KR20160053864A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 장치의 설치면적의 증대를 억제하면서, 레이저광에 의한 가공 에어리어의 넓은 범위를 관찰한다.
어태치먼트(112)는, 카메라(161), 렌즈(162) 및 미러(163)에 의해 구성되는 관찰 광학계를 수납하고, 가공 레이저광(Lp)을 주사하는 갈바노미러(156)를 구비하는 레이저 헤드(111)의 저면에 부착된다. 가공면(S)으로부터의 광은, 미러(163)에 의해 반사되고, 렌즈(162)에 입사하고, 렌즈(162)에 의해, 카메라(161)의 촬상 소자에서 가공면(S)의 상이 결상한다. 본 발명은, 예를 들면, 레이저 마커에 적용할 수 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 특히, 워크를 관찰하기 위한 관찰 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

종래, 가공 대상이 되는 워크의 위치 결정이나, 워크의 가공 상태를 확인하기 위한 카메라나 렌즈 등을 포함하는 관찰 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치가 보급되어 있다.

관찰 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치의 중에는, 예를 들면, 가공 광학계의 광축(이하, 가공 광축이라고 칭한다)과 같은 방향에서 워크를 관찰하는 것이나 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조), 가공 광축과 다른 방향에서 워크를 관찰하는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 2, 3 참조). 또한, 가공 광축과 다른 방향에서 워크를 관찰하는 레이저 가공 장치의 중에는, 워크를 바로 위에서 관찰하는 것이나 (예를 들면, 특허 문헌 2 참조), 워크를 경사 상방향에서 관찰하는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).

도 1은, 가공 광축과 같은 방향에서 워크를 관찰하는 레이저 가공 장치의 일종인 레이저 마커(1)의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하고 있다. 레이저 마커(1)의 레이저 헤드(11)는, 레이저 발진기(21), 초점 조정 기구인 3D 광학계(22), 다이크로익 미러(23) 및 갈바노미러(24)를 포함하는 가공 광학계 및 관찰 광학계(25)를 구비하고 있다.

레이저 발진기(21)으로부터 출사된 레이저광(Lp)은, 3D 광학계(22), 다이크로익 미러(23), 갈바노미러(24)를 통하여, 레이저 헤드(11)으로부터 출사되어, 가공면(S)에 조사된다. 이때, 레이저광(Lp)은, 갈바노미러(24)에 의해, 가공면(S)에서 X축 및 Y축의 2축방향으로 주사된다.

관찰 광학계(25)는, 미러(23) 및 갈바노미러(24)를 통하여, 가공면(S)을 촬영할 수 있다. 또한, 관찰 광학계(25)의 미러(23)보다 후의 광축은, 가공 광축과 일치한다. 이에 의해, 관찰 광학계(25)의 광축은, 갈바노미러(24)에 의해, 레이저광(Lp)의 주사가 가능한 가공 에어리어의 임의의 위치로 향할 수 있다.

도 2는, 워크를 바로 위에서 관찰하는 레이저 가공 장치의 일종인 레이저 마커(31)의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하고 있다. 레이저 헤드(41)로부터 출사되는 레이저광(Lp)은, 레이저 헤드(41) 내의 갈바노미러(51)에 의해, 가공면(S)에서 X축 및 Y축의 2축방향으로 주사된다.

또한, 카메라를 포함하는 관찰 광학계(42)가, 광축이 가공면(S)에 대해 수직 방향을 향하도록 레이저 헤드(41)의 옆에 마련되어 있다. 따라서, 관찰 광학계(42)는, 가공면(S)을 바로 위에서 촬영할 수 있다. 또한, 관찰 광학계(42)에 포함되는 렌즈를 교환함에 의해, 가공 에어리어를 소망하는 확대 배율로 촬영하는 것이 가능하다.

도 3은, 워크를 경사 상방향에서 관찰하는 레이저 가공 장치의 일종인 레이저 마커(61)의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도면 중 도 2의 레이저 마커(31)와 대응하는 부분에는, 같은 부호를 붙이고 있다.

레이저 마커(61)에서는, 관찰 광학계(42)는, 광축이 가공면(S)에 대해 경사 방향을 향하도록, 레이저 헤드(41)의 옆에 마련되어 있다. 따라서, 관찰 광학계(42)는, 레이저광(Lp)에 의한 가공 에어리어를 직접 촬영할 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개2004-148379호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개평11-156566호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2012-143785호 공보

그러나, 도 4에 도시되는 바와 같이, 레이저 마커(1)에서는, 관찰 광학계(25)의 포커스가 맞는 면(F)이 곡면으로 되기 때문에, 가공 에어리어의 중심 부근밖에 포커스를 맞출 수가 없다. 또한, 갈바노미러(24)에는 고속 구동이 가능한 소형의 미러가 사용되지만, 관찰 광학계(25)는, 이 소형의 미러를 통하여 가공면(S)을 촬영하기 때문에, 한번에 넓은 에어리어를 촬영할 수가 없다. 따라서, 레이저 마커(1)에서는, 가공 에어리어의 넓은 범위를 선명한 화상으로 관찰하기가 어렵다.

또한, 레이저 마커(31)에서는, 관찰 광학계(42)에 의해 가공 에어리어를 직접 촬영할 수가 없기 때문에, 관찰시와 가공시에서 워크를 이동시킬 필요가 있어서 제어가 복잡해진다.

또한, 레이저 마커(61)에서는, 가공면(S)에 대한 관찰 광학계(42)의 촬영 각도가 커지기 때문에, 촬영 범위 내 전체에 포커스를 맞추기가 어렵고, 촬영한 화상에 흐려짐이나 왜곡이 생기기 쉽고, 예를 들면, 화상의 주위의 관찰이 곤란해지는 경우가 있다.

또한, 레이저 마커(31) 및 레이저 마커(61)에서는, 관찰 광학계(42)를 레이저 헤드(41)의 옆에 마련함에 의해, 장치가 대형화하고, 설치면적(풋프린트)이 증대한다.

그래서 본 발명에서는, 장치의 설치면적의 증대를 억제하면서, 레이저광에 의한 가공 에어리어의 넓은 범위를 관찰할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 레이저 가공 장치는, 가공 대상이 되는 워크를 가공하기 위한 레이저광을 출사함과 함께, 워크의 가공면상에서 레이저광을 주사하기 위한 주사 수단을 포함하는 레이저 헤드를 구비하는 레이저 가공 장치로서, 카메라와, 카메라의 촬상 소자에 가공면의 상(像)을 결상시키는 렌즈와, 가공면부터의 광을 반사하고, 렌즈에 입사시키는 미러를 포함하는 관찰 광학계를 구비하고, 관찰 광학계가, 높이 방향에서 주사 수단과 가공면과의 사이에 마련되어 있다.

본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 레이저 헤드 내의 주사 수단과 가공면과의 사이에 마련되어 있는 관찰 광학계에 있어서, 가공면부터의 광이, 미러에 의해 반사되고, 렌즈에 입사하고, 렌즈에 의해 카메라의 촬상 소자에 결상된다.

따라서, 장치의 설치면적의 증대를 억제하면서, 레이저광에 의한 가공 에어리어의 넓은 범위를 관찰할 수 있다.

이 관찰 광학계는, 레이저 헤드의 저면의 아래에 배치하도록 할 수 있다.

이에 의해, 레이저 헤드와는 별도의 유닛으로서 관찰 광학계를 마련할 수 있다.

이 미러를, 레이저광과 시점(始點)이 설정된 화상에 있어서, 렌즈의 사이에 배치할 수 있다.

이에 의해, 미러를 소형화하거나, 촬영 범위를 크게 하거나 할 수 있다.

이 레이저광을 렌즈와 미러의 사이를 통과하도록 할 수 있다.

이에 의해, 렌즈의 사이즈의 제약을 작게 할 수 있다. 또한, 레이저광을 차단하지 않도록 미러를 설치하는 것이 용이해진다. 또한, 보다 수직에 가까운 방향에서 워크를 촬영하는 것이 가능해진다.

가공면, 렌즈의 주면(主面) 및 촬상 소자의 촬상면이 실질적으로 일직선에 교차하도록 카메라, 렌즈 및 미러를 설치할 수 있다.

이에 의해, 왜곡이나 흐려짐이 없는 선명한 관찰 화상을 얻을 수 있다.

이 레이저 가공 장치에서는, 경사 윗방향으로부터 가공면에 조명광을 쏘이는 조명 장치를 또한 마련하고, 이 조명 장치를, 관찰 광학계의 포커스가 맞는 면에서의 조명광의 정반사광이 관찰 광학계의 광축과 일치하도록 설치할 수 있다.

이에 의해, 정반사광만을 이용한 워크의 관찰이 가능해진다.

이 렌즈는, 텔레센트릭 렌즈로 할 수 있다.

이에 의해, 사다리꼴 왜곡이 없는 관찰 화상을 얻을 수 있다.

이 레이저 가공 장치에서는, 카메라에 의해 촬영된 화상인 관찰 화상의 화상 처리를 행하는 화상 처리부와, 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여, 워크의 가공을 제어하는 가공 제어부를 또한 마련할 수 있다.

이에 의해, 가공 에어리어의 넓은 범위를 촬영한 관찰 화상을 이용하여 워크의 가공 제어를 행할 수가 있다.

이 화상 처리부, 가공 제어부는, 예를 들면, CPU 등의 프로세서에 의해 실현된다.

이 가공 제어부에는, 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여 가공 위치를 설정시킬 수 있다.

이에 의해, 간단하면서 정확하게 가공 위치의 위치 결정을 행할 수가 있다.

이 화상 처리부에는, 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여, 가공을 실시하는지의 여부를 판정시킬 수 있다.

이에 의해, 예를 들면, 워크가 설치되어 있지 않거나, 워크가 소망하는 상태가 아닌 경우에, 가공을 중지할 수 있다.

이 화상 처리부에는, 가공 후의 워크를 촬영한 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여 워크의 가공 상태를 검사시킬 수 있다.

이에 의해, 워크의 가공 상태를 고정밀도로 검사할 수 있다.

이 화상 처리부에는, 레이저광에 의한 가공 에어리어의 중심과 카메라의 촬영 범위의 중심 사이의 어긋남 량에 의거하여, 관찰 화상의 사용한 영역을 중심이 가공 에어리어의 중심과 일치하는 영역으로 제한시킬 수 있다.

이에 의해, 기계적인 조정을 행하지 않고서, 가공 에어리어와 관찰 에어리어의 중심을 일치시킬 수 있다.

이 화상 처리부에는, 관찰 화상의 사다리꼴 왜곡의 보정을 행하게 할 수 있다.

이에 의해, 사다리꼴 왜곡이 없는 관찰 화상을 얻을 수 있다.

이 화상 처리부에는, 관찰 화상의 상하 방향의 반전(反轉)을 행하게 할 수 있다.

이에 의해, 미러에 의해 상하가 반전한 워크의 상을 올바른 방향에서 관찰할 수 있다.

이 레이저 가공 장치에는, 관찰 광학계의 포커스가 맞는 면에서의 레이저광에 의한 가공 에어리어의 중심을 향하여 경사 방향에서 소정의 측정광을 출사하는 광원을 또한 마련하고, 이 화상 처리부는, 측정광이 조사된 가공면을 촬영한 관찰 화상에서의 측정광의 조사 위치를 검출시키고, 이 가공 제어부에는, 관찰 화상에서의 측정광의 조사 위치에 의거하여, 레이저광을 출사하는 가공 광학계의 포커스의 위치를 조정시킬 수 있다.

이에 의해, 레이저 가공 장치의 가공 높이를 간단하면서 적절하게 조정할 수 있다.

이 레이저 가공 장치에는, 주사 수단을 통하여 소정의 측정광을 가공면에 조사하는 광원을 또한 마련하고, 이 화상 처리부는, 측정광이 조사된 가공면을 촬영한 관찰 화상에서의 측정광의 조사 위치를 검출시키고, 이 가공 제어부에는, 관찰 화상에서의 측정광의 조사 위치에 의거하여, 레이저광을 출사하는 가공 광학계의 포커스의 위치를 조정시킬 수 있다.

이에 의해, 레이저 가공 장치의 가공 높이를 간단하면서 적절하게 조정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 장치의 설치면적의 증대를 억제하면서, 레이저광에 의한 가공 에어리어의 넓은 범위를 관찰할 수 있다.

도 1은 종래의 레이저 마커의 광학계의 제1의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 종래의 레이저 마커의 광학계의 제2의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 3은 종래의 레이저 마커의 광학계의 제3의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 4는 종래의 레이저 마커의 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명을 적용한 레이저 마커의 제1의 실시의 형태의 레이저 차폐 커버를 떼어낸 상태의 외관의 구성을 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명을 적용한 레이저 마커의 제1의 실시의 형태의 레이저 차폐 커버를 부착한 상태의 외관의 구성을 도시하는 사시도.
도 7은 본 발명을 적용한 레이저 마커의 제1의 실시의 형태의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 8은 관찰 광학계의 설치 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 9는 관찰 광학계의 설치 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 10은 제어부의 기능의 구성예를 도시하는 블록도.
도 11은 가공 처리의 제1의 실시의 형태를 설명하기 위한 플로 차트.
도 12는 가공 레시피의 예를 도시하는 도면.
도 13은 등록 패턴의 제1의 예를 도시하는 도면.
도 14는 관찰 화상의 제1의 예를 도시하는 도면.
도 15는 패턴 매칭의 결과의 예를 도시하는 도면.
도 16은 가공 위치의 설정예를 도시하는 도면.
도 17은 워크의 가공예를 도시하는 도면.
도 18은 가공 처리의 제2의 실시의 형태를 설명하기 위한 플로 차트.
도 19는 가공 처리의 제3의 실시의 형태를 설명하기 위한 플로 차트.
도 20은 워크의 예를 도시하는 도면.
도 21은 가공 레시피의 예를 도시하는 도면.
도 22는 등록 패턴의 제2의 예를 도시하는 도면.
도 23은 워크의 가공 상태의 정상적인 예를 도시하는 도면.
도 24는 워크의 가공 상태의 이상한 예를 도시하는 도면.
도 25는 가공 에어리어와 관찰 에어리어의 중심의 어긋남의 보정 방법의 제1의 예를 설명하기 위한 도면.
도 26은 가공 에어리어와 관찰 에어리어의 중심의 어긋남의 보정 방법의 제2의 예를 설명하기 위한 도면.
도 27은 관찰 화상의 사다리꼴 왜곡에 대한 대책의 제1의 예를 설명하기 위한 도면.
도 28은 관찰 화상의 사다리꼴 왜곡에 대한 대책의 제2의 예를 설명하기 위한 도면.
도 29는 관찰 화상의 반전 처리에 관해 설명하기 위한 도면.
도 30은 가공 높이의 조정 방법의 제1의 예를 설명하기 위한 도면.
도 31은 가공 높이의 조정 방법의 제1의 예를 설명하기 위한 도면.
도 32는 가공 높이의 조정 방법의 제2의 예를 설명하기 위한 도면.
도 33은 가공 높이의 조정 방법의 제2의 예를 설명하기 위한 도면.
도 34는 가공 높이의 조정 방법의 제2의 예에 있어서, 종래와의 비교를 설명하기 위한 도면.
도 35는 본 발명을 적용한 레이저 마커의 제2의 실시의 형태의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 36은 본 발명을 적용한 레이저 마커의 제3의 실시의 형태의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 37은 본 발명을 적용한 레이저 마커의 제4의 실시의 형태의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.

1. 제1의 실시의 형태

2. 제2의 실시의 형태(제1의 실시의 형태에 낙사조명(落射照明)을 마련한 예)

3. 제3의 실시의 형태(가공 레이저광이 렌즈와 미러의 사이를 통과하도록 한 예)

4. 제4의 실시의 형태(제3의 실시의 형태에 낙사조명을 마련한 예)

5. 변형예

<1. 제1의 실시의 형태>

우선, 도 5 내지 도 34를 참조하여, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 관해 설명한다.

{레이저 마커(101)의 구성예}

우선, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명을 적용한 레이저 가공 장치의 제1의 실시의 형태인 레이저 마커(101)의 구성예에 관해 설명한다. 도 5는, 레이저 차폐 커버(114)를 떼어낸 상태의 레이저 마커(101)의 외관의 구성예를 도시하고, 도 6은, 레이저 차폐 커버(114)를 마련한 상태의 레이저 마커(101)의 외관의 구성예를 도시하고 있다. 도 7은, 레이저 마커(101)의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 이하, 도 7을 비롯한 광학계의 각 도면은 모식도이고, 그다지 정확성을 요구되지 않는 부분에 관해서는, 광학적으로 정확한 도면으로 되어 있지 않은 부분도 있다.

또한, 이하, 도 5의 좌측을 레이저 마커(101)의 전방으로 하고, 우측을 레이저 마커(101)의 후방으로 한다. 또한, 이하, 도 5에서 측면이 보이고 있는 측을 레이저 마커(101)의 우측으로 하고, 그 역측을 레이저 마커(101)의 좌측으로 한다. 또한, 이하, 레이저 마커(101)의 좌우 방향을 X축방향으로 하고, 전후 방향을 Y축방향으로 하고, 상하 방향을 Z축방향으로 한다.

레이저 마커(101)는, 레이저광을 이용하여, 가공 대상이 되는 워크의 표면에 마킹을 행하는 레이저 가공 장치이다. 레이저 마커(101)는, 레이저 헤드(111), 어태치먼트(112), 어태치먼트(113FR 내지 113BL)(단, 어태치먼트(113BL)는 부도시)를 포함하도록 구성된다.

레이저 헤드(111)는, 상자형의 형상을 하고 있고, 그 사이즈는, 예를 들면, 폭 140㎜×안길이(奧行) 415㎜×높이 220㎜이다. 또한, 레이저 헤드(111)의 후방의 팬을 포함하는 안길이는, 예를 들면, 450㎜이다. 후술하는 바와 같이, 레이저 헤드(111)에는, 가공용의 레이저광(이하, 가공 레이저광이라고 칭한다)를 가공 대상물인 워크에 조사하기 위한 가공 광학계 등이 마련된다.

어태치먼트(112)는, 레이저 헤드(111)의 저면의 후방에 부착된다. 후술하는 바와 같이, 어태치먼트(112)에는, 레이저 마커(101)의 가공 에어리어를 관찰하기 위한 관찰 광학계가 수납된다.

어태치먼트(113FR 내지 113BL)는, 레이저 헤드(111)의 저면의 네모퉁이 부근에 부착되고, 레이저 헤드(111)를 지탱하기 위한 다리를 구성한다. 또한, 어태치먼트(113FR 내지 113BL)에 의해, 레이저 헤드(111)의 하방에 어태치먼트(112)를 부착하기 위한 스페이스가 확보된다.

또한, 도 6에 도시되는 바와 같이, 레이저 차폐 커버(114)가, 어태치먼트(112) 및 어태치먼트(113FR 내지 113BL)의 주위를 둘러싸도록 레이저 헤드(111)의 하부에 부착된다. 이 레이저 차폐 커버(114)에 의해, 레이저 헤드(111)로부터 출사되는 가공 레이저광이 주위에 누설되는 것이 방지된다.

도 7에 도시되는 바와 같이, 레이저 헤드(111)에는, 레이저 발진기(151), 광원(152), 다이크로익 미러(153), 3D 광학계(154), 미러(155), 갈바노미러(156) 및 광원(157)이 마련되어 있다. 그 중, 레이저 발진기(151), 다이크로익 미러(153), 3D 광학계(154), 미러(155) 및 갈바노미러(156)에 의해, 가공 광학계가 구성된다.

또한, 어태치먼트(112)에는, 카메라(161), 렌즈(162) 및 미러(163)에 의해 구성된 관찰 광학계가 수납되어 있다. 따라서, 관찰 광학계는, 레이저 헤드(111)의 저면의 아래로서, 높이 방향에서 갈바노미러(156)와 가공면(S)의 사이에 배치되어 있다.

레이저 발진기(151)는, 워크의 가공을 행하기 위한 가공 레이저광을 출사한다. 또한, 레이저 발진기(151)의 종류는, 특히 한정되는 것이 아니고, 임의의 것을 채용할 수 있다.

그리고, 가공 레이저광은, 다이크로익 미러(153), 3D 광학계(154)를 투과한 후, 미러(163) 및 갈바노미러(156)에 의해 반사되고, 워크의 가공면(S)에 조사된다. 이때, 초점 조정 기구인 3D 광학계(154)에 의해, 가공 광학계의 Z축방향의 포커스 위치(가공 레이저광의 Z축방향의 집광 위치)를 조정할 수 있다. 또한, 도 7에 도시되는 바와 같이, 갈바노미러(156)에 의해, 가공면(S)에서 가공 레이저광을 X축 및 Y축의 2축방향으로 주사할 수 있다.

또한, 이하, 가공 레이저광을 주사함에 의해 가공할 수 있는 범위를 가공 에어리어라고 칭한다. 또한, 가공 레이저광을 레이저 헤드(111)로부터 수직 하방향으로 출사한 경우에 가공 레이저광이 조사되는 위치를 가공 에어리어의 중심으로 하고, 이하, 가공 중심이라고 칭한다.

광원(152)는, 가시광의 레이저광(이하, 가이드 레이저라고 칭한다)를 출사한다. 그리고, 가이드 레이저광은, 다이크로익 미러(153), 3D 광학계(154)를 투과한 후, 미러(163) 및 갈바노미러(156)에 의해 반사되어, 워크의 가공면(S)에 조사된다. 가이드 레이저도, 가공 레이저광과 마찬가지로, 3D 광학계(154)에 의해 Z축방향의 집광 위치를 조정하거나, 갈바노미러(156)에 의해 가공면(S)에서 X축 및 Y축의 2축방향으로 주사하거나 할 수 있다.

가이드 레이저는, 가공 형상의 확인에 이용된다. 즉, 가공 레이저광에 의한 가공 전에, 가공시와 똑같이 하여 가이드 레이저를 가공면(S)상에서 주사함에 의해, 가공 형상의 이미지를 시각적으로 확인할 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 가이드 레이저는, 가공 광학계의 포커스 위치(가공 레이저광의 집광(集光) 위치)를 측정하고, Z축방향(높이 방향)의 가공 위치(이하, 가공 높이라고 칭한다)를 조정하기 위한 측정광으로서 이용할 수도 있다.

광원(157)은, 가시광의 레이저광(이하, 초점 포인터라고 칭한다)를 출사한다. 또한, 초점 포인터는, 경사 방향에서 관찰 광학계의 포커스가 맞는 면(이하, 관찰계 초점면이라고 칭한다)에서의 가공 중심을 통과하도록 조정된다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 초점 포인터는, 가이드 레이저와 마찬가지로, 가공 광학계의 포커스 위치(가공 레이저광의 집광 위치)를 측정하고, 가공 높이를 조정하기 위한 측정광으로서 이용된다.

카메라(161), 렌즈(162) 및 미러(163)는, 가공면(S)을 관찰하기 위한 화상(이하, 관찰 화상이라고 칭한다)를 촬영한다. 유저는, 이 관찰 화상에 의해, 가공 에어리어의 상태 등을 관찰할 수 있다.

카메라(161)는, 촬상 소자(부도시)의 촬상면이 가공면(S)에 대해 수직이 되도록, 수평 방향에 설치되어 있다. 렌즈(162)는, 광축이 카메라(161)의 광축과 일치하도록 설치되어 있다. 미러(163)는, 렌즈(162)의 주면(主面)에 대해, 반사면이 경사 하방향을 향하도록 마련되어 있다.

가공면(S)으로부터의 광은, 미러(163)에 의해 반사되고, 렌즈(162)에 입사하고, 렌즈(162)에 의해, 카메라(161)의 촬상 소자의 촬상면에서 결상한다. 그리고, 카메라(161)에 의해, 가공면(S)의 상이 촬영된다. 또한, 미러(163)의 각도를 조정함에 의해, 카메라(161)의 촬영 범위(이하, 관찰 에어리어라고도 칭한다) 및 가공면(S)을 촬영하는 각도(이하, 촬영 각도라고 칭한다)가 조정된다.

또한, 예를 들면, 레이저 헤드(111)에 어태치먼트(112)를 부착한 상태에서, 미러(163)의 각도를 수동 또는 전동으로 기계적으로 조정할 수 있도록 하여도 좋다.

따라서, 레이저 마커(101)에 의하면, 렌즈(162)를 교환함에 의해, 가공면(S)의 관찰 배율을 자유롭게 설정할 수 있다. 또한, 도 1의 레이저 마커(1)와 같이, 갈바노미러(156)를 통하지 않고 가공면(S)을 직접 촬영하기 때문에, 갈바노미러(156)에 의한 광의 비네팅이 생기는 일이 없다. 따라서, 가공 에어리어 전체를 포함하는 넓은 범위를 카메라(161)에 의해 촬영하고, 관찰하는 것도 가능하다.

또한, 미러(163)를 마련함에 의해, 가공면(S)을 촬영하기 위해 카메라(161)를 가공면(S)에 향할 필요가 없고, 카메라(161)를 수평 방향을 향하도록 설치하는 것이 가능하다. 그 결과, 관찰 광학계를 수납하는 어태치먼트(112)를, 레이저 헤드(111)의 저면에 부착할 수 있다. 이에 의해, 장치의 소형화가 가능해지고, 도 2의 레이저 마커(31)나 도 3의 레이저 마커(61)와 같은 관찰 광학계를 마련함에 의한 풋프린트의 증대를 방지할 수 있다.

또한, 미러(163)를 마련함에 의해, 도 3의 레이저 마커(61)와 비교하여, 촬영 각도를 보다 가공면(S)에 대해 수직한 방향에 설정하는 것이 가능하다. 이에 의해, 관찰계 초점면과 가공면(S) 사이의 각도를 작게 할 수 있고, 관찰 에어리어(촬영 범위) 내 전체에 포커스를 맞추기 쉬워진다. 그 결과, 관찰 화상의 흐려짐이나 왜곡의 발생을 억제할 수 있다.

{카메라(161) 및 렌즈(162)의 설치 방향의 변형예}

또한, 카메라(161) 및 렌즈(162)의 설치 방향은, 반드시 도 7의 예로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 카메라(161)를 경사 윗방향을 향하도록 설치함에 의해, 미러(163)의 각도를 보다 수평에 가깝게 할 수 있다. 이에 의해, 촬영 각도를 보다 수직에 가깝게 할 수 있고, 관찰 에어리어(촬영 범위) 내 전체에 의해 포커스를 맞추기 쉬워진다.

또한, 예를 들면, 도 8에 도시되는 바와 같이, 카메라(161)의 촬상 소자(161a)의 촬상면, 렌즈(162)의 주면(162a) 및 가공면(S)이 실질적으로 일직선상에 교차하고, 샤인 프루프의 조건을 충족시키도록, 카메라(161), 렌즈(162) 및 미러(163)를 설치하도록 하여도 좋다. 즉, 가공면(S)부터 카메라(161)까지의 광로를 미러(163)에 의해 절곡하지 않고 모의적(模擬的)으로 늘린 경우에, 카메라(161)의 촬상 소자(161a)의 촬상면, 렌즈(162)의 주면(162a) 및 가공면(S)이 일직선상에 교차하도록, 카메라(161), 렌즈(162) 및 미러(163)를 마련하도록 하여도 좋다. 이것은, 예를 들면, 도 9에 도시되는 바와 같이, 렌즈(162)의 주면이 상(上)경사 방향을 향하도록 기울이고, 그 각도를 조정함에 의해 실현할 수 있다.

이에 의해, 관찰 에어리어 내의 모든 영역에서 관찰 광학계의 포커스를 양호하게 맞출 수 있고, 왜곡이나 흐려짐이 없는 선명한 관찰 화상을 얻을 수 있다.

{레이저 마커(101)의 처리}

다음에, 도 10 내지 도 34를 참조하여, 레이저 마커(101)의 처리에 관해 설명한다.

(제어부(201)의 구성예)

도 10은, 레이저 마커(101)에 마련되어 있는 제어부(201)의 기능의 구성예를 도시하는 블록도이다. 제어부(201)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서에 의해 구성된다. 또한, 제어부(201)는, 레이저 헤드(111) 또는 어태치먼트(112)의 어느 쪽에 마련하여도 좋고, 또는, 레이저 헤드(111) 및 어태치먼트(112)에 분산하여 마련하도록 하여도 좋다.

제어부(201)는, 촬영 제어부(211), 화상 처리부(212) 및 가공 제어부(213)를 포함하도록 구성된다.

촬영 제어부(211)는, 카메라(161)에 의한 관찰 화상의 촬영을 제어한다.

화상 처리부(212)는, 후술하는 바와 같이, 카메라(161)에 의해 촬영된 관찰 화상에 대해, 각종의 화상 처리를 행한다. 또한, 화상 처리부(212)는, 필요에 응하여, 화상 처리의 결과를, 외부에 출력한다.

가공 제어부(213)는, 레이저 발진기(151), 3D 광학계(154) 및 갈바노미러(156) 등을 제어하여, 레이저 헤드(111)에 의한 워크의 가공을 제어한다.

(가공 처리의 제1의 실시의 형태)

다음에, 도 11의 플로 차트를 참조하여, 레이저 마커(101)에 의해 실행되는 가공 처리의 제1의 실시의 형태에 관해 설명한다.

스텝 S1에서, 제어부(201)는, 외부로부터 입력되는 가공 레시피를 취득한다.

여기서, 가공 레시피란, 레이저 마커(101)에 의해 마킹하는 마크(예를 들면, 문자나 도형 등)의 크기 및 형상 및 가공 대상이 되는 워크에서의 가공 위치 등을 나타내는 정보이다. 도 12에는, 원형의 마크(301)가 등록된 가공 레시피의 예가 도시되어 있다.

스텝 S2에서, 제어부(201)는, 외부로부터 입력되는 등록 패턴을 취득한다. 여기서, 등록 패턴이란, 관찰 에어리어 내에서 패턴 매칭에 의해 워크를 검출하기 위해 이용되는 패턴이다. 예를 들면, 가공 전의 워크의 화상이나, 가공 전의 워크의 특징을 나타내는 화상(예를 들면, 윤곽도) 등이, 등록 패턴으로서 주어진다.

도 13은, 등록 패턴(312)을 포함하는 패턴 화상(311)의 예를 도시하고 있다. 이 패턴 화상(311)에는, 정방형의 등록 패턴(312)이 도시되어 있다.

스텝 S3에서, 카메라(161)는, 촬영 제어부(211)의 제어하에, 가공 에어리어를 촬영한다. 그리고, 제어부(201)는, 촬영의 결과 얻어지는 관찰 화상을 취득한다. 이때, 상술한 바와 같이, 가공 에어리어 전체 또는 가공 에어리어 내의 넓은 범위를 포함하고, 왜곡이나 흐려짐이 적은 고화질의 관찰 화상을 얻을 수 있다.

도 14는, 관찰 화상의 예를 도시하고 있다. 이 관찰 화상(321)에는, 워크(322a) 및 워크(322b)의 2개의 워크가 찍혀져 있다.

스텝 S4에서, 화상 처리부(212)는, 패턴 매칭을 행한다. 예를 들면, 화상 처리부(212)는, 도 14의 관찰 화상(321)에서, 도 13의 등록 패턴(312)과 일치하는 패턴을 탐색한다. 그리고, 예를 들면, 도 15에 도시되는 바와 같이, 관찰 화상(321)의 중에서 워크(322a) 및 워크(322b)가 검출된다.

또한, 화상 처리부(212)가 행하는 패턴 매칭에는, 임의의 수법을 채용할 수 있다.

스텝 S5에서, 가공 제어부(213)는, 가공 위치를 설정한다. 예를 들면, 가공 제어부(213)는, 가공 레시피에 의거하여, 관찰 화상(321)에서 검출된 워크(322a) 및 워크(322b) 내의 가공 위치의 좌표(가공 좌표)를 계산한다. 예를 들면, 워크(322a) 및 워크(322b)의 중앙에 마킹하는 경우, 도 16에 도시되는 바와 같이, 관찰 화상(321)에서 패턴(322a)의 중심(331a) 및 패턴(322b)의 중심(331b)의 좌표가, 가공 좌표로서 계산된다. 그리고, 가공 제어부(213)는, 관찰 화상(321)에서 가공 좌표를, 레이저 마커(101)의 가공 에어리어 내의 좌표로 변환하고, 구한 좌표를 가공 위치로 설정한다.

여기서, 관찰 화상(321)에는, 가공 에어리어 전체 또는 가공 에어리어 내의 넓은 범위가 찍히어 있다. 따라서, 예를 들면, 1장의 관찰 화상(321)만을 이용하여, 가공 에어리어 내의 워크를 전부 검출하고, 모든 가공 위치를 한번에 설정하는 것이 가능해진다.

스텝 S6에서, 레이저 헤드(111)는, 가공 제어부(213)의 제어하에, 가공한다. 즉, 레이저 헤드(111)는, 가공 제어부(213)의 제어하에, 스텝 S5의 처리에서 설정된 가공 위치에, 가공 레시피에 나타나는 마크의 가공을 행한다. 예를 들면, 도 17에 도시되는 바와 같이, 워크(322a) 및 워크(322b)의 중앙에, 도 12의 마크(301)와 같은 형상의 마크(Ma) 및 마크(Mb)의 가공이 행하여진다.

그 후, 가공 처리는 종료한다.

이와 같이, 레이저 마커(101)에서는, 가공 에어리어 전체 또는 가공 에어리어 내의 넓은 범위를 포함하는 고화질의 관찰 화상을 이용하여, 패턴 매칭에 의해 가공 위치를 신속하게 검출하고, 마킹할 수 있다. 또한, 워크의 설치 위치나 설치 방향에 관계없이, 워크의 소망하는 위치에 정밀도 좋게 마킹할 수 있다.

(가공 처리의 제2의 실시의 형태)

다음에, 도 18의 플로 차트를 참조하여, 레이저 마커(101)에 의해 실행되는 가공 처리의 제2의 실시의 형태에 관해 설명한다.

스텝 S31 내지 S34에서, 상술한 도 11의 스텝 S1 내지 S4와 같은 처리가 실행된다.

스텝 S35에서, 화상 처리부(212)는, 패턴 매칭의 결과에 의거하여, 일치도가 임계치 이상인지의 여부를 판정한다. 즉, 화상 처리부(212)는, 스텝 S34의 처리로 관찰 화상 내에서 검출한 패턴과 등록 패턴과의 일치도를 계산하고, 그 일치도가 소정의 임계치 이상인지의 여부를 판정한다. 일치도가 임계치 이상이라고 판정된 경우, 처리는 스텝 S36로 진행한다.

그리고, 스텝 S36 및 S37에서, 도 11의 스텝 S5 및 S6과 같은 처리가 실행되고, 워크의 가공이 행하여진다.

그 후, 가공 처리는 종료한다.

한편, 스텝 S35에서, 일치도가 임계치 미만이라고 판정된 경우, 처리는 스텝 S38로 진행한다. 이것은, 예를 들면, 관찰 에어리어 내에 워크가 존재하지 않는 경우나, 워크가 소망하는 상태가 아닌 경우 등이다.

스텝 S38에서, 화상 처리부(212)는, 이상 신호를 출력한다. 즉, 화상 처리부(212)는, 워크의 가공이 정상적으로 행하여지지 않은 것을 나타내는 이상 신호를 생성하고, 출력한다. 그리고, 예를 들면, 이 이상 신호에 의거하여 레이저 마커(101)의 외부에 마련되어 있는 경고등을 점등시키는 등의 방법에 의해, 워크의 가공에 이상이 발생한 것이 통지된다.

그 후, 가공 처리는 종료한다.

이와 같이, 패턴 매칭의 일치도에 의거하여, 가공을 실시하는지의 여부가 판정된다. 이에 의해, 예를 들면, 워크의 유무를 판별하고, 워크가 존재하는 경우에만 가공을 실행하거나, 워크가 소망하는 상태인지의 여부를 판정하고, 소망하는 상태인 경우에만 가공을 실행하거나 할 수 있다.

(가공 처리의 제3의 실시의 형태)

다음에, 도 19의 플로 차트를 참조하여, 레이저 마커(101)에 의해 실행되는 가공 처리의 제3의 실시의 형태에 관해 설명한다. 또한, 이하, 도 20에 도시되는 정방형의 워크(351)의 가공을 행하는 경우에 관해 설명한다.

스텝 S61에서, 도 11의 스텝 S1의 처리와 마찬가지로, 가공 레시피가 취득된다. 또한, 이하, 도 21에 도시되는 가공 레시피가 주어진 경우에 관해 설명한다. 도 21의 가공 레시피에는, 원형의 마크(361)가 등록되어 있다.

스텝 S62에서, 제어부(201)는, 외부로부터 입력되는 등록 패턴을 취득한다. 여기서 취득된 등록 패턴은, 가공 처리의 제1 및 제2의 실시의 형태에서 사용된 등록 패턴과 달리, 워크의 가공 상태의 검사에 사용되는 패턴이다. 예를 들면, 가공 후(마킹 후)의 워크의 화상이나, 가공 후의 워크의 특징을 나타내는 화상(예를 들면, 윤곽도) 등이, 등록 패턴으로서 주어진다.

도 22는, 등록 패턴(372)를 포함하는 패턴 화상(371)의 예를 도시하고 있다. 이 패턴 화상(371)에는, 도 20의 워크(351)의 중앙에 도 21의 마크(361)를 배치한 등록 패턴(372)이 도시되어 있다.

스텝 S63에서, 레이저 헤드(111)는, 가공 제어부(213)의 제어하에, 가공한다. 즉, 레이저 헤드(111)는, 가공 제어부(213)의 제어하에, 워크의 소정의 위치에, 가공 레시피에 나타나는 마크의 가공을 행한다.

스텝 S64에서, 도 11의 스텝 S3의 처리와 마찬가지로, 가공 에어리어가 촬영된다. 이에 의해, 가공 후의 워크를 포함하는 관찰 화상이 얻어진다.

스텝 S65에서, 도 11의 스텝 S4의 처리와 마찬가지로, 패턴 매칭이 행하여진다. 즉, 패턴 매칭을 이용하여 워크의 가공 상태의 검사가 행하여진다. 보다 구체적으로는, 워크의 가공 상태가, 등록 패턴에 나타나는 상태로 되어 있는지의 여부의 검사가 행하여진다.

스텝 S66에서, 도 18의 스텝 S35의 처리와 마찬가지로, 일치도가 임계치 이상인 지의 여부가 판정된다. 예를 들면, 스텝 S63에서, 도 23에 도시되는 바와 같이, 워크(351)의 거의 중앙에, 도 21의 마크(361)와 같은 형상의 마크(Mc)가 마킹 된 경우, 워크(351)와 마크(Mc)로 이루어지는 패턴은, 도 22의 등록 패턴(372)에 매우 가깝다. 따라서, 이 경우, 일치도가 임계치 이상이라고 판정되고, 즉, 가공 상태가 정상이라고 판정되고, 가공 처리는 종료한다.

한편, 예를 들면, 도 24에 도시되는 바와 같이, 마크(Md)의 가공 위치가 워크(351)의 중앙으로부터 어긋나 있는 경우, 워크(351)와 마크(Md)로 이루어지는 패턴은, 도 22의 등록 패턴(372)과의 차가 크다. 따라서, 이 경우, 스텝 S66에서, 일치도가 임계치 미만이라고 판정되고, 즉, 가공 상태가 이상하다라고 판정되고, 처리는 스텝 S67로 진행한다.

스텝 S67에서, 화상 처리부(212)는, 이상 신호를 출력한다. 즉, 화상 처리부(212)는, 워크의 가공 상태가 이상한 것을 나타내는 이상 신호를 생성하고, 출력한다. 그리고, 예를 들면, 이 이상 신호에 의거하여 레이저 마커(101)의 외부에 마련되어 있는 경고등을 점등시키는 등의 방법에 의해, 워크의 가공에 이상이 발생한 것이 통지된다.

이와 같이, 레이저 마커(101)에서는, 가공 에어리어 전체 또는 가공 에어리어 내의 넓은 범위를 포함하는 고화질의 관찰 화상을 이용하여, 패턴 매칭에 의해 가공 상태의 검사를 고정밀도로 행할 수 있다.

(가공 에어리어와 관찰 에어리어의 중심의 어긋남의 보정 방법)

다음에, 도 25 및 도 26을 참조하여, 레이저 마커(101)의 가공 에어리어와 관찰 에어리어의 중심의 어긋남의 보정 방법에 관해 설명한다.

레이저 헤드(111)에 어태치먼트(112)를 부착할 때에, 도 25의 위에 도시되는 바와 같이, 가공 에어리어(401)의 중심(C1)과 관찰 에어리어(402)의 중심(C2)에 어긋남이 생기는 경우가 있다. 이 어긋남의 크기(어긋남 량)는, 예를 들면, 이하의 방법으로 검출하는 것이 가능하다.

예를 들면, 우선, 레이저 헤드(111)가, 가공 제어부(213)의 제어하에, 가공 에어리어(401)의 중심(C1)에 대해 가공을 행한다. 이에 의해, 도 25의 중앙에 도시되는 바와 같이, 가공 에어리어(401)의 중심(C1)에 가공점(Me)이 형성된다.

다음에, 카메라(161)는, 촬영 제어부(211)의 제어하에, 가공점(Me)이 형성된 가공 에어리어를 촬영한다. 그리고, 화상 처리부(212)는, 에지 추출이나 패턴 매칭 등의 임의의 수법에 의해, 관찰 화상 내의 가공점(Me)을 검출한다. 또한, 화상 처리부(212)는, 검출한 가공점(Me)과 관찰 화상의 중심(C2) 사이의 어긋남 량(ΔX와 ΔY)를, 가공 에어리어(401)의 중심(C1)과 관찰 에어리어(402)의 중심(C2) 사이의 어긋남 량으로서 검출한다.

이 어긋남의 보정은, 예를 들면, 카메라(161)나 렌즈(162)의 위치나, 미러(163)의 각도를 조정하고, 관찰 에어리어의 위치를 조정함에 의해, 기계적으로 보정할 수 있다. 이때, 예를 들면, 검출한 어긋남 량에 의거하여, 자동적으로 미러(163)의 각도를 조정하여, 어긋남을 보정 하도록 하여도 좋다.

또한, 도 26에 도시하는 바와 같이, 화상 처리에 의해 어긋남의 보정을 행하는 것도 가능하다. 예를 들면, 화상 처리부(212)가, 관찰 에어리어(402) 내의 화상(즉, 관찰 화상)에서 사용하는 영역을, 중심(C3)이 가공 에어리어(401)의 중심(C1)과 일치하는 영역(403)으로 제한한다. 구체적으로는, 예를 들면, 화상 처리부(212)는, 관찰 화상으로부터 영역(403) 내의 화상을 절출(切出)하고, 후단에 출력한다. 그리고, 예를 들면, 화상 처리부(212)로부터 출력된 화상을 표시한 경우, 표시되는 화상(즉, 관찰 에어리어)의 중심이, 외관상 가공 에어리어(401)의 중심(C1)과 일치하게 된다.

이에 의해, 카메라(161), 렌즈(162), 또는, 미러(163)의 위치나 각도의 조정을 행하지 않고서, 가공 에어리어의 중심과 관찰 에어리어의 중심의 어긋남을 보정할 수 있다.

(관찰 화상의 사다리꼴 왜곡에 대한 대책)

다음에, 도 27 및 도 28을 참조하여, 관찰 화상의 사다리꼴 왜곡에 대한 대책에 관해 설명한다.

레이저 마커(101)에서는, 미러(163)를 통하여, 워크를 경사 윗방향으로부터 촬영하기 때문에, 렌즈(162)가 논텔레센트릭 렌즈인 경우, 도 27의 위의 도면에 도시되는 바와 같이, 관찰 화상에서 사다리꼴 왜곡이 발생한다. 즉, 예를 들면, 사각형의 워크를 촬영한 경우, 관찰 화상에서의 워크의 상(451)의 폭이 위로 갈수록 좁아진다.

이에 대해, 우선, 렌즈(162)에 텔레센트릭 렌즈를 이용하는 것이 생각된다. 이에 의해, 도 27의 아래의 도면에 도시되는 바와 같이, 관찰 화상에서, 워크의 상(452)에 사다리꼴 왜곡이 나타나지 않게 되고, 상(452)의 형상이 사각형이 된다.

또한, 도 3의 레이저 마커(61)에서도, 텔레센트릭 렌즈를 채용하는 것이 가능하다. 단, 레이저 마커(101)의 쪽이, 레이저 마커(61)와 비교하여, 가공면(S)에 대한 촬영 각도가 작고, 사다리꼴 왜곡이 적기 때문에, 텔레센트릭 렌즈에 의한 효과가 커진다.

또한, 예를 들면, 화상 처리부(212)가, 관찰 화상에 대해 사다리꼴 왜곡을 제거하기 위한 화상 처리를 행하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 화상 처리부(212)는, 다음 식(1) 및 (2)에 의해 정의되는 아핀 변환을 이용하여, 관찰 화상 내의 각픽셀의 좌표(x, y)를 좌표(x', y')로 변환한다.

x' = a*x + b*y + c … (1)

y' = d*x + e*y + f … (2)

또한, 식(1) 및 (2)의 a 내지 f는, 소정의 계수이다.

그리고, 화상 처리부(212)는, 변화 후의 좌표(x', y')에서의 화소치를, 원래의 관찰 화상에서 좌표(x', y')의 주위에 있는 4화소의 화소치를 이용한 바이리니어 보간 등에 의해 구하여, 변환 후의 화상을 생성한다.

이에 의해, 고가의 텔레센트릭 렌즈를 이용하지 않고서, 도 28에 도시되는 바와 같이, 사다리꼴 왜곡을 제거함에 의해 사각형으로 변형한 워크의 상(461)을 얻을 수 있다.

(관찰 화상의 반전 처리)

또한, 레이저 마커(101)에서는, 미러(163)에 의해 반사된 상이 카메라(161)에 의해 촬영된다. 그 때문에, 도 29의 위의 도면에 도시되는 바와 같이, 관찰 화상에서의 워크의 상(471)은, 촬영 방향에서 본 경우에 비하여 상하 방향이 반전한다. 그래서 예를 들면, 화상 처리부(212)가, 도 29의 아래의 도면에 도시되는 바와 같이, 관찰 화상에서의 워크의 상(471)이 촬영 방향에서 본 경우와 상하 방향이 일치하도록, 관찰 화상에 대해 반전 처리를 행하도록 하여도 좋다.

(가공 높이의 조정 방법)

다음에, 도 30 내지 도 33을 참조하여, 레이저 마커(101)의 가공 높이의 조정 방법에 관해 설명한다.

우선, 도 30 및 도 31을 참조하여, 광원(157)로부터 출사된 초점 포인터(Lf)를 이용하여 가공 높이를 조정하는 경우에 관해 설명한다. 또한, 이하, 가공면(S2)나 관찰계 초점면과 일치하고, 가공면(S1)은 가공면(S2)보다 높은 위치에 있고, 가공면(S3)은 가공면(S2)보다 낮은 위치에 있는 것으로 한다. 또한, 가공면(S1, S2, S3)에서의 초점 포인터(Lf)의 조사점을, 각각 조사점(Pf1, Pf2, Pf3)으로 한다.

도 31은, 초점 포인터(Lf)가 조사된 가공면(S1 내지 S3)를 카메라(161)에 의해 촬영한 관찰 화상의 예를 모식적으로 도시하고 있다. 좌단은 가공면(S1)을 촬영한 관찰 화상이고, 중앙은 가공면(S2)을 촬영한 관찰 화상이고, 우단은 가공면(S3)을 촬영한 관찰 화상이다.

관찰계 초점면과 일치한(저스트 포커스의) 가공면(S2)의 관찰 화상에서는, 조사점(Pf2)의 위치는 상하 방향의 개략 중앙이 된다. 한편, 가공면(S2)보다 높은 위치에 있는 가공면(S1)의 관찰 화상에서는, 조사점(Pf1)의 위치는 상하 방향의 중앙보다 아래가 된다. 그리고, 가공면(S1)의 관찰계 초점면으로부터의 거리에 비례하여, 관찰 화상 내의 조사점(Pf1)의 위치가 내려간다. 또한, 가공면(S2)보다 낮은 위치에 있는 가공면(S3)의 관찰 화상에서는, 조사점(Pf3)의 위치는 상하 방향의 중앙보다 위가 된다. 그리고, 가공면(S3)의 관찰계 초점면으로부터의 거리에 비례하여, 관찰 화상 내의 조사점(Pf3)의 위치가 올라간다.

따라서, 예를 들면, 화상 처리부(212)가, 관찰 화상 내의 초점 포인터(Lf)의 조사점의 상하 방향의 위치를 검출함에 의해, 관찰계 초점면을 기준으로 하는 가공면의 높이를 검출할 수 있다. 그리고, 예를 들면, 가공 제어부(213)가, 3D 광학계(22)를 제어하여, 가공 레이저광의 Z축방향의 집광 위치(가공 광학계의 포커스 위치)를, 검출한 가공면의 높이에 맞춤에 의해, 가공 높이를 적절하게 조정할 수 있다.

다음에, 도 32 및 도 33을 참조하여, 광원(152)로부터 출사된 가이드 레이저(Lg)를 이용하여 가공 높이를 조정하는 경우에 관해 설명한다. 또한, 이하, 도 32에 도시되는 바와 같이, 가공면(S1, S2, S3)에서의 가이드 레이저(Lg)의 조사점을, 각각 조사점(Pg1, Pg2, Pg3)으로 한다. 또한, 가공면(S1, S2, S3)의 위치는 도 30과 마찬가지이다.

또한, 도 33은, 가이드 레이저(Lg)가 조사된 가공면(S1 내지 S3)을 카메라(161)에 의해 촬영한 관찰 화상의 예를 모식적으로 도시하고 있다. 좌단은 가공면(S1)을 촬영한 관찰 화상이고, 중앙은 가공면(S2)을 촬영한 관찰 화상이고, 우단은 가공면(S3)을 촬영한 관찰 화상이다.

가공면의 높이에 대한 관찰 화상에서의 가이드 레이저(Lg)의 조사점의 위치는, 초점 포인터(Lf)와 같은 경향을 나타낸다. 즉, 관찰계 초점면과 일치하는(저스트 포커스의) 가공면(S2)의 관찰 화상에서는, 조사점(Pg2)의 위치는 상하 방향의 거의 중앙이 된다. 한편, 가공면(S1)의 관찰 화상에서는, 가공면(S1)의 관찰계 초점면으로부터의 거리에 비례하여, 조사점(Pg1)의 위치가 내려간다. 또한, 가공면(S3)의 관찰 화상에서는, 가공면(S3)의 관찰계 초점면으로부터의 거리에 비례하여, 조사점(Pg3)의 위치가 올라간다.

따라서, 초점 포인터(Lf)를 이용하는 경우와 마찬가지로, 화상 처리부(212)가, 관찰 화상 내의 가이드 레이저(Lg)의 조사점의 상하 방향의 위치를 검출함에 의해, 관찰계 초점면을 기준으로 하는 가공면의 높이를 검출할 수 있다. 그리고, 예를 들면, 가공 제어부(213)가, 3D 광학계(22)를 제어하여, 가공 레이저광의 Z축방향의 집광 위치(가공 광학계의 포커스 위치)를, 검출한 가공면의 높이에 맞춤에 의해, 가공 높이를 적절하게 조정할 수 있다.

또한, 예를 들면, 도 1의 레이저 마커(1)에서, 가이드 레이저를 이용하여 가공면의 높이를 검출하려고 한 경우, 갈바노미러(24)를 통하여, 가이드 레이저의 상을 관찰하게 된다. 그 때문에, 도 34에 도시되는 바와 같이, 가공면의 높이가 변하여도, 관찰 화상에서의 가이드 레이저의 조사점의 상하 방향의 위치는 거의 변화하지 않는다. 따라서, 레이저 마커(1)에서는, 가이드 레이저만을 이용하여, 가공 높이의 조정을 할 수가 없다. 또한, 레이저 마커(1)에서는, 예를 들면, 가이드 레이저와 초점 포인터의 조사 위치가 일치하는지의 여부에 의거하여, 가공 높이의 조정이 행하여진다.

<2. 제2의 실시의 형태>

다음에, 도 35를 참조하여, 본 발명의 제2의 실시의 형태에 관해 설명한다.

{레이저 마커(501)의 구성예}

도 35는, 본 발명을 적용한 레이저 가공 장치의 제2의 실시의 형태인 레이저 마커(501)의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도면 중, 도 7의 레이저 마커(101)와 대응하는 부분에는 같은 부호를 붙이고 있다.

레이저 마커(501)는, 레이저 마커(101)에 설치 치구(511) 및 조명 장치(512)를 추가한 것이다. 조명 장치(512)는, 설치 치구(511)를 통하여, 레이저 헤드(111)의 저면의 전방에 부착된다. 즉, 조명 장치(512)는, 가공 레이저광의 레이저 헤드(111)로부터의 출사 위치를 기준으로 하여, 미러(622)와 반대측에 부착된다. 또한, 설치 치구(511) 및 조명 장치(512)를, 카메라(161), 렌즈(162) 및 미러(163)와 동일한 어태치먼트, 또는, 다른 어태치먼트에 수납하도록 하여도 좋다.

조명 장치(512)는, 가공면(S)에 경사 방향에서 조명광(Le1)을 쏘이는 낙사조명으로서 사용된다. 또한, 가공면(S)이 관찰계 초점면과 일치하는 경우, 조명 장치(512)로부터의 조명광(Le1)의 가공면(S)에서의 정반사광의 중심축이, 관찰 광학계의 광축과 일치하도록, 조명 장치(512)의 위치 및 경사(조명광(Le1)의 출사 방향)가 조정된다.

이에 의해, 정반사광만을 이용하여 워크를 관찰할 수 있고, 예를 들면, 워크의 가공면(S)으로부터의 정반사광의 관찰을 행함으로써, 워크의 표면이 경면(鏡面)인지 조면(粗面)인지의 판정을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 도 1의 레이저 마커(1)의 경우, 가공면(S)에서 반사된 조명광은, 갈바노미러(24)를 통하여, 관찰 광학계(25)에 입사한다. 따라서, 레이저 마커(1)에서는, 가공면(S)으로부터의 정반사광이 반드시 관찰 광학계(25)에 입사한다라고는 한할 수 없고, 또한, 정반사광 이외의 반사광이 관찰 광학계(25)에 입사한다. 따라서, 예를 들면, 상술한 방법에 의한 워크의 표면의 판정을 행할 수가 있지 않는다.

또한, 조명 장치(512)가 레이저 헤드(111)의 저면에 마련되기 때문에, 풋프린트의 증대를 방지할 수 있다.

<3. 제3의 실시의 형태>

다음에, 도 36을 참조하여, 본 발명의 제3의 실시의 형태에 관해 설명한다.

{레이저 마커(601)의 구성예}

도 36은, 본 발명을 적용한 레이저 가공 장치의 제3의 실시의 형태인 레이저 마커(601)의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도면 중, 도 7의 레이저 마커(101)와 대응하는 부분에는 같은 부호를 붙이고 있다. 또한, 레이저 헤드(111) 내의 광원(157)의 도시는 생략하고 있다.

레이저 마커(601)는, 레이저 마커(101)와 비교하여, 어태치먼트(112) 대신에 어태치먼트(611)가 레이저 헤드(111)의 저면에 부착되어 있는 점이 다르다.

어태치먼트(611)는, 카메라(161), 렌즈(621) 및 미러(622)를 포함하도록 구성된다. 또한, 이 예에서는, 미러(622)를, 카메라(161) 및 렌즈(621)와 같은 어태치먼트(611) 내에 수납하는 예를 도시하고 있지만, 예를 들면, 다른 어태치먼트에 수납하거나, 어태치먼트에 수납하지 않고, 직접 레이저 헤드(111)의 저면에 마련하거나 하는 것도 가능하다.

레이저 마커(601)에서는, 가공 레이저광이 렌즈(621)와 미러(622)의 사이를 통과하도록, 렌즈(621)와 미러(622)가 마련되어 있다. 이에 의해, 카메라(161)와 미러(622) 사이의 공간이 넓어지고, 렌즈의 사이즈의 제약이 적어진다. 따라서, 예를 들면, 도 36에 도시되는 바와 같이, 레이저 마커(101)의 렌즈(162)보다 대형의 렌즈(621)를 마련하는 것이 가능하다.

이에 의해, 관찰 화상을 보다 선명하게 하는 등의 화질의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 관찰 화상의 화질의 향상에 수반하여, 보다 고정밀한 화상 처리를 행할 수가 있어서, 예를 들면, 가공 위치의 위치 결정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 미러(622)는, 레이저 마커(101)의 미러(163)와 비교하여, 보다 수직에 가까운 방향에 마련하는 것이 가능하다. 그 때문에, 가공 레이저광을 차단하지 않도록 미러(622)를 설치하는 것이 용이해진다.

한편, 레이저 마커(101)의 미러(163)의 쪽이, 레이저 마커(601)의 미러(622)보다 소형화할 수 있다. 또는, 미러(163)와 미러(622)의 사이즈를 동일하게 한 경우, 레이저 마커(101)의 쪽이, 관찰 에어리어가 넓게 되고, 보다 넓은 범위를 촬영하는 것이 가능해진다.

<4. 제4의 실시의 형태>

다음에, 도 37을 참조하여, 본 발명의 제4의 실시의 형태에 관해 설명한다.

{레이저 마커(701)의 구성예}

도 37은, 본 발명을 적용한 레이저 가공 장치의 제4의 실시의 형태인 레이저 마커(701)의 광학계의 구성예를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도면 중, 도 36의 레이저 마커(601)와 대응하는 부분에는 같은 부호를 붙이고 있다.

레이저 마커(701)는, 도 35의 레이저 마커(501)와 마찬가지로, 정반사광에 의해 워크를 관찰할 수 있도록 하는 것이다. 구체적으로는, 레이저 마커(701)는, 레이저 마커(601)와 비교하여, 어태치먼트(611) 대신에 어태치먼트(711)가 레이저 헤드(111)의 저면에 부착되어 있는 점이 다르다. 어태치먼트(711)는, 어태치먼트(611)와 비교하여, 렌즈(621) 대신에, 렌즈(721)가 마련되고, 설치 치구(722) 및 조명 장치(723)가 추가되어 있는 점이 다르다.

조명 장치(723)는, 가공 레이저광의 레이저 헤드(111)로부터의 출사 위치를 기준으로 하여, 미러(622)와 반대측에, 설치 치구(722)를 통하여 레이저 헤드(111)의 저면에 부착된다. 또한, 렌즈(721) 대신에 도 36의 렌즈(621)을 이용한 것도 가능하지만, 도면을 알기 쉽게 하기 위해, 렌즈(621)보다 소형의 렌즈(721)를 마련한 예를 도시하고 있다. 또한, 이 예에서는, 미러(622), 설치 치구(722) 및 조명 장치(723)를, 카메라(161) 및 렌즈(721)와 같은 어태치먼트(711) 내에 수납한 예를 도시하고 있지만, 예를 들면, 다른 어태치먼트에 수납하거나, 어태치먼트에 수납하지 않고, 직접 레이저 헤드(111)의 저면에 부착하도록 하여도 좋다.

조명 장치(723)는, 도 35의 레이저 마커(501)의 조명 장치(512)와 마찬가지로, 가공면(S)에 경사 방향에서 조명광(Le2)를 쏘이는 낙사조명으로서 사용된다. 또한, 가공면(S)이 관찰계 초점면과 일치하는 경우, 조명 장치(723)로부터의 조명광(Le2)의 가공면(S)에서의 정반사광의 중심축이, 관찰 광학계의 광축과 일치하도록, 조명 장치(723)의 위치 및 경사(조명광(Le2)의 출사 방향)가 조정된다.

이에 의해, 도 35의 레이저 마커(501)와 마찬가지로, 정반사광에 의한 워크 관찰을 행할 수가 있고, 예를 들면, 워크의 가공면(S)으로부터의 정반사광의 관찰을 행함으로써, 워크의 표면이 경면인지 조면인지의 판정을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 조명 장치(723)가 레이저 헤드(111)의 저면에 마련되기 때문에, 풋프린트의 증대를 방지할 수 있다.

<5. 변형예>

이하, 상술한 본 발명의 실시의 형태의 변형예에 관해 설명한다.

이상의 설명에서는, 본 발명을 레이저 마커에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은, 관찰 광학계를 구비하는 레이저 마커 이외의 각종의 레이저 가공 장치(예를 들면, 천공 가공, 절단 가공, 2차원 가공, 3차원 가공, 레이저 리페어 등을 행하는 장치)에 적용하는 것이 가능하다.

또한, 이상의 설명에서는, 패턴 매칭을 이용하여, 관찰 에어리어 내의 워크를 검출하는 예를 나타냈지만, 워크 내의 소정의 패턴을 검출하고, 검출한 패턴을 기준으로 하여 가공 위치를 설정하는 것도 가능하다. 또한, 예를 들면, 에지 추출이나 특징점 추출 등의 패턴 매칭 이외의 화상 처리의 수법을 이용하여, 워크나 워크 내의 패턴의 검출을 행하는 것도 가능하다.

또한, 예를 들면, 관찰 광학계의 일부 또는 전부를 레이저 헤드(111)에 마련하도록 하여도 좋다. 단, 이 경우도, 높이 방향에서 갈바노미러(156)와 가공면(S)과의 사이에 관찰 광학계를 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 예를 들면, 레이저 발진기(151)를 레이저 헤드(111)의 외부에 마련하도록 하여도 좋다.

또한, 예를 들면, 레이저 헤드(111)의 광원(152) 및 광원(157)은, 어느 한쪽 또는 양쪽을 생략한 것도 가능하다.

또한, 예를 들면, 제어부(201)의 일부 또는 전부의 기능을, 레이저 마커의 외부에 마련된 컴퓨터 등에 의해 실현하도록 하여도 좋다.

또한, 상술한 제어부(201)의 일련의 처리는, 하드웨어에 의해 실행할 수도 있고, 소프트웨어에 의해 실행할 수도 있다. 일련의 처리를 소프트웨어에 의해 실행하는 경우에는, 그 소프트웨어를 구성하는 프로그램이, 컴퓨터에 인스톨된다. 여기서, 컴퓨터에는, 전용의 하드웨어에 조립되어 있는 컴퓨터나, 각종의 프로그램을 인스톨함으로써, 각종의 기능을 실행하는 것이 가능한, 예를 들면 범용의 퍼스널 컴퓨터 등이 포함된다.

또한, 컴퓨터가 실행하는 프로그램은, 예를 들면, 패키지 미디어 등으로서의 리무버블 미디어에 기록하여 제공할 수 있다. 또한, 프로그램은, 로컬 에어리어 네트워크, 인터넷, 디지털 위성방송이라는, 유선 또는 무선의 전송 매체를 통하여 제공할 수 있다.

또한, 컴퓨터가 실행한 프로그램은, 본 명세서에서 설명한 순서에 따르고 시계열에 처리가 행하여지는 프로그램이라도 좋고, 병렬에, 또는 호출이 행하여진 때 등의 필요한 타이밍에 처리가 행하여지는 프로그램이라도 좋다.

또한, 본 발명의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 개시된 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.

101 : 레이저 마커 111 : 레이저 헤드
112 : 어태치먼트 151 : 레이저 발진기
152 : 광원 154 : 3D 광학계
156 : 갈바노미러 157 : 광원
161 : 카메라 161a : 촬상 소자
162 : 렌즈 162a : 주면
163 : 미러 201 : 제어부
211 : 촬영 제어부 212 : 화상 처리부
213 : 가공 제어부 501 : 레이저 마커
512 : 조명 장치 601 : 레이저 마커
611 : 어태치먼트 621 : 렌즈
622 : 미러 701 : 레이저 마커
711 : 어태치먼트 721 : 렌즈
723 : 조명 장치

Claims (13)

1. 가공 대상이 되는 워크를 가공하기 위한 레이저광을 출사함과 함께, 상기 워크의 가공면상에서 상기 레이저광을 주사하기 위한 주사 수단을 포함하는 레이저 헤드를 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서,
   카메라와,
   상기 카메라의 촬상 소자에 상기 가공면의 상을 결상시키는 렌즈와,
   상기 가공면부터의 광을 반사하고, 상기 렌즈에 입사시키는 미러를 포함하는 관찰 광학계를 구비하고,
   상기 관찰 광학계가, 높이 방향에서 상기 주사 수단과 상기 가공면과의 사이에 마련되며,
   상기 미러가, 상기 레이저광과 상기 렌즈의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 관찰 광학계가, 상기 레이저 헤드의 저면의 아래에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   경사 윗방향으로부터 상기 가공면에 조명광을 쏘이는 조명 장치를 또한 구비하고,
   상기 조명 장치가, 상기 관찰 광학계의 포커스가 맞는 면에서의 상기 조명광의 정반사광이 상기 관찰 광학계의 광축과 일치하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 렌즈는, 텔레센트릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 카메라에 의해 촬영된 화상인 관찰 화상의 화상 처리를 행하는 화상 처리부와,
   상기 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여, 상기 워크의 가공을 제어하는 가공 제어부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 가공 제어부는, 상기 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여 가공 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 화상 처리부는, 상기 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여, 가공을 실시하는지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 화상 처리부는, 가공 후의 상기 워크를 촬영한 상기 관찰 화상의 화상 처리의 결과에 의거하여 상기 워크의 가공 상태를 검사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
9. 제 5항에 있어서,
   상기 화상 처리부는, 상기 레이저광에 의한 가공 에어리어의 중심과 상기 카메라의 촬영 범위의 중심 사이의 어긋남 량에 의거하여, 상기 관찰 화상의 사용하는 영역을, 중심이 상기 가공 에어리어의 중심과 일치하는 영역으로 제한하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
10. 제 5항에 있어서,
    상기 화상 처리부는, 상기 관찰 화상의 사다리꼴 왜곡의 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
11. 제 5항에 있어서,
    상기 화상 처리부는, 상기 관찰 화상의 상하 방향의 반전을 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
12. 제 5항에 있어서,
    상기 관찰 광학계의 포커스가 맞는 면에서의 상기 레이저광에 의한 가공 에어리어의 중심을 향하여 경사 방향에서 소정의 측정광을 출사하는 광원을 더 구비하고,
    상기 화상 처리부는, 상기 측정광이 조사된 상기 가공면을 촬영한 상기 관찰 화상에서의 상기 측정광의 조사 위치를 검출하고,
    상기 가공 제어부는, 상기 관찰 화상에서의 상기 측정광의 조사 위치에 의거하여, 상기 레이저광을 출사하는 가공 광학계의 포커스의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
13. 제 5항에 있어서,
    상기 주사 수단을 통하여 소정의 측정광을 상기 가공면에 조사하는 광원을 더 구비하고,
    상기 화상 처리부는, 상기 측정광이 조사된 상기 가공면을 촬영한 상기 관찰 화상에서의 상기 측정광의 조사 위치를 검출하고,
    상기 가공 제어부는, 상기 관찰 화상에서의 상기 측정광의 조사 위치에 의거하여, 상기 레이저광을 출사하는 가공 광학계의 포커스의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.

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