WO2021005827A1 - 制御装置およびこれを備えたレーザ加工システム、レーザ加工方法 - Google Patents

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WO2021005827A1
WO2021005827A1 PCT/JP2020/008669 JP2020008669W WO2021005827A1 WO 2021005827 A1 WO2021005827 A1 WO 2021005827A1 JP 2020008669 W JP2020008669 W JP 2020008669W WO 2021005827 A1 WO2021005827 A1 WO 2021005827A1
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WO
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work
laser
processing
guide light
control device
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Application number
PCT/JP2020/008669
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English (en)
French (fr)
Inventor
福井　浩
洋司 大上
雄一 石津
宏二 私市
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light

Definitions

  • the present invention relates to a control device that controls a laser processing device that processes a machined surface of a work by irradiating a laser on the machined surface of the work, a laser processing system provided with the control device, and a laser processing method.
  • Patent Document 1 has a pointer light emitter for distance measurement that emits pointer light toward the surface of a work, and a light receiving shaft branched from an emission shaft of a laser beam, and the pointer light hits the surface of the work.
  • a laser processing apparatus having a working distance measuring means for obtaining a working distance is disclosed.
  • an attachment is attached to the bottom surface of a laser head including a galvano mirror that houses an observation optical system composed of a camera, a lens, and a mirror and scans a processed laser beam from the processed surface.
  • the light is reflected by a mirror, incident on a lens, and an image of a processed surface is formed by the lens in an image pickup element of a camera.
  • the above-mentioned conventional laser processing apparatus has the following problems. That is, in the configuration of the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 1, since the measurement is performed in a state where the pointer light emitted from the pointer light emitter for distance measurement is fixed at the center position of the work, the shape of the work. For example, in the case of a shape field having an opening at the center position such as an annular work, there is a problem that the distance to the work cannot be measured.
  • An object of the present invention is a control device capable of appropriately correcting a laser machining position when a positional deviation occurs in a plane direction in the height direction regardless of the shape of the work, and a laser machining system provided with the control device. , To provide a laser machining method.
  • the control device includes a laser head including an exit portion that irradiates a laser beam for processing the work to be processed and a scanning means for scanning the laser light on the processed surface of the work.
  • An observation optical system that includes a camera that acquires an observation image including the work and is arranged so that the optical axes of the camera intersect with the irradiation direction of the laser light, and the machined surface of the work that is scanned coaxially with the laser light. It is a control device for controlling a laser processing apparatus including a guide light irradiating unit for irradiating the irradiated guide light, and includes a processing control unit and a storage unit.
  • the machining control unit controls machining of the workpiece by the laser head using the observation image acquired by the camera.
  • the storage unit is set with the work at the reference position and the reference height, and the registration pattern including a part of the shape of the work and the target reference position corresponding to the registration pattern, and the guide light irradiation unit irradiates the storage unit with the guide light. Save the reference coordinates of the position where the work is located.
  • the machining control unit corrects the machining position on the machining surface of the workpiece by the laser beam with reference to the reference coordinates stored in the storage section and the target reference position corresponding to the registration pattern.
  • the laser head that processes the machined surface by scanning the laser beam emitted to the machined surface of the work and the optical axis are arranged obliquely with respect to the irradiation direction of the laser light, and include the work.
  • a control device that controls a laser processing device including an observation optical system having a camera for acquiring an observation image and a guide light irradiation unit that irradiates a machined surface of the work with a reference guide light, and stores the laser processing device in advance in a storage unit. With reference to the set reference coordinates and the target reference position corresponding to the registration pattern, the machining position of the workpiece to be machined on the machined surface by the laser beam is corrected.
  • the processing by the laser beam emitted from the laser head includes, for example, printing processing of characters, numbers, symbols and the like on the processed surface, drilling processing, cutting / cutting processing and the like.
  • the reference position of the work means a reference position on a plane substantially perpendicular to the irradiation direction of the laser beam. Further, the reference height of the work means a reference position in the irradiation direction of the laser beam.
  • the guide light is, for example, red light that is coaxially irradiated to the machined surface with the laser light scanned by the laser head and is referred to at the time of machining, and the workpiece is machined in consideration of the shape of the workpiece. It is irradiated on the surface.
  • the registration pattern means, for example, the contour of the work in a portion having a characteristic shape for each of various types of works in consideration of the shape of the work.
  • the target reference position of the work corresponding to the registration pattern means, for example, the origin of the camera coordinates of the camera set for the characteristic shape portion of the work and the origin of the processing coordinates by the laser beam. ..
  • the amount of deviation between the coordinates of the machined surface irradiated with the guide light irradiated in the same direction as the reference coordinates stored in the storage unit and the reference coordinates, and the characteristics of the work It is possible to calculate the amount of deviation between the target reference position and the target reference position stored in the storage unit based on the specific shape or the like.
  • the reference coordinates and the target reference position can be set not only at the center position of the work, so that the laser machining position occurs when the position shift occurs in the height direction and the plane direction regardless of the shape of the work. Can be corrected appropriately.
  • the control device is the control device according to the first invention, and has the same direction as the reference coordinates stored in the storage unit and the reference coordinates on the work included in the observation image acquired by the camera.
  • the displacement in the height direction of the work is detected based on the position of the guide light irradiated to the workpiece.
  • the amount of deviation of the coordinates on the machined surface of the work to be irradiated with the guide light irradiated in the same direction as when the reference coordinates are set is calculated.
  • the processing position can be appropriately corrected by calculating the positional deviation in the height direction in the laser beam irradiation direction from the deviation amount in the plane perpendicular to the light irradiation direction.
  • the control device is the control device according to the first or second invention, and is included in the target reference position corresponding to the registration pattern stored in the storage unit and the observation image acquired by the camera.
  • the positional deviation in the plane direction substantially perpendicular to the irradiation direction of the laser beam is detected based on the position corresponding to the registration pattern of the workpiece.
  • the target reference position set based on the position of the registration pattern including the characteristic shape for each work is compared with the position obtained based on the position of the registration pattern in the observation image of the work to be processed. By doing so, it is possible to detect the displacement of the work in a plane substantially perpendicular to the irradiation direction of the laser beam and appropriately correct the machining position.
  • the control device is a control device according to any one of the first to third inventions, and the processing control unit has a target reference position corresponding to a registration pattern stored in the storage unit. , The position shift in the rotation direction about the optical axis of the laser beam of the work is detected based on the position of the work included in the observation image acquired by the camera. As a result, the target reference position set based on the position of the registration pattern including the characteristic shape for each work and the target reference position obtained based on the position of the registration pattern in the observation image of the work to be processed By comparing with the coordinates, it is possible to detect the displacement of the work in the rotation direction about the optical axis of the laser beam and appropriately correct the machining position.
  • the control device according to the fifth invention is a control device according to any one of the first to fourth inventions, and a plurality of control devices set in the storage unit according to a change in the height position of the work.
  • the registration pattern is saved.
  • the control device is a control device according to any one of the first to fifth inventions, and the processing control unit is a circle, ellipse, or polygon irradiated from the guide light irradiation unit.
  • the position of the guide light forming the characteristic spot light including any one is detected and compared with the reference coordinates. Thereby, by searching for the spot of the guide light having a characteristic shape in the observation image acquired by the camera, it is possible to easily compare the position with the reference coordinate set by the guide light.
  • the control device according to the seventh invention is the control device according to any one of the first to sixth inventions, and the target reference position is the origin of the camera coordinates of the camera and the processed coordinates by the laser beam. It is the origin of the system.
  • the target reference position is the origin of the camera coordinates of the camera and the processed coordinates by the laser beam. It is the origin of the system.
  • the control device is the control device according to any one of the first to seventh inventions, and the guide light irradiation unit is within a range including the work toward the machined surface of the work.
  • the guide light is irradiated at multiple points.
  • the position of the guide light irradiated on the machined surface of the work is memorized, so that the work on the plane perpendicular to the irradiation direction of the laser light is stored. The misalignment of the light can be easily detected.
  • the control device is the control device according to the eighth invention, and in the storage unit, among the guide lights irradiated at multiple points by the guide light irradiation unit, the work is set to the reference position and the reference height. In a certain state, the position of the guide light irradiated on the work is saved. As a result, among the guide lights irradiated at multiple points by the guide light irradiation unit, the position of the guide light irradiated on the work in the state where the work is at the reference position and the reference height is saved as the reference position, so that the laser can be used. It is possible to detect the displacement of the work in a plane perpendicular to the light irradiation direction.
  • the control device is the control device according to the ninth invention, and the processing control unit includes the position of the guide light stored in the storage unit and the work included in the observation image acquired by the camera.
  • the machining position on the machining surface of the workpiece by the laser beam is corrected by comparing with the position of the guide light irradiated above.
  • the processing control unit includes the position of the guide light stored in the storage unit and the work included in the observation image acquired by the camera.
  • the control device is a control device according to any one of the eighth to tenth inventions, and the processing control unit acquires the position of the guide light stored in the storage unit and the camera.
  • the machining position on the machining surface of the work is corrected based on the inclination of the work detected by comparing with the position of the guide light on the work included in the observed image.
  • the machined surface of the work The inclination of can be detected. Therefore, the machining position on the machining surface of the work can be appropriately corrected according to the amount of inclination of the machining surface.
  • the control device according to the twelfth invention is a control device according to any one of the first to eleventh inventions, and the work has an annular shape.
  • the machining position on the machining surface of the workpiece can be appropriately corrected by setting the target reference position and the reference coordinates described above. it can.
  • the laser processing system includes a control device according to any one of the first to twelfth inventions, a laser head, an observation optical system, and a guide light irradiation unit.
  • the laser processing method includes a laser including an exit portion that irradiates a laser beam for processing the work to be processed, and a scanning means for scanning the laser light on the processed surface of the work.
  • the work is scanned coaxially with the laser beam and an observation optical system that includes a head and a camera that acquires an observation image including the workpiece, and the optical axes of the camera are arranged so as to intersect the irradiation direction of the laser beam.
  • a laser processing apparatus provided with a guide light irradiation unit that irradiates a guide light that is applied to the processed surface, and a processing control unit that controls processing of a workpiece by a laser head using an observation image acquired by a camera.
  • It is a laser processing method and includes a preservation step and a correction step.
  • the guide light is irradiated by the guide light irradiation unit and the registration pattern including a part of the shape of the work and the target reference position corresponding to the registration pattern, which are set with the work at the reference position and the reference height.
  • the reference coordinates of the position where the work is present and the reference coordinates are stored in the storage unit.
  • the correction step the machining position on the machining surface of the workpiece by the laser beam is corrected with reference to the reference coordinates stored in the storage unit and the target reference position corresponding to the registration pattern.
  • the laser head that processes the machined surface by scanning the laser beam emitted to the machined surface of the work and the optical axis are arranged obliquely with respect to the irradiation direction of the laser light, and include the work.
  • a control device that controls a laser processing device including an observation optical system having a camera for acquiring an observation image and a guide light irradiation unit that irradiates a machined surface of the work with a reference guide light, and stores the laser processing device in advance in a storage unit. With reference to the set reference coordinates and the target reference position corresponding to the registration pattern, the machining position of the workpiece to be machined on the machined surface by the laser beam is corrected.
  • the processing by the laser beam emitted from the laser head includes, for example, printing processing of characters, numbers, symbols and the like on the processed surface, drilling processing, cutting / cutting processing and the like.
  • the reference position of the work means a reference position on a plane substantially perpendicular to the irradiation direction of the laser beam. Further, the reference height of the work means a reference position in the irradiation direction of the laser beam.
  • the guide light is, for example, red light that is coaxially irradiated to the machined surface with the laser light scanned by the laser head and is referred to at the time of machining, and the workpiece is machined in consideration of the shape of the workpiece. It is irradiated on the surface.
  • the registration pattern means, for example, the contour of the work in a portion having a characteristic shape for each of various types of works in consideration of the shape of the work.
  • the target reference position of the work corresponding to the registration pattern means, for example, the origin of the camera coordinates of the camera set for the characteristic shape portion of the work and the origin of the processing coordinates by the laser beam. ..
  • the amount of deviation between the coordinates of the machined surface irradiated with the guide light irradiated in the same direction as the reference coordinates stored in the storage unit and the reference coordinates, and the characteristics of the work It is possible to calculate the amount of deviation between the target reference position and the target reference position stored in the storage unit based on the specific shape or the like.
  • the reference coordinates and the target reference position can be set not only at the center position of the work, but the laser can be used when the work is displaced in the plane direction in the height direction regardless of the shape of the work. The machining position can be corrected appropriately.
  • the laser machining position can be appropriately corrected when a positional deviation occurs in the height direction and the plane direction regardless of the shape of the work.
  • FIG. 1A is a diagram showing an observation image including a reference height shown in FIG.
  • FIG. 4B is a diagram showing an observation image including a laser machining position when laser machining is performed on a machined surface of a workpiece in which a positional deviation occurs in the plane direction and the height direction shown in FIG. 4 (c).
  • the reference height and the registration pattern of the workpiece at the reference position, the target reference position, and the reference coordinates stored in the memory in order to detect the positional deviation in the height direction and the plane direction of the workpiece are set.
  • the figure which shows the observation image including.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process for detecting and correcting a positional deviation in the height direction and the plane direction of a work using a registration pattern, a target reference position, and reference coordinates in the laser machining system of FIG. 1.
  • the schematic diagram which shows the diameter of the laser at the laser emission position in the laser head of the laser processing system of FIG.
  • the flowchart which shows the processing flow of the laser processing method which concerns on one Embodiment of this invention.
  • (A) is a figure which shows the reference position of the multi-point irradiation of the guide light used in the laser processing system which concerns on other embodiment of this invention.
  • (B) is a diagram showing the difference from the reference position of multipoint irradiation when the position of the work is displaced.
  • the height direction is the direction in which the laser beam is applied from the laser head 20 to the machined surface 50c of the work 50 (vertical direction in FIG. 1)
  • the plane direction is the direction in which the laser beam is emitted. It shall mean the direction of the plane substantially orthogonal to the direction of irradiation (the left-right direction in FIG. 1).
  • the misalignment of the work 50 in the height direction means a state in which the work 50 is offset from the reference height of the work 50 shown in FIG. 1 in the height direction (Z direction). .. Further, the positional deviation of the work 50 described later in the plane direction means a state in which the work 50 is offset from the reference position of the work 50 in FIG. 1 in the plane direction (XY direction) substantially orthogonal to the irradiation direction of the laser beam. doing.
  • the laser processing system 1 of the present embodiment is a system that irradiates the processed surface 50c of the work 50 with a laser beam to perform laser processing of characters and the like, and includes a control device 10 and a control device 10. It includes a laser head 20, an observation optical system 30, and a display device 40.
  • the work 50 used as an object for laser machining in the present embodiment has a substantially annular shape as shown in FIG.
  • the work 50 shown in FIG. 1 shows a state in which the work 50 is arranged at a reference height and a reference position in the laser machining system 1.
  • the work 50 includes a substantially annular main body portion 50a, an opening portion 50b formed at the center of the main body portion 50a, and a flat surface portion (machined surface 50c) of the main body portion 50a. And have. Then, the laser processing system 1 performs printing processing of characters and the like on the processed surface 50c of the substantially annular work 50 having the opening 50b in the central portion of the main body portion 50a.
  • Control device 10 performs processing control using the laser beam by the laser head 20 by using the observation image acquired by the camera 31 included in the observation optical system 30 and the position of the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22.
  • the apparatus includes a processing control unit 11, an image processing unit 12, and a storage unit 13.
  • the processing control unit 11 is connected to a laser light emitting unit 21, a guide light irradiation unit 22, and a galvano scanner (scanning means) 24 included in the laser head 20, and is capable of irradiating the laser light. Controls such as irradiation of guide light and correction of processing position of laser light. Then, the processing control unit 11 irradiates the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 and the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 to a desired processing position on the processing surface 50c of the work 50. Controls the galvano scanner 24.
  • the machining control unit 11 sets the reference coordinates (X0, Y0) as the positions of the guide lights irradiated on the machining surface 50c with the work 50 described later at the reference height and the reference position (see FIG. 6). Then, it is stored in the storage unit 13.
  • the image processing unit 12 is connected to the camera 31 of the observation optical system 30, receives an observation image including the processed surface of the work 50 acquired by the camera 31, and processes the work 50. Various image processing such as setting the processing position on the surface 50c is performed. Further, the image processing unit 12 is connected to the display device 40 and transmits the observation image received from the camera 31 to the display device 40. Further, the image processing unit 12 sets the registration pattern RP and the target reference positions (P0, Q0) in a state where the work 50 described later is at the reference height and the reference position (see FIG. 6), and stores the work 50 in the storage unit 13. Let me.
  • the storage unit 13 is connected to the processing control unit 11 and the image processing unit 12, and stores various data created and set by the processing control unit 11 and the image processing unit 12. Further, the storage unit 13 uses the registration pattern RP, the target reference position (P0, Q0), and the reference coordinates (X0, Y0) used for the correction control of the reference height of the work 50 and the machining position due to the deviation from the reference position, which will be described later. ) (See FIG. 6 for both).
  • two substantially arc-shaped portions are registered as the registration pattern RP stored in advance in the storage unit 13, and the corresponding target As the reference position, the center positions (P0, Q0) of the two substantially arc-shaped portions are set.
  • the target reference positions (P0, Q0) are set to coincide with the origin of the processing coordinate system and the origin of the camera coordinate system.
  • the laser head 20 is a laser processing device that irradiates the processed surface 50c of the work 50 with laser light to perform various processing, and includes a laser light emitting unit (exhausting unit) 21, a guide light irradiation unit 22, and a dichroic filter. It has a mirror 23 and a galvano scanner (scanning means) 24.
  • the laser light emitting unit (exhausting unit) 21 has a laser light source, a lens, and the like, and irradiates the laser light so that the processed surface 50c of the work 50 is in focus.
  • the guide light irradiation unit 22 indicates and adjusts the irradiation position of the laser light on the processing surface 50c in order to assist the processing by the laser light emitted from the laser light emission unit 21 (auxiliary light). Irradiate.
  • the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 for example, visible visible light (infrared rays or the like) is used. Further, in the present embodiment, the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 is configured so that the shape of the spot irradiated on the processed surface 50c of the work 50 is substantially circular.
  • the dichroic mirror 23 is an optical element that reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths, and in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a laser irradiated from a laser light emitting unit 21. While transmitting the light, the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 is reflected, and the laser light and the guide light are coaxially guided to the galvano scanner 24.
  • the galvano scanner (scanning means) 24 is a stepping motor having a reflection mirror and scanning the laser beam to a desired position, and processes the laser beam and the guide light by accurately controlling the rotation stop angle. Irradiate to a desired position on the surface 50c. Then, the galvano scanner 24 is controlled by the processing control unit 11 of the control device 10, and the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 and the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 are coaxially transferred to the work 50. Scan on the machined surface 50c.
  • the laser head 20 performs printing processing of desired characters on the machined surface 50c of the work 50 by the laser light, and works the guide light coaxially with the laser light before the processing by the laser light. It is possible to irradiate 50 processed surfaces 50c.
  • the laser head 20 is arranged so as to irradiate the machined surface 50c of the work 50 with laser light and guide light from directly above.
  • the optical axis op1 of the laser beam and the guide light emitted from the laser head 20 is arranged substantially perpendicular to the machined surface 50c of the work 50, and is scanned by the galvano scanner 24 to obtain the optical axis op1. Is laser-machined to a desired position on the machined surface 50c while tilting with respect to the machined surface 50c.
  • the optical axis op1 of the laser light and the guide light is set so as to face the origin of the processing coordinate system in the unprocessed state.
  • the observation optical system 30 includes a camera 31 that acquires an observation image including a machined surface 50c of the work 50 that is irradiated with laser light by the laser head 20, and a mirror 32. As shown in FIG. 1, the camera 31 is attached to the lower surface of the laser head 20, acquires an observation image including the machined surface 50c of the work 50 via the mirror 32, and transmits the observation image to the control device 10. ..
  • the camera 31 acquires an observation image taken from an oblique direction with respect to the machined surface 50c via the mirror 32. That is, the camera optical axis op2 (the optical axis of the lens included in the camera 31) is diagonally arranged so as to intersect the optical axis op1 of the laser beam and the guide light at an angle ⁇ .
  • the mirror 32 is arranged in the vicinity of the camera 31 attached to the lower surface of the laser head 20, and sets the camera optical axis op2 of the camera 31 at the reference height and the center position of the work 50 at the reference position.
  • the optical axis op1 of the laser light emitted from the laser head 20 and the camera optical axis op2 of the camera 31 of the observation optical system 30 are as shown in FIG. Are arranged so as to intersect each other on the machined surface 50c of the work 50. Therefore, for example, as shown in FIG. 4C described later, when the work 50 is displaced in both the height direction and the plane direction along the camera optical axis op2, the camera 31 causes the work 50 to shift the position. On the acquired observation image, it seems that there is no misalignment.
  • the laser processing system 1 of the present embodiment does not correspond only to the positional deviation in the plane direction shown in FIG. 4A and the positional deviation in the height direction shown in FIG. 4B, but also corresponds to FIG. 4C. ), The laser processing position is corrected in consideration of the positional deviation in both the height direction and the plane direction.
  • the display device 40 displays set values and the like when performing various settings of the laser processing system 1, and also displays an observation image and the like including the processed surface 50c of the work 50 acquired by the camera 31 included in the observation optical system 30. indicate. ⁇ Correction processing of machining position due to positional deviation in height direction and plane direction>
  • the work 50 conveyed to the laser processing system 1 is in the height direction. And / or detect the amount of misalignment when a misalignment occurs in the plane direction, and correct the machining position.
  • the work 50 machined by the laser processing system 1 is as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c) with respect to the reference height shown in FIG. 1 and the position of the work 50 arranged at the reference position.
  • the positional deviation in the plane direction substantially perpendicular to the laser irradiation direction (optical axis op1 direction) (see FIG. 4A) and the positional deviation in the height direction in the laser irradiation direction (optical axis op1 direction) (FIG. 4 (b)).
  • Positional deviation in both directions may occur.
  • the observation image shows the origin of the processing coordinate system at the center position of the work 50 having a substantially annular shape, as shown in FIG. 5A.
  • character information such as "ABCDE” is printed on the machined surface 50c of the work 50 at a position at a height h1 from the origin of the machined coordinate system.
  • the laser head 20 is used as it is.
  • the character information is printed by irradiating the laser beam, as shown in FIG. 5B, the origin of the processing coordinate system shifts upward from the center coordinates of the camera 31, so the printing is performed at a position at a height h1 from the origin.
  • the letters "ABCDE" will protrude upward.
  • the work 50 is at the reference height and the reference position in order to appropriately correct the laser processing position even when the work 50 is displaced in the height direction and the plane direction.
  • the image processing unit 12 aligns the origin of the camera coordinate system with the origin of the processed coordinate system as shown in FIG. 6, and sets the registration pattern RP and the target reference position (P0, Q0) corresponding to the registration pattern RP. ) And set.
  • the registration pattern RP in the present embodiment as shown in FIG. 6, as a characteristic portion in the top view of the substantially annular work 50, an arcuate contour on the inner diameter side and a circle on the outer diameter side An arcuate contour is set. Then, as the target reference positions (P0, Q0) corresponding to the registration pattern RPs set in the two arc-shaped portions, the center positions of the two arc-shaped registration pattern RPs are set as shown in FIG. ..
  • the target reference positions (P0, Q0) are the origins of the camera coordinates of the camera 31, and are the origins of the laser processing processing coordinate system.
  • the work 50 is in the reference height and the reference position in order to correct the laser processing position when the work 50 has a positional deviation in the height direction and the plane direction. Then, the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 is scanned, and the reference coordinates (X0, Y0) are set at arbitrary positions on the machined surface 50c of the work 50.
  • the reference coordinates (X0, Y0) are set on the machined surface 50c of the work 50 irradiated with the guide light by controlling the galvano scanner 24. That is, the reference coordinates (X0, Y0) are set at positions on the machining surface 50c away from the origin of the machining coordinate system. Therefore, the guide light irradiated at the reference coordinates (X0, Y0) is irradiated obliquely onto the machined surface 50c from the emitting portion of the laser head 20.
  • the registration pattern RP set in FIG. 6, the target reference position (P0, Q0), and the reference coordinates (X0, Y0) are stored in the storage unit 13.
  • the laser processing position is corrected by using the registration pattern RP and the target reference position (P0, Q0) stored in the storage unit 13 and the reference coordinates (X0, Y0). ..
  • the machining control unit 11 calculates the amount of misalignment in the height direction of the work 50. Therefore, the deviation amount of the processed coordinate system is calculated in the camera coordinate system. After that, pattern matching is performed, the position of the target reference position is obtained from the position of the registered pattern of the work 50, and the deviation of the target reference position is added to the print position information to perform position correction.
  • the origin of the processed coordinate system including the XY direction
  • the reference point of the camera coordinate system including the XY direction
  • the user confirms that the target print image displayed by the guide light can be printed without any deviation while looking at the display screen of the display device 40.
  • the image processing unit 12 performs the registration pattern RP (two arc-shaped portions in the broken line) shown in FIG. 6 and the target reference position of the registration pattern. (P0, Q0) is set and stored in the storage unit 13.
  • the target reference position (P0, Q0) is the position of the center of the two arcuate portions, is also the origin of the camera coordinates, and is also the origin of the processed coordinate system. is there.
  • the machining control unit 11 controls the guide light irradiation unit 22 and the galvano scanner 24 to provide guide light to a portion of the work 50 (machined surface 50c).
  • the coordinates (X0, Y0) on the machined surface 50c irradiated with the guide light shown in FIG. 6 are stored in the storage unit 13.
  • the storage unit 13 has the registration pattern RP used for correction according to the positional deviation in the height direction and the plane direction of the work 50, the target reference position (P0, Q0), and the reference coordinates (X0, Y0). Is saved.
  • the image processing unit 12 performs image processing on the observation image acquired by the camera 31 and positions the work 50 in the height direction and the plane direction. Check if there is any deviation.
  • the machining control unit 11 has the observation image shown in FIG. Using the solid line in FIG. 7), the position (X1, Y1) of the guide light moved from the reference coordinates (X0, Y0) due to the change in the height position of the work 50, and the amount of change dX, dY Is defined as follows.
  • dX X1-X0
  • dY Y1-Y0
  • the misalignment amount Z in the height direction is calculated from X0 and X1. That is, the reference coordinates (X0, Y0) on the machined surface 50c of the work 50 irradiated with the guide light are obliquely irradiated with the guide light at a predetermined angle with respect to the machined surface 50c by the scanning means (galvano scanner 24). Assuming that, as shown in FIG. 8, the coordinates in the X direction move from X0 to X1 by lowering the height position of the machined surface 50c of the work 50.
  • the displacement amount Z in the height direction is X0 and X1 by using the similarity relationship between the right triangle of height Z0 and base X0 shown in FIG. 8 and the right triangle of height (Z0 + Z) and base X1.
  • the work 50 is in the reference height and reference position.
  • the misalignment amount Z in the vertical direction is calculated by the following formula (1).
  • Z ⁇ (X1-X0) / X0) ⁇ ⁇ Z0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (1)
  • the machining control unit 11 determines the angle ⁇ formed by the camera optical axis op2 and the laser beam optical axis op1 with respect to the work 50 at a position where the height position is displaced by the position deviation amount Z in the height direction.
  • the origin (Pa, Qa) of the machining coordinate system on the machining surface 50c displaced in the height direction shown in FIG. 7 by the following relational expressions (2) and (3) using the misalignment amount Z in the height direction. ) Is calculated as the position deviation reference point in the height direction.
  • Pa P0 ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • Qa Q0 + Z ⁇ tan ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (3)
  • the image processing unit 12 performs pattern matching on the observed image of the work 50 whose position is displaced in the height direction, and the target reference positions (P1, Q1) corresponding to the two arc-shaped registration pattern RPs shown in FIG. Ask for.
  • the machining control unit 11 adds the difference between the coordinates (Pa, Qa) of the origin of the machining coordinate system and the target reference position (P1, Q1) to the reference height and the print coordinates for the work 50 at the reference position.
  • the reference coordinates of the guide light set on the processing surface 50c of the work 50 at the reference height / reference position are used by using the observation image having the two-dimensional information in the XY direction.
  • the amount of misalignment Z in the height direction can be calculated using the coordinates (X1, Y1) of the guide light irradiated in the same direction to the work 50 to be processed. it can.
  • the position deviation reference point (Pa, Qa) in the height direction is calculated by using the calculated position deviation amount Z in the height direction and the target reference position (P0, Q0) in the plane direction, and this height is obtained.
  • Positional deviation of the work 50 in the three-dimensional direction by calculating the difference between the target reference positions (P1, Q1) obtained from the registration pattern RP of the displaced work 50 from the positional deviation reference points (Pa, Qa) in the direction. It is possible to correct the laser processing position in consideration of the amount.
  • the guide light that irradiates the machined surface 50c of the work 50 to detect the positional deviation in the height direction is not at the center position of the outer shape of the work 50, but at the position where the machined surface 50c of the work 50 exists. Be irradiated.
  • the laser machining position can be appropriately corrected when the position shift occurs in the height direction and the plane direction regardless of the shape.
  • the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 is focused on the processed surface 50c of the work 50 by the galvano scanner 24. .. Therefore, the beam diameter r1 of the guide light emitted from the lower surface of the housing of the laser head 20 is, for example, about 7 to 8 mm.
  • the displacement sensor for detecting the displacement of the work
  • the displacement sensor emits light having a beam diameter of about 1 mm, so that the surface of the displacement sensor is exposed to light.
  • the guide light emitted from the lower surface of the housing of the laser head 20 has a laser diameter of about 7 to 8 mm on the surface of the housing, so that dust or the like is collected on the lower surface of the laser head 20. Even if it adheres, it does not significantly affect the detection of the positional deviation in the height direction and the plane direction of the work 50 using the guide light. As a result, it is possible to provide the laser processing system 1 that is resistant to dirt.
  • the laser machining method of the present embodiment is carried out by the laser machining system 1 described above according to the flowchart shown in FIG. That is, in step S11, with respect to the work 50 set at the reference height / reference position, the image processing unit 12 of the control device 10 aligns the origin of the processing coordinate system with the origin of the camera coordinate system. , The registration pattern RP shown in FIG. 6 and the target reference positions (P0, Q0) are set and stored in the storage unit 13.
  • step S12 the work 50 is similarly set at the reference height / reference position in a state where the image processing unit 12 of the control device 10 aligns the origin of the processing coordinate system with the origin of the camera coordinate system.
  • the reference coordinates (X0, Y0) of the guide light shown in FIG. 6 are set and stored in the storage unit 13.
  • step S13 the machining control unit 11 of the control device 10 irradiates the work 50 actually set in the laser machining system 1 in the same direction as the guide light (X1, Y1). ) And the reference coordinates (X0, Y0) stored in the storage unit 13 in step S12, and the amount of misalignment due to the change in the height position of the work 50 is calculated.
  • step S14 the machining control unit 11 of the control device 10 determines whether or not the work 50 is displaced based on the calculation result in step S13.
  • the process proceeds to step S15.
  • step S17 only the correction of the machining position in the plane direction is performed.
  • step S15 when it is determined in step S14 that there is a misalignment, the machining control unit 11 of the control device 10 has a misalignment in the height direction of the work 50 (position misalignment amount Z in the height direction). (Pa, Qa) is calculated as the origin (reference point) of the processing coordinate system at the deviated height position.
  • step S16 the image processing unit 12 of the control device 10 matches the position of the registration pattern RP stored in the storage unit 13 with the position of the registration pattern RP of the actual work 50, and performs a target reference position. (P1, Q1) is derived.
  • step S17 the machining control unit 11 of the control device 10 determines the amount of deviation between the target reference position (P1, Q1) of the registration pattern RP of the actual work 50 and the origin (Pa, Qa) of the machining coordinate system.
  • the misalignment amount Z in the height direction is transmitted to the laser head 20.
  • step S18 the machining control unit 11 of the control device 10 corrects the machining position in consideration of the positional deviation in the height direction and / or the plane direction.
  • the position of one point of the guide light emitted from the guide light irradiation unit 22 is used as the reference coordinates to detect the displacement of the work 50 and correct the processing position.
  • the present invention is not limited to this.
  • the positions of a plurality of guide lights irradiated from the guide light irradiation unit 22 at regular intervals are used in the height direction and the plane direction of the work. The misalignment may be detected and the machining position may be corrected.
  • the guide light irradiating unit 22 sequentially transmits the guide light to the work at the reference height and the reference position in two dimensions in the XY directions at multiple points. Only the spot position of the guide light that is irradiated and reflected on the processed surface is stored as an effective point (see the filled circle in FIG. 11A) in the storage unit. Then, when the work as the laser processing target is set, only the guide light corresponding to the spot position of the guide light stored in the storage unit is irradiated at a single point or multiple points, and the reflected light is detected (FIG. 11). (Refer to the filled circle in (b)) and a point where the reflected light is not detected due to the misalignment (see the broken line circle in FIG. 11 (b)).
  • the position shift amount Z in the height direction can be calculated by using the positions of the points where the reflected light is detected and the points where the reflected light is not detected, as in the method using the reference coordinates of the guide light described above. ..
  • the multi-point irradiation of the guide light shown in FIG. 11A is used.
  • the inclination of the work may be detected, the inclination information may be input to the laser head, and the laser machining position may be corrected in consideration of the inclination.
  • the present invention is not limited to this.
  • the configuration may be such that the positional deviation in the rotation ( ⁇ ) direction of the work is detected and the machining position is corrected.
  • the registration pattern having the characteristic information of the work is corrected according to the amount of the positional deviation in the height direction.
  • the registration patterns according to the height position in the Z direction are stored in the storage unit as a plurality of data in advance, and the registration patterns are selectively switched according to the detected position shift amount in the height direction to XY ⁇ . The correction may be performed.
  • the guide light may be irradiated so as to form a spot having another characteristic shape such as a polygon such as a quadrangle or an ellipse, or it may be a point.
  • the control device searches for the spot of the guide light having a characteristic shape. The effect is that the coordinates to be compared with the above-mentioned reference coordinates can be easily found by using the observation image. Therefore, it is more desirable that the spot shape of the guide light emitted from the guide light irradiation unit is not a mere point but a spot having a characteristic shape such as a circle.
  • the present invention is not limited to this.
  • a position different from the camera coordinates and the origin of the processed coordinate system may be set as the target reference position corresponding to the registration pattern. That is, the target reference position may be an arbitrary position in which a characteristic portion of the shape of the work is set as a registration pattern and is set with reference to this registration pattern.
  • the observation optical system 30 may have a configuration in which an observation image including a work is directly acquired by a single camera without having a mirror.
  • the laser machining system 1 that performs laser machining on the substantially annular workpiece 50 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the shape of the work is not limited to a substantially annular shape, and may be any other shape.
  • the laser processing system 1 in which the control device 10, the laser head 20, and the observation optical system 30 (camera 31, mirror 32) are separately provided has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention may be realized as a laser processing device in which the above-mentioned control device, laser head, and observation optical system are integrated.
  • the present invention may be realized as a laser machining program for causing a computer to execute a laser machining method carried out according to the flowchart shown in FIG.
  • This laser machining program is stored in the storage unit, and the CPU reads the program stored in the storage unit to cause the hardware to execute each step shown in FIG.
  • the present invention may be realized as a recording medium in which this laser processing program is stored.
  • the control device of the present invention has an effect that the laser machining position can be appropriately corrected when the position shift occurs in the height direction and the plane direction regardless of the shape of the work. Therefore, the laser machining can be performed. It can be widely applied as a control device mounted on a device to perform.
  • Laser processing system 10 Control device 11 Processing control unit 12 Image processing unit 13 Storage unit 20 Laser head 21 Laser light emitting unit (exhausting unit) 22 Guide light irradiation unit 23 Dichroic mirror 24 Galvano scanner (scanning means) 30 Observation optical system 31 Camera 32 Mirror 40 Display device 50 Work 50a Main body 50b Opening 50c Machined surface h1 Height op1 Laser light optical axis op2 Camera optical axis r1 Beam diameter RP Registration pattern Z0 Height Z Position in the height direction Amount of deviation

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Abstract

制御装置（１０）は、加工制御部（１１）と、画像処理部（１２）と、記憶部（１３）とを備えている。記憶部（１３）は、ワーク（５０）が基準位置および基準高さにある状態で設定される、ワーク（５０）の一部の形状を含む登録パターン（ＲＰ）およびこれに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）と、ガイド光が照射されたワーク（５０）が存在する位置の基準座標（Ｘ０，Ｙ０）とを保存する。加工制御部（１１）は、記憶部（１３）に保存された基準座標（Ｘ０，Ｙ０）と、登録パターン（ＲＰ）に対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを参照して、レーザ光によるワーク（５０）の加工面（５０ｃ）上における加工位置を補正する。

Description

制御装置およびこれを備えたレーザ加工システム、レーザ加工方法
　本発明は、ワークの加工面に対してレーザを照射して、ワークの加工面の加工を行うレーザ加工装置を制御する制御装置およびこれを備えたレーザ加工システム、レーザ加工方法に関する。
　近年、ワークに対してレーザ光を照射して、ワークの加工面を加工するレーザ加工装置が用いられている。
　このようなレーザ加工装置には、ワークの加工面にレーザ光を照射して、加工面に文字や図形等のマーキングを行うものや、穴開け、切断等の加工を行うもの等がある。
　例えば、特許文献１には、ワークの表面に向けてポインタ光を出射する距離測定用ポインタ光出射器と、レーザビームの出射軸から分岐した受光軸を有し、ポインタ光が当たってワーク表面に生成された輝点を撮像する撮像部と、ワーキングディスタンスを導き出すための距離導出情報を記録したメモリと、該メモリの距離導出情報と撮像部が撮像した撮像画像の輝点の位置とに基づいてワーキングディスタンスを求めるワーキングディスタンス測定手段とを有するレーザ加工装置について開示されている。
　また、特許文献２には、アタッチメントが、カメラ、レンズおよびミラーにより構成される観察光学系を収納し、加工レーザ光を走査するガルバノミラーを備えるレーザヘッドの底面に取り付けられており、加工面からの光は、ミラーにより反射され、レンズに入射し、レンズによりカメラの撮像素子において加工面の像を結像させるレーザ加工装置について開示されている。
特開２０１６－３６８４１号公報（特許第６３０５２７０号公報） 特開２０１５－４４２１２号公報（特許第６２９９１１１号公報）
　しかしながら、上記従来のレーザ加工装置では、以下に示すような問題点を有している。
　すなわち、上記特許文献１に開示されたレーザ加工装置の構成では、距離測定用ポインタ光出射器から出射されるポインタ光がワークの中心位置に固定された状態で計測を行うため、ワークの形状、例えば、円環状のワークのように中心位置に開口部を有する形状野場合には、ワークとの距離を測定できないという課題がある。
　また、特許文献２のレーザ加工装置についても同様に、焦点ポインタが、斜め方向から観察光学系のフォーカスが合う面における加工中心を通るように調整されているため、ガイド光が照射される部分にワーク面がないワークに対してレーザ加工を行う場合には、加工光学系のフォーカス位置（レーザ光の集光位置）を測定して加工高さを調整することができないという課題がある。
　本発明の課題は、ワークの形状に関わらず、高さ方向おける平面方向における位置ずれが生じた場合に、レーザ加工位置を適切に補正することが可能な制御装置およびこれを備えたレーザ加工システム、レーザ加工方法を提供することにある。
　第１の発明に係る制御装置は、加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部とワークの加工面上においてレーザ光を走査するための走査手段とを含むレーザヘッドと、ワークを含む観察画像を取得するカメラを含みカメラの光軸がレーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、レーザ光と同軸で走査されワークの加工面に対して照射されるガイド光を照射するガイド光照射部と、を備えたレーザ加工装置を制御する制御装置であって、加工制御部と、記憶部と、を備えている。加工制御部は、カメラによって取得された観察画像を用いて、レーザヘッドによるワークの加工を制御する。記憶部は、ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび登録パターンに対応する対象基準位置と、ガイド光照射部によってガイド光が照射されたワークが存在する位置の基準座標と、を保存する。加工制御部は、記憶部に保存された基準座標と、登録パターンに対応する対象基準位置とを参照して、レーザ光によるワークの加工面上における加工位置を補正する。
　ここでは、ワークの加工面に対して照射されるレーザ光を走査することで加工面の加工を行うレーザヘッドと、光軸がレーザ光の照射方向に対して斜めに配置されておりワークを含む観察画像を取得するカメラを有する観察光学系と、ワークの加工面に参考用のガイド光を照射するガイド光照射部とを備えたレーザ加工装置の制御を行う制御装置において、予め記憶部に保存された基準座標と、登録パターンに対応する対象基準位置とを参照して、加工対象となるワークのレーザ光による加工面上における加工位置を補正する。
　ここで、レーザヘッドから照射されるレーザ光による加工には、例えば、加工面に対する文字や数字、記号等の印字加工、穴開け加工、切削・切断加工等が含まれる。
　ワークの基準位置とは、レーザ光の照射方向に略垂直な平面上における基準となる位置を意味している。また、ワークの基準高さとは、レーザ光の照射方向における基準となる位置を意味している。
　また、ガイド光とは、例えば、レーザヘッドによって走査されるレーザ光と同軸で加工面に対して照射され加工時に参考にされる赤色の光であって、ワークの形状を考慮してワークの加工面上に照射される。
　さらに、登録パターンとは、例えば、ワークの形状を考慮して、様々な種類のワークごとの特徴的な形状の部分におけるワークの輪郭等を意味している。そして、登録パターンに対応するワークの対象基準位置とは、例えば、ワークの特徴的な形状の部分に対して設定されるカメラのカメラ座標の原点、レーザ光による加工座標の原点を意味している。
　これにより、加工対象となるワークの観察画像において、記憶部に保存された基準座標と同一方向に照射されたガイド光が照射された加工面の座標と基準座標とのずれ量、およびワークの特徴的な形状等を基準にした対象基準位置と記憶部に保存された対象基準位置とのずれ量を算出することができる。
　この結果、ワークの中心位置に限らず基準座標と対象基準位置とを設定することができるため、ワークの形状に関わらず、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、レーザ加工位置を適切に補正することができる。
　第２の発明に係る制御装置は、第１の発明に係る制御装置であって、記憶部に保存された基準座標と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上における基準座標と同一方向に照射されたガイド光の位置とに基づいて、ワークの高さ方向における位置ずれを検出する。
　これにより、基準座標の設定時と同一方向（加工座標系の原点に対して斜め方向）に照射されたガイド光が照射されるワークの加工面上における座標のずれ量を算出することで、レーザ光の照射方向に垂直な平面におけるずれ量からレーザ光の照射方向における高さ方向における位置ずれを算出して、加工位置を適切に補正することができる。
　第３の発明に係る制御装置は、第１または第２の発明に係る制御装置であって、記憶部に保存された登録パターンに対応する対象基準位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワークの登録パターンに対応する位置とに基づいて、レーザ光の照射方向に略垂直な平面方向における位置ずれを検出する。
　これにより、ワークごとに特徴的な形状等を含む登録パターンの位置を基準として設定された対象基準位置と、加工対象となるワークの観察画像における登録パターンの位置を基準として求められる位置とを比較することで、レーザ光の照射方向に略垂直な平面におけるワークの位置ずれを検出して、加工位置を適切に補正することができる。
　第４の発明に係る制御装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、加工制御部は、記憶部に保存された登録パターンに対応する対象基準位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワークの位置とに基づいて、ワークのレーザ光の光軸を中心とする回転方向における位置ずれを検出する。
　これにより、ワークごとに特徴的な形状等を含む登録パターンの位置を基準として設定された対象基準位置と、加工対象となるワークの観察画像における登録パターンの位置を基準として求められる対象基準位置の座標とを比較することで、レーザ光の光軸を中心とする回転方向におけるワークの位置ずれを検出して、加工位置を適切に補正することができる。
　第５の発明に係る制御装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、記憶部には、ワークの高さ位置の変化に応じて設定された複数の登録パターンが保存される。
　これにより、ワークの加工面に対して斜め方向から観察画像を取得するカメラを用いてレーザ加工位置を補正する構成において、ワークの高さ方向における位置変動があって斜め上方から見たワークの形状が変化する場合でも、高さに応じて複数の登録パターンが保存されていることで、高さ変動に対応して適切なレーザ加工位置の補正を実施することができる。
　第６の発明に係る制御装置は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、加工制御部は、ガイド光照射部から照射された丸、楕円、多角形のいずれか１つを含む特徴的なスポット光を形成するガイド光の位置を検出して、基準座標との比較を行う。
　これにより、カメラによって取得された観察画像において、特徴的な形状を持つガイド光のスポットを検索することで、ガイド光によって設定された基準座標の位置との比較を容易に実施することができる。
　第７の発明に係る制御装置は、第１から第６の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、対象基準位置は、カメラのカメラ座標の原点であって、レーザ光による加工座標系の原点である。
　これにより、例えば、略円環状のワークの対象基準位置として、カメラ座標の原点およびレーザ光の加工座標系の原点を用いることで、略円環状のワークがない中心位置を対象基準位置として設定した場合でも、加工対象となるワークの位置ずれを容易に検出することができる。
　第８の発明に係る制御装置は、第１から第７の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、ガイド光照射部は、ワークの加工面の方向に向かってワークを含む範囲に対してガイド光を多点照射する。
　これにより、ガイド光照射部から多点照射されたガイド光のうち、ワークの加工面上に照射されたガイド光の位置を記憶させることで、レーザ光の照射方向に対して垂直な平面におけるワークの位置ずれを容易に検出することができる。
　第９の発明に係る制御装置は、第８の発明に係る制御装置であって、記憶部は、ガイド光照射部によって多点照射されたガイド光のうち、ワークが基準位置および基準高さにある状態で、ワーク上に照射されたガイド光の位置を保存する。
　これにより、ガイド光照射部によって多点照射されたガイド光のうち、ワークが基準位置および基準高さにある状態でワーク上に照射されたガイド光の位置を基準位置として保存することで、レーザ光の照射方向に対して垂直な平面におけるワークの位置ずれを検出することができる。
　第１０の発明に係る制御装置は、第９の発明に係る制御装置であって、加工制御部は、記憶部に保存されたガイド光の位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上に照射されたガイド光の位置とを比較して、レーザ光によるワークの加工面上における加工位置を補正する。
　これにより、記憶部に保存されたガイド光の位置と、実際に加工対象となるワークの加工面上に照射されたガイド光の位置とを比較することで、レーザ光の照射方向に対して垂直な平面におけるワークの位置ずれを検出して、加工面上における加工位置を適切に補正することができる。
　第１１の発明に係る制御装置は、第８から第１０の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、加工制御部は、記憶部に保存されたガイド光の位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上におけるガイド光の位置とを比較して検出されたワークの傾斜に基づいて、ワークの加工面上における加工位置を補正する。
　これにより、例えば、ワークの加工面上に多点照射されたガイド光の位置が、ワークが基準位置および基準高さにある場合と比較して変化したことを検出することで、ワークの加工面の傾きを検出することができる。
　よって、加工面の傾きの量に応じて、ワークの加工面上における加工位置を適切に補正することができる。
　第１２の発明に係る制御装置は、第１から第１１の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、ワークは、円環状の形状を有している。
　これにより、ワークが略円環状等の中心部分がない形状であっても、上述した対象基準位置と基準座標とを設定することで、ワークの加工面上における加工位置を適切に補正することができる。
　第１３の発明に係るレーザ加工システムは、第１から第１２の発明のいずれか１つに係る制御装置と、レーザヘッドと、観察光学系と、ガイド光照射部と、を備えている。
　これにより、上述した制御装置によってレーザ光の加工位置を補正する加工制御を実施することで、ワークの形状に関わらず、高さ方向おける平面方向におけるワークの位置ずれを検出して、加工位置を適切に補正することができる。
　第１４の発明に係るレーザ加工方法は、加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部と、ワークの加工面上においてレーザ光を走査するための走査手段と、を含むレーザヘッドと、ワークを含む観察画像を取得するカメラを含み、カメラの光軸がレーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、レーザ光と同軸で走査され、ワークの加工面に対して照射されるガイド光を照射するガイド光照射部と、カメラによって取得された観察画像を用いて、レーザヘッドによるワークの加工を制御する加工制御部と、を備えたレーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、保存ステップと、補正ステップと、を備えている。保存ステップでは、ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび登録パターンに対応する対象基準位置と、ガイド光照射部によってガイド光が照射されたワークが存在する位置の基準座標と、を記憶部に保存する。補正ステップでは、記憶部に保存された基準座標と、登録パターンに対応する対象基準位置とを参照して、レーザ光によるワークの加工面上における加工位置を補正する。
　ここでは、ワークの加工面に対して照射されるレーザ光を走査することで加工面の加工を行うレーザヘッドと、光軸がレーザ光の照射方向に対して斜めに配置されておりワークを含む観察画像を取得するカメラを有する観察光学系と、ワークの加工面に参考用のガイド光を照射するガイド光照射部とを備えたレーザ加工装置の制御を行う制御装置において、予め記憶部に保存された基準座標と、登録パターンに対応する対象基準位置とを参照して、加工対象となるワークのレーザ光による加工面上における加工位置を補正する。
　ここで、レーザヘッドから照射されるレーザ光による加工には、例えば、加工面に対する文字や数字、記号等の印字加工、穴開け加工、切削・切断加工等が含まれる。
　ワークの基準位置とは、レーザ光の照射方向に略垂直な平面上における基準となる位置を意味している。また、ワークの基準高さとは、レーザ光の照射方向における基準となる位置を意味している。
　また、ガイド光とは、例えば、レーザヘッドによって走査されるレーザ光と同軸で加工面に対して照射され加工時に参考にされる赤色の光であって、ワークの形状を考慮してワークの加工面上に照射される。
　さらに、登録パターンとは、例えば、ワークの形状を考慮して、様々な種類のワークごとの特徴的な形状の部分におけるワークの輪郭等を意味している。そして、登録パターンに対応するワークの対象基準位置とは、例えば、ワークの特徴的な形状の部分に対して設定されるカメラのカメラ座標の原点、レーザ光による加工座標の原点を意味している。
　これにより、加工対象となるワークの観察画像において、記憶部に保存された基準座標と同一方向に照射されたガイド光が照射された加工面の座標と基準座標とのずれ量、およびワークの特徴的な形状等を基準にした対象基準位置と記憶部に保存された対象基準位置とのずれ量を算出することができる。
　この結果、ワークの中心位置に限らず基準座標と対象基準位置とを設定することができるため、ワークの形状に関わらず、高さ方向おける平面方向におけるワークの位置ずれが生じた場合に、レーザ加工位置を適切に補正することができる。
（発明の効果）
　本発明に係る制御装置によれば、ワークの形状に関わらず、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、レーザ加工位置を適切に補正することができる。
本発明の一実施形態に係る制御装置を備えたレーザ加工システムの構成を示す概略図。 図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの形状を示す斜視図。 図１のレーザ加工システムの制御ブロック図。 （ａ）は、図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの平面方向における位置ずれを示す概略図。（ｂ）は、図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの高さ方向における位置ずれを示す概略図。（ｃ）は、図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの平面方向および高さ方向における位置ずれを示す図。 （ａ）は、図１に示す基準高さおよび基準位置にあるワークの加工面に対してレーザ加工を行った場合のレーザ加工位置を含む観察画像を示す図。（ｂ）は、図４（ｃ）に示す平面方向および高さ方向における位置ずれが生じたワークの加工面に対してレーザ加工を行った場合のレーザ加工位置を含む観察画像を示す図。 図１のレーザ加工システムにおいて、ワークの高さ方向および平面方向における位置ずれを検出するためにメモリに保存される基準高さおよび基準位置にあるワークの登録パターンと対象基準位置と基準座標とを含む観察画像を示す図。 図１のレーザ加工システムにおいて、登録パターン、対象基準位置および基準座標を用いた、ワークの高さ方向および平面方向における位置ずれを検出して補正するための処理について説明する図。 図７の平面方向における基準座標の位置ずれから、高さ方向における位置ずれを算出する処理について説明する図。 図１のレーザ加工システムのレーザヘッドにおけるレーザ出射位置におけるレーザの径を示す概略図。 本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法の処理の流れを示すフローチャート。 （ａ）は、本発明の他の実施形態に係るレーザ加工システムにおいて使用されるガイド光の多点照射の基準位置を示す図。（ｂ）は、ワークの位置ずれが生じた際の多点照射の基準位置との差を示す図。
　本発明の一実施形態に係る制御装置１０を備えたレーザ加工システム１について、図１～図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
　なお、以下の説明において、高さ方向とは、レーザヘッド２０からワーク５０の加工面５０ｃに対してレーザ光が照射される方向（図１中の上下方向）、平面方向とは、レーザ光が照射される方向に略直交する平面の方向（図１中の左右方向）を意味するものとする。
　また、後述するワーク５０の高さ方向における位置ずれとは、図１に示すワーク５０の基準高さから高さ方向（Ｚ方向）においてワーク５０がオフセットされた位置にある状態を意味している。さらに、後述するワーク５０の平面方向における位置ずれとは、図１のワーク５０の基準位置から、レーザ光の照射方向に略直交する平面方向（ＸＹ方向）においてオフセットされた位置にある状態を意味している。
　本実施形態のレーザ加工システム１は、図１に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃに対してレーザ光を照射して、文字等のレーザ加工を行うシステムであって、制御装置１０と、レーザヘッド２０と、観察光学系３０と、表示装置４０と、を備えている。
　ここで、本実施形態においてレーザ加工の対象物として用いられるワーク５０は、図２に示すように、略円環状の形状を有している。なお、図１に示すワーク５０は、レーザ加工システム１において、基準高さおよび基準位置となる位置に配置された状態を示している。
　具体的には、ワーク５０は、図２に示すように、略円環状の本体部５０ａと、本体部５０ａの中心に形成された開口部５０ｂと、本体部５０ａの平面部（加工面５０ｃ）とを有している。
　そして、レーザ加工システム１は、本体部５０ａの中心部分に開口部５０ｂを有する略円環状のワーク５０の加工面５０ｃに対して、文字等の印字加工を実施する。
　（１）制御装置１０
　制御装置１０は、観察光学系３０に含まれるカメラ３１によって取得された観察画像およびガイド光照射部２２から照射されたガイド光の位置を用いてレーザヘッド２０によるレーザ光を用いた加工制御を行う装置であって、図３に示すように、加工制御部１１と、画像処理部１２と、記憶部１３とを備えている。
　加工制御部１１は、図３に示すように、レーザヘッド２０に含まれるレーザ光出射部２１とガイド光照射部２２とガルバノスキャナ（走査手段）２４とに接続されており、レーザ光の照射、ガイド光の照射、レーザ光の加工位置の補正等の制御を行う。そして、加工制御部１１は、レーザ光出射部２１から照射されたレーザ光およびガイド光照射部２２から照射されたガイド光を、ワーク５０の加工面５０ｃにおける所望の加工位置に照射するように、ガルバノスキャナ２４を制御する。さらに、加工制御部１１は、後述するワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で加工面５０ｃ上に照射されたガイド光の位置として基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を設定（図６参照）し、記憶部１３に保存させる。
　なお、ワーク５０の基準高さおよび基準位置からのずれに伴う、加工制御部１１による加工位置の補正制御については、後段にて詳述する。
　画像処理部１２は、図３に示すように、観察光学系３０のカメラ３１に接続されており、カメラ３１にとって取得されたワーク５０の加工面を含む観察画像を受信して、ワーク５０の加工面５０ｃにおける加工位置を設定する等の各種画像処理を実施する。また、画像処理部１２は、表示装置４０に接続されており、カメラ３１から受信した観察画像を表示装置４０に送信する。さらに、画像処理部１２は、後述するワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で登録パターンＲＰと対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定（図６参照）し、記憶部１３に保存させる。
　記憶部１３は、図３に示すように、加工制御部１１および画像処理部１２に接続されており、加工制御部１１および画像処理部１２において作成・設定等された各種データを保存する。また、記憶部１３は、後述するワーク５０の基準高さおよび基準位置からのずれに伴う加工位置の補正制御に用いられる登録パターンＲＰ、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）（いずれも図６参照）を保存する。
　本実施形態では、記憶部１３に予め保存される登録パターンＲＰとして、２つの略円弧状の部分（図６の破線四角の部分Ａ１内の太線参照）が登録されており、これに対応する対象基準位置として、２つの略円弧状の部分の中心位置（Ｐ０，Ｑ０）が設定されている。
　なお、本実施形態では、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）は、加工座標系の原点およびカメラ座標系の原点と一致するように設定されている。
　（２）レーザヘッド２０
　レーザヘッド２０は、ワーク５０の加工面５０ｃに対してレーザ光を照射して各種加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光出射部（出射部）２１と、ガイド光照射部２２と、ダイクロイックミラー２３と、ガルバノスキャナ（走査手段）２４と、を有している。
　レーザ光出射部（出射部）２１は、レーザ光源、レンズ等を有しており、ワーク５０の加工面５０ｃにおいて焦点が合うように、レーザ光を照射する。
　ガイド光照射部２２は、レーザ光出射部２１から照射されるレーザ光による加工を補助するために、加工面５０ｃ上におけるレーザ光の照射位置を示して位置調整するためのガイド光（補助光）を照射する。
　なお、ガイド光照射部２２から照射されるガイド光には、例えば、視認可能な可視光（赤外線等）が用いられる。
　また、本実施形態では、ガイド光照射部２２から照射されるガイド光は、ワーク５０の加工面５０ｃに照射されたスポットの形状が略円形になるように構成されている。
　ダイクロイックミラー２３は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過させる光学素子であって、本実施形態では、図１に示すように、レーザ光出射部２１から照射されたレーザ光を透過させるとともに、ガイド光照射部２２から照射されたガイド光を反射して、レーザ光およびガイド光を同軸でガルバノスキャナ２４へと誘導する。
　ガルバノスキャナ（走査手段）２４は、反射ミラーを有し、レーザ光を所望の位置へ走査させるためのステッピングモータであって、回転停止角度を正確に制御することで、レーザ光およびガイド光を加工面５０ｃにおける所望の位置へ照射させる。そして、ガルバノスキャナ２４は、制御装置１０の加工制御部１１によって制御され、レーザ光出射部２１から照射されたレーザ光およびガイド光照射部２２から照射されたガイド光を、同軸で、ワーク５０の加工面５０ｃ上において走査させる。
　これにより、レーザヘッド２０は、ワーク５０の加工面５０ｃに対して、レーザ光によって所望の文字の印字加工等を実施するとともに、レーザ光による加工実施前に、レーザ光と同軸でガイド光をワーク５０の加工面５０ｃ上に照射することができる。
　ここで、本実施形態では、レーザヘッド２０は、図１に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃに対して直上からレーザ光およびガイド光を照射するように配置されている。
　すなわち、レーザヘッド２０から照射されるレーザ光およびガイド光の光軸ｏｐ１は、ワーク５０の加工面５０ｃに対して略垂直に配置されており、ガルバノスキャナ２４によって走査されることで、光軸ｏｐ１を加工面５０ｃに対して傾けながら加工面５０ｃの所望の位置へレーザ加工を行う。
　なお、レーザ光およびガイド光の光軸ｏｐ１は、加工を行っていない状態では、加工座標系の原点を向くように設定されている。
　（３）観察光学系３０
　観察光学系３０は、レーザヘッド２０によってレーザ光が照射されるワーク５０の加工面５０ｃを含む観察画像を取得するカメラ３１と、ミラー３２とを有している。
　カメラ３１は、図１に示すように、レーザヘッド２０の下面に取り付けられており、ミラー３２を介して、ワーク５０の加工面５０ｃを含む観察画像を取得して、制御装置１０へと送信する。
　また、本実施形態では、カメラ３１は、図１に示すように、ミラー３２を介して加工面５０ｃに対して斜め方向から撮影した観察画像を取得する。すなわち、カメラ光軸ｏｐ２（カメラ３１に含まれるレンズの光軸）は、レーザ光およびガイド光の光軸ｏｐ１に対して角度φで交差するように、斜めに配置されている。
　ミラー３２は、レーザヘッド２０の下面に取り付けられたカメラ３１の近傍に配置されており、カメラ３１のカメラ光軸ｏｐ２を基準高さおよび基準位置にあるワーク５０の中心位置に設定する。
　本実施形態のレーザ加工システム１では、以上のように、レーザヘッド２０から照射されるレーザ光の光軸ｏｐ１と、観察光学系３０のカメラ３１のカメラ光軸ｏｐ２とが、図１に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃにおいて互いに交差するように配置されている。
　このため、例えば、後述する図４（ｃ）に示すように、カメラ光軸ｏｐ２に沿って、ワーク５０が高さ方向および平面方向の両方で位置ずれを生じさせた場合には、カメラ３１によって取得された観察画像上では、位置ずれが生じていないように見えてしまう。
　この状態で、位置ずれなしと判定されたワーク５０に対してレーザヘッド２０がレーザを照射すると、実際には、図４（ｃ）中の左方向へワーク５０の平面位置が位置ずれしているために、所望の位置へレーザ加工を行うことができない。
　そこで、本実施形態のレーザ加工システム１では、図４（ａ）に示す平面方向における位置ずれ、図４（ｂ）に示す高さ方向における位置ずれだけに対応するのではなく、図４（ｃ）に示す高さ方向および平面方向の両方向における位置ずれを考慮した、レーザ加工位置の補正を行う。
　（４）表示装置４０
　表示装置４０は、レーザ加工システム１の各種設定を実施する際に設定値等を表示するとともに、観察光学系３０に含まれるカメラ３１によって取得されたワーク５０の加工面５０ｃを含む観察画像等を表示する。
　＜高さ方向および平面方向における位置ずれに伴う加工位置の補正処理＞
　本実施形態のレーザ加工システム１では、図１に示す基準高さおよび基準位置にワーク５０が配置された状態を基準として、例えば、レーザ加工システム１へ搬送されてきたワーク５０に、高さ方向および／または平面方向における位置ずれが生じた場合のずれ量を検出し、加工位置の補正を行う。
　すなわち、レーザ加工システム１によって加工されるワーク５０は、図１に示す基準高さおよび基準位置に配置されたワーク５０の位置に対して、図４（ａ）～図４（ｃ）に示すように、レーザ照射方向（光軸ｏｐ１方向）に略垂直な平面方向における位置ずれ（図４（ａ）参照）、レーザ照射方向（光軸ｏｐ１方向）における高さ方向における位置ずれ（図４（ｂ）参照）、両方向における位置ずれ（図４（ｃ）参照）が生じる可能性がある。
　例えば、ワーク５０が基準高さおよび基準位置に配置されている場合には、観察画像は、図５（ａ）に示すように、加工座標系の原点を略円環状のワーク５０の中心位置に合わせた状態で、ワーク５０の加工面５０ｃ上に、「ＡＢＣＤＥ」等の文字情報が、加工座標系の原点から高さｈ１の位置に印字加工される。
　一方、図４（ｃ）に示す基準高さからの位置ずれ（高さ方向における位置ずれ）、基準位置からの位置ずれ（平面方向における位置ずれ）があるワーク５０に対してそのままレーザヘッド２０によってレーザ光を照射して文字情報を印字すると、図５（ｂ）に示すように、カメラ３１の中心座標から加工座標系の原点が上方へずれてしまうため、原点から高さｈ１の位置に印字加工すると、「ＡＢＣＤＥ」の文字が上方へはみ出してしまう。
　このため、平面方向および平面方向における位置ずれがあるワーク５０に対してレーザ加工を行う場合には、高さ方向および平面方向における位置ずれを検出して、レーザ加工位置を補正する必要がある。
　本実施形態のレーザ加工システム１では、ワーク５０の高さ方向および平面方向における位置ずれが生じている場合でもレーザ加工位置を適切に補正するために、ワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で、画像処理部１２が、図６に示すように、カメラ座標系の原点と加工座標系の原点とを合わせ込み、登録パターンＲＰと、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定する。
　ここで、本実施形態においける登録パターンＲＰとして、図６に示すように、略円環状のワーク５０の上面視において特徴的な部分として、内径側の円弧状の輪郭と、外形側の円弧状の輪郭とが設定される。
　そして、この２つの円弧状部分に設定された登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）として、図６に示すように、２つの円弧状の登録パターンＲＰの中心位置が設定される。なお、本実施形態では、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）は、カメラ３１のカメラ座標の原点であって、レーザ加工の加工座標系の原点である。
　さらに、本実施形態のレーザ加工システム１では、上記ワーク５０に高さ方向および平面方向における位置ずれがある場合にレーザ加工位置を補正するために、ワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で、ガイド光照射部２２から照射されたガイド光を走査して、ワーク５０の加工面５０ｃ上における任意の位置へ、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を設定する。
　基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、ガルバノスキャナ２４を制御して、ガイド光が照射されたワーク５０の加工面５０ｃ上に設定される。すなわち、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、加工座標系の原点から離れた加工面５０ｃ上の位置に設定される。よって、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）に照射されたガイド光は、レーザヘッド２０の出射部分から斜めに加工面５０ｃ上へ照射されている。
　そして、図６において設定された登録パターンＲＰおよび対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）と、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）とが、記憶部１３に保存される。
　本実施形態のレーザ加工システム１では、記憶部１３に保存された登録パターンＲＰおよび対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）と、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）とを用いて、レーザ加工位置の補正を行う。
　すなわち、例えば、レーザヘッド２０の直下にセットされたワーク５０に高さ方向および平面方向における位置ずれがある場合には、加工制御部１１は、ワーク５０の高さ方向における位置ずれ量を算出するために、カメラ座標系において加工座標系のずれ量を算出する。その後、パターンマッチングを行い、ワーク５０の登録パターンの位置から対象基準位置の位置を求め、対象基準位置のずれを印字位置情報に付加して位置補正を行う。
　より具体的には、まず、画像処理部１２において、加工座標系の原点（ＸＹ方向含む）とカメラ座標系の基準点（ＸＹ方向含む）とを合わせ込む。このとき、使用者は、表示装置４０の表示画面を見ながら、ガイド光によって表示される狙いの印字イメージが、ずれの無い状態で印字ができていることを確認する。
　次に、ワーク５０が基準高さ・基準位置にある状態で、画像処理部１２が、図６に示す登録パターンＲＰ(破線内の２つの円弧状の部分)と、その登録パターンの対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定し、記憶部１３に保存させる。
　なお、本実施形態では、上述したように、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）は、２つの円弧状の部分の中心の位置であって、カメラ座標の原点でもあり、さらに加工座標系の原点でもある。
　次に、ワーク５０が基準高さ・基準位置にある状態で、加工制御部１１が、ガイド光照射部２２およびガルバノスキャナ２４を制御して、ワーク５０のある部分（加工面５０ｃ）にガイド光を照射させて、図６に示すガイド光が照射された加工面５０ｃ上の座標（Ｘ０，Ｙ０）を記憶部１３に保存させる。
　以上の処理により、記憶部１３には、ワーク５０の高さ方向および平面方向における位置ずれに応じた補正に用いられる登録パターンＲＰおよび対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）が保存される。
　次に、実際に加工対象となるワーク５０が所定の加工位置にセットされると、画像処理部１２が、カメラ３１によって取得された観察画像を画像処理して、高さ方向および平面方向における位置ずれが無いかを確認する。
　ここで、例えば、加工位置にセットされたワーク５０が、図４（ｂ）に示す高さ方向における位置ずれがある状態であると仮定すると、加工制御部１１は、図７に示す観察画像（図７の実線参照）を用いて、ワーク５０の高さ位置が変化したことによって、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）から移動したガイド光の位置（Ｘ１，Ｙ１）と、その変化量ｄＸ，ｄＹとを以下のように定義する。
　　　ｄＸ＝Ｘ１－Ｘ０
　　　ｄＹ＝Ｙ１－Ｙ０
　ここで、高さ方向における位置ずれ量Ｚは、Ｘ０およびＸ１から算出される。
　すなわち、ガイド光が照射されたワーク５０の加工面５０ｃにおける基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、ガイド光が走査手段（ガルバノスキャナ２４）によって加工面５０ｃに対して所定の角度で斜めに照射されていると仮定すると、図８に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃの高さ位置が下がることによってＸ方向における座標がＸ０からＸ１へ移動する。
　よって、高さ方向における位置ずれ量Ｚは、図８に示す高さＺ０、底辺Ｘ０の直角三角形と、高さ（Ｚ０＋Ｚ）、底辺Ｘ１の直角三角形の相似関係を利用することで、Ｘ０およびＸ１から算出される。
　具体的には、図８に示す高さＺ０、底辺Ｘ０の直角三角形と、高さ（Ｚ０＋Ｚ）、底辺Ｘ１の直角三角形との相似関係から、ワーク５０が基準高さ・基準位置にある状態で、ガイド光が照射された座標（Ｘ０，Ｙ０）、高さ方向における位置ずれ（下へ移動）がある状態でガイド光が照射された座標（Ｘ１，Ｙ１）のＸ０，Ｘ１を用いて、高さ方向における位置ずれ量Ｚは、以下の計算式（１）によって算出される。
　　　　Ｚ＝｛（Ｘ１－Ｘ０）／Ｘ０）｝・Ｚ０　・・・・・（１）
　次に、加工制御部１１は、高さ方向における位置ずれ量Ｚだけ高さ位置がずれた位置にあるワーク５０に対して、カメラ光軸ｏｐ２とレーザ光の光軸ｏｐ１とのなす角φと、高さ方向における位置ずれ量Ｚを用いて、以下の関係式（２），（３）によって、図７に示す高さ方向において位置ずれした加工面５０ｃにおける加工座標系の原点（Ｐａ，Ｑａ）を、高さ方向における位置ずれ基準点として算出する。
　　　Ｐａ＝Ｐ０　・・・（２）
　　　Ｑａ＝Ｑ０＋Ｚ・ｔａｎφ　・・・（３）
　次に、画像処理部１２は、高さ方向における位置ずれしたワーク５０の観察画像においてパターンマッチングを行い、図７に示す２つの円弧状の登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）を求める。
　これにより、加工制御部１１が、加工座標系の原点の座標（Ｐａ，Ｑａ）と対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）との差を、基準高さおよび基準位置にあるワーク５０に対する印字座標に付加することで、高さ方向における位置ずれ量Ｚも考慮したレーザ加工位置の補正を実施することができる。
　すなわち、本実施形態のレーザ加工システム１では、ＸＹ方向における２次元情報を持つ観察画像を用いて、基準高さ・基準位置にあるワーク５０の加工面５０ｃに設定されたガイド光の基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を基準にして、加工対象であるワーク５０に対して同一方向に照射されたガイド光の座標（Ｘ１，Ｙ１）を用いて、高さ方向における位置ずれ量Ｚを算出することができる。
　そして、算出された高さ方向における位置ずれ量Ｚと、平面方向における対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）を用いて、高さ方向における位置ずれ基準点（Ｐａ，Ｑａ）を算出し、この高さ方向における位置ずれ基準点（Ｐａ，Ｑａ）から、位置ずれしたワーク５０の登録パターンＲＰから求められる対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）の差を算出することで、３次元方向におけるワーク５０の位置ずれ量を考慮したレーザ加工位置の補正を行うことができる。
　ここで、ワーク５０の加工面５０ｃ上に照射され高さ方向における位置ずれを検出するためのるガイド光は、ワーク５０の外形の中心位置ではなく、ワーク５０の加工面５０ｃが存在する位置に照射される。
　この結果、ワーク５０がどのような形状であっても、その形状に関わらず、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、レーザ加工位置を適切に補正することができる。
　また、本実施形態のレーザ加工システム１の構成では、図９に示すように、ガイド光照射部２２から照射されたガイド光は、ガルバノスキャナ２４によってワーク５０の加工面５０ｃ上に集光される。
　このため、レーザヘッド２０の筐体下面から出射されるガイド光のビーム径ｒ１は、例えば、約７～８ｍｍ程度となる。
　これに対して、例えば、ワークの位置ずれを検出するための変位センサを設けた従来の構成では、変位センサからはビーム径が約１ｍｍ程度の光が出射されるために、変位センサの表面に、レーザ加工によって生じた粉塵等のゴミが付着すると、ワークの位置ずれを正確に検出することは困難であった。
　本実施形態では、上述したように、レーザヘッド２０の筐体の下面から出射されるガイド光は、筐体表面部分ではレーザ径が約７～８ｍｍあるため、レーザヘッド２０の下面に粉塵等が付着してもガイド光を用いたワーク５０の高さ方向および平面方向における位置ずれの検出に大きな影響を及ぼすことは無い。
　この結果、汚れに強いレーザ加工システム１を提供することができる。
　＜レーザ加工システム１によるレーザ加工方法＞
　本実施形態のレーザ加工方法は、上述したレーザ加工システム１によって、図１０に示すフローチャートに従って実施される。
　すなわち、ステップＳ１１では、制御装置１０の画像処理部１２が、加工座標系の原点とカメラ座標系の原点とを位置合わせした状態で、基準高さ・基準位置にセットされたワーク５０に対して、図６に示す登録パターンＲＰと対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定し、記憶部１３に保存させる。
　次に、ステップＳ１２では、同じく、制御装置１０の画像処理部１２が、加工座標系の原点とカメラ座標系の原点とを位置合わせした状態で、基準高さ・基準位置にセットされたワーク５０に対して、図６に示すガイド光の基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を設定し、記憶部１３に保存させる。
　次に、ステップＳ１３では、制御装置１０の加工制御部１１が、実際にレーザ加工システム１にセットされたワーク５０に対して、ステップＳ１２と同一方向へ照射されたガイド光の座標（Ｘ１，Ｙ１）と、ステップＳ１２において記憶部１３に保存された基準座標（Ｘ０，Ｙ０）とを比較して、ワーク５０の高さ位置が変化したことに伴う位置ずれの量を算出する。
　次に、ステップＳ１４では、制御装置１０の加工制御部１１が、ステップＳ１３における算出結果に基づいて、ワーク５０の位置ずれの有無について判定する。ここで、位置ずれ有りと判定されると、ステップＳ１５へ進む。一方、位置ずれなしと判定されると、ステップＳ１７へ進み、平面方向における加工位置の補正のみを実施する。
　次に、ステップＳ１５では、ステップＳ１４において位置ずれ有りと判定されると、制御装置１０の加工制御部１１が、ワーク５０の高さ方向における位置ずれ（高さ方向における位置ずれ量Ｚ）があると判断し、ずれた高さ位置における加工座標系の原点（基準点）として、（Ｐａ，Ｑａ）を算出する。
　次に、ステップＳ１６では、制御装置１０の画像処理部１２が、記憶部１３に保存された登録パターンＲＰの位置と、実際のワーク５０の登録パターンＲＰの位置とのマッチングを行い、対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）を導出する。
　次に、ステップＳ１７では、制御装置１０の加工制御部１１が、実際のワーク５０の登録パターンＲＰの対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）と加工座標系の原点（Ｐａ，Ｑａ）とのずれ量および高さ方向における位置ずれ量Ｚをレーザヘッド２０に送信する。
　次に、ステップＳ１８では、制御装置１０の加工制御部１１が、高さ方向および／または平面方向における位置ずれを考慮した加工位置の補正を実施する。
　［他の実施形態］
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　（Ａ）
　上記実施形態では、ガイド光照射部２２から照射された１点のガイド光の位置を基準座標として用いて、ワーク５０の位置ずれを検出し、加工位置を補正する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、図１１（ａ）に示すように、ガイド光照射部２２から一定の間隔で複数照射（多点照射）された複数のガイド光の位置を用いて、ワークの高さ方向および平面方向における位置ずれを検出し、加工位置の補正を行ってもよい。
　具体的には、まず、図１１（ａ）に示すように、ガイド光照射部２２から、基準高さおよび基準位置にあるワークに対してガイド光をＸＹ方向の２次元に、順次、多点照射し、加工面において反射したガイド光のスポット位置のみを有効ポイント（図１１（ａ）中の塗りつぶされた丸参照）として、記憶部に保存させる。
　そして、レーザ加工対象としてのワークがセットされると、記憶部に保存されたガイド光のスポット位置に対応するガイド光のみを単点あるいは多点照射し、反射光が検出される点（図１１（ｂ）の塗りつぶされた丸参照）と、位置ずれにより反射光が非検出となる点（図１１（ｂ）の破線円参照）とが発生する。
　これにより、反射光が検出された点、非検出の点の位置を用いて、上述したガイド光の基準座標を用いた方法と同様に、高さ方向における位置ずれ量Ｚを算出することができる。
　さらに、本発明の制御装置では、高さ方向および平面方向における位置ずれだけでなく、ワーク面の傾斜が想定される場合は、図１１（ａ）に示すガイド光の多点照射を用いて、ワークの傾斜を検出し、その傾斜情報をレーザヘッドに入力して、傾斜分を考慮したレーザ加工位置の補正を実施してもよい。
　すなわち、加工対象であるワークが傾いてセットされている場合には、図１１に示すガイド光の多点照射の反射位置が、予め記憶部に保存されている反射位置から変化したことを検出することで、ワークの傾斜を含めたレーザ加工位置の補正を実施することができる。
　（Ｂ）
　上記実施形態では、平面（ＸＹ）方向および高さ（Ｚ）方向における加工位置の補正を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、ワークの回転（θ）方向における位置ずれを検出し、加工位置を補正する構成であってもよい。
　この場合には、ワークの特徴的な情報を持つ登録パターンを、高さ方向における位置ずれの量に合わせて補正する。あるいは、予めＺ方向における高さ位置に応じた登録パターンを複数データとして記憶部に保存しておき、検出された高さ方向における位置ずれ量に応じて、登録パターンを選択的に切り替えて、ＸＹθ補正を実行してもよい。
　（Ｃ）
　上記実施形態では、ワーク５０の特徴的な形状を持つ部分を、登録パターンＲＰとして記憶部１３に保存した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、記憶部には、ワークの高さ位置の変化に応じて設定された複数の登録パターンが保存されていてもよい。
　これにより、ワークの形状によって、高さ方向における位置ずれ量が変化すると、斜め上方に設置されたカメラから見た登録パターンの部分の見え方も変化する場合にも対応可能となる。
　（Ｄ）
　上記実施形態では、ガイド光照射部２２から照射されるガイド光が、ワーク５０の加工面５０ｃ上において略円形のスポットを形成するように構成された例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、四角形等の多角形や、楕円形等、他の特徴的な形状を持つスポットが形成されるようにガイド光を照射してもよいし、点であってもよい。
　ただし、上記実施形態のように、特徴的な形状を持つスポットが形成されるようにガイド光を照射した場合には、制御装置が、特徴的な形状を持つガイド光のスポットを検索することで、観察画像を用いて上述した基準座標と比較すべき座標を容易に発見することができるという効果を奏する。よって、ガイド光照射部から照射されるガイド光のスポット形状は、単なる点ではなく、円形等の特徴的な形状のスポットであることがより望ましい。
　（Ｅ）
　上記実施形態では、ワーク５０の特徴的な部分を示す登録パターンＲＰとして、円環状のワーク５０の円弧状の輪郭部分を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、ワークの形状に応じて、その形状ごとに特徴的な部分を、登録パターンとして用いてもよい。
　（Ｆ）
　上記実施形態では、登録パターンに対応する対象基準位置として、カメラのカメラ座標の原点であって、レーザ光による加工座標系の原点を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、登録パターンに対応する対象基準位置として、カメラ座標および加工座標系の原点とは別の位置が設定されていてもよい。
　すなわち、対象基準位置は、ワークの形状の特徴的な部分が登録パターンとして設定されており、この登録パターンを基準にして設定される任意の位置であってもよい。
　（Ｇ）
　上記実施形態では、観察画像を取得する観察光学系３０として、カメラ３１とミラー３２とを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、観察光学系は、ミラーを持たず、単体のカメラによって直接的にワークを含む観察画像を取得する構成であってもよい。
　（Ｈ）
　上記実施形態では、レーザヘッド２０から照射されるレーザ光を用いて、ワーク５０の加工面５０ｃに「ＡＢＣＤＥ」という文字情報を印字する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、レーザ光を用いた加工としては、文字の印字に限らず、記号、図形、絵等の他の加工であってもよい。
　（Ｉ）
　上記実施形態では、略円環状のワーク５０対してレーザ加工を行うレーザ加工システム１を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、ワークの形状は、略円環状に限らず、他のどのような形状であってもよい。
　（Ｊ）
　上記実施形態では、制御装置１０とレーザヘッド２０と観察光学系３０（カメラ３１、ミラー３２）とが別体として設けられたレーザ加工システム１を、例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、上述した制御装置、レーザヘッドおよび観察光学系が一体化されたレーザ加工装置として、本発明を実現してもよい。
　（Ｋ）
　上記実施形態では、本発明を制御装置１０およびこれを備えたレーザ加工システム１、レーザ加工方法として特定した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、図１０に示すフローチャートに従って実施されるレーザ加工方法をコンピュータに実行させるレーザ加工プログラムとして、本発明を実現してもよい。
　このレーザ加工プログラムは、記憶部に保存されており、ＣＰＵが記憶部に保存されたプログラムを読み込むことで、図１０に示す各ステップをハードウェアに実行させる。
　あるいは、このレーザ加工プログラムを格納した記録媒体として、本発明を実現してもよい。
　本発明の制御装置は、ワークの形状に関わらず、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、レーザ加工位置を適切に補正することができるという効果を奏することから、レーザ加工を行う装置に搭載される制御装置として広く適用可能である。
　１　　　レーザ加工システム
１０　　　制御装置
１１　　　加工制御部
１２　　　画像処理部
１３　　　記憶部
２０　　　レーザヘッド
２１　　　レーザ光出射部（出射部）
２２　　　ガイド光照射部
２３　　　ダイクロイックミラー
２４　　　ガルバノスキャナ（走査手段）
３０　　　観察光学系
３１　　　カメラ
３２　　　ミラー
４０　　　表示装置
５０　　　ワーク
５０ａ　　本体部
５０ｂ　　開口部
５０ｃ　　加工面
　ｈ１　　高さ
ｏｐ１　　レーザ光の光軸
ｏｐ２　　カメラ光軸
　ｒ１　　ビーム径
ＲＰ　　　登録パターン
　Ｚ０　　高さ
　Ｚ　　　高さ方向における位置ずれ量

Claims (14)

  1. 　加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部と前記ワークの加工面上において前記レーザ光を走査するための走査手段とを含むレーザヘッドと、前記ワークを含む観察画像を取得するカメラを含み前記カメラの光軸が前記レーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、前記レーザ光と同軸で走査され前記ワークの前記加工面に対して照射されるガイド光を照射するガイド光照射部と、を備えたレーザ加工装置を制御する制御装置であって、
    　前記カメラによって取得された前記観察画像を用いて、前記レーザヘッドによる前記ワークの加工を制御する加工制御部と、
    　前記ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、前記ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび前記登録パターンに対応する対象基準位置と、前記ガイド光照射部によって前記ガイド光が照射された前記ワークが存在する位置の基準座標と、を保存する記憶部と、
    を備え、
    　前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記基準座標と、前記登録パターンに対応する前記対象基準位置とを参照して、前記レーザ光による前記ワークの加工面上における加工位置を補正する、
    制御装置。
  2. 　前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記基準座標と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワーク上における前記基準座標と同一方向に照射された前記ガイド光の位置とに基づいて、前記ワークの高さ方向における位置ずれを検出する、
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記登録パターンに対応する前記対象基準位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワークの位置とに基づいて、前記レーザ光の照射方向に略垂直な平面方向における位置ずれを検出する、
    請求項１または２に記載の制御装置。
  4. 　前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記登録パターンに対応する前記対象基準位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワークの位置とに基づいて、前記ワークの前記レーザ光の光軸を中心とする回転方向における位置ずれを検出する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
  5. 　前記記憶部には、前記ワークの高さ位置の変化に応じて設定された複数の登録パターンが保存される、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
  6. 　前記加工制御部は、前記ガイド光照射部から照射された丸、楕円、多角形のいずれか１つを含む特徴的なスポット光を形成するガイド光の位置を検出して、前記基準座標との比較を行う、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置。
  7. 　前記対象基準位置は、前記カメラのカメラ座標の原点であって、前記レーザ光による加工座標系の原点である、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の制御装置。
  8. 　前記ガイド光照射部は、前記ワークの前記加工面の方向に向かって前記ワークを含む範囲に対して前記ガイド光を多点照射する、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の制御装置。
  9. 　前記記憶部は、前記ガイド光照射部によって多点照射された前記ガイド光のうち、前記ワークが前記基準位置および前記基準高さにある状態で、前記ワーク上に照射された前記ガイド光の位置を保存する、
    請求項８に記載の制御装置。
  10. 　前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記ガイド光の位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワーク上に照射された前記ガイド光の位置とを比較して、前記レーザ光による前記ワークの前記加工面上における前記加工位置を補正する、
    請求項９に記載の制御装置。
  11. 　前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記ガイド光の位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワーク上における前記ガイド光の位置とを比較して検出された前記ワークの傾斜に基づいて、前記ワークの前記加工面上における前記加工位置を補正する、
    請求項８から１０のいずれか１項に記載の制御装置。
  12. 　前記ワークは、円環状の形状を有している、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の制御装置。
  13. 　請求項１から１２のいずれか１項に記載の制御装置と、
    　前記レーザヘッドと、
    　前記観察光学系と、
    　前記ガイド光照射部と、
    を備えたレーザ加工システム。
  14. 　加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部と、前記ワークの加工面上において前記レーザ光を走査するための走査手段と、を含むレーザヘッドと、
    　前記ワークを含む観察画像を取得するカメラを含み、前記カメラの光軸が前記レーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、
    　前記レーザ光と同軸で走査され、前記ワークの前記加工面に対して照射されるガイド光を照射するガイド光照射部と、
    　前記カメラによって取得された前記観察画像を用いて、前記レーザヘッドによる前記ワークの加工を制御する加工制御部と、
    を備えたレーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、
    　前記ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、前記ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび前記登録パターンに対応する対象基準位置と、前記ガイド光照射部によって前記ガイド光が照射された前記ワークが存在する位置の基準座標と、を記憶部に保存する保存ステップと、
    　前記記憶部に保存された前記基準座標と、前記登録パターンに対応する前記対象基準位置とを参照して、前記レーザ光による前記ワークの前記加工面上における加工位置を補正する補正ステップと、
    を備えたレーザ加工方法。
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