レーザ加工機
【課題】レーザビームの照射位置の誤差を簡便に較正できるレーザ加工機を提供する。
【解決手段】レーザ発振器から発振されるビームＬを被加工物が配置される所定面４に向けて反射させるミラー１１２、１２２と、ミラー１１２、１２２の方向を変化させることでビームＬの光軸を所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構１１１、１２１と、ミラー１２２に映る目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサと、カメラセンサにより撮像した画像を参照して光軸操作機構１１１、１２１に指令した目標照射位置と所定面４における実際のビームＬの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備する加工機を構成し、前記誤差に基づき、加工時にビームＬをその目標照射位置に照射するために光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定するようにした。
【解決手段】レーザ発振器から発振されるビームＬを被加工物が配置される所定面４に向けて反射させるミラー１１２、１２２と、ミラー１１２、１２２の方向を変化させることでビームＬの光軸を所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構１１１、１２１と、ミラー１２２に映る目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサと、カメラセンサにより撮像した画像を参照して光軸操作機構１１１、１２１に指令した目標照射位置と所定面４における実際のビームＬの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備する加工機を構成し、前記誤差に基づき、加工時にビームＬをその目標照射位置に照射するために光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを被加工物の任意の箇所に照射して加工を行うレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の任意の箇所にレーザビームを照射する加工機の一種として、レーザビームの光軸を変位させるものがある。光軸の向きを変化させるための具体的手段としては、ガルバノスキャナと集光レンズとの組み合わせが採用されることが少なくない（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
レーザビームの光軸を変位させる走査においては、ガルバノスキャナ等のミラーの回転位置決め誤差や集光レンズの光学的な歪み等の要因によって、平面座標系に対する誤差が発生する。レーザ加工を実行するに際しては、その誤差を予め取り除いておく必要がある。
【０００４】
従前では、テストピースに試験用のパターンをレーザ加工し、しかる後にこれを顕微鏡で観察して試験用のパターンと実際に形成されたパターンとの誤差を計測、その誤差を低減するような補正量をガルバノスキャナ等に対する指令値に加味していた。
【０００５】
しかしながら、テストピースに形成されたパターンを顕微鏡で調査するのに非常に時間がかかる上、加工機の組立調整や納品調整において必ずこのような補正作業を行うので、作業現場に高精度な顕微鏡が必須であった。さらに、レーザ発振器の光学調整や集光レンズの交換時、焦点変更時にも補正作業を行うことが要求され、煩瑣であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０６８２７０号公報
【特許文献２】特開２００９−２９７７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、レーザビームの照射位置の誤差を簡便に較正できるレーザ加工機を提供することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ加工機は、レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのものであって、レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、前記ミラーに映る、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサと、前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備してなり、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができる。
【０００９】
並びに、本発明に係るレーザ加工機は、レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該所定面に照射したレーザビームの光点を撮像するカメラセンサと、前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備してなり、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができる。
【００１０】
前記レーザ発振器と前記ミラーとの間の光路上にビームスプリッタを配置し、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を前記ミラー及び前記ビームスプリッタを介して前記カメラセンサで撮像するものとすれば、カメラセンサの光軸をレーザビームの光軸に可能な限り接近させ、両者を重畳することができるようになる。また、カメラセンサを何処に設置するかについて、設計の自由度が増す。
【００１１】
前記所定面に設けられ当該所定面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを前記カメラセンサで撮像し、撮像した画像に現れるグリッドパターンを基準として前記誤差較正機構が前記誤差の検出を行うものとすれば、所定面における目標照射位置と実際に照射されるレーザビームの光軸の位置との誤差を精度よく検出することができる。
【００１２】
前記誤差較正機構は、詳細には、前記光軸操作機構に対してレーザビームの光軸を前記所定面における目標照射位置に位置づけるための指令を行う照射位置指令部と、前記カメラセンサで撮像した画像を参照して前記所定面における目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を算出する誤差検出部と、前記誤差検出部で算出した誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する補正量記憶部とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザビームの照射位置の誤差を簡便に較正できるレーザ加工機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機を示す斜視図。
【図２】同レーザ加工機のレーザ照射装置を示す斜視図。
【図３】同レーザ加工機のハードウェア資源構成を示す図。
【図４】同レーザ加工機の機能ブロック図。
【図５】同レーザ加工機における誤差較正時の構成を模式的に示す図。
【図６】同レーザ加工機による誤差較正の方法を示す平面図。
【図７】同レーザ加工機が誤差較正時に実行する処理の手順を示すフローチャート。
【図８】同レーザ加工機が加工作業時に実行する処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態のレーザ加工機０は、加工対象となる被加工物を支持する設置台４と、被加工物に向けてレーザビームＬを照射するレーザ照射装置１とを備え、被加工物の任意の箇所にレーザ加工を施すことができるものである。
【００１６】
設置台４は、レーザ加工時に被加工物を支持する。被加工物が配置される所定面たる設置台４の上面には、当該面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを設けてある。グリッドパターンの形態は一意に限定されないが、図６に示す例では、ｘ軸方向及びｘ軸に対して直交するｙ軸方向に沿って所定間隔（例えば、１ｍｍ間隔）で無数の点（例えば、直径０．５ｍｍの円形）４１を付している。これ以外の態様として、グリッドパターンとして格子目等を設置台４の上面に付すようにしても構わない。
【００１７】
設置台４は、レーザ照射装置１に対して不動であってもよいし、レーザ照射装置１に対してｘ軸方向及び／またはｙ軸方向に沿って相対的に変位可能であってもよい。後者の場合、設置台４をＸＹステージに支持させた態様をとることがある。但し、較正時には設置台４を所定の基準位置に固定する。較正の最中に設置台４を変位させることはない。
【００１８】
図２に示すように、レーザ照射装置１は、レーザ発振器（図示しない）と、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを走査するガルバノスキャナ１１、１２と、そのレーザビームＬを集光する集光レンズ１３とを有する。
【００１９】
ガルバノスキャナ１１、１２は、レーザビームＬを反射するミラー１１２、１２２を、光軸操作機構たるサーボモータまたはステッピングモータ等１１１、１２１により回動させるものである。ミラー１１２、１２２の方向を変えることで、ビームＬの光軸を変位させることができる。本実施形態では、ビームＬの光軸をＸ軸方向に変化させるＸ軸ガルバノスキャナ１１と、ビームＬの光軸をＹ軸方向に変化させるＹ軸ガルバノスキャナ１２とを両備しており、設置台４の上面におけるビームＬの照射位置をｘ軸方向及びｙ軸方向の二次元に制御し得る。
【００２０】
集光レンズ１３は、例えばＦθレンズとする。
【００２１】
設置台４の上面に照射されるレーザビームＬの照射位置は、ガルバノスキャナ１１、１２の回転位置決め誤差の影響を受ける。加えて、集光レンズ１３による光学的な歪みも発生する。レーザビームＬの照射位置の誤差は、ガルバノスキャナ１１、１２の走査範囲の中央から距離が離れるに従って大きくなる傾向にある。図２中符号Ａに、その様子を模式的に示している。
【００２２】
ガルバノスキャナ１１、１２を制御する誤差較正機構たる制御装置５は、図３に示すように、プロセッサ５ａ、メインメモリ５ｂ、補助記憶デバイス５ｃ、Ｉ／Ｏインタフェース５ｄ等を有し、これらがコントローラ５ｅ（システムコントローラやＩ／Ｏコントローラ等）によって制御されて連携動作するものである。補助記憶デバイス５ｃは、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、その他である。Ｉ／Ｏインタフェース５ｄは、サーボドライバ（サーボコントローラ）を含むことがある。
【００２３】
制御装置５が実行するべきプログラムは、補助記憶デバイス５ｃに記憶されており、プログラム実行の際に、メインメモリ５ｂに読み込まれ、プロセッサ５ａによって解読される。そして、制御装置５はプログラムに従い、図４に示す、照射位置指令部５１、画像取得部５２、較正用位置データ記憶部５３、誤差検出部５４、補正量記憶部５５、加工用位置データ記憶部５６、及び加工時制御部５７としての機能を発揮する。
【００２４】
照射位置指令部５１は、レーザ照射装置１に対し、レーザビームＬを目標照射位置に照射させるための指令を行う。照射位置指令部５１は、設置台４の上面における目標照射位置の（ｘ，ｙ）座標にレーザビームＬを照射するべく、その座標に対応した制御信号をガルバノスキャナ１１、１２に入力してミラー１１２、１２２の角度を操作する。
【００２５】
画像取得部５２は、カメラセンサ２により撮像した画像を受信して取得し、メインメモリ５ｂまたは補助記憶デバイス５ｃの所要の記憶領域に一時記憶する。カメラセンサ２は、設置台４の上面における目標照射位置及びその周辺の領域、及び／または、設置台４の上面に実際に照射されたレーザビームＬの光点を撮像する。カメラセンサ２の配置に関しては、後述する。
【００２６】
較正用位置データ記憶部５３は、較正用の位置データを記憶する。レーザビームＬの照射位置の較正では、設置台４の上面上のＸＹ平面座標系の複数点に向けてレーザビームＬを照射し、各点での照射位置の誤差を検出、各点毎の補正量を決定する。本実施形態では、設置台４の上面上に散在する６０００点ないし７０００点について誤差の検出及び補正量の決定を行うこととしており、その６０００点ないし７０００点の各々の（ｘ，ｙ）座標を較正用位置データとして記憶している。
【００２７】
誤差検出部５４は、レーザビームＬの目標照射位置と実際の照射位置との誤差を取得する。誤差検出部５４は、較正用位置データを読み出してレーザビームＬの目標照射位置の（ｘ，ｙ）座標を知得し、照射位置指令部５１を介して、目標座標に対応した制御信号をガルバノスキャナ１１、１２に入力する。その上で、画像取得部５２で取得した画像を参照して、図６に示すように、較正用位置データの座標、即ちガルバノスキャナ１１、１２に指令した目標照射位置座標Ｔ（ｘT，ｙT）と、その座標を目標にレーザビームＬを照射したときの実際の照射位置Ｌ（ｘL，ｙL）座標との、ｘ軸、ｙ軸方向それぞれの差（Δｘ，Δｙ）を算出する。
【００２８】
補正量記憶部５５は、レーザビームＬの目標照射位置と実際の照射位置との誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するためにレーザ照射装置１に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する。具体的には、目標照射位置座標（ｘT，ｙT）、及びｘ軸方向誤差Δｘ、ｙ軸方向誤差Δｙを所定の関数式に代入して、ガルバノスキャナ１１、１２に与える制御信号のｘ軸方向補正量、ｙ軸方向補正量を演算し、その補正量を先の目標座標（ｘT，ｙT）に関連づけてメインメモリ５ｂまたは補助記憶デバイス５ｃに記憶する。
【００２９】
加工用位置データ記憶部５６は、加工用の位置データを記憶する。加工用位置データ記憶部５６は、被加工物のどの箇所にレーザビームＬを照射するかを規定するＣＡＤデータ等、または加工時にレーザビームＬを照射する複数点の（ｘ，ｙ）座標を、加工用位置データとして記憶する。
【００３０】
加工時制御部５７は、上記の加工用位置データで規定される照射位置にレーザビームＬを照射するべく、レーザ照射装置１を制御する。加工時制御部５７は、加工用位置データを読み出してレーザビームＬの目標照射位置の（ｘ，ｙ）座標を知得し、かつその目標座標に関連づけられた補正量を読み出す。目標座標に直結した補正量が補正量記憶部５５に記憶されていない場合には、目標座標に近い複数の座標に関連づけられた複数の補正量を読み出して、それらの補間により適当な補正量を算定する。そして、照射位置指令部５１を介して、目標座標に補正量を加味した座標に対応する制御信号を、ガルバノスキャナ１１、１２に入力する。結果、本来の目標照射位置に正しくレーザビームＬが照射される。
【００３１】
カメラセンサ２は、例えばＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサである。カメラセンサ２は、ガルバノスキャナ１１、１２のミラー１１２、１２２に映る、設置台４の上面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像する。図５に示すように、本実施形態では、レーザ発振器とミラー１２２との間の光路上に、ハーフミラーに代表されるビームスプリッタ３を含む光学モジュールを配置した上、設置台４側から集光レンズ１３及びミラー１１２、１２２を介して導いた光束（設置台４の上面における目標照射位置の周辺領域のグリッドパターン及びレーザビームＬの光点が含まれる）の一部をビームスプリッタ３にて分離し、結像レンズ７を通じてカメラセンサ２へと入射させて、光束を撮像するようにしている。ビームスプリッタ３とミラー１２２との間に介在しビームＬを透過させる透過板６は、ビームスプリッタ３を透過するレーザビームＬの屈折による光軸の変位分を相殺する光路キャンセル用ウィンドウである。
【００３２】
ビームスプリッタ３及びこれと対をなすウィンドウ６は、レーザ加工時には光路上から取り除かれる必要がある。そのために、ビームスプリッタ３及びウィンドウ６をユニット化するとともに、このユニットを移動させる自動または手動の駆動装置を設けておき、較正時にユニットをレーザ発振器とミラー１２２との間の光路上に挿入し、レーザ加工時にユニットを当該光路上から退避させる進退動作を実施することが好ましい。
【００３３】
レーザビームＬの照射位置の較正は、レーザ加工作業前に実施する。較正時に制御装置５が実行する処理の手順を、図７のフローチャートに示す。制御装置５は、記憶している較正用位置データに含まれる目標照射位置の座標を読み出し（ステップＳ１）、読み出した座標にレーザビームＬの光軸を位置づけるべく、ガルバノスキャナ１１、１２のミラー１１２、１２２を操作する（ステップＳ２）。
【００３４】
しかる後、レーザ発振器からレーザを発振させてレーザビームＬを設置台４の上面に照射するとともに（ステップＳ３）、設置台４の上面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該面に照射したレーザビームＬの光点（即ち、反射光）をカメラセンサ２により撮像する（ステップＳ４）。ステップＳ３及びＳ４では、目標照射位置の周辺領域のグリッドパターンとレーザビームＬの光点とを一度に撮影して一枚の画像に収めることもあれば、レーザを照射する前にまず目標照射位置の周辺領域のグリッドパターンを撮影し、その後に（ミラー１１２、１２２を動かすことなく）レーザを照射して設置台４の上面に現れる光点を撮影するというように時間差を置いて二度の撮影を行い二枚の画像を得ることもある。
【００３５】
続いて、撮影した一枚または二枚の画像から、ビーム検出センサ２を介して実際にレーザビームＬを感知したＸＹ座標と目標ＸＹ座標との誤差を取得する（ステップＳ５）。図６に示しているように、本実施形態では、設置台４上面におけるレーザビームＬの実際の照射点を示す光点とともに、設置台４上面に付してあるグリッドパターン４１を撮像している。グリッドパターン４１は、設置台４上面におけるＸＹ座標を表す基準となるものであるから、画像に写った光点Ｌと、光点Ｌの周囲にある（または、光点Ｌに近接した）グリッドパターン４１との間の画像上の距離を演算することを通じて、光点Ｌの位置座標（ｘL，ｙL）を算出できる。算出した光点Ｌの座標（ｘL，ｙL）と、目標照射位置Ｔの座標（ｘT，ｙT）との乖離が、ステップＳ５で取得するべき誤差（Δｘ，Δｙ）ということになる。
【００３６】
そして、取得した誤差に基づいて補正量の決定を行い（ステップＳ６）、決定した補正量と目標ＸＹ座標との組を記憶する（ステップＳ７）。制御装置５は、上述のステップＳ１ないしＳ７を、較正用位置データに含まれる全てのＸＹ座標について補正量を決定するまで反復する（ステップＳ８）。
【００３７】
レーザ加工作業時には、設置台４に被加工物を設置するとともに、ＸＹステージを制御して設置台４を原点位置に復帰させる。加工時に制御装置５が実行する処理の手順を、図８のフローチャートに示す。制御装置５は、記憶している加工用位置データで規定されるＸＹ座標を読み出し（ステップＳ９）、その目標ＸＹ座標にレーザビームＬを照射する際のガルバノスキャナ１１、１２に対する指令の補正量を読み出すか、補間により取得する（ステップＳ１０）。続いて、目標ＸＹ座標に補正量を加味した座標に対応する制御信号をガルバノスキャナ１１、１２に入力し、ガルバノスキャナ１１、１２を操作する（ステップＳ１１）。そして、レーザビームＬを照射する（ステップＳ１２）。制御装置５は、上述のステップＳ９ないしＳ１２を、加工用位置データに規定される必要なＸＹ座標についてレーザ加工を施すまで反復する（ステップＳ１３）。
【００３８】
本実施形態では、レーザビームＬを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを被加工物が配置される所定面（設置台４の上面）に向けて反射させるミラー１１２、１２２と、前記ミラー１１２、１２２の方向を変化させることによりレーザビームＬの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構１１１、１２１と、前記ミラー１１２、１２２に映る、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサ２と、前記カメラセンサ２により撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構１１１、１２１に指令した目標照射位置と実際のレーザビームＬの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構５とを具備し、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームＬをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機を構成した。
【００３９】
並びに、本実施形態では、レーザビームＬを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラー１１２、１２２と、前記ミラー１１２、１２２の方向を変化させることによりレーザビームＬの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構１１１、１２１と、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該所定面に照射したレーザビームＬの光点を撮像するカメラセンサ２と、前記カメラセンサ２により撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構１１１、１２１に指令した目標照射位置と実際のレーザビームＬの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構５とを具備し、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機を構成した。
【００４０】
本実施形態によれば、カメラセンサ２によって直接にビームＬの照射位置及びその誤差を計測でき、テストピースに形成したパターンを顕微鏡で観測するという煩瑣な手間をかけなくとも簡便に照射位置の較正を行い得る。また、高精度の顕微鏡を現場に用意する必要もない。
【００４１】
前記レーザ発振器と前記ミラー１２２との間の光路上にビームスプリッタ３を配置し、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを前記ビームスプリッタ３を透過させた上で前記ミラー１２２、１１２を介して前記所定面に向けるとともに、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を当該所定面に照射したレーザビームＬの光点とともに前記ミラー１２２及び前記ビームスプリッタ３を介して前記カメラセンサ２で撮像するようにしていることから、レーザビームＬの目標照射位置、即ちミラー１１２、１２２の角度をどのように変化させたとしても、カメラセンサ２は不動に保たれる。従って、所定面上の広範囲に亘り安定して較正を行うことができる。
【００４２】
前記所定面に設けられ当該所定面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを前記カメラセンサ２で撮像し、撮像した画像に現れるグリッドパターンを基準として前記誤差較正機構５が前記誤差の検出を行うため、所定面における実際のビームＬの照射位置の座標検出精度が高く、精確な較正が可能となる。
【００４３】
前記誤差較正機構５は、前記光軸操作機構１１１、１２１に対してレーザビームＬの光軸を前記所定面における目標照射位置に位置づけるための指令を行う照射位置指令部５１と、前記カメラセンサ２で撮像した画像を参照して前記所定面における目標照射位置と実際のレーザビームＬの光軸の位置との誤差を算出する誤差検出部５４と、前記誤差検出部５４で算出した誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する補正量記憶部５５とを備えており、較正を人力を介さず自動で、短時間で行うことが可能である。
【００４４】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、較正時にレーザビームＬを照射して、その光点及び周辺領域のグリッドパターン４１をカメラセンサ２で撮影していた。一方で、ミラー１１２、１２２の角度によらず、撮影画像（即ち、カメラセンサ２の視野）内においてレーザビームＬが照射される位置（画像内での画素の座標）が恒常的に一定であることが保証されている、換言すれば、撮影画像内の特定の位置の画素をレーザビームＬが照射される位置と常に見なすことができるのであれば、レーザビームＬを照射せずとも、グリッドパターン４１に基づいて知得される目標照射位置の画素とレーザビームＬの照射位置に該当する画素との距離から、目標照射位置と実際の照射位置との誤差を検出することが可能である。つまるところ、較正時にレーザビームＬを照射して光点を撮影することは必須要件ではない。
【００４５】
上記実施形態では、ビームスプリッタ３及びウィンドウ６を用いて、ミラー１２２に映じる目標照射位置及びその周辺の領域を撮像していたが、ビームスプリッタ３等を用いず、カメラセンサ２自体を駆動装置を介して進退動作させ、光路に割り込ませるようにしても構わない。この場合、較正時にカメラセンサ２をレーザ発振器とミラー１２２との間の光路上に挿入し、レーザ加工時にカメラセンサ２を当該光路上から退避させることとなる。
【００４６】
あるいは、ミラー１２２を介さず、設置台４上面の目標照射位置及びその周辺の領域を直接に撮像してもよい。
【００４７】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、レーザビームを被加工物の任意の箇所に照射して加工を行う加工機として利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
０…レーザ加工機
１…レーザ照射装置
１１１、１２１…光軸操作機構
１１２、１２２…ミラー
２…カメラセンサ
３…ビームスプリッタ
４…所定面
５…誤差較正機構
Ｌ…レーザビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを被加工物の任意の箇所に照射して加工を行うレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の任意の箇所にレーザビームを照射する加工機の一種として、レーザビームの光軸を変位させるものがある。光軸の向きを変化させるための具体的手段としては、ガルバノスキャナと集光レンズとの組み合わせが採用されることが少なくない（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
レーザビームの光軸を変位させる走査においては、ガルバノスキャナ等のミラーの回転位置決め誤差や集光レンズの光学的な歪み等の要因によって、平面座標系に対する誤差が発生する。レーザ加工を実行するに際しては、その誤差を予め取り除いておく必要がある。
【０００４】
従前では、テストピースに試験用のパターンをレーザ加工し、しかる後にこれを顕微鏡で観察して試験用のパターンと実際に形成されたパターンとの誤差を計測、その誤差を低減するような補正量をガルバノスキャナ等に対する指令値に加味していた。
【０００５】
しかしながら、テストピースに形成されたパターンを顕微鏡で調査するのに非常に時間がかかる上、加工機の組立調整や納品調整において必ずこのような補正作業を行うので、作業現場に高精度な顕微鏡が必須であった。さらに、レーザ発振器の光学調整や集光レンズの交換時、焦点変更時にも補正作業を行うことが要求され、煩瑣であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０６８２７０号公報
【特許文献２】特開２００９−２９７７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、レーザビームの照射位置の誤差を簡便に較正できるレーザ加工機を提供することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ加工機は、レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのものであって、レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、前記ミラーに映る、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサと、前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備してなり、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができる。
【０００９】
並びに、本発明に係るレーザ加工機は、レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該所定面に照射したレーザビームの光点を撮像するカメラセンサと、前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備してなり、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができる。
【００１０】
前記レーザ発振器と前記ミラーとの間の光路上にビームスプリッタを配置し、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を前記ミラー及び前記ビームスプリッタを介して前記カメラセンサで撮像するものとすれば、カメラセンサの光軸をレーザビームの光軸に可能な限り接近させ、両者を重畳することができるようになる。また、カメラセンサを何処に設置するかについて、設計の自由度が増す。
【００１１】
前記所定面に設けられ当該所定面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを前記カメラセンサで撮像し、撮像した画像に現れるグリッドパターンを基準として前記誤差較正機構が前記誤差の検出を行うものとすれば、所定面における目標照射位置と実際に照射されるレーザビームの光軸の位置との誤差を精度よく検出することができる。
【００１２】
前記誤差較正機構は、詳細には、前記光軸操作機構に対してレーザビームの光軸を前記所定面における目標照射位置に位置づけるための指令を行う照射位置指令部と、前記カメラセンサで撮像した画像を参照して前記所定面における目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を算出する誤差検出部と、前記誤差検出部で算出した誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する補正量記憶部とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザビームの照射位置の誤差を簡便に較正できるレーザ加工機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機を示す斜視図。
【図２】同レーザ加工機のレーザ照射装置を示す斜視図。
【図３】同レーザ加工機のハードウェア資源構成を示す図。
【図４】同レーザ加工機の機能ブロック図。
【図５】同レーザ加工機における誤差較正時の構成を模式的に示す図。
【図６】同レーザ加工機による誤差較正の方法を示す平面図。
【図７】同レーザ加工機が誤差較正時に実行する処理の手順を示すフローチャート。
【図８】同レーザ加工機が加工作業時に実行する処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態のレーザ加工機０は、加工対象となる被加工物を支持する設置台４と、被加工物に向けてレーザビームＬを照射するレーザ照射装置１とを備え、被加工物の任意の箇所にレーザ加工を施すことができるものである。
【００１６】
設置台４は、レーザ加工時に被加工物を支持する。被加工物が配置される所定面たる設置台４の上面には、当該面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを設けてある。グリッドパターンの形態は一意に限定されないが、図６に示す例では、ｘ軸方向及びｘ軸に対して直交するｙ軸方向に沿って所定間隔（例えば、１ｍｍ間隔）で無数の点（例えば、直径０．５ｍｍの円形）４１を付している。これ以外の態様として、グリッドパターンとして格子目等を設置台４の上面に付すようにしても構わない。
【００１７】
設置台４は、レーザ照射装置１に対して不動であってもよいし、レーザ照射装置１に対してｘ軸方向及び／またはｙ軸方向に沿って相対的に変位可能であってもよい。後者の場合、設置台４をＸＹステージに支持させた態様をとることがある。但し、較正時には設置台４を所定の基準位置に固定する。較正の最中に設置台４を変位させることはない。
【００１８】
図２に示すように、レーザ照射装置１は、レーザ発振器（図示しない）と、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを走査するガルバノスキャナ１１、１２と、そのレーザビームＬを集光する集光レンズ１３とを有する。
【００１９】
ガルバノスキャナ１１、１２は、レーザビームＬを反射するミラー１１２、１２２を、光軸操作機構たるサーボモータまたはステッピングモータ等１１１、１２１により回動させるものである。ミラー１１２、１２２の方向を変えることで、ビームＬの光軸を変位させることができる。本実施形態では、ビームＬの光軸をＸ軸方向に変化させるＸ軸ガルバノスキャナ１１と、ビームＬの光軸をＹ軸方向に変化させるＹ軸ガルバノスキャナ１２とを両備しており、設置台４の上面におけるビームＬの照射位置をｘ軸方向及びｙ軸方向の二次元に制御し得る。
【００２０】
集光レンズ１３は、例えばＦθレンズとする。
【００２１】
設置台４の上面に照射されるレーザビームＬの照射位置は、ガルバノスキャナ１１、１２の回転位置決め誤差の影響を受ける。加えて、集光レンズ１３による光学的な歪みも発生する。レーザビームＬの照射位置の誤差は、ガルバノスキャナ１１、１２の走査範囲の中央から距離が離れるに従って大きくなる傾向にある。図２中符号Ａに、その様子を模式的に示している。
【００２２】
ガルバノスキャナ１１、１２を制御する誤差較正機構たる制御装置５は、図３に示すように、プロセッサ５ａ、メインメモリ５ｂ、補助記憶デバイス５ｃ、Ｉ／Ｏインタフェース５ｄ等を有し、これらがコントローラ５ｅ（システムコントローラやＩ／Ｏコントローラ等）によって制御されて連携動作するものである。補助記憶デバイス５ｃは、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、その他である。Ｉ／Ｏインタフェース５ｄは、サーボドライバ（サーボコントローラ）を含むことがある。
【００２３】
制御装置５が実行するべきプログラムは、補助記憶デバイス５ｃに記憶されており、プログラム実行の際に、メインメモリ５ｂに読み込まれ、プロセッサ５ａによって解読される。そして、制御装置５はプログラムに従い、図４に示す、照射位置指令部５１、画像取得部５２、較正用位置データ記憶部５３、誤差検出部５４、補正量記憶部５５、加工用位置データ記憶部５６、及び加工時制御部５７としての機能を発揮する。
【００２４】
照射位置指令部５１は、レーザ照射装置１に対し、レーザビームＬを目標照射位置に照射させるための指令を行う。照射位置指令部５１は、設置台４の上面における目標照射位置の（ｘ，ｙ）座標にレーザビームＬを照射するべく、その座標に対応した制御信号をガルバノスキャナ１１、１２に入力してミラー１１２、１２２の角度を操作する。
【００２５】
画像取得部５２は、カメラセンサ２により撮像した画像を受信して取得し、メインメモリ５ｂまたは補助記憶デバイス５ｃの所要の記憶領域に一時記憶する。カメラセンサ２は、設置台４の上面における目標照射位置及びその周辺の領域、及び／または、設置台４の上面に実際に照射されたレーザビームＬの光点を撮像する。カメラセンサ２の配置に関しては、後述する。
【００２６】
較正用位置データ記憶部５３は、較正用の位置データを記憶する。レーザビームＬの照射位置の較正では、設置台４の上面上のＸＹ平面座標系の複数点に向けてレーザビームＬを照射し、各点での照射位置の誤差を検出、各点毎の補正量を決定する。本実施形態では、設置台４の上面上に散在する６０００点ないし７０００点について誤差の検出及び補正量の決定を行うこととしており、その６０００点ないし７０００点の各々の（ｘ，ｙ）座標を較正用位置データとして記憶している。
【００２７】
誤差検出部５４は、レーザビームＬの目標照射位置と実際の照射位置との誤差を取得する。誤差検出部５４は、較正用位置データを読み出してレーザビームＬの目標照射位置の（ｘ，ｙ）座標を知得し、照射位置指令部５１を介して、目標座標に対応した制御信号をガルバノスキャナ１１、１２に入力する。その上で、画像取得部５２で取得した画像を参照して、図６に示すように、較正用位置データの座標、即ちガルバノスキャナ１１、１２に指令した目標照射位置座標Ｔ（ｘT，ｙT）と、その座標を目標にレーザビームＬを照射したときの実際の照射位置Ｌ（ｘL，ｙL）座標との、ｘ軸、ｙ軸方向それぞれの差（Δｘ，Δｙ）を算出する。
【００２８】
補正量記憶部５５は、レーザビームＬの目標照射位置と実際の照射位置との誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するためにレーザ照射装置１に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する。具体的には、目標照射位置座標（ｘT，ｙT）、及びｘ軸方向誤差Δｘ、ｙ軸方向誤差Δｙを所定の関数式に代入して、ガルバノスキャナ１１、１２に与える制御信号のｘ軸方向補正量、ｙ軸方向補正量を演算し、その補正量を先の目標座標（ｘT，ｙT）に関連づけてメインメモリ５ｂまたは補助記憶デバイス５ｃに記憶する。
【００２９】
加工用位置データ記憶部５６は、加工用の位置データを記憶する。加工用位置データ記憶部５６は、被加工物のどの箇所にレーザビームＬを照射するかを規定するＣＡＤデータ等、または加工時にレーザビームＬを照射する複数点の（ｘ，ｙ）座標を、加工用位置データとして記憶する。
【００３０】
加工時制御部５７は、上記の加工用位置データで規定される照射位置にレーザビームＬを照射するべく、レーザ照射装置１を制御する。加工時制御部５７は、加工用位置データを読み出してレーザビームＬの目標照射位置の（ｘ，ｙ）座標を知得し、かつその目標座標に関連づけられた補正量を読み出す。目標座標に直結した補正量が補正量記憶部５５に記憶されていない場合には、目標座標に近い複数の座標に関連づけられた複数の補正量を読み出して、それらの補間により適当な補正量を算定する。そして、照射位置指令部５１を介して、目標座標に補正量を加味した座標に対応する制御信号を、ガルバノスキャナ１１、１２に入力する。結果、本来の目標照射位置に正しくレーザビームＬが照射される。
【００３１】
カメラセンサ２は、例えばＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサである。カメラセンサ２は、ガルバノスキャナ１１、１２のミラー１１２、１２２に映る、設置台４の上面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像する。図５に示すように、本実施形態では、レーザ発振器とミラー１２２との間の光路上に、ハーフミラーに代表されるビームスプリッタ３を含む光学モジュールを配置した上、設置台４側から集光レンズ１３及びミラー１１２、１２２を介して導いた光束（設置台４の上面における目標照射位置の周辺領域のグリッドパターン及びレーザビームＬの光点が含まれる）の一部をビームスプリッタ３にて分離し、結像レンズ７を通じてカメラセンサ２へと入射させて、光束を撮像するようにしている。ビームスプリッタ３とミラー１２２との間に介在しビームＬを透過させる透過板６は、ビームスプリッタ３を透過するレーザビームＬの屈折による光軸の変位分を相殺する光路キャンセル用ウィンドウである。
【００３２】
ビームスプリッタ３及びこれと対をなすウィンドウ６は、レーザ加工時には光路上から取り除かれる必要がある。そのために、ビームスプリッタ３及びウィンドウ６をユニット化するとともに、このユニットを移動させる自動または手動の駆動装置を設けておき、較正時にユニットをレーザ発振器とミラー１２２との間の光路上に挿入し、レーザ加工時にユニットを当該光路上から退避させる進退動作を実施することが好ましい。
【００３３】
レーザビームＬの照射位置の較正は、レーザ加工作業前に実施する。較正時に制御装置５が実行する処理の手順を、図７のフローチャートに示す。制御装置５は、記憶している較正用位置データに含まれる目標照射位置の座標を読み出し（ステップＳ１）、読み出した座標にレーザビームＬの光軸を位置づけるべく、ガルバノスキャナ１１、１２のミラー１１２、１２２を操作する（ステップＳ２）。
【００３４】
しかる後、レーザ発振器からレーザを発振させてレーザビームＬを設置台４の上面に照射するとともに（ステップＳ３）、設置台４の上面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該面に照射したレーザビームＬの光点（即ち、反射光）をカメラセンサ２により撮像する（ステップＳ４）。ステップＳ３及びＳ４では、目標照射位置の周辺領域のグリッドパターンとレーザビームＬの光点とを一度に撮影して一枚の画像に収めることもあれば、レーザを照射する前にまず目標照射位置の周辺領域のグリッドパターンを撮影し、その後に（ミラー１１２、１２２を動かすことなく）レーザを照射して設置台４の上面に現れる光点を撮影するというように時間差を置いて二度の撮影を行い二枚の画像を得ることもある。
【００３５】
続いて、撮影した一枚または二枚の画像から、ビーム検出センサ２を介して実際にレーザビームＬを感知したＸＹ座標と目標ＸＹ座標との誤差を取得する（ステップＳ５）。図６に示しているように、本実施形態では、設置台４上面におけるレーザビームＬの実際の照射点を示す光点とともに、設置台４上面に付してあるグリッドパターン４１を撮像している。グリッドパターン４１は、設置台４上面におけるＸＹ座標を表す基準となるものであるから、画像に写った光点Ｌと、光点Ｌの周囲にある（または、光点Ｌに近接した）グリッドパターン４１との間の画像上の距離を演算することを通じて、光点Ｌの位置座標（ｘL，ｙL）を算出できる。算出した光点Ｌの座標（ｘL，ｙL）と、目標照射位置Ｔの座標（ｘT，ｙT）との乖離が、ステップＳ５で取得するべき誤差（Δｘ，Δｙ）ということになる。
【００３６】
そして、取得した誤差に基づいて補正量の決定を行い（ステップＳ６）、決定した補正量と目標ＸＹ座標との組を記憶する（ステップＳ７）。制御装置５は、上述のステップＳ１ないしＳ７を、較正用位置データに含まれる全てのＸＹ座標について補正量を決定するまで反復する（ステップＳ８）。
【００３７】
レーザ加工作業時には、設置台４に被加工物を設置するとともに、ＸＹステージを制御して設置台４を原点位置に復帰させる。加工時に制御装置５が実行する処理の手順を、図８のフローチャートに示す。制御装置５は、記憶している加工用位置データで規定されるＸＹ座標を読み出し（ステップＳ９）、その目標ＸＹ座標にレーザビームＬを照射する際のガルバノスキャナ１１、１２に対する指令の補正量を読み出すか、補間により取得する（ステップＳ１０）。続いて、目標ＸＹ座標に補正量を加味した座標に対応する制御信号をガルバノスキャナ１１、１２に入力し、ガルバノスキャナ１１、１２を操作する（ステップＳ１１）。そして、レーザビームＬを照射する（ステップＳ１２）。制御装置５は、上述のステップＳ９ないしＳ１２を、加工用位置データに規定される必要なＸＹ座標についてレーザ加工を施すまで反復する（ステップＳ１３）。
【００３８】
本実施形態では、レーザビームＬを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを被加工物が配置される所定面（設置台４の上面）に向けて反射させるミラー１１２、１２２と、前記ミラー１１２、１２２の方向を変化させることによりレーザビームＬの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構１１１、１２１と、前記ミラー１１２、１２２に映る、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサ２と、前記カメラセンサ２により撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構１１１、１２１に指令した目標照射位置と実際のレーザビームＬの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構５とを具備し、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームＬをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機を構成した。
【００３９】
並びに、本実施形態では、レーザビームＬを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラー１１２、１２２と、前記ミラー１１２、１２２の方向を変化させることによりレーザビームＬの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構１１１、１２１と、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該所定面に照射したレーザビームＬの光点を撮像するカメラセンサ２と、前記カメラセンサ２により撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構１１１、１２１に指令した目標照射位置と実際のレーザビームＬの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構５とを具備し、前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機を構成した。
【００４０】
本実施形態によれば、カメラセンサ２によって直接にビームＬの照射位置及びその誤差を計測でき、テストピースに形成したパターンを顕微鏡で観測するという煩瑣な手間をかけなくとも簡便に照射位置の較正を行い得る。また、高精度の顕微鏡を現場に用意する必要もない。
【００４１】
前記レーザ発振器と前記ミラー１２２との間の光路上にビームスプリッタ３を配置し、レーザ発振器から発振されるレーザビームＬを前記ビームスプリッタ３を透過させた上で前記ミラー１２２、１１２を介して前記所定面に向けるとともに、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を当該所定面に照射したレーザビームＬの光点とともに前記ミラー１２２及び前記ビームスプリッタ３を介して前記カメラセンサ２で撮像するようにしていることから、レーザビームＬの目標照射位置、即ちミラー１１２、１２２の角度をどのように変化させたとしても、カメラセンサ２は不動に保たれる。従って、所定面上の広範囲に亘り安定して較正を行うことができる。
【００４２】
前記所定面に設けられ当該所定面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを前記カメラセンサ２で撮像し、撮像した画像に現れるグリッドパターンを基準として前記誤差較正機構５が前記誤差の検出を行うため、所定面における実際のビームＬの照射位置の座標検出精度が高く、精確な較正が可能となる。
【００４３】
前記誤差較正機構５は、前記光軸操作機構１１１、１２１に対してレーザビームＬの光軸を前記所定面における目標照射位置に位置づけるための指令を行う照射位置指令部５１と、前記カメラセンサ２で撮像した画像を参照して前記所定面における目標照射位置と実際のレーザビームＬの光軸の位置との誤差を算出する誤差検出部５４と、前記誤差検出部５４で算出した誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構１１１、１２１に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する補正量記憶部５５とを備えており、較正を人力を介さず自動で、短時間で行うことが可能である。
【００４４】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、較正時にレーザビームＬを照射して、その光点及び周辺領域のグリッドパターン４１をカメラセンサ２で撮影していた。一方で、ミラー１１２、１２２の角度によらず、撮影画像（即ち、カメラセンサ２の視野）内においてレーザビームＬが照射される位置（画像内での画素の座標）が恒常的に一定であることが保証されている、換言すれば、撮影画像内の特定の位置の画素をレーザビームＬが照射される位置と常に見なすことができるのであれば、レーザビームＬを照射せずとも、グリッドパターン４１に基づいて知得される目標照射位置の画素とレーザビームＬの照射位置に該当する画素との距離から、目標照射位置と実際の照射位置との誤差を検出することが可能である。つまるところ、較正時にレーザビームＬを照射して光点を撮影することは必須要件ではない。
【００４５】
上記実施形態では、ビームスプリッタ３及びウィンドウ６を用いて、ミラー１２２に映じる目標照射位置及びその周辺の領域を撮像していたが、ビームスプリッタ３等を用いず、カメラセンサ２自体を駆動装置を介して進退動作させ、光路に割り込ませるようにしても構わない。この場合、較正時にカメラセンサ２をレーザ発振器とミラー１２２との間の光路上に挿入し、レーザ加工時にカメラセンサ２を当該光路上から退避させることとなる。
【００４６】
あるいは、ミラー１２２を介さず、設置台４上面の目標照射位置及びその周辺の領域を直接に撮像してもよい。
【００４７】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、レーザビームを被加工物の任意の箇所に照射して加工を行う加工機として利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
０…レーザ加工機
１…レーザ照射装置
１１１、１２１…光軸操作機構
１１２、１２２…ミラー
２…カメラセンサ
３…ビームスプリッタ
４…所定面
５…誤差較正機構
Ｌ…レーザビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、
レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、
前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、
前記ミラーに映る、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサと、
前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備し、
前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機。
【請求項２】
レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、
レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、
前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、
前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該所定面に照射したレーザビームの光点を撮像するカメラセンサと、
前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備し、
前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機。
【請求項３】
前記レーザ発振器と前記ミラーとの間の光路上にビームスプリッタを配置し、
前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を前記ミラー及び前記ビームスプリッタを介して前記カメラセンサで撮像する請求項１または２記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記所定面に設けられ当該所定面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを前記カメラセンサで撮像し、
撮像した画像に現れるグリッドパターンを基準として前記誤差較正機構が前記誤差の検出を行う請求項１、２または３記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記誤差較正機構が、
前記光軸操作機構に対してレーザビームの光軸を前記所定面における目標照射位置に位置づけるための指令を行う照射位置指令部と、
前記カメラセンサで撮像した画像を参照して前記所定面における目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を算出する誤差検出部と、
前記誤差検出部で算出した誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する補正量記憶部と
を備えている請求項１、２、３または４記載のレーザ加工機。
【請求項１】
レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、
レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、
前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、
前記ミラーに映る、前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を撮像するカメラセンサと、
前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備し、
前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機。
【請求項２】
レーザビームを被加工物に照射して加工を施すためのレーザ加工機であって、
レーザ発振器から発振されるレーザビームを被加工物が配置される所定面に向けて反射させるミラーと、
前記ミラーの方向を変化させることによりレーザビームの光軸を前記所定面における所望の目標照射位置へと位置づける光軸操作機構と、
前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域、並びに当該所定面に照射したレーザビームの光点を撮像するカメラセンサと、
前記カメラセンサにより撮像した画像を参照し、前記所定面における前記光軸操作機構に指令した目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を検出する誤差較正機構とを具備し、
前記誤差に基づき、加工時にレーザビームをその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定することができるレーザ加工機。
【請求項３】
前記レーザ発振器と前記ミラーとの間の光路上にビームスプリッタを配置し、
前記所定面における目標照射位置及びその周辺の領域を前記ミラー及び前記ビームスプリッタを介して前記カメラセンサで撮像する請求項１または２記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記所定面に設けられ当該所定面上の各箇所の位置座標を示唆するグリッドパターンを前記カメラセンサで撮像し、
撮像した画像に現れるグリッドパターンを基準として前記誤差較正機構が前記誤差の検出を行う請求項１、２または３記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記誤差較正機構が、
前記光軸操作機構に対してレーザビームの光軸を前記所定面における目標照射位置に位置づけるための指令を行う照射位置指令部と、
前記カメラセンサで撮像した画像を参照して前記所定面における目標照射位置と実際のレーザビームの光軸の位置との誤差を算出する誤差検出部と、
前記誤差検出部で算出した誤差に基づき、加工時にその目標照射位置に照射するために前記光軸操作機構に与えるべき指令の補正量を決定して記憶する補正量記憶部と
を備えている請求項１、２、３または４記載のレーザ加工機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８６１７３（Ｐ２０１３−８６１７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２１８０（Ｐ２０１１−２３２１８０）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（５９８０７２１７９）株式会社片岡製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（５９８０７２１７９）株式会社片岡製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
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