JP2016123980A - レーザ加工装置、レーザ加工装置の設定装置、および、レーザ加工装置の設定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】鮮明な画像を取得できるレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定装置、および、レーザ加工装置の設定プログラムを提供する。
【解決手段】レーザ加工装置１は、対象物Ｗの照射位置にレーザ光を照射するレーザ光源８２と、対象物Ｗの参照位置を含む部分から反射された光を用いて撮像するカメラ部３１と、カメラ部３１の受光軸とレーザ光の光軸とを略同軸に結合する結合部５０と、レーザ光源８２と結合部５０との間に配置され、レーザ光の焦点を調整するレーザ焦点調整部２５と、カメラ部３１と結合部５０との間に配置され、カメラ部３１の焦点を調整するカメラ焦点調整部３５と、制御部８１とを備えている。制御部８１は、レーザ焦点調整部２５による焦点の調整と、カメラ焦点調整部３５による焦点の調整とを各別に制御する。
【選択図】図２

Description

本発明はレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定装置、および、レーザ加工装置の設定プログラムに関する。

従来より、対象物にレーザ光を照射するレーザ光源と、対象物から反射された光を用いて撮像するカメラ部とを備えるレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１のレーザ加工装置は、レーザ光の光軸とカメラ部の受光軸とを略同軸とする結合部を備えている。このため、レーザ光の焦点を対象物の照射位置に設定したとき、対象物のうちの照射位置の画像をカメラ部により取得することができる。

特開２０１２−１４８３１２号公報

上記レーザ加工装置により加工される対象物によっては、部位ごとに厚さが異なることがある。このため、例えば、厚さの大きな位置を参照位置とし、この参照位置に基づいて参照位置よりも厚さの小さな照射位置の位置決めを行う場合、レーザ光の照射位置に基づいて焦点調整部を調整したとき、参照位置にカメラ部の焦点が合わないおそれがある。このため、カメラ部により撮像された画像の鮮明さが低下し、観察者が画像を把握しにくくなるおそれがある。なお、一定の厚さを備える対象物であっても、参照位置と照射位置とが異なる場合には同様の問題が発生する。

本発明の目的は、鮮明な画像を取得できるレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定装置、および、レーザ加工装置の設定プログラムを提供することにある。

〔１〕上記課題を解決するレーザ加工装置は、対象物の照射位置にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記対象物の参照位置を含む部分から反射された光を用いて撮像するカメラ部と、前記カメラ部の受光軸と前記レーザ光の光軸とを略同軸に結合する結合部と、前記レーザ光の焦点を調整するレーザ焦点調整部と、前記カメラ部の焦点を調整するカメラ焦点調整部と、前記レーザ焦点調整部による焦点の調整と前記カメラ焦点調整部による焦点の調整とを各別に制御する制御部とを備える。

上記レーザ加工装置は、レーザ焦点調整部、および、結合部よりもカメラ部側に配置されるカメラ焦点調整部を備えている。このため、対象物の種類または対象物のうちの照射位置および参照位置の厚さに応じて、レーザ光の焦点およびカメラ部の焦点を調整することができる。このため、カメラ部により撮像された画像が鮮明になる。

〔２〕上記レーザ加工装置は、前記参照位置の位置情報を入力するための入力部をさらに備え、前記制御部は、前記入力部からの信号に応じて前記カメラ焦点調整部を制御することが好ましい。

上記レーザ加工装置は、入力部を備えている。このため、制御部は、入力部に入力された情報に基づいてカメラ部の焦点を観察者が所望する参照位置に合わせることができる。このため、鮮明な画像を取得することができる。なお、参照位置の位置情報とは、受光軸におけるレーザ加工装置の所定の部分から参照位置までの距離および参照位置の座標を含む。

〔３〕上記レーザ加工装置は、前記参照位置の座標を入力するための入力部をさらに備え、前記制御部は、前記入力部からの信号および前記カメラ部により撮像された画像に基づいて前記カメラ焦点調整部を制御することが好ましい。

カメラ部として例えば、オートフォーカスカメラを用いる場合、カメラ部の撮像範囲内において対象物の厚さが一定でないとカメラ部が自動的に設定する焦点の位置と観察者が所望する参照位置とが異なる部分に設定されるおそれがある。上記レーザ加工装置の制御部は、入力部から入力された参照位置の座標およびカメラ部により撮像された画像に基づいて焦点を設定する。このため、参照位置の画像を鮮明にすることができる。

〔４〕上記レーザ加工装置は、前記参照位置の座標を入力するための入力部と、前記参照位置の位置情報、または、前記参照位置における前記対象物の厚さを検出する検出部とをさらに備え、前記制御部は、前記検出部の出力に応じて前記カメラ焦点調整部を制御することが好ましい。

上記レーザ加工装置の制御部は、検出部の出力に基づいてカメラ部の焦点を参照位置に合わせることができる。このため、対象物の種類および対象物の寸法公差等に関わらず鮮明な画像を取得することができる。

〔５〕上記レーザ加工装置は、前記レーザ焦点調整部は、前記レーザ光源と前記結合部との間に配置され、前記カメラ焦点調整部は、前記カメラ部と前記結合部との間に配置されることが好ましい。

〔６〕上記レーザ加工装置は、前記結合部を挟んで前記レーザ光源から遠い側に配置され、前記レーザ光を走査する走査部をさらに含むことが好ましい。
上記レーザ加工装置は、走査部が結合部を挟んでレーザ光源から遠い側に配置される。このため、レーザ光源の光軸とカメラ部の受光軸とを結合した後のレーザ光が走査される。このため、レーザ光の照射位置が変化しても、照射位置を含む部分をカメラ部により撮像することができる。

〔７〕上記レーザ加工装置は、前記レーザ光による前記対象物への加工パターンを入力するためのパターン入力部を備え、前記加工パターンは、前記対象物に対する前記レーザ光を照射する座標と前記レーザ光の軌跡とを含むものであり、前記制御部は、前記加工パターンに基づいて前記走査部および前記レーザ焦点調整部を制御することが好ましい。

上記レーザ加工装置は、加工パターンが入力されるため、走査部により参照位置が移動するときにもカメラ部の焦点を加工パターンに基づいて調整することができる。このため、使用者の使い勝手が向上する。

〔８〕上記課題を解決するレーザ加工装置の設定装置は、対象物の照射位置にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記対象物の参照位置を含む部分から反射された光を受光するカメラ部と、前記カメラ部の受光軸と前記レーザ光の光軸とを略同軸に結合する結合部と、前記カメラ部の焦点を調整するカメラ焦点調整部と、を備えるレーザ加工装置の設定装置であって、前記設定装置は、前記レーザ焦点調整部による焦点の調整と前記カメラ焦点調整部による焦点の調整とを各別に制御する。

上記レーザ加工装置の設定装置は、対象物の種類または対象物のうちの照射位置および参照位置の厚さに応じて、結合部よりもレーザ光源側に配置されるレーザ焦点調整部、および、結合部よりもカメラ部側に配置されるカメラ焦点調整部によりレーザ光の焦点およびカメラ部の焦点を調整することができる。このため、カメラ部により撮像された画像が鮮明になる。

〔９〕上記課題を解決するレーザ加工装置の設定プログラムは、対象物の照射位置にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記対象物の参照位置を含む部分から反射された光を受光するカメラ部と、前記カメラ部の受光軸と前記レーザ光の光軸とを略同軸に結合する結合部と、前記レーザ光の焦点を調整するレーザ焦点調整部と、前記カメラ部の焦点を調整するカメラ焦点調整部と、制御部とを備えるレーザ加工装置の設定プログラムであって、前記制御部に前記レーザ焦点調整部による焦点の調整を制御する制御信号と前記カメラ焦点調整部による焦点の調整を制御する制御信号とを出力させる。

上記レーザ加工装置の設定プログラムは、対象物の種類または対象物のうちの照射位置および参照位置の厚さに応じて、レーザ焦点調整部、および、カメラ焦点調整部によりレーザ光の焦点およびカメラ部の焦点を調整することができる。このため、カメラ部により撮像された画像が鮮明になる。

レーザ加工装置、レーザ加工装置の設定装置、および、レーザ加工装置の設定プログラムは、鮮明な画像を取得できる。

実施形態のレーザ加工装置の模式図。 図１のレーザ加工装置のブロック図。 図１のレーザ加工装置と第１例の対象物との関係を示す模式図。 比較例のレーザ加工装置と第１例の対象物との関係を示す模式図。 比較例のレーザ加工装置と第１例の対象物との関係を示す模式図。 図１のレーザ加工装置と第２例の対象物との関係を示す模式図。 図１のレーザ加工装置と第３例の対象物との関係を示す模式図。 図１のレーザ加工装置と第３例の対象物との関係を示す模式図。 比較例のレーザ加工装置と第２例の対象物との関係を示す模式図。 比較例のレーザ加工装置と第２例の対象物との関係を示す模式図。 変形例のレーザ加工装置によるカメラ部の焦点を合わせる動作の模式図。 変形例のレーザ加工装置のブロック図。

図１を参照して、レーザ加工装置１の構成について説明する。
レーザ加工装置１は、支持台Ｂに設置された対象物Ｗにレーザ光を照射するヘッド１０、ヘッド１０を制御する制御装置８０、および、インターフェース９０を備えている。

図２に示されるように、ヘッド１０は、レーザ光を照射するレーザ装置２０、対象物Ｗを撮像するためのカメラ装置３０、レーザ光の光軸とカメラ装置３０の光軸とを結合する結合部５０、レーザ光を走査する走査部６０、および、各種アクチュエータを駆動する駆動部７０を備えている。

レーザ装置２０は、制御装置８０内のレーザ光源８２により得られたレーザ光を対象物Ｗに向けて照射するレーザ照射部２１を備えている。レーザ光源８２からレーザ照射部２１までの伝送路１１は、例えば、光ファイバーにより構成されている。レーザ照射部２１から照射されたレーザ光は、反射部２２により反射されてレーザユニット２３に導かれる。

レーザユニット２３は、レンズユニット２４、および、レンズユニット２４の焦点を変更するアクチュエータであるレーザ焦点調整部２５を備えている。レーザ焦点調整部２５は、レンズユニット２４を移動させることによりレンズユニット２４から対象物Ｗまでの光路の距離を変化させ、レンズユニット２４のＺ方向（図１参照）における焦点を変化させる。なお、レーザユニット２３は、レンズユニット２４を供給される電圧によって焦点が変化する焦点可変レンズとし、レーザ焦点調整部２５をレンズユニット２４に電圧を加えるアクチュエータとすることもできる。

カメラ装置３０は、カメラ部３１、カメラユニット３３、および、カメラ光源部４０を備えている。
カメラ部３１は、対象物Ｗを撮像するための画像センサ３２を備えている。画像センサ３２は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の２次元撮像素子である。カメラ部３１は、画像センサ３２の出力に応じた信号を制御装置８０に送信する。

カメラユニット３３は、レンズユニット３４、および、レンズユニット３４の焦点を変更するアクチュエータであるカメラ焦点調整部３５を備えている。カメラ焦点調整部３５は、レンズユニット３４を移動させることによりレンズユニット３４から対象物Ｗまでの光路の距離を変化させ、レンズユニット３４のＺ方向（図１参照）における焦点を変化させる。なお、カメラユニット３３は、レンズユニット３４を供給される電圧によって焦点が変化する焦点可変レンズとし、カメラ焦点調整部３５をレンズユニット３４に電圧を加えるアクチュエータとすることもできる。

カメラ光源部４０は、ガイド光源４１、照明４２、ガイド光源４１および照明４２からの光を結合部５０に誘導する２つの反射部４３，４４、および、フィルタ４５を備えている。

ガイド光源４１は、可視光の波長を含むガイド光を照射する。ガイド光の可視光の波長は、例えば、赤色、緑色、または、青色等の単色波長が好ましい。ガイド光源４１は、例えば、半導体レーザまたはＬＥＤ等の半導体発光素子が用いられる。レーザ装置２０から照射される対象物Ｗを加工するためのレーザ光は、主に不可視光の波長から構成されている。このため、作業者がレーザ光の照射位置を視認することが難しい。ガイド光源４１は、結合部５０によりレーザ光と結合されて、レーザ光の照射位置に可視光の波長のガイド光を照射するため、作業者がレーザ光の照射位置を把握しやすくなる。

照明４２は、ガイド光の波長を含む照明光を照射する。照明光は、ガイド光の波長を含み、可視光の波長の全てを含む白色を用いることができる。また、照明光は、ガイド光の波長の色を用いることもできる。照明４２は、例えば、白熱ランプ、放電ランプ、蛍光灯、または、ＬＥＤが用いられる。

反射部４３，４４は、例えば、ハーフミラーである。
反射部４３は、ガイド光源４１のガイド光の照射方向と照明４２の照明光の照射方向とが直交する位置に配置される。反射部４３は、ガイド光を反射部４４に向かって透過し、照射光を反射部４４に向かって反射させる。すなわち、反射部４３は、ガイド光の光軸と照射光の光軸とを結合する。

反射部４４は、ガイド光源４１と反射部４４とが並ぶ方向と、カメラ装置３０に向かう光の受光軸とが直交する位置に配置される。反射部４４は、ガイド光および照射光を結合部５０に向かって透過し、結合部５０からカメラ装置３０に向かう受光軸を結合部５０に向かって反射させる。すなわち、反射部４４は、ガイド光および照射光の光軸と、カメラ装置３０の受光軸とを結合する。

フィルタ４５は、反射部４４とレンズユニット３４との間に配置される。フィルタ４５は、反射部４４からレンズユニット３４に向かう光のうちの、一部の波長を通過させる。一部の波長は、カメラ部３１により感知される光の波長を含み、例えば、可視光の波長である。

結合部５０は、例えば、ダイクロイックミラーであり、無偏光タイプのダイクロイックミラーであることが好ましい。結合部５０は、レーザ装置２０のレンズユニット２４を通過したレーザ光の光軸と、ガイド光源４１、反射部４３、および、反射部４４とが並ぶ方向とが直交する位置に配置される。結合部５０は、ガイド光、および、照射光を、ガルバノミラー６３に向かって透過し、レーザ光をガルバノミラー６３に向かって反射する。また、結合部５０は、対象物Ｗから反射されたカメラ部３１に向かう光を透過する。すなわち、結合部５０は、ガイド光の光軸、照射光の光軸、および、カメラ装置３０の受光軸と、レーザ光の光軸とを結合する。

なお、結合部５０に用いられるダイクロイックミラーとしては、不可視光の波長を全反射し、可視光の光を透過するものが好ましい。これにより、結合部５０を通過するレーザ光のうちの加工に有効な不可視光の波長の光量が低減することを抑制できる。また、対象物Ｗに照射されるガイド光および照射光の可視光の波長の光量が低減することを抑制でき、カメラ部３１が受光する可視光の波長の光量が低減することを抑制できる。

また、無偏光タイプのダイクロイックミラーは、レーザ光源８２がランダム偏光タイプであった場合、ランダム偏光光をそのまま任意の波長帯域で分離することができる。このため、レーザ光源８２の波長に応じて反射させることができる。このため、ハーフミラーを使用する場合に比べカメラ部３１の受光量が向上する。

走査部６０は、Ｘ軸アクチュエータ６１、Ｙ軸アクチュエータ６２、および、アクチュエータ６１，６２により駆動されるガルバノミラー６３を備えている。
ガルバノミラー６３は、Ｘ軸アクチュエータ６１およびＹ軸アクチュエータ６２により、結合部５０からのレーザ光、ガイド光、照明光のＺ方向と直交する平面における照射位置を変更する。Ｘ軸アクチュエータ６１は、例えばＺ方向と直交する平面におけるＸ方向（図１参照）の照射位置を変更し、Ｙ軸アクチュエータ６２は、同平面においてＸ方向と直交するＹ方向（図１参照）の照射位置を変更する。これにともない、対象物Ｗから反射された光の軸であるカメラ部３１の受光軸も変化するため、カメラ部３１の撮像範囲が変更される。

駆動部７０は、設定装置である制御装置８０からの制御信号に基づいて、レーザ焦点調整部２５、カメラ焦点調整部３５、Ｘ軸アクチュエータ６１、および、Ｙ軸アクチュエータ６２を駆動させる。

制御装置８０は、各種演算を行う制御部８１、レーザ光源８２、電源部８３、および、画像取得部８４を備えている。
制御部８１は、インターフェース９０の入力部９１に入力された情報に基づいて、レーザ光源８２にレーザ光を生成させる。制御部８１は、設定プログラムを記憶している。制御部８１は、設定プログラムに基づいて駆動部７０にレーザ焦点調整部２５を制御する制御信号を送信し、カメラ焦点調整部３５を制御する制御信号を送信する。また、制御部８１は、ガイド光源４１および照明４２の点灯および消灯を制御する。

レーザ光源８２は、発振器または半導体レーザを用いることができる。電源部８３は、制御部８１を介して、各種装置に電力を供給する。画像取得部８４は、カメラ部３１からの画像情報を取得する。制御部８１は、画像取得部８４により取得した画像をインターフェース９０の表示部９２に表示させる。

インターフェース９０は、入力部９１および表示部９２を備えている。入力部９１は、例えば、キーボードおよびマウス等であり、作業者が対象物Ｗの加工パターンを入力することができる。加工パターンは、対象物Ｗに対するレーザ光を照射するＸ，Ｙ，Ｚ座標とレーザ光の軌跡とを含む。制御部８１は、加工パターンに基づいて、レーザ光源８２、ガイド光源４１、および、照明４２から光を照射させる。表示部９２は、カメラ部３１により取得された撮像および各種情報を表示する。

制御部８１は、入力部９１に入力された加工パターンに基づいて、レーザ光の照射位置ＰＬを決定する。具体的には、制御部８１は、加工パターンに含まれる照射位置ＰＬの支持台Ｂ（図１参照）上の高さ方向（Ｚ方向）の座標であるＺ座標に従って、レーザ焦点調整部２５を制御する制御信号を駆動部７０に出力する。駆動部７０は、制御信号に基づいて、レーザ焦点調整部２５を駆動させ、レンズユニット２４の焦点を変更する。制御部８１は、加工パターンに含まれる照射位置ＰＬの平面上における座標であるＸ座標およびＹ座標に従って、走査部６０を制御する制御信号を駆動部７０に出力する。駆動部７０は、制御信号に基づいて、ガルバノミラー６３を駆動させる。

制御部８１は、入力部９１に入力される参照位置ＰＳの位置情報である支持台Ｂ上のＺ座標に基づいてカメラ焦点調整部３５を制御する制御信号を駆動部７０に出力する。駆動部７０は、制御信号に基づいて、カメラ焦点調整部３５を駆動させ、レンズユニット３４の焦点を変更する。なお、参照位置ＰＳの位置情報は、ヘッド１０の下面から参照位置ＰＳまでの垂直距離Ｌ（図３参照）とすることもできるし、照射位置ＰＬのＺ座標との相対的な座標でもよい。

図３を参照して、厚さの異なる部分を含む対象物ＷＡのレーザ加工装置１による加工方法および観察方法について説明する。
図３に示す対象物ＷＡの一例は、薄い部分ＷＡ１と厚い部分ＷＡ２とが段差を有して連続している。

レーザ光の照射位置ＰＬは、対象物ＷＡの薄い部分ＷＡ１の表面上（ヘッド１０から比較的遠い位置）に設定されている。このとき、カメラ部３１により観察可能な撮像範囲は、レーザ光の光軸とカメラ部３１の受光軸とが一致しているため、照射位置ＰＬおよび照射位置ＰＬの周辺が含まれる。そして、対象物ＷＡのうちの特徴的な部分を参照位置ＰＳとし、参照位置ＰＳに基づいて照射位置ＰＬを位置決めすることにより、精度よく対象物ＷＡに加工を行うことができる。

対象物ＷＡのうちの特徴的な部分として、対象物ＷＡの厚い部分の端が挙げられる。このため、対象物ＷＡの厚い部分の端を参照位置ＰＳとして設定する。参照位置ＰＳは、対象物ＷＡの厚い部分ＷＡ２の表面上（ヘッド１０から比較的近い位置）であるため、照射位置ＰＬのＸ，Ｙ，Ｚ座標と参照位置ＰＳのＸ，Ｙ，Ｚ座標とは異なる。制御部８１は、入力パターンに含まれる照射位置ＰＬのＺ座標に基づいて、レーザ光の焦点ＦＬを変更する。制御部８１は、入力部９１に入力された参照位置ＰＳのＺ座標に基づいて、カメラ光の焦点ＦＣを変更することができる。このため、レーザ光の焦点ＦＬを照射位置ＰＬに合わせるとともに、カメラ部３１の焦点ＦＣを参照位置ＰＳに合わせることができる。

図４および図５は、レーザ光の焦点とカメラ部３１の焦点とを共通の焦点調整部およびレンズにより調整する比較例のレーザ加工装置１００による対象物ＷＡの加工方法および観察方法を示している。

比較例のレーザ加工装置１００は、照射位置ＰＬのＺ座標と参照位置ＰＳのＺ座標とが異なるとき、レーザ光の焦点を照射位置ＰＬに合わせた状態においてカメラ部３１の焦点が照射位置ＰＬに合う。このため、参照位置ＰＳを含む部分の画像が不鮮明なものになる。また、図４に示されるように、カメラ部３１およびレーザ光の焦点ＦＭを参照位置ＰＳに合わせて照射位置ＰＬの位置決めを行った後、図５に示すようにカメラ部３１およびレーザ光の焦点ＦＭを照射位置ＰＬに合わせるという作業が要求される。この場合、レーザ光による対象物ＷＡの加工中には参照位置ＰＳの鮮明な画像が得られない。

他方、図３に示すレーザ加工装置１は、レーザ光の焦点ＦＬを照射位置ＰＬに合わせたときにカメラ部３１の焦点ＦＣを参照位置ＰＳに合わせることができるため、レーザ光の加工中に参照位置ＰＳの鮮明な画像を得ることができる。

図６を参照して、段差を有する対象物ＷＢの段差を接着するときのレーザ加工装置１による加工方法および観察方法について説明する。
図６に示す対象物ＷＢの一例は、２つの部材ＷＢ１，ＷＢ２がずらされて重ねられている。

レーザ光の照射位置ＰＬは、対象物ＷＢの段差部（ヘッド１０から比較的遠い位置）に設定されている。このとき、レーザ光の光軸とカメラ部３１の受光軸とは、対象物Ｗが載置される平面に対して傾斜している。

対象物ＷＢのうちの特徴的な部分として、部材ＷＢ１の段差部側の端が挙げられる。このため、部材ＷＢ１の段差部側の端を参照位置ＰＳとして設定する。参照位置ＰＳは、対象物ＷＢの厚い部分（ヘッド１０から比較的近い位置）であるため、照射位置ＰＬのＸ，Ｙ，Ｚ座標と参照位置ＰＳのＸ，Ｙ，Ｚ座標とは異なる。制御部８１は、照射位置ＰＬのＺ座標に基づいて、レーザ光の焦点ＦＬを変更し、参照位置ＰＳのＺ座標に基づいて、カメラ部３１の焦点ＦＣを変更する。このため、レーザ光の焦点ＦＬを照射位置ＰＬに合わせるとともに、カメラ部３１の焦点ＦＣを参照位置ＰＳに合わせることができる。

図７を参照して、対象物ＷＣに穴を形成するときのレーザ加工装置１による加工方法および観察方法について説明する。
レーザ光の照射位置ＰＬは、対象物ＷＣのうちの表面よりも下方（ヘッド１０から比較的遠い位置）に設定されている。レーザ光の穴の周辺への影響を観察するとき、対象物ＷＣの表面のうちの穴の周辺を参照位置ＰＳとして設定する。参照位置ＰＳは、対象物ＷＣの表面（ヘッド１０から比較的近い位置）であるため、照射位置ＰＬのＸ，Ｙ，Ｚ座標と参照位置ＰＳのＸ，Ｙ，Ｚ座標とは異なる。制御部８１は、照射位置ＰＬのＺ座標に基づいて、レーザ光の焦点ＦＬを変更し、参照位置ＰＳのＺ座標に基づいて、カメラ部３１の焦点ＦＣを変更する。このため、レーザ光の焦点ＦＬを照射位置ＰＬに合わせるとともに、カメラ部３１の焦点ＦＣを参照位置ＰＳに合わせることができる。

図８を参照して、透明な表層ＷＤ１を備える対象物ＷＤを加工するときのレーザ加工装置１による加工方法および観察方法について説明する。
レーザ光の照射位置ＰＬは、対象物ＷＤの表層ＷＤ１よりも下方（ヘッド１０から比較的遠い位置）に設定されている。このとき、対象物ＷＤの表層ＷＤ１の表面を参照位置ＰＳとして設定する。参照位置ＰＳは、対象物Ｗの厚い部分（ヘッド１０から比較的近い位置）であるため、照射位置ＰＬのＺ座標と参照位置ＰＳのＺ座標とは異なる。なお、図８に示すように照射位置ＰＬのＸ，Ｙ座標と参照位置ＰＳのＸ，Ｙ座標とは一致させることもできる。制御部８１は、照射位置ＰＬのＺ座標に基づいて、レーザ光の焦点ＦＬを変更し、参照位置ＰＳのＺ座標に基づいて、カメラ部３１の焦点ＦＣを変更する。このため、レーザ光の焦点ＦＬを照射位置ＰＬに合わせるとともに、カメラ部３１の焦点ＦＣを参照位置ＰＳに合わせることができる。

図９および図１０は、比較例のレーザ加工装置１００による透明な表層ＷＤ１を備える対象物ＷＤの加工方法および観察方法を示している。
比較例のレーザ加工装置１００は、照射位置ＰＬのＺ座標と参照位置ＰＳのＺ座標とが異なるとき、レーザ光の焦点を照射位置ＰＬに合わせた状態においてカメラ部３１の焦点が照射位置ＰＬに合う。このため、参照位置ＰＳを含む部分の画像が不鮮明なものになる。また、図９に示されるように、カメラ部３１およびレーザ光の焦点ＦＭを参照位置ＰＳに合わせて照射位置ＰＬの位置決めを行った後、図１０に示すようにカメラ部３１およびレーザ光の焦点ＦＭを照射位置ＰＬに合わせるという作業が要求される。この場合、レーザ光による対象物Ｗの加工中には参照位置ＰＳの鮮明な画像が得られない。

他方、図８に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ光の焦点ＦＬを照射位置ＰＬに合わせたときにカメラ部３１の焦点ＦＣを参照位置ＰＳに合わせることができるため、レーザ光の加工中に参照位置ＰＳの鮮明な画像を得ることができる。

レーザ加工装置１は、以下の効果を奏する。
（１）レーザ加工装置１は、結合部５０よりもレーザ光源８２側に配置されるレーザ焦点調整部２５、および、結合部５０よりもカメラ部３１側に配置されるカメラ焦点調整部３５を備えている。このため、対象物Ｗの種類または対象物Ｗのうちの照射位置ＰＬおよび参照位置ＰＳの厚さに応じて、レーザ光の焦点ＦＬおよびカメラ部３１の焦点ＦＣを調整することができる。このため、カメラ部３１により撮像された画像が鮮明になる。

（２）レーザ加工装置１は、入力部９１を備えている。このため、制御部８１は、入力部９１に入力された情報に基づいてカメラ部３１の焦点ＦＣを観察者が所望する参照位置ＰＳに合わせることができる。このため、鮮明な画像を取得することができる。

（３）レーザ加工装置１は、走査部６０が結合部５０を挟んでレーザ光源８２から遠い側に配置される。このため、レーザ光源８２の光軸とカメラ部３１の受光軸とを結合した後のレーザ光が走査される。このため、レーザ光の照射位置ＰＬが変化しても、照射位置ＰＬを含む部分をカメラ部３１により撮像することができる。

また、照射位置ＰＬが支持台Ｂの端、すなわち、レーザ光の加工可能な範囲の端になるほどカメラ部３１から参照位置ＰＳまでの光路が長くなる。このため、カメラ焦点調整部３５を備えないレーザ加工装置においては、照射位置ＰＬが支持台Ｂの端になるほど画像が不鮮明になる。レーザ加工装置１は、走査部６０により参照位置ＰＳが移動する場合であってもカメラ部３１の焦点ＦＣを合わせることができるため、走査部６０を備えるレーザ加工装置１においても、鮮明な画像を取得することができる。

（４）レーザ加工装置１は、入力部９１に加工パターンが入力されるため、走査部６０により参照位置ＰＳが移動するときにもカメラ部３１の焦点ＦＣを加工パターンに基づいて調整することができる。このため、使用者の使い勝手が向上する。

（５）レーザ加工装置１は、レーザ光源８２から照射されたレーザ光が反射部２２により全反射され、ダイクロイックミラーである結合部５０により不可視光の波長が対象物Ｗに照射される。換言すれば、レーザ照射部２１と対象物Ｗとの間において、ハーフミラー等の加工に有効なレーザ光の波長の光量を低減する反射部材および透過部材が備えられていない。このため、レーザ照射部２１と対象物Ｗとの間において、ハーフミラー、レーザ光がランダム偏光であれば偏光ビームスプリッタ等の加工に有効なレーザ光の波長の光量を低減する部材が配置される構成と比較して、加工に有効なレーザ光の波長の光量の低減を抑制できる。

（６）レーザ光の光軸とガイド光の光軸とを略一致するように結合した後にさらにダイクロイックミラーにより照明光の光軸と略一致するように合成する構成においては、ダイクロイックミラーによりガイド光を対象物Ｗに向かって照射するため、照射光のうちのガイド光の波長の光がダイクロイックミラーを透過できない。

他方、レーザ加工装置１は、照明光の光軸とガイド光の光軸とを略一致するように結合した後に、結合部５０により照明光の光軸とガイド光の光軸とをレーザ光の光軸と結合している。結合部５０は、ガイド光を対象物Ｗに照射させるためにガイド光の波長の光を透過させる。このため、照明光のうちのガイド光の波長の光も結合部５０を透過し、対象物Ｗに照射される。このため、ガイド光源４１から照射されたガイド光に加えて照明光に含まれるガイド光の波長の光をガイド光として用いることができる。このため、ガイド光の光量を増加することができる。

レーザ加工装置が取り得る具体的な形態は、上記実施形態に例示された形態に限定されない。レーザ加工装置は、上記実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記実施形態の変形例は、レーザ加工装置が取り得る各種の形態の一例である。

・カメラ装置３０を撮像から焦点を自動的に設定するオートフォーカスカメラに変更することもできる。オートフォーカスカメラを用いる場合、カメラ部３１の撮像範囲内において対象物Ｗの厚さが一定であるとき、カメラ部３１は自動的にカメラ部３１の焦点ＦＣを合わせることができる。他方、対象物Ｗの厚さが一定ではない場合、カメラ部３１が自動的に設定する焦点ＦＣの位置と観察者が所望する参照位置とが異なる部分に設定されるおそれがある。この変形例では、撮像範囲において対象物Ｗの厚さの異なる部分があるとき、入力部９１に入力される参照位置のＸ，Ｙ座標に基づいてカメラ部３１の焦点ＦＣを決定する。この変形例の実施例を図１１に示す厚い部分ＷＥ１および薄い部分ＷＥ２を備える対象物ＷＥにレーザ光による加工を施す場合を例に挙げて説明する。レーザ光による加工は、厚い部分ＷＥ１の外周かつ薄い部分ＷＥ２の４か所に施される。

制御部８１は、走査部６０を介して対象物ＷＥのうちの厚い部分ＷＥ１の１つの角を基準位置ＰＳＡとして、基準位置ＰＳＡの付近にレーザ光の光軸を移動させる。制御部８１は、基準位置ＰＳＡに基づいて、照射位置ＰＬのＸ，Ｙ座標を決定する。制御部８１は、走査部６０により照射位置ＰＬを決定したＸ，Ｙ座標に移動させ、かつ、レーザ焦点調整部２５により入力パターンに基づいてレーザ光の焦点ＦＬをＺ座標に合わせる。

カメラ部３１は、照射位置ＰＬを中心とした撮像範囲Ｒ１の画像を取得している。使用者は、例えば、厚い部分ＷＥ１のうちの一点を参照位置ＰＳ１として表示部９２に表示されている画像を用いて参照位置ＰＳ１のＸ，Ｙ座標を入力部９１を介して入力する。制御部８１は、カメラ焦点調整部３５により入力されたＸ，Ｙ座標の部分にカメラ部３１の焦点ＦＣを合わせる。これにより、使用者は参照位置ＰＳ１およびその付近への影響を鮮明な画像で観察することができる。

制御部８１は、照射位置ＰＬ１に対する加工が終了した後、入力されている入力パターンに基づいて撮像範囲Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に順次移動して厚い部分ＷＥ１の他の３つの角を基準位置ＰＳＢ，ＰＳＣ，ＰＳＤとして、その付近の照射位置ＰＬ２、ＰＬ３，ＰＬ４を順次決定する。また、照射位置ＰＬ２，ＰＬ３，ＰＬ４に応じた参照位置ＰＳ２，ＰＳ３，ＰＳ４のＸ，Ｙ座標が入力部９１に入力されることにより、使用者は参照位置ＰＳ２，ＰＳ３，ＰＳ４およびその付近への影響を鮮明な画像で観察することができる。この場合、参照位置ＰＳ１〜ＰＳ４のＸ，Ｙ座標に基づいて自動的にカメラ部３１の焦点ＦＣが調整されるため、対象物ＷＥの寸法公差に関わらず参照位置ＰＳ１〜ＰＳ４の画像を鮮明にすることができる。なお、参照位置ＰＳ１〜ＰＳ４のＸ，Ｙ座標は、入力パターンとともに予め決定することもできる。この場合、制御部８１は、例えば、照射位置ＰＬ１〜ＰＬ４との相対的な位置に基づいて参照位置ＰＳ１〜ＰＳ４を決定し、決定した参照位置ＰＳ１〜ＰＳ４に基づいてカメラ部３１の焦点ＦＣを合わせる。

・レーザ加工装置に、ヘッド１０から参照位置ＰＳまでの距離Ｌ、または、参照位置ＰＳにおける対象物Ｗの厚さを検出する検出部をさらに備えることもできる。検出部は、例えば、赤外線センサ等の距離センサが用いられる。制御部８１は、入力部９１により入力された参照位置ＰＳのＸ，Ｙ座標に基づいてヘッド１０から参照位置ＰＳまでの距離Ｌ、または、参照位置ＰＳにおける対象物Ｗの厚さを検出する。制御部８１は、ヘッド１０から参照位置ＰＳまでの距離Ｌ、または、参照位置ＰＳにおける対象物Ｗの厚さに基づいてカメラ焦点調整部３５を制御する。なお、検出部は、ヘッド１０よりもカメラ部３１側の部分から参照位置ＰＳまでの距離を検出することもできる。例えば、カメラ部３１、レンズユニット３４、または、ガルバノミラー６３から参照位置ＰＳまでの受光軸の距離を検出する。この場合も、制御部８１は、カメラ部３１の焦点ＦＣが参照位置ＰＳに合うようにカメラ焦点調整部３５を制御することができる。また、実際の対象物Ｗまでの距離または対象物Ｗの厚さを検出しているため、対象物Ｗの種類および対象物Ｗの寸法公差等に関わらず鮮明な画像を取得することができる。

・カメラ装置３０をヘッド１０の外側に設けることもできる。この場合、ヘッド１０内部の結合部５０からヘッド１０の外側のカメラ部３１に受光軸が向くように結合部５０とカメラ部３１とを設置する。

・結合部５０に偏光タイプのダイクロイックミラーを用いることもできる。
・図１２に示されるように、走査部６０を省略することもできる。
・結合部５０に、プレート型またはキューブ型のビームスプリッタを用いることもできる。

・制御部８１は、カメラ部３１により取得された画像を用いた画像解析、または、シームトラッキングを行うこともできる。レーザ加工装置１は、参照位置ＰＳを含む画像を鮮明にすることができるため、良好な画像解析またはシームトラッキングを行うことができる。

１…レーザ加工装置、２５…レーザ焦点調整部、３５…カメラ焦点調整部、５０…結合部、６０…走査部、８１…制御部、８２…レーザ光源、９１…入力部（パターン入力部）

Claims (9)

1. 対象物の照射位置にレーザ光を照射するレーザ光源と、
   前記対象物の参照位置を含む部分から反射された光を用いて撮像するカメラ部と、
   前記カメラ部の受光軸と前記レーザ光の光軸とを略同軸に結合する結合部と、
   前記レーザ光の焦点を調整するレーザ焦点調整部と、
   前記カメラ部の焦点を調整するカメラ焦点調整部と、
   前記レーザ焦点調整部による焦点の調整と前記カメラ焦点調整部による焦点の調整とを各別に制御する制御部と
   を備えるレーザ加工装置。
2. 前記レーザ加工装置は、前記参照位置の位置情報を入力するための入力部をさらに備え、
   前記制御部は、前記入力部からの信号に応じて前記カメラ焦点調整部を制御する
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記レーザ加工装置は、前記参照位置の座標を入力するための入力部をさらに備え、
   前記制御部は、前記入力部からの信号および前記カメラ部により撮像された画像に基づいて前記カメラ焦点調整部を制御する
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記レーザ加工装置は、前記参照位置の座標を入力するための入力部と、
   前記参照位置の位置情報、または、前記参照位置における前記対象物の厚さを検出するセンサとをさらに備え、
   前記制御部は、前記センサの出力に応じて前記カメラ焦点調整部を制御する
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
5. 前記レーザ焦点調整部は、前記レーザ光源と前記結合部との間に配置され、
   前記カメラ焦点調整部は、前記カメラ部と前記結合部との間に配置される
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記レーザ加工装置は、前記結合部を挟んで前記レーザ光源から遠い側に配置され、前記レーザ光を走査する走査部をさらに含む
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記レーザ加工装置は、前記レーザ光による前記対象物への加工パターンを入力するためのパターン入力部を備え、
   前記加工パターンは、前記対象物に対する前記レーザ光を照射する座標と前記レーザ光の軌跡とを含むものであり、
   前記制御部は、前記加工パターンに基づいて前記走査部および前記レーザ焦点調整部を制御する
   請求項６に記載のレーザ加工装置。
8. 対象物の照射位置にレーザ光を照射するレーザ光源と、
   前記対象物の参照位置を含む部分から反射された光を受光するカメラ部と、
   前記カメラ部の受光軸と前記レーザ光の光軸とを略同軸に結合する結合部と、
   前記レーザ光の焦点を調整するレーザ焦点調整部と
   前記カメラ部の焦点を調整するカメラ焦点調整部と、
   を備えるレーザ加工装置の設定装置であって、
   前記設定装置は、前記レーザ焦点調整部による焦点の調整と前記カメラ焦点調整部による焦点の調整とを各別に制御するレーザ加工装置の設定装置。
9. 対象物の照射位置にレーザ光を照射するレーザ光源と、
   前記対象物の参照位置を含む部分から反射された光を受光するカメラ部と、
   前記カメラ部の受光軸と前記レーザ光の光軸とを略同軸に結合する結合部と、
   前記レーザ光の焦点を調整するレーザ焦点調整部と、
   前記カメラ部の焦点を調整するカメラ焦点調整部と、
   制御部と
   を備えるレーザ加工装置の設定プログラムであって、
   前記制御部に前記レーザ焦点調整部による焦点の調整を制御する制御信号と前記カメラ焦点調整部による焦点の調整を制御する制御信号とを出力させる
   レーザ加工装置の設定プログラム。