JP5116379B2

JP5116379B2 - レーザ加工装置並びにその設定方法及び設定プログラム

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Publication number: JP5116379B2
Application number: JP2007173914A
Authority: JP
Inventors: 英樹山川
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: JP2009012014A

Description

本発明は、レーザ加工装置並びにその設定方法及び設定プログラムに係り、さらに詳しくは、対象物に対してレーザ光を走査することにより印字や剥離等の表面加工を行うレーザ加工装置並びにその設定方法及び設定プログラムに関する。

対象物の表面に向けてレーザ光を照射し、その表面に対して水平方向にレーザ光を走査させることにより表面加工を行うレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１）。この種のレーザ加工装置では、照射するレーザ光を集光させてエネルギー密度の高い焦点位置を対象物の表面上に合わせることにより、当該表面に対する印字や剥離等の加工を行うことができる。

上記特許文献１に開示されているレーザ加工装置には、カメラが備えられており、対象物の表面画像をカメラで撮影し、モニタに表示することができるようになっている。そして、カメラにより撮影される表面画像の基準位置と、当該表面画像における基準光源からの基準光の位置とのずれ量に基づいて、レーザ光の位置を補正することができるようになっている。
特開平１−１６２５９１号公報

レーザ加工装置により対象物に対する加工を行う方法として、設定装置を用いて加工態様を予め設定することにより、加工の長さ、幅及び深さといった加工情報を対象物の表面における位置情報に対応付けてメモリに記憶させ、そのメモリに記憶されている加工情報を読み出して加工を行う方法が考えられる。

このように設定装置を用いて対象物に対する加工を行う場合には、カメラを用いて対象物の表面画像を撮影し、その表面画像をモニタに表示することにより、モニタに表示された表面画像上で加工情報を設定することが考えられる。この場合、モニタに表示された表面画像を基準にして加工情報を入力することにより、入力した加工情報に対応する加工態様のイメージを表面画像上に表示させることができる。

このように、モニタに表示された表面画像上で設定した加工情報をメモリに記憶させ、その加工情報を読み出して加工を行うような構成を採用すれば、加工情報を容易に設定することができる。なお、上記特許文献１には、このようなモニタに表示された表面画像上で加工情報を設定するといった技術は開示されていない。

しかしながら、カメラで撮影する対象物の表面画像は、通常、カメラの受光軸に対応する点以外の領域において歪が生じており、当該歪は受光軸から遠ざかるに従って大きくなる傾向がある。したがって、実際の対象物の表面とカメラで撮影する表面画像とでは、受光軸に対する相対位置が一致していない。

そのため、表面画像上で加工情報を入力し、入力した加工情報に対応する加工態様のイメージを表面画像上で確認した場合であっても、対象物の表面における実際の加工態様は、表面画像上で確認した所望の加工態様とは異なる加工態様となってしまうという問題がある。このような問題を解決するために、実際の対象物の表面とカメラで撮影する表面画像との間で、カメラの受光軸に対する相対位置のずれを画像処理により補正することも考えられるが、そのような画像処理を行うと処理負荷が大きくなるとともに、精度よく補正することが困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡単な処理により、対象物の表面画像上で入力した加工情報に基づいて良好に加工を行うことができるレーザ加工装置並びにその設定方法及び設定プログラムを提供することを目的とする。また、本発明は、小型化が可能なレーザ加工装置並びにその設定方法及び設定プログラムを提供することを目的とする。また、本発明は、製造コストを低減することができるレーザ加工装置並びにその設定方法及び設定プログラムを提供することを目的とする。

第１の本発明によるレーザ加工装置は、対象物に対してレーザ光を走査することにより表面加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、上記レーザ光発生手段により発生されたレーザ光を上記対象物の表面に対して走査させる走査手段と、レーザ光の照射方向において上記走査手段よりも上流側に設けられ、その受光軸がレーザ光の光軸と同軸に維持されたまま上記走査手段により走査され、上記走査手段の走査可能な範囲よりも小さい撮影範囲の部分画像を撮影する撮像手段と、上記走査手段を用いて上記対象物の表面における異なる点に上記撮像手段の受光軸を位置決めし、各点に対応する２以上の上記部分画像を生成する部分画像生成手段と、上記部分画像生成手段により生成された上記２以上の部分画像を合成する表面画像生成手段と、上記表面画像生成手段により生成された合成画像を表示させる表面画像表示手段と、上記表面画像表示手段により表示される上記合成画像における位置情報に対応付けて加工情報を設定するための加工情報設定手段と、上記部分画像のサイズを指定する画像サイズ指定手段とを有するように構成される。

このような構成によれば、対象物の表面における異なる点にそれぞれ対応するレーザ光軸と同軸上に撮影手段の受光軸を位置決めして、各点に対応する２以上の部分画像を生成し、それらの部分画像を合成することにより生成された表面画像における位置情報に対応付けて加工情報を設定することができる。各部分画像は、レーザ光軸と同軸上に撮影手段の受光軸を位置決めすることにより生成されるので、各部分画像における受光軸に対応する点の周辺では、実際の対象物の表面と撮影手段で撮影する表面画像との間に生じる撮影手段の受光軸に対する相対位置のずれが比較的小さい。

したがって、２以上の部分画像を合成するといった簡単な処理により、実際の対象物の表面との位置ずれが小さい表面画像を生成することができるとともに、当該表面画像上で加工情報を入力することにより、入力した加工情報に基づいて良好に加工を行うことができる。

また、部分画像を合成することにより、必要なサイズの表面画像を生成することができるので、対象物の表面における部分的な表面画像を得るためにズーム機構を設ける必要がない。したがって、レーザ加工装置を小型化することができるとともに、レーザ加工装置の製造コストを低減することができる。

また、部分画像を所望のサイズに指定し、指定したサイズの部分画像を合成することにより表面画像を生成することができる。各部分画像のサイズを小さくすれば、実際の対象物の表面と撮影手段で撮影する表面画像との間に生じる撮影手段の受光軸に対する相対位置のずれを小さくすることができるが、その分だけ多くの部分画像を合成して表面画像を生成しなければならない。そこで、本発明のように部分画像を所望のサイズに指定できるような構成とすることにより、良好に加工を行うことができる程度で適切なサイズの部分画像を生成し、それらの部分画像を合成して表面画像を生成することができる。

さらに、走査手段により走査可能な範囲よりも小さい撮影範囲で部分画像を撮影し、複数の部分画像を合成することにより対象物の表面画像を生成することができる。したがって、対象物の表面画像全体を撮影することができるような撮像手段を設ける必要がないので、レーザ加工装置の製造コストを低減することができる。

第２の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加えて、上記部分画像生成手段が、上記走査手段を用いて上記撮像手段の受光軸を一定間隔ずつ移動させることにより、上記対象物の表面における異なる点に上記撮像手段の受光軸を位置決めし、各点に対応する２以上の上記部分画像を生成するように構成される。

第３の本発明によるレーザ加工装置の設定方法は、対象物に対してレーザ光を走査することにより表面加工を行うレーザ加工装置の設定方法であって、レーザ光の光軸と同軸のまま走査される撮影手段の受光軸を上記対象物の表面における異なる点にそれぞれ位置決めし、レーザ光の走査可能な範囲より小さい撮影範囲からなる２以上の部分画像を生成する部分画像生成ステップと、上記部分画像生成ステップにより生成された上記２以上の部分画像を合成する表面画像生成ステップと、上記表面画像生成ステップにより生成された合成画像を表示させる表面画像表示ステップと、上記表面画像表示ステップにより表示される上記合成画像における位置情報に対応付けて加工情報を設定するための加工情報設定ステップと、上記部分画像のサイズを指定する画像サイズ指定ステップとを有するように構成される。

このような構成によれば、第１の本発明と同様の効果を奏するレーザ加工装置の設定方法を提供することができる。すなわち、本発明のレーザ加工装置の設定方法によれば、簡単な処理により、対象物の表面画像上で入力した加工情報に基づいて良好に加工を行うことができる。また、レーザ加工装置を小型化することができるとともに、レーザ加工装置の製造コストを低減することができる。

第４の本発明によるレーザ加工装置の設定プログラムは、対象物に対してレーザ光を走査することにより表面加工を行うレーザ加工装置の設定プログラムであって、レーザ光の光軸と同軸のまま走査される撮影手段の受光軸を上記対象物の表面における異なる点にそれぞれ位置決めし、レーザ光の走査可能な範囲より小さい撮影範囲からなる２以上の部分画像を生成する部分画像生成手段と、上記部分画像生成手段により生成された上記２以上の部分画像を合成する表面画像生成手段と、上記表面画像生成手段により生成された合成画像を表示させる表面画像表示手段と、上記表面画像表示手段により表示される上記合成画像における位置情報に対応付けて加工情報を設定するための加工情報設定手段と、上記部分画像のサイズを指定する画像サイズ指定手段として、情報処理装置を機能させるように構成される。

このような構成によれば、第１の本発明と同様の効果を奏するレーザ加工装置の設定プログラムを提供することができる。すなわち、本発明のレーザ加工装置の設定プログラムによれば、簡単な処理により、対象物の表面画像上で入力した加工情報に基づいて良好に加工を行うことができる。また、レーザ加工装置を小型化することができるとともに、レーザ加工装置の製造コストを低減することができる。

本発明によれば、２以上の部分画像を合成するといった簡単な処理により、実際の対象物の表面との位置ずれが小さい表面画像を生成することができるとともに、当該表面画像上で加工情報を入力することにより、入力した加工情報に基づいて良好に加工を行うことができる。また、本発明によれば、レーザ加工装置を小型化することができるとともに、レーザ加工装置の製造コストを低減することができる。

図１は、本発明の実施の形態によるレーザ加工装置１００の一構成例を示したブロック図である。このレーザ加工装置１００は、対象物Ｗにレーザ光を照射することにより表面加工を行うための装置であり、レーザ出力部１、レーザ制御部２及び設定部３を備えている。本実施の形態において説明する表面加工には、剥離などの加工の他、文字やバーコードを対象物Ｗの表面に印字するマーキングなどの各種加工が含まれるものとする。

設定部３は、このレーザ加工装置１００の動作に関する設定操作をユーザが行うためのものであり、操作部３Ａ及び表示部３Ｂを備えている。操作部３Ａとしては、キーボードなどのキー入力装置や、マウスなどのポインタ入力装置といった各種入力装置を採用することができる。表示部３Ｂは、例えば液晶表示器により形成されており、操作部３Ａを用いて設定した内容を当該表示部３Ｂに表示させることができる。ただし、このような構成に限らず、タッチパネル式の表示装置やパーソナルコンピュータなどによって設定部３が構成されていてもよい。

レーザ制御部２は、レーザ出力部１の動作を制御するための制御装置であり、メモリ部２１、制御部２２、励起光発生部２３及び電源２４を備えている。制御部２２は、プロセッサからなり、励起光発生部２３やレーザ出力部１に備えられた各部の制御を行う。メモリ部２１は、ＲＡＭ(Random Access Memory)やＲＯＭ(Read Only Memory)などの半導体メモリからなり、制御部２２が実行するコンピュータプログラムの他、設定部３からの入力信号に基づく当該レーザ加工装置１００の動作設定などが記憶される。

励起光発生部２３は、電源２４から駆動電圧が印加され、レーザ出力部１に供給するレーザ励起光を発生する。励起光発生部２３から出力されるレーザ励起光は、光ファイバケーブル（図示せず）を介してレーザ出力部１へ送られ、このレーザ励起光を用いてレーザ出力部１内でレーザ媒質３２が励起されることにより、対象物Ｗに照射するためのレーザ光が発生するようになっている。

レーザ出力部１は、レーザ発振部１０及び走査部１２を備えている。レーザ発振部１０は、レーザ制御部２から光ファイバケーブルを介して入力されるレーザ励起光をレーザ媒質３２に入射させることにより、レーザ媒質３２を励起させてレーザ光を発生するレーザ光発生手段である。この例では、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用しており、ロッド状に形成された固体のレーザ媒質３２に対して一端部からレーザ励起光を入射させることにより、他端部からレーザ光が出力されるようになっている。

固体のレーザ媒質３２としては、例えばＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４などを用いることができる。この例では、Ｎｄ：ＹＶＯ４がレーザ媒質３２として使用され、発生するレーザ光の波長が１０６４ｎｍに設定されている。レーザ発振部１０にはＱスイッチ（図示せず）が備えられており、このＱスイッチによるオン／オフ切替によって、レーザ光がパルス発振ＰＷ(Pulse Wave)により断続的に出力されるようになっている。

レーザ発振部１０から出力されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１１、走査部１２及び集光部１３を介して、レーザ出力部１から対象物Ｗに向けて照射される。集光部１３は、レーザ光を対象物Ｗに向けて所定の集光角で集光させるための集光レンズであり、例えばｆθレンズからなる。ビームエキスパンダ１１は、２つのレンズを備えており、これらのレンズの相対距離を変化させることにより、集光部１３を介して対象物Ｗへ集光されるレーザ光の焦点位置を光軸方向に移動させることができる。

走査部１２には、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂと、これらのガルバノミラー１４ａ，１４ｂをそれぞれ回動軸上に保持するガルバノモータ１５ａ，１５ｂが備えられており、ガルバノモータ１５ａ，１５ｂはスキャナ駆動回路１６により駆動されるようになっている。ビームエキスパンダ１１を通過したレーザ光は、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂで順次に反射された後、集光部１３を介して対象物Ｗに照射される。各ガルバノモータ１５ａ，１５ｂは、回動軸が互いに直交するように配置されており、これらの直交する回動軸に各ガルバノミラー１４ａ，１４ｂが取り付けられている。

これにより、対象物に照射されるレーザ光は、一方のガルバノモータ１５ａを駆動させてガルバノミラー１４ａを回動させることにより走査される方向（Ｘ方向）と、他方のガルバノモータ１５ｂを駆動させてガルバノミラー１４ｂを回動させることにより走査される方向（Ｙ方向）とが直交している。すなわち、走査部１２、スキャナ駆動回路１６及び制御部２２は、対象物Ｗに向けて照射するレーザ光の光軸Ｌ１に対して直交するＸ方向及びＹ方向にレーザ光を走査させる走査手段を構成している。

この例では、集光部１３が、レーザ光の照射方向においてガルバノミラー１４ａ，１４ｂよりも下流側に配置されているような構成が示されているが、このような構成に限らず、ビームエキスパンダ１１とガルバノミラー１４ａ，１４ｂの間に配置された構成であってもよい。

図２は、レーザ出力部１の内部構成を示した斜視図である。この図２に示すように、レーザ出力部１には、レーザ発振部１０、ビームエキスパンダ１１、走査部１２及び集光部１３の他に、第１固定ミラー１７、第２固定ミラー１８、カメラ１９及び第３固定ミラー２０が備えられている。なお、図２では、集光部１３の構成を省略して示している。

レーザ発振部１０から照射されたレーザ光は、第１固定ミラー１７で９０°反射されてビームエキスパンダ１１に入射し、このビームエキスパンダ１１でビーム径が調整された後、第２固定ミラー１８で９０°反射されて走査部１２に入射する。そして、走査部１２に入射したレーザ光は、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂで反射され、集光部１３を介して対象物Ｗへ照射される。

ここで、第２固定ミラー１８は、ハーフミラーからなり、対象物Ｗからの光を透過させてカメラ１９に入射させることができるようになっている。カメラ１９は、レーザ光の照射方向において走査部１２よりも上流側、すなわちレーザ光の経路における走査部１２に対して対象物Ｗ側とは反対側に設けられた撮像手段であり、対象物Ｗからの反射光を受光することにより対象物Ｗの表面画像を撮影することができるようになっている。

カメラ１９は、その受光軸Ｌ２が第３固定ミラー２０で反射されて第２固定ミラー１８へ到達し、第２固定ミラー１８で反射するレーザ光の光軸Ｌ１と同軸上に位置するように設けられている。本実施の形態では、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂをそれぞれ回転させることにより、レーザ光の光軸Ｌ１及びカメラ１９の受光軸Ｌ２を変化させることができ、このとき各光軸Ｌ１，Ｌ２は同軸のまま維持されるようになっている。

カメラ１９により撮影された画像は、設定部３の表示部３Ｂに表示されるようになっている。これにより、設定部３の表示部３Ｂに表示される対象物Ｗの表面画像を確認しつつ、対象物Ｗの表面における加工位置並びに当該加工位置に対する加工の長さ、幅及び深さといった加工態様を表す情報（以下、「加工情報」と呼ぶ。）を設定することができるようになっている。加工情報の設定時には、設定部３の操作部３Ａを操作することにより、表示部３Ｂに表示される表面画像の位置情報に対応付けて加工情報を設定することができるようになっている。

図３は、カメラ１９の受光軸Ｌ２と対象物Ｗの表面画像との関係について説明するための図であり、説明を分かりやすくするために対象物Ｗの表面に格子状の図形Ｄが表されている。図４は、対象物Ｗの表面の中心点Ａ１に受光軸Ｌ２を位置決めしてカメラ１９で撮影したときの表面画像の一部を示した図である。図５は、図形Ｄの中心点Ａ２に受光軸Ｌ２を位置決めしてカメラ１９で撮影したときの表面画像の一部を示した図である。

図３に示すように、この例では、対象物Ｗの表面上部に格子状の図形Ｄが表されており、当該図形Ｄは、同一形状からなる複数の矩形体が格子状に連続するように配置されることにより形成されている。しかし、対象物Ｗの表面の中心点Ａ１に受光軸Ｌ２を位置決めしてカメラ１９で撮影した場合には、図４に示すように、撮影された表面画像における図形Ｄの各矩形体の形状が同一ではなくなっており、カメラ１９の受光軸Ｌ２に対応する点Ａ１以外の領域において歪が生じていることが分かる。

また、図形Ｄの中心点Ａ２に受光軸Ｌ２を位置決めしてカメラ１９で撮影した場合にも、同様に、カメラ１９の受光軸Ｌ２に対応する点Ａ２以外の領域において歪が生じ、当該図形Ｄにおける中心点Ａ２から最も遠い角部では、図５に示すように大きな歪が生じることとなる。これらの図４及び図５からも分かるように、一般的に、カメラ１９により撮影される表面画像に生じる歪は、カメラ１９の受光軸Ｌ２から遠ざかるに従って大きくなる傾向がある。

図６は、本実施の形態において表面画像Ｐ１を生成する態様について説明するための図である。本実施の形態では、走査部１２の走査によってカメラ１９の受光軸Ｌ２を移動させ、図６に示すように複数の異なる点に受光軸Ｌ２を位置決めして撮影を行うことにより、各点を中心とする複数の部分画像Ｐ２を生成し、これらの部分画像Ｐ２を合成することにより対象物Ｗの表面画像Ｐ１を生成するようになっている。

この例では、カメラ１９の受光軸Ｌ２をＸ方向又はＹ方向に一定間隔ずつ移動させることにより、互いに一定間隔ずつ離れた点に受光軸Ｌ２を順次に位置決めして撮影を行うようになっている。このようにして生成された同一サイズからなる複数の矩形状の部分画像Ｐ２が、隣接する部分画像Ｐ２における受光軸Ｌ２に対応する各点間において、図６に破線で示すように合成されることにより、複数の部分画像Ｐ２からなる表面画像Ｐ１が生成される。

図７は、図６に示した態様で生成した表面画像Ｐ１の一例を示した図であり、図４の場合と同様の対象物Ｗの表面をカメラ１９で撮影したときの表面画像Ｐ１の一部を示している。図４及び図７を比較すれば明らかなように、複数の部分画像Ｐ２を合成することにより対象物Ｗの表面画像Ｐ１を生成した場合には、各部分画像Ｐ２における受光軸Ｌ２に対応する点では画像の歪が生じず、その点の周辺においても歪はほとんど生じないので、全体として歪が減少した表面画像Ｐ１を得ることができる。

本実施の形態では、カメラ１９による撮影範囲が、対象物Ｗの表面における走査部１２により走査可能な範囲よりも小さくなっている。すなわち、カメラ１９は、対象物Ｗの表面における当該レーザ加工装置１００により加工可能な範囲よりも小さい領域のみを撮影することができ、その撮影範囲で撮影した部分画像Ｐ２を合成することにより、当該撮影範囲よりも大きい表面画像Ｐ１を生成することができるようになっている。なお、表面画像Ｐ１のサイズは、ユーザが操作部３Ａを操作することにより設定できるようになっている。

図８は、制御部２２の構成例を示した機能ブロック図である。制御部２２は、表面画像表示制御部２２１、加工情報設定制御部２２２及び画像サイズ指定部２２３を備え、これらの各機能ブロックは、制御部２２が実行するコンピュータプログラムにより実現される。

表面画像表示制御部２２１は、部分画像生成部２２４及び表面画像生成部２２５からなり、設定部３の表示部３Ｂとともに、対象物Ｗの表面画像Ｐ１を表示させるための表面画像表示手段を構成している。部分画像生成部２２４は、スキャナ駆動回路１６を制御してカメラ１９の受光軸Ｌ２を位置決めすることにより、受光軸Ｌ２を中心とする部分画像Ｐ２を生成する部分画像生成手段である。部分画像生成部２２４は、図６において説明したように、対象物Ｗの表面における異なる点にカメラ１９の受光軸Ｌ２を位置決めし、各点を中心とする複数の部分画像Ｐ２を生成する。

表面画像生成部２２５は、カメラ１９で撮影された複数の部分画像Ｐ２を合成して表面画像Ｐ１を生成する表面画像生成手段である。この表面画像生成部２２５により生成した表面画像Ｐ１を表示部３Ｂに表示させることにより、図７に示したように、全体として歪が減少した表面画像Ｐ１を表示部３Ｂに表示させることができる。

加工情報設定制御部２２２は、設定部３の操作部３Ａとともに、加工情報を設定するための加工情報設定手段を構成している。ユーザは、表示部３Ｂに表示された対象物Ｗの表面画像Ｐ１を見ながら操作部３Ａを操作することにより、加工情報を設定することができるようになっており、設定された加工情報は表面画像Ｐ１における位置情報に対応付けてメモリ部２１に記憶される。

より具体的には、表示部３Ｂに表示された表面画像Ｐ１を基準にして加工情報を入力することにより、入力した加工情報に対応する加工態様のイメージが表示部３Ｂの表面画像Ｐ１上に表示されるようになっている。表示部３Ｂに表示される表面画像Ｐ１には座標が割り当てられており、上記のように表面画像Ｐ１上で加工情報を入力することにより、入力された加工情報が表面画像Ｐ１の座標に対応付けてメモリ部２１に記憶されるようになっている。加工時には、メモリ部２１に記憶されている加工情報を読み出し、対応する位置情報に基づいてスキャナ駆動回路１６を駆動させてレーザ光を走査させることにより、予め設定されている加工情報に基づいて対象物Ｗの表面を加工することができる。

画像サイズ指定部２２３は、部分画像生成部２２４において生成される部分画像Ｐ２のサイズを指定する画像サイズ指定手段である。この例では、ユーザが操作部３Ａを操作することによって、走査部１２により走査可能な範囲内において部分画像Ｐ２のサイズを指定することができるようになっており、指定されたサイズに対応する数の部分画像Ｐ２が生成されて合成されることにより、予め設定されているサイズの表面画像Ｐ１が生成されるようになっている。

図９は、対象物Ｗに対する加工を行う際の制御部２２による処理の一例を示したフローチャートである。対象物Ｗに対する加工を行う際には、まず、加工情報を設定するために走査部１２の走査によってカメラ１９の受光軸Ｌ２を順次に位置決めし（ステップＳ１０１）、各受光軸Ｌ２の位置において撮影を行うことにより、各受光軸Ｌ２の位置に対応する部分画像Ｐ２が読み取られる（ステップＳ１０２）。

そして、全ての部分画像Ｐ２の読み取りが終了すると（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、読み取られた複数の部分画像Ｐ２が合成されることにより（ステップＳ１０４）、対象物Ｗの表面画像Ｐ１が生成され、その表面画像Ｐ１が表示部３Ｂに表示される（ステップＳ１０５）。このようにして表示部３Ｂに表示された表面画像Ｐ１を基準にして、ユーザが操作部３Ａを操作することにより加工情報を設定すると（ステップＳ１０６）、その加工情報に対応する加工態様のイメージが表示部３Ｂの表面画像Ｐ１上に表示される（ステップＳ１０７）。

所望の加工情報が設定された後、加工を開始するための操作が行われると（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、加工情報の設定時にメモリ部２１に記憶された加工情報が出力され（ステップＳ１０９）、その加工情報に基づいてスキャナ駆動回路１６が駆動されることにより、予め設定されている加工情報に対応する加工態様で対象物Ｗの表面に対する加工が行われる。

本実施の形態では、対象物Ｗの表面における異なる点にそれぞれ対応するレーザ光軸Ｌ１と同軸上にカメラ１９の受光軸Ｌ２を位置決めして、各点に対応する２以上の部分画像Ｐ２を生成し、それらの部分画像Ｐ２を合成することにより生成された表面画像Ｐ１における位置情報に対応付けて加工情報を設定することができる。各部分画像Ｐ２は、レーザ光軸Ｌ１と同軸上にカメラ１９の受光軸Ｌ２を位置決めすることにより生成されるので、各部分画像Ｐ２における受光軸Ｌ２に対応する点の周辺では、実際の対象物Ｗの表面とカメラ１９で撮影する表面画像Ｐ１との間に生じるカメラ１９の受光軸Ｌ２に対する相対位置のずれが比較的小さい。

したがって、２以上の部分画像Ｐ２を合成するといった簡単な処理により、実際の対象物Ｗの表面との位置ずれが小さい表面画像Ｐ１を生成することができるとともに、当該表面画像Ｐ１上で加工情報を入力することにより、入力した加工情報に基づいて良好に加工を行うことができる。

また、部分画像Ｐ２を合成することにより、必要なサイズの表面画像Ｐ１を生成することができるので、対象物Ｗの表面における部分的な表面画像Ｐ１を得るためにズーム機構を設ける必要がない。したがって、レーザ加工装置１００を小型化することができるとともに、レーザ加工装置１００の製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、部分画像Ｐ２を所望のサイズに指定し、指定したサイズの部分画像Ｐ２を合成することにより表面画像Ｐ１を生成することができる。各部分画像Ｐ２のサイズを小さくすれば、実際の対象物Ｗの表面とカメラ１９で撮影する表面画像Ｐ１との間に生じるカメラ１９の受光軸Ｌ２に対する相対位置のずれを小さくすることができるが、その分だけ多くの部分画像Ｐ２を合成して表面画像Ｐ１を生成しなければならない。そこで、本実施の形態のように部分画像Ｐ２を所望のサイズに指定できるような構成とすることにより、良好に加工を行うことができる程度で適切なサイズの部分画像Ｐ２を生成し、それらの部分画像Ｐ２を合成して表面画像Ｐ１を生成することができる。

さらに、本実施の形態では、走査部１２により走査可能な範囲よりも小さい撮影範囲で部分画像Ｐ２を撮影し、複数の部分画像Ｐ２を合成することにより対象物Ｗの表面画像Ｐ１を生成することができる。したがって、対象物Ｗの表面画像Ｐ１全体を撮影することができるようなカメラ１９を設ける必要がないので、レーザ加工装置１００の製造コストを低減することができる。

以上の実施の形態では、ユーザが操作部３Ａを操作することにより部分画像Ｐ２のサイズを指定するような構成について説明したが、このような構成に限らず、部分画像Ｐ２のサイズは、制御部２２の制御によって自動的に指定されるような構成であってもよい。この場合、ユーザが指定した表面画像Ｐ１のサイズに基づいて、撮影時間及び合成時間を考慮して部分画像Ｐ２のサイズが自動的に指定されるような構成であってもよい。なお、表面画像Ｐ１のサイズが大きいほど、部分画像Ｐ２のサイズも大きくなるように指定されることが好ましい。

また、以上の実施の形態では、レーザ出力部１、レーザ制御部２及び設定部３が、それぞれ別個に形成された構成について説明したが、このような構成に限らず、レーザ出力部１、レーザ制御部２及び設定部３の少なくとも２つが一体的に形成された構成であってもよい。

さらに、以上の実施の形態では、固体のレーザ媒質３２を用いてレーザ光を照射させるような構成について説明したが、このような構成に限らず、例えばＣＯ２やＡｒなどの気体のレーザ媒質を用いてレーザ光を照射させるような構成であってもよい。また、レーザ光をパルス発振ＰＷにより断続的に照射するような構成に限らず、連続発振ＣＷ(Continues Wave)により連続的にレーザ光を発生するような構成であってもよい。また、本実施の形態では、固体レーザを主として説明したが、レーザの励起方法としては、他にファイバーレーザを用いるような方法を採用してもよい。

また、以上の実施の形態では、撮像手段としてカメラを用いて撮影する構成について説明したが、この様な構成に限らず、撮像手段としてフォトダイオードなどの受光量検出手段を用いることもできる。

本発明の実施の形態によるレーザ加工装置の一構成例を示したブロック図である。レーザ出力部の内部構成を示した斜視図である。カメラの受光軸と対象物の表面画像との関係について説明するための図であり、説明を分かりやすくするために対象物の表面に格子状の図形が表されている。対象物の表面の中心点に受光軸を位置決めしてカメラで撮影したときの表面画像の一部を示した図である。図形の中心点に受光軸を位置決めしてカメラで撮影したときの表面画像の一部を示した図である。本実施の形態において表面画像を生成する態様について説明するための図である。図６に示した態様で生成した表面画像の一例を示した図であり、図４の場合と同様の対象物の表面をカメラで撮影したときの表面画像の一部を示している。制御部の構成例を示した機能ブロック図である。対象物に対する加工を行う際の制御部による処理の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１レーザ出力部
２レーザ制御部
３設定部
３Ａ操作部
３Ｂ表示部
１０レーザ発振部
１２走査部
１９カメラ
２１メモリ部
２２制御部
１００レーザ加工装置
２２１表面画像表示制御部
２２２加工情報設定制御部
２２３画像サイズ指定部
２２４部分画像生成部
２２５表面画像生成部
Ｌ１レーザ光軸
Ｌ２受光軸
Ｐ１表面画像
Ｐ２部分画像
Ｗ対象物

Claims

対象物に対してレーザ光を走査することにより表面加工を行うレーザ加工装置であって、
レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、
上記レーザ光発生手段により発生されたレーザ光を上記対象物の表面に対して走査させる走査手段と、
レーザ光の照射方向において上記走査手段よりも上流側に設けられ、その受光軸がレーザ光の光軸と同軸に維持されたまま上記走査手段により走査され、上記走査手段の走査可能な範囲よりも小さい撮影範囲の部分画像を撮影する撮像手段と、
上記走査手段を用いて上記対象物の表面における異なる点に上記撮像手段の受光軸を位置決めし、各点に対応する２以上の上記部分画像を生成する部分画像生成手段と、
上記部分画像生成手段により生成された上記２以上の部分画像を合成する表面画像生成手段と、
上記表面画像生成手段により生成された合成画像を表示させる表面画像表示手段と、
上記表面画像表示手段により表示される上記合成画像における位置情報に対応付けて加工情報を設定するための加工情報設定手段と、
上記部分画像のサイズを指定する画像サイズ指定手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
上記部分画像生成手段は、上記走査手段を用いて上記撮像手段の受光軸を一定間隔ずつ移動させることにより、上記対象物の表面における異なる点に上記撮像手段の受光軸を位置決めし、各点に対応する２以上の上記部分画像を生成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
対象物に対してレーザ光を走査することにより表面加工を行うレーザ加工装置の設定方法であって、
レーザ光の光軸と同軸のまま走査される撮影手段の受光軸を上記対象物の表面における異なる点にそれぞれ位置決めし、レーザ光の走査可能な範囲より小さい撮影範囲からなる２以上の部分画像を生成する部分画像生成ステップと、
上記部分画像生成ステップにより生成された上記２以上の部分画像を合成する表面画像生成ステップと、
上記表面画像生成ステップにより生成された合成画像を表示させる表面画像表示ステップと、
上記表面画像表示ステップにより表示される上記合成画像における位置情報に対応付けて加工情報を設定するための加工情報設定ステップと、
上記部分画像のサイズを指定する画像サイズ指定ステップとを有することを特徴とするレーザ加工装置の設定方法。
対象物に対してレーザ光を走査することにより表面加工を行うレーザ加工装置の設定プログラムであって、
レーザ光の光軸と同軸のまま走査される撮影手段の受光軸を上記対象物の表面における異なる点にそれぞれ位置決めし、レーザ光の走査可能な範囲より小さい撮影範囲からなる２以上の部分画像を生成する部分画像生成手段と、
上記部分画像生成手段により生成された上記２以上の部分画像を合成する表面画像生成手段と、
上記表面画像生成手段により生成された合成画像を表示させる表面画像表示手段と、
上記表面画像表示手段により表示される上記合成画像における位置情報に対応付けて加工情報を設定するための加工情報設定手段と、
上記部分画像のサイズを指定する画像サイズ指定手段として、情報処理装置を機能させることを特徴とするレーザ加工装置の設定プログラム。