JP5713688B2 - Laser processing system and laser processing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、レーザー加工システム及びレーザー加工装置に係り、更に詳しくは、ワークの位置又は向きを考慮してレーザー加工を行うレーザー加工システム、並びに、当該レーザー加工システムに用いられるレーザー加工装置の改良に関する。   The present invention relates to a laser processing system and a laser processing apparatus. More specifically, the present invention relates to a laser processing system that performs laser processing in consideration of the position or orientation of a workpiece, and an improvement of a laser processing apparatus used in the laser processing system. .

レーザーマーカは、予め定められた加工設定データに基づいて、レーザー光の照射位置を2次元走査させることにより、ワーク上に加工パターンを形成している。このため、ワーク上の正しい位置に、正しい向きで加工パターンを形成しようとすれば、加工時におけるワークの位置及び向きを予め定められた位置及び向きと一致させておくことが必要になる。このため、ユーザは、加工対象となるワークごとに、その位置及び向きを調整しなければならなかった。   The laser marker forms a processing pattern on the workpiece by two-dimensionally scanning the irradiation position of the laser light based on predetermined processing setting data. For this reason, if the machining pattern is to be formed at the correct position on the workpiece with the correct orientation, it is necessary to match the position and orientation of the workpiece at the time of machining with a predetermined position and orientation. For this reason, the user had to adjust the position and direction for each workpiece to be processed.

特に、加工パターンの位置及び向きに高い精度が要求される場合、ワークの位置及び向きにも、上記加工精度と同じ精度が求められる。例えば、数mm角の半導体チップのような小さなワークに対し、レーザー加工を行おうとする場合、ワークの位置及び向きも高い精度で制御する必要があった。   In particular, when high accuracy is required for the position and orientation of the machining pattern, the same accuracy as the machining accuracy is also required for the position and orientation of the workpiece. For example, when performing laser processing on a small workpiece such as a semiconductor chip of several mm square, it is necessary to control the position and orientation of the workpiece with high accuracy.

そこで、カメラを用いてワークを撮影し、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークに位置及び向きの誤差(以下、ワーク誤差と呼ぶ。)を計測し、当該ワーク誤差に応じて加工設定データを補正することができれば、利便性を向上させることができ、また、加工精度を向上させることができると考えられる。   Therefore, a workpiece is photographed using a camera, and an error in the position and orientation (hereinafter referred to as a workpiece error) is measured on an actual workpiece with respect to a predetermined workpiece position and orientation, and machining is performed according to the workpiece error. If the setting data can be corrected, it is considered that convenience can be improved and processing accuracy can be improved.

図24は、カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の一例を示した図である。このレーザー加工システムでは、レーザーマーカ20の近傍にカメラ56が配置され、その撮影画像に基づいてレーザーマーカ20を制御しているが、レーザーマーカ20の光軸は、カメラ56の光軸と一致していない。このため、ワークWの有無や大まかな位置及び向きを判別することはできるが、レーザーマーカ20から見たワークWの正確な位置及び向きを判別することは困難である。   FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a conventional laser processing system including a camera. In this laser processing system, a camera 56 is arranged in the vicinity of the laser marker 20 and the laser marker 20 is controlled based on the captured image. However, the optical axis of the laser marker 20 matches the optical axis of the camera 56. Not. For this reason, it is possible to determine the presence / absence of the workpiece W and the approximate position and orientation, but it is difficult to determine the exact location and orientation of the workpiece W viewed from the laser marker 20.

また、図25は、カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の他の例を示した図である(例えば、特許文献1)。このレーザー加工システムでは、レーザーマーカ20内のスキャナ47よりも上流側において、カメラ56の受光軸をレーザー光Lの出射軸から分岐させている。このため、カメラ56の受光軸も、レーザー光Lと同様にしてスキャナ47によって走査される。つまり、カメラ56の撮影画像は、座標系の歪んだ画像であるが、受光軸上の位置だけは、レーザー光Lの照射位置と正確に一致している。このため、撮影画像に基づいて、ワークWの位置および向きを正確に判別することができる。   FIG. 25 is a diagram showing another example of a schematic configuration of a conventional laser processing system including a camera (for example, Patent Document 1). In this laser processing system, the light receiving axis of the camera 56 is branched from the emission axis of the laser light L on the upstream side of the scanner 47 in the laser marker 20. Therefore, the light receiving axis of the camera 56 is also scanned by the scanner 47 in the same manner as the laser light L. That is, the captured image of the camera 56 is a distorted image of the coordinate system, but only the position on the light receiving axis exactly matches the irradiation position of the laser light L. Therefore, the position and orientation of the workpiece W can be accurately determined based on the captured image.

特開2009−78280号公報JP 2009-78280 A

しかしながら、従来のレーザー加工システムを用いて、ワークWの正確な位置及び向きを判別するためには、受光軸をワークWの2以上の特徴点に順に一致させる必要がある。つまり、撮影画像が受光軸を示すシンボルとともにディスプレイ表示され、ユーザは、この撮影画像を見ながら、受光軸をワークWの特徴点に一致させるように、スキャナ47を制御しなければならず、このような操作を検査対象となるワークWごとに行わなければならない。従って、高精度のレーザー加工を実現することは可能であるが、操作が煩雑であり、自動化することができないという問題があった。   However, in order to determine the exact position and orientation of the workpiece W using a conventional laser processing system, it is necessary to sequentially match the light receiving axis with two or more feature points of the workpiece W. That is, the captured image is displayed on the display together with a symbol indicating the light receiving axis, and the user must control the scanner 47 so that the light receiving axis matches the feature point of the work W while viewing the captured image. Such an operation must be performed for each workpiece W to be inspected. Therefore, it is possible to realize high-precision laser processing, but there is a problem that the operation is complicated and cannot be automated.

さらに、従来のレーザーマーカでは、カメラを交換することができないことから、撮影画像に求められる画質に応じて、最適なカメラを用いることができないという問題があった。   Furthermore, since the conventional laser marker cannot replace the camera, there is a problem that an optimum camera cannot be used according to the image quality required for the captured image.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ワークに対する加工パターンの位置又は向きを高い精度で制御することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。特に、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a laser processing system capable of controlling the position or orientation of a processing pattern with respect to a workpiece with high accuracy. In particular, an object is to provide a laser processing system capable of forming a processing pattern in a predetermined direction at a predetermined position on the work regardless of the position and orientation of the work.

また、上記レーザー加工システムを自動化することを目的とする。特に、自動搬送されたワークのワーク誤差を考慮して、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。   Another object is to automate the laser processing system. In particular, an object of the present invention is to provide a laser processing system capable of forming a processing pattern in a predetermined direction at a predetermined position on a workpiece in consideration of a workpiece error of the automatically conveyed workpiece.

また、このようなレーザー加工システムに用いることができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。特に、カメラを交換可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。   Moreover, it aims at providing the laser processing apparatus which can be used for such a laser processing system. In particular, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus in which a camera can be replaced.

第1の本発明によるレーザー加工システムは、レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラとを備えたレーザー加工装置と、上記カメラにより撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を行う画像処理装置と、上記レーザー加工装置及び上記画像処理装置に接続され、上記レーザー加工装置に対して上記レーザー光によるワークの加工開始を指示する制御装置とを備え、上記カメラが、上記レーザー光の照射可能な領域からなる加工エリアよりも狭い領域からなる撮影エリアを撮影する。 A laser processing system according to a first aspect of the present invention includes a laser generator that generates laser light, a scanner that scans the laser light on a processing surface of a work, and a work that is disposed closer to the work than the scanner. Regardless, a laser processing apparatus comprising a telecentric lens that emits the laser light at a constant emission angle, and a camera having a light receiving axis that is branched from the laser light emission axis on the laser generator side of the scanner. And an image processing device that performs predetermined image processing on a photographed image photographed by the camera, and the laser processing device and the image processing device connected to the laser processing device. and a controller for instructing the processing start, the camera, the illumination possible region of the laser beam Shooting imaging area comprising a region smaller than the processing area that.

上記制御装置は、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなり、上記加工エリア内の撮影位置が指定された撮影位置データを保持する撮影位置データ記憶手段と、上記レーザー加工装置に対し、上記撮影位置データを含む撮影スキャン要求を出力する撮影スキャン要求出力手段と、上記レーザー加工装置から、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく動作を完了したことを示す撮影スキャン応答が入力される撮影スキャン応答入力手段と、上記画像処理装置に対し、上記撮影スキャン応答に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像の取得を要求する撮影画像取得要求を出力する撮影画像取得要求出力手段とを備えている。 The control device consists of the control information for the camera shooting for the scanner, the imaging position data storage means for holding a photographing position data capturing position of the processing area is specified relative to the laser processing apparatus, the photographing An imaging scan request output means for outputting an imaging scan request including position data , and an imaging scan response input for inputting an imaging scan response indicating that the scanner has completed the operation based on the imaging scan request from the laser processing apparatus. And a captured image acquisition request output means for outputting a captured image acquisition request for requesting acquisition of a captured image captured by the camera based on the imaging scan response to the image processing apparatus.

上記画像処理装置は、上記制御装置からの上記撮影画像取得要求に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像を取得する撮影画像取得手段と、上記撮影画像取得手段により取得された撮影画像に基づいて、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めるワーク誤差検出手段とを備えている。   The image processing device is based on a captured image acquisition unit that acquires a captured image captured by the camera based on the captured image acquisition request from the control device, and a captured image acquired by the captured image acquisition unit. And a workpiece error detecting means for obtaining an error of the actual workpiece position with respect to a predetermined workpiece position as a workpiece error.

上記レーザー加工装置は、上記撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、上記撮影スキャン要求に基づいて、上記撮影エリアの位置が上記撮影位置データに対応する位置と一致するように、上記スキャナを制御するスキャナ制御手段と、上記制御装置に対し、上記撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、上記ワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備えている。 In the laser processing apparatus, the position of the imaging area matches the position corresponding to the imaging position data based on the imaging scan request input means for inputting the imaging scan request from the control device and the imaging scan request. As described above, the scanner control means for controlling the scanner, the imaging scan response output means for outputting the imaging scan response to the control device, the work error input means for inputting the work error, and the laser for the scanner Machining setting data storage means for holding machining setting data composed of machining control information, and machining setting correction means for correcting the machining setting data based on the workpiece error.

そして、上記レーザー加工装置が上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させるように構成される。   When the laser processing apparatus is instructed to start processing the workpiece from the control device, the scanner scans the laser beam based on the processing setting data corrected by the processing setting correction means. Composed.

この様な構成により、カメラの受光軸をレーザー光の出射軸と略一致させ、スキャナによって走査されるレーザー光の照射位置をカメラで撮影することができる。このため、レーザー光の照射位置と正確に一致させた撮影画像を得ることができる。また、テレセントリックレンズを用いることにより、ほとんど歪みのない撮影画像を得ることができるため、撮影画像内の撮影軸上以外の点についても、正確な位置を判別することができる。   With such a configuration, the light receiving axis of the camera is substantially coincident with the laser light emitting axis, and the irradiation position of the laser light scanned by the scanner can be photographed by the camera. For this reason, it is possible to obtain a captured image that exactly matches the irradiation position of the laser beam. Further, by using a telecentric lens, it is possible to obtain a captured image with almost no distortion, and therefore it is possible to determine an accurate position for points other than on the imaging axis in the captured image.

また、レーザー光の非出力時に、撮影位置データに基づいて受光軸を走査させ、ワークを撮影することにより、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めることができる。このようにして求められたワーク誤差に基づいて加工設定データを補正すれば、ワークの位置にかかわらず、ワーク上の所望の加工位置にレーザー光を照射することができる。   Further, when the laser beam is not output, the light receiving axis is scanned based on the photographing position data, and the work is photographed, whereby an error of the actual work position with respect to a predetermined work position can be obtained as a work error. it can. If the machining setting data is corrected based on the workpiece error thus obtained, a desired machining position on the workpiece can be irradiated with laser light regardless of the position of the workpiece.

さらに、レーザー加工装置は、撮影スキャン要求が入力されると、当該撮影スキャン要求に基づくスキャナ走査の完了後に撮影スキャン応答を出力する。このため、制御装置がレーザー加工装置への撮影スキャン要求と、画像処理装置への撮影画像取得要求とを順に出力し、ワークの撮影画像を取得しようとする場合に、撮影スキャン要求の出力後に、スキャナ動作の最大時間を待つことなく、迅速に撮影画像取得要求を出力することができる。従って、撮影画像を取得するのに要する時間を短縮することができる。   Further, when the imaging scan request is input, the laser processing apparatus outputs an imaging scan response after the completion of the scanner scanning based on the imaging scan request. For this reason, when the control device sequentially outputs a photographing scan request to the laser processing device and a photographing image acquisition request to the image processing device, and tries to obtain a photographed image of the workpiece, after outputting the photographing scan request, A captured image acquisition request can be quickly output without waiting for the maximum time for the scanner operation. Therefore, it is possible to shorten the time required to acquire the captured image.

第2の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記制御装置が、上記画像処理装置から上記ワーク誤差が入力され、上記レーザー加工装置に対し、上記ワーク誤差に基づいて上記加工設定データの補正要求を出力する補正要求出力手段を備えて構成される。 In the laser processing system according to the second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the control device receives the workpiece error from the image processing device, and the processing setting is performed on the laser processing device based on the workpiece error. A correction request output means for outputting a data correction request is provided.

第3の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記画像処理装置が、上記レーザー加工装置に内蔵されている。 In the laser processing system according to the third aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the image processing apparatus is built in the laser processing apparatus.

第4の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記ワーク誤差検出手段が、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めるように構成される。 In the laser processing system according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the above-described configuration, the workpiece error detection means obtains an error of an actual workpiece position and orientation as a workpiece error with respect to a predetermined workpiece position and orientation. Composed.

この様な構成により、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めることができる。このようにして求められたワーク誤差に基づいて加工設定データを補正すれば、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所望の加工位置にレーザー光を照射することができる。   With such a configuration, an error of the actual workpiece position and orientation with respect to a predetermined workpiece position and orientation can be obtained as a workpiece error. If the machining setting data is corrected based on the workpiece error thus obtained, a desired machining position on the workpiece can be irradiated with laser light regardless of the position and orientation of the workpiece.

第5の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記ワークについてパターンマッチング用のマッチングデータを記憶するマッチングデータ記憶部を備え、上記ワーク誤差検出手段が、上記マッチングデータを用いたパターンマッチングを行うことにより、撮影画像中における上記ワークの位置及び向きを判別するように構成される。 Pattern fifth laser processing system according to the present invention, in addition to the above configuration, which includes a matching data storage unit for storing the matching data for the pattern matching for the work, the work error detecting means, using the above matching data By performing matching, the position and orientation of the workpiece in the captured image are determined.

第6の本発明によるレーザー加工装置は、制御装置をレーザー加工装置及び画像処理装置に接続したレーザー加工システムにおけるレーザー加工装置であって、レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有し、上記レーザー光の照射可能な領域からなる加工エリアよりも狭い領域からなる撮影エリアを撮影するカメラと、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなり、上記加工エリア内の撮影位置が指定された撮影位置データを含む撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、上記撮影スキャン要求に基づいて、上記撮影エリアの位置が上記撮影位置データに対応する位置と一致するように、上記スキャナを制御するスキャナ制御手段と、上記制御装置に対し、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく動作を完了したことを示す撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく動作を完了した状態にて、上記カメラにより撮影される撮影画像が上記画像処理装置へ出力され、上記画像処理装置により求められたワーク誤差であって、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差を示すワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させるように構成される。 A laser processing apparatus according to a sixth aspect of the present invention is a laser processing apparatus in a laser processing system in which a control device is connected to a laser processing apparatus and an image processing apparatus, the laser generator for generating laser light, and the laser light as a workpiece. A scanner that scans the machined surface, a telecentric lens that is disposed closer to the workpiece than the scanner and emits the laser light at a constant emission angle regardless of the incident angle, and the laser generator than the scanner A camera that has a light receiving axis branched from the laser light emitting axis on the side, and that captures a photographing area that is narrower than a processing area that is a region that can be irradiated with the laser light; control information consists, photographing position data capturing position of the working area is designated A photographing scan request input means inputted imaging scan request from the control device comprising, based on the imaging scan request, as the position of the photographing area coincides with the position corresponding to the photographing position data, the scanner Scanner control means for controlling, imaging scan response output means for outputting an imaging scan response indicating that the scanner has completed the operation based on the imaging scan request to the control device, and the scanner responding to the imaging scan request. In a state in which the operation based on the image is completed, a photographed image photographed by the camera is output to the image processing device, and is a work error obtained by the image processing device, which is an actual work position with respect to a predetermined work position. Work error input means for inputting a work error indicating a work position error, and the scanner Machining setting data storage means for holding machining setting data consisting of control information for laser machining, and machining setting correction means for correcting the machining setting data based on the workpiece error. When instructed to start processing, the scanner is configured to scan the laser beam based on the processing setting data corrected by the processing setting correction means.

この様な構成により、撮影スキャン要求を入力すれば、当該撮影スキャン要求に基づく走査の完了後に撮影スキャン応答が出力される。このため、撮影スキャン要求を入力した後に撮影画像の取得を開始する場合に、撮影スキャン要求を入力してからスキャナ走査が完了するまでの最大時間が経過するのを待つことなく、迅速にワークの撮影画像を取得することができる。従って、撮影画像を取得するのに要する時間を短縮することができる。   With such a configuration, when an imaging scan request is input, an imaging scan response is output after the scanning based on the imaging scan request is completed. For this reason, when acquiring a captured image after inputting an imaging scan request, it is possible to quickly detect the workpiece without waiting for the maximum time from the input of the imaging scan request to the completion of the scanner scan. A captured image can be acquired. Therefore, it is possible to shorten the time required to acquire the captured image.

第7の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記スキャナ及び上記レーザー生成器間に配置され、上記加工面からの入射光を上記レーザー光の光軸から分岐させるビームスプリッタと、上記ビームスプリッタによる分岐路上に設けられ、上記カメラが着脱可能に取り付けられるカメラ取付部とを備えて構成される。この様な構成により、必要に応じてカメラを交換することができる。例えば、要求される撮影画質に応じて、適切なカメラに交換することができる。 A laser processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention includes, in addition to the above-described configuration, a beam splitter that is disposed between the scanner and the laser generator and splits incident light from the processing surface from the optical axis of the laser light; And a camera mounting portion which is provided on a branch path by the beam splitter and to which the camera is detachably mounted. With such a configuration, the camera can be exchanged as necessary. For example, the camera can be replaced with an appropriate camera according to the required image quality.

第8の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記カメラ取付部が、上記カメラの受光面に関する2次元方向のオフセット及び回転角を調整可能な調整手段を備えて構成される。この様な構成により、カメラの受光軸をレーザー光の出射軸と略一致させ、スキャナによって走査されるレーザー光の照射位置をカメラで撮影することができる。 In the laser processing apparatus according to the eighth aspect of the present invention, in addition to the above-described configuration, the camera mounting portion includes an adjustment unit that can adjust a two-dimensional offset and a rotation angle with respect to the light receiving surface of the camera. With such a configuration, the light receiving axis of the camera is substantially coincident with the laser light emitting axis, and the irradiation position of the laser light scanned by the scanner can be photographed by the camera.

第9の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、金属製の筐体を備え、上記カメラ取付部は、上記ワーク撮影用カメラを螺合させるねじ込みマウントを有し、上記ねじ込みマウントは、上記筐体から電気的に絶縁されている。この様な構成により、カメラを構成する電子回路が、ねじ込みマウントとの係合部に接地されている場合であっても、当該電子回路が、筐体と導通し、ノイズによって破壊されるのを防止することができる。

A laser processing apparatus according to a ninth aspect of the present invention includes, in addition to the above configuration, a metal housing, the camera mounting portion includes a screw mount for screwing the workpiece photographing camera, and the screw mount is And electrically insulated from the casing. With such a configuration, even when the electronic circuit constituting the camera is grounded to the engaging portion with the screw mount, the electronic circuit is electrically connected to the housing and is destroyed by noise. Can be prevented.

本発明によれば、ワークに対する加工パターンの位置又は向きを高い精度で制御することができるレーザー加工システムを提供することができる。特に、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser processing system which can control the position or direction of the process pattern with respect to a workpiece | work with high precision can be provided. In particular, it is possible to provide a laser processing system capable of forming a processing pattern in a predetermined direction at a predetermined position on the workpiece regardless of the position and orientation of the workpiece.

また、上記レーザー加工システムを自動化することができる。特に、自動搬送されたワークのワーク誤差を考慮して、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することができる。   In addition, the laser processing system can be automated. In particular, it is possible to provide a laser processing system capable of forming a processing pattern in a predetermined direction at a predetermined position on the workpiece in consideration of a workpiece error of the automatically conveyed workpiece.

また、このようなレーザー加工システムに用いることができるレーザー加工装置を提供することができる。特に、カメラを交換可能なレーザー加工装置を提供することができる。   In addition, a laser processing apparatus that can be used in such a laser processing system can be provided. In particular, a laser processing apparatus in which a camera can be replaced can be provided.

本発明の実施の形態1によるレーザー加工装置を含むレーザーマーキングシステム1の概略構成の一例を示したシステム図である。1 is a system diagram showing an example of a schematic configuration of a laser marking system 1 including a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図1のレーザーマーカ20の詳細構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the detailed structure of the laser marker 20 of FIG. 図2のテレセントリックレンズ48の作用の一例を示した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the operation of the telecentric lens 48 in FIG. 2. 図2の光学ユニット41〜48,51〜56の空間的配置を示した図である。It is the figure which showed the spatial arrangement | positioning of the optical units 41-48 and 51-56 of FIG. 図1のマーカヘッド21の内部構造を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the internal structure of the marker head 21 of FIG. 図4の照明モジュール530の一構成例を示した平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of the illumination module 530 in FIG. 4. 図6の照明モジュール530をA−A切断線によって切断した場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of cut | disconnecting the illumination module 530 of FIG. 6 by the AA cutting line. 図5のカメラモジュール560の一構成例を示した外観図である。FIG. 6 is an external view showing a configuration example of a camera module 560 in FIG. 5. 図8のカメラ56及びカメラ取付部572の詳細構成を示した図である。It is the figure which showed the detailed structure of the camera 56 and the camera attachment part 572 of FIG. 図9のカメラ56及びカメラ取付部572をB−B切断線により切断した場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of cut | disconnecting the camera 56 of FIG. 9, and the camera attaching part 572 with a BB cut line. 加工設定データによって規定されるシンボルSBLの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the symbol SBL prescribed | regulated by process setting data. 図11の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the laser processing based on the process setting data of FIG. 撮影画像からワークWを抽出するための画像処理に必要なデータの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the data required for the image process for extracting the workpiece | work W from a picked-up image. ワーク誤差Derrの算出処理の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the calculation process of the workpiece | work error Derr. 加工設定データの補正処理の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the correction process of process setting data. 補正後の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the laser processing based on the process setting data after correction | amendment. 図1のレーザーマーキングシステム1の要部について詳細構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the detailed structure about the principal part of the laser marking system 1 of FIG. 図1の画像処理装置11及び制御装置12の要部について詳細構成を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of main parts of the image processing apparatus 11 and the control apparatus 12 of FIG. 図1のレーザーマーキングシステム1による誤差補償レーザー加工の動作の一例を示したシーケンス図である。It is the sequence diagram which showed an example of operation | movement of the error compensation laser processing by the laser marking system 1 of FIG. 誤差補償レーザー加工における主な信号の変化の一例を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed an example of the change of the main signal in error compensation laser processing. 本発明の実施の形態2による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図である。It is explanatory drawing about an example of the error compensation laser processing by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図である。It is explanatory drawing about an example of the error compensation laser processing by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3による誤差補償レーザー加工の他の例についての説明図である。It is explanatory drawing about the other example of the error compensation laser processing by Embodiment 3 of this invention. カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of schematic structure of the conventional laser processing system provided with the camera. カメラを備えた従来のレーザー加工装置の概略構成の他の例を示した図である。It is the figure which showed the other example of schematic structure of the conventional laser processing apparatus provided with the camera.

実施の形態1.
<レーザーマーキングシステム1>
図1は、本発明の実施の形態1によるレーザー加工装置を含むレーザーマーキングシステム1の概略構成の一例を示したシステム図であり、レーザー加工装置の一例としてレーザーマーカ20が示されている。
Embodiment 1 FIG.
<Laser marking system 1>
FIG. 1 is a system diagram showing an example of a schematic configuration of a laser marking system 1 including a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. A laser marker 20 is shown as an example of a laser processing apparatus.

このレーザーマーキングシステム1は、レーザー光Lを照射してワークWを加工するレーザーマーカ20と、ワークWを検出するワークセンサSと、レーザーマーカ20の加工条件を編集するための端末装置10と、レーザーマーカ20が出力する撮影画像の画像処理を行う画像処理装置11、レーザーマーカ20及び画像処理装置11を制御する制御装置12とにより構成される。また、レーザーマーカ20は、レーザー光Lの生成及び走査を行うマーカヘッド21と、マーカヘッド21の動作制御を行うマーカコントローラ22とからなる。   The laser marking system 1 includes a laser marker 20 that processes a workpiece W by irradiating a laser beam L, a workpiece sensor S that detects the workpiece W, a terminal device 10 for editing processing conditions of the laser marker 20, The image processing device 11 performs image processing of a captured image output from the laser marker 20, the laser marker 20, and a control device 12 that controls the image processing device 11. The laser marker 20 includes a marker head 21 that generates and scans the laser light L, and a marker controller 22 that controls the operation of the marker head 21.

端末装置10は、レーザーマーカ20を制御するための端末装置であり、例えば、レーザーマーカ用のアプリケーションプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータが用いられる。ユーザは、端末装置10を用いることにより、レーザーマーカ20の加工条件を規定する加工設定データを作成及び編集し、レーザーマーカ20に送信することができる。この加工設定データは、ワークWが、マーカヘッド21に対し、予め定められた位置及び向きとなるように設置されていることを前提として作成される。本明細書では、このような位置及び向きを「基準位置」及び「基準向き」と呼ぶことにする。   The terminal device 10 is a terminal device for controlling the laser marker 20, and for example, a personal computer in which an application program for a laser marker is installed is used. By using the terminal device 10, the user can create and edit processing setting data that defines the processing conditions of the laser marker 20, and transmit the processing setting data to the laser marker 20. The machining setting data is created on the assumption that the workpiece W is installed with respect to the marker head 21 in a predetermined position and orientation. In this specification, such a position and orientation are referred to as “reference position” and “reference orientation”.

画像処理装置11は、ワークWの撮影画像について画像処理を行う装置であり、専用の画像処理装置であってもよいし、画像処理用のアプリケーションプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータであってもよい。この画像処理装置11では、パターンマッチングなどの画像処理を行うことにより撮影画像からワークWの画像を抽出することにより、ワークWの位置及び向きを特定し、基準位置及び基準向きに対する誤差としてワーク誤差を求める。   The image processing apparatus 11 is an apparatus that performs image processing on a captured image of the workpiece W, and may be a dedicated image processing apparatus or a personal computer in which an application program for image processing is installed. In this image processing apparatus 11, the position and orientation of the workpiece W are specified by extracting an image of the workpiece W from the captured image by performing image processing such as pattern matching, and the workpiece error is detected as an error with respect to the reference position and the reference orientation. Ask for.

制御装置12は、レーザーマーカ20及び画像処理装置11を自動制御する制御装置であり、例えば、PLC(プログラムブルロジックコントローラ)が用いられる。制御装置12は、ワークセンサSの検出信号に基づいて、レーザーマーカ20及び画像処理装置11を制御し、ワーク誤差を考慮したレーザー加工を実現する。ここでは、レーザーマーカ20の加工エリアにワークWが設置されると、レーザーマーカ20が当該ワークWを撮影し、画像処理装置11が撮影画像からワーク誤差を求め、レーザーマーカ20がワーク誤差に応じた加工を行う。このような一連の処理が、制御装置12によって自動制御される。   The control device 12 is a control device that automatically controls the laser marker 20 and the image processing device 11, and uses, for example, a PLC (programmable logic controller). The control device 12 controls the laser marker 20 and the image processing device 11 based on the detection signal of the workpiece sensor S, and realizes laser processing in consideration of the workpiece error. Here, when a workpiece W is installed in the processing area of the laser marker 20, the laser marker 20 captures the workpiece W, the image processing apparatus 11 obtains a workpiece error from the captured image, and the laser marker 20 responds to the workpiece error. Process. Such a series of processing is automatically controlled by the control device 12.

ワークセンサSは、レーザーマーカ20の加工エリア内にワークWが設置されたことを示すワーク検出信号を制御装置12へ出力するワーク検出手段である。ここでは、加工エリアを監視する光センサを用いる例について説明するが、ワークWの自動搬送装置からの出力信号であってもよい。   The workpiece sensor S is a workpiece detection unit that outputs a workpiece detection signal indicating that the workpiece W has been installed in the processing area of the laser marker 20 to the control device 12. Here, an example in which an optical sensor for monitoring a processing area is used will be described, but an output signal from an automatic transfer device for a workpiece W may be used.

マーカコントローラ22は、端末装置10から受信した加工設定データに基づいて、マーカヘッド21の動作制御を行っている。この加工設定データは、制御装置12からの補正要求に基づいて補正され、ワーク誤差が反映される。つまり、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差が補償されたレーザー加工を行うことができる。   The marker controller 22 controls the operation of the marker head 21 based on the processing setting data received from the terminal device 10. The machining setting data is corrected based on a correction request from the control device 12, and the work error is reflected. That is, by correcting the machining setting data, laser machining with compensated workpiece errors can be performed.

マーカヘッド21は、光ファイバー23を介して、マーカコントローラ22から伝送された励起光を利用してレーザー光Lを生成し、ワークWへ照射する。このとき、マーカコントローラ22からの制御信号に基づいてレーザー光Lの出射軸を走査することにより、ワークW上に文字、記号、図形などのシンボルを印字することができる。また、マーカヘッド21内には、図示しない照明光源及びカメラが内蔵され、当該カメラにより撮影されたワークWの撮影画像は、画像処理装置11へ出力される。   The marker head 21 generates laser light L using the excitation light transmitted from the marker controller 22 via the optical fiber 23 and irradiates the workpiece W with it. At this time, by scanning the emission axis of the laser light L based on the control signal from the marker controller 22, symbols such as characters, symbols and figures can be printed on the workpiece W. In addition, an illumination light source and a camera (not shown) are built in the marker head 21, and a photographed image of the work W photographed by the camera is output to the image processing device 11.

<レーザーマーカ20>
図2は、図1のレーザーマーカ20の詳細構成を示したブロック図であり、マーカヘッド21及びマーカコントローラ22の内部構成の一例が示されている。
<Laser marker 20>
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the laser marker 20 of FIG. 1, and shows an example of the internal configuration of the marker head 21 and the marker controller 22.

このレーザーマーカ20は、テレセントリックレンズ48を介してレーザー光Lを照射することにより、高精度のレーザー加工を行うことができる。また、ワークWを撮影するための照明光源53及びカメラ56を備え、照明光源53の光軸及びカメラ56の撮影軸が、レーザー光Lの出射軸と同軸になるように配置されている。このため、テレセントリックレンズ48を介して、歪みのない撮影画像を得ることができる。   The laser marker 20 can perform high-precision laser processing by irradiating the laser beam L through the telecentric lens 48. Further, the illumination light source 53 and the camera 56 for photographing the workpiece W are provided, and the optical axis of the illumination light source 53 and the photographing axis of the camera 56 are arranged so as to be coaxial with the emission axis of the laser light L. For this reason, a photographic image without distortion can be obtained through the telecentric lens 48.

また、照明光源53は、レーザー光Lと略同一の波長を含む照明光を生成し、カメラ56は、レーザー光と略同一の波長からなる戻り光を撮影している。このため、レーザー光Lと略同一の波長の光を用いてワークWを撮影することができるので、鮮明な撮影画像が得られる。さらに、カメラ56の撮影軸上にカメラ用シャッター55を備えることにより、ワークWで反射したレーザー光Lが、戻り光としてカメラ56に入射し、カメラ56が破損するのを防止している。   The illumination light source 53 generates illumination light having substantially the same wavelength as the laser light L, and the camera 56 images return light having substantially the same wavelength as the laser light. For this reason, since the workpiece | work W can be image | photographed using the light of the wavelength substantially the same as the laser beam L, a clear picked-up image is obtained. Further, by providing the camera shutter 55 on the photographing axis of the camera 56, the laser light L reflected by the work W is prevented from entering the camera 56 as return light and damaging the camera 56.

<マーカコントローラ22>
マーカコントローラ22は、電源30、励起光生成部31及び制御部32からなる。電源30は、商用電源を利用して、マーカヘッド21、励起光生成部31及び制御部32へ電力を供給する。励起光生成部31は、レーザー発振のための励起光を生成する。この励起光は、光ファイバー23を介してマーカヘッド21に伝送される。制御部32は、端末装置10から転送された加工設定データに基づいて励起光生成部31及びマーカヘッド21を制御し、レーザー光Lの出力制御及び走査制御を行う。
<Marker controller 22>
The marker controller 22 includes a power supply 30, an excitation light generation unit 31, and a control unit 32. The power supply 30 supplies electric power to the marker head 21, the excitation light generation unit 31, and the control unit 32 using a commercial power supply. The excitation light generator 31 generates excitation light for laser oscillation. This excitation light is transmitted to the marker head 21 via the optical fiber 23. The control unit 32 controls the excitation light generation unit 31 and the marker head 21 based on the processing setting data transferred from the terminal device 10, and performs output control and scanning control of the laser light L.

<マーカヘッド21>
マーカヘッド21は、レーザー発振器41、ビームサンプラー42、発振器用シャッター43、ミキシングミラー44、Zスキャナ45、偏光ビームスプリッタ46、XYスキャナ47、テレセントリックレンズ48、パワーモニタ51、ガイド光源52、照明光源53、ハーフミラー54、カメラ用シャッター55及びカメラ56により構成される。
<Marker head 21>
The marker head 21 includes a laser oscillator 41, a beam sampler 42, an oscillator shutter 43, a mixing mirror 44, a Z scanner 45, a polarizing beam splitter 46, an XY scanner 47, a telecentric lens 48, a power monitor 51, a guide light source 52, and an illumination light source 53. , A half mirror 54, a camera shutter 55, and a camera 56.

レーザー発振器41は、励起光を吸収してレーザービームからなるレーザー光Lを生成するレーザー生成器であり、レーザー媒質、共振器、Qスイッチなどによって構成される。ここでは、レーザー発振器41が、パルス発振する固体レーザー発振器、例えば、SHG型レーザー発振器であるものとする。SHG型レーザー発振器は、レーザー媒質として、ネオジウムイオンがドープされたYAG(イットリウム−アルミニウム−ガーネット)結晶を用い、第2高調波を利用して波長532nmの緑色光を出力する。上記レーザー媒質を励起するための励起光には、波長808nmのレーザー光が用いられる。レーザー発振器41によって生成されたレーザー光Lは、ビームサンプラー42、ミキシングミラー44、Zスキャナ45、偏光ビームスプリッタ46、XYスキャナ47及びテレセントリックレンズ48を順に経由してワークWに照射される。   The laser oscillator 41 is a laser generator that absorbs excitation light and generates laser light L including a laser beam, and includes a laser medium, a resonator, a Q switch, and the like. Here, it is assumed that the laser oscillator 41 is a solid-state laser oscillator that pulsates, for example, an SHG type laser oscillator. The SHG type laser oscillator uses a YAG (yttrium-aluminum-garnet) crystal doped with neodymium ions as a laser medium, and outputs green light having a wavelength of 532 nm using the second harmonic. Laser light having a wavelength of 808 nm is used as excitation light for exciting the laser medium. The laser light L generated by the laser oscillator 41 is applied to the workpiece W via the beam sampler 42, the mixing mirror 44, the Z scanner 45, the polarization beam splitter 46, the XY scanner 47, and the telecentric lens 48 in order.

ビームサンプラー42は、レーザー発振器41から出力されるレーザー光Lのうち、一定割合をサンプリングビームとして分岐させる光学スプリッタである。例えば、透明基板の表面反射などを利用することにより、入射したレーザー光Lの全光量の約3%が分光され、サンプリングビームとしてパワーモニタ51へ入射される。パワーモニタ51は、レーザー発振器41の出力パワーを検出するための光強度検出手段であり、フォトダイオードなどの受光素子からなり、その検出結果はレーザー発振器41の出力制御に用いられる。   The beam sampler 42 is an optical splitter that branches a certain proportion of the laser light L output from the laser oscillator 41 as a sampling beam. For example, by utilizing the surface reflection of the transparent substrate, about 3% of the total amount of the incident laser light L is dispersed and incident on the power monitor 51 as a sampling beam. The power monitor 51 is a light intensity detection means for detecting the output power of the laser oscillator 41 and is composed of a light receiving element such as a photodiode. The detection result is used for output control of the laser oscillator 41.

発振器用シャッター43は、レーザー光Lの出射経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Lの漏出を防止する漏出防止用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ46よりも上流側に配置される。ここでは、ビームサンプラー42及びミキシングミラー44間に発振器用シャッター43が設けられ、ワークWを加工するための加工モード時には、レーザー光Lの出射経路を開放し、ワークWを撮影するための撮影モード時には、レーザー光Lの出射経路を遮断する。   The oscillator shutter 43 is a leakage prevention blocking unit that blocks the emission path of the laser light L so as to be openable and closable and prevents the leakage of the laser light L, and is disposed upstream of the polarization beam splitter 46. Here, a shutter 43 for an oscillator is provided between the beam sampler 42 and the mixing mirror 44, and in the processing mode for processing the workpiece W, a shooting mode for shooting the workpiece W by opening the emission path of the laser light L is opened. Sometimes, the emission path of the laser light L is blocked.

ミキシングミラー44は、ガイド光の出射軸をレーザー光Lの出射軸と略一致させる光混合用光学スプリッタであり、レーザー発振器41からのレーザー光Lを透過させ、ガイド光源52からのガイド光を反射させることにより、ともにZスキャナ45へ送り出している。ガイド光源52は、加工位置をワークW上に表示するガイド光を生成する光源装置であり、LD(レーザーダイオード)などの発光素子からなる。ガイド光の点灯制御と、ガイド光の出射軸の高速スキャンとによって、印字しようとするシンボルパターンを照射スポットの残像として視認させることができる。   The mixing mirror 44 is an optical mixing optical splitter that substantially matches the emission axis of the guide light with the emission axis of the laser light L, transmits the laser light L from the laser oscillator 41, and reflects the guide light from the guide light source 52. Both are sent to the Z scanner 45. The guide light source 52 is a light source device that generates guide light for displaying a processing position on the workpiece W, and includes a light emitting element such as an LD (laser diode). The symbol pattern to be printed can be visually recognized as an afterimage of the irradiation spot by the lighting control of the guide light and the high-speed scanning of the emission axis of the guide light.

Zスキャナ45は、レーザー光Lのビーム径を調整するビーム径制御手段であり、レーザー光Lの光軸上に配置された2枚のレンズからなり、これらのレンズの相対距離を変化させることにより、レーザー光Lのビーム径2mmφを最大8mmφまで拡大させることができる。レーザー光のスポット径を拡大させることにより、スポット内におけるエネルギー密度を低下させるデフォーカス制御を行うことができる。   The Z scanner 45 is a beam diameter control means for adjusting the beam diameter of the laser light L. The Z scanner 45 is composed of two lenses arranged on the optical axis of the laser light L, and changes the relative distance between these lenses. The beam diameter 2 mmφ of the laser beam L can be expanded to a maximum of 8 mmφ. By increasing the spot diameter of the laser light, defocus control that reduces the energy density in the spot can be performed.

偏光ビームスプリッタ46は、レーザー光Lの出射経路上であって、XYスキャナ47よりも上流側に配置され、Zスキャナ45からのレーザー光Lを透過させる一方、カメラ56の受光軸をレーザー光Lの出射軸と略一致させるカメラ用光学スプリッタである。ワークWによる反射光のうち、テレセントリックレンズ48に入射してレーザー光Lの出射経路を遡る戻り光は、偏光ビームスプリッタ46で反射されることにより、レーザー光Lの出射軸から分離され、カメラ56に入射する。また、偏光ビームスプリッタ46は、ハーフミラー54を介して入射される照明光をXYスキャナ47に向けて反射し、照明光の出射軸をレーザー光Lの出射軸と一致させている。例えば、レーザー発振器41がP偏光のレーザー光Lを生成している場合、P偏光成分を選択的に透過させ、S偏光成分を反射させる偏光ビームスプリッタ46を用いることにより、レーザー光Lを通過させる一方、S偏光成分を含む戻り光及び照射光をそれぞれ反射させることができる。   The polarization beam splitter 46 is disposed on the upstream side of the XY scanner 47 on the emission path of the laser light L, and transmits the laser light L from the Z scanner 45, while the light receiving axis of the camera 56 is used as the laser light L. This is an optical splitter for a camera that substantially coincides with the output axis of the camera. Of the light reflected by the work W, the return light that enters the telecentric lens 48 and goes back through the emission path of the laser light L is reflected by the polarization beam splitter 46 and thus separated from the emission axis of the laser light L, and the camera 56. Is incident on. The polarization beam splitter 46 reflects the illumination light incident through the half mirror 54 toward the XY scanner 47 so that the emission axis of the illumination light coincides with the emission axis of the laser light L. For example, when the laser oscillator 41 generates a P-polarized laser beam L, the laser beam L is allowed to pass by using a polarization beam splitter 46 that selectively transmits the P-polarized component and reflects the S-polarized component. On the other hand, the return light and the irradiation light including the S-polarized component can be reflected, respectively.

XYスキャナ47は、レーザー光Lの出射軸を走査し、ワークW上の照射位置をX方向及びY方向に2次元走査させるための走査光学系であり、レーザー光Lを反射させるX方向走査用ミラー及びY方向走査用ミラーと、これらの走査用ミラーを回転させる駆動部からなる。走査用ミラーは、ガルバノミラーと呼ばれ、レーザー光Lの出射経路上に配置される。このXYスキャナ47は、マーカコントローラ22からの走査制御信号に基づいて、上記走査用ミラーを回転させる。   The XY scanner 47 is a scanning optical system that scans the emission axis of the laser light L and two-dimensionally scans the irradiation position on the workpiece W in the X direction and the Y direction, and reflects the laser light L. It comprises a mirror, a Y-direction scanning mirror, and a drive unit that rotates these scanning mirrors. The scanning mirror is called a galvanometer mirror, and is arranged on the emission path of the laser light L. The XY scanner 47 rotates the scanning mirror based on a scanning control signal from the marker controller 22.

テレセントリックレンズ48は、レーザー光LをワークWに向けて出射させる出射光学系であり、レーザー光Lの出射経路においてXYスキャナ47よりも下流側、つまり、ワークW側に配置される。このテレセントリックレンズ48は、複数の光学レンズやカバーガラスによって構成され、ワークW側の画角が略0°となるオブジェクト側テレセントリック光学系であり、レーザー光Lの入射角度に関わらず、レーザー光の主光線がレンズ光軸と略平行となるように、ワークWに向けてレーザー光Lを出射させる。   The telecentric lens 48 is an emission optical system that emits the laser light L toward the workpiece W, and is arranged downstream of the XY scanner 47 in the emission path of the laser light L, that is, on the workpiece W side. The telecentric lens 48 is an object-side telecentric optical system that includes a plurality of optical lenses and a cover glass, and has an angle of view on the workpiece W side of approximately 0 °. The laser beam L is emitted toward the workpiece W so that the principal ray is substantially parallel to the lens optical axis.

照明光源53は、ワークWを照明するための照明光を生成する光源装置であり、LED(発光ダイオード)などの発光素子からなる。この照明光源53は、少なくともレーザー光Lと略同一の波長を含む照明光を生成し、ハーフミラー54へ出射する。   The illumination light source 53 is a light source device that generates illumination light for illuminating the workpiece W, and includes a light emitting element such as an LED (light emitting diode). The illumination light source 53 generates illumination light including at least the same wavelength as the laser light L and emits the illumination light to the half mirror 54.

ハーフミラー54は、カメラ56の受光経路上に配置され、偏光ビームスプリッタ46からの戻り光を透過させる一方、照明光の出射軸をカメラ56の受光軸と略一致させる照明用光学スプリッタである。すなわち、偏光ビームスプリッタ46からの戻り光はカメラ56に向けて透過させる一方、照明光源53からの照明光は偏光ビームスプリッタ46に向けて反射する。   The half mirror 54 is an optical splitter for illumination that is disposed on the light receiving path of the camera 56 and transmits the return light from the polarization beam splitter 46, while making the emission axis of the illumination light substantially coincide with the light receiving axis of the camera 56. That is, the return light from the polarization beam splitter 46 is transmitted toward the camera 56, while the illumination light from the illumination light source 53 is reflected toward the polarization beam splitter 46.

カメラ用シャッター55は、カメラ56の受光経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Lの照射時に戻り光がカメラ56に入射するのを防止するためのカメラ保護用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ46よりも上流側に配置される。ここでは、ハーフミラー54及びカメラ56間にカメラ用シャッター55が設けられ、撮影モード時には、カメラ56の受光経路を開放し、加工モード時には、カメラ56の受光経路を遮断する。   The camera shutter 55 is a camera protection blocking means for blocking the light receiving path of the camera 56 so that it can be opened and closed, and preventing the return light from entering the camera 56 when the laser beam L is irradiated. It arrange | positions rather than the upstream. Here, a camera shutter 55 is provided between the half mirror 54 and the camera 56, and the light receiving path of the camera 56 is opened in the photographing mode, and the light receiving path of the camera 56 is blocked in the processing mode.

ここでは、レーザーマーカ20の動作モードとして、加工モード及び撮影モードを切り替えることにより、発振器用シャッター43及びカメラ用シャッター55がともに開放された状態が生じないように、これらのシャッタ43,55を排他的に開放し、レーザー光Lの戻り光によってカメラ56が損傷を受けるのを防止している。   Here, as the operation mode of the laser marker 20, by switching between the processing mode and the photographing mode, the shutters 43 and 55 are excluded so that neither the oscillator shutter 43 nor the camera shutter 55 is opened. Thus, the camera 56 is prevented from being damaged by the return light of the laser beam L.

カメラ56は、ワークWを撮影し、撮影画像を生成するための撮像ユニットであり、マーカコントローラ22からの撮像制御信号に基づいて撮影を行い、得られた撮影画像を画像処理装置11へ出力する。ここでは、カメラ56が、レーザー光と略同一の波長を受光し、撮影画像を生成しているものとする。   The camera 56 is an imaging unit that captures the workpiece W and generates a captured image. The camera 56 captures an image based on the imaging control signal from the marker controller 22 and outputs the obtained captured image to the image processing apparatus 11. . Here, it is assumed that the camera 56 receives substantially the same wavelength as the laser light and generates a captured image.

<テレセントリックレンズ48>
図3は、図2のテレセントリックレンズ48の作用の一例を示した説明図である。図中の(a)には、加工エリアの中央にレーザー光Lを照射する場合、(b)には、加工エリアの左端付近にレーザー光Lを照射する場合、(c)には、加工エリアの右端付近にレーザー光Lを照射する場合がそれぞれ示されている。
<Telecentric lens 48>
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the operation of the telecentric lens 48 of FIG. (A) in the figure shows the case where the laser beam L is irradiated to the center of the processing area, (b) shows the case where the laser beam L is irradiated near the left end of the processing area, and (c) shows the processing area. The case where the laser beam L is irradiated near the right end of each is shown.

このテレセントリックレンズ48は、レーザー光Lの入射角度にかかわらず、その主光線がテレセントリックレンズ48の光軸と略平行となるようにレーザー光Lを出射させる。このため、XYスキャナ47の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ48への入射角が大きくなった場合であっても、ワークW上に形成されるレーザー光Lのスポット径は変化せず、高精度のレーザー加工を行うことができる。   The telecentric lens 48 emits the laser light L so that its principal ray is substantially parallel to the optical axis of the telecentric lens 48 regardless of the incident angle of the laser light L. For this reason, even when the scanning angle of the XY scanner 47 becomes deep and the incident angle to the telecentric lens 48 becomes large, the spot diameter of the laser beam L formed on the workpiece W does not change, and high accuracy is achieved. Laser processing can be performed.

この様なレーザーマーカ20において、レーザー光Lの出射軸と略一致させた受光軸を有するカメラ56を用いてワークWを撮影すれば、歪みのない撮影画像を得ることができる。すなわち、XYスキャナ47の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ48への入射角が大きくなった場合であっても、撮影画像が歪むことはない。さらに、XYスキャナ47の走査角にかかわらず、撮影画像内において周辺の画像が歪むこともなくなる。従って、カメラ56の撮影画像からワークWの画像を抽出する画像処理を行うことによって、ワークWの位置及び向きを高い精度で抽出することができる。   When such a laser marker 20 is used to photograph the workpiece W using a camera 56 having a light receiving axis substantially coincident with the emission axis of the laser light L, a photographed image without distortion can be obtained. That is, even if the scanning angle of the XY scanner 47 becomes deep and the incident angle to the telecentric lens 48 becomes large, the captured image is not distorted. Furthermore, regardless of the scanning angle of the XY scanner 47, surrounding images are not distorted in the captured image. Therefore, by performing image processing for extracting the image of the workpiece W from the captured image of the camera 56, the position and orientation of the workpiece W can be extracted with high accuracy.

<光学ユニットの空間的配置>
図4は、図2の光学ユニット41〜48,51〜56の空間的配置を示した図である。レーザー発振器41、ビームサンプラー42、ミキシングミラー44、Zスキャナ45、偏光ビームスプリッタ46及びXYスキャナ47は、水平方向に整列配置され、レーザー光Lは、レーザー発振器41からXYスキャナ47まで直線経路を通り、XYスキャナ47によって下方へ曲げられ、テレセントリックレンズ48に入射する。このような構成を採用することにより、上記光学ユニット41〜47のばらつきによる誤差を抑制し、レーザー加工の精度を向上させることができる。
<Spatial arrangement of optical unit>
FIG. 4 is a diagram showing a spatial arrangement of the optical units 41 to 48 and 51 to 56 of FIG. The laser oscillator 41, the beam sampler 42, the mixing mirror 44, the Z scanner 45, the polarization beam splitter 46, and the XY scanner 47 are aligned in the horizontal direction, and the laser light L passes through a straight path from the laser oscillator 41 to the XY scanner 47. , Bent downward by the XY scanner 47 and enters the telecentric lens 48. By adopting such a configuration, errors due to variations in the optical units 41 to 47 can be suppressed, and the accuracy of laser processing can be improved.

レーザー発振器41は、T字型の形状からなり、右下の入力端子41Tから励起光が入力され、左上の出力筒41Bの先端に形成された出力窓41Wからレーザー光Lが出力される。   The laser oscillator 41 has a T-shape, receives excitation light from the lower right input terminal 41T, and outputs laser light L from an output window 41W formed at the tip of the upper left output tube 41B.

ビームサンプラー42及びミキシングミラー44は、レーザー光Lの出射軸に対し、45°傾斜させて配置されている。   The beam sampler 42 and the mixing mirror 44 are disposed with an inclination of 45 ° with respect to the emission axis of the laser light L.

発振器用シャッター43は、遮光板43a、回転駆動部43b、位置検出部43c及び反射光吸収装置43dにより構成される。遮光板43aは、レーザー光Lの光路を遮断する遮光手段であり、例えば金属板からなる。回転駆動部43bは、遮光板43aを回転させる駆動手段であり、例えば、ロータリーソレノイドが用いられる。この回転駆動部43bが、遮光板43aを回転させることにより、レーザー光Lの光路を開閉可能に遮断することができる。位置検出部43cは、遮光板43aの回転位置を検出する検出手段であり、例えば、フォトカプラが用いられる。反射光吸収装置43dは、遮光板43aにより反射されたレーザー光Lを吸収し、レーザー光Lが散乱するのを防止している。   The oscillator shutter 43 includes a light shielding plate 43a, a rotation drive unit 43b, a position detection unit 43c, and a reflected light absorbing device 43d. The light shielding plate 43a is a light shielding means that blocks the optical path of the laser light L, and is made of, for example, a metal plate. The rotation driving unit 43b is a driving unit that rotates the light shielding plate 43a. For example, a rotary solenoid is used. The rotation drive unit 43b rotates the light shielding plate 43a to block the optical path of the laser light L so that it can be opened and closed. The position detection unit 43c is a detection unit that detects the rotational position of the light shielding plate 43a, and for example, a photocoupler is used. The reflected light absorbing device 43d absorbs the laser light L reflected by the light shielding plate 43a and prevents the laser light L from being scattered.

偏光ビームスプリッタ46は、レーザー光Lの出射軸に対して約56.6°傾斜させて配置され、レーザー光Lの入射角をブリュースター角と略一致させている。このため、レーザー光Lを概ね100%透過させることができる。戻り光は、偏光ビームスプリッタ46で反射され、水平方向のレーザー光Lの出射軸に対し、約66.8°の角度をもって上に向かう。   The polarization beam splitter 46 is disposed so as to be inclined by about 56.6 ° with respect to the emission axis of the laser beam L, and the incident angle of the laser beam L is substantially coincident with the Brewster angle. For this reason, the laser beam L can be transmitted almost 100%. The return light is reflected by the polarization beam splitter 46 and travels upward at an angle of about 66.8 ° with respect to the emission axis of the laser beam L in the horizontal direction.

照明モジュール530は、紙面手前側に照明光源53が配置され、紙面奥側にハーフミラー54が配置されたモジュールであり、手前から奥に向けて照射された照明光は、ハーフミラー54で反射され、左下方向の偏光ビームスプリッタ46に入射する。また、偏光ビームスプリッタ46から入射する戻り光は、ハーフミラー54を透過して、右上方向のカメラモジュール560へ入射される。   The illumination module 530 is a module in which the illumination light source 53 is arranged on the front side of the paper and the half mirror 54 is arranged on the back side of the paper. The illumination light irradiated from the front to the back is reflected by the half mirror 54. , And enters the polarization beam splitter 46 in the lower left direction. The return light incident from the polarization beam splitter 46 passes through the half mirror 54 and enters the camera module 560 in the upper right direction.

カメラモジュール560は、カメラ56及びレンズ鏡筒57により構成されるモジュールであり、カメラ56は、レンズ鏡筒57の一端に対し、交換可能に取り付けられている。   The camera module 560 is a module composed of a camera 56 and a lens barrel 57, and the camera 56 is attached to one end of the lens barrel 57 in a replaceable manner.

<マーカヘッド21の内部構造>
図5は、図1のマーカヘッド21の内部構造を示した斜視図である。マーカヘッド21は、図2に示した光学ユニット41〜48,51〜56のうち、テレセントリックレンズ48及びカメラ56を除く各光学ユニットが、筐体フレーム60内に収容されている。
<Internal structure of marker head 21>
FIG. 5 is a perspective view showing the internal structure of the marker head 21 of FIG. In the marker head 21, the optical units other than the telecentric lens 48 and the camera 56 among the optical units 41 to 48 and 51 to 56 illustrated in FIG. 2 are accommodated in the housing frame 60.

筐体フレーム60は、アルミニウムなどの金属からなる一体成型されたダイキャストフレームであり、ともに一体成形された仕切り板61によって2つの収容部62,63に分割されている。筐体フレーム60を一体成形し、各光学ユニット41〜48,51〜56を筐体フレーム60に固定することにより、これらの光学ユニットの配置精度を向上させ、レーザー加工の精度を向上させることができる。   The housing frame 60 is an integrally molded die-cast frame made of a metal such as aluminum, and is divided into two accommodating portions 62 and 63 by a partition plate 61 that is integrally molded. The housing frame 60 is integrally formed, and the optical units 41 to 48 and 51 to 56 are fixed to the housing frame 60, thereby improving the placement accuracy of these optical units and improving the laser processing accuracy. it can.

右側の収容部62は、レーザー発振器41が収容されるとともに、光ファイバー23の接続部23Cが外壁に取り付けられ、光ファイバー23が壁面を貫通している。励起光は、光ファイバー23を介して、レーザー発振器41の右下部へ入射され、レーザー発振器41の左上部の出力窓41Wからレーザー光Lが出射される。この出力窓41Wは、仕切り板61を貫通するレーザー発振器41の出力筒41Bの先端、つまり、左側の収容部63内に配置されている。   The right accommodating portion 62 accommodates the laser oscillator 41, the connection portion 23 </ b> C of the optical fiber 23 is attached to the outer wall, and the optical fiber 23 passes through the wall surface. The excitation light is incident on the lower right portion of the laser oscillator 41 via the optical fiber 23, and the laser light L is emitted from the output window 41 </ b> W at the upper left portion of the laser oscillator 41. The output window 41 </ b> W is disposed in the tip of the output cylinder 41 </ b> B of the laser oscillator 41 that penetrates the partition plate 61, that is, in the left receiving portion 63.

左の収容部63には、レーザー発振器41、テレセントリックレンズ48及びカメラ56を除く、各光学ユニットが収容されている。この収容部63は、防塵構造を有し、粉塵の影響によるレーザー加工の精度低下を防止している。   The left accommodation unit 63 accommodates each optical unit except for the laser oscillator 41, the telecentric lens 48, and the camera 56. The housing portion 63 has a dustproof structure, and prevents a reduction in accuracy of laser processing due to the influence of dust.

筐体フレーム60には、マーカヘッド21を支持するための3本の高さ調整脚65が取り付けられている。各高さ調整脚65は、円柱状の支持部材であり、個別に長さを調整することができる。各高さ調整脚65は、共通のアタッチメントプレート66に取り付けられ、マーカヘッド21は、アタッチメントプレート66を介して作業台などの上に設置される。   Three height adjustment legs 65 for supporting the marker head 21 are attached to the housing frame 60. Each height adjustment leg 65 is a columnar support member, and the length can be individually adjusted. Each height adjustment leg 65 is attached to a common attachment plate 66, and the marker head 21 is installed on a work table or the like via the attachment plate 66.

<照明モジュール530>
図6は、図4の照明モジュール530の一構成例を示した平面図である。また、図7は、図6の照明モジュール530をA−A切断線によって切断した場合の断面図である。この照明モジュール530は、照明光源53、ヒートシンク531、アパーチャ532、集光レンズ533及びハーフミラー54により構成され、取付面534が、筐体フレーム60に固着される。
<Lighting module 530>
FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the illumination module 530 of FIG. Moreover, FIG. 7 is sectional drawing at the time of cut | disconnecting the illumination module 530 of FIG. 6 by the AA cut line. The illumination module 530 includes an illumination light source 53, a heat sink 531, an aperture 532, a condenser lens 533, and a half mirror 54, and an attachment surface 534 is fixed to the housing frame 60.

ヒートシンク531は、多数の放熱フィンを備えた放熱板であり、照明光源53の背面に取り付けられている。アパーチャ532は、出射軸近傍の照明光のみを透過させる光学絞りであり、照明光の出射軸上に小さな透過窓を形成した遮光板からなる。アパーチャ532を透過した照明光は、集光レンズ533を通って、ハーフミラー54に入射される。ハーフミラー54は、カメラ56の受光軸に対し、45°傾斜させて配置されている。   The heat sink 531 is a heat radiating plate having a large number of heat radiating fins, and is attached to the back surface of the illumination light source 53. The aperture 532 is an optical stop that transmits only illumination light in the vicinity of the emission axis, and includes a light shielding plate in which a small transmission window is formed on the emission axis of the illumination light. The illumination light that has passed through the aperture 532 passes through the condenser lens 533 and enters the half mirror 54. The half mirror 54 is disposed with an inclination of 45 ° with respect to the light receiving axis of the camera 56.

このようなアパーチャ532を照明光源53の前方に配置すれば、撮影に不要な光を遮断し、照射光の光量を抑制することができる。このため、撮影画像にレンズフレアが生じるのを抑制することができる。特に、XYスキャナ47が浅い走査角度の場合に、照明光がテレセントリックレンズ48で反射され、撮影画像にレンズフレアが生じるのを抑制することができる。   If such an aperture 532 is disposed in front of the illumination light source 53, light unnecessary for photographing can be blocked and the amount of irradiation light can be suppressed. For this reason, it can suppress that a lens flare arises in a picked-up image. In particular, when the XY scanner 47 has a shallow scanning angle, it is possible to prevent the illumination light from being reflected by the telecentric lens 48 and causing lens flare in the captured image.

<カメラモジュール560>
図8は、図5のカメラモジュール560の一構成例を示した外観図である。このカメラモジュール560は、カメラ56及びレンズ鏡筒57からなる。
<Camera module 560>
FIG. 8 is an external view showing a configuration example of the camera module 560 of FIG. The camera module 560 includes a camera 56 and a lens barrel 57.

カメラ56は、撮像素子56a、回路基板56b及びマウント部56cからなる撮影ユニットである。撮像素子56aは、多数の受光素子がマトリックス状に配置され、ワークWの撮影画像を出力する撮像手段であり、例えば、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)を用いることができる。回路基板56bは、撮像素子56a及びその制御回路が配置されたプリント基板である。マウント部56cは、カメラ56をレンズ鏡筒57と係合させる係合手段であり、回路基板56bに固着されている。ここでは、マウント部56cが、内面にネジ溝が形成された円筒体からなり、汎用のねじ込みマウント(スクリューマウント)、例えばCマウントを構成しているものとする。   The camera 56 is a photographing unit including an image sensor 56a, a circuit board 56b, and a mount portion 56c. The imaging element 56a is an imaging unit in which a large number of light receiving elements are arranged in a matrix and outputs a captured image of the workpiece W. For example, a CCD (Charge Coupled Device) can be used. The circuit board 56b is a printed board on which the image sensor 56a and its control circuit are arranged. The mount portion 56c is an engaging means for engaging the camera 56 with the lens barrel 57, and is fixed to the circuit board 56b. Here, it is assumed that the mount portion 56c is made of a cylindrical body having a thread groove formed on the inner surface, and constitutes a general-purpose screw mount (screw mount), for example, a C mount.

レンズ鏡筒57は、鏡筒フレーム571及びカメラ取付部572からなる。鏡筒フレーム571は、一端をハーフミラー54に対向させ、他端にカメラ取付部572が設けられた略筒状の筐体であり、筐体フレーム60に固着されている。レンズ鏡筒57内に収容されている結像レンズ57rは、戻り光を撮像素子56aに結像させるための光学系であり、波長選択フィルタ57fを備えている。   The lens barrel 57 includes a barrel frame 571 and a camera mounting portion 572. The lens barrel frame 571 is a substantially cylindrical casing having one end opposed to the half mirror 54 and the camera mounting portion 572 provided at the other end, and is fixed to the casing frame 60. The imaging lens 57r accommodated in the lens barrel 57 is an optical system for imaging the return light on the imaging device 56a, and includes a wavelength selection filter 57f.

波長選択フィルタ57fは、少なくともレーザー光Lと略同一の波長を選択的に透過させるフィルタである。波長選択フィルタ57fを用いて、レーザー光Lと略同一の波長からなる戻り光をカメラ56に入射するとともに、撮影に必要のない波長成分を除去することにより、鮮明な撮影画像を得ることができる。   The wavelength selection filter 57f is a filter that selectively transmits at least substantially the same wavelength as the laser light L. Using the wavelength selection filter 57f, the return light having substantially the same wavelength as that of the laser light L is incident on the camera 56 and a wavelength component unnecessary for photographing is removed to obtain a clear photographed image. .

図9は、図8のカメラ56及びカメラ取付部572の詳細構成を示した図であり、図中の(a)は、受光軸上(カメラ56側)から見た図であり、(b)は受光軸と直交する方向から見た図である。また、図10は、図9のカメラ56及びカメラ取付部572をB−B切断線により切断した場合の断面図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating the detailed configuration of the camera 56 and the camera mounting portion 572 of FIG. 8. FIG. 9A is a diagram viewed from the light receiving axis (camera 56 side), and FIG. These are the figures seen from the direction orthogonal to a light-receiving axis. FIG. 10 is a cross-sectional view of the camera 56 and camera mounting portion 572 of FIG. 9 taken along the line BB.

カメラ取付部572は、可動マウント部573及びマウント支持部574からなる。可動マウント部573は、カメラ56と係合させる係合手段であり、マウント支持部574によって支持されている。   The camera mounting portion 572 includes a movable mount portion 573 and a mount support portion 574. The movable mount portion 573 is an engagement means that engages with the camera 56 and is supported by the mount support portion 574.

可動マウント部573は、中心軸を一致させて配置された円筒体57a,57cと、これらの円筒体57a,57cで挟まれた円盤状のフランジ57bとからなり、カメラ56の受光軸を含む貫通孔が形成されている。この可動マウント部573は、下側の円筒体57cをマウント支持部574の上端から挿入し、フランジ57bをマウント支持部574の上端面に当接させた状態で、マウント支持部574に取り付けられている。フランジ57bから上向きに突き出た円筒体57aは、その外周面にネジ溝が形成され、カメラ56と係合するねじ込みマウント(スクリューマウント)、例えばCマウントを構成している。つまり、カメラ56は、マウント部56cを可動マウント部573と螺合することにより、カメラ取付部572に着脱可能に取り付けられている。   The movable mount portion 573 includes cylindrical bodies 57 a and 57 c that are arranged with their center axes coincident with each other, and a disc-shaped flange 57 b sandwiched between the cylindrical bodies 57 a and 57 c, and includes a light receiving axis of the camera 56. A hole is formed. The movable mount portion 573 is attached to the mount support portion 574 with the lower cylindrical body 57c inserted from the upper end of the mount support portion 574 and the flange 57b in contact with the upper end surface of the mount support portion 574. Yes. The cylindrical body 57a protruding upward from the flange 57b has a thread groove formed on the outer peripheral surface thereof, and constitutes a screw mount (screw mount), for example, a C mount that engages with the camera 56. That is, the camera 56 is detachably attached to the camera attachment portion 572 by screwing the mount portion 56c with the movable mount portion 573.

可動マウント部573は、6つの調整ネジAJ1,AJ2を有している。4つの調整ネジAJ1は、撮像素子56a上における受光軸の位置を調整する調整手段である。また、2つの調整ネジAJ2は、受光軸を中心として撮像素子56aの向きを調整する調整手段である。   The movable mount portion 573 has six adjustment screws AJ1 and AJ2. The four adjustment screws AJ1 are adjustment means for adjusting the position of the light receiving axis on the image sensor 56a. The two adjusting screws AJ2 are adjusting means for adjusting the orientation of the image sensor 56a around the light receiving axis.

4つの調整ネジAJ1は、それぞれが光軸と直交し、隣接する調整ネジAJ1が直角をなすように配置されている。また、マウント支持部574を外側から貫通し、円筒体57cと螺合している。このため、これらの調整ネジAJ1を回すことにより、可動マウント部573を2次元移動させ、撮像素子56a上における受光軸の位置をXY方向(図9)に移動させることができる。   The four adjustment screws AJ1 are arranged so that each is orthogonal to the optical axis, and adjacent adjustment screws AJ1 form a right angle. Moreover, the mount support part 574 is penetrated from the outside, and is screwed with the cylindrical body 57c. Therefore, by turning these adjustment screws AJ1, the movable mount portion 573 can be moved two-dimensionally, and the position of the light receiving axis on the image sensor 56a can be moved in the XY directions (FIG. 9).

また、2つの調整ネジAJ2は、いずれも光軸と平行になるように配置され、可動マウント部573の外周に沿って延びる円弧状の長孔を外側から貫通し、円筒体57cの上端面へ螺入させている。このため、これらの調整ネジAJ2を緩めて、可動マウント部573を回転させることにより、光軸を中心として撮像素子56aの向きを調整することができる。   Further, the two adjustment screws AJ2 are both arranged so as to be parallel to the optical axis, penetrate the arc-shaped elongated hole extending along the outer periphery of the movable mount portion 573 from the outside, and reach the upper end surface of the cylindrical body 57c. Screwed. Therefore, by loosening these adjustment screws AJ2 and rotating the movable mount portion 573, the orientation of the image sensor 56a can be adjusted around the optical axis.

このような調整ネジAJ1,AJ2を備えることにより、受光軸を撮像素子56aの中央に正確に一致させることができる。また、ワークWが設置される加工エリア内におけるX方向及びY方向を撮像素子56aのX方向及びY方向と正確に一致させることができる。従って、ねじ込みマウントを介して、ユーザが所望のカメラ56をレンズ鏡筒57に着脱可能に取り付けた場合であっても、ワークWの位置及び向きが正確な撮影画像を得ることができる。   By providing such adjustment screws AJ1 and AJ2, the light receiving axis can be accurately aligned with the center of the image sensor 56a. In addition, the X direction and the Y direction in the processing area where the workpiece W is installed can be exactly matched with the X direction and the Y direction of the image sensor 56a. Therefore, even if the user detachably attaches the desired camera 56 to the lens barrel 57 via the screw mount, it is possible to obtain a photographed image with the correct position and orientation of the workpiece W.

さらに、可動マウント部573は、マーカヘッド60の筐体フレーム60から絶縁されている。このため、カメラ56のマウント部56cと、レンズ鏡筒57の可動マウント部573とを介して、カメラ56が筐体フレーム60と導通し、ノイズによってカメラ56が破壊されるのを防止している。一般に、カメラ56は、回路基板56b上の電子回路がマウント部56cを介して接地されるように構成されている。このため、可動マウント部573を筐体フレーム60から絶縁しておくことにより、レンズ鏡筒57を介してノイズが伝わることにより、カメラ56が破壊されるのを防止している。なお、カメラ56と接触する円筒体57aを筐体フレーム60から絶縁しておけば、可動マウント部573全体を絶縁していなくてもよい。   Further, the movable mount portion 573 is insulated from the housing frame 60 of the marker head 60. Therefore, the camera 56 is electrically connected to the housing frame 60 via the mount portion 56c of the camera 56 and the movable mount portion 573 of the lens barrel 57, and the camera 56 is prevented from being destroyed by noise. . In general, the camera 56 is configured such that an electronic circuit on the circuit board 56b is grounded via a mount portion 56c. For this reason, by insulating the movable mount portion 573 from the housing frame 60, it is possible to prevent the camera 56 from being destroyed due to noise transmitted through the lens barrel 57. Note that if the cylindrical body 57a that contacts the camera 56 is insulated from the housing frame 60, the entire movable mount portion 573 may not be insulated.

<誤差補償レーザー加工>
図11〜図16は、本発明の実施の形態1による誤差補償レーザー加工についての説明図である。レーザーマーキングシステム1では、ワーク誤差に応じて、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償している。このため、ワークWの位置及び向きにかかわらず、当該ワークWに対し、所望のレーザー加工を行うことができる。本明細書では、ワーク誤差の補償を伴うレーザー加工を「誤差補償レーザー加工」と呼ぶことにする。
<Error compensation laser processing>
FIGS. 11-16 is explanatory drawing about the error compensation laser processing by Embodiment 1 of this invention. In the laser marking system 1, the work error is compensated by correcting the machining setting data in accordance with the work error. For this reason, regardless of the position and orientation of the workpiece W, desired laser processing can be performed on the workpiece W. In this specification, laser processing that involves compensation of workpiece errors is referred to as “error compensation laser processing”.

図11は、加工設定データによって規定されるシンボルSBLの一例を示した図である。図中の加工エリア200は、レーザー光Lを照射可能な領域である。また、想定ワークWoは、加工設定データの作成時に想定しているワークであり、レーザー加工時におけるワークWの形状、位置及び向きは、この想定ワークWoの形状、位置及び向きと一致している必要がある。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the symbol SBL defined by the processing setting data. A processing area 200 in the figure is an area where the laser beam L can be irradiated. The assumed workpiece Wo is a workpiece assumed when creating the machining setting data, and the shape, position, and orientation of the workpiece W at the time of laser machining coincide with the shape, position, and orientation of the assumed workpiece Wo. There is a need.

加工設定データは、レーザー光Lの照射条件を規定する情報であり、レーザー光Lの照射を開始する開始位置、レーザー光Lの照射を終了する終了位置、開始位置から終了位置までの走査スピードなどが含まれている。つまり、レーザーマーカ20が形成するシンボルSBLの形状や、当該シンボルSBLが形成される加工エリア200内の位置が、加工設定データによって規定されている。   The processing setting data is information that defines the irradiation condition of the laser beam L, such as the start position where the irradiation of the laser beam L starts, the end position where the irradiation of the laser beam L ends, the scanning speed from the start position to the end position, It is included. That is, the shape of the symbol SBL formed by the laser marker 20 and the position in the processing area 200 where the symbol SBL is formed are defined by the processing setting data.

図12は、図11の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。図中の(a)及び(b)には、位置及び向きが異なるワークW,W'に対し、レーザー加工を行った場合の様子が示されている。なお、図中の撮影エリア201は、カメラ56による撮影領域の一例である。   FIG. 12 is a diagram showing an example of laser processing based on the processing setting data of FIG. (A) and (b) in the figure show a state in which laser processing is performed on workpieces W and W ′ having different positions and orientations. Note that a shooting area 201 in the figure is an example of a shooting area by the camera 56.

(a)及び(b)のシンボルSBLは、いずれもレーザーマーカ20が、同一の加工設定データに基づいて、同一のレーザー加工を行って形成したものである。このため、これらのシンボルSBLは、加工エリア200内の同じ位置に同じ向きで形成されている。しかしながら、加工エリア200内におけるワークW,W'の位置及び向きが異なるため、(a)及び(b)のシンボルSBLは、ワークW,W'上の異なる位置に異なる向きで印字されている。   The symbols SBL in (a) and (b) are both formed by the laser marker 20 performing the same laser processing based on the same processing setting data. For this reason, these symbols SBL are formed at the same position in the processing area 200 in the same direction. However, since the positions and orientations of the workpieces W and W ′ in the machining area 200 are different, the symbols SBL of (a) and (b) are printed in different orientations at different positions on the workpieces W and W ′.

ここでは、(a)のワークWが、正しい位置に正しい向きで配置されているため、シンボルSBLが正しく印字されている。つまり、ワークWの位置及び向きは、想定ワークWoの位置及び向きと一致しているため、ワークWに対し、加工設定データの作成時に想定した通りの加工が行われている。これに対し、(b)のワークW'は、正しい位置に正しい向きで配置されておらず、シンボルSBLが正しく印字されていない。つまり、ワークW'の位置及び向きは、想定ワークWoの位置及び向きと一致せず、ワーク誤差が生じている。このようなワークW'に対しても、ワークWの場合と同様の加工を行うためには、そのワーク誤差に応じて、加工設定データを補正する必要がある。このため、本実施の形態によるレーザーマーキングシステム1では、撮影エリア201の撮影画像からワークW'を抽出する画像処理を行うことにより、ワークW'のワーク誤差を求め、このワーク誤差に基づいて、加工設定データを補正している。つまり、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償している。   Here, since the workpiece W of (a) is arranged at the correct position and in the correct orientation, the symbol SBL is correctly printed. That is, since the position and orientation of the workpiece W coincide with the position and orientation of the assumed workpiece Wo, the workpiece W is processed as assumed when the machining setting data is created. On the other hand, the workpiece W ′ in (b) is not arranged at the correct position in the correct orientation, and the symbol SBL is not printed correctly. That is, the position and orientation of the workpiece W ′ do not match the position and orientation of the assumed workpiece Wo, and a workpiece error occurs. For such a workpiece W ′, in order to perform the same machining as in the case of the workpiece W, it is necessary to correct the machining setting data in accordance with the workpiece error. For this reason, in the laser marking system 1 according to the present embodiment, the workpiece error of the workpiece W ′ is obtained by performing image processing for extracting the workpiece W ′ from the captured image of the imaging area 201, and based on the workpiece error, The machining setting data is corrected. That is, the workpiece error is compensated by correcting the machining setting data.

図13は、撮影画像からワークWを抽出するための画像処理に必要なデータの一例を示した図である。図中の(a)には、マッチング用パターンPTNの一例が示されている。マッチング用パターンPTNは、ワークWの形状を示すデータであり、撮影画像からワークWを抽出するためのパターンマッチング処理に用いられる。例えば、ワークWを予め撮影した画像や、CAD(Computer Aided Design)ツールにより生成されたワークWの画像が、マッチング用パターンPTNとして用いられる。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of data necessary for image processing for extracting the workpiece W from the captured image. (A) in the drawing shows an example of the matching pattern PTN. The matching pattern PTN is data indicating the shape of the workpiece W, and is used for pattern matching processing for extracting the workpiece W from the captured image. For example, an image obtained by photographing the workpiece W in advance or an image of the workpiece W generated by a CAD (Computer Aided Design) tool is used as the matching pattern PTN.

図中の(b)には、撮影エリア201内の基準データが示されている。基準データは、基準位置STxy及び基準向きSTθからなり、撮影エリア201内における想定ワークWoの位置及び向きを示している。ここでは、想定ワークWoの左下の特徴点の位置を基準位置STxyとし、この基準位置STxyから左上の特徴点に向かう方向を基準向きSTθとしている。   (B) in the figure shows reference data in the photographing area 201. The reference data includes a reference position STxy and a reference orientation STθ, and indicates the position and orientation of the assumed work Wo in the imaging area 201. Here, the position of the lower left feature point of the assumed work Wo is defined as a reference position STxy, and the direction from the reference position STxy toward the upper left feature point is defined as a reference direction STθ.

図14は、ワーク誤差の算出処理の一例を示した図である。ワークW'を含む撮影画像についてマッチング用パターンPTNを用いたパターンマッチングを行えば、撮影画像からワークW'が抽出され、その左下の特徴点の位置W'xyと、左辺の向きWθとが求められる。このため、ワークW'の位置Wxyと、基準位置STxyを比較することにより、X方向の誤差△x、Y方向の誤差△yが求められる。また、ワークW'の向きWθと、基準向きSTθを比較することにより、角度誤差△θが求められる。つまり、オフセット誤差△X,△Y及び角度誤差△θとして、ワーク誤差が求められる。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a workpiece error calculation process. If pattern matching using the matching pattern PTN is performed on the captured image including the workpiece W ′, the workpiece W ′ is extracted from the captured image, and the position W′xy of the lower left feature point and the orientation Wθ of the left side are obtained. It is done. Therefore, by comparing the position Wxy of the workpiece W ′ with the reference position STxy, the error Δx in the X direction and the error Δy in the Y direction are obtained. Further, the angle error Δθ is obtained by comparing the direction Wθ of the workpiece W ′ with the reference direction STθ. That is, the workpiece error is obtained as the offset error ΔX, ΔY and the angle error Δθ.

図15は、加工設定データの補正処理の一例を示した説明図であり、図中の(a)には、補正前の加工設定データによって規定されたシンボルSBLが示され、(b)には、補正前後の加工設定データによって規定されたシンボルSBL'が示されている。図中の(b)は、(a)の一部を拡大して示した拡大図である。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of the processing for correcting the processing setting data. In FIG. 15A, symbol SBL defined by the processing setting data before correction is shown, and FIG. The symbol SBL ′ defined by the processing setting data before and after correction is shown. (B) in the figure is an enlarged view showing a part of (a) in an enlarged manner.

補正後のシンボルSBL'は、補正前のシンボルSBLをワーク誤差に基づいて補正したものである。つまり、補正前のシンボルSBLをX方向に△xだけオフセットさせ、Y方向に△yだけオフセットさせ、さらに角度△θだけ回転させることにより、補正後のシンボルSBL'が得られる。   The corrected symbol SBL ′ is obtained by correcting the uncorrected symbol SBL based on the work error. That is, the corrected symbol SBL ′ is obtained by offsetting the uncorrected symbol SBL by Δx in the X direction, offset by Δy in the Y direction, and further rotating it by the angle Δθ.

図16は、補正後の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。ワークW'のワーク誤差に基づいて加工設定データを補正し、補正された加工設定データを用いてレーザー加工を行うことにより、ワーク誤差を有するワークW'に対しても、ワーク誤差を有しないワークWの場合と同様の加工を行うことができる。   FIG. 16 is a diagram showing an example of laser processing based on the corrected processing setting data. By correcting the machining setting data based on the workpiece error of the workpiece W ′ and performing laser machining using the corrected machining setting data, the workpiece having no workpiece error is also obtained for the workpiece W ′ having the workpiece error. The same processing as in the case of W can be performed.

この様にして、本実施の形態によるレーザーマーキングシステム1では、ワークW'を含む撮影エリア201を撮影し、撮影エリア201の撮影画像からワークW'を抽出する画像処理を行うことにより、ワークW'のワーク誤差を求めている。そして、このワーク誤差に基づいて、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償したレーザー加工(誤差補償レーザー加工)を行うことができる。   In this way, in the laser marking system 1 according to the present embodiment, the work area W is captured by photographing the photographing area 201 including the work W ′ and extracting the work W ′ from the photographed image in the photographing area 201. The work error of 'is calculated. Then, by correcting the processing setting data based on the workpiece error, laser processing (error compensation laser processing) that compensates the workpiece error can be performed.

<機能ブロック図>
図17は、図1のレーザーマーキングシステム1の要部について詳細構成を示したブロック図である。また、図18は、図1の画像処理装置11及び制御装置12の要部について詳細構成を示したブロック図である。これらの図には、誤差補償レーザー加工に関連する機能ブロックが示されている。なお、図17のマーカコントローラ22を構成している各ブロック220〜226は、図2の制御部32に含まれている。
<Functional block diagram>
FIG. 17 is a block diagram showing a detailed configuration of the main part of the laser marking system 1 of FIG. FIG. 18 is a block diagram showing a detailed configuration of the main parts of the image processing apparatus 11 and the control apparatus 12 of FIG. In these figures, functional blocks related to error compensation laser processing are shown. In addition, each block 220-226 which comprises the marker controller 22 of FIG. 17 is contained in the control part 32 of FIG.

<マーカコントローラ22>
図17のマーカコントローラ22は、モード制御部220、加工設定データ記憶部221、加工設定補正部222、スキャナ制御部223、シャッター制御部224、出力制御部225及び照明制御部226からなる。
<Marker controller 22>
The marker controller 22 in FIG. 17 includes a mode control unit 220, a processing setting data storage unit 221, a processing setting correction unit 222, a scanner control unit 223, a shutter control unit 224, an output control unit 225, and an illumination control unit 226.

レーザーマーカ20は、動作モードとして、加工モード及び撮影モードを備え、これらのモードを選択的に切り替えることができる。加工モードは、レーザー加工を行うための動作モードであり、発振器用シャッター42が開き、カメラ用シャッター55が閉じ、照明光源53を消灯させた動作状態である。また、レーザー発振器41は、レーザー光Lを生成可能であり、XYスキャナ47は、加工設定データDstupに基づいて制御される。一方、撮影モードは、カメラ撮影を行うための動作モードであり、発振器用シャッター42が閉じ、カメラ用シャッター55が開き、照明光源53が点灯している動作状態である。また、レーザー発振器41は、レーザー光Lの生成が禁止され、XYスキャナ47は、制御装置12からのスキャン要求Cscnに基づいて制御される。   The laser marker 20 includes a processing mode and a photographing mode as operation modes, and these modes can be selectively switched. The processing mode is an operation mode for performing laser processing, and is an operation state in which the oscillator shutter 42 is opened, the camera shutter 55 is closed, and the illumination light source 53 is turned off. The laser oscillator 41 can generate the laser light L, and the XY scanner 47 is controlled based on the processing setting data Dstup. On the other hand, the shooting mode is an operation mode for performing camera shooting, and is an operation state in which the oscillator shutter 42 is closed, the camera shutter 55 is opened, and the illumination light source 53 is lit. Further, the laser oscillator 41 is prohibited from generating the laser light L, and the XY scanner 47 is controlled based on the scan request Cscn from the control device 12.

モード制御部220は、制御装置12からのモード切替要求Cmodに基づいて、レーザーマーカ20の動作モードを切り替え、モード切り替えの完了後に、モード切替応答Rmodを制御装置12へ出力する。このため、制御装置12は、レーザーマーカ20の動作モードの切り替えを指示することができるとともに、レーザーマーカ20内においてモード切り替えが完了したタイミングを知ることができる。   The mode control unit 220 switches the operation mode of the laser marker 20 based on the mode switching request Cmod from the control device 12 and outputs a mode switching response Rmod to the control device 12 after the mode switching is completed. Therefore, the control device 12 can instruct the switching of the operation mode of the laser marker 20 and can know the timing when the mode switching is completed in the laser marker 20.

加工設定データ記憶部221は、端末装置10から受信した加工設定データDstupを保持している。加工設定補正部222は、制御装置12からの補正要求Cadjに基づいて、加工設定データDstupを補正し、ワーク誤差Derrに応じた加工設定データDstup'を生成する。加工設定データDstupの補正が完了すれば、制御装置12へ補正応答Radjが出力されるとともに、補正された加工設定データDstup'が、スキャナ制御部223及び出力制御部225へ出力される。このため、制御装置12は、マーカコントローラ22内の加工設定データDstupの補正を指示することができるとともに、加工設定データDstupの補正が完了したタイミングを知ることができる。   The processing setting data storage unit 221 holds processing setting data Dstup received from the terminal device 10. The machining setting correction unit 222 corrects the machining setting data Dstup based on the correction request Cadj from the control device 12, and generates machining setting data Dstup ′ corresponding to the workpiece error Derr. When the correction of the processing setting data Dstup is completed, a correction response Radj is output to the control device 12 and the corrected processing setting data Dstup ′ is output to the scanner control unit 223 and the output control unit 225. For this reason, the control device 12 can instruct correction of the machining setting data Dstup in the marker controller 22 and can know the timing when the correction of the machining setting data Dstup is completed.

スキャナ制御部223は、マーカヘッド21内のスキャナ47を制御しているが、この制御処理は、レーザーマーカ20の動作モードによって異なる。加工モード時には、加工設定データDstupに基づいて、スキャナ47の走査角を制御することにより、レーザー光Lの照射位置を制御する。ここでは、加工設定補正部222により補正された加工設定データDstup'に基づいて、スキャナ47を制御している。一方、撮影モード時には、制御装置12からのスキャン要求Cscnが入力され、このスキャン要求Cscnに基づいて、スキャナ47の走査角を制御する。スキャン要求Cscnは、カメラ56の撮影位置Dscnを指定したスキャナ47の制御情報、つまり、カメラ56の撮影領域を所定の領域へ移動させるためのスキャナに対する駆動要求である。スキャン要求Cscnに基づいてスキャナ47を移動させ、スキャナ47の走査角が指定された撮影位置Dscnに一致すれば、スキャン応答Rscnが、スキャナ制御部223から制御装置12へ出力される。このため、制御装置12は、撮影モード時におけるスキャナ47の走査角を指示することができるとともに、スキャナ47の移動が完了したタイミングを知ることができる。   The scanner control unit 223 controls the scanner 47 in the marker head 21, but this control process differs depending on the operation mode of the laser marker 20. In the processing mode, the irradiation position of the laser beam L is controlled by controlling the scanning angle of the scanner 47 based on the processing setting data Dstup. Here, the scanner 47 is controlled based on the processing setting data Dstup ′ corrected by the processing setting correction unit 222. On the other hand, in the photographing mode, a scan request Cscn from the control device 12 is input, and the scanning angle of the scanner 47 is controlled based on the scan request Cscn. The scan request Cscn is control information for the scanner 47 that specifies the shooting position Dscn of the camera 56, that is, a drive request for the scanner to move the shooting area of the camera 56 to a predetermined area. If the scanner 47 is moved based on the scan request Cscn and the scanning angle of the scanner 47 coincides with the designated photographing position Dscn, a scan response Rscn is output from the scanner control unit 223 to the control device 12. Therefore, the control device 12 can instruct the scanning angle of the scanner 47 in the photographing mode, and can know the timing when the movement of the scanner 47 is completed.

シャッター制御部224は、レーザーマーカ20の動作モードに基づいて、発振器用シャッター42及びカメラ用シャッター55の開閉状態を制御している。加工モード時には、発振器用シャッター42を開状態、カメラ用シャッター55を閉状態にすることにより、レーザー光Lを照射可能にするとともに、カメラ56の破損を防止する。一方、撮影モード時には、発振器用シャッター42を閉状態、カメラ用シャッター55を開状態にすることにより、レーザー光Lの漏出を防止するとともに、カメラ56によるワークWの撮影を可能にする。   The shutter control unit 224 controls the open / close state of the oscillator shutter 42 and the camera shutter 55 based on the operation mode of the laser marker 20. In the processing mode, the oscillator shutter 42 is opened and the camera shutter 55 is closed, so that the laser light L can be irradiated and the camera 56 is prevented from being damaged. On the other hand, in the photographing mode, the oscillator shutter 42 is closed and the camera shutter 55 is opened, so that the laser light L is prevented from leaking and the work 56 can be photographed by the camera 56.

出力制御部225は、レーザーマーカ20の動作モードに基づいて、レーザー発振器41を制御する。加工モード時には、加工設定データDstupに基づいてレーザー光Lを発生させる一方、撮影モード時には、レーザー光Lを発生させない。   The output control unit 225 controls the laser oscillator 41 based on the operation mode of the laser marker 20. In the processing mode, the laser light L is generated based on the processing setting data Dstup, while in the photographing mode, the laser light L is not generated.

照明制御部226は、レーザーマーカ20の動作モードに基づいて、照明光源53を制御する。加工モード時には、照明光源53を消灯させる一方、撮影モード時には、照明光源53を点灯させてワークWを照明する。   The illumination control unit 226 controls the illumination light source 53 based on the operation mode of the laser marker 20. In the processing mode, the illumination light source 53 is turned off, while in the shooting mode, the illumination light source 53 is turned on to illuminate the work W.

<画像処理装置11>
図18の画像処理装置11は、画像入力部110、ワーク誤差検出部111、マッチング用パターン記憶部112及び基準データ記憶部113からなる。画像入力部110は、制御装置12からの撮影要求Cshtに基づいて、カメラ56からの撮影画像IMGを取り込み、ワーク誤差検出部111へ出力する。ワーク誤差検出部111は、撮影画像IMGに基づいてワーク誤差Derrを求め、制御装置12へ出力する。マッチング用パターン記憶部112は、ワークWの形状を示すマッチング用パターンPTNを記憶し、基準データ記憶部113は、撮影画像IMG内の基準位置STxy及び基準向きSTθからなる基準データを記憶している。
<Image processing apparatus 11>
The image processing apparatus 11 in FIG. 18 includes an image input unit 110, a work error detection unit 111, a matching pattern storage unit 112, and a reference data storage unit 113. The image input unit 110 captures the captured image IMG from the camera 56 based on the imaging request Csht from the control device 12 and outputs the captured image IMG to the work error detection unit 111. The workpiece error detection unit 111 calculates a workpiece error Derr based on the captured image IMG and outputs the workpiece error Derr to the control device 12. The matching pattern storage unit 112 stores a matching pattern PTN indicating the shape of the workpiece W, and the reference data storage unit 113 stores reference data including a reference position STxy and a reference orientation STθ in the captured image IMG. .

ワーク誤差検出部111は、撮影画像IMGからワークWを抽出し、撮影画像IMG内におけるワークWの位置Wxy及び向きWθを求めるワーク抽出部115と、撮影画像IMG内におけるワークWの位置Wxy及び向きWθを基準データDxy,Dθと比較し、ワーク誤差Derrを求めるワーク誤差算出部116とからなる。   The workpiece error detection unit 111 extracts the workpiece W from the captured image IMG and obtains the workpiece W position Wxy and orientation Wθ in the captured image IMG, and the workpiece W position Wxy and orientation in the captured image IMG. A work error calculation unit 116 that compares Wθ with reference data Dxy and Dθ to obtain a work error Derr is provided.

ワーク抽出部115は、撮影画像IMG内をサーチし、マッチング用パターンPTNと一致する画像領域を検出する。マッチング用パターン記憶部112は、ワークWの画像をマッチング用パターンPTNとして保持している。このため、マッチング用パターンPTNと一致する領域を検索すれば、撮影画像IMGからワークWを抽出することができる。この様にしてワークWを抽出することができれば、撮影画像IMG内におけるワークWの位置Wxy及び向きWθを求めることができる。なお、マッチング用パターンPTNに代えて、ワーク検出用のエッジ情報を保持し、撮影画像IMG内のエッジ検出を行うことによって、ワークWを抽出するように構成することもできる。   The work extraction unit 115 searches the captured image IMG and detects an image area that matches the matching pattern PTN. The matching pattern storage unit 112 holds an image of the workpiece W as a matching pattern PTN. For this reason, the work W can be extracted from the captured image IMG by searching for a region that matches the matching pattern PTN. If the workpiece W can be extracted in this way, the position Wxy and the orientation Wθ of the workpiece W in the captured image IMG can be obtained. Instead of the matching pattern PTN, it is also possible to hold the workpiece detection edge information and extract the workpiece W by performing edge detection in the captured image IMG.

基準データ記憶部113は、基準位置STxy及び基準向きSTθを保持している。基準位置STxy及び基準向きSTθは、加工設定データDstupが前提とする想定ワークWoの位置及び向きを撮影画像IMG内におけるワークの位置及び向きとして示したものであり、加工設定データDstup及び撮影位置Dscnに対応づけて保持される。なお、基準向きSTθが一定となるようにマッチング用パターンPTNを作成し、基準位置STxyが一定となるように撮影位置Dscnを決定しておけば、加工設定データDstup及び撮影位置Dscnにかかわらず、基準位置STxy及び基準向きSTθを一定にすることもできる。   The reference data storage unit 113 holds a reference position STxy and a reference orientation STθ. The reference position STxy and the reference orientation STθ indicate the position and orientation of the assumed workpiece Wo assumed by the machining setting data Dstup as the position and orientation of the workpiece in the photographed image IMG, and the machining setting data Dstup and the photographing position Dscn. Is held in correspondence with. If the matching pattern PTN is created so that the reference direction STθ is constant and the shooting position Dscn is determined so that the reference position STxy is constant, regardless of the processing setting data Dstup and the shooting position Dscn, The reference position STxy and the reference direction STθ can be made constant.

ワーク誤差算出部116は、撮影画像IMG内におけるワークWの位置Wxy及び向きWθを基準位置STxy及び基準向きSTθと照合することにより、基準位置STxy及び基準向きSTθに対する誤差としてワーク誤差Derrを求めている。すなわち、撮影画像IMG内におけるワークWの位置Wxyと、基準位置STxyとを比較することにより、基準位置STxyに対するX方向及びY方向のオフセット誤差△X,△Yをそれぞれ求めることができる。これらのオフセット誤差△X,△Yは、撮影画像IMG内のピクセル数を実際の距離に換算した値として求められる。また、抽出されたワークWの撮影画像IMG内における向きWθと、基準向きSTθとを比較し、基準向きSTθに対する角度誤差△θを求める。この様にして求められたオフセット誤差△X,△Y及び角度誤差△θがワーク誤差Derrとして制御装置12へ出力される。なお、ワーク誤差算出部116は、ワークWの位置Wxy又は向きWθの少なくとも一方について誤差を求め、当該誤差をワーク誤差Derrとして出力するものであってもよい。   The work error calculation unit 116 obtains a work error Derr as an error with respect to the reference position STxy and the reference direction STθ by collating the position Wxy and the direction Wθ of the work W in the captured image IMG with the reference position STxy and the reference direction STθ. Yes. That is, by comparing the position Wxy of the workpiece W in the captured image IMG with the reference position STxy, the offset errors ΔX and ΔY in the X direction and the Y direction with respect to the reference position STxy can be obtained, respectively. These offset errors ΔX and ΔY are obtained as values obtained by converting the number of pixels in the captured image IMG into actual distances. Further, the orientation Wθ of the extracted work W in the captured image IMG is compared with the reference direction STθ, and an angle error Δθ with respect to the reference direction STθ is obtained. The offset errors ΔX and ΔY and the angle error Δθ obtained in this way are output to the control device 12 as the workpiece error Derr. Note that the workpiece error calculation unit 116 may obtain an error for at least one of the position Wxy or the orientation Wθ of the workpiece W and output the error as the workpiece error Derr.

<制御装置12>
図18の制御装置12は、主制御部120、撮影位置制御部121、撮影位置記憶部122及び補正制御部123からなる。主制御部120は、レーザーマーカ20の動作モードを制御する。撮影位置制御部121は、カメラ撮影のためのスキャナ制御を行っている。撮影位置記憶部122は、撮影位置Dscnを保持している。補正制御部123は、ワークWの位置及び向きに応じた加工設定データDstupの補正を制御している。
<Control device 12>
18 includes a main control unit 120, a shooting position control unit 121, a shooting position storage unit 122, and a correction control unit 123. The main control unit 120 controls the operation mode of the laser marker 20. The shooting position control unit 121 performs scanner control for camera shooting. The shooting position storage unit 122 holds a shooting position Dscn. The correction control unit 123 controls correction of the machining setting data Dstup according to the position and orientation of the workpiece W.

主制御部120は、レーザーマーカ20の動作モードを制御している。主制御部120は、ワークセンサSからのワーク検出信号DWに基づいて、撮影モードへの移行を指示するモード切替要求Cmodをマーカコントローラ22へ出力する。例えば、新たなワークWが加工エリア200内に設置されると、レーザーマーカ20を撮影モードに移行させる。このモード切替要求Cmodの出力後、モード切り替えが完了したことを示すモード切替応答Rmodがマーカコントローラ22から出力されると、撮影位置制御部121に対し、カメラ撮影のためのスキャナ制御を指示する。   The main control unit 120 controls the operation mode of the laser marker 20. Based on the workpiece detection signal DW from the workpiece sensor S, the main control unit 120 outputs a mode switching request Cmod that instructs to shift to the imaging mode to the marker controller 22. For example, when a new workpiece W is installed in the processing area 200, the laser marker 20 is shifted to the imaging mode. When the mode switching response Rmod indicating that the mode switching is completed is output from the marker controller 22 after the mode switching request Cmod is output, the imaging position control unit 121 is instructed to perform scanner control for camera shooting.

また、主制御部120は、マーカコントローラ22内において加工設定データDstupの補正が完了し、補正制御部123から補正完了信号が出力されると、加工モードへ移行することを指示するモード切替要求Cmodをマーカコントローラ22へ出力する。レーザーマーカ20は、このモード切替要求Cmodに基づいて、動作モードを加工モードに移行させる。その後に、マーカコントローラ22からモード切替応答Rmodを受信すれば、レーザー加工の開始を指示する加工開始要求をマーカコントローラ22へ出力し、レーザー加工を開始させる。   Further, the main control unit 120, when the correction of the processing setting data Dstup is completed in the marker controller 22 and a correction completion signal is output from the correction control unit 123, a mode switching request Cmod that instructs to shift to the processing mode. Is output to the marker controller 22. The laser marker 20 shifts the operation mode to the machining mode based on the mode switching request Cmod. Thereafter, when the mode switching response Rmod is received from the marker controller 22, a processing start request for instructing the start of laser processing is output to the marker controller 22 to start laser processing.

撮影位置制御部121は、撮影モード時におけるスキャナ47の走査角を制御している。撮影位置制御部121は、撮影モードへの移行後に、主制御部120からスキャナ制御が指示されると、スキャン要求Cscnをマーカコントローラ22へ出力する。スキャン要求Cscnは、スキャナ47の走査角を示す撮影位置Dscnを指定したスキャナの制御信号であり、撮影位置記憶部122内の撮影位置Dscnに基づいて生成される。マーカコントローラ22は、このスキャン要求Cscnに基づいて、撮影位置Dscnに一致するようにスキャナ47の走査角を制御する。撮影位置制御部121は、スキャン要求Cscnの出力後に、スキャナ移動の完了を示すスキャン応答Rscnがマーカコントローラ22から出力されると、撮影要求Cshtを画像処理装置11へ出力する。このため、スキャナ移動の完了後に、画像処理装置11が迅速に画像処理を開始することができる。   The photographing position control unit 121 controls the scanning angle of the scanner 47 in the photographing mode. The imaging position control unit 121 outputs a scan request Cscn to the marker controller 22 when scanner control is instructed from the main control unit 120 after shifting to the imaging mode. The scan request Cscn is a scanner control signal that designates a shooting position Dscn indicating the scanning angle of the scanner 47, and is generated based on the shooting position Dscn in the shooting position storage unit 122. Based on the scan request Cscn, the marker controller 22 controls the scanning angle of the scanner 47 so as to coincide with the photographing position Dscn. When the scan response Rscn indicating the completion of the scanner movement is output from the marker controller 22 after the output of the scan request Cscn, the imaging position control unit 121 outputs the imaging request Csht to the image processing apparatus 11. For this reason, the image processing apparatus 11 can quickly start image processing after the scanner movement is completed.

補正制御部123は、マーカコントローラ22における加工設定データDstupの補正を制御する。つまり、画像処理装置11からのワーク誤差Derrに基づいて、加工設定データDstupに対する補正要求Cadjをマーカコントローラ22へ出力する。この補正要求Cadjには、X方向について△Xのオフセット補正と、Y方向について△Yのオフセット補正と、角度△θの回転補正とが指定されている。また、補正制御部123は、補正要求Cadjの出力後に、マーカコントローラ22から補正応答Radjが出力されると、主制御部120へ補正完了信号を出力する。主制御部120は、この補正完了信号に基づいて撮影モードを終了させる。   The correction control unit 123 controls correction of the processing setting data Dstup in the marker controller 22. That is, based on the workpiece error Derr from the image processing apparatus 11, a correction request Cadj for the machining setting data Dstup is output to the marker controller 22. This correction request Cadj specifies ΔX offset correction for the X direction, ΔY offset correction for the Y direction, and rotation correction for the angle Δθ. Further, the correction control unit 123 outputs a correction completion signal to the main control unit 120 when the correction response Radj is output from the marker controller 22 after the correction request Cadj is output. The main control unit 120 ends the shooting mode based on the correction completion signal.

<誤差補償レーザー加工の動作例>
図19は、図1のレーザーマーキングシステム1による誤差補償レーザー加工の動作の一例を示したシーケンス図である。また、図20は、上記誤差補償レーザー加工における主な信号の変化の一例を示したタイミングチャートである。これらの図には、レーザーマーカ20の動作モードを撮影モードへ切り替え、ワークWを撮影してワーク誤差Derrを求め、加工設定データDstupを補正した後に、動作モードを加工モードへ切り替えて、レーザー加工を行う一連の動作が示されている。
<Operation example of error compensation laser processing>
FIG. 19 is a sequence diagram showing an example of the operation of error compensation laser processing by the laser marking system 1 of FIG. FIG. 20 is a timing chart showing an example of main signal changes in the error compensation laser processing. In these drawings, the operation mode of the laser marker 20 is switched to the imaging mode, the workpiece W is imaged to obtain the workpiece error Derr, the machining setting data Dstup is corrected, the operation mode is switched to the machining mode, and laser machining is performed. A series of operations for performing is shown.

まず、制御装置12からマーカコントローラ22へ撮影モードへの移行を指示するモード切替要求Cmodが出力される。このモード切替要求Cmodに基づいて、レーザーマーカ20の動作モードが撮影モードへ切り替えられ、このモード切替完了後に、マーカコントローラ22からモード切替応答Rmodが出力される。   First, a mode switching request Cmod that instructs the marker controller 22 to shift to the shooting mode is output from the control device 12. Based on the mode switching request Cmod, the operation mode of the laser marker 20 is switched to the photographing mode, and after the mode switching is completed, the marker controller 22 outputs a mode switching response Rmod.

モード切替応答Rmodを受信し、撮影モードへの切替完了を確認した制御装置12は、スキャン要求Cscnを出力する。マーカコントローラ22は、このスキャン要求Cscnに基づいて、スキャナ47の走査角を制御し、スキャナ移動の完了後に、スキャン応答Rscnを出力する。   The control device 12 that has received the mode switching response Rmod and confirmed the completion of switching to the photographing mode outputs a scan request Cscn. The marker controller 22 controls the scan angle of the scanner 47 based on the scan request Cscn, and outputs a scan response Rscn after the scanner movement is completed.

スキャン応答Rscnを受信し、スキャナ移動の完了を確認した制御装置12は、撮影要求Cshtを出力する。画像処理装置11は、この撮影要求Cshtに基づいて、カメラ56から出力される撮影画像IMGを取り込み、当該撮影画像IMGからワーク誤差Derrが算出される。このワーク誤差Derrの算出完了後に、画像処理装置11から撮影応答が出力される。撮影応答を受信し、ワーク誤差算出の完了を確認した制御装置12は、ワーク誤差取得要求を出力する。画像処理装置11は、このワーク誤差取得要求に基づいて、ワーク誤差Derrを出力する。   Upon receiving the scan response Rscn and confirming the completion of the scanner movement, the control device 12 outputs an imaging request Csht. The image processing apparatus 11 takes in the photographed image IMG output from the camera 56 based on the photographing request Csht, and calculates the work error Derr from the photographed image IMG. After the calculation of the work error Derr is completed, a photographing response is output from the image processing apparatus 11. The control device 12 that has received the imaging response and confirmed the completion of the workpiece error calculation outputs a workpiece error acquisition request. The image processing apparatus 11 outputs a work error Derr based on the work error acquisition request.

ワーク誤差Derrを受信した制御装置12は、マーカコントローラ22へ補正要求Cadjを出力する。マーカコントローラ22は、この補正要求Cadjに基づいて、加工設定データDstupを補正し、補正の完了後に、補正応答Radjを出力する。   The control device 12 that has received the workpiece error Derr outputs a correction request Cadj to the marker controller 22. The marker controller 22 corrects the machining setting data Dstup based on the correction request Cadj, and outputs a correction response Radj after the correction is completed.

補正応答Radjを受信し、加工設定データDstupの補正完了を確認した制御装置12は、加工モードへの移行を指示するモード切替要求Cmodを出力する。このモード切替要求Cmodに基づいて、レーザーマーカ20の動作モードが加工モードへ切り替えられ、このモード切替完了後に、マーカコントローラ22からモード切替応答Rmodが出力される。   The control device 12 that receives the correction response Radj and confirms the completion of the correction of the machining setting data Dstup outputs a mode switching request Cmod that instructs to shift to the machining mode. Based on this mode switching request Cmod, the operation mode of the laser marker 20 is switched to the machining mode, and after this mode switching is completed, a mode switching response Rmod is output from the marker controller 22.

モード切替応答Rmodを受信し、加工モードへの切替完了を確認した制御装置12は、加工開始要求を出力する。マーカコントローラ22は、この加工開始要求に基づいて、補正された加工設定データDstup'に基づくレーザー加工を開始し、レーザー加工の完了後に、加工完了応答を出力する。   Upon receiving the mode switching response Rmod and confirming the completion of switching to the machining mode, the control device 12 outputs a machining start request. The marker controller 22 starts laser processing based on the corrected processing setting data Dstup ′ based on the processing start request, and outputs a processing completion response after the laser processing is completed.

実施の形態2.
実施の形態1では、1個のワークWが加工エリア200内にある場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、2個以上のワークW1〜W6が加工エリア200にある場合について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, an example in which one workpiece W is in the machining area 200 has been described. In contrast, in the present embodiment, a case where two or more workpieces W1 to W6 are in the machining area 200 will be described.

図21は、本発明の実施の形態2による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図であり、加工エリア200内に6個のワークW1〜W6が配置されている様子が示されている。図中の(a)では、各ワークW1〜W6が、正しい位置に正しい向きでそれぞれ配置されている。一方、図中の(b)では、各ワークW1〜W6がワーク誤差Derrをそれぞれ有している。   FIG. 21 is an explanatory diagram of an example of error compensation laser processing according to the second embodiment of the present invention, and shows a state in which six workpieces W1 to W6 are arranged in the processing area 200. FIG. In (a) in the figure, the workpieces W1 to W6 are respectively arranged at the correct positions and in the correct orientation. On the other hand, in (b) in the figure, each of the workpieces W1 to W6 has a workpiece error Derr.

加工エリア200内に6個のワークW1〜W6が配置されている場合であっても、加工設定データDstupが各ワークW1〜W6ごとに予め与えられていれば、1個のワークWに対するレーザー加工処理を繰り返すことによって、全てのワークW1〜W6に対するレーザー加工を行うことができる。しかも、ワークWを撮影してワーク誤差Derrを求め、ワーク誤差Derrに基づいて加工設定データDstupを補正するワーク誤差の補償処理についても、1個のワークWに対する誤差補償処理を繰り返すことによって、全てのワークW1〜W6に対する誤差補償を行うことができる。   Even when six workpieces W1 to W6 are arranged in the machining area 200, if the machining setting data Dstup is given in advance for each workpiece W1 to W6, laser machining for one workpiece W is performed. By repeating the processing, it is possible to perform laser processing on all the workpieces W1 to W6. In addition, the workpiece error compensation process for obtaining the workpiece error Derr by photographing the workpiece W and correcting the machining setting data Dstup based on the workpiece error Derr is also performed by repeating the error compensation processing for one workpiece W. Error compensation can be performed on the workpieces W1 to W6.

ただし、ワークW1〜W6ごとに、撮影モード及び加工モードを切り替えた場合、モード切り替えに要する時間が、ワークW1〜W6の数だけ必要になる。このため、ワークW1〜W6ごとに動作モードを切り替えることなく、同じ撮影モード中に、全てのワークW1〜W6についてワーク誤差Derrを求め、加工設定データDstupを補正する。この加工設定データDstupの補正について、より具体的に説明する。もともと加工設定データDstupには、ワークW1の位置及び所定向きからの回転角度は、(x,y)及び0度、ワークW2の位置及び所定向きからの回転角度は、(x,y)及び0度で、ワークW3の位置及び所定向きからの回転角度は(x,y)及び0度、ワークW4の位置及び所定向きからの回転角度は、(x,y)及び0度、ワークW5の位置及び所定向きからの回転角度は、(x,y)及び0度、ワークW6の位置及び所定向きからの回転角度は、(x,y)及び0度、といった各データが含まれている。そして、上述したワーク誤差の補償処理によって、加工設定データDstupのうちワークW1については(x',y')及びθ度に上書きされ、加工設定データDstupのうちワークW2については(x',y')及びθ度に上書きされ、加工設定データDstupのうちワークW3については(x',y')及びθ度に上書きされ、加工設定データDstupのうちワークW4については(x',y')及びθ度に上書きされ、加工設定データDstupのうちワークW5については(x',y')及びθ度に上書きされ、加工設定データDstupのうちワークW6については(x',y')及びθ度に上書きされる(ワークW1〜ワークW6のそれぞれと、位置及び回転角度とが対応付けられた対応テーブルをもっていてもよい)。その後に動作モードを切り替えて、同じ加工モード中に、全てのワークW1〜W6についてレーザー加工を行っている。すなわち、ワークW1〜ワークW6について、それぞれ(x',y')及びθ度〜(x',y')及びθ度を読みだして、レーザ加工を行っている。この様な処理を行うことにより、すなわち、加工設定データDstupのうち各ワークW1〜ワークW6についての直近のデータ(最後に上書きされたデータ)に基づいてレーザ加工を行うことにより、ワークW1〜W6の数が増大しても、モード切り替えに要する時間は増大せず、レーザー加工に要する合計時間を短縮することができる。 However, when the shooting mode and the processing mode are switched for each of the workpieces W1 to W6, the time required for the mode switching is required by the number of the workpieces W1 to W6. Therefore, without changing the operation mode for each of the workpieces W1 to W6, the workpiece error Derr is obtained for all the workpieces W1 to W6 and the machining setting data Dstup is corrected during the same shooting mode. The correction of the processing setting data Dstup will be described more specifically. Originally, in the machining setting data Dstup, the position of the workpiece W1 and the rotation angle from the predetermined direction are (x 1 , y 1 ) and 0 degrees, and the position of the workpiece W2 and the rotation angle from the predetermined direction are (x 2 , y 2 ) and 0 degrees, the position of the work W3 and the rotation angle from the predetermined direction are (x 3 , y 3 ) and 0 degree, and the position of the work W4 and the rotation angle from the predetermined direction are (x 4 , y 4 ). The rotation angle from the position and the predetermined direction of the workpiece W5 is (x 5 , y 5 ) and 0 degree, and the rotation angle from the position and the predetermined direction of the workpiece W6 is (x 6 , y 6 ) and 0 Each data such as degree is included. Then, the workpiece error compensation process described above overwrites the workpiece W1 in the machining setting data Dstup at (x 1 ', y 1 ') and θ 1 degree, and the workpiece W2 in the machining setting data Dstup (x 2 ', y 2' are overwritten) and theta 2 degrees, for the work W3 of the machining setting data Dstup (x 3 ', y 3 ') is overwritten and theta 3 times, the work W4 of the machining setting data DSTUP Is overwritten at (x 4 ′, y 4 ′) and θ 4 degrees, and the workpiece W5 of the machining setting data Dstup is overwritten at (x 5 ′, y 5 ′) and θ 5 degrees, and machining setting data Dstup Among them, the workpiece W6 is overwritten at (x 6 ′, y 6 ′) and θ 6 degrees (you may have a correspondence table in which each of the workpieces W1 to W6 is associated with the position and the rotation angle). . Thereafter, the operation mode is switched, and laser processing is performed on all the workpieces W1 to W6 during the same processing mode. That is, for the workpieces W1 to W6, (x 1 ′, y 1 ′) and θ 1 degree to (x 6 ′, y 6 ′) and θ 6 degrees are read and laser processing is performed. By performing such processing, that is, by performing laser processing based on the latest data (data overwritten last) for each of the workpieces W1 to W6 in the processing setting data Dstup, the workpieces W1 to W6. Even if the number increases, the time required for mode switching does not increase, and the total time required for laser processing can be reduced.

そこで、本実施の形態では、図19に示した通り、スキャン要求Cscnの出力から補正応答Radjを受信するまでの一連の処理が、ワークW1〜W6ごとに順に繰り返される。そして、全てのワークWについて加工設定データDstupの補正が終了した後に、動作モードを加工モードへ移行させ、全てのワークW1〜W6について順にレーザー加工が行われる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 19, a series of processing from the output of the scan request Cscn to the reception of the correction response Radj is repeated in order for each work W1 to W6. And after correction | amendment of the process setting data Dstup is complete | finished about all the workpiece | work W, an operation mode is changed to the process mode, and laser processing is performed about all the workpiece | work W1-W6 in order.

図中の(a)では、全てのワークW1〜W6が、対応する加工設定データDstupの想定ワークWoの位置及び向きと一致するようにそれぞれ配置されている。このため、ワーク誤差Derrを補償しなくても、各ワークW1〜W6に対し、シンボルSBLが正しく印字される。   In (a) in the figure, all the workpieces W1 to W6 are arranged so as to coincide with the position and orientation of the assumed workpiece Wo of the corresponding machining setting data Dstup. For this reason, the symbol SBL is correctly printed for each of the workpieces W1 to W6 without compensating for the workpiece error Derr.

一方、図中の(b)では、ワークW1〜W6が、対応する加工設定データDstupの想定ワークWoの位置及び向きと一致していない。しかしながら、各ワークW1〜W6ごとに、ワーク誤差Derrを補償することにより、全てのワークW1〜W6に対し、正しくシンボルSBLを印字することができる。   On the other hand, in (b) in the figure, the workpieces W1 to W6 do not match the position and orientation of the assumed workpiece Wo of the corresponding machining setting data Dstup. However, by compensating the work error Derr for each of the works W1 to W6, the symbols SBL can be correctly printed on all the works W1 to W6.

実施の形態3.
実施の形態2では、加工エリア200内に2以上のワークW1〜W6がある場合に、これらのワークW1〜W6ごとにワーク誤差Derrを求め、対応する加工設定データDstupをそれぞれ補正する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、2以上のワークW1〜W6に共通する1つのワーク誤差Derrを求め、各ワークW1〜W6に対応する加工設定データDstupをそれぞれ補正する場合の例について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment, when there are two or more workpieces W1 to W6 in the machining area 200, the workpiece error Derr is obtained for each of the workpieces W1 to W6, and the corresponding machining setting data Dstup is corrected. Explained. On the other hand, in this embodiment, an example in which one work error Derr common to two or more works W1 to W6 is obtained and the machining setting data Dstup corresponding to each work W1 to W6 is corrected will be described. .

図22は、本発明の実施の形態3による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図であり、加工エリア200内に6個のワークW1〜W6が配置されている。これらのワークW1〜W6は、共通の搬送トレイ210内に収容されている。搬送トレイ210は、ワークW1〜W6の位置及び向きが相対的に変化しないように、ワークW1〜W6を保持する手段である。   FIG. 22 is an explanatory diagram of an example of error compensation laser machining according to the third embodiment of the present invention. Six workpieces W1 to W6 are arranged in the machining area 200. FIG. These works W1 to W6 are accommodated in a common transport tray 210. The transport tray 210 is a means for holding the workpieces W1 to W6 so that the positions and orientations of the workpieces W1 to W6 do not change relatively.

2以上のワークW1〜W6が、共通の搬送トレイ210に収容されている場合、ワークW1〜W6ごとのワーク誤差Derrに代えて、搬送トレイ210のトレイ誤差Derr'を求め、当該トレイ誤差Derr'に基づいて、各ワークW1〜W6の加工設定データDstupを補正してもよい。   When two or more workpieces W1 to W6 are accommodated in the common transport tray 210, the tray error Derr 'of the transport tray 210 is obtained instead of the work error Derr for each of the workpieces W1 to W6, and the tray error Derr' Based on the above, the machining setting data Dstup of each workpiece W1 to W6 may be corrected.

この場合、マッチング用パターンPTNとして、ワークW1〜W6の画像に代えて、搬送トレイ210の画像、少なくとも当該画像の一部を用いて、パターンマッチングが行われる。また、基準データを構成する基準位置STxy及び基準向きSTθは、各ワークW1〜W6の加工設定データDstupの作成時に想定されている搬送トレイ210の特徴点の位置及び向きとして与えられる。   In this case, pattern matching is performed using an image on the transport tray 210, at least a part of the image, as the matching pattern PTN instead of the images of the workpieces W1 to W6. Further, the reference position STxy and the reference orientation STθ constituting the reference data are given as the positions and orientations of the characteristic points of the transport tray 210 that are assumed when the processing setting data Dstup for each of the workpieces W1 to W6 is created.

図中の(a)では、搬送トレイ210が、加工設定データDstupの作成時に想定された通り、正しい位置に正しい向きで配置されている。このため、各ワークW1〜W6も、それぞれが対応する加工設定データDstupの想定ワークWoの位置及び向きと一致している。このため、ワーク誤差Derrを補償しなくても、各ワークW1〜W6に対し、シンボルSBLが正しく印字される。   In (a) in the figure, the transport tray 210 is arranged at the correct position and in the correct orientation, as assumed when the processing setting data Dstup is created. For this reason, each workpiece | work W1-W6 also corresponds with the position and direction of the assumption workpiece | work Wo of the process setting data Dstup to which each corresponds. For this reason, the symbol SBL is correctly printed for each of the workpieces W1 to W6 without compensating for the workpiece error Derr.

一方、図中の(b)では、搬送トレイ210の位置及び向きが、想定された位置及び向きに一致していないため、ワークW1〜W6も、それぞれが対応する加工設定データDstupの想定ワークWoの位置及び向きと一致していない。しかしながら、想定された位置及び向きに対する搬送トレイ210の位置及び向きの誤差をトレイ誤差Derr'として求め、当該トレイ誤差Derr'に基づいて、各ワークW1〜W6の加工設定データDstupをそれぞれ補正することにより、全てのワークW1〜W6に対し、正しくシンボルSBLを印字することができる。   On the other hand, in (b) in the figure, since the position and orientation of the transport tray 210 do not match the assumed position and orientation, the works W1 to W6 are also assumed work Wo of the machining setting data Dstup to which they correspond. Does not match the position and orientation of However, an error in the position and orientation of the transport tray 210 with respect to the assumed position and orientation is obtained as a tray error Derr ′, and the processing setting data Dstup for each of the workpieces W1 to W6 is corrected based on the tray error Derr ′. Thus, the symbols SBL can be correctly printed on all the workpieces W1 to W6.

図23は、本発明の実施の形態3による誤差補償レーザー加工の他の例についての説明図である。この図23は、図22と同様、2以上のワークW1〜W6が共通の搬送トレイ210に保持された状態で、加工エリア200内に配置されている。しかしながら、搬送トレイ210内において、ワークW1〜W6の位置及び向きが相対的に変化している点で、図22の場合とは異なる。   FIG. 23 is an explanatory diagram of another example of error compensation laser processing according to Embodiment 3 of the present invention. Like FIG. 22, FIG. 23 is arranged in the processing area 200 with two or more workpieces W <b> 1 to W <b> 6 held on a common transport tray 210. However, it differs from the case of FIG. 22 in that the positions and orientations of the workpieces W1 to W6 are relatively changed in the transport tray 210.

このような場合、トレイ誤差Derr'を求めて各ワークW1〜W6の加工設定データDstupを補正した後、さらに、各ワークW1〜W6のワーク誤差Derrをそれぞれ求めて各ワークW1〜W6の加工設定データDstupを補正してもよい。このようにして補正された加工設定データDstupに基づいてレーザー加工を行った場合の様子が、図23に示されている。   In such a case, after obtaining the tray error Derr 'and correcting the machining setting data Dstup for each of the workpieces W1 to W6, the workpiece error Derr for each of the workpieces W1 to W6 is further obtained to determine the machining settings for each of the workpieces W1 to W6. The data Dstup may be corrected. FIG. 23 shows a state in which laser processing is performed based on the processing setting data Dstup corrected in this way.

なお、上記実施の形態では、画像処理装置11が、ワーク誤差Derrの検出を行う場合の例について説明したが、本発明によるレーザーマーキングシステムは、このような構成のみに限定されない。例えば、画像処理装置11による画像処理の結果、つまり、ワークWの抽出結果に基づいて、制御装置12又はマーカコントローラ22が、ワーク誤差Derrを算出するように構成することもできる。   In the above embodiment, the example in which the image processing apparatus 11 detects the workpiece error Derr has been described. However, the laser marking system according to the present invention is not limited to such a configuration. For example, the control device 12 or the marker controller 22 may be configured to calculate the workpiece error Derr based on the result of image processing by the image processing device 11, that is, the extraction result of the workpiece W.

また、上記実施の形態では、レーザーマーカ20がSHG型レーザーマーキング装置である場合の例について説明したが、本発明によるレーザー加工装置はこれに限定されるものではない。例えば、ファイバーレーザー型のマーキング装置にも本発明は適用することができる。ファイバーレーザー型マーキング装置は、Yb(イッテルビウム)をドープしたファイバーを増幅器として用いるレーザーマーカである。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the example in case the laser marker 20 was a SHG type | mold laser marking apparatus, the laser processing apparatus by this invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a fiber laser type marking apparatus. The fiber laser type marking device is a laser marker using a fiber doped with Yb (ytterbium) as an amplifier.

また、上記実施の形態では、撮影位置Dscnが制御装置12内に保持されている場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合のみに限定されない。例えば、マーカコントローラ22が撮影位置Dscnを保持し、撮影位置Dscnを含まないスキャン要求Cscnが、制御装置12からマーカコントローラ22へ出力されるように構成することもできる。   In the above embodiment, an example in which the shooting position Dscn is held in the control device 12 has been described. However, the present invention is not limited to such a case. For example, the marker controller 22 may hold the shooting position Dscn, and a scan request Cscn that does not include the shooting position Dscn may be output from the control device 12 to the marker controller 22.

また、上記実施の形態では、ワーク誤差Derrが、画像処理装置11から制御装置12へ送信される場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、ワーク誤差Derrが、制御装置12を介することなく、画像処理装置11からマーカコントローラ22へ送信され、マーカコントローラ22内の加工設定補正部222が、ワーク誤差Derrに基づいて加工設定データを補正するように構成することもできる。   In the above embodiment, an example in which the workpiece error Derr is transmitted from the image processing apparatus 11 to the control apparatus 12 has been described. However, the present invention is not limited to such a case. For example, the workpiece error Derr is transmitted from the image processing apparatus 11 to the marker controller 22 without passing through the control device 12, and the machining setting correction unit 222 in the marker controller 22 corrects the machining setting data based on the workpiece error Derr. It can also be configured to.

また、上記実施の形態では、画像処理装置11及びレーザー加工装置20が独立した装置であり、制御装置12を介して互いに接続されている場合について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、画像処理装置11は、レーザー加工装置20に内蔵されていてもよい。つまり、マーカヘッド21又はマーカコントローラ22が、画像処理装置11の機能を有するように構成することもできる。   In the above embodiment, the case where the image processing device 11 and the laser processing device 20 are independent devices and are connected to each other via the control device 12 has been described. However, the present invention is only in such a case. It is not limited to. For example, the image processing apparatus 11 may be built in the laser processing apparatus 20. That is, the marker head 21 or the marker controller 22 can be configured to have the function of the image processing apparatus 11.

1 レーザーマーキングシステム
10 端末装置
11 画像処理装置
12 制御装置
20 レーザーマーカ
21 マーカヘッド
22 マーカコントローラ
41 レーザー発振器
42 発振器用シャッター
47 XYスキャナ
48 テレセントリックレンズ
53 照明光源
55 カメラ用シャッター
56 カメラ
60 筐体フレーム
200 加工エリア
110 画像入力部
111 ワーク誤差検出部
112 マッチング用パターン記憶部
113 基準データ記憶部
115 ワーク抽出部
116 ワーク誤差算出部
120 主制御部
121 撮影位置制御部
122 撮影位置記憶部
123 補正制御部
201 撮影エリア
210 搬送トレイ
220 モード制御部
221 加工設定データ記憶部
222 加工設定補正部
223 スキャナ制御部
224 シャッター制御部
225 出力制御部
226 照明制御部
530 照明モジュール
560 カメラモジュール
572 カメラ取付部
AJ1,AJ2 調整ネジ
Cadj 補正要求
Cmod モード切替要求
Cscn スキャン要求
Csht 撮影要求
Derr ワーク誤差
Derr' トレイ誤差
Dscn 撮影位置
Dstup 加工設定データ
DW ワーク検出信号
IMG 撮影画像
L レーザー光
PTN マッチング用パターン
Radj 補正応答
Rmod モード切替応答
Rscn スキャン応答
S ワークセンサ
SBL シンボル
STxy 基準位置
STθ 基準向き
W,W',W1〜W6 ワーク
Wo 想定ワーク
Wxy ワークの位置
Wθ ワークの向き
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser marking system 10 Terminal apparatus 11 Image processing apparatus 12 Control apparatus 20 Laser marker 21 Marker head 22 Marker controller 41 Laser oscillator 42 Oscillator shutter 47 XY scanner 48 Telecentric lens 53 Illumination light source 55 Camera shutter 56 Camera 60 Housing frame 200 Processing area 110 Image input unit 111 Work error detection unit 112 Matching pattern storage unit 113 Reference data storage unit 115 Work extraction unit 116 Work error calculation unit 120 Main control unit 121 Shooting position control unit 122 Shooting position storage unit 123 Correction control unit 201 Shooting area 210 Transport tray 220 Mode control unit 221 Processing setting data storage unit 222 Processing setting correction unit 223 Scanner control unit 224 Shutter control unit 225 Output control unit 226 Illumination control unit 530 Illumination module 560 Camera module 572 Camera mounting portion AJ1, AJ2 Adjustment screw Cadj Correction request Cmod Mode switching request Cscn Scan request Csht Imaging request Derr Work error Derr 'Tray error Dscn Shooting position Dstup Processing setting data DW Work detection signal IMG Captured image L Laser beam PTN Matching pattern Radj Correction response Rmod Mode switching response Rscn Scan response S Work sensor SBL Symbol STxy Reference position STθ Reference orientation W, W ′, W1 to W6 Work Wo Expected workpiece Wxy Work position Wθ Work orientation

Claims (9)

レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラとを備えたレーザー加工装置と、
上記カメラにより撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を行う画像処理装置と、
上記レーザー加工装置及び上記画像処理装置に接続され、上記レーザー加工装置に対して上記レーザー光によるワークの加工開始を指示する制御装置とを備えたレーザー加工システムにおいて、
上記カメラは、上記レーザー光の照射可能な領域からなる加工エリアよりも狭い領域からなる撮影エリアを撮影し、
上記制御装置は、
上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなり、上記加工エリア内の撮影位置が指定された撮影位置データを保持する撮影位置データ記憶手段と、
上記レーザー加工装置に対し、上記撮影位置データを含む撮影スキャン要求を出力する撮影スキャン要求出力手段と、
上記レーザー加工装置から、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく動作を完了したことを示す撮影スキャン応答が入力される撮影スキャン応答入力手段と、
上記画像処理装置に対し、上記撮影スキャン応答に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像の取得を要求する撮影画像取得要求を出力する撮影画像取得要求出力手段とを備え、
上記画像処理装置は、
上記制御装置からの上記撮影画像取得要求に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像を取得する撮影画像取得手段と、
上記撮影画像取得手段により取得された撮影画像に基づいて、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めるワーク誤差検出手段とを備え、
上記レーザー加工装置は、
上記撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、
上記撮影スキャン要求に基づいて、上記撮影エリアの位置が上記撮影位置データに対応する位置と一致するように、上記スキャナを制御するスキャナ制御手段と、
上記制御装置に対し、上記撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、
上記ワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、
上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、
上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、
上記レーザー加工装置が上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させることを特徴とするレーザー加工システム。
A laser generator that generates laser light, a scanner that scans the laser beam on the work surface of the workpiece, and the laser beam that is disposed closer to the workpiece than the scanner and has a constant emission angle regardless of the incident angle. A laser processing apparatus comprising: a telecentric lens that emits light; and a camera having a light receiving axis branched from the laser light emitting axis on the laser generator side of the scanner;
An image processing device that performs predetermined image processing on a captured image captured by the camera;
In a laser processing system provided with a control device connected to the laser processing device and the image processing device and instructing the laser processing device to start processing the workpiece with the laser beam,
The camera shoots a shooting area consisting of an area narrower than a processing area consisting of an area where the laser beam can be irradiated,
The control device
Shooting position data storage means comprising control information for camera shooting for the scanner, and holding shooting position data in which the shooting position in the processing area is designated;
An imaging scan request output means for outputting an imaging scan request including the imaging position data to the laser processing device,
An imaging scan response input means for inputting an imaging scan response indicating that the scanner has completed the operation based on the imaging scan request from the laser processing device;
A photographic image acquisition request output means for outputting a photographic image acquisition request for requesting acquisition of a photographic image photographed by the camera based on the photographing scan response to the image processing device,
The image processing apparatus includes:
Based on the captured image acquisition request from the control device, captured image acquisition means for acquiring a captured image captured by the camera;
Work error detection means for obtaining, as a work error, an actual work position error with respect to a predetermined work position based on the photographed image obtained by the photographed image obtaining means,
The laser processing device
A photographing scan request input means for inputting the photographing scan request from the control device;
Based on the shooting scan request, scanner control means for controlling the scanner so that the position of the shooting area matches the position corresponding to the shooting position data;
An imaging scan response output means for outputting the imaging scan response to the control device;
A workpiece error input means for inputting the workpiece error;
Processing setting data storage means for holding processing setting data comprising control information for laser processing for the scanner;
Machining setting correction means for correcting the machining setting data based on the workpiece error,
When the laser processing apparatus is instructed by the control device to start processing a workpiece, the scanner scans the laser beam based on the processing setting data corrected by the processing setting correction means. Laser processing system.
上記制御装置は、上記画像処理装置から上記ワーク誤差が入力され、上記レーザー加工装置に対し、上記ワーク誤差に基づいて上記加工設定データの補正要求を出力する補正要求出力手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーザー加工システム。   The control device includes correction request output means for receiving the workpiece error from the image processing device and outputting a correction request for the machining setting data to the laser processing device based on the workpiece error. The laser processing system according to claim 1. 上記画像処理装置は、上記レーザー加工装置に内蔵されていることを特徴とする請求項1に記載のレーザー加工システムThe image processing apparatus, a laser processing system according to claim 1, characterized in that it is built into the laser processing apparatus. 上記ワーク誤差検出手段は、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めることを特徴とする請求項1に記載のレーザー加工システム。   2. The laser processing system according to claim 1, wherein the workpiece error detecting means obtains an error of an actual workpiece position and orientation with respect to a predetermined workpiece position and orientation as a workpiece error. 上記ワークについてパターンマッチング用のマッチングデータを記憶するマッチングデータ記憶部を備え、
上記ワーク誤差検出手段は、上記マッチングデータを用いたパターンマッチングを行うことにより、撮影画像中における上記ワークの位置及び向きを判別することを特徴とする請求項4に記載のレーザー加工システム。
A matching data storage unit for storing matching data for pattern matching for the workpiece;
The laser processing system according to claim 4 , wherein the workpiece error detection unit determines the position and orientation of the workpiece in a captured image by performing pattern matching using the matching data.
制御装置をレーザー加工装置及び画像処理装置に接続したレーザー加工システムにおけるレーザー加工装置において、
レーザー光を生成するレーザー生成器と、
上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、
上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、
上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有し、上記レーザー光の照射可能な領域からなる加工エリアよりも狭い領域からなる撮影エリアを撮影するカメラと、
上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなり、上記加工エリア内の撮影位置が指定された撮影位置データを含む撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、
上記撮影スキャン要求に基づいて、上記撮影エリアの位置が上記撮影位置データに対応する位置と一致するように、上記スキャナを制御するスキャナ制御手段と、
上記制御装置に対し、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく動作を完了したことを示す撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、
上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく動作を完了した状態にて、上記カメラにより撮影される撮影画像が上記画像処理装置へ出力され、上記画像処理装置により求められたワーク誤差であって、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差を示すワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、
上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、
上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、
上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させることを特徴とするレーザー加工装置。
In a laser processing apparatus in a laser processing system in which a control device is connected to a laser processing apparatus and an image processing apparatus,
A laser generator for generating laser light;
A scanner that scans the laser beam on the workpiece surface;
A telecentric lens that is disposed on the workpiece side of the scanner and emits the laser light at a constant emission angle regardless of the incident angle;
A camera that has a light receiving axis branched from the laser light emitting axis on the laser generator side than the scanner, and photographs a photographing area that is narrower than a processing area that is composed of a region that can be irradiated with the laser light. When,
An imaging scan request input unit configured to input an imaging scan request including imaging position data in which an imaging position in the processing area is designated, which includes control information for camera imaging with respect to the scanner;
Based on the shooting scan request, scanner control means for controlling the scanner so that the position of the shooting area matches the position corresponding to the shooting position data;
An imaging scan response output means for outputting an imaging scan response indicating that the scanner has completed the operation based on the imaging scan request to the control device;
In a state where the scanner has completed the operation based on the photographing scan request, a photographed image photographed by the camera is output to the image processing device, and is a work error obtained by the image processing device, which is determined in advance. A workpiece error input means for inputting a workpiece error indicating an error of the actual workpiece position with respect to the position of the selected workpiece;
Processing setting data storage means for holding processing setting data comprising control information for laser processing for the scanner;
Machining setting correction means for correcting the machining setting data based on the workpiece error,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the scanner scans the laser beam based on the processing setting data corrected by the processing setting correction unit when an instruction to start processing the workpiece is given from the control device.
上記スキャナ及び上記レーザー生成器間に配置され、上記加工面からの入射光を上記レーザー光の光軸から分岐させるビームスプリッタと、
上記ビームスプリッタによる分岐路上に設けられ、上記カメラが着脱可能に取り付けられるカメラ取付部とを備えたことを特徴とする請求項6に記載のレーザー加工装置。
A beam splitter disposed between the scanner and the laser generator, for branching incident light from the processing surface from an optical axis of the laser light;
The laser processing apparatus according to claim 6 , further comprising: a camera attachment portion provided on a branch path by the beam splitter, to which the camera is detachably attached.
上記カメラ取付部は、上記カメラの受光面に関する2次元方向のオフセット及び回転角を調整可能な調整手段を備えたことを特徴とする請求項7に記載のレーザー加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 7 , wherein the camera mounting portion includes an adjusting unit capable of adjusting a two-dimensional offset and a rotation angle with respect to a light receiving surface of the camera. 金属製の筐体を備え、
上記カメラ取付部は、上記ワーク撮影用カメラを螺合させるねじ込みマウントを有し、
上記ねじ込みマウントは、上記筐体から電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項8に記載のレーザー加工装置。
With a metal housing,
The camera mounting portion has a screw mount for screwing the work photographing camera,
9. The laser processing apparatus according to claim 8 , wherein the screw mount is electrically insulated from the housing.
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