以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。
すなわち、本明細書では、レーザ加工装置の一例としてのレーザマーカについて説明するが、ここに開示する技術は、レーザ加工装置及びレーザマーカという名称に拘わらず、レーザ応用機器一般に適用することができる。
また、本明細書においては、加工の代表例として印字加工について説明するが、印字加工に限定されず、画像のマーキング等、レーザ光を使ったあらゆる加工処理において利用することができる。
<全体構成>
図1はレーザ加工システムSの全体構成を例示する図であり、図2はレーザ加工システムSにおけるレーザ加工装置Lの概略構成を例示する図である。図1に例示するレーザ加工システムSは、レーザ加工装置Lと、これに接続される操作用端末800及び外部機器900と、を備えている。
そして、図1及び図2に例示するレーザ加工装置Lは、マーカヘッド1から出射されたレーザ光を、被加工物としてのワークWへ照射するとともに、そのワークWの表面上で3次元走査することによって加工を行うものである。なお、ここでいう「3次元走査」とは、レーザ光の照射先をワークWの表面上で走査する2次元的な動作(いわゆる「2次元走査」)と、レーザ光の焦点位置を調整する1次元的な動作と、の組み合わせを総称した概念を指す。
特に、本実施形態に係るレーザ加工装置Lは、ワークWを加工するためのレーザ光として、1064nm付近の波長を有するレーザ光を出射することができる。この波長は、近赤外線(Near-InfraRed:NIR)の波長域に相当する。そのため、以下の記載では、ワークWを加工するためのレーザ光を「近赤外レーザ光」と呼称して、他のレーザ光と区別する場合がある。もちろん、他の波長を有するレーザ光を、ワークWの加工に用いてもよい。
また、本実施形態に係るレーザ加工装置Lは、マーカヘッド1に内蔵された測距ユニット5を介してワークWまでの距離を測定するとともに、その測定結果を利用して近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。
図1及び図2に示すように、レーザ加工装置Lは、レーザ光を出射するためのマーカヘッド1と、マーカヘッド1を制御するためのマーカコントローラ100と、を備えている。
マーカヘッド1及びマーカコントローラ100は、この実施形態においては別体とされており、電気配線を介して電気的に接続されているとともに、光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。
より一般には、マーカヘッド1及びマーカコントローラ100の一方を他方に組み込んで一体化することもできる。この場合、光ファイバーケーブル等を適宜省略することができる。
操作用端末800は、例えば中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)及びメモリを有しており、マーカコントローラ100に接続されている。この操作用端末800は、印字設定など、種々の加工条件を設定するとともに、レーザ加工に関連した情報をユーザに示すための端末として機能する。この操作用端末800は、ユーザに情報を表示するための表示部801と、ユーザによる操作入力を受け付ける操作部802と、種々の情報を記憶するための記憶装置803と、を備えている。
具体的に、表示部801は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ELパネルにより構成されている。表示部801には、レーザ加工に関連した情報として、レーザ加工装置Lの動作状況及び加工条件等が表示される。一方、操作部802は、例えばキーボード及び/又はポインティングデバイスにより構成されている。ここで、ポインティングデバイスには、マウス及び/又はジョイスティック等が含まれる。操作部802は、ユーザによる操作入力を受け付けるように構成されており、マーカコントローラ100を介してマーカヘッド1を操作するために用いられる。
上記のように構成される操作用端末800は、ユーザによる操作入力に基づいて、レーザ加工における加工条件を設定することができる。この加工条件には、例えば、ワークWに印字されるべき文字列、図形等の内容(マーキングパターン)、レーザ光に求める出力(目標出力)、及び、ワークW上でのレーザ光の走査速度(スキャンスピード)が含まれる。
また、本実施形態に係る加工条件には、前述の測距ユニット5に関連した条件及びパラメータ(以下、これを「測距条件」ともいう)も含まれる。そうした測距条件には、例えば、測距ユニット5による検出結果を示す信号と、ワークWの表面までの距離と、を関連付けるデータ等が含まれる。
操作用端末800により設定される加工条件は、マーカコントローラ100に出力されて、その条件設定記憶部102に記憶される。必要に応じて、操作用端末800における記憶装置803が加工条件を記憶してもよい。
なお、操作用端末800は、例えばマーカコントローラ100に組み込んで一体化することができる。この場合は「操作用端末」ではなく、コントロールユニット等の呼称が用いられることになるが、少なくとも本実施形態においては、操作用端末800とマーカコントローラ100は互いに別体とされている。
外部機器900は、必要に応じてレーザ加工装置Lのマーカコントローラ100に接続される。図1に示す例では、外部機器900として、画像認識装置901及びプログラマブルロジックコントローラ(Programmable Logic Controller:PLC)902が設けられている。
具体的に、画像認識装置901は、例えば製造ライン上で搬送されるワークWの種別及び位置を判定する。画像認識装置901として、例えばイメージセンサを用いることができる。PLC902は、予め定められたシーケンスに従ってレーザ加工システムSを制御するために用いられる。
レーザ加工装置Lには、上述した機器や装置以外にも、操作及び制御を行うための装置、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を接続することもできる。この場合の接続は、例えば、IEEE1394、RS−232、RS−422及びUSB等のシリアル接続、又はパラレル接続としてもよい。あるいは、10BASE−T、100BASE−TX、1000BASE−T等のネットワークを介して電気的、磁気的、又は光学的な接続を採用することもできる。また、有線接続以外にも、IEEE802等の無線LAN、又は、Bluetooth(登録商標)等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続でもよい。さらに、データの交換や各種設定の保存等を行うための記憶装置に用いる記憶媒体としては、例えば、各種メモリカード、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等を利用することができる。
以下、マーカコントローラ100及びマーカヘッド1それぞれのハード構成に係る説明と、マーカコントローラ100によるマーカヘッド1の制御に係る構成と、について順番に説明をする。
<マーカコントローラ100>
図2に示すように、マーカコントローラ100は、上述した加工条件を記憶する条件設定記憶部102と、これに記憶されている加工条件に基づいてマーカヘッド1を制御する制御部101と、レーザ励起光(励起光)を生成する励起光生成部110と、を備えている。
(条件設定記憶部102)
条件設定記憶部102は、操作用端末800を介して設定された加工条件を記憶するとともに、必要に応じて、記憶された加工条件を制御部101へと出力するように構成されている。
具体的に、条件設定記憶部102は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ(Hard Disk Drive:HDD)、ソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)等を用いて構成されており、加工条件を示す情報を一時的または継続的に記憶することができる。なお、操作用端末800をマーカコントローラ100に組み込んだ場合には、記憶装置803が条件設定記憶部102を兼用するように構成することができる。
(制御部101)
制御部101は、条件設定記憶部102に記憶された加工条件に基づいて、少なくとも、マーカコントローラ100における励起光生成部110、並びに、マーカヘッド1におけるレーザ光出力部2、レーザ光案内部3、レーザ光走査部4、測距ユニット5、及び、後述の広域カメラ6を制御することにより、ワークWの印字加工等を実行する。
具体的に、制御部101は、CPU、メモリ、入出力バスを有しており、操作用端末800を介して入力された情報を示す信号、及び、条件設定記憶部102から読み込んだ加工条件を示す信号に基づいて制御信号を生成する。制御部101は、そうして生成した制御信号をレーザ加工装置Lの各部へと出力することにより、ワークWに対する印字加工、及び、ワークWまでの距離の測定を制御する。
例えば制御部101は、ワークWの加工を開始するときには、条件設定記憶部102に記憶された目標出力を読み込んで、その目標出力に基づき生成した制御信号を励起光源駆動部112へと出力し、レーザ励起光の生成を制御する。
また制御部101は、実際にワークWを加工する際には、例えば条件設定記憶部102に記憶されている加工パターン(マーキングパターン)を読み込むとともに、その加工パターンに基づき生成した制御信号をレーザ光走査部4へと出力し、近赤外レーザ光を2次元走査する。近赤外レーザ光の2次元走査を制御しているという点で、制御部101は、本実施形態における「走査制御部」を例示している。
(励起光生成部110)
励起光生成部110は、駆動電流に応じたレーザ光を生成する励起光源111と、その励起光源111に駆動電流を供給する励起光源駆動部112と、励起光源111に対して光学的に結合された励起光集光部113と、を備えている。励起光源111と励起光集光部113は、不図示の励起ケーシング内に固定されている。詳細は省略するが、この励起ケーシングは、熱伝導性に優れた銅等の金属で構成されており、励起光源111から効率よく放熱させることができる。
以下、励起光生成部110の各部について順番に説明する。
励起光源駆動部112は、制御部101から出力された制御信号に基づいて、励起光源111へ駆動電流を供給する。詳細は省略するが、励起光源駆動部112は、制御部101が決定した目標出力に基づいて駆動電流を決定し、そうして決定した駆動電流を励起光源111へ供給する。
励起光源111は、励起光源駆動部112から駆動電流が供給されるとともに、その駆動電流に応じたレーザ光を発振する。例えば、励起光源111は、レーザダイオード(Laser Diode:LD)等で構成されており、複数のLD素子を直線状に並べたLDアレイやLDバーを用いることができる。励起光源111としてLDアレイやLDバーを用いた場合、各素子から発振されるレーザ光は、ライン状に出力されて励起光集光部113に入射する。
励起光集光部113は、励起光源111から出力されたレーザ光を集光するとともに、レーザ励起光(励起光)として出力する。例えば、励起光集光部113は、フォーカシングレンズ等で構成されており、レーザ光が入射する入射面と、レーザ励起光を出力する出射面と、を有している。励起光集光部113は、マーカヘッド1に対し、前述の光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。よって、励起光集光部113から出力されたレーザ励起光は、その光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド1へ導かれることになる。
なお、励起光生成部110は、励起光源駆動部112、励起光源111及び励起光集光部113を予め組み込んだLDユニットあるいはLDモジュールとすることができる。また、励起光生成部110から出射される励起光(具体的には、励起光集光部113から出力されるレーザ励起光)は、無偏光とすることができ、これにより偏光状態の変化を考慮する必要がなく、設計上有利となる。特に、励起光源111周辺の構成については、複数のLD素子を数十個配列したLDアレイから各々得られる光を光ファイバーでバンドルして出力するLDユニット自体に、出力光を無偏光とする機構を備えることが好ましい。
(他の構成要素)
マーカコントローラ100はまた、測距ユニット5を介してワークWまでの距離を測定する距離測定部103を有している。距離測定部103は、測距ユニット5と電気的に接続されており、測距ユニット5による測定結果に関連した信号(少なくとも、測距光受光部5Bにおける測距光の受光位置を示す信号)を受信可能とされている。
また、後述のように、本実施形態に係るレーザ加工装置Lは、ワークWの表面を撮像するための狭域カメラ37及び広域カメラ6を備えている。マーカコントローラ100における制御部101は、狭域カメラ37又は広域カメラ6により撮像された画像に基づく処理を行うことができる。
マーカコントローラ100はまた、マーキングパターンに係る情報を設定する設定部107を備えている。設定部107における設定内容は、走査制御部としての制御部101が読み込んで使用する。
なお、距離測定部103及び設定部107は、制御部101によって構成してもよい。例えば、制御部101が距離測定部103を兼用してもよい。
距離測定部103及び設定部107の詳細は、後述する。
<マーカヘッド1>
前述のように、励起光生成部110により生成されたレーザ励起光は、光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド1へ導かれる。このマーカヘッド1は、レーザ励起光に基づいてレーザ光を増幅・生成して出力するレーザ光出力部2と、レーザ光出力部2から出力されたレーザ光をワークWの表面へ照射して2次元走査を行うレーザ光走査部4と、レーザ光出力部2からレーザ光走査部4へ至る光路を構成するレーザ光案内部3と、レーザ光走査部4を介して投光及び受光した測距光に基づいてワークWの表面までの距離を測定するための測距ユニット5と、を備えている。
ここで、本実施形態に係るレーザ光案内部3は、単に光路を構成するばかりでなく、レーザ光の焦点位置を調整するZスキャナ(焦点調整部)33、ガイド光を出射するガイド光源、及び、ワークWの表面を撮像する狭域カメラ37など、複数の部材が組み合わされてなる。
また、レーザ光案内部3はさらに、レーザ光出力部2から出力される近赤外レーザ光とガイド光源36から出射されるガイド光を合流せしめる上流側合流機構31と、レーザ光走査部4へ導かれるレーザ光と測距ユニット5から投光される測距光を合流せしめる下流側合流機構35と、を有している。
図3A〜図3Bはマーカヘッド1の概略構成を例示するブロック図であり、図4はマーカヘッド1の外観を例示する斜視図である。図3A〜図3Bのうち、図3Aは近赤外レーザ光を用いてワークWを加工する場合を例示し、図3Bは測距ユニット5を用いてワークWの表面までの距離を測定する場合を例示している。
図3A〜図4に例示するように、マーカヘッド1は、少なくともレーザ光出力部2、レーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5が内部に設けられた筐体10を備えている。この筐体10は、図4に示すような略直方状の外形を有している。筐体10の下面は、板状の底板10aによって区画されている。この底板10aには、マーカヘッド1から該マーカヘッド1の外部にレーザ光を出射するための、透過窓部としての透過ウインドウ19が設けられている。透過ウインドウ19は、底板10aを板厚方向に貫く貫通孔19aに対し、近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光を透過可能な板状の透明部材19bを嵌め込むことによって構成されている。
なお、以下の記載では、図4における筐体10の長手方向を単に「長手方向」又は「前後方向」と呼称したり、同図における筐体10の短手方向を単に「短手方向」又は「左右方向」と呼称したりする場合がある。同様に、図4における筐体10の高さ方向を単に「高さ方向」又は「上下方向」と呼称する場合もある。
図5は、レーザ光走査部4の構成を例示する斜視図である。また、図6はレーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5の構成を例示する断面図であり、図7はレーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5を結ぶ光路を例示する断面図であり、図8はレーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5を結ぶ光路を例示する斜視図である。
図5〜図6に例示するように、筐体10の内部には仕切部11が設けられている。筐体10の内部空間は、この仕切部11によって長手方向の一側と他側に仕切られている。
具体的に、仕切部11は、筐体10の長手方向に対して垂直な方向に延びる平板状に形成されている。また、仕切部11は、筐体10の長手方向においては、同方向における筐体10の中央部に比して、長手方向一側(図4における前側)に寄せた配置とされている。
よって、筐体10内の長手方向一側に仕切られるスペースは、長手方向他側(図4における後側)に仕切られるスペースよりも、長手方向の寸法が短くなっている。以下、筐体10内の長手方向他側に仕切られるスペースを第1スペースS1と呼称する一方、その長手方向一側に仕切られるスペースを第2スペースS2と呼称する。
この実施形態では、第1スペースS1の内部には、レーザ光出力部2と、レーザ光案内部3における一部の部品と、レーザ光走査部4と、測距ユニット5が配置されている。一方、第2スペースS2の内部には、レーザ光案内部3における主要な部品が配置されている。
詳しくは、第1スペースS1は、略平板状のベースプレート12によって、短手方向の一側(図4の左側)の空間と、他側(図4の右側)の空間と、に仕切られている。前者の空間には、主に、レーザ光出力部2を構成する部品が配置されている。
さらに詳しくは、レーザ光出力部2を構成する部品のうち、光学レンズや光学結晶など、可能な限り気密状に密閉することが求められる光学部品21については、第1スペースS1における短手方向一側の空間において、ベースプレート12等によって包囲された収容空間の内部に配置されている。
対して、レーザ光出力部2を構成する部品のうち、電気配線や、図5に示すヒートシンク22など、必ずしも密閉することが求められない部品については、光学部品21に対し、ベースプレート12を挟んで反対側(第1スペースS1における短手方向他側)に配置されている。
また、図5及び図6に例示するように、レーザ光走査部4は、レーザ光出力部2における光学部品21と同様に、ベースプレート12を挟んで短手方向の一側に配置することができる。具体的に、この実施形態に係るレーザ光走査部4は、長手方向においては前述の仕切部11に隣接するとともに、上下方向においては筐体10の内底面に沿って配置されている。
また、図6に示すように、測距ユニット5は、レーザ光出力部2におけるヒートシンク22と同様に、第1スペースS1における短手方向他側の空間に配置されている。
また、レーザ光案内部3を構成する部品は、主に第2スペースS2に配置されている。この実施形態では、レーザ光案内部3を構成する大部分の部品は、仕切部11と、筐体10の前面を区画するカバー部材17と、により包囲された空間に収容されている。
なお、レーザ光案内部3を構成する部品のうち、下流側合流機構35については、第1スペースS1における仕切部11付近の部位に配置されている(図5を参照)。すなわち、この実施形態では、下流側合流機構35は、第1スペースS1と第2スペースS2との境界付近に位置することになる。
またベースプレート12には、該ベースプレート12を板厚方向に貫通する貫通孔(不図示)が形成されている。この貫通孔を通じて、レーザ光案内部3及びレーザ光走査部4と、測距ユニット5とが光学的に結合されることになる。
以下、レーザ光出力部2、レーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5の構成について順番に説明をする。
(レーザ光出力部2)
レーザ光出力部2は、励起光生成部110により生成されたレーザ励起光に基づいて印字加工用の近赤外レーザ光を生成するとともに、その近赤外レーザ光をレーザ光案内部3へと出力するように構成されている。
具体的に、レーザ光出力部2は、レーザ励起光に基づき所定の波長を有するレーザ光を生成するとともに、これを増幅して近赤外レーザ光を出射するレーザ発振器21aと、レーザ発振器21aから発振された近赤外レーザ光の一部を分離させるためのビームサンプラー21bと、ビームサンプラー21bによって分離せしめた近赤外レーザ光が入射するパワーモニタ21cと、を備えている。
詳細は省略するが、本実施形態に係るレーザ発振器21aは、レーザ励起光に対応した誘導放出を行ってレーザ光を出射するレーザ媒質と、レーザ媒質から出射されるレーザ光をパルス発振するためのQスイッチと、Qスイッチによりパルス発振されたレーザ光を共振させるミラーと、を有している。
特に本実施形態では、レーザ媒質としてロッド状のNd:YVO4(イットリウム・バナデイト)が用いられている。これにより、レーザ発振器21aは、レーザ光として、1064nm付近の波長を有するレーザ光(前述の近赤外レーザ光)を出射することができる。ただし、この例に限らず、他のレーザ媒質として、例えば希土類をドープしたYAG、YLF、GdVO4等を用いることもできる。レーザ加工装置Lの用途に応じて、様々な固体レーザ媒質を用いることができる。
また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換することもできる。また、固体レーザ媒質としてバルクに代わってファイバーを発振器として利用した、いわゆるファイバーレーザを利用してもよい。
さらには、Nd:YVO4等の固体レーザ媒質と、ファイバーとを組み合わせてレーザ発振器21aを構成してもよい。その場合、固体レーザ媒質を用いたときのように、パルス幅の短いレーザを出射してワークWへの熱ダメージを抑制する一方で、ファイバーを用いたときのように、高出力化を実現してより早い印字加工を実現することが可能となる。
パワーモニタ21cは、近赤外レーザ光の出力を検出する。パワーモニタ21cは、マーカコントローラ100と電気的に接続されており、その検出信号を制御部101等へ出力することができる。
(レーザ光案内部3)
レーザ光案内部3は、レーザ光出力部2から出射された近赤外レーザ光をレーザ光走査部4へと案内する光路Pを成す。レーザ光案内部3は、そうした光路Pを形成するためのベンドミラー34に加えて、Zスキャナ(焦点調整部)33、ガイド光源(ガイド光出射部)36及び狭域カメラ37等を備えている。これらの部品は、いずれも筐体10の内部(主に第2スペースS2)に設けられている。
レーザ光出力部2から入射した近赤外レーザ光は、ベンドミラー34によって反射され、レーザ光案内部3を通過する。ベンドミラー34へ至る途中には、近赤外レーザ光の焦点位置を調整するためのZスキャナ33が配置されている。Zスキャナ33を通過してベンドミラー34によって反射された近赤外レーザ光が、レーザ光走査部4に入射することになる。
レーザ光案内部3により構成される光路Pは、焦点調整部としてのZスキャナ33を境として2分することができる。詳しくは、レーザ光案内部3により構成される光路Pは、レーザ光出力部2からZスキャナ33へ至る上流側光路Puと、Zスキャナ33からレーザ光走査部4へ至る下流側光路Pdと、に区分することができる。
さらに詳しくは、上流側光路Puは、筐体10の内部に設けられており、レーザ光出力部2から、前述の上流側合流機構31を経由してZスキャナ33に至る。
一方、下流側光路Pdは、筐体10の内部に設けられており、Zスキャナ33から、ベンドミラー34と、前述の下流側合流機構35と、を順番に経由してレーザ光走査部4における第1スキャナ41に至る。
このように、筐体10の内部においては、上流側光路Puの途中に上流側合流機構31が設けられているとともに、下流側光路Pdの途中に下流側合流機構35が設けられている。
以下、レーザ光案内部3に関連した構成について順番に説明をする。
−ガイド光源36−
ガイド光源36は、筐体10内部の第2スペースS2に設けられており、所定の加工パターンをワークWの表面上に投影するためのガイド光を出射する。このガイド光の波長は、可視光域に収まるように設定されている。その一例として、本実施形態に係るガイド光源36は、ガイド光として、655nm付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。よって、マーカヘッド1からガイド光が出射されると、使用者は、そのガイド光を視認することができる。
なお、本実施形態では、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。また後述のように、測距ユニット5における測距光出射部5Aは、ガイド光及び近赤外レーザ光とは異なる波長を有する測距光を出射する。よって、測距光と、ガイド光と、レーザ光と、は互いに異なる波長を有するようになっている。
具体的に、ガイド光源36は、第2スペースS2において上流側合流機構31と略同じ高さに配置されており、筐体10の短手方向の内側に向かって可視光レーザ(ガイド光)を出射することができる。ガイド光源36はまた、該ガイド光源36から出射されるガイド光の光軸と、上流側合流機構31と、が交わるような姿勢とされている。
なお、ここでいう「略同じ高さ」とは、筐体10の下面をなす底板10aから見て、高さ位置が実質的に等しいことを指す。他の記載においても、底板10aから見た高さを指す。
よって、例えば近赤外レーザ光による加工パターンを使用者に視認させるべく、ガイド光源36からガイド光が出射されると、そのガイド光は、上流側合流機構31へ至る。上流側合流機構31は、光学部品としてのダイクロイックミラー(不図示)を有している。後述のように、このダイクロイックミラーは、ガイド光を透過させつつも、近赤外レーザ光を反射させる。これにより、ダイクロイックミラーを透過したガイド光と、同ミラーにより反射された近赤外レーザ光とが合流して同軸になる。
なお、本実施形態に係るガイド光源36は、制御部101から出力された制御信号に基づいて、ガイド光を出射するように構成されている。
−上流側合流機構31−
上流側合流機構31は、ガイド光出射部としてのガイド光源36から出射されたガイド光を、上流側光路Puに合流させる。上流側合流機構31を設けることで、ガイド光源36から出射されたガイド光と、上流側光路Puにおける近赤外レーザ光と、を同軸にすることができる。
前述のように、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。そのため、上流側合流機構31は、前述のように、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。このダイクロイックミラーによって同軸化された近赤外レーザ光及びガイド光は、下方に向かって伝搬し、Zスキャナ33を通過してベンドミラー34へ至る。
−Zスキャナ33−
焦点調整部としてのZスキャナ33は、レーザ光案内部3が構成する光路の途中に配置されており、レーザ光出力部2から出射された近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。
詳しくは、本実施形態に係るZスキャナ33は、図3A〜図3Bに示すように、レーザ光出力部2から出射された近赤外レーザ光を透過させる入射レンズ33aと、入射レンズ33aを通過した近赤外レーザ光を通過させるコリメートレンズ33bと、入射レンズ33a及びコリメートレンズ33bを通過した近赤外レーザ光を通過させる出射レンズ33cと、入射レンズ33aを移動させるレンズ駆動部33dと、入射レンズ33a、コリメートレンズ33b、出射レンズ33cを収容するケーシング33eと、を有している。
入射レンズ33aは平凹レンズからなり、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cは平凸レンズからなる。入射レンズ33a、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cは、各々の光軸が互いに同軸になるように配置されている。
また、Zスキャナ33においては、レンズ駆動部33dが光軸に沿って入射レンズ33aを移動させる。これにより、Zスキャナ33を通過する近赤外レーザ光に対し入射レンズ33a、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33c各々の光軸を同軸に保ちつつ、入射レンズ33aと出射レンズ33cとの相対距離を変更することができる。そのことで、ワークWに照射される近赤外レーザ光の焦点位置が変化する。
以下、Zスキャナ33を構成する各部について、より詳細に説明する。
ケーシング33eは、略円筒形状を有している。図3A〜図3Bに示すように、ケーシング33eの両端部には、近赤外レーザ光を通過させるための開口33fが形成されている。ケーシング33eの内部では、入射レンズ33a、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cが、この順番で上下方向に並んでいる。
そして、入射レンズ33a、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cのうち、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cは、ケーシング33eの内部に固定されている。一方、入射レンズ33aは、上下方向に移動可能に設けられている。レンズ駆動部33dは、例えばモータを有しており、入射レンズ33aを上下方向に移動させる。これにより、入射レンズ33aと出射レンズ33cとの相対距離が変更される。
例えば、レンズ駆動部33dによって、入射レンズ33aと出射レンズ33cとの間の距離が、相対的に短く調整されたものとする。この場合、出射レンズ33cを通過する近赤外レーザ光の集光角が相対的に小さくなるため、近赤外レーザ光の焦点位置は、マーカヘッド1の透過ウインドウ19から遠ざかることになる。
一方、レンズ駆動部33dによって、入射レンズ33aと出射レンズ33cとの間の距離が、相対的に長く調整されたものとする。この場合、出射レンズ33cを通過する近赤外レーザ光の集光角が相対的に大きくなるため、近赤外レーザ光の焦点位置は、マーカヘッド1の透過ウインドウ19に近付くことになる。
なお、Zスキャナ33においては、入射レンズ33a、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cのうち、入射レンズ33aをケーシング33eの内部に固定して、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cを上下方向に移動可能としてもよい。あるいは、入射レンズ33a、コリメートレンズ33b及び出射レンズ33cを全て、上下方向に移動可能としてもよい。
こうして、焦点調整部としてのZスキャナ33は、近赤外レーザ光を上下方向に走査するための手段として機能することになる。以下、Zスキャナ33による走査方向を「Z方向」と呼称する場合がある。
なお、Zスキャナ33を通過する近赤外レーザ光は、前述のように、ガイド光源36から出射されるガイド光と同軸とされている。そのため、Zスキャナ33を作動させることにより、近赤外レーザ光ばかりでなく、ガイド光の焦点位置も併せて調整することができる。
なお、本実施形態に係るZスキャナ33、特にZスキャナ33におけるレンズ駆動部33dは、制御部101から出力された制御信号に基づいて作動するように構成されている。
−狭域カメラ37−
狭域カメラ37は、本実施形態ではベンドミラー34と略同じ高さに配置されており、レーザ光走査部4からレーザ光案内部3へと入射した反射光を受光する。本実施形態に係る狭域カメラ37は、ワークWの印字点において反射された反射光が、ベンドミラー34を介して入射するように構成されている。狭域カメラ37は、そうして入射した反射光を結像することで、ワークWの表面の画像を撮像することができる。なお、狭域カメラ37のレイアウトは、適宜、変更可能である。例えば、狭域カメラ37及びベンドミラー34の高さを互いに異ならせてもよい。
狭域カメラ37が結像に用いる反射光は、前述の下流側光路Pdに沿って伝搬する。よって、レーザ光走査部4を適宜作動させることで、図10に例示する加工領域R1内を走査することができる。
なお、本実施形態に係る狭域カメラ37は、ガイド光源36等と同様に、制御部101から出力された制御信号に基づいて作動するように構成されている。
−ベンドミラー34−
ベンドミラー34は、下流側光路Pdの途中に設けられており、該光路Pdを折り曲げて後方に指向させるように配置されている。図6に示すように、ベンドミラー34は、下流側合流機構35におけるダイクロイックミラー35aと略同じ高さに配置されており、Zスキャナ33を通過した近赤外レーザ光及びガイド光を反射することができる。
ベンドミラー34によって反射された近赤外レーザ光及びガイド光は、後方に向かって伝搬し、下流側合流機構35を通過してレーザ光走査部(具体的には第1スキャナ41)4へ至る。
−下流側合流機構35−
下流側合流機構35は、測距ユニット5における測距光出射部5Aから出射された測距光を、前述の下流側光路Pdに合流させることによりレーザ光走査部4を介してワークWへ導く。加えて、下流側合流機構35は、ワークWにより反射されてレーザ光走査部4及び下流側光路Pdの順に戻る測距光を、測距ユニット5における測距光受光部5Bへ導く。
下流側合流機構35を設けることで、測距光出射部5Aから出射された測距光と、下流側光路Pdにおける近赤外レーザ光及びガイド光と、を同軸にすることができる。それと同時に、下流側合流機構35を設けることで、マーカヘッド1から出射されてワークWにより反射された測距光のうち、マーカヘッド1に入射した測距光を測距光受光部5Bまで導くことができる。
前述のように、測距光の波長は、近赤外レーザ光及びガイド光の波長と相違するように設定されている。そのため、下流側合流機構35は、上流側合流機構31と同様に、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。
具体的に、本実施形態に係る下流側合流機構35は、測距光及びガイド光の一方を透過させ、他方を反射するダイクロイックミラー35aを有している(図6及び図7を参照)。より詳細には、ダイクロイックミラー35aは、ベンドミラー34と略同じ高さ位置で、かつベンドミラー34の後方に配置されており、筐体10内の短手方向の左側のスペースに配置される。
ダイクロイックミラー35aはまた、図6等に示すように、その一方側の鏡面をベンドミラー34に向け、かつ他方側の鏡面をベースプレート12に向けた姿勢で固定されている。よって、ダイクロイックミラー35aにおける一方側の鏡面には近赤外レーザ光及びガイド光が入射する一方、他方側の鏡面には測距光が入射することになる。
そして、本実施形態に係るダイクロイックミラー35aは、測距光を反射し、かつ近赤外レーザ光とガイド光とを透過させることができる。これにより、例えば測距ユニット5から出射された測距光がダイクロイックミラー35aに入射したときには、その測距光を下流側光路Pdに合流させ、近赤外レーザ光及びガイド光と同軸にすることができる。そうして同軸化された近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光は、図3A〜図3Bに示すように第1スキャナ41へ至る。
一方、ワークWにより反射された測距光は、レーザ光走査部4へ戻ることにより下流側光路Pdに至る。下流側光路Pへ戻った測距光は、下流側合流機構35におけるダイクロイックミラー35aにより反射されて測距ユニット5に至る。
なお、測距ユニット5からダイクロイックミラー35aに入射する測距光、及び、ダイクロイックミラー35aにより反射されて測距ユニット5に入射する測距光は、図7に示すように、双方とも、筐体10を平面視したときの左右方向(筐体10の短手方向)に沿って伝搬するようになっている。
(レーザ光走査部4)
図3Aに示すように、レーザ光走査部4は、レーザ光出力部2から出射されてレーザ光案内部3により案内されたレーザ光(近赤外レーザ光)をワークWへ照射するとともに、そのワークWの表面上で2次元走査するように構成されている。
図5に示す例では、レーザ光走査部4は、いわゆる2軸式のガルバノスキャナとして構成されている。すなわち、このレーザ光走査部4は、レーザ光案内部3から入射した近赤外レーザ光を第1方向に走査するための第1スキャナ41と、第1スキャナ41により走査された近赤外レーザ光を第2方向に走査するための第2スキャナ42と、を有している。
ここで、第2方向は、第1方向に対して略直交する方向を指す。よって、第2スキャナ42は、第1スキャナ41に対して略直交する方向に近赤外レーザ光を走査することができる。本実施形態では、第1方向は前後方向(筐体10の長手方向)に等しく、第2方向は左右方向(筐体10の短手方向)に等しい。以下、第1方向を「X方向」と呼称し、これと直交する第2方向を「Y方向」と呼称する。X方向とY方向は、双方とも前述のZ方向と直交している。
第1スキャナ41は、その先端に第1ミラー41aを有している。第1ミラー41aは、ベンドミラー34及びダイクロイックミラー35aと略同じ高さ位置で、かつダイクロイックミラー35aの後方に配置されている。よって、図5に示すように、ベンドミラー34と、ダイクロイックミラー35aと、第1ミラー41aは、前後方向(筐体10の長手方向)に沿って一列に並ぶようになっている。
第1ミラー41aはまた、第1スキャナ41に内蔵されたモータ(不図示)によって回転駆動される。このモータは、上下方向に延びる回転軸まわりに第1ミラー41aを回転させることができる。第1ミラー41aの回転姿勢を調整することで、第1ミラー41aによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。
同様に、第2スキャナ42は、その先端に第2ミラー42aを有している。第2ミラー42aは、第1スキャナ41における第1ミラー41aと略同じ高さ位置でかつ、この第1ミラー41aの右方に配置されている。よって、図6に示すように、第1ミラー41aと、第2ミラー42aは、左右方向(筐体10の短手方向)に沿って並ぶようになっている。
第2ミラー42aはまた、第2スキャナ42に内蔵されたモータ(不図示)によって回転駆動される。このモータは、前後方向に延びる回転軸まわりに第2ミラー42aを回転させることができる。第2ミラー42aの回転姿勢を調整することで、第2ミラー42aによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。
よって、下流側合流機構35からレーザ光走査部4へ近赤外レーザ光が入射すると、その近赤外レーザ光は、第1スキャナ41における第1ミラー41aと、第2スキャナ42における第2ミラー42aとによって順番に反射され、透過ウインドウ19を介してマーカヘッド1の外部へ出射することになる。
そのときに、第1スキャナ41のモータを作動させて第1ミラー41aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で近赤外レーザ光を第1方向に走査することが可能となる。それと同時に、第2スキャナ42のモータを作動させて第2ミラー42aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で近赤外レーザ光を第2方向に走査することが可能になる。
また前述のように、レーザ光走査部4には、近赤外レーザ光ばかりでなく、下流側合流機構35のダイクロイックミラー35aを通過したガイド光、又は、同ミラー35aによって反射された測距光も入射することになる。本実施形態に係るレーザ光走査部4は、第1スキャナ41及び第2スキャナ42をそれぞれ作動させることで、そうして入射したガイド光又は測距光を2次元走査することができる。
なお、第1ミラー41a及び第2ミラー42aが取り得る回転姿勢は、基本的には、第2ミラー42aによって近赤外レーザ光が反射されたときに、その反射光が透過ウインドウ19を通過するような範囲内に設定される(図7〜図8も参照)。
こうして、本実施形態に係るレーザ光走査部4は、走査制御部としての制御部101によって電気的に制御されることにより、図10に例示するように、所定の加工領域R1に近赤外レーザ光を照射して、同領域R1内に所定の加工パターン(マーキングパターン)を形成することができる。
(測距ユニット5)
図3Bに示すように、測距ユニット5は、レーザ光走査部4を介して測距光を投光し、これをワークWの表面に照射する。測距ユニット5はまた、ワークWの表面により反射された測距光を、レーザ光走査部4を介して受光する。
測距ユニット5は、主に、測距光を投光するためのモジュールと、測距光を受光するためのモジュールと、に大別される。具体的に、測距ユニット5は、筐体10の内部に設けられ、レーザ加工装置Lにおけるマーカヘッド1からワークWの表面までの距離を測定するための測距光を、レーザ光走査部4に向けて出射する測距光出射部5Aを備えている。また、測距ユニット5は、筐体10の内部に設けられ、測距光出射部5Aから出射されてワークWにより反射された測距光を、レーザ光走査部4を介して受光する測距光受光部5Bを備えている。
さらに、測距ユニット5は、測距光出射部5A及び測距光受光部5Bを下方から支持する支持台50を備えており、この支持台50を介して筐体10の内部に固定されている。
前述のように、測距ユニット5は、第1スペースS1における短手方向他側の空間に設けられている。図7に示すように、測距ユニット5は、筐体10の長手方向に沿って前方に測距光を出射するとともに、同長手方向に沿って略後方に伝搬する測距光を受光する。
また、測距ユニット5は、前述のダイクロイックミラー35aを介してレーザ光案内部3と光学的に結合される。前述のように、測距ユニット5は、筐体10の長手方向に沿って測距光を投光する。それに対し、ダイクロイックミラー35aは、筐体10の長手方向ではなく、その短手方向に沿って伝搬した測距光を反射するようになっている。
そこで、測距ユニット5とダイクロイックミラー35aを結ぶ光路を構成するべく、筐体10の内部にはベンドミラー59が設けられている(図6及び図7を参照)。
よって、測距光出射部5Aからベンドミラー59に入射した測距光は、同ミラー59によって反射されたダイクロイックミラー35aに入射する。一方、レーザ光走査部4に戻ってダイクロイックミラー35aによって反射された測距光は、ベンドミラー59に入射するとともに、同ミラー59によって反射されて測距光受光部5Bに入射する。
以下、測距ユニット5を成す各部の構成について、順番に説明をする。
−測距光出射部5A−
測距光出射部5Aは、筐体10の内部に設けられており、レーザ加工装置Lにおけるマーカヘッド1から、ワークWの表面までの距離を測定するための測距光を出射するよう構成されている。
具体的に、測距光出射部5Aは、前述の測距光源51及び投光レンズ52と、これらを収容するケーシング53と、投光レンズ52によって集光された測距光を案内する一対のガイドプレート54L、54Rと、を有している。測距光源51、投光レンズ52及びガイドプレート54L、54Rは筐体10の後側から順番に並んでおり、それらの並び方向は、筐体10の長手方向と実質的に等しい。
ケーシング53は、筐体10及び支持台50の長手方向に沿って延びる筒状に形成されており、同方向における一側、すなわち筐体10の後側に対応する一端部には測距光源51が取り付けられている一方、筐体10の前側に対応する他端部には投光レンズ52が取り付けられている。測距光源51と投光レンズ52との間の空間は、略気密状に密閉されている。
測距光源51は、制御部101から入力された制御信号に従って、筐体10の前側に向かって測距光を出射する。詳しくは、測距光源51は、測距光として、可視光域にあるレーザ光を出射することができる。特に、本実施形態に係る測距光源51は、測距光として、690nm付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。
測距光源51はまた、測距光として出射される赤色レーザ光の光軸Aoが、ケーシング53の長手方向に沿うような姿勢で固定されている。よって、測距光の光軸Aoは、筐体10及び支持台50の長手方向に沿うこととなり、投光レンズ52の中央部を通過してケーシング53の外部に至る。
投光レンズ52は、支持台50の長手方向においては、測距光受光部5Bにおける一対の受光素子56L、56Rと、受光レンズ57と、の間に位置している。投光レンズ52は、測距光の光軸Aoが通過するような姿勢とされている。
投光レンズ52は、例えば平凸レンズとすることができ、球面状の凸面をケーシング53の外部に向けた姿勢で固定することができる。投光レンズ52は、測距光源51から出射された測距光を集光し、ケーシング53の外部に出射する。ケーシング53の外部に出射された測距光は、ガイドプレート54L、54Rの間に至る。
ガイドプレート54L、54Rは、支持台50の短手方向に並んだ一対の部材として構成されており、それぞれ、支持台50の長手方向に延びる板状体とすることができる。一方のガイドプレート54Lと、他方のガイドプレート54Rとの間には、測距光を出射するためのスペースが区画される。ケーシング53の外部に出射された測距光は、そうして区画されたスペースを通過して出力される。
よって、測距光源51から出射された測距光は、ケーシング53内部の空間、投光レンズ52の中央部、ガイドプレート54L、54Rの間のスペースを通過して、測距ユニット5の外部に出力される。そうして出力された測距光は、ベンドミラー59と、下流側合流機構35におけるダイクロイックミラー35aと、によって反射されて、レーザ光走査部4に入射する。
レーザ光走査部4に入射した測距光は、第1スキャナ41の第1ミラー41aと、第2スキャナ42の第2ミラー42aと、によって順番に反射され、透過ウインドウ19からマーカヘッド1の外部へ出射することになる。
レーザ光走査部4の説明に際して記載したように、第1スキャナ41の第1ミラー41aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で測距光を第1方向に走査することができる。それと同時に、第2スキャナ42のモータを作動させて第2ミラー42aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で測距光を第2方向に走査することが可能になる。
そうして走査された測距光は、ワークWの表面上で反射される。そうして反射された測距光の一部(以下、これを「反射光」ともいう)は、透過ウインドウ19を介してマーカヘッド1の内部に入射する。マーカヘッド1の内部に入射した反射光は、レーザ光走査部4を介してレーザ光案内部3に戻る。反射光は、測距光と同じ波長を有することから、レーザ光案内部3における下流側合流機構35のダイクロイックミラー35aによって反射され、ベンドミラー59を介して測距ユニット5に入射する。
−測距光受光部5B−
測距光受光部5Bは、筐体10の内部に設けられており、測距光出射部5Aから出射されてワークWにより反射された測距光(前述の「反射光」に等しい)を受光するよう構成されている。
具体的に、測距光受光部5Bは、一対の受光素子56L、56Rと、受光レンズ57と、を有している。一対の受光素子56L、56Rは、それぞれ支持台50の後端部に配置されている一方、受光レンズ57は、それぞれ支持台50の前端部に配置されている。したがって、一対の受光素子56L、56Rと、受光レンズ57と、は実質的に筐体10及び支持台50の長手方向に沿って並ぶようになっている。
一対の受光素子56L、56Rは、筐体10の内部において、測距光出射部5Aにおける測距光の光軸Aoを挟むように各々の光軸が配置されている。一対の受光素子56L、56Rは、レーザ光走査部4へ戻った反射光をそれぞれ受光する。
詳しくは、一対の受光素子56L、56Rは、測距光出射部5Aの光軸Aoに直交する方向に並んでいる。この実施形態では、一対の受光素子56L、56Rの並び方向は、筐体10及び支持台50の短手方向、すなわち左右方向に等しい。同方向において、一方の受光素子56Lが測距光源51の左側に配置され、他方の受光素子56Rが測距光源51の右側に配置されている。
そして、一対の受光素子56L、56Rは、それぞれ、斜め前方に指向せしめた受光面を有しており、各受光面における反射光の受光位置を検出し、その検出結果を示す信号(検出信号)を出力する。各受光素子56L、56Rから出力される検出信号は、マーカコントローラ100に入力されて距離測定部103に至る。
各受光素子56L、56Rとして使用可能な素子としては、例えば、相補型MOS(Complementary MOS:CMOS)から成るCMOSイメージセンサ、電荷結合素子(Charge-Coupled Device:CCD)から成るCCDイメージセンサ、光位置センサ(Position Sensitive Detector:PSD)等が挙げられる。
本実施形態では、各受光素子56L、56Rは、CMOSイメージセンサを用いて構成されている。この場合、各受光素子56L、56Rは、反射光の受光位置ばかりでなく、その受光量分布(受光波形)を検出することができる。すなわち、CMOSイメージセンサを用いて各受光素子56L、56Rを構成した場合、各々の受光面には、少なくとも左右方向に画素が並ぶことになる。この場合、各受光素子56L、56Rは、画素毎に信号を読み出して増幅し、外部に出力することができる。各画素における信号の強度は、反射光が受光面上でスポットを形成したときに、そのスポットにおける反射光の強度に基づき決定される。
なお、CMOSイメージセンサのように、受光量分布(受光波形)を検出可能な素子を用いて各受光素子56L、56Rを構成した場合、各受光素子56L、56Rにおける受光量の大きさは、測距光の強度、すなわち測距光出射部5Aから出射される測距光の強度(以下、これを「投射光量」ともいう)と、画素毎に信号を増幅する際のゲイン(以下、これを「受光ゲイン」ともいう)と、を用いて調整することができる。また、ゲインの他にも、各受光素子56L、56Rにおける露光時間を用いて調整することができる。
本実施形態に係る一対の受光素子56L、56Rは、少なくとも、反射光の受光位置を示すピーク位置と、その反射光の受光量を検出することができる。受光量を示す指標としては、例えば、反射光の受光量分布における、ピークの高さを用いることができる。これに代えて、受光量分布の合算値、平均値、積分値を用いてもよい。
なお、反射光の受光位置を示す指標として、本実施形態では受光量分布のピーク位置を用いているが、これに代えて、受光量分布の重心位置としてもよい。
受光レンズ57は、筐体10の内部において一対の受光素子56L、56Rそれぞれの光軸が通過するように配置されている。受光レンズ57はまた、下流側合流機構35と一対の受光素子56L、56Rとを結ぶ光路の途中に設けられており、下流側合流機構35を通過した反射光を、一対の受光素子56L、56Rそれぞれの受光面に集光させることができる。
受光レンズ57は、レーザ光走査部4へ戻った反射光を集光し、各受光素子56L、56Rの受光面上に反射光のスポットを形成させる。各受光素子56L、56Rは、そうして形成されたスポットのピーク位置と、受光量を示す信号を距離測定部103に出力する。
レーザ加工装置Lは、基本的には、受光素子56L、56R各々の受光面における反射光の受光位置(本実施形態ではスポットのピークの位置)に基づいて、ワークWの表面までの距離を測定することができる。距離の測定手法としては、いわゆる三角測距方式が用いられる。
−距離の測定手法について−
図9は、三角測距方式について説明する図である。図9においては、測距ユニット5のみが図示されているが、以下の説明は、前述のようにレーザ光走査部4を介して測距光が出射される場合にも適用可能である。
図9に例示するように、測距光出射部5Aにおける測距光源51から測距光が出射されると、その測距光は、ワークWの表面に照射される。ワークWによって測距光が反射されると、その反射光(特に拡散反射光)は、仮に正反射の影響を除いたならば、略等方的に伝搬することになる。
そうして伝搬する反射光には、受光レンズ57を介して受光素子56Lに入射する成分が含まれるものの、マーカヘッド1とワークWとの距離に応じて、その入射光の受光素子56Lへの入射角が増減することになる。受光素子56Lへの入射角が増減すると、その受光面56aにおける受光位置が変位することになる。
このように、マーカヘッド1とワークWとの距離と、受光面56aにおける受光位置と、は所定の関係をもって関連付いている。したがって、その関係を予め把握しておくとともに、例えばマーカコントローラ100に記憶させておくことで、受光面56aにおける受光位置から、マーカヘッド1とワークWとの距離を算出することができる。このような算出方法は、いわゆる三角測距方式を用いた手法に他ならない。
すなわち、前述の距離測定部103が、測距光受光部5Bにおける測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式によりレーザ加工装置LからワークWの表面までの距離を測定する。
具体的に、前述の条件設定記憶部102には、受光面56aにおける受光位置と、マーカヘッド1からワークWの表面までの距離との関係が予め記憶されている。一方、距離測定部103には、測距光受光部5Bにおける測距光の受光位置、詳しくは反射光が受光面56a上に形成するスポットのピークの位置を示す信号が入力される。
距離測定部103は、そうして入力された信号と、条件設定記憶部102が記憶している関係と、に基づいて、ワークWの表面までの距離を測定する。そうして得られた測定値は、例えば制御部101に入力されて、制御部101によるZスキャナ33等の制御に用いられる。
例えば、レーザ加工装置Lは、ワークWの表面のうち、マーカヘッド1による加工対象となる部位(印字点)を自動/手動で決定する。続いて、レーザ加工装置Lは、印字加工を実行するに先立って、各印字点(より正確には、印字点周辺に設定した測距点)までの距離を測定するとともに、その距離に見合う焦点位置となるようにZスキャナ33の制御パラメータを決定する。レーザ加工装置Lは、そうして決定された制御パラメータに基づいてZスキャナ33を作動させた後に、近赤外レーザ光によってワークWに印字加工を施す。
−加工基準面について−
図10は、加工基準面Rbについて説明する図である。図3A、図3B及び図10に例示するように、各印字点までの距離を測定するための測距光、及び、各印字点に照射される近赤外レーザ光は、いずれも透過ウインドウ19を透過してワークWに至る。ここで、各印字点は、ワークWの表面上に設定される加工領域R1内に設けられる。加工領域R1の設定は、制御部101が実行する。加工領域R1を設定することで、各ワークWにおいて加工が施されるべき部位を指定することができる。しかし、複数のワークWに対して印字加工を施す場合、凹凸等の表面状態次第では、ワークW毎に印字点、ひいては加工領域R1の場所がずれる可能性がある。
そのため、測距光、及び、近赤外レーザ光を精密に走査するためには、ワークWの表面状態とは無関係な指標が必要となる。そこで、本実施形態に係るレーザ加工装置L(特に、マーカコントローラ100における制御部101)は、図10に例示するように、筐体10の外部に設けられる加工基準面Rbを基準とした位置情報に基づいて、測距光、及び、近赤外レーザ光を走査させるように構成されている。
この加工基準面Rbは、透明部材19bを挟んでレーザ光走査部4の反対側に位置している。具体的に、加工基準面Rbは、透明部材19bの下方に設けられており、この透明部材19bとの距離が所定値となる位置に配置されている。このように配置した結果、レーザ光走査部4は、透明部材19b越しに加工基準面Rbと向い合うことになる。
また、後述のように、本実施形態に係る透明部材19bは、扁平な部材として構成されている。具体的に、透明部材19bに対して垂直に交わる中心軸は、加工基準面Rbに対しても垂直に交わるようになっている。このように構成した結果、本実施形態に係る加工基準面Rbは、図10に例示するように、透明部材19bに対して平行に延びることになる。
そして、加工領域R1内に照射されるレーザ光は、加工基準面Rbを基準とした位置情報、例えば加工基準面Rb上における近赤外レーザ光、及び、測距光の照射位置に基づいて制御される。具体的に、本実施形態に係る制御部101は、加工基準面Rbを基準とした位置情報に基づいて、その加工基準面Rbに平行な方向に沿って近赤外レーザ光及び測距光を2次元走査する。加工基準面Rbを用いることで、例えば、高さの異なる複数のワークWに対し、共通の加工パターンを容易に形成することができる。そのことで、ワークW間で印字精度、印字品質等にバラツキが生じるのを抑制することができる。
前述のように、レーザ光走査部4は、透明部材19b越しに加工基準面Rbと向い合うことになる。本実施形態においては、レーザ光走査部4ばかりでなく、前述の広域カメラ6もまた、透明部材19b越しに機能するように構成されている。
以下、透過ウインドウ19と広域カメラ6の構成について、順番に説明をする。
(透過ウインドウ19)
図11は、透過ウインドウ19及び広域カメラ6の構成を例示する下面図であり、図12は透過ウインドウ19及び広域カメラ6の構成を例示する横断面図であり、図13は透過ウインドウ19及び広域カメラ6の構成を例示する縦断面図である。図12に示す横断面は、図11におけるA−A断面に相当する。また、図13に示す縦断面は、図11におけるB−B断面に相当する。
図11〜図13に示すように、透過ウインドウ19は、筐体10の外面に形成されており、レーザ光走査部4によって2次元走査された近赤外レーザ光、及び、測距ユニット5から出射された測距光を、それぞれ、筐体10の外部に出射することができる。
具体的に、透過ウインドウ19は、筐体10の外面に設けられた貫通孔19aと、この貫通孔19aに取り付けられた透明部材19bと、を有している。このうち、貫通孔19aは、略円形状に形成されており、筐体10の底板10aを上下方向に貫いている。
一方、透明部材19bは、貫通孔19aに嵌め込まれており、透過ウインドウ19から出射される近赤外レーザ光及び測距光が、それぞれ透過するように構成されている。
具体的に、透明部材19bは、略円形のガラス板からなる。この透明部材19bを真円とみなしたときの中心は、図11及び図12に示すように、第2ミラー42aの直下方に配置されている。透明部材19bを貫通孔19aに嵌め込むことで、筐体10内の空間を気密状に密閉することができる。
また、透明部材19bは、レンズ効果を意図的に抑制するべく、扁平な部材とされている。具体的に、透明部材19bの曲率半径は、一般的なfθレンズに比して高く設定されている。曲率半径を高く設定することで、本実施形態に係る透明部材19bは、レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い(レンズ効果が略非発生の)扁平な部材とみなすことができる。
さらに詳しくは、透明部材19bの曲率半径は、10000mm以上、かつ100000mm以下の範囲内に設定してもよい。より好ましくは、透明部材19bの曲率半径は、50000mm以上、かつ100000mm以下の範囲内に設定してもよい。
(広域カメラ6)
撮像部としての広域カメラ6は、透過ウインドウ19を通じてワークWを撮像することにより、加工領域R1の少なくとも一部を含んだワーク画像Pwを生成するように構成されている(図18も参照)。なお、図10に示す例では、レーザ光走査部4によって走査可能な領域の全域を加工領域R1としているが、この例には限定されない。走査可能な領域のうちの一部を加工領域R1としてもよい。
また図10に示すように、広域カメラ6は、その撮像光軸Acと、加工基準面Rbと、を直交させた姿勢で筐体10内に配置されている。具体的に、本実施形態に係る広域カメラ6は、撮像用の光学レンズ61と、この光学レンズ61から取り込んだ光を結像せしめる撮像素子62と、を有しており、光学レンズ61を下方に向けた姿勢で固定されている。広域カメラ6の撮像光軸Acは、下方に向かって直線状に延びており、透明部材19bと、加工基準面Rbと、の双方に対して直交している。一方、透過ウインドウ19から出射される近赤外レーザ光の光軸(以下、これを「レーザ光軸」ともいう)Azは、図10に示すように、第2スキャナ42における第2ミラー42aから下方に向かって延びている。撮像光軸Acは、レーザ光軸Azと平行とされているものの、互いに独立した光軸とされている。
このように、本実施形態に係る撮像光軸Acは、透過ウインドウ19から出射される近赤外レーザ光の光軸(以下、これを「レーザ光軸」ともいう)Azと非同軸とされている。ワーク画像を生成するための光は、近赤外レーザ光とは独立した光路を通じて光学レンズ61から取り込まれることになる。ただし、撮像光軸Acとレーザ光軸Azとを過度に離間させてしまうと、広域カメラ6の撮像視野Fvと、近赤外レーザ光によって加工される領域(加工領域R1)との間にズレが生じてしまい、レーザ加工装置Lの使い勝手を低下させる可能性がある。
そこで、本実施形態に係る広域カメラ6は、その撮像光軸Acをレーザ光軸Azに対して非同軸としつつも、撮像光軸Acとレーザ光軸Azとを可能な限り近接させるようにレイアウトされている。
具体的には、広域カメラ6は、第1スキャナ41に比して、第2スキャナ42に近接して配置されている。広域カメラ6と第2スキャナ42を近接させることで、撮像光軸Acとレーザ光軸Azとを可能な限り近接させることができる。
さらに詳しくは、本実施形態に係る広域カメラ6は、Zスキャナ33とレーザ光走査部4を結ぶ光軸(具体的には、下流側光路Pdに沿って延びる光軸)に対して直交する方向に沿って、第1スキャナ41、第2スキャナ42及び広域カメラ6の順番で並んでいる。
図7に示す例では、下流側光路Pdは、前後方向に沿って後方に向かって延びている。そのため、本実施形態に係るレーザ加工装置Lにおいては、図12に示すように、左右方向に沿って紙面右側から順に、第1スキャナ41、第2スキャナ42及び広域カメラ6の順番で並ぶことになる(図6及び図7も参照)。
また、図6及び図7における破線に示すように、本実施形態に係る広域カメラ6は、前後方向においては、下流側合流機構35及びベンドミラー59の後方、かつ第1スキャナ41及び第2スキャナ42と同じ位置とされている。このように配置することで、下流側合流機構35とベンドミラー59との間を伝搬する測距光が、広域カメラ6の撮像視野Fvに含まれないようにすることができる。なお、高さ方向については、広域カメラ6は、第2ミラー42aと略同じ高さとされている。
また、広域カメラ6の撮像視野Fvは、撮像光軸Acを中心軸として、その光学レンズ61からテーパ状に広がっている。図10から見て取れるように、本実施形態に係る広域カメラ6は、その撮像視野Fvにレーザ光走査部4が含まれない位置に設けられている。さらに、同図から見て取れるように、本実施形態に係る広域カメラ6は、その撮像視野Fvに、透過ウインドウ19における縁の一部、特に貫通孔19aにおける周縁部の一部(図10における、透過ウインドウ19の紙面左端部)が含まれる位置に設けられている。よって、広域カメラ6によって生成されるワーク画像Pwには、レーザ光走査部4が映り込まない一方で、透過ウインドウ19における縁の一部が映り込むことになっている。
以下、透過ウインドウ19における縁のうち、ワーク画像Pwに映り込むことになる一部の部位を単に「透過ウインドウ19における縁の一部」、又は、「縁の一部」と呼称するとともに、これに符号「19c」を付す。縁の一部19cについては、図11の下面図も参照されたい。
また、広域カメラ6を構成する撮像素子62は、所定方向に延びる矩形状に形成されている。そのため、広域カメラ6の撮像視野Fv、ひいては、撮像視野Fvを撮像光軸Acに直交する方向に横断してなる撮像領域R2もまた、その所定方向における寸法が長くなる。この撮像領域R2は、加工領域R1の少なくとも一部を含むように構成されている。例えば、図10に例示される撮像領域R2は、加工領域R1の全体を含んでいる。
そして、本実施形態に係る撮像素子62は、その長手方向が、広域カメラ6と第2スキャナ42との並び方向と平行になるように配置されている。このように配置することで、撮像視野Fv及び撮像領域R2の長手方向に沿って、広域カメラ6と第2スキャナ42とが並ぶようになる。その結果、図10の下図に示すように、レーザ光走査部4によって走査可能な領域(この例では加工領域R1)の中央部Ozは、撮像領域R2の中央部Ocに対し、撮像領域R2の長手方向にオフセットすることになる。
ここで、「走査可能な領域の中央部Oz」とは、図10に示すように、レーザ光軸Azと加工基準面Rbとが直交する方向に近赤外レーザ光を出射したときの、レーザ光軸Azと加工領域R1との交点をいう。また、「撮像領域R2の中央部Oc」とは、加工領域R1と面一になるように撮像領域R2を設定したときの、撮像光軸Acと撮像領域R2との交点をいう。
こうして、本実施形態においては、加工基準面Rbと直交するように近赤外レーザ光を出射したときに、そのレーザ光軸Azと加工基準面Rbとが交わる位置が、撮像光軸Acと加工基準面Rbとが交わる位置に対してオフセットすることになる。
そして、広域カメラ6は、加工領域R1の少なくとも一部を含んだワーク画像Pwとして、撮像領域R2に対応した画像を生成する。前述のように、このワーク画像Pwには、加工領域R1ばかりでなく、透過ウインドウ19における縁の一部19cも映り込むことになる(図18の(a)も参照)。広域カメラ6により生成されたワーク画像Pwは、制御部101へと出力される。
なお、レーザ加工装置Lは、広域カメラ6の代わりに、狭域カメラ37を作動させてワーク画像Pwを生成することもできる。狭域カメラ37によって撮像可能な領域は、広域カメラ6の撮像領域R2よりも狭い。すなわち、広域カメラ6は、狭域カメラ37よりも広範囲にわたってワークWの表面を撮像することができる。
続いて、レーザ加工システムSの具体的な使用方法について説明をする。
<レーザ加工システムSの使用方法について>
図14は、レーザ加工システムSの使用方法を示すフローチャートである。また、図15は、印字設定の作成手順を例示するフローチャートであり、図16はレーザ加工装置Lの運用手順を例示するフローチャートである。
また、図17は、ワークWの加工領域R1と、表示部801における設定面R4と、の関係について例示する図である。図18は、ワーク画像Pwによる部分画像Ppの生成について説明する図である。
レーザマーカとして構成されたレーザ加工装置Lを備えたレーザ加工システムSは、例えば、工場の製造ライン上に設置して運用することができる。その運用に際しては、まず、製造ラインの稼働に先立って、そのラインを流れることになるワークWの設置位置、並びに、そのワークWに照射するレーザ光及び測距光の出力等の条件設定(印字設定)を作成する(ステップS1)。
このステップS1において作成された印字設定は、マーカコントローラ100、及び/又は、操作用端末800等に転送されて記憶されたり、作成直後にマーカコントローラ100が読み込んだりする(ステップS2)。
そして、製造ラインの稼働に際して、マーカコントローラ100は、予め記憶されていたり、作成直後に読み込まれたりした印字設定を参照する。レーザ加工装置Lは、参照された印字設定に基づいて運用され、ライン上を流れる各ワークWに対して印字加工を実行する(ステップS3)。
(印字設定の作成)
図15は、図14のステップS1における具体的な処理を例示している。
まず、ステップS11におけるステップS11aにおいて、レーザ加工装置Lに内蔵されている広域カメラ6が、撮像領域R2の全域に対応したワーク画像Pwを生成する(図18の(a)を参照)。このワーク画像Pwには、透過ウインドウ19における縁の一部19cが映り込む。
そして、ステップS11におけるステップS11bにおいて、制御部101は、ワーク画像Pwから縁の一部19cを除いた部分画像Ppを生成する(図18の(b)を参照)。この部分画像Ppは、加工領域R1の少なくとも一部を撮像した画像として生成される。制御部101によって生成された部分画像Ppは、操作用端末800へと出力される。
そして、操作用端末800における表示部801が、加工領域R1に対応した設定面R4を表示するとともに、その設定面R4上に部分画像Ppを表示する(図18の(c)を参照)。これにより、加工領域R1上の座標、すなわち、ワークWの表面上の座標と、表示部801における設定面R4上の座標と、を対応付けることができる。
続くステップS12において、ステップS11において撮像された部分画像Ppに基づいて、ワークWの設置位置を補正する。詳細は省略するが、この工程は、XY平面(前述のX方向とY方向とがなす平面)に対する、ワークWの表面の傾きを補正したり、この表面の、Z軸(前述のZ方向に沿って延びる軸)まわりの回転(θ回転)を手動/自動で補正するものである。
続くステップS13において、設定部107が加工条件を設定する。設定部107は、条件設定記憶部102等における記憶内容を読み出したり、操作用端末800を介した操作入力等を読み込んだりすることで、加工条件を設定する。
加工条件には、印字内容等を示す印字パターン(マーキングパターン)及び、この印字パターンを含んだ印字ブロックが含まれる。印字ブロックは、印字パターンのレイアウト、サイズ、回転姿勢等の調整に用いることができる。
図18の(c)に示す例では、ワークWの表面上には、「A」という文字からなる印字パターンPと、これを含んでなる矩形状の印字ブロックBと、がレイアウトされており、設定面R4を介して表示されている。この印字ブロックBは、部分画像Ppと重ね合わせるように、設定面R4上に設定されることになる。印字ブロックBの設定は、設定部107が実行する。
なお、印字パターンは「加工パターン」の例示であり、印字ブロックは「加工ブロック」の例示である。印字加工以外のレーザ加工に適用する場合は、その適用対象に対応した名称とすればよい。
図18の(c)に示す例に代えて、設定面R4上に複数のワークWを表示してもよい。また、ワークW毎に、複数の印字ブロックを設けてもよい。印字パターンについても、例えば、「ABC」といった文字列を用いたり、QRコード(登録商標)等、文字列以外のパターンを用いたりすることができる。
このように、本実施形態に係る設定部107は、設定面R4上に、加工ブロックとしての印字ブロックを設定することができるという点で、「加工ブロック設定部」を例示している。
また、加工条件にはレーザ条件も含まれる。このレーザ条件には、近赤外レーザ光の目標出力(レーザパワー)、近赤外レーザ光の繰り返し周波数、及び、レーザ光走査部4による近赤外レーザ光の走査速度(スキャンスピード)のうちの少なくとも1つが含まれる。本実施形態に係るレーザ加工装置Lのように、Qスイッチを用いてレーザ発振する場合、繰り返し周波数は、Qスイッチ周波数と略一致する。
続くステップS14において、印字ブロックをレイアウトする。その設定面R4上での印字ブロックの座標(ローカル座標)が、条件設定記憶部102等に保存される。
一般に、製造ラインを稼働させた際に順次加工されることになる各ワークWには、それぞれX方向及びY方向(XY方向)に位置ズレが生じることになる。本実施形態に係るレーザ加工装置Lは、種々の手法を用いることで、そうした位置ズレを補正することができる。そのために、ステップS15では、XY方向の位置ズレを補正するための条件設定を実施する。
XY方向における位置ズレを補正するための手法としては、例えばパターンサーチを用いることができる。その場合、このステップS15では、パターンサーチに係る条件(サーチ条件)として、パターンサーチ用のモデル画像が決定される。
また一般に、製造ラインを稼働させた際に順次加工されることになる各ワークWには、それぞれ、Z方向に位置ズレが生じることになる。そうした位置ズレは、近赤外レーザ光の焦点位置のズレを招くため望ましくない。本実施形態に係るレーザ加工装置Lは、測距ユニット5を備えているため、ワークWの表面までの距離に基づいて、Z方向の位置ズレを検知することができる。これにより、Z方向の位置ズレ、ひいては焦点位置のズレを補正することができる。そのために、ステップS16では、Z方向の位置ズレを補正するための条件設定を実施する。
具体的に、このステップS16では、測距ユニット5に係る条件(測距条件)が決定される。本実施形態に係る設定部107は、測距条件として、少なくとも加工領域R1において印字パターンが形成されるべき部分領域(印字パターンを含んだ印字ブロックに対応する部分領域)内に設定される測距点を決定する。この測距点は、レーザ加工装置Lからの距離が測定される座標を示す。
なお、ここでいう部分領域は、ワークWの表面全体としてもよいし、ワークWの表面の一部としてもよいし、ワークWの表面からずれていてもよい。部分領域は、少なくとも、形成対象とされた印字パターンに紐付いた領域であればよい。
続くステップS17において、マーカコントローラ100が印字設定の作成を完了する。
(印字加工の実行)
図16は、図14のステップS3における具体的な処理を例示している。すなわち、図16に示す処理は、製造ラインを稼働させたときに流れてくる各ワークWに対して順番に実行されるようになっている。
まず、ステップS31において、マーカコントローラ100が、印字ブロックの詳細等を示す印字設定を読み込む。そして、ステップS32におけるステップS32aにおいて、レーザ加工装置Lに内蔵されている広域カメラ6が、加工領域R1の少なくとも一部を示す撮像領域R2を撮像することにより、該撮像領域R2に対応したワーク画像Pwを生成する(図18の(a)を参照)。このワーク画像Pwには、透過ウインドウ19における縁の一部19cが映り込む。
そして、ステップS32におけるステップS32bにおいて、制御部101は、ワーク画像Pwから縁の一部19cを除いた部分画像Ppを生成する(図18の(b)を参照)。この部分画像Ppは、加工領域R1の少なくとも一部を撮像した画像として生成される。制御部101によって生成された部分画像Ppは、操作用端末800へと出力される。
そして、操作用端末800における表示部801が、加工領域R1に対応した設定面R4を表示するとともに、その設定面R4上に部分画像Ppを表示する(図18の(c)を参照)。
続くステップS33において、マーカコントローラ100が、図11のステップS15で設定したサーチ条件を読み込む。それに続き、ステップS34において、マーカコントローラ100が、ステップS33で読み込んだサーチ条件に基づいてパターンサーチを実施して、XY方向におけるワークWの位置ズレを検知する。
続くステップS35において、マーカコントローラ100が、図11のステップS16で設定した測距条件を読み込む。それに続き、ステップS36において、マーカコントローラ100における距離測定部103が、測距条件として設定された測距点までの距離を測定し、その測定結果に基づいて、Z方向におけるワークWの位置ズレを検知する。
続くステップS37において、マーカコントローラ100が、XY方向におけるワークWの位置ズレを補正する。具体的には、マーカコントローラ100における設定部107が、設定面R4上に表示される部分画像Ppに基づいて、その設定面R4における印字ブロックの位置、詳しくは、設定面R4上での印字ブロックの座標(ローカル座標)を補正する。
続くステップS38において、マーカコントローラ100は、Z方向におけるワークWの位置ズレを補正する。具体的には、マーカコントローラ100におけるZスキャナ33が、ステップS36における測定結果に基づいて、印字ブロック毎に焦点位置を調整する。
続くステップS39において、マーカコントローラ100が、マーカヘッド1へと励起レーザ光を出力し、この励起光レーザ光に基づき生成される近赤外レーザ光を利用して印字加工を実行する。
(広域カメラ6のレイアウトについて)
図10に例示するように、撮像部としての広域カメラ6は、その撮像光軸Acと、加工基準面Rbと、を直交させた姿勢で筐体10内に配置されている。このように配置することで、ワークWを斜め上側からではなく、直上方から撮像することができる。そのことで、撮像画像としてのワーク画像Pwの歪みが解消される。また、撮像光軸Acと、加工用の近赤外レーザ光と、の同軸化が必須ではなくなるため、撮像視野Fvを広げることが可能となる。
ところが、このように配置した場合、広域カメラ6は、透明部材19bを通してワークWを撮像することになる。そのため、透明部材19bによるワーク画像Pwの歪みが懸念される。しかし、本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、透明部材19bとして、レンズ効果がない(つまり、レンズ効果が非発生)、又は、レンズ効果が低い扁平な部材を意図的に用いることを着想した。
すなわち、レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い透明部材19bを用いることで、同部材19bによるワーク画像Pwの歪みが抑制される。これにより、制御部101をはじめとする制御系の負荷を抑制することができる。
このように、制御系の負荷を抑制しつつ、広域カメラ6の撮像視野Fvを広げることができる。
また、撮像光軸Acと、レーザ光軸Azと、を非同軸とすることで、撮像視野Fvの大きさが、レーザ光走査部4の構成とは無関係になる。これにより、撮像視野Fvを広げる上で有利になる。
また、図10に例示するように、撮像視野Fvにレーザ光走査部4が含まれないように構成することで、ワーク画像Pwを生成する上で、レーザ光走査部4が邪魔にならないようにすることができる。
また、図18に例示するように、ワーク画像Pwから縁の一部19cを除いた部分画像Ppを設定面R4上に表示することで、レーザ加工装置Lの使い勝手を向上させることができる。
また、図16のステップS37に例示するように、部分画像Ppに基づいて印字ブロックの位置を調整することができる。そのことで、より精密なレーザ加工を実現することが可能になる。
また、図12に例示するように、広域カメラ6を、第1スキャナ41に比して第2スキャナ42に近接させることで、広域カメラ6の撮像視野Fvと、近赤外レーザ光が実際に照射される領域と、のズレを抑制することができる。このことは、加工領域R1の設定等をより適切に行う上で有効である。
また、図7等に例示するように、下流側光路Pdに対して直交する方向に沿って、第1スキャナ41、第2スキャナ42及び広域カメラ6の順番で並べることで、Zスキャナ33からレーザ光走査部4に伝搬する近赤外レーザ光と、広域カメラ6とを可能な限り離間させつつ、広域カメラ6と第2スキャナ42とを近接させることができる。これにより、広域カメラ6の撮像視野Fvと、近赤外レーザ光が実際に照射される領域と、のズレを抑制し、加工領域R1の設定等をより適切に行うことが可能になる。
また、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、得られた知見によれば、透明部材19bの曲率半径を10000mm以上に設定することで、透明部材19bによるワーク画像Pwの歪みを許容範囲内に収めることができる。
《マーカヘッド1の変形例》
前記実施形態では、撮像部としての広域カメラ6は、撮像視野Fvにレーザ光走査部4が含まれず、かつ、撮像視野Fvに縁の一部19cが含まれない構成とされていたが、この構成には限定されない。
図19は、マーカヘッド1の変形例を示す図10対応図である。以下、マーカヘッド1の変形例に符号「1’」を付し、これを単に「マーカヘッド1’」と呼称する。
図19に示すように、マーカヘッド1’における透明部材19bは、前記実施形態と同様に、レンズ効果が略非発生の扁平な部材(レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い扁平な部材)からなる。
また、マーカヘッド1’は、前記実施形態と同様の機能を具備する一方で、前記実施形態とはレイアウトが相違する広域カメラ6及び第2スキャナ42を備えている。具体的に、図19に示す広域カメラ6は、その撮像光軸Acと、加工基準面Rbと、を直交させた姿勢で筐体10内に配置されているところ、その撮像視野Fvに、レーザ光走査部4(特に第2スキャナ42)が含まれる位置に設けられている。よって、広域カメラ6により生成されるワーク画像Pwには、レーザ光走査部4(特に第2スキャナ42)が映り込むことになる。
マーカヘッド1’は、このようなレイアウトに適した処理を実行することができる。具体的に、変形例に係る表示部801は、ワーク画像Pwからレーザ光走査部4を除いた部分画像Ppを生成し、これを設定面R4上に表示する。そして、変形例に係る設定部107は、前記実施形態と同様に、そうして表示された部分画像Ppに基づいて、設定面R4における印字ブロックの位置を補正することができる。
このように、レーザ光走査部4を除いた部分画像Ppを生成することで、レーザ加工装置Lの使い勝手を向上させることができる。また、部分画像Ppに基づいて印字ブロックの位置を調整することで、より精密なレーザ加工を実現することが可能になる。
《他の実施形態》
前記実施形態では、1つのワークWを撮像するケースを例にとり説明したが、この例には限定されない。例えば、複数のワークWを同時に撮像し、各ワークWが映り込んだワーク画像Pw及び部分画像Ppを生成することもできる。