JP6575350B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を照射してワーク表面に加工を施すレーザ加工装置に関する。
従来、レーザ加工装置は、レーザ光出射部と、レーザ光出射部から出射されたレーザ光を走査する走査部と、制御部とを備えており、走査部によってレーザ光を走査することで、ワークに対してレーザ光による加工を施している。
このようなレーザ加工装置において、ワークの所望位置に加工を施す為には、ワークの位置調整が重要となる。この為、レーザ加工装置にガイド光出射部を配設して、可視光レーザであるガイド光を当該ガイド光出射部から出射し、これを走査することによって、加工内容をワーク上に描画するように構成されたものがある。
このようなレーザ加工装置に関する発明として、特許文献1記載の発明が知られている。特許文献1記載のレーザマーキング装置は、ガイド用の可視光レーザを出射する可視光レーザ光源と、前記可視光レーザの方向を変えて被印字対象物(ワークに相当)上に前記可視光レーザを照射するガルバノスキャナ(走査部に相当)と、このガルバノスキャナを駆動することで前記可視光レーザを走査して、印字すべき文字、記号、図形等の印字内容に応じた投影像が被印字対象物上に投射されるよう制御する制御手段と、を備えている。
そして、特許文献1記載のレーザマーキング装置は、制御データ生成手段によって、ガルバノスキャナの制御データを生成することによって、前記印字内容の少なくとも一部の文字、記号、図形等を簡略化した文字、記号、或いは図形に置き換えた簡略化印字内容の投影像を投射するように構成されている。特許文献1記載のレーザマーキング装置によれば、可視光レーザによる投影像を基準として、投影像(印字内容)と、被印字対象物との位置調整を行うことができ、投影像に係る印字内容を、被印字対象物上の所望の位置に印字し得る。
上述したように、ワークの所望位置に加工を施す為には、ワークの位置調整が重要となるが、特許文献1のように、ワーク上に投射された可視光レーザによる投影像を基準に、ワークの位置調整を行う場合、ユーザの目視に基づき、ワーク上における投影像の位置バランスを主観的に判断して位置調整を行うことになる為、高い精度でのワークの位置調整を実現することは困難である。又、この特許文献1のような構成では、印字内容を変更してしまうと、投影像も変化してしまう為、ワークの位置調整を再度行う必要が生じる。
又、近年においては、スイッチカバーやコンセントパネル等の複雑な形状を為す部材を、ワークとして用いる場合があり、加工の対象となるワーク表面の形状も多岐にわたり、より高精度なワークの位置調整が要求される。特に、目印となりやすい外形から印字領域が大きく離隔している場合に、ワークを高精度に位置調整することは困難である。更に、ワーク表面に対して加工が施される所望位置が小さい場合も生じており、例えば、数十cm角のワークに対して、所定の数mm角の領域内に収まるように加工を施すことが要求される場合がある。このような場合に関しても、より高精度なワークの位置調整が要求される。特許文献1記載のような構成では、これらの場合に要求されるワークの位置調整に係る精度に対応することが困難であり、ワークにおける所望の位置に加工を施すことができない場合が生じてしまう。
本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光照射部と、ガイド光出射部と、走査部と、制御部とを有し、レーザ光によるワークを加工するレーザ加工装置に関し、高精度なワークの位置調整に貢献し得るガイドパターンをガイド光により描画可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明の一側面に係るレーザ加工装置は、ワークを加工する為のレーザ光を出射するレーザ光出射部と、可視光レーザであるガイド光を出射するガイド光出射部と、前記レーザ光出射部から出射されたレーザ光と、前記ガイド光出射部から出射されたガイド光とを走査させる走査部と、前記ワークの輪郭を示すワーク輪郭情報を取得するワーク輪郭取得部と、前記ワーク輪郭取得部によって取得されたワーク輪郭情報に基づいて、前記ワークの輪郭における一部を特徴点として抽出する特徴点抽出部と、前記特徴点抽出部によって抽出された前記特徴点に基づいて、前記ワークの設置位置を示すガイドパターンを生成する生成部と、前記生成部によって生成されたガイドパターンが前記ガイド光によって描画されるように、前記ガイド光出射部及び前記走査部を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
当該レーザ加工装置は、レーザ光出射部と、ガイド光出射部と、走査部と、ワーク輪郭取得部と、特徴点抽出部と、生成部と、制御部とを有しており、レーザ光出射部から出射されたレーザ光を走査部によって走査することで、ワーク表面に加工を施し得る。そして、当該レーザ加工装置は、前記ワーク輪郭取得部によって取得されたワーク輪郭情報に基づいて、前記ワークの輪郭における一部を特徴点として抽出し、特徴点抽出部によって抽出された前記特徴点に基づいて、前記ワークの設置位置を示すガイドパターンを生成することができ、制御部によって、前記ガイド光出射部及び前記走査部を制御することで、ガイドパターンを前記ガイド光によって描画することができる。即ち、当該レーザ加工装置によれば、ワークの輪郭に応じたガイドパターンがガイド光によって描画される為、複雑な形状のワークであっても、実際のワークの輪郭とガイドパターンを基準としてワークの位置調整を行うことができ、ワークの位置調整に関する精度を高め得る。そして、当該レーザ加工装置によれば、ワークの位置調整の精度を高めることによって、ワーク上の所望の位置に対する加工を、より確実に行い得る。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項1記載のレーザ加工装置であって、前記特徴点抽出部は、前記ワーク輪郭情報に基づくワークの輪郭を構成する輪郭点列の一部を示すベクトルを生成し、当該ベクトルの変化量が所定以上となる輪郭点を、特徴点として抽出することを特徴とする。
当該レーザ加工装置によれば、前記特徴点抽出部は、前記ワーク輪郭情報に基づくワークの輪郭を構成する輪郭点列の一部を示すベクトルを生成し、当該ベクトルの変化量が所定以上となる輪郭点を、特徴点として抽出する為、例えば、ワークの輪郭における角部分等の特徴的な部分を含むガイドパターンを生成することができる。そして、当該レーザ加工装置によれば、ワークの輪郭における特徴的な部分をもって、ガイドパターンを基準としたワークの位置調整を行うことができ、より確実に、ワークの位置調整の精度を高めることができる。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項1又は請求項2記載のレーザ加工装置であって、前記ワークの外形に関する情報の入力を受け付ける受付部を有し、前記ワーク輪郭取得部は、前記受付部によって受け付けられた前記ワークの外形に関する情報に基づいて、前記ワーク輪郭情報を取得することを特徴とする。
当該レーザ加工装置において、前記ワーク輪郭取得部は、前記受付部によって受け付けられた前記ワークの外形に関する情報に基づいて、前記ワーク輪郭情報を取得する為、例えば、当該ワークの図面データや3Dモデルデータ、当該ワークの実測値からなる寸法データ等の入力を受け付け、これらに基づくワーク輪郭情報を取得することができる。即ち、当該レーザ加工装置によれば、実際のワークの輪郭を高い精度で再現したワーク輪郭情報に基づき、特徴点の抽出、ガイドパターンの生成を行うことができ、ワークの位置調整に関する精度を更に向上させ得る。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項3記載のレーザ加工装置であって、前記ワークを撮像する撮像部を有し、前記受付部は、前記撮像部によって撮像されたワーク画像の情報を、前記ワークの外形に関する情報として受け付け、前記ワーク輪郭取得部は、前記撮像部によって撮像されたワーク画像の情報に基づいて、前記ワーク輪郭情報を取得することを特徴とする。
当該レーザ加工装置において、前記受付部は、前記撮像部によって撮像されたワーク画像の情報を、前記ワークの外形に関する情報として受け付け、前記ワーク輪郭取得部は、前記撮像部によって撮像されたワーク画像の情報に基づいて、前記ワーク輪郭情報を取得する。当該レーザ加工装置によれば、前記撮像部によって撮像されたワーク画像の情報に基づいて、ワーク輪郭情報を取得する為、図面データ等を用いることなく、実際のワークの輪郭を高い精度で再現したワーク輪郭情報を取得することができる。又、当該レーザ加工装置によれば、実際のワークの輪郭を高い精度で再現したワーク輪郭情報に基づいて、特徴点の抽出、ガイドパターンの生成を行うことができる為、ワークの位置調整に関する精度を更に向上させ得る。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項1乃至請求項4の何れかに記載のレーザ加工装置であって、前記生成部は、前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を含む経路に従って、前記ワークの輪郭に対応するワークの設置位置を前記ガイド光によって描画するガイドパターンを生成することを特徴とする。
当該レーザ加工装置によれば、前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を含む経路に従って、前記ワークの輪郭に対応するワークの設置位置を前記ガイド光によって描画するガイドパターンを、前記生成部によって生成する為、複数の特徴点に係る部分を夫々基準として、ガイドパターンを基準としたワークの位置調整を行うことができ、更に高い精度で、ワークの位置調整を実現することができる。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項1乃至請求項5の何れかに記載のレーザ加工装置であって、前記生成部は、前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を含む経路の総距離が所定値以上であるか否かを判断する判断部を有し、前記判断部によって、前記複数の特徴点を含む経路の総距離が所定値以上であると判断された場合に、当該複数の特徴点の内、一部の特徴点によって構成される経路に従ったガイドバターンを生成することを特徴とする。
当該レーザ加工装置によれば、前記判断部によって、前記複数の特徴点を含む経路の総距離が所定値以上であると判断された場合に、当該複数の特徴点の内、一部の特徴点によって構成される経路に従ったガイドバターンを、前記生成部によって生成することができる。ここで、ガイドパターンの描画は、ガイド光を走査部によって走査することで実現される為、前記複数の特徴点を含む経路の総距離が所定値以上となってしまうと、経路の最後にあたる特徴点に対するガイド光の照射が行われた時点で、経路の最初に係る特徴点に対するガイド光の点灯がユーザに認識されない場合等、ガイドパターンの全体像をユーザに視認させることができない状況が生じ、ガイドパターンを用いたワークの位置調整に係る精度を低下させてしまう。当該レーザ加工装置によれば、このような場合に、当該複数の特徴点の内、一部の特徴点によって構成される経路に従ったガイドバターンを前記生成部によって生成する為、ガイド光の経路を短縮することができ、当該ガイドパターンの全体像をガイド光によって描画することができる。即ち、当該レーザ加工装置によれば、当該複数の特徴点の内、一部の特徴点に関して、ガイドパターンを基準としたワークの位置調整を行うことができ、ワークの位置調整に関する精度の向上に貢献し得る。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項6記載のレーザ加工装置であって、前記生成部は、前記前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を一度ずつ巡る経路の総距離が最小となるように、当該複数の特徴点に係る描画順を定めたガイドパターンを生成することを特徴とする。
当該レーザ加工装置によれば、前記前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を一度ずつ巡る経路の総距離が最小となるように、当該複数の特徴点に係る描画順を定めたガイドパターンを、前記生成部によって生成する為、当該ガイドパターンの全体像をガイド光によって描画することができ、もって、ガイドパターンを基準としたワークの位置調整を、高い精度をもって行い得る。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項1乃至請求項7の何れかに記載のレーザ加工装置であって、前記ワーク輪郭取得部によって取得されたワーク輪郭情報に基づいて、前記ワークに形成された穴を抽出する穴抽出部を有し、前記生成部は、前記穴抽出部によって抽出された穴の位置に対して、少なくとも一部がワーク表面に及ぶ穴ガイドを付加したガイドパターンを生成することを特徴とする。
当該レーザ加工装置によれば、前記穴抽出部によって抽出された穴の位置に対して、少なくとも一部がワーク表面に及ぶ穴ガイドを付加したガイドパターンを、前記生成部によって生成する為、ワークの穴の内部にのみガイド光が照射され、ワークの存在によって視認不能となることを防止することができる。即ち、当該レーザ加工装置によれば、ガイドパターンにおける特徴点のみならず、穴ガイドを基準として利用することができ、ワークの位置調整を、より高い精度をもって行い得る。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項1乃至請求項8の何れかに記載のレーザ加工装置であって、画像を表示する画面を有する画像表示部と、前記ワーク輪郭情報に基づくワーク輪郭画像を画面に表示させると同時に、前記レーザ光によって前記ワークに施される加工内容に基づく加工パターン画像を、当該ワーク輪郭画像に対して重ねて表示させる画像表示制御部と、を有し、前記画像表示制御部は、前記生成部によって生成されたガイドパターンに基づくガイドパターン画像を、更に重ねて画面に表示させることを特徴とする。
当該レーザ加工装置は、画像表示部と、画像表示制御部とを有しており、画像表示制御部によって、ワーク輪郭画像と、加工パターン画像と、ガイドパターン画像とを、画像表示部の画面上に重ねて表示させることができる。これにより、当該レーザ加工装置によれば、画像表示部の画面を視認することによって、ユーザは、ワークの輪郭、加工パターン及びガイドパターンの相対的な位置関係を正確に把握することができる。更に、当該レーザ加工装置によれば、ワークの輪郭に対してガイドパターンを重ねて表示される為、ワークの輪郭に対するガイドパターンの位置調整を容易に行うことができ、もって、ワークの位置調整が容易なガイドパターンの生成を可能とし得る。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項9記載のレーザ加工装置であって、前記画像表示制御部は、前記ガイドパターン画像を表示する際に、前記ガイド光による当該ガイドパターンの描画順を、前記画像表示部の画面に表示させることを特徴とする。
当該レーザ加工装置によれば、前記ガイドパターン画像を表示する際に、前記ガイド光による当該ガイドパターンの描画順を、前記画像表示部の画面に表示させる為、ユーザは、画像表示部の画面を視認することで、ガイド光によるガイドパターンの描画態様を、事前に把握することができ、もって、ガイドパターンを基準としたワークの位置調整に係る精度を向上させることができる。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項10記載のレーザ加工装置であって、ユーザによる操作に用いられる操作部と、前記操作部による操作に従って、前記生成部によって生成されたガイドパターンを編集するガイドパターン編集部と、を有することを特徴とする。
当該レーザ加工装置は、操作部と、ガイドパターン編集部とを有しており、前記操作部による操作に従って、前記生成部によって生成されたガイドパターンを編集することができる。これにより、当該レーザ加工装置によれば、ワークの形状、ユーザの視点等の様々な条件に応じて、生成部によって生成されたガイドパターンを編集することができ、もって、容易かつ高精度なワークの位置調整が可能なガイドパターンとすることができる。
本発明の他の側面に係るレーザ加工装置は、請求項1乃至請求項11の何れかに記載のレーザ加工装置であって、前記ワークの厚みに関するワーク厚情報の入力を受け付けるワーク厚受付部と、前記ワーク厚受付部によって受け付けたワーク厚情報に基づいて、前記ワークの厚みが所定値以上であるか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記ワークの厚みが所定値以上であると判定された場合に、前記ワークの厚みに起因して前記ガイドパターンの視認性が低下することを警告する警告部と、を有することを特徴とする。
当該レーザ加工装置は、ワーク厚受付部と、判定部と、警告部とを有しており、前記判定部によって前記ワークの厚みが所定値以上であると判定された場合に、警告部によって、前記ワークの厚みに起因して前記ガイドパターンの視認性が低下することを報知して警告することができる。これにより、当該レーザ加工装置によれば、ユーザの視線がワークの厚みによって遮られ、ガイド光によって描画されたガイドパターンの一部が視認できない場合等、ガイドパターンの視認性がワークの厚みに起因して生じる蓋然性が高い場合であることを、ユーザに把握させることができ、ユーザに適切な措置(例えば、ガイドパターンの編集等)を講じさせ得る。
以下、本発明に関するレーザ加工装置を、レーザ加工装置100に具体化した実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
(レーザ加工装置の概略構成)
先ず、本実施形態に関するレーザ加工装置100の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。レーザ加工装置100は、レーザ加工ユニット1と、PC7を有しており、PC7によって作成された加工データに従って、レーザ加工ユニット1を制御することで、加工対象物としてのワークWの表面に対して、レーザ光Lを2次元走査してマーキング加工を行うように構成されている。
先ず、本実施形態に関するレーザ加工装置100の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。レーザ加工装置100は、レーザ加工ユニット1と、PC7を有しており、PC7によって作成された加工データに従って、レーザ加工ユニット1を制御することで、加工対象物としてのワークWの表面に対して、レーザ光Lを2次元走査してマーキング加工を行うように構成されている。
(レーザ加工装置の概略構成)
次に、レーザ加工装置100を構成するレーザ加工ユニット1の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に関するレーザ加工ユニット1は、レーザ加工装置本体部2と、レーザコントローラ5と、電源ユニット6を有して構成されている。
次に、レーザ加工装置100を構成するレーザ加工ユニット1の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に関するレーザ加工ユニット1は、レーザ加工装置本体部2と、レーザコントローラ5と、電源ユニット6を有して構成されている。
レーザ加工装置本体部2は、ワークWに対してレーザ光Lを照射し、当該レーザ光Lを2次元走査することによって、ワークWの表面上にマーキング加工を行い得る。そして、レーザコントローラ5は、コンピュータで構成され、PC7と双方向通信可能に接続されると共に、レーザ加工装置本体部2及び電源ユニット6と電気的に接続されている。PC7は、パーソナルコンピュータ等から構成され、加工データの作成やレーザ加工装置100における加工に関する各種指示情報の入力等に用いられる。そして、レーザコントローラ5は、PC7から送信された加工データ、制御パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工装置本体部2及び電源ユニット6を駆動制御する。
尚、図1は、レーザ加工装置100及びレーザ加工ユニット1の概略構成を示すものであるため、レーザ加工装置本体部2を模式的に示している。従って、当該レーザ加工装置本体部2の具体的な構成については、後述する。
(レーザ加工装置本体部の概略構成)
次に、レーザ加工装置本体部2の概略構成について、図1、図2に基づいて説明する。尚、レーザ加工装置本体部2の説明において、図1の左方向、右方向、上方向、下方向が、それぞれレーザ加工装置本体部2の前方向、後方向、上方向、下方向である。従って、レーザ発振ユニット12におけるレーザ光Lの出射方向が前方向である。本体ベース11及びレーザ光Lに対して垂直な方向が上下方向である。そして、レーザ加工装置本体部2の上下方向及び前後方向に直交する方向が、レーザ加工装置本体部2の左右方向である。
次に、レーザ加工装置本体部2の概略構成について、図1、図2に基づいて説明する。尚、レーザ加工装置本体部2の説明において、図1の左方向、右方向、上方向、下方向が、それぞれレーザ加工装置本体部2の前方向、後方向、上方向、下方向である。従って、レーザ発振ユニット12におけるレーザ光Lの出射方向が前方向である。本体ベース11及びレーザ光Lに対して垂直な方向が上下方向である。そして、レーザ加工装置本体部2の上下方向及び前後方向に直交する方向が、レーザ加工装置本体部2の左右方向である。
レーザ加工装置本体部2は、レーザ光Lとガイド光Mをfθレンズ20から同軸上に出射するレーザヘッド部3(図1、図2参照)と、レーザヘッド部3が上面に固定される略箱体状の加工容器(図示せず)とから構成されている。
図1、図2に示すように、レーザヘッド部3は、本体ベース11と、レーザ光Lを出射するレーザ発振ユニット12と、光シャッター部13と、反射ミラー14と、ハーフミラー15と、光センサ16と、ガイド光部17と、ポインタ光出射部18と、ガルバノスキャナ19と、fθレンズ20等を有して構成され、略直方体形状の筐体カバー(図示せず)で覆われている。
レーザ発振ユニット12は、レーザ発振器21と、ビームエキスパンダ22を有して構成されており、取付台及び取付ネジを介して、本体ベース11に取り付けられている。レーザ発振器21は、ファイバコネクタと、集光レンズと、反射鏡と、レーザ媒質と、受動Qスイッチと、出力カプラーと、ウィンドウとをケーシング内に有している。ファイバコネクタには、光ファイバFが接続されており、電源ユニット6を構成する励起用半導体レーザ部40から出射された励起光が、光ファイバFを介して入射される。
集光レンズは、ファイバコネクタから入射された励起光を集光する。そして、反射鏡は、集光レンズによって集光された励起光を透過すると共に、レーザ媒質から出射されたレーザ光を高効率で反射する。レーザ媒質は、励起用半導体レーザ部40から出射された励起光によって励起されてレーザ光Lを発振する。レーザ媒質としては、例えば、レーザ活性イオンとしてネオジウム(Nd)が添加されたネオジウム添加イットリウムアルミニウムガーネット(Nd:YAG)結晶や、レーザ活性イオンとしてネオジウム(Nd)が添加されたネオジウム添加ガドリニウムバナデイト(Nd:GdVO4)結晶等を用いることができる。
受動Qスイッチは、レーザ媒質によって発振されたレーザ光をパルス状のパルスレーザとするQスイッチとして機能する。受動Qスイッチとしては、例えば、クローム添加YAG(Cr:YAG)結晶を用いることができる。
出力カプラーは、反射鏡とレーザ共振器を構成する。出力カプラーは、例えば、表面に誘電体層膜をコーティングした凹面鏡により構成された部分反射鏡で、例えば、波長1064nmでの反射率は、80%〜95%である。ウィンドウは、誘電体多層膜等で形成された合成石英等から形成され、出力カプラーから出射されたレーザ光Lを外部へ透過させる。従って、レーザ発振器21は、受動Qスイッチを介してパルスレーザを発振し、ワークWを加工するためのレーザ光Lとして、パルスレーザを出力する。
ビームエキスパンダ22は、レーザ光Lのビーム径を変更するものであり、レーザ発振器21と同軸に設けられている。取付台は、本体ベース11上面における後方側であって左寄りに固定されている。当該取付台には、レーザ発振ユニット12が各取付ネジによって、レーザ光Lの光軸を調整可能に取り付けられている。
図1、図2に示すように、光シャッター部13は、ステッピングモータやロータリーソレノイド等で構成されるシャッターモータ26と、平板状のシャッター27とを有している。シャッター27は、シャッターモータ26のモータ軸に取り付けられており、シャッターモータ26の回動に伴って所定位置に移動することで、レーザ光Lの光路を遮る。一方、シャッター27がレーザ光Lの光路上に位置しないように回転した場合、当該レーザ光Lは、レーザ発振ユニット12及び光シャッター部13の前方に位置する反射ミラー14に入射する。
反射ミラー14は、レーザ発振ユニット12から出射されたレーザ光Lの光路に対し、その反射面が約45度を為すように配設されており、反射面に対して入射されたレーザ光Lを、反射ミラー14に対して右側に配設されたハーフミラー15へ反射する。
ハーフミラー15は、反射ミラー14によって反射されたレーザ光Lの光路に対して、反射面が45度を為すように配設されており、反射面に入射されたレーザ光Lの大部分を、ガルバノスキャナ19に向かって反射する。又、当該ハーフミラー15は、反射面に入射されたレーザ光Lの一部を、ハーフミラー15に対して右側に位置する光センサ16へ透過する。又、ハーフミラー15の一面(前記反射面の裏面)には、その後方側に配置されたガイド光部17からのガイド光Mが入射される。当該ハーフミラー15は、レーザヘッド部3の後方側からのガイド光Mを、反射面で反射されたレーザ光Lの光路上へ透過する。
光センサ16は、フォトダイオード等で構成され、ハーフミラー15を透過したレーザ光Lの一部が入射される。従って、当該レーザ加工装置100は、光センサ16を介して、レーザ発振器21から出力されるレーザ光Lの強度を検出することができる。
ガイド光部17は、可視レーザ光として、例えば、赤色レーザ光を出射する可視半導体レーザ28と、可視半導体レーザ28から出射されたガイド光Mを平行光に収束するレンズ群(図示せず)とから構成されており、ハーフミラー15の後方側に配設されている。ガイド光Mは、レーザ発振器21から出射されるレーザ光Lと異なる波長を示す。ガイド光部17は、ハーフミラー15を透過したガイド光Mの光路がハーフミラー15からガルバノスキャナ19へと向かうレーザ光Lの光路と一致するように、本体ベース11に固定されている。
そして、本体ベース11における前方左側部分には、ポインタ光出射部18が配設されており、加工容器の内部に向かって、fθレンズ20を介さずに、可視光であるポインタ光を出射可能に構成されている。当該ポインタ光出射部18は、加工容器内部に配設されたワーク載置部(図示せず)に対するポインタ光の入射角度が所定の傾斜角度を為すように、本体ベース11に対して取り付けられており、fθレンズ20によって収束されたレーザ光Lの焦点位置(合焦位置)でガイド光Mと交点を形成するように、ポインタ光を出射する。従って、当該レーザ加工装置100によれば、ガイド光部17からのガイド光Mと、ポインタ光出射部18からのポインタ光による交点を基準として、レーザ光Lに係る焦点面の位置を、ユーザに把握させることができ、もって、レーザ光Lの焦点面に対するワークWの加工面の位置を、適切に調整させることができる。
ガルバノスキャナ19は、本体ベース11の前側に形成された貫通孔29の上側に取り付けられ、レーザ発振ユニット12から出射されたレーザ光Lと、ハーフミラー15で反射されたガイド光Mとを下方へ2次元走査する。ガルバノスキャナ19は、ガルバノX軸ミラーを有するガルバノX軸モータ31と、ガルバノY軸ミラーを有するガルバノY軸モータ32と、本体部33により構成されている。ガルバノX軸モータ31とガルバノY軸モータ32は、それぞれのモータ軸が互いに直交するように外側からそれぞれの取付孔に嵌入、保持されて本体部33に取り付けられている。
ガルバノX軸モータ31において、ガルバノX軸ミラーは、走査ミラーとして、モータ軸の先端部に取り付けられており、レーザ光Lとガイド光Mを、ワークW表面上においてX軸方向に走査する際に用いられる。そして、ガルバノY軸モータ32において、ガルバノY軸ミラーは、走査ミラーとして、モータ軸の先端部に取り付けられており、ガルバノX軸ミラーによって反射されたレーザ光L及びガイド光Mを、ワークW表面上においてY軸方向に走査する際に用いられる。
当該ガルバノスキャナ19においては、ガルバノX軸モータ31、ガルバノY軸モータ32の各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラーが内側で互いに対向している。そして、ガルバノX軸モータ31、ガルバノY軸モータ32の回転をそれぞれ制御して、各走査ミラー(即ち、ガルバノX軸ミラー、ガルバノY軸ミラー)の姿勢を制御することによって、レーザ光Lとガイド光Mとを下方へ2次元走査する。この2次元走査方向は、ワークW表面において、前後方向(X軸方向)と左右方向(Y軸方向)である。
fθレンズ20は、レーザヘッド部3の本体ベース11に対して取り付けられており、下方に配置されたワークW表面に対して、ガルバノスキャナ19によって2次元走査されたレーザ光Lとガイド光Mとを、夫々同軸に集光する。そして、当該fθレンズ20は、レーザ光Lやガイド光M等を集光した焦点を、平面状の焦点面とすると共に、レーザ光Lやガイド光Mの走査速度が一定になるように補正する。従って、当該レーザ加工装置100によれば、ガルバノX軸モータ31、ガルバノY軸モータ32の回転を制御することによって、レーザ光Lとガイド光Mを、ワークW表面上において、所望の加工パターンで前後方向(X方向)と左右方向(Y方向)に2次元走査することができる。
図2に示すように、本体ベース11の後方側において、レーザ発振ユニット12の右側には、ガルバノドライバ23が搭載された基板が立設されている。ガルバノドライバ23は、後述するガルバノコントローラ56から入力されたモータ駆動情報に基づいて、ガルバノX軸モータ31とガルバノY軸モータ32を駆動制御して、レーザ光L及びガイド光Mを2次元走査する。
(電源ユニットの概略構成)
次に、レーザ加工ユニット1における電源ユニット6の概略構成について、図1を参照しつつ説明する。図1に示すように、電源ユニット6は、励起用半導体レーザ部40と、レーザドライバ51と、電源部52と、冷却ユニット53とを、ケーシング55内に有している。電源部52は、励起用半導体レーザ部40を駆動する駆動電流を、レーザドライバ51を介して励起用半導体レーザ部40に供給する。レーザドライバ51は、レーザコントローラ5から入力される駆動情報に基づいて、励起用半導体レーザ部40を直流でオンオフ駆動する。
次に、レーザ加工ユニット1における電源ユニット6の概略構成について、図1を参照しつつ説明する。図1に示すように、電源ユニット6は、励起用半導体レーザ部40と、レーザドライバ51と、電源部52と、冷却ユニット53とを、ケーシング55内に有している。電源部52は、励起用半導体レーザ部40を駆動する駆動電流を、レーザドライバ51を介して励起用半導体レーザ部40に供給する。レーザドライバ51は、レーザコントローラ5から入力される駆動情報に基づいて、励起用半導体レーザ部40を直流でオンオフ駆動する。
励起用半導体レーザ部40は、光ファイバFによってレーザ発振器21に光学的に接続されており、レーザドライバ51を介した駆動制御によって、励起光を発生させる。従って、レーザ発振器21には、励起用半導体レーザ部40からの励起光が光ファイバFを介して入射される。
冷却ユニット53は励起用半導体レーザ部40、及び電源部52を、所定の温度範囲内に調整する為のユニットであり、例えば、電子冷却方式により冷却することで、励起用半導体レーザ部40の温度制御を行っており、励起用半導体レーザ部40の発振波長を微調整する。
(レーザ加工装置の制御系)
次に、レーザ加工装置100を構成するレーザ加工ユニット1の制御系構成について、図面を参照しつつ説明する。図3に示すように、レーザ加工ユニット1は、レーザ加工ユニット1の全体を制御するレーザコントローラ5と、レーザドライバ51と、ガルバノコントローラ56と、ガルバノドライバ23と、ガイド光ドライバ58と、ポインタ光ドライバ59と、光センサ16と、撮像部57等を有して構成されている。レーザコントローラ5には、レーザドライバ51と、ガルバノコントローラ56と、光センサ16と、撮像部57と、ガイド光ドライバ58と、ポインタ光ドライバ59等が電気的に接続されている。
次に、レーザ加工装置100を構成するレーザ加工ユニット1の制御系構成について、図面を参照しつつ説明する。図3に示すように、レーザ加工ユニット1は、レーザ加工ユニット1の全体を制御するレーザコントローラ5と、レーザドライバ51と、ガルバノコントローラ56と、ガルバノドライバ23と、ガイド光ドライバ58と、ポインタ光ドライバ59と、光センサ16と、撮像部57等を有して構成されている。レーザコントローラ5には、レーザドライバ51と、ガルバノコントローラ56と、光センサ16と、撮像部57と、ガイド光ドライバ58と、ポインタ光ドライバ59等が電気的に接続されている。
レーザコントローラ5は、レーザ加工ユニット1の全体の制御を行う演算装置及び制御装置としてのCPU61、RAM62、ROM63、時間を計測するタイマー65等を備えている。
RAM62は、CPU61により演算された各種の演算結果や加工走査パターンのXY座標データ等を一時的に記憶させておくためのものである。ROM63は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、PC7から送信された加工データに基づいて加工走査パターンのXY座標データを算出してRAM62に記憶する等の各種プログラムが記憶されている。
そして、CPU61は、ROM63に記憶されている各種の制御プログラムに基づいて各種の演算及び制御を行なうものである。例えば、CPU61は、PC7から入力された加工データに基づいて設定した励起用半導体レーザ部40の励起光出力、励起光の出力期間等の励起用半導体レーザ部40の駆動情報をレーザドライバ51に出力する。又、CPU61は、PC7から入力された加工データを構成する各加工点のXY座標データ、ガルバノスキャナ19のON・OFFを指示する制御信号、ガルバノ走査速度情報等をガルバノコントローラ56に出力する。
レーザドライバ51は、レーザコントローラ5から入力された励起用半導体レーザ部40の励起光出力、励起光の出力期間等のレーザ駆動情報等に基づいて、励起用半導体レーザ部40を駆動制御する。具体的には、レーザドライバ51は、レーザコントローラ5から入力されたレーザ駆動情報の励起光出力に比例した電流値のパルス状の駆動電流を発生し、レーザ駆動情報の励起光の出力期間に基づく期間、励起用半導体レーザ部40に出力する。これにより、励起用半導体レーザ部40は、励起光出力に対応する強度の励起光を出力期間の間、光ファイバF内に出射する。
ガルバノコントローラ56は、レーザコントローラ5から入力された加工データにおける各加工点のXY座標データ、ガルバノ走査速度情報等に基づいて、ガルバノX軸モータ31とガルバノY軸モータ32の駆動角度、回転速度等を算出して、駆動角度、回転速度を表すモータ駆動情報をガルバノドライバ23へ出力する。
ガルバノドライバ23は、ガルバノコントローラ56から入力された駆動角度、回転速度を表すモータ駆動情報に基づいて、ガルバノX軸モータ31とガルバノY軸モータ32を駆動制御して、レーザ光Lを2次元走査する。
ガイド光ドライバ58は、レーザコントローラ5から出力される制御信号に基づいて、可視半導体レーザ28を含むガイド光部17の制御を行い、例えば、制御信号に基づいて、可視半導体レーザ28から出射されるガイド光Mの発光タイミングや光量を制御する。そして、ポインタ光ドライバ59は、レーザコントローラ5から出力される制御信号に基づいて、ポインタ光出射部18の制御を行い、ポインタ光の出射制御を行う。
撮像部57は、デジタルカメラ等によって構成されており、加工容器内部のワーク載置部上に載置されたワークWの画像を撮像する。当該撮像部57は、レーザコントローラ5を介して入力されるPC7からの制御信号(撮像指示信号)に基づいて、ワーク載置部上の様子を撮像し、レーザコントローラ5を介して、撮像したデジタル画像データをPC7へ出力する。当該撮像部57は、加工容器の上部であって、fθレンズ20を介したレーザ光L及びガイド光Mの光路や、ポインタ光出射部18から出射されるポインタ光の光路を妨げないように、ワーク載置部に載置されたワークWを、斜め上方から撮像するように配設されている。
図1、図3に示すように、レーザコントローラ5には、PC7が双方向通信可能に接続されており、PC7から送信された加工内容を示す加工データ、レーザ加工装置本体部2の制御パラメータ、ユーザからの各種指示情報等を受信可能に構成されている。
続いて、レーザ加工装置100を構成するPC7の制御系構成について、図面を参照しつつ説明する。図3に示すように、PC7は、PC7の全体を制御する制御部70と、マウスやキーボード等から構成される入力操作部76と、液晶ディスプレイ77と、CD−ROM79に対する各種データ、プログラム等の書き込み及び読み込みを行うためのCD−R/W78等から構成されている。
制御部70は、PC7の全体の制御を行う演算装置及び制御装置としてのCPU71と、RAM72と、ROM73と、時間を計測するタイマー74と、HDD75等を備えている。RAM72は、CPU71により演算された各種の演算結果等を一時的に記憶させておくためのものである。ROM73は、各種の制御プログラムやデータテーブルを記憶させておくものである。
そして、HDD75は、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、各種データファイルを記憶する記憶装置である。当該HDD75は、ワークW上におけるレーザ加工の加工内容を示す加工データを作成する為のデータ作成処理プログラム等を記憶している。
即ち、当該HDD75は、後述するワーク設置補助プログラム(図4参照)、ワーク輪郭情報取得処理プログラム(図5参照)、特徴点抽出処理プログラム(図6参照)、曲折点検出処理プログラム(図7参照)、ガイドパターン生成処理プログラム(図10参照)、及びガイドパターン編集処理プログラム(図13参照)を記憶している。
そして、CD−R/W78は、アプリケーションプログラム、各種データテーブル、データベースを構成する各データ群を、CD−ROM79から読み込む、又は、CD−ROM79に対して書き込む。CD−R/W78は、ワークWの外形を示すワーク外形情報として、ワークWの立体的形状を示す3Dモデルデータ等をCD−ROM79から読み出し得る。
尚、PC7においては、データ作成処理プログラム等のアプリケーションプログラムや、各種データテーブル、データベースを、ROM73に記憶しても良いし、CD−ROM79等の記憶媒体から読み込むように構成しても良い。又、インターネット等のネットワーク(図示せず)を介して、ダウンロードするように構成してもよい。
そして、PC7には、入出力インターフェース(図示せず)を介して、マウスやキーボード等から構成される入力操作部76と、液晶ディスプレイ77等が電気的に接続されている。
(ワーク設置補助プログラムの処理内容)
続いて、PC7のCPU71によって実行されるワーク設置補助プログラムの処理内容について、図4を参照しつつ詳細に説明する。当該ワーク設置補助プログラムは、ワークWに対するマーキング加工の前段階として、加工対象であるワークWを加工容器内部のワーク載置部に設置する際に、適切な位置へのワークWの設置を補助する為に実行される。上述したように、当該ワーク設置補助プログラムは、PC7のHDD75に記憶されており、CPU71によって読み出されて実行される。
続いて、PC7のCPU71によって実行されるワーク設置補助プログラムの処理内容について、図4を参照しつつ詳細に説明する。当該ワーク設置補助プログラムは、ワークWに対するマーキング加工の前段階として、加工対象であるワークWを加工容器内部のワーク載置部に設置する際に、適切な位置へのワークWの設置を補助する為に実行される。上述したように、当該ワーク設置補助プログラムは、PC7のHDD75に記憶されており、CPU71によって読み出されて実行される。
ワーク設置補助プログラムの実行を開始すると、CPU71は、先ず、ワーク輪郭情報取得処理(S1)を実行して、マーキング加工の加工対象であるワークWの外形を示すワーク外形情報の入力を受け付け、当該ワーク外形情報からワーク輪郭情報を取得する。具体的には、ワーク輪郭情報取得処理(S1)に移行すると、CPU71は、HDD75に格納されているワーク輪郭情報取得処理プログラム(図5参照)を読み出して実行する。
(ワーク輪郭情報取得処理プログラムの処理内容)
ワーク輪郭情報取得処理(S1)に移行し、ワーク輪郭情報取得処理プログラムの実行を開始すると、図5に示すように、CPU71は、ワークWの外形を示すワーク外形情報の入力を受け付ける(S11)。具体的には、CPU71は、CD−R/W78を介して、CD−ROM79に記憶されているワークWの3Dモデルデータを読み出し、ワーク外形情報として受け付けたり、入力操作部76の操作に基づく撮像指示信号によって、撮像部57によって撮像されたワークWの画像データを、ワーク外形情報として受け付けたりする。受け付けたワーク外形情報をRAM72に格納した後、CPU71は、S12に処理を移行する。
ワーク輪郭情報取得処理(S1)に移行し、ワーク輪郭情報取得処理プログラムの実行を開始すると、図5に示すように、CPU71は、ワークWの外形を示すワーク外形情報の入力を受け付ける(S11)。具体的には、CPU71は、CD−R/W78を介して、CD−ROM79に記憶されているワークWの3Dモデルデータを読み出し、ワーク外形情報として受け付けたり、入力操作部76の操作に基づく撮像指示信号によって、撮像部57によって撮像されたワークWの画像データを、ワーク外形情報として受け付けたりする。受け付けたワーク外形情報をRAM72に格納した後、CPU71は、S12に処理を移行する。
S12においては、CPU71は、RAM72を参照することによって、受け付けたワーク外形情報が撮像部57による撮像データであるか否かを判断する。ワーク外形情報が撮像データである場合(S12:YES)、CPU71は、S13に処理を移行する。一方、ワーク外形情報が撮像データではない場合(S12:NO)、CPU71は、S15に処理を移行する。
S13では、CPU71は、ワーク外形情報として受け付けた撮像データに対するデジタル画像処理として、台形補正処理を行う。上述したように、本実施形態に係る撮像部57は、加工容器の上部において、ワーク載置部に載置されたワークWを斜め上方から撮像するように配設されている。一方、ワークWにおける加工対象面の形状は、ワーク載置部に載置されたワークWを真上から撮像した場合に正確な形状を示す。この台形補正処理(S13)においては、CPU71は、斜め上方からワークWを撮像した撮像データにデジタル画像処理を施すことによって、真上から撮像した場合のワークWの形状に補正する。ここで、撮像データにおけるワークWの形状は、ワークWと撮像部57との相対的な位置や姿勢の関係に応じて決まる為、必ずしも、単純な台形となるとは限らない。撮像データにおけるワークWの形状が台形ではない場合には、射影変換による補正等の補正の手法が適用される。本明細書においては、台形補正の用語は、撮像データにおけるワークWの形状が台形でない場合における補正を含むものとする。台形補正処理を終了すると、CPU71は、S14に処理を移行する。
S14に移行すると、CPU71は、台形補正処理を施した撮像データに対して、輪郭抽出処理を実行する。具体的には、輪郭抽出処理(S14)においては、CPU71は、先ず、当該撮像データに対する2値化処理を施し、撮像データに係る画像を白と黒の2値にする。次に、CPU71は、2値化した撮像データの画像に対して、画像中におけるワークWの輪郭部分に沿って生じる濃度変化から、ワークWの輪郭に対応する輪郭線を抽出する処理(即ち、エッジ検出処理)を施し、ワーク輪郭情報としてRAM72に格納する。当該ワーク輪郭情報は、ワークWの輪郭に対応して列設配置された輪郭点Oの集合であり、各輪郭点Oの位置情報(X座標値、Y座標値)によって構成されている。ワーク輪郭情報をRAM72に格納した後、CPU71は、ワーク輪郭情報取得処理プログラムを終了して、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS2に処理を移行する。
S15においては、CPU71は、RAM72を参照することによって、受け付けたワーク外形情報がワークWに係る3Dモデルデータであるか否かを判断する。本実施形態においては、ワークWの3Dモデルデータは、例えば、CD−R/W78によって、CD−ROM79から読み出される。受け付けたワーク外形情報が3Dモデルデータである場合(S15:YES)、CPU71は、S16に処理を移行する。一方、ワーク外形情報が3Dモデルデータではない場合(S15:NO)、CPU71は、ワーク輪郭情報取得処理プログラムを終了して、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS2に処理を移行する。
S16では、CPU71は、ワークWの3Dモデルデータに基づいて、ワークWの立体的形状を液晶ディスプレイ77に表示し、ユーザの入力操作部76の操作に従って、ワークWの各面(上面、下面及び各側面等)から、マーキング加工が施される加工対象面の選択を受け付ける。その後、CPU71は、S17に処理を移行する。
S17に移行すると、CPU71は、ワークWの3Dモデルデータに基づいて、S16で選択されたワークWの一面を対象とする投影データを生成する。当該投影データは、立体的形状を為すワークWの各面の内、加工対象面である一面の外形形状を平面上に投影したものである。加工対象面の投影データをRAM72に格納した後、CPU71は、S18に処理を移行する。
S18においては、CPU71は、3Dモデルデータから生成した加工対象面の投影データに対して、輪郭抽出処理を実行する。具体的には、輪郭抽出処理(S18)においては、CPU71は、投影データから、ワークWの輪郭に対応する輪郭線を抽出し、ワーク輪郭情報としてRAM72に格納する。ワーク輪郭情報をRAM72に格納した後、CPU71は、ワーク輪郭情報取得処理プログラムを終了して、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS2に処理を移行する。
図4に示すように、ワーク設置補助プログラムのS2においては、CPU71は、特徴点抽出処理を実行し、ワーク輪郭情報取得処理(S1)で取得したワーク輪郭情報から、ワークWの輪郭を構成する輪郭点Oの内、ワークWを設置する際の基準としやすい特徴的な部分を構成する特徴点Pを抽出する。具体的には、特徴点抽出処理(S2)に移行すると、CPU71は、HDD75に格納されている特徴点抽出処理プログラム(図6参照)を読み出して実行する。
(特徴点抽出処理プログラムの処理内容)
図6に示すように、特徴点抽出処理(S2)に移行し、特徴点抽出処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、曲折点検出処理(S21)を実行して、ワークWの輪郭線を構成する輪郭点列から、ワークWにおける角部の頂点を構成する曲折点Ocを検出する。具体的には、CPU71は、HDD75に格納されている曲折点検出処理プログラム(図7参照)を読み出して実行する。
図6に示すように、特徴点抽出処理(S2)に移行し、特徴点抽出処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、曲折点検出処理(S21)を実行して、ワークWの輪郭線を構成する輪郭点列から、ワークWにおける角部の頂点を構成する曲折点Ocを検出する。具体的には、CPU71は、HDD75に格納されている曲折点検出処理プログラム(図7参照)を読み出して実行する。
(曲折点検出処理プログラムの処理内容)
図7に示すように、曲折点検出処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、
先ず、RAM72に格納されているワーク輪郭情報取得したワーク輪郭情報を参照し、輪郭点Oの集合である輪郭点列に係る情報を読み出す(S31)。その後、CPU71は、S32に処理を移行する。
図7に示すように、曲折点検出処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、
先ず、RAM72に格納されているワーク輪郭情報取得したワーク輪郭情報を参照し、輪郭点Oの集合である輪郭点列に係る情報を読み出す(S31)。その後、CPU71は、S32に処理を移行する。
S32に移行すると、CPU71は、ワーク輪郭情報に基づいて、ワークWの輪郭線を構成する全ての輪郭点Oから、ランダムに一の輪郭点Oを特定し、基準として抽出する。その後、CPU71は、基準として抽出した当該輪郭点Oの位置情報(X座標値、Y座標値)を、RAM72に形成された輪郭点記憶領域に格納し、S33に処理を移行する。
S33においては、CPU71は、ワークWの輪郭線を構成する残りの輪郭点Oから、S32で基準として特定した輪郭点Oに最も近くに位置する一の輪郭点Oを特定し、直近に位置する輪郭点Oの位置情報(X座標値、Y座標値)を、RAM72に形成された輪郭点記憶領域に格納する。その後、CPU71は、S34に処理を移行する。
S34では、CPU71は、ワーク輪郭情報と、RAM72における輪郭点記憶領域の記憶内容とに基づいて、ワークWの輪郭を構成する全ての輪郭点Oに対する処理を完了したか否かを判断する。全ての輪郭点Oに関する処理を完了した場合(S34:YES)、CPU71は、S35に処理を移行する。一方、全ての輪郭点Oに関する処理を完了していない場合(S34:NO)、CPU71は、直前のS33で抽出した輪郭点Oを新たな基準として、S33に処理を戻し、当該輪郭点Oを新たな基準とした処理を行う。
このように、S32〜S34の処理を、ワークWの輪郭を構成する輪郭点Oに対して実行していくと、図8に示すように、基準として抽出される輪郭点Oは、ワークWの輪郭線を一筆書きでなぞるように変遷していく。即ち、RAM72の輪郭点記憶領域には、輪郭点Oの位置情報が、ワークWの輪郭線を一筆書きでなぞる順番に従って格納される。
S35に移行すると、CPU71は、RAM72の輪郭点記憶領域を参照して、当該輪郭点記憶領域に最初に格納された輪郭点Oの位置情報を、検出処理対象として取得する。この輪郭点Oは、S32で取得された輪郭点Oを意味し、ワークWの輪郭線を一筆書きでなぞる際の書き始めの位置にあたる。その後、CPU71は、S36に処理を移行する。
S36においては、CPU71は、RAM72の輪郭点記憶領域を参照して、検出処理対象として取得済みの輪郭点Oの次の順番にあたる輪郭点Oの位置情報を、検出処理対象として取得する。S35から移行した場合、CPU71は、当該輪郭点記憶領域に2番目に格納された輪郭点Oの位置情報を取得する。その後、CPU71は、S37に処理を移行する。
S37では、CPU71は、検出処理対象として取得された2つの輪郭点Oの位置情報に基づいて、ベクトルaを求め、当該ベクトルaを用いて、累積値列C、速度値列Vに追加する。ここで、ベクトルaは、輪郭点記憶領域に格納された順番に従って、ワークWの輪郭線を一筆書きでなぞる際に、検出処理対象である2つの輪郭点Oの間を移動する向きを示す。図9に示すように、本実施形態に係る累積値列Cは、最大で6つの輪郭点Oを検出処理対象とするものであり、最大5つのベクトルaの合計によって算出される。又、本実施形態に係る速度値列Vは、最大で3つの輪郭点を検出処理対象とするものであり、最大で2つのベクトルaの合計によって算出される。新たに求めたベクトルaを、累積値列C、速度値列Vに追加した後、CPU71は、S38に処理を移行する。
S38に移行すると、CPU71は、新たに求めたベクトルaを累積値列C、速度値列Vに追加した結果、累積値列C、速度値列Vの構成データ数(即ち、累積値列Cの場合は「5」であり、速度値列Vの場合は「2」)を超えた場合、累積値列C、速度値列Vの構成データの内、最も古いベクトルaを削除する。例えば、図9の中央図及び右図に示すように、図中「a7」で示すベクトルaを追加した場合、累積値列Cの構成データの内で、最も古いデータ(輪郭点記憶領域の順番が最も早いデータ)である図中「a2」で示すベクトルaを削除すると共に、速度値列Vの構成データの内で、古い方のデータである図中「a5」で示すベクトルaを削除する。これにより、CPU71は、累積値列C、速度値列Vの構成データを更新する。その後、CPU71は、S39に処理を移行する。
S39においては、CPU71は、累積値列Cの合計値と、速度値列Vの合計値とにより構成される、累積値列Cに対する速度値列Vの角度であるベクトル角度が所定値(本実施形態においては、10°)以上であるか否かを判断する。当該ベクトル角度は、例えば、内積計算に基づき算出される。当該ベクトル角度が所定値以上である場合(S39:YES)、CPU71は、S40に処理を移行する。一方、当該ベクトル角度が所定値以上ではない場合(S39:NO)、CPU71は、S42に処理を移行する。
S40では、CPU71は、ベクトル角度が所定値以上となる直前に取得した輪郭点Oを、曲折点Ocとして検出し、その位置情報(X座標値、Y座標値)を、RAM72に形成された曲折点記憶領域に格納する。図9の右図に示すように、ベクトル角度が所定値以上となる直前に取得した輪郭点Oは、ワークWの輪郭線における角部分の頂点を示す。従って、CPU71は、S40のように、ベクトル角度が所定値以上となる直前に取得した輪郭点Oを曲折点Ocとして格納することで、ワークWの輪郭における角部の頂点を抽出し得る。その後、CPU71は、S41に処理を移行する。
S41に移行すると、CPU71は、RAM72の曲折点記憶領域に、曲折点Ocとして検出した輪郭点Oの位置情報を格納したことに伴って、累積値列C、速度値列Vの構成データ群をクリアする。その後、CPU71は、S42に処理を移行する。
S42においては、CPU71は、RAM72に形成された輪郭線記憶領域を参照し、輪郭点記憶領域に記憶されている全ての輪郭点Oについて、曲折点Ocの検出に係る処理(S36〜S41)を完了したか否かを判断する。全ての輪郭点Oについて曲折点Ocの検出に係る処理を完了している場合(S42:YES)、CPU71は、曲折点検出処理プログラムを終了し、特徴点抽出処理プログラム(図6参照)のS22に処理を移行する。一方、全ての輪郭点Oについて曲折点Ocの検出に係る処理を完了していない場合(S42:NO)、CPU71は、S36に処理を戻し、直前のS36で取得した輪郭点Oを基準として、S36〜S41の処理を行い、累積値列C、速度値列Vに係る構成データの更新、曲折点Ocの検出を行う。
図6に示すように、特徴点抽出処理プログラムのS22においては、CPU71は、ワークWの輪郭を構成する輪郭点列から検出された曲折点Ocを、ワークWを設置する際の基準となるガイドパターンの構成である特徴点Pに追加する。具体的には、CPU71は、RAM72の曲折点記憶領域に記憶されている曲折点Ocに係る位置情報を、RAM72に形成された特徴点記憶領域に格納し、夫々、特徴点Pの位置情報とする。その後、CPU71は、特徴点抽出処理プログラムを終了し、ワーク設置補助プログラムのS3に処理を移行する。
図4に示すように、ワーク設置補助プログラムのS3では、CPU71は、ガイドパターン生成処理を実行し、特徴点抽出処理(S2)の処理結果を用いて、加工容器内のワーク載置部上にワークWを適切に設置する為にガイド光Mによって描画されるガイドパターンを生成する。具体的には、CPU71は、HDD75に格納されているガイドパターン生成処理プログラム(図10参照)を読み出して実行する。
(ガイドパターン生成処理プログラムの処理内容)
図10に示すように、ガイドパターン生成処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、ワークWの撮像データや3Dモデルデータ(加工対象面の投影データ)に対して、穴部検出処理を実行する。具体的には、CPU71は、撮像データ等に対して2値化処理、エッジ検出処理等を施すことによって、ワークWの加工対象面における穴部Hwの有無、位置、サイズ等を検出する(S51)。その後、CPU71は、S52に処理を移行する。
図10に示すように、ガイドパターン生成処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、ワークWの撮像データや3Dモデルデータ(加工対象面の投影データ)に対して、穴部検出処理を実行する。具体的には、CPU71は、撮像データ等に対して2値化処理、エッジ検出処理等を施すことによって、ワークWの加工対象面における穴部Hwの有無、位置、サイズ等を検出する(S51)。その後、CPU71は、S52に処理を移行する。
S52においては、CPU71は、「ワークWの穴部Hwを位置調整の基準とする為の穴部ガイドマークMhを、ガイドパターンとしてガイド光Mによって描画するか否か」を問うメッセージを、液晶ディスプレイ77に表示すると共に、穴部ガイドマークMhを有効化するか否かを判断する。CPU71は、入力操作部76の操作信号に基づいて、穴部ガイドマークMhを有効化するか否かの操作を受け付け、S52の判断処理を実行する。穴部ガイドマークMhが有効である場合(S52:YES)、CPU71は、S53に処理を移行する。一方、穴部ガイドマークMhが有効でない場合(S52:NO)、CPU71は、S54に処理を移行する。
S53に移行すると、CPU71は、穴部検出処理(S51)の処理結果に基づいて、ガイドパターンにおけるワークWの穴部Hwの位置を示す表示を、穴部ガイドマークMhに変更する。この時、CPU71は、穴部ガイドマークMhの描画に必要な点の位置情報を、RAM72の特徴点記憶領域に格納する。その後、CPU71は、S54に処理を移行する。
図11に示すように、穴部ガイドマークMhは、ワークWの穴部Hwの位置を示すと共に、少なくとも一部がワークW表面に及ぶように、ガイド光Mによって描画される。当該穴部ガイドマークMhは、穴部検出処理(S51)によって特定されるワークWの穴部Hwの中心位置、開口サイズに基づいて生成され、穴部Hwの中心位置で交点を為す十字を為す。そして、穴部ガイドマークMhを構成する縦線、横線の長さは、穴部Hwの開口サイズに基づいて、当該開口サイズよりやや長くなるように設定される。
S54では、CPU71は、RAM72の特徴点記憶領域を参照し、ガイドパターンを構成する各特徴点Pの位置情報に基づいて、ガイドパターンを描画する際における特徴点Pの描画順を決定する。CPU71は、ガイドパターンを構成する全ての特徴点Pを一度ずつ巡るような描画順を決定する。ガイドパターンを構成する全ての特徴点Pの描画順を決定した後、CPU71は、S55に処理を移行する。
ここで、S54における特徴点Pの描画順の決定方法について、図12を参照しつつ説明する。図12における例では、ワークWの輪郭等に基づいて、6つの特徴点Pが抽出され、S54においては、CPU71は、これら6つの特徴点Pを一度ずつ巡る描画順を決定するものとする。S54に移行すると、CPU71は、先ず、RAM72の特徴点記憶領域に格納されている全ての特徴点Pの位置情報に基づいて、全ての特徴点Pの重心Gにあたる位置を特定する(図12の中段参照)。次に、CPU71は、特定した重心Gの位置情報と、各特徴点Pの位置情報に基づいて、特徴点Pと重心Gの間の距離を算出する。続いて、CPU71は、重心Gに対する距離が長い順番で特徴点Pをソートして、この順番を、特徴点Pの描画順に決定する。この結果、CPU71は、図12の下段に示すように、ガイドパターンを構成する全ての特徴点Pを一度ずつ巡り、且つ、経路の総距離が最も短くなるような描画順を決定することができる。
S55においては、CPU71は、RAM72の特徴点記憶領域を参照して、ガイドパターンを構成する特徴点Pの数が3以上であるか否かを判断する。特徴点Pの数が3以上である場合(S55:YES)、CPU71は、S56に処理を移行する。一方、特徴点Pの数が3以上ではない場合(S55:NO)、CPU71は、現時点における各特徴点Pの位置情報及び描画順に基づくガイドパターン情報を生成してRAM72に格納した後、ガイドパターン生成処理プログラムを終了し、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS4に処理を移行する。
S56に移行すると、CPU71は、RAM72の特徴点記憶領域における各特徴点Pの位置情報と、各特徴点Pの描画順に基づいて、ガイドパターンの一巡描画長さが閾値以上であるか否かを判断する。具体的には、先ず、CPU71は、各特徴点Pの位置情報と、各特徴点Pの描画順に基づいて、ガイド光Mによりガイドパターンを描画する際に、各特徴点Pを描画順に従って一巡する際の経路の長さ(経路の総距離)を算出する。そして、CPU71は、算出したガイドパターンの一巡描画長さが閾値以上であるか否かを判断する。閾値は、残像効果により得られる視認性を損なわないフレームレートに基づき決定される。フレームレートは、算出したガイドパターンが1秒間に描画される回数を示す指標であり、例えば、15fpsとすることができる。ガイドパターンの一巡描画長さが閾値以上である場合(S56:YES)、CPU71は、S57に処理を移行する。一方、ガイドパターンの一巡描画長さが閾値以上でない場合(S56:NO)、CPU71は、現時点における各特徴点Pの位置情報及び描画順に基づくガイドパターン情報を生成してRAM72に格納した後、ガイドパターン生成処理プログラムを終了し、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS4に処理を移行する。
S57では、CPU71は、RAM72の特徴点記憶領域における各特徴点Pの位置情報と、各特徴点Pの描画順に基づいて、ガイドパターンを構成する描画線(描画順に従って2つの特徴点Pを結ぶ経路長)の内、最も短い描画線を構成する特徴点Pを特定する。その後、CPU71は、S58に処理を移行する。
S58においては、CPU71は、RAM72の特徴点記憶領域から、S57で特定した一の特徴点Pに係る位置情報を削除する。ガイドパターンを構成する特徴点Pを基準として、ワークWの位置調整を行う場合、特徴点Pの間が狭い部分でワークWの位置調整をするよりも、特徴点Pの間が広い部分でワークWの位置調整を行った方が、位置調整時における誤差を抑えることができる。S57で特定した一の特徴点Pに係る位置情報を削除した後、CPU71は、S59に処理を移行する。
S59に移行すると、CPU71は、S58で削除した特徴点Pの前後をつなぐように特徴点Pの描画順を再設定する。このように、最も短い描画線を構成する一の特徴点Pを削除して、ガイドパターンの一巡描画長さを短縮することによって、ガイドパターンによるワークWの位置調整の精度を維持しつつ、ガイドパターンの全体像をユーザに対し良好に視認させ得る状況とすることができる。描画順を再設定した後、CPU71は、S60に処理を移行する。
S60では、CPU71は、S57〜S59を経たガイドパターンを構成する特徴点Pの数が3以上であるか否かを判断する。現時点のガイドパターンにおける特徴点Pの数が3以上である場合(S60:YES)、CPU71は、S61に処理を移行する。一方、現時点のガイドパターンにおける特徴点Pの数が3以上でない場合(S60:NO)、CPU71は、現時点における各特徴点Pの位置情報及び描画順に基づくガイドパターン情報を生成してRAM72に格納した後、ガイドパターン生成処理プログラムを終了し、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS4に処理を移行する。
S61においては、CPU71は、S57〜S60を経たガイドパターンの一巡描画長さが閾値以上であるか否かを判断する。S61の処理内容は、S57〜S60を経たガイドパターンを処理対象とする点を除いて、S56と同様である。現時点におけるガイドパターンの一巡描画長さが閾値以上である場合(S61:YES)、CPU71は、S57に処理を戻し、ガイドパターンを構成する特徴点Pの削除を伴う処理(S57〜S60)を実行する。一方、現時点におけるガイドパターンの一巡描画長さが閾値以上でない場合(S61:NO)、CPU71は、そのままガイドパターン生成処理プログラムを終了し、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS4に処理を移行する。
図4に示すように、ワーク設置補助プログラムのS4では、CPU71は、ガイドパターン編集処理を実行し、ガイドパターン生成処理(S3)で生成されたガイドパターンの編集を受け付ける。具体的には、CPU71は、HDD75に格納されているガイドパターン編集処理プログラム(図13参照)を読み出して実行する。
(ガイドパターン編集処理プログラムの処理内容)
図13に示すように、ガイドパターン編集処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、ガイドパターン生成処理(S3)で生成されたガイドパターンを編集する為の編集ウィンドウ80を液晶ディスプレイ77の画面上に表示する(S71)。編集ウィンドウ80を液晶ディスプレイ77の画面上に表示した後、CPU71は、S72に処理を移行する。
図13に示すように、ガイドパターン編集処理プログラムの実行を開始すると、CPU71は、ガイドパターン生成処理(S3)で生成されたガイドパターンを編集する為の編集ウィンドウ80を液晶ディスプレイ77の画面上に表示する(S71)。編集ウィンドウ80を液晶ディスプレイ77の画面上に表示した後、CPU71は、S72に処理を移行する。
(編集ウィンドウの構成)
ここで、S71で液晶ディスプレイ77の画面上に表示される編集ウィンドウ80の構成について、図14を参照しつつ詳細に説明する。図14に示すように、編集ウィンドウ80は、データ内容表示部81と、描画順表示部82と、特徴点削除ボタン83と、特徴点追加ボタン84と、特徴点移動ボタン85と、描画順指定ボタン86と、編集完了ボタン87と、を有して構成されている。そして、当該編集ウィンドウ80は、データ内容表示部81、描画順表示部82の表示内容に基づいて、入力操作部76を用いて、特徴点削除ボタン83〜描画順指定ボタン86に対する操作を受け付けることで、ガイドパターンに対する種々の編集を実現し得る。
ここで、S71で液晶ディスプレイ77の画面上に表示される編集ウィンドウ80の構成について、図14を参照しつつ詳細に説明する。図14に示すように、編集ウィンドウ80は、データ内容表示部81と、描画順表示部82と、特徴点削除ボタン83と、特徴点追加ボタン84と、特徴点移動ボタン85と、描画順指定ボタン86と、編集完了ボタン87と、を有して構成されている。そして、当該編集ウィンドウ80は、データ内容表示部81、描画順表示部82の表示内容に基づいて、入力操作部76を用いて、特徴点削除ボタン83〜描画順指定ボタン86に対する操作を受け付けることで、ガイドパターンに対する種々の編集を実現し得る。
データ内容表示部81は、編集ウィンドウ80の左側に配置されており、ワーク輪郭画像Ioと、ガイドパターン画像Igと、加工内容画像Imとを重畳的に表示可能に構成されている。データ内容表示部81におけるワーク輪郭画像Ioは、ワーク輪郭情報取得処理(S1)で取得したワーク輪郭情報に基づいて表示され、ワークWの輪郭を示している。ガイドパターン画像Igは、ガイドパターン生成処理(S3)で生成されたガイドパターン情報に基づいて、ワーク輪郭画像Ioとは異なる表示色で表示される。当該ガイドパターン画像Igは、ガイドパターン編集処理(S4)でガイドパターン情報が編集された場合、編集内容に対応する表示態様に変更される。加工内容画像Imは、当該ワークWの加工対象面に対してマーキング加工される加工内容を示す画像であり、データ作成処理プログラムによって作成された加工データが存在する場合に、ワーク輪郭画像Io及びガイドパターン画像Igと異なる表示色で表示される。ワーク輪郭画像Io、ガイドパターン画像Ig、加工内容画像Imは、X軸、Y軸からなる同一の直交座標系上に定義された情報(ワーク輪郭情報、ガイドパターン情報、加工データ等)に基づいている為、直交座標系上に重畳的に表示し得る。
描画順表示部82は、編集ウィンドウ80の右側部分に配置されており、ガイドパターン生成処理(S3)で生成されたガイドパターン情報に基づいて、ガイドパターンを構成する各特徴点Pの描画順をリスト表示する。図14に示すように、描画順表示部82においては、各特徴点Pを識別する為に、「特徴点(a)」というように識別用の名称を付けてもよいし、各特徴点Pの位置情報(X座標値、Y座標値)を描画順表示部82に表示することで、各特徴点Pを識別可能に表示してもよい。
特徴点削除ボタン83は、データ内容表示部81の下部に配設されており、ガイドパターンを構成する特徴点Pの内、ユーザ所望の特徴点Pをガイドパターンから削除する編集を行う際に、入力操作部76によって操作される。具体的には、特徴点削除ボタン83の操作によって、特徴点Pの削除に係る編集処理に移行し、データ内容表示部81や描画順表示部82に対する入力操作部76の操作により、削除対象である一の特徴点Pを特定して削除する。
特徴点追加ボタン84は、データ内容表示部81の下部に配設されており、ガイドパターンを構成する特徴点Pとして、ユーザ所望の位置に一の特徴点Pを追加する編集を行う際に、入力操作部76によって操作される。具体的には、特徴点追加ボタン84の操作によって、特徴点Pの追加に係る編集処理に移行し、データ内容表示部81に対する入力操作部76の操作により、データパターン上の任意の位置を指定して、指定位置に特徴点Pを追加する。尚、特徴点追加ボタン84により追加された特徴点Pの描画順は、S54と同様の処理(図12参照)によって決定してもよいし、適宜の方法によって決定される。
特徴点移動ボタン85は、データ内容表示部81の下部に配設されており、ガイドパターンを構成する特徴点Pの位置を、ユーザ所望の位置に移動する編集を行う際に、入力操作部76によって操作される。具体的には、特徴点移動ボタン85の操作によって、特徴点Pの移動に係る編集処理に移行すると、データ内容表示部81に対する入力操作部76の操作により、移動対象である一の特徴点Pを特定し、更なるデータ内容表示部81に対する入力操作部76の操作により、データパターン上の任意の位置を指定して、特徴点Pの移動先を特定する。特徴点移動ボタン85による編集処理では、入力操作部76を用いて、データ内容表示部81上の特徴点Pをドラッグすることによって行ってもよい。
描画順指定ボタン86は、描画順表示部82の下部に配設されており、ガイドパターンを構成する一の特徴点Pの描画順を、ユーザ所望の描画順に変更する編集を行う際に、入力操作部76によって操作される。具体的には、描画順指定ボタン86の操作によって、特徴点Pの描画順に係る編集処理に移行すると、データ内容表示部81、描画順表示部82に対する入力操作部76の操作により、描画順の変更対象である一の特徴点Pを特定し、その状態で描画順指定ボタン86の操作を繰り返す毎に、特定した特徴点Pの描画順を、繰り上げ又は繰り下げるように変更する。
編集完了ボタン87は、編集ウィンドウ80の右下部に配設されており、ガイドパターンの編集を完了する際に、入力操作部76を介して操作される。
図13に示すように、ガイドパターン編集処理プログラムのS72においては、CPU71は、入力操作部76からの操作信号に基づいて、ガイドパターン編集操作があったか否かを判断する。ガイドパターン編集操作とは、少なくとも、特徴点削除ボタン83〜描画順指定ボタン86に対する操作を含んでおり、CPU71は、これらの何れかを検出することで上記判断を行う。ガイドパターン編集操作があった場合(S72:YES)、CPU71は、S73に処理を移行する。一方、ガイドパターン編集操作がない場合(S72:NO)、CPU71は、S74に処理を移行する。
S73に移行すると、CPU71は、編集内容反映処理を実行して、特徴点削除ボタン83〜描画順指定ボタン86に対する操作に基づくガイドパターンの編集内容で、ガイドパターン情報を更新することで、ガイドパターン情報に反映させる。その後、CPU71は、S72に処理を戻し、当該ガイドパターンに対する更なる編集を受け付ける。
S74では、CPU71は、マーキング加工の加工対象物であるワークWの厚みが所定値以上であるかを判断する。具体的には、CPU71は、先ず、ワーク輪郭情報取得処理(S1)におけるS11で受け付けたワーク外形情報に基づいて、ワークWの厚みを算出し、算出したワークWの厚みと所定値を比較する。ここで、所定値とは、実際にガイド光Mによって描画されるガイドパターンを視認するユーザの視点の位置(ワークWに対する距離、高さ)によって定められ、ガイドパターンに対するユーザの視線がワークWの厚みによって妨げられる蓋然性が高いと想定される値である。例えば、予め設定された標準的なユーザの視点の位置と、ガイドパターンにおける各特徴点の位置と基づいて、所定値を算出することができる。ワークWの厚みが所定値以上である場合(S74:YES)、CPU71は、S75に処理を移行する。一方、ワークWの厚みが所定値以上でない場合(S74:NO)、CPU71は、S76に処理を移行する。
S75においては、CPU71は、警告処理を実行して、「ガイドパターンに対するユーザの視線がワークWの厚みによって妨げられ、ガイドパターンの視認性が低下する」旨の警告メッセージを、液晶ディスプレイ77に表示する。この時、CPU71は、ガイドパターンのどの点が特に視認性が低下する蓋然性が高いかを表示することもできる。警告メッセージは、例えば、視認性が低下する蓋然性が高いガイドパターンの点の表示色の変更や表示の点滅等でもよい。当該警告メッセージを視認することで、ユーザは、ガイドパターンの視認性が低下する蓋然性を認識することができ、更なるガイドパターンの編集(例えば、特徴点Pの削除や移動)等の適切な措置を講じ得る。液晶ディスプレイ77に警告メッセージを表示した後、CPU71は、S76に処理を移行する。
S76に移行すると、CPU71は、入力操作部76からの操作信号に基づいて、編集完了操作があったか否かを判断する。具体的には、CPU71は、入力操作部76からの操作信号に基づいて、編集完了ボタン87に対する操作があったか否かを判断する。編集完了操作があった場合(S76:YES)、CPU71は、ガイドパターン編集処理プログラムを終了し、ワーク設置補助プログラム(図4参照)のS5に処理を移行する。一方、編集完了操作がなかった場合(S76:NO)、CPU71は、S71に処理を戻し、編集ウィンドウ80を用いた編集操作を受け付ける。
再び図4を参照し、ワーク設置補助プログラムのS5以後の処理について説明する。S5においては、CPU71は、ガイドパターン描画指令があったか否かを判断する。当該ガイドパターン描画指令は、入力操作部76による所定の操作が行われた場合にCPU71に入力され、ガイドパターン生成処理(S3)、ガイドパターン編集処理(S4)によって生成されたガイドパターンを、ガイド光Mによる描画することを指示する制御指令である。従って、CPU71は、入力操作部76の操作信号に基づいて、S5の判断処理を実行する。ガイドパターン描画指令があった場合(S5:YES)、CPU71は、S6に処理を移行する。一方、ガイドパターン描画指令がなかった場合(S5:NO)、CPU71は、ガイドパターン描画指令があるまで、ガイドパターン編集処理(S4)に処理を戻す。
S6では、CPU71は、ガイドパターン描画指令があった時点のガイドパターン情報と、ガイドパターン描画指令を、レーザコントローラ5に対して出力して、ガイド光Mによるガイドパターンの描画を開始する。その後、PC7のCPU71は、S7に処理を移行する。
ここで、レーザコントローラ5のCPU61は、PC7からガイドパターン情報と、ガイドパターン描画指令を受信すると、ガイドパターン情報を構成する各特徴点Pの位置情報と、各特徴点Pの描画順に従って、ガイド光部17及びガルバノスキャナ19を制御することによって、加工容器内部のワーク載置部上にガイドパターンを描画する。具体的には、レーザコントローラ5のCPU61は、ガイド光部17の駆動情報等の制御パラメータを、ガイド光ドライバ58へ出力して、ガイド光部17からのガイド光Mの出射制御を行う。同時に、レーザコントローラ5のCPU61は、ガイドパターン情報を構成する各特徴点Pの描画順に従って、各特徴点Pの位置情報を、ガルバノコントローラ56、ガルバノドライバ23へ出力して、ガルバノスキャナ19の駆動制御を行う。これにより、加工容器内部のワーク載置部上において、ガイド光部17からのガイド光Mは、ガイドパターンを構成する全ての特徴点Pを1つずつ巡るように走査される。
S7に移行すると、CPU71は、ガイドパターン終了指令があったか否かを判断する。当該ガイドパターン終了指令は、入力操作部76による所定の操作が行われた場合にCPU71に入力され、S6によって行われているガイド光Mによるガイドパターンの描画を終了することを指示する制御指令である。従って、CPU71は、入力操作部76の操作信号に基づいて、S7の判断処理を実行する。ガイドパターン終了指令があった場合(S7:YES)、CPU71は、ワーク設置補助プログラムを終了する。一方、ガイドパターン終了指令がない場合(S7:NO)、CPU71は、S6に処理を戻し、ガイドパターン終了指令があるまで、ガイド光Mによるガイドパターンの描画を継続する。
このように構成することによって、当該レーザ加工装置100によれば、マーキング加工に対して最適なワークWの設置位置を、ガイド光Mで描画されるガイドパターンによって示すことができ、当該ガイドパターンを基準として、ワークWの適切な位置への位置調整を容易に行うことができる。当該ガイドパターンは、ワーク輪郭情報取得処理(S1)、特徴点抽出処理(S2)を経て生成され、実際のワークWの輪郭における特徴的な部分(ワークWの角部分における頂点)に、特徴点Pを配置して構成されている(図12、図14参照)。従って、当該レーザ加工装置100によれば、実際のワークWの特徴的な部分と、ガイドパターンにおける特徴点Pを基準とすることで、マーキング加工に関する適切な位置に対して、高い精度をもって、ワークWを設置することができる。
以上説明したように、本実施形態に関するレーザ加工装置100は、レーザ発振ユニット12と、ガルバノスキャナ19と、ガイド光部17と、レーザコントローラ5と、PC7とを有しており、レーザ発振ユニット12から出射されたレーザ光Lを、ガルバノスキャナ19によって走査することで、ワークW表面にマーキング加工を施すことができる。又、当該レーザ加工装置100は、ガイド光部17から出射されたガイド光Mを、ガルバノスキャナ19によって走査することで、レーザ光Lによるマーキング加工の加工内容やガイドパターン等を、可視光であるガイド光Mを用いて描画することができる。
そして、当該レーザ加工装置100は、ワーク輪郭情報取得処理(S1)によって取得されたワーク輪郭情報に基づいて、前記ワークWの輪郭における一部を特徴点Pとして抽出し、特徴点抽出処理(S2)によって抽出された各特徴点Pに基づいて、前記ワークWの設置位置を示すガイドパターンを生成する(S3)。当該レーザ加工装置100は、生成したガイドパターン情報に従って、ガイド光部17及びガルバノスキャナ19を制御することで、前記ガイド光Mよってガイドパターンを描画することができる。
即ち、当該レーザ加工装置100によれば、実際のワークWの輪郭に応じたガイドパターンがガイド光Mによって描画される為、複雑な形状のワークWであっても、実際のワークWの輪郭とガイドパターンを基準としてワークWの位置調整を行うことができ、ワークWの位置調整に関する精度を高め得る。そして、当該レーザ加工装置100によれば、ワークWの位置調整の精度を高めることによって、ワークW上の所望の位置に対するマーキング加工を、より確実に行い得る。
前記特徴点抽出処理(S2)においては、図9に示すように、CPU71は、前記ワーク輪郭情報に基づくワークWの輪郭を構成する輪郭点Oの列の一部を示すベクトルaを生成し、当該ベクトルaに基づく累積値列C、速度値列Vを用いて、その変化量が所定以上となる輪郭点Oを、曲折点Ocとして検出して、特徴点Pとする。これにより、当該レーザ加工装置100によれば、例えば、ワークWの輪郭における角部分等の特徴的な部分を含むガイドパターンを生成することができる。そして、当該レーザ加工装置100によれば、ワークWの輪郭における特徴的な部分をもって、ガイドパターンを基準としたワークWの位置調整を行うことができ、より確実に、ワークWの位置調整の精度を高めることができる。
図5に示すように、前記ワーク輪郭情報取得処理(S1)では、ワークWの外形を示すワーク外形情報を受け付け、当該ワーク外形情報に基づいて、ワーク輪郭情報を取得する為、ワークWの3Dモデルデータや図面データ等から、ワーク輪郭情報を取得することができる。即ち、当該レーザ加工装置100によれば、実際のワークWの輪郭を高い精度で再現したワーク輪郭情報に基づき、特徴点Pの抽出、ガイドパターンの生成を行うことができ、ワークWの輪郭とガイドパターンの親和性を高め、もって、ワークWの位置調整に関する精度を更に向上させ得る。
更に、当該レーザ加工装置100によれば、撮像部57によってワークWを撮像した撮像データを、ワーク外形情報として受け付け、当該撮像データにデジタル画像処理(S13、S14)を施すことで、ワーク輪郭情報を取得する為、図面データ等を用いることなく、実際のワークWの輪郭を高い精度で再現したワーク輪郭情報を取得し得る。又、当該レーザ加工装置100によれば、実際のワークWの輪郭を高い精度で再現したワーク輪郭情報に基づいて、特徴点Pの抽出、ガイドパターンの生成を行うことができる為、ワークWの輪郭とガイドパターンの親和性を、容易に高めることができ、もって、ワークWの位置調整に関する精度を更に向上させ得る。
図10に示すように、ガイドパターン生成処理(S3)においては、CPU71は、特徴点抽出処理(S2)によって抽出された複数の特徴点Pを含む経路に従って、前記ワークWの輪郭に対応するワークWの設置位置を前記ガイド光Mによって描画するガイドパターンを生成する。これにより、当該レーザ加工装置100によれば、ガイドパターンにおける複数の特徴点Pに係る部分と、実際のワークWにおける各特徴点Pに対応する特徴的な部分を夫々基準として、ガイドパターンを基準としたワークWの位置調整を行うことができ、更に高い精度でのワークWの位置調整を実現することができる。
上述したように、本実施形態におけるガイドパターンの描画は、ガイド光部17から出射されたガイド光Mをガルバノスキャナ19によって走査することで実現される。ガイドパターンにおいて、複数の特徴点Pを含む経路の総距離が所定値以上となってしまうと、ガイドパターンの描画順の最後にあたる特徴点Pに対するガイド光Mの照射が行われた時点で、描画順の最初に係る特徴点Pに対するガイド光Mの点灯をユーザが認識できず、特徴点Pにあたる部分が点滅する描画態様となる場合がある。このような場合、ガイドパターンの視認性は、特徴点Pにあたる部分が常時描画されている状態に比べて低下した状態となり、これを基準として用いた場合のワークWの位置調整の精度も低下してしまうことが想定される。
図10に示すように、当該レーザ加工装置100によれば、一巡描画長さが閾値以上である場合(S56:YES)、特徴点抽出処理(S2)で抽出した特徴点Pの一部を削除して(S58)、残りの特徴点Pからなるガイドパターンを生成する為、ガイドパターンを描画する際のガイド光Mの経路を短縮することができ、当該ガイドパターンの全体像をガイド光Mによって描画することができる。即ち、当該レーザ加工装置100によれば、特徴点抽出処理(S2)で抽出した複数の特徴点Pの内、一部の特徴点Pに関して、ガイドパターンを基準としたワークWの位置調整を行うことができ、ワークWの位置調整に関する精度の向上に貢献し得る。
又、ガイドパターン生成処理(S3)においては、図12に示すように、特徴点抽出処理(S2)によって抽出された複数の特徴点Pを一度ずつ巡る経路の総距離が最小となるように、当該複数の特徴点Pに係る描画順を定め(S54)、当該描画順に従ったガイドパターンを生成する為、なるべく多くの特徴点Pを含み、且つ、ガイドパターンの全体像をガイド光Mによって描画可能なガイドパターンを生成することができ、ガイドパターンを基準としたワークWの位置調整に関する精度の向上に貢献し得る。
図10に示すように、ガイドパターン生成処理(S3)では、CPU71は、穴部検出処理(S51)によって、ワークWにおける穴部Hwを検出し、当該穴部Hwに対応する位置を示す表示を、穴部ガイドマークMhに変更したガイドパターンを生成する(S53)。図11に示すように、穴部ガイドマークMhは、ワークWにおける穴部Hwの位置を示す十字状に構成されており、縦線及び横線の端部がワークW表面に及ぶように生成される。従って、当該レーザ加工装置100によれば、ワークWにおける穴部Hwの内部にのみガイド光Mが照射され、ワークWの存在によって視認不能となることを防止することができる。即ち、当該レーザ加工装置100によれば、ガイドパターンの特徴点Pに係る部分のみならず、ワークWの穴部Hwと、ガイドパターンにおける穴部ガイドマークMhとを基準として利用することができ、ワークWの位置調整を、より高い精度をもって行い得る。
そして、当該レーザ加工装置100によれば、ガイドパターン編集処理(S4)において、データ内容表示部81を有する編集ウィンドウ80を、液晶ディスプレイ77の画面上に表示し得る。図14に示すように、編集ウィンドウ80のデータ内容表示部81は、ワーク輪郭情報に基づくワーク輪郭画像Ioと、加工データに基づく加工内容画像Imと、ガイドパターン情報に基づくガイドパターン画像Igとを、画面上に重ねて表示可能に構成されている。これにより、当該レーザ加工装置100によれば、編集ウィンドウ80のデータ内容表示部81における表示内容を視認することによって、ユーザに、ワークWの輪郭、加工データの加工内容及びガイドパターンの相対的な位置関係を正確に把握させることができる。更に、当該レーザ加工装置100によれば、編集ウィンドウ80のデータ内容表示部81に、ワークWの輪郭に対してガイドパターンを重ねて表示することができる為、ワークWの輪郭に対するガイドパターンの描画位置の調整を容易に行うことができ、もって、ワークWの位置調整が容易なガイドパターンの生成を可能とし得る。
図14に示すように、編集ウィンドウ80のデータ内容表示部81に、ガイドパターン画像Igを表示する際に、ガイドパターン画像Igに描画順を付して表示すると共に、描画順表示部82にガイドパターンの描画順を表示する。これにより、ユーザは、編集ウィンドウ80のデータ内容表示部81、描画順表示部82を視認することで、ガイド光Mによるガイドパターンの描画態様を、実際の描画を行う前に把握することができ、もって、ガイドパターンを基準としたワークWの位置調整に係る精度を向上させ得る。
図13、図14に示すように、当該レーザ加工装置100によれば、ガイドパターン編集処理(S4)において、編集ウィンドウ80に対して入力操作部76による編集操作を行うことで、ガイドパターン生成処理(S3)によって生成されたガイドパターンを編集することができる。これにより、当該レーザ加工装置100によれば、ワークWの形状、ユーザの視点等の様々な条件に応じて、ガイドパターンを編集することができ、もって、容易かつ高精度なワークWの位置調整が可能なガイドパターンを生成することができる。
更に、当該レーザ加工装置100は、ワーク外形情報に基づいて特定されるワークWの厚みが所定値以上であるか否かを判断し(S74)、前記ワークWの厚みが所定値以上であると判定された場合に、警告処理(S75)によって、前記ワークWの厚みに起因して前記ガイドパターンの視認性が低下する旨の警告メッセージを液晶ディスプレイ77に表示して警告する。これにより、当該レーザ加工装置100によれば、ユーザの視線がワークWの厚みによって遮られ、ガイド光Mによって描画されたガイドパターンの一部が視認できない場合等、ガイドパターンの視認性がワークWの厚みに起因して生じる蓋然性が高い場合であることを、ユーザに把握させることができ、ユーザに適切な措置(例えば、ガイドパターンにおける特徴点Pの削除、追加、移動等の編集)を講じさせ得る。
尚、上述した実施形態において、レーザ加工装置100は、本発明におけるレーザ加工装置の一例であり、レーザ発振ユニット12は、本発明におけるレーザ光出射部の一例である。そして、ガイド光部17は、本発明におけるガイド光出射部の一例であり、ガルバノスキャナ19は、本発明における走査部の一例である。又、CPU71、RAM72、ROM73、HDD75は、本発明におけるワーク輪郭取得部、特徴点抽出部、生成部、制御部、判断部、穴抽出部、画像表示制御部、ガイドパターン編集部、判定部の一例であり、撮像部57、CD−R/W78は、本発明における受付部、ワーク厚受付部の一例である。そして、撮像部57は、本発明における撮像部の一例であり、液晶ディスプレイ77は、本発明における画像表示部の一例である。データ内容表示部81は、本発明における警告部の一例である。そして、入力操作部76は、本発明における操作部の一例であり、ガイド光Mは、本発明におけるガイド光の一例である。そして、特徴点Pは、本発明における特徴点の一例であり、輪郭点Oは、本発明における輪郭点の一例である。そして、穴部ガイドマークMhは、本発明における穴ガイドの一例であり、ワーク輪郭画像Ioは、本発明におけるワーク輪郭画像の一例である。そして、加工内容画像Imは、本発明における加工パターン画像の一例であり、ガイドパターン画像Igは、本発明におけるガイドパターン画像の一例である。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、上述した実施形態においては、穴部検出処理(S51)でワークWの穴部Hwを検出した場合に、S53の処理を実行することで、ガイドパターンにおける当該穴部Hwの位置を示す表示を、穴部ガイドマークMhに変更する構成であったが、更に以下の処理を行うように構成することもできる。
図11に示すように、十字状の穴部ガイドマークMhに変更した場合、当該穴部ガイドマークMhを描画する為に、複数個(少なくとも、縦線、横線の両端にあたる4個)の特徴点Pを追加することになり、穴部ガイドマークMhを含むガイドパターンを描画する際のガイド光Mの経路が伸びることが想定される。
この場合においては、穴部ガイドマークMhへの変更に伴い、複数個の特徴点Pを追加した後、CPU71は、S56と同様に、穴部ガイドマークMhを含むガイドパターンにおける一巡描画長さが閾値以上であるか否かを判断し、閾値以上である場合には、当該ガイドパターンにおける特徴点Pから、穴部ガイドマークMhを構成する特徴点Pを優先して削除するように構成することも可能である。
又、上述した実施形態においては、図11に示すように、穴部ガイドマークMhは、十字を為す形状であったが、穴部ガイドマークMhの形状は、これに限定されるものではない。穴部ガイドマークMhの形状は、例えば、2本の線分が連結したL字を為す形状や、V字を為す形状とすることも可能である。穴部ガイドマークMhの形状を、L字を為す形状やV字を為す形状とした場合、十字を為す形状とした場合に比較して、描画する際の線分の長さを短くすることができる。
又、上述した実施形態においては、データ内容表示部81に表示されるガイドパターン画像Igは、ワーク外形情報に基づいて決定されていたが、この態様に限定されるものではない。ガイドパターン画像Igを、ワーク外形情報と加工データに係る加工内容とに基づいて決定するように構成することも可能である。
そして、上述した実施形態におけるS59では、CPU71は、S58で削除した特徴点Pの前後をつなぐように特徴点Pの描画順を再設定していたが、この態様に限定されるものではない。例えば、特徴点Pを削除した後のガイドパターンを構成する全ての特徴点Pに対して、S54と同様の処理を実行することで、ガイドパターンに係る特徴点Pの描画順を決定することも可能である。
又、上述した実施形態においては、PC7のCPU71によって、ワーク設置補助プログラムを実行するように構成していたが、この態様に限定されるものではない。例えば、ワーク設置補助プログラムの実行主体を、レーザコントローラ5のCPU61とすることも可能である。この場合、編集ウィンドウ80等を表示する為に、レーザコントローラ5に、画像表示部(例えば、液晶ディスプレイ等)を配設することが望ましい。
1 レーザ加工ユニット
3 レーザヘッド部
5 レーザコントローラ
7 PC
12 レーザ発振ユニット
17 ガイド光部
19 ガルバノスキャナ
57 撮像部
71 CPU
72 RAM
73 ROM
75 HDD
76 入力操作部
77 液晶ディスプレイ
78 CD−R/W
80 編集ウィンドウ
81 データ内容表示部
100 レーザ加工装置
M ガイド光
O 輪郭点
P 特徴点
3 レーザヘッド部
5 レーザコントローラ
7 PC
12 レーザ発振ユニット
17 ガイド光部
19 ガルバノスキャナ
57 撮像部
71 CPU
72 RAM
73 ROM
75 HDD
76 入力操作部
77 液晶ディスプレイ
78 CD−R/W
80 編集ウィンドウ
81 データ内容表示部
100 レーザ加工装置
M ガイド光
O 輪郭点
P 特徴点
Claims (12)
- ワークを加工する為のレーザ光を出射するレーザ光出射部と、
可視光レーザであるガイド光を出射するガイド光出射部と、
前記レーザ光出射部から出射されたレーザ光と、前記ガイド光出射部から出射されたガイド光とを走査させる走査部と、
前記ワークの輪郭を示すワーク輪郭情報を取得するワーク輪郭取得部と、
前記ワーク輪郭取得部によって取得されたワーク輪郭情報に基づいて、前記ワークの輪郭における一部を特徴点として抽出する特徴点抽出部と、
前記特徴点抽出部によって抽出された前記特徴点に基づいて、前記ワークの設置位置を示すガイドパターンを生成する生成部と、
前記生成部によって生成されたガイドパターンが前記ガイド光によって描画されるように、前記ガイド光出射部及び前記走査部を制御する制御部と、を有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記特徴点抽出部は、
前記ワーク輪郭情報に基づくワークの輪郭を構成する輪郭点列の一部を示すベクトルを生成し、当該ベクトルの変化量が所定以上となる輪郭点を、特徴点として抽出する
ことを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。 - 前記ワークの外形に関する情報の入力を受け付ける受付部を有し、
前記ワーク輪郭取得部は、
前記受付部によって受け付けられた前記ワークの外形に関する情報に基づいて、前記ワーク輪郭情報を取得する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のレーザ加工装置。 - 前記ワークを撮像する撮像部を有し、
前記受付部は、前記撮像部によって撮像されたワーク画像の情報を、前記ワークの外形に関する情報として受け付け、
前記ワーク輪郭取得部は、前記撮像部によって撮像されたワーク画像の情報に基づいて、前記ワーク輪郭情報を取得する
ことを特徴とする請求項3記載のレーザ加工装置。 - 前記生成部は、
前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を含む経路に従って、前記ワークの輪郭に対応するワークの設置位置を前記ガイド光によって描画するガイドパターンを生成する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載のレーザ加工装置。 - 前記生成部は、
前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を含む経路の総距離が所定値以上であるか否かを判断する判断部を有し、
前記判断部によって、前記複数の特徴点を含む経路の総距離が所定値以上であると判断された場合に、当該複数の特徴点の内、一部の特徴点によって構成される経路に従ったガイドバターンを生成する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載のレーザ加工装置。 - 前記生成部は、
前記前記特徴点抽出部によって抽出された複数の特徴点を一度ずつ巡る経路の総距離が最小となるように、当該複数の特徴点に係る描画順を定めたガイドパターンを生成する
ことを特徴とする請求項6記載のレーザ加工装置。 - 前記ワーク輪郭取得部によって取得されたワーク輪郭情報に基づいて、前記ワークに形成された穴を抽出する穴抽出部を有し、
前記生成部は、
前記穴抽出部によって抽出された穴の位置に対して、少なくとも一部がワーク表面に及ぶ穴ガイドを付加したガイドパターンを生成する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れかに記載のレーザ加工装置。 - 画像を表示する画面を有する画像表示部と、
前記ワーク輪郭情報に基づくワーク輪郭画像を画面に表示させると同時に、前記レーザ光によって前記ワークに施される加工内容に基づく加工パターン画像を、当該ワーク輪郭画像に対して重ねて表示させる画像表示制御部と、を有し、
前記画像表示制御部は、
前記生成部によって生成されたガイドパターンに基づくガイドパターン画像を、更に重ねて画面に表示させる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れかに記載のレーザ加工装置。 - 前記画像表示制御部は、
前記ガイドパターン画像を表示する際に、前記ガイド光による当該ガイドパターンの描画順を、前記画像表示部の画面に表示させる
ことを特徴とする請求項9記載のレーザ加工装置。 - ユーザによる操作に用いられる操作部と、
前記操作部による操作に従って、前記生成部によって生成されたガイドパターンを編集するガイドパターン編集部と、を有する
ことを特徴とする請求項10記載のレーザ加工装置。 - 前記ワークの厚みに関するワーク厚情報の入力を受け付けるワーク厚受付部と、
前記ワーク厚受付部によって受け付けたワーク厚情報に基づいて、前記ワークの厚みが所定値以上であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって前記ワークの厚みが所定値以上であると判定された場合に、前記ワークの厚みに起因して前記ガイドパターンの視認性が低下することを警告する警告部と、を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れかに記載のレーザ加工装置。
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