を有している。距離測定部１０３は、測距ユニット５と電気的に接続されており、測距ユニット５による測定結果に関連した信号（少なくとも、測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置を示す信号）を受信可能とされている。
マーカコントローラ１００はまた、測距ユニット５を介してワークＷまでの距離を測定する距離測定部１０３を有している。距離測定部１０３は、測距ユニット５と電気的に接続されており、測距ユニット５による測定結果に関連した信号（少なくとも、測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置を示す信号）を受信可能とされている。
【0060】
また、後述のように、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、同軸カメラ６と、非同軸カメラとしての広域カメラ７と、を備えている。このレーザ加工装置Ｌは、同軸カメラ６及び広域カメラ７の少なくとも一方を作動させることで、ワークＷの表面を撮像することができる。
【0061】
マーカコントローラ１００における制御部１０１は、同軸カメラ６及び広域カメラ７の少なくとも一方によって撮像された画像に基づく処理を行うべく、特徴量抽出部１０５と、位置補正部１０８と、を備えている。
【0062】
マーカコントローラ１００はまた、マーキングパターンに係る情報を設定する設定部１０７を備えている。設定部１０７における設定内容は、走査制御部としての制御部１０１が読み込んで使用する。
【0063】
なお、距離測定部１０３、特徴量抽出部１０５及び位置補正部１０８は、制御部１０１によって構成してもよい。例えば、制御部１０１が位置補正部１０８を兼用してもよい。また、位置補正部１０８が、特徴量抽出部１０５等を兼用してもよい。
【0064】
距離測定部１０３、特徴量抽出部１０５、設定部１０７及び位置補正部１０８の詳細は後述する。
【0065】
＜マーカヘッド１＞
前述のように、励起光生成部１１０により生成されたレーザ励起光は、光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド１へ導かれる。このマーカヘッド１は、レーザ励起光に基づいてレーザ光を増幅・生成して出力するレーザ光出力部２と、レーザ光出力部２から出力されたレーザ光をワークＷの表面へ照射して２次元走査を行うレーザ光走査部４と、レーザ光出力部２からレーザ光走査部４へ至る光路を構成するレーザ光案内部３と、レーザ光走査部４を介して投光及び受光した測距光に基づいてワークＷの表面までの距離を測定するための測距ユニット５と、ワークＷの表面を撮像する同軸カメラ６及び広域カメラ７と、を備えている。
前述のように、励起光生成部１１０により生成されたレーザ励起光は、光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド１へ導かれる。このマーカヘッド１は、レーザ励起光に基づいてレーザ光を増幅・生成して出力するレーザ光出力部２と、レーザ光出力部２から出力されたレーザ光をワークＷの表面へ照射して２次元走査を行うレーザ光走査部４と、レーザ光出力部２からレーザ光走査部４へ至る光路を構成するレーザ光案内部３と、レーザ光走査部４を介して投光及び受光した測距光に基づいてワークＷの表面までの距離を測定するための測距ユニット５と、ワークＷの表面を撮像する同軸カメラ６及び広域カメラ７と、を備えている。
【0066】
ここで、本実施形態に係るレーザ光案内部３は、単に光路を構成するばかりでなく、レーザ光の焦点位置を調整するＺスキャナ（焦点調整部）３３、ガイド光を出射するガイド光源３６、及び、ワークＷの表面を撮像する同軸カメラ６など、複数の部材が組み合わされてなる。
【0067】
また、レーザ光案内部３はさらに、レーザ光出力部２から出力される近赤外レーザ光とガイド光源３６から出射されるガイド光を合流せしめる上流側合流機構３１と、レーザ光走査部４へ導かれるレーザ光と測距ユニット５から投光される測距光を合流せしめる下流側合流機構３５と、を有している。
【0068】
図３Ａ～図３Ｂはマーカヘッド１の概略構成を例示するブロック図であり、図４はマーカヘッド１の外観を例示する斜視図である。図３Ａ～図３Ｂのうち、図３Ａは近赤外レーザ光を用いてワークＷを加工する場合を例示し、図３Ｂは測距ユニット５を用いてワークＷの表面までの距離を測定する場合を例示している。
【0069】
図３Ａ～図４に例示するように、マーカヘッド１は、少なくともレーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５が内部に設けられた筐体１０を備えている。この筐体１０は、図４に示すような略直方状の外形を有している。筐体１０の下面は、板状の底板１０ａによって区画されている。この底板１０ａには、マーカヘッド１から該マーカヘッド１の外部へレーザ光を出射するための透過ウインドウ１９が設けられている。透過ウインドウ１９は、底板１０ａを板厚方向に貫く貫通孔に対し、近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光を透過可能な板状の透明部材を嵌め込むことによって構成されている。
【0070】
なお、以下の記載では、図４における筐体１０の長手方向を単に「長手方向」又は「前後方向」と呼称したり、同図における筐体１０の短手方向を単に「短手方向」又は「左右方向」と呼称したりする場合がある。同様に、図４における筐体１０の高さ方向を単に「高さ方向」又は「上下方向」と呼称する場合もある。
【0071】
図５は、レーザ光走査部４の構成を例示する斜視図である。また、図６はレーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５の構成を例示する断面図であり、図７はレーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５を結ぶ光路を例示する断面図であり、図８はレーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５を結ぶ光路を例示する斜視図である。
【0072】
【0073】
具体的に、仕切部１１は、筐体１０の長手方向に対して垂直な方向に延びる平板状に形成されている。また、仕切部１１は、筐体１０の長手方向においては、同方向における筐体１０の中央部に比して、長手方向一側（図４における前側）に寄せた配置とされている。
【0074】
よって、筐体１０内の長手方向一側に仕切られるスペースは、長手方向他側（図４における後側）に仕切られるスペースよりも、長手方向の寸法が短くなっている。以下、筐体１０内の長手方向他側に仕切られるスペースを第１スペースＳ１と呼称する一方、その長手方向一側に仕切られるスペースを第２スペースＳ２と呼称する。
【0075】
この実施形態では、第１スペースＳ１の内部には、レーザ光出力部２と、レーザ光案内部３における一部の部品と、レーザ光走査部４と、測距ユニット５が配置されている。一方、第２スペースＳ２の内部には、レーザ光案内部３における主要な部品が配置されている。
【0076】
詳しくは、第１スペースＳ１は、略平板状のベースプレート１２によって、短手方向の一側（図４の左側）の空間と、他側（図４の右側）の空間と、に仕切られている。前者の空間には、主に、レーザ光出力部２を構成する部品が配置されている。
【0077】
さらに詳しくは、レーザ光出力部２を構成する部品のうち、光学レンズや光学結晶など、可能な限り気密状に密閉することが求められる光学部品２１については、第１スペースＳ１における短手方向一側の空間において、ベースプレート１２等によって包囲された収容空間の内部に配置されている。
【0078】
対して、レーザ光出力部２を構成する部品のうち、電気配線や、図５に示すヒートシンク２２など、必ずしも密閉することが求められない部品については、光学部品２１に対し、ベースプレート１２を挟んで反対側（第１スペースＳ１における短手方向他側）に配置されている。
【0079】
また、図５及び図６に例示するように、レーザ光走査部４は、レーザ光出力部２における光学部品２１と同様に、ベースプレート１２を挟んで短手方向の一側に配置することができる。具体的に、この実施形態に係るレーザ光走査部４は、長手方向においては前述の仕切部１１に隣接するとともに、上下方向においては筐体１０の内底面に沿って配置されている。
【0080】
また、図６に示すように、測距ユニット５は、レーザ光出力部２におけるヒートシンク２２と同様に、第１スペースＳ１における短手方向他側の空間に配置されている。
【0081】
また、レーザ光案内部３を構成する部品は、主に第２スペースＳ２に配置されている。この実施形態では、レーザ光案内部３を構成する大部分の部品は、仕切部１１と、筐体１０の前面を区画するカバー部材１７と、により包囲された空間に収容されている。
【0082】
なお、レーザ光案内部３を構成する部品のうち、下流側合流機構３５については、第１スペースＳ１における仕切部１１付近の部位に配置されている（図５を参照）。すなわち、この実施形態では、下流側合流機構３５は、第１スペースＳ１と第２スペースＳ２との境界付近に位置することになる。
【0083】
またベースプレート１２には、該ベースプレート１２を板厚方向に貫通する貫通孔（不図示）が形成されている。この貫通孔を通じて、レーザ光案内部３及びレーザ光走査部４と、測距ユニット５とが光学的に結合されることになる。
【0084】
以下、レーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５の構成について順番に説明をする。
【0085】
（レーザ光出力部２）
レーザ光出力部２は、励起光生成部１１０により生成されたレーザ励起光に基づいて印字加工用の近赤外レーザ光を生成するとともに、その近赤外レーザ光をレーザ光案内部３へと出力するように構成されている。
レーザ光出力部２は、励起光生成部１１０により生成されたレーザ励起光に基づいて印字加工用の近赤外レーザ光を生成するとともに、その近赤外レーザ光をレーザ光案内部３へと出力するように構成されている。
【0086】
具体的に、レーザ光出力部２は、レーザ励起光に基づき所定の波長を有するレーザ光を生成するとともに、これを増幅して近赤外レーザ光を出射するレーザ発振器２１ａと、レーザ発振器２１ａから発振された近赤外レーザ光の一部を分離させるためのビームサンプラー２１ｂと、ビームサンプラー２１ｂによって分離せしめた近赤外レーザ光が入射するパワーモニタ２１ｃと、を備えている。
【0087】
詳細は省略するが、本実施形態に係るレーザ発振器２１ａは、レーザ励起光に対応した誘導放出を行ってレーザ光を出射するレーザ媒質と、レーザ媒質から出射されるレーザ光をパルス発振するためのＱスイッチと、Ｑスイッチによりパルス発振されたレーザ光を共振させるミラーと、を有している。
【0088】
特に本実施形態では、レーザ媒質としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ４（イットリウム・バナデイト）が用いられている。これにより、レーザ発振器２１ａは、レーザ光として、１０６４ｎｍ付近の波長を有するレーザ光（前述の近赤外レーザ光）を出射することができる。ただし、この例に限らず、他のレーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＹＬＦ、ＧｄＶＯ４等を用いることもできる。レーザ加工装置Ｌの用途に応じて、様々な固体レーザ媒質を用いることができる。
【0089】
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の波長を任意の波長に変換することもできる。また、固体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を利用してもよい。
【0090】
さらには、Ｎｄ：ＹＶＯ４等の固体レーザ媒質と、ファイバーとを組み合わせてレーザ発振器２１ａを構成してもよい。その場合、固体レーザ媒質を用いたときのように、パルス幅の短いレーザを出射してワークＷへの熱ダメージを抑制する一方で、ファイバーを用いたときのように、高出力化を実現してより早い印字加工を実現することが可能となる。
【0091】
パワーモニタ２１ｃは、近赤外レーザ光の出力を検出する。パワーモニタ２１ｃは、マーカコントローラ１００と電気的に接続されており、その検出信号を制御部１０１等へ出力することができる。
【0092】
（レーザ光案内部３）
レーザ光案内部３は、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光をレーザ光走査部４へと案内するレーザ光路Ｐの少なくとも一部を形成する。レーザ光案内部３は、そうしたレーザ光路Ｐを形成するためのベンドミラー３４に加えて、Ｚスキャナ（焦点調整部）３３及びガイド光源（ガイド光出射部）３６等を備えている。これらの部品は、いずれも筐体１０の内部（主に第２スペースＳ２）に設けられている。
レーザ光案内部３は、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光をレーザ光走査部４へと案内するレーザ光路Ｐの少なくとも一部を形成する。レーザ光案内部３は、そうしたレーザ光路Ｐを形成するためのベンドミラー３４に加えて、Ｚスキャナ（焦点調整部）３３及びガイド光源（ガイド光出射部）３６等を備えている。これらの部品は、いずれも筐体１０の内部（主に第２スペースＳ２）に設けられている。
【0093】
レーザ光出力部２から入射した近赤外レーザ光は、ベンドミラー３４によって反射され、レーザ光案内部３を通過する。ベンドミラー３４へ至る途中には、近赤外レーザ光の焦点位置を調整するためのＺスキャナ３３が配置されている。Ｚスキャナ３３を通過してベンドミラー３４によって反射された近赤外レーザ光が、レーザ光走査部４に入射することになる。
【0094】
レーザ光案内部３により構成されるレーザ光路Ｐは、焦点調整部としてのＺスキャナ３３を境として２分することができる。詳しくは、レーザ光案内部３により構成されるレーザ光路Ｐは、レーザ光出力部２からＺスキャナ３３へ至る上流側光路Ｐｕと、Ｚスキャナ３３からレーザ光走査部４へ至る下流側光路Ｐｄと、に区分することができる。
【0095】
さらに詳しくは、上流側光路Ｐｕは、筐体１０の内部に設けられており、レーザ光出力部２から、前述の上流側合流機構３１を経由してＺスキャナ３３に至る。
【0096】
一方、下流側光路Ｐｄは、筐体１０の内部に設けられており、Ｚスキャナ３３から、ベンドミラー３４と、前述の下流側合流機構３５と、を順番に経由してレーザ光走査部４における第１スキャナ４１に至る。
【0097】
このように、筐体１０の内部においては、上流側光路Ｐｕの途中に上流側合流機構３１が設けられているとともに、下流側光路Ｐｄの途中に下流側合流機構３５が設けられている。
【0098】
以下、レーザ光案内部３に関連した構成について順番に説明をする。
【0099】
－ガイド光源３６－
ガイド光源３６は、筐体１０内部の第２スペースＳ２に設けられており、所定の加工パターンをワークＷの表面上に投影するためのガイド光を出射する。そのガイド光の波長は、可視光域に収まるように設定されている。その一例として、本実施形態に係るガイド光源３６は、ガイド光として、６５５ｎｍ付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。よって、マーカヘッド１からガイド光が出射されると、使用者は、そのガイド光を視認することができる。
ガイド光源３６は、筐体１０内部の第２スペースＳ２に設けられており、所定の加工パターンをワークＷの表面上に投影するためのガイド光を出射する。そのガイド光の波長は、可視光域に収まるように設定されている。その一例として、本実施形態に係るガイド光源３６は、ガイド光として、６５５ｎｍ付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。よって、マーカヘッド１からガイド光が出射されると、使用者は、そのガイド光を視認することができる。
【0100】
なお、本実施形態では、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。また後述のように、測距ユニット５における測距光出射部５Ａは、ガイド光及び近赤外レーザ光とは異なる波長を有する測距光を出射する。よって、測距光と、ガイド光と、レーザ光と、は互いに異なる波長を有するようになっている。
【0101】
具体的に、ガイド光源３６は、第２スペースＳ２において上流側合流機構３１と略同じ高さに配置されており、筐体１０の短手方向の内側に向かって可視光レーザ（ガイド光）を出射することができる。ガイド光源３６はまた、該ガイド光源３６から出射されるガイド光の光軸と、上流側合流機構３１と、が交わるような姿勢とされている。
【0102】
なお、ここでいう「略同じ高さ」とは、筐体１０の下面をなす底板１０ａから見て、高さ位置が実質的に等しいことを指す。他の記載においても、底板１０ａから見た高さを指す。
【0103】
よって、例えば近赤外レーザ光による加工パターンを使用者に視認させるべく、ガイド光源３６からガイド光が出射されると、そのガイド光は、上流側合流機構３１へ至る。上流側合流機構３１は、光学部品としてのダイクロイックミラー（不図示）を有している。後述のように、このダイクロイックミラーは、ガイド光を透過させつつも、近赤外レーザ光を反射させる。これにより、ダイクロイックミラーを透過したガイド光と、同ミラーにより反射された近赤外レーザ光とが合流して同軸になる。
【0104】
なお、本実施形態に係るガイド光源３６は、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて、ガイド光を出射するように構成されている。
【0105】
－上流側合流機構３１－
上流側合流機構３１は、ガイド光出射部としてのガイド光源３６から出射されたガイド光を、上流側光路Ｐｕに合流させる。上流側合流機構３１を設けることで、ガイド光源３６から出射されたガイド光と、上流側光路Ｐｕにおける近赤外レーザ光と、を同軸にすることができる。
上流側合流機構３１は、ガイド光出射部としてのガイド光源３６から出射されたガイド光を、上流側光路Ｐｕに合流させる。上流側合流機構３１を設けることで、ガイド光源３６から出射されたガイド光と、上流側光路Ｐｕにおける近赤外レーザ光と、を同軸にすることができる。
【0106】
前述のように、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。そのため、上流側合流機構３１は、前述のように、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。このダイクロイックミラーによって同軸化された近赤外レーザ光及びガイド光は、下方に向かって伝搬し、Ｚスキャナ３３を通過してベンドミラー３４へ至る。
【0107】
－Ｚスキャナ３３－
焦点調整部としてのＺスキャナ３３は、レーザ光案内部３が構成する光路の途中に配置されており、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。
焦点調整部としてのＺスキャナ３３は、レーザ光案内部３が構成する光路の途中に配置されており、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。
【0108】
具体的に、Ｚスキャナ３３は、筐体１０の内部において、レーザ光路Ｐのうち、ガイド光合流機構としての上流側合流機構３１からレーザ光走査部４までの光路の途中に設けられている。
【0109】
詳しくは、本実施形態に係るＺスキャナ３３は、図３Ａ～図３Ｂに示すように、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光を透過させる入射レンズ３３ａと、入射レンズ３３ａを通過した近赤外レーザ光を通過させるコリメートレンズ３３ｂと、入射レンズ３３ａ及びコリメートレンズ３３ｂを通過した近赤外レーザ光を通過させる出射レンズ３３ｃと、入射レンズ３３ａを移動させるレンズ駆動部３３ｄと、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ、出射レンズ３３ｃを収容するケーシング３３ｅと、を有している。
【0110】
入射レンズ３３ａは平凹レンズからなり、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは平凸レンズからなる。入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは、各々の光軸が互いに同軸になるように配置されている。
【0111】
また、Ｚスキャナ３３においては、レンズ駆動部３３ｄが光軸に沿って入射レンズ３３ａを移動させる。これにより、Ｚスキャナ３３を通過する近赤外レーザ光に対し入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃ各々の光軸を同軸に保ちつつ、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの相対距離を変更することができる。そのことで、ワークＷに照射される近赤外レーザ光の焦点位置が変化する。
【0112】
以下、Ｚスキャナ３３を構成する各部について、より詳細に説明する。
【0113】
ケーシング３３ｅは、略円筒形状を有している。図３Ａ～図３Ｂに示すように、ケーシング３３ｅの両端部には、近赤外レーザ光を通過させるための開口３３ｆが形成されている。ケーシング３３ｅの内部では、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃが、この順番で上下方向に並んでいる。
【0114】
そして、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃのうち、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは、ケーシング３３ｅの内部に固定されている。一方、入射レンズ３３ａは、上下方向に移動可能に設けられている。レンズ駆動部３３ｄは、例えばモータを有しており、入射レンズ３３ａを上下方向に移動させる。これにより、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの相対距離が変更される。
【0115】
例えば、レンズ駆動部３３ｄによって、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの間の距離が、相対的に短く調整されたものとする。この場合、出射レンズ３３ｃを通過する近赤外レーザ光の集光角が相対的に小さくなるため、近赤外レーザ光の焦点位置は、マーカヘッド１の透過ウインドウ１９から遠ざかることになる。
【0116】
一方、レンズ駆動部３３ｄによって、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの間の距離が、相対的に長く調整されたものとする。この場合、出射レンズ３３ｃを通過する近赤外レーザ光の集光角が相対的に大きくなるため、近赤外レーザ光の焦点位置は、マーカヘッド１の透過ウインドウ１９に近付くことになる。
【0117】
なお、Ｚスキャナ３３においては、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃのうち、入射レンズ３３ａをケーシング３３ｅの内部に固定して、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃを上下方向に移動可能としてもよい。あるいは、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃを全て、上下方向に移動可能としてもよい。
【0118】
こうして、焦点調整部としてのＺスキャナ３３は、近赤外レーザ光を上下方向に走査するための手段として機能することになる。以下、Ｚスキャナ３３による走査方向を「Ｚ方向」と呼称する場合がある。
【0119】
なお、Ｚスキャナ３３を通過する近赤外レーザ光は、前述のように、ガイド光源３６から出射されるガイド光と同軸とされている。そのため、Ｚスキャナ３３を作動させることにより、近赤外レーザ光ばかりでなく、ガイド光の焦点位置も併せて調整することができる。
【0120】
なお、本実施形態に係るＺスキャナ３３、特にＺスキャナ３３におけるレンズ駆動部３３ｄは、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて作動するように構成されている。
【0121】
－ベンドミラー３４－
ベンドミラー３４は、下流側光路Ｐｄの途中に設けられており、該光路Ｐｄを折り曲げて後方に指向させるように配置されている。図６に示すように、ベンドミラー３４は、下流側合流機構３５における光学部材３５ａと略同じ高さに配置されており、Ｚスキャナ３３を通過した近赤外レーザ光及びガイド光を反射することができる。
ベンドミラー３４は、下流側光路Ｐｄの途中に設けられており、該光路Ｐｄを折り曲げて後方に指向させるように配置されている。図６に示すように、ベンドミラー３４は、下流側合流機構３５における光学部材３５ａと略同じ高さに配置されており、Ｚスキャナ３３を通過した近赤外レーザ光及びガイド光を反射することができる。
【0122】
ベンドミラー３４によって反射された近赤外レーザ光及びガイド光は、後方に向かって伝搬し、下流側合流機構３５を通過してレーザ光走査部（具体的には第１スキャナ４１）４へ至る。
【0123】
－下流側合流機構３５－
下流側合流機構３５は、測距ユニット５における測距光出射部５Ａから出射された測距光を、前述の下流側光路Ｐｄに合流させることによりレーザ光走査部４を介してワークＷへ導く。加えて、下流側合流機構３５は、ワークＷにより反射されてレーザ光走査部４及び下流側光路Ｐｄの順に戻る測距光を、測距ユニット５における測距光受光部５Ｂへ導く。
下流側合流機構３５は、測距ユニット５における測距光出射部５Ａから出射された測距光を、前述の下流側光路Ｐｄに合流させることによりレーザ光走査部４を介してワークＷへ導く。加えて、下流側合流機構３５は、ワークＷにより反射されてレーザ光走査部４及び下流側光路Ｐｄの順に戻る測距光を、測距ユニット５における測距光受光部５Ｂへ導く。
【0124】
下流側合流機構３５を設けることで、測距光出射部５Ａから出射された測距光と、下流側光路Ｐｄにおける近赤外レーザ光及びガイド光と、を同軸にすることができる。それと同時に、下流側合流機構３５を設けることで、マーカヘッド１から出射されてワークＷにより反射された測距光のうち、マーカヘッド１に入射した測距光を測距光受光部５Ｂまで導くことができる。
【0125】
前述のように、測距光の波長は、近赤外レーザ光及びガイド光の波長と相違するように設定されている。そのため、下流側合流機構３５は、上流側合流機構３１と同様に、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。
【0126】
具体的に、本実施形態に係る下流側合流機構３５は、測距光及びガイド光の一方を透過させ、他方を反射するダイクロイックミラー３５ａを有している（図６及び図７を参照）。より詳細には、ダイクロイックミラー３５ａは、ベンドミラー３４と略同じ高さ位置で、かつベンドミラー３４の後方に配置されており、筐体１０内の短手方向の左側のスペースに配置される。
【0127】
ダイクロイックミラー３５ａはまた、図６等に示すように、その一方側の鏡面をベンドミラー３４に向け、かつ他方側の鏡面をベースプレート１２に向けた姿勢で固定されている。よって、ダイクロイックミラー３５ａにおける一方側の鏡面には近赤外レーザ光及びガイド光が入射する一方、他方側の鏡面には測距光が入射することになる。
【0128】
そして、本実施形態に係るダイクロイックミラー３５ａは、測距光を反射し、かつ近赤外レーザ光とガイド光とを透過させることができる。これにより、例えば測距ユニット５から出射された測距光がダイクロイックミラー３５ａに入射したときには、その測距光を下流側光路Ｐｄに合流させ、近赤外レーザ光及びガイド光と同軸にすることができる。そうして同軸化された近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光は、図３Ａ～図３Ｂに示すように第１スキャナ４１へ至る。
【0129】
一方、ワークＷにより反射された測距光は、レーザ光走査部４へ戻ることにより下流側光路Ｐｄに至る。下流側光路Ｐへ戻った測距光は、下流側合流機構３５におけるダイクロイックミラー３５ａにより反射されて測距ユニット５に至る。
【0130】
なお、測距ユニット５からダイクロイックミラー３５ａに入射する測距光、及び、ダイクロイックミラー３５ａにより反射されて測距ユニット５に入射する測距光は、図７に示すように、双方とも、筐体１０を平面視したときの左右方向（筐体１０の短手方向）に沿って伝搬するようになっている。
【0131】
（レーザ光走査部４）
図３Ａに示すように、レーザ光走査部４は、レーザ光出力部２から出射されてレーザ光案内部３により案内されたレーザ光（近赤外レーザ光）をワークＷへ照射するとともに、そのワークＷの表面上で２次元走査するように構成されている。
図３Ａに示すように、レーザ光走査部４は、レーザ光出力部２から出射されてレーザ光案内部３により案内されたレーザ光（近赤外レーザ光）をワークＷへ照射するとともに、そのワークＷの表面上で２次元走査するように構成されている。
【0132】
図５に示す例では、レーザ光走査部４は、いわゆる２軸式のガルバノスキャナとして構成されている。すなわち、このレーザ光走査部４は、レーザ光案内部３から入射した近赤外レーザ光を第１方向に走査するための第１スキャナ４１と、第１スキャナ４１により走査された近赤外レーザ光を第２方向に走査するための第２スキャナ４２と、を有している。
【0133】
ここで、第２方向は、第１方向に対して略直交する方向を指す。よって、第２スキャナ４２は、第１スキャナ４１に対して略直交する方向に近赤外レーザ光を走査することができる。本実施形態では、第１方向は前後方向（筐体１０の長手方向）に等しく、第２方向は左右方向（筐体１０の短手方向）に等しい。以下、第１方向を「Ｘ方向」と呼称し、これと直交する第２方向を「Ｙ方向」と呼称する。Ｘ方向とＹ方向は、双方とも前述のＺ方向と直交している。
【0134】
第１スキャナ４１は、その先端に第１ミラー４１ａを有している。第１ミラー４１ａは、ベンドミラー３４及び光学部材３５ａと略同じ高さ位置で、かつ光学部材３５ａの後方に配置されている。よって、図５に示すように、ベンドミラー３４と、光学部材３５ａと、第１ミラー４１ａは、前後方向（筐体１０の長手方向）に沿って一列に並ぶようになっている。
【0135】
第１ミラー４１ａはまた、第１スキャナ４１に内蔵されたモータ（不図示）によって回転駆動される。このモータは、上下方向に延びる回転軸まわりに第１ミラー４１ａを回転させることができる。第１ミラー４１ａの回転姿勢を調整することで、第１ミラー４１ａによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。
【0136】
同様に、第２スキャナ４２は、その先端に第２ミラー４２ａを有している。第２ミラー４２ａは、第１スキャナ４１における第１ミラー４１ａと略同じ高さ位置でかつ、この第１ミラー４１ａの右方に配置されている。よって、図６に示すように、第１ミラー４１ａと、第２ミラー４２ａは、左右方向（筐体１０の短手方向）に沿って並ぶようになっている。
【0137】
第２ミラー４２ａはまた、第２スキャナ４２に内蔵されたモータ（不図示）によって回転駆動される。このモータは、前後方向に延びる回転軸まわりに第２ミラー４２ａを回転させることができる。第２ミラー４２ａの回転姿勢を調整することで、第２ミラー４２ａによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。
【0138】
よって、下流側合流機構３５からレーザ光走査部４へ近赤外レーザ光が入射すると、その近赤外レーザ光は、第１スキャナ４１における第１ミラー４１ａと、第２スキャナ４２における第２ミラー４２ａとによって順番に反射され、透過ウインドウ１９を介してマーカヘッド１の外部へ出射することになる。
【0139】
そのときに、第１スキャナ４１のモータを作動させて第１ミラー４１ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で近赤外レーザ光を第１方向に走査することが可能となる。それと同時に、第２スキャナ４２のモータを作動させて第２ミラー４２ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で近赤外レーザ光を第２方向に走査することが可能になる。
【0140】
また前述のように、レーザ光走査部４には、近赤外レーザ光ばかりでなく、下流側合流機構３５の光学部材３５ａを通過したガイド光、又は、同部材３５ａによって反射された測距光も入射することになる。本実施形態に係るレーザ光走査部４は、第１スキャナ４１及び第２スキャナ４２をそれぞれ作動させることで、そうして入射したガイド光又は測距光を２次元走査することができる。
【0141】
なお、第１ミラー４１ａ及び第２ミラー４２ａが取り得る回転姿勢は、基本的には、第２ミラー４２ａによって近赤外レーザ光が反射されたときに、その反射光が透過ウインドウ１９を通過するような範囲内に設定される（図７～図８も参照）。
【0142】
こうして、本実施形態に係るレーザ光走査部４は、走査制御部としての制御部１０１によって電気的に制御されることにより、ワークＷの表面上に設定される加工領域Ｒ１に近赤外レーザ光を照射して、その加工領域Ｒ１内に所定の加工パターン（マーキングパターン）を形成することができる。
【0143】
（同軸カメラ６）
同軸カメラ６は、レーザ光出力部２からレーザ光走査部４までのレーザ光路Ｐから分岐した撮像光軸Ａ１を有する（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。同軸カメラ６は、レーザ光走査部４を介してワークＷを撮像することにより、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだ撮像画像Ｐｗを生成することができる。同軸カメラ６は、本実施形態における「第１撮像部」の例示である。
同軸カメラ６は、レーザ光出力部２からレーザ光走査部４までのレーザ光路Ｐから分岐した撮像光軸Ａ１を有する（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。同軸カメラ６は、レーザ光走査部４を介してワークＷを撮像することにより、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだ撮像画像Ｐｗを生成することができる。同軸カメラ６は、本実施形態における「第１撮像部」の例示である。
【0144】
同軸カメラ６は、加工用の近赤外レーザ光と同軸化された撮像手段として構成されている。同軸カメラ６は、広域カメラ７よりも視野サイズこそ狭いが、撮像画像Ｐｗとして、加工領域Ｒ１を相対的に高倍率で拡大した同軸画像を生成したり、レーザ光走査部４を介して撮像領域を２次元走査したり、することができる。同軸カメラ６は、例えば、加工領域Ｒ１の一部を局所的に拡大して撮像するために用いられる。
【0145】
同軸カメラ６によって生成された撮像画像Ｐｗは、その少なくとも一部を拡大縮小した状態で、表示部８０１上に表示することができる。
【0146】
本実施形態に係る同軸カメラ６は、筐体１０に内蔵されている。具体的に、同軸カメラ６は、レーザ光案内部３において、ベンドミラー３４と略同じ高さに配置されている。同軸カメラ６は、レーザ光走査部４からレーザ光案内部３へと入射した反射光を受光する。同軸カメラ６は、ワークＷの印字点において反射された反射光が、ベンドミラー３４を介して入射するように構成されている。同軸カメラ６は、そうして入射した反射光を結像することで、ワークＷの表面を撮像することができる。なお、同軸カメラ６のレイアウトは、適宜、変更可能である。例えば、同軸カメラ６及びベンドミラー３４の高さを互いに異ならせてもよい。
【0147】
同軸カメラ６が結像に用いる反射光は、前述の下流側光路Ｐｄから分岐して伝搬する。よって、レーザ光走査部４を適宜作動させることで、図１２に例示する加工領域Ｒ１を２次元的に走査することができる。
【0148】
なお、本実施形態に係る同軸カメラ６は、ガイド光源３６等と同様に、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて作動するように構成されている。
【0149】
（広域カメラ７）
広域カメラ７は、レーザ光路Ｐから分岐した撮像光軸Ａ２を有する（図１２参照）。広域カメラ７は、レーザ光走査部４の非介在下でワークＷを撮像することにより、同軸カメラ６により生成される画像よりも視野サイズの広い撮像画像Ｐｗを生成することができる。広域カメラ７は、本実施形態における「第２撮像部」の例示である。
広域カメラ７は、レーザ光路Ｐから分岐した撮像光軸Ａ２を有する（図１２参照）。広域カメラ７は、レーザ光走査部４の非介在下でワークＷを撮像することにより、同軸カメラ６により生成される画像よりも視野サイズの広い撮像画像Ｐｗを生成することができる。広域カメラ７は、本実施形態における「第２撮像部」の例示である。
【0150】
広域カメラ７は、加工用の近赤外レーザ光と非同軸化された撮像手段として構成されている。広域カメラ７は、レーザ光走査部４を介した２次元走査こそできないが、同軸カメラ６よりも視野サイズが広く、撮像画像Ｐｗとして、加工領域Ｒ１を相対的に広視野で撮像した広域画像を生成することができる。広域カメラ７は、例えば、加工領域Ｒ１全体を一度に撮像するために用いられる。
【0151】
広域カメラ７によって生成された撮像画像Ｐｗは、その少なくとも一部を拡大縮小した状態で、表示部８０１上に表示することができる。表示部８０１は、広域カメラ７によって生成された撮像画像Ｐｗと、同軸カメラ６によって生成された撮像画像Ｐｗと、を並べて表示したり、２種類の撮像画像Ｐｗのうちの一方を択一的に表示したり、することができる。
【0152】
本実施形態に係る広域カメラ７は、透過ウインドウ１９の直上方に配置されており、その撮像レンズを下方に向けた姿勢で固定されている。前述のように、広域カメラ７の撮像光軸Ａ２は、前述した近赤外レーザ光の光軸Ａｚと同軸化されていない（図３Ａ、図３Ｂ及び図１２を参照）。
【0153】
なお、本実施形態に係る「撮像部」は、第１撮像部としての同軸カメラ６、及び、第２撮像部としての広域カメラ７の少なくとも一方からなる。すなわち、同軸カメラ６又は広域カメラ７によって生成される撮像画像Ｐｗは、後述の制御態様において用いられるところ、その撮像画像Ｐｗは、同軸カメラ６又は広域カメラ７のいずれか一方を用いて説明してもよいし、両者を組み合わせて用いてもよい。同軸カメラ６及び広域カメラ７を双方とも備える構成は、必須ではない。
【0154】
（測距ユニット５）
図３Ｂに示すように、測距ユニット５は、レーザ光走査部４を介して測距光を投光し、それをワークＷの表面に照射する。測距ユニット５はまた、ワークＷの表面により反射された測距光を、レーザ光走査部４を介して受光する。
図３Ｂに示すように、測距ユニット５は、レーザ光走査部４を介して測距光を投光し、それをワークＷの表面に照射する。測距ユニット５はまた、ワークＷの表面により反射された測距光を、レーザ光走査部４を介して受光する。
【0155】
測距ユニット５は、主に、測距光を投光するためのモジュールと、測距光を受光するためのモジュールと、に大別される。具体的に、測距ユニット５は、測距光を投光するためのモジュールとして構成された測距光出射部５Ａと、測距光を受光するためのモジュールとして構成された測距光受光部５Ｂと、を備えている。
【0156】
このうち、測距光出射部５Ａは、筐体１０の内部に設けられており、レーザ加工装置Ｌにおけるマーカヘッド１からワークＷの表面までの距離を測定するための測距光を、レーザ光走査部４に向けて出射する。
【0157】
一方、測距光受光部５Ｂは、測距光出射部５Ａと同様に筐体１０の内部に設けられており、ワークＷの表面上で反射されてレーザ光走査部４及び下流側合流機構３５を介して戻った測距光を受光する。
【0158】
さらに、測距ユニット５は、測距光出射部５Ａ及び測距光受光部５Ｂを下方から支持する支持台５０を備えており、この支持台５０を介して筐体１０の内部に固定されている。
【0159】
前述のように、測距ユニット５は、第１スペースＳ１における短手方向他側の空間に設けられている。図７に示すように、測距ユニット５は、筐体１０の長手方向に沿って前方に測距光を出射するとともに、同長手方向に沿って略後方に伝搬する測距光を受光する。
【0160】
また、測距ユニット５は、前述の光学部材３５ａを介してレーザ光案内部３と光学的に結合される。前述のように、測距ユニット５は、筐体１０の長手方向に沿って測距光を投光する。それに対し、光学部材３５ａは、筐体１０の長手方向ではなく、その短手方向に沿って伝搬した測距光を反射するようになっている。
【0161】
【0162】
よって、測距光出射部５Ａからベンドミラー５９に入射した測距光は、同ミラー５９によって反射された光学部材３５ａに入射する。一方、レーザ光走査部４に戻って光学部材３５ａによって反射された測距光は、ベンドミラー５９に入射するとともに、同ミラー５９によって反射されて測距光受光部５Ｂに入射する。
【0163】
以下、測距ユニット５を成す各部の構成について、順番に説明をする。
【0164】
－測距光出射部５Ａ－
測距光出射部５Ａは、筐体１０の内部に設けられており、レーザ加工装置Ｌにおけるマーカヘッド１から、ワークＷの表面までの距離を測定するための測距光を出射するよう構成されている。
測距光出射部５Ａは、筐体１０の内部に設けられており、レーザ加工装置Ｌにおけるマーカヘッド１から、ワークＷの表面までの距離を測定するための測距光を出射するよう構成されている。
【0165】
具体的に、測距光出射部５Ａは、前述の測距光源５１及び投光レンズ５２と、これらを収容するケーシング５３と、投光レンズ５２によって集光された測距光を案内する一対のガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒと、を有している。測距光源５１、投光レンズ５２及びガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒは筐体１０の後側から順番に並んでおり、それらの並び方向は、筐体１０の長手方向と実質的に等しい。
【0166】
ケーシング５３は、筐体１０及び支持台５０の長手方向に沿って延びる筒状に形成されており、同方向における一側、すなわち筐体１０の後側に対応する一端部には測距光源５１が取り付けられている一方、筐体１０の前側に対応する他端部には投光レンズ５２が取り付けられている。測距光源５１と投光レンズ５２との間の空間は、略気密状に密閉されている。
【0167】
測距光源５１は、制御部１０１から入力された制御信号に従って、筐体１０の前側に向かって測距光を出射する。詳しくは、測距光源５１は、測距光として、可視光域にあるレーザ光を出射することができる。特に、本実施形態に係る測距光源５１は、測距光として、６９０ｎｍ付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。
【0168】
測距光源５１はまた、測距光として出射される赤色レーザ光の光軸Ａｏが、ケーシング５３の長手方向に沿うような姿勢で固定されている。よって、測距光の光軸Ａｏは、筐体１０及び支持台５０の長手方向に沿うこととなり、投光レンズ５２の中央部を通過してケーシング５３の外部に至る。
【0169】
投光レンズ５２は、支持台５０の長手方向においては、測距光受光部５Ｂにおける一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、受光レンズ５７と、の間に位置している。投光レンズ５２は、測距光の光軸Ａｏが通過するような姿勢とされている。
【0170】
投光レンズ５２は、例えば平凸レンズとすることができ、球面状の凸面をケーシング５３の外部に向けた姿勢で固定することができる。投光レンズ５２は、測距光源５１から出射された測距光を集光し、ケーシング５３の外部に出射する。ケーシング５３の外部に出射された測距光は、ガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒの間に至る。
【0171】
ガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒは、支持台５０の短手方向に並んだ一対の部材として構成されており、それぞれ、支持台５０の長手方向に延びる板状体とすることができる。一方のガイドプレート５４Ｌと、他方のガイドプレート５４Ｒとの間には、測距光を出射するためのスペースが区画される。ケーシング５３の外部に出射された測距光は、そうして区画されたスペースを通過して出力される。
【0172】
よって、測距光源５１から出射された測距光は、ケーシング５３内部の空間、投光レンズ５２の中央部、ガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒの間のスペースを通過して、測距ユニット５の外部に出力される。そうして出力された測距光は、ベンドミラー５９と、下流側合流機構３５における光学部材３５ａと、によって反射されて、レーザ光走査部４に入射する。
【0173】
レーザ光走査部４に入射した測距光は、第１スキャナ４１の第１ミラー４１ａと、第２スキャナ４２の第２ミラー４２ａと、によって順番に反射され、透過ウインドウ１９からマーカヘッド１の外部へ出射することになる。
【0174】
レーザ光走査部４の説明に際して記載したように、第１スキャナ４１の第１ミラー４１ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で測距光を第１方向に走査することができる。それと同時に、第２スキャナ４２のモータを作動させて第２ミラー４２ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で測距光を第２方向に走査することが可能になる。
【0175】
そうして走査された測距光は、ワークＷの表面上で反射される。そうして反射された測距光の一部（以下、これを「反射光」ともいう）は、透過ウインドウ１９を介してマーカヘッド１の内部に入射する。マーカヘッド１の内部に入射した反射光は、レーザ光走査部４を介してレーザ光案内部３に戻る。反射光は、測距光と同じ波長を有することから、レーザ光案内部３における下流側合流機構３５の光学部材３５ａによって反射され、ベンドミラー５９を介して測距ユニット５に入射する。
【0176】
－測距光受光部５Ｂ－
測距光受光部５Ｂは、筐体１０の内部に設けられており、測距光出射部５Ａから出射されてワークＷにより反射された測距光（前述の「反射光」に等しい）を受光するよう構成されている。
測距光受光部５Ｂは、筐体１０の内部に設けられており、測距光出射部５Ａから出射されてワークＷにより反射された測距光（前述の「反射光」に等しい）を受光するよう構成されている。
【0177】
具体的に、測距光受光部５Ｂは、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、受光レンズ５７と、を有している。一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、それぞれ支持台５０の後端部に配置されている一方、受光レンズ５７は、それぞれ支持台５０の前端部に配置されている。したがって、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、受光レンズ５７と、は実質的に筐体１０及び支持台５０の長手方向に沿って並ぶようになっている。
【0178】
一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、筐体１０の内部において、測距光出射部５Ａにおける測距光の光軸Ａｏを挟むように各々の光軸が配置されている。一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、レーザ光走査部４へ戻った反射光をそれぞれ受光する。
【0179】
詳しくは、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、測距光出射部５Ａの光軸Ａｏに直交する方向に並んでいる。この実施形態では、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒの並び方向は、筐体１０及び支持台５０の短手方向、すなわち左右方向に等しい。同方向において、一方の受光素子５６Ｌが測距光源５１の左側に配置され、他方の受光素子５６Ｒが測距光源５１の右側に配置されている。
【0180】
そして、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、それぞれ、斜め前方に指向せしめた受光面を有しており、各受光面における反射光の受光位置を検出し、その検出結果を示す信号（検出信号）を出力する。各受光素子５６Ｌ、５６Ｒから出力される検出信号は、マーカコントローラ１００に入力されて距離測定部１０３に至る。
【0181】
各受光素子５６Ｌ、５６Ｒとして使用可能な素子としては、例えば、相補型ＭＯＳ（Complementary MOS：ＣＭＯＳ）から成るＣＭＯＳイメージセンサ、電荷結合素子（Charge-Coupled Device：ＣＣＤ）から成るＣＣＤイメージセンサ、光位置センサ（Position Sensitive Detector：ＰＳＤ）等が挙げられる。
【0182】
本実施形態では、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、ＣＭＯＳイメージセンサを用いて構成されている。この場合、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、反射光の受光位置ばかりでなく、その受光量分布（受光波形）を検出することができる。すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサを用いて各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを構成した場合、各々の受光面には、少なくとも左右方向に画素が並ぶことになる。この場合、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、画素毎に信号を読み出して増幅し、外部に出力することができる。各画素における信号の強度は、反射光が受光面上でスポットを形成したときに、そのスポットにおける反射光の強度に基づき決定される。
【0183】
なお、ＣＭＯＳイメージセンサのように、受光量分布（受光波形）を検出可能な素子を用いて各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを構成した場合、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒにおける受光量の大きさは、測距光の強度、すなわち測距光出射部５Ａから出射される測距光の強度（以下、これを「投射光量」ともいう）と、画素毎に信号を増幅する際のゲイン（以下、これを「受光ゲイン」ともいう）と、を用いて調整することができる。また、ゲインの他にも、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒにおける露光時間を用いて調整することができる。
【0184】
本実施形態に係る一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、少なくとも、反射光の受光位置を示すピーク位置と、その反射光の受光量を検出することができる。受光量を示す指標としては、例えば、反射光の受光量分布における、ピークの高さを用いることができる。これに代えて、受光量分布の合算値、平均値、積分値を用いてもよい。
【0185】
また、反射光の受光位置を示す指標としては、本実施形態では受光量分布のピーク位置（スポットのピーク位置）を用いているが、これに代えて、受光量分布の重心位置を用いてもよい。
【0186】
受光レンズ５７は、筐体１０の内部において一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの光軸が通過するように配置されている。受光レンズ５７はまた、下流側合流機構３５と一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒとを結ぶ光路の途中に設けられており、下流側合流機構３５を通過した反射光を、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの受光面に集光させることができる。
【0187】
受光レンズ５７は、レーザ光走査部４へ戻った反射光を集光し、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒの受光面上に反射光のスポットを形成させる。各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、そうして形成されたスポットのピーク位置と、受光量を示す信号を距離測定部１０３に出力する。
【0188】
レーザ加工装置Ｌは、基本的には、受光素子５６Ｌ、５６Ｒ各々の受光面における反射光の受光位置（本実施形態ではスポットのピークの位置）に基づいて、ワークＷの表面までの距離を測定することができる。距離の測定手法としては、いわゆる三角測距方式が用いられる。
【0189】
－距離の測定手法について－
図９は、三角測距方式について説明する図である。図９においては、測距ユニット５のみが図示されているが、以下の説明は、前述のようにレーザ光走査部４を介して測距光が出射される場合にも共通である。
図９は、三角測距方式について説明する図である。図９においては、測距ユニット５のみが図示されているが、以下の説明は、前述のようにレーザ光走査部４を介して測距光が出射される場合にも共通である。
【0190】
図９に例示するように、測距光出射部５Ａにおける測距光源５１から測距光が出射されると、その測距光は、ワークＷの表面に照射される。ワークＷによって測距光が反射されると、その反射光（特に拡散反射光）は、仮に正反射の影響を除いたならば、略等方的に伝搬することになる。
【0191】
そうして伝搬する反射光には、受光レンズ５７を介して受光素子５６Ｌに入射する成分が含まれるものの、マーカヘッド１とワークＷとの距離に応じて、その入射光の受光素子５６Ｌへの入射角が増減することになる。受光素子５６Ｌへの入射角が増減すると、その受光面５６ａにおける受光位置が変位することになる。
【0192】
このように、マーカヘッド１とワークＷとの距離と、受光面５６ａにおける受光位置と、は所定の関係を以て関連付いている。したがって、その関係を予め把握しておくとともに、例えばマーカコントローラ１００に記憶させておくことで、受光面５６ａにおける受光位置から、マーカヘッド１とワークＷとの距離を算出することができる。このような算出方法は、いわゆる三角測距方式を用いた手法に他ならない。
【0193】
すなわち、前述の距離測定部１０３が、測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式によりレーザ加工装置ＬからワークＷの表面までの距離を測定する。
【0194】
具体的に、前述の条件設定記憶部１０２には、受光面５６ａにおける受光位置と、マーカヘッド１からワークＷの表面までの距離との関係が予め記憶されている。一方、距離測定部１０３には、測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置、詳しくは測距光の反射光が、受光面５６ａ上に形成するスポットのピークの位置を示す信号が入力される。
【0195】
距離測定部１０３は、そうして入力された信号と、条件設定記憶部１０２が記憶している関係と、に基づいて、ワークＷの表面までの距離を測定する。そうして得られた測定値は、例えば制御部１０１に入力されて、制御部１０１によるＺスキャナ３３等の制御に用いられる。
【0196】
例えば、レーザ加工装置Ｌは、ワークＷの表面のうち、マーカヘッド１による加工対象となる部位（印字点）を自動又は手動で決定する。続いて、レーザ加工装置Ｌは、印字加工を実行するに先だって、各印字点（より正確には、印字点周辺に設定した測距点）までの距離を測定するとともに、測定された距離に見合う焦点位置となるようにＺスキャナ３３の制御パラメータを決定する。レーザ加工装置Ｌは、そうして決定された制御パラメータに基づいてＺスキャナ３３を作動させた後に、近赤外レーザ光によってワークＷに印字加工を施す。
【0197】
以下、レーザ加工システムＳの具体的な使用方法について説明をする。
【0198】
＜レーザ加工システムＳの使用方法について＞
図１０は、レーザ加工システムＳの使用方法を示すフローチャートである。また、図１１は、印字設定、サーチ設定及び測距設定の作成手順を例示するフローチャートであり、図１２は、加工領域Ｒ１と設定面Ｒ４の関係を例示する図であり、図１３は、表示部８０１における表示内容を例示する図である。
図１０は、レーザ加工システムＳの使用方法を示すフローチャートである。また、図１１は、印字設定、サーチ設定及び測距設定の作成手順を例示するフローチャートであり、図１２は、加工領域Ｒ１と設定面Ｒ４の関係を例示する図であり、図１３は、表示部８０１における表示内容を例示する図である。
【0199】
さらに、図１４Ａ～図１４Ｄは、サーチ条件の具体的な設定手順を例示する図であり、図１５Ａ～図１５Ｄは、測距条件の具体的な設定手順を例示する図であり、また、図１６は、レーザ加工装置Ｌの運用手順を例示するフローチャートであり、図１７Ａ～図１７Ｄは、パターンサーチの具体的な手順を例示する図であり、図１８は、台形補正について説明する図であり、図１９は、ワークの位置ズレと焦点位置との関係について説明する図である。
【0200】
レーザマーカとして構成されたレーザ加工装置Ｌを備えたレーザ加工システムＳは、例えば、工場の製造ライン上に設置して運用することができる。その運用に際しては、まず、製造ラインの稼働に先だって、そのラインを流れることになるワークＷの設置位置、並びに、そのワークＷに照射する近赤外レーザ光及び測距光の出力等の条件設定を作成する（ステップＳ１）。
【0201】
このステップＳ１において作成された設定内容は、マーカコントローラ１００、及び／又は、操作用端末８００等に転送されて記憶されたり、作成直後にマーカコントローラ１００が読み込んだりする（ステップＳ２）。
【0202】
そして、製造ラインの稼働に際して、マーカコントローラ１００は、予め記憶されていたり、作成直後に読み込まれたりした設定内容を参照する。レーザ加工装置Ｌは、参照された設定内容に基づいて運用され、ライン上を流れる各ワークＷに対して印字加工を実行する（ステップＳ３）。
【0203】
（各設定の具体的な作成手順）
図１１は、図１０のステップＳ１における具体的な処理を例示している。図１１に例示するように、本実施形態では、印字設定に関連した制御プロセスと、サーチ設定に関連した制御プロセスと、測距設定に関連した制御プロセスと、が順番に実行されるようになっている。各制御プロセスは、互いに重なり合うことなく、独立したプロセスとして構成されている。
図１１は、図１０のステップＳ１における具体的な処理を例示している。図１１に例示するように、本実施形態では、印字設定に関連した制御プロセスと、サーチ設定に関連した制御プロセスと、測距設定に関連した制御プロセスと、が順番に実行されるようになっている。各制御プロセスは、互いに重なり合うことなく、独立したプロセスとして構成されている。
【0204】
まず、ステップＳ１１において、レーザ加工装置Ｌに内蔵されている同軸カメラ６又は広域カメラ７は、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだ撮像画像Ｐｗを生成する。同軸カメラ６又は広域カメラ７によって生成された撮像画像Ｐｗは、操作用端末８００に出力される。
【0205】
操作用端末８００における表示部８０１は、加工領域Ｒ１に対応付けられた設定面Ｒ４を表示するとともに、その設定面Ｒ４に撮像画像Ｐｗを重ねて表示する（図１３参照）。これにより、表示部８０１における設定面Ｒ４上に規定される座標系（印字座標系）と、撮像画像Ｐｗ上に規定される座標系（カメラ座標系）と、を対応付けることができる。例えば、ユーザが撮像画像Ｐｗを見ながら印字点を指定することによって、設定面Ｒ４を介して加工領域Ｒ１上に印字することができるようになる。
【0206】
－印字設定の作成－
続くステップＳ１２において、設定部１０７が加工条件を設定する。設定部１０７は、条件設定記憶部１０２等における記憶内容を読み出したり、操作用端末８００を介した操作入力等を読み込んだりすることで、加工条件を設定する。
続くステップＳ１２において、設定部１０７が加工条件を設定する。設定部１０７は、条件設定記憶部１０２等における記憶内容を読み出したり、操作用端末８００を介した操作入力等を読み込んだりすることで、加工条件を設定する。
【0207】
加工条件には、印字内容等を示す印字パターン（マーキングパターン）Ｐｍ、及び、この印字パターンＰｍの位置を示す印字ブロックＢが含まれる。印字ブロックＢ、印字パターンＰｍのレイアウト、サイズ、回転姿勢等の調整に用いることができる。また、印字ブロックＢは、後述の測距位置Ｉと紐付けられて用いられる。
【0208】
表示部８０１は、印字パターンＰｍ及び印字ブロックＢを撮像画像Ｐｗと重ね合わせて表示することができる。例えば図１３では、ワークＷの表面上に、「１２３」という数字からなる印字パターンＰｍと、これを取り囲む矩形状の印字ブロックＢと、が設定面Ｒ４上に配置されており、表示部８０１は、そうして配置された印字パターンＰｍ及び印字ブロックＢを、撮像画像Ｐｗと重ね合わせて表示する。
【0209】
なお、印字パターンＰｍは「加工パターン」の例示であり、印字ブロックＢは「加工ブロック」の例示である。「印字パターン」及び「印字ブロック」という名称は、便宜的なものに過ぎず、その用途を限定することを意図したものではない。
【0210】
また、図示は省略したが、設定面Ｒ４上に複数のワークＷを表示してもよいし、図１３に例示するように、１つのワークＷのみを表示してもよい。また、１つのワークＷ上に、複数の印字ブロックＢを配置してもよい。印字パターンＰｍについても、例えばＱＲコード（登録商標）等、文字列以外のパターンを用いることができる。
【0211】
図１１のステップＳ１２に戻ると、同ステップでは、例えばユーザが手動で印字ブロックＢを作成し、その印字ブロックＢを設定面Ｒ４上に配置する。前述のように設定面Ｒ４と撮像画像Ｐｗとが関連付いているため、ユーザは、撮像画像Ｐｗを視認しながら印字ブロックＢを配置することができる。
【0212】
そうして、１つ又は複数の印字ブロックＢが配置されると、ユーザは、印字ブロックＢ毎に印字パターンＰｍを決定する。印字パターンＰｍの決定は、例えば、ユーザが操作部８０２を操作するとともに、その際の操作入力に基づいて、操作部８０２がマーカコントローラ１００に印字パターンＰｍを入力することによって実行される。
【0213】
設定部１０７は、そうして配置された印字ブロックＢ、及び、印字ブロックＢ毎に決定された印字パターンＰｍを読み込んで、それを加工条件として設定する。本実施形態に係る設定部１０７は、設定面Ｒ４上での印字ブロックＢの座標（印字座標系での座標）等を、条件設定記憶部１０２等に一時的に又は継続的に記憶させる。
【0214】
前述のように、設定面Ｒ４は、撮像画像Ｐｗと重ね合わせて表示されることから、本実施形態に係る設定部１０７は、撮像画像Ｐｗと重ね合わせるようにして印字ブロックＢを設定することになる。設定部１０７は、本実施形態における「加工ブロック設定部」の例示である。
【0215】
なお、加工条件には、近赤外レーザ光に係る条件（以下、「レーザ条件」という）も含まれる。このレーザ条件には、近赤外レーザ光の出射位置、近赤外レーザ光の目標出力（レーザパワー）、レーザ光走査部４による近赤外レーザ光の走査速度（スキャンスピード）、近赤外レーザ光の繰り返し周波数（パルス周波数）、近赤外レーザ光のレーザスポットを可変にするか否か（スポット可変）、及び、近赤外レーザ光が印字パターンＰｍをなぞる回数（印字回数）のうちの少なくとも１つが含まれる。図１３の右下に表示されるメニューＤ１に例示するように、こうした加工条件は、印字ブロックＢ毎に設定することができる。
【0216】
－サーチ設定の作成－
また、一般に、製造ラインを稼働させた際に順次加工されることになる各ワークＷには、それぞれＸ方向及びＹ方向（ＸＹ方向）に位置ズレが生じることになる。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、種々の手法を用いることで、そうした位置ズレを補正することができる。
また、一般に、製造ラインを稼働させた際に順次加工されることになる各ワークＷには、それぞれＸ方向及びＹ方向（ＸＹ方向）に位置ズレが生じることになる。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、種々の手法を用いることで、そうした位置ズレを補正することができる。
【0217】
そこで、ステップＳ１２から続くステップＳ１３では、設定部１０７は、ＸＹ方向の位置ズレを補正するための条件設定（サーチ設定）を作成する。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、ＸＹ方向における位置ズレを補正するための手法として、パターンサーチを用いるように構成されている。
【0218】
パターンサーチを用いるべく、設定部１０７は、パターンサーチに係る条件（サーチ条件）として、ワークＷの位置を特定するためのパターン領域Ｒｐと、パターン領域Ｒｐの移動範囲として定義されるサーチ領域Ｒｓと、を撮像画像Ｐｗ上に設定する。なお、パターン領域Ｒｐは、本実施形態における「補正用領域」の例示である。
【0219】
また、マーカコントローラ１００は、パターンサーチを実際に行うべく、パターン領域Ｒｐ内での撮像画像Ｐｗの画像情報（特徴量）を抽出する特徴量抽出部１０５を備えている（図２参照）。本実施形態に係る特徴量抽出部１０５は、撮像画像Ｐｗの画像情報として、パターン領域Ｒｐ内での撮像画像Ｐｗ自身を切り出す。設定部１０７は、特徴量抽出部１０５によって切り出された画像を、パターン画像Ｐｐに設定する。条件設定記憶部１０２は、設定部１０７により設定されたパターン画像Ｐｐを記憶する（図１４Ｄ参照）。条件設定記憶部１０２は、本実施形態における「記憶部」の例示である。
【0220】
【0221】
まず、ステップＳ１３における１番目のサブステップ（ステップＳ１３１）では、パターンサーチによるサーチ対象とする印字ブロックＢを決定する。具体的に、図１４Ａに示す例では、ダイアログＤ２上でプルダウン操作を実行することで、全ての印字ブロックＢをサーチ対象とするか、あるいは、特定の印字ブロックＢをサーチ対象とするか、を選択することができる。
【0222】
続いて、ステップＳ１３における２番目のサブステップ（ステップＳ１３２）では、設定部１０７が、撮像画像Ｐｗ上にパターン領域Ｒｐを設定する。具体的に、図１４Ｂに示す例では、撮像画像Ｐｗ上でドラッグ操作等を実行することで、各印字ブロックＢに対応したパターン領域Ｒｐが設定される。
【0223】
なお、図１４Ｂに示す例では、印字パターンＰｍを取り囲むようにパターン領域Ｒｐが設定されているが、そうした設定には限定されない。印字パターンＰｍを囲わないようにパターン領域Ｒｐを設定することもできる。
【0224】
また、特徴量抽出部１０５は、パターン領域Ｒｐ内における撮像画像Ｐｐを切り出して、それを画像情報（パターン画像Ｐｐ）に設定する（図１４Ｄを参照）。そうして設定されたパターン画像Ｐｐは、設定部１０７等へ入力される。
【0225】
続いて、ステップＳ１３における３番目のサブステップ（ステップＳ１３３）では、設定部１０７が、撮像画像上にサーチ領域Ｒｓを設定する。具体的に、図１４Ｃには、ダイアログＤ３上に設けられる入力欄Ｍ１に数値を入力することで、その入力欄Ｍ１に入力された数値の分だけパターン領域Ｒｐを横方向及び縦方向に拡張し、そうして拡張された領域をサーチ領域Ｒｓに設定するものが例示されている。設定されたサーチ領域Ｒｓは、条件設定記憶部１０２等に記憶される。例えば、図１４Ｃに示されるサーチ領域Ｒｓは、パターン領域Ｒｐを縦横に５ｍｍほど拡張したものとなっている。
【0226】
また、図１４Ｄに例示するように、表示部８０１上にダイアログＤ４を表示することで、画像情報としてのパターン画像Ｐｐを確認するとともに、サーチ設定をさらに詳細に設定することができる。
【0227】
例えば、ユーザは、ダイアログＤ４上でサーチ設定Ｍ２なるプルダウンメニューを操作することで、パターン領域Ｒｐ及びパターン画像Ｐｐを縮小し、より高速にパターンサーチを実行するモード（速度優先モード）を選択したり、パターン領域Ｒｐ及びパターン画像Ｐｐを縮小せずに、より高精度にパターンサーチを実行するモード（精度優先モード）を選択したり、図例のように、速度優先モードよりも若干精度を優先しつつも、精度優先モードよりも若干速度を優先する中間的なモード（バランスモード）を選択したり、することができる。
【0228】
このようにして設定されたサーチ条件は、サーチ設定として条件設定記憶部１０２等に記憶される。サーチ設定の作成が完了すると、設定部１０７は、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進む。
【0229】
－測距設定の測定－
また一般に、製造ラインを稼動させた際に順次加工されることになる各ワークＷには、それぞれ、Ｚ方向に位置ズレが生じることになる。そうした位置ズレは、近赤外レーザ光の焦点位置のズレを招くため望ましくない。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、測距ユニット５を備えているため、ワークＷの表面までの距離に基づいて、Ｚ方向の位置ズレを検知することができる。これにより、Ｚ方向の位置ズレ、ひいては焦点位置のズレを補正することができる。そのために、ステップＳ１３から続くステップＳ１４では、Ｚ方向の位置ズレを補正するための条件設定（測距設定）を作成する。
また一般に、製造ラインを稼動させた際に順次加工されることになる各ワークＷには、それぞれ、Ｚ方向に位置ズレが生じることになる。そうした位置ズレは、近赤外レーザ光の焦点位置のズレを招くため望ましくない。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、測距ユニット５を備えているため、ワークＷの表面までの距離に基づいて、Ｚ方向の位置ズレを検知することができる。これにより、Ｚ方向の位置ズレ、ひいては焦点位置のズレを補正することができる。そのために、ステップＳ１３から続くステップＳ１４では、Ｚ方向の位置ズレを補正するための条件設定（測距設定）を作成する。
【0230】
具体的に、このステップＳ１４では、測距ユニット５に係る条件（測距条件）が決定される。本実施形態に係る設定部１０７は、測距条件として、少なくとも、マーカヘッド１からワークＷの表面までの距離を測定するための測距位置Ｉを、撮像画像Ｐｗ上に設定する。この測距位置Ｉは、基本的にはワークＷの表面と重なり合うように設定されるものであり、測距光が照射されるべき座標を示している。
【0231】
なお、設定部１０７は、複数の印字ブロックＢが設定されている場合には、印字ブロックＢ毎に測距条件を設定することができる。この場合、設定部１０７は、各印字ブロックＢ内に測距位置Ｉを設定することができる（図１３の星印を参照）。これに代えて、設定部１０７は、各印字ブロックＢの外部に測距位置Ｉを設定してもよい。
【0232】
【0233】
まず、ステップＳ１４における１番目のサブステップ（ステップＳ１４１）では、距離の測定対象（測距対象）とする印字ブロックＢを決定する。具体的に、図１５Ａに示す例では、ダイアログＤ５上でプルダウン操作を実行することで、全ての印字ブロックＢを測距対象とするか、特定の印字ブロックＢを測距対象とするか、あるいは、測距対象を設定しないか（対象なし）を選択することができる。「対象なし」を選択した場合、測距こそ実施されるものの、その測定結果は、Ｚ方向の位置補正には使用されないようになっている。
【0234】
また、図１５Ａに示す例では、プルダウン操作を実行することで、距離（高さ）の測定に代えて、ワークＷの傾きを検出することができる。ワークＷの傾きを検出する場合、測距位置Ｉは、少なくとも３箇所にわたり設定される。３箇所にわたって距離を測定することで、ワークＷの表面の傾きを検出することができる。レーザ加工装置Ｌは、Ｚ方向におけるワークＷの位置ズレに加えて、ＸＹ平面に対するワークＷの傾きを補正することもできる。
【0235】
続いて、ステップＳ１４における２番目のサブステップ（ステップＳ１４２）では、印字ブロックＢ毎に、設定部１０７が測距条件を設定する。具体的に、図１５Ｂに例示するように、ダイアログＤ６上で、印字ブロックＢの識別番号（ブロック番号）を指定するパターンと、印字ブロックＢとは無関係な任意座標を指定するパターンと、の２つのパターンから選択することができる。前者のパターンが選択された場合、設定部１０７は、指定された印字ブロックＢの中央部を測距位置Ｉに設定する。一方、後者のパターンが選択された場合、設定部１０７は、ユーザが指定した座表を測距位置Ｉに指定する。
【0236】
続いて、ステップＳ１４における３番目のサブステップ（ステップＳ１４３）では、設定部１０７が測距条件を自動的に調整する（図１５Ｃを参照）。具体的に、設定部１０７は、測距条件として、測距光出射部５Ａにおける出射光量、測距光出射部５Ａにおける投光時間、測距光受光部５Ｂにおける受光ゲイン、及び測距光受光部５Ｂにおける露光時間のうちの少なくとも１つを、印字ブロックＢ毎に自動的に調整する。
【0237】
また、図１５Ｄに例示するように、表示部８０１上にダイアログＤ７を表示することで、作成された測距条件を手動で変更したり、測距条件をさらに詳細に設定したり、することができる。
【0238】
例えば、ユーザは、ダイアログＤ７上で“高さ座標”Ｍ３なる項目に数字を入力することで、Ｚ方向における基準の高さ（すなわち、Ｚ方向における原点の座標）を変更することができる。
【0239】
このようにして設定された測距条件は、測距設定として条件設定記憶部１０２等に記憶される。測距設定の作成が完了すると、設定部１０７は、ステップＳ１４からステップＳ１５に進む。設定部１０７は、全ての設定が作成されたものとしてステップＳ１５からリターンする。
【0240】
（印字加工の実行）
図１６は、図１０のステップＳ３における具体的な処理を例示している。すなわち、図１６に示す処理は、製造ラインを稼働させたときに流れてくる各ワークＷに対して順番に実行されるようになっている。
図１６は、図１０のステップＳ３における具体的な処理を例示している。すなわち、図１６に示す処理は、製造ラインを稼働させたときに流れてくる各ワークＷに対して順番に実行されるようになっている。
【0241】
まず、図１６に示す各ステップに先だって、図１０のステップＳ１と、図１１のステップＳ１１～ステップＳ１５と、を用いて説明したように、マーカコントローラ１００は、所定のワークＷについて、印字パターンＰｍ及び印字ブロックＢ等の設定（印字設定）と、パターン画像Ｐｐ等の設定（サーチ設定）と、測距位置Ｉ等の設定（測距設定）と、を予め作成する（図１７Ａも参照）。
【0242】
各設定の作成が完了することで、マーカコントローラ１００は、図１６に例示した制御プロセスを実行可能な状態となる。この制御プロセスは、主なプロセスとして、ＸＹトラッキング（ＸＹ方向におけるパターンサーチ）を実行するための制御プロセス（ステップＳ３０３～ステップＳ３０７）と、Ｚトラッキング（Ｚ方向における高さ測定）を実行するための制御プロセス（ステップＳ３０８～ステップＳ３１２）と、を含んだ構成とされている。
【0243】
まず、図１６のステップＳ３０１において、マーカコントローラ１００は、レーザ光走査部４を作動させる。マーカコントローラ１００は、製造ラインを稼働させたときにワークＷが運ばれてくると想定される場所に向けて、同軸カメラ６の撮像光軸Ａ１を指向させる。なお、同軸カメラ６の代わりに広域カメラ７を用いる場合、ステップＳ３０１は不要となる。
【0244】
続くステップＳ３０２において、ＰＬＣ９０２等からマーカコントローラ１００にトリガ入力されると、パターン領域Ｒｐをはじめとする種々の設定に用いたワークＷとは異なる新たなワークＷ’が搬送される。
【0245】
ところで、印字パターンＰｍに対応した印字ブロックＢは、設定面Ｒ４上で規定される座標系によって設定されている。また、最初のワークＷに対して、後者のワークＷ’がＸＹ方向に位置ズレする可能性がある。図１７Ｂに例示するように、ＸＹ方向に位置ズレが生じた場合、ワークＷ’上の所望の位置に、印字パターンＰｍを形成できなくなってしまう可能性がある。
【0246】
そこで、マーカコントローラ１００は、前述した新たなワークＷ’に対し、パターンサーチと、そのサーチ結果に基づいたＸＹ方向の位置補正と、を行うべく、位置補正部１０８を備えた構成とされている。
【0247】
この位置補正部１０８は、少なくともパターン領域Ｒｐの設定に用いたワークＷとは異なる新たなワークＷ’について、同軸カメラ６又は広域カメラ７を介して撮像画像Ｐｗ’を新たに生成する（図１７Ｂ参照）。
【0248】
位置補正部１０８は、新たに生成された撮像画像Ｐｗ’上で、特徴量抽出部１０５が抽出して条件設定記憶部１０２に記憶された画像情報（特徴量）を用いることにより、ＸＹ方向における新たなワークＷ’の位置ズレを検出する。
【0249】
具体的に、位置補正部１０８は、設定面Ｒ４上に設定されたサーチ領域Ｒｓの範囲内で、新たに生成された撮像画像Ｐｗ’と重ね合わせるようにパターン領域Ｒｐを移動させる（図１７Ｃを参照）。位置補正部１０８によるパターン領域Ｒｐの移動と略同じタイミングで、特徴量抽出部１０５は、移動後のパターン領域Ｒｐ内における撮像画像Ｐｗ’の画像情報を新たに抽出する。特に、本実施形態に係る特徴量抽出部１０５は、移動後のパターン領域Ｒｐ内の画像を撮像画像Ｐｗ’から切り出して、それを新たに抽出された画像情報（特徴量）とする。
【0250】
位置補正部１０８は、最初のワークＷ上で予め抽出された画像情報（パターン画像Ｐｐ）と、新たなワークＷ’上で新たに抽出された画像情報と、を比較することで、２つの画像情報が他の領域に比して高く一致する領域を、新たに生成された撮像画像Ｐｗ上で見つけ出す。
【0251】
位置補正部１０８は、移動前のパターン領域Ｒｐの座標（設定面Ｒ４上での座標）と、前述のように、２つの画像情報が他の領域に比して高く一致する領域の座標（設定面Ｒ４上での座標）と、の差分を、ＸＹ方向におけるワークＷ，Ｗ’の位置ズレとみなす。そうして検出された位置ズレに基づいて、設定面Ｒ４上で印字ブロックＢを移動させることで、新たに搬送されたワークＷ’上の所望の位置に、印字パターンＰｍを形成することができるようになる。
【0252】
具体的に、ステップＳ３０２から続くステップＳ３０３において、マーカコントローラ１００は、同軸カメラ６を介して撮像画像（カメラ画像）Ｐｗ’を生成し、生成された撮像画像Ｐｗ’を設定面Ｒ４と重ね合わせて表示する。
【0253】
そして、ステップＳ３０３から続くステップＳ３０４において、マーカコントローラ１００は、サーチ対象とした印字ブロックＢの各々について、サーチ設定（サーチ条件）を読み込む。
【0254】
それに続くステップＳ３０５において、マーカコントローラ１００は、前述のように構成されたパターンサーチを実行する。パターンサーチを実行することで、印字設定、サーチ設定及び測距設定の作成に用いたワークＷと、運用時に新たに搬送されてきたワークＷ’と、の間のＸＹ方向における位置ズレが検出される。
【0255】
しかし、この時点では、ワークＷ，Ｗ’間のＺ方向における位置ズレは解消されていない。Ｚ方向において位置ズレが発生している場合（ワークＷの高さが変化した場合）、同軸カメラ６における画角の広がり等に起因して、ＸＹ方向における位置ズレがさらに発生することになる。
【0256】
ゆえに、ステップＳ３０５で得られた検出結果に基づいて印字ブロックＢを移動させるだけでは、ワークＷの高さに起因したＸＹ方向の位置ズレが残存することになる。
【0257】
そこで、ステップＳ３０５から続くステップＳ３０６では、位置補正部１０８は、ステップＳ３０５の検出結果に基づいて、ＸＹ方向における位置ズレを仮補正する。
【0258】
具体的に、位置補正部１０８は、該位置補正部１０８によって検出された位置ズレを減殺する方向に、設定面Ｒ４上に規定された印字座標系をシフトさせる。これにより、当初設定されたＸＹ座標から、位置ズレが少なくとも部分的に減殺された仮のＸＹ座標（仮座標）へと変換することができる。
【0259】
そして、ＸＹ座標を仮座標へと変換することで、変換前のＸＹ座標を用いて設定されていた印字ブロックＢの位置が、仮座標への変換に伴い移動することになる（図１７Ｄ参照）。
【0260】
ところで、前述のように、各印字ブロックＢには測距位置Ｉが紐付いて設定されている。よって、ステップＳ３０６においてＸＹ座標を仮座標へと変換すると、印字ブロックＢの移動に伴って、測距位置Ｉも移動することになる。すなわち、位置補正部１０８は、設定部１０７により設定された測距位置Ｉに対応する新たなワークＷ’上での測距位置Ｉを補正する。
【0261】
このように、本実施形態に係る位置補正部１０８は、ＸＹ方向における位置ズレの検出結果に基づいて、ワークＷと新たなワークＷ’について、印字ブロックＢの位置と、測距位置Ｉと、を補正するように構成されている。以下、補正後の測距位置Ｉに符号Ｉ’を付す（図１７Ｄ参照）。
【0262】
そして、ステップＳ３０６から続くステップＳ３０７において、マーカコントローラ１００は、サーチ対象とした全ての印字ブロックＢについてパターンサーチが完了したか否かを判定し、その判定がＹＥＳの場合はステップＳ３０８へ進む一方、ＮＯの場合はステップＳ３０３へ戻る。
【0263】
続くステップＳ３０８において、マーカコントローラ１００は、測距対象とした印字ブロックＢの各々について、測距設定（測距条件）を読み込む。
【0264】
それに続くステップＳ３０９において、走査制御部としての制御部１０１は、測距光が、補正後の測距位置Ｉ’に照射されるようにレーザ光走査部４を制御する。これにより、マーカヘッド１から仮座標系への変換を反映した測距位置Ｉ’までの距離を測定することができるようになる。
【0265】
それに続くステップＳ３１０において、距離測定部１０３は、測距ユニット５を作動させる。その際、測距光出射部５Ａは、レーザ加工装置Ｌから新たなワークＷ’の表面までの距離を測定する。そして、測距光受光部５Ｂは、新たなワークＷ’の表面上で反射されてレーザ光走査部４を介して戻った測距光を受光する。これにより、マーカヘッド１から、位置補正部１０８により補正された測距位置Ｉ’までの距離、ひいては、その測距位置Ｉ’におけるワークＷ’の高さを測定する。
【0266】
それに続くステップＳ３１１において、マーカコントローラ１００は、距離測定部１０３による測定結果に基づいて、測距位置Ｉ’におけるワークＷ’のＺ座標を取得するとともに、Ｚ方向におけるワークＷ’の位置ズレを検出する。この位置ズレは、取得されたＺ座標と、Ｚ方向における基準の高さ（原点の座標）と、の差分に基づいて検出することができる。
【0267】
マーカコントローラ１００は、Ｚ方向におけるワークＷ’の位置ズレに基づいて、Ｚスキャナ３３の制御パラメータを取得する。ここで取得される制御パラメータは、Ｚスキャナ３３が焦点位置を補正する際に用いられるパラメータ（Ｚ座標、焦点位置の補正値）に相当する。
【0268】
そうして取得されたパラメータは、ワークＷ’への印字加工を実行する前に、制御部１０１によるＺスキャナ３３の制御に用いられる。すなわち、本実施形態に係るＺスキャナ３３は、ワークＷ’への近赤外レーザ光の照射に先だって、位置補正部１０８によって測距位置Ｉが補正された状態で、距離測定部１０３による測定結果に基づいて焦点位置を調整することができる。
【0269】
ステップＳ３１１から続くステップＳ３１２において、マーカコントローラ１００は、ステップＳ３１１において検出されたＺ方向における位置ズレに基づいて、ＸＹ座標を再び変換する。ここでの再変換には、パターンサーチによって検出されたＸＹ方向の位置ズレと、ワークＷの高さに起因したＸＹ方向の位置ズレと、が両方とも考慮される。これにより、ＸＹ方向におけるワークＷ’の位置ズレを精度よく補正することができ、ワークＷ’上の所望の位置に、印字パターンＰｍを形成することができるようになる。
【0270】
そして、ステップＳ３１２から続くステップＳ３１３において、マーカコントローラ１００は、全ての測距位置Ｉについて高さ測定が完了したか否かを判定し、その判定がＹＥＳの場合はステップＳ３１４へ進む一方、ＮＯの場合はステップＳ３０８へ戻る。
【0271】
ステップＳ３１４において、位置補正部１０８は、近赤外レーザ光の出射位置をＸＹＺ方向について補正する。このステップＳ３１４では、ワークＷの高さの影響を加味したＸＹ方向の位置補正と、ワークＷの高さに基づいたＺ方向の位置補正（すなわち、焦点位置の補正）と、が両方とも考慮される。
【0272】
そして、ステップＳ３１４から続くステップＳ３１５において、マーカコントローラ１００は、マーカヘッド１を介してワークＷ’に対する印字加工を実行してリターンする。ＸＹＺ方向の位置ズレは既に補正されているため、制御部１０１は、位置補正部１０８によって検出された位置ズレを考慮した状態で２次元走査を行うことができる。
【0273】
なお、図１５Ａを用いて説明したように、ワークＷの傾きを検出するように設定した場合、少なくとも３つの測距位置Ｉについて高さ測定が実行される。この場合、前述したステップＳ３１４において、ＸＹＺ方向の位置補正に加えて、傾きを減殺するための補正（傾き補正）が実行される。この傾き補正は、例えば、撮像画像Ｐｗ’の台形補正を用いて実行することができる。
【0274】
例えば、図１８に示すように、測距位置Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４について高さ測定し、その測定結果に基づいて、各測距位置Ｉ１～Ｉ４を四隅とするように台形補正すればよい。この場合、測距位置Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４が、それぞれ、補正位置Ｉ１’，Ｉ２’，Ｉ３’，Ｉ４’に変換される。
【0275】
＜位置補正と焦点距離との関係について＞
ところで、ＸＹ方向における位置補正のように、２次元平面上での位置補正は、高さを有するワークＷを加工対象とした場合に加工精度が低下する可能性がある。
ところで、ＸＹ方向における位置補正のように、２次元平面上での位置補正は、高さを有するワークＷを加工対象とした場合に加工精度が低下する可能性がある。
【0276】
例えば、近赤外レーザ光の焦点位置は、レーザ光走査部４によって２次元走査した場合に、ワークＷ上に設定される加工領域Ｒ１の中央付近と、その加工領域Ｒ１の端付近と、で相違する。具体的に、加工領域Ｒ１の中央部から端に向かうにつれて、焦点位置が加工領域Ｒ１から離間することになる。そのため、２次元平面上での位置補正では、その補正後に焦点位置がずれる可能性がある。このことは、加工精度を高く保つには不都合である。
【0277】
例えば、図１９に例示するように、焦点位置Ｄｆが最適化された第１ワークＷ１と、その第１ワークＷ１に対してＸＹ方向に位置ズレした第２ワークＷ２と、に近赤外レーザ光を照射する場合を考える。
【0278】
ここで、第２ワークＷ２におけるＸＹ方向の位置ズレを補正した結果、近赤外レーザ光の照射位置がＳ１からＳ２へと移動したものとすると、第１ワークＷ１について最適化されていた焦点位置Ｄｆが、第２ワークＷ２の表面からΔＤだけずれてしまうことになる。焦点位置がずれてしまっては、加工精度を高く保つには不都合である。
【0279】
それに対し、本実施形態によれば、レーザ加工装置Ｌは、図１６のステップＳ３０６に例示するように、位置補正部１０８を介してワークＷ’のＸＹ方向における位置ズレを検出するとともに、その検出結果に基づいて測距位置Ｉを補正することができる。そして、レーザ加工装置Ｌは、図１６のステップＳ３１１に例示するように、ワークＷ’へのレーザ光の照射に先だって、位置補正部１０８により測距位置Ｉが補正された状態で、距離測定部１０３による測定結果に基づいて焦点位置を補正する。
【0280】
このように、ワークＷ’の位置ズレが補正された状態で焦点位置を調整するように構成することで、ワークＷ’が位置ズレした場合にあっても、その加工精度を高く保つことができる。
【0281】
また、図１６のステップＳ１０５に例示するように、制御部１０１は、位置ズレを考慮した状態で２次元走査を実行する。これにより、ワークＷ’の加工精度を高く保つ上で有利になる。
【0282】
また、図１７Ｄに例示するように、パターンンサーチのサーチ結果を用いて印字ブロックＢの位置を補正することで、その印字ブロックＢに紐付いた測距位置Ｉを補正することができる。これにより、ワークＷ’の加工精度を高く保つ上で有利になる。
【0283】
また、図１７Ａ等に例示するように、印字ブロックＢ内に測距位置Ｉを設定することで、測距位置Ｉをより適切に設定し、ひいては、ワークＷ’の加工精度を高く保つ上で有利になる。
【0284】
《その他の実施形態》
前記実施形態では、特徴量抽出部１０５は、撮像画像Ｐｗの画像情報として、パターン領域Ｒｐ内での撮像画像Ｐｗそのものを用いるように構成されていたが、本開示は、この構成には限定されない。特徴量抽出部１０５は、撮像画像Ｐｗの画像情報として、パターン領域Ｒｐ内での撮像画像Ｐｗのエッジ情報を用いることもできる。
前記実施形態では、特徴量抽出部１０５は、撮像画像Ｐｗの画像情報として、パターン領域Ｒｐ内での撮像画像Ｐｗそのものを用いるように構成されていたが、本開示は、この構成には限定されない。特徴量抽出部１０５は、撮像画像Ｐｗの画像情報として、パターン領域Ｒｐ内での撮像画像Ｐｗのエッジ情報を用いることもできる。
【0285】
また、前記実施形態では、印字ブロックＢ毎に測距位置Ｉが設定されていたが、測距位置Ｉの設定方法は、適宜変更することができる。例えば、印字ブロックＢに対する相対座標として測距位置Ｉを設定してもよいし、パターン領域Ｒｐ又はサーチ領域Ｒｓに対する相対座標として測距位置Ｉを設定してもよい。あるいは、印字ブロックＢ、パターン領域Ｒｐ及びサーチ領域Ｒｓのいずれとも無関係な絶対座標として測距位置Ｉを設定することもできる。
【符号の説明】
【0286】
１ マーカヘッド
２ レーザ光出力部
３ レーザ光案内部
３３ Ｚスキャナ（焦点調整部）
４ レーザ光走査部
５ 測距ユニット
５Ａ 測距光出射部
５Ｂ 測距光受光部
６ 同軸カメラ（第１撮像部）
７ 広域カメラ（第２撮像部）
１００ マーカコントローラ
１０１ 制御部（走査制御部）
１０２ 条件設定記憶部（記憶部）
１０３ 距離測定部
１０５ 特徴量抽出部
１０７ 設定部（加工ブロック設定部）
１０８ 位置補正部
１１０ 励起光生成部
Ａ１ 同軸カメラの撮像光軸
Ａ２ 広域カメラの撮像光軸
Ｐｍ 印字パターン（加工パターン）
Ｂ 印字ブロック（加工ブロック）
Ｐｗ 撮像画像
Ｐｗ’ 新たに生成された撮像画像
Ｒ１ 加工領域
Ｉ 測距位置
Ｉ’ 補正された測距位置
Ｒｐ パターン領域（補正用領域）
Ｌ レーザ加工装置
Ｓ レーザ加工システム
Ｗ，Ｗ’ ワーク（被加工物）
２ レーザ光出力部
３ レーザ光案内部
３３ Ｚスキャナ（焦点調整部）
４ レーザ光走査部
５ 測距ユニット
５Ａ 測距光出射部
５Ｂ 測距光受光部
６ 同軸カメラ（第１撮像部）
７ 広域カメラ（第２撮像部）
１００ マーカコントローラ
１０１ 制御部（走査制御部）
１０２ 条件設定記憶部（記憶部）
１０３ 距離測定部
１０５ 特徴量抽出部
１０７ 設定部（加工ブロック設定部）
１０８ 位置補正部
１１０ 励起光生成部
Ａ１ 同軸カメラの撮像光軸
Ａ２ 広域カメラの撮像光軸
Ｐｍ 印字パターン（加工パターン）
Ｂ 印字ブロック（加工ブロック）
Ｐｗ 撮像画像
Ｐｗ’ 新たに生成された撮像画像
Ｒ１ 加工領域
Ｉ 測距位置
Ｉ’ 補正された測距位置
Ｒｐ パターン領域（補正用領域）
Ｌ レーザ加工装置
Ｓ レーザ加工システム
Ｗ，Ｗ’ ワーク（被加工物）
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図18】
【図19】