JP2708184B2

JP2708184B2 - レーザ加工機械

Info

Publication number: JP2708184B2
Application number: JP63192087A
Authority: JP
Inventors: 貴行青木; 嘉明丹羽
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1988-08-02
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH0241789A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、画像処理装置を備えたレーザ加工機械の
改良に関する。

（従来の技術）従来、画像処理装置を備え、複合加工精度を向上させ
るレーザ加工機械において、ワークの下に光源を設置
し、ワークの上方に設けられたカメラでマークを透過し
た光を撮像する透過光源方式を用いる場合、ワークの形
状等の影響を受けずコントラストの高いマーク画像を撮
像できる。

しかし、レーザ加工機械の機構上、ワークの下部に光
源を設置できない場合、ワークの上方に光源を設置し、
ワーク表面に光を当て、この反射光をカメラで捕える反
射光源方式が用いられている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、前述した反射光源方式では、ワークの表面
反射光と、マークの表面反射光（穴の場合、穴を通過し
背景面の反射光）とのコントラストによりマークを撮像
する。この場合、ワークの材質の違いや錆，油等による
ワーク表面状態の変動によって反射率が異なり、カメラ
への入射光量が大きく変わる。このため、ワーク表面状
態の変動条件に従って、レンズ絞り等の調整をいちいち
行わなければならないという問題があった。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、板状の
ワークを支持するワークテーブルと、上記ワークテーブ
ルの上方位置に配置され、前記ワーク上面のマークを撮
像するカメラと、を備えてなるレーザ加工機械におい
て、上記カメラは、前記ワーク上面からの反射光を集光
する光学レンズと、この光学レンズを透過して入射した
入射光量に応じて電圧を発生する視覚センサと、この視
覚センサによって発生した電圧をビデオ信号に変換する
ビデオ信号発生回路と、上記ビデオ信号発生回路から出
力されたビデオ信号の平均的なビデオ信号レベルとレベ
ル設定器で設定された基準レベルとを比較する比較回路
と、上記比較回路の比較結果に基いて、前記光学レンズ
と視覚センサとの間に配置した絞り板の開口部の面積を
調節するためのアクチュエータを制御するアクチュエー
タ制御回路と、を備えてなるものである。

（実施例）以下、この発明の実施例を補正方式に関する実施例
（第３図〜第12図）と、光量補正手段の実施例（第１図
〜第２図）と、レーザ加工機械への応用例（第13図）と
に分けて説明する。

第３図および第４図はこの発明の一実施例を示すもの
であり、レーザ加工機械１に対してワーク形状認識装置
３が設置されている。

レーザ加工機械１は例えばNCタレットパンチプレスと
共に設置され、鈑金複合ラインを構成するものである。

ワーク形状認識装置３は、レーザ加工機械１に設置さ
れた撮像装置としてのカメラ５、画像処理装置７、画像
再生ターミナル９を備えており、また画像処理装置７は
レーザ加工機械１のコントローラ11と繋れている。

前記カメラ５には、自動光量調整手段13、およびラン
プ15が付属されている。またレーザ加工機械１のワーク
テーブル17には画像取込穴19が設けられたワークＷがク
ランプされる。ランプ15からの光がこの画像取込穴19周
辺のワークＷを照射し、この反射光がカメラ５に達する
ように設定されている。

上記構成のワーク形状認識装置３の動作を次に説明す
る。

第５図に示すように、レーザ加工機械１のワークテー
ブル17に対してワークＷが同図（ａ）に示すように正規
の位置に対してずれた状態で設置された場合、回転角度
θについては同図（ｂ）に示す修正が必要であり、Ｘ
軸,Y軸方向の修正については同図（ｃ），（ｄ）に示す
修正が必要となる。

このθ,X,Yに関する修正値の算出は第６図乃至第８図
に示す手順による。レーザ加工機械１のワークテーブル
17上に設置されたワークＷには予めテーブル設置用基準
加工穴A₁，A₂の２個が設けられており、その一方の基準
加工穴A₁がカメラ５の真下に位置するようにワークテー
ブル17が移動し、位置決めされる。（ステップ21,22）
この後コントローラ11はテーブル設置用基準穴A₁の画像
取込み指令を発する。（ステップ23）この画像取込み指令を通して、画像処理装置７はラン
プ15をオンとし、自動光量調整手段13を介して基準穴A₁
の画像をカメラ５によって取込む。画像取込みが終る
と、ランプ15をオフとし、続いて重心座標（x₁′，
y₁′）の算出がなされ、その計算後に基準穴A₁画像取込
み完了信号がコントローラ11に対して発せられる。（ス
テップ24-26）続いてワークテーブル17はテーブル設置用基準加工穴
A₂がカメラ５の真下にくるように移動し、その位置決め
完了後に基準穴A₂の画像取込み指令が画像処理装置７に
対して発せられる。（ステップ27-29）画像処理装置７の側で、上記の画像取込み指令に応答
してランプ15をオンとし、自動光量調整手段13を介し
て、基準穴A₂の画像取込みが開始される。この画像取込
みが完了した後、ランプ15はオフとされ、続いて加算基
準穴A₂の重心座標（x₂′y₂′）の算出が行われる。そし
てこの加工基準穴A₂の重心座標の計算が完了した後、基
準穴A₂画像取込み完了信号がコントローラ11に対して発
せられる。（ステップ30-32）続いて画像処理装置７においては、上記処理によって
得られた実際のワークＷの加工基準穴A₁，A₂の重心座標
（x₁′，y₂′）、（x₂′，y₂′）を、予め学習モードの
際に記憶装置に格納されている正規の重心座標（x₁，
y₁）、（x₂，y₂）と比較し、修正値Δθ，ΔX,ΔＹを算
出する。（ステップ33）この修正値の計算は次による。

こうして得られた修正値Δθ，ΔX,ΔＹについては、
レーザ加工機械１のコントローラ11にフイードバックが
なされる。コントローラ11はこの修正値データを受け
て、レーザ加工機械のワークテーブル17の位置決めに際
し補正を与えることができる。

なお、上記実施例ではこのコントローラ11に対し修正
値をオンラインで送信するようにしたが、画像再生ター
ミナル９に対して画像処理装置７から修正値Δθ，ΔX,
ΔＹを出力表示させ、オペレータがその表示データを見
てコントローラ11に修正値をインプットすることも可能
である。

このようにして、鈑金複合ラインにおいて、レーザ加
工機械１に自動的に送られてくるワークＷの設置位置が
正規の状態からずれた場合、ワーク形状認識装置３によ
りその実際のワークＷの設置位置の位置ずれを検出し、
補正値としてレーザ加工機械１のコントローラ11に与え
ることができ、レーザ加工に際してはその修正値に基づ
いてワークＷの加工位置を補正し、正確なレーザ加工を
実施する。

なおワークＷの上記加工基準穴A₁，A₂を利用し、或は
加工判定用基準穴を別途にワークＷに形成しておき、そ
の加工基準穴の形状をカメラ５によって取込み、学習モ
ード時記憶手段に記憶されている正規の加工判定用基準
穴の面積と比較し、製品の加工良／加工不良を判定する
ことも行われる。この加工形状の判定手順を第９図及び
第10図に基づいて説明する。

学習モード時に加工判定用基準穴の正規の面積Ｓが予
め記憶されている。

ワークＷのレーザ加工が完了した時点で、ワークＷの
上に形成された加工判定用基準穴Ｓ′をカメラ５の真下
に位置決めし、加工判定用基準穴の画像取込み指令をワ
ーク形状認識装置３に対して発する。（ステップ41,4
2）画像出力装置７においては、ランプ15をオンとし、自
動光量調整手段13を介して、カメラ５によって加工判定
用基準穴Ｓ′の画像取込みを行う。この画像取込みが完
了した後、ランプ15をオフとする。（ステップ43）この後、加工判定用基準穴Ｓ′の面積が算出され、学
習モード時に記憶された正規の加工判定用基準穴の面積
Ｓとの比較がなされる。（ステップ44,45）ここで（Ｓ−Ｓ′）が許容誤差範囲を越えているなら
ば、加工製品に不良が出ているものとし、アラームを発
し、オペレータに知らせる。

このようにしてワークＷ上に形成した加工判定用基準
穴の画像を採取し、その面積を計算することにより、正
規の面積に対し実際の加工基準穴の面積がある許容範囲
内にあるかどうかによって、製品の良／不良を判定する
ことができるのである。

なお、上記実施例ではレーザ加工機械１に対してカメ
ラ５を固定し、ワークテーブル17が移動する場合につい
て述べたが、ワークＷに対してカメラ５が所望の位置に
移動できるように構成することも可能であり、さらに
は、両者が同時に移動し、位置決めするものについも適
用できるこれらの反応例についは第13図で詳述する。

以上の実施例ではワークＷの加工基準面の正規の形状
データと実際の形状データとを比較して修正値を演算す
るものであるため、その修正値を用いてワークＷの加工
基準面の位置ずれを補正しながらワークＷへの加工が行
えるものであり、ワークの設置に位置ずれが生じた場合
でも正確な加工を実現するために活用できる利点があ
る。

次に、自動光量調整手段13の機構を第１図を基にして
説明する。この自動光量調整手段13の一例として自動絞
りレンズについて説明する。

第１図において、自動光量調整手段13は、主に、光学
レンズ47,絞り板49、この絞り板49を動かし開口部51の
面積を調整するアクチュエータ53およびアクチュエータ
制御回路55,レベル設定器57,積分回路59,比較回路61と
で構成されている。

光学レンズ47は任意の倍率を得るために１枚で複数枚
でも構わない。

絞り板49はこの絞り板49を動かすと、光軸63を中心と
した開口部51の面積が変化するものであり、この面積に
よって光学レンズ47を通る光量が変化する。例えば面積
が狭ければ通過光量が減少する。

アクチュエータ53によって絞り板49を動かし開口部51
の面積を変化させることができる。

上記構成により、ランプ15から照射された光は、ワー
クＷに反射し、光学レンズ47,絞り板49によって設定さ
れた開口部15を通して、カメラ５内に設けられた視覚セ
ンサ65にて入射光量に応じた電圧を発生させ、ビデオ信
号発生回路67にてビデオ信号に変換し出力する。

自動光量調整手段13において、ビデオ信号を入力し、
積分回路59にて平均的なビデオ信号レベルに変換し、レ
ベル設定器57で設定された基準レベルと比較し、基準レ
ベル以上であれば、第２図（Ｂ）に示したように、開口
部51が狭くなるように、絞り板49をアクチュエータ53で
動かす指令を出す。基準レベル以下であれば、第２図
（Ｃ）に示したように、開口部51が広がるように指令を
出す。なお、レベル設定器57の設定は、予めマーカの画
像をコントラストよく撮像できる状態にしておく。

以下、第11図〜第13図を参照して、各種応用例を説明
する。

まず、第11図及び第12図は、補正の応用例を示すもの
である。

第11図に示すように、ワークＷにタレットパンチプレ
ス等でパンチ孔PHが複数製品M1〜M6についてそれぞれ形
成されて後、破線部分LHをレーザ加工する場合を考え
る。

この場合、予め作成されたNC加工データを用いて、パ
ンチ孔PHを形成し、次いで、レーザ孔LHを形成したなら
ば、両者の孔PH,LHとの間に大きなずれが生じる恐れが
ある。

ここに、レーザ孔LHの形成に際し、予め、パンチ孔を
第３図に示したカメラ５で撮像し、第２図〜第10図に示
した方式でレーザ加工に際して所定の補正を行ったな
ら、各製品M1〜M6について、パンチ孔PHとレーザ孔LHと
の整合が図れるというものである。

特に、プレス加工及びレーザ加工を合せて行うことが
できるような複合加工機械にあっては、その効果は顕著
なものとなる。

即ち、第12図には、このような複合加工機械について
の処理方式が示してある。

ステップ69では、プレスによって単位製品Miのパンチ
孔PHが作成され、ステップ70で、カメラ５によってパン
チ孔PHの撮像が行われる。

次いで、ステップ71で、レーザ加工形状（LH）につい
てレーザ加工用NCデータの補正が行われるのである。こ
こに、レーザ加工に際しては、予め作成されたデータを
補正するのではなく、形成されたパンチ孔PH位置に基い
て、新たにNCデータが形成されても良いものである。

ステップ72では、単位製品Miのレーザ加工が実施さ
れ、次いで、ステップ69で次の製品についての加工が行
われる。

第11図及び第12図に示す例によれば、ワークＷのつか
み変え等による相対的誤差の発生を撲滅させることがで
きる。

なお、カメラ５により捉えられるパンチ孔PHの数は、
本例に示すように複数である必要は必ずしもなく、製品
形状としてのレーザ孔PHとパンチ孔PHとの間の相対的関
係を適正にすることができるものなら、１個の円，点，
角等の形状であっても差し支えないものである。

又、前加工としてのパンチ孔PHは必ずしもパンチ孔で
ある必要はなく、後のレーザ加工LHを行うための基準と
なるマークなら、カメラ５で撮像できることを条件とし
て何でも良い。

次に、画像処理装置を機械に応用するに際しては、１
つに、相対的移動方式の考慮が必要である。

即ち、レーザ加工機械１はワークＷとレーザ加工ヘッ
ドとの間の相対的運動により行われるものであり、この
方式以下によってはカメラ５の内部構造、カメラ５の取
付構造、補正方式等、それぞれ異なるというものであ
る。

そこで、相対的移動方式を分類すると、大きく分けて
次の３種となる。

（Ｉ）レーザ加工ヘッドは固定で、ワークＷがXY平面
で移動する方式。

（II）（Ｉ）とは逆に、ワークＷが固定で、レーザ加
工ヘッドがXY平面上を移動する方式。

（III）レーザ加工ヘッド及びワークＷがそれぞれ直
交方向に独立して移動する方式。

以下、これらの移動方式別に、複合機械の適用等交え
た実施例を説明する。

第13図に示したレーザ加工機械73は、第４図で示した
レーザ加工機械と同様に加工ヘッド（図示せず）を固定
し、ワークＷを載置するテーブル75がXY平面内で移動す
るタイプのものである。ただし、本例に示したレーザ加
工機械73では、テーブル75は、その下方に位置する移動
床TX,TYによって支承されており、ワークＷの下面は、
全移動領域において、その下面に少なくとも１つの床面
TX又はTYを有するごとき態様となる。

このようなレーザ加工機械73においては、ワークＷの
下面に第４図に示したようなランプ15を備えるのは困難
である。

よって、本例では、加工ヘッドを支持することになる
門型フレーム77にカメラ79を備えることとし、このカメ
ラ79は光反射型のものを採用した。なお、図において参
照符号LBはレーザビームを、参照符号81は基台を、参照
符号83、85は反射鏡及び集光レンズを示すものである。

カメラ79の門型フレーム77での取付位置は、加工ヘッ
ド側面又はこのヘッドに近接した位置とするのが良い。
というのは、一般に、このようなタイプのレーザ加工機
械73では、移動床TX,TYの移動により、ワークＷの各位
置を加工ヘッドと対応させることが可能となっている関
係上、加工ヘッドに近接した位置なら、ワークＷの全上
面の所定位置を撮像することが可能だからである。

なお、装置の都合上、カメラ79を加工ヘッドと近接し
た位置に設けられない場合には、カメラ79を門型フレー
ム77ないし、これと並設されるフレーム上で少なくとも
XY方向に移動可能に取付けることが望まれる。

カメラ79の撮像信号は、第２図に示したように画像処
理装置７に取込まれ、第５図に示したような姿勢、位置
に関する補正が行われると共に、又、第11図及び第12図
に示したような製品毎の補正が行われ得るものである。

なお、この発明は前述したごとき実施例に限定される
ことなく、適宜の変更を行うことにより、その他の態様
で実施し得るものである。

［発明の効果］以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに本発明は、板状のワークを支持するワークテーブ
ルと、上記ワークテーブルの上方位置に配置され、前記
ワーク上面のマークを撮像するカメラと、を備えてなる
レーザ加工機械において、上記カメラは、前記ワーク上
面からの反射光を集光する光学レンズ（47）と、この光
学レンズ（47）を透過して入射した入射光量に応じて電
圧を発生する視覚センサ（65）と、この視覚センサ（6
5）によって発生した電圧をビデオ信号に変換するビデ
オ信号発生回路（67）と、上記ビデオ信号発生回路（6
7）から出力されたビデオ信号の平均的なビデオ信号レ
ベルとレベル設定器（57）で設定された基準レベルとを
比較する比較回路（61）と、上記比較回路（61）の比較
結果に基いて、前記光学レンズ（47）と視覚センサ（6
5）との間に配置した絞り板（49）の開口部（51）の面
積を調節するためのアクチュエータ（53）を制御するア
クチュエータ制御回路（55）と、を備えてなるものであ
る。

上記構成より明らかなように、本発明においては、レ
ーザ加工すべき板状のワークの上面のマークを撮像する
カメラには、視覚センサ65に入射された入射光量に応じ
たビデオ信号の平均的なビデオ信号レベルとレベル設定
器57で設定された基準レベルとを比較回路61において比
較し、光学レンズ47と視覚センサ65との間に配置した絞
り板49の開口部51の面積を調節するためのアクチュエー
タ53を、前記比較回路61の比較結果に基きアクチュエー
タ制御回路55によって制御する構成できるから、ワーク
の材質や油等によるワーク表面状態によって反射率が異
なる場合であっても、ビデオ信号レベルがレベル設定器
57に設定された基準レベルと常にほぼ等しくなるように
絞り板49の開口部51の面積が自動的に調節されるので、
ワーク上面とマークとのコントラストを常に良好に保持
してマークの撮像を行うことができるものである。

したがって、マークを撮像してワークの位置補正等を
行う場合、マークを精度良く撮像でき、その中心位置等
を求めての位置補正を正確に行うことができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の主要部を示し、自動光量調整手段を
備えた撮像装置の正面断面図、第２図の（Ａ）〜（Ｃ）
は自動光量調整手段で光量を補正する説明図、第３図は
この発明の一実施例のシステム構成図、第４図は上記実
施例のカメラ設置状態を示す斜視図、第５図は上記実施
例の修正値算出方法を示す模式図、第６図は上記実施例
の動作説明図、第７図は上記実施例の動作説明図、第８
図は上記実施例の動作を示すフローチャート、第９図は
上記実施例の他の動作を示す動作説明図、第10図は上記
実施例の他の動作のフローチャートである。第11図はワークの加工状況を示す平面図、第12図は加工
方式を示すフローチャート、第13図はワーク移動型のレ
ーザ加工機械の一例を示す斜視図である。１……レーザ加工機械５……カメラ（撮像装置）７……画像処理装置 13……自動光量調整手段 15……ランプ 17……ワークテーブル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】板状のワークを支持するワークテーブル
と、上記ワークテーブルの上方位置に配置され、前記ワ
ーク上面のマークを撮像するカメラと、を備えてなるレ
ーザ加工機械において、上記カメラは、前記ワーク上面
からの反射光を集光する光学レンズ（47）と、この光学
レンズ（47）を透過して入射した入射光量に応じて電圧
を発生する視覚センサ（65）と、この視覚センサ（65）
によって発生した電圧をビデオ信号に変換するビデオ信
号発生回路（67）と、上記ビデオ信号発生回路（67）か
ら出力されたビデオ信号の平均的なビデオ信号レベルと
レベル設定器（57）で設定された基準レベルとを比較す
る比較回路（61）と、上記比較回路（61）の比較結果に
基いて、前記光学レンズ（47）と視覚センサ（65）との
間に配置した絞り板（49）の開口部（51）の面積を調節
するためのアクチュエータ（53）を制御するアクチュエ
ータ制御回路（55）と、を備えてなることを特徴とする
レーザ加工機械。