JPH0417987A

JPH0417987A - レーザ加工機の画像処理システム

Info

Publication number: JPH0417987A
Application number: JP2120039A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakano; 治中野
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1992-01-22
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JP2843415B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、集光されたレーザ光を平板状のワークの上面
から照射することにより前記ワークを熱切断するレーザ
加工機の画像処理システムに関する。

（従来の技術）集光されたレーザ光を平板状のワークの上面から照射す
ることにより前記ワークを熱切断するレーザ加工機にあ
っては、ワーク材質、板厚、切断形状により定まるワー
ク条件に対し各種の加工条件を最適に設定することが肝
要である。

各種の加工条件とは、発振レーザ、アシストガスなどレ
ーザ切断加工に関係する各種の条件である。発振レーザ
の条件とは、レーザ出力（パワーパルス周波数、デユー
ティ比）と、光軸のアライメントなどである。アシスト
ガス条件とは、アシストガス種、混合比、ガス圧力など
である。

これら各種の加工条件について、全ての条件を最適設定
するのは仲々大変で、従来は、経験や勘により、また試
し加工を行うことにより、プログラマ側またはオペレー
タ側で条件設定し、レーザ切断加工を行っていた。

また、レーザ出力（パワー）の変動や光軸ずれが生じ、
バーニング（溶損）や非切断状態が発生した場合には、
これら不良状態をオペレータが目視判別し、加工を中断
し、該条件を修正し、再加工を実施していた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記の如き従来よりの加工条件の設定方
法は、経験や勘、あるいは試し加工によりプログラマま
たはオペレータが試行錯誤で条件設定するというもので
あるので、条件設定作業が大変で、かつ必ずしも最適値
が設定されておらず、少しの状態変化で許容範囲から外
れ、前記のバーニングや非切断状態を生ぜしめる結果と
なるという問題があった。

また、切断不良状態をオペレータが目視判断するという
ものであるので、自動化ラインの達成を困難としており
、実際にバーニングや非切断状態が生ずるまで不良状態
が判別できないので、どうしても不良品を発生させてし
まうと共に、不良状態を発見できずにいると、以後多数
の不良品を連続して発生してしまうという問題があった
。

そこで、本発明は、不良切断状態を自動的に判別できる
レーザ加工機の画像処理システムを提供することを目的
とする。

また、本発明は、加工状態の画像データを用いて最適加
工条件を自動設定できるレーザ加工機の画像処理システ
ムを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、切断加工状態の画像データをデータ
ベース化できるレーザ加工機の画像処理システムを提供
することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決する本発明は、特許請求の範囲に記載の
通り、集光されたレーザ光を平板状のワークの上面側か
ら照射することにより前記ワークを切断加工するレーザ
加工機の画像処理システムにおいて、前記ワークの下面側に、前記ワークの熱切断部を指向し
、前記レーザ光による熱切断状態を撮像する画像処理用
のカメラを設け、該カメラで撮像して得られる画像を処理し、熱切断状態
の画像を捉える画像処理手段を備えたことを特徴とする
。

また、前記画像処理手段には、現在画像のデータを予め
設定した状態または基準画像データと比較することによ
り、両画像データの一致または不一致で切断良否を判別
する切断良否判別手段が付属されることを特徴とする。

また、この画像処理手段は、前記レーザ加工機の数値制
御装置と連動され、前記基準画像データは、ワーク条件
加工条件など条件変化に応じて設定変更されることを特
徴とする。

また、前記画像処理手段には、各種加工条件のうち少な
くとも１つの加工条件を可変としつつ、現在画像データ
を予め設定した最適画像データと比較することにより、
該画像データの一致で最適加工条件を自動設定する最適
加工条件自動設定手段が付属されることを特徴とする。

また、前記画像データは、バーニングによる溶損物の有
無、溶損物の位置及び数、スパッタ照度。

スパッタ粒経、スパッタ飛散角、スパッタ飛散距離など
画像内容を表現する特徴データに変換されることを特徴
とする。

また、前記特徴データは、条件対応されて蓄積され、デ
ータベース化されることを特徴とする。

また、前記データベースは、加工条件の設定シミュレー
ションに利用されることを特徴とする。

（作用）本発明のレーザ加工機の画像処理システムでは、ワーク
の熱切断部を下面側から撮像し熱切断状態の画像データ
を捉え、現在画像を基準の状態または画像データと比較
することにより切断良否を判別し、切断不良が生じた場
合、あるいは切断不良となる恐れがある場合にアラーム
処理することができる。基準データは、ワーク条件や加
工条件など条件変化に応じて変化させてもよい。

また、各種加工条件のうち少なくとも１つの加工条件を
可変としつつ、現在画像データを予め設定した最適画像
データと比較することにより、両画像データの一致で最
適加工条件を自動設定できる。

さらに、画像データとしてはバーニング発生の有無、バ
ーニング溶損物の発生位置及び数をコート（１，０）デ
ータで示したり、スパッタ照度。

スパッタ分布、スパッタ粒径、スパッタ飛散距離など画
像内容を表現する特徴データに変換することにより、少
ない記憶容量で応用性に富むデータベースを蓄積でき、
例えば加工条件の設定シミュレーションに応用できる。

このシミュレーションは、ワーク条件及び加工条件を入
力すると、前記データベースが参照され、各条件に合致
した切断状態が表示されるというようなものである。デ
ータネ足の加工条件に対しては、補間データを用いるよ
うにすればよい。

（実施例）第１図は、本発明の一実施例に係るレーザ加工機の画像
処理システムの構成例を示す説明図である。

まず、レーザ加工機の構成について示すと、平板状のワ
ークＷを把持するワーククランプ装置１は、紙面に対し
垂直方向（Ｘ）に移動するキャレッジ２に複数個（例え
ば２個）取付けられており、図示しないサーボモータの
駆動によりワークＷをＸ軸上で移動させる。

前記キャレッジ２は摺動ベース３を介してギヤレッジベ
ース４上に設けられている。キャレッジベース４の下方
には、図において左右方向（Ｙ）に延設されたボールね
じ５に螺合されるナツト部材が設けられ、サーボモータ
６を駆動し、ボールねじ５を回転させることにより、キ
ャレッジ４はＹ軸方向に移動可能とされている。

したがって、図示しないＸ軸サーボモータ及びＹ軸サー
ボモータ６を適宜サーボ駆動することにより、ワークＷ
を平面ＸＹ上の一位置に位置決めでき、かつ任意の速度
で移動させることができる。

一方、ワークＷの上面には、一定間隔を置いてレーザ加
工ヘッド７が配置され、その内部には集光レンズ８が設
けられ、ワークＷと対向する面にはノズル９が設けられ
ている。

前記加工ヘッド７の上部にはベンドミラー１０が設けら
れ、レーザ発振器１１から出力されたレーザ光ＬＢを屈
曲させ集光レンズ８に対して照射するようになっている
。集光レンズ８は入力された未集光のレーザ光ＬＢを集
光し、ノズル９を介してワークＷの上面に照射する。焦
点位置は、通常、ワークＷの内部に設定される。

前記加工ヘッド７の側面には、アシストガスを導入する
ためのガス供給管１２が接続されている。

アシストガスとしては、Ｎ２，０２（低圧及び高圧）、
ａｉｒの３種が準備され、０２．ａｉｒ十０２１　　ａ
　ｌｔ　＋　Ｎ２の組み合わせて使い分けられるのが一
般的である。

前記アシストガス供給管１２に接続されるガス圧調整器
及びガス種選択用のソレノイド弁、あるいは前記サーボ
モータ６や発振器１１は、ＮＣ装置１３と接続され、Ｎ
Ｃプログラムの実行により所定手順で制御される。詳し
くは、ＮＣプログラムは前記サーボモータを駆動するた
めの準備コード（Ｇコード）と、各種アクチュエータ類
を駆動する補助コード（Ｍコード）とを用いて記載され
ており、各コードを順次実行することにより、ワークＷ
を適宜位置決め、移動させつつ、レーザ光の出力変化を
与えるなど条件変化させるようになっている。

切断加工されるワークＷの下面からは、オレンジ色のス
パッタ１４が飛散する。

次に、本例のシステムでは、前記ワークＷの下面側に、
前記ワークの熱切断部を下方側から臨み、熱切断状態を
撮像するＣＣＤカメラ１５が設けられている。このカメ
ラ１５の前面には、保護カバー１６が付属されている。

また、前記カメラ１５には、その映像信号Ｓを入力し、
画像処理する画像処理装置１６が接続されている。画像
処理装置１６は、前記ＮＣ装置１３とも接続されている
。

画像処理装置１６の詳細を第２図に示した。

本例の画像処理装置１６は、システムバス１７に、ＣＰ
Ｕ１８、ＲＯＭ１９、ＲＡＭ２０、入出力装置（Ｉｌｏ
）２１、表示用インタフェイス２２、データベースイン
タフェイス２３、画像メモリ２４を接続して成り、この
画像メモリ２４にはカメラ１５の影像信号Ｓを２値化信
号に変換し入力する２値化（Ａ／Ｄ）回路２５が設けら
れている。

表示用インタフェイス２２には、表示器２６が接続され
ている。入出力装置２１には、前記ＮＣ装置１３が接続
されている。データベース用のインタフェイス２３には
データベース２７が接続され、このデータベース２７に
は、加工条件シミュレーション装置２８が接続されてい
る。

上記構成において、画像メモリ２４には、第３図（ａ）
　（ｂ）　（Ｃ）に示すような熱切断状態を示す画像２
９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが得られ、ＣＰＵ１８で第４図以
下に示す各種の処理を実行することが可能である。表示
器２６には、第３図に示す画像など適宜の表示を行うこ
とができる。

本例のカメラ１５及び画像処理装置１６では、映像信号
ＳをＡ／Ｄ変換する際、明るい部分の映像部分を“１”
　その他の暗い映像部分を“０”とするものとする。ま
た、適宜ウィンドウ区間での平均的な明るさを検出する
などにより照度検出でき、ＲＧＢの混合比を分析できる
などカラー分析できるものとする。　第３図（ａ）に示
す画像２９Ａは、良好な切断状態を示すもので、スパッ
タ１４が狭い角度（９０’以下）の範囲で下方へ規則的
に流されている。このようなスパッタ１４が飛散する状
態は、中央部分の照度をＩスパッタ係数距離をＬスパッタの分布状態をφ０スパッタの平均粒径をφＡＶスパッタの最大粒径をφＭＡＸスパッタ光のＲＧＢ混合比をｒ：ｇ：ｂとする特徴デー
タで表現することができる。

第３図（ｂ）に示す画像２９Ｂは、バーニング時の不良
状態を示すもので、ワークの裏面に溶損物３０が、赤熱
の大きな固まりになって付着されている。このバーニン
グの状態は、溶損物の有無を１または０溶存物の数をｎ各溶損物の位置をＰｉ（ｉ−１，２・・・）とする特徴
データで表現することができる。

第３図（Ｃ）に示す画像２９Ｃは、非切断時の不良状態
を示すもので、光が貫通せず、全面が暗部となっている
。

この画像２９Ｃの特徴データは、全面暗部であることで
表現することができる。

第４図にデータ蓄積方式を示す。

ステップ４０１て加工開始されると、ステップ４０２で
ワーク条件及び加工条件など全条件を入力し、ステップ
４０３で熱切断状態を撮像する。

ステップ４０３での撮像は、条件変化に応じて適宜周期
または適宜回毎に実施される。すなわち、例えば一部に
円弧部を有する矩形の製品ＷＯをピアス加工をしてのち
切断することを考えるとき、ピアスの初期、中間、終了
時点で撮像し、その後、製品Ｗｏの切断加工に入るとき
、次いで直線部、屈曲部、円弧部につき、適宜周期で撮
像する。

ステップ４０３で撮像された第３図に示すような画像デ
ータは、ステップ４０４で上記の特徴データに変換され
、データベースインタフェイス２３を介してデータベー
ス２７に条件毎に分類整理して蓄積される。

ステップ４０５では一単位の製品加工終了を判別し、終
了まではステップ４０１〜４０４の処理を繰り返す。

よって、データベース２７には、あらゆる条件下での画
像の特徴データが抽出蓄積されるので、加工条件シミュ
レーション装置８は、これを参照し、例えばピアス加工
においである条件下でのタイムチャート的な画像を推定
表示することができる。

加工条件シミュレーション装置２８は、ＣＡＤ・ＣＡＭ
など自動プログラミング装置の近傍、あるいはＮＣ装置
１３の近傍に配置され、プログラマ、あるいはオペレー
タの条件入力により、その条件に合致する特徴データを
抽出し、切断状況のシミュレーションを行うものである
。

第５図は切断加工における画像データの応用方式の一例
を示すフローチャートである。

ステップ５０１でスパッタ１４を撮像し、ステップ５０
２で画像処理し、ステップ５０３でこの画像を判別する
ことにより、第３図（ａ）に示す切断良好状態（状態Ａ
）であればステップ５０４へ移行し加工を続行するが、
第３図（ｂ）のバーニング状態（状態Ｂ）、第３図（Ｃ
）の非切断状態（状態Ｃ）であればステップ５０５でア
ラームを出力し、ステップ５０６てパワーを低下させ、
ステップ５０７で一時停止する。

本例では、不良品発生の初期の時点で自動的な停止処理
を行えるので、以後多数の不良品を継続して発生するこ
とを防止できる。

第６図は第５図の処理を発展させ、ステップ５０３の比
較処理を画像そのもので比較するのではなく、上記の特
徴データで比較するようにしたものである。

ステップ６０１で加工開始すると、ステップ６０２でＮ
Ｃ装置１３から現在加工部分の条件を入力し、ステップ
６０３で条件に応じた基準画像データを、例えば次のよ
うに設定する。

スパッタ飛散角５０〜７０゜スパッタ飛散距離１５０〜３００　ｍ　ｍＲＧＢ混合比
ａｏ　：ｂＯ：Ｃ８溶損物発生（無）次いで、ステップ６０４で撮像し、ステップ６０５．６
０６で両画像と比較する。

ここでの比較処理は、今回撮像した画像を特徴データに
変換して基準の特徴データと比較するような処理である
。全ての特徴データが基準値内にある状態をＡ。、特徴
データが１つでも基準値から外れた状態で、前記の状態
Ｂ、Ｃには至っていない状態をＡ′　とする。

ステップ６０５て基準値内の状態Ａ。が判別された場合
には、切断は良好な状態にあるのでステップ６０７へ移
行し、加工を続行する。

ステップ６０５て基準値から外れた状態Ａ′が判別され
た場合には、ステップ６０８へ移行し、調整可能である
か否かを判別し、調整可能であればステップ６０９へ移
行して条件調整し、ステップ６０７へ移行して加工を続
行する。

ステップ６０５，６０６で状態Ｂ、Ｃが判別され、また
はステップ６０８で状態Ａ′につき調整不能と判別され
たときは、ステップ６１０へ移行し、アラーム発生し、
ステップ６１１て出力減少し、加工を一時停止する。ス
テップ６０８で状態Ａ′につき調整不能と判別された場
合であっても、この限りで即アラームとするのではなく
、適宜の時間ないし回転を待って、それてもなお状態Ａ
′が続くときのみアラームとすることもできる。

よって、本例では、ステップ６０９で条件ずれを調整す
るようにしたので、不良品発生を未然に防止でき、かつ
各加工条件をより最適方向へ移行させることができる。

第７図は最適加工条件の自動設定方式への応用例を示す
フローチャートである。

ステップ７０１で設定すべき条件、例えばレーザ出力条
件としてのパワーを指定し、ステップ７０２て最適加工
状態の画像の特徴データを基準データＡ。とじて設定し
、ステップ７０３で指定条件に初期値Ｐを与えて加工開
始し、ステップ７０４て撮像する。

次いで、ステップ７０５で、撮像データを基準データＡ
。と比較し、撮像データと基準データＡ。とが一致する
までステップ７０６へ移行し、Ｐ−Ｐ±△Ｐとして、パワーＰを変化させる。その後、ステップ７０
５て画像データと基準データＡ。とが一致すればステッ
プ７０７へ移行し、得られたパワーＰを最適値に設定す
る。

以上により、本例では、カメラ１５で撮像した画像の特
徴データと基準データＡ。とを比較することにより最適
加工条件を得ることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、適宜の
設計的変更を行うことにより、適宜態様で実施し得るも
のである。

［発明の効果］以上、詳細に説明したように、本発明のレーザ加工機の
画像処理システムでは、ワークの熱切断部を下面側から
撮像した熱切断状態の画像を捉え、リアルタイムで観察
できる他、現在画像を基準の状態または画像データと比
較することにより切断良否を判別し、切断不良が生じた
場合、あるいは切断不良となる恐れがある場合にアラー
ム処理することができる。

さらに、画像データとしては、バーニング、発生の有無
、バーニング溶損物の発生位置及び数をコード（１，０
）データで示したり、スパッタ照度、スパッタ分布、ス
パッタ粒径、スパッタ飛散距離など画像内容を表現する
特徴データに変換することにより、少ない記憶容量で応
用性に富むデータベースを蓄積できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレーザ加工機の画像処
理システムの構成例を示す説明図、第２図は画像処理装
置の詳細を示すブロック図、第３図は良好切断状態及び
バーニング発生状態並びに非切断状態の画像の説明図、
第４図はデータ蓄積方式を示すフローチャート、第５図
は切断加工の一例を示すフローチャート、第６図は切断
加工の他の例を示すフローチャート、第７図は最適加工
条件の自動設定方式を示すフローチャートである。１３・・・ＮＣ装置１４・・・スパッタ１５・・・ＣＣＤカメラ１６・・・画像処理装置２７・・・データベース２８・・・加工条件シミュレーション装置２９　（２９
Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ）・・・画像３０・・・溶損物

Claims

【特許請求の範囲】

（１）集光されたレーザ光を平板状のワークの上面側か
ら照射することにより前記ワークを切断加工するレーザ
加工機の画像処理システムにおいて、前記ワークの下面
側に、前記ワークの熱切断部を指向し、前記レーザ光に
よる熱切断状態を撮像する画像処理用のカメラを設け、該カメラで撮像して得られる画像を処理し、熱切断状態
の画像を捉える画像処理手段を備えたことを特徴とする
レーザ加工機の画像処理システム。
（２）請求項１において、前記画像処理手段には、現在
画像のデータを予め設定した状態または基準画像データ
と比較することにより、両画像データの一致または不一
致で切断良否を判別する切断良否判別手段が付属される
ことを特徴とするレーザ加工機の画像処理システム。
（３）請求項２において、前記画像処理手段は、前記レ
ーザ加工機の数値制御装置と連動され、前記基準画像デ
ータは、ワーク条件や加工条件など条件変化に応じて設
定変更されることを特徴とするレーザ加工機の画像処理
システム。
（４）請求項１において、前記画像処理手段には、各種
加工条件のうち少なくとも１つの加工条件を可変としつ
つ、現在画像データを予め設定した最適画像データと比
較することにより、該画像データの一致で最適加工条件
を自動設定する最適加工条件自動設定手段が付属される
ことを特徴とするレーザ加工機の画像処理システム。
（５）請求項１において、前記画像データは、バーニン
グによる溶損物の有無、溶損物の位置及び数、スパッタ
照度、スパッタ粒径、スパッタ飛散角、スパッタ飛散距
離など画像内容を表現する特徴データに変換されること
を特徴とするレーザ加工機の画像処理システム。
（６）請求項５において、前記特徴データは、条件対応
されて蓄積され、データベース化されることを特徴とす
るレーザ加工機の画像処理システム。
（７）請求項６において、前記データベースは、加工条
件の設定シミュレーションに利用されることを特徴とす
るレーザ加工機の画像処理システム。