JP2019115923A - 芯出し装置、レーザ加工機、レーザ加工機の芯出し方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工機の使用者の技量に関わらず、精度よく芯出しをする。【解決手段】画像取得部は、レーザノズルを介して撮像された画像を取得する。輪郭検出部は、画像取得部が取得した、被加工物の基準穴の縁部の異なる一部が写る複数の画像から、縁部の輪郭を検出する。芯出し部は、輪郭に基づいて基準穴の中心位置を特定する。【選択図】図１

Description

本発明は、芯出し装置、レーザ加工機、レーザ加工機の芯出し方法、およびプログラムに関する。

レーザ加工機の加工に際して、加工用レーザの中心と被加工物の加工対象位置との位置合わせをするために、芯出しと呼ばれる作業を行う必要がある。芯出しは、被加工物に予め設けられた基準穴の中心位置を加工機に教示することで、被加工物の姿勢と加工プログラムの座標系とを関連付ける作業である。

特許文献１には、加工用レーザが照射される被加工物を撮像する撮像装置を備えるレーザ加工機が開示されている。

特開２０１７−１４４４４５号公報

特許文献１のようにレーザ加工機が撮像装置を備える場合、レーザ加工機を操作して撮像装置に基準穴の所定の部分を撮像させ、当該画像に基づいて基準穴の中心位置を算出することができる。しかしながら、一般に、基準穴の大きさは、レーザノズルの開口の直径より大きいため、撮像装置は基準穴の全部を写すことができない。そのため、基準穴の中心座標を求めるには、基準穴の一部が写る複数の画像を基に基準穴全体の画像を構成する必要がある。る。基準穴の一部が写る画像の撮像位置を適切に設定しなければ、基準穴全体の画像を構成することができず、精度高く基準穴の中心座標を求めることができなくなる。また、基準穴の一部が写る複数の画像を基に構成した画像によっては、再度、前記一部が写る画像の撮影と前記画像の構成を繰り返し行う必要を生じる場合がある。しかし、従来は、基準穴とレーザノズルの開口の大きさに応じた前記一部が写る画像の撮像方法が明確になっていなかった。このため、加工用レーザの中心と被加工物の加工対象位置との位置合わせを効率的且つ高精度で行えない場合があった。
本発明の目的は、効率的且つ高精度で芯出しをすることができる芯出し装置、レーザ加工機、レーザ加工機の芯出し方法、および芯出しを行うためのプログラムを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、芯出し装置は、レーザノズルを介して照射される加工用レーザを用いて被加工物に加工を施すレーザ加工機の芯出し処理を行う芯出し装置であって、前記レーザノズルを介して撮像された画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部が取得した、前記被加工物の基準穴の縁部の異なる一部が写る複数の画像から、前記縁部の輪郭を検出する輪郭検出部と、前記輪郭に基づいて基準穴の中心位置を特定する芯出し部とを有する。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る芯出し装置が、前記画像取得部が取得した画像に基づいて、前記レーザノズルを介して前記縁部のうち当該画像と異なる一部が撮像されるように、前記レーザノズルと前記被加工物とを相対移動させる位置制御部をさらに備えるものであってよい。

本発明の第３の態様によれば、第２の態様に係る芯出し装置において、前記位置制御部は、前記被加工物の穴部分が写る領域が前記被加工物の面部分が写る領域より狭くなるように、前記レーザノズルと前記被加工物とを相対移動させるものであってよい。

本発明の第４の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係る芯出し装置において、前記輪郭検出部は、前記縁部の異なる一部および他の画像と重複する前記縁部の一部が写る複数の画像から、前記輪郭を検出するものであってよい。

本発明の第５の態様によれば、第１から第４の何れかの態様に係る芯出し装置が、前記基準穴の直径の入力を受け付ける入力部をさらに備え、前記輪郭検出部は、前記基準穴の直径に基づく数に係る前記複数の画像から、前記縁部の輪郭を検出するものであってよい。

本発明の第６の態様によれば、第１から第５の何れかの態様に係る芯出し装置において、前記輪郭検出部は、前記複数の画像について、前記被加工物の穴部分が写る側の端から前記被加工物の面部分が写る側の端へ向けて明度差が所定値以上増加する画素を探索することで、前記輪郭を検出するものであってよい。

本発明の第７の態様によれば、レーザ加工機は、レーザノズルと、前記レーザノズルを介して加工用レーザを照射するレーザ発振器と、前記レーザノズルを介して画像を撮像する撮像装置と、第１から第６の何れかの態様に係る芯出し装置とを備える。

本発明の第８の態様によれば、レーザ加工機の芯出し方法は、レーザノズルを介して照射される加工用レーザを用いて被加工物に加工を施すレーザ加工機の芯出し方法であって、前記レーザノズルを介して撮像された画像を取得するステップと、前記被加工物の基準穴の縁部の異なる一部が写る複数の画像から前記縁部の輪郭を検出するステップと、前記輪郭に基づいて基準穴の中心位置を特定する芯出し部とを有する。

本発明の第９の態様によれば、プログラムは、レーザノズルを介して照射される加工用レーザを用いて被加工物に加工を施すレーザ加工機を制御するコンピュータに、前記レーザノズルを介して撮像された画像を取得するステップと、前記被加工物の基準穴の縁部の異なる一部が写る複数の画像から前記縁部の輪郭を検出するステップと、前記輪郭に基づいて基準穴の中心位置を特定するステップとを実行させる。

上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、芯出し装置は効率的且つ精度よく芯出しをすることができる。

第１の実施形態に係るレーザ加工機の外観図である。 第１の実施形態に係るレーザ加工機の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る芯出し装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係る芯出し方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る基準穴の分割数とレーザノズルの直径との関係を示す図である。 画像分割数と弧の長さとの関係を示す図である。 一実施形態に係るフィルタの例を示す図である。 第２の実施形態に係る芯出し装置による画像の撮像位置の例を示す図である。

〈第１の実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係るレーザ加工機の外観図である。
レーザ加工機１は、被加工物Ｗに加工用レーザを照射することで穴開けなどの加工を行う。
レーザ加工機１は、ステージ１０１、ヘッド１０２、支持部１０３、数値制御装置１０４、および芯出し装置１０５を備える。

被加工物Ｗは平板状であり、その平面には基準穴Ｈが設けられている。ステージ１０１は、被加工物Ｗを固定する水平面を有する台である。ステージ１０１に具備された図示しない位置決め機構（ブロックなど）に対して、被加工物Ｗの側面の一部を押し当てられながら前記固定がなされる。ヘッド１０２は、ステージ１０１上の被加工物Ｗヘ向けて加工用レーザを照射する。ヘッド１０２には、加工用レーザおよびアシストガスが通過するレーザノズル１０２１が設けられる。支持部１０３は、ヘッド１０２がステージ１０１に対して水平方向及び垂直方向に移動可能にヘッド１０２を支持する。数値制御装置１０４はヘッド１０２の位置および加工用レーザの出力条件（加工用レーザのＯＮ／ＯＦＦ、出力値、ビーム直径 等）を制御する。また芯出し装置１０５は、前記基準穴Ｈを検出し、数値制御装置１０４の座標系における被加工物Ｗの位置を関連付ける芯出し処理を行う。数値制御装置１０４の座標系は、ステージ１０１の水平面において直交するＸ軸とＹ軸とで表される。

図２は、第１の実施形態に係るレーザ加工機の構成を示す概略図である。
レーザ加工機１は、レーザ発振器１０６、撮像装置１０７、照明装置１０８、および光学系１０９を備える。
レーザ発振器１０６は、加工用レーザを出力する。撮像装置１０７は、ステージ１０１上の被加工物Ｗを撮像する。照明装置１０８は、撮像装置１０７による撮像用の照明光を発する。

光学系１０９は、プリズム１０９１、ダイクロイックミラー１０９２、集光レンズ１０９３、ハーフミラー１０９４、第１全反射ミラー１０９５、および第２全反射ミラー１０９６を備える。
プリズム１０９１は、レーザ発振器１０６が出力する加工用レーザの光軸上に設けられる。ダイクロイックミラー１０９２は、加工用レーザの光軸上であってプリズム１０９１より後段に設けられる。ダイクロイックミラー１０９２は加工用レーザをレーザノズル１０２１を通過するように反射させる。集光レンズ１０９３は、加工用レーザの光軸上であってダイクロイックミラー１０９２より加工用レーザの後段かつレーザノズル１０２１の前段に設けられる。
つまり、加工用レーザは、レーザ発振器１０６から出力された後、プリズム１０９１、ダイクロイックミラー１０９２、集光レンズ１０９３の順に光学系１０９を通り、レーザノズル１０２１を介してステージ１０１上の被加工物Ｗに照射される。

第１全反射ミラー１０９５は、撮像装置１０７の光軸上に設けられる。ダイクロイックミラー１０９２は、撮像装置１０７の光軸を、レーザノズル１０２１を通過すると共に、撮像装置１０７の光軸と加工用レーザの光軸とが一致するように配される。

ハーフミラー１０９４は、撮像装置１０７の光軸上であって第１全反射ミラー１０９５と撮像装置１０７との間に設けられる。第２全反射ミラー１０９６は、照明装置１０８の光軸上に設けられる。ハーフミラー１０９４及び第２全反射ミラー１０９６は、照明装置１０８の照射光の光軸と撮像装置１０７の光軸とが一致するように配される。照明装置１０８が照射した照明光は、第２全反射ミラー１０９６、ハーフミラー１０９４、第１全反射ミラー１０９５、ダイクロイックミラー１０９２、集光レンズ１０９３の順に光学系１０９を通り、ステージ１０１上の被加工物Ｗに照射される。そして、被加工物Ｗで反射した照明光は、集光レンズ１０９３、ダイクロイックミラー１０９２、第１全反射ミラー１０９５、ハーフミラー１０９４の順に光学系１０９を通り、撮像装置１０７に到達する。
上記構成により、撮像装置１０７は、レーザノズル１０２１を介して加工用レーザによる被加工物の加工対象位置を撮像することができる。撮像装置１０７は、レーザノズル１０２１を介して画像を撮像する。レーザノズル１０２１の開口の大きさは、アシストガスを加工対象位置に適切に配すると共にレーザ加工に伴う発生物（蒸発物等）の流入を防止をするため、加工用レーザの直径よりも多少大きい程度に設定されている。このため、撮像範囲はレーザノズル１０２１の開口により限定されることとなる。通常、レーザ加工時にはレーザノズル１０２１は被加工物Ｗに近接した位置に配される。このため、被加工物Ｗはレーザノズル１０２１の開口とほぼ等しい範囲だけが撮像されることとなる。

図３は、第１の実施形態に係る芯出し装置の構成を示す概略ブロック図である。
芯出し装置１０５は、プロセッサ１５１、メインメモリ１５２、ストレージ１５３、インタフェース１５４を備える。ストレージ１５３には、芯出しプログラム（以下 プログラム）が記憶される。プロセッサ１５１は、プログラムをストレージ１５３から読み出してメインメモリ１５２に展開し、プログラムに従って芯出し処理を実行する。また、プロセッサ１５１は、プログラムに従って、所定の記憶領域をメインメモリ１５２に確保する。

ストレージ１５３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）等が挙げられる。ストレージ１５３は、芯出し装置１０５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１５４または通信回線を介して芯出し装置１０５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によって芯出し装置１０５に配信される場合、配信を受けた芯出し装置１０５が当該プログラムをメインメモリ１５２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ１５３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

インタフェース１５４には、入力装置１１０、出力装置１１１、撮像装置１０７、および数値制御装置１０４が接続される。入力装置１１０の例としては、キーボード、マウス、タッチパネルなどが挙げられる。出力装置１１１の例としては、ディスプレイ、プロジェクタ、プリンタなどが挙げられる。

プロセッサ１５１は、ストレージ１５３に記憶されたプログラムを実行することで、入力部１５１１、画像数決定部１５１２、位置制御部１５１３、画像取得部１５１４、画像合成部１５１５、画像処理部１５１６、芯出し部１５１７として機能する。
入力部１５１１は、入力装置１１０を介して基準穴Ｈのおおまかな位置（数値制御装置１０４の座標系としての設定）および基準穴Ｈの直径の入力を受ける。本入力は被加工物Ｗに設定された基準穴Ｈ毎に実施される。
画像数決定部１５１２は、入力部１５１１に入力されたある基準穴Ｈの直径に基づいて撮像すべきある基準穴Ｈに係る画像の数を決定する。
位置制御部１５１３は、入力部１５１１に入力された基準穴Ｈの位置および直径に基づいて、当該位置にヘッド１０２を移動させる移動指示を生成する。また、位置制御部１５１３は、画像取得部１５１４が取得した画像に基づいてヘッド１０２を移動させる移動指示を生成する。位置制御部１５１３は、移動指示を数値制御装置１０４に出力する。
画像取得部１５１４は、撮像装置１０７から前記基準穴Ｈに係る画像を取得し、ストレージ１５３に記録する。
画像合成部１５１５は、画像取得部１５１４が取得した前記基準穴Ｈに係る画像を合成し、前記基準穴Ｈの全体が写る合成画像を生成する。
画像処理部１５１６は、画像取得部１５１４が取得した画像および画像合成部１５１５が生成した合成画像について画像処理を施し、前記基準穴Ｈの輪郭を検出する。つまり、画像処理部１５１６は、輪郭検出部の一例である。
芯出し部１５１７は、画像処理部１５１６が検出した前記基準穴Ｈの輪郭に基づいて前記基準穴Ｈの中心位置を算出する。

ステージ１０１に被加工物Ｗを設置した後に、入力装置１１０が被加工物Ｗの各基準穴Ｈの位置および直径の入力を受けつけた後に、更に操作開始に係る入力を受け付けることで、芯出し装置１０５は芯出し処理を開始する。

図４は、第１の実施形態に係る芯出し方法を示すフローチャートである。
芯出し装置１０５の入力部１５１１は、入力装置１１０を介してある基準穴Ｈの位置および直径の入力を受け付ける（ステップＳ１）。入力部１５１１は、入力された前記基準穴Ｈの位置および直径を、メインメモリ１５２に記録する。画像数決定部１５１２は、入力された直径に基づいて、撮像すべき画像の枚数を決定する（ステップＳ２）。図５は、基準穴の分割数とレーザノズルの直径との関係を示す図である。図５には、基準穴Ｈとレーザノズル１０２１の開口Ｎとが表されている。具体的には、画像数決定部１５１２は、基準穴Ｈを周方向に等分割したときの各等分割された扇形Ｓおいて、図５に示すように、当該扇形Ｓの弦Ｃの長さがレーザノズル１０２１の直径ΦＮより小さくなるような画像数を特定する。これは、基準穴Ｈをｎ分割したときの弦Ｃの長さがレーザノズル１０２１の直径ΦＮより長い場合、当該ｎ枚の画像を組み合わせても基準穴Ｈの縁部の少なくとも一部が脱落してしまうためである。図６は、画像分割数と弦Ｃの長さとの関係の一例を示す図である。基準穴Ｈの直径がΦ５である場合、基準穴Ｈを１２分割したときの弦Ｃの長さは約１．２９であり、基準穴Ｈを１６分割したときの弦Ｃの長さは約０．９７である。したがって、レーザノズル１０２１の直径ΦＮがΦ１である場合、画像数決定部１５１２は、分割数として１６分割以上を採用することとなる。画像数決定部１５１２は弦Ｃの長さが基準穴Ｈの直径未満となる分割数を採用することで、画像取得部１５１４が取得する複数の画像には、基準穴Ｈの縁部の異なる一部および他の画像と重複する縁部の一部が写ることとなる。

位置制御部１５１３は、入力された前記基準穴Ｈの位置に基づいて、前記基準穴Ｈの縁部の一部が写る位置へヘッド１０２を移動させる移動指示を数値制御装置１０４に出力する（ステップＳ３）。例えば、位置制御部１５１３は、入力された位置から、直径の二分の一の距離だけずれた位置を指定する移動指示を出力する。これにより、数値制御装置１０４は、支持部１０３を駆動させ、ヘッド１０２を移動させる。

画像取得部１５１４は、撮像装置１０７から移動後の位置において撮像された画像を取得する（ステップＳ４）。画像処理部１５１６は、取得した画像に輪郭抽出処理を実行し、輪郭抽出処理の結果に基づいて、当該画像に基準穴Ｈの縁部の一部が写っているか否かを判定する（ステップＳ５）。例えば、画像処理部１５１６は、輪郭抽出処理によってステップＳ１で入力された基準穴Ｈの直径と同程度の直径を有する円弧状の輪郭が抽出された場合に、縁部の一部が写っていると判定する（ステップＳ５：ＹＥＳ）。画像に基準穴Ｈの縁部の一部が写っていない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、位置制御部１５１３は、ヘッド１０２の位置を所定量（例えば、レーザノズル１０２１の直径程度）移動させる移動指示を数値制御装置１０４に出力し（ステップＳ６）、ステップＳ４に処理を戻し、新たに得られた画像に基準穴Ｈの縁部の一部が写っているか否かを判定する。

画像に基準穴Ｈの縁部の一部が写っている場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、画像処理部１５１６は画像の座標系を数値制御装置１０４の座標系に変換する（ステップＳ７）。画像の座標系とは、画像平面を直交する２つの座標軸で表した平面である。例えば、画像の座標系は、画像の左上端を原点とし、横軸と縦軸で規定される座標系である。座標系の変換は、既知の撮像装置１０７の視点の位置、視線方向、および画角などのパラメータに基づいて、回転および変形を行うことで行われる。次に、画像処理部１５１６は、メインメモリ１５２が記憶する基準穴Ｈの中心位置ＯＨおよび直径に基づいて基準穴Ｈの中心位置ＯＨを中心に基準穴Ｈの半径ｒＨ±所定距離の範囲Ｆを特定し、ステップＳ３で取得した画像から当該範囲Ｆ内の画素を抽出する（ステップＳ８）。すなわち、画像処理部１５１６は、ステップＳ４で取得した画像に基準穴Ｈの位置および直径に基づくドーナツ型のフィルタを適用する。図７は、一実施形態に係るフィルタの例を示す図である。なお、図７に示すように、画像において、レーザノズル１０２１の開口Ｎより外側の部分と、被加工物Ｗの穴部分Ｐ１（基準穴Ｈが開いている部分）と、被加工物Ｗの面部分Ｐ２（基準穴Ｈが開いていない部分）とは、それぞれ異なる明度に写る。図７において点線は、基準穴Ｈの中心位置ＯＨから半径ｒＨの距離だけ離れた位置を示す線である。
ステージ１０１に被加工物Ｗが適切に設置され、かつステップＳ１で基準穴Ｈの位置として適切な値が設定されるならば、図７に示すように、基準穴Ｈの縁部のうち画像に写った部分のすべてが、抽出された範囲Ｆ内に存在する可能性が高い。したがって、画像処理部１５１６は、基準穴Ｈの位置と直径を基準とした範囲Ｆを画像処理対象として抽出することで、画像処理の計算量を低減することができる。

次に、画像処理部１５１６は、ステップＳ７で抽出された範囲について、画像のＸ軸方向の側（例えば、画像の左側および右側）のうち、メインメモリ１５２が記憶する基準穴Ｈの位置に近い側から、他方の側へ向けて、明度差を計算する（ステップＳ９）。すなわち、画像処理部１５１６は、ステップＳ８で抽出された範囲について２つの画素間の明るさの変化の割合（以下 明度の微分値）を計算する。基準穴に近い側の画素の明度が低く、他方の画素の明度が高い場合、明度差は正の値となる。他方、基準穴に近い側の画素の明度が高く、他方の画素の明度が低い場合、明度差は負の値となる。次に、画像処理部は、算出した明度差のうち、値が所定の閾値（正の値）以上のものを抽出する（ステップＳ１０）。閾値としては、例えば、Ｍａｘ（明度差の平均，（明度差の平均＋明度差の標準偏差×２）／２）で求められる値を用いる。これにより、画像処理部１５１６は、輪郭の候補を抽出することができる。そして、画像処理部１５１６は、抽出された値の輪郭候補のうち、メインメモリ１５２に記憶される直径と略等しい直径を有し、かつメインメモリ１５２に記憶される基準穴の位置に最も近いものを、基準穴Ｈの縁部の輪郭として特定する（ステップＳ１１）。画像処理部１５１６は、当該輪郭に係る画像である輪郭画像をストレージに記録する。

すなわち、画像処理部１５１６は、画像のうち被加工物Ｗの穴部分が写る側の端から被加工物Ｗの面部分が写る側の端へ向けて、隣接する画素が、所定値以上の明度差で、暗い色から明るい色に変化している画素を探索する。
被加工物Ｗの穴部分は、被加工物Ｗの面部分と比較して暗く写る。これは被加工物の面部分は、ステージ１０１と比較して撮像装置１０７による撮像用の照明光を、より強く反射するためである。このため、穴中心から外側に向けて、所定値以上の明度差で変化する点は、基準穴Ｈの縁部の一部である可能性が高い。したがって、基準穴中心から外側に向けて輪郭を探索することで、早期に基準穴Ｈの縁部を抽出できる。また、研磨痕が縁部として誤検出される可能性を低減することも可能となる。

次に、画像処理部１５１６は、メインメモリ１５２に記憶される基準穴Ｈの位置を中心とする複数の画素（例えば、基準穴の位置Ｘ±２×基準穴の位置Ｙ±２の２５個の画素）について、当該画素から検出された輪郭を構成する各画素までの距離の分布の標準偏差を算出する（ステップＳ１２）。画像処理部１５１６は、メインメモリ１５２が記憶する基準穴Ｈの位置を、標準偏差が最も小さい画素の位置を用いて更新する（ステップＳ１３）。基準穴Ｈの縁部が円形である場合、画像から検出された輪郭を構成する各画素と基準穴Ｈの中心との距離は、理論上等しくなる。したがって、複数の画素と輪郭を構成する各画素と基準穴Ｈの中心との距離との標準偏差が小さいほど、すなわち輪郭からの距離のばらつきが小さい画素ほど、基準穴Ｈの中心である可能性が高い。したがって、メインメモリ１５２が記憶する基準穴Ｈの位置を、標準偏差が最も小さい画素の位置を用いて更新することで、メインメモリ１５２が記憶する基準穴Ｈの位置の精度を向上することができる。

次に、画像処理部１５１６は、ストレージ１５３に記録されている輪郭画像の数が、画像数決定部１５１２が決定した画像数に達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。ストレージ１５３に記録されている輪郭画像の数が、画像数決定部１５１２が決定した画像数未満である場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、位置制御部１５１３は、輪郭画像と、メインメモリ１５２に記憶される基準穴Ｈの位置および直径と、画像数決定部１５１２が決定した画像数とに基づいて、既に取得された画像と縁部の異なる一部が写る位置へヘッド１０２を移動させる移動指示を生成し、数値制御装置１０４に出力する（ステップＳ１５）。具体的には、位置制御部１５１３は、画像処理部１５１６が抽出した輪郭の向きから基準穴Ｈに対するヘッド１０２の位置を特定し、基準穴Ｈの位置を中心として、特定した位置を３６０°／画像数で表される角度だけ回転させた位置を、移動後の位置に決定する。この場合、位置制御部１５１３は、基準穴Ｈの縁部が画像の中心近傍に写るように、ヘッド１０２を移動させることができる。撮像装置１０７は、集光レンズ１０９３を含む光学系１０９を介して被加工物Ｗを撮像するため、位置制御部１５１３が基準穴Ｈの縁部が画像の中心近傍に写るように制御することで、画像に写る縁部の歪みを抑制することができる。
そして、芯出し装置１０５は、処理をステップＳ４に戻し、次の画像について処理を行う。

ストレージ１５３に記録されている画像の数が、画像数決定部１５１２が決定した画像数に達した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、画像合成部１５１５は、ストレージ１５３に記録された複数の輪郭画像を合成し、基準穴Ｈの縁部の全部が写る合成画像を生成する（ステップＳ１６）。次に、画像処理部１５１６は、合成画像に係る輪郭に基づいて近似円を算出する（ステップＳ１７）。画像処理部１５１６は、例えば最小二乗法によって円または楕円の式を求める。
また、画像処理部１５１６は、メインメモリ１５２に記憶される基準穴Ｈの位置を中心とする複数の画素について、当該画素から合成画像に係る輪郭を構成する各画素までの距離の分布の標準偏差を算出する（ステップＳ１８）。芯出し部１５１７は、標準偏差が最も小さい画素の位置と、画像処理部１５１６が算出した近似円とに基づいて、基準穴Ｈの中心位置を特定する。そして、芯出し部１５１７は、特定した基準穴Ｈの中心位置を、数値制御装置１０４に通知する。

芯出し装置１０５は、上記の芯出し処理を、少なくとも２つの基準穴Ｈについて行う。これにより、数値制御装置１０４は、ステージ上に載置された被加工物ＷのＸ方向およびＹ方向の位置を同定することができる。また、芯出し装置１０５が、芯出し処理を３つ以上の基準穴Ｈについて行うことで、数値制御装置１０４は、被加工物Ｗの撓み等によるＺ方向の位置も特定することができる。

このように、第１の実施形態に係る芯出し装置１０５は、レーザノズル１０２１を介して撮像され、基準穴Ｈの縁部の異なる一部が写る複数の画像から、縁部の輪郭を検出し、前記輪郭に基づいて基準穴Ｈの中心位置を特定する。これにより芯出し装置１０５は、縁部の異なる一部が写る複数の画像に基づいて輪郭を検出することで、レーザ加工機１の使用者による手動での位置合わせが不要となり、効率的かつ高精度に芯出しをすることができる。

〈第２の実施形態〉
第１の実施形態に係る芯出し装置１０５は、撮像する画像の数を最小限とすることができる。しかし、扇形Ｓの円弧が、撮像した画像の中心付近に位置することとなる。このため、前記円弧が撮像した画像の端部に位置する場合と比して、画像処理部１５１６での明度差判定に要する時間が増えることとなる。これに対し、第２の実施形態に係る芯出し装置１０５は、芯出し処理を効率的に進めるために、図８に示すように、撮像する画像におけるレーザノズル１０２１の開口Ｎの端部に扇形Ｓの円弧を位置させるものである。すなわち、撮像する画像における扇形Ｓの弦Ｃの両端は、レーザノズル１０２１の開口Ｎの端部上に位置する。図８は、芯出し装置による画像の撮像位置の例を示す図である。このように、被加工物Ｗの穴部分が写る領域が被加工物Ｗの面部分が写る領域より狭くなるほど、画像処理部１５１６での明度差判定に要する時間を短くすることができる。

芯出し処理に要する時間は、各撮像位置での撮像に要する時間と各撮像画像での明度差判定に要する時間を加えたものに、撮像枚数を乗じて得られる値に依存する。撮像に要する時間には撮像位置にヘッド１０２を移動させる時間も含まされる。明度差判定に要する時間は、撮像画像の端部への扇形Ｓの円弧の配し方に依存する。即ち、扇形Ｓの端部の位置が撮像画像の端部に近いほど、画像処理部１５１６が閾値以上の明度差の変化を抽出するまでの評価時間が短くなる。よって、芯出し処理を効率的に進めるには、芯出し処理に要する時間を元に判断することとなる。この際、撮像画像の端部への扇形Ｓの円弧の配し方に応じた明度差判定に要する時間は例えば、メインメモリ１５２にデータベースとして記憶した情報に基づき算出される。本手法により、基準穴Ｈの分割数を設定した上で、以降は第１の実施形態と同様に進めることで、芯出し処理をより効率的に行うことが可能となる。

一方、撮像画像におけるレーザノズル１０２１の開口の周辺端と扇形Ｓの円弧が接するほどに近い場合、明度判定における誤差の影響を受けやすいため、明度差判定を適切に行い得ない可能性もある。
撮像画像の端部への扇形Ｓの円弧の配し方に応じた明度差判定に要する時間は、基準穴Ｈとレーザノズル１０２１の開口の大きさに依存する。しかし、加工条件に応じてレーザノズル１０２１が取り替えられる可能性があり、更に、基準穴Ｈの大きさも加工対象物により異なる可能性があるため、扇形Ｓの円弧の配し方に応じた明度差判定に要する時間に係る前記データベースを作成することが容易ではない可能性がある。
このため、扇形Ｓの弦Ｃの長さを、レーザノズル１０２１の直径ΦＮを元に定める数値、例えば前記直径ΦＮの１／２などに設定した上で、第一の実施形態と同様な処理をすることでも構わない。

第２の実施形態に係る画像処理部１５１６は、取得された各画像について、被加工物Ｗの穴部分が写る側の端から被加工物Ｗの面部分が写る側の端へ向けて、隣接する画素が、所定値以上の明度差で、暗い色から明るい色に変化している画素を探索する。画像処理部１５１６は、該当する画素が検出された時点で、その列における画素の探索を終了し、次の列において画素の探索を行う。つまり、画像処理部１５１６は、画像のうち穴部分が写る側から面部分が写る側に向けて順に基準穴Ｈの縁部の輪郭に相当する画素を探索し、該当する画素が見つかると探索を終了する。
上述したように、画像取得部１５１４が取得した画像に含まれる基準穴Ｈの縁部は、画像のうち穴部分が写る端部近傍に写るため、画像処理部１５１６は少ない探索回数で基準穴Ｈの縁部の輪郭を検出することができる。つまり、第２の実施形態に係る芯出し装置１０５は、少ない計算量で芯出し処理を行うことができる。

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態に係る芯出し装置１０５は、支持部１０３を移動させることでヘッド１０２と被加工物Ｗとを相対移動させるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る芯出し装置１０５は、ステージ１０１を移動させることで、ヘッド１０２と被加工物Ｗとを相対移動させてもよい。

また、上述した実施形態においては、芯出し装置１０５は、近似円と、輪郭を構成する各画素の距離の分布の標準偏差とに基づいて基準穴Ｈの中心位置を特定するが、これに限られない。他の実施形態に係る芯出し装置１０５は、近似円または輪郭を構成する各画素の距離の分布の標準偏差の少なくとも一方を用いて基準穴Ｈの中心位置を特定するものであってよい。

また、上述した実施形態においては、芯出し装置１０５が数値制御装置１０４と別個に設けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、数値制御装置１０４に芯出し装置１０５としての機能が実装されていてもよい。
また、上述した実施形態においては、レーザ加工機１は照明装置１０８を備えが、これに限られない。被加工物Ｗの撮像対象箇所が撮像可能な程度であればよい。このため、照明装置１０８はレーザ加工機１とは別個に設けられることでも構わない。
また、入力部１５１１は、被加工物Ｗに設けられた基準穴Ｈ毎に位置及び直径の入力を受けることとしたが、これに限られない。評価対象とする基準穴Ｈのみの入力とすることでも構わない。

１ レーザ加工機
１０５ 芯出し装置
１０６ レーザ発振器
１０７ 撮像装置
１０２１ レーザノズル
１５１１ 入力部
１５１２ 画像数決定部
１５１３ 位置制御部
１５１４ 画像取得部
１５１５ 画像合成部
１５１６ 画像処理部
１５１７ 芯出し部

Claims (9)

1. レーザノズルを介して照射される加工用レーザを用いて被加工物に加工を施すレーザ加工機の芯出し処理を行う芯出し装置であって、
   前記レーザノズルを介して撮像された画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部が取得した、前記被加工物の基準穴の縁部の異なる一部が写る複数の画像から、前記縁部の輪郭を検出する輪郭検出部と、
   前記輪郭に基づいて基準穴の中心位置を特定する芯出し部と
   を有する芯出し装置。
2. 前記画像取得部が取得した画像に基づいて、前記レーザノズルを介して前記縁部のうち当該画像と異なる一部が撮像されるように、前記レーザノズルと前記被加工物とを相対移動させる位置制御部をさらに備える
   請求項１に記載の芯出し装置。
3. 前記位置制御部は、前記被加工物の穴部分が写る領域が前記被加工物の面部分が写る領域より狭くなるように、前記レーザノズルと前記被加工物とを相対移動させる
   請求項２に記載の芯出し装置。
4. 前記輪郭検出部は、前記縁部の異なる一部および他の画像と重複する前記縁部の一部が写る複数の画像から、前記輪郭を検出する
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の芯出し装置。
5. 前記基準穴の直径の入力を受け付ける入力部をさらに備え、
   前記輪郭検出部は、前記基準穴の直径に基づく数に係る前記複数の画像から、前記縁部の輪郭を検出する
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の芯出し装置。
6. 前記輪郭検出部は、前記複数の画像について、前記被加工物の穴部分が写る側の端から前記被加工物の面部分が写る側の端へ向けて明度差が所定値以上増加する画素を探索することで、前記輪郭を検出する
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の芯出し装置。
7. レーザノズルと、
   前記レーザノズルを介して加工用レーザを照射するレーザ発振器と、
   前記レーザノズルを介して画像を撮像する撮像装置と、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の芯出し装置と
   を備えるレーザ加工機。
8. レーザノズルを介して照射される加工用レーザを用いて被加工物に加工を施すレーザ加工機の芯出し方法であって、
   前記レーザノズルを介して撮像された画像を取得するステップと、
   前記被加工物の基準穴の縁部の異なる一部が写る複数の画像から前記縁部の輪郭を検出するステップと、
   前記輪郭に基づいて基準穴の中心位置を特定する芯出し部と
   を有するレーザ加工機の芯出し方法。
9. レーザノズルを介して照射される加工用レーザを用いて被加工物に加工を施すレーザ加工機を制御するコンピュータに、
   前記レーザノズルを介して撮像された画像を取得するステップと、
   前記被加工物の基準穴の縁部の異なる一部が写る複数の画像から前記縁部の輪郭を検出するステップと、
   前記輪郭に基づいて基準穴の中心位置を特定するステップと
   を実行させるためのプログラム。

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