(57)【要約】【課題】ノズルにおけるレーザ光の位置の高精度な調整を可能とするレーザ加工装置を得ること。【解決手段】レーザ加工装置１００は、レーザ光を発振するレーザ発振器１０と、レーザ光を集光する集光光学系である集光レンズ１７と、集光光学系を通過したレーザ光を被加工物２０へ向けて出射する開口部１９ａを有するノズル１９と、開口部１９ａと、被加工物２０におけるレーザ光の照射領域とを撮像する撮像部であるカメラ２３と、レーザ発振器１０から入射される第１の入射光を被加工物２０へ向けて反射させ、かつ被加工物２０から入射される第２の入射光を透過させて撮像部へ入射させる光分岐素子であるビームスプリッタ１５と、開口部１９ａと照射領域との撮像によって得られた画像データを基に、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれを補正するための調整を行う調整部であるレンズ駆動部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系を通過した前記レーザ光を被加工物へ向けて出射する開口部を有するノズルと、
前記開口部と、前記被加工物における前記レーザ光の照射領域とを撮像する撮像部と、
前記レーザ発振器から入射される第１の入射光を前記被加工物へ向けて反射させ、かつ前記被加工物から入射される第２の入射光を透過させて前記撮像部へ入射させる光分岐素子と、
前記開口部と前記照射領域との撮像によって得られた画像データを基に、前記開口部の中心と前記レーザ光の中心とのずれを補正するための調整を行う調整部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ発振器からの前記レーザ光を平行化させるコリメート光学系を備え、
前記調整部は、前記コリメート光学系の移動によって前記調整を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ノズルの内部に照明光を照射する照明部を備え、
前記撮像部は、前記照明光が照射されているときにおける前記開口部を撮像することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ発振器は、第１波長の前記レーザ光を発振し、
前記照明部は、第２波長の前記照明光を出射し、
前記光分岐素子は、前記第１波長の前記レーザ光の一部を反射するとともに他の一部を透過し、かつ前記第２波長の前記照明光を透過することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ発振器は、前記被加工物を加工可能なレーザ光である第１のレーザ光を発振し、
前記撮像部は、前記被加工物へ前記第１のレーザ光が入射しているときにおける前記第１のレーザ光の照射領域に相当する加工領域を撮像することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記レーザ発振器は、前記被加工物を加工可能なレーザ光以外のレーザ光である第２のレーザ光を発振し、
前記撮像部は、前記被加工物へ前記第２のレーザ光が照射しているときにおける前記第２のレーザ光の照射領域を撮像することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記調整部による前記調整を制御する調整制御部を備え、
前記調整制御部は、前記開口部の中心と前記レーザ光の中心とのずれ量が閾値未満となった場合に、前記調整部による前記調整を終了することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から第１の光路を進行した前記レーザ光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系を通過した前記レーザ光を被加工物へ向けて出射する開口部を有するノズルと、を備えるレーザ加工装置の調整方法であって、
前記ノズルの内部に照明光を照射して、前記第１の光路とは分岐された第２の光路に設けられた撮像部によって前記開口部を撮像する工程と、
前記撮像部によって、前記被加工物における前記レーザ光の照射領域を撮像する工程と、
前記開口部と前記照射領域との撮像によって得られた画像データを基に、前記開口部の中心と前記レーザ光の中心とのずれを補正するための調整を行う工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工装置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置は、加工ヘッドに設けられているノズルの中心をレーザ光が通るようにするための芯出しと称される調整が行われることがある。従来、作業者の目視によって被加工物の加工領域を確認しながら被加工物の加工を行い、加工ヘッドに設けられている光学系を構成するレンズあるいはミラーといった光学素子の位置を調整することによって、芯出しが行われることがある。目視による判断には作業者による経験または作業者の試行錯誤が必要となるため、芯出しの作業には手間と時間とを要することがある。
【０００３】
特許文献１には、レーザ光の光路への挿入とレーザ光の光路からの退避とが可能とされた反射鏡を使用して、光路へ挿入された反射鏡を介してカメラによってノズルの開口部と加工穴とを撮像することにより、ノズル内におけるレーザ光の位置を調整する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２５７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、反射鏡の挿入によって、レーザ光による加工が行われるときの光路とは異なる光路が形成されて、開口部と加工穴とが観察される。レーザ光の位置の高精度な調整を可能とするには、カメラによって取り込まれる開口部の像の位置が常に一定となるように、反射鏡の高精度な位置決めが必要となる。光路内と光路外との移動が必要な反射鏡について、高精度な位置決めを可能とすることは困難である。このように、特許文献１の技術では、レーザ光による加工が行われるときの光路とは異なる光路が反射鏡の挿入によって形成されるために、ノズルにおけるレーザ光の位置の高精度な調整を行うことが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノズルにおけるレーザ光の位置の高精度な調整を可能とするレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ光を集光する集光光学系と、集光光学系を通過したレーザ光を被加工物へ向けて出射する開口部を有するノズルと、開口部と、被加工物におけるレーザ光の照射領域とを撮像する撮像部と、レーザ発振器から入射される第１の入射光を被加工物へ向けて反射させ、かつ被加工物から入射される第２の入射光を透過させて撮像部へ入射させる光分岐素子と、開口部と照射領域との撮像によって得られた画像データを基に、開口部の中心とレーザ光の中心とのずれを補正するための調整を行う調整部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノズルにおけるレーザ光の位置の高精度な調整が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工装置の構成を示す図
【図２】図１に示すレーザ加工装置のブロック図
【図３】実施の形態１にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能が専用のハードウェアにより実現される場合のハードウェア構成を示す図
【図４】実施の形態１にかかるレーザ加工装置が有する制御装置の機能が、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサにより実現される場合のハードウェア構成を示す図
【図５】図１に示すレーザ加工装置による動作の手順を示すフローチャート
【図６】図１に示すレーザ加工装置が有するカメラによって取り込まれた開口部の像の例を示す図
【図７】図１に示すレーザ加工装置が有するカメラによって取り込まれた照射領域の像の例を示す図
【図８】本発明の実施の形態２にかかるレーザ加工装置の構成を示す図
【図９】図８に示すレーザ加工装置による動作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】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置およびレーザ加工装置の調整方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工装置１００の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光の照射によって被加工物に穴を形成する穴加工を行う装置である。レーザ加工装置１００は、穴加工以外のレーザ加工を行う装置であっても良い。レーザ加工装置１００は、加工ヘッド１４に設けられているノズル１９の中心をレーザ光が通るようにするための調整である芯出しを行う。
【００１２】
図１において、Ｘ軸とＹ軸とは、水平方向に平行、かつ互いに垂直な軸とする。Ｚ軸は、鉛直方向に平行、かつＸ軸とＹ軸とに垂直な軸とする。被加工物２０は、テーブル２１においてＸ軸とＹ軸とに平行な面に載置される。なお、Ｘ軸方向のうち図中矢印で示す方向をプラスＸ方向、プラスＸ方向とは逆の方向をマイナスＸ方向とする。Ｙ軸方向のうち紙面の手前へ向かう方向をプラスＹ方向、プラスＹ方向とは逆の方向をマイナスＹ方向とする。Ｚ軸方向のうち図中矢印で示す方向をプラスＺ方向、プラスＺ方向とは逆の方向をマイナスＺ方向とする。
【００１３】
レーザ加工装置１００は、レーザ光を発振するレーザ発振器１０と、レーザ光を集光する集光光学系である集光レンズ１７が収容されている加工ヘッド１４と、レーザ発振器１０と加工ヘッド１４との間に繋げられておりレーザ光が伝搬するファイバーケーブル１１と、を備える。図１では、加工ヘッド１４の内部に設けられている要素を模式的に示している。ファイバーケーブル１１のうちレーザ光が出射する出射端１１ａが加工ヘッド１４のうちプラスＸ方向側の端部１４ａに挿入されて、ファイバーケーブル１１は、加工ヘッド１４に接続されている。
【００１４】
レーザ加工装置１００は、コリメート光学系であるコリメータユニット１２を備える。コリメータユニット１２は、出射端１１ａよりもマイナスＸ方向側に設けられている。コリメータユニット１２は、レーザ発振器１０およびファイバーケーブル１１から加工ヘッド１４へ入射したレーザ光を平行化させる。コリメータユニット１２は、ホルダの内部に収容されている。図１では、コリメータユニット１２が収容されているホルダの図示を省略している。コリメータユニット１２の焦点は、ファイバーケーブル１１の出射端１１ａに一致する。コリメータユニット１２は、加工ヘッド１４の内部にて出射端１１ａから発散されたレーザ光を平行化させる。
【００１５】
レーザ加工装置１００は、光分岐素子であるビームスプリッタ１５を備える。ビームスプリッタ１５は、入射光の主光線と入射面とがなす角度と、出射光の主光線と出射面とがなす角度とが、どちらも４５度となるように配置されたプレート型のビームスプリッタである。ビームスプリッタ１５を構成する透明材料の板には、波長特性を備える光学薄膜が形成されている。ビームスプリッタ１５は、レーザ発振器１０から入射される入射光である第１の入射光を被加工物２０へ向けて反射させ、かつ被加工物２０から入射される入射光である第２の入射光を透過させてカメラ２３へ入射させる。
【００１６】
ビームスプリッタ１５は、レーザ発振器１０と集光レンズ１７との間の光路である第１の光路と、後述するカメラ２３と集光レンズ１７との間の光路である第２の光路とを分岐する。ビームスプリッタ１５の波長特性については後述する。ビームスプリッタ１５は、１つの方向からの光を２つの方向へ進行させるとともに、２つの方向からの光を１つの方向へ進行させることができる。なお、ビームスプリッタ１５は、２つの直角プリズムにより構成されたキューブ型のビームスプリッタであっても良い。
【００１７】
集光レンズ１７は、ホルダ１６の内部に収容されている。ノズル１９は、加工ヘッド１４のうちマイナスＺ方向側の端部に設けられている。ノズル１９は、集光レンズ１７を通過したレーザ光を被加工物２０へ向けて出射する開口部１９ａを有する。
【００１８】
レーザ加工装置１００は、撮像部であるカメラ２３と、ノズル１９の内部に照明光を照射する照明部２４とを備える。カメラ２３は、開口部１９ａと、被加工物２０におけるレーザ光の照射領域とを撮像する。カメラ２３は、被写体からの光を取り込む撮像レンズと、被写体像を撮像するイメージセンサであるＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）とを有する。イメージセンサは、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサであっても良い。カメラ２３は、加工ヘッド１４の内部においてマイナスＺ方向へ撮像レンズを向けて配置されている。図１では、撮像レンズとイメージセンサとの図示を省略している。
【００１９】
照明部２４は、撮像レンズと並べられて設けられている。照明部２４は、カメラ２３の位置からマイナスＺ方向へ向けて照明光を出射することにより、ノズル１９の内部に照明光を照射する。
【００２０】
加工ヘッド１４には、Ｚ軸方向においてホルダ１６を移動させるレンズ駆動部１８が設けられている。レンズ駆動部１８は、ホルダ１６を移動させることにより、集光レンズ１７の焦点の位置を変化させる。レンズ駆動部１８は、モータと、モータの回転運動を直線運動へ変換させる機構とを含む。図１では、モータおよび機構の図示を省略している。
【００２１】
レーザ加工装置１００は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおいてテーブル２１を移動させるテーブル駆動部２２が設けられている。レーザ加工装置１００は、テーブル駆動部２２によりＸ軸方向とＹ軸方向とにおいてテーブル２１を移動させることにより、被加工物２０におけるレーザ光の照射位置をＸ軸方向とＹ軸方向とへ変化させる。
【００２２】
レーザ加工装置１００は、開口部１９ａの像と照射領域の像との撮像によって得られた画像データを基に、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれを補正するための調整である芯出しを行う調整部であるレンズ駆動部１３を備える。レーザ加工装置１００は、カメラ２３での撮像によって得られた画像信号を処理する画像処理装置２５と、レーザ加工装置１００の全体を制御する制御装置２６とを備える。
【００２３】
実施の形態１において、レーザ発振器１０は、レンズ駆動部１３による調整が行われる際に発振する調整用レーザ光と、被加工物２０への加工が行われる際に発振する加工用レーザ光との２つを発振可能とする。加工用レーザ光は、被加工物２０を加工可能なレーザ光である第１のレーザ光である。調整用レーザ光は、被加工物２０を加工可能なレーザ光以外のレーザ光である第２のレーザ光である。
【００２４】
図２は、図１に示すレーザ加工装置１００のブロック図である。制御装置２６は、画像処理装置２５を制御する機能部である撮像制御部３１と、レンズ駆動部１８を制御する機能部である集光制御部３２と、レンズ駆動部１３を制御する機能部である調整制御部３３と、レーザ発振器１０を制御する機能部であるレーザ発振制御部３４と、テーブル駆動部２２を制御する機能部であるテーブル制御部３５とを有する。調整制御部３３は、開口部１９ａの像と照射領域の像との撮像によって得られた画像データを基に、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれを補正するための調整を行う調整部である。
【００２５】
画像処理装置２５は、撮像制御部３１による制御に基づいて、カメラ２３を動作させるとともに、カメラ２３を介して照明部２４を動作させる。また、画像処理装置２５は、カメラ２３から画像信号を取得して、画像信号を処理する。画像処理装置２５は、画像信号の処理によって得られたデータである画像データを撮像制御部３１へ送る。なお、照明部２４は、カメラ２３を介して制御されるものに限られず、カメラ２３を介さずに画像処理装置２５によって制御されるものであっても良い。
【００２６】
レーザ発振器１０は、レーザ発振制御部３４による制御にしたがって、調整用レーザ光と加工用レーザ光とを切り換えて発振可能とする。加工用レーザ光は、可視領域以外の範囲に含まれる波長のレーザ光であって、かつ被加工物２０を加工可能な強度で出力される。レーザ発振制御部３４は、加工用レーザについて、発振周波数、パルス幅および強度といった発振条件を調整可能とする。
【００２７】
調整用レーザ光は、可視領域の範囲に含まれる波長のレーザ光であって、かつ加工用レーザよりも低い強度で出力される。調整用レーザ光の強度は、カメラ２３を損傷しない程度の強度とされる。レーザ発振器１０は、可視領域の範囲に含まれる第１波長の調整用レーザ光を発振する。照明部２４は、可視領域の範囲に含まれる波長であって第１波長とは異なる波長である第２波長の照明光を出射する。カメラ２３は、第１波長の光と第２波長の光とについて感度を有している。なお、加工用レーザ光の波長を、第３波長とする。第３波長は、可視領域以外の範囲に含まれる波長である。
【００２８】
ビームスプリッタ１５は、入射した第３波長の光の９９．９％以上を反射する波長特性を有する。また、ビームスプリッタ１５は、入射した第１波長の光の一部を反射するとともに他の一部を透過する波長特性を有する。例を挙げると、ビームスプリッタ１５は、入射した第１波長の光の５０％程度を反射し、それ以外の５０％程度を透過する。また、ビームスプリッタ１５は、入射した第２波長の光の９０％以上を透過する波長特性を有する。ビームスプリッタ１５の波長特性は、実施の形態１にて説明する波長特性に限られず、適宜変更しても良い。ビームスプリッタ１５の反射率と透過率とは、実施の形態１にて示すものに限られず任意であるものとする。
【００２９】
加工ヘッド１４の内部において、出射端１１ａから出射されるレーザ光の主光線は、Ｘ軸方向に平行である。レーザ光は、出射端１１ａからＹ軸方向およびＺ軸方向において拡散しながら、マイナスＸ方向へ進行する。レーザ光は、コリメータユニット１２においてＸ軸方向に平行な平行光となるように平行化される。
【００３０】
被加工物２０の加工の際に、コリメータユニット１２からビームスプリッタ１５へ入射した第１の入射光である加工用レーザ光の進行方向は、ビームスプリッタ１５での反射によって、マイナスＸ方向からマイナスＺ方向へ折り曲げられる。加工ヘッド１４は、被加工物２０へ向けて加工用レーザ光を出射する。
【００３１】
レンズ駆動部１３による調整が行われる際において、調整用レーザ光が発振されると、コリメータユニット１２からビームスプリッタ１５へ入射した調整用レーザ光のうちの５０％程度は、ビームスプリッタ１５で反射する。ビームスプリッタ１５で反射した調整用レーザ光は、加工用レーザ光の場合と同様に、被加工物２０へ向けて進行する。調整用レーザ光は、被加工物２０での反射により、加工ヘッド１４内をプラスＺ方向へ進行する。
被加工物２０からの第２の入射光である調整用レーザ光は、ビームスプリッタ１５へ入射する。ビームスプリッタ１５へ入射した調整用レーザ光のうちの５０％程度は、ビームスプリッタ１５を透過する。カメラ２３は、ビームスプリッタ１５を透過した調整用レーザ光を取り込む。
【００３２】
レンズ駆動部１３による調整が行われる際において、照明光が出射されると、ビームスプリッタ１５へ入射した照明光の９０％以上は、ビームスプリッタ１５を透過する。ビームスプリッタ１５を透過した照明光は、加工用レーザ光および調整用レーザ光の場合と同様に、被加工物２０へ向けて進行する。被加工物２０での反射により加工ヘッド１４内をプラスＺ方向へ進行した照明光は、ビームスプリッタ１５へ入射する。ビームスプリッタ１５へ入射した照明光のうちの９０％以上は、ビームスプリッタ１５を透過する。カメラ２３は、ビームスプリッタ１５を透過した照明光を取り込む。
【００３３】
レンズ駆動部１８は、集光制御部３２の制御により、集光レンズ１７の焦点を被加工物２０の位置に合わせるホルダ１６の移動と、集光レンズ１７の焦点を開口部１９ａの位置に合わせるホルダ１６の移動とを可能とする。
【００３４】
レンズ駆動部１３は、コリメータユニット１２が収容されているホルダをＹ軸方向とＺ軸方向とにおいて移動可能とする。レンズ駆動部１３は、Ｙ軸方向においてホルダを移動させることにより、ノズル１９でのＹ軸方向におけるレーザ光の位置を調整する。レンズ駆動部１３は、Ｚ軸方向においてホルダを移動させることにより、ノズル１９でのＸ軸方向におけるレーザ光の位置を調整する。レンズ駆動部１３は、Ｙ軸方向においてホルダの位置を調整可能な調整ネジと、Ｚ軸方向においてホルダの位置を調整可能な調整ネジとを有する。２つの調整ネジの各々には、調整ネジを回転するモータが設けられている。調整制御部３３は、モータの駆動を制御することにより、Ｙ軸方向におけるホルダの位置とＺ軸方向におけるホルダの位置との調整を行う。なお、図１および図２では、調整ネジとモータとの図示を省略している。
【００３５】
集光レンズ１７は、Ｚ軸に平行な軸に中心を合わせて配置されている。コリメータユニット１２の中心軸は、Ｚ軸に平行である。コリメータユニット１２の中心軸は、集光レンズ１７の中心軸をビームスプリッタ１５での４５度の折り曲げを経て延伸させたものと一致する。カメラ２３の中心軸は、Ｚ軸に平行である。カメラ２３の中心軸は、集光レンズ１７の中心軸を、ビームスプリッタ１５を通して延伸させたものと一致する。集光レンズ１７の中心軸と、コリメータユニット１２の中心軸と、カメラ２３の中心軸とを、加工ヘッド１４の光軸と称する。集光レンズ１７と、コリメータユニット１２と、カメラ２３とは、加工ヘッド１４の光軸に中心を合わせて配置されている。すなわち、集光レンズ１７と、コリメータユニット１２と、カメラ２３とは、同じ光軸上に配置されている。
【００３６】
制御装置２６の機能は、処理回路により実現される。処理回路は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１００に専用のハードウェアであっても良く、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであっても良い。
【００３７】
図３は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１００が有する制御装置２６の機能が専用のハードウェアにより実現される場合のハードウェア構成を示す図である。専用のハードウェアである処理回路５１は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）、又はこれらの組み合わせである。
【００３８】
図４は、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１００が有する制御装置２６の機能が、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサにより実現される場合のハードウェア構成を示す図である。プロセッサ５３およびメモリ５４は、相互に通信可能に接続されている。
【００３９】
プロセッサ５３は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）である。制御装置２６の機能は、プロセッサ５３と、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ５４に格納される。メモリ５４は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ等の内蔵メモリである。
【００４０】
制御装置２６の機能の一部が専用のハードウェアにより実現され、制御装置２６の機能のその他の部分がソフトウェアあるいはファームウェアにより実現されても良い。このように、制御装置２６の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。
【００４１】
なお、画像処理装置２５の機能は、制御装置２６の機能と同様に、処理回路により実現される。図３に示すハードウェア構成と図４に示すハードウェア構成とは、画像処理装置２５に適用されても良い。図４に示すハードウェア構成の場合、画像処理装置２５の処理機能は、プロセッサ５３と、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。
【００４２】
次に、レーザ加工装置１００の動作について説明する。図５は、図１に示すレーザ加工装置１００による動作の手順を示すフローチャートである。図５には、レーザ加工装置１００がノズル１９におけるレーザ光の位置を調整するときにおける動作の手順を示している。
【００４３】
ステップＳ１において、レンズ駆動部１８は、集光レンズ１７を移動させる。レンズ駆動部１８は、集光制御部３２による制御にしたがってホルダ１６を移動させることにより、集光レンズ１７の焦点を開口部１９ａの位置に合わせる調整を行う。
【００４４】
ステップＳ２において、照明部２４は、照明光を出射する。照明部２４は、撮像制御部３１による制御にしたがって点灯する。照明部２４から出射した照明光は、ビームスプリッタ１５と集光レンズ１７とを透過して、開口部１９ａに到達する。開口部１９ａで反射した照明光は、集光レンズ１７とビームスプリッタ１５とを透過して、カメラ２３に到達する。
【００４５】
ステップＳ３において、カメラ２３は、開口部１９ａを撮像する。カメラ２３は、開口部１９ａで反射した照明光を取り込んで、撮像制御部３１による制御にしたがって開口部１９ａの像を撮像する。カメラ２３は、撮像によって得られた画像信号を出力する。ステップＳ４において、照明部２４は、照明光の出射を停止する。
【００４６】
図６は、図１に示すレーザ加工装置１００が有するカメラ２３によって取り込まれた開口部１９ａの像４０の例を示す図である。開口部１９ａに対する像４０の倍率は、カメラ２３の撮像レンズの焦点距離と集光レンズ１７の焦点距離との比率によって決定される。倍率は、開口部１９ａのサイズに倍率が掛け合わされて決定される像４０のサイズが撮像範囲に入るように設定される。
【００４７】
画像処理装置２５は、カメラ２３によって出力された画像信号を基に、像４０の中心位置Ｃ１のｘｙ座標を求める。図６に示すｘ軸は、図１に示すＸ軸に対応する軸とする。図６に示すｙ軸は、図１に示すＹ軸に対応する軸とする。画像処理装置２５は、撮像によって取得された画像信号に二値化処理を施してから、円近似、エッジ検出、またはHough変換といった画像処理を利用して、中心位置Ｃ１のｘｙ座標を算出する。なお、画像処理装置２５は、かかる手法以外の手法によって中心位置Ｃ１のｘｙ座標を算出しても良い。画像処理装置２５は、画像信号の処理によって、中心位置Ｃ１を示すｘｙ座標である画像データを出力する。撮像制御部３１は、画像処理装置２５から出力された画像データを取得する。
【００４８】
ステップＳ５において、レンズ駆動部１８は、集光レンズ１７を移動させる。レンズ駆動部１８は、集光制御部３２による制御にしたがってホルダ１６を移動させることにより、集光レンズ１７の焦点を被加工物２０に合わせる調整を行う。なお、ステップＳ５のときに、テーブル駆動部２２は、テーブル制御部３５による制御にしたがって、被加工物２０が載置されているテーブル２１を開口部１９ａのマイナスＺ方向側の位置に移動する。
【００４９】
ステップＳ６において、レーザ発振器１０は、調整用レーザ光を発振する。レーザ発振器１０は、レーザ発振制御部３４による制御にしたがって、調整用レーザ光を発振する。レーザ発振器１０によって発振された調整用レーザ光は、ファイバーケーブル１１を経て、加工ヘッド１４へ入射する。調整用レーザ光は、コリメータユニット１２を通過してから、ビームスプリッタ１５に入射する。ビームスプリッタ１５にて反射した調整用レーザ光は、集光レンズ１７を透過してから開口部１９ａを通過して、被加工物２０へ入射する。被加工物２０で反射した調整用レーザ光は、開口部１９ａを通過してから集光レンズ１７を透過して、ビームスプリッタ１５に入射する。ビームスプリッタ１５を透過した調整用レーザ光は、カメラ２３に到達する。
【００５０】
ステップＳ７において、カメラ２３は、被加工物２０における調整用レーザ光の照射領域を撮像する。カメラ２３は、被加工物２０で反射した調整用レーザ光を取り込んで、撮像制御部３１による制御にしたがって照射領域の像を撮像する。カメラ２３は、撮像によって得られた画像信号を出力する。カメラ２３による撮像の後に、レーザ発振器１０は、調整用レーザ光の発振を停止する。
【００５１】
図７は、図１に示すレーザ加工装置１００が有するカメラ２３によって取り込まれた照射領域の像４１の例を示す図である。図７では、図６に示す開口部１９ａの像４０に照射領域の像４１を重ね合わせて示している。画像処理装置２５は、カメラ２３によって出力された画像信号を基に、像４１の中心位置Ｃ２のｘｙ座標を求める。画像処理装置２５は、中心位置Ｃ１のｘｙ座標と同様の手法によって、中心位置Ｃ２のｘｙ座標を算出する。画像処理装置２５は、画像信号の処理によって、中心位置Ｃ２を示すｘｙ座標である画像データを出力する。撮像制御部３１は、画像処理装置２５から出力された画像データを取得する。
【００５２】
Ｚ軸方向におけるテーブル２１の位置は、カメラ２３による撮像によって観察される照射領域が開口部１９ａからできるだけ近くなるように調整されても良い。Ｚ軸方向において、被加工物２０のうち調整用レーザ光が照射する面の高さは、開口部１９ａの高さに合わせられても良い。これにより、レーザ加工装置１００は、開口部１９ａにできるだけ近い位置における調整用レーザ光の中心位置を観察可能とし、ノズル１９におけるレーザ光の位置の高精度な調整を行うことができる。撮像される照射領域の形状は、円である場合に限られず、楕円であっても良い。カメラ２３は、Ｚ軸方向において焦点とはずれた位置における照射領域の像を撮像しても良い。
【００５３】
ステップＳ８において、撮像制御部３１は、開口部１９ａの中心位置からの調整用レーザ光の照射領域の中心位置のずれ量を算出する。撮像制御部３１は、画像処理装置２５から取得された画像データに基づいて、中心位置Ｃ１と中心位置Ｃ２との間の距離を算出する。撮像制御部３１は、算出された距離を上記の倍率によって除算することにより、中心位置同士の間のずれ量を算出する。
【００５４】
ステップＳ９において、撮像制御部３１は、ステップＳ８にて算出されたずれ量があらかじめ設定された閾値未満であるか否かを判断する。算出されたずれ量が閾値未満である場合（ステップＳ９，Ｙｅｓ）、調整制御部３３は、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれが解消されていると判断する。これにより、レーザ加工装置１００は、図５に示す動作による調整を終了する。
【００５５】
算出されたずれ量が閾値以上である場合（ステップＳ９，Ｎｏ）、調整制御部３３は、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれが解消されていないと判断する。ステップＳ１０において、調整制御部３３は、コリメータユニット１２の移動量を算出する。調整制御部３３は、ステップＳ９にて算出されたずれ量を相殺可能とする移動量を算出する。図７に示すように、中心位置Ｃ１に対して中心位置Ｃ２がマイナスｘ方向およびマイナスｙ方向にずれていた場合、調整制御部３３は、ずれ量に相当する距離分、プラスＸ方向とプラスＹ方向とへコリメータユニット１２を移動させる移動量を算出する。
【００５６】
ステップＳ１１において、レンズ駆動部１３は、調整制御部３３による制御にしたがって、コリメータユニット１２を移動する。レンズ駆動部１３は、ステップＳ１０にて算出された移動量の分、コリメータユニット１２を移動する。このようにして、レンズ駆動部１３は、開口部１９ａの像と照射領域の像との撮像によって得られた画像データを基に、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれを補正するための調整を行う。
【００５７】
ステップＳ１１の手順を終えると、レーザ加工装置１００は、ステップＳ１からの手順を繰り返す。ステップＳ１からステップＳ１１までの手順の後において、レーザ加工装置１００は、ステップＳ１からステップＳ４までの手順を省略しても良い。レーザ加工装置１００は、ステップＳ８では、既に撮像された開口部１９ａの像４０を利用してずれ量を算出しても良い。
【００５８】
レーザ加工装置１００は、ステップＳ９でのずれ量と閾値との比較により、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれが解消されたか否かを判断する。これにより、ユーザの主観によらずレーザ加工装置１００の処理により、開口部１９ａの中心にレーザ光の中心がどの程度近くなれば調整を終了しても良いか否かの判断が可能となる。
【００５９】
なお、レーザ加工装置１００は、図５に示す各ステップの順序を適宜入れ換えても良いものとする。例を挙げると、レーザ加工装置１００は、調整用レーザ光の照射領域の像４１を撮像した後に、開口部１９ａの像４０を撮像しても良い。
【００６０】
実施の形態１では、加工ヘッド１４の光軸上に、集光レンズ１７と、コリメータユニット１２と、カメラ２３とが配置されていることにより、カメラ２３は、常に一定の位置における開口部１９ａの像４０を取得することができる。レーザ加工装置１００は、光路への挿入と光路からの退避とが可能とされた光学素子の使用によって、レーザ光による加工が行われるときの光路とは異なる光路が形成される場合に比べて、ノズル１９におけるレーザ光の位置の高精度な調整を容易に行うことができる。
【００６１】
レーザ加工装置１００は、コリメータユニット１２の位置調整によってノズル１９におけるレーザ光の位置を調整可能としたことで、レーザ光の位置の調整のための光学素子が別途設けられる場合と比較して、レーザ光のビームモードへの影響を少なくすることができる。また、レーザ加工装置１００は、ノズル１９の中心からのレーザ光の中心が大幅にずれている場合であっても、かかるずれをコリメータユニット１２の位置調整によって容易に補正することができる。
【００６２】
実施の形態１によると、レーザ加工装置１００は、第１の光路と第２の光路とが分岐する位置にビームスプリッタ１５が設けられていることで、集光レンズ１７と、コリメータユニット１２と、カメラ２３とを同じ光軸上に配置可能とする。レーザ加工装置１００は、常に一定の位置における開口部１９ａの像４０を取得することができることで、ノズル１９におけるレーザ光の位置の高精度な調整を容易に行うことができる。レーザ加工装置１００は、レーザ光の位置の調整を自動で行うことにより、作業者の経験に関わらず高精度な調整を行うことができるとともに、作業者の試行錯誤によらずに高精度な調整を容易に行うことができる。これにより、レーザ加工装置１００は、ノズル１９におけるレーザ光の位置の高精度な調整が可能となるという効果を奏する。
【００６３】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかるレーザ加工装置１０１の構成を示す図である。実施の形態２にかかるレーザ加工装置１０１は、実施の形態１にかかる調整用レーザ光に代えて、加工用レーザ光を使用して、レーザ光の位置を調整可能とする。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
【００６４】
実施の形態２にかかるレーザ加工装置１０１には、実施の形態１にかかるレーザ加工装置１００が有する各部に加えて、切り換え部６０が設けられている。切り換え部６０は、レーザ光の位置の調整において使用されるレーザ光を、加工用レーザ光である第１のレーザ光と調整用レーザ光である第２のレーザ光とに切り換える。調整に使用される加工用レーザ光には、レーザ加工装置１０１での加工に使用される加工用レーザ光の強度範囲の中で低強度のレーザ光が使用される。低強度のレーザ光とは、レーザエネルギーによる加工が容易とされるアクリルといった材料を加工可能な強度のレーザ光とする。実施の形態２では、レーザ光の位置の調整において、アクリルといった材料からなる被加工物２０が使用される。
【００６５】
次に、レーザ加工装置１０１の動作について説明する。図９は、図８に示すレーザ加工装置１０１による動作の手順を示すフローチャートである。図９には、レーザ加工装置１０１がノズル１９におけるレーザ光の位置を調整するときにおける動作の手順を示している。
【００６６】
ステップＳ２１において、レーザ加工装置１０１は、調整において使用するレーザ光を、調整用レーザ光と加工用レーザ光の２つから選択する。レーザ光は、ユーザによる切り換え部６０への操作に基づいて選択される。図９では、ステップＳ２１において加工用レーザ光が選択された場合の動作を説明する。なお、ステップＳ２１において加工用レーザ光が選択された場合の動作は、実施の形態１の場合の動作と同様である。
【００６７】
ステップＳ２２において、レンズ駆動部１８は、集光レンズ１７を移動させる。レンズ駆動部１８は、集光制御部３２による制御にしたがってホルダ１６を移動させることにより、集光レンズ１７の焦点を開口部１９ａの位置に合わせる調整を行う。ステップＳ２３において、照明部２４は、照明光を出射する。ステップＳ２４において、カメラ２３は、開口部１９ａを撮像する。画像処理装置２５は、開口部１９ａの像の中心位置を示すｘｙ座標を求める。
【００６８】
ステップＳ２５において、レーザ発振制御部３４は、レーザ光の発振条件を設定する。レーザ発振制御部３４は、ステップＳ２１にて加工用レーザ光が選択されたことにしたがって、発振されるレーザ光が上記の低強度のレーザ光となるように、発振条件を設定する。ステップＳ２６において、レンズ駆動部１８は、集光レンズ１７を移動させる。テーブル駆動部２２は、テーブル２１を移動させる。レンズ駆動部１８は、集光制御部３２による制御にしたがってホルダ１６を移動させることにより、集光レンズ１７の焦点を被加工物２０に合わせる調整を行う。
【００６９】
ステップＳ２７において、レーザ発振器１０は、加工用レーザ光を発振する。レーザ発振器１０は、レーザ発振制御部３４は、ステップＳ２５において設定された発振条件にしたがって、レーザ発振器１０を制御する。被加工物２０は、加工用レーザ光が照射されることにより加工される。被加工物２０に加工が施されると、レーザ発振器１０は、レーザ発振制御部３４による制御にしたがって、加工用レーザ光の発振を停止する。
【００７０】
ステップＳ２８において、カメラ２３は、被加工物２０に形成された加工領域を撮像する。加工領域には、照明部２４から出射されている照明光が照射している。カメラ２３は、被加工物２０で反射した照明光を取り込んで、加工領域の像を撮像する。このように、ステップＳ２７では、カメラ２３は、被加工物２０へ加工用レーザ光が入射しているときにおける加工用レーザ光の照射領域に相当する加工領域を撮像する。画像処理装置２５は、カメラ２３によって出力された画像信号を基に、加工領域の像の中心位置を示すｘｙ座標を求める。
【００７１】
ステップＳ２９において、撮像制御部３１は、開口部１９ａの中心位置からの加工領域の中心位置のずれ量を算出する。ステップＳ３０において、撮像制御部３１は、ステップＳ２９にて算出されたずれ量があらかじめ設定された閾値未満であるか否かを判断する。算出されたずれ量が閾値未満である場合（ステップＳ３０，Ｙｅｓ）、調整制御部３３は、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれが解消されていると判断する。これにより、レーザ加工装置１００は、図９に示す動作による調整を終了する。
【００７２】
算出されたずれ量が閾値以上である場合（ステップＳ３０，Ｎｏ）、調整制御部３３は、開口部１９ａの中心とレーザ光の中心とのずれが解消されていないと判断する。調整制御部３３は、コリメータユニット１２の移動量を算出する。ステップＳ３１において、調整制御部３３は、ステップＳ２９にて算出されたずれ量を相殺可能とする移動量を算出する。
【００７３】
ステップＳ３２において、レンズ駆動部１３は、調整制御部３３による制御にしたがって、コリメータユニット１２を移動する。レンズ駆動部１３は、ステップＳ３１にて算出された移動量の分、コリメータユニット１２を移動する。ステップＳ３２の手順を終えると、レーザ加工装置１０１は、ステップＳ２１からの手順を繰り返す。ステップＳ２１からステップＳ３２までの手順の後において、レーザ加工装置１０１は、ステップＳ２１からステップＳ２５までの手順を省略しても良い。レーザ加工装置１０１は、ステップＳ２９では、既に撮像された開口部１９ａの像を利用してずれ量を算出しても良い。
【００７４】
実施の形態２においても、レーザ加工装置１０１は、実施の形態１と同様に、ノズル１９におけるレーザ光の位置の高精度な調整が可能となるという効果を奏する。なお、レーザ加工装置１０１は、切り換え部６０が省略された構成であっても良い。レーザ加工装置１０１は、レーザ光の位置の調整において、加工用レーザ光のみを使用可能とするものであっても良い。
【００７５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  レーザ発振器、１１  ファイバーケーブル、１１ａ  出射端、１２  コリメータユニット、１３，１８  レンズ駆動部、１４  加工ヘッド、１４ａ  端部、１５  ビームスプリッタ、１６  ホルダ、１７  集光レンズ、１９  ノズル、１９ａ  開口部、２０  被加工物、２１  テーブル、２２  テーブル駆動部、２３  カメラ、２４  照明部、２５  画像処理装置、２６  制御装置、３１  撮像制御部、３２  集光制御部、３３  調整制御部、３４  レーザ発振制御部、３５  テーブル制御部、４０，４１  像、５１  処理回路、５３  プロセッサ、５４  メモリ、６０  切り換え部、１００，１０１  レーザ加工装置。
【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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【図８】
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【図９】
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