(57)【要約】  レーザ加工機は、レーザ発生器と、アシストガス供給管と、照明部と、撮像部（４０）と、取得部と、調整部と、を備える。アシストガス供給管は、照射口から噴射されるアシストガスを、供給圧力を調整してノズル内空間に供給する。撮像部（４０）は、照明部の照明光がワーク（１１０）で反射した反射光（１０３ａ）をレーザ光通過空間の一部を介して検出することで当該ワーク（１１０）を撮像する。取得部は、ノズル内空間におけるアシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である焦点情報を取得する。調整部は、取得部が取得した焦点情報に基づいて、撮像部側焦点の位置及び撮像部（４０）の位置の少なくとも何れかを調整する。
2019093148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工するレーザ光を発生させるレーザ発生器と、
前記レーザ発生器が発生させたレーザ光を集光する集光レンズ、当該集光レンズの下方に配置されるノズル、及び前記集光レンズと前記ノズルの間に配置される保護プレートを含み、前記ノズルの下端と前記保護プレートの間のノズル内空間は体積一定の半密閉空間を形成しており、前記レーザ光が前記ノズルの下端の照射口を介して前記ワークへ照射されるように当該レーザ光を案内するレーザ光学系と、
前記照射口から噴射されるガスであって、レーザ光による前記ワークの加工を補助するガスであるアシストガスを、供給圧力を調整して前記ノズル内空間に供給するガス供給部と、
前記ワークを照らす照明光を発生させる照明部と、
前記照明部の照明光が前記ワークで反射した反射光をレーザ光通過空間の一部を介して検出することで当該ワークを撮像する撮像部と、
前記反射光を前記撮像部へ案内する撮像光学系と、
前記ノズル内空間におけるアシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である焦点情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記焦点情報に基づいて、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整する調整部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工機であって、
前記ガス供給部は、前記アシストガスの供給圧力を調整する圧力調整弁と、当該圧力調整弁よりも前記ノズル側に配置される圧力センサと、を含むことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工機であって、
前記ノズル内空間を囲む円環状の空間であるガス貯留部が形成されており、前記アシストガスは前記ガス貯留部を経由して前記ノズル内空間に供給されることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記ガス供給部は、複数の種類のアシストガスから選択された種類のアシストガスを供給可能であり、
前記焦点情報は、アシストガスの種類及びガス圧に応じた前記撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報であることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記取得部は、
アシストガスのガス圧と、当該ガス圧に応じた前記焦点情報と、を対応付けたデータと、
前記ガス供給部が供給するアシストガスのガス圧と、
に基づいて、前記焦点情報を取得することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項６】
請求項１から４までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記取得部は、レーザ光が前記ワークに照射されず、かつ、前記ガス供給部がアシストガスを供給している状態において前記撮像部が取得した前記ワークの画像を解析することで、前記焦点情報を取得することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項７】
請求項１から４までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記取得部は、前記ガス供給部が供給するアシストガスのガス圧と、当該ガス圧と前記焦点情報の関係を示す関係式と、に基づいて、前記焦点情報を算出することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記調整部は、前記レーザ発生器及び前記ガス供給部によって前記ワークを加工する前に、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項９】
請求項１から８までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記調整部は、更に、前記レーザ光学系及び前記撮像光学系のワーク側焦点の位置を調整することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項１０】
請求項１から９までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記撮像光学系は、前記撮像部側焦点に光を結像させる結像レンズを備え、
前記調整部は、光軸に沿って前記結像レンズを移動させることによって、前記撮像部側焦点の位置を調整することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項１１】
請求項１から１０までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記調整部は、光軸に沿って前記撮像部を移動させることで、前記撮像部側焦点の位置に前記撮像部の位置を合わせることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項１２】
請求項１から１１までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記撮像光学系は、焦点距離を変更可能な焦点可変レンズを備え、
前記調整部は、前記焦点可変レンズの焦点距離を変更することによって、前記撮像部側焦点の位置を調整することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項１３】
請求項１から１２までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記撮像光学系は、前記レーザ光学系と共通の第１光学部品と、前記レーザ光学系と共通でない第２光学部品と、を備え、
前記調整部は、前記撮像部又は前記第２光学部品を用いて、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項１４】
請求項１から１３までの何れか一項に記載のレーザ加工機であって、
前記撮像部は、前記ガス供給部がアシストガスを供給している状態で、前記ワークの加工及び撮像を行う第１加工モード、及び、前記ガス供給部がアシストガスを供給しない状態で、前記ワークの加工及び撮像を行う第２加工モードを実行可能であり、
前記第１加工モード及び前記第２加工モードのうち前記第１加工モードのみで、アシストガスのガス圧に応じた前記撮像部側焦点の位置の変化を補正する処理を行うことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項１５】
ワークを加工するレーザ光を発生させるレーザ発生器と、
前記レーザ発生器が発生させたレーザ光を集光する集光レンズ、当該集光レンズの下方に配置されるノズル、及び前記集光レンズと前記ノズルの間に配置される保護プレートを含み、前記ノズルの下端と前記保護プレートの間のノズル内空間は体積一定の半密閉空間を形成しており、前記レーザ光が前記ノズルの下端の照射口を介して前記ワークへ照射されるように当該レーザ光を案内するレーザ光学系と、
前記照射口から噴射されるガスであって、レーザ光による前記ワークの加工を補助するガスであるアシストガスを、供給圧力を調整して前記ノズル内空間に供給するガス供給部と、
前記ワークを照らす照明光を発生させる照明部と、
前記照明部の照明光が前記ワークで反射した反射光をレーザ光通過空間の一部を介して検出することで当該ワークを撮像する撮像部と、
前記反射光を前記撮像部へ案内する撮像光学系と、
を備えるレーザ加工機の撮像部側焦点の調整方法において、
前記ノズル内空間におけるアシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である焦点情報を取得する取得工程と、
前記取得工程で取得した前記焦点情報に基づいて、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整する調整工程と、
を含むことを特徴とする焦点調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、レーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ発生器を備え、加工対象であるワークにレーザ光を照射することで、穴あけ、切断、マーキング、及び、溶接等の加工を行うレーザ加工機が知られている。この種のレーザ加工機には、ワークの加工形状の確認等のために、加工中においてワークの画像を取得する構成が知られている。特許文献１は、この種のレーザ加工機を開示する。【０００３】
特許文献１のレーザ加工機は、レーザ光源と、カメラ部と、レーザ焦点調整部と、カメラ焦点調整部と、を備える。レーザ光源は、ヘッド内に配置されており、対象物（ワーク）に照射するレーザを発生させる。カメラ部は、ヘッド内に配置されており、対象物の画像を取得する。レーザ焦点調整部は、対象物の厚さ等に基づいて、レーザ光の照射位置の焦点を調整する。カメラ焦点調整部は、レーザ焦点調整部とは独立して、カメラの焦点を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２３９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工機には、レーザ光によるワークの加工を補助するアシストガスを供給するガス供給部が設けられることがある。しかし、特許文献１には、この種のガス供給部について記載されておらず、ガス供給部を備えるレーザ加工機における焦点の調整については何ら記載されていない。【０００６】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、アシストガスを供給するガス供給部を備えるレーザ加工機において、カメラの焦点を適切に調整することで、ワークの鮮明な画像を取得する構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成のレーザ加工機が提供される。即ち、このレーザ加工機は、レーザ発生器と、レーザ光学系と、ガス供給部と、照明部と、撮像部と、撮像光学系と、取得部と、調整部と、を備える。前記レーザ発生器は、ワークを加工するレーザ光を発生させる。前記レーザ光学系は、前記レーザ発生器が発生させたレーザ光を集光する集光レンズ、当該集光レンズの下方に配置されるノズル、及び前記集光レンズと前記ノズルの間に配置される保護プレートを含み、前記ノズルの下端と前記保護プレートの間のノズル内空間は体積一定の半密閉空間を形成しており、前記レーザ光が前記ノズルの下端の照射口を介して前記ワークへ照射されるように当該レーザ光を案内する。前記ガス供給部は、前記照射口から噴射されるガスであって、レーザ光による前記ワークの加工を補助するガスであるアシストガスを、供給圧力を調整して前記ノズル内空間に供給する。前記照明部は、前記ワークを照らす照明光を発生させる。前記撮像部は、前記照明部の照明光が前記ワークで反射した反射光をレーザ光通過空間の一部を介して検出することで当該ワークを撮像する。前記撮像光学系は、前記反射光を前記撮像部へ案内する。前記取得部は、前記ノズル内空間におけるアシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である焦点情報を取得する。前記調整部は、前記取得部が取得した前記焦点情報に基づいて、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整する。
【０００９】
これにより、ノズル下端と保護プレートとで体積一定のノズル内空間（半密閉空間）が形成されているので、ノズル内空間の圧力変化とノズル内空間の屈折率変化とには相関がある。従って、ノズル内空間の圧力に応じて、撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整することで、ワークの鮮明な画像を取得することができる。
【００１０】
前記のレーザ加工機においては、前記ガス供給部は、前記アシストガスの供給圧力を調整する圧力調整弁と、当該圧力調整弁よりも前記ノズル側に配置される圧力センサと、を含むことが好ましい。
【００１１】
これにより、圧力センサを用いてノズル内空間の圧力を検出することができるので、撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを一層適切に調整できる。
【００１２】
前記のレーザ加工機においては、前記ノズル内空間を囲む円環状の空間であるガス貯留部が形成されており、前記アシストガスは前記ガス貯留部を経由して前記ノズル内空間に供給されることが好ましい。
【００１３】
これにより、ノズル内空間の圧力分布が均一となるため、ノズル内空間が静的となり、ノズル内空間の圧力と屈折率の相関が強くなる。そのため、撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを一層適切に調整できる。
【００１４】
前記のレーザ加工機においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記ガス供給部は、複数の種類のアシストガスから選択された種類のアシストガスを供給可能である。前記焦点情報は、アシストガスの種類及びガス圧に応じた前記撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である。
【００１５】
これにより、アシストガスのガス圧だけでなく種類も考慮して調整部による調整が行われるため、ワークの一層鮮明な画像を取得することができる。
【００１６】
前記のレーザ加工機においては、取得部は、アシストガスのガス圧と当該ガス圧に応じた前記焦点情報とを対応付けたデータと、前記ガス供給部が供給するガス圧と、に基づいて、焦点情報を取得することが好ましい。
【００１７】
これにより、簡単な処理で焦点情報を取得できる。
【００１８】
前記のレーザ加工機においては、前記取得部は、レーザ光が前記ワークに照射されず、かつ、前記ガス供給部がアシストガスを供給している状態において前記撮像部が取得した前記ワークの画像を解析することで、前記焦点情報を取得することが好ましい。
【００１９】
これにより、撮像部側焦点の位置と前記ワークの画像には関連性があるため、この画像を解析することで、適切な焦点情報を取得することができる。
【００２０】
前記のレーザ加工機においては、前記取得部は、前記ガス供給部が供給するアシストガスのガス圧と、当該ガス圧と前記焦点情報の関係を示す関係式と、に基づいて、前記焦点情報を算出することが好ましい。
【００２１】
これにより、ガス圧と焦点情報を対応付けたデータベースを作成する構成と比較して、事前に行う処理の量を減らすことができる。
【００２２】
前記のレーザ加工機においては、前記調整部は、前記レーザ発生器及び前記ガス供給部によって前記ワークを加工する前に、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整することが好ましい。
【００２３】
これにより、撮像部側焦点の位置が撮像部に合わせられた状態で加工を開始することができる。
【００２４】
前記のレーザ加工機においては、前記調整部は、更に、前記レーザ光学系及び前記撮像光学系のワーク側焦点の位置を調整することが好ましい。
【００２５】
これにより、レーザ光学系及び撮像光学系のワーク側焦点の位置がワークの表面に合わせられた状態で加工を行うことができる。
【００２６】
前記のレーザ加工機においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記撮像光学系は、前記撮像部側焦点に光を結像させる結像レンズを備える。前記調整部は、光軸に沿って前記結像レンズを移動させることによって、前記撮像部側焦点の位置を調整する。
【００２７】
これにより、簡単な構成で、撮像部側焦点の位置を撮像部に合わせることができる。
【００２８】
前記のレーザ加工機においては、前記調整部は、光軸に沿って前記撮像部を移動させることで、前記撮像部側焦点の位置に前記撮像部の位置を合わせることが好ましい。
【００２９】
これにより、簡単な構成で、撮像部側焦点の位置を撮像部に合わせることができる。
【００３０】
前記のレーザ加工機においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記撮像光学系は、焦点距離を変更可能な焦点可変レンズを備える。前記調整部は、前記焦点可変レンズの焦点距離を変更することによって、前記撮像部側焦点の位置を調整する。
【００３１】
これにより、焦点可変レンズのみで調整を行う場合は、結像レンズ及び撮像部等の駆動機構を省略できる。
【００３２】
前記のレーザ加工機においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記撮像光学系は、前記レーザ光学系と共通の第１光学部品と、前記レーザ光学系と共通でない第２光学部品と、を備える。前記調整部は、前記撮像部又は前記第２光学部品を用いて、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整する。
【００３３】
これにより、撮像部側焦点の位置を調整する際にレーザ光学系の焦点位置が変化することを防止できる。
【００３４】
前記のレーザ加工機においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記撮像部は、前記ガス供給部がアシストガスを供給している状態で、前記ワークの加工及び撮像を行う第１加工モード、及び、前記ガス供給部がアシストガスを供給しない状態で、前記ワークの加工及び撮像を行う第２加工モードを実行可能である。前記第１加工モード及び前記第２加工モードのうち前記第１加工モードのみで、アシストガスのガス圧に応じた前記撮像部側焦点の位置の変化を補正する処理を行う。
【００３５】
これにより、アシストガスを供給して加工を行う場合とアシストガスを供給せずに加工を行う場合との両方の場合で、ワークの鮮明な画像を利用可能なレーザ加工機が実現できる。
【００３６】
本発明の第２の観点によれば、以下の焦点調整方法が提供される。即ち、この焦点調整方法では、取得工程と、調整工程と、を含む処理を行う。前記取得工程では、前記ノズル内空間におけるアシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である焦点情報を取得する。前記調整工程では、前記取得工程で取得した前記焦点情報に基づいて、前記撮像部側焦点の位置及び前記撮像部の位置の少なくとも何れかを調整する。
【００３７】
これにより、アシストガスの供給に伴う圧力の変化によって屈折率が変化して、撮像光学系の撮像部側焦点の位置が変化した場合であっても、その変化を打ち消すように調整部が上記の調整を行うことで、ワークの鮮明な画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係るレーザ加工機の構成を示す断面模式図。
【図２】レーザ加工機のブロック図。
【図３】アシストガスにより撮像部側焦点の位置が変化すること及びその補正方法の１つを示す図。
【図４】焦点調整用テーブルを作成する処理を示すフローチャート。
【図５】焦点調整用テーブルを用いて撮像部側焦点の位置を調整する処理を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態での撮像部側焦点の位置を調整する処理を示すフローチャート。
【図７】第３実施形態での撮像部側焦点の位置を調整する原理を示す説明図。
【図８】第４実施形態での撮像部側焦点の位置を調整する原理を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図１及び図２を参照して、本実施形態のレーザ加工機１の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工機１の構成を示す断面模式図である。図２は、レーザ加工機１のブロック図である。
【００４０】
レーザ加工機１は、加工対象物であるワーク１１０を加工する。ワーク１１０は、例えば板状の金属部材（板金）であるが、厚みが大きいブロック状の部材であってもよいし、金属製以外（例えば樹脂製）の部材であってもよい。レーザ加工機１はワーク１１０にレーザ光を照射することで、例えば、穴あけ加工、切断加工、マーキング加工、及び、溶接等を行う。
【００４１】
レーザ加工機１は、レーザ光を発生させるレーザ発生器２０と、レーザ光をワーク１１０に照射する加工ヘッド１０と、制御部６０と、を備える。
【００４２】
レーザ発生器２０は、複数のレーザダイオードと、励起用光ファイバーと、から構成される。複数のレーザダイオードが発生させた光は、励起用光ファイバーに集められる。励起用光ファイバーには希土類の元素がドープされており、複数のレーザダイオードから入力された光が希土類の元素を励起することで、レーザ光が発生する。レーザ発生器２０が発生させたレーザ光は、出力用光ファイバー２１を介して加工ヘッド１０へ出力される。なお、レーザ発生器２０はファイバーレーザに限られず、別の構成のレーザ（炭酸ガスレーザ等）であってもよい。
【００４３】
加工ヘッド１０は、２軸（例えば前後方向及び左右方向）又は３軸（前後方向、左右方向、及び上下方向）に数値制御により自在に移動可能に構成されている。レーザ加工機１は、予め作成された加工データに基づいて、ワーク１１０に対して移動するとともに、レーザ発生器２０から入力されたレーザ光をワーク１１０に照射する。これにより、ワーク１１０を加工することができる。なお、本実施形態ではワーク１１０に対して加工ヘッド１０を移動させるが、加工ヘッド１０に対してワーク１１０を移動させる構成であってもよい。
【００４４】
図１に示すように、加工ヘッド１０の内部には、レーザ光学系１０１と、照明光学系１０２と、撮像光学系１０３と、が設けられている。レーザ光学系１０１は、レーザ発生器２０から出力用光ファイバー２１を介して入力されたレーザ光１０１ａをワーク１１０に案内する。レーザ光学系１０１は、第１コリメータ２２と、第１ビームスプリッタ２３と、集光レンズ２４と、ノズル１１と、保護プレート１２と、を含んで構成されている。また、レーザ光１０１ａが通過する空間（レーザ光学系１０１が配置される空間）をレーザ光通過空間と称する。
【００４５】
加工ヘッド１０に入力されたレーザ光１０１ａは、第１コリメータ２２に入射される。第１コリメータ２２は、入射されたレーザ光１０１ａを平行光に近づけるように変換する。また、第１コリメータ２２を通過する前後のレーザ光１０１ａの光軸は水平方向と平行である。なお、第１コリメータ２２は光軸に沿って移動可能であってもよい。
【００４６】
第１ビームスプリッタ２３には、第１コリメータ２２を通過したレーザ光１０１ａが入射される。第１ビームスプリッタ２３は入射された光を反射する機能と、入射された光を通過させる機能とを、有する。第１ビームスプリッタ２３は、特定の波長域の光のみを反射し、残りの波長域の光を通過させる構成（ダイクロイックミラー及びダイクロイックプリズム等）であってもよい。第１ビームスプリッタ２３は、入射されたレーザ光１０１ａの光軸を９０°（水平方向から鉛直方向下側へ）変化させる。
【００４７】
集光レンズ２４には、第１ビームスプリッタ２３を通過したレーザ光１０１ａが入射される。集光レンズ２４は、平凸レンズ等であり、上面が凸面となっている。これにより、鉛直方向上側から入射されて下側へ向かう平行光を集光させるとともに、鉛直方向下側に入射されて上側へ向かう発散光を平行光に近づけるように変換する。レーザ光１０１ａは、集光レンズ２４を通過することで集光し、集光レンズ２４の下方に配置されるワーク１１０に照射される。
【００４８】
また、集光レンズ２４の下方には、ノズル１１及び保護プレート１２が配置されている。ノズル１１は、集光レンズ２４の下方に着脱可能に取り付けられている。ノズル１１は、加工の種類又はワーク１１０に応じて交換される。ノズル１１は、例えば中空の円錐台形状である。レーザ光１０１ａは、ノズル１１の下部に形成された照射口１１ａから照射される。
【００４９】
保護プレート１２は、ノズル１１と集光レンズ２４の間に配置されている。また、保護プレート１２は、例えば円板状であり、加工ヘッド１０の内部に形成された空間（例えば、保護プレート１２と同径の円柱状の空間）に配置されている。保護プレート１２は、光を通過させる材質の部材であり、レーザ光１０１ａ等を通過させることができる。保護プレート１２は、加工時のワーク１１０の破片等が集光レンズ２４等に当たることを防止する。また、以下の説明では、ノズル１１の下端と保護プレート１２の間の空間をノズル内空間１４と称する。本実施形態のノズル内空間１４は、ノズル１１によって囲まれる空間を含むとともに、加工ヘッド１０の内部に形成される空間の一部を含んでいる。従って、ノズル内空間１４は、レーザ光通過空間の一部である。また、保護プレート１２は、アシストガスが鉛直方向上側に流れることを防ぐように空間を閉鎖することで、ノズル内空間１４を半密閉空間とする。半密閉空間とは、空間の少なくとも一部が閉鎖されることで、空間内と空間外との間で気体が移動しにくい空間である。従って、ノズル内空間１４の圧力分布は均一である。本実施形態では、加工ヘッド１０内の空間の少なくとも一部が保護プレート１２によって密閉されることで、半密閉空間が実現されている。なお、照射口１１ａ等は開口しているため、ノズル内空間１４は完全に密閉されている訳ではない。
【００５０】
アシストガスは、例えばワーク１１０に穴あけ及び切断等の加工する場合において、ノズル１１の照射口１１ａからワーク１１０へ向けて噴射される。アシストガスは、レーザ光１０１ａで溶融させたワーク１１０の一部を吹き飛ばすことで、ワーク１１０の切断加工を補助する（切断を促進させる）。本実施形態のレーザ加工機１は、酸素、窒素、及び空気の３種類のアシストガスを噴射可能である。アシストガスの種類は、ワーク１１０の材質等に応じて選択される。なお、レーザ加工機１は、上記の３種類以外のアシストガスを噴射可能であってもよい。また、噴射可能なアシストガスの種類は１種類又は２種類であってもよい。
【００５１】
図１に示す第１開閉弁５１は、酸素を供給する配管に設けられている。図２に示す制御部６０の制御によって第１開閉弁５１の開閉が切り替えられることで、酸素の供給の有無が切り替えられる。第２開閉弁５２は、窒素を供給する配管に設けられている。制御部６０の制御によって第２開閉弁５２の開閉が切り替えられることで、窒素の供給の有無が切り替えられる。第３開閉弁５３は、空気を供給する配管に設けられている。制御部６０の制御によって第３開閉弁５３の開閉が切り替えられることで、空気の供給の有無が切り替えられる。これらのアシストガスは、アシストガス供給管（ガス供給部）５４を介して加工ヘッド１０へ供給される。
【００５２】
また、アシストガス供給管５４には、圧力調整弁５５と、圧力センサ５６と、が設けられている。制御部６０の制御によって圧力調整弁５５の開度が調整されることで、加工ヘッド１０へ供給されるアシストガスの圧力（供給圧力）が変更される。圧力センサ５６は、圧力調整弁５５よりもガス流れ方向において加工ヘッド１０側（言い換えればノズル１１側）に配置されており、ノズル内空間１４へ供給されるアシストガスの圧力を計測する。圧力センサ５６は、計測した圧力を制御部６０へ出力する。本実施形態では、アシストガスが供給されるノズル内空間１４は、体積一定の半密閉空間であるため、圧力センサ５６が検出した圧力は、ノズル内空間１４内の圧力に相当する。
【００５３】
アシストガス供給管５４は、加工ヘッド１０に接続されており、加工ヘッド１０へアシストガスを供給する。具体的には、アシストガス供給管５４によって供給されるアシストガスは、ガス貯留部１３を介して、ノズル内空間１４へ供給される。ガス貯留部１３は、加工ヘッド１０に形成された空間である。具体的には、ガス貯留部１３は、ノズル内空間１４の外側を囲むように位置している円環状の空間である。なお、ガス貯留部１３には、ガス貯留部１３が貯留しているアシストガスを供給する経路が接続されている。アシストガスは、この経路を介して例えば保護プレート１２に向けて供給される。ガス貯留部１３を介してノズル内空間１４にアシストガスを供給することにより、ノズル内空間１４内のアシストガスの圧力分布を均一にすることができる。加工ヘッド１０に供給されたアシストガスは、上述のようにノズル１１の照射口１１ａから噴射される。
【００５４】
照明光学系１０２は、照明部３０から出力された照明光１０２ａをワーク１１０に案内する。照明光学系１０２は、第２コリメータ３１と、第２ビームスプリッタ３２と、第１ビームスプリッタ２３と、集光レンズ２４と、から構成されている。このように、レーザ光学系１０１と照明光学系１０２は、一部の光学部品（具体的には第１ビームスプリッタ２３及び集光レンズ２４）が共通で用いられている。つまり、照明光１０２ａは光学部品が共通である部分において、レーザ光通過空間を通過する。
【００５５】
照明部３０は、撮像のためにワーク１１０を照らす照明光１０２ａを発生させる。照明部３０は、例えば、レーザ発生器、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子、又はキセノンランプ等のランプである。照明部３０が発生させる照明光１０２ａの光軸は、水平方向と平行である。
【００５６】
照明部３０が発生させた照明光１０２ａは、第２コリメータ３１に入射される。第２コリメータ３１は、入射された照明光１０２ａを平行光に近づけるように変換する。なお、第２コリメータ３１は光軸に沿って移動可能であってもよい。
【００５７】
第２ビームスプリッタ３２には、第２コリメータ３１を通過した照明光１０２ａが入射される。第２ビームスプリッタ３２は入射された光を反射する機能と、入射された光を通過させる機能とを、有する。第２ビームスプリッタ３２は、ダイクロイックミラー等であってもよいし、ハーフミラーであってもよい。第２ビームスプリッタ３２は、入射された照明光１０２ａの光軸を９０°（水平方向から鉛直方向下側へ）変化させる。
【００５８】
第２ビームスプリッタ３２を通過した照明光１０２ａは、第１ビームスプリッタ２３に入射される。上述のように、第１ビームスプリッタ２３は光を通過させる機能を有しているため、照明光１０２ａは第１ビームスプリッタ２３を通過して鉛直方向上側から集光レンズ２４に入射されて下側へ向かうように案内される。第１ビームスプリッタ２３よりも鉛直方向下側（レーザ光１０１ａの照射方向の下流側）において、レーザ光学系１０１と照明光学系１０２は共通である。また、共通の光学部品で案内される光路は光軸も同じである。
【００５９】
照明光１０２ａは、集光レンズ２４により、レーザ光１０１ａと同様に集光し、ワーク１１０に照射される。また、照明光１０２ａがワーク１１０で反射した反射光１０３ａは、撮像光学系１０３により案内される。なお、反射光１０３ａ以外にも、レーザ光１０１ａがワーク１１０で反射した光、及び、溶融したワーク１１０から放射される光等が撮像光学系１０３により案内されることがある。
【００６０】
撮像光学系１０３は、反射光１０３ａを撮像部４０に案内する。撮像光学系１０３は、集光レンズ２４と、第１ビームスプリッタ２３と、第２ビームスプリッタ３２と、バンドパスフィルタ４１と、ミラー４２と、複数の結像レンズ４３と、を備える。このように、撮像光学系１０３は、一部の光学部品（集光レンズ２４及び第１ビームスプリッタ２３）がレーザ光学系１０１と共通である。反射光１０３ａは光学部品が共通である部分において、レーザ光通過空間を通過する。また、撮像光学系１０３の一部の光学部品（集光レンズ２４、第１ビームスプリッタ２３、第２ビームスプリッタ３２）が照明光学系１０２と共通である。このように、第１ビームスプリッタ２３及び集光レンズ２４は、レーザ光学系１０１、照明光学系１０２、及び撮像光学系１０３の３つにおいて共通である。また、共通の光学部品で案内される光路は光軸も同じである。また、撮像光学系１０３の光学部品のうちレーザ光学系１０１と共通のものを第１光学部品と称し、レーザ光学系１０１と共通でないものを第２光学部品と称する。
【００６１】
反射光１０３ａは、鉛直方向下側から集光レンズ２４に入射されて鉛直方向上側へ向かうように案内される。反射光１０３ａは鉛直方向下側に入射されて上側へ向かう発散光であるため、上述のように集光レンズ２４は反射光１０３ａを平行光に近づけるように変換する。集光レンズ２４を通過した反射光１０３ａは、第１ビームスプリッタ２３及び第２ビームスプリッタ３２を通過し、バンドパスフィルタ４１に入射される。
【００６２】
バンドパスフィルタ４１は、所定の波長域の光を通過させるとともに、それ以外の波長域の光の通過を阻止する。本実施形態では、反射光１０３ａの波長域を通過させるとともに、レーザ光１０１ａの反射光及び溶融したワーク１１０からの光の波長域の通過を阻止する特性を有するバンドパスフィルタ４１が選択されている。なお、バンドパスフィルタ４１に代えて、所定の波長域の光の通過を阻止するノッチフィルタを配置してもよい。バンドパスフィルタ４１を通過した反射光１０３ａはミラー４２に入射される。
【００６３】
ミラー４２は、入射された反射光１０３ａの光軸を９０°（鉛直方向から水平方向へ）変化させる。また、バンドパスフィルタ４１及びミラー４２に代えて、ダイクロイックミラー等を配置してもよい。
【００６４】
結像レンズ４３は、入射された平行光である反射光１０３ａを集光させる。本実施形態では、結像レンズ４３は、バンドパスフィルタ４１とミラー４２の間に配置されるとともに、ミラー４２と撮像部４０との間にも配置されている。これに代えて、結像レンズ４３は、上記の何れか一方の箇所のみに配置されていてもよい。また、撮像光学系１０３が備える結像レンズ４３の数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００６５】
撮像部４０は、複数の受光素子（フォトダイオード等）が並べて配置されたイメージセンサである。撮像部４０は、入射された光を電気信号に変換して制御部６０へ出力する。制御部６０は、撮像部４０から入力された電気信号に基づいて、ワーク１１０の画像データを生成する。制御部６０は、ワーク１１０の画像データを解析することで、例えば加工幅（レーザ光１０１ａによりワーク１１０が除去された部分の幅）を算出する。なお、撮像部４０にはノズル１１の内壁で反射した反射光１０３ａも入射されるため、ノズル１１の内壁に記載された情報（ノズルの識別情報等）を特定することもできる。
【００６６】
制御部６０は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、又はＣＰＵ等の演算装置である。制御部６０は、予め作成されたプログラムを例えばＲＡＭに読み出して実行することで、レーザ加工機１の各構成を制御する。制御部６０は、取得部６０ａと、調整部６０ｂと、を備える。取得部６０ａは、焦点を調整するために必要となる情報を取得する。調整部６０ｂは、取得部６０ａが取得した情報に基づいて焦点を調整する。取得部６０ａ及び調整部６０ｂが行う処理は後述する。
【００６７】
記憶部６１は、情報を記憶可能な不揮発性の記憶装置であり、例えば、フラッシュディスク及びメモリーカード等のフラッシュメモリである。記憶部６１は、後述の焦点調整用テーブル等を記憶する。
【００６８】
次に、レーザ加工機１の焦点及び焦点を合わせるための機構について説明する。
【００６９】
レーザ加工機１には複数の焦点が存在し、それらの焦点が調整されているが、本実施形態では、特に、レーザ光学系１０１のワーク１１０側の焦点（第１ワーク側焦点）、撮像光学系１０３のワーク１１０側の焦点（第２ワーク側焦点）、撮像光学系１０３の撮像部４０側の焦点（撮像部側焦点）について説明する。また、第１ワーク側焦点と第２ワーク側焦点とを合わせて単にワーク側焦点と称することがある。
【００７０】
第１ワーク側焦点及び第２ワーク側焦点は、集光レンズ２４を光軸に沿って移動させることで位置が調整される。なお、集光レンズ２４を移動させる方向と、ワーク側焦点の位置が変化する方向と、は同じである。図２に示すように、レーザ加工機１は、集光レンズ２４を光軸に沿って移動させるための集光レンズ駆動機構７０を備える。集光レンズ駆動機構７０は、モータ７１と、モータドライバ７２と、原点センサ７３と、エンコーダ７４と、駆動伝達部７５と、を備える。
【００７１】
制御部６０（調整部６０ｂ）は、所定の指示信号（パルス信号）をモータドライバ７２へ出力することで、モータ７１を回転させることができる。また、モータ７１には原点位置が設定されている。原点センサ７３は、モータ７１の回転角度（回転位相）が原点位置にあることを検出する。エンコーダ７４は、モータ７１の回転角度が原点位置からどの程度変化したかを検出する。制御部６０は、原点センサ７３及びエンコーダ７４の検出結果を考慮してモータドライバ７２へ指示信号を送信することで、指定した回転角度に達するまでモータ７１を回転させることができる。
【００７２】
駆動伝達部７５は、例えば、ボールネジ、ラックピニオン機構、及び溝カム等の回転運動を直線運動に変換する機構を有している。また、駆動伝達部７５にはモータ７１及び集光レンズ２４が連結されており、モータ７１の回転運動を駆動伝達部７５の直線運動に変換する。これにより、集光レンズ２４を光軸に沿って一側及び他側に移動させることができる。制御部６０は、モータ７１の回転量を制御可能であるため、集光レンズ２４を所望の位置に移動させることができる。本実施形態では回転運動を行う駆動源を用いるが、直線運動を行う駆動源（リニアモータ等）を用いる構成であってもよい。
【００７３】
撮像部側焦点は、結像レンズ４３を光軸に沿って移動させることで位置が調整される。結像レンズ４３は上記の第２光学部品に相当するため、結像レンズ４３を移動させてもレーザ光学系の焦点位置は変化しない。なお、結像レンズ４３を移動させる方向と、撮像部側焦点の位置が変化する方向と、は同じである。レーザ加工機１は、結像レンズ４３を移動させるための結像レンズ駆動機構８０を備える。結像レンズ駆動機構８０は、モータ８１と、モータドライバ８２と、原点センサ８３と、エンコーダ８４と、駆動伝達部８５と、を備える。結像レンズ駆動機構８０を構成する各部は集光レンズ駆動機構７０を構成する各部と同様の構成であるため説明を省略する。
【００７４】
また、本実施形態では、複数の結像レンズ４３を備えるが、１つのみを移動させる構成であってもよいし、２つ以上及び全ての結像レンズ４３を移動させる構成であってもよい。また、移動させる結像レンズ４３は、ミラー４２よりも第２ビームスプリッタ３２側に配置されていてもよいし、ミラー４２よりも撮像部４０側に配置されていてもよい。
【００７５】
次に、図３を参照して、アシストガスを供給することで撮像部側焦点の位置が変化すること、及びその補正方法について簡単に説明する。図３は、アシストガスにより撮像部側焦点の位置が変化すること及びその補正方法の１つを示す図である。また、図３では、説明を分かり易くするために、撮像光学系１０３を一直線状に配置している。
【００７６】
図３の一番上のアシストガスなしと記載された図に示すように、アシストガスが供給されない状況において、撮像部側焦点の位置が撮像部４０の素子表面（受光素子の表面）に合わせられているとする。また、本実施形態ではモータ８１が原点位置にある状態で、このように撮像部側焦点の位置が撮像部４０の素子表面に合わせられているとする（異なる位置を原点位置にしてもよい）。この状況において、図３の真ん中の図に示すように、アシストガスを供給した状況を想定する。アシストガスは、保護プレート１２の下方であってワーク１１０の上方の空間に充満するため、この空間の圧力が変化する（通常は増加する）。また、反射光１０３ａは、この空間を通過する。
【００７７】
ここで、気体の屈折率は圧力に比例することが知られている。従って、アシストガスの供給圧力に応じて、ノズル内空間１４の屈折率が変化する（例えば、アシストガスの供給圧力を上昇させることで、通常は屈折率が増加する）。それに伴って、反射光１０３ａの屈折角が変化するため、図３の真ん中の図に示すように、撮像部側焦点の位置が変化する。その結果、撮像部側焦点の位置が撮像部４０の素子表面と合わなくなる。この場合、撮像部４０が取得する画像が不鮮明となる。
【００７８】
この点、本実施形態では、上記の結像レンズ駆動機構８０により結像レンズ４３を移動させることで、撮像部側焦点の位置を変化させることができる。従って、アシストガスを供給したことにより変化した分だけ結像レンズ４３を移動させることで、図３の最も下側の図に示すように、撮像部側焦点の位置を撮像部４０の素子表面に再び合わせることができる。特に、本実施形態では、ノズル内空間１４が体積一定の半密閉空間であるためノズル内空間１４の圧力分布が均一であるため、ノズル内空間１４の圧力と屈折率の相関が強くなる。従って、撮像部側焦点の位置をどの程度変化させることが適切であるかを見積もることができる。なお、気体の屈折率には、比重も影響するため、アシストガスのガス圧だけでなく更にアシストガスの種類に応じて結像レンズ４３を移動させることが好ましい。
【００７９】
本実施形態では、アシストガスを供給してワーク１１０の加工及び撮像を行う第１加工モードと、アシストガスを供給せずにワーク１１０の加工及び撮像を行う第２加工モードと、を実行可能である。従って、第１加工モードでは、アシストガスに応じて撮像側の焦点の位置を変化させて加工及び撮像を行う。第２加工モードでは、モータ８１を原点位置にしつつ加工及び撮像を行う。なお、第２加工モードでは、ワーク１１０の厚み、ノズル１１の長さ、集光レンズ２４の位置等に応じて、結像レンズ４３の位置が調整されていてもよい。
【００８０】
次に、撮像部側焦点を調整するための初期設定（具体的には焦点調整用テーブルを作成する処理）について、図４のフローチャートに沿って説明する。図４は、焦点調整用テーブルを作成する処理を示すフローチャートである。
【００８１】
初めに、焦点調整用テーブルを作成する処理について説明する。焦点調整用テーブルとは、アシストガスのガス圧と、焦点情報と、を対応付けたテーブルである。焦点情報とは、アシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である。本実施形態の焦点情報は、撮像部側焦点の位置の変化を補正するための結像レンズ４３の位置（撮像部側焦点の位置の変化量を補正するための情報、言い換えれば変化量と一対一の対応関係を有する情報）である。また、上述のように、撮像部側焦点の位置はアシストガスの種類にも依存するため、焦点調整用テーブルはアシストガスの種類毎に作成される。
【００８２】
初めに、制御部６０は、加工ヘッド１０をキャリブレーション用ワーク上に移動させる（Ｓ１０１）。キャリブレーション用ワークとは、焦点調整用テーブルの取得等を行うための部材であり、実際の加工対象品ではない。次に、制御部６０は、アシストガスの種類及びガス圧を設定する（Ｓ１０２）。焦点調整用テーブルを作成するためには、アシストガスの種類及びガス圧に応じた焦点情報が必要となるため、様々な条件が順次設定される。
【００８３】
次に、制御部６０は、事前準備処理を行う（Ｓ１０３）。事前準備処理とは、撮像部４０による撮像を行うために事前に行う処理である。具体的には、設定された種類及び圧力でアシストガスの噴射を開始したり、結像レンズ４３を原点位置に移動させたり、照明部３０を発光させたりする処理である。
【００８４】
次に、制御部６０は、結像レンズ４３の位置を少しずつ変化させながら撮像を行って画像を取得し、各位置に応じたコントラスト値を記憶する（Ｓ１０４）。コントラスト値とは、撮像して得られた画像の輝度がどれだけ急峻に変化しているかを示す値である。具体的には、ある画素Ａと、画素Ａの周囲の画素（例えば周囲１画素）について輝度の差分を算出する。ここで算出された値の絶対値が大きいほど輝度が急峻に変化していることとなる。この処理を画素Ａだけでなく全て又は所定範囲の画素について行った結果に基づいて、コントラスト値が算出される。コントラスト値が高いほど、画像が鮮明（撮像部側の焦点が撮像部４０の素子表面に近い）と判断することができる。制御部６０は、このようにして算出されたコントラスト値と、結像レンズ４３の位置と、を対応付けて記憶部６１に記憶する。
【００８５】
制御部６０は、結像レンズ４３の位置を一通り変化させた後に、コントラスト値が最適（最大）となる結像レンズ４３の位置（詳細にはモータ８１の原点位置からの回転量）を特定する（Ｓ１０５）。そして、特定した結像レンズ４３の位置と、アシストガスの種類及びガス圧と、を対応付けて記憶部６１に記憶する（Ｓ１０６）。これにより、アシストガスの種類及びガス圧に応じた、結像レンズ４３の位置（撮像部側焦点の位置を撮像部４０の素子表面に合わせるための位置、以下補正位置）が記憶されることとなる。なお、ここで記憶されるアシストガスのガス圧は設定値であるが、圧力センサ５６が計測した計測値であってもよい。また、この処理に代えて、ステップＳ１０４で取得した結像レンズ４３の位置と、コントラスト値と、の対応関係を示すデータは離散的なので各値の間を補間したデータを用いることで、結像レンズ４３の補正位置を算出してもよい。また、制御部６０は、結像レンズ４３の位置を一通り変化させて画像を取得した後に、照明部３０の発光を停止させる。
【００８６】
次に、制御部６０は、アシストガスの種類及びガス圧の全条件で、結像レンズ４３の補正位置を求めたか否かを判断する（Ｓ１０７）。制御部６０は、他の条件が残っている場合はその条件を設定して（Ｓ１０２）、ステップＳ１０３からステップＳ１０６の処理を行って、結像レンズ４３の補正位置を求める。
【００８７】
また、制御部６０は、全条件で結像レンズ４３の補正位置を求めた場合、焦点調整用テーブルを作成する（Ｓ１０８）。焦点調整用テーブルは、アシストガスのガス圧と、当該ガス圧における結像レンズ４３の補正位置と、が対応付けられたテーブルである。また、焦点調整用テーブルはアシストガスの種類毎に作成される。作成された焦点調整用テーブルは、記憶部６１に記憶される。なお、焦点調整用テーブルは、レーザ加工機１の外部に設けられ、レーザ加工機１とネットワークを介して接続された記憶装置に記憶してもよい。この場合、レーザ加工機１は、必要に応じて焦点調整テーブルを記憶装置から受信する。
【００８８】
このように、本実施形態では、実際に計測を行って焦点調整用テーブルを作成する。これに代えて、アシストガスの種類及びガス圧を入力することで、結像レンズ４３の補正位置を求めることが可能な関係式を作成することもできる。具体的に説明すると、気体の屈折率は気体の比重と圧力に基づいて求めることができるため、アシストガスの種類及びガス圧に基づいてアシストガスの屈折率を求めることができる。そして、他の部分の屈折率、光学部品の仕様、及び光学部品間の距離は既知である。従って、これらに基づいて演算を行うことで、上記の関係式を作成できる。
【００８９】
次に、上記で作成した焦点調整用テーブルに基づいて、撮像部側焦点の位置を調整する処理について、図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、焦点調整用テーブルを用いて撮像部側焦点の位置を調整する処理を示すフローチャートである。また、制御部６０の取得部６０ａは、上記の焦点情報を取得する処理を行う。また、調整部６０ｂは、取得部６０ａが取得した焦点情報に基づいて撮像部側焦点の位置を調整する。
【００９０】
初めに、制御部６０は、オペレータから入力された又は外部から受信した情報等に基づいて、ワーク１１０の加工形状及び加工条件の設定を行う（Ｓ２０１）。次に、制御部６０は、この加工条件に基づいて、アシストガスの種類及びガス圧を読み出す（Ｓ２０２）。制御部６０（取得部６０ａ）は、記憶部６１に記憶した焦点調整用テーブルを参照し、アシストガスの種類及びガス圧に対応する結像レンズ４３の補正位置（焦点情報）を読み出す（Ｓ２０３、取得工程）。なお、焦点調整用テーブルは、ガス圧及び対応する補正位置がともに離散的に記載されているため、それらのデータの補間を行ったデータを用いて、結像レンズ４３の補正位置を算出してもよい。
【００９１】
次に、制御部６０（調整部６０ｂ）は、結像レンズ駆動機構８０を制御することで、読み出した補正位置に結像レンズ４３を移動させる（Ｓ２０４、調整工程）。これにより、撮像部側焦点の位置を撮像部４０の素子表面に合わせることができる。
【００９２】
そして、制御部６０は、ステップＳ１０３と同様の事前準備処理を行って（Ｓ２０５）、ワーク１１０の加工及び撮像を行う（Ｓ２０６）。本実施形態では、上記のように撮像部側焦点の位置が撮像部４０の素子表面に合わせられているため、ワーク１１０の鮮明な画像を常時取得することができる。従って、ワーク１１０を加工しながら、ワーク１１０の加工幅の正確な値を算出できる。また、結像レンズ４３を移動させた場合、撮像部４０が取得する画像の倍率が変化する。従って、結像レンズ４３の移動量に合わせて画像の倍率を計算することで、より正確な加工幅を算出できる。
【００９３】
また、制御部６０は加工幅が目標値と異なる場合、それを補正する処理（例えば集光レンズ２４を移動させる処理）を行ってもよい。また、制御部６０は、加工が終了したか否か判断しており（Ｓ２０７）、加工が終了したと判断すれば一連の処理が終了する。また、加工が終了したと判断した後に、照明部３０の発光を停止させる。
【００９４】
次に、図６を参照して第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態での撮像部側焦点の位置を調整する処理を示すフローチャートである。なお、第２実施形態以降の説明においては、第１実施形態と同一又は類似の処理の説明を簡略化する場合がある。また、第１実施形態で説明した事項を、第２実施形態以降に適用することもできる。
【００９５】
第１実施形態では、事前に計測を行って焦点調整用テーブルを作成しておき、加工の直前に焦点調整用テーブルを用いて結像レンズ４３の補正位置を求める。これに対し、第２実施形態では、加工の直前に計測を行って結像レンズ４３の補正位置を求める。以下、具体的に説明する。
【００９６】
初めに、制御部６０は、ステップＳ２０１と同様に、ワーク１１０の加工形状及び加工条件の設定を行う（Ｓ３０１）。次に、制御部６０は、ステップＳ１０３と同様の事前準備処理を行って（Ｓ３０２）、ステップＳ１０４と同様に、結像レンズ４３の位置を少しずつ変化させながら撮像を行って画像を取得し、各位置に応じたコントラスト値を記憶する（Ｓ３０３）。制御部６０（取得部６０ａ）は、ステップＳ１０５と同様に、結像レンズ４３の位置を一通り変化させた後に、コントラスト値が最適となる結像レンズ４３の補正位置（焦点情報）を特定する（Ｓ３０４、取得工程）。
【００９７】
第１実施形態では、焦点補正テーブルを作成するためアシストガスの種類及び圧力を変更して結像レンズ４３の補正位置を求めるが、第２実施形態では焦点調整テーブルを作る必要はない。従って、制御部６０（調整部６０ｂ）は、特定した補正位置に結像レンズ４３を移動させる（Ｓ３０５、調整工程）。その後、制御部６０は、ワーク１１０の加工及び撮像を行う（Ｓ３０６）。また、制御部６０は、加工が終了したか否か判断しており（Ｓ３０７）、加工が終了したと判断すれば一連の処理が終了する。第１実施形態と同様に、第２実施形態でも、ワーク１１０を加工しながら、ワーク１１０の加工幅の正確な値を算出できる。
【００９８】
次に、図７を参照して、第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態での撮像部側焦点の位置を調整する原理を示す説明図である。
【００９９】
第１実施形態では、結像レンズ４３の位置を調整することで、撮像部側焦点の位置を調整して、撮像部側焦点の位置を撮像部４０の素子表面に合わせる。これに対し、第３実施形態では、図７に示すように、撮像部４０の位置を調整することで、撮像部側焦点の位置を撮像部４０の素子表面に合わせる。なお、撮像部４０の位置を調整するための機構については、第１実施形態と同じとすることができる。また、第３実施形態の構成は、第１実施形態のように事前に焦点調整テーブルを作成する方法で用いることもできるし、第２実施形態のように加工前に調整を行う方法で用いることもできる。また、第１実施形態と第３実施形態を組み合わせて、撮像部４０と結像レンズ４３の両方の位置を調整する構成であってもよい。
【０１００】
次に、図８を参照して、第４実施形態について説明する。図８は、第３実施形態での撮像部側焦点の位置を調整する原理を示す説明図である。
【０１０１】
第１及び第３実施形態では、光学部品の位置を調整することで、撮像部側焦点の位置を撮像部４０の素子表面に合わせる。これに対し、第４実施形態では、結像レンズ４３の代わりに、焦点可変レンズ４４を配置する。焦点可変レンズ４４は、撮像光学系１０３の一部を構成する。焦点可変レンズ４４は、導電性の液体と非導電性の液体とが封入されており、制御部６０（調整部６０ｂ）の制御により電荷を掛けることで導電性の液体の形状を変化させることで焦点を変更することができる。なお、焦点可変レンズ４４は、位置を変更することなく焦点が変更可能であれば別の構成であってもよい。
【０１０２】
焦点可変レンズ４４の焦点を変更することで、図８に示すように、焦点可変レンズ４４を移動することなく、撮像部側焦点の位置を撮像部４０の素子表面に合わせることができる。第４実施形態の構成は、第１実施形態のように事前に焦点調整テーブルを作成する方法で用いることもできるし、第２実施形態のように加工前に調整を行う方法で用いることもできる。また、第１実施形態及び第３実施形態の少なくとも一方と組み合わせて、結像レンズ４３の焦点と、結像レンズ４３及び撮像部４０の少なくとも一方の位置と、を調整する構成であってもよい。
【０１０３】
以上に説明したように、本実施形態のレーザ加工機１は、レーザ発生器２０と、レーザ光学系１０１と、アシストガス供給管５４と、照明部３０と、撮像部４０と、撮像光学系１０３と、取得部６０ａと、調整部６０ｂと、を備え、以下の取得工程と調整工程を含む撮像部側焦点の調整方法を行う。レーザ発生器２０は、ワーク１１０を加工するレーザ光１０１ａを発生させる。レーザ光学系１０１は、レーザ発生器２０が発生させたレーザ光１０１ａを集光する集光レンズ２４、当該集光レンズ２４の下方に配置されるノズル１１、及び集光レンズ２４とノズル１１の間に配置される保護プレート１２を含み、ノズル１１の下端と保護プレート１２の間のノズル内空間１４は体積一定の半密閉空間を形成しており、レーザ光１０１ａがノズル１１の下端の照射口１１ａを介してワーク１１０から照射されるように当該レーザ光１０１ａを案内する。アシストガス供給管５４は、照射口１１ａから噴射されるガスであって、レーザ光１０１ａによるワーク１１０の加工を補助するガスであるアシストガスを、供給圧力を調整してノズル内空間１４に供給する。照明部３０は、ワーク１１０を照らす照明光１０２ａを発生させる。撮像部４０は、照明部３０の照明光１０２ａがワーク１１０で反射した反射光１０３ａをレーザ光通過空間の一部を介して検出することで当該ワーク１１０を撮像する。撮像光学系１０３は、反射光１０３ａを撮像部４０へ案内する。取得部６０ａは、ノズル内空間１４におけるアシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である焦点情報を取得する（取得工程）。調整部６０ｂは、取得部６０ａが取得した焦点情報に基づいて、撮像部側焦点の位置及び撮像部４０の位置の少なくとも何れかを調整する（調整工程）。
【０１０４】
これにより、ノズル１１の下端と保護プレート１２とで体積一定のノズル内空間１４（半密閉空間）が形成されているので、ノズル内空間１４の圧力変化とノズル内空間１４の屈折率変化とには相関がある。従って、ノズル内空間１４の圧力に応じて、調整部６０ｂが調整を行うことで、ワーク１１０の鮮明な画像を取得することができる。
【０１０５】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、アシストガス供給管５４は、アシストガスの供給圧力を調整する圧力調整弁５５と、当該圧力調整弁５５よりもノズル１１側に配置される圧力センサ５６と、を含む。
【０１０６】
これにより、圧力センサ５６を用いてノズル内空間１４の圧力を検出することができるので、調整部６０ｂによる調整を一層適切に行うことができる。
【０１０７】
また、上記実施形態のレーザ加工機１には、ノズル内空間１４を囲む円環状の空間であるガス貯留部１３が形成されており、アシストガスはガス貯留部１３を経由してノズル内空間１４に供給される。
【０１０８】
これにより、ノズル内空間１４の圧力分布が均一となるため、ノズル内空間１４が静的となり、ノズル内空間１４の圧力と屈折率の相関が強くなる。そのため、調整部６０ｂによる調整を一層適切に行うことができる。
【０１０９】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、アシストガス供給管５４は、複数の種類のアシストガスから選択された種類のアシストガスを供給可能である。焦点情報は、アシストガスの種類及びガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である。
【０１１０】
これにより、アシストガスのガス圧だけでなく種類も考慮して調整部６０ｂによる調整が行われるため、ワーク１１０の一層鮮明な画像を取得することができる。
【０１１１】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、取得部６０ａは、アシストガスのガス圧と当該ガス圧に応じた前記焦点情報とを対応付けたデータと、アシストガス供給管５４が供給するアシストガスのガス圧と、に基づいて、焦点情報を取得する。
【０１１２】
これにより、簡単な処理で焦点情報を取得できる。
【０１１３】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、取得部６０ａは、レーザ光１０１ａがワーク１１０に照射されず、かつ、アシストガス供給管５４がアシストガスを供給している状態において撮像部４０が取得したワーク１１０の画像を解析することで、焦点情報を取得する。
【０１１４】
これにより、撮像部側焦点の位置とワーク１１０の画像には関連性があるため、この画像を解析することで、適切な焦点情報を取得することができる。
【０１１５】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、取得部６０ａは、アシストガス供給管５４が供給するアシストガスのガス圧と、当該ガス圧と焦点情報の関係を示す関係式と、に基づいて、焦点情報を算出する。
【０１１６】
これにより、ガス圧と焦点情報を対応付けたデータベースを作成する構成と比較して、事前に行う処理の量を減らすことができる。
【０１１７】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、調整部６０ｂは、レーザ発生器２０及びアシストガス供給管５４によってワーク１１０を加工する前に、撮像部側焦点の位置及び撮像部４０の位置の少なくとも何れかを調整する。
【０１１８】
これにより、撮像部側焦点の位置が撮像部４０に合わせられた状態で加工を開始することができる。
【０１１９】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、調整部６０ｂは、更に、レーザ光学系１０１及び撮像光学系１０３のワーク１１０側焦点の位置を調整する。
【０１２０】
これにより、レーザ光学系１０１及び撮像光学系１０３のワーク１１０側焦点の位置がワーク１１０の表面に合わせられた状態で加工を行うことができる。
【０１２１】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、撮像光学系１０３は、撮像部側焦点に光を結像させる結像レンズ４３を備える。調整部６０ｂは、光軸に沿って結像レンズ４３を移動させることによって、撮像部側焦点の位置を調整する。
【０１２２】
これにより、簡単な構成で、撮像部側焦点の位置を撮像部４０に合わせることができる。
【０１２３】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、調整部６０ｂは、光軸に沿って撮像部４０を移動させることで、撮像部側焦点の位置に撮像部４０の位置を合わせる。
【０１２４】
これにより、簡単な構成で、撮像部側焦点の位置を撮像部４０に合わせることができる。
【０１２５】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、撮像光学系１０３は、焦点距離を変更可能な焦点可変レンズ４４を備える。調整部６０ｂは、焦点可変レンズ４４の焦点距離を変更することによって、撮像部側焦点の位置を調整する。
【０１２６】
これにより、焦点可変レンズ４４のみで調整を行う場合は、結像レンズ及び撮像部４０等の駆動機構を省略できる。
【０１２７】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、撮像光学系１０３は、レーザ光学系１０１と共通の第１光学部品と、レーザ光学系１０１と共通でない第２光学部品と、を備える。調整部６０ｂは、撮像部４０又は第２光学部品（結像レンズ４３）を用いて、撮像部側焦点の位置及び撮像部４０の位置の少なくとも何れかを調整する。
【０１２８】
これにより、撮像部側焦点の位置を調整する際にレーザ光学系１０１の焦点位置が変化することを防止できる。
【０１２９】
また、上記実施形態のレーザ加工機１において、撮像部４０は、アシストガス供給管５４がアシストガスを供給している状態で、撮像部４０がワーク１１０を撮像する第１加工モード、及び、アシストガス供給管５４がアシストガスを供給しない状態で、撮像部４０がワーク１１０を撮像する第２加工モードを実行可能である。第１加工モード及び第２加工モードのうち第１加工モードのみで、アシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化を補正する処理を行う。
【０１３０】
これにより、アシストガスを供給して加工を行う場合とアシストガスを供給せずに加工を行う場合との両方の場合で、ワーク１１０の鮮明な画像を利用可能なレーザ加工機１が実現できる。
【０１３１】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【０１３２】
上述したレーザ光学系１０１、照明光学系１０２、及び撮像光学系１０３は一例であり、各光学系を構成する光学部品の種類及び数は上記と異なっていてもよい。また、上記実施形態では、各光学系の光軸は何れも１回だけ直角に変化するが、少なくとも１つの光学系において、光軸が一直線状であってもよいし、光軸が複数回変化する構成であってもよい。
【０１３３】
上記実施形態では、アシストガスの種類とガス圧の両方に基づいて撮像部側焦点の位置又は撮像部４０の位置を調整する。これに代えて、アシストガスの種類の差の影響は小さいため、アシストガスのガス圧のみに基づいて、上記の調整を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１  レーザ加工機
１０  加工ヘッド
１１  ノズル
１２  保護プレート
１４  ノズル内空間
２０  レーザ発生器
３０  照明部
４０  撮像部
５４  アシストガス供給管（ガス供給部）
６０  制御部
６０ａ  取得部
６０ｂ  調整部
１０１  レーザ光学系
１０２  照明光学系
１０３  撮像光学系
【図１】
2019093148.tif 000003
【図２】
2019093148.tif 000004
【図３】
2019093148.tif 000005
【図４】
2019093148.tif 000006
【図５】
2019093148.tif 000007
【図６】
2019093148.tif 000008
【図７】
2019093148.tif 000009
【図８】
2019093148.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月14日(2020.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
次に、図８を参照して、第４実施形態について説明する。図８は、第４実施形態での撮像部側焦点の位置を調整する原理を示す説明図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
以上に説明したように、本実施形態のレーザ加工機１は、レーザ発生器２０と、レーザ光学系１０１と、アシストガス供給管５４と、照明部３０と、撮像部４０と、撮像光学系１０３と、取得部６０ａと、調整部６０ｂと、を備え、以下の取得工程と調整工程を含む撮像部側焦点の調整方法を行う。レーザ発生器２０は、ワーク１１０を加工するレーザ光１０１ａを発生させる。レーザ光学系１０１は、レーザ発生器２０が発生させたレーザ光１０１ａを集光する集光レンズ２４、当該集光レンズ２４の下方に配置されるノズル１１、及び集光レンズ２４とノズル１１の間に配置される保護プレート１２を含み、ノズル１１の下端と保護プレート１２の間のノズル内空間１４は体積一定の半密閉空間を形成しており、レーザ光１０１ａがノズル１１の下端の照射口１１ａを介してワーク１１０に照射されるように当該レーザ光１０１ａを案内する。アシストガス供給管５４は、照射口１１ａから噴射されるガスであって、レーザ光１０１ａによるワーク１１０の加工を補助するガスであるアシストガスを、供給圧力を調整してノズル内空間１４に供給する。照明部３０は、ワーク１１０を照らす照明光１０２ａを発生させる。撮像部４０は、照明部３０の照明光１０２ａがワーク１１０で反射した反射光１０３ａをレーザ光通過空間の一部を介して検出することで当該ワーク１１０を撮像する。撮像光学系１０３は、反射光１０３ａを撮像部４０へ案内する。取得部６０ａは、ノズル内空間１４におけるアシストガスのガス圧に応じた撮像部側焦点の位置の変化量又は当該変化量を補正するための情報である焦点情報を取得する（取得工程）。調整部６０ｂは、取得部６０ａが取得した焦点情報に基づいて、撮像部側焦点の位置及び撮像部４０の位置の少なくとも何れかを調整する（調整工程）。
【国際調査報告】
2019093148.tif 000011
2019093148.tif 000012