JP2020131276A - レーザーマーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの位置測定を簡易に行うことが可能なレーザーマーキング装置を提供する。【解決手段】レーザーマーキング装置は、対象物が載置され、第１の指標が付された載置部と、前記第１の指標を撮像し、撮像結果に基づき、前記第１の指標を含む画像を取得する撮像部と、前記画像における前記第１の指標に基づき前記載置部の位置を測定する測定部と、マーキングレーザー光によって前記対象物にレーザーマーキングを行うマーキング部と、前記測定部の測定結果に基づき前記マーキング部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、レーザー光を用いてマーキングを行うレーザーマーキング装置などに関する。

レーザービームを走査させることによりワークに加工を行うレーザー加工装置がある。このようなレーザー加工装置は、たとえば特許文献１などに開示されている。

特開２００８−６８３１２号公報

従来のレーザー加工装置において、レーザー光の焦点位置がワークからずれた場合、ワークに施される文字などのマーキングが不鮮明になることがある。このため、対象物の位置を予め測定し、測定結果に基づきレーザー光の焦点位置または対象物の位置の調整が行われることがある。特許文献１に記載のレーザー加工装置では、対象物の位置を測定するためのガイド用のレーザーダイオード及びポインタ用のレーザーダイオードが、マーキング用のレーザー光源とは別に設置される。しかしながら、２つのレーザーダイオードを設置するためコストが上昇し、好ましくない。ワークの位置測定を簡易に行うことが可能な技術が求められる。

本発明は、上記の課題などを解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
対象物（５１）が載置され、第１の指標（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ）が付された載置部（５３）と、
前記第１の指標を撮像し、撮像結果に基づき、前記第１の指標を含む画像を取得する撮像部（２４）と、
前記画像における前記第１の指標に基づき前記載置部の位置を測定する測定部（３１）と、
マーキングレーザー光によって前記対象物にレーザーマーキングを行うマーキング部（１１）と、
前記測定部の測定結果に基づき前記マーキング部を制御する制御部（３２）と、を備える、
レーザーマーキング装置である。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、画像に写りこんだ第１の指標に基づき載置部の位置を測定する構成とすることで、位置測定のレーザーダイオードをマーキング用のレーザー光源とは別に設置することなく載置部の位置を測定することができる。これにより、たとえば対象物のサイズについての情報などに基づき対象物の位置を取得することができる。したがって、第１の指標を載置部に付す簡易な構成で、対象物の位置を測定することができる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記第１の指標は、略直線形状を有する。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、画像に写りこんだ第１の指標が占める画素数を小さくしながら、直線形状の第１の指標の一端の画素と他端の画素との間の画素数を大きくすることができるので、載置部の位置を高精度に効率よく測定することができる。また、簡易な形状であるため、載置部において第１の指標を付すスペースを容易に確保することができる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
複数の前記第１の指標が、前記対象物を囲むように前記載置部に付される。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、たとえば載置部が移動した場合においても、複数の第１の指標のうちのいずれかが撮像部の視野に含まれる可能性を高めることができるので、載置部の位置測定が成功する可能性を高めることができる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記対象物の外形データを含む外形情報を受け取る取得部（３３）をさらに備え、
前記制御部は、前記外形情報及び前記測定結果に基づき前記マーキング部を制御する。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、たとえば、対象物が湾曲していたり、対象物が凹凸を有していたりする場合においても、載置部の位置及び外形情報に基づき、対象物の外形の位置を正確に取得することができる。これにより、対象物の外形の位置を直接測定する複雑な構成を用いることなく、対象物に対して良好なマーキングを行うことができる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記画像における前記第１の指標のサイズと前記位置との対応関係を含む対応情報を保持する記憶部（３４）をさらに備え、
前記測定部は、前記画像に基づき前記サイズを取得し、取得結果及び前記対応情報に基づき前記位置を測定する。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、たとえば、画像における第１の指標のサイズから載置部の位置を算出するための関数を対応関係として用意しておくことで、取得した第１の指標のサイズから載置部の位置を精度よく迅速に算出することができる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記測定部は、前記画像に基づき前記マーキング部と前記載置部との間の距離を前記位置として測定する。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、マーキングレーザー光の焦点を対象物に合わせるために有用な、マーキング部と載置部との間の距離を測定する構成により、マーキングレーザー光の焦点を対象物に良好に合わせることができる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記マーキング部は、前記マーキングレーザー光を透過する第１の透過部材（２２ａ）を有し、
前記撮像部は、第２の透過部材（２４ａ）を有し、前記第２の透過部材を介して撮像し、撮像結果に基づき前記画像を生成し、
前記画像に基づき前記第１の透過部材の汚れを検知する検知部（３５）をさらに備える。

従来構成のレーザーマーキング装置では、たとえば、レンズなどの第１の透過部材を定期的に洗浄する場合、第１の透過部材の洗浄タイミングが遅れてしまったり、早くなりすぎたりすることがある。第１の透過部材の洗浄タイミングが遅れると、第１の透過部材が汚れたままマーキングが行われ、対象物におけるマーキングが不鮮明になることがある。また、第１の透過部材の洗浄タイミングが早すぎると、洗浄工程の頻度が過剰となることがある。上記構成のレーザーマーキング装置によれば、第１の透過部材及び第２の透過部材には同様の汚れが付着することとなる。そこで、生成された画像に基づき第２の透過部材の汚れを検知することで、間接的に第１の透過部材の汚れを検知することができる。これにより、第１の透過部材の汚れ具合をリアルタイムで簡易に検知することができるので、対象物に良好なマーキングを行いつつ、洗浄工程の頻度が過剰となることを抑制することができる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記載置部（５７）には、第２の指標（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ）がさらに付され、
前記撮像部は、前記第１の指標及び前記第２の指標を撮像し、撮像結果に基づき、前記第１の指標及び前記第２の指標を含む前記画像を生成し、
前記検知部は、前記画像における前記第２の指標の明るさに基づき前記汚れを検知する。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、画像における第２の指標の明るさが、第１の透過部材の汚れ度合いと同等の汚れ度合いになる第２の透過部材の汚れ度合いに応じて減ずるので、第１の透過部材の汚れを正しく検知することができる。

図１は、本実施形態のレーザーマーキング装置の構成を示す図である。 図２は、本実施形態の３次元レーザーヘッドの構成を示す図である。 図３は、本実施形態のレーザーコントローラの構成を示す図である。 図４は、実施形態の変形例のレーザーマーキング装置の構成を示す図である。 図５は、実施形態の変形例のレーザーコントローラの構成を示す図である。 図６は、実施形態の変形例におけるレーザーマーキング装置におけるレンズ汚れ検知処理を示すフローチャートである。

本発明のレーザーマーキング装置は、対象物が載置される載置部に第１の指標が付され、撮像部によって第１の指標が撮像されて画像が取得される構成において、当該画像における第１の指標に基づき載置部の位置を測定する点を特徴の一つとしている。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．変形例
３．本実施形態の特徴
４．補足事項

＜１．実施形態＞
＜レーザーマーキング装置１の構成例＞
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のレーザーマーキング装置の構成を示す図である。図１に示されるように、レーザーマーキング装置１は、３次元レーザーヘッド１１、レーザーコントローラ１２、カメラ２４、ワークトレー５３及び支持機構５５を含んで構成される。

図１には、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸が示される。鉛直に平行な軸であって、重力の向きの反対側へ向いている軸を「ｚ軸」と定義する。ｚ軸に垂直な軸を「ｘ軸」と定義する。また、ｘ軸およびｚ軸の両方に垂直な軸を「ｙ軸」と定義する。ここでは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、右手系の３次元の直交座標を形成する。以下、ｚ軸の矢印方向をｚ軸＋側、矢印とは逆方向をｚ軸−側と呼ぶことがあり、その他の軸についても同様である。また、ｚ軸＋側及びｚ軸−側をそれぞれ上側及び下側と呼ぶことがある。

＜マーキング対象物５１＞
マーキング対象物５１は、たとえば、工場の生産ラインにおいて型式及びシリアル番号などのマーキングが施される何らかの装置の筐体などの生産物である。本実施形態では、マーキング対象物５１は、円柱形を有しており、表面が湾曲している。なお、マーキング対象物５１は、表面に凹凸を有していてもよい。また、マーキング対象物５１は、平面状の表面を有してもよい。マーキング対象物５１の表面にマーキングレーザー光が集光されることで、マーキング対象物５１にマーキングが施される。

マーキング対象物５１の表面が湾曲している、もしくは当該表面に凹凸が形成されている場合、または生産物の種類が頻繁に変更される場合など、３次元レーザーヘッド１１とマーキングしようとするマーキング対象物５１の部分（以下、目標ドットと称することがある。）との間の距離が一定とならないことがある。このような場合、レーザー光が目標ドットに集光されず、マーキングが不鮮明になることがある。本実施形態では、マーキングを行う前にマーキング対象物５１の目標ドットの位置を取得し、取得結果に基づき、レーザー光が目標ドットに集光されるように調整が行われる。

＜ワークトレー５３＞
ワークトレー５３は、マーキング対象物５１が載置される。本実施形態では、ワークトレー５３は、３次元レーザーヘッド１１と対向する載置面５３ａを有する板状部材であり、支持機構５５によって支持される。載置面５３ａは、ｘｙ面と平行な面であり、ｘ軸に平行な２辺と、ｙ軸に平行な２辺と、を有する。載置面５３ａの周囲には、所定の幅を有する枠５３ｂが設けられる。ワークトレー５３の載置面５３ａには、所定の位置に、所定の向きでマーキング対象物５１が載置される。また、ワークトレー５３は、支持機構５５の所定の位置において、所定の向きで支持機構５５に固定される。つまり、マーキング対象物５１、ワークトレー５３及び支持機構５５の位置関係は、定まっている。従って、たとえば、ワークトレー５３の座標が定まれば、マーキング対象物５１の座標及び支持機構５５の座標が定まる。ワークトレー５３は、本発明でいう「載置部」の一具体例である。

ワークトレー５３は、位置を測定するため距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄが付される。本実施形態では、距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄが、マーキング対象物５１を囲むようにワークトレー５３に付される。以下、距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄの各々を、距離算出用ライン５４と称することがある。

詳細には、距離算出用ライン５４は、略直線形状を有し、ワークトレー５３の枠５３ｂに刻印される。距離算出用ライン５４ａは、ｘ軸と略平行な直線形状を有し、載置面５３ａに対するｙ軸−側に位置する。距離算出用ライン５４ｃは、ｘ軸と略平行な直線形状を有し、載置面５３ａに対するｙ軸＋側に位置する。距離算出用ライン５４ｂは、ｙ軸と略平行な直線形状を有し、載置面５３ａに対するｘ軸＋側に位置する。距離算出用ライン５４ｄは、ｙ軸と略平行な直線形状を有し、載置面５３ａに対するｘ軸−側に位置する。なお、距離算出用ライン５４は、直線形状以外の形状を有してもよい。また、距離算出用ライン５４は、印刷または貼付などによってワークトレー５３に付されてもよい。距離算出用ライン５４は、本発明でいう「第１の指標」の一具体例である。

＜３次元レーザーヘッド１１＞
図２は、本実施形態の３次元レーザーヘッドの構成を示す図である。図２に示されるように、３次元レーザーヘッド１１は、レーザー光源２１、ｚ軸ガルバノ２２及びｘｙ軸ガルバノ２３を含んで構成される。３次元レーザーヘッド１１は、マーキングレーザー光によってマーキング対象物５１にレーザーマーキングを行う。３次元レーザーヘッド１１は、本発明でいう「マーキング部」の一具体例である。

＜レーザー光源２１＞
レーザー光源２１は、マーキングレーザー光を生成して出射する。本実施形態では、レーザー光源２１は、たとえば、近赤外線の高出力のパルスレーザー光であり、レーザーコントローラ１２の制御に従って動作する。マーキングレーザー光が目標ドットで集光する場合、マーキングレーザー光のエネルギーが集中することで目標ドットにマーキングが施される。

＜ｚ軸ガルバノ２２＞
ｚ軸ガルバノ２２は、マーキングレーザー光の集光位置を光軸方向に移動させる。本実施形態では、ｚ軸ガルバノ２２は、マーキングレーザー光が透過するレンズ２２ａを有する。ｚ軸ガルバノ２２は、レーザーコントローラ１２の制御に応じてレンズ２２ａを光軸方向に移動させ、レーザー光源２１から受けるマーキングレーザー光の焦点位置を近づけたり遠ざけたりする。これにより、マーキングレーザー光の集光位置をｚ軸方向に沿って移動させることができる。レンズ２２ａは、本発明でいう「第１の透過部材」の一具体例である。

＜ｘｙ軸ガルバノ２３＞
ｘｙ軸ガルバノ２３は、マーキングレーザー光の集光位置を光軸と直交する方向に移動させる。本実施形態では、ｘｙ軸ガルバノ２３は、互いに直交する２つの軸をそれぞれ回転軸として回転するように配置された２つのガルバノミラーを有し、レーザーコントローラ１２の制御に従って２つのガルバノミラーの向きを変化させる。これにより、マーキングレーザー光の反射方向が変化し、マーキングレーザー光の集光位置をｘｙ面内で移動させることができる。ここで、２つのガルバノミラーによって反射され、マーキング対象物５１に向けてマーキングレーザー光が進む光路を、光路５２と定義する。本実施形態では、光路５２は、ｚ軸と略平行である。

＜カメラ２４＞
図１に示されるように、カメラ２４は、レンズ２４ａ及び撮像素子（図示しない）を有し、レンズ２４ａを介して距離算出用ライン５４を撮像する。そして、カメラ２４は、撮像結果に基づき、距離算出用ライン５４を含む測定用画像を取得する。本実施形態では、カメラ２４は、ワークトレー５３に対する３次元レーザーヘッド１１側に位置し、ワークトレー５３に付された距離算出用ライン５４をマーキングレーザー光の進行方向と異なる方向から撮像する。この際、カメラ２４は、距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄがレンズ２４ａによって撮像素子に結像されるように、たとえばレーザーマーキング装置１の筐体（図示しない）に固定される。撮像素子は、たとえば、照射された光を電気信号に変換する光電変換素子であり、Ｃ−ＭＯＳセンサまたはＣＣＤなどの２次元イメージセンサである。カメラ２４は、レーザーコントローラ１２から撮像命令を受けて、受けた撮像命令に従って、距離算出用ライン５４を撮像する。そして、カメラ２４は、撮像結果に基づき測定用画像を生成し、生成した測定用画像を含む画像情報をレーザーコントローラ１２へ出力する。カメラ２４は、本発明でいう「撮像部」の一具体例である。レンズ２４ａは、本発明でいう「第２の透過部材」の一具体例である。

＜レーザーコントローラ１２＞
図３は、本実施形態のレーザーコントローラの構成を示す図である。図３に示されるように、レーザーコントローラ１２は、測定部３１、制御部３２、取得部３３及び記憶部３４を含んで構成される。レーザーコントローラ１２は、３次元レーザーヘッド１１、カメラ２４及び支持機構５５を制御するレーザーマーキング装置１の制御装置である。

＜取得部３３＞
取得部３３は、マーキング対象物５１の外形データを含む外形情報を受け取る。本実施形態では、取得部３３は、たとえば、ＣＡＤ（Computer Aided Design）またはＣＧ（Computer Graphics）ソフトウェアなどのモデリング専用ソフトを用いて作成されたマーキング対象物５１の３次元データを含む外形情報をサーバなどから取得する。取得部３３は、取得した外形情報を制御部３２へ出力する。

＜記憶部３４＞
記憶部３４は、測定用画像における距離算出用ライン５４のサイズとワークトレー５３の位置との対応関係を含む対応情報を保持する。本実施形態では、記憶部３４は、不揮発性メモリまたはハードディスクドライブなどの記憶装置である。たとえば、ワークトレー５３がｚ軸＋側またはｚ軸−側へ移動すると、カメラ２４における距離算出用ライン５４の画角が変化する。詳細には、ワークトレー５３のｚ軸座標が変化すると、測定用画像における距離算出用ライン５４のサイズも変化する。記憶部３４は、測定用画像における距離算出用ライン５４の一端の画素と他端の画素との間の画素数すなわちピクセル数（以下、ライン長と称することがある。）と、ワークトレー５３のｚ軸座標と、の関係を表す関数を対応関係として含む対応情報を保持する。

具体的には、記憶部３４は、たとえば、関係Ｒａ、関係Ｒｂ、関係Ｒｃ及び関係Ｒａをそれぞれ表す関数Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ及びＦｄを対応関係として含む対応情報を保持する。ここで、関係Ｒａは、距離算出用ライン５４ａについてのライン長とワークトレー５３のｚ軸座標との関係である。関係Ｒｂは、距離算出用ライン５４ｂについてのライン長とワークトレー５３のｚ軸座標との関係である。関係Ｒｃは、距離算出用ライン５４ｃについてのライン長とワークトレー５３のｚ軸座標との関係である。関係Ｒｄは、距離算出用ライン５４ｄについてのライン長とワークトレー５３のｚ軸座標との関係Ｒｄである。対応情報は、たとえば、レーザーマーキング装置１の工場出荷時に作成される。

なお、対応情報が関数を含む構成について説明したが、対応情報は、複数の離散的なワークトレー５３のｚ軸座標の各々についての、ライン長とワークトレー５３のｚ軸座標との関係を表す数表を対応関係として含む構成であってもよい。

＜測定部３１＞
測定部３１は、測定用画像における距離算出用ライン５４に基づきワークトレー５３の位置を測定する。本実施形態では、測定部３１は、測定用画像に基づき距離算出用ライン５４のサイズを取得し、取得結果及び対応情報に基づきワークトレー５３の位置を測定する。本実施形態では、測定部３１は、制御部３２から測定命令を受けると、カメラ２４へ撮像命令を出力する。測定部３１は、撮像命令の応答として画像情報をカメラ２４から受けると、受けた画像情報に含まれる測定用画像を分析し、測定用画像における距離算出用ライン５４の一端の画素と他端の画素との間の画素数すなわちライン長を取得する。具体的には、測定部３１は、距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄについてのライン長Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ及びＬｄをそれぞれ取得する。

測定部３１は、記憶部３４から対応情報を取得し、対応情報に含まれる関数Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ及びＦｄにライン長Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ及びＬｄをそれぞれ入力することで、ワークトレー５３のｚ軸座標を４つ算出する。測定部３１は、たとえば、これら４つのｚ軸座標の平均値を算出する。測定部３１は、たとえば、３次元レーザーヘッド１１のｚ軸座標を保持しており、算出した平均値及び３次元レーザーヘッド１１のｚ軸座標から３次元レーザーヘッド１１とワークトレー５３の載置面５３ａとの間の距離Ｒ１を算出し、算出した距離Ｒ１を含む距離情報を制御部３２へ出力する。

＜制御部３２＞
制御部３２は、測定部３１の測定結果及び外形情報に基づき３次元レーザーヘッド１１を制御する。本実施形態では、制御部３２は、たとえば、微小なドット状のマーキングをマーキング対象物５１に対して間欠的に行う。これらのドット状のマーキングが集合して型式及びシリアル番号などのマーキングとなる。

具体的には、制御部３２は、測定命令を測定部３１へ出力し、測定命令の応答である距離情報を測定部３１から受ける。制御部３２は、受けた距離情報から距離Ｒ１を認識する。また、制御部３２は、取得部３３から外形情報を受けて、距離Ｒ１及び外形情報に基づき目標ドットの座標を算出する。この座標は、たとえば、３次元レーザーヘッド１１を原点とし、ｘ成分、ｙ成分及びｚ成分により表される座標である。

制御部３２は、算出した座標のｘ成分、ｙ成分及びｚ成分に基づき３次元レーザーヘッド１１と目標ドットとの間の距離Ｒ２を算出し、算出した距離Ｒ２に基づき３次元レーザーヘッド１１のｚ軸ガルバノ２２を制御する。また、制御部３２は、算出した座標のｘ成分及びｙ成分に基づき３次元レーザーヘッド１１のｘｙ軸ガルバノ２３を制御する。そして、制御部３２は、マーキングレーザー光をオンする。これにより、マーキングレーザー光が目標ドットに集光し、目標ドットがマーキングされる。制御部３２が他の目標ドットに対しても同様の処理を繰り返し行うことにより、型式及びシリアル番号などのマーキングがマーキング対象物５１に施される。

また、たとえば、マーキング対象物５１の目標ドットが３次元レーザーヘッド１１のｚ軸方向の焦点調整可能範囲の外に位置する場合、制御部３２は、支持機構５５を制御し、マーキング対象物５１の目標ドットが当該焦点調整可能範囲の中に位置するように支持機構５５をｚ軸方向に移動させる。そして、制御部３２は、３次元レーザーヘッド１１と移動後のワークトレー５３の載置面５３ａとの間の距離Ｒ１を測定部３１に算出させ、距離Ｒ１及び外形情報に基づき目標ドットの座標を算出する。制御部３２は、算出した座標のｘ成分、ｙ成分及びｚ成分に基づき３次元レーザーヘッド１１を制御する。

＜２．変形例＞
次に、本発明の実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、実施形態との相違点について説明し、実施形態と共通な部分については説明を省略する。実施形態の変形例は、実施形態と比較して、３次元レーザーヘッド１１におけるレンズ２２ａの汚れを検知する機能を有する点が異なっている。

＜レーザーマーキング装置２の構成例＞
図４は、実施形態の変形例のレーザーマーキング装置の構成を示す図である。図４に示されるように、実施形態の変形例のレーザーマーキング装置２は、実施形態のレーザーマーキング装置１（図１参照）と比較して、レーザーコントローラ１２及びワークトレー５３の代わりに、レーザーコントローラ１３及びワークトレー５７を含んで構成される。

＜３次元レーザーヘッド１１のレンズ２２ａ＞
たとえば、マーキング対象物５１にマーキングを行う際、マーキング対象物５１から煙または蒸気などが発生し、３次元レーザーヘッド１１のｚ軸ガルバノ２２におけるレンズ２２ａに汚れが付着する。レンズ２２ａに汚れが付着すると、マーキングレーザー光がマーキング対象物５１に良好に集光されず、マーキング対象物５１におけるマーキングが不鮮明になることがあり、好ましくない。また、ｚ軸ガルバノ２２におけるレンズ２２ａに汚れが付着する際、カメラ２４のレンズ２４ａにも同様の汚れが付着する可能性が高い。したがって、カメラ２４のレンズ２４ａの汚れに基づきｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａ汚れを検知することが可能となる。

＜ワークトレー５７＞
ワークトレー５７は、３次元レーザーヘッド１１におけるレンズ２２ａの汚れを検知するための汚れ検知用パターン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄがさらに付される。本実施形態では、汚れ検知用パターン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、略矩形であり、ワークトレー５７の枠５３ｂの四隅にそれぞれ刻印される。以下、汚れ検知用パターン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの各々を、汚れ検知用パターン５６と称することがある。なお、汚れ検知用パターン５６は、矩形以外の形状を有してもよい。また、汚れ検知用パターン５６は、印刷または貼付などによってワークトレー５７に付されてもよい。汚れ検知用パターン５６は、本発明でいう「第２の指標」の一具体例である。

＜カメラ２４＞
カメラ２４は、レーザーコントローラ１３から撮像命令を受けて、受けた撮像命令に従って、レンズ２４ａを介して距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄならびに汚れ検知用パターン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄを撮像する。そして、カメラ２４は、撮像結果に基づき測定用画像を生成し、生成した測定用画像を含む画像情報をレーザーコントローラ１３へ出力する。

＜レーザーコントローラ１３＞
図５は、実施形態の変形例のレーザーコントローラの構成を示す図である。図５に示されるように、レーザーコントローラ１３は、測定部３１、制御部３２、取得部３３、記憶部３４、検知部３５及び報知部３６を含んで構成される。

＜検知部３５＞
検知部３５は、測定用画像に基づきｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａの汚れを検知する。具体的には、検知部３５は、測定用画像における汚れ検知用パターン５６の明るさに基づき汚れを検知する。

本実施形態では、検知部３５は、測定用画像を分析し、測定用画像における汚れ検知用パターン５６の輝度を取得する。検知部３５は、取得した輝度が所定のしきい値Ｔｈ１以下である場合、カメラ２４のレンズ２４ａが汚れていると判断する。所定のしきい値Ｔｈ１は、たとえば、工場出荷時に設定される。この際、検知部３５は、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａもカメラ２４のレンズ２４ａと同様に汚れていると推定し、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていると判断する。一方、検知部３５は、取得した輝度が所定のしきい値Ｔｈ１より大きい場合、カメラ２４のレンズ２４ａが汚れていないと判断する。この際、検知部３５は、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａもカメラ２４のレンズ２４ａと同様に汚れていないと推定し、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていないと判断する。

＜動作例＞
次に、実施形態の変形例のレーザーマーキング装置における汚れレンズ検知処理について、図６を参照しながら説明する。図６は、実施形態の変形例におけるレーザーマーキング装置におけるレンズ汚れ検知処理を示すフローチャートである。

＜Ｓ１００＞
図４〜図６に示されるように、たとえば、ユーザは、マーキング対象物５１をワークトレー５７における所定の位置に配置し、レーザーマーキング装置２を動作させる。レーザーマーキング装置２が動作を開始すると、制御部３２は、測定命令を測定部３１へ出力する（Ｓ１００）。

＜Ｓ１０２＞
次に、測定部３１は、制御部３２から測定命令を受けると、カメラ２４へ撮像命令を出力する。カメラ２４は、測定部３１から撮像命令を受けると、レンズ２４ａを介して距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄならびに汚れ検知用パターン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄを撮像する。そして、カメラ２４は、撮像結果に基づき測定用画像を生成し、生成した測定用画像を含む画像情報を測定部３１へ出力する（Ｓ１０２）。

＜Ｓ１０４＞
次に、測定部３１は、画像情報をカメラ２４から受けると、受けた画像情報に含まれる測定用画像を分析するとともに、画像情報を検知部３５へ出力する。検知部３５は、測定部３１から測定用画像を受けると、測定用画像を分析し、測定用画像における汚れ検知用パターン５６の輝度を取得する（Ｓ１０４）。

＜Ｓ１０６＞
次に、検知部３５は、取得した輝度が所定のしきい値Ｔｈ１以下であるか否かを確認する（Ｓ１０６）。

＜Ｓ１０８＞
次に、検知部３５は、取得した輝度が所定のしきい値Ｔｈ１以下である場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていると判断し、判断結果を含む判断情報を報知部３６及び制御部３２へ出力する（Ｓ１０８）。

＜Ｓ１１０＞
次に、報知部３６は、検知部３５から判断情報を受けると、受けた判断情報からｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていることを認識し、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａのクリーニング時期であることをユーザへ報知する。具体的には、報知部３６は、たとえば、ディスプレイでの表示または報知用のランプの点灯などにより、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａのクリーニング時期であることをユーザに報知する。また、制御部３２は、検知部３５から判断情報を受けると、受けた判断情報からｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていることを認識し、３次元レーザーヘッド１１に対する制御を行わずに測定命令を測定部３１へ出力する（Ｓ１１０）。

＜Ｓ１０２＞
次に、測定部３１は、制御部３２から測定命令を受けると、カメラ２４へ撮像命令を出力する。カメラ２４は、測定部３１から撮像命令を受けると、レンズ２４ａを介して距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄならびに汚れ検知用パターン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄを撮像する。そして、カメラ２４は、撮像結果に基づき測定用画像を生成し、生成した測定用画像を含む画像情報を測定部３１へ出力する（Ｓ１０２）。

＜Ｓ１１２＞
一方、検知部３５は、取得した輝度が所定のしきい値Ｔｈ１より大きい場合（Ｓ１０６でＮＯ）、ｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていないと判断し、判断結果を含む判断情報を報知部３６及び制御部３２へ出力する（Ｓ１１２）。

＜Ｓ１１４＞
次に、報知部３６は、検知部３５から判断情報を受けると、受けた判断情報からｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていないことを認識し、ユーザへの報知を停止する。また、制御部３２は、検知部３５から判断情報を受けると、受けた判断情報からｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａが汚れていないことを認識し、３次元レーザーヘッド１１を制御してマーキング対象物５１に対するマーキング処理を行う（Ｓ１１４）。

＜Ｓ１１６＞
次に、制御部３２によって３次元レーザーヘッド１１の制御が完了すると、レーザーマーキング装置２におけるレンズ汚れ検知処理が終了する（Ｓ１１６）。

＜３．本実施形態の特徴＞
上記構成のレーザーマーキング装置によれば、測定用画像に写りこんだ距離算出用ライン５４に基づきワークトレー５３の位置を測定する構成とすることで、位置測定のレーザーダイオードを３次元レーザーヘッド１１のレーザー光源２１とは別に設置することなくワークトレー５３の位置を測定することができる。これにより、たとえばマーキング対象物５１のサイズについての外形情報などに基づきマーキング対象物５１の位置を取得することができる。したがって、距離算出用ライン５４をワークトレー５３に付す簡易な構成で、マーキング対象物５１の位置を測定することができる。

また、上記構成のレーザーマーキング装置では、距離算出用ライン５４が、略直線形状を有するため、測定用画像に写りこんだ距離算出用ライン５４が占める画素数を小さくしながら、直線形状の距離算出用ライン５４の一端の画素と他端の画素との間の画素数を大きくすることができるので、ワークトレー５３の位置を高精度に効率よく測定することができる。また、簡易な形状であるため、ワークトレー５３において距離算出用ライン５４を付すスペースを容易に確保することができる。

また、上記構成のレーザーマーキング装置では、距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄが、マーキング対象物５１を囲むようにワークトレー５３に付されるため、たとえばワークトレー５３が移動した場合においても、距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄのうちのいずれかがカメラ２４の視野に含まれる可能性を高めることができる。これにより、ワークトレー５３の位置測定が成功する可能性を高めることができる。

また、上記構成のレーザーマーキング装置では、取得部３３が、マーキング対象物５１の外形データを含む外形情報を受け取り、制御部３２が、外形情報及び測定部３１の測定結果に基づき３次元レーザーヘッド１１を制御する。これにより、マーキング対象物５１が湾曲していたり、マーキング対象物５１が凹凸を有していたりする場合においても、ワークトレー５３の位置及び外形情報に基づき、マーキング対象物５１の外形の位置を正確に取得することができる。これにより、マーキング対象物５１の外形の位置を直接測定する複雑な構成を用いることなく、マーキング対象物５１に対して良好なマーキングを行うことができる。

また、上記構成のレーザーマーキング装置では、記憶部３４が、測定用画像における距離算出用ライン５４のサイズとワークトレー５３の位置との対応関係を含む対応情報を保持する。そして、測定部３１が、測定用画像に基づき当該サイズを取得し、取得結果及び対応情報に基づきワークトレー５３の位置を測定する。これにより、測定用画像における距離算出用ライン５４のサイズからワークトレー５３の位置を算出するための関数Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ及びＦｄを対応関係として用意しておくことで、取得した距離算出用ライン５４のサイズからワークトレー５３の位置を精度よく迅速に算出することができる。

また、上記構成のレーザーマーキング装置では、測定部３１が、測定用画像に基づき３次元レーザーヘッド１１と測定部３１との間の距離Ｒ１をワークトレー５３の位置として測定する。これにより、マーキングレーザー光の焦点をマーキング対象物５１に合わせるために有用な距離Ｒ１を測定し、マーキングレーザー光の焦点をマーキング対象物５１に良好に合わせることができる。

従来構成のレーザーマーキング装置では、たとえば、マーキングレーザー光を透過するレンズ２２ａを定期的に洗浄する場合、レンズ２２ａの洗浄タイミングが遅れてしまったり、早くなりすぎたりすることがある。レンズ２２ａの洗浄タイミングが遅れると、レンズ２２ａが汚れたままマーキングが行われ、マーキング対象物５１におけるマーキングが不鮮明になることがある。また、レンズ２２ａの洗浄タイミングが早すぎると、洗浄工程の頻度が過剰となることがある。上記の変形例のレーザーマーキング装置では、３次元レーザーヘッド１１が、レンズ２２ａを有し、カメラ２４が、レンズ２４ａを介して撮像し、撮像結果に基づき測定用画像を生成する。そして、検知部３５が、測定用画像に基づきレンズ２２ａの汚れを検知する。レンズ２２ａ及びレンズ２４ａには同様の汚れが付着することとなるので、このように、レンズ２４ａを介して撮像する構成により、生成された測定用画像に基づきレンズ２４ａの汚れを検知することで、間接的にレンズ２２ａの汚れを検知することができる。これにより、レンズ２２ａの汚れ具合をリアルタイムで簡易に検知することができるので、マーキング対象物５１に良好なマーキングを行いつつ、洗浄工程の頻度が過剰となることを抑制することができる。

また、上記の変形例のレーザーマーキング装置では、ワークトレー５７には、汚れ検知用パターン５６がさらに付され、カメラ２４が、距離算出用ライン５４及び汚れ検知用パターン５６を撮像し、撮像結果に基づき、距離算出用ライン５４及び汚れ検知用パターン５６を含む測定用画像を生成する。そして、検知部３５が、測定用画像における汚れ検知用パターン５６の明るさに基づきレンズ２２ａの汚れを検知する。これにより、測定用画像における汚れ検知用パターン５６の明るさが、レンズ２２ａの汚れ度合いと同等の汚れ度合いになるレンズ２４ａの汚れ度合いに応じて減ずるので、レンズ２２ａの汚れを正しく検知することができる。

＜４．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

本実施形態のレーザーマーキング装置では、距離算出用ライン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄがワークトレー５３に付される構成について説明したが、３つ以下または５つ以上の距離算出用ライン５４がワークトレー５３に付される構成であってもよい。

また、本実施形態のレーザーマーキング装置では、距離算出用ライン５４すなわち第１の指標が、略直線形状を有する構成について説明したが、第１の指標は、他の形状を有する構成であってもよい。たとえば、第１の指標が、離れて位置する２つのドットである場合、測定用画像における、一方のドットに含まれる画素と他方のドットに含まれる画素との間の画素数に基づき、ワークトレー５３の位置を測定することが可能である。

また、実施形態の変形例のレーザーマーキング装置では、検知部３５が、測定用画像における汚れ検知用パターン５６に基づきレンズ２２ａの汚れを検知する構成について説明したが、検知部３５は、測定用画像における他の物体に基づきレンズ２２ａの汚れを検知する構成であってもよい。具体的には、検知部３５は、測定用画像におけるワークトレー５３の所定部分、たとえば枠５３ｂの一部の明るさに基づきレンズ２２ａの汚れを検知する構成であってもよい。

また、実施形態の変形例のレーザーマーキング装置では、３次元レーザーヘッド１１におけるｚ軸ガルバノ２２のレンズ２２ａの汚れを検知する構成について説明したが、汚れの検知対象が、他の透過部材である構成であってもよい。具体的には、たとえば、内部を汚染から保護するための保護ガラスが３次元レーザーヘッド１１に設けられ、マーキングレーザー光が保護ガラスを透過してマーキング対象物５１に照射される場合、検知部３５は、測定用画像に基づき当該保護ガラスの汚れを検知することが可能である。

本発明のレーザーマーキング装置は、たとえば、表面に凹凸がある対象物のマーキングに好適に適用される。

１、２…レーザーマーキング装置
１１…３次元レーザーヘッド
１２、１３…レーザーコントローラ
２１…レーザー光源
２２…ｚ軸ガルバノ
２２ａ…レンズ
２３…ｘｙ軸ガルバノ
２４…カメラ
２４ａ…レンズ
３１…測定部
３２…制御部
３３…取得部
３４…記憶部
３５…検知部
３６…報知部
５１…マーキング対象物
５２…光路
５３…ワークトレー
５３ａ…載置面
５３ｂ…枠
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ…距離算出用ライン
５５…支持機構
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ…汚れ検知用パターン
５７…ワークトレー

Claims (8)

1. 対象物が載置され、第１の指標が付された載置部と、
   前記第１の指標を撮像し、撮像結果に基づき、前記第１の指標を含む画像を取得する撮像部と、
   前記画像における前記第１の指標に基づき前記載置部の位置を測定する測定部と、
   マーキングレーザー光によって前記対象物にレーザーマーキングを行うマーキング部と、
   前記測定部の測定結果に基づき前記マーキング部を制御する制御部と、を備える、
   レーザーマーキング装置。
2. 前記第１の指標は、略直線形状を有する、
   請求項１に記載のレーザーマーキング装置。
3. 複数の前記第１の指標が、前記対象物を囲むように前記載置部に付される、
   請求項２に記載のレーザーマーキング装置。
4. 前記対象物の外形データを含む外形情報を受け取る取得部をさらに備え、
   前記制御部は、前記外形情報及び前記測定結果に基づき前記マーキング部を制御する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザーマーキング装置。
5. 前記画像における前記第１の指標のサイズと前記位置との対応関係を含む対応情報を保持する記憶部をさらに備え、
   前記測定部は、前記画像に基づき前記サイズを取得し、取得結果及び前記対応情報に基づき前記位置を測定する、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザーマーキング装置。
6. 前記測定部は、前記画像に基づき前記マーキング部と前記載置部との間の距離を前記位置として測定する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザーマーキング装置。
7. 前記マーキング部は、前記マーキングレーザー光を透過する第１の透過部材を有し、
   前記撮像部は、第２の透過部材を有し、前記第２の透過部材を介して撮像し、撮像結果に基づき前記画像を生成し、
   前記画像に基づき前記第１の透過部材の汚れを検知する検知部をさらに備える、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザーマーキング装置。
8. 前記載置部には、第２の指標がさらに付され、
   前記撮像部は、前記第１の指標及び前記第２の指標を撮像し、撮像結果に基づき、前記第１の指標及び前記第２の指標を含む前記画像を生成し、
   前記検知部は、前記画像における前記第２の指標の明るさに基づき前記汚れを検知する、
   請求項７に記載のレーザーマーキング装置。

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