JP2012143785A - レーザー加工システム及びレーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 カメラ56がワークWを撮影し、画像処理装置11が、撮影画像IMGからワークWを抽出し、ワークWの位置及び向きの誤差を示すワーク誤差Derrを求める。このワーク誤差Derrに基づいて、マーカコントローラ22内の加工設定補正部222が、加工条件を規定する加工設定データDstupを補正する。このため、ワーク誤差Derrを補償したレーザー加工を行うことができ、ワークWの位置及び向きにかかわらず、ワークW上の所定の位置に所定の向きでシンボルSBLを形成することができる。
【選択図】 図19
Description
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (10)
- 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、
上記制御装置は、
上記レーザー加工装置に対し、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報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走査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。 - 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る撮影位置データを保持する撮影位置データ記憶手段を備え、
上記撮影スキャン要求出力手段は、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上記撮影スキャン要求を出力す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。 - 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。
- 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装置。
- 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。
- 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、
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5に記載のレーザー加工システム。 - 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走査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走査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。 - 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7に記載のレーザー加工装置。 - 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8に記載のレーザー加工装置。
- 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、上記筐体から絶縁されていることを特徴とする請求項9に記載のレーザー加工装置。
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