JP2018187684A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】鮮明な画像を取得できるレーザ加工装置を提供する。【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。
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、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。
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。
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。
〔6〕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。
レーザ加工装置は、鮮明な画像を取得できる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
・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 (6)
- 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、
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
レーザ加工装置。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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1〜4のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 - 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5に記載のレーザ加工装置。
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