(57)【要約】【課題】レーザ光の照射位置を視認容易に出力できる実測装置及びプログラムを提供する。【解決手段】レーザ光源から出射されるレーザ光を、モータで回転駆動されるミラーで反射させてレーザ光を走査するガルバノスキャナであって、動作指令に基づいて動作するガルバノスキャナの動作状態を実測する実測装置において、前記ミラーの回転位置を時系列的に位置情報として取得する位置情報取得部と、取得された位置情報に基づいて、ワークに向けて照射されるレーザ光の照射位置を特定する照射位置特定部と、特定された前記レーザ光の照射位置を視認可能に出力する出力部と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射されるレーザ光を、モータで回転駆動されるミラーで反射させてレーザ光を走査するガルバノスキャナであって、動作指令に基づいて動作するガルバノスキャナの動作状態を実測する実測装置において、
前記ミラーの回転位置を時系列的に位置情報として取得する位置情報取得部と、
取得された位置情報に基づいて、ワークに向けて照射されるレーザ光の照射位置を特定する照射位置特定部と、
特定された前記レーザ光の照射位置を視認可能に出力する出力部と、
を備える実測装置。
【請求項２】
前記ミラーの機械的な位置と前記レーザ光の照射位置との関係性を示す機械情報を設定する機械情報設定部をさらに備え、
前記照射位置特定部は、前記機械情報及び前記位置情報から前記レーザ光の照射位置を特定する請求項１に記載の実測装置。
【請求項３】
前記レーザ光の出力状態の時系列的な変化を状態情報として取得する状態情報取得部をさらに備え、
前記出力部は、前記照射位置とともに、前記状態情報を出力する請求項１又は２に記載の実測装置。
【請求項４】
前記動作指令を取得する動作指令取得部をさらに備え、
前記出力部は、前記動作指令によって設定される前記レーザ光の照射位置と、前記照射位置特定部によって特定される照射位置とを重ねて視認可能に出力する請求項１から３のいずれかに記載の実測装置。
【請求項５】
レーザ光源から出射されるレーザ光を、モータで回転駆動されるミラーで反射させてレーザ光を走査するガルバノスキャナであって、動作指令に基づいて動作するガルバノスキャナの動作状態を実測する実測装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記ミラーの回転位置を時系列的に位置情報として取得する位置情報取得部、
取得された位置情報に基づいて、ワークに向けて照射されるレーザ光の照射位置を特定する照射位置特定部、
特定された前記レーザ光の照射位置を視認可能に出力する出力部、
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実測装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワーク（対象物）に向けてレーザ光を照射することにより、溶接等の加工を行うレーザ加工システムが知られている。レーザ加工システムは、例えば、多軸ロボットのアームの先端に、レーザ光を出射するガルバノスキャナを備えるものが知られている。
【０００３】
ガルバノスキャナは、２つの回転軸まわりにそれぞれ回転可能な少なくとも２つのミラーを備える。ガルバノスキャナは、これらミラーをサーボモータで回転駆動することにより、レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する。ガルバノスキャナは、例えば、加工形状を指定する指令値に基づいてモータを動作させる。
【０００４】
ガルバノスキャナは、モータの応答性能（慣性や摩擦）により、指令値に対して誤差を発生させる場合がある。誤差は、レーザ光の位置（軌跡）のオーバーシュート等として現れる。このようなオーバーシュートを減少させるためのガルバノスキャナシステムの駆動パターン作成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１３９０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、誤差を補正するためには、加工精度、加工内容、加工速度を含む加工条件に合わせて調整されるのが好ましい。特許文献１に記載された方法では、予め決められた位置（指令値）と、実際に得られた座標位置との誤差を算出している。しかしながら、実際に得られた座標位置を確認することができない。そこで、調整を容易にするために、レーザ光の照射位置を視認容易に出力できることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本開示の一態様は、レーザ光源から出射されるレーザ光を、モータで回転駆動されるミラーで反射させてレーザ光を走査するガルバノスキャナであって、動作指令に基づいて動作するガルバノスキャナの動作状態を実測する実測装置において、前記ミラーの回転位置を時系列的に位置情報として取得する位置情報取得部と、取得された位置情報に基づいて、ワークに向けて照射されるレーザ光の照射位置を特定する照射位置特定部と、特定された前記レーザ光の照射位置を視認可能に出力する出力部と、を備える実測装置に関する。
【０００８】
（２）また、本開示の一態様は、レーザ光源から出射されるレーザ光を、モータで回転駆動されるミラーで反射させてレーザ光を走査するガルバノスキャナであって、動作指令に基づいて動作するガルバノスキャナの動作状態を実測する実測装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記コンピュータを、前記ミラーの回転位置を時系列的に位置情報として取得する位置情報取得部、取得された位置情報に基づいて、ワークに向けて照射されるレーザ光の照射位置を特定する照射位置特定部、特定された前記レーザ光の照射位置を視認可能に出力する出力部、として機能させるプログラムに関する。
【発明の効果】
【０００９】
一態様によれば、レーザ光の照射位置を視認容易に出力できる実測装置及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る実測装置によって実測されるガルバノスキャナの構造を示す概略図である。
【図２】第１実施形態の実測装置によって実測されるガルバノスキャナのミラーの角度と、レーザ光の照射位置との関係を示す概略図である。
【図３】第１実施形態の実測装置とガルバノスキャナの関係を示す概略図である。
【図４】第１実施形態の実測装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の実測装置によって出力されるレーザ光の軌跡と、レーザ光の状態情報を示す画面の図である。
【図６】第１実施形態の実測装置によって出力される照射位置及び動作指令の一例を示す概略図である。
【図７】第１実施形態の実測装置によって出力される照射位置及び動作指令の他の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の一実施形態に係る実測装置１及びプログラムについて、図１から図７を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る実測装置１及びプログラムを説明する前に、一般的なガルバノスキャナ２の構成について説明する。
【００１２】
ガルバノスキャナ２は、図１に示すように、レーザ光源Ｐからのレーザ光Ｌを順次反射させる２つのミラー２１、２２と、ミラー２１、２２のそれぞれを各回転軸Ｘ１、Ｘ２まわりに回転駆動させる２つのモータ２３、２４と、レーザ光Ｌを集光して出射する集光レンズ２５とを有する。これらミラー２１、２２、モータ２３、２４及び集光レンズ２５は、出射部２０を構成する。
【００１３】
ミラー２１、２２は、２つの回転軸Ｘ１、Ｘ２まわりにそれぞれ回転可能に構成される。モータ２３、２４は、例えば、サーボモータで構成され、ミラー２１、２２を回転駆動することにより、レーザ光源Ｐから出射されるレーザ光Ｌを走査する。
【００１４】
図１に示すように、レーザ光源Ｐからのレーザ光Ｌは、２つのミラー２１、２２で順次反射される。レーザ光Ｌは、集光レンズ２５で集光され、ワークＷに向けて照射される。このとき、モータ２３、２４により２つのミラー２１、２２をそれぞれ回転駆動させると、これらミラー２１、２２に入射するレーザ光Ｌの入射角が連続的に変化する。その結果、ミラー２１、２２で順次反射してワークＷに到達するレーザ光Ｌが、ワークＷ上の所定の走査経路に沿って走査される。図２に示すように、ミラー２１及びミラー２２の基準位置（回転位置）において、レーザ光源Ｐからのレーザ光ＬがＸＹ平面（ワークＷ）の原点に照射されるとすると、レーザ光Ｌの照射位置（Ｘ座標及びＹ座標）は、例えば、以下の式によって表現される。
【数１】
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ここで、θ１は、ミラー２１の基準位置からの回転角度を示す。θ２は、ミラー２２の基準位置からの回転角度を示す。Ｄ１は、ミラー２１、２２の間のＸ方向の軸間距離を示す。Ｄ２は、集光レンズ２５とミラー２１におけるレーザ光源Ｐからのレーザ光の入射位置との間の高さ方向（Ｚ方向）における距離を示す。Ｄ３は、ミラー２１へのレーザ光の入射位置と、ミラー２２へのレーザ光の入射位置との間の高さ方向（Ｚ方向）における距離を示す。ｄ＋ＷＤは、集光レンズ２５の上面からＸＹ平面までの高さ方向（Ｚ方向）における距離を示す。
【００１５】
ところで、レーザ光Ｌの実際の走査径路は、ガルバノスキャナ２に動作指令によって設定される走査径路に対して誤差が発生する。例えば、レーザ光Ｌの実際の操作径路は、モータ２３、２４の応答性能（慣性や摩擦）によって、オーバーシュート等が発生する。本実施形態に係る実測装置１及びプログラムは、設定される走査径路に対して、実際にどのような走査径路を辿るか視認可能に出力することを可能にする。
【００１６】
次に、本実施形態に係る実測装置１及びプログラムについて、図３から図７を参照して説明する。
実測装置１は、レーザ光源Ｐから出射されるレーザ光Ｌを、モータ２３，２４で回転駆動されるミラー２１、２２で反射させてレーザ光Ｌを走査するガルバノスキャナ２であって、動作指令に基づいて動作するガルバノスキャナ２の動作状態を実測する装置である。実測装置１は、図３に示すように、ガルバノスキャナ２に接続される。実測装置１は、図４に示すように、位置情報取得部１１と、動作指令取得部１２と、機械情報設定部１３と、状態情報取得部１４と、照射位置特定部１６と、計時部１５と、出力内容生成部１７と、出力部１８と、を備える。
【００１７】
位置情報取得部１１は、例えば、モデム等の通信インタフェースとして実現される。位置情報取得部１１は、ミラー２１、２２の回転位置を時系列的に位置情報として取得する。位置情報取得部１１は、例えば、ミラー２１、２２に同期して回転するモータ２３、２４の回転位置を取得する。具体的には、位置情報取得部１１は、モータ２３、２４に設けられるエンコーダの出力を時系列的に位置情報として取得する。すなわち、位置情報取得部１１は、２つのミラー２１、２２のそれぞれを回転駆動させるモータ２３、２４の回転位置を時系列的に位置情報として取得する。位置情報取得部１１は、例えば、モータ２３、２４の回転位置について、後述する計時部１５によって計時された時刻に対応付けて位置情報として取得する。
【００１８】
動作指令取得部１２は、例えば、モデム等の通信インタフェースとして実現される。動作指令取得部１２は、ガルバノスキャナ２の動作前に、予め設定される動作指令を取得する。動作指令取得部１２は、例えば、円を描く走査径路を動作指令として取得する。
【００１９】
機械情報設定部１３は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。機械情報設定部１３は、ミラー２１、２２の機械的な位置に対するレーザ光Ｌの照射位置を示す機械情報を設定する。機械情報設定部１３は、例えば、ミラー２１、２２の回転位置と、レーザ光Ｌの照射位置との関係性を示す機械情報を設定する。また、機械情報設定部１３は、機械情報として、例えば、レーザ光を照射する平面（ワークＷ）からミラー２１，２２までの距離や、ミラー回転軸の角度等、ガルバノスキャナ２の機構に関する情報を設定する。
【００２０】
状態情報取得部１４は、例えば、モデム等の通信インタフェースとして実現される。状態情報取得部１４は、レーザ光Ｌの出力状態の時系列的な変化を状態情報として取得する。状態情報取得部１４は、例えば、ガルバノスキャナ２の動作を制御する制御部（図示せず）から、レーザ光Ｌの強度（出力レベル）を時系列的に状態情報として取得する。状態情報取得部１４は、例えば、レーザ光Ｌの出力状態の変化について、後述する計時部１５によって計時された時刻に対応付けて状態情報として取得する。
【００２１】
計時部１５は、例えば、ＣＰＵが動作することで実現される。計時部１５は、例えば、時刻を計時する。
【００２２】
照射位置特定部１６は、例えば、ＣＰＵが動作することで実現される。照射位置特定部１６は、取得された位置情報に基づいて、ワークＷに向けて照射されるレーザ光Ｌの照射位置を特定する。照射位置特定部１６は、例えば、位置情報及び機械情報に基づいて、ワークＷの表面におけるレーザ光Ｌの照射座標を算出することで、照射位置を特定する。また、照射位置特定部１６は、計時部１５によって計時された時刻に対応付けて、レーザ光Ｌの照射位置を特定する。
【００２３】
出力内容生成部１７は、例えば、ＣＰＵが動作することで実現される。出力内容生成部１７は、ユーザに対して、照射位置、動作指令、及び状態情報を視認可能な出力内容として生成する。出力内容生成部１７は、例えば、図５に示すように、状態情報をグラフ化した出力内容を生成する。また、出力内容生成部１７は、照射位置及び動作指令を重ねた出力内容を生成する。そして、出力内容生成部１７は、計時部１５から得られる時刻に基づいて、照射位置及び状態情報を対応付けて視認可能な出力内容を生成する。出力内容生成部１７は、例えば、図５に示すように、照射位置を選択することで、対応する状態情報を示すグラフの位置を表示可能な出力内容を生成する。また、出力内容生成部１７は、例えば、位置情報取得部１１によって時系列的に取得された、ミラー２１、２２の位置情報から、レーザ光Ｌの走査速度を算出して、表示可能な出力内容を生成する。
【００２４】
出力部１８は、例えば、ディスプレイ等の表示装置である。出力部１８は、出力内容生成部１７によって生成された出力内容を出力する。具体的には、出力部１８は、特定されたレーザ光Ｌの照射位置を視認可能に出力する。また、出力部１８は、照射位置とともに、状態情報を出力する。また、出力部１８は、動作指令によって設定されるレーザ光Ｌの照射位置と、照射位置特定部１６によって特定される照射位置とを重ねて視認可能に出力する。出力部１８は、例えば、図６に示すように、円を描く動作指令Ｍ１に対して、特定された照射位置Ｍ２を重ねて出力する。また、出力部１８は、例えば、図７に示すように、面取りされた四角形を描く動作指令Ｍ１に対して、特定された照射位置Ｍ２を重ねて出力する。
【００２５】
次に、実測装置１及びプログラムの動作の流れを説明する。
まず、動作指令取得部１２は、ガルバノスキャナ２に設定されている動作指令Ｍ１を取得する、動作指令取得部１２は、取得した動作指令Ｍ１を出力内容生成部１７に送る。
【００２６】
次いで、機械情報設定部１３は、ガルバノスキャナ２に関する機械情報を設定する。機械情報設定部１３は、設定された機械情報を照射位置特定部１６に送る。
【００２７】
ガルバノスキャナ２が動作を開始すると、位置情報取得部１１は、ガルバノスキャナ２からミラー２１、２２の位置情報を時系列的に取得する。位置情報取得部１１は、例えば、モータ２３、２４の位置情報を時系列的に取得する。位置情報取得部１１は、取得した位置情報を照射位置特定部１６に送る。
【００２８】
また、状態情報取得部１４は、ガルバノスキャナ２からレーザ光Ｌの強度を状態情報として時系列的に取得する。状態情報取得部１４は、取得した状態情報を出力内容生成部１７に送る。
【００２９】
照射位置特定部１６は、機械情報及び位置情報から、ワークＷに対するレーザ光Ｌの照射位置Ｍ２を特定する。照射位置特定部１６は、特定した照射位置Ｍ２を出力内容生成部１７に送る。
【００３０】
出力内容生成部１７は、送られた動作指令Ｍ１、照射位置Ｍ２、及び状態情報を対応付けて出力内容を生成する。出力内容生成部１７は、例えば、動作指令Ｍ１及び照射位置Ｍ２を重ねた出力内容を生成する。また、出力内容生成部１７は、例えば、照射位置Ｍ２の時刻と、状態情報の時刻とを対応付けて視認可能な出力内容を生成する。出力内容生成部１７は、生成した出力内容を出力部１８に送る。
【００３１】
出力部１８は、出力内容を視認可能な状態で出力する。出力部１８は、例えば、出力内容を表示することで、出力内容を視認可能な状態で出力する。
【００３２】
次に、コンピュータを実測装置１として動作させるプログラムについて説明する。
実測装置１に含まれる各構成は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
【００３３】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００３４】
以上の本実施形態に係る実測装置１によれば、以下の効果を奏する。
（１）  レーザ光源Ｐから出射されるレーザ光Ｌを、モータ２３、２４で回転駆動されるミラー２１、２２で反射させてレーザ光Ｌを走査するガルバノスキャナ２であって、動作指令Ｍ１に基づいて動作するガルバノスキャナ２の動作状態を実測する実測装置１において、ミラー２１、２２の回転位置を時系列的に位置情報として取得する位置情報取得部１１と、取得された位置情報に基づいて、ワークＷに向けて照射されるレーザ光Ｌの照射位置Ｍ２を特定する照射位置特定部１６と、特定されたレーザ光Ｌの照射位置Ｍ２を視認可能に出力する出力部１８と、を備える。これにより、レーザ光Ｌの実際の照射位置Ｍ２を容易に視認することができる。したがって、照射位置Ｍ２を確認しながらガルバノスキャナ２を調整できるので、ガルバノスキャナ２の調整を容易にすることができる。
【００３５】
（２）  実測装置１は、ミラー２１、２２の機械的な位置と、レーザ光Ｌの照射位置Ｍ２との関係性を示す機械情報を設定する機械情報設定部１３をさらに備え、照射位置特定部１６は、機械情報及び位置情報からレーザ光Ｌの照射位置Ｍ２を特定する。これにより、ガルバノスキャナ２ごとに異なる機械構成であっても、実測装置１を用いることができる。したがって、実測装置１の汎用性を高めることができる。
【００３６】
（３）  実測装置１は、レーザ光Ｌの出力状態の時系列的な変化を状態情報として取得する状態情報取得部１４をさらに備え、出力部１８は、照射位置Ｍ２とともに、状態情報を出力する。これにより、ガルバノスキャナ２の照射位置Ｍ２に加え、動作状態についても容易に視認することができる。したがって、ガルバノスキャナ２の状態をより詳細に確認しつつ、調整をすることができる。
【００３７】
（４）  実測装置１は、動作指令Ｍ１を取得する動作指令取得部１２をさらに備え、出力部１８は、動作指令Ｍ１によって設定されるレーザ光Ｌの照射位置Ｍ２と、照射位置特定部１６によって特定される照射位置Ｍ２とを重ねて視認可能に出力する。これにより、動作指令Ｍ１の走査径路と、実際の走査径路との誤差を容易に視認することができる。したがって、誤差が許容範囲であるのか否かについて、容易に確認することができる。
【００３８】
以上、本開示の実測装置及びプログラムの好ましい一実施形態につき説明したが、本開示は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態において、実測装置１は、ガルバノスキャナ２とは別体として説明されたが、これに制限されない。実測装置１は、ガルバノスキャナ２と一体にされてもよい。実測装置１は、例えば、ガルバノスキャナ２に内蔵されてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態において、位置情報取得部１１は、モータ２３、２４の回転位置を取得することで、ミラー２１、２２の位置情報を取得するとしたが、これに制限されない。位置情報取得部１１は、ミラー２１，２２の回転位置を直接、位置情報として取得してもよい。
【００４０】
また、上記実施形態において、実測するガルバノスキャナ２が固定されている場合、実測装置１は、機械情報を予め保持していてもよい。この場合、実測装置１は、機械情報設定部１３を備えずともよい。
【００４１】
また、上記実施形態において、出力内容生成部１７は、照射位置Ｍ２、動作指令Ｍ１、及び状態情報を出力内容として生成したが、これに制限されない。出力内容生成部１７は、少なくとも照射位置Ｍ２を含む出力内容を生成するとしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態において、ガルバノスキャナ２が産業用機械（ロボット等、図示せず）のアームの先端に取り付けられるような場合、機械情報設定部１３及び位置情報取得部１１は、３つ以上のモータに関する機械情報及び位置情報を取得するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態において、出力部１８は、出力内容を表示するとしたが、これに制限されない。出力部１８は、印刷により出力内容を出力するとしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  実測装置
２  ガルバノスキャナ
１１  位置情報取得部
１２  動作指令取得部
１３  機械情報設定部
１４  状態情報取得部
１５  照射位置特定部
１８  出力部
２１、２２  ミラー
２３、２４  モータ
Ｌ  レーザ光
Ｐ  レーザ光源
Ｍ１  動作指令
Ｍ２  照射位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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