JP6299111B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、ワークを観察するための観察光学系を備えるレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus including an observation optical system for observing a workpiece.

従来、加工対象となるワークの位置決めや、ワークの加工状態を確認するためのカメラやレンズ等を含む観察光学系を備えるレーザ加工装置が普及している。   Conventionally, a laser processing apparatus including an observation optical system including a camera, a lens, and the like for positioning a workpiece to be processed and confirming a processing state of the workpiece has been widespread.

観察光学系を備えるレーザ加工装置の中には、例えば、加工光学系の光軸(以下、加工光軸と称する)と同じ方向からワークを観察するものや(例えば、特許文献1参照)、加工光軸と異なる方向からワークを観察するものがある(例えば、特許文献2、3参照)。また、加工光軸と異なる方向からワークの観察するレーザ加工装置の中には、ワークを真上から観察するものや(例えば、特許文献2参照)、ワークを斜め上方向から観察するものがある(例えば、特許文献3参照)。   Some laser processing apparatuses equipped with an observation optical system, for example, observe a workpiece from the same direction as the optical axis of the processing optical system (hereinafter referred to as the processing optical axis) (see, for example, Patent Document 1), processing There is one that observes a workpiece from a direction different from the optical axis (see, for example, Patent Documents 2 and 3). Among laser processing apparatuses that observe a workpiece from a direction different from the machining optical axis, there are those that observe the workpiece from directly above (for example, see Patent Document 2), and those that observe the workpiece from an obliquely upward direction. (For example, refer to Patent Document 3).

図1は、加工光軸と同じ向からワークを観察するレーザ加工装置の一種であるレーザマーカ1の光学系の構成例を模式的に示している。レーザマーカ1のレーザヘッド11は、レーザ発振器21、焦点調整機構である3D光学系22、ダイクロイックミラー23及びガルバノミラー24を含む加工光学系、並びに、観察光学系25を備えている。   FIG. 1 schematically shows a configuration example of an optical system of a laser marker 1 which is a kind of laser processing apparatus that observes a workpiece from the same direction as the processing optical axis. The laser head 11 of the laser marker 1 includes a laser oscillator 21, a 3D optical system 22 that is a focus adjustment mechanism, a processing optical system including a dichroic mirror 23 and a galvanometer mirror 24, and an observation optical system 25.

レーザ発振器21から出射されたレーザ光Lpは、3D光学系22、ダイクロイックミラー23、ガルバノミラー24を介して、レーザヘッド11から出射され、加工面Sに照射される。このとき、レーザ光Lpは、ガルバノミラー24により、加工面SにおいてX軸及びY軸の2軸方向に走査される。   Laser light Lp emitted from the laser oscillator 21 is emitted from the laser head 11 via the 3D optical system 22, the dichroic mirror 23, and the galvanometer mirror 24, and is applied to the processing surface S. At this time, the laser beam Lp is scanned by the galvanometer mirror 24 in the biaxial directions of the X axis and the Y axis on the processing surface S.

観察光学系25は、ミラー23及びガルバノミラー24を介して、加工面Sを撮影することができる。また、観察光学系25のミラー23より後の光軸は、加工光軸と一致する。これにより、観察光学系25の光軸は、ガルバノミラー24により、レーザ光Lpの走査が可能な加工エリアの任意の位置に向けることができる。   The observation optical system 25 can photograph the processed surface S via the mirror 23 and the galvanometer mirror 24. Further, the optical axis after the mirror 23 of the observation optical system 25 coincides with the processing optical axis. Thereby, the optical axis of the observation optical system 25 can be directed to an arbitrary position in the processing area where the laser beam Lp can be scanned by the galvanometer mirror 24.

図2は、ワークを真上から観察するレーザ加工装置の一種であるレーザマーカ31の光学系の構成例を模式的に示している。レーザヘッド41から出射されるレーザ光Lpは、レーザヘッド41内のガルバノミラー51により、加工面SにおいてX軸及びY軸の2軸方向に走査される。   FIG. 2 schematically shows a configuration example of an optical system of a laser marker 31 which is a kind of laser processing apparatus for observing a workpiece from directly above. The laser beam Lp emitted from the laser head 41 is scanned on the processing surface S in the two axial directions of the X axis and the Y axis by the galvanometer mirror 51 in the laser head 41.

また、カメラを含む観察光学系42が、光軸が加工面Sに対して垂直方向に向くようにレーザヘッド41の横に設けられている。従って、観察光学系42は、加工面Sを真上から撮影することができる。また、観察光学系42に含まれるレンズを交換することにより、加工エリアを所望の拡大倍率で撮影することが可能である。   An observation optical system 42 including a camera is provided beside the laser head 41 so that the optical axis is perpendicular to the processing surface S. Therefore, the observation optical system 42 can photograph the processed surface S from directly above. Further, by exchanging the lenses included in the observation optical system 42, it is possible to photograph the processing area at a desired magnification.

図3は、ワークを斜め上方向から観察するレーザ加工装置の一種であるレーザマーカ61の光学系の構成例を模式的に示している。なお、図中、図2のレーザマーカ31と対応する部分には、同じ符号を付してある。   FIG. 3 schematically shows a configuration example of an optical system of a laser marker 61 which is a kind of laser processing apparatus for observing a workpiece from an obliquely upward direction. In the figure, the same reference numerals are assigned to portions corresponding to the laser marker 31 of FIG.

レーザマーカ61では、観察光学系42は、光軸が加工面Sに対して斜め方向に向くように、レーザヘッド41の横に設けられている。従って、観察光学系42は、レーザ光Lpによる加工エリアを直接撮影することができる。   In the laser marker 61, the observation optical system 42 is provided beside the laser head 41 so that the optical axis is inclined with respect to the processing surface S. Therefore, the observation optical system 42 can directly photograph the processing area by the laser light Lp.

特開2004−148379号公報JP 2004-148379 A 特開平11−156566号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-156666 特開2012−143785号公報JP 2012-143785 A

しかしながら、図4に示されるように、レーザマーカ1では、観察光学系25のフォーカスが合う面Fが曲面になるため、加工エリアの中心付近でしかフォーカスを合わせることができない。また、ガルバノミラー24には高速駆動が可能な小型のミラーが用いられるが、観察光学系25は、この小型のミラーを介して加工面Sを撮影するため、一度に広いエリアを撮影することができない。従って、レーザマーカ1では、加工エリアの広い範囲を鮮明な画像で観察することが難しい。   However, as shown in FIG. 4, in the laser marker 1, the focused surface F of the observation optical system 25 is a curved surface, so that focusing can be performed only near the center of the processing area. In addition, a small mirror that can be driven at high speed is used as the galvanometer mirror 24, but the observation optical system 25 photographs a processed surface S through this small mirror, so that a large area can be photographed at a time. Can not. Therefore, with the laser marker 1, it is difficult to observe a wide range of the processing area with a clear image.

また、レーザマーカ31では、観察光学系42により加工エリアを直接撮影することができないため、観察時と加工時でワークを移動させる必要があり、制御が煩雑になる。   Further, in the laser marker 31, since the processing area cannot be directly photographed by the observation optical system 42, it is necessary to move the workpiece during observation and during processing, and the control becomes complicated.

さらに、レーザマーカ61では、加工面Sに対する観察光学系42の撮影角度が大きくなるため、撮影範囲内全体にフォーカスを合わせることが難しく、撮影した画像にボケや歪みが生じやすく、例えば、画像の周囲の観察が困難になる場合がある。   Further, in the laser marker 61, since the imaging angle of the observation optical system 42 with respect to the processing surface S is large, it is difficult to focus on the entire imaging range, and the captured image is likely to be blurred or distorted. Observation may be difficult.

また、レーザマーカ31及びレーザマーカ61では、観察光学系42をレーザヘッド41の横に設けることにより、装置が大型化し、設置面積(フットプリント)が増大する。   Further, in the laser marker 31 and the laser marker 61, the observation optical system 42 is provided on the side of the laser head 41, thereby increasing the size of the apparatus and increasing the installation area (footprint).

そこで、本発明では、装置の設置面積の増大を抑制しつつ、レーザ光による加工エリアの広い範囲を観察できるようにするものである。   Therefore, in the present invention, it is possible to observe a wide range of the processing area by laser light while suppressing an increase in the installation area of the apparatus.

本発明のレーザ加工装置は、加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を出射するとともに、前記ワークの加工面上で前記レーザ光を走査するための走査手段を含むレーザヘッドを備えるレーザ加工装置であって、カメラと、前記カメラの撮像素子に前記加工面の像を結像させるレンズと、前記加工面からの光を反射し、前記レンズに入射させるミラーとを含む観察光学系と、前記カメラにより撮影された画像である観察画像の画像処理を行う画像処理部と、前記観察画像の画像処理の結果に基づいて、前記ワークの加工を制御する加工制御部とを備え、前記観察光学系が、高さ方向において前記走査手段と前記加工面との間に設けられており、前記画像処理部は、前記レーザ光による加工エリアの中心と前記カメラの撮影範囲の中心との間のズレ量に基づいて、前記観察画像の使用する領域を、中心が前記加工エリアの中心と一致する領域に制限する。 The laser processing apparatus of the present invention emits a laser beam for processing a workpiece to be processed, and includes a laser head including a scanning head for scanning the laser beam on a processing surface of the workpiece. An observation optical system comprising: a camera; a lens that forms an image of the processed surface on an image sensor of the camera; and a mirror that reflects light from the processed surface and enters the lens . An image processing unit that performs image processing of an observation image that is an image photographed by the camera; and a processing control unit that controls processing of the workpiece based on a result of image processing of the observation image; system is provided between the working surface and the scanning unit in the height direction, the image processing unit, centers of the imaging range of the camera processing area by the laser beam Based on the amount of deviation between the space used for the observation image, the center is restricted to a region coincides with the center of the working area.

本発明のレーザ加工装置においては、レーザ光による加工エリアの中心とカメラの撮影範囲の中心との間のズレ量に基づいて、前記観察画像の使用する領域が、中心が前記加工エリアの中心と一致する領域に制限される。 In the laser processing apparatus of the present invention , based on the amount of deviation between the center of the processing area by the laser beam and the center of the shooting range of the camera, the region used by the observation image is centered on the center of the processing area. Limited to matching areas.

従って、装置の設置面積の増大を抑制しつつ、レーザ光による加工エリアの広い範囲を観察することができる。また、加工エリアの広い範囲を撮影した観察画像を用いてワークの加工制御を行うことができる。さらに、機械的な調整を行わずに、加工エリアと観察エリアの中心を一致させることができる。
この画像処理部、加工制御部は、例えば、CPU等のプロセッサにより実現される。
Therefore, it is possible to observe a wide range of the processing area by the laser beam while suppressing an increase in the installation area of the apparatus. In addition, workpiece processing control can be performed using an observation image obtained by photographing a wide range of the processing area. Furthermore, the center of the processing area and the observation area can be matched without performing mechanical adjustment.
The image processing unit and the processing control unit are realized by a processor such as a CPU, for example.

この観察光学系は、レーザヘッドの底面の下に配置するようにすることができる。   This observation optical system can be arranged below the bottom surface of the laser head.

これにより、レーザヘッドとは別ユニットとして観察光学系を設けることができる。   Thereby, an observation optical system can be provided as a separate unit from the laser head.

このミラーを、レーザ光と始点が設定された画像において、レンズの間に配置することができる。   This mirror can be disposed between the lenses in the image in which the laser beam and the starting point are set.

これにより、ミラーを小型化したり、撮影範囲を大きくしたりすることができる。   Thereby, a mirror can be reduced in size or an imaging range can be enlarged.

このレーザ光をレンズとミラーの間を通るようにすることができる。   This laser beam can pass between the lens and the mirror.

これにより、レンズのサイズの制約を小さくすることができる。また、レーザ光を遮らないようにミラーを設置することが容易になる。さらに、より垂直に近い方向からワークを撮影することが可能になる。   Thereby, the restriction | limiting of the size of a lens can be made small. Moreover, it becomes easy to install a mirror so as not to block the laser beam. Furthermore, it becomes possible to photograph the workpiece from a direction closer to the vertical.

加工面、レンズの主面、及び、撮像素子の撮像面が実質的に一直線に交わるように、カメラ、レンズ、及び、ミラーを設置することができる。   The camera, the lens, and the mirror can be installed so that the processing surface, the main surface of the lens, and the imaging surface of the imaging device intersect substantially in a straight line.

これにより、歪みやボケのない鮮明な観察画像を得ることができる。   Thereby, a clear observation image without distortion and blur can be obtained.

このレーザ加工装置においては、斜め上方向から加工面に照明光を当てる照明装置をさらに設け、この照明装置を、観察光学系のフォーカスが合う面における照明光の正反射光が観察光学系の光軸と一致するように設置することができる。   The laser processing apparatus further includes an illuminating device that illuminates the processing surface from an obliquely upward direction, and the illuminating device is configured so that the specularly reflected light of the illuminating light on the surface on which the observation optical system is in focus It can be installed to coincide with the axis.

これにより、正反射光のみを用いたワークの観察が可能になる。   This makes it possible to observe the workpiece using only regular reflection light.

このレンズは、テレセントリックレンズとすることができる。   This lens can be a telecentric lens.

これにより、台形歪みのない観察画像を得ることができる。   Thereby, an observation image without trapezoidal distortion can be obtained.

この加工制御部には、観察画像の画像処理の結果に基づいて加工位置を設定させることができる。   The processing control unit can set the processing position based on the result of the image processing of the observation image.

これにより、簡単かつ正確に加工位置の位置決めを行うことができる。   As a result, the processing position can be easily and accurately determined.

この画像処理部には、観察画像の画像処理の結果に基づいて、加工を実施するか否かを判定させることができる。   The image processing unit can determine whether or not to perform the processing based on the result of the image processing of the observation image.

これにより、例えば、ワークが設置されていなかったり、ワークが所望の状態でない場合に、加工を中止することができる。   Thereby, for example, when the workpiece is not installed or the workpiece is not in a desired state, the machining can be stopped.

この画像処理部には、加工後のワークを撮影した観察画像の画像処理の結果に基づいてワークの加工状態を検査させることができる。   The image processing unit can inspect the processing state of the workpiece based on the result of the image processing of the observation image obtained by photographing the processed workpiece.

これにより、ワークの加工状態を高精度で検査することができる。   Thereby, the processing state of the workpiece can be inspected with high accuracy.

この画像処理部には、観察画像の台形歪みの補正を行わせることができる。   This image processing unit can correct the trapezoidal distortion of the observation image.

これにより、台形歪みのない観察画像を得ることができる。   Thereby, an observation image without trapezoidal distortion can be obtained.

この画像処理部には、観察画像の上下方向の反転を行わせることができる。   The image processing unit can invert the observation image in the vertical direction.

これにより、ミラーにより上下が反転したワークの像を正しい方向で観察することができる。   As a result, it is possible to observe the image of the work that is turned upside down by the mirror in the correct direction.

このレーザ加工装置には、観察光学系のフォーカスが合う面におけるレーザ光による加工エリアの中心に向けて斜め方向から所定の測定光を出射する光源をさらに設け、この画像処理部は、測定光が照射された加工面を撮影した観察画像における測定光の照射位置を検出させ、この加工制御部には、観察画像における測定光の照射位置に基づいて、レーザ光を出射する加工光学系のフォーカスの位置を調整させることができる。   The laser processing apparatus is further provided with a light source that emits predetermined measurement light from an oblique direction toward the center of the processing area by the laser light on the in-focus surface of the observation optical system, and the image processing unit The irradiation position of the measurement light in the observation image obtained by photographing the irradiated processed surface is detected, and the processing control unit controls the focus of the processing optical system that emits the laser light based on the irradiation position of the measurement light in the observation image. The position can be adjusted.

これにより、レーザ加工装置の加工高さを簡単かつ適切に調整することができる。   Thereby, the processing height of a laser processing apparatus can be adjusted easily and appropriately.

このレーザ加工装置には、走査手段を介して所定の測定光を加工面に照射する光源をさらに設け、この画像処理部は、測定光が照射された加工面を撮影した観察画像における測定光の照射位置を検出させ、この加工制御部には、観察画像における測定光の照射位置に基づいて、レーザ光を出射する加工光学系のフォーカスの位置を調整させることができる。   The laser processing apparatus is further provided with a light source that irradiates the processing surface with predetermined measurement light via a scanning unit, and the image processing unit is configured to measure the measurement light in the observation image obtained by photographing the processing surface irradiated with the measurement light. The irradiation position is detected, and the processing control unit can adjust the focus position of the processing optical system that emits the laser light based on the irradiation position of the measurement light in the observation image.

これにより、レーザ加工装置の加工高さを簡単かつ適切に調整することができる。   Thereby, the processing height of a laser processing apparatus can be adjusted easily and appropriately.

本発明によれば、装置の設置面積の増大を抑制しつつ、レーザ光による加工エリアの広い範囲を観察することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wide range of the processing area by a laser beam can be observed, suppressing the increase in the installation area of an apparatus.

従来のレーザマーカの光学系の第1の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 1st structural example of the optical system of the conventional laser marker. 従来のレーザマーカの光学系の第2の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 2nd structural example of the optical system of the conventional laser marker. 従来のレーザマーカの光学系の第3の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 3rd structural example of the optical system of the conventional laser marker. 従来のレーザマーカの問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of the conventional laser marker. 本発明を適用したレーザマーカの第1の実施の形態のレーザ遮蔽カバーを取り外した状態の外観の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the external appearance of the state which removed the laser shielding cover of 1st Embodiment of the laser marker to which this invention is applied. 本発明を適用したレーザマーカの第1の実施の形態のレーザ遮蔽カバーを取り付けた状態の外観の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the external appearance of the state which attached the laser shielding cover of 1st Embodiment of the laser marker to which this invention is applied. 本発明を適用したレーザマーカの第1の実施の形態の光学系の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the optical system of 1st Embodiment of the laser marker to which this invention is applied. 観察光学系の設置方法の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of the installation method of an observation optical system. 観察光学系の設置方法の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of the installation method of an observation optical system. 制御部の機能の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the function of a control part. 加工処理の第1の実施の形態を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating 1st Embodiment of a process. 加工レシピの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a process recipe. 登録パターンの第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of a registration pattern. 観察画像の第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of an observation image. パターンマッチングの結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the result of pattern matching. 加工位置の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of a process position. ワークの加工例を示す図である。It is a figure which shows the example of a process of a workpiece | work. 加工処理の第2の実施の形態を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating 2nd Embodiment of a process. 加工処理の第3の実施の形態を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating 3rd Embodiment of a process. ワークの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a workpiece | work. 加工レシピの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a process recipe. 登録パターンの第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of a registration pattern. ワークの加工状態の正常な例を示す図である。It is a figure which shows the normal example of the process state of a workpiece | work. ワークの加工状態の異常な例を示す図である。It is a figure which shows the abnormal example of the process state of a workpiece | work. 加工エリアと観察エリアの中心のズレの補正方法の第1の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st example of the correction method of the shift | offset | difference of the center of a process area and an observation area. 加工エリアと観察エリアの中心のズレの補正方法の第2の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd example of the correction method of the shift | offset | difference of the center of a process area and an observation area. 観察画像の台形歪みに対する対策の第1の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st example of the countermeasure with respect to the trapezoid distortion of an observation image. 観察画像の台形歪みに対する対策の第2の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd example of the countermeasure with respect to the trapezoid distortion of an observation image. 観察画像の反転処理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the inversion process of an observation image. 加工高さの調整方法の第1の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st example of the adjustment method of process height. 加工高さの調整方法の第1の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st example of the adjustment method of process height. 加工高さの調整方法の第2の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd example of the adjustment method of process height. 加工高さの調整方法の第2の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd example of the adjustment method of process height. 加工高さの調整方法の第2の例において、従来との比較を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the comparison with the former in the 2nd example of the adjustment method of process height. 本発明を適用したレーザマーカの第2の実施の形態の光学系の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the optical system of 2nd Embodiment of the laser marker to which this invention is applied. 本発明を適用したレーザマーカの第3の実施の形態の光学系の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the optical system of 3rd Embodiment of the laser marker to which this invention is applied. 本発明を適用したレーザマーカの第4の実施の形態の光学系の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the optical system of 4th Embodiment of the laser marker to which this invention is applied.

以下、本発明を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
2.第2の実施の形態(第1の実施の形態に落射照明を設けた例)
3.第3の実施の形態(加工レーザ光がレンズとミラーの間を通るようにした例)
4.第4の実施の形態(第3の実施の形態に落射照明を設けた例)
5.変形例
Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be given in the following order.
1. First Embodiment 2. FIG. Second embodiment (example in which epi-illumination is provided in the first embodiment)
3. Third Embodiment (Example in which processing laser beam passes between lens and mirror)
4). Fourth embodiment (example in which epi-illumination is provided in the third embodiment)
5. Modified example

<1.第1の実施の形態>
まず、図5乃至図34を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。
<1. First Embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

{レーザマーカ101の構成例}
まず、図5乃至図7を参照して、本発明を適用したレーザ加工装置の第1の実施の形態であるレーザマーカ101の構成例について説明する。図5は、レーザ遮蔽カバー114を取り外した状態のレーザマーカ101の外観の構成例を示し、図6は、レーザ遮蔽カバー114を取り付けた状態のレーザマーカ101の外観の構成例を示している。図7は、レーザマーカ101の光学系の構成例を模式的に示している。なお、以下、図7をはじめとする光学系の各図は模式図であり、あまり正確さを要求されない部分については、光学的に正しい図になっていない部分もある。
{Configuration example of laser marker 101}
First, a configuration example of the laser marker 101 which is the first embodiment of the laser processing apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows an example of the external configuration of the laser marker 101 with the laser shielding cover 114 removed, and FIG. 6 shows an example of the external configuration of the laser marker 101 with the laser shielding cover 114 attached. FIG. 7 schematically shows a configuration example of the optical system of the laser marker 101. In the following, each drawing of the optical system including FIG. 7 is a schematic diagram, and some parts that are not required to be very accurate may not be optically correct.

なお、以下、図5の左側をレーザマーカ101の前方とし、右側をレーザマーカ101の後方とする。また、以下、図5で側面が見えている側をレーザマーカ101の右側とし、その逆側をレーザマーカ101の左側とする。さらに、以下、レーザマーカ101の左右方向をX軸方向とし、前後方向をY軸方向とし、上下方向をZ軸方向とする。   Hereinafter, the left side of FIG. 5 is the front side of the laser marker 101 and the right side is the rear side of the laser marker 101. In addition, hereinafter, the side where the side is visible in FIG. 5 is the right side of the laser marker 101, and the opposite side is the left side of the laser marker 101. Further, hereinafter, the left-right direction of the laser marker 101 is defined as the X-axis direction, the front-rear direction is defined as the Y-axis direction, and the vertical direction is defined as the Z-axis direction.

レーザマーカ101は、レーザ光を用いて、加工対象となるワークの表面にマーキングを行うレーザ加工装置である。レーザマーカ101は、レーザヘッド111、アタッチメント112、アタッチメント113FR乃至113BL(ただし、アタッチメント113BLは不図示)を含むように構成される。   The laser marker 101 is a laser processing apparatus that performs marking on the surface of a workpiece to be processed using laser light. The laser marker 101 is configured to include a laser head 111, an attachment 112, and attachments 113FR to 113BL (however, the attachment 113BL is not shown).

レーザヘッド111は、箱型の形状をしており、そのサイズは、例えば、幅140mm×奥行き415mm×高さ220mmである。また、レーザヘッド111の後方のファンを含む奥行きは、例えば、450mmである。後述するように、レーザヘッド111には、加工用のレーザ光(以下、加工レーザ光と称する)を加工対象物であるワークに照射するための加工光学系等が設けられる。   The laser head 111 has a box shape, and its size is, for example, width 140 mm × depth 415 mm × height 220 mm. The depth including the fan behind the laser head 111 is, for example, 450 mm. As will be described later, the laser head 111 is provided with a processing optical system for irradiating a workpiece, which is a processing target, with processing laser light (hereinafter referred to as processing laser light).

アタッチメント112は、レーザヘッド111の底面の後方に取り付けられる。後述するように、アタッチメント112には、レーザマーカ101の加工エリアを観察するための観察光学系が収納される。   The attachment 112 is attached behind the bottom surface of the laser head 111. As will be described later, the attachment 112 accommodates an observation optical system for observing the processing area of the laser marker 101.

アタッチメント113FR乃至113BLは、レーザヘッド111の底面の四隅付近に取り付けられ、レーザヘッド111を支えるための脚を構成する。また、アタッチメント113FR乃至113BLにより、レーザヘッド111の下方にアタッチメント112を取り付けるためのスペースが確保される。   Attachments 113FR to 113BL are attached near the four corners of the bottom surface of the laser head 111 and constitute legs for supporting the laser head 111. Further, the attachments 113FR to 113BL secure a space for attaching the attachment 112 below the laser head 111.

また、図6に示されるように、レーザ遮蔽カバー114が、アタッチメント112及びアタッチメント113FR乃至113BLの周囲を囲むようにレーザヘッド111の下部に取り付けられる。このレーザ遮蔽カバー114により、レーザヘッド111から出射される加工レーザ光が周囲に漏れることが防止される。   Further, as shown in FIG. 6, the laser shielding cover 114 is attached to the lower part of the laser head 111 so as to surround the periphery of the attachment 112 and the attachments 113FR to 113BL. The laser shielding cover 114 prevents the processing laser light emitted from the laser head 111 from leaking to the surroundings.

図7に示されるように、レーザヘッド111には、レーザ発振器151、光源152、ダイクロイックミラー153、3D光学系154、ミラー155、ガルバノミラー156、及び、光源157が設けられている。そのうち、レーザ発振器151、ダイクロイックミラー153、3D光学系154、ミラー155、及び、ガルバノミラー156により、加工光学系が構成される。   As shown in FIG. 7, the laser head 111 is provided with a laser oscillator 151, a light source 152, a dichroic mirror 153, a 3D optical system 154, a mirror 155, a galvano mirror 156, and a light source 157. Among them, the laser oscillator 151, the dichroic mirror 153, the 3D optical system 154, the mirror 155, and the galvanometer mirror 156 constitute a processing optical system.

また、アタッチメント112には、カメラ161、レンズ162、及び、ミラー163により構成される観察光学系が収納されている。従って、観察光学系は、レーザヘッド111の底面の下であって、高さ方向においてガルバノミラー156と加工面Sの間に配置されている。   The attachment 112 houses an observation optical system including a camera 161, a lens 162, and a mirror 163. Therefore, the observation optical system is disposed below the bottom surface of the laser head 111 and between the galvano mirror 156 and the processing surface S in the height direction.

レーザ発振器151は、ワークの加工を行うための加工レーザ光を出射する。なお、レーザ発振器151の種類は、特に限定されるものではなく、任意のものを採用することができる。   The laser oscillator 151 emits a processing laser beam for processing a workpiece. Note that the type of the laser oscillator 151 is not particularly limited, and an arbitrary one can be adopted.

そして、加工レーザ光は、ダイクロイックミラー153、3D光学系154を透過した後、ミラー163及びガルバノミラー156により反射され、ワークの加工面Sに照射される。このとき、焦点調整機構である3D光学系154により、加工光学系のZ軸方向のフォーカス位置(加工レーザ光のZ軸方向の集光位置)を調整することができる。また、図7に示されるように、ガルバノミラー156により、加工面Sにおいて加工レーザ光をX軸及びY軸の2軸方向に走査することができる。   The machining laser light passes through the dichroic mirror 153 and the 3D optical system 154, is reflected by the mirror 163 and the galvano mirror 156, and is irradiated onto the machining surface S of the workpiece. At this time, the focus position in the Z-axis direction of the machining optical system (the condensing position of the machining laser light in the Z-axis direction) can be adjusted by the 3D optical system 154 that is a focus adjustment mechanism. In addition, as shown in FIG. 7, the processing laser light can be scanned in the X axis and Y axis directions on the processing surface S by the galvanometer mirror 156.

なお、以下、加工レーザ光を走査することにより加工できる範囲を加工エリアと称する。また、加工レーザ光をレーザヘッド111から垂直下方向に出射した場合に加工レーザ光が照射される位置を加工エリアの中心とし、以下、加工中心と称する。   Hereinafter, a range that can be processed by scanning the processing laser light is referred to as a processing area. In addition, when the machining laser beam is emitted vertically downward from the laser head 111, the position irradiated with the machining laser beam is defined as the center of the machining area, and is hereinafter referred to as the machining center.

光源152は、可視光のレーザ光(以下、ガイドレーザと称する)を出射する。そして、ガイドレーザ光は、ダイクロイックミラー153、3D光学系154を透過した後、ミラー163及びガルバノミラー156により反射され、ワークの加工面Sに照射される。ガイドレーザも、加工レーザ光と同様に、3D光学系154によりZ軸方向の集光位置を調整したり、ガルバノミラー156により加工面SにおいてX軸及びY軸の2軸方向に走査したりすることができる。   The light source 152 emits visible laser light (hereinafter referred to as a guide laser). The guide laser light passes through the dichroic mirror 153 and the 3D optical system 154, is reflected by the mirror 163 and the galvano mirror 156, and is irradiated onto the processing surface S of the workpiece. Similarly to the machining laser beam, the guide laser also adjusts the condensing position in the Z-axis direction by the 3D optical system 154, or scans the machining surface S in the X-axis and Y-axis directions by the galvanometer mirror 156. be able to.

ガイドレーザは、加工形状の確認に用いられる。すなわち、加工レーザ光による加工前に、加工時と同様にしてガイドレーザを加工面S上で走査することにより、加工形状のイメージを視覚的に確認することができる。   The guide laser is used for confirming the processing shape. That is, the image of the processed shape can be visually confirmed by scanning the guide laser on the processed surface S in the same manner as at the time of processing before processing with the processing laser light.

また、後述するように、ガイドレーザは、加工光学系のフォーカス位置(加工レーザ光の集光位置)を測定し、Z軸方向(高さ方向)の加工位置(以下、加工高さとも称する)を調整するための測定光として用いることもできる。   Further, as will be described later, the guide laser measures the focus position (processing laser beam condensing position) of the processing optical system, and the processing position (hereinafter also referred to as processing height) in the Z-axis direction (height direction). It can also be used as a measurement light for adjusting.

光源157は、可視光のレーザ光(以下、焦点ポインタと称する)を出射する。なお、焦点ポインタは、斜め方向から観察光学系のフォーカスが合う面(以下、観察系焦点面と称する)における加工中心を通るように調整される。そして、後述するように、焦点ポインタは、ガイドレーザと同様に、加工光学系のフォーカス位置(加工レーザ光の集光位置)を測定し、加工高さを調整するための測定光として用いられる。   The light source 157 emits visible laser light (hereinafter referred to as a focus pointer). Note that the focus pointer is adjusted so as to pass through a processing center on a surface (hereinafter referred to as an observation system focal plane) on which the observation optical system is focused from an oblique direction. As will be described later, the focus pointer is used as measurement light for measuring the focus position of the processing optical system (condensing position of the processing laser light) and adjusting the processing height, as with the guide laser.

カメラ161、レンズ162及びミラー163は、加工面Sを観察するための画像(以下、観察画像と称する)を撮影する。ユーザは、この観察画像により、加工エリアの状態等を観察することができる。   The camera 161, the lens 162, and the mirror 163 capture an image for observing the processed surface S (hereinafter referred to as an observation image). The user can observe the state of the processing area and the like from this observation image.

カメラ161は、撮像素子(不図示)の撮像面が加工面Sに対して垂直になるように、水平方向に設置されている。レンズ162は、光軸がカメラ161の光軸と一致するように設置されている。ミラー163は、レンズ162の主面に対して、反射面が斜め下方向に向くように設置されている。   The camera 161 is installed in the horizontal direction so that the imaging surface of an imaging element (not shown) is perpendicular to the processing surface S. The lens 162 is installed so that the optical axis coincides with the optical axis of the camera 161. The mirror 163 is installed such that the reflecting surface is directed obliquely downward with respect to the main surface of the lens 162.

加工面Sからの光は、ミラー163により反射され、レンズ162に入射し、レンズ162により、カメラ161の撮像素子の撮像面において結像する。そして、カメラ161により、加工面Sの像が撮影される。また、ミラー163の角度を調整することにより、カメラ161の撮影範囲(以下、観察エリアとも称する)、及び、加工面Sを撮影する角度(以下、撮影角度と称する)が調整される。   The light from the processing surface S is reflected by the mirror 163, enters the lens 162, and forms an image on the imaging surface of the imaging element of the camera 161 by the lens 162. Then, an image of the processed surface S is taken by the camera 161. Further, by adjusting the angle of the mirror 163, the shooting range of the camera 161 (hereinafter also referred to as an observation area) and the angle at which the processed surface S is shot (hereinafter referred to as a shooting angle) are adjusted.

なお、例えば、レーザヘッド111にアタッチメント112を取り付けた状態で、ミラー163の角度を手動又は電動で機械的に調整できるようにするにしてもよい。   For example, the angle of the mirror 163 may be manually or electrically mechanically adjusted with the attachment 112 attached to the laser head 111.

従って、レーザマーカ101によれば、レンズ162を交換することにより、加工面Sの観察倍率を自由に設定することができる。また、図1のレーザマーカ1のように、ガルバノミラー156を介さずに加工面Sを直接撮影するので、ガルバノミラー156による光のケラレが生じることがない。従って、加工エリア全体を含む広い範囲をカメラ161により撮影し、観察することも可能である。   Therefore, according to the laser marker 101, the observation magnification of the processing surface S can be freely set by exchanging the lens 162. Further, since the processing surface S is directly photographed without using the galvanometer mirror 156 as in the laser marker 1 in FIG. 1, light vignetting by the galvanometer mirror 156 does not occur. Therefore, a wide range including the entire processing area can be photographed and observed with the camera 161.

さらに、ミラー163を設けることにより、加工面Sを撮影するためにカメラ161を加工面Sに向ける必要がなく、カメラ161を水平方向に向くように設置することが可能である。その結果、観察光学系を収納するアタッチメント112を、レーザヘッド111の底面に取り付けることができる。これにより、装置の小型化が可能になり、図2のレーザマーカ31や図3のレーザマーカ61のような観察光学系を設けることによるフットプリントの増大を防止することができる。   Further, by providing the mirror 163, it is not necessary to point the camera 161 toward the processing surface S in order to photograph the processing surface S, and the camera 161 can be installed so as to face in the horizontal direction. As a result, the attachment 112 that houses the observation optical system can be attached to the bottom surface of the laser head 111. As a result, the apparatus can be miniaturized, and an increase in footprint due to the provision of an observation optical system such as the laser marker 31 in FIG. 2 or the laser marker 61 in FIG. 3 can be prevented.

さらに、ミラー163を設けることにより、図3のレーザマーカ61と比較して、撮影角度をより加工面Sに対して垂直な方向に設定することが可能である。これにより、観察系焦点面と加工面Sの間の角度を小さくすることができ、観察エリア(撮影範囲)内全体にフォーカスを合わせやすくなる。その結果、観察画像のボケや歪みの発生を抑制することができる。   Furthermore, by providing the mirror 163, it is possible to set the photographing angle in a direction perpendicular to the processing surface S as compared with the laser marker 61 of FIG. Thereby, the angle between the observation system focal plane and the processed surface S can be reduced, and the entire observation area (imaging range) can be easily focused. As a result, it is possible to suppress the occurrence of blur and distortion in the observed image.

{カメラ161及びレンズ162の設置方向の変形例}
なお、カメラ161及びレンズ162の設置方向は、必ずしも図7の例に限定されるものではない。例えば、カメラ161を斜め上方向に向くように設置することにより、ミラー163の角度をより水平に近づけることができる。これにより、撮影角度をより垂直に近づけることができ、観察エリア(撮影範囲)内全体によりフォーカスを合わせやすくなる。
{Variation of installation direction of camera 161 and lens 162}
The installation direction of the camera 161 and the lens 162 is not necessarily limited to the example of FIG. For example, by installing the camera 161 so as to face obliquely upward, the angle of the mirror 163 can be made more horizontal. As a result, the shooting angle can be made closer to the vertical, making it easier to focus on the entire observation area (shooting range).

また、例えば、図8に示されるように、カメラ161の撮像素子161aの撮像面、レンズ162の主面162a、及び、加工面Sが実質的に一直線上に交わり、シャインプルーフの条件を満たすように、カメラ161、レンズ162、及び、ミラー163を設置するようにしてもよい。すなわち、加工面Sからカメラ161までの光路をミラー163により折り曲げずに模擬的に伸ばした場合に、カメラ161の撮像素子161aの撮像面、レンズ162の主面162a、及び、加工面Sが一直線上に交わるように、カメラ161、レンズ162、及び、ミラー163を設置するようにしてもよい。これは、例えば、図9に示されるように、レンズ162の主面が上斜め方向に向くように傾け、その角度を調整することにより実現することができる。   Further, for example, as shown in FIG. 8, the imaging surface of the imaging device 161 a of the camera 161, the main surface 162 a of the lens 162, and the processing surface S substantially intersect in a straight line so that the shine proof condition is satisfied. In addition, a camera 161, a lens 162, and a mirror 163 may be installed. That is, when the optical path from the processing surface S to the camera 161 is simulated and extended without being bent by the mirror 163, the imaging surface of the imaging device 161a of the camera 161, the main surface 162a of the lens 162, and the processing surface S are straight. You may make it install the camera 161, the lens 162, and the mirror 163 so that it may cross | intersect on a line. For example, as shown in FIG. 9, this can be realized by tilting the main surface of the lens 162 so as to face the upper oblique direction and adjusting the angle.

これにより、観察エリア内の全ての領域において観察光学系のフォーカスを良好に合わせることができ、歪みやボケのない鮮明な観察画像を得ることができる。   Thereby, it is possible to satisfactorily focus the observation optical system in all the areas in the observation area, and it is possible to obtain a clear observation image free from distortion and blur.

{レーザマーカ101の処理}
次に、図10乃至図34を参照して、レーザマーカ101の処理について説明する。
{Processing of laser marker 101}
Next, processing of the laser marker 101 will be described with reference to FIGS.

(制御部201の構成例)
図10は、レーザマーカ101に設けられている制御部201の機能の構成例を示すブロック図である。制御部201は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサにより構成される。なお、制御部201は、レーザヘッド111又はアタッチメント112のいずれに設けてもよいし、或いは、レーザヘッド111及びアタッチメント112に分散して設けるようにしてもよい。
(Configuration example of the control unit 201)
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of functions of the control unit 201 provided in the laser marker 101. The control unit 201 is configured by a processor such as a CPU (Central Processing Unit), for example. The control unit 201 may be provided in either the laser head 111 or the attachment 112, or may be provided in a distributed manner in the laser head 111 and the attachment 112.

制御部201は、撮影制御部211、画像処理部212、及び、加工制御部213を含むように構成される。   The control unit 201 is configured to include an imaging control unit 211, an image processing unit 212, and a processing control unit 213.

撮影制御部211は、カメラ161による観察画像の撮影を制御する。   The shooting control unit 211 controls shooting of an observation image by the camera 161.

画像処理部212は、後述するように、カメラ161により撮影された観察画像に対して、各種の画像処理を行う。また、画像処理部212は、必要に応じて、画像処理の結果を、外部に出力する。   As will be described later, the image processing unit 212 performs various types of image processing on the observation image captured by the camera 161. Further, the image processing unit 212 outputs the result of the image processing to the outside as necessary.

加工制御部213は、レーザ発振器151、3D光学系154、及び、ガルバノミラー156等を制御して、レーザヘッド111によるワークの加工を制御する。   The processing control unit 213 controls the laser oscillator 151, the 3D optical system 154, the galvanometer mirror 156, and the like to control the processing of the workpiece by the laser head 111.

(加工処理の第1の実施の形態)
次に、図11のフローチャートを参照して、レーザマーカ101により実行される加工処理の第1の実施の形態について説明する。
(First embodiment of processing)
Next, a first embodiment of the processing performed by the laser marker 101 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS1において、制御部201は、外部から入力される加工レシピを取得する。   In step S1, the control unit 201 acquires a processing recipe input from the outside.

ここで、加工レシピとは、レーザマーカ101によりマーキングするマーク(例えば、文字や図形等)の大きさ及び形状、並びに、加工対象となるワークにおける加工位置等を示す情報である。図12には、円形のマーク301が登録された加工レシピの例が示されている。   Here, the processing recipe is information indicating the size and shape of a mark (for example, a character or a graphic) to be marked by the laser marker 101, and the processing position in the workpiece to be processed. FIG. 12 shows an example of a processing recipe in which a circular mark 301 is registered.

ステップS2において、制御部201は、外部から入力される登録パターンを取得する。ここで、登録パターンとは、観察エリア内においてパターンマッチングによりワークを検出するために用いられるパターンである。例えば、加工前のワークの画像や、加工前のワークの特徴を表す画像(例えば、輪郭図)等が、登録パターンとして与えられる。   In step S2, the control unit 201 acquires a registration pattern input from the outside. Here, the registered pattern is a pattern used for detecting a workpiece by pattern matching in the observation area. For example, an image of a workpiece before processing, an image (for example, an outline diagram) representing features of the workpiece before processing, or the like is given as a registered pattern.

図13は、登録パターン312を含むパターン画像311の例を示している。このパターン画像311には、正方形の登録パターン312が示されている。   FIG. 13 shows an example of a pattern image 311 including a registered pattern 312. This pattern image 311 shows a square registered pattern 312.

ステップS3において、カメラ161は、撮影制御部211の制御の下に、加工エリアを撮影する。そして、制御部201は、撮影の結果得られる観察画像を取得する。このとき、上述したように、加工エリア全体又は加工エリア内の広い範囲を含み、歪みやボケの少ない高画質の観察画像を得ることができる。   In step S <b> 3, the camera 161 shoots the processing area under the control of the shooting control unit 211. And the control part 201 acquires the observation image obtained as a result of imaging | photography. At this time, as described above, it is possible to obtain a high-quality observation image that includes the entire processing area or a wide range within the processing area and is less distorted and blurred.

図14は、観察画像の例を示している。この観察画像321には、ワーク322a及びワーク322bの2つのワークが写っている。   FIG. 14 shows an example of an observation image. In this observation image 321, two works, a work 322a and a work 322b, are shown.

ステップS4において、画像処理部212は、パターンマッチングを行う。例えば、画像処理部212は、図14の観察画像321において、図13の登録パターン312と一致するパターンを探索する。そして、例えば、図15に示されるように、観察画像321の中からワーク322a及びワーク322bが検出される。   In step S4, the image processing unit 212 performs pattern matching. For example, the image processing unit 212 searches the observation image 321 in FIG. 14 for a pattern that matches the registered pattern 312 in FIG. For example, as illustrated in FIG. 15, the workpiece 322 a and the workpiece 322 b are detected from the observation image 321.

なお、画像処理部212が行うパターンマッチングには、任意の手法を採用することができる。   Note that any method can be adopted for pattern matching performed by the image processing unit 212.

ステップS5において、加工制御部213は、加工位置を設定する。例えば、加工制御部213は、加工レシピに基づいて、観察画像321において検出されたワーク322a及びワーク322b内の加工位置の座標(加工座標)を計算する。例えば、ワーク322a及びワーク322bの中央にマーキングする場合、図16に示されるように、観察画像321におけるパターン322aの中心331a及びパターン322bの中心331bの座標が、加工座標として計算される。そして、加工制御部213は、観察画像321における加工座標を、レーザマーカ101の加工エリア内の座標に変換し、求めた座標を加工位置に設定する。   In step S5, the machining control unit 213 sets a machining position. For example, the processing control unit 213 calculates the coordinates (processing coordinates) of the processing position in the workpiece 322a and the workpiece 322b detected in the observation image 321 based on the processing recipe. For example, when marking the center of the workpiece 322a and the workpiece 322b, as shown in FIG. 16, the coordinates of the center 331a of the pattern 322a and the center 331b of the pattern 322b in the observation image 321 are calculated as processing coordinates. And the process control part 213 converts the process coordinate in the observation image 321 into the coordinate in the process area of the laser marker 101, and sets the calculated | required coordinate to a process position.

ここで、観察画像321には、加工エリア全体又は加工エリア内の広い範囲が写っている。従って、例えば、1枚の観察画像321のみを用いて、加工エリア内のワークを全て検出し、全ての加工位置を一度に設定することが可能になる。   Here, the observation image 321 shows the entire processing area or a wide range within the processing area. Therefore, for example, it is possible to detect all the workpieces in the machining area using only one observation image 321 and set all the machining positions at one time.

ステップS6において、レーザヘッド111は、加工制御部213の制御の下に、加工する。すなわち、レーザヘッド111は、加工制御部213の制御の下に、ステップS5の処理で設定された加工位置に、加工レシピに示されるマークの加工を行う。例えば、図17に示されるように、ワーク322a及びワーク322bの中央に、図12のマーク301と同じ形状のマークMa及びマークMbの加工が行われる。   In step S <b> 6, the laser head 111 performs processing under the control of the processing control unit 213. That is, under the control of the processing control unit 213, the laser head 111 processes the mark indicated in the processing recipe at the processing position set in the process of step S5. For example, as shown in FIG. 17, the processing of the mark Ma and the mark Mb having the same shape as the mark 301 in FIG. 12 is performed at the center of the work 322a and the work 322b.

その後、加工処理は終了する。   Thereafter, the processing process ends.

このように、レーザマーカ101では、加工エリア全体又は加工エリア内の広い範囲を含む高画質の観察画像を用いて、パターンマッチングにより加工位置を迅速に検出し、マーキングすることができる。また、ワークの設置位置や設置方向に関わらず、ワークの所望の位置に精度よくマーキングすることができる。   As described above, the laser marker 101 can quickly detect and mark a processing position by pattern matching using a high-quality observation image including the entire processing area or a wide range in the processing area. In addition, the desired position of the workpiece can be marked with high accuracy regardless of the installation position and installation direction of the workpiece.

(加工処理の第2の実施の形態)
次に、図18のフローチャートを参照して、レーザマーカ101により実行される加工処理の第2の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment of Processing)
Next, a second embodiment of the processing executed by the laser marker 101 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS31乃至S34において、上述した図11のステップS1乃至S4と同様の処理が実行される。   In steps S31 to S34, processing similar to that in steps S1 to S4 of FIG. 11 described above is executed.

ステップS35において、画像処理部212は、パターンマッチングの結果に基づいて、一致度が閾値以上であるか否かを判定する。すなわち、画像処理部212は、ステップS34の処理で観察画像内において検出したパターンと登録パターンとの一致度を計算し、その一致度が所定の閾値以上であるか否かを判定する。一致度が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS36に進む。   In step S <b> 35, the image processing unit 212 determines whether or not the degree of coincidence is equal to or greater than a threshold based on the result of pattern matching. That is, the image processing unit 212 calculates the degree of coincidence between the pattern detected in the observation image in the process of step S34 and the registered pattern, and determines whether the degree of coincidence is equal to or greater than a predetermined threshold. If it is determined that the degree of coincidence is equal to or greater than the threshold, the process proceeds to step S36.

そして、ステップS36及びS37において、図11のステップS5及びS6と同様の処理が実行され、ワークの加工が行われる。   In steps S36 and S37, processing similar to that in steps S5 and S6 in FIG. 11 is executed, and the workpiece is processed.

その後、加工処理は終了する。   Thereafter, the processing process ends.

一方、ステップS35において、一致度が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS38に進む。これは、例えば、観察エリア内にワークが存在しない場合や、ワークが所望の状態でない場合等である。   On the other hand, if it is determined in step S35 that the degree of coincidence is less than the threshold, the process proceeds to step S38. This is the case, for example, when there is no work in the observation area or when the work is not in a desired state.

ステップS38において、画像処理部212は、異常信号を出力する。すなわち、画像処理部212は、ワークの加工が正常に行われなかったことを示す異常信号を生成し、出力する。そして、例えば、この異常信号に基づいてレーザマーカ101の外部に設けられている警告灯を点灯させる等の方法により、ワークの加工に異常が発生したことが通知される。   In step S38, the image processing unit 212 outputs an abnormal signal. That is, the image processing unit 212 generates and outputs an abnormal signal indicating that the workpiece has not been processed normally. Then, for example, a notice that an abnormality has occurred in the machining of the workpiece is made by a method such as turning on a warning lamp provided outside the laser marker 101 based on the abnormality signal.

その後、加工処理は終了する。   Thereafter, the processing process ends.

このように、パターンマッチングの一致度に基づいて、加工を実施するか否かが判定される。これにより、例えば、ワークの有無を判別し、ワークが存在する場合にのみ加工を実行したり、ワークが所望の状態であるかどうかを判定し、所望の状態である場合のみ加工を実行したりすることができる。   In this way, it is determined whether or not processing is to be performed based on the matching degree of pattern matching. Thus, for example, the presence or absence of a workpiece is determined, and machining is performed only when the workpiece is present, or whether or not the workpiece is in a desired state is determined and machining is performed only when the workpiece is in a desired state. can do.

(加工処理の第3の実施の形態)
次に、図19のフローチャートを参照して、レーザマーカ101により実行される加工処理の第3の実施の形態について説明する。なお、以下、図20に示される正方形のワーク351の加工を行う場合について説明する。
(Third embodiment of processing)
Next, a third embodiment of the processing executed by the laser marker 101 will be described with reference to the flowchart of FIG. Hereinafter, a case where the square workpiece 351 shown in FIG. 20 is processed will be described.

ステップS61において、図11のステップS1の処理と同様に、加工レシピが取得される。なお、以下、図21に示される加工レシピが与えられた場合について説明する。図21の加工レシピには、円形のマーク361が登録されている。   In step S61, a processing recipe is acquired in the same manner as in step S1 of FIG. Hereinafter, a case where the processing recipe shown in FIG. 21 is given will be described. A circular mark 361 is registered in the processing recipe of FIG.

ステップS62において、制御部201は、外部から入力される登録パターンを取得する。ここで取得される登録パターンは、加工処理の第1及び第2の実施の形態で用いられる登録パターンと異なり、ワークの加工状態の検査に用いられるパターンである。例えば、加工後(マーキング後)のワークの画像や、加工後のワークの特徴を表す画像(例えば、輪郭図)等が、登録パターンとして与えられる。   In step S62, the control unit 201 acquires a registration pattern input from the outside. The registered pattern obtained here is a pattern used for inspection of the machining state of the workpiece, unlike the registered pattern used in the first and second embodiments of the machining process. For example, an image of a workpiece after machining (after marking), an image (for example, an outline diagram) representing features of the workpiece after machining, or the like is given as a registered pattern.

図22は、登録パターン372を含むパターン画像371の例を示している。このパターン画像371には、図20のワーク351の中央に図21のマーク361を配置した登録パターン372が示されている。   FIG. 22 shows an example of a pattern image 371 including a registered pattern 372. The pattern image 371 shows a registered pattern 372 in which the mark 361 in FIG. 21 is arranged at the center of the work 351 in FIG.

ステップS63において、レーザヘッド111は、加工制御部213の制御の下に、加工する。すなわち、レーザヘッド111は、加工制御部213の制御の下に、ワークの所定の位置に、加工レシピに示されるマークの加工を行う。   In step S63, the laser head 111 performs processing under the control of the processing control unit 213. That is, the laser head 111 processes the mark indicated in the processing recipe at a predetermined position of the workpiece under the control of the processing control unit 213.

ステップS64において、図11のステップS3の処理と同様に、加工エリアが撮影される。これにより、加工後のワークを含む観察画像が得られる。   In step S64, the processing area is photographed in the same manner as in step S3 of FIG. Thereby, the observation image containing the workpiece | work after a process is obtained.

ステップS65において、図11のステップS4の処理と同様に、パターンマッチングが行われる。すなわち、パターンマッチングを用いてワークの加工状態の検査が行われる。より具体的には、ワークの加工状態が、登録パターンに示される状態になっているか否かの検査が行われる。   In step S65, pattern matching is performed in the same manner as in step S4 of FIG. In other words, the processing state of the workpiece is inspected using pattern matching. More specifically, it is inspected whether or not the machining state of the workpiece is in a state indicated by the registered pattern.

ステップS66において、図18のステップS35の処理と同様に、一致度が閾値以上であるか否かが判定される。例えば、ステップS63において、図23に示されるように、ワーク351の略中央に、図21のマーク361と同じ形状のマークMcがマーキングされた場合、ワーク351とマークMcからなるパターンは、図22の登録パターン372に非常に近い。従って、この場合、一致度が閾値以上であると判定され、すなわち、加工状態が正常であると判定され、加工処理は終了する。   In step S66, as in the process of step S35 of FIG. For example, in step S63, as shown in FIG. 23, when a mark Mc having the same shape as the mark 361 in FIG. 21 is marked at the approximate center of the work 351, the pattern composed of the work 351 and the mark Mc is shown in FIG. Is very close to the registered pattern 372. Therefore, in this case, it is determined that the degree of coincidence is equal to or greater than the threshold value, that is, it is determined that the processing state is normal, and the processing process ends.

一方、例えば、図24に示されるように、マークMdの加工位置がワーク351の中央からずれている場合、ワーク351とマークMdからなるパターンは、図22の登録パターン372との差が大きい。従って、この場合、ステップS66において、一致度が閾値未満であると判定され、すなわち、加工状態が異常であると判定され、処理はステップS67に進む。   On the other hand, for example, as shown in FIG. 24, when the processing position of the mark Md is shifted from the center of the workpiece 351, the pattern made up of the workpiece 351 and the mark Md has a large difference from the registered pattern 372 in FIG. Accordingly, in this case, it is determined in step S66 that the degree of coincidence is less than the threshold value, that is, it is determined that the machining state is abnormal, and the process proceeds to step S67.

ステップS67において、画像処理部212は、異常信号を出力する。すなわち、画像処理部212は、ワークの加工状態が異常であることを示す異常信号を生成し、出力する。そして、例えば、この異常信号に基づいてレーザマーカ101の外部に設けられている警告灯を点灯させる等の方法により、ワークの加工に異常が発生したことが通知される。   In step S67, the image processing unit 212 outputs an abnormal signal. That is, the image processing unit 212 generates and outputs an abnormality signal indicating that the workpiece machining state is abnormal. Then, for example, a notice that an abnormality has occurred in the machining of the workpiece is made by a method such as turning on a warning lamp provided outside the laser marker 101 based on the abnormality signal.

このように、レーザマーカ101では、加工エリア全体又は加工エリア内の広い範囲を含む高画質の観察画像を用いて、パターンマッチングにより加工状態の検査を高精度で行うことができる。   As described above, the laser marker 101 can inspect the processing state with high accuracy by pattern matching using a high-quality observation image including the entire processing area or a wide range in the processing area.

(加工エリアと観察エリアの中心のズレの補正方法)
次に、図25及び図26を参照して、レーザマーカ101の加工エリアと観察エリアの中心のズレの補正方法について説明する。
(Correction method for misalignment between center of processing area and observation area)
Next, with reference to FIG. 25 and FIG. 26, a method for correcting the misalignment between the processing area of the laser marker 101 and the center of the observation area will be described.

レーザヘッド111にアタッチメント112を取り付けるときに、図25の上に示されるように、加工エリア401の中心C1と観察エリア402の中心C2にズレが生じる場合がある。このズレの大きさ(ズレ量)は、例えば、以下の方法で検出することが可能である。   When the attachment 112 is attached to the laser head 111, there may be a deviation between the center C1 of the processing area 401 and the center C2 of the observation area 402, as shown in the upper part of FIG. The size of the deviation (deviation amount) can be detected by, for example, the following method.

例えば、まず、レーザヘッド111が、加工制御部213の制御の下に、加工エリア401の中心C1に対して加工を行う。これにより、図25の中央に示されるように、加工エリア401の中心C1に加工点Meが形成される。   For example, first, the laser head 111 performs processing on the center C <b> 1 of the processing area 401 under the control of the processing control unit 213. As a result, a machining point Me is formed at the center C1 of the machining area 401 as shown in the center of FIG.

次に、カメラ161は、撮影制御部211の制御の下に、加工点Meが形成された加工エリアを撮影する。そして、画像処理部212は、エッジ抽出やパターンマッチング等の任意の手法により、観察画像内の加工点Meを検出する。さらに、画像処理部212は、検出した加工点Meと観察画像の中心C2との間のズレ量ΔXとΔYを、加工エリア401の中心C1と観察エリア402の中心C2との間のズレ量として検出する。   Next, the camera 161 captures an image of the processing area in which the processing point Me is formed under the control of the imaging control unit 211. Then, the image processing unit 212 detects the processing point Me in the observation image by an arbitrary method such as edge extraction or pattern matching. Further, the image processing unit 212 uses the deviation amounts ΔX and ΔY between the detected processing point Me and the center C2 of the observation image as a deviation amount between the center C1 of the processing area 401 and the center C2 of the observation area 402. To detect.

このズレの補正は、例えば、カメラ161やレンズ162の位置や、ミラー163の角度を調整し、観察エリアの位置を調整することにより、機械的に補正することができる。このとき、例えば、検出したズレ量に基づいて、自動的にミラー163の角度を調整し、ズレを補正するようにしてもよい。   The correction of the deviation can be mechanically corrected by adjusting the position of the observation area by adjusting the position of the camera 161 or the lens 162 or the angle of the mirror 163, for example. At this time, for example, the angle of the mirror 163 may be automatically adjusted based on the detected amount of deviation to correct the deviation.

また、図26に示すように、画像処理によりズレの補正を行うことも可能である。例えば、画像処理部212が、観察エリア402内の画像(すなわち、観察画像)において使用する領域を、中心C3が加工エリア401の中心C1と一致する領域403に制限する。具体的には、例えば、画像処理部212は、観察画像から領域403内の画像を切り出して、後段に出力する。そして、例えば、画像処理部212から出力される画像を表示した場合、表示される画像(すなわち、観察エリア)の中心が、見かけ上加工エリア401の中心C1と一致するようになる。   Also, as shown in FIG. 26, it is possible to correct the deviation by image processing. For example, the area used by the image processing unit 212 in the image in the observation area 402 (that is, the observation image) is limited to the area 403 where the center C3 coincides with the center C1 of the processing area 401. Specifically, for example, the image processing unit 212 cuts out the image in the region 403 from the observation image and outputs it to the subsequent stage. For example, when an image output from the image processing unit 212 is displayed, the center of the displayed image (that is, the observation area) apparently coincides with the center C1 of the processing area 401.

これにより、カメラ161、レンズ162、又は、ミラー163の位置や角度の調整を行わずに、加工エリアの中心と観察エリアの中心のズレを補正することができる。   Accordingly, it is possible to correct the deviation between the center of the processing area and the center of the observation area without adjusting the position and angle of the camera 161, the lens 162, or the mirror 163.

(観察画像の台形歪みに対する対策)
次に、図27及び図28を参照して、観察画像の台形歪みに対する対策について説明する。
(Measures against trapezoidal distortion of observed images)
Next, a countermeasure against trapezoidal distortion of the observation image will be described with reference to FIGS. 27 and 28. FIG.

レーザマーカ101では、ミラー163を介して、ワークを斜め上方向から撮影するため、レンズ162がノンテレセントリックレンズである場合、図27の上の図に示されるように、観察画像において台形歪みが発生する。すなわち、例えば、矩形のワークを撮影した場合、観察画像におけるワークの像451の幅が上に行くほど狭くなる。   In the laser marker 101, since the workpiece is photographed obliquely upward via the mirror 163, when the lens 162 is a non-telecentric lens, trapezoidal distortion occurs in the observed image as shown in the upper diagram of FIG. . That is, for example, when a rectangular workpiece is photographed, the width of the workpiece image 451 in the observation image becomes narrower as it goes up.

これに対して、まず、レンズ162にテレセントリックレンズを用いることが考えられる。これにより、図27の下の図に示されるように、観察画像において、ワークの像452に台形歪みが現れなくなり、像452の形状が矩形になる。   On the other hand, it is conceivable to use a telecentric lens for the lens 162 first. As a result, as shown in the lower diagram of FIG. 27, the trapezoidal distortion does not appear in the work image 452 in the observation image, and the shape of the image 452 becomes rectangular.

なお、図3のレーザマーカ61においても、テレセントリックレンズを採用することが可能である。ただし、レーザマーカ101の方が、レーザマーカ61と比較して、加工面Sに対する撮影角度が小さく、台形歪みが少ないため、テレセントリックレンズによる効果が大きくなる。   Note that a telecentric lens can also be employed in the laser marker 61 of FIG. However, the laser marker 101 has a smaller imaging angle with respect to the processed surface S and less trapezoidal distortion than the laser marker 61, and thus the effect of the telecentric lens is increased.

また、例えば、画像処理部212が、観察画像に対して台形歪みを除去するための画像処理を行うようにしてもよい。例えば、画像処理部212は、次式(1)及び(2)により定義されるアフィン変換を用いて、観察画像内の各画素の座標(x,y)を座標(x',y')に変換する。   Further, for example, the image processing unit 212 may perform image processing for removing the trapezoidal distortion on the observation image. For example, the image processing unit 212 uses the affine transformation defined by the following equations (1) and (2) to change the coordinates (x, y) of each pixel in the observation image to the coordinates (x ′, y ′). Convert.

x'=a*x+b*y+c ・・・(1)
y'=d*x+e*y+f ・・・(2)
x '= a * x + b * y + c (1)
y '= d * x + e * y + f (2)

なお、式(1)及び(2)のa乃至fは、所定の係数である。   Note that a to f in the equations (1) and (2) are predetermined coefficients.

そして、画像処理部212は、変化後の座標(x',y')における画素値を、元の観察画像において座標(x',y')の周囲にある4画素の画素値を用いたバイリニア補間等により求め、変換後の画像を生成する。   Then, the image processing unit 212 uses the pixel values at the coordinates (x ′, y ′) after the change as the bilinear values using the pixel values of the four pixels around the coordinates (x ′, y ′) in the original observation image. Obtained by interpolation or the like, and generates a converted image.

これにより、高価なテレセントリックレンズを用いずに、図28に示されるように、台形歪みを除去することにより矩形に変形したワークの像461を得ることができる。   Thereby, without using an expensive telecentric lens, as shown in FIG. 28, an image 461 of a workpiece deformed into a rectangle can be obtained by removing trapezoidal distortion.

(観察画像の反転処理)
また、レーザマーカ101では、ミラー163により反射された像がカメラ161により撮影される。そのため、図29の上の図に示されるように、観察画像におけるワークの像471は、撮影方向から目視した場合と比べて上下方向が反転する。そこで、例えば、画像処理部212が、図29の下の図に示されるように、観察画像におけるワークの像471が撮影方向から目視した場合と上下方向が一致するように、観察画像に対して反転処理を行うようにしてもよい。
(Reversal processing of observation image)
In the laser marker 101, an image reflected by the mirror 163 is taken by the camera 161. For this reason, as shown in the upper diagram of FIG. 29, the workpiece image 471 in the observation image is inverted in the vertical direction as compared with the case where it is viewed from the photographing direction. Therefore, for example, as shown in the lower diagram of FIG. 29, the image processing unit 212 applies to the observation image so that the vertical direction coincides with the case where the work image 471 in the observation image is viewed from the photographing direction. An inversion process may be performed.

(加工高さの調整方法)
次に、図30乃至図33を参照して、レーザマーカ101の加工高さの調整方法について説明する。
(Processing height adjustment method)
Next, a method for adjusting the processing height of the laser marker 101 will be described with reference to FIGS. 30 to 33.

まず、図30及び図31を参照して、光源157から出射される焦点ポインタLfを用いて加工高さを調整する場合について説明する。なお、以下、加工面S2が観察系焦点面と一致し、加工面S1は加工面S2より高い位置にあり、加工面S3は加工面S2より低い位置にあるものとする。また、加工面S1、S2、S3における焦点ポインタLfの照射点を、それぞれ照射点Pf1、Pf2、Pf3とする。   First, with reference to FIG. 30 and FIG. 31, the case where the processing height is adjusted using the focus pointer Lf emitted from the light source 157 will be described. Hereinafter, it is assumed that the processing surface S2 coincides with the observation system focal plane, the processing surface S1 is at a position higher than the processing surface S2, and the processing surface S3 is at a position lower than the processing surface S2. Further, the irradiation points of the focus pointer Lf on the processed surfaces S1, S2, and S3 are set as irradiation points Pf1, Pf2, and Pf3, respectively.

図31は、焦点ポインタLfが照射された加工面S1乃至S3をカメラ161により撮影した観察画像の例を模式的に示している。左端は加工面S1を撮影した観察画像であり、中央は加工面S2を撮影した観察画像であり、右端は加工面S3を撮影した観察画像である。   FIG. 31 schematically shows an example of an observation image obtained by photographing the processed surfaces S1 to S3 irradiated with the focus pointer Lf with the camera 161. The left end is an observation image obtained by photographing the processed surface S1, the center is an observation image obtained by photographing the processed surface S2, and the right end is an observation image obtained by photographing the processed surface S3.

観察系焦点面と一致する(ジャストフォーカスの)加工面S2の観察画像においては、照射点Pf2の位置は上下方向の略中央になる。一方、加工面S2より高い位置にある加工面S1の観察画像においては、照射点Pf1の位置は上下方向の中央より下になる。そして、加工面S1の観察系焦点面からの距離に比例して、観察画像内の照射点Pf1の位置が下がる。また、加工面S2より低い位置にある加工面S3の観察画像においては、照射点Pf3の位置は上下方向の中央より上になる。そして、加工面S3の観察系焦点面からの距離に比例して、観察画像内の照射点Pf3の位置が上がる。   In the observation image of the processing surface S2 that coincides with the observation system focal plane (just focused), the position of the irradiation point Pf2 is substantially the center in the vertical direction. On the other hand, in the observation image of the processing surface S1 that is higher than the processing surface S2, the position of the irradiation point Pf1 is below the center in the vertical direction. Then, the position of the irradiation point Pf1 in the observation image decreases in proportion to the distance of the processing surface S1 from the observation system focal plane. In the observation image of the processed surface S3 located at a position lower than the processed surface S2, the position of the irradiation point Pf3 is higher than the center in the vertical direction. Then, the position of the irradiation point Pf3 in the observation image increases in proportion to the distance of the processing surface S3 from the observation system focal plane.

従って、例えば、画像処理部212が、観察画像内の焦点ポインタLfの照射点の上下方向の位置を検出することにより、観察系焦点面を基準とする加工面の高さを検出することができる。そして、例えば、加工制御部213が、3D光学系22を制御して、加工レーザ光のZ軸方向の集光位置(加工光学系のフォーカス位置)を、検出した加工面の高さに合わせることにより、加工高さを適切に調整することができる。   Accordingly, for example, the image processing unit 212 can detect the height of the processing surface relative to the observation system focal plane by detecting the vertical position of the irradiation point of the focus pointer Lf in the observation image. . Then, for example, the processing control unit 213 controls the 3D optical system 22 so that the focusing position of the processing laser light in the Z-axis direction (the focus position of the processing optical system) is adjusted to the detected processing surface height. Thus, the processing height can be adjusted appropriately.

次に、図32及び図33を参照して、光源152から出射されるガイドレーザLgを用いて加工高さを調整する場合について説明する。なお、以下、図32に示されるように、加工面S1、S2、S3におけるガイドレーザLgの照射点を、それぞれ照射点Pg1、Pg2、Pg3とする。なお、加工面S1、S2、S3の位置は図30と同様である。   Next, with reference to FIG. 32 and FIG. 33, the case where the processing height is adjusted using the guide laser Lg emitted from the light source 152 will be described. Hereinafter, as shown in FIG. 32, the irradiation points of the guide laser Lg on the processed surfaces S1, S2, and S3 are referred to as irradiation points Pg1, Pg2, and Pg3, respectively. The positions of the processed surfaces S1, S2, and S3 are the same as those in FIG.

また、図33は、ガイドレーザLgが照射された加工面S1乃至S3をカメラ161により撮影した観察画像の例を模式的に示している。左端は加工面S1を撮影した観察画像であり、中央は加工面S2を撮影した観察画像であり、右端は加工面S3を撮影した観察画像である。   FIG. 33 schematically shows an example of an observation image obtained by photographing the processed surfaces S1 to S3 irradiated with the guide laser Lg with the camera 161. The left end is an observation image obtained by photographing the processed surface S1, the center is an observation image obtained by photographing the processed surface S2, and the right end is an observation image obtained by photographing the processed surface S3.

加工面の高さに対する観察画像におけるガイドレーザLgの照射点の位置は、焦点ポインタLfと同様の傾向を示す。すなわち、観察系焦点面と一致する(ジャストフォーカスの)加工面S2の観察画像においては、照射点Pg2の位置は上下方向の略中央になる。一方、加工面S1の観察画像においては、加工面S1の観察系焦点面からの距離に比例して、照射点Pg1の位置が下がる。また、加工面S3の観察画像においては、加工面S3の観察系焦点面からの距離に比例して、照射点Pg3の位置が上がる。   The position of the irradiation point of the guide laser Lg in the observation image with respect to the height of the processed surface shows the same tendency as the focus pointer Lf. That is, in the observation image of the processed surface S2 (just focused) that coincides with the observation system focal plane, the position of the irradiation point Pg2 is substantially the center in the vertical direction. On the other hand, in the observation image of the processed surface S1, the position of the irradiation point Pg1 decreases in proportion to the distance of the processed surface S1 from the observation system focal plane. In the observation image of the processed surface S3, the position of the irradiation point Pg3 increases in proportion to the distance of the processed surface S3 from the observation system focal plane.

従って、焦点ポインタLfを用いる場合と同様に、画像処理部212が、観察画像内のガイドレーザLgの照射点の上下方向の位置を検出することにより、観察系焦点面を基準とする加工面の高さを検出することができる。そして、例えば、加工制御部213が、3D光学系22を制御して、加工レーザ光のZ軸方向の集光位置(加工光学系のフォーカス位置)を、検出した加工面の高さに合わせることにより、加工高さを適切に調整することができる。   Therefore, as in the case where the focus pointer Lf is used, the image processing unit 212 detects the position of the irradiation point of the guide laser Lg in the observation image in the vertical direction, so that the processing surface with the observation system focal plane as a reference is detected. The height can be detected. Then, for example, the processing control unit 213 controls the 3D optical system 22 so that the focusing position of the processing laser light in the Z-axis direction (the focus position of the processing optical system) is adjusted to the detected processing surface height. Thus, the processing height can be adjusted appropriately.

なお、例えば、図1のレーザマーカ1において、ガイドレーザを用いて加工面の高さを検出しようとした場合、ガルバノミラー24を介して、ガイドレーザの像を観察することになる。そのため、図34に示されるように、加工面の高さが変わっても、観察画像におけるガイドレーザの照射点の上下方向の位置はほとんど変化しない。従って、レーザマーカ1では、ガイドレーザのみを用いて、加工高さの調整を行うことができない。なお、レーザマーカ1では、例えば、ガイドレーザと焦点ポインタの照射位置が一致するか否かに基づいて、加工高さの調整が行われる。   For example, in the laser marker 1 of FIG. 1, when it is attempted to detect the height of the processed surface using a guide laser, an image of the guide laser is observed through the galvanometer mirror 24. Therefore, as shown in FIG. 34, even if the height of the processed surface changes, the vertical position of the guide laser irradiation point in the observation image hardly changes. Therefore, in the laser marker 1, the machining height cannot be adjusted using only the guide laser. In the laser marker 1, for example, the processing height is adjusted based on whether or not the irradiation positions of the guide laser and the focus pointer match.

<2.第2の実施の形態>
次に、図35を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。
<2. Second Embodiment>
Next, with reference to FIG. 35, a second embodiment of the present invention will be described.

{レーザマーカ501の構成例}
図35は、本発明を適用したレーザ加工装置の第2の実施の形態であるレーザマーカ501の光学系の構成例を模式的に示している。なお、図中、図7のレーザマーカ101と対応する部分には同じ符号を付している。
{Configuration example of laser marker 501}
FIG. 35 schematically shows a configuration example of an optical system of a laser marker 501 which is the second embodiment of the laser processing apparatus to which the present invention is applied. In the figure, parts corresponding to those of the laser marker 101 in FIG.

レーザマーカ501は、レーザマーカ101に設置治具511及び照明装置512を追加したものである。照明装置512は、設置治具511を介して、レーザヘッド111の底面の前方に取り付けられる。すなわち、照明装置512は、加工レーザ光のレーザヘッド111からの出射位置を基準にして、ミラー622と反対側に取り付けられる。なお、設置治具511及び照明装置512を、カメラ161、レンズ162及びミラー163と同じアタッチメント、或いは、別のアタッチメントに収納するようにしてもよい。   The laser marker 501 is obtained by adding an installation jig 511 and an illumination device 512 to the laser marker 101. The illumination device 512 is attached to the front of the bottom surface of the laser head 111 via the installation jig 511. That is, the illumination device 512 is attached to the side opposite to the mirror 622 with reference to the emission position of the machining laser light from the laser head 111. The installation jig 511 and the lighting device 512 may be housed in the same attachment as the camera 161, the lens 162, and the mirror 163, or in a different attachment.

照明装置512は、加工面Sに斜め方向から照明光Le1を当てる落射照明として用いられる。また、加工面Sが観察系焦点面と一致する場合、照明装置512からの照明光Le1の加工面Sにおける正反射光の中心軸が、観察光学系の光軸と一致するように、照明装置512の位置及び傾き(照明光Le1の出射方向)が調整される。   The illumination device 512 is used as epi-illumination that irradiates the processing surface S with illumination light Le1 from an oblique direction. In addition, when the processed surface S matches the observation system focal plane, the illuminating device so that the central axis of the regular reflection light on the processed surface S of the illumination light Le1 from the illumination device 512 matches the optical axis of the observation optical system. The position and inclination 512 (the emission direction of the illumination light Le1) are adjusted.

これにより、正反射光のみを用いてワークを観察することができ、例えば、ワークの加工面Sからの正反射光の観察を行うことで、ワークの表面が鏡面か粗面かの判定を行うことが可能になる。   As a result, the workpiece can be observed using only the regular reflection light. For example, by observing the regular reflection light from the processed surface S of the workpiece, it is determined whether the surface of the workpiece is a mirror surface or a rough surface. It becomes possible.

なお、図1のレーザマーカ1の場合、加工面Sで反射された照明光は、ガルバノミラー24を介して、観察光学系25に入射する。従って、レーザマーカ1では、加工面Sからの正反射光が必ずしも観察光学系25に入射するとは限らず、また、正反射光以外の反射光が観察光学系25に入射する。従って、例えば、上述した方法によるワークの表面の判定を行うことができない。   In the case of the laser marker 1 in FIG. 1, the illumination light reflected by the processing surface S enters the observation optical system 25 via the galvanometer mirror 24. Therefore, in the laser marker 1, the regular reflection light from the processed surface S does not necessarily enter the observation optical system 25, and reflected light other than the regular reflection light enters the observation optical system 25. Therefore, for example, the surface of the workpiece cannot be determined by the method described above.

また、照明装置512がレーザヘッド111の底面に設置されるため、フットプリントの増大を防止することができる。   In addition, since the illumination device 512 is installed on the bottom surface of the laser head 111, an increase in footprint can be prevented.

<3.第3の実施の形態>
次に、図36を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。
<3. Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

{レーザマーカ601の構成例}
図36は、本発明を適用したレーザ加工装置の第3の実施の形態であるレーザマーカ601の光学系の構成例を模式的に示している。なお、図中、図7のレーザマーカ101と対応する部分には同じ符号を付している。また、レーザヘッド111内の光源157の図示は省略している。
{Configuration example of laser marker 601}
FIG. 36 schematically shows a configuration example of an optical system of a laser marker 601 which is the third embodiment of the laser processing apparatus to which the present invention is applied. In the figure, parts corresponding to those of the laser marker 101 in FIG. Further, illustration of the light source 157 in the laser head 111 is omitted.

レーザマーカ601は、レーザマーカ101と比較して、アタッチメント112の代わりにアタッチメント611がレーザヘッド111の底面に取り付けられている点が異なる。   The laser marker 601 is different from the laser marker 101 in that an attachment 611 is attached to the bottom surface of the laser head 111 instead of the attachment 112.

アタッチメント611は、カメラ161、レンズ621、及び、ミラー622を含むように構成される。なお、この例では、ミラー622を、カメラ161及びレンズ621と同じアタッチメント611内に収納する例を示しているが、例えば、別のアタッチメントに収納したり、アタッチメントに収納せずに、直接レーザヘッド111の底面に取り付けたりすることも可能である。   The attachment 611 is configured to include a camera 161, a lens 621, and a mirror 622. In this example, the mirror 622 is housed in the same attachment 611 as the camera 161 and the lens 621. For example, the mirror 622 is directly housed in a separate attachment or not in the attachment. It is also possible to attach to the bottom surface of 111.

レーザマーカ601では、加工レーザ光がレンズ621とミラー622の間を通るように、レンズ621とミラー622が設置されている。これにより、カメラ161とミラー622の間の空間が広がり、レンズのサイズの制約が少なくなる。従って、例えば、図36に示されるように、レーザマーカ101のレンズ162より大型のレンズ621を設置することが可能である。   In the laser marker 601, the lens 621 and the mirror 622 are installed so that the processing laser light passes between the lens 621 and the mirror 622. As a result, the space between the camera 161 and the mirror 622 is expanded, and the restriction on the lens size is reduced. Therefore, for example, as shown in FIG. 36, a lens 621 larger than the lens 162 of the laser marker 101 can be installed.

これにより、観察画像をより鮮明にする等の画質の向上が実現できる。また、観察画像の画質の向上に伴い、より高精度な画像処理を行うことができ、例えば、加工位置の位置決めの精度を向上させることができる。   Thereby, an improvement in image quality such as clearer observation images can be realized. Further, with the improvement of the image quality of the observation image, more accurate image processing can be performed. For example, the processing position positioning accuracy can be improved.

また、ミラー622は、レーザマーカ101のミラー163と比較して、より垂直に近い方向に設置することが可能である。そのため、加工レーザ光を遮らないようにミラー622を設置することが容易になる。   Further, the mirror 622 can be installed in a direction closer to the vertical as compared with the mirror 163 of the laser marker 101. Therefore, it becomes easy to install the mirror 622 so as not to block the processing laser light.

一方、レーザマーカ101のミラー163の方が、レーザマーカ601のミラー622より小型化することができる。或いは、ミラー163とミラー622のサイズを同じにした場合、レーザマーカ101の方が、観察エリアが広くなり、より広い範囲を撮影することが可能になる。   On the other hand, the mirror 163 of the laser marker 101 can be made smaller than the mirror 622 of the laser marker 601. Alternatively, when the sizes of the mirror 163 and the mirror 622 are the same, the laser marker 101 has a wider observation area and can capture a wider range.

<4.第4の実施の形態>
次に、図37を参照して、本発明の第4の実施の形態について説明する。
<4. Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

{レーザマーカ701の構成例}
図37は、本発明を適用したレーザ加工装置の第4の実施の形態であるレーザマーカ701の光学系の構成例を模式的に示している。なお、図中、図36のレーザマーカ601と対応する部分には同じ符号を付している。
{Configuration example of laser marker 701}
FIG. 37 schematically shows a configuration example of an optical system of a laser marker 701 which is the fourth embodiment of the laser processing apparatus to which the present invention is applied. In the figure, parts corresponding to those of the laser marker 601 in FIG.

レーザマーカ701は、図35のレーザマーカ501と同様に、正反射光によりワークを観察できるようにするものである。具体的には、レーザマーカ701は、レーザマーカ601と比較して、アタッチメント611の代わりにアタッチメント711がレーザヘッド111の底面に取り付けられている点が異なる。アタッチメント711は、アタッチメント611と比較して、レンズ621の代わりに、レンズ721が設けられ、設置治具722、及び、照明装置723が追加されている点が異なる。   As with the laser marker 501 in FIG. 35, the laser marker 701 enables the workpiece to be observed with specularly reflected light. Specifically, the laser marker 701 is different from the laser marker 601 in that an attachment 711 is attached to the bottom surface of the laser head 111 instead of the attachment 611. The attachment 711 is different from the attachment 611 in that a lens 721 is provided instead of the lens 621, and an installation jig 722 and a lighting device 723 are added.

照明装置723は、加工レーザ光のレーザヘッド111からの出射位置を基準にして、ミラー622と反対側に、設置治具722を介してレーザヘッド111の底面に取り付けられる。なお、レンズ721の代わりに図36のレンズ621を用いることも可能であるが、図を分かりやすくするために、レンズ621より小型のレンズ721を設けた例を示している。また、この例では、ミラー622、設置治具722及び照明装置723を、カメラ161及びレンズ721と同じアタッチメント711内に収納する例を示しているが、例えば、別のアタッチメントに収納したり、アタッチメントに収納せずに、直接レーザヘッド111の底面に取り付けるようにしてもよい。   The illuminating device 723 is attached to the bottom surface of the laser head 111 via the installation jig 722 on the side opposite to the mirror 622 with reference to the emission position of the processing laser light from the laser head 111. Although it is possible to use the lens 621 in FIG. 36 instead of the lens 721, an example in which a lens 721 smaller than the lens 621 is provided is shown for easy understanding of the drawing. In this example, the mirror 622, the installation jig 722, and the illumination device 723 are stored in the same attachment 711 as the camera 161 and the lens 721. You may make it attach directly to the bottom face of the laser head 111, without storing in the.

照明装置723は、図35のレーザマーカ501の照明装置512と同様に、加工面Sに斜め方向から照明光Le2を当てる落射照明として用いられる。また、加工面Sが観察系焦点面と一致する場合、照明装置723からの照明光Le2の加工面Sにおける正反射光の中心軸が、観察光学系の光軸と一致するように、照明装置723の位置及び傾き(照明光Le2の出射方向)が調整される。   The illumination device 723 is used as epi-illumination that irradiates the processing surface S with illumination light Le2 from an oblique direction, similarly to the illumination device 512 of the laser marker 501 in FIG. In addition, when the processing surface S coincides with the observation system focal plane, the illumination device is configured such that the central axis of the regular reflection light on the processing surface S of the illumination light Le2 from the illumination device 723 coincides with the optical axis of the observation optical system. The position and inclination of 723 (the emission direction of the illumination light Le2) are adjusted.

これにより、図35のレーザマーカ501と同様に、正反射光によるワーク観察を行うことができ、例えば、ワークの加工面Sからの正反射光の観察を行うことで、ワークの表面が鏡面か粗面かの判定を行うことが可能になる。   Thereby, similarly to the laser marker 501 in FIG. 35, the workpiece can be observed with the specularly reflected light. For example, by observing the specularly reflected light from the processing surface S of the workpiece, the surface of the workpiece is mirror-like or rough. It is possible to determine whether a surface is present.

また、照明装置723がレーザヘッド111の底面に設置されるため、フットプリントの増大を防止することができる。   Further, since the illumination device 723 is installed on the bottom surface of the laser head 111, an increase in footprint can be prevented.

<5.変形例>
以下、上述した本発明の実施の形態の変形例について説明する。
<5. Modification>
Hereinafter, modifications of the above-described embodiment of the present invention will be described.

以上の説明では、本発明をレーザマーカに適用する例を示したが、本発明は、観察光学系を備えるレーザマーカ以外の各種のレーザ加工装置(例えば、穴あけ加工、切断加工、二次元加工、三次元加工、レーザリペア等を行う装置)に適用することが可能である。   In the above description, an example in which the present invention is applied to a laser marker has been shown. However, the present invention is not limited to a laser marker having an observation optical system (for example, drilling, cutting, two-dimensional processing, three-dimensional processing). It is possible to apply to a device that performs processing, laser repair, and the like.

また、以上の説明では、パターンマッチングを用いて、観察エリア内のワークを検出する例を示したが、ワーク内の所定のパターンを検出し、検出したパターンを基準にして加工位置を設定することも可能である。さらに、例えば、エッジ抽出や特徴点抽出等のパターンマッチング以外の画像処理の手法を用いて、ワークやワーク内のパターンの検出を行うことも可能である。   In the above description, an example of detecting a workpiece in the observation area using pattern matching has been described. However, a predetermined pattern in the workpiece is detected, and a processing position is set based on the detected pattern. Is also possible. Furthermore, for example, it is possible to detect a workpiece or a pattern in the workpiece by using an image processing method other than pattern matching such as edge extraction or feature point extraction.

また、例えば、観察光学系の一部又は全部をレーザヘッド111に設けるようにしてもよい。ただし、この場合も、高さ方向でガルバノミラー156と加工面Sとの間に観察光学系を配置することが望ましい。   Further, for example, part or all of the observation optical system may be provided in the laser head 111. However, also in this case, it is desirable to arrange an observation optical system between the galvanometer mirror 156 and the processing surface S in the height direction.

さらに、例えば、レーザ発振器151をレーザヘッド111の外部に設けるようにしてもよい。   Further, for example, the laser oscillator 151 may be provided outside the laser head 111.

また、例えば、レーザヘッド111の光源152及び光源157は、いずれか一方又は両方を省略することも可能である。   Further, for example, either or both of the light source 152 and the light source 157 of the laser head 111 can be omitted.

さらに、例えば、制御部201の一部又は全部の機能を、レーザマーカの外部に設けられたコンピュータ等により実現するようにしてもよい。   Furthermore, for example, a part or all of the functions of the control unit 201 may be realized by a computer or the like provided outside the laser marker.

また、上述した制御部201の一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。   The series of processes of the control unit 201 described above can be executed by hardware or can be executed by software. When a series of processing is executed by software, a program constituting the software is installed in the computer. Here, the computer includes, for example, a general-purpose personal computer capable of executing various functions by installing various programs by installing a computer incorporated in dedicated hardware.

また、コンピュータが実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディアに記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。   The program executed by the computer can be provided by being recorded on a removable medium such as a package medium. The program can be provided via a wired or wireless transmission medium such as a local area network, the Internet, or digital satellite broadcasting.

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。   The program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing.

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present disclosure.

101 レーザマーカ
111 レーザヘッド
112 アタッチメント
151 レーザ発振器
152 光源
154 3D光学系
156 ガルバノミラー
157 光源
161 カメラ
161a 撮像素子
162 レンズ
162a 主面
163 ミラー
201 制御部
211 撮影制御部
212 画像処理部
213 加工制御部
501 レーザマーカ
512 照明装置
601 レーザマーカ
611 アタッチメント
621 レンズ
622 ミラー
701 レーザマーカ
711 アタッチメント
721 レンズ
723 照明装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Laser marker 111 Laser head 112 Attachment 151 Laser oscillator 152 Light source 154 3D optical system 156 Galvano mirror 157 Light source 161 Camera 161a Image pick-up element 162 Lens 162a Main surface 163 Mirror 201 Control part 211 Imaging control part 212 Image processing part 213 Processing control part 501 Processing control part 501 512 Illuminating Device 601 Laser Marker 611 Attachment 621 Lens 622 Mirror 701 Laser Marker 711 Attachment 721 Lens 723 Illuminating Device

Claims (14)

加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を出射するとともに、前記ワークの加工面上で前記レーザ光を走査するための走査手段を含むレーザヘッドを備えるレーザ加工装置において、
カメラと、
前記カメラの撮像素子に前記加工面の像を結像させるレンズと、
前記加工面からの光を反射し、前記レンズに入射させるミラーと
を含む観察光学系と、
前記カメラにより撮影された画像である観察画像の画像処理を行う画像処理部と、
前記観察画像の画像処理の結果に基づいて、前記ワークの加工を制御する加工制御部と
を備え、
前記観察光学系が、高さ方向において前記走査手段と前記加工面との間に設けられており、
前記画像処理部は、前記レーザ光による加工エリアの中心と前記カメラの撮影範囲の中心との間のズレ量に基づいて、前記観察画像の使用する領域を、中心が前記加工エリアの中心と一致する領域に制限する
レーザ加工装置。
In a laser processing apparatus including a laser head that emits a laser beam for processing a workpiece to be processed and includes a scanning unit for scanning the laser beam on a processing surface of the workpiece,
A camera,
A lens for forming an image of the processed surface on the image sensor of the camera;
An observation optical system including: a mirror that reflects light from the processing surface and makes the light incident on the lens ;
An image processing unit that performs image processing of an observation image that is an image captured by the camera;
A processing control unit that controls processing of the workpiece based on a result of image processing of the observation image ;
The observation optical system is provided between the scanning means and the processing surface in the height direction ;
The image processing unit, based on the amount of deviation between the center of the processing area by the laser light and the center of the shooting range of the camera, the area used by the observation image, the center coincides with the center of the processing area Laser processing equipment limited to the area to be used.
前記観察光学系が、前記レーザヘッドの底面の下に配置されている
請求項1に記載のレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the observation optical system is disposed below a bottom surface of the laser head.
前記ミラーが、前記レーザ光と前記レンズの間に配置される
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the mirror is disposed between the laser beam and the lens.
前記レーザ光が前記レンズと前記ミラーの間を通る
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser light passes between the lens and the mirror.
前記加工面、前記レンズの主面、及び、前記撮像素子の撮像面が実質的に一直線に交わるように、前記カメラ、前記レンズ、及び、前記ミラーが設置されている
請求項1乃至4のいずれかに記載のレーザ加工装置。
The camera, the lens, and the mirror are installed so that the processed surface, the main surface of the lens, and the imaging surface of the imaging device intersect substantially in a straight line. The laser processing apparatus of crab.
斜め上方向から前記加工面に照明光を当てる照明装置を
さらに備え、
前記照明装置が、前記観察光学系のフォーカスが合う面における前記照明光の正反射光が前記観察光学系の光軸と一致するように設置されている
請求項1乃至5のいずれかに記載のレーザ加工装置。
And further comprising an illuminating device that illuminates the processed surface obliquely from above,
The illumination device is installed so that the specularly reflected light of the illumination light on a surface on which the observation optical system is focused coincides with the optical axis of the observation optical system. Laser processing equipment.
前記レンズは、テレセントリックレンズである
請求項1乃至6のいずれかに記載のレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the lens is a telecentric lens.
前記加工制御部は、前記観察画像の画像処理の結果に基づいて加工位置を設定する
請求項1乃至7のいずれかに記載のレーザ加工装置。
The machining control unit, laser machining apparatus according to any one of claims 1 to 7 for setting the processing position based on the result of the image processing of the observation image.
前記画像処理部は、前記観察画像の画像処理の結果に基づいて、加工を実施するか否かを判定する
請求項1乃至8のいずれかに記載のレーザ加工装置。
Wherein the image processing unit, on the basis of the observation image imaging results, laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 8 determines whether to execute the processing.
前記画像処理部は、加工後の前記ワークを撮影した前記観察画像の画像処理の結果に基づいて前記ワークの加工状態を検査する
請求項乃至のいずれかに記載のレーザ加工装置。
Wherein the image processing unit, a laser machining apparatus according to any one of claims 1 to 9 for inspecting a processed state of said workpiece based on an image processing result of the observation image obtained by photographing the said workpiece after processing.
前記画像処理部は、前記観察画像の台形歪みの補正を行う
請求項乃至10のいずれかに記載のレーザ加工装置。
Wherein the image processing unit, a laser machining apparatus according to any one of claims 1 to 10 to correct the trapezoidal distortion of the observed image.
前記画像処理部は、前記観察画像の上下方向の反転を行う
請求項乃至11のいずれかに記載のレーザ加工装置。
Wherein the image processing unit, a laser machining apparatus according to any one of claims 1 to 11 make vertical inversion of the observed image.
前記観察光学系のフォーカスが合う面における前記レーザ光による加工エリアの中心に向けて斜め方向から所定の測定光を出射する光源を
さらに備え、
前記画像処理部は、前記測定光が照射された前記加工面を撮影した前記観察画像における前記測定光の照射位置を検出し、
前記加工制御部は、前記観察画像における前記測定光の照射位置に基づいて、前記レーザ光を出射する加工光学系のフォーカスの位置を調整する
請求項乃至12のいずれかに記載のレーザ加工装置。
A light source that emits predetermined measurement light from an oblique direction toward the center of the processing area by the laser light on the in-focus surface of the observation optical system;
The image processing unit detects an irradiation position of the measurement light in the observation image obtained by photographing the processed surface irradiated with the measurement light;
The machining control unit, based on the irradiation position of the measurement light in the observation image, a laser machining apparatus according to any one of claims 1 to 12 for adjusting the focus position of the machining optical system that emits the laser beam .
前記走査手段を介して所定の測定光を前記加工面に照射する光源を
さらに備え、
前記画像処理部は、前記測定光が照射された前記加工面を撮影した前記観察画像における前記測定光の照射位置を検出し、
前記加工制御部は、前記観察画像における前記測定光の照射位置に基づいて、前記レーザ光を出射する加工光学系のフォーカスの位置を調整する
請求項乃至13のいずれかに記載のレーザ加工装置。
A light source that irradiates the processing surface with predetermined measurement light via the scanning unit;
The image processing unit detects an irradiation position of the measurement light in the observation image obtained by photographing the processed surface irradiated with the measurement light;
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 13 , wherein the processing control unit adjusts a focus position of a processing optical system that emits the laser light based on an irradiation position of the measurement light in the observation image. .
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