JP6801312B2 - レーザ加工機、及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工機、及びレーザ加工方法に関する。

レーザ加工機は、ワークの切断、溶接などに利用されている。レーザ加工機において、ワークの加工品質を向上させる等の観点で、加工中のワークを撮像した撮像画像から加工状態を把握する技術がある（例えば、下記の特許文献１、２参照）。

特許文献１のレーザ加工機は、加工ヘッドに同軸観察型のミクロカメラを備える。特許文献１では、ミクロカメラが撮影した画像を閾値で二値化し、高輝度部分（溶融池）の形状を取得する。また、取得した形状を画像処理部によってパターンマッチングすることで、異常燃焼を判別する。パターンマッチングは、高輝度部分のラインごとの座標を離散的に取得し、これらの座標に基づき重み付け係数で乗算した各々の和を取る。この和をシグモイド関数により変換して１つの値に集約し、閾値以下なら異常燃焼と判断する。また、ニューラルネットワークで機械学習を行うことにより重み付け係数を最適化する。

特許文献２のレーザ加工機は、レーザ加工光軸と同軸のカメラを備える。特許文献２では、撮像画像をモニタで確認し、撮像画像の処理結果をフィードバックすることによってレーザ加工制御を行う。また、モニタの画面上において、カーソル線移動用つまみを操作することによってカーソル線で測定対象の領域を挟みこみ、カーソル線間の距離を測定する。また、撮像画像を二値化し、加工部画像とそれ以外を切り分けることで、手動の寸法測定を自動化する。

特開平１１−１２９０８３号公報 特開平５−１７７３７４号公報

上述のようにパターンマッチングを行う場合、処理に要する負荷が大きく、例えば処理に長時間を要すること、処理装置のコストが高くなることなどの懸念がある。また、モニタの画面上でカーソル線の位置を設定して寸法を測定する場合、測定の基準に任意性があり、例えば測定対象の領域の選定、加工方向等によって測定結果が変動することで、加工状態を高精度に把握できない懸念がある。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであり、加工状態を高精度に把握可能であり、かつその処理負荷を低減可能なレーザ加工機、及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工機は、加工用のレーザ光を発生するレーザ発振器を備えてよい。レーザ加工機は、レーザ発振器からのレーザ光をワークに照射する加工ヘッドを備えてよい。レーザ加工機は、レーザ光が照射されたワークを、レーザ光の光軸と同軸において撮像する撮像部を備えてよい。レーザ加工機は、ワークの加工状態を示す情報を取得するために、撮像部が撮像した画像から、レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出する画像処理部を備えてよい。加工ヘッドは、ワークに平行な方向において、ワークと相対移動可能であってよい。画像処理部は、画像において加工ヘッド及びワークが相対移動する相対移動方向が基準方向になるように、レーザ光の照射位置を中心に画像を回転させた回転画像を生成し、該回転画像から特徴量を抽出してよい。

本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、加工用のレーザ光を発生することを含んでよい。レーザ加工方法は、レーザ光を加工ヘッドからワークに照射することを含んでよい。レーザ加工方法は、レーザ光が照射されたワークを、レーザ光の光軸と同軸において撮像することを含んでよい。レーザ加工方法は、ワークの加工状態を示す情報を取得するために、撮像された画像から、レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出することを含んでよい。加工ヘッドは、ワークに平行な方向において、ワークと相対移動可能であってよい。レーザ加工方法は、画像において加工ヘッド及びワークが相対移動する相対移動方向が基準方向になるように、レーザ光の照射位置を中心に画像を回転させた回転画像を生成し、該回転画像から特徴量を抽出してよい。

レーザ加工機は、加工ヘッドとワークとの相対移動を制御する制御部を備えてよい。画像処理部は、制御部から相対移動方向を取得し、画像を回転させる角度を決定してよい。画像処理部は、回転画像を二値化し、二値化した後の画像から、レーザ光の照射位置を含む領域を特定し、特定した領域に基づいて特徴量を抽出してもよい。レーザ加工機は、加工ヘッドの内部に設けられるとともに、加工ヘッドの出射口を介してワークに照射するようにレーザ光を案内する照射光学系を備えてよい。レーザ加工機は、出射口を介してワークから加工ヘッド内部に進入する光を撮像部に案内する撮像光学系を備えてよい。撮像光学系及び照射光学系は、少なくとも一部の光学部品を共用していてよい。レーザ加工機は、撮像光学系及び照射光学系が共用している光学部品を光路方向に駆動させる光学系駆動部を備えてよい。レーザ加工機は、撮像光学系と撮像部との相対距離を変更することにより、撮像部のピントを調整するピント調整部を備えてよい。ピント調整部は、光学系駆動部が光学部品を駆動したときに撮像部のピントを調整してよい。

本発明によれば、レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出するので、特徴量を客観的に抽出することができ、加工状態を高精度に把握可能であり、かつその処理負荷を低減可能である。

また、上記の画像回転部を備えるレーザ加工機は、レーザ光の照射位置を中心に画像を回転させるので、回転中心の選定に要する負荷を低減することができる。また、回転中心が定まっているので回転中心の選定によって特徴量が変動することを防止することができ、加工状態を高精度に把握可能である。また、画像回転部が制御部から相対移動方向を取得するレーザ加工機は、例えば画像から相対移動方向を取得する場合と比較して、相対移動方向を高精度で取得することができ、かつその処理の負荷を低減することができる。また、制御部から相対移動方向を用いて画像を回転させる角度を決定するので、回転角度を高精度な値に決定することができ、かつその処理の負荷を低減することができる。また、上記の二値化部を備えるレーザ加工機は、二値化した画像から特徴量を抽出するので、その処理の負荷を低減することができる。また、二値化された画像において、明部が離散的になる場合があるが、上記の領域特定部を備えるレーザ加工機は、レーザ光の照射位置を含む領域を特定するので、特徴量を抽出する対象の領域を、高精度かつ低負荷で選択することができる。また、上記の撮像光学系及び照射光学系が少なくとも一部の光学部品を共用しているレーザ加工機は、光学部品を共用化することにより、部品点数の増加を抑制すること、省スペースにすること、低コストにすること等ができる。また、加工レーザの焦点調整等で共用の光学部品を駆動させると、撮像部のピントがずれてしまうが、ピント調整部が調整するため、加工レーザ及び撮像部のいずれについても、焦点を最適化することができる。

第１実施形態に係るレーザ加工機を示す図である。 加工状態の説明図である。 第１実施形態に係る画像処理部を示す図である。 画像回転部の処理を示す図である。 二値化部、領域特定部、特徴量抽出部の処理を示す図である。 実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るレーザ加工機を示す図である。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ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（例、Ｘ方向）において、矢印の向きを＋側（例、＋Ｘ側）と称し、その反対側を−側（例、−Ｘ側）と称する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工機１を示す図である。レーザ加工機１は、加工ヘッド２、ヘッド駆動部３、レーザ発振器４、撮像部５、画像処理部６（画像処理装置）、制御部７、加工状態判定部８、記憶部９、及びピント調整部２５を備える。レーザ加工機１は、例えば数値制御（ＮＣ）によって、ワークＷに対して切断加工を施す。制御部７は、例えば数値制御プログラムに従って、レーザ加工機１の各部を包括的に制御する。

加工ヘッド２は、ノズル１１を有し、加工用のレーザ光（以下、加工用レーザＬ１という）は、ノズル１１に形成される出射口（ノズル１１に貫通されている貫通孔）の内側を通して、ワークＷに向けて照射される。加工ヘッド２は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各方向において、ワークＷと相対的に移動可能である。ヘッド駆動部３は、移動部１２および光学系駆動部１３を備える。ヘッド駆動部３は、制御部７に制御され、移動部１２によって加工ヘッド２をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各方向に移動させる。また、ヘッド駆動部３は、制御部７に制御され、ノズル１１から照射される光の焦点を光学系駆動部１３によって調整する。レーザ加工機１は、加工ヘッド２をワークＷに対して相対的に移動させながら、加工ヘッド２のノズル１１から加工用レーザＬ１をワークＷに照射することで、切断加工を行う。

レーザ発振器４は、加工用レーザＬ１として、例えば赤外レーザ光を発生する。加工ヘッド２の内部には、照射光学系１５が設けられ、照射光学系１５は、レーザ発振器４で発生した加工用レーザＬ１を、ワークＷに向けて案内することにより、ノズル１１の出射口を通してワークＷに照射する。照射光学系１５は、光ファイバ１６、コリメータ１７、ビームスプリッタ１８、及び集光レンズ１９を備える。光ファイバ１６は、その一端（光入射側の端部）がレーザ発振器４と接続され、その他端（光出射側の端部）が加工ヘッド２に接続される。レーザ発振器４からの加工用レーザＬ１は、光ファイバ１６を介して加工ヘッド２に導入される。加工ヘッド２は、レーザ発振器４からの加工用レーザＬ１をワークＷに照射する。

コリメータ１７は、レーザ発振器４からの加工用レーザＬ１を平行光に変換するか、もしくは平行光に近づける。ビームスプリッタ１８は、コリメータ１７を通った加工用レーザＬ１が入射する位置に配置される。ビームスプリッタ１８は、加工用レーザＬ１の少なくとも一部が反射し、かつワークＷからの放出される光（以下、放出光と称する）の少なくとも一部が透過する特性を有する。ビームスプリッタ１８は、例えばダイクロイックミラー、ハーフミラーなどである。ビームスプリッタ１８は、コリメータ１７の光軸１７ａに対して、約４５°の角度で傾斜している。ビームスプリッタ１８は、＋Ｚ側に向かうにつれて＋Ｘ側に向かうように傾いている。

集光レンズ１９は、ビームスプリッタ１８からの加工用レーザＬ１が入射する位置に配置される。コリメータ１７を通った加工用レーザＬ１は、ビームスプリッタ１８で反射して光路がＸ方向からＺ方向（−Ｚ側）へ約９０°折れ曲がり、集光レンズ１９に入射する。集光レンズ１９は、コリメータ１７からの加工用レーザＬ１を集光する。ヘッド駆動部３の光学系駆動部１３は、集光レンズ１９を、集光レンズ１９の光軸１９ａに沿って移動させることで、照射光学系１５のワーク側の焦点を調整可能である。

撮像部５は、加工用レーザＬ１が照射されたワークＷを、加工ヘッド２を介して撮像する。撮像部５は、撮像光学系２１および撮像素子２２を備える。撮像部５は、加工用レーザＬ１の照射によってワークＷの側から加工ヘッド２へ放出される光（放出光）を、撮像光学系２１を介して撮像素子２２によって検出する。撮像光学系２１は、加工ヘッド２のノズル１１における光の出射口を介してワークＷから加工ヘッド２内部に進入する光を撮像部５に案内する。撮像光学系２１は、集光レンズ１９、ビームスプリッタ１８、ミラー２３及び結像レンズ２４を備える。撮像光学系２１及び照射光学系１５は、少なくとも一部の光学部品を共用している。図１において、撮像光学系２１は、集光レンズ１９、及びビームスプリッタ１８が照射光学系１５と共用であり、照射光学系１５と同軸でワークＷを観察することが可能である。

ピント調整部２５は、制御部７に制御されて、撮像部５のピントを調整する。具体的には、撮像光学系２１と撮像素子２２との相対距離を撮像光学系の光路方向に変更することにより、撮像素子２２のピント（結像レンズ２４の結像点と撮像素子との光路方向の距離）を調整する。なお、上記相対距離の変更のために、ピント調整部２５は、撮像光学系２１と撮像素子２２との少なくとも一方を移動させる。よって、ピント調整部２５は、撮像光学系２１の光学部品（結像レンズ２４）のみを移動させてもよいし、撮像素子２２のみを移動させてもよいし、あるいは双方を移動させてもよい。

また、光学系駆動部１３が集光レンズ１９を移動させることで結像レンズ２４の結像点が変化しても、ピント調整部２５が撮像部５のピントを調整することで加工状態を高精度に把握することが可能である。詳しくは、光学系駆動部１３が、加工用レーザＬ１の照射スポットを調整するために集光レンズ１９を移動させる場合、撮像光学系２１と照射光学系１５とで集光レンズ１９が共用されているため、結像レンズ２４の結像点が変化してしまう。これに対して、ピント調整部２５が、光学系駆動部１３によって変更された集光レンズ１９の位置に応じて、撮像素子２２のピントを調整し、高精度な撮像画像を維持することができる。従って、ワークを高精度にレーザ加工を行いつつ、ワークの加工状態をも高精度に把握できる。

ワークＷからの放出光は、集光レンズ１９を通ってビームスプリッタ１８に入射する。放出光は、例えば、加工用レーザＬ１の照射による溶融金属から放射される光、プラズマに起因する光、及び加工用レーザＬ１のうちワークＷで反射した光を含む。放出光は、その少なくとも一部がビームスプリッタ１８を通って、ミラー２３に入射する。ミラー２３に入射した放出光は、ミラー２３で反射して結像レンズ２４に入射する。結像レンズ２４は、ミラー２３からの光を撮像素子２２に集光する。結像レンズ２４および集光レンズ１９は、ワークＷの像を撮像素子２２に投影する。

撮像素子２２は、例えばＣＣＤあるいはＣＭＯＳのイメージセンサであり、撮像光学系２１が形成した像を撮像する。撮像素子２２には二次元的に配列された複数の画素が設けられ、各画素にはフォトダイオードなどの受光素子が設けられる。撮像素子２２は、受光素子に光が入射することにより各画素に発生する電荷（信号）を順に読出し、この信号を増幅、Ａ／Ｄ変換して画像形式に配列することで、撮像した画像（以下、撮像画像という）のデジタルデータ（以下、撮像画像データという）を生成する。撮像素子２２は、生成した撮像画像データを画像処理部６に出力する。

画像処理部６は、撮像素子２２と有線または無線によって通信可能に接続される。画像処理部６は、撮像素子２２の制御部を兼ねている。画像処理部６は、制御部７と有線または無線によって通信可能に接続され、制御部７から撮像を実行する旨の指令を受け取る。画像処理部６は、制御部７からの指令に応じて、撮像素子２２に撮像を実行させる。

画像処理部６は、ワークＷの加工状態を示す情報を取得するために、撮像部５が撮像した画像から、レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出する。画像処理部６は、撮像素子２２から撮像画像データを取得し、撮像画像データを用いた画像処理によって加工状態に関する情報（特徴量）を生成する。画像処理部６は、撮像部５が撮像した撮像画像の一部または撮像画像を処理した画像の一部から、加工用レーザＬ１の照射位置を基準として特徴量を抽出する。撮像画像を処理した画像は、例えば、後の図４、図５に示す回転画像Ｉｍ２、二値化画像Ｉｍ３、特定画像Ｉｍ４などである。画像処理部６が行う各処理については、後に図３から図５を参照して、より詳しく説明する。画像処理部６は、撮像画像から抽出した特徴量を制御部７へ供給する。

加工状態判定部８は、例えば制御部７に設けられ、画像処理部６から制御部７へ供給される特徴量を取得する。加工状態判定部８は、画像処理部６が抽出した特徴量と閾値とを比較して加工状態を判定する。

図２は、加工状態の説明図である。図２（Ａ）は、適切な加工状態であり、図２（Ｂ）は不適切な加工状態である。ワークＷは、加工ヘッド２から加工用レーザＬ１が入射する部分が溶融し、切断溝が形成される。加工ヘッド２は、ワークＷにおいて加工用レーザＬ１が入射する部分の周囲にアシストガスを吹き出しており、溶融金属Ｍは、加工ヘッド２から吹き出されるアシストガスによって切断溝から下方へ排出される。

図２（Ａ）のように、加工状態が適切な場合、溶融金属Ｍは、加工ヘッド２の移動方向に対して後方側へ向かいつつワークＷの下方へ流れる。図２（Ｂ）のように、加工状態が不適切な場合、溶融金属Ｍは、図２（Ａ）よりも拡散してワークＷの下方へ流れる場合がある。また、ワークＷ上の溶融金属（図示せず）についても加工状態によって異なり、不適切な加工状態では溶融金属が切断溝からあふれて、ワークＷ上に広がる場合がある。図２（Ａ）、図２（Ｂ）のような加工状態の違いは、画像処理部６が抽出する特徴量に現れる。上記の加工状態判定部８は、特徴量を閾値と比較することで、例えば、加工状態が適切であるか否かを判定する。

なお、加工状態判定部８は、特徴量の値に応じて、加工状態が適切であるレベル、あるいは不適切であるレベルを３以上の段階に区別して評価することができる。例えば、加工状態判定部８は、加工状態を「最適」、「適切」、「不適切」の３段階で評価してもよい。また、加工状態判定部８は、加工状態が適切であるレベルを、１、２、３、・・・のように数値化して表してもよい。

図３は、本実施形態に係る画像処理部（画像処理装置）を示す図である。画像処理部６は、画像回転部３１、二値化部３２、領域特定部３３、及び特徴量抽出部３４を備える。以下の説明において、図４および図５を適宜参照する。図４は、画像回転部の処理を示す図である。図５は、二値化部、領域特定部、特徴量抽出部の処理を示す図である。

図３に示すように、画像処理部６は、ワークＷにおいて加工用レーザＬ１が照射される位置（照射位置）の情報を用いて画像処理を行う。照射位置は、加工用レーザＬ１の中心の位置である。撮像画像上の照射位置は、例えば、撮像画像に写っている加工用レーザＬ１の光強度分布の重心位置である。このような照射位置は、例えば、ワークＷと加工ヘッド２とを相対移動させずに、加工ヘッド２から加工用レーザＬ１を照射させてワークＷを溶融させ、この状態で撮像素子２２が撮像し、その撮像画像の輝度分布から求めることができる。照射位置の取得は、切断加工の開始時にピアス穴を形成する際に行われてもよい。

また、撮像画像における照射位置は、例えば、図１の撮像素子２２の受光面において結像レンズ２４（撮像光学系２１）の光軸２４ａと交わる位置としてもよい。また、加工用レーザＬ１が加工ヘッド２の出射口の中心を通るように設定しておき、撮像画像上の照射位置は、撮像画像において出射口の中心に相当する位置としてもよい。照射位置の情報は、例えば図１の記憶部９に記憶されており、制御部７は、記憶部９から照射位置の情報を読出して、照射位置の情報を画像処理部６に供給する。なお、照射位置の情報は、画像処理部６の記憶部（図示せず）が記憶してもよく、この場合、制御部７は画像処理部６に照射位置の情報を供給しなくてもよい。

画像回転部３１は、画像において加工ヘッド２及びワークＷが相対移動する相対移動方向が基準方向になるように、レーザ光の照射位置を中心に画像を回転させる。相対移動方向は、レーザ加工による切断溝（加工方向）に平行な方向である。制御部７は、加工ヘッド２とワークＷとの相対移動を制御しており、相対移動方向の情報を保持している。画像回転部３１は、制御部７から相対移動方向の情報を取得し、画像を回転させる角度を決定する。

図４において、基準方向は、予め定められた方向であり、例えば撮像画像Ｉｍ１において画素が配列される方向（例、水平走査方向、垂直走査方向）である。また、相対移動方向、及び撮像画像Ｉｍ１における照射位置ＬＰは、制御部７から供給される情報（図３参照）によって既知である。画像回転部３１は、基準方向の単位ベクトルと、相対移動方向の単位ベクトルとの内積を算出し、基準方向と相対移動方向とのなす角度（回転角）を算出する。画像回転部３１は、上記の算出結果を、撮像画像Ｉｍ１を回転させる角度（回転角）として決定する。そして、画像回転部３１は、照射位置ＬＰを中心として撮像画像Ｉｍ１を上記の回転角だけ回転させることによって、図４（Ｂ）に示すような回転画像Ｉｍ２を生成する。

図３に示すように、画像回転部３１は、回転画像のデータを二値化部３２に供給する。二値化部３２は、画像を二値化し、その処理結果として二値化した画像（以下、二値化画像という）のデータを領域特定部３３に供給する。二値化部３２は、回転画像の各画素値を閾値と比較し、画素値が閾値以上の画素を「白」で表し、画素値が閾値未満の画素を「黒」で表して、二値化画像を生成する。このような二値化画像は、島状の「白」の領域が離散的に表れる場合がある。

例えば、図５（Ａ）の二値化画像Ｉｍ３は、島状の領域ＡＲ１〜ＡＲ４を含む。二値化画像Ｉｍ３において、領域ＡＲ１〜ＡＲ４はそれぞれ「白」の領域であり、その他の領域は「黒」である。図３の領域特定部３３は、二値化画像Ｉｍ３から加工用レーザの照射位置ＬＰを含む領域ＡＲ１（以下、特定領域という）を特定（選択、決定、抽出）する。領域特定部３３は、特定領域ＡＲ１の情報を特徴量抽出部３４に供給する。特定領域ＡＲ１の情報は、例えば、特定領域ＡＲ１以外の領域ＡＲ２〜ＡＲ４を「黒」で置き換えた特定画像のデータである。

図３の特徴量抽出部３４は、領域特定部３３が特定した領域に基づいて、特徴量を抽出する。例えば、特徴量抽出部３４は、特定領域ＡＲ１から特徴量を抽出する。すなわち、特定領域ＡＲ１は、特徴量を抽出する対象の領域である。特徴量抽出部３４は、特徴量として、例えば図５（Ｂ）に示す特定領域ＡＲ１の寸法を抽出する。図５において、「幅方向」は、「相対移動方向」に垂直な方向であり、切断溝の幅方向に相当する。特徴量抽出部３４は、特定画像Ｉｍ４において、例えば、加工用レーザの照射位置ＬＰを基準（例、原点）とする相対移動方向および幅方向の座標系を設定し、特定領域ＡＲ１の各種寸法を抽出する。

例えば、特徴量抽出部３４は、相対移動方向における特定領域ＡＲ１の寸法Ｘ１（長さ）、幅方向における特定領域ＡＲ１の寸法Ｙ１（幅）を抽出する。また、特徴量抽出部３４は、相対移動方向において、照射位置ＬＰに対して前方側の部分（ヘッド部ＨＤ）の寸法Ｘ２（長さ）を抽出する。また、特徴量抽出部３４は、ヘッド部ＨＤの幅方向における寸法Ｙ２を抽出する。また、特徴量抽出部３４は、相対移動方向において、特定領域ＡＲ１の寸法Ｘ１からヘッド部ＨＤの寸法Ｘ２を差し引いた寸法を抽出する。

また、特徴量抽出部３４は、上記のような特定領域ＡＲ１の各部の寸法を用いた四則演算を行い、その算出結果を特徴量とする。四則演算は、和、差、積、及び商のうち１つのみを行う演算でもよいし、和、差、積、及び商のうち２つ以上を行う演算でもよい。例えば、特徴量抽出部３４は、特定領域ＡＲ１の各部について相対移動方向の寸法と幅方向の寸法との和、差、積、及び商の少なくとも一つを特徴量として算出する。また、特徴量抽出部３４は、特定領域ＡＲ１の各部の寸法を変数とする関数で特徴量を算出してもよい。この関数は、線形の関数でもよいし、非線形の関数でもよい。

なお、特徴量抽出部３４は、二値化された画像から領域特定部３３が特定した領域から特徴量を抽出する代わりに、二値化される前の画像から特徴量を抽出してもよい。例えば、特徴量抽出部３４は、二値化された画像（図４（Ｂ）参照）から領域特定部３３が特定した領域に基づいて、特徴量を抽出すべき画像の範囲を決定し、二値化される前の画像において上記の決定した範囲から特徴量を抽出してもよい。

図３に示すように、特徴量抽出部３４は、抽出した特徴量を制御部７に供給し、加工状態判定部８は、この特徴量と閾値との比較によって、加工状態を判定する。上記の特徴量の項目は、例えば図２に示した適切な加工状態と不適切な加工状態とを区別できるように、適宜選択され、１つでもよいし、２つ以上でもよい。なお、レーザ加工機１は、加工状態判定部８を備えなくてもよい。例えば、特徴量抽出部３４は、特徴量を表示部などに表示し、オペレータは、表示された特徴量を参酌して加工状態を判定してもよい。また、レーザ加工機１は、加工状態の良否を判定する代わりに、特徴量を用いたフィードバック制御などによって加工条件を調整してもよい。

次に、上述のレーザ加工機１の構成に基づき、実施形態に係るレーザ加工方法を説明する。図６は、実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。ここでは、レーザ加工方法のうち加工状態の判定方法を中心に説明する。また、レーザ加工機１の各部については図１を適宜参照し、画像処理部６の各部については図３を適宜参照する。

図１の撮像部５は、加工ヘッド２から加工用レーザＬ１が照射された状態で、加工ヘッド２を介してワークＷを撮像する。ステップＳ１において、画像処理部６は、撮像部５による撮像画像に対する前処理として、画像の切り出し、ノイズ除去を行う。例えば、画像処理部６は、撮像画像の中央部を切り出し、切り出した画像に対してメディアンフィルタ等によりノイズ除去を行って、処理後の画像を後の画像処理に用いる。

ステップＳ２において、画像処理部６は、加工用レーザＬ１の照射位置および相対移動方向を取得する。例えば、画像処理部６は、制御部７から照射位置の情報および相対移動方向の情報を取得する。ステップＳ３において、画像処理部６の画像回転部３１は、ステップＳ２で取得した照射位置の情報および相対移動方向の情報を用いて、照射位置を中心に画像を回転させる（図４参照）。ステップＳ４において、画像処理部６の二値化部３２は、画像回転部３１が処理した画像を二値化する（図５（Ａ）参照）。ステップＳ５において、画像処理部６の領域特定部３３は、ステップＳ２で取得した照射位置の情報を用いて、二値化画像Ｉｍ３（図５（Ａ）参照）から照射位置ＬＰが含まれる特定領域ＡＲ１を特定する。

ステップＳ６において、特徴量抽出部３４は、領域特定部３３が特定した特定領域ＡＲ１から特徴量を抽出する（図５（Ｂ）参照）。例えば、特徴量抽出部３４は、特定領域ＡＲ１の各部の寸法を抽出し、抽出した寸法を用いた四則演算を行う。特徴量抽出部３４は、特定領域ＡＲ１の各部の寸法、および上記の四則演算の結果の少なくとも一部を特徴量とする。ステップＳ７において、制御部７の加工状態判定部８は、ステップＳ６において特徴量抽出部３４が抽出した特徴量を閾値と比較して、加工状態を判定する。制御部７は、例えば、ステップＳ７の判定結果を用いて加工条件を調整し、調整された加工条件でレーザ加工を実行させる。なお、制御部７は、ステップＳ７の判定結果を用いたフィードバック制御（加工条件の調整）を行わなくてもよく、例えば、上記のステップＳ１からステップＳ７の処理は、検査として行われてもよい。

なお、ステップＳ３からステップＳ５の処理の順番は、適宜変更可能である。例えば、二値化部３２は、回転させる前の画像に対して二値化処理を行い、画像回転部３１は、二値化された画像を回転させてもよい。また、領域特定部３３は、回転前の二値化された画像から領域を特定し、画像回転部３１は、特定された領域を回転させてもよい。また、画像処理部６は、画像回転部３１を備えなくてもよく、特徴量抽出部３４は、回転されていない画像から特徴量を抽出してもよい。また、画像処理部６は、二値化部３２を備えなくてもよいし、領域特定部３３を備えなくてもよい。また、本実施形態において、加工状態判定部８は、制御部７に設けられるが、制御部７以外の部分（例、画像処理部６）に設けられてもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。本実施形態において、レーザ加工機１は、照明光源４１、及び照明光学系４２を備える。照明光源４１は、照明光Ｌ２として、加工用レーザＬ１と波長が異なる光（例、可視光）を発する。照明光学系４２は、加工ヘッド２の内部に設けられる。照明光学系４２は、照明光源４１で発生した照明光Ｌ２を、ワークＷに向けて案内することにより、ノズル１１の出射口を通してワークＷに照射する。

照明光学系４２は、コリメータ４３、ハーフミラー４４、ビームスプリッタ１８、及び集光レンズ１９を備える。ここでは、照明光学系４２は、ビームスプリッタ１８および集光レンズ１９が照射光学系１５と共用であり、集光レンズ１９を介して落射照明する。照明光学系４２の光出射側の光軸は、照射光学系１５の出射側の光軸と同軸であり、照明光Ｌ２は、加工用レーザＬ１と同じ光路（加工用レーザＬ１と共通する一部の光路）を通ってワークＷに照射される。

コリメータ４３は、照明光源４１から照明光Ｌ２が入射する位置に配置される。コリメータ４３は、照明光源４１からの照明光Ｌ２を平行光に変換するか、もしくは平行光に近づける。照明光学系４２の焦点をワークの対象位置に合わせる場合、コリメータ４３は、例えば、その焦点が照明光源４１の位置と一致するように配置される。ハーフミラー４４は、コリメータ４３を通った照明光Ｌ２が入射する位置に配置される。ハーフミラー４４は、照明光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４３を通った照明光Ｌ２の一部は、ハーフミラー４４で反射して光路がＸ方向からＺ方向（−Ｚ側）へ約９０°折れ曲がり、ビームスプリッタ１８に入射する。集光レンズ１９は、ビームスプリッタ１８から照明光Ｌ２が入射する位置に配置される。集光レンズ１９は、ビームスプリッタ１８からの加工用レーザＬ１を集光する。照明光Ｌ２の照射によってワークＷから放射される放出光は、図１で説明した加工用レーザＬ１に起因する放出光と同じ光路を通って、撮像素子２２に像を結ぶ。撮像部５は、照明光Ｌ２がワークＷに照射された状態でワークＷを撮像する。画像処理部６は、この撮像画像に対してエッジ検出等の画像処理を行うことによって切断溝のエッジを検出し、切断溝に沿う方向を相対移動方向として特定する。本実施形態において、画像処理部６の画像回転部３１（図３参照）は、制御部７から相対移動方向の情報を受ける代わりに、上記の処理で特定された相対移動方向を用いて画像を回転させる。

上述の実施形態において、制御部７は、例えばコンピュータシステムを含む。制御部７は、記憶部９に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って各種の処理を実行する。このプログラムは、加工用のレーザ光を発生するレーザ発振器と、レーザ発振器からのレーザ光を、加工ヘッドを介してワークに照射する加工ヘッドと、レーザ光が照射されたワークを、加工ヘッドを介して撮像する撮像部と、を備えるレーザ加工機のコンピュータに実装される画像処理プログラムであって、コンピュータに、ワークの加工状態を示す情報を取得するために、撮像部が撮像した画像から、レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出することを実行させる。この画像処理プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。

上述の実施形態において、画像処理装置（画像処理部６）は、加工用のレーザ光を発生するレーザ発振器と、レーザ発振器からのレーザ光をワークに照射する加工ヘッドと、レーザ光が照射されたワークを、加工ヘッドを介して撮像する撮像部と、を備えるレーザ加工機の画像処理装置であって、ワークの加工状態を示す情報を取得するために、撮像部が撮像した画像から、レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出する。

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。

１・・・レーザ加工機
２・・・加工ヘッド
４・・・レーザ発振器
５・・・撮像部
６・・・画像処理部
７・・・制御部
８・・・加工状態判定部
９・・・記憶部
Ｗ・・・ワーク
３１・・・画像回転部
３２・・・二値化部
３３・・・領域特定部
３４・・・特徴量抽出部
Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２・・・寸法（特徴量）

Claims (6)

1. 加工用のレーザ光を発生するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器からのレーザ光をワークに照射する加工ヘッドと、
   前記レーザ光が照射された前記ワークを、前記レーザ光の光軸と同軸において撮像する撮像部と、
   前記ワークの加工状態を示す情報を取得するために、前記撮像部が撮像した画像から、前記レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出する画像処理部と、を備え、
   前記加工ヘッドは、前記ワークに平行な方向において、前記ワークと相対移動可能であり、
   前記画像処理部は、前記画像において前記加工ヘッド及び前記ワークが相対移動する相対移動方向が基準方向になるように、前記レーザ光の照射位置を中心に前記画像を回転させた回転画像を生成し、該回転画像から前記特徴量を抽出する、レーザ加工機。
2. 前記加工ヘッドと前記ワークとの相対移動を制御する制御部を備え、
   前記画像処理部は、前記制御部から前記相対移動方向を取得し、前記画像を回転させる角度を決定する、請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 前記画像処理部は、
   前記回転画像を二値化し、
   前記二値化した後の画像から、前記レーザ光の照射位置を含む領域を特定し、
   前記特定した領域に基づいて前記特徴量を抽出する、請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機。
4. 前記加工ヘッドの内部に設けられるとともに、前記加工ヘッドの出射口を介して前記ワークに照射するように前記レーザ光を案内する照射光学系と、
   前記出射口を介して前記ワークから加工ヘッド内部に進入する光を前記撮像部に案内する撮像光学系と、を備え、
   前記撮像光学系及び前記照射光学系は、少なくとも一部の光学部品を共用している、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ加工機。
5. 前記撮像光学系及び前記照射光学系が共用している前記光学部品を光路方向に駆動させる光学系駆動部と、
   前記撮像光学系と前記撮像部との相対距離を変更することにより、前記撮像部のピントを調整するピント調整部と、を備え、
   前記ピント調整部は、前記光学系駆動部が前記光学部品を駆動したときに前記撮像部のピントを調整する、請求項４に記載のレーザ加工機。
6. 加工用のレーザ光を発生することと、
   前記レーザ光を加工ヘッドからワークに照射することと、
   前記レーザ光が照射された前記ワークを、前記レーザ光の光軸と同軸において撮像することと、
   前記ワークの加工状態を示す情報を取得するために、前記撮像された画像から、前記レーザ光の照射位置を基準として特徴量を抽出することと、を含み、
   前記加工ヘッドは、前記ワークに平行な方向において、前記ワークと相対移動可能であり、
   前記画像において前記加工ヘッド及び前記ワークが相対移動する相対移動方向が基準方向になるように、前記レーザ光の照射位置を中心に前記画像を回転させた回転画像を生成し、該回転画像から前記特徴量を抽出する、レーザ加工方法。