(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部と前記ワークの加工面上において前記レーザ光を走査するための走査手段とを含むレーザヘッドと、前記ワークを含む観察画像を取得するカメラを含み前記カメラの光軸が前記レーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、前記カメラの光軸と非同軸で前記ワークの前記加工面に対してガイド光を照射するガイド光照射部と、を備えたレーザ加工装置を制御する制御装置であって、
前記カメラによって取得された前記観察画像を用いて、前記レーザヘッドによる前記ワークの加工を制御する加工制御部と、
前記ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、前記ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび前記登録パターンに対応する対象基準位置と、前記登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で前記ガイド光照射部によって前記ガイド光が照射された前記ワークが存在するＸＹ平面上の基準座標と、を保存する記憶部と、
を備え、
前記加工制御部は、実際に加工対象となる前記ワークがセットされた状態で、前記登録パターンに関連付けされて前記記憶部に保存されたＸＹ平面上の前記基準座標から、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワーク上における前記登録パターンに対して関連付けされた前記基準座標に照射された前記ガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標への変化量に基づいて、前記ワークの高さ方向における位置ずれ量を算出し、前記高さ方向における位置ずれ量に基づいてＸＹ平面における加工位置を補正する、
制御装置。
【請求項２】
前記加工制御部は、算出された前記高さ方向における位置ずれ量に起因する位置ずれ基準点と前記登録パターンに対応する前記対象基準位置との差を考慮して、前記レーザ光による前記ワークの加工面上の３次元方向における加工位置を補正する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記加工制御部は、前記観察画像に含まれる前記ワーク上における前記登録パターンに対して関連付けされた前記基準座標に照射された前記ガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標の変化量に基づいて、ＸＹ平面方向を底辺、Ｚ方向と高さとする２つの直角三角形の相似関係を利用して、前記高さ方向における位置ずれ量を算出する、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記加工制御部は、前記高さ方向における位置ずれに起因する位置ずれ基準点と前記登録パターンに対応する前記対象基準位置との差を、基準高さおよび基準位置にある前記ワークに対する印字座標に付加する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記記憶部は、前記登録パターンに対応する前記対象基準位置に対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で、前記基準座標を保存する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記登録パターンに対応する前記対象基準位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワークの前記登録パターンの位置とに基づいて、前記レーザ光の照射方向に略垂直な平面方向における位置ずれを検出する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記加工制御部は、前記記憶部に保存された前記登録パターンに対応する前記対象基準位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワークの前記登録パターンの位置とに基づいて、前記ワークの前記レーザ光の光軸を中心とする回転方向における位置ずれを検出する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記記憶部には、前記ワークの形状の変化に応じて設定された登録パターンと複数の前記基準座標との組み合わせが保存される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記加工制御部は、前記ガイド光照射部から照射された丸、楕円、多角形のいずれか１つを含む特徴的なスポット光を形成するガイド光の位置を検出して、前記基準座標との比較を行う、
請求項１から８のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記対象基準位置は、前記カメラのカメラ座標の原点であって、前記レーザ光による加工座標系の原点である、
請求項１から９のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記ガイド光照射部は、前記ワークの前記加工面の方向に向かって前記ワークを含む範囲に対して前記ガイド光を多点照射する、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記記憶部は、前記ガイド光照射部によって多点照射された前記ガイド光のうち、前記ワークが前記基準位置および前記基準高さにある状態で、前記ワーク上に照射された前記ガイド光の位置を保存する、
請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記加工制御部は、前記記憶部に保存された多点照射された前記ガイド光の位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワーク上に多点照射された前記ガイド光の位置とを比較して、前記レーザ光による前記ワークの前記加工面上における前記加工位置を補正する、
請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記加工制御部は、前記記憶部に保存された多点照射された前記ガイド光の位置と、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワーク上に多点照射された前記ガイド光の位置とを比較して検出された前記ワークの傾斜に基づいて、前記ワークの前記加工面上における前記加工位置を補正する、
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記ワークは、高さが異なる複数の平面を含む形状、円環状の形状、あるいは円筒状の形状を有している、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の制御装置と、
前記レーザヘッドと、
前記観察光学系と、
前記ガイド光照射部と、
を備えたレーザ加工システム。
【請求項１７】
加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部と、前記ワークの加工面上において前記レーザ光を走査するための走査手段と、を含むレーザヘッドと、
前記ワークを含む観察画像を取得するカメラを含み、前記カメラの光軸が前記レーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、
前記カメラの光軸と非同軸で前記ワークの前記加工面に対して照射されるガイド光を照射するガイド光照射部と、
前記カメラによって取得された前記観察画像を用いて、前記レーザヘッドによる前記ワークの加工を制御する加工制御部と、
を備えたレーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、
前記ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、前記ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび前記登録パターンに対応する対象基準位置と、前記登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で前記ガイド光照射部によって前記ガイド光が照射された前記ワークが存在する位置の基準座標と、を記憶部に保存する保存ステップと、
実際に加工対象となる前記ワークがセットされた状態で、前記登録パターンに関連付けされて前記記憶部に保存されたＸＹ平面上の前記基準座標から、前記カメラによって取得された前記観察画像に含まれる前記ワーク上における前記登録パターンに対して関連付けされた前記基準座標に照射された前記ガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標への変化量に基づいて、前記ワークの高さ方向における位置ずれ量を算出し、前記高さ方向における位置ずれ量に基づいてＸＹ平面における加工位置を補正する補正ステップと、
を備えたレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの加工面に対してレーザを照射して、ワークの加工面の加工を行うレーザ加工装置を制御する制御装置およびこれを備えたレーザ加工システム、レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワークに対してレーザ光を照射して、ワークの加工面を加工するレーザ加工装置が用いられている。
このようなレーザ加工装置には、ワークの加工面にレーザ光を照射して、加工面に文字や図形等のマーキングを行うものや、穴開け、切断等の加工を行うもの等がある。
例えば、特許文献１には、ワークの表面に向けてポインタ光を出射する距離測定用ポインタ光出射器と、レーザビームの出射軸から分岐した受光軸を有し、ポインタ光が当たってワーク表面に生成された輝点を撮像する撮像部と、ワーキングディスタンスを導き出すための距離導出情報を記録したメモリと、該メモリの距離導出情報と撮像部が撮像した撮像画像の輝点の位置とに基づいてワーキングディスタンスを求めるワーキングディスタンス測定手段とを有するレーザ加工装置について開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、アタッチメントが、カメラ、レンズおよびミラーにより構成される観察光学系を収納し、加工レーザ光を走査するガルバノミラーを備えるレーザヘッドの底面に取り付けられており、加工面からの光は、ミラーにより反射され、レンズに入射し、レンズによりカメラの撮像素子において加工面の像を結像させるレーザ加工装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−３６８４１号公報（特許第６３０５２７０号公報）
【特許文献２】特開２０１５−４４２１２号公報（特許第６２９９１１１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、上記従来のレーザ加工装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記特許文献１に開示されたレーザ加工装置の構成では、距離測定用ポインタ光出射器から出射されるポインタ光がワークの中心位置に固定された状態で計測を行うため、ワークの形状、例えば、円環状のワークのように中心位置に開口部を有する形状の場合には、ワークとの距離を測定できないという課題がある。
【０００６】
また、特許文献２のレーザ加工装置についても同様に、焦点ポインタが、斜め方向から観察光学系のフォーカスが合う面における加工中心を通るように調整されているため、ガイド光が照射される部分にワーク面がないワークに対してレーザ加工を行う場合には、加工光学系のフォーカス位置（レーザ光の集光位置）を測定して加工高さを調整することができないという課題がある。
【０００７】
特に、特許文献２のレーザ加工装置では、焦点ポインタ（ガイドレーザ）の照射点をカメラによって撮影し、観察系焦点面と一致する（ジャストフォーカスの）加工面と比較することで加工面の高さを検出して加工制御を行っている。しかし、このような制御では、単に、高さ方向におけるワークの加工面の位置ずれを検出できたとしても、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いた３次元方向における加工面の位置ずれを正確に補正することは困難である。
【０００８】
すなわち、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いたレーザ加工制御では、観察画像において、実際の平面方向における位置ずれに加えて、高さ方向の位置ずれに起因する平面方向における位置ずれが含まれた状態で表示される。
そして、特許文献２の焦点ポインタ（ガイドレーザ）の照射点をカメラによって撮影し、観察系焦点面と一致する（ジャストフォーカスの）加工面と比較することで加工面の高さを検出する加工制御では、単に、加工面の高さ方向に位置ずれを検出するだけであるため、観察画像に含まれる高さ方向の位置ずれに起因する平面方向における位置ずれを考慮した加工制御を行うことはできないという課題がある。
【０００９】
本発明の課題は、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いたレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、３次元方向におけるレーザ加工位置を適切に補正することが可能な制御装置およびこれを備えたレーザ加工システム、レーザ加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係る制御装置は、加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部とワークの加工面上においてレーザ光を走査するための走査手段とを含むレーザヘッドと、ワークを含む観察画像を取得するカメラを含みカメラの光軸がレーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、カメラの光軸と非同軸でワークの加工面に対してガイド光を照射するガイド光照射部と、を備えたレーザ加工装置を制御する制御装置であって、加工制御部と、記憶部と、を備えている。加工制御部は、カメラによって取得された観察画像を用いて、レーザヘッドによるワークの加工を制御する。記憶部は、ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび登録パターンに対応する対象基準位置と、登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態でガイド光照射部によってガイド光が照射されたワークが存在するＸＹ平面上の基準座標と、を保存する。加工制御部は、実際に加工対象となるワークがセットされた状態で、登録パターンに関連付けされて記憶部に保存されたＸＹ平面上の基準座標から、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上における登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標への変化量に基づいて、ワークの高さ方向における位置ずれ量を算出し、高さ方向における位置ずれ量に基づいてＸＹ平面における加工位置を補正する。
【００１１】
ここでは、ワークの加工面に対して照射されるレーザ光を走査することで加工面の加工を行うレーザヘッドと、光軸がレーザ光の照射方向に対して斜めに配置されておりワークを含む観察画像を取得するカメラを有する観察光学系と、ワークの加工面に参考用のガイド光を照射するガイド光照射部とを備えたレーザ加工装置の制御を行う制御装置において、予め記憶部に保存された登録パターンに対応する対象基準位置と、登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で保存された基準座標と、を参照し、加工対象となるワークのレーザ光による加工面上における加工位置を補正する。
【００１２】
より詳細には、加工制御部が、実際に加工対象となるワークがセットされた状態で、登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされて記憶部に保存されたＸＹ平面上の基準座標から、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上における登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標へのＸ方向における変化量に基づいて算出されたワークの高さ方向における位置ずれ量に基づいてＸＹ平面における加工位置を補正する。
【００１３】
ここで、レーザヘッドから照射されるレーザ光による加工には、例えば、加工面に対する文字や数字、記号等の印字加工、穴開け加工、切削・切断加工等が含まれる。
ワークの基準位置とは、レーザ光の照射方向に略垂直な平面上における基準となる位置を意味している。また、ワークの基準高さとは、レーザ光の照射方向における基準となる位置を意味している。
【００１４】
ガイド光とは、例えば、レーザヘッドによって走査されるレーザ光と同軸で加工面に対して照射され加工時に参考にされる赤色の光であって、ワークの形状を考慮してワークの加工面上に照射される。なお、ガイド光は、例えば、カメラの光軸に対して交差するように照射されてもよいし、略平行に照射されてもよい。つまり、ガイド光は、カメラの光軸と非同軸の光軸に沿って照射されればよい。
【００１５】
登録パターンとは、例えば、ワークの形状を考慮して、様々な種類のワークごとの特徴的な形状の部分におけるワークの輪郭あるいはその一部等を意味している。そして、登録パターンに対応するワークの対象基準位置とは、例えば、ワークの特徴的な形状の部分に対して設定されるカメラのカメラ座標の原点、レーザ光による加工座標の原点を意味している。
【００１６】
基準座標とは、ワークが基準位置および基準高さにある状態で、例えば、登録パターンに直接的あるいは間接的に所定の位置関係になるように関連付けされて記憶部に保存されるＸＹ平面（加工面）上における座標であって、ガイド光が照射可能になるようにワークが存在する位置（加工面）に設定される。
ここで、ガイド光が照射される基準座標は、登録パターンから所定の位置関係になるように決められているため、実際のワークを撮影した観察画像中において平面方向における位置の変化だけであれば、当然、観察画像中のワークの登録パターンから所定の位置関係にある座標と一致するはずである。しかし、高さ方向における位置ずれが生じている場合には、カメラの光軸がレーザ光の光軸に対して斜めに配置されている構造上、高さ位置のずれが平面方向における位置ずれとなって観察画像中に現れる。
【００１７】
これにより、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いて加工位置の補正を行うレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合には、観察画像において、登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光が照射された加工面の座標と基準座標とのずれ量から高さ方向における位置ずれを検出することができる。さらに、ワークの特徴的な形状等を基準にした対象基準位置と記憶部に保存された対象基準位置とのずれ量に対して、高さ方向における位置ずれに起因する位置ずれ量を考慮することで、３次元方向における加工位置の補正を実施することができる。
【００１８】
特に、高さ方向における位置ずれを検出する基準座標が登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けして保存されているため、実際のワークが基準位置および基準高さから大きくずれた位置にある場合でも、実際のワークが存在する位置へガイド光を確実に照射することができる。
この結果、ワークの形状に関わらず、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いたレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合でも、３次元方向におけるレーザ加工位置を適切に補正することができる。
【００１９】
第２の発明に係る制御装置は、第１の発明に係る制御装置であって、加工制御部は、算出された高さ方向における位置ずれ量に起因する位置ずれ基準点と登録パターンに対応する対象基準位置との差を考慮して、レーザ光によるワークの加工面上の３次元方向における加工位置を補正する。
ここでは、算出された高さ方向における位置ずれ量に起因する位置ずれ基準点と登録パターンに対応する対象基準位置との差を用いて、レーザ加工位置の３次元方向における加工位置の補正を行う。
これにより、ワークの形状に関わらず、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いたレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合でも、３次元方向におけるレーザ加工位置を適切に補正することができる。
【００２０】
第３の発明に係る制御装置は、第２の発明に係る制御装置であって、加工制御部は、観察画像に含まれるワーク上における登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標の変化量に基づいて、ＸＹ平面方向を底辺、Ｚ方向と高さとする２つの直角三角形の相似関係を利用して、高さ方向における位置ずれ量を算出する。
【００２１】
ここでは、実際にセットされたワークの高さ方向における位置ずれ量を、観察画像に含まれるワーク上における登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標への変化量に基づいて、ＸＹ平面方向を底辺、Ｚ方向と高さとする２つの直角三角形の相似関係を利用して算出する。
これにより、観察画像を撮影するカメラの光軸に対して非同軸でガイド光を照射する構成において、ＸＹ平面上の座標の変化量という観察画像中に含まれる２次元情報を用いて、ワークの高さ方向における位置ずれ量を算出することができる。
【００２２】
第４の発明に係る制御装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、加工制御部は、高さ方向における位置ずれに起因する位置ずれ基準点と登録パターンに対応する対象基準位置との差を、基準高さおよび基準位置にあるワークに対する印字座標に付加する。
ここでは、高さ方向における位置ずれに起因する位置ずれ基準点と登録パターンに対応する対象基準位置との差を、高さ方向におけるワークの位置ずれに起因するＸＹ平面における位置ずれ量を含む補正量として印字座標に付加している。
これにより、観察画像から得られる２次元情報を用いて、ワークの高さ方向における位置ずれを考慮した３次元方向における加工位置の補正を行うことができる。
【００２３】
第５の発明に係る制御装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、記憶部は、登録パターンに対応する対象基準位置に対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で、基準座標を保存する。
【００２４】
ここでは、記憶部に保存される基準座標が、登録パターンに対応する対象基準位置に対して所定の位置関係になるように関連付けされている。すなわち、基準座標が、対象基準位置を介して登録パターンに間接的に関連付けされて保存されている。
これにより、上述したように、実際のワークが基準位置および基準高さから大きくずれた位置にある場合でも、実際のワークが存在する位置へ照射されたガイド光の座標と、登録パターンに対応する対象基準位置に対して所定の位置関係になるように関連付けされた基準座標とを比較して、高さ方向における位置ずれを検出することができる。
【００２５】
第６の発明に係る制御装置は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、記憶部に保存された登録パターンに対応する対象基準位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワークの登録パターンに対応する位置とに基づいて、レーザ光の照射方向に略垂直な平面方向における位置ずれを検出する。
これにより、ワークごとに特徴的な形状等を含む登録パターンの位置を基準として設定された対象基準位置と、加工対象となるワークの観察画像における登録パターンの位置を基準として求められる位置とを比較することで、レーザ光の照射方向に略垂直な平面（ＸＹ平面）におけるワークの位置ずれを検出して、加工位置を適切に補正することができる。
【００２６】
第７の発明に係る制御装置は、第１から第６の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、加工制御部は、記憶部に保存された登録パターンに対応する対象基準位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワークの位置とに基づいて、ワークのレーザ光の光軸を中心とする回転方向における位置ずれを検出する。
これにより、ワークごとに特徴的な形状等を含む登録パターンの位置を基準として設定された対象基準位置と、加工対象となるワークの観察画像における登録パターンの位置を基準として求められる対象基準位置の座標とを比較することで、レーザ光の光軸を中心とする回転方向におけるワークの位置ずれを検出して、加工位置を適切に補正することができる。
【００２７】
第８の発明に係る制御装置は、第１から第７の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、記憶部には、ワークの形状の変化に応じて設定された登録パターンと複数の基準座標との組み合わせが保存される。
これにより、ワークの加工面に対して斜め方向から観察画像を取得するカメラを用いてレーザ加工位置を補正する構成において、ワークの高さ方向における位置変動があって斜め上方から見たワークの形状が変化する場合でも、高さに応じて用意された登録パターンと複数の基準座標との組み合わせが保存されていることで、高さ変動に対応して適切なレーザ加工位置の補正を実施することができる。
【００２８】
第９の発明に係る制御装置は、第１から第８の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、加工制御部は、ガイド光照射部から照射された丸、楕円、多角形のいずれか１つを含む特徴的なスポット光を形成するガイド光の位置を検出して、基準座標との比較を行う。
これにより、カメラによって取得された観察画像において、特徴的な形状を持つガイド光のスポットを検索することで、ガイド光によって設定された基準座標の位置との比較を容易に実施することができる。
【００２９】
第１０の発明に係る制御装置は、第１から第９の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、対象基準位置は、カメラのカメラ座標の原点であって、レーザ光による加工座標系の原点である。
これにより、例えば、略円環状のワークの対象基準位置として、カメラ座標の原点およびレーザ光の加工座標系の原点を用いることで、略円環状のワークがない中心位置を対象基準位置として設定した場合でも、加工対象となるワークの位置ずれを容易に検出することができる。
【００３０】
第１１の発明に係る制御装置は、第１から第１０の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、ガイド光照射部は、ワークの加工面の方向に向かってワークを含む範囲に対してガイド光を多点照射する。
これにより、ガイド光照射部から多点照射されたガイド光のうち、ワークの加工面上に照射されたガイド光の位置を記憶させることで、レーザ光の照射方向に対して垂直な平面におけるワークの位置ずれを容易に検出することができる。
【００３１】
第１２の発明に係る制御装置は、第１１の発明に係る制御装置であって、記憶部は、ガイド光照射部によって多点照射されたガイド光のうち、ワークが基準位置および基準高さにある状態で、ワーク上に照射されたガイド光の位置を保存する。
これにより、ガイド光照射部によって多点照射されたガイド光のうち、ワークが基準位置および基準高さにある状態でワーク上に照射されたガイド光の位置を基準位置として保存することで、レーザ光の照射方向に対して垂直な平面におけるワークの位置ずれを検出することができる。
【００３２】
第１３の発明に係る制御装置は、第１２の発明に係る制御装置であって、加工制御部は、記憶部に保存された多点照射されたガイド光の位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上に多点照射されたガイド光の位置とを比較して、レーザ光によるワークの加工面上における加工位置を補正する。
これにより、記憶部に保存された多点照射されたガイド光の位置と、実際に加工対象となるワークの加工面上に多点照射されたガイド光の位置とを比較することで、レーザ光の照射方向に対して垂直な平面におけるワークの位置ずれを検出して、加工面上における加工位置を適切に補正することができる。
【００３３】
第１４の発明に係る制御装置は、第１１から第１３の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、加工制御部は、記憶部に保存された多点照射されたガイド光の位置と、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上に多点照射されたガイド光の位置とを比較して検出されたワークの傾斜に基づいて、ワークの加工面上における加工位置を補正する。
【００３４】
これにより、例えば、ワークの加工面上に多点照射されたガイド光の位置が、ワークが基準位置および基準高さにある場合と比較して変化したことを検出することで、ワークの加工面の傾きを検出することができる。
よって、加工面の傾きの量に応じて、ワークの加工面上における加工位置を適切に補正することができる。
【００３５】
第１５の発明に係る制御装置は、第１から第１４の発明のいずれか１つに係る制御装置であって、ワークは、高さが異なる複数の平面を含む形状、円環状の形状、あるいは円筒状の形状を有している。
これにより、ワークが、高さが異なる複数の平面を含む複雑な形状、円環状等の中心部分がない形状、あるいは円筒状の形状であっても、上述した対象基準位置と基準座標とを設定することで、ワークの加工面上における加工位置を適切に補正することができる。
【００３６】
第１６の発明に係るレーザ加工システムは、第１から第１５の発明のいずれか１つに係る制御装置と、レーザヘッドと、観察光学系と、ガイド光照射部と、を備えている。
これにより、上述した制御装置によってレーザ光の加工位置を補正する加工制御を実施することで、レーザ光に対して交差する方向から撮影されたカメラ画像を用いたレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合でも、３次元方向におけるレーザ加工位置を適切に補正することができる。
【００３７】
第１７の発明に係るレーザ加工方法は、加工対象となるワークを加工するためのレーザ光を照射する出射部と、ワークの加工面上においてレーザ光を走査するための走査手段と、を含むレーザヘッドと、ワークを含む観察画像を取得するカメラを含み、カメラの光軸がレーザ光の照射方向に対して交差するように配置された観察光学系と、カメラの光軸と非同軸でワークの加工面に対して照射されるガイド光を照射するガイド光照射部と、カメラによって取得された観察画像を用いて、レーザヘッドによるワークの加工を制御する加工制御部と、を備えたレーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、保存ステップと、補正ステップと、を備えている。保存ステップでは、ワークが基準位置および基準高さにある状態で設定される、ワークの一部の形状を含む登録パターンおよび登録パターンに対応する対象基準位置と、登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態でガイド光照射部によってガイド光が照射されたワークが存在する位置の基準座標と、を記憶部に保存する。補正ステップでは、実際に加工対象となるワークがセットされた状態で、登録パターンに関連付けされて記憶部に保存されたＸＹ平面上の基準座標から、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上における登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標への変化量に基づいて、ワークの高さ方向における位置ずれ量を算出し、高さ方向における位置ずれ量に基づいてＸＹ平面における加工位置を補正する。
【００３８】
ここでは、ワークの加工面に対して照射されるレーザ光を走査することで加工面の加工を行うレーザヘッドと、光軸がレーザ光の照射方向に対して斜めに配置されておりワークを含む観察画像を取得するカメラを有する観察光学系と、ワークの加工面に参考用のガイド光を照射するガイド光照射部とを備えたレーザ加工装置の制御を行う制御装置において、予め記憶部に保存された登録パターンに対応する対象基準位置と、登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で保存された基準座標と、を参照し、加工対象となるワークのレーザ光による加工面上における加工位置を補正する。
【００３９】
より詳細には、加工制御部が、実際に加工対象となるワークがセットされた状態で、登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けされて記憶部に保存されたＸＹ平面上の基準座標から、カメラによって取得された観察画像に含まれるワーク上における登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光の位置を示すＸＹ平面上の座標へのＸ方向における変化量に基づいて算出されたワークの高さ方向における位置ずれ量に基づいてＸＹ平面における加工位置を補正する。
【００４０】
ここで、レーザヘッドから照射されるレーザ光による加工には、例えば、加工面に対する文字や数字、記号等の印字加工、穴開け加工、切削・切断加工等が含まれる。
ワークの基準位置とは、レーザ光の照射方向に略垂直な平面上における基準となる位置を意味している。また、ワークの基準高さとは、レーザ光の照射方向における基準となる位置を意味している。
【００４１】
ガイド光とは、例えば、レーザヘッドによって走査されるレーザ光と同軸で加工面に対して照射され加工時に参考にされる赤色の光であって、ワークの形状を考慮してワークの加工面上に照射される。なお、ガイド光は、例えば、カメラの光軸に対して交差するように照射されてもよいし、略平行に照射されてもよい。つまり、ガイド光は、カメラの光軸と非同軸の光軸に沿って照射されればよい。
【００４２】
登録パターンとは、例えば、ワークの形状を考慮して、様々な種類のワークごとの特徴的な形状の部分におけるワークの輪郭あるいはその一部等を意味している。そして、登録パターンに対応するワークの対象基準位置とは、例えば、ワークの特徴的な形状の部分に対して設定されるカメラのカメラ座標の原点、レーザ光による加工座標の原点を意味している。
【００４３】
基準座標とは、ワークが基準位置および基準高さにある状態で、例えば、登録パターンに直接的あるいは間接的に所定の位置関係になるように関連付けされて記憶部に保存されるＸＹ平面（加工面）上における座標であって、ガイド光が照射可能になるようにワークが存在する位置（加工面）に設定される。
ここで、ガイド光が照射される基準座標は、登録パターンから所定の位置関係になるように決められているため、実際のワークを撮影した観察画像中において平面方向における位置の変化だけであれば、当然、観察画像中のワークの登録パターンから所定の位置関係にある座標と一致するはずである。しかし、高さ方向における位置ずれが生じている場合には、カメラの光軸がレーザ光の光軸に対して斜めに配置されている構造上、高さ位置のずれが平面方向における位置ずれとなって観察画像中に現れる。
【００４４】
これにより、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いて加工位置の補正を行うレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合には、観察画像において、登録パターンに対して関連付けされた基準座標に照射されたガイド光が照射された加工面の座標と基準座標とのずれ量から高さ方向における位置ずれを検出することができる。さらに、ワークの特徴的な形状等を基準にした対象基準位置と記憶部に保存された対象基準位置とのずれ量に対して、高さ方向における位置ずれに起因する位置ずれ量を考慮することで、３次元方向における加工位置の補正を実施することができる。
【００４５】
特に、高さ方向における位置ずれを検出する基準座標が登録パターンに対して所定の位置関係になるように関連付けして保存されているため、実際のワークが基準位置および基準高さから大きくずれた位置にある場合でも、実際のワークが存在する位置へガイド光を確実に照射することができる。
この結果、ワークの形状に関わらず、レーザ光に対して交差する方向から撮影された観察画像を用いたレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合でも、３次元方向におけるレーザ加工位置を適切に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置を備えたレーザ加工システムの構成を示す概略図。
【図２】図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの形状を示す斜視図。
【図３】図１のレーザ加工システムの制御ブロック図。
【図４】（ａ）は、図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの平面方向における位置ずれを示す概略図。（ｂ）は、図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの高さ方向における位置ずれを示す概略図。（ｃ）は、図１のレーザ加工システムによって加工されるワークの平面方向および高さ方向における位置ずれを示す図。
【図５】（ａ）は、図１に示す基準高さおよび基準位置にあるワークの加工面に対してレーザ加工を行った場合のレーザ加工位置を含む観察画像を示す図。（ｂ）は、図４（ｃ）に示す平面方向および高さ方向における位置ずれが生じたワークの加工面に対してレーザ加工を行った場合のレーザ加工位置を含む観察画像を示す図。
【図６】図１のレーザ加工システムにおいて、ワークの高さ方向および平面方向における位置ずれを検出するためにメモリに保存される基準高さおよび基準位置にあるワークの登録パターンと対象基準位置と基準座標とを含む観察画像を示す図。
【図７】図１のレーザ加工システムにおいて、登録パターン、対象基準位置および基準座標を用いた、ワークの高さ方向および平面方向における位置ずれを検出して補正するための処理について説明する図。
【図８】図７の平面方向における基準座標の位置ずれから、高さ方向における位置ずれを算出する処理について説明する図。
【図９】図１のレーザ加工システムのレーザヘッドにおけるレーザ出射位置におけるレーザの径を示す概略図。
【図１０】本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法の処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るレーザ加工システムにおいて使用されるガイド光の多点照射の基準位置を示す図。（ｂ）は、ワークの位置ずれが生じた際の多点照射の基準位置との差を示す図。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係るワークの形状（略円筒状のパイプ）を示す斜視図。
【図１３】図１２のパイプが位置ずれした状態でその外周面に対してレーザヘッドからレーザ光が照射される状態を示す模式図。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係るワークの形状（歯車）を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明の一実施形態に係る制御装置１０を備えたレーザ加工システム１について、図１〜図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、以下の説明において、高さ方向とは、レーザヘッド２０からワーク５０の加工面５０ｃに対してレーザ光が照射されるＺ方向（図１中の上下方向）、平面方向とは、レーザ光が照射される方向に略直交するＸＹ平面の方向（図１中の左右方向）を意味するものとする。
【００４８】
また、後述するワーク５０の高さ方向における位置ずれとは、図１に示すワーク５０の基準高さから高さ方向（Ｚ方向）においてワーク５０がオフセットされた位置にある状態を意味している。さらに、後述するワーク５０の平面方向における位置ずれとは、図１のワーク５０の基準位置から、レーザ光の照射方向に略直交する平面方向（ＸＹ方向）においてオフセットされた位置にある状態を意味している。
【００４９】
本実施形態のレーザ加工システム１は、図１に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃに対してレーザ光を照射して、文字等のレーザ加工を行うシステムであって、制御装置１０と、レーザヘッド２０と、観察光学系３０と、表示装置４０と、を備えている。
ここで、本実施形態においてレーザ加工の対象物として用いられるワーク５０は、図２に示すように、略円環状の形状を有している。なお、図１に示すワーク５０は、レーザ加工システム１において、基準高さおよび基準位置となる位置に配置された状態を示している。
【００５０】
具体的には、ワーク５０は、図２に示すように、略円環状の本体部５０ａと、本体部５０ａの中心に形成された開口部５０ｂと、本体部５０ａの端面に形成された平面部（加工面５０ｃ）とを有している。
そして、レーザ加工システム１は、本体部５０ａの中心部分に開口部５０ｂを有する略円環状のワーク５０の加工面５０ｃに対して、文字等の印字加工を実施する。
【００５１】
（１）制御装置１０
制御装置１０は、観察光学系３０に含まれるカメラ３１によって取得された観察画像およびガイド光照射部２２から照射されたガイド光の位置を用いてレーザヘッド２０によるレーザ光を用いた加工制御を行う装置であって、図３に示すように、加工制御部１１と、画像処理部１２と、記憶部１３とを備えている。
【００５２】
加工制御部１１は、図３に示すように、レーザヘッド２０に含まれるレーザ光出射部２１とガイド光照射部２２とガルバノスキャナ（走査手段）２４とに接続されており、レーザ光の照射、ガイド光の照射、レーザ光の加工位置の補正等の制御を行う。そして、加工制御部１１は、レーザ光出射部２１から照射されたレーザ光およびガイド光照射部２２から照射されたガイド光を、ワーク５０の加工面５０ｃにおける所望の加工位置に照射するように、ガルバノスキャナ２４を制御する。さらに、加工制御部１１は、後述するワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で加工面５０ｃ上に照射されたガイド光の位置として基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を設定（図６参照）し、記憶部１３に保存させる。
【００５３】
なお、ワーク５０の基準高さおよび基準位置からのずれに伴う、加工制御部１１による加工位置の補正制御については、後段にて詳述する。
画像処理部１２は、図３に示すように、観察光学系３０のカメラ３１に接続されており、カメラ３１にとって取得されたワーク５０の加工面を含む観察画像を受信して、ワーク５０の加工面５０ｃにおける加工位置を設定する等の各種画像処理を実施する。また、画像処理部１２は、表示装置４０に接続されており、カメラ３１から受信した観察画像を表示装置４０に送信する。さらに、画像処理部１２は、後述するワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で登録パターンＲＰとこれに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定（図６参照）し、記憶部１３に保存させる。さらに、画像処理部１２は、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）に対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で、ガイド光照射部２２によってガイド光が照射されたワーク５０が存在するＸＹ平面上の基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を、記憶部１３に保存させる。
【００５４】
記憶部１３は、図３に示すように、加工制御部１１および画像処理部１２に接続されており、加工制御部１１および画像処理部１２において作成・設定等された各種データを保存する。また、記憶部１３は、後述するワーク５０の基準高さおよび基準位置からのずれに伴う加工位置の補正制御に用いられる登録パターンＲＰ、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）（いずれも図６参照）を保存する。
【００５５】
より詳細には、記憶部１３は、ワーク５０の特徴的な形状部分を含む登録パターンＲＰと、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）と、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）に対して所定の位置関係になるように関連付けされた基準座標（Ｘ０，Ｙ０）と、を保存する。
本実施形態では、記憶部１３に予め保存される登録パターンＲＰとして、２つの略円弧状の部分（図６の破線四角の部分Ａ１内の太線参照）が登録されており、これに対応する対象基準位置として、２つの略円弧状の部分の中心位置（Ｐ０，Ｑ０）が設定されている。
【００５６】
対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）は、図６に示すように、登録パターンＲＰを含む破線の四角の中心からＹ軸のマイナス方向へ所定の距離だけ移動した座標として設定される。
基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）からＸ軸のプラス方向へ所定の距離だけ移動した座標として設定される。これにより、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）を介して、間接的に登録パターンＲＰに対して所定の位置関係になるように関連付けされる。
【００５７】
また、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）に対して直接的に、登録パターンＲＰに対して間接的に、所定の位置関係になるように、関連付けされている。この所定の位置関係とは、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）または登録パターンＲＰを基準にして、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）がワーク５０の加工面５０ｃ上に設定される位置関係を意味している。
【００５８】
これにより、後述する３次元方向における加工位置の補正制御（図７参照）において、ワーク５０が基準高さおよび基準位置から大きくずれて、レーザ加工システム１にセットされた場合でも、ワーク５０の特徴的な形状を含む登録パターンＲＰ（対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１））の位置を基準にして、基準座標（Ｘ１，Ｙ１）を確実にワーク５０が存在する位置（加工面５０ｃ上）へ設定することができる。
なお、本実施形態では、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）は、加工座標系の原点およびカメラ座標系の原点と一致するように設定されている。
【００５９】
（２）レーザヘッド２０
レーザヘッド２０は、ワーク５０の加工面５０ｃに対してレーザ光を照射して各種加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光出射部（出射部）２１と、ガイド光照射部２２と、ダイクロイックミラー２３と、ガルバノスキャナ（走査手段）２４と、を有している。
【００６０】
レーザ光出射部（出射部）２１は、レーザ光源、レンズ等を有しており、ワーク５０の加工面５０ｃにおいて焦点が合うように、レーザ光を照射する。
ガイド光照射部２２は、レーザ光出射部２１から照射されるレーザ光による加工を補助するために、加工面５０ｃ上におけるレーザ光の照射位置を示して位置調整するためのガイド光（補助光）を照射する。
【００６１】
なお、ガイド光照射部２２から照射されるガイド光には、例えば、視認可能な可視光（赤外線等）が用いられる。
また、本実施形態では、ガイド光照射部２２から照射されるガイド光は、ワーク５０の加工面５０ｃに照射されたスポットの形状が略円形になるように構成されている。
ダイクロイックミラー２３は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過させる光学素子であって、本実施形態では、図１に示すように、レーザ光出射部２１から照射されたレーザ光を透過させるとともに、ガイド光照射部２２から照射されたガイド光を反射して、レーザ光およびガイド光を同軸でガルバノスキャナ２４へと誘導する。
【００６２】
ガルバノスキャナ（走査手段）２４は、反射ミラーを有し、レーザ光を所望の位置へ走査させるためのステッピングモータであって、回転停止角度を正確に制御することで、レーザ光およびガイド光を加工面５０ｃにおける所望の位置へ照射させる。そして、ガルバノスキャナ２４は、制御装置１０の加工制御部１１によって制御され、レーザ光出射部２１から照射されたレーザ光およびガイド光照射部２２から照射されたガイド光を、同軸で、ワーク５０の加工面５０ｃ上において走査させる。
【００６３】
これにより、レーザヘッド２０は、ワーク５０の加工面５０ｃに対して、レーザ光によって所望の文字の印字加工等を実施するとともに、レーザ光による加工実施前に、レーザ光と同軸でガイド光をワーク５０の加工面５０ｃ上に照射することができる。
ここで、本実施形態では、レーザヘッド２０は、図１に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃに対して直上からレーザ光およびガイド光を照射するように配置されている。
【００６４】
すなわち、レーザヘッド２０から照射されるレーザ光およびガイド光の光軸ｏｐ１は、ワーク５０の加工面５０ｃに対して略垂直に配置されており、ガルバノスキャナ２４によって走査されることで、光軸ｏｐ１を加工面５０ｃに対して傾けながら加工面５０ｃの所望の位置へレーザ加工を行う。
なお、レーザ光およびガイド光の光軸ｏｐ１は、加工を行っていない状態では、加工座標系の原点を向くように設定されている。
【００６５】
（３）観察光学系３０
観察光学系３０は、レーザヘッド２０によってレーザ光が照射されるワーク５０の加工面５０ｃを含む観察画像を取得するカメラ３１と、ミラー３２とを有している。
カメラ３１は、図１に示すように、レーザヘッド２０の下面に取り付けられており、ミラー３２を介して、ワーク５０の加工面５０ｃを含む観察画像を取得して、制御装置１０へと送信する。
【００６６】
また、本実施形態では、カメラ３１は、図１に示すように、ミラー３２を介して加工面５０ｃに対して斜め方向から撮影した観察画像を取得する。すなわち、カメラ光軸ｏｐ２（カメラ３１に含まれるレンズの光軸）は、レーザ光およびガイド光の光軸ｏｐ１に対して角度φで交差するように、斜めに配置されている。
ミラー３２は、レーザヘッド２０の下面に取り付けられたカメラ３１の近傍に配置されており、カメラ３１のカメラ光軸ｏｐ２を、基準高さおよび基準位置にあるワーク５０の中心位置に設定する。
【００６７】
本実施形態のレーザ加工システム１では、以上のように、レーザヘッド２０から照射されるレーザ光の光軸ｏｐ１と、観察光学系３０のカメラ３１のカメラ光軸ｏｐ２とが、図１に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃにおいて互いに交差するように配置されている。
このため、例えば、後述する図４（ｃ）に示すように、カメラ光軸ｏｐ２に沿って、ワーク５０が高さ方向および平面方向の両方で位置ずれを生じさせた場合には、カメラ３１によって取得された観察画像上では、位置ずれが生じていないように見えてしまう。
【００６８】
この状態で、位置ずれなしと判定されたワーク５０に対してレーザヘッド２０がレーザを照射すると、実際には、図４（ｃ）中の左方向へワーク５０の平面位置が位置ずれしているために、所望の位置へレーザ加工を行うことができない。
そこで、本実施形態のレーザ加工システム１では、図４（ａ）に示す平面方向における位置ずれ、図４（ｂ）に示す高さ方向における位置ずれだけに対応するのではなく、図４（ｃ）に示す高さ方向および平面方向の両方向における位置ずれを考慮して、３次元方向におけるレーザ加工位置の補正を行う。
【００６９】
（４）表示装置４０
表示装置４０は、例えば、液晶表示パネル等の表示装置であって、レーザ加工システム１の各種設定を実施する際に設定値等を表示するとともに、観察光学系３０に含まれるカメラ３１によって取得されたワーク５０の加工面５０ｃを含む観察画像等を表示する。
【００７０】
＜高さ方向および平面方向における位置ずれに伴う加工位置の補正処理＞
本実施形態のレーザ加工システム１では、図１に示す基準高さおよび基準位置にワーク５０が配置された状態を基準として、例えば、レーザ加工システム１へ搬送されてきたワーク５０に、高さ方向および／または平面方向における位置ずれが生じた場合のずれ量を検出し、３次元方向における加工位置の補正を行う。
すなわち、レーザ加工システム１によって加工されるワーク５０は、図１に示す基準高さおよび基準位置に配置されたワーク５０の位置に対して、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、レーザ照射方向（光軸ｏｐ１方向）に略垂直な平面方向における位置ずれ（図４（ａ）参照）、レーザ照射方向（光軸ｏｐ１方向）における高さ方向における位置ずれ（図４（ｂ）参照）、両方向における位置ずれ（図４（ｃ）参照）が生じる可能性がある。
【００７１】
例えば、ワーク５０が基準高さおよび基準位置に配置されている場合には、観察画像は、図５（ａ）に示すように、加工座標系の原点を略円環状のワーク５０の中心位置に合わせた状態で、ワーク５０の加工面５０ｃ上に、「ＡＢＣＤＥ」等の文字情報が、加工座標系の原点から高さｈ１の位置に印字加工される。
一方、図４（ｃ）に示す基準高さからの位置ずれ（高さ方向における位置ずれ）、基準位置からの位置ずれ（平面方向における位置ずれ）があるワーク５０に対してそのままレーザヘッド２０によってレーザ光を照射して文字情報を印字すると、図５（ｂ）に示すように、カメラ３１の中心座標から加工座標系の原点が上方へずれてしまう。このため、原点から高さｈ１の位置に印字加工すると、「ＡＢＣＤＥ」の文字が上方へはみ出してしまう。
【００７２】
よって、平面方向および平面方向における位置ずれがあるワーク５０に対してレーザ加工を行う場合には、高さ方向および平面方向における位置ずれを検出して、レーザ加工位置を補正する必要がある。
本実施形態のレーザ加工システム１では、レーザ光の照射方向と光軸が交差するように（非同軸で）配置されたカメラ３１によって撮影された観察画像を用いて加工位置の補正を行う際に、ワーク５０の高さ方向および／または平面方向における位置ずれが生じている場合でもレーザ加工位置を適切に補正するために、以下のような処理を行う。
【００７３】
具体的には、ワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で、画像処理部１２が、図６に示すように、カメラ座標系の原点と加工座標系の原点とを合わせ込み、登録パターンＲＰと、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定する。さらに、上述したように、画像処理部１２は、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）に対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で、ガイド光照射部２２によってガイド光が照射されたワーク５０が存在するＸＹ平面上の基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を、記憶部１３に保存させる。
【００７４】
ここで、本実施形態においける登録パターンＲＰとして、図６に示すように、略円環状のワーク５０の上面視において特徴的な部分として、内径側の円弧状の輪郭と、外形側の円弧状の輪郭とが設定される。
そして、この２つの円弧状部分に設定された登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）として、図６に示すように、２つの円弧状の登録パターンＲＰの中心位置が設定される。なお、本実施形態では、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）は、カメラ３１のカメラ座標の原点であって、レーザ加工の加工座標系の原点である。
【００７５】
さらに、本実施形態のレーザ加工システム１では、ワーク５０が基準高さおよび基準位置にある状態で、ガイド光照射部２２から照射されたガイド光を走査して、ワーク５０が存在する任意の位置（加工面５０ｃ上）へ、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）を設定する。
基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、ガルバノスキャナ２４を制御して、ガイド光が照射されたワーク５０の加工面５０ｃ上に設定される。すなわち、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、観察画像中において、加工座標系の原点から離れた加工面５０ｃ上の位置に設定される。よって、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）に照射されたガイド光は、レーザヘッド２０の出射部分から所定の角度を持って斜めに加工面５０ｃ上へ照射されている。
【００７６】
そして、図６において設定された登録パターンＲＰおよび対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）と、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）とが、記憶部１３に保存される。
このとき、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、上述したように、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）に対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で、記憶部１３に保存される。
【００７７】
本実施形態のレーザ加工システム１では、記憶部１３に保存された登録パターンＲＰおよび対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）と、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）に対して所定の位置関係になるように関連付けして保存された基準座標（Ｘ０，Ｙ０）とを用いて、レーザ加工位置の補正を行う。
すなわち、例えば、レーザヘッド２０の直下にセットされたワーク５０に高さ方向および平面方向における位置ずれがある場合には、加工制御部１１は、ワーク５０の高さ方向における位置ずれ量を算出するために、観察画像を用いて、カメラ座標系において加工座標系のずれ量を算出する。その後、パターンマッチングを行い、ワーク５０の登録パターンの位置から対象基準位置の位置を求め、対象基準位置の基準位置からのずれを平面的な位置ずれとして印字位置情報に付加して位置補正を行う。
【００７８】
なお、観察画像を用いて行われるパターンマッチングでは、ワークの高さ位置ずれ量によっては登録パターンの見え方（形状）が若干変化するが、登録パターンの形状が完全に一致するか否かを判定するのではなく、ある程度の許容範囲を持つことを前提にして処理が行われることが好ましい。
より具体的には、まず、画像処理部１２において、加工座標系の原点（ＸＹ方向含む）とカメラ座標系の基準点（ＸＹ方向含む）とを合わせ込む。このとき、使用者は、表示装置４０の表示画面を見ながら、ガイド光によって表示される狙いの印字イメージが、ずれの無い状態で印字ができていることを確認する。
【００７９】
次に、ワーク５０が基準高さ・基準位置にある状態で、画像処理部１２が、図６に示す登録パターンＲＰ（破線内の２つの円弧状の部分）と、その登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定し、記憶部１３に保存させる。
なお、本実施形態では、上述したように、対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）は、２つの円弧状の部分の中心の位置であって、カメラ座標の原点でもあり、さらに加工座標系の原点でもある。
【００８０】
次に、ワーク５０が基準高さ・基準位置にある状態で、加工制御部１１が、ガイド光照射部２２およびガルバノスキャナ２４を制御して、ワーク５０のある部分（加工面５０ｃ）にガイド光を照射させて、図６に示すガイド光が照射された加工面５０ｃ上の座標を、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）として設定する。そして、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）は、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）に対して所定の位置関係になるように関連付けされた状態で、記憶部１３に保存される。
【００８１】
以上の処理により、記憶部１３には、ワーク５０の高さ方向および平面方向における位置ずれに応じた補正に用いられる登録パターンＲＰおよび対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）、基準座標（Ｘ０，Ｙ０）が保存される。
次に、実際に加工対象となるワーク５０が所定の加工位置にセットされると、画像処理部１２が、カメラ３１によって取得された観察画像を画像処理して、高さ方向および平面方向における位置ずれが無いかを確認する。
【００８２】
例えば、加工位置にセットされたワーク５０が、図４（ｂ）に示す高さ方向における位置ずれがある状態であると仮定すると、加工制御部１１は、図７に示す観察画像（図７の実線参照）を用いて、ワーク５０の高さ位置が変化したことによって、観察画像における基準座標（Ｘ０，Ｙ０）の位置がＸＹ平面上において移動しているか否かを検出する。
ここで、高さ方向および平面方向におけるワーク５０の位置ずれの有無は、ワーク５０が基準位置および基準高さにある状態で設定された基準座標（Ｘ０，Ｙ０）と対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを用いて定義される以下のＤｘ，Ｄｙ（図６参照）と、実際のワーク５０の観察画像においてガイド光が照射された基準座標（Ｘ２，Ｙ２）と対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）とを用いて定義される以下のＤｘ’，Ｄｙ’（図７参照）と、を比較して行われる。
【００８３】
Ｄｘ＝Ｘ０−Ｐ０
Ｄｙ＝Ｙ０−Ｑ０
Ｄｘ’＝Ｘ２−Ｐ１
Ｄｙ’＝Ｙ２−Ｑ１
実際にレーザ加工システム１にセットされたワーク５０に高さずれがない場合には、ＤｘとＤｘ’との比較、およびＤｙとＤｙ’との比較において、差がないはずである。
【００８４】
よって、ワーク５０の高さ方向における位置ずれの有無は、ＤｘとＤｘ’との比較、およびＤｙとＤｙ’との比較において、差があるか否かで判定される。
そして、高さ方向における位置ずれがあると判定された場合には、高さ方向における位置ずれ量Ｚが、Ｘ１およびＸ２を用いて算出される。
すなわち、仮に、ワーク５０の高さ方向における位置ずれがない場合には、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置に対して所定の位置関係になるように関連付けして保存された基準座標の位置は、ＸＹ平面方向においてのみ位置ずれが生じたワーク５０の登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）に対して所定の位置関係になる基準座標（Ｘ１，Ｙ１）の位置とほぼ一致するはずである。
【００８５】
しかし、ワーク５０が基準高さから高さ方向にずれた位置にセットされた場合には、レーザの光軸方向に交差する方向からカメラ３１によって撮影された観察画像では、高さずれがＸＹ平面におけるずれとして観察画像上に現れる。
よって、高さ方向においてワーク５０の位置ずれが生じている場合には、ガイド光が照射される位置は、基準座標（Ｘ１，Ｙ１）ではなく、（Ｘ１，Ｙ１）よりも右上に移動した基準座標（Ｘ２，Ｙ２）となる。
【００８６】
以下で、ワーク５０の加工面５０ｃの高さ方向（Ｚ方向）における位置ずれ量Ｚの算出方法について、図８を用いて説明する。
すなわち、ガイド光が照射されたワーク５０の加工面５０ｃにおける基準座標（Ｘ１，Ｙ１）は、ガイド光が走査手段（ガルバノスキャナ２４）によって加工面５０ｃに対して所定の角度で斜めに照射されていると仮定すると、図８に示すように、ワーク５０の加工面５０ｃの高さ位置が下がることによってＸ方向における座標がＸ１からＸ２へ移動する。
【００８７】
よって、高さ方向における位置ずれ量Ｚは、図８に示す高さＺ０、底辺Ｘ１の直角三角形と、高さ（Ｚ０＋Ｚ）、底辺Ｘ２の直角三角形の相似関係を利用することで、Ｘ１およびＸ２から算出される。
なお、直角三角形の底辺は、Ｘ方向に限らず、Ｙ方向における座標を用いてもよいし、ＸＹ平面における座標を用いてもよい。
【００８８】
具体的には、図８に示す高さＺ０、底辺Ｘ１の直角三角形と、高さ（Ｚ０＋Ｚ）、底辺Ｘ２の直角三角形との相似関係から、ワーク５０が基準高さにある状態で、ガイド光が照射された座標（Ｘ１，Ｙ１）、高さ方向における位置ずれ（下へ移動）がある状態でガイド光が照射された座標（Ｘ２，Ｙ２）のＸ１，Ｘ２を用いて、高さ方向における位置ずれ量Ｚは、以下の関係式（１）によって算出される。
【００８９】
Ｚ＝｛（Ｘ２−Ｘ１）／Ｘ１）｝・Ｚ０  ・・・・・（１）
次に、加工制御部１１は、高さ方向における位置ずれ量Ｚだけ加工面５０ｃの高さ位置がずれた位置にあるワーク５０に対して、カメラ光軸ｏｐ２とレーザ光の光軸ｏｐ１とのなす角φと、高さ方向における位置ずれ量Ｚを用いて、以下の関係式（２），（３）によって、図７に示す高さ方向において位置ずれした加工面５０ｃにおける加工座標系の原点（Ｐａ，Ｑａ）を、高さ方向における位置ずれ基準点として算出する。
【００９０】
Ｐａ＝Ｐ０  ・・・（２）
Ｑａ＝Ｑ０＋Ｚ・ｔａｎφ  ・・・（３）
次に、画像処理部１２は、高さ方向における位置ずれしたワーク５０の観察画像においてパターンマッチングを行い、図７に示す２つの円弧状の登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）を求める。
【００９１】
これにより、加工制御部１１が、加工座標系の原点の座標（Ｐａ，Ｑａ）と対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）との差を、基準高さおよび基準位置にあるワーク５０に対する印字座標に付加することで、高さ方向における位置ずれ量Ｚも考慮した３次元方向におけるレーザ加工位置の補正を実施することができる。
すなわち、本実施形態のレーザ加工システム１では、ＸＹ方向における２次元情報を持つ観察画像を用いて、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）に対して所定の位置関係になるように関連付けして保存されたガイド光の基準座標（Ｘ１，Ｙ１）を基準にして、実際の加工対象であるワーク５０の登録パターンＲＰに対して関連付けされた対象基準位置に照射された加工面５０ｃに照射されるガイド光の座標（Ｘ２，Ｙ２）を用いて、高さ方向における位置ずれ量Ｚを算出することができる。
【００９２】
そして、算出された高さ方向における位置ずれ量Ｚと、平面方向における対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）を用いて、高さ方向における位置ずれ基準点（Ｐａ，Ｑａ）を算出し、この高さ方向における位置ずれ基準点（Ｐａ，Ｑａ）と、位置ずれしたワーク５０の登録パターンＲＰから求められる対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）との差を考慮することで、観察画像上の平面（ＸＹ）方向におけるワーク５０の位置ずれに高さ方向における位置ずれを含めた３次元方向におけるレーザ加工位置の補正を行うことができる。
【００９３】
ここで、ガイド光が照射される基準座標は、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置に対して所定の位置関係、つまり、加工面５０ｃ上にガイド光が照射される位置関係になるように設定されている。このため、実際にセットされたワーク５０のＸＹ平面における位置ずれが大きい場合でも、ワーク５０の加工面５０ｃ上に照射され高さ方向における位置ずれを検出するためのるガイド光は、ワーク５０の外形の中心位置や円環形状の外側ではなく、ワーク５０の加工面５０ｃが存在する位置に確実に照射される。
【００９４】
この結果、ワーク５０がどのような形状であっても、その形状に関わらず、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、レーザ加工位置を適切に補正することができる。
また、本実施形態のレーザ加工システム１の構成では、図９に示すように、ガイド光照射部２２から照射されたガイド光は、ガルバノスキャナ２４によってワーク５０の加工面５０ｃ上に集光される。
【００９５】
このため、レーザヘッド２０の筐体下面から出射されるガイド光のビーム径ｒ１は、例えば、約７〜８ｍｍ程度となる。
これに対して、例えば、ワークの位置ずれを検出するための変位センサを設けた従来の構成では、変位センサからは、一般的に、ビーム径が約１ｍｍ程度の光が出射される。このため、変位センサの表面に、レーザ加工によって生じた粉塵等のゴミが付着すると、ワークの位置ずれを正確に検出することは困難であった。
【００９６】
本実施形態では、上述したように、レーザヘッド２０の筐体の下面から出射されるガイド光は、筐体表面部分ではレーザ径が約７〜８ｍｍあるため、レーザヘッド２０の下面に粉塵等が付着してもガイド光を用いたワーク５０の高さ方向および平面方向における位置ずれの検出に大きな影響を及ぼすことは無い。
この結果、汚れに強いレーザ加工システム１を提供することができる。
【００９７】
＜レーザ加工システム１によるレーザ加工方法＞
本実施形態のレーザ加工方法は、上述したレーザ加工システム１によって、図１０に示すフローチャートに従って実施される。
すなわち、ステップＳ１１では、制御装置１０の画像処理部１２が、加工座標系の原点とカメラ座標系の原点とを位置合わせした状態で、基準高さ・基準位置にセットされたワーク５０に対して、図６に示す登録パターンＲＰと対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）とを設定して、記憶部１３に保存させる。
【００９８】
次に、ステップＳ１２では、同じく、制御装置１０の画像処理部１２が、加工座標系の原点とカメラ座標系の原点とを位置合わせした状態で、基準高さ・基準位置にセットされたワーク５０の登録パターンＲＰに対応する対象基準位置と所定の位置関係Ａを関連付けした状態でガイド光の基準座標（Ｘ０，Ｙ０）（図６参照）を設定し、記憶部１３に保存させる。
【００９９】
次に、ステップＳ１３では、制御装置１０の加工制御部１１が、実際にセットされたワーク５０の登録パターンＲＰをサーチして、登録パターンＲＰに対応する対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）を算出する。
次に、ステップＳ１４では、制御装置１０の加工制御部１１が、対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）から位置関係Ａとなる、高さ方向におけるワーク５０の位置ずれがないと仮定した場合に、ガイド光が照射されるべき基準座標（Ｘ１，Ｙ１）を算出する。
【０１００】
次に、ステップＳ１５では、カメラ３１で撮影された観察画像中の実際のガイド光の照射位置（Ｘ２，Ｙ２）と基準座標（Ｘ１，Ｙ１）とを比較する。
次に、ステップＳ１６では、高さ方向における位置ずれの有無について判定を行う。具体的には、図６に示すＤｘおよびＤｙと、図７に示すＤｘ’およびＤｙ’とを比較して、両者に差がある場合には、高さ方向における位置ずれがあると判定し、差がない場合には、高さ方向における位置ずれがないと判定する。
【０１０１】
ここで、高さ方向における位置ずれがあると判定されると、高さ方向における位置ずれに起因するＸＹ平面方向における位置ずれの補正処理を行うために、ステップＳ１７へ進む。一方、高さ方向における位置ずれなしと判定されると、ステップＳ２０へ進み、平面方向における位置ずれの補正処理へ進む。
次に、ステップＳ１７では、ステップＳ１６において高さ方向における位置ずれありと判定されたため、制御装置１０の加工制御部１１が、高さ方向における位置ずれ量Ｚを算出する。
【０１０２】
具体的には、高さ方向における位置ずれ量Ｚは、上述したように、以下の関係式（１）に従って算出される（図８参照）。
Ｚ＝｛（Ｘ２−Ｘ１）／Ｘ１）｝・Ｚ０  ・・・・・（１）
次に、ステップＳ１８では、ずれた高さ位置における加工座標系の原点（基準点）として、（Ｐａ，Ｑａ）を算出する。
【０１０３】
次に、ステップＳ１９では、制御装置１０の画像処理部１２が、記憶部１３に保存された登録パターンＲＰの位置と、実際のワーク５０の登録パターンＲＰの位置とのマッチングを行い、対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）を導出する。
次に、ステップＳ２０では、制御装置１０の加工制御部１１が、実際のワーク５０の登録パターンＲＰの対象基準位置（Ｐ１，Ｑ１）と加工座標系の原点（Ｐａ，Ｑａ）とのＸＹ平面における位置ずれ量を算出する。
【０１０４】
次に、ステップＳ２１では、制御装置１０の加工制御部１１が、ステップＳ２０において算出された高さ方向における位置ずれ量を考慮した観察画像上の位置ずれ量を、レーザヘッド２０へ送信する。
次に、ステップＳ２２では、制御装置１０の加工制御部１１が、高さ方向における位置ずれ量を考慮した３次元方向における加工位置の補正を実施する。
【０１０５】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態では、ガイド光照射部２２から照射された１点のガイド光の位置を基準座標として用いて、ワーク５０の高さ方向における位置ずれを検出し、加工位置を補正する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０６】
例えば、図１１（ａ）に示すように、ガイド光照射部２２から一定の間隔で複数照射（多点照射）された複数のガイド光の位置を用いて、ワークの高さ方向および平面方向における位置ずれを検出し、加工位置の補正を行ってもよい。
具体的には、まず、図１１（ａ）に示すように、ガイド光照射部２２から、基準高さおよび基準位置にあるワークに対してガイド光をＸＹ方向の２次元に、順次、多点照射し、加工面において反射したガイド光のスポット位置のみを有効ポイント（図１１（ａ）中の塗りつぶされた丸参照）として、記憶部に保存させる。
【０１０７】
そして、レーザ加工対象としてのワークがセットされると、記憶部に保存されたガイド光のスポット位置に対応するガイド光のみを単点あるいは多点照射し、反射光が検出される点（図１１（ｂ）の塗りつぶされた丸参照）と、位置ずれにより反射光が非検出となる点（図１１（ｂ）の破線円参照）とが発生する。
これにより、反射光が検出された点、非検出の点の位置を用いて、上述したガイド光の基準座標を用いた方法と同様に、高さ方向における位置ずれ量Ｚを算出することができる。
【０１０８】
さらに、本発明の制御装置では、高さ方向および平面方向における位置ずれだけでなく、ワーク面の傾斜が想定される場合は、図１１（ａ）に示すガイド光の多点照射を用いて、ワークの傾斜を検出し、その傾斜情報をレーザヘッドに入力して、傾斜分を考慮したレーザ加工位置の補正を実施してもよい。
すなわち、加工対象であるワークが傾いてセットされている場合には、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すガイド光の多点照射の反射位置が、予め記憶部に保存されている反射位置から変化したことを検出することで、ワークの傾斜を含めたレーザ加工位置の補正を実施することができる。
【０１０９】
なお、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すガイド光の多点照射は、ワークの位置ずれが大きい場合やワークの向きの変化にも対応可能であるものの、複数の計測点から計算を行うために処理が複雑化し、応答時間が長くなってしまうという点を考慮すれば、上記実施形態のように、１点のガイド光の照射位置を基準座標と比較して高さ方向における位置ずれ量を算出することがより好ましい。
【０１１０】
（Ｂ）
上記実施形態では、ガイド光照射部２２から照射された１点のガイド光の位置を基準座標として用いて、ワーク５０の高さ方向における位置ずれを検出し、加工位置を補正する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ガイド光が照射される位置は、ワークに高さおよびＸＹ平面における位置ずれが生じた後も、ガイド光の照射位置を計測可能な箇所を狙って設定されことが望ましい。
【０１１１】
仮に、ワークの位置ずれ量が大きく、ガイド光の照射位置となる点を設定できない場合には、登録パターンに対して位置関係Ａとは別の位置関係Ｂで設定された基準座標を用いて対応してもよいし、上記他の実施形態（Ａ）のように、ガイド光の多点照射によって対応してもよい。
【０１１２】
（Ｃ）
上記実施形態では、平面（ＸＹ）方向および高さ（Ｚ）方向における加工位置の補正を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ワークの回転（θ）方向における位置ずれを検出し、加工位置を補正する構成であってもよい。
この場合には、ワークの特徴的な情報を持つ登録パターンを、高さ方向における位置ずれの量に合わせて補正する。あるいは、予めＺ方向における高さ位置に応じた登録パターンを複数データとして記憶部に保存しておき、検出された高さ方向における位置ずれ量に応じて、登録パターンを選択的に切り替えて、ＸＹθ補正を実行してもよい。
【０１１３】
（Ｄ）
上記実施形態では、ワーク５０の特徴的な形状を持つ部分を、登録パターンＲＰとして記憶部１３に保存した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、記憶部には、ワークの高さ位置の変化に応じて設定された複数の登録パターンが保存されていてもよい。
これにより、ワークの形状によって、高さ方向における位置ずれ量が変化すると、斜め上方に設置されたカメラから見た登録パターンの部分の見え方も変化する場合にも対応可能となる。
【０１１４】
（Ｅ）
上記実施形態では、１つの登録パターンＲＰに対応する１つの対象基準位置に対して所定の位置関係となるように、基準座標が記憶部１３に保存されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１５】
例えば、記憶部には、１つの登録パターンまたは１つの対象基準位置に対応する複数の基準座標が関連付けされた状態で保存されていてもよい。
これにより、ワークの形状によって、ワークの基準位置および基準高さからの位置ずれ量が大きくなると、例えば、斜め上方に設置されたカメラから見た基準座標の位置がワークのない部分になってしまう場合でも、１つの登録パターンまたは１つの対象基準位置に対して複数の基準座標が設定されていることで、対応可能となる。
【０１１６】
（Ｆ）
上記実施形態では、ガイド光の照射位置（基準座標）を決めるための登録パターンＲＰと、高さ位置における位置ずれの補正後に、ＸＹ平面における位置ずれを補正する際に用いられる登録パターンＲＰとが同一のパターンである例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１７】
例えば、ガイド光の照射位置（基準座標）を決めるための登録パターンＲＰと、高さ位置における位置ずれの補正後に、ＸＹ平面における位置ずれを補正する際に用いられる登録パターンＲＰとが、ワークの別々特徴的な部分を含む登録パターンであってもよい。
また、登録パターンは、ワークを含む観察画像全体であってもよいし、上記実施形態のように、観察画像の一部であってもよい。
【０１１８】
（Ｇ）
上記実施形態では、ガイド光がレーザ光と同軸で照射されており、カメラの光軸がガイド光に対して交差する方向に設置された例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ガイド光の光軸とカメラの光軸とが略平行に配置された構成等、ガイド光の光軸とカメラの光軸とが非同軸の関係であればよい。
【０１１９】
（Ｈ）
上記実施形態では、登録パターンに対応する対象基準位置として、カメラのカメラ座標の原点であって、レーザ光による加工座標系の原点を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、登録パターンに対応する対象基準位置として、カメラ座標および加工座標系の原点とは別の位置が設定されていてもよい。
すなわち、対象基準位置は、ワークの形状の特徴的な部分が登録パターンとして設定されており、この登録パターンを基準にして設定される任意の位置であってもよい。
【０１２０】
（Ｉ）
上記実施形態では、観察画像を取得する観察光学系３０として、カメラ３１とミラー３２とを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、観察光学系は、ミラーを持たず、単体のカメラによって直接的にワークを含む観察画像を取得する構成であってもよい。
【０１２１】
（Ｊ）
上記実施形態では、レーザヘッド２０から照射されるレーザ光を用いて、ワーク５０の加工面５０ｃに「ＡＢＣＤＥ」という文字情報を印字する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、レーザ光を用いた加工としては、文字の印字に限らず、記号、図形、絵等の他の加工であってもよい。
【０１２２】
（Ｋ）
上記実施形態では、略円環状のワーク５０対してレーザ加工を行うレーザ加工システム１を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１２３】
例えば、ワークの形状は、略円環状に限らず、高さ方向における位置が異なる複数の面を含む複雑な形状等、他のどのような形状であってもよい。
また、ワークの種類についても同様に、ベアリング、歯車、モータフレーム等の自動車部品、鉄製のパイプ等、各種製品のワークに対するレーザ加工に、本発明を適用することができる。
【０１２４】
（Ｌ）
上記実施形態では、制御装置１０とレーザヘッド２０と観察光学系３０（カメラ３１、ミラー３２）とが別体として設けられたレーザ加工システム１を、例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上述した制御装置、レーザヘッドおよび観察光学系が一体化されたレーザ加工装置として、本発明を実現してもよい。
また、例えば、カメラが、レーザヘッド内部に配置された構成であってもよい。
【０１２５】
（Ｍ）
上記実施形態では、本発明を制御装置１０およびこれを備えたレーザ加工システム１、レーザ加工方法として特定した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１２６】
例えば、図１０に示すフローチャートに従って実施されるレーザ加工方法をコンピュータに実行させるレーザ加工プログラムとして、本発明を実現してもよい。
このレーザ加工プログラムは、記憶部に保存されており、ＣＰＵが記憶部に保存されたプログラムを読み込むことで、図１０に示す各ステップをハードウェアに実行させる。
あるいは、このレーザ加工プログラムを格納した記録媒体として、本発明を実現してもよい。
【０１２７】
（Ｎ）
上記実施形態では、略円環状のワーク５０の端面に形成された加工面５０ｃに対してレーザ加工を行うレーザ加工システム１を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、レーザ加工システムによってレーザ加工されるワークとしては、図１２に示すように、略円筒状のパイプ１５０であって、その外周面（加工面）１５０ｃに“１２３４５６７８９０”等の文字をレーザ加工によって印字する場合にも、上記実施形態で説明した構成を用いて対応することができる。
【０１２８】
このような略円筒状のパイプ１５０の外周面１５０ｃに文字等をレーザ加工する場合には、図１３に示すように、円筒状のパイプ１５０を転がしながらレーザ加工位置へ搬送する場合がある。
この場合には、ワークとしてのパイプ１５０の高さ寸法に変化はないものの、パイプ１５０が所定の位置から転がって位置ずれが生じたことにより、レーザ加工が行われる高さ位置が高さｈだけ変化してしまうおそれがある。
【０１２９】
上記実施形態の制御装置１０では、図１３に示す円筒状のパイプの外周面にレーザ加工を行う場合でも、例えば、カメラから見て略長方形となるパイプ１５０の外形を登録パターンとして設定し、登録パターンに対して所定の位置関係になるように保存された基準座標を用いて、上述した位置ずれ補正制御を実施することで、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１３０】
（Ｏ）
上記実施形態では、略円環状のワーク５０の端面に形成された加工面５０ｃに対してレーザ加工を行うレーザ加工システム１を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図１４に示すように、歯車２５０の側面に２次元バーコード等をレーザ光によって印字する場合には、ＸＹ平面方向における位置ずれが大きくなると、凹凸が多い複雑な形状であるために、加工面２５０ｃの高さ位置の算出が困難になるおそれがある。
【０１３１】
しかし、上記実施形態の制御装置１０によれば、ワークが歯車２５０のように凹凸が多い複雑な形状であって、印字場所となる加工面が狭い場合でも、その特徴的な形状の部分を登録パターンとして設定し、登録パターンに対して所定の位置関係になるように保存された基準座標を用いることで、上述したように、高さ方向における位置ずれも正確に算出して３次元におけるレーザ加工位置の補正を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明の制御装置は、レーザ光に対して交差する方向から撮影されたカメラ画像を用いたレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、３次元方向におけるレーザ加工位置を適切に補正することができるという効果を奏することから、レーザ加工を行う装置に搭載される制御装置として広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１      レーザ加工システム
１０      制御装置
１１      加工制御部
１２      画像処理部
１３      記憶部
２０      レーザヘッド
２１      レーザ光出射部（出射部）
２２      ガイド光照射部
２３      ダイクロイックミラー
２４      ガルバノスキャナ（走査手段）
３０      観察光学系
３１      カメラ
３２      ミラー
４０      表示装置
５０      ワーク
５０ａ    本体部
５０ｂ    開口部
５０ｃ    加工面
１５０    パイプ（ワーク）
１５０ｃ  外周面（加工面）
２５０    歯車（ワーク）
２５０ｃ  加工面
ｈ１    高さ
ｏｐ１    レーザ光の光軸
ｏｐ２    カメラ光軸
ｒ１    ビーム径
ＲＰ      登録パターン
Ｚ０    高さ
Ｚ      高さ方向における位置ずれ量
【要約】
【課題】レーザ光に対して交差する方向から撮影されたカメラ画像を用いたレーザ加工制御において、高さ方向および平面方向における位置ずれが生じた場合に、３次元方向におけるレーザ加工位置を適切に補正することが可能な制御装置、レーザ加工システム、レーザ加工方法を提供する。
【解決手段】制御装置１０は、加工制御部１１、画像処理部１２、記憶部１３を備える。記憶部１３は、基準位置および基準高さのワーク５０の一部の形状を含む登録パターンＲＰおよびこれに対応する対象基準位置（Ｐ０，Ｑ０）と、登録パターンＲＰに対して所定の位置関係になるガイド光が照射される基準座標（Ｘ０，Ｙ０）とを保存する。加工制御部１１は、観察画像に含まれるワーク５０上における登録パターンＲＰに対して関連付けされた対象基準位置に照射されたガイド光に基づいて算出された高さ方向の位置ずれ量に基づいてＸＹ平面における加工位置を補正する。
【選択図】図３【図１】
0006939955.tif 000002
【図２】
0006939955.tif 000003
【図３】
0006939955.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006939955.tif 000006
【図６】
0006939955.tif 000007
【図７】
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【図８】
0006939955.tif 000009
【図９】
0006939955.tif 000010
【図１０】
0006939955.tif 000011
【図１１】
0006939955.tif 000012
【図１２】
0006939955.tif 000013
【図１３】
0006939955.tif 000014
【図１４】
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