レーザ加工装置及びレーザ加工方法
【課題】 加工対象物の表面のプロファイル（外形）が半径方向に様々に変化していても、加工対象物を高精度でレーザ加工する。
【解決手段】 レーザ加工装置は、加工対象物１０をセットするテーブル２１と、加工対象物１０にレーザ光を照射して加工対象物１０をレーザ加工する加工ヘッド３１を有する。テーブル２１は、スピンドルモータ２２により回転駆動されるとともに、フィードモータ２３により半径方向に駆動される。加工ヘッド３１は、上下位置及び傾きを変更可能にヘッド駆動装置３０により支持されている。コントローラ６０は、加工対象物１０の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータを用いて、第１及び第２モータ３５，３６を制御して、加工対象物１０に対する加工ヘッドの高さ及び傾きを調整する。
【解決手段】 レーザ加工装置は、加工対象物１０をセットするテーブル２１と、加工対象物１０にレーザ光を照射して加工対象物１０をレーザ加工する加工ヘッド３１を有する。テーブル２１は、スピンドルモータ２２により回転駆動されるとともに、フィードモータ２３により半径方向に駆動される。加工ヘッド３１は、上下位置及び傾きを変更可能にヘッド駆動装置３０により支持されている。コントローラ６０は、加工対象物１０の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータを用いて、第１及び第２モータ３５，３６を制御して、加工対象物１０に対する加工ヘッドの高さ及び傾きを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加工対象物を回転させながら、加工ヘッドからのレーザ光を加工対象物に照射し、加工対象物の表面に微細なピット、溝又は反応跡を形成するレーザ加工装置はよく知られている。この種のレーザ加工装置においては、回転に伴って上下に変動する加工対象物の面ぶれに対処するため、例えば下記特許文献１に示されているように、加工対象物からの反射光を用いて、光ディスクにおけるデータの記録及び再生時のようなフォーカスサーボ制御を行い、レーザ光が常に加工対象物の表面に合焦するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２４３６６３号公報
【発明の開示】
【０００３】
前記従来のレーザ加工装置においては、加工対象物の表面が光ディスクの原盤のようにほぼ平面である場合には、フォーカスサーボ機能を充分に発揮させることができる。しかし、半径方向に様々に変化する表面プロファイル（外形）を有する加工対象物をレーザ加工する場合、加工対象物の表面の高さにおける変化範囲がフォーカスサーボ制御におけるレーザ光の焦点の変化範囲を越えることもある。このような場合には、レーザ光を加工対象物の表面に常に合焦させることはできず、レーザ加工の精度が悪化する。また、半径方向に様々変化する表面プロファイルにより、レーザ光が加工対象物の表面に対して垂直に照射されず、すなわちレーザ光の光軸が表面プロファイルの接線方向に対して垂直にならず、高精度な加工を期待できないという問題もある。さらには、半径方向に様々に変化する表面プロファイルにより、表面プロファイルの接線方向と光加工ヘッドの移動方向が一致しなくなり、設定された半径方向の加工ピッチで加工対象物をレーザ加工できなくなり、高精度な加工を期待できないという問題もある。
【０００４】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、半径方向に様々に変化する表面プロファイル（外形）を有する加工対象物をレーザ加工する場合でも、高精度な加工を実現するレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の特徴は、加工対象物をセットするテーブルと、テーブルにセットされた加工対象物にレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工する加工ヘッドと、テーブルを回転させる回転装置と、加工ヘッドをテーブルに対して相対的にテーブルの半径方向に移動させる半径方向送り装置とを備えたレーザ加工装置において、加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータに基づいて、加工対象物に対する加工ヘッドの高さ及び傾きのうちの少なくとも一方を調整するヘッド調整手段を設けたことにある。
【０００６】
前記のように構成したレーザ加工装置においては、ヘッド調整手段が、加工対象物のプロファイルに応じて、加工対象物に対する加工ヘッドの高さ及び／又は傾きを調整する。これにより、加工ヘッドから出射されるレーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に常に合わせ、又はレーザ光の光軸を加工対象物の表面に対して常に垂直に保つ。したがって、加工対象物表面のプロファイル（外形）が半径方向に様々に変化していても、加工対象物はレーザ光により高精度で加工される。
【０００７】
また、本発明の他の特徴は、さらに、プロファイルデータに基づいて、半径方向送り装置によるテーブルに対する加工ヘッドの相対的な半径方向の移動速度を補正する移動速度補正手段を設けたことにある。これによれば、加工対象物における半径方向の表面プロファイルの接線方向が加工ヘッドの移動方向に対して傾いている場合には、移動速度補正手段が加工ヘッドのテーブルに対する移動速度を補正するので、加工対象物における半径方向の表面プロファイルの接線方向に対して常に一定速度でレーザ光を移動させることができる。その結果、設定された半径方向の加工ピッチで加工対象物をレーザ加工することができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、プロファイルデータは、加工対象物の設計時に予め用意されているデータ又は加工対象物の設計時に予め用意されているデータに基づいて生成されるデータであり、さらに加工対象物の設計時に予め用意されているデータを取得して、前記取得したデータをプロファイルデータとし、又は前記取得したデータからプロファイルデータを生成する第1のプロファイルデータ取得手段を設けたことにある。これによれば、加工対象物の設計時にプロファイルデータに関係したデータが用意されている場合には、同データが有効に利用されて、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行う上記レーザ加工が迅速に行われる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、さらに、加工対象物の３次元形状を測定して３次元形状を表す３次元形状データを取得する３次元形状測定装置と、３次元形状測定装置によって取得された３次元形状データに基づいて、加工対象物の半径方向のプロファイルを表わすプロファイルデータを生成して取得する第２のプロファイルデータ取得手段とを設けたことにある。これによれば、加工対象物のプロファイルデータが予め用意されていなくても、３次元形状測定装置により取得された３次元形状データに基づいてプロファイルデータが生成され得るので、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行う高精度なレーザ加工が実現される。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、３次元形状測定装置が、テーブルに対して位置が固定され、加工対象物をテーブルにセットした状態で、加工対象物の３次元形状を測定することにある。これによれば、加工対象物の３次元形状測定もレーザ加工の一連の工程の中で行われるので、加工対象物のプロファイルデータが予め用意されていない場合におけるレーザ加工の作業効率が良好となる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、第２のプロファイルデータ取得手段が、加工対象物の複数の異なる周方向位置におけるプロファイルを平均して、加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表わすプロファイルデータを取得することにある。これによれば、加工対象物の表面全体を考慮したプロファイルデータが生成されるので、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行うレーザ加工をより高精度にすることが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明の実施にあたっては、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置の発明に限定されることなく、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法及び同レーザ加工方法を実現するコンピュータプログラムの発明としても実施し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図１は、同実施形態に係るレーザ加工装置の全体概略図である。このレーザ加工装置は、加工対象物１０を固定支持する支持部材としてのテーブル２１と、加工対象物１０に向けてレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工する加工ヘッド３１とを備えている。テーブル２１は、円形に形成されていて、スピンドルモータ２２及びフィードモータ２３によって駆動される。
【００１４】
スピンドルモータ２２は、その回転により、回転軸２２ａを介してテーブル２１を回転駆動する。スピンドルモータ２２内には、同モータ２２すなわちテーブル２１の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ２２ｂが組み込まれている。この回転検出信号は、テーブル２１の回転位置が一つの基準回転位置に来るごとに発生されるインデックス信号Indexと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰返すパルス列信号からなるとともに互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号φA及びＢ相信号φBとからなる。回転検出信号は、スピンドルモータ制御回路４１及び回転角検出回路４２に供給される。スピンドルモータ制御回路４１は、エンコーダ２２ｂからの回転検出信号を用いてスピンドルモータ２２の回転速度を計算し、コントローラ６０の指示により、前記計算した回転速度がコントローラ６０によって指定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ２２の回転を制御する。回転角検出回路４２は、コントローラ６０の指示により、スピンドルモータ２２すなわちテーブル２１の回転角を検出してコントローラ６０に供給する。
【００１５】
フィードモータ２３は、スクリューロッド２４を回転させて、テーブル２１を半径方向に駆動する。スクリューロッド２４は、その一端にてフィードモータ２３の回転軸に一体回転するように連結され、その他端に支持部材２５に固着されたナット（図示しない）に螺合している。支持部材２５は、スピンドルモータ２２を固定支持するとともに、テーブル２１の径方向への移動のみが許容されている。したがって、フィードモータ２３が回転すると、スピンドルモータ２２、テーブル２１及び支持部材２５はスクリューロッド２４及びナットからなるねじ機構により光ディスクＤＫの径方向に変位する。
【００１６】
フィードモータ２３内にも、フィードモータ２３の回転を検出して、前記エンコーダ２２ｂと同様な回転検出信号を出力するエンコーダ２３ａが組み込まれている。この回転検出信号は、半径位置検出回路４３及びフィードモータ制御回路４４に出力される。半径位置検出回路４３は、エンコーダ２３ａからの回転検出信号をカウントするカウント回路を有し、このカウント回路のカウント値に基づいてレーザ光が照射されるテーブルの半径位置を検出して、半径位置を表す検出信号を出力する。なお、カウント回路の初期設定は、コントローラ６０による指示により、フィードモータ制御回路４４と協働して行われる。
【００１７】
すなわち、コントローラ６０は、初期において、フィードモータ制御回路４４に支持部材２５の初期位置への移動及び半径位置検出回路４３に初期設定を指示する。この指示により、フィードモータ制御回路４４は、フィードモータ２３を回転させて支持部材２５を初期位置に移動させる。なお、この初期位置は、フィードモータ２３によって駆動される支持部材２５の駆動制限位置である。半径位置検出回路４３は、この支持部材２５の移動中、エンコーダ２３ａからの回転検出信号を入力し続けている。そして、支持部材２５が初期位置まで達してフィードモータ２３の回転が停止すると、半径位置検出回路４３はエンコーダ２３ａからの回転検出信号の入力停止を検出して、内蔵のカウント回路のカウント値を「０」にリセットする。このとき、半径位置検出回路４３は、フィードモータ制御回路４４に出力停止のための信号を出力し、これにより、フィードモータ制御回路４４はフィードモータ２３への駆動信号の出力を停止する。
【００１８】
フィードモータ制御回路４４は、コントローラ６０の指示により、フィードモータ２３を駆動制御して、レーザ光の照射位置をテーブル２１の指定半径位置へ移動させたり、テーブル２１を半径方向に指定速度で移動させる。具体的には、フィードモータ制御回路４４は、コントローラ６０によって指定される半径位置へのレーザ光の照射位置の移動が指示されたときには、半径位置検出回路４３によって検出される半径位置を用いてフィードモータ２３の回転を制御し、検出される半径位置がコントローラ６０から指定された半径位置に等しくなるまでフィードモータ２３を回転させる。また、フィードモータ制御回路４４は、コントローラ６０によって指定される移動速度でレーザ光の照射位置をテーブルの半径方向に移動させることが指示されたときには、エンコーダ２３ａからの回転検出信号からテーブル２１の半径方向への移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ６０によって指定される移動速度に等しくなるようにフィードモータ２３の回転を制御する。
【００１９】
加工ヘッドは、レーザ光源、コリメートレンズ、偏光ビームスプリッタ、１／４波長板、対物レンズ、凸レンズ、シリンドリカルレンズ及び４分割フォトディテクタ、フォーカスアクチュエータなどを備え、レーザ光源からのレーザ光を加工対象物１０に集光させるとともに加工対象物１０からの反射光を受光する。レーザ光源は、コントローラ６０によって作動制御される発光信号供給回路４５及びレーザ駆動回路４６によって駆動制御される。発光信号供給回路４５は、コントローラ６０からの加工模様を表すデータを入力して、同データに対応したパルス列信号をレーザ駆動回路４６に供給する。レーザ駆動回路４６は、コントローラ６０によって制御されて、発光信号供給回路４５からのパルス列信号に対応した駆動信号又は発光信号供給回路４５とは無関係に初期駆動信号をレーザ光源に供給する。
【００２０】
また、この加工対象物１０に照射されたレーザ光による反射光は、４分割フォトディテクタに導かれて受光される。４分割フォトディテクタは、ＨＦ信号増幅回路４７を介して４つの信号からなる受光信号をフォーカスエラー信号生成回路４８に供給する。フォーカスエラー信号生成回路４８は、４分割フォトディテクタにより検出されてＨＦ信号増幅回路４７にて増幅された受光信号に基づいて、フォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路４９に出力する。フォーカスサーボ回路４９は、コントローラ６０により指示されて、フォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボ信号を生成し、ドライブ回路５０に供給する。ドライブ回路５０は、このフォーカスサーボ信号に応じて加工ヘッド３１内のフォーカスアクチュエータを駆動制御して、レーザ光が加工対象物１０の表面で合焦するように制御する。なお、フォーカスアクチュエータは、加工ヘッド３１内に設けられて対物レンズを光軸方向に変位させるものである。
【００２１】
加工ヘッド３１は、図示しない支持機構によってテーブル２１の上方に固定されたヘッド駆動装置３０に組み付けられている。ヘッド駆動装置３０は、枠体３２に上下方向にのみ変位可能に支持された第１支持部材３３と、第１支持部材３３に紙面垂直方向を軸線とする軸線回りに回転可能に支持された第２支持部材３４とを備えている。加工ヘッド３１は、第２支持部材３４に組み付けられて固定されている。ヘッド駆動装置３０は、第１モータ３５及び第２モータ３６を有する。第１モータ３５は、ボールねじ機構を介して、その回転により第１支持部材３３を枠体３２に対して上下に変位させる。第２モータ３６は、歯車機構を介して、その回転により第２支持部材３４を第１支持部材３３に対して紙面垂直軸線回りに回転させる。第１及び第２モータ３５，３６内には、エンコーダ３５ａ，３６ａが組み込まれている。エンコーダ３５ａ，３６ａは、前記エンコーダ２２ｂ，２３ａと同様な回転検出信号を出力する。
【００２２】
エンコーダ３５ａには高さ検出回路５１が接続され、第１モータ３５には第１モータ制御回路５２が接続されている。高さ検出回路５１は、エンコーダ３５ａからの回転検出信号をカウントするカウント回路を有し、このカウント回路のカウント値に基づいて加工ヘッド３１の上下方向の高さを表す検出信号を出力する。なお、カウント回路の初期設定は、コントローラ６０による指示により、第１モータ制御回路５２と協働して行われる。具体的には、コントローラ６０は、初期において、第１モータ制御回路５２に加工ヘッド３１の初期位置への移動及び高さ検出回路５１の初期設定を指示する。この指示により、第１モータ制御回路５２は、第１モータ３５を回転させて加工ヘッド３１を初期位置に移動させる。なお、この初期位置は、第１モータ３５によって駆動される加工ヘッド３１の駆動制限位置である。高さ検出回路５１は、この加工ヘッド３１の移動中、エンコーダ３５ａからの回転検出信号を入力し続けている。そして、加工ヘッド３１が初期位置まで達して第１モータ３５の回転が停止すると、高さ検出回路５１はエンコーダ３５ａからの回転検出信号の入力停止を検出して、内蔵のカウント回路のカウント値を「０」にリセットする。このとき、高さ検出回路５１は、第１モータ制御回路５２に出力停止の信号を出力し、これにより、第１モータ制御回路５２は第１モータ３５への駆動信号の出力を停止する。
【００２３】
第１モータ制御回路５２は、コントローラ６０の指示により、第１モータ３５を駆動制御して、加工ヘッド３１を上下に移動する。具体的には、第１モータ制御回路５２は、コントローラ６０によって指定される高さへの加工ヘッド３１の移動が指示されたとき、高さ検出回路５１によって検出される高さを用いて第１モータ３５の回転を制御し、検出される高さがコントローラ６０から指定された高さに等しくなるまで第１モータ３５を回転させる。
【００２４】
エンコーダ３６ａには角度検出回路５３が接続され、第２モータ３６には第２モータ制御回路５４が接続されている。角度検出回路５３は、エンコーダ３６ａからの回転検出信号をカウントするカウント回路を有し、このカウント回路のカウント値に基づいて紙面垂直方向の軸線周りの加工ヘッド３１の角度を表す検出信号を出力する。なお、カウント回路の初期設定は、コントローラ６０による指示により、第２モータ制御回路５４と協働して行われる。具体的には、コントローラ６０は、初期において、第２モータ制御回路５４に加工ヘッド３１の初期位置への移動及び角度検出回路５３の初期設定を指示する。この指示により、第２モータ制御回路５４は、第２モータ３６を回転させて加工ヘッド３１を初期位置に回転移動させる。なお、この初期位置は、第２モータ３６によって駆動される加工ヘッド３１の駆動制限位置である。角度検出回路５３は、この加工ヘッド３１の移動中、エンコーダ３６ａからの回転検出信号を入力し続けている。そして、加工ヘッド３１が初期位置まで達して第２モータ３６の回転が停止すると、角度検出回路５３はエンコーダ３６ａからの回転検出信号の入力停止を検出して、内蔵のカウント回路のカウント値を「０」にリセットする。このとき、角度検出回路５３は、第２モータ制御回路５４に出力停止の信号を出力し、これにより、第２モータ制御回路５４は第２モータ３６への駆動信号の出力を停止する。
【００２５】
第２モータ制御回路５２は、コントローラ６０の指示により、第２モータ３６を駆動制御して、加工ヘッド３１を紙面垂直軸線回りに回転させる。具体的には、第２モータ制御回路５４は、コントローラ６０によって指定される角度位置への加工ヘッド３１の回転が指示されたとき、角度検出回路５３によって検出される角度を用いて第２モータ３６の回転を制御し、検出される角度がコントローラ６０から指定された角度に等しくなるまで第２モータ３６を回転させる。
【００２６】
コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどの不揮発性メモリなどからなるコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置６１からの指示に従って、プログラムを実行することにより、レーザ加工装置を作動させる。また、コントローラ６０には、作動指示及び作動状況を作業者に対して視覚的に知らせるための表示装置６２も接続されている。
【００２７】
また、コントローラ６０には、３次元形状測定装置７０も接続されている。３次元形状測定装置７０は、図示しない支持機構に固定されて、テーブル２１の上方位置にてヘッド駆動装置３０と並設されている。この３次元形状測定装置７０は、レーザ光で加工対象物の外表面を走査し、すなわち加工対象物の外表面の微小領域にレーザ光を順次照射し、前記外表面からの反射光に基づいて外表面の各微小領域までの距離を検出することにより、外表面の形状を表す３次元形状データ（点群データ）を生成する。なお、この３次元形状測定装置７０によって測定された３次元形状データは、３次元形状測定装置７０のいずれかの定点を原点とした３次元座標系による座標値として表される。
【００２８】
次に、上記のように構成したレーザ加工装置の動作を説明する。まず、作業者は、レーザ加工装置の図示しない電源をオンして、コントローラ６０の作動を開始させる。コントローラ６０は、メインプログラムの実行を図２ＡのステップＳ１０にて開始する。
【００２９】
このプログラムの実行開始後、コントローラ６０は、ステップＳ１１にて、表示装置６２を用いて、加工対象物１０の加工に必要なデータの入力を作業者に促す。作業者は、入力装置６１を用いて、半径方向の加工ピッチ、回転方向の加工模様（例えば、微細ピットを一定間隔で作成する場合には回転方向の加工ピッチ）、テーブル２１の回転の線速度、レーザ加工開始半径位置、レーザ加工終了半径位置などを表すデータをコントローラ６０に入力する。コントローラ６０は、これらの入力されたデータを記憶する。なお、これから加工する加工対象物１０を以前のデータを用いて加工する場合には、このステップＳ１１の処理は不要となる。
【００３０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１２にて、半径位置検出回路４３、フィードモータ制御回路４４、高さ検出回路５１、第１モータ制御回路５２、角度検出回路５３及び第２モータ制御回路５４に、半径位置、高さ及び角度の初期設定処理のための動作を指示する。この指示により、前記回路４３，４４，５１〜５４は、前述した初期設定動作を実行することにより、テーブル２１及び加工ヘッド３１を初期位置に位置させるとともに、半径位置検出回路４３、高さ検出回路５１及び角度検出回路５３内の、半径位置、高さ及び角度を検出するためのカウント値をそれぞれ初期値「０」にリセットする。以降、半径位置検出回路４３、高さ検出回路５１及び角度検出回路５３は、このカウント値に基づいて、テーブル２１の半径位置、加工ヘッド３１の高さ及び加工ヘッド３１の角度を表す検出信号を出力する。
【００３１】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１３にて、フィードモータ制御回路４４に対してテーブル２１を初期半径位置に移動することを指示する。フィードモータ制御回路４４は、半径位置検出回路４３から入力される半径位置検出信号が、テーブル２１がコントローラ６０によって指示された初期半径位置に等しくなるまでフィードモータ２３を回転させる。初期半径位置は、図５に示すように、３次元形状測定装置７０がテーブル２１の回転中心位置の上方に来る位置である。このステップＳ１３の処理により、テーブル２１はこの位置まで移動する。この状態で、作業者は加工対象物１０をテーブル２１上にセットする。
【００３２】
次に、コントローラ６０は、表示装置６２を用いて、加工対象物１０の３次元形状測定の必要性を作業者に問う。３次元形状の測定処理は、レーザ加工におけるテーブル２１の移動速度、加工ヘッド３１の高さ及び傾き角度の調整のために、加工対象物１０のプロファイルデータを取得するための処理である。なお、このプロファイルデータは、加工対象物１０の非加工面（テーブル２１にセットした状態では下面）の高さを「０」とする、加工対象物１０の上面形状を表す半径方向のデータＰＤ(ｎ)であり、後述するプロファイル取得ルーチンの説明で詳述する。この場合、加工対象物１０を設計した際の設計データとしてプロファイルデータが既に存在している場合には、作業者は３次元形状の測定不要を指定する。一方、前記プロファイルデータが存在しない場合には、作業者は３次元形状の測定を指定する。
【００３３】
３次元形状の測定不要を指定した場合、コントローラ６０は、ステップＳ１５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６においては、コントローラ６０は、表示装置６２を用いて、作業者にプロファイルデータの入力を指示する。この種のプロファイルデータは、通常、コントローラ６０のハードディスクなどの不揮発性メモリ又は外部記憶装置に記憶されている。したがって、作業者は、前記不揮発性メモリ又は外部記憶装置に記憶されているプロファイルデータのファイル名（例えば、加工対象物１０を指定する識別データ）を、入力装置６１を用いて指定する。このファイル名の指定により、コントローラ６０は、指定されたプロファイルデータを読み出して、ＲＡＭなどに書き込む。
【００３４】
なお、前記プロファイルデータの取得においては、加工対象物１０の設計データに基づくプロファイルデータが、加工対象物１０を平板上に置いたとき、加工対象物１０の中心軸と平板の交点を原点とし、方向が平板の面上にあるｘ座標軸と前記座標軸に垂直なｙ座標軸との２つの座標軸において、ｘ，ｙ座標値で表される複数の高さデータ又はｙ＝ｆ(ｘ)の関係曲線の式として用意されている場合には、単にプロファイルデータを入力するだけでよい。しかし、設計データ又は設計データに基づくプロファイルデータが直接利用できない場合には、前記プロファイルデータの取得の際に、設計データ又は設計データに基づくプロファイルデータが、加工対象物１０の中心軸近傍に座標軸の原点があるｘ，ｙ座標値で表される複数のデータ又はｙ＝ｆ(ｘ)の関係曲線の式にされ、さらに後述する３次元形状データの座標変換と同様の座標変換により、前記複数のデータ又は関係曲線の式が、加工対象物１０を平板上に置いたとき、加工対象物１０の中心軸と平板の交点を原点とし、方向が平板の面上にあるｘ座標軸と前記座標軸に垂直なｙ座標軸との２つの座標軸により表される複数のデータ又は関係曲線の式に座標変換されることで、利用され得るプロファイルデータに変換される。
【００３５】
一方、作業者が３次元形状の測定を指定した場合には、コントローラ６０は、ステップＳ１５にて、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１７にて３次元形状測定装置７０に加工対象物１０の３次元形状の測定を指示する。３次元形状測定装置７０は、前記測定指示に応答して、加工対象物１０の上面の３次元形状を測定して、同３次元形状を表す３次元形状データ（点群データ）を取得して、コントローラ６０に供給する。コントローラ６０は、供給された３次元形状データをＲＡＭなどの記憶装置に書き込む。なお、この３次元形状データは、３次元形状測定装置７０のいずれかの定点を原点とした３次元座標系による座標値として表されている。この３次元座標系を、以降、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍ（図６参照）という。
【００３６】
前記ステップＳ１７の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１８にてプロファイル取得ルーチンを実行する。プロファイル取得ルーチンは、図３に詳細に示されており、その実行がステップＳ１００にて開始される。コントローラ６０は、ステップＳ１０１にて、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍによる３次元形状データを、基準座標系Ｓによる３次元形状データに座標変換する。基準座標系Ｓは、図６に示すように、テーブル２１の中心に座標原点があり、Ｚ軸がテーブル２１の平面に垂直である座標系である。座標系Ｍの３次元形状データを基準座標系Ｓの３次元形状データに座標変換するための座標変換関数Ｆは予め取得されてコントローラ６０の光ディスクなどの不揮発性メモリに記憶されている。なお、この座標変換関数Ｆの取得方法の一例に関しては、後述する。
【００３７】
前記ステップＳ１０１の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１０２にて変数ｍ，ｎをそれぞれ「０」に初期設定する。変数ｍは、図７に示すように、基準座標系ＳのＸ，Ｙ座標軸をＺ軸回りに所定角度θずつ回転させた回転座標系Ｒ(ｍ)を指定するものである。図７においては、回転座標系Ｒ(０)，Ｒ(１)，Ｒ(２)を、Ｘ’−Ｙ’座標、Ｘ’’−Ｙ’’座標、Ｘ’’’−Ｙ’’’座標として示している。変数ｎは、図８に示すように、回転座標系Ｒ(ｍ)における原点及び原点からＸ軸方向に所定距離Ｂずつ外側に向かった半径方向位置を指定するものである。
【００３８】
前記ステップＳ１０２の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１０３にて、前記変換された基準座標系Ｓの３次元形状データを、ｍ・θだけ回転させた回転座標系Ｒ(ｍ)の３次元形状データに変換する。θは、予め決められた所定の正の値であり、例えば２０度、３０度程度の値である。この場合、基準座標系Ｓによる座標を(ｘs,ｙs,ｚs)とし、回転座標系Ｒ(ｍ)による座標を(ｘr,ｙr,ｚr)とし、かつ回転角θはテーブル２１を上方から見て左回りを正とする。座標変換は、下記数１の演算の実行により行われる。なお、最初のステップＳ１０３の処理においては、ｍ＝０であるので、ｍ・θ＝０であり、基準座標系Ｓの３次元形状データは実質的には変換されない。
【数１】
【００３９】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１０４にて、前記ステップＳ１０３で変換された全ての３次元形状データの中から、Ｙ座標値の絶対値が予め決めた極小値Ａ以下である３次元形状データ（点群データ）Ｄ(ｘ,ｙ,ｚ)を抽出する。図８は、前記ステップＳ１０４の処理により抽出される点群データが属する領域を誇張して点模様で示している。この処理は、Ｘ−Ｚ平面の近傍付近の点群データを抽出することを意味する。言い換えれば、加工対象物をＸ−Ｚ平面で切断したときの断面を表す点群データを抽出することを意味する。
【００４０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１０５にて、前記抽出した点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)の中から、値（Ｘ座標値−ｎ・Ｂ）が正である最小のデータＤ(ｘc,ｙc,ｚc)と、値（Ｘ座標値−ｎ・Ｂ）が負である最小のデータＤ(ｘe,ｙe,ｚe)とを抽出する。この抽出は、図９(Ａ)に示すように、中心位置ｒ0及び同中心位置ｒ0から半径方向外側に距離Ｂずつ離れた位置ｒ1,ｒ2,ｒ3,・・を挟む最も近い位置の点群データの取出しを意味する。最初、変数ｎは「０」に設定されているので、中心位置ｒ0を挟む最も近い位置の２つのデータＤ(ｘc,ｙc,ｚc)，Ｄ(ｘe,ｙe,ｚe)を抽出することになる。
【００４１】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１０６にて、下記数２の演算の実行により、２つのデータＤ(ｘc,ｙc,ｚc)，Ｄ(ｘe,ｙe,ｚe)を用いて、前記２つのデータにより特定される２つの点を結ぶ直線上の点であって、前記距離Ｂずつ離れた半径位置に対応した点のＺ座標値Ｚ(ｍ,ｎ)を補間法により計算して、ＲＡＭ内に記憶する（図９(Ｂ)参照）。このＺ座標値Ｚ(ｍ,ｎ)は、加工対象物１０の中心位置ｒ0及び同中心位置ｒ0から半径方向外側に距離Ｂずつ離れた位置ｒ1,ｒ2,ｒ3,・・の高さを表す。ただし、最初、変数ｎは「０」であるので、加工対象物１０の中心位置ｒ0の高さを表す。
【数２】
【００４２】
前記ステップＳ１０６の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１０７にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ１０８の判定処理を実行する。この判定処理においては、前記ステップＳ１０４の処理によって抽出した点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)中に、Ｘ座標値が値ｎ・Ｂ以上であるデータが存在するかが判定される。この判定処理は、値ｎ・Ｂによって表される半径位置又はその外側に点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)が存在するか、言い換えれば加工対象物１０の半径方向の外側端が前記半径位置ｎ・Ｂよりも大きいかを判定するものである。前記データが存在すれば、コントローラ６０は、ステップＳ１０８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理を再び実行する。このステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理により、変数ｎが「１」ずつ増加され、値ｎ・Ｂによって表される複数の半径位置のＺ座標値（加工対象物１０の高さ）Ｚ(ｍ,０)，Ｚ(ｍ,１)，Ｚ(ｍ,２)・・が計算される。
【００４３】
変数ｎの増加により、前記Ｘ座標値が値ｎ・Ｂ以上である点群データが存在しなくなると、コントローラ６０は、ステップＳ１０８にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１０９にて変数ｍに「１」を加算して、ステップＳ１１０の判定処理を実行する。ステップＳ１１０においては、値ｍ・θが３６０度未満であるかが判定される。これは、角度θずつの座標軸の回転が１回転したかを判定するものである。
【００４４】
値ｍ・θが３６０度未満であれば、コントローラ６０は、ステップＳ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１１にて変数ｎを初期値「０」に戻して、ステップＳ１０３〜Ｓ１１０からなる処理をふたたび実行する。これらのステップＳ１０３〜Ｓ１１０からなる処理の繰り返しにより、変数ｍによって指定される回転座標系Ｒ(０)，Ｒ(１)，Ｒ(２)・・におけるＸ−Ｚ平面近傍の点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)がそれぞれ抽出されるとともに、これらの点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)を用いて、回転座標系Ｒ(０)，Ｒ(１)，Ｒ(２)・・におけるＸ−Ｚ平面の半径位置ｎ・ＢごとのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)がそれぞれ計算される。
【００４５】
値ｍ・θが３６０度以上になると、コントローラ６０は、ステップＳ１１０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１１２にて変数ｎを初期値「０」に設定して、ステップＳ１１３〜Ｓ１１５の処理を実行する。ステップＳ１１３においては、コントローラ６０は、変数ｎ（０,１,２・・）によって指定されるＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)を抽出し、前記抽出したＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の平均値を計算して、同平均値を、変数ｎによって指定される半径位置（中心位置及び中心位置から距離Ｂずつ離れた半径位置）の加工対象物１０の高さを表すプロファイルデータＰＤ(ｎ)とする。この平均値の計算においては、前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)を合算して、同合算値を前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の数で除算する。この計算されたプロファイルデータＰＤ(ｎ)は、ＲＡＭに記憶されるとともに、加工対象物１０を表す識別データと共にハードディスクなどの不揮発性メモリに記憶される。なお、前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の数は、通常は変数ｍの最大値よりも「１」だけ大きい数である。しかし、加工対象物１０が完全な円形でない場合には、回転座標系Ｒ(ｍ)ごとに最大半径が異なるので、変数ｎが大きな値である状態では、前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の数は必ずしも変数ｍの最大値よりも「１」だけ大きい数とは限らない。
【００４６】
ステップＳ１１４においては、コントローラ６０は、変数ｎに「１」を加算する。ステップＳ１１５においては、コントローラ６０は、変数ｎによって指定されるＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)が存在するかを判定する。すなわち、前記ステップＳ１０６の処理によって計算されたＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)中に、現在の変数ｎによって指定される半径位置に関するＺ座標値が存在するかが判定される。前記Ｚ座標値が存在する限り、コントローラ６０は、ステップＳ１１５にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１３〜Ｓ１１５の循環処理を繰り返し実行する。そして、変数ｎの増加により前記Ｚ座標値が存在しなくなると、コントローラ６０は、ステップＳ１１５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１１６にてプロファイル取得ルーチンの実行を終了する。その結果、この状態では、中心位置及び同中心位置から距離Ｂずつの外側の半径位置（ｎ＝０,１,２・・）における加工対象物１０の高さを表すプロファイルデータＰＤ(ｎ)がＲＡＭ及び不揮発性メモリに記憶されている。
【００４７】
ふたたび、図２Ａのプログラムの説明に戻り、コントローラ６０は、ステップＳ１６のプロファイルデータの入力又はステップＳ１８のプロファイル取得ルーチンの実行後、コントローラ６０は、ステップＳ１９，Ｓ２０の処理を実行する。ステップＳ１９においては、コントローラ６０は、前記ステップＳ１１の処理によって入力したレーザ加工開始半径位置をフィードモータ制御回路４４に供給して、フィードモータ制御回路４４にテーブル２１の移動を指示する。フィードモータ制御回路４４は、半径位置検出回路４３によって検出される半径位置を用いてフィードモータ２３を制御して、検出される半径位置がコントローラ５０によって指定されたレーザ加工開始半径位置になるまでテーブル２１を移動する。
【００４８】
ステップＳ２０においては、コントローラ６０は、半径位置検出回路４３によって検出された半径位置ｒと前記ステップＳ１１で入力した線速度とを用いて、スピンドルモータ２２の回転速度を計算する。そして、コントローラ６０は、前記計算した回転速度をスピンドルモータ制御回路４１に出力して、スピンドルモータ２２の回転を指示する。スピンドルモータ制御回路４１は、エンコーダ２２ｂからの回転検出信号に基づいて計算したスピンドルモータ２２の回転速度を計算して、この計算した回転速度が前記コントローラから入力された回転速度に等しくなるように、スピンドルモータ２２の回転を制御する。これにより、スピンドルモータ２２は、レーザ光の照射位置の線速度が前記入力した線速度に等しくなる回転速度で回転し始める。
【００４９】
前記ステップＳ１９，Ｓ２０の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２１にて、半径位置検出回路４３によって検出されている半径位置ｒを入力して、同入力した半径位置ｒ及びプロファイルデータＰＤ(ｎ)を用いて、加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφを計算する。加工ヘッド３１の高さＤの計算においては、まず、プロファイルデータＰＤ(ｎ)の中から半径位置ｒの両隣の半径位置ｊ−１,ｊ（ｊは「０」又は正の整数）に対応した１対のプロファイルデータＰＤ(ｊ−１)，ＰＤ(ｊ)を抽出して、同抽出したプロファイルデータＰＤ(ｊ−１)，ＰＤ(ｊ)をＺ座標値ｚ(ｘ1)，ｚ(ｘ2)とする。この場合、値ｘ1，ｘ2は、プロファイルデータＰＤ(ｊ−１)，ＰＤ(ｊ)における変数ｊ−１，ｊに対応した半径位置（Ｘ座標値）をそれぞれ表す。そして、下記数３の演算の実行により、補間法を用いて、半径位置ｒにおける加工対象物１０のテーブル２１からの高さＨを計算する。なお、前記両隣のプロファイルデータＰＤ(ｎ)が存在せず、片方の隣りのプロファイルデータＰＤ(ｎ)のみが存在する場合には、前記片方のプロファイルデータＰＤ(ｎ)を高さＨとする。
【数３】
次に、予め光ディスクなどの不揮発性メモリに記憶されていて、加工ヘッド３１の初期高さ位置からレーザ光焦点がテーブル２１の表面に合うまでの駆動距離Ｓから、前記計算した高さＨを減算して加工ヘッド３１の高さＤ（＝Ｓ−Ｈ）を求める（図１０参照）。
【００５０】
加工ヘッド３１の傾きφは、前記Ｘ座標値ｘ1，ｘ2及びＺ座標値ｚ(ｘ1)，ｚ(ｘ2)を用いた下記数４の演算の実行により計算される（図１１参照）。なお、前記両隣のプロファイルデータＰＤ(ｎ)が存在せず、片方の隣りのプロファイルデータＰＤ(ｎ)のみが存在する場合には、傾きφを「０」とする。
【数４】
また、前記数４の演算の実行に代えて、半径位置ｒの両隣の２つ以上のプロファイルデータＰＤ(ｎ)を抽出し、最小２乗法により直線を求め、この直線の傾きを「ａ」とする。そして、tan-1ａの演算により傾きφを計算するようにしてもよい。
【００５１】
前記高さＤ及び傾きφの計算後、コントローラ６０は、ステップＳ２２にて、前記計算した高さＤ及び傾きφを第１及び第２モータ制御回路５２，５４にそれぞれ出力して、加工ヘッド３１の高さ及び傾きの変更を第１及び第２モータ制御回路５２，５４に指示する。第１モータ制御回路５２は、高さ検出回路５１によって検出された高さを入力し、前記検出された高さがコントローラ６０から供給された高さＤに等しくなるように第１モータ３５を駆動制御する。これにより、第１モータ３５は、加工ヘッド３１を上下方向に変位させて、加工ヘッド３１の高さが前記コントローラ６０から供給された高さＤになるように制御する。第２モータ制御回路５４は、角度検出回路５３によって検出された角度を入力し、前記検出された角度がコントローラ６０から供給された傾きφに等しくなるように第２モータ３６を駆動制御する。これにより、第２モータ３６は、加工ヘッド３１を回転させて、加工ヘッド３１の傾きが前記コントローラ６０から供給された傾きφになるように制御する。その結果、レーザ光の焦点位置が加工対象物１０の表面に移動するとともに、レーザ光の光軸が加工対象物１０の半径方向の接線に対し垂直となる。
【００５２】
前記ステップＳ２２の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２３にて、レーザ駆動回路４６にレーザ光の初期照射開始を指示する。レーザ駆動回路４６は加工ヘッド３１内のレーザ光源に電圧及び電流を供給し、レーザ光源はレーザ光を放射して加工対象物１０にレーザ光を照射し始める。ただし、この場合のレーザ光源に対する供給電圧は低く、レーザ光源は、加工対象物１０がレーザ光によって加工される強度よりも弱い強度のレーザ光を出射する。次に、コントローラ６０は、ステップＳ２４にて、フォーカスサーボ回路４９にフォーカスサーボの開始を指示する。フォーカスサーボ回路４９は、ドライブ回路５０にフォーカス引き込み用の駆動信号を供給して加工ヘッド３１内の対物レンズを上方及び下方に移動させて、フォーカスエラー信号生成回路４８から供給されるＳ字信号のゼロクロス点を検出して、この時点から、フォーカスエラー信号生成回路４８から供給される信号から作成したフォーカスサーボ信号をドライブ回路５０に供給する。これにより、加工対象物１０の上面にレーザ光が合焦され、これ以降、フォーカスサーボ回路４９は、フォーカスエラー信号生成回路４８からのフォーカスエラー信号から作成したフォーカスサーボ信号を用いて、ドライブ回路５０を介して対物レンズを駆動し続ける。
【００５３】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２５にて、テーブル２１の半径方向の送り速度を計算する。前記ステップＳ１１の処理により入力した線速度ｖ及び加工ピッチｐ、前記ステップＳ２１の処理によって半径位置検出回路４３から取込んだ半径位置（半径値）ｒ、並びに前記ステップＳ２２の処理によって計算した半径位置ｒにおける加工対象物１０の傾きφを用いて、下記数５の演算の実行により、加工対象物の上面のプロファイルを考慮した、補正半径方向送り速度Ｖrを計算する。
【数５】
【００５４】
この数５について説明しておく。線速度をｖとし、半径位置（半径値）をｒとすると、テーブル２１の回転速度ｋはｋ＝ｖ／２πｒとなる。一方、回転速度ｋの逆数１／ｋはテーブル２１の１回転に必要な時間を表すので、加工ピッチｐを前記時間１／ｋで除算することにより、加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮しないテーブル２１の半径方向送り速度ｐ・ｋは、ｐ・ｋ＝ｐ・ｖ／２πｒと表される。ここで、加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮するために、半径位置ｒにおける傾きφを考慮すると、補正加工ピッチｐ’はｐ・cosφとして表される。したがって、補正したテーブル２１の半径送り速度Ｖrは、ｐ’・ｋ＝ｐ・ｋ・cosφ＝ｐ・ｖ・cosφ／２πｒとなる。
【００５５】
前記ステップＳ２５の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２６にて、前記計算した補正半径方向送り速度Ｖrをフィードモータ制御回路４４に出力して、フィードモータ２３の回転開始を指示する。フィードモータ制御回路４４は、エンコーダ２３ａから供給される回転検出信号に基づいてフィードモータ２３の半径方向送り速度を計算し、同計算した半径方向送り速度が前記供給された補正半径方向送り速度Ｖrに等しくなるように、フィードモータ２３の回転を制御する。その結果、テーブル２１は、加工ピッチｐを加工対象物１０の上面のプロファイルに従って補正した加工ピッチｐ’で半径方向に移動し始める。
【００５６】
前記ステップＳ２６の処理後、コントローラ６０は、発光信号供給回路４５に加工模様を表すデータを供給するとともに、レーザ駆動回路４６に加工用のレーザ光強度であるレーザ光の出射を指示する。発光信号供給回路４５は、前記供給さえた加工模様を表すデータに対応したパルス列信号をレーザ駆動回路４６に出力する。レーザ駆動回路４６は、発光信号供給回路４５からのパルス列信号に対応した駆動信号を加工ヘッド３１内のレーザ光源に供給する。この場合の駆動信号の出力レベルは大きく、レーザ光源は加工対象物１０をレーザ加工するのに十分な出力エネルギーを有するレーザ光を放射し始める。これにより、加工対象物１０は、レーザ加工され始める。
【００５７】
前記ステップＳ２７の処理後、コントローラ６０は、図２ＢのステップＳ２８〜Ｓ３２からなる循環処理を繰り返し実行する。ステップＳ２８においては、コントローラ６０は、半径位置検出回路４３から半径位置ｒを入力して、同入力した半径位置ｒが前記ステップＳ１１の処理によって入力した終了半径位置であるかを判定する。ステップＳ２９，Ｓ３０の処理は、前述したステップＳ２１，Ｓ２２の加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮した、加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφの制御処理と同じである。ステップＳ３１，Ｓ３２の処理は、前述したステップＳ２５，Ｓ２６の加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮した、テーブル２１の半径方向の移動速度の制御処理と同様である。
【００５８】
これらのステップＳ２８〜Ｓ３１からなる循環処理により、テーブル２１が終了半径位置に達するまで（レーザ照射位置が終了半径位置に達するまで）、加工対象物１０の上面のプロファイルに応じて、加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφが補正制御され続けるとともに、テーブル２１の半径方向の移動速度も補正制御され続ける。その結果、加工対象物１０のレーザ加工において、レーザ光の焦点位置が加工対象物１０の表面に保たれ、かつレーザ光の光軸が加工対象物１０の半径方向の接線に対し垂直に保たれる。また、加工ピッチも、加工対象物１０の表面の傾きが変化しても、設定されたピッチに保たれる。したがって、この実施形態によれば、加工対象物１０の上面のプロファイルとは無関係に、加工対象物１０はレーザ加工される。
【００５９】
前記ステップＳ２８〜Ｓ３１からなる循環処理中、テーブル２１が終了半径位置に達すると、コントローラ６０は、ステップＳ２８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３３〜Ｓ３５の処理を実行する。ステップＳ３３においては、コントローラ６０は、レーザ駆動回路４６にレーザ光の照射停止及び発光信号供給回路４５にパルス列信号の出力停止を指示する。これにより、レーザ駆動回路４６は加工ヘッド３１内のレーザ光源への駆動信号の出力を停止するとともに、発光信号供給回路４５はパルス列信号の出力を停止するので、レーザ光源がレーザ光の出射を停止する。ステップＳ３４においては、コントローラ６０はフォーカスサーボ回路４９にフォーカスサーボの停止を指示する。これにより、フォーカスサーボ回路４９による加工ヘッド３１内の対物レンズのフォーカス制御も停止する。ステップＳ３５においては、コントローラ６０はフィードモータ制御回路４４にテーブル２１の半径方向への送り停止を指示する。これにより、フィードモータ制御回路４４はフィードモータ２３の回転を停止させる。ステップＳ３６においては、コントローラ６０はスピンドルモータ制御回路４１にスピンドルモータ２２の回転停止を指示する。これにより、スピンドルモータ制御回路４１はスピンドルモータ２２の回転を停止させる。
【００６０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ３７にて、前記ステップＳ１３の処理と同様に、フィードモータ制御回路４４に指示して、テーブル２１を初期半径位置に移動させる。そして、コントローラ６０は、ステップＳ３８にてプログラムの実行を終了する。
【００６１】
その後、作業者はテーブル２１にセットされた加工対象物１０を取り除いて新たな加工対象物１０をセットして、前記図２のプログラムを再度実行させる。この場合、加工対象物１０の２回目以降の加工処理において加工条件の変更がなければ、図２のステップＳ１２，Ｓ１３の処理はスキップされる。
【００６２】
上記のように構成した実施形態によれば、図２ＡのステップＳ２１，２２及び図２ＢのステップＳ２９，Ｓ３０の処理により、加工対象物１０の半径方向のプロファイルに応じて、加工対象物１０に対する加工ヘッド３１の高さ及び傾きが調整される。したがって、加工ヘッド３１から出射されるレーザ光の焦点位置は加工対象物１０の表面に常に合わせられ、またレーザ光の光軸は加工対象物１０の表面に対して常に垂直に保たれる。その結果、加工対象物１０の表面のプロファイル（外形）が半径方向に様々に変化していても、加工対象物１０はレーザ光により高精度で加工される。
【００６３】
また、上記のように構成した実施形態によれば、図２ＡのステップＳ２５，Ｓ２６及び図２ＢのステップＳ３１，Ｓ３２の処理により、加工対象物１０のプロファイルに基づいて、テーブル２１に対する加工ヘッド３１の相対的な半径方向の移動速度が補正される。したがって、加工対象物１０における半径方向の表面が加工ヘッド３１の移動方向に対して傾いている場合には、加工ヘッド３１のテーブル２１に対する移動速度が補正される。その結果、加工対象物１０における半径方向の表面に対して常に一定速度でレーザ光を移動させることができ、加工対象物１０はレーザ光により高精度で加工される。
【００６４】
また、上記のように構成した実施形態によれば、プロファイルデータ又はプロファイルデータに相当するデータが、加工対象物１０の設計時に予め用意されている場合には、図２ＡのステップＳ１６の処理によって前記データが入力されて利用される。したがって、この場合には、前記予め用意されたデータが有効に利用されて、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行うレーザ加工が迅速に行われる。また、前記予め用意されたデータが存在しない場合には、図２ＡのステップＳ１７，Ｓ１８の処理により、３次元形状測定装置７０を用いてプロファイルデータが取得される。したがって、この場合にも、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行う高精度なレーザ加工が実現される。
【００６５】
さらに、３次元形状測定装置７０は、テーブル２１に対して位置が固定され、加工対象物１０をテーブル２１にセットした状態で、加工対象物１０の３次元形状を測定する。これにより、加工対象物１０の３次元形状測定もレーザ加工の一連の工程の中で行われるので、加工対象物１０のプロファイルデータが予め用意されていない場合におけるレーザ加工の作業効率が良好となる。また、図３のプロファイル取得ルーチンにおいては、加工対象物１０の複数の異なる周方向位置におけるプロファイルを平均して、加工対象物１０の半径方向おけるプロファイルを表わすプロファイルデータが取得される。したがって、加工対象物１０の表面全体を考慮したプロファイルデータが生成されて、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行うレーザ加工をより高精度にすることが可能となる。
【００６６】
次に、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍによる３次元形状データを、基準座標系Ｓによる３次元形状データに座標変換するための座標変換関数Ｆを取得する一例について説明しておく。
【００６７】
作業者は、図２ＡのステップＳ１３の処理と同様な図示しないプログラムの実行により、テーブル２１を初期半径位置に移動させて、３次元形状測定装置７０をテーブル２１の回転中心の上方に位置させる（図１２参照）。なお、この状態では、テーブル２１上には何も載っていない。次に、作業者は、入力装置６１を用いて、図４の座標変換関数取得プログラムを実行する。座標変換関数取得プログラムの実行は、ステップＳ２００にて開始される。
【００６８】
座標変換関数取得プログラムの実行開始後、コントローラ６０は、ステップＳ２０１にて、回転角検出回路４２の作動を開始させる。次に、コントローラ６０は、ステップＳ２０２にて、３次元形状測定装置７０に３次元形状を測定させ、３次元形状測定装置７０によって測定された３次元形状データを取得する。この場合は、図１２に示すように、テーブル２１の表面が３次元形状測定される。このステップＳ２０２による３次元形状データの取得後、コントローラ６０は、ステップＳ２０３にて、テーブル２１の上面に相当する平面Ｔの式を算出する。具体的には、以下の方法を採用する。なお、前記取得された３次元形状データは、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍによって表されている。
【００６９】
前記取得した全ての３次元形状データの中から、所定の領域内の３次元形状データを抽出し、下記数６の平面の式に代入して最小２乗法により係数ａ，ｂ，ｃを計算する（式導出処理１）。なお、所定の領域は、Ｘ，Ｙ座標値が「０」付近にある領域が指定される。
【数６】
【００７０】
次に、前記取得した全ての３次元形状データの中から、この平面Ｔからの距離が所定範囲内にある３次元形状データを抽出する（式導出処理２）。そして、先に抽出した所定領域内にある３次元形状データによって導出した式がテーブル２１の平面Ｔを表しているかを判定するために、前記全ての３次元形状データの中から抽出した３次元形状データが所定数以上あるかを判定する（式導出処理３）。所定数以上あれば、平面Ｔからの距離が所定範囲内にある、後に抽出した全ての３次元形状データを、前記数６の平面Ｔの式に代入して最小２乗法により係数ａ，ｂ，ｃを計算する（式導出処理４）。
【００７１】
一方、所定数未満あれば、前記先に抽出した所定領域（Ｘ，Ｙ座標値が「０」付近の領域）に隣接した所定領域の３次元形状データを抽出し直す。そして、前記式導出処理２〜４を再度行って平面Ｔの式を導出する。この処理は、前記式導出処理１によって導出した平面Ｔからの距離が所定範囲内にある３次元形状データが所定数以上になるまで繰り返される。その結果、テーブル２１の上面に相当する平面Ｔの式が確定される。
【００７２】
前記ステップＳ２０３の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２０４にて、表示装置６２に基準物体８０を設置するように表示する。この基準物体８０は定点を定義可能な物体であり、本実施形態では基準物体８０として球体が採用され、定点は球体の中心である。なお、基準物体８０としては、定点を定義可能な物体であれば他の物体、例えば直方体、多面体、三角錐、円錐、円柱なども採用され得る。前記基準物体８０の設置の指示により、作業者は、図１３に示すように、基準物体８０をテーブル２１の回転中心から離して置く。
【００７３】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２０５にてテーブル２１の回転回数を表す変数ｎを「０」に初期設定して、ステップＳ２０６〜Ｓ２１２からなる循環処理を繰り返し実行する。ステップＳ２０６においては、コントローラ６０は、３次元形状測定装置７０に３次元形状を測定させ、３次元形状測定装置７０によって測定された３次元形状データを取得する。そして、ステップＳ２０７にて、この取得した３次元形状データを用いて、基準物体８０の定点座標Ｐ（ｘn,ｙn,ｚn）を計算する。
【００７４】
この定点座標の計算処理は、例えば特開２００４−３３３３７１号公報に示されるように公知の手法であり、例えば、基準物体８０の特徴データを予め入力しておき、前記取得した全ての３次元データの中から基準物体８０の外形を表す３次元形状データを抽出する。そして、前記抽出した３次元形状データを用いて基準物体８０の定点を計算する。本実施形態のように、基準物体８０が球体であり、定点が球体の中心である場合には、基準物体８０の特徴データとして、球体及び半径が採用される。そして、前記取得した全ての３次元形状データの中から前記特徴データにより指定された球体の外形を表す３次元形状データを抽出し、抽出した３次元形状データを、球体を表す下記数７に代入して、最小２乗法を用いて球体の定点として中心座標(ａ,ｂ,ｃ)を計算する。そして、この中心座標(ａ,ｂ,ｃ)を、定点座標Ｐ（ｘn,ｙn,ｚn）とする。
【数７】
【００７５】
前記ステップＳ２０７の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２０８にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ２０９にて値ｎ・θが３６０度以上であるかを判定する。ここで、θは、異なる位置にある基準物体８０の定点を計算するためにテーブル２１を回転させる角度であり、少なくとも１２０度未満の予め決められた角度である。１２０度未満であることは、基準物体の定点が３個以上必要だからである。値ｎ・θが３６０度未満であれば、コントローラ６０は、ステップＳ２０９にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２１０にてスピンドルモータ制御回路４１に、所定の低速を表す回転速度を指定して、スピンドルモータ２２の低速回転開始を指示する。スピンドルモータ制御回路４１は、前記指示により、エンコーダ２２ｂからの回転検出信号を用いて、スピンドルモータ２２を低速で回転させる。スピンドルモータ２２の低速回転は、基準物体８０をテーブル２１上で移動させないためである。
【００７６】
前記ステップＳ２１０の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２１１にて回転角検出回路４２から回転角を入力し続け、テーブル２１の回転角が前記所定角θに達するまで、同ステップＳ２１１の判定処理を続ける。そして、テーブル２１の回転角が所定角θに達すると、コントローラ６０は、ステップＳ２１２にて、スピンドルモータ制御回路４１にスピンドルモータ２２の回転終了を指示して、スピンドルモータ２２の回転を停止させる。そして、コントローラ６０は、値ｎ・θが３６０度以上になるまで、前述したステップＳ２０６〜Ｓ２１２からなる循環処理を繰り返し実行する。この循環処理により、異なる位置に位置する基準物体８０における少なくとも３つの定点座標Ｐ（ｘ0,ｙ0,ｚ0）,Ｐ（ｘ1,ｙ1,ｚ1）,Ｐ（ｘ2,ｙ2,ｚ2）・・が計算される。
【００７７】
値ｎ・θが３６０度以上になると、コントローラ６０は、ステップＳ２０９にて「Ｙｅｓ」と判定して、前記定点座標Ｐ（ｘ0,ｙ0,ｚ0）,Ｐ（ｘ1,ｙ1,ｚ1）,Ｐ（ｘ2,ｙ2,ｚ2）・・を、下記数８の平面の式に代入して最小２乗法を用いて係数ａ，ｂ，ｃを計算することにより、前記定点座標を含む平面Ｐtの式を導出する。
【数８】
【００７８】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１２にて、複数の定点Ｐを通る円の中心座標Ｏ(ｘ00，ｙ00，ｚ00)を計算する。この場合、図１４に示すように、まず、２つの定点Ｐを結ぶ直線に垂直であり、かつ２つの定点Ｐの中点を含む平面Ｐ1,Ｐ2・・の式を、全ての２つの定点Ｐの組で計算する。２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の式と平面Ｐtの式から成立する連立方程式を、全ての２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の組ごとにそれぞれ解く。これにより、全ての２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の組と、平面Ｐtの交点である座標すなわち複数の定点Ｐを通る円の中心座標が、全ての２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の組ごとに計算される。最後に、計算された複数の中心座標の平均値を計算して、中心座標Ｏ(ｘ00，ｙ00，ｚ00)とする。
【００７９】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１３にて、平面Ｐt（複数の定点Ｐを含む平面）の法線ベクトルに平行で中心座標Ｏを通る直線Ｌと、平面Ｔ（テーブル２１の上面に相当）との交点Ｔoの座標値(ｘto,ｙto,ｚto)を計算する（図１５参照）。この場合、直線Ｌの式は、中心座標Ｏ(ｘ00，ｙ00，ｚ00)を用いて下記数９により表される。ａ，ｂ，ｃは、平面Ｐｔの法線ベクトルの成分であり、前記数８におけるａ，ｂ，ｃである。
【数９】
一方、平面Ｔの式は、前記ステップＳ２０３の処理により前記数６のように定められている。したがって、前記数９の直線Ｌの式と前記数６の平面Ｔの式との連立方程式を解いて座標値ｘ,ｙ,ｚを求めれば、直線Ｌと平面Ｔとの交点Ｔoの座標値(ｘto,ｙto,ｚto)が計算される。この交点Ｔoは、テーブル２１の表面における回転中心であり、基準座標系Ｓにおける座標原点である。
【００８０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１４にて、平面Ｔの法線ベクトルＣMと、平面Ｔの法線ベクトルに垂直な２つのベクトルＡM，ＢMを計算する。このベクトルの計算処理においては、まず、平面Ｔの式をａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋１＝０とすると、平面Ｔの法線ベクトルは(ａ，ｂ，ｃ)と(−ａ，−ｂ，−ｃ)であるので、この中で基準座標系ＳにおけるＺ座標軸の向きと一致する（すなわちベクトルが３次元形状測定装置７０の方向を向いている）法線ベクトルを選択する。この場合、３次元形状測定装置７０の座標系ＭにおけるＺ座標軸方向の基準ベクトル(０，０，１)と、前記平面Ｔの法線ベクトルとで内積を計算した際、符号がマイナスになる方の法線ベクトルを選択すればよい。このベクトルの単位ベクトル{１／(ａ2＋ｂ2＋ｃ2)1/2}・(ａ，ｂ，ｃ)をベクトルＣMとする。
【００８１】
次に、３次元形状測定装置７０の座標系ＭをＹ座標軸回りに回転させ、Ｘ座標軸が平面Ｔと平行になったとき、Ｘ座標軸と平行なベクトルを想定する。３次元形状測定装置７０の座標系Ｍではこのベクトルのｙ座標値成分は「０」であり、ｘ座標値成分を「１」として、ｚ座標値成分をｅとする。そして、このベクトルはベクトルＣMと垂直であるので、内積は「０」となる。したがって、ａ＋ｃ・ｅ＝０からｅを計算する。このベクトル(１，０，ｅ)の単位ベクトル{１／(１＋ｅ2) 1/2}・(ａ，ｂ，ｃ)をベクトルＡMとする。次に、ベクトルＣMとベクトルＡMとの外積を計算し、このベクトルをＢMとする。
【００８２】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１５にて、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍの３次元形状データを、基準座標系Ｓの３次元形状データに座標変換するための座標変換関数Ｆを計算する。同一の３次元形状データを３次元形状測定装置７０の座標系Ｍの座標値で表したものを(ｘM,ｙM,ｚM)とし、基準座標系Ｓの座標値で表したものを(ｘS,ｙS,ｚS)とすると、座標変換関数Ｆは下記数１０のように表される。
【数１０】
ここで、値ｇ11,ｇ12,ｇ13,ｇ21,ｇ22,ｇ23,ｇ31,ｇ32,ｇ33は座標系Ｍを基準座標系Ｓに平行にするための回転行列値を示し、値ａ,ｂ,ｃは座標系Ｍの原点を基準座標系Ｓの原点に移動させるための平行移動成分を示す。
【００８３】
また、同一のベクトルを３次元形状測定装置７０の座標系Ｍのベクトル成分で表したものを(ｘM,ｙM,ｚM)とし、基準座標系Ｓのベクトル成分で表したものを(ｘS,ｙS,ｚS)とすると、下記数１１も成立する。
【数１１】
【００８４】
基準座標系ＳにおけるベクトルＡ，Ｂ，Ｃであるベクトル成分Ａs,Ｂs,Ｃsは(１,０,０)，(０,１,０)，(０,０,１)であるので、前記数１１の(ｘS,ｙS,ｚS)に(１,０,０)，(０,１,０)，(０,０,１)を代入し、前記数１１の(ｘM,ｙM,ｚM)に前記ステップＳ１２４で計算したベクトルＡM，ＢM，ＣMのベクトル成分を代入する。これにより、９つの連立方程式が成立するので、これを解くことで値ｇ11,ｇ12,ｇ13,ｇ21,ｇ22,ｇ23,ｇ31,ｇ32,ｇ33が求められる。
【００８５】
次に、基準座標系Ｓにおける原点である交点Ｔoの座標値は(０,０,０)であるので、前記数１０の(ｘS,ｙS,ｚS)に(０,０,０)を代入し、(ｘM,ｙM,ｚM)に前記ステップＳ２１３で計算した(ｘto,ｙto,ｚto)を代入する。これにより、３つの方程式が成立するので、この連立方程式を解くことで、前記数１１の値ａ,ｂ,ｃを求めることができる。そして、前記ステップＳ２１５にて、コントローラ６０は、これらの値ｇ11,ｇ12,ｇ13,ｇ21,ｇ22,ｇ23,ｇ31,ｇ32,ｇ33,ａ,ｂ,ｃを前記数１０の式と共にハードディスクなどの不揮発性メモリに記憶しておく。そして、ステップＳ２１６にて、この座標変換数取得プログラムの実行が終了される。
【００８６】
以上、本発明の実施形態について詳しく説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００８７】
例えば、上記実施形態においては、３次元形状測定装置７０をテーブル２１の上方に固定し、加工対象物１０の半径方向のプロファイルデータを入力しないときには、３次元形状測定により加工対象物１０の３次元形状データを取得し、このデータ処理により加工対象物１０の半径方向のプロファイルを求めた。しかし、加工対象物１０の半径方向のプロファイルデータが設計データから常に用意できる場合には、３次元形状測定装置７０を設けなくてもよい。また、加工対象物１０の半径方向のプロファイルデータの有無にかかわらず、常に３次元形状測定により加工対象物１０の３次元形状データを取得し、このデータ処理により加工対象物１０の半径方向のプロファイルを求めるようにしてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、３次元形状測定装置７０をテーブル２１の上方に固定し、３次元形状測定とレーザ加工を一連の工程で実施するようにした。しかし、これに代えて、３次元形状測定装置７０を全く別の場所に置き、加工対象物１０を３次元形状測定して記録媒体に３次元形状データを記録するか、コントローラ６０がダウンロードできるサーバに３次元形状データを保管した後、加工対象物１０をテーブル２１上にセットして、加工対象物１０の３次元形状データを記録媒体から読み取るか、サーバからダウンロードしてもよい。この場合、加工対象物１０を、平面で構成した上面を有し、かつ加工対象物１０を置く位置が定まる台にセットできるようにしておく。そして、テーブル２１の回転中心に相当する位置がマーク、ピンなどでわかるようにしておく。これによれば、座標変換関数Ｆを求める際の回転中心の座標を算出する方法のみが上記実施形態と異なるのみで、他の処理は上記実施形態と同じであり、上記実施形態の場合と同様にして加工対象物１０の半径方向のプロファイルを得ることができる。
【００８９】
また、上記実施形態においては、図３のプロファイル取得ルーチンにて、３次元形状データを所定角度θずつ回転させた複数の回転座標系におけるＸ−Ｚ平面のデータを抽出して、異なる半径位置ごとに加工対象物１０の上面の高さを表すデータに基づいて加工対象物１０のプロファイルを求めるようにした。しかし、加工対象物１０の加工精度が高ければ、３次元形状データから直接的に半径方向におけるプロファイルを求め、加工対象物１０の半径方向におけるプロファイルデータとしてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、加工対象物１０のプロファイルにより加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφを調整するとともに、加工対象物１０の半径方向の送り速度を補正するようにした。しかし、加工対象物１０が平板に近かったり、高い加工精度を要求しない場合には、前記調整及び補正のうちの一部を省略してもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、フィードモータ２３によってテーブル２１を半径方向に移動させることにより、加工ヘッド３１を加工対象物１０に対して半径方向に移動させるようにした。しかし、加工ヘッド３１は、テーブル２１に対して相対的に半径方向に移動すればよい。したがって、テーブル２１に代えて、加工ヘッド３１をモータにより駆動して、テーブル２１に対して半径方向に移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体を示す概略図である。
【図２Ａ】図１のコントローラにより実行されるメインプログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】図１のコントローラにより実行されるメインプログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【図３】図２のプロファイル取得ルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図４】図１のコントローラにより実行される座標変換関数取得プログラムを示すフローチャートである。
【図５】テーブルを初期半径位置に位置させた状態におけるテーブル、３次元形状測定装置及び加工ヘッドの配置を示す概略図である。
【図６】テーブルを初期半径位置に位置させた状態における３次元形状測定装置の座標系と基準座標系とを説明する図である。
【図７】基準座標系をテーブルの中心にＺ軸回りに回転させた回転座標系を説明する図である。
【図８】回転座標系におけるＸ−Ｚ平面の３次元形状データの抽出を説明する図である。
【図９】（Ａ）は距離Ｂずつ離れた半径位置を説明するための図であり、(Ｂ)は半径位置におけるＺ座標値の補間計算を説明するための図である。
【図１０】半径位置と加工ヘッドの高さとの関係を示す図である。
【図１１】半径位置に対する加工ヘッドの傾きを説明するための図である。
【図１２】テーブルの３次元形状を測定する際の３次元形状測定装置とテーブルの配置図である。
【図１３】テーブル上に基準物体を載置した状態を示す図である。
【図１４】複数の定点を通る円の中心座標を計算するための処理の説明図である。
【図１５】複数の定点を含む平面とテーブルの上面に相当する平面とを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０…加工対象物、２１…テーブル、２２…スピンドルモータ、２３…フィードモータ、３０…ヘッド駆動装置、３１…加工ヘッド、３５,３６…モータ、４１…スピンドルモータ制御回路、４２…回転角検出回路、４３…半径位置検出回路、４４…フィードモータ制御回路、４５…発光信号供給回路、４６…レーザ駆動回路、４９…フォーカスサーボ回路、５１…高さ検出回路、５３…角度検出回路、６０…コントローラ、７０…３次元形状測定装置、８０…基準物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加工対象物を回転させながら、加工ヘッドからのレーザ光を加工対象物に照射し、加工対象物の表面に微細なピット、溝又は反応跡を形成するレーザ加工装置はよく知られている。この種のレーザ加工装置においては、回転に伴って上下に変動する加工対象物の面ぶれに対処するため、例えば下記特許文献１に示されているように、加工対象物からの反射光を用いて、光ディスクにおけるデータの記録及び再生時のようなフォーカスサーボ制御を行い、レーザ光が常に加工対象物の表面に合焦するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２４３６６３号公報
【発明の開示】
【０００３】
前記従来のレーザ加工装置においては、加工対象物の表面が光ディスクの原盤のようにほぼ平面である場合には、フォーカスサーボ機能を充分に発揮させることができる。しかし、半径方向に様々に変化する表面プロファイル（外形）を有する加工対象物をレーザ加工する場合、加工対象物の表面の高さにおける変化範囲がフォーカスサーボ制御におけるレーザ光の焦点の変化範囲を越えることもある。このような場合には、レーザ光を加工対象物の表面に常に合焦させることはできず、レーザ加工の精度が悪化する。また、半径方向に様々変化する表面プロファイルにより、レーザ光が加工対象物の表面に対して垂直に照射されず、すなわちレーザ光の光軸が表面プロファイルの接線方向に対して垂直にならず、高精度な加工を期待できないという問題もある。さらには、半径方向に様々に変化する表面プロファイルにより、表面プロファイルの接線方向と光加工ヘッドの移動方向が一致しなくなり、設定された半径方向の加工ピッチで加工対象物をレーザ加工できなくなり、高精度な加工を期待できないという問題もある。
【０００４】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、半径方向に様々に変化する表面プロファイル（外形）を有する加工対象物をレーザ加工する場合でも、高精度な加工を実現するレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の特徴は、加工対象物をセットするテーブルと、テーブルにセットされた加工対象物にレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工する加工ヘッドと、テーブルを回転させる回転装置と、加工ヘッドをテーブルに対して相対的にテーブルの半径方向に移動させる半径方向送り装置とを備えたレーザ加工装置において、加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータに基づいて、加工対象物に対する加工ヘッドの高さ及び傾きのうちの少なくとも一方を調整するヘッド調整手段を設けたことにある。
【０００６】
前記のように構成したレーザ加工装置においては、ヘッド調整手段が、加工対象物のプロファイルに応じて、加工対象物に対する加工ヘッドの高さ及び／又は傾きを調整する。これにより、加工ヘッドから出射されるレーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に常に合わせ、又はレーザ光の光軸を加工対象物の表面に対して常に垂直に保つ。したがって、加工対象物表面のプロファイル（外形）が半径方向に様々に変化していても、加工対象物はレーザ光により高精度で加工される。
【０００７】
また、本発明の他の特徴は、さらに、プロファイルデータに基づいて、半径方向送り装置によるテーブルに対する加工ヘッドの相対的な半径方向の移動速度を補正する移動速度補正手段を設けたことにある。これによれば、加工対象物における半径方向の表面プロファイルの接線方向が加工ヘッドの移動方向に対して傾いている場合には、移動速度補正手段が加工ヘッドのテーブルに対する移動速度を補正するので、加工対象物における半径方向の表面プロファイルの接線方向に対して常に一定速度でレーザ光を移動させることができる。その結果、設定された半径方向の加工ピッチで加工対象物をレーザ加工することができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、プロファイルデータは、加工対象物の設計時に予め用意されているデータ又は加工対象物の設計時に予め用意されているデータに基づいて生成されるデータであり、さらに加工対象物の設計時に予め用意されているデータを取得して、前記取得したデータをプロファイルデータとし、又は前記取得したデータからプロファイルデータを生成する第1のプロファイルデータ取得手段を設けたことにある。これによれば、加工対象物の設計時にプロファイルデータに関係したデータが用意されている場合には、同データが有効に利用されて、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行う上記レーザ加工が迅速に行われる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、さらに、加工対象物の３次元形状を測定して３次元形状を表す３次元形状データを取得する３次元形状測定装置と、３次元形状測定装置によって取得された３次元形状データに基づいて、加工対象物の半径方向のプロファイルを表わすプロファイルデータを生成して取得する第２のプロファイルデータ取得手段とを設けたことにある。これによれば、加工対象物のプロファイルデータが予め用意されていなくても、３次元形状測定装置により取得された３次元形状データに基づいてプロファイルデータが生成され得るので、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行う高精度なレーザ加工が実現される。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、３次元形状測定装置が、テーブルに対して位置が固定され、加工対象物をテーブルにセットした状態で、加工対象物の３次元形状を測定することにある。これによれば、加工対象物の３次元形状測定もレーザ加工の一連の工程の中で行われるので、加工対象物のプロファイルデータが予め用意されていない場合におけるレーザ加工の作業効率が良好となる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、第２のプロファイルデータ取得手段が、加工対象物の複数の異なる周方向位置におけるプロファイルを平均して、加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表わすプロファイルデータを取得することにある。これによれば、加工対象物の表面全体を考慮したプロファイルデータが生成されるので、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行うレーザ加工をより高精度にすることが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明の実施にあたっては、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置の発明に限定されることなく、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法及び同レーザ加工方法を実現するコンピュータプログラムの発明としても実施し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図１は、同実施形態に係るレーザ加工装置の全体概略図である。このレーザ加工装置は、加工対象物１０を固定支持する支持部材としてのテーブル２１と、加工対象物１０に向けてレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工する加工ヘッド３１とを備えている。テーブル２１は、円形に形成されていて、スピンドルモータ２２及びフィードモータ２３によって駆動される。
【００１４】
スピンドルモータ２２は、その回転により、回転軸２２ａを介してテーブル２１を回転駆動する。スピンドルモータ２２内には、同モータ２２すなわちテーブル２１の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ２２ｂが組み込まれている。この回転検出信号は、テーブル２１の回転位置が一つの基準回転位置に来るごとに発生されるインデックス信号Indexと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰返すパルス列信号からなるとともに互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号φA及びＢ相信号φBとからなる。回転検出信号は、スピンドルモータ制御回路４１及び回転角検出回路４２に供給される。スピンドルモータ制御回路４１は、エンコーダ２２ｂからの回転検出信号を用いてスピンドルモータ２２の回転速度を計算し、コントローラ６０の指示により、前記計算した回転速度がコントローラ６０によって指定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ２２の回転を制御する。回転角検出回路４２は、コントローラ６０の指示により、スピンドルモータ２２すなわちテーブル２１の回転角を検出してコントローラ６０に供給する。
【００１５】
フィードモータ２３は、スクリューロッド２４を回転させて、テーブル２１を半径方向に駆動する。スクリューロッド２４は、その一端にてフィードモータ２３の回転軸に一体回転するように連結され、その他端に支持部材２５に固着されたナット（図示しない）に螺合している。支持部材２５は、スピンドルモータ２２を固定支持するとともに、テーブル２１の径方向への移動のみが許容されている。したがって、フィードモータ２３が回転すると、スピンドルモータ２２、テーブル２１及び支持部材２５はスクリューロッド２４及びナットからなるねじ機構により光ディスクＤＫの径方向に変位する。
【００１６】
フィードモータ２３内にも、フィードモータ２３の回転を検出して、前記エンコーダ２２ｂと同様な回転検出信号を出力するエンコーダ２３ａが組み込まれている。この回転検出信号は、半径位置検出回路４３及びフィードモータ制御回路４４に出力される。半径位置検出回路４３は、エンコーダ２３ａからの回転検出信号をカウントするカウント回路を有し、このカウント回路のカウント値に基づいてレーザ光が照射されるテーブルの半径位置を検出して、半径位置を表す検出信号を出力する。なお、カウント回路の初期設定は、コントローラ６０による指示により、フィードモータ制御回路４４と協働して行われる。
【００１７】
すなわち、コントローラ６０は、初期において、フィードモータ制御回路４４に支持部材２５の初期位置への移動及び半径位置検出回路４３に初期設定を指示する。この指示により、フィードモータ制御回路４４は、フィードモータ２３を回転させて支持部材２５を初期位置に移動させる。なお、この初期位置は、フィードモータ２３によって駆動される支持部材２５の駆動制限位置である。半径位置検出回路４３は、この支持部材２５の移動中、エンコーダ２３ａからの回転検出信号を入力し続けている。そして、支持部材２５が初期位置まで達してフィードモータ２３の回転が停止すると、半径位置検出回路４３はエンコーダ２３ａからの回転検出信号の入力停止を検出して、内蔵のカウント回路のカウント値を「０」にリセットする。このとき、半径位置検出回路４３は、フィードモータ制御回路４４に出力停止のための信号を出力し、これにより、フィードモータ制御回路４４はフィードモータ２３への駆動信号の出力を停止する。
【００１８】
フィードモータ制御回路４４は、コントローラ６０の指示により、フィードモータ２３を駆動制御して、レーザ光の照射位置をテーブル２１の指定半径位置へ移動させたり、テーブル２１を半径方向に指定速度で移動させる。具体的には、フィードモータ制御回路４４は、コントローラ６０によって指定される半径位置へのレーザ光の照射位置の移動が指示されたときには、半径位置検出回路４３によって検出される半径位置を用いてフィードモータ２３の回転を制御し、検出される半径位置がコントローラ６０から指定された半径位置に等しくなるまでフィードモータ２３を回転させる。また、フィードモータ制御回路４４は、コントローラ６０によって指定される移動速度でレーザ光の照射位置をテーブルの半径方向に移動させることが指示されたときには、エンコーダ２３ａからの回転検出信号からテーブル２１の半径方向への移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ６０によって指定される移動速度に等しくなるようにフィードモータ２３の回転を制御する。
【００１９】
加工ヘッドは、レーザ光源、コリメートレンズ、偏光ビームスプリッタ、１／４波長板、対物レンズ、凸レンズ、シリンドリカルレンズ及び４分割フォトディテクタ、フォーカスアクチュエータなどを備え、レーザ光源からのレーザ光を加工対象物１０に集光させるとともに加工対象物１０からの反射光を受光する。レーザ光源は、コントローラ６０によって作動制御される発光信号供給回路４５及びレーザ駆動回路４６によって駆動制御される。発光信号供給回路４５は、コントローラ６０からの加工模様を表すデータを入力して、同データに対応したパルス列信号をレーザ駆動回路４６に供給する。レーザ駆動回路４６は、コントローラ６０によって制御されて、発光信号供給回路４５からのパルス列信号に対応した駆動信号又は発光信号供給回路４５とは無関係に初期駆動信号をレーザ光源に供給する。
【００２０】
また、この加工対象物１０に照射されたレーザ光による反射光は、４分割フォトディテクタに導かれて受光される。４分割フォトディテクタは、ＨＦ信号増幅回路４７を介して４つの信号からなる受光信号をフォーカスエラー信号生成回路４８に供給する。フォーカスエラー信号生成回路４８は、４分割フォトディテクタにより検出されてＨＦ信号増幅回路４７にて増幅された受光信号に基づいて、フォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路４９に出力する。フォーカスサーボ回路４９は、コントローラ６０により指示されて、フォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボ信号を生成し、ドライブ回路５０に供給する。ドライブ回路５０は、このフォーカスサーボ信号に応じて加工ヘッド３１内のフォーカスアクチュエータを駆動制御して、レーザ光が加工対象物１０の表面で合焦するように制御する。なお、フォーカスアクチュエータは、加工ヘッド３１内に設けられて対物レンズを光軸方向に変位させるものである。
【００２１】
加工ヘッド３１は、図示しない支持機構によってテーブル２１の上方に固定されたヘッド駆動装置３０に組み付けられている。ヘッド駆動装置３０は、枠体３２に上下方向にのみ変位可能に支持された第１支持部材３３と、第１支持部材３３に紙面垂直方向を軸線とする軸線回りに回転可能に支持された第２支持部材３４とを備えている。加工ヘッド３１は、第２支持部材３４に組み付けられて固定されている。ヘッド駆動装置３０は、第１モータ３５及び第２モータ３６を有する。第１モータ３５は、ボールねじ機構を介して、その回転により第１支持部材３３を枠体３２に対して上下に変位させる。第２モータ３６は、歯車機構を介して、その回転により第２支持部材３４を第１支持部材３３に対して紙面垂直軸線回りに回転させる。第１及び第２モータ３５，３６内には、エンコーダ３５ａ，３６ａが組み込まれている。エンコーダ３５ａ，３６ａは、前記エンコーダ２２ｂ，２３ａと同様な回転検出信号を出力する。
【００２２】
エンコーダ３５ａには高さ検出回路５１が接続され、第１モータ３５には第１モータ制御回路５２が接続されている。高さ検出回路５１は、エンコーダ３５ａからの回転検出信号をカウントするカウント回路を有し、このカウント回路のカウント値に基づいて加工ヘッド３１の上下方向の高さを表す検出信号を出力する。なお、カウント回路の初期設定は、コントローラ６０による指示により、第１モータ制御回路５２と協働して行われる。具体的には、コントローラ６０は、初期において、第１モータ制御回路５２に加工ヘッド３１の初期位置への移動及び高さ検出回路５１の初期設定を指示する。この指示により、第１モータ制御回路５２は、第１モータ３５を回転させて加工ヘッド３１を初期位置に移動させる。なお、この初期位置は、第１モータ３５によって駆動される加工ヘッド３１の駆動制限位置である。高さ検出回路５１は、この加工ヘッド３１の移動中、エンコーダ３５ａからの回転検出信号を入力し続けている。そして、加工ヘッド３１が初期位置まで達して第１モータ３５の回転が停止すると、高さ検出回路５１はエンコーダ３５ａからの回転検出信号の入力停止を検出して、内蔵のカウント回路のカウント値を「０」にリセットする。このとき、高さ検出回路５１は、第１モータ制御回路５２に出力停止の信号を出力し、これにより、第１モータ制御回路５２は第１モータ３５への駆動信号の出力を停止する。
【００２３】
第１モータ制御回路５２は、コントローラ６０の指示により、第１モータ３５を駆動制御して、加工ヘッド３１を上下に移動する。具体的には、第１モータ制御回路５２は、コントローラ６０によって指定される高さへの加工ヘッド３１の移動が指示されたとき、高さ検出回路５１によって検出される高さを用いて第１モータ３５の回転を制御し、検出される高さがコントローラ６０から指定された高さに等しくなるまで第１モータ３５を回転させる。
【００２４】
エンコーダ３６ａには角度検出回路５３が接続され、第２モータ３６には第２モータ制御回路５４が接続されている。角度検出回路５３は、エンコーダ３６ａからの回転検出信号をカウントするカウント回路を有し、このカウント回路のカウント値に基づいて紙面垂直方向の軸線周りの加工ヘッド３１の角度を表す検出信号を出力する。なお、カウント回路の初期設定は、コントローラ６０による指示により、第２モータ制御回路５４と協働して行われる。具体的には、コントローラ６０は、初期において、第２モータ制御回路５４に加工ヘッド３１の初期位置への移動及び角度検出回路５３の初期設定を指示する。この指示により、第２モータ制御回路５４は、第２モータ３６を回転させて加工ヘッド３１を初期位置に回転移動させる。なお、この初期位置は、第２モータ３６によって駆動される加工ヘッド３１の駆動制限位置である。角度検出回路５３は、この加工ヘッド３１の移動中、エンコーダ３６ａからの回転検出信号を入力し続けている。そして、加工ヘッド３１が初期位置まで達して第２モータ３６の回転が停止すると、角度検出回路５３はエンコーダ３６ａからの回転検出信号の入力停止を検出して、内蔵のカウント回路のカウント値を「０」にリセットする。このとき、角度検出回路５３は、第２モータ制御回路５４に出力停止の信号を出力し、これにより、第２モータ制御回路５４は第２モータ３６への駆動信号の出力を停止する。
【００２５】
第２モータ制御回路５２は、コントローラ６０の指示により、第２モータ３６を駆動制御して、加工ヘッド３１を紙面垂直軸線回りに回転させる。具体的には、第２モータ制御回路５４は、コントローラ６０によって指定される角度位置への加工ヘッド３１の回転が指示されたとき、角度検出回路５３によって検出される角度を用いて第２モータ３６の回転を制御し、検出される角度がコントローラ６０から指定された角度に等しくなるまで第２モータ３６を回転させる。
【００２６】
コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどの不揮発性メモリなどからなるコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置６１からの指示に従って、プログラムを実行することにより、レーザ加工装置を作動させる。また、コントローラ６０には、作動指示及び作動状況を作業者に対して視覚的に知らせるための表示装置６２も接続されている。
【００２７】
また、コントローラ６０には、３次元形状測定装置７０も接続されている。３次元形状測定装置７０は、図示しない支持機構に固定されて、テーブル２１の上方位置にてヘッド駆動装置３０と並設されている。この３次元形状測定装置７０は、レーザ光で加工対象物の外表面を走査し、すなわち加工対象物の外表面の微小領域にレーザ光を順次照射し、前記外表面からの反射光に基づいて外表面の各微小領域までの距離を検出することにより、外表面の形状を表す３次元形状データ（点群データ）を生成する。なお、この３次元形状測定装置７０によって測定された３次元形状データは、３次元形状測定装置７０のいずれかの定点を原点とした３次元座標系による座標値として表される。
【００２８】
次に、上記のように構成したレーザ加工装置の動作を説明する。まず、作業者は、レーザ加工装置の図示しない電源をオンして、コントローラ６０の作動を開始させる。コントローラ６０は、メインプログラムの実行を図２ＡのステップＳ１０にて開始する。
【００２９】
このプログラムの実行開始後、コントローラ６０は、ステップＳ１１にて、表示装置６２を用いて、加工対象物１０の加工に必要なデータの入力を作業者に促す。作業者は、入力装置６１を用いて、半径方向の加工ピッチ、回転方向の加工模様（例えば、微細ピットを一定間隔で作成する場合には回転方向の加工ピッチ）、テーブル２１の回転の線速度、レーザ加工開始半径位置、レーザ加工終了半径位置などを表すデータをコントローラ６０に入力する。コントローラ６０は、これらの入力されたデータを記憶する。なお、これから加工する加工対象物１０を以前のデータを用いて加工する場合には、このステップＳ１１の処理は不要となる。
【００３０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１２にて、半径位置検出回路４３、フィードモータ制御回路４４、高さ検出回路５１、第１モータ制御回路５２、角度検出回路５３及び第２モータ制御回路５４に、半径位置、高さ及び角度の初期設定処理のための動作を指示する。この指示により、前記回路４３，４４，５１〜５４は、前述した初期設定動作を実行することにより、テーブル２１及び加工ヘッド３１を初期位置に位置させるとともに、半径位置検出回路４３、高さ検出回路５１及び角度検出回路５３内の、半径位置、高さ及び角度を検出するためのカウント値をそれぞれ初期値「０」にリセットする。以降、半径位置検出回路４３、高さ検出回路５１及び角度検出回路５３は、このカウント値に基づいて、テーブル２１の半径位置、加工ヘッド３１の高さ及び加工ヘッド３１の角度を表す検出信号を出力する。
【００３１】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１３にて、フィードモータ制御回路４４に対してテーブル２１を初期半径位置に移動することを指示する。フィードモータ制御回路４４は、半径位置検出回路４３から入力される半径位置検出信号が、テーブル２１がコントローラ６０によって指示された初期半径位置に等しくなるまでフィードモータ２３を回転させる。初期半径位置は、図５に示すように、３次元形状測定装置７０がテーブル２１の回転中心位置の上方に来る位置である。このステップＳ１３の処理により、テーブル２１はこの位置まで移動する。この状態で、作業者は加工対象物１０をテーブル２１上にセットする。
【００３２】
次に、コントローラ６０は、表示装置６２を用いて、加工対象物１０の３次元形状測定の必要性を作業者に問う。３次元形状の測定処理は、レーザ加工におけるテーブル２１の移動速度、加工ヘッド３１の高さ及び傾き角度の調整のために、加工対象物１０のプロファイルデータを取得するための処理である。なお、このプロファイルデータは、加工対象物１０の非加工面（テーブル２１にセットした状態では下面）の高さを「０」とする、加工対象物１０の上面形状を表す半径方向のデータＰＤ(ｎ)であり、後述するプロファイル取得ルーチンの説明で詳述する。この場合、加工対象物１０を設計した際の設計データとしてプロファイルデータが既に存在している場合には、作業者は３次元形状の測定不要を指定する。一方、前記プロファイルデータが存在しない場合には、作業者は３次元形状の測定を指定する。
【００３３】
３次元形状の測定不要を指定した場合、コントローラ６０は、ステップＳ１５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６においては、コントローラ６０は、表示装置６２を用いて、作業者にプロファイルデータの入力を指示する。この種のプロファイルデータは、通常、コントローラ６０のハードディスクなどの不揮発性メモリ又は外部記憶装置に記憶されている。したがって、作業者は、前記不揮発性メモリ又は外部記憶装置に記憶されているプロファイルデータのファイル名（例えば、加工対象物１０を指定する識別データ）を、入力装置６１を用いて指定する。このファイル名の指定により、コントローラ６０は、指定されたプロファイルデータを読み出して、ＲＡＭなどに書き込む。
【００３４】
なお、前記プロファイルデータの取得においては、加工対象物１０の設計データに基づくプロファイルデータが、加工対象物１０を平板上に置いたとき、加工対象物１０の中心軸と平板の交点を原点とし、方向が平板の面上にあるｘ座標軸と前記座標軸に垂直なｙ座標軸との２つの座標軸において、ｘ，ｙ座標値で表される複数の高さデータ又はｙ＝ｆ(ｘ)の関係曲線の式として用意されている場合には、単にプロファイルデータを入力するだけでよい。しかし、設計データ又は設計データに基づくプロファイルデータが直接利用できない場合には、前記プロファイルデータの取得の際に、設計データ又は設計データに基づくプロファイルデータが、加工対象物１０の中心軸近傍に座標軸の原点があるｘ，ｙ座標値で表される複数のデータ又はｙ＝ｆ(ｘ)の関係曲線の式にされ、さらに後述する３次元形状データの座標変換と同様の座標変換により、前記複数のデータ又は関係曲線の式が、加工対象物１０を平板上に置いたとき、加工対象物１０の中心軸と平板の交点を原点とし、方向が平板の面上にあるｘ座標軸と前記座標軸に垂直なｙ座標軸との２つの座標軸により表される複数のデータ又は関係曲線の式に座標変換されることで、利用され得るプロファイルデータに変換される。
【００３５】
一方、作業者が３次元形状の測定を指定した場合には、コントローラ６０は、ステップＳ１５にて、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１７にて３次元形状測定装置７０に加工対象物１０の３次元形状の測定を指示する。３次元形状測定装置７０は、前記測定指示に応答して、加工対象物１０の上面の３次元形状を測定して、同３次元形状を表す３次元形状データ（点群データ）を取得して、コントローラ６０に供給する。コントローラ６０は、供給された３次元形状データをＲＡＭなどの記憶装置に書き込む。なお、この３次元形状データは、３次元形状測定装置７０のいずれかの定点を原点とした３次元座標系による座標値として表されている。この３次元座標系を、以降、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍ（図６参照）という。
【００３６】
前記ステップＳ１７の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１８にてプロファイル取得ルーチンを実行する。プロファイル取得ルーチンは、図３に詳細に示されており、その実行がステップＳ１００にて開始される。コントローラ６０は、ステップＳ１０１にて、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍによる３次元形状データを、基準座標系Ｓによる３次元形状データに座標変換する。基準座標系Ｓは、図６に示すように、テーブル２１の中心に座標原点があり、Ｚ軸がテーブル２１の平面に垂直である座標系である。座標系Ｍの３次元形状データを基準座標系Ｓの３次元形状データに座標変換するための座標変換関数Ｆは予め取得されてコントローラ６０の光ディスクなどの不揮発性メモリに記憶されている。なお、この座標変換関数Ｆの取得方法の一例に関しては、後述する。
【００３７】
前記ステップＳ１０１の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１０２にて変数ｍ，ｎをそれぞれ「０」に初期設定する。変数ｍは、図７に示すように、基準座標系ＳのＸ，Ｙ座標軸をＺ軸回りに所定角度θずつ回転させた回転座標系Ｒ(ｍ)を指定するものである。図７においては、回転座標系Ｒ(０)，Ｒ(１)，Ｒ(２)を、Ｘ’−Ｙ’座標、Ｘ’’−Ｙ’’座標、Ｘ’’’−Ｙ’’’座標として示している。変数ｎは、図８に示すように、回転座標系Ｒ(ｍ)における原点及び原点からＸ軸方向に所定距離Ｂずつ外側に向かった半径方向位置を指定するものである。
【００３８】
前記ステップＳ１０２の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１０３にて、前記変換された基準座標系Ｓの３次元形状データを、ｍ・θだけ回転させた回転座標系Ｒ(ｍ)の３次元形状データに変換する。θは、予め決められた所定の正の値であり、例えば２０度、３０度程度の値である。この場合、基準座標系Ｓによる座標を(ｘs,ｙs,ｚs)とし、回転座標系Ｒ(ｍ)による座標を(ｘr,ｙr,ｚr)とし、かつ回転角θはテーブル２１を上方から見て左回りを正とする。座標変換は、下記数１の演算の実行により行われる。なお、最初のステップＳ１０３の処理においては、ｍ＝０であるので、ｍ・θ＝０であり、基準座標系Ｓの３次元形状データは実質的には変換されない。
【数１】
【００３９】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１０４にて、前記ステップＳ１０３で変換された全ての３次元形状データの中から、Ｙ座標値の絶対値が予め決めた極小値Ａ以下である３次元形状データ（点群データ）Ｄ(ｘ,ｙ,ｚ)を抽出する。図８は、前記ステップＳ１０４の処理により抽出される点群データが属する領域を誇張して点模様で示している。この処理は、Ｘ−Ｚ平面の近傍付近の点群データを抽出することを意味する。言い換えれば、加工対象物をＸ−Ｚ平面で切断したときの断面を表す点群データを抽出することを意味する。
【００４０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１０５にて、前記抽出した点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)の中から、値（Ｘ座標値−ｎ・Ｂ）が正である最小のデータＤ(ｘc,ｙc,ｚc)と、値（Ｘ座標値−ｎ・Ｂ）が負である最小のデータＤ(ｘe,ｙe,ｚe)とを抽出する。この抽出は、図９(Ａ)に示すように、中心位置ｒ0及び同中心位置ｒ0から半径方向外側に距離Ｂずつ離れた位置ｒ1,ｒ2,ｒ3,・・を挟む最も近い位置の点群データの取出しを意味する。最初、変数ｎは「０」に設定されているので、中心位置ｒ0を挟む最も近い位置の２つのデータＤ(ｘc,ｙc,ｚc)，Ｄ(ｘe,ｙe,ｚe)を抽出することになる。
【００４１】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ１０６にて、下記数２の演算の実行により、２つのデータＤ(ｘc,ｙc,ｚc)，Ｄ(ｘe,ｙe,ｚe)を用いて、前記２つのデータにより特定される２つの点を結ぶ直線上の点であって、前記距離Ｂずつ離れた半径位置に対応した点のＺ座標値Ｚ(ｍ,ｎ)を補間法により計算して、ＲＡＭ内に記憶する（図９(Ｂ)参照）。このＺ座標値Ｚ(ｍ,ｎ)は、加工対象物１０の中心位置ｒ0及び同中心位置ｒ0から半径方向外側に距離Ｂずつ離れた位置ｒ1,ｒ2,ｒ3,・・の高さを表す。ただし、最初、変数ｎは「０」であるので、加工対象物１０の中心位置ｒ0の高さを表す。
【数２】
【００４２】
前記ステップＳ１０６の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ１０７にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ１０８の判定処理を実行する。この判定処理においては、前記ステップＳ１０４の処理によって抽出した点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)中に、Ｘ座標値が値ｎ・Ｂ以上であるデータが存在するかが判定される。この判定処理は、値ｎ・Ｂによって表される半径位置又はその外側に点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)が存在するか、言い換えれば加工対象物１０の半径方向の外側端が前記半径位置ｎ・Ｂよりも大きいかを判定するものである。前記データが存在すれば、コントローラ６０は、ステップＳ１０８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理を再び実行する。このステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理により、変数ｎが「１」ずつ増加され、値ｎ・Ｂによって表される複数の半径位置のＺ座標値（加工対象物１０の高さ）Ｚ(ｍ,０)，Ｚ(ｍ,１)，Ｚ(ｍ,２)・・が計算される。
【００４３】
変数ｎの増加により、前記Ｘ座標値が値ｎ・Ｂ以上である点群データが存在しなくなると、コントローラ６０は、ステップＳ１０８にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１０９にて変数ｍに「１」を加算して、ステップＳ１１０の判定処理を実行する。ステップＳ１１０においては、値ｍ・θが３６０度未満であるかが判定される。これは、角度θずつの座標軸の回転が１回転したかを判定するものである。
【００４４】
値ｍ・θが３６０度未満であれば、コントローラ６０は、ステップＳ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１１にて変数ｎを初期値「０」に戻して、ステップＳ１０３〜Ｓ１１０からなる処理をふたたび実行する。これらのステップＳ１０３〜Ｓ１１０からなる処理の繰り返しにより、変数ｍによって指定される回転座標系Ｒ(０)，Ｒ(１)，Ｒ(２)・・におけるＸ−Ｚ平面近傍の点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)がそれぞれ抽出されるとともに、これらの点群データＤ(ｘ,ｙ,ｚ)を用いて、回転座標系Ｒ(０)，Ｒ(１)，Ｒ(２)・・におけるＸ−Ｚ平面の半径位置ｎ・ＢごとのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)がそれぞれ計算される。
【００４５】
値ｍ・θが３６０度以上になると、コントローラ６０は、ステップＳ１１０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１１２にて変数ｎを初期値「０」に設定して、ステップＳ１１３〜Ｓ１１５の処理を実行する。ステップＳ１１３においては、コントローラ６０は、変数ｎ（０,１,２・・）によって指定されるＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)を抽出し、前記抽出したＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の平均値を計算して、同平均値を、変数ｎによって指定される半径位置（中心位置及び中心位置から距離Ｂずつ離れた半径位置）の加工対象物１０の高さを表すプロファイルデータＰＤ(ｎ)とする。この平均値の計算においては、前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)を合算して、同合算値を前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の数で除算する。この計算されたプロファイルデータＰＤ(ｎ)は、ＲＡＭに記憶されるとともに、加工対象物１０を表す識別データと共にハードディスクなどの不揮発性メモリに記憶される。なお、前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の数は、通常は変数ｍの最大値よりも「１」だけ大きい数である。しかし、加工対象物１０が完全な円形でない場合には、回転座標系Ｒ(ｍ)ごとに最大半径が異なるので、変数ｎが大きな値である状態では、前記抽出した全てのＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)の数は必ずしも変数ｍの最大値よりも「１」だけ大きい数とは限らない。
【００４６】
ステップＳ１１４においては、コントローラ６０は、変数ｎに「１」を加算する。ステップＳ１１５においては、コントローラ６０は、変数ｎによって指定されるＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)が存在するかを判定する。すなわち、前記ステップＳ１０６の処理によって計算されたＺ座標値Ｚ(ｍ，ｎ)中に、現在の変数ｎによって指定される半径位置に関するＺ座標値が存在するかが判定される。前記Ｚ座標値が存在する限り、コントローラ６０は、ステップＳ１１５にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１３〜Ｓ１１５の循環処理を繰り返し実行する。そして、変数ｎの増加により前記Ｚ座標値が存在しなくなると、コントローラ６０は、ステップＳ１１５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１１６にてプロファイル取得ルーチンの実行を終了する。その結果、この状態では、中心位置及び同中心位置から距離Ｂずつの外側の半径位置（ｎ＝０,１,２・・）における加工対象物１０の高さを表すプロファイルデータＰＤ(ｎ)がＲＡＭ及び不揮発性メモリに記憶されている。
【００４７】
ふたたび、図２Ａのプログラムの説明に戻り、コントローラ６０は、ステップＳ１６のプロファイルデータの入力又はステップＳ１８のプロファイル取得ルーチンの実行後、コントローラ６０は、ステップＳ１９，Ｓ２０の処理を実行する。ステップＳ１９においては、コントローラ６０は、前記ステップＳ１１の処理によって入力したレーザ加工開始半径位置をフィードモータ制御回路４４に供給して、フィードモータ制御回路４４にテーブル２１の移動を指示する。フィードモータ制御回路４４は、半径位置検出回路４３によって検出される半径位置を用いてフィードモータ２３を制御して、検出される半径位置がコントローラ５０によって指定されたレーザ加工開始半径位置になるまでテーブル２１を移動する。
【００４８】
ステップＳ２０においては、コントローラ６０は、半径位置検出回路４３によって検出された半径位置ｒと前記ステップＳ１１で入力した線速度とを用いて、スピンドルモータ２２の回転速度を計算する。そして、コントローラ６０は、前記計算した回転速度をスピンドルモータ制御回路４１に出力して、スピンドルモータ２２の回転を指示する。スピンドルモータ制御回路４１は、エンコーダ２２ｂからの回転検出信号に基づいて計算したスピンドルモータ２２の回転速度を計算して、この計算した回転速度が前記コントローラから入力された回転速度に等しくなるように、スピンドルモータ２２の回転を制御する。これにより、スピンドルモータ２２は、レーザ光の照射位置の線速度が前記入力した線速度に等しくなる回転速度で回転し始める。
【００４９】
前記ステップＳ１９，Ｓ２０の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２１にて、半径位置検出回路４３によって検出されている半径位置ｒを入力して、同入力した半径位置ｒ及びプロファイルデータＰＤ(ｎ)を用いて、加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφを計算する。加工ヘッド３１の高さＤの計算においては、まず、プロファイルデータＰＤ(ｎ)の中から半径位置ｒの両隣の半径位置ｊ−１,ｊ（ｊは「０」又は正の整数）に対応した１対のプロファイルデータＰＤ(ｊ−１)，ＰＤ(ｊ)を抽出して、同抽出したプロファイルデータＰＤ(ｊ−１)，ＰＤ(ｊ)をＺ座標値ｚ(ｘ1)，ｚ(ｘ2)とする。この場合、値ｘ1，ｘ2は、プロファイルデータＰＤ(ｊ−１)，ＰＤ(ｊ)における変数ｊ−１，ｊに対応した半径位置（Ｘ座標値）をそれぞれ表す。そして、下記数３の演算の実行により、補間法を用いて、半径位置ｒにおける加工対象物１０のテーブル２１からの高さＨを計算する。なお、前記両隣のプロファイルデータＰＤ(ｎ)が存在せず、片方の隣りのプロファイルデータＰＤ(ｎ)のみが存在する場合には、前記片方のプロファイルデータＰＤ(ｎ)を高さＨとする。
【数３】
次に、予め光ディスクなどの不揮発性メモリに記憶されていて、加工ヘッド３１の初期高さ位置からレーザ光焦点がテーブル２１の表面に合うまでの駆動距離Ｓから、前記計算した高さＨを減算して加工ヘッド３１の高さＤ（＝Ｓ−Ｈ）を求める（図１０参照）。
【００５０】
加工ヘッド３１の傾きφは、前記Ｘ座標値ｘ1，ｘ2及びＺ座標値ｚ(ｘ1)，ｚ(ｘ2)を用いた下記数４の演算の実行により計算される（図１１参照）。なお、前記両隣のプロファイルデータＰＤ(ｎ)が存在せず、片方の隣りのプロファイルデータＰＤ(ｎ)のみが存在する場合には、傾きφを「０」とする。
【数４】
また、前記数４の演算の実行に代えて、半径位置ｒの両隣の２つ以上のプロファイルデータＰＤ(ｎ)を抽出し、最小２乗法により直線を求め、この直線の傾きを「ａ」とする。そして、tan-1ａの演算により傾きφを計算するようにしてもよい。
【００５１】
前記高さＤ及び傾きφの計算後、コントローラ６０は、ステップＳ２２にて、前記計算した高さＤ及び傾きφを第１及び第２モータ制御回路５２，５４にそれぞれ出力して、加工ヘッド３１の高さ及び傾きの変更を第１及び第２モータ制御回路５２，５４に指示する。第１モータ制御回路５２は、高さ検出回路５１によって検出された高さを入力し、前記検出された高さがコントローラ６０から供給された高さＤに等しくなるように第１モータ３５を駆動制御する。これにより、第１モータ３５は、加工ヘッド３１を上下方向に変位させて、加工ヘッド３１の高さが前記コントローラ６０から供給された高さＤになるように制御する。第２モータ制御回路５４は、角度検出回路５３によって検出された角度を入力し、前記検出された角度がコントローラ６０から供給された傾きφに等しくなるように第２モータ３６を駆動制御する。これにより、第２モータ３６は、加工ヘッド３１を回転させて、加工ヘッド３１の傾きが前記コントローラ６０から供給された傾きφになるように制御する。その結果、レーザ光の焦点位置が加工対象物１０の表面に移動するとともに、レーザ光の光軸が加工対象物１０の半径方向の接線に対し垂直となる。
【００５２】
前記ステップＳ２２の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２３にて、レーザ駆動回路４６にレーザ光の初期照射開始を指示する。レーザ駆動回路４６は加工ヘッド３１内のレーザ光源に電圧及び電流を供給し、レーザ光源はレーザ光を放射して加工対象物１０にレーザ光を照射し始める。ただし、この場合のレーザ光源に対する供給電圧は低く、レーザ光源は、加工対象物１０がレーザ光によって加工される強度よりも弱い強度のレーザ光を出射する。次に、コントローラ６０は、ステップＳ２４にて、フォーカスサーボ回路４９にフォーカスサーボの開始を指示する。フォーカスサーボ回路４９は、ドライブ回路５０にフォーカス引き込み用の駆動信号を供給して加工ヘッド３１内の対物レンズを上方及び下方に移動させて、フォーカスエラー信号生成回路４８から供給されるＳ字信号のゼロクロス点を検出して、この時点から、フォーカスエラー信号生成回路４８から供給される信号から作成したフォーカスサーボ信号をドライブ回路５０に供給する。これにより、加工対象物１０の上面にレーザ光が合焦され、これ以降、フォーカスサーボ回路４９は、フォーカスエラー信号生成回路４８からのフォーカスエラー信号から作成したフォーカスサーボ信号を用いて、ドライブ回路５０を介して対物レンズを駆動し続ける。
【００５３】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２５にて、テーブル２１の半径方向の送り速度を計算する。前記ステップＳ１１の処理により入力した線速度ｖ及び加工ピッチｐ、前記ステップＳ２１の処理によって半径位置検出回路４３から取込んだ半径位置（半径値）ｒ、並びに前記ステップＳ２２の処理によって計算した半径位置ｒにおける加工対象物１０の傾きφを用いて、下記数５の演算の実行により、加工対象物の上面のプロファイルを考慮した、補正半径方向送り速度Ｖrを計算する。
【数５】
【００５４】
この数５について説明しておく。線速度をｖとし、半径位置（半径値）をｒとすると、テーブル２１の回転速度ｋはｋ＝ｖ／２πｒとなる。一方、回転速度ｋの逆数１／ｋはテーブル２１の１回転に必要な時間を表すので、加工ピッチｐを前記時間１／ｋで除算することにより、加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮しないテーブル２１の半径方向送り速度ｐ・ｋは、ｐ・ｋ＝ｐ・ｖ／２πｒと表される。ここで、加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮するために、半径位置ｒにおける傾きφを考慮すると、補正加工ピッチｐ’はｐ・cosφとして表される。したがって、補正したテーブル２１の半径送り速度Ｖrは、ｐ’・ｋ＝ｐ・ｋ・cosφ＝ｐ・ｖ・cosφ／２πｒとなる。
【００５５】
前記ステップＳ２５の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２６にて、前記計算した補正半径方向送り速度Ｖrをフィードモータ制御回路４４に出力して、フィードモータ２３の回転開始を指示する。フィードモータ制御回路４４は、エンコーダ２３ａから供給される回転検出信号に基づいてフィードモータ２３の半径方向送り速度を計算し、同計算した半径方向送り速度が前記供給された補正半径方向送り速度Ｖrに等しくなるように、フィードモータ２３の回転を制御する。その結果、テーブル２１は、加工ピッチｐを加工対象物１０の上面のプロファイルに従って補正した加工ピッチｐ’で半径方向に移動し始める。
【００５６】
前記ステップＳ２６の処理後、コントローラ６０は、発光信号供給回路４５に加工模様を表すデータを供給するとともに、レーザ駆動回路４６に加工用のレーザ光強度であるレーザ光の出射を指示する。発光信号供給回路４５は、前記供給さえた加工模様を表すデータに対応したパルス列信号をレーザ駆動回路４６に出力する。レーザ駆動回路４６は、発光信号供給回路４５からのパルス列信号に対応した駆動信号を加工ヘッド３１内のレーザ光源に供給する。この場合の駆動信号の出力レベルは大きく、レーザ光源は加工対象物１０をレーザ加工するのに十分な出力エネルギーを有するレーザ光を放射し始める。これにより、加工対象物１０は、レーザ加工され始める。
【００５７】
前記ステップＳ２７の処理後、コントローラ６０は、図２ＢのステップＳ２８〜Ｓ３２からなる循環処理を繰り返し実行する。ステップＳ２８においては、コントローラ６０は、半径位置検出回路４３から半径位置ｒを入力して、同入力した半径位置ｒが前記ステップＳ１１の処理によって入力した終了半径位置であるかを判定する。ステップＳ２９，Ｓ３０の処理は、前述したステップＳ２１，Ｓ２２の加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮した、加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφの制御処理と同じである。ステップＳ３１，Ｓ３２の処理は、前述したステップＳ２５，Ｓ２６の加工対象物１０の上面のプロファイルを考慮した、テーブル２１の半径方向の移動速度の制御処理と同様である。
【００５８】
これらのステップＳ２８〜Ｓ３１からなる循環処理により、テーブル２１が終了半径位置に達するまで（レーザ照射位置が終了半径位置に達するまで）、加工対象物１０の上面のプロファイルに応じて、加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφが補正制御され続けるとともに、テーブル２１の半径方向の移動速度も補正制御され続ける。その結果、加工対象物１０のレーザ加工において、レーザ光の焦点位置が加工対象物１０の表面に保たれ、かつレーザ光の光軸が加工対象物１０の半径方向の接線に対し垂直に保たれる。また、加工ピッチも、加工対象物１０の表面の傾きが変化しても、設定されたピッチに保たれる。したがって、この実施形態によれば、加工対象物１０の上面のプロファイルとは無関係に、加工対象物１０はレーザ加工される。
【００５９】
前記ステップＳ２８〜Ｓ３１からなる循環処理中、テーブル２１が終了半径位置に達すると、コントローラ６０は、ステップＳ２８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３３〜Ｓ３５の処理を実行する。ステップＳ３３においては、コントローラ６０は、レーザ駆動回路４６にレーザ光の照射停止及び発光信号供給回路４５にパルス列信号の出力停止を指示する。これにより、レーザ駆動回路４６は加工ヘッド３１内のレーザ光源への駆動信号の出力を停止するとともに、発光信号供給回路４５はパルス列信号の出力を停止するので、レーザ光源がレーザ光の出射を停止する。ステップＳ３４においては、コントローラ６０はフォーカスサーボ回路４９にフォーカスサーボの停止を指示する。これにより、フォーカスサーボ回路４９による加工ヘッド３１内の対物レンズのフォーカス制御も停止する。ステップＳ３５においては、コントローラ６０はフィードモータ制御回路４４にテーブル２１の半径方向への送り停止を指示する。これにより、フィードモータ制御回路４４はフィードモータ２３の回転を停止させる。ステップＳ３６においては、コントローラ６０はスピンドルモータ制御回路４１にスピンドルモータ２２の回転停止を指示する。これにより、スピンドルモータ制御回路４１はスピンドルモータ２２の回転を停止させる。
【００６０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ３７にて、前記ステップＳ１３の処理と同様に、フィードモータ制御回路４４に指示して、テーブル２１を初期半径位置に移動させる。そして、コントローラ６０は、ステップＳ３８にてプログラムの実行を終了する。
【００６１】
その後、作業者はテーブル２１にセットされた加工対象物１０を取り除いて新たな加工対象物１０をセットして、前記図２のプログラムを再度実行させる。この場合、加工対象物１０の２回目以降の加工処理において加工条件の変更がなければ、図２のステップＳ１２，Ｓ１３の処理はスキップされる。
【００６２】
上記のように構成した実施形態によれば、図２ＡのステップＳ２１，２２及び図２ＢのステップＳ２９，Ｓ３０の処理により、加工対象物１０の半径方向のプロファイルに応じて、加工対象物１０に対する加工ヘッド３１の高さ及び傾きが調整される。したがって、加工ヘッド３１から出射されるレーザ光の焦点位置は加工対象物１０の表面に常に合わせられ、またレーザ光の光軸は加工対象物１０の表面に対して常に垂直に保たれる。その結果、加工対象物１０の表面のプロファイル（外形）が半径方向に様々に変化していても、加工対象物１０はレーザ光により高精度で加工される。
【００６３】
また、上記のように構成した実施形態によれば、図２ＡのステップＳ２５，Ｓ２６及び図２ＢのステップＳ３１，Ｓ３２の処理により、加工対象物１０のプロファイルに基づいて、テーブル２１に対する加工ヘッド３１の相対的な半径方向の移動速度が補正される。したがって、加工対象物１０における半径方向の表面が加工ヘッド３１の移動方向に対して傾いている場合には、加工ヘッド３１のテーブル２１に対する移動速度が補正される。その結果、加工対象物１０における半径方向の表面に対して常に一定速度でレーザ光を移動させることができ、加工対象物１０はレーザ光により高精度で加工される。
【００６４】
また、上記のように構成した実施形態によれば、プロファイルデータ又はプロファイルデータに相当するデータが、加工対象物１０の設計時に予め用意されている場合には、図２ＡのステップＳ１６の処理によって前記データが入力されて利用される。したがって、この場合には、前記予め用意されたデータが有効に利用されて、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行うレーザ加工が迅速に行われる。また、前記予め用意されたデータが存在しない場合には、図２ＡのステップＳ１７，Ｓ１８の処理により、３次元形状測定装置７０を用いてプロファイルデータが取得される。したがって、この場合にも、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行う高精度なレーザ加工が実現される。
【００６５】
さらに、３次元形状測定装置７０は、テーブル２１に対して位置が固定され、加工対象物１０をテーブル２１にセットした状態で、加工対象物１０の３次元形状を測定する。これにより、加工対象物１０の３次元形状測定もレーザ加工の一連の工程の中で行われるので、加工対象物１０のプロファイルデータが予め用意されていない場合におけるレーザ加工の作業効率が良好となる。また、図３のプロファイル取得ルーチンにおいては、加工対象物１０の複数の異なる周方向位置におけるプロファイルを平均して、加工対象物１０の半径方向おけるプロファイルを表わすプロファイルデータが取得される。したがって、加工対象物１０の表面全体を考慮したプロファイルデータが生成されて、プロファイルデータに基づいた調整や補正を行うレーザ加工をより高精度にすることが可能となる。
【００６６】
次に、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍによる３次元形状データを、基準座標系Ｓによる３次元形状データに座標変換するための座標変換関数Ｆを取得する一例について説明しておく。
【００６７】
作業者は、図２ＡのステップＳ１３の処理と同様な図示しないプログラムの実行により、テーブル２１を初期半径位置に移動させて、３次元形状測定装置７０をテーブル２１の回転中心の上方に位置させる（図１２参照）。なお、この状態では、テーブル２１上には何も載っていない。次に、作業者は、入力装置６１を用いて、図４の座標変換関数取得プログラムを実行する。座標変換関数取得プログラムの実行は、ステップＳ２００にて開始される。
【００６８】
座標変換関数取得プログラムの実行開始後、コントローラ６０は、ステップＳ２０１にて、回転角検出回路４２の作動を開始させる。次に、コントローラ６０は、ステップＳ２０２にて、３次元形状測定装置７０に３次元形状を測定させ、３次元形状測定装置７０によって測定された３次元形状データを取得する。この場合は、図１２に示すように、テーブル２１の表面が３次元形状測定される。このステップＳ２０２による３次元形状データの取得後、コントローラ６０は、ステップＳ２０３にて、テーブル２１の上面に相当する平面Ｔの式を算出する。具体的には、以下の方法を採用する。なお、前記取得された３次元形状データは、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍによって表されている。
【００６９】
前記取得した全ての３次元形状データの中から、所定の領域内の３次元形状データを抽出し、下記数６の平面の式に代入して最小２乗法により係数ａ，ｂ，ｃを計算する（式導出処理１）。なお、所定の領域は、Ｘ，Ｙ座標値が「０」付近にある領域が指定される。
【数６】
【００７０】
次に、前記取得した全ての３次元形状データの中から、この平面Ｔからの距離が所定範囲内にある３次元形状データを抽出する（式導出処理２）。そして、先に抽出した所定領域内にある３次元形状データによって導出した式がテーブル２１の平面Ｔを表しているかを判定するために、前記全ての３次元形状データの中から抽出した３次元形状データが所定数以上あるかを判定する（式導出処理３）。所定数以上あれば、平面Ｔからの距離が所定範囲内にある、後に抽出した全ての３次元形状データを、前記数６の平面Ｔの式に代入して最小２乗法により係数ａ，ｂ，ｃを計算する（式導出処理４）。
【００７１】
一方、所定数未満あれば、前記先に抽出した所定領域（Ｘ，Ｙ座標値が「０」付近の領域）に隣接した所定領域の３次元形状データを抽出し直す。そして、前記式導出処理２〜４を再度行って平面Ｔの式を導出する。この処理は、前記式導出処理１によって導出した平面Ｔからの距離が所定範囲内にある３次元形状データが所定数以上になるまで繰り返される。その結果、テーブル２１の上面に相当する平面Ｔの式が確定される。
【００７２】
前記ステップＳ２０３の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２０４にて、表示装置６２に基準物体８０を設置するように表示する。この基準物体８０は定点を定義可能な物体であり、本実施形態では基準物体８０として球体が採用され、定点は球体の中心である。なお、基準物体８０としては、定点を定義可能な物体であれば他の物体、例えば直方体、多面体、三角錐、円錐、円柱なども採用され得る。前記基準物体８０の設置の指示により、作業者は、図１３に示すように、基準物体８０をテーブル２１の回転中心から離して置く。
【００７３】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２０５にてテーブル２１の回転回数を表す変数ｎを「０」に初期設定して、ステップＳ２０６〜Ｓ２１２からなる循環処理を繰り返し実行する。ステップＳ２０６においては、コントローラ６０は、３次元形状測定装置７０に３次元形状を測定させ、３次元形状測定装置７０によって測定された３次元形状データを取得する。そして、ステップＳ２０７にて、この取得した３次元形状データを用いて、基準物体８０の定点座標Ｐ（ｘn,ｙn,ｚn）を計算する。
【００７４】
この定点座標の計算処理は、例えば特開２００４−３３３３７１号公報に示されるように公知の手法であり、例えば、基準物体８０の特徴データを予め入力しておき、前記取得した全ての３次元データの中から基準物体８０の外形を表す３次元形状データを抽出する。そして、前記抽出した３次元形状データを用いて基準物体８０の定点を計算する。本実施形態のように、基準物体８０が球体であり、定点が球体の中心である場合には、基準物体８０の特徴データとして、球体及び半径が採用される。そして、前記取得した全ての３次元形状データの中から前記特徴データにより指定された球体の外形を表す３次元形状データを抽出し、抽出した３次元形状データを、球体を表す下記数７に代入して、最小２乗法を用いて球体の定点として中心座標(ａ,ｂ,ｃ)を計算する。そして、この中心座標(ａ,ｂ,ｃ)を、定点座標Ｐ（ｘn,ｙn,ｚn）とする。
【数７】
【００７５】
前記ステップＳ２０７の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２０８にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ２０９にて値ｎ・θが３６０度以上であるかを判定する。ここで、θは、異なる位置にある基準物体８０の定点を計算するためにテーブル２１を回転させる角度であり、少なくとも１２０度未満の予め決められた角度である。１２０度未満であることは、基準物体の定点が３個以上必要だからである。値ｎ・θが３６０度未満であれば、コントローラ６０は、ステップＳ２０９にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２１０にてスピンドルモータ制御回路４１に、所定の低速を表す回転速度を指定して、スピンドルモータ２２の低速回転開始を指示する。スピンドルモータ制御回路４１は、前記指示により、エンコーダ２２ｂからの回転検出信号を用いて、スピンドルモータ２２を低速で回転させる。スピンドルモータ２２の低速回転は、基準物体８０をテーブル２１上で移動させないためである。
【００７６】
前記ステップＳ２１０の処理後、コントローラ６０は、ステップＳ２１１にて回転角検出回路４２から回転角を入力し続け、テーブル２１の回転角が前記所定角θに達するまで、同ステップＳ２１１の判定処理を続ける。そして、テーブル２１の回転角が所定角θに達すると、コントローラ６０は、ステップＳ２１２にて、スピンドルモータ制御回路４１にスピンドルモータ２２の回転終了を指示して、スピンドルモータ２２の回転を停止させる。そして、コントローラ６０は、値ｎ・θが３６０度以上になるまで、前述したステップＳ２０６〜Ｓ２１２からなる循環処理を繰り返し実行する。この循環処理により、異なる位置に位置する基準物体８０における少なくとも３つの定点座標Ｐ（ｘ0,ｙ0,ｚ0）,Ｐ（ｘ1,ｙ1,ｚ1）,Ｐ（ｘ2,ｙ2,ｚ2）・・が計算される。
【００７７】
値ｎ・θが３６０度以上になると、コントローラ６０は、ステップＳ２０９にて「Ｙｅｓ」と判定して、前記定点座標Ｐ（ｘ0,ｙ0,ｚ0）,Ｐ（ｘ1,ｙ1,ｚ1）,Ｐ（ｘ2,ｙ2,ｚ2）・・を、下記数８の平面の式に代入して最小２乗法を用いて係数ａ，ｂ，ｃを計算することにより、前記定点座標を含む平面Ｐtの式を導出する。
【数８】
【００７８】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１２にて、複数の定点Ｐを通る円の中心座標Ｏ(ｘ00，ｙ00，ｚ00)を計算する。この場合、図１４に示すように、まず、２つの定点Ｐを結ぶ直線に垂直であり、かつ２つの定点Ｐの中点を含む平面Ｐ1,Ｐ2・・の式を、全ての２つの定点Ｐの組で計算する。２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の式と平面Ｐtの式から成立する連立方程式を、全ての２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の組ごとにそれぞれ解く。これにより、全ての２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の組と、平面Ｐtの交点である座標すなわち複数の定点Ｐを通る円の中心座標が、全ての２つの平面Ｐ1,Ｐ2（及び平面Ｐ1,Ｐ3、平面Ｐ2,Ｐ3・・）の組ごとに計算される。最後に、計算された複数の中心座標の平均値を計算して、中心座標Ｏ(ｘ00，ｙ00，ｚ00)とする。
【００７９】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１３にて、平面Ｐt（複数の定点Ｐを含む平面）の法線ベクトルに平行で中心座標Ｏを通る直線Ｌと、平面Ｔ（テーブル２１の上面に相当）との交点Ｔoの座標値(ｘto,ｙto,ｚto)を計算する（図１５参照）。この場合、直線Ｌの式は、中心座標Ｏ(ｘ00，ｙ00，ｚ00)を用いて下記数９により表される。ａ，ｂ，ｃは、平面Ｐｔの法線ベクトルの成分であり、前記数８におけるａ，ｂ，ｃである。
【数９】
一方、平面Ｔの式は、前記ステップＳ２０３の処理により前記数６のように定められている。したがって、前記数９の直線Ｌの式と前記数６の平面Ｔの式との連立方程式を解いて座標値ｘ,ｙ,ｚを求めれば、直線Ｌと平面Ｔとの交点Ｔoの座標値(ｘto,ｙto,ｚto)が計算される。この交点Ｔoは、テーブル２１の表面における回転中心であり、基準座標系Ｓにおける座標原点である。
【００８０】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１４にて、平面Ｔの法線ベクトルＣMと、平面Ｔの法線ベクトルに垂直な２つのベクトルＡM，ＢMを計算する。このベクトルの計算処理においては、まず、平面Ｔの式をａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋１＝０とすると、平面Ｔの法線ベクトルは(ａ，ｂ，ｃ)と(−ａ，−ｂ，−ｃ)であるので、この中で基準座標系ＳにおけるＺ座標軸の向きと一致する（すなわちベクトルが３次元形状測定装置７０の方向を向いている）法線ベクトルを選択する。この場合、３次元形状測定装置７０の座標系ＭにおけるＺ座標軸方向の基準ベクトル(０，０，１)と、前記平面Ｔの法線ベクトルとで内積を計算した際、符号がマイナスになる方の法線ベクトルを選択すればよい。このベクトルの単位ベクトル{１／(ａ2＋ｂ2＋ｃ2)1/2}・(ａ，ｂ，ｃ)をベクトルＣMとする。
【００８１】
次に、３次元形状測定装置７０の座標系ＭをＹ座標軸回りに回転させ、Ｘ座標軸が平面Ｔと平行になったとき、Ｘ座標軸と平行なベクトルを想定する。３次元形状測定装置７０の座標系Ｍではこのベクトルのｙ座標値成分は「０」であり、ｘ座標値成分を「１」として、ｚ座標値成分をｅとする。そして、このベクトルはベクトルＣMと垂直であるので、内積は「０」となる。したがって、ａ＋ｃ・ｅ＝０からｅを計算する。このベクトル(１，０，ｅ)の単位ベクトル{１／(１＋ｅ2) 1/2}・(ａ，ｂ，ｃ)をベクトルＡMとする。次に、ベクトルＣMとベクトルＡMとの外積を計算し、このベクトルをＢMとする。
【００８２】
次に、コントローラ６０は、ステップＳ２１５にて、３次元形状測定装置７０の座標系Ｍの３次元形状データを、基準座標系Ｓの３次元形状データに座標変換するための座標変換関数Ｆを計算する。同一の３次元形状データを３次元形状測定装置７０の座標系Ｍの座標値で表したものを(ｘM,ｙM,ｚM)とし、基準座標系Ｓの座標値で表したものを(ｘS,ｙS,ｚS)とすると、座標変換関数Ｆは下記数１０のように表される。
【数１０】
ここで、値ｇ11,ｇ12,ｇ13,ｇ21,ｇ22,ｇ23,ｇ31,ｇ32,ｇ33は座標系Ｍを基準座標系Ｓに平行にするための回転行列値を示し、値ａ,ｂ,ｃは座標系Ｍの原点を基準座標系Ｓの原点に移動させるための平行移動成分を示す。
【００８３】
また、同一のベクトルを３次元形状測定装置７０の座標系Ｍのベクトル成分で表したものを(ｘM,ｙM,ｚM)とし、基準座標系Ｓのベクトル成分で表したものを(ｘS,ｙS,ｚS)とすると、下記数１１も成立する。
【数１１】
【００８４】
基準座標系ＳにおけるベクトルＡ，Ｂ，Ｃであるベクトル成分Ａs,Ｂs,Ｃsは(１,０,０)，(０,１,０)，(０,０,１)であるので、前記数１１の(ｘS,ｙS,ｚS)に(１,０,０)，(０,１,０)，(０,０,１)を代入し、前記数１１の(ｘM,ｙM,ｚM)に前記ステップＳ１２４で計算したベクトルＡM，ＢM，ＣMのベクトル成分を代入する。これにより、９つの連立方程式が成立するので、これを解くことで値ｇ11,ｇ12,ｇ13,ｇ21,ｇ22,ｇ23,ｇ31,ｇ32,ｇ33が求められる。
【００８５】
次に、基準座標系Ｓにおける原点である交点Ｔoの座標値は(０,０,０)であるので、前記数１０の(ｘS,ｙS,ｚS)に(０,０,０)を代入し、(ｘM,ｙM,ｚM)に前記ステップＳ２１３で計算した(ｘto,ｙto,ｚto)を代入する。これにより、３つの方程式が成立するので、この連立方程式を解くことで、前記数１１の値ａ,ｂ,ｃを求めることができる。そして、前記ステップＳ２１５にて、コントローラ６０は、これらの値ｇ11,ｇ12,ｇ13,ｇ21,ｇ22,ｇ23,ｇ31,ｇ32,ｇ33,ａ,ｂ,ｃを前記数１０の式と共にハードディスクなどの不揮発性メモリに記憶しておく。そして、ステップＳ２１６にて、この座標変換数取得プログラムの実行が終了される。
【００８６】
以上、本発明の実施形態について詳しく説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００８７】
例えば、上記実施形態においては、３次元形状測定装置７０をテーブル２１の上方に固定し、加工対象物１０の半径方向のプロファイルデータを入力しないときには、３次元形状測定により加工対象物１０の３次元形状データを取得し、このデータ処理により加工対象物１０の半径方向のプロファイルを求めた。しかし、加工対象物１０の半径方向のプロファイルデータが設計データから常に用意できる場合には、３次元形状測定装置７０を設けなくてもよい。また、加工対象物１０の半径方向のプロファイルデータの有無にかかわらず、常に３次元形状測定により加工対象物１０の３次元形状データを取得し、このデータ処理により加工対象物１０の半径方向のプロファイルを求めるようにしてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、３次元形状測定装置７０をテーブル２１の上方に固定し、３次元形状測定とレーザ加工を一連の工程で実施するようにした。しかし、これに代えて、３次元形状測定装置７０を全く別の場所に置き、加工対象物１０を３次元形状測定して記録媒体に３次元形状データを記録するか、コントローラ６０がダウンロードできるサーバに３次元形状データを保管した後、加工対象物１０をテーブル２１上にセットして、加工対象物１０の３次元形状データを記録媒体から読み取るか、サーバからダウンロードしてもよい。この場合、加工対象物１０を、平面で構成した上面を有し、かつ加工対象物１０を置く位置が定まる台にセットできるようにしておく。そして、テーブル２１の回転中心に相当する位置がマーク、ピンなどでわかるようにしておく。これによれば、座標変換関数Ｆを求める際の回転中心の座標を算出する方法のみが上記実施形態と異なるのみで、他の処理は上記実施形態と同じであり、上記実施形態の場合と同様にして加工対象物１０の半径方向のプロファイルを得ることができる。
【００８９】
また、上記実施形態においては、図３のプロファイル取得ルーチンにて、３次元形状データを所定角度θずつ回転させた複数の回転座標系におけるＸ−Ｚ平面のデータを抽出して、異なる半径位置ごとに加工対象物１０の上面の高さを表すデータに基づいて加工対象物１０のプロファイルを求めるようにした。しかし、加工対象物１０の加工精度が高ければ、３次元形状データから直接的に半径方向におけるプロファイルを求め、加工対象物１０の半径方向におけるプロファイルデータとしてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、加工対象物１０のプロファイルにより加工ヘッド３１の高さＤ及び傾きφを調整するとともに、加工対象物１０の半径方向の送り速度を補正するようにした。しかし、加工対象物１０が平板に近かったり、高い加工精度を要求しない場合には、前記調整及び補正のうちの一部を省略してもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、フィードモータ２３によってテーブル２１を半径方向に移動させることにより、加工ヘッド３１を加工対象物１０に対して半径方向に移動させるようにした。しかし、加工ヘッド３１は、テーブル２１に対して相対的に半径方向に移動すればよい。したがって、テーブル２１に代えて、加工ヘッド３１をモータにより駆動して、テーブル２１に対して半径方向に移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体を示す概略図である。
【図２Ａ】図１のコントローラにより実行されるメインプログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】図１のコントローラにより実行されるメインプログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【図３】図２のプロファイル取得ルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図４】図１のコントローラにより実行される座標変換関数取得プログラムを示すフローチャートである。
【図５】テーブルを初期半径位置に位置させた状態におけるテーブル、３次元形状測定装置及び加工ヘッドの配置を示す概略図である。
【図６】テーブルを初期半径位置に位置させた状態における３次元形状測定装置の座標系と基準座標系とを説明する図である。
【図７】基準座標系をテーブルの中心にＺ軸回りに回転させた回転座標系を説明する図である。
【図８】回転座標系におけるＸ−Ｚ平面の３次元形状データの抽出を説明する図である。
【図９】（Ａ）は距離Ｂずつ離れた半径位置を説明するための図であり、(Ｂ)は半径位置におけるＺ座標値の補間計算を説明するための図である。
【図１０】半径位置と加工ヘッドの高さとの関係を示す図である。
【図１１】半径位置に対する加工ヘッドの傾きを説明するための図である。
【図１２】テーブルの３次元形状を測定する際の３次元形状測定装置とテーブルの配置図である。
【図１３】テーブル上に基準物体を載置した状態を示す図である。
【図１４】複数の定点を通る円の中心座標を計算するための処理の説明図である。
【図１５】複数の定点を含む平面とテーブルの上面に相当する平面とを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０…加工対象物、２１…テーブル、２２…スピンドルモータ、２３…フィードモータ、３０…ヘッド駆動装置、３１…加工ヘッド、３５,３６…モータ、４１…スピンドルモータ制御回路、４２…回転角検出回路、４３…半径位置検出回路、４４…フィードモータ制御回路、４５…発光信号供給回路、４６…レーザ駆動回路、４９…フォーカスサーボ回路、５１…高さ検出回路、５３…角度検出回路、６０…コントローラ、７０…３次元形状測定装置、８０…基準物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物をセットするテーブルと、
前記テーブルにセットされた加工対象物にレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工する加工ヘッドと、
前記テーブルを回転させる回転装置と、
前記加工ヘッドを前記テーブルに対して相対的に前記テーブルの半径方向に移動させる半径方向送り装置とを備えたレーザ加工装置において、
加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータに基づいて、加工対象物に対する前記加工ヘッドの高さ及び傾きのうちの少なくとも一方を調整するヘッド調整手段を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、さらに、
前記プロファイルデータに基づいて、前記半径方向送り装置による前記テーブルに対する前記加工ヘッドの相対的な半径方向の移動速度を補正する移動速度補正手段を設けた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に記載のレーザ加工装置において、
前記プロファイルデータは、加工対象物の設計時に予め用意されているデータ又は加工対象物の設計時に予め用意されているデータに基づいて生成されるデータであり、さらに
加工対象物の設計時に予め用意されている前記データを取得して、前記取得したデータを前記プロファイルデータとし、又は前記取得したデータから前記プロファイルデータを生成する第1のプロファイルデータ取得手段を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれ一つに記載のレーザ加工装置において、さらに
加工対象物の３次元形状を測定して前記３次元形状を表す３次元形状データを取得する３次元形状測定装置と、
前記３次元形状測定装置によって取得された３次元形状データに基づいて、加工対象物の半径方向のプロファイルを表わす前記プロファイルデータを生成して取得する第２のプロファイルデータ取得手段とを設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、
前記３次元形状測定装置は、前記テーブルに対して位置が固定され、加工対象物を前記テーブルにセットした状態で、加工対象物の３次元形状を測定することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のレーザ加工装置において、
前記第２のプロファイルデータ取得手段は、加工対象物の複数の異なる周方向位置におけるプロファイルを平均して、加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表わすプロファイルデータを取得することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
加工対象物をテーブルにセットし、
前記テーブルを回転させるとともに、レーザ光を照射する加工ヘッドを前記テーブルに対して相対的に前記テーブルの半径方向に移動させながら、加工対象物に前記加工ヘッドからのレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法において、
加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータを用いて、加工対象物に対する前記加工ヘッドの高さ及び傾きのうちの少なくとも一方を調整することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ加工方法において、さらに、
前記プロファイルデータに基づいて、前記テーブルに対する前記加工ヘッドの相対的な半径方向の移動速度を補正することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のレーザ加工方法において、
前記プロファイルデータは、加工対象物の設計時に予め用意されているデータ又は加工対象物の設計時に予め用意されているデータに基づいて生成されるデータであり、さらに
加工対象物の設計時に予め用意されている前記データを取得して、前記取得したデータを前記プロファイルデータとし、又は前記取得したデータから前記プロファイルデータを生成することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載のレーザ加工方法において、さらに
３次元形状測定装置により、加工対象物の３次元形状を測定して前記３次元形状を表す３次元形状データを取得し、
前記取得した３次元形状データに基づいて、前記加工対象物の半径方向のプロファイルを表わす前記プロファイルデータを生成して取得することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１】
加工対象物をセットするテーブルと、
前記テーブルにセットされた加工対象物にレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工する加工ヘッドと、
前記テーブルを回転させる回転装置と、
前記加工ヘッドを前記テーブルに対して相対的に前記テーブルの半径方向に移動させる半径方向送り装置とを備えたレーザ加工装置において、
加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータに基づいて、加工対象物に対する前記加工ヘッドの高さ及び傾きのうちの少なくとも一方を調整するヘッド調整手段を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、さらに、
前記プロファイルデータに基づいて、前記半径方向送り装置による前記テーブルに対する前記加工ヘッドの相対的な半径方向の移動速度を補正する移動速度補正手段を設けた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に記載のレーザ加工装置において、
前記プロファイルデータは、加工対象物の設計時に予め用意されているデータ又は加工対象物の設計時に予め用意されているデータに基づいて生成されるデータであり、さらに
加工対象物の設計時に予め用意されている前記データを取得して、前記取得したデータを前記プロファイルデータとし、又は前記取得したデータから前記プロファイルデータを生成する第1のプロファイルデータ取得手段を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれ一つに記載のレーザ加工装置において、さらに
加工対象物の３次元形状を測定して前記３次元形状を表す３次元形状データを取得する３次元形状測定装置と、
前記３次元形状測定装置によって取得された３次元形状データに基づいて、加工対象物の半径方向のプロファイルを表わす前記プロファイルデータを生成して取得する第２のプロファイルデータ取得手段とを設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、
前記３次元形状測定装置は、前記テーブルに対して位置が固定され、加工対象物を前記テーブルにセットした状態で、加工対象物の３次元形状を測定することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のレーザ加工装置において、
前記第２のプロファイルデータ取得手段は、加工対象物の複数の異なる周方向位置におけるプロファイルを平均して、加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表わすプロファイルデータを取得することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
加工対象物をテーブルにセットし、
前記テーブルを回転させるとともに、レーザ光を照射する加工ヘッドを前記テーブルに対して相対的に前記テーブルの半径方向に移動させながら、加工対象物に前記加工ヘッドからのレーザ光を照射して加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法において、
加工対象物の半径方向におけるプロファイルを表すプロファイルデータを用いて、加工対象物に対する前記加工ヘッドの高さ及び傾きのうちの少なくとも一方を調整することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ加工方法において、さらに、
前記プロファイルデータに基づいて、前記テーブルに対する前記加工ヘッドの相対的な半径方向の移動速度を補正することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のレーザ加工方法において、
前記プロファイルデータは、加工対象物の設計時に予め用意されているデータ又は加工対象物の設計時に予め用意されているデータに基づいて生成されるデータであり、さらに
加工対象物の設計時に予め用意されている前記データを取得して、前記取得したデータを前記プロファイルデータとし、又は前記取得したデータから前記プロファイルデータを生成することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載のレーザ加工方法において、さらに
３次元形状測定装置により、加工対象物の３次元形状を測定して前記３次元形状を表す３次元形状データを取得し、
前記取得した３次元形状データに基づいて、前記加工対象物の半径方向のプロファイルを表わす前記プロファイルデータを生成して取得することを特徴とするレーザ加工方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−８２９３２（Ｐ２００９−８２９３２Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５２９３８（Ｐ２００７−２５２９３８）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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