(57)【要約】【課題】加工ノズルが良好であるか否かを的確に検査することができるレーザ加工機における加工ノズル検査装置を提供する。【解決手段】撮像ユニット３０は、レーザ加工機１００が備える加工ヘッド２８の先端に装着された加工ノズル２９におけるレーザ光の射出面を、射出面に形成された穴よりレーザ光を射出した状態で撮像する。画像処理装置４０は、撮像ユニット３０が射出面を撮像した撮像画像に基づいて、穴を示す画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出する。画像処理装置４０は、ばらつきを示す値を画像領域の面積に比例する値で除算し、穴の形状を評価するための評価値を算出する。画像処理装置４０は、評価値に基づいて加工ノズル２９が良好であるか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工機が備える加工ヘッドの先端に装着された加工ノズルにおけるレーザ光の射出面を、前記射出面に形成された第１の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像する撮像ユニットと、
前記撮像ユニットが前記射出面を撮像した撮像画像に基づいて、前記第１の穴を示す第１の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、前記ばらつきを示す値を前記第１の画像領域の面積に比例する値で除算し、前記第１の穴の形状を評価するための第１の評価値を算出して、前記第１の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定する画像処理装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項２】
前記撮像ユニットは、前記射出面を照明するライトを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項３】
前記撮像ユニットは、前記加工ノズルと前記ライトとの間に配置され、前記第１の穴より射出したレーザ光の一部を透過させ、残りのレーザ光を反射させる半透過ミラーを備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項４】
前記撮像ユニットは、前記加工ノズルと前記ライトとの間に配置され、レーザ光の少なくとも一部を可視光に変換するスクリーンを備えることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項５】
前記撮像ユニットは、前記スクリーンによって変換された可視光を透過させ、可視光に変換されなかったレーザ光を反射させる可視光透過反射ミラーを備えることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項６】
前記加工ノズルは、前記射出面を有するアウターノズルの内部に、レーザ光を射出する第２の穴を有するインナーノズルが装着されたダブルノズルであり、
前記撮像ユニットは、前記インナーノズルを、前記第２の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像し、
前記画像処理装置は、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像した撮像画像に基づいて、前記第２の穴を示す第２の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、前記ばらつきを示す値を前記第２の画像領域の面積に比例する値で除算し、前記第２の穴の形状を評価するための第２の評価値を算出して、前記第２の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項７】
前記撮像ユニットが前記射出面を撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を第１の距離とし、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を前記第１の距離より長い第２の距離とすることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項８】
前記撮像ユニットは、前記アウターノズルを照明するための光源と、前記インナーノズルを照明するための光源とを個別に有するライトを備えることを特徴とする請求項６または７に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査装置。
【請求項９】
撮像ユニットによって、レーザ加工機が備える加工ヘッドの先端に装着された加工ノズルにおけるレーザ光の射出面を、前記射出面に形成された第１の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像し、
前記撮像ユニットが前記射出面を撮像した撮像画像に基づいて、前記第１の穴を示す第１の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、
前記ばらつきを示す値を前記第１の画像領域の面積に比例する値で除算して、前記第１の穴の形状を評価するための第１の評価値を算出し、
前記第１の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定する
ことを特徴とするレーザ加工機における加工ノズル検査方法。
【請求項１０】
前記撮像ユニットは可視光カメラを備え、前記撮像ユニットは、レーザ光の少なくとも一部を可視光に変換したレーザ光のスポットを撮像することを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査方法。
【請求項１１】
前記加工ノズルは、前記射出面を有するアウターノズルの内部に、レーザ光を射出する第２の穴を有するインナーノズルが装着されたダブルノズルであり、
前記撮像ユニットは、前記インナーノズルを、前記第２の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像し、
前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像した撮像画像に基づいて、前記第２の穴を示す第２の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、
前記ばらつきを示す値を前記第２の画像領域の面積に比例する値で除算して、前記第２の穴の形状を評価するための第２の評価値を算出し、
前記第２の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査方法。
【請求項１２】
前記撮像ユニットが前記射出面を撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を第１の距離とし、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を前記第１の距離より長い第２の距離とすることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査方法。
【請求項１３】
前記撮像ユニットが前記射出面を撮像するときには、前記アウターノズルを照明するための第１の光源より射出された光で前記アウターノズルを照明し、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像するときには、前記第１の光源よりも前記加工ノズルから離れた位置にある第２の光源より射出された光で前記インナーノズルを照明することを特徴とする請求項１１または１２に記載のレーザ加工機における加工ノズル検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機の加工ヘッドの先端に装着されている加工ノズルが良好であるか否かを検査するレーザ加工機における加工ノズル検査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の材料を切断または溶接するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機は、加工ヘッドの先端に装着されている加工ノズルから射出されるレーザ光を板材に照射する。材料を良好に加工するには、加工ノズルの先端に設けられている円形の穴の中央にレーザ光を位置させるよう調整することが必要である。
【０００３】
レーザ加工機によって材料を加工すると、材料の加工中に発生するスパッタが加工ノズルに当たり、加工ノズルが変形することがある。すると、加工ノズル先端の真円の穴が変形し、加工を繰り返すことによって穴が劣化する。劣化した穴の中央にレーザ光を位置させるよう調整することは困難である。穴が劣化した加工ノズルを用いると、本来であれば穴の中央に位置されるべきレーザ光が中央に位置していないことから、加工不良を招きやすい。
【０００４】
そこで、加工ノズルが良好であるか否かを検査することが必要となる。特許文献１には、加工ノズルを光学的に検査する加工ノズル検査装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている加工ノズル検査装置よりもさらに的確に加工ノズルが良好であるか否かを検査することができる加工ノズル検査装置が求められる。本発明は、加工ノズルが良好であるか否かを的確に検査することができるレーザ加工機における加工ノズル検査装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、レーザ加工機が備える加工ヘッドの先端に装着された加工ノズルにおけるレーザ光の射出面を、前記射出面に形成された第１の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像する撮像ユニットと、前記撮像ユニットが前記射出面を撮像した撮像画像に基づいて、前記第１の穴を示す第１の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、前記ばらつきを示す値を前記第１の画像領域の面積に比例する値で除算し、前記第１の穴の形状を評価するための第１の評価値を算出して、前記第１の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定する画像処理装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機における加工ノズル検査装置を提供する。
【０００８】
上記の加工ノズル検査装置において、撮像ユニットは、前記射出面を照明するライトを備えることが好ましい。前記撮像ユニットは、前記加工ノズルと前記ライトとの間に配置され、前記第１の穴より射出したレーザ光の一部を透過させ、残りのレーザ光を反射させる半透過ミラーを備えることが好ましい。
【０００９】
上記の加工ノズル検査装置において、前記撮像ユニットは、前記加工ノズルと前記ライトとの間に配置され、レーザ光の少なくとも一部を可視光に変換するスクリーンを備えてもよい。前記撮像ユニットは、前記スクリーンによって変換された可視光を透過させ、可視光に変換されなかったレーザ光を反射させる可視光透過反射ミラーを備えることが好ましい。
【００１０】
上記の加工ノズル検査装置において、前記加工ノズルは、前記射出面を有するアウターノズルの内部に、レーザ光を射出する第２の穴を有するインナーノズルが装着されたダブルノズルであり、上記の加工ノズル検査装置はダブルノズルを検査してもよい。
【００１１】
このとき、前記撮像ユニットは、前記インナーノズルを、前記第２の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像し、前記画像処理装置は、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像した撮像画像に基づいて、前記第２の穴を示す第２の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、前記ばらつきを示す値を前記第２の画像領域の面積に比例する値で除算し、前記第２の穴の形状を評価するための第２の評価値を算出して、前記第２の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定することが好ましい。
【００１２】
上記の加工ノズル検査装置がダブルノズルを検査するとき、前記撮像ユニットが前記射出面を撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を第１の距離とし、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を前記第１の距離より長い第２の距離とすることが好ましい。
【００１３】
ダブルノズルを検査する上記の加工ノズル検査装置において、前記撮像ユニットは、前記アウターノズルを照明するための光源と、前記インナーノズルを照明するための光源とを個別に有するライトを備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、撮像ユニットによって、レーザ加工機が備える加工ヘッドの先端に装着された加工ノズルにおけるレーザ光の射出面を、前記射出面に形成された第１の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像し、前記撮像ユニットが前記射出面を撮像した撮像画像に基づいて、前記第１の穴を示す第１の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、前記ばらつきを示す値を前記第１の画像領域の面積に比例する値で除算して、前記第１の穴の形状を評価するための第１の評価値を算出し、前記第１の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定することを特徴とするレーザ加工機における加工ノズル検査方法を提供する。
【００１５】
上記の加工ノズル検査方法において、前記撮像ユニットは可視光カメラを備え、前記撮像ユニットは、レーザ光の少なくとも一部を可視光に変換したレーザ光のスポットを撮像することが好ましい。
【００１６】
前記加工ノズルは、前記射出面を有するアウターノズルの内部に、レーザ光を射出する第２の穴を有するインナーノズルが装着されたダブルノズルであり、上記の加工ノズル検査方法はダブルノズルを検査してもよい。
【００１７】
このとき、前記撮像ユニットは、前記インナーノズルを、前記第２の穴よりレーザ光を射出した状態で撮像し、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像した撮像画像に基づいて、前記第２の穴を示す第２の画像領域の複数の位置における半径または直径のばらつきを示す値を算出し、前記ばらつきを示す値を前記第２の画像領域の面積に比例する値で除算して、前記第２の穴の形状を評価するための第２の評価値を算出し、前記第２の評価値に基づいて前記加工ノズルが良好であるか否かを判定することが好ましい。
【００１８】
上記の加工ノズル検査方法によってダブルノズルを検査するとき、前記撮像ユニットが前記射出面を撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を第１の距離とし、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像するときには、前記射出面から前記撮像ユニットまでの距離を前記第１の距離より長い第２の距離とすることが好ましい。
【００１９】
上記の加工ノズル検査方法によってダブルノズルを検査するとき、前記撮像ユニットが前記射出面を撮像するときには、前記アウターノズルを照明するための第１の光源より射出された光で前記アウターノズルを照明し、前記撮像ユニットが前記インナーノズルを撮像するときには、前記第１の光源よりも前記加工ノズルから離れた位置にある第２の光源より射出された光で前記インナーノズルを照明することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の加工ノズル検査装置及び方法によれば、加工ノズルが良好であるか否かを的確に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態の加工ノズル検査装置を備えるレーザ加工機の構成例を示す図である。
【図２】図１中のレーザ発振器１１の構成例を示す図である。
【図３】シングルノズルと称されている加工ノズルを示す断面図である。
【図４】ダブルノズルと称されている加工ノズルを示す断面図である。
【図５】一実施形態の加工ノズル検査装置の一部を構成する撮像ユニットを示す斜視図である。
【図６】撮像ユニットが有するリングライトの概略的な構成を示す断面図及び平面図である。
【図７】加工ノズルの下面を撮像した撮像画像の一例を示す模式図である。
【図８】一実施形態の加工ノズル検査装置の一部を構成する画像処理装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図９】加工ノズルの穴が良好であるときと良好でないときとで、穴の複数の位置で半径を計測する場合の例を示す図である。
【図１０】複数の加工ノズルを選択して、穴の半径の標準偏差と、標準偏差を半径で除算した値と、標準偏差を穴の面積で除算した値を調べた結果を示す図である。
【図１１】撮像ユニットがインナーノズルの穴を撮像するときの加工ノズルと撮像ユニットとの位置関係を示す斜視図である。
【図１２】加工ノズル検査装置がアウターノズル及びアウターノズルの双方を検査するとき、撮像ユニットが有するリングライトの好ましい構成を示す断面図及び平面図である。
【図１３】２つの撮像ユニットによってレーザ光の位置または径を検査する場合の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、一実施形態の加工ノズル検査装置及び方法について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、一実施形態の加工ノズル検査装置を備えるレーザ加工機の構成例を説明する。ここでは、レーザ加工機が金属の材料を切断加工する加工機である場合を例とする。
【００２３】
図１において、レーザ加工機１００は、レーザ光ＬＢを生成して射出するレーザ発振器１１と、レーザ加工ユニット１５と、レーザ光ＬＢをレーザ加工ユニット１５へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。レーザ加工機１００は、レーザ発振器１１より射出されたレーザ光ＬＢによって、金属の材料（被加工材）の一例である板材Ｗ１を切断加工する。
【００２４】
レーザ発振器１１は、例えばファイバレーザ発振器である。レーザ発振器１１は、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）等の他のレーザ発振器であってもよい。プロセスファイバ１２は、レーザ加工ユニット１５に配置されたＸ軸及びＹ軸のケーブルダクト（図示せず）に沿って装着されている。
【００２５】
レーザ加工ユニット１５は、板材Ｗ１を載せる加工テーブル２１と、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在である門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在であるＹ軸キャリッジ２３とを有する。また、レーザ加工ユニット１５は、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット２４を有する。
【００２６】
コリメータユニット２４は、プロセスファイバ１２の出力端から射出されたレーザ光ＬＢを平行光化して略平行光束とするコリメートレンズ２５と、略平行光束に変換されたレーザ光ＬＢをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー２６とを有する。また、コリメータユニット２４は、ベンドミラー２６で反射したレーザ光ＬＢを集光させる集光レンズ２７と、加工ヘッド２８とを有する。
【００２７】
集光レンズ２７は、図示していないアクチュエータまたはモータ等の移動機構によって、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動自在に構成されている。焦点位置を補正するために、集光レンズ２７がＺ軸方向に移動自在に構成されていてもよい。焦点位置を補正するために、コリメートレンズ２５がＸ軸方向に移動するように構成されていてもよい。
【００２８】
加工ヘッド２８の先端には、加工ノズル２９が装着されている。加工ノズル２９は、加工ヘッド２８に対して着脱自在である。一例として、加工ヘッド２８の先端の内周面には雌ねじが形成され、加工ノズル２９の外周面には雄ねじが形成され、加工ノズル２９が加工ヘッド２８の先端にねじ止めされている。
【００２９】
コリメートレンズ２５、ベンドミラー２６、集光レンズ２７、加工ヘッド２８は、予め光軸が調整された状態でコリメータユニット２４内に固定されている。
【００３０】
コリメータユニット２４は、Ｙ軸方向に移動自在のＹ軸キャリッジ２３に固定され、Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸方向に移動自在のＸ軸キャリッジ２２に設けられている。よって、レーザ加工ユニット１５は、加工ヘッド２８から射出されるレーザ光ＬＢを板材Ｗ１に照射する位置を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。
【００３１】
以上の構成によって、レーザ加工機１００は、レーザ発振器１１より射出されたレーザ光ＬＢをプロセスファイバ１２によってレーザ加工ユニット１５へと伝送させ、板材Ｗ１に照射して板材Ｗ１を切断加工することができる。
【００３２】
なお、板材Ｗ１を切断加工するとき、板材Ｗ１には溶融物を除去するためのアシストガスが噴射される。図１では、アシストガスを噴射する構成については図示を省略している。
【００３３】
図２は、レーザ発振器１１をファイバレーザ発振器１１Ｆで構成した場合の概略的な構成を示している。図２において、複数のレーザダイオード１１０はそれぞれ波長λのレーザを射出する。励起コンバイナ１１１は、複数のレーザダイオード１１０より射出されたレーザを空間ビーム結合させる。
【００３４】
励起コンバイナ１１１より射出されたレーザは、２つのファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１１２，１１４間のＹｂドープファイバ１１３に入射される。Ｙｂドープファイバ１１３とは、コアに希土類のＹｂ（イッテルビウム）元素が添加されたファイバである。
【００３５】
Ｙｂドープファイバ１１３に入射されたレーザは、ＦＢＧ１１２，１１４間で往復を繰り返し、ＦＢＧ１１４からは、波長λとは異なる概ね１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍの波長λ’（１μｍ帯）のレーザが射出される。ＦＢＧ１１４から射出されたレーザは、フィーディングファイバ１１５及びビームカップラ１１６を介してプロセスファイバ１２に入射される。ビームカップラ１１６は、レンズ１１６１，１１６２を有する。
【００３６】
なお、プロセスファイバ１２は１本の光ファイバで構成されており、板材Ｗ１に照射されるまで、プロセスファイバ１２で伝送されるレーザが他のレーザと合成されることはない。
【００３７】
図１に戻り、レーザ加工機１００には、加工テーブル２１の端部に隣接して、撮像ユニット３０が設けられている。撮像ユニット３０は、一実施形態の加工ノズル検査装置の一部を構成する。撮像ユニット３０は、加工ノズル２９を自動的に交換するノズルチェンジャに設けられていてもよいし、ノズルチェンジャとは独立して設けられていてもよい。
【００３８】
加工ノズル２９が良好であるか否かを検査する際、ＮＣ装置５０は、Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３を移動させて、加工ヘッド２８を撮像ユニット３０上に位置させる。ＮＣ装置５０は、レーザ光ＬＢを射出するようレーザ発振器１１を制御する。ＮＣ装置５０は、撮像ユニット３０を制御することがある。
【００３９】
撮像ユニット３０は、レーザ光ＬＢを射出する加工ノズル２９を下面より撮像する。加工ノズル２９の下面を撮像した画像信号Ｓ３０は、画像処理装置４０に供給される。画像処理装置４０は、一実施形態の加工ノズル検査装置の一部を構成する。画像処理装置４０は入力された画像信号Ｓ３０に基づいて、加工ノズル２９が良好であるか否かを判定する。
【００４０】
画像処理装置４０は、加工ノズル２９が良好であるか否かを示す判定信号Ｓ４０をＮＣ装置５０に供給する。判定信号Ｓ４０の詳細は後述する。ＮＣ装置５０は、判定信号Ｓ４０に基づいて、モニタ６０に判定結果を表示することができる。画像処理装置４０が、加工ノズル２９が不良であると判定したとき、ＮＣ装置５０がモニタ６０に加工ノズル２９が不良である旨を示す警告情報を表示することができる。
【００４１】
次に、加工ノズル２９の具体的な形状を説明する。加工ノズル２９は、シングルノズルと称されている図３に示す加工ノズル２９ｓであってもよいし、ダブルノズルと称されている図４に示す加工ノズル２９ｗであってもよい。
【００４２】
図３に示すように、加工ノズル２９ｓの下面２９２には、レーザ光ＬＢを射出する真円の穴２９１が形成されている。下面２９２は、レーザ光ＬＢを射出する射出面である。レーザ光ＬＢは、穴２９１より外部へと射出される。レーザ光ＬＢは、穴２９１の中心を通って射出されることが好ましい。
【００４３】
図４に示すように、加工ノズル２９ｗは、アウターノズル２９ｗ１と、アウターノズル２９ｗ１の内部に装着されたインナーノズル２９ｗ２とを有する。図４では図示されていないが、アウターノズル２９ｗ１の内周面とインナーノズル２９ｗ２の外周面との間には、部分的に、アシストガスを板材Ｗ１へと噴射するための空隙が形成されている。
【００４４】
アウターノズル２９ｗ１の下面２９２には、レーザ光ＬＢを射出する真円の穴２９１が形成されている。インナーノズル２９ｗ２の下面２９４には、レーザ光ＬＢを射出する真円の穴２９３が形成されている。レーザ光ＬＢは、穴２９３より射出し、穴２９１より外部へと射出される。レーザ光ＬＢは、穴２９１及び２９３双方の中心を通って射出されることが好ましい。
【００４５】
図５を用いて、撮像ユニット３０の具体的な構成例を説明する。撮像ユニット３０は、半透過ミラー３１と、スクリーン３２と、リングライト３３と、可視光透過反射ミラー３４と、ビームダンパ３５と、カメラ３６とを有する。ビームダンパ３５は側板３７に固定されており、カメラ３６は側板３７に連結されている。半透過ミラー３１と、スクリーン３２と、リングライト３３と、可視光透過反射ミラー３４は、所定の位置決め機構によって位置決めされて固定されている。
【００４６】
カメラ３６は可視光を撮像する一般的な可視光カメラでよい。カメラ３６は、内部に、ＣＣＤまたはＣＭＯＳよりなる撮像素子と、複数のレンズを含む。カメラ３６は、焦点位置を調整可能であってもよい。
【００４７】
図５は、カメラ３６の視野の中央に加工ノズル２９が位置した状態を示している。撮像ユニット３０の位置は固定であるから、ＮＣ装置５０は、加工ノズル２９がカメラ３６の視野の中央に位置するよう、予め登録した座標位置に加工ヘッド２８を移動させればよい。
【００４８】
加工ノズル２９の穴２９１より射出したレーザ光ＬＢは、半透過ミラー３１によって一部が透過して、スクリーン３２に入射する。半透過ミラー３１は、残りのレーザ光ＬＢを反射させる。スクリーン３２は、レーザ光ＬＢを可視光に変換する。なお、スクリーン３２はレーザ光ＬＢの一部を可視光に変換するため、スクリーン３２からは可視光及び変換されなかったレーザ光ＬＢが射出される。スクリーン３２がレーザ光ＬＢを可視光に変換することによって、レーザ光ＬＢをカメラ３６で撮像することができる。
【００４９】
一例として、株式会社住田光学ガラスのナノ結晶含有ガラス（YAGLASS-T）をスクリーン３２として用いることができる。
【００５０】
カメラ３６として、可視光及び近赤外光に感度を有して、可視光及び近赤外光双方の画像を撮像することができるカメラを用いれば、レーザ光ＬＢを可視光に変換するスクリーン３２を設ける必要はない。レーザ光ＬＢを可視光に変換するスクリーン３２の代わりに、スクリーン３２として例えば石英ガラス板を用いてもよいし、スクリーン３２を削除してもよい。
【００５１】
また、可視光カメラの代わりに、カメラ３６を、近赤外光を撮像する近赤外光カメラとしてもよい。この場合も、レーザ光ＬＢを可視光に変換するスクリーン３２を設ける必要はない。
【００５２】
半透過ミラー３１は、レーザ光ＬＢの強度がスクリーン３２の耐光強度以下となるようレーザ光ＬＢを減衰させるために配置されている。半透過ミラー３１の上面でレーザ光ＬＢを９５％程度反射させるとよい。半透過ミラー３１は、加工ノズル２９とリングライト３３との間のクリアランスを保つ働きも有する。
【００５３】
半透過ミラー３１以外でレーザ光ＬＢを減衰させてもよく、任意の減衰部材を用いてもよい。半透過ミラー３１にレーザ光ＬＢを可視光に変換する作用を持たせ、スクリーン３２を削除してもよい。レーザ光ＬＢを安定的に低出力で射出させる場合には、半透過ミラー３１を省略してもよい。
【００５４】
加工ノズル２９の先端からリングライト３３までの距離は５ｍｍ以内とすることが好ましい。このようにすると、スクリーン３２によって可視光に変換されたレーザ光ＬＢと、加工ノズル２９の下面２９２との双方を焦点のずれが少なく良好に撮像することができる。
【００５５】
半透過ミラー３１で反射したレーザ光ＬＢがレーザ発振器１１へと戻らないように、半透過ミラー３１を傾けてもよい。但し、半透過ミラー３１を大きく傾けると、加工ノズル２９の先端からリングライト３３までの距離を５ｍｍ以内とすることができない。そこで、半透過ミラー３１の面をレーザ光ＬＢの進行方向に対して直交させるか、１０度以内の角度で傾斜させるのがよい。
【００５６】
レーザ光ＬＢが１００Ｗ程度の強度であれば、半透過ミラー３１の面をレーザ光ＬＢの進行方向に対して直交させても構わない。半透過ミラー３１を曲面として、半透過ミラー３１で反射したレーザ光ＬＢを拡散させるようにしてもよい。
【００５７】
図６（ａ）の断面図及び図６（ｂ）の平面図に示すように、リングライト３３は、周方向に並べられた複数の発光ダイオード等の光源３３１を有する。リングライト３３の上面には円形の開口３３２が形成されており、下面には開口３３２よりも小さい円形の開口３３４が形成されている。リングライト３３の内部には、傾斜面３３３が形成されている。
【００５８】
それぞれの光源３３１は円の中心方向に光を射出する。リングライト３３は、開口３３２を介して、光源３３１からの直接光及び傾斜面３３３での反射光を加工ノズル２９の下面に照射して加工ノズル２９の下面を照明する。このように、リングライト３３は、加工ノズル２９の下面２９２に光を斜め方向から照射するように構成されている。
【００５９】
リングライト３３は、加工ノズル２９の下面を照明するライトの一例である。加工ノズル２９の下面を照明しなくても加工ノズル２９の下面を良好に撮像できる場合には、ライトを省略してもよい。但し、ライトを設ける方がよい。
【００６０】
スクリーン３２によって変換された可視光及び変換されなかったレーザ光ＬＢは、リングライト３３の下面に形成された開口３３４より射出し、可視光透過反射ミラー３４に入射する。可視光透過反射ミラー３４は可視光を透過させ、レーザ光ＬＢの進行方向が９０度折れ曲がるようにレーザ光ＬＢを反射させる。
【００６１】
可視光透過反射ミラー３４で反射したレーザ光ＬＢは、ビームダンパ３５に入射する。ビームダンパ３５は入射したレーザ光ＬＢを熱に変換してレーザ光ＬＢを吸収する。可視光透過反射ミラー３４でレーザ光ＬＢを反射させることによって、レーザ光ＬＢがカメラ３６に入射することを防ぐことができる。カメラ３６には、スクリーン３２によって可視光に変換されたレーザ光ＬＢのみが入射する。
【００６２】
以上のようにして、撮像ユニット３０は、加工ノズル２９の下面２９２と、穴２９１より射出する可視光に変換されたレーザ光ＬＢのスポットを撮像する。
【００６３】
図５では、カメラ３６をレーザ光ＬＢの進行方向と平行に配置しているが、カメラ３６をレーザ光ＬＢの進行方向と直交するように配置してもよい。この場合、可視光透過反射ミラー３４を透過した可視光の進行方向をミラーで９０度曲げて、カメラ３６に入射するよう構成すればよい。
【００６４】
図７は、カメラ３６が加工ノズル２９の下面２９２を撮像した撮像画像３６ｉの一例を模式的に示している。図７において、円形の画像領域２９１ｉは穴２９１を示し、画像領域２９２ｉは下面２９２を示している。画像領域２９５ｉは、板材Ｗ１の加工中に発生するスパッタが下面２９２に付着することによって下面２９２に形成された凸状の変形領域を示している。画像領域２９６ｉは、板材Ｗ１の加工中に発生するスパッタが下面２９２に当たることによって下面２９２に形成された凹状の変形領域を示している。下面２９２に、凸状の変形領域または凹状の変形領域の一方のみが形成されることもある。
【００６５】
図７に示すように、下面２９２は画像領域２９５ｉ及び２９６ｉで示される変形領域を除き比較的暗く表示されている。画像領域２９１ｉの周囲の白い円２９７ｉは、下面２９２の穴２９１側の端部を示している。画像領域２９１ｉのほぼ中心にレーザ光ＬＢのスポットを示すスポット画像Ｓｐｉが位置している。なお、レーザ光ＬＢのスポットの位置は、穴２９１の中心からずれることがあるため、スポット画像Ｓｐｉは画像領域２９１ｉの中心に位置しないことがある。
【００６６】
上記のように、リングライト３３からの光を加工ノズル２９の下面２９２に斜め方向から当てると、下面２９２は比較的暗くなって全体的に暗い画像領域２９２ｉが表示され、画像領域２９１ｉの周囲に白い円２９７ｉが表示されやすくなる。加工ノズル２９の下面２９２に光を直交する方向から当てると、下面２９２が全体的に明るくなって、画像領域２９１ｉの周囲の白い円２９７ｉが判別しにくくなる。よって、加工ノズル２９の下面２９２に光を斜め方向から当てるのがよい。
【００６７】
図７に示すような撮像画像３６ｉを示す画像信号Ｓ３０は、画像処理装置４０に供給される。図８に示すように、画像処理装置４０は、画像信号Ｓ３０をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４１と、評価値算出部４２と、判定部４３とを有する。画像処理装置４０を、パーソナルコンピュータまたはマイクロプロセッサで構成してもよい。撮像ユニット３０内にＡ／Ｄ変換器を設けて、撮像ユニット３０がデジタル画像信号を画像処理装置４０に供給してもよい。
【００６８】
評価値算出部４２は、図７に示すような撮像画像３６ｉに基づいて、加工ノズル２９の穴２９１の形状を評価するための評価値を算出する。図９（ａ）は穴２９１がほぼ真円で形状が良好である状態、図９（ｂ）は穴が変形して真円ではなくなり、形状が良好でない状態を概念的に示している。
【００６９】
評価値算出部４２は、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、撮像画像３６ｉの中心３６ｃから複数の位置で円形の画像領域２９１ｉの半径ｒ１〜ｒ８を計測する。カメラ３６の視野の中央に加工ノズル２９を位置させるので、中心３６ｃは機械的に画像領域２９１ｉのほぼ中央に位置する。図９（ａ）及び（ｂ）は、半径を８箇所で計測するよう図示しているが、計測箇所は８箇所に限定されず、任意の複数箇所で半径を計測すればよい。
【００７０】
評価値算出部４２は、８箇所で計測した半径のばらつきを示す値を算出する。評価値算出部４２は、直径のばらつきを示す値を算出してもよい。評価値算出部４２は、一例として、８箇所で計測した半径の標準偏差を求めればよい。評価値算出部４２は、画像領域２９１ｉの面積を算出する。評価値算出部４２は、半径ｒ１〜ｒ８の平均値に基づいて画像領域２９１ｉの面積を算出してもよいし、画像領域２９１ｉの画素数に基づいて画像領域２９１ｉの面積を算出してもよい。
【００７１】
評価値算出部４２は、半径のばらつきを示す値を面積で除算して、画像領域２９１ｉ（即ち、穴２９１）の評価値を算出する。半径のばらつきを示す値を画像領域２９１ｉの半径（半径ｒ１〜ｒ８の平均値）の２乗、直径の２乗、円周の２乗のいずれかで除算した値を評価値としてもよい。評価値算出部４２は、半径のばらつきを示す値を画像領域２９１ｉの面積に比例する値で除算して評価値を算出すればよい。
【００７２】
加工ノズル２９には複数の種類があり、それらは異なる径の穴２９１を有することがある。穴２９１の径が小さい加工ノズル２９における穴２９１の変形の許容度と、穴２９１の径が大きい加工ノズル２９における穴２９１の変形の許容度とは異なる。よって、半径または直径のばらつきを示す値を画像領域２９１ｉの面積に比例する値で除算した評価値を用いることによって、穴２９１の径にかかわらず加工ノズル２９が良好であるか否かを的確に判定することが可能となる。
【００７３】
図１０（ａ）は、加工ノズル２９における穴２９１の径が１．２ｍｍから７ｍｍの範囲で無作為に２２個の加工ノズル２９を選んだときの、画像領域２９１ｉの半径の標準偏差を示している。図１０（ａ）の横軸は加工ノズル２９に便宜上付した加工ノズル番号、縦軸は標準偏差である。標準偏差の単位はｍｍである。
【００７４】
×で示すノズル番号１〜１０，１２，１４の加工ノズル２９は複数回使用済みで、実際の切断加工で加工不良が発生した加工ノズル、●で示すノズル番号１１，１３，１５〜１８の加工ノズル２９は複数回使用済みで、実際の切断加工で良好であった加工ノズル、〇で示すノズル番号１９〜２２の加工ノズル２９は新品の加工ノズルである。
【００７５】
図１０（ａ）では、標準偏差の値が０．４ｍｍを超える加工ノズル２９は全て標準偏差の値を０．４ｍｍとしている。図１０（ａ）に示すように、×で示す加工不良が発生した加工ノズル２９も標準偏差が低い値を示すことが多く、加工ノズル２９の良否を判定することができない。
【００７６】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における縦軸を、標準偏差を半径で除算した標準偏差／半径に変更したものである。標準偏差／半径は単位なしである。図１０（ｂ）では、標準偏差／半径の値が１０を超える加工ノズル２９は全て標準偏差／半径の値を１０としている。図１０（ａ）よりも図１０（ｂ）の方が、加工不良が発生した加工ノズル２９と加工が良好であった加工ノズル２９とを区別しやすいが、両者の境界が曖昧である。
【００７７】
図１０（ｃ）は、図１０（ａ）における縦軸を、標準偏差を面積で除算した標準偏差／面積に変更したものである。標準偏差／面積の単位はｍｍ−１である。図１０（ｂ）と図１０（ｃ）との比較を容易にするため、縦軸の値を同じ値としている。図１０（ｃ）によれば、加工不良が発生した一部の加工ノズル２９が、加工が良好であった加工ノズル２９と同様の値を示すことがあるものの、加工不良が発生した加工ノズル２９と加工が良好であった加工ノズル２９とを区別しやすい。
【００７８】
図１０（ｃ）において、例えば縦軸の値５の位置に太実線で示す境界線を引いている。加工不良が発生した加工ノズル２９と加工が良好であった加工ノズル２９との境界が図１０（ｂ）よりも明確となり、両者の境界を認識しやすくなる。
【００７９】
図８に戻り、判定部４３には、図１０（ｃ）に示す境界線に相当する閾値が設定されており、判定部４３は評価値算出部４２で求めた評価値と閾値とを比較して、加工ノズル２９が良好であるか不良であるかを示す判定信号Ｓ４０を生成して出力する。前述のように、ＮＣ装置５０は、判定信号Ｓ４０に基づいて、モニタ６０に判定結果を表示することができる。
【００８０】
ＮＣ装置５０は、判定信号Ｓ４０が不良であることを示すとき、ノズルチェンジャを制御して、加工ノズル２９を自動的に交換するように構成してもよい。
【００８１】
ＮＣ装置５０は、板材Ｗ１の加工条件で設定している加工ノズル２９の穴２９１の径を示す情報を画像処理装置４０に供給してもよい。画像処理装置４０は、加工条件が示す穴２９１の径と撮像画像３６ｉに基づいて推定した穴２９１の径とが異なるとき、その旨を示す判定信号をＮＣ装置５０に供給してよい。ＮＣ装置５０は、モニタ６０に、加工ヘッド２８に装着されている加工ノズル２９が加工条件で設定されている加工ノズル２９と異なる旨を示す警告情報を表示してもよい。
【００８２】
評価値算出部４２は、他の算出方法によって算出した評価値を用いてもよい。評価値算出部４２は、半径のばらつきを示す値を画像領域２９１ｉの面積に比例する値で除算した値を評価値とする代わりに、次のようにして穴２９１の形状の良否を判定する評価値を算出してもよい。
【００８３】
評価値算出部４２は、形状が良好な穴２９１の形状データを標準形状データとして保持しておき、標準形状データと画像領域２９１ｉの形状データとをパターンマッチングさせ、両者の乖離の程度を平均二乗誤差によって求めて評価値としてもよい。形状データは、形状を特定するための複数の位置における複数点を示すデータでよい。
【００８４】
具体的には、比較する１つの位置における乖離の程度をδとし、比較する位置の数をｎとすると、評価値算出部４２は、δの二乗の総和を（ｎ−１）で除算して平方根を求めて、評価値とすることができる。平均二乗誤差ｍは式（１）で表され、乖離の程度をδは比較する位置をＸｎ及びＹｎとすると、式（２）で表される。式（１）におけるｉは１〜ｎである。式（２）におけるＸ０及びＹ０は、標準形状データの位置である。
【００８５】
【数１】
2017148814.tif 000003
【００８６】
【数２】
2017148814.tif 000004
【００８７】
パターンマッチングを用いて評価値を算出する方法では、穴２９１の形状が楕円等の真円以外の形状であっても、形状が良好であるか否かを判定することができる。
【００８８】
以上のようにして、加工ノズル２９が良好であることが判定されれば、穴２９１の中央にレーザ光ＬＢを位置させるよう調整すればよい。ＮＣ装置５０が撮像画像３６ｉをモニタ６０に表示して、オペレータがモニタ６０を見ながら手動で集光レンズ２７を移動させて、レーザ光ＬＢが穴２９１の中央に位置するように調整してもよい。ＮＣ装置５０が、画像領域２９１ｉの中心にスポット画像Ｓｐｉが位置するように自動的に調整してもよい。
【００８９】
画像処理装置４０は、スポット画像Ｓｐｉの大きさを評価してもよい。ＮＣ装置５０は、集光レンズ２７をＺ軸方向に移動させて、スポット画像Ｓｐｉが最も小さくなるようＺ軸方向の位置を調整し、レーザ光ＬＢの焦点位置を調整するように構成してもよい。
【００９０】
以上のように、本実施形態の加工ノズル検査装置は、加工ノズル２９の穴２９１が変形しているか否かを判定することによって、加工ノズル２９が良好であるか否かを検査する。加工ノズル２９がダブルノズルの加工ノズル２９ｗである場合には、本実施形態の加工ノズル検査装置は、インナーノズル２９ｗ２の穴２９３が変形しているか否かを判定することによって、加工ノズル２９が良好であるか否かを検査することも可能である。
【００９１】
加工ノズル２９が図４に示す加工ノズル２９ｗであるとき、加工ノズル検査装置は、加工ノズル２９の穴２９１及び２９３が変形しているか否かを判定して、加工ノズル２９が良好であるか否かを検査することが好ましい。
【００９２】
図１１は、撮像ユニット３０が、インナーノズル２９ｗ２の穴２９３を撮像するときの加工ノズル２９と撮像ユニット３０との位置関係を示している。撮像ユニット３０がインナーノズル２９ｗ２の穴２９３を撮像するときには、図１１に示すように、加工ノズル２９の先端からリングライト３３までの距離を図５の状態よりも長くし、５ｍｍを超える距離とするのがよい。
【００９３】
即ち、撮像ユニット３０が下面２９２を撮像するときには、下面２９２から撮像ユニット３０までの距離を比較的短い第１の距離とする。撮像ユニット３０がインナーノズル２９ｗ２を撮像するときには、下面２９２から撮像ユニット３０までの距離を第１の距離より長い第２の距離とする。
【００９４】
ＮＣ装置５０は、アウターノズル２９ｗ１の穴２９１を撮影するときには、加工ノズル２９をリングライト３３に近付けるよう加工ヘッド２８のＺ軸方向の位置を制御すればよい。ＮＣ装置５０は、インナーノズル２９ｗ２の穴２９３を撮像するときには、加工ノズル２９をリングライト３３からやや遠ざけるよう加工ヘッド２８のＺ軸方向の位置を制御すればよい。加工ノズル２９を上下動させる代わりに、撮像ユニット３０を上下動させてもよい。
【００９５】
加工ノズル検査装置がアウターノズル２９ｗ１及びインナーノズル２９ｗ２の双方を検査するとき、撮像ユニット３０は、アウターノズル２９ｗ１を照明するための光源と、インナーノズル２９ｗ２を照明するための光源とを個別に備えることが好ましい。
【００９６】
図１２は、アウターノズル２９ｗ１を照明するための光源と、インナーノズル２９ｗ２を照明するための光源とを個別に備えるリングライト３３の構成例を示している。図１２において、図６と同一部分には同一符号を付し、その説明を書略する。
【００９７】
図１２（ａ）の断面図及び図１２（ｂ）の平面図に示すように、リングライト３３は、開口３３２の近傍に周方向に並べられ、アウターノズル２９ｗ１を照明するための複数の光源３３１と、開口３３４の近傍に周方向に並べられ、インナーノズル２９ｗ２照明するための複数の光源３３５とを有する。光源３３５も例えば発光ダイオードである。光源３３５は、光源３３１よりも、加工ノズル２９から離れた方向で、加工ノズル２９の中心に近い位置に配置されている。
【００９８】
ＮＣ装置５０は、加工ノズル検査装置がアウターノズル２９ｗ１を検査するときには光源３３１を点灯させるよう制御し、インナーノズル２９ｗ２を検査するときには光源３３５を点灯させるよう制御する。
【００９９】
図１２に示すようなアウターノズル２９ｗ１用の光源３３１と、インナーノズル２９ｗ２用の光源３３５とを備えると、アウターノズル２９ｗ１の下面２９２とインナーノズル２９ｗ２の下面２９４とをそれぞれ的確に照明することができる。
【０１００】
画像処理装置４０は、上述した加工ノズル２９の穴２９１が変形しているか否かを判定するときと同様に、インナーノズル２９ｗ２の穴２９３が変形しているか否かを判定すればよい。判定部４３には、アウターノズル２９ｗ１の穴２９１用の閾値とは別にインナーノズル２９ｗ２の穴２９３用の閾値が設定されていてもよい。
【０１０１】
画像処理装置４０が加工ノズル２９（アウターノズル２９ｗ１）の穴２９１を検査するときに算出した評価値を第１の評価値、インナーノズル２９ｗ２の穴２９３を検査するときに算出した評価値を第２の評価値とする。画像処理装置４０は、第１及び第２の評価値に基づいて穴２９１及び２９３の形状が良好であるか否かを判定し、いずれか一方でも良好でなければ、加工ノズル２９は不良であると判定すればよい。
【０１０２】
図１２に示すように、２つのカメラ３６をレーザ光ＬＢの射出方向と直交するように、互いに異なる角度で配置して、射出されるレーザ光ＬＢの位置またはレーザ光ＬＢの径を検査するように構成することもできる。２つのカメラ３６は、レーザ光ＬＢを可視光に変換するスクリーン３２をスクリーン３２の側面方向から撮影する。画像処理装置４０またはＮＣ装置５０は、２つのカメラ３６による撮像画像に基づいて、レーザ光ＬＢの位置または径を検査すればよい。
【０１０３】
図１２において、加工ノズル２９の先端からレーザ光ＬＢのビームウエストまでの距離を計測し、焦点位置を求めてもよい。
【０１０４】
本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１１  レーザ発振器
２８  加工ヘッド
２９  加工ノズル
２９ｓ  加工ノズル（シングルノズル）
２９ｗ  加工ノズル（ダブルノズル）
２９ｗ１  アウターノズル
２９ｗ２  インナーノズル
３０  撮像ユニット
３１  半透過ミラー
３２  スクリーン
３３  リングライト（ライト）
３４  可視光透過反射ミラー
３５  ビームダンパ
３６  カメラ
４０  画像処理装置
５０  ＮＣ装置
６０  モニタ
２９１，２９３  穴
２９２  下面（射出面）
２９４  下面
１００  レーザ加工機
【図１】
2017148814.tif 000005
【図２】
2017148814.tif 000006
【図３】
2017148814.tif 000007
【図４】
2017148814.tif 000008
【図５】
2017148814.tif 000009
【図６】
2017148814.tif 000010
【図７】
2017148814.tif 000011
【図８】
2017148814.tif 000012
【図９】
2017148814.tif 000013
【図１０】
2017148814.tif 000014
【図１１】
2017148814.tif 000015
【図１２】
2017148814.tif 000016
【図１３】
2017148814.tif 000017