JP6456429B2

JP6456429B2 - フォーカシング状態測定装置

Info

Publication number: JP6456429B2
Application number: JP2017093530A
Authority: JP
Inventors: チョルクォン、グ
Original assignee: ケイラブカンパニーリミテッド
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2037-05-10
Also published as: EP3252513C0; US20170328807A1; PL3252513T3; KR101858165B1; US10054515B2; CN107297568B; EP3252513B1; KR20170128952A; EP3252513A1; JP2017207484A; CN107297568A

Description

本発明は、フォーカシング状態測定装置に関し、さらに詳しくは、より簡単な構造で被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を容易に測定できるフォーカシング状態測定装置に関する。

一般に、レーザマーキング装置、レーザ溶接装置などのようなレーザ加工装置はもちろん、多様な種類の作業を行う装置（以下、作業装置と称する）は被対象物にレーザビームなどを照射するための光学系が具備されている。

かかる作業装置が被対象物に行う作業をより安定的かつ效率的に行うためには、被対象物に対して作業装置に具備された光学系のフォーカシング状態（Ｆｏｃｕｓｉｎｇｓｔａｔｅ）を正確に測定しこれを調節することが非常に重要である。特に、作業が行われた被対象物の作業品質を高めるためには、作業装置に具備された光学系から被対象物までの距離（以下、「フォーカシング距離」と称する）と、作業装置に具備された光学系（より正確には、光学系から照射される光）と被対象物の作業面の角度（以下、「フォーカシング勾配」と称する）は非常に重要な測定要素である。

例えば、レーザ加工装置のうち１つであるレーザマーキング装置は、外部から文字、図形などを入力された後、レーザ発振器及びレーザスキャナの動作を制御してレーザビームによって被対象物に文字、図形などをマーキングする装置であるが、レーザスキャナによって照射されるレーザビームの大きさ（スポットサイズ、Ｓｐｏｔｓｉｚｅ）は数μｍ乃至数十μｍ程度であるので、フォーカシング距離（すなわち、焦点距離）とフォーカシング勾配を正確かつ一定に維持することが非常に重要である。

このように、被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を測定し判断するための方法は多様に存在するが、大半のフォーカシング状態測定装置はフォーカシング距離及びフォーカシング勾配を測定するために多様な種類のセンサを使用したり、ＣＣＤカメラなどを用いて被対象物に形成されたパターンなどを撮影した後、これに対する映像処理（Ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）によってフォーカシング状態を判断している。

例えば、特許文献１には、基準面の相に対する２次元光エネルギー分布から１次元光エネルギー分布を検出して相のフォーカス状態を判定する技術が開示されている。

しかし、従来のフォーカシング状態測定装置は、被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を判断するために、ＣＣＤカメラなどの撮影装置や多様な種類のセンサを具備しなければならないため、装置構造が複雑化し費用が増大するという問題点があった。また、従来のフォーカシング状態測定装置は、フォーカシング距離及びフォーカシング勾配に対するセンサ値の処理過程、イメージに対する映像処理過程などを経らなければならないため、ユーザが作業装置のフォーカシング状態を迅速かつ容易に測定できないという問題点があった。

したがって、より簡単な構造で被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を容易に測定できるフォーカシング状態測定装置が要求される。

大韓民国公開特許公報第１０−２００５−００６５２４９号（フォーカス検出及びこれを使用した勾配調整の方法及び装置）（２００５年６月２９日公開）

本発明は、上記問題点を改善するために発明されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、被対象物に照射された第１ラインビーム及び第２ラインビームの状態を用いて被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を判断することによって、より簡単な構造で被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を容易に測定できるフォーカシング状態測定装置を提供することにある。

本発明の技術的課題は以上で言及したものに制限されず、言及されていない他の技術的課題は以下の記載から当業者に明確に理解されることができるであろう。

上記課題を達成するために、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置は、作業のために被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を測定するフォーカシング状態測定装置であって、被対象物に対する作業を行う作業装置に設置され、前記被対象物から離隔配置されるベースプレートと、前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第１ラインビームを照射する第１ラインビーム発生部と、前記第１ラインビーム発生部から第１方向に沿って離隔されるように前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第２ラインビームを照射する第２ラインビーム発生部と、を含み、前記被対象物に対する前記作業装置のフォーカシング状態は、前記第１ラインビーム及び前記第２ラインビームの状態によって決定されることを特徴とする。

この時、前記作業装置のフォーカシング状態は、前記作業装置が前記被対象物から離隔された距離を示すフォーカシング距離及び前記作業装置が前記被対象物の作業面に対して傾いた程度を示すフォーカシング勾配を含むことを特徴とする。

特に、前記フォーカシング距離は、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの間の距離によって決定され、前記フォーカシング勾配は、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの間の角度又は前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの長さの差によって決定されることを特徴とする。

一方、前記フォーカシング状態測定装置は、前記被対象物に照射された前記第１ラインビーム及び前記第２ラインビームの状態を測定して、前記被対象物に対する前記作業装置のフォーカシング状態を判断するフォーカシング測定部をさらに含むことを特徴とする。

一方、上記課題を達成するために、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置は、作業のために被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を測定するフォーカシング状態測定装置であって、被対象物に対する作業を行う作業装置に設置され、前記被対象物から離隔配置されるベースプレートと、前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第１ラインビームを照射する第１ラインビーム発生部と、前記第１ラインビーム発生部から第１方向に沿って離隔されるように前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第２ラインビームを照射する第２ラインビーム発生部と、前記第１ラインビーム発生部と前記第２ラインビーム発生部の間に位置するように前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第３ラインビームを照射する第３ラインビーム発生部と、前記第３ラインビーム発生部から前記第１方向に垂直である第２方向に沿って離隔されるように前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第４ラインビームを照射する第４ラインビーム発生部と、を含み、前記被対象物に対する前記作業装置のフォーカシング状態は、前記第１ラインビーム及び前記第２ラインビームの状態、前記第３ラインビーム及び前記第４ラインビームの状態によって決定されることを特徴とする。

特に、前記フォーカシング距離は、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの間の距離又は前記第３ラインビームと前記第４ラインビームの間の距離によって決定され、前記フォーカシング勾配は、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの間の角度、前記第３ラインビームと前記第４ラインビームの間の角度、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの長さの差又は前記第３ラインビームと前記第４ラインビームの長さの差によって決定されることを特徴とする。

一方、前記フォーカシング状態測定装置は、前記被対象物に照射された前記第１ラインビーム及び前記第２ラインビームの状態、前記第３ラインビーム及び前記第４ラインビームの状態を測定して、前記被対象物に対する前記作業装置のフォーカシング状態を判断するフォーカシング測定部をさらに含むことを特徴とする。

その他の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれる。

本発明の実施形態に係るフォーカシング状態測定装置によれば、被対象物に照射された第１ラインビーム及び第２ラインビームの状態を用いて被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を判断することによって、より簡単な構造で被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を容易に測定できる。

また、本発明の実施形態に係るフォーカシング状態測定装置によれば、被対象物に照射された第１ラインビーム、第２ラインビーム、第３ラインビーム及び第４ラインビームの状態を用いて被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を判断することによって、より簡単な構造で被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態をより容易かつ正確に測定できる。

本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない他の効果は請求範囲の記載から当業者に明確に理解されることができるであろう。

本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置を概略的に示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置がレーザ加工装置に設置された例を示す斜視図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング状態が正確な時の状態を示す図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時の状態を示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時の状態を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング勾配がズレた時の一例を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング勾配がズレた時の他の例を示す図である。本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置にフォーカシング測定部が設置された状態を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置を概略的に示す斜視図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング状態が正確な時の状態を示す図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時の状態を示す図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時の状態を示す図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング勾配がズレた時の状態を示す図である。

以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に本発明の好ましい実施形態を添付された図面を参照して詳しく説明すれば次のとおりである。

実施形態を説明するにあたって、本発明の属する技術分野において周知で本発明と直接的な関連のない技術内容については説明を省略する。これは不要な説明を省略することによって本発明の要旨を不明瞭にすることなくより明確に伝達するためである。

同じ理由から添付図面において一部の構成要素は誇張されたり省略されたり概略的に図示されている。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではない。各図面において同じ又は対応する構成要素には同じ参照番号を付した。

また、装置又は要素方向（例えば、「前（ｆｒｏｎｔ）」、「後（ｂａｃｋ）」、「上（ｕｐ）」、「下（ｄｏｗｎ）」、「頂部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「左（ｌｅｆｔ）」、「右（ｒｉｇｈｔ）」、「横（ｌａｔｅｒａｌ）」）等のような用語に関して本願に用いられた表現及び述語は単に本発明の説明を単純化するために用いられ、関連づけられた装置又は要素が単純に特定の方向を有するべきであると示したり意味しないことを理解できるであろう。

以下、本発明の実施形態によってフォーカシング状態測定装置１００を説明するための図面を参照して本発明について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置を概略的に示す斜視図で、図２は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置がレーザ加工装置に設置された例を示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、ベースプレート１１０、第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０を含んで構成されることができる。

図２に示すように、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、レーザ加工装置２０の下部（より正確には、レーザスキャナ２１の下部）に設置され、作業のために被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を測定できる。本発明では作業装置の一例として、レーザマーキング装置、レーザ溶接装置などのようなレーザ加工装置２０を例に上げているが、これに限定されず、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、被対象物１０に対する作業を行う多様な種類の作業装置に適用可能である。

ベースプレート１１０は、略薄い板状の形態を有し、被対象物１０に対する作業を行う作業装置（レーザ加工装置２０）に設置され、被対象物１０から離隔配置されることができる。図１に示すように、ベースプレート１１０は、後述する第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０から照射される第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１が透過されることができるように中央部が貫通された形態で形成され得る。

第１ラインビーム発生部１２０は、ベースプレート１１０の一側に具備され、被対象物１０に向かって第１ラインビーム１２１を照射することができる。また、第２ラインビーム発生部１３０は、第１ラインビーム発生部１２０から第１方向（図１の＋Ｘ方向）に沿って所定距離だけ離隔されるようにベースプレート１１０の一側に具備され、被対象物１０に向かって第２ラインビーム１３１を照射することができる。かかる第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０は、所定の線幅と長さを有するラインビーム（Ｌｉｎｅｂｅａｍ）を発生させるラインレーザ（Ｌｉｎｅｌａｓｅｒ）を使用することができる。

図１及び図２に示すように、第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０は、第１方向（図１の±Ｘ方向）に沿って互いに離隔された状態で、第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１が被対象物１０に向かって傾いて照射されることができるようにベースプレート１１０の水平面１１１に所定の角度で設置されることができる。また、第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０は、第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１が被対象物１０の作業面１１上で第１方向（図１の±Ｘ方向）と垂直である第２方向（図１の±Ｙ方向）に長く形成されるように設置されることができる。

この時、第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０の間の距離、第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０が被対象物１０から離隔された距離、第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０の設置角度などは作業装置の種類、設置状態などの条件に応じて予め決定されることができる。

例えば、図２の例で、第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０は、レーザスキャナ２１の焦点距離を考慮して、レーザスキャナ２１が被対象物１０から焦点距離だけ離隔され、レーザスキャナ２１が被対象物１０の作業面１１と平行する際、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１と第２ラインビーム１３１が互いに一致するように予め設置されることができる。

一方、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態によって被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が決定されることができる。ここで、作業装置のフォーカシング状態は、作業装置が被対象物１０から離隔された距離を示すフォーカシング距離と、作業装置が被対象物１０の作業面に対して傾いた程度を示すフォーカシング勾配を含むことができる。

特に、作業装置のフォーカシング距離は、第１ラインビーム１２１と第２ラインビーム１３１の間の距離によって決定され、作業装置のフォーカシング勾配は第１ラインビーム１２１と第２ラインビーム１３１の間の角度又は第１ラインビーム１２１と第２ラインビーム１３１の長さの差によって決定されることができる。

以下、図３（ａ）乃至図８を参照して、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００を用いて作業装置のフォーカシング状態を測定する方法を説明する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング状態が正確な時の状態を示す図である。

図３（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確な時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図３の（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確な時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ａ及び第２ラインビーム１３１ａの状態を示す。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確な場合、作業装置のフォーカシング距離は所定の基準距離（例えば、レーザスキャナ２１の焦点距離におけるベースプレート１１０と被対象物１０の作業面１１の間の距離）と同じで、作業装置のフォーカシング勾配は被対象物１０の作業面に平行（例えば、レーザスキャナ２１と被対象物１０の作業面１１が平行）するので、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ａと第２ラインビーム１３１ａは正確に一致することができる。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ａと第２ラインビーム１３１ａの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ａと第２ラインビーム１３１ａが互いに一致した場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確であると判断できる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時の状態を示す図で、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時の状態を示す図である。

まず、図４（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図４（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｂ及び第２ラインビーム１３１ｂの状態を示す。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１ｂは所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に長く形成されて互いに離隔されることができる。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｂと第２ラインビーム１３１ｂの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ｂと第２ラインビーム１３１ｂが所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に長く形成されて互いに離隔された場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長いと判断できる。

これに対して、図５（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図５（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｃ及び第２ラインビーム１３１ｃの状態を示す。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｃ及び第２ラインビーム１３１ｃは所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に短く形成されて互いに離隔されることができる。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｃ及び第２ラインビーム１３１ｃの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ｃ及び第２ラインビーム１３１ｃが所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に短く形成されて互いに離隔された場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短いと判断できる。

結論的には、図４（ａ）乃至図５（ｂ）に示すように、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｂ，１２１ｃと第２ラインビーム１３１ｂ，１３１ｃとが互いに離隔された場合、ユーザは被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が正確でないと判断できる。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング勾配がズレた時の一例を示す図で、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング勾配がズレた時の他の例を示す図である。

一例として、図６（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第１方向（図１の±Ｘ方向）を軸に傾いている時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図６（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第１方向（図１の±Ｘ方向）を軸に傾いている時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｄ及び第２ラインビーム１３１ｄの状態を示す。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第１方向（図１の±Ｘ方向）を軸に傾いた場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｄと第２ラインビーム１３１ｄは互いに平行せず所定角度θを有する状態で離隔されることができる。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｄ及び第２ラインビーム１３１ｄの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ｄと第２ラインビーム１３１ｄが互いに平行しない状態で離隔された場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第１方向（図１の±Ｘ方向）を軸に傾いていると判断できる。

他の例として、図７（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第１方向（図１の±Ｘ方向）と垂直である第２方向（図１の±Ｙ方向）を軸に傾いている時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図７（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第２方向（図１の±Ｙ方向）を軸に傾いている時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｅ及び第２ラインビーム１３１ｅの状態を示す。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第２方向（図１の±Ｙ方向）を軸に傾いた場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｅと第２ラインビーム１３１ｅは互いに異なる長さ（長さの差ｄ）を有する状態で離隔されることができる。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｅ及び第２ラインビーム１３１ｅの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ｅと第２ラインビーム１３１ｅが互いに異なる長さを有する状態で離隔された場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第２方向（図１の±Ｙ方向）を軸に傾いていると判断できる。

一方、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態を測定し、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を判断するフォーカシング測定部１６０をさらに含むことができる。

図８は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置にフォーカシング測定部が設置された状態を示す斜視図である。

図８に示すように、フォーカシング測定部１６０は、作業装置（レーザ加工装置２０）と隣接する位置に設置され、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態を測定し、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を判断できる。すなわち、フォーカシング測定部１６０は、ユーザが第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態を肉眼で確認する過程を補完して第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態をより正確に測定できる。

かかるフォーカシング測定部１６０は、第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態を撮影し、撮影されたイメージによって被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を判断するヴィジョンカメラ（Ｖｉｓｉｏｎｃａｍｅｒａ）を使用することができる。

一方、図８では、フォーカシング測定部１６０がレーザスキャナ２１の一側に設置された例を図示しているが、これとは逆に、ベースプレート１１０の一側に設置されることもできる。

このように、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態を用いて被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を判断することによって、より簡単な構造で被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を容易に測定できる。

以下、図９乃至図１３（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００の構造について説明する。説明の便宜上、図１乃至図８に示す第１実施例と同じ構造に対する説明は省略し、以下、相違点のみを中心に説明する。

図９は、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置を概略的に示す斜視図である。

図９に示すように、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、本発明の第１実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００に具備された第１ラインビーム発生部１２０及び第２ラインビーム発生部１３０の他にも、第３ラインビーム発生部１４０及び第４ラインビーム発生部１５０をさらに含んで構成されることができる。

第３ラインビーム発生部１４０は、第１ラインビーム発生部１２０と第２ラインビーム発生部１３０の間に位置するようにベースプレート１１０の一側に具備され、被対象物１０に向かって第３ラインビーム１４１を照射することができる。また、第４ラインビーム発生部１５０は、第３ラインビーム発生部１４０から第１方向に対して垂直である第２方向（図９の+Ｙ方向）に沿って離隔されるようにベースプレート１１０の一側に具備され、被対象物１０に向かって第４ラインビーム１５１を照射することができる。

したがって、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態、第３ラインビーム１４１及び第４ラインビーム１５１の状態によって被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態（フォーカシング距離及びフォーカシング勾配）が決定されることができる。

特に、作業装置のフォーカシング距離は、第１ラインビーム１２１と第２ラインビーム１３１の間の距離又は第３ラインビーム１４１と第４ラインビーム１５１の間の距離によって決定され、作業装置のフォーカシング勾配は、第１ラインビーム１２１と第２ラインビーム１３１の間の角度、第３ラインビーム１４１と第４ラインビーム１５１の間の角度、第１ラインビーム１２１と第２ラインビーム１３１の長さの差又は第３ラインビーム１４１と第４ラインビーム１５１の長さの差によって決定されることができる。

以下、図１０（ａ）乃至図１３（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００を用いて作業装置のフォーカシング状態を測定する方法を説明する。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング状態が正確な時の状態を示す図である。

図１０（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確な時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図１０（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確な時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ａ、第２ラインビーム１３１ａ、第３ラインビーム１４１ａ及び第４ラインビーム１５１ａの状態を示す。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確な場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ａと第２ラインビーム１３１ａは正確に一致し、第３ラインビーム１４１ａと第４ラインビーム１５１ａは正確に一致するので、略「＋」の形状を有し得る。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ａ、第２ラインビーム１３１ａ、第３ラインビーム１４１ａ及び第４ラインビーム１５１ａの状態を肉眼で確認した結果、略「＋」の形状を有する場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態が正確であると判断できる。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時の状態を示す図で、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時の状態を示す図である。

まず、図１１（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図１１（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｂ、第２ラインビーム１３１ｂ、第３ラインビーム１４１ｂ及び第４ラインビーム１５１ｂの状態を示す。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長い場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｂ、第２ラインビーム１３１ｂ、第３ラインビーム１４１ｂ及び第４ラインビーム１５１ｂは所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に長く形成されて互いに離隔され、略「井」の形状を有し得る。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｂ、第２ラインビーム１３１ｂ、第３ラインビーム１４１ｂ及び第４ラインビーム１５１ｂの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ｂ、第２ラインビーム１３１ｂ、第３ラインビーム１４１ｂ及び第４ラインビーム１５１ｂが所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に長く形成されて略「井」の形状を有する場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より長いと判断できる。

これに対して、図１２（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図１２（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｃ、第２ラインビーム１３１ｃ、第３ラインビーム１４１ｃ及び第４ラインビーム１５１ｃの状態を示す。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短い場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｃ、第２ラインビーム１３１ｃ、第３ラインビーム１４１ｃ及び第４ラインビーム１５１ｃは所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に短く形成されて互いに離隔され、略「井」の形状を有し得る。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｃ、第２ラインビーム１３１ｃ、第３ラインビーム１４１ｃ及び第４ラインビーム１５１ｃの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ｃ、第２ラインビーム１３１ｃ、第３ラインビーム１４１ｃ及び第４ラインビーム１５１ｃが所定の基準距離と同じ場合に比べて相対的に短く形成されて略「井」の形状を有する場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が所定の基準距離より短いと判断できる。

結論的には、図１１（ａ）乃至図１２（ｂ）に示すように、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｂ，１２１ｃ、第２ラインビーム１３１ｂ，１３１ｃ、第３ラインビーム１４１ｂ，１４１ｃ及び第４ラインビーム１５１ｂ，１５１ｃが略「井」の形状を有する場合、ユーザは被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング距離が正確でないと判断できる。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置が測定した結果、作業装置のフォーカシング勾配がズレた時の状態を示す図である。

図１３（ａ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第２方向（図１の±Ｙ方向）を軸に傾いている時に作業装置に設置されたフォーカシング状態測定装置１００の位置を示し、図１３（ｂ）では、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第２方向（図１の±Ｙ方向）を軸に傾いている時に被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｄ、第２ラインビーム１３１ｄ、第３ラインビーム１４１ｄ及び第４ラインビーム１５１ｄの状態を示す。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第２方向（図１の±Ｙ方向）を軸に傾いた場合、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｄ、第２ラインビーム１３１ｄ、第３ラインビーム１４１ｄ及び第４ラインビーム１５１ｄは略「井」の形状を有するが、第３ラインビーム１４１ｄと第４ラインビーム１５１ｄは互いに平行せず所定角度θを有する状態で離隔されることができる。

したがって、ユーザは被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１ｄ、第２ラインビーム１３１ｄ、第３ラインビーム１４１ｄ及び第４ラインビーム１５１ｄの状態を肉眼で確認した結果、第１ラインビーム１２１ｄ、第２ラインビーム１３１ｄ、第３ラインビーム１４１ｄ及び第４ラインビーム１５１ｄが略「井」の形状を有するが、第１ラインビーム１２１ｄと第２ラインビーム１３１ｄ、第３ラインビーム１４１ｄと第４ラインビーム１５１ｄのうち少なくとも１つが互いに平行しない場合、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング勾配が第１方向（図１の±Ｘ方向）、第２方向（図１の±Ｙ方向）のうち少なくとも１つを軸に傾いていると判断できる。

一方、図示していないが、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１及び第２ラインビーム１３１の状態、第３ラインビーム１４１及び第４ラインビーム１５１の状態を測定し、被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を判断するフォーカシング測定部（図示せず）をさらに含むことができる。このようなフォーカシング測定部は図８に示す例と実質的に同じに具現され得る。

このように、本発明の第２実施形態に係るフォーカシング状態測定装置１００は、被対象物１０に照射された第１ラインビーム１２１、第２ラインビーム１３１、第３ラインビーム１４１及び第４ラインビーム１５１の状態を用いて被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態を判断することによって、より簡単な構造で被対象物１０に対する作業装置のフォーカシング状態をより容易かつ正確に測定できる。

一方、本発明では、作業装置の一例として、レーザ加工装置を例に挙げて説明しているが、これに限定されず、本発明は、レーザマーキング装置、レーザ溶接装置などのようなレーザ加工装置２０はもちろん、ロボット（Ｒｏｂｏｔ）を用いた加工装置など多様な種類のシステムにも適用され得る。

一方、本明細書と図面には本発明の好ましい実施形態について開示し、特定の用語が用いられたが、これは単に本発明の技術内容を容易に説明して発明の理解を助けるための一般的な意味で用いられたものであって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。ここに開示された実施形態の他にも本発明の技術的思想に基づく他の変形例が実施可能であることは本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。

１０被対象物
２０レーザ加工装置
１００フォーカシング状態測定装置
１１０ベースプレート
１２０第１ラインビーム発生部
１３０第２ラインビーム発生部
１４０第３ラインビーム発生部
１５０第４ラインビーム発生部
１６０フォーカシング測定部

Claims

作業のために被対象物に対する作業装置のフォーカシング状態を測定するフォーカシング状態測定装置であって、
被対象物に対する作業を行う作業装置に設置され、前記被対象物から離隔配置される全てのラインビーム発生部を設置する同一平面から成るベースプレートと、
前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第１ラインビームを照射する第１ラインビーム発生部と、
前記第１ラインビーム発生部から第１方向に沿って離隔されるように前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第２ラインビームを照射する第２ラインビーム発生部と、
前記第１ラインビーム発生部と前記第２ラインビーム発生部の間に位置するように前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第３ラインビームを照射する第３ラインビーム発生部と、
前記第３ラインビーム発生部から前記第１方向に垂直である第２方向に沿って離隔されるように前記ベースプレートの一側に具備され、前記被対象物を向かって第４ラインビームを照射する第４ラインビーム発生部と、を含み、
作業装置のフォーカシング状態が正確な時の状態は、第１ラインビーム及び第２ラインビームは完全に一致し、且つ、第３ラインビーム及び第４ラインビームは完全に一致し、略「＋」の形状を有し、
前記被対象物に対する前記作業装置のフォーカシング状態は、前記第１ラインビーム及び前記第２ラインビームの状態、前記第３ラインビーム及び前記第４ラインビームの状態によって決定されることを特徴とするフォーカシング状態測定装置
前記作業装置のフォーカシング状態は、
前記作業装置が前記被対象物から離隔された距離を示すフォーカシング距離と、
前記作業装置が前記被対象物の作業面に対して傾いた程度を示すフォーカシング勾配を含むことを特徴とする請求項１に記載のフォーカシング状態測定装置。
前記フォーカシング距離は、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの間の距離又は前記第３ラインビームと前記第４ラインビームの間の距離によって決定され、
前記フォーカシング勾配は、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの間の角度、前記第３ラインビームと前記第４ラインビームの間の角度、前記第１ラインビームと前記第２ラインビームの長さの差又は前記第３ラインビームと前記第４ラインビームの長さの差によって決定されることを特徴とする請求項２に記載のフォーカシング状態測定装置
前記フォーカシング状態測定装置は、
前記被対象物に照射された前記第１ラインビーム及び前記第２ラインビームの状態、並びに、前記第３ラインビーム及び前記第４ラインビームの状態を測定して、前記被対象物に対する前記作業装置のフォーカシング状態を判断するフォーカシング測定部をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のフォーカシング状態測定装置。