レーザー加工システム及びレーザー加工装置
【課題】 ワークＷの位置及び向きにかかわらず、ワークＷ上の所定の位置に所定の向きでシンボルＳＢＬを形成することができるレーザー加工システム１を提供することを目的とする。
【解決手段】 カメラ５６がワークＷを撮影し、画像処理装置１１が、撮影画像ＩＭＧからワークＷを抽出し、ワークＷの位置及び向きの誤差を示すワーク誤差Ｄerrを求める。このワーク誤差Ｄerrに基づいて、マーカコントローラ２２内の加工設定補正部２２２が、加工条件を規定する加工設定データＤstupを補正する。このため、ワーク誤差Ｄerrを補償したレーザー加工を行うことができ、ワークＷの位置及び向きにかかわらず、ワークＷ上の所定の位置に所定の向きでシンボルＳＢＬを形成することができる。
【解決手段】 カメラ５６がワークＷを撮影し、画像処理装置１１が、撮影画像ＩＭＧからワークＷを抽出し、ワークＷの位置及び向きの誤差を示すワーク誤差Ｄerrを求める。このワーク誤差Ｄerrに基づいて、マーカコントローラ２２内の加工設定補正部２２２が、加工条件を規定する加工設定データＤstupを補正する。このため、ワーク誤差Ｄerrを補償したレーザー加工を行うことができ、ワークＷの位置及び向きにかかわらず、ワークＷ上の所定の位置に所定の向きでシンボルＳＢＬを形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工システム及びレーザー加工装置に係り、更に詳しくは、ワークの位置又は向きを考慮してレーザー加工を行うレーザー加工システム、並びに、当該レーザー加工システムに用いられるレーザー加工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーマーカは、予め定められた加工設定データに基づいて、レーザー光の照射位置を２次元走査させることにより、ワーク上に加工パターンを形成している。このため、ワーク上の正しい位置に、正しい向きで加工パターンを形成しようとすれば、加工時におけるワークの位置及び向きを予め定められた位置及び向きと一致させておくことが必要になる。このため、ユーザは、加工対象となるワークごとに、その位置及び向きを調整しなければならなかった。
【０００３】
特に、加工パターンの位置及び向きに高い精度が要求される場合、ワークの位置及び向きにも、上記加工精度と同じ精度が求められる。例えば、数ｍｍ角の半導体チップのような小さなワークに対し、レーザー加工を行おうとする場合、ワークの位置及び向きも高い精度で制御する必要があった。
【０００４】
そこで、カメラを用いてワークを撮影し、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークに位置及び向きの誤差（以下、ワーク誤差と呼ぶ。）を計測し、当該ワーク誤差に応じて加工設定データを補正することができれば、利便性を向上させることができ、また、加工精度を向上させることができると考えられる。
【０００５】
図２４は、カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の一例を示した図である。このレーザー加工システムでは、レーザーマーカ２０の近傍にカメラ５６が配置され、その撮影画像に基づいてレーザーマーカ２０を制御しているが、レーザーマーカ２０の光軸は、カメラ５６の光軸と一致していない。このため、ワークＷの有無や大まかな位置及び向きを判別することはできるが、レーザーマーカ２０から見たワークＷの正確な位置及び向きを判別することは困難である。
【０００６】
また、図２５は、カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の他の例を示した図である（例えば、特許文献１）。このレーザー加工システムでは、レーザーマーカ２０内のスキャナ４７よりも上流側において、カメラ５６の受光軸をレーザー光Ｌの出射軸から分岐させている。このため、カメラ５６の受光軸も、レーザー光Ｌと同様にしてスキャナ４７によって走査される。つまり、カメラ５６の撮影画像は、座標系の歪んだ画像であるが、受光軸上の位置だけは、レーザー光Ｌの照射位置と正確に一致している。このため、撮影画像に基づいて、ワークＷの位置および向きを正確に判別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−７８２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のレーザー加工システムを用いて、ワークＷの正確な位置及び向きを判別するためには、受光軸をワークＷの２以上の特徴点に順に一致させる必要がある。つまり、撮影画像が受光軸を示すシンボルとともにディスプレイ表示され、ユーザは、この撮影画像を見ながら、受光軸をワークＷの特徴点に一致させるように、スキャナ４７を制御しなければならず、このような操作を検査対象となるワークＷごとに行わなければならない。従って、高精度のレーザー加工を実現することは可能であるが、操作が煩雑であり、自動化することができないという問題があった。
【０００９】
さらに、従来のレーザーマーカでは、カメラを交換することができないことから、撮影画像に求められる画質に応じて、最適なカメラを用いることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ワークに対する加工パターンの位置又は向きを高い精度で制御することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。特に、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。
【００１１】
また、上記レーザー加工システムを自動化することを目的とする。特に、自動搬送されたワークのワーク誤差を考慮して、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。
【００１２】
また、このようなレーザー加工システムに用いることができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。特に、カメラを交換可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の本発明によるレーザー加工システムは、レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラとを備えたレーザー加工装置と、上記カメラにより撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を行う画像処理装置と、上記レーザー加工装置及び上記画像処理装置に接続され、上記レーザー加工装置に対して上記レーザー光によるワークの加工開始を指示する制御装置とを備えている。
【００１４】
上記制御装置は、上記レーザー加工装置に対し、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報を含む撮影スキャン要求を出力する撮影スキャン要求出力手段と、上記レーザー加工装置から、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答が入力される撮影スキャン応答入力手段と、上記画像処理装置に対し、上記撮影スキャン応答に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像の取得を要求する撮影画像取得要求を出力する撮影画像取得要求出力手段とを備えている。
【００１５】
上記画像処理装置は、上記制御装置からの上記撮影画像取得要求に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像を取得する撮影画像取得手段と、上記撮影画像取得手段により取得された撮影画像に基づいて、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めるワーク誤差検出手段とを備えている。
【００１６】
上記レーザー加工装置は、上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備えている。
【００１７】
そして、上記レーザー加工装置が上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させるように構成される。
【００１８】
この様な構成により、カメラの受光軸をレーザー光の出射軸と略一致させ、スキャナによって走査されるレーザー光の照射位置をカメラで撮影することができる。このため、レーザー光の照射位置と正確に一致させた撮影画像を得ることができる。また、テレセントリックレンズを用いることにより、ほとんど歪みのない撮影画像を得ることができるため、撮影画像内の撮影軸上以外の点についても、正確な位置を判別することができる。
【００１９】
また、レーザー光の非出力時に、撮影位置データに基づいて受光軸を走査させ、ワークを撮影することにより、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めることができる。このようにして求められたワーク誤差に基づいて加工設定データを補正すれば、ワークの位置にかかわらず、ワーク上の所望の加工位置にレーザー光を照射することができる。
【００２０】
さらに、レーザー加工装置は、撮影スキャン要求が入力されると、当該撮影スキャン要求に基づくスキャナ走査の完了後に撮影スキャン応答を出力する。このため、制御装置がレーザー加工装置への撮影スキャン要求と、画像処理装置への撮影画像取得要求とを順に出力し、ワークの撮影画像を取得しようとする場合に、撮影スキャン要求の出力後に、スキャナ動作の最大時間を待つことなく、迅速に撮影画像取得要求を出力することができる。従って、撮影画像を取得するのに要する時間を短縮することができる。
【００２１】
第２の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記制御装置が、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなる撮影位置データを保持する撮影位置データ記憶手段を備え、上記撮影スキャン要求出力手段が、上記レーザー加工装置に対し、上記撮影位置データを含む上記撮影スキャン要求を出力するように構成される。この様な構成により、レーザー加工装置のカメラにより撮影される撮影領域を制御装置から指定することができる。
【００２２】
第３の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記制御装置が、上記画像処理装置から上記ワーク誤差が入力され、上記レーザー加工装置に対し、上記ワーク誤差に基づいて上記加工設定データの補正要求を出力する補正要求出力手段を備えて構成される。
【００２３】
第４の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記画像処理装置が、上記レーザー加工装置に内蔵されている。
【００２４】
第５の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、ワーク誤差検出手段が、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めるように構成される。
【００２５】
この様な構成により、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めることができる。このようにして求められたワーク誤差に基づいて加工設定データを補正すれば、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所望の加工位置にレーザー光を照射することができる。
【００２６】
第６の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記ワークについてパターンマッチング用のマッチングデータを記憶するマッチングデータ記憶部を備え、ワーク誤差検出手段が、上記マッチングデータを用いたパターンマッチングを行うことにより、撮影画像中における上記ワークの位置及び向きを判別するように構成される。
【００２７】
第７の本発明によるレーザー加工装置は、制御装置をレーザー加工装置及び画像処理装置に接続したレーザー加工システムにおけるレーザー加工装置であって、レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラと、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報含む撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、上記制御装置に対し、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了した状態にて、上記カメラにより撮影される撮影画像が上記画像処理装置へ出力され、上記画像処理装置により求められたワーク誤差であって、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差を示すワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナが、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させるように構成される。
【００２８】
この様な構成により、撮影スキャン要求を入力すれば、当該撮影スキャン要求に基づく走査の完了後に撮影スキャン応答が出力される。このため、撮影スキャン要求を入力した後に撮影画像の取得を開始する場合に、撮影スキャン要求を入力してからスキャナ走査が完了するまでの最大時間が経過するのを待つことなく、迅速にワークの撮影画像を取得することができる。従って、撮影画像を取得するのに要する時間を短縮することができる。
【００２９】
第８の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記スキャナ及び上記レーザー生成器間に配置され、上記加工面からの入射光を上記レーザー光の光軸から分岐させるビームスプリッタと、上記ビームスプリッタによる分岐路上に設けられ、上記カメラが着脱可能に取り付けられるカメラ取付部とを備えて構成される。この様な構成により、必要に応じてカメラを交換することができる。例えば、要求される撮影画質に応じて、適切なカメラに交換することができる。
【００３０】
第９の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記カメラ取付部が、上記カメラの受光面に関する２次元方向のオフセット及び回転角を調整可能な調整手段を備えて構成される。この様な構成により、カメラの受光軸をレーザー光の出射軸と略一致させ、スキャナによって走査されるレーザー光の照射位置をカメラで撮影することができる。
【００３１】
第１０の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、金属製の筐体を備え、上記カメラ取付部は、上記ワーク撮影用カメラを螺合させるねじ込みマウントを有し、上記ねじ込みマウントは、上記筐体から絶縁されている。この様な構成により、カメラを構成する電子回路が、ねじ込みマウントとの係合部に接地されている場合であっても、当該電子回路が、筐体と導通し、ノイズによって破壊されるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ワークに対する加工パターンの位置又は向きを高い精度で制御することができるレーザー加工システムを提供することができる。特に、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することができる。
【００３３】
また、上記レーザー加工システムを自動化することができる。特に、自動搬送されたワークのワーク誤差を考慮して、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することができる。
【００３４】
また、このようなレーザー加工システムに用いることができるレーザー加工装置を提供することができる。特に、カメラを交換可能なレーザー加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置を含むレーザーマーキングシステム１の概略構成の一例を示したシステム図である。
【図２】図１のレーザーマーカ２０の詳細構成を示したブロック図である。
【図３】図２のテレセントリックレンズ４８の作用の一例を示した説明図である。
【図４】図２の光学ユニット４１〜４８，５１〜５６の空間的配置を示した図である。
【図５】図１のマーカヘッド２１の内部構造を示した斜視図である。
【図６】図４の照明モジュール５３０の一構成例を示した平面図である。
【図７】図６の照明モジュール５３０をＡ−Ａ切断線によって切断した場合の断面図である。
【図８】図５のカメラモジュール５６０の一構成例を示した外観図である。
【図９】図８のカメラ５６及びカメラ取付部５７２の詳細構成を示した図である。
【図１０】図９のカメラ５６及びカメラ取付部５７２をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の断面図である。
【図１１】加工設定データによって規定されるシンボルＳＢＬの一例を示した図である。
【図１２】図１１の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。
【図１３】撮影画像からワークＷを抽出するための画像処理に必要なデータの一例を示した図である。
【図１４】ワーク誤差Ｄerrの算出処理の一例を示した図である。
【図１５】加工設定データの補正処理の一例を示した説明図である。
【図１６】補正後の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。
【図１７】図１のレーザーマーキングシステム１の要部について詳細構成を示したブロック図である。
【図１８】図１の画像処理装置１１及び制御装置１２の要部について詳細構成を示したブロック図である。
【図１９】図１のレーザーマーキングシステム１による誤差補償レーザー加工の動作の一例を示したシーケンス図である。
【図２０】誤差補償レーザー加工における主な信号の変化の一例を示したタイミングチャートである。
【図２１】本発明の実施の形態２による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図である。
【図２２】本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の他の例についての説明図である。
【図２４】カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の一例を示した図である。
【図２５】カメラを備えた従来のレーザー加工装置の概略構成の他の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
実施の形態１．
＜レーザーマーキングシステム１＞
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置を含むレーザーマーキングシステム１の概略構成の一例を示したシステム図であり、レーザー加工装置の一例としてレーザーマーカ２０が示されている。
【００３７】
このレーザーマーキングシステム１は、レーザー光Ｌを照射してワークＷを加工するレーザーマーカ２０と、ワークＷを検出するワークセンサＳと、レーザーマーカ２０の加工条件を編集するための端末装置１０と、レーザーマーカ２０が出力する撮影画像の画像処理を行う画像処理装置１１、レーザーマーカ２０及び画像処理装置１１を制御する制御装置１２とにより構成される。また、レーザーマーカ２０は、レーザー光Ｌの生成及び走査を行うマーカヘッド２１と、マーカヘッド２１の動作制御を行うマーカコントローラ２２とからなる。
【００３８】
端末装置１０は、レーザーマーカ２０を制御するための端末装置であり、例えば、レーザーマーカ用のアプリケーションプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータが用いられる。ユーザは、端末装置１０を用いることにより、レーザーマーカ２０の加工条件を規定する加工設定データを作成及び編集し、レーザーマーカ２０に送信することができる。この加工設定データは、ワークＷが、マーカヘッド２１に対し、予め定められた位置及び向きとなるように設置されていることを前提として作成される。本明細書では、このような位置及び向きを「基準位置」及び「基準向き」と呼ぶことにする。
【００３９】
画像処理装置１１は、ワークＷの撮影画像について画像処理を行う装置であり、専用の画像処理装置であってもよいし、画像処理用のアプリケーションプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータであってもよい。この画像処理装置１１では、パターンマッチングなどの画像処理を行うことにより撮影画像からワークＷの画像を抽出することにより、ワークＷの位置及び向きを特定し、基準位置及び基準向きに対する誤差としてワーク誤差を求める。
【００４０】
制御装置１２は、レーザーマーカ２０及び画像処理装置１１を自動制御する制御装置であり、例えば、ＰＬＣ（プログラムブルロジックコントローラ）が用いられる。制御装置１２は、ワークセンサＳの検出信号に基づいて、レーザーマーカ２０及び画像処理装置１１を制御し、ワーク誤差を考慮したレーザー加工を実現する。ここでは、レーザーマーカ２０の加工エリアにワークＷが設置されると、レーザーマーカ２０が当該ワークＷを撮影し、画像処理装置１１が撮影画像からワーク誤差を求め、レーザーマーカ２０がワーク誤差に応じた加工を行う。このような一連の処理が、制御装置１２によって自動制御される。
【００４１】
ワークセンサＳは、レーザーマーカ２０の加工エリア内にワークＷが設置されたことを示すワーク検出信号を制御装置１２へ出力するワーク検出手段である。ここでは、加工エリアを監視する光センサを用いる例について説明するが、ワークＷの自動搬送装置からの出力信号であってもよい。
【００４２】
マーカコントローラ２２は、端末装置１０から受信した加工設定データに基づいて、マーカヘッド２１の動作制御を行っている。この加工設定データは、制御装置１２からの補正要求に基づいて補正され、ワーク誤差が反映される。つまり、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差が補償されたレーザー加工を行うことができる。
【００４３】
マーカヘッド２１は、光ファイバー２３を介して、マーカコントローラ２２から伝送された励起光を利用してレーザー光Ｌを生成し、ワークＷへ照射する。このとき、マーカコントローラ２２からの制御信号に基づいてレーザー光Ｌの出射軸を走査することにより、ワークＷ上に文字、記号、図形などのシンボルを印字することができる。また、マーカヘッド２１内には、図示しない照明光源及びカメラが内蔵され、当該カメラにより撮影されたワークＷの撮影画像は、画像処理装置１１へ出力される。
【００４４】
＜レーザーマーカ２０＞
図２は、図１のレーザーマーカ２０の詳細構成を示したブロック図であり、マーカヘッド２１及びマーカコントローラ２２の内部構成の一例が示されている。
【００４５】
このレーザーマーカ２０は、テレセントリックレンズ４８を介してレーザー光Ｌを照射することにより、高精度のレーザー加工を行うことができる。また、ワークＷを撮影するための照明光源５３及びカメラ５６を備え、照明光源５３の光軸及びカメラ５６の撮影軸が、レーザー光Ｌの出射軸と同軸になるように配置されている。このため、テレセントリックレンズ４８を介して、歪みのない撮影画像を得ることができる。
【００４６】
また、照明光源５３は、レーザー光Ｌと略同一の波長を含む照明光を生成し、カメラ５６は、レーザー光と略同一の波長からなる戻り光を撮影している。このため、レーザー光Ｌと略同一の波長の光を用いてワークＷを撮影することができるので、鮮明な撮影画像が得られる。さらに、カメラ５６の撮影軸上にカメラ用シャッター５５を備えることにより、ワークＷで反射したレーザー光Ｌが、戻り光としてカメラ５６に入射し、カメラ５６が破損するのを防止している。
【００４７】
＜マーカコントローラ２２＞
マーカコントローラ２２は、電源３０、励起光生成部３１及び制御部３２からなる。電源３０は、商用電源を利用して、マーカヘッド２１、励起光生成部３１及び制御部３２へ電力を供給する。励起光生成部３１は、レーザー発振のための励起光を生成する。この励起光は、光ファイバー２３を介してマーカヘッド２１に伝送される。制御部３２は、端末装置１０から転送された加工設定データに基づいて励起光生成部３１及びマーカヘッド２１を制御し、レーザー光Ｌの出力制御及び走査制御を行う。
【００４８】
＜マーカヘッド２１＞
マーカヘッド２１は、レーザー発振器４１、ビームサンプラー４２、発振器用シャッター４３、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６、ＸＹスキャナ４７、テレセントリックレンズ４８、パワーモニタ５１、ガイド光源５２、照明光源５３、ハーフミラー５４、カメラ用シャッター５５及びカメラ５６により構成される。
【００４９】
レーザー発振器４１は、励起光を吸収してレーザービームからなるレーザー光Ｌを生成するレーザー生成器であり、レーザー媒質、共振器、Ｑスイッチなどによって構成される。ここでは、レーザー発振器４１が、パルス発振する固体レーザー発振器、例えば、ＳＨＧ型レーザー発振器であるものとする。ＳＨＧ型レーザー発振器は、レーザー媒質として、ネオジウムイオンがドープされたＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）結晶を用い、第２高調波を利用して波長５３２ｎｍの緑色光を出力する。上記レーザー媒質を励起するための励起光には、波長８０８ｎｍのレーザー光が用いられる。レーザー発振器４１によって生成されたレーザー光Ｌは、ビームサンプラー４２、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６、ＸＹスキャナ４７及びテレセントリックレンズ４８を順に経由してワークＷに照射される。
【００５０】
ビームサンプラー４２は、レーザー発振器４１から出力されるレーザー光Ｌのうち、一定割合をサンプリングビームとして分岐させる光学スプリッタである。例えば、透明基板の表面反射などを利用することにより、入射したレーザー光Ｌの全光量の約３％が分光され、サンプリングビームとしてパワーモニタ５１へ入射される。パワーモニタ５１は、レーザー発振器４１の出力パワーを検出するための光強度検出手段であり、フォトダイオードなどの受光素子からなり、その検出結果はレーザー発振器４１の出力制御に用いられる。
【００５１】
発振器用シャッター４３は、レーザー光Ｌの出射経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Ｌの漏出を防止する漏出防止用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ４６よりも上流側に配置される。ここでは、ビームサンプラー４２及びミキシングミラー４４間に発振器用シャッター４３が設けられ、ワークＷを加工するための加工モード時には、レーザー光Ｌの出射経路を開放し、ワークＷを撮影するための撮影モード時には、レーザー光Ｌの出射経路を遮断する。
【００５２】
ミキシングミラー４４は、ガイド光の出射軸をレーザー光Ｌの出射軸と略一致させる光混合用光学スプリッタであり、レーザー発振器４１からのレーザー光Ｌを透過させ、ガイド光源５２からのガイド光を反射させることにより、ともにＺスキャナ４５へ送り出している。ガイド光源５２は、加工位置をワークＷ上に表示するガイド光を生成する光源装置であり、ＬＤ（レーザーダイオード）などの発光素子からなる。ガイド光の点灯制御と、ガイド光の出射軸の高速スキャンとによって、印字しようとするシンボルパターンを照射スポットの残像として視認させることができる。
【００５３】
Ｚスキャナ４５は、レーザー光Ｌのビーム径を調整するビーム径制御手段であり、レーザー光Ｌの光軸上に配置された２枚のレンズからなり、これらのレンズの相対距離を変化させることにより、レーザー光Ｌのビーム径２ｍｍφを最大８ｍｍφまで拡大させることができる。レーザー光のスポット径を拡大させることにより、スポット内におけるエネルギー密度を低下させるデフォーカス制御を行うことができる。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ４６は、レーザー光Ｌの出射経路上であって、ＸＹスキャナ４７よりも上流側に配置され、Ｚスキャナ４５からのレーザー光Ｌを透過させる一方、カメラ５６の受光軸をレーザー光Ｌの出射軸と略一致させるカメラ用光学スプリッタである。ワークＷによる反射光のうち、テレセントリックレンズ４８に入射してレーザー光Ｌの出射経路を遡る戻り光は、偏光ビームスプリッタ４６で反射されることにより、レーザー光Ｌの出射軸から分離され、カメラ５６に入射する。また、偏光ビームスプリッタ４６は、ハーフミラー５４を介して入射される照明光をＸＹスキャナ４７に向けて反射し、照明光の出射軸をレーザー光Ｌの出射軸と一致させている。例えば、レーザー発振器４１がＰ偏光のレーザー光Ｌを生成している場合、Ｐ偏光成分を選択的に透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる偏光ビームスプリッタ４６を用いることにより、レーザー光Ｌを通過させる一方、Ｓ偏光成分を含む戻り光及び照射光をそれぞれ反射させることができる。
【００５５】
ＸＹスキャナ４７は、レーザー光Ｌの出射軸を走査し、ワークＷ上の照射位置をＸ方向及びＹ方向に２次元走査させるための走査光学系であり、レーザー光Ｌを反射させるＸ方向走査用ミラー及びＹ方向走査用ミラーと、これらの走査用ミラーを回転させる駆動部からなる。走査用ミラーは、ガルバノミラーと呼ばれ、レーザー光Ｌの出射経路上に配置される。このＸＹスキャナ４７は、マーカコントローラ２２からの走査制御信号に基づいて、上記走査用ミラーを回転させる。
【００５６】
テレセントリックレンズ４８は、レーザー光ＬをワークＷに向けて出射させる出射光学系であり、レーザー光Ｌの出射経路においてＸＹスキャナ４７よりも下流側、つまり、ワークＷ側に配置される。このテレセントリックレンズ４８は、複数の光学レンズやカバーガラスによって構成され、ワークＷ側の画角が略０°となるオブジェクト側テレセントリック光学系であり、レーザー光Ｌの入射角度に関わらず、レーザー光の主光線がレンズ光軸と略平行となるように、ワークＷに向けてレーザー光Ｌを出射させる。
【００５７】
照明光源５３は、ワークＷを照明するための照明光を生成する光源装置であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子からなる。この照明光源５３は、少なくともレーザー光Ｌと略同一の波長を含む照明光を生成し、ハーフミラー５４へ出射する。
【００５８】
ハーフミラー５４は、カメラ５６の受光経路上に配置され、偏光ビームスプリッタ４６からの戻り光を透過させる一方、照明光の出射軸をカメラ５６の受光軸と略一致させる照明用光学スプリッタである。すなわち、偏光ビームスプリッタ４６からの戻り光はカメラ５６に向けて透過させる一方、照明光源５３からの照明光は偏光ビームスプリッタ４６に向けて反射する。
【００５９】
カメラ用シャッター５５は、カメラ５６の受光経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Ｌの照射時に戻り光がカメラ５６に入射するのを防止するためのカメラ保護用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ４６よりも上流側に配置される。ここでは、ハーフミラー５４及びカメラ５６間にカメラ用シャッター５５が設けられ、撮影モード時には、カメラ５６の受光経路を開放し、加工モード時には、カメラ５６の受光経路を遮断する。
【００６０】
ここでは、レーザーマーカ２０の動作モードとして、加工モード及び撮影モードを切り替えることにより、発振器用シャッター４３及びカメラ用シャッター５５がともに開放された状態が生じないように、これらのシャッタ４３，５５を排他的に開放し、レーザー光Ｌの戻り光によってカメラ５６が損傷を受けるのを防止している。
【００６１】
カメラ５６は、ワークＷを撮影し、撮影画像を生成するための撮像ユニットであり、マーカコントローラ２２からの撮像制御信号に基づいて撮影を行い、得られた撮影画像を画像処理装置１１へ出力する。ここでは、カメラ５６が、レーザー光と略同一の波長を受光し、撮影画像を生成しているものとする。
【００６２】
＜テレセントリックレンズ４８＞
図３は、図２のテレセントリックレンズ４８の作用の一例を示した説明図である。図中の（ａ）には、加工エリアの中央にレーザー光Ｌを照射する場合、（ｂ）には、加工エリアの左端付近にレーザー光Ｌを照射する場合、（ｃ）には、加工エリアの右端付近にレーザー光Ｌを照射する場合がそれぞれ示されている。
【００６３】
このテレセントリックレンズ４８は、レーザー光Ｌの入射角度にかかわらず、その主光線がテレセントリックレンズ４８の光軸と略平行となるようにレーザー光Ｌを出射させる。このため、ＸＹスキャナ４７の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ４８への入射角が大きくなった場合であっても、ワークＷ上に形成されるレーザー光Ｌのスポット径は変化せず、高精度のレーザー加工を行うことができる。
【００６４】
この様なレーザーマーカ２０において、レーザー光Ｌの出射軸と略一致させた受光軸を有するカメラ５６を用いてワークＷを撮影すれば、歪みのない撮影画像を得ることができる。すなわち、ＸＹスキャナ４７の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ４８への入射角が大きくなった場合であっても、撮影画像が歪むことはない。さらに、ＸＹスキャナ４７の走査角にかかわらず、撮影画像内において周辺の画像が歪むこともなくなる。従って、カメラ５６の撮影画像からワークＷの画像を抽出する画像処理を行うことによって、ワークＷの位置及び向きを高い精度で抽出することができる。
【００６５】
＜光学ユニットの空間的配置＞
図４は、図２の光学ユニット４１〜４８，５１〜５６の空間的配置を示した図である。レーザー発振器４１、ビームサンプラー４２、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６及びＸＹスキャナ４７は、水平方向に整列配置され、レーザー光Ｌは、レーザー発振器４１からＸＹスキャナ４７まで直線経路を通り、ＸＹスキャナ４７によって下方へ曲げられ、テレセントリックレンズ４８に入射する。このような構成を採用することにより、上記光学ユニット４１〜４７のばらつきによる誤差を抑制し、レーザー加工の精度を向上させることができる。
【００６６】
レーザー発振器４１は、Ｔ字型の形状からなり、右下の入力端子４１Ｔから励起光が入力され、左上の出力筒４１Ｂの先端に形成された出力窓４１Ｗからレーザー光Ｌが出力される。
【００６７】
ビームサンプラー４２及びミキシングミラー４４は、レーザー光Ｌの出射軸に対し、４５°傾斜させて配置されている。
【００６８】
発振器用シャッター４３は、遮光板４３ａ、回転駆動部４３ｂ、位置検出部４３ｃ及び反射光吸収装置４３ｄにより構成される。遮光板４３ａは、レーザー光Ｌの光路を遮断する遮光手段であり、例えば金属板からなる。回転駆動部４３ｂは、遮光板４３ａを回転させる駆動手段であり、例えば、ロータリーソレノイドが用いられる。この回転駆動部４３ｂが、遮光板４３ａを回転させることにより、レーザー光Ｌの光路を開閉可能に遮断することができる。位置検出部４３ｃは、遮光板４３ａの回転位置を検出する検出手段であり、例えば、フォトカプラが用いられる。反射光吸収装置４３ｄは、遮光板４３ａにより反射されたレーザー光Ｌを吸収し、レーザー光Ｌが散乱するのを防止している。
【００６９】
偏光ビームスプリッタ４６は、レーザー光Ｌの出射軸に対して約５６．６°傾斜させて配置され、レーザー光Ｌの入射角をブリュースター角と略一致させている。このため、レーザー光Ｌを概ね１００％透過させることができる。戻り光は、偏光ビームスプリッタ４６で反射され、水平方向のレーザー光Ｌの出射軸に対し、約６６．８°の角度をもって上に向かう。
【００７０】
照明モジュール５３０は、紙面手前側に照明光源５３が配置され、紙面奥側にハーフミラー５４が配置されたモジュールであり、手前から奥に向けて照射された照明光は、ハーフミラー５４で反射され、左下方向の偏光ビームスプリッタ４６に入射する。また、偏光ビームスプリッタ４６から入射する戻り光は、ハーフミラー５４を透過して、右上方向のカメラモジュール５６０へ入射される。
【００７１】
カメラモジュール５６０は、カメラ５６及びレンズ鏡筒５７により構成されるモジュールであり、カメラ５６は、レンズ鏡筒５７の一端に対し、交換可能に取り付けられている。
【００７２】
＜マーカヘッド２１の内部構造＞
図５は、図１のマーカヘッド２１の内部構造を示した斜視図である。マーカヘッド２１は、図２に示した光学ユニット４１〜４８，５１〜５６のうち、テレセントリックレンズ４８及びカメラ５６を除く各光学ユニットが、筐体フレーム６０内に収容されている。
【００７３】
筐体フレーム６０は、アルミニウムなどの金属からなる一体成型されたダイキャストフレームであり、ともに一体成形された仕切り板６１によって２つの収容部６２，６３に分割されている。筐体フレーム６０を一体成形し、各光学ユニット４１〜４８，５１〜５６を筐体フレーム６０に固定することにより、これらの光学ユニットの配置精度を向上させ、レーザー加工の精度を向上させることができる。
【００７４】
右側の収容部６２は、レーザー発振器４１が収容されるとともに、光ファイバー２３の接続部２３Ｃが外壁に取り付けられ、光ファイバー２３が壁面を貫通している。励起光は、光ファイバー２３を介して、レーザー発振器４１の右下部へ入射され、レーザー発振器４１の左上部の出力窓４１Ｗからレーザー光Ｌが出射される。この出力窓４１Ｗは、仕切り板６１を貫通するレーザー発振器４１の出力筒４１Ｂの先端、つまり、左側の収容部６３内に配置されている。
【００７５】
左の収容部６３には、レーザー発振器４１、テレセントリックレンズ４８及びカメラ５６を除く、各光学ユニットが収容されている。この収容部６３は、防塵構造を有し、粉塵の影響によるレーザー加工の精度低下を防止している。
【００７６】
筐体フレーム６０には、マーカヘッド２１を支持するための３本の高さ調整脚６５が取り付けられている。各高さ調整脚６５は、円柱状の支持部材であり、個別に長さを調整することができる。各高さ調整脚６５は、共通のアタッチメントプレート６６に取り付けられ、マーカヘッド２１は、アタッチメントプレート６６を介して作業台などの上に設置される。
【００７７】
＜照明モジュール５３０＞
図６は、図４の照明モジュール５３０の一構成例を示した平面図である。また、図７は、図６の照明モジュール５３０をＡ−Ａ切断線によって切断した場合の断面図である。この照明モジュール５３０は、照明光源５３、ヒートシンク５３１、アパーチャ５３２、集光レンズ５３３及びハーフミラー５４により構成され、取付面５３４が、筐体フレーム６０に固着される。
【００７８】
ヒートシンク５３１は、多数の放熱フィンを備えた放熱板であり、照明光源５３の背面に取り付けられている。アパーチャ５３２は、出射軸近傍の照明光のみを透過させる光学絞りであり、照明光の出射軸上に小さな透過窓を形成した遮光板からなる。アパーチャ５３２を透過した照明光は、集光レンズ５３３を通って、ハーフミラー５４に入射される。ハーフミラー５４は、カメラ５６の受光軸に対し、４５°傾斜させて配置されている。
【００７９】
このようなアパーチャ５３２を照明光源５３の前方に配置すれば、撮影に不要な光を遮断し、照射光の光量を抑制することができる。このため、撮影画像にレンズフレアが生じるのを抑制することができる。特に、ＸＹスキャナ４７が浅い走査角度の場合に、照明光がテレセントリックレンズ４８で反射され、撮影画像にレンズフレアが生じるのを抑制することができる。
【００８０】
＜カメラモジュール５６０＞
図８は、図５のカメラモジュール５６０の一構成例を示した外観図である。このカメラモジュール５６０は、カメラ５６及びレンズ鏡筒５７からなる。
【００８１】
カメラ５６は、撮像素子５６ａ、回路基板５６ｂ及びマウント部５６ｃからなる撮影ユニットである。撮像素子５６ａは、多数の受光素子がマトリックス状に配置され、ワークＷの撮影画像を出力する撮像手段であり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）を用いることができる。回路基板５６ｂは、撮像素子５６ａ及びその制御回路が配置されたプリント基板である。マウント部５６ｃは、カメラ５６をレンズ鏡筒５７と係合させる係合手段であり、回路基板５６ｂに固着されている。ここでは、マウント部５６ｃが、内面にネジ溝が形成された円筒体からなり、汎用のねじ込みマウント（スクリューマウント）、例えばＣマウントを構成しているものとする。
【００８２】
レンズ鏡筒５７は、鏡筒フレーム５７１及びカメラ取付部５７２からなる。鏡筒フレーム５７１は、一端をハーフミラー５４に対向させ、他端にカメラ取付部５７２が設けられた略筒状の筐体であり、筐体フレーム６０に固着されている。レンズ鏡筒５７内に収容されている結像レンズ５７ｒは、戻り光を撮像素子５６ａに結像させるための光学系であり、波長選択フィルタ５７ｆを備えている。
【００８３】
波長選択フィルタ５７ｆは、少なくともレーザー光Ｌと略同一の波長を選択的に透過させるフィルタである。波長選択フィルタ５７ｆを用いて、レーザー光Ｌと略同一の波長からなる戻り光をカメラ５６に入射するとともに、撮影に必要のない波長成分を除去することにより、鮮明な撮影画像を得ることができる。
【００８４】
図９は、図８のカメラ５６及びカメラ取付部５７２の詳細構成を示した図であり、図中の（ａ）は、受光軸上（カメラ５６側）から見た図であり、（ｂ）は受光軸と直交する方向から見た図である。また、図１０は、図９のカメラ５６及びカメラ取付部５７２をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の断面図である。
【００８５】
カメラ取付部５７２は、可動マウント部５７３及びマウント支持部５７４からなる。可動マウント部５７３は、カメラ５６と係合させる係合手段であり、マウント支持部５７４によって支持されている。
【００８６】
可動マウント部５７３は、中心軸を一致させて配置された円筒体５７ａ，５７ｃと、これらの円筒体５７ａ，５７ｃで挟まれた円盤状のフランジ５７ｂとからなり、カメラ５６の受光軸を含む貫通孔が形成されている。この可動マウント部５７３は、下側の円筒体５７ｃをマウント支持部５７４の上端から挿入し、フランジ５７ｂをマウント支持部５７４の上端面に当接させた状態で、マウント支持部５７４に取り付けられている。フランジ５７ｂから上向きに突き出た円筒体５７ａは、その外周面にネジ溝が形成され、カメラ５６と係合するねじ込みマウント（スクリューマウント）、例えばＣマウントを構成している。つまり、カメラ５６は、マウント部５６ｃを可動マウント部５７３と螺合することにより、カメラ取付部５７２に着脱可能に取り付けられている。
【００８７】
可動マウント部５７３は、６つの調整ネジＡＪ１，ＡＪ２を有している。４つの調整ネジＡＪ１は、撮像素子５６ａ上における受光軸の位置を調整する調整手段である。また、２つの調整ネジＡＪ２は、受光軸を中心として撮像素子５６ａの向きを調整する調整手段である。
【００８８】
４つの調整ネジＡＪ１は、それぞれが光軸と直交し、隣接する調整ネジＡＪ１が直角をなすように配置されている。また、マウント支持部５７４を外側から貫通し、円筒体５７ｃと螺合している。このため、これらの調整ネジＡＪ１を回すことにより、可動マウント部５７３を２次元移動させ、撮像素子５６ａ上における受光軸の位置をＸＹ方向（図９）に移動させることができる。
【００８９】
また、２つの調整ネジＡＪ２は、いずれも光軸と平行になるように配置され、可動マウント部５７３の外周に沿って延びる円弧状の長孔を外側から貫通し、円筒体５７ｃの上端面へ螺入させている。このため、これらの調整ネジＡＪ２を緩めて、可動マウント部５７３を回転させることにより、光軸を中心として撮像素子５６ａの向きを調整することができる。
【００９０】
このような調整ネジＡＪ１，ＡＪ２を備えることにより、受光軸を撮像素子５６ａの中央に正確に一致させることができる。また、ワークＷが設置される加工エリア内におけるＸ方向及びＹ方向を撮像素子５６ａのＸ方向及びＹ方向と正確に一致させることができる。従って、ねじ込みマウントを介して、ユーザが所望のカメラ５６をレンズ鏡筒５７に着脱可能に取り付けた場合であっても、ワークＷの位置及び向きが正確な撮影画像を得ることができる。
【００９１】
さらに、可動マウント部５７３は、マーカヘッド６０の筐体フレーム６０から絶縁されている。このため、カメラ５６のマウント部５６ｃと、レンズ鏡筒５７の可動マウント部５７３とを介して、カメラ５６が筐体フレーム６０と導通し、ノイズによってカメラ５６が破壊されるのを防止している。一般に、カメラ５６は、回路基板５６ｂ上の電子回路がマウント部５６ｃを介して接地されるように構成されている。このため、可動マウント部５７３を筐体フレーム６０から絶縁しておくことにより、レンズ鏡筒５７を介してノイズが伝わることにより、カメラ５６が破壊されるのを防止している。なお、カメラ５６と接触する円筒体５７ａを筐体フレーム６０から絶縁しておけば、可動マウント部５７３全体を絶縁していなくてもよい。
【００９２】
＜誤差補償レーザー加工＞
図１１〜図１６は、本発明の実施の形態１による誤差補償レーザー加工についての説明図である。レーザーマーキングシステム１では、ワーク誤差に応じて、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償している。このため、ワークＷの位置及び向きにかかわらず、当該ワークＷに対し、所望のレーザー加工を行うことができる。本明細書では、ワーク誤差の補償を伴うレーザー加工を「誤差補償レーザー加工」と呼ぶことにする。
【００９３】
図１１は、加工設定データによって規定されるシンボルＳＢＬの一例を示した図である。図中の加工エリア２００は、レーザー光Ｌを照射可能な領域である。また、想定ワークＷｏは、加工設定データの作成時に想定しているワークであり、レーザー加工時におけるワークＷの形状、位置及び向きは、この想定ワークＷｏの形状、位置及び向きと一致している必要がある。
【００９４】
加工設定データは、レーザー光Ｌの照射条件を規定する情報であり、レーザー光Ｌの照射を開始する開始位置、レーザー光Ｌの照射を終了する終了位置、開始位置から終了位置までの走査スピードなどが含まれている。つまり、レーザーマーカ２０が形成するシンボルＳＢＬの形状や、当該シンボルＳＢＬが形成される加工エリア２００内の位置が、加工設定データによって規定されている。
【００９５】
図１２は、図１１の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。図中の（ａ）及び（ｂ）には、位置及び向きが異なるワークＷ，Ｗ'に対し、レーザー加工を行った場合の様子が示されている。なお、図中の撮影エリア２０１は、カメラ５６による撮影領域の一例である。
【００９６】
（ａ）及び（ｂ）のシンボルＳＢＬは、いずれもレーザーマーカ２０が、同一の加工設定データに基づいて、同一のレーザー加工を行って形成したものである。このため、これらのシンボルＳＢＬは、加工エリア２００内の同じ位置に同じ向きで形成されている。しかしながら、加工エリア２００内におけるワークＷ，Ｗ'の位置及び向きが異なるため、（ａ）及び（ｂ）のシンボルＳＢＬは、ワークＷ，Ｗ'上の異なる位置に異なる向きで印字されている。
【００９７】
ここでは、（ａ）のワークＷが、正しい位置に正しい向きで配置されているため、シンボルＳＢＬが正しく印字されている。つまり、ワークＷの位置及び向きは、想定ワークＷｏの位置及び向きと一致しているため、ワークＷに対し、加工設定データの作成時に想定した通りの加工が行われている。これに対し、（ｂ）のワークＷ'は、正しい位置に正しい向きで配置されておらず、シンボルＳＢＬが正しく印字されていない。つまり、ワークＷ'の位置及び向きは、想定ワークＷｏの位置及び向きと一致せず、ワーク誤差が生じている。このようなワークＷ'に対しても、ワークＷの場合と同様の加工を行うためには、そのワーク誤差に応じて、加工設定データを補正する必要がある。このため、本実施の形態によるレーザーマーキングシステム１では、撮影エリア２０１の撮影画像からワークＷ'を抽出する画像処理を行うことにより、ワークＷ'のワーク誤差を求め、このワーク誤差に基づいて、加工設定データを補正している。つまり、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償している。
【００９８】
図１３は、撮影画像からワークＷを抽出するための画像処理に必要なデータの一例を示した図である。図中の（ａ）には、マッチング用パターンＰＴＮの一例が示されている。マッチング用パターンＰＴＮは、ワークＷの形状を示すデータであり、撮影画像からワークＷを抽出するためのパターンマッチング処理に用いられる。例えば、ワークＷを予め撮影した画像や、ＣＡＤ（Computer Aided Design）ツールにより生成されたワークＷの画像が、マッチング用パターンＰＴＮとして用いられる。
【００９９】
図中の（ｂ）には、撮影エリア２０１内の基準データが示されている。基準データは、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθからなり、撮影エリア２０１内における想定ワークＷｏの位置及び向きを示している。ここでは、想定ワークＷｏの左下の特徴点の位置を基準位置ＳＴｘｙとし、この基準位置ＳＴｘｙから左上の特徴点に向かう方向を基準向きＳＴθとしている。
【０１００】
図１４は、ワーク誤差の算出処理の一例を示した図である。ワークＷ'を含む撮影画像についてマッチング用パターンＰＴＮを用いたパターンマッチングを行えば、撮影画像からワークＷ'が抽出され、その左下の特徴点の位置Ｗ'ｘｙと、左辺の向きＷθとが求められる。このため、ワークＷ'の位置Ｗｘｙと、基準位置ＳＴｘｙを比較することにより、Ｘ方向の誤差△ｘ、Ｙ方向の誤差△ｙが求められる。また、ワークＷ'の向きＷθと、基準向きＳＴθを比較することにより、角度誤差△θが求められる。つまり、オフセット誤差△Ｘ，△Ｙ及び角度誤差△θとして、ワーク誤差が求められる。
【０１０１】
図１５は、加工設定データの補正処理の一例を示した説明図であり、図中の（ａ）には、補正前の加工設定データによって規定されたシンボルＳＢＬが示され、（ｂ）には、補正前後の加工設定データによって規定されたシンボルＳＢＬ'が示されている。図中の（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大して示した拡大図である。
【０１０２】
補正後のシンボルＳＢＬ'は、補正前のシンボルＳＢＬをワーク誤差に基づいて補正したものである。つまり、補正前のシンボルＳＢＬをＸ方向に△ｘだけオフセットさせ、Ｙ方向に△ｙだけオフセットさせ、さらに角度△θだけ回転させることにより、補正後のシンボルＳＢＬ'が得られる。
【０１０３】
図１６は、補正後の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。ワークＷ'のワーク誤差に基づいて加工設定データを補正し、補正された加工設定データを用いてレーザー加工を行うことにより、ワーク誤差を有するワークＷ'に対しても、ワーク誤差を有しないワークＷの場合と同様の加工を行うことができる。
【０１０４】
この様にして、本実施の形態によるレーザーマーキングシステム１では、ワークＷ'を含む撮影エリア２０１を撮影し、撮影エリア２０１の撮影画像からワークＷ'を抽出する画像処理を行うことにより、ワークＷ'のワーク誤差を求めている。そして、このワーク誤差に基づいて、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償したレーザー加工（誤差補償レーザー加工）を行うことができる。
【０１０５】
＜機能ブロック図＞
図１７は、図１のレーザーマーキングシステム１の要部について詳細構成を示したブロック図である。また、図１８は、図１の画像処理装置１１及び制御装置１２の要部について詳細構成を示したブロック図である。これらの図には、誤差補償レーザー加工に関連する機能ブロックが示されている。なお、図１７のマーカコントローラ２２を構成している各ブロック２２０〜２２６は、図２の制御部３２に含まれている。
【０１０６】
＜マーカコントローラ２２＞
図１７のマーカコントローラ２２は、モード制御部２２０、加工設定データ記憶部２２１、加工設定補正部２２２、スキャナ制御部２２３、シャッター制御部２２４、出力制御部２２５及び照明制御部２２６からなる。
【０１０７】
レーザーマーカ２０は、動作モードとして、加工モード及び撮影モードを備え、これらのモードを選択的に切り替えることができる。加工モードは、レーザー加工を行うための動作モードであり、発振器用シャッター４２が開き、カメラ用シャッター５５が閉じ、照明光源５３を消灯させた動作状態である。また、レーザー発振器４１は、レーザー光Ｌを生成可能であり、ＸＹスキャナ４７は、加工設定データＤstupに基づいて制御される。一方、撮影モードは、カメラ撮影を行うための動作モードであり、発振器用シャッター４２が閉じ、カメラ用シャッター５５が開き、照明光源５３が点灯している動作状態である。また、レーザー発振器４１は、レーザー光Ｌの生成が禁止され、ＸＹスキャナ４７は、制御装置１２からのスキャン要求Ｃscnに基づいて制御される。
【０１０８】
モード制御部２２０は、制御装置１２からのモード切替要求Ｃmodに基づいて、レーザーマーカ２０の動作モードを切り替え、モード切り替えの完了後に、モード切替応答Ｒmodを制御装置１２へ出力する。このため、制御装置１２は、レーザーマーカ２０の動作モードの切り替えを指示することができるとともに、レーザーマーカ２０内においてモード切り替えが完了したタイミングを知ることができる。
【０１０９】
加工設定データ記憶部２２１は、端末装置１０から受信した加工設定データＤstupを保持している。加工設定補正部２２２は、制御装置１２からの補正要求Ｃadjに基づいて、加工設定データＤstupを補正し、ワーク誤差Ｄerrに応じた加工設定データＤstup'を生成する。加工設定データＤstupの補正が完了すれば、制御装置１２へ補正応答Ｒadjが出力されるとともに、補正された加工設定データＤstup'が、スキャナ制御部２２３及び出力制御部２２５へ出力される。このため、制御装置１２は、マーカコントローラ２２内の加工設定データＤstupの補正を指示することができるとともに、加工設定データＤstupの補正が完了したタイミングを知ることができる。
【０１１０】
スキャナ制御部２２３は、マーカヘッド２１内のスキャナ４７を制御しているが、この制御処理は、レーザーマーカ２０の動作モードによって異なる。加工モード時には、加工設定データＤstupに基づいて、スキャナ４７の走査角を制御することにより、レーザー光Ｌの照射位置を制御する。ここでは、加工設定補正部２２２により補正された加工設定データＤstup'に基づいて、スキャナ４７を制御している。一方、撮影モード時には、制御装置１２からのスキャン要求Ｃscnが入力され、このスキャン要求Ｃscnに基づいて、スキャナ４７の走査角を制御する。スキャン要求Ｃscnは、カメラ５６の撮影位置Ｄscnを指定したスキャナ４７の制御情報、つまり、カメラ５６の撮影領域を所定の領域へ移動させるためのスキャナに対する駆動要求である。スキャン要求Ｃscnに基づいてスキャナ４７を移動させ、スキャナ４７の走査角が指定された撮影位置Ｄscnに一致すれば、スキャン応答Ｒscnが、スキャナ制御部２２３から制御装置１２へ出力される。このため、制御装置１２は、撮影モード時におけるスキャナ４７の走査角を指示することができるとともに、スキャナ４７の移動が完了したタイミングを知ることができる。
【０１１１】
シャッター制御部２２４は、レーザーマーカ２０の動作モードに基づいて、発振器用シャッター４２及びカメラ用シャッター５５の開閉状態を制御している。加工モード時には、発振器用シャッター４２を開状態、カメラ用シャッター５５を閉状態にすることにより、レーザー光Ｌを照射可能にするとともに、カメラ５６の破損を防止する。一方、撮影モード時には、発振器用シャッター４２を閉状態、カメラ用シャッター５５を開状態にすることにより、レーザー光Ｌの漏出を防止するとともに、カメラ５６によるワークＷの撮影を可能にする。
【０１１２】
出力制御部２２５は、レーザーマーカ２０の動作モードに基づいて、レーザー発振器４１を制御する。加工モード時には、加工設定データＤstupに基づいてレーザー光Ｌを発生させる一方、撮影モード時には、レーザー光Ｌを発生させない。
【０１１３】
照明制御部２２６は、レーザーマーカ２０の動作モードに基づいて、照明光源５３を制御する。加工モード時には、照明光源５３を消灯させる一方、撮影モード時には、照明光源５３を点灯させてワークＷを照明する。
【０１１４】
＜画像処理装置１１＞
図１８の画像処理装置１１は、画像入力部１１０、ワーク誤差検出部１１１、マッチング用パターン記憶部１１２及び基準データ記憶部１１３からなる。画像入力部１１０は、制御装置１２からの撮影要求Ｃshtに基づいて、カメラ５６からの撮影画像ＩＭＧを取り込み、ワーク誤差検出部１１１へ出力する。ワーク誤差検出部１１１は、撮影画像ＩＭＧに基づいてワーク誤差Ｄerrを求め、制御装置１２へ出力する。マッチング用パターン記憶部１１２は、ワークＷの形状を示すマッチング用パターンＰＴＮを記憶し、基準データ記憶部１１３は、撮影画像ＩＭＧ内の基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθからなる基準データを記憶している。
【０１１５】
ワーク誤差検出部１１１は、撮影画像ＩＭＧからワークＷを抽出し、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを求めるワーク抽出部１１５と、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを基準データＤｘｙ，Ｄθと比較し、ワーク誤差Ｄerrを求めるワーク誤差算出部１１６とからなる。
【０１１６】
ワーク抽出部１１５は、撮影画像ＩＭＧ内をサーチし、マッチング用パターンＰＴＮと一致する画像領域を検出する。マッチング用パターン記憶部１１２は、ワークＷの画像をマッチング用パターンＰＴＮとして保持している。このため、マッチング用パターンＰＴＮと一致する領域を検索すれば、撮影画像ＩＭＧからワークＷを抽出することができる。この様にしてワークＷを抽出することができれば、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを求めることができる。なお、マッチング用パターンＰＴＮに代えて、ワーク検出用のエッジ情報を保持し、撮影画像ＩＭＧ内のエッジ検出を行うことによって、ワークＷを抽出するように構成することもできる。
【０１１７】
基準データ記憶部１１３は、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθを保持している。基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθは、加工設定データＤstupが前提とする想定ワークＷｏの位置及び向きを撮影画像ＩＭＧ内におけるワークの位置及び向きとして示したものであり、加工設定データＤstup及び撮影位置Ｄscnに対応づけて保持される。なお、基準向きＳＴθが一定となるようにマッチング用パターンＰＴＮを作成し、基準位置ＳＴｘｙが一定となるように撮影位置Ｄscnを決定しておけば、加工設定データＤstup及び撮影位置Ｄscnにかかわらず、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθを一定にすることもできる。
【０１１８】
ワーク誤差算出部１１６は、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθと照合することにより、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθに対する誤差としてワーク誤差Ｄerrを求めている。すなわち、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙと、基準位置ＳＴｘｙとを比較することにより、基準位置ＳＴｘｙに対するＸ方向及びＹ方向のオフセット誤差△Ｘ，△Ｙをそれぞれ求めることができる。これらのオフセット誤差△Ｘ，△Ｙは、撮影画像ＩＭＧ内のピクセル数を実際の距離に換算した値として求められる。また、抽出されたワークＷの撮影画像ＩＭＧ内における向きＷθと、基準向きＳＴθとを比較し、基準向きＳＴθに対する角度誤差△θを求める。この様にして求められたオフセット誤差△Ｘ，△Ｙ及び角度誤差△θがワーク誤差Ｄerrとして制御装置１２へ出力される。なお、ワーク誤差算出部１１６は、ワークＷの位置Ｗｘｙ又は向きＷθの少なくとも一方について誤差を求め、当該誤差をワーク誤差Ｄerrとして出力するものであってもよい。
【０１１９】
＜制御装置１２＞
図１８の制御装置１２は、主制御部１２０、撮影位置制御部１２１、撮影位置記憶部１２２及び補正制御部１２３からなる。主制御部１２０は、レーザーマーカ２０の動作モードを制御する。撮影位置制御部１２１は、カメラ撮影のためのスキャナ制御を行っている。撮影位置記憶部１２２は、撮影位置Ｄscnを保持している。補正制御部１２３は、ワークＷの位置及び向きに応じた加工設定データＤstupの補正を制御している。
【０１２０】
主制御部１２０は、レーザーマーカ２０の動作モードを制御している。主制御部１２０は、ワークセンサＳからのワーク検出信号ＤＷに基づいて、撮影モードへの移行を指示するモード切替要求Ｃmodをマーカコントローラ２２へ出力する。例えば、新たなワークＷが加工エリア２００内に設置されると、レーザーマーカ２０を撮影モードに移行させる。このモード切替要求Ｃmodの出力後、モード切り替えが完了したことを示すモード切替応答Ｒmodがマーカコントローラ２２から出力されると、撮影位置制御部１２１に対し、カメラ撮影のためのスキャナ制御を指示する。
【０１２１】
また、主制御部１２０は、マーカコントローラ２２内において加工設定データＤstupの補正が完了し、補正制御部１２３から補正完了信号が出力されると、加工モードへ移行することを指示するモード切替要求Ｃmodをマーカコントローラ２２へ出力する。レーザーマーカ２０は、このモード切替要求Ｃmodに基づいて、動作モードを加工モードに移行させる。その後に、マーカコントローラ２２からモード切替応答Ｒmodを受信すれば、レーザー加工の開始を指示する加工開始要求をマーカコントローラ２２へ出力し、レーザー加工を開始させる。
【０１２２】
撮影位置制御部１２１は、撮影モード時におけるスキャナ４７の走査角を制御している。撮影位置制御部１２１は、撮影モードへの移行後に、主制御部１２０からスキャナ制御が指示されると、スキャン要求Ｃscnをマーカコントローラ２２へ出力する。スキャン要求Ｃscnは、スキャナ４７の走査角を示す撮影位置Ｄscnを指定したスキャナの制御信号であり、撮影位置記憶部１２２内の撮影位置Ｄscnに基づいて生成される。マーカコントローラ２２は、このスキャン要求Ｃscnに基づいて、撮影位置Ｄscnに一致するようにスキャナ４７の走査角を制御する。撮影位置制御部１２１は、スキャン要求Ｃscnの出力後に、スキャナ移動の完了を示すスキャン応答Ｒscnがマーカコントローラ２２から出力されると、撮影要求Ｃshtを画像処理装置１１へ出力する。このため、スキャナ移動の完了後に、画像処理装置１１が迅速に画像処理を開始することができる。
【０１２３】
補正制御部１２３は、マーカコントローラ２２における加工設定データＤstupの補正を制御する。つまり、画像処理装置１１からのワーク誤差Ｄerrに基づいて、加工設定データＤstupに対する補正要求Ｃadjをマーカコントローラ２２へ出力する。この補正要求Ｃadjには、Ｘ方向について△Ｘのオフセット補正と、Ｙ方向について△Ｙのオフセット補正と、角度△θの回転補正とが指定されている。また、補正制御部１２３は、補正要求Ｃadjの出力後に、マーカコントローラ２２から補正応答Ｒadjが出力されると、主制御部１２０へ補正完了信号を出力する。主制御部１２０は、この補正完了信号に基づいて撮影モードを終了させる。
【０１２４】
＜誤差補償レーザー加工の動作例＞
図１９は、図１のレーザーマーキングシステム１による誤差補償レーザー加工の動作の一例を示したシーケンス図である。また、図２０は、上記誤差補償レーザー加工における主な信号の変化の一例を示したタイミングチャートである。これらの図には、レーザーマーカ２０の動作モードを撮影モードへ切り替え、ワークＷを撮影してワーク誤差Ｄerrを求め、加工設定データＤstupを補正した後に、動作モードを加工モードへ切り替えて、レーザー加工を行う一連の動作が示されている。
【０１２５】
まず、制御装置１２からマーカコントローラ２２へ撮影モードへの移行を指示するモード切替要求Ｃmodが出力される。このモード切替要求Ｃmodに基づいて、レーザーマーカ２０の動作モードが撮影モードへ切り替えられ、このモード切替完了後に、マーカコントローラ２２からモード切替応答Ｒmodが出力される。
【０１２６】
モード切替応答Ｒmodを受信し、撮影モードへの切替完了を確認した制御装置１２は、スキャン要求Ｃscnを出力する。マーカコントローラ２２は、このスキャン要求Ｃscnに基づいて、スキャナ４７の走査角を制御し、スキャナ移動の完了後に、スキャン応答Ｒscnを出力する。
【０１２７】
スキャン応答Ｒscnを受信し、スキャナ移動の完了を確認した制御装置１２は、撮影要求Ｃshtを出力する。画像処理装置１１は、この撮影要求Ｃshtに基づいて、カメラ５６から出力される撮影画像ＩＭＧを取り込み、当該撮影画像ＩＭＧからワーク誤差Ｄerrが算出される。このワーク誤差Ｄerrの算出完了後に、画像処理装置１１から撮影応答が出力される。撮影応答を受信し、ワーク誤差算出の完了を確認した制御装置１２は、ワーク誤差取得要求を出力する。画像処理装置１１は、このワーク誤差取得要求に基づいて、ワーク誤差Ｄerrを出力する。
【０１２８】
ワーク誤差Ｄerrを受信した制御装置１２は、マーカコントローラ２２へ補正要求Ｃadjを出力する。マーカコントローラ２２は、この補正要求Ｃadjに基づいて、加工設定データＤstupを補正し、補正の完了後に、補正応答Ｒadjを出力する。
【０１２９】
補正応答Ｒadjを受信し、加工設定データＤstupの補正完了を確認した制御装置１２は、加工モードへの移行を指示するモード切替要求Ｃmodを出力する。このモード切替要求Ｃmodに基づいて、レーザーマーカ２０の動作モードが加工モードへ切り替えられ、このモード切替完了後に、マーカコントローラ２２からモード切替応答Ｒmodが出力される。
【０１３０】
モード切替応答Ｒmodを受信し、加工モードへの切替完了を確認した制御装置１２は、加工開始要求を出力する。マーカコントローラ２２は、この加工開始要求に基づいて、補正された加工設定データＤstup'に基づくレーザー加工を開始し、レーザー加工の完了後に、加工完了応答を出力する。
【０１３１】
実施の形態２．
実施の形態１では、１個のワークＷが加工エリア２００内にある場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２個以上のワークＷ１〜Ｗ６が加工エリア２００にある場合について説明する。
【０１３２】
図２１は、本発明の実施の形態２による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図であり、加工エリア２００内に６個のワークＷ１〜Ｗ６が配置されている様子が示されている。図中の（ａ）では、各ワークＷ１〜Ｗ６が、正しい位置に正しい向きでそれぞれ配置されている。一方、図中の（ｂ）では、各ワークＷ１〜Ｗ６がワーク誤差Ｄerrをそれぞれ有している。
【０１３３】
加工エリア２００内に６個のワークＷ１〜Ｗ６が配置されている場合であっても、加工設定データＤstupが各ワークＷ１〜Ｗ６ごとに予め与えられていれば、１個のワークＷに対するレーザー加工処理を繰り返すことによって、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対するレーザー加工を行うことができる。しかも、ワークＷを撮影してワーク誤差Ｄerrを求め、ワーク誤差Ｄerrに基づいて加工設定データＤstupを補正するワーク誤差の補償処理についても、１個のワークＷに対する誤差補償処理を繰り返すことによって、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対する誤差補償を行うことができる。
【０１３４】
ただし、ワークＷ１〜Ｗ６ごとに、撮影モード及び加工モードを切り替えた場合、モード切り替えに要する時間が、ワークＷ１〜Ｗ６の数だけ必要になる。このため、ワークＷ１〜Ｗ６ごとに動作モードを切り替えることなく、同じ撮影モード中に、全てのワークＷ１〜Ｗ６についてワーク誤差Ｄerrを求め、加工設定データＤstupを補正する。この加工設定データＤstupの補正について、より具体的に説明する。もともと加工設定データＤstupには、ワークＷ１の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ１,ｙ１）及び０度、ワークＷ２の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ２,ｙ２）及び０度で、ワークＷ３の位置及び所定向きからの回転角度は（ｘ３,ｙ３）及び０度、ワークＷ４の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ４,ｙ４）及び０度、ワークＷ５の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ５,ｙ５）及び０度、ワークＷ６の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ６,ｙ６）及び０度、といった各データが含まれている。そして、上述したワーク誤差の補償処理によって、加工設定データＤstupのうちワークＷ１については（ｘ１',ｙ１'）及びθ１度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ２については（ｘ２',ｙ２'）及びθ２度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ３については（ｘ３',ｙ３'）及びθ３度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ４については（ｘ４',ｙ４'）及びθ４度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ５については（ｘ５',ｙ５'）及びθ５度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ６については（ｘ６',ｙ６'）及びθ６度に上書きされる（ワークＷ１〜ワークＷ６のそれぞれと、位置及び回転角度とが対応付けられた対応テーブルをもっていてもよい）。その後に動作モードを切り替えて、同じ加工モード中に、全てのワークＷ１〜Ｗ６についてレーザー加工を行っている。すなわち、ワークＷ１〜ワークＷ６について、それぞれ（ｘ１',ｙ１'）及びθ１度〜（ｘ６',ｙ６'）及びθ６度を読みだして、レーザ加工を行っている。この様な処理を行うことにより、すなわち、加工設定データＤstupのうち各ワークＷ１〜ワークＷ６についての直近のデータ（最後に上書きされたデータ）に基づいてレーザ加工を行うことにより、ワークＷ１〜Ｗ６の数が増大しても、モード切り替えに要する時間は増大せず、レーザー加工に要する合計時間を短縮することができる。
【０１３５】
そこで、本実施の形態では、図１９に示した通り、スキャン要求Ｃscnの出力から補正応答Ｒadjを受信するまでの一連の処理が、ワークＷ１〜Ｗ６ごとに順に繰り返される。そして、全てのワークＷについて加工設定データＤstupの補正が終了した後に、動作モードを加工モードへ移行させ、全てのワークＷ１〜Ｗ６について順にレーザー加工が行われる。
【０１３６】
図中の（ａ）では、全てのワークＷ１〜Ｗ６が、対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致するようにそれぞれ配置されている。このため、ワーク誤差Ｄerrを補償しなくても、各ワークＷ１〜Ｗ６に対し、シンボルＳＢＬが正しく印字される。
【０１３７】
一方、図中の（ｂ）では、ワークＷ１〜Ｗ６が、対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致していない。しかしながら、各ワークＷ１〜Ｗ６ごとに、ワーク誤差Ｄerrを補償することにより、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対し、正しくシンボルＳＢＬを印字することができる。
【０１３８】
実施の形態３．
実施の形態２では、加工エリア２００内に２以上のワークＷ１〜Ｗ６がある場合に、これらのワークＷ１〜Ｗ６ごとにワーク誤差Ｄerrを求め、対応する加工設定データＤstupをそれぞれ補正する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２以上のワークＷ１〜Ｗ６に共通する１つのワーク誤差Ｄerrを求め、各ワークＷ１〜Ｗ６に対応する加工設定データＤstupをそれぞれ補正する場合の例について説明する。
【０１３９】
図２２は、本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図であり、加工エリア２００内に６個のワークＷ１〜Ｗ６が配置されている。これらのワークＷ１〜Ｗ６は、共通の搬送トレイ２１０内に収容されている。搬送トレイ２１０は、ワークＷ１〜Ｗ６の位置及び向きが相対的に変化しないように、ワークＷ１〜Ｗ６を保持する手段である。
【０１４０】
２以上のワークＷ１〜Ｗ６が、共通の搬送トレイ２１０に収容されている場合、ワークＷ１〜Ｗ６ごとのワーク誤差Ｄerrに代えて、搬送トレイ２１０のトレイ誤差Ｄerr'を求め、当該トレイ誤差Ｄerr'に基づいて、各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupを補正してもよい。
【０１４１】
この場合、マッチング用パターンＰＴＮとして、ワークＷ１〜Ｗ６の画像に代えて、搬送トレイ２１０の画像、少なくとも当該画像の一部を用いて、パターンマッチングが行われる。また、基準データを構成する基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθは、各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupの作成時に想定されている搬送トレイ２１０の特徴点の位置及び向きとして与えられる。
【０１４２】
図中の（ａ）では、搬送トレイ２１０が、加工設定データＤstupの作成時に想定された通り、正しい位置に正しい向きで配置されている。このため、各ワークＷ１〜Ｗ６も、それぞれが対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致している。このため、ワーク誤差Ｄerrを補償しなくても、各ワークＷ１〜Ｗ６に対し、シンボルＳＢＬが正しく印字される。
【０１４３】
一方、図中の（ｂ）では、搬送トレイ２１０の位置及び向きが、想定された位置及び向きに一致していないため、ワークＷ１〜Ｗ６も、それぞれが対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致していない。しかしながら、想定された位置及び向きに対する搬送トレイ２１０の位置及び向きの誤差をトレイ誤差Ｄerr'として求め、当該トレイ誤差Ｄerr'に基づいて、各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupをそれぞれ補正することにより、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対し、正しくシンボルＳＢＬを印字することができる。
【０１４４】
図２３は、本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の他の例についての説明図である。この図２３は、図２２と同様、２以上のワークＷ１〜Ｗ６が共通の搬送トレイ２１０に保持された状態で、加工エリア２００内に配置されている。しかしながら、搬送トレイ２１０内において、ワークＷ１〜Ｗ６の位置及び向きが相対的に変化している点で、図２２の場合とは異なる。
【０１４５】
このような場合、トレイ誤差Ｄerr'を求めて各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupを補正した後、さらに、各ワークＷ１〜Ｗ６のワーク誤差Ｄerrをそれぞれ求めて各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupを補正してもよい。このようにして補正された加工設定データＤstupに基づいてレーザー加工を行った場合の様子が、図２３に示されている。
【０１４６】
なお、上記実施の形態では、画像処理装置１１が、ワーク誤差Ｄerrの検出を行う場合の例について説明したが、本発明によるレーザーマーキングシステムは、このような構成のみに限定されない。例えば、画像処理装置１１による画像処理の結果、つまり、ワークＷの抽出結果に基づいて、制御装置１２又はマーカコントローラ２２が、ワーク誤差Ｄerrを算出するように構成することもできる。
【０１４７】
また、上記実施の形態では、レーザーマーカ２０がＳＨＧ型レーザーマーキング装置である場合の例について説明したが、本発明によるレーザー加工装置はこれに限定されるものではない。例えば、ファイバーレーザー型のマーキング装置にも本発明は適用することができる。ファイバーレーザー型マーキング装置は、Ｙｂ（イッテルビウム）をドープしたファイバーを増幅器として用いるレーザーマーカである。
【０１４８】
また、上記実施の形態では、撮影位置Ｄscnが制御装置１２内に保持されている場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合のみに限定されない。例えば、マーカコントローラ２２が撮影位置Ｄscnを保持し、撮影位置Ｄscnを含まないスキャン要求Ｃscnが、制御装置１２からマーカコントローラ２２へ出力されるように構成することもできる。
【０１４９】
また、上記実施の形態では、ワーク誤差Ｄerrが、画像処理装置１１から制御装置１２へ送信される場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、ワーク誤差Ｄerrが、制御装置１２を介することなく、画像処理装置１１からマーカコントローラ２２へ送信され、マーカコントローラ２２内の加工設定補正部２２２が、ワーク誤差Ｄerrに基づいて加工設定データを補正するように構成することもできる。
【０１５０】
また、上記実施の形態では、画像処理装置１１及びレーザー加工装置２０が独立した装置であり、制御装置１２を介して互いに接続されている場合について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、画像処理装置１１は、レーザー加工装置２０に内蔵されていてもよい。つまり、マーカヘッド２１又はマーカコントローラ２２が、画像処理装置１１の機能を有するように構成することもできる。
【符号の説明】
【０１５１】
１ レーザーマーキングシステム
１０ 端末装置
１１ 画像処理装置
１２ 制御装置
２０ レーザーマーカ
２１ マーカヘッド
２２ マーカコントローラ
４１ レーザー発振器
４２ 発振器用シャッター
４７ ＸＹスキャナ
４８ テレセントリックレンズ
５３ 照明光源
５５ カメラ用シャッター
５６ カメラ
６０ 筐体フレーム
２００ 加工エリア
１１０ 画像入力部
１１１ ワーク誤差検出部
１１２ マッチング用パターン記憶部
１１３ 基準データ記憶部
１１５ ワーク抽出部
１１６ ワーク誤差算出部
１２０ 主制御部
１２１ 撮影位置制御部
１２２ 撮影位置記憶部
１２３ 補正制御部
２０１ 撮影エリア
２１０ 搬送トレイ
２２０ モード制御部
２２１ 加工設定データ記憶部
２２２ 加工設定補正部
２２３ スキャナ制御部
２２４ シャッター制御部
２２５ 出力制御部
２２６ 照明制御部
５３０ 照明モジュール
５６０ カメラモジュール
５７２ カメラ取付部
ＡＪ１，ＡＪ２ 調整ネジ
Ｃadj 補正要求
Ｃmod モード切替要求
Ｃscn スキャン要求
Ｃsht 撮影要求
Ｄerr ワーク誤差
Ｄerr' トレイ誤差
Ｄscn 撮影位置
Ｄstup 加工設定データ
ＤＷ ワーク検出信号
ＩＭＧ 撮影画像
Ｌ レーザー光
ＰＴＮ マッチング用パターン
Ｒadj 補正応答
Ｒmod モード切替応答
Ｒscn スキャン応答
Ｓ ワークセンサ
ＳＢＬ シンボル
ＳＴｘｙ 基準位置
ＳＴθ 基準向き
Ｗ，Ｗ'，Ｗ１〜Ｗ６ ワーク
Ｗｏ 想定ワーク
Ｗｘｙ ワークの位置
Ｗθ ワークの向き
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工システム及びレーザー加工装置に係り、更に詳しくは、ワークの位置又は向きを考慮してレーザー加工を行うレーザー加工システム、並びに、当該レーザー加工システムに用いられるレーザー加工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーマーカは、予め定められた加工設定データに基づいて、レーザー光の照射位置を２次元走査させることにより、ワーク上に加工パターンを形成している。このため、ワーク上の正しい位置に、正しい向きで加工パターンを形成しようとすれば、加工時におけるワークの位置及び向きを予め定められた位置及び向きと一致させておくことが必要になる。このため、ユーザは、加工対象となるワークごとに、その位置及び向きを調整しなければならなかった。
【０００３】
特に、加工パターンの位置及び向きに高い精度が要求される場合、ワークの位置及び向きにも、上記加工精度と同じ精度が求められる。例えば、数ｍｍ角の半導体チップのような小さなワークに対し、レーザー加工を行おうとする場合、ワークの位置及び向きも高い精度で制御する必要があった。
【０００４】
そこで、カメラを用いてワークを撮影し、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークに位置及び向きの誤差（以下、ワーク誤差と呼ぶ。）を計測し、当該ワーク誤差に応じて加工設定データを補正することができれば、利便性を向上させることができ、また、加工精度を向上させることができると考えられる。
【０００５】
図２４は、カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の一例を示した図である。このレーザー加工システムでは、レーザーマーカ２０の近傍にカメラ５６が配置され、その撮影画像に基づいてレーザーマーカ２０を制御しているが、レーザーマーカ２０の光軸は、カメラ５６の光軸と一致していない。このため、ワークＷの有無や大まかな位置及び向きを判別することはできるが、レーザーマーカ２０から見たワークＷの正確な位置及び向きを判別することは困難である。
【０００６】
また、図２５は、カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の他の例を示した図である（例えば、特許文献１）。このレーザー加工システムでは、レーザーマーカ２０内のスキャナ４７よりも上流側において、カメラ５６の受光軸をレーザー光Ｌの出射軸から分岐させている。このため、カメラ５６の受光軸も、レーザー光Ｌと同様にしてスキャナ４７によって走査される。つまり、カメラ５６の撮影画像は、座標系の歪んだ画像であるが、受光軸上の位置だけは、レーザー光Ｌの照射位置と正確に一致している。このため、撮影画像に基づいて、ワークＷの位置および向きを正確に判別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−７８２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のレーザー加工システムを用いて、ワークＷの正確な位置及び向きを判別するためには、受光軸をワークＷの２以上の特徴点に順に一致させる必要がある。つまり、撮影画像が受光軸を示すシンボルとともにディスプレイ表示され、ユーザは、この撮影画像を見ながら、受光軸をワークＷの特徴点に一致させるように、スキャナ４７を制御しなければならず、このような操作を検査対象となるワークＷごとに行わなければならない。従って、高精度のレーザー加工を実現することは可能であるが、操作が煩雑であり、自動化することができないという問題があった。
【０００９】
さらに、従来のレーザーマーカでは、カメラを交換することができないことから、撮影画像に求められる画質に応じて、最適なカメラを用いることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ワークに対する加工パターンの位置又は向きを高い精度で制御することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。特に、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。
【００１１】
また、上記レーザー加工システムを自動化することを目的とする。特に、自動搬送されたワークのワーク誤差を考慮して、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することを目的とする。
【００１２】
また、このようなレーザー加工システムに用いることができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。特に、カメラを交換可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の本発明によるレーザー加工システムは、レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラとを備えたレーザー加工装置と、上記カメラにより撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を行う画像処理装置と、上記レーザー加工装置及び上記画像処理装置に接続され、上記レーザー加工装置に対して上記レーザー光によるワークの加工開始を指示する制御装置とを備えている。
【００１４】
上記制御装置は、上記レーザー加工装置に対し、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報を含む撮影スキャン要求を出力する撮影スキャン要求出力手段と、上記レーザー加工装置から、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答が入力される撮影スキャン応答入力手段と、上記画像処理装置に対し、上記撮影スキャン応答に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像の取得を要求する撮影画像取得要求を出力する撮影画像取得要求出力手段とを備えている。
【００１５】
上記画像処理装置は、上記制御装置からの上記撮影画像取得要求に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像を取得する撮影画像取得手段と、上記撮影画像取得手段により取得された撮影画像に基づいて、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めるワーク誤差検出手段とを備えている。
【００１６】
上記レーザー加工装置は、上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備えている。
【００１７】
そして、上記レーザー加工装置が上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させるように構成される。
【００１８】
この様な構成により、カメラの受光軸をレーザー光の出射軸と略一致させ、スキャナによって走査されるレーザー光の照射位置をカメラで撮影することができる。このため、レーザー光の照射位置と正確に一致させた撮影画像を得ることができる。また、テレセントリックレンズを用いることにより、ほとんど歪みのない撮影画像を得ることができるため、撮影画像内の撮影軸上以外の点についても、正確な位置を判別することができる。
【００１９】
また、レーザー光の非出力時に、撮影位置データに基づいて受光軸を走査させ、ワークを撮影することにより、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めることができる。このようにして求められたワーク誤差に基づいて加工設定データを補正すれば、ワークの位置にかかわらず、ワーク上の所望の加工位置にレーザー光を照射することができる。
【００２０】
さらに、レーザー加工装置は、撮影スキャン要求が入力されると、当該撮影スキャン要求に基づくスキャナ走査の完了後に撮影スキャン応答を出力する。このため、制御装置がレーザー加工装置への撮影スキャン要求と、画像処理装置への撮影画像取得要求とを順に出力し、ワークの撮影画像を取得しようとする場合に、撮影スキャン要求の出力後に、スキャナ動作の最大時間を待つことなく、迅速に撮影画像取得要求を出力することができる。従って、撮影画像を取得するのに要する時間を短縮することができる。
【００２１】
第２の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記制御装置が、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなる撮影位置データを保持する撮影位置データ記憶手段を備え、上記撮影スキャン要求出力手段が、上記レーザー加工装置に対し、上記撮影位置データを含む上記撮影スキャン要求を出力するように構成される。この様な構成により、レーザー加工装置のカメラにより撮影される撮影領域を制御装置から指定することができる。
【００２２】
第３の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記制御装置が、上記画像処理装置から上記ワーク誤差が入力され、上記レーザー加工装置に対し、上記ワーク誤差に基づいて上記加工設定データの補正要求を出力する補正要求出力手段を備えて構成される。
【００２３】
第４の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記画像処理装置が、上記レーザー加工装置に内蔵されている。
【００２４】
第５の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、ワーク誤差検出手段が、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めるように構成される。
【００２５】
この様な構成により、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めることができる。このようにして求められたワーク誤差に基づいて加工設定データを補正すれば、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所望の加工位置にレーザー光を照射することができる。
【００２６】
第６の本発明によるレーザー加工システムは、上記構成に加えて、上記ワークについてパターンマッチング用のマッチングデータを記憶するマッチングデータ記憶部を備え、ワーク誤差検出手段が、上記マッチングデータを用いたパターンマッチングを行うことにより、撮影画像中における上記ワークの位置及び向きを判別するように構成される。
【００２７】
第７の本発明によるレーザー加工装置は、制御装置をレーザー加工装置及び画像処理装置に接続したレーザー加工システムにおけるレーザー加工装置であって、レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラと、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報含む撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、上記制御装置に対し、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了した状態にて、上記カメラにより撮影される撮影画像が上記画像処理装置へ出力され、上記画像処理装置により求められたワーク誤差であって、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差を示すワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナが、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させるように構成される。
【００２８】
この様な構成により、撮影スキャン要求を入力すれば、当該撮影スキャン要求に基づく走査の完了後に撮影スキャン応答が出力される。このため、撮影スキャン要求を入力した後に撮影画像の取得を開始する場合に、撮影スキャン要求を入力してからスキャナ走査が完了するまでの最大時間が経過するのを待つことなく、迅速にワークの撮影画像を取得することができる。従って、撮影画像を取得するのに要する時間を短縮することができる。
【００２９】
第８の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記スキャナ及び上記レーザー生成器間に配置され、上記加工面からの入射光を上記レーザー光の光軸から分岐させるビームスプリッタと、上記ビームスプリッタによる分岐路上に設けられ、上記カメラが着脱可能に取り付けられるカメラ取付部とを備えて構成される。この様な構成により、必要に応じてカメラを交換することができる。例えば、要求される撮影画質に応じて、適切なカメラに交換することができる。
【００３０】
第９の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記カメラ取付部が、上記カメラの受光面に関する２次元方向のオフセット及び回転角を調整可能な調整手段を備えて構成される。この様な構成により、カメラの受光軸をレーザー光の出射軸と略一致させ、スキャナによって走査されるレーザー光の照射位置をカメラで撮影することができる。
【００３１】
第１０の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、金属製の筐体を備え、上記カメラ取付部は、上記ワーク撮影用カメラを螺合させるねじ込みマウントを有し、上記ねじ込みマウントは、上記筐体から絶縁されている。この様な構成により、カメラを構成する電子回路が、ねじ込みマウントとの係合部に接地されている場合であっても、当該電子回路が、筐体と導通し、ノイズによって破壊されるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ワークに対する加工パターンの位置又は向きを高い精度で制御することができるレーザー加工システムを提供することができる。特に、ワークの位置及び向きにかかわらず、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することができる。
【００３３】
また、上記レーザー加工システムを自動化することができる。特に、自動搬送されたワークのワーク誤差を考慮して、ワーク上の所定の位置に所定の向きで加工パターンを形成することができるレーザー加工システムを提供することができる。
【００３４】
また、このようなレーザー加工システムに用いることができるレーザー加工装置を提供することができる。特に、カメラを交換可能なレーザー加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置を含むレーザーマーキングシステム１の概略構成の一例を示したシステム図である。
【図２】図１のレーザーマーカ２０の詳細構成を示したブロック図である。
【図３】図２のテレセントリックレンズ４８の作用の一例を示した説明図である。
【図４】図２の光学ユニット４１〜４８，５１〜５６の空間的配置を示した図である。
【図５】図１のマーカヘッド２１の内部構造を示した斜視図である。
【図６】図４の照明モジュール５３０の一構成例を示した平面図である。
【図７】図６の照明モジュール５３０をＡ−Ａ切断線によって切断した場合の断面図である。
【図８】図５のカメラモジュール５６０の一構成例を示した外観図である。
【図９】図８のカメラ５６及びカメラ取付部５７２の詳細構成を示した図である。
【図１０】図９のカメラ５６及びカメラ取付部５７２をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の断面図である。
【図１１】加工設定データによって規定されるシンボルＳＢＬの一例を示した図である。
【図１２】図１１の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。
【図１３】撮影画像からワークＷを抽出するための画像処理に必要なデータの一例を示した図である。
【図１４】ワーク誤差Ｄerrの算出処理の一例を示した図である。
【図１５】加工設定データの補正処理の一例を示した説明図である。
【図１６】補正後の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。
【図１７】図１のレーザーマーキングシステム１の要部について詳細構成を示したブロック図である。
【図１８】図１の画像処理装置１１及び制御装置１２の要部について詳細構成を示したブロック図である。
【図１９】図１のレーザーマーキングシステム１による誤差補償レーザー加工の動作の一例を示したシーケンス図である。
【図２０】誤差補償レーザー加工における主な信号の変化の一例を示したタイミングチャートである。
【図２１】本発明の実施の形態２による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図である。
【図２２】本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の他の例についての説明図である。
【図２４】カメラを備えた従来のレーザー加工システムの概略構成の一例を示した図である。
【図２５】カメラを備えた従来のレーザー加工装置の概略構成の他の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
実施の形態１．
＜レーザーマーキングシステム１＞
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置を含むレーザーマーキングシステム１の概略構成の一例を示したシステム図であり、レーザー加工装置の一例としてレーザーマーカ２０が示されている。
【００３７】
このレーザーマーキングシステム１は、レーザー光Ｌを照射してワークＷを加工するレーザーマーカ２０と、ワークＷを検出するワークセンサＳと、レーザーマーカ２０の加工条件を編集するための端末装置１０と、レーザーマーカ２０が出力する撮影画像の画像処理を行う画像処理装置１１、レーザーマーカ２０及び画像処理装置１１を制御する制御装置１２とにより構成される。また、レーザーマーカ２０は、レーザー光Ｌの生成及び走査を行うマーカヘッド２１と、マーカヘッド２１の動作制御を行うマーカコントローラ２２とからなる。
【００３８】
端末装置１０は、レーザーマーカ２０を制御するための端末装置であり、例えば、レーザーマーカ用のアプリケーションプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータが用いられる。ユーザは、端末装置１０を用いることにより、レーザーマーカ２０の加工条件を規定する加工設定データを作成及び編集し、レーザーマーカ２０に送信することができる。この加工設定データは、ワークＷが、マーカヘッド２１に対し、予め定められた位置及び向きとなるように設置されていることを前提として作成される。本明細書では、このような位置及び向きを「基準位置」及び「基準向き」と呼ぶことにする。
【００３９】
画像処理装置１１は、ワークＷの撮影画像について画像処理を行う装置であり、専用の画像処理装置であってもよいし、画像処理用のアプリケーションプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータであってもよい。この画像処理装置１１では、パターンマッチングなどの画像処理を行うことにより撮影画像からワークＷの画像を抽出することにより、ワークＷの位置及び向きを特定し、基準位置及び基準向きに対する誤差としてワーク誤差を求める。
【００４０】
制御装置１２は、レーザーマーカ２０及び画像処理装置１１を自動制御する制御装置であり、例えば、ＰＬＣ（プログラムブルロジックコントローラ）が用いられる。制御装置１２は、ワークセンサＳの検出信号に基づいて、レーザーマーカ２０及び画像処理装置１１を制御し、ワーク誤差を考慮したレーザー加工を実現する。ここでは、レーザーマーカ２０の加工エリアにワークＷが設置されると、レーザーマーカ２０が当該ワークＷを撮影し、画像処理装置１１が撮影画像からワーク誤差を求め、レーザーマーカ２０がワーク誤差に応じた加工を行う。このような一連の処理が、制御装置１２によって自動制御される。
【００４１】
ワークセンサＳは、レーザーマーカ２０の加工エリア内にワークＷが設置されたことを示すワーク検出信号を制御装置１２へ出力するワーク検出手段である。ここでは、加工エリアを監視する光センサを用いる例について説明するが、ワークＷの自動搬送装置からの出力信号であってもよい。
【００４２】
マーカコントローラ２２は、端末装置１０から受信した加工設定データに基づいて、マーカヘッド２１の動作制御を行っている。この加工設定データは、制御装置１２からの補正要求に基づいて補正され、ワーク誤差が反映される。つまり、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差が補償されたレーザー加工を行うことができる。
【００４３】
マーカヘッド２１は、光ファイバー２３を介して、マーカコントローラ２２から伝送された励起光を利用してレーザー光Ｌを生成し、ワークＷへ照射する。このとき、マーカコントローラ２２からの制御信号に基づいてレーザー光Ｌの出射軸を走査することにより、ワークＷ上に文字、記号、図形などのシンボルを印字することができる。また、マーカヘッド２１内には、図示しない照明光源及びカメラが内蔵され、当該カメラにより撮影されたワークＷの撮影画像は、画像処理装置１１へ出力される。
【００４４】
＜レーザーマーカ２０＞
図２は、図１のレーザーマーカ２０の詳細構成を示したブロック図であり、マーカヘッド２１及びマーカコントローラ２２の内部構成の一例が示されている。
【００４５】
このレーザーマーカ２０は、テレセントリックレンズ４８を介してレーザー光Ｌを照射することにより、高精度のレーザー加工を行うことができる。また、ワークＷを撮影するための照明光源５３及びカメラ５６を備え、照明光源５３の光軸及びカメラ５６の撮影軸が、レーザー光Ｌの出射軸と同軸になるように配置されている。このため、テレセントリックレンズ４８を介して、歪みのない撮影画像を得ることができる。
【００４６】
また、照明光源５３は、レーザー光Ｌと略同一の波長を含む照明光を生成し、カメラ５６は、レーザー光と略同一の波長からなる戻り光を撮影している。このため、レーザー光Ｌと略同一の波長の光を用いてワークＷを撮影することができるので、鮮明な撮影画像が得られる。さらに、カメラ５６の撮影軸上にカメラ用シャッター５５を備えることにより、ワークＷで反射したレーザー光Ｌが、戻り光としてカメラ５６に入射し、カメラ５６が破損するのを防止している。
【００４７】
＜マーカコントローラ２２＞
マーカコントローラ２２は、電源３０、励起光生成部３１及び制御部３２からなる。電源３０は、商用電源を利用して、マーカヘッド２１、励起光生成部３１及び制御部３２へ電力を供給する。励起光生成部３１は、レーザー発振のための励起光を生成する。この励起光は、光ファイバー２３を介してマーカヘッド２１に伝送される。制御部３２は、端末装置１０から転送された加工設定データに基づいて励起光生成部３１及びマーカヘッド２１を制御し、レーザー光Ｌの出力制御及び走査制御を行う。
【００４８】
＜マーカヘッド２１＞
マーカヘッド２１は、レーザー発振器４１、ビームサンプラー４２、発振器用シャッター４３、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６、ＸＹスキャナ４７、テレセントリックレンズ４８、パワーモニタ５１、ガイド光源５２、照明光源５３、ハーフミラー５４、カメラ用シャッター５５及びカメラ５６により構成される。
【００４９】
レーザー発振器４１は、励起光を吸収してレーザービームからなるレーザー光Ｌを生成するレーザー生成器であり、レーザー媒質、共振器、Ｑスイッチなどによって構成される。ここでは、レーザー発振器４１が、パルス発振する固体レーザー発振器、例えば、ＳＨＧ型レーザー発振器であるものとする。ＳＨＧ型レーザー発振器は、レーザー媒質として、ネオジウムイオンがドープされたＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）結晶を用い、第２高調波を利用して波長５３２ｎｍの緑色光を出力する。上記レーザー媒質を励起するための励起光には、波長８０８ｎｍのレーザー光が用いられる。レーザー発振器４１によって生成されたレーザー光Ｌは、ビームサンプラー４２、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６、ＸＹスキャナ４７及びテレセントリックレンズ４８を順に経由してワークＷに照射される。
【００５０】
ビームサンプラー４２は、レーザー発振器４１から出力されるレーザー光Ｌのうち、一定割合をサンプリングビームとして分岐させる光学スプリッタである。例えば、透明基板の表面反射などを利用することにより、入射したレーザー光Ｌの全光量の約３％が分光され、サンプリングビームとしてパワーモニタ５１へ入射される。パワーモニタ５１は、レーザー発振器４１の出力パワーを検出するための光強度検出手段であり、フォトダイオードなどの受光素子からなり、その検出結果はレーザー発振器４１の出力制御に用いられる。
【００５１】
発振器用シャッター４３は、レーザー光Ｌの出射経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Ｌの漏出を防止する漏出防止用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ４６よりも上流側に配置される。ここでは、ビームサンプラー４２及びミキシングミラー４４間に発振器用シャッター４３が設けられ、ワークＷを加工するための加工モード時には、レーザー光Ｌの出射経路を開放し、ワークＷを撮影するための撮影モード時には、レーザー光Ｌの出射経路を遮断する。
【００５２】
ミキシングミラー４４は、ガイド光の出射軸をレーザー光Ｌの出射軸と略一致させる光混合用光学スプリッタであり、レーザー発振器４１からのレーザー光Ｌを透過させ、ガイド光源５２からのガイド光を反射させることにより、ともにＺスキャナ４５へ送り出している。ガイド光源５２は、加工位置をワークＷ上に表示するガイド光を生成する光源装置であり、ＬＤ（レーザーダイオード）などの発光素子からなる。ガイド光の点灯制御と、ガイド光の出射軸の高速スキャンとによって、印字しようとするシンボルパターンを照射スポットの残像として視認させることができる。
【００５３】
Ｚスキャナ４５は、レーザー光Ｌのビーム径を調整するビーム径制御手段であり、レーザー光Ｌの光軸上に配置された２枚のレンズからなり、これらのレンズの相対距離を変化させることにより、レーザー光Ｌのビーム径２ｍｍφを最大８ｍｍφまで拡大させることができる。レーザー光のスポット径を拡大させることにより、スポット内におけるエネルギー密度を低下させるデフォーカス制御を行うことができる。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ４６は、レーザー光Ｌの出射経路上であって、ＸＹスキャナ４７よりも上流側に配置され、Ｚスキャナ４５からのレーザー光Ｌを透過させる一方、カメラ５６の受光軸をレーザー光Ｌの出射軸と略一致させるカメラ用光学スプリッタである。ワークＷによる反射光のうち、テレセントリックレンズ４８に入射してレーザー光Ｌの出射経路を遡る戻り光は、偏光ビームスプリッタ４６で反射されることにより、レーザー光Ｌの出射軸から分離され、カメラ５６に入射する。また、偏光ビームスプリッタ４６は、ハーフミラー５４を介して入射される照明光をＸＹスキャナ４７に向けて反射し、照明光の出射軸をレーザー光Ｌの出射軸と一致させている。例えば、レーザー発振器４１がＰ偏光のレーザー光Ｌを生成している場合、Ｐ偏光成分を選択的に透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる偏光ビームスプリッタ４６を用いることにより、レーザー光Ｌを通過させる一方、Ｓ偏光成分を含む戻り光及び照射光をそれぞれ反射させることができる。
【００５５】
ＸＹスキャナ４７は、レーザー光Ｌの出射軸を走査し、ワークＷ上の照射位置をＸ方向及びＹ方向に２次元走査させるための走査光学系であり、レーザー光Ｌを反射させるＸ方向走査用ミラー及びＹ方向走査用ミラーと、これらの走査用ミラーを回転させる駆動部からなる。走査用ミラーは、ガルバノミラーと呼ばれ、レーザー光Ｌの出射経路上に配置される。このＸＹスキャナ４７は、マーカコントローラ２２からの走査制御信号に基づいて、上記走査用ミラーを回転させる。
【００５６】
テレセントリックレンズ４８は、レーザー光ＬをワークＷに向けて出射させる出射光学系であり、レーザー光Ｌの出射経路においてＸＹスキャナ４７よりも下流側、つまり、ワークＷ側に配置される。このテレセントリックレンズ４８は、複数の光学レンズやカバーガラスによって構成され、ワークＷ側の画角が略０°となるオブジェクト側テレセントリック光学系であり、レーザー光Ｌの入射角度に関わらず、レーザー光の主光線がレンズ光軸と略平行となるように、ワークＷに向けてレーザー光Ｌを出射させる。
【００５７】
照明光源５３は、ワークＷを照明するための照明光を生成する光源装置であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子からなる。この照明光源５３は、少なくともレーザー光Ｌと略同一の波長を含む照明光を生成し、ハーフミラー５４へ出射する。
【００５８】
ハーフミラー５４は、カメラ５６の受光経路上に配置され、偏光ビームスプリッタ４６からの戻り光を透過させる一方、照明光の出射軸をカメラ５６の受光軸と略一致させる照明用光学スプリッタである。すなわち、偏光ビームスプリッタ４６からの戻り光はカメラ５６に向けて透過させる一方、照明光源５３からの照明光は偏光ビームスプリッタ４６に向けて反射する。
【００５９】
カメラ用シャッター５５は、カメラ５６の受光経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Ｌの照射時に戻り光がカメラ５６に入射するのを防止するためのカメラ保護用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ４６よりも上流側に配置される。ここでは、ハーフミラー５４及びカメラ５６間にカメラ用シャッター５５が設けられ、撮影モード時には、カメラ５６の受光経路を開放し、加工モード時には、カメラ５６の受光経路を遮断する。
【００６０】
ここでは、レーザーマーカ２０の動作モードとして、加工モード及び撮影モードを切り替えることにより、発振器用シャッター４３及びカメラ用シャッター５５がともに開放された状態が生じないように、これらのシャッタ４３，５５を排他的に開放し、レーザー光Ｌの戻り光によってカメラ５６が損傷を受けるのを防止している。
【００６１】
カメラ５６は、ワークＷを撮影し、撮影画像を生成するための撮像ユニットであり、マーカコントローラ２２からの撮像制御信号に基づいて撮影を行い、得られた撮影画像を画像処理装置１１へ出力する。ここでは、カメラ５６が、レーザー光と略同一の波長を受光し、撮影画像を生成しているものとする。
【００６２】
＜テレセントリックレンズ４８＞
図３は、図２のテレセントリックレンズ４８の作用の一例を示した説明図である。図中の（ａ）には、加工エリアの中央にレーザー光Ｌを照射する場合、（ｂ）には、加工エリアの左端付近にレーザー光Ｌを照射する場合、（ｃ）には、加工エリアの右端付近にレーザー光Ｌを照射する場合がそれぞれ示されている。
【００６３】
このテレセントリックレンズ４８は、レーザー光Ｌの入射角度にかかわらず、その主光線がテレセントリックレンズ４８の光軸と略平行となるようにレーザー光Ｌを出射させる。このため、ＸＹスキャナ４７の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ４８への入射角が大きくなった場合であっても、ワークＷ上に形成されるレーザー光Ｌのスポット径は変化せず、高精度のレーザー加工を行うことができる。
【００６４】
この様なレーザーマーカ２０において、レーザー光Ｌの出射軸と略一致させた受光軸を有するカメラ５６を用いてワークＷを撮影すれば、歪みのない撮影画像を得ることができる。すなわち、ＸＹスキャナ４７の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ４８への入射角が大きくなった場合であっても、撮影画像が歪むことはない。さらに、ＸＹスキャナ４７の走査角にかかわらず、撮影画像内において周辺の画像が歪むこともなくなる。従って、カメラ５６の撮影画像からワークＷの画像を抽出する画像処理を行うことによって、ワークＷの位置及び向きを高い精度で抽出することができる。
【００６５】
＜光学ユニットの空間的配置＞
図４は、図２の光学ユニット４１〜４８，５１〜５６の空間的配置を示した図である。レーザー発振器４１、ビームサンプラー４２、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６及びＸＹスキャナ４７は、水平方向に整列配置され、レーザー光Ｌは、レーザー発振器４１からＸＹスキャナ４７まで直線経路を通り、ＸＹスキャナ４７によって下方へ曲げられ、テレセントリックレンズ４８に入射する。このような構成を採用することにより、上記光学ユニット４１〜４７のばらつきによる誤差を抑制し、レーザー加工の精度を向上させることができる。
【００６６】
レーザー発振器４１は、Ｔ字型の形状からなり、右下の入力端子４１Ｔから励起光が入力され、左上の出力筒４１Ｂの先端に形成された出力窓４１Ｗからレーザー光Ｌが出力される。
【００６７】
ビームサンプラー４２及びミキシングミラー４４は、レーザー光Ｌの出射軸に対し、４５°傾斜させて配置されている。
【００６８】
発振器用シャッター４３は、遮光板４３ａ、回転駆動部４３ｂ、位置検出部４３ｃ及び反射光吸収装置４３ｄにより構成される。遮光板４３ａは、レーザー光Ｌの光路を遮断する遮光手段であり、例えば金属板からなる。回転駆動部４３ｂは、遮光板４３ａを回転させる駆動手段であり、例えば、ロータリーソレノイドが用いられる。この回転駆動部４３ｂが、遮光板４３ａを回転させることにより、レーザー光Ｌの光路を開閉可能に遮断することができる。位置検出部４３ｃは、遮光板４３ａの回転位置を検出する検出手段であり、例えば、フォトカプラが用いられる。反射光吸収装置４３ｄは、遮光板４３ａにより反射されたレーザー光Ｌを吸収し、レーザー光Ｌが散乱するのを防止している。
【００６９】
偏光ビームスプリッタ４６は、レーザー光Ｌの出射軸に対して約５６．６°傾斜させて配置され、レーザー光Ｌの入射角をブリュースター角と略一致させている。このため、レーザー光Ｌを概ね１００％透過させることができる。戻り光は、偏光ビームスプリッタ４６で反射され、水平方向のレーザー光Ｌの出射軸に対し、約６６．８°の角度をもって上に向かう。
【００７０】
照明モジュール５３０は、紙面手前側に照明光源５３が配置され、紙面奥側にハーフミラー５４が配置されたモジュールであり、手前から奥に向けて照射された照明光は、ハーフミラー５４で反射され、左下方向の偏光ビームスプリッタ４６に入射する。また、偏光ビームスプリッタ４６から入射する戻り光は、ハーフミラー５４を透過して、右上方向のカメラモジュール５６０へ入射される。
【００７１】
カメラモジュール５６０は、カメラ５６及びレンズ鏡筒５７により構成されるモジュールであり、カメラ５６は、レンズ鏡筒５７の一端に対し、交換可能に取り付けられている。
【００７２】
＜マーカヘッド２１の内部構造＞
図５は、図１のマーカヘッド２１の内部構造を示した斜視図である。マーカヘッド２１は、図２に示した光学ユニット４１〜４８，５１〜５６のうち、テレセントリックレンズ４８及びカメラ５６を除く各光学ユニットが、筐体フレーム６０内に収容されている。
【００７３】
筐体フレーム６０は、アルミニウムなどの金属からなる一体成型されたダイキャストフレームであり、ともに一体成形された仕切り板６１によって２つの収容部６２，６３に分割されている。筐体フレーム６０を一体成形し、各光学ユニット４１〜４８，５１〜５６を筐体フレーム６０に固定することにより、これらの光学ユニットの配置精度を向上させ、レーザー加工の精度を向上させることができる。
【００７４】
右側の収容部６２は、レーザー発振器４１が収容されるとともに、光ファイバー２３の接続部２３Ｃが外壁に取り付けられ、光ファイバー２３が壁面を貫通している。励起光は、光ファイバー２３を介して、レーザー発振器４１の右下部へ入射され、レーザー発振器４１の左上部の出力窓４１Ｗからレーザー光Ｌが出射される。この出力窓４１Ｗは、仕切り板６１を貫通するレーザー発振器４１の出力筒４１Ｂの先端、つまり、左側の収容部６３内に配置されている。
【００７５】
左の収容部６３には、レーザー発振器４１、テレセントリックレンズ４８及びカメラ５６を除く、各光学ユニットが収容されている。この収容部６３は、防塵構造を有し、粉塵の影響によるレーザー加工の精度低下を防止している。
【００７６】
筐体フレーム６０には、マーカヘッド２１を支持するための３本の高さ調整脚６５が取り付けられている。各高さ調整脚６５は、円柱状の支持部材であり、個別に長さを調整することができる。各高さ調整脚６５は、共通のアタッチメントプレート６６に取り付けられ、マーカヘッド２１は、アタッチメントプレート６６を介して作業台などの上に設置される。
【００７７】
＜照明モジュール５３０＞
図６は、図４の照明モジュール５３０の一構成例を示した平面図である。また、図７は、図６の照明モジュール５３０をＡ−Ａ切断線によって切断した場合の断面図である。この照明モジュール５３０は、照明光源５３、ヒートシンク５３１、アパーチャ５３２、集光レンズ５３３及びハーフミラー５４により構成され、取付面５３４が、筐体フレーム６０に固着される。
【００７８】
ヒートシンク５３１は、多数の放熱フィンを備えた放熱板であり、照明光源５３の背面に取り付けられている。アパーチャ５３２は、出射軸近傍の照明光のみを透過させる光学絞りであり、照明光の出射軸上に小さな透過窓を形成した遮光板からなる。アパーチャ５３２を透過した照明光は、集光レンズ５３３を通って、ハーフミラー５４に入射される。ハーフミラー５４は、カメラ５６の受光軸に対し、４５°傾斜させて配置されている。
【００７９】
このようなアパーチャ５３２を照明光源５３の前方に配置すれば、撮影に不要な光を遮断し、照射光の光量を抑制することができる。このため、撮影画像にレンズフレアが生じるのを抑制することができる。特に、ＸＹスキャナ４７が浅い走査角度の場合に、照明光がテレセントリックレンズ４８で反射され、撮影画像にレンズフレアが生じるのを抑制することができる。
【００８０】
＜カメラモジュール５６０＞
図８は、図５のカメラモジュール５６０の一構成例を示した外観図である。このカメラモジュール５６０は、カメラ５６及びレンズ鏡筒５７からなる。
【００８１】
カメラ５６は、撮像素子５６ａ、回路基板５６ｂ及びマウント部５６ｃからなる撮影ユニットである。撮像素子５６ａは、多数の受光素子がマトリックス状に配置され、ワークＷの撮影画像を出力する撮像手段であり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）を用いることができる。回路基板５６ｂは、撮像素子５６ａ及びその制御回路が配置されたプリント基板である。マウント部５６ｃは、カメラ５６をレンズ鏡筒５７と係合させる係合手段であり、回路基板５６ｂに固着されている。ここでは、マウント部５６ｃが、内面にネジ溝が形成された円筒体からなり、汎用のねじ込みマウント（スクリューマウント）、例えばＣマウントを構成しているものとする。
【００８２】
レンズ鏡筒５７は、鏡筒フレーム５７１及びカメラ取付部５７２からなる。鏡筒フレーム５７１は、一端をハーフミラー５４に対向させ、他端にカメラ取付部５７２が設けられた略筒状の筐体であり、筐体フレーム６０に固着されている。レンズ鏡筒５７内に収容されている結像レンズ５７ｒは、戻り光を撮像素子５６ａに結像させるための光学系であり、波長選択フィルタ５７ｆを備えている。
【００８３】
波長選択フィルタ５７ｆは、少なくともレーザー光Ｌと略同一の波長を選択的に透過させるフィルタである。波長選択フィルタ５７ｆを用いて、レーザー光Ｌと略同一の波長からなる戻り光をカメラ５６に入射するとともに、撮影に必要のない波長成分を除去することにより、鮮明な撮影画像を得ることができる。
【００８４】
図９は、図８のカメラ５６及びカメラ取付部５７２の詳細構成を示した図であり、図中の（ａ）は、受光軸上（カメラ５６側）から見た図であり、（ｂ）は受光軸と直交する方向から見た図である。また、図１０は、図９のカメラ５６及びカメラ取付部５７２をＢ−Ｂ切断線により切断した場合の断面図である。
【００８５】
カメラ取付部５７２は、可動マウント部５７３及びマウント支持部５７４からなる。可動マウント部５７３は、カメラ５６と係合させる係合手段であり、マウント支持部５７４によって支持されている。
【００８６】
可動マウント部５７３は、中心軸を一致させて配置された円筒体５７ａ，５７ｃと、これらの円筒体５７ａ，５７ｃで挟まれた円盤状のフランジ５７ｂとからなり、カメラ５６の受光軸を含む貫通孔が形成されている。この可動マウント部５７３は、下側の円筒体５７ｃをマウント支持部５７４の上端から挿入し、フランジ５７ｂをマウント支持部５７４の上端面に当接させた状態で、マウント支持部５７４に取り付けられている。フランジ５７ｂから上向きに突き出た円筒体５７ａは、その外周面にネジ溝が形成され、カメラ５６と係合するねじ込みマウント（スクリューマウント）、例えばＣマウントを構成している。つまり、カメラ５６は、マウント部５６ｃを可動マウント部５７３と螺合することにより、カメラ取付部５７２に着脱可能に取り付けられている。
【００８７】
可動マウント部５７３は、６つの調整ネジＡＪ１，ＡＪ２を有している。４つの調整ネジＡＪ１は、撮像素子５６ａ上における受光軸の位置を調整する調整手段である。また、２つの調整ネジＡＪ２は、受光軸を中心として撮像素子５６ａの向きを調整する調整手段である。
【００８８】
４つの調整ネジＡＪ１は、それぞれが光軸と直交し、隣接する調整ネジＡＪ１が直角をなすように配置されている。また、マウント支持部５７４を外側から貫通し、円筒体５７ｃと螺合している。このため、これらの調整ネジＡＪ１を回すことにより、可動マウント部５７３を２次元移動させ、撮像素子５６ａ上における受光軸の位置をＸＹ方向（図９）に移動させることができる。
【００８９】
また、２つの調整ネジＡＪ２は、いずれも光軸と平行になるように配置され、可動マウント部５７３の外周に沿って延びる円弧状の長孔を外側から貫通し、円筒体５７ｃの上端面へ螺入させている。このため、これらの調整ネジＡＪ２を緩めて、可動マウント部５７３を回転させることにより、光軸を中心として撮像素子５６ａの向きを調整することができる。
【００９０】
このような調整ネジＡＪ１，ＡＪ２を備えることにより、受光軸を撮像素子５６ａの中央に正確に一致させることができる。また、ワークＷが設置される加工エリア内におけるＸ方向及びＹ方向を撮像素子５６ａのＸ方向及びＹ方向と正確に一致させることができる。従って、ねじ込みマウントを介して、ユーザが所望のカメラ５６をレンズ鏡筒５７に着脱可能に取り付けた場合であっても、ワークＷの位置及び向きが正確な撮影画像を得ることができる。
【００９１】
さらに、可動マウント部５７３は、マーカヘッド６０の筐体フレーム６０から絶縁されている。このため、カメラ５６のマウント部５６ｃと、レンズ鏡筒５７の可動マウント部５７３とを介して、カメラ５６が筐体フレーム６０と導通し、ノイズによってカメラ５６が破壊されるのを防止している。一般に、カメラ５６は、回路基板５６ｂ上の電子回路がマウント部５６ｃを介して接地されるように構成されている。このため、可動マウント部５７３を筐体フレーム６０から絶縁しておくことにより、レンズ鏡筒５７を介してノイズが伝わることにより、カメラ５６が破壊されるのを防止している。なお、カメラ５６と接触する円筒体５７ａを筐体フレーム６０から絶縁しておけば、可動マウント部５７３全体を絶縁していなくてもよい。
【００９２】
＜誤差補償レーザー加工＞
図１１〜図１６は、本発明の実施の形態１による誤差補償レーザー加工についての説明図である。レーザーマーキングシステム１では、ワーク誤差に応じて、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償している。このため、ワークＷの位置及び向きにかかわらず、当該ワークＷに対し、所望のレーザー加工を行うことができる。本明細書では、ワーク誤差の補償を伴うレーザー加工を「誤差補償レーザー加工」と呼ぶことにする。
【００９３】
図１１は、加工設定データによって規定されるシンボルＳＢＬの一例を示した図である。図中の加工エリア２００は、レーザー光Ｌを照射可能な領域である。また、想定ワークＷｏは、加工設定データの作成時に想定しているワークであり、レーザー加工時におけるワークＷの形状、位置及び向きは、この想定ワークＷｏの形状、位置及び向きと一致している必要がある。
【００９４】
加工設定データは、レーザー光Ｌの照射条件を規定する情報であり、レーザー光Ｌの照射を開始する開始位置、レーザー光Ｌの照射を終了する終了位置、開始位置から終了位置までの走査スピードなどが含まれている。つまり、レーザーマーカ２０が形成するシンボルＳＢＬの形状や、当該シンボルＳＢＬが形成される加工エリア２００内の位置が、加工設定データによって規定されている。
【００９５】
図１２は、図１１の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。図中の（ａ）及び（ｂ）には、位置及び向きが異なるワークＷ，Ｗ'に対し、レーザー加工を行った場合の様子が示されている。なお、図中の撮影エリア２０１は、カメラ５６による撮影領域の一例である。
【００９６】
（ａ）及び（ｂ）のシンボルＳＢＬは、いずれもレーザーマーカ２０が、同一の加工設定データに基づいて、同一のレーザー加工を行って形成したものである。このため、これらのシンボルＳＢＬは、加工エリア２００内の同じ位置に同じ向きで形成されている。しかしながら、加工エリア２００内におけるワークＷ，Ｗ'の位置及び向きが異なるため、（ａ）及び（ｂ）のシンボルＳＢＬは、ワークＷ，Ｗ'上の異なる位置に異なる向きで印字されている。
【００９７】
ここでは、（ａ）のワークＷが、正しい位置に正しい向きで配置されているため、シンボルＳＢＬが正しく印字されている。つまり、ワークＷの位置及び向きは、想定ワークＷｏの位置及び向きと一致しているため、ワークＷに対し、加工設定データの作成時に想定した通りの加工が行われている。これに対し、（ｂ）のワークＷ'は、正しい位置に正しい向きで配置されておらず、シンボルＳＢＬが正しく印字されていない。つまり、ワークＷ'の位置及び向きは、想定ワークＷｏの位置及び向きと一致せず、ワーク誤差が生じている。このようなワークＷ'に対しても、ワークＷの場合と同様の加工を行うためには、そのワーク誤差に応じて、加工設定データを補正する必要がある。このため、本実施の形態によるレーザーマーキングシステム１では、撮影エリア２０１の撮影画像からワークＷ'を抽出する画像処理を行うことにより、ワークＷ'のワーク誤差を求め、このワーク誤差に基づいて、加工設定データを補正している。つまり、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償している。
【００９８】
図１３は、撮影画像からワークＷを抽出するための画像処理に必要なデータの一例を示した図である。図中の（ａ）には、マッチング用パターンＰＴＮの一例が示されている。マッチング用パターンＰＴＮは、ワークＷの形状を示すデータであり、撮影画像からワークＷを抽出するためのパターンマッチング処理に用いられる。例えば、ワークＷを予め撮影した画像や、ＣＡＤ（Computer Aided Design）ツールにより生成されたワークＷの画像が、マッチング用パターンＰＴＮとして用いられる。
【００９９】
図中の（ｂ）には、撮影エリア２０１内の基準データが示されている。基準データは、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθからなり、撮影エリア２０１内における想定ワークＷｏの位置及び向きを示している。ここでは、想定ワークＷｏの左下の特徴点の位置を基準位置ＳＴｘｙとし、この基準位置ＳＴｘｙから左上の特徴点に向かう方向を基準向きＳＴθとしている。
【０１００】
図１４は、ワーク誤差の算出処理の一例を示した図である。ワークＷ'を含む撮影画像についてマッチング用パターンＰＴＮを用いたパターンマッチングを行えば、撮影画像からワークＷ'が抽出され、その左下の特徴点の位置Ｗ'ｘｙと、左辺の向きＷθとが求められる。このため、ワークＷ'の位置Ｗｘｙと、基準位置ＳＴｘｙを比較することにより、Ｘ方向の誤差△ｘ、Ｙ方向の誤差△ｙが求められる。また、ワークＷ'の向きＷθと、基準向きＳＴθを比較することにより、角度誤差△θが求められる。つまり、オフセット誤差△Ｘ，△Ｙ及び角度誤差△θとして、ワーク誤差が求められる。
【０１０１】
図１５は、加工設定データの補正処理の一例を示した説明図であり、図中の（ａ）には、補正前の加工設定データによって規定されたシンボルＳＢＬが示され、（ｂ）には、補正前後の加工設定データによって規定されたシンボルＳＢＬ'が示されている。図中の（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大して示した拡大図である。
【０１０２】
補正後のシンボルＳＢＬ'は、補正前のシンボルＳＢＬをワーク誤差に基づいて補正したものである。つまり、補正前のシンボルＳＢＬをＸ方向に△ｘだけオフセットさせ、Ｙ方向に△ｙだけオフセットさせ、さらに角度△θだけ回転させることにより、補正後のシンボルＳＢＬ'が得られる。
【０１０３】
図１６は、補正後の加工設定データに基づくレーザー加工の一例を示した図である。ワークＷ'のワーク誤差に基づいて加工設定データを補正し、補正された加工設定データを用いてレーザー加工を行うことにより、ワーク誤差を有するワークＷ'に対しても、ワーク誤差を有しないワークＷの場合と同様の加工を行うことができる。
【０１０４】
この様にして、本実施の形態によるレーザーマーキングシステム１では、ワークＷ'を含む撮影エリア２０１を撮影し、撮影エリア２０１の撮影画像からワークＷ'を抽出する画像処理を行うことにより、ワークＷ'のワーク誤差を求めている。そして、このワーク誤差に基づいて、加工設定データを補正することにより、ワーク誤差を補償したレーザー加工（誤差補償レーザー加工）を行うことができる。
【０１０５】
＜機能ブロック図＞
図１７は、図１のレーザーマーキングシステム１の要部について詳細構成を示したブロック図である。また、図１８は、図１の画像処理装置１１及び制御装置１２の要部について詳細構成を示したブロック図である。これらの図には、誤差補償レーザー加工に関連する機能ブロックが示されている。なお、図１７のマーカコントローラ２２を構成している各ブロック２２０〜２２６は、図２の制御部３２に含まれている。
【０１０６】
＜マーカコントローラ２２＞
図１７のマーカコントローラ２２は、モード制御部２２０、加工設定データ記憶部２２１、加工設定補正部２２２、スキャナ制御部２２３、シャッター制御部２２４、出力制御部２２５及び照明制御部２２６からなる。
【０１０７】
レーザーマーカ２０は、動作モードとして、加工モード及び撮影モードを備え、これらのモードを選択的に切り替えることができる。加工モードは、レーザー加工を行うための動作モードであり、発振器用シャッター４２が開き、カメラ用シャッター５５が閉じ、照明光源５３を消灯させた動作状態である。また、レーザー発振器４１は、レーザー光Ｌを生成可能であり、ＸＹスキャナ４７は、加工設定データＤstupに基づいて制御される。一方、撮影モードは、カメラ撮影を行うための動作モードであり、発振器用シャッター４２が閉じ、カメラ用シャッター５５が開き、照明光源５３が点灯している動作状態である。また、レーザー発振器４１は、レーザー光Ｌの生成が禁止され、ＸＹスキャナ４７は、制御装置１２からのスキャン要求Ｃscnに基づいて制御される。
【０１０８】
モード制御部２２０は、制御装置１２からのモード切替要求Ｃmodに基づいて、レーザーマーカ２０の動作モードを切り替え、モード切り替えの完了後に、モード切替応答Ｒmodを制御装置１２へ出力する。このため、制御装置１２は、レーザーマーカ２０の動作モードの切り替えを指示することができるとともに、レーザーマーカ２０内においてモード切り替えが完了したタイミングを知ることができる。
【０１０９】
加工設定データ記憶部２２１は、端末装置１０から受信した加工設定データＤstupを保持している。加工設定補正部２２２は、制御装置１２からの補正要求Ｃadjに基づいて、加工設定データＤstupを補正し、ワーク誤差Ｄerrに応じた加工設定データＤstup'を生成する。加工設定データＤstupの補正が完了すれば、制御装置１２へ補正応答Ｒadjが出力されるとともに、補正された加工設定データＤstup'が、スキャナ制御部２２３及び出力制御部２２５へ出力される。このため、制御装置１２は、マーカコントローラ２２内の加工設定データＤstupの補正を指示することができるとともに、加工設定データＤstupの補正が完了したタイミングを知ることができる。
【０１１０】
スキャナ制御部２２３は、マーカヘッド２１内のスキャナ４７を制御しているが、この制御処理は、レーザーマーカ２０の動作モードによって異なる。加工モード時には、加工設定データＤstupに基づいて、スキャナ４７の走査角を制御することにより、レーザー光Ｌの照射位置を制御する。ここでは、加工設定補正部２２２により補正された加工設定データＤstup'に基づいて、スキャナ４７を制御している。一方、撮影モード時には、制御装置１２からのスキャン要求Ｃscnが入力され、このスキャン要求Ｃscnに基づいて、スキャナ４７の走査角を制御する。スキャン要求Ｃscnは、カメラ５６の撮影位置Ｄscnを指定したスキャナ４７の制御情報、つまり、カメラ５６の撮影領域を所定の領域へ移動させるためのスキャナに対する駆動要求である。スキャン要求Ｃscnに基づいてスキャナ４７を移動させ、スキャナ４７の走査角が指定された撮影位置Ｄscnに一致すれば、スキャン応答Ｒscnが、スキャナ制御部２２３から制御装置１２へ出力される。このため、制御装置１２は、撮影モード時におけるスキャナ４７の走査角を指示することができるとともに、スキャナ４７の移動が完了したタイミングを知ることができる。
【０１１１】
シャッター制御部２２４は、レーザーマーカ２０の動作モードに基づいて、発振器用シャッター４２及びカメラ用シャッター５５の開閉状態を制御している。加工モード時には、発振器用シャッター４２を開状態、カメラ用シャッター５５を閉状態にすることにより、レーザー光Ｌを照射可能にするとともに、カメラ５６の破損を防止する。一方、撮影モード時には、発振器用シャッター４２を閉状態、カメラ用シャッター５５を開状態にすることにより、レーザー光Ｌの漏出を防止するとともに、カメラ５６によるワークＷの撮影を可能にする。
【０１１２】
出力制御部２２５は、レーザーマーカ２０の動作モードに基づいて、レーザー発振器４１を制御する。加工モード時には、加工設定データＤstupに基づいてレーザー光Ｌを発生させる一方、撮影モード時には、レーザー光Ｌを発生させない。
【０１１３】
照明制御部２２６は、レーザーマーカ２０の動作モードに基づいて、照明光源５３を制御する。加工モード時には、照明光源５３を消灯させる一方、撮影モード時には、照明光源５３を点灯させてワークＷを照明する。
【０１１４】
＜画像処理装置１１＞
図１８の画像処理装置１１は、画像入力部１１０、ワーク誤差検出部１１１、マッチング用パターン記憶部１１２及び基準データ記憶部１１３からなる。画像入力部１１０は、制御装置１２からの撮影要求Ｃshtに基づいて、カメラ５６からの撮影画像ＩＭＧを取り込み、ワーク誤差検出部１１１へ出力する。ワーク誤差検出部１１１は、撮影画像ＩＭＧに基づいてワーク誤差Ｄerrを求め、制御装置１２へ出力する。マッチング用パターン記憶部１１２は、ワークＷの形状を示すマッチング用パターンＰＴＮを記憶し、基準データ記憶部１１３は、撮影画像ＩＭＧ内の基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθからなる基準データを記憶している。
【０１１５】
ワーク誤差検出部１１１は、撮影画像ＩＭＧからワークＷを抽出し、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを求めるワーク抽出部１１５と、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを基準データＤｘｙ，Ｄθと比較し、ワーク誤差Ｄerrを求めるワーク誤差算出部１１６とからなる。
【０１１６】
ワーク抽出部１１５は、撮影画像ＩＭＧ内をサーチし、マッチング用パターンＰＴＮと一致する画像領域を検出する。マッチング用パターン記憶部１１２は、ワークＷの画像をマッチング用パターンＰＴＮとして保持している。このため、マッチング用パターンＰＴＮと一致する領域を検索すれば、撮影画像ＩＭＧからワークＷを抽出することができる。この様にしてワークＷを抽出することができれば、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを求めることができる。なお、マッチング用パターンＰＴＮに代えて、ワーク検出用のエッジ情報を保持し、撮影画像ＩＭＧ内のエッジ検出を行うことによって、ワークＷを抽出するように構成することもできる。
【０１１７】
基準データ記憶部１１３は、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθを保持している。基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθは、加工設定データＤstupが前提とする想定ワークＷｏの位置及び向きを撮影画像ＩＭＧ内におけるワークの位置及び向きとして示したものであり、加工設定データＤstup及び撮影位置Ｄscnに対応づけて保持される。なお、基準向きＳＴθが一定となるようにマッチング用パターンＰＴＮを作成し、基準位置ＳＴｘｙが一定となるように撮影位置Ｄscnを決定しておけば、加工設定データＤstup及び撮影位置Ｄscnにかかわらず、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθを一定にすることもできる。
【０１１８】
ワーク誤差算出部１１６は、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙ及び向きＷθを基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθと照合することにより、基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθに対する誤差としてワーク誤差Ｄerrを求めている。すなわち、撮影画像ＩＭＧ内におけるワークＷの位置Ｗｘｙと、基準位置ＳＴｘｙとを比較することにより、基準位置ＳＴｘｙに対するＸ方向及びＹ方向のオフセット誤差△Ｘ，△Ｙをそれぞれ求めることができる。これらのオフセット誤差△Ｘ，△Ｙは、撮影画像ＩＭＧ内のピクセル数を実際の距離に換算した値として求められる。また、抽出されたワークＷの撮影画像ＩＭＧ内における向きＷθと、基準向きＳＴθとを比較し、基準向きＳＴθに対する角度誤差△θを求める。この様にして求められたオフセット誤差△Ｘ，△Ｙ及び角度誤差△θがワーク誤差Ｄerrとして制御装置１２へ出力される。なお、ワーク誤差算出部１１６は、ワークＷの位置Ｗｘｙ又は向きＷθの少なくとも一方について誤差を求め、当該誤差をワーク誤差Ｄerrとして出力するものであってもよい。
【０１１９】
＜制御装置１２＞
図１８の制御装置１２は、主制御部１２０、撮影位置制御部１２１、撮影位置記憶部１２２及び補正制御部１２３からなる。主制御部１２０は、レーザーマーカ２０の動作モードを制御する。撮影位置制御部１２１は、カメラ撮影のためのスキャナ制御を行っている。撮影位置記憶部１２２は、撮影位置Ｄscnを保持している。補正制御部１２３は、ワークＷの位置及び向きに応じた加工設定データＤstupの補正を制御している。
【０１２０】
主制御部１２０は、レーザーマーカ２０の動作モードを制御している。主制御部１２０は、ワークセンサＳからのワーク検出信号ＤＷに基づいて、撮影モードへの移行を指示するモード切替要求Ｃmodをマーカコントローラ２２へ出力する。例えば、新たなワークＷが加工エリア２００内に設置されると、レーザーマーカ２０を撮影モードに移行させる。このモード切替要求Ｃmodの出力後、モード切り替えが完了したことを示すモード切替応答Ｒmodがマーカコントローラ２２から出力されると、撮影位置制御部１２１に対し、カメラ撮影のためのスキャナ制御を指示する。
【０１２１】
また、主制御部１２０は、マーカコントローラ２２内において加工設定データＤstupの補正が完了し、補正制御部１２３から補正完了信号が出力されると、加工モードへ移行することを指示するモード切替要求Ｃmodをマーカコントローラ２２へ出力する。レーザーマーカ２０は、このモード切替要求Ｃmodに基づいて、動作モードを加工モードに移行させる。その後に、マーカコントローラ２２からモード切替応答Ｒmodを受信すれば、レーザー加工の開始を指示する加工開始要求をマーカコントローラ２２へ出力し、レーザー加工を開始させる。
【０１２２】
撮影位置制御部１２１は、撮影モード時におけるスキャナ４７の走査角を制御している。撮影位置制御部１２１は、撮影モードへの移行後に、主制御部１２０からスキャナ制御が指示されると、スキャン要求Ｃscnをマーカコントローラ２２へ出力する。スキャン要求Ｃscnは、スキャナ４７の走査角を示す撮影位置Ｄscnを指定したスキャナの制御信号であり、撮影位置記憶部１２２内の撮影位置Ｄscnに基づいて生成される。マーカコントローラ２２は、このスキャン要求Ｃscnに基づいて、撮影位置Ｄscnに一致するようにスキャナ４７の走査角を制御する。撮影位置制御部１２１は、スキャン要求Ｃscnの出力後に、スキャナ移動の完了を示すスキャン応答Ｒscnがマーカコントローラ２２から出力されると、撮影要求Ｃshtを画像処理装置１１へ出力する。このため、スキャナ移動の完了後に、画像処理装置１１が迅速に画像処理を開始することができる。
【０１２３】
補正制御部１２３は、マーカコントローラ２２における加工設定データＤstupの補正を制御する。つまり、画像処理装置１１からのワーク誤差Ｄerrに基づいて、加工設定データＤstupに対する補正要求Ｃadjをマーカコントローラ２２へ出力する。この補正要求Ｃadjには、Ｘ方向について△Ｘのオフセット補正と、Ｙ方向について△Ｙのオフセット補正と、角度△θの回転補正とが指定されている。また、補正制御部１２３は、補正要求Ｃadjの出力後に、マーカコントローラ２２から補正応答Ｒadjが出力されると、主制御部１２０へ補正完了信号を出力する。主制御部１２０は、この補正完了信号に基づいて撮影モードを終了させる。
【０１２４】
＜誤差補償レーザー加工の動作例＞
図１９は、図１のレーザーマーキングシステム１による誤差補償レーザー加工の動作の一例を示したシーケンス図である。また、図２０は、上記誤差補償レーザー加工における主な信号の変化の一例を示したタイミングチャートである。これらの図には、レーザーマーカ２０の動作モードを撮影モードへ切り替え、ワークＷを撮影してワーク誤差Ｄerrを求め、加工設定データＤstupを補正した後に、動作モードを加工モードへ切り替えて、レーザー加工を行う一連の動作が示されている。
【０１２５】
まず、制御装置１２からマーカコントローラ２２へ撮影モードへの移行を指示するモード切替要求Ｃmodが出力される。このモード切替要求Ｃmodに基づいて、レーザーマーカ２０の動作モードが撮影モードへ切り替えられ、このモード切替完了後に、マーカコントローラ２２からモード切替応答Ｒmodが出力される。
【０１２６】
モード切替応答Ｒmodを受信し、撮影モードへの切替完了を確認した制御装置１２は、スキャン要求Ｃscnを出力する。マーカコントローラ２２は、このスキャン要求Ｃscnに基づいて、スキャナ４７の走査角を制御し、スキャナ移動の完了後に、スキャン応答Ｒscnを出力する。
【０１２７】
スキャン応答Ｒscnを受信し、スキャナ移動の完了を確認した制御装置１２は、撮影要求Ｃshtを出力する。画像処理装置１１は、この撮影要求Ｃshtに基づいて、カメラ５６から出力される撮影画像ＩＭＧを取り込み、当該撮影画像ＩＭＧからワーク誤差Ｄerrが算出される。このワーク誤差Ｄerrの算出完了後に、画像処理装置１１から撮影応答が出力される。撮影応答を受信し、ワーク誤差算出の完了を確認した制御装置１２は、ワーク誤差取得要求を出力する。画像処理装置１１は、このワーク誤差取得要求に基づいて、ワーク誤差Ｄerrを出力する。
【０１２８】
ワーク誤差Ｄerrを受信した制御装置１２は、マーカコントローラ２２へ補正要求Ｃadjを出力する。マーカコントローラ２２は、この補正要求Ｃadjに基づいて、加工設定データＤstupを補正し、補正の完了後に、補正応答Ｒadjを出力する。
【０１２９】
補正応答Ｒadjを受信し、加工設定データＤstupの補正完了を確認した制御装置１２は、加工モードへの移行を指示するモード切替要求Ｃmodを出力する。このモード切替要求Ｃmodに基づいて、レーザーマーカ２０の動作モードが加工モードへ切り替えられ、このモード切替完了後に、マーカコントローラ２２からモード切替応答Ｒmodが出力される。
【０１３０】
モード切替応答Ｒmodを受信し、加工モードへの切替完了を確認した制御装置１２は、加工開始要求を出力する。マーカコントローラ２２は、この加工開始要求に基づいて、補正された加工設定データＤstup'に基づくレーザー加工を開始し、レーザー加工の完了後に、加工完了応答を出力する。
【０１３１】
実施の形態２．
実施の形態１では、１個のワークＷが加工エリア２００内にある場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２個以上のワークＷ１〜Ｗ６が加工エリア２００にある場合について説明する。
【０１３２】
図２１は、本発明の実施の形態２による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図であり、加工エリア２００内に６個のワークＷ１〜Ｗ６が配置されている様子が示されている。図中の（ａ）では、各ワークＷ１〜Ｗ６が、正しい位置に正しい向きでそれぞれ配置されている。一方、図中の（ｂ）では、各ワークＷ１〜Ｗ６がワーク誤差Ｄerrをそれぞれ有している。
【０１３３】
加工エリア２００内に６個のワークＷ１〜Ｗ６が配置されている場合であっても、加工設定データＤstupが各ワークＷ１〜Ｗ６ごとに予め与えられていれば、１個のワークＷに対するレーザー加工処理を繰り返すことによって、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対するレーザー加工を行うことができる。しかも、ワークＷを撮影してワーク誤差Ｄerrを求め、ワーク誤差Ｄerrに基づいて加工設定データＤstupを補正するワーク誤差の補償処理についても、１個のワークＷに対する誤差補償処理を繰り返すことによって、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対する誤差補償を行うことができる。
【０１３４】
ただし、ワークＷ１〜Ｗ６ごとに、撮影モード及び加工モードを切り替えた場合、モード切り替えに要する時間が、ワークＷ１〜Ｗ６の数だけ必要になる。このため、ワークＷ１〜Ｗ６ごとに動作モードを切り替えることなく、同じ撮影モード中に、全てのワークＷ１〜Ｗ６についてワーク誤差Ｄerrを求め、加工設定データＤstupを補正する。この加工設定データＤstupの補正について、より具体的に説明する。もともと加工設定データＤstupには、ワークＷ１の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ１,ｙ１）及び０度、ワークＷ２の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ２,ｙ２）及び０度で、ワークＷ３の位置及び所定向きからの回転角度は（ｘ３,ｙ３）及び０度、ワークＷ４の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ４,ｙ４）及び０度、ワークＷ５の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ５,ｙ５）及び０度、ワークＷ６の位置及び所定向きからの回転角度は、（ｘ６,ｙ６）及び０度、といった各データが含まれている。そして、上述したワーク誤差の補償処理によって、加工設定データＤstupのうちワークＷ１については（ｘ１',ｙ１'）及びθ１度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ２については（ｘ２',ｙ２'）及びθ２度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ３については（ｘ３',ｙ３'）及びθ３度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ４については（ｘ４',ｙ４'）及びθ４度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ５については（ｘ５',ｙ５'）及びθ５度に上書きされ、加工設定データＤstupのうちワークＷ６については（ｘ６',ｙ６'）及びθ６度に上書きされる（ワークＷ１〜ワークＷ６のそれぞれと、位置及び回転角度とが対応付けられた対応テーブルをもっていてもよい）。その後に動作モードを切り替えて、同じ加工モード中に、全てのワークＷ１〜Ｗ６についてレーザー加工を行っている。すなわち、ワークＷ１〜ワークＷ６について、それぞれ（ｘ１',ｙ１'）及びθ１度〜（ｘ６',ｙ６'）及びθ６度を読みだして、レーザ加工を行っている。この様な処理を行うことにより、すなわち、加工設定データＤstupのうち各ワークＷ１〜ワークＷ６についての直近のデータ（最後に上書きされたデータ）に基づいてレーザ加工を行うことにより、ワークＷ１〜Ｗ６の数が増大しても、モード切り替えに要する時間は増大せず、レーザー加工に要する合計時間を短縮することができる。
【０１３５】
そこで、本実施の形態では、図１９に示した通り、スキャン要求Ｃscnの出力から補正応答Ｒadjを受信するまでの一連の処理が、ワークＷ１〜Ｗ６ごとに順に繰り返される。そして、全てのワークＷについて加工設定データＤstupの補正が終了した後に、動作モードを加工モードへ移行させ、全てのワークＷ１〜Ｗ６について順にレーザー加工が行われる。
【０１３６】
図中の（ａ）では、全てのワークＷ１〜Ｗ６が、対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致するようにそれぞれ配置されている。このため、ワーク誤差Ｄerrを補償しなくても、各ワークＷ１〜Ｗ６に対し、シンボルＳＢＬが正しく印字される。
【０１３７】
一方、図中の（ｂ）では、ワークＷ１〜Ｗ６が、対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致していない。しかしながら、各ワークＷ１〜Ｗ６ごとに、ワーク誤差Ｄerrを補償することにより、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対し、正しくシンボルＳＢＬを印字することができる。
【０１３８】
実施の形態３．
実施の形態２では、加工エリア２００内に２以上のワークＷ１〜Ｗ６がある場合に、これらのワークＷ１〜Ｗ６ごとにワーク誤差Ｄerrを求め、対応する加工設定データＤstupをそれぞれ補正する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２以上のワークＷ１〜Ｗ６に共通する１つのワーク誤差Ｄerrを求め、各ワークＷ１〜Ｗ６に対応する加工設定データＤstupをそれぞれ補正する場合の例について説明する。
【０１３９】
図２２は、本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の一例についての説明図であり、加工エリア２００内に６個のワークＷ１〜Ｗ６が配置されている。これらのワークＷ１〜Ｗ６は、共通の搬送トレイ２１０内に収容されている。搬送トレイ２１０は、ワークＷ１〜Ｗ６の位置及び向きが相対的に変化しないように、ワークＷ１〜Ｗ６を保持する手段である。
【０１４０】
２以上のワークＷ１〜Ｗ６が、共通の搬送トレイ２１０に収容されている場合、ワークＷ１〜Ｗ６ごとのワーク誤差Ｄerrに代えて、搬送トレイ２１０のトレイ誤差Ｄerr'を求め、当該トレイ誤差Ｄerr'に基づいて、各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupを補正してもよい。
【０１４１】
この場合、マッチング用パターンＰＴＮとして、ワークＷ１〜Ｗ６の画像に代えて、搬送トレイ２１０の画像、少なくとも当該画像の一部を用いて、パターンマッチングが行われる。また、基準データを構成する基準位置ＳＴｘｙ及び基準向きＳＴθは、各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupの作成時に想定されている搬送トレイ２１０の特徴点の位置及び向きとして与えられる。
【０１４２】
図中の（ａ）では、搬送トレイ２１０が、加工設定データＤstupの作成時に想定された通り、正しい位置に正しい向きで配置されている。このため、各ワークＷ１〜Ｗ６も、それぞれが対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致している。このため、ワーク誤差Ｄerrを補償しなくても、各ワークＷ１〜Ｗ６に対し、シンボルＳＢＬが正しく印字される。
【０１４３】
一方、図中の（ｂ）では、搬送トレイ２１０の位置及び向きが、想定された位置及び向きに一致していないため、ワークＷ１〜Ｗ６も、それぞれが対応する加工設定データＤstupの想定ワークＷｏの位置及び向きと一致していない。しかしながら、想定された位置及び向きに対する搬送トレイ２１０の位置及び向きの誤差をトレイ誤差Ｄerr'として求め、当該トレイ誤差Ｄerr'に基づいて、各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupをそれぞれ補正することにより、全てのワークＷ１〜Ｗ６に対し、正しくシンボルＳＢＬを印字することができる。
【０１４４】
図２３は、本発明の実施の形態３による誤差補償レーザー加工の他の例についての説明図である。この図２３は、図２２と同様、２以上のワークＷ１〜Ｗ６が共通の搬送トレイ２１０に保持された状態で、加工エリア２００内に配置されている。しかしながら、搬送トレイ２１０内において、ワークＷ１〜Ｗ６の位置及び向きが相対的に変化している点で、図２２の場合とは異なる。
【０１４５】
このような場合、トレイ誤差Ｄerr'を求めて各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupを補正した後、さらに、各ワークＷ１〜Ｗ６のワーク誤差Ｄerrをそれぞれ求めて各ワークＷ１〜Ｗ６の加工設定データＤstupを補正してもよい。このようにして補正された加工設定データＤstupに基づいてレーザー加工を行った場合の様子が、図２３に示されている。
【０１４６】
なお、上記実施の形態では、画像処理装置１１が、ワーク誤差Ｄerrの検出を行う場合の例について説明したが、本発明によるレーザーマーキングシステムは、このような構成のみに限定されない。例えば、画像処理装置１１による画像処理の結果、つまり、ワークＷの抽出結果に基づいて、制御装置１２又はマーカコントローラ２２が、ワーク誤差Ｄerrを算出するように構成することもできる。
【０１４７】
また、上記実施の形態では、レーザーマーカ２０がＳＨＧ型レーザーマーキング装置である場合の例について説明したが、本発明によるレーザー加工装置はこれに限定されるものではない。例えば、ファイバーレーザー型のマーキング装置にも本発明は適用することができる。ファイバーレーザー型マーキング装置は、Ｙｂ（イッテルビウム）をドープしたファイバーを増幅器として用いるレーザーマーカである。
【０１４８】
また、上記実施の形態では、撮影位置Ｄscnが制御装置１２内に保持されている場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合のみに限定されない。例えば、マーカコントローラ２２が撮影位置Ｄscnを保持し、撮影位置Ｄscnを含まないスキャン要求Ｃscnが、制御装置１２からマーカコントローラ２２へ出力されるように構成することもできる。
【０１４９】
また、上記実施の形態では、ワーク誤差Ｄerrが、画像処理装置１１から制御装置１２へ送信される場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、ワーク誤差Ｄerrが、制御装置１２を介することなく、画像処理装置１１からマーカコントローラ２２へ送信され、マーカコントローラ２２内の加工設定補正部２２２が、ワーク誤差Ｄerrに基づいて加工設定データを補正するように構成することもできる。
【０１５０】
また、上記実施の形態では、画像処理装置１１及びレーザー加工装置２０が独立した装置であり、制御装置１２を介して互いに接続されている場合について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、画像処理装置１１は、レーザー加工装置２０に内蔵されていてもよい。つまり、マーカヘッド２１又はマーカコントローラ２２が、画像処理装置１１の機能を有するように構成することもできる。
【符号の説明】
【０１５１】
１ レーザーマーキングシステム
１０ 端末装置
１１ 画像処理装置
１２ 制御装置
２０ レーザーマーカ
２１ マーカヘッド
２２ マーカコントローラ
４１ レーザー発振器
４２ 発振器用シャッター
４７ ＸＹスキャナ
４８ テレセントリックレンズ
５３ 照明光源
５５ カメラ用シャッター
５６ カメラ
６０ 筐体フレーム
２００ 加工エリア
１１０ 画像入力部
１１１ ワーク誤差検出部
１１２ マッチング用パターン記憶部
１１３ 基準データ記憶部
１１５ ワーク抽出部
１１６ ワーク誤差算出部
１２０ 主制御部
１２１ 撮影位置制御部
１２２ 撮影位置記憶部
１２３ 補正制御部
２０１ 撮影エリア
２１０ 搬送トレイ
２２０ モード制御部
２２１ 加工設定データ記憶部
２２２ 加工設定補正部
２２３ スキャナ制御部
２２４ シャッター制御部
２２５ 出力制御部
２２６ 照明制御部
５３０ 照明モジュール
５６０ カメラモジュール
５７２ カメラ取付部
ＡＪ１，ＡＪ２ 調整ネジ
Ｃadj 補正要求
Ｃmod モード切替要求
Ｃscn スキャン要求
Ｃsht 撮影要求
Ｄerr ワーク誤差
Ｄerr' トレイ誤差
Ｄscn 撮影位置
Ｄstup 加工設定データ
ＤＷ ワーク検出信号
ＩＭＧ 撮影画像
Ｌ レーザー光
ＰＴＮ マッチング用パターン
Ｒadj 補正応答
Ｒmod モード切替応答
Ｒscn スキャン応答
Ｓ ワークセンサ
ＳＢＬ シンボル
ＳＴｘｙ 基準位置
ＳＴθ 基準向き
Ｗ，Ｗ'，Ｗ１〜Ｗ６ ワーク
Ｗｏ 想定ワーク
Ｗｘｙ ワークの位置
Ｗθ ワークの向き
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラとを備えたレーザー加工装置と、
上記カメラにより撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を行う画像処理装置と、
上記レーザー加工装置及び上記画像処理装置に接続され、上記レーザー加工装置に対して上記レーザー光によるワークの加工開始を指示する制御装置とを備えたレーザー加工システムにおいて、
上記制御装置は、
上記レーザー加工装置に対し、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報を含む撮影スキャン要求を出力する撮影スキャン要求出力手段と、
上記レーザー加工装置から、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答が入力される撮影スキャン応答入力手段と、
上記画像処理装置に対し、上記撮影スキャン応答に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像の取得を要求する撮影画像取得要求を出力する撮影画像取得要求出力手段とを備え、
上記画像処理装置は、
上記制御装置からの上記撮影画像取得要求に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像を取得する撮影画像取得手段と、
上記撮影画像取得手段により取得された撮影画像に基づいて、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めるワーク誤差検出手段とを備え、
上記レーザー加工装置は、
上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、
上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、
上記レーザー加工装置が上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させることを特徴とするレーザー加工システム。
【請求項２】
上記制御装置は、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなる撮影位置データを保持する撮影位置データ記憶手段を備え、
上記撮影スキャン要求出力手段は、上記レーザー加工装置に対し、上記撮影位置データを含む上記撮影スキャン要求を出力することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工システム。
【請求項３】
上記制御装置は、上記画像処理装置から上記ワーク誤差が入力され、上記レーザー加工装置に対し、上記ワーク誤差に基づいて上記加工設定データの補正要求を出力する補正要求出力手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工システム。
【請求項４】
上記画像処理装置は、上記レーザー加工装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
上記ワーク誤差検出手段は、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工システム。
【請求項６】
上記ワークについてパターンマッチング用のマッチングデータを記憶するマッチングデータ記憶部を備え、
ワーク誤差検出手段は、上記マッチングデータを用いたパターンマッチングを行うことにより、撮影画像中における上記ワークの位置及び向きを判別することを特徴とする請求項５に記載のレーザー加工システム。
【請求項７】
制御装置をレーザー加工装置及び画像処理装置に接続したレーザー加工システムにおけるレーザー加工装置において、
レーザー光を生成するレーザー生成器と、
上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、
上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、
上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラと、
上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報含む撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、
上記制御装置に対し、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、
上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了した状態にて、上記カメラにより撮影される撮影画像が上記画像処理装置へ出力され、上記画像処理装置により求められたワーク誤差であって、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差を示すワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、
上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、
上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、
上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項８】
上記スキャナ及び上記レーザー生成器間に配置され、上記加工面からの入射光を上記レーザー光の光軸から分岐させるビームスプリッタと、
上記ビームスプリッタによる分岐路上に設けられ、上記カメラが着脱可能に取り付けられるカメラ取付部とを備えたことを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工装置。
【請求項９】
上記カメラ取付部は、上記カメラの受光面に関する２次元方向のオフセット及び回転角を調整可能な調整手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載のレーザー加工装置。
【請求項１０】
金属製の筐体を備え、
上記カメラ取付部は、上記ワーク撮影用カメラを螺合させるねじ込みマウントを有し、
上記ねじ込みマウントは、上記筐体から絶縁されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザー加工装置。
【請求項１】
レーザー光を生成するレーザー生成器と、上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラとを備えたレーザー加工装置と、
上記カメラにより撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を行う画像処理装置と、
上記レーザー加工装置及び上記画像処理装置に接続され、上記レーザー加工装置に対して上記レーザー光によるワークの加工開始を指示する制御装置とを備えたレーザー加工システムにおいて、
上記制御装置は、
上記レーザー加工装置に対し、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報を含む撮影スキャン要求を出力する撮影スキャン要求出力手段と、
上記レーザー加工装置から、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答が入力される撮影スキャン応答入力手段と、
上記画像処理装置に対し、上記撮影スキャン応答に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像の取得を要求する撮影画像取得要求を出力する撮影画像取得要求出力手段とを備え、
上記画像処理装置は、
上記制御装置からの上記撮影画像取得要求に基づいて、上記カメラにより撮影される撮影画像を取得する撮影画像取得手段と、
上記撮影画像取得手段により取得された撮影画像に基づいて、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差をワーク誤差として求めるワーク誤差検出手段とを備え、
上記レーザー加工装置は、
上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、
上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、
上記レーザー加工装置が上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させることを特徴とするレーザー加工システム。
【請求項２】
上記制御装置は、上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報からなる撮影位置データを保持する撮影位置データ記憶手段を備え、
上記撮影スキャン要求出力手段は、上記レーザー加工装置に対し、上記撮影位置データを含む上記撮影スキャン要求を出力することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工システム。
【請求項３】
上記制御装置は、上記画像処理装置から上記ワーク誤差が入力され、上記レーザー加工装置に対し、上記ワーク誤差に基づいて上記加工設定データの補正要求を出力する補正要求出力手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工システム。
【請求項４】
上記画像処理装置は、上記レーザー加工装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
上記ワーク誤差検出手段は、予め定められたワークの位置及び向きに対する実際のワークの位置及び向きの誤差をワーク誤差として求めることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工システム。
【請求項６】
上記ワークについてパターンマッチング用のマッチングデータを記憶するマッチングデータ記憶部を備え、
ワーク誤差検出手段は、上記マッチングデータを用いたパターンマッチングを行うことにより、撮影画像中における上記ワークの位置及び向きを判別することを特徴とする請求項５に記載のレーザー加工システム。
【請求項７】
制御装置をレーザー加工装置及び画像処理装置に接続したレーザー加工システムにおけるレーザー加工装置において、
レーザー光を生成するレーザー生成器と、
上記レーザー光をワークの加工面上で走査させるスキャナと、
上記スキャナよりも上記ワーク側に配置され、入射角にかかわらず、一定の出射角で上記レーザー光を出射させるテレセントリックレンズと、
上記スキャナよりも上記レーザー生成器側において上記レーザー光の出射軸から分岐させた受光軸を有するカメラと、
上記スキャナに対するカメラ撮影用の制御情報含む撮影スキャン要求が上記制御装置から入力される撮影スキャン要求入力手段と、
上記制御装置に対し、上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了したことを示す撮影スキャン応答を出力する撮影スキャン応答出力手段と、
上記スキャナが上記撮影スキャン要求に基づく走査を完了した状態にて、上記カメラにより撮影される撮影画像が上記画像処理装置へ出力され、上記画像処理装置により求められたワーク誤差であって、予め定められたワークの位置に対する実際のワークの位置の誤差を示すワーク誤差が入力されるワーク誤差入力手段と、
上記スキャナに対するレーザー加工用の制御情報からなる加工設定データを保持する加工設定データ記憶手段と、
上記ワーク誤差に基づいて、上記加工設定データを補正する加工設定補正手段とを備え、
上記制御装置からワークの加工開始を指示された場合に、上記スキャナは、上記加工設定補正手段により補正された上記加工設定データに基づいて上記レーザー光を走査させることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項８】
上記スキャナ及び上記レーザー生成器間に配置され、上記加工面からの入射光を上記レーザー光の光軸から分岐させるビームスプリッタと、
上記ビームスプリッタによる分岐路上に設けられ、上記カメラが着脱可能に取り付けられるカメラ取付部とを備えたことを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工装置。
【請求項９】
上記カメラ取付部は、上記カメラの受光面に関する２次元方向のオフセット及び回転角を調整可能な調整手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載のレーザー加工装置。
【請求項１０】
金属製の筐体を備え、
上記カメラ取付部は、上記ワーク撮影用カメラを螺合させるねじ込みマウントを有し、
上記ねじ込みマウントは、上記筐体から絶縁されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−１４３７８５（Ｐ２０１２−１４３７８５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９４１（Ｐ２０１１−３９４１）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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