特許 7582145 ワーク位置判定装置、レーザ加工装置、及びワーク位置判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】ワーク位置判定装置、レーザ加工装置、及びワーク位置判定方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/03 20060101AFI20241106BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20241106BHJP

   G05B 19/19 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

B23K26/03

B23Q17/24 C

G05B19/19 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021156087

(22)【出願日】2021-09-24

(65)【公開番号】P2023047141

(43)【公開日】2023-04-05

【審査請求日】2024-06-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000006297

【氏名又は名称】村田機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107836

【弁理士】

【氏名又は名称】西 和哉

(74)【代理人】

【識別番号】100105946

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 富彦

(72)【発明者】

【氏名】橋本 将吾

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－７６２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６２５３８４７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０２１／１０９５７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表平９－５０２５５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｑ １７／２４

Ｇ０５Ｂ １９／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像部と、
平面部を有するワークに対し、前記撮像部を前記平面部と平行な平面方向に相対的に移動させる駆動部と、
前記撮像部が、平面視において前記平面部における境界部分の複数個所を通過する規定の軌跡で移動するように前記駆動部を制御する制御部と、
前記撮像部が前記規定の軌跡で移動する間に当該撮像部により撮像された画像情報、及び各画像情報を撮影した際の前記撮像部の座標情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記画像情報及び前記座標情報に基づいて、前記ワークの前記平面方向における前記境界部分に対応する位置を判定する位置判定部と、
前記位置判定部による判定結果に基づいて、基準位置に対する前記ワークのずれを判定するずれ判定部と、を備えるワーク位置判定装置。

【請求項2】

前記撮像部における撮像光学系は、前記ワークにレーザ光を照射することにより当該ワークを加工するレーザ加工装置の加工部における前記レーザ光の照射光学系と同軸に設けられる、請求項１に記載のワーク位置判定装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記撮像部が前記ワークに設けられた基準穴を撮像しつつ平面視において当該基準穴の内周縁の複数個所を通過する規定の軌跡で移動するように前記駆動部を制御し、
前記位置判定部は、前記ワークにおける前記基準穴の中心の位置を算出する、請求項１又は請求項２に記載のワーク位置判定装置。

【請求項4】

前記制御部は、平面視において前記撮像部が規定の点対称形状又は線対称形状を描く軌跡で移動するように前記駆動部を制御する、請求項３に記載のワーク位置判定装置。

【請求項5】

前記撮像部により撮像される一画像の観察範囲は、前記基準穴より小さい、請求項３又は請求項４に記載のワーク位置判定装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記撮像部が前記ワークの辺に相当する端部を撮像しつつ平面視において当該端部の複数個所を通過する規定の軌跡で移動するように前記駆動部を制御し、
前記位置判定部は、前記ワークにおける前記端部の位置を判定する、請求項１又は請求項２に記載のワーク位置判定装置。

【請求項7】

前記制御部は、平面視において前記撮像部が規定の直線状、曲線状、ジグザグ状、又はスパイラル状を描く軌跡で移動するように前記駆動部を制御する、請求項６に記載のワーク位置判定装置。

【請求項8】

前記位置判定部は、前記撮像部により撮像された複数の前記画像情報のうち、前記境界部分の位置の判定に用いる前記画像情報を選択し、選択した前記画像情報に対応する前記座標情報に基づいて、前記境界部分の位置を判定する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のワーク位置判定装置。

【請求項9】

前記ずれ判定部は、少なくとも１箇所の前記境界部分の位置の判定結果から、前記基準位置に対する、直交する第１方向及び第２方向それぞれのシフト量を判定する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のワーク位置判定装置。

【請求項10】

前記ずれ判定部は、少なくとも３個所の前記境界部分の位置の判定結果から、前記基準位置に対する、直交する第１方向及び第２方向それぞれのシフト量、及び前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向の軸まわりの回転量を判定する、請求項９に記載のワーク位置判定装置。

【請求項11】

平面部を有するワークにレーザ光を照射することにより当該ワークを加工する加工部を備えるレーザ加工装置であって、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のワーク位置判定装置を備えるレーザ加工装置。

【請求項12】

平面部を有するワークに対し、前記平面部と平行な平面方向であってかつ平面視において前記平面部における境界部分の複数個所を通過する規定の軌跡で撮像部を相対的に移動させることと、
前記撮像部が前記規定の軌跡で移動する間に当該撮像部により撮像された画像情報、及び各画像情報を撮影した際の前記撮像部の座標情報を記憶することと、
記憶された前記画像情報及び前記座標情報に基づいて、前記ワークの前記平面方向における前記境界部分に対応する位置を判定することと、
前記境界部分に対応する位置の判定結果に基づいて、基準位置に対する前記ワークのずれを判定することと、を含むワーク位置判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワーク位置判定装置、レーザ加工装置、及びワーク位置判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

平面部を有する板状のワークにレーザ光を照射することによりワークをレーザ加工する加工部を備えるレーザ加工装置が知られている。このレーザ加工装置においては、プレス機械等の他の加工装置により加工済みのワークに対してさらにレーザ加工を行う場合がある。この場合、ワークにおける加工済みの部分に合わせてレーザ加工装置の加工部の座標系を補正する必要がある。加工部の座標系を補正する場合、例えばワークに形成された基準穴の位置、又はワークの外周端面の位置を検出し、検出結果に基づいて加工部における座標系を補正することが行われる。

【0003】

ワークの基準穴又は端面を検出する場合、タッチプローブ又はカメラ等のセンサが用いられる。このセンサは、駆動部によりワークの平面部に沿って移動する。駆動部を制御する制御部は、基準穴又は端面の位置情報として予め与えられる推定位置に基づいてセンサをワークに沿って移動させる。推定位置においては、ワークの境界位置を検出するため、センサによる検出結果が制御部に送られ、制御部において、境界が検出されたか否かの判定を行う。境界を検出したと判定した場合、検出結果に基づいて境界の一点の座標が求められ、駆動部により次の境界の一点の座標を求めるためにセンサを移動させることが繰り返される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許３６６００４１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に記載の内容では、制御部において境界が検出されたと判定されるまで、センサによる検出、制御部による判定、駆動部によるセンサの移動、を繰り返して行う必要がある。この場合、制御部は、センサから取得した検出結果の処理を待って、センサの移動に関するフィードバック制御を行うため、１回の検出に時間がかかることになる。また、センサ、制御部、及び駆動部の間で情報の通信を繰り返し行う必要があるため、制御全体として比較的長い通信時間を要する。このため、ワークの位置の判定に要する時間が長くなってしまうおそれがあった。

【0006】

本発明は、ワークの位置の判定に要する時間を短縮することが可能なワーク位置判定装置、レーザ加工装置、及びワーク位置判定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】

本発明の態様に係るワーク位置判定装置は、撮像部と、平面部を有するワークに対し、撮像部を平面部と平行な平面方向に相対的に移動させる駆動部と、撮像部が、平面視において平面部における境界部分の複数個所を通過する規定の軌跡で移動するように駆動部を制御する制御部と、撮像部が規定の軌跡で移動する間に当該撮像部により撮像された画像情報、及び各画像情報を撮影した際の撮像部の座標情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された画像情報及び座標情報に基づいて、ワークの平面方向における境界部分に対応する位置を判定する位置判定部と、位置判定部による判定結果に基づいて、基準位置に対するワークのずれを判定するずれ判定部と、を備える。

【0008】

また、本発明の態様に係るレーザ加工装置は、平面部を有するワークにレーザ光を照射することにより当該ワークを加工する加工部を備えるレーザ加工装置であって、上記した態様のワーク位置判定装置を備える。

【0009】

また、本発明の態様に係るワーク位置判定方法は、平面部を有するワークに対し、平面部と平行な平面方向であってかつ平面視において平面部における境界部分の複数個所を通過する規定の軌跡で撮像部を相対的に移動させることと、撮像部が規定の軌跡で移動する間に当該撮像部により撮像された画像情報、及び各画像情報を撮影した際の撮像部の座標情報を記憶することと、記憶された画像情報及び座標情報に基づいて、ワークの平面方向における境界部分に対応する位置を判定することと、境界部分に対応する位置の判定結果に基づいて、基準位置に対するワークのずれを判定することと、を含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明の態様に係るワーク位置判定装置、レーザ加工装置、及びワーク位置判定方法によれば、撮像部を規定の軌跡で移動させ、この間に撮像部により撮像された画像情報を記憶部に記憶しておき、その記憶された画像情報に基づいてワークの位置を求めるので、撮像部により撮像された画像情報に基づく駆動部のフィードバック制御を必要としない。このため、撮像部の移動に対して画像処理の計算にかかる遅延や移動指令等の通信の遅延を考慮する必要がないため、ワークの位置の判定に要する時間を短縮できる。その結果、ワークの加工効率を向上させることができる。

【0011】

また、上記態様のワーク位置判定装置において、撮像部における撮像光学系は、ワークにレーザ光を照射することによりワークを加工するレーザ加工装置の加工部におけるレーザ光の照射光学系と同軸に設けられてもよい。この態様によれば、撮像部の撮像光学系が、加工部の照射光学系と同軸に設けられているため、レーザ光の照射位置に対してワークの位置判定結果をオフセットする必要がなく、精度の高い位置判定を実現できる。また、上記態様のワーク位置判定装置において、制御部は、撮像部がワークに設けられた基準穴を撮像しつつ平面視において基準穴の内周縁の複数個所を通過する規定の軌跡で移動するように駆動部を制御し、位置判定部は、ワークにおける基準穴の中心の位置を算出してもよい。この態様によれば、撮像部を規定の軌跡で移動させることにより、基準穴の内周縁における複数個所の画像情報を効率よく取得でき、これらの画像情報から精度よく中心の位置を算出できる。

【0012】

また、上記態様のワーク位置判定装置において、制御部は、平面視において撮像部が規定の点対称形状又は線対称形状を描く軌跡で移動するように駆動部を制御してもよい。この態様によれば、基準穴の内周縁における複数個所の画像情報を効率よく取得できる。さらに、複数の方向から境界部分を撮像することで位置判定部による判定精度のロバスト性を向上できる。また、上記態様のワーク位置判定装置において、撮像部により撮像される一画像の観察範囲は、基準穴より小さくてもよい。この態様によれば、観察範囲が基準穴より小さいので、基準穴の内周縁の画像情報を精度よく取得できる。

【0013】

また、上記態様のワーク位置判定装置において、制御部は、撮像部がワークの辺に相当する端部を撮像しつつ平面視において端部の複数個所を通過する規定の軌跡で移動するように駆動部を制御し、位置判定部は、ワークにおける端部の位置を判定してもよい。この態様によれば、撮像部を規定の軌跡で移動させることにより、ワークの辺に相当する端部の画像情報を効率よく取得できる。また、上記態様のワーク位置判定装置において、制御部は、平面視において撮像部が規定の直線状、曲線状、ジグザグ状、又はスパイラル状を描く軌跡で移動するように駆動部を制御してもよい。この態様によれば、ワークの端部における複数個所の画像情報を効率よく取得できる。

【0014】

また、上記態様のワーク位置判定装置において、位置判定部は、撮像部により撮像された複数の画像情報のうち、境界部分の位置の判定に用いる画像情報を選択し、選択した画像情報に対応する座標情報に基づいて、境界部分の位置を判定してもよい。この態様によれば、撮像した全ての画像情報より少ない画像情報を処理するので、判定処理の高速化を図ることができる。また、上記態様のワーク位置判定装置において、ずれ判定部は、少なくとも１箇所の境界部分の位置の判定結果から、基準位置に対する、直交する第１方向及び第２方向それぞれのシフト量を判定してもよい。この態様によれば、第１方向及び第２方向それぞれのシフト量、第３方向の軸まわりの回転量を、少なくとも１箇所の境界部分の位置から判定するので、基準位置に対するワークのずれを効率よく判定できる。また、上記態様のワーク位置判定装置において、ずれ判定部は、少なくとも３個所の境界部分の位置の判定結果から、基準位置に対する、直交する第１方向及び第２方向それぞれのシフト量、及び第１方向及び第２方向と直交する第３方向の軸まわりの回転量を判定してもよい。この態様によれば、第１方向及び第２方向それぞれのシフト量、第３方向の軸まわりの回転量を判定するので、基準位置に対するワークのずれを正確に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係るワーク位置判定装置及びレーザ加工装置の一例を示す図である。

【図2】レーザ加工装置で加工されるワークＷの一例を示す図である。

【図3】基準穴と撮像部の観察範囲との関係の一例を示す図である。

【図4】端部と撮像部の観察範囲との関係の一例を示す図である。

【図5】（Ａ）及び（Ｂ）は、基準穴について設定される規定の軌跡の例を示す図である。

【図6】（Ａ）及び（Ｂ）は、基準穴について設定される規定の軌跡の例を示す図である。

【図7】（Ａ）及び（Ｂ）は、基準穴について設定される規定の軌跡の例を示す図である。

【図8】（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、端部について設定される規定の軌跡の例を示す図である。

【図9】撮像部の他の例を示す図である。

【図10】撮像部の他の例を示す図である。

【図11】位置判定部において画像情報を選択する場合の一例を示す図である。

【図12】ワークが基準位置に配置された一例を示す図である。

【図13】ずれ判定部による判定結果の一例を示す図である。

【図14】実施形態に係るワーク位置判定方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下に説明する形態に限定されない。また、図面では、実施形態を説明するために、一部分を拡大、縮小、及び強調して記載する等、縮尺を適宜変更して表現しており、実際の製品と形状、寸法が異なっている場合がある。各図においては、ＸＹＺ直交座標系を用いて図中の方向を説明する場合がある。ＸＹＺ直交座標系においては、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向とする。また、各方向においては、矢印の指す向きを＋方向（例、＋Ｘ方向、＋Ｘ側）と称し、矢印の指す向きとは反対の向きを－方向（例、－Ｘ方向、－Ｘ側）と称する。

【0017】

図１は、実施形態に係るワーク位置判定装置４０及びレーザ加工装置１の一例を示す図である。本実施形態において、ワーク位置判定装置４０は、レーザ加工装置１の構成に含まれる。ワーク位置判定装置４０は、ヘッド駆動部（駆動部）２０と、撮像部３０と、制御部４１と、記憶部４２と、位置判定部４３と、ずれ判定部４４と、を備える。ワーク位置判定装置４０を構成する各部については、レーザ加工装置１の説明に際して適宜説明する。レーザ加工装置１は、加工部１００を備える。加工部１００は、レーザ光Ｌ１を照射して、加工対象である板状のワークＷを切断可能である。加工部１００は、加工領域に搬入されたワークＷに対してレーザ加工（切断加工、穴あけ加工）を行う。加工部１００によりレーザ加工可能な位置への未加工のワークＷの搬入、及び当該位置から加工済みのワークＷの搬出は、後述する加工パレット５０の移動によって行われてもよいし、不図示のローダ装置等により行われてもよい。なお、レーザ加工装置１は、例えば、加工部１００がパンチプレス等の他の加工装置に隣接して配置された複合加工機であってもよい。

【0018】

加工部１００は、レーザヘッド１０と、レンズ駆動部２１と、加工パレット５０とを備える。また、加工部１００は、ワーク位置判定装置４０とヘッド駆動部２０及び撮像部３０を共用する。すなわち、加工部１００は、ヘッド駆動部２０及び撮像部３０を備える。レーザヘッド１０は、ヘッド本体１１と、ノズル１２とを有し、ワークＷの平面部Ｗａに対してレーザ光Ｌ１を照射してワークＷの切断加工、穴あけ加工を行う。ワークＷに対して切断加工を行う際、レーザヘッド１０は、レーザ光Ｌ１を照射しつつ、ヘッド駆動部２０により駆動されることでレーザ光Ｌ１を所定の切断線に沿って移動させる。レーザヘッド１０は、レーザ発振器６０等のレーザ光源に接続される。

【0019】

レーザ発振器６０は、レーザ光Ｌ１として、例えば赤外レーザ光を発生させる。なお、レーザ光源としては、例えば、炭酸ガスレーザ光源又は個体レーザ光源等が用いられてもよい。レーザヘッド１０は、照射光学系６１を有する。照射光学系６１は、レーザ発振器６０で発生したレーザ光Ｌ１を導いた後に収束させる。照射光学系６１は、光ファイバ６２と、コリメータ６３と、ビームスプリッタ６４と、集光レンズ６５とを有する。光ファイバ６２は、レーザ発振器６０とレーザヘッド１０とを接続する。レーザ発振器６０からのレーザ光Ｌ１は、光ファイバ６２を介してレーザヘッド１０に導入される。

【0020】

コリメータ６３は、レーザ発振器６０からのレーザ光Ｌ１を平行光に変換する、又は平行光に近づける。ビームスプリッタ６４は、コリメータ６３を通ったレーザ光Ｌ１が入射する位置に配置される。ビームスプリッタ６４は、レーザ光Ｌ１を反射し、かつ後述する照明用レーザ光Ｌ２を透過させる特性を有する波長選択ミラーである。レーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ６４で反射して光路がＸ方向からＺ方向（－Ｚ側）へ約９０度折れ曲がり、集光レンズ６５に入射する。集光レンズ６５は、コリメータ６３からのレーザ光Ｌ１を集光する。集光レンズ６５は、光軸６３ａに沿って移動可能である。レーザ光Ｌ１は、ワークＷ上に所定径のスポットを形成するように、照射光学系６１で収束される。スポットの径は、例えば、集光レンズ６５をレンズ駆動部２１により移動させることにより調整可能である。レンズ駆動部２１は、制御部４１により制御される。

【0021】

ヘッド本体１１は、加工部１００内において、加工領域に配置されたワークＷの上方（＋Ｚ側）に配置される。ヘッド本体１１は、ヘッド駆動部２０に駆動されることで、ワークＷに対して相対的にＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動可能である。ヘッド駆動部２０は、例えば、Ｘ方向に移動可能なガントリと、ガントリに対してＹ方向に移動可能なスライダと、スライダに対してＺ方向に移動可能な昇降部とを有する。ヘッド駆動部２０は、ガントリ、スライダ、及び昇降部をそれぞれ駆動することにより、ヘッド本体１１をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の所定位置に移動させる。なお、ヘッド駆動部２０は、上記の構成に限定されず、ロボットアーム等の他の構成であってもよい。

【0022】

ノズル１２は、ヘッド本体１１における下側（－Ｚ側）に、－Ｚ方向（下方向）に向けて取り付けられており、レーザ光Ｌ１を－Ｚ方向（下方向）に向けて照射する。ノズル１２は、ガス供給管等を介して不図示のアシストガス供給部に接続され、レーザ光Ｌ１を照射する部分に向けて、アシストガス供給部からのアシストガス（例えば、窒素ガス等）をワークＷに供給する。

【0023】

加工部１００は、照明用レーザ光Ｌ２によりワークＷを照明可能である。レーザアレイ７０は、複数のレーザ素子からレーザ光Ｌ１とは異なる波長の照明用レーザ光Ｌ２を発する。レーザアレイ７０は、制御部４１により駆動が制御され、筐体７３内に格納される。照明光学系７１は、レーザアレイ７０で発生した照明用レーザ光Ｌ２によりワークＷを照明する。照明光学系７１は、コリメータ７２と、ハーフミラー７４と、ビームスプリッタ６４と、集光レンズ６５とを備える。照明光学系７１は、ビームスプリッタ６４及び集光レンズ６５を照射光学系６１と共用するものであり、集光レンズ６５を介して落射照明する。照明光学系７１の光の出射側の光軸７２ａと、照射光学系６１の光の出射側の光軸６３ａとが同軸であり、照明用レーザ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１と同じ光路を通ってワークＷに照射される。

【0024】

コリメータ７２は、レーザアレイ７０から照明用レーザ光Ｌ２が入射する位置に配置される。コリメータ７２は、レーザアレイ７０からの照明用レーザ光Ｌ２を平行光に変換する、又は平行光に近づける。ハーフミラー７４は、照明用レーザ光Ｌ２の一部が反射し、一部が透過する特性を有する反射透過部材である。コリメータ７２を通った照明用レーザ光Ｌ２は、ハーフミラー７４で反射して光路がＸ方向からＺ方向（－Ｚ側）へ約９０度折れ曲がり、ビームスプリッタ６４に入射する。照明用レーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ６４を通った後、集光レンズ６５により集光されてワークＷ上を照明する。照明用レーザ光Ｌ２により照明する領域は、ワークＷ上においてレーザ光Ｌ１が照射される部分を含むように設定される。また、照明用レーザ光Ｌ２により照明する領域は、レンズ駆動部２１により集光レンズ６５を移動させることで変更可能である。

【0025】

撮像部３０は、ワークＷの平面部Ｗａを撮像する。また、撮像部３０は、レーザ光Ｌ１が照射されたワークＷの切断部分を撮像する。撮像部３０は、ヘッド本体１１と一体でＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動する。すなわち、ヘッド駆動部２０は、撮像部をワークＷの平面部Ｗａと平行な平面方向に相対的に移動させる駆動部である。

【0026】

撮像部３０は、撮像光学系３１と撮像素子３２とを備え、ワークＷからの光（戻り光）を、撮像光学系３１を介して撮像素子３２によって検出する。撮像素子３２としては、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳのイメージセンサが用いられ、撮像光学系３１が形成した像を撮像する。撮像素子３２には、二次元的に配列された複数の画素が設けられる。また、各画素には、フォトダイオード等の受光素子が設けられる。撮像素子３２は、受光素子に光（戻り光）が入射することにより各画素に発生する電荷（信号）を順に読み出し、読み出した信号を増幅、Ａ／Ｄ変換して画像形式に配列することで、撮像画像のデジタルデータを生成する。

【0027】

撮像光学系３１は、集光レンズ６５と、ビームスプリッタ６４と、ハーフミラー７４と、波長選択フィルタ３３と、結像レンズ３４とを有する。撮像光学系３１は、集光レンズ６５及びビームスプリッタ６４が照射光学系６１と共用する。撮像部３０は、照射光学系６１と同軸でワークＷを撮像可能である。すなわち、撮像光学系３１の光軸３４ａと、照射光学系６１の光軸６３ａとは、集光レンズ６５及びビームスプリッタ６４において同軸となっている。

【0028】

撮像素子３２は、例えば、アライメント装置３５に保持され、アライメント装置３５によって撮像光学系３１に対する位置を調整可能である。例えば、結像レンズ３４の光軸３４ａと平行な方向（Ｘ方向）において撮像光学系３１の焦点（像面の位置）が撮像素子３２からずれた場合、アライメント装置３５は、撮像素子３２を移動させ、撮像素子３２の位置を撮像光学系３１の焦点に合わせることができる。なお、アライメント装置３５によって撮像素子３２を移動させることに代えて、結像レンズ３４を光軸３４ａと平行な方向に移動させて、焦点位置を撮像素子３２に合わせる形態であってもよい。

【0029】

ワークＷからの戻り光は、集光レンズ６５を通ってビームスプリッタ６４に入射する。戻り光は、例えば、照明用レーザ光Ｌ２のうちワークＷで反射散乱した光、及びレーザ光Ｌ１の照射に由来する光を含む。ビームスプリッタ６４に入射した戻り光のうち照明用レーザ光Ｌ２に由来する光は、ビームスプリッタ６４を通って、ハーフミラー７４に入射する。また、ビームスプリッタ６４に入射した戻り光のうちレーザ光Ｌ１の照射に由来する光は、ビームスプリッタ６４で反射し、ビームスプリッタ６４からハーフミラー７４に向かう光路から除かれる。

【0030】

ハーフミラー７４に入射した戻り光は、ハーフミラー７４を通って波長選択フィルタ３３に入射する光と、ハーフミラー７４で反射する光とに分かれる。波長選択フィルタ３３は、照明用レーザ光Ｌ２の照明によりワークＷで反射される波長帯の光を反射する特性を有する。また、波長選択フィルタ３３は、レーザ光Ｌ１の照射によりワークＷから放射される波長帯の光を透過する特性を有する。波長選択フィルタ３３は、例えば、ダイクロイックミラー又はノッチフィルターである。すなわち、戻り光のうち照明用レーザ光Ｌ２に由来する光は、波長選択フィルタ３３で反射し、結像レンズ３４に入射する。その結果、戻り光に含まれる外乱光を遮断できるので、画像のＳ／Ｎ比が向上する。結像レンズ３４は、波長選択フィルタ３３で反射した光を撮像素子３２に集光する。結像レンズ３４及び集光レンズ６５は、ワークＷの像を撮像素子３２に投影する。撮像部３０では、主に照明用レーザ光Ｌ２の照明によりワークＷで反射される波長帯の光（戻り光）に応じた撮像画像のデジタルデータを生成する。

【0031】

ワーク位置判定装置４０の制御部４１は、平面視において（Ｚ方向に視た場合において）、撮像部３０（ヘッド本体１１）が、ワークＷの平面部Ｗａにおける境界部分Ｗｂ（図３等参照）の複数個所を通過する規定の軌跡で移動するようにヘッド駆動部２０を制御する。なお、本実施形態では、制御部４１は、レーザ加工装置１の加工部１００を統括制御する。境界部分Ｗｂの詳細については後述する。記憶部４２は、撮像部３０が前記規定の軌跡で移動する間に撮像部３０により撮像された画像情報、及び各画像情報を撮影した際の撮像部３０の座標情報を記憶する。撮像部３０の座標情報は、撮像部３０により撮像されたワークＷの平面部Ｗａの座標情報である。位置判定部４３は、記憶部４２に記憶された画像情報及び座標情報に基づいて、ワークＷの平面方向における境界部分Ｗｂに対応する位置を判定する。ずれ判定部４４は、位置判定部４３による判定結果に基づいて、基準位置に対するワークＷのずれを判定する。基準位置は、基準座標を含む意味で用いている。基準位置としては、例えば、比較対象とする位置の情報が使用されてもよいし、予め設定されている基準座標が使用されてもよい。また、ずれ判定部４４は、例えば、位置判定部４３で判定した境界部分Ｗｂに対応する位置の座標から基準座標に対するワークＷのずれを判定してもよい。なお、制御部４１、記憶部４２、位置判定部４３、及びずれ判定部４４における処理については後述する。

【0032】

加工パレット５０は、ワークＷを載置し、当該ワークＷを加工部１００内の加工領域に配置する。加工パレット５０は、例えば、ワークＷを載置した状態で、不図示の駆動装置によりＸ方向、Ｙ方向等に移動可能であってもよい。加工パレット５０は、ベース５１と支持プレート５２とを有する。支持プレート５２は、鋸歯状に形成された上端部５２ａを有し、ベース５１に複数並んだ状態で設けられる。支持プレート５２上にはワークＷが載置される。このとき、上端部５２ａが鋸歯状であるため、ワークＷとの接触面積が小さくなる。なお、支持プレート５２は、鋸歯状とすることに限定されず、例えば、剣山状や波形状としてもよいし、複数のピンであってもよい。なお、加工パレット５０を用いるか否かは任意である。例えば、加工パレット５０に代えて、加工部１００内の加工領域にワーク載置部が設けられてもよい。

【0033】

図２は、レーザ加工装置１で加工されるワークＷの一例を示す図である。本実施形態では、例えばプレス機械等の他の加工装置により加工済みの（先に加工された）ワークＷに対して、レーザ加工装置１においてさらにレーザ加工を行う。ワークＷは、全体として例えば矩形の板状であり、平面部Ｗａと、４つの辺に相当する端部Ｗｅとを有する。ワークＷには、他の加工装置により形成された穴部Ｗｃと基準穴Ｗｈとが形成されている。穴部Ｗｃは、ワークＷにおいて、レーザ加工装置１により切り出される製品Ｍに相当する部分に設けられている。なお、穴部Ｗｃは、ワークＷの厚さ方向の表裏を貫通した形態であってもよいし、底部を有する凹状であってもよい。平面視（Ｚ方向に視た場合）で円形状の３つの基準穴Ｗｈは、ワーク位置判定装置４０により基準位置に対するワークＷのずれを求めるために形成されている。また、ワークＷに対する製品Ｍの割合が大きくマージンが確保できない等の理由で、基準穴Ｗｈが形成されない場合も生じる。このような場合、後述するようにワークＷの端部Ｗｅを境界部分Ｗｂとして検出する形態が採用される。

【0034】

本実施形態では、図２に示すワークＷのように、製品Ｍとは関係ない基準穴ＷｈをワークＷのずれ判定のために用いているが、この形態に限定されない。例えば、製品Ｍに必要な穴部Ｗｃを基準穴ＷｈとしてワークＷのずれ判定のために用いてもよい。３つの基準穴Ｗｈは、矩形状のワークＷにおける四隅のうち３つの角部の近傍に配置されている。このように、３つの基準穴Ｗｈが配置されることにより、基準穴Ｗｈ同士の距離を長くすることができ、ワークＷの位置を精度よく判定することができる。なお、基準穴Ｗｈは、円形状であることに限定されず、例えば多角形状、楕円形状、長円形状等であってもよい。基準穴Ｗｈは、ワークＷの厚さ方向の表裏を貫通した形態であってもよいし、底部を有する凹状であってもよい。すなわち、基準穴Ｗｈは、撮像部３０が平面部Ｗａを撮像した際に平面部Ｗａと見え方が異なり、撮像部３０が撮像した画像において境界部分Ｗｂを判別可能であれば、その形態は任意である。

【0035】

図３は、基準穴Ｗｈと撮像部３０の観察範囲Ｒとの関係の一例を示す図である。図３に示すように、制御部４１は、撮像部３０がワークＷに設けられた基準穴Ｗｈを撮像しつつ、平面視において基準穴Ｗｈの内周縁である境界部分Ｗｂの複数個所を通過する規定の軌跡ＴＡ（以下、規定の軌跡ＴＡ等を総称して規定の軌跡Ｔと称する場合がある。）で移動するようにヘッド駆動部２０を制御する。撮像部３０は、観察範囲（画像取得範囲）Ｒ内を一画像として取得可能である。換言すると、観察範囲Ｒは、撮像部３０により１回の撮影で取得する撮像範囲である。撮像部３０が規定の軌跡ＴＡで移動することで、観察範囲Ｒが撮像部３０とともに移動する。規定の軌跡ＴＡは、撮像部３０の観察範囲Ｒが平面部Ｗａにおける境界部分Ｗｂの複数個所を通過するように予め設定される軌跡である。本実施形態において、観察範囲Ｒは、基準穴Ｗｈよりも小さくなるように設定される。

【0036】

規定の軌跡ＴＡは、記憶部４２に予め記憶されている。規定の軌跡ＴＡは、基準穴Ｗｈの形状及び寸法に応じて設定される。制御部４１は、記憶部４２に記憶されている規定の軌跡ＴＡを読み出して、この軌跡ＴＡに沿って観察範囲Ｒが移動するように、ヘッド駆動部２０を制御して撮像部３０（ヘッド本体１１）を移動させる。制御部４１は、ワークＷにおける基準穴Ｗｈの推定位置情報及び形状情報を、ワークＷにおける加工済みの部分を加工した加工装置等から入手している。ここで、事前に入手する基準穴Ｗｈの推定位置情報は、あくまでワークＷが基準位置Ｓ（図１２参照）にずれなく載置された状態での基準穴Ｗｈの推定位置に関する情報である。以下、推定位置情報の語句を用いる場合は、同様に、ワークＷが基準位置Ｓにずれなく載置された状態での推定位置に関する情報の意味で用いている。制御部４１は、対象となる基準穴Ｗｈの推定位置情報及び形状情報に基づいて、規定の軌跡ＴＡを開始する始点（例えばＸ、Ｙの座標値）ＴＡ０を設定する。図３及び図４では始点ＴＡ０を三角で示している。

【0037】

制御部４１は、始点ＴＡ０に撮像部３０を移動させ、この始点ＴＡ０から規定の軌跡ＴＡに沿って撮像部３０を移動させる。図３に示すように、規定の軌跡ＴＡは、平面視において、始点ＴＡ０から基準穴Ｗｈを横切った後、平面部Ｗａを移動して異なる位置から再び基準穴Ｗｈを横切るように、いわゆる一筆書きの経路となっている。撮像部３０は、規定の軌跡ＴＡに沿って移動しつつ、所定のフレームレートで撮像を行う。すなわち、撮像部３０は、規定の軌跡ＴＡにおいて連続して複数の画像を取得する。なお、フレームレートは、撮像部３０の移動速度等により予め設定されている。

【0038】

撮像部３０により撮像された複数の画像に関する情報（画像情報）は、記憶部４２に記憶される。また、制御部４１は、画像の撮像時における撮像部３０（観察範囲Ｒ）の座標値に関する情報（座標情報）を取得して、座標情報を画像情報と関連付けて記憶部４２に記憶させる。制御部４１は、撮像部３０の座標情報として、例えば、撮像したタイミングにおけるレーザヘッド１０の位置（Ｘ、Ｙの座標値）をヘッド駆動部２０等から取得してもよいし、レーザヘッド１０の位置を計測する不図示の距離センサ等の出力から取得してもよい。記憶部４２では、それぞれの画像情報に対して、その画像を撮像したタイミングでの撮像部３０（レーザヘッド１０）の座標情報がそれぞれ関連付けられて記憶される。

【0039】

なお、規定の軌跡ＴＡに沿って観察範囲Ｒを移動させた場合、予め取得した基準穴Ｗｈの推定位置情報及び形状情報から、境界部分Ｗｂを含む位置における観察範囲Ｒが推定可能である。制御部４１は、このように境界部分Ｗｂを含む位置における画像と推定されるものを、例えば、特定画像として他の画像と区別して記憶部４２に記憶させてもよい。なお、図３及び図４において、特定画像を撮像したと推定される観察範囲Ｒを観察範囲Ｒ１と表記している。制御部４１は、３つの基準穴Ｗｈに対して、それぞれ上記の処理により複数の画像情報及び座標情報を取得して記憶部４２に記憶させる。

【0040】

図４は、端部Ｗｅと撮像部３０の観察範囲Ｒとの関係の一例を示す図である。図４に示すように、制御部４１は、撮像部３０がワークＷを矩形としてみた場合における辺に相当する端部Ｗｅを撮像しつつ、平面視において境界部分Ｗｂである端部Ｗｅの複数個所を通過する規定の軌跡ＴＢで移動するようにヘッド駆動部２０を制御する。上記と同様に、撮像部３０は、観察範囲Ｒ内を一画像として取得可能である。規定の軌跡ＴＢは、撮像部３０の観察範囲Ｒが端部Ｗｅ（境界部分Ｗｂ）の複数個所を通過するように予め設定されている。規定の軌跡ＴＢは、ワークＷの端部Ｗｅの位置に応じて設定される。制御部４１は、記憶部４２に記憶されている規定の軌跡ＴＢを読み出して、この軌跡ＴＢに沿って観察範囲Ｒを移動させる。制御部４１は、ワークＷにおける端部Ｗｅの推定位置情報を入手している。制御部４１は、対象となる端部Ｗｅの推定位置情報に基づいて、規定の軌跡ＴＢを開始する始点（例えばＸ、Ｙの座標値）ＴＢ０を設定する。

【0041】

制御部４１は、始点ＴＢ０に撮像部３０を移動させ、この始点ＴＢ０から規定の軌跡ＴＢに沿って撮像部３０を移動させる。図４に示すように、規定の軌跡ＴＢは、始点ＴＢ０から直線状に－Ｙ方向に向けて移動する経路となっている。撮像部３０は、規定の軌跡ＴＢに沿って移動しつつ、所定のフレームレートで撮像を行い、複数の画像を取得する。撮像部３０により撮像された複数の画像に関する情報（画像情報）は、記憶部４２に記憶され、画像の撮像時における座標情報が画像情報に関連付けられて記憶部４２に記憶される点は上記と同様である。制御部４１は、例えば、Ｘ方向において異なる端部Ｗｅの２個所、及びＹ方向における端部Ｗｅの１個所に対して、それぞれ上記の処理により複数の画像情報及び座標情報を取得して記憶部４２に記憶させる。

【0042】

図５から図７は、基準穴Ｗｈについて設定される規定の軌跡Ｔの例を示す図である。図５（Ａ）に示すように、規定の軌跡Ｔ１は、平面視において五芒星（五線星、星型五角形）形状に設定され、境界部分Ｗｂの複数個所を通過する。規定の軌跡Ｔ１は、いわゆる一筆書きの経路となっている。五芒星形状の大きさは、予め取得している基準穴Ｗｈの大きさによって設定される。撮像部３０は、平面視において、五芒星形状の規定の軌跡Ｔ１に沿って観察範囲Ｒを移動させつつ撮像を行う。その結果、図５（Ｂ）に示すように、撮像した複数の画像のうち、１０個所の観察範囲Ｒ１において境界部分Ｗｂを含む特定画像を取得することが可能となっている。

【0043】

規定の軌跡Ｔは、五芒星形状の規定の軌跡Ｔ１以外であってもよい。例えば、図６（Ａ）に示すように、規定の軌跡Ｔ２は、平面視において七芒星（七線星、星型七角形）形状に設定されてもよい。この規定の軌跡Ｔ２においても境界部分Ｗｂの複数個所を通過する。また、規定の軌跡Ｔ２は、いわゆる一筆書きの経路となっている。また、図６（Ｂ）に示すように、五芒星形状において少なくとも１つの線分が例えば曲線状等とした規定の軌跡Ｔ３であってもよい。また、規定の軌跡Ｔは、芒星形状に限定されず、境界部分Ｗｂの複数個所を通過する形状であれば、他の形状であってもよい。例えば、図７（Ａ）に示すように、Ｖ状の規定の軌跡Ｔ４であってもよいし、図７（Ｂ）に示すように、三角形状の規定の軌跡Ｔ５であってもよい。このように、制御部４１は、撮像部３０が規定の点対称形状又は線対称形状を描く規定の軌跡Ｔ１～Ｔ５に沿って移動するようにヘッド駆動部２０を制御してもよい。撮像部３０が点対称形状又は線対称形状を描く規定の軌跡Ｔ１～Ｔ５に沿って移動することで、基準穴Ｗｈの内周縁における複数個所の画像情報を効率よく取得できる。さらに、複数の方向から境界部分Ｗｂを撮像することで位置判定部４３による判定精度のロバスト性を向上できる。

【0044】

図８（Ａ）から（Ｃ）は、ワークＷの端部Ｗｅについて設定される規定の軌跡Ｔの例を示す図である。図８（Ａ）に示すように、規定の軌跡Ｔ６は、境界部分Ｗｂである端部Ｗｅを跨ぐように折り返す直線のジグザグ状であってもよい。また、図８（Ｂ）に示すように、規定の軌跡Ｔ７は、端部Ｗｅを跨ぐように変化する波形状（連続するサインカーブ状）であってもよい。また、図８（Ｃ）に示すように、規定の軌跡Ｔ８は、端部Ｗｅに沿うスパイラル状であってもよい。規定の軌跡Ｔ８におけるスパイラル状は、例えば、立体形状としてのスパイラル形状を傾けた状態で、端部Ｗｅに沿って正射影した形状に相当する。撮像部３０は、規定の軌跡Ｔ６～Ｔ８に沿って観察範囲Ｒを移動させつつ撮像を行う。その結果、撮像した複数の画像のうち、複数個所において境界部分Ｗｂを含む特定画像を取得することが可能となっている。

【0045】

なお、本実施形態では、図１に示すように、レーザ光Ｌ１を照射する照射光学系６１の光軸６３ａと、撮像部３０の撮像光学系３１の光軸３４ａとが同軸となっている構成を例に挙げて説明しているが、本発明はこの構成に限定されない。図９及び図１０は、撮像部３０の他の例を示す図である。図９及び図１０に示すように、照射光学系６１の光軸６３ａと、撮像光学系３１の光軸３４ａとが異なる軸であってもよい。図９に示すように、撮像部３０は、レーザヘッド１０のヘッド本体１１に外付けされた状態で設けられてもよい。この場合、光軸６３ａと光軸３４ａとは、幅Ｗがオフセットした関係となる。

【0046】

従って、制御部４１は、撮像部３０が撮像した各画像について、ヘッド駆動部２０によりレーザヘッド１０の座標情報を取得した後、この座標情報から幅Ｗをオフセットした座標情報を各画像に対応付けることが必要となる。この構成に対して、図１に示すように、光軸６３ａと光軸３４ａとを同軸とすることで、制御部４１は、レーザヘッド１０の座標情報を取得した後の処理が不要となり、処理負担を軽減できる。また、光軸６３ａと光軸３４ａとを同軸でない場合に生じる、組付精度や組付け後の変形によるオフセットの誤差、及びこの誤差を解消するためのオフセット補正が不要となる。このオフセット補正は、装置起動のタイミングなど頻繁に行う場合が想定され、加工効率にも影響を及ぼす。従って、光軸６３ａと光軸３４ａとを同軸とすることで、制御部４１は、座標情報取得後の処理負担、及び装置起動時（加工準備）における処理負担が軽減される。

【0047】

また、図１０に示すように、レーザヘッド１０と撮像部３０とが別に配置され、ヘッド駆動部２０によりレーザヘッド１０を移動させ、ヘッド駆動部２０とは別の駆動部８０により撮像部３０を移動させる構成であってもよい。この場合、制御部４１は、駆動部８０を制御して撮像部３０を移動させつつ、撮像部３０が撮像したときの座標情報を駆動部８０から取得してもよい。この構成に対して、図１に示すように、撮像部３０がレーザヘッド１０に設けられることで、撮像部３０を移動とレーザヘッド１０の移動とを１つのヘッド駆動部２０で兼用することができる。

【0048】

続いて、撮像部３０により複数の画像を取得した後の処理について説明する。ワーク位置判定装置４０の位置判定部４３は、記憶部４２に記憶された画像情報及び座標情報に基づいて、ワークＷの平面方向における境界部分Ｗｂに対応する位置を判定する。位置判定部４３は、ワークＷのずれ判定に基準穴Ｗｈを用いる場合、撮像部３０で撮像された基準穴Ｗｈの画像情報及び座標情報に基づいて、ワークＷにおける基準穴Ｗｈの中心の位置を判定する。この場合、位置判定部４３は、境界部分Ｗｂに対応する位置として、基準穴Ｗｈの中心の位置を判定する。すなわち、位置判定部４３は、撮像部３０により撮影された境界部分Ｗｂの位置そのものを判定するものでなくともよく、当該境界部分Ｗｂの位置に基づいて判定される所定位置を判定するものであってもよい。また、位置判定部４３は、ワークＷのずれ判定に端部Ｗｅを用いる場合、撮像部３０で撮像された端部Ｗｅの画像情報及び座標情報に基づいて、ワークＷにおける端部Ｗｅの位置を判定する。この場合、位置判定部４３は、境界部分Ｗｂに対応する位置として、端部Ｗｅの位置を判定する。すなわち、位置判定部４３は、撮像部３０により撮影された境界部分Ｗｂの位置そのものを判定するものであってもよい。位置判定部４３は、例えば、撮像部３０で撮像された全ての画像情報及び位置情報を用いて基準穴Ｗｈの中心又は端部Ｗｅの位置の判定を行う。

【0049】

位置判定部４３は、全ての画像情報及び位置情報を用いて位置の判定を行うことに代えて、複数の画像情報のうち位置の判定に用いる画像情報を選択してもよい。画像情報の選択は、画像情報のうちから、位置の判定の実施可能性が高い画像情報を(取得した画像情報や別途設けたセンサ等の情報をもとに)選択して行う。画像情報の選択の一例としては、明らかに境界部分Ｗｂが含まれる画像情報は処理の対象とし、含まれない画像情報は棄却する判断により行う。この判断は、画像情報単体から行ってもよいし、他のセンサ情報を用いてもよい。例えば、上記したように、基準穴Ｗｈ又は端部Ｗｅの推定位置情報から、境界部分Ｗｂを含むと推定される画像情報（上記した特定画像）を記憶部４２から読み出して基準穴Ｗｈの中心又は端部Ｗｅの位置の判定を行ってもよい。また、位置判定部４３は、異なる手法により画像情報を選択してもよい。位置判定部４３は、先ず、撮像部３０により撮像された複数の画像情報のうち、境界部分Ｗｂに対応する位置の判定に用いる画像情報を選択する。位置判定部４３は、例えば、画像情報の輝度値を画素ごとに判定し、隣接する所定数の画素の間における輝度値の差が所定値を超える場合に、境界部分Ｗｂが存在すると判断し、その画像を選択してもよい。

【0050】

また、位置判定部４３は、他のセンサの検出値を用いて画像情報の選択を行うことができる。このようなセンサとしては、例えばレーザヘッド１０の直下にワークＷが存在するか否かを判断するセンサが挙げられる。図１１は、位置判定部４３において複数の画像情報から境界部分Ｗｂに対応する位置の判定に用いる画像情報を選択する場合の一例を示す図である。図１１の上段は、レーザヘッド１０が規定の軌跡Ｔに沿って移動する場合のレーザヘッド１０の移動速度を示している。図１１の中段は、他のセンサの検出結果を示しており、レーザヘッド１０の直下にワークＷが存在する場合にはオン、存在しない場合にはオフの値を検出する。図１１の下段は、位置判定部４３の判定結果を示している。図１１において、横軸は時間の経過を示している。

【0051】

図１１に示すように、位置判定部４３は、撮像部３０による撮像を開始した後、レーザヘッド１０の移動速度が０を越え、かつ、レーザヘッド１０の直下にワークＷが存在すると検出される期間に撮像された画像情報を、判定に用いる対象として選択することができる。移動速度が０を超えることを判断材料とする理由の１つは、同じ位置に対しては１枚の画像を撮るだけで十分であり、もう一つの理由としては、軌跡Ｔの取り方として境界部分Ｗｂ以外のところで開始・終了することが多いため、軌跡Ｔにおける移動開始・終了の時点(＝移動速度が０)のときの画像は不要になることが多いからである。なお、全く同じ場所の画像は１枚で十分であるが、境界部分Ｗｂが撮像範囲に含まれている場合は、ほぼ同位置の画像が得られる場合であってもなるべく複数枚の画像が得られると好ましい。これは、画像の取得タイミング等の理由で座標情報に誤差が生じる場合に、ロバスト性を向上できることなどが理由である。すなわち、画像情報の選択として、移動速度が所定値未満のときの画像情報を判断材料から除外することで、ほぼ同位置における画像情報を棄却でき、さらに、上記したように、移動開始直後・終了直前 (＝移動速度が０に近い場合)で明らかに境界部分Ｗｂが含まれない画像情報を除外できるといった利点がある。ただし、上記と同様に、境界部分Ｗｂが撮像範囲に含まれている場合は、ほぼ同位置の画像が得られる場合であっても当該画像情報を除外しなくてもよい。なお、位置判定部４３は、画像情報を選択するに際して、レーザヘッド１０の移動速度を所定値以上に設定してもよい。このように、画像情報を選択することにより、基準穴Ｗｈの中心又は端部Ｗｅの位置を判定するための情報量を少なくすることができ、位置判定部４３の処理負担を軽減でき、位置判定部４３の処理の高速化を図ることができる。

【0052】

位置判定部４３は、選択した画像情報及び座標情報に基づいて、基準穴Ｗｈの中心又は端部Ｗｅの位置を判定する。基準穴Ｗｈの中心の位置を判定する場合、位置判定部４３は、例えば、選択した画像情報及び座標情報のそれぞれから境界部分Ｗｂの位置を抽出し、複数の境界部分Ｗｂの位置から推定される仮想円に基づいて、その中心の位置（座標値）を算出する。仮想円の中心は、例えば、予め取得している基準穴Ｗｈの形状情報（例えば、半径など）を利用して、複数の（例えば３個所以上の）境界部分Ｗｂの位置から推定される。すなわち、位置判定部４３は、仮想円自体を算出しなくてもよい。また、位置判定部４３は、例えば、選択した画像情報及び座標情報から境界部分Ｗｂの位置及び形状を抽出し、境界部分Ｗｂの曲率から中心の位置（座標値）を算出してもよい。また、端部Ｗｅの位置を判定する場合、位置判定部４３は、例えば、選択した画像情報及び座標情報のそれぞれから境界部分Ｗｂの位置を抽出し、複数の境界部分Ｗｂの位置から推定される端部Ｗｅの位置（座標値）を算出する。

【0053】

また、位置判定部４３は、１つの基準穴Ｗｈの中心又は１つの端部Ｗｅについて、複数の画像情報及び座標情報からそれぞれ位置を判定し、複数の判定結果を平均化することで１つの基準穴Ｗｈの中心、又は１つの端部Ｗｅの位置を算出してもよい。この場合、複数の判定結果のうち、最大値と最小値とを除外して平均化してもよい。また、位置判定部４３は、複数の判定結果に対して四分位数を用いた外れ値の除去により、いずれかの判定結果を除外する方法など、他の方法により１つの基準穴Ｗｈの中心、又は１つの端部Ｗｅの位置を算出してもよい。例えば、四分位数を用いる場合、位置判定部４３は、複数の判定結果の値を小さい順から並べて、予め設定した第１四分位数、第２四分位数、第３四分位数で四つに区切り、その中の第１四分位数から第２四分位数までの値、又は第２四分位数から第３四分位数までの値、第１四分位数から第３四分位数までの値のいずれかを複数の判定結果として用い、他を外れ値として除外して１つの基準穴Ｗｈの中心、又は１つの端部Ｗｅの位置を算出してもよい。

【0054】

位置判定部４３は、例えば、ワークＷにおける３つの基準穴Ｗｈ１、Ｗｈ２、Ｗｈ３（図１２参照）について、それぞれの境界部分Ｗｂから中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置を判定する。中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置は、Ｘ、Ｙの座標値である。また、位置判定部４３は、例えば、ワークＷにおいて、端部Ｗｅのうち３個所の判定点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６（図１２参照）の位置を判定する。判定点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の位置は、Ｘ、Ｙの座標値である。

【0055】

ずれ判定部４４は、位置判定部４３による境界部分Ｗｂに対応する位置の判定結果に基づいて、基準位置Ｓに対するワークＷのずれを判定する。ずれ判定部４４は、例えば、３個所の境界部分Ｗｂに対応する位置の判定結果である３つの基準穴Ｗｈ１、Ｗｈ２、Ｗｈ３の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置から、基準位置Ｓに対するワークＷのずれを判定する。また、ずれ判定部４４は、例えば、端部Ｗｅのうち３個所の判定点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の位置から、基準位置Ｓに対するワークＷのずれを判定する。判定点Ｐ４、Ｐ５は、端部Ｗｅの第１方向Ｄ１に沿った部分に設定されており、判定点Ｐ６は、端部Ｗｅの第２方向Ｄ２に沿った部分に設定されている。ワークＷのずれは、少なくとも、直交する第１方向Ｄ１（Ｘ方向）及び第２方向Ｄ２（Ｙ方向）それぞれのシフト量と、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に直交する第３方向Ｄ３（Ｚ方向）の軸まわりの回転量（傾き）とで表される。なお、上記では３つの基準穴Ｗｈ１、Ｗｈ２、Ｗｈ３から、基準位置Ｓに対するワークＷの第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれのシフト量と、第３方向Ｄ３の軸まわりの回転量とを判定しているが、この形態に限定されない。ずれ判定部４４は、少なくとも１箇所の境界部分Ｗｂの位置の判定結果から、基準位置Ｓに対する、直交する第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれのシフト量を判定してもよい。例えば、ずれ判定部４４は、１つの基準穴ＷｈからワークＷのずれを判定してもよい。この場合、まず、位置判定部４３は、１つの基準穴Ｗｈの境界部分Ｗｂから中心Ｐの位置を判定する。続いて、ずれ判定部４４は、位置判定部４３の判定結果に基づいて、基準位置Ｓに対するワークＷの第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれのシフト量だけを算出する。すなわち、位置判定部４３による１つの基準穴Ｗｈに対応する位置（中心Ｐの位置）の判定に基づいて、ずれ判定部４４は、基準位置Ｓに対するワークＷの第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれのシフト量だけを判定する形態であってもよい。

【0056】

図１２は、ワークＷが基準位置Ｓに配置された一例を示す図である。図１２に示すように、ワークＷが基準位置Ｓに合致して配置された場合、ワークＷの４つの角部のうち、－Ｘ側かつ－Ｙ側の角部が原点Ｗｏと一致し、端部Ｗｅが第１方向Ｄ１（Ｘ方向）及び第２方向Ｄ２に沿って延在した状態となる。図１２に示す例では、ワークＷに３つの基準穴Ｗｈ１、Ｗｈ２、Ｗｈ３が形成されている。ワークＷが基準位置Ｓに合致して配置されたときの基準穴Ｗｈ１の中心Ｐ１０は座標値（Ｘ、Ｙ）が（Ｘ１、Ｙ１）である。同様に基準穴Ｗｈ２の中心Ｐ２０は座標値が（Ｘ１、Ｙ２）である。同様に基準穴Ｗｈ３の中心Ｐ３０は座標値が（Ｘ２、Ｙ１）である。また、ワークＷが基準位置Ｓに合致して配置されたときの端部Ｗｅの判定点Ｐ４０は座標値が（Ｘ３、０）である。同様に端部Ｗｅの判定点Ｐ５０は座標値が（Ｘ２、０）である。同様に端部Ｗｅの判定点Ｐ６０は座標値が（０、Ｙ３）である。制御部４１は、これら基準位置Ｓにおける中心Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０の座標値、及び判定点Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０の座標値は予め取得して、記憶部４２に記憶させている。

【0057】

図１３は、ずれ判定部４４の判定結果の一例を示す図である。図１３では、ワークＷの基準位置Ｓを一点鎖線で示している。図１３に示すように、ワークＷは、基準位置Ｓに対してずれている場合、位置判定部４３により判定した基準穴Ｗｈ１、Ｗｈ２、Ｗｈ３の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置は、上記した基準位置Ｓにおける中心Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０の各座標値から第１方向Ｄ１（Ｘ方向）及び第２方向Ｄ２（Ｙ方向）にずれ、第３方向Ｄ３（Ｚ方向）の軸まわりの回転した状態となっている。また、位置判定部４３により判定した判定点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の位置についても、上記した基準位置Ｓにおける判定点Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０の各座標値から第１方向Ｄ１（Ｘ方向）及び第２方向Ｄ２（Ｙ方向）にずれ、第３方向Ｄ３（Ｚ方向）の軸まわりの回転した状態となっている。その結果、図１３に示すように、原点Ｗｏの位置は、原点Ｗｏ‘の位置にずれた状態となっている。

【0058】

ずれ判定部４４は、位置判定部４３により判定した少なくとも３つの中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の座標値（合計６つの値）、又は判定点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の座標値（合計６つの値）から、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれのシフト量と、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に直交する第３方向Ｄ３の軸まわりの回転量（傾き）を判定する。ずれ判定部４４は、判定するパラメータが第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のシフト量と、第３方向Ｄ３の軸まわりの回転量との３つであり、上記した座標値（合計６つの値）から確実に２つのシフト量と回転量とを算出することができる。また、ずれ判定部４４は、合計６つの値を用いることにより、２つのシフト量と回転量との３つの判定に加えて、ワークＷの第１方向Ｄ１（Ｘ方向）における伸縮量（Ｘスケール）、ワークＷの第２方向Ｄ２（Ｘ方向）における伸縮量（Ｙスケール）、及び第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との直交度を判定することが可能である。

【0059】

ずれ判定部４４によりワークＷのずれが判定された場合、制御部４１は、ずれに対応してレーザヘッド１０を移動させるようにヘッド駆動部２０を制御する。例えば、制御部４１は、レーザ加工時におけるワークＷの配置に関する座標を、基準位置Ｓからずれに応じて補正する。制御部４１は、レーザヘッド１０の移動に関する情報を含む加工プログラムにおいて、レーザヘッド１０に対する目標の座標値をずれに応じてそれぞれ変更し、新たな座標値として加工プログラムを実行させてもよい。

【0060】

図１４は、実施形態に係るワーク位置判定方法の一例を示すフローチャートである。図１４では、レーザヘッド１０及び撮像部３０のフローと、撮像部３０を除いたワーク位置判定装置４０のフローとを時系列で併記している。図１４に示すように、制御部４１は、先ず、レーザヘッド１０を観察範囲の推定位置に移動させる（ステップＳ０１）。制御部４１は、予め取得している基準穴Ｗｈ又は端部Ｗｅの推定位置情報に基づいて、観察範囲の推定位置として、例えば、基準穴Ｗｈ又は端部Ｗｅの近傍までレーザヘッド１０を移動させるようにヘッド駆動部２０を制御する。

【0061】

続いて、制御部４１は、撮像部３０に対して撮像条件を設定する（ステップＳ０２）。制御部４１は、撮像部３０の撮像光学系３１において焦点位置、露出等の撮像条件を設定する。また、制御部４１は、撮像部３０の撮像時においてレーザアレイ７０から照明光学系７１を介して照明用レーザ光Ｌ２を照射するように制御する。続いて、制御部４１は、撮像部３０により観察範囲の推定位置を撮像して画像情報を取得させ、その画像情報をワーク位置判定装置４０に送信させる（ステップＳ０３）。ステップＳ０３で撮像した画像情報は、撮影条件の評価のために用いられる。ステップＳ０３の画像情報は、１つであってもよいし、複数であってもよい。

【0062】

制御部４１は、撮像部３０から送信された画像情報を受信し（ステップＳ０４）、受信した画像情報に基づいて撮影条件を評価する（ステップＳ０５）。例えば、撮像条件を評価するための評価用画像情報を記憶部４２に記憶させておき、制御部４１は、受信した画像情報と記憶部４２に記憶された評価用画像情報とを比較することにより、焦点ずれ（ぼけ）、露出等の撮影条件の評価を行ってもよい。続いて、制御部４１は、評価結果を撮像部３０に送信する（ステップＳ０６）。撮像部３０は、送信された評価結果を受信し（ステップＳ０７）、評価結果に基づいて撮影条件を調整する（ステップＳ０８）。なお、ステップＳ０３からＳ０８は、最初に一度だけ行ってもよいし、例えば、ピントや輝度をフィードバック制御するなど、何周か繰り返し行ってもよい。

【0063】

続いて、撮像部３０は、規定の軌跡Ｔで移動する間に画像情報を取得し、さらに画像情報を撮影した際の撮像部３０の座標情報を取得する（ステップＳ０９）。制御部４１は、撮像部３０を始点ＴＡ０、ＴＢ０（図３、図４参照）に移動させた後、始点ＴＡ０、
ＴＢ０から規定の軌跡ＴＡ、ＴＢに沿って移動させつつ、所定のフレームレートで撮像を行うように撮像部３０を制御する。撮像部３０は、始点ＴＡ０、ＴＢ０から規定の軌跡ＴＡ、ＴＢに沿って移動し、基準穴Ｗｈ又は端部Ｗｅの境界部分Ｗｂを撮像して画像情報を取得し、画像情報を撮像した撮像位置の座標情報を取得して画像情報に対応付ける。

【0064】

撮像部３０は、例えば、ヘッド駆動部２０からレーザヘッド１０の座標情報を取得しながら撮像し、撮像したタイミングで取得したレーザヘッド１０の座標情報を画像情報に対応付ける。また、上記したように、位置判定部４３が位置判定に際して他のセンサからの情報や、レーザヘッド１０の速度情報を用いる場合、これらの情報についても撮像部３０が撮像した画像情報に撮像と同時に（又は撮像後の所定タイミングで）対応付けられる。なお、ステップＳ０９は、複数の基準穴Ｗｈ、又は複数の端部Ｗｅごとに行われる。続いて、撮像部３０は、取得した画像情報及び座標情報をワーク位置判定装置４０に送信する（ステップＳ１０）。撮像部３０は、規定の軌跡Ｔを移動する間に撮像した複数の画像情報及び位置情報をまとめてワーク位置判定装置４０に送信する。このように撮像部３０が複数の画像情報及び位置情報をまとめて送信することで、送信処理に要する時間を短縮できる。

【0065】

続いて、制御部４１は、送信された画像情報及び座標情報を受信し（ステップＳ１１）、記憶部４２に記憶させる。続いて、位置判定部４３は、記憶部４２に記憶された画像情報及び座標情報に基づいて、境界部分Ｗｂの位置を判定する（ステップＳ１２）。位置判定部４３は、例えば、基準穴Ｗｈの境界部分Ｗｂから算出した中心の位置（座標値）、又は境界部分Ｗｂである端部Ｗｅの位置（座標値）を判定する。

【0066】

続いて、ずれ判定部４４は、位置判定部４３の判定結果に基づいて、ワークＷのずれを判定する（ステップＳ１３）。ずれ判定部４４は、例えば、少なくとも３つの基準穴Ｗｈの中心の位置、又は少なくとも３つの端部Ｗｅの位置から、基準位置Ｓに対するワークＷのずれとして、基準位置Ｓに対するワークＷの第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれのシフト量、及び第３方向Ｄ３の軸まわりの回転量を判定する。なお、ステップＳ０９～Ｓ１３においては、１つの基準穴Ｗｈの中心の位置から基準位置Ｓに対するワークＷのずれを判定してもよい。この場合、ステップＳ０９において、撮像部３０は、１つの基準穴Ｗｈについて撮像を行う。ステップＳ１０、Ｓ１１の後、ステップＳ１２において、位置判定部４３は、１つの基準穴Ｗｈの境界部分Ｗｂから中心Ｐの位置を判定する。この後、ステップＳ１３において、ずれ判定部４４は、基準位置Ｓに対するワークＷの第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれのシフト量だけを算出する。このように、１つの基準穴Ｗｈを用いてワークＷのずれを判定してもよい。続いて、制御部４１は、ずれ判定部４４の判定結果をレーザヘッド１０に送信する（ステップＳ１４）。レーザヘッド１０は、送信された判定結果を受信し（ステップＳ１５）、受信した判定結果に基づいて、ワークＷのレーザ加工時における座標が補正される（ステップＳ１６）。このように、ステップＳ１０～Ｓ１５に示すずれ判定の処理を行うことにより、レーザヘッド１０及び撮像部３０と、ワーク位置判定装置４０との間の制御中の通信をなくすことにより、ワークＷのずれの判定について高速化を図ることができる。すなわち、図１４の白抜き矢印で示すように、レーザヘッド１０及び撮像部３０と、ワーク位置判定装置４０との間の通信は、ステップＳ１０からステップＳ１１の送受信、及びステップＳ１４からステップＳ１５の送受信だけであり、ステップＳ１１～Ｓ１４までの間で、レーザヘッド１０及び撮像部３０と、ワーク位置判定装置４０との間で通信を行っていない。その結果、レーザヘッド１０及び撮像部３０と、ワーク位置判定装置４０との間における通信の遅延を考慮する必要がない。レーザヘッド１０は、補正された座標に従って移動することにより、ワークＷに対して精度よくレーザ加工を行うことができる。なお、ステップＳ１６が完了することで一連の処理が終了する。

【0067】

このように、本実施形態に係るワーク位置判定装置４０及びワーク位置判定方法によれば、平面視において撮像部３０を規定の軌跡Ｔで移動させ、この間に撮像部３０により撮像された画像情報及び座標情報に基づいて基準位置Ｓに対するワークＷのずれを判定するので、撮像部３０の移動についてヘッド駆動部２０のフィードバック制御を必要としない。このため、撮像部３０の移動に対して画像処理の計算にかかる遅延、移動指令等の通信の遅延を考慮する必要がないため、ワークＷのずれの判定に要する時間を短縮できる。また、ワーク位置判定装置４０を備えるレーザ加工装置１においては、ワークＷのずれの判定に要する時間が短縮されるので、ワークＷの加工効率を向上させることができる。

【0068】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態に限定されない。上記した実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることは当業者において明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。上記した実施形態等で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上記した実施形態等で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、本実施形態において示した各処理の実行順序は、前の処理の出力を後の処理で用いるものでない限り、任意の順序で実現可能である。また、上記した実施形態における動作に関して、便宜上「先ず」、「次に」、「続いて」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須ではない。

【符号の説明】

【0069】

Ｄ１・・・第１方向
Ｄ２・・・第２方向
Ｄ３・・・第３方向
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・中心
Ｒ、Ｒ１・・・観察範囲
Ｔ、ＴＡ、ＴＢ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７・・・軌跡
Ｗ・・・ワーク
Ｗａ・・・平面部
Ｗｂ・・・境界部分
Ｗｃ・・・穴部
Ｗｅ・・・端部
Ｗｈ、Ｗｈ１、Ｗｈ２、Ｗｈ３・・・基準穴
Ｗｏ・・・原点
１・・・レーザ加工装置
１０・・・レーザヘッド
２０・・・ヘッド駆動部（駆動部）
３０・・・撮像部
３４ａ、６３ａ、７２ａ・・・光軸
４０・・・ワーク位置判定装置
４１・・・制御部
４２・・・記憶部
４３・・・位置判定部
４４・・・ずれ判定部
８０・・・駆動部
１００・・・加工部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】