JP2000326082A - レーザ加工機 - Google Patents
レーザ加工機Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度にてワークへのレーザ光の入射角度を
制御できるようにしたレーザ加工機を提供する。 【解決手段】 ワークには相互間の距離があらかじめ知
られている複数のマークが付される。ＣＣＤカメラ１２
０により複数のマークを含むワークをレーザ光の光軸と
同じ軸上において撮像する。画像処理装置１１は、ＣＣ
Ｄカメラから得られる画像から複数のマークを検出して
相互の距離を検出する。計算機１２は、画像処理装置の
検出結果とあらかじめ知られている複数のマークの相互
の距離とからワークに対するレーザトーチの傾き角を算
出する。コントローラ７０は、算出された傾き角に基づ
いてレーザトーチを制御することによりレーザ光がワー
クに対して常に垂直に照射されるようにする。
制御できるようにしたレーザ加工機を提供する。 【解決手段】 ワークには相互間の距離があらかじめ知
られている複数のマークが付される。ＣＣＤカメラ１２
０により複数のマークを含むワークをレーザ光の光軸と
同じ軸上において撮像する。画像処理装置１１は、ＣＣ
Ｄカメラから得られる画像から複数のマークを検出して
相互の距離を検出する。計算機１２は、画像処理装置の
検出結果とあらかじめ知られている複数のマークの相互
の距離とからワークに対するレーザトーチの傾き角を算
出する。コントローラ７０は、算出された傾き角に基づ
いてレーザトーチを制御することによりレーザ光がワー
クに対して常に垂直に照射されるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工機に関
し、特にレーザ光をワークに照射するために３次元的に
変位可能なレーザトーチやワークを搭載してこれを３次
元的に変位可能なステージを制御する機能を持つレーザ
加工機に関する。
し、特にレーザ光をワークに照射するために３次元的に
変位可能なレーザトーチやワークを搭載してこれを３次
元的に変位可能なステージを制御する機能を持つレーザ
加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＮＣロボット等を利用したレーザ
加工機では加工対象としてのワークをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
の３軸方向に移動可能なステージに搭載し、そのステー
ジの各軸の垂直度を信頼して加工を行っていた。しか
し、近年、レーザ加工は高精度にレーザ光の入射角度を
制御することを要求されている。これは、ワークがレー
ザ加工に起因する熱により歪んだり、ステージ上に支持
されることにより撓んだり、またキャリブレーション不
足や経年変化により、ステージの各軸の垂直度に許容値
を越える狂いを生ずることが想定されるためである。
加工機では加工対象としてのワークをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
の３軸方向に移動可能なステージに搭載し、そのステー
ジの各軸の垂直度を信頼して加工を行っていた。しか
し、近年、レーザ加工は高精度にレーザ光の入射角度を
制御することを要求されている。これは、ワークがレー
ザ加工に起因する熱により歪んだり、ステージ上に支持
されることにより撓んだり、またキャリブレーション不
足や経年変化により、ステージの各軸の垂直度に許容値
を越える狂いを生ずることが想定されるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、上記のような狂
いを検出するために主に用いられている距離センサとし
ては、レーザ光方式、渦電流方式等のものが製品化され
ている。しかし、渦電流方式は、レーザ加工点近傍では
ノイズの影響を受ける。また、レーザ光方式は、レーザ
光をワークに照射し、その反射光を利用して計測するも
のであり、ワークの表面性状に強く影響を受けるため、
適用に制約が生じ、ワークがガラス基板のような場合に
は不適当である。
いを検出するために主に用いられている距離センサとし
ては、レーザ光方式、渦電流方式等のものが製品化され
ている。しかし、渦電流方式は、レーザ加工点近傍では
ノイズの影響を受ける。また、レーザ光方式は、レーザ
光をワークに照射し、その反射光を利用して計測するも
のであり、ワークの表面性状に強く影響を受けるため、
適用に制約が生じ、ワークがガラス基板のような場合に
は不適当である。
【０００４】一方、上記の狂いを検出するために姿勢セ
ンサを用いたものも提供されている。この場合の姿勢セ
ンサとしては、上記のセンサを利用して３点以上の距離
計測を行い、姿勢を算出している。距離の計測方法とし
ては３つのセンサを利用するか、１つのセンサを移動さ
せるかによって３点計測を行っている。
ンサを用いたものも提供されている。この場合の姿勢セ
ンサとしては、上記のセンサを利用して３点以上の距離
計測を行い、姿勢を算出している。距離の計測方法とし
ては３つのセンサを利用するか、１つのセンサを移動さ
せるかによって３点計測を行っている。
【０００５】しかしながら、前者はコストが高くつき、
後者はセンサの移動精度が計測精度に影響を及ぼすおそ
れがある。
後者はセンサの移動精度が計測精度に影響を及ぼすおそ
れがある。
【０００６】そこで、本発明は画像処理を利用して、レ
ーザトーチの姿勢を検出し、検出結果に基づいてレーザ
トーチあるいはワークの姿勢を制御することにより、高
精度にてレーザ光入射角度を制御できるようにしたレー
ザ加工機を提供しようとするものである。
ーザトーチの姿勢を検出し、検出結果に基づいてレーザ
トーチあるいはワークの姿勢を制御することにより、高
精度にてレーザ光入射角度を制御できるようにしたレー
ザ加工機を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、３次元的に変
位可能なレーザトーチと、ワークを搭載してこれをＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動させ、しかも傾きが可
変のステージとを備え、前記レーザトーチから前記ワー
クに対しレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工機に
おいて、前記ワークには相互間の距離があらかじめ知ら
れている複数のマークが付され、該複数のマークを含む
前記ワークを前記レーザ光の光軸と同じ軸上において撮
像する撮像手段と、前記撮像手段から得られる画像から
前記複数のマークを検出して相互の距離を検出するため
の画像処理装置と、該画像処理装置の検出結果とあらか
じめ知られている前記複数のマークの相互の距離とから
あらかじめ定められたアルゴリズムに基づいて前記ワー
クに対する前記レーザトーチの傾き角を算出する計算手
段と、該計算手段により算出された傾き角に基づいて前
記レーザトーチ、前記ステージの一方を制御することに
より前記レーザ光が前記ワークに対して常に垂直に照射
されるようにするためのコントローラとを備えたことを
特徴とする。
位可能なレーザトーチと、ワークを搭載してこれをＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動させ、しかも傾きが可
変のステージとを備え、前記レーザトーチから前記ワー
クに対しレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工機に
おいて、前記ワークには相互間の距離があらかじめ知ら
れている複数のマークが付され、該複数のマークを含む
前記ワークを前記レーザ光の光軸と同じ軸上において撮
像する撮像手段と、前記撮像手段から得られる画像から
前記複数のマークを検出して相互の距離を検出するため
の画像処理装置と、該画像処理装置の検出結果とあらか
じめ知られている前記複数のマークの相互の距離とから
あらかじめ定められたアルゴリズムに基づいて前記ワー
クに対する前記レーザトーチの傾き角を算出する計算手
段と、該計算手段により算出された傾き角に基づいて前
記レーザトーチ、前記ステージの一方を制御することに
より前記レーザ光が前記ワークに対して常に垂直に照射
されるようにするためのコントローラとを備えたことを
特徴とする。
【０００８】なお、前記複数のマークはあらかじめ前記
ワークに付されているものであり、しかも発光体により
構成されていることが望ましい。
ワークに付されているものであり、しかも発光体により
構成されていることが望ましい。
【０００９】あるいはまた、前記複数のマークはプロジ
ェクタにより前記ワークに投影されても良い。
ェクタにより前記ワークに投影されても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】はじめに、本発明が適用される３
次元レーザ加工機について図２〜図４を参照して説明す
る。図２において、３次元レーザ加工機は、レーザ光を
ワーク５１へ向けて照射するためのレーザ照射部１００
を有する。レーザ照射部１００はロボットアーム５２の
一端に接続されている。ロボットアーム５２の他端に可
動フレーム５３の一端が接続されている。レーザ照射部
１００にはレーザ光発生装置５５から可撓性の光ファイ
バ５６を介してレーザ光が入射されてくる。レーザ光発
生装置５５としては、ＹＡＧレーザ光を出射するＹＡＧ
レーザ装置や、エキシマ、ＣＯ2 レーザ光を出射するエ
キシマ、ＣＯ2 レーザ装置が使用される。
次元レーザ加工機について図２〜図４を参照して説明す
る。図２において、３次元レーザ加工機は、レーザ光を
ワーク５１へ向けて照射するためのレーザ照射部１００
を有する。レーザ照射部１００はロボットアーム５２の
一端に接続されている。ロボットアーム５２の他端に可
動フレーム５３の一端が接続されている。レーザ照射部
１００にはレーザ光発生装置５５から可撓性の光ファイ
バ５６を介してレーザ光が入射されてくる。レーザ光発
生装置５５としては、ＹＡＧレーザ光を出射するＹＡＧ
レーザ装置や、エキシマ、ＣＯ2 レーザ光を出射するエ
キシマ、ＣＯ2 レーザ装置が使用される。
【００１１】３次元レーザ加工機は、さらに３軸ステー
ジ６０を有する。３軸ステージ６０は、ワーク５１をＸ
軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）に駆動す
るためのＸ軸駆動機構６１及びＹ軸駆動機構６２と、可
動フレーム５３の他端を保持して可動フレーム５３をＺ
軸方向（垂直方向）に移動させるＺ軸駆動機構６３とか
ら成る。
ジ６０を有する。３軸ステージ６０は、ワーク５１をＸ
軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）に駆動す
るためのＸ軸駆動機構６１及びＹ軸駆動機構６２と、可
動フレーム５３の他端を保持して可動フレーム５３をＺ
軸方向（垂直方向）に移動させるＺ軸駆動機構６３とか
ら成る。
【００１２】後で図３及び図４を参照して詳述するよう
に、レーザ照射部１００は撮像装置としてのＣＣＤカメ
ラを備えており、ＣＣＤカメラで撮像されたワーク５１
の表面の画像はコントローラ７０の観察用モニタ７１に
写し出される。コントローラ７０は３軸ステージ６０及
びロボットアーム５２の駆動を制御するためのものであ
る。オペレータは、ティーチングに際しては観察用モニ
タ７１とワーク５１を監視しながら、携帯しているティ
ーチングボックス７３よりコントローラ７０へ操作コマ
ンドを入力し、本３次元レーザ加工機を遠隔操作する。
に、レーザ照射部１００は撮像装置としてのＣＣＤカメ
ラを備えており、ＣＣＤカメラで撮像されたワーク５１
の表面の画像はコントローラ７０の観察用モニタ７１に
写し出される。コントローラ７０は３軸ステージ６０及
びロボットアーム５２の駆動を制御するためのものであ
る。オペレータは、ティーチングに際しては観察用モニ
タ７１とワーク５１を監視しながら、携帯しているティ
ーチングボックス７３よりコントローラ７０へ操作コマ
ンドを入力し、本３次元レーザ加工機を遠隔操作する。
【００１３】次に、図３及び図４を参照して、レーザ照
射部１００について説明する。レーザ照射部１００は、
レーザトーチ１１０と、ＣＣＤカメラ１２０とを有す
る。レーザトーチ１１０は円筒体１１１とこの円筒体１
１１の一端側から連続して延在する円錐体１１２とから
成る。円錐体１１２の頂部には孔１１２ａがあけられて
いる。また、レーザトーチ１１０は加工レンズ１１３
と、照射用ハーフミラー１１４と、撮像用レンズ１１５
とを内蔵している。光ファイバ５６中を導光してきたレ
ーザ光は、照射用ハーフミラー１１４で反射された後、
加工レンズ１１３で集光され、孔１１２ａから出射され
る。これにより、円錐体１１２の頂部に対向して設けら
れたワーク５１をレーザ加工することができる。なお、
ティーチングボックス７３を用いてティーチングを行う
場合には、光ファイバ５６を通してＨｅ−Ｎｅビームが
供給され、ワーク５１に照射される。
射部１００について説明する。レーザ照射部１００は、
レーザトーチ１１０と、ＣＣＤカメラ１２０とを有す
る。レーザトーチ１１０は円筒体１１１とこの円筒体１
１１の一端側から連続して延在する円錐体１１２とから
成る。円錐体１１２の頂部には孔１１２ａがあけられて
いる。また、レーザトーチ１１０は加工レンズ１１３
と、照射用ハーフミラー１１４と、撮像用レンズ１１５
とを内蔵している。光ファイバ５６中を導光してきたレ
ーザ光は、照射用ハーフミラー１１４で反射された後、
加工レンズ１１３で集光され、孔１１２ａから出射され
る。これにより、円錐体１１２の頂部に対向して設けら
れたワーク５１をレーザ加工することができる。なお、
ティーチングボックス７３を用いてティーチングを行う
場合には、光ファイバ５６を通してＨｅ−Ｎｅビームが
供給され、ワーク５１に照射される。
【００１４】レーザ照射部１００は、ゼロオフセット型
で、レーザ光焦点位置を回転中心としてアームを回転さ
せることができ、図３のＺ軸、θ軸に関して２軸の回転
角度を制御するだけで良い。このようなレーザ照射部自
体は、特開平８−３３９９５号に開示されている。
で、レーザ光焦点位置を回転中心としてアームを回転さ
せることができ、図３のＺ軸、θ軸に関して２軸の回転
角度を制御するだけで良い。このようなレーザ照射部自
体は、特開平８−３３９９５号に開示されている。
【００１５】図４は、レーザ溶接の場合を示し、ワーク
５１は溶接線５１ａを持っている。一般のレーザビーム
加工の場合、溶接線５１ａは加工線と呼ばれる。
５１は溶接線５１ａを持っている。一般のレーザビーム
加工の場合、溶接線５１ａは加工線と呼ばれる。
【００１６】ＣＣＤカメラ１２０はレーザトーチ１１０
の円筒体１１１の他端側に設けられている。ＣＣＤカメ
ラ１２０は孔１１２ａを介してワーク５１の表面を撮像
する。ＣＣＤカメラ１２０の光軸とレーザ光の光軸はあ
らかじめ一致するように設定されており、しかもレーザ
光の焦点位置にＣＣＤカメラ１２０のピントが合うよう
に調整されている。言い換えれば、ＣＣＤカメラ１２０
の光軸、ピントをワーク５１上の加工線に合わせると、
レーザ光の光軸、焦点もそれに一致するようにされてい
る。これはＨｅ−Ｎｅビームについても同じである。
の円筒体１１１の他端側に設けられている。ＣＣＤカメ
ラ１２０は孔１１２ａを介してワーク５１の表面を撮像
する。ＣＣＤカメラ１２０の光軸とレーザ光の光軸はあ
らかじめ一致するように設定されており、しかもレーザ
光の焦点位置にＣＣＤカメラ１２０のピントが合うよう
に調整されている。言い換えれば、ＣＣＤカメラ１２０
の光軸、ピントをワーク５１上の加工線に合わせると、
レーザ光の光軸、焦点もそれに一致するようにされてい
る。これはＨｅ−Ｎｅビームについても同じである。
【００１７】ここで、ＣＣＤカメラ１２０の視界は５ｍ
ｍ（水平）×５ｍｍ（垂直）、画像の分解能は２５６画
素（水平）×２５６画素（垂直）、１画素は０．０２ｍ
ｍである。画像は光の強度に応じて２５６階調の色（輝
度）で表されている。
ｍ（水平）×５ｍｍ（垂直）、画像の分解能は２５６画
素（水平）×２５６画素（垂直）、１画素は０．０２ｍ
ｍである。画像は光の強度に応じて２５６階調の色（輝
度）で表されている。
【００１８】本形態においては、ワーク５１には姿勢計
測のために用いられる複数のマークがあらかじめ付され
ている。この複数のマークは、図５に示されるように、
ここでは正三角形の頂点に位置するような位置関係で３
つの黒丸によるマーク２１がワーク５１に付される。こ
れら３つのマーク２１の位置関係、例えば相互間の距離
はあらかじめ知られている。ＣＣＤカメラ１２０は、こ
の３つのマーク２１を含むワーク５１の表面を撮像す
る。
測のために用いられる複数のマークがあらかじめ付され
ている。この複数のマークは、図５に示されるように、
ここでは正三角形の頂点に位置するような位置関係で３
つの黒丸によるマーク２１がワーク５１に付される。こ
れら３つのマーク２１の位置関係、例えば相互間の距離
はあらかじめ知られている。ＣＣＤカメラ１２０は、こ
の３つのマーク２１を含むワーク５１の表面を撮像す
る。
【００１９】図１を参照して、本形態におけるレーザ加
工機は更に、姿勢計測装置１０を備えている。姿勢計測
装置１０は、ＣＣＤカメラ１２０から得られる画像から
３つのマークを検出して相互の距離を検出するための画
像処理装置１１と、画像処理装置１１の検出結果とあら
かじめ知られている３つのマークの相互の距離とから、
あらかじめ定められたアルゴリズムに基づいてワーク５
１に対するレーザトーチ１１０の傾き角を算出する計算
機１２と、上記の３つのマークの位置関係に関するデー
タを保持しているデータベース１３とを有する。コント
ローラ７０は、計算機１２により算出された傾き角に基
づいてレーザトーチ１１０におけるロボットアーム５２
を制御することによりレーザ光がワーク５１に対して常
に垂直に照射されるようにする。
工機は更に、姿勢計測装置１０を備えている。姿勢計測
装置１０は、ＣＣＤカメラ１２０から得られる画像から
３つのマークを検出して相互の距離を検出するための画
像処理装置１１と、画像処理装置１１の検出結果とあら
かじめ知られている３つのマークの相互の距離とから、
あらかじめ定められたアルゴリズムに基づいてワーク５
１に対するレーザトーチ１１０の傾き角を算出する計算
機１２と、上記の３つのマークの位置関係に関するデー
タを保持しているデータベース１３とを有する。コント
ローラ７０は、計算機１２により算出された傾き角に基
づいてレーザトーチ１１０におけるロボットアーム５２
を制御することによりレーザ光がワーク５１に対して常
に垂直に照射されるようにする。
【００２０】動作の概略について言えば、オペレータは
姿勢制御の目標となる３つのマーク２１を直接あるいは
トーチ上部のＣＣＤカメラ１２０からの画像を観察用モ
ニタ７１で観察しながら、３つのマーク２１の全てが画
界内に入るようにレーザトーチ１１０の位置を調整す
る。この後、姿勢制御が実行される。すなわち、ＣＣＤ
カメラ１２０からの画像は観察用モニタ７１と画像処理
装置１１の両方に入る。画像処理装置１１に入った画像
から、画像処理により３つのマーク２１を検出する。レ
ーザ光焦点の位置、ＣＣＤカメラ１２０の視界の座標
系、加工軸、すなわちＣＣＤカメラ１２０の機械座標系
における位置関係、３つのマーク間距離は既知であり、
データベース１３に格納されている。したがって、画像
上で３つのマークの位置が決定されれば、レーザトーチ
１１０のワーク５１表面に対する姿勢角を算出すること
ができ、上記の情報を合わせ用いてレーザトーチ１１０
の姿勢角を補正することができる。
姿勢制御の目標となる３つのマーク２１を直接あるいは
トーチ上部のＣＣＤカメラ１２０からの画像を観察用モ
ニタ７１で観察しながら、３つのマーク２１の全てが画
界内に入るようにレーザトーチ１１０の位置を調整す
る。この後、姿勢制御が実行される。すなわち、ＣＣＤ
カメラ１２０からの画像は観察用モニタ７１と画像処理
装置１１の両方に入る。画像処理装置１１に入った画像
から、画像処理により３つのマーク２１を検出する。レ
ーザ光焦点の位置、ＣＣＤカメラ１２０の視界の座標
系、加工軸、すなわちＣＣＤカメラ１２０の機械座標系
における位置関係、３つのマーク間距離は既知であり、
データベース１３に格納されている。したがって、画像
上で３つのマークの位置が決定されれば、レーザトーチ
１１０のワーク５１表面に対する姿勢角を算出すること
ができ、上記の情報を合わせ用いてレーザトーチ１１０
の姿勢角を補正することができる。
【００２１】図６を参照して、姿勢制御について説明す
る。ステップＳ１において、ＣＣＤカメラ１２０から入
力画像が得られる。そして、入力画像が得られたタイミ
ングでのレーザ光焦点位置情報が得られる。次に、取り
込まれた画像に対し、以下の処理により画像処理装置１
１でマーク検出を行う。ステップＳ２においては、入力
画像が画像処理装置１１に取り込まれ、アナログ画像信
号がデジタル画像信号に変換される。ステップＳ３にお
いては、前処理が行われてノイズが除去される。ステッ
プＳ４においては、画像の各画素毎にその輝度値を検出
するための２値化処理が行われる。この２値化処理によ
れば、周知のように、輝度値の大小関係を比較すること
により画像中の３つのマークを検出することができる。
る。ステップＳ１において、ＣＣＤカメラ１２０から入
力画像が得られる。そして、入力画像が得られたタイミ
ングでのレーザ光焦点位置情報が得られる。次に、取り
込まれた画像に対し、以下の処理により画像処理装置１
１でマーク検出を行う。ステップＳ２においては、入力
画像が画像処理装置１１に取り込まれ、アナログ画像信
号がデジタル画像信号に変換される。ステップＳ３にお
いては、前処理が行われてノイズが除去される。ステッ
プＳ４においては、画像の各画素毎にその輝度値を検出
するための２値化処理が行われる。この２値化処理によ
れば、周知のように、輝度値の大小関係を比較すること
により画像中の３つのマークを検出することができる。
【００２２】続いて、ステップＳ５において各マークの
中心位置を検出し、その検出結果からマーク間距離が算
出される。１画素は０．０２ｍｍという光学系のパラメ
ータより実際の距離を算出することができる。しかも、
あらかじめ、実際のマーク間距離、焦点距離は既知なの
で、画像上でのマーク間距離が算出できると、三角形を
なす実際のマーク２１と画像上に投影された三角形をな
すマークとの関係より、レーザトーチ１１０が何度傾い
ているかが算出できる（ステップＳ６）。そして、画像
取得時のレーザトーチ位置情報（姿勢）と算出した差よ
り正しい姿勢角を求めることができる（ステップＳ
７）。ステップＳ８では、この値が補正値としてコント
ローラ７０に入力され、コントローラ７０は図３に示し
たＺ軸、θ軸に関する制御を行ってレーザトーチ１１０
の姿勢を調整する。
中心位置を検出し、その検出結果からマーク間距離が算
出される。１画素は０．０２ｍｍという光学系のパラメ
ータより実際の距離を算出することができる。しかも、
あらかじめ、実際のマーク間距離、焦点距離は既知なの
で、画像上でのマーク間距離が算出できると、三角形を
なす実際のマーク２１と画像上に投影された三角形をな
すマークとの関係より、レーザトーチ１１０が何度傾い
ているかが算出できる（ステップＳ６）。そして、画像
取得時のレーザトーチ位置情報（姿勢）と算出した差よ
り正しい姿勢角を求めることができる（ステップＳ
７）。ステップＳ８では、この値が補正値としてコント
ローラ７０に入力され、コントローラ７０は図３に示し
たＺ軸、θ軸に関する制御を行ってレーザトーチ１１０
の姿勢を調整する。
【００２３】次に、姿勢角検出のためのアルゴリズムに
ついて説明する。以下に説明するアルゴリズムは、図５
に示したような正三角形を形成するような３つのマーク
を利用する場合である。
ついて説明する。以下に説明するアルゴリズムは、図５
に示したような正三角形を形成するような３つのマーク
を利用する場合である。
【００２４】図７に姿勢角を検出するための３Ｄ物体の
モデル例を示す。図７において、ワーク５１からの垂線
とＣＣＤカメラ１２０の画像面からの垂線との間の角度
γが求めるレーザトーチ１１０の姿勢角である。図７で
は、理解しやすくするために、角度γを大きくとってい
る。ワーク５１上のマーク（ａ、ｂ、ｃ）をＣＣＤカメ
ラ１２０の画像面上に投影した３点群を（ａ´、ｂ´、
ｃ´）とする。この３Ｄ物体（ａｂｃａ´ｂ´ｃ´）を
利用して前述の角度γを算出する。
モデル例を示す。図７において、ワーク５１からの垂線
とＣＣＤカメラ１２０の画像面からの垂線との間の角度
γが求めるレーザトーチ１１０の姿勢角である。図７で
は、理解しやすくするために、角度γを大きくとってい
る。ワーク５１上のマーク（ａ、ｂ、ｃ）をＣＣＤカメ
ラ１２０の画像面上に投影した３点群を（ａ´、ｂ´、
ｃ´）とする。この３Ｄ物体（ａｂｃａ´ｂ´ｃ´）を
利用して前述の角度γを算出する。
【００２５】図８にワーク面と画像面の関係を示す。図
８（ａ）においては、画像面に対して垂直な線分がワー
ク面に対してなす角度をαとしている。一方、図８
（ｂ）においては、ＣＣＤカメラ１２０の画像面がある
基準位置から角度βだけ光軸を中心に回転しているもの
とする。ワーク面上のマーク（ａｂｃ）は正三角形を形
成し、その３辺の長さＡ、Ｂ、Ｃは既知である。また、
マーク（ａｂｃ）を撮像して得られるＣＣＤカメラ１２
０の画像面上のマーク（ａ´ｂ´ｃ´）の各辺の長さＡ
´、Ｂ´、Ｃ´は画像処理により検出される。
８（ａ）においては、画像面に対して垂直な線分がワー
ク面に対してなす角度をαとしている。一方、図８
（ｂ）においては、ＣＣＤカメラ１２０の画像面がある
基準位置から角度βだけ光軸を中心に回転しているもの
とする。ワーク面上のマーク（ａｂｃ）は正三角形を形
成し、その３辺の長さＡ、Ｂ、Ｃは既知である。また、
マーク（ａｂｃ）を撮像して得られるＣＣＤカメラ１２
０の画像面上のマーク（ａ´ｂ´ｃ´）の各辺の長さＡ
´、Ｂ´、Ｃ´は画像処理により検出される。
【００２６】ここで、以下の式（１）〜（４）が成立す
る。
る。
【００２７】 Ａ´2 ＝（Ａ・ｓｉｎβ）2 ＋（Ａ・ｃｏｓβ・ｓｉｎα）2 （１） Ｂ´2 ＝｛Ｂ・ｓｉｎ（β＋６０）｝2 ＋（Ｂ・ｃｏｓ（β＋６０）・ｓｉｎα）2 （２） Ｃ´2 ＝｛Ｃ・ｓｉｎ（６０−β）｝2 ＋（Ｃ・ｃｏｓ（６０−β）・ｓｉｎα）2 （３） Ａ＝Ｂ＝Ｃ （４） これらの式（１）〜（４）を基に、レーザトーチ１１０
の角度αを算出することが可能である。図７の姿勢角γ
は（９０−α）となる。コントローラ７０は姿勢角γ、
レーザ光焦点の位置、ＣＣＤカメラ１２０の視界の座標
系、ＣＣＤカメラ１２０の機械座標系における位置関係
から姿勢角γが０になるようにロボットアーム５２の制
御、すなわちＺ軸、θ軸（図３）に関する制御を行う。
の角度αを算出することが可能である。図７の姿勢角γ
は（９０−α）となる。コントローラ７０は姿勢角γ、
レーザ光焦点の位置、ＣＣＤカメラ１２０の視界の座標
系、ＣＣＤカメラ１２０の機械座標系における位置関係
から姿勢角γが０になるようにロボットアーム５２の制
御、すなわちＺ軸、θ軸（図３）に関する制御を行う。
【００２８】以上、レーザ光が常にワーク５１に対して
垂直に照射されるようにするために、レーザトーチ１１
０の姿勢角を検出してレーザトーチ１１０の姿勢を制御
する場合について説明したが、レーザトーチ１１０では
なく３軸ステージ６０の姿勢を制御するようにしても良
いことは勿論である。この場合、図２における３軸ステ
ージのワーク保持台が３次元的に変位可能にされる。こ
れは、例えばワーク保持台を正三角形の頂点に位置する
３点において３つの駆動軸で支持し、各駆動軸を上下に
変位可能にしてワーク保持台の傾きを可変とするような
構成を採用すれば良く、このようなワーク保持台は周知
である。いずれにしても、この場合には制御対象がレー
ザトーチ１１０からワーク保持台の３つの駆動軸に代わ
るだけであり、コントローラ７０は姿勢角γに基づいて
３つの駆動軸を制御して、ワーク５１の面がレーザ光軸
に対して垂直になるようにする。
垂直に照射されるようにするために、レーザトーチ１１
０の姿勢角を検出してレーザトーチ１１０の姿勢を制御
する場合について説明したが、レーザトーチ１１０では
なく３軸ステージ６０の姿勢を制御するようにしても良
いことは勿論である。この場合、図２における３軸ステ
ージのワーク保持台が３次元的に変位可能にされる。こ
れは、例えばワーク保持台を正三角形の頂点に位置する
３点において３つの駆動軸で支持し、各駆動軸を上下に
変位可能にしてワーク保持台の傾きを可変とするような
構成を採用すれば良く、このようなワーク保持台は周知
である。いずれにしても、この場合には制御対象がレー
ザトーチ１１０からワーク保持台の３つの駆動軸に代わ
るだけであり、コントローラ７０は姿勢角γに基づいて
３つの駆動軸を制御して、ワーク５１の面がレーザ光軸
に対して垂直になるようにする。
【００２９】また、上記の形態では、あらかじめワーク
に付けられたマークを利用して姿勢制御を行うようにし
ているが、マークをプロジェクタでワークに投影し、そ
の映像を取り込むようにすれば、常時、補正を行いなが
ら加工を行うことができる。特に、マークを見やすくす
るためにマークを発光材料により形成することは画像処
理上非常に有効な方法である。勿論、マークは正三角形
の頂点に３個付すだけなく、４個以上を正多角形の頂点
に付すようにしても良い。
に付けられたマークを利用して姿勢制御を行うようにし
ているが、マークをプロジェクタでワークに投影し、そ
の映像を取り込むようにすれば、常時、補正を行いなが
ら加工を行うことができる。特に、マークを見やすくす
るためにマークを発光材料により形成することは画像処
理上非常に有効な方法である。勿論、マークは正三角形
の頂点に３個付すだけなく、４個以上を正多角形の頂点
に付すようにしても良い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、画像処理を利用して、レーザトーチの姿勢を検出
し、検出結果に基づいてレーザトーチあるいはワークの
姿勢を制御するようにしたことにより、高精度にてワー
クへのレーザ光入射角度を制御できる。
ば、画像処理を利用して、レーザトーチの姿勢を検出
し、検出結果に基づいてレーザトーチあるいはワークの
姿勢を制御するようにしたことにより、高精度にてワー
クへのレーザ光入射角度を制御できる。
【図１】本発明におけるレーザトーチの姿勢制御系の構
成を示した図である。
成を示した図である。
【図２】本発明が適用される３次元レーザ加工機の構成
を示した図である。
を示した図である。
【図３】図２におけるレーザ照射系の構成を示した図で
ある。
ある。
【図４】図２におけるレーザトーチの内部構造を示した
断面図である。
断面図である。
【図５】本発明においてワークに付されるマークの一例
を示した図である。
を示した図である。
【図６】本発明による姿勢制御を説明するためのフロー
チャート図である。
チャート図である。
【図７】姿勢角を検出するための３Ｄ物体のモデル例を
示した図である。
示した図である。
【図８】図７におけるワーク面と画像面との関係を説明
するための図である。
するための図である。
１０ 姿勢計測装置 １１ 画像処理装置 １２ 計算機 １３ データベース ２１ マーク
Claims (3)
- 【請求項１】 ３次元的に変位可能なレーザトーチと、
ワークを搭載してこれをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に
移動させ、しかも傾きが可変のステージとを備え、前記
レーザトーチから前記ワークに対しレーザ光を照射して
加工を行うレーザ加工機において、 前記ワークには相互間の距離があらかじめ知られている
複数のマークが付され、 該複数のマークを含む前記ワークを前記レーザ光の光軸
と同じ軸上において撮像する撮像手段と、 前記撮像手段から得られる画像から前記複数のマークを
検出して相互の距離を検出するための画像処理装置と、 該画像処理装置の検出結果とあらかじめ知られている前
記複数のマークの相互の距離とから前記ワークに対する
前記レーザトーチの傾き角を算出する計算手段と、 該計算手段により算出された傾き角に基づいて前記レー
ザトーチ、前記ステージの一方を制御することにより前
記レーザ光が前記ワークに対して常に垂直に照射される
ようにするためのコントローラとを備えたことを特徴と
するレーザ加工機。 - 【請求項２】 請求項１記載のレーザ加工機において、
前記複数のマークはあらかじめ前記ワークに付されてい
るものであり、しかも発光体により構成されていること
を特徴とするレーザ加工機。 - 【請求項３】 請求項１記載のレーザ加工機において、
前記複数のマークはプロジェクタにより前記ワークに投
影されるものであることを特徴とするレーザ加工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140199A JP2000326082A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | レーザ加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140199A JP2000326082A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | レーザ加工機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000326082A true JP2000326082A (ja) | 2000-11-28 |
Family
ID=15263229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11140199A Pending JP2000326082A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | レーザ加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000326082A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003031110A1 (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Three-dimensional laser beam machine |
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| CN103963479A (zh) * | 2014-05-08 | 2014-08-06 | 佛山市联动科技实业有限公司 | 带检测的激光打标机 |
| KR101791559B1 (ko) | 2014-12-10 | 2017-10-31 | 박법현 | Cnc 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62293115A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-19 | Takenaka Komuten Co Ltd | 移動物体の位置姿勢自動測量装置 |
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| JPH10332345A (ja) * | 1997-05-28 | 1998-12-18 | Fujitsu Ltd | 半導体素子実装装置 |
-
1999
- 1999-05-20 JP JP11140199A patent/JP2000326082A/ja active Pending
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| CN108326440B (zh) * | 2018-01-25 | 2019-01-18 | 扬州京柏自动化科技有限公司 | 一种曲面打码的激光打标装置 |
| JP2018111134A (ja) * | 2018-02-22 | 2018-07-19 | 株式会社Ｓｕｂａｒｕ | レーザピーニング加工装置及びレーザピーニング加工方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030108 |