レーザ加工装置
【課題】装置の大型化を抑制しつつ、加工対象物の位置を検出することができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置１０は、加工対象物Ｗを加工するためのレーザ光を出射するレーザ光源１１と、可視光であるガイド光をレーザ光と同軸上に生成する可視光源２０とダイクロイックミラー１３と、加工対象物Ｗを含む照射領域Ａにおいて、ガイド光を走査するガイド光制御部３２と、ガイド光が照射された照射領域Ａからの反射光を受光する受光素子２２と、受光素子２２における受光量の変化点に基づいて照射領域Ａ内での加工対象物Ｗの位置を検出する検出部３３と、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置に基づいて、照射領域Ａに対するレーザ光の照射位置を制御するレーザ光制御部３４とを備える。
【解決手段】レーザ加工装置１０は、加工対象物Ｗを加工するためのレーザ光を出射するレーザ光源１１と、可視光であるガイド光をレーザ光と同軸上に生成する可視光源２０とダイクロイックミラー１３と、加工対象物Ｗを含む照射領域Ａにおいて、ガイド光を走査するガイド光制御部３２と、ガイド光が照射された照射領域Ａからの反射光を受光する受光素子２２と、受光素子２２における受光量の変化点に基づいて照射領域Ａ内での加工対象物Ｗの位置を検出する検出部３３と、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置に基づいて、照射領域Ａに対するレーザ光の照射位置を制御するレーザ光制御部３４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射により、加工対象物にマーキング、穴あけ、切断及び溶接等の加工を施すレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ加工装置は、工場の生産ライン等に設置され、ベルトコンベア等の搬送装置によって搬送される加工対象物にレーザ光を照射して加熱することで、文字や図形のマーキングや切断、溶接等の目的で利用されている。
【０００３】
搬送装置によって搬送される加工対象物は、その搬送中に回転する場合がある。このため、レーザ加工装置には、ＣＣＤカメラを備え、搬送装置によって搬送される加工対象物をＣＣＤカメラにより撮像し、加工対象物の位置を確認するものがある（例えば、特許文献１参照）。このレーザ加工装置では、こうして確認された加工対象物の位置に基づいて、加工対象物のマーキングや穴開けなどの加工位置を決定することにより、加工対象物の所望の位置にレーザ光による加工を施すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４８７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザ加工装置にＣＣＤカメラを搭載すると装置が大型化する。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の大型化を抑制しつつ、加工対象物の位置を検出することができるレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、加工対象物を加工するためのレーザ光を出射するレーザ光発生手段と、可視光であるガイド光を前記レーザ光と同軸上に生成するガイド光生成手段と、前記ガイド光の方向を可変に設定する光走査手段と、前記加工対象物が配置されるとともに同加工対象物よりも大きい照射領域に、前記光走査手段により方向が設定されたガイド光を集束して前記照射領域を照射する集束手段と、前記光走査手段を制御することにより前記照射領域においてガイド光を走査するガイド光制御手段と、前記ガイド光が照射された前記照射領域からの反射光を前記ガイド光及び前記レーザ光との光軸から分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐した前記反射光を受光する単一の受光素子と、前記加工対象物の形状と同加工対象物に対するレーザ光の照射位置を記憶する記憶手段と、前記ガイド光の走査と前記受光素子における受光量の変化点とに基づいて前記照射領域内での前記加工対象物の位置を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置と前記記憶手段に記憶した前記レーザ光の照射位置とに応じて、前記照射領域に対するレーザ光の照射位置を制御するレーザ光制御手段とを備えることを要旨とする。
【０００７】
この構成では、照射領域にガイド光を照射し、その反射光の光量の変化点に基づいて加工対象物の位置を検出する。レーザ加工装置に単一の受光素子を付加すれば照射領域内での加工対象物の位置を検出することができるため、ＣＣＤカメラを搭載する場合に比べてレーザ加工装置が大型になることを抑制することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記集束手段は、テレセントリック型のｆθレンズであることを要旨とする。
上記構成では、ガイド光が光走査手段によって設定された様々な方向で集束手段に入射しても、集束手段がテレセントリック型のｆθレンズであるため、ガイド光は集束手段を通じて照射領域の表面に対して垂直に入射する。これにより、ガイド光は、照射位置に依らず照射領域にて垂直に反射するため、受光素子に到達する反射光の光量が減少することを抑制することができる。
【０００９】
レーザ光制御手段が、レーザ光の照射位置を制御するにあたっては、具体的には、請求項３に記載の発明によるように、前記記憶手段は、前記照射領域における前記加工対象物の基準位置と、前記基準位置に対応するレーザ光の基準照射位置を記憶しており、前記検出手段は、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置のずれを検出し、前記レーザ光制御手段は、前記検出手段が検出したずれと前記基準照射位置とに基づいて、前記レーザ光の照射位置を補正するといった態様を採用することができる。この構成により、レーザ光の照射位置を容易に制御することができる。
【００１０】
検出手段による位置ずれの検出にあたっては、請求項４及び５に記載の発明によるように、基準位置に対する加工対象物の実際の位置の回転角度や変位量を検出するといった態様を採用することができる。
【００１１】
すなわち、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記ガイド光制御手段は、前記加工対象物の外縁によって前記受光量の変化点が２つ以上生ずるように走査し、前記検出手段は、前記受光量の変化点と前記照射領域の外縁との距離に基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の回転角度を検出することを要旨とする。この構成では、受光量の変化点から求められる加工対象物の外縁と照射領域の外縁との距離により、加工対象物の実際の位置の回転角度を検出することができる。したがって、レーザ光制御手段が、基準照射位置を、検出された加工対象物の回転角度に応じて回転させることにより、レーザ光の照射位置を制御することができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段は、前記加工対象物の実際の位置での前記受光量の変化点と前記照射領域の基準点との距離とに基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の変位量を検出することを要旨とする。
【００１３】
この構成において、基準点としては、例えば照射領域の中心や照射領域の外縁などが挙げられる。こうした基準点から受光量の変化点との距離が基準位置と加工対象物とでどれだけずれているかを検出することにより、基準位置に対する加工対象物の実際の位置の変位量を検出することができる。これにより、レーザ光制御手段が、基準照射位置を、検出された加工対象物の変位量に応じて変位させることにより、レーザ光の照射位置を制御することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物は、前記加工対象物は、平面視が矩形状であるとともに、前記矩形の内部に前記照射領域の中心が位置するように配置され、前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光の照射位置が前記照射領域の中心を通る直交２直線上を走査するように制御することを要旨とする。
【００１５】
上記構成では、ガイド光の走査によって、照射領域内に配置される加工対象物の外縁の４点が照射され、この４点から加工対象物の位置を検出することができる。したがって、加工対象物の位置を検出するにあたって、ガイド光が照射領域の全域を照射する必要がないため、加工対象物の位置を検出するために要する時間を短くすることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置を表示する表示手段を備えることを要旨とする。この構成では、作業者が表示手段に表示される加工対象物の位置を確認しながら加工作業を行うことができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記レーザ光の照射に先立って前記ガイド光により前記レーザ光の照射位置を走査するガイドモードと、前記検出手段により前記加工対象物の位置を検出する位置検出モードとが選択可能に構成されていることを要旨とする。この構成によれば、作業者の所望のモードでガイド光による機能を利用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ、加工対象物の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態にかかるレーザ加工装置を示す模式図。
【図２】第１実施形態において、照射領域における加工対象物の基準位置を示す平面図。
【図３】第１実施形態において、照射領域における加工対象物の搬送位置の一例を示す平面図。
【図４】第１実施形態において、照射領域における加工対象物の搬送位置の一例を示す平面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態において、加工対象物が図２〜図４に示す位置にある場合のガイド光照射位置と受光素子の電流値との関係を示すグラフ。
【図６】第２実施形態にかかるレーザ加工装置おいて、照射領域におけるガイド光の照射位置を示す平面図。
【図７】第３実施形態にかかるレーザ加工装置おいて、照射領域におけるガイド光の照射位置を示す平面図。
【図８】第３実施形態において、ガイド光照射位置と受光素子の電流値との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図１に、第１実施形態のレーザ加工装置１０を示す。第１実施形態のレーザ加工装置１０は、ベルトコンベア５０によって搬送される加工対象物Ｗの表面に文字・記号・図形等の所定の印字形状（本実施形態では、文字「ＡＢＣＤ」）をマーキング加工するものである。
【００２１】
レーザ加工装置１０は、加工用のレーザ光を出射するレーザ光発生手段としてのレーザ光源１１を備えている。レーザ光源１１は、レーザ発振器（例えばＹＡＧレーザ）からなる。
【００２２】
レーザ光源１１の後段には、ビームエキスパンダ１２が配設されている。ビームエキスパンダ１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光のビーム径を拡大する。
ビームエキスパンダ１２の後段には、ダイクロイックミラー１３が配設されている。ダイクロイックミラー１３は、レーザ光の光路上（光軸上）において、その光軸に対して所定角度（本実施形態では４５°）傾斜させて配置されている。ダイクロイックミラー１３は、レーザ光を透過する一方、後述するガイド光を反射するように構成されている。
【００２３】
ダイクロイックミラー１３の後段には、光走査手段としてのガルバノミラー１４が配設されている。ガルバノミラー１４は、一対のＸ軸ミラー１４ａとＹ軸ミラー１４ｂで構成されている。Ｘ軸ミラー１４ａとＹ軸ミラー１４ｂは、それぞれ、アクチュエータ１５ａ，１５ｂによって軸周りを回動可能に支持されており、ダイクロイックミラー１３を透過したレーザ光を反射するとともに、反射されるレーザ光の方向をその回動角度に応じて変更する。すなわち、Ｘ軸ミラー１４ａとＹ軸ミラー１４ｂを回動させることで、加工対象物Ｗに対するレーザ光の２次元走査が可能となっている。なお詳細には、レーザ光は、ガルバノミラー１４によって、加工対象物Ｗが配置されるとともに、加工対象物Ｗよりも大きい照射領域Ａ内を二次元走査可能に構成されている。
【００２４】
ガルバノミラー１４の後段には、集束手段としてのｆθレンズ１６が配設されている。ｆθレンズ１６は、ビームエキスパンダ１２にてビーム径が拡大されたレーザ光を加工対象物Ｗの表面において所定のスポット径となるまで集束させ、マーキング加工に適したエネルギ密度まで高める。このようにして、レーザ光が加工対象物Ｗに照射されることによって加工対象物Ｗの表面にマーキング加工が施される。また、本実施形態のｆθレンズ１６は、テレセントリック型である。したがって、レーザ光は、その照射位置に依らず、加工対象物Ｗに対して垂直に入射する。
【００２５】
レーザ加工装置１０は、ガイド光（破線で示す）を出射する可視光源２０を備えている。可視光源２０は、レーザダイオード（ＬＤ）若しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）にて構成されている。ガイド光は、可視領域の波長を有する可視光である。
【００２６】
可視光源２０の後段には、分岐手段としての偏光ビームスプリッタ２１が配設されている。偏光ビームスプリッタ２１は、可視光源２０が出射するガイド光を反射するとともに、後述する反射光を透過する。ガイド光は、偏光ビームスプリッタ２１によって反射された後、ダイクロイックミラー１３に４５°の入射角で入射する。これにより、ガイド光の光軸が、ダイクロイックミラー１３を透過したレーザ光の光軸と一致する。すなわち、可視光源２０とダイクロイックミラー１３とが、ガイド光生成手段を構成している。ダイクロイックミラー１３で反射したガイド光は、ガルバノミラー１４及びｆθレンズ１６を通じて、加工対象物Ｗに照射される。すなわち、ガイド光も、ガルバノミラー１４によって、照射領域Ａ内を２次元走査可能であり、ｆθレンズ１６によって照射領域Ａに対して垂直に入射する。
【００２７】
ガイド光は可視光であるため、ガイド光を照射領域Ａに照射することにより、作業者がレーザ光の照射位置をレーザ光の照射に先立って把握することができる。また、マーキング形状に沿ってガイド光を二次元走査させれば、作業者は、加工対象物Ｗに施されるマーキングの状態を予め把握することができる。レーザ加工装置１０は、例えば、同装置１０の稼働開始後の初回の加工対象物Ｗのマーキング時にのみ、ガイド光によってレーザ光の照射位置を作業者にガイドするガイドモードを実行する。
【００２８】
レーザ加工装置１０には、偏光ビームスプリッタ２１が透過した光、つまり反射光を受光する受光素子２２が設けられている。受光素子２２は、フォトダイオードで構成されている。なお受光素子２２として、フォトトランジスタを用いるようにしてもよい。上記したように、ガイド光はｆθレンズ１６を通じて照射領域Ａ内の物体（加工対象物Ｗ及びベルトコンベア５０）に垂直に入射する。照射領域Ａの物体にて垂直に反射したガイド光（反射光、図２に一点鎖線で示す）は、ｆθレンズ１６、Ｙ軸ミラー１４ｂ、Ｘ軸ミラー１４ａ、ダイクロイックミラー１３、偏光ビームスプリッタ２１を介して受光素子２２に到達する。これにより、受光素子２２が、反射光を受光し、受光素子２２には、反射光の光量に応じた大きさの電流が流れる。
【００２９】
レーザ加工装置１０は、これらの各機構を制御するコントローラ３０を備えている。コントローラ３０は、レーザ光によって加工対象物Ｗをマーキングするのに先立って、照射領域Ａでの加工対象物Ｗの位置を検出し、この位置に基づいて照射領域Ａにレーザ光が照射されるように上記各機構を制御する。また、コントローラ３０には、コントローラ３０によって検出された加工対象物Ｗの位置を表示する表示手段としての表示部４０が接続されている。
【００３０】
コントローラ３０の構成及びコントローラ３０による上記各機構の制御について説明する。コントローラ３０は、記憶手段としての記憶部３１と、ガイド光制御手段としてのガイド光制御部３２と、レーザ光制御手段としてのレーザ光制御部３４と、検出手段としての検出部３３とを備えている。
【００３１】
記憶部３１は、加工対象物Ｗの照射領域Ａ内での基準位置、加工対象物Ｗが基準位置にあるときのレーザ光の照射位置である基準照射位置を記憶している。図２に、加工対象物Ｗの基準位置及び基準照射位置を示す。本実施形態では、図２に示すように、照射領域Ａ及び加工対象物Ｗの平面視が矩形状である。記憶部３１は、照射領域Ａの平面視の中心Ｃと加工対象物Ｗの平面視の中心とが一致し、且つ照射領域Ａの長辺と加工対象物Ｗの長辺とが平行で照射領域Ａの短辺と加工対象物Ｗの短辺とが平行である状態の加工対象物Ｗの位置を、基準位置として記憶している。また、記憶部３１では、作業者による入力等により加工対象物Ｗと印字形状との相対的位置関係が設定されており、記憶部３１は、この相対的位置関係に基づいて、加工対象物Ｗが基準位置にあるときのレーザ光の照射位置である基準照射位置を記憶する。
【００３２】
また、記憶部３１は、レーザ光によるマーキングに先立って、ガイド光で照射領域Ａを二次元走査する際のガイド光の照射位置を記憶している。具体的には、記憶部３１は、図２に示すように、ガイド光の照射位置として、照射領域Ａの中心Ｃを通り、且つ互いに直交する２直線（Ｘ軸及びＹ軸）を記憶している。
【００３３】
ガイド光制御部３２は、照射領域Ａに対するレーザ光の照射に先立って、ガイド光の照射位置が、図２に示すＸ軸及びＹ軸に沿って一定速度で変位するように、可視光源２０とガルバノミラー１４とを制御する。すなわち、ガイド光制御部３２は、可視光源２０の点灯及び消灯を制御し、ガルバノミラー１４の各ミラー１４ａ，１４ｂを回動させるアクチュエータ１５ａ，１５ｂを駆動制御する。
【００３４】
ガイド光が照射領域Ａを照射すると、その反射光が受光素子２２に到達する。検出部３３は、ガイド光の照射位置と受光素子２２の電流値とに基づいて照射領域Ａ内での加工対象物Ｗの位置を検出する。すなわち、図２に示すように、照射領域Ａは、加工対象物Ｗが存在する領域とベルトコンベア５０の上面が露出する領域とを含み、ガイド光が加工対象物Ｗに照射される場合とベルトコンベア５０に照射される場合とでは、反射面の状態、例えば反射率の差異によって反射光の光量が異なる。したがって、検出部３３は、受光素子２２が受光した反射光の光量に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸上に加工対象物Ｗが存在する部位と存在しない部位とを判断することが可能となり、照射領域Ａでの加工対象物Ｗの位置を検出することができる。なお詳細には、検出部３３は、後に詳細に説明するように、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置の回転角度及び変位量を検出することにより、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置とのずれを検出する。
【００３５】
レーザ光制御部３４は、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置に基づいて、照射領域Ａに対するレーザ光の照射位置を決定し、決定された照射位置にレーザ光を照射するようにレーザ光源１１とガルバノミラー１４とを制御する。すなわち、レーザ光制御部３４は、レーザ光源１１を構成するレーザ発信器の発振を制御して、照射領域Ａにレーザ光を照射するとともに、ガルバノミラー１４の各ミラー１４ａ，１４ｂの回動角度が、照射領域Ａのマーキング位置に対応する角度となるようにアクチュエータ１５ａ，１５ｂを駆動制御する。具体的には、レーザ光制御部３４は、検出部３３が検出した基準位置と加工対象物Ｗの実際の位置のずれに応じて基準照射位置を補正することにより、レーザ光の照射位置を決定する。
【００３６】
以上のよう構成されたレーザ加工装置１０では、以下のようにして加工対象物Ｗのマーキングが行われる。図３及び図４は、ベルトコンベア５０によって搬送された加工対象物Ｗを示す。なお、本実施形態では、ベルトコンベア５０で加工対象物Ｗを搬送する際に、加工対象物Ｗが回転したり変位したりすることはあるものの、その度合はさほど大きくなく、加工対象物Ｗは、図３及び図４に示すように、常に照射領域Ａ内に配置されており、且つ照射領域Ａの中心Ｃが加工対象物Ｗの平面視である矩形の内部に位置しているものとする。図５（ａ）〜（ｃ）は、加工対象物Ｗが、図２〜４に示す状態にあるときのガイド光の照射位置と受光素子２２の電流値との関係を示している。
【００３７】
まず、レーザ加工装置１０による加工対象物Ｗの加工に先立って、図２に示す加工対象物Ｗが基準位置にある状態を検出部３３で検出し、記憶部３１がこの状態を記憶する。図２に示すように、加工対象物Ｗが基準位置にあるときに、Ｘ軸上で加工対象物Ｗが存在する領域とベルトコンベア５０が露出する領域との境界を境界点ｘ１，ｘ２とし、Ｙ軸上で加工対象物Ｗが存在する領域とベルトコンベア５０が露出する領域との境を境界点ｙ１，ｙ２とする。なお、境界点ｘ１，ｘ２、ｙ１，ｙ２は、中心Ｃからの距離を表し、以下の境界点についても同様である。この場合、ガイド光の照射位置がＸ軸上を変位すると、図５（ａ）に示すように、ガイド光がベルトコンベア５０を照射しているときには、受光素子２２にベルトコンベア５０による反射光の光量に応じた電流値Ｉｂの電流が流れる。ガイド光の照射位置がベルトコンベア５０と加工対象物Ｗの境界点ｘ１に達してから２つめの境界点ｘ２に達するまでは、受光素子２２には加工対象物Ｗによる反射光の光量に応じた電流値Ｉｗの電流が流れる。ガイド光の照射位置が、Ｘ軸上の境界点ｘ２を通過すると、受光素子２２には、再びベルトコンベア５０による反射光の光量に応じた電流値Ｉｂが流れる。ガイド光の照射位置がＹ軸上を変位する場合も、同様にして、加工対象物Ｗを照射しているときには（境界点ｙ１から境界点ｙ２まで）、受光素子２２には電流値Ｉｗの電流が流れ、ベルトコンベア５０を照射しているときには、受光素子２２には電流値Ｉｂの電流が流れる。
【００３８】
ガイド光制御部３２は、ガイド光を一定速度で変位させるため、検出部３３は、ガイド光の照射開始からの時間に基づき現在の照射位置を把握することができる。検出部３３は、こうして把握される照射位置と受光素子２２の電流値の変化点に基づいて境界点ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２を検出する。記憶部３１は、検出部３３が検出した境界点ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２に基づいて加工対象物Ｗの基準位置を記憶し、上記した加工対象物Ｗと印字形状との相対的位置関係に基づいて加工対象物Ｗが基準位置にあるときのレーザ光の基準照射位置を記憶する。なお、記憶部３１は、検出部３３が基準位置にある加工対象物Ｗを検出することにより基準位置を記憶することに代わりに、作業者等の入力により、基準位置の情報がコントローラ３０に入力されることにより、基準位置を記憶するようにしてもよい。
【００３９】
次に、実際の加工対象物Ｗが、図３に示すようにベルトコンベア５０で搬送される。図３に示す例では、加工対象物Ｗが、照射領域Ａの中心Ｃを回転軸として角度θ回転した状態で搬送される。ガイド光制御部３２は、照射領域Ａ内をＸ軸及びＹ軸に沿ってガイド光を照射するように制御する。これにより、受光素子２２の電流値は、図５（ｂ）に示すように変化する。上記したように、ガイド光がベルトコンベア５０によって反射されると、受光素子２２にはこの反射光に応じた電流値Ｉｂの電流が流れ、ガイド光が加工対象物Ｗによって反射されると、受光素子２２にはこの反射光に応じた電流値Ｉｗが流れる。したがって、検出部３３は、照射領域Ａをガイド光がＸ軸に沿って照射位置を変化させているときに、電流値が変化する位置（変化点）に、ベルトコンベア５０が露出する部位と加工対象物Ｗとの境界点ｘ１ａ，ｘ２ａがあると判断することができる。検出部３３は、こうして検出された境界点ｘ１ａ，ｘ２ａに基づいて基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度θを検出する。この回転角度θは、下式１を用いて、検出された境界点ｘ１ａ，ｘ２ａの距離Δｘａと、基準位置での境界点ｘ１，ｘ２との距離Δｘとから求めることができる。
【００４０】
θ＝ＣＯＳ−１（Δｘ／Δｘａ）・・・式１
なお、距離Δｘは、照射領域ＡのＸ軸上の一方の外縁から境界点ｘ２までの距離から、この一方の外縁から境界点ｘ１までの距離を減算した値であり、同様に、距離Δｘａは、照射領域ＡのＸ軸上の一方の外縁から境界点ｘ２ａまでの距離と、この一方外縁から境界点ｘ１ａまでの距離を減算した値である。したがって、換言すれば、回転角度θは、受光量の変化点から求められる加工対象物Ｗの外縁の２点と照射領域Ａの外縁との距離からも求めることができる。
【００４１】
また、加工対象物Ｗの基準位置に対する回転角度θは、ガイド光をＹ軸に沿って変位させたときの境界点ｙ１ａ，ｙ２ａの距離Δｙａと、基準位置での境界点ｙ１，ｙ２との距離Δｙから下式２を用いて求めるようにしてもよい。
【００４２】
θ＝ＣＯＳ−１（Δｙ／Δｙａ）・・・式２
検出部３３は、このようにして、受光素子２２の電流値の変化点に基づいて、基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度θを検出する。これにより、レーザ光制御部３４は、基準照射位置を照射領域Ａの中心Ｃを回転軸として角度θ回転させた位置をレーザ光の照射位置に決定し、こうして決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００４３】
また、図４に示す例では、加工対象物Ｗが、照射領域Ａに対してＸ軸方向及びＹ軸方向に所定量変移した状態で搬送される。この場合、ガイド光制御部３２が、ガイド光の照射位置をＸ軸及びＹ軸に沿って変位させると、受光素子２２の電流値は、図５（ｃ）に示すように変化する。図４に示す例では、加工対象物Ｗは基準位置に対して回転変位はしていないため、ベルトコンベア５０が露出する部位と加工対象物Ｗとの境界点ｘ１ｂと境界点ｘ２ｂとの距離Δｘｂが、基準位置での境界点ｘ１，ｘ２との距離Δｘと等しい。したがって、検出部３３は、上記式１により、基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度θを０°と検出する。
【００４４】
次に、検出部３３は、基準位置に対する加工対象物ＷのＸ軸方向の変位量及びＹ軸方向の変位量を検出する。Ｘ軸方向の変位量は、加工対象物Ｗとベルトコンベア５０が露出する部位との境界点が基準位置における境界点からどれだけ変位しているかを算出することに求めることができる。具体的には、加工対象物Ａの外縁（境界点）と照射領域の中心Ｃとの距離が、基準位置における加工対象物Ｗの外縁（境界点）と中心Ｃとの距離との差から、基準位置に対する加工対象物Ｗの変位量を検出する。したがって、検出部３３は、Ｘ軸方向の変位量をΔ（ｘ１ｂ−ｘ１）又はΔ（ｘ２ｂ−ｘ２）と検出し、Ｙ軸方向の変位量をΔ（ｙ１ｂ−ｙ１）又はΔ（ｙ２ｂ−ｙ２）と検出する。以上のようにして、図４に示す例では、検出部３３が、加工対象物Ｗが基準位置に対して回転変位はしていないものの、Ｘ軸方向にΔ（ｘ１ｂ−ｘ１）変位し、Ｙ軸方向にΔ（ｙ１ｂ−ｙ１）変位していると検出する。
【００４５】
これにより、レーザ光制御部３４は、こうして検出された変位量に基づいて基準照射位置を補正する。具体的には、レーザ光制御部３４は、基準照射位置からＸ軸方向にΔ（ｘ１ｂ−ｘ１）変位し、且つＹ軸方向にΔ（ｙ１ｂ−ｙ１）変位した位置をレーザ光の照射位置に決定し、こうして決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００４６】
なお、加工対象物Ｗが、基準位置に対して回転変位し、且つＸ軸方向及びＹ軸方向に変位している場合にも、上記の回転角度及び変位量の検出を組み合わせることにより、加工対象物Ｗの基準位置に対する回転角度及び変位量を検出することができる。
【００４７】
また、検出部３３によって検出された加工対象物Ｗの位置が、表示部４０で表示される。したがって、作業者は、表示部４０に表示される加工対象物Ｗの位置を確認しながら、加工対象物Ｗのマーキングを行うことができる。
【００４８】
上記したように、第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）レーザ加工装置１０は、照射領域Ａを照射したガイド光の反射光を受光するとともに、その受光量に応じて電流値が変化する受光素子２２を備え、加工対象物Ｗのマーキングに先立って、照射領域Ａにガイド光を変位させながら照射し、その際の受光素子２２の電流値の変化点に基づいて加工対象物Ｗの位置を検出する。そして、こうして検出された加工対象物Ｗの位置に基づいて決定されたレーザ光の照射位置に、レーザ光を照射する。ガイド光機能を備えたレーザ加工装置に、受光素子２２を付加すれば照射領域Ａでの加工対象物の位置を検出することができるため、ＣＣＤカメラを搭載する場合に比べてレーザ加工装置が１０が大型になることを抑制することができる。
【００４９】
（２）レーザ加工装置１０は、集束手段として、テレセントリック型のｆθレンズ１６を備えている。これにより、ガイド光がガルバノミラー１４によって設定された様々な方向でｆθレンズ１６に入射しても、ガイド光はｆθレンズ１６を通じて照射領域Ａの表面に対して垂直に入射する。したがって、ガイド光は照射領域Ａで垂直に反射するため、受光素子２２に到達する反射光の光量が減少することを抑制することができる。
【００５０】
（３）レーザ加工装置１０のコントローラ３０では、記憶部３１が、加工対象物Ｗの基準位置と、レーザ光の基準照射位置を記憶しており、検出部３３が、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置とのずれを検出し、レーザ光制御部３４が、このずれに応じて基準照射位置を補正して、レーザ光の照射を行う。したがって、レーザ光制御部３４が、レーザ光の照射位置を容易に決定することができる。
【００５１】
（４）検出部３３は、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置の回転角度及び変位量を検出することにより、基準位置に対する加工対象物Ｗのずれを検出する。回転角度及び変位量は、照射領域Ａの中心Ｃを通る直交２直線（Ｘ軸、Ｙ軸）上での加工対象物Ｗとベルトコンベア５０が露出する領域との境界点と、基準位置における境界点とから容易に算出することができる。したがって、レーザ光制御部３４が、レーザ光の照射位置を容易に決定することができる。
【００５２】
（５）ガイド光制御部３２は、ガイド光が照射領域Ａの中心Ｃを通る直交２直線（Ｘ軸、Ｙ軸）上を照射するようにガルバノミラー１４を制御する。これにより、加工対象物Ｗの位置を検出するにあたって、ガイド光が照射領域の全域を照射する必要がなく、位置検出に要する時間を短縮化することができる。
【００５３】
（６）コントローラ３０には、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置を表示する表示部４０が接続されている。これにより、作業者が表示部４０に表示される加工対象物Ｗの位置を確認しながら加工作業を行うことができる。
【００５４】
（第１実施形態の変形例）
この変形例は、基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度を求める方法が上記第１実施形態と異なる。ガイド光制御部３２は、図３の破線矢印（Ｙ１軸，Ｙ２軸）に沿ってガイド光の照射位置を変位させる。検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいて、Ｙ１軸上における照射領域Ａの外縁から加工対象物Ｗまでの距離ｄ１，ｄ２を検出する。また、検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいて、Ｙ２軸上における照射領域Ａの外縁から加工対象物までの距離ｄ３，ｄ４を検出する。加工対象物Ｗが基準位置に対して回転していない場合には、距離ｄ１と距離ｄ３とは等しく、距離ｄ２と距離ｄ４とは等しい。したがって、検出部３３は、距離ｄ１と距離ｄ３との差、又は距離ｄ２と距離ｄ４との差から、加工対象物Ｗの基準位置に対する回転角度を検出することができる。
【００５５】
（第２実施形態）
第２実施形態のレーザ加工装置１０について、図６を参照して説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態とガイド光制御部３２によって制御されるガイド光の照射位置が異なる。その他の構成は第１実施形態と同じである。なお、各部材については、第１実施形態と同じ符号を用いて説明する。
【００５６】
第２実施形態では、図６に示すように、ガイド光制御部３２が照射領域Ａ内で同じ方向に傾斜している２直線Ｍ，Ｎ上を矢印の方向に沿って変位するように構成されている。直線Ｍ，Ｎは、矩形状の加工対象物Ｗの外縁を構成する４辺のそれぞれと交差するように設定されている。
【００５７】
加工対象物Ｗが照射領域Ａで図６に示す位置にあるとき、ガイド光の照射位置を直線Ｍ上に沿って変位させると、検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいてベルトコンベア５０と加工対象物Ｗとの境界点ｍ１，ｍ２を検出する。また、ガイド光の照射位置を直線Ｎ上に沿って変位させると、検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいてベルトコンベア５０と加工対象物Ｗとの境界点ｎ１，ｎ２を検出する。検出部３３は、こうして検出される４つの境界点ｍ１，ｍ２，ｎ１，ｎ２に基づいて、加工対象物Ｗの位置を検出し、基準位置に対する検出位置のずれを検出する。レーザ光制御部３４は、こうして検出された加工対象物Ｗの位置と基準位置とのずれ基づいて、レーザ光の照射位置を補正し、この補正により決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００５８】
なお、ガイド光の照射位置は、２直線Ｍ，Ｎに限らず、矩形状の加工対象物Ｗの外縁を構成する４辺とそれぞれ交差するように設定されていればよく、交差する２直線であってもよいし、２曲線であってもよい。
【００５９】
本実施形態では、上記第１実施形態の（１）〜（３）及び（６）の作用効果を奏することができる。
（第３実施形態）
第３実施形態のレーザ加工装置１０について、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態では、上記各実施形態とガイド光制御部３２によって制御されるガイド光の照射位置が異なる。その他の構成は上記各実施形態と同じである。なお、各部材については、第１実施形態と同じ符号を用いて説明する。
【００６０】
第３実施形態では、図７に示すように、ガイド光制御部３２が、ガイド光を実線Ｌ１〜Ｌｎを矢印に示す方向に沿って照射するように制御する。すなわち、本実施形態のガイド光制御部３２は、ガイド光が照射領域Ａの全域を二次元走査するラスタースキャンを行うように制御する。
【００６１】
加工対象物Ｗが照射領域Ａで図７に示す位置にあるとき、ガイド光の照射位置を直線Ｌ１〜Ｌｎに沿って変位させると、受光素子２２の電流値は、図８に示すように変化する。なお、図８では、直線Ｌ１〜Ｌ５に対応する電流値のみを図示している。検出部３３は、図８に示す受光素子２２の電流値の変化点に基づいて加工対象物Ｗの位置を検出し、検出された位置と基準位置とのずれを検出する。レーザ光制御部３４は、こうして検出された加工対象物Ｗの位置と基準位置とのずれ基づいて、レーザ光の照射位置を補正し、この補正により決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００６２】
本実施形態では、上記第１実施形態の（１）〜（３）及び（６）の作用効果に加え、以下の（７）の作用効果を奏することができる。
（７）ガイド光制御部３２が、ガイド光により照射領域Ａをラスタースキャンするように制御する。したがって、検出部３３が、加工対象物Ｗの大きさや形状に限らず、加工対象物Ｗの位置をより正確に検出することができる。
【００６３】
（その他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように適宜変形してもよい。
・上記各実施形態のレーザ加工装置１０は、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置を表示する表示部４０を備えている。しかしながら、レーザ加工装置は表示部を備えていない構成であってもよい。
【００６４】
・上記各実施形態では、ガイド光制御部３２が、ガイド光を直交２直線（Ｘ軸、Ｙ軸）上に照射したり、直線Ｍ，Ｎ上に照射したり、照射領域Ａの全領域に照射したりするように制御している。しかしながら、ガイド光の二次元走査によって照射領域での加工対象物の位置を検出できればよく、ガイド光の照射位置は特に限定されない。
【００６５】
・上記各実施形態では、検出部３３が照射領域Ａで加工対象物Ｗが存在する領域と存在しない領域との境界を検出するようにしている。しかしながら、例えば、加工対象物Ｗに位置検出用のマークが付されており、加工対象物におけるマークが付された領域の反射率とマーク付されていない領域の反射率が異なれば、検出部は、このマークの位置を検出することにより加工対象物の位置を検出するようにしてもよい。
【００６６】
・上記各実施形態では、検出部３３が基準位置に対する加工対象物の実際の位置のずれを検出するようにしている。しかしながら、検出部は、位置ずれを検出することなく、単に加工対象物の位置を検出し、レーザ光制御部は検出部によって検出された位置に応じて、レーザ光の照射位置を決定するようにすればよい。この場合、記憶部には、加工対象物と印字形状の相対的な位置関係を記憶していればよく、基準位置を記憶する必要はない。
【００６７】
・上記各実施形態では、受光素子２２が、ベルトコンベア５０による反射光を受光すると電流値Ｉｂの電流が流れ、加工対象物Ｗによる反射光を受光すると電流値Ｉｂよりも高い電流値Ｉｗが流れる。しかしながら、受光素子に流れる電流は、ベルトコンベアの反射光を受光したときよりも加工対象物の反射光を受光したときのほうが低くてもよい。
【００６８】
・レーザ加工装置１０では、ビームエキスパンダ１２、ダイクロイックミラー１３、ガルバノミラー１４及びそのアクチュエータ１５ａ，１５ｂ，ｆθレンズ１６、可視光源２０、偏光ビームスプリッタ２１、及び受光素子２２が、ヘッドに収容され、レーザ光源１１がヘッドから分離されていてもよいし、これらが一体に収容される構成であってもよい。
【００６９】
・上記各実施形態では、レーザ加工装置１０が、集束手段として、テレセントリック型のｆθレンズ１６を備えている。しかしながら、ｆθレンズは、テレセントリック型に限定されない。ｆθレンズがテレセントリック型でない場合であっても、ガイド光が加工対象物やベルトコンベアで乱反射する場合には、その一部がｆθレンズを通じて受光素子に到達するため、その受光量に基づいて加工対象物の位置を検出することができる。
【００７０】
・上記各実施形態では、レーザ加工装置１０の稼働開始後の初回の加工対象物Ｗのマーキング時にのみ、ガイド光によってレーザ光の照射位置を作業者にガイドするガイドモードが実行される。しかしながら、レーザ加工装置は、こうしたガイド機能を利用するためのガイドモードと、ガイド光の反射光によって加工対象物の位置を検出する位置検出モードとが選択可能に構成されていてもよい。すなわち、例えば、作業者によってコントローラにこれらの何れのモードを選択するかが入力設定されることにより、レーザ加工装置が、ガイドモードを実行したり、位置検出モードを実行したりする構成であってもよい。
【００７１】
・上記各実施形態のレーザ加工装置１０は、加工対象物Ｗにマーキングを施す装置であるが、レーザ光を照射して加熱することで、加工対象物に穴あけ、切断、溶接等の加工を施すものであってもよい。
【００７２】
次に、上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（ア）請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物の平面視が矩形状であり、前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光が前記加工対象物の外縁を構成する４辺のそれぞれを通過する線上を走査するように制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【００７３】
（イ）請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光が前記照射領域をラスタースキャンするように前記光走査手段を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【符号の説明】
【００７４】
１０…レーザ加工装置、１１…レーザ光源、１２…ビームエキスパンダ、１３…ダイクロイックミラー、１４…ガルバノミラー、１４ａ…Ｘ軸ミラー、１４ｂ…Ｙ軸ミラー、１５ａ，１５ｂ…アクチュエータ、１６…ｆθレンズ、２０…可視光源、２１…偏光ビームスプリッタ、２２…受光素子、３０…コントローラ、３１…記憶部、３２…ガイド光制御部、３３…検出部、３４…レーザ光制御部、４０…表示部、５０…ベルトコンベア。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射により、加工対象物にマーキング、穴あけ、切断及び溶接等の加工を施すレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ加工装置は、工場の生産ライン等に設置され、ベルトコンベア等の搬送装置によって搬送される加工対象物にレーザ光を照射して加熱することで、文字や図形のマーキングや切断、溶接等の目的で利用されている。
【０００３】
搬送装置によって搬送される加工対象物は、その搬送中に回転する場合がある。このため、レーザ加工装置には、ＣＣＤカメラを備え、搬送装置によって搬送される加工対象物をＣＣＤカメラにより撮像し、加工対象物の位置を確認するものがある（例えば、特許文献１参照）。このレーザ加工装置では、こうして確認された加工対象物の位置に基づいて、加工対象物のマーキングや穴開けなどの加工位置を決定することにより、加工対象物の所望の位置にレーザ光による加工を施すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４８７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザ加工装置にＣＣＤカメラを搭載すると装置が大型化する。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の大型化を抑制しつつ、加工対象物の位置を検出することができるレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、加工対象物を加工するためのレーザ光を出射するレーザ光発生手段と、可視光であるガイド光を前記レーザ光と同軸上に生成するガイド光生成手段と、前記ガイド光の方向を可変に設定する光走査手段と、前記加工対象物が配置されるとともに同加工対象物よりも大きい照射領域に、前記光走査手段により方向が設定されたガイド光を集束して前記照射領域を照射する集束手段と、前記光走査手段を制御することにより前記照射領域においてガイド光を走査するガイド光制御手段と、前記ガイド光が照射された前記照射領域からの反射光を前記ガイド光及び前記レーザ光との光軸から分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐した前記反射光を受光する単一の受光素子と、前記加工対象物の形状と同加工対象物に対するレーザ光の照射位置を記憶する記憶手段と、前記ガイド光の走査と前記受光素子における受光量の変化点とに基づいて前記照射領域内での前記加工対象物の位置を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置と前記記憶手段に記憶した前記レーザ光の照射位置とに応じて、前記照射領域に対するレーザ光の照射位置を制御するレーザ光制御手段とを備えることを要旨とする。
【０００７】
この構成では、照射領域にガイド光を照射し、その反射光の光量の変化点に基づいて加工対象物の位置を検出する。レーザ加工装置に単一の受光素子を付加すれば照射領域内での加工対象物の位置を検出することができるため、ＣＣＤカメラを搭載する場合に比べてレーザ加工装置が大型になることを抑制することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記集束手段は、テレセントリック型のｆθレンズであることを要旨とする。
上記構成では、ガイド光が光走査手段によって設定された様々な方向で集束手段に入射しても、集束手段がテレセントリック型のｆθレンズであるため、ガイド光は集束手段を通じて照射領域の表面に対して垂直に入射する。これにより、ガイド光は、照射位置に依らず照射領域にて垂直に反射するため、受光素子に到達する反射光の光量が減少することを抑制することができる。
【０００９】
レーザ光制御手段が、レーザ光の照射位置を制御するにあたっては、具体的には、請求項３に記載の発明によるように、前記記憶手段は、前記照射領域における前記加工対象物の基準位置と、前記基準位置に対応するレーザ光の基準照射位置を記憶しており、前記検出手段は、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置のずれを検出し、前記レーザ光制御手段は、前記検出手段が検出したずれと前記基準照射位置とに基づいて、前記レーザ光の照射位置を補正するといった態様を採用することができる。この構成により、レーザ光の照射位置を容易に制御することができる。
【００１０】
検出手段による位置ずれの検出にあたっては、請求項４及び５に記載の発明によるように、基準位置に対する加工対象物の実際の位置の回転角度や変位量を検出するといった態様を採用することができる。
【００１１】
すなわち、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記ガイド光制御手段は、前記加工対象物の外縁によって前記受光量の変化点が２つ以上生ずるように走査し、前記検出手段は、前記受光量の変化点と前記照射領域の外縁との距離に基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の回転角度を検出することを要旨とする。この構成では、受光量の変化点から求められる加工対象物の外縁と照射領域の外縁との距離により、加工対象物の実際の位置の回転角度を検出することができる。したがって、レーザ光制御手段が、基準照射位置を、検出された加工対象物の回転角度に応じて回転させることにより、レーザ光の照射位置を制御することができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段は、前記加工対象物の実際の位置での前記受光量の変化点と前記照射領域の基準点との距離とに基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の変位量を検出することを要旨とする。
【００１３】
この構成において、基準点としては、例えば照射領域の中心や照射領域の外縁などが挙げられる。こうした基準点から受光量の変化点との距離が基準位置と加工対象物とでどれだけずれているかを検出することにより、基準位置に対する加工対象物の実際の位置の変位量を検出することができる。これにより、レーザ光制御手段が、基準照射位置を、検出された加工対象物の変位量に応じて変位させることにより、レーザ光の照射位置を制御することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物は、前記加工対象物は、平面視が矩形状であるとともに、前記矩形の内部に前記照射領域の中心が位置するように配置され、前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光の照射位置が前記照射領域の中心を通る直交２直線上を走査するように制御することを要旨とする。
【００１５】
上記構成では、ガイド光の走査によって、照射領域内に配置される加工対象物の外縁の４点が照射され、この４点から加工対象物の位置を検出することができる。したがって、加工対象物の位置を検出するにあたって、ガイド光が照射領域の全域を照射する必要がないため、加工対象物の位置を検出するために要する時間を短くすることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置を表示する表示手段を備えることを要旨とする。この構成では、作業者が表示手段に表示される加工対象物の位置を確認しながら加工作業を行うことができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記レーザ光の照射に先立って前記ガイド光により前記レーザ光の照射位置を走査するガイドモードと、前記検出手段により前記加工対象物の位置を検出する位置検出モードとが選択可能に構成されていることを要旨とする。この構成によれば、作業者の所望のモードでガイド光による機能を利用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ、加工対象物の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態にかかるレーザ加工装置を示す模式図。
【図２】第１実施形態において、照射領域における加工対象物の基準位置を示す平面図。
【図３】第１実施形態において、照射領域における加工対象物の搬送位置の一例を示す平面図。
【図４】第１実施形態において、照射領域における加工対象物の搬送位置の一例を示す平面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態において、加工対象物が図２〜図４に示す位置にある場合のガイド光照射位置と受光素子の電流値との関係を示すグラフ。
【図６】第２実施形態にかかるレーザ加工装置おいて、照射領域におけるガイド光の照射位置を示す平面図。
【図７】第３実施形態にかかるレーザ加工装置おいて、照射領域におけるガイド光の照射位置を示す平面図。
【図８】第３実施形態において、ガイド光照射位置と受光素子の電流値との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図１に、第１実施形態のレーザ加工装置１０を示す。第１実施形態のレーザ加工装置１０は、ベルトコンベア５０によって搬送される加工対象物Ｗの表面に文字・記号・図形等の所定の印字形状（本実施形態では、文字「ＡＢＣＤ」）をマーキング加工するものである。
【００２１】
レーザ加工装置１０は、加工用のレーザ光を出射するレーザ光発生手段としてのレーザ光源１１を備えている。レーザ光源１１は、レーザ発振器（例えばＹＡＧレーザ）からなる。
【００２２】
レーザ光源１１の後段には、ビームエキスパンダ１２が配設されている。ビームエキスパンダ１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光のビーム径を拡大する。
ビームエキスパンダ１２の後段には、ダイクロイックミラー１３が配設されている。ダイクロイックミラー１３は、レーザ光の光路上（光軸上）において、その光軸に対して所定角度（本実施形態では４５°）傾斜させて配置されている。ダイクロイックミラー１３は、レーザ光を透過する一方、後述するガイド光を反射するように構成されている。
【００２３】
ダイクロイックミラー１３の後段には、光走査手段としてのガルバノミラー１４が配設されている。ガルバノミラー１４は、一対のＸ軸ミラー１４ａとＹ軸ミラー１４ｂで構成されている。Ｘ軸ミラー１４ａとＹ軸ミラー１４ｂは、それぞれ、アクチュエータ１５ａ，１５ｂによって軸周りを回動可能に支持されており、ダイクロイックミラー１３を透過したレーザ光を反射するとともに、反射されるレーザ光の方向をその回動角度に応じて変更する。すなわち、Ｘ軸ミラー１４ａとＹ軸ミラー１４ｂを回動させることで、加工対象物Ｗに対するレーザ光の２次元走査が可能となっている。なお詳細には、レーザ光は、ガルバノミラー１４によって、加工対象物Ｗが配置されるとともに、加工対象物Ｗよりも大きい照射領域Ａ内を二次元走査可能に構成されている。
【００２４】
ガルバノミラー１４の後段には、集束手段としてのｆθレンズ１６が配設されている。ｆθレンズ１６は、ビームエキスパンダ１２にてビーム径が拡大されたレーザ光を加工対象物Ｗの表面において所定のスポット径となるまで集束させ、マーキング加工に適したエネルギ密度まで高める。このようにして、レーザ光が加工対象物Ｗに照射されることによって加工対象物Ｗの表面にマーキング加工が施される。また、本実施形態のｆθレンズ１６は、テレセントリック型である。したがって、レーザ光は、その照射位置に依らず、加工対象物Ｗに対して垂直に入射する。
【００２５】
レーザ加工装置１０は、ガイド光（破線で示す）を出射する可視光源２０を備えている。可視光源２０は、レーザダイオード（ＬＤ）若しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）にて構成されている。ガイド光は、可視領域の波長を有する可視光である。
【００２６】
可視光源２０の後段には、分岐手段としての偏光ビームスプリッタ２１が配設されている。偏光ビームスプリッタ２１は、可視光源２０が出射するガイド光を反射するとともに、後述する反射光を透過する。ガイド光は、偏光ビームスプリッタ２１によって反射された後、ダイクロイックミラー１３に４５°の入射角で入射する。これにより、ガイド光の光軸が、ダイクロイックミラー１３を透過したレーザ光の光軸と一致する。すなわち、可視光源２０とダイクロイックミラー１３とが、ガイド光生成手段を構成している。ダイクロイックミラー１３で反射したガイド光は、ガルバノミラー１４及びｆθレンズ１６を通じて、加工対象物Ｗに照射される。すなわち、ガイド光も、ガルバノミラー１４によって、照射領域Ａ内を２次元走査可能であり、ｆθレンズ１６によって照射領域Ａに対して垂直に入射する。
【００２７】
ガイド光は可視光であるため、ガイド光を照射領域Ａに照射することにより、作業者がレーザ光の照射位置をレーザ光の照射に先立って把握することができる。また、マーキング形状に沿ってガイド光を二次元走査させれば、作業者は、加工対象物Ｗに施されるマーキングの状態を予め把握することができる。レーザ加工装置１０は、例えば、同装置１０の稼働開始後の初回の加工対象物Ｗのマーキング時にのみ、ガイド光によってレーザ光の照射位置を作業者にガイドするガイドモードを実行する。
【００２８】
レーザ加工装置１０には、偏光ビームスプリッタ２１が透過した光、つまり反射光を受光する受光素子２２が設けられている。受光素子２２は、フォトダイオードで構成されている。なお受光素子２２として、フォトトランジスタを用いるようにしてもよい。上記したように、ガイド光はｆθレンズ１６を通じて照射領域Ａ内の物体（加工対象物Ｗ及びベルトコンベア５０）に垂直に入射する。照射領域Ａの物体にて垂直に反射したガイド光（反射光、図２に一点鎖線で示す）は、ｆθレンズ１６、Ｙ軸ミラー１４ｂ、Ｘ軸ミラー１４ａ、ダイクロイックミラー１３、偏光ビームスプリッタ２１を介して受光素子２２に到達する。これにより、受光素子２２が、反射光を受光し、受光素子２２には、反射光の光量に応じた大きさの電流が流れる。
【００２９】
レーザ加工装置１０は、これらの各機構を制御するコントローラ３０を備えている。コントローラ３０は、レーザ光によって加工対象物Ｗをマーキングするのに先立って、照射領域Ａでの加工対象物Ｗの位置を検出し、この位置に基づいて照射領域Ａにレーザ光が照射されるように上記各機構を制御する。また、コントローラ３０には、コントローラ３０によって検出された加工対象物Ｗの位置を表示する表示手段としての表示部４０が接続されている。
【００３０】
コントローラ３０の構成及びコントローラ３０による上記各機構の制御について説明する。コントローラ３０は、記憶手段としての記憶部３１と、ガイド光制御手段としてのガイド光制御部３２と、レーザ光制御手段としてのレーザ光制御部３４と、検出手段としての検出部３３とを備えている。
【００３１】
記憶部３１は、加工対象物Ｗの照射領域Ａ内での基準位置、加工対象物Ｗが基準位置にあるときのレーザ光の照射位置である基準照射位置を記憶している。図２に、加工対象物Ｗの基準位置及び基準照射位置を示す。本実施形態では、図２に示すように、照射領域Ａ及び加工対象物Ｗの平面視が矩形状である。記憶部３１は、照射領域Ａの平面視の中心Ｃと加工対象物Ｗの平面視の中心とが一致し、且つ照射領域Ａの長辺と加工対象物Ｗの長辺とが平行で照射領域Ａの短辺と加工対象物Ｗの短辺とが平行である状態の加工対象物Ｗの位置を、基準位置として記憶している。また、記憶部３１では、作業者による入力等により加工対象物Ｗと印字形状との相対的位置関係が設定されており、記憶部３１は、この相対的位置関係に基づいて、加工対象物Ｗが基準位置にあるときのレーザ光の照射位置である基準照射位置を記憶する。
【００３２】
また、記憶部３１は、レーザ光によるマーキングに先立って、ガイド光で照射領域Ａを二次元走査する際のガイド光の照射位置を記憶している。具体的には、記憶部３１は、図２に示すように、ガイド光の照射位置として、照射領域Ａの中心Ｃを通り、且つ互いに直交する２直線（Ｘ軸及びＹ軸）を記憶している。
【００３３】
ガイド光制御部３２は、照射領域Ａに対するレーザ光の照射に先立って、ガイド光の照射位置が、図２に示すＸ軸及びＹ軸に沿って一定速度で変位するように、可視光源２０とガルバノミラー１４とを制御する。すなわち、ガイド光制御部３２は、可視光源２０の点灯及び消灯を制御し、ガルバノミラー１４の各ミラー１４ａ，１４ｂを回動させるアクチュエータ１５ａ，１５ｂを駆動制御する。
【００３４】
ガイド光が照射領域Ａを照射すると、その反射光が受光素子２２に到達する。検出部３３は、ガイド光の照射位置と受光素子２２の電流値とに基づいて照射領域Ａ内での加工対象物Ｗの位置を検出する。すなわち、図２に示すように、照射領域Ａは、加工対象物Ｗが存在する領域とベルトコンベア５０の上面が露出する領域とを含み、ガイド光が加工対象物Ｗに照射される場合とベルトコンベア５０に照射される場合とでは、反射面の状態、例えば反射率の差異によって反射光の光量が異なる。したがって、検出部３３は、受光素子２２が受光した反射光の光量に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸上に加工対象物Ｗが存在する部位と存在しない部位とを判断することが可能となり、照射領域Ａでの加工対象物Ｗの位置を検出することができる。なお詳細には、検出部３３は、後に詳細に説明するように、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置の回転角度及び変位量を検出することにより、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置とのずれを検出する。
【００３５】
レーザ光制御部３４は、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置に基づいて、照射領域Ａに対するレーザ光の照射位置を決定し、決定された照射位置にレーザ光を照射するようにレーザ光源１１とガルバノミラー１４とを制御する。すなわち、レーザ光制御部３４は、レーザ光源１１を構成するレーザ発信器の発振を制御して、照射領域Ａにレーザ光を照射するとともに、ガルバノミラー１４の各ミラー１４ａ，１４ｂの回動角度が、照射領域Ａのマーキング位置に対応する角度となるようにアクチュエータ１５ａ，１５ｂを駆動制御する。具体的には、レーザ光制御部３４は、検出部３３が検出した基準位置と加工対象物Ｗの実際の位置のずれに応じて基準照射位置を補正することにより、レーザ光の照射位置を決定する。
【００３６】
以上のよう構成されたレーザ加工装置１０では、以下のようにして加工対象物Ｗのマーキングが行われる。図３及び図４は、ベルトコンベア５０によって搬送された加工対象物Ｗを示す。なお、本実施形態では、ベルトコンベア５０で加工対象物Ｗを搬送する際に、加工対象物Ｗが回転したり変位したりすることはあるものの、その度合はさほど大きくなく、加工対象物Ｗは、図３及び図４に示すように、常に照射領域Ａ内に配置されており、且つ照射領域Ａの中心Ｃが加工対象物Ｗの平面視である矩形の内部に位置しているものとする。図５（ａ）〜（ｃ）は、加工対象物Ｗが、図２〜４に示す状態にあるときのガイド光の照射位置と受光素子２２の電流値との関係を示している。
【００３７】
まず、レーザ加工装置１０による加工対象物Ｗの加工に先立って、図２に示す加工対象物Ｗが基準位置にある状態を検出部３３で検出し、記憶部３１がこの状態を記憶する。図２に示すように、加工対象物Ｗが基準位置にあるときに、Ｘ軸上で加工対象物Ｗが存在する領域とベルトコンベア５０が露出する領域との境界を境界点ｘ１，ｘ２とし、Ｙ軸上で加工対象物Ｗが存在する領域とベルトコンベア５０が露出する領域との境を境界点ｙ１，ｙ２とする。なお、境界点ｘ１，ｘ２、ｙ１，ｙ２は、中心Ｃからの距離を表し、以下の境界点についても同様である。この場合、ガイド光の照射位置がＸ軸上を変位すると、図５（ａ）に示すように、ガイド光がベルトコンベア５０を照射しているときには、受光素子２２にベルトコンベア５０による反射光の光量に応じた電流値Ｉｂの電流が流れる。ガイド光の照射位置がベルトコンベア５０と加工対象物Ｗの境界点ｘ１に達してから２つめの境界点ｘ２に達するまでは、受光素子２２には加工対象物Ｗによる反射光の光量に応じた電流値Ｉｗの電流が流れる。ガイド光の照射位置が、Ｘ軸上の境界点ｘ２を通過すると、受光素子２２には、再びベルトコンベア５０による反射光の光量に応じた電流値Ｉｂが流れる。ガイド光の照射位置がＹ軸上を変位する場合も、同様にして、加工対象物Ｗを照射しているときには（境界点ｙ１から境界点ｙ２まで）、受光素子２２には電流値Ｉｗの電流が流れ、ベルトコンベア５０を照射しているときには、受光素子２２には電流値Ｉｂの電流が流れる。
【００３８】
ガイド光制御部３２は、ガイド光を一定速度で変位させるため、検出部３３は、ガイド光の照射開始からの時間に基づき現在の照射位置を把握することができる。検出部３３は、こうして把握される照射位置と受光素子２２の電流値の変化点に基づいて境界点ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２を検出する。記憶部３１は、検出部３３が検出した境界点ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２に基づいて加工対象物Ｗの基準位置を記憶し、上記した加工対象物Ｗと印字形状との相対的位置関係に基づいて加工対象物Ｗが基準位置にあるときのレーザ光の基準照射位置を記憶する。なお、記憶部３１は、検出部３３が基準位置にある加工対象物Ｗを検出することにより基準位置を記憶することに代わりに、作業者等の入力により、基準位置の情報がコントローラ３０に入力されることにより、基準位置を記憶するようにしてもよい。
【００３９】
次に、実際の加工対象物Ｗが、図３に示すようにベルトコンベア５０で搬送される。図３に示す例では、加工対象物Ｗが、照射領域Ａの中心Ｃを回転軸として角度θ回転した状態で搬送される。ガイド光制御部３２は、照射領域Ａ内をＸ軸及びＹ軸に沿ってガイド光を照射するように制御する。これにより、受光素子２２の電流値は、図５（ｂ）に示すように変化する。上記したように、ガイド光がベルトコンベア５０によって反射されると、受光素子２２にはこの反射光に応じた電流値Ｉｂの電流が流れ、ガイド光が加工対象物Ｗによって反射されると、受光素子２２にはこの反射光に応じた電流値Ｉｗが流れる。したがって、検出部３３は、照射領域Ａをガイド光がＸ軸に沿って照射位置を変化させているときに、電流値が変化する位置（変化点）に、ベルトコンベア５０が露出する部位と加工対象物Ｗとの境界点ｘ１ａ，ｘ２ａがあると判断することができる。検出部３３は、こうして検出された境界点ｘ１ａ，ｘ２ａに基づいて基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度θを検出する。この回転角度θは、下式１を用いて、検出された境界点ｘ１ａ，ｘ２ａの距離Δｘａと、基準位置での境界点ｘ１，ｘ２との距離Δｘとから求めることができる。
【００４０】
θ＝ＣＯＳ−１（Δｘ／Δｘａ）・・・式１
なお、距離Δｘは、照射領域ＡのＸ軸上の一方の外縁から境界点ｘ２までの距離から、この一方の外縁から境界点ｘ１までの距離を減算した値であり、同様に、距離Δｘａは、照射領域ＡのＸ軸上の一方の外縁から境界点ｘ２ａまでの距離と、この一方外縁から境界点ｘ１ａまでの距離を減算した値である。したがって、換言すれば、回転角度θは、受光量の変化点から求められる加工対象物Ｗの外縁の２点と照射領域Ａの外縁との距離からも求めることができる。
【００４１】
また、加工対象物Ｗの基準位置に対する回転角度θは、ガイド光をＹ軸に沿って変位させたときの境界点ｙ１ａ，ｙ２ａの距離Δｙａと、基準位置での境界点ｙ１，ｙ２との距離Δｙから下式２を用いて求めるようにしてもよい。
【００４２】
θ＝ＣＯＳ−１（Δｙ／Δｙａ）・・・式２
検出部３３は、このようにして、受光素子２２の電流値の変化点に基づいて、基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度θを検出する。これにより、レーザ光制御部３４は、基準照射位置を照射領域Ａの中心Ｃを回転軸として角度θ回転させた位置をレーザ光の照射位置に決定し、こうして決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００４３】
また、図４に示す例では、加工対象物Ｗが、照射領域Ａに対してＸ軸方向及びＹ軸方向に所定量変移した状態で搬送される。この場合、ガイド光制御部３２が、ガイド光の照射位置をＸ軸及びＹ軸に沿って変位させると、受光素子２２の電流値は、図５（ｃ）に示すように変化する。図４に示す例では、加工対象物Ｗは基準位置に対して回転変位はしていないため、ベルトコンベア５０が露出する部位と加工対象物Ｗとの境界点ｘ１ｂと境界点ｘ２ｂとの距離Δｘｂが、基準位置での境界点ｘ１，ｘ２との距離Δｘと等しい。したがって、検出部３３は、上記式１により、基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度θを０°と検出する。
【００４４】
次に、検出部３３は、基準位置に対する加工対象物ＷのＸ軸方向の変位量及びＹ軸方向の変位量を検出する。Ｘ軸方向の変位量は、加工対象物Ｗとベルトコンベア５０が露出する部位との境界点が基準位置における境界点からどれだけ変位しているかを算出することに求めることができる。具体的には、加工対象物Ａの外縁（境界点）と照射領域の中心Ｃとの距離が、基準位置における加工対象物Ｗの外縁（境界点）と中心Ｃとの距離との差から、基準位置に対する加工対象物Ｗの変位量を検出する。したがって、検出部３３は、Ｘ軸方向の変位量をΔ（ｘ１ｂ−ｘ１）又はΔ（ｘ２ｂ−ｘ２）と検出し、Ｙ軸方向の変位量をΔ（ｙ１ｂ−ｙ１）又はΔ（ｙ２ｂ−ｙ２）と検出する。以上のようにして、図４に示す例では、検出部３３が、加工対象物Ｗが基準位置に対して回転変位はしていないものの、Ｘ軸方向にΔ（ｘ１ｂ−ｘ１）変位し、Ｙ軸方向にΔ（ｙ１ｂ−ｙ１）変位していると検出する。
【００４５】
これにより、レーザ光制御部３４は、こうして検出された変位量に基づいて基準照射位置を補正する。具体的には、レーザ光制御部３４は、基準照射位置からＸ軸方向にΔ（ｘ１ｂ−ｘ１）変位し、且つＹ軸方向にΔ（ｙ１ｂ−ｙ１）変位した位置をレーザ光の照射位置に決定し、こうして決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００４６】
なお、加工対象物Ｗが、基準位置に対して回転変位し、且つＸ軸方向及びＹ軸方向に変位している場合にも、上記の回転角度及び変位量の検出を組み合わせることにより、加工対象物Ｗの基準位置に対する回転角度及び変位量を検出することができる。
【００４７】
また、検出部３３によって検出された加工対象物Ｗの位置が、表示部４０で表示される。したがって、作業者は、表示部４０に表示される加工対象物Ｗの位置を確認しながら、加工対象物Ｗのマーキングを行うことができる。
【００４８】
上記したように、第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）レーザ加工装置１０は、照射領域Ａを照射したガイド光の反射光を受光するとともに、その受光量に応じて電流値が変化する受光素子２２を備え、加工対象物Ｗのマーキングに先立って、照射領域Ａにガイド光を変位させながら照射し、その際の受光素子２２の電流値の変化点に基づいて加工対象物Ｗの位置を検出する。そして、こうして検出された加工対象物Ｗの位置に基づいて決定されたレーザ光の照射位置に、レーザ光を照射する。ガイド光機能を備えたレーザ加工装置に、受光素子２２を付加すれば照射領域Ａでの加工対象物の位置を検出することができるため、ＣＣＤカメラを搭載する場合に比べてレーザ加工装置が１０が大型になることを抑制することができる。
【００４９】
（２）レーザ加工装置１０は、集束手段として、テレセントリック型のｆθレンズ１６を備えている。これにより、ガイド光がガルバノミラー１４によって設定された様々な方向でｆθレンズ１６に入射しても、ガイド光はｆθレンズ１６を通じて照射領域Ａの表面に対して垂直に入射する。したがって、ガイド光は照射領域Ａで垂直に反射するため、受光素子２２に到達する反射光の光量が減少することを抑制することができる。
【００５０】
（３）レーザ加工装置１０のコントローラ３０では、記憶部３１が、加工対象物Ｗの基準位置と、レーザ光の基準照射位置を記憶しており、検出部３３が、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置とのずれを検出し、レーザ光制御部３４が、このずれに応じて基準照射位置を補正して、レーザ光の照射を行う。したがって、レーザ光制御部３４が、レーザ光の照射位置を容易に決定することができる。
【００５１】
（４）検出部３３は、基準位置に対する加工対象物Ｗの実際の位置の回転角度及び変位量を検出することにより、基準位置に対する加工対象物Ｗのずれを検出する。回転角度及び変位量は、照射領域Ａの中心Ｃを通る直交２直線（Ｘ軸、Ｙ軸）上での加工対象物Ｗとベルトコンベア５０が露出する領域との境界点と、基準位置における境界点とから容易に算出することができる。したがって、レーザ光制御部３４が、レーザ光の照射位置を容易に決定することができる。
【００５２】
（５）ガイド光制御部３２は、ガイド光が照射領域Ａの中心Ｃを通る直交２直線（Ｘ軸、Ｙ軸）上を照射するようにガルバノミラー１４を制御する。これにより、加工対象物Ｗの位置を検出するにあたって、ガイド光が照射領域の全域を照射する必要がなく、位置検出に要する時間を短縮化することができる。
【００５３】
（６）コントローラ３０には、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置を表示する表示部４０が接続されている。これにより、作業者が表示部４０に表示される加工対象物Ｗの位置を確認しながら加工作業を行うことができる。
【００５４】
（第１実施形態の変形例）
この変形例は、基準位置に対する加工対象物Ｗの回転角度を求める方法が上記第１実施形態と異なる。ガイド光制御部３２は、図３の破線矢印（Ｙ１軸，Ｙ２軸）に沿ってガイド光の照射位置を変位させる。検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいて、Ｙ１軸上における照射領域Ａの外縁から加工対象物Ｗまでの距離ｄ１，ｄ２を検出する。また、検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいて、Ｙ２軸上における照射領域Ａの外縁から加工対象物までの距離ｄ３，ｄ４を検出する。加工対象物Ｗが基準位置に対して回転していない場合には、距離ｄ１と距離ｄ３とは等しく、距離ｄ２と距離ｄ４とは等しい。したがって、検出部３３は、距離ｄ１と距離ｄ３との差、又は距離ｄ２と距離ｄ４との差から、加工対象物Ｗの基準位置に対する回転角度を検出することができる。
【００５５】
（第２実施形態）
第２実施形態のレーザ加工装置１０について、図６を参照して説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態とガイド光制御部３２によって制御されるガイド光の照射位置が異なる。その他の構成は第１実施形態と同じである。なお、各部材については、第１実施形態と同じ符号を用いて説明する。
【００５６】
第２実施形態では、図６に示すように、ガイド光制御部３２が照射領域Ａ内で同じ方向に傾斜している２直線Ｍ，Ｎ上を矢印の方向に沿って変位するように構成されている。直線Ｍ，Ｎは、矩形状の加工対象物Ｗの外縁を構成する４辺のそれぞれと交差するように設定されている。
【００５７】
加工対象物Ｗが照射領域Ａで図６に示す位置にあるとき、ガイド光の照射位置を直線Ｍ上に沿って変位させると、検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいてベルトコンベア５０と加工対象物Ｗとの境界点ｍ１，ｍ２を検出する。また、ガイド光の照射位置を直線Ｎ上に沿って変位させると、検出部３３は、受光素子２２の電流値の変化点に基づいてベルトコンベア５０と加工対象物Ｗとの境界点ｎ１，ｎ２を検出する。検出部３３は、こうして検出される４つの境界点ｍ１，ｍ２，ｎ１，ｎ２に基づいて、加工対象物Ｗの位置を検出し、基準位置に対する検出位置のずれを検出する。レーザ光制御部３４は、こうして検出された加工対象物Ｗの位置と基準位置とのずれ基づいて、レーザ光の照射位置を補正し、この補正により決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００５８】
なお、ガイド光の照射位置は、２直線Ｍ，Ｎに限らず、矩形状の加工対象物Ｗの外縁を構成する４辺とそれぞれ交差するように設定されていればよく、交差する２直線であってもよいし、２曲線であってもよい。
【００５９】
本実施形態では、上記第１実施形態の（１）〜（３）及び（６）の作用効果を奏することができる。
（第３実施形態）
第３実施形態のレーザ加工装置１０について、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態では、上記各実施形態とガイド光制御部３２によって制御されるガイド光の照射位置が異なる。その他の構成は上記各実施形態と同じである。なお、各部材については、第１実施形態と同じ符号を用いて説明する。
【００６０】
第３実施形態では、図７に示すように、ガイド光制御部３２が、ガイド光を実線Ｌ１〜Ｌｎを矢印に示す方向に沿って照射するように制御する。すなわち、本実施形態のガイド光制御部３２は、ガイド光が照射領域Ａの全域を二次元走査するラスタースキャンを行うように制御する。
【００６１】
加工対象物Ｗが照射領域Ａで図７に示す位置にあるとき、ガイド光の照射位置を直線Ｌ１〜Ｌｎに沿って変位させると、受光素子２２の電流値は、図８に示すように変化する。なお、図８では、直線Ｌ１〜Ｌ５に対応する電流値のみを図示している。検出部３３は、図８に示す受光素子２２の電流値の変化点に基づいて加工対象物Ｗの位置を検出し、検出された位置と基準位置とのずれを検出する。レーザ光制御部３４は、こうして検出された加工対象物Ｗの位置と基準位置とのずれ基づいて、レーザ光の照射位置を補正し、この補正により決定された位置にレーザ光が照射されるように制御する。
【００６２】
本実施形態では、上記第１実施形態の（１）〜（３）及び（６）の作用効果に加え、以下の（７）の作用効果を奏することができる。
（７）ガイド光制御部３２が、ガイド光により照射領域Ａをラスタースキャンするように制御する。したがって、検出部３３が、加工対象物Ｗの大きさや形状に限らず、加工対象物Ｗの位置をより正確に検出することができる。
【００６３】
（その他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように適宜変形してもよい。
・上記各実施形態のレーザ加工装置１０は、検出部３３が検出した加工対象物Ｗの位置を表示する表示部４０を備えている。しかしながら、レーザ加工装置は表示部を備えていない構成であってもよい。
【００６４】
・上記各実施形態では、ガイド光制御部３２が、ガイド光を直交２直線（Ｘ軸、Ｙ軸）上に照射したり、直線Ｍ，Ｎ上に照射したり、照射領域Ａの全領域に照射したりするように制御している。しかしながら、ガイド光の二次元走査によって照射領域での加工対象物の位置を検出できればよく、ガイド光の照射位置は特に限定されない。
【００６５】
・上記各実施形態では、検出部３３が照射領域Ａで加工対象物Ｗが存在する領域と存在しない領域との境界を検出するようにしている。しかしながら、例えば、加工対象物Ｗに位置検出用のマークが付されており、加工対象物におけるマークが付された領域の反射率とマーク付されていない領域の反射率が異なれば、検出部は、このマークの位置を検出することにより加工対象物の位置を検出するようにしてもよい。
【００６６】
・上記各実施形態では、検出部３３が基準位置に対する加工対象物の実際の位置のずれを検出するようにしている。しかしながら、検出部は、位置ずれを検出することなく、単に加工対象物の位置を検出し、レーザ光制御部は検出部によって検出された位置に応じて、レーザ光の照射位置を決定するようにすればよい。この場合、記憶部には、加工対象物と印字形状の相対的な位置関係を記憶していればよく、基準位置を記憶する必要はない。
【００６７】
・上記各実施形態では、受光素子２２が、ベルトコンベア５０による反射光を受光すると電流値Ｉｂの電流が流れ、加工対象物Ｗによる反射光を受光すると電流値Ｉｂよりも高い電流値Ｉｗが流れる。しかしながら、受光素子に流れる電流は、ベルトコンベアの反射光を受光したときよりも加工対象物の反射光を受光したときのほうが低くてもよい。
【００６８】
・レーザ加工装置１０では、ビームエキスパンダ１２、ダイクロイックミラー１３、ガルバノミラー１４及びそのアクチュエータ１５ａ，１５ｂ，ｆθレンズ１６、可視光源２０、偏光ビームスプリッタ２１、及び受光素子２２が、ヘッドに収容され、レーザ光源１１がヘッドから分離されていてもよいし、これらが一体に収容される構成であってもよい。
【００６９】
・上記各実施形態では、レーザ加工装置１０が、集束手段として、テレセントリック型のｆθレンズ１６を備えている。しかしながら、ｆθレンズは、テレセントリック型に限定されない。ｆθレンズがテレセントリック型でない場合であっても、ガイド光が加工対象物やベルトコンベアで乱反射する場合には、その一部がｆθレンズを通じて受光素子に到達するため、その受光量に基づいて加工対象物の位置を検出することができる。
【００７０】
・上記各実施形態では、レーザ加工装置１０の稼働開始後の初回の加工対象物Ｗのマーキング時にのみ、ガイド光によってレーザ光の照射位置を作業者にガイドするガイドモードが実行される。しかしながら、レーザ加工装置は、こうしたガイド機能を利用するためのガイドモードと、ガイド光の反射光によって加工対象物の位置を検出する位置検出モードとが選択可能に構成されていてもよい。すなわち、例えば、作業者によってコントローラにこれらの何れのモードを選択するかが入力設定されることにより、レーザ加工装置が、ガイドモードを実行したり、位置検出モードを実行したりする構成であってもよい。
【００７１】
・上記各実施形態のレーザ加工装置１０は、加工対象物Ｗにマーキングを施す装置であるが、レーザ光を照射して加熱することで、加工対象物に穴あけ、切断、溶接等の加工を施すものであってもよい。
【００７２】
次に、上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（ア）請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物の平面視が矩形状であり、前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光が前記加工対象物の外縁を構成する４辺のそれぞれを通過する線上を走査するように制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【００７３】
（イ）請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光が前記照射領域をラスタースキャンするように前記光走査手段を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【符号の説明】
【００７４】
１０…レーザ加工装置、１１…レーザ光源、１２…ビームエキスパンダ、１３…ダイクロイックミラー、１４…ガルバノミラー、１４ａ…Ｘ軸ミラー、１４ｂ…Ｙ軸ミラー、１５ａ，１５ｂ…アクチュエータ、１６…ｆθレンズ、２０…可視光源、２１…偏光ビームスプリッタ、２２…受光素子、３０…コントローラ、３１…記憶部、３２…ガイド光制御部、３３…検出部、３４…レーザ光制御部、４０…表示部、５０…ベルトコンベア。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物を加工するためのレーザ光を出射するレーザ光発生手段と、
可視光であるガイド光を前記レーザ光と同軸上に生成するガイド光生成手段と、
前記ガイド光の方向を可変に設定する光走査手段と、
前記加工対象物が配置されるとともに同加工対象物よりも大きい照射領域に、前記光走査手段により方向が設定されたガイド光を集束して前記照射領域を照射する集束手段と、
前記光走査手段を制御することにより前記照射領域においてガイド光を走査するガイド光制御手段と、
前記ガイド光が照射された前記照射領域からの反射光を前記ガイド光及び前記レーザ光との光軸から分岐する分岐手段と、
前記分岐手段により分岐した前記反射光を受光する単一の受光素子と、
前記加工対象物の形状と同加工対象物に対するレーザ光の照射位置を記憶する記憶手段と、
前記ガイド光の走査と前記受光素子における受光量の変化点とに基づいて前記照射領域内での前記加工対象物の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置と前記記憶手段に記憶した前記レーザ光の照射位置とに応じて、前記照射領域に対するレーザ光の照射位置を制御するレーザ光制御手段とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記集束手段は、テレセントリック型のｆθレンズであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記記憶手段は、前記照射領域における前記加工対象物の基準位置と、前記基準位置に対応するレーザ光の基準照射位置を記憶しており、
前記検出手段は、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置のずれを検出し、
前記レーザ光制御手段は、前記検出手段が検出したずれと前記基準照射位置とに基づいて、前記レーザ光の照射位置を補正することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ加工装置において、
前記ガイド光制御手段は、前記加工対象物の外縁によって前記受光量の変化点が２つ以上生ずるように走査し、
前記検出手段は、前記受光量の変化点と前記照射領域の外縁との距離に基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の回転角度を検出することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のレーザ加工装置において、
前記検出手段は、前記加工対象物の実際の位置での前記受光量の変化点と前記照射領域の基準点との距離とに基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の変位量を検出することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記加工対象物は、平面視が矩形状であるとともに、前記矩形の内部に前記照射領域の中心が位置するように配置され、
前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光の照射位置が前記照射領域の中心を通る直交２直線上を走査するように制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置を表示する表示手段を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ光の照射に先立って前記ガイド光により前記レーザ光の照射位置を走査するガイドモードと、前記検出手段により前記加工対象物の位置を検出する位置検出モードとが選択可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１】
加工対象物を加工するためのレーザ光を出射するレーザ光発生手段と、
可視光であるガイド光を前記レーザ光と同軸上に生成するガイド光生成手段と、
前記ガイド光の方向を可変に設定する光走査手段と、
前記加工対象物が配置されるとともに同加工対象物よりも大きい照射領域に、前記光走査手段により方向が設定されたガイド光を集束して前記照射領域を照射する集束手段と、
前記光走査手段を制御することにより前記照射領域においてガイド光を走査するガイド光制御手段と、
前記ガイド光が照射された前記照射領域からの反射光を前記ガイド光及び前記レーザ光との光軸から分岐する分岐手段と、
前記分岐手段により分岐した前記反射光を受光する単一の受光素子と、
前記加工対象物の形状と同加工対象物に対するレーザ光の照射位置を記憶する記憶手段と、
前記ガイド光の走査と前記受光素子における受光量の変化点とに基づいて前記照射領域内での前記加工対象物の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置と前記記憶手段に記憶した前記レーザ光の照射位置とに応じて、前記照射領域に対するレーザ光の照射位置を制御するレーザ光制御手段とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記集束手段は、テレセントリック型のｆθレンズであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記記憶手段は、前記照射領域における前記加工対象物の基準位置と、前記基準位置に対応するレーザ光の基準照射位置を記憶しており、
前記検出手段は、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置のずれを検出し、
前記レーザ光制御手段は、前記検出手段が検出したずれと前記基準照射位置とに基づいて、前記レーザ光の照射位置を補正することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ加工装置において、
前記ガイド光制御手段は、前記加工対象物の外縁によって前記受光量の変化点が２つ以上生ずるように走査し、
前記検出手段は、前記受光量の変化点と前記照射領域の外縁との距離に基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の回転角度を検出することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のレーザ加工装置において、
前記検出手段は、前記加工対象物の実際の位置での前記受光量の変化点と前記照射領域の基準点との距離とに基づいて、前記基準位置に対する前記加工対象物の実際の位置の変位量を検出することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記加工対象物は、平面視が矩形状であるとともに、前記矩形の内部に前記照射領域の中心が位置するように配置され、
前記ガイド光制御手段は、前記ガイド光の照射位置が前記照射領域の中心を通る直交２直線上を走査するように制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記検出手段が検出した前記加工対象物の位置を表示する表示手段を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ光の照射に先立って前記ガイド光により前記レーザ光の照射位置を走査するガイドモードと、前記検出手段により前記加工対象物の位置を検出する位置検出モードとが選択可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【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２０１１−２１２７２７（Ｐ２０１１−２１２７２７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８４４８７（Ｐ２０１０−８４４８７）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック電工ＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック電工ＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
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