レーザ加工装置及びレーザ加工装置のレーザ照射位置制御方法
【課題】 直径が非常に小さい円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工する場合に、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるようにしたレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ軸方向に延びた円筒パイプ状の加工対象物ＯＢに対して、加工用ヘッド１０からＺ軸方向に加工用レーザ光を照射するとともに、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光をＺ軸方向に照射し、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からサーボ用Ｙ軸方向レーザ光をＹ軸方向に照射する。フォトディテクタ１１８に映し出される加工対象物ＯＢの射影の位置により加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれを検出し、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影の位置により加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれを検出する。検出したずれに基づいて、対物レンズ１１２を駆動する。
【解決手段】 Ｘ軸方向に延びた円筒パイプ状の加工対象物ＯＢに対して、加工用ヘッド１０からＺ軸方向に加工用レーザ光を照射するとともに、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光をＺ軸方向に照射し、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からサーボ用Ｙ軸方向レーザ光をＹ軸方向に照射する。フォトディテクタ１１８に映し出される加工対象物ＯＢの射影の位置により加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれを検出し、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影の位置により加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれを検出する。検出したずれに基づいて、対物レンズ１１２を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工するレーザ加工装置及びレーザ加工装置におけるレーザ光の照射位置を加工対象物の適正位置に合わせる照射位置制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ドラム状の固定治具の外周面にシート状の加工対象物を固定し、固定治具をその中心軸周りに回転させながら軸方向に沿って移動させるとともに、加工ヘッドにより加工用レーザ光を対物レンズで集光して加工対象物の表面に照射することで、加工対象物表面に螺旋状にレーザ加工（ピット、溝、反応跡等の形成）を施すレーザ加工装置が知られている。このようなレーザ加工装置は、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００３】
ドラム式レーザ加工装置において、加工対象物に微細なレーザ加工を行う場合は、例えば、特許文献２に提案されているように、光ディスク装置におけるフォーカスサーボ制御と同様、加工対象物からの反射光を４分割された受光領域を有するフォトディテクタで受光し、非点収差法等により、各受光領域の受光信号からレーザ光の焦点位置と加工対象物の表面との光軸方向のずれに相当するフォーカスエラー信号を生成する。そして、このフォーカスエラー信号の値がゼロになるように、レーザ光を集光する対物レンズをレーザ光の光軸方向に移動させることで、レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３２２６８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４３６６３号公報
【発明の概要】
【０００５】
近年、人体の血管、気管などの管状の部分にステントを挿入し、管径を拡げて管状の部分の狭窄を防止するステント治療が広まってきている。ステントは、ステンレス、タンタル、コバルト合金、ニッケル・チタン合金などの金属製の円筒パイプの側面に、図１８に示すように複数の帯状の孔を設けて、網目状にしたものである。このステントの製作においては、レーザ加工により、円筒パイプの側面に複数の帯状の孔を設けることがある。
【０００６】
ステントの直径は、挿入する管の直径に応じて様々である。血管のように直径の小さい管用のステントの直径は、０．５ｍｍから３ｍｍほどであり、さらに小さな直径のステントもある。このように、直径が小さい円筒パイプの側面に複数の帯状の孔を高精度に加工するのは非常に困難である。上記従来のレーザ加工におけるフォーカスサーボ制御は、レーザ光を加工対象物の表面に垂直に照射できることを前提としており、加工対象物が直径の小さいステントのように非常に細い円筒パイプである場合には、レーザ光の光軸が円筒パイプの中心軸からずれている（交差しない）と、レーザ光を加工対象物の表面に対して斜めに照射してしまうため、適切なフォーカスエラー信号を生成することができない。こうした場合においては、加工対象物のレーザ光の光軸方向の変動に加えて光軸に垂直な方向の変動も考慮しなければならない。従って、加工対象物が直径の小さい円筒状部材である場合、上記従来のフォーカスサーボ制御によってでは、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさを所定の大きさに維持することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、直径が非常に小さい円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工する場合に、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるようにレーザ光の照射位置を制御することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸方向をＸ軸方向にして支持する対象物支持手段（５１）と、加工対象物を加工する加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源（１０２）及び前記加工用レーザ光を集光する対物レンズ（１１２）を備え、加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に対物レンズによって集光された加工用レーザ光を照射して加工対象物の表面に光スポットを形成する加工用レーザ光照射手段（１０２，１０４，１０８，１１２）と、加工対象物又は加工用レーザ光照射手段をＸ軸方向回りに回転させて、加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、加工対象物に対して相対的にＸ軸方向回りに回転させる回転手段（５２）と、加工対象物又は加工用レーザ光照射手段をＸ軸方向に変位させて、加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、加工対象物に対して相対的にＸ軸方向に移動させる移動手段（５１，５３）とを備えたレーザ加工装置において、照射方向がＺ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向がＺ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段（２０２，２０４；３０２，３０４；１３０，１３２，１３６，１１０，１１２；４１０，４１２，４１６，４０４；２０２，２０４，２１２，２１４，２１６）と、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及びサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される加工対象物の射影又は加工対象物からの反射光を受光して、受光位置に応じた受光信号を出力するサーボ用レーザ光受光手段（１１２，１１０，１１６，１１８；４０２；１１２，１１０，１３６，１３４，１４０；４０４，４０６，４０２；４０４，４１８，４０６，４０２；４０４，４１６，４１４，４２０）と、受光信号に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差し、かつ加工用レーザ光を加工対象物に照射することで加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように対物レンズを駆動するサーボ手段（１６１〜１６３，１７１〜１７３，１１４ｙ，１１４ｚ）とを備えたことにある。
【０００９】
この場合、サーボ用レーザ光受光手段は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影又は加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段（１１２，１１０，１１６，１１８；１１２，１１０，１３６，１３４，１４０）と、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影又は加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段（４０２；４０４，４０６，４０２；４０４，４１８，４０６，４０２；４０４，４１６，４１４，４２０）とを備え、サーボ手段は、Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段（１６１，１６２，１６３，１１４ｙ）と、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように対物レンズをＺ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段（１７１，１７２，１７３，１１４ｚ；１９１，１９２，１８３，１１４ｚ）とを備えるとよい。
【００１０】
また、この場合、サーボ用レーザ光照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として加工対象物へＺ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段（２０２，２０４）と、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段（３０２，３０４）とを備え、Ｚ軸方向レーザ光検出手段（１１２，１１０，１１６，１１８）は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、Ｙ軸方向レーザ光検出手段（４０２）は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するとよい。
【００１１】
また、この場合、Ｚ軸方向照射手段（２０２，２０４）は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、加工対象物に対して加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、加工用レーザ光を加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離してＺ軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子（１１０）を備えるとよい。
【００１２】
また、この場合、サーボ用レーザ光照射手段は、対物レンズにより加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として加工用レーザ光と同軸となる位置で加工対象物へＺ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段（１３０，１３２，１３６，１１０，１１２）と、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段（３０２，３０４）とを備え、Ｚ軸方向レーザ光検出手段（１１２，１１０，１３６，１３４，１４０）は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、Ｙ軸方向レーザ光検出手段（４０２）は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するとよい。
【００１３】
さらに、この場合、加工対象物の表面に形成される光スポットは、Ｘ軸方向に長く、加工対象物は、ステントに加工される円筒パイプとするとよい。
【００１４】
上記のように構成したレーザ加工装置においては、Ｚ軸方向とＹ軸方向との２方向における加工対象物の射影又は加工対象物からの反射光の検出位置に基づいて対物レンズを駆動する。これにより、加工対象物の位置がＺ軸方向及びＹ軸方向に変動しても、簡単に、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさを所定の大きさに保つことができる。特に、レーザ加工により円筒状パイプに孔を形成してステントを製作する場合に有効であって、孔の位置及び孔の大きさの精度を向上させることができる。
【００１５】
本発明の他の特徴は、Ｙ軸方向レーザ光検出手段（４０２）の受光面への入射光路にてＺ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズ（４０４）を設け、Ｚ軸方向サーボ手段（１７１，１８２，１８３，１１４ｚ，４０８）は、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影がＹ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズをＺ軸方向に駆動するとともに、サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動することにある。
【００１６】
上記のように構成したレーザ加工装置においては、Ｚ軸方向サーボ手段が、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影がＹ軸方向レーザ光受光手段の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズを駆動する。サーボレーザ用リレーレンズを光軸に対して垂直方向に移動させると、それに伴って、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面に映し出されるサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する。したがって、Ｚ軸方向サーボ手段は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置をフィードバックして、射影がＹ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズを駆動制御することができる。
【００１７】
また、Ｚ軸方向サーボ手段が、このサーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動することにより、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさを所定の大きさに保つことができる。この結果、Ｚ軸方向のサーボ制御の精度が向上するとともに、加工用レーザ光のＺ軸方向の照射位置の調整範囲を広くすることができる。
【００１８】
本発明の他の特徴は、Ｙ軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射手段（３０２，３０４）と、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射手段（４１０，４１２，４１６，４０４）とを備え、Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出器（４０２）と、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出器（４２０）とを備え、第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路にてＺ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズ（４０４）を設け、Ｚ軸方向サーボ手段は、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズをＺ軸方向に駆動するとともに、サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボ手段（１９１１，１９２１，１８３，１１４ｚ，４０８）と、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光が第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズを駆動するとともに、サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボ手段（１９１２，１９２２，１８３，１１４ｚ，４０８）と、第１Ｚ軸方向サーボ手段の作動の後に前記第２Ｚ軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段（９０）とを備えたことにある。
【００１９】
上記のように構成したレーザ加工装置においては、レーザ光の照射位置と加工対象物の表面とのずれを検出する場合、加工対象物の射影位置を用いれば検出範囲が広くなり、加工対象物の反射光位置を用いれば検出精度が高くなる。したがって、先に、加工対象物の射影位置に基づいてＺ軸方向のサーボ制御を開始し（サーボ制御の引き込みを行い）、その後、加工対象物の反射光位置に基づいてＺ軸方向のサーボ制御を行うことで、Ｚ軸方向のサーボ制御の引き込みを確実に行え、Ｚ軸方向の加工用レーザ光の照射位置制御を高精度に行うことができる。
【００２０】
本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用レーザ光として出射するサーボ用レーザ出射手段（２０２，２０４）と、サーボ用レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離する分離光学素子（２１２）とを備え、サーボ用レーザ光検出手段は、受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに受光した光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器（２３０）と、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射して形成されるそれぞれの射影が十字状にクロスするように合成してレーザ光検出器の受光面に導く合成光学素子（２２８；２３２）とを備え、サーボ手段は、レーザ光検出器の左右又は上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段（５６１，５６２，５６３，１１４ｙ）と、レーザ光検出器の上下又は左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように対物レンズをＺ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段（５７１，５７２，５７３，１１４ｚ）を備えたことにある。
【００２１】
上記のように構成したレーザ加工装置によれば、サーボ用のレーザ光源、レーザ光検出器、その他の光学素子を減らすことができるため、低コスト化を図ることができる。尚、本発明において、上下、左右とは、絶対的な方向を意味するものではなく、受光面における一方の方向を上下と定義したときに、それに対して垂直な方向を左右と定義するものである。
【００２２】
本発明の他の特徴は、加工用レーザ光照射手段により加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する照射位置不適正判定手段（Ｓ１１８〜Ｓ１２０）を備えたことにある。
【００２３】
本発明においては、照射位置不適正判定手段が、加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する。したがって、レーザ加工を開始する前に、Ｙ軸方向サーボ手段とＺ軸方向サーボ手段とを作動させた状態で、照射位置不適正判定手段によりＹ軸方向及びＺ軸方向のサーボ制御が適正に行われているか否かを確認することができる。このため、レーザ加工の失敗を防止することが可能となる。
【００２４】
更に、本発明の実施にあたっては、レーザ加工装置の発明に限定されることなく、レーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法の発明としても実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。
【図２】第１実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ用Ｚ軸方向光ヘッドの概略構成図である。
【図３】第１実施形態に係るレーザ加工装置のサーボ用Ｙ軸方向光ヘッドとＹ軸方向受光装置の概略構成図である。
【図４】Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を表す説明図である。
【図５】発光信号供給回路が出力するパルス列信号のタイミングチャートである。
【図６】フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。
【図７】加工対象物の変位とエラー信号波形値との関係を表す特性図である。
【図８】フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。
【図９】レーザ加工制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。
【図１１】加工対象物の変位とフォトディテクタに照射された反射光の位置変化との関係を表す説明図である。
【図１２】第３実施形態に係るレーザ加工装置のＹ軸方向受光装置とＺ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。
【図１３】第４実施形態に係るレーザ加工装置のＹ軸方向受光装置とＺ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。
【図１４】第４実施形態に係るレーザ加工装置のレーザ加工制御ルーチンを表すフローチャート（変更部分）である。
【図１５】第５実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ系回路の概略構成図である。
【図１６】フォトディテクタに照射された十字状の射影の状態を表す説明図である。
【図１７】第５実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。
【図１８】ステントの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。このレーザ加工装置は、細い円筒パイプ状の加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射して孔を形成する。このレーザ加工装置は、加工対象物ＯＢを保持して加工対象物ＯＢの中心軸回りに回転させるとともに加工対象物ＯＢをその中心軸方向に移動させるワーク駆動装置５０と、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する加工用ヘッド１０と(図２参照）、加工対象物ＯＢの表面にサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を照射するサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と(図２参照）、同じく加工対象物ＯＢの表面にサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射するサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と（図３参照）、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光するＹ軸方向受光装置４０と（図３参照）、各種の電気回路（後述する）と、レーザ加工装置全体の作動を制御するコントローラ９０とを備えている。
【００２７】
ここで、レーザ加工装置における方向を定義する。図４に示すように、ワーク駆動装置５０に固定された加工対象物ＯＢの中心軸線方向をＸ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向に対して垂直方向であって加工用ヘッド１０から加工対象物ＯＢに照射される加工用レーザ光の光軸の方向をＺ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方に対して垂直となる方向をＹ軸方向と呼ぶ。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、加工対象物ＯＢに照射するサーボ用レーザ光の光軸がＹ軸方向となるように固定されている。従って、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０は、図１中において、紙面の前後に位置するものであるが、ここでは、両者が重ならないように左右に配置して記載している。
【００２８】
本実施形態における加工対象物ＯＢは、直径０．５ｍｍのステンレス製のパイプである。この加工対象物ＯＢは、最終的に直径０．５ｍｍのステントに加工されるもので、本実施形態のレーザ加工装置は、前記パイプの表面に加工用レーザ光を所定の間隔をおいて照射することにより、前記パイプに複数の孔を形成する。
【００２９】
このように非常に細い径のパイプ状の加工対象物ＯＢに対してレーザ加工を行う場合には、従来から知られているように加工用レーザ光の反射光からナイフエッジ法などによりフォーカスエラー信号を生成しても、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸から外れてしまうと、適正なフォーカスエラー信号が得られない。そこで、本実施形態においては、加工対象物ＯＢにサーボ用レーザ光をＺ軸方向とＹ軸方向とに照射し、加工対象物ＯＢが映し出される射影の位置に基づいて加工用レーザ光の照射位置を制御する。
【００３０】
まず、ワーク駆動装置５０から説明する。ワーク駆動装置５０は、加工対象物ＯＢの両端をチャッキングして回転可能に保持する移動ステージ５１と、移動ステージ５１に保持された加工対象物ＯＢをその中心軸回りに回転させるスピンドルモータ５２と、移動ステージ５１をＸ軸方向に移動させるねじ送り機構５３とを備えている。
【００３１】
ねじ送り機構５３は、移動ステージ５１に固定されたナット(図示略）に螺合するスクリューロッド５４と、スクリューロッド５４を回転させるフィードモータ５５とを備えている。スクリューロッド５４は、移動ステージ５１に保持された加工対象物ＯＢの中心軸（即ち、スピンドルモータ５２の回転軸）と平行となるＸ軸方向に延びて設けられ、その一端側が、レーザ加工装置本体フレーム（図示略）に固定されたフィードモータ５５の出力軸に連結され、他端側が、レーザ加工装置本体フレームに固定された軸受部（図示略）に回転可能に軸支される。また、移動ステージ５１は、図示しない案内ガイドにより、回転規制されており、Ｘ軸方向にのみ移動可能となっている。従って、フィードモータ５５を正転又は逆転駆動すると、フィードモータ５５の回転運動が移動ステージ５１の直線運動に変換され、加工対象物ＯＢがＸ軸方向に前進又は後退できるようになっている。
【００３２】
スピンドルモータ５２内には、エンコーダ５２ａが組み込まれている。エンコーダ５２ａは、スピンドルモータ５２が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。また、エンコーダ５２ａは、スピンドルモータ５２の回転軸の回転位置が基準回転位置に来る度に、ローレベルからハイレベルに切り替わり、基準回転位置からずれるとローレベルに戻るインデックス信号を出力する。エンコーダ５２ａから出力されるパルス列信号及びインデックス信号は、スピンドルモータ制御回路５６及びコントローラ９０に入力される。スピンドルモータ制御回路５６は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、エンコーダ５２ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ５２の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９０によって設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５２の回転を制御する。
【００３３】
フィードモータ５５内にも、エンコーダ５５ａが組み込まれている。このエンコーダ５５ａは、フィードモータ５５が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号は、フィードモータ制御回路５７と移動位置検出回路５８に入力される。移動位置検出回路５８は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号が入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をフィードモータ制御回路５７に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ５５ａが出力するパルス列信号のパルス数をカウントする。そして積算したカウント数から移動ステージ５１の移動位置を計算してコントローラ９０及びフィードモータ制御回路５７に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、移動ステージ５１の移動位置を制御する原点位置となる。
【００３４】
フィードモータ制御回路５７は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、コントローラ９０から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路５８から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ９０から入力した設定値になるまでフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、フィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路５８から移動限界位置を表す信号を入力するとフィードモータ５５への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路５８から出力される移動位置がコントローラ９０から入力した移動位置の設定値になるまでフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動させる。詳しくは後述するように、本実施形態においては、Ｘ軸方向の１つの加工位置における孔加工が終了するごとに、加工対象物ＯＢに形成する孔のＸ軸方向の幅の半分の長さよりもやや長い距離（以下、軸方向孔間隔ｄＸという）だけ、移動ステージ５１を移動させる。
【００３５】
また、フィードモータ制御回路５７には、移動ステージ５１の移動速度の設定値（設定速度）がコントローラ９０により入力される。そして、コントローラ９０から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ５１の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ５５を駆動制御する。
【００３６】
次に、加工用ヘッド１０について図２を用いて説明する。加工用ヘッド１０は、加工対象物ＯＢの円筒表面に加工用レーザ光を照射する機能と、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を受光して加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれに応じた信号を出力する機能を有する。加工用ヘッド１０は、加工用レーザ光を出射するレーザ光源１０２と、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０，対物レンズ１１２を備えている。
【００３７】
レーザ光源１０２は、加工用レーザ駆動回路１５０から供給される電流及び電圧により駆動されて楕円断面形状の加工用レーザ光を出射する。レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光は、コリメートレンズ１０４により平行光となって偏光ビームスプリッタ１０６に入射する。加工用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ１０６をそのまま透過し、１／４波長板１０８を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板１０８を通過した加工用レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０を透過して対物レンズ１１２に入射する。レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光は、整形されることなく、その光束の断面形状はレーザ光源１０２から出射された状態のまま（すなわち楕円状）である。こうして、加工対象物ＯＢの表面に楕円状の光スポットが形成される。この加工対象物ＯＢの表面に形成される楕円状の光スポットの長軸方向がＸ軸方向に平行となるように、レーザ光源１０２の向きが設定されている。詳しくは後述するように、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と直交するように制御されるので、この楕円状の光スポットの長軸部分は、加工対象物ＯＢのうち対物レンズ１１２側に最も近くなる。したがって、この光スポットの長軸部分が線状に加工される。そして、加工対象物ＯＢを回転させながら加工用レーザ光を間欠的に照射することにより、複数の帯状の孔を形成することができる。なお、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットのＸ軸方向の長さを調整するため、レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光をビーム整形器（例えば、プリズム）によって整形してもよい。
【００３８】
対物レンズ１１２には、フォーカスアクチュエータ１１４が設けられている。フォーカスアクチュエータ１１４は、対物レンズ１１２を加工用レーザ光の光軸方向、つまり、Ｚ軸方向に移動させるＺ軸アクチュエータ１１４ｚと、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させるＹ軸アクチュエータ１１４ｙとを備えている。従って、Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ及びＹ軸アクチュエータ１１４ｙを作動させることにより加工用レーザ光の照射位置をＺ軸方向（光軸方向）及びＹ軸方向に移動できるようになっている。尚、対物レンズ１１２は、アクチュエータ１１４ｚ、１１４ｙが通電されていないときに、Ｚ軸方向及びＹ軸方向の可動範囲の中心に位置する。以下、この位置を対物レンズ１１２の原点位置と呼ぶ。また、対物レンズを２軸方向に駆動するアクチュエータは、例えば、特開２００４−３９０６５等において知られている。
【００３９】
対物レンズ１１２で集光された加工用レーザ光は、加工対象物ＯＢの表面に照射され反射する。加工対象物ＯＢで反射した反射光は、対物レンズ１１２、ダイクロイックミラー１１０、１／４波長板１０８を通過する。この場合、反射光は、１／４波長板１０８を２回通過したことになるため、コリメートレンズ１０４から偏光ビームスプリッタ１０６に入射したレーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなる。従って、１／４波長板１０８を通過して偏光ビームスプリッタ１０６に入射した反射光は、偏光ビームスプリッタ１０６で反射する。偏光ビームスプリッタ１０６による反射光の反射方向には、集光レンズ１２０及びフォトディテクタ１２２が設けられている。このため、偏光ビームスプリッタ１０６で反射した反射光は、集光レンズ１２０によりフォトディテクタ１２２に集光される。
【００４０】
フォトディテクタ１２２は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ１２２は、加工用レーザ光が加工対象物ＯＢで反射した反射光の強度に対応した受光信号を出力する。フォトディテクタ１２２の出力する受光信号は、増幅回路１５２により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１５３に供給される。Ａ／Ｄ変換器１５３は、コントローラ９０からの指令により作動し、増幅回路１５２から供給された受光信号をデジタル信号に変換してコントローラ９０に出力する。コントローラ９０は、この受光信号が表す反射光強度から、後述する加工用レーザ光のＺ軸方向及びＹ軸方向の照射位置制御が適切に行われているかを判断する。
【００４１】
また、加工用ヘッド１０は、レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ１０６で反射させ、その反射光を集光レンズ１２４によりフォトディテクタ１２６の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ１２６は、フォトディテクタ１２２と同様に、その受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ１２６は、レーザ光源１０２が出射した加工用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、加工用レーザ駆動回路１５０に供給される。
【００４２】
加工用レーザ駆動回路１５０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源に対して加工用強度、つまり、加工対象物ＯＢの表面を適切に加工できる強度のレーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。本実施形態においては、加工用レーザ駆動回路１５０は、フォトディテクタ１２６が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源１０２に出力する電流及び電圧を調整する。これにより、加工対象物ＯＢに照射される加工用レーザ光の強度が設定加工用強度に維持される。
【００４３】
また、加工用レーザ駆動回路１５０は、発光信号供給回路１５１によりレーザ光源１０２への駆動信号の出力形態が制御される。発光信号供給回路１５１は、コントローラ９０から加工模様を表すデータを入力して、レーザ加工中に、そのデータに対応したパルス列信号又は連続信号を加工用レーザ駆動回路１５０に供給する。本実施形態では、加工用レーザ駆動回路１５０は、加工対象物ＯＢの表面に形成する孔の周方向の幅及び孔の形成間隔に応じた時間幅のハイレベル信号とローレベル信号からなるパルス列信号を出力する。具体的には、図５に示すように、発光信号供給回路１５１は、コントローラ９０からの指令により、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂを交互に切り替えながら出力する。コントローラ９０は、エンコーダ５２ａからインデックス信号を入力する毎に、出力するパルス列信号を切り替えるよう、発光信号供給回路１５１に指示する。パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂは、６個のパルスからなる。各パルスのデューティ比及び周期は一定である。また、パルス列信号Ａとパルス列信号Ｂは、位相が１８０度ずれている。したがって、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂに対応して、加工対象物ＯＢの周方向にそれぞれ６箇所ずつ孔が形成される。パルス列信号Ａに対応して形成される孔とパルス列信号Ｂに対応して形成される孔とは、周方向に３０°ずれている。また、上記のように、コントローラ９０は、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂのいずれか一方に対応した孔加工が終了する毎に、軸方向孔間隔ｄＸだけ、移動ステージ１５１を移動させる。したがって、パルス列信号Ａに対応して形成される孔とパルス列信号Ｂに対応して形成される孔は、軸方向孔間隔ｄＸだけずれている。ただし、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂを構成するパルス数は６個に限られず、周方向に形成する孔の数に応じて増減可能である。また、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂを構成する各パルスのデューティ比は一定でなくてもよく、孔の周方向の幅及び周方向の位置に応じて変更可能である。また、発光信号供給回路１５１は、コントローラ９０の指令により、強度が一定の連続信号を出力する。詳しくは後述するように、加工用レーザ駆動回路１５０は、この連続信号に基づいて、加工対象物ＯＢの表面を加工しない非加工強度のレーザ光が出射されるようにレーザ光源１０２を制御する。
【００４４】
ふたたび図２の説明に戻る。加工用ヘッド１０には、更に、ダイクロイックミラー１１０の反射方向にリレーレンズ（結像レンズ）１１６とフォトディテクタ１１８が設けられている。このリレーレンズ１１６及びフォトディテクタ１１８は、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を検出するために設けられたものである。従って、先に、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０について説明する。
【００４５】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、図２に示すように、加工対象物ＯＢを挟んで加工用ヘッド１０と向き合うように、加工用ヘッド１０と対になってレーザ加工装置の本体フレーム（図示略）に固定される。サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源２０２と、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ２０４，偏光ビームスプリッタ２０６と、偏光ビームスプリッタ２０６の反射方向に設けられる集光レンズ２０８，フォトディテクタ２１０を備えている。
【００４６】
レーザ光源２０２は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源２０２から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ２０４により平行光となって偏光ビームスプリッタ２０６に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ２０６をそのまま透過してサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射する。このサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射したレーザ光が、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光である。サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光となる。
【００４７】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の出射方向がＺ軸方向となり、しかも、その光軸が、加工用ヘッド１０の対物レンズ１１２が原点位置にある時に加工用ヘッド１０から出射する加工用レーザ光の光軸と一致するように位置決めされている。この場合、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と加工用ヘッド１０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び加工用レーザ光の光軸がワーク駆動装置５０の回転軸（スピンドルモータ５２の回転軸）と直交するように、ワーク駆動装置５０に対する相対位置関係が定められている。
【００４８】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光が加工用ヘッド１０の対物レンズ１１２に入射する。この場合、対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物ＯＢの棒状の影が形成されたものとなる。この加工対象物ＯＢによってできた影を射影と呼び、射影とその周囲の光とを合わせて射影光と呼ぶ。
【００４９】
対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー１１０に入射する。ダイクロイックミラー１１０は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学素子であり、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光に対しては反射し、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光に対しては透過するように、各レーザ光の波長が設定されている。従って、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０で反射する。ダイクロイックミラー１１０の反射方向には、リレーレンズ１１６（結像レンズ）、フォトディテクタ１１８が設けられており、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光がリレーレンズ１１６により平行光になりフォトディテクタ１１８の受光面に入射する。フォトディテクタ１１８の受光面には、加工対象物ＯＢの影である棒状の射影が映し出される。
【００５０】
フォトディテクタ１１８は、図６に示すように、受光領域が左右に（Ｙ軸方向）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。このフォトディテクタ１１８は、受光したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光（射影光Ｌ）における棒状の射影Ｓが受光領域Ａ，Ｂの分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、Ｚ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影Ｓが受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【００５１】
フォトディテクタ１１８から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）を演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１６２に出力する。Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものである。
【００５２】
図７は、加工対象物ＯＢの位置をＹ軸方向に変化させたときのＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の波高値を表したものである。図示するように、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は、Ｓ字状波形となる。従って、Ｓ字状波形の山（ｃ位置）から谷（ａ位置）までの範囲ｒ（Ｓ字検出範囲ｒと呼ぶ）においては、加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれ量とＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさとが一対一に対応する。このため、Ｓ字検出範囲ｒ内において、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれ量を検出することができる。
【００５３】
例えば、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向にずれていない場合、（ｂ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓは、受光面の中央に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）はゼロとなる。一方、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向における一方側（左側と呼ぶ）にずれている場合には、（ａ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓが受光面の左側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は負の値をとる。また、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向における他方側（右側と呼ぶ）にずれている場合には、（ｃ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓが受光面の右側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は正の値をとる。
【００５４】
Ｙ軸方向サーボ回路１６２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路１６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１１８に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置が制御されることとなる。対物レンズ１１２のＹ軸方向の移動は、加工対象物ＯＢに照射する加工用レーザ光の光軸をＹ軸方向に移動させることになる。このため、対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置制御により、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。
【００５５】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、レーザ光源２０２から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ２０６で反射させ、その反射光を集光レンズ２０８によりフォトディテクタ２１０の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ２１０は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ２１０は、レーザ光源２０２が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に供給される。
【００５６】
サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源２０２に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、加工用ヘッド１０のフォトディテクタ１１８で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、フォトディテクタ２１０が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源２０２に出力する電流及び電圧を制御する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。
【００５７】
次に、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０とについて説明する。図３に示すように、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０とは、互いに加工対象物ＯＢをＹ軸方向に挟んで向かい合うようにレーザ加工装置の本体フレーム（図示略）に固定される。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源３０２と、レーザ光源３０２から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ３０４，ビームスプリッタ３０６と、ビームスプリッタ３０６の反射方向に設けられる集光レンズ３０８，フォトディテクタ３１０を備えている。
【００５８】
レーザ光源３０２は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源３０２から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ３０４により平行光となってビームスプリッタ３０６に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）がビームスプリッタ３０６をそのまま透過してサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射する。このサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したレーザ光がサーボ用Ｙ軸方向レーザ光である。サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光となる。
【００５９】
サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の出射方向がＹ軸方向となり、しかも、その光軸が、ワーク駆動装置５０の回転軸と交差するように位置決めされている。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と向かい合うＹ軸方向受光装置４０には、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光するフォトディテクタ４０２が設けられる。フォトディテクタ４０２は、その受光面の中心にサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光軸が通るように位置決めされている。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、フォトディテクタ４０２の受光面には加工対象物ＯＢの影である棒状の射影が映し出される。
【００６０】
フォトディテクタ４０２は、図８に示すように、受光領域が上下に（Ｚ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。このフォトディテクタ４０２は、受光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光（射影光Ｌ）における棒状の射影Ｓが受光領域Ｃ，Ｄの分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影Ｓが受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【００６１】
フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）としてＺ軸方向サーボ回路１７２に出力する。Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）の大きさは、加工対象物ＯＢの位置をＺ軸方向に変化させると、上述したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の特性と同様にＳ字状に変化する（図７参照）。従って、Ｓ字検出範囲ｒにおいては、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量（加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＺ軸方向におけるずれ量）とＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）の大きさとが一対一に対応する。このため、Ｓ字検出範囲ｒ内において、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出することができる。
【００６２】
Ｚ軸方向サーボ回路１７２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１から入力したＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分に相当する対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に維持される。尚、フォトディテクタ４０２に映し出される射影の位置は、対物レンズ１１２のＺ軸方向移動によっては変化しない。
【００６３】
加工用ヘッド１０は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致している場合に、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが、形成する孔に対応した大きさになるように位置決めされている。このため、加工対象物ＯＢの位置がＺ軸方向に変動しても、その変動量だけ対物レンズ１１２を原点位置からＺ軸方向に移動させることにより、常に、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが、形成する孔に対応した大きさになるように制御できる。
【００６４】
サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、レーザ光源３０２から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）をビームスプリッタ３０６で反射させ、その反射光を集光レンズ３０８によりフォトディテクタ３１０の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ３１０は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ３１０は、レーザ光源３０２が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０に供給される。
【００６５】
サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源３０２に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、Ｙ軸方向受光装置４０のフォトディテクタ４０２で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０は、フォトディテクタ３１０が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源３０２に出力する電流及び電圧を制御する。これにより、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。
【００６６】
コントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータと、ハードディスクや不揮発性メモリなどの記憶装置と、入出力インタフェース等から構成される電子制御装置である。コントローラ９０には、作業者が各種パラメータや処理等を指示するための入力装置９１と、作業者に対して作動状況等を視覚的に知らせるための表示装置９２とが接続されている。
【００６７】
次に、レーザ加工を行う際の制御について説明する。図９は、コントローラ９０が実行するレーザ加工処理ルーチンを表すフローチャートである。レーザ加工処理ルーチンは、コントローラ９０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。作業者は、加工対象物ＯＢをワーク駆動装置５０にセットした後、入力装置９１を使ってレーザ加工の開始指示操作を行う。これにより、本ルーチンが起動する。
【００６８】
本ルーチンがステップＳ１００にて起動すると、コントローラ９０は、ステップＳ１０２において、加工位置カウンタｎ（ｎ＝１、２・・・）を「１」に初期化し、パルス列信号選択フラグＳｇを「０」に初期化する。加工位置カウンタｎは、Ｘ軸方向の加工位置を示す。また、パルス列信号選択フラグＳｇは、発光信号供給回路１５１から出力するパルス列信号Ａ又はパルス列信号Ｂのいずれかを選択するためのフラグである。つぎに、コントローラ９０は、ステップＳ１０４にて、各種回路の作動を開始させる。続いて、ステップＳ１０６において、フィードモータ制御回路５７に対して加工開始位置への移動指令を出力する。この指令により、フィードモータ制御回路５７は、移動位置検出回路５８により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を加工開始位置Ｓｔにまで移動させる。続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１０８において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転開始指令を出力する。これにより、スピンドルモータ５２が起動して加工対象物ＯＢの回転が始まる。このとき、スピンドルモータ制御回路５６は、エンコーダ５２ａにより検出されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ５２の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９０によって設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５２の回転を制御する。
【００６９】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１０において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＺ軸方向に照射され、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からサーボ用Ｙ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。この処理は、本発明のＺ軸方向照射ステップとＹ軸方向照射ステップとを含んだサーボ用レーザ光照射ステップに相当する。また、このサーボ用レーザ光の照射により、フォトディテクタ１１８が受光信号（ａ，ｂ）を出力する処理が、本発明のＺ軸方向レーザ光検出ステップに相当し、フォトディテクタ４０２が受光信号（ｃ，ｄ）を出力する処理が、本発明のＹ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。
【００７０】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１２において、Ｙ軸方向サーボ回路１６２とＺ軸方向サーボ回路１７２とに対して、サーボ制御の開始指令を出力する。これにより、Ｙ軸方向サーボ回路１６２は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１からＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）を入力し、このＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路１６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１１８に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御され、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。この処理は、本発明のＹ軸方向サーボステップに相当する。
【００７１】
同様に、Ｚ軸方向サーボ回路１７２は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１からＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）を入力し、このＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に制御され、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが、常に、形成する孔の大きさに対応した大きさになる。この処理は、本発明のＺ軸方向サーボステップに相当する。
【００７２】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１４において、発光信号供給回路１５１及び加工用レーザ駆動回路１５０に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ９０は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物ＯＢが変化しない低レベルに設定する。これにより、発光信号供給回路１５１は、一定強度の連続値を発光信号として加工用レーザ駆動回路１５０に供給し、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧及び電流の強度を低いレベルに設定してレーザ光源１０２を駆動する。従って、加工用ヘッド１０からは、非加工強度のレーザ光が加工対象物ＯＢに向けて出射されることになる。加工対象物ＯＢは、この非加工強度のレーザ光に対してはレーザ加工されない。
【００７３】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１６において、加工用ヘッド１０に設けられたフォトディテクタ１２２の出力する受光信号を増幅回路１５２及びＡ／Ｄ変換器１５３を介して取り込んで加工用レーザ光の反射光強度Ｒを検出する。次に、ステップＳ１１８において、反射光強度Ｒと下限値Ｒrefと比較する。反射光強度Ｒが下限値Ｒref以下であれば、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていないと判断して、ステップＳ１２０において、表示装置９２にその旨を表示し、その処理をステップＳ１４６に進める。一方、反射光強度Ｒが下限値Ｒrefを上回っていれば、上述したＺ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断して、その処理をステップＳ１２２に進める。このステップＳ１１８，Ｓ１２０の処理が、本発明の照射位置不適正判定ステップに相当する。
【００７４】
コントローラ９０は、ステップＳ１１８において「Ｙｅｓ」、つまり、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断した場合には、ステップＳ１２２において、エンコーダ５２ａからインデックス信号を入力する。そして、エンコーダ５２ａから入力したインデックス信号のレベルがローレベル（Ｌ）であれば、ステップＳ１１８の処理を繰り返し実行する。一方、インデックス信号のレベルがハイレベル（Ｈ）であれば、その処理をステップＳ１２４に進める。
【００７５】
つぎに、コントローラ９０は、ステップＳ１２４にて、パルス列信号選択フラグＳｇに応じて処理を振り分ける。すなわち、パルス列信号選択フラグＳｇが「０」であれば、その処理をステップＳ１２６に進め、パルス列信号選択フラグＳｇが「１」であれば、その処理をステップＳ１４４に進める。最初パルス列信号選択フラグは「０」に初期化されているので、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１２６に進める。コントローラ９０は、ステップＳ１２６にて、発光信号供給回路１５１及び加工用レーザ駆動回路１５０に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ９０は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物ＯＢに孔が形成される程度の加工強度に設定する。これにより、発光信号供給回路１５１は、パルス列信号Ａ（図５参照）を発光信号として加工用レーザ駆動回路１５０に供給し、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧及び電流の強度を加工強度に設定してレーザ光源１０２を駆動する。これにより、レーザ光源１０２から、加工強度のレーザ光であって、パルス列信号Ａに対応したパルス状のレーザ光が出力される。
【００７６】
つぎに、コントローラ９０は、ステップＳ１２８にて、パルス列信号選択フラグＳｇを「１」にセットし、ステップＳ１３０にて、エンコーダ５２ａからインデックス信号を入力する。入力したインデックス信号のレベルがローレベルであれば、ステップＳ１３０の処理を繰り返し実行する。そして、入力したインデックス信号がハイレベルになると、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１３２に進める。すなわち、ステップＳ１２２にてインデックス信号がハイレベルになったことを検出してから加工対象物ＯＢが１回転するまで待機する。この間、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差し、かつ、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが加工する孔の大きさに対応した大きさになるように対物レンズ１１２のＺ軸方向とＹ軸方向の位置が制御される。これにより、加工対象物ＯＢに６つの孔が周方向に等間隔に形成される。そして、コントローラ９０は、ステップＳ１３２にて、加工用レーザの照射を停止する。
【００７７】
つぎに、コントローラ９０は、加工開始位置Ｓｔ、加工位置カウンタｎ及び軸方向孔間隔ｄＸを用いて算出される加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）の値を加工終了位置の値と比較する。加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）の値が加工終了位置の値以上であれば、その処理を後述のステップＳ１４６に進める。一方、加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）の値が加工終了位置の値よりも小さければ、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１３６に進める。
【００７８】
コントローラ９０は、ステップＳ１３６にて、フィードモータ制御回路５７に対して移動ステージ５１のＸ軸方向への移動開始指令を出力する。フィードモータ制御回路５７は、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ５１の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ５５を駆動制御する。そして、コントローラ９０は、ステップＳ１３８にて、移動位置検出回路５８により検出される移動ステージ５１の移動位置を取り込み、現時点の位置が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達したかを判断する。移動ステージ５１の位置が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達していない場合、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１３８の処理を繰り返し実行する。すなわち、コントローラ９０は、移動ステージ５１が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達するまで待機する。そして、移動ステージ５１が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達すると、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１４０にて、フィードモータ制御回路５７に対して移動ステージ５１の移動停止指令を出力とともに、その処理をステップＳ１４２に進める。
【００７９】
コントローラ９０は、ステップ１４２にて、加工位置カウンタｎをインクリメントして、ステップＳ１２２に戻る。そして、ステップＳ１２２にて、インデックス信号がハイレベルになったことを検出すると、その処理をステップＳ１２４に進める。上述のように、ステップＳ１２８にてパルス列信号選択フラグＳｇが「１」にセットされているので、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１４４に進める。コントローラ９０は、ステップＳ１４４にて、発光信号供給回路１５１及び加工用レーザ駆動回路１５０に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ９０は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物ＯＢに孔が形成される程度の加工強度に設定する。これにより、発光信号供給回路１５１は、パルス列信号Ｂ（図５参照）を発光信号として加工用レーザ駆動回路１５０に供給し、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧及び電流の強度を加工強度に設定してレーザ光源１０２を駆動する。これにより、レーザ光源１０２から、加工強度のレーザ光であって、パルス列信号Ｂに対応したパルス状のレーザ光が出力される。そして、コントローラ９０は、ステップＳ１４６にて、パルス列信号選択フラグＳｇを「０」にセットして、その処理をステップＳ１３０に進める。これにより、加工対象物ＯＢに６つの孔が周方向に等間隔に形成される。以降、移動ステージ５１が加工終了位置に達するまで、ステップＳ１２２〜Ｓ１４６を繰り返す。
【００８０】
移動ステージ５１の移動位置が加工終了位置に達すると（Ｓ１３４：Ｙｅｓ）、コントローラ９０は、ステップＳ１４８において、Ｙ軸方向サーボ回路１６２とＺ軸方向サーボ回路１７２とに対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ及びＺ軸アクチュエータ１１４ｚの作動が停止する。次に、ステップＳ１５０において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からのサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の照射、及び、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からのサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の照射が停止される。
【００８１】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１５２において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転停止指令を出力する。これにより、スピンドルモータ５２への通電が停止され、加工対象物ＯＢの回転が停止する。次に、ステップＳ１５４において、フィードモータ制御回路５７に対して加工対象物ＯＢの取り外し位置への移動指令を出力する。これによりフィードモータ制御回路５７は、移動位置検出回路５８により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を加工対象物ＯＢの取り外し位置にまで移動させる。作業者は、この位置で加工対象物ＯＢをワーク駆動装置５０から取り外す。こうして、移動ステージ５１が所定の取り外し位置にまで移動すると、ステップＳ１５６により本レーザ加工処理ルーチンが終了する。
【００８２】
以上説明した第１実施形態のレーザ加工装置によれば、加工対象物ＯＢに対して、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物ＯＢに照射し、その射影の位置に基づいて、加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物ＯＢの中心軸と交差し、かつ、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが形成する孔の大きさに対応した大きさになるように、対物レンズ１１２のＺ軸方向とＹ軸方向の位置が制御される。従って、非常に細いパイプ状の加工対象物ＯＢの表面を孔加工する場合でも、適正に集光した加工用レーザ光を加工対象物ＯＢの表面に垂直に照射することができ、これにより、ステントを製作することができる。
【００８３】
また、本実施形態においては、加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とを同一の光軸上で照射し、フォトディテクタ１１８の受光信号から得られたＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）をフィードバックして、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようにクローズドループ制御によりＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動するため、特にＹ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。
【００８４】
また、加工用レーザ光の反射光強度Ｒと下限値Ｒrefとの比較に基づいて、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御の異常発生の有無を判定し、異常が検出されたときには、加工用レーザ光の照射位置が適正となっていないためレーザ加工を中止する。これにより、レーザ加工の失敗を防止することができる。
【００８５】
また、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及びサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を出射するにあたり、フォトディテクタ２１０，３１０で検出した光の強度が設定強度となるようにレーザ光源２０２，３０２の出力を制御するため、Ｚ軸方向及びＹ軸方向のサーボ制御を精度良く行うことができる。
【００８６】
次に、第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１０は、第２実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド１２の概略構成を表す。第２実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のレーザ加工装置の加工用ヘッド１０とサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０に代えて、加工用ヘッド１２を設けたもので、他の構成については第１実施形態と同一である。この加工用ヘッド１２は、加工用レーザ光を照射／受光する構成に加えて、サーボ用Ｚ軸レーザ光を照射／受光する構成を備えている。以下、第１実施形態と同様な構成については、図面に第１実施形態と同一の符号を付して簡単な説明に留める。
【００８７】
加工用ヘッド１２は、第１実施形態の加工用ヘッド１０と同様に、加工用レーザ光を加工対象物ＯＢに照射する構成としてレーザ光源１０２，コリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０及び対物レンズ１１２を備え、加工用レーザ光の反射光強度を検出する構成として集光レンズ１２０及びフォトディテクタ１２２を備え、レーザ光源１０２から出射する加工用レーザ光の強度を検出する構成として集光レンズ１２４及びフォトディテクタ１２６を備え、対物レンズ１１２をＺ軸方向とＹ軸方向とに駆動する構成としてＺ軸アクチュエータ１１４ｚとＹ軸アクチュエータ１１４ｙからなるフォーカスアクチュエータ１１４を備える。
【００８８】
更に、加工用ヘッド１２は、サーボ用レーザ光を照射するレーザ光源１３０と、レーザ光源１３０から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１３２，偏光ビームスプリッタ１３４，１／４波長板１３６を備えている。レーザ光源１３０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源１３０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ１３２により平行光となって偏光ビームスプリッタ１３４に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ１３４をそのまま透過して１／４波長板１３６を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板１３６を通過したサーボ用レーザ光は、加工用レーザ光の光路途中に設けられるダイクロイックミラー１１０に入射し、そこで反射する。従って、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光とが合成されて対物レンズ１１２に入射する。この場合、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用レーザ光の光軸と、ダイクロイックミラー１１０を透過した加工用レーザ光の光軸とが一致するように、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光の光路が設定されている。
【００８９】
サーボ用レーザ光は、加工用レーザ光と同様に、対物レンズ１１２により加工対象物ＯＢの直径よりも小さな径に集光されて加工対象物ＯＢの表面にスポット状に照射される。この加工対象物ＯＢの照射されるサーボ用レーザ光がサーボ用Ｚ軸方向レーザ光である。加工用レーザ光及びサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの表面で反射して対物レンズ１１２に入射し平行光に戻される。この場合、加工用レーザ光は、そのままダイクロイックミラー１１０を透過するが、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０で反射する。従って、ダイクロイックミラー１１０で加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とが分離されることになる。
【００９０】
ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、１／４波長板１３６を通過する。この場合、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光（反射光）は、１／４波長板を２回通過したことになるため、レーザ光源１３０から出射されたレーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなる。従って、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１３４で反射する。
【００９１】
偏光ビームスプリッタ１３４の反射方向には、フォトディテクタ１４０が設けられている。従って、加工対象物ＯＢの表面で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、フォトディテクタ１４０に入射する。このフォトディテクタ１４０は、第１実施形態のフォトディテクタ１１８と同様に、受光領域が左右に（Ｙ軸方向）２分割された２つの受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。また、フォトディテクタ１４０は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、Ｚ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに、図１１（ｂ）に示すように、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【００９２】
フォトディテクタ１４０から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、第１実施形態と同様にＹ軸方向エラー信号生成回路１６１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）を演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１６２に出力する。加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向に変動すると、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、その変動位置に応じて加工対象物ＯＢに照射されるサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の位置が変化し、これに伴って、フォトディテクタ１４０に受光される反射光ＲＬの位置が変化する。このため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。
【００９３】
Ｙ軸方向サーボ回路１６２及びＹ軸方向ドライブ回路１６３の動作についても第１実施形態と同様である。つまり、Ｙ軸方向サーボ回路１６２が、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６３から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成し、Ｙ軸方向ドライブ回路１６３が、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙに駆動信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１４０に受光されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御されることとなる。このため、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。
【００９４】
加工用ヘッド１２は、更に、レーザ光源１３０から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ１３４で反射させ、その反射光を集光レンズ１４２によりフォトディテクタ１４４の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ１４４は、第１実施形態のフォトディテクタ２１０と同様に、レーザ光源１３０が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に供給される。サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、フォトディテクタ１４４が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した強度となるようにレーザ光源１３０の出力を調整する。これにより、加工用ヘッド１２から加工対象物ＯＢに向けて出射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。
【００９５】
また、第２実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。
【００９６】
以上説明した第２実施形態のレーザ加工装置においては、加工用ヘッド１２によりサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を集光して加工対象物ＯＢに照射し、その反射光の位置に基づいて加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置を制御するとともに、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０により加工対象物ＯＢの直径より大きな直径のサーボ用レーザ光（平行光）を加工対象物ＯＢに照射して、その射影光をＹ軸方向受光装置４０にて受光し、射影の位置に基づいて加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが加工する孔の大きさに対応した大きさになるように対物レンズ１１２のＺ軸方向の位置を制御する。従って、第１実施形態と同様な効果を奏する。また、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光の検出位置は、加工対象物ＯＢのＹ軸方向の変位に対して大きく変動するため、Ｙ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。
【００９７】
次に、第３実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。この第３実施形態のレーザ加工装置は、Ｚ軸方向のサーボ制御をクローズドループ制御で実施できるようにしたもので、第１実施形態のレーザ加工装置とは、Ｙ軸方向受光装置、Ｚ軸方向のサーボ系回路が相違し、他の構成については第１実施形態と同一である。
【００９８】
図１２に示すように、第３実施形態のレーザ加工装置におけるＹ軸方向受光装置４３は、第１実施形態におけるＹ軸方向受光装置４０のフォトディテクタ４０２の入射部に第１リレーレンズ４０４、第２リレーレンズ４０６を設け、更に、第１リレーレンズ４０４をＺ軸方向に駆動するリレーレンズアクチュエータ４０８を設けたものである。第１リレーレンズ４０４は、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光（加工対象物ＯＢの射影光）を集光し、第２リレーレンズ４０６は、第１リレーレンズ４０４で集光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を平行光に戻す。フォトディテクタ４０２は、第２リレーレンズ４０６を通過したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光する。第１リレーレンズ４０４は、その位置がリレーレンズアクチュエータ４０８によりＺ軸方向に移動可能となっている。第１リレーレンズ４０４は、リレーレンズアクチュエータ４０８が通電されていないときに、Ｚ軸方向の可動範囲の中心に位置する（この位置を原点位置と呼ぶ）。フォトディテクタ４０２は、第１リレーレンズ４０４が原点位置にあるとき、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光軸が受光面の中心を通るように位置決めされている。
【００９９】
フォトディテクタ４０２の受光面には、加工対象物ＯＢの棒状の射影が映し出されるが、リレーレンズアクチュエータ４０８により第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動された場合には、その移動に伴って射影の位置もＺ軸方向に移動する。
【０１００】
フォトディテクタ４０２は、上述したように、受光領域が上下に（Ｚ軸方向）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。また、フォトディテクタ４０２は、受光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、第１リレーレンズ４０４が原点位置にありＹ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【０１０１】
第３実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のＺ軸方向サーボ回路１７２，Ｚ軸方向ドライブ回路１７３に代えて、Ｚ軸方向サーボ回路１８２，Ｚ軸方向ドライブ回路１８３を備えている。尚、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１については、第１実施形態と同一である。フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）としてＺ軸方向サーボ回路１８２に出力する。Ｚ軸方向サーボ回路１８２は、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）を入力し、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１８３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ４０８を駆動する信号を出力して第１リレーレンズ４０４をＺ軸方向に移動させるとともに、加工用ヘッド１０のＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。この場合、第１リレーレンズ４０４の移動量と対物レンズ１１２の移動量とが同一となるように、それぞれの駆動信号は設定されている。従って、対物レンズ１１２と第１リレーレンズ４０４とは、Ｚ軸方向における相対位置がほとんど変化しない。
【０１０２】
第１実施形態においては、対物レンズ１１２のみをＺ軸方向に移動させる構成であったため、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影は移動しないが、第３実施形態においては、第１リレーレンズ４０４もＺ軸方向サーボ信号によりＺ軸方向に移動するため、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影がＺ軸方向に移動する。従って、この第３実施形態におけるＺ軸方向サーボ制御では、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影が、常に、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置となるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これに合わせて対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動されることになる。従って、Ｙ軸方向サーボ制御だけでなくＺ軸方向サーボ制御においてもクローズドループ制御を行うため、Ｚ軸方向サーボ制御も高精度となる。また、加工対象物ＯＢがＺ軸方向に大きく変動しても、それに合わせてリレーレンズアクチュエータ４０８が、フォトディテクタ４０２に映し出される射影の位置が受光面の中央側にくるように第１リレーレンズ４０４を移動させるため、加工対象物ＯＢのＺ軸方向の検出エリアが広くなる。
【０１０３】
また、第３実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。この場合、ステップＳ１１０においては、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動するとともに、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ４０８を駆動し、それと等しい駆動量でＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する。
【０１０４】
以上説明した第３実施形態のレーザ加工装置によれば、第１実施形態の効果に加えて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ検出範囲が広くなるため、Ｚ軸方向のサーボ制御可能範囲を広くすることができる。また、クローズドループ制御を行うためＺ軸方向サーボ制御も高精度に行うことができる。
【０１０５】
次に、第４実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。第３実施形態においては、１つのサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物ＯＢに照射し、その加工対象物ＯＢの射影の位置に基づいて、Ｚ軸方向サーボ制御を行ったが、この第４実施形態においては、さらに別のサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物ＯＢに照射してその反射光の位置を検出することにより、射影と反射光との両方の位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うものである。第４実施形態のレーザ加工装置は、図１３に示すように、第３実施形態のレーザ加工装置におけるＹ軸方向受光装置４３に代えて、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４を備えている。
【０１０６】
尚、第４実施形態のレーザ加工装置は、以下に説明する構成以外については第３実施形態のレーザ加工装置と同一であるが、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４と区別するために、このサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０を第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と呼ぶ。また、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射されるサーボ用レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光と呼び、レーザ光源３０２を第１レーザ光源３０２と呼び、第１レーザ光源３０２を駆動するサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０と呼ぶ。
【０１０７】
まず、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４における、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢの射影を検出する構成から説明する。図１３に示すように、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、第３実施形態のＹ軸方向受光装置４３と同様に、第１リレーレンズ４０４、第２リレーレンズ４０６、フォトディテクタ４０２及びリレーレンズアクチュエータ４０８を備えるが、更に、第１リレーレンズ４０４と第２リレーレンズ４０６との間にダイクロイックミラー４１８を介装している。第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、その波長がダイクロイックミラー４１８で反射するように設定されている。従って、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の進む光路は、ダイクロイックミラー４１８で９０度曲がった構成となっている。
【０１０８】
第１リレーレンズ４０４に入射する第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの射影光となる。射影光は、第１リレーレンズ４０４を通過して集光され、ダイクロイックミラー４１８で反射する。そして、第２リレーレンズ４０６で平行光に戻されてフォトディテクタ４０２の受光面に入射する。これにより、フォトディテクタ４０２の受光面には、加工対象物ＯＢの棒状の射影が映し出される。以下、フォトディテクタ４０２を第１フォトディテクタ４０２と呼ぶ。
【０１０９】
第１フォトディテクタ４０２は、受光領域が左右に（Ｙ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。この第１フォトディテクタ４０２は、受光した第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、第１リレーレンズ４０４が原点位置にありＹ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【０１１０】
第１リレーレンズ４０４は、その位置がリレーレンズアクチュエータ４０８によりＺ軸方向に移動可能となっている。第１リレーレンズ４０４は、リレーレンズアクチュエータ４０８が通電されていないときに、Ｚ軸方向の可動範囲の中心、つまり、原点に位置する。
【０１１１】
第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、更に、加工対象物ＯＢに対して第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とは反対方向から第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射し、その反射光を検出する構成として、第２レーザ光源４１０、コリメートレンズ４１２、偏光ビームスプリッタ４１４、１／４波長板４１６及び第２フォトディテクタ４２０を備えている。第２レーザ光源４１０は、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ４１２により平行光となって偏光ビームスプリッタ４１４に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ４１４をそのまま透過し、１／４波長板４１６を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板４１６を通過したサーボ用レーザ光は、ダイクロイックミラー４１８を透過し、第１リレーレンズ４０４に入射する。第１リレーレンズ４０４は、対物レンズとして働くためサーボ用レーザ光を集光する。こうして加工対象物ＯＢの直径よりも小さな径に集光されたレーザスポットが加工対象物ＯＢの表面に照射される。
【０１１２】
加工対象物ＯＢに照射されたサーボ用レーザ光（第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光）は、加工対象物ＯＢの表面で反射して第１リレーレンズ４０４に入射し平行光に戻されて、ダイクロイックミラー４１８をそのまま通過し、さらに、１／４波長板４１６を通過する。この場合、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなるため、偏光ビームスプリッタ４１４で反射する。偏光ビームスプリッタ４１４の反射方向には、第２フォトディテクタ４２０が設けられている。従って、加工対象物ＯＢの表面で反射した第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第２フォトディテクタ４２０に入射する。この第２フォトディテクタ４２０は、受光領域が左右に（Ｙ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｅ，Ｆに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｅ，ｆ）として出力する。この第２フォトディテクタ４２０は、第１リレーレンズ４０４が原点位置にあり、かつ、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢで反射した反射光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【０１１３】
また、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ４１４で反射させ、その反射光を集光レンズ４２２によりフォトディテクタ４２４の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ４２４は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ４２４は、第２レーザ光源４１０が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０に供給される。
【０１１４】
第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、第２レーザ光源４１０に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、第２フォトディテクタ４２０で加工対象物ＯＢからの反射光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０は、フォトディテクタ４２４が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるように第２レーザ光源４１０に出力する電流及び電圧を調整する。これにより、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の強度が一定に維持される。
【０１１５】
第４実施形態のレーザ加工装置は、第３実施形態のＺ軸方向エラー信号生成回路１７１，Ｚ軸方向サーボ回路１８２に代えて、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１及びＺ軸方向サーボ回路１９２を備えている。尚、Ｚ軸方向ドライブ回路１８３に関しては、第３実施形態と同一である。
【０１１６】
第１フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）、及び、第２フォトディテクタ４２０から出力される受光信号（ｅ，ｆ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１は、第１生成部１９１１と第２生成部１９１２とからなり、第１フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）が第１生成部１９１１に入力され、第２フォトディテクタ４２０から出力される受光信号（ｅ，ｆ）が第２生成部１９１２に入力される。第１生成部１９１１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果を第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）として出力する。第２生成部１９１２は、受光信号（ｅ，ｆ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｅ−ｆ）を演算し、その演算結果を第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）として出力する。
【０１１７】
第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）、及び、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−f）は、Ｚ軸方向サーボ回路１９２に入力される。Ｚ軸方向サーボ回路１９２は、第１サーボ部１９２１と第２サーボ部１９２２とからなり、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が第１サーボ部１９２１に入力され、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−f）が第２サーボ部１９２２に入力される。
【０１１８】
第１サーボ部１９２１は、コントローラ９０から出力されるサーボ開始指令により作動を開始し、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。従って、第１フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影が、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置となるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。また、第１サーボ部１９２１は、コントローラ９０からのサーボ切替指令に基づいて作動を停止する。
【０１１９】
第２サーボ部１９２２は、コントローラ９０から出力されるサーボ切替指令により、第１サーボ部１９２１に代わって作動を開始し、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）に基づいて、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。従って、第２フォトディテクタ４２０に受光された第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の反射光が受光領域の中央に維持されるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。
【０１２０】
次に、第４実施形態におけるコントローラ９０の実行するレーザ加工制御ルーチンについて説明する。第４実施形態のレーザ加工制御ルーチンは、第１実施形態のものとステップＳ１１０〜Ｓ１１２の処理、及び、ステップＳ１４６〜Ｓ１４８の処理が相違する。図１４は、第１実施形態におけるステップＳ１１０〜Ｓ１１２，ステップＳ１４６〜Ｓ１５８の処理に代えて行う第４実施形態の処理を表す部分フローチャートである。
【０１２１】
コントローラ９０は、ステップＳ１０８において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転開始指令を出力すると、続いて、ステップＳ２０１において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０と第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、それぞれのサーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＺ軸方向に照射され、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。この第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第１Ｙ軸方向照射ステップに相当する。また、第１サーボ用Ｙ軸レーザ光の照射により、第１フォトディテクタ４０２が受光信号（ｃ，ｄ）を出力する処理が、本発明の第１Ｙ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。
【０１２２】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ２０２において、Ｚ軸方向サーボ回路１９２とＹ軸方向サーボ回路１６２に対して、サーボ開始指令を出力する。これにより、各サーボ回路は、上述したＺ軸方向サーボ及びＹ軸方向サーボ制御を開始する。この場合、Ｚ軸方向サーボ回路１９２では、第１サーボ部１９２１のみが作動してＺ軸方向サーボ信号を生成する。この場合の第１生成部１９１１，第１サーボ部１９２１及びＺ軸方向ドライブ回路１８３の処理が、本発明の第１Ｚ軸方向サーボステップに相当する。
【０１２３】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ２０３において、サーボ開始指令の出力から所定時間経過するまで待機する。この間、上述したサーボ制御が継続される。この場合、Ｚ軸方向サーボにおいては、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射された第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢの射影が、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４の第１フォトディテクタ４０２の受光面の中央位置にくるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動されるため、Ｚ軸方向のサーボ制御可能範囲が広い。従って、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転中心軸に対してＺ軸方向に大きくずれていても、加工用レーザ光の照射位置を加工対象物ＯＢの表面にまで移動させることができる。
【０１２４】
サーボ開始指令の出力から所定時間経過すると（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、コントローラ９０は、ステップＳ２０４において、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０、Ｚ軸方向サーボ回路１９２に対してサーボ切替指令を出力する。これにより、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０による第１レーザ光源３０２の駆動が停止され、代わりに、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０による第２レーザ光源４１０の駆動が開始される。従って、加工対象物ＯＢには、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光に代わって第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光が照射される。この第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４から第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第２Ｙ軸方向照射ステップに相当する。また、第２サーボ用Ｙ軸レーザ光の照射により、第２フォトディテクタ４２０が受光信号（ｅ，ｆ）を出力する処理が、本発明の第２Ｙ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。
【０１２５】
また、同時に、Ｚ軸方向サーボ回路１９２においては、第１サーボ部１９２１に代わって第２サーボ部１９２２が作動を開始する。これにより、Ｚ軸方向のサーボ制御態様が切り替わり、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢからの反射光が第２フォトディテクタ４２０の受光面の中央位置にくるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。この場合、反射光位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うため、加工対象物ＯＢのＺ軸方向の変位に対して第２サーボ部１９２２の出力する第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）の変化が大きくなり、高精度にＺ軸方向サーボ制御を行うことができる。この場合の第２生成部１９１２，第１サーボ部１９２２及びＺ軸方向ドライブ回路１８３の処理が、本発明の第２Ｚ軸方向サーボステップに相当する。コントローラ９０は、ステップＳ２０４においてＺ軸方向のサーボ制御態様を切り換えると、上述したステップＳ１１４からの処理を実行する。
【０１２６】
コントローラ９０は、第１実施形態のステップＳ１４６〜Ｓ１４８の処理に代えて、ステップＳ２０５〜Ｓ２０６の処理を実行する。コントローラ９０は、ステップＳ２０５において、Ｚ軸方向サーボ回路１９２とＹ軸方向サーボ回路１６２に対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ及びリレーレンズアクチュエータ４０８の作動が停止する。続いて、ステップＳ２０６において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０と第２サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路４４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からのサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の照射、及び、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４からの第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の照射が停止される。
【０１２７】
以上説明した第４実施形態のレーザ加工装置によれば、最初に加工対象物ＯＢの射影の検出位置に基づいてＺ軸方向のフォーカスサーボ制御を開始し（サーボ制御の引き込みを行い）、その後、加工対象物ＯＢの反射光の検出位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うようにしているため、Ｚ軸方向サーボ制御の引き込みを確実に行え、Ｚ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。
【０１２８】
次に、第５実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。上述した第１〜第４実施形態のレーザ加工装置においては、サーボ用レーザ光の照射源としてＺ軸方向とＹ軸方向とで別々のレーザ光源を備え、また、それらサーボ用レーザ光を検出する別々のフォトディテクタを備えた構成であったが、第５実施形態においては、Ｚ軸方向とＹ軸方向とでレーザ光源とフォトディテクタとを共通化した構成を採用している。
【０１２９】
図１５は、第５実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド１５の概略構成を表す。この加工用ヘッド１５は、第１実施形態における加工用ヘッド１０，サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０，サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０及びＹ軸方向受光装置４０に代えて設けられるもので、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する機能と、加工対象物ＯＢにサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを照射する機能と、加工対象物ＯＢに照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光との両方の射影光を検出する機能を有する。図中において、第１実施形態と同じものについては、第１実施形態で使用した符号と同一の符号を付して簡単な説明に留める。
【０１３０】
加工用ヘッド１５は、その中央に加工対象物ＯＢが挿通される領域Ｈ（空間）が設けられており、その領域Ｈに加工用レーザ光及びサーボ用レーザ光を出射するように構成されている。加工用ヘッド１５は、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する構成として、加工用レーザ駆動回路１５０により駆動されるレーザ光源１０２と、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０及び対物レンズ１１２と、対物レンズ１１２の位置をＺ軸方向とＹ軸方向とに調整するフォーカスアクチュエータ１１４（Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ，Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ）とを備えている。また、加工用レーザ光が加工対象物ＯＢで反射した反射光の強度を検出するための構成として、集光レンズ１２０とフォトディテクタ１２２とを備えている。また、加工用レーザ光の強度を検出するための構成として、集光レンズ１２４とフォトディテクタ１２６とを備えている。これらの構成は、第１実施形態と同一である。従って、加工用レーザ光の進む経路や、フォトディテクタ１２２，１２６の出力に基づく制御についても第１実施形態と同一である。
【０１３１】
加工用ヘッド１５は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致している場合に、加工対象物ＯＢに形成される光スポットの大きさが形成する孔の大きさに対応した大きさになるように位置決めされている。
【０１３２】
次に、サーボ用レーザ光を加工対象物ＯＢに照射する構成について説明する。加工用ヘッド１５は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と同様な、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源２０２と、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光を平行光にするコリメートレンズ２０４と、平行光の大半（例えば９５％）を透過し残りを反射する偏光ビームスプリッタ２０６と、偏光ビームスプリッタ２０６の反射方向に設けられる集光レンズ２０８と、集光レンズ２０８により集光されたサーボ用レーザ光の強度を検出するフォトディテクタ２１０を備えている。レーザ光源２０２は、サーボ用レーザ駆動回路５４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。このサーボ用レーザ駆動回路５４０は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に相当するもので、フォトディテクタ２１０により検出したサーボ用レーザ光の光強度が設定強度となるようにレーザ光源２０２に出力する電流及び電圧を調整する。
【０１３３】
サーボ用レーザ光が偏光ビームスプリッタ２０６を透過する方向には、ビームスプリッタ２１２が設けられる。ビームスプリッタ２１２は、入射したサーボ用レーザ光の半分を透過し残り半分を反射する。従って、サーボ用レーザ光は、光強度が同程度となる２つのサーボ用レーザ光に分けられる。ビームスプリッタ２１２を透過したサーボ用レーザ光は、加工対象物ＯＢに対して加工用レーザ光とは反対方向からＺ軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ２１２を透過したサーボ用レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と同様に、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸が、加工用ヘッド１５の対物レンズ１１２が原点位置にある時に加工用レーザ光の光軸と一致するように光路が位置決めされている。
【０１３４】
サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光が対物レンズ１１２に入射する。この場合、対物レンズ１１２に入射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物ＯＢの棒状の射影が形成された射影光となる。対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー１１０に入射して反射する。ダイクロイックミラー１１０の反射方向には、リレーレンズ１１６（結像レンズ）、偏光ビームスプリッタ２２８、フォトディテクタ２３０が設けられている。偏光ビームスプリッタ２２８は、透過方向がレーザ光源２０２を出射したレーザ光の偏光方向に設定されている。従って、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、リレーレンズ１１６を通過して平行光となり、偏光ビームスプリッタ２２８を透過してフォトディテクタ２３０の受光面に入射する。こうしてフォトディテクタ２３０の受光面には、加工対象物ＯＢの影であるＸ軸方向に延びた棒状の射影が映し出される。
【０１３５】
フォトディテクタ２３０は、図１６に示すように、受光領域が十字状に４分割された４つの同一正方形状の受光素子を備え、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として出力する。このフォトディテクタ２３０は、十字状の分割線ＤＩＶがＺ軸方向とＸ軸方向とに向くように配置されている。以下、分割線ＤＩＶのうち、Ｘ軸方向に向いた分割線をＸ軸方向分割線ＤＩＶＸと呼び、Ｚ軸方向に向いた分割線をＺ軸方向分割線ＤＩＶＺと呼ぶ。
【０１３６】
また、ビームスプリッタ２１２で反射したサーボ用レーザ光は、第１反射ミラー２１４と第２反射ミラー２１６とで反射して加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ２１２で反射したサーボ用レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第１実施形態のサーボ用Ｙ軸方向レーザ光と同様に、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸がワーク駆動装置５０の回転軸と交差するように光路が位置決めされている。
【０１３７】
加工対象物ＯＢを挟んで第２反射ミラー２１６と向かい合う位置に第３反射ミラー２１８が設けられる。第２反射ミラー２１６で反射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光（射影光）が第３反射ミラー２１８に入射する。サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第３反射ミラー２１８で反射し、更に、第４反射ミラー２２０で反射する。第４反射ミラー２２０の反射方向には、像回転プリズム（ダブプリズム）２２２及び第５反射ミラー２２４が設けられる。第４反射ミラー２２０で反射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、像回転プリズム２２２で像が９０度回転する。従って、像回転プリズム２２２から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの射影の向きがＺ軸方向となる。像回転プリズム２２２から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第５反射ミラー２２４で反射して進行方向を変え、１／２波長板２２６を通過することで偏光方向が９０度変化して偏光ビームスプリッタ２２８に入射する。偏光ビームスプリッタ２２８は透過方向がレーザ光源２０２を出射したレーザ光の偏光方向に設定されているため、入射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は偏光ビームスプリッタ２２８で反射する。これにより、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とが合成される。
【０１３８】
フォトディテクタ２３０には、図１６に示すように、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とによる加工対象物ＯＢの射影Ｓが映し出されるが、この射影Ｓは、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに延びた十字形状となる。このフォトディテクタ２３０は、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに射影Ｓが受光領域のＺ軸方向分割線ＤＩＶＺにより２等分される位置で、かつ、対物レンズ１１２が原点位置にありＺ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに射影Ｓが受光領域のＸ軸方向分割線ＤＩＶＸにより２等分される位置に配置される。
【０１３９】
フォトディテクタ２３０の出力する受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、ぞれぞれ、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１とＺ軸方向エラー信号生成回路５７１とに入力される。この第５実施形態においては、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を使って（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））の演算を行い、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））として出力する。Ｙ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。また、Ｚ軸方向エラー信号生成回路５７１は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を使って（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））の演算を行い、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））として出力する。Ｚ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＺ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。
【０１４０】
Ｙ軸方向サーボ回路５６２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１から入力したＹ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路５６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路５６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ２３０に映し出される十字形状の射影におけるＸ軸方向に向いた部分が受光領域のＸ軸方向分割線ＤＩＶＸにより２等分される位置に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御される。この結果、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差する位置に維持される。
【０１４１】
また、Ｚ軸方向サーボ回路５７２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｚ軸方向エラー信号生成回路５７１から入力したＺ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路５７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路５７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に維持される。このため、加工対象物ＯＢの位置がＺ軸方向に変動しても、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸とずれている量だけ対物レンズ１１２を原点位置から移動させることにより、加工対象物ＯＢに形成される光スポットの大きさを形成する孔の大きさに対応した大きさに維持できる。
【０１４２】
尚、本実施形態においても、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光路上に第１リレーレンズ４０４及び第２リレーレンズ４０６を設け、第３実施形態と同様、第１リレーレンズ４０４をリレーレンズアクチュエータ４０８で駆動し、それと等しい駆動量でＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動して、クローズドループ制御によりＺ軸方向サーボ制御を行うようにすることができる。
【０１４３】
また、加工対象物ＯＢに形成されるビームスポットの径が大きくてもよい場合は、図１７に示すように、対物レンズ１１２の焦点距離を長くすることができるので、加工対象物ＯＢと対物レンズ１１２の間にビームスプリッタ２３２を設け、像回転プリズム２２２から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光をビームスプリッタ２３２で合成させるようにしてもよい。この場合、加工対象物ＯＢから対物レンズ１１２までの光路長を２つの方向のレーザ光において等しくする必要があるため、リレーレンズ２３４，２３６を設ける。これによれば、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光も対物レンズ１１２を通過させることができるので、リレーレンズを設けなくてもクローズドループ制御によりＺ軸方向サーボ制御を行うことができる。
【０１４４】
以上説明した第５実施形態のレーザ加工装置によれば、第１実施形態の効果を奏するだけでなく、サーボ用レーザ光のレーザ光源、サーボ用レーザ駆動回路、フォトディテクタ及びその他の光学素子の数を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができる。
【０１４５】
尚、第１実施形態では、レーザ加工制御ルーチンにおけるステップＳ１０８，Ｓ１３２の処理において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０との両方に対して照射開始指令又は照射停止指令を出力したが、第５実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを共通のレーザ光源２０２から出射するように構成しているため、照射開始指令及び照射停止指令は、レーザ光源２０２を駆動するサーボ用レーザ駆動回路５４０のみに対して出力されることになる。
【０１４６】
以上、本発明の５つの実施形態について説明したが、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。
【０１４７】
例えば、第１実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、加工用レーザ光を集光させる対物レンズ１１２を介してフォトディテクタ１１８で受光する構成を採用しているが、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の光軸を加工用レーザ光の光軸から僅かにずらし、対物レンズ１１２の近傍に設けたフォトディテクタでサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を受光する構成であってもよい。この構成では、加工対象物ＯＢの変動を加工用レーザ光の焦点位置の近傍で検出することになるが、加工対象物ＯＢの変動が大きくなければサーボ制御は可能である。
【０１４８】
また、上記各実施形態においては、アクチュエータ１１４による対物レンズ１１２の駆動のみにより加工用レーザ光の照射位置が加工対象物ＯＢの適正位置になるように制御したが、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙに変位センサを設け、この変位センサが出力する信号の直流成分（オフセット部分）を検出し、この直流成分がゼロになるように加工用ヘッド及びサーボ用Ｚ軸方向光ヘッドをＹ軸方向に一体的に移動させるアクチュエータを別に設けるようにしてもよい。この場合には、対物レンズ１１２が原点位置を中心に駆動されるため、さらに精度の高いサーボ制御を行うことができる。尚、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙに変位センサを設けずに、Ｙ軸方向サーボ回路１６２、５６２が出力する信号の直流成分を検出するようにしてもよい。
【０１４９】
また、上記各実施形態においては、加工用レーザ光の照射位置をＸ軸方向に移動させるにあたって、ワーク駆動装置５０により加工対象物ＯＢをＸ軸方向に移動させているが、例えば、加工用ヘッド１０、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０及びＹ軸方向受光装置４０を一体化したユニットをＸ軸方向に移動させる構成であってもよい。
【０１５０】
また、上記各実施形態においては、加工対象物ＯＢをその中心軸回りに回転させているが、加工対象物ＯＢを固定し、加工用ヘッド１０、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０及びＹ軸方向受光装置４０を加工対象物ＯＢの中心軸回りに回転させる構成であってもよい。
【０１５１】
また、上記各実施形態においては、加工対象物ＯＢを横方向に向けて固定しているが、加工対象物ＯＢを固定する向きは任意の方向に設定できるものである。また、これに伴って、加工用レーザ光、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の向きに関しても、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の関係を満たす条件で任意に設定できるものである。
【符号の説明】
【０１５２】
ＯＢ…加工対象物、１０，１２，１５…加工用ヘッド、２０…サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド、３０…サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド、４０，４３…Ｙ軸方向受光装置、４４…第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド、５０…ワーク駆動装置、５１…移動ステージ、５２…スピンドルモータ、５５…フィードモータ、５６…スピンドルモータ制御回路、５７…フィードモータ制御回路、５８…移動位置検出回路、９０…コントローラ、１０２，２０２，１３０，３０２，４１０…レーザ光源、１１０…ダイクロイックミラー、１１２…対物レンズ、１１４…フォーカスアクチュエータ、１１４ｙ…Ｙ軸アクチュエータ、１１４ｚ…Ｚ軸アクチュエータ、１１８，１２２，１２６，１４０，１４４，２１０，２３０，３１０，４０２，４２０，４２４…フォトディテクタ、４０４…第１リレーレンズ、４０８…リレーレンズアクチュエータ、１６１，５６１…Ｙ軸方向エラー信号生成回路、１６２，５６２…Ｙ軸方向サーボ回路、１６３，５６３…Ｙ軸方向ドライブ回路、１７１，１９１，５７１…Ｚ軸方向エラー信号生成回路、１７２，１８２，１９２，５７２…Ｚ軸方向サーボ回路、１７３，１８３、５７３…Ｚ軸方向ドライブ回路、２１２…ビームスプリッタ、２２２…像回転プリズム、２４０…サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路、３４０…サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路、４４０…第２サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路、５４０…サーボ用レーザ駆動回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工するレーザ加工装置及びレーザ加工装置におけるレーザ光の照射位置を加工対象物の適正位置に合わせる照射位置制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ドラム状の固定治具の外周面にシート状の加工対象物を固定し、固定治具をその中心軸周りに回転させながら軸方向に沿って移動させるとともに、加工ヘッドにより加工用レーザ光を対物レンズで集光して加工対象物の表面に照射することで、加工対象物表面に螺旋状にレーザ加工（ピット、溝、反応跡等の形成）を施すレーザ加工装置が知られている。このようなレーザ加工装置は、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００３】
ドラム式レーザ加工装置において、加工対象物に微細なレーザ加工を行う場合は、例えば、特許文献２に提案されているように、光ディスク装置におけるフォーカスサーボ制御と同様、加工対象物からの反射光を４分割された受光領域を有するフォトディテクタで受光し、非点収差法等により、各受光領域の受光信号からレーザ光の焦点位置と加工対象物の表面との光軸方向のずれに相当するフォーカスエラー信号を生成する。そして、このフォーカスエラー信号の値がゼロになるように、レーザ光を集光する対物レンズをレーザ光の光軸方向に移動させることで、レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３２２６８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４３６６３号公報
【発明の概要】
【０００５】
近年、人体の血管、気管などの管状の部分にステントを挿入し、管径を拡げて管状の部分の狭窄を防止するステント治療が広まってきている。ステントは、ステンレス、タンタル、コバルト合金、ニッケル・チタン合金などの金属製の円筒パイプの側面に、図１８に示すように複数の帯状の孔を設けて、網目状にしたものである。このステントの製作においては、レーザ加工により、円筒パイプの側面に複数の帯状の孔を設けることがある。
【０００６】
ステントの直径は、挿入する管の直径に応じて様々である。血管のように直径の小さい管用のステントの直径は、０．５ｍｍから３ｍｍほどであり、さらに小さな直径のステントもある。このように、直径が小さい円筒パイプの側面に複数の帯状の孔を高精度に加工するのは非常に困難である。上記従来のレーザ加工におけるフォーカスサーボ制御は、レーザ光を加工対象物の表面に垂直に照射できることを前提としており、加工対象物が直径の小さいステントのように非常に細い円筒パイプである場合には、レーザ光の光軸が円筒パイプの中心軸からずれている（交差しない）と、レーザ光を加工対象物の表面に対して斜めに照射してしまうため、適切なフォーカスエラー信号を生成することができない。こうした場合においては、加工対象物のレーザ光の光軸方向の変動に加えて光軸に垂直な方向の変動も考慮しなければならない。従って、加工対象物が直径の小さい円筒状部材である場合、上記従来のフォーカスサーボ制御によってでは、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさを所定の大きさに維持することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、直径が非常に小さい円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工する場合に、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるようにレーザ光の照射位置を制御することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸方向をＸ軸方向にして支持する対象物支持手段（５１）と、加工対象物を加工する加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源（１０２）及び前記加工用レーザ光を集光する対物レンズ（１１２）を備え、加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に対物レンズによって集光された加工用レーザ光を照射して加工対象物の表面に光スポットを形成する加工用レーザ光照射手段（１０２，１０４，１０８，１１２）と、加工対象物又は加工用レーザ光照射手段をＸ軸方向回りに回転させて、加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、加工対象物に対して相対的にＸ軸方向回りに回転させる回転手段（５２）と、加工対象物又は加工用レーザ光照射手段をＸ軸方向に変位させて、加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、加工対象物に対して相対的にＸ軸方向に移動させる移動手段（５１，５３）とを備えたレーザ加工装置において、照射方向がＺ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向がＺ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段（２０２，２０４；３０２，３０４；１３０，１３２，１３６，１１０，１１２；４１０，４１２，４１６，４０４；２０２，２０４，２１２，２１４，２１６）と、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及びサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される加工対象物の射影又は加工対象物からの反射光を受光して、受光位置に応じた受光信号を出力するサーボ用レーザ光受光手段（１１２，１１０，１１６，１１８；４０２；１１２，１１０，１３６，１３４，１４０；４０４，４０６，４０２；４０４，４１８，４０６，４０２；４０４，４１６，４１４，４２０）と、受光信号に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差し、かつ加工用レーザ光を加工対象物に照射することで加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように対物レンズを駆動するサーボ手段（１６１〜１６３，１７１〜１７３，１１４ｙ，１１４ｚ）とを備えたことにある。
【０００９】
この場合、サーボ用レーザ光受光手段は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影又は加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段（１１２，１１０，１１６，１１８；１１２，１１０，１３６，１３４，１４０）と、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影又は加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段（４０２；４０４，４０６，４０２；４０４，４１８，４０６，４０２；４０４，４１６，４１４，４２０）とを備え、サーボ手段は、Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段（１６１，１６２，１６３，１１４ｙ）と、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように対物レンズをＺ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段（１７１，１７２，１７３，１１４ｚ；１９１，１９２，１８３，１１４ｚ）とを備えるとよい。
【００１０】
また、この場合、サーボ用レーザ光照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として加工対象物へＺ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段（２０２，２０４）と、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段（３０２，３０４）とを備え、Ｚ軸方向レーザ光検出手段（１１２，１１０，１１６，１１８）は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、Ｙ軸方向レーザ光検出手段（４０２）は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するとよい。
【００１１】
また、この場合、Ｚ軸方向照射手段（２０２，２０４）は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、加工対象物に対して加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、加工用レーザ光を加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離してＺ軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子（１１０）を備えるとよい。
【００１２】
また、この場合、サーボ用レーザ光照射手段は、対物レンズにより加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として加工用レーザ光と同軸となる位置で加工対象物へＺ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段（１３０，１３２，１３６，１１０，１１２）と、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段（３０２，３０４）とを備え、Ｚ軸方向レーザ光検出手段（１１２，１１０，１３６，１３４，１４０）は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、Ｙ軸方向レーザ光検出手段（４０２）は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するとよい。
【００１３】
さらに、この場合、加工対象物の表面に形成される光スポットは、Ｘ軸方向に長く、加工対象物は、ステントに加工される円筒パイプとするとよい。
【００１４】
上記のように構成したレーザ加工装置においては、Ｚ軸方向とＹ軸方向との２方向における加工対象物の射影又は加工対象物からの反射光の検出位置に基づいて対物レンズを駆動する。これにより、加工対象物の位置がＺ軸方向及びＹ軸方向に変動しても、簡単に、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさを所定の大きさに保つことができる。特に、レーザ加工により円筒状パイプに孔を形成してステントを製作する場合に有効であって、孔の位置及び孔の大きさの精度を向上させることができる。
【００１５】
本発明の他の特徴は、Ｙ軸方向レーザ光検出手段（４０２）の受光面への入射光路にてＺ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズ（４０４）を設け、Ｚ軸方向サーボ手段（１７１，１８２，１８３，１１４ｚ，４０８）は、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影がＹ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズをＺ軸方向に駆動するとともに、サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動することにある。
【００１６】
上記のように構成したレーザ加工装置においては、Ｚ軸方向サーボ手段が、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影がＹ軸方向レーザ光受光手段の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズを駆動する。サーボレーザ用リレーレンズを光軸に対して垂直方向に移動させると、それに伴って、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面に映し出されるサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する。したがって、Ｚ軸方向サーボ手段は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置をフィードバックして、射影がＹ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズを駆動制御することができる。
【００１７】
また、Ｚ軸方向サーボ手段が、このサーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動することにより、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさを所定の大きさに保つことができる。この結果、Ｚ軸方向のサーボ制御の精度が向上するとともに、加工用レーザ光のＺ軸方向の照射位置の調整範囲を広くすることができる。
【００１８】
本発明の他の特徴は、Ｙ軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射手段（３０２，３０４）と、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射手段（４１０，４１２，４１６，４０４）とを備え、Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出器（４０２）と、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出器（４２０）とを備え、第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路にてＺ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズ（４０４）を設け、Ｚ軸方向サーボ手段は、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズをＺ軸方向に駆動するとともに、サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボ手段（１９１１，１９２１，１８３，１１４ｚ，４０８）と、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光が第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにサーボレーザ用リレーレンズを駆動するとともに、サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボ手段（１９１２，１９２２，１８３，１１４ｚ，４０８）と、第１Ｚ軸方向サーボ手段の作動の後に前記第２Ｚ軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段（９０）とを備えたことにある。
【００１９】
上記のように構成したレーザ加工装置においては、レーザ光の照射位置と加工対象物の表面とのずれを検出する場合、加工対象物の射影位置を用いれば検出範囲が広くなり、加工対象物の反射光位置を用いれば検出精度が高くなる。したがって、先に、加工対象物の射影位置に基づいてＺ軸方向のサーボ制御を開始し（サーボ制御の引き込みを行い）、その後、加工対象物の反射光位置に基づいてＺ軸方向のサーボ制御を行うことで、Ｚ軸方向のサーボ制御の引き込みを確実に行え、Ｚ軸方向の加工用レーザ光の照射位置制御を高精度に行うことができる。
【００２０】
本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用レーザ光として出射するサーボ用レーザ出射手段（２０２，２０４）と、サーボ用レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離する分離光学素子（２１２）とを備え、サーボ用レーザ光検出手段は、受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに受光した光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器（２３０）と、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射して形成されるそれぞれの射影が十字状にクロスするように合成してレーザ光検出器の受光面に導く合成光学素子（２２８；２３２）とを備え、サーボ手段は、レーザ光検出器の左右又は上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段（５６１，５６２，５６３，１１４ｙ）と、レーザ光検出器の上下又は左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように対物レンズをＺ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段（５７１，５７２，５７３，１１４ｚ）を備えたことにある。
【００２１】
上記のように構成したレーザ加工装置によれば、サーボ用のレーザ光源、レーザ光検出器、その他の光学素子を減らすことができるため、低コスト化を図ることができる。尚、本発明において、上下、左右とは、絶対的な方向を意味するものではなく、受光面における一方の方向を上下と定義したときに、それに対して垂直な方向を左右と定義するものである。
【００２２】
本発明の他の特徴は、加工用レーザ光照射手段により加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する照射位置不適正判定手段（Ｓ１１８〜Ｓ１２０）を備えたことにある。
【００２３】
本発明においては、照射位置不適正判定手段が、加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する。したがって、レーザ加工を開始する前に、Ｙ軸方向サーボ手段とＺ軸方向サーボ手段とを作動させた状態で、照射位置不適正判定手段によりＹ軸方向及びＺ軸方向のサーボ制御が適正に行われているか否かを確認することができる。このため、レーザ加工の失敗を防止することが可能となる。
【００２４】
更に、本発明の実施にあたっては、レーザ加工装置の発明に限定されることなく、レーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法の発明としても実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。
【図２】第１実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ用Ｚ軸方向光ヘッドの概略構成図である。
【図３】第１実施形態に係るレーザ加工装置のサーボ用Ｙ軸方向光ヘッドとＹ軸方向受光装置の概略構成図である。
【図４】Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を表す説明図である。
【図５】発光信号供給回路が出力するパルス列信号のタイミングチャートである。
【図６】フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。
【図７】加工対象物の変位とエラー信号波形値との関係を表す特性図である。
【図８】フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。
【図９】レーザ加工制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。
【図１１】加工対象物の変位とフォトディテクタに照射された反射光の位置変化との関係を表す説明図である。
【図１２】第３実施形態に係るレーザ加工装置のＹ軸方向受光装置とＺ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。
【図１３】第４実施形態に係るレーザ加工装置のＹ軸方向受光装置とＺ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。
【図１４】第４実施形態に係るレーザ加工装置のレーザ加工制御ルーチンを表すフローチャート（変更部分）である。
【図１５】第５実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ系回路の概略構成図である。
【図１６】フォトディテクタに照射された十字状の射影の状態を表す説明図である。
【図１７】第５実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。
【図１８】ステントの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。このレーザ加工装置は、細い円筒パイプ状の加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射して孔を形成する。このレーザ加工装置は、加工対象物ＯＢを保持して加工対象物ＯＢの中心軸回りに回転させるとともに加工対象物ＯＢをその中心軸方向に移動させるワーク駆動装置５０と、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する加工用ヘッド１０と(図２参照）、加工対象物ＯＢの表面にサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を照射するサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と(図２参照）、同じく加工対象物ＯＢの表面にサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射するサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と（図３参照）、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光するＹ軸方向受光装置４０と（図３参照）、各種の電気回路（後述する）と、レーザ加工装置全体の作動を制御するコントローラ９０とを備えている。
【００２７】
ここで、レーザ加工装置における方向を定義する。図４に示すように、ワーク駆動装置５０に固定された加工対象物ＯＢの中心軸線方向をＸ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向に対して垂直方向であって加工用ヘッド１０から加工対象物ＯＢに照射される加工用レーザ光の光軸の方向をＺ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方に対して垂直となる方向をＹ軸方向と呼ぶ。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、加工対象物ＯＢに照射するサーボ用レーザ光の光軸がＹ軸方向となるように固定されている。従って、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０は、図１中において、紙面の前後に位置するものであるが、ここでは、両者が重ならないように左右に配置して記載している。
【００２８】
本実施形態における加工対象物ＯＢは、直径０．５ｍｍのステンレス製のパイプである。この加工対象物ＯＢは、最終的に直径０．５ｍｍのステントに加工されるもので、本実施形態のレーザ加工装置は、前記パイプの表面に加工用レーザ光を所定の間隔をおいて照射することにより、前記パイプに複数の孔を形成する。
【００２９】
このように非常に細い径のパイプ状の加工対象物ＯＢに対してレーザ加工を行う場合には、従来から知られているように加工用レーザ光の反射光からナイフエッジ法などによりフォーカスエラー信号を生成しても、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸から外れてしまうと、適正なフォーカスエラー信号が得られない。そこで、本実施形態においては、加工対象物ＯＢにサーボ用レーザ光をＺ軸方向とＹ軸方向とに照射し、加工対象物ＯＢが映し出される射影の位置に基づいて加工用レーザ光の照射位置を制御する。
【００３０】
まず、ワーク駆動装置５０から説明する。ワーク駆動装置５０は、加工対象物ＯＢの両端をチャッキングして回転可能に保持する移動ステージ５１と、移動ステージ５１に保持された加工対象物ＯＢをその中心軸回りに回転させるスピンドルモータ５２と、移動ステージ５１をＸ軸方向に移動させるねじ送り機構５３とを備えている。
【００３１】
ねじ送り機構５３は、移動ステージ５１に固定されたナット(図示略）に螺合するスクリューロッド５４と、スクリューロッド５４を回転させるフィードモータ５５とを備えている。スクリューロッド５４は、移動ステージ５１に保持された加工対象物ＯＢの中心軸（即ち、スピンドルモータ５２の回転軸）と平行となるＸ軸方向に延びて設けられ、その一端側が、レーザ加工装置本体フレーム（図示略）に固定されたフィードモータ５５の出力軸に連結され、他端側が、レーザ加工装置本体フレームに固定された軸受部（図示略）に回転可能に軸支される。また、移動ステージ５１は、図示しない案内ガイドにより、回転規制されており、Ｘ軸方向にのみ移動可能となっている。従って、フィードモータ５５を正転又は逆転駆動すると、フィードモータ５５の回転運動が移動ステージ５１の直線運動に変換され、加工対象物ＯＢがＸ軸方向に前進又は後退できるようになっている。
【００３２】
スピンドルモータ５２内には、エンコーダ５２ａが組み込まれている。エンコーダ５２ａは、スピンドルモータ５２が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。また、エンコーダ５２ａは、スピンドルモータ５２の回転軸の回転位置が基準回転位置に来る度に、ローレベルからハイレベルに切り替わり、基準回転位置からずれるとローレベルに戻るインデックス信号を出力する。エンコーダ５２ａから出力されるパルス列信号及びインデックス信号は、スピンドルモータ制御回路５６及びコントローラ９０に入力される。スピンドルモータ制御回路５６は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、エンコーダ５２ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ５２の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９０によって設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５２の回転を制御する。
【００３３】
フィードモータ５５内にも、エンコーダ５５ａが組み込まれている。このエンコーダ５５ａは、フィードモータ５５が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号は、フィードモータ制御回路５７と移動位置検出回路５８に入力される。移動位置検出回路５８は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号が入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をフィードモータ制御回路５７に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ５５ａが出力するパルス列信号のパルス数をカウントする。そして積算したカウント数から移動ステージ５１の移動位置を計算してコントローラ９０及びフィードモータ制御回路５７に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、移動ステージ５１の移動位置を制御する原点位置となる。
【００３４】
フィードモータ制御回路５７は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、コントローラ９０から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路５８から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ９０から入力した設定値になるまでフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、フィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路５８から移動限界位置を表す信号を入力するとフィードモータ５５への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路５８から出力される移動位置がコントローラ９０から入力した移動位置の設定値になるまでフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動させる。詳しくは後述するように、本実施形態においては、Ｘ軸方向の１つの加工位置における孔加工が終了するごとに、加工対象物ＯＢに形成する孔のＸ軸方向の幅の半分の長さよりもやや長い距離（以下、軸方向孔間隔ｄＸという）だけ、移動ステージ５１を移動させる。
【００３５】
また、フィードモータ制御回路５７には、移動ステージ５１の移動速度の設定値（設定速度）がコントローラ９０により入力される。そして、コントローラ９０から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ５１の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ５５を駆動制御する。
【００３６】
次に、加工用ヘッド１０について図２を用いて説明する。加工用ヘッド１０は、加工対象物ＯＢの円筒表面に加工用レーザ光を照射する機能と、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を受光して加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれに応じた信号を出力する機能を有する。加工用ヘッド１０は、加工用レーザ光を出射するレーザ光源１０２と、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０，対物レンズ１１２を備えている。
【００３７】
レーザ光源１０２は、加工用レーザ駆動回路１５０から供給される電流及び電圧により駆動されて楕円断面形状の加工用レーザ光を出射する。レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光は、コリメートレンズ１０４により平行光となって偏光ビームスプリッタ１０６に入射する。加工用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ１０６をそのまま透過し、１／４波長板１０８を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板１０８を通過した加工用レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０を透過して対物レンズ１１２に入射する。レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光は、整形されることなく、その光束の断面形状はレーザ光源１０２から出射された状態のまま（すなわち楕円状）である。こうして、加工対象物ＯＢの表面に楕円状の光スポットが形成される。この加工対象物ＯＢの表面に形成される楕円状の光スポットの長軸方向がＸ軸方向に平行となるように、レーザ光源１０２の向きが設定されている。詳しくは後述するように、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と直交するように制御されるので、この楕円状の光スポットの長軸部分は、加工対象物ＯＢのうち対物レンズ１１２側に最も近くなる。したがって、この光スポットの長軸部分が線状に加工される。そして、加工対象物ＯＢを回転させながら加工用レーザ光を間欠的に照射することにより、複数の帯状の孔を形成することができる。なお、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットのＸ軸方向の長さを調整するため、レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光をビーム整形器（例えば、プリズム）によって整形してもよい。
【００３８】
対物レンズ１１２には、フォーカスアクチュエータ１１４が設けられている。フォーカスアクチュエータ１１４は、対物レンズ１１２を加工用レーザ光の光軸方向、つまり、Ｚ軸方向に移動させるＺ軸アクチュエータ１１４ｚと、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させるＹ軸アクチュエータ１１４ｙとを備えている。従って、Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ及びＹ軸アクチュエータ１１４ｙを作動させることにより加工用レーザ光の照射位置をＺ軸方向（光軸方向）及びＹ軸方向に移動できるようになっている。尚、対物レンズ１１２は、アクチュエータ１１４ｚ、１１４ｙが通電されていないときに、Ｚ軸方向及びＹ軸方向の可動範囲の中心に位置する。以下、この位置を対物レンズ１１２の原点位置と呼ぶ。また、対物レンズを２軸方向に駆動するアクチュエータは、例えば、特開２００４−３９０６５等において知られている。
【００３９】
対物レンズ１１２で集光された加工用レーザ光は、加工対象物ＯＢの表面に照射され反射する。加工対象物ＯＢで反射した反射光は、対物レンズ１１２、ダイクロイックミラー１１０、１／４波長板１０８を通過する。この場合、反射光は、１／４波長板１０８を２回通過したことになるため、コリメートレンズ１０４から偏光ビームスプリッタ１０６に入射したレーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなる。従って、１／４波長板１０８を通過して偏光ビームスプリッタ１０６に入射した反射光は、偏光ビームスプリッタ１０６で反射する。偏光ビームスプリッタ１０６による反射光の反射方向には、集光レンズ１２０及びフォトディテクタ１２２が設けられている。このため、偏光ビームスプリッタ１０６で反射した反射光は、集光レンズ１２０によりフォトディテクタ１２２に集光される。
【００４０】
フォトディテクタ１２２は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ１２２は、加工用レーザ光が加工対象物ＯＢで反射した反射光の強度に対応した受光信号を出力する。フォトディテクタ１２２の出力する受光信号は、増幅回路１５２により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１５３に供給される。Ａ／Ｄ変換器１５３は、コントローラ９０からの指令により作動し、増幅回路１５２から供給された受光信号をデジタル信号に変換してコントローラ９０に出力する。コントローラ９０は、この受光信号が表す反射光強度から、後述する加工用レーザ光のＺ軸方向及びＹ軸方向の照射位置制御が適切に行われているかを判断する。
【００４１】
また、加工用ヘッド１０は、レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ１０６で反射させ、その反射光を集光レンズ１２４によりフォトディテクタ１２６の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ１２６は、フォトディテクタ１２２と同様に、その受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ１２６は、レーザ光源１０２が出射した加工用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、加工用レーザ駆動回路１５０に供給される。
【００４２】
加工用レーザ駆動回路１５０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源に対して加工用強度、つまり、加工対象物ＯＢの表面を適切に加工できる強度のレーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。本実施形態においては、加工用レーザ駆動回路１５０は、フォトディテクタ１２６が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源１０２に出力する電流及び電圧を調整する。これにより、加工対象物ＯＢに照射される加工用レーザ光の強度が設定加工用強度に維持される。
【００４３】
また、加工用レーザ駆動回路１５０は、発光信号供給回路１５１によりレーザ光源１０２への駆動信号の出力形態が制御される。発光信号供給回路１５１は、コントローラ９０から加工模様を表すデータを入力して、レーザ加工中に、そのデータに対応したパルス列信号又は連続信号を加工用レーザ駆動回路１５０に供給する。本実施形態では、加工用レーザ駆動回路１５０は、加工対象物ＯＢの表面に形成する孔の周方向の幅及び孔の形成間隔に応じた時間幅のハイレベル信号とローレベル信号からなるパルス列信号を出力する。具体的には、図５に示すように、発光信号供給回路１５１は、コントローラ９０からの指令により、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂを交互に切り替えながら出力する。コントローラ９０は、エンコーダ５２ａからインデックス信号を入力する毎に、出力するパルス列信号を切り替えるよう、発光信号供給回路１５１に指示する。パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂは、６個のパルスからなる。各パルスのデューティ比及び周期は一定である。また、パルス列信号Ａとパルス列信号Ｂは、位相が１８０度ずれている。したがって、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂに対応して、加工対象物ＯＢの周方向にそれぞれ６箇所ずつ孔が形成される。パルス列信号Ａに対応して形成される孔とパルス列信号Ｂに対応して形成される孔とは、周方向に３０°ずれている。また、上記のように、コントローラ９０は、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂのいずれか一方に対応した孔加工が終了する毎に、軸方向孔間隔ｄＸだけ、移動ステージ１５１を移動させる。したがって、パルス列信号Ａに対応して形成される孔とパルス列信号Ｂに対応して形成される孔は、軸方向孔間隔ｄＸだけずれている。ただし、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂを構成するパルス数は６個に限られず、周方向に形成する孔の数に応じて増減可能である。また、パルス列信号Ａ及びパルス列信号Ｂを構成する各パルスのデューティ比は一定でなくてもよく、孔の周方向の幅及び周方向の位置に応じて変更可能である。また、発光信号供給回路１５１は、コントローラ９０の指令により、強度が一定の連続信号を出力する。詳しくは後述するように、加工用レーザ駆動回路１５０は、この連続信号に基づいて、加工対象物ＯＢの表面を加工しない非加工強度のレーザ光が出射されるようにレーザ光源１０２を制御する。
【００４４】
ふたたび図２の説明に戻る。加工用ヘッド１０には、更に、ダイクロイックミラー１１０の反射方向にリレーレンズ（結像レンズ）１１６とフォトディテクタ１１８が設けられている。このリレーレンズ１１６及びフォトディテクタ１１８は、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を検出するために設けられたものである。従って、先に、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０について説明する。
【００４５】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、図２に示すように、加工対象物ＯＢを挟んで加工用ヘッド１０と向き合うように、加工用ヘッド１０と対になってレーザ加工装置の本体フレーム（図示略）に固定される。サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源２０２と、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ２０４，偏光ビームスプリッタ２０６と、偏光ビームスプリッタ２０６の反射方向に設けられる集光レンズ２０８，フォトディテクタ２１０を備えている。
【００４６】
レーザ光源２０２は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源２０２から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ２０４により平行光となって偏光ビームスプリッタ２０６に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ２０６をそのまま透過してサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射する。このサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射したレーザ光が、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光である。サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光となる。
【００４７】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の出射方向がＺ軸方向となり、しかも、その光軸が、加工用ヘッド１０の対物レンズ１１２が原点位置にある時に加工用ヘッド１０から出射する加工用レーザ光の光軸と一致するように位置決めされている。この場合、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と加工用ヘッド１０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び加工用レーザ光の光軸がワーク駆動装置５０の回転軸（スピンドルモータ５２の回転軸）と直交するように、ワーク駆動装置５０に対する相対位置関係が定められている。
【００４８】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光が加工用ヘッド１０の対物レンズ１１２に入射する。この場合、対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物ＯＢの棒状の影が形成されたものとなる。この加工対象物ＯＢによってできた影を射影と呼び、射影とその周囲の光とを合わせて射影光と呼ぶ。
【００４９】
対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー１１０に入射する。ダイクロイックミラー１１０は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学素子であり、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光に対しては反射し、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光に対しては透過するように、各レーザ光の波長が設定されている。従って、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０で反射する。ダイクロイックミラー１１０の反射方向には、リレーレンズ１１６（結像レンズ）、フォトディテクタ１１８が設けられており、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光がリレーレンズ１１６により平行光になりフォトディテクタ１１８の受光面に入射する。フォトディテクタ１１８の受光面には、加工対象物ＯＢの影である棒状の射影が映し出される。
【００５０】
フォトディテクタ１１８は、図６に示すように、受光領域が左右に（Ｙ軸方向）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。このフォトディテクタ１１８は、受光したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光（射影光Ｌ）における棒状の射影Ｓが受光領域Ａ，Ｂの分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、Ｚ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影Ｓが受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【００５１】
フォトディテクタ１１８から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）を演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１６２に出力する。Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものである。
【００５２】
図７は、加工対象物ＯＢの位置をＹ軸方向に変化させたときのＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の波高値を表したものである。図示するように、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は、Ｓ字状波形となる。従って、Ｓ字状波形の山（ｃ位置）から谷（ａ位置）までの範囲ｒ（Ｓ字検出範囲ｒと呼ぶ）においては、加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれ量とＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさとが一対一に対応する。このため、Ｓ字検出範囲ｒ内において、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれ量を検出することができる。
【００５３】
例えば、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向にずれていない場合、（ｂ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓは、受光面の中央に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）はゼロとなる。一方、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向における一方側（左側と呼ぶ）にずれている場合には、（ａ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓが受光面の左側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は負の値をとる。また、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向における他方側（右側と呼ぶ）にずれている場合には、（ｃ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓが受光面の右側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は正の値をとる。
【００５４】
Ｙ軸方向サーボ回路１６２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路１６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１１８に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置が制御されることとなる。対物レンズ１１２のＹ軸方向の移動は、加工対象物ＯＢに照射する加工用レーザ光の光軸をＹ軸方向に移動させることになる。このため、対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置制御により、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。
【００５５】
サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、レーザ光源２０２から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ２０６で反射させ、その反射光を集光レンズ２０８によりフォトディテクタ２１０の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ２１０は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ２１０は、レーザ光源２０２が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に供給される。
【００５６】
サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源２０２に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、加工用ヘッド１０のフォトディテクタ１１８で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、フォトディテクタ２１０が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源２０２に出力する電流及び電圧を制御する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。
【００５７】
次に、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０とについて説明する。図３に示すように、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０とは、互いに加工対象物ＯＢをＹ軸方向に挟んで向かい合うようにレーザ加工装置の本体フレーム（図示略）に固定される。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源３０２と、レーザ光源３０２から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ３０４，ビームスプリッタ３０６と、ビームスプリッタ３０６の反射方向に設けられる集光レンズ３０８，フォトディテクタ３１０を備えている。
【００５８】
レーザ光源３０２は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源３０２から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ３０４により平行光となってビームスプリッタ３０６に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）がビームスプリッタ３０６をそのまま透過してサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射する。このサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したレーザ光がサーボ用Ｙ軸方向レーザ光である。サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光となる。
【００５９】
サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の出射方向がＹ軸方向となり、しかも、その光軸が、ワーク駆動装置５０の回転軸と交差するように位置決めされている。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と向かい合うＹ軸方向受光装置４０には、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光するフォトディテクタ４０２が設けられる。フォトディテクタ４０２は、その受光面の中心にサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光軸が通るように位置決めされている。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、フォトディテクタ４０２の受光面には加工対象物ＯＢの影である棒状の射影が映し出される。
【００６０】
フォトディテクタ４０２は、図８に示すように、受光領域が上下に（Ｚ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。このフォトディテクタ４０２は、受光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光（射影光Ｌ）における棒状の射影Ｓが受光領域Ｃ，Ｄの分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影Ｓが受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【００６１】
フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）としてＺ軸方向サーボ回路１７２に出力する。Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）の大きさは、加工対象物ＯＢの位置をＺ軸方向に変化させると、上述したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の特性と同様にＳ字状に変化する（図７参照）。従って、Ｓ字検出範囲ｒにおいては、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量（加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＺ軸方向におけるずれ量）とＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）の大きさとが一対一に対応する。このため、Ｓ字検出範囲ｒ内において、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出することができる。
【００６２】
Ｚ軸方向サーボ回路１７２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１から入力したＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分に相当する対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に維持される。尚、フォトディテクタ４０２に映し出される射影の位置は、対物レンズ１１２のＺ軸方向移動によっては変化しない。
【００６３】
加工用ヘッド１０は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致している場合に、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが、形成する孔に対応した大きさになるように位置決めされている。このため、加工対象物ＯＢの位置がＺ軸方向に変動しても、その変動量だけ対物レンズ１１２を原点位置からＺ軸方向に移動させることにより、常に、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが、形成する孔に対応した大きさになるように制御できる。
【００６４】
サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、レーザ光源３０２から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）をビームスプリッタ３０６で反射させ、その反射光を集光レンズ３０８によりフォトディテクタ３１０の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ３１０は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ３１０は、レーザ光源３０２が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０に供給される。
【００６５】
サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源３０２に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、Ｙ軸方向受光装置４０のフォトディテクタ４０２で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０は、フォトディテクタ３１０が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源３０２に出力する電流及び電圧を制御する。これにより、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。
【００６６】
コントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータと、ハードディスクや不揮発性メモリなどの記憶装置と、入出力インタフェース等から構成される電子制御装置である。コントローラ９０には、作業者が各種パラメータや処理等を指示するための入力装置９１と、作業者に対して作動状況等を視覚的に知らせるための表示装置９２とが接続されている。
【００６７】
次に、レーザ加工を行う際の制御について説明する。図９は、コントローラ９０が実行するレーザ加工処理ルーチンを表すフローチャートである。レーザ加工処理ルーチンは、コントローラ９０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。作業者は、加工対象物ＯＢをワーク駆動装置５０にセットした後、入力装置９１を使ってレーザ加工の開始指示操作を行う。これにより、本ルーチンが起動する。
【００６８】
本ルーチンがステップＳ１００にて起動すると、コントローラ９０は、ステップＳ１０２において、加工位置カウンタｎ（ｎ＝１、２・・・）を「１」に初期化し、パルス列信号選択フラグＳｇを「０」に初期化する。加工位置カウンタｎは、Ｘ軸方向の加工位置を示す。また、パルス列信号選択フラグＳｇは、発光信号供給回路１５１から出力するパルス列信号Ａ又はパルス列信号Ｂのいずれかを選択するためのフラグである。つぎに、コントローラ９０は、ステップＳ１０４にて、各種回路の作動を開始させる。続いて、ステップＳ１０６において、フィードモータ制御回路５７に対して加工開始位置への移動指令を出力する。この指令により、フィードモータ制御回路５７は、移動位置検出回路５８により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を加工開始位置Ｓｔにまで移動させる。続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１０８において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転開始指令を出力する。これにより、スピンドルモータ５２が起動して加工対象物ＯＢの回転が始まる。このとき、スピンドルモータ制御回路５６は、エンコーダ５２ａにより検出されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ５２の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９０によって設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５２の回転を制御する。
【００６９】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１０において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＺ軸方向に照射され、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からサーボ用Ｙ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。この処理は、本発明のＺ軸方向照射ステップとＹ軸方向照射ステップとを含んだサーボ用レーザ光照射ステップに相当する。また、このサーボ用レーザ光の照射により、フォトディテクタ１１８が受光信号（ａ，ｂ）を出力する処理が、本発明のＺ軸方向レーザ光検出ステップに相当し、フォトディテクタ４０２が受光信号（ｃ，ｄ）を出力する処理が、本発明のＹ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。
【００７０】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１２において、Ｙ軸方向サーボ回路１６２とＺ軸方向サーボ回路１７２とに対して、サーボ制御の開始指令を出力する。これにより、Ｙ軸方向サーボ回路１６２は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１からＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）を入力し、このＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路１６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１１８に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御され、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。この処理は、本発明のＹ軸方向サーボステップに相当する。
【００７１】
同様に、Ｚ軸方向サーボ回路１７２は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１からＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）を入力し、このＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に制御され、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが、常に、形成する孔の大きさに対応した大きさになる。この処理は、本発明のＺ軸方向サーボステップに相当する。
【００７２】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１４において、発光信号供給回路１５１及び加工用レーザ駆動回路１５０に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ９０は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物ＯＢが変化しない低レベルに設定する。これにより、発光信号供給回路１５１は、一定強度の連続値を発光信号として加工用レーザ駆動回路１５０に供給し、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧及び電流の強度を低いレベルに設定してレーザ光源１０２を駆動する。従って、加工用ヘッド１０からは、非加工強度のレーザ光が加工対象物ＯＢに向けて出射されることになる。加工対象物ＯＢは、この非加工強度のレーザ光に対してはレーザ加工されない。
【００７３】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１６において、加工用ヘッド１０に設けられたフォトディテクタ１２２の出力する受光信号を増幅回路１５２及びＡ／Ｄ変換器１５３を介して取り込んで加工用レーザ光の反射光強度Ｒを検出する。次に、ステップＳ１１８において、反射光強度Ｒと下限値Ｒrefと比較する。反射光強度Ｒが下限値Ｒref以下であれば、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていないと判断して、ステップＳ１２０において、表示装置９２にその旨を表示し、その処理をステップＳ１４６に進める。一方、反射光強度Ｒが下限値Ｒrefを上回っていれば、上述したＺ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断して、その処理をステップＳ１２２に進める。このステップＳ１１８，Ｓ１２０の処理が、本発明の照射位置不適正判定ステップに相当する。
【００７４】
コントローラ９０は、ステップＳ１１８において「Ｙｅｓ」、つまり、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断した場合には、ステップＳ１２２において、エンコーダ５２ａからインデックス信号を入力する。そして、エンコーダ５２ａから入力したインデックス信号のレベルがローレベル（Ｌ）であれば、ステップＳ１１８の処理を繰り返し実行する。一方、インデックス信号のレベルがハイレベル（Ｈ）であれば、その処理をステップＳ１２４に進める。
【００７５】
つぎに、コントローラ９０は、ステップＳ１２４にて、パルス列信号選択フラグＳｇに応じて処理を振り分ける。すなわち、パルス列信号選択フラグＳｇが「０」であれば、その処理をステップＳ１２６に進め、パルス列信号選択フラグＳｇが「１」であれば、その処理をステップＳ１４４に進める。最初パルス列信号選択フラグは「０」に初期化されているので、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１２６に進める。コントローラ９０は、ステップＳ１２６にて、発光信号供給回路１５１及び加工用レーザ駆動回路１５０に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ９０は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物ＯＢに孔が形成される程度の加工強度に設定する。これにより、発光信号供給回路１５１は、パルス列信号Ａ（図５参照）を発光信号として加工用レーザ駆動回路１５０に供給し、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧及び電流の強度を加工強度に設定してレーザ光源１０２を駆動する。これにより、レーザ光源１０２から、加工強度のレーザ光であって、パルス列信号Ａに対応したパルス状のレーザ光が出力される。
【００７６】
つぎに、コントローラ９０は、ステップＳ１２８にて、パルス列信号選択フラグＳｇを「１」にセットし、ステップＳ１３０にて、エンコーダ５２ａからインデックス信号を入力する。入力したインデックス信号のレベルがローレベルであれば、ステップＳ１３０の処理を繰り返し実行する。そして、入力したインデックス信号がハイレベルになると、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１３２に進める。すなわち、ステップＳ１２２にてインデックス信号がハイレベルになったことを検出してから加工対象物ＯＢが１回転するまで待機する。この間、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差し、かつ、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが加工する孔の大きさに対応した大きさになるように対物レンズ１１２のＺ軸方向とＹ軸方向の位置が制御される。これにより、加工対象物ＯＢに６つの孔が周方向に等間隔に形成される。そして、コントローラ９０は、ステップＳ１３２にて、加工用レーザの照射を停止する。
【００７７】
つぎに、コントローラ９０は、加工開始位置Ｓｔ、加工位置カウンタｎ及び軸方向孔間隔ｄＸを用いて算出される加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）の値を加工終了位置の値と比較する。加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）の値が加工終了位置の値以上であれば、その処理を後述のステップＳ１４６に進める。一方、加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）の値が加工終了位置の値よりも小さければ、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１３６に進める。
【００７８】
コントローラ９０は、ステップＳ１３６にて、フィードモータ制御回路５７に対して移動ステージ５１のＸ軸方向への移動開始指令を出力する。フィードモータ制御回路５７は、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ５１の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ５５を駆動制御する。そして、コントローラ９０は、ステップＳ１３８にて、移動位置検出回路５８により検出される移動ステージ５１の移動位置を取り込み、現時点の位置が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達したかを判断する。移動ステージ５１の位置が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達していない場合、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１３８の処理を繰り返し実行する。すなわち、コントローラ９０は、移動ステージ５１が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達するまで待機する。そして、移動ステージ５１が加工位置（Ｓｔ＋ｎ×ｄＸ）に到達すると、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１４０にて、フィードモータ制御回路５７に対して移動ステージ５１の移動停止指令を出力とともに、その処理をステップＳ１４２に進める。
【００７９】
コントローラ９０は、ステップ１４２にて、加工位置カウンタｎをインクリメントして、ステップＳ１２２に戻る。そして、ステップＳ１２２にて、インデックス信号がハイレベルになったことを検出すると、その処理をステップＳ１２４に進める。上述のように、ステップＳ１２８にてパルス列信号選択フラグＳｇが「１」にセットされているので、コントローラ９０は、その処理をステップＳ１４４に進める。コントローラ９０は、ステップＳ１４４にて、発光信号供給回路１５１及び加工用レーザ駆動回路１５０に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ９０は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物ＯＢに孔が形成される程度の加工強度に設定する。これにより、発光信号供給回路１５１は、パルス列信号Ｂ（図５参照）を発光信号として加工用レーザ駆動回路１５０に供給し、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧及び電流の強度を加工強度に設定してレーザ光源１０２を駆動する。これにより、レーザ光源１０２から、加工強度のレーザ光であって、パルス列信号Ｂに対応したパルス状のレーザ光が出力される。そして、コントローラ９０は、ステップＳ１４６にて、パルス列信号選択フラグＳｇを「０」にセットして、その処理をステップＳ１３０に進める。これにより、加工対象物ＯＢに６つの孔が周方向に等間隔に形成される。以降、移動ステージ５１が加工終了位置に達するまで、ステップＳ１２２〜Ｓ１４６を繰り返す。
【００８０】
移動ステージ５１の移動位置が加工終了位置に達すると（Ｓ１３４：Ｙｅｓ）、コントローラ９０は、ステップＳ１４８において、Ｙ軸方向サーボ回路１６２とＺ軸方向サーボ回路１７２とに対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ及びＺ軸アクチュエータ１１４ｚの作動が停止する。次に、ステップＳ１５０において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からのサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の照射、及び、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からのサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の照射が停止される。
【００８１】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１５２において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転停止指令を出力する。これにより、スピンドルモータ５２への通電が停止され、加工対象物ＯＢの回転が停止する。次に、ステップＳ１５４において、フィードモータ制御回路５７に対して加工対象物ＯＢの取り外し位置への移動指令を出力する。これによりフィードモータ制御回路５７は、移動位置検出回路５８により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を加工対象物ＯＢの取り外し位置にまで移動させる。作業者は、この位置で加工対象物ＯＢをワーク駆動装置５０から取り外す。こうして、移動ステージ５１が所定の取り外し位置にまで移動すると、ステップＳ１５６により本レーザ加工処理ルーチンが終了する。
【００８２】
以上説明した第１実施形態のレーザ加工装置によれば、加工対象物ＯＢに対して、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物ＯＢに照射し、その射影の位置に基づいて、加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物ＯＢの中心軸と交差し、かつ、加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが形成する孔の大きさに対応した大きさになるように、対物レンズ１１２のＺ軸方向とＹ軸方向の位置が制御される。従って、非常に細いパイプ状の加工対象物ＯＢの表面を孔加工する場合でも、適正に集光した加工用レーザ光を加工対象物ＯＢの表面に垂直に照射することができ、これにより、ステントを製作することができる。
【００８３】
また、本実施形態においては、加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とを同一の光軸上で照射し、フォトディテクタ１１８の受光信号から得られたＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）をフィードバックして、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようにクローズドループ制御によりＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動するため、特にＹ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。
【００８４】
また、加工用レーザ光の反射光強度Ｒと下限値Ｒrefとの比較に基づいて、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御の異常発生の有無を判定し、異常が検出されたときには、加工用レーザ光の照射位置が適正となっていないためレーザ加工を中止する。これにより、レーザ加工の失敗を防止することができる。
【００８５】
また、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及びサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を出射するにあたり、フォトディテクタ２１０，３１０で検出した光の強度が設定強度となるようにレーザ光源２０２，３０２の出力を制御するため、Ｚ軸方向及びＹ軸方向のサーボ制御を精度良く行うことができる。
【００８６】
次に、第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１０は、第２実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド１２の概略構成を表す。第２実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のレーザ加工装置の加工用ヘッド１０とサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０に代えて、加工用ヘッド１２を設けたもので、他の構成については第１実施形態と同一である。この加工用ヘッド１２は、加工用レーザ光を照射／受光する構成に加えて、サーボ用Ｚ軸レーザ光を照射／受光する構成を備えている。以下、第１実施形態と同様な構成については、図面に第１実施形態と同一の符号を付して簡単な説明に留める。
【００８７】
加工用ヘッド１２は、第１実施形態の加工用ヘッド１０と同様に、加工用レーザ光を加工対象物ＯＢに照射する構成としてレーザ光源１０２，コリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０及び対物レンズ１１２を備え、加工用レーザ光の反射光強度を検出する構成として集光レンズ１２０及びフォトディテクタ１２２を備え、レーザ光源１０２から出射する加工用レーザ光の強度を検出する構成として集光レンズ１２４及びフォトディテクタ１２６を備え、対物レンズ１１２をＺ軸方向とＹ軸方向とに駆動する構成としてＺ軸アクチュエータ１１４ｚとＹ軸アクチュエータ１１４ｙからなるフォーカスアクチュエータ１１４を備える。
【００８８】
更に、加工用ヘッド１２は、サーボ用レーザ光を照射するレーザ光源１３０と、レーザ光源１３０から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１３２，偏光ビームスプリッタ１３４，１／４波長板１３６を備えている。レーザ光源１３０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源１３０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ１３２により平行光となって偏光ビームスプリッタ１３４に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ１３４をそのまま透過して１／４波長板１３６を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板１３６を通過したサーボ用レーザ光は、加工用レーザ光の光路途中に設けられるダイクロイックミラー１１０に入射し、そこで反射する。従って、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光とが合成されて対物レンズ１１２に入射する。この場合、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用レーザ光の光軸と、ダイクロイックミラー１１０を透過した加工用レーザ光の光軸とが一致するように、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光の光路が設定されている。
【００８９】
サーボ用レーザ光は、加工用レーザ光と同様に、対物レンズ１１２により加工対象物ＯＢの直径よりも小さな径に集光されて加工対象物ＯＢの表面にスポット状に照射される。この加工対象物ＯＢの照射されるサーボ用レーザ光がサーボ用Ｚ軸方向レーザ光である。加工用レーザ光及びサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの表面で反射して対物レンズ１１２に入射し平行光に戻される。この場合、加工用レーザ光は、そのままダイクロイックミラー１１０を透過するが、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０で反射する。従って、ダイクロイックミラー１１０で加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とが分離されることになる。
【００９０】
ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、１／４波長板１３６を通過する。この場合、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光（反射光）は、１／４波長板を２回通過したことになるため、レーザ光源１３０から出射されたレーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなる。従って、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１３４で反射する。
【００９１】
偏光ビームスプリッタ１３４の反射方向には、フォトディテクタ１４０が設けられている。従って、加工対象物ＯＢの表面で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、フォトディテクタ１４０に入射する。このフォトディテクタ１４０は、第１実施形態のフォトディテクタ１１８と同様に、受光領域が左右に（Ｙ軸方向）２分割された２つの受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。また、フォトディテクタ１４０は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、Ｚ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに、図１１（ｂ）に示すように、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【００９２】
フォトディテクタ１４０から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、第１実施形態と同様にＹ軸方向エラー信号生成回路１６１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）を演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１６２に出力する。加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向に変動すると、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、その変動位置に応じて加工対象物ＯＢに照射されるサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の位置が変化し、これに伴って、フォトディテクタ１４０に受光される反射光ＲＬの位置が変化する。このため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。
【００９３】
Ｙ軸方向サーボ回路１６２及びＹ軸方向ドライブ回路１６３の動作についても第１実施形態と同様である。つまり、Ｙ軸方向サーボ回路１６２が、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６３から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成し、Ｙ軸方向ドライブ回路１６３が、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙに駆動信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１４０に受光されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御されることとなる。このため、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。
【００９４】
加工用ヘッド１２は、更に、レーザ光源１３０から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ１３４で反射させ、その反射光を集光レンズ１４２によりフォトディテクタ１４４の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ１４４は、第１実施形態のフォトディテクタ２１０と同様に、レーザ光源１３０が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に供給される。サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、フォトディテクタ１４４が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した強度となるようにレーザ光源１３０の出力を調整する。これにより、加工用ヘッド１２から加工対象物ＯＢに向けて出射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。
【００９５】
また、第２実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。
【００９６】
以上説明した第２実施形態のレーザ加工装置においては、加工用ヘッド１２によりサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を集光して加工対象物ＯＢに照射し、その反射光の位置に基づいて加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置を制御するとともに、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０により加工対象物ＯＢの直径より大きな直径のサーボ用レーザ光（平行光）を加工対象物ＯＢに照射して、その射影光をＹ軸方向受光装置４０にて受光し、射影の位置に基づいて加工対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの大きさが加工する孔の大きさに対応した大きさになるように対物レンズ１１２のＺ軸方向の位置を制御する。従って、第１実施形態と同様な効果を奏する。また、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光の検出位置は、加工対象物ＯＢのＹ軸方向の変位に対して大きく変動するため、Ｙ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。
【００９７】
次に、第３実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。この第３実施形態のレーザ加工装置は、Ｚ軸方向のサーボ制御をクローズドループ制御で実施できるようにしたもので、第１実施形態のレーザ加工装置とは、Ｙ軸方向受光装置、Ｚ軸方向のサーボ系回路が相違し、他の構成については第１実施形態と同一である。
【００９８】
図１２に示すように、第３実施形態のレーザ加工装置におけるＹ軸方向受光装置４３は、第１実施形態におけるＹ軸方向受光装置４０のフォトディテクタ４０２の入射部に第１リレーレンズ４０４、第２リレーレンズ４０６を設け、更に、第１リレーレンズ４０４をＺ軸方向に駆動するリレーレンズアクチュエータ４０８を設けたものである。第１リレーレンズ４０４は、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光（加工対象物ＯＢの射影光）を集光し、第２リレーレンズ４０６は、第１リレーレンズ４０４で集光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を平行光に戻す。フォトディテクタ４０２は、第２リレーレンズ４０６を通過したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光する。第１リレーレンズ４０４は、その位置がリレーレンズアクチュエータ４０８によりＺ軸方向に移動可能となっている。第１リレーレンズ４０４は、リレーレンズアクチュエータ４０８が通電されていないときに、Ｚ軸方向の可動範囲の中心に位置する（この位置を原点位置と呼ぶ）。フォトディテクタ４０２は、第１リレーレンズ４０４が原点位置にあるとき、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光軸が受光面の中心を通るように位置決めされている。
【００９９】
フォトディテクタ４０２の受光面には、加工対象物ＯＢの棒状の射影が映し出されるが、リレーレンズアクチュエータ４０８により第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動された場合には、その移動に伴って射影の位置もＺ軸方向に移動する。
【０１００】
フォトディテクタ４０２は、上述したように、受光領域が上下に（Ｚ軸方向）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。また、フォトディテクタ４０２は、受光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、第１リレーレンズ４０４が原点位置にありＹ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【０１０１】
第３実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のＺ軸方向サーボ回路１７２，Ｚ軸方向ドライブ回路１７３に代えて、Ｚ軸方向サーボ回路１８２，Ｚ軸方向ドライブ回路１８３を備えている。尚、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１については、第１実施形態と同一である。フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）としてＺ軸方向サーボ回路１８２に出力する。Ｚ軸方向サーボ回路１８２は、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）を入力し、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１８３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ４０８を駆動する信号を出力して第１リレーレンズ４０４をＺ軸方向に移動させるとともに、加工用ヘッド１０のＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。この場合、第１リレーレンズ４０４の移動量と対物レンズ１１２の移動量とが同一となるように、それぞれの駆動信号は設定されている。従って、対物レンズ１１２と第１リレーレンズ４０４とは、Ｚ軸方向における相対位置がほとんど変化しない。
【０１０２】
第１実施形態においては、対物レンズ１１２のみをＺ軸方向に移動させる構成であったため、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影は移動しないが、第３実施形態においては、第１リレーレンズ４０４もＺ軸方向サーボ信号によりＺ軸方向に移動するため、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影がＺ軸方向に移動する。従って、この第３実施形態におけるＺ軸方向サーボ制御では、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影が、常に、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置となるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これに合わせて対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動されることになる。従って、Ｙ軸方向サーボ制御だけでなくＺ軸方向サーボ制御においてもクローズドループ制御を行うため、Ｚ軸方向サーボ制御も高精度となる。また、加工対象物ＯＢがＺ軸方向に大きく変動しても、それに合わせてリレーレンズアクチュエータ４０８が、フォトディテクタ４０２に映し出される射影の位置が受光面の中央側にくるように第１リレーレンズ４０４を移動させるため、加工対象物ＯＢのＺ軸方向の検出エリアが広くなる。
【０１０３】
また、第３実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。この場合、ステップＳ１１０においては、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動するとともに、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ４０８を駆動し、それと等しい駆動量でＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する。
【０１０４】
以上説明した第３実施形態のレーザ加工装置によれば、第１実施形態の効果に加えて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ検出範囲が広くなるため、Ｚ軸方向のサーボ制御可能範囲を広くすることができる。また、クローズドループ制御を行うためＺ軸方向サーボ制御も高精度に行うことができる。
【０１０５】
次に、第４実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。第３実施形態においては、１つのサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物ＯＢに照射し、その加工対象物ＯＢの射影の位置に基づいて、Ｚ軸方向サーボ制御を行ったが、この第４実施形態においては、さらに別のサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物ＯＢに照射してその反射光の位置を検出することにより、射影と反射光との両方の位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うものである。第４実施形態のレーザ加工装置は、図１３に示すように、第３実施形態のレーザ加工装置におけるＹ軸方向受光装置４３に代えて、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４を備えている。
【０１０６】
尚、第４実施形態のレーザ加工装置は、以下に説明する構成以外については第３実施形態のレーザ加工装置と同一であるが、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４と区別するために、このサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０を第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と呼ぶ。また、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射されるサーボ用レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光と呼び、レーザ光源３０２を第１レーザ光源３０２と呼び、第１レーザ光源３０２を駆動するサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０と呼ぶ。
【０１０７】
まず、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４における、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢの射影を検出する構成から説明する。図１３に示すように、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、第３実施形態のＹ軸方向受光装置４３と同様に、第１リレーレンズ４０４、第２リレーレンズ４０６、フォトディテクタ４０２及びリレーレンズアクチュエータ４０８を備えるが、更に、第１リレーレンズ４０４と第２リレーレンズ４０６との間にダイクロイックミラー４１８を介装している。第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、その波長がダイクロイックミラー４１８で反射するように設定されている。従って、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の進む光路は、ダイクロイックミラー４１８で９０度曲がった構成となっている。
【０１０８】
第１リレーレンズ４０４に入射する第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの射影光となる。射影光は、第１リレーレンズ４０４を通過して集光され、ダイクロイックミラー４１８で反射する。そして、第２リレーレンズ４０６で平行光に戻されてフォトディテクタ４０２の受光面に入射する。これにより、フォトディテクタ４０２の受光面には、加工対象物ＯＢの棒状の射影が映し出される。以下、フォトディテクタ４０２を第１フォトディテクタ４０２と呼ぶ。
【０１０９】
第１フォトディテクタ４０２は、受光領域が左右に（Ｙ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。この第１フォトディテクタ４０２は、受光した第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、第１リレーレンズ４０４が原点位置にありＹ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【０１１０】
第１リレーレンズ４０４は、その位置がリレーレンズアクチュエータ４０８によりＺ軸方向に移動可能となっている。第１リレーレンズ４０４は、リレーレンズアクチュエータ４０８が通電されていないときに、Ｚ軸方向の可動範囲の中心、つまり、原点に位置する。
【０１１１】
第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、更に、加工対象物ＯＢに対して第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とは反対方向から第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射し、その反射光を検出する構成として、第２レーザ光源４１０、コリメートレンズ４１２、偏光ビームスプリッタ４１４、１／４波長板４１６及び第２フォトディテクタ４２０を備えている。第２レーザ光源４１０は、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ４１２により平行光となって偏光ビームスプリッタ４１４に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ４１４をそのまま透過し、１／４波長板４１６を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板４１６を通過したサーボ用レーザ光は、ダイクロイックミラー４１８を透過し、第１リレーレンズ４０４に入射する。第１リレーレンズ４０４は、対物レンズとして働くためサーボ用レーザ光を集光する。こうして加工対象物ＯＢの直径よりも小さな径に集光されたレーザスポットが加工対象物ＯＢの表面に照射される。
【０１１２】
加工対象物ＯＢに照射されたサーボ用レーザ光（第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光）は、加工対象物ＯＢの表面で反射して第１リレーレンズ４０４に入射し平行光に戻されて、ダイクロイックミラー４１８をそのまま通過し、さらに、１／４波長板４１６を通過する。この場合、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなるため、偏光ビームスプリッタ４１４で反射する。偏光ビームスプリッタ４１４の反射方向には、第２フォトディテクタ４２０が設けられている。従って、加工対象物ＯＢの表面で反射した第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第２フォトディテクタ４２０に入射する。この第２フォトディテクタ４２０は、受光領域が左右に（Ｙ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｅ，Ｆに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｅ，ｆ）として出力する。この第２フォトディテクタ４２０は、第１リレーレンズ４０４が原点位置にあり、かつ、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢで反射した反射光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。
【０１１３】
また、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ４１４で反射させ、その反射光を集光レンズ４２２によりフォトディテクタ４２４の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ４２４は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ４２４は、第２レーザ光源４１０が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０に供給される。
【０１１４】
第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、第２レーザ光源４１０に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、第２フォトディテクタ４２０で加工対象物ＯＢからの反射光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流及び電圧を供給する回路である。第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０は、フォトディテクタ４２４が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるように第２レーザ光源４１０に出力する電流及び電圧を調整する。これにより、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の強度が一定に維持される。
【０１１５】
第４実施形態のレーザ加工装置は、第３実施形態のＺ軸方向エラー信号生成回路１７１，Ｚ軸方向サーボ回路１８２に代えて、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１及びＺ軸方向サーボ回路１９２を備えている。尚、Ｚ軸方向ドライブ回路１８３に関しては、第３実施形態と同一である。
【０１１６】
第１フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）、及び、第２フォトディテクタ４２０から出力される受光信号（ｅ，ｆ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１は、第１生成部１９１１と第２生成部１９１２とからなり、第１フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）が第１生成部１９１１に入力され、第２フォトディテクタ４２０から出力される受光信号（ｅ，ｆ）が第２生成部１９１２に入力される。第１生成部１９１１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果を第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）として出力する。第２生成部１９１２は、受光信号（ｅ，ｆ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｅ−ｆ）を演算し、その演算結果を第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）として出力する。
【０１１７】
第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）、及び、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−f）は、Ｚ軸方向サーボ回路１９２に入力される。Ｚ軸方向サーボ回路１９２は、第１サーボ部１９２１と第２サーボ部１９２２とからなり、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が第１サーボ部１９２１に入力され、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−f）が第２サーボ部１９２２に入力される。
【０１１８】
第１サーボ部１９２１は、コントローラ９０から出力されるサーボ開始指令により作動を開始し、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。従って、第１フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影が、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置となるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。また、第１サーボ部１９２１は、コントローラ９０からのサーボ切替指令に基づいて作動を停止する。
【０１１９】
第２サーボ部１９２２は、コントローラ９０から出力されるサーボ切替指令により、第１サーボ部１９２１に代わって作動を開始し、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）に基づいて、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。従って、第２フォトディテクタ４２０に受光された第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の反射光が受光領域の中央に維持されるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。
【０１２０】
次に、第４実施形態におけるコントローラ９０の実行するレーザ加工制御ルーチンについて説明する。第４実施形態のレーザ加工制御ルーチンは、第１実施形態のものとステップＳ１１０〜Ｓ１１２の処理、及び、ステップＳ１４６〜Ｓ１４８の処理が相違する。図１４は、第１実施形態におけるステップＳ１１０〜Ｓ１１２，ステップＳ１４６〜Ｓ１５８の処理に代えて行う第４実施形態の処理を表す部分フローチャートである。
【０１２１】
コントローラ９０は、ステップＳ１０８において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転開始指令を出力すると、続いて、ステップＳ２０１において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０と第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、それぞれのサーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＺ軸方向に照射され、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。この第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第１Ｙ軸方向照射ステップに相当する。また、第１サーボ用Ｙ軸レーザ光の照射により、第１フォトディテクタ４０２が受光信号（ｃ，ｄ）を出力する処理が、本発明の第１Ｙ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。
【０１２２】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ２０２において、Ｚ軸方向サーボ回路１９２とＹ軸方向サーボ回路１６２に対して、サーボ開始指令を出力する。これにより、各サーボ回路は、上述したＺ軸方向サーボ及びＹ軸方向サーボ制御を開始する。この場合、Ｚ軸方向サーボ回路１９２では、第１サーボ部１９２１のみが作動してＺ軸方向サーボ信号を生成する。この場合の第１生成部１９１１，第１サーボ部１９２１及びＺ軸方向ドライブ回路１８３の処理が、本発明の第１Ｚ軸方向サーボステップに相当する。
【０１２３】
続いて、コントローラ９０は、ステップＳ２０３において、サーボ開始指令の出力から所定時間経過するまで待機する。この間、上述したサーボ制御が継続される。この場合、Ｚ軸方向サーボにおいては、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射された第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢの射影が、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４の第１フォトディテクタ４０２の受光面の中央位置にくるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動されるため、Ｚ軸方向のサーボ制御可能範囲が広い。従って、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転中心軸に対してＺ軸方向に大きくずれていても、加工用レーザ光の照射位置を加工対象物ＯＢの表面にまで移動させることができる。
【０１２４】
サーボ開始指令の出力から所定時間経過すると（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、コントローラ９０は、ステップＳ２０４において、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０、Ｚ軸方向サーボ回路１９２に対してサーボ切替指令を出力する。これにより、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０による第１レーザ光源３０２の駆動が停止され、代わりに、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０による第２レーザ光源４１０の駆動が開始される。従って、加工対象物ＯＢには、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光に代わって第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光が照射される。この第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４から第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第２Ｙ軸方向照射ステップに相当する。また、第２サーボ用Ｙ軸レーザ光の照射により、第２フォトディテクタ４２０が受光信号（ｅ，ｆ）を出力する処理が、本発明の第２Ｙ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。
【０１２５】
また、同時に、Ｚ軸方向サーボ回路１９２においては、第１サーボ部１９２１に代わって第２サーボ部１９２２が作動を開始する。これにより、Ｚ軸方向のサーボ制御態様が切り替わり、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢからの反射光が第２フォトディテクタ４２０の受光面の中央位置にくるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。この場合、反射光位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うため、加工対象物ＯＢのＺ軸方向の変位に対して第２サーボ部１９２２の出力する第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）の変化が大きくなり、高精度にＺ軸方向サーボ制御を行うことができる。この場合の第２生成部１９１２，第１サーボ部１９２２及びＺ軸方向ドライブ回路１８３の処理が、本発明の第２Ｚ軸方向サーボステップに相当する。コントローラ９０は、ステップＳ２０４においてＺ軸方向のサーボ制御態様を切り換えると、上述したステップＳ１１４からの処理を実行する。
【０１２６】
コントローラ９０は、第１実施形態のステップＳ１４６〜Ｓ１４８の処理に代えて、ステップＳ２０５〜Ｓ２０６の処理を実行する。コントローラ９０は、ステップＳ２０５において、Ｚ軸方向サーボ回路１９２とＹ軸方向サーボ回路１６２に対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ及びリレーレンズアクチュエータ４０８の作動が停止する。続いて、ステップＳ２０６において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０と第２サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路４４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からのサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の照射、及び、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４からの第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の照射が停止される。
【０１２７】
以上説明した第４実施形態のレーザ加工装置によれば、最初に加工対象物ＯＢの射影の検出位置に基づいてＺ軸方向のフォーカスサーボ制御を開始し（サーボ制御の引き込みを行い）、その後、加工対象物ＯＢの反射光の検出位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うようにしているため、Ｚ軸方向サーボ制御の引き込みを確実に行え、Ｚ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。
【０１２８】
次に、第５実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。上述した第１〜第４実施形態のレーザ加工装置においては、サーボ用レーザ光の照射源としてＺ軸方向とＹ軸方向とで別々のレーザ光源を備え、また、それらサーボ用レーザ光を検出する別々のフォトディテクタを備えた構成であったが、第５実施形態においては、Ｚ軸方向とＹ軸方向とでレーザ光源とフォトディテクタとを共通化した構成を採用している。
【０１２９】
図１５は、第５実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド１５の概略構成を表す。この加工用ヘッド１５は、第１実施形態における加工用ヘッド１０，サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０，サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０及びＹ軸方向受光装置４０に代えて設けられるもので、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する機能と、加工対象物ＯＢにサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを照射する機能と、加工対象物ＯＢに照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光との両方の射影光を検出する機能を有する。図中において、第１実施形態と同じものについては、第１実施形態で使用した符号と同一の符号を付して簡単な説明に留める。
【０１３０】
加工用ヘッド１５は、その中央に加工対象物ＯＢが挿通される領域Ｈ（空間）が設けられており、その領域Ｈに加工用レーザ光及びサーボ用レーザ光を出射するように構成されている。加工用ヘッド１５は、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する構成として、加工用レーザ駆動回路１５０により駆動されるレーザ光源１０２と、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０及び対物レンズ１１２と、対物レンズ１１２の位置をＺ軸方向とＹ軸方向とに調整するフォーカスアクチュエータ１１４（Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ，Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ）とを備えている。また、加工用レーザ光が加工対象物ＯＢで反射した反射光の強度を検出するための構成として、集光レンズ１２０とフォトディテクタ１２２とを備えている。また、加工用レーザ光の強度を検出するための構成として、集光レンズ１２４とフォトディテクタ１２６とを備えている。これらの構成は、第１実施形態と同一である。従って、加工用レーザ光の進む経路や、フォトディテクタ１２２，１２６の出力に基づく制御についても第１実施形態と同一である。
【０１３１】
加工用ヘッド１５は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致している場合に、加工対象物ＯＢに形成される光スポットの大きさが形成する孔の大きさに対応した大きさになるように位置決めされている。
【０１３２】
次に、サーボ用レーザ光を加工対象物ＯＢに照射する構成について説明する。加工用ヘッド１５は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と同様な、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源２０２と、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光を平行光にするコリメートレンズ２０４と、平行光の大半（例えば９５％）を透過し残りを反射する偏光ビームスプリッタ２０６と、偏光ビームスプリッタ２０６の反射方向に設けられる集光レンズ２０８と、集光レンズ２０８により集光されたサーボ用レーザ光の強度を検出するフォトディテクタ２１０を備えている。レーザ光源２０２は、サーボ用レーザ駆動回路５４０から供給される電流及び電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。このサーボ用レーザ駆動回路５４０は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に相当するもので、フォトディテクタ２１０により検出したサーボ用レーザ光の光強度が設定強度となるようにレーザ光源２０２に出力する電流及び電圧を調整する。
【０１３３】
サーボ用レーザ光が偏光ビームスプリッタ２０６を透過する方向には、ビームスプリッタ２１２が設けられる。ビームスプリッタ２１２は、入射したサーボ用レーザ光の半分を透過し残り半分を反射する。従って、サーボ用レーザ光は、光強度が同程度となる２つのサーボ用レーザ光に分けられる。ビームスプリッタ２１２を透過したサーボ用レーザ光は、加工対象物ＯＢに対して加工用レーザ光とは反対方向からＺ軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ２１２を透過したサーボ用レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と同様に、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸が、加工用ヘッド１５の対物レンズ１１２が原点位置にある時に加工用レーザ光の光軸と一致するように光路が位置決めされている。
【０１３４】
サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光が対物レンズ１１２に入射する。この場合、対物レンズ１１２に入射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物ＯＢの棒状の射影が形成された射影光となる。対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー１１０に入射して反射する。ダイクロイックミラー１１０の反射方向には、リレーレンズ１１６（結像レンズ）、偏光ビームスプリッタ２２８、フォトディテクタ２３０が設けられている。偏光ビームスプリッタ２２８は、透過方向がレーザ光源２０２を出射したレーザ光の偏光方向に設定されている。従って、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、リレーレンズ１１６を通過して平行光となり、偏光ビームスプリッタ２２８を透過してフォトディテクタ２３０の受光面に入射する。こうしてフォトディテクタ２３０の受光面には、加工対象物ＯＢの影であるＸ軸方向に延びた棒状の射影が映し出される。
【０１３５】
フォトディテクタ２３０は、図１６に示すように、受光領域が十字状に４分割された４つの同一正方形状の受光素子を備え、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として出力する。このフォトディテクタ２３０は、十字状の分割線ＤＩＶがＺ軸方向とＸ軸方向とに向くように配置されている。以下、分割線ＤＩＶのうち、Ｘ軸方向に向いた分割線をＸ軸方向分割線ＤＩＶＸと呼び、Ｚ軸方向に向いた分割線をＺ軸方向分割線ＤＩＶＺと呼ぶ。
【０１３６】
また、ビームスプリッタ２１２で反射したサーボ用レーザ光は、第１反射ミラー２１４と第２反射ミラー２１６とで反射して加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ２１２で反射したサーボ用レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第１実施形態のサーボ用Ｙ軸方向レーザ光と同様に、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸がワーク駆動装置５０の回転軸と交差するように光路が位置決めされている。
【０１３７】
加工対象物ＯＢを挟んで第２反射ミラー２１６と向かい合う位置に第３反射ミラー２１８が設けられる。第２反射ミラー２１６で反射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光（射影光）が第３反射ミラー２１８に入射する。サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第３反射ミラー２１８で反射し、更に、第４反射ミラー２２０で反射する。第４反射ミラー２２０の反射方向には、像回転プリズム（ダブプリズム）２２２及び第５反射ミラー２２４が設けられる。第４反射ミラー２２０で反射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、像回転プリズム２２２で像が９０度回転する。従って、像回転プリズム２２２から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの射影の向きがＺ軸方向となる。像回転プリズム２２２から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第５反射ミラー２２４で反射して進行方向を変え、１／２波長板２２６を通過することで偏光方向が９０度変化して偏光ビームスプリッタ２２８に入射する。偏光ビームスプリッタ２２８は透過方向がレーザ光源２０２を出射したレーザ光の偏光方向に設定されているため、入射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は偏光ビームスプリッタ２２８で反射する。これにより、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とが合成される。
【０１３８】
フォトディテクタ２３０には、図１６に示すように、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とによる加工対象物ＯＢの射影Ｓが映し出されるが、この射影Ｓは、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに延びた十字形状となる。このフォトディテクタ２３０は、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに射影Ｓが受光領域のＺ軸方向分割線ＤＩＶＺにより２等分される位置で、かつ、対物レンズ１１２が原点位置にありＺ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに射影Ｓが受光領域のＸ軸方向分割線ＤＩＶＸにより２等分される位置に配置される。
【０１３９】
フォトディテクタ２３０の出力する受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、ぞれぞれ、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１とＺ軸方向エラー信号生成回路５７１とに入力される。この第５実施形態においては、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を使って（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））の演算を行い、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））として出力する。Ｙ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。また、Ｚ軸方向エラー信号生成回路５７１は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を使って（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））の演算を行い、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））として出力する。Ｚ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＺ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。
【０１４０】
Ｙ軸方向サーボ回路５６２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１から入力したＹ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路５６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路５６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ２３０に映し出される十字形状の射影におけるＸ軸方向に向いた部分が受光領域のＸ軸方向分割線ＤＩＶＸにより２等分される位置に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御される。この結果、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差する位置に維持される。
【０１４１】
また、Ｚ軸方向サーボ回路５７２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｚ軸方向エラー信号生成回路５７１から入力したＺ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路５７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路５７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に維持される。このため、加工対象物ＯＢの位置がＺ軸方向に変動しても、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸とずれている量だけ対物レンズ１１２を原点位置から移動させることにより、加工対象物ＯＢに形成される光スポットの大きさを形成する孔の大きさに対応した大きさに維持できる。
【０１４２】
尚、本実施形態においても、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光路上に第１リレーレンズ４０４及び第２リレーレンズ４０６を設け、第３実施形態と同様、第１リレーレンズ４０４をリレーレンズアクチュエータ４０８で駆動し、それと等しい駆動量でＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動して、クローズドループ制御によりＺ軸方向サーボ制御を行うようにすることができる。
【０１４３】
また、加工対象物ＯＢに形成されるビームスポットの径が大きくてもよい場合は、図１７に示すように、対物レンズ１１２の焦点距離を長くすることができるので、加工対象物ＯＢと対物レンズ１１２の間にビームスプリッタ２３２を設け、像回転プリズム２２２から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光をビームスプリッタ２３２で合成させるようにしてもよい。この場合、加工対象物ＯＢから対物レンズ１１２までの光路長を２つの方向のレーザ光において等しくする必要があるため、リレーレンズ２３４，２３６を設ける。これによれば、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光も対物レンズ１１２を通過させることができるので、リレーレンズを設けなくてもクローズドループ制御によりＺ軸方向サーボ制御を行うことができる。
【０１４４】
以上説明した第５実施形態のレーザ加工装置によれば、第１実施形態の効果を奏するだけでなく、サーボ用レーザ光のレーザ光源、サーボ用レーザ駆動回路、フォトディテクタ及びその他の光学素子の数を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができる。
【０１４５】
尚、第１実施形態では、レーザ加工制御ルーチンにおけるステップＳ１０８，Ｓ１３２の処理において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０との両方に対して照射開始指令又は照射停止指令を出力したが、第５実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを共通のレーザ光源２０２から出射するように構成しているため、照射開始指令及び照射停止指令は、レーザ光源２０２を駆動するサーボ用レーザ駆動回路５４０のみに対して出力されることになる。
【０１４６】
以上、本発明の５つの実施形態について説明したが、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。
【０１４７】
例えば、第１実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、加工用レーザ光を集光させる対物レンズ１１２を介してフォトディテクタ１１８で受光する構成を採用しているが、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の光軸を加工用レーザ光の光軸から僅かにずらし、対物レンズ１１２の近傍に設けたフォトディテクタでサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を受光する構成であってもよい。この構成では、加工対象物ＯＢの変動を加工用レーザ光の焦点位置の近傍で検出することになるが、加工対象物ＯＢの変動が大きくなければサーボ制御は可能である。
【０１４８】
また、上記各実施形態においては、アクチュエータ１１４による対物レンズ１１２の駆動のみにより加工用レーザ光の照射位置が加工対象物ＯＢの適正位置になるように制御したが、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙに変位センサを設け、この変位センサが出力する信号の直流成分（オフセット部分）を検出し、この直流成分がゼロになるように加工用ヘッド及びサーボ用Ｚ軸方向光ヘッドをＹ軸方向に一体的に移動させるアクチュエータを別に設けるようにしてもよい。この場合には、対物レンズ１１２が原点位置を中心に駆動されるため、さらに精度の高いサーボ制御を行うことができる。尚、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙに変位センサを設けずに、Ｙ軸方向サーボ回路１６２、５６２が出力する信号の直流成分を検出するようにしてもよい。
【０１４９】
また、上記各実施形態においては、加工用レーザ光の照射位置をＸ軸方向に移動させるにあたって、ワーク駆動装置５０により加工対象物ＯＢをＸ軸方向に移動させているが、例えば、加工用ヘッド１０、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０及びＹ軸方向受光装置４０を一体化したユニットをＸ軸方向に移動させる構成であってもよい。
【０１５０】
また、上記各実施形態においては、加工対象物ＯＢをその中心軸回りに回転させているが、加工対象物ＯＢを固定し、加工用ヘッド１０、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０及びＹ軸方向受光装置４０を加工対象物ＯＢの中心軸回りに回転させる構成であってもよい。
【０１５１】
また、上記各実施形態においては、加工対象物ＯＢを横方向に向けて固定しているが、加工対象物ＯＢを固定する向きは任意の方向に設定できるものである。また、これに伴って、加工用レーザ光、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の向きに関しても、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の関係を満たす条件で任意に設定できるものである。
【符号の説明】
【０１５２】
ＯＢ…加工対象物、１０，１２，１５…加工用ヘッド、２０…サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド、３０…サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド、４０，４３…Ｙ軸方向受光装置、４４…第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド、５０…ワーク駆動装置、５１…移動ステージ、５２…スピンドルモータ、５５…フィードモータ、５６…スピンドルモータ制御回路、５７…フィードモータ制御回路、５８…移動位置検出回路、９０…コントローラ、１０２，２０２，１３０，３０２，４１０…レーザ光源、１１０…ダイクロイックミラー、１１２…対物レンズ、１１４…フォーカスアクチュエータ、１１４ｙ…Ｙ軸アクチュエータ、１１４ｚ…Ｚ軸アクチュエータ、１１８，１２２，１２６，１４０，１４４，２１０，２３０，３１０，４０２，４２０，４２４…フォトディテクタ、４０４…第１リレーレンズ、４０８…リレーレンズアクチュエータ、１６１，５６１…Ｙ軸方向エラー信号生成回路、１６２，５６２…Ｙ軸方向サーボ回路、１６３，５６３…Ｙ軸方向ドライブ回路、１７１，１９１，５７１…Ｚ軸方向エラー信号生成回路、１７２，１８２，１９２，５７２…Ｚ軸方向サーボ回路、１７３，１８３、５７３…Ｚ軸方向ドライブ回路、２１２…ビームスプリッタ、２２２…像回転プリズム、２４０…サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路、３４０…サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路、４４０…第２サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路、５４０…サーボ用レーザ駆動回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸方向をＸ軸方向にして支持する対象物支持手段と、
前記加工対象物を加工する加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源及び前記加工用レーザ光を集光する対物レンズを備え、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記対物レンズによって集光された加工用レーザ光を照射して前記加工対象物の表面に光スポットを形成する加工用レーザ光照射手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向回りに回転させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向回りに回転させる回転手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向に変位させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置において、
照射方向が前記Ｚ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される前記加工対象物の射影又は前記加工対象物からの反射光を受光して、受光位置に応じた受光信号を出力するサーボ用レーザ光受光手段と、
前記受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差し、かつ前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射することで前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを駆動するサーボ手段とを備え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、
前記サーボ用レーザ光受光手段は、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段と、
前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段とを備え、
前記サーボ手段は、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記サーボ用レーザ光照射手段は、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備え、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力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に記載のレーザ加工装置において、
前記Ｚ軸方向照射手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射した前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記サーボ用レーザ光照射手段は、
前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備え、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面への入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズを設け、
前記Ｚ軸方向サーボ手段は、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項３乃至請求項５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記Ｙ軸方向照射手段は、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射手段と、
前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射手段とを備え、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、
前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と、
前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出器とを備え、
前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズを設け、
前記Ｚ軸方向サーボ手段は、
前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボ手段と、
前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光が前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボ手段と、
前記第１Ｚ軸方向サーボ手段の作動の後に前記第２Ｚ軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記サーボ用レーザ光照射手段は、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用レーザ光として出射するサーボ用レーザ出射手段と、
前記サーボ用レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離する分離光学素子とを備え、
前記サーボ用レーザ光検出手段は、
受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに受光した光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器と、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射して形成されるそれぞれの射影が十字状にクロスするように合成して前記レーザ光検出器の受光面に導く合成光学素子とを備え、
前記サーボ手段は、
前記レーザ光検出器の左右又は上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、
前記レーザ光検出器の上下又は左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記加工用レーザ光照射手段により前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する照射位置不適正判定手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記加工対象物の表面に形成される光スポットは、前記Ｘ軸方向に長く、
前記加工対象物は、ステントに加工される円筒パイプであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１１】
円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸方向をＸ軸方向にして支持する対象物支持手段と、
前記加工対象物を加工する加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源及び前記加工用レーザ光を集光する対物レンズを備え、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記対物レンズによって集光された加工用レーザ光を照射して前記加工対象物の表面に光スポットを形成する加工用レーザ光照射手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向回りに回転させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向回りに回転させる回転手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向に変位させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置に適用され、前記加工用レーザ光の照射位置を制御するレーザ光照射位置制御方法において、
照射方向が前記Ｚ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射ステップと、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される前記加工対象物の射影又は前記加工対象物からの反射光を受光して、受光位置に応じた受光信号を出力するサーボ用レーザ光検出ステップと、
前記受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差し、かつ前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射することで前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを駆動するサーボステップとを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光検出ステップは、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光をＺ軸方向レーザ検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出ステップと、
前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光をＹ軸方向レーザ検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出ステップとを含み、
前記サーボステップは、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように、前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボステップと、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボステップを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射ステップと、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射ステップとを含み、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記Ｚ軸方向照射ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に設けた分離用光学素子により、前記光路に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に導くステップを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、
前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射ステップと、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射ステップとを含み、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記Ｚ軸方向サーボステップは、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面への入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能に設けられたサーボレーザ用リレーレンズを、前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動することを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１７】
請求項１３乃至請求項１５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記Ｙ軸方向照射ステップは、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射ステップと、
前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射ステップとを含み、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、
前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出ステップと、
前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出ステップとを含み、
前記Ｚ軸方向サーボステップは、
前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能に設けられたサーボレーザ用リレーレンズを、前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボステップと、
第１Ｚ軸方向サーボステップの後に行われ、前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光が前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボステップとを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用レーザ光として出射し、前記サーボ用レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離するステップを含み、
前記サーボ用レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射して形成されるそれぞれの射影が十字状にクロスするように合成し、受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器の前記受光面に、前記合成した射影を導くステップを含み、
前記サーボステップは、
前記レーザ光検出器の左右又は上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボステップと、
前記レーザ光検出器の上下又は左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボステップとを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至請求項１８のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記加工用レーザ光照射ステップにより前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する照射位置不適正判定ステップを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至請求項１９のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記加工対象物の表面に形成される光スポットは、前記Ｘ軸方向に長く、
前記加工対象物は、ステントに加工される円筒パイプであることを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１】
円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸方向をＸ軸方向にして支持する対象物支持手段と、
前記加工対象物を加工する加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源及び前記加工用レーザ光を集光する対物レンズを備え、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記対物レンズによって集光された加工用レーザ光を照射して前記加工対象物の表面に光スポットを形成する加工用レーザ光照射手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向回りに回転させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向回りに回転させる回転手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向に変位させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置において、
照射方向が前記Ｚ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される前記加工対象物の射影又は前記加工対象物からの反射光を受光して、受光位置に応じた受光信号を出力するサーボ用レーザ光受光手段と、
前記受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差し、かつ前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射することで前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを駆動するサーボ手段とを備え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、
前記サーボ用レーザ光受光手段は、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段と、
前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段とを備え、
前記サーボ手段は、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記サーボ用レーザ光照射手段は、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備え、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力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に記載のレーザ加工装置において、
前記Ｚ軸方向照射手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射した前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記サーボ用レーザ光照射手段は、
前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備え、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面への入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズを設け、
前記Ｚ軸方向サーボ手段は、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項３乃至請求項５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記Ｙ軸方向照射手段は、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射手段と、
前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射手段とを備え、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、
前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と、
前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出器とを備え、
前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能なサーボレーザ用リレーレンズを設け、
前記Ｚ軸方向サーボ手段は、
前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボ手段と、
前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光が前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボ手段と、
前記第１Ｚ軸方向サーボ手段の作動の後に前記第２Ｚ軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記サーボ用レーザ光照射手段は、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用レーザ光として出射するサーボ用レーザ出射手段と、
前記サーボ用レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離する分離光学素子とを備え、
前記サーボ用レーザ光検出手段は、
受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに受光した光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器と、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射して形成されるそれぞれの射影が十字状にクロスするように合成して前記レーザ光検出器の受光面に導く合成光学素子とを備え、
前記サーボ手段は、
前記レーザ光検出器の左右又は上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、
前記レーザ光検出器の上下又は左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記加工用レーザ光照射手段により前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する照射位置不適正判定手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記加工対象物の表面に形成される光スポットは、前記Ｘ軸方向に長く、
前記加工対象物は、ステントに加工される円筒パイプであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１１】
円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸方向をＸ軸方向にして支持する対象物支持手段と、
前記加工対象物を加工する加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源及び前記加工用レーザ光を集光する対物レンズを備え、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記対物レンズによって集光された加工用レーザ光を照射して前記加工対象物の表面に光スポットを形成する加工用レーザ光照射手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向回りに回転させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向回りに回転させる回転手段と、
前記加工対象物又は前記加工用レーザ光照射手段を前記Ｘ軸方向に変位させて、前記加工対象物に対する加工用レーザ光の照射位置を、前記加工対象物に対して相対的に前記Ｘ軸方向に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置に適用され、前記加工用レーザ光の照射位置を制御するレーザ光照射位置制御方法において、
照射方向が前記Ｚ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射ステップと、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される前記加工対象物の射影又は前記加工対象物からの反射光を受光して、受光位置に応じた受光信号を出力するサーボ用レーザ光検出ステップと、
前記受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差し、かつ前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射することで前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを駆動するサーボステップとを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光検出ステップは、
前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光をＺ軸方向レーザ検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出ステップと、
前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影又は前記加工対象物からの反射光をＹ軸方向レーザ検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影又は前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出ステップとを含み、
前記サーボステップは、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように、前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボステップと、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボステップを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射ステップと、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射ステップとを含み、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記Ｚ軸方向照射ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に設けた分離用光学素子により、前記光路に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に導くステップを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、
前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射ステップと、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射ステップとを含み、
前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記Ｚ軸方向サーボステップは、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面への入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能に設けられたサーボレーザ用リレーレンズを、前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動することを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１７】
請求項１３乃至請求項１５のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記Ｙ軸方向照射ステップは、
前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射ステップと、
前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射ステップとを含み、
前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、
前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影を第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出ステップと、
前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光を第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出ステップとを含み、
前記Ｚ軸方向サーボステップは、
前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路にて前記Ｚ軸方向に移動可能に設けられたサーボレーザ用リレーレンズを、前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を前記加工対象物に照射して形成される射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記Ｚ軸方向に駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボステップと、
第１Ｚ軸方向サーボステップの後に行われ、前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物からの反射光が前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記サーボレーザ用リレーレンズを駆動するとともに、前記サーボレーザ用リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボステップとを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記サーボ用レーザ光照射ステップは、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用レーザ光として出射し、前記サーボ用レーザ光を前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離するステップを含み、
前記サーボ用レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを前記加工対象物に照射して形成されるそれぞれの射影が十字状にクロスするように合成し、受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器の前記受光面に、前記合成した射影を導くステップを含み、
前記サーボステップは、
前記レーザ光検出器の左右又は上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボステップと、
前記レーザ光検出器の上下又は左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工対象物の表面に形成される光スポットの大きさが所定の大きさに保たれるように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボステップとを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至請求項１８のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記加工用レーザ光照射ステップにより前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の照射位置が適正でないと判断する照射位置不適正判定ステップを含むことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至請求項１９のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法において、
前記加工対象物の表面に形成される光スポットは、前記Ｘ軸方向に長く、
前記加工対象物は、ステントに加工される円筒パイプであることを特徴とするレーザ加工装置のレーザ光照射位置制御方法。
【図１】
【図２】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−９１１８６（Ｐ２０１２−９１１８６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８７１６（Ｐ２０１０−２３８７１６）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【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２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【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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